KR20150054530A - 자동 바이어스 및 변조 제어를 위한 레이저 드라이버 - Google Patents

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Abstract

자동 바이어스 및 변조 제어를 위한 레이저 드라이버가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 드라이버는, 레이저 드라이버는, 다수의 바이어스 트랜지스터를 병렬 연결하고 각각의 바이어스 트랜지스터를 스위칭하여 바이어스 전류를 조절하는 자동 바이어스 제어 블록과, 바이어스 전압이 입력되는 다수의 바이어스 트랜지스터를 병렬 연결하고 각각의 바이어스 트랜지스터를 스위칭하여 변조 전류를 조절하는 자동 변조 제어 블록과, 각 제어 블록을 통해 생성된 제어신호를 피드백 루프를 통해 메인 드라이버에 제공하는 피드백 모듈과, 각 제어 블록의 제어에 의해 조절된 바이어스 전류와 변조 전류를 포함하는 드라이브 전류를 발광소자에 제공하는 메인 드라이버를 포함한다.

Description

자동 바이어스 및 변조 제어를 위한 레이저 드라이버 {Laser driver for ABC and AMC compensates temperature effects of laser}
본 발명은 고속 광통신 시스템의 광 트랜시버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 트랜시버의 송신 단에 사용되는 단거리 싱글 또는 고밀도 광 링크용 레이저 다이오드인 수직 공진기 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface emitting lasers: 이하 VCSEL라 칭함)를 전기적으로 구동하는 VCSEL 드라이버에 관한 것이다.
광통신 시스템에서 이용되는 광 트랜스미터는 일반적으로 레이저 다이오드(LD)나 발광 다이오드(LED)를 발광소자로 이용한다. 그러나, 레이저 다이오드나 발광 다이오드는 온도 의존성이 크고, 고온이 될수록 임계값 전류가 커지며, 전류-광 변환효율이 작아지는 문제가 있다. 즉, 구동 회로로부터 항상 일정한 전류를 출력하고자 할 경우, 온도에 따라 변환 후의 광 출력 파워가 변화하며, 특히 고온 시에는 광 출력 파워가 작아지는 문제가 발생한다. 또한, 임계값 전류 이하의 전류에서는 발광하지 않으므로, 바이어스 전류(출력전류의 L 레벨)가 레이저 다이오드의 임계값 전류를 밑돌면, 충격계수(Duty Factor)가 열화하는 문제도 발생한다.
따라서, 항상 일정한 광 출력 파워를 출력시켜 통신 특성을 안정화하기 위하여, 서미서터(Thermistor) 등을 이용하여 온도를 판정하고, 미리 설정해둔 온도에 의존한 전류 값이 되도록, 피드 포워드 제어(Feed-forward control)를 수행하는 방법과, 레이저 다이오드의 출력을 MPD(Monitoring photo diode)로 감시하여, MPD로 흐르는 전류가 항상 일정해지도록 피드백 제어를 수행하는 방법 등이 이용되고 있다.
최근에는 LD 대신 수직 공진기 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface emitting lasers: 이하 VCSEL라 칭함)를 사용한 광 전송이 가능하다. VCSEL은 신뢰성이 높고, 고속 구동 및 대규모 배열화가 가능하여 대량 생산과 원가 저렴화를 구현하는 광소자이다.
VCSEL은 시간 및 온도에 따라 그 특성이 변한다. 예를 들어, 어느 임계값 온도까지는 온도에 대하여 광 출력 파워가 단조로이 감소하며, 어느 임계값 온도를 초과하면 온도에 대하여 광 출력 파워가 단조로이 증가하는 특이한 동작을 한다. LD, LED 등 발광소자의 온도 특성은 보상할 수 있지만, 발광소자가 VCSEL인 경우 VCSEL 특유의 온도 특성은 보상하기 어렵다. 광 전송(optical transmission)에서는 －40℃∼85℃의 넓은 온도범위 내에서 온도 보상이 필요하며, VCSEL의 특이한 온도 특성 전체를 보상할 필요가 있다.
일 실시 예에 따라, 광 트랜시버의 송신 단에서 변조 전류 신호(Imod)와 바이어스 전류 신호(Ibias)를 제어하여 VCSEL에 충분한 전류를 공급함으로써, VCSEL에 안정된 대역폭과 높은 이득을 효율적으로 제공할 수 있는 VCSEL 드라이버를 제안한다.
일 실시 예에 따른 레이저 드라이버는, 다수의 바이어스 트랜지스터를 병렬 연결하고 각각의 바이어스 트랜지스터를 스위칭하여 바이어스 전류를 조절하는 자동 바이어스 제어 블록과, 바이어스 전압이 입력되는 다수의 바이어스 트랜지스터를 병렬 연결하고 각각의 바이어스 트랜지스터를 스위칭하여 변조 전류를 조절하는 자동 변조 제어 블록과, 각 제어 블록을 통해 생성된 제어신호를 피드백 루프를 통해 메인 드라이버에 제공하는 피드백 모듈과, 각 제어 블록의 제어에 의해 조절된 바이어스 전류와 변조 전류를 포함하는 드라이브 전류를 발광소자에 제공하는 메인 드라이버를 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 본 발명은 VCSEL과 같이 고온 및 저온에서 각각 특이한 온도 특성을 갖는 발광소자를 사용하는 경우에도 전 온도 범위에서 발광소자의 온도 특성을 보상할 수 있고, 그 결과에 따라 항상 안정된 광 출력 파워를 갖는 광통신 시스템 구축이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 드라이버의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 피드백 모듈을 구성하는 ABC 블록 및 AMC 블록의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어신호 발생을 보여주는 구성도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어신호 결정을 보여주는 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 ABC 블록 및 AMC 블록의 상세 회로도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 드라이버의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 본 발명은, 광 트랜시버의 광 송신 단의 발광소자에, 변조 전류 신호(Modulation Current signal: Imod)와 바이어스 전류 신호(Bias Current signal: Ibias)를 합한 드라이브 전류(Drive Current)를 충분하게 공급하기 위한 레이저 드라이버(Laser Driver)에 관한 것이다. 이때, 발광소자는 단거리 싱글 또는 고밀도 광 링크용 레이저 다이오드인, 수직 공진기 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface emitting lasers: 이하 VCSEL라 칭함)(1)이고, 레이저 드라이버는 VCSEL 드라이버일 수 있다. 이하, VCSEL에 한정하여 설명하고자 하나, 본 발명의 적용범위가 VCSEL에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따른 VCSEL 드라이버는 VCSEL(1)에 안정된 대역폭과 높은 이득을 효율적으로 제공하기 위해, 기가비트 주파수 대역을 수용하며 단일 채널을 병렬로 집적화한 멀티 채널 기가비트 광 트랜스미터에 형성된다. 이를 위해, VCSEL 드라이버는 멀티 채널과 기가비트 주파수 대역을 수용하는 VCSEL 드라이버 어레이일 수 있다. 예를 들어, VCSEL은 4채널 2.5Gpbs VCSEL이고, VCSEL 드라이버는 4채널 2.5Gpbs VCSEL 드라이버일 수 있다.
일 실시 예에 따른 VCSEL 드라이버를 구성하는 광 엘리먼트들은 CMOS 구조에 집적화된다. CMOS 구조는 매우 적은 에너지를 소모하며, 계속적으로 전력소모가 감소하는 경향을 갖는다. 따라서, 고속 신호처리 또는 계산이 필요할 때 에너지 효율이 높다. VCSEL 드라이버를 구성하는 광 엘리먼트들은 CMOS 구조의 온 칩(on-chip)에 집적화될 수 있다. 일 실시 예에 따른 VCSEL 드라이버는 WDM-PON(WDM-passive optical network) 상용화에 장애요인인 저가화 문제를 해결하기 위해, CMOS 포토닉스 기술을 적용하여 광 엘리먼트들을 단일 칩으로 만들어 저가화, 소형화, 저전력화를 달성하고, 제작 단가를 낮출 수 있다.
일 실시 예에 따른 VCSEL 드라이버는 기준 전류 값을 제어하는 바이어스 제어용 스위치 블록과 각각 4개의 스위치로 구성된 Ibias 블록 및 Imod 블록을 포함한다. VCSEL 드라이버는 VCSEL(1)을 구동하기에 충분한 전류를 VCSEL(1)에 제공하는데, 변조 전류(Imod)와 바이어스 전류(Ibias)를 생성하고 이를 결합하여 VCSEL(1)에 제공한다. 이를 위해 VCSEL 드라이버는 차동 증폭기로부터 출력되는 두 바이어스 신호를 통합하고, 이와 동시에 출력 저항값을 증가시켜 높은 전압이득을 확보할 수 있다.
일 실시 예에 따른 VCSEL 드라이버는 VCSEL 드라이버를 구성하는 트랜지스터들이 직렬로 연결된 멀티 캐스코드(multi stage cascode) 구조를 갖는다. 멀티 캐스코드 구조는 게이트로 흘러나가는 전류가 없으므로, 멀티 캐스코드 구조를 통해 높은 출력저항을 얻을 수 있어서, 주파수 특성을 향상시키고 VCSEL 드라이버의 융통성 있는 출력 스윙을 보장할 수 있다.
이하, 도 1을 참조로 하여, VCSEL 드라이버의 동작원리에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, VCSEL 드라이버는 프리 드라이버(pre driver)(2), 메인 드라이버(main driver)(3) 및 피드백 모듈(feedback module)(6)을 포함한다.
프리 드라이버(2)는 메인 드라이버(3) 전단에 형성되어, VCSEL(1)에 제공되는 드라이브 전류를 스위칭한다. 일 실시 예에 따른 프리 드라이버(2)는 액티브 피드백(Active feedback: AFB) 회로와 네거티브 임피던스 보상(Negative Impedance Compensation: NIC) 회로를 포함한다. 액티브 피드백 회로는 두 공통소스 증폭기 사이에 형성되어, 네거티브 트랜스 컨덕턴스 피드백을 통해 출력 중 적어도 일부를 입력으로 되돌려 주어 증폭기의 게인-대역폭 성능을 향상시킨다. 네거티브 임피던스 보상회로는 두 공통소스 증폭기 간의 기생 용량(parastic capacitance)을 보상한다.
메인 드라이버(3)는 VCSEL(1)에 드라이브 전류를 공급하는데, 입력신호에 따라 공급되는 드라이브 전류가 변화한다. 입력신호는 차동 신호일 수 있다. 메인 드라이버(3)는 피드백 모듈(6)이 제공하는 바이어스 신호에 따라 드라이브 전류의 평균값을 제어한다. 이때, 온도에 따라 바이어스 신호를 제어할 수 있다.
메인 드라이버(3)는 차동 신호를 입력받고, 출력은 저항을 통해 VCSEL(1)에 연결된다. 메인 드라이버(3)는 피드백 모듈(6)에 의해 온도에 따라 변조 신호(Imod)를 제어하고, 변조 신호 출력에 따라 드라이브 전류의 스윙을 조절한다.
피드백 모듈(6)은 자동 바이어스 제어(Auto Bias control: ABC) 및 자동 변조 제어(Auto Modulation control: AMC)를 통해 바이어스 제어신호와 변조 제어신호를 생성하고, 생성된 바이어스 제어신호와 변조 제어신호를 피드백 루프를 통해 메인 드라이버(3)에 제공한다. 피드백 모듈(6)의 입력은 VCSEL(1)에 연결된다. VCSEL(1)을 지나가는 드라이브 전류에 따라 피드백 모듈(6)은 메인 드라이버(3)에 바이어스 신호를 제공한다.
일 실시 예에 따른 피드백 모듈(6)은 피크 검출부(60), 바이어스 전류 비교부(62), 변조 전류 비교부(64), 바이어스 제어부(66) 및 변조 제어부(68)를 포함한다.
세부적으로, 피크 검출부(Peak Detector: PD)(60)는 트랜스 임피던스 증폭기(Trans-Impedance Amplifier: 이하 TIA라 칭함)(5)에서 출력된 신호로부터 피크 값을 추출한다. 이를 위해, 광 검출기(monitoring photo diode: 이하 MPD라 칭함)(4)는 VCSEL(1)로부터 수신된 광신호를 검출하여 전류신호로 변환한 뒤 전류신호를 TIA(5)에 전송하고, TIA(5)는 수신된 전류신호를 증폭하여 전압신호를 출력하고, 피크 검출부(60)가 출력된 전압신호를 수신한다.
바이어스 전류 비교부(62)는 피크 검출부(60)에서 추출된 피크 값과 제1 기준신호(Vref1)를 비교하여 바이어스 전류 제어신호(C_Ibias)를 출력한다. 제1 기준신호(Vref1)는 온도에 따라 변화될 수 있다. 변조 전류 비교부(64)는 피크 검출부(60)에서 추출된 피크 값과 제2 기준신호(Vref2)를 비교하여 변조 전류 제어신호(C_Imod)를 출력한다. 제2 기준신호(Vref2)는 온도에 따라 변화될 수 있다. 제1 기준신호(Vref1)와 제2 기준신호(Vref2)는 미리 설정된 값일 수 있다. 또한, 전류 변화를 보다 세부적으로 제어하기 위해서, 기준신호 간의 간격은 좁게 설정될 수 있다.
바이어스 제어부(66)는 바이어스 전류 비교부(62)로부터 출력된 바이어스 전류 제어신호(C_Ibias)에 따라 바이어스 전류를 조절하고, 조절된 바이어스 전류(Ibias)를 출력한다. 변조 제어부(68)는 변조 전류 비교부(64)로부터 출력된 변조 전류 제어신호(C_Imod)에 따라 변조 전류를 조절하고, 조절된 변조 전류(Imod)를 출력한다.
일 실시 예에 따른 바이어스 전류 제어신호와 변조 전류 제어신호는 파장분할 다중화 방식에 적용하기 위해서, 온도에 따른 파장 변화와 파장 간격에 따라 -3dB 주파수 대역에서의 해상도로 파장이 가변할 수 있다. 바이어스 전류 조절에서는, 여러 개의 PMOS 트랜지스터 경로를 이용해서 흐르는 전류를 조절하고, 변조 전류 조절에서는, 트랜지스터의 바이어스를 가변할 수 있도록 변조 전류 조절이 수행될 수 있다.
바이어스 전류원(7)은 바이어스 전류 제어신호에 의해 조절된 바이어스 전류(Ibias)를 메인 드라이버(3)에 제공한다. 변조 전류원(8)은 변조 전류 제어신호에 의해 조절된 변조 전류(Imod)를 메인 드라이버(3)에 제공한다.
전술한 방식에 의하면, 피드백 모듈(6)은 MPD(4)로부터 수신된 신호를 TIA(5)에서 수신하면, 수신된 신호로부터 피크 검출부(60)에서 피크 값을 추출하여 기준 신호(Vref1, Vref2)와 각각 비교하여 피드백 경로를 통하여 바이어스 전류 제어신호(C_Ibias)와 변조 전류 제어 신호(C_Imod)를 메인 드라이버(3)에 제공한다. 시간 및 온도에 따라 변하는 VCSEL(1)의 광 특성을 보상하여 평탄한 출력을 수신 측인 TIA(5)에 제공하는 것이다. 궁극적으로, 멀티 채널을 제공하기 위하여 싱글 채널을 다수 병렬로 집적화한 어레이 구조의 트랜스미터인 VCSEL(1)과 VCSEL 드라이버가 크로스토크(crosstalk) 없이 신호를 깨끗하게 전달하는 것을 목적으로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 피드백 모듈(6)을 구성하는 (Auto Bias control block: 이하 ABC 블록이라 칭함)(600) 및 자동 변조 제어 블록(Auto Modulation control block: 이하 AMC 블록이라 칭함)(610)의 구성도이다.
일 실시 예에 따른 바이어스 전류 조절에 있어서 여러 개의 PMOS 경로를 이용해서 흐르는 전류를 조절하도록 설정하고, 변조 전류 조절에 있어서 트랜지스터의 바이어스를 가변할 수 있도록 설정한다. 즉, PMOS 트랜지스터 4~5개를 병렬로 나열한 뒤 각각의 PMOS 트랜지스터를 스위치 on/off함으로써 바이어스 전류를 조절하고, 각 바이어스 전압(Vb)이 입력되는 바이어스 트랜지스터 4~5개를 병렬로 나열한 뒤 각각을 스위치 on/off함으로써 변조 전류를 조절한다. 이러한 전류를 조절하는 제어신호는 피드백 루프를 통해 원하는 범위 내에서 신호를 전송하도록 제어한다.
세부적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, VCSEL(1)의 온도를 보상하기 위해서, ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)은 바이어스 전류 비교부(62)와 변조 전류 비교부(64)에 포함될 수 있다. ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)은 다수의 바이어스 트랜지스터를 이용한 스위치 온/오프(on/off) 방식을 이용하여 바이어스 전류 및 변조 전류를 조절할 수 있다.
일 실시 예에 따른 ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)은, 바이어스 전류(Ibias)를 조절하기 위해서, 4~5개의 PMOS 바이어스 트랜지스터를 병렬로 나열한 뒤 메인 드라이버(3) 단에서 출력되는 신호의 크기(R1, R2, R3, R4)에 따라 각각의 PMOS 바이어스 트랜지스터를 선택적으로 스위치 on/off함으로써 바이어스 전류를 조절한다.
일 실시 예에 따른 ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)은 변조 전류(Imod)를 조절하기 위해서, 바이어스 전압(Vb)이 입력되는 PMOS 바이어스 트랜지스터 4~5개를 병렬로 나열한 뒤, 각각의 PMOS 바이어스 트랜지스터를 선택적으로 스위치 on/off함으로써 변조 전류를 조절한다. 이때, 각 바이어스 전압(Vb)은 해당되는 PMOS 바이어스 트랜지스터가 포화(saturation) 영역에서 동작하도록 인가된다. 이러한 ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)의 바이어스 전류 제어 신호(C_Ibias) 및 변조 전류 제어 신호(C_Imod)는 피드백 회로를 통해 전송된다. 해당 제어 신호는 파장 분할 다중화(WDM)에 적용되기 위하여, 온도에 따른 파장 변화 수준과 파장 간격에 따라 -3dB 대역에서의 해상도(resolution)로 파장이 가변하도록 조절될 수 있다.
ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)을 구성하는 L_TO_H 회로는 로직 레벨(logic High, Low)을 변경해주는 회로이다. 즉, L_TO_H 회로는 변조 신호 및 바이어스 신호의 High, Low 논리 동작을 명확하게 해 준다.
일 실시 예에 따른 ABC 블록(600)과 AMC 블록(610)은 서로 그 기능이 유사하지만, 동작할 때 기준전압(Vref)을 서로 상이하게 제어하는 경우, 동작 구간영역이 서로 상이하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, VCSEL의 가변전류 구간 A에서는 ABC 블록(600)을 활성화하고, 가변전류 구간 B에서는 AMC 블록(610)을 활성화할 수 있다. 이는 ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610) 별로 각각 원하는 범위에 맞는 신호를 전송하기 위함이다.
전술한 ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)을 이용하여 VCSEL(1)의 온도를 보상하는 실시 예를 들면, VCSEL(1)의 온도가 상승하는 경우, 바이어스 제어에 따라 VCSEL의 운영 포인트(operating point)가 이동하고, 광 파워의 평탄화 작업이 수행된다. 해당 구조에서, ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)에 입력될 기준 전압들이 결정되면, VCSEL의 안정적인 광 출력을 위해서 초기 바이어스 및 변조 전류들이 자동으로 설정된다. 기준 전압이 주어지면, 온도가 증가함에 따라 VCSEL(1)의 광 출력 감소 때문에 낮은 MPD(4) 전류가 TIA(5)에 유입된다. 그러면, 증가한 바이어스 및 변조 전류들은 피크 검출부(60)의 출력 전압 레벨을 감소시킨다. 따라서, 제안된 구조에 의해서, 넓은 온도 범위 내에서 안정적인 온도 보상이 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어신호 발생을 보여주는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어신호 결정을 보여주는 그래프이다.
도 1, 3 및 4를 참조하면, TIA(5)가 VCSEL(1)의 출력신호를 수신하면, 피크 검출부(60)가 수신된 출력신호의 피크 값을 검출하고, 각 비교기(63-1,63-2,63-3,63-4)가 피크 검출부(60)를 통해 검출된 피크 값을, 기준 전압 Vref1, Vref2, Vref3, Vref4와 각각 비교하여 비교 결과에 따른 제어신호 C1, C2, C3, C4를 생성한다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 비교기(63-1,63-2,63-3,63-4)가 피크 검출부(60)를 통해 검출된 피크 값을, 기준 전압 Vref1, Vref2, Vref3, Vref4와 각각 비교하여 제어신호 C1, C2, C3, C4를 생성함을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 2의 ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)의 상세 회로도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, ABC 블록(600) 및 AMC 블록(610)은 액티브 피드백(Active feedback: 이하 AFB라 칭함) 회로(330)와, 각각 4개의 스위치로 구성된 바이어스 전류 제어블록(이하 Ibias 블록이라 칭함)(340) 및 변조 전류 제어 블록(이하 Imod 블록이라 칭함)(350)을 포함한다.
AFB 회로(330)는 공통 소스 증폭기인, 제1 공통 소스 증폭기(300)와 제2 공통 소스 증폭기(310) 사이에 위치하여, 네거티브 트랜스 컨덕턴스 피드백을 통해 제2 공통 소스 증폭기(310)의 입력에 제2 공통 소스 증폭기(310)의 출력의 일부를 되돌려 주고 트랜스 임피던스 단에 부하를 주지 않으므로 증폭기 전체의 대역폭을 증가시킨다. AFB 회로(330)는 일반적으로 사용되는 저항을 대신하여 트랜지스터를 피드백 경로에 놓이게 함으로서, 트랜지스터의 상호컨덕턴스(gm)를 조절하여 피드백 팩터를 가변할 수 있는 구조이다. 이러한 구조는 대역폭을 확장하고 이득 가변 기능을 통해 앞 단 및 뒤 단에서 큰 신호에 대해 이득을 낮추어 과부하를 개선할 수 있다.
그런데, 제1 공통 소스 증폭기(300)와 제2 공통 소스 증폭기(310) 사이의 중간 노드는 용량성(capacitive)이다. 따라서, 이러한 기생 용량(parastic capacitance)을 보상하기 위해서, AFB 회로(330)는 네거티브 임피던스 보상(Negative Impedance Compensation: NIC) 회로를 포함할 수 있다.
Ibias 블록(340)은 Ibias를 가변한다. Ibias 블록(340)은 도 5에 도시된 바와 같이, 병렬로 연결된 4개의 전류원을 포함할 수 있다. 이때, 4개의 전류원을 선택적으로 스위치 on/off함으로써 바이어스 전류를 가변할 수 있다. 도 5에서는 4개의 전류원을 예로 들었으나, 그 수는 이에 한정되지 않는다.
Imod 블록(350)은 Imod를 가변한다. Imod 블록(350)은 도 5에 도시된 바와 같이, 전류원들의 전류(I1, I2, I3, I4)를 게이트로 입력받는 다수의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이때, 4개의 전류 I1, I2, I3, I4를 선택적으로 스위치 on/off 함으로써 변조 전류를 가변할 수 있다. 도 5에서는 4개의 전류와 트랜지스터를 예로 들었으나, 그 수는 이에 한정되지 않는다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: VCSEL 2: 프리 드라이버
3: 메인 드라이버 4: MPD
5: TIA 6: 피드백 모듈
7: 바이어스 전류원 8: 변조 전류원
600: ABC 블록 610: AMC 블록

Claims (20)

  1. 다수의 바이어스 트랜지스터를 병렬 연결하고 각각의 바이어스 트랜지스터를 스위칭하여 바이어스 전류를 조절하는 자동 바이어스 제어 블록;
    바이어스 전압이 입력되는 다수의 바이어스 트랜지스터를 병렬 연결하고 각각의 바이어스 트랜지스터를 스위칭하여 변조 전류를 조절하는 자동 변조 제어 블록;
    각 제어 블록을 통해 생성된 제어신호를 피드백 루프를 통해 메인 드라이버에 제공하는 피드백 모듈; 및
    각 제어 블록의 제어에 의해 조절된 바이어스 전류와 변조 전류를 포함하는 드라이브 전류를 발광소자에 제공하는 메인 드라이버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자는 수직 공진기 표면 방출 레이저(VCSEL)이고,
    상기 레이저 드라이버는 VCSEL 드라이버인 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 VCSEL 드라이버를 구성하는 광 엘리먼트들은 CMOS 칩에 집적화되는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 VCSEL 드라이버는,
    단일 채널을 병렬로 집적화한 멀티 채널과 기가비트 주파수 대역을 수용하는 멀티 채널 기가비트 VCSEL 드라이버 어레이인 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 자동 바이어스 제어 블록은,
    상기 메인 드라이버에서 출력되는 신호의 크기에 따라 바이어스 트랜지스터들을 선택적으로 스위치 온오프하여 각 바이어스 트랜지스터를 통해 바이어스 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자동 변조 제어 블록은,
    바이어스 트랜지스터들을 선택적으로 스위치 온오프하여 각 바이어스 트랜지스터를 통해 변조 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동 바이어스 제어 블록을 구성하는 각 바이어스 트랜지스터는, PMOS 바이어스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동 변조 제어 블록을 구성하는 각 바이어스 트랜지스터는, PMOS 바이어스 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동 변조 제어 블록과 자동 바이어스 제어 블록의 동작 구간이 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자동 변조 제어 블록은 발광소자의 제1 가변전류 구간에서 동작하고, 상기 자동 바이어스 제어 블록은 발광소자의 제2 가변전류 구간에서 동작하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 드라이버는,
    제1 공통소스 증폭기와 제2 공통소스 증폭기 사이에 형성되어, 네거티브 트랜스 컨덕턴스 피드백을 통해 제2 공통소스 증폭기의 출력 중 적어도 일부를 제2 공통소스 증폭기의 입력으로 되돌려 주어 대역폭 및 이득을 조절하는 액티브 피드백 회로;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 액티브 피드백 회로는,
    제1 공통 소스 증폭기와 제2 공통 소스 증폭기 간의 기생 용량을 보상하는 네거티브 임피던스 보상 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 피드백 모듈은,
    발광소자가 전송한 신호로부터 피크 값을 추출하는 피크 검출부;
    상기 피크 검출부에서 추출된 피크 값과 제1 기준신호를 비교하여 바이어스 전류 제어신호를 출력하는 바이어스 전류 비교부;
    상기 피크 검출부에서 추출된 피크 값과 제2 기준신호를 비교하여 변조 전류 제어신호를 출력하는 변조 전류 비교부;
    상기 바이어스 전류 비교부로부터 출력된 바이어스 전류 제어신호에 따라 바이어스 전류를 조절하여 조절된 바이어스 전류를 출력하는 바이어스 제어부; 및
    상기 변조 전류 비교부로부터 출력된 변조 전류 제어신호에 따라 변조 전류를 조절하여 조절된 변조 전류를 출력하는 변조 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    발광소자가 광신호를 전송하면, 광 검출기가 발광소자로부터 전송된 광신호를 검출하여 이를 전류신호로 변환한 이후 변환된 전류신호를 트랜스 임피던스 증폭기에 전송하고, 트랜스 임피던스 증폭기가 광 검출기로부터 전송된 전류신호를 증폭하여 전압신호를 출력하면, 상기 피크 검출부가 트랜스 임피던스 증폭기로부터 출력된 전압신호에서 피크 값을 추출하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 바이어스 전류 비교부는 자동 바이어스 제어 블록을 포함하고,
    상기 변조 전류 비교부는 자동 변조 제어 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  16. 제 13 항에 있어서,
    바이어스 전류 제어신호와 변조 전류 제어신호는 파장분할 다중화 방식에 적용하기 위해서, 온도에 따른 파장 변화와 파장 간격에 따라 -3dB 주파수 대역에서의 해상도로 파장이 가변되는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 기준신호와 제2 기준신호는 온도에 따라 결정되며, 미리 설정된 값인 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 드라이버는,
    다수의 전류원이 병렬로 연결되어 각 전류원을 선택적으로 스위치 온오프하여 바이어스 전류를 가변하는 바이어스 전류 제어 블록; 및
    각 게이트가 각 전류와 연결되는 다수의 트랜지스터가 병렬로 연결되어 각 전류를 선택적으로 스위치 온오프하여 변조 전류를 가변하는 변조 전류 제어블록;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 드라이버는,
    메인 드라이버 전단에 형성되어, 발광소자에 제공되는 드라이브 전류를 스위칭하는 프리 드라이버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 프리 드라이버는,
    네거티브 트랜스 컨덕턴스 피드백을 통해 출력 중 적어도 일부를 입력으로 되돌려 주는 액티브 피드백 회로와, 기생 용량을 보상하는 네거티브 임피던스 보상회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 드라이버.
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