文档介绍：Vol. 3 / Mar. 2009
基于 CMOS工艺的 VCSEL激光驱动器设计
穆范全李磊
摘要随着网络和数字媒体技术的发展,对数据处理、存储和传输能力的要求不断提高。但是随着集成电路频率的提
高,传统的电互连技术面临着越来越严重的损耗、串扰和阻抗匹配等问题,成为系统性能提高的瓶颈,在印刷电路板
(Printed Circuit Board,PCB)上传输10Gbps以上的信号非常困难。为克服这些限制所采用的技术使成本随之增加,体现
在芯片的面积和PCB板的布线压力上。而光互连技术具有高带宽、低损耗、无串扰、无阻抗匹配和电磁兼容问题等优势,
是电互连技术理想的替代者。本文主要针对光互连系统中电光接口部分芯片进行研究。这部分是光互连系统中的关键部
件,是限制整个光互连系统带宽的主要方面。
关键词光互连;电互连;激光驱动器;光通信
1 引言
Diode,LED),驱动电路等组成。半导体激光器是当
随着计算机和通信技术的提高和广泛应用,传输今主要的高速应用光输出器件。其中的驱动电路部分
的数据量已经显著地提高。这主要是由于现在网络通是关键部件,因为它是电器件与光器件的接口部分,
讯技术和多媒体传输技术的迅速发展,要求通讯数据影响到整个光通信系统的性能。电路的设计原理上虽
量急剧增加。第一代的电通讯技术和后来的微电子技然很简单,但也非常有挑战性,难度在于要实现大的
术已经为无线互连和卫星互连提供了丰富的模拟与数输出电流和高的传输速率,以达到设计要求。
字通信技术。近些年科学家和工程师已经发现途径去许多研究人员和工程师能够设计激光驱动器使
尽可能的拓展带宽,并增加其容纳信息的能力,包括其速率达到10Gbps,但他们的设计都采用能够提高
通过改善诸如噪声、串扰、功率、损耗、以及其他一带宽并具有较好稳定性的无源材料,例如,GaAs、
些限制电互连性能的因素。为克服这些限制而做的一双极硅器件、InP等[2]。然而在低损耗和大密度、短
些研究已经将通讯系统的开发带入了下一次革命—用距离、10Gbps速率的应用中(例如LAN、FTTX、板
光代替电作为通讯媒质。间互连),要求激光驱动器的设计逐渐向廉价的互补
与传统的电相比较,光具有一些固有的优势,能 plementary Metal-Oxide
够在轻松的实现通讯速率达到Mbps的同时,传送距 Semiconductor,CMOS)技术转移。这主要是因为
离可达到几千米。例如,宽带光纤能够实现高速率和 CMOS技术拥有独特的低功率、低损耗特性,而这
大的数据容量,同时实现低的传输损耗,从而实现长些特性又使其具有高的产出和高的集成率。因此在上
距离的传输。另外,光对高频电磁干扰天然的免疫特述损耗敏感的应用中,我们的研究主要集中在设计
性使其能够在噪声环境下实现很好的信噪比特性。正 CMOS工艺下的激光驱动器。
因为光的这些特性,使其代替了传统的长距离电通信 2 光发射机组成
系统,并逐渐在网络中实现短距离的互连。
光发射机主要有两部分组成:激光驱动器和光
现在,光通信系统被用在许多应用领域中,比如
源。激光驱动器将输入的电压信号转换为大的电流信
SDH/,WMD网络系统,局域网系统,城域网
号用于调