CN111313228B - 激光驱动电路及光发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光驱动电路及光发射系统，包括：阳极、阴极输入晶体管接收差分输入信号，源端相连后经过第一电流源接地；直流工作点匹配模块分别连接于阳极、输入晶体管的漏端，用于对直流工作点进行匹配，使得流过阳极、阴极输入晶体管的电流相等；阳极负载晶体管的栅端连接反相输入信号及阳极偏置信号；阴极负载晶体管的栅端连接正相输入信号及阴极偏置信号。本发明采用源跟随器作为输出负载，避免功耗的浪费，打破低功耗与大带宽之间存在矛盾；且采用阳极、阴极偏置环路进行偏置，使得直流工作点匹配，进而确保输出至发光二极管的偏置电流精度。

Description

激光驱动电路及光发射系统

技术领域

本发明涉及光通信领域，特别是涉及一种激光驱动电路及光发射系统。

背景技术

随着数据中心、高性能超算逐渐使用光互连来取代铜互连来满足日益增长的带宽需求，不管是直接调制激光器还是外部调制激光器，光发射机芯片的功耗都占模块整体功耗很大一部分，所以提高光发射机芯片的能效是目前研究和发展的主要方向。而激光驱动电路是光发射机芯片的主要功耗消耗模块，大约占比50%以上，所以降低激光驱动电路的功耗能显著降低整体发射机芯片的功耗。同时，带宽对于激光驱动电路也是一项重要的指标。

如图1所示为传统的激光驱动电路结构1，差分对管N1’、N2’的源极相连并连接电流源S1’后接地，差分对管N1’、N2’的栅极分别连接一输入信号，差分对管N1’、N2’的漏极分别通过一组电阻Rload（有源反向端接电阻）连接电源；电源与电流模电路的输出端之间连接电流源S2’，发光二极管的正极连接电流模电路的输出端、负极接地。由于电阻Rload与VCSEL的调制电流分流，造成功耗的浪费，且电阻Rload越小分流越大，而为了获得大的带宽电阻Rload越小越好，因此，低功耗与大带宽之间存在矛盾。此外，PVT（压强、体积、温度）对于电阻的阻值影响比较大，当激光驱动电路所处的环境比较恶劣时，电阻的阻值就会发生比较大的变化，导致整个系统的性能下降。

因此，如何克服有源反向端接电阻对激光驱动电路的功耗、性能影响，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光驱动电路及光发射系统，用于解决现有技术中激光驱动电路功耗高、性能差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种激光驱动电路，所述激光驱动电路至少包括：

阳极输入晶体管、阴极输入晶体管、阳极负载晶体管、阴极负载晶体管、直流工作点匹配模块、阳极工作电压产生模块及阴极工作电压产生模块；

所述阳极输入晶体管的栅端连接正相输入信号，所述阴极输入晶体管的栅端连接反相输入信号，所述阳极输入晶体管与所述阴极输入晶体管的源端相连后经过第一电流源接地；

所述直流工作点匹配模块分别连接于所述阳极输入晶体管及所述阴极输入晶体管的漏端，用于对直流工作点进行匹配，使得流过所述阳极输入晶体管的电流与流过所述阴极输入晶体管的电流相等；

所述阳极负载晶体管的源端连接所述直流工作点匹配模块，漏端连接所述阳极工作电压产生模块，栅端连接所述反相输入信号及阳极偏置信号；

所述阴极负载晶体管的源端连接所述直流工作点匹配模块，漏端连接所述阴极工作电压产生模块，栅端连接所述正相输入信号及阴极偏置信号。

可选地，所述激光驱动电路还包括用于提供所述阳极偏置信号的阳极偏置环路，所述阳极偏置环路基于所述阳极负载晶体管的源端电压及所述阳极负载晶体管的漏端预设电压自适应产生所述阳极负载晶体管的阳极偏置信号，并将所述阳极负载晶体管的漏端预设电压作为所述阳极工作电压产生模块的参考电压。

更可选地，所述阳极偏置环路包括第一缓冲器、阳极复制晶体管、第一预设电压产生单元、第一负载及第一运放；所述第一缓冲器的输入端连接所述阳极负载晶体管的源端直流电压，输出端连接所述阳极复制晶体管的源端；所述第一预设电压产生单元输出所述阳极负载晶体管的漏端预设电压；所述第一负载一端连接所述阳极复制晶体管的漏端，另一端连接电源电压；所述第一运放的正相输入端连接所述阳极复制晶体管的漏端，反相输入端连接所述第一预设电压产生单元的输出端，输出端连接所述阳极复制晶体管的栅端并输出所述阳极偏置信号；其中，所述阳极复制晶体管的宽长比与所述阳极负载晶体管的宽长比相同。

更可选地，所述阳极复制晶体管的尺寸小于所述阳极负载晶体管的尺寸。

更可选地，所述激光驱动电路还包括用于提供所述阴极偏置信号的阴极偏置环路，所述阴极偏置环路基于所述阴极负载晶体管的源端电压及所述阴极负载晶体管与所述阳极负载晶体管的漏源电压的差值，自适应产生所述阴极负载晶体管的阳极偏置信号及所述阴极负载晶体管的漏端预设电压，并将所述阴极负载晶体管的漏端预设电压作为所述阴极工作电压产生模块的参考电压。

更可选地，所述阴极偏置环路包括第二缓冲器、阴极复制晶体管、第二预设电压产生单元、第二运放、第一调整晶体管、第一偏置晶体管、第二偏置晶体管、第二负载及第三运放；所述第二缓冲器的输入端连接所述阴极负载晶体管的源端直流电压，输出端连接所述阴极复制晶体管的源端；所述第二运放的输入端分别接收所述阴极负载晶体管的源、漏端电压及所述阳极负载晶体管的源、漏端电压，以获得所述阴极负载晶体管与所述阳极负载晶体管的漏源电压的差值；所述第一调整晶体管的源端接地，栅端连接所述第二运放的输出端，漏端连接所述第一偏置晶体管及所述第二偏置晶体管的源端；所述第一偏置晶体管及所述第二偏置晶体管的栅端连接第一偏置电压，漏端分别连接所述阴极复制晶体管的漏端及所述第二预设电压产生单元的输出端；所述第二预设电压产生单元的输出端信号作为所述阴极负载晶体管的漏端预设电压；所述第二负载一端连接所述阴极复制晶体管的漏端，另一端连接电源电压；所述第三运放的正相输入端连接所述阴极复制晶体管的漏端，反相输入端连接所述第二预设电压产生单元的输出端，输出端连接所述阴极复制晶体管的栅端并输出所述阴极偏置信号；其中，所述阴极复制晶体管的宽长比与所述阴极负载晶体管的宽长比相同。

可选地，所述阴极复制晶体管的尺寸小于所述阴极负载晶体管的尺寸。

可选地，所述直流工作点匹配模块包括第三偏置晶体管、第四偏置晶体管及第五偏置晶体管；所述第三偏置晶体管及所述第四偏置晶体管串联于所述阳极输入晶体管的漏端与所述阳极负载晶体管的源端之间，所述第三偏置晶体管的栅端连接第二偏置电压，所述第四偏置晶体管的栅端连接第三偏置电压；所述第五偏置晶体管连接于所述阴极输入晶体管的漏端与所述阴极负载晶体管的源端之间，所述第五偏置晶体管的栅端连接所述第二偏置电压。

更可选地，所述直流工作点匹配模块还包括第四运放及第二调整晶体管；所述第二调整晶体管串联于所述输入晶体管的漏端与所述阳极负载晶体管的源端之间；所述第四运放的正相输入端连接所述阴极负载晶体管的源端，反相输入端连接所述第二调整晶体管的源端，输出端连接所述第二调整晶体管的栅端。

可选地，所述阳极负载晶体管及所述阴极负载晶体管的栅端还分别连接一交流耦合模块。

可选地，所述激光驱动电路还包括连接于所述阳极负载晶体管源端与电源电压之间的阳极电感匹配模块及连接于所述阴极负载晶体管源端与地之间的阴极电感匹配模块，所述阳极电感匹配模块及所述阴极电感匹配模块均包括多个串联电感。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光发射系统，所述光发射系统至少包括：

均衡电路、上述激光驱动电路及发光二极管；

所述均衡电路接收数据信号及时钟信号，根据所述数据信号及所述时钟信号产生补偿所述激光驱动电路的均衡信号；

所述激光驱动电路连接于所述均衡电路的输出端，根据所述均衡电路的输出信号产生相应的驱动信号，以驱动发光二极管产生相应的光信号；

所述发光二极管的正极连接所述激光驱动电路中阳极负载晶体管的源端、负极连接所述激光驱动电路中阴极负载晶体管的源端。

如上所述，本发明的激光驱动电路及光发射系统，具有以下有益效果：

1、本发明的激光驱动电路及光发射系统采用源跟随器作为激光驱动电路的输出负载，避免功耗的浪费，打破低功耗与大带宽之间存在矛盾。

2、本发明的激光驱动电路及光发射系统采用阳极偏置环路及阴极偏置环路对激光驱动电路进行偏置，使得直流工作点匹配，进而确保输出至发光二极管的偏置电流精度。

附图说明

图1显示为现有技术中的激光驱动电路结构的示意图。

图2显示为本发明的激光驱动电路的结构示意图。

图3显示为本发明的阳极偏置环路的结构示意图。

图4显示为本发明的阴极偏置环路的结构示意图。

图5显示为本发明的光发射系统的结构示意图。

图6显示为本发明的均衡电路的结构示意图。

元件标号说明

1-激光驱动电路结构；2-激光驱动电路；21-直流工作点匹配模块；211-第四运放；22-阳极工作电压产生模块；23-阴极工作电压产生模块；24-放大器；25a-第一交流耦合模块；251a-第一电容；252a-第一电阻；25b-第二交流耦合模块；251b-第二电容；252b-第二电阻；26-阳极电感匹配模块；27-阴极电感匹配模块；28-阳极偏置环路；281-第一缓冲器；282-第一预设电压产生单元；282a-第三电阻；283-第一负载；284-第一运放；29-阴极偏置环路；291-第二缓冲器；292-第二预设电压产生单元；292a-第四电阻；293-第二运放；294-第二负载；295-第三运放；3-均衡电路。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2~图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种激光驱动电路2，所述激光驱动电路2包括：

阳极输入晶体管M1、阴极输入晶体管M2、直流工作点匹配模块21、阳极负载晶体管M7、阴极负载晶体管M8、阳极工作电压产生模块22及阴极工作电压产生模块23。

如图2所示，所述阳极输入晶体管M1的栅端连接正相输入信号Vin+，所述阴极输入晶体管M2的栅端连接反相输入信号Vin-，所述阳极输入晶体管M1与所述阴极输入晶体管M2的源端相连后经过第一电流源S1接地。

具体地，在本实施例中，所述阳极输入晶体管M1及所述阴极输入晶体管M2为NMOS晶体管，所述阳极输入晶体管M1与所述阴极输入晶体管M2构成差分对管。所述阳极输入晶体管M1与所述阴极输入晶体管M2的源端相连。所述第一电流源S1的一端连接所述阳极输入晶体管M1与所述阴极输入晶体管M2的源端，另一端接地。

需要说明的是，任意能流过设定电流的结构均适用于本发明的所述第一电流源S1，包括但不限于电阻，在此不一一赘述。

作为本实施例的一种实现方式，输入信号Vin经放大器24后输出至所述阳极输入晶体管M1及所述阴极输入晶体管M2的栅极。

如图2所示，所述直流工作点匹配模块21连接于所述阳极输入晶体管M1及所述阴极输入晶体管M2的漏端，用于对直流工作点进行匹配，使得流过所述阳极输入晶体管M1的电流与流过所述阴极输入晶体管M2的电流相等。

具体地，如图2所示，作为本实施例的一种实现方式，所述直流工作点匹配模块21包括第三偏置晶体管M3、第四偏置晶体管M4及第五偏置晶体管M5。所述第三偏置晶体管M3及所述第四偏置晶体管M4串联于所述阳极输入晶体管M1的漏端与所述阳极负载晶体管M7的源端之间，所述第三偏置晶体管M3的栅端连接第二偏置电压Vbias2，所述第四偏置晶体管M4的栅端连接第三偏置电压Vbias3。所述第五偏置晶体管M5连接于所述阴极输入晶体管M2的漏端与所述阴极负载晶体管M8的源端之间，所述第五偏置晶体管M5的栅端连接所述第二偏置电压Vbias2。所述第三偏置晶体管M3、所述第四偏置晶体管M4及所述第五偏置晶体管M5通过不同的压降实现直流工作点的匹配，使得流过所述阳极输入晶体管M1的电流与流过所述阴极输入晶体管M2的电流相等。所述第三偏置晶体管M3、所述第四偏置晶体管M4及所述第五偏置晶体管M5为NMOS晶体管。所述第二偏置电压Vbias2及所述第三偏置电压Vbias3的数值可根据实际电流、电压的要求进行设定，在此不具体限定。

具体地，如图2所示，作为本实施例的另一种实现方式，所述直流工作点匹配模块21还包括第四运放211及第二调整晶体管M6。所述第二调整晶体管M6串联于所述阳极输入晶体管M1的漏端与所述阳极负载晶体管M7的源端之间，在本实施例中，所述第二调整晶体管M6的源端连接所述第三偏置晶体管M3的漏端，所述第二调整晶体管M6的漏端连接所述第四偏置晶体管M4的源端；所述第四运放211的正相输入端连接所述阴极负载晶体管M8的源端，反相输入端连接所述第二调整晶体管M6的源端，输出端连接所述第二调整晶体管M6的栅端。通过引入负反馈，使得所述第四运放211两个输入端的电位相等，进而使得所述第三偏置晶体管M3的漏端电压与所述第五偏置晶体管M5的漏端电压相等，进一步提高阳极、阴极之间的直流工作点匹配。

如图2所示，所述阳极负载晶体管M7的源端连接所述第四偏置晶体管M4的漏端并输出直流电压Vs_SF_A，漏端连接所述阳极工作电压产生模块22，栅端连接所述反相输入信号Vin-及阳极偏置信号Vg_SF_A。

具体地，在本实施例中，所述阳极负载晶体管M7为NMOS晶体管。

作为本实施例的一种实现方式，所述阳极负载晶体管M7的栅端经第一交流耦合模块25a后接收所述反相输入信号Vin-及所述阳极偏置信号Vg_SF_A。在本实施例中，所述第一交流耦合模块25a包括连接于所述反相输入信号Vin-与所述阳极负载晶体管M7的栅端之间的第一电容251a，以及一端连接所述阳极偏置信号Vg_SF_A、另一端连接所述阳极负载晶体管M7的栅端的第一电阻252a。所述第一交流耦合模块25a通过交流耦合去除所述反相输入信号Vin-及所述阳极偏置信号Vg_SF_A中的直流分量，为所述阳极负载晶体管M7的栅端信号实现电平转换。在实际应用中，任意可实现交流耦合的电路结构均适用于本发明。

需要说明的是，所述阳极偏置信号Vg_SF_A可以是根据需要设定的预设偏置电压，也可以根据系统性能需求调整所述阳极偏置信号Vg_SF_A。

具体地，所述阳极工作电压产生模块22用于提供阳极工作电压，所述阳极工作电压产生模块22包括但不限于低压差线性稳压器（low dropout regulator，LDO）。

如图2所示，所述阴极负载晶体管M8的源端连接所述第五偏置晶体管M5的漏端并输出直流电压Vs_SF_C，漏端连接所述阴极工作电压产生模块23，栅端连接所述正相输入信号Vin+及阴极偏置信号Vg_SF_C。

具体地，在本实施例中，所述阴极负载晶体管M8为NMOS晶体管。

作为本实施例的一种实现方式，所述阴极负载晶体管M8的栅端经第二交流耦合模块25b后接收所述正相输入信号Vin+及所述阴极偏置信号Vg_SF_C。在本实施例中，所述第二交流耦合模块25b包括连接于所述正相输入信号Vin+与所述阴极负载晶体管M8的栅端之间的第二电容251b，以及一端连接所述阴极偏置信号Vg_SF_C、另一端连接所述阴极负载晶体管M8的栅端的第二电阻252b。所述第二交流耦合模块25b通过交流耦合去除所述正相输入信号Vin+及所述阴极偏置信号Vg_SF_C中的直流分量，为所述阴极负载晶体管M8的栅端信号实现电平转换。在实际应用中，任意可实现交流耦合的电路结构均适用于本发明。

需要说明的是，所述阴极偏置信号Vg_SF_C可以是根据需要设定的预设偏置电压，也可以根据系统性能需求调整所述阴极偏置信号Vg_SF_C。

具体地，所述阴极工作电压产生模块23用于提供阴极工作电压，所述阴极工作电压产生模块23包括但不限于低压差线性稳压器（Low Dropout Regulator，LDO）。

需要说明的是，在本实施例中，所述阴极工作电压比所述阳极工作电压高，所述阴极工作电压与所述阳极工作电压的差值与连接于所述激光驱动电路2输出端的发光二极管两端的压降有关。

如图2所示，作为本发明的一种实现方式，所述阳极电感匹配模块26连接于所述阳极负载晶体管M7的源端。

具体地，所述阳极电感匹配模块26包括多个串联电感，所述阳极电感匹配模块26的一端连接电源电压VDD，另一端连接所述阳极负载晶体管M7的源端，通过多个串联电感实现阻抗匹配，进而提高频带宽度。

如图2所示，所述阴极电感匹配模块27连接于所述阴极负载晶体管M8的源端。

具体地，所述阴极电感匹配模块27包括多个串联电感，与所述阳极电感匹配模块26中各电感对应设置，所述阴极电感匹配模块27的一端连接所述阴极负载晶体管M8的源端，另一端接地（在本实施例中，所述阴极电感匹配模块27的下端经过电流源后接地），通过多个串联电感实现阻抗匹配，进而提高频带宽度。

本实施例的激光驱动电路2通过负载晶体管与外部发光二极管构成源极跟随器，进而减小功耗，使得激光驱动电路可同时实现低功耗与大带宽，进而提高激光器的性能。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种激光驱动电路2，与实施例一的不同之处在于，所述激光驱动电路2还包括用于提供所述阳极偏置信号Vg_SF_A的阳极偏置环路28，如图3所示，所述阳极偏置环路28基于所述阳极负载晶体管M7的源端电压及所述阳极负载晶体管M7的漏端预设电压Vd_SF_A自适应产生所述阳极负载晶体管M7的阳极偏置信号Vg_SF_A，并将所述阳极负载晶体管M7的漏端预设电压Vd_SF_A作为所述阳极工作电压产生模块22的参考电压。

具体地，如图3所示，作为本实施例的一种实现方式，所述阳极偏置环路28包括第一缓冲器281、阳极复制晶体管M7,dm、第一预设电压产生单元282、第一负载283及第一运放284。

更具体地，所述第一缓冲器281的输入端连接所述阳极负载晶体管M7的源端直流电压Vs_SF_A，输出端连接所述阳极复制晶体管M7,dm的源端；在本实施例中，所述第一缓冲器281采用运放实现，运放的正相输入端作为所述第一缓冲器281的输入端，运放的反相输入端连接其输出端，且运放的输出端作为所述第一缓冲器281的输出端，任意可实现信号缓冲，避免信号相互影响的电路结构均适用于本发明，在此不一一列举。

更具体地，所述第一预设电压产生单元282输出所述阳极负载晶体管M7的漏端预设电压Vd_SF_A。在本实施例中，所述第一预设电压产生单元282包括串联于所述电源电压VDD及参考地之间的第三电阻282a及第二电流源S2，所述第三电阻282a与所述第二电流源S2的连接节点输出所述阳极负载晶体管M7的漏端预设电压Vd_SF_A。

更具体地，所述第一负载283的一端连接所述阳极复制晶体管M7,dm的漏端，另一端连接所述电源电压VDD。在本实施例中，所述第一负载283采用电阻实现。

更具体地，所述第一运放284的正相输入端连接所述阳极复制晶体管M7,dm的漏端，反相输入端连接所述第一预设电压产生单元282的输出端，输出端连接所述阳极复制晶体管M7,dm的栅端并输出所述阳极偏置信号Vg_SF_A。

需要说明的是，所述阳极复制晶体管M7,dm为所述阳极负载晶体管M7的复制管（Dummy），所述阳极复制晶体管M7,dm与所述阳极负载晶体管M7的器件类型相同，且他们的宽长比相同。在本实施例中，所述阳极复制晶体管M7,dm的尺寸小于为所述阳极负载晶体管M7的尺寸，以节省所述阳极偏置环路28的功耗，优选地，所述阳极复制晶体管M7,dm的尺寸设置为所述阳极负载晶体管M7尺寸的1/10~1/2。

所述阳极偏置环路28的工作原理如下：

首先，将所述阳极负载晶体管M7的源端直流电压Vs_SF_A提取出来，并经过所述第一缓冲器281后充当所述阳极复制晶体管M7,dm的源端电压；然后，通过所述第一预设电压产生单元282设置所述阳极负载晶体管M7的漏端预设电压Vd_SF_A；再基于所述第一运放284的“虚短”特性，自适应产生所述阳极复制晶体管M7,dm的栅端电压，并将所述阳极复制晶体管M7,dm的栅端电压耦合至所述阳极负载晶体管M7的栅端，将所述阳极复制晶体管M7,dm的漏端电压输出至所述阳极工作电压产生模块22，作为所述阳极工作电压产生模块22的参考电压，所述阳极工作电压产生模块22基于参考电压产生所述阳极负载晶体管M7的漏端电压，所述阳极负载晶体管M7的漏端电压与所述阳极工作电压产生模块22的参考电压相等。由此，可保证所述阳极负载晶体管M7的三端电压与所述阳极复制晶体管M7,dm的三端电压相同，以实现对所述阳极负载晶体管M7的电流精确控制。在本实施例中，所述阳极负载晶体管M7与所述阳极复制晶体管M7,dm电流密度相同且将流过所述阳极负载晶体管M7的电流偏置到Imod/2，则可以保证在直流工作状态下输出端电流不受所述阳极负载晶体管M7的偏置影响，从而得到精准的发光二极管偏置电流。

实施例三

如图2所示，本实施例提供一种激光驱动电路2，与实施例二的不同之处在于，所述激光驱动电路2还包括用于提供所述阴极偏置信号Vg_SF_C的阴极偏置环路29，如图4所示，所述阴极偏置环路29基于所述阴极负载晶体管M8的源端电压及所述阴极负载晶体管M8与所述阳极负载晶体管M7的漏源电压的差值，自适应产生所述阴极负载晶体管M8的阳极偏置信号Vg_SF_C及所述阴极负载晶体管M8的漏端预设电压Vd_SF_C，并将所述阴极负载晶体管M8的漏端预设电压Vd_SF_C作为所述阴极工作电压产生模块23的参考电压。

具体地，如图4所示，作为本实施例的一种实现方式，所述阴极偏置环路29包括第二缓冲器291、阴极复制晶体管M8,dm、第二预设电压产生单元292、第二运放293、第一调整晶体管M9、第一偏置晶体管M10、第二偏置晶体管M11、第二负载294及第三运放295。

更具体地，所述第二缓冲器291的输入端连接所述阴极负载晶体管M8的源端直流电压Vs_SF_C，输出端连接所述阴极复制晶体管M8,dm的源端；在本实施例中，所述第二缓冲器291采用运放实现，运放的正相输入端作为所述第二缓冲器291的输入端，运放的反相输入端连接其输出端，且运放的输出端作为所述第二缓冲器291的输出端，任意可实现信号缓冲，避免信号相互影响的电路结构均适用于本发明，在此不一一列举。

更具体地，所述第二预设电压产生单元292输出一预设电压。在本实施例中，所述第二预设电压产生单元292包括串联于所述电源电压VDD及参考地之间的第四电阻292a及第三电流源S3，所述第四电阻292a与所述第三电流源S3的连接节点输出所述预设电压。

更具体地，所述第二运放293的输入端分别接收所述阴极负载晶体管M8的源端直流电压Vs_SF_C、漏端电压Vd_SF_C，所述阳极负载晶体管M7的源端直流电压Vs_SF_A、漏端电压Vd_SF_A，以获得所述阴极负载晶体管M8与所述阳极负载晶体管M7的漏源电压的差值。在本实施例中，所述第二运放293的正相输入端接收所述阴极负载晶体管M8的漏源电压Vds_ SF_C，反相输入端连接所述阳极负载晶体管M7的漏源电压Vds_ SF_A，输出差值。

更具体地，所述第一调整晶体管M9为NMOS晶体管，所述第一调整晶体管M9的源端接地，栅端连接所述第二运放293的输出端，漏端连接所述第一偏置晶体管M10及所述第二偏置晶体管M11的源端；所述第一偏置晶体管M10及所述第二偏置晶体管M11的栅端连接第一偏置电压Vbias1，漏端分别连接所述阴极复制晶体管M8,dm的漏端及所述第二预设电压产生单元292的输出端。所述第一调整晶体管M9基于所述阴极负载晶体管M8与所述阳极负载晶体管M7的漏源电压的差值自适应调整所述第二预设电压产生单元292的输出端信号，以使得所述第二预设电压产生单元292的输出端信号作为所述阴极负载晶体管M8的漏端预设电压Vd_SF _C时满足所述阴极负载晶体管M8的漏源电压与所述阳极负载晶体管M7的漏源电压相等。

更具体地，所述第二负载294一端连接所述阴极复制晶体管M8,dm的漏端，另一端连接所述电源电压VDD；在本实施例中，所述第二负载294采用电阻实现。

更具体地，所述第三运放295的正相输入端连接所述阴极复制晶体管M8,dm的漏端，反相输入端连接所述第二预设电压产生单元292的输出端，输出端连接所述阴极复制晶体管M8,dm的栅端并输出所述阴极偏置信号Vg_SF_C。

需要说明的是，所述阴极复制晶体管M8,dm为所述阴极负载晶体管M8的复制管（Dummy），所述阴极复制晶体管M8,dm与所述阴极负载晶体管M8的器件类型相同，且他们的宽长比相同。在本实施例中，所述阴极复制晶体管M8,dm的尺寸小于为所述阴极负载晶体管M8的尺寸，以节省所述阴极偏置环路29的功耗，优选地，所述阴极复制晶体管M8,dm的尺寸设置为所述阴极负载晶体管M8尺寸的1/10~1/2。

所述阴极偏置环路29的工作原理如下：

首先，将所述阴极负载晶体管M8的源端直流电压Vs_SF_C提取出来，并经过所述第二缓冲器291后充当所述阴极复制晶体管M8,dm的源端电压；然后，通过所述第二预设电压产生单元292产生一预设电压，所述第一调整晶体管M9基于所述第二运放293输出的差值调整所述预设电压，以使得所述阴极负载晶体管M8的漏源电压与所述阳极负载晶体管M7的漏源电压相等，内阻匹配，进而产生所述阴极负载晶体管M8的漏端预设电压Vd_SF_C；再基于所述第三运放295的“虚短”特性，自适应产生所述阴极复制晶体管M8,dm的栅端电压，并将所述阴极复制晶体管M8,dm的栅端电压耦合至所述阴极负载晶体管M8的栅端，将所述阴极复制晶体管M8,dm的漏端电压输出至所述阴极工作电压产生模块23，作为所述阴极工作电压产生模块23的参考电压，所述阴极工作电压产生模块23基于参考电压产生所述阴极负载晶体管M8的漏端电压，所述阴极负载晶体管M8的漏端电压与所述阴极工作电压产生模块23的参考电压相等。由此，可保证所述阴极负载晶体管M8的三端电压与所述阴极复制晶体管M8,dm的三端电压相同，以实现对所述阴极负载晶体管M8的电流精确控制。同时，所述阴极负载晶体管M8的三端电压可跟随所述阳极负载晶体管M7的三端电压及发光二极管两端的电压自适应改变，无需修改电路配置便可适用于两端电压不同的发光二极管，普适性大大提高。

实施例四

如图5所示，本实施例提供一种光发射系统，所述光发射系统包括：

均衡电路3、所述激光驱动电路2及发光二极管PD。

如图5所示，所述均衡电路3接收数据信号及时钟信号，根据所述数据信号及所述时钟信号产生补偿所述激光驱动电路2的均衡信号。

具体地，所述均衡电路3基于所述数据信号中各数据的电平跳变模式产生相应的均衡信号，所述均衡信号用于驱动所述发光二极管PD。如图6所示，所述均衡器3包括模式检测器31、控制器32及均衡脉冲发生器33。所述模式检测器31接收数据流，对所述数据流中各数据的跳变模式进行检测，当检测到预设模式后输出相应的有效检测信号；所述控制器32连接于所述模式检测器31的输出端，根据所述数据流的跳变模式产生相应的选择信号，所述选择信号控制所述均衡脉冲发生器33输出上拉脉冲信号或下拉脉冲信号作为均衡脉冲信号；所述均衡脉冲发生器33连接于所述模式检测器31及所述控制器32的输出端，根据所述有效检测信号及所述选择信号产生相应的均衡脉冲信号。所述均衡电路3的电结构包括但不限本实施例所列举，任意用于光发射系统的均衡电路均适用于本发明。

如图5所示，所述激光驱动电路2连接于所述均衡电路3的输出端，根据所述均衡电路3的输出信号产生相应的驱动信号，以驱动发光二极管PD产生相应的光信号。

具体地，所述激光驱动电路2的结构及原理与实施例一、二或三相同，在此不一一赘述。

如图5所示，所述发光二极管PD的正极连接所述激光驱动电路2中阳极负载晶体管M7的源端、负极连接所述激光驱动电路2中阴极负载晶体管M8的源端。

综上所述，本发明提供一种激光驱动电路及光发射系统，包括：阳极输入晶体管、阴极输入晶体管、阳极负载晶体管、阴极负载晶体管、直流工作点匹配模块、阳极工作电压产生模块及阴极工作电压产生模块；所述阳极输入晶体管的栅端连接正相输入信号，所述阴极输入晶体管的栅端连接反相输入信号，所述阳极输入晶体管与所述阴极输入晶体管的源端相连后经过第一电流源接地；所述直流工作点匹配模块分别连接于所述阳极输入晶体管及所述阴极输入晶体管的漏端，用于对直流工作点进行匹配，使得流过所述阳极输入晶体管的电流与流过所述阴极输入晶体管的电流相等；所述阳极负载晶体管的源端连接所述直流工作点匹配模块，漏端连接所述阳极工作电压产生模块，栅端连接所述反相输入信号及阳极偏置信号；所述阴极负载晶体管的源端连接所述直流工作点匹配模块，漏端连接所述阴极工作电压产生模块，栅端连接所述正相输入信号及阴极偏置信号。本发明的激光驱动电路及光发射系统采用源跟随器作为激光驱动电路的输出负载，避免功耗的浪费，打破低功耗与大带宽之间存在矛盾。本发明的激光驱动电路及光发射系统采用阳极偏置环路及阴极偏置环路对激光驱动电路进行偏置，使得直流工作点匹配，进而确保输出至发光二极管的偏置电流精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种激光驱动电路，其特征在于，所述激光驱动电路至少包括：

阳极输入晶体管、阴极输入晶体管、阳极负载晶体管、阴极负载晶体管、直流工作点匹配模块、阳极工作电压产生模块及阴极工作电压产生模块；

所述阳极输入晶体管的栅端连接正相输入信号，所述阴极输入晶体管的栅端连接反相输入信号，所述阳极输入晶体管与所述阴极输入晶体管的源端相连后经过第一电流源接地；

所述直流工作点匹配模块分别连接于所述阳极输入晶体管及所述阴极输入晶体管的漏端，用于对直流工作点进行匹配，使得流过所述阳极输入晶体管的电流与流过所述阴极输入晶体管的电流相等；

所述阳极负载晶体管的源端连接所述直流工作点匹配模块，漏端连接所述阳极工作电压产生模块，栅端连接所述反相输入信号及阳极偏置信号；所述阳极偏置信号由阳极偏置环路提供，所述阳极偏置环路基于所述阳极负载晶体管的源端电压及所述阳极负载晶体管的漏端预设电压自适应产生所述阳极负载晶体管的阳极偏置信号，并将所述阳极负载晶体管的漏端预设电压作为所述阳极工作电压产生模块的参考电压；

所述阴极负载晶体管的源端连接所述直流工作点匹配模块，漏端连接所述阴极工作电压产生模块，栅端连接所述正相输入信号及阴极偏置信号；所述阴极偏置信号由阴极偏置环路提供，所述阴极偏置环路基于所述阴极负载晶体管的源端电压及所述阴极负载晶体管与所述阳极负载晶体管的漏源电压的差值，自适应产生所述阴极负载晶体管的阳极偏置信号及所述阴极负载晶体管的漏端预设电压，并将所述阴极负载晶体管的漏端预设电压作为所述阴极工作电压产生模块的参考电压。

2.根据权利要求1所述的激光驱动电路，其特征在于：所述阳极偏置环路包括第一缓冲器、阳极复制晶体管、第一预设电压产生单元、第一负载及第一运放；所述第一缓冲器的输入端连接所述阳极负载晶体管的源端直流电压，输出端连接所述阳极复制晶体管的源端；所述第一预设电压产生单元输出所述阳极负载晶体管的漏端预设电压；所述第一负载一端连接所述阳极复制晶体管的漏端，另一端连接电源电压；所述第一运放的正相输入端连接所述阳极复制晶体管的漏端，反相输入端连接所述第一预设电压产生单元的输出端，输出端连接所述阳极复制晶体管的栅端并输出所述阳极偏置信号；其中，所述阳极复制晶体管的宽长比与所述阳极负载晶体管的宽长比相同。

3.根据权利要求2所述的激光驱动电路，其特征在于：所述阳极复制晶体管的尺寸小于所述阳极负载晶体管的尺寸。

4.根据权利要求1所述的激光驱动电路，其特征在于：所述阴极偏置环路包括第二缓冲器、阴极复制晶体管、第二预设电压产生单元、第二运放、第一调整晶体管、第一偏置晶体管、第二偏置晶体管、第二负载及第三运放；所述第二缓冲器的输入端连接所述阴极负载晶体管的源端直流电压，输出端连接所述阴极复制晶体管的源端；所述第二运放的输入端分别接收所述阴极负载晶体管的源、漏端电压及所述阳极负载晶体管的源、漏端电压，以获得所述阴极负载晶体管与所述阳极负载晶体管的漏源电压的差值；所述第一调整晶体管的源端接地，栅端连接所述第二运放的输出端，漏端连接所述第一偏置晶体管及所述第二偏置晶体管的源端；所述第一偏置晶体管及所述第二偏置晶体管的栅端连接第一偏置电压，漏端分别连接所述阴极复制晶体管的漏端及所述第二预设电压产生单元的输出端；所述第二预设电压产生单元的输出端信号作为所述阴极负载晶体管的漏端预设电压；所述第二负载一端连接所述阴极复制晶体管的漏端，另一端连接电源电压；所述第三运放的正相输入端连接所述阴极复制晶体管的漏端，反相输入端连接所述第二预设电压产生单元的输出端，输出端连接所述阴极复制晶体管的栅端并输出所述阴极偏置信号；其中，所述阴极复制晶体管的宽长比与所述阴极负载晶体管的宽长比相同。

5.根据权利要求4所述的激光驱动电路，其特征在于：所述阴极复制晶体管的尺寸小于所述阴极负载晶体管的尺寸。

6.根据权利要求1所述的激光驱动电路，其特征在于：所述直流工作点匹配模块包括第三偏置晶体管、第四偏置晶体管及第五偏置晶体管；所述第三偏置晶体管及所述第四偏置晶体管串联于所述阳极输入晶体管的漏端与所述阳极负载晶体管的源端之间，所述第三偏置晶体管的栅端连接第二偏置电压，所述第四偏置晶体管的栅端连接第三偏置电压；所述第五偏置晶体管连接于所述阴极输入晶体管的漏端与所述阴极负载晶体管的源端之间，所述第五偏置晶体管的栅端连接所述第二偏置电压。

7.根据权利要求6所述的激光驱动电路，其特征在于：所述直流工作点匹配模块还包括第四运放及第二调整晶体管；所述第二调整晶体管串联于所述输入晶体管的漏端与所述阳极负载晶体管的源端之间；所述第四运放的正相输入端连接所述阴极负载晶体管的源端，反相输入端连接所述第二调整晶体管的源端，输出端连接所述第二调整晶体管的栅端。

8.根据权利要求1所述的激光驱动电路，其特征在于：所述阳极负载晶体管及所述阴极负载晶体管的栅端还分别连接一交流耦合模块。

9.根据权利要求1所述的激光驱动电路，其特征在于：所述激光驱动电路还包括连接于所述阳极负载晶体管源端与电源电压之间的阳极电感匹配模块及连接于所述阴极负载晶体管源端与地之间的阴极电感匹配模块，所述阳极电感匹配模块及所述阴极电感匹配模块均包括多个串联电感。

10.一种光发射系统，其特征在于，所述光发射系统至少包括：

均衡电路、如权利要求1~9任意一项所述的激光驱动电路及发光二极管；

所述均衡电路接收数据信号及时钟信号，根据所述数据信号及所述时钟信号产生补偿所述激光驱动电路的均衡信号；

所述激光驱动电路连接于所述均衡电路的输出端，根据所述均衡电路的输出信号产生相应的驱动信号，以驱动发光二极管产生相应的光信号；

所述发光二极管的正极连接所述激光驱动电路中阳极负载晶体管的源端、负极连接所述激光驱动电路中阴极负载晶体管的源端。

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