采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路的制作方法
【專利摘要】采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，屬于集成電路領(lǐng)域，本實用新型目的是在不增加驅(qū)動器功耗的同時增大驅(qū)動器的電壓增益-3dB帶寬，增強高頻調(diào)制電流輸出能力，改善輸出高頻電流信號的眼圖特性。本實用新型采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，它由m級放大器級聯(lián)構(gòu)成，m為大于或等于1的自然數(shù)；m級放大器中的第n級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，n≤m，第n級放大器包括差分放大器和源極跟隨器；所述差分放大器包括可控電流源In1、NMOS晶體管Nn1、NMOS晶體管Nn2、負(fù)載電阻Rn1、負(fù)載電阻Rn2、電容Cn1和電容Cn2；所述源極跟隨器包括可控電流源In2、可控電流源In3、NMOS晶體管Nn3和NMOS晶體管Nn4。
【專利說明】采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及IOGbps及IOGbps以上速率的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，屬于集成電路領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]人們對于網(wǎng)絡(luò)接入到基于萬維網(wǎng)(WEB)應(yīng)用和集成多媒體應(yīng)用(如聲音/數(shù)據(jù)/圖像)的爆炸性需求催生了對更寬帶寬的網(wǎng)絡(luò)的強烈要求。微電子及光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速演進能夠推動帶寬容量的不斷增長，促使人們能夠不斷地向更快的網(wǎng)絡(luò)過度，從lOMb/s、100Mb/sUGb/s 一直到 10Gb/s。
[0003]IOG PON(passive optical network,無源光網(wǎng)絡(luò))的技術(shù)如今已經(jīng)成熟，正走向大規(guī)模應(yīng)用階段，為加快推進其大規(guī)模應(yīng)用速度，有必要增強10G PON的各個模塊的集成度和性能，并降低功耗和價格，尤其是在整個PON系統(tǒng)中負(fù)責(zé)光電信號轉(zhuǎn)換接口的光收發(fā)模塊。在光收發(fā)系統(tǒng)中，激光二極管驅(qū)動器主要實現(xiàn)把電信號轉(zhuǎn)換成光信號的功能，其調(diào)制電流輸出能力影響著激光二極管輸出光功率的大小，其輸出電信號的抖動性能和眼圖質(zhì)量也對整個光通信系統(tǒng)的誤碼率產(chǎn)生一定的影響。
[0004]如圖1所示，傳統(tǒng)的10Gb/S或IOGbps以上速率的高速激光二極管驅(qū)動放大器一般由m(m= 1，2…)級差分放大器級聯(lián)而成。當(dāng)工作速率達到10Gb/S或更高時，為了減少overshoot, ringing等現(xiàn)象以提高信號的眼圖質(zhì)量,通常需要減少第I級放大器的輸入端的回波損耗(return l oss)和最后一級(第m級)的輸出端的回波損耗。而為了使驅(qū)動放大器能夠輸出可變的調(diào)制電流，一般需通過控制m級激光二極管驅(qū)動放大器中第η (η =1，2夂!11)級放大器的電壓增益來實現(xiàn)，第η級放大器為可控增益放大器級。如圖2所示，第η級放大器由差分放大器和跟隨器組成，差分放大器由晶體管Νη1、Νη2，負(fù)載電阻R1^Rn2及可控電流源Inl組成；其中晶體管Nnl、Nn2為共發(fā)射極(雙極型晶體管)或共源極(CMOS晶體管)。跟隨器則由晶體管Nn3、Nn4和可控電流源In2，In3構(gòu)成，Nn3和Nn4若采用雙極型晶體管時，跟隨器為發(fā)射極跟隨器，Nn3和Nn4若采用CMOS晶體管時，跟隨器為源極跟隨器。
[0005]其中差分放大器對上一級給的輸入信號Vorv1和VoPn-1進行放大，而發(fā)射極/源極跟隨器則主要是為了給下一級放大器提供正確的直流偏置電壓。￥0\和Vopn為整個可變增益放大器的輸出節(jié)點。第η級放大器的偏置電流源都是可控制的，通過改變偏置電流的大小來控制該級放大器的電壓增益，進而控制整個驅(qū)動放大器電路的電壓增益和輸出調(diào)制電流的大小。當(dāng)可變偏置電流Inl變大時，輸入寄生電容》^^(等效元件)隨著Inl的不斷增加而增大。如果該級放大器的四個晶體管采用雙極型晶體管時，(^?的增加是由于雙極型晶體管在正向偏置工作狀態(tài)下的基極-發(fā)射極之間的充電電容隨著集電極偏置電流的增加而變大的結(jié)果；如果放大器晶體管采用CMOS晶體管時，Cin，n的變大是由于CMOS晶體管的柵-源電壓隨著漏電流的不斷增加而增大造成的。由于Cin，n變大時，第η-1級放大器的負(fù)載電容就會跟著變大，主極點頻率會降低，因此造成第η-1級放大器的電壓增益_3dB帶寬變小，進而使整個激光二極管驅(qū)動器的_3dB帶寬減小。為了克服由Cin，n引起的電壓增益帶寬變化，通常需要通過減小第n-1級放大器的負(fù)載電阻值和增益以達到足夠?qū)挼碾妷涸鲆鎺拋硌a償。同時第η級及其后級放大器通常需要通過增加偏置電流來增加電壓增益，以便滿足一定的輸出調(diào)制電流的要求，這樣不僅增加了整個放大器的功耗，也增加了第η級及其后級放大器電路的設(shè)計難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型提供了一種采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，目的是在不增加驅(qū)動器功耗的同時增大驅(qū)動器的電壓增益_3dB帶寬，增強高頻調(diào)制電流輸出能力，改善輸出高頻電流信號的眼圖特性。
[0007]本實用新型所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路采用兩種技術(shù)方案。
[0008]第一種技術(shù)方案:采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，它由m級放大器級聯(lián)構(gòu)成，m為大于或等于I的自然數(shù)；
[0009]m級放大器中的第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，n ^ m,第η級放大 器包括差分放大器和源極跟隨器；
[0010]所述差分放大器包括可控電流源Inl、NMOS晶體管Nnl、NMOS晶體管Nn2、負(fù)載電阻Rnl、負(fù)載電阻Rn2、電容Cnl和電容Cn2 ；
[0011]所述源極跟隨器包括可控電流源In2、可控電流源In3、NM0S晶體管Nn3和NMOS晶體
管 Nn4 ；
[0012]電源VDD同時連接負(fù)載電阻Rnl的一端、負(fù)載電阻Rn2的一端、NMOS晶體管Nn3的漏極和NMOS晶體管Nn4的漏極；
[0013]負(fù)載電阻Rnl的另一端同時連接NMOS晶體管Nnl的漏極、電容Cnl的一端和NMOS晶體管Nn3的柵極；電容Cnl的另一端同時連接NMOS晶體管Nn2的柵極和m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Vorv1 ；
[0014]NMOS晶體管Nn2的漏極同時連接NMOS晶體管Nn4的柵極、電容Cn2的一端和負(fù)載電阻Rn2的另一端；電容Cn2的另一端同時連接m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Voplri和NMOS晶體管Nnl的柵極；
[0015]NMOS晶體管Nnl的源極和NMOS晶體管Nn2的源極的公共節(jié)點Vmn連接可控電流源Inl的正極，可控電流源Inl的負(fù)極接地GND ；
[0016]NMOS晶體管Nn3的源極同時連接可控電流源In2的正極和第η級放大器的輸出端Vopn，可控電流源In2的負(fù)極接地GND ；
[0017]NMOS晶體管Nn4的源極同時連接可控電流源In3的正極和第η級放大器的輸出端Vonn，可控電流源In3的負(fù)極接地GND。
[0018]第二種技術(shù)方案:采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，它由m級放大器級聯(lián)構(gòu)成，m為大于或等于I的自然數(shù)；
[0019]m級放大器中的第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，n ^ m,第η級放大器包括差分放大器和發(fā)射極跟隨器；
[0020]所述差分放大器包括可控電流源Inl、NPN雙極型晶體管Nnl、NPN雙極型晶體管Nn2、負(fù)載電阻Rnl、負(fù)載電阻Rn2、電容Cnl和電容Cn2 ；[0021]所述發(fā)射極跟隨器包括可控電流源In2、可控電流源In3、NPN雙極型晶體管Nn3和NPN雙極型晶體管Nn4 ；
[0022]電源VDD同時連接負(fù)載電阻Rnl的一端、負(fù)載電阻Rn2的一端、NPN雙極型晶體管Nn3的集電極和NPN雙極型晶體管Nn4的集電極；
[0023]負(fù)載電阻Rnl的另一端同時連接NPN雙極型晶體管Nnl的集電極、電容Cnl的一端和NPN雙極型晶體管Nn3的基極；電容Cnl的另一端同時連接NPN雙極型晶體管Nn2的基極和m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Vorv1 ；
[0024]NPN雙極型晶體管Nn2的集電極同時連接NPN雙極型晶體管Nn4的基極、電容Cn2的一端和負(fù)載電阻Rn2的另一端；電容Cn2的另一端同時連接m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Vopiri和NPN雙極型晶體管Nnl的基極；
[0025]NPN雙極型晶體管Nnl的發(fā)射極和NPN雙極型晶體管Nn2的發(fā)射極的公共節(jié)點Vmn連接可控電流源Inl的正極，可控電流源Inl的負(fù)極接地GND ；
[0026]NPN雙極型晶體管Nn3的發(fā)射極同時連接可控電流源In2的正極和第η級放大器的輸出端Vopn，可控電流源In2的負(fù)極接地GND ；
[0027]NPN雙極型晶體管Nn4的發(fā)射極同時連接可控電流源In3的正極和第η級放大器的輸出端Vorv可控電流源In3的負(fù)極接地GND。
[0028]本實用新型的優(yōu)點:本實用新型提出的在m級高速激光二極管驅(qū)動放大器的可控增益放大器級(第η級放大器)中引入負(fù)電容中和技術(shù)，可以顯著減小在高輸出高頻調(diào)制電流情況下的第( η-1)級放大器的負(fù)載電容，提高整個激光驅(qū)動器的電壓增益帶寬，增強其高頻調(diào)制電流輸出能力，降低由于帶寬不足引起的確定性抖動(deterministicjitter)，改善輸出高頻電流信號的眼圖特性，降低系統(tǒng)誤碼率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是高速激光二極管驅(qū)動放大器的原理框圖；
[0030]圖2是【背景技術(shù)】中涉及的傳統(tǒng)IOGbps或IOGbps以上速率的高速激光二極管驅(qū)動放大器中第η級放大器的具體電路圖；
[0031]圖3是實施方式一所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的IOGbps或IOGbps以上速率的激光二極管驅(qū)動器集成電路的第η級放大器的具體電路圖；
[0032]圖4是電容隨偏置電流變化曲線對比圖；三條曲線分別為:采用實施方式一所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器中的第η級放大器，利用負(fù)電容中和前的柵極-源極電容(或基極-發(fā)射極電容)Cji隨偏置電流變化曲線；利用負(fù)電容中和后的第η級放大器單端輸入寄生電容Cin，n隨偏置電流變化曲線；等效負(fù)電容Cn隨偏置電流變化曲線.-^4 ，
[0033]圖5是采用傳統(tǒng)和本實用新型激光二極管驅(qū)動放大器(IOGbps或IOGbps以上速率)的前η-1級放大器增益變化曲線對比圖；圖中虛線為采用傳統(tǒng)的激光二極管驅(qū)動放大器的前η-1級放大器增益變化曲線，實線為采用本實用新型激光二極管驅(qū)動放大器的前η-1級放大器增益變化曲線；
[0034]圖6是具體實施例第I級放大器的具體電路圖；
[0035]圖7是具體實施例第2級放大器的具體電路圖；[0036]圖8是具體實施例第3級放大器的具體電路圖；
[0037]圖9是具體實施例第4級放大器的具體電路圖。
【具體實施方式】
[0038]【具體實施方式】一:下面結(jié)合圖1、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，它由m級放大器級聯(lián)構(gòu)成，m為大于或等于I的自然數(shù)；
[0039]其特征在于，m級放大器中的第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，η < m，第η級放大器包括差分放大器和源極跟隨器；
[0040]所述差分放大器包括可控電流源Inl、NMOS晶體管Nnl、NMOS晶體管Nn2、負(fù)載電阻Rnl、負(fù)載電阻Rn2、電容Cnl和電容Cn2 ；
[0041]所述源極跟隨器包括可控電流源In2、可控電流源In3、NM0S晶體管Nn3和NMOS晶體
管 Nn4 ；
[0042]電源VDD同時連接負(fù)載電阻Rnl的一端、負(fù)載電阻Rn2的一端、NMOS晶體管Nn3的漏極和NMOS晶體管Nn4的漏極；
[0043]負(fù)載電阻Rnl的另一端同時連接NMOS晶體管Nnl的漏極、電容Cnl的一端和NMOS晶體管Nn3的柵極；電容Cnl的另一端同時連接NMOS晶體管Nn2的柵極和m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Vorv1 ；
[0044]NMOS晶體管Nn2的漏極同時連接NMOS晶體管Nn4的柵極、電容Cn2的一端和負(fù)載電阻Rn2的另一端；電容Cn2的另一端同時連接m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Voplri和NMOS晶體管Nnl的柵極；
[0045]NMOS晶體管Nnl的源極和NMOS晶體管Nn2的源極的公共節(jié)點Vmn連接可控電流源Inl的正極，可控電流源Inl的負(fù)極接地GND ；
[0046]NMOS晶體管Nn3的源極同時連接可控電流源In2的正極和第η級放大器的輸出端Vopn，可控電流源In2的負(fù)極接地GND ；
[0047]NMOS晶體管Nn4的源極同時連接可控電流源In3的正極和第η級放大器的輸出端Vonn，可控電流源In3的負(fù)極接地GND。
[0048]電容Cnl和電容Cn2可以是線性電容，如MM電容；或壓控可變電容，如MOSvaractor
[0049]本實施方式中第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，其余m-1級放大器采用任意差分放大器。
[0050]負(fù)載電阻Rnl、NMOS晶體管Nnl的漏極和電容Cnl的公共節(jié)點Vcpn為差分放大器的輸出端；連接NMOS晶體管Nn3的柵極；負(fù)載電阻Rn2、NMOS晶體管Nn2的漏極和電容Cn2的公共節(jié)點Vcnn為差分放大器的輸出端；連接NMOS晶體管Nn4的柵極。
[0051]Nnl, Nn2, Nn3和Nn4采用NMOS晶體管；第η級放大器的單端輸入寄生電容Cin，η的大小取決于Nnl的柵極和源極之間的等效電容大小。
[0052]電容Cnl和電容Cn2為實現(xiàn)負(fù)電容中和技術(shù)的核心器件，第η級放大器的差分放大器的輸入信號連接第η-1級放大器的輸出信號VorVpVoplri,由于差分電路本身所固有的特性，其輸入信號Vorv1J0Plri相位相差180度，因此在第η級放大器輸入端CnlAn2的等效負(fù)電容Cn的電容值為負(fù)數(shù)，且該等效負(fù)電容Cn與單端輸入寄生電容Cin，η (主要是柵極-源極電容)并聯(lián)在一起，因而可以利用Cnl/Cn2產(chǎn)生的等效負(fù)電容(；來中和隨著偏置電流增大而不斷變大的單端輸入寄生電容Cin，n，其效果如圖4所示。
[0053]【具體實施方式】二:下面結(jié)合圖1、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，它由m級放大器級聯(lián)構(gòu)成，m為大于或等于I的自然數(shù)；
[0054]m級放大器中的第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，n ^ m,第η級放大器包括差分放大器和發(fā)射極跟隨器；
[0055]所述差分放大器包括可控電流源Inl、NPN雙極型晶體管Nnl、NPN雙極型晶體管Nn2、負(fù)載電阻Rnl、負(fù)載電阻Rn2、電容Cnl和電容Cn2 ；
[0056]所述發(fā)射極跟隨器包括可控電流源In2、可控電流源In3、NPN雙極型晶體管Nn3和NPN雙極型晶體管Nn4 ；
[0057]電源VDD同時連接負(fù)載電阻Rnl的一端、負(fù)載電阻Rn2的一端、NPN雙極型晶體管Nn3的集電極和NPN雙極型晶體管Nn4的集電極；
[0058]負(fù)載電阻Rnl的另一端同時連接NPN雙極型晶體管Nnl的集電極、電容Cnl的一端和NPN雙極型晶體管Nn3的基極；電容Cnl的另一端同時連接NPN雙極型晶體管Nn2的基極和m級放大器中的 第η-1級放大器的輸出端Vorv1 ；
[0059]NPN雙極型晶體管Nn2的集電極同時連接NPN雙極型晶體管Nn4的基極、電容Cn2的一端和負(fù)載電阻Rn2的另一端；電容Cn2的另一端同時連接m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Voplri和NPN雙極型晶體管Nnl的基極；
[0060]NPN雙極型晶體管Nnl的發(fā)射極和NPN雙極型晶體管Nn2的發(fā)射極的公共節(jié)點Vmn連接可控電流源Inl的正極，可控電流源Inl的負(fù)極接地GND ；
[0061]NPN雙極型晶體管Nn3的發(fā)射極同時連接可控電流源In2的正極和第η級放大器的輸出端Vopn，可控電流源In2的負(fù)極接地GND ；
[0062]NPN雙極型晶體管Nn4的發(fā)射極同時連接可控電流源In3的正極和第η級放大器的輸出端Vorv可控電流源In3的負(fù)極接地GND。
[0063]電容Cnl和電容Cn2可以是線性電容，如MM電容；或壓控可變電容，如MOSvaractor
[0064]本實施方式中第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，其余m-1級放大器采用任意差分放大器。
[0065]負(fù)載電阻Rnl、NPN雙極型晶體管Nnl的漏極和電容Cnl的公共節(jié)點Vcpn為差分放大器的輸出端；連接NPN雙極型晶體管Nn3的基極；負(fù)載電阻Rn2、NPN雙極型晶體管Nn2的集電極和電容Cn2的公共節(jié)點Vcnn為差分放大器的輸出端；連接NPN雙極型晶體管Nn4的基極。
[0066]Nnl、Nn2、Nn3和Nn4采用NPN雙極型晶體管；第η級放大器的單端輸入寄生電容Cin，η的大小取決于Nnl的柵極和源極之間的等效電容大小。電容Cnl和電容Cn2為實現(xiàn)負(fù)電容中和技術(shù)的核心器件，第η級放大器的差分放大器的輸入信號連接第η-1級放大器的輸出信號Vorvp Voplri,由于差分電路本身所固有的特性,其輸入信號Vorvp Voplri相位相差180度，因此在第η級放大器輸入端CnlZiCn2的等效負(fù)電容Cn的電容值為負(fù)數(shù)，且該等效負(fù)電容Cn與單端輸入寄生電容Cin，η (主要是基極-發(fā)射極電容)并聯(lián)在一起，因而可以利用Cnl/Cn2產(chǎn)生的等效負(fù)電容(；來中和隨著偏置電流增大而不斷變大的單端輸入寄生電容cin，n，其效果如圖4所示。
[0067]【具體實施方式】三:下面結(jié)合圖5至圖9說明本實施方式，本實施方式給出一個具體實施例，取m = 4，η = 2，所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路由4級放大器級聯(lián)而成，第I級放大器為帶有輸入50 Ω阻抗匹配功能的差分放大器，如圖6所示；第2級放大器為帶有負(fù)電容中和技術(shù)的可變增益差分放大器，如圖7所示；第3級放大器為可實現(xiàn)信號極性反轉(zhuǎn)的差分放大器，如圖8所示；第4級放大器為帶有activeback-termination反饋網(wǎng)絡(luò)的open collector差分放大器，如圖9所不。
[0068]第I級放大器中，偏置電流源In、I12和I13為固定偏置電流源，N11和N12采用NPN雙極型晶體管。在輸入端設(shè)置電阻Rip和電阻Rin，輸入電阻Rip兩端分別連接輸入端Vin+和Vb,電阻Rin兩端分別連接輸入端Vin_和Vb，電阻Rip和Rin選值為50 Ω以實現(xiàn)在O到IOGHz帶寬內(nèi)輸入回波損耗小于-1OdB ;雙極型晶體管Nn/N12的基極分別連接輸入端Vin+/Vin_，N11/N12的發(fā)射極連接到一起并連到固定偏置電流I11的一端Vml，Nn/N12的集電極分別連接到負(fù)載電阻R11A12的端口以及發(fā)射極跟隨器晶體管N13/N14的基極，即節(jié)點VmlZ^pl ;發(fā)射極跟隨器晶體管N13/N14的發(fā)射極分別連接到偏置電流源112/113的端口 Vml/Xpl，且作為第I級差分放大器的輸出節(jié)點。
[0069]第2級差分放大器采用實施方式二所述結(jié)構(gòu)。輸出端為Vm2/Xp2。
[0070]第3級放大器中，雙極型晶體管N31a/N32a構(gòu)成一個差分放大器，雙極型晶體管N31b/N32b則構(gòu)成另一個輸入極性相反的差分放大器，晶體管N31a/N32a的發(fā)射極共同連接到開關(guān)Sff1的一端Vm3a，晶體管N31b/N32b的發(fā)射極共同連接到開關(guān)SW2的一端Vm3b，開關(guān)SW1和SW2的另一端共同連接到偏置電流I31的一端Vm3,晶體管N31a/N32b的基極共同連接到Vrai2,晶體管N31b/N32a的基極共同連接到V-，晶體管N31a/N31b的集電極共同連接到節(jié)點Vm3，晶體管N32a/N32b的集電極共同連接到節(jié)點Vct3 ;負(fù)載電阻R31/R32的一端分別連接到節(jié)點Vm3Z^p3 ;晶體管N33/N34的基極也分別連接到節(jié)點Vm3ZXp3,晶體管N33/N34的基極輸出連接下一級節(jié)點A1/A2 ；晶體管N33/N34的發(fā)射極分別連接到偏置電流源132/133的一端Vm3/Xp3，構(gòu)成第3級放大器的輸出節(jié)點。通過閉合開關(guān)SW1和斷開開關(guān)SW2,促使晶體管N31a/N32a處于正向工作狀態(tài)、晶體管N31b/N32b處于截止?fàn)顟B(tài)，因此第3級放大器的輸出節(jié)點Vop3ZVon3的極性跟輸入節(jié)點Vtjp2/Von2的極性相反；通過斷開開關(guān)SW1和閉合開關(guān)SW2，促使晶體管N31a/N32a處于截止?fàn)顟B(tài)、晶體管N31b/N32b處于正向工作狀態(tài)，因此第3級放大器的輸出節(jié)點Vtjp3ZXn3的極性跟輸入節(jié)點Vop2/Von2的極性相同。
[0071]第4級放大器中雙極型晶體管N41/N42的基極分別連接上一級放大器的輸出節(jié)點νοη3/νορ3,晶體管N41/N42的發(fā)射極共同連接到偏置電流源的一端Vm4，晶體管N41/N42的集電極作為整個激光二極管驅(qū)動器的輸出節(jié)點ν_+/ν__，且通過交流耦合連接方式連接到芯片外的激光二極管的兩端并為激光二極管提供調(diào)制電流；電阻電容反饋網(wǎng)絡(luò)Rfl/Rf2/Cfl和Rf3/Rf4/Cf2構(gòu)成active back-termination,該反饋網(wǎng)絡(luò)有益于在頻率O到IOGHz頻帶內(nèi)獲取優(yōu)越的輸出阻抗匹配性能，并有利于吸收由于阻抗不完全匹配造成的反射信號。電阻Rfl—端連接輸出節(jié)點Vwt+，另一端連接節(jié)點Vfp ；電阻Rf2和并聯(lián)電容Cfl 一端共同連接到節(jié)點Vfp，另一端共同連接到Al ；電阻Rf3 —端連接輸出節(jié)點V。*，另一端連接節(jié)點Vfn ；電阻Rf4和并聯(lián)電容Cf2 —端共同連接到節(jié)點Vfn，另一端共同連接到A2。[0072]本實用新型的重要內(nèi)容是在第2級可控增益差分放大器中引入了負(fù)電容中和技術(shù)。如圖6~圖9所示，由于電容Cnl和Cn2的交叉連接方式，在差分放大器輸入端得到的等效Cnl和Cn2電容為負(fù)數(shù)。當(dāng)不考慮晶體管N21/N22的基極電阻和基極-集電極電容時，第2級放大器的單端輸入電容值為晶體管N21/N22的基極-發(fā)射極電容Cn，且Cn的值隨著晶體管的集電極電流的增加而不斷增大，此時第I級放大器的電壓增益可表達為:
【權(quán)利要求】
1.采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，它由m級放大器級聯(lián)構(gòu)成，m為大于或等于I的自然數(shù)； 其特征在于，m級放大器中的第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，η < m，第η級放大器包括差分放大器和源極跟隨器； 所述差分放大器包括可控電流源Inl、NMOS晶體管Nnl、NMOS晶體管Nn2、負(fù)載電阻Rnl、負(fù)載電阻Rn2、電容Cnl和電容Cn2 ； 所述源極跟隨器包括可控電流源In2、可控電流源In3、?OS晶體管Nn3和NMOS晶體管Nn4 ; 電源VDD同時連接負(fù)載電阻Rnl的一端、負(fù)載電阻Rn2的一端、NMOS晶體管Nn3的漏極和NMOS晶體管Nn4的漏極； 負(fù)載電阻Rnl的另一端同時連接NMOS晶體管Nnl的漏極、電容Cnl的一端和NMOS晶體管Nn3的柵極；電容Cnl的另一端同時連接NMOS晶體管Nn2的柵極和m級放大器中的第n_l級放大器的輸出端Vorv1 ； NMOS晶體管Nn2的漏極同時連接NMOS晶體管Nn4的柵極、電容Cn2的一端和負(fù)載電阻Rn2的另一端；電容Cn2的另一端同時連接m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Vopiri和NMOS晶體管Nnl的柵極； NMOS晶體管Nnl的源極和NMOS晶體管Nn2的源極的公共節(jié)點Vmn連接可控電流源Inl的正極，可控電流源Inl的 負(fù)極接地GND ； NMOS晶體管Nn3的源極同時連接可控電流源In2的正極和第η級放大器的輸出端Vopn,可控電流源In2的負(fù)極接地GND ； NMOS晶體管Nn4的源極同時連接可控電流源In3的正極和第η級放大器的輸出端Vonn,可控電流源In3的負(fù)極接地GND。
2.采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，它由m級放大器級聯(lián)構(gòu)成，m為大于或等于I的自然數(shù)； 其特征在于，m級放大器中的第η級放大器為采用負(fù)電容中和技術(shù)的可控增益放大器，η < m，第η級放大器包括差分放大器和發(fā)射極跟隨器； 所述差分放大器包括可控電流源Ιη1、ΝΡΝ雙極型晶體管Νη1、ΝΡΝ雙極型晶體管Nn2、負(fù)載電阻Rnl、負(fù)載電阻Rn2、電容Cnl和電容Cn2 ； 所述發(fā)射極跟隨器包括可控電流源In2、可控電流源In3、NPN雙極型晶體管Nn3和NPN雙極型晶體管Nn4 ； 電源VDD同時連接負(fù)載電阻Rnl的一端、負(fù)載電阻Rn2的一端、NPN雙極型晶體管Nn3的集電極和NPN雙極型晶體管Nn4的集電極； 負(fù)載電阻Rnl的另一端同時連接NPN雙極型晶體管Nnl的集電極、電容Cnl的一端和NPN雙極型晶體管Nn3的基極；電容Cnl的另一端同時連接NPN雙極型晶體管Nn2的基極和m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Vorv1 ； NPN雙極型晶體管Nn2的集電極同時連接NPN雙極型晶體管Nn4的基極、電容Cn2的一端和負(fù)載電阻Rn2的另一端；電容Cn2的另一端同時連接m級放大器中的第η-1級放大器的輸出端Vopiri和NPN雙極型晶體管Nnl的基極； NPN雙極型晶體管Nnl的發(fā)射極和NPN雙極型晶體管Nn2的發(fā)射極的公共節(jié)點Vmn連接可控電流源Inl的正極，可控電流源Inl的負(fù)極接地GND ； NPN雙極型晶體管Nn3的發(fā)射極同時連接可控電流源In2的正極和第η級放大器的輸出端Vopn，可控電流源In2的負(fù)極接地GND ； NPN雙極型晶體管Nn4的發(fā)射極同時連接可控電流源In3的正極和第η級放大器的輸出端Vonn,可控電流源In3的負(fù)極接地GND。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，其特征在于，電容Cnl和電容Cn2均采用線性電容或壓控可變電容來實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述采用負(fù)電容中和技術(shù)的高速激光二極管驅(qū)動器集成電路，其特征在于，電容C nl和電容Cn2均采用MIM電容或MOS varactor電容來實現(xiàn)。
【文檔編號】H01S5/042GK203774608SQ201420201414
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】黃果池, 李景虎, 張遠燚 申請人:福建一丁芯光通信科技有限公司