近年來大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等應(yīng)用市場(chǎng)快速發(fā)展,10G PON將逐漸成為市場(chǎng)主流,并將在未來幾年提升至25G甚至50G。激光器驅(qū)動(dòng)電路位于發(fā)射機(jī)的末端,驅(qū)動(dòng)激光器實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換,其信號(hào)處理的速度與質(zhì)量是光通信系統(tǒng)中通信質(zhì)量的重要保證。本文對(duì)25G NRZ或50G PAM-4雙模式VCSEL激光器驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。論文的主要工作概括如下:①對(duì)Tower Jazz 0.18μm SiGe BiCMOS工藝庫中BJT特性進(jìn)行仿真分析,以指導(dǎo)高速通道電路的設(shè)計(jì)。②建立了一個(gè)考慮VCSEL器件非線性的動(dòng)態(tài)模型,該模型包含電學(xué)和光學(xué)兩個(gè)部分,光學(xué)部分可以模擬激光器的發(fā)光功率。整個(gè)VCSEL動(dòng)態(tài)模型采用Verilog A代碼編寫實(shí)現(xiàn),仿真帶寬先是隨著偏置電流的增大而增大,在11.279mA的偏置電流下VCSEL動(dòng)態(tài)模型的帶寬達(dá)到最大值19.317GHz,然后隨著偏置電流的繼續(xù)增大而減小,該VCSEL動(dòng)態(tài)模型可以直接在Cadence的仿真軟件里進(jìn)行仿真,用來輔助驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程。③采用Tower Jazz 0.18μm SiGe BiCMOS工藝設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電... 

【文章來源】：華僑大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光纖通信系統(tǒng)框圖

第2章動(dòng)態(tài)VCSEL建模及Jazz工藝與數(shù)據(jù)通信分析9從式子（2.6）可以知道，增加VCSEL電流可以提高其諧振頻率，但是同時(shí)這也將導(dǎo)致式子（2.7）阻尼系數(shù)相應(yīng)的增加。這表明VCSEL的調(diào)制帶寬并不能通過增加偏置電流而實(shí)現(xiàn)無期限地增加，因?yàn)樗罱K會(huì)受到阻尼因子的限制。諧振頻率和阻尼因子對(duì)偏置電流的依賴使得VCSEL在進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制時(shí)的有效頻率響應(yīng)是非線性的。由于數(shù)據(jù)在邏輯“0”和邏輯“1”跳變時(shí)IVCSEL變化很大，小信號(hào)假設(shè)被打破，VCSEL的帶寬并不是固定，而是隨著傳輸數(shù)據(jù)序列的變化而變化。因此VCSEL不再是一個(gè)線性時(shí)不變（LTI）系統(tǒng)。除了VCSEL固有的速度限制外，另一個(gè)帶寬限制來自于VCSEL的電寄生。與VCSEL二極管相關(guān)的電容，結(jié)合分布布拉格反射器（DBR）的串聯(lián)電阻，形成一階的低通RC濾波器。在高頻時(shí)，部分VCSEL電流通過寄生電容分流到有源區(qū)域之外，從而阻礙了有效的VCSEL帶寬，這種電學(xué)寄生限制是線性的[37]。2.1.2VCSEL動(dòng)態(tài)模型建模為了輔助電路的設(shè)計(jì)過程，VCSEL響應(yīng)的非線性建模是必不可少的。以前的方法都使用小信號(hào)假設(shè)，即用特定偏置電流下的調(diào)制響應(yīng)同時(shí)用于邏輯“0”和邏輯“1”[37]。然而，此線性化處理會(huì)導(dǎo)致對(duì)大消光比的不準(zhǔn)確。另一方面，基于精確速率方程的VCSEL建模雖然準(zhǔn)確，但是很難在電路仿真器中進(jìn)行模擬仿真，因?yàn)榛谒俾史匠痰腣CSEL模型在瞬態(tài)仿真中存在求解收斂性的問題[36]�；谑阶樱�2.4）~（2.7）的動(dòng)態(tài)模型考慮了偏置電流變化的影響，因此本文采用了該建模方式。為了對(duì)包含VCSEL非線性進(jìn)行建模，將本征光動(dòng)力學(xué)和本征電寄生分離開來。2.1.2.1光學(xué)部分模型圖2.1VCSEL光學(xué)部分的模型

華僑大學(xué)碩士學(xué)位論文10VCSEL光動(dòng)力學(xué)式子（2.4）的二階特性允許我們將其建模為串聯(lián)的RLC電路。然而，與參考文獻(xiàn)[37]所差異的是，我們建模時(shí)考慮了式子（2.6）和（2.7）里固有的非線性，因而此文所建的VCSEL模型是動(dòng)態(tài)的。圖2.1是VCSEL光學(xué)部分的模型，由電壓源η（I-Ith）和串聯(lián)的RLC組成。其中Ith是VCSEL的閾值電流，η表示斜率效率。電容器CVL的電壓作為輸出光功率Pout�？梢酝茖�(dǎo)從電壓源到輸出端的傳遞函數(shù)為2()1()()1(2)(2)outthVLVLVLVLPfIIfLCfjfRC(2.8)式子（2.4）有兩個(gè)獨(dú)立的變量，然而式子（2.8）有三個(gè)，因此我們將電容器CVL的大小設(shè)成一個(gè)定值100fF，然后根據(jù)式子（2.4）~（2.7）計(jì)算出電阻器RVL和電感器LVL的值分別為20()VLVLrVLRLKfL(2.9)22221144()VLVLrVLthLCfCDII(2.10)和預(yù)期的一樣，RVL和CVL的值依賴于流過VCSEL的偏置電流，考慮了VCSEL固有的非線性。2.1.2.2電學(xué)部分模型圖2.2VCSEL電學(xué)部分的模型采用參考文獻(xiàn)[37]的傳統(tǒng)方法考慮了電寄生的影響。圖2.2為VCSEL電學(xué)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于PAM4技術(shù)的50 Gbit/s 40km QSFP28傳輸模塊[J]. 肖蠡虎,佘麗,徐紅春,林韜,張武平,陳土泉,宋小平,張玓.  光通信研究. 2019(02)
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博士論文
[1]基于多階信號(hào)調(diào)制技術(shù)的高速SerDes物理層電路設(shè)計(jì)優(yōu)化[D]. 鄔可俊.浙江大學(xué) 2015

碩士論文
[1]16Gb/s VCSEL驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 楊傳世.東南大學(xué) 2015
[2]高速SerDes信號(hào)和均衡技術(shù)研究[D]. 史航.浙江大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3621136