CN107835054A - 用于基于线性调制的高速光通信的跨阻放大器 - Google Patents

用于基于线性调制的高速光通信的跨阻放大器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光接收器电路(200)包括：至少一个光检测器(207)，被配置为将接收的光信号转换为输入电流信号；跨阻放大器电路(201)，具有用于接收来自所述至少一个光检测器(207)的输入电流信号的输入并且被配置为将所接收的输入电流信号转换为输出电压信号以产生跨阻放大器电路(201)的输出信号，其中，所述跨阻放大器电路包括多个增益放大器级(209、210、211)，DC恢复组件(205)，其中，所述DC恢复组件(205)被配置为接收跨阻放大器电路(201)的输出电压信号，以用于恢复接收的电流信号的直流分量并被配置为输出对应的电流信号，以及自动增益控制组件(204)，其被配置为基于由DC恢复组件(205)输出的信号，经由至少一个可编程反馈电阻器(226、227)来控制跨阻放大器电路的等效跨阻以提供用于不同电流范围的输入电流信号的恒定的输出电压幅值。

Description

用于基于线性调制的高速光通信的跨阻放大器
技术领域
本发明涉及如专利权利要求1的前序部分所述的这种类型的光接收器电路和如专利权利要求15的前序部分所述的光接收器。
背景技术
光通信系统现在广泛应用于家庭网络和工业应用中，例如，汽车行业中使用的用于高速多媒体网络的MOST(面向媒体的系统传输)技术基于塑料光纤(POF)技术。
在所述光通信系统中，例如在US 2013/0330082A1中描述的发光装置、光发射机输出馈送到诸如塑料光纤的光纤链路中的光信号，所述光纤链路将光信号引导至光接收装置(光接收器)，该光接收器包括用于接收光信号的光检测器。
与通过铜的传统非光学通信系统相比，这样的光通信系统尤其具有以下几个优点：例如，较低的衰减、对电磁干扰辐射的抗扰度和较高的数据传输速率。近年来，光通信系统因此也越来越多地用于车载数据通信。
然而，目前的光通信系统尤其受到以下挑战：光通信系统，特别是光接收器的性能不能充分地处理可以跨越几个数量级的接收光功率的变化，从而导致光接收器的电输出信号的不期望的噪声以及非线性特性。
此外，由于例如电压、温度的不均匀波动和/或由于局部工艺变化(也简称为工艺变化)，即当制造电子集成电路时由于电子元件(例如晶体管)的属性方面自然变化，光接收器的性能可能会降低。
发明内容
技术问题
因此，本发明的目的是提供一种用于改进光通信系统的方法。例如，该目的可以包括提高光通信系统的性能和可靠性，特别是提高光通信系统的光接收器的性能和可靠性。
解决方案
根据本发明，通过根据权利要求1所述的光接收器电路和根据权利要求15所述的光接收器来实现该目的。有利的实施例和进一步的改进是从属权利要求的主题。
例如，用于光通信系统的光接收器电路可以包括以下组件中的一个、一些或全部组件：
至少一个光检测器，例如光电二极管，被配置为将接收到的光信号转换成输入电流信号，例如，光电流，
跨阻放大器电路(TIA)，其具有用于接收来自所述至少一个光检测器的输入电流信号的输入并且被配置为将所接收的输入电流信号转换为输出电压信号以产生跨阻放大器电路的输出信号，其中，该跨阻放大器电路可以包括多个增益放大器级，
DC(直流)恢复组件，其中，所述DC恢复组件被配置为接收所述跨阻放大器电路的输出电压信号用于恢复所接收的电流信号的DC分量并被配置为用于输出相应的电流信号；以及
自动增益控制组件，被配置为基于由DC恢复组件输出的信号，通过至少一个可编程反馈电阻器来控制跨阻放大器电路的等效跨阻，以提供用于不同电流范围的输入电流信号的恒定的输出电压幅值。
在根据本发明的光通信系统的光接收器中使用的光接收器电路尤其具有提高光接收器的线性度的优点，即，特别是将输入电流信号(例如，由至少一个光检测器产生的光电流信号)转换为光接收器的输出信号(即输出电压信号)的线性度。特别地，例如，该自动增益控制的实现对于高输入电流信号，即高输入光电流(例如可以比出现的最小输入光电流大3倍、4倍或更多倍)可以避免跨阻放大器电路输出电压的饱和，并且从而可以减少输出失真。例如，如果最低输入光电流为100nA，则对于高达1mA或更高的输入光电流可以避免跨阻放大器电路输出电压的饱和。
此外，根据本发明的用于示例性光接收器的光接收器电路的设计可以提供输入信号(例如输入电流信号)至输出信号(例如输出电压信号)的所述转换的高线性度，以用于宽动态范围的输入信号，即用于宽动态范围的输入电流信号。
例如，该输入电流信号，例如通过由至少一个光检测器将光输入信号转换成光电流而产生的光电流信号可以变化三个数量级或更多数量级，并且即使对于的这样宽动态范围内的输入电流信号，根据本发明的光接收器电路的设计也可以分别减少或避免跨阻放大器电路的输出、光接收器电路的输出的线性度降低。
事实上，用于示例性光接收器中的光接收器电路，特别是由于其自动增益控制组件提供输出信号的恒定幅值，例如，与接收到的输入电流信号或光电流信号的幅值或水平或光功率无关的输出电压信号的恒定幅值。
根据本发明的光接收器电路有利地允许其跨阻放大器电路的等效跨阻的自动调节为适应于给定的输入电流信号水平，使得可以获得并由光接收器输出输出信号的期望的正确电平，例如输出电压信号的幅值。
根据本发明的光接收器电路的设计，特别是由于多个增益放大器级提供了一个/所述光接收器的较高的等效带宽。
根据本发明的用于光接收器的光接收器电路的设计也理想地适用于接收和处理先进的光调制方案，例如来自发光二极管的光输入信号，例如基于称为脉冲幅值调制(PAM)技术线性调制该光输入信号。
与传统的二进制开关键控调制(on-off keying modulation)相比较，在脉冲幅值调制(PAM)技术中，可以使用映射为多位的多个不同的脉冲幅值电平来传达信息。例如，每个幅值电平表示多位，例如成对位，使得单个幅值电平可以传送多于一个位，从而增加了光通信系统的带宽效率。
另外，根据本发明的光接收器电路有助于例如输入电流信号或输入光电流信号的输入信号到输出信号(例如输出电压信号)的转换，其幅值或信噪比高到足以忽略光通信系统的可能的其它后续组件或块的噪声贡献。
该跨阻放大器电路的多个增益放大器级可以由单位增益放大器或电压跟随器跟随，以隔离跨阻放大器电路的输出节点。
所述增益放大器级中的至少一些可以包括增益放大器和用于控制相应增益放大器级的增益的至少一个局部可编程反馈电阻器，并且其中，所述自动增益控制组件进一步被配置为基于由DC恢复组件输出的信号控制增益放大器级的局部可编程反馈电阻器中的至少一些。
用于控制相应增益放大器级的增益的所述局部可编程反馈电阻器尤其可以有助于确保光接收器电路的反馈稳定性。
用于控制光接收器电路的跨阻放大器电路的等效跨阻的至少一个可编程反馈电阻器可以布置在跨阻放大器电路的输入与跨阻放大器电路的输出信号之间。
该光接收器电路还可以包括用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的多个可编程反馈电阻器，其中，用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的可编程反馈电阻器中的至少一些可以连接在该跨阻放大器电路的输入与不同的增益放大器级的输出之间。
还应注意的是，该光接收器电路的可编程反馈电阻器可以被电压控制，并且该自动增益控制组件可以与一些或所有的可编程反馈电阻器通信，即，例如与用于控制相应增益放大器级的增益的至少一个局部可编程反馈电阻器通信，以及与用于基于由DC恢复组件输出的信号控制跨阻放大器电路的等效跨阻的至少一个可编程反馈电阻器通信。
用上述方法，例如，可以同时控制光接收器电路的大多数或全部可编程电阻。
示例性的光接收器电路还可以包括连接在跨阻放大器电路的输入与输出信号之间的固定电阻器，以用于限制跨阻放大器电路的最大等效跨阻。
此外，示例性光接收器电路的DC恢复组件可以被配置为减去接收的电流信号的DC分量，并且该自动增益控制组件还可以被配置为基于复制的所减去的DC分量来控制跨阻放大器电路的等效跨阻。
减去接收的电流信号的DC分量可以提供输入电流水平的良好估计，并且可以直接用于设置等效跨阻以获得期望的输出电压值。因此，该示例性DC恢复组件设计尤其可以省去必须不断监测最大输出电压幅值的艰巨任务。
示例性的光接收器电路还可以包括两个光检测器，其中，一个光检测器被配置为接收光信号，并且另一个光检测器屏蔽光信号，并且其中，该跨阻放大器电路可以具有差分拓扑结构，其中具有例如该跨阻放大器电路的正支路的一个支路，连接到被配置为接收光信号的光检测器；并且具有例如该跨阻放大器电路的负支路的另一支路连接到屏蔽光信号的光检测器。
可选地，示例性光接收器电路可以是具有差分拓扑结构的跨阻放大器电路，其中具有例如该跨阻放大器电路的正支路的一个支路连接到被配置为接收光信号的光检测器，并且具有例如该跨阻放大器电路的负支路的另一支路，连接到光电二极管的等效电气模型，例如连接到包括电阻器和/或电容器的电路。
光接收器电路或跨阻放大器电路的这种示例性差分拓扑可以具有以下优点：例如可以提高该光接收器电路或跨阻放大器电路的电源抑制比(PSRR)和/或共模抑制比(CMRR)和/或共模噪声抗扰度。
此外，在示例性光接收器电路中，用于控制增益放大器级的增益的局部可编程反馈电阻器中的至少一些可以连接至增益放大器级中的一些的局部输入和输出。
此外，例如，用于控制增益放大器级的增益的局部可编程反馈电阻器中的至少一些可以被布置为使增益放大器级中的一些的输出短路(short)。
此外，例如，该光接收器电路可以可选地或另外地包括至少一个可编程分流电阻器，其可以被布置成使该跨阻放大器电路的一个/所述最后一个增益放大器级的一个/所述输出短路。然而，也可以想到分流电阻器也用于跨阻放大器电路的其他增益放大器级。
光接收器电路还可以包括至少一个可以包括差分对的增益放大器级，例如，级联的晶体管，其具有电阻负载Rload或具有有源负载，例如，具有p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOS)负载。
级联晶体管尤其可以允许增加一个/所述输入差分对的等效阻抗，从而获得更高的增益。
此外，光接收器电路的至少一个、一些或每个增益放大器级可以包括用于提供适于控制光检测器的反向偏置电压的信号的共模控制电路。
示例性光接收器电路还可以被配置为执行以下一个，一些或全部步骤：
例如基于由DC恢复组件输出的复制电流，计算由至少一个光检测器产生的电流信号的平均电流，
使用计算出的平均电流来计算跨阻放大器电路所需的等效跨阻，并用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻，以提供用于不同电流范围的输入电流信号的恒定的输出电压幅值，以及
降低增益放大器级的增益，例如用于提高光接收电路的稳定性。
其中，使用计算出的平均电流计算跨阻放大器电路所需的等效跨阻的步骤可以进一步包括例如确定或计算可编程反馈电阻器的合适配置以用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻，以提供不同电流范围的输入电流信号的恒定的输出电压幅值。
例如可以由自动增益控制组件执行或者控制所述步骤。
此外，该光接收器电路或自动增益控制组件可能被配置为执行用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的一个、一些或全部以下步骤：
使用由DC恢复组件输出的电流来计算跨阻放大器电路所需的等效跨阻，
通过减少连接在跨阻放大器电路的输入与输出之间的至少一个可编程反馈电阻器的阻抗，开始减小跨阻放大器电路的等效跨阻，
一旦连接在跨阻放大器电路的输入与输出之间的至少一个可编程反馈电阻器的阻抗被设置成给定的最小值，例如就通过开始降低连接在跨阻放大器电路的输入与最后一个增益放大器级的输出之间的可编程反馈电阻器的阻抗，顺序地减小连接在跨阻放大器电路的输入与差分增益放大器级的输出之间的可能的其他可编程反馈电阻器的阻抗。
此外，该光接收器电路的自动增益控制组件还可以被配置为执行以下步骤：
通过控制例如顺序地减少增益放大器级的局部可编程反馈电阻器的电阻反馈(例如，通过控制例如降低最后一个增益放大器级的局部可编程反馈电阻器的电阻反馈开始)来控制增益放大器级的增益。
上述示例性描述的步骤提供了用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻以及用于提高光接收器电路的稳定性的示例性控制步骤和/或示例性顺序。
特别地，这些示例性步骤可以提高光接收器电路的跨阻放大器电路的等效跨阻的线性比例。
此外，本文中示例性描述的光接收器电路的自动增益控制组件可以提供连续且线性的增益控制以及连续且线性的等效跨阻控制，即，不基于离散步骤的线性增益和等效跨阻控制。
在示例性光接收器电路中，所述可编程反馈电阻器中的一些或每个均可以包括并联连接的多个晶体管，并且其中，经由其晶体管的栅极电压控制所述可编程反馈电阻器的电阻，并且其中，所述可编程反馈电阻器的晶体管中的部分或全部可以具有不同的特性，例如，可以在比例或尺寸上不同，例如它们的栅极宽度与栅极长度的比率不同，例如从相应可编程反馈电阻器的第一个晶体管到最后一个晶体管的栅极宽度与栅极长度的比率增大。
所述晶体管的可能的不同特性尤其可以降低线性度问题并对于全动态范围改善所述可编程反馈电阻器在欧姆区域的操作。
进一步可以想象的是，该光接收器电路的可编程反馈电阻器的晶体管可以被配置为依次被激活，例如，可以被配置为从相应的可编程反馈电阻器的第一个晶体管至最后一个晶体管依次被激活。
此外，从较小的栅极宽度与栅极长度比率到较大的栅极宽度与栅极长度比率的晶体管的依次激活是可能的。
该光接收器电路的可编程反馈电阻器的晶体管的这种示例性连续激活可以提高等效跨阻变换的线性度，例如，从低等效跨阻值到高等效跨阻值的等效跨阻变换的线性度。
进一步指出，该光接收器电路的可编程反馈电阻器可以包括不同数量的所述晶体管并且具有不同的晶体管特性，例如，比例或尺寸的差异，例如栅极宽度与栅极长度比率的差异。
该光接收器电路的示例性DC恢复组件可以包括顺序电压发生器。
示例性顺序电压发生器可以包括多个按比例缩放的晶体管，并且所述按比例缩放的晶体管可以被配置为增加DC恢复组件的DC电流输出，并且特别地，例如用于生成一组顺序电压控制位以控制可以生成DC恢复组件的DC电流输出的晶体管的栅极电压。
特别地，DC恢复组件的可选的顺序电压发生器可以顺序地激活多个并行的所述按比例缩放的晶体管，以产生要从跨阻放大器电路的输入去除的DC输入电流分量。
此外，该DC恢复组件可以包括连接到跨阻放大器电路的输出的低通滤波器，其中，该低通滤波器的输出可以用作顺序电压发生器的输入，其中，例如，该顺序电压发生器的输出可以用来控制产生DC电流输出的一些并行晶体管的栅极电压，并且其中，该DC恢复组件的DC电流输出可以连接到至少一个光检测器的输出，所述至少一个光检测器可以连接到光接收器电路的跨阻放大器电路的输入。
这种示例性DC恢复组件尤其可以去除光电二极管输出电流的DC分量，并减少注入跨阻放大器电路中的噪声，并导致光接收器电路的改进性能。
此外，该光接收器电路可以包括自动增益控制组件，例如可以包括可以是如上所述的跨阻放大器电路的按比例缩放版本的伪跨阻放大器电路。
所述伪跨阻放大器电路因此可以包括多个伪增益放大器级，其中，该伪跨阻放大器电路可以被配置为接收由DC恢复组件输出的复制DC电流作为输入。
该可选和示例性的伪跨阻放大器电路还可以被配置为用于将接收到的输入电流信号转换为电压信号，以产生用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的输出信号。
因此，例如每个伪增益放大器级可以包括伪增益放大器和至少一个伪局部可编程反馈电阻器。
例如，该伪跨阻放大器电路可以具有比原始跨阻放大器电路更小的带宽，但是可以例如具有用于确保正确校准的相同DC特性。
因此，与配置为具有相同编程状态的可编程反馈电阻器的跨阻放大器的等效跨阻相比，可能的示例性伪跨阻放大器电路可以具有用于给定编程状态的伪可编程反馈电阻器的相同的等效跨阻。
此外，示例性自动增益控制组件可以被配置为执行以下一个、一些或全部步骤：
使用由DC恢复组件输出的复制DC电流作为伪跨阻放大器电路的输入，以将该电流转换为与所要求的跨阻成正比的电压，
将伪跨阻放大器电路的输出与给定的参考电压进行比较，并且基于该比较，产生一组栅极控制电压，以通过伪可编程反馈电阻器来对伪跨阻放大器电路的跨阻进行编程，以及
使用产生的栅极控制电压将跨阻放大器电路的等效跨阻设置为将跨阻放大器电路的输出电压幅值设置为期望值的值。
此外，与原始跨阻放大器电路相比，伪跨阻放大器电路的比例可以被优化以减少能量和电流消耗。
用于光通信系统的示例性光接收器可以包括根据上述任何一种配置和/或根据上述示例性特征的任何可能的组合的至少一个光接收器电路。
总之，上面示例性地描述的用于光通信系统的光接收器电路或光接收器的架构可以尤其提供以下优点中的一些或全部优点：
在宽动态范围的光功率输入电平的高带宽和高线性度，例如从-24dBm到0dBm或更大，以便基于线性调制调整高速光通信
自动和线性的增益控制光接收器电路
宽等效跨阻范围，例如从几欧姆到几百千欧姆，例如从500欧姆到300千欧姆
恒定的输出幅值
稳定性
连续的增益控制，即不基于不连续步骤
晶体管在欧姆区中工作
使输入参考噪声最小化
保持恒定的低频角，以用于跨阻放大器电路的闭环响应和DC恢复
全差分操作，从而确保良好的电源抑制比(PSRR)和良好的共模抑制比(CMRR)和差分噪声抑制
对技术工艺和温度变化的适应性
共模控制，以保持光检测器处(例如光电二极管处)的正确反向偏置电压
可编程反馈电阻器的顺序电压控制和输入DC恢复控制。
附图说明
图1为光接收器电路的部件(例如示例性跨阻放大器电路和示例性光电二极管)的示例性原理图架构；
图2为光接收器电路的示意性原理图架构；
图3为光接收器电路的另一示例性原理图架构；
图4为示例性输入电流信号的示例性时间序列；
图5为增益放大器级的示例；
图6为示例性共模控制电路；
图7为示例性阻抗控制顺序；
图8为可编程反馈电阻器的示例性架构；
图9为示例性可编程反馈电阻器中的晶体管的示例性激活顺序；
图10a为示例性DC恢复组件架构；
图10b为根据DC输入电流的示例性电压产生顺序；
图10c为示例性跨阻放大器电路的示例性闭环响应；
图11为示例性顺序电压控制架构；
图12为自动增益控制组件的示例性结构；
图13为光通信系统的示例。
具体实施方式
图1示例性示出了光接收器电路的部件100的可能架构，特别地包括示例性跨阻放大器电路101和示例性光电二极管104。
特别地，示出了示例性跨阻放大器电路101，其具有输入端102，用于接收来自至少一个光检测器104的输入电流信号并且被配置为将所接收的输入(例如输入电流信号)转换为输出电压信号103以产生跨阻放大器电路的输出信号103。
在本示例中未示出DC恢复组件和自动增益控制组件。
此外，示例性示出了跨阻放大器电路101包括示例性的多个增益放大器级，例如，示例性增益放大器级123、124、125、126。也可以实施任何其他数量的增益放大器级。
所述示例性增益放大器级123、124、125、126包括示例性增益放大器119、120、121、122和示例性局部可编程反馈电阻器(Rlf)105、109、106、110、107、111、108和112。
此外，示出了用于控制跨阻放大器电路101的等效跨阻的示例性的多个另外的可编程反馈电阻器113、118、114、117、115和116。
为了完整起见，应注意的是，用于控制跨阻放大器电路101的等效跨阻的可编程反馈电阻器连接在跨阻放大器电路101的输入102与输出(即输出信号103)之间，或者连接在跨阻放大器电路101的输入102与不同增益放大器级的输出之间，也可以被称为全局可编程反馈电阻器。
还应注意的是，局部可编程反馈电阻器105和109也可以被理解为用于在使用/仅具有单个/第一个增益放大器级123的情况下控制跨阻放大器电路101的(等效)跨阻的(全局)可编程反馈电阻器。
用于控制跨阻放大器电路101的等效跨阻的示例性顺序可以包括：
降低可编程反馈电阻器113、118、Rgf4的电阻
降低可编程反馈电阻器114、117、Rgf3的电阻
降低可编程反馈电阻器115、116、Rgf2的电阻
降低可编程反馈电阻器105、109、Rf1的电阻
用于控制跨阻放大器电路101的增益的示例性顺序可以包括：
降低可编程反馈电阻器108、112、Rlf4的电阻
降低可编程反馈电阻器107、111、Rlf3的电阻
降低可编程反馈电阻器106、110、Rlf2的电阻
降低可编程反馈电阻器105、109、Rf1的电阻
图2示例性示出了光接收器电路200的另一可能架构。所述示例性光接收器电路200可以包括自动增益控制组件204和DC恢复组件205，其中，所述DC恢复组件205尤其可以包括低通滤波器208。
此外，光接收器电路200包括示例性跨阻放大器电路201，该跨阻放大器电路具有输入202和输出203以及具有示例性的多个增益放大器级，其中，仅明确示出并指示出了示例性子集，即，增益放大器级209、210、211。
所述增益放大器级可以类似于图1所示的跨阻放大器电路，包括示例性增益放大器212、213、214和示例性局部可编程反馈电阻器215、216、217、218、219和220。
此外，示出了示例性分流可编程电阻器224，其可以使最后一个增益放大器级211的输出短路。
此外，跨阻放大器电路201可以包括多个可编程反馈电阻器，例如用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的全局可编程反馈电阻器226、227，其中，所述可编程反馈电阻器(诸如用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的全局可编程反馈电阻器226、227)可以连接在跨阻放大器电路201的输入202与跨阻放大器电路201的输出203之间或连接在跨阻放大器201的输入202与不同增益放大器级的输出之间。
另外，并联连接在跨阻放大器电路201的输入与输出之间的固定电阻器221、225可以用于限制跨阻放大器电路201的等效跨阻的最大值。此外，示出了可以隔离最后一个增益放大器级211的输出的示例性缓冲器222、223。
此外，示例性光接收器电路200可以包括两个光检测器206、207，例如光电二极管，其中，一个光检测器207被配置为接收输入光信号，并且另一个光检测器206屏蔽(shieldfrom)输入光信号，并且跨阻放大器电路201可以具有差分拓扑结构，其中，跨阻放大器电路201的一个支路228(例如正支路)连接到被配置为接收光信号的光检测器207，并且跨阻放大器电路201的另一支路229(例如负支路)连接到屏蔽光信号的光检测器206。然而，也可以想到，例如，跨阻放大器电路的所述可能的负支路可以连接到光检测器的等效电气模型(未示出)，例如光电二极管的等效电气模型，例如连接至包括电阻器和/或电容器的电路。
这种可能的差分架构尤其可以提高电源抑制比(PSRR)和共模抑制比(CMRR)以及常见的抗噪声能力。
如上所述，自动增益控制组件204可以与光接收器电路200的一些或所有可编程反馈电阻器进行通信，即，例如与用于控制相应增益放大器级的增益的局部可编程反馈电阻器215、216、217、218、219、220进行通信，以及用于基于由DC恢复组件205输出的信号控制跨阻放大器电路的等效跨阻的可编程反馈电阻器226、227中的一些或全部进行通信。
为了完整起见，应注意的是，图2所示的术语Rctr1<M+1:N>和Rctr1<M+1:N>可以被理解为指可编程反馈电阻器中包含的可能的多个晶体管。如前所述，所述可编程反馈电阻器可以遵循激活顺序，例如，可以首先激活电阻器226、227、219和220，并且之后，激活电阻器215、216、217、218。
图3示例性示出了用于更好地理解本发明的一些方面的光接收器电路300的可能架构。
所述示例性光接收器电路300可以包括自动增益控制组件307和DC恢复组件308，其中，所述DC恢复组件308尤其可以包括低通滤波器(未示出)。
此外，光接收器电路300包括示例性跨阻放大器电路303，具有输入301和输出302并且具有示例性增益放大器级312。
所述增益放大器级312可以类似于之前描述的跨阻放大器电路，包括示例性增益放大器304和示例性局部可编程反馈电阻器305和306，在所示的情况下，示例性局部可编程反馈电阻器305和306也可以用作全局可编程反馈电阻器并且用于基于由DC恢复组件308输出的信号控制跨阻放大器电路303的(等效)跨阻，以提供用于不同电流范围的输入电流信号的恒定的输出电压幅值。
优选地，所述增益放大器级的增益应足够高，以获得电流到电压跨阻放大器响应的最大带宽，特别是对于高等效跨阻值。
优选地，如上所述，该跨阻放大器电路因此可以包括多于一个的增益放大器级。
特别地并且通常认为用于跨阻放大器电路的较高(等效)跨阻的较高带宽需要增益放大器级的增益放大器的较高增益。
例如，该跨阻放大器电路相对于3-dB点的带宽ω-3dB可以近似为：
其中，例如，A0是该增益放大器级的增益放大器的开环增益，RF是反馈电阻器的等效电阻，并且Cf是该增益放大器的总等效输入电容。
例如，对于约150MHz的带宽和RF≈200Ω和CF≈4PpF的示例性值，将需要至少约60dB的DC增益。
此外，跨阻放大器电路303可以包括/可以在其后跟随输出缓冲器311，例如单位增益放大器或电压跟随器，以隔离跨阻放大器电路的一个/所述输出节点。
类似于图2，示例性光接收器电路300可以包括两个光检测器，例如光电二极管310、309，其中，一个光检测器309被配置为接收输入光信号，并且另一个光检测器310屏蔽输入光信号，并且跨阻放大器电路303可以具有差分拓扑结构，其中跨阻放大器电路303的一个支路(例如正支路)连接到被配置为接收光信号的光检测器309；以及跨阻放大器电路303的另一支路(例如负支路)连接到屏蔽光信号的光检测器310。然而，还可以想到得是，例如，跨阻放大器电路的可能的所述负支路可以连接到光检测器的等效电气模型(未示出)(例如光电二极管的等效电气模型)，例如连接到包括电阻器和/或电容器的电路。
为了完整性，应注意的是，例如光电二极管309的光检测器连接至VDD，这仅仅是为了说明的目的，根据光电二极管的性质，例如阳极接地的其他连接也是可能的。
图4示例性示出了示例性输入电流信号401的时间顺序400，例如来自诸如光电二极管(未示出)的光检测器的示例性光电流信号。
该附图示出了对于给定平均光功率电平(即，对于给定的光纤长度、温度、工艺等)的传输信号的瞬态演变。例如，所示的时间顶标可以是几百MHz或GHz的数量级。
如图所示，示例性输入电流信号401可以在最大输入电流水平402与最小输入电流水平404之间变化，并且可以具有由附图标记403表示的平均输入电流水平。
最大输入电流水平402与最小输入电流水平404之间的差值可以定义输入电压摆幅或输入电流的变化。
例如，在模拟传输的情况下，发送信号可以取在这两个值402、404之间的任何值，并且光接收器(电路)负责将其解释为数字发送信号。
平均电流403示例性地表示接收到的输入信号的DC分量。由于重构接收器中的传输信号不一定需要该DC分量，所以可以通过例如DC恢复组件(例如图3的DC恢复组件308)去除该DC分量。
此外，平均输入电流403可以提供对所接收的光电流最大输入幅值的良好估计。在光传输中，Imax和Imin之间的差异由以下关系给出：
其中，ER被称为消光比(extinction ratio)并且可以针对给定的通信协议来定义。
因此，对于给定的ER，最大输入电流摆幅可以使用平均电流403进行计算并且用于调整跨阻放大器的等效跨阻，以在跨阻放大器的输出处获得定义的输出电压摆幅。
重要的是要注意，根据接收到的光功率的电平，平均电流变化可以达到三个数量级或以上。
图5示例性示出了增益放大器500，例如，第一增益放大器级(未示出)的增益放大器。
在该示例中，该增益放大器可以包括具有电阻负载Rload 501的级联晶体管。
代替电阻负载Rload，当优化增益、输入参考噪声与工艺角变化之间的期望平衡时，还可以使用PMOS(p沟道金属氧化物半导体)负载。
该级联晶体管可以是级联的NMOS(n沟道金属氧化物半导体)场效应晶体管，其尤其可以改善跨阻放大器电路(未示出)的电流噪声特性，因为跨阻放大器电路的输入参考噪声可以与输入差分对的等效跨阻和等效输入电容成反比。
然而，还可以使用诸如PMOS(p沟道金属氧化物半导体)场效应晶体管的其它晶体管类型。
此外，还可以使用其他技术来实现增益放大器500，例如双极(双极结型晶体管技术)、BiCMOS(双极结型晶体管技术与互补金属氧化物半导体技术的组合)、基于GaAs(砷化镓)的技术等。
级联晶体管可以尤其允许增加输入差分对504、505(跨阻放大器电路的)的等效阻抗以获得更高的增益。
该增益放大器的增益和输出阻抗可以通过跨阻放大器电路(未示出)的等效跨阻来按比例缩放。
输入差分对的偏置电流Ibias 503尤其可以由跨阻控制电路(未示出)获得，该跨阻控制电路随着光接收器电路中可能的工艺/电压/温度(PVT)变化而保持恒定跨阻，从而提高了光接收电路在所有条件下的稳定性控制、线性度和噪声性能。
换句话说，偏置电流Ibias 503可以随着PVT变化而变化，以便于对于所有的PVT变化保持增益恒定，从而尤其在所有工艺角中有助于闭环响应并保持类似的性能。
此外，增益放大器500可以包括用于控制输入光检测器(即输入光电二极管)的反向偏置电压的共模控制组件502。这尤其可以提高输出共模电压的控制和稳定性，并且可以提高可能的随后增益放大器级的性能。
虽然上述架构和拓扑结构可以被植入到第一增益放大器级的增益放大器中以改善跨阻放大器电路的输入参考噪声，但是可能的其它后续级可以遵循类似的架构和拓扑结构。
图6示例性示出了示例性共模控制电路组件600，其可以在光接收器电路(未示出)的跨阻放大器电路的增益放大器级的增益放大器中实现该共模控制电路组件，即，例如所有增益放大器可以具有共模控制电路组件。
共模控制电路组件可以用于补偿偏置电流Ibias的变化，而不会显著影响通过输入差分对的电流量并且保持跨阻特性和功能。
在本示例中，共模控制电路组件600可以通过两个大电阻器602、603来对增益放大器级的输出节点(未示出)进行采样，以避免修改增益放大器级的输出阻抗(未示出)。
例如，所述大电阻器602、603可以具有数百千欧至几兆欧范围内的电阻值。
因此，可以将该共模与参考值601(VCM)进行比较，并且该差值可以例如通过1kHz跨阻电容滤波器进行低通滤波。
随后，例如，可以通过诸如NMOS晶体管的晶体管从输出节点减去相应的电流来调整该共模。
为了完整性，应注意的是，该共模控制电路组件拓扑结构不限于所提出的跨阻-电容方案或MOS晶体管，而是可以通过执行上述功能和步骤的其他方式来实现共模控制电路组件。
图7示例性示出了控制顺序700的可能步骤，以用于以稳定方式控制光接收器电路(未示出)的跨阻放大器电路的等效跨阻。
例如，示例性顺序步骤可以由自动增益控制组件(未示出)执行，并且可以包括以下步骤中的一个、部分或全部并且以不同的步骤顺序进行：
步骤701：计算来自例如光电二极管的光检测器的平均输入电流
步骤702：使用计算的输入电流来计算所需的跨阻
步骤703：通过开始减少连接在跨阻放大器电路的输入与输出之间的可编程反馈电阻器的阻抗来开始降低跨阻放大器电路的等效跨阻，同时保持该跨阻放大器电路的反馈环路打开(open)
步骤704：一旦连接在跨阻放大器电路的输入与输出之间的可编程反馈电阻器的阻抗被设置为给定的最小值，就从减少最后一个增益放大器级的至少一个局部可编程反馈电阻器的电阻反馈开始，减小增益放大器级的电阻反馈。
与步骤703和704并行，可以减小其他增益放大器级的其他局部可编程反馈电阻器的电阻反馈，以减小其他增益放大器级的增益，并且进一步控制光接收器电路的跨阻放大器电路的稳定性。
所描述的步骤和顺序仅是示例性的，并且包括通过可编程反馈电阻器/分流电阻器改变不同增益放大器级的增益的其他顺序也是可以想到的，以及用于减少跨阻放大器电路的输入与输出之间阻抗的其他步骤和方法也是可能的。
图8示例性示出了可编程反馈电阻器800的实施，例如，局部或全局可编程反馈电阻器的实施或连接在跨阻放大器电路的输入与输出之间的可编程反馈电阻器的实施。
例如，在示例性光接收器电路(未示出)中，所述可编程反馈电阻器中的一些或每个可以包括并联连接的多个晶体管802、803、804、805，并且通过其晶体管的栅极电压806、807、808、809控制所述可编程反馈电阻器的电阻，并且可编程反馈电阻器的晶体管802、803、804、805中的一些或全部可以具有不同的特性，例如可以在比例或大小上不同，例如栅极宽度与栅极长度的比率810、811、812不同，例如从相应可编程反馈电阻器的中的第一个晶体管至最后一个晶体管的栅极宽度与栅极长度的比率不同。
所述晶体管的可能的不同特性尤其可以降低线性度问题并对于全动态范围改善所述可编程反馈电阻器在欧姆区域中的操作。
例如，当VDS<VDS，Sat时，诸如CMOS晶体管的MOS晶体管在欧姆区域中工作，其中，VDS是漏源电压；并且VDS，Sat是当进入饱和区域并且发生非线性特性时的漏源电压。
由于VDS＝VGS-Vth，其中，VGS是栅源电压并且Vth是阈值电压，例如，所述晶体管可以配置和设计成使VGS工作点最大化，以改善整个范围内的等效阻抗的线性特性。
此外，如示例性顺序801所示，可以从较小的栅极宽度与栅极长度的比率到较大的栅极宽度与栅极长度的比率依次激活晶体管802、803、804、805。
光接收器电路的可编程反馈电阻器的晶体管的这种示例性连续激活可以提高等效阻抗转换的线性度，例如，从高等效阻抗值到低等效阻抗值的等效阻抗转换的线性度。
图9示例性示出了当实施可编程反馈电阻器中的晶体管(未示出)的示例性栅极宽度与栅极长度的依赖性902时，用于光接收器电路(未示出)的可编程反馈电阻器(未示出)的等效阻抗901的可能线性降低特性900。
例如，激活顺序类似于以上所述的激活顺序，其中从较小的栅极宽度与栅极长度的比率到较大的栅极宽度与栅极长度的比率激活晶体管，并且所述晶体管控制所述可编程反馈电阻器(未示出)的栅极电压903。
上述可编程反馈电阻器的设计以及晶体管在足够高并优化的VGS-Vth区域中工作的顺序激活可以确保在整个动态范围内的良好线性特性。
为了完整性，应注意的是，所示出的可能的线性降低特性900对于跨阻放大器电路的等效跨阻特性也可以有效。
图10a示例性示出了可能的DC恢复组件架构1000，其中，该DC恢复组件可以包括低通滤波器1001。
该DC恢复组件可以通过例如闭环控制来去除由至少一个光检测器产生的电流信号(即光电流)的输入DC电流，即平均电流Iavg，其可以涉及跨阻放大器电路(TIA，未示出)的输出电压的低通滤波以计算其DC分量VDC。
顺序电压发生器1002和电流源1003可以位于低通滤波器1001之后，电流源1003产生要从跨阻放大器输入中减去的等效DC电流并且可以由顺序电压发生器产生的顺序电压控制电压VDC控制的一组并联晶体管的方法构建该电流源，顺序电压发生器可被配置为连续控制DC电压。
图10b示例性示出了依赖于用于可能的DC恢复组件架构(例如直流恢复组件架构1000)的所计算出的DC电压分量VDC的DC输入电流的线性特性1004。
图10c示例性示出了可能跨阻放大器电路架构与可能DC恢复组件架构(例如如上所述的DC恢复组件架构1000和跨阻放大器电路架构)的共同的闭环控制响应特性1006。
该跨阻放大器电路闭环响应与直流恢复一起可以形成带通滤波器，其中，可以由下述公式给出低角频率或低频极点1005(ωpl)：
ωpl＝Tz0〃gm,cs〃GBWLPF
其中，Tz0是等效跨阻，gm,cs是电流源(例如图10a的电流源组件1003的并联晶体管组)的等效跨导，并且GBWLPF是低通滤波器的增益带宽积(gain bandwidth product)。
对于所有可能的跨阻范围，所述低角频率ωpl或低频极点1005可以保持恒定，从而尤其防止由光接收器电路处理的通信信号的基线漂移(baseline wandering)。此外，等效跨导gm,cs可以与等效跨阻Tz0一起移动。
例如，由该DC恢复组件产生的DC电流，即由该DC恢复组件输出的DC电流信号，可以通过按比例缩放的晶体管阵列产生，例如如图10a所示，该按比例缩放的晶体管阵列可以随着DC电压输出增加而依次激活。
另外，可以减小电流源的等效跨导gm,cs以减少在跨阻放大器的输入处注入的DC恢复的电流噪声。电流源的顺序电压激活的使用有助于使电流噪声注入最小化。
所描述的架构尤其可以允许保持恒定的Tz0〃gm,cs乘积，并且同时减少注入到跨阻放大器电路输入中的噪声量，因为如例如以上图8所述，在该架构中使用的晶体管可以被配置和设计成用于使其栅源电压VGS工作点最大化。
例如，栅源电压VGS越高，gm/ID越小，所谓的反转系数越小，从而导致晶体管的光谱噪声密度越小，光接收电路的整体性能越好。
再次注意，为了完整性，可以使用晶体管不限于MOS(金属氧化物半导体)，例如，CMOS(互补金属氧化物半导体)、基于架构的实施方式。
图11示例性示出了用于连续电压控制的可能顺序电压控制组件1100，其例如可以用于如上所述的光接收器电路的DC恢复组件(未示出)中。
示例性可能的顺序电压控制组件1100可以接收输入参考电流Iref和来自一个/所述低通滤波器(未示出)的信号Vdc，其可以被转换为与DC恢复组件(未示出)的输出DC电压成正比的电流Iin。
然后，所述转换的依赖输入电压的电流Iin可以通过电流镜1104随着复制参考电流Iref的缩放阵列而被复制。
如图所示，连接为二极管的晶体管(例如连接为二极管的NMOS晶体管)可以将过量的电流转换为电压，从而构建顺序位，例如沿着阵列从最小值到最大值顺序上升。
例如，在当前输入电压Vdc小的情况下，所有的输出电压1105、1106、1107都为低。
因此，典型的电压可以在1V至5V的范围内。
由于MOS晶体管的栅极宽度与栅极长度的比率不同，如示例性顺序1101所示，随着电压Vdc的增大，不同的输出电压VDC<i>，1105、1106、1107(i为大于1的自然数)被依次激活。
另外，适当的尺寸，即栅极宽度与栅极长度的比率的适当尺寸可以精确地控制激活顺序。
图12示出了自动增益控制组件1200。由自动增益控制组件1200执行的自动增益控制可以基于由DC恢复组件(未示出)产生的直流电流1209和主跨阻放大器电路(TIA)的缩放版本，该主跨阻放大器电路的缩放版本被称为伪跨阻放大器电路(伪TIA)1208。
换句话说，例如，示例性自动增益控制组件1200可以包括至少一个伪增益放大器级以及输出缓冲器，其中，伪增益放大器级具有伪增益放大器1205和伪可编程反馈电阻器1206、1207。
事实上，伪跨阻放大器电路1208可以具有例如与主跨阻放大器电路(未示出)相同数量伪增益放大器级、相同数量的伪增益放大器和相同数量的伪可编程反馈电阻器，但是它们的特征值和性质可以被按比例缩放，以便具有较低的功耗而具有相同的DC特性(例如，相同的等效DC增益和相同的等效跨阻)，以便于光接收器电路的正确校准。
此外，由至少一个光检测器产生的电流信号(即光电流)的DC电流(即平均电流Iavg)可以与输入信号的AC(交流)分量的幅值成比例。
参考信号1201(例如参考电压)可以表示在主跨阻放大器电路输出(未示出)处允许的一个/所述最大输出电压幅值。
在伪跨阻放大器电路1208之后的可能块可以具有例如高达60dB或更大的高增益，并且可以产生与伪跨阻放大器电路1208和参考电压1201之间的差值成比例的输出电压。
所述块还可以包括顺序电压发生器1203，并且其可以类似于DC恢复组件的可能顺序电压发生器。
所述顺序电压发生器1203可以顺序地产生电压控制信号1202(Rctr1<1：N>)，其可以驱动伪跨阻放大器电路1208和主跨阻放大器电路这两者的可编程反馈电阻器。
图13示例性示出了光通信系统1300，其包括光发送器1301、光纤链路1302(例如塑料纤维)以及光接收器1303。
在该示例性光通信系统1300中，光发射机的发光装置(例如由LED驱动电路1305驱动的发光二极管(LED)1306)输出馈送到光纤链路1302(例如塑料纤维)的光信号，该光纤链路将光信号引导到例如光接收器1303的光接收装置，其中，例如由光电二极管1307接收光。由光电二极管1307接收的光产生光电流，该光电流例如通过根据并符合一个(或一些)上述示例性架构的跨阻放大器电路(TIA)1308转换为电压输出信号1309。
此外，在该示例性光通信系统1300中，光接收器1303包括根据并符合上述光接收器电路的一个(或一些)示例性架构的光接收器电路1304。
为了完整，注意到上述光接收器电路的一个(或一些)示例性架构不限于基于MOS(金属氧化物半导体)架构的实施方式。上述示例性的光接收器电路的架构设计也与任何其他技术相兼容，例如双极(双极结型晶体管技术)、BiCMOS(双极结型晶体管技术和互补金属氧化物半导体技术的组合)、基于GaAs(砷化镓)的技术等。
随附13幅附图，共13页。
附图标记表示以下组件：
100 光接收器电路的部件的示例性原理图架构
101 示范性跨阻放大器电路
102 跨阻放大器电路的示例性输入/输入信号，例如输入电流信号
103 跨阻放大器电路的示例性输出/输出信号，例如输出电压信号
104 示例性光检测器，例如光电二极管
105 示例性局部/全局可编程反馈电阻器
106 示例性局部可编程反馈电阻器
107 示例性局部可编程反馈电阻器
108 示例性局部可编程反馈电阻器
109 示例性局部/全局可编程反馈电阻器
110 示例性局部可编程反馈电阻器
111 示例性局部可编程反馈电阻器
112 示例性局部可编程反馈电阻器
113 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性可编程反馈电阻器
114 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性可编程反馈电阻器
115 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性可编程反馈电阻器
116 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性可编程反馈电阻器
117 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性可编程反馈电阻器
118 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性可编程反馈电阻器
119 示例性增益放大器
120 示例性增益放大器
121 示例性增益放大器
122 示例性增益放大器
123 示例性(第一)增益放大器级
124 示例性增益放大器级
125 示例性增益放大器级
126 示例性(最后)增益放大器级
200 示例性光接收器电路
201 示例性跨阻放大器电路
202 跨阻放大器电路的示例性输入/输入信号，例如输入电流信号
203 跨阻放大器电路的示例性输出/输出信号，例如输出电压信号
204 示例性自动增益组件
205 示例性DC恢复组件
206 示例性的暗(伪)光检测器、暗(伪)光电二极管或光检测器/光电二极管的等效电气模型
207 示例性光检测器，例如光电二极管
208 示例性可能的低通滤波器
209 示例性(第一)增益放大器级
210 示例性增益放大器级
211 示例性(最后)增益放大器级
212 示例性(第一)增益放大器
213 示例性增益放大器
214 示例性(最后)增益放大器
215 示例性局部/全局可编程反馈电阻器
216 示例性局部/全局可编程反馈电阻器
217 示例性局部可编程反馈电阻器
218 示例性局部可编程反馈电阻器
219 示例性局部可编程反馈电阻器
220 示例性局部可编程反馈电阻器
221 跨阻放大器电路的输入与输出之间的示例性固定(全局)电阻器
222 示例性单位增益放大器，示例性缓冲器
223 示例性单位增益放大器，示例性缓冲器
224 示例性分流可编程电阻器
225 跨阻放大器电路的输入与输出之间的示例性固定电阻器
226 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性(全局)可编程反馈电阻器
227 用于控制跨阻放大器电路的等效跨阻的示例性(全局)可编程反馈电阻器
300 示例性光接收器电路
301 跨阻放大器电路的示例性输入/输入信号，例如输入电流信号
302 跨阻放大器电路的示例性输出/输出信号，例如输出电压信号
303 示范性跨阻放大器电路
304 示例性增益放大器
305 示例(局部/全局)可编程反馈电阻器
306 示例(局部/全局)可编程反馈电阻器
307 示例性自动增益组件
308 示例性DC恢复组件
309 示例性光检测器，例如光电二极管
310 示例性的暗(伪)光检测器、暗(伪)光电二极管或光检测器/光电二极管的等效电气模型
311 示例性输出缓冲器
400 示例性输入电流信号的示例性时间序列
401 示例性输入电流信号，例如光电流信号
402 示例性最大输入电流水平，示例性最大输入电流信号
403 示例性平均输入电流水平，示例性平均输入电流信号
404 示例性最小输入电流水平，示例性最小输入电流信号
500 示例性增益放大器，例如第一增益放大器级的示例性增益放大器
501 示例性电阻负载，例如级联晶体管的电阻负载
502 示例性共模控制组件
503 示例性偏置电流
504 差分输入对的示例性部分
505 差分输入对的示例性部分
600 示例性共模控制电路组件
601 示例性参考值
602 示例性(第一)大电阻，计算输出共模的示例性电阻
603 示例性(第二)大电阻，计算输出共模的示例性电阻
700 示例性控制顺序
701 示例性控制顺序步骤
702 示例性控制顺序步骤
703 示例性控制顺序步骤
704 示例性控制顺序步骤
800 可编程反馈电阻器的示例性实施方式
801 栅极宽度与栅极长度比的示例性尺寸
802 示例性晶体管
803 示例性晶体管
804 示例性晶体管
805 示例性晶体管
806 可编程电阻的示例性栅极控制电压
807 可编程电阻的示例性栅极控制电压
808 可编程电阻的示例性栅极控制电压
809 可编程电阻的示例性栅极控制电压
810 示例性栅极宽度与栅极长度的比
811 示例性栅极宽度与栅极长度的比
812 示例性栅极宽度与栅极长度的比
900 等效阻抗线性降低的示例性特性
901 可编程反馈电阻器的示例性等效阻抗
902 根据可编程电阻器的示例性晶体管尺寸
903 一个(一些)可编程反馈电阻器的示例性栅极控制电压
1000 示例性DC恢复组件架构
1001 示例性低通滤波器
1002 示例性顺序电压发生器
1003 示例性顺序电流源组件，例如，并联晶体管组
1004 DC输入电流的示例性特性
1005 示例性低频极点
1006 示例性闭环控制响应特性
1100 示例性顺序电压控制组件
1101 栅极宽度与栅极长度比的示例性依赖
1102 示例性输入参考电流，Iref
1103 来自低通滤波器的示例性信号
1104 示例性电流镜
1105 示例性输出电压
1106 示例性输出电压
1107 示例性输出电压
1200 示例性自动增益控制组件
1201 示例性参考信号，例如，表示允许主跨阻放大器电路输出处的最大输出电压幅值
1202 示例性电压控制信号
1203 示例性顺序电压发生器
1204 示例性输出缓冲器
1205 示例性伪增益放大器
1206 示例性伪可编程反馈电阻器
1207 示例性伪可编程反馈电阻器
1208 示例性伪跨阻放大器电路
1209 由DC恢复组件生成的示例性DC(伪)电流信号
1300 示例性光通信系统
1301 示例性光发射机
1302 示例性光纤链路
1303 示例性光接收器
1304 示例性光接收器电路
1305 示例性LED驱动电路
1306 示例性发光器件，例如发光二极管(LED)
1307 示例性光检测器，例如光电二极管
1308 示范性跨阻放大器电路
1309 示例性输出信号，例如输出电压

Claims (15)

1.一种光接收器电路(200)，包括：
至少一个光检测器(207)，其被配置为将接收到的光信号转换成输入电流信号，
跨阻放大器电路(201)，具有用于接收来自所述至少一个光检测器(207)的输入电流信号的输入，并且被配置为将所接收的输入电流信号转换为输出电压信号，以产生所述跨阻放大器电路(201)的输出信号，其中，所述跨阻放大器电路包括多个增益放大器级(209、210、211)，
DC恢复组件(205)，其中，所述DC恢复组件(205)被配置为接收所述跨阻放大器电路(201)的输出电压信号以恢复所接收的电流信号的DC分量，并被配置为输出对应的电流信号，
自动增益控制组件(204)，被配置为基于由所述DC恢复组件(205)输出的信号，经由至少一个可编程反馈电阻器(226、227)控制所述跨阻放大器电路的等效跨阻，以提供用于不同电流范围的输入电流信号的恒定的输出电压幅值。
2.根据权利要求1所述的光接收器电路(200)，其中，所述增益放大器级(209、210、211)中的至少一些包括增益放大器(212、213、214)和用于控制相应增益放大器级(209、210、211)的增益的至少一个局部可编程反馈电阻器(215、216、217、218、219、220)，并且其中，所述自动增益控制组件(204)还被配置为基于由所述DC恢复组件(205)输出的信号控制所述增益放大器级的所述局部可编程反馈电阻器(215、216、217、218、219、220)中的至少一些，和/或
其中，用于控制所述跨阻放大器电路(201)的等效跨阻的所述至少一个可编程反馈电阻器(226，227)被布置在所述跨阻放大器电路的输入与所述跨阻放大器电路的输出信号之间。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，包括用于控制所述跨阻放大器电路(201、101)的等效跨阻的多个可编程反馈电阻器(226、227、215、216、105、109、113、114、115、116、117、118)，并且其中，用于控制所述跨阻放大器电路的等效跨阻的所述可编程反馈电阻器(215、216、105、109、114、115、116、117)中至少一些连接在所述跨阻放大器电路的输入与不同增益放大器级(123、124、125、126)的输出之间。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，还包括连接在所述跨阻放大器电路的输入与输出信号之间的固定电阻器(221、225)，用于限制所述跨阻放大器电路的最大等效跨阻，和/或
其中，所述DC恢复组件(205)被配置为减去所接收的电流信号的DC分量，并且其中，所述自动增益控制组件(204)被配置为基于复制的所减去的DC分量来控制所述跨阻放大器电路(201)的等效跨阻。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，所述光接收器电路包括两个光检测器(206、207)，其中一个光检测器(207)被配置为接收所述光信号，并且另一光检测器(206)屏蔽光信号，并且其中，所述跨阻放大器电路(201)具有差分拓扑结构，其中，所述跨阻放大器电路的例如正支路(228)的一个支路连接到被配置为接收所述光信号的所述光检测器(207)，并且所述跨阻放大器电路的例如负支路(229)的另一支路连接到屏蔽所述光信号的所述光检测器(206)，或者
其中，所述光接收器电路包括具有差分拓扑结构的跨阻放大器电路，其中，所述跨阻放大器电路的例如正支路的一个支路连接到被配置为接收所述光信号的所述光检测器，并且所述跨阻放大器电路的例如负支路的另一支路连接到光电二极管的等效电气模型，例如连接到包括电阻器和/或电容器的电路。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，用于控制所述增益放大器级的增益的所述局部可编程反馈电阻器(217、218、219、220)中的至少一些连接到所述增益放大器级的局部输入和输出，和/或其中，用于控制所述增益放大器级的增益的至少一些局部可编程反馈电阻器(224)被布置成使一些所述增益放大器级的输出短路。
7.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，所述至少一个增益放大器级包括诸如级联晶体管的差分对，具有电阻负载(501)Rload或具有有源负载，例如具有p沟道金属氧半导体场效晶体管PMOS负载，和/或
其中，至少一个、一些或每个增益放大器级包括用于提供适于控制所述光检测器的反向偏置电压的信号的共模控制电路(502)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，所述光接收器电路被配置为执行以下步骤中的一个、部分或全部步骤：
例如基于由所述DC恢复组件输出的复制电流计算由所述至少一个光检测器产生的电流信号的平均电流，
使用所计算的平均电流来计算所述跨阻放大器电路所需的等效跨阻，并且用于控制所述跨阻放大器电路(201)的等效跨阻，以提供用于不同电流范围的输入电流信号的恒定的输出电压(203)幅值，
降低所述增益放大器级(209、210、211)的增益。
9.根据上述权利要求2至12中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，所述自动增益控制组件(204)被配置为执行用于控制所述跨阻放大器电路(201)的等效跨阻的以下步骤(702、703、704)中的一个、一些或所有步骤：
使用由所述DC恢复组件(205)输出的电流来计算所述跨阻放大器电路(201)所需的等效跨阻，
通过减少连接在所述跨阻放大器电路的输入与输出之间的所述至少一个可编程反馈电阻器(226，227)的阻抗开始减小所述跨阻放大器电路(201)的等效跨阻，
一旦连接在所述跨阻放大器电路的输入与输出之间的至少一个可编程反馈电阻器(226、227)的阻抗被设置成给定的最小值，就通过开始降低连接在所述跨阻放大器电路的输入与最后一个增益放大器级的输出之间的可编程反馈电阻器(215、216)的阻抗来顺序地减小连接在所述跨阻放大器电路的输入与不同增益放大器级的输出之间可能的另一可编程反馈电阻器的阻抗。
10.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，所述自动增益控制组件(204)还被配置为执行以下步骤：
通过控制依次减小所述增益放大器级的所述局部可编程反馈电阻器(217、218、219、220、224)的电阻反馈或分流电阻器来控制所述增益放大器级(209、210、211)的增益，例如，通过控制减小所述最后一个增益放大器级的所述局部可编程反馈电阻器(219、220)的所述电阻反馈开始。
11.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，所述可编程反馈电阻器(215、216、217、218、219、220、224、225、226)中的一些或每个包括并联连接的多个晶体管(802、803、804、805)，且其中，所述局部可编程反馈电阻器的电阻经由其晶体管的栅极电压(806、807、808、809)进行控制，且其中，可编程反馈电阻器的一些或全部所述晶体管具有不同的特征，例如，比例或尺寸不同、它们的栅极宽度与栅极长度的比率不同，从相应的可编程反馈电阻器的第一个晶体管到最后一个晶体管的栅极宽度与栅极长度的比率增加。
12.根据权利要求11所述的光接收器电路(200)，其中，可编程反馈电阻器的晶体管被配置为按顺序(900)被激活，例如，被配置为从相应的可编程反馈电阻器的所述第一个晶体管至所述最后一个晶体管按顺序被激活。
13.根据上述权利要求中任一项所述的光接收器电路(200)，其中，所述DC恢复组件(205)包括顺序电压发生器(1002)，其中，所述顺序电压发生器输出驱动包括多个按比例缩放的晶体管的电流源(1003)，且其中，所述按比例缩放的晶体管被配置为依次被激活以增加所述DC恢复组件的DC电流输出，且其中，所述DC恢复组件包括低通滤波器(1001)，所述低通滤波器(1001)连接到所述跨阻放大器电路的输出(203)，其中，所述低通滤波器(1103)的输出用作所述顺序电压发生器(1002)的输入，且其中，所述DC恢复组件的DC电流输出连接到所述至少一个光检测器(207)的输出，所述至少一个所述光检测器的输出连接到所述跨阻放大器电路(201)的输入(228)，和/或
其中，所述自动增益控制组件(204)包括伪跨阻放大器电路(1208)，所述伪跨阻放大器电路(1208)是根据上述权利要求中任一项所述的跨阻放大器电路(201)的缩放版本，其中，所述伪跨阻放大器电路(1208)包括多个伪增益放大器级(1205)，且其中，所述伪跨阻放大器电路(1208)被配置为接收由所述DC恢复组件输出的复制DC电流(1209)作为输入，且其中，所述伪跨阻放大器电路进一步被配置为将接收到的输入电流信号转换为电压信号以产生用于控制所述跨阻放大器电路的等效跨阻的输出信号(1202)，且其中，例如每个伪增益放大器级包括伪增益放大器和至少一个伪局部可编程反馈电阻器。
14.根据上述权利要求所述的光接收器电路(200)，其中，与被配置为具有相同编程状态的所述可编程反馈电阻器的所述跨阻放大器的等效跨阻相比较，所述伪跨阻放大器电路(1208)具有用于给定编程状态的所述伪可编程反馈电阻器(1206、1207)的相同的等效跨阻，并且其中，所述自动增益控制组件被配置为用于执行以下步骤中的一个、一些或全部：
使用由所述DC恢复组件输出的复制DC电流(1209)作为所述伪跨阻放大器电路的输入，以将该电流转换为与所要求的跨阻成比例的电压，
将所述伪跨阻放大器电路的输出与给定的参考电压(1201)进行比较，并且基于该比较，生成一组栅极控制电压(1202)，以通过所述伪可编程反馈电阻器对所述伪跨阻放大器电路的跨阻进行编程，
使用产生的所述栅极控制电压(1202)将所述跨阻放大器电路(201)的等效跨阻设置为将所述跨阻放大器电路的输出电压(203)幅值设置为期望值的值。
15.一种用于光通信系统(1300)的光接收器(1303)，包括根据上述权利要求中任一项所述的至少一个光接收器电路(1304)。
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