CN114284860B - 压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方法 - Google Patents

压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114284860B
CN114284860B CN202111542869.5A CN202111542869A CN114284860B CN 114284860 B CN114284860 B CN 114284860B CN 202111542869 A CN202111542869 A CN 202111542869A CN 114284860 B CN114284860 B CN 114284860B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
resistor
voltage
transmitting unit
dfb laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111542869.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114284860A (zh
Inventor
李景虎
范樟
石良琼
姚为谈
郑维银
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen EOchip Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
Xiamen EOchip Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen EOchip Semiconductor Co Ltd filed Critical Xiamen EOchip Semiconductor Co Ltd
Priority to CN202111542869.5A priority Critical patent/CN114284860B/zh
Priority to PCT/CN2021/141133 priority patent/WO2023108794A1/zh
Priority to US18/004,054 priority patent/US20240047942A1/en
Publication of CN114284860A publication Critical patent/CN114284860A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114284860B publication Critical patent/CN114284860B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06203—Transistor-type lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0427—Electrical excitation ; Circuits therefor for applying modulation to the laser
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H02M1/092—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices the control signals being transmitted optically
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/06832—Stabilising during amplitude modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/40—Transceivers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方案，属于光通信集成电路中的激光器驱动器领域，本发明为解决传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案在高温测试时，输出眼图裂化严重不可用的问题。本发明所述电源配置方案采用外部或内部电源配置单元为DFB激光器和光收发一体芯片的发射单元TX提供具有固定压差的两个电直流电源，同时对所述发射单元TX进行优化，优化方案为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；优化后发射单元TX的工作电源最低电压为2.7V。

Description

压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法
技术领域
本发明涉及一种压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，属于光通信集成电路中的激光器驱动器领域。
背景技术
在光纤通信集成电路的发射端，激光驱动器(Laser Diode Driver)按照数据流的逻辑值开启或者关闭激光器，并使用光纤远距离传递光信号，接收端再通过跨阻放大器(TIA)将电流信号转换为电压信号。如图2所示，激光器(Laser Diode)必须被偏置在阈值Ith附近，以便激光电流迅速地增加来接通激光器。参见图1所示的常用的激光驱动器直流耦合激光器电路原理图，激光驱动器必须提供一个偏置电流(Ibias)和调制电流(Imod)。激光器的偏置电流需要不断的对温度变化和老化做出调整，调制电流也需要对激光器的发光效率(ER)做出改变。
图3给出了传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案。DFB(DistributedFeedback Laser，分布式反馈)激光器能够提供较高的输出功率，适用于高速长途光信号传输。高速光收发一体芯片(Transceiver)采用直流耦合的方式与DFB激光器相连接。激光器的直流耦合方式相比于交流耦合方式的优点有：①直流耦合无交流耦合电容带来的时间延迟，响应速度更快，且多速率兼容，就够使用在超高速光发射端和突发光发射端的应用领域。②直流耦合采用更低的偏置电流，调制电流可用作平均功率输出，因此它的功耗更低。③更少的外围器件，更容易阻抗匹配。
但是直流耦合方式带来的净空电压(Headroom Voltage)问题也更加突出。激光器在高速开关的情况下，需要大约1.2V-1.8V的正向电压VF(Forward-bias Voltage)，如图3所示的简化激光器等效电路所示，正向电压VF等于带隙电压VBG与激光器等效串联电阻RL上的压降和，公式为：
VF＝VBG+RL·I
常温下，DFB激光器的VBG大约等于0.7V，RL等于5Ω，正向电压端的输入电流I＝Ibias+Imod＝35mA+80mA＝115mA，因此VF＝1.275V。
瞬态压降VL是由于快速变换的电流通过激光器封装寄生电感L产生的，10Gbps的DFB激光器封装电感L大约为0.4nH，80mA调制电流20％-80％的上升下降时间为20ps，有效调制电流为60％*80mA＝48mA，根据公式：
Figure GDA0004201125790000021
计算VL＝0.96V。Δi是单位时间内调制电流的变化量，即48mA。Δt是单位时间，即20ps。
调制电流流过阻尼电阻RA也会产生压降：
VRA＝RA*Imod
＝5Ω*80mA
＝0.4V
在激光器大功率输出的情况下，光收发一体芯片中发射单元TX的OUTP端的电压将会下降到最低点，其表达式为：
VLOW＝LVCC-VF-VL-VRA
其中LVCC是DFB激光器的电源电压，取值3.3V时，VLOW＝3.3-1.275-0.96-0.4＝0.665V。
常温下，采用如图4传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案，光收发一体芯片(Transceiver)中的发射单元TX的电源电压TVCC和DFB激光器的电源电压LVCC同为3.3V，那么发射单元TX的OUTP端的下摆电压为0.665V，该电压已经接近内部器件高速工作下的集电极发射极间电压的总和0.6V，当工作温度进一步升高到85℃的情况下，DFB激光器的调制电流和偏置电流将增大，届时OUTP端的下摆电压将小于0.6V，内部器件无法高速响应数据流的切换，眼图质量裂化，接收端的跨阻放大器TIA无法正确接收光信号。
图8是常温25℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图，输出功率+5.5dBm，眼张开裕度Margin＝38.6％；
图9是高温85℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图，输出功率+4.5dBm，眼张开裕度Margin＝13.9％；
图10是低温40℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图，输出功率+6dBm，眼张开裕度Margin＝23.2％；
可以看出高温情况下，DBF激光器的输出功率低，且眼图张开裕度只有13.9％，无法满足极端环境下光传输的性能需求。
为了解决上述出现的净空电压问题，最简单而有效的方法是提高DFB激光器的电源电压LVCC。如图5传统搭配外部DC/DC升压模块的DFB激光器配置方案，该方案是在光收发一体芯片的外部增加DC/DC升压模块，将3.3V的常规电压抬升到4V作为DFB激光器的电源电压LVCC，而发射单元TX的电源电压依旧采用3.3V电源电压TVCC。该情况下VLOW等于1.365V，距离内部器件高速工作下集电极发射极间电压的总和0.6V，还有相当大的电压裕度。能满足高温工作，调制电流偏置电流增大，VLOW进一步下降，而输出眼图质量无裂化的性能需求。
实际应用中，传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案，虽然实施简单，但是在高温环境下工作，激光驱动器因为净空电压裕度不足，无法高速开关DFB激光器发出高质量的传输光。然而采用传统搭配外部DC/DC升压模块的DFB激光器配置方案，最终能够在高温情况下，DFB激光器能够输出高质量传输光，但是这种配置方案，增加了许多外围电路，调试难度增大，功耗增加，重要的是经济成本增加了许多。
发明内容
本发明目的是为了解决传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案在高温测试时，输出眼图裂化严重不可用的问题，提供了一种压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法。
本发明所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，所述电源配置方法采用外部电源配置单元为DFB激光器和光收发一体芯片的发射单元TX提供具有固定压差的两个电直流电源，所述外部电源配置单元包括直流电压源VDC3.3V和类低压差线性稳压器，所述类低压差线性稳压器包括电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13、PMOS功率管MP和运算放大器AMP；
电阻R6的一端同时连接电阻R5的一端和运算放大器AMP的反相输入端；
运算放大器AMP的正相输入端同时连接电阻R12的一端和电阻R13的一端；
电阻R13的另一端同时连接PMOS功率管MP的漏端、电压输出端口VOUT并所述电压输出端口VOUT用于输出光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源，所述电压输出端口VOUT与发射单元TX的电源电压端口TVCC连接；
PMOS功率管MP的栅极连接运算放大器AMP的输出端；
PMOS功率管MP的源端、电阻R5的另一端连接直流电压源VDC的正端；
电阻R12的另一端、电阻R6的另一端和直流电压源VDC的负端连接地；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。
优选地，外部电源配置单元为光收发一体芯片的发射单元TX提供的工作电源电压为：
Figure GDA0004201125790000041
通过调整R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值来改变输出电压VOUT，进而调整两个电直流电源的压差。
本发明还提供另一套方法，所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法为：
将直流电压源VDC3.3V作为DFB激光器的工作电源；
并在光收发一体芯片内部设置内部电源配置单元，光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源为所述直流电压源VDC3.3V经内部电源配置单元处理后获得；
以实现：光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源与DFB激光器DFB_Laser的工作电源具有固定压差；
具体为：直流电压源VDC3.3V的正端同时连接DFB激光器DFB_Laser的电源电压端口LVCC和光收发一体芯片的发射单元TX的电源电压端口TVCC；直流电压源VDC3.3V的负端接地；内部电源配置单元的输入端连接发射单元TX的电源电压端口TVCC，内部电源配置单元的输出端连接发射单元TX内部的工作电源端口VCCT，内部电源配置单元的压差调制端连接发射单元TX的调制端口CTL；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。
优选地，内部电源配置单元包括低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13、PMOS功率管MP和运算放大器AMP；
电阻R6的一端同时连接电阻R5的一端和运算放大器AMP的反相输入端；
运算放大器AMP的正相输入端同时连接电阻R12的一端和电阻R13的一端；
电阻R13的另一端同时连接PMOS功率管MP的漏端、光收发一体芯片的发射单元TX内部的工作电源端口VCCT；
PMOS功率管MP的栅极连接运算放大器AMP的输出端；
PMOS功率管MP的源端、电阻R5的另一端连接发射单元TX的电源电压端口TVCC；
电阻R12的另一端、电阻R6的另一端连接地；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口VCCT的最低电压为2.7V。
优选地，内部电源配置单元还包括可编程模块，所述可编程模块用于调整电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值，以实现两个工作电源压差大小的调整。
优选地，可编程模块采用模拟可编程模块或数字可编程模块。
优选地，数字可编程模块的实现方式为一次性可编程OTP或寄存器编程，压差调整的过程为：首先确定两个工作电源之间预实现的压差值，然后，通过发射单元TX的调制端口CTL写入数字字符作为指令，可编程模块根据该指令来改写电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值，进而实现压差调整。
优选地，模拟可编程模块的实现方式为激光修调或熔丝修调。
优选地，内部电源配置单元为光收发一体芯片的发射单元TX提供的工作电源电压为：
Figure GDA0004201125790000051
本发明的有益效果：本发明提出压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，摒弃传统的3.3V电源电压同时供给收发一体芯片内部的发射单元TX和激光器电源电压的配置方法。摒弃3.3V电源电压供给收发一体芯片内部的发射单元TX和使用升压芯片DC/DC输出4V电压给激光器电源电压的配置方法。采用优化内部设计后的光收发一体芯片的发射单元TX工作在低于3.3V的电源电压，激光器电源电压为3.3V的配置方法(TVCC与LVCC之间产生固定的电压差值)，能够提升激光器高温眼图性能，改变结构内的电阻值压差的设置净空电压裕度。并且使得整个模块成本功耗同时下降。已经通过了实际测试验证。
附图说明
图1是常用的激光驱动器直流耦合激光器电路原理图；
图2是激光器输入输出特征示意图；
图3是简化的激光器等效电路图；
图4是传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案；
图5是传统搭配外部DC/DC升压模块的DFB激光器配置方案；
图6是本发明所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法的结构示意图(配置方法一)；
图7是本发明所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法的结构示意图(配置方法二)；
图8是25℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图；
图9是85℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图；
图10是-40℃条件下传统搭配外部3.3V电源的DFB激光器配置方案输出眼图；
图11是25℃配置本发明压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法输出眼图；
图12是85℃配置本发明压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法输出眼图；
图13是-40℃配置本发明压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法输出眼图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图6、8～12说明本实施方式，本实施方式所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法采用外部电源配置单元，参见图6所示的配置方法一包括两部分，一部分是对外部电源配置单元结构的设计，另一部分是对光收发一体芯片的发射单元TX的优化。
外部电源配置单元两路输出，一路输出3.3V连接DFB激光器DFB_Laser的电源电压端口LVCC，另一路输出
Figure GDA0004201125790000061
连接光收发一体芯片的电源端TVCC，所述电源配置方法采用外部电源配置单元为DFB激光器和光收发一体芯片提供具有固定压差的两个电直流电源，所述外部电源配置单元包括直流电压源VDC3.3V和类低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13、PMOS功率管MP和运算放大器AMP；
电阻R6的一端同时连接电阻R5的一端和运算放大器AMP的反相输入端；
运算放大器AMP的正相输入端同时连接电阻R12的一端和电阻R13的一端；
电阻R13的另一端同时连接PMOS功率管MP的漏端、电压输出端口VOUT并所述电压输出端口VOUT用于输出光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源，所述电压输出端口VOUT与发射单元TX的电源电压端口TVCC连接；
PMOS功率管MP的栅极连接运算放大器AMP的输出端；
PMOS功率管MP的源端、电阻R5的另一端连接直流电压源VDC的正端；
电阻R12的另一端、电阻R6的另一端和直流电压源VDC的负端连接地；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。
外部电源配置单元为光收发一体芯片的发射单元TX提供的工作电源电压为：
Figure GDA0004201125790000071
通过调整R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值来改变输出电压VOUT，进而调整两个电直流电源的压差。
本发明中提出了压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，因此压差可调整是该发明实现方式的关键。
在阐述传统的激光器电源配置方案中，倘若采用统一3.3V电压供给芯片和激光器，那么将会引发净空电压问题，影响了高温情况下的眼图输出质量。倘若采用升压的方式给激光器供电，那么此方案的外围器件增多，功耗和成本也会增加。图6提出的压差可调整的电源配置方案能很好的解决上述两个问题，即性能优越，成本低廉。
图5的电源配置方案是提高激光器的电源电压，使得净空电压裕度更大，以提高高温性能。图6的设计思路反其道行之，激光器的电源电压依旧采用常规的VDC3.3V电压，而芯片发射单元TX的电源电压是由常规3.3V电压经过一个类LDO(低压差线性稳压器)降压后再连接芯片发射部分的电源电压端口TVCC。TVCC的电压值为
Figure GDA0004201125790000072
因此合理调整公式内的阻值大小，得到需要的VOUT值。
当公式内的电阻值固定后，TVCC与LVCC的电压差值随之固定该电压差的范围可在100mV-600mV之间，可以选择最优电压差值，换取激光器高温下最优眼图性能。
芯片发射单元TX的电源电压为VOUT后，其内部器件高速工作情况下集电极发射极间电压的总和将进一步下降几百毫伏，低于前文所述的0.6V，那么激光器工作在高温情况下，调制电流偏置电流增加后，依旧有一定的净空电压裕度，使得激光器驱动器高速开启关闭激光器，发射出高质量光。
想要实现该配置方案的设计构想，首先在芯片设计之初就开始对芯片发射单元TX的电路进行优化，使它能够在低电源电压下，依旧能配合数据流高速的开启和关闭激光器，例如电路中大多数采用低压高速管LNPN，和采用提升带宽的辅助结构(电容C1和C2的连接方式形成负电容结构提高工作速率)等。
图11是常温25℃条件下压差可调整的DFB激光器直流耦合输出配置方法输出眼图，输出功率+6.5dBm，眼张开裕度Margin＝35.1％；
图12是高温85℃条件下压差可调整的DFB激光器直流耦合输出配置方法输出眼图，输出功率+5.1dBm，眼张开裕度Margin＝21％；
图13是低温40℃条件下压差可调整的DFB激光器直流耦合输出配置方法输出眼图，输出功率+6.5dBm，眼张开裕度Margin＝24.9％；
该方法的测试数据相比于统一3.3V电源电压的测试数据，三温功率整体提高1dBm左右，且输出眼图较好，无明显过冲问题，尤其是85℃高温情况下，眼张开裕度为21％，得到提高了。
本发明提出的压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，不采用以往的升压芯片给激光器供电，提高净空电压裕度，而是使用类LDO结构降低TX的电源电压，改变结构内的电阻值灵活的设置净空电压裕度。以上电源配置方法的改变能够降低整个模块的功耗和成本开销，又提高了激光器输出眼图的质量。
具体实施方式二：下面结合图7说明本实施方式，本实施方式所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法采用内部电源配置单元，参见图7所示的配置方法二包括两部分，一部分是对内部电源配置单元结构的设计，另一部分是对光收发一体芯片的发射单元TX的优化。
所述电源配置方法为：
将直流电压源VDC3.3V作为DFB激光器的工作电源；
并在光收发一体芯片内部设置内部电源配置单元，光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源为所述直流电压源VDC3.3V经内部电源配置单元处理后获得；
以实现：光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源与DFB激光器DFB_Laser的工作电源具有固定压差；
具体的元件连接关系为：直流电压源VDC3.3V的正端同时连接DFB激光器DFB_Laser的电源电压端口LVCC和光收发一体芯片的发射单元TX的电源电压端口TVCC；直流电压源VDC3.3V的负端接地；内部电源配置单元的输入端连接发射单元TX的电源电压端口TVCC，内部电源配置单元的输出端连接发射单元TX内部的工作电源端口VCCT，内部电源配置单元的压差调制端连接发射单元TX的调制端口CTL；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。
内部电源配置单元包括低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13、PMOS功率管MP和运算放大器AMP；
电阻R6的一端同时连接电阻R5的一端和运算放大器AMP的反相输入端；
运算放大器AMP的正相输入端同时连接电阻R12的一端和电阻R13的一端；
电阻R13的另一端同时连接PMOS功率管MP的漏端、光收发一体芯片的发射单元TX内部的工作电源端口VCCT；
PMOS功率管MP的栅极连接运算放大器AMP的输出端；
PMOS功率管MP的源端、电阻R5的另一端连接发射单元TX的电源电压端口TVCC；
电阻R12的另一端、电阻R6的另一端连接地；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口VCCT的最低电压为2.7V。
进一步，内部电源配置单元还包括可编程模块，所述可编程模块用于调整电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值，以实现两个工作电源压差大小的调整。
可编程模块采用模拟可编程模块或数字可编程模块。
数字可编程模块的实现方式为一次性可编程OTP或寄存器编程，压差调整的过程为：首先确定两个工作电源之间预实现的压差值，然后，通过发射单元TX的调制端口CTL写入数字字符作为指令，可编程模块根据该指令来改写电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值，进而实现压差调整。
模拟可编程模块的实现方式为激光修调或熔丝修调。
内部电源配置单元为光收发一体芯片的发射单元TX提供的工作电源电压为：
Figure GDA0004201125790000091
这样，DFB激光器的工作电源和光收发一体芯片的发射单元TX电直流电源之间的压差为：
Figure GDA0004201125790000101
当电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值确定的时候，二者的压差就是确定的，当所需压差需要调整时，通过调制以上4个电阻的阻值即可实现。
本实施方式电源配置方法的改变能够降低整个模块的功耗和成本开销，又提高了激光器输出眼图的质量。其原理与实施方式一相似。

Claims (9)

1.压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，所述电源配置方法采用外部电源配置单元为DFB激光器和光收发一体芯片的发射单元TX提供具有固定压差的两个电直流电源，所述外部电源配置单元包括直流电压源VDC3.3V和类低压差线性稳压器，所述类低压差线性稳压器包括电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13、PMOS功率管MP和运算放大器AMP；
电阻R6的一端同时连接电阻R5的一端和运算放大器AMP的反相输入端；
运算放大器AMP的正相输入端同时连接电阻R12的一端和电阻R13的一端；
电阻R13的另一端同时连接PMOS功率管MP的漏端、电压输出端口VOUT并所述电压输出端口VOUT用于输出光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源，所述电压输出端口VOUT与发射单元TX的电源电压端口TVCC连接；
PMOS功率管MP的栅极连接运算放大器AMP的输出端；
PMOS功率管MP的源端、电阻R5的另一端连接直流电压源VDC的正端；
电阻R12的另一端、电阻R6的另一端和直流电压源VDC的负端连接地；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。
2.根据权利要求1所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，外部电源配置单元为光收发一体芯片的发射单元TX提供的工作电源电压为：
Figure FDA0004201125770000011
通过调整R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值来改变输出电压VOUT，进而调整两个电直流电源的压差。
3.压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，所述电源配置方法为：
将直流电压源VDC3.3V作为DFB激光器的工作电源；
并在光收发一体芯片内部设置内部电源配置单元，光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源为所述直流电压源VDC3.3V经内部电源配置单元处理后获得；
以实现：光收发一体芯片的发射单元TX的工作电源与DFB激光器DFB_Laser的工作电源具有固定压差；
具体为：直流电压源VDC3.3V的正端同时连接DFB激光器DFB_Laser的电源电压端口LVCC和光收发一体芯片的发射单元TX的电源电压端口TVCC；直流电压源VDC3.3V的负端接地；内部电源配置单元的输入端连接发射单元TX的电源电压端口TVCC，内部电源配置单元的输出端连接发射单元TX内部的工作电源端口VCCT，内部电源配置单元的压差调制端连接发射单元TX的调制端口CTL；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口TVCC的最低电压为2.7V。
4.根据权利要求3所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，内部电源配置单元包括低压差线性稳压器，所述低压差线性稳压器包括电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13、PMOS功率管MP和运算放大器AMP；
电阻R6的一端同时连接电阻R5的一端和运算放大器AMP的反相输入端；
运算放大器AMP的正相输入端同时连接电阻R12的一端和电阻R13的一端；
电阻R13的另一端同时连接PMOS功率管MP的漏端、光收发一体芯片的发射单元TX内部的工作电源端口VCCT；
PMOS功率管MP的栅极连接运算放大器AMP的输出端；
PMOS功率管MP的源端、电阻R5的另一端连接发射单元TX的电源电压端口TVCC；
电阻R12的另一端、电阻R6的另一端连接地；
所述电源配置方法同时对所述发射单元TX进行优化，优化方法为：所述发射单元TX中的晶体管均采用低压高速管，发射单元TX中包括电容C1、C2构成的负电容结构，作为提升带宽辅助结构；
优化后发射单元TX的电源电压端口VCCT的最低电压为2.7V。
5.根据权利要求4所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，内部电源配置单元还包括可编程模块，所述可编程模块用于调整电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值，以实现两个工作电源压差大小的调整。
6.根据权利要求5所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，可编程模块采用模拟可编程模块或数字可编程模块。
7.根据权利要求6所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，数字可编程模块的实现方式为一次性可编程OTP或寄存器编程，压差调整的过程为：首先确定两个工作电源之间预实现的压差值，然后，通过发射单元TX的调制端口CTL写入数字字符作为指令，可编程模块根据该指令来改写电阻R5、电阻R6、电阻R12、电阻R13的电阻值，进而实现压差调整。
8.根据权利要求6所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，模拟可编程模块的实现方式为激光修调或熔丝修调。
9.根据权利要求3所述压差可调整的DFB激光器直流耦合输出电源配置方法，其特征在于，内部电源配置单元为光收发一体芯片的发射单元TX提供的工作电源电压为：
Figure FDA0004201125770000031
/>
CN202111542869.5A 2021-12-16 2021-12-16 压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方法 Active CN114284860B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111542869.5A CN114284860B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方法
PCT/CN2021/141133 WO2023108794A1 (zh) 2021-12-16 2021-12-24 压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方案
US18/004,054 US20240047942A1 (en) 2021-12-16 2021-12-24 DFB Laser DC-coupled Output Power Configuration Scheme with Adjustable Voltage Difference

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111542869.5A CN114284860B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114284860A CN114284860A (zh) 2022-04-05
CN114284860B true CN114284860B (zh) 2023-06-13

Family

ID=80872511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111542869.5A Active CN114284860B (zh) 2021-12-16 2021-12-16 压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240047942A1 (zh)
CN (1) CN114284860B (zh)
WO (1) WO2023108794A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001042169A (ja) * 1999-07-28 2001-02-16 Hitachi Ltd 光学装置
CN1692544A (zh) * 2002-04-18 2005-11-02 姜涛 含待机功能的绿色开关电源及其ic
CN101944705A (zh) * 2010-08-23 2011-01-12 索尔思光电（成都）有限公司 一种基于dfb激光器的传输用xfp光模块工作方法
CN202135131U (zh) * 2011-08-10 2012-02-01 黄松正 一种外调制器偏置电压控制系统
CN111916996A (zh) * 2020-08-03 2020-11-10 厦门亿芯源半导体科技有限公司 一种大调制电流直流耦合型激光器驱动电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7359643B2 (en) * 2001-02-05 2008-04-15 Finisar Corporation Optical transceiver module with power integrated circuit
US7620077B2 (en) * 2005-07-08 2009-11-17 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for pumping and operating optical parametric oscillators using DFB fiber lasers
US20080304527A1 (en) * 2007-06-07 2008-12-11 Miaobin Gao Controlling a bias current for an optical source
US8903254B2 (en) * 2011-05-24 2014-12-02 Source Photonics, Inc. Low power consumption, long range, pluggable transceiver, circuits and devices therefor, and method(s) of using the same
JP5337886B2 (ja) * 2012-01-25 2013-11-06 株式会社フジクラ Ｄｃ結合型レーザ駆動回路、及び、半導体レーザ素子の駆動方法
CN104202092A (zh) * 2014-09-18 2014-12-10 长芯盛（武汉）科技有限公司 适用于sfp+高速光电通信的收、发、控三合一芯片
US10971894B2 (en) * 2015-06-22 2021-04-06 Maxim Integrated Products, Inc. Driver for high speed laser diode
US10459259B2 (en) * 2017-01-09 2019-10-29 Maxlinear, Inc. Method and system for electro-absorption modulator drivers in CMOS
CN112969019B (zh) * 2021-02-26 2023-08-08 深圳荆虹科技有限公司 一种tof模组及电子装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001042169A (ja) * 1999-07-28 2001-02-16 Hitachi Ltd 光学装置
CN1692544A (zh) * 2002-04-18 2005-11-02 姜涛 含待机功能的绿色开关电源及其ic
CN101944705A (zh) * 2010-08-23 2011-01-12 索尔思光电（成都）有限公司 一种基于dfb激光器的传输用xfp光模块工作方法
CN202135131U (zh) * 2011-08-10 2012-02-01 黄松正 一种外调制器偏置电压控制系统
CN111916996A (zh) * 2020-08-03 2020-11-10 厦门亿芯源半导体科技有限公司 一种大调制电流直流耦合型激光器驱动电路

Also Published As

Publication number Publication date
US20240047942A1 (en) 2024-02-08
WO2023108794A1 (zh) 2023-06-22
CN114284860A (zh) 2022-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6272160B1 (en) High-speed CMOS driver for vertical-cavity surface-emitting lasers
JP3668612B2 (ja) 光半導体素子駆動回路及び光送受信モジュール
CN111916996B (zh) 一种大调制电流直流耦合型激光器驱动电路
JP2001326569A (ja) Ｌｅｄ駆動回路及び光送信モジュール
US11791607B2 (en) Driver for high speed laser diode
CA2492499A1 (en) Method and apparatus for directly modulating a laser diode using multi-stage laser driver circuity
CN106953696B (zh) 兼容8472协议、数字可编程的olt收发一体芯片
CN101702489A (zh) 一种电吸收调制激光器的偏置电路及其调试方法
US9653878B2 (en) Circuit, optical module, methods and optical communication system for dual rate power point compensation
CN102932066A (zh) 一种光模块
CN115001523B (zh) 基于epon搭配eml的10g速率olt端收发一体芯片
US7356058B2 (en) Adaptive laser diode driver and method
CN115173946B (zh) 基于xgpon搭配eml的10g速率olt端收发一体芯片
US9813162B2 (en) Optical transmission circuit, optical transmission device, and optical transmission system
CN114284860B (zh) 压差可调整的dfb激光器直流耦合输出电源配置方法
US20230388022A1 (en) 10G Rate OLT Terminal Transceiver Integrated Chip Based on XGSPON with EML Laser
CN106953697B (zh) 模拟可编程的olt收发一体芯片
CN114243450B (zh) 一种dfb激光器直流耦合输出电源配置方法
CN103956650A (zh) 一种应用于激光驱动器的温度补偿电路
CN214851240U (zh) 光收发驱动芯片以及光收发系统
US20160329968A1 (en) Drive circuit and optical network unit
CN203774607U (zh) 一种应用于激光驱动器的温度补偿电路
US12003276B2 (en) 10G rate OLT terminal transceiver integrated chip based on EPON with EML laser
TW201924166A (zh) 用於光通信中之雷射二極體之效率經改善驅動器
US20050271397A1 (en) Control circuitry in optoelectronic modules for laser crossing point adjustment

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Jinghu

Inventor after: Fan Zhang

Inventor after: Shi Liangqiong

Inventor after: Yao Weitan

Inventor after: Zheng Weiyin

Inventor before: Li Jinghu

Inventor before: Fan Zhang

Inventor before: Shi Liangqiong

Inventor before: Yao Weitan

Inventor before: Zheng Weiyin

Inventor before: Tu Hanghui

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant