- 文献综述（或调研报告）：
光纤通信集成电路是集成电路的一个重要的研究方向，它主要由光发射机和光接收机两大部分组成。在光纤通信系统当中，激光驱动器在前级数据复接器（以及重定时器）和发射端光源之间，作用是放大经过重定时器校准的复接器输出信号并驱动光源发光，完成电光转换。作为光发射机的典型模块，激光驱动器的研究不仅具有工业应用价值，而且有助于个人深化对集成电路系统设计的理解。
光纤通信中，根据光信号的调制方式，可以分为：直接强度调制（IM：Intensity Modulation）、间接强度调制（Indirect modulation）和相干调制（Coherent Modulation）。其中直接强度调制中，驱动器驱动的负载是光源，而间接强度调制方式中驱动器则是通过光调制器来驱动光源，相干调制不同于一般数字相干通信，调制用的振荡器是激光器，相对应的频率在光频率范围内，大约在太赫兹量级[1]。 同时，为了保证光纤通信系统的信息传输质量，降低通信过程中的误码率，要求驱动器需要提供较大的消光比，所以驱动器必须可以为下一级即光源提供足够大的输入电流。
在工艺选择方面，集成电路的主要工艺包括CMOS工艺、双极型硅工艺及砷化镓 GaAs磷化铟InP的III-V族化合物工艺。III-V族化合物工艺常用于超高速集成电路的设计中，但是成本高的特点使其运用的范围受到限制。与 CMOS 器件相比，Bipolar双极型器件具有截止频率高、电流增益大、模型准确性好等优点，因此，在高性能电路领域一直占有十分重要地位。但功耗大，集成度较低，成本较高的缺点，使其在高密度集成应用领域的应用受到限制。CMOS 工艺价格优势明显，电路功耗小，集成度相对较高，是商业中应用最为广泛的工艺，但是在高速电路方面具有一定劣势。 近年来迅速崛起的 BiCMOS 技术可将双极型器件和 CMOS 器件同时制作在同一块晶圆上，综合了两者的优点。
随着技术的进步，光纤传输标准也不断在提高，同步数字体系 SDH（Synchronous Digital Hierarchy）也得到了愈发广泛的运用。SDH 起源于美国贝尔通信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。国际电报电话咨询委员会（CCITT）（现国际电信同盟ITU-T）于 1988 年接受了SONET 概念并重新命名为SDH。而随着云计算、大数据、物联网等诸多新型应用的驱动下，国内外100Gb/s技术已成熟商用并实现规模部署，超100Gb/s高速传输技术成为光通信领域新的研究热点之一。国际标准化组织ITU-T、IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会）和OIF（Optical Internetworking Forum，光互联论坛）的高速传输标准化研究逐步转向超100Gb/s。 ITU-T SG15聚焦下一代支持超100Gb/s的OTN结构演进、IEEE 802.3侧重新一代高速以太网速率、 OIF围绕超100Gb/s用模块及芯片接口等开展研究，2013年3月IEEE 802 全会上正式决定400G立项，400GE 的立项则标志着400Gb/s 速率标准化工作正式启动。参照IEEE 802.3标准常规的制定周期，预计 2016~2017 年左右400GE 制定完成。同时预计ITU-T SG15基于400GE客户侧信号优先驱动的超100Gb/s OTN 标准化工作也将于同期完成，OIF在2015年年初400Gb/s 白皮书完成以后启动了400Gb/s光模块和器件等标准化工作。另外，我国标准化组织CCSA在400Gb/s标准研究与制定工作方面基本与国外同步，现在正进行400Gb/s光模块、400Gb/s长距离传输等相关标准化研究工作。
目前，国外在驱动器芯片领域的研究已经相当深入，IBM公司和法国IntexyS公司都已宣布已研制出12times;10Gb/s 的VCSEL光发射和接收模块，Maxim、Analog Devices、Vitesse等公司都已经开发出商用的单路10Gb/s激光驱动器产品，Finisar公司已推出了12times;12.5Gb/s数据双向传输线缆，GigOptix公司推出了12times;10Gb/s和4times;25Gb/s的VCSEL驱动器商用芯片。国内对于高速激光驱动器的研究仍然处于追赶先进技术阶段，并且主要是学术方面的研究。在国内外的公开文献中，Jingjing Chen 等人基于InP 0.25mu;m DHBT （double-heterojunction bipolar transistor 双异质结双极型晶体管）工艺研制出56 Gbps VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）驱动器，使用到了预加重结构[2]；Tao Zhang 等人使用 130nm CMOS工艺设计的10Gps 激光驱动器使用了分布式放大器结构，并且使用了频率于家中结构来补偿输出端的容性负载和信道损失[3]。Victor Kozlov 和 Anthony Chan Carusone 在 65nm CMOS 工艺上设计的驱动器可以有选择的开关并联的 CMOS 低功耗驱动器，从而补偿激光器件的非线性[4]。G. Belfiore 等人设计的基于90nm 体硅 CMOS 工艺的 25Gbit/s 共阴极激光驱动器，在输出端使用了隔离阱从而避免激光器件的直流工作点带来的击穿[5]。Xin Zhang 等人设计的 4 路 10Gb/s 低功耗激光驱动器，使用了 C3A（电容耦合电流放大器）技术，减小了输出波形的下降时间[6]。Yazaki T 等人完成了基于65nm CMOS 工艺的 25Gbit/stimes;4 通道光发射机中驱动器设计，通过利用延迟电路调整占空比来产生非对称预加重信号[7]。Anthony Chan Carusone等人使用65nm工艺设计的15Gb/s 电容耦合激光驱动器，可编程并具有对应于 2pJ/bit 的能量效率[8]。Laacute;szloacute; Szilaacute;gyi 等人设计的基于 80nm CMOS 工艺的17Gbps 共阴极 VCSEL 驱动器，使用了新型的鲁棒性系统架构，有效面积仅为0.003mm2[9]。周元隆等人基于65nm CMOS 工艺设计的22Gb/s 激光驱动器电路，推导了补偿输出电流波形的延迟时间[10]。 Kwan Ting Ng 等人使用BiCMOS 工艺设计的25Gb/s VCSEL 驱动器电路，降低了电流源在输出节点处引入的寄生效应，功耗小于60mW[11]。Yukito Tsunoda 等人设计了基于130nm SiGe BiCMOS 工艺的 40Gb/s 激光驱动器，采用电压驱动[12]。Jianheng Li 等人用180nm CMOS 工艺设计的用于光载无线通信的激光驱动器，使用了模拟预失真技术[13]。Jochen Verbrugghe 等人运用0.13mu;m SiGe BiCMOS工艺设计出2times;28Gb/s 的调制驱动器[14]。龚建伟设计的基于0.18mu;m CMOS 工艺的 12times;10Gb/s 激光驱动器阵列[15]。
总的来说，国内对超高速激光驱动器芯片的研究还比较落后，研究成果主要为单通道驱动芯片设计和速率较低的并行驱动阵列芯片设计，到目前为止还没有比较成熟的商用VCSEL驱动器芯片问世。在多路并行的驱动器阵列设计方面，比较有代表性的时东南大学射光所龚建伟设计的基于0.18mu;m CMOS 工艺的 12times;10Gb/s 激光驱动器阵列[17]；在单路激光驱动器方面，东南大学的吴天祥设计的基于GF 0.13mu;m SiGe BiCMOS工艺的56 Gb/s NRZ码激光二极管驱动器[16]。在单路以及多通路激光驱动器方面，目前国内还未有超过上述芯片性能的文献报道。
参考文献
[1] 王志功, 冯军, 朱恩, 等. 光纤通信集成电路设计[M]. 高等敎育出版社, 2003.
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