CN101997499B - 一种用于跨阻放大器的agc电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于跨阻放大器的AGC电路，输出电压取样模块从差分输出电压信号中得到幅度取样信号和共模取样信号；阈值调制模块去除共模取样信号中的高频分量，并对共模取样信号进行阈值设置，使得输出的阈值调制信号和幅度取样信号有一定的差距；低频线性放大器对阈值调制信号和幅度取样信号进行鉴别、放大，通过低频线性放大器输出的AGC信号对MOS管的等效电阻进行调制控制跨阻放大器的增益。本发明所述AGC电路，通过对输出信号进行采样，并对其进行分析处理得到AGC控制电压，达到稳定输出的作用，同时由于输出信号的变化范围较小，从十几mV到几百mV，其跨度在25dB左右，这样可以在大动态范围的输入光电流下的线性控制跨阻放大器增益。

Description

一种用于跨阻放大器的AGC电路

技术领域

本发明涉及自动增益控制电路，具体说是一种用于跨阻放大器的AGC(Automatic Gain Control，自动增益控制)电路。尤指用于光接收模块中跨组放大器的自动增益控制电路。

背景技术

在光通信领域中，跨组放大器通常作为接收器的前置放大器。国内外研究者对跨阻放大器作了大量的研究。一般跨阻放大器所采用的AGC电路中主要是对输入信号的电流进行采样，通过对采样电流进行分析处理得到AGC控制电压，从而控制跨阻放大器增益，使得跨阻放大器的输出保持恒定；而由于输入信号电流的变化范围较大，从uA级到mA级，其跨度达到50dB，在这种大动态范围的输入信号下使得线性控制跨阻放大器增益较为困难。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于跨阻放大器的AGC电路，采用输出电压采样方式，与常规跨阻放大器自动增益控制电路所采用的输入电流采样相比，具有更好的的针对性。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于跨阻放大器的AGC电路，其特征在于，包括：

输出电压取样模块10，对跨阻放大器的差分输出电压信号进行取样，所述差分输出电压信号包括：与输入电流同相位的同相输出电压QB，与输入电流反相位的反相输出电压QBI，所述取样有两种方式：一种是对同相输出电压QB和反相输出电压QBI之间的电压幅度取样，得到幅度取样信号，另一种是对同相输出电压QB和反相输出电压QBI之间的共模电平取样，得到共模取样信号；其中幅度取样信号作为基准；

阈值调制模块20，对输入的共模取样信号进行低频滤波剔出其中的高频分量，并对共模取样信号进行阈值设置，使得阈值调制模块20输出的阈值调制信号V_comm2和幅度取样信号V_peak有一定的差距；

低频线性放大器30，对阈值调制模块20输出的阈值调制信号V_comm2和幅度取样信号V_peak进行鉴别、放大，当跨阻放大器的差分输出电压信号幅度低于阈值时，AGC不启动；当跨阻放大器的差分输出电压信号幅度大于阈值时，低频线性放大器30输出的AGC信号电平与低频线性放大器的输入的幅度线性相关；通过AGC信号V_AGC对MOS管的等效电阻进行调制，从而控制跨阻放大器的增益，使得在输入电流大于阈值后跨阻放大器输出幅度保持恒定。

在上述技术方案的基础上，所述输出电压取样模块10包括共模取样电路和幅度取样电路两部分，

所述共模取样电路用于取出同相输出电压QB和反相输出电压QBI的共模电压，包括：NPN三极管101、NPN三极管102、电阻104、电阻105和电流源103，

电流源103提供电流信号I_bias1，其一端接地，另一端分别和NPN三极管101、NPN三极管102的发射极连接，

NPN三极管101的基极接收同相输出电压QB，

NPN三极管102的基极接收反相输出电压QBI，

NPN三极管101、NPN三极管102的集电极并联，

电阻104、电阻105串联后，电阻104的一端连接到NPN三极管101的发射极，电阻105的一端连接到NPN三极管102的发射极，

所述幅度取样电路用于取出同相输出电压QB和反相输出电压QBI的幅度电压，包括：NPN三极管106、NPN三极管107和电流源108，

电流源108提供电流信号I_bias2，其一端接地，另一端分别和NPN三极管106、NPN三极管107的发射极连接，

NPN三极管106的基极连接到NPN三极管101的发射极，

NPN三极管107的基极连接到NPN三极管102的发射极，

NPN三极管106、NPN三极管107的集电极并联，且连接到NPN三极管102的集电极，

从电阻104、电阻105的连接公共点得到共模取样电路的输出电压V_comm1，

从NPN三极管106、NPN三极管107的连接公共点得到幅度取样电路的输出电压V_peak。

在上述技术方案的基础上，所述阈值调制模块20包括电流偏置电路、电压偏置电路和信号调制电路三部分，

所述电流偏置电路包括：PMOS管209、电阻210和电流源211，

电流源211提供电流信号I_bias4，其一端接地，另一端串联电阻210后再分别连接到PMOS管209的漏极D和栅极G，

PMOS管209的源极S连接到NPN三极管107的集电极，

所述电压偏置电路包括：电阻212、电流源213，

电流源213提供电流信号I_bias5，其一端接地，另一端串联电阻212后再连接到NPN三极管107的集电极，

所述信号调制电路包括：PMOS管201、PMOS管205、NMOS管202、NMOS管203、NMOS管207、NMOS管208、电阻206、三极管214、电流源215和电流源204，

电流源204提供电流信号I_bias3，其一端接地，另一端分别连接到NMOS管203、NMOS管208的漏极D，

NMOS管203的栅极G接收共模取样电路的输出电压V_comm1，

NMOS管203的源极S连接到NMOS管202的漏极D，

NMOS管202的源极S连接到PMOS管201漏极D，

PMOS管201的栅极G接地，

PMOS管201的源极S连接到NPN三极管107的集电极，

NMOS管202的栅极G连接到电阻212和电流源213的连接公共点，

NMOS管208的源极S连接到NMOS管207的漏极D，

NMOS管208的栅极G连接到NMOS管207的源极S，

NMOS管207的栅极G连接到电阻212和电流源213的连接公共点，

电阻206一端连接到NMOS管207的源极S，另一端连接到PMOS管205的漏极D，

PMOS管205的源极S连接到NPN三极管107的集电极，

PMOS管205的栅极G连接到PMOS管209的栅极G，

PMOS管205的漏极D还连接到三极管214的基极，

三极管214的集电极连接到NPN三极管107的集电极，

电流源215提供电流信号I_bias6，其一端接地，另一端连接到三极管214的发射极，

从三极管214的发射极得到阈值调制信号V_comm2。

在上述技术方案的基础上，所述低频线性放大器30接收阈值调制信号V_comm2和幅度取样电路的输出电压V_peak，输出AGC信号V_AGC，

低频线性放大器30采用的是有源负载的差分放大器301。

本发明所述的用于跨阻放大器的AGC电路，其作用主要是稳定输出信号的幅度，使其不随输入信号改变，通过对输出信号进行采样，并对其进行分析处理得到AGC控制电压，达到稳定输出的作用，同时由于输出信号的变化范围较小，从十几mV到几百mV，其跨度在25dB左右，这样可以在大动态范围的输入光电流下的线性控制跨阻放大器增益。

本发明所述的用于跨阻放大器的AGC电路，具有以下优点：

第一，该自动增益控制电路能够灵活设置AGC阈值点；

第二，该自动增益控制电路在输入光电流大动态范围变化时，能够保持输出幅度稳定；

第三，该自动增益控制电路在输入光电流大动态范围变化时，实时改变跨阻放大器的增益。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明应用的系统框图，

图2本发明的电路原理图，

图3本发明提供的AGC不启动时的信号输出特性曲线图，

图4本发明提供的AGC启动时的信号输出特性曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明主要应用于光通信跨阻放大器电路中，针对的是跨阻放大器的关键技术自动增益控制，设计了一种新的自动增益控制方法，提出了一个崭新的系统结构。本发明提出的自动增益控制电路主要原理是控制跨阻放大器的反馈电阻。提出的这种电路系统可以在近60dB的信号输入范围内线性控制跨阻放大器增益。而且，本发明可灵活设置跨阻放大器的AGC起控点。

参照图1，是本发明的系统框图，图2是本发明的电路原理图，本发明所述的用于跨阻放大器的AGC电路，包括：

输出电压取样模块10，对跨阻放大器的差分输出电压信号进行取样，所述差分输出电压信号包括：与输入电流同相位的同相输出电压QB，与输入电流反相位的反相输出电压QBI，所述取样有两种方式：一种是对同相输出电压QB和反相输出电压QBI之间的电压幅度取样，得到幅度取样信号，另一种是对同相输出电压QB和反相输出电压QBI之间的共模电平取样，得到共模取样信号；其中幅度取样信号作为基准，由于幅度取样信号中包含有共模电平，所以进入阈值调制模块20的信号可以动态匹配；

阈值调制模块20，对输入的共模取样信号进行低频滤波剔出其中的高频分量，并对共模取样信号进行阈值设置，使得阈值调制模块20输出的阈值调制信号V_comm2和幅度取样信号V_peak有一定的差距；

低频线性放大器30，对阈值调制模块20输出的阈值调制信号V_comm2和幅度取样信号V_peak进行鉴别、放大，当跨阻放大器的差分输出电压信号幅度低于阈值时，AGC不启动；当跨阻放大器的差分输出电压信号幅度大于阈值时，低频线性放大器30输出的AGC信号电平与低频线性放大器的输入的幅度线性相关；通过AGC信号V_AGC对MOS管(金属(metal)-氧化物(oxid)-半导体(semiconductor)场效应晶体管)的等效电阻进行调制，从而控制跨阻放大器的增益，使得在输入电流大于阈值后跨阻放大器输出幅度保持恒定。

在上述技术方案的基础上，如图2所示，所述输出电压取样模块10包括共模取样电路和幅度取样电路两部分，

所述共模取样电路用于取出同相输出电压QB和反相输出电压QBI的共模电压，包括：NPN三极管101、NPN三极管102、电阻104、电阻105和电流源103，

电流源103提供电流信号I_bias1，其一端接地，另一端分别和NPN三极管101、NPN三极管102的发射极连接，

NPN三极管101的基极接收同相输出电压QB，

NPN三极管102的基极接收反相输出电压QBI，

NPN三极管101、NPN三极管102的集电极并联，

电阻104、电阻105串联后，电阻104的一端连接到NPN三极管101的发射极，电阻105的一端连接到NPN三极管102的发射极，

所述幅度取样电路用于取出同相输出电压QB和反相输出电压QBI的幅度电压，包括：NPN三极管106、NPN三极管107和电流源108，

电流源108提供电流信号I_bias2，其一端接地，另一端分别和NPN三极管106、NPN三极管107的发射极连接，

NPN三极管106的基极连接到NPN三极管101的发射极，

NPN三极管107的基极连接到NPN三极管102的发射极，

NPN三极管106、NPN三极管107的集电极并联，且连接到NPN三极管102的集电极，

从电阻104、电阻105的连接公共点得到共模取样电路的输出电压V_comm1(共模取样信号)，

从NPN三极管106、NPN三极管107的连接公共点得到幅度取样电路的输出电压V_peak(幅度取样信号)。

在上述技术方案的基础上，所述阈值调制模块20包括电流偏置电路、电压偏置电路和信号调制电路三部分，

所述电流偏置电路包括：PMOS管209(指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管，MOS管即金属氧化物半导体场效应晶体管)、电阻210和电流源211，

电流源211提供电流信号I_bias4，其一端接地，另一端串联电阻210后再分别连接到PMOS管209的漏极D和栅极G，

PMOS管209的源极S连接到NPN三极管107的集电极，

所述电压偏置电路包括：电阻212、电流源213，

电流源213提供电流信号I_bias5，其一端接地，另一端串联电阻212后再连接到NPN三极管107的集电极，

所述信号调制电路包括：PMOS管201、PMOS管205、NMOS管202、NMOS管203、NMOS管207、NMOS管208、电阻206、三极管214、电流源215和电流源204，

电流源204提供电流信号I_bias3，其一端接地，另一端分别连接到NMOS管203、NMOS管208的漏极D，

NMOS管203的栅极G接收共模取样电路的输出电压V_comm1，

NMOS管203的源极S连接到NMOS管202的漏极D，

NMOS管202的源极S连接到PMOS管201漏极D，

PMOS管201的栅极G接地，

PMOS管201的源极S连接到NPN三极管107的集电极，

NMOS管202的栅极G连接到电阻212和电流源213的连接公共点，

NMOS管208的源极S连接到NMOS管207的漏极D，

NMOS管208的栅极G连接到NMOS管207的源极S，

NMOS管207的栅极G连接到电阻212和电流源213的连接公共点，

电阻206一端连接到NMOS管207的源极S，另一端连接到PMOS管205的漏极D，

PMOS管205的源极S连接到NPN三极管107的集电极，

PMOS管205的栅极G连接到PMOS管209的栅极G，

PMOS管205的漏极D还连接到三极管214的基极，

三极管214的集电极连接到NPN三极管107的集电极，

电流源215提供电流信号I_bias6，其一端接地，另一端连接到三极管214的发射极，

从三极管214的发射极得到阈值调制信号V_comm2。

在上述技术方案的基础上，所述低频线性放大器30接收阈值调制信号V_comm2和幅度取样电路的输出电压V_peak，输出AGC信号V_AGC。

低频线性放大器30采用的是有源负载的差分放大器301，其结构在这里就不再骜述。

假设同相输出电压QB和反相输出电压QBI的共模电压为V_comm，幅度电压为ΔV；则：

输出电压取样模块10中共模取样电路的输出电压V_comm1为：

V_comm1＝V_comm-V_BE；

其中V_BE为NPN三极管101的基极与发射极之间的电压；

输出电压取样模块10中幅度取样电路的输出电压V_peak为：

V_peak＝V_comm-2V_BE+ΔV；

其中V_BE含义同上；

由于阈值调制模块20会对共模取样电路的输出电压V_comm1进行调制，得到阈值调制信号V_comm2为：

V_comm2＝V_comm1-V_BE+R₂₀₆I_bias4＝V_comm-2V_BE+R₂₀₆I_bias4；

其中V_BE含义同上，R₂₀₆为电阻206的阻值，I_bias4为电流源Ibais4的电流；

低频线性放大器30的输出与输入的关系如下：

V_AGC＝f(V_comm2-V_peak)＝f(R₂₀₆I_bias4-ΔV)；

其中R₂₀₆、I_bias4的含义同上，ΔV为幅度电压；

由此可见其AGC电压与跨阻放大器输出QB、QBI的幅度ΔV相关，所以

$V_{\mathrm{AGC}}=\left\{\begin{array}{cc}0& (\mathrm{\&Delta;V}<R_{206}{I}_{\mathrm{bias}4});\\ k(\mathrm{\&Delta;V}-R_{206}{I}_{\mathrm{bias}4})& (\mathrm{\&Delta;V}>R_{206}{I}_{\mathrm{bias}4});\end{array}\right.$

其中k为低频线性放大器30的放大系数；R₂₀₆、I_bias4的含义同上；

通过以上电路的工作实现了通过对输出信号进行取样并反馈AGC从而控制跨阻放大器增益，达到稳定输出幅度的效果；同时可以通过改变电阻R₂₀₆的阻值灵活设置AGC的起控点。

图3显示其输出信号的幅度低于阈值时的各个参考和控制信号的随时间变化波形，可见此时AGC没有启动。

图4显示其输出信号的幅度高于阈值时的各个参考和控制信号的随时间变化波形，可见此时AGC启动，并有效的控制住了输出信号的幅度，实现了AGC功能。

Claims (3)

1.一种用于跨阻放大器的AGC电路，其特征在于，包括：

输出电压取样模块(10)，对跨阻放大器的差分输出电压信号进行取样，所述差分输出电压信号包括：与输入电流同相位的同相输出电压QB，与输入电流反相位的反相输出电压QBI，所述取样有两种方式：一种是对同相输出电压QB和反相输出电压QBI之间的电压幅度取样，得到幅度取样信号，另一种是对同相输出电压QB和反相输出电压QBI之间的共模电平取样，得到共模取样信号；其中幅度取样信号作为基准；

阈值调制模块(20)，对输入的共模取样信号进行低频滤波剔出其中的高频分量，并对共模取样信号进行阈值设置，使得阈值调制模块(20)输出的阈值调制信号V_comm2和幅度取样信号V_peak有一定的差距；

低频线性放大器(30)，对阈值调制模块(20)输出的阈值调制信号V_comm2和幅度取样信号V_peak进行鉴别、放大，当跨阻放大器的差分输出电压信号幅度低于阈值时，AGC不启动；当跨阻放大器的差分输出电压信号幅度大于阈值时，低频线性放大器(30)输出的AGC信号电平与低频线性放大器的输入的幅度线性相关；通过AGC信号V_AGC对MOS管的等效电阻进行调制，从而控制跨阻放大器的增益，使得在输入电流大于阈值后跨阻放大器输出幅度保持恒定；

所述输出电压取样模块(10)包括共模取样电路和幅度取样电路两部分，

所述共模取样电路用于取出同相输出电压QB和反相输出电压QBI的共模电压，包括：NPN三极管1(101)、NPN三极管2(102)、电阻1(104)、电阻2(105)和电流源1(103)，

电流源1(103)提供电流信号I_bias1，其一端接地，另一端分别和NPN三极管1(101)、NPN三极管2(102)的发射极连接，

NPN三极管1(101)的基极接收同相输出电压QB，

NPN三极管2(102)的基极接收反相输出电压QBI，

NPN三极管1(101)、NPN三极管2(102)的集电极并联，

电阻1(104)、电阻2(105)串联后，电阻1(104)的一端连接到NPN三极管1(101)的发射极，电阻2(105)的一端连接到NPN三极管2(102)的发射极，

所述幅度取样电路用于取出同相输出电压QB和反相输出电压QBI的幅度电压，包括：NPN三极管3(106)、NPN三极管4(107)和电流源2(108)，

电流源2(108)提供电流信号I_bias2，其一端接地，另一端分别和NPN三极管3(106)、NPN三极管4(107)的发射极连接，

NPN三极管3(106)的基极连接到NPN三极管1(101)的发射极，

NPN三极管4(107)的基极连接到NPN三极管2(102)的发射极，

NPN三极管3(106)、NPN三极管4(107)的集电极并联，且连接到NPN三极管2(102)的集电极，

从电阻1(104)、电阻2(105)的连接公共点得到共模取样电路的输出电压V_comml，

从NPN三极管3(106)、NPN三极管4(107)的连接公共点得到幅度取样电路的输出电压V_peak。

2.如权利要求1所述的用于跨阻放大器的AGC电路，其特征在于：所述阈值调制模块(20)包括电流偏置电路、电压偏置电路和信号调制电路三部分，

所述电流偏置电路包括：PMOS管1(209)、电阻3(210)和电流源3(211)，

电流源3(211)提供电流信号I_bias4，其一端接地，另一端串联电阻3(210)后再分别连接到PMOS管1(209)的漏极D和栅极G，

PMOS管1(209)的源极S连接到NPN三极管4(107)的集电极，

所述电压偏置电路包括：电阻4(212)、电流源4(213)，

电流源4(213)提供电流信号I_bias5，其一端接地，另一端串联电阻4(212)后再连接到NPN三极管4(107)的集电极，

所述信号调制电路包括：PMOS管2(201)、PMOS管3(205)、NMOS管1(202)、NMOS管2(203)、NMOS管3(207)、NMOS管4(208)、电阻5(206)、三极管5(214)、电流源5(215)和电流源6(204)，

电流源6(204)提供电流信号I_bias3，其一端接地，另一端分别连接到NMOS管2(203)、NMOS管4(208)的漏极D，

NMOS管2(203)的栅极G接收共模取样电路的输出电压V_comml，

NMOS管2(203)的源极S连接到NMOS管1(202)的漏极D，

NMOS管1(202)的源极S连接到PMOS管2(201)漏极D，

PMOS管2(201)的栅极G接地，

PMOS管2(201)的源极S连接到NPN三极管4(107)的集电极，

NMOS管1(202)的栅极G连接到电阻4(212)和电流源4(213)的连接公共点，

NMOS管4(208)的源极S连接到NMOS管3(207)的漏极D，

NMOS管4(208)的栅极G连接到NMOS管3(207)的源极S，

NMOS管3(207)的栅极G连接到电阻4(212)和电流源4(213)的连接公共点，

电阻5(206)一端连接到NMOS管3(207)的源极S，另一端连接到PMOS管3(205)的漏极D，

PMOS管3(205)的源极S连接到NPN三极管4(107)的集电极，

PMOS管3(205)的栅极G连接到PMOS管1(209)的栅极G，

PMOS管3(205)的漏极D还连接到三极管5(214)的基极，

三极管5(214)的集电极连接到NPN三极管4(107)的集电极，

电流源5(215)提供电流信号I_bias6，其一端接地，另一端连接到三极管5(214)的发射极，

从三极管5(214)的发射极得到阈值调制信号V_comm2。

3.如权利要求1所述的用于跨阻放大器的AGC电路，其特征在于：所述低频线性放大器(30)接收阈值调制信号V_comm2和幅度取样电路的输出电压V_peak，输出AGC信号V_AGc，

低频线性放大器(30)采用的是有源负载的差分放大器(301)。

Images