專利名稱：具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒案咚俟馔ㄐ牌骷闹谱鞣椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)木哂械统杀尽⑿〕叽?、低功耗、靈活擴(kuò)展和高可靠性的集成化光芯片及具有該光芯片的高速光通信器件，屬于光通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心 等的大力建設(shè)，全球市場(chǎng)對(duì)帶寬和寬帶網(wǎng)絡(luò)具有迫切和直接的需求。目前光通信網(wǎng)絡(luò)正向著集成化、低功耗、智能化和大容量的方向發(fā)展，而高速光芯片及其相應(yīng)光器件具有功能上和尺寸上的高度集成，以及低成本、低功耗和大帶寬等的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)資源等的要求。在高速寬帶光通信系統(tǒng)和光網(wǎng)絡(luò)中，，信號(hào)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中受到高頻衰減或其他高頻信號(hào)失真，作為其應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件，光芯片/光器件需要滿足保持或改善信號(hào)品質(zhì)、集成化/小尺寸、低功耗、低成本等的市場(chǎng)要求。然而，為了實(shí)現(xiàn)光芯片的速度/帶寬的提高，要求極大降低芯片的容抗，包括減小寄生電容等，但這直接導(dǎo)致了光芯片的尺寸減小，進(jìn)而其對(duì)相應(yīng)的工藝設(shè)備要求變高，同時(shí)由于光芯片的尺寸變小，散熱和串?dāng)_也成為了技術(shù)難題，
當(dāng)前業(yè)界所采用的解決方案是利用昂貴的工藝設(shè)備去制作高速光芯片/光器件，由于其高昂的生產(chǎn)成本，直接限制了其生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致產(chǎn)品量率不高。基于這些迫切需求和巨大的市場(chǎng)需求，以及目前業(yè)界遇到的技術(shù)困難，如何找到一種低成本解決方案已成為目前光芯片/光器件制造供應(yīng)商的當(dāng)務(wù)之急。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的解決上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒耙环N具有該集成化光芯片的高速光通信器件。本發(fā)明的目的，將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)
具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒ㄒ灰r底，所述襯底上集成設(shè)置有光芯片及具有高頻預(yù)補(bǔ)償功能的高頻預(yù)補(bǔ)償器，所述高頻預(yù)補(bǔ)償器的輸出端與光芯片輸入端連接。優(yōu)選地，所述集成化光芯片還包括有一光芯片驅(qū)動(dòng)器，所述光芯片驅(qū)動(dòng)器的輸出端與高頻預(yù)補(bǔ)償器的輸入端連接，所述光芯片驅(qū)動(dòng)器與光芯片及高頻預(yù)補(bǔ)償器選擇性的集成設(shè)置在同一襯底上。優(yōu)選地，所述高頻預(yù)補(bǔ)償功能通過(guò)有源高頻預(yù)補(bǔ)償器或無(wú)源高頻預(yù)補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，所述有源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括時(shí)域延遲器及與時(shí)域延遲器通過(guò)電信號(hào)連接的運(yùn)算器，所述無(wú)源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括采用實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償功能等效電路的感抗-阻抗電路或具有實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償功能等效電路的容抗-阻抗電路。優(yōu)選地，所述有源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括第一時(shí)域延遲器及第二時(shí)域延遲器，所述運(yùn)算器包括加法器和減法器，原始信號(hào)的第一輸出端與所述第一時(shí)域延遲器的輸入端連接，所述原始信號(hào)的第二輸出端與減法器的第一輸入端連接，所述第一時(shí)域延遲器的第一輸出端與減法器的第二輸入端連接，所述第一時(shí)域延遲器的第二輸出端與第二時(shí)域延遲器的輸入端連接，所述第二時(shí)域延遲器的輸出端與加法器的第一輸入端連接，所述減法器的輸出端與加法器的第二輸入端連接。優(yōu)選地，所述無(wú)源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括串聯(lián)并接地連接的電感與電阻形成的感抗-阻抗電路，所述感抗-阻抗電路與一交流耦合電容并聯(lián)連接。優(yōu)選地，所述光芯片為一個(gè)或一個(gè)以上或陣列形式。優(yōu)選地，所述光芯片包括但不限于半導(dǎo)體激光器、調(diào)制器、光放大器或探測(cè)器。一種高速光通信器件，由以上光芯片單個(gè)或陣列組成。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在提出了一種低功耗集成化的高頻預(yù)補(bǔ)償方法，將其應(yīng)用到高速光芯片/光器件設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，可降低對(duì)光芯片高速特性的要求，通過(guò)增加高頻預(yù)補(bǔ)償器達(dá)到實(shí)現(xiàn)光芯片高速工作的目的，具有尺寸緊湊、成本低、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，也直接降低了生產(chǎn)成本?！?br>
圖I是本發(fā)明具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒拍羁驁D。圖2是圖I的相應(yīng)一部分時(shí)域仿真結(jié)果示意圖。圖3是本發(fā)明采用有源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟?。圖4是本發(fā)明采用有源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)臅r(shí)序框圖。圖5是本發(fā)明采用無(wú)源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)牡刃щ娐饭ぷ髟?。圖6為本發(fā)明采用無(wú)源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)刃щ娐返姆抡娼Y(jié)果。圖7為本發(fā)明采用無(wú)源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?br>
具體實(shí)施例方式本發(fā)明揭示了一種具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?，包括光芯片、高頻預(yù)補(bǔ)償器、光芯片驅(qū)動(dòng)器，采用該集成化光芯片可以制的高速光通信器件。圖I中以激光器應(yīng)用為例，具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?00，單片集成或混合集成在同一襯底106上，襯底106可以是硅基片、磷化銦基片、陶瓷基片或其它基于不同應(yīng)用需要的基片。激光器105可以是分布式布拉格反射半導(dǎo)體激光器(DFB-LD)、電吸收調(diào)制激光器(EML)或其它激光器，這些激光器的帶寬可以是足夠高的，也可以是相對(duì)受限制的。其信號(hào)傳輸過(guò)程是，當(dāng)電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)入激光器驅(qū)動(dòng)102并被激光器驅(qū)動(dòng)102放大后，輸入高頻預(yù)補(bǔ)償器107進(jìn)行整形和對(duì)電信號(hào)數(shù)據(jù)高頻分量進(jìn)行補(bǔ)償，最后加載到激光器105上,形成調(diào)制后的光數(shù)據(jù)信號(hào)輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同市場(chǎng)需求，激光器驅(qū)動(dòng)部分103和帶高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募す馄鞑糠?04可以是合并的，或者是只將帶高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募す馄鞑糠?04做進(jìn)光器件中。結(jié)合圖2理解，受到激光器105帶寬的限制，如果不采用高頻預(yù)補(bǔ)償方法，當(dāng)進(jìn)入激光器105的數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到高頻衰減或其它高頻信號(hào)失真，激光器105輸出的光調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)會(huì)達(dá)不到高電平就掉下來(lái)，相應(yīng)仿真出來(lái)的眼圖明顯看出來(lái)帶寬不夠(高頻分量衰減過(guò)大)；當(dāng)加入高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募す馄鞑糠?04，增強(qiáng)輸入激光器105數(shù)據(jù)信號(hào)的高頻部分，仿真結(jié)果顯示激光器105輸出光調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的眼圖質(zhì)量很好。
圖3解釋了采用有源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償器107的工作原理。原始數(shù)據(jù)輸入時(shí)，一部分進(jìn)入到第一時(shí)域延遲器200，另外一部分進(jìn)入到減法器203 ;從第一時(shí)域延遲器200輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)有一部分進(jìn)入到第二時(shí)域延遲器201，另外一部分進(jìn)入到減法器203進(jìn)行計(jì)算，減法器203輸出的信號(hào)進(jìn)入到加法器204，與第二時(shí)域延遲器201的輸出信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算，最后加法器204的輸出作為高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)男盘?hào)輸出。圖4為針對(duì)圖3采用有源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償器107的時(shí)序框圖。原始數(shù)據(jù)輸入后，第一時(shí)域延遲器200的輸出信號(hào)為輸入原始數(shù)據(jù)的具有一定延遲的反相信號(hào)，第二時(shí)域延遲器201的輸出信號(hào)為輸入原始數(shù)據(jù)的具有一定延遲的同相信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算后的加法器204高頻預(yù)補(bǔ)償輸出信號(hào)在時(shí)域上具有在上升沿、下降沿過(guò)沖的特性，頻域上對(duì)應(yīng)為高頻增強(qiáng)的特性。當(dāng)然，以上只是列舉出了有源高頻預(yù)補(bǔ)償器的一種有源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償，本發(fā)明不僅僅局限于此方法，還可以有例如采用低品質(zhì)因子Q值的有源感抗器件、采用自適·應(yīng)預(yù)加重和均衡等形式。圖5解釋了采用無(wú)源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償器107的等效電路工作原理。無(wú)源方法實(shí)現(xiàn)高頻預(yù)補(bǔ)償器107可以等效為感抗-阻抗(L-R)電路，在該等效電路仿真中，采用了一個(gè)電感301和一個(gè)電阻304從高速線上下拉到地，其作用就是旁路低頻分量進(jìn)行衰減，而高頻分量通過(guò)一個(gè)交流耦合電容302進(jìn)入負(fù)載。實(shí)際應(yīng)用中負(fù)載和接入端輸入/輸出阻抗通常為單端50歐姆或差分100歐姆，因此仿真過(guò)程中我們采用了 50歐姆的接入端匹配電阻300和負(fù)載端匹配電阻303作為接入端和負(fù)載端的匹配電阻。當(dāng)然，圖5中僅僅是舉例了一種方法，本發(fā)明不包括但不限于以上方法，還可以采用等效容抗-阻抗電路，或其他形式。圖6為基于圖5等效電路的仿真結(jié)果。通過(guò)采用本發(fā)明的高頻預(yù)補(bǔ)償技術(shù)，通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化感抗和阻抗，高頻分量明顯增強(qiáng)，低頻分量仍可保持平坦。另外，基于不同應(yīng)用背景，通過(guò)改變感抗，可實(shí)現(xiàn)不同程度的高頻增強(qiáng)；通過(guò)改變感抗和阻抗，也可根據(jù)需要針對(duì)不同高頻分量進(jìn)行增強(qiáng)和預(yù)補(bǔ)償。由于該實(shí)現(xiàn)方法是無(wú)源的，具有小尺寸、低功耗、低成本、集成化程度高等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明專利以半導(dǎo)體EML激光器為例，提供了一個(gè)高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)方案，該高頻預(yù)補(bǔ)償采用了無(wú)源方法，可實(shí)現(xiàn)小尺寸、低功耗、集成化程度高，類似的方案也可應(yīng)用于半導(dǎo)體調(diào)制器、半導(dǎo)體探測(cè)器、半導(dǎo)體光放大器等。為了使本發(fā)明專利的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明專利再進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖7中的整個(gè)集成光芯片400，包括一個(gè)激光器驅(qū)動(dòng)401、一個(gè)高頻預(yù)補(bǔ)償器402、一個(gè)激光器404，全部集成在同一個(gè)硅襯底上。激光器驅(qū)動(dòng)401是EML激光器驅(qū)動(dòng)IC芯片，通過(guò)焊錫固結(jié)在硅襯底上；高頻預(yù)補(bǔ)償器402采用了基于陶瓷基片的補(bǔ)償電路，通過(guò)膠固結(jié)在硅襯底上；激光器404及其外圍支持電路通過(guò)焊錫固結(jié)在陶瓷基片上，最后用膠固結(jié)在硅襯底上。其中，激光器驅(qū)動(dòng)部分405、高頻預(yù)補(bǔ)償部分406和激光器部分407，根據(jù)具體實(shí)際應(yīng)用需要，可以在集成時(shí)選擇將其全部或者只有高頻預(yù)補(bǔ)償部分406和激光器部分407，做進(jìn)光器件中，通過(guò)打金線將它們互聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的互通。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的互通不僅局限于打金線連接，還可以采用其他連接方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)互通。
本發(fā)明尚有多種實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方 案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?，其特征在于包括一襯底，所述襯底上集成設(shè)置有光芯片及具有高頻預(yù)補(bǔ)償功能的高頻預(yù)補(bǔ)償器，所述高頻預(yù)補(bǔ)償器的輸出端與光芯片輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?，其特征在于所述集成化光芯片還包括有一光芯片驅(qū)動(dòng)器，所述光芯片驅(qū)動(dòng)器的輸出端與高頻預(yù)補(bǔ)償器的輸入端連接，所述光芯片驅(qū)動(dòng)器與光芯片及高頻預(yù)補(bǔ)償器選擇性的集成設(shè)置在同一襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?，其特征在于所述高頻預(yù)補(bǔ)償功能通過(guò)有源高頻預(yù)補(bǔ)償器或無(wú)源高頻預(yù)補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?，其特征在于所述有源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括時(shí)域延遲器及與時(shí)域延遲器通過(guò)電信號(hào)連接的運(yùn)算器，所述無(wú)源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括采用具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)刃щ娐返母锌?阻抗電路或具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)刃щ娐返娜菘?阻抗電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?，其特征在于所述有源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括第一時(shí)域延遲器及第二時(shí)域延遲器，所述運(yùn)算器包括加法器和減法器，原始信號(hào)的第一輸出端與所述第一時(shí)域延遲器的輸入端連接，所述原始信號(hào)的第二輸出端與減法器的第一輸入端連接，所述第一時(shí)域延遲器的第一輸出端與減法器的第二輸入端連接，所述第一時(shí)域延遲器的第二輸出端與第二時(shí)域延遲器的輸入端連接，所述第二時(shí)域延遲器的輸出端與加法器的第一輸入端連接，所述減法器的輸出端與加法器的第二輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒?，其特征在于所述無(wú)源高頻預(yù)補(bǔ)償器包括串聯(lián)并接地連接的電感與電阻形成的感抗-阻抗電路，所述感抗-阻抗電路與一交流耦合電容并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒涮卣髟谟谒龉庑酒ǖ幌抻诎雽?dǎo)體激光器、調(diào)制器、光放大器或探測(cè)器。
8.一種高速光通信器件，其特征在于由權(quán)利要求I至7所述的任意一種光芯片單個(gè)或陣列組成。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種具有高頻預(yù)補(bǔ)償?shù)募苫庑酒瑢⒂性雌骷?例如激光器、光放大器、探測(cè)器和調(diào)制器等)、集成電路(IC)單片或混合集成到同一個(gè)襯底上(例如硅基片、磷化銦基片或陶瓷基片)。基于不同的應(yīng)用背景，該可集成化的高頻預(yù)補(bǔ)償辦法可以通過(guò)有源方法實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)無(wú)源方法實(shí)現(xiàn)，從而可達(dá)到類似大規(guī)模集成電路的優(yōu)點(diǎn)低成本、小尺寸、低功耗、靈活擴(kuò)展和高可靠性等。
文檔編號(hào)H04B10/00GK102820918SQ201210285929
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者胡朝陽(yáng), 鄭曉鋒, 劉俊 申請(qǐng)人:蘇州海光芯創(chuàng)光電科技有限公司