CN113746559B - 一种发射电路、光模块以及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本申请的实施例提供一种发射电路、光模块以及通信设备，能够改善整体器件的带宽性能。一种发射电路包括：驱动器和直接调制激光器DML；驱动器的正极与DML的正极连接，DML的负极连接电压端，且DML的负极通过电容连接接地端；驱动器用于根据输入信号生成驱动电流，并通过驱动器的正极输出驱动电流至DML，其中，DML将驱动电流的第一部分电流通过电容输入接地端，DML将驱动电流的第二部分电流输入电压端。

Description

一种发射电路、光模块以及通信设备
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种发射电路、光模块以及通信设备。
背景技术
在现代的光通信网络中，直接调制激光器(directly modulated laser,DML)相比于电吸收调制器(electro-absorption modulator，EAM)以及马赫-曾德调制器(Mach-Zehnder modulator,MZM)结构更简单，成本更低，功耗更小，因而被广泛使用。DML是通过电流驱动发光的。对DML的调制也是通过调制通过DML的电流进而使得DML输出光功率随调制信号发生变化，将电信号转换为光信号。DML能够正常的工作并产生调制光信号，需要输入两种电流：偏置电流Ibias和调制电流Imod。
目前，在光信号的发射电路中普遍采用DML驱动器(driver)驱动DML。在一种发射电路中，如图1所示，DML和驱动器串联连接；其中，DML的正极(也称作阳极positivepole，P)作为射频接地，DML的负极(也称作阴极negativepole，N)与驱动器的负极(-)连接；驱动器的正极(+)与DML的正极P连接，此外电容C连接在接地端GND与DML的正极P之间作为射频接地。这样，输入信号经由驱动器转换为驱动器电流Idriver来对DML的工作电流Ilaser进行调制；Ilaser全部沉入、流入、或吸入到驱动器中，并且Idriver与Ilaser相等。
由于，DML的正极P需要和电容C相连，则在图1的电路的封装结构中，由于一般的DML都是正极P在上表面，负极N在下表面，DML的正极P和电容C相连时只能采用wire-bonding(引线键合，或者称作接合线、引线键合、引线粘结、打线)的方式。此外，DML的正极P与驱动器的正极(+)之间，以及DML的负极N与驱动器的负极(-)之间也都需要采用wire-bonding。而调制电流Imod通常为交流信号，在流经wire-bonding时，由于wire-bonding连接会引入寄生电感，对整体的封装带宽影响较大，限制了整体器件性能的提升。
发明内容
本申请实施例提供一种发射电路、光模块以及通信设备，能够改善整体器件的带宽性能。
第一方面，提供一种发射电路。该发射电路包括：驱动器和直接调制激光器DML；驱动器和直接调制激光器DML串联，例如：驱动器的正极与DML的正极连接，DML的负极连接电压端，且DML的负极通过电容连接接地端。其中，驱动器用于根据输入信号生成驱动电流，并通过驱动器的正极输出驱动电流至DML，其中，DML将驱动电流的第一部分电流通过电容输入接地端，DML将驱动电流的第二部分电流输入电压端。其中，为了驱动DML正常工作并产生调制光信号，通常第一部分电流为调制电流Imod，第二部分电流为偏置电流Ibias。这样，首先上述方案提供的发射电路提供一种驱动器和直接调制激光器DML串联的电路结构，驱动器输出的Idriver全部经过DML，该串联的电路结构中无分流器件，能够降低功耗。并且，由于DML的负极直接通过电容C连接接地端GND实现射频接地，即能够将第一部分电流引入接地端，则在实现其封装结构时，仅需要对驱动器的正极与DML的正极进行wire-bonding，降低了对整体的封装带宽影响，改善整体器件的带宽性能。
在一种可能的设计中，驱动器的正极与接地端分别位于驱动器的两侧，驱动器的正极通过第一接合线与DML的正极连接。其中，驱动器的正极与接地端分别位于驱动器的两侧，指驱动器的正极位于驱动器的相对的两个表面中的上表面，接地端位于驱动器的相对的两个表面中的下表面；或者指驱动器的正极位于驱动器的相对的两个表面中的下表面，接地端位于驱动器的相对的两个表面中的上表面。这样，由于DML的负极直接通过电容将射频接地，即能够将第一部分电流引入接地端，则在实现其封装结构时，仅需要对驱动器的正极与DML的正极进行wire-bonding，降低了对整体的封装带宽影响，提高了整体器件性能。
在一种可能的设计中，驱动器的正极与接地端位于驱动器的同侧；驱动器的正极延长至驱动器外部的过渡层通过第一接合线与DML的正极连接。这样，由于DML的负极直接通过电容将射频接地，即能够将第一部分电流引入接地端，则在实现其封装结构时，仅需要对驱动器的正极与DML的正极进行wire-bonding，降低了对整体的封装带宽影响，提高了整体器件性能。
在一种可能的设计中，电容为贴片电容，DML的负极与接地端之间贴焊有该贴片电容。其中使用贴片电容可以直接将电容焊接在DML的负极与接地端之间，从而避免使用wire-bonding连接电容。
在一种可能的设计中，电压端用于输入预定电压，其可以连接外接电源以提供该预定电压。该预定电压可以为正电压或负电压或0电压。这样将DML的负极引出通过电压端提供任意电压，可以更加灵活的进行配置。电压端的电压可以为零，即直接连接接地端(此种情况提供0电压)。其中，电压端电压端在提供负电压时，可以加大驱动器的电源端与电压端之间的压差，从而可以弥补驱动器的电源电压可能的驱动电压不够的问题。此外，电压端可以为驱动器的负极，驱动器的负极用于向DML的负极输入预定电压。或者，电压端的电压可以为零时，电压端可以直接采用接地端。
在一种可能的设计中，上述的DML通常是用于将电信号转换为光信号并在传输介质(如光纤)中进行传输，当需要以时分复用的方式对光信号进行传输时，需要控制DML的光信号的开启与中断。例如：无源光纤网络(passive optical network,PON)中的上行信号。所以需要控制DML的信号光的开启和关断，即驱动器需要支持突发的功能。此时，驱动器的正极通过第一开关串联DML的正极。这样，当第一开关导通时，驱动器将驱动电流Idriver通过驱动器的正极输出至DML，实现信号光的开启。或者，DML的负极通过第二开关串联电压端。这样，当第二开关导通时，驱动器将驱动电流Idriver通过驱动器的正极输出至DML，实现信号光的开启。
第二方面，提供一种光模块，包括：发射电路以及接收电路；其中，发射电路为上述第一方面或其任意一种可能的设计中发射电路。
第三方面，提供一种通信设备，包括第二方面提供的光模块和信号源，信号源用于输出所述输入信号至所述光模块。
其中，第二方面和第三方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见上述第一方面中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为现有技术提供的一种发射电路的结构示意图；
图2为本申请的实施例提供的一种光模块的结构示意图；
图3为本申请的实施例提供的一种发射电路的结构示意图；
图4为本申请的实施例提供的一种DML的工作电流的示意图；
图5为本申请的另一实施例提供的一种发射电路的结构示意图；
图6为本申请的又一实施例提供的一种发射电路的结构示意图；
图7为本申请的再一实施例提供的一种发射电路的结构示意图；
图8为本申请的实施例提供的一种发射电路的封装结构示意图；
图9为本申请的另一实施例提供的一种发射电路的封装结构示意图；
图10为本申请的又一实施例提供的一种发射电路的封装结构示意图；
图11为本申请的再一实施例提供的一种发射电路的封装结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请的实施例应用于光模块，光模块的作用是光电转换。其中，光模块也称作光传输模块。参照图2所示，光模块包括发射电路21和接收电路22。发射电路21的作用是将电信号转化为光信号，并输入光纤23进行传输。接收电路22的作用是接收由光纤23传入的光信号，并对其进行电信号转化。图2中发射电路21和接收电路22可以复用光纤23。当然发射电路21和接收电路22的光信号也可以分别在两条光纤中传输。通常，发送端的光模块把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端的光模块再把光信号转换成电信号。
其中，光模块主要是应用于以太网、光纤到户(fibre to the home，FTTH)、光传输网络(optical transport network,OTN)、网络存储、数据中心等领域。基于上述的应用领域，光模块主要应用上述各领域中的如：光线路终端(optical line terminal，OLT)、光网络单元(optical network unit，ONU)、交换机、光纤路由器、视频光端机、光纤收发器、光纤网卡等设备。该通信设备还可以包括信号源，用于产生输入信号并将输入信号输入光模块。光模块通过将输入信号转换为光信号通过光纤传送。其中，光模块支持不同速率分类，例如：1G～10G低速率,25G,40G,50G,100G,200G/400G等。
为了实现将电信号转化为光信号，在本申请的示例提供一种发射电路，参照图3所示，包括：驱动器31和直接调制激光器DML32。
其中，驱动器1的正极(+)与DML32的正极P连接，DML32的负极N连接电压端Vss，且DML32的负极N通过电容C连接接地端GND。驱动器31用于根据输入信号生成驱动电流Idriver，并通过驱动器31的正极(+)将驱动电流Idriver输出至DML32。其中，DML32将驱动电流Idriver的第一部分电流I1通过电容C输入接地端GND，DML32将驱动电流Idriver的第二部分电流I2输入电压端Vss。
在上述方案中，输入信号具有交流特性。示例性地，输入信号可以为射频(radiofrequency，RF)信号。驱动器31输出的驱动电流Idriver等于流过DML的工作电流Ilaser。其中，第一部分电流I1为调制电流Imod，第二部分电流I2为偏置电流Ibias。通常，DML能够正常的工作并产生调制光信号，需要输入两种电流：偏置电流Ibias和调制电流Imod。Ibias为一个常数，Ibias使得DML工作在正常的偏置点。通常，DML的Ibias约在30～60mA(毫安)之间。Imod为调制电流，由驱动器提供，Imod通常为40mApp～60mApp(峰峰电流，mA peak to peak,简称mApp)之间。对于不归零(no-return zero，NRZ)调制格式，DML工作的基本原理如图4所示，DML工作实际的工作电流Ilaser在I0(I0＝Ibias+Imod/2)和I1(I1＝Ibias-Imod/2)之间变化，对应DML输出的调制光信号的功率在P0到P1之间变化。这样，电信号就被DML转化为光信号；对于其他的调制格式如四电平脉冲幅度调制(4pulse amplitude modulation，PAM4)原理基本相同。其中，图3还提供了驱动器31的电源端Vdd，用于为驱动器31提供工作电压。
上述方案提供的发射电路提供一种驱动器和直接调制激光器DML串联的电路结构，驱动器输出的Idriver全部经过DML，该串联的电路结构中无分流器件，能够降低功耗。此外，由于DML的负极N直接通过电容C连接接地端GND实现射频接地，即能够将Imod引入接地端GND，则在实现其封装结构时，仅需要对驱动器的正极(+)与DML的正极P进行wire-bonding，降低了对整体的封装带宽影响，改善整体器件的带宽性能。
电压端Vss用于输入预定电压，其可以连接外接电源以提供该预定电压。该预定电压可以为正电压或负电压或0电压。这样将DML的负极N引出通过电压端Vss提供任意电压，可以更加灵活的进行配置。电压端Vss的电压可以为零，即直接连接接地端GND(此种情况提供0电压)。其中，电压端Vss在提供负电压时，可以加大Vdd与Vss之间的压差，从而可以弥补驱动器的电源端的提供的驱动电压不够的问题。此外，电压端Vss可以为驱动器的负极，驱动器的负极用于向DML的负极输入预定电压。
DML用于将电信号转换为光信号并在传输介质(如光纤)中进行传输。当需要以时分复用的方式对光信号进行传输时，需要控制DML的光信号的开启与中断。例如：PON网络中ONU的上行信号的传输，需要设备在没有信号发送的时候处于关闭状态，在信号到来时能够很快的开启或恢复出正常的信号，即突发模式。所以需要控制DML的信号光的开启和关断，即驱动器需要支持突发功能。因此，本申请的实施例提供了一种发射电路如图5所示，驱动器31的正极(+)通过第一开关K1串联DML32的正极P。这样，当第一开关K1导通时，驱动器31将驱动电流Idriver通过其正极输出至DML32，实现信号光的开启。或者，提供了一种发射电路，如图6所示，DML32的负极N通过第二开关K2串联电压端Vss。这样，当第二开关K2导通时，驱动器31将驱动电流Idriver通过其正极(+)输出至DML32，实现信号光的开启。在不需要光信号传输时，控制第一开关K1(或第二开关K2)关断。
以上图5、图6分别提供了一种控制驱动器31的突发功能的突发开关(第一开关K1或第二开关K2)的放置位置。这样通过外部输入突发使能(burst enable，BEN)信号控制突发开关在导通或关断状态之间转换，进而控制DML输出的光信号的中断和开启。示例性的，突发开关可以采用场效应晶体管(field effect transistor，FET)，异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT)，高电子迁移率晶体管(highelectronmobility transistor，HEMT)或者双极结型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)等晶体管实现。
在一种示例中，驱动器31包括至少一个晶体管，至少一个晶体管连接形成单端驱动电路。如图7所示，驱动器31可以采用一个晶体管，该晶体管包括发射极(emitter，e)、基极(base，b)和集电极(collector，c)。其中基极b输入上述的输入信号，发射极e作为驱动器31的正极(+)与DML32的正极P连接；集电极c作为驱动器31的电源端Vdd。该晶体管可以采用FET、HBT、HEMT或者BJT等晶体管实现。
结合图3提供的发射电路，参照图8所示，提供一种该发射电路的封装结构。其中，驱动器81的正极(+)与接地端GND分别位于驱动器81的两侧，驱动器81的正极(+)通过第一接合线L1与DML 82的正极P连接；DML 82的负极N连接电压端Vss。
其中，驱动器81的正极(+)与接地端GND分别位于驱动器81的两侧，指驱动器81的正极(+)位于驱动器81的相对的两个表面中的上表面，接地端GND位于驱动器81的相对的两个表面中的下表面；或者指驱动器81的正极(+)位于驱动器81的相对的两个表面中的下表面，接地端GND位于驱动器81的相对的两个表面中的上表面。此外，图8中还示出了驱动器上与正极(+)位于同侧的用于输入信号、Vdd等信号输入的电极。这样，由于DML的负极N直接通过电容C将射频接地，即能够将Imod引入地，则在实现其封装结构时，仅需要对驱动器31的正极(+)与DML的正极P进行wire-bonding，降低了对整体的封装带宽影响，改善整体器件的带宽性能。
此外，电容C可以采用贴片电容，DML 82的负极N与接地端GND之间贴焊有贴片电容C。其中使用贴片电容可以直接将电容C焊接在DML 82的负极N与接地端GND之间，从而避免使用wire-bonding连接电容C。
此外，如图8所示，电压端Vss为驱动器81的负极(-)时，驱动器81的负极(-)与驱动器81的正极(+)位于驱动器81的同一侧；DML82的负极N通过第二接合线L2与驱动器81的负极(-)连接，驱动器81的负极(-)用于向DML的负极N输入预定电压。
结合图5示出的发射电路，在发射电路封装结构中，第一开关K1可以包含在驱动器中，此时第一开关K1与驱动器81的正极串联。当第一开关K1导通时，驱动器81将驱动电流Idriver通过第一开关K1及驱动器81的正极(+)输出至DML 82。
结合图6示出的发射电路，如图9所示，在封装结构包含该第二开关K2，第二开关K2串联于DML 82的负极N与电压端Vss之间。当第二开关K2导通时，驱动器81将驱动电流Idriver通过驱动器81的正极(+)输出至DML 82。其中，当电压端Vss为驱动器的负极(-)时，该第二开关K2也可以包含在驱动器中。
结合图3提供的发射电路，参照图10所示，驱动器91的正极(+)与接地端GND位于驱动器91的同侧；驱动器91的正极(+)延长至驱动器91外部的过渡层93通过第一接合线L1与DML92的正极P连接。这样，由于DML的负极N直接通过电容C将射频接地，即能够将Imod引入地，则在实现其封装结构时，仅需要对驱动器的正极(+)与DML的正极P进行wire-bonding，降低了对整体的封装带宽影响，改善整体器件的带宽性能。
DML92的负极N与接地端GND之间贴焊有贴片电容C。这种方式可以避免使用wire-bonding连接电容C。
如图10所示，电压端Vss为驱动器91的负极(-)时，驱动器91的负极(-)与驱动器91的正极(+)位于驱动器91的同一侧；DML92的负极N与驱动器91的负极(-)采用同层的材料，驱动器91的负极(-)用于向DML的负极输入预定电压。
结合图5示出的发射电路，其包含第一开关K1时，在封装结构中，第一开关K1可以包含在驱动器中，第一开关K1与驱动器91的正极串联；当第一开关K1导通时，驱动器91将驱动电流Idriver通过第一开关K1及驱动器91的正极(+)输出至DML92。
结合图6示出的发射电路，其包含第二开关K2时，如图11所示，在封装结构中，第二开关K2串联于DML 92的负极N与电压端Vss之间；当第二开关K2导通时，驱动器91将驱动电流Idriver通过驱动器91的正极(+)输出至DML92。其中，当电压端Vss为驱动器的负极时，该第二开关K2也可以包含在驱动器中。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种发射电路，其特征在于，包括：驱动器和直接调制激光器DML，其中：
所述驱动器的正极与所述DML的正极连接，所述DML的负极连接电压端，且所述DML的负极通过电容连接接地端；
所述驱动器用于根据输入信号生成驱动电流，并通过所述驱动器的正极输出所述驱动电流至所述DML，所述DML将所述驱动电流的第一部分电流通过所述电容输入所述接地端，所述DML将所述驱动电流的第二部分电流输入所述电压端；
所述驱动器的正极通过第一接合线与所述DML的正极连接，所述电容为贴片电容，所述DML的负极与所述接地端之间贴焊有所述贴片电容，所述第一部分电流包括调制电流Imod，所述第二部分电流包括偏置电流Ibias。
2.根据权利要求1所述的发射电路，其特征在于，
所述驱动器的正极与所述接地端分别位于所述驱动器的两侧。
3.根据权利要求1所述的发射电路，其特征在于，
所述驱动器的正极与所述接地端位于所述驱动器的同侧；所述驱动器的正极延长至所述驱动器外部的过渡层通过第一接合线与所述DML的正极连接。
4.根据权利要求1所述的发射电路，其特征在于，所述电压端连接外接电源。
5.根据权利要求1所述的发射电路，其特征在于，所述电压端为所述驱动器的负极。
6.根据权利要求1所述的发射电路，其特征在于，所述电压端的电压为零。
7.根据权利要求1-6任一项所述的发射电路，其特征在于，所述驱动器的正极通过第一开关串联所述DML的正极。
8.根据权利要求1-6任一项所述的发射电路，其特征在于，所述DML的负极通过第二开关串联所述电压端。
9.一种光模块，其特征在于，包括：发射电路以及接收电路；其中，所述发射电路为如权利要求1-8任一项所述的发射电路。
10.一种通信设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的光模块和信号源，所述信号源用于输出所述输入信号至所述光模块。
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