随着云计算、物联网及智能传感等新技术的飞速发展,数据流量呈现爆炸式增长,这对数据传输速率提出了更高的要求。受串扰、电磁干扰和高频损耗的限制,传统电互连难以工作在10Gb/s以上,无法支撑海量数据的交换和传输。因此,高速、低损耗的光纤通信成为解决这一问题的最佳选择之一。随着IEEE发布100G/200G/400G以太网光通信标准,单通道的传输速率需求达到50Gb/s及以上,这对传统的非归零码（NRZ）提出了极大的挑战。四级脉冲幅度调制（PAM4）可在相同带宽内实现传输速率的倍增,故成为下一代光收发机的最佳替代方案之一。目前,国内外已提出多种PAM4光发射机架构,成功突破了单路50Gb/s的传输速率。尽管取得很大的研究进展,但仍有许多技术问题尚未解决,尤其在高速性能较好的电流模逻辑（CML）架构中,PAM4信号的电平匹配率（RLM）和输出摆幅仍需进一步优化。针对当前PAM4光发射机设计中存在的问题,本文分析了影响其性能参数的关键因素,优化了系统架构和电路结构,设计出一款应用于超高速光通信的驱动电路芯片,具体研究工作如下:1、分析了各种PAM4调制方案的优缺点,提出一种以CML实现两路NRZ输入信号叠加,采用马赫-曾德尔调制器（MZM）外调制实现电光转换的发射机架构,基于两者优异的高速性能,开展50Gb/s及以上PAM4光发射机的研究。2、针对PAM4信号的特性要求,对所提出光发射机架构中的各电路模块进行了优化设计。其中,重点分析了CML技术中RLM较低的原因,通过设计带低压共源共栅电流镜的CML加法器,避免了电流镜像失配和输出阻抗随加法逻辑变化带来的影响,显著提升了电路的RLM。同时,针对传统输出级带宽不足和摆幅小的问题,设计了有源电感负载的ft倍频器结构,在获得高带宽的同时,突破了传统输出级设计中输出摆幅与阻抗匹配间的矛盾,增大PAM4信号的输出摆幅。3、基于IHP 0.13μm SiGe BiCMOS工艺,完成整体电路的优化设计、版图绘制和后仿真。结果表明,在电源电压3.3V,输入信号为两路100m V的25Gb/s NRZ信号条件下,本文所设计的发射机驱动电路可实现50Gb/s的PAM4信号传输,且眼图清晰,摆幅达1.5Vpp,RLM为98.6%。因电路设计避免了无源电感,整体芯片面积仅0.5494mm~2。