使用激光器驅動器信號的線性放大器的制作方法

專利名稱：使用激光器驅動器信號的線性放大器的制作方法
技術領域：
一般而言，本發明涉及光發送器。更具體地，本發明涉及用于在光發
送組件("TOSA")中對差分輸入信號進行線性放大的放大器電路。
背景技術：
計算和聯網技術已改變了我們的世界。隨著網絡上傳送的信息量的增 加，高速傳輸變得更加關鍵。許多高速數據傳輸網絡依賴于用來便于發送
因此，可發^L光網絡存在于二普通的小型局域網(LAN)到宏大的互聯網 (Internet)骨干網的各種高速應用中。
一般地，通過光發送器(也稱作電光換能器)來實現此類網絡中的數 據傳輸，所述光發送器例如是安M光發送組件("TOSA")的頭部上的 激光器或發光二極管(LED )。當電流流過電光換能器時，電光換能器發 光，所發出的光的強^LA流過換能器的電流的量值的函數。通常，通過光 接收器(稱作光電子換能器)來實現數據接收，光接收器的一個示例;UL 光二極管，其通常容納在光接收組件("ROSA")內。光電子換能器接收 光并產生電流，所產生的電流的量值是接收到的光的強度的函數。 一般地， 以上所描述的TOSA和ROSA均包括在光)JUL器模塊中以代表其中可操 作地接納該fet器的主i史備來4吏得光信號能夠亂&送和接收。
光4UL器("fet器")還使用各種其它組件以幫助控制M射和接收 組件以;SJH"各種數據和其它信號的處理。例如，這種光收發器一般包M 配置以響應于各種控制輸入來控制電光換能器的運行的電光換能器驅動 器(例如，當用于驅動激光信號時被稱為"激光器驅動器")。光收發器通 常還包括被配置以對光電子換能器接收到的數據信號的特定參數來執行 各種操作的放大器(例如，常被稱作"后置放大器")。
傳統的光收發器使用包含處于外軍中的激光器的上述TOSA，其中所 述外革被配置以將激光器的光輸出耦合到光纖。TOSA連接到被包括在光 ^器中的印刷電路板組件("PCBA")，該印刷電路板組件包含電路(例如激光器驅動器)以對激光器進行偏置和調制。PCBA上的電路相對遠離 TOSA及其所包含的激光器。
使激光器驅動器或其它驅動電路相對顯著遠離激光器可產生保持良 好的信號完整性方面的問題。對于較高的比特率尤其如此。具體地說， TOSA和激光器驅動器電路在理想情況下被阻抗匹配以避免沿傳輸路徑 的信號反射和失真。 一般而言，這將導致超出激光器自身所需的最小功率 耗散的過度功率耗散。
與激光器驅動電路和激光器之間的相對較大距離相關的另 一 問題表 現為來自)MC器的電磁干擾("EMI")的輻射增大。所產生的EMI的量 與激光器驅動器向激光器提供的驅動電流和其間形成的電流環路兩者成 比例。
已經提出或嘗試了各種方案，其用于通過在TOSA內結合位于激光 器附近的放大器來保持從激光器驅動器到激光器的信號保真度和/或減小 收發器的驅動電流和功率消耗。
圖l示出放大器電路100，其被設計以減小iMC器所耗散的功率。電 路100安裝在頭部105上并接地到頭部105，并包括用于通過傳輸線110 接收單端信號的輸入節點，單端信號被提供給雙極晶體管120的^L端。 與晶體管120的發射極端耦合的返回地130提取流經晶體管的電流，從而 提取流經與電壓源150耦合的電光換能器140的電流。所提取的流經電光 換能器140的電流的量取決于經由傳輸線U0在雙極晶體管120的基極端 處施加的單端信號。
盡管具有減小激光器驅動器電流并由此降低EMI和整體功率消耗的 能力，但是圖1所示的放大器電路100具有很多缺點。首先，難以保持單 端信號的信號保真度，這是因為需要高保真度射頻("RF")地以拔JHt 號的返回路徑。這要求信號返回路徑中具有極低的電感地。此外，由于 RF地連接到頭部而頭部通常需要連接到收發器的機殼地以幫助散熱，這 可在要求^器的機殼與信號地分離的系統中導致適應性問題。其次，放 大器120的線性范圍是有限的。當晶體管120在其線性范圍之外運行時， 放大后的輸出信號中不保持單端接收信號的波形整形。
圖2示出被設計以保持信號保真度的差分放大器和激光器電路200。 電路200安裝在頭部205上并包括兩個用于通過差分傳輸線210接收差分 數據信號的輸入節點，其中所述差分信號對的正信號被提供給第一*晶體管220的基極端，而互4MT號被提供給第二雙極晶體管230的M端。 第二晶體管230的集電極耦合到電光換能器240，而晶體管220和240兩 者的發射極端耦合到電流源250。電流源250提取流經雙極晶體管220或 雙極晶體管230的電流，或以分流方式流經雙極晶體管220和230的電流。 所提取的流經電光換能器240的電流的量取決于在相應的雙極晶體管220 和230的基極端處施加的差分數據信號。
盡管通過使用差分驅動信號來保持信號保真度，但是電路200有許多 缺點。首先，其耗斜目當大的功率，其中一半功率是通過第一晶體管220 被耗散，而未提取流經換能器240的電流。其次，放大器電路200不是線 性放大器，而是數字放大器。因此，在將差分信號提供給電路200之前對 差分信號所執行的任何波形整形在信號M大時都不會被保持。
此處所要求保護的主題不限于解決任何缺點的實施例或僅運行在如 上所述的環境中的實施例。相反地，該背景技術^fsi被提供來說明其中可實 踐此處描述的一些實施例的一個示例性4支術領域。

發明內容
本發明響應于技術中的以上和其它需要而被提出。簡而言之，本發明 的實施例針對具有單端放大器的有源線性TOSA電路，所述單端放大器 能夠被差分信號驅動以便在減小功率耗散的同時保持信號保真度。在一個 實施例中，該電路安裝在頭部并包含第一雙極晶體管，所述第一雙極晶體 管用于在其基敗端處接)^示由TOSA電路所接收到的差分信號的單端 信號。第一雙極晶體管的發射極端耦合到第二雙極晶體管的基極端，第二 雙極晶體管的發射極端耦合到信號地，所述信號地不是頭部地。第二雙極 晶體管的集電極端耦合到電光換能器的第一端子。電光換能器具有被配置 以耦合到電壓源的第二端子并且電光換能器還耦合到第一雙極晶體管的 集電極端。該配置對接收到的差分信號進行線性放大，同時保持信號M 度、減小功率耗散以及EMI輻射并保持線性。
根據下面的描述和所附權利要求可充分理解本發明的這些和其它優 點和特征，或者可通過按照下文的闡述實施本發明來了解本發明的這些和
其它優點和特征。


為了進一步闡明本發明的以上和其它優點和特征，將通過參照本發明 的在附圖中示出的特定實施例對本發明進行更具體的描述。應當理解，這 些附圖僅描述本發明的典型實施例，因此不應看作^i對本發明的范圍的限 制。通過使用附圖，可通過附加的特征和細節來描述和說明本發明。在附
圖中
圖1示出結合在TOSA內的現有技術放大器電路；
圖2示出結合在TOSA內的現有技術差分放大器電路；
圖3是包括本發明一個實施例的光收發器模塊的示例的透視圖4是示出圖3的光i^tJL器模塊的各個方面的簡化框圖5是根據本發明一個實施例的有源線性TOSA電路的框圖6是圖5的有源線性TOSA電路的示意圖7A示出在具有傳統TOSA的光收發器中產生的EMI電流環路；
以及圖7B示出在具有根據本發明一個實施例被配置的有源線性TOSA的 光收發器中產生的EMI電流環路。
具體實施例方式
現在將參照附圖來描述本發明的示例性實施例的各個方面。應該理 解，所述附圖是這類示例性實施例的概略和示意性表示，因此不會限制本 發明的范圍，附圖也不必按比例繪制。
一般而言，本發明的實施例涉及光電子設備。更具體地，本發明的實 施例允許光收發器模塊("收發器")的ife^送組件(TOSA)中的單端放 大器使用差分信號。有利地，本發明的實施例允許將TOSA中所包括的 分布反饋("DFB")激光器用于低功率消耗電路以實現"M巨離光信號發送。
可在多種光電子設備中實施本發明。如此處所4吏用，術語"光電子設 備"包括具有光學組件和電氣組件兩者的設備。光電子設備的示例包括， 但不限于，轉發器、收發器、發送器和/或接收器。
I、運行環境示例
首先參照圖3，其描述用于與外部主機結合以發送和接收光信號的光 收發器模塊("收發器")示例的透視圖，光收發器模塊通常標示為300，且在一個實施例中，所述外部主機操作上連接到通信網絡。如圖3所示的 收發器包括各種組件，所述組件包括光接收組件("ROSA") 310、光發 送組件("TOSA" ) 320、電接口 330、各種電子組件340 (如激光器-驅動 器/后置放大器和控制模塊)以及支撐電子組件340的印刷電路板350。
在示出的實施例中，收發器300中包括兩個電接口 330，其各自用于 將ROSA310和TOSA320電連接到位于PCB 350上的多個導電焊盤。電 子組件340也連接到PCB 350。邊緣連接器360位于PCB 350的一端以 使)ML器300能夠與主機(未被示出)電氣并;Wfe地連接。此外，fei器 300的上述組件部分地容納在外革370中。盡管未示出，但是一些實施例 包括與外罩370配合來為fet器300的組件限定外殼的殼體。
現參照圖4，其是在圖3中以300表示的光M器的一個示例的簡化 框圖，圖4描述收發器的各種物理和運行的方面。盡管比較詳細地描述光 ^JC器400，但是對光fct器400的描述僅是說明，而不^:對^^發明的范 圍的限制。如上所述，在一個實施例中，光收發器400適于多種每秒數據 率(包括lGbit/s、 2Gbit/s、 4Gbit/s、 10Gbit/s以及更高的數據率)的光 信號發射和接收。此外，此處所描述的實施例可在符合多種不同形狀皿 (form factor)和多種不同通信協議中任一種的光收發器中實施，其中所 述形狀規格的示例包括，但不限于，XFP， SFP， SFP +和SFF，而所述通 信協i義的示例包括，但不限于，GiGE， SONET和Fibre Channel (光纖通 道)。
繼續參照圖4， fet器400包括印刷電路板("PCB") 450，其上安 裝有^ML器的各種電子組件。這樣的組件之一;l控制模塊405。控制模塊 405通過連接器405A和405B連接到集成的激光器驅動器/后置放大器 ("LDPA" ) 402。這些連接器允許控制模塊405監控LDPA402的運行， 這將在后面詳細描述。控制模塊405連接到持久存儲器406,持久存儲器 406存儲有用于配置控制模塊405的^L碼并且還用于存儲運行^。控制 模塊405還能夠通過串行數據線(SDA)和串行時鐘線(SCL)與所示的 外部主機411通信。
收發器400包括發送路徑和接^徑，現在對它們進行描述。接收路 徑包括ROSA410，其將輸入的光數據信號轉換成電數據信號。電數據信 號I^被提供給LDPA402的后置放大器部分。后置放大器放大或以其它 方式處理電數據信號，并經由連接器402A向外部主機4U提供電數據信 號。對于發送路徑，外部主機411產生電數據信號，并經由連接器402B 向LDPA402的激光器驅動器部分提供電數據信號。激光器驅動器處理電 數據信號并驅動TOSA 420，這導致TOSA 420發射光數據信號。
現在將更詳細地描述收發器400的運行。在運行時，光收發器400 經由ROSA410以后面更充分描述的方式從光纖415A接收光數據信號。 ROSA 410將接收到的光數據信號轉換成電數據信號。然后，ROSA 410 向后置放大器提供所得的電數據信號。在示出的實施例中，后置放大器與 激光器驅動器合并成集成的LDPA 402。因此，LDPA 402存在于單個集 成電路芯片上并且連同PCB 450上的其它電子組件340(下文將對其中的 一些進行深入的描述)一起被包括作為組件。在其它實施例中，后置放大 器和激光器驅動器被實現為PCB 450上的分離組件。
LDPA 402的后置放大器部分放大接收到的電數據信號并通過信號路 徑402A向外部主機411提供放大后的數據信號。外部主機411可以是能 夠與光收發器400通信的任何計算系統。外部主機411包含主^儲器 412，其可以是任何易失性或非易失性存儲器源。在一個實施例中，光收 發器400的一些組件可位于主機411上，而fet器的其它組件位于與主機 411分離的PCB 450上。
光收發器400也可從主機411接收用于發送到光纖415B上的電數據 信號。具體地說，LDPA 402的激光器驅動器部分經由信號路徑402B從 主機411接收電數據信號，并驅動TOSA420內的光源。光源的一個示例 是DFB激光器，其可導致TOSA420將光數據信號發射到光纖415B上， 光數據信號表示主機411所提供的電數據信號中的信息。 一般地，光源安 裝在TOSA內的頭部，該頭部包括多個通孔，通過這些通孔利用導線以 使電信號從PCB 450的電接口的電信號到達安裝在頭部上的光源和其它 組件。
ROSA410、 LDPA402和TOSA420的狀態可由于很多因素而動態變
化。例如，溫度變化、功率波動以;^饋*每個都可影響這些組件的性
能。因此，收發器400包括控制模塊405，其可對環境條件(如溫度、激 光器壽命)和/或運行條件(如電壓)進行評估，并通過連接器405從LDPA 402的后置放大器部分接收信息和通過連接器405B從LDPA的激光器驅 動器部分接收信息。該布置允許控制模塊405優化激光器和其它組件的性 能以補償動態變化的條件。
具體地說，控制模塊405通過經由連接器405A和405B調整所示出的LDPA402的設置來優化收發器400的運行。這些設置調整可以是斷續 性的并且通常只有在溫度或電壓或其它低頻變化使之合理時才做出這些 設置調整。
控制模塊405可存取持久存儲器406，在一個實施例中，持久存儲器 406是電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)。持久存儲器406也可以是 任何其它非易失性存儲器源。持久存儲器406被用于存儲用于配置控制模
塊405的微碼以及用于存儲由控制模塊405測得的運行參數。持久存儲器 406和控制模塊405可以不受限制地一起封裝在同一封裝內或封裝在不同 的封裝內。
可分別使用SDA和SCL線從主機411向控制模塊405提供數據和時 鐘信號。此外，可從控制模塊405向主機411提供數據以允許發送診斷數 據，例如環境和/或運行M。控制模塊405包括模擬部分408和數字部 分409。在本實施例中，模擬部分408和數字部分409共同使控制模塊能 夠數字地執行邏輯，同時仍主JH吏用模擬信號與光^ML器400的其余組件 進行連接。
II.有源線性TOSA的實施例示例
現在參照圖5，其示出有源線性TOSA電路500的一個示例的框圖。 有源線性TOSA電路500可安裝在TOSA (例如，圖3和4所示的TOSA 320和420)的頭部502上，盡管不要求這樣。應注意，下面的描述只作 為說明而不應用于限制所附權利要求或在此公開的實施例的范圍。
電路500包括差分輸入端510A和510B。差分輸入端各自通過差分 傳輸線從驅動器輸出級(例如，圖4所示LDPA402的激光器驅動器部分) 接收差分信號。具體地說，輸入節點510A接收正信號部分，而輸入節點 510B接收互補信號部分。如上所述，在節點510A和510B處接收到的差 分信號可以是lGbit/s、 2Gbit/s、 4Gbit/s、 10 Gbit/s以及更高的數據率。
電路500還包括緩沖器級520、放大器級530以及電光換能器540。 緩沖器級520具有兩個用于接收差分信號的節點522和524，其中第一節 點522耦合到差分輸入端510A，而第二節點524耦合到差分輸入端510B。 應注意，如此處所使用的，"耦合"被限定為表示在兩個或更多電路對象 之間沒有任何插入電路對象的直接連接，以及在兩個或更多電路對象之間 通過一個或更多插入電路對象的間接連接。例如，兩個彼此直接連接的電 路對象被彼此"耦合"。同樣的兩個電路對象若其間連接有一個或更多插入電路對象則也被彼此"耦合"。
緩沖器級520包括第三節點526和第四節點528,其中第三節點526 耦合到放大器級的第一節點532而第四節點528電耦合到換能器540的第 一節點542。緩沖器級520接收差分信號并將其轉換成緩沖器提供給放大 器級530的單端信號。此外，緩沖器級520將放大器級與差分^^入端510A 和510B隔離，使得所l故大器級的電容不影響在差分輸入端接收到的差 分信號，這是由于節點526處的阻抗可被制作為遠小于節點522和524處 的阻抗。具體地說，節點522和524處的阻抗通常各自是50歐姆，而節 點526處的阻抗可被制作為低于5歐姆。本領域的技術人員可理解，在存 在輸出級530的電容的情況下，低阻抗允許由R-C時間常數所規定的高 帶寬運行。
放大器級530包括耦合到信號地560的第二節點534。如下文更充分 描述的，信號地560不是接地到其上安裝有電路500的TOSA頭部502。 此外，放大器級具有耦合到換能器540的第二節點544的第三節點536。
除了電耦合到緩沖器級的第四節點528之外，換能器540的第一節點 542還被配置以電耦合到電壓源550。
現在轉到圖6，其示意性地示出圖5的有源線性TOSA電路500示例 的特定實施例600。電路600包括緩沖器級610、放大器級620以及電光 換能器630，各自根據上文結合圖5進行的相應描述被配置。第一輸入節 點602A和第二輸入節點602B從驅動器輸出級640接收信號。在一個實 施例中，輸入節點602A和602B都可包括交流(AC )耦合電容器，盡管 不是在所有的實施例中都要求如此。在示出的實施例中，驅動器輸出級 640M示為電ii^邏輯(CML)輸出級。CML輸出級是具有兩個互補 輸出節點的差分輸出級，因此允許輸出級640利用差分輸出的速度和信號 保真度優點。應注意，輸出級640可包括相關的具有與CML級輸出阻抗 和緩沖器級610的輸入阻^目匹配的特征阻抗的互連傳輸線。后面部分將 對此深入論述。第 一輸入節點602A可耦合到偏置電流源680 。
第一輸入節點602A和笫二輸入節點602B允許差分信號ii^其上安 裝有電路600的頭部650的范圍。盡管未被示出，但是頭部650 —般接地 到其中實施了頭部的i殳備的機殼。例如，可在光電子收發器中實施具有頭 部650的TOSA。在這種情況下，頭部650—般接地到收發器的機殼。
通過包括兩個端接電阻器604A和604B以及端接電容器606的傳統的差分信號端接次級(sub-stage)來使差分信號端接在緩沖器級610內。 一般地，端接電阻器的阻抗被選擇為與從驅動器輸出級640到輸入節點 602A和602B傳送差分信號的差分傳輸線的阻^目匹配。例如，如果差 分傳輸線的阻抗是100歐姆，則各個電阻器的阻抗是50歐姆。
作為端接次級的配置和來自輸出級640的差分信號的結果，在節點 604C處建立虛(AC )地。隨后將此節點耦合到信號地返回節點670。因 此，所述差分信號的單端信號分量被提供給第一雙極晶體管608的基極 端。并且由于放大器的輸出信號的返回路徑實際上與虛地節點604C處于 相同的電位，因此單端信號分量被傳遞至輸出信號。此外，緩沖器級610 包括與第一晶體管608的發射極端耦合的第一電阻器612，其中所述第一 電阻器用于對第 一晶體管進行偏置。
如前所述，緩沖器級610耦合到放大器級620。在本實施例中，這通 過將第一晶體管608的發射極端耦合到放大器級內的第二雙極晶體管622 的基統端來實現。第二晶體管622的發射極端耦合到信號地670，其無需 為射頻(RF)地。這是通it^電源節點660到信號地節點670提>(^子細 設計的去耦合電路來實現。此處，將這種去耦合電路的一個示例示為去耦 合電容器635。去耦合電容器635的第一端子耦合到第一雙極晶體管608 的集電極端^合到電光換能器的第一端子。去耦合電容器635的第二端 子耦合到信號地670。盡管在此特定實例中未被示出，但是電子領域的技 術人員可預見，實際上需要更復雜的去耦合網絡來處理相關的不同頻率范 圍。這可能意味著， 一些去耦合電路可位于驅動器集成電路(IC)上，而 一些去耦合電路也可位于驅動器IC之外。還可想象，除了電容器之外去 耦合電路還可包括此處未被示出的電阻器和電感器。所以，信號地位于頭 部650之外，因而，當電路600用于光JJtiC器時，信號地不連接到機殼地。 這可在運行時提供眾多的優點，下文將對此進行更為詳細的描述。放大器 級620還包括第二電阻器624，其將第二晶體管622的發射極端耦合到信 號地節點670 ，這使得電路600線性化。
緩沖器級610和放大器級620均耦合到電光換能器630。特別地，換 能器630的第一端子耦合到第一雙極晶體管608的集電極端，第一端子還 被配置以耦合到電壓源660。電壓源660向電路600提供電流。換能器630 的第二端子耦合到第二雙極晶體管622的集電極端。
在運行時，緩沖器級610從驅動器輸出級640接收差分信號。緩沖器 級610將差分信號轉換成單端信號并將單端信號提供給放大器級620，將單端信號從第一晶體管608的發射極端發送到第二晶體管622的基統端。 第二晶體管抽取流經電光換能器630的電流，流經換能器的被抽取的電流 的量值與從第一晶體管608接收到的電流成正比。因此，第二晶體管622 放大從第一晶體管608接收到的單端信號，而換能器630發射代M大后 的信號的光信號。電信號返回與頭部或機殼地分離的信號地670。
應該注意，上述特定實例使用雙極晶體管。但是可通過場效應晶體管 (FET)來實現該功能，而不改變本發明的原理、精神和優點。
使用有源線性TOSA電路可獲得各種優點。首先，信號地與頭部/機 殼地分離。當單端驅動系統被如圖1所示的那樣實施并將返回地信號接地 到光收發器或其它應用中的頭部或機殼地時，這可能導致系統問題。例如， 具有大量光收發器的系統可能共享公共系統地，各個收發器的機殼地耦合 到所述公共系統地。各個收發器的單端驅動系統的返回電流通過共用地返 回，這可能導致信號間的串擾。使單端信號通過機殼地返回還可導致其它 系統問題。當機殼經受靜電放電(ESD)刺激時將產生另一個問題。如果 信號地連接到機殼地，則在運行中模塊將使數據出錯。這在許多系統中是 不能接受的。因此，許多應用要求信號地與頭部/機殼地分離。本發明在 其中^1有效的一個應用是Enhanced (增強)8.5和10 Gigabit (千兆比 特)小形狀規格可插拔模塊(SFP+ )，其要求信號地與頭部地分離。參 見規范SFF國8431，可獲自ftp:〃ftp.seagate.com/sff/SFF-8431.PDF。
其次，對于電路600而言無需良好的RF地。 一般地，如圖1所示， 當從驅動器向位于頭部上的放大器電i^供單端信號時，需要良好的RF 地，這是因為噪聲可當信號在傳輸線上傳播時對信號產生影響。RF地必 須具有高保真度，這是因為其提供信號的返回路徑。有利地，從驅動器向 電路600提供的信號是差分信號，因此無需良好的RF地。
第三，電路600對從驅動器接收到的差分信號進行線性放大。當前的 激光器驅動器包括許多特征，用于在將差分信號提供給TOSA之前對其 進行整形以抵銷固有的激光器缺陷并產生最佳模塊輸出。使用電路600， 整形后的輸入到TOSA的信號僅被線性放大，而最后信號形狀得以保持。 相反，如圖2中所示的差分放大器TOSA電路在其輸出處將波形標準化 成低電平或高電平，并且在處理中破壞了信號形狀，因此，在將信號拔_供 給TOSA之前對其施加的任何波形整形(例如，幅度提升或抖動補償) 當在有源線性TOSA電路中對信號進行線性放大時得以保持；但是在進 行差分放大時這些波形整形將丟失。第四，由于通過電路600獲得的放大量，所以與圖2的差分放大器電 路所需的差分信號的量值相比，在使用電路600時從激光器驅動器接收到 的差分信號的量值可相對較小。驅動差分信號所需的電壓既取決于信號的 量值又取決于用于傳送該信號的傳輸線的阻抗。可通過減小信號幅值或傳 輸線的阻抗來減小電壓。在圖2所示的差分放大器電路的情況下，必須減 小傳輸線的阻抗以便不超出電壓凈空(headroom)。然而，與制造高阻抗 傳輸線相比，制造低阻抗傳輸線更為困難。有利地，因為差分信號可以相 對較小，所以可結合電路600來使用相對較高阻抗的傳輸線。
笫五，由具有有源線性TOSA (例如，具有有源線性TOSA電路的 TOSA)的光收發器模塊所輻射的電磁干擾("EMI")遠小于由具有傳統 TOSA的光^器所輻射的EMI。這是由于具有有源線性TOSA的光收 發器內的EMI電流環路遠小于具有傳統TOSA的光收發器內的EMI電 流環路(如圖7A和7B所示)而產生的。當然，EMI與驅動電流和電流 環路成比例。
圖7A描述具有傳統TOSA 710的光收發器700中的EMI電流環路 702。激光器驅動器704設置于PCBA 706上并通過傳輸線708向TOSA 710提供信號。偏置電流712被提供以便驅動TOSA內的電光換能器714。 TOSA710不具有放大器，或具有與有源線性TOSA電路相比提供更少放 大的放大器。
圖7B描述在具有有源線性TOSA760的光收發器750中的EMI電流 環路752。 ^ML器750具有設置在PCBA 756上的激光器驅動器754，激 光器驅動器754通過傳輸線758向TOSA760提皿號。由驅動器754所 提供的信號被根據圖6所示的電路600進行配置的有源線性TOSA電路 764放大，并被提供給電光換能器766。偏置電流762也被提供以便對 TOSA內的電路764和電光換能器764進行偏置。
由于TOSA760包括有源線性TOSA電路764，與對傳統的TOSA710 中的換能器714進行偏置所需的偏置電流712相比，對電路764和換能器 766進行偏置所需的偏置電流762的量值相對較小。因此，與通過傳輸線 708向傳統的TOSA拔 映的信號的量值相比，通過傳輸線758向有源線性 TOSA提供的信號的量值較小，并且可認為傳輸線758輻射的任何EMI 是可忽略的。
在實施傳統TOSA710的光收發器700內，通itM^區動器704到換能 器714以及經過地返回的信號路徑來限定傳送強信號的EMI電流環路702。相比之下，在實施有源線性TOSA 760的光fcl器750內，通it^ 放大器764到換能器768以及經過地返回的信號路徑來限定傳il^目似量值 的信號的EMI電流環路752。盡管未按比例繪制，但是有源線性TOSA 內的EMI電流環路752的尺寸一般遠小于具有傳統TOSA的fet器內的 EMI電流環路702的尺寸，這是由于在有源線性TOSA中，電光換能器 被定位為靠近故大器。相對于具有傳統tosa的jML器，這導致從具有 有源線性TOSA的收發器輻射的EMI較小。
圖7A至7B的論述突出了有源線性TOSA電路的其它優點。例如， 用于驅動有源線性TOSA的相對較小的信號仍源自為了良好的信號完整 性而必須與TOSA阻抗匹配的驅動器。然而，因為驅動信號相對較小， 所以進行驅動所需的功率是可忽略的。此外，激光器直接連接到放大器輸 出，因此可以最小的驅動電流對激光器ii行驅動，而無需阻抗匹配。實際 上，與實施圖1和2所示的TOSA的札良器的功率耜*斜目比，具有有源 線性TOSA的光^器的功率耜T軟約小兩到四倍。例如，在所有其它組 件大致相同的情況下，與圖7A的具有傳統TOSA的收發器700相比，圖 7B的狄器750可耗散1瓦特或更小的功率。
有源線性TOSA的又一個好處在于，TOSA內的電光換能器由放大 器電路進行偏置，并且與此相關的所有偏置元件都包含在TOSA內。通 過消除在pcba上具有激光器偏置元件的需要，這可簡化pcba模塊。 使用傳統TOSA的光收發器通過在PCBA上使用許多外部元件來偏置換 能器。因為在激光器驅動器與激光器之間傳輸的高速信號對其負栽效應極 為敏感，所以這些偏置網絡通常是復雜的并難以設計。有源線性TOSA 的放大器電路確實需要偏置電流，但是與傳統的TOSA偏置電;i^目比該 偏置電流極小，并且容易提供而不會對高速信號產生消極影響。
在不背離本發明的精神和基本特征的情況下，可以以其它特定形式來 實施本發明。應當理解在各個方面，所描述的實施例僅是說明性的而不是 限制性的。因此，本發明的范圍由所附的權利要求、而不是前面的描述來 表示。所有落入權利要求的等價意義或范圍內的變化都應涵蓋在本發明的 權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種有源線性光發送組件，包括頭部，其電耦合到機殼地；第一輸入節點，其被配置以接收第一數據信號；第二輸入節點，其被配置以接收與所述第一數據信號互補的第二數據信號；緩沖器級，其具有耦合到所述第一輸入節點的第一節點和耦合到所述第二輸入節點的第二節點；放大器級，其具有與所述緩沖器級的第三節點耦合的第五節點并具有耦合到信號地的第六節點，其中所述信號地未被耦合到所述機殼地；以及電光換能器，其具有與所述放大器級的第七節點耦合的第八節點并具有被配置以耦合到電壓源的第九節點，所述電光換能器耦合到所述緩沖器級的第四節點。
2. 如權利要求1所述的;^送組件，其中，所述第一輸入節點和所 述第二輸入節點包括交流耦合電容器。
3. 如權利要求1所述的iUL送組件，其中 所述緩沖器級包括兩個端接電阻器、電容器以及第一雙極晶體管； 所述緩沖器級的第三節點包括所述第 一雙極晶體管的發射極端；以及 所述緩沖器級的第四節點包括所述第 一雙極晶體管的集電極端。
4. 如權利要求1所述的i^iiy且件，其中 所l故大器級包括第二雙極晶體管；所l故大器級的第五節點包括所述第二雙極晶體管的M端； 所t故大器級的第六節點包括所述笫二雙極晶體管的發射極端；以及 所l故大器級的第七節點包括所述第二X3^L晶體管的集電極端。
5. 如權利要求1所述的光發送組件，其中，所述信號地不是射頻 ("RF")地。
6. 如權利要求1所述的M送組件，其中，通過差分傳輸線從激光 器驅動器接收所述第 一和第二數據信號。
7. 如權利要求6所述的itJL送組件，其中，所述激光器驅動器在向 所述第 一和第二輸入節點提供所述第 一和第二數據信號之前對所述第一 和第二數據信號執行波形整形。
8. 如權利要求7所述的a送組件，其中，所述緩沖器級將所述第 一和第二數據信號轉換成單端信號并向所i^t大器級提供所述單端信號。
9. 如權利要求8所述的ife^送組件，其中，所述放大器級對所述單 端信號進行線性放大，由此保持由所述激光器驅動器所執行的波形整形。
10. 如權利要求l所述的i^送組件，其中，所述電光換能器是分布 反饋激光器。
11. 一種位于光電子封裝中的線性信號放大電路，所述電路包括第 一輸入節點，其被配置以接收第 一數據信號；第二輸入節點，其被配置以接收與所述第 一數據信號互補的第二數據 信號；第 一雙極晶體管，其具有耦合到所述第 一和第二輸入節點的基fe端；笫二雙極晶體管，其具有與所述第一雙極晶體管的發射極端耦合的基極端并具有耦合到信號地的發射極端，其中所述信號地未被耦合到機殼 地；電光換能器，其具有被配置以耦合到電壓源的第一端子，并且所述電 光換能器耦合到所述第一雙極晶體管的集電極端，所述電光換能器具有與 所述第二雙極晶體管的集電極端耦合的第二端子；以及去耦合電路，其耦合在所述電壓源與所述信號地之間。
12. 如權利要求11所述的電路，其中，所述第一輸入節點和所述第 二輸入節點包括交流耦合電容器。
13. 如權利要求11所述的電路，其中，所述光電子封裝是被包括在 光發送組件中的頭部部件。
14. 如權利要求11所述的電路，還包括用于接收所述第一和第二 數據信號并在將所述第 一和第二數據信號轉換成單端信號之后向所述第 一雙極晶體管的Jj改端提供所述單端信號的第一端接電阻器、第二端接電 阻器以及端接電容器。
15. 如權利要求14所述的電路，還包括第三電阻器，其中所述第 一端接電阻器的第 一端子耦合到所述第 一輸入節點和所述笫一雙極晶體管的^L端；所述第二端接電阻器的第 一端子耦合到所述第二輸入節點，而所述笫 二端接電阻器的第二端子耦合到所述第一端接電阻器的第二端子；所述端接電容器的第一端子耦合到所述第一端接電阻器的第二端子 和所述第二端接電阻器的第二端子；所述第三電阻器的第 一端子輛合到所述第 一雙極晶體管的發射極端 和所述第二雙極晶體管的基敗端，而所述第三電阻器的第二端子耦合到所 述第 一端接電容器的第二端子、所述第二雙極晶體管的發射極端以及所述 信號地。
16. 如權利要求14所述的電路，其中，所述第一雙極晶體管將所述 第一和第二數據信號與所述第二雙極晶體管的寄生電容隔離，并向所述第一雙極晶體管的基改端提供所述單端信號。
17. 如權利要求14所述的電路，其中，通過差分傳輸線從激光器驅 動器接收所述第 一和第二數據信號。
18. 如權利要求17所述的電路，其中，所述激光器驅動器在向所述 第 一和第二輸入節點提供所述第 一和第二數據信號之前對所述第 一和第 二數據信號執行波形整形。
19. 如權利要求11所述的電路，其中，所述電光換能器包括分布反 饋激光器。
20. 如權利要求11所述的電路，其中，耦合在所述電壓源與所述信 號地之間的去耦合電路包括去耦合電容器，其中所迷去耦合電容器的第一端子耦合到所述第一雙極晶體管的集電極 端和所述電光換能器的第一端子；以及所述去耦合電容器的第二端子耦合到所述信號地。
21. —種光電子封裝，其包括 頭部部件，其電耦合到機殼地；線性信號放大電路，其被包括在所述頭部內并具有 -第一輸入節點，其被配置以接收第一數據信號； -第二輸入節點，其被配置以接收與所述第一數據信號互補的第二數據信號；—緩沖器級，其具有耦合到所述第一輸入節點的第一節點和耦 合到所述第二輸入節點的第二節點，所述緩沖器級被配置以從所述 第 一和第二輸入節點接收所述第 一和第二數據信號并將所述第 一和第二數據信號轉換成單端信號；-放大器級，其具有與所述緩沖器級的第三節點耦合的第一節 點并具有耦合到信號地的第二節點，其中所述信號地未被耦合到所 述機殼地，所述放大器級被配置以從所述緩沖器級接收所述單端信 號并對所述單端信號進行線性放大以產生放大后的單端信號；以及-電光換能器，其具有與所a大器級的第三節點耦合的第一 節點并具有耦合到電壓源的第二節點，所述電光換能器的第二節點 還耦合到所述緩沖器級的第四節點，其中所述電光換能器被所a 大后的單端信號驅動以發射表示所i^t大后的單端信號的光信號。
22. 如權利要求21所述的光電子封裝，其中所述緩沖器級包括第一端接電阻器、第二端接電阻器、端接電容器、 第三電阻器以及第一雙極晶體管；所l故大器級包括第二雙極晶體管和第二電阻器；以及所述電光換能器包括分布>^饋激光器。
23. 如權利要求21所述的光電子封裝，其中，在所述第一和第二輸 入節點處接收到所述第一和第二數據信號之前，對所述第 一和第二數據信 號進行了信號整形以抵銷所述電光換能器中的固有缺陷。
24. 如權利要求21所述的光電子封裝，其中，所述光電子封裝包括 在^L送組件中。
全文摘要
一種安裝在光電子封裝中的有源線性放大器電路，該電路包括用于接收差分信號對的輸入節點、第一雙極晶體管、第二雙極晶體管、電光換能器以及去耦合電路。第一雙極晶體管的基極端耦合到兩個輸入節點，而第一雙極晶體管的發射極端耦合到第二雙極晶體管的基極端。第一雙極晶體管的集電極端耦合到電光換能器的第一端子，電光換能器的第一端子還被配置以耦合到電壓源。第二雙極晶體管的集電極端耦合到電光換能器的第二端子，而第二雙極晶體管的發射極端耦合到信號地，信號地不是頭部地。
文檔編號G02B6/42GK101563634SQ200780036876
公開日2009年10月21日 申請日期2007年8月3日 優先權日2006年8月4日
發明者D·詹姆斯·杜馬, 阮氏玲 申請人:菲尼薩公司