《電子技術(shù)應用》
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大擺幅輸出的高速線性行波驅(qū)動器
2022年電子技術(shù)應用第7期
黃 俊，任方圓，胡 歡，袁 愷，閔成彧
聯(lián)合微電子中心有限責任公司，重慶400000
摘要： 基于0.13 μm SiGe BiCMOS工藝設計了高速線性行波馬赫-曾德爾調(diào)制器(Mach-Zehnder Modulators，MZM)驅(qū)動器。驅(qū)動器主要由三個部分組成，分別是輸入級、輸出級和直流消除(Direct Current Offset Compensation，DCOC)。輸入級在差分對的發(fā)射極引入可變電容和可變電阻來實現(xiàn)增益可調(diào)的功能，在輸出節(jié)點采用了并聯(lián)電感峰化技術(shù)來提高帶寬；輸出級中采用了擊穿電壓倍增技術(shù)來獲得大擺幅輸出電壓，以及采用了并聯(lián)電感峰化技術(shù)來提高帶寬；DCOC通過在行波MZM驅(qū)動器的輸出和輸入之間建立反饋以消除直流失調(diào)，并且采用了一階低通濾波器以保證環(huán)路穩(wěn)定。仿真結(jié)果顯示，驅(qū)動器的增益可以在較大的范圍內(nèi)可調(diào)，DCOC環(huán)路的相位裕度高達82°，最高工作速率為100 Gb/s，輸出Vpp約為4 V，可以很好地驅(qū)動行波MZM。
中圖分類號： TN402
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212366
中文引用格式： 黃俊，任方圓，胡歡，等. 大擺幅輸出的高速線性行波驅(qū)動器[J].電子技術(shù)應用，2022，48(7)：49-53，59.
英文引用格式： Huang Jun，Reng Fangyuan，Hu Huan，et al. A high-speed linear large-swing push-pull drivers[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(7)：49-53，59.
A high-speed linear large-swing push-pull drivers
Huang Jun，Reng Fangyuan，Hu Huan，Yuan Kai，Min Chenyu
United Microelectronics Center Co.，Ltd.，Chongqing 400000，China
Abstract： A high-speed linear push-pull Mach-Zehnder Modulators(MZM) driver based on 0.13 μm SiGe BiCMOS process is proposed in this paper. The driver circuit is composed of 3 components, including the input stage, the output stage and direct current offset compensation(DCOC). A variable gain is achieved by placing variable resistances and variable capacitances in the emitter of the input stage, and the bandwidth is expanded by shunt inductive peaking technology. The output stage utilizes the breakdown voltage multiplier to attain a large-swing, and shunt inductive peaking technology is implemented to get a wide bandwidth. The DCOC builds a feedback between the output and the input of the driver, and utilizes a low pass filter to ensure loop stability. The simulation results demonstrate that the driver gain can be adjusted in a wide scale, and the phase margin, the operating rate and the voltage output swing are 82°, 100 Gb/s, 4 V, respectively, which can drive the push-pull MZM well.
Key words : push-pull MZM driver；shut inductive peaking；breakdown voltage multiplier；low pass filter；analog IC

0 引言

    隨著信息時代的到來，數(shù)據(jù)的吞吐量呈現(xiàn)出爆炸式的增加，其中70%以上的數(shù)據(jù)流量交互發(fā)生在數(shù)據(jù)中心[1-4]。光纖通信作為一種解決方案，能夠利用光信號傳輸更多的數(shù)據(jù)，效率更高，傳輸速度更快，同時能耗更低，使數(shù)據(jù)中心之間的帶寬傳輸能力得到了顯著提高[5-8]。馬赫-曾德爾調(diào)制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)作為光發(fā)射機的重要組成部分，它具有高速度和寬光譜等優(yōu)點。對于行波電極的MZM，通常需要2 V至10 V的驅(qū)動電壓以保證輸出光的高消光比[9]。然而，這對行波MZM的驅(qū)動電路卻提出了更高的要求。MZM更高的傳輸速度迫使驅(qū)動電路采用更小節(jié)點的工藝來設計制造，工藝節(jié)點越小，器件的擊穿電壓也就越低，這與大擺幅驅(qū)動電壓相互矛盾。P.Rita等人采用0.13 ?滋m SiGe：C BiCMOS工藝設計了工作速度為40 Gb/s，輸出Vpp為4 V的行波MZM驅(qū)動器[10]。在2017年，一種采用55 nm SiGe BiCMOS工藝的行波MZM驅(qū)動器可以實現(xiàn)工作速率128 Gb/s，輸出電壓可達4.8 V[11]。然而，上述兩種方案中都沒有考慮輸入信號受工藝、電壓、溫度和封裝等因素的影響，信號強度會發(fā)生較大的變化，需要驅(qū)動器的增益可調(diào)；以及直流失調(diào)可能會導致系統(tǒng)不能正常工作。




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作者信息：

黃  俊，任方圓，胡  歡，袁  愷，閔成彧

(聯(lián)合微電子中心有限責任公司，重慶400000)




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