CN105610404B - 一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，涉及光驱动器技术领域，包括至少三个并联的电压倍增放大器，每个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各与分布式光驱动器的一个输入端连接，每个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端各与分布式光驱动器的一个输出端连接；首个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端，以及末个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各连接有一个用于吸收信号反射的端接电阻。本发明能在顺应芯片制作工艺发展的前提下，实现光驱动器的高摆幅、高带宽输出。

Description

一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器
技术领域
本发明涉及光驱动器技术领域，具体涉及一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器。
背景技术
在光通信领域中，马赫曾德尔调制器、电吸收调制激光器等光器件是实现大容量传输的关键模块。为了使上述光器件在实际使用中满足各项性能指标，则要求上述光器件的驱动器需要具有高摆幅、高带宽的特性。
但是，随着芯片制作工艺的发展(芯片尺寸越来越小)和晶体管尺寸的不断缩小，使得由传统晶体管制成的光驱动器的截止频率不断提高、击穿电压不断减小(因为晶体管沟道尺寸越来越小以及栅极绝缘层越来越薄，器件所能容忍的最高电压变得越来越低)。小尺寸的晶体管虽然更易于实现光驱动器的高带宽，但是难以满足光驱动器的高电压特性。比如马赫曾德尔调制器要求其驱动器的差分输出摆幅高达6V，而一般的高速晶体管的击穿电压小于1.8V，利用这种低击穿电压的晶体管难以实现光驱动器的高摆幅输出的要求。
因此，在顺应芯片制作工艺发展的前提下，如何实现一种高摆幅高带宽输出的光驱动器是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，能在顺应芯片制作工艺发展的前提下，实现光驱动器的高摆幅、高带宽输出。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：提供一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，包括至少三个并联的电压倍增放大器，每个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各与分布式光驱动器的一个输入端连接，每个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端各与分布式光驱动器的一个输出端连接；首个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端，以及末个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各连接有一个用于吸收信号反射的端接电阻R。
在上述技术方案的基础上，该分布式光驱动器还包括多个电感L，每个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过电感L与分布式光驱动器的一个输入端连接，每个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端各通过电感L与分布式光驱动器的一个输出端连接；相邻电压倍增放大器的同极性输入端之间、同极性输出端之间均通过电感L连接；首个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端，以及末个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过电感L与端接电阻R连接。
在上述技术方案的基础上，该分布式光驱动器还包括多个能产生电感效应的传输线，每个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过所述传输线与分布式光驱动器的一个输入端连接，每个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端各通过所述传输线与分布式光驱动器的一个输出端连接；相邻电压倍增放大器的同极性输入端之间、同极性输出端之间均通过所述传输线连接；首个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端，以及末个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过所述传输线与端接电阻R连接。
在上述技术方案的基础上，所述电压倍增放大器包括至少两个相互堆叠的电压倍增单元，每个电压倍增单元包括用于提供不同差分电压和共模电压来驱动晶体管的缓冲器T、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2；缓冲器T的同相输入端、反相输入端各与电压倍增放大器的一个输入端连接，缓冲器T的同相输出端与第一晶体管Q1的基极连接，反相输出端与第二晶体管Q2的基极连接；相邻电压倍增单元的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2串联，首个电压倍增单元的两个晶体管Q的集电极各与电压倍增放大器的一个输出端连接，末个电压倍增单元的两个晶体管Q的发射极均接地。
在上述技术方案的基础上，串联的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2的集电极与发射极的压差相同。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的光驱动器包括至少三个电压倍增放大器，所有电压倍增放大器之间相互并联形成分布式结构。与现有的分布式放大器相比，由于本发明采用了基于击穿电压倍增技术的电压倍增放大器，从而使得击穿电压相同的晶体管可以获得更高摆幅的输出；而与传统的单级电压倍增电路相比，由于本发明采用多级分布式结构，使得光驱动器能获得更大的输出带宽。有鉴于此，本发明能在顺应芯片制作工艺发展的前提下，有效实现光驱动器的高摆幅、高带宽输出。
2、本发明的电压倍增放大器包括至少两个相互堆叠的电压倍增单元，可形成两级或多级的分压，电压倍增效果好。其中，每个电压倍增单元包括用于提供不同差分电压和共模电压来驱动晶体管的缓冲器，多个电压倍增单元的缓冲器能产生多个输入信号，通过调节多个信号的共模电平和差模电平，使得多级堆叠的电压倍增放大器中的每一层电压倍增单元的晶体管获得相同的分压，有效避免了晶体管击穿电压的限制，进而使得光驱动器能够获得更好的输出摆幅。
3、本发明能够用作于各种光器件的驱动电路，例如马赫曾德尔调制器、电吸收调制激光器的驱动电路，适用范围广，具有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例中实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器的结构示意图；
图2为本发明实施例中电压倍增放大器的结构示意图；
图3为图2中对应A、B、C三点的电压信号方波图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，包括多个电感L和至少三个电压倍增放大器，所述电压倍增放大器之间相互并联；每个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过电感L与分布式光驱动器的一个输入端连接，每个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端各通过电感L与分布式光驱动器的一个输出端连接；相邻电压倍增放大器的同极性输入端之间、同极性输出端之间均通过电感L连接；首个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端，以及末个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过电感L连接有一个用于吸收信号反射的端接电阻R。
实际使用时，当分布式光驱动器的输入信号频率较大时，电压倍增放大器内的电感L可以由能够产生电感效应的传输线替代。
参见图2所示，所述电压倍增放大器包括至少两个相互堆叠的电压倍增单元，每个电压倍增单元包括用于提供不同差分电压和共模电压来驱动晶体管的缓冲器T、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，缓冲器T的同相输入端、反相输入端各与电压倍增放大器的一个输入端连接，缓冲器T的同相输出端与第一晶体管Q1的基极连接，用来驱动第一晶体管Q1，反相输出端与第二晶体管Q2的基极连接，用来驱动第二晶体管Q2；相邻电压倍增单元的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2串联(即第一晶体管Q1的集电极与一个相邻电压倍增单元的第二晶体管Q2的发射极相连，第一晶体管Q1的发射极与另一个相邻电压倍增单元的第二晶体管Q2的集电极相连)，首个电压倍增单元的两个晶体管Q的集电极各与电压倍增放大器的一个输出端连接，末个电压倍增单元的两个晶体管Q的发射极均接地。
其中，每个电压倍增单元的晶体管获得的分压相同，即相互串联的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2的集电极与发射极的压差相同，例如，图2中，A点与B点的压差＝B点与C点的压差。
本发明的电压倍增放大器通过电压倍增技术，实现了高摆幅输出的效果，其具体原理分析如下：
参见图2、图3所示，当某个电压倍增单元的第二晶体管Q2的基极输入一个低电平时，尾电流源的电流都将从该电压倍增单元的第一晶体管Q1流过，这会使得与该第二晶体管Q2串联的相邻电压倍增单元的第一晶体管Q1的集电极(如A点)的电压较高，此时，该第二晶体管Q2，以及与该第二晶体管Q2串联的第一晶体管Q1均存在击穿的风险。
在此情况下，本发明通过合理增设缓冲器T，使其产生合适的电压分配到与输入低电平的第二晶体管Q2串联的第一晶体管Q1的基极上，使得B点的电压位于A点电压和C点电压的中点上(如图3所示)，即A点电压减去B点的电压等于B点的电压减去C点的电压，使得相邻电压倍增单元的晶体管获得相同的分压，从而降低了输入低电平的第二晶体管Q2，以及与该第二晶体管Q2串联的第一晶体管Q1的击穿风险，进而避免了击穿电压的限制，实现了高摆幅输出的效果。
当某个电压倍增单元的第一晶体管Q1的基极输入一个高电平时，尾电流源的电流都将从该电压倍增单元的第二晶体管Q2流过，这会使得与输入高电平的第一晶体管Q1串联的相邻电压倍增单元的第二晶体管Q2的集电极的电压较高，此时输入高电平的第一晶体管Q1，以及与该第一晶体管Q1串联的第二晶体管Q2均存在击穿的风险。
在此情况下，由于每个电压倍增单元是差分对称结构，同样利用缓冲器T，可达到与输入低电平时相同的效果，即同样能使相邻电压倍增单元的晶体管获得相同的分压，从而降低晶体管的击穿风险，避免晶体管的击穿电压限制，从而实现高摆幅输出的效果。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，其特征在于：包括至少三个并联的电压倍增放大器，多个电感L和多个端接电阻R；首个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过电感L与分布式光驱动器的一个输入端连接，末个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端各通过电感L与分布式光驱动器的一个输出端连接；相邻电压倍增放大器的同极性输入端之间、同极性输出端之间均通过电感L连接；首个电压倍增放大器的同相输出端、反相输出端，以及末个电压倍增放大器的同相输入端、反相输入端各通过电感L与端接电阻R连接。
2.如权利要求1所述的实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，其特征在于：所述多个电感L均由能够产生电感效应的传输线替代。
3.如权利要求1所述的实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，其特征在于：所述至少三个并联的电压倍增放大器均包括至少两个相互堆叠的电压倍增单元，每个电压倍增单元包括用于提供不同差分电压和不同共模电压来驱动晶体管的缓冲器T、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2；
缓冲器T的同相输入端、反相输入端各与电压倍增放大器的一个输入端连接，缓冲器T的同相输出端与第一晶体管Q1的基极连接，反相输出端与第二晶体管Q2的基极连接；相邻电压倍增单元的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2串联，首个电压倍增单元的两个晶体管Q1、Q2的集电极各与电压倍增放大器的一个输出端连接，末个电压倍增单元的两个晶体管Q1、Q2的发射极均接地。
4.如权利要求3所述的实现高摆幅高带宽输出的分布式光驱动器，其特征在于：串联的第一晶体管Q1、第二晶体管Q2的集电极与发射极的压差相同。
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