[发明专利]采用负电容中和技术的高速激光二极管驱动器集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及10Gbps及10Gbps以上速率的高速激光二极管驱动器集成电路，属于集成电路领域。

背景技术

人们对于网络接入到基于万维网(WEB)应用和集成多媒体应用(如声音/数据/图像)的爆炸性需求催生了对更宽带宽的网络的强烈要求。微电子及光网络技术的快速演进能够推动带宽容量的不断增长，促使人们能够不断地向更快的网络过度，从10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s一直到10Gb/s。

10G PON(passive optical network，无源光网络)的技术如今已经成熟，正走向大规模应用阶段，为加快推进其大规模应用速度，有必要增强10G PON的各个模块的集成度和性能，并降低功耗和价格，尤其是在整个PON系统中负责光电信号转换接口的光收发模块。在光收发系统中，激光二极管驱动器主要实现把电信号转换成光信号的功能，其调制电流输出能力影响着激光二极管输出光功率的大小，其输出电信号的抖动性能和眼图质量也对整个光通信系统的误码率产生一定的影响。

如图1所示，传统的10Gb/s或10Gbps以上速率的高速激光二极管驱动放大器一般由m(m＝1,2...)级差分放大器级联而成。当工作速率达到10Gb/s或更高时，为了减少overshoot，ringing等现象以提高信号的眼图质量，通常需要减少第1级放大器的输入端的回波损耗(return loss)和最后一级(第m级)的输出端的回波损耗。而为了使驱动放大器能够输出可变的调制电流，一般需通过控制m级激光二极管驱动放大器中第n(n＝1,2...m)级放大器的电压增益来实现，第n级放大器为可控增益放大器级。如图2所示，第n级放大器由差分放大器和跟随器组成，差分放大器由晶体管N_n1、N_n2，负载电阻R_n1、R_n2及可控电流源I_n1组成；其中晶体管N_n1、N_n2为共发射极(双极型晶体管)或共源极(CMOS晶体管)。跟随器则由晶体管N_n3、N_n4和可控电流源I_n2，I_n3构成，N_n3和N_n4若采用双极型晶体管时，跟随器为发射极跟随器，N_n3和N_n4若采用CMOS晶体管时，跟随器为源极跟随器。

其中差分放大器对上一级给的输入信号Von_n-1和Vop_n-1进行放大，而发射极/源极跟随器则主要是为了给下一级放大器提供正确的直流偏置电压。Von_n和Vop_n为整个可变增益放大器的输出节点。第n级放大器的偏置电流源都是可控制的，通过改变偏置电流的大小来控制该级放大器的电压增益，进而控制整个驱动放大器电路的电压增益和输出调制电流的大小。当可变偏置电流I_n1变大时，输入寄生电容C_in,n(等效元件)随着I_n1的不断增加而增大。如果该级放大器的四个晶体管采用双极型晶体管时，C_in,_n的增加是由于双极型晶体管在正向偏置工作状态下的基极-发射极之间的充电电容随着集电极偏置电流的增加而变大的结果；如果放大器晶体管采用CMOS晶体管时，C_in,n的变大是由于CMOS晶体管的栅-源电压随着漏电流的不断增加而增大造成的。由于C_in,n变大时，第n-1级放大器的负载电容就会跟着变大，主极点频率会降低，因此造成第n-1级放大器的电压增益-3dB带宽变小，进而使整个激光二极管驱动器的-3dB带宽减小。为了克服由C_in,n引起的电压增益带宽变化，通常需要通过减小第n-1级放大器的负载电阻值和增益以达到足够宽的电压增益带宽来补偿。同时第n级及其后级放大器通常需要通过增加偏置电流来增加电压增益，以便满足一定的输出调制电流的要求，这样不仅增加了整个放大器的功耗，也增加了第n级及其后级放大器电路的设计难度。

发明内容

本发明提供了一种采用负电容中和技术的高速激光二极管驱动器集成电路，目的是在不增加驱动器功耗的同时增大驱动器的电压增益-3dB带宽，增强高频调制电流输出能力，改善输出高频电流信号的眼图特性。

本发明所述采用负电容中和技术的高速激光二极管驱动器集成电路采用两种技术方案。