CN103347351B - 一种用于塑料光纤通信的光发射芯片的驱动集成电路 - Google Patents

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一种用于塑料光纤通信的光发射芯片的驱动集成电路，涉及一种光发射芯片。设有输入缓冲器、预驱动放大电路、主驱动放大电路、温度补偿电路和参考电压产生电路；缓冲器输出端经预驱动放大电路接主驱动放大电路输入端，主驱动放大电路的一个输出端经第1电阻接电源，主驱动放大电路另一个输出端经第2电阻接光源谐振腔光发射二极管的阴极；参考电压产生电路设有7个输出端，其中，4个参考电流输出端分别接输入缓冲器、预驱动放大电路和主驱动放大电路；3个参考电压输出端中的1个参考电压输出端作为输入缓冲器和预驱动放大电路的电源电压，另2个参考电压输出端接温度补偿电路的输入端，温度补偿电路的输出端接主驱动放大电路的一端。

Description

一种用于塑料光纤通信的光发射芯片的驱动集成电路
技术领域
本发明涉及一种光发射芯片，尤其是涉及波长为650±17nm的一种用于塑料光纤通信的光发射芯片的驱动集成电路。
背景技术
塑料光纤通信是新一代短距离传输系统，具有简便、高速、低成本和光纤柔性可弯曲等优点，可成功解决光纤通信中“最后100m”的接入难题，代替现有的铜质线缆实现光纤到桌面的全光网络通信。塑料光纤通信的发展既顺应国家“十二五”规划中光纤宽带到户和“光进铜退”的发展战略，又在推进三网融合、智能家庭网络、工业控制、物联网等领域发挥重要的作用。随着科技的发展，塑料光纤通信的应用领域越来越广，其市场的发展会越来越广阔。塑料光纤通信设备如媒体转换器、路由器、集线器、交换机和光纤网卡等都以650nm±17nm光收发模块为核心，其中光发射模块由分立的650nm±17nm谐振腔发光二极管和驱动电路芯片组成；光接收模块由分立的650nm±17nm光电探测器芯片和前置互阻放大器芯片组成。目前这些芯片都是分立状态，成本高，不利于塑料光纤通信技术的推广和普及。
由于以硅为材料的BCD（即为Bipolar,CMOS and DMOS）工艺的集成电路与以化合物为材料的650nm±17nm的光源RCLED的材料不兼容性，现有的光发射芯片多采用将光发射驱动电路和光源RCLED单独封装，这样不仅增加了系统元件和体积，使组装过程复杂，降低了系统工作可靠性，大大增加了成本，而且器件间的互连线较多，电容、电感等寄生参量较大，降低了器件性能。
目前，各类硅基光电集成电路几乎涉及了Bipolar、CMOS、BiCMOS、BCD、SOI等工艺，其中BCD标准工艺可在同一衬底上集成Bipolar器件、CMOS器件和DMOS器件，综合了双极型器件高跨导、强负载驱动能力、CMOS集成度高、低功耗等优点，成为硅基光电集成电路研究的一个创新思路和有益探索。另外，现有的封装和键合技术也已越来越成熟，也被运用到单片集成电路的研究中。此外，现有的商业用塑料光纤通信用的光发射模块中的主芯片多为进口国外的产品。国内较少有人做相关研究。
本申请人在中国专利CN102856324A中公开一种用于塑料光纤通信的硅基单片光电集成接收芯片。所述芯片是一种用于塑料光纤通信的650nm±17.8nm单片光电集成接收芯片，该芯片可替代现有的塑料光纤通信用的650nm±17.8nm光接收模块里的光电探测器芯片和前置放大集成电路芯片，实现650nm±17.8nm光电探测器和前置放大集成电路的单片光电集成，可满足塑料光纤通信100Mbps传输速率要求，用于塑料光纤通信650nm±17.8nm波长的光接收端。可采用标准的0.5μm BCD工艺制备。
发明内容
本发明的目的在于提供可替代现有的塑料光纤通信用的650nm±17nm光发射模块里的驱动集成电路芯片，用于驱动波长为650nm±17nm的光源RCLED发光，满足塑料光纤通信100Mbps传输速率要求的一种用于塑料光纤通信的光发射芯片的驱动集成电路。
本发明设有输入缓冲器（即为Input Buffer，简写为IB）、预驱动放大电路（即为Pre-DriveAmplifier，简写为PDA）、主驱动放大电路（即为Main Driver Amplifier，简写为MDA）、温度补偿电路（即为Temperature Compensation Circuit，简写为TCC）和参考电压产生电路（即为Reference Voltage Generating Circuit，简写为RVGC）；所述输入缓冲器的两个输入端分别接两个输入信号端，输入缓冲器的两个输出端接预驱动放大电路的两个输入端，预驱动放大电路的两个输出端接到主驱动放大电路的两个输入端，主驱动放大电路的一个输出端接第1电阻的一端，第1电阻的另一端接电源，主驱动放大电路另一个输出端通过第2电阻连接到光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阴极，光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阳极接电源；参考电压产生电路设有7个输出端，所述7个输出端包括4个参考电流输出端和3个参考电压输出端；4个参考电流输出端中的2个接输入缓冲器，1个接预驱动放大电路，1个接主驱动放大电路；3个参考电压输出端中的1个参考电压输出端作为输入缓冲器和预驱动放大电路的电源电压，另2个参考电压输出端接温度补偿电路的输入端，温度补偿电路的输出端接主驱动放大电路的一端。
本发明可用于塑料光纤通信的光发射组件，所述用于塑料光纤通信的光发射组件设有基底，在基底上的左侧从上至下依次设有左上焊盘、左中焊盘和左下焊盘，在光发射驱动电路上的右侧从上至下设有右上焊盘和右下焊盘，在基底上表面右侧部分设有预留焊盘，右下焊盘与预留焊盘之间通过导线连接；所述光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阴极端面通过银浆粘在预留焊盘上，光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阳极通过键合线与右上焊盘连接。
本发明设在基底上表面左半侧，在本发明上的左侧从上至下依次设有左上焊盘、左中焊盘和左下焊盘，在本发明上的右侧从上至下设有右上焊盘和右下焊盘，在基底上表面右侧部分设有预留焊盘，右下焊盘与预留焊盘之间通过导线连接；所述光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阴极端面通过银浆粘在预留焊盘上，光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阳极通过键合线与右上焊盘连接。
所述基底可采用硅基底，杂质为硼，可采用100晶向，电阻率为20Ω·cm。所述导线可采用铝线。左上焊盘和左中焊盘作为信号输入端，左下焊盘作为接地端，右下焊盘为光发射驱动电路的输出端。
所述用于塑料光纤通信的光发射组件可采用以下方法制备：
1）采用0.5μm BCD标准的硅集成电路工艺在单晶硅基底上左半侧进行生长、氧化、涂胶、曝光、杂质注入、扩散、退火，形成光发射驱动电路，在光发射驱动电路上左侧进行淀积金属铝板形成左上焊盘、左中焊盘和左下焊盘；在光发射驱动电路上右侧进行淀积金属铝板形成右上焊盘和右下焊盘；在基底上右侧部分进行淀积金属铝板形成预留焊盘；
2）在右下焊盘和预留焊盘之间通过淀积金属铝线相连，左上焊盘和左中焊盘是芯片的信号输入端，左下焊盘是接地端，右下焊盘作为光发射驱动电路的输出端；
3）在光发射驱动电路完成后，在预留焊盘上点上银浆，将光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阴极端面粘在焊盘上，并在大气环境中、温度150℃下进行烘烤1h；
4）将光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阳极通过键合线连接到光发射驱动电路的右上焊盘上，即得用于塑料光纤通信的光发射组件。
相比较现有的650nm±17nm光发射器，本发明具有以下突出优点：
1、本发明采用低成本的标准BCD工艺，不需要对工艺进行任何修改，降低了器件生产的复杂性以及制造成本。
2、本发明用于驱动的光源RLCED是塑料光纤通信中的常用光源，其成本较低，没有阈值电压，不需要大的偏置电流，降低了电路的复杂性，克服了激光器需要高偏置电流开启器件的缺点；
3、本发明中的温度补偿电路使得光发射器的输出光更具稳定性，而且不像激光器需要光敏二极管来稳定输出光功率，大大降低了器件的复杂性。
本发明的驱动集成电路流片后用于驱动RCLED发光，光功率最大为0dBm,调制电流可以达到30mA，用于塑料光纤通信测试，在误码率10-9下传输速率250Mbps。
附图说明
图1为本发明实施例的电路组成框图。
图2为本发明实施例的输入缓冲电路原理图。
图3为本发明实施例的预驱动放大电路原理图。
图4为本发明实施例的主驱动放大电路原理图。
图5为本发明实施例的温度补偿电路原理图。
具体实施方式
参见图1～5，本发明实施例设有输入缓冲器（即为Input Buffer，简写为IB）、预驱动放大电路（即为Pre-Drive Amplifier，简写为PDA）、主驱动放大电路（即为Main DriverAmplifier，简写为MDA）、温度补偿电路（即为Temperature Compensation Circuit，简写为TCC）和参考电压产生电路（即为Reference Voltage Generating Circuit，简写为RVGC）；所述输入缓冲器的两个输入端分别接两个输入信号端，输入缓冲器的两个输出端接预驱动放大电路的两个输入端，预驱动放大电路的两个输出端接到主驱动放大电路的两个输入端，主驱动放大电路的一个输出端接第1电阻的一端，第1电阻的另一端接电源，主驱动放大电路另一个输出端通过第2电阻连接到光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阴极，光源谐振腔光发射二极管（RCLED）的阳极接电源；参考电压产生电路设有7个输出端，所述7个输出端包括4个参考电流输出端和3个参考电压输出端；4个参考电流输出端中的2个接输入缓冲器，1个接预驱动放大电路，1个接主驱动放大电路；3个参考电压输出端中的1个参考电压输出端作为输入缓冲器和预驱动放大电路的电源电压，另2个参考电压输出端接温度补偿电路的输入端，温度补偿电路的输出端接主驱动放大电路的一端。
两个输入信号端Vin和Vip接到IB的两个输入端，IB的两个输出端接到PDA的两个输入端，PDA的两个输出端接到MDA的两个输入端，MDA的输出端Voutp接到电阻R1的一端，R1的另一端接到电源VCC，MDA另一个输出端Voutn通过电阻R2连接到光源RCLED的阴极，RCLED的阳极接到VCC。RVC有7个输出，为四个参考电流输出：其中两个参考电流接到IB，一个接到PDA，一个接到MDA；以及三个参考电压输出端：一个参考电压输出Vldo作为IB和PDA的电源电压，另两个参考电压输出接到TCC的输入端。TCC的输出Vmod接到MDA的一端，另外三个电阻Rs,Rm,Rt端口分别接三个片外电阻。
本发明实施例可用于塑料光纤通信的650nm±17nm硅基光发射芯片。

Claims (1)

1.一种用于塑料光纤通信的光发射芯片的驱动集成电路，其特征在于设有输入缓冲器、预驱动放大电路、主驱动放大电路、温度补偿电路和参考电压产生电路；所述输入缓冲器的两个输入端分别接两个输入信号端，输入缓冲器的两个输出端接预驱动放大电路的两个输入端，预驱动放大电路的两个输出端接到主驱动放大电路的两个输入端，主驱动放大电路的一个输出端接第1电阻的一端，第1电阻的另一端接电源，主驱动放大电路另一个输出端通过第2电阻连接到光源谐振腔光发射二极管的阴极，光源谐振腔光发射二极管的阳极接电源；参考电压产生电路设有7个输出端，所述7个输出端包括4个参考电流输出端和3个参考电压输出端；4个参考电流输出端中的2个接输入缓冲器，1个接预驱动放大电路，1个接主驱动放大电路；3个参考电压输出端中的1个参考电压输出端作为输入缓冲器和预驱动放大电路的电源电压，另2个参考电压输出端接温度补偿电路的输入端，温度补偿电路的输出端接主驱动放大电路的一端。
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