[发明专利]一种大规模热调相移器的驱动方法和驱动系统

说明书

本发明属于集成电路设计领域，具体涉及一种大规模热调相移器的驱动方法和驱动系统，包括：采用高频时钟信号产生N个基准数字PWM信号，并采用K个N bit数字控制信号分别独立地对N个基准数字PWM信号进行时域组合，得到K个用于对应驱动K个功率管的数字PWM信号；通过K个功率管驱动K个热调相移器。本发明首先产生N个基准数字PWM信号，然后采用多个控制信号分别对这N个基准数字PWM信号进行时域组合得到最终用于驱动功率管的数字PWM信号，因此，通过复用N个基准数字PWM信号的方式，减小了整体驱动方案的功耗与面积，实现小面积、低成本、低功耗、高效的大规模热调相移器器驱动。该方法可用于对光学热调相移器进行驱动。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，更具体地，涉及一种大规模热调相移器的驱动方法和驱动系统。

背景技术

随着半导体工艺节点逐渐逼近物理尺寸极限，摩尔定律即将走向尽头。集成光子作为后摩尔时代的一个潜在发展路径，受到了广泛的研究与关注。对于目前的片上集成光器件或系统而言，热调相移器作为高效，低损耗的相移器获得了广泛的研究与使用。其不仅有助于实现集成光子系统的灵活调节：如在光学人工智能中，通过调节热调相移器的相移可以调整光子器件的光传输矩阵，便于高效的计算；在硅基光学相控阵中，通常采用热调相移器调节多路输出光之间的相位差从而实现波束的扫描效果。同时也可以用于补偿由于温度等环境因素扰动或工艺偏差等缺陷，使光子器件工作在最佳状态：如对于硅基马赫曾德尔调制器而言，需要对调制臂上的热调相移器进行调节从而对工艺偏差进行补偿以及使调制器的工作状态不受外部环境因素如温度变化的影响；对于微环谐振器而言，需要对环内的热调相移器进行调节，从而稳定其谐振频率。

对于大多数热调相移器而言，其相移量的改变是通过改变施加于其上的电学功率实现的。通过电学驱动对输出功率实现高效，线性的调节从而实现对相移的准确、线性调节。目前常用的驱动方案为利用受数字脉冲宽度调制(PWM)信号控制的功率管对热调器进行驱动，其原理为：当数字PWM信号的频率远大于热调相移器带宽时，功率管的平均输出功率与数字PWM信号的占空比成正比。通过数字控制信号对数字PWM信号的占空比进行调节，即可实现对于热调相移器相移量的调节。该方案通常由两部分组成，一是受控制的功率管，用于提供大幅的输出功率，二是数字PWM信号生成模块，其受数字控制信号控制并产生相应占空比的数字PWM信号，用于对输出功率实现线性调节。在之前的方案中，数字PWM信号生成模块通常由数字电路构成，采用计数器对高速的时钟信号脉冲从零开始计数，并由数字比较器将计数器的输出与数字控制信号进行比较，当计数器输出与数字控制信号相等时，比较器的输出发生反转，比较器的输出即为生成的数字PWM信号，其占空比的大小即由数字控制信号决定。

在文献“N.Zecevic,M.Hofbauer and H.Zimmermann,Integrated Pulse widthModulation Control for a Scalable Optical Switch Matrix,in IEEE PhotonicsJournal,vol.7,no.6,pp.1-7,Dec.2015”中，通过数字PWM信号驱动功率管的方法对光学开关阵列中的多个热调器进行驱动，高速的PWM信号由高速计数器，比较器，D触发器生成，且每个热调器都需要一个单独的数字PWM信号生成器，用于将数字控制信号转换为驱动功率管的数字PWM信号。

上述方法的缺点对于每个热调器，都需要单独的数字PWM信号生成模块，在大规模的硅基光子阵列中，无疑要消耗大量的硬件资源，同时产生极高的功耗，不利于低成本的商业应用。

发明内容

本发明提供一种大规模热调相移器的驱动方法和驱动系统，用以解决现有技术中用于热调相移器驱动的数字PWM信号驱动功率管方案中每个热调器驱动都需要单独的数字PWM信号生成模块从而不适合大规模热调相移器驱动的的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种大规模热调相移器的驱动方法，包括：