[发明专利]光接收机模拟前端电路及光接收机

说明书

本发明提供一种光接收机模拟前端电路及光接收机，包括：跨阻运算放大器，连接光电二极管及直流偏置电流，用于将光电二极管输出的光电流信号转换为具有设定带宽和增益的差分电压信号；第一级间耦合模块，连接跨阻运算放大器的输出端，用于降低跨阻运算放大器的输出直流工作点电压，并实现阻抗匹配；限幅放大器，连接第一级间耦合模块的输出端，用于对第一级间耦合模块输出的信号进行放大同时拓宽带宽；第二级间耦合模块，连接限幅放大器的输出端，用于降低限幅放大器的输出直流工作点电压，并实现阻抗匹配；输出缓冲器，连接第二级间耦合模块的输出端，用于实现输出阻抗的匹配同时拓宽带宽。本发明能实现高带宽、高增益、低噪声。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种光接收机模拟前端电路及光接收机。

背景技术

光接收机模拟前端电路在光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，其核心结构是前置的跨阻放大器(Trans-ImpedanceAmplifier，TIA)，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，以供后续电路的采样分析。跨阻放大器(TIA)的噪声、增益和带宽直接影响着整个系统的灵敏度和速度，其性能在很大的程度上决定了整个光接收机乃至整个通信系统的性能。传统的光接收机模拟前端电路除了跨阻放大器还包括限幅放大器(LimitingAmplifier，LA)(或自动增益(Automatic Gain Control，AGC))，构成两级放大器，但是这种结构想在同时实现高带宽、高增益、低噪声时存在一定的瓶颈。

传统跨阻放大器通常分为共源跨阻和共栅跨阻结构，前者将一个电阻跨接在普通共源放大器的栅极和漏极之间，这种结构的等效输入阻抗很大，与探测器的等效输入电容会组成一个很大的极点，大大降低了跨阻放大器的带宽。后者将源极作为输入端，输出端在漏极，其结构简单，但是不能完全隔离寄生电容的影响，影响其带宽的拓展，其噪声特性比带反馈的共源极跨阻放大器差。现有的RGC结构跨阻放大器具有很低的输入阻抗，可以支持高带宽应用，但是其噪声性能比带闭环反馈共源结构跨阻放大器差。传统的Cherry-Hooper结构限幅放大器通过减小级间电阻的办法将极点推向高频处，以此拓展带宽，但是这种结构不能足够驱动输出端电容负载和隔离级间电容的影响，限制了带宽的拓展。传统的多级有源反馈式限幅放大器，通过提高单级放大器的带宽来保证总带宽，但是会使功耗增大，同时峰化增益会增大，严重影响噪声性能。传统的跨阻放大器采用两级运算放大器结构，限制了增益的提高，不能实现微弱信号的放大。跨阻放大器同限幅放大器及限幅放大器同输出缓冲器电路的级间耦合采用传统的直接耦合的方式会造成阻抗不匹配，出现零极点偏移，严重限制带宽。采用电容耦合的方式降低耦合直流偏置电压会限制低频响应，影响噪声性能。

因此，如何兼顾光接收机模拟前端电路的高带宽、高增益、低噪声，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光接收机模拟前端电路及光接收机，用于解决现有技术中光接收机模拟前端电路的高带宽、高增益、低噪声不能同时兼顾的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光接收机模拟前端电路，所述光接收机模拟前端电路至少包括：

跨阻运算放大器、第一级间耦合模块、限幅放大器、第二级间耦合模块及输出缓冲器；

所述跨阻运算放大器的第一输入端连接光电二极管输出的光电流信号、第二输入端接收直流偏置电流，用于将所述光电流信号转换为具有设定带宽和增益的差分电压信号，其中，所述直流偏置电流与所述光电流信号的直流部分相等；

所述第一级间耦合模块连接于所述跨阻运算放大器的输出端，用于降低所述跨阻运算放大器的输出直流工作点电压，并实现阻抗匹配；

所述限幅放大器连接于所述第一级间耦合模块的输出端，用于对所述第一级间耦合模块输出的信号进行放大同时拓宽带宽；