[发明专利]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

说明书

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I_IN输入到跨阻放大器。图1中的C_D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R_F和晶体管M1共同构成。晶体管M1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I_IN的幅度相关，当输入电流信号I_IN较小时，AGC电路的输出电压为低电平，晶体管M1不导通，跨阻放大器的反馈电阻只有R_F，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I_IN的增强，AGC电路的输出电压逐渐升高直到升至使晶体管M1导通的触发电压，晶体管M1导通并工作在线形区，晶体管M1的导通电阻作为第二反馈电阻并联在R_F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M1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R_F直接相关，式(1)给出了该跨阻放大器的增益表达式，式(2)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

VOUTIIN=-AA+1RF1+RFCDs≈RF---(1)]]>