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研究生:陳聖文
研究生(外文):Sheng-Wen Chen
論文名稱:具自動功率控制2.5 Gb/s與5 Gb/s互補式金氧半雷射二極體驅動電路之設計
論文名稱(外文):Design of 2.5Gbps and 5Gbsps CMOS Laser Diode Driver Circuit with Automatic Power Control
指導教授:周肇基周肇基引用關係
指導教授(外文):Jau-Ji Jou
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:電子工程系
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:101
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:自動功率控制雷射二極體驅動電路
外文關鍵詞:2.5Gb/s5Gb/sAutomatic Power ControlLaser Diode Driver
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摘要
本論文設計使用於光纖通訊系統的光發射端電路,第一顆晶片使用台積電 0.35μm製程設計具自動功率控制之高速雷射二極體電路;第二顆晶片是使用台積電 0.18μm製程設計高速雷射二極體驅動電路。
因為溫度或老化會影響雷射二極體輸出光功率,所以在雷射二極體驅動電路加入一個自動功率控制電路來補償偏置電流,以維持雷射二極體的發光功率。第一個雷射二極體驅動電路,操作速度可達到2.5Gb/s;偏置電流可在0-15mA範圍內調整;調變電流可在0.15-26mA範圍內調整;偏置電流有7mA的自動補償範圍。此電路適用於EPON、GPON或OC-48的光纖通訊系統中。
第二個高速雷射二極體驅動電路,操作速度可達到5Gb/s;偏置電流可在0-11mA範圍內調整;調變電流可在0-11mA範圍內調整。此電路可適用於VCSEL的驅動,可應用於短距高速的傳輸。
ABSTRACT
In the thesis, we design two optical transmitter circuits for optical communication systems. The first chip is the laser diode driver (LDD) with an automatic power control (APC) circuit in TSMC 0.35 μm CMOS process, and the second chip is the high speed LDD with adjustable current in TSMC 0.18 μm CMOS process.
Because the output power of a LD changes with temperature and age, the LDD with an APC can provide compensation current to maintain stable output power. The first LDD can be operated at 2.5 Gb/s data rate, its bias current can be adjusted from 0 to 15mA, its modulation current can be adjusted from 0.15 to 26 mA, and the range of automatic compensation bias current is within 7 mA. This LDD is suitable for EPON, GPON, or OC-48 optical communication systems.
The second LDD is designed for a VCSEL, it can be operated over 5 Gb/s data rate, its bias current can be adjusted from 0 to 11 mA, its modulation current can be adjusted from 0 to 11 mA. This high speed LDD can be applied in high-speed short-distance transmissions.
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.1.1光纖通訊優點 1
1.1.2光纖系統基本架構簡介 2
1.2光纖通訊系統簡介 4
1.2.1光纖通訊系統應用 4
1.2.2 被動式光纖網路(Passive Optical Optical, PON)架構簡介 5
1.2.3同步光纖網路 7
1.3研究動機 8
1.4文獻回顧 9
1.5內容大綱 12
第二章 光發射器簡介 13
2.1 光發射電路簡介 13
2.1.1雷射二極體特性 14
2.1.2雷射二極體非理想現象 19
2.1.3雷射二極體驅動電路 22
2.2 CMOS電路簡介 25
2.2.1 MOS差動放大器特性 25
2.2.2共模輸入電壓 26
2.2.3 差動增益 28
2.2.4 基本電流鏡 30
2.3數位訊號格式分析 32
2.3.1數位訊號介紹 32
2.3.2眼圖簡介 33
2.3.3電路設計流程 35
第三章 具自動偏壓功率控制之2.5Gb/s雷射二極體驅動電路 37
3.1 電路架構與分析 38
3.1.1 雷射二極體規格 38
3.1.2具自動偏壓功率控制之雷射二極體驅動電路架構簡介 39
3.1.3雷射二極體驅動電路分析 40
3.1.4具自動功率控制之偏置電流電路分析 41
3.2電路模擬結果 42
3.2.1電路前模擬與後模擬結果比較 42
3.3電路量測結果 49
3.4結果與討論 54
第四章 5Gb/s雷射二極體驅動電路 55
4.1電路架構與分析 55
4.1.1雷射二極體規格 55
4.1.2具前置放大器之雷射二極體驅動電路架構簡介 56
4.1.3前置放大器電路簡介 57
4.1.4主動式電感之差動放大器設計 58
4.1.5 f_TDoubler電路 61
4.1.6偏置電流源設計 62
4.2電路模擬結果 63
4.2.1電路前模擬與後模擬結果比較 63
4.3電路量測結果 69
4.4結果與討論 74
第五章 結論 75
5.1研究重點整理 75
5.2未來工作與展望 77
參考文獻 78
作者簡介 80
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