高速光调制器高频特性测试技术研究—驱动偏置电路设计

论文总字数：30764字

摘 要

本文以高频电路的S参数为设计指标，基于ADS仿真软件，自行设计了高速光调制器驱动电路带有偏置电路的传输模块。

对于中高速光调制器，需要对接口电路的驱动模块进行设计，而偏置电路是驱动模块必不可少的部分。

对于特定频率的高频信号，首先设计带阻滤波器作为电路的偏置支线给电路提供直流电位，然后对电路的主传输线进行设计，最后将偏置部分加入主传输线电路，最终设计出可以为电路中传输的高频信号提供直流电位的偏置三端口电路。

本文使用扇形短截线设计的带阻滤波器作为偏置三端口电路的偏置支路。在电路模型不变的条件下，电路中微带线元件的尺寸不同，电路可以承载不同中心频率的高频信号，以电路网络的S参数为测试指标，高频电路在工作时能达到较大的传输系数、较小的回波损耗以及较好的隔离功能。

关键词：偏置电路，微带线，扇形短截线，带阻滤波器

Abstract

Based on the S parameters of the high-speed circuit and ADS simulation software, the transmission module with bias circuit in the driving circuit of high-speed optical modulator is designed.

For medium and high speed optical modulators, the driver module of the interface circuit needs to be designed, and the bias circuit is an indispensable part of the driver module.

For the high frequency signal with a specific frequency, firstly, the band-stop filter is designed as the bias branch of the circuit to provide DC potential for the circuit. And then, the main transmission line of the circuit is designed. Finally, the bias part is added to the main transmission line circuit. In the end, the biased three-port circuit which can provide DC potential for the high frequency signal transmitted in the circuit is designed.

This paper uses the band-stop filter designed by the radial stub line as the offset branch of the biased three-port circuit. Under the condition that the circuit model is unchanged, the size of microstrip elements in the circuit is different, and the circuit can carry high frequency signals of different central frequencies. Taking S parameters of the circuit network as the test index, the high frequency circuit can achieve larger transmission coefficient, smaller echo loss and better isolation function when it works.

Key words: bias circuit, microstrip line, radial stub line, band-stop filter

目 录

摘要 …………………………………………...………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …...……………………………………………..………………………………………………...… Ⅱ

第一章 绪论 ………...…………………………………………....………………………………1

1.1 引言 ……………………………………………………………………………………1

1.2 研究背景与意义 ………………………………………………………………………1

第二章 原理 …………………………………………………....……………………………...….2

2.1微波电路基础 ………………………………………………………………..…..….…2

2.1.1微波电路概述 ………………………………………………………...………2

2.1.2高频电路的特性………………………………………………………………2

2.2微带线理论 …………………………………………………….………………………3

2.2.1微带线的结构.………………………………………………………...………3

2.2.2微带线的设计参数……………………………………………………………4

2.3S参数理论 ………………………………………………..……………………………5

2.3.1高频电路端口网络理论 ……………………………………………………...5

2.3.2散射参量S及其物理意义……………………………………………………5

2.3.3n端口网络的散射参量………………………………………………………..6

2.4偏置电路理论基础知识……………………………………………………………….7

2.4.1偏置电路概念………….……………………………………………………...7

2.4.2隔直流方法……………………………………………………………………8

2.5基于主传输线的偏置电路设计 ………………………………………….……………8

2.6 ADS-LineCalc工具 …………………………………..……………………..…………9

2.6.1ADS仿真软件简介.…………………………………………………………...9

2.6.2LineCalc工具简介与使用方式.…………….…………………………………9

第三章 电路设计 …………………………………………………....……………………..……13

3.1支线偏置电路设计 …………………………………………………………………...13

3.1.1带阻滤波器作偏置电路 …………………………………………………….13

3.1.2微带短截线滤波器…………………………………………………………..13

3.1.3带阻滤波器模型……………………………………………………………..14

3.2ADS仿真设计与参数分析…………………………………………………………...16

3.2.1微带线参数设置.…………………………………………………………….16

3.2.2工作频率为微带线物理尺寸的计算…………………………..17

3.2.3电路原理图搭建……………………………………………………………..18

3.2.4微带电路仿真分析…………………………………………………………..19

3.3支线偏置电路的优化设计 …………………………………………………………...21

3.3.1扇形短截线在ADS中的符号与模型……………………………………….21

3.3.2扇形短截线与短路短截线的比较…………………………………………..22

3.3.3扇形短截线参数设计原理…………………………………………………..23

3.3.4扇形短截线带阻滤波器电路设计…………………………………………..23

3.3.5扇形短截线带阻滤波器电路ADS仿真曲线分析….………………………24

3.4扇形短截线微带电路原理图优化…………………………………………………...25

3.4.1设置优化变量…………………………………………………….………….25

3.4.2添加优化控件和目标控件…………………………………………………..26

3.4.3优化仿真及其结果分析……………………………………………………..27

3.4.4输出扇形短截线微带电路版图……………………………………………..28

3.4.5仿真优化结果分析…………………………………………………………..29

3.5主传输线电路设计…………………………………………………………………...29

3.5.1分布式电容加入主线传输电路的意义……………………………………..29

3.5.2主传输线电路设计…………………………………………………………..29

3.5.3主传输线电路优化…………………………………………………………..31

3.6偏置三通器电路设计………………………………………………………………...34

3.6.1偏置三通器电路原理图设计……………… ……………………………….34

3.6.2 偏置三通器S参数仿真与结果分析………………………………………..34

3.6.3偏置三通器版图输出………………………………………………………..36

3.7提高电路工作的中心频率 …………….……………………………………………..37

3.7.1中心频率为20GHz的偏置三通器性能分析…………………….…………37

3.7.2 中心频率为30GHz的偏置三通器性能分析………………………….……40

第四章 总结与展望 …………………….………………………………………………………44

4.1 总结 ……………………………………………..……………………………………44

4.2 展望 …………………………………………………………………………………..44

参考文献 ………………………………………………………………………………………..45

致谢 ……………………………………………………………………………………………..46

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