一种光接收机模拟前端电路制造技术

本发明专利技术公开了一种光接收机模拟前端电路，包括光电探测器、跨阻放大器、可变增益放大电路、增益控制电路；光电探测器与跨阻放大器通过自偏置方式连接；跨阻放大器的输出端连接至可变增益放大电路的输入端；增益控制电路连接外部电压，可变增益放大电路与增益控制电路之间通过双端控制电压Vb1、Vb2连接，增益控制电路用于为可变增益放大电路提供偏置控制电压。通过本发明专利技术中的VGA+GC控制电路模块，可实现增益和带宽的双重调节。输入端同光电探测器采用自偏置的连接方式，使差分输入的跨阻放大器适用于单端输出的光电探测器，可以有效抑制电源及衬底噪声，提高了光接收机模拟前端电路的信噪比，并提高了输入级增益，有效降低了等效输入电流噪声。入电流噪声。入电流噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种光接收机模拟前端电路


[0001]本专利技术涉及光通信、光互连通信
，具体涉及一种光接收机模拟前端电路。

技术介绍

[0002]随着大数据时代的来临，人类社会对网络带宽和数据流量的需求呈现指数性增长。由于趋肤效应的存在，传统以铜芯电缆为介质的电互连传输方式在传输高速数据时，会出现严重的损耗和串扰，不能满足信息时代数据传输量和传输速率的需求。而以光为传输载体，光纤为传输介质的光互连模式可以摆脱趋肤效应束缚，具有损耗低、串扰小以及带宽高等优势。拥有超高速、大容量、低延迟和低损耗特点的光纤传输已经成为新的主要传输途径。
[0003]光接收机模拟前端电路在光纤通信系统中扮演着不可或缺的角色。光接收机作为光纤通信系统的重要组成部分，其结构包括跨阻放大器，主要用于转换光电二极管产生的光电流信号，并将其放大后转换成电压信号。光接收机模拟前端电路一般包括跨阻放大器(Transimpedance Amplifier，简称为TIA)、限幅放大器(Limiting Amplifier，简称为LA)(或自动增益控制电路(Automatic Generation Control，简称为AGC))、输出缓冲器(Buffer)、直流偏移消除电路(DC-offset Cancellation，简称为DOC)。
[0004]传统的光接收机模拟前端同光电探测器(Photodetector,简称为PD)主要采用单端的连接方式，如图1所示，PD的一端连接高电平，高电平对PD提供反相偏置电压，PD另一端连接TIA的输入端，给TIA电路提供光电流输入信号。单端电路的连接方式电源以及衬底噪声抑制很弱，甚至电源还会影响工作点，进而影响电路的正常工作，为抑制电源以及衬底噪声采用单端转差分电路又会引入非对称性，采用差分电路连接方式需要设计对应的平衡探测器，这又会引入新的设计难度和挑战。
[0005]传统的光接收机模拟前端第二级电路采用限幅放大器，而由于发射激光器的功率、光纤长度以及光纤损耗等影响，以及光电二极管效率随着链路不同而不同，光接收需要适应变化范围较大的输入电流，显然传统的限幅放大器放大倍数固定，不能满足对输入范围变化的输入电流放大功能。可变增益放大电路(Variable Gain Amplifier，简称为VGA)电路拥有可调节的增益控制，能适应变化的输入电流信号，传统的VGA电路采用一个NMOS器件来同反馈电阻并联来降低增益，是增益控制最常用的方法之一，但是该方法受限于NMOS管在低电源电压时有限的增益范围，为提供合理的增益范围，其必须是一个宽长比大的晶体管以提供足够的跨导，同时MOS管本身引入一个电容，沟道和结电容可能降低电路速度以及增加等效到输入端的噪声。或者提供的VGA电路，可实现增益控制调节，但是会使带宽下降，需要额外的均衡器补偿损失的带宽，同时增益控制电压若直接外接偏置电压驱动，其不稳定的电流输入会容易导致晶体管基极损坏，因此需要增加电流驱动转换电路。
[0006]针对现有技术中光接收机模拟前端电路的信噪比较低，以及不能有效调节可变增益和带宽的问题，目前还未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种光接收机模拟前端电路，以解决现有技术中光接收机模拟前端电路的信噪比较低，以及不能有效调节可变增益和带宽的问题。
[0008]为此，本专利技术实施例提供了如下技术方案：
[0009]一种光接收机模拟前端电路，所述光接收机模拟前端电路包括：光电探测器、跨阻放大器、可变增益放大电路、增益控制电路；
[0010]其中，所述光电探测器与所述跨阻放大器通过自偏置方式连接；
[0011]所述跨阻放大器的输出端连接至所述可变增益放大电路的输入端；所述增益控制电路连接外部电压，所述可变增益放大电路与所述增益控制电路之间通过双端控制电压Vb1、Vb2连接，所述增益控制电路用于为所述可变增益放大电路提供偏置控制电压。
[0012]可选地，所述光电探测器与所述跨阻放大器通过自偏置方式连接包括：
[0013]所述光电探测器的反相偏置电压端连接所述跨阻放大器的正相输入端，所述光电探测器的正相端通过电阻连接到地，所述光电探测器的正相端通过电容连接至所述跨阻放大器的反相输入端；
[0014]所述跨阻放大器带反馈电阻，所述跨阻放大器的正相输入端和反相输入端自带直流电压偏置。
[0015]可选地，所述光接收机模拟前端电路还包括：
[0016]低压差线性稳压电路；
[0017]其中，所述低压差线性稳压电路为所述增益控制电路提供偏置电压；
[0018]所述增益控制电路连接外部电压。
[0019]可选地，所述光接收机模拟前端电路还包括：
[0020]输出缓冲器；
[0021]其中，所述输出缓冲器的输入端与所述可变增益放大电路的输出端连接，用于与输出负载进行阻抗匹配。
[0022]可选地，所述光接收机模拟前端电路还包括：
[0023]直流偏置消除电路；
[0024]其中，所述直流偏置消除电路的输入端连接所述输出缓冲器的OUTP输出端和OUTN输出端；所述直流偏置消除电路的输出端连接所述跨阻放大器的正相输入端和反相输入端。
[0025]可选地，所述可变增益放大电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，第一电阻、第二电阻和可变电阻，以及NMOS可变电容；
[0026]其中，所述第一电阻的一端连接电源，所述第一电阻的另一端连接所述第三晶体管的集电极，所述第二电阻的一端连接电源，所述第二电阻的另一端连接所述第六晶体管的集电极；所述第三晶体管的集电极和所述第六晶体管的集电极分别作为输出电压Voutp、Voutn；所述第三晶体管的基极和所述第六晶体管的基极分别与Vb1连接；
[0027]所述第四晶体管的集电极和所述第五晶体管的集电极分别与电源连接；所述第四晶体管的基极和所述第五晶体管的基极分别与Vb2连接；
[0028]所述第三晶体管的发射极和所述第四晶体管的发射极分别与所述第一晶体管的集电极连接，所述第五晶体管的发射极和所述第六晶体管的发射极分别与所述第二晶体管
的集电极连接；
[0029]所述第一晶体管的发射极与偏置尾电流连接，所述第二晶体管的发射极与偏置尾电流连接；
[0030]所述第一晶体管的发射极和所述第二晶体管的发射极分别连接至所述NMOS可变电容；
[0031]所述跨阻放大器的输出端电压信号Vinp、Vinn分别从所述第一晶体管和所述第二晶体管的正相端和反相端输入。
[0032]可选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管的尺寸相同，所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管的尺寸相同。
[0033]可选地，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同。
[0034]可选地，所述增益控制电路包括：
[0035]第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光接收机模拟前端电路，其特征在于，所述光接收机模拟前端电路包括：光电探测器、跨阻放大器、可变增益放大电路、增益控制电路；其中，所述光电探测器与所述跨阻放大器通过自偏置方式连接；所述跨阻放大器的输出端连接至所述可变增益放大电路的输入端；所述增益控制电路连接外部电压，所述可变增益放大电路与所述增益控制电路之间通过双端控制电压Vb1、Vb2连接，所述增益控制电路用于为所述可变增益放大电路提供偏置控制电压。2.根据权利要求1所述的光接收机模拟前端电路，其特征在于，所述光电探测器与所述跨阻放大器通过自偏置方式连接包括：所述光电探测器的反相偏置电压端连接所述跨阻放大器的正相输入端，所述光电探测器的正相端通过电阻连接到地，所述光电探测器的正相端通过电容连接至所述跨阻放大器的反相输入端；所述跨阻放大器带反馈电阻，所述跨阻放大器的正相输入端和反相输入端自带直流电压偏置。3.根据权利要求1所述的光接收机模拟前端电路，其特征在于，所述光接收机模拟前端电路还包括：低压差线性稳压电路；其中，所述低压差线性稳压电路为所述增益控制电路提供偏置电压；所述增益控制电路连接外部电压。4.根据权利要求1所述的光接收机模拟前端电路，其特征在于，所述光接收机模拟前端电路还包括：输出缓冲器；其中，所述输出缓冲器的输入端与所述可变增益放大电路的输出端连接，用于与输出负载进行阻抗匹配。5.根据权利要求4所述的光接收机模拟前端电路，其特征在于，所述光接收机模拟前端电路还包括：直流偏置消除电路；其中，所述直流偏置消除电路的输入端连接所述输出缓冲器的OUTP输出端和OUTN输出端；所述直流偏置消除电路的输出端连接所述跨阻放大器的正相输入端和反相输入端。6.根据权利要求1所述的光接收机模拟前端电路，其特征在于，所述可变增益放大电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管，第一电阻、第二电阻和可变电阻，以及NMOS可变电容；其中，所述第一电阻的一端连接电源，所述第一电阻的另一端连接所述第三晶体管的集电极，所述第二电阻的一端连接电源，所述第二电阻的另一端连接所述第六晶体管的集电极；所述第三晶体管的集电极和所述第六晶体管的集电极分别作为输出电压Voutp、Voutn；所述第三晶体管的基极和所述第六晶体管的基极分别与Vb1连接；所述第四晶体管的集电极和所述第五晶体管的集电极分别与电源连接；所述第四晶体管的基极和所述第五晶体管的基极分别与Vb2连接；所述第三晶体管的发射极和所述第四晶体管的发射极分别与所述第一晶体管的集电极连接，所述第五晶体管的发射极和所述第六晶体管的发射极分别与所述第二晶体管的集
电极连接；所述第一晶体管的发射极与偏置尾电流连接，所述第二晶体管的发射极与偏置尾电流连接；所述第一晶体管的发射极和所述第二晶体管的发射极分别连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐帅，邢德智，黄俊，冯俊波，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：