阅读说明：本技术 用于驱动电光调制器的设备 (Apparatus for driving electro-optic modulator ) 是由 安东尼奥·穆西奥 卢卡·皮亚宗 于 2017-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于驱动电光调制器110的设备100。所述设备100包括分布式放大器101和分布式电流源102。所述分布式电流源102包括用于供电电压的DC输入103和与所述分布式放大器101连接的M个DC输出104,其中,M为大于等于1的自然数。所述分布式放大器101包括RF输入105、与所述电光调制器110连接的RF输出106以及与所述分布式电流源102的M个DC输出104连接的至少M个DC输入107。(The invention relates to an apparatus 100 for driving an electro-optical modulator 110. The device 100 comprises a distributed amplifier 101 and a distributed current source 102. The distributed current source 102 comprises a DC input 103 for a supply voltage and M DC outputs 104 connected to the distributed amplifier 101, where M is a natural number greater than or equal to 1. The distributed amplifier 101 comprises an RF input 105, an RF output 106 connected to the electro-optical modulator 110 and at least M DC inputs 107 connected to the M DC outputs 104 of the distributed current source 102.)

用于驱动电光调制器的设备

技术领域

本发明涉及一种用于驱动电光调制器的设备。本发明还涉及一种系统，包括所述设备和所述电光调制器。该系统可以用于光发射机中。相应地，本发明还设想了一种分别采用该设备和系统的发射机。特别地，通过本发明的设备和系统，提高了电光调制器的性能，从而提高了发射机的性能。

背景技术

用于高速光通信的发射机基本上如图7所示通过级联三个块实现。第一个块为数字源，第二个块为用于提高源提供的电信号的功率电平的驱动放大器，第三个块为将电信号转换为光纤中待传输的光信号的电光调制器。

在大多数传统发射机中，(例如，作为电吸收调制激光器(electro-absorptionmodulated laser，简称EML)实现的)电光调制器需要DC电压。因此，特别感兴趣的是与输出DC耦合的驱动放大器，以避免驱动放大器和电光调制器之间使用偏置器，因为它们非常消耗面积且限制了集成能力。但是，通过电光调制器的标称DC电流通常不同于驱动放大器所需的DC电流。因此，驱动放大器必须能够吸收来自不直接与电光调制器连接的其他路径的DC电流是一个挑战。

另一个挑战是，所采用的驱动放大器应显示匹配的输出阻抗，因为这样电光调制器不易受到信号衰减的影响。这是因为驱动放大器的匹配输出阻抗吸收来自驱动放大器和电光调制器之间的键合丝和键合点等互连的反射。事实上，这对实现高速、高数据速率的光通信是十分重要的。

综上所述，有助于实现非常高速、高度集成化的用于光通信的发射机的高性能驱动放大器具有以下特征：

1.DC耦合输出。

2.独立于所述DC耦合输出的DC偏置电流。

3.(与电光调制器的)匹配输出阻抗。

在一种传统方案中，基于具有分别偏置的段的分布式放大器实现具有以上所突出特征的驱动放大器。其框图如图8所示。该方案包括具有非集成RF线圈的分布式放大器。这使得分布式放大器的DC偏置电流的路径不同于电光调制器，而且由于RF线圈的高阻抗性，分布式放大器的性能不受影响。

发明内容

鉴于上述挑战和缺点，本发明旨在改进传统的驱动放大器。因此，本发明的目的在于提供一种用于驱动性能改善的电光调制器的设备。特别地，该设备应允许高集成度和无限制的低频截止。此外，该设备不应显示电压峰值，并且应能够在仅使用单个DC电源的情况下运行。为此，该设备不应包括偏置网络中的任何电感。

本发明的目的通过所附独立权利要求中提供的方案实现。本发明的有利的实现方式在从属权利要求中进一步定义。

本发明的主要思想是一种添加到分布式放大器中的分布式电流源。因此，本发明实现了具有DC偏置电流的DC耦合输出分布式放大器，该DC偏置电流不依赖于电光调制器的DC偏置电流。

本发明第一方面提供了一种用于驱动电光调制器的设备。所述设备包括分布式放大器和分布式电流源。所述分布式电流源包括用于供电电压的DC输入和与所述分布式放大器连接的M个DC输出，其中，M为大于等于1的自然数。所述分布式放大器包括射频(radiofrequency，简称RF)输入、用于与所述电光调制器连接的RF输出以及与所述分布式电流源的M个DC输出连接的至少M个DC输入。

分布式放大器为具有若干个放大器级的放大器，这些放大器级连接在一起，形成一条具有增益的传输线。每级(除第一级之外)的输入是前一级的输出。因此，传输线上的增益是每一级的增益之和。分布式放大器的带宽是每一级的带宽。与级联放大器的主要区别是级联放大器中每级的输入是提供给该放大器的原始信号。

在第一方面的设备中，所述分布式放大器的M个DC输入可以与M个DC输出一一连接。即，所述M个DC输入中的每一个可以与所述分布式电流源的M个DC输出中对应的一个连接。

第一方面的设备可以是集成电路，例如单片微波集成电路(monolithicmicrowave integrated circuit，简称MMIC)。

第一方面的设备组合了(直流耦合输出)分布式放大器和分布式电流源。通过该组合，分布式放大器的DC偏置电流独立于电光调制器的DC偏置电流。此外，由于分布式电流源的分布特性，最小化了分布式电流源的固有寄生电容，从而不会影响分布式放大器的高频响应。因此，通过所述设备，最大限度地提高其所连接的电光调制器的性能，从而提高了包括设备和电光调制器的用于光通信的发射机的性能。

特别地，与传统的驱动放大器相比，第一方面的设备具有以下优点：

1.高集成度：例如，在MMIC技术中，第一方面的设备可以很容易实现。

2.无限制的低频截止：第一方面的设备不具有低频截止，因为它不包括偏置网络中的任何电感。

3.无电压峰值：即使当分布式放大器突然被掐断时，第一方面的设备也不会产生任何电压峰值。这是因为分布式电流源不会像RF线圈等(或者图8所示的传统驱动放大器)一样存储任何能量。

4.单个DC电源：第一方面的设备可以采用单个DC电压源实现。

在第一方面的一种实现方式中，所述分布式电流源包括并行连接的M个DC电流源，每个DC电流源与所述DC输入和所述M个DC输出中的一个连接。

所述M个DC电流源提供电流源的分布特性，并且允许所述分布式放大器的DC偏置电流，所述DC偏置电流独立于与所述设备连接的电光调制器的DC偏置电流。

在第一方面的另一种实现方式中，所述M个DC电流源为M个晶体管，每个晶体管的输出端子与所述DC输入连接，所述晶体管的输入端子与所述M个DC输出中的一个和所述晶体管的控制端子连接。

所述M个晶体管提供了一种，例如，在MMIC技术中容易集成的方案。

在第一方面的另一种实现方式中，所述M个晶体管为场效应晶体管或双极型晶体管。

在第一方面的另一种实现方式中，每个晶体管的输入端子与所述晶体管的控制端子直接连接。

这种直接连接使得所述设备特别容易实现。

在第一方面的另一种实现方式中，每个晶体管的输入端子通过恒压源与所述晶体管的控制端子连接。

因此，晶体管的输入端子和控制端子可以有利地保持在定义良好(和可控的)的恒定电压下。

在第一方面的另一种实现方式中，所述分布式放大器至少包括另一个用于供电电压的DC输入，所述分布式电流源的DC输入与所述分布式放大器的另一DC输入相互连接。

因此，所述分布式电流源和放大器的DC输入可以分别用于与同一个供电电压源连接。因此，仅需要一个DC电压源来操作所述设备。这甚至可以与电光调制器共享。

在第一方面的另一种实现方式中，所述分布式放大器至少包括另一个用于供电电压的DC输入，所述分布式电流源的DC输入不与所述分布式放大器的另一DC输入连接。

也就是说，分布式电流源和放大器的DC输入是彼此分开的。换言之，它们是单独的DC输入，不以任何方式相互关联。因此，分布式电流源和放大器的DC输入可以用于连接以分离供电电压源。因此，可以使用不同的DC电压源来操作设备。它们可以不同于电光调制器的DC电压源。

在第一方面的另一种实现方式中，所述分布式放大器包括并行连接的N个晶体管和连接在所述另一DC输入和所述RF输出之间的输出传输线，其中，N为大于等于M的自然数；所述N个晶体管的输出端子和所述分布式电流源的M个DC输出分别与所述输出传输线连接。

所述N个晶体管提供了与分布式放大器不同的放大器级，在输出传输线上产生增益。

在第一方面的另一种实现方式中，所述分布式放大器包括连接在所述RF输入和参考电压端口之间的输入传输线，所述N个晶体管的控制端子与所述输入传输线连接。

在第一方面的另一种实现方式中，所述N个晶体管为场效应晶体管或双极型晶体管。

本发明第二方面提供了一种系统，包括如第一方面及其实现方式中任一项所述的设备，以及包括与所述设备的RF输出连接的RF输入的电光调制器。

在第二方面的一种实现方式中，所述电光调制器包括用于供电电压的DC输入，所述电光调制器的DC输入与分布式电流源的DC输入连接。

相应地，第一方面的设备的所有优点和效果都可以通过第二方面的系统实现。

需要注意的是，本申请所描述的所有设备、元件、单元和方式均可在软件或硬件元件或它们的任意组合中实现。本申请中描述的各种实体执行的所有步骤和所描述的将由各种实体执行的功能旨在表明各个实体适于或用于执行各自的步骤和功能。虽然在以下具体实施例的描述中，由外部实体执行的特定功能或步骤没有在执行特定步骤或功能的该实体的具体元件的描述中反映，但是技术人员应该清楚的是这些方法和功能可以在各自的硬件或软件元件或其任意组合中实现。

附图说明

结合所附附图，下面具体实施例的描述将阐述上述本发明的各方面及其实现形式，其中：

图1示出了本发明实施例提供的设备；

图2示出了本发明实施例提供的系统；

图3示出了本发明实施例提供的设备；

图4示出了本发明实施例提供的设备；

图5示出了本发明实施例提供的设备；

图6示出了本发明实施例提供的设备；

图7示出了传统发射机的一种实现方式；

图8示出了传统的驱动放大器。

具体实施方式

图1示出了本发明实施例提供的设备100。该设备100用于驱动不属于设备100的电光调制器110。设备100包括分布式电流源102和分布式放大器101，因此被配置为用于电光调制器110的驱动放大器。

该分布式电流源102包括用于与供电电压连接的DC输入103，这里将该供电电压标记为VDD。供电电压VDD也可以与电光调制器110连接。此外，分布式电流源102包括与分布式放大器101连接的M个DC输出104。M为大于等于1的自然数。

相应地，分布式放大器101包括与分布式电流源102的M个DC输出104连接的至少M个DC输入107。在图1中，M个DC输出104和M个DC输入107之间的连接标记为i1、i2、……、iM。分布式放大器101还包括射频(radio frequency，简称RF)输入105，该射频输入105可以与数字源连接并用于从数字源接收电信号。此外，分布式放大器101包括用于与电光调制器110连接的RF输出106。

图2示出了本发明实施例提供的系统200。该系统200包括设备100和电光调制器110。因此，图2的设备100建立在图1的设备100的基础上，其中，相同的元件具有相同的附图标记和功能。图2的设备100也可以单独提供(即，没有电光调制器110)。方便地，图2的设备100为MMIC等集成电路。也就是说，分布式电流源102和分布式放大器101，例如，在MMIC技术中，相互集成。

分布式放大器的RF输入105接收输入电压(标记为Vin)，该输入电压可以是来自源的信号，RF输出106向电光调制器110的RF输入201输出电压(标记为Vout)，该电压为放大的输入电压。电光调制器110还包括用于与供电电压连接的DC输入202。方便地，为了仅使用一个供电电压，即此处的VDD，电光调制器110的DC输入202与设备100的DC输入103，特别是至少与分布式电流源102的DC输入103连接。电光调制器110可以为EML。

图3示出了本发明实施例提供的设备100。该设备100分别建立在图1和图2所示的设备100的基础上。相同的元件同样具有相同的附图标记和功能。

图3所示的设备100中的分布式放大器101包括并联连接的N个晶体管302。N为大于等于M的自然数。N个晶体管302标记为Q1、Q2、……、QN，此处表示为场效应晶体管(field-effect transistor，简称FET)。但是，也可以为双极型晶体管(bipolar junctiontransistor，简称BJT)。

进一步地，分布式放大器101包括输出传输线303。该输出传输线303连接在分布式放大器101的另一DC输入301和用于向电光调制器110提供Vout的RF输出106之间，其中，另一DC输入301用于与供电电压(此处为VDD)连接。N个晶体管302的输出端子D(FET的“漏极”和BJT的“集电极”)和分布式电流源102的M个DC输出104分别与输出传输线303连接。

分布式放大器101还包括输入传输线304，该输入传输线304连接在用于接收Vin的RF输入105和用于连接参考电压(此处标记为VGG)的参考电压端口305之间。参考电压也可以接地。N个晶体管302的控制端子G(FET的“栅极”和BJT的“基极”)与输入传输线304连接。N个晶体管302的输入端子S(FET的“源极”和BJT的“发射极”)可以接地。

进一步地，分布式放大器101包括标记为RG和RD的两个电阻器，电阻器RD连接在DC输入301和输出传输线303之间，电阻器RG连接在输入传输线304和参考电压端口305之间。因此，在电阻器RG和电阻器RD上分别发生压降。值得注意的是，设备100甚至可以包括两个DC电压源VGG和VDD。这些电压源可以与设备100分开。

进一步地，图3所示的设备100中的分布式放大器101包括N+2个电感，标记为LG1、LG2、……、LGN+1和LD1、LD2、……、LDN+1。电感LD1、LD2、……、LDN+1可以串联连接在输出传输线303上。每个晶体管302的输出端子D可以与两个电感之间的输出传输线303连接。电感LG1、LG2、……、LGN+1串联连接在输入传输线304上。每个晶体管302的控制端子G与两个电感之间的输入传输线304连接。

为了提高分布式放大器本身的性能，传统的分布式放大器也适用于本发明的方案。组成分布式放大器的晶体管可以是FET型或BJT型。

进一步地，在图3中，分布式电流源102由M个DC电流源300组成，这里将M个DC电流源300标记为I1、I2、……、IM。即，分布式电流源102包括并联连接的M个DC电流源300。因此，每个DC电流源300可以与DC输入103连接(因而如分布式放大器101和电光调制器110一样与VDD连接)，还可以与分布式电流源102的M个DC输出104中的一个连接。分布式电流源102的M个DC输出104可以与组成分布式放大器101的N个晶体管302的M个输出端子D连接。

从图3可以注意到，分布式放大器101的DC偏置电流为通过电光调制器110和分布式电流源102的电流之和，从而同时优化电光调制器110和分布式放大器101的偏置电流，即使它们在电平上不同。此外，分布式放大器101的匹配输出阻抗不受组成分布式电流源102的DC电流源300所示的高阻抗性的影响。

图4示出了本发明实施例提供的设备100。该设备100建立在图3所示的设备100的基础上。相同的元件同样具有相同的附图标记和功能。图4所示的设备100是，例如在MMIC技术中，实现完全集成的最简单方式。

图4的设备100也至少包括分布式放大器101和分布式电流源102。分布式电流源102同样包括M个DC电流源，每个DC电流源通过晶体管400实现。M个晶体管400被标记为T1、T2、……、TM。在图4中，M个晶体管400由FET实现，然而，它们也可以是BJT。

M个晶体管400中的每一个包括输出端子D(FET的“漏极”和BJT的“集电极”)，输出端子D与分布式电流源102的DC输入103连接。进一步地，每个晶体管400包括输入端子S(FET的“源极”和BJT的“发射极”)，输入端子S与M个DC输出104中的一个以及同一个晶体管400的控制端子G(FET的“栅极”和BJT的“基极”)连接。即，M个晶体管400中的每一个的控制端子和输入端子G和S相互连接。

可以选择分布式电流源102的M个晶体管400中每一个的大小，以获得图3中标记为I1、12、……、IM的期望电流。这些电流中的每一个从分布式电流源102的一个DC输出104流入分布式放大器101的一个DC输入107。

图5示出了本发明实施例提供的设备100。该设备100建立在图3的基础上。相同的元件同样具有相同的附图标记和功能。

在图5中，分布式电流源102的M个晶体管400中的每一个包括通过恒压源500连接的控制端子G和输入端子S。也就是说，晶体管400的控制端子G和输入端子S没有如图4所示直接连接，而是通过标记为VGS1、VGS2、……、VGSM的恒压源500保持为恒压值。显然，图4中的直接连接可视为图5中的间接连接的特殊实现方式，其中，VGS1＝VGS2＝……＝VGSM＝0V。

图6示出了本发明实施例提供的设备100。该设备100建立在图3的基础上。相同的元件同样具有相同的附图标记和功能。

在图6中，将分布式电流源102的DC电压源标记为VDD2，与用于分布式放大器101的DC电压源(标记为VDD3)和/或用于电光调制器110的DC电压源(标记为VDD1)不同。即，在图4中，分布式电流源102的DC输入103和分布式放大器102的另一DC输入301相互连接，且均与通用电压源VDD连接。与图4相比，在图6中，分布式电流源102的DC输入103和分布式放大器101的另一DC输入600彼此不连接。也就是说，它们是独立的DC输入并且与不同的电压源连接。值得注意的是，图4中的单个电压源可以被视为图6中电压源的特殊实现方式，其中，VDD1＝VDD2＝VDD3＝VDD。

图5和图6分别所示的设备100的特征也可以进行组合。即，根据本发明实施例的设备100可以包括用于连接晶体管400的控制端子和输入端子G和S的恒压源500，并且可以包括分别用于提供给分布式电流源102、分布式放大器101和电光调制器110的不同电压源。

以上附图所示的设备100和系统200可分别用于高速光通信的光发射机中。即，本发明还涉及包括设备100或设备100和电光调制器110的发射机。根据本发明实施例的此类发射机原则上与图7所示的传统发射机实现相同，即，本发明的发射机还可以包括数字源。设备100可与该源连接，以通过其RF输入105接收来自该源的电信号。设备100用于提高接收到的电信号的功率电平并输出放大器信号。电光调制器110可以通过RF输出106和RF输入201与设备100连接。电光调制器110可以用于将从设备100接收到的电信号转换为光信号。该光信号还可以传输到光纤等。

已经结合作为实例的不同实施例以及实施方案描述了本发明。但本领域技术人员通过实践本发明、研究附图、本公开以及独立权项，能够理解并获得其他变体。在权利要求以及描述中，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，且“一个”并不排除复数可能。单个元件或其它单元可满足权利要求书中所叙述的若干实体或项目的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能在有利的实现方式中使用。