專利名稱：用于跨阻放大器的dc偏移消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于消除或減少來自光電二極管的DC (直流)偏移電流的電路， 更具體地，涉及采用現(xiàn)有功率監(jiān)控電路減小在DC消除反饋環(huán)之前且與DC消除反饋環(huán) 無關(guān)的光電二極管DC偏移電流的大小，以減少偏移消除電路的負荷。
背景技術(shù)：
跨阻放大器中的電平恢復電路消除DC分量，即在光接收子模塊(ROSA)中的光 電二極管上出現(xiàn)在光纖上的沒有攜帶信息的光信號的平均值，同時保持足夠低的低頻-3 dB,以滿足電信和數(shù)據(jù)通信應用的需要。參考圖1, 一般以1標示的常規(guī)TIA電路將光電二極管2輸出的電流IpD轉(zhuǎn)換為輸 出電壓VouT。在輸入端3進入TIA電路的光電二極管電流IPD包括DC分量和AC分量。 攜帶信息的AC分量應當被保持和傳送給放大鏈4至終端接收設備(未顯示)，而DC 分量應當被減少以及如果可能的話應當被被消除，因為在沒有其他電路的情況下設計的 許多前端單元輸入電路沒有承受多于10 [iA的能力。 一般以5標示的反饋電路通過負反 饋手段來消除DC分量，例如由反饋放大器6/低通濾波器(即電容器7 )和旁路晶體管 8組合來實施。還有消除信號DC分量的其他方法，以及本發(fā)明將使用許多反饋DC消 除方法工作。反饋放大器6/低通濾波器7獲取增益且消除電壓反饋信號VFB中的AC分 量，僅僅剩下DC分量VFBDC。電容器7被用于設置TIA電路需要的低頻截止。低頻截 止點阻止將所需的輸出信號分量從輸入信號中減去。旁路晶體管8采用電壓反饋信號 VFB中的DC分量VFBDC,以及在集電極9中產(chǎn)生DC電流IFBDC,通過負反饋作用，DC 電流IFBDC大致上等于從光電二極管2中引入的DC電流IPDDC。因此，DC電流Ipddc被 從引入信號IPD中消除，并且通過旁路晶體管8的發(fā)射極11至接地端GRND。不幸地，光電二極管DC電流IpD可能從大約lOuA變化至大約1000 uA，這使在低 值和高值之間產(chǎn)生40dB差。為了維持良好性能，在這整個范圍上必須足夠精確地減去 DC分量。為此，考慮到寬范圍的輸入電流，必須使反饋電路5的增益足夠的大。 一般 地，如果可將Ipd中的DC分量保持在已知的恒定數(shù)值，則反饋電路5僅僅需要考慮片 上電路部件所產(chǎn)生的偏移。輸入電流Ipo增加的40dB范圍需要在反饋電路5中額外的 40dB增益。 一般地，對于單極系統(tǒng)，使反饋環(huán)增加20dB增益需要乘以因子10的濾波
電容7，以保持同樣的低頻響應。因此，Iro的40dB范圍需要100多倍的電容量，使得 集成在片上有100多倍的難度和支出。于2002年6月11日授予Kobayashi等人的美國專利No.6404281;于2003年1月 7日授予Kobayashi等人的6,504,429和于2004年8月3日授予Denoyer等人的6,771,132 披露了對TIA反饋電路的一些改進，這些改進包括使低頻截止頻率的上限最??；然而， 這些參考文件沒有使用光電二極管功率監(jiān)控電路來消除DC偏移電流。本發(fā)明的目的是通過提供一種電路來克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，該電路消除了來自偏移 消除反饋環(huán)外側(cè)的光電二極管的DC偏移電流，使TIA偏移消除電路能夠承受急劇變窄 的輸入電流范圍，從而對相同范圍的外部光電二極管輸入電流要求相當小的增益。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種光探測器放大電路，其被電連接至光探測器和功率監(jiān)控器。 功率監(jiān)控器產(chǎn)生指示通過光探測提取的電流的監(jiān)控電流?？缱璺糯笃麟娐繁挥糜趯碜?光探測器的、具有AC和DC分量的可變輸入電流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓。光探測器放大 器電路包括電流監(jiān)控電路，其用于復制形成復制電流(replica current)的監(jiān)控電流，以及用于 從產(chǎn)生DC誤差電流的、可變輸入電流信號中的DC分量中減去復制電流；和跨阻放大器電路，其用于將可變輸入電流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓。


參考表示本發(fā)明中優(yōu)選實施例的附圖將更詳細地描述本發(fā)明，附圖中
圖1示出帶有反饋電路的常規(guī)TIA放大器電路；和
圖2示出依據(jù)本發(fā)明的光探測器放大器電路。
具體實施例方式
本發(fā)明解決了前面提及的問題，通過在進入跨阻放大器(TIA)之前，使用來 自例如接收信號強度指示(RSSI)的光電二極管監(jiān)控電路的輸出電流消除來自光電二極 管的DC偏移電流。如圖2中所示，TIA電路11經(jīng)由輸入端13接收來自例如光電二極
管12的光電探測器的光電二極管電流IpD，以及將光電二極管電流IpD轉(zhuǎn)換至由放大鏈 14進一步放大的電壓，從而產(chǎn)生差動輸出電壓VouT=Outp-Outn。 如前所述，常規(guī)DC偏移消除電路通過被集成在集成電路芯片上的反饋網(wǎng)絡15 實現(xiàn)，該反饋網(wǎng)絡15包括反饋放大器16/低通電容濾波器17及旁路晶體管18組合；然 而其他可行的DC偏移消除裝置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。 光電流監(jiān)控功能使DC信號與平均接收光功率成正比例，如數(shù)字診斷標準所要 求的，例如SFP, XFP (功率監(jiān)控電路說明和使用提示源于10吉比特/秒(Gbps)以太網(wǎng) XFP (小型可插入式波型系數(shù))MSA (多重資源協(xié)議)，在此通過參考將其合并入本 申請中)。光電流監(jiān)控功能還允許制造過程中的有源光準直。集成接收信號強度指示 (RSSI)電路20形式的常規(guī)功率監(jiān)控電路被電連接至光電二極管12，并且產(chǎn)生DC輸 出電流lR訓，這精確地復制通過光電二極管12提取的DC電流。優(yōu)選地，RSSI功能駐 留在ROSA內(nèi)部TIA芯片上，從而不需要額外的外部部件，結(jié)果組件成本大大減少。 對于常規(guī)使用，DC輸出電流lRss!通過另外的電路(未顯示)被轉(zhuǎn)換為用于監(jiān)控光電二 極管的數(shù)字讀數(shù)，以確保光電二極管工作在設計規(guī)格內(nèi)。本發(fā)明包括電流鏡電路25 ，該電流鏡電路25在輸入連接Iin處還接收DC輸出
電流lR訓，以及復制輸出電流IRSS以形成鏡像復制品，即復制的DC電流I—w。電流鏡
可以采用任何合適形式，包括如本領(lǐng)域中眾所周知的NFET電流鏡、NPN電流鏡或共源
共柵電流鏡。復制DC電流",iea被用于抵消全信號加載的AC+DC光電二極管電流IPD 中的DC分量。復制DC電流Irepta越接近光電二極管電流IPD中的DC分量，將被傳送
給跨阻放大器11的DC誤差電流Ierror就越少。如上所述，IPD中的DC分量的范圍大約 是lOOO^A/lO nA = 100,這相應于近似40dB。采用大增益放大器16和用于設定低頻截
止的相應大電容17, DC偏移取消電路可以補償這個增益。通過減去I—^電流，偏移取
消反饋環(huán)的新的輸入電流范圍可以被減少至10 nA之下或小于5dB，這取決于RSSI和 鏡像電路的精度。RSSI的給定的精度是3dB,而電流鏡的精度為另外的2dB。在誤差電 流lerr。r的范圍被減少35dB時，反饋電路15的增益也可被減少35dB( 40 dB -5 dB =35dB ) 以及主要起到抵消在集成電路的前端和增益級內(nèi)部產(chǎn)生的偏移的作用。因此，反饋電容 器17的尺寸可以小于至少50倍，同時仍然保持所需的低頻截止。新的尺寸可以獲得以 適合"片上"裝配而取代分離部件，從而減少生產(chǎn)成本。作為第二級功能，電容器7還用作使反饋環(huán)5穩(wěn)定。假定電容量的減少沒有影 響環(huán)5的穩(wěn)定性，因為具有下環(huán)增益的穩(wěn)定性變得更好，這已經(jīng)從環(huán)5提取出。此外， 數(shù)據(jù)通信和電信運轉(zhuǎn)所需要的為需要獲得低頻范圍的電容容量，穩(wěn)定性幾乎是受保證 的。極少根據(jù)穩(wěn)定性來選擇電容值-而總是根據(jù)低頻截止來選擇電容值。 RSSI電路20沒有產(chǎn)生反饋環(huán)。TIA 11上的輸入節(jié)點因輸入電路的本性產(chǎn)生固 有的穩(wěn)定電壓。只要減少的電流沒有使輸入電路位于其設計的工作范圍之外，則輸入 電壓將被控制。另外，在光電二極管12陽極處的電壓對產(chǎn)生用于給定光量的電流量具 有二次影響，以及這種影響在較高頻處更明顯。因此，從光電二極管Iro電流中減去 DC電流可影響來自于光電二極管12的平均信號，這具有非常小的風險。至于信號整體 性，對被用于產(chǎn)生RSSI電流的電壓信號(光電二極管陰極)高度濾波-其實質(zhì)上為電 源。因此，容易使用片上部件獲得沒有減去任何有用數(shù)據(jù)信號的"DC，，信號。
權(quán)利要求
1.一種光探測器放大電路，其包括光探測器，其用于將光信號轉(zhuǎn)換為具有AC和DC分量的可變輸入電流信號；光探測器功率監(jiān)控器，其產(chǎn)生指示通過所述光探測器提取的平均電流的DC監(jiān)控電流；電流鏡電路，其用于復制形成復制電流的所述監(jiān)控電流，以及用于從所述可變輸入電流信號的所述DC分量中減去所述復制電流，從而將所述DC分量減少至DC誤差電流；和跨阻放大器電路，其用于將所述可變輸入電流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓，所述可變輸入電流信號包括所述AC分量和被減少至所述DC誤差電流的所述DC分量。
2. 如權(quán)利要求1所述的ifel彩則器放大電路，進一步包括反繢電路，所ii^饋電路用于產(chǎn)生 用于抵消至少所述DC i吳差電流的-"^分的DC反饋電流。
3. :M又利要求1所述的i^彩則器放大電路，進一步包括反饋電路，所iiA饋電^斜,所述 輸出電壓產(chǎn)生具有AC和DC襯的反饋電壓信號，所i^i貴電路包括反H^L大器和電容器，所i^J:射欠大器和電容器限定^J貞截止，以去除所ii^饋電壓信號中 的所述AC^i:;和旁路晶體管，^^)i^斤ii^饋電壓信號中的所述DC襯且產(chǎn)生DC反饋電流，所述DC反 々赍電流;^t等于所述DC誤差電流，所述DC反饋電流用來抵消所述DC誤差電流。
4. 如權(quán)矛J^求3所述的iy彩則器放大電路，其中所述DC^:具有40 dB的范圍；其中所 ii^l制電流級等于所述DC ^*，由jH^斤述DC誤差電流小于5 dB的范圍，從而可^^斤i4SJt 放大器和所述電容器相對較小。
5. 如權(quán)利要求4所述的iy彩則器放大電路，其中所ii^饋電5^皮^^^電路芯片上， 并且其中所述電名^f皮^^所述M電路芯片上。
6. 如權(quán)矛虔求5所述的W彩則器放大電路，其中所述iU彩則器功率監(jiān)控器包括^^所述 集成電路芯片上的集成接收信號強度指示RSSI電路。
7. 如權(quán)矛虔求i所述的^彩則器放大電路，其中所述^y彩則器功率監(jiān)控器包括^^接收信號強度指示RSSI電路。
8. :M又利要求1所述的^y彩則器放大電路,其中所述電流鏡電路包括從由NFET電路、NPN 電路和共源共柵電路《M的組中選擇的電路。
9. 如權(quán)利要求1所述的i^彩則器放大電路，其中所iiiy彩則器W舌光電J^及管。
10. :M又利要求1所述的^i彩則器放大電路，其中所述DC襯具有40 dB的范圍，其中所 iH制電流;^t等于所述DC分量，因此DC誤差電流具有小于5 dB的范圍。
11. 一種電連接至^i冢測器和功率監(jiān)控器的光探測器放大電路，所述功率監(jiān)控器產(chǎn)生指示通 iii^勤測器提取的電流的DC監(jiān)控電流，所i^U罙測器放大電路用于將來自所述iti罙測器的可變 輸入電流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓，所述可變輸入電流信號具有AC和DC襯，i^彩則器放大電路 包拾電流4竟電路，其用于復制形成復制電流的所述DC監(jiān)控電流，以;SJf]于/A^斤述可變輸入電流 信號的所述DC^:中減去所趁制電流，從而將所述DC絲減少至DC誤差電流；和跨l^文大器電路，其用于將所述可變輸入電流信號轉(zhuǎn)換為輸出電壓，所述可變輸入電流信號 包括所述AC ^t^4皮減少至DC誤差電流的所述DC分量。
12. 如權(quán)利要求11所述的光蹈則器放大電路，進一步包括反饋電路，所述反饋電路用于產(chǎn)生 抵消至少所述DC誤差電流的一郎分的DC反饋電流。
13. :M又利要求11所述的ifct彩則器放大電路，進一步包括反饋電路，所i4^饋電^斜財居輸出 電壓產(chǎn)生具有AC和DC分量的反饋電流信號，所ii^饋電路包括反^i文大器和j頓濾波器，所i4gi射文大器和j腿濾波器限定^M截止，以去除所ii^饋電 壓信號中的所述AC^i:;和旁路晶體管，^M妄"W斤ii^饋電壓信號中的所述DC ^t且產(chǎn)生DC反饋電流，所述DC反 饋電流M等于所述DC誤差電流，所述DC反饋電流用勤氐消所述DC誤差電流。
14. 如權(quán)利要求13所述的^y果測器放大電路，其中所ii^饋電路包括絲電路芯片；并且其 中所述^it濾波器包括m^所述M電路芯片上的電容器。
15. ^4又利要求14所述的B彩則器放大電路,其中所 ^彩則器功率監(jiān)控器包括*^所述 M電路芯片上的集成接收信號強度指示RSSI電路。
16. 如權(quán)矛虔求11所述的&彩則器放大電路,其中所述i^彩則器功率監(jiān)控器包括i^接收信 號強度指示RSSI電路。
17. 如權(quán)矛虔求11所述的ifcj采測器放大電路，其中所述電流鏡電路包括從由NFET電路、 NPN電路、PFET電路和共源共柵電路《誠的組中選，電路。
18. :M又利要求11所述的iU勤測器放大電路，其中所述電流中的所述DC^^具有40dB的 范圍，其中所i^l制電流^Jt等于所述DC襯，因iti^斤述DC誤差電^^有小于5dB的范圍。
19. 如權(quán)利要求18所述的^i采測器放大電路，其中所述DC "iM電流小于10 ^A。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于跨阻放大器的DC偏移消除電路，其典型地被用于將來自光電二極管的輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電壓。DC偏移消除電路利用來自光電二極管監(jiān)控器件的監(jiān)控電流消除來自光電二極管輸入電流的DC偏移，使跨阻放大器中的常規(guī)反饋電路能夠完全地被集成。
文檔編號H03F3/45GK101106360SQ200710122619
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者布拉德·安東尼·納特克 申請人:Jds尤尼弗思公司