高精度光电流监视电路及前置放大器，属于通信领域，本实用新型专利技术为解决常用光电流监视电路中电流监视镜像精度低，同时解决常用的光电流监视电路只能工作在饱和区的问题。本实用新型专利技术采用高精度光电流监视电路制作的前置放大器包括光电流监视电路Monitor和跨阻放大器TIA电路模块；跨阻放大器TIA电路模块包括误差放大器A3和电阻R0，误差放大器A3的输入端和输出端之间跨接电阻R0；A3的输入端作为跨阻放大器TIA电路模块的输入端PINA；A3的输出端作为跨阻放大器TIA电路的输出端VO3；光电流的输出端PINK连接光电二极管D0的阴极，光电二极管D0的阳极连接跨阻放大器TIA电路模块的输入端PINA。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种光电流监视电路及利用该监视电路制成的前置放大器。
技术介绍
在现代通信系统中，由于光纤通信具有通信容量大，性能稳定，保密性强等优点，在接入网中光纤通信技术扮演着重要角色，光纤接入将成为发展的重点。在光纤通信中，跨阻放大器TIA作为光接收机前置放大器(pre_amplifier)的核心电路模块，决定了光接收机传输速率和距离等关键参数。在电性能上，TIA具有跨阻增益(dB)较高，带宽较宽，等效噪声电流较低的优点；在结构上，采用直接耦合，省去电抗元件，缩小芯片面积。图1中给出了光电二极管和前置放大器的应用原理图。光电二极管D0的阳极连接前置放大器芯片中的跨阻放大器TIA电路模块的输入端PINA，光电二极管D0的阴极连接前置放大器芯片中的光电流的输出端PINK，确保光电二极管D0工作在反向偏置的条件下。光电二极管D0产生的光电流IPD通过PINA端流入前置放大器芯片。电流源I0镜像光电二极管D0的电流IPD，同时根据光电流IPD通过电阻R1复制输出电压VMON，从而达到监测PINA端的输入电流平均值的目的。即在前置放大器芯片中的光电流监视电路模块的输出端MON端可以对光电二极管的电流进行镜像检测即光电流监视，此设计电路称为接收信号强度指示(ReceivesSignalStrengthIndication，RSSI)。图2给出了常用的光电流监视电路结构。图2中，运算放大器A1和PMOS晶体管MP1形成了一个两级放大器，可以确保节点VN的电压和节点PINK的电压相等。同时，运算放大器A1的反相输入端的节点VN的电压VVN可以表示为：VVN＝R1×I0(1)其中，I0为电流源I0的电流大小；PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的栅源电压相等，为：VGS_MP1＝VGS_MP2＝VVO-VDD(2)其中VGS_MP1是PMOS晶体管MP1的栅源电压，VGS_MP2是晶体管MP2的栅源电压，VVO为运算放大器A1的输出电压。因此，PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的过驱动电压相等，为：|VOD_MP1|=|VOD_MP2|=|VO-VDD|-|VTH0|---(3)]]>其中VOD_MP1是PMOS晶体管MP1的过驱动电压，VOD_MP2是PMOS晶体管MP2的过驱动电压，VTH0是晶体管在PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的源端S和衬底端B短接，即VSB＝0时的阈值电压。当PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2都工作在饱和区时，不考虑沟道长度调制效应的情况下，PMOS晶体管MP1的电流和PMOS晶体管MP2的电流相等，为：IMP1=IMP2=12μpCoxWL(|VGS_MP1|-|VTH0|)2---(4)]]>其中，IMP1是PMOS晶体管MP1的漏端电流，IMP2是PMOS晶体管MP2的漏端电流，μp是沟道空穴的迁移率，Cox是单位面积的栅氧化层电容，是晶体管的宽长比，|VTH0|是晶体管的源端和衬底短接，即源衬电压VSB＝0时的阈值电压。考虑沟道长度调制效应，PMOS晶体管的电流为：IMP1=IMP2=12μpCoxWL(|VGS_MP1|-|VTH0|)2(1+λ|VDS|)---(5)]]>λ是沟道长度调制系数，VDS是PMOS晶体管的漏源电压。实际应用中，图2中，常用的光电流监视电路中的节点PINK通过光电二极管D0连接到TIA跨阻放大器电路模块的输入端PINA。在设计中，光电二极管D0两端的电压差要求为2.5V，TIA跨阻放大器电路模块的输入端PINA的电压通常为0.6V，因此节点PINK的电压为3.1V；电源电压为3.3V，因此PMOS晶体管的源漏电压为200mV左右，这使得PMOS晶体管很难工作在饱和区，给电路设计带来很大的挑战。为了得到高精度的镜像电流，PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2都要求工作在饱和区，这样使得PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的漏源电压很大，即PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的漏端电压VD很小，光电二极管D0的电压阈度很小，不满足设计要求。同时，当PMOS晶体管MP1工作在饱和区时，PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的漏源电压VDS很大，由于晶体管存在沟道长度调制效应，所以监视电流镜像精度很低。
技术实现思路
本技术目的是为了解决常用光电流监视电路中电流监视镜像精度低，同时解决常用的光电流监视电路只能工作在饱和区的问题，提供了一种高精度光电流监视电路。本技术所述高精度光电流监视电路，它包括误差放大器A1、误差放大器A2、PMOS晶体管MP1、PMOS晶体管MP2、PMOS晶体管MP3、电流源I0、电阻R1、电阻R_MON和电容C0；PMOS晶体管MP1的源极、PMOS晶体管MP2的源极和电阻R1的一端同时连接电源VDD，PMOS晶体管MP1的栅极、PMOS晶体管MP2的栅极和电容C0的一端同时连接误差放大器A1的输出端VO1；PMOS晶体管MP1的漏极同时连接误差放大器A2的同相输入端VP2、误差放大器A1的同相输入端VP1，且上述连接的公共节点作为光电流的输出端PINK；电阻R1的另一端同时连接误差放大器A1的反相输入端VN1、电流源I0的正端和电容C0的另一端，电流源I0的负端连接GND；PMOS晶体管MP2的漏极同时连接误差放大器A2的反相输入端VN2和PMOS晶体管MP3的源极，PMOS晶体管MP3的栅极连接误差放大器A2的输出端VO2，PMOS晶体管MP3的漏极连接电阻R_MON的一端，电阻R_MON的另一端连接GND；PMOS晶体管MP3的漏极和电阻R_MON连接的公共节点作为高精度光电流监视电路的输出端MON。采用所述高精度光电流监视电路制作的前置放大器，它包括光电流监视电路Monitor和跨阻放大器TIA电路模块；光电流监视电路Monitor包括误差放大器A1、误差放大器A2、PMOS晶体管MP1、PMOS晶体管MP2、PMOS晶体管MP3、电流源I0、电阻R1、电阻R_MON和电容C0；PMOS晶体管MP1的源极、PMOS晶体管MP2的源极和电阻R1的一端同时连接电源VDD，PMOS晶体管MP1的栅极、PMOS晶体管MP2的栅极和电容C0的一端同时连接误差放大器A1的输出端VO1；PMOS晶体管MP1的漏极同时连接误差放大器A2的同相输入端VP2、误差放大器A1的同相输入端VP1，且上述连接的公共节点作为高精度光电流监视电路的输出端PINK；电阻R1的另一端同时连接误差放大器A1的反相输入端VN1、电流源I0的正端和电容C0的另一端，电流源I0的负端连接GND；PMOS晶体管MP2的漏极同时连接误差放大器A2的反相输入端VN2和PMOS晶体管MP3的源极，PMOS晶体管MP3的栅极连接误差放大器A2的输出端VO2，PMOS晶体管MP3的漏极连接电阻R_MON的一端，电阻R_MON的另一端连接GND；本文档来自技高网...
【技术保护点】
高精度光电流监视电路，其特征在于，它包括误差放大器A1、误差放大器A2、PMOS晶体管MP1、PMOS晶体管MP2、PMOS晶体管MP3、电流源I0、电阻R1、电阻R_MON和电容C0；PMOS晶体管MP1的源极、PMOS晶体管MP2的源极和电阻R1的一端同时连接电源VDD，PMOS晶体管MP1的栅极、PMOS晶体管MP2的栅极和电容C0的一端同时连接误差放大器A1的输出端VO1；PMOS晶体管MP1的漏极同时连接误差放大器A2的同相输入端VP2、误差放大器A1的同相输入端VP1，且上述连接的公共节点作为光电流的输出端PINK；电阻R1的另一端同时连接误差放大器A1的反相输入端VN1、电流源I0的正端和电容C0的另一端，电流源I0的负端连接GND；PMOS晶体管MP2的漏极同时连接误差放大器A2的反相输入端VN2和PMOS晶体管MP3的源极，PMOS晶体管MP3的栅极连接误差放大器A2的输出端VO2，PMOS晶体管MP3的漏极连接电阻R_MON的一端，电阻R_MON的另一端连接GND；PMOS晶体管MP3的漏极和电阻R_MON连接的公共节点作为高精度光电流监视电路的输出端MON。
【技术特征摘要】
1.高精度光电流监视电路，其特征在于，它包括误差放大器A1、误差放大器A2、PMOS晶体管MP1、PMOS晶体管MP2、PMOS晶体管MP3、电流源I0、电阻R1、电阻R_MON和电容C0；
PMOS晶体管MP1的源极、PMOS晶体管MP2的源极和电阻R1的一端同时连接电源VDD，PMOS晶体管MP1的栅极、PMOS晶体管MP2的栅极和电容C0的一端同时连接误差放大器A1的输出端VO1；
PMOS晶体管MP1的漏极同时连接误差放大器A2的同相输入端VP2、误差放大器A1的同相输入端VP1，且上述连接的公共节点作为光电流的输出端PINK；
电阻R1的另一端同时连接误差放大器A1的反相输入端VN1、电流源I0的正端和电容C0的另一端，电流源I0的负端连接GND；
PMOS晶体管MP2的漏极同时连接误差放大器A2的反相输入端VN2和PMOS晶体管MP3的源极，PMOS晶体管MP3的栅极连接误差放大器A2的输出端VO2，PMOS晶体管MP3的漏极连接电阻R_MON的一端，电阻R_MON的另一端连接GND；
PMOS晶体管MP3的漏极和电阻R_MON连接的公共节点作为高精度光电流监视电路的输出端MON。
2.基于高精度光电流监视电路的前置放大器，它是采用权利要求1所述高精度光电流监视电路制作而成的，其特征在于，它包括光电流监视电路Monitor和跨阻放大器TIA电路模块；
光电流监视电路Monitor包括误差放大器A1、误差放大器A2、PMOS晶体管MP1、PMOS晶体管...
【专利技术属性】
技术研发人员：李景虎，刘德佳，陈晓华，
申请(专利权)人：福建一丁芯半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35
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