CN101040439B - 用于激光器或调制器驱动的低电压高速输出级 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据速度为Gb/s量级的驱动器电路(100)，特别用于驱动激光二极管(700)或调制器。该驱动电路(10)具有能够高效驱动激光二极管或调制器的低电压高速输出级。所述驱动器电路(10)包括一系列电路，所述系列包括转换速率控制电路、至少一个线性变换放大器(200、201、202)、推/拉级(300)、以及用于驱动负载电流的输出级(400)。由于其多用性，可以将所述驱动器用在其他应用中，例如线路驱动器、电缆驱动器、和用于反向互连的高速串行接口等。驱动器可以在例如最小2.7V的低电压(额定3.3V)下以高能量效率进行工作。一个主要提示是将输出级产生的大信号电流整个用在例如受驱动激光二极管中，而不会浪费电源线上的电流。

Description

用于激光器或调制器驱动的低电压高速输出级

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的驱动器电路，用于根据驱动脉冲信号，在输出节点处驱动负载电流，以及一种根据权利要求14的方法。具体地，涉及一种用于驱动激光二极管或调制器(例如，马赫-曾德调制器)的驱动器电路。另外，可以将所述驱动器电路用在如线路驱动器、电缆驱动器、和用于反向互连的高速串行接口的应用中。

背景技术

光电收发机模块提供电子系统和诸如光纤之类的光传输介质之间的接口。相应地，大多数光电收发机模块包含电光转换电路，用于在电子系统和光传输介质之间传输数据。通常地，收发机模块使用激光二极管，所述激光二极管产生相干光，用于执行电子系统和光传输介质之间的高速数据传输。

例如，图1示出了光纤收发机中的激光器驱动器10的位置。激光器驱动器在激光二极管11或马赫-曾德调制器之前。简而言之，存在发射机12、接收机13、和分别在发射机12和接收机13之间传送能量的信道(未示出)。光接收机13的功能是检测输入的光信号(例如，非归零码NRZ)，并且对传输来的数据进行再生。光电探测器20和转移阻抗放大器22的组合公知为前端。前端之后是限幅放大器22、数据/时钟恢复23和解复用器(DEMUX)24。将DEMUX 24的较低数据率的并行输出提供给数据处理器25。在发射机12一侧，复用器(MUX)30执行并行至串行转换，其中锁相环单元31产生低抖动时钟，用于对将要经由信道传输的NRZ数据流进行重新定时。激光器驱动器10必须向激光二极管11提供足够的电压摆动和充分的电流电平。

当以Gb/s量级的数据速度传输数据时，驱动激光二极管或马赫-曾德调制器可能是使人畏缩的任务。具体地，必须将几十mA量级的电流流到负载(即，激光二极管)，例如经由集成电路到印刷电路板(IC-PCB)接口。主要的问题在于，接口的较大寄生电感削弱了高频时陡峭的上升-下降时间需求。另外，希望此种驱动器电路以较低电压和较高效率来可靠地工作。公知的标准驱动器级不能正确地工作。

为了经由光纤介质来传输数据，将激光二极管用作直接偏置的二极管。原则上，激光器驱动器是用于激光二极管的偏置电流和调制的控制设备。图2示出了现有的输出级的状态。应该注意的是，以下仅关注于输出级而不考虑前面的驱动器。在图2的输出级中，调制电流来自差动对Q1、Q2，偏置电流或一部分偏置电流Ibias来自分立的电流源。串联电阻器R2用作与输出级的较大寄生电容Cout组合的串联寄生电感器L的阻尼电阻器。该方法具有几个缺点。

首先，差动电路造成在电源中浪费了一半的调制电流。由于调制电流通常会为约80mA的事实，所以这是巨大的能量浪费。其次，在电源中注入的单端电流需要附加的输出管脚。再次，与激光二极管相连的直流将电源电压限制为约5V。参考图2，假设电源电压为3.3v。在最差情况下(3.3V-10％)，电源电压可以下降为3V。例如，法布里-波罗型激光二极管需要例如1.8v的偏置电压。另外，对于老化的激光器，60至80mA的调制电流是常见的。此外，在10Gb/s时需要25ps的上升下降时间、10至20欧姆量级的阻尼电阻器R2、约1.5nH量级的总串联寄生电感L，不可能保持输出级不饱和。这可以通过计算由所述级维持的最低电压的以下方程式(1)来得到：

$V_{\mathrm{LOW}}=\mathrm{VCC}-\mathrm{Vbias}-I_0*R_2-L*\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

作为基本方法，激光器驱动器可以在其输出级内具有单独的输出晶体管，用于驱动激光二极管中的调制电流。原理如图3所示，其中驱动器电路(如虚线三角形所示)控制输出晶体管Tout。为了以一阶形式量化由激光器驱动器和激光二极管组成的电路的传输，使用如图3所示的简单小信号模型。因此，用增量电阻器R代替激光二极管，以及L表示接合线和激光器封装的寄生串联电感。Rout和Cout表示由激光二极管看到的驱动器电路的输出阻抗。传递函数表现了如方程(2)所示的二阶特性，暗示在输出处可能产生阻尼振荡：

$\frac{i_{\mathrm{Laser}}}{i_{\mathrm{driver}}}=\frac{1}{s^2+s(\frac{1}{\mathrm{RoutCout}}+\frac{R}{L})+(\frac{R}{\mathrm{Rout}}+1)\frac{1}{\mathrm{LCout}}}---\left(2\right)$

二阶传递函数的本征频率ω₀和阻尼比率δ由方程(3)给出：

$\mathrm{\ω}0=\sqrt{(\frac{R}{\mathrm{Rout}}+1)}\sqrt{\frac{1}{\mathrm{LCout}}};\mathrm{\δ}=\frac{1}{2}\frac{(\frac{L}{\mathrm{EoutCout}}+R)}{\sqrt{\frac{R}{\mathrm{Rout}}+1}}\sqrt{\frac{\mathrm{Cout}}{L}}---\left(3\right)$

如可以从方程(3)得到的，通过正确地调节输出级的输出电阻Rout，可以使传输中的峰值衰减，即δ必须大于0.707。

$\mathrm{Rout}\≤L\sqrt{\frac{1}{2\mathrm{LC}-R^2{C}^2}}---\left(4\right)$

因此，通过填入分量的实际值，输出级的输出电阻Rout必须小于54欧姆。然而，用于按照需要固定输出阻抗的接地或接正电源的电阻器不是个好方法，因为这将增加功率消耗，并且还减小电流效率。另外，输出晶体管带来了在驱动脉冲信号的每一次转换期间必须进行充电和放电的较大电容，这也阻碍了上升/下降时间需求。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有较高功率效率的驱动器电路，具体地，该驱动器电路具有使用由受驱动负载(例如，激光二极管)中的输出级控制的整个大信号电流的输出级，而不会浪费驱动器电路中的电流。本发明另一目的在于提供一种具有预定值的输出阻抗的输出级，用于防止例如由反射引起的输出波形失真。另一目的在于提供驱动信号的直流分量，控制所述直流分量使得由所述直流分量对输出级中的晶体管装置进行偏置。另一目的在于信号的修整(conditioning)，使得激光二极管中的调制电流的上升下降时间与激光器的要求相匹配。

所有或部分目的由权利要求1所述的根据驱动脉冲信号来在输出节点处驱动负载电流的驱动器电路和权利要求14所述的方法解决。

根据本发明的第一方面，所述驱动器电路包括：转换速率控制装置，用于通过向所述驱动脉冲信号的上升和下降沿添加电流脉冲，来控制所述驱动脉冲信号的转换速率；至少一个放大装置，与所述转换速率控制装置相连；以及输出装置，配置用于从所述至少一个放大装置接收所述驱动脉冲信号。所述输出装置包括：输出晶体管装置，配置用于对所述负载电流进行调制；以及阻抗装置，用于确定所述输出装置的输出阻抗。所述阻抗装置与所述输出节点相连，并且包括控制装置，实质上用于对从所述输出节点到所述阻抗装置的直流电流进行抑制。

在优选实施例中，所述阻抗装置包括连接在所述输出节点和浮置节点之间的阻抗元件。所述控制装置包括反馈装置，用于控制所述浮置节点的电势，以匹配所述输出节点的电势。通过反馈装置，有利地将从所述输出节点流经所述阻抗元件的直流电流强制为零。另外，还存在前馈装置，用于在所述驱动脉冲信号转换时，与所述输出节点的所述电势相对应地对所述浮置节点的所述电压进行调节。通过所述前馈装置，所述浮置节点的所述电势与输出节点的所述电势同时改变并且改变相同的量。因此，有利地将由所述驱动脉冲信号引起的经过阻抗元件的电流强制为零。因此，通过所述阻抗装置，将输出阻抗有利地固定为所需的阻抗值，而不在所述阻抗元件中浪费能源。

在另外的应用中，所述控制装置可以包括复制晶体管，作为所述输出晶体管装置的小电流复制。有利地，所述复制晶体管装置具有相对于所述输出晶体管的预定电流比，从而所述控制装置中的电流按比例进行缩小，并且所述控制装置的功率耗散减小到最小值。所述阻抗装置可以是固定电阻器或者可调电阻器。可调电阻器带来另外的优势在于：能够将所述驱动器电路的所述输出阻抗调节为关于特定受驱动负载的所需值的位置。

根据本发明的第二方面，所述驱动器电路还可以包括推/拉驱动器，用于将平衡驱动脉冲信号转换为非平衡驱动脉冲信号。具体地，当所述放大装置是差分放大装置时，优选地，将所述推/拉驱动器连接在所述至少一个放大装置和所述输出装置之间。有利地，通过所述推/拉驱动器，将整个驱动脉冲信号用于控制输出晶体管装置，特别是没有带来电流浪费。此外，推/拉驱动器的输出处的整个电流对大信号输出晶体管装置的寄生电容进行充电和放电。

根据本发明的第三方面，所述至少一个放大装置可以包括有源负载装置和直流反馈回路，用于通过调节所述有源负载装置的偏置，来控制所述放大装置的输出处的所述平衡驱动脉冲信号的预定直流分量。所述直流反馈回路可以包括一对反馈晶体管装置，这一对反馈晶体管装置都与向所述有源负载装置提供偏置电流的恒流源相连，并且配置用于从所述恒流源汲取与所述驱动脉冲信号的所述预定直流分量相对应的电流。

根据本发明的第四方面，所述转换速率控制装置可以包括针对所述驱动脉冲信号的平衡输入和平衡输出，平衡输入和平衡输出每一个均具有各自的第一和第二输入以及输出节点。所述转换速率控制装置还具有电流注入装置，用于在所述驱动脉冲信号的上升沿期间，将预定量的正电流注入到输出节点处的所述平衡驱动信号，以及用于在所述驱动脉冲信号的下降沿期间，将预定量的负电流注入到输出节点处的所述驱动脉冲信号。因此，在一个实施例中，所述电流注入装置包括差分装置，所述差分装置配置成使得通过在所述转换速率控制装置的所述平衡输入处输入的驱动脉冲信号的转换，来产生电流脉冲。各个第一和第二电流脉冲放大装置与提供各个恒定电流的各个电流源相连。所述第一和第二电流脉冲放大装置配置成使得在所述驱动脉冲信号的转换期间，将预定的电流脉冲注入到所述输出节点处。在本发明的优选实施例中，所述各个恒定电流是可调的。因此，可以根据驱动负载(例如激光二极管)的行为来调节注入电流的大小。

优选地，将所述驱动器电路用于驱动激光二极管或调制器，例如马赫-曾德调制器。在这种情况下，所述输出级与激光二极管或调制器电路相连。由于其多用性，可以将所述驱动器电路用在其他应用中，例如线路驱动器、电缆驱动器、和用于反向互连的高速串行接口等。

根据本发明的所述方法，与脉冲驱动信号相对应地对负载电流进行高速驱动，通过对开关元件进行切换来调制所述负载电流，所述方法包括：通过向所述脉冲驱动信号的下降和上升沿添加电流脉冲，来对脉冲驱动信号进行修整；对所述修整过的脉冲驱动信号进行放大；以及通过施加所述修整过的脉冲驱动信号，对开关元件进行切换。另外，可以调节所述修整步骤的所述添加的电流脉冲，从而对所述开关元件的寄生电容进行补偿。

无庸置疑，根据本发明的驱动器电路可以实现根据上述任何方面的全部特征。还可以将上述第一、第二、第三和第四方面或其一部分用在本发明的实施例中。此外，对本领域普通技术人员显而易见的是，可以将本发明的单独方面用于其他电路，用于解决类似的问题。因此，应该注意的是，存在这样的可能：将递交要求保护本发明权利要求的一个或几个方面的分案申请。

附图说明

现在将参考附图，根据优选实施例来描述本发明，其中：

图1示出了具有激光器驱动器电路的光纤光收发机的方框图；

图2示出了现有的输出级状态；

图3示出了驱动激光二极管的晶体管的等效电路原理图；

图4示出了根据优选实施例的驱动器电路的方框图；

图5示出了根据优选实施例的本发明驱动器电路的输出级的电路原理图；

图6示出了根据优选实施例的本发明的放大级和推/拉驱动器的电路原理图；

图7示出了根据优选实施例的本发明的转换速率控制级的电路原理图；以及

图8示出了根据优选实施例的激光器-驱动器接口的电路原理图。

具体实施方式

作为整体视图，图4示出了根据优选实施例的驱动器电路10的方框图。所述驱动器电路10包括：转换速率控制装置或转换速率控制级100；三个电流缩放的放大装置或增益级200、201、202；推/拉驱动器300和具有输出晶体管T1的输出装置或单端输出级400。转换速率控制级100允许控制驱动脉冲信号的上升和下降时间，因此例如通过可变外部电压来控制受驱动负载电流的上升和下降时间。换句话说，转换速率控制级100加速(或减慢)驱动脉冲信号的脉冲下降沿，使得根据上升/下降时间需求来加强(或平缓)激光二极管中信号的对应沿。增益级200、201、202是具有将驱动脉冲信号的幅度限制到最大峰峰差100mV(diff-pp)的有源负载的差分线性变换单元(differential translinear cell)。增益级200、201、202用作驱动脉冲信号的软限幅器，并且增益级200、201、202对去往负载的电流进行放大。最后级202与差分至单端转换装置相连，用于驱动较大的输出晶体管T1。所述转换由推/拉驱动器300完成。换句话说，驱动脉冲信号直到最后的增益级202都是平衡信号，在最后的增益级202中，由推/拉驱动器300将其转换为非平衡驱动脉冲信号。不用说也可以将推/拉驱动器300结合到最后的增益级202中。

如上所述，本发明的一个方面在于使输出处驱动器电路10的整个电流用于驱动负载(例如激光二极管)700。因此，输出级400包括由推/拉驱动器300提供的驱动脉冲信号控制的单个大信号半导体元件，即晶体管T1。具体地，来自推/拉驱动器300的驱动脉冲信号包括直流分量和交流脉冲分量。调节直流分量，使得对晶体管T1进行正确地偏置。交流脉冲分量携带要调制的与驱动负载电流有关的信息。

由于温度或空间要求，可以将激光二极管700与驱动器电路分离，因此可以将激光二极管700经由传输线(例如，TEM波导)与输出级400相连。为了吸收当将激光二极管700通过传输线相连时可能发生的来自负载的反射，应该将输出级400的输出阻抗固定为某个值，所述值取决于与驱动器输出级400相连的具体负载。然而，如上所述，通过在输出节点和电路的地之间简单地连接电阻导致的额外功率损耗并不是优选方案，这是因为输出节点的电势将通过该电阻器来驱动电流，这增加了功率损耗。

图5中示出了这个问题的解决方案。原理上，存在与驱动器电路10的输出节点ON相连的阻抗装置500。在优选实施例中，所述阻抗装置还与所述推/拉驱动器300的输出OUT相连，即还将驱动脉冲信号输入到阻抗装置500。详细地，根据优选实施例，阻抗装置500包括作为输出晶体管T1的小电流复制的复制晶体管T2。应该注意的是，小电流复制意味着复制晶体管T2在电流上与输出晶体管T1相比按照1∶n进行缩放，即输出晶体管T1的发射极电流是复制晶体管T2的n倍。复制晶体管T2也由来自推/拉驱动器300的驱动脉冲信号在其基级对其进行控制，并且用其发射极接地，其集电极经由电阻器nxRL与驱动器电路10的电源电压VCC相连。T1的集电极与通常由晶体管T3构成的发射极跟随器相连。晶体管T3的集电极与电压电压VCC相连，并且其发射极经由恒流源I0接地。因此，T3的发射极的电势为浮置电位。T3的发射极称作浮置节点FN。电阻器RL连接在输出节点ON和浮置节点FN之间。这导致输出阻抗固定在预定值以下，即电阻器RL的电阻值以下，例如，低于以上示例所需的54欧姆。换句话说，电阻器RL限定了了从负载“看来”的驱动器电路10的输出阻抗。

为了抑制经过所述电阻器RL的任何电流，提供了控制装置，所述控制装置分别包括反馈装置和前馈装置。反馈装置是晶体管T3周围的直流电流(dc)反馈回路，用于将电阻器RL上的直流电流强制为零。具体地，存在运算放大器OP，将电阻器RL连接在运算放大器OP的反相(-)和非反相(+)输入端之间。运算放大器OP的输出与晶体管T3的基极相连。因此，如果存在经过电阻器RL的直流电流，那么运算放大器OP的输出将分别增加或减小晶体管T3的基级处的电势。从而，由T3构成的发射极跟随器将分别增加或减小浮置节点FN的电势。因此，反馈回路控制浮置节点FN的电势，使得其与输出节点ON的电势相匹配。这导致抑制了流经电阻器RL的任何直流电流。在优选实施例中，还存在作为晶体管T2和T3周围的前馈回路的前馈装置。通过前馈回路，提前抑制了RL上由根据驱动脉冲信号的输出节点ON的电势转换引起的交流电流。具体地，如果驱动脉冲信号从其低电平转换到其高电平，经由T3的发射极跟随器的浮置节点FN的电势和由晶体管T1控制的输出节点ON的电势都会一起同时改变。因此，通过前馈控制装置，抑制了由驱动脉冲信号的变换引起的交流电流。作为另外的优势，发射极跟随器T3也吸收来自负载(例如，激光二极管700)的任何反射。偏置电流Ibias对激光二极管700的工作直流电流(dc)点进行设置。

图6示出了最后增益级202和推/拉驱动器300。偏置电流Ibias对激光器700的工作直流电流点进行设置。增益级202是具有由晶体管T4和T5构成的有源负载的差分线性变换单元。差分线性变换单元的一个特性是通过信号(在该示例中即驱动脉冲信号)的上升/下降时间与幅度无关。通过保持小摆动，即小于100mV的diff-pp，这些差分线性变换单元可以在低电压下工作，其增益由电阻器Rgain的值和恒流源Igain的尾电流(tail current)来控制。

另一个由增益级202解决的问题是输出级400的地基准。具体地，如上所述，为了调制负载电流，由预定直流电压，即预定基级-发射极电压，来对输出晶体管T1进行偏置。在本发明优选实施例中，通过具有用于对晶体管T1进行偏置的直流分量的驱动脉冲信号来在基级处控制晶体管T1。具有正确的直流分量以用于对晶体管T1的基级-发射极电压进行正确地偏置是关键的方面。因此，驱动器电路10的最后增益级202包括直流分量控制装置220。在本发明优选实施例中，直流分量控制装置220是用于控制驱动脉冲信号的直流分量的控制回路。详细地，晶体管T6和T7分别测量在由晶体管T8和T9构成的发射极跟随器的输出处的驱动脉冲信号的直流分量。例如，如果驱动脉冲信号的直流分量太大，则直流分量使晶体管T6和T7两个都从向基级电阻器Rgain提供电流的偏置电流源Idc汲取更多电流。这使由晶体管T4和T5构成的有源负载的基级电压减小，并从而导致T8和T9的发射极中直流电压的降低。因此，增益级202的输出驱动脉冲信号基本上具有用于对输出晶体管T1进行偏置的受控直流分量。

同样如图6所示，推/拉级300包括按照推/拉结构来驱动输出晶体管T1的晶体管T9和T10。具体地，晶体管T9和T10分别提供对输出晶体管T1的大寄生电容Cbc进行充电和放电的电流。因此，通过推/拉级300，将来自最后增益级202的平衡驱动脉冲信号转换为推/拉级300的输出OUT处的非平衡驱动脉冲信号。这导致与驱动脉冲信号的相对应的整个电流用于控制输出晶体管T1，所述输出晶体管T1对通过激光二极管700的负载电流进行调制。

详细地，首先，假设驱动脉冲信号在最后增益级202的负输出端OUT-处具有低电平。然后，减小晶体管T8的电导，导致晶体管T10处减小的基极-发射极电压，因此也减小了晶体管T10的电导，并且不从输出级400汲取电流。另外，如果驱动脉冲信号在负输出端OUT-处具有低电平，那么，在最后增益级202的正输出OUT+处具有相应的高电平，使晶体管T9的电导增加。因此，将来自晶体管T9的电流传递到输出级400中的输出晶体管T1。相应地，如果驱动脉冲信号具有高电平，那么，晶体管T8的电导增加，也使晶体管T10处的基极-发射极电压增加，这样也增加了晶体管T10的电导。另外，如果驱动脉冲信号在负输出端OUT-处具有高电平，那么在输出端OUT+处具有相应的低电平，使晶体管T9的电导减小。因此，从输出级400中的输出晶体管T1汲取电流。值得注意的是，由于转换速率控制装置100中的信号修整，通过添加的电流脉冲对驱动脉冲信号的转换进行加电，也导致了晶体管T1的电容Cbc的快速充电和放电。在优选实施例中，在晶体管T9的发射极通路上存在电阻器R9，配置用于使得向输出晶体管T1提供适用的基极-发射极电压，所述基极-发射极电压与驱动脉冲信号的直流分量相对应。应该注意的是，也可以用具有预定电流的电流源来取代R9。

除了尾恒定电流Igain和由于去往输出级300的电流的缩放而导致的晶体管的各自尺寸之外，增益级200、201、202通常和最后增益级202一样。另外，注意只有输出级300需要直流控制。

不同激光器具有不同脉冲响应，并且通常上升沿比下降沿快。另外，激光二极管不具有精确相同的输出特性，这是由制造误差引起的。而且，可能存在较大的寄生电感，例如封装和接合线的寄生电感。此外，在输出晶体管T1中存在大寄生电容Cbc，在驱动脉冲信号的每次转换时必须对其进行充电或放电。这削弱了所需的陡峭上升-下降时间要求。为了克服该问题，优选实施例的驱动器电路10提供了外部可编程的转换速率控制。图7示出了该信号修整部分，即转换速率控制装置或转换速率控制级100。在输出处通过由晶体管T11、T12、T13、T14构成的前馈增益通路对输入差分信号(即，驱动脉冲信号)进行放大。经由晶体管T15、T16，在电容器Cdif上产生驱动脉冲信号的输入电压的拷贝，所述电容器Cdif用作差分装置，并且在输入驱动脉冲信号的每次转换期间引起电流毛刺。这些电流毛刺分别施加到晶体管T17和T18，控制由晶体管T19和T20、T21和T22构成的各个电流放大器。这导致当输出电压摆动时，由晶体管T19和T20、T21和T22构成的电流放大器在转换速率控制级100的输出(即分别在OUT-和OUT+)处交叉注入电流脉冲。交叉注入的电荷量根据电流源I1和I2是可编程的。效果是在转换速率控制级100输出处，驱动脉冲信号的脉冲具有较快或较慢的边沿，有利地，这是可以通过恒流源I1和I2可调的。例如，如果I1＝Ix-dI而I2＝Ix+dI，那么增加或减少的电流脉冲为dI。

为了驱动激光二极管700，对应的驱动器-激光器接口600如图8所示。激光器等效电路如部分800所示，包含激光二极管700。具体地，可以通过电容器Ctune来调谐接合线电导Lbond，电阻器R1衰减了驱动器-激光器接口600的响应。提供了两个扼流电感Lchoke，以确保R1上的零直流电压降。在激光器最差情况下，本发明的驱动器电路10可以用来自3.3V±10％偏置电源电压的1.8V偏置电压来驱动法布里-泊罗激光器。可以选择提供的内置终端电阻器RL来匹配激光器特性，或者使其是可调的。电阻器提供了IC侧的匹配终端，用于使驱动晶体管T1集电极的反射最小。

总之，本发明提供了数据速度为Gb/s量级的驱动器电路，特别用于驱动激光二极管或调制器。必须向负载提供电流为几十mA量级的高速驱动信号面临这样的问题：接口线的较大寄生电感削弱了陡峭的上升-下降时间要求。另外，由于制造误差，激光二极管不具有精确相同的输出特性，并且，在操作中激光二极管的绝对温度强烈地影响其输出特性。因此，需要合适的控制形式。本发明提供了能够高效驱动激光二极管或调制器的低电压高速输出级。驱动器电路10包括一系列电路，所述系列包括转换速率控制电路、至少一个线性变换放大器、推/拉级、以及用于驱动负载电流的输出级。由于其多用性，可以将所述驱动器用在其他应用中，例如线路驱动器、电缆驱动器、和用于反向互连的高速串行接口等。驱动器可以在最小2.7V的低电压(正常3.3V)下以高能量效率进行工作。一个主要提示是将输出级产生的大信号电流整个用在例如受驱动激光二极管中，而不会浪费电源线上的电流。

最后但是重要地是，应该注意，当用在包括权利要求的说明书中时，术语“包括”意欲指定声明的特征、装置、步骤或部件的存在，但是不排除另外的一个或更多特征、装置、步骤、部件或其组合的存在。权利要求中的元件之前的词语“一个”不排除存在多个此种元件。此外，任意附图标记并不限制权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种驱动器电路(10)，用于根据平衡驱动脉冲信号在输出节点(ON)处驱动负载电流，所述驱动器电路(10)包括：转换速率控制装置(100)，用于针对所述驱动脉冲信号的上升和下降沿，添加电流脉冲；至少一个放大装置(200、201、202)，与所述转换速率控制装置(100)相连；以及输出装置(400)，用于从所述至少一个放大装置(200、201、202)接收所述驱动脉冲信号，所述输出装置(400)包括：输出晶体管装置(T1)，用于对所述负载电流进行调制；以及阻抗装置(500)，用于确定所述输出装置(400)的输出阻抗，所述阻抗装置包括一阻抗元件(RL)与所述输出节点(ON)相连，并且所述阻抗装置进一步包括控制装置，用于对从所述输出节点(ON)到所述阻抗元件(RL)的电流进行抑制。

2.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中，所述阻抗元件(RL)连接在所述输出节点和浮置节点(FN)之间；所述控制装置包括：反馈装置(OP、T3、nxRL、IO)，用于控制所述浮置节点(FN)的电势，以匹配所述输出节点(ON)的电势；以及前馈装置(T2、T3、nxRL、IO)，用于在所述驱动脉冲信号转换时，与所述输出节点(ON)的所述电势相对应地对所述浮置节点(FN)的所述电势进行调节。

3.根据权利要求2所述的驱动器电路，其中，所述控制装置包括复制晶体管装置(T2)，作为所述输出晶体管装置(T1)的小电流复制，并相对于所述输出晶体管装置(T1)具有预定电流比(1∶n)。

4.根据权利要求2或3所述的驱动器电路，其中，所述阻抗元件(RL)是固定电阻器(RL)或者可调电阻器。

5.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中，还包括推/拉驱动器(300)，用于将平衡驱动脉冲信号转换为非平衡驱动脉冲信号，所述推/拉驱动器(300)连接在所述至少一个放大装置(200)和所述输出装置(400)之间。

6.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中，所述至少一个放大装置(202)包括有源负载装置(T4、T5)和直流反馈回路，用于通过调节所述有源负载装置(T4、T5)的偏置，来控制所述放大装置(202)的 输出处的所述平衡驱动脉冲信号的预定直流分量。

7.根据权利要求6所述的驱动器电路，其中，所述直流反馈回路包括一对反馈晶体管装置(T6、T7)，所述一对反馈晶体管装置(T6、T7)都与向所述有源负载装置(T6、T7)提供偏置电流的恒流源(Idc)相连，用于从所述恒流源(Idc)汲取与所述驱动脉冲信号的所述预定直流分量相对应的电流。

8.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中，所述驱动器电路包括至少两个放大器装置(200、201、202)，所述至少两个放大器装置(200、201、202)串联连接，并且对去往输出装置(400)的电流进行放大。

9.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中，所述转换速率控制装置(100)包括：针对所述驱动脉冲信号的平衡输入和平衡输出，每一个均具有各个第一和第二输入节点(IN+、IN-)以及输出节点(OUT-、OUT+)；以及电流注入装置，用于在所述驱动脉冲信号的上升沿期间，将预定量的正电流注入到输出节点(OUT-、OUT+)处的所述平衡驱动信号，以及用于在所述驱动脉冲信号的下降沿期间，将预定量的负电流注入到输出节点(OUT-、OUT+)处的所述驱动脉冲信号。

10.根据权利要求9所述的驱动器电路，其中，所述电流注入装置包括：差分装置(Cdif)，配置用于产生电流脉冲；以及各个第一和第二电流脉冲放大装置，与提供各个基本恒定的电流的各个电流源(I1、I2)相连，所述第一和第二电流脉冲放大装置配置用于在所述驱动脉冲信号的转换期间，将预定的电流脉冲注入到所述输出节点(OUT-、OUT+)处。

11.根据权利要求10所述的驱动器电路，其中，所述各个基本恒定的电流是可调的。

12.根据权利要求1所述的驱动器电路，其中，所述转换速率控制装置(100)与激光二极管(700)或调制器电路相连。

13.一种激光器驱动器、线路驱动器、电缆驱动器、或用于反向互连的高速串行接口，包括根据任一前述权利要求所述的驱动器电路。

14.一种用于与脉冲驱动信号相对应地对负载电流进行高速驱动 的方法，通过对开关元件进行切换来调制所述负载电流，所述方法包括步骤：

通过向所述脉冲驱动信号的下降和上升沿添加电流脉冲，来对脉冲驱动信号进行修整；

对所述修整过的脉冲驱动信号进行放大；以及

通过施加所述修整过的脉冲驱动信号来对开关元件进行切换。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括步骤：

调节在所述修整步骤中获得的电流脉冲，用于对所述开关元件的寄生电容进行补偿。 

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