CN105630064B - 用于光模块中apd器件升压调节的数模转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路，该数模转换电路集成于光收发芯片中，用于包括光收发芯片、跨阻放大器、升压芯片、第一和第二电阻的光模块中，升压芯片的FB管脚接第二电阻一端，经第一电阻接APD管脚和跨阻放大器，作为跨阻放大器供电电压，第二电阻另一端接地；跨阻放大器输出端接光收发芯片输入端，数模转换电路管脚接FB管脚，数模转换电路对应的电流的方向可为电流沉SINK模式，也可为电流源SOURCE模式。本发明可不更改第一和第二电阻阻值，只需更改N位数模转换电路对应的D1～Dn寄存器位及位数选择SINK寄存器位，即可实现APD电压在20～70V调节，大大提高了光模块调试效率。

Description

用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路
技术领域
本发明涉及模拟/数字混合信号集成电路设计领域，具体涉及用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路。
背景技术
雪崩二极管(APD)是光通信领域的通用二极管，常用于为了实现高接收灵敏度的光模块接收器件中，它的特点是要在高压下才能产生雪崩效应，从而提高器件的灵敏度。APD的理想工作电压通常为20-70V，为了满足高压要求通常要搭配升压芯片及外围电路实现，目前调试APD电压的方法是给APD器件输入光信号，调节APD电压，监控光模块的接收灵敏度，当灵敏度达到最高时，对应的APD电压即为理想电压。
传统的APD升压调节电路如图1所示，采用升压芯片(DC-DC Converter)加外围电路的方式实现，其调节原理为：升压芯片的FB管脚输出一个固定电压VFB，大约在1.2V左右，APD电压通过更换R1与R2的电阻阻值实现APD电压的调节,但受限于光模块的面积和APD电压对于精度也有一定要求，相差1-2V，灵敏度有较大差异，使得换接电阻调节APD电压的方式操作起来不方便，影响了光模块的调试效率。
有鉴于此，急需提供一种便捷的、提高光模块调试效率的APD器件升压调节电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何设计一种便捷的、提高光模块调试效率的APD器件升压调节电路。
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用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路，所述数模转换电路集成于光收发芯片中，用于包括所述光收发芯片、跨阻放大器、升压芯片、第一电阻和第二电阻的光模块中，
所述升压芯片的FB管脚接所述第二电阻的一端，并经所述第一电阻接其APD管脚和所述跨阻放大器，作为所述跨阻放大器的供电电压，所述第二电阻的另一端接地；
所述跨阻放大器的输出端接所述光收发芯片的输入端，所述光收发芯片中的数模转换电路管脚接所述升压芯片的FB管脚，所述数模转换电路对应的电流的方向可为电流沉SINK模式，即电流从所述数模转换电路管脚输入，也可为电流源SOURCE模式，即电流从所述数模转换电路管脚输出。
在上述技术方案中，包括：
第一PMOS管～第五PMOS管组成的共源共栅偏置电流镜，其中：所述第一PMOS管的源极接电源，栅极接漏极，并连接所述第四、第五PMOS管的栅极；所述第二PMOS管的源极接电源，栅极接所述第三PMOS管的栅极和所述第四PMOS管的漏极，漏极接所述第四PMOS管的源极；所述第三PMOS管的源极接电源，漏极接所述第五PMOS管的源极；所述第四PMOS管的漏极接传输门；所述第五PMOS管的漏极接第六PMOS管的源极；
所述传输门由第一NMOS管与第七PMOS管组成，所述第一NMOS管与所述第七PMOS管的栅极分别接一对反向信号SINKB和SINK；
反相器，由第四NMOS管与第八PMOS管组成，提供反向信号SINKB和SINK；
所述第六PMOS管为一个独立的PMOS开关，漏极接第二NMOS管的漏极，作为所述数模转换电路的输出端，栅极接所述第二NMOS管的栅极，并连接所述信号SINK；
所述第二NMOS管为一个独立的NMOS开关，源极接N个NMOS管；
第三NMOS管与所述N个NMOS管组成的SINK模式电流镜构成了N位数模转换电路的输出电流，所述第三NMOS管的栅极接漏极，并连接所述N个NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的源极接地；所述N个NMOS管的源极接地，漏极分别接对应的N个NMOS开关的源极；
所述N个NMOS开关用于实现所述数模转换电路的位数选择功能，其栅极分别由N位逻辑信号控制，漏极接入所述传输门。
在上述技术方案中，当所述信号SINK为逻辑高电平时，所述信号SINKB为逻辑低电平，所述传输门关断，所述第二NMOS管导通，受所述N位逻辑信号控制的所述SINK模式电流镜构成的N位数模转换电路的输出电流从所述光收发芯片中的所述数模转换电路管脚输入。
在上述技术方案中，当所述信号SINK为逻辑低电平时，所述信号SINKB为逻辑高电平，所述传输门导通，所述第二NMOS管关断，所述第六PMOS管导通，受所述N位逻辑信号控制的所述SINK模式电流镜构成的N位数模转换电路的输出电流流过传输门，再经过所述共源共栅偏置电流镜转换为SOURCE模式电流源，然后流经所述第六PMOS管，从所述光收发芯片中的所述数模转换电路管脚输出。
本发明可以在不更改第一电阻和第二电阻阻值的情况下，只需要配合软件更改N位数模转换电路对应的D1～Dn寄存器位及位数选择SINK寄存器位，即可实现APD电压在20～70V的调节，大大提高了光模块调试效率。
附图说明
图1为传统的APD升压调节电路；
图2为本发明实施例提供的一种用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路集成于光收发芯片中的功能框图；
图3为本发明实施例提供的一种用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路的电路图。
具体实施方式
本发明提供了一种内置于光收发芯片(Transceiver IC)的数模转换电路设计，搭配软件实现了便捷的对APD器件的升压调节，克服了在光模块上更换第一电阻R1与第二电阻R2的阻值带来的光模块调试效率低下的问题，适用于光模块收发集成电路。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。
如图2所示，为本发明实施例提供的一种用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路集成于光收发芯片中的功能框图，该数模转换电路DAC集成于光收发芯片中，用于包括光收发芯片、跨阻放大器TIA、升压芯片(DC-DC Converter)、第一电阻R1和第二电阻R2的光模块中，升压芯片的FB管脚接第二电阻R2的一端，并经第一电阻R1接其APD管脚和跨阻放大器TIA，作为跨阻放大器TIA的供电电压，第二电阻R2的另一端接地；跨阻放大器TIA的输出端接光收发芯片的输入端RXIP/RXIN，光收发芯片中的DAC管脚接升压芯片的FB管脚，数模转换电路DAC对应的电流的方向可为电流沉SINK模式，即电流从DAC管脚输入，也可为电流源SOURCE模式，即电流从DAC管脚输出。
相较于传统的APD升压调节电路，本发明增加了一个数模转换电路DAC，该数模转换电路DAC集成于光模块的光收发芯片中，具有位数选择功能，即数模转换电路DAC电流的方向可为电流沉(SINK)模式，也可为电流源(SOURCE)模式，SINK模式是数模转换电路DAC电流流入DAC管脚，SOURCE模式是数模转换电路DAC电流流出DAC管脚。这样设计的原因是考虑到在选定第一电阻R1和第二电阻R2之后，所需的理想APD电压有往大调也有往小调的可能，如果数模转换电路DAC电流设计为一个固定的流向，如SINK模式，根据图2可得，APD电压因为IDAC≥0，所以VAPD只能往大调。
本发明将数模转换电路DAC电流设计为极性可选，则通过配合软件调节数模转换电路DAC对应的数模转换电路DAC电流IDAC设定寄存器，及调节数模转换电路DAC电流IDAC位数控制寄存器，可以灵活的调节APD电压。除此之外，因为IDAC是由寄存器控制，其调节步径由数模转换电路DAC的位数及满量程决定，可以做到很小，可以实现APD电压小步径的调节，这就解决了APD电压对于精度的要求。同时，本发明不额外增加光模块应用中的元器件，提高了光模块的调试效率。
其中，本发明实施例提供的一种用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路DAC的电路图如图3所示，该电路包括电源VDD、5个PMOS管组成的共源共栅偏置电流镜、N+1个NMOS管组成的SINK模式电流镜、N个NMOS管组成的开关组、1个反相器、1个传输门、1个独立的NMOS开关、一个独立的PMOS开关以及地VSS。
5个PMOS管组成的共源共栅偏置电流镜包括第一PMOS管P1～第五PMOS管P5，其中：第一PMOS管P1的源极接电源VDD，栅极接漏极，并连接第四PMOS管P4和第五PMOS管P5的栅极；第二PMOS管P2的源极接电源VDD，栅极接第三PMOS管P3的栅极和第四PMOS管P4的漏极，漏极接第四PMOS管P4的源极；第三PMOS管P3的源极接电源VDD，漏极接第五PMOS管P5的源极；第四PMOS管P4的漏极接传输门；第五PMOS管P5的漏极接第六PMOS管P6的源极。
传输门由第一NMOS管N1与第七PMOS管P7组成，第一NMOS管N1与第七PMOS管P7的栅极分别接一对反向信号SINKB和SINK。
反相器由第四NMOS管N4与第八PMOS管P8组成，提供一对反向信号SINKB和SINK。
第六PMOS管P6为一个独立的PMOS开关，漏极接第二NMOS管N2的漏极，作为数模转换电路DAC的输出端，输出电流IDAC，栅极接第二NMOS管N2的栅极，并连接信号SINK。
第二NMOS管N2为一个独立的NMOS开关，源极接NMOS管MN1～MNn。
第三NMOS管N3与NMOS管MN1～MNn这N+1个NMOS管组成的SINK模式电流镜构成了N位数模转换电路DAC的输出电流IDAC，其中，第三NMOS管N3的栅极接漏极，并连接NMOS管MN1～MNn的栅极，第三NMOS管N3的源极接地VSS；NMOS管MN1～MNn的源极接地，漏极分别接对应的NMOS开关SW1～SWn的源极。
NMOS开关SW1～SWn是用于实现数模转换电路DAC的位数选择功能的N个NMOS开关组，其栅极分别由N位逻辑信号D1～Dn控制，漏极连接在一起接入传输门。
如图2、3所示，当信号SINK为逻辑高电平时，信号SINKB为逻辑低电平，第一NMOS管N1与第七PMOS管P7组成的传输门关断，第二NMOS管N2导通，受N位逻辑信号D1～Dn控制的SINK模式电流镜构成的N位数模转换电路DAC的输出电流IDAC从光收发芯片中的DAC管脚输入，由此可得，
如图2、3所示，当信号SINK为逻辑低电平时，信号SINKB为逻辑高电平，第一NMOS管N1与第七PMOS管P7组成的传输门导通，第二NMOS管N2关断，第六PMOS管P6导通，受N位逻辑信号D1～Dn控制的SINK模式电流镜构成的N位数模转换电路DAC的输出电流IDAC流过传输门，再经过第一PMOS管P1～第五PMOS管P5组成的共源共栅偏置电流镜转换为SOURCE模式电流源，然后流经第六PMOS管P6，从光收发芯片中的DAC管脚输出，根据用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路，由此可得，
在光模块的应用中，一般会根据经验值选定第一电阻R1和第二电阻R2的阻值，但不同APD器件的特性各异，APD的理想电压在20～70V这个范围内变化，通过本发明，可以在不更改第一电阻R1和第二电阻R2阻值的情况下，只需要配合软件更改N位数模转换电路DAC对应的D1～Dn寄存器位及位数选择SINK寄存器位，即可实现APD电压在20～70V的调节，大大提高了光模块调试效率。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人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。需要说明的是，在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

Claims (3)

1.用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路，其特征在于，所述数模转换电路集成于光收发芯片中，用于包括所述光收发芯片、跨阻放大器、升压芯片、第一电阻和第二电阻的光模块中，
所述升压芯片的FB管脚接所述第二电阻的一端，并经所述第一电阻接其APD管脚和所述跨阻放大器，所述升压芯片的APD管脚作为所述跨阻放大器的供电电压，所述第二电阻的另一端接地；
所述跨阻放大器的输出端接所述光收发芯片的输入端，所述光收发芯片中的数模转换电路管脚接所述升压芯片的FB管脚，所述数模转换电路对应的电流的方向可为电流沉SINK模式，即电流从所述数模转换电路管脚输入，也可为电流源SOURCE模式，即电流从所述数模转换电路管脚输出；
所述数模转换电路包括：
第一PMOS管～第五PMOS管组成的共源共栅偏置电流镜，其中：所述第一PMOS管的源极接电源，栅极接漏极，并连接所述第四、第五PMOS管的栅极；所述第二PMOS管的源极接电源，栅极接所述第三PMOS管的栅极和所述第四PMOS管的漏极，漏极接所述第四PMOS管的源极；所述第三PMOS管的源极接电源，漏极接所述第五PMOS管的源极；所述第四PMOS管的漏极接传输门；所述第五PMOS管的漏极接第六PMOS管的源极；
所述传输门由第一NMOS管与第七PMOS管组成，所述第一NMOS管与所述第七PMOS管的栅极分别接一对反向信号SINKB和SINK；
反相器，由第四NMOS管与第八PMOS管组成，提供反向信号SINKB和SINK；
所述第六PMOS管为一个独立的PMOS开关，漏极接第二NMOS管的漏极，作为所述数模转换电路的输出端，栅极接所述第二NMOS管的栅极，并连接所述信号SINK；
所述第二NMOS管为一个独立的NMOS开关，源极接N个NMOS管；
第三NMOS管与所述N个NMOS管组成的SINK模式电流镜构成了N位数模转换电路的输出电流，所述第三NMOS管的栅极接漏极，并连接所述N个NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的源极接地；所述N个NMOS管的源极接地，漏极分别接对应的N个NMOS开关的源极；
所述N个NMOS开关用于实现所述数模转换电路的位数选择功能，其栅极分别由N位逻辑信号控制，漏极接入所述传输门。
2.如权利要求1所述的用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路，其特征在于，当所述信号SINK为逻辑高电平时，所述信号SINKB为逻辑低电平，所述传输门关断，所述第二NMOS管导通，受所述N位逻辑信号控制的所述SINK模式电流镜构成的N位数模转换电路的输出电流从所述光收发芯片中的所述数模转换电路管脚输入。
3.如权利要求1所述的用于光模块中APD器件升压调节的数模转换电路，其特征在于，当所述信号SINK为逻辑低电平时，所述信号SINKB为逻辑高电平，所述传输门导通，所述第二NMOS管关断，所述第六PMOS管导通，受所述N位逻辑信号控制的所述SINK模式电流镜构成的N位数模转换电路的输出电流流过传输门，再经过所述共源共栅偏置电流镜转换为SOURCE模式电流源，然后流经所述第六PMOS管，从所述光收发芯片中的所述数模转换电路管脚输出。
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