CN111181562B - 用于宽动态范围的雪崩光电二极管电流压扩的对数标度模数转换器 - Google Patents

用于宽动态范围的雪崩光电二极管电流压扩的对数标度模数转换器 Download PDF

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Abstract

电子电路包括模数转换器(ADC)电路。ADC电路包括前置放大晶体管和量化器电路。前置放大晶体管包括基极、发射极和集电极。前置放大晶体管被配置为在所述基极处接收对数变化的输入电压；并且根据参考电压与所述输入电压和所述发射极处电压之间的差值的比较，在所述集电极处产生输出电压。量化器电路可操作地耦合到前置放大晶体管，并被配置为使用由前置放大晶体管产生的输出电压为输入电压生成数字值。

Description

用于宽动态范围的雪崩光电二极管电流压扩的对数标度模数 转换器
相关申请的交叉引用
本公开要求申请号为16/186,238，2018年11月9日提交的名称为“用于宽动态范围的雪崩光电二极管电流压扩的对数标度模数转换器”的美国申请专利的权益和优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
该文件涉及集成电路，尤其涉及监视使用雪崩光电二极管(APD)产生的电流。
背景技术
下雪崩光电二极管(APD)用于将光信号转换为电信号，例如用于光学接收器。APD电流可用作光信号强度的指示。因此，需要实时测量APD电流以监控APD的性能。但是，APD产生的电流的动态范围可能为10,000比1。如此大的动态范围可能使设计电路来跟踪APD电流具有挑战性。
发明内容
该文件通常涉及电流监视电路及其操作方法。在一些方面，电子电路包括模数转换器(ADC)电路。ADC电路包括前置放大晶体管和量化器电路。前置放大晶体管包括基极、发射极和集电极。前置放大晶体管被配置为在所述基极处接收对数变化的输入电压；并且根据参考电压与所述输入电压和所述发射极处电压之间的差值的比较，在所述集电极处产生输出电压。量化器电路可操作地耦合到前置放大晶体管，并被配置为使用由前置放大晶体管产生的输出电压为输入电压生成数字值。
在一些方面，一种操作电流监视电路的方法包括：向前置放大晶体管的基极施加对数变化的输入电压；将来自数模转换器(DAC)电路的输出电压施加到所述前置放大晶体管的发射极；向所述前置放大晶体管的集电极施加参考电流源以建立阈值电压，并将所述集电极处的集电极电压拉至高电源电压；其中当对数变化的输入电压与DAC电路的输出电压之间的差大于建立的阈值电压时，所述集电极电压被下拉至低电源电压；和使用所述集电极电压作为包括DAC电路的量化器电路的输入，为所述对数变化的输入电压生成数字值。
本部分旨在提供本专利申请的主题的概述。并不旨在提供本发明的排他性或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的更多信息。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的组件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体上示出了本文档中讨论的各种实施例。
图1是对数标度电流模式模数转换器(ADC)电路的示例的电路图。
图2是用作比较器的单个NPN型双极晶体管的电路示意图。
图3是包括对数标度电流模式ADC电路的电子电路的示例的电路图。
图4是包括对数标度电流模式ADC电路的电子电路的另一示例的电路图。
图5是操作电流监测电路的方法的流程图。
具体实施方式
如本文先前所解释的，APD可用于将光信号转换为电信号，但是APD电流的动态范围在监视APD性能的电路设计中提出了挑战。解决大动态范围的一种方法是将APD的电流转换为对数刻度的电压信号。这种对数的电流到电压(I2V)转换可压缩或扩展电流的宽动态范围以进行量化。对于APD电流监控，对数I2V转换比线性I2V转换更具吸引力。例如，使用对数I2V，8位量化器可以在四十年的输入范围内达到3.663％的相对精度，而对于线性I2V转换，则需要18位量化器具有相同的精度。
由于其指数I-V特性，NPN型双极型晶体管(“NPN晶体管”)可以用作I2V转换器。例如，基于NPN晶体管对数I-V特性的跨导放大器可以实现对数规模的I2V转换。然而，对数电压的处理可能需要外部或片外模数转换器(ADC)电路。对于某些应用，多芯片解决方案可能太大。例如，光通信中的应用通常需要在紧凑的可用模块空间内(例如，四毫米乘四毫米(4×4mm)的四方扁平无引线(QFN)封装)提供紧凑而完整的APD偏置解决方案。可用空间可能需要容纳集成的单片电源开关和用于宽动态范围APD电流压扩的精确ADC。内部电源开关所致的有限的布局空间和嘈杂的环境给ADC电路设计提出了更多挑战，而ADC电路设计需要以可接受的精度覆盖宽动态范围输入。
图1是对数标度电流模式ADC电路的示例的电路图，该对数标度电流模式ADC电路适合于APD电流监视并且足够小以与APD驱动器集成。ADC电路102具有逐次逼近寄存器(SAR)拓扑，并且包括SAR逻辑电路104、比较器106和数模转换器(DAC)电路108。
由于诸如APD电流监控之类的应用的采样率可能相对较低，因此可以使用SAR拓扑结构，因为它简单且体积小。APD由电流源IAPD表示。APD电流IAPD馈入一个第一二极管连接的NPN晶体管以进行I2V转换。第一二极管连接的NPN晶体管110的基极连接至其集电极。代表IAPD的第一二极管连接的NPN晶体管110的基极电压连接到模拟电压比较器的正输入。反映APD电流范围下限的参考电流IREF使用第二个二极管连接的NPN晶体管112转换为电压。基极电压VREF代表电流IREF，并与DAC电路的输出求和使用模拟电压加法器114，并且连接到比较器106的负输入。在电路布局中，两个二极管连接的NPN晶体管110和112可以彼此靠近放置以实现良好的匹配。
SAR逻辑电路104、比较器106和DAC电路108将输入电压以及因此的APD电流转换为数字值。DAC电路108产生与数字代码和DAC参考电压(VDAC_REF)成比例的输出电压。在某些方面，DAC电路可以是电阻式R-2R梯形电路。转换可以从将DAC电路108设置为中间电平开始。比较器106确定VAPD输入或(VREF+DAC)输入是否更大，并将结果(转换的最高有效位(MSB))存储为SAR逻辑的寄存器1或0。然后可以将DAC电路108设置为1/4标度或3/4标度(取决于MSB的确定值)，并且比较器为转换的第二位做出决定。结果(1或0)存储在寄存器中，然后继续进行处理，直到确定了数字代码的所有位值为止。
当模数(A/D)转换过程完成时，ADC电路102产生表示IAPD的数字代码为：
其中，n是ADC的分辨率，以位为单位，m表示DAC参考电压与满量程DAC输出电压之比。VAPD和VREF分别是代表IAPD和IREF的电压，而VDAC_RFF是DAC参考电压。底函数floor(×)将小于或等于输入×的最大整数输出到该函数。
二极管连接的NPN晶体管用作I2V转换器时会产生与温度有关的电压，例如：
其中T是绝对温度，IS是NPN的饱和电流。
为了产生可以跟踪IREF和IAPD的温度依赖性的DAC输出，可以包括与绝对温度(PTAT)成比例的电压源116作为DAC的参考电压。为了覆盖整个APD电流范围，应将PTAT电压设置为VPTAT＝VT*m*lnk，其中k为输入电流动态范围比。例如，如果输入电流动态范围为10,000：1，并且满量程DAC输出电压为参考电压的一半，则VPTAT＝VT*2*ln10000＝8*ln10*VT。
使用PTAT电压源作为DAC参考电压，当A/D转换完成时，ADC产生与温度无关的数字代码，如下所示：
总的A2D精度主要由比较器106和模拟电压加法器114的精度确定。为了对由非理想电压源产生的电压求和而又不引入误差，或者需要具有高阻抗输入的模拟电压加法器，或者需要使用缓冲器将非理想电压源与输入到模拟加法器的输入隔离开。两种解决方案都将增加电路复杂度并增加电路面积，这对于将ADC监视电路与APD驱动器集成在一起是不切实际的。此外，对于I2V的对数转换，当将四十年的APD电流量化为8位数字代码时，最低有效位(LSB)表示位之间的相对差异3.663％。经过I2V转换后，3.663％的相对电流差导致VTln1.03663≈0.930mV的总体A2D精度主要取决于两个关键模块的精度，即模拟电压比较器和模拟电压加法器。
为了对不理想电压源产生的电压求和而不引入误差，或者需要具有高阻抗输入的模拟电压加法器，或者需要缓冲器将电压源与模拟加法器输入隔离。每种方法都会增加电路复杂性并需要额外的布局面积，与单片开关集成在一起是不切实际的。此外，对于I2V的对数转换，当将四十年的APD电流量化为8位数字代码时，一个LSB表示相对差3.663％。经过I2V转换后，在室温下，相对电流差为3.663％，导致VTln1.03663≈0.930milliolts(0.930mV)相对电压差。为了达到该分辨率，需要具有小于0.5LSB(即0.465mV)的偏移的比较器。
如果将更多功能集成到NPN晶体管中，则可以实现电路面积减少的改进方法。通过适当的电路配置，NPN晶体管既可以充当APD电流监视电路的放大器又可以充当比较器。
图2是用于示出单个NPN晶体管用作比较器的电路示意图。图2左侧所示的NPN晶体管的集电极连接到标有“CO”的电路节点。电流源IREF将电路节点“CO”上拉，同时由基极和发射极之间的电压差(VB–VE)设置的集电极电流将电路节点“CO”下拉。如果电压差VB–VE大于参考电流IREF设置的阈值(即)，则下拉电流大于上拉电流，节点CO被拉至低；否则，电路节点“CO”保持高电平。该功能表示为图2右侧所示的比较器。
当NPN晶体管的基极连接到APD电流的I2V转换器，并且NPN晶体管的发射极电压被迫施加到DAC电路输出时，如果出现以下情况，NPN晶体管将在电路节点“CO”处输出高电平：
公式(4)可以重新排列为
即，可以将图1中用于参考电流的对数I2V转换器、模拟加法器和模拟比较器的前置放大器合并为单个NPN晶体管。这放宽了图1的电路的比较器106的偏移要求，并且在不损失精度的情况下大大简化了对数标度电流模式ADC电路的复杂性。
图3是包括对数标度电流模式ADC电路的电子电路300的示例的电路图。ADC电路302包括前置放大晶体管320(Q3)和量化器电路322。前置放大晶体管320可以是NPN晶体管，其包括基极、发射极和集电极。前置放大晶体管320在基极接收对数变化的输入电压。输入电压可以从APD的电流输出中得出。前置放大晶体管320根据参考电压(例如VREF)和基极输入电压与前置放大晶体管发射极电压(例如VBE电压)之间的差的比较，在集电极处产生输出电压。前置放大晶体管320结合了用于参考电流IREF的对数I2V转换器、模拟加法器114和图1的示例的比较器106的前置放大器的功能。
量化器电路322可操作地耦合到前置放大晶体管320(例如，在集电极和发射极之一或两者处)，并使用前置放大晶体管320产生的输出电压为输入电压生成数字值。在图3的示例中，量化器电路322是8位SAR转换器电路，其包括SAR逻辑电路304、DAC电路308和比较器324。因为比较器的某些功能被卸载到前置放大晶体管320，与图1的比较器106相比，量化器电路322的比较器324可以不那么复杂并且占用更少的面积。
图3还示出了连接到二极管连接的晶体管312(Q1)的APD 326。二极管连接的晶体管312可以是第二NPN晶体管，该晶体管的基极耦合到该晶体管的集电极。二极管连接的晶体管312提供APD电流的I2V转换，以在前置放大晶体管320的基极处产生输入电压。二极管连接的晶体管312产生的电压与APD电流成对数变化，并且电压代表对数压缩的APD电流。
DAC电路308的输出耦合到前置放大晶体管的发射极，因此晶体管的电压VBE是基极处的输入电压与发射极处的DAC电路的输出之间的差。电流参考IREF连接到前置放大晶体管的基极和电阻电路元件328。
Q1和Q3是匹配的NPN晶体管。ADC电路302还包括耦合到前置放大晶体管320的发射极的电阻电路元件R2和DAC电路308的输出。R2用作DAC的负载并且被设置为等于DAC的输出阻抗。(R2＝R＝RDAC)。ADC电路302还包括耦合到DAC电路的输入的成比例的绝对温度(PTAT)参考电压316。由于m为2，因此可以将PTAT电压选择为VPTAT＝8*ln10*VT。
DAC输出电压与Q3的发射极相连。由于参考电流IREF通常较低，并且进入Q3发射极的输入有效阻抗相对较高，因此Q3发射极的电压主要由连接至发射极的DAC输出施加。但是，电流IREF在返回接地之前会流经DAC负载电阻R2，从而可以在DAC输出电压之上有效地将Q3发射极的电势提升(请注意，R2等于DAC的输出阻抗)。
为了消除这种额外的电压偏移，将一个电压偏移器耦合到前置放大晶体管的基极。电压移位电路包括电阻器R1(＝R2/2＝R/2)和下拉电流接收器IPD(IPD＝IREF)。通过选择R1＝R2/2，Q3的发射极和基极上的电压偏移可以相互抵消，如下所示：
由ADC电路302的A/D转换产生的数字代码是
APD的电流可能会在几十个对数标度范围内变化(例如10,000：1)。对数标度电流模式ADC电路产生的8位数字值是APD电流的对数压缩值。
图4是包括对数标度电流模式ADC电路的电子电路400的另一示例的电路图。ADC电路402包括前置放大晶体管420和8位SAR转换器电路，该8位SAR转换器电路包括SAR逻辑电路404、DAC电路408和比较器424。图4的ADC电路402提高了图3示例的电流-电压转换的精度。图4的ADC电路包括可操作地耦合到APD 426的第一电流镜电路430和第二电流镜电路432。第一电流镜电路是威尔逊电流镜电路，并且包括二极管连接的NPN晶体管Q2，其提供到前置放大晶体管Q3的输入电压。第二电流镜电路432连接到第一电流镜电路430和包括R1的移压器电路。第二电流镜电路432包括n型场效应(NFET)晶体管MN1和MN2。下拉电流IPD流经晶体管MN1并在MN2中被镜像。
APD电流被馈送到Q1的集电极，即Wilson电流镜的一个分支，而Q1的基极电流来自Wilson电流镜的另一分支(NPN晶体管Q2)。这样，可以减小由于NPN晶体管的有限电流增益(βF)引起的转换误差。此外，威尔逊电流镜具有共源共栅拓扑结构，无论APD电流如何，都能使Q1的集电极电压接近基极电压。这样可以抑制早期效应，并提高电流到电压转换的精度。
图5是操作电流监测电路的方法500的流程图。在505，将对数变化的输入电压施加到前置放大晶体管。输入电压可以是通过使用APD产生的电流的电流-电压转换产生的电压，并且产生的电压随APD电流对数变化。所述前置放大晶体管可以是具有基极、发射极和集电极的NPN型双极晶体管，并且将输入电压施加到所述晶体管的基极。
在510处，来自DAC电路的输出电压被施加到前置放大电路的发射极。基极和发射极之间的电压差(VBE)等于对数输入电压与DAC电路输出电压之间的差。前置放大晶体管既用作电流监视电路的前置放大器又用作比较器。
在515处，将参考电流源施加到前置放大电路的集电极以建立阈值电压并将该集电极处的集电极电压拉至高电源电压。在520，当VBE电压大于建立的阈值电压时，集电极电压被下拉至低电源电压，而当VBE小于建立的阈值电压时，集电极电压被拉至高电源电压。
在525处，使用集电极电压作为包括DAC电路的量化器电路的输入来生成用于对数变化的输入电压的数字值。在APD的示例中，APD电流可能会在对数电流标度的四十年内变化。电流监视电路产生的数字值是APD电流的对数压缩数字值。
如所描述的示例中所示，ADC电路可以是8位对数标度电流ADC。在量化为8位数字值之前执行对数转换，以压缩较宽的输入电流范围(例如APD的电流)。因此，使用八位量化器在四十年的输入电流范围内可获得3.663％的相对精度。
提出的ADC电路拓扑将参考电流I2V转换器、模拟加法器和模拟比较器的前置放大器合并为一个NPN晶体管。这放宽了模拟电压比较器的偏置要求，并在不损失精度的情况下大大简化了系统复杂度。电路拓扑对嘈杂的环境较不敏感，并且易于实现，可以轻松地与单片电源开关集成在一起。电路拓扑和压扩ADC功能的使用允许使用串行接口设置和读取数字阈值，以调整APD电流(IAPD)的高和低电流依从性，以及设置和回读增益调整以调整APD老化和温度漂移。电路拓扑结构的高电流顺应性可保护APD免受由于光饱和并因此而达到的电流极限的损害，而低电流顺应性则可检测到光信号丢失，这是改善通信信道可靠性所必需的。
其他说明和方面
方面1可包括主旨(例如电子电路)，包括模数转换器(ADC)电路。ADC电路包括前置放大晶体管和量化器电路。前置放大晶体管包括基极、发射极和集电极，并且被配置为在所述基极处接收输入电压，和根据参考电压与所述输入电压和所述发射极处电压之间的差值的比较，在所述集电极处产生输出电压。量化器电路可操作地耦合到所述前置放大晶体管的发射极，并被配置为使用由所述前置放大晶体管产生的输出电压为所述输入电压生成数字值。
在方面2中，方面1的主旨任选地包括：雪崩光电二极管(APD)；和二极管连接的晶体管，可操作地耦合到APD，并配置为接收由APD产生的电流并产生在所述放大晶体管的基极处接收的输入电压，其中所述输入电压与由APD产生的电流成对数变化。
在方面3中，方面1和2中一个或两个的主旨任选地包括：量化器电路包括逐次逼近寄存器(SAR)转换器电路。
在方面4中，方面3的主旨任选地包括：SAR转换器电路包括数模转换器(DAC)电路。DAC电路包括可操作地耦合到前置放大晶体管的发射极的DAC输出。前置放大电路任选地被配置为使用所述输入电压与所述DAC输出电压之间的差来产生输出电压。
在方面5中，方面4的主旨任选地包括：电阻电路元件，耦合到所述前置放大晶体管的发射极和所述DAC电路的输出；和与所述前置放大晶体管的基极耦合的移压器电路。
在方面6中，方面4和5中一个或两个的主旨任选地包括：耦合到所述DAC电路的输入的与绝对温度成比例(PTAT)电压参考。
在方面7中，方面3-6中一个或任意组合的主旨任选地包括：SAR是8位SAR电路。
在方面8中，例子1-7中一个或任意组合的主旨任选地包括：雪崩光电二极管(APD)；和第一电流镜电路，可操作地耦合到APD，其中第一电流镜电路包括被配置为向所述前置放大晶体管提供输入电压的二极管连接的晶体管。
在方面9中，方面8的主旨任选地包括：耦合到所述前置放大晶体管的发射极的电阻电路元件；与所述前置放大晶体管的基极耦合的移压器电路；和耦合到所述移压器电路和所述第一电流镜的第二电流镜。
在方面10中，方面9的主旨任选地包括：第一电流镜电路包括Wilson电流镜电路。
方面11可包括主旨(例如一种包括操作电流监视电路的动作的方法)，或可以任选地结合方面1-10中一个或任意组合以包括这种主旨，包括：向前置放大晶体管的基极施加对数变化的输入电压；将来自数模转换器(DAC)电路的输出电压施加到所述前置放大晶体管的发射极；向所述前置放大晶体管的集电极施加参考电流源以建立阈值电压，并将所述集电极处的集电极电压拉至高电源电压，其中当对数变化的输入电压与DAC电路的输出电压之间的差大于建立的阈值电压时，所述集电极电压被下拉至低电源电压；和使用所述集电极电压作为包括DAC电路的量化器电路的输入，为所述对数变化的输入电压生成数字值。
在方面12中，方面11的主旨任选地包括：使用雪崩光电二极管(APD)产生电流；和将所述电流转换为施加到所述前置放大晶体管的基极的输入电压，其中输入电压随所述电流呈对数变化。
在方面13中，方面12的主旨任选地包括：产生在对数电流标度的四十年内变化的APD电流；和产生是APD电流的对数压缩的数字值的数字值。
方面14包括主旨(例如光学接收器电路)或可以任选地结合方面1-13中一个或任意组合以包括这种主旨，包括雪崩光电二极管(APD)、APD电流监视电路和量化器电路。APD电流监视电路包括：转换器电路，被配置为将从所述APD接收的APD电流转换为与所述APD电流成对数变化的输入电压；和前置放大晶体管，包括基极、发射极和集电极。前置放大晶体管被配置为在所述基极处接收输入电压，和根据参考电压与所述输入电压和所述发射极处电压之间的差值的比较，在所述集电极处产生输出电压。量化器电路可操作地耦合到前置放大晶体管，并被配置为使用由前置放大晶体管产生的输出电压为所述APD电流生成数字值。
在方面15中，方面14的主旨任选地包括：转换器电路包括二极管连接的晶体管。
在方面16中，方面14和15中一个或两个的主旨任选地包括：量化器电路包括逐次逼近寄存器(SAR)转换器电路。
在方面17中，方面16的主旨任选地包括：SAR转换器电路，包括耦合到所述前置放大晶体管的集电极的比较器电路；和数模转换器(DAC)电路，包括耦合到前置放大晶体管的发射极的DAC输出。
在方面18中，方面17的主旨任选地包括：耦合到所述前置放大晶体管的发射极和所述DAC电路的输出的电阻电路元件；和与所述前置放大晶体管的基极和所述比较器的输入耦合的移压器电路。
在方面19中，方面17和18中一个或两个的主旨任选地包括：耦合到所述DAC电路的输入的与绝对温度成比例(PTAT)电压参考。
在方面20中，方面14-19中一个或任意组合的主旨任选地包括：量化器电路被配置为生成表示APD电流的8位数字值，其中APD在对数标度的四十年内变化。
在方面21中，方面14-20中一个或任意组合的主旨任选地包括：转换器电路包括：可操作地耦合到APD的电流镜电路，其中，所述电流镜电路包括：第一电流镜晶体管，包括接收APD电流的集电极和耦合到第二电流镜晶体管的基极，其中所述第二电流镜晶体管是二极管连接的，并向所述前置放大晶体管提供输入电压。
这些非限制性方面可以以任何排列或组合来组合。上面的详细描述包括对附图的引用，这些附图形成了详细描述的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”或“方面”。本文中所引用的所有出版物、专利和专利文献通过引用以其整体并入本文，就像通过引用单独地并入一样。如果本文档与通过引用方式并入的那些文档之间用法不一致，则应将所并入的参考文献中的用法视为对本文档的补充；对于不一致的不一致之处，以本文档中的用法为准。
在本文件中，术语“一个”或“一种”用于专利文件中，包括一个或多个、独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他情况或用法。在本文中，“或”一词是指非排他性的，使得“A或B”包括“A但不包括B”、“B但不包括A”以及“A和B”，除非另有说明指示。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的等效词。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，除权利要求中在此术语之后列出的元素之外，还包括其他元素的系统、设备、物品或过程仍被认为属于该权利要求的范围。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求。本文描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。
上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在回顾以上描述之后，例如可以由本领域的普通技术人员使用其他实施例。提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，以使读者能够快速确定技术公开的性质。提交本文档时应理解为不会将其用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应该被解释为意在意味未声明的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可以在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求据此结合到详细描述中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例。本发明的范围应参考所附权利要求书以及这些权利要求书所赋予的等效物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种电子电路，包括模数转换器电路，该模数转换器电路包括：
包括基极、发射极和集电极的前置放大晶体管，所述前置放大晶体管被配置为：
在所述基极处接收输入电压；和
根据参考电压与所述输入电压和所述发射极处电压之间的差值的比较，在所述集电极处产生输出电压；
量化器电路，可操作地耦合到所述前置放大晶体管的发射极，并被配置为使用由所述前置放大晶体管产生的输出电压为所述输入电压生成数字值；
雪崩光电二极管；和
二极管连接的晶体管，可操作地耦合到所述雪崩光电二极管，并配置为接收由所述雪崩光电二极管产生的电流并产生在所述前置放大晶体管的基极处接收的输入电压，其中所述输入电压与由所述雪崩光电二极管产生的电流成对数变化。
2.根据权利要求1所述的电子电路，其中所述量化器电路包括逐次逼近寄存器转换器电路。
3.根据权利要求2所述的电子电路，
其中所述逐次逼近寄存器转换器电路包括数模转换器电路，该数模转换器电路包括可操作地耦合到所述前置放大晶体管的发射极的数模转换器输出；和
其中所述前置放大晶体管被配置为使用所述输入电压与所述数模转换器输出电压之间的差来产生输出电压。
4.根据权利要求3所述的电子电路，包括：
电阻电路元件，耦合到所述前置放大晶体管的发射极和所述数模转换器电路的输出；和
与所述前置放大晶体管的基极耦合的移压器电路。
5.根据权利要求3所述的电子电路，包括耦合到所述数模转换器电路的输入的与绝对温度成比例电压参考。
6.根据权利要求2所述的电子电路，其中所述逐次逼近寄存器电路是8位逐次逼近寄存器电路。
7.一种电子电路，包括模数转换器电路，该模数转换器电路包括：
包括基极、发射极和集电极的前置放大晶体管，所述前置放大晶体管被配置为：
在所述基极处接收输入电压；和
根据参考电压与所述输入电压和所述发射极处电压之间的差值的比较，在所述集电极处产生输出电压；
量化器电路，可操作地耦合到所述前置放大晶体管的发射极，并被配置为使用由所述前置放大晶体管产生的输出电压为所述输入电压生成数字值；
雪崩光电二极管；和
第一电流镜电路，可操作地耦合到所述雪崩光电二极管，其中，所述第一电流镜电路包括被配置为向所述前置放大晶体管提供输入电压的二极管连接的晶体管。
8.根据权利要求7所述的电子电路，包括：
耦合到所述前置放大晶体管的发射极的电阻电路元件；
与所述前置放大晶体管的基极耦合的移压器电路；和
耦合到所述移压器电路和所述第一电流镜的第二电流镜。
9.根据权利要求8所述的电子电路，其中所述第一电流镜电路包括Wilson电流镜电路。
10.一种电流监视电路，包括：
数模转换器电路；
前置放大晶体管，其包括：
基极输入，其配置为接收对数变化的输入电压；
发射极输入，其配置为接收来自所述数模转换器电路的输出电压；和
集电极输入；和
参考电流源，其耦合至所述前置放大晶体管的所述集电极输入，并配置为建立阈值电压，并将所述集电极输入处的集电极电压拉至高电源电压；下拉电流接收器，其耦合至所述集电极输入，并配置为当所述对数变化的输入电压与来自所述数模转换器电路的输出电压之间的差大于所建立的阈值电压时，将所述集电极电压下拉至低电源电压；和
量化器电路，其包括所述数模转换器电路，并配置为使用所述集电极电压作为输入，为所述对数变化的输入电压生成数字值。
11.根据权利要求10所述的电流监视电路，包括：
雪崩光电二极管，其配置为产生雪崩光电二极管电流；和
转换器电路，其配置为将所述雪崩光电二极管电流转换为所述前置放大晶体管的所述基极输入处的所述对数变化的输入电压。
12.根据权利要求11所述的电流监视电路，
其中所产生的雪崩光电二极管电流在对数电流标度的四十年内变化；和
其中所述量化器电路配置为产生数字值，所述数字值是所述雪崩光电二极管电流的对数压缩的数字值。
13.光学接收器电路，包括：
雪崩光电二极管；
雪崩光电二极管电流监视电路，包括：
转换器电路，被配置为将从所述雪崩光电二极管接收的雪崩光电二极管电流转换为与所述雪崩光电二极管电流成对数变化的输入电压；和
包括基极、发射极和集电极的前置放大晶体管，所述前置放大晶体管被配置为：
在所述基极处接收输入电压；和
根据参考电压与所述输入电压和所述发射极处电压之间的差值的比较，在所述集电极处产生输出电压；和
量化器电路，可操作地耦合到所述前置放大晶体管，并被配置为使用由所述前置放大晶体管产生的输出电压为所述雪崩光电二极管电流生成数字值。
14.根据权利要求13所述的光学接收器电路，其中所述转换器电路包括二极管连接的晶体管。
15.根据权利要求13所述的光学接收器电路，其中所述量化器电路包括逐次逼近寄存器转换器电路。
16.根据权利要求15所述的光学接收器电路，其中所述逐次逼近寄存器转换器电路包括：
耦合到所述前置放大晶体管的集电极的比较器电路；和
数模转换器电路，包括耦合到所述前置放大晶体管的发射极的数模转换器输出。
17.根据权利要求16所述的光学接收器电路，包括：
耦合到所述前置放大晶体管的发射极和所述数模转换器电路的输出的电阻电路元件；和
与所述前置放大晶体管的基极和所述比较器的输入耦合的移压器电路。
18.根据权利要求16所述的光学接收器电路，包括耦合到所述数模转换器电路的输入的与绝对温度成比例电压参考。
19.根据权利要求13所述的光学接收器电路，其中所述量化器电路被配置为生成表示所述雪崩光电二极管电流的8位数字值，其中所述雪崩光电二极管在对数标度的四十年内变化。
20.根据权利要求13所述的光学接收器电路，其中所述转换器电路包括：
可操作地耦合到所述雪崩光电二极管的电流镜电路，其中，所述电流镜电路包括：第一电流镜晶体管，包括接收所述雪崩光电二极管电流的集电极和耦合到第二电流镜晶体管的基极，其中所述第二电流镜晶体管是二极管连接的，并向所述前置放大晶体管提供输入电压。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109654125B (zh) * 2019-02-27 2024-02-06 珠海格力电器股份有限公司 一种位移校正装置、磁悬浮轴承系统及其位移校正方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60223226A (ja) * 1985-03-18 1985-11-07 Hitachi Ltd カメラ
CN1977225A (zh) * 2004-06-30 2007-06-06 模拟装置公司 与绝对温度成比例的电压的电路
CN101387658A (zh) * 2008-10-23 2009-03-18 成都优博创技术有限公司 自动测试雪崩光电二极管雪崩电压值的测定电路与方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3136660B2 (ja) * 1991-06-24 2001-02-19 株式会社ニコン 測光回路
JP6426406B2 (ja) * 2014-08-29 2018-11-21 株式会社東芝 光受信回路および光結合装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60223226A (ja) * 1985-03-18 1985-11-07 Hitachi Ltd カメラ
CN1977225A (zh) * 2004-06-30 2007-06-06 模拟装置公司 与绝对温度成比例的电压的电路
CN101387658A (zh) * 2008-10-23 2009-03-18 成都优博创技术有限公司 自动测试雪崩光电二极管雪崩电压值的测定电路与方法

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