[发明专利]具有宽输入电流范围的跨阻抗放大器的装置和方法

说明书

本申请公开一种用于将单端输入电流信号(12)转换为差分输出电压信号(14a、14b)的改进的前置放大器电路(10)，其包括具有根据来自偏置电路(10c)的偏置电流(I1、I2)操作的输入晶体管(Q1、Q2)的第一和第二跨阻抗放大器(10a、10b)、使用自动增益控制(AGC)电路(30)改变的输出晶体管和可调节的反馈阻抗(RF,MRF)以及基准电路(20)，所述基准电路(20)根据板上基准电流(Iref)和来自跨阻抗放大器(10a、10b)的差分输出电压信号(14a、14b)控制偏置电流(I1、I2)。

技术领域

本发明涉及前置放大器或前置放大电路，更具体地涉及用于将输入电流信号转换成输出电压信号的前置放大器。

背景技术

前置放大器用于多种应用例如以将从光电二极管输入的信号电流转换成电压信号，以便后续处理，诸如在光纤接收器系统中。诸如这些提供一个或多个跨阻抗放大器或TIA的前置放大器电路，其中两个TIA可用于将单端输入电流信号转换为差分输出电压信号。对于给定应用和相关联的输入电流灵敏度水平，跨阻抗放大器相对于各种性能参数来设计，性能参数包括带宽、增益、增益峰化、群延时和输入参考噪声。然而，需要较宽范围输入电流的应用可能受到饱和效益，潜在地导致一个或多个性能参数的显著劣化，以及在信号路径输出处高脉冲宽度失真(PWD)和确定性抖动(DJ)。因此，仍然需要具有对宽范围的输入电流信号幅度进行可接受的性能参数操作能力的改进的前置放大器和集成电路。

发明内容

本文涉及前置放大器拓扑结构，所述前置放大器拓扑结构基于输入电流信号的幅度(amplitude)或大小(magnitude)提供跨阻抗放大器操作条件的调节，以促进满足宽输入电流范围的设计参数。不同于传统的设计，本公开的各种概念可被成功地使用，以允许在其中输入信号可以广泛地变化，而无带宽、增益、增益峰化、群延迟、输入参考噪声显著下降和无高脉宽失真或确定性抖动的情况下，应用使用一个或多个跨阻抗放大器的给定的前置放大器设计。

本文提供一种前置放大电路，其包括接收输入信号并提供第一电压输出信号的第一跨阻抗放大器，以及与第一跨阻抗放大器匹配的第二跨阻抗放大器，所述第二互阻提供第二电压输出信号。偏置电路至少部分地基于基准电流将第一偏置电流和第二偏置电流提供给相应的跨阻抗放大器。前置放大电路进一步包括基准电路，所述基准电路至少部分地根据偏移信号控制提供给偏置电路的基准电流；和偏移(offset)电路，所述偏移电路根据从第一电压输出信号和第二电压输出信号得到的差分电压输出信号提供偏移信号。使用偏移信号以控制跨阻抗放大器偏置电流可成功地被采用，以有利地促进在宽输入电流范围内进行操作，同时保持可接受的性能参数，从而表现出超过传统前置放大器设计的明显进步。

某些前置放大电路进一步包括DC消除电路，以基于偏移信号选择性地有效消除输入信号的直流含量(content)的全部或一部分。在某些实施例中，自动增益控制(AGC)电路可被包括以至少部分地根据差分输出电压信号控制跨阻抗放大器增益。跨阻抗放大器可包括反馈电阻器和与反馈电阻器并联连接的增益控制晶体管，AGC电路向增益控制晶体管提供门控信号以降低跨阻抗传感器增益，以便增大差分电压输出信号幅度，并且反之亦然。此外，在某些实施例中，基准电路至少部分地根据偏移信号幅度的倒数控制基准电流以减小跨阻抗放大器偏置电流，并且由此减小跨阻抗放大器增益，以便增大差分电压输出信号幅度，并且反之亦然。