CN1467932A - 带自调整恒流源的激光器调制驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一种带自调整恒流源的激光器调制驱动电路，该电路包括：一第一级预放电路；一第二级预放电路；一恒流管栅压调控电路，该恒流管栅压调控电路连接在该第一级预放电路和第二级预放电路之间；其中恒流管栅压调控电路包括，一场效应晶体管，该场效应晶体管的栅极串接有二极管并与场效应晶体管的漏极相连接并经一电阻接至地端，该场效应晶体管的栅极经一电阻与场效应晶体管的源极相连接并接至电源端；采用本发明的电路，可减小差分放大器输出电压幅度随工艺偏差而产生的涨落，增加电路芯片制造时的工艺宽容度，从而提高产品的成品率。
Description
技术领域
本发明半导体技术领域，特别是指一种带自调整恒流源的激光器调制驱动电路。
背景技术
激光器调制驱动电路是光纤通信中光发射机的重要组成部分。由于它需要以每秒数千兆比特的高速工作，故电路通常由几级串连的ECL电平源耦合场效应管逻辑(SCFL)差分放大器组成，输出要求达到2.5-3伏的峰-峰电压(对应50-60mA的信号输出电流)。在采用砷化镓(GaAs)材料制作这种单片电路时，差分放大器恒流源器件HEMT(或MESFET)的阈值以及负载电阻阻值的工艺偏差常常会导致差分输出的电压幅度不够，致使输出的Vpp幅度不够，影响电路的成品率。
通常每级差分放大电路都由一个栅源短路的MESFET(或HEMT)作为恒流源，即该MESFET(或HEMT)的零栅偏压下的漏电流就是恒流源的电流大小。差分电路的输出电压幅度为该漏电流与负载电阻的乘积。
在实际制造激光器驱动电路芯片时，往往会因为离子注入、外延及栅槽腐蚀等器件加工工艺上的偏差，致使零栅偏压下的漏电流或/和负载电阻偏离理想设计值，从而导致输出电压幅度发生较大的变化，带来成品率的下降。事实上，GaAs FET(或HEMT)的阈值控制和重复性问题经常是影响成品率的重要因数。
图1是激光器调制驱动电路的一种常规电路。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的目的在于，提供一种带自调整恒流源的激光器调制驱动电路，其可减小输出电压幅度波动的差分电路，有效地克服了这一影响成品率的问题。通过采用本发明的电路，减小差分放大器输出电压幅度随工艺偏差而产生的涨落，增加电路芯片制造时的工艺宽容度，从而提高产品的成品率。
本发明一种带自调整恒流源的激光器调制驱动电路，其特征在于，该电路包括：
一第一级预放电路；
一第二级预放电路；
一恒流管栅压调控电路，该恒流管栅压调控电路连接在该第一级预放电路和第二级预放电路之间。
其中恒流管栅压调控电路包括，一场效应晶体管，该场效应晶体管的栅极接有二极管并与场效应晶体管的漏极相连接并经一电阻接至地端，该场效应晶体管的栅极经一电阻与场效应晶体管的源极相连接并接至电源端。
其中所述的二极管为一或两个。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图对本发明作一详细的描述，其中：
图1是常规HEMT激光器调制驱动电路图；
图2是带自调整恒流源的激光器调制驱动电路的输入级和预驱动电路图；
图3是恒流源电流随阈值电压的变化图；
图4(a)是采用普通恒流源，当阈值电压从-0.8V变化到-0.5V时的输出电压波形(输出幅度变小)图；
图4(b)是采用改进恒流源，当阈值电压从-0.8V变化到-0.5V时的输出电压波形幅度基本不变图；
图5(a)是采用普通恒流源，当电阻减小1/3时的输出电压波形图；
图5(b)是采用改进恒流源，当电阻减小1/3时的输出电压波形图；
图6是2.5Gb/s带自调整恒流源的激光器调制驱动电路的显微照片图。
具体实施方式
请参阅图2，本发明的带自调整恒流源的电路如图2所示。本发明与现有技术的主要不同之处在于，现有技术的所有恒流源晶体管的栅源是短接的，利用栅极零偏时的漏极电流作为差分对的恒流电流；本发明的恒流管栅极不是直接与源极相接，而是由另一附加恒流管栅压调控电路3提供的栅压来控制恒流管的漏极电流作为差分对的恒流电流。其中该带自调整恒流源的激光器调制驱动电路包括：一第一级预放电路1(为已有技术)，一第二级预放电路2(为已有技术)，一恒流管栅压调控电路3，该恒流管栅压调控电路3连接在该第一级预放电路1和第二级预放电路2之间。这一附加的恒流管栅压调控电路3包括：一场效应晶体管B8，该场效应晶体管B8的栅极串接有二极管D13、D14(本实施例为两个二极管D13、D14)并与场效应晶体管B8的漏极相连接并经一电阻R8接至地端，该场效应晶体管B8的栅极经一电阻R9与场效应晶体管B8的源极相连接并接至电源端。也就是说：该恒流管栅压调控电路3由场效应晶体管B8、二级管D13、D14以及电阻R8、R9组成。
电路工作原理简述如下：图2中所示的电路每级预放电路1或2包含一个差分放大电路(例如在第一级中，它由场效应晶体管B5、B6、B7、二极管D27、电阻R6、R7组成；第二级由场效应晶体管B13、B14、B15、二极管D28、电阻R10、R11组成)和一个电平移位电路(例如第一级为二极管D7-D12；第二级为D15-D20)。差分放大电路由差分对管B5、B6(或B13、B14)和恒流源B7(或B15)串联而成，第一级放大电路将单端输入信号转换成差分信号，前两级放大电路构成了预驱动级。
在图1中，由于各级输出电压摆幅ΔV＝I0×RL(其中I0为恒流源电流，RL为负载电阻)，因此，一旦因外延材料等原因致使零栅偏压下的I0发生变化，或电阻RL发生变化，普通电路的各级输出电压摆幅将发生变化，这将使总增益波动。严重时，输出的峰峰电压将大幅度降低。但在图2中，恒流管栅压调控电路3可以自动调整第一级预放电路1和第二级预放电路2的输出电压：当恒流源电流I0减少时，在R8上的压降减小，致使恒流源栅极电位上升，恒流源栅极电位上升，又使得恒流源的漏电流增加，形成一个很强的负反馈，补偿了因阈值变化等因数引起的I0的减小。同样的道理，若负载电阻因外延掺杂等原因变小，R8也会成比例地变小，这将引起恒流源栅极电位上升，导致I0增加，从而补偿了输出电压因负载电阻的变小而变小的趋势。
为了使附加的电路不消耗过大的功率，我们将该电路的栅宽设计得只有差分对恒流源的1/2至1/5。此时，只要将R8和R9的阻值设计相应扩大2至5倍即可。此时，附加电路的功耗仅为一个差分对消耗功率的1/2至1/5，对整个驱动电路的总功耗增加甚小，但对增加工艺宽容度、提高成品率贡献很大。本发明具有的的积极效果
我们通过电路模拟，可以看到两种电路在阈值和阻值变化时，输出特性的变化。由图3可见，改进后的恒流源在阈值为0.4-0.9V的范围均可工作，而普通电路则不能。
从图4(a)、(b)和图5(a)、(b)的模拟结果可见采用改进恒流源，即使器件阈值变化40％或电阻阻值减小1/3，驱动电路输出电压幅度(3V)仍然不变；而在同样情况下，普通电路的输出电压幅度变化明显。
由于该电路很好地克服了因工艺涨落造成HEMT(或MESFET)器件阈值偏移及电阻阻值偏移所带来的输出电平Vout不翻转或幅度降低(输出驱动电流变小)的问题。我们已经在4英寸GaAs片上研制出合格的激光器调制驱动电路(图6所示)。通过对比试验证实：带自调整恒流源的2.5Gb/s激光器调制驱动电路比常规电路的工艺宽容度大，其成品率显著高于常规电路。本发明的最好方式：
本发明最适于MESFET和HEMT激光器调制驱动电路。R8的大致取值由以下公式给出：
设：Vss为驱动器电源电压的绝对值，RL为差分放大器的负载电阻值，VD为二极管正向压降，ΔV为差分放大器的设计输出电压，VP为夹断电压，m为差分放大器的恒流源栅宽与附加电路恒流源栅宽之比。
则有R8＝mRL(Vss-2VD+VP/4)/ΔV，
例如：电源电压Vss＝5.2伏，RL＝80欧，VD＝0.6伏，ΔV＝1伏，VP＝-0.8伏，m＝3，则R8取值为912欧。
其中R9的取值为R8取值的5-10倍左右即可。
Claims (3)
1、一种带自调整恒流源的激光器调制驱动电路，其特征在于，该电路包括：
一第一级预放电路；
一第二级预放电路；
一恒流管栅压调控电路，该恒流管栅压调控电路连接在该第一级预放电路和第二级预放电路之间。
2、根据权利要求1所述的带自调整恒流源的激光器调制驱动电路，其特征在于，其中恒流管栅压调控电路包括，一场效应晶体管，该场效应晶体管的栅极串接有二极管并与场效应晶体管的漏极相连接并经一电阻接至地端，该场效应晶体管的栅极经一电阻与场效应晶体管的源极相连接并接至电源端。
3、根据权利要求2所述的带自调整恒流源的激光器调制驱动电路，其特征在于，其中二极管为一或两个。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA021405913A CN1467932A (zh) | 2002-07-10 | 2002-07-10 | 带自调整恒流源的激光器调制驱动电路 |
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| CNA021405913A CN1467932A (zh) | 2002-07-10 | 2002-07-10 | 带自调整恒流源的激光器调制驱动电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN1467932A true CN1467932A (zh) | 2004-01-14 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN1467932A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108683421A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-10-19 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种卫星用防单点失效的双冗余译码驱动电路及介质 |
| CN112886385A (zh) * | 2016-10-14 | 2021-06-01 | 伟摩有限责任公司 | GaNFET作为用于快速激光脉冲发生器的储能器 |
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2002
- 2002-07-10 CN CNA021405913A patent/CN1467932A/zh active Pending
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| CN108683421A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-10-19 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种卫星用防单点失效的双冗余译码驱动电路及介质 |
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