專利名稱：高頻放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種放大器，特別是一種應用于高速光通訊接口中，具有轉阻放大器與直流跟隨電路架構的高頻放大器。
背景技術：
轉阻放大器(Trans-impedance Amplifier，TIA)為一種單端輸出的電路組件，當單端輸出經一放大器要轉成雙端輸出時須提供一額外的直流電壓，此直流電壓與轉阻放大器自身的輸出直流電壓會影響到放大器整體的功能，須適當的控制兩端的直流電壓點，以維持放大器的效能。
請參考圖1，為在先技術所公開的轉阻放大器的電路，是由第一放大器11、一反饋電阻12、一低通濾波器13以及一第二放大器14所組成，第一放大器11所輸出的電壓輸入至第二放大器14的第一端A，低通濾波器13用來將第一端A的直流電壓取出，提供給下一級。圖1的電路雖可提供下一級平衡的直流點，但第二端B受到低通濾波器40的效應影響，第一端A與第二端B兩點對系統(tǒng)電壓(Power Supply)的反應會有所差別，影響到整體轉阻放大器對于電源電壓抑制比(PSRR)的響應。
圖2所示為另一在先技術所公開的轉阻放大器的電路架構，由第一放大器21、第二放大器22、第三放大器23、第一反饋電阻24、第二反饋電阻25以及一可變電流源26所組成。圖2的架構是可固定第三放大器23的第二端B的參考電壓，第一端A的直流電壓會隨著輸入電流Iin的大小而改變。因此，通過改變可變電流源26的大小，可調整第一端A的直流電壓，使第一端A的直流電壓與第二端B的直流電壓相符合。
圖2的架構存在一些技術上的問題亟待克服。舉例來說，當不斷提升的傳輸速度會使第一、第二反饋電阻24、25不斷縮小，使得第一端A的直流電壓變化量也會因而減小。若在設計時同時考慮制造工藝變化，則參考點第二端B必須涵蓋偏移(Offset)狀態(tài)，如此將使得直流電壓不易設定。而誤設的參考電壓會使得可變電流源26不會激活，或者是在訊號很小時即激活。前者會使第一端A無法跟隨第二端B的電壓，后者會影響到轉阻放大器的靈敏度(sensitivity)。甚至在最壞的情況下會使轉阻放大器的功能完全失效。
而圖1與圖2所公開的放大器應用于高頻電路或高頻光通訊接口時，則容易有噪聲的問題不易克服。

發(fā)明內容
鑒于以上的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高頻轉阻放大器，以解決在先技術所存在的問題及缺點。
因此，為達到上述目的，本發(fā)明所公開的高頻放大器包括有一第一轉阻放大器，接收一輸入電流并輸出一第一電壓；一第二轉阻放大器，輸出一第二電壓；一第三放大器，接收第一電壓與第二電壓；以及一可變電流源，耦接于第二轉阻放大器的輸入端與一接地端或系統(tǒng)電壓(Power Supply)之間，用以輸出一可變電流以改變第二電壓，使得第二電壓跟隨第一電壓。其中輸入電流流入第一轉阻放大器時，可變電流入第二轉阻放大器。輸入電流流出第一轉阻放大器時，可變電流出第二轉阻放大器。
為達到上述目的，本發(fā)明所公開的高頻放大器的另一實施例包括有一第一轉阻放大器，接收一輸入電流并輸出一第一電壓；一第二轉阻放大器，輸出一第二電壓；一第三放大器，接收第一電壓與第二電壓；一可變電流源，耦接于第二轉阻放大器的輸入端與一接地端之間，用以輸出一可變電流以改變第二電壓，使得第二電壓跟隨第一電壓；一第四放大器，其輸入端接收第一電壓與第二電壓，輸出端與可變電流源耦接；以及一固定電流源，耦接于第一轉阻放大器的輸入端。其中可變電流源的輸出電流流出第二轉阻放大器，固定電流源輸出的電流流出第一轉阻放大器。
根據本發(fā)明的原理，第三放大器的兩個輸入端的電壓的改變對于第一端不會有影響，即使因為偏移(Offset)的關系，也僅止于兩端無法匹配的相當完整，并不會影響到轉阻放大器主體的功能。
根據本發(fā)明的原理，利用調整可變電流源來調整所復制的轉阻放大器的輸出電壓，通過此方式即可跟隨第一轉阻放大器所輸出的直流電壓的改變。
根據本發(fā)明的原理，本發(fā)明具有可提供平衡的直流電壓給下一級電路的優(yōu)點。
根據本發(fā)明的原理，本發(fā)明具有減少因直流不平衡造成的問題的優(yōu)點，同時也不會對第一級電壓轉電流的效能造成影響。
根據本發(fā)明的原理，本發(fā)明具有可提高轉阻放大器整體的PSRR的優(yōu)點。
本發(fā)明的詳細特征及優(yōu)點將在實施方式中詳細說明，其內容足以使任何本領域的普通技術人員了解本發(fā)明的技術并據以實施，且任何與本發(fā)明相關的優(yōu)點及目的可輕易地從本說明書所公開的內容、申請專利范圍及圖式中理解。
以上的關于本發(fā)明內容的說明及以下的實施方式的說明用以示范與解釋本發(fā)明的原理，并且提供本發(fā)明的權利要求進一步的解釋。


圖1為在先技術所公開的轉阻放大器的電路架構圖；圖2為在先技術所公開的另一轉阻放大器的電路架構圖；圖3為本發(fā)明所公開的高頻轉阻放大器的第一實施例的電路架構圖；圖4為本發(fā)明所公開的高頻轉阻放大器的第二實施例的電路架構圖；圖5為本發(fā)明所公開的高頻轉阻放大器的第三實施例的電路架構圖，其中輸入電流的方向與第二實施例不同；圖6為本發(fā)明所公開的高頻轉阻放大器的第四實施例的電路架構圖；以及圖7為本發(fā)明所公開的高頻轉阻放大器的第五實施例的電路架構圖。
其中，附圖標記說明A--第一端 B--第二端11--第一放大器 12--反饋電阻13--低通濾波器 14--第二放大器21--第一放大器 22--第二放大器23--第三放大器 24--第一反饋電阻25--第二反饋電阻 26--可變電流源31--第一轉阻放大器 32--第二轉阻放大器311--第一放大器 312--電阻321--第二放大器 322--電阻33--可變電流源 34--第三放大器37--第四放大器 38--電容39--固定電流源 41--第一轉阻放大器
411--第一放大器 412--第一晶體管413--第一電阻 42--第二轉阻放大器421--第二放大器 422--第二晶體管423--第二電阻 43--第三放大器44--固定電流源 45--可變電流源46--第四放大器 47--電容具體實施方式
有關本發(fā)明的特征與實施例，配合附圖作最佳實施例詳細說明如下。
請參考圖3，為本發(fā)明所公開的高頻放大器的電路圖，由第一轉阻放大器31、第二轉阻放大器32、可變電流源33以及第三放大器34組成，第一轉阻放大器31輸出一第一電壓，第二轉阻放大器32輸出一第二電壓。第一轉阻放大器31所輸出的第一電壓與第二轉阻放大器32所輸出的第二電壓分別輸入至第三放大器34。第三放大器34為一差動放大器。
第一轉阻放大器31包括有一第一放大器311與一第一反饋電阻312，其中第一反饋電阻312耦接于第一放大器311的輸入端與輸出端之間。第一放大器311為一運算放大器。
第二轉阻放大器32包括有一第二放大器321與一第二反饋電阻322，其中第二反饋電阻322耦接于第二放大器321的輸入端與輸出端之間。第二放大器321為一運算放大器。
可變電流源33，耦接于第二轉阻放大器32的輸入端與一系統(tǒng)電壓(PowerSupply)或接地端之間，用以輸出一可變電流以改變第二轉阻放大器32所輸出的第二電壓，使得第二電壓可以跟隨第一電壓的電壓值。
如圖3所示，第二轉阻放大器32復制第一轉阻放大器31的架構，再加入一可變電流源33即可形成一電壓跟隨器，通過改變可變電流源33的輸出電流以使第二端B的電壓改變。此第二轉阻放大器32及可變電流源33可視為一電壓控制器，用以控制第二轉阻放大器32所輸出的第二電壓。由于第一端A的直流電壓會隨著輸入電流Iin的改變而改變，通過改變可變電流源33的輸出電流的特性即可使第二端B的電壓在不同的輸入訊號大小皆可跟隨第一端A的電壓。
根據圖3所示，第二端B的參考電壓的建立為復制第一轉阻放大器31的電路，所以圖3中第一端A、第二端B兩點對系統(tǒng)電壓(Power Supply)的效應是一樣的，如此可提高轉阻放大器整體的電源電壓抑制比(PSRR)。
再請參考圖4，為本發(fā)明所公開的高頻放大器的第二實施例，與第一實施例不同點在于第二實施例多了一第四放大器37以及電容38，其中第四放大器37為一運算放大器，第四放大器37接收第一轉阻放大器31所輸出的第一電壓與第二轉阻放大器32所輸出的第二電壓，其輸出端與可變電流源33相接。電容38耦接于第四放大器37的輸出端與接地端間，用以濾除噪聲以及不必要的訊號。
參考圖5，為本發(fā)明所公開的高頻放大器的第三實施例，其電路架構與第二實施例相同，不同之處在于輸入電流的方向。當輸入電流Iin為流入第一轉阻放大器31時，可變電流源33所輸出的電流同樣為流入第二轉阻放大器32，如第二實施例所示。當輸入電流Iin為流出第一轉阻放大器31時，可變電流源33所輸出的電流同樣為流出第二轉阻放大器32，如第三實施例所示。
參考圖6，為本發(fā)明所公開的高頻放大器的第四實施例，電路結構與第二、第三實施例類似，不同之處在于第一轉阻放大器31的輸入端耦接有一固定電流源39，所輸出的電流由出第一轉阻放大器31。根據第四實施例，不論輸入電流Iin的方向為何，可變電流的方向皆為流出第二轉阻放大器32。
參考圖7，為本發(fā)明所公開的高頻放大器的第五實施例，所使用的轉阻放大器為可調共發(fā)共基放大器(Regulated Cascode)架構，其中第一轉阻放大器41包括有一第一運算放大器411、第一晶體管412以及第一電阻413。第一運算放大器411具有一輸入端與一輸出端，第一晶體管412具有一第一端、一第二端與一第三端，舉例來說可為一場效應晶體管(FET)或一雙極性晶體管(BJT)，第一端與運算放大器411輸出端耦接，第二端與運算放大器411輸入端耦接，第一電阻413則耦接于第三端與一系統(tǒng)電壓之間。第二轉阻放大器42包括有一第二運算放大器421、第二晶體管422以及第二電阻423。第二運算放大器421具有一輸入端與一輸出端，第二晶體管422具有第一端、第二端與第三端，舉例來說可為一場效應晶體管(FET)或一雙極性晶體管(BJT)，第一端與運算放大器421輸出端耦接，第二端與運算放大器421輸入端耦接，第二電阻423則耦接于第三端與一系統(tǒng)電壓之間。
第一轉阻放大器41輸出一第一電壓，第二轉阻放大器42輸出一第二電壓。第一轉阻放大器41所輸出的第一電壓與第二轉阻放大器42所輸出的第二電壓分別輸入至第三放大器43，第三放大器43為一差動放大器。
第一轉阻放大器41的輸入端耦接有一固定電流源44，第二轉阻放大器42的輸入端耦接有一可變電流源45，根據第五實施例，不論輸入電流Iin的方向為何，可變電流的方向皆為流出第二轉阻放大器42。
此外，第五實施例尚包括第四放大器46以及電容47，其中第四放大器46為一運算放大器，電容47耦接于第四放大器46的輸出端與接地端間，用以濾除噪聲以及不必要的訊號。
根據本發(fā)明的原理，利用一轉阻放大器復制另一轉阻放大器，并配合可變電流源，利用調整可變電流源來調整調整所復制的轉阻放大器的輸出電壓，通過此方式即可跟隨第一轉阻放大器所輸出的直流電壓的改變，如此即可提供平衡的直流電壓給下一級，以減少因直流不平衡造成的問題，同時也不會對第一級電壓轉電流的效能造成影響，亦可提高轉阻放大器整體的PSRR。
雖然本發(fā)明以前述的較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，所做的變化與修改，均屬本發(fā)明的專利保護范圍。
權利要求
1.一種高頻放大器，包括有一第一轉阻放大器，接收一輸入電流并輸出一第一電壓；一第二轉阻放大器，輸出一第二電壓；一第三放大器，接收該第一電壓與該第二電壓；以及一可變電流源，耦接于該第二轉阻放大器的輸入端與一接地端或一系統(tǒng)電壓之間，用以輸出一可變電流以改變該第二電壓，使得該第二電壓跟隨該第一電壓。
2.如權利要求1所述的高頻放大器，其特征在于，該第一轉阻放大器包括有一第一放大器與一第一反饋電阻，其中該第一反饋電阻耦接于該第一放大器的輸入端與輸出端之間。
3.如權利要求1所述的高頻放大器，其特征在于，該第二轉阻放大器包括有一第二放大器與一第二反饋電阻，其中該第二反饋電阻耦接于該第二放大器的輸入端與輸出端之間。
4.如權利要求1所述的高頻放大器，其特征在于，還包括有一第四放大器，其輸入端接收該第一電壓與該第二電壓，輸出端與該可變電流源耦接。
5.如權利要求4所述的高頻放大器，其特征在于，該第四放大器的輸出端與接地端間還耦接有一電容。
6.如權利要求1所述的高頻放大器，其特征在于，該輸入電流流入該第一轉阻放大器時，該可變電流流入該第二轉阻放大器。
7.如權利要求1所述的高頻放大器，其特征在于，該輸入電流流出該第一轉阻放大器時，該可變電流流出該第二轉阻放大器。
8.一種高頻放大器，包括有一第一轉阻放大器，接收一輸入電流并輸出一第一電壓；一第二轉阻放大器，輸出一第二電壓；一第三放大器，接收該第一電壓與該第二電壓；一可變電流源，耦接于該第二轉阻放大器的輸入端與一接地端之間，用以輸出一可變電流以改變該第二電壓，使得該第二電壓跟隨該第一電壓；一第四放大器，其輸入端接收該第一電壓與該第二電壓，輸出端與該可變電流源耦接；以及一固定電流源，耦接于該第一轉阻放大器的輸入端。
9.如權利要求8所述的高頻放大器，其特征在于，該第一轉阻放大器包括有一第一放大器與一第一反饋電阻，其中該第一反饋電阻耦接于該第一放大器的輸入端與輸出端之間。
10.如權利要求8所述的高頻放大器，其特征在于，該第一轉阻放大器包括有一運算放大器，具有一輸入端與一輸出端；一晶體管，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第一端與該運算放大器輸出端耦接，該第二端與該運算放大器輸入端耦接；以及一電阻，耦接于該第三端與一系統(tǒng)電壓之間。
11.如權利要求10所述的高頻放大器，其特征在于，該晶體管為一場效應晶體管或一雙極性晶體管。
12.如權利要求8所述的高頻放大器，其特征在于，該第二轉阻放大器包括有一第二放大器與一第二反饋電阻，其中該第二反饋電阻耦接于該第二放大器的輸入端與輸出端之間。
13.如權利要求8所述的高頻放大器，其特征在于，該第二轉阻放大器包括有一運算放大器，具有一輸入端與一輸出端；一晶體管，具有一第一端、一第二端與一第三端，該第一端與該運算放大器輸出端耦接，該第二端與該運算放大器輸入端耦接；以及一電阻，耦接于該第三端與一系統(tǒng)電壓之間。
14.如權利要求13所述的高頻放大器，其特征在于，該晶體管為一場效應晶體管或一雙極性晶體管。
15.如權利要求8所述的高頻放大器，其特征在于，該第四放大器的輸出端與接地端間還耦接有一電容。
16.如權利要求8所述的高頻放大器，其特征在于，該可變電流源的輸出電流流出該第二轉阻放大器。
17.如權利要求8所述的高頻放大器，其特征在于，該固定電流源輸出的電流由流出該第一轉阻放大器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高頻放大器，包括有一第一轉阻放大器，接收一輸入電流并輸出一第一電壓；一第二轉阻放大器，輸出一第二電壓；一第三放大器，接收第一電壓與第二電壓；以及一可變電流源，耦接于第二轉阻放大器的輸入端與一接地端或系統(tǒng)電壓源(power supply)之間，用以輸出一可變電流以改變第二電壓，使得第二電壓跟隨第一電壓。其中輸入電流流入第一轉阻放大器時，可變電流則流入第二轉阻放大器。輸入電流流出第一轉阻放大器時，可變電流則流出第二轉阻放大器。
文檔編號H04B10/02GK1731674SQ200410070168
公開日2006年2月8日 申請日期2004年8月4日 優(yōu)先權日2004年8月4日
發(fā)明者張虔輔 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院