引用本文：
陈江，陆德超，郑旭强，等. 一种50 Gb/s PAM4 外调制激光器驱动电路[J]. 光通信技术，2021，45（10）：10-13.
陈 江1,3，陆德超2，郑旭强3，刘果果3，刘新宇3
（1.中国科学院大学 微电子学院，北京 1001408； 2.空军工程大学，西安 710086；3.中国科学院 微电子研究所，北京 100029）
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要：激光器驱动电路是光通信系统中发射端的重要部件，为了适应高速电/光转换的需求，基于28 nm互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，设计了一种外调制激光器（EML）驱动电路，整个驱动电路采用了5级级联的架构，分别包括可变增益放大器（VGA）、两级连续时间线性均衡器（CTLE）、预放大器和输出级，驱动电路内部采用了新型的互补放大和共源共栅结构，驱动电路的输入为50 Gb/s的4阶脉冲振幅调制（PAM4）信号。仿真结果表明：该驱动电路小信号带宽为27 GHz；在12.5 GHz、0.16~0.312 VPP正弦输入下的输出摆幅为1 VPP时，总谐波失真（THD）大小为2.21%，电压增益范围为13.98~20.24 dB，总功耗为340 mW。
关键词：外调制激光器驱动；4阶脉冲振幅调制；可变增益放大器；互补放大；共源共栅
中图分类号：TN432 文献标志码：A 文章编号：1002-5561（2021）10-0010-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.10.003
0 引言
随着5G网络的兴起[1]，数据传输速率越来越快，光传输将在越来越多的场合代替传统的电传输[2-4]。在光通信系统[5]的发射端中，由于外调制激光器（EML）[6]优良的调制特性被广泛应用，其对应的驱动电路也得到了广泛的研究。
激光器驱动的作用是将数字调制信号放大并加载到电吸收调制器（EAM）上。目前，国外已有对差分直接耦合形式EML驱动的报道[7-8]，这种方式虽然能有效减少功耗，但却存在负载电容加倍和不利于施加反向偏置电压的问题。文献[9]通过采用间接耦合的方式在驱动电路外部可以方便地施加反向偏置电压，但是存在因耦合电容大而不利于作片上集成的问题。另外，由于4阶脉冲振幅调制（PAM4）信号[10]相比非归零码（NRZ）信号能更有效地提高信道的频谱利用率，因此其对驱动电路的线性度要求更高。
本文设计一种EML驱动电路，该电路采用新型的互补放大结构、薄栅氧管与厚栅氧管相配合的共源共栅结构，有效解决EAM反向偏置的问题，提高电路的线性度和驱动电路输出级的耐压。
4 结束语
本文设计了一种具有创新性结构的EML激光器驱动电路，在28 nm CMOS工艺下，采用5级级联的架构，包括VGA、两级CTLE、预放大器和输出级。其中，VGA、两级CTLE和预放大器均采用了互补放大的结构。VGA的负载由线性区NMOS管构成的可调电阻阵列实现了增益可调；CTLE引入了源极退化电阻和电容实现了信号高频增强；预放大器采用了阻容耦合的方式分离互补放大结构的P管和N管的栅极工作点以实现大的输出摆幅，另外还加入了峰化电感，实现进一步的高频增强；输出级采用了薄栅氧管和厚栅氧管相配合的共源共栅结构，使得输出级保持输入寄生电容小的同时输出耐压高。仿真结果表明：本文所设计的驱动电路的小信号带宽为27 GHz，电压增益为13.98~20.24 dB；在12.5 GHz正弦输入下，输出摆幅为1 Vpp时输出的THD大小为2.21%；整个驱动电路的总功耗为340 mW，实现了50 Gb/s PAM4信号的传输，是一款具有高带宽、高线性度的外调制激光器驱动电路。