專利名稱：超動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前置放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所介紹的超動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前置放大器屬于數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡(luò)中光接收機(jī)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的技術(shù)方法和實(shí)施方案。
在現(xiàn)有的常規(guī)光接收機(jī)中，前置放大器是限制光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的主要部分。目前，前置放大器動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展主要依賴于跨阻式放大器反饋電阻的調(diào)整，此時(shí)動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展和接收機(jī)靈敏度的提高是矛盾的，從而限制了光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的提高。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡(luò)中因接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍不足將造成誤碼或限制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及范圍。故而如何進(jìn)一步擴(kuò)展光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍一直是本技術(shù)領(lǐng)域關(guān)鍵問題之一。
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單易行的電路方法和實(shí)施方案以克服數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)光接收機(jī)中動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展與高靈敏度間的矛盾，同時(shí)可以將光接收機(jī)前置放大器的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到很大，達(dá)到目前通用前置放大器中線性放大器的動(dòng)態(tài)范圍不能比擬甚至已無法定義的程度，從而徹底解決光接收機(jī)前置放大器動(dòng)態(tài)范圍問題。
本發(fā)明的主要思想是以非線性放大器取代傳統(tǒng)的線性放大器以徹底解決光接收機(jī)前置放大器動(dòng)態(tài)范圍問題。
本發(fā)明具有如附

圖1所示的幅度特性。當(dāng)輸入信號(hào)幅度低于折點(diǎn)A時(shí)，放大器具有線性或接近線性的幅度特性。此時(shí)，不因擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的措施而影響接收機(jī)靈敏度的提高，當(dāng)輸入信號(hào)幅度達(dá)到或超過折點(diǎn)A時(shí)，放大器具有平坦或接近平坦的幅度特性。此時(shí)，放大器輸出信號(hào)幅度不再跟隨或基本上不再跟隨輸入信號(hào)幅度而變化，且沒有任何電路有源器件處于飽和狀態(tài)，從而使光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到不受前置放大器限制的程度，且靈敏度不受影響。
附圖二a，b是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明以上特性的電路方案。帶有有源恒流源的成對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管組成的增益級(jí)是形成本發(fā)明前置放大器具有折線幅度特性的核心部分。該增益級(jí)在折點(diǎn)電平以下時(shí)，處于線性放大的工作狀態(tài)，接收機(jī)靈敏度、前置級(jí)的增益及頻域特性等方面的要求將得到滿足。當(dāng)信號(hào)幅度達(dá)到或超過折點(diǎn)A時(shí)，由于該增益級(jí)總電流已由有源恒流源人為設(shè)定，且該增益級(jí)成對(duì)晶體管的初始偏置狀態(tài)為其一處于線性區(qū)域，另一處于較弱導(dǎo)通或相同偏置的線性狀態(tài)，兩晶體管電流的總和不足以使任一晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)。從而，在大信號(hào)輸入時(shí)，該增益級(jí)雖然有平坦的幅度特性，但沒有任何有源器件進(jìn)入飽和狀態(tài)，所輸出的信號(hào)脈沖不會(huì)因輸入信號(hào)幅度較大而展寬。由于該增益級(jí)最大輸出信號(hào)幅度可以是確定的或接近確定的電平，使光接收機(jī)前置放大器中的后級(jí)及前置放大器以后各級(jí)的電路結(jié)構(gòu)和狀態(tài)較易設(shè)定。
在本發(fā)明附圖2中，反饋電阻Rf的作用已與常規(guī)的跨阻式放大器不同，Rf在這里已不再是為擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍而設(shè)置，Rf僅是為了改善放大器的幅頻特性而設(shè)置。如果該增益級(jí)基本放大器已經(jīng)具有滿足系統(tǒng)所要求的幅頻特性，則反饋電阻Rf的數(shù)值可以取得較大，以保證光接收機(jī)具有較高的靈敏度。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是以非線性放大器取代了常規(guī)的線性放大器，使光接收機(jī)前置放大器的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到無法定義的地步，同時(shí)由于反饋電阻Rf的數(shù)值可以大大增加，使光接收機(jī)靈敏度提高。從而使數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡(luò)的誤碼率降低，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的限制大大減小。
附圖3為本發(fā)明的一種實(shí)例，該實(shí)例適用于10Mbps以下的情況，但很容易擴(kuò)展到10Mbps以上。在該實(shí)例中，電流范圍為I∑＝I1～I(xiàn)DSSID＝I1～I(xiàn)∑/2其中，I∑為有源恒流源BG1供給成對(duì)晶體管J1、J2的總電流。ID(J2)為圖3中晶體管J2的漏極電流，IDSS為成對(duì)晶體管J1、J2的飽和漏極電流，I1為場(chǎng)效應(yīng)晶體管折線化特性曲線的折點(diǎn)電流，如附圖4中B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。I∑及ID(J2)的數(shù)值就決定了折點(diǎn)A的位置。所以，應(yīng)根據(jù)接收機(jī)情況人為選定。但只要選定在上式范圍，本電路就具有本發(fā)明的優(yōu)良特性。
本發(fā)明附圖如下圖1本發(fā)明前置放大器的幅度特性。
圖2超動(dòng)態(tài)范圍增益級(jí)圖3電路實(shí)例圖4場(chǎng)效應(yīng)晶體管轉(zhuǎn)移特性曲線
權(quán)利要求
1.一種超動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前置放大器，其特征在于該放大器的輸入級(jí)采用有恒流源的成對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的差動(dòng)式電路，增益級(jí)的總電流由恒流源控制，以此達(dá)到任何時(shí)間都不出現(xiàn)有源器件的飽和現(xiàn)象。
2.一種超動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前置放大器，其特征在于該放大器的輸入級(jí)采用有恒流源的成對(duì)雙極型晶體管組成的差動(dòng)式電路，增益級(jí)的總電流由恒流源控制，以此達(dá)到任何時(shí)間都不出現(xiàn)有源器件的飽和現(xiàn)象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種超動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前置放大器，其特征在于在該放大器輸入級(jí)差動(dòng)式電路中，成對(duì)的兩只有源器件可以具有不同的直流偏置狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有折線幅度特性且有源器件不進(jìn)入飽和狀態(tài)的超動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前置放大器，其核心部分是帶有恒流源的差動(dòng)式電路所組成的增益級(jí)。本前置放大器可使因前置放大器而受限的光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到無法定義的程度，從而解決了數(shù)字光纖系統(tǒng)中接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的問題而不必付出信號(hào)噪聲比降低或靈敏度下降的代價(jià)。
文檔編號(hào)H04B10/06GK1077829SQ9310642
公開日1993年10月27日 申請(qǐng)日期1993年6月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月4日
發(fā)明者李錚, 蘇翼凱 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)