大摆幅输出的高速线性行波驱动器
2022年电子技术应用第7期
黄 俊，任方圆，胡 欢，袁 恺，闵成彧
联合微电子中心有限责任公司，重庆400000
摘要：基于0.13 μm SiGe BiCMOS工艺设计了高速线性行波马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulators，MZM)驱动器。驱动器主要由三个部分组成，分别是输入级、输出级和直流消除(Direct Current Offset Compensation，DCOC)。输入级在差分对的发射极引入可变电容和可变电阻来实现增益可调的功能，在输出节点采用了并联电感峰化技术来提高带宽；输出级中采用了击穿电压倍增技术来获得大摆幅输出电压，以及采用了并联电感峰化技术来提高带宽；DCOC通过在行波MZM驱动器的输出和输入之间建立反馈以消除直流失调，并且采用了一阶低通滤波器以保证环路稳定。仿真结果显示，驱动器的增益可以在较大的范围内可调，DCOC环路的相位裕度高达82°，最高工作速率为100 Gb/s，输出Vpp约为4 V，可以很好地驱动行波MZM。
中图分类号：TN402
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212366
中文引用格式：黄俊，任方圆，胡欢，等. 大摆幅输出的高速线性行波驱动器[J].电子技术应用，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.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212366
中文引用格式：黄俊，任方圆，胡欢，等. 大摆幅输出的高速线性行波驱动器[J].电子技术应用，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
随着信息时代的到来，数据的吞吐量呈现出爆炸式的增加，其中70%以上的数据流量交互发生在数据中心[1-4]。光纤通信作为一种解决方案，能够利用光信号传输更多的数据，效率更高，传输速度更快，同时能耗更低，使数据中心之间的带宽传输能力得到了显著提高[5-8]。马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)作为光发射机的重要组成部分，它具有高速度和宽光谱等优点。对于行波电极的MZM，通常需要2 V至10 V的驱动电压以保证输出光的高消光比[9]。然而，这对行波MZM的驱动电路却提出了更高的要求。MZM更高的传输速度迫使驱动电路采用更小节点的工艺来设计制造，工艺节点越小，器件的击穿电压也就越低，这与大摆幅驱动电压相互矛盾。P.Rita等人采用0.13 ?滋m SiGe：C BiCMOS工艺设计了工作速度为40 Gb/s，输出Vpp为4 V的行波MZM驱动器[10]。在2017年，一种采用55 nm SiGe BiCMOS工艺的行波MZM驱动器可以实现工作速率128 Gb/s，输出电压可达4.8 V[11]。然而，上述两种方案中都没有考虑输入信号受工艺、电压、温度和封装等因素的影响，信号强度会发生较大的变化，需要驱动器的增益可调；以及直流失调可能会导致系统不能正常工作。
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作者信息：
黄 俊，任方圆，胡 欢，袁 恺，闵成彧
(联合微电子中心有限责任公司，重庆400000)
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