[发明专利]一种精准自动增益控制电路

说明书

一种精准自动增益控制电路，集成电路下跨阻放大器中的自动增益控制技术领域，本发明为解决常用的自动增益控制电路输出摆幅受温度和工艺影响不能调整，导致TIA整体性能降低的问题。本发明包括输出缓冲器、峰‑峰值检测电路、电阻R1、放大器A0和电容C1；输出缓冲器的输入端连接跨阻放大器TIA的输出端；输出缓冲器的两个输出端分别连接正电压输出端OUTP、负电压输出端OUTN，同时连接峰‑峰值检测电路的两输入端；峰‑峰值检测电路的输出端连接电阻R1的一端；电阻R1的另一端连接放大器A0的反相输入端和电容C1的一端；放大器A0的同相输入端接入比较阈值电压V_SET，电容C1的另一端同时连接放大器A0的输出端和反馈电阻RF阻值控制信号线。

技术领域

本发明属于集成电路下跨阻放大器中的自动增益控制技术领域，涉及一种精准自动增益控制电路。

背景技术

在光纤通信集成电路的接收端，需要将光信号通过光电二极管(PD)转换为电流信号，再通过跨阻放大器(TIA)将电流信号转换为电压信号。在跨阻放大器(TIA)增益不变的情况下，当输入较大电流，电路的非线性问题变得非常严重。为此对跨阻放大器引入自动增益控制电路(AGC)，当跨阻放大器在输入较大电流情况下，能自主降低电路增益，使输出电压幅度保持不变。

图1给出了常用的自动增益控制电路的结构。图1中，单端放大器AF和反馈电阻R_F组成了跨阻放大器TIA，并且得到一个R_F的中频带跨阻增益，电阻R1和电容C0组成低通滤波器对跨阻放大器的输出Vout进行幅度采样，A0为误差放大器其输出控制NMOS晶体管MN1的栅压。

由于跨阻放大器中的单端放大器AF增益为正，当跨阻放大器的输入电流PINA增大，最终Vout电压升高。

Vout通过电阻R1和电容C0组成的低通滤波器，滤除高频量保留低频量输送到误差放大器A0的正极，当跨阻放大器的输出电压Vout超过门限电压运放A1的输出电压，误差放大器A0将对差值放大并输出控制NMOS晶体管MN1栅压。NMOS晶体管MN1工作在线性区，其内阻R_ON公式为：

式中：u_n表示n沟道MOSFET迁移率，C_ox是单位面积的栅氧化层电容，V_GS表示MN1的栅源电压，V_TH表示NM1的阈值电压，W,L表示MN1的宽与长。

随着输入电流的增大，误差放大器A0的输出电压即NMOS晶体管MN1的栅电压升高，由式(1)得出NMOS晶体管MN1的内阻R_ON减小，构成跨阻放大器的反馈电阻阻值RF||R_ON(跨阻增益)也随着减小，达到了增益控制的目的。

实际应用中，TIA的跨阻阻值RF是随着输入电流的增大而不断地减小，且输出摆幅随着运放A1输出电压的变化而变化(受工艺和温度的影响)，该种AGC控制方法，跨阻RF减小多少，输出摆幅变化多少没有具体数值，其作用只是为了避免电路结构进入不正常的工作状态，所以这种AGC(自动增益控制)仅进行了粗略的增益控制，无法满足高精度TIA的性能要求。

发明内容

本发明目的是为了解决常用的自动增益控制电路输出摆幅受温度和工艺影响不能调整，导致TIA整体性能降低的问题，提供了一种精准自动增益控制电路。

本发明所述一种精准自动增益控制电路，对由放大器AF和反馈电阻RF构成的跨阻放大器TIA的增益进行控制，所述自动增益控制电路包括输出缓冲器、峰-峰值检测电路、电阻R1、放大器A0和电容C1；

输出缓冲器的输入端连接跨阻放大器TIA的输出端；

输出缓冲器的两个输出端分别连接正电压输出端OUTP、负电压输出端OUTN，同时连接峰-峰值检测电路的两输入端；