一种用于高速光电探测器的前级放大电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及光电子集成电路【技术领域】，涉及一种用于高速光电探测器的前级放大电路。本发明的前级放大电路，其特征在于，包括前级预防大电路、前级镜像电路和二级放大电路，所述前级预防大电路和前级镜像电路分别与二级放大电路的两个输入端连接，所述前级镜像电路的输入端与二级放大电路连接，所述前级预防大电路和前级镜像电路的结构相同且参数匹配。本发明的有益效果为，同时满足高速和高增益的要求，不受温度、工艺、电源扰动等因素的影响，并且电路有较好的鲁棒性。本发明尤其适用于高速光电探测器。
【专利说明】—种用于高速光电探测器的前级放大电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子集成电路【技术领域】，涉及一种用于高速光电探测器的前级放大电路。
【背景技术】
[0002]光电子集成电路(OEIC)是利用光电子技术和微电子技术将光电子器件和电子元件单片集成在同一衬底上的集成电路，主要由激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、光电二极管(H))、光调制器等光电子有源器件和驱动电路、开关、放大器、再生器和复用/解复用器等电子元件及集成电路构成。
[0003]OEIC光接收机主要由光电探测器与晶体管放大器组成，它将光路传来的微弱光信号经探测器转换成电信号并经放大器放大、处理后输出。要改善OEIC接收机性能必须提高光电探测器和晶体管放大器的性能。一般来讲，对于探测器要求低噪声、高灵敏度和高速度，对于放大器要求高的电流增益截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)以及高互阻、高跨导。而探测器的频率特性主要由前级放大电路决定，因此前级电路的带宽和增益就显得尤为重要，对电路性能起到了至关重要的作用。通常对于前级放大器来说，跨导放大倍数和电路带宽是一对相互制约的指标，当放大倍数比较大时，高的跨导会使前级放大器的主极点位置前移，导致带宽下降。此外，为了提高光电探测器的精度，需要电路具有较高的抗干扰能力与鲁棒性。如图1所示，传统的光电探测器往往需要一个基准源电路，产生电路需要的参考电平或者参考电流。但这样使得电路较容易受到干扰的影响产生误动作，限制了光电探测器的使用范围。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的，就是针对上述的前级放大器存在的问题，提出一种同时满足速光电探测器高速和高增益需求的前级放大电路。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种用于高速光电探测器的前级放大电路，包括光电二极管，其特征在于，还包括前级预防大电路、前级镜像电路和二级放大电路，所述前级预防大电路和前级镜像电路分别与二级放大电路的两个输入端连接，所述前级镜像电路的输入端与二级放大电路连接，所述前级预防大电路和前级镜像电路的结构相同且参数匹配；
[0006]所述前级预防大电路为跨阻放大器，包括电阻R1、R2、R3和NMOS管M1、M2 ;光电二极管的负极接Ml的源极和M2的栅极，其正极接地；M1的漏极通过Rl接电源VDD，其栅极接M2的漏极，其源极通过R2接地；M2的漏极通过R3接电源VDD，其栅极接Ml的源极，其源极接地；
[0007]所述前级镜像电路为镜像跨阻放大器，包括电阻R4、R5、R6和NMOS管M3、M4 ；M3的漏极通过R4接电源VDD，其栅极接M4的漏极，其源极通过R5接地；M4的漏极通过R6接电源VDD，其源极接地；[0008]所述二级放大电路为差动放大器，包括电阻R7、R8和NMOS管M7、M8、M9 ；M7的漏极通过R7接电源VDD，其栅极接M3的漏极；M8的漏极通过R8接电源VDD，其栅极接Ml的漏极；M7和M8的源极共同接M9的漏极；M9的栅极接M3的源极和M4的栅极，其源极接地。
[0009]本发明的有益效果为，本发明采用带反馈的共栅放大电路结构，使前级放大同时满足高速和高增益的要求；同时，通过相同的放大电路匹配级形成差分信号输入到后续电路，使前级放大电路不受温度、工艺、电源扰动等因素的影响，并且电路有较好的鲁棒性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是传统的前级放大电路的逻辑结构示意框图；
[0011]图2是本发明的前级放大电路的逻辑结构示意框图；
[0012]图3是前级预防大电路的结构示意图；
[0013]图4是本发明的前级放大电路的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案:
[0015]针对现有光电探测器的前级放大电路的增益和带宽不能同时达到最优值的问题，本发明提出了如图2所示的光电探测放大器系统架构，其前级采用了如图3所示的带反馈环路的共栅极跨导放大器。在该结构中，决定主极点位置的电阻为R2，而决定放大器跨阻值的电阻为R1，在前级输入电容一定的情况下，放大器的带宽和增益不会相互制约，从而可以满足比较高的设计要求。
[0016]如图4所示，所述前级预防大电路为跨阻放大器，包括电阻Rl、R2、R3和NMOS管M1、M2 ;光电二极管的负极接Ml的源极和M2的栅极，其正极极接地；M1的漏极通过Rl接电源VDD，其栅极接M2的漏极，其源极通过R2接地；M2的漏极通过R3接电源VDD，其栅极接Ml的源极，其源极接地；
[0017]所述前级镜像电路为镜像跨阻放大器，包括电阻R4、R5、R6和NMOS管M3、M4 ；M3的漏极通过R4接电源VDD，其栅极接M4的漏极，其源极通过R5接地；M4的漏极通过R6接电源VDD，其源极接地；
[0018]所述二级放大电路为差动放大器，包括电阻R7、R8和NMOS管M7、M8、M9 ；M7的漏极通过R7接电源VDD，其栅极接M3的漏极；M8的漏极通过R8接电源VDD，其栅极接Ml的漏极；M7和M8的源极共同接M9的漏极；M9的栅极接M3的源极和M4的栅极，其源极接地。
[0019]本发明的工作原理为:
[0020]1.增益分析
[0021]如图3所示的前级预放大电路中，在A点对反馈断环，由于对于M2来说该反馈为电压采样-电流求和。其开环跨阻增益为:
[0022]
【权利要求】
1.一种用于高速光电探测器的前级放大电路，包括光电二极管，其特征在于，还包括前级预防大电路、前级镜像电路和二级放大电路，所述前级预防大电路和前级镜像电路分别与二级放大电路的两个输入端连接，所述前级镜像电路的输入端与二级放大电路连接，所述前级预防大电路和前级镜像电路的结构相同且参数匹配； 所述前级预防大电路为跨阻放大器，包括电阻R1、R2、R3和NMOS管M1、M2 ;光电二极管的负极接Ml的源极和M2的栅极，其正极接地；M1的漏极通过Rl接电源VDD，其栅极接M2的漏极，其源极通过R2接地；M2的漏极通过R3接电源VDD，其栅极接Ml的源极，其源极接地； 所述前级镜像电路为镜像跨阻放大器，包括电阻R4、R5、R6和NMOS管M3、M4 ；M3的漏极通过R4接电源VDD，其栅极接M4的漏极，其源极通过R5接地；M4的漏极通过R6接电源VDD，其源极接地； 所述二级放大电路为差动放大器，包括电阻R7、R8和NMOS管M7、M8、M9 ；M7的漏极通过R7接电源VDD，其栅极接M3的漏极；M8的漏极通过R8接电源VDD，其栅极接Ml的漏极；M7和M8的源极共同接M9的 漏极；M9的栅极接M3的源极和M4的栅极，其源极接地。
【文档编号】G01J1/44GK103900686SQ201410150905
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】周泽坤, 董渊, 张瑜, 石跃, 明鑫, 王卓, 张波 申请人:电子科技大学