CN106936398A - 一种用于跨阻放大器的rssi电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于跨阻放大器的RSSI电路，集成于跨阻放大器中，包括第一、二电压跟随器，第一电压跟随器包括第一运算放大器和第一PMOS管，第二电压跟随器包括第二运算放大器、电阻R、第二、三、四PMOS管；第三PMOS管的漏极电压与第二运算放大器的反相输入端的电压相同；第二运算放大器的反相输入端的电压和第一PMOS管的漏极电压锁定到参考电压，作为光电二极管的供电电压；第一、三PMOS管的栅极相连，源极接电源；光电二极管转换的电流信号中的直流信号通过RSSI电路精准镜像后，从第三PMOS管的漏极输出。本发明的成本较低且集成度高，将光电二极管转换出的直流电流精确地镜像输出，方便光模块厂家的应用。

Description

一种用于跨阻放大器的RSSI电路
技术领域
本发明涉及模拟集成电路设计领域，具体涉及一种用于跨阻放大器的RSSI(信号强度指示)电路。
背景技术
在光通讯系统中，为了保证光信号收发的可靠性，需要对光模块的接收光功率、发送光功率和偏置电流等模拟量进行监测。通过监测接收光功率，可使接收到的光信号强度符合接收要求，避免光功率过大或者过小而造成误码，甚至影响接收光模块的寿命。
跨阻放大器(TIA)作为光通讯领域中光接收前端的主要芯片，其作用是将光电二极管转换出的微弱电流信号(交流信号)放大到合适的电压范围，光模块厂家出于对上述通讯系统应用上的考虑，为了避免光功率过大或者过小而造成误码，甚至影响接收光模块的寿命，要求跨阻放大器TIA能够准确监控光电二极管转换出的电流信号。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决现有的跨阻放大器TIA不能够精准的监测光电二极管转换出的电流信号的问题。
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跨阻放大器的RSSI电路，通过光电二极管集成于跨阻放大器中，包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器包括第一运算放大器和第一PMOS管，所述第二电压跟随器包括第二运算放大器、电阻、第二、三、四PMOS管；
所述第三PMOS管的漏极为所述第二电压跟随器的输出，其漏极电压与所述第二运算放大器的反相输入端的电压相等；
所述第二运算放大器的反相输入端的电压以及第一PMOS管的漏极电压通过第一运算放大器锁定到参考电压，作为所述光电二极管的供电电压；
所述第一PMOS管与第三PMOS管的栅极相连，源极接电源；
所述光电二极管转换的电流信号中的直流信号通过RSSI电路精准镜像后，从所述第三PMOS管的漏极输出。
在上述技术方案中，所述第一运算放大器的同相输入端接参考电压，其反相输入端接所述第一PMOS管的漏极和第二运算放大器的反相输入端，并经所述光电二极管接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器将其输入端接收的电流信号中的交流信号转换为电压信号，对电压信号进行放大后从其正输出端和负输出端输出；
所述第一运算放大器的输出端接第一PMOS管和第三PMOS管的栅极；
所述第一PMOS管的源极、电阻的一端以及第三PMOS管的源极接电源；
所述第二运算放大器的同相输入端接第三PMOS管的漏极和第四PMOS管的源极，其输出端接第二PMOS管的栅极；
所述第二PMOS管的源极接第四PMOS管的栅极和电阻的另一端，其漏极接公共接地端电压；
所述第四PMOS管的漏极接RSSI管脚。
在上述技术方案中，所述第一PMOS管与第三PMOS管的漏极电流的公式如下：
其中，iD为漏极电流；VGS为栅极和源极间电压；VDS为漏极和源极间的电压；VT为驱动电压；W/L为宽长比，所述第一PMOS管和第三PMOS管的宽长比相同；Cox为单位面积的栅氧化层电容；μ0为电子的迁移速率。
在上述技术方案中，所述第一PMOS管和第三PMOS管的尺寸相同。
在上述技术方案中，所述参考电压为2.7V。
本发明提供了一种集成于跨阻放大器芯片的信号强度指示(Received SignalStrength Indicator，RSSI)电路，成本较低且集成度高，能将光电二极管转换出的电流信号中的直流信号精准地镜像输出，实现了高精度的电流镜像，方便光模块厂家将该直流电流作为监控电流。
附图说明
图1为本发明提供的一种用于跨阻放大器的RSSI电路结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种在光模块的接收端进行光电转换时对接收到的信号强度进行指示的电路，即RSSI电路，其具有以下特点：
一、采用纯CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺集成于跨阻放大器TIA内部，成本较低且集成度高；
二、采用了特殊的电路设计，实现了高精度的电流镜像，能将光电二极管转换出的电流信号中的直流信号精确地镜像输出，对电流的指示偏差控制在了0.3％以内，方便光模块厂家的应用。
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。
本发明实施例提供了一种用于跨阻放大器的RSSI电路，如图1所示，通过光电二极管集成于跨阻放大器TIA中，包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，第一电压跟随器包括第一运算放大器OP1和第一PMOS管P1，第二电压跟随器包括第二运算放大器OP2、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第四PMOS管P4以及电阻R。
第一运算放大器OP1的同相输入端接参考电压VREF(大约为2.7V)，第一运算放大器OP1的反相输入端接第一PMOS管P1的漏极PINK和第二运算放大器OP2的反相输入端，并经光电二极管接跨阻放大器TIA的输入端PINA，跨阻放大器TIA将其输入端PINA接收的电流信号中的交流信号转换为电压信号，对电压信号进行放大后从其正输出端OUTP和负输出端OUTN输出。
第一运算放大器OP1的输出端接第一PMOS管P1和第三PMOS管P3的栅极。
第一PMOS管P1的源极、电阻R的一端以及第三PMOS管P3的源极接电源VDD。
第二运算放大器OP2的同相输入端接第三PMOS管P3的漏极和第四PMOS管P4的源极，第二运算放大器OP2的输出端接第二PMOS管P2的栅极。
第二PMOS管P2的源极接第四PMOS管P4的栅极和电阻R的另一端，第二PMOS管P2的漏极接公共接地端电压VSS；第四PMOS管P4的漏极接RSSI管脚。
第三PMOS管P3的漏极为第二电压跟随器的输出，其漏极电压与第二运算放大器OP2的反相输入端的电压相等；第二运算放大器OP2的反相输入端的电压以及第一PMOS管P1的漏极电压通过第一运算放大器OP1锁定到参考电压VREF，作为光电二极管的供电电压；第一PMOS管P1与第三PMOS管P3的栅极相连，源极接电源；光电二极管将接收到的光信号转换为电流信号，电流信号中的直流信号通过RSSI电路精准镜像后，从第三PMOS管P3的漏极输出。
第一PMOS管P1与第三PMOS管P3的漏极电流的公式如下：
其中，iD为漏极电流；VGS为栅极和源极间电压；VDS为漏极和源极间的电压；VT为驱动电压；W/L为宽长比，第一PMOS管P1和第三PMOS管P3的宽长比W/L相同，且第一PMOS管P1与第三PMOS管P3具有相同的尺寸，即第一PMOS管P1的宽与长和第三PMOS管P3的宽与长完全相等；Cox为单位面积的栅氧化层电容；μ0为电子的迁移速率。
本发明实现了将电流信号IPIN中的直流成分精确地镜像输出，并作为监控电流供光模块厂家使用，具体的实现原理为：
当光电二极管接收到光信号时，将光信号转换为电流信号IPIN，电流信号IPIN中含有交流和直流成分，交流信号经跨阻放大器TIA的输入端PINA输入，跨阻放大器TIA将交流信号转换为电压信号，并对电压信号进行放大，放大后的电压信号从跨阻放大器TIA的正输出端OUTP和负输出端OUTN输出；直流信号通过RSSI电路精准镜像后，经过第三PMOS管P3从RSSI管脚输出，作为监控电流供光模块厂家使用。
第一PMOS管P1的漏极PINK电压通过第一运算放大器OP1锁定(调节)到参考电压VREF，第二运算放大器OP2的反相输入端的电压也通过第一运算放大器OP1锁定到参考电压VREF，作为光电二极管的供电电压，参考电压VREF大约2.7V左右。
第三PMOS管P3的漏极电压等于第二运算放大器OP2的反相输入端的电压，即第三PMOS管P3的漏极电压等于参考电压VREF。
由于第一PMOS管P1的栅极与第三PMOS管P3的栅极相连，第一PMOS管P1的源极与第三PMOS管P3的源极都接电源VDD，第一PMOS管P1的漏极电压与第三PMOS管P3的漏极电压均等于参考电压VREF，因此第一PMOS管P1与第三PMOS管P3具有相同的栅、源、漏极电压。根据漏极电流的公式由于VP1_GS＝VP3_GS,VP1_DS＝VP3_DS，VP1_T＝VP3_T，而且第一PMOS管P1与第三PMOS管P3具有完全相同的尺寸，即第一PMOS管P1的宽W和长L与第三PMOS管P3的完全相同，因此第一PMOS管P1的漏极电流iD_P1与第三PMOS管P3的漏极电流iD_P3相等，即iD_P1＝iD_P3＝IPIN，所以，第一PMOS管P1的漏极电流IPIN能被精准地镜像到第三PMOS管P3，然后从RSSI管脚输出，作为监控电流供光模块厂家使用。
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。

Claims (5)

1.一种用于跨阻放大器的RSSI电路，其特征在于，通过光电二极管集成于跨阻放大器中，包括第一电压跟随器和第二电压跟随器，所述第一电压跟随器包括第一运算放大器和第一PMOS管，所述第二电压跟随器包括第二运算放大器、电阻、第二、三、四PMOS管；
所述第三PMOS管的漏极为所述第二电压跟随器的输出，其漏极电压与所述第二运算放大器的反相输入端的电压相等；
所述第二运算放大器的反相输入端的电压以及第一PMOS管的漏极电压通过第一运算放大器锁定到参考电压，作为所述光电二极管的供电电压；
所述第一PMOS管与第三PMOS管的栅极相连，源极接电源；
所述光电二极管转换的电流信号中的直流信号通过RSSI电路精准镜像后，从所述第三PMOS管的漏极输出。
2.如权利要求1所述的RSSI电路，其特征在于，所述第一运算放大器的同相输入端接参考电压，其反相输入端接所述第一PMOS管的漏极和第二运算放大器的反相输入端，并经所述光电二极管接跨阻放大器的输入端，跨阻放大器将其输入端接收的电流信号中的交流信号转换为电压信号，对电压信号进行放大后从其正输出端和负输出端输出；
所述第一运算放大器的输出端接第一PMOS管和第三PMOS管的栅极；
所述第一PMOS管的源极、电阻的一端以及第三PMOS管的源极接电源；
所述第二运算放大器的同相输入端接第三PMOS管的漏极和第四PMOS管的源极，其输出端接第二PMOS管的栅极；
所述第二PMOS管的源极接第四PMOS管的栅极和电阻的另一端，其漏极接公共接地端电压；
所述第四PMOS管的漏极接RSSI管脚。
3.如权利要求1所述的RSSI电路，其特征在于，所述第一PMOS管与第三PMOS管的漏极电流的公式如下：
i D = μ 0 C o x W L [ ( V G S - V T ) - V D S 2 ] · V D S
其中，iD为漏极电流；VGS为栅极和源极间电压；VDS为漏极和源极间的电压；VT为驱动电压；W/L为宽长比，所述第一PMOS管和第三PMOS管的宽长比相同；Cox为单位面积的栅氧化层电容；μ0为电子的迁移速率。
4.如权利要求3所述的RSSI电路，其特征在于，所述第一PMOS管和第三PMOS管的尺寸相同。
5.如权利要求1所述的RSSI电路，其特征在于，所述参考电压为2.7V。
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