VCSEL工作時需要提供恒定的驅(qū)動電流，由于VCSEL的閾值電流很低，驅(qū)動電流為毫安量級，而且VCSEL陣列可以 通過控制材料生長技術(shù)和制備工藝條件獲得比較均勻的閾值電流和開啟電壓。VCSEL驅(qū)動電路設(shè)計(jì)可以相對簡單。 驅(qū)動電路由三個模塊組成：偏置模塊、調(diào)制模塊和輸入電路（輸入保護(hù)電路和輸入耦合電路）。圖1是VCSEL的單 路CMOS驅(qū)動電路原理圖。

圖1 單路VCSEL的驅(qū)動電路原理圖

　　圖2是多路并行VCSEL的CMOS驅(qū)動電路原理圖。

　　偏置模塊可以簡單地利用工作在飽和區(qū)的一個MOS管實(shí)現(xiàn)。這時這個MOS管相當(dāng)于一個恒流源對VCSEL提供一個恒 定偏置電流，使VCSEL工作在亞閾值附近，VCSEL能很快地響應(yīng)調(diào)制電流，使之工作速度更快。如果要求偏置電流 可調(diào)，可以通過一個外接的分壓電阻來實(shí)現(xiàn)這個功能。偏置模塊的電路圖如圖3所示。

圖2 多路并行VCSEL的驅(qū)動電路原理圖

　　簡單的調(diào)制模塊可以由一個工作在飽和區(qū)的MOS管組成。由于管子的寬長比較大，所以具有很大的跨導(dǎo)值。此 時可以通過較小的柵壓變化來控制電流的變化，實(shí)現(xiàn)調(diào)制功能。

　　調(diào)制模塊的電路圖如圖4所示。

                                               
    圖3 電路偏置模塊電路圖　　                                                      圖4 驅(qū)動電路調(diào)制模塊電路圖

　　輸入保護(hù)部分由兩個二極管和一個輸入電阻組成。由于輸入的電壓可能會出現(xiàn)電壓的尖峰從而導(dǎo)致電路的失效， 或者性能的降低。高電壓的出現(xiàn)而導(dǎo)致電路失效的方式主要有兩種：其一為柵氧化層被強(qiáng)場擊穿，為了避免出現(xiàn) 這種情況的出現(xiàn)，采用了將兩個二極管串聯(lián)起來的保護(hù)方式如圖5所示。通過二極管的箝位作用將輸入電壓固定在 VSS-VF到VDD＋VF之間，這樣就避免了柵氧化層被擊穿。第二種損壞方式為相連的pn結(jié)或多晶硅連線被燒毀。為了 確保不被燒毀，輸入部分串聯(lián)一個足夠?qū)捄妥銐蜷L的多晶硅電阻，限制了電壓箝位后的電流，由于流過二極管D（ 和D，的電流均被電阻限流，所以pn結(jié)二極管不會被燒毀。

　　在高頻電路中，為了減少信號的損失，必須在接口電路中采用阻抗匹配，使每個電路的輸入與輸出阻抗都是50Ω 。保護(hù)二極管的等效電路如圖6所示。

　　在高頻時保護(hù)二極管就相當(dāng)于一條導(dǎo)線，即在交流狀態(tài)下為虛地，這樣就短路了兩個分壓電阻，直接通過50Ω的 電阻實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，使電路的輸入阻抗為50Ω。輸入部分的電路既實(shí)現(xiàn)了阻抗的匹配和輸入過沖電壓的保護(hù)， 又實(shí)現(xiàn)了設(shè)置直流工作點(diǎn)的目的。

                                     
圖5 保護(hù)電路　                                                                            　圖6 保護(hù)二極管的等效電路圖

　　由上述幾個功能模塊組成的單信道驅(qū)動電路如圖7所示。多信道的驅(qū)動電路只需要在此基礎(chǔ)上簡單地疊加。

圖7 驅(qū)動電路圖

　　在驅(qū)動VCSEL時，信號線需要與驅(qū)動電路進(jìn)行阻抗匹配。如果源端阻抗太小，VCSEL工作電壓隨內(nèi)阻的變化就會越 大。因?yàn)楫?dāng)激光器的工作頻率變化和輸入信號開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，其內(nèi)阻也會隨之變化，影響工作電流的穩(wěn)定性。 所以一股都采用電流驅(qū)動，從而有著較高的輸入阻抗，也正因?yàn)檫@樣激光器和驅(qū)動電路之間的阻抗匹配很難實(shí)現(xiàn) 。

　　連接驅(qū)動電路和激光器之間的金屬導(dǎo)線會產(chǎn)生諧振，諧振的頻率大小由導(dǎo)線的長度所決定，如果和系統(tǒng)的工作頻 率接近，將會降低光的響應(yīng)速度并增加了電磁輻射。因此，縮短該導(dǎo)線的長度，使其傳播延遲遠(yuǎn)小于驅(qū)動信號的 上升和下降沿時間，就可以將諧振頻率排除在工作頻率之外。也可以考慮增加阻尼電阻來控制諧振頻率，但是一 個負(fù)面的作用就是增加了功耗。

　　倒裝焊工藝的出現(xiàn)為人們提供了新的選擇方案，通過將激光器封裝為倒裝焊結(jié)構(gòu)，電極做在出射光孔的背面，再通過倒裝焊工藝直接將激光器的電極焊接在驅(qū)動電路表面的電極上，大大縮短了電極間的金屬連接長度。

　　光發(fā)射模塊與電信號的接口需要參考電互連的標(biāo)準(zhǔn)，電互連的信號標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢是多信道、高速度以及低功耗。差分信號的采用相對于過去的單端連接，在相同信噪比的情況下，功耗只有一半。現(xiàn)在國際上通常采用低電壓差分信號（LVDS），信道串?dāng)_和輻射的情況都大大降低。

　　歡迎轉(zhuǎn)載，信息來源維庫電子市場網(wǎng)（www.hbjingang.com）