一种跨阻放大器、光接收机以及光通信系统

本发明涉及集成电路，尤其涉及一种跨阻放大器、光接收机以及光通信系统。

背景技术：

1、光接收机芯片作为光通信系统的重要组成部分，其性能(包括灵敏度、带宽等)关系到光信号的传输质量。整个光接收机芯片通常由光电检测器(photodiode detector，pd)、跨阻放大器(transimpedance amplifier，tia)、主放大器(main amplifier，ma)与其后的数字后端电路组成。作为整个光接收机的重要组成部分，光接收机前端的性能指标直接决定了整个光通信系统的传输质量，而跨阻放大器(transimpedance amp，tia)是光接收机中最重要的部分，它的性能在很大程度上决定了光接收机乃至整个光通信系统的性能。因此，研究设计宽带、高增益、低噪声的跨阻放大器，对于提高光接收机的性能，构建高速、大容量的光纤通信系统具有重要的意义。

2、目前，在高速电路系统中，为了拓展带宽，可以在电阻反馈型tia之前引入电感，但此举会引入较大的信号振铃，使得波形失真，导致一定的误码率损失，而在电阻反馈型tia之中引入电感时，虽然可以避免信号振铃的问题，但需要对电感值做出细致地调整和选择，且无源电感的引入也会占用很大的芯片面积。

3、基于此，如何在提高带宽和节省芯片面积的同时，提高跨阻放大器的稳定性，就成了亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种跨阻放大器、光接收机以及光通信系统，用于在提高带宽和节省芯片面积的同时，提高跨阻放大器的稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种跨阻放大器，包括并联的前馈放大模块、反馈模块以及调节模块，其中：

4、前馈放大模块包括n个级联的反相单元，其中，n为大于1的奇数；

5、第一级反相单元的第一端分别与反馈模块的第一端以及调节模块的第一端电连接，第n级反相单元的第二端分别与反馈模块的第二端以及调节模块的第二端电连接。

6、与现有技术相比，本发明提供的跨阻放大器中，反馈模块和前馈放大模块并联后可以构成闭环回路，当提高反馈模块对应的电阻值时，能够进一步降低跨阻放大器的噪声，并提高跨阻放大器的增益。本发明采用多级反相单元级联的结构，无需在跨阻放大器之前或者之中加入电感，在节约芯片面积的情况下，还能够有效提升前馈放大模块的增益，并提升跨阻放大器的增益和带宽。同时，由于反相单元的个数为奇数，当奇数个反相单元串联时，可以使跨阻放大器整体处于负反馈状态，使得闭环回路更趋于稳定，提高跨阻放大器的稳定性。此外，调节模块还可以对跨阻放大器的零点和极点的位置进行调整，进一步提高了跨阻放大器的稳定性。

7、基于此，本发明提供的跨阻放大器能够提高带宽和节省芯片面积的同时，提高跨阻放大器的稳定性。

8、可选的，第一级反相单元包括第一反相器，后n-1级反相单元均包括并联的第二反相器和第一反馈电阻，其中：

9、第一反相器的输入端分别与反馈模块的第一端以及调节模块的第一端电连接，第一反相器的输出端分别与第二级第二反相器的输入端以及第二级第一反馈电阻第一端电连接，第n级第二反相器的输出端以及第n级第一反馈电阻的第二端均与反馈模块的第二端以及调节模块的第二端电连接。

10、可选的，第一反相器中晶体管的尺寸大于第二反相器中晶体管的尺寸。

11、可选的，第一反相器和第二反相器均为cmos反相器。

12、可选的，调节模块包括可变电容，可变电容的第一端与前馈放大模块的输入端电连接，可变电容的第二端与前馈放大模块的输出端电连接。

13、可选的，反馈模块包括第二反馈电阻，第二反馈电阻的第一端与前馈放大模块的输入端电连接，第二反馈电阻的第二端与前馈放大模块的输出端电连接。

14、第二方面，本发明还提供一种光接收机，包括光电检测器、主放大器、数字后端电路以及上述第一方面技术方案所述的跨阻放大器，光电检测器的输出端与跨阻放大器的输入端电连接，跨阻放大器的输出端与主放大器以及数字后端电路依次电连接。

15、与现有技术相比，本发明提供的光接收机的有益效果与上述技术方案所述的跨阻放大器的有益效果相同，此处不做赘述。

16、可选的，跨阻放大器的输入端还与主放大器的输入端电连接，用于向主放大器提供参考电平。

17、第三方面，本发明还提供一种光通信系统，包括依次通信连接的光发射机、信道以及上述第二方面技术方案所述的光接收机。

18、与现有技术相比，本发明提供的光通信系统的有益效果与上述技术方案所述的跨阻放大器的有益效果相同，此处不做赘述。

技术特征：

1.一种跨阻放大器，其特征在于，包括：并联的前馈放大模块、反馈模块以及调节模块，其中：

2.根据权利要求1所述的跨阻放大器，其特征在于，第一级所述反相单元包括第一反相器，后n-1级所述反相单元均包括并联的第二反相器和第一反馈电阻，其中：

3.根据权利要求2所述的跨阻放大器，其特征在于，所述第一反相器中晶体管的尺寸大于所述第二反相器中晶体管的尺寸。

4.根据权利要求2所述的跨阻放大器，其特征在于，所述第一反相器和所述第二反相器均为cmos反相器。

5.根据权利要求1所述的跨阻放大器，其特征在于，所述调节模块包括可变电容，所述可变电容的第一端与所述前馈放大模块的输入端电连接，所述可变电容的第二端与所述前馈放大模块的输出端电连接。

6.根据权利要求1所述的跨阻放大器，其特征在于，所述反馈模块包括第二反馈电阻，所述第二反馈电阻的第一端与所述前馈放大模块的输入端电连接，所述第二反馈电阻的第二端与所述前馈放大模块的输出端电连接。

7.一种光接收机，其特征在于，所述光接收机包括光电检测器、主放大器、数字后端电路以及权利要求1～6任一项所述的跨阻放大器，其中：

8.根据权利要求7所述的光接收机，其特征在于，所述跨阻放大器的输入端还与所述主放大器的输入端电连接，用于向所述主放大器提供参考电平。

9.一种光通信系统，其特征在于，包括依次通信连接的光发射机、信道以及权利要求7～8任一项所述的光接收机。

技术总结
本发明公开一种跨阻放大器、光接收机以及光通信系统，涉及集成电路技术领域，用于在提高带宽和节省芯片面积的同时，提高跨阻放大器的稳定性。所述跨阻放大器包括：并联的前馈放大模块、反馈模块以及调节模块，其中：前馈放大模块包括N个级联的反相单元，其中，N为大于1的奇数；第一级反相单元的第一端分别与反馈模块的第一端以及调节模块的第一端电连接，第N级反相单元的第二端分别与反馈模块的第二端以及调节模块的第二端电连接。所述光接收机包括光电检测器、主放大器、数字后端电路以及上述技术方案所提的跨阻放大器。

技术研发人员：韩郑生,张轩,刘畅,李博,张超,罗骞,苏泽鑫,赵海涛,孙赫,胡韬
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10