一种光接收机模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种光接收机模块，包括低噪声跨阻放大器、衰减器和输出放大器：全集成的光接收机模块的输入端由光电二极管信号输入，低噪声跨阻放大器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端连接输出放大器的输入端，输出放大器的输出端进行信号输出。本实用新型的优点体现在：整个模块由一个单芯片组成，大大降低了模块的成本，简化了设计，模块更加小型化，更易于嵌入其他系统中间，实现完整的解决方案。
【专利说明】
一种光接收机模块
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及光接收机技术领域，具体涉及一种光接收机模块。
【背景技术】
[0002]有线电视光接收机在光纤网络(即HFC)和光纤到户(S卩FTTH)应用中都是重要组成部分之一。有线电视光接收机由两部分组成:1.光电转换二级管。2.光接收模块。
[0003]目前通常采用的光接收机模块结构如图1所示。光接收机模块由五个部分组成:匹配电路、低噪声放大器、衰减器、驱动放大器和阻抗转换变压器。匹配电路的输入端接光电二极管的输出，匹配电路的输出端接低噪声放大器的输入端，低噪声放大器的输出端接衰减器的输入端，衰减器的输出端接驱动放大器的输入端，驱动放大器的输出端接阻抗变换变压器的输入端，最后信号由阻抗变压器的输出端输出。目前集成的光接收机模块将低噪声放大器、衰减器和驱动放大器集成在一个单芯片上。现有模块中的低噪声放大器的输入阻抗通常在50欧姆或75欧姆，而光电二极管的输出阻抗在400欧姆，所以需要在光电二极管的输出端和低噪声放大器的输入端之间加一个阻抗匹配电路，进行阻抗的匹配。阻抗匹配电路通常由电感、电容和电阻组成，一般不能被集成在芯片里，必须由单独的分立元件实现。
[0004]为了提高光接收模块的信噪比、提高接收灵敏度和MER指标，光接收模块一般采用差分输入，但是光接收模块的输出是单端输出，所以在最终信号输出之前要进行差分变单端的转换。目前都采用接阻抗变换变压器的方法实现差分变单端的转换。
[0005]由于目前光接收模块中匹配电路和阻抗变换变压器无法实现集成，增加了设计的复杂性，和制造成本。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提出一种全集成的光接收模块，采用全新的结构和设计方案，取消了匹配电路和阻抗变换变压器，实现了光接收模块的全集成。
[0007]为实现上述目的，本实用新型公开了如下技术方案:
[0008]一种基于砷化镓pHEMT(赝高电子迀移率晶体管)工艺全集成的光接收机模块，包括低噪声跨阻放大器、衰减器和输出放大器:
[0009]所述低噪声跨阻放大器由两个独立的放大单元构成，形成差分输入和差分输出，每个放大单元的输入和输出之间有个反馈电阻RF，这两个放大单元结构相同，其内部由放大级、输出级和相应的偏置电路构成；
[0010]所述衰减器由N个衰减单元构成，每个衰减单元由一个电阻和一个pHEMT管构成，电阻的两端跨接在PHEMT管的源极和漏极之间，pHEMT管的栅极接控制信号，N个衰减单元再通过串联或并联组成衰减器；
[0011 ]所述输出放大器由差分输入端、差分输入端的有源负载、电流源和输出级构成;差分输入端的正极和负极分别连接到两个pHEMT管的栅极，这两个差分输入pHEMT管的源极连在一起，接电流源的输入端，电流源的输出端接地；差分输入PHEMT管的漏极分别接一个pHEMT管，该pHEMT管作为差分输入pHEMT管的有源负载;两个作为有源负载的pHEMT管，它们的漏极连在一起，接到电源；它们的栅极连在一起，他们的源极分别接到两个差分输入pHEMT管的漏极;其中一个有源负载pHEMT管的栅极和源极连在一起，另一个有源负载pHEMT管的源极接输出PHEMT管的栅极;输出pHEMT管的漏极接电源，输出pHEMT管的源极接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接地；
[0012]所述全集成的光接收机模块的输入端由光电二极管信号输入，低噪声跨阻放大器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端连接输出放大器的输入端，输出放大器的输出端进行信号输出。
[0013]进一步的，所述放大单元电路的放大级由pHEMT管Ml，pHEMT管M2，电阻Rl和电阻R2构成;输出级由pHEMT管M3和负载电阻RL构成，偏置电路提供Ml和M2的偏置电压。
[0014]进一步的，所述输出放大器由pHEMT管M4、pHEMT管M5组成差分输入端，pHEMT管M6、M7组成pHEMT管M4、M5的有源负载，其中M6的栅极和源极联接在一起，电流源提供M4、M5、M6、M7的静态工作电流;M4、M5、M6和M7组成的电路实现了差分信号变成单端信号的转换;pHEMT管M8和负载电阻RL组成输出级;M4、M5的栅极分别接差分输入端的正极和负极，M4、M5的源极连在一起，接电流源的输入端，电流源的输出端接地;M4、M5的漏极分别接M6、M7的源极，M6、M7的漏极连在一起，接电源;M6、M7的栅极连在一起，M6的栅极和源极连在一起，M7的源极接M8的栅极;M8的漏极接电源，M8的源极接负载电阻RL—端，负载电阻RL的另一端接地。
[0015]本实用新型公开的一种光接收机模块，具有以下有益效果:
[0016]整个模块由一个单芯片组成，大大降低了模块的成本，简化了设计，模块更加小型化，更易于嵌入其他系统中间，实现完整的解决方案。
【附图说明】
[0017]图1是现有技术中的光接收机模块结构图；
[0018]图2是本实用新型提出的光接收机模块的结构图；
[0019]图3是低噪声跨阻放大器示意图；
[0020]图4是低噪声跨阻放大器放大单元电路示意图；
[0021]图5是衰减器结构图；
[0022]图6是输出放大器的结构图；
[0023]图7是本实用新型提出的全集成模块的增益随衰减器控制电压的变换曲线；
[0024]图8是低噪声跨阻放大器噪声系数；
[0025]图9是低噪声跨阻放大器输入回损系数；
[0026]图10是全集成模块输出回损系数；
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。
[0028]请参见图2。本实用新型提出的基于砷化镓pHEMT(赝高电子迀移率晶体管)工艺全集成的光接收机模块，包括低噪声跨阻放大器、衰减器和输出放大器:
[0029]所述低噪声跨阻放大器由两个独立的放大单元构成，形成差分输入和差分输出，差分输入、输出可以提高光接收模块的MER指标。每个放大单元的输入和输出之间有个反馈电阻RF，引入反馈电阻可以提高放大器的噪声指标，提高接收灵敏度。请参见图3，这两个放大单元结构相同，其内部由放大级、输出级和相应的偏置电路构成；
[0030]图2中衰减器的作用是根据光电二级管输出大小来自动调节光接收模块的增益。见图5，衰减器由N个衰减单元构成，每个衰减单元由一个电阻和一个pHEMT管构成，电阻的两端跨接在PHEMT管的源极和漏极之间，pHEMT管的栅极接控制信号，一个电阻和一个pHEMT构成一级衰减单元，N个衰减单元再通过串联或并联组成衰减器;衰减器的动态调节范围和N有关，通常N越大，衰减器的动态调节范围越大。根据设计的要求，衰减器的控制信号可以是电压控制信号或数字控制信号。
[0031]图2中的输出放大器作用是实现信号的驱动放大，同时将差分信号变成单端信号，并实现输出阻抗变换。输出放大器由差分输入端、差分输入端的有源负载、电流源和输出级构成；差分输入端的正极和负极分别连接到两个PHEMT管的栅极，这两个差分输入pHEMT管的源极连在一起，接电流源的输入端，电流源的输出端接地;差分输入PHEMT管的漏极分别接一个pHEMT管，该pHEMT管作为差分输入pHEMT管的有源负载;两个作为有源负载的pHEMT管，它们的漏极连在一起，接到电源;它们的栅极连在一起，他们的源极分别接到两个差分输入pHEMT管的漏极;其中一个有源负载pHEMT管的栅极和源极连在一起，另一个有源负载pHEMT管的源极接输出pHEMT管的栅极;输出pHEMT管的漏极接电源，输出pHEMT管的源极接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接地；
[0032 ]所述全集成的光接收机模块的输入端由光电二极管信号输入，低噪声跨阻放大器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端连接输出放大器的输入端，输出放大器的输出端进行信号输出。
[0033]见图4，作为一种具体实施例，所述放大单元电路的放大级由pHEMT管Ml，pHEMT管M2，电阻Rl和电阻R2构成;输出级由pHEMT管M3和负载电阻RL构成，偏置电路提供Ml和M2的偏置电压。通过放大单元内部电路结构参数的调整，可以将放大器的输入阻抗匹配到光电二级管输出阻抗，这样就可以去掉原先在匹配电路。
[0034]见图6，作为一种具体实施例，所述输出放大器由pHEMT管M4、pHEMT管M5组成差分输入端，pHEMT管M6、M7组成pHEMT管M4、M5的有源负载，其中M6的栅极和源级联接在一起，电流源提供M4、M5、M6、M7的静态工作电流;M4、M5、M6和M7组成的电路实现了差分信号变成单端信号的转换;PHEMT管M8和负载电阻RL组成输出级可以调节RL的阻值实现输出阻抗匹配；M4、M5的栅极分别接差分输入端的正极和负极，M4、M5的源极连在一起，接电流源的输入端，电流源的输出端接地;M4、M5的漏极分别接M6、M7的源极，M6、M7的漏极连在一起，接电源；M6、M7的栅极连在一起，M6的栅极和源极连在一起，M7的源极接M8的栅极;M8的漏极接电源，M8的源极接负载电阻RL—端，负载电阻RL的另一端接地。采用本实用新型提出的输出放大器可以省去现有技术中的阻抗变换变压器，大大降低了成本，简化了设计。
[0035]图7是本实用新型提出的全集成模块的增益随输入信号频率变换的曲线，同时也给出了增益随衰减器控制电压的变换曲线。实验采用了 0-3V的控制电压，其中OV最小衰减控制电压，3V是最大衰减控制电压。图8是低噪声跨阻放大器噪声系数，图9低噪声跨阻放大器输入回损系数，输入阻抗是匹配到前级光电二极管通常的输出阻抗200欧姆。图10是本实用新型提出的全集成模块输出回损系数，输出阻抗是匹配到75欧姆的输出阻抗。从图9和图10可以看到本实用新型提出的全集成模块已经很好的实现了阻抗匹配，无需现有技术中光电二级管与接收模块之间的匹配电路，和输出阻抗变换变压器。
[0036]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，而非对其限制;应当指出，尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种光接收机模块，其特征在于，包括低噪声跨阻放大器、衰减器和输出放大器: 所述低噪声跨阻放大器由两个独立的放大单元构成，形成差分输入和差分输出，每个放大单元的输入和输出之间有个反馈电阻RF，这两个放大单元结构相同，其内部由放大级、输出级和相应的偏置电路构成； 所述衰减器由N个衰减单元构成，每个衰减单元由一个电阻和一个pHEMT管构成，电阻的两端跨接在PHEMT管的源极和漏极之间，pHEMT管的栅极接控制信号，N个衰减单元再通过串联或并联组成发减器； 所述输出放大器由差分输入端、差分输入端的有源负载、电流源和输出级构成;差分输入端的正极和负极分别连接到两个pHEMT管的栅极，这两个差分输入pHEMT管的源极连在一起，接电流源的输入端，电流源的输出端接地；差分输入PHEMT管的漏极分别接一个pHEMT管，该pHEMT管作为差分输入pHEMT管的有源负载;两个作为有源负载的pHEMT管，它们的漏极连在一起，接到电源;它们的栅极连在一起，他们的源极分别接到两个差分输入PHEMT管的漏极;其中一个有源负载PHEMT管的栅极和源极连在一起，另一个有源负载pHEMT管的源极接输出PHEMT管的栅极;输出pHEMT管的漏极接电源，输出pHEMT管的源极接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接地； 所述全集成的光接收机模块的输入端由光电二极管信号输入，低噪声跨阻放大器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端连接输出放大器的输入端，输出放大器的输出端进行信号输出。2.根据权利要求1所述的一种光接收机模块，其特征在于，所述放大单元电路的放大级由pHEMT管Ml，pHEMT管M2，电阻Rl和电阻R2构成;输出级由pHEMT管M3和负载电阻RL构成，偏置电路提供Ml和M2的偏置电压。3.根据权利要求1所述的一种光接收机模块，其特征在于，所述输出放大器由pHEMT管M4、pHEMT管M5组成差分输入端，pHEMT管M6、M7组成pHEMT管M4、M5的有源负载，其中M6的栅极和源极联接在一起，电流源提供M4、M5、M6、M7的静态工作电流;M4、M5、M6和M7组成的电路实现了差分信号变成单端信号的转换;PHEMT管M8和负载电阻RL组成输出级;M4、M5的栅极分别接差分输入端的正极和负极，M4、M5的源极连在一起，接电流源的输入端，电流源的输出端接地;M4、M5的漏极分别接M6、M7的源极，M6、M7的漏极连在一起，接电源;M6、M7的栅极连在一起，M6的栅极和源极连在一起，M7的源极接M8的栅极;M8的漏极接电源，M8的源极接负载电阻RL—端，负载电阻RL的另一端接地。
【文档编号】H04N5/44GK205670806SQ201620486699
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】曹然, 李金宣
【申请人】北京中电宏业科技有限公司