用電感補償的高速光電模塊的製作方法
2023-10-10 01:21:09
專利名稱：用電感補償的高速光電模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高速光電模塊。
背景技術：
近來，隨著高質量通信業務的需求激增，對光通信系統的傳輸速度的研究也增多。早在20世紀90年代初，就已經開發了2.5Gbps的傳輸系統，並且在1998年，10Gbps的系統也進入商用階段。通過利用2.5Gbps傳輸速度的光模塊按照波分復用方法建立用於超高速寬帶通信網絡的40到100Gbps的系統是可能的，但是，它要求使用利用具有至少10Gbps傳輸速度的光學元件和電子模塊的光模塊以便在實現160至640Gbps的具有極快數據容量的光通信系統的情形中提高系統配置的性能，並且它要求利用20至40Gbps的光學元件和電子元件開發極快光學模塊以便在2005年後實現多個Tbps的光通信。
一般來說，光電模塊是按照光接收機模塊(或者光二極體模塊)和雷射二極體模塊來分類的。
光接收機模塊包括一光二極體(或者光檢測器)，用於將光信號轉換成電信號；一副固定件，用於在機械上支撐光二極體並將它和電子元件連接；一前置放大器，用於對由光二極體轉換的電子信號進行放大，和一限幅放大器。
雷射二極體模塊包括一雷射二極體(或者一LED(發光二極體))，用於將外部所施加的電子信號轉換成光信號；一所述雷射二極體的副固定件，一TEC(熱電冷卻器)；一光二極體，用於監控所述雷射二極體的輸出；和一光二極體的副固定件。
在如上所述的光模塊中，對各種電路元件所產生的寄生電容將導致信號失真和頻率帶寬的降低。
圖1顯示了傳統的相對於快速光電模塊頻率的互阻抗增益圖。
圖1顯示了在輸入光信號到傳統的10Gbps光接收機模塊之後利用光波分析器所測量的光電轉換信號的頻率響應特性，其中，TIA表示在裸片狀態下的TIA(互阻抗放大器)的互阻抗增益，MODULE表示安裝的模塊的互阻抗增益，並且，TIAnPKG顯示了安裝了TIA的陶瓷襯底的互阻抗增益。
在模塊的互阻抗增益中，由於與裸晶片狀態下的TIA相比所述封裝的寄生成分的存在，增益和帶寬分別降低大約2dB和6GHz，並且在模塊和襯底中安裝的TIA的互阻抗增益是非常近似的。
已經提供了用於預防增益和帶寬降低的補償方法，並且這些方法主要在IC(集成電路)中實現，但是在IC中的實現會導致調整集成在其中的光電元件的反射特性變化的問題。
而且，由於RF(射頻)系統採用同時使用電容和電感的反饋電路來構成補償電路，所述補償電路變得複雜起來。
發明內容
本發明的目的是通過簡單電路配置來擴展高速光電模塊的頻率帶寬。
為了實現此目的，在光接收機模塊和放大器之間連接了一電感。
本發明的另一個方面，高速光電模塊包括一光接收機模塊，用於將光信號轉換成電信號；一在光接收機模塊和放大器之間連接的補償電感；以及一連接到放大器的DC截止電容，用於從放大器輸出的電信號中去掉DC成分。
所述光接收機模塊是光二極體。
所述補償電感的電感量在1.2nH和3.2nH之間。
在說明書中引入並為其一組成部分的附圖解釋了本發明的實施例，並且和實施例的說明一起用來解釋本發明的原理圖1顯示了傳統的相對於快速光電模塊的頻率的互阻抗增益圖；圖2顯示了根據本發明的優選實施例的高速光電模塊的方框圖；
圖3顯示了根據本發明的優選實施例的高速光電模塊的等效電路；圖4顯示了根據本發明的優選實施例的高速光電模塊的相對於Zex的頻率響應特性圖；以及圖5顯示了根據本發明的優選實施例的高速光電模塊的相對於頻率的互阻抗增益圖。
具體實施例方式
在如下的詳細描述中，通過簡單地說明由發明者所構思的完成本發明的最優模式，已經顯示和描述了本發明的優選實施例。正如將會認識到的那樣，在所有不脫離本發明的情況下，在各種顯而易見的方面能夠對本發明進行修改。因此，所述附圖和說明被看作是按其特性的描述，但不是對本法發明的限制。
圖2顯示了根據本發明的優選實施例的高速光電模塊的方框圖。
與光接收機模塊相關的高速光電模塊包括一光二極體(PD)1，用於接收光信號並將它們轉換成電信號；一補償性的電感2，用於消除由寄生電容引起的電容分量；一TIA(互阻抗放大器)3，用於放大由所述PD1轉換和輸出的電信號；以及一DC(直流)截止電容4，用於去除在由TIA3輸出的電信號中的噪聲，即去除DC分量。
將5伏偏置電壓施加到PD1和TIA3，並且DC截止電容4有470pF的容值。補償電感2有實質上是2.2nH的電感量。在1.2nH和3.2nH之間的電感量完全能夠實現本發明所期望的頻率帶寬擴展。
在上述配置的高速光電模塊中，PD1將通過光纖輸入的光信號轉換成電信號並將它們發送到TIA3，該TIA3對該電信號放大並通過DC截止電容4將它們輸出，由此消除了DC分量噪聲，並把已消除噪聲的信號發送到另一個電路。
在此例子中，補償電感2消除在光電模塊中產生的寄生電容，這一點將參照圖3的等效電路進行詳細描述。
圖3顯示了根據本發明優選實施例的高速光電模塊的等效電路。
如圖所示，IAC代表由PD1光電轉換的信號電流，IDC表示DC分量噪聲的暗電流(dark current)，R1顯示了PD1的串聯接觸電阻，Lcomp表示補償電感2，而C2顯示了TIA3的輸入阻抗以及陶瓷襯底的寄生電容分量。
圖3是一LC諧振電路。在LC諧振電路中，當存儲在電感L中的磁能與存儲在電容C中的電能匹配時，該電路就產生諧振，並且由電感和電容所引起的信號損耗將消失。產生諧振的電信號的頻率ω是 因此，所得到的關於特定信號頻率ω的補償電感的電感量L是 即，在模塊中的補償電感2和寄生電容分量構成了一個諧振電路由此補償頻率特性的頻移。
圖4顯示了在根據本發明優選實施例的TIA中安裝補償電感時的頻率響應特性曲線圖。
參照圖4，Zex是按等效電路中的輸入電流和輸出電壓的比例計算的互阻抗增益，Lx是表示補償電感Lcomp的電感量的一個變量，通過從0至3nH改變電感來測量。0nH電感表示沒有施加補償電感。
正如通過圖4所知，施加補償電感的例子(Lx＝1、Lx＝2、Lx＝3)說明與沒有施加補償電感的例子(Lx＝0)相比，所述頻率響應特性得到改善，並且，尤其是，Lx＝2nH的例子說明頻率響應特性的改善最顯著。
圖5顯示了根據本發明的優選實施例的高速光電模塊的頻率的互阻抗增益曲線圖。
參照圖5，說明了施加補償電感的例子(Lx＝2.2nH和Lx＝3.3nH)相比於沒有施加補償電感的例子(Lcomp＝0.0nH)，其頻率帶寬得到顯著擴展，並且，尤其是，在Lcomp＝2.2nH的例子中，頻率帶寬得到最顯著的擴展(實際上擴展到4GHz)。
如上所述，光電模塊的頻率帶寬能夠簡單地通過插入電感來補償寄生電容分量而得到擴展，而不需要重新設計作為光電模塊組成項的TIA和光二極體。
儘管已經結合了目前所考慮的最實用和最優的實施例描述了此發明，但是應該懂得所述發明並不限於所披露的實施例，而且相反，本發明試圖涵蓋包括在所附權利要求的實質和範圍內的各種修改和等價裝置。
權利要求
1.一種高速光電模塊，包括一光接收機模塊，用於將光信號轉換成電信號；一放大器，用於放大由光接收機模塊所輸出的電信號；一補償電感，連接在所述光接收機模塊和所述放大器之間。
2.如權利要求1所述的模塊，還包括一連接到放大器的DC截止電容，用於從所述放大器輸出的信號中去除DC分量。
3.如權利要求1所述的模塊，其中，所述光接收機模塊是一光二極體。
4.如權利要求1所述的模塊，其中，所述放大器是一TIA(互阻抗放大器)。
5.如權利要求1所述的模塊，其中，所述補償電感的電感量在1.2nH和3.2nH之間。
全文摘要
披露了一種高速光電模塊，其包括一光二極體，用於將光信號轉換成電信號，一互阻抗放大器(TIA)，用於放大由光二極體輸出的電信號，一補償電感，連接在光二極體和所述TIA之間，以及一DC截止電容，連接到所述TIA上。根據本發明，在不重新設計作為光電模塊的組成項的所述TIA和所述光二極體的情況下，能夠簡單地擴展光電模塊的頻率帶寬。
文檔編號H03F3/04GK1507179SQ03123088
公開日2004年6月23日 申請日期2003年4月30日 優先權日2002年12月11日
發明者金星一, 洪善義, 林鐘元, 李熙泰, 南銀洙 申請人:韓國電子通信研究院