CN100446414C - 高频放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频放大器，包括有一第一转阻放大器，接收一输入电流并输出一第一电压；一第二转阻放大器，输出一第二电压；一第三放大器，接收第一电压与第二电压；以及一可变电流源，耦接于第二转阻放大器的输入端与一接地端或系统电压源(power supply)之间，用以输出一可变电流以改变第二电压，使得第二电压跟随第一电压。其中输入电流流入第一转阻放大器时，可变电流则流入第二转阻放大器。输入电流流出第一转阻放大器时，可变电流则流出第二转阻放大器。

Description

高频放大器

技术领域

本发明涉及一种放大器，特别是一种应用于高速光通讯接口中，具有转阻放大器与直流跟随电路架构的高频放大器。

背景技术

转阻放大器(Trans-impedance Amplifier，TIA)为一种单端输出的电路组件，当单端输出经一放大器要转成双端输出时须提供一额外的直流电压，此直流电压与转阻放大器自身的输出直流电压会影响到放大器整体的功能，须适当的控制两端的直流电压点，以维持放大器的效能。

请参考图1，为在先技术所公开的转阻放大器的电路，是由第一放大器11、一反馈电阻12、一低通滤波器13以及一第二放大器14所组成，第一放大器11所输出的电压输入至第二放大器14的第一端A，低通滤波器13用来将第一端A的直流电压取出，提供给下一级。图1的电路虽可提供下一级平衡的直流点，但第二端B受到低通滤波器40的效应影响，第一端A与第二端B两点对系统电压(Power Supply)的反应会有所差别，影响到整体转阻放大器对于电源电压抑制比(PSRR)的响应。

图2所示为另一在先技术所公开的转阻放大器的电路架构，由第一放大器21、第二放大器22、第三放大器23、第一反馈电阻24、第二反馈电阻25以及一可变电流源26所组成。图2的架构是可固定第三放大器23的第二端B的参考电压，第一端A的直流电压会随着输入电流Iin的大小而改变。因此，通过改变可变电流源26的大小，可调整第一端A的直流电压，使第一端A的直流电压与第二端B的直流电压相符合。

图2的架构存在一些技术上的问题亟待克服。举例来说，当不断提升的传输速度会使第一、第二反馈电阻24、25不断缩小，使得第一端A的直流电压变化量也会因而减小。若在设计时同时考虑制造工艺变化，则参考点第二端B必须涵盖偏移(Offset)状态，如此将使得直流电压不易设定。而误设的参考电压会使得可变电流源26不会激活，或者是在讯号很小时即激活。前者会使第一端A无法跟随第二端B的电压，后者会影响到转阻放大器的灵敏度(sensitivity)。甚至在最坏的情况下会使转阻放大器的功能完全失效。

而图1与图2所公开的放大器应用于高频电路或高频光通讯接口时，则容易有噪声的问题不易克服。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种高频转阻放大器，以解决在先技术所存在的问题及缺点。

因此，为达到上述目的，本发明所公开的高频放大器包括有：一第一转阻放大器，接收一输入电流并输出一第一电压；一第二转阻放大器，输出一第二电压；一第三放大器，接收第一电压与第二电压；以及一可变电流源，耦接于第二转阻放大器的输入端与一接地端或系统电压(Power Supply)之间，用以输出一可变电流以改变第二电压，使得第二电压跟随第一电压。其中输入电流流入第一转阻放大器时，可变电流入第二转阻放大器。输入电流流出第一转阻放大器时，可变电流出第二转阻放大器。

为达到上述目的，本发明所公开的高频放大器的另一实施例包括有一第一转阻放大器，接收一输入电流并输出一第一电压；一第二转阻放大器，输出一第二电压；一第三放大器，接收第一电压与第二电压；一可变电流源，耦接于第二转阻放大器的输入端与一接地端之间，用以输出一可变电流以改变第二电压，使得第二电压跟随第一电压；一第四放大器，其输入端接收第一电压与第二电压，输出端与可变电流源耦接；以及一固定电流源，耦接于第一转阻放大器的输入端。其中可变电流源的输出电流流出第二转阻放大器，固定电流源输出的电流流出第一转阻放大器。

根据本发明的原理，第三放大器的两个输入端的电压的改变对于第一端不会有影响，即使因为偏移(Offset)的关系，也仅止于两端无法匹配的相当完整，并不会影响到转阻放大器主体的功能。

根据本发明的原理，利用调整可变电流源来调整所复制的转阻放大器的输出电压，通过此方式即可跟随第一转阻放大器所输出的直流电压的改变。

根据本发明的原理，本发明具有可提供平衡的直流电压给下一级电路的优点。

根据本发明的原理，本发明具有减少因直流不平衡造成的问题的优点，同时也不会对第一级电压转电流的效能造成影响。

根据本发明的原理，本发明具有可提高转阻放大器整体的PSRR的优点。

本发明的详细特征及优点将在实施方式中详细说明，其内容足以使任何本领域的普通技术人员了解本发明的技术并据以实施，且任何与本发明相关的优点及目的可轻易地从本说明书所公开的内容、申请专利范围及图式中理解。

以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求进一步的解释。

附图说明

图1为在先技术所公开的转阻放大器的电路架构图；

图2为在先技术所公开的另一转阻放大器的电路架构图；

图3为本发明所公开的高频转阻放大器的第一实施例的电路架构图；

图4为本发明所公开的高频转阻放大器的第二实施例的电路架构图；

图5为本发明所公开的高频转阻放大器的第三实施例的电路架构图，其中输入电流的方向与第二实施例不同；

图6为本发明所公开的高频转阻放大器的第四实施例的电路架构图；以及

图7为本发明所公开的高频转阻放大器的第五实施例的电路架构图。

其中，附图标记说明：

A--第一端B--第二端

11--第一放大器12--反馈电阻

13--低通滤波器14--第二放大器

21--第一放大器22--第二放大器

23--第三放大器24--第一反馈电阻

25--第二反馈电阻26--可变电流源

31--第一转阻放大器32--第二转阻放大器

311--第一放大器312--电阻

321--第二放大器322--电阻

33--可变电流源34--第三放大器

37--第四放大器38--电容

39--固定电流源41--第一转阻放大器

411--第一放大器412--第一晶体管

413--第一电阻42--第二转阻放大器

421--第二放大器422--第二晶体管

423--第二电阻43--第三放大器

44--固定电流源45--可变电流源

46--第四放大器47--电容

具体实施方式

有关本发明的特征与实施例，配合附图作最佳实施例详细说明如下。

请参考图3，为本发明所公开的高频放大器的电路图，由第一转阻放大器31、第二转阻放大器32、可变电流源33以及第三放大器34组成，第一转阻放大器31输出一第一电压，第二转阻放大器32输出一第二电压。第一转阻放大器31所输出的第一电压与第二转阻放大器32所输出的第二电压分别输入至第三放大器34。第三放大器34为一差动放大器。

第一转阻放大器31包括有一第一放大器311与一第一反馈电阻312，其中第一反馈电阻312耦接于第一放大器311的输入端与输出端之间。第一放大器311为一运算放大器。

第二转阻放大器32包括有一第二放大器321与一第二反馈电阻322，其中第二反馈电阻322耦接于第二放大器321的输入端与输出端之间。第二放大器321为一运算放大器。

可变电流源33，耦接于第二转阻放大器32的输入端与一系统电压(PowerSupply)或接地端之间，用以输出一可变电流以改变第二转阻放大器32所输出的第二电压，使得第二电压可以跟随第一电压的电压值。

如图3所示，第二转阻放大器32复制第一转阻放大器31的架构，再加入一可变电流源33即可形成一电压跟随器，通过改变可变电流源33的输出电流以使第二端B的电压改变。此第二转阻放大器32及可变电流源33可视为一电压控制器，用以控制第二转阻放大器32所输出的第二电压。由于第一端A的直流电压会随着输入电流Iin的改变而改变，通过改变可变电流源33的输出电流的特性即可使第二端B的电压在不同的输入讯号大小皆可跟随第一端A的电压。

根据图3所示，第二端B的参考电压的建立为复制第一转阻放大器31的电路，所以图3中第一端A、第二端B两点对系统电压(Power Supply)的效应是一样的，如此可提高转阻放大器整体的电源电压抑制比(PSRR)。

再请参考图4，为本发明所公开的高频放大器的第二实施例，与第一实施例不同点在于第二实施例多了一第四放大器37以及电容38，其中第四放大器37为一运算放大器，第四放大器37接收第一转阻放大器31所输出的第一电压与第二转阻放大器32所输出的第二电压，其输出端与可变电流源33相接。电容38耦接于第四放大器37的输出端与接地端间，用以滤除噪声以及不必要的讯号。

参考图5，为本发明所公开的高频放大器的第三实施例，其电路架构与第二实施例相同，不同之处在于输入电流的方向。当输入电流Iin为流入第一转阻放大器31时，可变电流源33所输出的电流同样为流入第二转阻放大器32，如第二实施例所示。当输入电流Iin为流出第一转阻放大器31时，可变电流源33所输出的电流同样为流出第二转阻放大器32，如第三实施例所示。

参考图6，为本发明所公开的高频放大器的第四实施例，电路结构与第二、第三实施例类似，不同之处在于第一转阻放大器31的输入端耦接有一固定电流源39，所输出的电流由出第一转阻放大器31。根据第四实施例，不论输入电流Iin的方向为何，可变电流的方向皆为流出第二转阻放大器32。

参考图7，为本发明所公开的高频放大器的第五实施例，所使用的转阻放大器为可调共发共基放大器(Regulated Cascode)架构，其中第一转阻放大器41包括有一第一运算放大器411、第一晶体管412以及第一电阻413。第一运算放大器411具有一输入端与一输出端，第一晶体管412具有一第一端、一第二端与一第三端，举例来说可为一场效应晶体管(FET)或一双极性晶体管(BJT)，第一端与运算放大器411输出端耦接，第二端与运算放大器411输入端耦接，第一电阻413则耦接于第三端与一系统电压之间。第二转阻放大器42包括有一第二运算放大器421、第二晶体管422以及第二电阻423。第二运算放大器421具有一输入端与一输出端，第二晶体管422具有第一端、第二端与第三端，举例来说可为一场效应晶体管(FET)或一双极性晶体管(BJT)，第一端与运算放大器421输出端耦接，第二端与运算放大器421输入端耦接，第二电阻423则耦接于第三端与一系统电压之间。

第一转阻放大器41输出一第一电压，第二转阻放大器42输出一第二电压。第一转阻放大器41所输出的第一电压与第二转阻放大器42所输出的第二电压分别输入至第三放大器43，第三放大器43为一差动放大器。

第一转阻放大器41的输入端耦接有一固定电流源44，第二转阻放大器42的输入端耦接有一可变电流源45，根据第五实施例，不论输入电流I in的方向为何，可变电流的方向皆为流出第二转阻放大器42。

此外，第五实施例尚包括第四放大器46以及电容47，其中第四放大器46为一运算放大器，电容47耦接于第四放大器46的输出端与接地端间，用以滤除噪声以及不必要的讯号。

根据本发明的原理，利用一转阻放大器复制另一转阻放大器，并配合可变电流源，利用调整可变电流源来调整调整所复制的转阻放大器的输出电压，通过此方式即可跟随第一转阻放大器所输出的直流电压的改变，如此即可提供平衡的直流电压给下一级，以减少因直流不平衡造成的问题，同时也不会对第一级电压转电流的效能造成影响，亦可提高转阻放大器整体的PSRR。

虽然本发明以前述的较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所做的变化与修改，均属本发明的专利保护范围。

Claims (17)

1.一种高频放大器，包括有：

一第一转阻放大器，接收一输入电流并输出一第一电压；

一第二转阻放大器，输出一第二电压；

一第三放大器，接收该第一电压与该第二电压；以及

一可变电流源，耦接于该第二转阻放大器的输入端与一接地端或一系统电压之间，用以输出一可变电流以改变该第二电压，使得该第二电压跟随该第一电压。

2.如权利要求1所述的高频放大器，其特征在于，该第一转阻放大器包括有一第一放大器与一第一反馈电阻，其中该第一反馈电阻耦接于该第一放大器的输入端与输出端之间。

3.如权利要求1所述的高频放大器，其特征在于，该第二转阻放大器包括有一第二放大器与一第二反馈电阻，其中该第二反馈电阻耦接于该第二放大器的输入端与输出端之间。

4.如权利要求1所述的高频放大器，其特征在于，还包括有一第四放大器，其输入端接收该第一电压与该第二电压，输出端与该可变电流源耦接。

5.如权利要求4所述的高频放大器，其特征在于，该第四放大器的输出端与接地端间还耦接有一电容。

6.如权利要求1所述的高频放大器，其特征在于，该输入电流流入该第一转阻放大器时，该可变电流流入该第二转阻放大器。

7.如权利要求1所述的高频放大器，其特征在于，该输入电流流出该第一转阻放大器时，该可变电流流出该第二转阻放大器。

8.一种高频放大器，包括有：

一第一转阻放大器，接收一输入电流并输出一第一电压；

一第二转阻放大器，输出一第二电压；

一第三放大器，接收该第一电压与该第二电压；

一可变电流源，耦接于该第二转阻放大器的输入端与一接地端之间，用以输出一可变电流以改变该第二电压，使得该第二电压跟随该第一电压；

一第四放大器，其输入端接收该第一电压与该第二电压，输出端与该可变电流源耦接；以及

一固定电流源，耦接于该第一转阻放大器的输入端。

9.如权利要求8所述的高频放大器，其特征在于，该第一转阻放大器包括有一第一放大器与一第一反馈电阻，其中该第一反馈电阻耦接于该第一放大器的输入端与输出端之间。

10.如权利要求8所述的高频放大器，其特征在于，该第一转阻放大器包括有：

一运算放大器，具有一输入端与一输出端；

一晶体管，具有一第一端、一第二端与一第三端，该第一端与该运算放大器输出端耦接，该第二端与该运算放大器输入端耦接；以及

一电阻，耦接于该第三端与一系统电压之间。

11.如权利要求10所述的高频放大器，其特征在于，该晶体管为一场效应晶体管或一双极性晶体管。

12.如权利要求8所述的高频放大器，其特征在于，该第二转阻放大器包括有一第二放大器与一第二反馈电阻，其中该第二反馈电阻耦接于该第二放大器的输入端与输出端之间。

13.如权利要求8所述的高频放大器，其特征在于，该第二转阻放大器包括有：

一运算放大器，具有一输入端与一输出端；

一晶体管，具有一第一端、一第二端与一第三端，该第一端与该运算放大器输出端耦接，该第二端与该运算放大器输入端耦接；以及

一电阻，耦接于该第三端与一系统电压之间。

14.如权利要求13所述的高频放大器，其特征在于，该晶体管为一场效应晶体管或一双极性晶体管。

15.如权利要求8所述的高频放大器，其特征在于，该第四放大器的输出端与接地端间还耦接有一电容。

16.如权利要求8所述的高频放大器，其特征在于，该可变电流源的输出电流流出该第二转阻放大器。

17.如权利要求8所述的高频放大器，其特征在于，该固定电流源输出的电流由流出该第一转阻放大器。

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