CN111029897B - 一种vcsel阳极驱动电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种VCSEL阳极驱动电路，包括轮流开启的第一开关管支路和第二开关管支路；第一开关管支路依次连接第一输出阻抗和第一开关管，第一输出阻抗和第一开关管的节点通过辅助阻抗后与电源连接；第二开关管支路上依次连接第二输出阻抗和第二开关管，第二开关管与第二输出阻抗之间的节点与VCSEL激光器连接后接地；第一输出阻抗和第二输出阻抗相互连接，第一开关管与第二开关管连接后再连接尾电流，尾电流的另一端接地；信号输入端通过输入缓冲级，连接第一开关管和第二开关管的控制端；第一输出阻抗和第二输出阻抗相等；辅助阻抗和VCSEL激光器的等效阻抗相等。本发明引入辅助阻抗来匹配VCSEL激光器的等效阻抗，从而提高输出信号的质量。

Description

一种VCSEL阳极驱动电路及方法
技术领域
本发明属于数据光纤通讯系统技术领域，具体涉及一种VCSEL阳极驱动电路及方法。
背景技术
由于VCSEL激光器的性能优秀且价格低廉，使得它广泛应用在数据光纤通讯系统中。随着数据速率越来越高，在多路数据传输中，VCSEL阵列逐渐代替单个的VCSEL在系统方案中使用，而VCSEL阵列中各个VCSEL的阴极是相互连通的，因此VCSEL驱动器只能使用阳极驱动的方法。
由于VCSEL驱动器输出的瞬态电流摆幅很大，在电源上会产生大量的噪声，这些噪声会通过VCSEL驱动器的输出阻抗叠加在输出上，影响数据传输质量。如图1所示，输入信号input通过输入缓冲级推动输出级的开关对管，开关对管受输入信号控制交替打开闭合，引导尾电流Iss在左右两条支路上交替流动，由于芯片外VCSEL器件的存在，流经左右两条支路上的电流并不相等，在电源power上可以看到电流随输入信号的跳变，考虑到芯片电源的键合及芯片内电源走线的寄生电阻的影响，在电源power上会产生电压噪声，这个噪声通过输出阻抗Z11分压至片外的VCSEL上，产生输出噪声，影响了输出信号的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种VCSEL阳极驱动电路及方法，能够降低电源噪声，提高输出信号的质量。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种VCSEL阳极驱动电路，其特征在于：本电路包括轮流开启的第一开关管支路和第二开关管支路；其中，
第一开关管支路上依次连接有第一输出阻抗和第一开关管，第一输出阻抗和第一开关管的节点通过辅助阻抗后与电源连接；
第二开关管支路上依次连接有第二输出阻抗和第二开关管，第二开关管与第二输出阻抗之间的节点与VCSEL激光器连接后接地；
第一输出阻抗和第二输出阻抗相互连接，第一开关管与第二开关管相互连接后再连接尾电流，尾电流的另一端接地；
信号输入端通过输入缓冲级后，分别连接到第一开关管和第二开关管的控制端，使得第一开关管和第二开关管轮流开启；
第一输出阻抗和第二输出阻抗的大小相等；辅助阻抗和VCSEL激光器的等效阻抗相等。
按上述方案，第一输出阻抗与第二输出阻抗的连接节点通过滤波电容后接地。
按上述方案，第二输出阻抗与第二开关管的节点上通有偏置电流。
一种所述的VCSEL阳极驱动电路的驱动方法，其特征在于：电源噪声至VCSEL激光器的阻抗变大，输出点的噪声经分压后变小；采用辅助阻抗来匹配VCSEL激光器的等效阻抗，使得电路工作时，在第一输出阻抗与第一开关管之间的节点、和第二输出阻抗与第二开关管之间的节点，产生对称的差分信号，进而在第一输出阻抗与第二输出阻抗的连接节点形成虚拟地，实现噪声通路与信号通路的分离。
按上述方法，在所述的虚拟地增加滤波电容，提高对虚拟地对电源噪声的吸收。
本发明的有益效果为：
1、在现有的驱动电路基础上，引入辅助阻抗用来匹配VCSEL激光器的等效阻抗，电源上的噪声虽然仍然存在，但传输至输出端所经过的阻抗大大增加了，分压落在VCSEL驱动器上的噪声也就大大减小了。。
2、由于辅助阻抗的存在，使得电路工作时，在第一输出阻抗与第一开关管之间的节点、和第二输出阻抗与第二开关管之间的节点，产生对称的差分信号，进而在第一输出阻抗与第二输出阻抗的连接节点形成虚拟地，也就是此点不跟随输入信号变化而始终保持恒定，这样就实现了噪声通路和信号通路的分离，在虚拟地增加滤波电容，既提高了虚拟地对电源噪声的吸收，又不会对高速信号产生衰减，大大优化了输出信号的质量。
3、本发明既没有增加额外的供电电源，也没有消耗额外的功耗，对于光纤通信系统模组的设计是更优化的选择。
附图说明
图1为传统VCSEL驱动器的驱动电路结构示意图。
图2为本发明一实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
为了减小传统VCSEL驱动器驱动电路的电源噪声的影响，最直接的做法是在噪声通路也就是输出端增加滤波电容，可是由于传统结构的噪声通路和信号通路的路径相同，滤波电容会增大输出点的电容负载，对输出信号同样产生了很大的衰减，在高速数据传输中并不适用。
本发明提供一种VCSEL阳极驱动电路，如图2所示，本电路包括轮流开启的第一开关管支路和第二开关管支路；其中，第一开关管支路上依次连接有第一输出阻抗Z11和第一开关管，第一输出阻抗Z11和第一开关管的节点通过辅助阻抗Z2后与电源连接。第二开关管支路上依次连接有第二输出阻抗Z12和第二开关管，第二开关管与第二输出阻抗Z12之间的节点与VCSEL激光器连接后接地。第一输出阻抗Z11和第二输出阻抗Z12相互连接，第一开关管与第二开关管相互连接后再连接尾电流Iss，尾电流的另一端接地。信号输入端input通过输入缓冲级后，分别连接到第一开关管和第二开关管的控制端，使得第一开关管和第二开关管轮流开启。第一输出阻抗Z11和第二输出阻抗Z12的大小相等；辅助阻抗和VCSEL激光器的等效阻抗相等。
优选的，第一输出阻抗Z11与第二输出阻抗Z12的连接节点通过滤波电容C后接地。
第二输出阻抗与第二开关管的节点上还可以通有偏置电流Ib。
一种所述的VCSEL阳极驱动电路的驱动方法，采用辅助阻抗Z2来匹配VCSEL激光器的等效阻抗，这样，电源上的噪声虽然仍然存在，但传输至输出端所经过的阻抗大大增加了，分压落在VCSEL驱动器上的噪声也就大大减小了。更重要的是，由于辅助阻抗的存在，使得电路工作时，在第一输出阻抗与第一开关管之间的节点、和第二输出阻抗与第二开关管之间的节点，产生对称的差分信号，因此在输出阻抗的中心点（即第一输出阻抗Z11和第二输出阻抗Z12的节点）形成了虚拟地，也就是此点不跟随输入信号变化而始终保持恒定。这样就实现了噪声通路和信号通路的分离，从而利用电阻分压的方式减小了阳极驱动电路的噪声。若进一步在此虚拟地增加滤波电容C，既提高了虚拟地对电源噪声的吸收，又不会对高速信号产生衰减，大大优化了输出信号的质量。
本发明将电源噪声通路和信号通路分离，在滤除电源噪声的同时，又不会对信号通路的高速信号产生衰减，大大优化了输出信号的质量。更可贵的是，实现上述功能，芯片没有增加额外的电源管脚和功耗。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种VCSEL阳极驱动电路，其特征在于：本电路包括轮流开启的第一开关管支路和第二开关管支路；其中，
第一开关管支路上依次连接有第一输出阻抗和第一开关管，第一输出阻抗和第一开关管的节点通过辅助阻抗后与电源连接；
第二开关管支路上依次连接有第二输出阻抗和第二开关管，第二开关管与第二输出阻抗之间的节点与VCSEL激光器连接后接地；
第一输出阻抗和第二输出阻抗相互连接，第一开关管与第二开关管相互连接后再连接尾电流，尾电流的另一端接地；
信号输入端通过输入缓冲级后，分别连接到第一开关管和第二开关管的控制端，使得第一开关管和第二开关管轮流开启；
第一输出阻抗和第二输出阻抗的大小相等；辅助阻抗和VCSEL激光器的等效阻抗相等。
2.根据权利要求1所述的VCSEL阳极驱动电路，其特征在于：第一输出阻抗与第二输出阻抗的连接节点通过滤波电容后接地。
3.根据权利要求1所述的VCSEL阳极驱动电路，其特征在于：第二输出阻抗与第二开关管的节点上通有偏置电流。
4.一种权利要求1所述的VCSEL阳极驱动电路的驱动方法，其特征在于：电源噪声至VCSEL激光器的阻抗变大，输出点的噪声经分压后变小；采用辅助阻抗来匹配VCSEL激光器的等效阻抗，使得电路工作时，在第一输出阻抗与第一开关管之间的节点、和第二输出阻抗与第二开关管之间的节点，产生对称的差分信号，进而在第一输出阻抗与第二输出阻抗的连接节点形成虚拟地，实现噪声通路与信号通路的分离。
5.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于：在所述的虚拟地增加滤波电容，提高虚拟地对电源噪声的吸收。
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