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一款具有快速上升时间的可均衡激光发射机

王悦 杨涛 祁楠 石泾波 陈铖颖

王悦, 杨涛, 祁楠, 石泾波, 陈铖颖. 一款具有快速上升时间的可均衡激光发射机[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(4): 128-134. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1107
引用本文: 王悦, 杨涛, 祁楠, 石泾波, 陈铖颖. 一款具有快速上升时间的可均衡激光发射机[J]. 微电子学与计算机, 2022, 39(4): 128-134. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1107
WANG Yue, YANG Tao, QI Nan, SHI Jingbo, CHEN Chengying. A transmitter with fast rise time and equalization[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(4): 128-134. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1107
Citation: WANG Yue, YANG Tao, QI Nan, SHI Jingbo, CHEN Chengying. A transmitter with fast rise time and equalization[J]. Microelectronics & Computer, 2022, 39(4): 128-134. doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1107

一款具有快速上升时间的可均衡激光发射机

doi: 10.19304/J.ISSN1000-7180.2021.1107
基金项目: 

国家重点研发计划 44-01

国家自然科学基金 61704143

厦门市青年创新基金 3502Z20206074

详细信息
    作者简介:

    王悦    女,(1996-),硕士研究生.研究方向为高速模拟集成电路设计

    通讯作者:

    石泾波(通讯作者)    男,(1982-),博士,副研究员.研究方向为面向光互连/光通信的高速集成电路设计、低功耗高集成度的光学传感芯片的设计.E-mail: jingboshi@pku.edu.cn

    陈铖颖(通讯作者)    男,(1982-),博士,副教授.研究方向为混合信号集成电路设计. E-mail: chenchengying@xmut.edu.cn

  • 中图分类号: TN432

A transmitter with fast rise time and equalization

  • 摘要:

    面向直接飞行时间测量的3D图像传感器应用,设计了一种具有快速上升/下降时间,输出电流脉冲可配置的阵列型VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)激光发射机.输出级采用直流耦合驱动电路结构,无需额外的偏置电压和分立元件;4 bit可编程均衡脉冲电路实现了不同高度或宽度的均衡电流,改善了激光驱动器输出电流的上升时间,提高了脉冲信号的完整性和飞行时间的计算精度;同时采用4 bit电流型数模转换器控制不同的输出电流,以实现不同的输出光功率;脉冲产生电路由多个延时单元、选择器和触发器构成,输出不同宽度的脉冲信号,实现了不同大小的平均电流.该电路基于CMOS 65nm工艺实现,电源电压为3.3V,后仿结果表明此发射机可以输出100~500 mA电流,在10 MHz脉冲频率时,脉冲信号实现1.09~17.38 ns可调,其上升时间为270 ps,下降时间为90 ps.均衡电路脉冲信号实现220ps~3.48ns可调,输出级最大输出电流的平均功率为0.15 W.

     

  • 图 1  激光器阵列发射机整体结构框图

    Figure 1.  Laser array transmitter Block diagram

    图 2  电感两端电压变化曲线

    Figure 2.  The voltage across the inductor variation curve

    图 3  脉冲产生电路图

    Figure 3.  Pulse generation circuit diagram

    图 4  触发器原理图

    Figure 4.  Trigger schematic

    图 5  电流型数模转换器原理图

    Figure 5.  IDAC schematic

    图 6  IDAC输出电流变化曲线

    Figure 6.  IDAC output current change curve

    图 7  时间误差原理图

    Figure 7.  Time error schematics

    图 8  均衡脉冲电路原理图

    Figure 8.  Equalizing pulse circuit schematic

    图 9  发射机版图

    Figure 9.  The layout of the transmitter

    图 10  VB未接电容输出电流与输出节点电压曲线

    Figure 10.  VB unconnected capacitor output current and output node voltage curve

    图 11  VB接电容输出电流与输出节点电压曲线

    Figure 11.  VB connected capacitor output current and output node voltage curve

    图 12  均衡电流曲线

    Figure 12.  Equalizing current curve

    图 13  不同工艺角下脉宽变化图

    Figure 13.  Different process angle pulse width graph

    图 14  脉宽变化图

    Figure 14.  Pulse width change graph

    图 15  均衡脉变化图

    Figure 15.  Equalizing pulse change graph

    表  1  发射机性能对比表

    Table  1.   Transmitter performance comparison table

    参考文献 [9] [10] [11] [12] 本文
    工艺(μm) 0.35 0.16 0.18 0.18 0.065
    耦合方式 AC AC DC / DC
    电源电压(V) 50 / 3.3 5 3.3
    输出电流(A) 2 20 / 5 0.5
    电流上升时间(ns) / 0.58 1.5 0.9 0.2
    脉冲宽度(ns) 0.1 0.85 5 5 1-15
    脉冲频率(MHz) 0.5 0.4 100 2.5 10
    均衡电流(mA) / / / / 0.1
    平均功率(W) / / 0.92 / 0.15
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-19
  • 修回日期:  2021-10-19
  • 网络出版日期:  2022-05-12

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