CN107104643A - 减小光电二极管寄生电容电路 - Google Patents

减小光电二极管寄生电容电路 Download PDF

Info

Publication number
CN107104643A
CN107104643A CN201710488082.2A CN201710488082A CN107104643A CN 107104643 A CN107104643 A CN 107104643A CN 201710488082 A CN201710488082 A CN 201710488082A CN 107104643 A CN107104643 A CN 107104643A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resistance
pass transistor
nmos pass
electric capacity
photodiode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710488082.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107104643B (zh
Inventor
范樟
李景虎
涂航辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
(xiamen) Microelectronics Technology Co Ltd
Original Assignee
(xiamen) Microelectronics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (xiamen) Microelectronics Technology Co Ltd filed Critical (xiamen) Microelectronics Technology Co Ltd
Priority to CN201710488082.2A priority Critical patent/CN107104643B/zh
Publication of CN107104643A publication Critical patent/CN107104643A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107104643B publication Critical patent/CN107104643B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/42—Modifications of amplifiers to extend the bandwidth
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/082—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with FET's

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

减小光电二极管寄生电容电路，属于集成电路下跨阻放大器中的带宽延展技术领域，本发明为解决常见的光电二极管与跨阻放大器连接方式中光电二极管的寄生电容影响跨阻放大器‑3dB带宽的问题。本发明包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1～MN4、电阻R0、电阻R1～R4、电容C1～C3；并联在光电二极管两端，产生负电容使TIA的输入电容减小，延展其带宽，进而降低电路的设计难度。

Description

减小光电二极管寄生电容电路
技术领域
本发明属于集成电路下跨阻放大器中的带宽延展技术领域，涉及一种用于减小光电二极管自身寄生电容的电路结构。
背景技术
在光纤通信集成电路的接收端，需要将光信号通过光电二极管(PD)转换为电流信号，再通过跨阻放大器(TIA)将电流信号转换为电压信号。PIN二极管作为光电二极管(PD)的一种类型，自身将产生一个范围是100～500fF的寄生电容Cpd，该寄生电容的大小不仅会限制PIN二极管的开关速度，更重要的是将影响跨阻放大器(TIA)的-3dB带宽。
图1给出了常见的光电二极管D0与跨阻放大器A的连接方式。图1中，跨阻放大器A采用-A理想电压放大器实现。
跨阻放大器的-3dB带宽f-3dB为：
式中：A为跨阻放大器的放大倍数，RF为跨阻放大器输入输出端的跨阻，Cpd为光电二极管D0的寄生电容Cpd的电容量；
实际情况中，PIN二极管的寄生电容Cpd的电容量通常会很大，进而使跨阻放大器的带宽变得很小，很难使带宽的设计满足要求。
发明内容
本发明目的是为了解决常见的光电二极管与跨阻放大器连接方式中光电二极管的寄生电容Cpd影响跨阻放大器-3dB带宽的问题，提供了一种减小光电二极管寄生电容电路。
本发明所述减小光电二极管寄生电容电路，包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、NMOS晶体管MN4、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电容C3；
NMOS晶体管MN1的栅极同时连接电阻R0的一端和电阻R1的一端；
NMOS晶体管MN2的栅极、漏极同时连接NMOS晶体管MN1的源极、电阻R2的一端和电容C3的一端；
NMOS晶体管MN2的源极连接NMOS晶体管MN3的漏极；
NMOS晶体管MN3的栅极同时连接电容C2的一端、电阻R2的另一端和电阻R3的一端；
NMOS晶体管MN3的源极同时连接NMOS晶体管MN4的漏极、电容C1的一端和电容C3的另一端；
NMOS晶体管MN4的栅极连接误差放大器A0的输出端；
NMOS晶体管MN4的源极同时连接误差放大器A0的反向输入端和电阻R4的一端；
误差放大器A0的正向输入端连接基准电压Vref；
电容C1的另一端连接光电二极管D0的PINK端；
电容C2的另一端连接光电二极管D0的PINA端；
电阻R1的另一端、电阻R3的另一端和电阻R4的另一端同时连接GND；
NMOS晶体管MN1的漏极和电阻R0的另一端同时连接电源VDD。
优选地，电容C1与电容C2为交流耦合电容。
本发明的有益效果是：提出一种减小光电二极管寄生电容电路,能够产生负电容与光电二极管寄生电容Cpd部分抵消，减小跨阻放大器的输入电容，达到延展带宽减小设计难度的效果，并已经通过了仿真结果验证。
附图说明
图1是常见的光电二极管与跨阻放大器的连接方式；
图2是本发明所述减小光电二极管寄生电容电路的电路原理图；
图3是本发明的简化结构电路原理图。
图4是常见光电二极管与跨阻放大器连接方案中TIA的-3dB带宽和使用本发明电路时TIA的-3dB带宽仿真对比图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本发明电路能够产生负电容与光电二极管寄生电容Cpd部分抵消，减小跨阻放大器的输入电容，达到延展带宽减小设计难度的效果。
在阐述常见的光电二极管与跨阻放大器的连接方式电路中，由于光电二极管的PINA端直接接在跨阻放大器的输入端，即光电二极管寄生电容Cpd作为跨阻放大器的输入电容将会减小电路带宽。图2提出的一种减小光电二极管寄生电容电路，解决了光电二极管PINA端直接连接TIA输入端影响整体电路带宽的情况。
实施例：本发明减小光电二极管寄生电容电路包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、NMOS晶体管MN4、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电容C3；
NMOS晶体管MN1的栅极同时连接电阻R0的一端和电阻R1的一端；
NMOS晶体管MN2的栅极、漏极同时连接NMOS晶体管MN1的源极、电阻R2的一端和电容C3的一端；
NMOS晶体管MN2的源极连接NMOS晶体管MN3的漏极；
NMOS晶体管MN3的栅极同时连接电容C2的一端、电阻R2的另一端和电阻R3的一端；
NMOS晶体管MN3的源极同时连接NMOS晶体管MN4的漏极、电容C1的一端和电容C3的另一端；
NMOS晶体管MN4的栅极连接误差放大器A0的输出端；
NMOS晶体管MN4的源极同时连接误差放大器A0的反向输入端和电阻R4的一端；
误差放大器A0的正向输入端连接基准电压Vref；
电容C1的另一端连接光电二极管D0的PINK端；
电容C2的另一端连接光电二极管D0的PINA端；
电阻R1的另一端、电阻R3的另一端和电阻R4的另一端同时连接GND；
NMOS晶体管MN1的漏极和电阻R0的另一端同时连接电源VDD。
电容C1与电容C2为交流耦合电容。
为了更好地阐明本发明电路原理，将图2电路结构简化成图3电路结构(元器件命名一一对应)。
在光电二极管PINK与PINA两端模拟的串入小信号源Vt，且电压值大小为Vt，流过电流值大小为It。电容C1与电容C2为交流耦合电容，相当于交流导线。流过光电二极管寄生电容Cpd的电流I3可以表示为：
流过NMOS晶体管MN3的电流I2可以表示为：
I2＝-Vt·gm3 (4)
其中gm3为NMOS晶体管MN3的跨导；
节点电压V2可以表示为：
其中gm2为NMOS晶体管MN2的跨导；
流过电容C3的电流I1可以表示为：
其中V2为NMOS晶体管MN2漏极、栅极公共节点处电压；
在X节点处列出基尔霍夫电流定律(KCL)方程：
I1+I2+It-I3＝0 (7)
在式子(8)中且-gm3Vt<<1可以从式子中忽略掉。
由式子(10)可知，在常见的光电二极管与TIA的连接方式的电路中加入减小光电二极管寄生电容电路，TIA的输入电容由原来的Cpd减小为而其中的称之为负电容。
基于上述分析，可见本实施例所述减小光电二极管寄生电容电路可带来如下有益效果：跨阻放大器TIA的输入电容减小，延展了电路带宽，降低了电路的设计难度。
本发明通过了仿真验证如图4所示，曲线2为常见的光电二极管与跨阻放大器的连接方案所得TIA的-3dB带宽，带宽为950MHz。曲线1为采用本发明所述减小光电二极管寄生电容电路所得TIA的-3dB带宽，带宽为1.57GHz。从仿真结果可以看出，本发明电路能够提高TIA的-3dB带宽，并且提高了1.65倍。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (2)

1.减小光电二极管寄生电容电路，其特征在于，包括误差放大器A0、NMOS晶体管MN1、NMOS晶体管MN2、NMOS晶体管MN3、NMOS晶体管MN4、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2和电容C3；
NMOS晶体管MN1的栅极同时连接电阻R0的一端和电阻R1的一端；
NMOS晶体管MN2的栅极、漏极同时连接NMOS晶体管MN1的源极、电阻R2的一端和电容C3的一端；
NMOS晶体管MN2的源极连接NMOS晶体管MN3的漏极；
NMOS晶体管MN3的栅极同时连接电容C2的一端、电阻R2的另一端和电阻R3的一端；
NMOS晶体管MN3的源极同时连接NMOS晶体管MN4的漏极、电容C1的一端和电容C3的另一端；
NMOS晶体管MN4的栅极连接误差放大器A0的输出端；
NMOS晶体管MN4的源极同时连接误差放大器A0的反向输入端和电阻R4的一端；
误差放大器A0的正向输入端连接基准电压Vref；
电容C1的另一端连接光电二极管D0的PINK端；
电容C2的另一端连接光电二极管D0的PINA端；
电阻R1的另一端、电阻R3的另一端和电阻R4的另一端同时连接GND；
NMOS晶体管MN1的漏极和电阻R0的另一端同时连接电源VDD。
2.根据权利要求1所述减小光电二极管寄生电容电路，其特征在于，电容C1与电容C2为交流耦合电容。
CN201710488082.2A 2017-06-23 2017-06-23 减小光电二极管寄生电容电路 Active CN107104643B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710488082.2A CN107104643B (zh) 2017-06-23 2017-06-23 减小光电二极管寄生电容电路

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710488082.2A CN107104643B (zh) 2017-06-23 2017-06-23 减小光电二极管寄生电容电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107104643A true CN107104643A (zh) 2017-08-29
CN107104643B CN107104643B (zh) 2023-04-07

Family

ID=59664068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710488082.2A Active CN107104643B (zh) 2017-06-23 2017-06-23 减小光电二极管寄生电容电路

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107104643B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111835293A (zh) * 2020-07-27 2020-10-27 厦门亿芯源半导体科技有限公司 多跨阻恒定带宽超低噪声tia

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6785477B1 (en) * 1998-03-19 2004-08-31 Hitachi, Ltd. Optical receiver using variable negative-capacitance circuit
US20060034621A1 (en) * 2004-08-12 2006-02-16 Finisar Corporation Transimpedance amplifier with integrated filtering and reduced parasitic capacitance
US20090051442A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Ja-Won Seo Transimpedance amplifier circuit for optical receiver in optical communication system
CN104617483A (zh) * 2015-01-27 2015-05-13 东南大学 一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片
CN105529994A (zh) * 2016-01-08 2016-04-27 南京一丁芯半导体科技有限公司 带有增益自举功能的跨阻放大器
CN106253856A (zh) * 2016-07-18 2016-12-21 天津大学 一种高增益、低噪声最佳偏置调节型共源共栅跨阻放大器
CN106656061A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 光梓信息科技（上海）有限公司 一种跨阻放大器
CN206807407U (zh) * 2017-06-23 2017-12-26 千度芯通（厦门）微电子科技有限公司 减小光电二极管寄生电容电路

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6785477B1 (en) * 1998-03-19 2004-08-31 Hitachi, Ltd. Optical receiver using variable negative-capacitance circuit
US20060034621A1 (en) * 2004-08-12 2006-02-16 Finisar Corporation Transimpedance amplifier with integrated filtering and reduced parasitic capacitance
US20090051442A1 (en) * 2007-08-22 2009-02-26 Ja-Won Seo Transimpedance amplifier circuit for optical receiver in optical communication system
CN104617483A (zh) * 2015-01-27 2015-05-13 东南大学 一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片
CN105529994A (zh) * 2016-01-08 2016-04-27 南京一丁芯半导体科技有限公司 带有增益自举功能的跨阻放大器
CN106253856A (zh) * 2016-07-18 2016-12-21 天津大学 一种高增益、低噪声最佳偏置调节型共源共栅跨阻放大器
CN106656061A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 光梓信息科技（上海）有限公司 一种跨阻放大器
CN206807407U (zh) * 2017-06-23 2017-12-26 千度芯通（厦门）微电子科技有限公司 减小光电二极管寄生电容电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张洪润: "《传感器技术大全 下》", 31 October 2007, 北京航空航天大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111835293A (zh) * 2020-07-27 2020-10-27 厦门亿芯源半导体科技有限公司 多跨阻恒定带宽超低噪声tia
CN111835293B (zh) * 2020-07-27 2023-06-20 厦门亿芯源半导体科技有限公司 多跨阻恒定带宽超低噪声tia

Also Published As

Publication number Publication date
CN107104643B (zh) 2023-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102820857B (zh) 宽带高增益跨阻放大器
CN105138064A (zh) 一种高带宽高电源纹波抑制比的低压差线性稳压器电路
CN104617483A (zh) 一种带宽补偿的超高速激光驱动器电路和驱动器芯片
CN102981032B (zh) 一种用于全电感电流波形的检测电路及方法
CN204316511U (zh) 交叉耦合结构的高速cmos单片集成光接收机前端电路
CN206807407U (zh) 减小光电二极管寄生电容电路
CN107104643A (zh) 减小光电二极管寄生电容电路
CN105529994B (zh) 带有增益自举功能的跨阻放大器
CN103279163B (zh) 高电源电压抑制比无片外电容低压差调节器
CN102480276A (zh) 折叠式共源共栅运算放大器
CN100570529C (zh) 用于基准电压源的电压预调节电路
CN103338015B (zh) 一种提高增益的放大器及其设计方法
CN102244499A (zh) 一种高灵敏度跨阻放大器前端电路
CN104953658B (zh) 电池电压转换电路及电池管理系统
CN104980113A (zh) 高精度光电流监视电路及前置放大器
CN104035466B (zh) 固定电压产生电路
CN105634449A (zh) 差分电压绝对值电路
CN101588164A (zh) 一种恒定跨导偏置电路
CN108183691A (zh) 折叠共源共栅运算放大器
CN108616264A (zh) 一种高品质因数的有源电感
CN204272076U (zh) 低功耗高速光电耦合器
CN103093821B (zh) 一种嵌位电压产生电路
CN205265635U (zh) 高精度光电流监视电路及基于该电路的前置放大器
CN208691218U (zh) 一种cml电平转cmos电平的电路结构
CN107888155B (zh) 一种多输入放大器及包括该放大器的双控制电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: Unit 102, 1742 Gangzhong Road, Xiamen area, China (Fujian) pilot Free Trade Zone, Xiamen, Fujian 361000

Applicant after: XIAMEN EOCHIP SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Unit 205, 1702 Gangzhong Road, Xiamen Section, Xiamen Free Trade Pilot Area, Fujian Province, 361011

Applicant before: QIANDU XINTONG (XIAMEN) MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant