大擺幅輸出的高速線性行波驅動器
2022年電子技術應用第7期
黃 俊，任方圓，胡 歡，袁 愷，閔成彧
聯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-曾德爾調制器(Mach-Zehnder Modulators，MZM)驅動器。驅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射極引入可變電容和可變電阻來實現增益可調的功能，在輸出節點采用了并聯電感峰化技術來提高帶寬；輸出級中采用了擊穿電壓倍增技術來獲得大擺幅輸出電壓，以及采用了并聯電感峰化技術來提高帶寬；DCOC通過在行波MZM驅動器的輸出和輸入之間建立反饋以消除直流失調，并且采用了一階低通濾波器以保證環路穩定。仿真結果顯示，驅動器的增益可以在較大的范圍內可調，DCOC環路的相位裕度高達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動器[J].電子技術應用，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.
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動器[J].電子技術應用，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，數據的吞吐量呈現出爆炸式的增加，其中70%以上的數據流量交互發生在數據中心[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據，效率更高，傳輸速度更快，同時能耗更低，使數據中心之間的帶寬傳輸能力得到了顯著提高[5-8]。馬赫-曾德爾調制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)作為光發射機的重要組成部分，它具有高速度和寬光譜等優點。對于行波電極的MZM，通常需要2 V至10 V的驅動電壓以保證輸出光的高消光比[9]。然而，這對行波MZM的驅動電路卻提出了更高的要求。MZM更高的傳輸速度迫使驅動電路采用更小節點的工藝來設計制造，工藝節點越小，器件的擊穿電壓也就越低，這與大擺幅驅動電壓相互矛盾。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驅動器[10]。在2017年，一種采用55 nm SiGe BiCMOS工藝的行波MZM驅動器可以實現工作速率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，信號強度會發生較大的變化，需要驅動器的增益可調；以及直流失調可能會導致系統不能正常工作。
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作者信息：
黃 俊，任方圓，胡 歡，袁 愷，閔成彧
(聯合微電子中心有限責任公司，重慶400000)
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