專利名稱：跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及跨阻放大器，尤其是涉及跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法及電路。
背景技術(shù)：
光接收機(jī)是光纖傳輸系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用將經(jīng)光纖傳輸后衰減的微弱 光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，并放大、還原為與發(fā)送端一致的數(shù)字脈沖信號(hào)。光接收機(jī)包 括光電二極管(PD)或光探測(cè)器、前置放大器、具有均衡和濾波特性的主放大器、時(shí)鐘恢復(fù) 電路、數(shù)據(jù)判決電路以及進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理電路等。在經(jīng)歷了光纖衰減后，信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)已經(jīng)很微弱，因此，光探測(cè)器產(chǎn)生的電流 也非常微弱，如果采用一般的放大器進(jìn)行放大，由于放大器本身會(huì)引入噪聲，后一級(jí)放大器 必然會(huì)將前一級(jí)放大器引入的噪聲進(jìn)行放大，因此，信噪比不會(huì)得到明顯改善。為了解決上 述問(wèn)題，需要一個(gè)低噪聲、高增益的前置放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。為了與光探測(cè)器達(dá)到良好 的匹配，并獲得較低的噪聲和較寬的帶寬，前置放大器的增益不能太高，其輸出電壓范圍大 約為幾至幾十亳伏。前置放大器作為光接收機(jī)中的關(guān)鍵部分，其性能在很大程度上決定了整個(gè)光接收 機(jī)的性能。目前，在光通信領(lǐng)域中，通常采用跨阻放大器作為光接收機(jī)的前置放大器，其原 理如圖1所示，即在放大器的反相輸入端和輸出端之間接一個(gè)反饋電阻Rf，保證恒定的電 壓輸出。國(guó)、內(nèi)外對(duì)跨阻放大器作了大量的研究，一般跨阻放大器對(duì)輸出直流電平?jīng)]有限 制，只要輸出穩(wěn)定并能較好的驅(qū)動(dòng)限幅放大器即可。雖然跨阻放大器的增益較高，但是由于 在光接收機(jī)中，輸入信號(hào)一般是經(jīng)過(guò)衰減的光電信號(hào)，所以其輸出信號(hào)幅度一般不大(小 于100mV)，可是如果輸入光信號(hào)逐漸飽和，即使AGC(Automatic Gain Control自動(dòng)增益控 制)工作，跨阻放大器的輸出幅度仍然較大，系統(tǒng)輸出容易產(chǎn)生直流失調(diào)，影響輸出眼圖的 質(zhì)量，從而降低光接收機(jī)的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決跨阻放大器的輸出影響輸出眼圖的質(zhì)量，從而 降低光接收機(jī)的靈敏度的問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種跨阻放大器的輸出 信號(hào)控制方法，包括以下步驟A10、從跨阻放大器的信號(hào)輸出端獲得取樣電壓；A20、以取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值作為誤差電壓，所述基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一 半；A30、對(duì)誤差電壓進(jìn)行放大；A40、將放大后的誤差電壓轉(zhuǎn)化為反饋電流并反饋給跨阻放大器；A50、跨阻放大器根據(jù)反饋電流調(diào)整輸出電壓。上述方案中，步驟AlO中的取樣電壓通過(guò)線性取樣電路獲得，所述線性取樣電路包括兩個(gè)串聯(lián)的取樣電阻，所述兩個(gè)取樣電阻的另一端分別連接至跨阻放大器的信號(hào)輸出端，取樣電壓的輸出端連接在兩個(gè)取樣電阻的串聯(lián)線路上。
步驟A20中的基準(zhǔn)電壓通過(guò)基準(zhǔn)電路獲得，所述基準(zhǔn)電路具有第一、第二 PMOS管， 二者的柵極分別與各自的源極相連，且第一 PMOS管的漏極與電源相連，源極與第二 PMOS管 的漏極相連，第二 PMOS管的源極接地，該基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓輸出端與第一 PMOS管的源極 相連。步驟A30中通過(guò)誤差放大電路對(duì)誤差電壓進(jìn)行放大，所述誤差放大電路包括第三PMOS管501，用于為誤差放大電路提供工作電流；差分輸入電路，由第四、第五PMOS管組成，第四PMOS管的柵極連接取樣電壓，第五 PMOS管的柵極連接基準(zhǔn)電壓；共源共柵電流鏡負(fù)載，由第一、第二、第三和第四NMOS管組成，第一和第二NMOS管 的柵極互連，第三和第四NMOS管的柵極互連，第四PMOS管的源極與第三NMOS管的柵極連 接，第五PMOS管的源極連接V/I轉(zhuǎn)換電路的輸入端；第三PMOS管和第一 NMOS管的柵極分 別連接由外圍偏置電路提供的偏置電壓。本發(fā)明還提供了一種跨阻放大器的輸出信號(hào)控制電路，包括線性取樣電路，用于對(duì)跨阻放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行取樣以獲得取樣電壓；基準(zhǔn)電路，用于獲得基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一半；誤差放大電路，對(duì)從線性取樣電路獲得的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行放大， 得到誤差電壓；V/I轉(zhuǎn)換電路，將誤差電壓轉(zhuǎn)化為反饋電流并反饋給跨阻放大器。上述電路中，所述線性取樣電路包括兩個(gè)串聯(lián)的取樣電阻，所述兩個(gè)取樣電阻的另一端分別連 接至跨阻放大器的信號(hào)輸出端，取樣電壓的輸出端連接在兩個(gè)取樣電阻的串聯(lián)線路上。所述基準(zhǔn)電路具有第一、第二 PMOS管，二者的柵極分別與各自的源極相連，且第 一 PMOS管的漏極與電源電壓相連，源極與第二 PMOS管的漏極相連，第二 PMOS管的源極接 地，該基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓輸出端與第一 PMOS管的源極相連。所述誤差放大電路包括第三PMOS管501，用于為誤差放大電路提供工作電流；差分輸入電路，由第四、第五PMOS管組成，第四PMOS管的柵極連接取樣電壓，第五 PMOS管的柵極連接基準(zhǔn)電壓；共源共柵電流鏡負(fù)載，由第一、第二、第三和第四NMOS管組成，第一和第二 NMOS管 的柵極互連，第三和第四NMOS管的柵極互連，第四PMOS管的源極與第三NMOS管的柵極連 接，第五PMOS管的源極連接V/I轉(zhuǎn)換電路的輸入端；第三PMOS管和第一 NMOS管的柵極分 別連接由外圍偏置電路提供的偏置電壓。本發(fā)明，通過(guò)對(duì)跨阻放大器的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之差進(jìn)行誤差放大并反饋給放 大器的反向輸入端，并且設(shè)定基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一半，從而鉗制輸出電壓，保持其為恒 定值。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)、輸出信號(hào)直流共模電平在供電電源電壓的一半處。(2)、 控制電路在大動(dòng)態(tài)范圍的輸入光電流時(shí)，依然能夠保持很高的穩(wěn)定度。(3)、控制電路的反 饋，不影響放大器主體的正常工作。


圖1為現(xiàn)有跨阻放大器的原理圖；圖2為本發(fā)明提供的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制電路原理圖；圖3為本發(fā)明提供的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制電路一種具體實(shí)施例的電路圖；圖4為本發(fā)明提供的控制電路的輸出特性曲線圖；圖5為本發(fā)明提供的控制電路的溫度特性曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法，主要應(yīng)用于光接收機(jī)中的跨阻放大器電路中，針對(duì)跨阻放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行控制，以保證該放大器輸出信號(hào)的穩(wěn)定 性，該方法包括以下步驟A10、從跨阻放大器的信號(hào)輸出端獲得差分電壓信號(hào)并經(jīng)線性取樣電路獲得取樣 電壓；A20、以取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值作為誤差電壓，所述基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一 半；A30、對(duì)誤差電壓進(jìn)行放大；A40、將放大后的誤差電壓轉(zhuǎn)化為反饋電流并反饋給跨阻放大器；A50、跨阻放大器根據(jù)反饋電流調(diào)整輸出電壓。本發(fā)明還提供了基于上述控制方法的控制電路，圖2是該控制電路的原理圖，寬 帶放大器10和緩沖器20組成放大電路，線性取樣電路30對(duì)輸出緩沖器20的輸出信號(hào)進(jìn)行 直流取樣，并計(jì)算與基準(zhǔn)電路40獲得的基準(zhǔn)電壓的差值，該差值輸入到誤差放大電路50進(jìn) 行誤差放大得到誤差電壓信號(hào)，誤差電壓信號(hào)通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換電路60轉(zhuǎn)換為誤差電流信號(hào)， 誤差電流信號(hào)輸入到寬帶放大器10的反相輸入端，從而鉗制輸出緩沖器20的輸出電壓，保 持輸出電壓為恒定值。圖3是上述控制電路的一種具體實(shí)施方式
電路圖，如圖3所示，該控制電路包括線 性取樣電路30、基準(zhǔn)電路40、誤差放大電路50和V/I轉(zhuǎn)換電路60。線性取樣電路30包括串聯(lián)連接的第一、第二取樣電阻301、302，第一、第二取樣電 阻301、302的另一端分別連接至輸出緩沖器20的信號(hào)輸出端獲得得差分電壓信號(hào)，取樣電 壓Vsample取自第一、第二取樣電阻301、302的串聯(lián)線路上?；鶞?zhǔn)電路40具有第一、第二PMOS管401、402，二者的柵極分別與各自的源極相連， 且第一 PMOS管401的漏極與電源Vcc相連，源極與第二 PMOS管402的漏極相連，第二 PMOS 管402的源極接地，該基準(zhǔn)電路40的基準(zhǔn)電壓輸出端與第一 PMOS管401的源極相連，第一、 第二 PMOS管401、402相同，因此，基準(zhǔn)電壓Vref為電源Vcc的一半，同采用電阻分壓的方 案相比較，這種電路具有更小的工作電流。誤差放大電路50包括第三PMOS管501、差分輸入電路和共源共柵電流鏡，第三 PMOS管501為誤差放大電路提供工作電流，差分輸入電路由第四、第五PMOS管502、503組 成，第四PMOS管502的柵極接取樣電壓Vsample，第五PMOS管503的柵極連接基準(zhǔn)電壓 Vref ；共源共柵電流鏡由第一、第二、第三和第四NMOS管504、505、506和507組成，第一和第二 NMOS管504、505的柵極互連，第三和第四NMOS管506、507的柵極互連，第四PMOS管 502的源極與第三NMOS管506的柵極連接，第三和第四NMOS管506、507的源極接地，第三 PMOS管和第一 NMOS管的柵極分別連接Vbiasl和Vbias2，Vbiasl和Vbias2是由外圍偏置 電路提供的偏置電壓。本發(fā)明的誤差放大電路50比基本差分放大器具有更高的交流增益，可以較好的 實(shí)現(xiàn)誤差放大功能。V/1轉(zhuǎn)換電路60由第六PMOS管601和電阻602組成，電阻602連接在第六PMOS管601的漏極上，第六PMOS管601柵極連接在第五PMOS管503的源極上，源極接地。本發(fā)明中，線性取樣電路30從輸出緩沖器20的信號(hào)輸出端得到差分輸入信號(hào) VOUTN, VOUTP,輸出取樣電壓Vsample，基準(zhǔn)電路40得到電源電壓Vcc —半的基準(zhǔn)電壓 Vref，然后誤差放大電路50將取樣電壓Vsample和基準(zhǔn)電壓Vref的差值進(jìn)行放大得到誤 差電壓Verror，最后通過(guò)V/I轉(zhuǎn)換電路60將Verror轉(zhuǎn)化為Ierror，來(lái)控制寬帶放大器10 的輸出電壓，使輸出緩沖器20的輸出電壓與Vsample相同，完成鉗制跨阻放大器輸出電壓 的功能。由于誤差電壓的放大采用共源共柵電流鏡，所以其交流放大倍數(shù)為Av 一 _gm_502Sm_504r504r506 ‘式中，gm 5Q2為第五PMOS管502的跨導(dǎo)，gm 5(14為第一 NMOS管504的跨導(dǎo)，r504為 第一 NMOS管504的輸出電阻，r506為第三NMOS管506的輸出電阻，可見(jiàn)，這種采用共源共 柵結(jié)構(gòu)的放大器比一般放大器高一個(gè)數(shù)量級(jí)。圖4為采用上述控制電路的跨阻放大器輸出信號(hào)隨時(shí)間變化波形，可見(jiàn)該發(fā)明能 鉗制跨阻放大器的輸出直流電平。圖5為采用上述控制電路的跨阻放大器輸出信號(hào)隨溫度的變化波形，可見(jiàn)該發(fā)明 具有較好的溫度無(wú)關(guān)性。本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié) 構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法，其特征在于包括以下步驟A10、從跨阻放大器的信號(hào)輸出端獲得取樣電壓；A20、以取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值作為誤差電壓，所述基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一半；A30、對(duì)誤差電壓進(jìn)行放大；A40、將放大后的誤差電壓轉(zhuǎn)化為反饋電流并反饋給跨阻放大器；A50、跨阻放大器根據(jù)反饋電流調(diào)整輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法，其特征在于步驟AlO中的取 樣電壓通過(guò)線性取樣電路獲得，所述線性取樣電路包括兩個(gè)串聯(lián)的取樣電阻，所述兩個(gè)取 樣電阻的另一端分別連接至跨阻放大器的信號(hào)輸出端，取樣電壓的輸出端連接在兩個(gè)取樣 電阻的串聯(lián)線路上。
3.如權(quán)利要求1所述的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法，其特征在于步驟A20中的基 準(zhǔn)電壓通過(guò)基準(zhǔn)電路獲得，所述基準(zhǔn)電路具有第一、第二 PMOS管，二者的柵極分別與各自 的源極相連，且第一 PMOS管的漏極與電源相連，源極與第二 PMOS管的漏極相連，第二 PMOS 管的源極接地，該基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓輸出端與第一 PMOS管的源極相連。
4.如權(quán)利要求1所述的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法，其特征在于步驟A30中通過(guò) 誤差放大電路對(duì)誤差電壓進(jìn)行放大，所述誤差放大電路包括第三PMOS管501，用于為誤差放大電路提供工作電流；差分輸入電路，由第四、第五PMOS管組成，第四PMOS管的柵極連接取樣電壓，第五PMOS 管的柵極連接基準(zhǔn)電壓；共源共柵電流鏡負(fù)載，由第一、第二、第三和第四NMOS管組成，第一和第二NMOS管的柵 極互連，第三和第四NMOS管的柵極互連，第四PMOS管的源極與第三NMOS管的柵極連接，第 五PMOS管的源極連接V/I轉(zhuǎn)換電路的輸入端；第三PMOS管和第一 NMOS管的柵極分別連接 由外圍偏置電路提供的偏置電壓。
5.跨阻放大器的輸出信號(hào)控制電路，其特征在于包括線性取樣電路，用于對(duì)跨阻放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行取樣以獲得取樣電壓；基準(zhǔn)電路，用于獲得基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一半；誤差放大電路，對(duì)從線性取樣電路獲得的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行放大，得到 誤差電壓；V/I轉(zhuǎn)換電路，將誤差電壓轉(zhuǎn)化為反饋電流并反饋給跨阻放大器。
6.如權(quán)利要求5所述的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制電路，其特征在于所述線性取樣電 路包括兩個(gè)串聯(lián)的取樣電阻，所述兩個(gè)取樣電阻的另一端分別連接至跨阻放大器的信號(hào)輸 出端，取樣電壓的輸出端連接在兩個(gè)取樣電阻的串聯(lián)線路上。
7.如權(quán)利要求5所述的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制電路，其特征在于所述基準(zhǔn)電路具 有第一、第二 PMOS管，二者的柵極分別與各自的源極相連，且第一 PMOS管的漏極與電源電 壓相連，源極與第二 PMOS管的漏極相連，第二 PMOS管的源極接地，該基準(zhǔn)電路的基準(zhǔn)電壓 輸出端與第一 PMOS管的源極相連。
8.如權(quán)利要求5所述的跨阻放大器的輸出信號(hào)控制電路，其特征在于所述誤差放大電 路包括第三PMOS管501，用于為誤差放大電路提供工作電流；差分輸入電路，由第四、第五PMOS管組成，第四PMOS管的柵極連接取樣電壓，第五PMOS 管的柵極連接基準(zhǔn)電壓；共源共柵電流鏡負(fù)載， 由第一、第二、第三和第四NMOS管組成，第一和第二 NMOS管的柵 極互連，第三和第四NMOS管的柵極互連，第四PMOS管的源極與第三NMOS管的柵極連接，第 五PMOS管的源極連接V/I轉(zhuǎn)換電路的輸入端；第三PMOS管和第一 NMOS管的柵極分別連接 由外圍偏置電路提供的偏置電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種跨阻放大器的輸出信號(hào)控制方法及電路，該方法包括以下步驟A10、從跨阻放大器的信號(hào)輸出端獲得取樣電壓；A20、以取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值作為誤差電壓，所述基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一半；A30、對(duì)誤差電壓進(jìn)行放大；A40、將放大后的誤差電壓轉(zhuǎn)化為反饋電流并反饋給跨阻放大器；A50、跨阻放大器根據(jù)反饋電流調(diào)整輸出電壓。本發(fā)明通過(guò)對(duì)跨阻放大器的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓之差進(jìn)行誤差放大并反饋給放大器的反向輸入端，并且設(shè)定基準(zhǔn)電壓為電源電壓的一半，從而鉗制輸出電壓，保持其為恒定值。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101807885SQ201010120650
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者葉亞琴, 周華, 彭顯旭, 湯晶, 童志強(qiáng), 蔣湘 申請(qǐng)人:烽火通信科技股份有限公司