CN102386857B - 一种无直流恢复器的限幅放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无直流恢复器的限幅放大器，其中，包括输入缓冲器、输出驱动器、交流耦合器和施密特触发器，所述输入缓冲器、交流耦合器、施密特触发器和输出驱动器依次连接，在交流耦合器的输出端上还并联有一直流偏压装置，其中，交流耦合器包括耦合电容器和耦合截止电阻，交流耦合器的正极输入端和负极输入端上各串联有一耦合电容器；所述耦合截止电阻连接在交流耦合器的正极输入端和负极输入端之间。采用本发明没有低频截止频率的限制，既适用于集成电路也适用于分立元件电路，既可以是独立限幅放大器产品也可以是其它产品的一部分，还具有噪声小，接收灵敏度高的优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种限幅放大器，尤其涉及的是一种无直流恢复器的限幅放大器。
背景技术
限幅放大器是将幅度较小的输入电压信号转化成幅度较大而且固定的输出电压信号的电子电路。限幅放大器可以是单端放大器，也可以是双端放大器(也叫差分放大器)。但在高速电子线路中，双端差分形式的限幅放大器比较常见。差分形式的限幅放大器常用作光电通信技术中信号接收端的后置放大器。
参见图1，现有的限幅放大器的信号通道通常是由输入缓冲器、信号放大器、直流恢复器与输出驱动器四个部分组成。输入缓冲器与输出驱动器是限幅放大器与外部电路的接口。信号放大器为信号提供足够的幅度增益，是限幅放大器的核心部分。而直流恢复器电路的作用是保证信号放大电路的处于正常直流工作点。由于信号放大器部分通常是由三级以上的放大器组成，增益很高。如果没有直流恢复电路，输入信号如有直流偏差，或者电路器件有参数失配，这些偏差与失配都会被放大器单元加以放大，造成整个信号通道很可能偏离正常直流工作点，从而失去放大功能，导致信号失真。
直流恢复器电路通常是连接在放大器输出端与输入端之间的低通负反馈回路。由于直流恢复电路的低频低通负反馈特性，具有直流恢复器的限幅放大器不能对低于一定频率的信号起到放大作用。也就说有直流恢复器的限幅放大器存在一个频率下限，也叫低频截止频率。由于直流恢复电路与低频截止频率的存在，这种限幅放大器通常也需要较长的启动时间，不能满足突发模式光电通信技术的应用要求。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无直流恢复器的限幅放大器，旨在解决现有的限幅放大器存在一个频率下限，另外启动时间较长，不能满足突发模式光电通信技术的应用要求的问题。
本发明的技术方案如下：
一种无直流恢复器的限幅放大器，其包括输入缓冲器、输出驱动器、交流耦合器和施密特触发器，所述输入缓冲器、交流耦合器、施密特触发器和输出驱动器依次连接；在交流耦合器的输出端上还并联有一直流偏压装置；
其中，每一个交流耦合器包括耦合电容器CC和耦合截止电阻RT，交流耦合器的正极输入端和负极输入端上各串联有一耦合电容器CC；两个耦合电容器CC的另一端之间连接有耦合截止电阻RT。
所述的无直流恢复器的限幅放大器，其中，根据放大增益的需要在交流耦合器的输出端与施密特触发器的输入端之间还可以串联有放大器，所述放大器与直流偏压装置组成放大器单元。
所述的无直流恢复器的限幅放大器，其中，所述施密特触发器是具有迟滞特性的高速比较器。
所述的无直流恢复器的限幅放大器，其中，所述放大器为普通差分放大器或者Cheery-Hooper放大器。
所述的无直流恢复器的限幅放大器，其中，所述限幅放大器至少含有一个由交流耦合器与所述放大器单元组成的交流耦合放大单元，每个的交流耦合放大单元都有各自独立的直流偏压装置，使各级间的直流工作点互不影响，使整个信号通道无需直流恢复电路。
所述的无直流恢复器的限幅放大器，其中，在频域，所述交流耦合器对于频率低于特征频率1/(2piCCRT)的信号，每当频率下降一半就有6dB的幅度衰减。
所述的无直流恢复器的限幅放大器，如用集成电路实施，所述限幅放大器即可采用场效应器件工艺与也可以采用双极性器件工艺。
本发明的有益效果：本发明通过在限幅放大器的信号通道分别插入交流耦合器与施密特触发器，来实现信号放大功能，特点是每个交流耦合放大器与施密特触发器都有各自独立的直流偏压结构，各级间的直流工作点互不影响，整个信号通道也无需直流恢复电路。与现有普通限幅放大器相比，本发明的无直流恢复器的限幅放大器没有低频截止频率的限制，对低频信号同样有放大作用，因此具有更为广泛的应用范围。完全能满足光电通信技术中突发模式接收器的应用要求。
另外，本发明的提供无直流恢复器的限幅放大器还具有噪声小，接收灵敏度高的优势。由于交流耦合是一个窄带滤波器，放大器的噪声带宽也相应较小，因而总的噪声就小，接收灵敏度相应地也就比较高。
附图说明
图1是现有的限幅放大器的电路原理框图。
图2是本发明提供的无放大增益时限幅放大器的原理框图。
图3是本发明提供的无直流恢复器的限幅放大器的原理框图。
图4是本发明提供的限幅放大器的工作原理和波形图。
图5是本发明提供的具有多级放大单元的限幅放大器的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
所发明无直流恢复器的限幅放大器主要是由交流耦合器、放大器与施密特触发器三个单元组成的信号通道来实现信号放大功能。
参见图3，本发明提供的无直流恢复器的限幅放大器包括输入缓冲器、输出驱动器、交流耦合器、放大器单元和施密特触发器，所述输入缓冲器、交流耦合器、放大器单元、施密特触发器和输出驱动器依次连接。其中，每一个交流耦合器包括耦合电容器CC和耦合截止电阻RT，交流耦合器的正极输入端和负极输入端上各串联有一耦合电容器CC；所述耦合截止电阻RT连接在交流耦合器的正极输入端和负极输入端之间。所述放大器单元包括放大电路(Amplifier)和并联在放大电路输入端上的直流偏压装置(DCBias)，放大电路可以是一般的差分放大器，比如普通差分放大器或者带宽较高些的Cheery-Hooper放大器。所述施密特触发器是具有迟滞特性的高速比较器。
本发明的无直流恢复器的限幅放大器的实施方案除了必要的输入输出电路外，至少含有一个由交流耦合器与放大器单元组成的交流耦合放大单元和一个施密特触发器。典型的实施方案为由一级交流耦合放大单元与一个施密特触发器组成，如图3所示；对于增益要求更大的应用，本发明还可以设置多级交流耦合放大单元与一个施密特触发器组成，如图5所示；对于无增益要求的应用，本发明还可以采用最为简单的实施方案，即由交流耦合器与一个施密特触发器组成，如图2所示。
本发明提供的无直流恢复器的限幅放大器的多级结构的特点是电路单元之间采用交流耦合并且电路单元都有各自独立的直流偏压装置，各电路单元之间的直流工作点互不影响，整个信号通道也无需直流恢复电路。
所述交流耦合器的作用相当于一个高频滤波器。在频域，其对于频率低于特征频率1/(2piCCRT)的信号，每当频率下降一半就有6dB的幅度衰减；在时域，交流耦合器相当于阶跃探测器，参见图4，当信号波形图a上出现一个上升沿，而且上升速率(即角频率)接近于交流耦合器的特征频率的三分之一时，就会在交流耦合器的后端出现一个单位宽度的正向脉冲；反之，当信号波形图a上出现一个下降沿，而且下降速率(即角频率)接近于交流耦合器的特征频率三分之一时，就会在交流耦合器的后端出现一个单位宽度的负向脉冲；而在没有阶跃的时间段，即信号波形a的水平段，在交流耦合器的后端信号就会在中位电平保持不变。总之，经过交流耦合器之后，信号波形由单位宽度的正向脉冲、单位宽度脉的负向脉冲与中位电平三种元素构成，如图4中的b波形所示。
所述放大器单元的作用是将交流耦合器产生的波形进行线性放大，使脉冲达到较高的幅度。放大器单元由输入直流偏压装置与差分放大电路构成。放大单元一般需要多级，即需要对信号进行重复放大，以便使限幅放大器能将更小的输入信号放大到足以触发施密特触发器的幅度。
所述施密特触发器是具有迟滞特性的高速比较器。施密特触发器的输出有两个稳定状态：一个是输出高电平状态；另一个是输出低电平状态。其状态由输入信号的电位维持，其触发过程，即导致触发器在两个输出状态之间转化的输入方式也有两种变化：正向触发(电位正向递增上升沿)与负向触发(负向递减下降沿)。两种触发过程发生的输入电位值(即触发阈值电压)是不同的，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压；输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压一般大于负向阈值电压，正向阈值电压与负向阈值电压之差称为电压迟滞。
由于具有上述特征，施密特触发器就能将交流耦合器与放大器之后产生的，由正向单位宽度脉冲、负向单位宽度脉冲与中位电平三种元素构成波形转化成幅度放大的输入信号波形，如图4中波形c所示。施密特触发器对正向单位宽度脉冲、负向单位宽度脉冲与中位电平三种元素的响应也取决于其输出的初始状态。如果初始状态是高电平状态，当遇到正向单位宽度的脉冲时，输出状态就不变，即保持其原来的高电平状态；当遇到负向单位宽度的脉冲时输出就发生翻转，变成低电平状态。反之，如果初始状态是低电平状态，当遇到负向单位宽度的脉冲时，输出就不变或保持其原来的低电平状态，遇到正向单位宽度的脉冲时输出就发生翻转，变成高电平状态。在输入处于中位电平时，施密特触发器就一直保持其已有状态。
本发明提供的无直流恢复器的限幅放大器中的放大器单元可以根据产品增益指标的要求，选用交流耦合放大单元的级数，如图5所示。另外本发明即适用于集成电路也适用于分立元件电路，对集成电路实施，可以用场效应器件与双极器件，不受器件加工工艺的限制。
与现有普通限幅放大器相比，本发明的无直流恢复器的限幅放大器没有低频截止频率的限制，对直流信号和低频信号同样有放大作用，因此具有更为广泛的应用范围。尤其是，本发明的无直流恢复器的限幅放大器完全能满足光电通信技术中突发模式接收器的应用要求。
另外，本发明的无直流恢复器的限幅放大器还具有噪声小，接收灵敏度高的优势。由于交流耦合器是一个窄带滤波器，放大器的噪声带宽也相应较小，因而总的噪声就小，接收灵敏度相应地也就比较高。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种无直流恢复器的限幅放大器，其特征在于，包括输入缓冲器、输出驱动器、交流耦合器和施密特触发器，所述输入缓冲器、交流耦合器、施密特触发器和输出驱动器依次连接；在交流耦合器的输出端上还并联有一直流偏压装置；
其中，每一个交流耦合器包括耦合电容器CC和耦合截止电阻RT，交流耦合器的正极输入端和负极输入端上各串联有一耦合电容器CC；两个耦合电容器CC的另一端之间连接有耦合截止电阻RT；
在交流耦合器的输出端与施密特触发器的输入端之间还串联有放大器，所述放大器与直流偏压装置组成放大器单元。
2.根据权利要求1所述的无直流恢复器的限幅放大器，其特征在于，所述施密特触发器是具有迟滞特性的高速比较器。
3.根据权利要求1所述的无直流恢复器的限幅放大器，其特征在于，所述放大器为普通差分放大器或者Cheery-Hooper放大器。
4.根据权利要求1所述的无直流恢复器的限幅放大器，其特征在于，至少含有一个由交流耦合器与所述放大器单元组成的交流耦合放大单元，每个的交流耦合放大单元都有各自独立的直流偏压装置，使各级间的直流工作点互不影响，使整个信号通道无需直流恢复电路。
5.根据权利要求1所述的无直流恢复器的限幅放大器，其特征在于，在频域，所述交流耦合器对于频率低于特征频率1/(2piCCRT)的信号，每当频率下降一半就有6dB的幅度衰减；CC为耦合电容器的值；RT为耦合截止电阻的值。
6.根据权利要求1所述的无直流恢复器的限幅放大器，其特征在于，用集成电路实施。
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