使用0.18μm互補式金氧半製程設計之主動式終端匹配10-Gb/s雷射二極體驅動器

Abstract

由於雷射二極體本身為一非線性元件，因此雷射二極體驅動器為了能夠驅動低成本的10-Gb/s雷射二極體，必須在輸出端做終端匹配(Back-Termination)以吸收由不理想負載反射回來的反射信號。實現終端匹配最簡單的方法為在驅動器輸出端接上一個匹配電阻，但所帶來的負載效應也使得這樣的做法非常沒有功率效益。為了克服功率消耗的問題，近幾年已有許多實現在昂貴的砷化鎵與矽鍺製程上的主動式終端匹配架構被發表出來。在此論文中，我們新提出一個主動式終端匹配架構以作為低成本且容易實現的一個解決方法。此架構最主要由一個二極體連接形式的電晶體和一個與輸出調變電流成比例的動態偏壓電流源組成。除此之外，我們使用堆疊架構並且加入恆定偏壓電路來降低溫度製程變異的影響。電路中同時採用了並聯尖峰(Shunt Peaking)與源極電容衰減(Capacitive Degeneration)來增加操作頻寬。我們並將此適用於低電壓先進互補式金氧半製程的架構實現在一個供應電壓為1.8V之10-Gb/s 雷射二極體驅動器上。此雷射二極體驅動器採用了TSMC 0.18um CMOS製程，同時輸出調變電流範圍設計在20mA到60mA。晶片量測的結果為上升時間與下降時間小於38ps，且信號抖動量(Jitter)峰對峰值為12.3ps。輸出端反射損失在10GHz之前可以維持7dB以上。電路整體功率消耗在輸出調變電流60mA狀況下只需0.24W。電路佈局面積則是760μm*610μm。