[发明专利]面向高速光电互连的直接调制激光器驱动电路

说明书

本发明属于芯片设计技术领域，涉及一种面向高速光电互连的直接调制激光器驱动电路，包括：第一匹配电阻、第二匹配电阻、晶体管M1和晶体管M2；当晶体管M1闭合，且晶体管M2断开时，激光器二极管的驱动电流为I₁；当晶体管M2闭合，且晶体管M1断开时，激光器二极管的驱动电流为I₁+I₂，用于：调制。本申请通过激光器二极管两侧的匹配电阻，提供阻抗匹配，抑制高速信号的反射，改善信号质量；通过高速差分输入信号控制一对高速CMOS晶体管的开关，得到不同的驱动电流，从而得到快速变化的光信号，实现对光信号的调制。

技术领域

本发明属于芯片设计技术领域，涉及一种面向高速光电互连的直接调制激光器驱动电路，尤其涉及一种基于CMOS工艺的面向高速光电互连的直接调制激光器驱动电路。

背景技术

与本发明相关的现有技术一的技术方案简述如下：

图1是直流耦合驱动电路结构示意图，驱动电路的输出通过两个电阻分别和激光器二极管LD的阴极和阳极相连，激光器二极管LD的阴极被直接偏置在电源，通过在阳极接入一个电流源来控制直流偏置电流，激光器二极管LD的调制电流则由左侧驱动电路中的晶体管的尾电流决定。直流耦合驱动电路的结构简单，只需要将激光器二极管LD偏置在一个较低的值(大于激光器二极管LD的阈值即可)，即可实现其正常工作。

以上所述现有技术一具有以下缺点：

直流耦合驱动电路的问题在于：当需要驱动激光器二极管在一个比较高的速率时，难以实现较高的调制电流；例如：在电源电压为V_DD时，对于25Gbit/s的数据率，电流从偏置上升到峰值的最大调制时间为20ps，调制电流I_mod为60mA，激光器二极管的等效电阻R_D为20欧姆(包括封装电阻)，假设波形对称，则激光器二极管的等效电阻R_D两端的瞬时的电压变化V_L如式(1)所示，

V_L＝Ldi/dt (1)

其中，L为激光器二极管的电感(包括Bonding线的寄生电感),当L＝0.5nH时，激光器二极管的开启电压为1.6V，V_L的大小为1.5V，则直流耦合驱动电路输出端的瞬时电压V如式(2)所示，

V＝V_DD-1.5-1.6-(I_modR_D) (2)

因此对于上述速率和调制电流来说，需要用较大的电源电压来实现。此时，直流耦合驱动电路输出级的晶体管需要使用承压能力较高的高压管，但通常高压管的开关速度较慢，无法应用于高速互连的电路中，因此，应用现有技术一的技术方案，可以传输的数据速率上限较低。

与本发明相关的现有技术二的技术方案简述如下：

交流耦合驱动电路结构如图2所示，其与直流耦合驱动电路的区别在于：(1)激光器二极管LD两端的交流电压与等效电阻有关，大小等于调制电流与等效电阻之积；(2)瞬态电压等于等效电阻乘以调制电流的一半。

以上所述现有技术二具有以下缺点：

相对于直流耦合驱动电路，交流耦合驱动电路结构的设计余量更大，不过却引入了额外的电容和电感，对于高速路径来说，可能会导致信号失真，因此对电路匹配的要求更高。此外，交流耦合驱动电路结构中的耦合电容会对系统的抖动有一定的影响，需要将其电容值设置的足够大，以降低上述影响，但这同时又会对交流耦合驱动电路的带宽产生影响，在设计时要充分考虑以上因素，增加了设计的难度。

关键术语定义列表