CN110086082B - 一种电容耦合预加重的vcsel激光器高速驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明设计了一种电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其中主驱动级主要实现整个驱动电路的驱动功能，为VCSEL激光器提供调制电流和偏置电流；辅驱动级中的延时模块D1、D2，将输入信号INN、INP延时后送入辅驱动级差分输入管NM3和NM4的栅极，辅驱动级与主驱动级配合实现预加重；耦合电容C1、C2将辅驱动级差分输出的高频信号耦合至主驱动级差分输出端，实现电容耦合预加重，主驱动级和辅驱动级的输入信号为同一信号，主驱动级与经过电容的辅驱动级输出端信号叠加后驱动VCSEL激光器发光。通过电容将延时后的高频信号耦合到主驱动级，高频信号进一步叠加，而低频信号由于交流耦合却不受影响，在不牺牲调制电流的情况下实现预加重的效果。

Description

一种电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路
技术领域
本发明属于光通信发射端VCSEL激光器驱动芯片电路技术领域，尤其涉及一种电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路。
背景技术
光纤通信以其数据容量大、传输速率快、抗干扰能力强等优势在通信系统中扮演着越来越重要的角色；而VCSEL激光器以其体积小、易耦合、效率高等特点被广泛应用于光纤通信系统中。在光发射端，要求驱动电路在保证高带宽、大驱动能力的同时，能够克服由于寄生参数(如寄生电感、寄生电容)带来的高频信号衰减的问题，进而引入了预加重技术，而现有的预加重技术大多数是通过降低调制电流的方式获得预加重效果，减小了驱动电路的驱动能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，通过电容将延时后的高频信号耦合到主驱动级，高频信号进一步叠加，而低频信号由于交流耦合却不受影响，在不牺牲调制电流的情况下实现预加重的效果，既保证了驱动电路的驱动能力，同时有效的保证了带宽。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，包括主驱动级、辅驱动级以及耦合电容C1、C2，其中主驱动级主要实现整个驱动电路的驱动功能，为VCSEL激光器提供调制电流和偏置电流；辅驱动级中的延时模块D1、D2，将输入信号INN、INP延时后送入辅驱动级差分输入管NM3和NM4的栅极，辅驱动级与主驱动级配合实现预加重；耦合电容C1、C2将辅驱动级差分输出的高频信号耦合至主驱动级差分输出端，实现电容耦合预加重，主驱动级和辅驱动级的输入信号为同一信号，输出端通过耦合电容C1、C2连接，主驱动级与经过电容的辅驱动级输出端信号叠加后驱动VCSEL激光器发光。
按上述技术方案，主驱动级包括NMOS管NM1、NMOS管NM2、电阻R1、电阻R2以及电流源Imod，NMOS管NM1的栅极接输入电压INN，漏极一方面作为主驱动级差分输出的正输出端接激光器VCSEL阳极，另一方面通过主驱动级负载电阻R1接到电源电压VDD1，同时接在耦合电容C1第一端，NM1的源极与电流源Imod相连接；NMOS管NM2的栅极接输入电压INP，漏极一方面作为主驱动级差分输出的负输出端接激光器VCSEL阴极，另一方面通过主驱动级负载电阻R2接到电源电压VDD1，同时接在耦合电容C2第一端，NM2的源极与电流源Imod相连接。
按上述技术方案，辅驱动级包括NMOS管NM3、NMOS管NM4、电阻R3、电阻R4、延时单元D1、延时单元D2以及电流源Ipre，NMOS管NM3的栅极接延时单元D1的输出端，漏极一方面通过辅驱动级负载电阻R3接到电源电压VDD2，另一方面接在耦合电容C2的第二端，NM3的源极与电流源Ipre相连接；NMOS管NM4的栅极接延时单元D2的输出端，漏极一方面通过辅驱动级负载电阻R4接到电源电压VDD2，另一方面接在耦合电容C1的第二端，NM4源极与电流源Ipre相连接；延时单元D1的输入端接输入电压INN，输出端接辅驱动级输入管NM3的栅极；延时单元D2的输入端接输入电压INP，输出端接辅驱动级输入管NM4的栅极。
按上述技术方案，耦合电容C1的第一端接在主驱动级输入管NM1的漏极、主驱动级负载电阻R1的第一端和激光器二极管VCSEL的阳极，C1的第二端接在辅驱动级输入管NM4的漏极和辅驱动级负载电阻R4的第一端；耦合电容C2的第一端接在主驱动级输入管NM2的漏极、主驱动级负载电阻R2的第一端和激光器二极管VCSEL的阴极，第二端接在辅驱动级输入管NM3的漏极和辅驱动级负载电阻R3的第一端。
按上述技术方案，电阻R1的第一端接主驱动级输入管NM1的漏极，第二端接电源电压VDD1；电阻R2的第一端接主驱动级输入管NM2的漏极，第二端接电源电压VDD1；电阻R3的第一端接辅驱动级输入管NM3的漏极，第二端接电源电压VDD2；电阻R4的第一端接辅驱动级输入管NM4的漏极，第二端接电源电压VDD2。
按上述技术方案，激光器二极管VCSEL的阳极与NM1的漏极、电阻R1的第一端、电容C1的第一端连接，激光器二极管VCSEL的阴极电流源Ibias连接。
按上述技术方案，延时单元D1、D2延迟时间可调，根据不同的信号速率，通过调整延迟时间实现不同速率下的预加重效果。
按上述技术方案，通过调节Ipre电流大小，可调节辅驱动电路输出峰值大小，实现不同程度的预加重效果。
本发明产生的有益效果是：(1)经过延时单元D1、D2的输入信号经过辅驱动级输出后，通过电容C1、C2将高频信号耦合到主驱动级输出端，与主输出级高频信号叠加，获得预加重效果；
(2)由于辅驱动级和主驱动级是通过电容进行高频耦合，对低频信号的影响可忽略不计，因此不以牺牲调制电流为代价就能实现预加重效果；
(3)针对不同速率的输入信号，可通过调节延时单元的延迟时间可将高频信号叠加到输出信号的尖峰脉冲信号相同位置，即可实现不同速率下的预加重效果；
(4)调节Ipre电流大小，可调节辅驱动电路输出峰值大小，实现不同程度的预加重效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本实施例中提供一种电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，驱动电路包括：四只NMOS管NM1、NM2、NM3、NM4，四只电阻R1、R2、R3、R4，两只电容C1、C2，两只延时单元D1、D2和一只激光二极管VCSEL；NMOS管NM1的栅极接输入电压INN，漏极一方面作为主驱动级差分输出的正输出端接激光器VCSEL阳极，另一方面通过主驱动级负载电阻R1接到电源电压VDD1，同时接在耦合电容C1第一端，NM1的源极与电流源Imod相连接；NMOS管NM2的栅极接输入电压INP，漏极一方面作为主驱动级差分输出的负输出端接激光器VCSEL阴极，另一方面通过主驱动级负载电阻R2接到电源电压VDD1，同时接在耦合电容C2第一端，NM2的源极与电流源Imod相连接。
NMOS管NM3的栅极接延时单元D1的输出端，漏极一方面通过辅驱动级负载电阻R3接到电源电压VDD2，另一方面接在耦合电容C2的第二端，NM3的源极与电流源Ipre相连接；NMOS管NM4的栅极接延时单元D2的输出端，漏极一方面通过辅驱动级负载电阻R4接到电源电压VDD2，另一方面接在耦合电容C1的第二端，NM4源极与电流源Ipre相连接。
耦合电容C1的第一端接在主驱动级输入管NM1的漏极、主驱动级负载电阻R1的第一端和激光器二极管VCSEL的阳极，C1的第二端接在辅驱动级输入管NM4的漏极和辅驱动级负载电阻R4的第一端；耦合电容C2的第一端接在主驱动级输入管NM2的漏极、主驱动级负载电阻R2的第一端和激光器二极管VCSEL的阴极，第二端接在辅驱动级输入管NM3的漏极和辅驱动级负载电阻R3的第一端。
延时单元D1的输入端接输入电压INN，输出端接辅驱动级输入管NM3的栅极；延时单元D2的输入端接输入电压INP，输出端接辅驱动级输入管NM4的栅极；电阻R1的第一端接主驱动级输入管NM1的漏极，第二端接电源电压VDD1；电阻R2的第一端接主驱动级输入管NM2的漏极，第二端接电源电压VDD1；电阻R3的第一端接辅驱动级输入管NM3的漏极，第二端接电源电压VDD2；电阻R4的第一端接辅驱动级输入管NM4的漏极，第二端接电源电压VDD2；激光器二极管VCSEL的阳极与所述的NMOS管NM1的漏极、电阻R1的第一端、电容C1的第一端连接，激光器二极管VCSEL的阴极电流源Ibias连接。
NMOS管NM1、NM2，电阻R1、R2以及电流源Imod组成主驱动级，NMOS管NM3、NM4，电阻R3、R4以及电流源Ipre组成辅驱动级，主驱动级和辅驱动级的差分输出之间通过电容C1、C2实现高频信号的耦合，获得预加重效果。
其中，延时单元D1、D2延迟时间可调，根据不同的信号速率，通过调整延迟时间实现不同速率下的预加重效果。
同时通过调节Ipre电流大小，可调节辅驱动电路输出峰值大小，实现不同程度的预加重效果。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其特征在于，包括主驱动级、辅驱动级以及耦合电容C1、C2，其中主驱动级主要实现整个驱动电路的驱动功能，为VCSEL激光器提供调制电流和偏置电流；辅驱动级中的延时模块D1、D2，将输入信号INN、INP延时后送入辅驱动级差分输入管NM3和NM4的栅极，辅驱动级与主驱动级配合实现预加重；耦合电容C1、C2将辅驱动级差分输出的高频信号耦合至主驱动级差分输出端，实现电容耦合预加重，主驱动级和辅驱动级的输入信号为同一信号，输出端通过耦合电容C1、C2连接，主驱动级与经过电容的辅驱动级输出端信号叠加后驱动VCSEL激光器发光，主驱动级包括NMOS管NM1、NMOS管NM2、电阻R1、电阻R2以及电流源Imod，NMOS管NM1的栅极接输入电压INN，漏极一方面作为主驱动级差分输出的正输出端接激光器VCSEL阳极，另一方面通过主驱动级负载电阻R1接到电源电压VDD1，同时接在耦合电容C1第一端，NM1的源极与电流源Imod相连接；NMOS管NM2的栅极接输入电压INP，漏极一方面作为主驱动级差分输出的负输出端接激光器VCSEL阴极，另一方面通过主驱动级负载电阻R2接到电源电压VDD1，同时接在耦合电容C2第一端，NM2的源极与电流源Imod相连接。
2.根据权利要求1所述的电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其特征在于，辅驱动级包括NMOS管NM3、NMOS管NM4、电阻R3、电阻R4、延时单元D1、延时单元D2以及电流源Ipre，NMOS管NM3的栅极接延时单元D1的输出端，漏极一方面通过辅驱动级负载电阻R3接到电源电压VDD2，另一方面接在耦合电容C2的第二端，NM3的源极与电流源Ipre相连接；NMOS管NM4的栅极接延时单元D2的输出端，漏极一方面通过辅驱动级负载电阻R4接到电源电压VDD2，另一方面接在耦合电容C1的第二端，NM4源极与电流源Ipre相连接；延时单元D1的输入端接输入电压INN，输出端接辅驱动级输入管NM3的栅极；延时单元D2的输入端接输入电压INP，输出端接辅驱动级输入管NM4的栅极。
3.根据权利要求1或2所述的电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其特征在于，耦合电容C1的第一端接在主驱动级输入管NM1的漏极、主驱动级负载电阻R1的第一端和激光器二极管VCSEL的阳极，C1的第二端接在辅驱动级输入管NM4的漏极和辅驱动级负载电阻R4的第一端；耦合电容C2的第一端接在主驱动级输入管NM2的漏极、主驱动级负载电阻R2的第一端和激光器二极管VCSEL的阴极，第二端接在辅驱动级输入管NM3的漏极和辅驱动级负载电阻R3的第一端。
4.根据权利要求1或2所述的电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其特征在于，电阻R1的第一端接主驱动级输入管NM1的漏极，第二端接电源电压VDD1；电阻R2的第一端接主驱动级输入管NM2的漏极，第二端接电源电压VDD1；电阻R3的第一端接辅驱动级输入管NM3的漏极，第二端接电源电压VDD2；电阻R4的第一端接辅驱动级输入管NM4的漏极，第二端接电源电压VDD2。
5.根据权利要求1或2所述的电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其特征在于，激光器二极管VCSEL的阳极与NM1的漏极、电阻R1的第一端、电容C1的第一端连接，激光器二极管VCSEL的阴极电流源Ibias连接。
6.根据权利要求1或2所述的电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其特征在于，延时单元D1、D2延迟时间可调，根据不同的信号速率，通过调整延迟时间实现不同速率下的预加重效果。
7.根据权利要求1或2所述的电容耦合预加重的VCSEL激光器高速驱动电路，其特征在于，通过调节Ipre电流大小，可调节辅驱动电路输出峰值大小，实现不同程度的预加重效果。
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