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一种低 电压CMOS工艺下的VCSEL 激光器驱动电路

阅读：582发布：2024-01-15

专利汇可以提供一种低电压CMOS工艺下的VCSEL 激光器驱动电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种低电压 CMOS工艺下的VCSEL 激光器驱动电路，包括第一、第二NMOS管，第一、第二、第三、第四PMOS管；第一NMOS管的栅极接第一输入电压，漏极通过电阻、电感接第二电源电压，通过第一电容接第一PMOS管的栅极和漏极，通过第二电容接第三PMOS管的栅极和漏极，源极接电流源；第二NMOS管的栅极接第二输入电压，漏极接第四PMOS管的漏极及激光二极管 VCSEL的阳极，源极接电流源；第一PMOS管的漏极接第三PMOS管的源极，源极接第一电源电压，栅极接第二PMOS管的栅极，第二PMOS管的漏极接第四PMOS管的源极，源极接第一电源电压；第三PMOS管的漏极接电流源，栅极接第四PMOS管的栅极。本实用新型实现高电源电压与低电压核心MOS管设计的结合，避免高压MOS管的使用，有效保障高带宽指标。，下面是一种低电压CMOS工艺下的VCSEL 激光器驱动电路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低电压CMOS工艺下的VCSEL 激光器驱动电路，其特征在于：包括第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4，第一电容C1、第二电容C2，电阻R1，电感L和激光二极管VCSEL；
所述第一NMOS管NM1的栅极接第一输入电压Vinp，第一NMOS管NM1的漏极一方面通过电阻R1、电感L与第二电源电压VDD2相连，另一方面通过第一电容C1分别与第一PMOS管PM1的栅极和漏极相连接，而且还通过第二电容C2分别与第三PMOS管PM3的栅极和漏极相连接，第一NMOS管NM1的源极与电流源Imod相连接；
所述第二NMOS管NM2的栅极接第二输入电压Vinn，第二NMOS管NM2的漏极与第四PMOS管PM4的漏极相连接，第二NMOS管NM2的源极与电流源Imod相连；
所述第一PMOS管PM1的漏极与第三PMOS管PM3的源极相连接，第一PMOS管PM1的源极接第一电源电压VDD1；
所述第二PMOS管PM2的栅极与第一PMOS管PM1的栅极相连接，第二PMOS管PM2的漏极与第四PMOS管PM4的源极相连接，源极接第一电源电压VDD1；
所述第三PMOS管PM3的漏极与电流源Ibias相连接，第三PMOS管PM3的栅极与第四PMOS管PM4的栅极相连接；
所述激光二极管VCSEL的阳极与第四PMOS管PM4的漏极及第二NMOS管NM2的漏极连接，激光二极管VCSEL的阴极接地。
2.根据权利要求1所述的低电压CMOS工艺下的VCSEL激光器驱动电路，其特征在于：所述第一电源电压VDD1为3.3V电源电压。

说明书全文

一种低 电压CMOS工艺下的VCSEL 激光器驱动电路

技术领域

[0001] 本实用新型涉及光纤数据传输系统中的VCSEL激光驱动ASIC芯片设计领域，具体涉及一种低电压CMOS工艺下的VCSEL激光器驱动电路。

背景技术

[0002] 光纤通信系统以其具有的大容量等特点，在网络和多媒体通信中得到了飞速的发展，VCSEL激光器以小发散角、高带宽、阈值电流小、易大面阵集成制造等特点在目前光纤通信系统中得到广泛应用。VCSEL激光器的阈值电压典型值在1.6V～2.0V之间，对应驱动芯片的最终输出级需要足够大的电源电压以提供足够的电压裕度，典型为3.3V。在低电压CMOS工艺(例如CMOS 65nm核心电压为1.2V)背景下，设计驱动ASIC电路为了高带宽考虑，不能使用高压MOS管(负载过大降低带宽)，这一矛盾给低电压CMOS工艺下设计激光器驱动芯片带来了难题。发明内容

[0003] 本实用新型要解决的技术问题是，为了克服高电源电压与低电压CMOS工艺间的矛盾，提供一种低电压CMOS工艺下的VCSEL激光器驱动电路，实现高电源电压与低电压核心MOS管设计的结合，使驱动电路拥有足够大的电压裕度，提供足够大的输出动态范围，同时避免了高压MOS管的使用，有效保障了高带宽指标。

[0004] 本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

[0005] 一种低电压CMOS工艺下的VCSEL激光器驱动电路，包括第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4，第一电容C1、第二电容C2，电阻R1，电感L和激光二极管VCSEL；

[0006] 所述第一NMOS管NM1的栅极接第一输入电压Vinp，第一NMOS管NM1的漏极一方面通过电阻R1、电感L与第二电源电压VDD2相连，另一方面通过第一电容C1分别与第一PMOS管PM1的栅极和漏极相连接，而且还通过第二电容C2分别与第三PMOS管PM3的栅极和漏极相连接，第一NMOS管NM1的源极与电流源Imod相连接；

[0007] 所述第二NMOS管NM2的栅极接第二输入电压Vinn，第二NMOS管NM2的漏极与第四PMOS管PM4的漏极相连接，第二NMOS管NM2的源极与电流源Imod相连；

[0008] 所述第一PMOS管PM1的漏极与第三PMOS管PM3的源极相连接，第一PMOS管PM1的源极接第一电源电压VDD1；

[0009] 所述第二PMOS管PM2的栅极与第一PMOS管PM1的栅极相连接，第二PMOS管PM2的漏极与第四PMOS管PM4的源极相连接，源极接第一电源电压VDD1；

[0010] 所述第三PMOS管PM3的漏极与电流源Ibias相连接，第三PMOS管PM3的栅极与第四PMOS管PM4的栅极相连接；

[0011] 所述激光二极管VCSEL的阳极与第四PMOS管PM4的漏极及第二NMOS管NM2的漏极连接，激光二极管VCSEL的阴极接地。

[0012] 按上述方案，所述第一电源电压VDD1为3.3V电源电压。

[0013] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

[0014] 1、采用PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4构成共源共栅电流源结构，通过简单实用的电路结构，实现高电源电压与低电压核心MOS管设计的结合，在低电压CMOS工艺(例如CMOS 65nm 1.2V核心电压)设计，使用3.3V电源电压情形下，仍能保障每个PMOS管的三端电压差都在1.2V之内，在避免使用高压MOS管条件下，激光器驱动电路能够使用3.3V高电源电压供电，使驱动电路拥有足够大的电压裕度，及动态范围足够大的bias、modulation电流输出能力，满足低电压CMOS核心MOS管的安全要求同时，有效保障了高带宽指标；

[0015] 2、针对共源共栅叠加电流源结构，本实用新型提出采用电容C1、C2与电阻R1相连，形成针对电流源的双电容前馈电路，有效拓展了带宽和优化输出；

[0016] 3、在输出级左臂采用电感峰化技术，NMOS管NM1的漏极负载为电阻R1、电感L，进一步拓展输出级带宽。附图说明

[0017] 图1为本实用新型低电压CMOS工艺下的VCSEL激光器驱动电路示意图。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进行详细的描述。

[0019] 如图1所示，本实施例一种低电压CMOS工艺下的VCSEL激光器驱动电路，包括两只NMOS管NM1、NM2，四只PMOS管PM1、PM2、PM3、PM4，两只电容C1、C2，一只电阻R1，一只电感L和一只激光二极管VCSEL，各元器件的连接方式如下：

[0020] 第一NMOS管NM1的栅极接第一输入电压Vinp，第一NMOS管NM1的漏极一方面通过电阻R1、电感L与第二电源电压VDD2相连，另一方面通过第一电容C1分别与第一PMOS管PM1的栅极和漏极相连接，而且还通过第二电容C2分别与第三PMOS管PM3的栅极和漏极相连接，第一NMOS管NM1的源极与电流源Imod相连接；

[0021] 第二NMOS管NM2的栅极接第二输入电压Vinn，第二NMOS管NM2的漏极与第四PMOS管PM4的漏极相连接，第二NMOS管NM2的源极与电流源Imod相连；

[0022] 第一PMOS管PM1的漏极与第三PMOS管PM3的源极相连接，第一PMOS管PM1的源极接第一电源电压VDD1；

[0023] 第二PMOS管PM2的栅极与第一PMOS管PM1的栅极相连接，第二PMOS管PM2的漏极与第四PMOS管PM4的源极相连接，源极接第一电源电压VDD1；

[0024] 第三PMOS管PM3的漏极与电流源Ibias相连接，第三PMOS管PM3的栅极与第四PMOS管PM4的栅极相连接；

[0025] 激光二极管VCSEL的阳极与第四PMOS管PM4的漏极及第二NMOS管NM2的漏极连接，激光二极管VCSEL的阴极接地。

[0026] 实施例中第一电源电压VDD1为3.3V电源电压。

[0027] 采用PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4构成共源共栅电流源结构，在低电压CMOS工艺(例如CMOS 65nm 1.2V核心电压)设计，使用3.3V电源电压(图中VDD1)情形下，仍能保障每个PMOS管的三端电压差都在1.2V之内，在避免使用高压MOS管条件下，激光器驱动电路能够使用3.3V高电源电压供电，满足低电压CMOS核心MOS管的安全要求。

[0028] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

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