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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖弘毅
研究生(外文):Hong Yi Liao
論文名稱:包含自動功率控制電路及自動偏壓電流控制之雷射二極體驅動電路
論文名稱(外文):2.5Gbps Laser Diode Driver with Auto Power Control/Auto Biasing circuit
指導教授:張慶元張慶元引用關係
指導教授(外文):Prof. Tsin-Yuan Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:34
中文關鍵詞:自動功率控制雷射二極體光纖通訊
外文關鍵詞:auto power controllaser diodeoptical communication
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光纖通訊系統因為能提供高速, 寬頻帶以及低損耗的傳輸環境, 因此近年來在高
速資料傳輸應用上扮演著相當重要的角色. 為了實現光纖通訊系統必須有一個雷射二極體驅動電路來提供給予雷射二極體所需的電流, 將原本是電氣訊號的資料轉換為可在光纖之中傳輸的光學訊號. 而且由於傳輸環境本身沒有阻抗上的問題, 因此整個傳輸系統的性能主要取決於雷射二極體驅動電路上. 為了提供足夠穩定的通訊品質, 一個穩定性佳的驅動電路是必須的. 本論文的目的即為設計一個可以提供高穩定性電流的雷射二極體驅動電路, 由於雷射二極體會有導通延遲(turn-on delay)的問題, 我們必須提供一個偏壓電流, 使雷射二極體在操作時都處於導通狀態以消除導通延遲效應. 此外, 在連續使用雷射二極體時會造成溫度改變而造成決定導通延遲的臨限電流也會改變, 如果偏壓電流不改變, 延遲效應仍然有機會發生. 因此自動功率控制電路是有必要加入到設計之中. 而以往設計中自動功率控制是採用一個負回授回路來得到穩定的輸出, 針對負回授的不理想我們提出自動偏壓電路來使得電路回授值會比較接近我們所需的理想值. 使用這個架構我們可以得到比較接近理想的偏壓電流, 所以減少了5%因為偏壓電流造成的額外功率損耗以及增加了8.9% 的輸出光功率比(extinction ratio).
在這篇論文裡, 我們使用了TSMC 0.35um 1P4M積體電路製程來實現我們的電路,並且由模擬結果證實可以達到2.5Gbps的高速運用並且可以用於驅動各種規格的VCSEL ( vertical cavity surface emitting laser)二極體.

Providing high speed, wide bandwidth, and low loss communication environment, optical fiber communication plays an important role of high-speed data transmission in recent years. To implement optical communication system, the laser diode driver is required to convert electrical signal to optical signal, and the quality of the system depends on the performance of the driver.
In our thesis, a 2.5Gbps laser diode driver with Auto Power Control/Auto-Biasing circuit is proposed and designed by a 0.35 um 1P4M process. The Auto-Biasing circuit proposed can provide more accurate bias current to reduce 5% extra power consumption and to improve 8.9% extinction ratio.

1.Introduction 2.Parameter Definitions
2.1 Eye Diagram Parameters
2.2 Mask Testing
2.3 Extinction Ratio
2.4 Jitter Definitions
3.Proposed Design
3.1 VCSEL characteristics
3.2 Driver Design Issues
3.3 Proposed Design
4.Simulation Results
5.Conclusions

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[3] J. Tatum and J. Guenter, “Modulating VCSELs: Application Sheet”, Honeywell Inc., MICRO SWITCH Sensing and Control, Feb. 1998.
[4] MAXIM High-Frequency / Fiber Communications Group, “Interfacing Maxim Laser Drivers with Laser Diodes”, MAXIM Inc., August, 2000.
[5] I-C. Yao, C-C Kuo, W-Z Chen, and S-J Jou, “1.25Gbps Laser Diode Driver”, Proc. of VLSI/CAD conference, B1-11, Hsin-chu, Aug. 2001.
[6] G-C Chen, C-H Lu, and W-Z Chen,”2.5Gbps CMOS Optical Transceiver Analog Front-End”, Proc. of VLSI/CAD conference, Hsin-chu, Aug. 2001.
[7] MAXIM,”+3.3V, 2.5Gbps SDH/SONET Laser Driver with Current Monitors and APC”, MAXIM Inc., August, 2000.
[8] MAXIM,”+5V, Fully Integrated 1.25Gbps Laser Diode Driver”, MAXIM Inc., August, 1997.

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