CN115642474A - 一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及芯片集成技术领域，公开了一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片，将硅光集成电路的控制电路集成在马赫曾德驱动器上芯片上，所述控制电路包括加热器控制器、手动或自动功率控制器、MPD监测器和数字集成控制器。本发明在驱动器芯片上集成了控制电路，节省了光模块的空间和成本，本发明在高速率马赫曾德驱动器芯片上集成控制电路，能够减少光模块内部的打线，并降低CPO封装技术的难度。

Description

一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片
技术领域
本发明涉及芯片集成技术领域，具体地说，是一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片。
背景技术
目前，高速率激光驱动器光模块广泛采用独立的驱动器芯片，并在芯片周围通过打线连接控制电路，如加热器控制器、手动或自动激光功率控制器，以及带数字诊断的MPD监测器等。控制电路占用光模块内部大量的空间，增加了光模块的成本。驱动芯片周围的控制电路及其打线会增加共封装光学（CPO）的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成式的马赫曾德驱动器芯，用于在高速率马赫曾德驱动器芯片上集成控制电路，能够减少光模块内部的打线，并降低CPO封装技术的难度。
本发明通过下述技术方案实现：一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片，包括：将硅光集成电路的控制电路集成在马赫曾德驱动器芯片上，所述控制电路包括加热器控制器、手动或自动功率控制器、MPD监测器和数字控制电路，所述马赫曾德驱动器芯片连接有马赫曾德调制器，所述马赫曾德调制器包括马赫曾德调制器的加热器；所述马赫曾德驱动器芯片的射频输出端与所述马赫曾德调制器的差分射频信号输入端连接。
所述MPD监测器包括电源输出端和ADC输出端。
所述MPD监测器包括电源输出端和ADC输出端。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路由加热器控制器构成时，所述加热器控制器的输出端与所述马赫曾德调制器的加热器的控制输入端连接。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路由手动或自动功率控制器构成时，所述手动或自动光功率控制器的输出端连接有激光器。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路由MPD监测器和数字控制电路构成时，所述MPD监测器的电流源输出端与所述马赫曾德调制器的MPD连接，所述MPD监测器的ADC输出端与所述数字控制电路的输入端连接。
在本技术方案中，MPD监测器和数字控制电路需要作为一个整体。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路由加热器控制器和手动或自动功率控制器构成时，所述加热器控制器的输出端与所述马赫曾德调制器的加热器的控制输入端连接，所述手动或自动光功率控制器的输出端连接有激光器。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路由加热器控制器、MPD监测器和数字控制电路构成时，所述MPD监测器的电流源输出端与所述马赫曾德调制器的MPD连接，所述MPD监测器的ADC输出端与所述数字控制电路的输入端连接，所述数字控制电路的输出端与所述加热器控制器的输入端连接，所述加热器控制器的输出端与所述马赫曾德调制器的加热器的控制输入端连接。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路由手动或自动功率控制器、MPD监测器和数字控制电路构成时，所述MPD监测器的电流源输出端与所述马赫曾德调制器的MPD连接，所述MPD监测器的ADC输出端与所述数字控制电路的输入端连接，所述数字控制电路的输出端与所述手动或自动光功率控制器的输入端连接，所述手动或自动光功率控制器的输出端连接激光器。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述控制电路由加热器控制器、手动或自动功率控制器、MPD监测器和数字控制电路构成时，所述加热器控制器的输出端与所述马赫曾德调制器的加热器的控制输入端连接，所述MPD监测器的电流源输出端与所述马赫曾德调制器的MPD连接，所述MPD监测器的ADC输出端与所述数字控制电路的输入端连接，所述数字控制电路的输出端与所述手动或自动光功率控制器和所述加热器控制器的输入端连接，所述手动或自动光功率控制器的输出端连接有激光器。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述马赫曾德驱动器芯片为25Gbps以上的高速马赫曾德驱动器芯片。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明在驱动器芯片上集成了控制电路，节省了光模块的空间和成本；
（2）本发明在高速率马赫曾德驱动器芯片上集成控制电路，能够减少光模块内部的打线，并降低CPO封装技术的难度。
附图说明
本发明结合下面附图和实施例做进一步说明，本发明所有构思创新应视为所公开内容和本发明保护范围。
图1为使用本发明提供的一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片中传统封装和CPO封装的对比示意图。
图2为现有技术中在芯片周围通过打线连接控制电路的示意图。
图3中的片上设计为本发明提供的一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片中主要集成的结构示意图。
图4中的(a)、(b)、(c)分别为本发明提供的一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片中加热器控制器、MPD监测器、自动或手动光功率控制器的结构示意图。
图5为本发明实施例所提供的广泛使用到的德州仪器OPA858运算放大器示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例的一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片，如图3-图4所示，在本实施例中，除了马赫曾德驱动器芯片上的驱动器之外，还集成了控制电路，加热器控制器、自动或手动激光功率控制，以及带有数字诊断功能的MPD监测器。如图3所示，我们需要涵盖1通道和多个通道，其中的N=1，2，3...。
本发明的设计难点在于设计者需要非常了解高速马赫曾德驱动器光模块中的加热器、手自动激光器功率控制、MPD监测器（监控光电二极管监测器）等电路的工作原理以及它们之间稳定可靠的协同工作。
在本发明中，加热器控制器可通过MOS场效应管电流源提供高达数十毫安的电流，自动或手动激光功率控制电路具有大电流运算放大器来满足功率控制的要求，激光器电流源可提供过百毫安的电流，能给激光器提供稳定的大电流偏置，带数字诊断的MPD监测器能实时监控光电二极管MPD的相关电压，为激光功率控制和加热器控制器提供反馈。需要说明的是，本发明提供的一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片中，控制电路包括的加热器控制器、手动或自动功率控制器、MPD监测器和数字控制电路可以是任意一种或多种组合。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图1所示，本设计在驱动器芯片上集成了控制电路，节省了光模块的空间和成本。例如，如图2所示，在传统设计中，加热器控制器和增益控制电路都会用到大电流运算放大器，目前光模块中使用广泛的运算放大器，如广泛使用到的德州仪器OPA858运算放大器，如图4所示，其封装尺寸为2mm x 2mm，对光模块内部空间占用比较大。集成在芯片上的激光器电流源能为激光器提供稳定的大电流。带数字诊断的MPD监控能及时提供功率控制所需要的电压信息。
随着信号速率越来越高，目前广泛使用的可插拔光模块的弊端开始显现。因为传统技术是把电芯片（如驱动器）和光收发器单独放置，通过PCB板连到一起，在处理超高速数据时，其功耗和延迟会越来越高。而使用CPO技术则能将电芯片和光收发器封装在一起，从而降低电芯片和光收发器之间的损耗，降低延迟，同时也降低了空间的消耗和成本。因为本设计集成了控制电路，极大地提高了驱动器芯片的集成度，使得本设计更加适用于CPO技术。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，本发明能满足400Gbps DR4和800Gbps DR8硅光光模块对于高速MZ驱动器的性能要求。同时，由于其较高的集成度，本设计在共封装光学，尤其是CPO技术上也具有较大的优势，因为控制电路占用光模块内部大量的空间，增加了光模块的成本。驱动芯片周围的控制电路及其打线会增加CPO封装技术的难度，与目前现有的封装技术不同，如专利CN 113759477 A ，其解决问题的方式并非为集成，而是使用了封装芯片的手段。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，本发明在驱动器芯片上集成了控制电路，节省了光模块的空间和成本。例如，在传统设计中，加热器控制器和增益控制电路都会用到大电流运算放大器，目前光模块中使用的运算放大器的面积比较大，对光模块内部空间占用比较大。如广泛使用到的德州仪器OPA858运算放大器，如图5所示，其封装尺寸为2mm x 2mm，会占据较多光模块内部的空间。集成在芯片上的激光器电流源能为激光器提供稳定的大电流。带数字诊断的MPD监测器能及时提供功率控制和加热器控制器所需要的电压信息。随着信号速率越来越高，目前广泛使用的可插拔光模块的弊端开始显现。因为传统技术是把电芯片（如驱动器）和光收发器单独放置，通过PCB板连到一起，在处理超高速数据时，其功耗和延迟会越来越高。而使用CPO技术则能将电芯片和光收发器封装在一起，从而降低电芯片和光收发器之间的损耗，降低延迟，同时也降低了空间的消耗和成本。
本发明能用于以太网数据中心400Gbps DR4和800Gbps DR8硅光光模块中，其中，400Gbps和800Gbps代表数据的传输速率，D代表传输距离覆盖500米，R代表一种特定的传输协议，数字4和8代表电芯片总通道数。同时，由于其较高的集成度，本设计在共封装光学（CPO）也具有较大的优势。因为本设计集成了控制电路，极大地提高了驱动器芯片的集成度，使得本设计更加适用于CPO技术。
本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片，其特征在于，包括：
将硅光集成电路的控制电路集成在马赫曾德驱动器芯片上，所述控制电路包括加热器控制器、手动或自动功率控制器、MPD监测器和数字控制电路，所述马赫曾德驱动器芯片连接有马赫曾德调制器，所述马赫曾德调制器包括马赫曾德调制器的加热器；所述马赫曾德驱动器芯片的射频输出端与所述马赫曾德调制器的差分射频信号输入端连接；
所述MPD监测器包括电源输出端和ADC输出端；
所述控制电路由加热器控制器、手动或自动功率控制器、MPD监测器和数字控制电路构成时，所述加热器控制器的输出端与所述马赫曾德调制器的加热器的控制输入端连接，所述MPD监测器的电流源输出端与所述马赫曾德调制器的MPD连接，所述MPD监测器的ADC输出端与所述数字控制电路的输入端连接，所述数字控制电路的输出端与所述手动或自动光功率控制器和所述加热器控制器的输入端连接，所述手动或自动光功率控制器的输出端连接有激光器。
2.根据权利要求1所述的一种集成硅光集成电路控制的高速马赫曾德驱动器芯片，其特征在于，所述马赫曾德驱动器芯片为25Gbps以上的高速马赫曾德驱动器芯片。
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