專利名稱：激光驅動電路及系統的制作方法
技術領域：
在此公開的主題與數據通信系統有關。特別地，在此公開的主題與在光傳輸介質中傳輸數據有關。
背景技術：
根據IEEE P802.3ae提出的數據傳輸標準和國際電信同盟(ITU)出版的同步光學網絡/同步數字分級系統(SONET/SDH)，在例如光纖電纜的光傳輸介質中的數據傳輸能夠以10GBIT每秒或更高的數據速率進行傳輸。為了在光傳輸介質中傳輸數據，激光裝置典型地使用波長分割多路轉換器(WDM)響應數據信號來調制光學信號。
圖1示出了現有技術中的激光驅動電路50的原理圖，它向激光裝置58提供調制電流60。激光裝置電路可以用單獨的互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置來構成。激光裝置58接收調制電流60來激勵光學信號62在光傳輸介質中傳輸。典型地，激光裝置58還響應于數據信號對光學信號進行調制。激光驅動電路接收由例如在片外(off-chip)電阻器兩端施加的受控電壓源產生的參考電流52。二極管耦合的場效應晶體管(FET)54和FET56形成電流鏡來產生與輸入參考電流52的量值基本成比例的量值的調制電流60。在這樣的CMOS裝置中的短溝道長度可能引入溝道長度調制效應，導致輸出調制電流60的非線性(例如，影響參考電流52與調制電流60的比例)。因此，不能為光傳輸介質中的高速率數據通訊足夠準確地產生最終得到的調制電流60的量值。
本發明的非限定性和非窮舉性的實施例將參考下面的附圖進行說明，其中相同的附圖標記在所有的附圖中指代相同的部分，除非另外說明。
圖1示出了現有技術的向激光裝置提供調制電流的激光驅動電路的原理圖。
圖2示出了根據本發明實施例的在光傳輸介質中傳輸和接收來自光傳輸介質的數據的系統的原理圖。
圖3示出了根據圖2所示系統的實施例的數據傳輸系統的物理介質附加部分和物理介質相關部分的原理圖。
圖4示出了根據圖3所示的物理介質相關部分的實施例的激光驅動電路的原理圖。
具體實施例方式整個說明書中提及的“一個實施例”或“實施例”意味著結合實施例描述的具體特征、結構、或特性被包含在本發明的至少一個實施例中。因此，在該說明書中的不同位置出現的措詞“在一個實施例中”或“實施例”并不一定全部指代相同的實施例。另外，具體特征、結構、或特性可以結合在一個或多個實施例中。
在此提及的“數據總線”涉及用于在裝置之間傳輸數據的電路。在此提及的“多路復用數據總線”涉及能夠在耦合到多路復用數據總線的兩個或兩個以上裝置之間傳輸數據的數據總線。多路復用數據總線可以根據與裝置相關的地址或裝置耦合在多路復用數據總線上的位置，將數據報文傳輸至耦合到多路復用數據總線的裝置。但是，這僅僅是多路復用數據總線的一個范例，并且本發明的實施例并不局限于此。
在此提及的“光傳輸介質”涉及能夠以光學信號傳輸光能的傳輸介質，該光學信號通過數據信號調制并且通過解調光學信號可恢復。例如光傳輸介質可以包括耦合在傳輸點和接收點之間的光纖電纜。但是，這僅僅是光傳輸介質的范例，并且本發明的實施例并不局限于此。
在此提及的“激光驅動電路”涉及提供功率至用于在光傳輸介質中傳輸信號的激光裝置的電路。例如激光驅動電路可以將“調制電流”提供到用于調制光學信號的激光裝置。但是，這僅僅是激光驅動電路的范例，并且本發明的實施例并不局限于此。
在此提及的“運算放大器”涉及響應于提供到輸入端子上的差動信號而在輸出端子上提供輸出信號的電路或裝置。例如運算放大器可以在輸出端子上提供輸出電壓，該輸出電壓作為施加到反相和正相輸入端子上的差動電壓的增益。但是，這僅僅是運算放大器的范例，并且本發明的實施例并不局限于此。
在此提及的“電流鏡電路”涉及響應于輸入電流而提供輸出電流的電路。例如電流鏡電路可以提供具有基本上與輸入電流的幅值成比例的幅值的輸出電流。但是，這僅僅是電流鏡電路的范例，并且本發明的實施例并不局限于此。
簡要地，本發明的實施例涉及提供調制電流的激光驅動電路。電流鏡可以生成響應于參考電流的調制電流。電流鏡電路可以包括運算放大器，該運算放大器提供輸出信號至形成電流鏡電路的晶體管的柵極。但是，這僅僅是實施例的范例，并且本發明的其它實施例并不局限于這些方面。
圖2示出了根據本發明實施例的用于在光傳輸介質中傳輸和接收來自光傳輸介質的數據的系統的原理圖。光學收發器102可以在例如光纖電纜的光傳輸介質中傳輸或接收光學信號110或112。光學收發器102可以根據任何光學數據傳輸格式，例如，波分復用波長分割多路轉換(WDM)或多振幅信號(MAS)，調制所傳輸的信號110或解調所接收的信號112。例如光學收發器102的發射部分(未示出)可以采用WDM在光傳輸介質中發射多“路”數據。
物理介質相關(PMD)部分104可以提供電路，例如互阻抗放大器(TIA)(未示出)和/或限幅放大器(LIA)(未示出)，響應于所接收的光學信號112從光學收發器102接收和調節電信號。PMD部分104還可以為了傳輸光學信號從激光驅動電路(未示出)提供功率至光學收發器102的激光裝置(未示出)。物理介質附加裝置(PMA)部分106可以包括時鐘和數據恢復電路(未示出)以及信號分離電路(未示出)，以便恢復來自從PMD部分104接收的調節過的信號的數據。PMA部分106還可以包括多路復用電路(未示出)用于在數據通路中將數據傳輸至PMD部分104，還包括串行器/解串器(并行轉換器)用于將來自層2部分108的并行數據信號串行化，并且在由時鐘和數據恢復電路提供的串行數據信號的基礎上，提供并行數據信號至層2部分108。
根據實施例，層2部分108可以包括如IEEE P.802.3ae，條款46所定義的在介質獨立的接口(MII)(media independentinterface)耦合到PMA部分106的介質訪問控制(MAC)裝置。在其它的實施例中，根據國際電信同盟(ITU)出版的同步光學網絡/同步數字分級系統(SONET/SDH)標準的模型，層2部分108可以包括前向糾錯邏輯電路和幀調節器來發射和接收數據。但是，這僅僅是可以提供用于在光傳輸介質中傳輸的并行數據信號的裝置的層2的范例，并且本發明的其它實施例并不局限于這些方面。
層2部分108還可以耦合到任何多路輸入/輸出(I/O)系統(未示出)用于與在處理平臺上的其它裝置進行通話。這樣的I/O系統可以包括，例如，耦合到處理系統或多端口開關結構的多路復用的數據總線。層2部分108還可以通過數據包分類器裝置耦合到多端口開關結構。但是，這些僅僅是可以耦合到層2裝置的I/O系統范例，并且本發明的實施例并不局限于這些方面。
層2裝置108還可以在印刷線路板上通過底板界面(未示出)耦合到PMA部分106。這樣的底板界面可以包括提供10GBIT以太網附屬單元接口(XAUI)的裝置，如IEEE P.802.3ae，條款47所規定的。在其它的實施例中，此類底板界面可以包括多個系統數據包接口(SPI)模型中的任何一個，如光學internet網絡論壇(OIF)所定義的。但是，這些僅僅是將層2裝置耦合到PMA部分的底板界面的范例，并且本發明的實施例并不局限于這些方面。
根據圖2所示系統的實施例，圖3示出了在光傳輸介質中傳輸數據并接收來自光傳輸介質的數據的系統200的原理圖。光學收發器202包括在光傳輸介質中傳輸光學信號210的激光裝置208和用于接收來自光傳輸介質的光學信號212的光電探測器部分214。光電探測器部分214可以包括一個或一個以上光電二極管(未示出)，用于將所收到的光學信號212轉換成一個或一個以上的提供到TIA/LIA電路220的電信號。激光驅動電路222可以響應于來自PMA部分的數據信號將調制電流216進行調制。而后，激光裝置208可以響應于調制電流216調制和激勵所傳輸的光學信號210。
根據圖3所示的激光驅動電路222的實施例，圖4示出了的激光驅動電路300的原理圖。激光驅動電路300可以用單獨的互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置來構成。激光裝置308可以響應于調制電流316在光傳輸介質中調制光學信號324。調制電流316可以響應于數據信號328被FET330和332開關。激光驅動電路300包括輸出級，該輸出級包括場效應晶體管(FET)306以所需的電流幅值將調制電流316提供至激光裝置。但是，這僅僅是激光裝置如何接收調制電流和數據信號來調制光學信號的范例，并且本發明的實施例并不局限于這些方面。
FET306和FET304提供電流鏡電路來生成調制電流316，其幅值基本上與參考電流302的幅值成比例。因此，調制電流316的幅值基本上是參考電流302的純量倍數，其中該純量倍數是基于、至少部分基于FET304和306(例如，形成在CMOS設備中)的物理特性和性能。參考電流302可以由例如片外(off-chip)電阻器(未示出)兩端施加的受控電壓源(未示出)生成。已知電流鏡(用于響應于參考電流302而生成調制電流316)的純量倍數，調制電流316可以通過選擇特定的片外(off-chip)電阻器的阻抗來設置。但是，這僅僅是確定輸入到激光驅動電路的參考電流的范例，并且本發明的實施例并不局限于于此。
根據本發明，運算放大器312包括輸出端子，它耦合到FET304的柵極314來提供來自漏極端子320和316的負反饋。運算放大器312的輸出信號可以導致每個FET304和306的漏極至源極的電壓(例如，FET304的端子320和322之間的電壓，以及FET306的端子316和318之間的電壓)基本上保持相同。因此，在生成調制電流316過程中，所得到的電流鏡電路可以提供對參考電流302的基本上線性和可預測地響應，盡管在電流鏡的CMOS裝置中的短溝道長度。
驅動電路300的電流鏡包括N溝道FET304和306。但是，應該理解，根據其它實施例的激光驅動電路可以包括具有P溝道FET的電流鏡而不偏離本發明。
在所闡述的實施例中，運算放大器312分別從漏極端子320和328在正相和反相輸入端子接收輸入。電容器326可以被耦合到運算放大器312的輸出、以及FET304和306的柵極314上，來穩定負反饋回路。可以選擇電容器326的電容來保持反饋回路的任一相移在基于與運算放大器312相關的增益和FET304和306的大小的相位裕度(例如60度或更大)之內。但是，這僅僅是確定電容器大小來穩定負反饋回路的范例，并且本發明的實施例并不局限于這些方面。
在初始條件下，無論是FET304還是306都具有足夠的電流來防止“鎖住”(lock-up)狀態。根據本發明，通過施加一組最小化的電壓到FET304和306的柵極引出線314，啟動電路(未示出)可以被用來將負反饋回路初始化直至達到穩定狀態穩定性。通過達到穩定狀態(例如，在柵極端子314上的柵極電壓)，啟動電路可以被停用。
雖然已經闡述和說明了當前認為是本發明的實施例的范例，但是應該理解，本領域的技術人員可以進行各種其他的變型、和實質上相同的替換，而不偏離本發明的實際范圍。另外，根據本發明的教導，可以進行很多變型來適應具體情況而不偏離在此描述的核心發明構思。因此，這就意味著本發明并不被局限在公開的具體實施例，但是，本發明包括所有的實施例都落在所附權利要求的范圍之內。
權利要求
1.激光驅動電路包括輸出級，適于提供調制電流至激光裝置；和電流鏡電路，用來響應于參考電流產生調制電流，電流鏡電路包括第一晶體管，用來接收參考電流；第二晶體管，耦合到第一晶體管來產生調制電流；和運算放大器，包括耦合到第一和第二晶體管中的一個的柵極端子的輸出端子。
2.如權利要求1的激光驅動電路，其中第一和第二晶體管的柵極端子耦合到電容器。
3.如權利要求1的激光驅動電路，其中運算放大器進一步包括第一輸入端子，耦合到第一晶體管的源極端子和漏極端子中的一個，和第二輸入端子，耦合到第二晶體管的源極端子和漏極端子中的一個。
4.如權利要求1的激光驅動電路，其中響應于運算放大器的輸出，第一和第二晶體管的源極到漏極電壓基本上匹配。
5.一種系統包括串行器，用來響應于并行數據信號提供串行數據信號；激光裝置，適于耦合到光傳輸介質，以便響應于串行數據信號和調制電流在光傳輸介質中傳輸光學信號；和激光驅動電路，用來響應于參考電流產生調制電流，激光驅動電路包括第一晶體管，用來接收參考電流；第二晶體管，耦合到第一晶體管來產生調制電流；和運算放大器，包括耦合到第一和第二晶體管中的一個的柵極端子的輸出端子。
6.如權利要求5的系統，該系統進一步包括SONET幀調節器來提供并行數據信號。
7.如權利要求6的系統，其中系統進一步包括耦合到SONET幀調節器的開關結構。
8.如權利要求5的系統，該系統進一步包括以太網MAC，用來在介質獨立的接口提供并行數據信號。
9.如權利要求8的系統，其中系統進一步包括耦合到以太網MAC的多路復用數據總線。
10.如權利要求8的系統，其中系統進一步包括耦合到以太網MAC的開關結構。
11.如權利要求5的系統，其中第一和第二晶體管的柵極端子耦合到電容器。
12.如權利要求5的系統，其中運算放大器進一步包括第一輸入端子，耦合到第一晶體管的源極端子和漏極端子中的一個，和第二輸入端子，耦合到第二晶體管的源極端子和漏極端子中的一個。
13.如權利要求5的系統，其中響應于運算放大器的輸出，第一和第二晶體管的源極到漏極電壓基本上匹配。
14.一種方法包括在電流鏡電路的第一晶體管接收參考電流；響應于參考電流從電流鏡電路的第二晶體管產生調制電流；提供運算放大器的輸出信號至第一和第二晶體管中的一個的柵極端子；和響應于數據信號和調制電流，在光傳輸介質中調制光學信號。
15.如權利要求14的方法，該方法進一步包括將電容器耦合到第一和第二晶體管的柵極端子。
16.如權利要求14的方法，該方法進一步包括從第一晶體管的源極端子和漏極端子中的一個提供第一輸入至運算放大器；和從第二晶體管的源極端子和漏極端子中的一個提供第二輸入至運算放大器；
17.如權利要求14的方法，響應于運算放大器的輸出信號，保持第一和第二晶體管的源極到漏極電壓基本上匹配。
全文摘要
公開了一種提供調制電流的激光驅動電路。電流鏡響應于參考電流產生調制電流。電流鏡包括運算放大器，該運算放大器提供輸出信號至形成電流鏡電路的晶體管的柵極。
文檔編號H04B10/06GK1669194SQ03816490
公開日2005年9月14日 申請日期2003年7月3日 優先權日2002年7月11日
發明者V·馬貢 申請人:英特爾公司