信的接收机专用集成电路的输出端连接到数字 端调制或连接示波器3。
[0029] 所接收到的可见光信号以微弱的电流形式从PIN光电二极管PD流出，经过前均衡 模块的补偿进入跨阻放大器中，由电流转化为电压小信号。再经过多级的限幅放大器进行 信号放大，将得到的较大摆幅电压信号经过后均衡进行二次补偿。由于探测器自身结电容 往往相对较大，加上电路各级产生的寄生影响，此时所得到的信号已经产生变形，不利于后 端数字模块进行调制处理，因此在后均衡后加入迟滞比较器，对波形进行处理，达到调整波 形的目的，使输出恢复为数字电压水平的原有信号，完成可见光信号的传输目的。输出端也 可接入示波器来观测所接收到的信号。
[0030] 前均衡是指在光电探测器产生的光生输入电流信号进入跨阻前置放大器前，通过 采用补偿的手段，提高输入信号的电带宽，以恢复信号中的高频成分，避免高频信号经放大 电路后因损失过大而无法恢复。本发明中的前均衡模块采用并联谐振回路峰化技术来实 现。
[0031] 如图3a所示，所述的前均衡单元21包括有:相并联的电流源Is和第一电容Cpd，所述 电流源I s和第一电容Cpd的一端连接电压VDD，所述电流源Is和第一电容Cpd的另一端分别连 接第一电阻RfA的一端、电感Uq的一端以及第一NMOS管ΠΑ1的栅极，所述电感Uq的另一端通过 第二电阻R eq接地，所述第一电阻RfA的另一端和第一匪OS管nA1的漏极共同连接第二匪OS管 nA2的源极，第一电阻Rf a的该端和第一 NMOS管nA1的漏极以及第二NMOS管nA2的源极还共同构 成前均衡单元21的输出端连接跨阻放大器22的输入端，所述第二NMOS管n A2的漏极连接电压 VDD，栅极通过第三电阻RdA连接电压VDD。
[0032]其中光电二极管PD、电流源Is和第一电容Cpd相互并联构成光电探测器的等效电 路，它们分别为理想光电二极管、光电探测器的光生电流和结电容。电感Uq和第二电阻Req 分别为片上电感与电阻，它们与跨阻前置放大器的输入电容Cin(约等于NMOS管nA2的栅源电 容Cgs, A2 )、输入电阻Rin, A构成一个并联谐振回路(如图3b )。
[0033]由于串联和并联的LR部分阻抗相等，有如下关系：
[0038]将该电路等效为典型的RLC网络（图3c)，其中：
[0042] 则该谐振回路的谐振频率为
[0043]此外，跨阻前置放大器的负载第一 NMOS管nA1和第三电阻RdA构成一个有源电感，它 们与下一级的输入电容和输入电阻也构成一个并联谐振回路。通过参数优化调整使这两个 谐振回路产生的谐振峰相互交叠，可有效提高前置跨阻放大器的带宽。此外，通过大幅增加 用作跨阻的第一电阻RfA和用作前置电阻的第二电阻R eq的阻值还可以增加光接收机的输入 电阻，减小第一电阻Rm和第二电阻Req引入的噪声电流。
[0044] 如图4所示，所述的后均衡单元24包括有相并联的第二电容C和第四电阻R，所述第 二电容C和第四电阻R的一端共同连接所述限幅放大器13的输出端，所述第二电容C和第四 电阻R的另一端通过一个负载电阻Rl接地，所述第二电容C和第四电阻R的该端还构成后均 衡单元24的输出端连接比较器25的输入端。
[0045] 该均衡器的频率响应传输函数为
[0047] 其中，1八=仇/(1?+仇），了 = 1^，仇是负载电阻，1八是均衡器的直流系数（《=〇)。则 其的幅值响应为
[0051]当时，此3dB点存在。在此3dB点附近，|He( ω ) I近似为线性。均衡器频率响应 的斜率~可以近似表示为
[0053]为了使蓝光分量高频段和低频段的增益平衡，均衡器的响应要求Se= - Sb，Sb为未 加均衡时蓝光分量的频率响应曲线斜率，近似为-0.24dB/MHz。采用均衡而获得的期望带宽 可以近似估计为
[0055]由（4)式和(5)式可以看出，T和k的选择将会决定均衡带宽以及均衡信号的增益。 选择一个较大的k值，将会获得更高的调制带宽。
【主权项】
1. 一种基于可见光通信的接收机专用集成电路，包括有依次连接的用于将得到的电流 信号转化为电压信号并进行放大的跨阻放大器(22)和用于将跨阻放大器(22)输出的电压 信号放大至数字电压水平的限幅放大器(23)，其特征在于，所述跨阻放大器(22)的输入端 连接用于对从光电二极管(PD)接收到的电流进行补偿的前均衡单元(21)的输出端，所述限 幅放大器(23)的输出端连接用于对从限幅放大器(23)输出的电压信号进行二次补偿的后 均衡单元(24)的输入端，所述后均衡单元(14)的输出端连接用作信号判决的比较器(25)的 输入端，所述比较器(25)的输出构成基于可见光通信的接收机专用集成电路的输出。2. 根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的接收机专用集成电路，其特征在于，所 述的前均衡单元(21)包括有:相并联的电流源（I s)和第一电容(Cpd)，所述电流源（Is)和第 一电容(C Pd)的一端连接电压VDD，所述电流源（I s)和第一电容(CPd)的另一端分别连接第一 电阻(RfA)的一端、电感(Leq)的一端以及第一NMOS管(ΠΑ1 )的栅极，所述电感(Leq )的另一端通 过第二电阻(Req)接地，所述第一电阻(RfA)的另一端和第一 NMOS管(nA1)的漏极共同连接第 二NMOS管（nA2)的源极，第一电阻（R f a)的该端和第一匪0S管（nA1)的漏极以及第二匪0S管 (nA2)的源极还共同构成前均衡单元(21)的输出端连接跨阻放大器(22)的输入端，所述第二 NMOS管(nA2)的漏极连接电压VDD，栅极通过第三电阻(RdA)连接电压VDD。3. 根据权利要求1所述的一种基于可见光通信的接收机专用集成电路，其特征在于，所 述的后均衡单元(24)包括有相并联的第二电容(C)和第四电阻(R)，所述第二电容(C)和第 四电阻(R)的一端共同连接所述限幅放大器(23)的输出端，所述第二电容(C)和第四电阻 (R)的另一端通过一个负载电阻(Rl)接地，所述第二电容(C)和第四电阻(R)的该端还构成 后均衡单元(24)的输出端连接比较器(25)的输入端。
【专利摘要】一种基于可见光通信的接收机专用集成电路，包括有依次连接的用于将得到的电流信号转化为电压信号并进行放大的跨阻放大器和用于将跨阻放大器输出的电压信号放大至数字电压水平的限幅放大器，所述跨阻放大器的输入端连接用于对从光电二极管接收到的电流进行补偿的前均衡单元的输出端，所述限幅放大器的输出端连接用于对从限幅放大器输出的电压信号进行二次补偿的后均衡单元的输入端，所述后均衡单元的输出端连接用作信号判决的比较器的输入端，所述比较器的输出构成基于可见光通信的接收机专用集成电路的输出。本发明有效地缩小了体积并减小了各模块级联时带入的误差。具有低功耗、集成度高、成本低、易于大规模生产等优点。
【IPC分类】H04B10/116, H04B10/60
【公开号】CN105610502
【申请号】CN201610112358
【发明人】毛陆虹, 喻旻, 谢生
【申请人】天津大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月29日