專利名稱：具有高頻預(yù)補償?shù)募苫庑酒案咚俟馔ㄐ牌骷闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種具有高頻預(yù)補償?shù)木哂械统杀?、小尺寸、低功耗、靈活擴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)：
隨著云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等的大力建設(shè)，全球市場對帶寬和寬帶網(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，能夠滿足不斷增長的數(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，，信號數(shù)據(jù)在傳輸過程中受到高頻衰減或其·他高頻信號失真，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品質(zhì)、集成化/小尺寸、低功耗、低成本等的市場要求。然而，為了實現(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，進而其對相應(yīng)的工藝設(shè)備要求變高，同時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。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的解決上述技術(shù)問題，提出一種具有高頻預(yù)補償?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。本實用新型的目的，將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)具有高頻預(yù)補償?shù)募苫庑酒?，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)補償功能的高頻預(yù)補償器，所述高頻預(yù)補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)動器，所述光芯片驅(qū)動器的輸出端與高頻預(yù)補償器的輸入端連接，所述光芯片驅(qū)動器與光芯片及高頻預(yù)補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)補償功能通過有源高頻預(yù)補償器或無源高頻預(yù)補償器實現(xiàn)。優(yōu)選地，所述有源高頻預(yù)補償器包括時域延遲器及與時域延遲器通過電信號連接的運算器，所述無源高頻預(yù)補償器包括采用實現(xiàn)高頻預(yù)補償功能等效電路的感抗-阻抗電路或具有實現(xiàn)高頻預(yù)補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)補償器包括第一時域延遲器及第二時域延遲器，所述運算器包括加法器和減法器，原始信號的第一輸出端與所述第一時域延遲器的輸入端連接，所述原始信號的第二輸出端與減法器的第一輸入端連接，所述第一時域延遲器的第一輸出端與減法器的第二輸入端連接，所述第一時域延遲器的第二輸出端與第二時域延遲器的輸入端連接，所述第二時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，所述無源高頻預(yù)補償器包括串聯(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，所述光芯片為一個或一個以上或陣列形式。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、光放大器或探測器。 一種高速光通信器件，由以上光芯片單個或陣列組成。本實用新型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)補償方法，將其應(yīng)用到高速光芯片/光器件設(shè)計生產(chǎn)中，可降低對光芯片高速特性的要求，通過增加高頻預(yù)補償器達到實現(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，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，也直接降低了生產(chǎn)成本。

圖I是本實用新型具有高頻預(yù)補償?shù)募苫庑酒拍羁驁D。圖2是圖I的相應(yīng)一部分時域仿真結(jié)果示意圖。圖3是本實用新型采用有源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償?shù)墓ぷ髟?。圖4是本實用新型采用有源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償?shù)臅r序框圖。圖5是本實用新型采用無源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償?shù)牡刃щ娐饭ぷ髟?。圖6為本實用新型采用無源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償?shù)刃щ娐返姆抡娼Y(jié)果。圖7為本實用新型采用無源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償?shù)募苫庑酒?br> 具體實施方式
本實用新型揭示了一種具有高頻預(yù)補償?shù)募苫庑酒?，包括光芯片、高頻預(yù)補償器、光芯片驅(qū)動器，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，也可以是相對受限制的。其信號傳輸過程是，當(dāng)電信號數(shù)據(jù)進入激光器驅(qū)動102并被激光器驅(qū)動102放大后，輸入高頻預(yù)補償器107進行整形和對電信號數(shù)據(jù)高頻分量進行補償，最后加載到激光器105上,形成調(diào)制后的光數(shù)據(jù)信號輸出。在實際應(yīng)用中，針對不同市場需求，激光器驅(qū)動部分103和帶高頻預(yù)補償?shù)募す馄鞑糠?04可以是合并的，或者是只將帶高頻預(yù)補償?shù)募す馄鞑糠?04做進光器件中。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)補償方法，當(dāng)進入激光器105的數(shù)據(jù)信號在傳輸過程中受到高頻衰減或其它高頻信號失真，激光器105輸出的光調(diào)制數(shù)據(jù)信號會達不到高電平就掉下來，相應(yīng)仿真出來的眼圖明顯看出來帶寬不夠(高頻分量衰減過大)；當(dāng)加入高頻預(yù)補償?shù)募す馄鞑糠?04，增強輸入激光器105數(shù)據(jù)信號的高頻部分，仿真結(jié)果顯示激光器105輸出光調(diào)制數(shù)據(jù)信號的眼圖質(zhì)量很好。[0030]圖3解釋了采用有源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償器107的工作原理。原始數(shù)據(jù)輸入時，一部分進入到第一時域延遲器200，另外一部分進入到減法器203 ;從第一時域延遲器200輸出的數(shù)據(jù)信號有一部分進入到第二時域延遲器201，另外一部分進入到減法器203進行計算，減法器203輸出的信號進入到加法器204，與第二時域延遲器201的輸出信號進行加法運算，最后加法器204的輸出作為高頻預(yù)補償?shù)男盘栞敵?。圖4為針對圖3采用有源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償器107的時序框圖。原始數(shù)據(jù)輸入后，第一時域延遲器200的輸出信號為輸入原始數(shù)據(jù)的具有一定延遲的反相信號，第二時域延遲器201的輸出信號為輸入原始數(shù)據(jù)的具有一定延遲的同相信號，經(jīng)過運算后的加法器204高頻預(yù)補償輸出信號在時域上具有在上升沿、下降沿過沖的特性，頻域上對應(yīng)為高頻增強的特性。當(dāng)然，以上只是列舉出了有源高頻預(yù)補償器的一種有源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償，本實用新型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?！0033]圖5解釋了采用無源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償器107的等效電路工作原理。無源方法實現(xiàn)高頻預(yù)補償器107可以等效為感抗-阻抗(L-R)電路，在該等效電路仿真中，采用了一個電感301和一個電阻304從高速線上下拉到地，其作用就是旁路低頻分量進行衰減，而高頻分量通過一個交流耦合電容302進入負(fù)載。實際應(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，本實用新型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。通過采用本實用新型的高頻預(yù)補償技術(shù)，通過調(diào)整和優(yōu)化感抗和阻抗，高頻分量明顯增強，低頻分量仍可保持平坦。另外，基于不同應(yīng)用背景，通過改變感抗，可實現(xiàn)不同程度的高頻增強；通過改變感抗和阻抗，也可根據(jù)需要針對不同高頻分量進行增強和預(yù)補償。由于該實現(xiàn)方法是無源的，具有小尺寸、低功耗、低成本、集成化程度高等優(yōu)點。本實用新型專利以半導(dǎo)體EML激光器為例，提供了一個高頻預(yù)補償?shù)膶崿F(xiàn)方案，該高頻預(yù)補償采用了無源方法，可實現(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)體探測器、半導(dǎo)體光放大器等。為了使本實用新型專利的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型專利再進行進一步詳細說明。圖7中的整個集成光芯片400，包括一個激光器驅(qū)動401、一個高頻預(yù)補償器402、一個激光器404，全部集成在同一個硅襯底上。激光器驅(qū)動401是EML激光器驅(qū)動IC芯片，通過焊錫固結(jié)在硅襯底上；高頻預(yù)補償器402采用了基于陶瓷基片的補償電路，通過膠固結(jié)在硅襯底上；激光器404及其外圍支持電路通過焊錫固結(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)動部分405、高頻預(yù)補償部分406和激光器部分407，根據(jù)具體實際應(yīng)用需要，可以在集成時選擇將其全部或者只有高頻預(yù)補償部分406和激光器部分407，做進光器件中，通過打金線將它們互聯(lián)起來，實現(xiàn)信號的互通。當(dāng)然，實現(xiàn)信號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現(xiàn)信號互通。本實用新型尚有多種實施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.具有高頻預(yù)補償?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)補償功能的高頻預(yù)補償器，所述高頻預(yù)補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)補償?shù)募苫庑酒涮卣髟谟谒黾苫庑酒€包括有一光芯片驅(qū)動器，所述光芯片驅(qū)動器的輸出端與高頻預(yù)補償器的輸入端連接，所述光芯片驅(qū)動器與光芯片及高頻預(yù)補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)補償?shù)募苫庑酒涮卣髟谟谒龈哳l預(yù)補償功能通過有源高頻預(yù)補償器或無源高頻預(yù)補償器實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有高頻預(yù)補償?shù)募苫庑酒?，其特征在于所述有源高頻預(yù)補償器包括時域延遲器及與時域延遲器通過電信號連接的運算器，所述無源高頻預(yù)補償器包括采用具有高頻預(yù)補償?shù)刃щ娐返母锌?阻抗電路或具有高頻預(yù)補償?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)補償?shù)募苫庑酒涮卣髟谟谒鲇性锤哳l預(yù)補償器包括第一時域延遲器及第二時域延遲器，所述運算器包括加法器和減法器，原始信號的第一輸出端與所述第一時域延遲器的輸入端連接，所述原始信號的第二輸出端與減法器的第一輸入端連接，所述第一時域延遲器的第一輸出端與減法器的第二輸入端連接，所述第一時域延遲器的第二輸出端與第二時域延遲器的輸入端連接，所述第二時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)補償?shù)募苫庑酒涮卣髟谟谒鰺o源高頻預(yù)補償器包括串聯(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)補償?shù)募苫庑酒?，其特征在于所述光芯片包括但不限于半?dǎo)體激光器、調(diào)制器、光放大器或探測器。
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或陣列組成。
專利摘要本實用新型揭示了一種具有高頻預(yù)補償?shù)募苫庑酒?，將有源器?例如激光器、光放大器、探測器和調(diào)制器等)、集成電路(IC)單片或混合集成到同一個襯底上(例如硅基片、磷化銦基片或陶瓷基片)?；诓煌膽?yīng)用背景，該可集成化的高頻預(yù)補償辦法可以通過有源方法實現(xiàn)，也可以通過無源方法實現(xiàn)，從而可達到類似大規(guī)模集成電路的優(yōu)點低成本、小尺寸、低功耗、靈活擴展和高可靠性等。
文檔編號H04B10/00GK202798720SQ20122039839
公開日2013年3月13日 申請日期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, 鄭曉鋒, 劉俊 申請人:蘇州海光芯創(chuàng)光電科技有限公司