Cmos矽發光二極體驅動電路的製作方法
2024-03-06 02:43:15 1
專利名稱：Cmos矽發光二極體驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發光二極體驅動電路，特別涉及一種CMOS矽發光二極體驅動電路。
背景技術：
隨著標準集成電路工藝特徵尺寸的迅速減小，器件的密度和費用得到很大改善。然而，電學互連線上的能量損耗及電磁幹擾已經成為制約矽基微電子集成電路發展的瓶頸。光互連依據其在傳輸帶寬、抗幹擾能力及能量消耗上的明顯優勢，有望成為解決這一問題的有效途徑。矽材料是微電子集成電路工藝的主要材料，在超大規模集成電路方面發揮了極為重要的作用。利用矽作為基本材料，採用成熟的標準集成電路工藝製作光電子器件和光電子集成迴路，在成本上和工藝成熟度上具有無可比擬的優勢，必將成為製作光電子晶片和解決電互連問題的首選方案。
CMOS矽發光二極體是矽基光電子集成迴路的重要組成部分。該發光二極體工作在反向偏置電壓下，當偏置電壓超過二極體的閾值電壓，二極體擊穿，並發射光子。保證該發光二極體偏置電壓達到閾值電壓，並維持反向擊穿工作模式是CMOS矽發光二極體驅動電路設計的重點。該驅動電路主要功能是將輸入的差分小信號轉變為CMOS矽發光二極體所需要的驅動電壓，並提供足夠大的驅動電流。本發明的CMOS矽發光二極體驅動電路充分考慮了CMOS矽發光二極體的工作需要。該驅動電路能為CMOS矽發光二極體提供足夠的電壓和電流驅動，而且適合於與矽基光電子集成迴路中其它器件進行單片集成。
發明內容
本發明的目的在於實現一種CMOS矽發光二極體驅動電路，該電路能實現信號的差分輸入到單端輸出的轉換，並將輸入的小信號進行足夠的放大，能為CMOS矽發光二極體提供足夠的電壓和電流驅動。
本發明一種CMOS矽發光二極體驅動電路，其特徵在於，包括一輸入阻抗匹配電路；一差分信號放大電路，該差分信號放大電路接收輸入阻抗匹配電路的信號，該差分信號放大電路將輸入小信號進行放大；一源跟隨器電路，該源跟隨器電路接收差分信號放大電路的信號，該源跟隨器電路起到隔離信號和降低電平的作用；
一輸出電路，該輸出電路與源跟隨器電路連接，實現差分輸入變單端輸出，能為光發射二極體提供足夠的電壓和電流驅動。
其中輸出電路包括一個摺疊共源共柵模塊，該模塊採用由PMOS管組成的電流源做負載，實現了信號的差分輸入到單端輸出的轉換；一個反相器，該反相器採用電流降結構，具有較大的輸出電壓擺幅，起到了一定的緩衝作用；一個輸出PMOS管，該輸出PMOS管的源極接高電位，柵極接前面反相器的輸出端，漏極作為整個CMOS矽發光二極體驅動電路的輸出端。
其中輸入阻抗匹配電路提供50歐姆的輸入阻抗，便於不同模塊之間的阻抗匹配。
為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如後，其中圖1是CMOS矽發光二極體驅動電路的結構框圖。
圖2是輸入阻抗匹配電路10拓撲結構圖。
圖3是差分信號放大電路11與源跟隨器電路12拓撲結構圖。
圖4是輸出電路13拓撲結構圖。
具體實施例方式
請參閱圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發明一種CMOS矽發光二極體驅動電路，其特徵在於，包括一輸入阻抗匹配電路10；該輸入阻抗匹配10電路提供50歐姆的輸入阻抗，便於不同模塊之間的阻抗匹配；一差分信號放大電路11，該差分信號放大電路11接收輸入阻抗匹配電路的信號，該差分信號放大電路11將輸入小信號進行放大；一源跟隨器電路12，該源跟隨器電路12接收差分信號放大電路11的信號，該源跟隨器電路12起到隔離信號和降低電平的作用；一輸出電路13，該輸出電路13與源跟隨器電路12連接，實現差分輸入變單端輸出，能為光發射二極體提供足夠的電壓和電流驅動；該輸出電路13包括一個摺疊共源共柵模塊131，該模塊採用由PMOS管組成的電流源做負載，實現了信號的差分輸入到單端輸出的轉換；一個反相器132，該反相器132採用電流降結構，具有較大的輸出電壓擺幅，起到了一定的緩衝作用；一個輸出PMOS管133，該輸出PMOS管133的源極接高電位，柵極接前面反相器132的輸出端，漏極作為整個CMOS矽發光二極體驅動電路的輸出端。
實施例本發明是一種CMOS矽發光二極體驅動電路，具體結構參見圖1、圖2、圖3和圖4所示。該驅動電路主要包括輸入阻抗匹配電路10、差分信號放大電路11、源跟隨器電路12、輸出電路13等四個模塊。輸入阻抗匹配電路10提供50歐姆的輸入阻抗，便於不同模塊之間的阻抗匹配；差分信號放大電路11將輸入小信號進行放大；源跟隨器電路12起到隔離信號和降低電平的作用；輸出電路13部分由一個摺疊共源共柵模塊131、一個反相器132和一個輸出PMOS管133構成，實現差分輸入變單端輸出，能為CMOS矽發光二極體提供足夠的電壓和電流驅動。
本發明的CMOS矽發光二極體驅動電路採用標準CMOS工藝流片製作而成，基本原理為採用通信中標準的差分信號作為輸入信號，經輸入阻抗匹配電路10輸入到差分放大電路11進行信號放大；差分信號放大電路11的輸出信號經過源跟隨器電路12，使電平降低，並成為後一級電路模塊的輸入信號；摺疊共源共柵模塊131將輸入的差分信號進行進一步的放大，並實現差分輸入到單端輸出的轉變，其輸出信號控制反相器132的輸入端，反相器132的輸出信號控制輸出PMOS管133的柵極，該輸出PMOS管133的漏極作為整個電路的輸出端，如圖4所示。本發明的CMOS矽發光二極體驅動電路結構簡單，實用性強，能為CMOS矽發光二極體提供足夠的電壓和電流驅動。
CMOS矽發光二極體驅動電路的設計步驟如下所述設計輸入阻抗匹配電路10輸入阻抗匹配電路10如圖2所示，其主要作用為提供50歐姆的輸入阻抗，便於不同模塊之間的阻抗匹配。埠Inn與Inp為信號的輸入埠。PMOS管MP0與NMOS管MN0採用二極體連接方式進行連接，起到了分壓的作用。本發明的CMOS矽發光二極體驅動電路輸入信號為通信中標準的差分信號，其波形為矩形波，則假設其高電平為VIH，低電平為VIL。調解MP0管與MN0管的溝道寬度(W)與溝道長度(L)的比值，使節點A的電壓達到VIH與VIL的平均值，即VA＝(VIH+VIL)/2電阻R1與R2的阻值均為50歐姆。輸入信號由埠Inn和Inp輸入，經過輸入阻抗匹配電路10由埠In1和In2輸出，產生下一級電路的輸入信號。
設計差分信號放大電路11和源跟隨器12電路差分信號放大電路11和源跟隨器電路12的基本結構如圖3所示。其中，差分信號放大電路11採用PMOS管作為負載的差分對結構。施加適當的偏置電壓Vb使MN3管工作在飽和區，通過調解MN1管、MN2管、MP1管、MP2管的溝道寬度(W)與溝道長度(L)的比值，使輸入的小信號得到足夠的放大。NMOS管MN4與MN5、MN6與MN7分別構成了簡單的源跟隨器電路12，其作用為隔離信號和降低電平。
設計輸出電路13輸出電路13的結構如圖4所示，輸出電路13部分由一個摺疊共源共柵模塊131、一個反相器132和一個輸出PMOS管133構成，該輸出電路13的輸入端In3、In4分別與前一級源跟隨器電路12的輸出端Ou1、Out2相連接。摺疊共源共柵模塊131採用由PMOS管組成的電流源做負載，實現了信號的差分輸入到單端輸出的轉換。通過調解MN8管、MN9管、MP3管、MP4管的溝道寬度(W)與溝道長度(L)的比值，能將輸入信號進一步放大。反相器132電路結構如圖4所示，該反相器採用電流降(current-sink)結構，具有較大的輸出電壓擺幅，起到了一定的緩衝作用。反相器132的輸出信號通過控制輸出PMOS管133(MP6管)的柵極，從而控制輸出端(Out端)的電壓和電流。該輸出PMOS管133的源極接高電位(VDD)，柵極接前面反相器132的輸出端，漏極作為整個CMOS矽發光二極體驅動電路的輸出端。為了使該電路具有較大的驅動能力，MP6管應具有較大的溝道寬度(W)。
本發明的CMOS矽發光二極體驅動電路結構簡單，實用性強，能為CMOS矽發光二極體提供足夠的電壓和電流驅動。在整個電路中，偏置電壓(Vb)取值為1.2V。在電源電壓(Vdd)為5V時，電路的輸出電壓擺幅可以達到4V以上，電路的輸出電流可以達到30mA以上。而且，本發明的CMOS矽發光二極體驅動電路充分考慮了CMOS矽發光二極體的工作需要，適合於與矽基光電子集成迴路中其它器件進行單片集成，將在光通信系統中發揮一定的作用。
權利要求
1.一種CMOS矽發光二極體驅動電路，其特徵在於，包括一輸入阻抗匹配電路；一差分信號放大電路，該差分信號放大電路接收輸入阻抗匹配電路的信號，該差分信號放大電路將輸入小信號進行放大；一源跟隨器電路，該源跟隨器電路接收差分信號放大電路的信號，該源跟隨器電路起到隔離信號和降低電平的作用；一輸出電路，該輸出電路與源跟隨器電路連接，實現差分輸入變單端輸出，能為光發射二極體提供足夠的電壓和電流驅動。
2.根據權利要求1所述的CMOS矽發光二極體驅動電路，其特徵在於，其中輸出電路包括一個摺疊共源共柵模塊，該模塊採用由PMOS管組成的電流源做負載，實現了信號的差分輸入到單端輸出的轉換；一個反相器，該反相器採用電流降結構，具有較大的輸出電壓擺幅，起到了一定的緩衝作用；一個輸出PMOS管，該輸出PMOS管的源極接高電位，柵極接前面反相器的輸出端，漏極作為整個CMOS矽發光二極體驅動電路的輸出端。
3.根據權利要求1所述的CMOS矽發光二極體驅動電路，其特徵在於，其中輸入阻抗匹配電路提供50歐姆的輸入阻抗，便於不同模塊之間的阻抗匹配。
全文摘要
一種CMOS矽發光二極體驅動電路，其特徵在於，包括一輸入阻抗匹配電路；一差分信號放大電路，該差分信號放大電路接收輸入阻抗匹配電路的信號，該差分信號放大電路將輸入小信號進行放大；一源跟隨器電路，該源跟隨器電路接收差分信號放大電路的信號，該源跟隨器電路起到隔離信號和降低電平的作用；一輸出電路，該輸出電路與源跟隨器電路連接，實現差分輸入變單端輸出，能為光發射二極體提供足夠的電壓和電流驅動。
文檔編號H03K17/72GK101034887SQ20061001144
公開日2007年9月12日 申請日期2006年3月8日 優先權日2006年3月8日
發明者陳弘達, 劉海軍, 黃北舉 申請人:中國科學院半導體研究所