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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Treiberschaltungen und insbesondere
auf Lasertreiberschaltungen, wie z. B. diejenigen, die bei Telekommunikationsanwendungen
verwendet werden, insbesondere für
optische Hochgeschwindigkeitskommunikation.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
Lasertreiberschaltung wird zum Modulieren der Lichtausgabe einer
Laserdiode bei hohen Frequenzen gemäß Daten verwendet, die an die Treiberschaltung
angelegt werden. Die Lasertreiberschaltung basiert normalerweise
auf einem symmetrischen Differenzpaar, wobei ein Differenzdateneingang
an das Differenzpaar angelegt ist.
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Verschiedene
Merkmale im Zusammenhang mit Lasertreiberschaltungen führen jedoch
zu Resonanzen, die problematisch sind. Beispielsweise kann die Impedanzfehlanpassung
zwischen der Lasertreiberausgabe und einem Laser, insbesondere gekoppelt
mit Blindelementen zwischen denselben, Resonanzen bewirken. Resonanzen
modifizieren Signale in einer Schaltung und können das Ausgangssignal des
Lasers verzerren.
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Bei
dem Versuch, die Resonanzprobleme zu überwinden, verwenden herkömmliche
Vorrichtungen mehrere Verfahren. Beispielsweise ist es bekannt,
Widerstände
in Reihe zu verwenden, um zu versuchen, die Resonanz zu dämpfen, aber
passive Widerstandskomponenten sind verlustbehaftet und können häufig nicht
verwendet werden aufgrund von begrenzter Spannungsreserve in der
Lasertreiberschaltung. Alternativ ist es bekannt, Blindkomponenten
oder Abstimmungsstichleitungen zu verwenden, um Eingangs- und Ausgangsimpedanzen anzupassen
und die Resonanzen zu reduzieren, aber die Blindkomponenten oder
Abstimmungsstichleitungen müssen
von sehr hoher Qualität
sein, was die Herstellungskosten erhöht, und fein abgestimmt sein, was
den Bereich der Betriebsfrequenzen begrenzt.
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Daher
ist es wünschenswert,
Resonanzen in einer Treiberschaltung zu entfernen oder zumindest zu
reduzieren, ohne die Ausgabe der Treiberschaltung nachteilig zu
beeinträchtigen.
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Die
EP-Patentanmeldung Nr. 0756362 A1 offenbart eine spannungsgesteuerte
Laserdiodentreiberschaltung, die einen Differenzverstärker verwendet,
um einen Laser zu steuern. Die WO 00/64045 offenbart eine Verstärkeranordnung,
die ein Rückkopplungsnetzwerk
verwendet, das zwischen den Ausgangs- und Eingangs-Anschluss gekoppelt ist.
Weitere Beispiele der Verwendung von Rückkopplung, um Impedanzfehlanpassung
auszugleichen, sind in der japanischen Patentzusammenfassung Nr. 01036219
und dem U.S.-Patent Nr. 6,069,523 offenbart.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Folglich
liefert die vorliegende Erfindung eine Treiberschaltung, die die
Merkmale umfasst, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben
sind.
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Die
Niedrigimpedanzlast ist vorzugsweise eine Laserdiode.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Beispielhafte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Schaltbild einer herkömmlichen Lasertreiberschaltung;
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2 eine
beispielhafte Frequenzantwort der herkömmlichen Lasertreiberschaltung
von 1;
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3 ein
Schaltbild eines Lasertreibers, der eine Rückkopplung umfasst;
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4 eine
beispielhafte Frequenzantwort der Lasertreiberschaltung von 3 mit
einem Satz von Komponentenwerten;
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5 zeigt
eine beispielhafte Frequenzantwort der Lasertreiberschaltung von 3 mit
einem zweiten Satz von Komponentenwerten; und
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6 ein
Schaltbild einer Lasertreiberschaltung gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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Somit
zeigt 1 eine bekannte Lasertreiberschaltung 100,
die im Wesentlichen eine Differenzpaarkonfiguration aufweist. Ein
Widerstand 104 ist mit einer positiven Versorgungsspannungs-Rail 102 gekoppelt.
Außerdem
ist eine Laserdiode 106 mit der Versorgungsspannungs-Rail 102 gekoppelt.
Der Widerstand 104 ist in Reihe geschaltet mit einer Kollektorelektrode
eines ersten Transistors 108. Eine Emitterelektrode des
ersten Transistors 108 ist mit einer Stromquelle 112 gekoppelt.
Auf symmetrische Weise ist eine Emitterelektrode eines zweiten Transistors 110 mit
der Stromquelle 112 gekoppelt. Eine erste Signaleingangsleitung 116 ist
mit einer Basiselektrode des ersten Transistors 108 gekoppelt,
und eine zweite Signaleingangsleitung 118 ist mit einer Basiselektrode
des zweiten Transistors 110 gekoppelt.
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Beim
Betrieb wird ein Hochfrequenzeingangsdatensignal an die zweite Signaleingangsleitung 118 angelegt,
und ein inverses Eingangsdatensignal wird an die erste Signaleingangsleitung 116 angelegt.
Der erste Transistor 108 und der zweite Transistor 110 werden
angepasst. Ferner wirkt der Widerstand 104 als eine Einrichtung
der Leistungsdissipation und ungefähren Lastanpassung. Allgemein
tritt eine Impedanzfehlanpassung auf, weil die Quellen der Lasertreiberschaltung 100 ein
erster Transistor 108 und ein zweiter Transistor 110 eines ungefähren Widerstandswerts
1 kΩ sind,
während die
Lasten der Schaltung eine Laserdiode 106 mit einem äquivalenten
Wechselstromwiderstandswert von etwa 5 Ω und ein Widerstand 104 mit
einem Widerstandswert von typischerweise 30 Ω sind.
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Eine
beispielhafte Frequenzantwortkurve für die Lasertreiberschaltung 100 von 1 ist
in 2 dargestellt. Bei relativ niederen Frequenzen
behält die
Ausgangsantwort 200 einen konstanten Wert 202 bezüglich der
Eingangsfrequenz bei. Bei hohen Frequenzen sind Resonanzen 204 offensichtlich,
die einen wesentlichen Effekt auf ein Ausgangssignal hätten.
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Ein
Schaltbild, das eine Rückkopplung
umfasst, ist in 3 dargestellt. In diesem Fall
ist die Struktur des Schaltbilds 300 gleich wie diejenige
des Schaltbilds, das in 1 gezeigt ist, wobei identische Merkmale
wie diejenigen von 1 die gleichen Bezugszeichen
haben wie diejenigen von 1, aber mit dem Präfix „3" anstatt dem Präfix „1". Somit ist beispielsweise
der Widerstand 104 in 1 der Widerstand 304 in 3.
Bei dem Schaltbild 300 ist eine Rückkopplungsimpedanz 320 zwischen
die Kollektorelektrode des zweiten Transistors 310 und
die zweite Signaleingangsleitung 318 gekoppelt. Die Rückkopplungsimpedanz 320 umfasst
allgemein einen Widerstand und einen Kondensator. Beim Betrieb wirkt
das Hinzufügen
der Rückkopplungsimpedanz 320,
um die reflektierten Signale von der Laserdiode 306 und
dem Transistor 310 in die zweite Signaleingangsleitung 318 zurückzuführen. Die
Größe des Widerstands
und des Kondensators in der Rückkopplungsimpedanz 320 beeinträchtigen
die Frequenzantwort der Schaltung. Somit kann die Rückkopplungsimpedanz 320 die
Resonanzen mildern.
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Ferner
ist bei dem Schaltbild 300 eine optionale Rückkopplungsimpedanz 322 (angezeigt
durch eine gestrichelte Linie in 3) zwischen
der Kollektorelektrode des ersten Transistors 308 und die
erste Signaleingangsleitung 316 gekoppelt. Die optionale Rückkopplungsimpedanz 322,
die allgemein einen Widerstand und einen Kondensator umfasst, trägt dazu
bei, die Lasertreiberschaltung 300 in einem symmetrischen
Zustand zu halten.
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Eine
beispielhafte Frequenzantwortkurve der Lasertreiberschaltung 300 von 3 ist
in 4 und in 5 dargestellt.
Die Frequenzantwortkurve 400 von 4 ergibt
sich, wenn der Widerstand und der Kondensator der Rückkopplungsimpedanz 320 relativ
niedrige Werte haben (bzw. 600 Ω bzw.
5 pF). In diesem Fall dienen der Widerstand und der Kondensator
dazu, ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz zu liefern, die
bestimmt ist, um etwas niedriger zu sein als die Resonanzfrequenz.
Bei niedrigeren Frequenzen behält
der Ausgang 400 einen konstanten Wert 402 bei.
Der Ausgang 400 wird jedoch gesperrt, bevor der sehr hohe
Frequenzbereich (und zugeordnete Resonanzen) erreicht werden. Obwohl
die Bandbreite reduziert ist, wird somit die Ausgangsleistung bei
niedrigeren Frequenzen beibehalten.
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Die
Frequenzantwortkurve 500 von 5 ergibt
sich, wenn der Widerstand und der Kondensator der Rückkopplungsimpedanz 320 relativ
hohe Werte haben (beispielsweise 2 kΩ bzw. 20 pF). Erneut behält der Ausgang 500 bei
niedrigeren Frequenzen einen konstanten Wert 502 bei. Die
Ausgangsleistung ist jedoch bei niedrigeren Frequenzen etwas reduziert, aufgrund
des Effekts der Rückkopplungsimpedanz.
Dieser Filtereffekt bewirkt auch, dass die Resonanzen wesentlich
reduziert sind, wie es bei Resonanzspitzen 504 gezeigt
ist.
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Idealerweise
hätte die
Rückkopplungsimpedanz
einen Kondensator mit sehr hohem Wert und einen Widerstand mit niedrigem
Wert, um im Wesentlichen eine Gleichsignalsperrung mit einer flachen Frequenzantwort
zu liefern. Die Realisierung eines Kondensators mit sehr hohem Wert
innerhalb einer integrierten Schaltung verursacht jedoch Herstellungsschwierigkeiten.
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Ein
Schaltbild gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 6 dargestellt. In diesem Fall
ist die Struktur des Schaltbilds 600 gleich wie diejenige
des in 1 gezeigten Schaltbilds, wobei identische Merkmale
wie diejenigen von 1 die gleichen Bezugszeichen
haben wie diejenigen von 1, außer mit dem Präfix „6" anstatt dem Präfix „1". Somit ist beispielsweise
der Widerstand 104 in 1 der Widerstand 604 in 6.
Bei dem Schaltbild 600 ist ein Differenzverstärker 620 zwischen
die Kollektorelektrode des zweiten Transistors 610 und
die Basiselektrode sowohl des ersten Transistors 608 als
auch des zweiten Transistors 610 gekoppelt.
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Beim
Betrieb wirkt die Hinzufügung
des Differenzverstärkers 620,
um das Ausgangstreibersignal von dem Transistor 610 in
die erste und zweite Signaleingangsleitung 616, 618 zurückzuführen, und hat
einen ähnlichen
Effekt wie die Rückkopplungsimpedanz 320 in 3.
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Vorteilhafterweise
liefert die vorliegende Erfindung ein System, das Resonanzen in
einer Treiberschaltung minimiert oder entfernt. Außerdem ist die
Erfindung einfach zu implementieren und relativ kostengünstig zu
realisieren.
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Die
vorliegende Erfindung kann allgemein bei Differenzverstärker angewendet
werden und ist besonders anwendbar bei Lasertreibervorrichtungen.
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Obwohl
die Erfindung oben mit Bezugnahme auf eine Lasertreiberschaltung
beschrieben wurde, ist klar, dass die Erfindung auf jedes Differenzpaar angewendet
werden kann, das unter Resonanzeffekten leidet oder potentiell leidet.
Ferner ist klar, dass die obige Beschreibung nur zu Beispielszwecken dargelegt
wurde, und dass ein Fachmann auf diesem Gebiet Modifikationen und
Verbesserungen durchführen
kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.