CN110224759B - 一种光发射器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光发射器，包括：电流模逻辑驱动模块、调制器和端接模块；采用直接耦合方式将电流模逻辑驱动模块与调制器的输入端连接，电流模逻辑驱动模块用于产生并输出高速差分驱动信号；采用直接耦合方式将调制器的输出端与端接模块的输入端连接；调制器用于根据接收到的高速差分驱动信号对其光信号进行调制得到经调制的光信号并输出；端接模块用于将接收到的高速差分驱动信号进行远端阻抗匹配。本发明具有节约硬件成本，降低直流功耗、减小电路设计复杂度利于高密度多通道的集成设计的优点。

Description

一种光发射器
技术领域
本发明涉及光电通信技术领域，尤其是涉及一种光发射器。
背景技术
随着数据通信对带宽的要求越来越高，硅基光互连因为其带宽高，传输损耗小，与电芯片的可兼容性成为替代电互联作为短距离高速高带宽数据传输的有效方式。光传输链路大致可包括光发射器、光接收器和光传输媒介。其中光发射器是将电信号转化为光信号，所需器件主要包括光源、驱动器和电光调制器。
根据调制方式不同可以分为直接调制和外部调制。马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator,MZM)是一种广泛使用的外部调制器，具有调制方式简单，输出光信号线宽窄，抗干扰能力强，对温度变化不敏感的特点。马赫-曾德尔调制器具有两个较长的光学相移器，每个光学相移器采用行波电极(传输线电极)驱动，也称为行波马赫-曾德尔调制器(Travelling Wave Mach-Zehnder Modulator,TW MZM)。驱动器是将前一级数据电信号放大到足够幅度，输入到马赫-曾德尔调制器的行波电极上，调制光信号。
现有的驱动器结构采用AC耦合方式与所述行波马赫-曾德尔调制器连接，其主要包括传统电流模逻辑(Current Mode Logic,CML)驱动器、直流偏置(Bias-Tee)模块、行波马赫-曾德尔调制器连接和端接模块；AC耦合方式可以单独调节行波马赫-曾德尔调制器的偏置电压，并且使得电流模逻辑驱动模块与行波马赫-曾德尔调制器的工作偏置状态不互相干扰。但是因为直流偏置模块的电感电容值较大，通常需要额外的元器件，占用较大电路结构设计的面积，不利于高密度多通道光电集成的电路结构设计。
现有的光发射器的设计，其主要包括开漏(open-drain)驱动器，行波马赫-曾德尔调制器和远端负载。该光发射器的设计由于所述开漏驱动器没有近端端接电阻存在较强的光信号反射，影响光信号传输的完整性，同时在行波马赫-曾德尔调制器的传输线电极上有较大直流电流存在，增加了直流功耗，从而导致器件发热，降低了器件运行的稳定性以及使用寿命的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光发射器，用以解决现有技术中的光发射器中所存在的高直流功耗、高电路复杂度，以及增加了占用光发射器电路的面积，不利于高密度多通道的集成设计的问题。
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种光发射器，包括：电流模逻辑驱动模块、调制器和端接模块；采用直接耦合方式将所述电流模逻辑驱动模块与所述调制器的输入端连接，所述电流模逻辑驱动模块用于产生并输出高速差分驱动信号；采用直接耦合方式将所述调制器的输出端与所述端接模块的输入端连接；所述调制器用于根据接收到的所述高速差分驱动信号对其光信号进行调制得到经调制的光信号并输出；所述端接模块用于将接收到的所述高速差分驱动信号进行远端阻抗匹配。
进一步的，所述电流模逻辑驱动模块进一步包括：负载电阻、共源共栅结构、输入对管和尾电流源，
所述负载电阻的第一端接入所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC，其第二端与所述共源共栅结构的漏极连接；
所述共源共栅结构的源极与所述输入对管的集电极连接；
所述输入对管的发射级经所述尾电流源接地；
所述负载电阻用于对所述高速差分驱动信号进行近端阻抗匹配以及将所述输入对管产生的电流信号转化为高速差分电压信号；
所述共源共栅结构用于隔离所述输入对管的漏极输出端与所述电流模逻辑驱动模块的输出端，以减小米勒效应的影响；
所述输入对管用于将所述高速差分电压信号转化为高速差分驱动信号；
所述尾电流源用于设置所述高速差分驱动信号的输出摆幅。
进一步的，所述负载电阻包括相互并联的第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2；
所述第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2的第一端分别接入所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC；
所述第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2的第二端分别与所述共源共栅结
构的漏极连接；
所述共源共栅结构包括栅极相互连接的第一场效应管Mc1和第二场效应管Mc2；
所述输入对管包括第一双极结型晶体管Q1和第二双极结型晶体管Q2；其中，所述第一双极结型晶体管Q1的基极输入正极性的电压信号Vinp，所述第二双极结型晶体管Q2的基极输入负极性的电压信号Vinn。
进一步的，所述调制器为行波马赫-曾德尔调制器。
进一步的，所述调制器包括：第一光相移器、第二光相移器、输入光分光器和输出光合光器；
所述第一光相移器包括第一传输线电极和第二传输线电极；
所述第二光相移器包括第三传输线电极和第四传输线电极；
所述第二传输线电极的一端与所述第二负载电阻RL2的第二端连接，其另一端与所述端接模块的输入端连接；
所述第四传输线电极的一端所述第一负载电阻RL1的第二端连接，其另一端与所述端接模块的输入端连接；
所述第一传输线电极和所述第三传输线电极并联连接并接入偏置电压VBIAS；
所述输入分光器用于将光信号均分为两路分支光信号并输出；
所述第一光相移器和所述第二光相移器用于根据所述高速差分驱动信号分别对两路所述分支光信号进行调制，将所述高速差分驱动信号所携带的数字信息对应加载到两路所述分支光信号中，以得到两路经调制的分支光信号并输出；
所述输出光合光器用于将接收到的两路所述经调制的分支光信号合成为一路经调制的光信号并输出。
进一步的，所述调制器还包括：输入光接口和输出光接口；
所述输入光接口与所述输入分光器连接，用于向所述输入分光器输入所述光信号；
所述输出光接口与所述输出合光器连接，用于输出一路所述经调制的光信号。
进一步的，所述输入分光器具体为二分之一分光器，其用于将所述光信号按1：1的分光比例分成两路所述分支光信号；
所述输出合光器具体为二合一合光器，其用于将所述两路所述经调制的分支光信号进行合成，得到一路所述经调制的光信号。
进一步的，所述第一传输线电极和第二传输线电极之间间隔设置有至少一个PN结光波导；
所述第三传输线电极和第四传输线电极之间间隔设置有至少一个PN结光波导。
进一步的，所述端接模块包括：第一端接电阻R1、第二端接电阻R2和端接电容CT；
所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2相互并联，所述第一端接电阻R1的第一端与所述第四传输线电极连接，其第二端与所述端接电容CT的第一端连接；
所述第二端接电阻R2的第一端与所述第二传输线电极连接，其第二端与所述端接电容CT的第一端连接；
所述端接电容CT的第二端接入所述端接模块的工作电压VCC。
进一步的，所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2用于对高速驱动信号进行远端差模阻抗匹配，所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2的电阻值分别与所述第一光相移器和所述第二光相移器的特征阻抗相一致。
进一步的，还包括：将所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC短接，通过调节所述电流模逻辑驱动模块输出的高速差分驱动信号的共模直流电平，以调节所述第一光相移器和第二光相移器的偏置电压。
进一步的，所述第一光相移器和第二光相移器的偏置电压分别为所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块输出的所述高速差分驱动信号的共模直流电平的电压差。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明提供的一种光发射器，包括：电流模逻辑驱动模块、调制器和端接模块；采用直接耦合方式将所述电流模逻辑驱动模块与所述调制器的输入端连接，用于输出高速差分驱动信号；采用直接耦合方式将所述调制器的输出端与所述端接模块的输入端连接；所述调制器用于根据接收到的所述高速差分驱动信号对其光信号进行调制得到经调制的光信号并输出；所述端接模块用于将接收到的所述高速差分驱动信号进行远端阻抗匹配。即本发明一方面通过采用直接耦合方式(直接耦合的驱动方式)不需要设置例如直流偏置模块或者直流电压隔绝器等所需要的额外的元器件，节约了光发射器所需要的硬件成本，以及减小了光发射器电路的面积。
另一方面，所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块输出高速差分驱动信号的共模直流电平的电压差为所述第一、第二光相移器的偏置电压。通过调节偏置电压VBIAS的大小即可实现调节所述第一、第二光相移器的偏置电压的大小。具体的是通过将所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC短接，只需通过调节所述电流模逻辑驱动模块所输出的高速差分驱动信号的共模直流电平，即可实现调节所述第一光相移器的偏置电压和所述第二光相移器的偏置电压的目的。由此可知，本发明不需要设置例如直流偏置模块或者直流电压隔绝器(DC Block)等用于调节所述第一光相移器的偏置电压和所述第二光相移器的偏置电压所需要的额外的元器件，实现了节约光发射器所需要的硬件成本，以及减小光发射器的电路面积的目的。
再一方面，在本发明中的端接模块中的两个端接电阻的另一端互相连接(形成节点X)后与所述端接电容连接，其一方面消除了信号线上的直流分量，另一方面也降低了所述电流模逻辑驱动模块输出高速差分驱动信号的共模直流电平，提高了所述调制器的反向偏置电压，进而也改善了所述调制器的调制效果。并且与现有技术中所提供的端接模块相比，由于现有技术中的端接模块中的节点的共模电压由所述电流模逻辑驱动模块中放大器决定，其节点的共模电压可以表示为VCC-0.5IbRL，由此可知，虽然现有技术中端接模块能够实现降低了节点的共模电压目的，但同时也存在共模电压容易漂移且易受到噪声影响的问题。因此，为了解决上述这个问题，在本发明中所提供的端接模块中，由于其第一端接电阻与第二端接电阻分别与端接电容连接后与电源连接，该端接模块仍然可以实现隔绝直流电流(因此没有直流电流通路流过所述行波马赫-曾德尔调制器的传输线电极，从而实现降低直流功耗的目的)，实现稳定了节点X的共模电压的目的，且在一定程度上实现了对所述高速差分驱动信号的共模阻抗匹配。对于本发明所述端接模块，通过增加端接电容可以明显稳定节点X的共模电压，进而抑制远端的高速差分驱动信号反射，使其不易受噪声影响，提高所述高速差分驱动信号的传输质量。即，本发明通过将所述调制器所输出的高速差分驱动信号输入至所述端接模块中阻抗匹配电阻(端接电阻)并经由匹配电容(端接电容)与电源连接的设计方案，在实现远端信号差模阻抗匹配(对所述高速差分驱动信号进行差模阻抗匹配)的基础之上，消除了以往直接串联电阻连接电源的设计方案中无法消除直流分量的弊端，并降低了所述电流模逻辑驱动模块的输出共模电压，提高了所述调制器的反向偏压，进而也改善了调制器的调制效果；除此以外，还通过匹配电容实现了远端信号共模阻抗匹配(对所述高速差分驱动信号进行共模阻抗匹配)，并稳定了其静态工作点的电压，消除了共模噪声。综上，本发明具有节约硬件成本，降低直流功耗、增加器件运行的稳定性与使用寿命，减小电路设计复杂度，利于高密度多通道的集成设计的优点。
附图说明
图1为现有技术中的采用AC耦合方式的光发射器的简单结构示意图；
图2为现有技术中的采用直接耦合方式的光发射器的简单结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种光发射器的主要结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种光发射器中的节点X的抖动幅度随端接电容C大小变化的曲线图；
图5为本发明一实施例提供的一种光发射器中无端接电容情况下节点X的瞬态仿真波形；
图6为本发明实施例提供的一种光发射器中接入50pF端接电容的情况下的节点X的瞬态仿真波形。
具体实施方式
承如背景技术所述，现有技术中光发射器中存在的高直流功耗、高电路复杂度，以及增加了占用光发射器电路的面积，不利于高密度多通道的集成设计的问题。研究发现，对于采用AC耦合方式的光发射器，具体如图1所示，其包括：电流模逻辑驱动模块11、直流偏置模块12、马赫-曾德尔调制器13和端接模块14，所述电流模逻辑驱动模块11通过直流偏置模块12与所述马赫-曾德尔调制器13连接，即所述电流模逻辑驱动模块11采用AC耦合方式与所述马赫-曾德尔调制器连接，所述马赫-曾德尔调制器13与所述端接模块14进行连接，所述电流模逻辑驱动模块11用于提供高速差分驱动信号；所述直流偏置模块12用于向所述马赫-曾德尔调制器13提供偏置电压；马赫-曾德尔调制器13用于根据所述高速差分驱动信号对外接光源所输入的光信号进行调制得到经调制的所述光信号并输出；所述端接模块14用于对所述马赫-曾德尔调制器13所输出的高速差分驱动信号进行阻抗匹配，因为马赫-曾德尔调制器13的传输线电极通常较长，所以需要设置所述端接模块14。所述马赫-曾德尔调制器13可以为行波马赫-曾德尔调制器。所述AC耦合方式可以单独调节行波马赫-曾德尔调制器13的偏置电压，并且使得电流模逻辑驱动模块11与行波马赫-曾德尔调制器13的工作偏置状态不互相干扰。但是因为直流偏置模块12的电感电容值较大，通常需要额外的元器件，占用较大光发射器电路结构设计的面积，不利于高密度多通道光电集成的电路结构设计。
对于采用直接耦合方式的光发射器，如图2所示，其主要包括开漏(open-drain)驱动器21，行波马赫-曾德尔调制器22和远端负载23，其中该结构将远端端接模块(如图1中所述的端接模块14)与负载电阻合二为一形成所述远端负载23。该光发射器的设计由于所述开漏驱动器没有端接电阻(如图1中所示的所述电流模逻辑驱动模块11的两个电阻RL)存在较强的光信号反射，影响光信号传输的完整性，同时在行波马赫-曾德尔调制器的传输线电极上有较大直流电流存在，增加了直流功耗，从而导致器件发热，降低了器件运行的稳定性以及使用寿命的问题。
基于上述研究，本发明提供一种光发射器，其主要包括：电流模逻辑驱动模块(电流模逻辑驱动器)、调制器和端接模块；采用直接耦合方式将所述电流模逻辑驱动模块与所述调制器的输入端连接，用于输出高速差分驱动信号；采用直接耦合方式将所述调制器的输出端与所述端接模块的输入端连接；所述调制器用于根据接收到的所述高速差分驱动信号对其光信号进行调制得到经调制的光信号并输出；所述端接模块用于将接收到的所述高速差分驱动信号进行阻抗匹配。
本发明通过采用直接耦合方式(直接耦合的驱动方式)不需要设置例如直流偏置模块或者直流电压隔绝器(DC Block)等所需要的额外的元器件，节约了光发射器所需要的硬件成本，以及减小了占用光发射器的面积。
另外，对于所述调制器中的光相移器偏置电压的调节，可以通过调节电流模逻辑驱动模块所述输出直流电压与光相移器所接入偏置电压VBIAS之间的电压差。可将偏置电压VBIAS与电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC短接，只需通过调节电流模逻辑驱动模块输出的高速差分驱动信号的共模直流电平，即可调节相移器的偏置电压。
通过将所述调制器所输出的高速差分驱动信号输入至所述端接模块中阻抗匹配电阻(端接电阻)并经由匹配电容(端接电容)与电源连接的设计方案，在实现远端信号差模阻抗匹配(对所述高速差分驱动信号进行差模阻抗匹配)的基础之上，消除了以往直接串联电阻连接电源的设计方案中无法消除直流分量的弊端，并降低了所述电流模逻辑驱动模块的输出共模电压，提高了所述调制器的反向偏压，进而也改善了调制器的调制效果；除此以外，还通过匹配电容实现了远端信号共模阻抗匹配(对所述高速差分驱动信号进行共模阻抗匹配)，并稳定了其静态工作点的电压，消除了共模噪声。综上，本发明解决了现有技术中光发射器中所存在的高直流功耗、高电路复杂度，以及增加了占用光发射器电路的面积，不利于高密度多通道的集成设计的问题。
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种光发射器作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
如图3所示，本实施例提供一种光发射器，包括：电流模逻辑驱动模块101、调制器102和端接模块103；采用直接耦合方式将所述电流模逻辑驱动模块101与所述调制器102的输入端连接，所述电流模逻辑驱动模块101用于产生并输出高速差分驱动信号；采用直接耦合方式将所述调制器102的输出端与所述端接模块103的输入端连接；所述调制器102用于根据接收到的所述高速差分驱动信号对其光信号进行调制得到经调制的光信号并输出；所述端接模块103用于将接收到的所述高速差分驱动信号进行阻抗匹配。在本实施例中，所述调制器102的输入端可以定义为近端，所述调制器102的输出端可以定义为远端。所述调制器102为光调制器，具体可以为行波马赫-曾德尔调制器。
进一步的，所述电流模逻辑驱动模块101进一步包括：负载电阻1012、共
源共栅结构1011、输入对管1010和尾电流源Ib；
所述负载电阻1012的第一端接入所述电流模逻辑驱动模块101的工作电压VCC，其第二端与所述共源共栅结构1011的漏极连接；
所述共源共栅结构1011的源极与所述输入对管1010的集电极连接；
所述输入对管1010的发射级经所述尾电流源Ib接地；
所述负载电阻1012用于对所述高速差分驱动信号进行近端阻抗匹配(即对还没有经过所述电流模逻辑驱动模块101的输出端所输出的所述高速差分驱动信号进行阻抗匹配)以及将所述输入对管1010产生的电流信号转化为高速差分电压信号；
所述共源共栅结构1011用于隔离所述输入对管1010的集电极输出端与电流模逻辑驱动模块101的输出端，以减小米勒效应的影响；
所述输入对管1010用于将所述高速差分电压信号转化为高速差分电流信号(即高速差分驱动信号)；
所述尾电流源Ib用于设置所述高速差分驱动信号的输出摆幅。
可选地，所述负载电阻1012包括两个相互并联的第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2；所述第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2的第一端分别接入所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC；所述第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2的第二端分别与所述共源共栅结构的漏极连接。所述共源共栅结构1011包括两个栅极相互连接的第一场效应管Mc1和第二场效应管Mc2；所述输入对管包括第一双极结型晶体管(或CMOS器件)Q1和第二双极结型晶体管(或CMOS器件)Q2；其中，所述第一双极结型晶体管Q1的基极输入正极性的电压信号Vinp，所述第二双极结型晶体管Q2的基极输入负极性的电压信号Vinn。
可选地，所述调制器102包括：第一光相移器1020、第二光相移器1021、输入光分光器1024A和输出光合光器1024B。
所述第一光相移器1020包括第一传输线电极1120和第二传输线电极1121。
所述第二光相移器1021包括第三传输线电极1221和第四传输线电极1222。
所述第二传输线电极1121的一端与所述第二负载电阻RL2的第二端连接，其另一端与所述端接模块103的输入端连接。
所述第四传输线电极1222的一端所述第一负载电阻RL1的第二端连接，其另一端与所述端接模块103的输入端连接。
所述第一传输线电极1120和所述第三传输线电极1221并联连接并接入偏置电压VBIAS；在本实施例中，所述第一传输线电极1120和所述第三传输线电极1221均为RF地信号传输线电极。
所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块101输出高速差分驱动信号的共模直流电平的电压差为所述第一、第二光相移器的偏置电压。通过调节偏置电压VBIAS的大小即可实现调节所述第一、第二光相移器的偏置电压的大小。由此可知，本发明不需要设置例如直流偏置模块或者直流电压隔绝器(DC Block)等所需要的额外的元器件，实现了节约光发射器所需要的硬件成本，以及减小占用光发射器的面积的目的。
优选地，所述第一传输线电极1120和第二传输线电极1121之间间隔设置有至少一个PN结光波导1025；所述第三传输线电极1221和第四传输线电极1222之间间隔设置有至少一个PN结光波导1025，每一所述PN结光波导1025用于分别将所述第四传输线电极1222和所述第二传输线电极1121电极上的高速差分驱动信号中所携带的数字信息调制到光信号上。
所述输入分光器1024A用于将光信号均分为两路分支光信号并输出；所述第一光相移器1020和所述第二光相移器1021用于根据所述高速差分驱动信号分别对两路所述分支光信号进行调制，将所述高速差分驱动信号所携带的数字信息对应加载到两路所述分支光信号中，以得到两路经调制的分支光信号并输出；所述输出光合光器1024B用于将接收到的两路所述经调制的分支光信号合成为一路经调制的光信号并输出，此时，其为所述光发射器所发出的光信号。在本实施例中，所述输入分光器1024A具体为二分之一分光器，其用于将所述光信号按1：1的分光比例分成两路所述分支光信号；所述输出合光器1024B具体为二合一合光器，其用于将所述两路所述经调制的分支光信号进行合成，得到一路所述经调制的光信号。
进一步的，所述调制器102还包括：输入光接口1023A和输出光接口1023B；所述输入光接口1023A与所述输入分光器1024A连接，用于向所述输入分光器输入所述光信号；所述输出光接口1023B与所述输出合光器1024B连接，用于输出一路所述经调制的光信号。在本实施例中，所述输入光接口1023A还接入有提供所述光信号的光源。
优选地，所述端接模块103包括：第一端接电阻R1、第二端接电阻R2和端接电容CT；所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2相互并联，所述第一端接电阻R1的第一端与所述第四传输线电极连接，其第二端与所述端接电容CT的第一端连接；所述第二端接电阻R2的第一端与所述第二传输线电极连接，其第二端与所述端接电容CT的第一端连接；所述端接电容CT的第二端接入所述端接模块的工作电压VCC。所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2用于对高速驱动信号进行差模阻抗匹配，所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2的电阻值分别与所述第一光相移器1020和所述第二光相移器1021的特征阻抗相一致。
本发明的所述电流模逻辑驱动模块101的所述负载电阻1012起到对所述高速差分驱动信号，在近端时的阻抗匹配的作用，负载电阻1012的电阻值与所述调制器的第一、第二光相移器的传输线电极的特征阻抗相一致，优选地，可以均为30Ω(第一负载电阻RL1的电阻值为30Ω，第二负载电阻RL2的电阻值为30Ω)。所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2用于对所述高速差分驱动信号在远端时的差模阻抗匹配，所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2的电阻值分别与所述调制器的第一、第二光相移器的传输线电极的特征阻抗相一致，优选的，其均可为30Ω(第一端接电阻R1的电阻值为30Ω，第二端接电阻R2的电阻值为30Ω)。与其他直接将远端端接电阻另一端与电源连接的方案不同(承如背景技术中所提到的端接模块)，在本发明实施例中两个端接电阻的另一端互相连接(形成节点X)后与端接电容CT连接，其一方面消除了信号线上的直流分量，另一方面也降低了电流模逻辑驱动模块101输出高速差分驱动信号的共模直流电平，提高了调制器102的反向偏置电压，进而也改善了调制器的调制效果。
另外，由于所述节点X的共模电压由电流模逻辑驱动模块101中放大器(图中未示出)决定，在本实施例中节点X的共模电压可以表示为VCC-0.5IbRL，虽然降低了节点X的共模电压，但同时也存在共模电压容易漂移且易受到噪声影响的问题。因此，为了解决上述这个问题，在本实施例中所提供的端接模块103，由于其第一端接电阻R2与第二端接电阻R1分别与端接电容CT连接后与电源VCC连接，一方面，其仍然可以实现隔绝直流电流，另一方面实现稳定了节点X的共模电压的目的，且在一定程度上实现了对所述高速差分驱动信号的共模阻抗匹配。在本实施例中，对于在25Gbps NRZ数字信号的传输速率条件下，针对于不同大小的端接电容，节点X抖动摆幅的变化情况如图4、图5与图6所示，可以看出通过增加端接电容可以明显稳定节点X的共模电压，进而抑制远端的所述高速差分驱动信号反射，使得所述高速差分驱动信号不易受噪声影响，提高了所述高速差分驱动信号质量。
在本实施例中的光发射器中采用一种直接耦合的行波马赫-曾德尔调制器和电流模逻辑驱动模块(电流模逻辑驱动器)的电路连接设计，借助与该电路连接设计方案，可以省去传统电路设计中直流偏置(BIAS TEE)模块或者直流电压隔绝器(DC Block)所需的较大的电感、电容器件，节省了光发射器的面积。在端接模块既满足的差模与共模端接的匹配，又由于没有通过电容AC耦合到电源VCC上，因此没有直流电流通路流过所述行波马赫-曾德尔调制器的传输线电极，从而实现降低直流功耗的目的。
综上所述，本发明通过采用直接耦合方式(直接耦合的驱动方式)不需要设置例如直流偏置模块或者直流电压隔绝器(DC Block)等所需要的额外的元器件，节约了光发射器所需要的硬件成本，以及减小了占用光发射器的面积。
另外，对于所述调制器中的光相移器偏置电压的调节，可以通过调节电流模逻辑驱动模块所述输出直流电压与光相移器所接入偏置电压VBIAS之间的电压差。具体的可将所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC短接，只需通过调节所述电流模逻辑驱动模块所输出的高速差分驱动信号的共模直流电平，即可实现调节所述第一光相移器的偏置电压和所述第二光相移器的偏置电压的目的。
通过将所述调制器所输出的高速差分驱动信号输入至所述端接模块中阻抗匹配电阻(端接电阻)并经由匹配电容(端接电容)与电源连接的设计方案，在实现远端信号差模阻抗匹配(对所述高速差分驱动信号进行差模阻抗匹配)的基础之上，消除了以往直接串联电阻连接电源的设计方案中无法消除直流分量的弊端，并降低了所述电流模逻辑驱动模块的输出共模电压，提高了所述调制器的反向偏压，进而也改善了调制器的调制效果；除此以外，还通过匹配电容实现了远端信号共模阻抗匹配(对所述高速差分驱动信号进行共模阻抗匹配)，并稳定了其静态工作点的电压，消除了共模噪声。综上，本发明解决了现有技术中光发射器中所存在的高直流功耗、高电路复杂度，以及增加了占用光发射器电路的面积，不利于高密度多通道的集成设计的问题。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种光发射器，其特征在于，包括：
电流模逻辑驱动模块、调制器和端接模块；
采用直接耦合方式将所述电流模逻辑驱动模块与所述调制器的输入端连接，所述电流模逻辑驱动模块用于产生并输出高速差分驱动信号；所述电流模逻辑驱动模块包括负载电阻、共源共栅结构以及输入对管，所述负载电阻包括相互并联的第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2；所述第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2的第一端分别接入所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC；所述第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2的第二端分别与所述共源共栅结构的漏极连接，并且，所述第一负载电阻RL1和第二负载电阻RL2的第二端分别与所述调制器的输入端连接；所述共源共栅结构的源极与所述输入对管的集电极连接；所述负载电阻用于对所述高速差分驱动信号进行近端阻抗匹配以及将所述输入对管产生的电流信号转化为高速差分电压信号；所述共源共栅结构用于隔离所述输入对管的集电极与所述电流模逻辑驱动模块的输出端，以减小米勒效应的影响；所述输入对管用于将所述高速差分电压信号转化为高速差分驱动信号；
采用直接耦合方式将所述调制器的输出端与所述端接模块的输入端连接；所述调制器用于根据接收到的所述高速差分驱动信号对其光信号进行调制得到经调制的光信号并输出；
所述端接模块用于将接收到的所述高速差分驱动信号进行远端阻抗匹配；所述端接模块包括：第一端接电阻R1、第二端接电阻R2和端接电容CT；所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2相互并联，所述第一端接电阻R1的第一端和所述第二端接电阻R2的第一端分别与所述调制器的输出端连接；所述第一端接电阻R1的第二端和所述第二端接电阻R2的第二端分别与所述端接电容CT的第一端连接；所述端接电容CT的第二端接入所述端接模块的工作电压VCC；所述第一端接电阻R1和所述第二端接电阻R2用于对高速驱动信号进行远端差模阻抗匹配；所述端接电容用于抑制远端的所述高速差分驱动信号的反射。
2.如权利要求1所述的光发射器，其特征在于，所述电流模逻辑驱动模块还包括：尾电流源；
所述输入对管的发射级经所述尾电流源接地；
所述尾电流源用于设置所述高速差分驱动信号的输出摆幅。
3.如权利要求2所述的光发射器，其特征在于，
所述共源共栅结构包括栅极相互连接的第一场效应管Mc1和第二场效应管Mc2；
所述输入对管包括第一双极结型晶体管Q1和第二双极结型晶体管Q2；其中，所述第一双极结型晶体管Q1的基极输入正极性的电压信号Vinp，所述第二双极结型晶体管Q2的基极输入负极性的电压信号Vinn。
4.如权利要求3所述的光发射器，其特征在于，所述调制器为行波马赫-曾德尔调制器。
5.如权利要求4所述的光发射器，其特征在于，所述调制器包括：第一光相移器、第二光相移器、输入光分光器和输出光合光器；
所述第一光相移器包括第一传输线电极和第二传输线电极；
所述第二光相移器包括第三传输线电极和第四传输线电极；
所述第二传输线电极的一端与所述第二负载电阻RL2的第二端连接，其另一端与所述端接模块的输入端连接；
所述第四传输线电极的一端所述第一负载电阻RL1的第二端连接，其另一端与所述端接模块的输入端连接；
所述第一传输线电极和所述第三传输线电极并联连接并接入偏置电压VBIAS；
所述输入分光器用于将光信号均分为两路分支光信号并输出；
所述第一光相移器和所述第二光相移器用于根据所述高速差分驱动信号分别对两路所述分支光信号进行调制，将所述高速差分驱动信号所携带的数字信息对应加载到两路所述分支光信号中，以得到两路经调制的分支光信号并输出；
所述输出光合光器用于将接收到的两路所述经调制的分支光信号合成为一路经调制的光信号并输出。
6.如权利要求5所述的光发射器，其特征在于，所述调制器还包括：输入光接口和输出光接口；
所述输入光接口与所述输入分光器连接，用于向所述输入分光器输入所述光信号；
所述输出光接口与所述输出合光器连接，用于输出一路所述经调制的光信号。
7.如权利要求6所述的光发射器，其特征在于，所述输入分光器为二分之一分光器，其用于将所述光信号按1：1的分光比例分成两路所述分支光信号；
所述输出合光器为二合一合光器，其用于将所述两路所述经调制的分支光信号进行合成，得到一路所述经调制的光信号。
8.如权利要求7所述的光发射器，其特征在于，
所述第一传输线电极和第二传输线电极之间间隔设置有至少一个PN结光波导；
所述第三传输线电极和第四传输线电极之间间隔设置有至少一个PN结光波导。
9.如权利要求8所述的光发射器，其特征在于，
所述端接模块的所述第一端接电阻R1的第一端与所述第四传输线电极连接；
所述端接模块的所述第二端接电阻R2的第一端与所述第二传输线电极连接。
10.如权利要求9所述的光发射器，其特征在于，所述第一端接电阻R1和第二端接电阻R2的电阻值分别与所述第一光相移器和所述第二光相移器的特征阻抗相一致。
11.如权利要求10所述的光发射器，其特征在于，还包括：将所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块的工作电压VCC短接，通过调节所述电流模逻辑驱动模块输出的高速差分驱动信号的共模直流电平，以调节所述第一光相移器和第二光相移器的偏置电压。
12.如权利要求11所述的光发射器，其特征在于，所述第一光相移器和第二光相移器的偏置电压分别为所述偏置电压VBIAS与所述电流模逻辑驱动模块输出的所述高速差分驱动信号的共模直流电平的电压差。
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