[发明专利]一种带栅压反馈的宽频带高增益RGC型跨阻放大器

说明书

一种带栅压反馈的宽频带高增益RGC型跨阻放大器，第一～第二MOS管的栅极连接输入电流，第一～第二MOS管的漏极连接第四MOS管的栅极，第一MOS管的源极连接电源，第二MOS管的源极接地，第四MOS管的源极与输入电流通过第一电阻接地，第三MOS管的漏极、第四MOS管的漏极和第五MOS管的栅极通过第五电阻到电压输出端，第三MOS管的栅极接地，源极连接电源VDD，第五～第七MOS管的源极接地，第五MOS管的漏极连接第六MOS管的栅极，漏极还通过第二电阻连接电源VDD，第六MOS管的漏极连接第七MOS管的栅极，漏极还通过第三电阻连接电源VDD，第七MOS管的漏极构成电压输出端VOUT，漏极还通过第四电阻连接电源VDD。

技术领域

本发明涉及一种跨阻放大器。特别是涉及一种带栅压反馈的宽频带高增益RGC型跨阻放 大器。

背景技术

随着科技的迅速发展，曾经的信息时代逐步演变为大数据时代，由于信息传输量和传输 速率雪崩式地增加，无线电频谱资源已经无法满足人们的需求。可见光通信技术利用可见光 谱，能够有效弥补当前无线频谱资源衰竭的问题，因而成为下一代无线通信的重要研究方向 之一。光接收机是可见光通信系统的重要组成部分，其作用是将光信号转换为电信号，其决 定着整个系统的信息传输速率、信号质量、以及误码率等参数。因跨阻放大器(TIA)能够 将光电探测器(PD)感应光信号得到的微弱电流信号转换并放大为具有一定信噪比的大幅度 电压信号，故广泛应用于光纤通信接收机前端电路，直接与光电探测器相连。

在实际的可见光通信应用中，为了延长通信距离，通常会增大光电探测器面积以提高接收 信号强度，这使得光电探测器输出电容过大，接收机带宽严重衰减。为了降低输出电容对接 收系统的影响，研究人员对跨阻放大器的结构进行了改进。例如，郑浩路等人设计了一款带 有无源匹配网络的跨阻放大器，其带宽可以达到8GHz，增益为53dB，在输入级引入了电感 匹配网络来减小前级输出电阻对跨阻放大器带宽的衰减，通过调节电路参数，提升带宽。这 种结构引入了无源电感，极大增加了芯片面积，不利于接收机微型化的发展。袁菲等人基于 SMIC0.35um标准CMOS工艺设计了一款高增益的跨阻放大器，其增益为110.2dB，带宽为 46.7MHz，其电路由两级放大电路构成：第一级级采用电流镜单元并联的双RGC结构，隔离 光电二极管寄生电容，提升工作带宽；第二级放大电路由3个级联的反相放大器构成，是跨 阻放大器的主要增益级，以射级跟随器作为输出，为后续系统提供足够的电压摆幅。RGC结 构与电流镜的结合相当于一个电流放大器，在降低输入阻抗的同时对光生电流有一个放大作 用。这种结构着重提升了电路的增益，但导致了带宽较小。由于可见光光强十分微弱，在通 信系统中我们还是会采用大面积的光电探测器进行接收，其带来的较大的输出电容仍是限制 接收机的主要原因。

图1为传统的RGC结构，其输入级为MOS管M8与R7构成的共栅极，第二级采用MOS 管M9与R8构成的共源级电路作为反馈使用，其输入信号为光电探测器的输出电流IPD，输 出信号接入共栅管的栅极，用来提供偏置和反馈。因此，其整体增益输出级只有共栅极，增 益会受到影响。传统RGC结构的输入阻抗为：

式(1)表明，RGC结构的输入阻抗相比电流模结构缩小了1+g_mbR_d倍，这正是共源级反馈 电路产生的效果。它在功耗几乎不变的情况下，减小了输入阻抗，这样就换来了更高的输入 电容隔离度，提高了带宽。由于可见光通信所用光电探测器的结电容大，传统RGC结构对带 宽的提升十分有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够降低输入电阻，减小光电探测器输出电容 对接收机带宽的限制，同时提高增益，降低后续电路的设计难度的带栅压反馈的宽频带高增 益RGC型跨阻放大器。