CN112702025A - 一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，涉及光驱动电路技术领域，包括：多个单级放大器，每个单级放大器均包括：第一放大单元、第二放大单元以及第三放大单元，第一放大单元包括相连的第一晶体管Q1和第三晶体管Q3；第二放大单元包括相连的第二晶体管Q2和第四晶体管Q4，第二晶体管Q2的第一端和第一晶体管Q1的第一端连接后接地；第三放大单元包括第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，第五晶体管Q5的第一端和第六晶体管Q6的第一端连接后接地；第五晶体管Q5的第二端连接第四晶体管Q4的第二端、第三端连接第三晶体管Q3的第一端；第六晶体管Q6的第二端连接第三晶体管Q3的第二端。本发明可有效提高单级放大器的传输信号曲线的线性度。
Description
技术领域
本发明涉及光驱动电路技术领域，特别涉及一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路。
背景技术
为了保证通信效果，克服远距离信号传输中的问题，必须要通过调制将信号频谱搬移到高频信道中进行传输。随着通信数据量的爆发式增长，光纤通信不断引入更高级的调制格式，从最开始的NRZ(Not Return to Zero，不归零码)到PAM-4(Pulse AmplitudeModulation，脉冲幅度调制)再到16QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制)，高级的调制格式可以成倍的增加信道的传输速率。
但是，现有光调制器的光驱动电路传输信号曲线的线性度不高，难以满足高级的调制格式对光电器件的线性度需求。因此，为适应光纤通信中高级调制格式的需求，如何实现一种高线性度传输信号曲线的光驱动电路是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，以解决相关技术中的光驱动电路传输信号曲线线性度不高的技术问题。
本发明实施例提供了一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，所述光驱动电路包括多个单级放大器，多个所述单级放大器并联，每个单级放大器均包括：
第一放大单元，其包括相连的第一晶体管Q1和第三晶体管Q3，所述第一晶体管Q1的第三端用于连接正极输入信号，所述第三晶体管Q3的第二端用于输出正极信号；
第二放大单元，其包括相连的第二晶体管Q2和第四晶体管Q4，所述第二晶体管Q2的第三端用于连接负极输入信号，所述第四晶体管Q4的第二端用于输出负极信号，所述第二晶体管Q2的第一端和所述第一晶体管Q1的第一端连接后接地；以及
第三放大单元，其包括第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，所述第五晶体管Q5的第一端和所述第六晶体管Q6的第一端连接后接地；所述第五晶体管Q5的第二端连接所述第四晶体管Q4的第二端、第三端连接所述第三晶体管Q3的第一端；所述第六晶体管Q6的第二端连接所述第三晶体管Q3的第二端、第三端连接所述第四晶体管Q4的第一端。
一些实施例中，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2均为三极管。
一些实施例中，所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4均为三极管。
一些实施例中，所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6均为三极管。
一些实施例中，所述三极管为NPN型三极管。
一些实施例中，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的尺寸相同；所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的尺寸相同；所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6的尺寸相同。
一些实施例中，所述第三晶体管Q3的第三端和所述第四晶体管Q4的第三端均连接固定电平。
一些实施例中，所述第一晶体管Q1和第三晶体管Q3的第二端与第一端的压差相同，所述第二晶体管Q2和所述第四晶体管Q4的第二端与第一端的压差相同。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，包括多个并联的上述的单级放大器，每个单级放大器通过设置包括第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的第三放大单元，可以补偿第一放大单元和第二放大单元输出信号的非线性，使得单级放大器的传输信号曲线的线性度得到明显提高。多个并联的所述单级放大器会使得本发明实施例中的光驱动电路的传输曲线的线性度也得到提高。本发明的光驱动电路能够用作于各种光器件的光驱动电路，比如马赫曾德尔调制器、电吸收调制激光器等光器件的光驱动电路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路的结构图；
图2为图1的单级放大器的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路的传输信号曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其能解决现有相关技术中光驱动电路的传输信号曲线线性度不高的技术问题。
参见图1所示，一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，所述光驱动电路包括多个单级放大器，多个所述单级放大器并联，图1中虚线圆圈部分即为单级放大器。本申请实施例中的高线性度的分布式光驱动电还包括多个电感L，每个所述单级放大器的正输入端VinN或负输入端VinP各通过电感L与所述光驱动电路的一个输入端连接，每个所述单级放大器的正输出端VoutN、负输出端VoutP各通过电感L与所述光驱动电路的一个输出端连接。
参见图2所示，每个所述单级放大器均包括：第一放大单元、第二放大单元以及第三放大单元。
第一放大单元，其包括相连的第一晶体管Q1和第三晶体管Q3，所述第一晶体管Q1的第三端用于连接正极输入信号，所述第三晶体管Q3的第二端用于输出正极信号。
第二放大单元，其包括相连的第二晶体管Q2和第四晶体管Q4，所述第二晶体管Q2的第三端用于连接负极输入信号，所述第四晶体管Q4的第二端用于输出负极信号，所述第二晶体管Q2的第一端和所述第一晶体管Q1的第一端连接后接地。
第三放大单元，其包括第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，所述第五晶体管Q5的第一端和所述第六晶体管Q6的第一端连接后接地。所述第五晶体管Q5的第二端连接所述第四晶体管Q4的第二端、第三端连接所述第三晶体管Q3的第一端。所述第六晶体管Q6的第二端连接所述第三晶体管Q3的第二端、第三端连接所述第四晶体管Q4的第一端。
具体地，所述第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5以及第六晶体管Q6均为三极管。即所述第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5以及第六晶体管Q6的第一端、第二端和第三端分别为发射极、集电极和基极。
所述第一晶体管Q1的集电极与所述第三晶体管Q3的发射极连接。所述第二晶体管Q2的集电极与所述第四晶体管Q4的发射极连接。所述第二晶体管Q2的发射极和所述第一晶体管Q1的发射极连接后接地。所述第二晶体管Q2的基极和所述第一晶体管Q1的基极分别为本发明实施例中的单级放大器的正输入端VinN、负输入端VinP。所述第三晶体管Q3的集电极和所述第四晶体管Q4的集电极分别为本发明实施例中的单级放大器的正输出端VoutN、负输出端VoutP。
所述第五晶体管Q5的发射极和所述第六晶体管Q6的发射极连接后接地。所述第五晶体管Q5的集电极连接所述第四晶体管Q4的集电极、基极连接所述第三晶体管Q3的发射极。所述第六晶体管Q6的集电极连接所述第三晶体管Q3的集电极、基极连接所述第四晶体管Q4的发射极。
本发明实施例中的单级放大器，通过设置包括第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的第三放大单元，其中，第五晶体管Q5的发射极和第六晶体管Q6的发射极连接点与地之间的电流I1，第二晶体管Q2的发射极和第一晶体管Q1的发射极连接点与地之间的电流I0，并在设计阶段，在不增加功耗的前提下，调整电流I1和I0二者的相对大小，并保持电流I1和I0总和不变，可以补偿所述第一放大单元和第二放大单元输出信号的非线性。
非线性补偿原理如下：
在实际工作过程中，流过第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的电流不断变化，因此其基极和发射极之间的电压Vbe也在不断变化，并且第一晶体管Q1的发射结电压Vbe1和第二晶体管Q2的发射结电压Vbe2变化方向相反。Vbe1和Vbe2的差值ΔVbe12不断变化，导致第三晶体管Q3和第四晶体管Q4输出电流的线性度恶化。由于共射共基(cascode)电路的特性，第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的发射结电压差值，即Vbe3和Vbe4的差值ΔVbe34，会跟随Vbe12变化。因此第五晶体管Q5和第六晶体管Q6输出电流线性度也会恶化，并且变化方式与第三晶体管Q3和第四晶体管Q4一致。将第五晶体管Q5和第六晶体管Q6输出电流与第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的输出电流反向叠加，即可抵消谐波，提高线性度。实际设计中，调节I0和I1，使得第五晶体管Q5和第六晶体管Q6输出电流的谐波的幅度与第三晶体管Q3和第四晶体管Q4输出电流谐波的幅度相等，从而实现最大程度的线性度改善。
具体地，图3为本发明实施例提供的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路的传输信号曲线图，图3的横坐标Vin为本发明实施例中的单级放大器的正输入端VinN或负输入端VinP，纵坐标Vout为本发明实施例中的单级放大器对应正输入端VinN或负输入端VinP的正输出端VoutN或负输出端VoutP。调整电流I1和I0二者的相对大小，可以得到不同的Vout-Vin曲线。其中，曲线1为I0＝1.0mA，I1＝0mA时的传输信号曲线，曲线2为I0＝0.7mA，I1＝0.3mA时的传输信号曲线。曲线1中I1＝0mA，可以理解为传统光驱动电路的传输信号曲线，由对比可知，曲线2的线性度明显好于曲线1的线性度，本发明实施例中的光驱动电路的传输信号曲线的线性度得到明显提高。本发明的光驱动电路能够用作于各种光器件的光驱动电路，比如马赫曾德尔调制器、电吸收调制激光器等光器件的光驱动电路。
作为可选的实施方式，本发明实施例中的单级放大器在设计时，可选用所述三极管为NPN型三极管。NPN型三极管具有寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点，可以用在电源电路、驱动电路、开关电路、放大电路、电流调整等，有较广泛的应用。
作为可选的实施方式，本发明实施例中的单级放大器在设计时，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的尺寸相同，所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的尺寸相同，所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6的尺寸相同。参见图1所示，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2、所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4以及所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6形成对称结构，每对晶体管的尺寸相同，可以排除器件差异的干扰，进一步保证传输信号曲线的线性度。
作为可选的实施方式，所述第三晶体管Q3的第三端和所述第四晶体管Q4的第三端均连接固定电平，所述第三晶体管Q3和第四晶体管Q4为三极管时，即所述第三晶体管Q3的集电极和所述第四晶体管Q4的集电极均连接固定电平。
作为可选的实施方式，所述第一晶体管Q1和第三晶体管Q3的第二端与第一端的压差相同，所述第二晶体管Q2和所述第四晶体管Q4的第二端与第一端的压差相同。所述第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3和第四晶体管Q4为三极管时，即所述第一晶体管Q1和所述第三晶体管Q3的集电极与发射极的压差相同，所述第二晶体管Q2和所述第四晶体管Q4的集电极与发射极的压差相同，使得每个晶体管获得的分压相同，保证传输信号曲线的线性度。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于，所述光驱动电路包括多个单级放大器，多个所述单级放大器并联，每个所述单级放大器均包括：
第一放大单元，其包括相连的第一晶体管Q1和第三晶体管Q3，所述第一晶体管Q1的第三端用于连接正极输入信号，所述第三晶体管Q3的第二端用于输出正极信号；
第二放大单元，其包括相连的第二晶体管Q2和第四晶体管Q4，所述第二晶体管Q2的第三端用于连接负极输入信号，所述第四晶体管Q4的第二端用于输出负极信号，所述第二晶体管Q2的第一端和所述第一晶体管Q1的第一端连接后接地；以及
第三放大单元，其包括第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，所述第五晶体管Q5的第一端和所述第六晶体管Q6的第一端连接后接地；所述第五晶体管Q5的第二端连接所述第四晶体管Q4的第二端、第三端连接所述第三晶体管Q3的第一端；所述第六晶体管Q6的第二端连接所述第三晶体管Q3的第二端、第三端连接所述第四晶体管Q4的第一端。
2.如权利要求1所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2均为三极管。
3.如权利要求1所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4均为三极管。
4.如权利要求1所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6均为三极管。
5.如权利要求2～4任一项所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：所述三极管为NPN型三极管。
6.如权利要求1所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：
所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的尺寸相同；所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的尺寸相同；所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6的尺寸相同。
7.如权利要求1所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：
所述第三晶体管Q3的第三端和所述第四晶体管Q4的第三端均连接固定电平。
8.如权利要求1所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：
所述第一晶体管Q1和第三晶体管Q3的第二端与第一端的压差相同。
9.如权利要求1所述的一种基于线性补偿的单级放大器的分布式光驱动电路，其特征在于：
所述第二晶体管Q2和所述第四晶体管Q4的第二端与第一端的压差相同。
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| Title |
|---|
| 朱思成;田国平;白元亮;张晓鹏;陈兴;: "DC～20GHz GaAs PHEMT超宽带低噪声放大器", 半导体技术, no. 08 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112702025B (zh) | 2023-12-05 |
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