一种ROF激光器的预失真电路及方法与流程

本发明涉及一种简单的应用于ROF激光器的预失真电路，属于信息传输技术领域。

背景技术：

射频光纤即ROF(Radio Over Fiber)技术是一种利用射频或中频信号调制光波并通过光波进行传输的信息传输技术。由于利用光纤传输射频信号具有信道稳定、损耗低、带宽大、不受电磁干扰、无辐射、重量轻、易于安装维护等优点，因此ROF技术在移动通信、舰船通信、射电天文、医学影像等领域得到了广泛的应用。最近量子通信获得国家的高度关注，而ROF技术是其能够广泛应用的重要保障。

技术实现要素：

发明目的：本发明是为了解决激光器自身的非线性对整个ROF系统的信号收发造成的影响，本发明提供一种ROF激光器的预失真电路及方法，本发明采用工作在亚阈值状态的MOS具有与激光器相反的非线性，通过反馈电路来控制晶体管的非线性实现对激光器非线性的补偿。整个预失真电路简单、面积小、功耗低、集成度高。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种ROF激光器的预失真电路，包括单级共栅放大器、T型偏置器、增益倍增放大器，其中：

所述单级共栅放大器主要由第一NMOS晶体管Q1、第二NMOS晶体管Q2、第三NMOS晶体管Q3、第六NMOS晶体管Q6和第一电阻R1组成，所述第一NMOS晶体管Q1的漏极、第二NMOS晶体管Q2的漏极、第三NMOS晶体管Q3的漏极均与第六NMOS晶体管Q6的源极连接，而所述第二NMOS晶体管Q2的源极、第三NMOS晶体管Q3的源极均与第一NMOS晶体管Q1的源极连接，所述第六NMOS晶体管Q6的漏极与第一电阻R1的一端连接，而第一电阻R1的另一端接电源Vdd，所述第六NMOS晶体管Q6的栅极接电源Vdd，所述第三NMOS晶体管Q3的栅极接第一电压V1，第二NMOS晶体管Q2的栅极接第二电压V2，所述第一NMOS晶体管Q1的栅极通过第二电阻R3接第二电压V2。

所述T型偏置器包括第一电容C1和第一电感L1，所述第一电容C1一端接输入信号RF_in，另一端接第一NMOS晶体管Q1的源极，而所述第一电感L1一端接地，，另一端接第一NMOS晶体管Q1的源极。

所述增益倍增放大器主要由第四PMOS晶体管Q4、第五NMOS晶体管Q5以及第二电阻R2组成，所述第五NMOS晶体管Q5的栅极通过第二电容C2与第一NMOS晶体管Q1的源极连接，所述第五NMOS晶体管Q5的源极接地，而所述第五MOS晶体管Q5的漏极与第四PMOS晶体管Q4的漏极连接，所述第四PMOS晶体管Q4的栅极与第五NMOS晶体管Q5的栅极连接，所述第四PMOS晶体管Q4的源极接控制电压Vc；所述第二电阻R2的一端与第五NMOS晶体管Q5的栅极连接，另一端与第五NMOS晶体管Q5的漏极连接，所述第五NMOS晶体管Q5的漏极通过第四电容C4与第一NMOS晶体管Q1的栅极连接。

一种ROF激光器的预失真电路的预失真方法：所述第二电容C2、第四电容C4的作用是将输入信号RF_in耦合到增益倍增放大器的栅极以及将增益倍增放大器的输出耦合到第一NMOS晶体管Q1的栅极。第一电阻R1是单级共栅放大器的漏极负载。第三NMOS晶体管Q3工作在饱和区，第二NMOS晶体管Q2工作在亚阈值区，对第三NMOS晶体管Q3进行三阶线性补偿，使得这两个管子的整体工作在线性度较高的状态。第一MOS晶体管Q1也工作在亚阈值区，第二NMOS晶体管Q2和第三NMOS晶体管Q3作为是线性路径，而第一NMOS晶体管Q1非线性路径。通过控制电压Vc调节增益倍增放大器的增益。

优选的：假设第一MOS晶体管Q1这个工作在亚阈值区的晶体管的传输方程表示为：

i_o＝g₁v_in+g₂v_in²+g₃v_in³

式中，i_o表示输出的信号电流，g₁表示泰勒级数展开的一阶系数，g₂表示泰勒级数展开的二阶系数，g₃表示泰勒级数展开的三阶系数，v_in表示输入信号；

结合增益倍增放大器，那么输出就变成下式：

i_o＝(1+A)g₁v_in+(1+A)²g₂v_in²+(1+A)³g₃v_in³

式中，A表示增益倍增放大器的增益。

有益效果：本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

采用单级共栅放大器，结构简单，版图占用面积小。通过调节Vc来控制增益倍增放大器的增益，进而调节整个预失真电路的三阶非线性，原理简单，电路性能稳定。

附图说明

图1传统预失真结构框图

图2是本发明电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，现有的预失真电路采用多路径结构，它们通过将输入信号通过功分器进行分解，然后将分解的信号分别通过线性通路还有非线性通路。线性通路需要电延时线，使得信号通过线性通路和非线性通路的时间相同。为了转换非线性通路的相位，在非线性通路还需要相移器。版图占用面积大，结构非常复杂。

如图2所示，本发明使用预失真电路。电路结构简单，能够有效地实现激光器的预失真。

本发明的一种ROF激光器的预失真电路是基于MOS晶体管自身非线性来实现的。同时，由于共栅放大器本身具有很大的带宽，该预失真电路可以在较大的带宽下工作。主要包括包括一个单级共栅放大器、T型偏置器、一个推挽放大器作为增益倍增放大器。

本发明中共栅放大器由晶体管Q1，Q2，Q3，Q6和R1组成。L1和C1采用外接的Bias-Tee来实现匹配。C2，C4的作用是将输入信号耦合到推挽放大器的栅极以及将推挽放大器的输出耦合到Q1管的栅极。R1是共栅放大器的漏极负载。其中Q3管工作在饱和区，Q2管工作在亚阈值区，对Q3管进行三阶线性补偿，使得这两个管子的整体工作在线性度较高的状态。这里Q2和Q3管可以认为是线性路径。Q1管也工作在亚阈值区。可以认为Q1管是非线性路径。Q4，Q5，R2组成的增益倍增放大器结构，用来驱动Q1晶体管。通过Vc调节由Q4，Q5，R2组成的推挽放大器的增益。

所述单级共栅放大器主要由第一NMOS晶体管Q1、第二NMOS晶体管Q2、第三NMOS晶体管Q3、第六NMOS晶体管Q6和第一电阻R1组成，所述第一NMOS晶体管Q1的漏极、第二NMOS晶体管Q2的漏极、第三NMOS晶体管Q3的漏极均与第六NMOS晶体管Q6的源极连接，而所述第二NMOS晶体管Q2的源极、第三NMOS晶体管Q3的源极均与第一NMOS晶体管Q1的源极连接，所述第六NMOS晶体管Q6的漏极与第一电阻R1的一端连接，而第一电阻R1的另一端接电源Vdd，所述第六NMOS晶体管Q6的栅极接电源Vdd，所述第三NMOS晶体管Q3的栅极接第一电压V1，第二NMOS晶体管Q2的栅极接第二电压V2，所述第一NMOS晶体管Q1的栅极通过第二电阻R3接第二电压V2。

所述T型偏置器包括第一电容C1和第一电感L1，所述第一电容C1一端接输入信号RF_in，另一端接第一NMOS晶体管Q1的源极，而所述第一电感L1一端接地，，另一端接第一MOS晶体管Q1的源极。

所述增益倍增放大器主要由第四PMOS晶体管Q4、第五NMOS晶体管Q5以及第二电阻R2组成，所述第五NMOS晶体管Q5的栅极通过第二电容C2与第一NMOS晶体管Q1的源极连接，所述第五NMOS晶体管Q5的源极接地，而所述第五NMOS晶体管Q5的漏极与第四PMOS晶体管Q4的漏极连接，所述第四PMOS晶体管Q4的栅极与第五NMOS晶体管Q5的栅极连接，所述第四PMOS晶体管Q4的源极接控制电压Vc；所述第二电阻R2的一端与第五NMOS晶体管Q5的栅极连接，另一端与第五NMOS晶体管Q5的漏极连接，所述第五NMOS晶体管Q5的漏极通过第四电容C4与第一NMOS晶体管Q1的栅极连接。

一种ROF激光器的预失真电路的预失真方法：所述第二电容C2、第四电容C4的作用是将输入信号RF_in耦合到增益倍增放大器的栅极以及将增益倍增放大器的输出耦合到第一NMOS晶体管Q1的栅极。第一电阻R1是单级共栅放大器的漏极负载。第三NMOS晶体管Q3工作在饱和区，第二NMOS晶体管Q2工作在亚阈值区，对第三NMOS晶体管Q3进行三阶线性补偿，使得这两个管子的整体工作在线性度较高的状态。第一NMOS晶体管Q1也工作在亚阈值区，第二NMOS晶体管Q2和第三NMOS晶体管Q3作为是线性路径，而第一NMOS晶体管Q1非线性路径。通过控制电压Vc调节增益倍增放大器的增益。

假设第一MOS晶体管Q1这个工作在亚阈值区的晶体管的传输方程表示为式(1)：

i_o＝g₁v_in+g₂v_in²+g₃v_in³ (1)

式中，i_o表示输出的信号电流，g₁表示泰勒级数展开的一阶系数，g₂表示泰勒级数展开的二阶系数，g₃表示泰勒级数展开的三阶系数，v_in表示输入信号。

结合增益倍增放大器，那么输出就变成式(2)：

i_o＝(1+A)g₁v_in+(1+A)²g₂v_in²+(1+A)³g₃v_in³ (2)

式中，A表示增益倍增放大器的增益。

从上式中可以看到，三阶项被放大了(1+A)³倍。因为工作在亚阈值区的晶体管本身具有与激光器相反的三阶非线性，因此不需要相移器来进行反向。

本发明采用一个单级共栅放大电路以及一个推挽放大器作为增益倍增环路(放大器)。共栅放大器由第一NMOS晶体管Q1、第二NMOS晶体管Q2、第三NMOS晶体管Q3三只MOS晶体管组成，其中第三NMOS晶体管Q3工作在饱和区，而第二NMOS晶体管Q2工作在亚阈值区，用来补偿第三NMOS晶体管Q3产生的非线性。第二NMOS晶体管Q2和第三NMOS晶体管Q3可以近似看成线性通路。第一NMOS晶体管Q1也工作在亚阈值区，通过推挽放大器的增益来控制第一NMOS晶体管Q1的三阶非线性的大小，第三NMOS晶体管Q3作为整个预失真的非线性通路。第四NMOS晶体管Q4，第五MOS晶体管Q5，第二电阻R2组成的增益倍增放大器结构，施加在第一NMOS晶体管Q1这个工作亚阈值区的管子。推挽放大器的增益可以通过调节电压Vc来实现。整个工作原理可以认为是第二NMOS晶体管Q2，第三NMOS晶体管Q3这个线性通路的加上第三NMOS晶体管Q3这个三阶补偿的非线性通路一起工作，产生的输出信号对于后级激光器进行补偿。第一电容C1，第一电感L1采用的是外接器件，例如Bias-Tee。整个电路的面积小，功耗低。

本发明提出的预失真电路具有结构简单，版图面积小，功耗低的特点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。