CN101621283A - 幅度检测自动增益控制电路 - Google Patents

Abstract

一种幅度检测自动增益控制电路，其输入信号取共模电路和输入信号幅度检测电路分别连接电平移位电路，电平移位电路连接AGC控制电路，AGC控制电路连接自动增益电路。本幅度检测自动增益控制电路的效果主要体现在该自动增益控制电路可以检测输入信号的幅度，并根据其幅度的大小调整自动增益控制电压，进而对跨阻放大器的增益进行调整，其大信号输入时的输出失真很小。

Description

幅度检测自动增益控制电路

技术领域

本发明属于光纤通信领域和集成电路设计领域，特别涉及一种幅度检测自动增益控制电路。

背景技术

光纤通信是以光为信息载体，光纤作为传输媒介的一种通信方式，光纤通信涉及到光网络、光电器件和微电子电路等领域，其中微电子电路是连接光网络与用户终端的接口，是目前光通信产业发展的瓶颈。应用于光通信网络的微电子集成电路主要包括前置放大器、限幅放大器、时钟和数据恢复电路、分接器和复接器等。其中前置放大器与光探测器件直接相连，光探测器将输入的光信号转变成电流。由于该信号发射端与接收端的距离既可能很远，也可能很近。这种距离远近的不同直接反映在了光信号的强弱不同上，这种不同强度的信号经过光探测器后，得到不同强度的电流信号。因此，光前置放大器需要处理动态范围很大的信号范围，而且不能引入较大的失真。因此该前置放大器需要采用自动增益控制(AGC)电路，对输出信号的幅度进行调节。当输入信号的幅度小时，前置放大器的增益很大，可以达到几十千欧姆，以较低的噪声对信号进行放大。当输入信号的幅度较大时，前置放大器的增益一般只有几十欧姆，以降低输出信号的失真。因此AGC电路是光通信中前置放大器不可缺少的电路模块。

传统而言，AGC控制电路是根据输入信号的直流电流来确定其输出电压的，一般是将跨阻放大器的输出信号经过一个低通滤波器，得到与跨阻成正比的输入共模电压，然后将这个共模电压用来作为AGC的控制信号。但是这种AGC控制电路的反映较慢，一般需要几百微秒的时间。而且由于其共模电压的变化会影响到后级的工作点，后级放大器工作在饱和区，从而导致输出信号失真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于光纤通信系统的幅度检测自动增益控制电路。该自动增益控制电路对输入信号的幅度进行检测，并用这个检测结果产生增益控制电压。

本发明的技术方案是：

一种幅度检测自动增益控制电路，其特征在于：由输入信号取共模电路和输入信号幅度检测电路分别连接电平移位电路，电平移位电路连接AGC控制电路，AGC控制电路连接自动增益电路；

其输入信号取共模电路，用于对输入差分信号取共模电压；

其电平移位电路，对差分信号的共模电压进行电平移位；

其输入信号幅度检测电路，用于将输入信号的幅度检测出来，并对输入信号进行电平移位。

其AGC控制电路，用于将输入信号的幅度和经过平移后的共模电压相比较，比较结果为AGC控制电压。

所述的输入信号取共模电路，利用两个源极跟随器，将输入信号与后级电路隔离，两个源级跟随器的输出通过两个等值电阻连接在一起，得到输入信号的共模电压。

所述的电平移位电路，利用一个接成负反馈的放大器，对输入信号的共模电压进行电平移位。

所述AGC控制电路包含一个输入信号幅度检测电路，对输入信号的幅度进行检测，并将输入信号的幅度按照一定比例传给比较器。

所述自动增益电路包含一个比较器，用于对输入信号的幅度进行比较判断，并根据比较结果改变输出电压的大小。

本发明效果是：

本幅度检测自动增益控制电路的效果主要体现在该自动增益控制电路可以检测输入信号的幅度，并根据其幅度的大小调整自动增益控制电压，进而对跨阻放大器的增益进行调整。表1给出了输入平均电流幅度、自动增益控制电压和跨阻放大器的跨阻增益三者之间关系的仿真结果，仿真结果表明，该自动增益控制电压随着输入信号增强而提高，跨阻放大器的增益也从32K欧姆下降到了80欧姆，而且当输入平均电流信号的强度增大到2000uA时，其输出电压也只有162mV，因此其输出失真很小。而且该自动增益控制电路的响应时间只有4uS，其响应时间远小于传统直流检测自动增益电路。

表1平均光电流输入与自动增益控制电压和跨阻增益关系仿真结果

输入平均电流/uA	2	6.32	20	63.2	200	632	2000
								自动增益控制电压/V	0.226	1.187	1.339	1.4103	1.487	1.585	1.7114
跨阻增益/KΩ	32	24	7.4	2.3	0.76	0.25	0.081

附图说明

图1为幅度检测自动增益控制电路应用环境

图2为幅度检测自动增益控制电路

具体实施方式

一种幅度检测自动增益控制电路，该电路首先检测输入信号的共模电压，将这个共模电压经过一个电平移位电路后，输入到比较器的负端。输入信号经过一个缓冲放大器进行电平移位后，输入到比较器的正端，比较结果经过电容滤波后形成自动增益控制电压。

本幅度检测自动增益控制电路，包括以下电路：

输入信号取共模电路，用于对输入差分信号取其共模电压。

电平移位电路，将输入差分信号的共模电压进行电平移位。

输入信号幅度检测电路，用于将输入信号的幅度检测出来，并对输入信号进行电平移位。

AGC控制电路，用于将输入信号的幅度和经过平移后的共模电压相比较，比较结果为AGC控制电压。

自动增益电路。

所述的输入信号取共模电路，利用两个源极跟随器，将输入信号与后级电路隔离，两个源级跟随器的输出通过两个等值电阻连接在一起，得到输入信号的共模电压。

所述的电平移位电路，利用一个接成负反馈的放大器，对输入信号的共模电压进行电平移位。

所述AGC控制电路包含一个输入信号幅度检测电路，对输入信号的幅度进行检测，并将输入信号的幅度按照一定比例传给比较器。

所述自动增益电路包含一个比较器，用于对输入信号的幅度进行比较判断，并根据比较结果改变输出电压的大小。

本发明可以通过以下技术方案来实现自动增益控制的功能，输入的差分信号分为两路。一路差分信号经过源极跟随器隔离后，经过电阻连接在一起，得到输入信号的共模电平。这个共模电平经过电平移位电路移位，为比较器提供参考电压。另一路信号经过一个幅度检测电路，得到输入信号的幅度并也经过电平移位，提供到比较器的同相端。根据输入信号与参考电压的差值，产生一个控制跨阻放大器增益的电压。

下面结合附图对本发明具体实施方式进一步详细说明。

图1为本发明设计的自动增益控制电路的应用电路，这里光探测器件是光电二极管。光纤传输的光信号经过光电二极管后，把这个光信号转换成与之对应的电流信号输出。这个单端的电流信号经过可变增益跨阻放大器A1放大后，得到单端的电压信号VO_TIA输出，然后再将这个信号VO_TIA传输给相位分裂放大器A2，得到差分的电压信号VON_phases plitter和VOP_phasesplitter输出，差分的电压信号分别经过缓冲放大器A3和A4以提高其输出的驱动能力，降低其输出电阻。自动增益控制的信号处理电路从相位分裂放大器的两个输出端得到信号，经过处理后得到其输入信号的共模电平VCM和幅度VP，两者的比较结果为自动增益控制电路的输出电压，控制可变增益放大器A1的反馈电阻，实现增益的自动调节。

其中跨阻放大器的反馈电阻是由线形电阻RF和晶体管电阻M1_RES并联组成，晶体管M1_RES工作在线形区，其电阻RON可以表示为

$\mathrm{RON}=\frac{L}{W{\mathrm{\μ}}_N{C}_{\mathrm{OX}}(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}---\left(1\right)$

因此，改变其栅极电压就可以实现改变增益的目的。

图2是本发明设计的自动增益控制电路，输入的信号VON_phasesplitter和VOP_phase splitter经过晶体管M1和M2组成的源极跟随器隔离后，其输出电压为VON和VOP。电阻R1和R2接在VON和VOP之间，其输出电压可以表示为

$\mathrm{VCM}=\mathrm{VON}\frac{R2}{R1+R2}+\mathrm{VOP}\frac{R1}{R1+R2}---\left(2\right)$

由于电阻R1和R2相等，VON和VOP为差分的电压信号，因此输出为一个共模的电压信号。这个共模电压经过由负反馈组成的电平移位电路，得到比较器的参考电压VREF。根据负反馈的基本原理，放大器AMP的同相和反相输入端的电压相等。因此，VREF可以表示为

$\mathrm{VREF}=\mathrm{VCM}\frac{R3+R4}{R4}---\left(3\right)$

得到比较器负端参考电压的大小。输入信号VON_phase splitter输入到M3晶体管的栅极，其源极输出形成VP。这里电流源I3比较小，晶体管M3工作在亚阈值区，其输出信号的幅度小于输入信号的幅度，且存在电平移位。VP信号的幅度与参考电压VREF相比，得到自动增益控制电压。当输入信号较低时，VP信号小于参考电压VREF，此时自动增益控制电压输出为低电平，跨阻放大器为恒定增益。当输入信号增大后，VP信号大于参考电压VREF，此时输出电压增大，跨阻增益减小，实现自动增益控制的功能。

Claims (5)

1、一种幅度检测自动增益控制电路，其特征在于：其输入信号取共模电路和输入信号幅度检测电路分别连接电平移位电路，电平移位电路连接AGC控制电路，AGC控制电路连接增益放大电路；

其输入信号取共模电路，用于对输入差分信号取共模电压；

其电平移位电路，将输入差分信号的共模电压进行电平移位；

其输入信号幅度检测电路，用于将输入信号的幅度检测出来，并对输入信号进行电平移位；

其AGC控制电路，用于将输入信号的幅度和经过平移后的共模电压相比较，比较结果为AGC控制电压。

2、根据权利要求1所述的幅度检测自动增益控制电路，其特征在于：所述的输入信号取共模电路，利用两个源极跟随器，将输入信号与后级电路隔离，两个源级跟随器的输出通过两个等值电阻连接在一起，得到输入信号的共模电压。

3、根据权利要求1所述的幅度检测自动增益控制电路，其特征在于：所述的电平移位电路，利用一个接成负反馈的放大器，对输入信号的共模电压进行电平移位。

4、根据权利要求1所述的幅度检测自动增益控制电路，其特征在于：所述AGC控制电路包含一个输入信号幅度检测电路，对输入信号的幅度进行检测，并将输入信号的幅度按照一定比例传给比较器。

5、根据权利要求1所述的幅度检测自动增益控制电路，其特征在于：所述自动增益电路包含一个比较器，用于对输入信号的幅度进行比较判断，并根据比较结果改变输出电压的大小。

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