CMOS高速激光驅(qū)動器與光發(fā)射系統(tǒng)芯片設(shè)計.pdf

1、光纖通信市場正在快速增長。光發(fā)射電路，尤其激光器、光調(diào)制器以及VCSEL驅(qū)動器是光纖通信系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的模塊，其設(shè)計需要考慮低功耗以及低費用。目前主流的CMOS工藝在實現(xiàn)以上要求方面具有優(yōu)勢，但需要采用合適的電路結(jié)構(gòu)以及設(shè)計技術(shù)。
　　 為了更好地設(shè)計驅(qū)動器，本論文首先在系統(tǒng)的層次上對驅(qū)動器的應(yīng)用進行了分析，得出一些設(shè)計參數(shù)。然后分析了CMOS工藝的特點，包括其優(yōu)勢以及劣勢。討論了驅(qū)動器組成單元的設(shè)計，并給出了高速驅(qū)動器一些設(shè)計

2、考慮
　　 利用0.35μm CMOS工藝，實現(xiàn)了長距離光纖通信用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器以及改進結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器。測試結(jié)果表明，在5V電源電壓、2.SGb/s上，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的激光驅(qū)動器能夠在50Ω負(fù)載上形成最大值為3.4V電壓擺幅；分別采用金絲鍵合以及微球焊鍵合技術(shù)，將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器與激光器相連，均得到2.5Gb/s的光眼圖。在改進結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器設(shè)計中，提出了準(zhǔn)推挽源極跟隨電路，其具有一定的放大能力，增加了電路設(shè)計的自由度。另外通過采用動態(tài)

3、放大技術(shù)，有效抑制了過沖，同時提高了電源電流轉(zhuǎn)化效率以及功率效率，拓展了輸出電流的調(diào)制范圍。測試結(jié)果表明，該電路能在3.3V、5V電源電壓下工作，典型功耗分別為310mW、945mW。在2.5Gb/s速率上，當(dāng)電源電壓為3.3V、5V時，可以在50Ω負(fù)載上分別得到最大值為4.2V、6.2V的電壓擺幅，最大擺率為28200V/μs。在5Gb/s上，其能在50Ω負(fù)載上獲得最大值為5V的電壓擺幅。與鈮酸鋰光調(diào)制器連接，采用5V電源電壓，分別在

4、2.5Gb/s、5Gb/s上獲得清晰的光眼圖，消光比最大值分別為12.3dB、8.45dB。
　　 為了有效利用CMOS工藝在集成度等方面具有的優(yōu)勢，分別利用0.25μm CMOS以及0.35μmCMOS工藝實現(xiàn)了VSR通信用12通道VCSEL驅(qū)動器陣列以及長距離光纖通信用光發(fā)射機電路，其中光發(fā)射機電路含有激光驅(qū)動電路以及4:1復(fù)接器。VSR通信用VCSEL陣列驅(qū)動電路分別在2.5Gb/s、5Gb/s上獲得電眼圖，2.5Gb/s