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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