CN101807885A - 跨阻放大器的输出信号控制方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨阻放大器的输出信号控制方法及电路，该方法包括以下步骤：A10、从跨阻放大器的信号输出端获得取样电压；A20、以取样电压与基准电压的差值作为误差电压，所述基准电压为电源电压的一半；A30、对误差电压进行放大；A40、将放大后的误差电压转化为反馈电流并反馈给跨阻放大器；A50、跨阻放大器根据反馈电流调整输出电压。本发明通过对跨阻放大器的输出电压与基准电压之差进行误差放大并反馈给放大器的反向输入端，并且设定基准电压为电源电压的一半，从而钳制输出电压，保持其为恒定值。

Description

跨阻放大器的输出信号控制方法及电路

技术领域

本发明涉及跨阻放大器，尤其是涉及跨阻放大器的输出信号控制方法及电路。

背景技术

光接收机是光纤传输系统中的重要组成部分，其作用将经光纤传输后衰减的微弱光脉冲信号转换为电脉冲信号，并放大、还原为与发送端一致的数字脉冲信号。光接收机包括光电二极管(PD)或光探测器、前置放大器、具有均衡和滤波特性的主放大器、时钟恢复电路、数据判决电路以及进一步的数据处理电路等。

在经历了光纤衰减后，信号到达接收端时已经很微弱，因此，光探测器产生的电流也非常微弱，如果采用一般的放大器进行放大，由于放大器本身会引入噪声，后一级放大器必然会将前一级放大器引入的噪声进行放大，因此，信噪比不会得到明显改善。为了解决上述问题，需要一个低噪声、高增益的前置放大器对信号进行放大。为了与光探测器达到良好的匹配，并获得较低的噪声和较宽的带宽，前置放大器的增益不能太高，其输出电压范围大约为几至几十亳伏。

前置放大器作为光接收机中的关键部分，其性能在很大程度上决定了整个光接收机的性能。目前，在光通信领域中，通常采用跨阻放大器作为光接收机的前置放大器，其原理如图1所示，即在放大器的反相输入端和输出端之间接一个反馈电阻Rf，保证恒定的电压输出。国、内外对跨阻放大器作了大量的研究，一般跨阻放大器对输出直流电平没有限制，只要输出稳定并能较好的驱动限幅放大器即可。虽然跨阻放大器的增益较高，但是由于在光接收机中，输入信号一般是经过衰减的光电信号，所以其输出信号幅度一般不大(小于100mV)，可是如果输入光信号逐渐饱和，即使AGC(Automatic Gain Control自动增益控制)工作，跨阻放大器的输出幅度仍然较大，系统输出容易产生直流失调，影响输出眼图的质量，从而降低光接收机的灵敏度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决跨阻放大器的输出影响输出眼图的质量，从而降低光接收机的灵敏度的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种跨阻放大器的输出信号控制方法，包括以下步骤：

A10、从跨阻放大器的信号输出端获得取样电压；

A20、以取样电压与基准电压的差值作为误差电压，所述基准电压为电源电压的一半；

A30、对误差电压进行放大；

A40、将放大后的误差电压转化为反馈电流并反馈给跨阻放大器；

A50、跨阻放大器根据反馈电流调整输出电压。

上述方案中，步骤A10中的取样电压通过线性取样电路获得，所述线性取样电路包括两个串联的取样电阻，所述两个取样电阻的另一端分别连接至跨阻放大器的信号输出端，取样电压的输出端连接在两个取样电阻的串联线路上。

步骤A20中的基准电压通过基准电路获得，所述基准电路具有第一、第二PMOS管，二者的栅极分别与各自的源极相连，且第一PMOS管的漏极与电源相连，源极与第二PMOS管的漏极相连，第二PMOS管的源极接地，该基准电路的基准电压输出端与第一PMOS管的源极相连。

步骤A30中通过误差放大电路对误差电压进行放大，所述误差放大电路包括：

第三PMOS管501，用于为误差放大电路提供工作电流；

差分输入电路，由第四、第五PMOS管组成，第四PMOS管的栅极连接取样电压，第五PMOS管的栅极连接基准电压；

共源共栅电流镜负载，由第一、第二、第三和第四NMOS管组成，第一和第二NMOS管的栅极互连，第三和第四NMOS管的栅极互连，第四PMOS管的源极与第三NMOS管的栅极连接，第五PMOS管的源极连接V/I转换电路的输入端；第三PMOS管和第一NMOS管的栅极分别连接由外围偏置电路提供的偏置电压。

本发明还提供了一种跨阻放大器的输出信号控制电路，包括：

线性取样电路，用于对跨阻放大器的输出信号进行取样以获得取样电压；

基准电路，用于获得基准电压，该基准电压为电源电压的一半；

误差放大电路，对从线性取样电路获得的取样电压与基准电压的差值进行放大，得到误差电压；

V/I转换电路，将误差电压转化为反馈电流并反馈给跨阻放大器。

上述电路中，

所述线性取样电路包括两个串联的取样电阻，所述两个取样电阻的另一端分别连接至跨阻放大器的信号输出端，取样电压的输出端连接在两个取样电阻的串联线路上。

所述基准电路具有第一、第二PMOS管，二者的栅极分别与各自的源极相连，且第一PMOS管的漏极与电源电压相连，源极与第二PMOS管的漏极相连，第二PMOS管的源极接地，该基准电路的基准电压输出端与第一PMOS管的源极相连。

所述误差放大电路包括：

第三PMOS管501，用于为误差放大电路提供工作电流；

差分输入电路，由第四、第五PMOS管组成，第四PMOS管的栅极连接取样电压，第五PMOS管的栅极连接基准电压；

共源共栅电流镜负载，由第一、第二、第三和第四NMOS管组成，第一和第二NMOS管的栅极互连，第三和第四NMOS管的栅极互连，第四PMOS管的源极与第三NMOS管的栅极连接，第五PMOS管的源极连接V/I转换电路的输入端；第三PMOS管和第一NMOS管的栅极分别连接由外围偏置电路提供的偏置电压。

本发明，通过对跨阻放大器的输出电压与基准电压之差进行误差放大并反馈给放大器的反向输入端，并且设定基准电压为电源电压的一半，从而钳制输出电压，保持其为恒定值。本发明具有以下优点：(1)、输出信号直流共模电平在供电电源电压的一半处。(2)、控制电路在大动态范围的输入光电流时，依然能够保持很高的稳定度。(3)、控制电路的反馈，不影响放大器主体的正常工作。

附图说明

图1为现有跨阻放大器的原理图；

图2为本发明提供的跨阻放大器的输出信号控制电路原理图；

图3为本发明提供的跨阻放大器的输出信号控制电路一种具体实施例的电路图；

图4为本发明提供的控制电路的输出特性曲线图；

图5为本发明提供的控制电路的温度特性曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种跨阻放大器的输出信号控制方法，主要应用于光接收机中的跨阻放大器电路中，针对跨阻放大器的输出信号进行控制，以保证该放大器输出信号的稳定性，该方法包括以下步骤：

A10、从跨阻放大器的信号输出端获得差分电压信号并经线性取样电路获得取样电压；

A20、以取样电压与基准电压的差值作为误差电压，所述基准电压为电源电压的一半；

A30、对误差电压进行放大；

A40、将放大后的误差电压转化为反馈电流并反馈给跨阻放大器；

A50、跨阻放大器根据反馈电流调整输出电压。

本发明还提供了基于上述控制方法的控制电路，图2是该控制电路的原理图，宽带放大器10和缓冲器20组成放大电路，线性取样电路30对输出缓冲器20的输出信号进行直流取样，并计算与基准电路40获得的基准电压的差值，该差值输入到误差放大电路50进行误差放大得到误差电压信号，误差电压信号通过V/I转换电路60转换为误差电流信号，误差电流信号输入到宽带放大器10的反相输入端，从而钳制输出缓冲器20的输出电压，保持输出电压为恒定值。

图3是上述控制电路的一种具体实施方式电路图，如图3所示，该控制电路包括线性取样电路30、基准电路40、误差放大电路50和V/I转换电路60。

线性取样电路30包括串联连接的第一、第二取样电阻301、302，第一、第二取样电阻301、302的另一端分别连接至输出缓冲器20的信号输出端获得得差分电压信号，取样电压Vsample取自第一、第二取样电阻301、302的串联线路上。

基准电路40具有第一、第二PMOS管401、402，二者的栅极分别与各自的源极相连，且第一PMOS管401的漏极与电源Vcc相连，源极与第二PMOS管402的漏极相连，第二PMOS管402的源极接地，该基准电路40的基准电压输出端与第一PMOS管401的源极相连，第一、第二PMOS管401、402相同，因此，基准电压Vref为电源Vcc的一半，同采用电阻分压的方案相比较，这种电路具有更小的工作电流。

误差放大电路50包括第三PMOS管501、差分输入电路和共源共栅电流镜，第三PMOS管501为误差放大电路提供工作电流，差分输入电路由第四、第五PMOS管502、503组成，第四PMOS管502的栅极接取样电压Vsample，第五PMOS管503的栅极连接基准电压Vref；共源共栅电流镜由第一、第二、第三和第四NMOS管504、505、506和507组成，第一和第二NMOS管504、505的栅极互连，第三和第四NMOS管506、507的栅极互连，第四PMOS管502的源极与第三NMOS管506的栅极连接，第三和第四NMOS管506、507的源极接地，第三PMOS管和第一NMOS管的栅极分别连接Vbias1和Vbias2，Vbias1和Vbias2是由外围偏置电路提供的偏置电压。

本发明的误差放大电路50比基本差分放大器具有更高的交流增益，可以较好的实现误差放大功能。

V/I转换电路60由第六PMOS管601和电阻602组成，电阻602连接在第六PMOS管601的漏极上，第六PMOS管601栅极连接在第五PMOS管503的源极上，源极接地。

本发明中，线性取样电路30从输出缓冲器20的信号输出端得到差分输入信号VOUTN，VOUTP，输出取样电压Vsample，基准电路40得到电源电压Vcc一半的基准电压Vref，然后误差放大电路50将取样电压Vsample和基准电压Vref的差值进行放大得到误差电压Verror，最后通过V/I转换电路60将Verror转化为Ierror，来控制宽带放大器10的输出电压，使输出缓冲器20的输出电压与Vsample相同，完成钳制跨阻放大器输出电压的功能。由于误差电压的放大采用共源共栅电流镜，所以其交流放大倍数为：

A_v＝-g_{m_502}g_{m_504}r₅₀₄r₅₀₆，

式中，g_{m_502}为第五PMOS管502的跨导，g_{m_504}为第一NMOS管504的跨导，r504为第一NMOS管504的输出电阻，r506为第三NMOS管506的输出电阻，可见，这种采用共源共栅结构的放大器比一般放大器高一个数量级。

图4为采用上述控制电路的跨阻放大器输出信号随时间变化波形，可见该发明能钳制跨阻放大器的输出直流电平。

图5为采用上述控制电路的跨阻放大器输出信号随温度的变化波形，可见该发明具有较好的温度无关性。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.跨阻放大器的输出信号控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A10、从跨阻放大器的信号输出端获得取样电压；

A20、以取样电压与基准电压的差值作为误差电压，所述基准电压为电源电压的一半；

A30、对误差电压进行放大；

A40、将放大后的误差电压转化为反馈电流并反馈给跨阻放大器；

A50、跨阻放大器根据反馈电流调整输出电压。

2.如权利要求1所述的跨阻放大器的输出信号控制方法，其特征在于步骤A10中的取样电压通过线性取样电路获得，所述线性取样电路包括两个串联的取样电阻，所述两个取样电阻的另一端分别连接至跨阻放大器的信号输出端，取样电压的输出端连接在两个取样电阻的串联线路上。

3.如权利要求1所述的跨阻放大器的输出信号控制方法，其特征在于步骤A20中的基准电压通过基准电路获得，所述基准电路具有第一、第二PMOS管，二者的栅极分别与各自的源极相连，且第一PMOS管的漏极与电源相连，源极与第二PMOS管的漏极相连，第二PMOS管的源极接地，该基准电路的基准电压输出端与第一PMOS管的源极相连。

4.如权利要求1所述的跨阻放大器的输出信号控制方法，其特征在于步骤A30中通过误差放大电路对误差电压进行放大，所述误差放大电路包括：

第三PMOS管501，用于为误差放大电路提供工作电流；

差分输入电路，由第四、第五PMOS管组成，第四PMOS管的栅极连接取样电压，第五PMOS管的栅极连接基准电压；

共源共栅电流镜负载，由第一、第二、第三和第四NMOS管组成，第一和第二NMOS管的栅极互连，第三和第四NMOS管的栅极互连，第四PMOS管的源极与第三NMOS管的栅极连接，第五PMOS管的源极连接V/I转换电路的输入端；第三PMOS管和第一NMOS管的栅极分别连接由外围偏置电路提供的偏置电压。

5.跨阻放大器的输出信号控制电路，其特征在于包括：

线性取样电路，用于对跨阻放大器的输出信号进行取样以获得取样电压；

基准电路，用于获得基准电压，该基准电压为电源电压的一半；

误差放大电路，对从线性取样电路获得的取样电压与基准电压的差值进行放大，得到误差电压；

V/I转换电路，将误差电压转化为反馈电流并反馈给跨阻放大器。

6.如权利要求5所述的跨阻放大器的输出信号控制电路，其特征在于所述线性取样电路包括两个串联的取样电阻，所述两个取样电阻的另一端分别连接至跨阻放大器的信号输出端，取样电压的输出端连接在两个取样电阻的串联线路上。

7.如权利要求5所述的跨阻放大器的输出信号控制电路，其特征在于所述基准电路具有第一、第二PMOS管，二者的栅极分别与各自的源极相连，且第一PMOS管的漏极与电源电压相连，源极与第二PMOS管的漏极相连，第二PMOS管的源极接地，该基准电路的基准电压输出端与第一PMOS管的源极相连。

8.如权利要求5所述的跨阻放大器的输出信号控制电路，其特征在于所述误差放大电路包括：

第三PMOS管501，用于为误差放大电路提供工作电流；

差分输入电路，由第四、第五PMOS管组成，第四PMOS管的栅极连接取样电压，第五PMOS管的栅极连接基准电压；

共源共栅电流镜负载，由第一、第二、第三和第四NMOS管组成，第一和第二NMOS管的栅极互连，第三和第四NMOS管的栅极互连，第四PMOS管的源极与第三NMOS管的栅极连接，第五PMOS管的源极连接V/I转换电路的输入端；第三PMOS管和第一NMOS管的栅极分别连接由外围偏置电路提供的偏置电压。

Images