CN104852692A

CN104852692A - 限幅放大装置

Info

Publication number: CN104852692A
Application number: CN201510281717.2A
Authority: CN
Inventors: 周华
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan flying Microelectronics Technology Co., Ltd.; Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: CN104852692B

Abstract

本发明提供一种限幅放大装置，其包括放大模块及采样模块，放大模块包括两个主信号输入端、两个限幅输出端、多个依次串接在两个主信号输入端与限幅输出端之间的放大器及多组与各放大器对应的采样输出端，采样模块包括三个输入端、多组与各放大器对应的采样输入端、两个采样输出端、第一电阻、第二电阻及电源端，采样模块两个输入端分别与两个主信号输入端相连，采样模块另一输入端接偏置信号，采样模块的各组采样输入端分别与放大模块的各组采样输出端相连，两个采样输出端分别与第一及第二电阻的一端相连，第一及第二电阻的另一端分别与电源端相连。该限幅放大装置的各组采样输入端与各组采样输出端相对应连接以进行采样，保证了采样的精确性。

Description

限幅放大装置

技术领域

本发明涉及信号限幅技术，尤其涉及一种限幅放大装置。

背景技术

目前，在光通信传送技术中，数据信号先通过光电检测器和跨阻放大器将光电流转换为电压，再经后面的限幅放大器放大整形，根据各种不同场合的需要输出各种不同的标准接口电平，由于光电检测器接收的光信号很微弱，导致跨阻放大器输出的电压幅度通常也只是几毫伏到几十毫伏，标准接口电平的幅度一般高达四百到一千毫伏，因此对限幅放大器的增益提出了较高的要求，高增益的放大器必定会对系统中的噪声信号放大，被放大的噪声信号送到下级电路中时会传达错误的数据信号，导致光接收机系统的误码，因此，限幅放大器会对输入的信号进行采样检测以根据系统需要对采样信号进行调整。

然而，目前一般在限幅放大器中对输入信号进行采样检测时大多直接从信号放大的第一级或者某一级输出信号进行采样，但是对于具有较高要求的高增益限幅放大器大多会对输入信号进行逐级放大，单级信号的采样无法保证采样信号的精确度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能提高信号采样精确度的限幅放大装置。

一种限幅放大装置，其用于根据需要输出相应标准接口电平，所述限幅放大装置包括一个放大模块及一个采样模块。所述放大模块包括两个主信号输入端、两个限幅输出端、多个依次串接在所述两个主信号输入端与所述两个限幅输出端之间的放大器及多组与所述各放大器对应的采样输出端。所述采样模块包括三个输入端、多组与所述各放大器对应的采样输入端、两个采样输出端、一个第一电阻、一个第二电阻及一个电源端。所述采样模块的两个输入端分别与所述放大模块的两个主信号输入端相对应连接，所述采样模块的另一个输入端接入偏置信号，所述采样模块的各组采样输入端分别与所述放大模块的各组采样输出端相对应连接，所述采样模块的两个采样输出端分别与所述第一电阻的一端及所述第二电阻的一端相连接，所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的另一端分别与所述电源端相连接。

与现有技术相比，本发明提供的限幅放大装置中采样模块的各组采样输入端与对放大模块各组采样输出端相对应连接以进行采样，由于各组采样输出端与放大模块的各放大器相对应，因此采样模块对经各放大器处理的信号的分级输出均进行了采样，提高了信号采样的精确性。

附图说明

图1是本发明提供的限幅放大装置的电路图。

图2是图1中输入采样器的电路图。

图3是图1中输出采样器的电路图。

主要元件符号说明

限幅放大装置 100

放大模块 110

放大器 112a～112d

采样模块 120

输入采样器 122

输出采样器 124a～124d

电源端 VCC

直流电流源 IDC

第一电阻 R1

第二电阻 R2

第一至第八晶体三极管 Q1～Q8

主信号输入端 INP、INN

限幅输出端 OUP、OUN

采样输出端 OU1、OU2

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明实施方式提供的一种限幅放大装置100，其用于根据需要输出相应标准接口电平，所述限幅放大装置100包括一个放大模块110及一个采样模块120，所述采样模块120对所述放大模块110内的多个输出信号进行采样。

放大模块110包括两个主信号输入端INP、INN、两个限幅输出端OUP、OUN、多个依次串接在所述两个主信号输入端INP、INN与所述两个限幅输出端OUP、OUN之间的放大器及多组与所述各放大器对应的采样输出端，各放大器均包括两个输入端及两个输出端，各放大器的两个输出端为放大模块110的各组采样输出端，也即采样模块120对各放大器的两个输出端的输出信号进行采样。

本实施方式中，放大模块110包括四个依次串接的放大器112a、112b、112c、112d，放大器112a的两个输入端分别为放大模块110的两个主信号输入端INP、INN，放大器112a的两个输出端分别与放大器112b的两个输入端相连接，放大器112b的两个输出端分别与放大器112c的两个输入端相连接，放大器112c的两个输出端分别与放大器112d的两个输入端相连接，放大器112d的两个输出端分别为两个限幅输出端OUP、OUN。可以理解的是，放大模块110中放大器的数量可以依需要自行设定。

本实施方式中，放大模块110包括四组采样输出端(DP1、DN1)、(DP2、DN2)、(DP3、DN3)、(DP4、DN4)，四组采样输出端(DP1、DN1)、(DP2、DN2)、(DP3、DN3)、(DP4、DN4)分别为放大器112a、112b、112c、112d的两个输出端，即采样输出端DP1、DN1为放大器112a的两个输出端，采样输出端DP2、DN2为放大器112b的两个输出端，采样输出端DP3、DN3为放大器112c的两个输出端，采样输出端DP4、DN4为放大器112d的两个输出端。

本实施方式中，放大器112a、112b、112c、112d的两个输入端接入的信号及两个输出端输出的信号均为差分对信号，可以理解的是，两个主信号输入端INP、INN接入的信号及两个限幅输出端OUP、OUN输出的信号亦均为差分对信号，采样输出端(DP1、DN1)、(DP2、DN2)、(DP3、DN3)、(DP4、DN4)输出的采样信号亦均为差分对信号。

采样模块120包括三个输入端IN1、IN2、IN3、多组与各放大器对应的采样输入端、一个输入采样器122、多个与各放大器对应的输出采样器、两个采样输出端OU1、OU2、一个第一电阻R1、一个第二电阻R2及一个电源端VCC。本实施方式中，采样模块120包括四组采样输入端(SP1、SN1)、(SP2、SN2)、(SP3、SN3)、(SP4、SN4)及四个输出采样器124a、124b、124c、124d。可以理解的是，采样模块120中输出采样器的数量与放大模块110中放大器的数量相对应设置以满足对每个放大器的输出信号进行采样即可。

采样模块120的两个输入端IN1、IN2分别与放大模块110的两个主信号输入端INP、INN相对应连接，也即采样模块120的两个输入端IN1、IN2分别与放大器112a的两个输入端相连接，采样模块120的另一个输入端IN3从外部接入偏置信号。

本实施方式中，采样模块120的四组采样输入端(SP1、SN1)、(SP2、SN2)、(SP3、SN3)、(SP4、SN4)分别与放大模块110的四组采样输出端(DP1、DN1)、(DP2、DN2)、(DP3、DN3)、(DP4、DN4)相对应连接，例如采样模块120的采样输入端SP1与放大模块的采样输出端DP1相连接，即采样输入端SP1与放大器112a的一个输出端相连接，采样模块120的采样输入端SN1与放大模块的采样输出端DN1相连接，即采样输出端DN1与放大器112a的另一个输出端相连接。

也就是说，采样模块120的四组采样输入端(SP1、SN1)、(SP2、SN2)、(SP3、SN3)、(SP4、SN4)分别与放大器112a、112b、112c、112d的两个输出端相对应连接。可以理解的是，采样模块120的四组采样输入端(SP1、SN1)、(SP2、SN2)、(SP3、SN3)、(SP4、SN4)接入的信号亦为差分对信号。

输入采样器122包括三个输入端及两个输出端，输入采样器122的三个输入端为采样模块120的三个输入端IN1、IN2、IN3，输入采样器122的输入端IN1与主信号输入端INP相连接，输入采样器122的输入端IN2与主信号输入端INN相连接，也即输入采样器122的两个输入端IN1、IN2分别与放大器112a的两个输入端相连接对放大器112a的输入信号进行采样，输入采样器122的另一个输入端IN3接入一个偏置信号。

输出采样器124a、124b、124c、124d均包括三个输入端及两个输出端，本实施方式中，输出采样器124a、124b、124c、124d的两个输入端分别为采样模块120的采样输入端(SP1、SN1)、(SP2、SN2)、(SP3、SN3)、(SP4、SN4)，即输出采样器124a的两个输入端为采样输入端(SP1、SN1)，输出采样器124b的两个输入端为采样输入端(SP2、SN2)，输出采样器124c的两个输入端为采样输入端(SP3、SN3)，输出采样器124d的两个输入端为采样输入端(SP4、SN4)。

也就是说，输出采样器124a、124b、124c、124d的两个输入端分别与放大器112a、112b、112c、112d的两个输出端相对应连接，从而输出采样器124a、124b、124c、124d对放大器112a、112b、112c、112d输出的信号进行采样，输出采样器124a、124b、124c、124d的另一个输入端依次相连接并共同连接至输入采样器122用于接入偏置信号的输入端IN3。

输入采样器122的一个输出端、输出采样器124a、124b、124c、124d的一个输出端及第一电阻R1的一端依次相连接并共同连接至采样模块120的输出端OU1，输入采样器122的另一个输出端、输出采样器124a、124b、124c、124d的另一个输出端及第二电阻R2的一端依次相连接并共同连接至采样模块120的输出端OU2，第一电阻R1的另一端及第二电阻R2的另一端分别与电源端VCC相连接。

请参阅图2，其为输入采样器122的电路图，输入采样器122包括一个第一晶体三极管Q1、一个第二晶体三极管Q2、一个第三晶体三级管Q3、一个第四晶体三极管Q4及一个直流电流源IDC。

请再结合图1，所述第一晶体三极管Q1的基极及所述第二晶体三极管Q2的基极分别与放大模块110的两个主信号输入端INP、INN相对应连接，本实施方式中，第一晶体三极管Q1的基极与主信号输入端INN相连接，第二晶体三极管Q2的基极与主信号输入端INP相连接。第一晶体三极管Q1的集电极与第二晶体三极管Q2的集电极相连接，且该连接端为输入采样器122的一个与各输出采样器124a、124b、124c、124d的一个输出端及第一电阻R1的一端相连至采样输出端OU1的输出端，即该连接端与各输出采样器124a、124b、124c、124d的一个输出端及第一电阻R1的一端相连接后共同接至采样输出端OUT1。

所述第三晶体三极管Q3的基极及所述第四晶体三极管Q4的基极分别与输入采样器122接入偏置信号的输入端IN3相连接，第三晶体三极管Q3的集电极与第四晶体三极管Q4的集电极相连接，且该连接端为输入采样器122的另一个与各输出采样器124a、124b、124c、124d的另一个输出端及第二电阻R2的一端相连至采样输出端OU2的输出端，即该连接端与各输出采样器124a、124b、124c、124d的另一个输出端及第二电阻R2的一端相连接后共同接至采样输出端OUT2。

第一晶体三极管Q1的发射极、第二晶体三极管Q2的发射极、第三晶体三极管Q3的发射极及第四晶体三极管Q4的发射极相连接并共同接至直流电流源IDC的一端，直流电流源IDC的另一端接地。

可以理解的是，各输出采样器的结构与输入采样器122的结构基本相同，不同之处在于各输出采样器与输入采样器122中采样的信号不同，输入采样器122对两个主信号输入端输入的信号进行采样，各输出采样器是对放大模块120中各放大器逐级放大输出的信号进行采样。

也就是说，输入采样器122的输入端输入的信号与各输出采样器的采样输入端输入的信号不同，输入采样器122中第一晶体管Q1及第二晶体管Q2的基极接入的信号为两个主信号输入端INP、INN接入的信号，即输入采样器122中第一晶体管Q1及第二晶体管Q2的基极接入的信号为第一放大器112a的两个输入端输入的信号，各输出采样器的两个输入端分别与放大模块110的各组采样输出端相对应连接，即输出采样器124a、124b、124c、124d的两个输入端分别与放大器112a、112b、112c、112d的两个输出端相对应连接以分别对放大器112a、112b、112c、112d输出的信号进行采样。

请参阅图3，其为输出采样器124a的电路图，以下对输出采样器124a的电路进行举例说明，输出采样器124b、124c、124d的电路与输出采样器124a的电路基本相同，不同之处在于输出采样器124b、124c、124d的采样输入端输入的信号分别为相应放大器112b、112c、112d放大输出的信号，在此不再赘述。

本实施方式中，输出采样器124a包括一个第五晶体三极管Q5、一个第六晶体三极管Q6、一个第七晶体三级管Q7及一个第八晶体三极管Q8。

第五晶体三极管Q5的基极与放大模块110的采样输出端DN1相连接，第六晶体三极管Q6的基极与放大模块110的采样输出端DP1相连接，也即第五晶体三极管Q5的基极及第六晶体三极管Q6的基极分别与放大器112a的两个输出端相对应连接。第五晶体三极管Q5的集电极与第六晶体三极管Q6的集电极相连接，且该连接端为输出采样器124a的一个与输入采样器122的一个输出端及第一电阻R1的一端相连至采样输出端OU1的输出端，可以理解的是，该连接端与输入采样器122的第一晶体三极管Q1的集电极与第二晶体三极管Q2的集电极相连接的连接端相连接并共同接至第一电阻R1的一端后再连接至采样模块120的输出端OU1。

所述第七晶体三极管Q7及所述第八晶体三极管Q8与第三晶体管Q3及第四晶体管Q4结构基本相同，所述第七晶体三极管Q7的基极及所述第八晶体三极管Q8的基极分别与输入采样器122接入偏置信号的输入端IN3相连接，第七晶体三极管Q7的集电极与第八晶体三极管Q8的集电极相连接，且该连接端为输出采样器124a的另一个与输入采样器122的另一输出端及第二电阻R2的一端相连的输出端。

第五晶体三极管Q5的发射极、第六晶体三极管Q6的发射极、第三七晶体三极管Q7的发射极及第八晶体三极管Q8的发射极相连接并共同接至直流电流源IDC的一端，直流电流源IDC的另一端接地。

放大模块110的放大器112a、112b、112c、112d对主信号输入端INP、INN输入的信号进行逐级放大，采样模块120的输入采样器122对主信号输入端INP、INN输入的差分对信号进行采样，输出采样器124a、124b、124c、124d分别对放大器112a、112b、112c、112d逐级输出的差分对信号进行采样，输入采样器122的一个输出端与输出采样器124a、124b、124c、124d的一个输出端连接在一起对采样信号进行叠加，最后在第一电阻R1上形成电压输出采样。

对于输入采样器122，第一晶体三极管Q1、第二晶体三极管Q2、第三晶体三级管Q3及第四晶体三极管Q4的发射极全部接在一起，基极电压相对高的三极管的电流也会相对增大，当主信号输入端INP、INN输入信号的电压增大时，第一晶体三极管Q1及第二晶体三极管Q2的基极电压也会随之增大，同时，流过第一晶体三极管Q1及第二晶体三极管Q2的集电极的电流也会随之增大，由于V_OU1＝V_CC-I×R1，其中，V_OU1为输出端OU1的电压，也即第一晶体三极管Q1及第二晶体三极管Q2的集电极输出的电压，V_CC为电源端VCC的电源电压，I为流过第一晶体三极管Q1及第二晶体三极管Q2的电流，因此V_OU1随着输入信号的电压V_OU1增大而降低。反之亦然，即当输入信号的电压减小时，第一晶体三极管Q1及第二晶体三极管Q2的基极电压也会随之减小，同时，流过第一晶体三极管Q1及第二晶体三极管Q2的集电极的电流也会随之减小，此时V_OU1随着输入信号的电压减小而增大。

由上述分析可知，放大电路110的输入信号电压与输出端OU1的电压之间存在着某种线性关系，例如，假设放大模块110的放大器112a、112b、112c、112d的放大倍数都为A，差分输入信号的电压幅度为VIN，即输入电压的电压差为VIN，第一级放大器112a的输出幅度为A×VIN，第二级放大器112b的输出电压幅度为A²×VIN，第三级放大器112c的输出电压幅度为A³×VIN，第四级放大器112d的输出电压幅度为A⁴×VIN，输出端OU1的输出信号电压为V_OU1，则V_OU1与VIN之间满足以下公式条件：

V_OU1≈VIN+A×VIN+A²×VIN+A³×VIN+A⁴×VIN；

对电压V_OU1取对数后得到如下表达式：

Lg(V_OU1)≈10LgA+4Lg(VIN)。

如上所述，10LgA可以被看作一个常数，V_OU1和VIN之间的表达式表明为非常线性关系。

可以理解的是，采样模块120的另外一个输出端OU2的电压V_OU2由采样模块120的输入端IN3接入的固定偏置电压的电压值V_BIAS决定，由于V_BIAs为一固定值，因此V_OU2可以视为基准电压，第一晶体三极管Q1、第二晶体三极管Q2、第三晶体三级管Q3及第四晶体三极管Q4的发射极共接一个电流源，在第一电阻R1与第二电阻R2的阻值大小相等的情况下，V_OU2的电压变化方向和V_OU1的变化方向相反，两个输出端OU1、OU2输出信号的电压V_OU1、V_OU2在后续电路中会进行比较以判断是否工作系统中有噪声产生。

本发明提供的限幅放大装置100中，采样模块120的输入采样器122对放大模块110的放大器112a的两个输入端输入的信号进行采样，各输出采样器124a、124b、124c、124d分别对放大器112a、112b、112c、112d逐级放大后的输出差分对信号进行采样，采样模块120的采样输出端OU1的电压V_OU1与放大模块110的两个输入端输入的电压幅度VIN之间形成了较好的线性度，提高了信号采样的精确性。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种限幅放大装置，其用于根据需要输出相应标准接口电平，所述限幅放大装置包括一个放大模块及一个采样模块，所述放大模块包括两个主信号输入端、两个限幅输出端、多个依次串接在所述两个主信号输入端与所述两个限幅输出端之间的放大器及多组与所述各放大器对应的采样输出端，所述采样模块包括三个输入端、多组与所述各放大器对应的采样输入端、两个采样输出端、一个第一电阻、一个第二电阻及一个电源端，所述采样模块的两个输入端分别与所述放大模块的两个主信号输入端相对应连接，所述采样模块的另一个输入端接入偏置信号，所述采样模块的各组采样输入端分别与所述放大模块的各组采样输出端相对应连接，所述采样模块的两个采样输出端分别与所述第一电阻的一端及所述第二电阻的一端相连接，所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的另一端分别与所述电源端相连接。

2.如权利要求1所述的限幅放大装置，其特征在于，所述各放大器包括两个输出端，所述各放大器的两个输出端为所述放大模块的各组采样输出端，所述采样模块包括一个输入采样器及多个与所述各放大器对应的输出采样器，所述输入采样器及所述各输出采样器均包括三个输入端及两个输出端，所述输入采样器的三个输入端为所述采样模块的三个输入端，所述各输出采样器的两个输入端为所述采样模块的各组采样输入端并分别对应连接至所述各放大器的两个输出端，所述各输出采样器的另一个输入端依次相连接并共同连接至所述输入采样器用于接入偏置信号的输入端，所述输入采样器的一个输出端与所述各输出采样器的一个输出端及所述第一电阻的一端依次相连接并共同连接至所述采样模块的一个输出端，所述输入采样器的另一个输出端与所述各输出采样器的另一个输出端及所述第二电阻的一端依次相连接并共同连接至所述采样模块的另一个输出端。

3.如权利要求2所述的限幅放大装置，其特征在于，所述输入采样器包括一个第一晶体三极管、一个第二晶体三极管、一个第三晶体三级管、一个第四晶体三极管及一个直流电流源，所述第一晶体三极管的基极及所述第二晶体三极管的基极分别与所述放大模块的两个主信号输入端相对应连接，所述第三晶体三极管的基极及所述第四晶体三极管的基极分别与所述输入采样器接入偏置信号的输入端相连接，所述第一晶体三极管的发射极、所述第二晶体三极管的发射极、所述第三晶体三极管的发射极及所述第四晶体三极管的发射极相连接并共同接至直流电流源的一端，所述直流电流源的另一端接地，所述第一晶体三极管的集电极与所述第二晶体三极管的集电极相连接且为所述输入采样器的一个输出端，所述第三晶体三极管的集电极与所述第四晶体三极管的集电极相连接且为所述输入采样器的另一个输出端。

4.如权利要求2所述的限幅放大装置，其特征在于，所述各输出采样器包括一个第五晶体三极管、一个第六晶体三极管、一个第七晶体三级管、一个第八晶体三极管及一个直流电流源，所述各输出采样器的第五晶体三极管的基极及所述第六晶体三极管的基极分别与所述各放大器的两个输出端相对应连接，所述各输出采样器的第七晶体三极管的基极及所述第八晶体三极管的基极分别与所述输入采样器接入偏置信号的输入端相连接，所述第五晶体三极管的发射极、所述第六晶体三极管的发射极、所述第七晶体三极管的发射极及所述第八晶体三极管的发射极相连接并共同接至直流电流源的一端，所述直流电流源的另一端接地，所述第五晶体三极管的集电极与所述第六晶体三极管的集电极相连接且为所述输出采样器的一个输出端，所述第七晶体三极管的集电极与所述第八晶体三极管的集电极相连接且为所述输出采样器的另一个输出端。

5.如权利要求2所述的限幅放大装置，其特征在于，所述放大模块的两个主信号输入端接入的信号为差分信号，所述放大模块的各放大器的两个输出端输出的信号为差分对信号。

6.如权利要求2所述的限幅放大装置，其特征在于，所述放大模块包括四个放大器及与四组采样输出端，所述四组采样输出端对应为所述四个放大器的输出端，所述采样模块包括四个输出采样器，所述各输出采样器的两个输入端对应连接至所述放大模块的各放大器的两个输出端。