CN104333336A - 一种应用于跨阻放大电路中的分相电路 - Google Patents

一种应用于跨阻放大电路中的分相电路 Download PDF

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Abstract

一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，包括：RC高通环节，其输入端与跨阻放大前端电路的输出端连接；RC高通环节滤除了跨阻前端放大电路的低频成分；高速信号通道，包括第一高速差分电路和第二高速差分电路，第一高速差分电路的负极输入端与RC高通环节的输出端连接；直流失调反馈网络，包括全差分跨导运算放大电路和单端输出运放，所述全差分跨导运算放大电路的正极输入端与所述第二高速差分电路的负极输出端连接，所述全差分跨导运算放大电路的负极输入端与所述第二高速差分电路的正极输出端连接；所述单端输出运放的输出端与所述第一高速差分电路的正极输入端连接。

Description

一种应用于跨阻放大电路中的分相电路
技术领域
本发明涉及一种分相电路，尤其涉及一种应用于跨阻放大电路中的分相电路。 
背景技术
跨阻放大器是将电流信号转化成电压信号并加以放大的电子电路，常作为光通信接收芯片的前端电路，为了降低对电源与地噪声的敏感度，转化的电信号必须为差分信号。因此在跨阻放大电路里面，为了把单端的电信号转化成差分信号，需要一个单转双电路，即分相电路。现有技术中，分相电路的电路图如图1所示：利用R0与C0的低通环节得到跨阻放大前端电路输出信号的直流量，作为后续全差分电路的一个输入信号，从而达到分相目的。 
这种分相电路存在以下缺点： 
跨阻放大前端电路输出点直流电平决定了后续的差分高速电路之间的共模电平，如果跨阻放大前端电路的电平过低，有可能直接导致后续差分电路电压裕度不足，使差分电路无法工作在最佳状态，在某些情况下，不得不增加一级电平位移电路，增加了电路噪声，从而降低灵敏度。 
高速信号通道具有一定的增益，由于版图，工艺的原因，高速信号通道存在不匹配的情况，使得OUTP与OUTN的直流电平有一定的差值，从而影响输出信号的眼图质量，最终影响灵敏度，也会降低产品的良品率。 
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，不需要额外的电位平移电路。 
本发明所要解决的次要技术问题是使分相电路输出直流失调电压非常小，提高灵敏度与良品率。 
为了解决上述的技术问题，本发明提供了1.一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于包括： 
RC高通环节，所述RC高通环节的输入端与跨阻放大前端电路的输出端连接；所述RC高通环节滤除了所述跨阻前端放大电路的低频成分； 
高速信号通道，所述高速信号通道包括至少一个高速差分电路；所述高速信号通道的输入端与所述RC高通环节的输出端连接； 
直流失调反馈网络，所述直流失调反馈网络包括全差分跨导运算放大电路和单端输出运放，所述全差分跨导运算放大电路的正极输入端与所述高速信号通道的负极输出端连接，所述全差分跨导运算放大电路的负极输入端与所述高速信号通道的正极输出端连接；所述全差分跨导运算放大电路的负极输出端与所述单端输出运放的正极输入端连接，所述全差分跨导运算放大电路的正极输出端与所述单端输出运放的负极输入端连接；所述单端输出运放的输出端与所述高速信号通道的正极输入端连接。 
在一较佳实施例中：所述RC高通环节包括串联在输入电压与地之间的第一电阻和第二电阻，以及串联在所述跨阻放大前端电路的输出端与所述第一电阻和第二电阻连接点之间的第一电容。 
在一较佳实施例中：所述高速信号通道包括第一高速差分电路和第二高速差分电路，所述第一高速差分电路的输入端为所述高速信号通道的输入端；所述第二高速差分电路的输出端为所述高速信号通道的输出端；所述第一高速差 分电路的正极输出端与第二高速差分电路的负极输入端连接，第一高速差分电路的负极输出端与第二高速差分电路的正极输入端连接。 
在一较佳实施例中：所述全差分跨导运算放大电路的正极输入端与述第二高速差分电路的负极输出端之间、所述全差分跨导运算放大电路的负极输入端与述第二高速差分电路的正极输出端之间分别连接有第三电阻和第四电阻。 
在一较佳实施例中：所述全差分跨导运算放大电路的正极输入端与负极输出端之间，所述全差分跨导运算放大电路的负极输入端与正极输出端之间分别连接有第一密勒补偿电容和第二密勒补偿电容。 
在一较佳实施例中：还包括串联在输入电压与地之间的第五电阻和第六电阻，以及与所述第六电阻并联的第二电容；所述第五电阻和第六电阻的连接点与所述单端输出运放的输出端连接。 
在一较佳实施例中：所述第五电阻阻值/第六电阻阻值＝第一电阻阻值/第二电阻阻值。 
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果： 
1.通过RC高通环节，滤除了来自跨阻前端电路信号的低频成分，从而实现与后级高速信号通道电路的交流耦合，跨阻前端放大电路输出直流电平不会影响后续差分级的输入直流偏置，实现了电平位移，无需额外的电位平移电路。 
2.高速信号通道的输出的差分信号中的直流量通过直流失调反馈网络反馈回高速信号通道的输入端，不仅实现信号分相，而且由于负反馈的存在，使得输出OUTP与OUTN的直流电平差足够小，提升了灵敏度与良品率。 
附图说明
图1为现有技术的分相电路图； 
图2为本发明优选实施例中分相电路图； 
图3为本发明优选实施例中高速差分电路图； 
图4为本发明优选实施例中全差分跨导运算放大电路图； 
图5为本发明优选实施例中单端输出运放电路图。 
具体实施方式
下文结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 
参考图2，一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，包括： 
RC高通环节，所述RC高通环节的输入端与跨阻放大前端电路的输出端连接；所述RC高通环节滤除了所述跨阻前端放大电路的低频成分；所述RC高通环节包括串联在输入电压VDD与地之间的第一电阻R0和第二电阻R1，以及串联在所述跨阻放大前端电路的输出端与所述第一电阻R0和第二电阻R1连接点之间的第一电容C0。 
高速信号通道，所述高速信号通道包括至少一个高速差分电路，本实施例中，所述高速信号通道包括第一高速差分电路I0和第二高速差分电路I1，所述第一高速差分电路I0的负极输入端与所述RC高通环节的输出端连接；所述第一高速差分电路I0的正极输出端与第二高速差分电路I1的负极输入端连接，第一高速差分电路I0的负极输出端与第二高速差分电路I1的正极输入端连接。 
所述第一高速差分电路I0和第二高速差分电路I1的一种典型的结构，如图3所示。本发明的技术方案不局限于此，也可以采用现有技术中其他的合适结构。对于高速差分电路的具体原理，均属于现有技术，本发明没有对其作出改变，故在此不再赘述。 
直流失调反馈网络，所述直流失调反馈网络包括全差分跨导运算放大电路I2和单端输出运放I3，所述全差分跨导运算放大电路I2的正极输入端与所述第二高速差分电路I1的负极输出端连接，所述全差分跨导运算放大电路I2的负极输入端与所述第二高速差分电路I1的正极输出端连接；所述全差分跨导运算放大电路I2的负极输出端与所述单端输出运放I3的正极输入端连接，所述全差分跨导运算放大电路I2的正极输出端与所述单端输出运放I3的负极输入端连接；所述单端输出运放I3的输出端与所述第一高速差分电路I 0的正极输入端连接。 
所述全差分跨导运算放大电路I2、单端输出运放I3一种典型的结构，如图4、图5所示。本发明的技术方案不局限于此，也可以采用现有技术中其他的合适结构。对于全差分跨导运算放大电路I2、单端输出运放I3的具体原理，均属于现有技术，本发明没有对其作出改变，故在此不再赘述。 
所述全差分跨导运算放大电路I2的正极输入端与述第二高速差分电路I1的负极输出端之间、所述全差分跨导运算放大电路I2的负极输入端与述第二高速差分电路I1的正极输出端之间分别连接有第三电阻Rf和第四电阻Rf。 
所述全差分跨导运算放大电路I2的正极输入端与负极输出端之间，所述全差分跨导运算放大电路I2的负极输入端与正极输出端之间分别连接有第一密勒补偿电容Cf和第二密勒补偿电容Cf。 
还包括串联在输入电压VDD与地之间的第五电阻R2和第六电阻R3，以及与所述第六电阻R3并联的第二电容C1；所述第五电阻R2和第六电阻R3的连接点与所述单端输出运放I3的输出端连接。 
所述第五电阻R2的阻值/第六电阻R3的阻值＝第一电阻R0的阻值/第二电阻R1的阻值。 
综上所述，第一高速差分电路I0、第二高速差分电路I1、全差分跨导运算放大电路I2、单端输出运放I 3,第三电阻Rf、第四电阻Rf,第一密勒补偿电容Cf、第二密勒补偿电容Cf、第五电阻R2、第六电阻R3和第二电容C1共同组成了一个负反馈网络。其中，第一密勒补偿电容Cf、第二密勒补偿电容Cf，与第三电阻Rf、第四电阻Rf一起提供环路的主极点以保证环路的稳定性，同时也滤除来自高速信号通道输出的差分信号中的交流成分。 
第五电阻R2、第六电阻R3的作用在于提供一个负载给单端输出运放I3，以降低单端输出运放I3的增益，从而降低整个环路的增益，以保证环路的稳定性。同时要求第五电阻R2的阻值/第六电阻R3的阻值＝第一电阻R0的阻值/第二电阻R1的阻值，以保证无直流电流流入单端输出运放I3，保证单端输出运放I 3的正常工作。 
第二电容C1的作用主要是滤除来自负反馈网络的高频噪声，来保证第一高速差分电路I0的一端输入电平为干净的直流信号。 
整个负反馈环路的增益为： 
ALOOP＝-A0*A1*A2*A3
其中，A0、A1、A2分别是第一高速差分电路I0、第二高速差分电路I1、全差分跨导运算放大电路I2的增益，A3是单端输出运放I3带上第五电阻R2与第六电阻R3负载后的增益。 
RC高通环节滤除了来自跨阻前端电路的信号的低频成分，其下限截止频率fL1由第一电容C0与第一电阻R0及第二电阻R1的值决定。 
由于负反馈环路增益的存在，使得高速信号通道输出的差分信号VOUTP与VOUTN的直流差值被抑制住，达到直流失调补偿的作用。而整个环路的单位增益带宽积，则决定了跨阻放大电路信号通道的另一个下限截止频率fL2。因此跨 阻放大电路信号通道的下限截止频率fL为： 
f L = f L 1 2 + f L 2 2
因此该分相技术具有流失调电压补偿及电位平移的作用，减小了输出直流失调电压，省略了电位平移电路，有利于减小TIA的噪声以提升灵敏度。 
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何细微修改，等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (7)

1.一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于包括：
RC高通环节，所述RC高通环节的输入端与跨阻放大前端电路的输出端连接；所述RC高通环节滤除了所述跨阻前端放大电路的低频成分；
高速信号通道，所述高速信号通道包括至少一个高速差分电路；所述高速信号通道的输入端与所述RC高通环节的输出端连接；
直流失调反馈网络，所述直流失调反馈网络包括全差分跨导运算放大电路和单端输出运放，所述全差分跨导运算放大电路的正极输入端与所述高速信号通道的负极输出端连接，所述全差分跨导运算放大电路的负极输入端与所述高速信号通道的正极输出端连接；所述全差分跨导运算放大电路的负极输出端与所述单端输出运放的正极输入端连接，所述全差分跨导运算放大电路的正极输出端与所述单端输出运放的负极输入端连接；所述单端输出运放的输出端与所述高速信号通道的正极输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于：所述RC高通环节包括串联在输入电压与地之间的第一电阻和第二电阻，以及串联在所述跨阻放大前端电路的输出端与所述第一电阻和第二电阻连接点之间的第一电容。
3.根据权利要求1所述的一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于：所述高速信号通道包括第一高速差分电路和第二高速差分电路，所述第一高速差分电路的输入端为所述高速信号通道的输入端；所述第二高速差分电路的输出端为所述高速信号通道的输出端；所述第一高速差分电路的正极输出端与第二高速差分电路的负极输入端连接，第一高速差分电路的负极输出端与第二高速差分电路的正极输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于：所述全差分跨导运算放大电路的正极输入端与述第二高速差分电路的负极输出端之间、所述全差分跨导运算放大电路的负极输入端与述第二高速差分电路的正极输出端之间分别连接有第三电阻和第四电阻。
5.根据权利要求4所述的一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于：所述全差分跨导运算放大电路的正极输入端与负极输出端之间，所述全差分跨导运算放大电路的负极输入端与正极输出端之间分别连接有第一密勒补偿电容和第二密勒补偿电容。
6.根据权利要求5所述的一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于：还包括串联在输入电压与地之间的第五电阻和第六电阻，以及与所述第六电阻并联的第二电容；所述第五电阻和第六电阻的连接点与所述单端输出运放的输出端连接。
7.根据权利要求6述的一种应用于跨阻放大电路中的分相电路，其特征在于：所述第五电阻阻值/第六电阻阻值＝第一电阻阻值/第二电阻阻值。
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