專利名稱：一種無直流恢復(fù)器的限幅放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限幅放大器，尤其涉及的是一種無直流恢復(fù)器的限幅放大器。
背景技術(shù)：
限幅放大器是將幅度較小的輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成幅度較大而且固定的輸出電壓信號(hào)的電子電路。限幅放大器可以是單端放大器，也可以是雙端放大器(也叫差分放大器)。但在高速電子線路中，雙端差分形式的限幅放大器比較常見。差分形式的限幅放大器常用作光電通信技術(shù)中信號(hào)接收端的后置放大器。參見圖1，現(xiàn)有的限幅放大器的信號(hào)通道通常是由輸入緩沖器、信號(hào)放大器、直流恢復(fù)器與輸出驅(qū)動(dòng)器四個(gè)部分組成。輸入緩沖器與輸出驅(qū)動(dòng)器是限幅放大器與外部電路的接口。信號(hào)放大器為信號(hào)提供足夠的幅度增益，是限幅放大器的核心部分。而直流恢復(fù)器電路的作用是保證信號(hào)放大電路的處于正常直流工作點(diǎn)。由于信號(hào)放大器部分通常是由三級(jí)以上的放大器組成，增益很高。如果沒有直流恢復(fù)電路，輸入信號(hào)如有直流偏差，或者電路器件有參數(shù)失配，這些偏差與失配都會(huì)被放大器單元加以放大，造成整個(gè)信號(hào)通道很可能偏離正常直流工作點(diǎn)，從而失去放大功能，導(dǎo)致信號(hào)失真。直流恢復(fù)器電路通常是連接在放大器輸出端與輸入端之間的低通負(fù)反饋回路。由于直流恢復(fù)電路的低頻低通負(fù)反饋特性，具有直流恢復(fù)器的限幅放大器不能對(duì)低于一定頻率的信號(hào)起到放大作用。也就說有直流恢復(fù)器的限幅放大器存在一個(gè)頻率下限，也叫低頻截止頻率。由于直流恢復(fù)電路與低頻截止頻率的存在，這種限幅放大器通常也需要較長的啟動(dòng)時(shí)間，不能滿足突發(fā)模式光電通信技術(shù)的應(yīng)用要求。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無直流恢復(fù)器的限幅放大器，旨在解決現(xiàn)有的限幅放大器存在一個(gè)頻率下限，另外啟動(dòng)時(shí)間較長，不能滿足突發(fā)模式光電通信技術(shù)的應(yīng)用要求的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其包括輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)器、交流耦合器和施密特觸發(fā)器，所述輸入緩沖器、交流耦合器、施密特觸發(fā)器和輸出驅(qū)動(dòng)器依次連接；在交流耦合器的輸出端上還并聯(lián)有一直流偏壓裝置；其中，所述交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端上各串聯(lián)有一耦合電容器；在交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端之間設(shè)置有耦合截止電阻。所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其中，根據(jù)放大增益的需要在交流耦合器的輸出端與施密特觸發(fā)器的輸入端之間還可以串聯(lián)有放大器，所述放大器與直流偏壓裝置組成放大器單元。所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其中，所述施密特觸發(fā)器是具有遲滯特性的高速比較器。所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其中，所述放大器為普通差分放大器或者 Cheery-Hooper 放大器。所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其中，所述限幅放大器至少含有一個(gè)由交流耦合器與放大器單元組成的交流耦合放大單元，每個(gè)的交流耦合放大單元都有各自獨(dú)立的直流偏壓裝置，使各級(jí)間的直流工作點(diǎn)互不影響，使整個(gè)信號(hào)通道無需直流恢復(fù)電路。所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其中，在頻域，所述交流耦合器對(duì)于頻率低于特征頻率lA2piCe Rt)的信號(hào)，每當(dāng)頻率下降一半就有6dB的幅度衰減。所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，如用集成電路實(shí)施，所述限幅放大器即可采用場(chǎng)效應(yīng)器件工藝與也可以采用雙極性器件工藝。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明通過在限幅放大器的信號(hào)通道分別插入交流耦合器與施密特觸發(fā)器，來實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大功能，特點(diǎn)是每個(gè)交流耦合放大器與施密特觸發(fā)器都有各自獨(dú)立的直流偏壓結(jié)構(gòu)，各級(jí)間的直流工作點(diǎn)互不影響，整個(gè)信號(hào)通道也無需直流恢復(fù)電路。與現(xiàn)有普通限幅放大器相比，本發(fā)明的無直流恢復(fù)器的限幅放大器沒有低頻截止頻率的限制，對(duì)低頻信號(hào)同樣有放大作用，因此具有更為廣泛的應(yīng)用范圍。完全能滿足光電通信技術(shù)中突發(fā)模式接收器的應(yīng)用要求。另外，本發(fā)明的提供無直流恢復(fù)器的限幅放大器還具有噪聲小，接收靈敏度高的優(yōu)勢(shì)。由于交流耦合是一個(gè)窄帶濾波器，放大器的噪聲帶寬也相應(yīng)較小，因而總的噪聲就小，接收靈敏度相應(yīng)地也就比較高。


圖1是現(xiàn)有的限幅放大器的電路原理框圖。圖2是本發(fā)明提供的無放大增益時(shí)限幅放大器的原理框圖。圖3是本發(fā)明提供的無直流恢復(fù)器的限幅放大器的原理框圖。圖4是本發(fā)明提供的限幅放大器的工作原理和波形圖。圖5是本發(fā)明提供的具有多級(jí)放大單元的限幅放大器的原理框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。所發(fā)明無直流恢復(fù)器的限幅放大器主要是由交流耦合器、放大器與施密特觸發(fā)器三個(gè)單元組成的信號(hào)通道來實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大功能。參見圖3，本發(fā)明提供的無直流恢復(fù)器的限幅放大器包括輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)器、交流耦合器、放大器單元和施密特觸發(fā)器，所述輸入緩沖器、交流耦合器、放大器單元、 施密特觸發(fā)器和輸出驅(qū)動(dòng)器依次連接。其中，每一個(gè)交流耦合器包括耦合電容器Cc和耦合截止電阻&，交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端上各串聯(lián)有一耦合電容器Cc;所述耦合截止電阻&連接在交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端之間。所述放大器單元包括放大電路(Amplifier)和并聯(lián)在放大電路輸入端上的直流偏壓裝置(DC Bias)，放大電路可以是一般的差分放大器，比如普通差分放大器或者帶寬較高些的Cheery-Hooper放大器。所述施密特觸發(fā)器是具有遲滯特性的高速比較器。本發(fā)明的無直流恢復(fù)器的限幅放大器的實(shí)施方案除了必要的輸入輸出電路外，至少含有一個(gè)由交流耦合器與放大器單元組成的交流耦合放大單元和一個(gè)施密特觸發(fā)器。典型的實(shí)施方案為由一級(jí)交流耦合放大單元與一個(gè)施密特觸發(fā)器組成，如圖3所示；對(duì)于增益要求更大的應(yīng)用，本發(fā)明還可以設(shè)置多級(jí)交流耦合放大單元與一個(gè)施密特觸發(fā)器組成， 如圖5所示；對(duì)于無增益要求的應(yīng)用，本發(fā)明還可以采用最為簡(jiǎn)單的實(shí)施方案，即由交流耦合器與一個(gè)施密特觸發(fā)器組成，如圖2所示。本發(fā)明提供的無直流恢復(fù)器的限幅放大器的多級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是電路單元之間采用交流耦合并且電路單元都有各自獨(dú)立的直流偏壓裝置，各電路單元之間的直流工作點(diǎn)互不影響，整個(gè)信號(hào)通道也無需直流恢復(fù)電路。所述交流耦合器的作用相當(dāng)于一個(gè)高頻濾波器。在頻域，其對(duì)于頻率低于特征頻率lA2piC。Rt)的信號(hào)，每當(dāng)頻率下降一半就有6dB的幅度衰減；在時(shí)域，交流耦合器相當(dāng)于階躍探測(cè)器，參見圖4，當(dāng)信號(hào)波形圖a上出現(xiàn)一個(gè)上升沿，而且上升速率(即角頻率) 接近于交流耦合器的特征頻率的三分之一時(shí)，就會(huì)在交流耦合器的后端出現(xiàn)一個(gè)單位寬度的正向脈沖；反之，當(dāng)信號(hào)波形圖a上出現(xiàn)一個(gè)下降沿，而且下降速率(即角頻率)接近于交流耦合器的特征頻率三分之一時(shí)，就會(huì)在交流耦合器的后端出現(xiàn)一個(gè)單位寬度的負(fù)向脈沖；而在沒有階躍的時(shí)間段，即信號(hào)波形a的水平段，在交流耦合器的后端信號(hào)就會(huì)在中位電平保持不變?？傊?，經(jīng)過交流耦合器之后，信號(hào)波形由單位寬度的正向脈沖、單位寬度脈的負(fù)向脈沖與中位電平三種元素構(gòu)成，如圖4中的b波形所示。所述放大器單元的作用是將交流耦合器產(chǎn)生的波形進(jìn)行線性放大，使脈沖達(dá)到較高的幅度。放大器單元由輸入直流偏壓裝置與差分放大電路構(gòu)成。放大單元一般需要多級(jí)， 即需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行重復(fù)放大，以便使限幅放大器能將更小的輸入信號(hào)放大到足以觸發(fā)施密特觸發(fā)器的幅度。所述施密特觸發(fā)器是具有遲滯特性的高速比較器。施密特觸發(fā)器的輸出有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)一個(gè)是輸出高電平狀態(tài)；另一個(gè)是輸出低電平狀態(tài)。其狀態(tài)由輸入信號(hào)的電位維持，其觸發(fā)過程，即導(dǎo)致觸發(fā)器在兩個(gè)輸出狀態(tài)之間轉(zhuǎn)化的輸入方式也有兩種變化正向觸發(fā)(電位正向遞增上升沿)與負(fù)向觸發(fā)(負(fù)向遞減下降沿)。兩種觸發(fā)過程發(fā)生的輸入電位值(即觸發(fā)閾值電壓)是不同的，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。輸入信號(hào)從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓；輸入信號(hào)從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。正向閾值電壓一般大于負(fù)向閾值電壓，正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為電壓遲滯。由于具有上述特征，施密特觸發(fā)器就能將交流耦合器與放大器之后產(chǎn)生的，由正向單位寬度脈沖、負(fù)向單位寬度脈沖與中位電平三種元素構(gòu)成波形轉(zhuǎn)化成幅度放大的輸入信號(hào)波形，如圖4中波形c所示。施密特觸發(fā)器對(duì)正向單位寬度脈沖、負(fù)向單位寬度脈沖與中位電平三種元素的響應(yīng)也取決于其輸出的初始狀態(tài)。如果初始狀態(tài)是高電平狀態(tài)，當(dāng)遇到正向單位寬度的脈沖時(shí)，輸出狀態(tài)就不變，即保持其原來的高電平狀態(tài)；當(dāng)遇到負(fù)向單位寬度的脈沖時(shí)輸出就發(fā)生翻轉(zhuǎn)，變成低電平狀態(tài)。反之，如果初始狀態(tài)是低電平狀態(tài)，當(dāng)遇到負(fù)向單位寬度的脈沖時(shí)，輸出就不變或保持其原來的低電平狀態(tài)，遇到正向單位寬度的脈沖時(shí)輸出就發(fā)生翻轉(zhuǎn)，變成高電平狀態(tài)。在輸入處于中位電平時(shí)，施密特觸發(fā)器就一直保持其已有狀態(tài)。本發(fā)明提供的無直流恢復(fù)器的限幅放大器中的放大器單元可以根據(jù)產(chǎn)品增益指標(biāo)的要求，選用交流耦合放大單元的級(jí)數(shù)，如圖5所示。另外本發(fā)明即適用于集成電路也適用于分立元件電路，對(duì)集成電路實(shí)施，可以用場(chǎng)效應(yīng)器件與雙極器件，不受器件加工工藝的限制。與現(xiàn)有普通限幅放大器相比，本發(fā)明的無直流恢復(fù)器的限幅放大器沒有低頻截止頻率的限制，對(duì)直流信號(hào)和低頻信號(hào)同樣有放大作用，因此具有更為廣泛的應(yīng)用范圍。尤其是，本發(fā)明的無直流恢復(fù)器的限幅放大器完全能滿足光電通信技術(shù)中突發(fā)模式接收器的應(yīng)用要求。另外，本發(fā)明的無直流恢復(fù)器的限幅放大器還具有噪聲小，接收靈敏度高的優(yōu)勢(shì)。 由于交流耦合器是一個(gè)窄帶濾波器，放大器的噪聲帶寬也相應(yīng)較小，因而總的噪聲就小，接收靈敏度相應(yīng)地也就比較高。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其特征在于，包括輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)器、交流耦合器和施密特觸發(fā)器，所述輸入緩沖器、交流耦合器、施密特觸發(fā)器和輸出驅(qū)動(dòng)器依次連接；在交流耦合器的輸出端上還并聯(lián)有一直流偏壓裝置；其中，所述交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端上各串聯(lián)有一耦合電容器；在交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端之間設(shè)置有耦合截止電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其特征在于，在交流耦合器的輸出端與施密特觸發(fā)器的輸入端之間還串聯(lián)有放大器，所述放大器與直流偏壓裝置組成放大器單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其特征在于，所述施密特觸發(fā)器是具有遲滯特性的高速比較器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其特征在于，所述放大器為普通差分放大器或者Cheery-Hooper放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其特征在于，所述限幅放大器至少含有一個(gè)由交流耦合器與放大器單元組成的交流耦合放大單元，每個(gè)的交流耦合放大單元都有各自獨(dú)立的直流偏壓裝置，使各級(jí)間的直流工作點(diǎn)互不影響，使整個(gè)信號(hào)通道無需直流恢復(fù)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其特征在于，在頻域，所述交流耦合器對(duì)于頻率低于特征頻率lA2piCe Rt)的信號(hào)，每當(dāng)頻率下降一半就有6dB的幅度 衰減。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其特征在于，對(duì)集成電路，所述限幅放大器采用場(chǎng)效應(yīng)器件或雙極性器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無直流恢復(fù)器的限幅放大器，其中，包括輸入緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)器、交流耦合器和施密特觸發(fā)器，所述輸入緩沖器、交流耦合器、施密特觸發(fā)器和輸出驅(qū)動(dòng)器依次連接，在交流耦合器的輸出端上還并聯(lián)有一直流偏壓裝置，其中，交流耦合器包括耦合電容器和耦合截止電阻，交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端上各串聯(lián)有一耦合電容器；所述耦合截止電阻連接在交流耦合器的正極輸入端和負(fù)極輸入端之間。采用本發(fā)明沒有低頻截止頻率的限制，既適用于集成電路也適用于分立元件電路，既可以是獨(dú)立限幅放大器產(chǎn)品也可以是其它產(chǎn)品的一部分，還具有噪聲小，接收靈敏度高的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)H03F1/26GK102386857SQ20111028416
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者徐延臻 申請(qǐng)人:佛山敏石芯片有限公司