一种跨阻放大器输出信号的调节电路的制作方法

本发明涉及信号处理，特别是涉及一种跨阻放大器输出信号的调节电路。

背景技术：

1、在需要进行光电转换的各种应用中跨阻放大器(tia)是实现把二极管(光探测器二极管pd或者雪崩光电二极管apd)检测到的电流信号转换成电压信号的常用方式。

2、典型的单端跨阻放大器(tia)的电路结构如图1，apd/pd把光信号转换成图2所示的电流信号，跨阻放大器把电流信号转换成电压信号von，由于二极管电流单向流动特性，pd或apd输出的电流波形如图2，有信号时有电流流过，没有信号时电流为零，即无光输入时电流为0，有光输入时，产生脉冲电流i0和i1，其中，电流i1对应信号电平为1，电流i0对应信号电平为0，电流i1和电流i0的比例对应消光比er＝10log(i1/i0)，图3为经过单端跨阻放大器(tia)输出的电压波形，为没有进行直流消除的跨阻放大器(tia)的输出电压von的电压波形图。

3、为消除直流，提出如图4所示的一种改进跨阻放大器，即消除直流的跨阻放大器，增加了直流消除电路部分，其中，在增益足够大的情况下ios约等于pd/apd的平均电流，各点波形如图5(1)，对于图5(1)的二极管产生的电流i，经过图5(2)的ios反馈给跨阻放大器的输入端后能对直流消除，使最终输入至跨阻放大器的电流i如图5(3)所示；跨阻放大器在静态无光输入时，输出电压v为v0，在有光输入时，输出电压在v0上下摆动如图6所示，当v0点取值偏低或偏高时，若信号摆幅较大时会由于电路中有源器件存在着饱和、截止和线性工作区，信号会进入饱和区或者截止区从而引起信号的畸变最后转换成占空比的畸变变成抖动，影响信号输出的准确性。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种跨阻放大器输出信号的调节电路，用于解决现有技术中跨阻放大器输出波形存在抖动的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种跨阻放大器输出信号的调节电路，包括跨阻放大器、无光源单元、信号处理单元和控制单元；

3、所述跨阻放大器的输入端连接光电转换产生的电流信号，并对电流信号进行处理得到电压信号；

4、所述无光源单元用于产生光电转换在光源无输入时的静态电压；

5、所述信号处理单元的输入端连接所述无光源单元的输出端和跨阻放大器的输出端，所述信号处理单元检测所述静态电压和所述电压信号的平均电压，并根据所述电压信号和所述电压信号的平均电压得到放大电压；

6、所述控制单元的输入端连接所述信号处理单元的输出端，所述控制单元的第一输出端连接所述无光源单元，所述控制单元的第二输出端连接所述跨阻放大器的输入端；所述控制单元基于所述放大电压产生控制信号；

7、其中，控制信号调节所述无光源单元的静态电压和跨阻放大器的直流信号以改变跨阻放大器输出的电压信号。

8、优选地，所述控制信号包括第一调节电流和第二调节电流，其中，所述第一调节电流通过控制单元的第一输出端输出至所述无光源单元以调节静态电压；

9、所述第二调节电流通过控制单元的第二输出端输出至所述跨阻放大器以消除电流信号中的直流。

10、优选地，所述控制单元包括第一调节模块和第二调节模块；

11、所述第一调节模块包括第一电流镜，第一电流镜连接跨阻放大器的输入端和信号处理单元的输出端，所述第一电流镜将所述放大电压转换成第一调节电流；

12、所述第二调节模块包括第二电流镜和电流处理子模块；所述第二电流镜连接无光源单元和信号处理单元的输出端，所述第二电流镜将所述放大电压进行转换得到中间电流。

13、优选地，所述电流处理子模块包括第一电流镜对和第二电流镜对；所述第一电流镜对和所述第二电流镜对依次对所述中间电流进行极性转换后输出第二调节电流。

14、优选地，第一电流镜与第二电流镜的结构相同，二者元器件尺寸比为m:1；第一电流镜对与第二电流镜对的结构相同，二者元器件尺寸比为n:1，其中，m、n为正整数。

15、优选地，所述调节电路还包括差分放大器；

16、所述差分放大器的反相输入端连接所述跨阻放大器的输出端，用于接收所述电压信号；所述差分放大器的同相输入端连接参考电压；所述差分放大器的控制端接收增益控制信号；

17、所述差分放大器基于增益控制信号对所述电压信号和所述参考信号进行处理得到输出电压。

18、优选地，所述控制单元还包括第三电流镜，第三电流镜连接信号处理单元的输出端和差分放大器的控制端，所述第三电流镜将所述放大电压转换成第三调节电流，其中，第三调节电流作为差分放大器的增益控制信号。

19、优选地，第一电流镜、第二电流镜和第三电流镜均为压控电流源。

20、如上所述，本发明的完整的发明名称，具有以下有益效果：

21、本发明跨阻放大器输出信号的调节电路在消除直流的基础上调节跨阻放大器的静态电压使电流工作在线性区域以减少饱和及截止失真的发生，从而减小跨阻放大器输出的电压信号的抖动，提高输出电压信号的准确性。同时，增设差分放大器，通过带增益控制的差分放大器能够对跨阻放大器输出的电压信号进行增益控制，从而达到改善占空比的技术目的。

技术特征：

1.一种跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，包括跨阻放大器、无光源单元、信号处理单元和控制单元；

2.根据权利要求1所述的跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，所述控制信号包括第一调节电流和第二调节电流，其中，所述第一调节电流通过控制单元的第一输出端输出至所述无光源单元以调节静态电压；

3.根据权利要求2所述的跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，所述控制单元包括第一调节模块和第二调节模块；

4.根据权利要求3所述的跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，所述电流处理子模块包括第一电流镜对和第二电流镜对；所述第一电流镜对和所述第二电流镜对依次对所述中间电流进行极性转换后输出第二调节电流。

5.根据权利要求4所述的跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，第一电流镜与第二电流镜的结构相同，二者元器件尺寸比为m:1；第一电流镜对与第二电流镜对的结构相同，二者元器件尺寸比为n:1，其中，m、n为正整数。

6.根据权利要求5所述的跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，所述调节电路还包括差分放大器；

7.根据权利要求6所述的跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，所述控制单元还包括第三电流镜，第三电流镜连接信号处理单元的输出端和差分放大器的控制端，所述第三电流镜将所述放大电压转换成第三调节电流，其中，第三调节电流作为差分放大器的增益控制信号。

8.根据权利要求7所述的跨阻放大器输出信号的调节电路，其特征在于，第一电流镜、第二电流镜和第三电流镜均为压控电流源。

技术总结
本发明提供一种跨阻放大器输出信号的调节电路，包括跨阻放大器、无光源单元、信号处理单元和控制单元；跨阻放大器对电流信号进行处理得到电压信号；无光源单元用于产生光电转换在光源无输入时的静态电压；信号处理单元检测静态电压和电压信号的平均电压，并根据电压信号和电压信号的平均电压得到放大电压；控制单元的输入端连接信号处理单元的输出端，控制单元的输出端连接无光源单元和跨阻放大器的输入端；控制单元基于放大电压产生控制信号；其中，控制信号调节无光源单元的调节静态电压和跨阻放大器的直流信号以改变跨阻放大器输出的电压信号。本发明能够减小跨阻放大器输出的电压信号的抖动，提高输出电压信号的准确性。

技术研发人员：杜亚飞,潘素敏,杨文伟
受保护的技术使用者：工研拓芯（苏州）集成电路有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4