[发明专利]一种大摆幅调制器驱动器输出级电路及调制器驱动器

说明书

本发明公开了一种大摆幅调制器驱动器输出级电路及调制器驱动器，该线性高带宽大摆幅调制器驱动器输出级电路，使用在输入对管上堆叠薄栅共源共栅管的方法增加输出摆幅，采用动态偏置网络，对共源共栅管进行实时偏置，解决了传统驱动器获得高输出摆幅面临的MOS管击穿的问题。不仅在保证晶体管安全工作的前提下得到高输出摆幅，同时针对带宽、线性度不足的问题，同样提出了有效的解决方案，使系统整体性能优异。

技术领域

本发明属于光通信芯片设计技术领域，具体涉及一种大摆幅调制器驱动器输出级电路及调制器驱动器。

背景技术

随着数据流量的不断增加，以及资源向云的处理和存储的加强，需要研究提高光通信吞吐量的创新手段，大规模数据中心数据流量的快速增长需要下一代光学互连技术。而对于即将大规模采用的400Gb/s的光通信标准，驱动电路的线性度和高带宽对于在高数据速率下启用高阶调制格式是必不可少的。为了进一步增加收发机的传输带宽，同时保持其大小和成本，在200Gb/s和400Gb/s以太网标准大规模采用基于PAM4调制的数据传输模式，并且需要集成电路的模拟带宽超过50GHz。与传统NRZ系统相比，PAM4等高阶调制的使用可以减少码间干扰(ISI)和串扰，实现更高的数据速率。

光发射机的主要作用是用输入的电信号调制发射光束，并利用耦合技术，将光信号耦合注入至光纤中。而驱动电路使用电信号对光信号调制的方法分为直接调制和间接调制。直接调制指调制信号直接调制激光器，产生调制信号光的产生；而间接调制是指将信号光的产生和调制分离，激光器产生光源，调制信号作用于专门的调制器对信号光进行调制。由于激光器的自身非线性难以满足PAM-4的线性输出要求，高阶调制一般要选择间接调制，这样产生的调制信号质量更高，能够用于高速率超长距离通信。

目前，绝大多数调制器驱动电路采用SiGe或III-V族工艺，成本较高，且不利于大规模集成。另一方面，CMOS工艺成本更低，且易于集成。因此在光发射机领域，基于CMOS工艺实现在成本、集成度等方面有较大优势。

但是，高速PAM-4调制器驱动器的设计存在许多挑战。首先，为了达到更高的速率，增加带宽，需要同时考虑晶体管和布局的寄生。其次，为了满足PAM4信号传输的线性度要求，不能使用限幅放大器的拓扑结构，必须使用线性化结构。最后，为了在输出端得到足够的消光比，希望驱动器输出级有尽可能大的输出摆幅。

另一方面，高速MOS管的击穿电压在1V左右，无法输出1V以上的摆幅，而正常的调制器需要的调制电压常常需要几伏。传统的方法一般是通过在薄栅管外增加厚栅共源共栅管的方法对其保护，但问题是厚栅管的寄生大，速度慢，又限制了输出级的速度。同时MOS管线性度较差，且容易受环境寄生影响，带宽降低。因此，急需基于CMOS工艺的高摆幅、高带宽、高线性度的调制器驱动器电路结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出了一种大摆幅调制器驱动器输出级电路，不但可以解除MOS管的耐压对摆幅的限制，同时实现了高带宽、高线性度。

本发明采用以下技术方案来实现的：

一种大摆幅调制器驱动器输出级电路，其特征在于，包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电阻Rs1、电阻Rs2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻RL1、电阻RL2、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4；