[发明专利]多跨阻恒定带宽超低噪声TIA

说明书

多跨阻恒定带宽超低噪声TIA，属于光通信芯片技术领域，本发明为解决常用的可选跨阻TIA带宽和噪声变化大，进而影响灵敏度和输出信号的线性度，最终无法保证TIA整体性能的问题。本发明在跨阻Rsubgt;F1/subgt;两端并联电容C1，在跨阻Rsubgt;F2/subgt;两端并联电容C2，调整电容C1和C2的大小以满足开关S1闭合前和闭合后TIA带宽恒定。在跨阻Rsubgt;F1/subgt;两端进一步并联电路结构：电阻R3和电容C5串联后并联在电容C4的两端，再与电阻R2串联后并联在跨阻Rsubgt;F1/subgt;两端；在跨阻Rsubgt;F2/subgt;两端进一步并联电路结构：电容C3和电阻R1串联后并联在跨阻Rsubgt;F2/subgt;两端；通过调整电容C1～C5的大小来满足开关S1闭合前和闭合后TIA带宽恒定。

技术领域

本发明属于光通信芯片技术领域，涉及一种具有多跨阻的跨阻放大器TIA在跨阻跨阻切换时保持带宽恒定的技术。

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。在线性TIA芯片的内部，通常设计成多跨阻模式以提高TIA的动态范围满足各个应用场景的要求。但是跨阻阻值的变化必然大幅度改变芯片的整体带宽，输入等效噪声也将恶化，无法满足应用场景的苛刻要求。因此在TIA内部使用特殊的电路结构，设计出多跨阻恒定带宽超低噪声TIA。

图1给出了常用的多跨阻TIA电路原理图，具有两个跨阻R_F1、R_F2，其中R_F2与开关S1串联。图1中，通过闭合开关S1达到改变TIA跨阻的目的。

断开开关S1，图1中的R_F1为一个理想电压放大器-A的反馈电阻。

由于：

V_X＝V_OUTP/(-A)(1)

(V_OUTP+V_OUTP/A)/R_F1＝-I_in-(V_OUTP/A)sC_D(2)

即：

反馈放大器提供了一个大约为R_F1的中频带跨阻增益，而其具有的时间常数为R_F1C_D/(A+1)。因此，主极点的带宽等于：

闭合开关S1，图1中的TIA跨阻阻值将变为因此主极点的带宽将变为：

因此开关S1闭合前的带宽是闭合后的带宽的倍，而在噪声方面开关S1闭合前是闭合后的约等于倍。

以上式子中A为运放增益，C_D为光电二极管的输入电容，V_X为节点X的电压，V_OUTP为TIA输出电压，I_in为光电二极管等效电流源的输出电流值。

由以上公式可知，跨阻阻值变小之后带宽增大，噪声也增大。这将导致对于同一速率的输入信号，不同的跨阻阻值将会很大程度影响TIA的灵敏度和输出信号的线性度。该种电路结构无法满足高带宽TIA的性能需求。

发明内容

本发明目的是为了解决常用的可选跨阻TIA带宽和噪声变化大，进而影响灵敏度和输出信号的线性度，最终无法保证TIA整体性能的问题，提供了一种多跨阻恒定带宽超低噪声TIA。