专利名称：增益自校正电路及带有该增益自校正电路的光纤跨阻放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光纤跨阻放大器的增益自校正技术，以降低其性能随工艺参数变化的敏感度，提高该跨阻放大器批量生产的成品率，属于光通信集成电路设计领域。
背景技术：
光纤通信是以光为信息载体，光纤作为传输媒介的一种通信传输方式，具有带宽高、损耗低、受外界电磁干扰小等优点，已经成为了网络通信的主要形式。光纤通信主要由光网络、光电转换器件以及光通信集成电路等组成，其中光通信集成电路是连接光网络与用户终端之间的接口，是光纤通信网络发展的瓶颈。光收发模块是光纤接入网的核心器件，主要包括接收模块和发射模块两部分组成。其中发射模块主要由激光驱动电路和激光二极管(LD)两部分组成，激光二极管将用户发出的电信号转变成光信号发射出去，驱动电路为激光二极管提供驱动电流以确定输出功率和速度。接收模块主要由光电二极管(PD)、跨阻放大器和限幅放大器等几部分组成，光电二极管接收网络传输的光信号并将之转换成电流信号，跨阻放大器将这个电流信号放大为电压信号，然后限幅放大器对跨阻放大器的输出信号进一步放大，变成满足用户幅度要求的数字信号。跨阻放大器是光纤通信系统模拟接收前端的核心电路，其噪声大小直接决定了接收模块的灵敏度，带宽直接决定了接收模块的信号传输速率，跨阻放大器的最大和最小输入输入信号决定了接收模块的动态范围。跨阻放大器和光电二极管工作基本原理如
图1所示，其中光电二极管接收网络传输的光信号，并将这个光信号转变成与之对应的电流信号Iin输入到跨阻放大器。图1中的 Cd是光电二极管的等效寄生电容，虚线框中部分是跨阻放大器。跨阻放大器由放大器A、反馈电阻&和晶体管Ml共同构成。晶体管Ml的栅极电压由AGC电路提供，AGC为Automatic Gain Control的简写，中文含义是自动增益控制。AGC电路的输出电压与输入电流信号Iin 的幅度相关，当输入电流信号Iin较小时，AGC电路的输出电压为低电平，晶体管Ml不导通， 跨阻放大器的反馈电阻只有&，此时跨阻放大器的增益最大，输入噪声最小，具有较高的灵敏度。随着输入电流信号Iin的增强，AGC电路的输出电压逐渐升高直到升至使晶体管Ml 导通的触发电压，晶体管Ml导通并工作在线形区，晶体管Ml的导通电阻作为第二反馈电阻并联在&两端，降低跨阻放大器的总反馈电阻，通过降低增益来扩展输入信号的动态范围。 研究结果表明，当晶体管Ml开启以前，跨阻放大器的增益、带宽和输入噪声都与反馈电阻& 直接相关，式(1)给出了该跨阻放大器的增益表达式，式( 给出了该跨阻放大器的带宽表达式，式(3)给出了该跨阻放大器的输入噪声电流表达式即
权利要求
1.增益自校正电路，其特征在于，所述增益自校正电路包括第一PMOS晶体管(MPl)、第二 PMOS晶体管(MP2)、第三PMOS晶体管(MP3)、误差放大器(Ae)、复制放大器(Ad) ,NMOS晶体管(MNl)、参考电流源(Ikef)、复制电阻(Rf D)、参考电阻(Rfef)、滤波电阻(Rfiu)和滤波电容(Cfilt)；第一 PMOS晶体管(MPl)的源极、第二 PMOS晶体管(MP2)的源极和第三PMOS晶体管 (MP3)的源极都连接电源VDD ！；第一 PMOS晶体管(MPl)的栅极、第二 PMOS晶体管(MP2) 的栅极和第三PMOS晶体管(MP； )的栅极连接在一起，且都与第一 PMOS晶体管(MPl)的漏极连接；第一 PMOS晶体管(MPl)的漏极连接参考电流源(Ikef)的正端，参考电流源(Ikef)的负端连接地线GND ！；第二 PMOS晶体管(MP》的漏极同时连接误差放大器(Ae)的反相输入端和参考电阻 (Rfef)的一端；参考电阻(Rfef)的另一端连接复制放大器(Ad)的输出端；第三PMOS晶体管(MP； )的漏极同时连接误差放大器(Ae)的同相输入端和NMOS晶体管 (MNl)的漏极，NMOS晶体管(MNl)的栅极连接增益自校正电路的增益校正电压VS输出端， NMOS晶体管(MNl)的源极连接复制放大器(Ad)的输出端；误差放大器(Ae)的输出端连接滤波电阻(Rfiu)的一端，滤波电阻(Rfiu)的另一端连接增益自校正电路的增益校正电压VS输出端，滤波电阻(I mT)的另一端还与滤波电容(Cfiu) 的一端相连，滤波电容(Cfiu)的另一端接地线GND ！；复制放大器(Ad)的输入端和输出端之间并联复制电阻(RfJ。
2.根据权利要求1所述的增益自校正电路，其特征在于，滤波电阻(Rfiu)选用线性电阻或工作于线性区的MOS晶体管，滤波电容(Cfiu)选用线性电容或MOS电容。
3.带有如权利要求1所述的增益自校正电路的光纤跨阻放大器，它包括单端放大器 (A)和第一晶体管(Ml)，其特征在于，它还包括第二晶体管(M2)和增益自校正电路，单端放大器(A)的输入端接收光电二极管转换的光电流信号(Iin)，单端放大器(A)的输出端输出放大的电压信号Vot ；第一晶体管(Ml)并联在单端放大器(A)的输入端与输出端之间，第一晶体管(Ml)的栅极由自动增益电路的输出电平AGC控制；第二晶体管(M》并联在单端放大器(A)的输入端与输出端之间，第二晶体管(M2)的栅极电压由增益自校正电路输出的增益校正电压VS控制。
4.根据权利要求3所述的具有自校正功能的光纤跨阻放大器，其特征在于，所述复制放大器(Ad)是根据单端放大器㈧复制获得，所述复制放大器(Ad)与单端放大器㈧的尺寸相同，并且复制放大器(Ad)的输出电压Vd otit与单端放大器㈧的输出电压Vot相等。
5.根据权利要求3所述的具有自校正功能的光纤跨阻放大器，其特征在于，NMOS晶体管(MNl)与第二晶体管(M2)尺寸完全相同，并且NMOS晶体管(MNl)的导通电阻(Ron mni)与第二晶体管(M2)的导通电阻(Rfje)相等。
全文摘要
增益自校正电路及带有该增益自校正电路的光纤跨阻放大器，属于光通信集成电路设计领域，本发明为解决传统跨阻放大器因阈值电压的变化影响其跨阻增益的问题。本发明所述增益自校正电路对跨阻放大器的增益进行检测，根据检测结果调整形成跨阻增益的工作在线性区的MOS晶体管的栅极电压，令其栅源电压随着阈值电压变化而变化，达到降低晶体管导通电阻随加工工艺阈值电压变化的目的。带有上述增益自校正电路的光纤跨阻放大器，它包括单端放大器A和第一晶体管M1，它还包括第二晶体管M2和增益自校正电路，第二晶体管M2并联在单端放大器A的输入端与输出端之间，第二晶体管M2的栅极电压由增益自校正电路输出的增益校正电压VS控制。
文档编号H03F3/08GK102497169SQ20111045336
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者张兴宝, 李景虎 申请人:李景虎