CN111434033A - 一种用于光通信设备中的放大器及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于光通信设备的放大器(100)。所述放大器(100)包括放大级(101)、连接到所述放大级(101)的阻抗匹配级(102)和电压控制器(103)。所述电压控制单元(103)用于根据接收到的差分输入信号(104)生成用于控制所述放大级(101)的第一控制信号(105)和生成用于控制所述阻抗匹配级(102)的第二控制信号(106)。其中，所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)之间的比值中存在预定义值。

Description

一种用于光通信设备中的放大器及其方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种用于光通信设备的放大器及其方法。
背景技术
传统的用于高速光通信的发射机基本上通过级联三个块来实现，如图8所示。第一个块示出了数字信源，与传统信号相比，数字信源通常提供差分信号以提高速度和质量。第二个块示出了驱动放大器，用于增加信号的功率电平。第三个块示出了电光调制器，将电信号转换为光信号，光信号将被传输，例如通过光纤传输。
在传统的发射机方案中，所述电光调制器需要直流电压和单端输入信号，其中，所述电光调制器也可以是电吸收调制激光器(EML)。在这种情况下，需要差分输入或单端输出放大器来实现光发射机。而且，为了避免使用偏置电源，可以使用输出直流耦合驱动放大器，因为偏置电源非常占地方并且限制了集成能力。最后，如果采用的驱动放大器显示匹配输出阻抗，由于所述驱动放大器的匹配输出阻抗吸收了所述驱动放大器与所述电光调制器之间互连产生的反射，如焊线、焊盘等，电光模块对信号劣化的敏感性降低。这对于实现高速和高数据速率的光通信来说是非常重要的。
综上所述，驱动放大器具有高性能，并且具有差分输入/单端输出、直流耦合输出和匹配输出阻抗等特性，是实现极高速和高度集成的光通信发射机的关键组件之一。
用于实现所述驱动放大器的传统方案可以分成三类：有耗终端、有源终端和单端推挽。以有源终端放大器为例，下文示例性描述传统方案的缺点。
传统的有源终端驱动放大器通常通过有源终端来实现有差分输入、直流耦合以及单端输出特性的以及具有匹配输出端的放大器。
需要注意的是，所述传统方案均不基于一部分在高频率下工作的放大器中的辅助技术。这是因为p沟道场效应晶体管(FET)和pnp双极型晶体管(BJT)的截止频率较低。因此，FET和BJT不能用于实现必须达到高频率范围的驱动放大器，因为这是光通信系统中所要求的。
因此，需要一种克服上述缺点的驱动放大器。
发明内容
鉴于上述问题和缺点，本发明旨在改进传统的驱动放大器。本发明中的放大器可以最大化光通信发射机的性能。
更具体地，提供了一种用于光通信设备的放大器，包括：放大级、阻抗匹配级和电压控制器(下文中也称为电压控制单元)。所述电压控制单元根据接收到的差分输入信号生成用于控制所述放大级的第一控制信号和生成用于控制所述阻抗匹配级的第二控制信号。所述第一控制信号和所述第二控制信号之间的比值可以为预定义值，这有助于克服上述缺点。
更具体地，本发明的所述放大器相对于传统方案具有以下优点：
1.无输出功率损耗：相比于基于有耗终端和单端推挽的传统方案，本发明中所述放大器在信号传输期间耗散任何输出功率。因此，所述解决方案最大化增益和输出电压，直流功耗最小。
2.线性运算：相比于基于有源终端的传统方案，本发明的所述放大器可同时用于倒换模式和线性放大器。
3.瞬时反应：相比于基于有源终端的传统方案，由于所述放大器不包括电路中的运算放大器，因此本发明的所述放大器不需要时间来呈现匹配输出阻抗。
4.高集成度：相比于基于有源终端的传统方案，由于所述方案中不包括运算放大器，因此所提出的方案可以很容易地在GaAs或GaN MMIC技术中实现。
本发明的目的通过独立权利要求中所提供的方案来实现。在从属权利要求中对本发明的有利实施方式进行进一步定义。
第一方面，本发明提供了一种用于光通信设备的放大器，所述放大器包括：放大级、连接到所述放大级的阻抗匹配级和电压控制单元，所述电压控制单元用于根据接收到的差分输入信号生成用于控制所述放大级的第一控制信号和生成用于控制所述阻抗匹配级的第二控制信号，其中，所述第一控制信号和所述第二控制信号的比值中存在预定义值。
根据所述第一方面，在所述放大器的一种实施方式中，所述第一控制信号的幅度与所述第二控制信号的幅度之间的比值可以与所述放大级的电压增益有关。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述放大级可以包括第一晶体管，所述阻抗匹配级可以包括第二晶体管，所述第一控制信号和所述第二控制信号可以异相。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述第一控制信号的所述幅度可以与所述第二控制信号的所述幅度成正比，所述第一控制信号和所述第二控制信号可以异相180度。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述电压控制单元可以包括第一电压控制电路(下文也称为第一电压控制装置)和第二电压控制电路(也称为第二电压控制装置)，其中，所述第一电压控制装置可用于根据所述差分输入信号输出所述第一控制信号，并且所述第二电压控制装置可用于根据所述差分输入信号输出所述第二控制信号。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述第一电压控制装置可以包括第一电阻器，所述第二电压控制装置可以包括第二电阻器。所述电压控制单元还可以用于根据所述第一电阻器和所述第二电阻器的比值定义所述第一控制信号和所述第二控制信号的所述比值。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述第一电压控制装置可以包括第三晶体管，所述第二电压控制装置可以包括第四晶体管。所述电压控制单元还可以用于根据所述第三晶体管和所述第四晶体管的比值定义所述第一控制信号和所述第二控制信号的所述比值。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述第一电阻器和所述第二电阻器的所述比值可以根据所述第一晶体管和所述第二晶体管的类型和/或配置来配置，和/或，所述第三晶体管和所述第四晶体管的所述比值可以根据所述第一晶体管和所述第二晶体管的类型和/或配置来进行配置。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述电压控制单元可以包括电流源。所述第三晶体管，例如所述第三晶体管的输入端口可以连接到所述电流源；所述第四晶体管，例如所述第四晶体管的输入端口可以连接到所述电流源，其中，所述电流源可以连接到地电位。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述第三晶体管，例如所述第三晶体管的所述输入端口可以连接到所述地电位；所述第四晶体管，例如所述第四晶体管的所述输入端口可以连接到所述地电位。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述第三晶体管和所述第四晶体管可以具有相同的配置。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述第一电压控制装置可以包括第一衰减器，所述第二电压控制装置可以包括第二衰减器。所述电压控制单元还可以用于根据所述第一衰减器和所述第二衰减器的比值定义所述第一控制信号和所述第二控制信号的所述比值。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述电压控制单元还可以包括用于输出所述第一控制信号的第一控制输出端口和用于输出所述第二控制信号的第二控制输出端口。所述第一晶体管，例如所述第一晶体管的控制端口可以连接到所述第一控制输出端口；所述第二晶体管，例如所述第二晶体管的控制端口可以连接到所述第二控制输出端口。所述放大器还可以包括第一输入端口，连接到所述第二晶体管，例如连接到第二晶体管的输出端口，用于接收外部供电电压。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述放大器还可以包括输出端口，用于输出单端输出信号。所述输出端口可以连接到所述第一晶体管，例如连接到所述第一晶体管的输出端口，以及连接到所述第二晶体管，例如连接到所述第二晶体管的输入端口。
根据所述第一方面，在所述放大器的另一种实施方式中，所述放大器可以包括第二输入端口和第三输入端口。所述放大器还可以用于在所述第二输入端口处和所述第三输入端口处接收所述差分输入信号，然后将接收到的差分输入信号提供给所述电压控制单元。
第二方面，本发明提供了一种操作用于光通信设备的放大器的方法，所述放大器包括放大级、连接到所述放大级的阻抗匹配级以及电压控制器(也称为电压控制单元)；所述方法包括以下步骤：所述电压控制单元根据接收到的差分输入信号生成用于控制所述放大级的第一控制信号和生成用于控制所述阻抗匹配级的第二控制信号，其中，所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)之间的比值中存在预定义值。
根据所述第二方面，在所述方法的一种实施方式中，所述第一控制信号的幅度与所述第二控制信号的幅度之间的比值可以与所述放大级的电压增益有关。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述放大级可以包括第一晶体管，所述阻抗匹配级可以包括第二晶体管，所述第一控制信号和所述第二控制信号可以异相。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述第一控制信号的所述幅度可以与所述第二控制信号的所述幅度成正比，所述第一控制信号和所述第二控制信号可以异相180度。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述电压控制单元可以包括第一电压控制装置和第二电压控制装置，其中，所述第一电压控制装置可用于根据所述差分输入信号输出所述第一控制信号，所述第二电压控制装置可用于根据所述差分输入信号输出所述第二控制信号。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述第一电压控制装置可以包括第一电阻器，所述第二电压控制装置可以包括第二电阻器。所述电压控制单元还可以用于根据所述第一电阻器和所述第二电阻器的比值定义所述第一控制信号和所述第二控制信号的所述比值。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述第一电压控制装置可以包括第三晶体管，所述第二电压控制装置可以包括第四晶体管。所述电压控制单元还可以用于根据所述第三晶体管和所述第四晶体管的比值定义所述第一控制信号和所述第二控制信号的所述比值。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述第一电阻器和所述第二电阻器的所述比值可以根据所述第一晶体管和所述第二晶体管的类型和/或配置来配置，和/或，所述第三晶体管和所述第四晶体管的所述比值可以根据所述第一晶体管和所述第二晶体管的类型和/或配置来进行配置。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述电压控制单元可以包括电流源。所述第三晶体管，例如所述第三晶体管的输入端口可以连接到所述电流源；所述第四晶体管，例如所述第四晶体管的输入端口可以连接到所述电流源，其中，例如所述电流源可以连接到地电位。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述第三晶体管，例如所述第三晶体管的所述输入端口可以连接到所述地电位；所述第四晶体管，例如所述第四晶体管的所述输入端口可以连接到所述地电位。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述第三晶体管和所述第四晶体管可以具有相同的配置。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述第一电压控制装置可以包括第一衰减器，所述第二电压控制装置可以包括第二衰减器。所述电压控制单元还可以用于根据所述第一衰减器和所述第二衰减器的比值定义所述第一控制信号和所述第二控制信号的所述比值。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述电压控制单元还可以包括用于输出所述第一控制信号的第一控制输出端口和用于输出所述第二控制信号的第二控制输出端口。所述第一晶体管，例如所述第一晶体管的控制端口可以连接到所述第一控制输出端口；所述第二晶体管，例如所述第二晶体管的控制端口可以连接到所述第二控制输出端口。所述放大器还可以包括第一输入端口，连接到所述第二晶体管，例如连接到第二晶体管的输出端口，用于接收外部供电电压。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述放大器还可以包括输出端口，用于输出单端输出信号。所述输出端口可以连接到所述第一晶体管，例如连接到所述第一晶体管的输出端口，以及连接到所述第二晶体管，例如连接到所述第二晶体管的输入端口。
根据所述第二方面，在所述方法的另一种实施方式中，所述放大器可以包括第二输入端口和第三输入端口。所述放大器还可以用于在所述第二输入端口处和所述第三输入端口处接收所述差分输入信号，然后将接收到的差分输入信号提供给所述电压控制单元。
所述第二方面中的所述方法及其实施方式的形式与所述第一方面中的所述放大器及其相应的实施方式来实现相同的优点。
本发明的第三方面提供了一种光通信设备，包括根据第一方面或第一方面的任一实施方式中的所述放大器，以及电光调制器。
所述第三方面中的所述光通信设备与所述第一方面中的所述放大器及第一方面的相应的实施形式来实现相同的优点。
需要注意的是，本申请中所描述的所有设备、元件、单元和装置均可以在软件或硬件元件或其任意组合中实现。本申请中所描述的由各种实体所执行的所有步骤以及由所述各种实体所执行的功能意在表明各个实体适于或用于执行各个步骤和功能。即使在以下特定实施例的描述中，由外部实体所执行的特定功能或步骤并未反映在执行所述特定步骤或功能的特定实体的具体详细元件的描述中。对于技术人员来说，应该清楚的是，这些方法和功能可以在相应的软件或硬件元件或其任意组合中实现。
附图说明
下面通过具体实例结合附图对本发明的上述方面和实施方式进行详细描述。
图1示出了本申请实施例提供的放大器；
图2示出了晶体管的示意性模型；
图3更详细地示出了本申请实施例提供的放大器；
图4示出了本申请实施例提供的另一种放大器；
图5示出了本申请实施例提供的另一种放大器；
图6示出了本发明实施例提供的方法的概述示意图；
图7示出了本发明实施例提供的光通信设备；
图8示出了传统光发射机的示意图。
具体实施方式
图1示出了本申请实施例提供的放大器100。所述放大器100具体适用于光通信设备，即，所述放大器100适用于处理用于光通信的频率。所述放大器100具体由图1所示的矩形示出，所述矩形包含进一步的电路。所述矩形具体示出了所述放大器100在原则上可以是包括非传统电路的传统放大器，其中，本发明的有利效果基于所述非传统电路。
所述放大器100包括放大级101、阻抗匹配级102和电压控制器(以下也称为电压控制单元)103。如图1所示，所述阻抗匹配级102和所述放大级101彼此连接。所述放大级101可以通过晶体管实现，而所述阻抗匹配级102可以通过晶体管、电阻器或所述晶体管和所述电阻器的组合实现。
本发明的核心是对接收到的差分输入信号104(由所述放大器100接收，然后提供给所述放大器100中的所述电压控制单元103)进行修改，以生成具有预定义关系的第一控制信号105和第二控制信号106。所述第一控制信号105和所述第二控制信号106由所述电压控制单元103生成，所述电压控制单元103可以分别调整生成信号的幅度和相位。所述第一控制信号105馈送到所述放大级101，所述第二控制信号106馈送到所述阻抗匹配级102。所述放大级101的功能是对由所述放大器100的单个输出端口所提供的信号(即图1所示的信号Vout)进行放大，而所述阻抗匹配级102的功能是吸收外部干扰信号。所述阻抗匹配级102中的所述第二控制信号106与所述放大级101中的所述第一控制信号105的具体关系允许以这样的一种方式来驱动所述阻抗匹配级102，即，在传输期间，所述阻抗匹配级102对所述放大级101生成的信号造成衰减。进一步地，所述第一控制信号105的幅度与所述第二控制信号106的幅度的比值与所述放大级101的电压增益有关。因此，所述放大器100提供具有差分输入、直流耦合、单端输出特性的以及具有匹配输出端的放大器。
换句话说，根据本发明实施例，所述阻抗匹配级102的控制电压(即，所述第二控制信号106)根据所述放大级101的控制电压(即，所述第一控制信号105)在定义的关系中进行选择，以使所述阻抗匹配级102在传输期间不对所述输出信号Vout造成衰减。
在所述放大级101和/或所述阻抗匹配级102包括晶体管的情况下，这些晶体管可以使用现有技术中已知的任何类型的晶体管来实现。同样，本文中将要描述的其它所有晶体管都可以通过使用现有技术中已知的任何类型的晶体管来实现。更具体地，双极型晶体管(BJT)或场效应晶体管(FET)可用于所述放大器100中。所述放大器100中使用的所有晶体管并非是同一种类型，可以使用不同类型晶体管的任意组合。
在采用BJT的情况下，可以将BJT的基本端口视为控制端口，将BJT的发射端口视为输入端口，以及将BJT的采集端口视为输出端口。
在采用FET的情况下，可以将FET的栅极端口视为控制端口，将FET的漏极端口视为输入端口，以及将FET的源极端口视为输出端口。
所述放大器100还可以使用异质结双极晶体管(HBT)、达林顿晶体管、肖特基晶体管、多发射极晶体管、双栅MOSFET、结FET晶体管、雪崩晶体管或扩散型晶体管等晶体管类型。
在一种优选的实施方式中，所述放大级101和所述阻抗匹配级102都通过晶体管实现。在这种情况下，所述第一控制信号105和所述第二控制信号106可以是异相的，即，相位相互偏移。
所述放大级101的晶体管和所述匹配级102的晶体管可以均为FET晶体管，也可以均为BJT晶体管。所述晶体管可以具有相同的沟道定义。例如，如果采用FET晶体管，这两个晶体管都是n沟道晶体管；如果采用BJT晶体管，这两个晶体管都是npn晶体管。基于所述FET的p沟道或所述BJT的pnp的方案在技术上是可行的，但由于p沟道FET和pnpBJT的截止频率较低，其实际意义不大。在全文中，所述放大器100进一步的示例实施方式是基于n沟道FET晶体管的。然而，这些示例实施方式也可以是基于npnBJT晶体管或其任意组合的。
进一步可选地，所述电压控制单元103可视为具有四个端的组件，即，2个输入端口和2个输出端口，其本构行为可用以下等式(等式1)进行描述：
VOUT1＝A·VIN1
VOUT2＝B·VIN2
其中，VIN1和VIN2是输入端口(图1中的Vin+和Vin-)的电压，而VOUT1和VOUT2是输出端口(如图1中的所述第一控制信号105和所述第二控制信号106)的电压。此外，参数“A”和“B”是实数值，可以独立定义。
所述放大器100的所述差分输入信号104由Vin+和Vin-表示(参见图1)。所述放大器的单端输出用Vout表示(见图1)。
为了在光通信设备中使用所述放大器100，输出信号可以与EML等电光调制器进行直流耦合。
图1仅示出了与本发明实施例所基于的核心效果相关的所述放大器100的组件。所述放大器100的其它任何组件，尤其是下文，如图3、图4和图5将要描述的组件，可以视为可选特性。现有技术中已知的放大器的任何变体都适合与本发明一起使用，尤其是如图1所描述的放大器。
图2示出了可用于放大器100的晶体管的示意性模型。尽管所述放大器100的功能可以通过任何类型的晶体管来实现，但是现在通过使用众所周知的简化模型来进行演示，假设其中的晶体管为FET。
图2的A部分示出了上述一般晶体管的输出端口、控制端口和输入端口与FET的漏极、栅极和源极端口之间的相关性。
图2的B部分示出了由电压控制电流源(Ids＝gm×Vgs)组成的FET的等效电路。
对于所述FET的所述等效电路，图1中放大器100的电压增益(AV)和输出阻抗(ZOUT)可以如下式2和3所示进行计算。
等式2：
Figure BDA0002520636320000071
等式3：
Figure BDA0002520636320000072
其中，gm1和gm2是用于实现所述放大级101和所述阻抗匹配级102的FET的跨导，如图1所示。RL表示电光调制器D(可以是EML，可以连接到所述放大器100的输出端口，在图3、图4和图5中也有示出)的等效电阻，其中，“K＝-Vg2/Vg1”为用于实现所述放大级101和所述阻抗匹配级102的晶体管栅端的电压幅值Vg2和Vg1的比值。也就是说，Vg2为第二控制信号106，Vg1为第一控制信号105。
更具体地，在所述放大级101通过晶体管来实现的情况下，将所述第一控制信号105提供给晶体管的控制端口，并且将所述第一控制信号105提供给输出端口以输出连接到晶体管的输出端口的输出信号Vout。在所述阻抗匹配级102通过晶体管来实现的情况下，将所述第二控制信号106提供给晶体管的控制端口，并且将所述第二控制信号106提供给输出端口以输出连接到晶体管的输入端口的所述输出信号Vout。
此一般概念适用于如图1中所描述的所述放大级101和所述阻抗匹配级102，也适用于图3、图4和图5中的第一晶体管301和第二晶体管302。
为了通过所述放大器100实现匹配输出阻抗，需要满足“ZOUT＝RL”。根据等式3，所述匹配输出阻抗可以通过适当选择用于实现所述阻抗匹配级102的晶体管来实现，满足“gm2＝1/RL”。此外，为了避免信号传输期间的功率损耗，用于实现所述阻抗匹配级102的所述晶体管需具有恒流源特性。根据等式2，所述匹配输出阻抗可以通过选择“K＝gm1×RL”来实现。所述匹配输出阻抗由电压控制单元103来实现，因为“K＝B/A”，其中，A和B是等式1中的参数(见上文)。
换句话说，本发明的核心在于，用于实现所述放大级101和所述阻抗匹配级102的所述晶体管具有不同幅度的输入电压(Vg1和Vg2)，且均异相(其中，Vg1为所述第一控制信号105，Vg2为所述第二控制信号106)。通过适当的振幅比(K＝gm1×RL)，可以在信号传输期间不消耗输出功率的情况下获得匹配输出阻抗。
图3更详细地示出了本申请实施例提供的放大器300。所述放大器300包括所述放大器100的所有特性和功能。所述放大器300的所有附加特性和功能可以视为可选特性。
所述放大器300具体可以包括第一晶体管301、第二晶体管302、第一电压控制电路(下文也称为第一电压控制装置)303、第二电压控制电路(下文也称为第二电压控制装置)304、第一电阻器305、第二电阻器306、第三晶体管307、第四晶体管308、电流源309、第一控制输出端口310、第二控制输出端口311、第一输入端口312、输出端口313、第二输入端口315和第三输入端口316。
在图3中，所述第一晶体管301实现放大级101，所述第二晶体管302实现阻抗匹配级102。为此，第一控制信号105由所述第一晶体管301接收，第二控制信号106由所述第二晶体管302接收。这通过所述第一晶体管301的控制端口301c连接到所述第一控制输出端口310以及所述第二晶体管302的控制端口302c连接到所述第二控制输出端口311来实现。所述第一晶体管301和所述第二晶体管302具体可以均为FET。
在图3所示的实施例中，在一个优选的实施方式中，所述第二控制信号106的幅度(可视为绝对值)与所述第一控制信号105的幅度成正比，其中，这两个信号异相，以180度(Vg2＝-gm1RL×Vg1)为例。特别地，所述第二晶体管302的所述控制端口302c处的所述第二控制信号106相对于所述第一控制信号105相位偏移180度。因此，如果所述第二控制信号106与所述第一控制信号105异相，则所述第二晶体管302的输入端口302i处和所述第一晶体管301的输出端口301o处的信号将再次同相并且所述匹配级102(即，所述第二晶体管302)在发送阶段不会对输出信号314造成衰减。
又如图3所示，所述第一晶体管301的输入端口301i连接到地电位。所述第二晶体管的输出端口302o连接到所述第一输入端口312。所述输出端口313用于输出所述单端输出信号314。为此，所述输出端口313还连接到所述第一晶体管301，例如连接到所述第一晶体管的所述输出端口301o；并且连接到所述第二晶体管302，例如连接到第二晶体管302的所述输入端口302i。通过所述输入端口312，可以将外部电源电压VDD通过不包括在所述放大器300中的外部源提供给所述放大器300。通过所述输出端口313，可以将所述输出信号314提供给外部电光调制器，即能够将电子信息转换成光信息的装置，例如，EML，其不包括在所述放大器300中。然而，出于说明的目的，图3示出了所述外部源和所述电光调制器。
电压控制单元103进一步可选地可以包括第一电压控制装置303和第二电压控制装置304，如图3所示。
所述第一电压控制装置303用于根据差分输入信号104输出所述第一控制信号105。所述第二电压控制装置304用于根据所述差分输入信号104输出所述第二控制信号106。为了输出所述第一控制信号105，所述第一电压控制装置303连接到所述第一控制输出端口310；为了输出所述第二控制信号106，所述第二电压控制装置304连接到所述第二控制输出端口311。为了接收所述差分输入信号104，所述第一电压控制装置303连接到所述第二输入端口315，所述第二电压控制装置304连接到所述第三输入端口316。因此，所述放大器300可用于在所述第二输入端口315处和所述第三输入端口316处接收所述差分输入信号104，并将所接收到的所述差分输入信号104提供给所述电压控制单元103。所述差分输入信号104可以包括Vin-和Vin+两个差分分量。
进一步可选地，所述第一电压控制装置303可以包括所述第一电阻器305，并且所述第二电压控制装置304可以包括所述第二电阻器306。所述电压控制单元103特别根据所述第一电阻器305和第二电阻器306的比值，尤其是根据这两个电阻器中电阻的比值，来定义所述第一控制信号105和所述第二控制信号106的所述比值。更具体地，所述第一电阻器305和所述第二电阻器306均连接到所述第一输入端口312。
进一步可选地，所述第一电压控制装置303可以包括所述第三晶体管307，并且所述第二电压控制装置304可以包括所述第四晶体管308。另外，所述电压控制单元103可以根据所述第三晶体管307和所述第四晶体管308的比值，尤其是根据这两个晶体管的工作特性的比值，来定义所述第一控制信号105和所述第二控制信号106的所述比值。更具体地，所述第一电阻器305连接到所述第三晶体管307，例如连接到所述第三晶体管307的输出端口307o。更具体地，所述第二电阻器306连接到所述第四晶体管308，例如连接到所述第四晶体管308的输出端口308o。
更具体地，所述第一电阻器305和所述第二电阻器306的所述比值根据所述第一晶体管301和所述第二晶体管302的类型和/或配置来进行配置。更具体地，所述第三晶体管307和所述第四晶体管308的所述比值根据所述第一晶体管301和所述第二晶体管302的类型和/或配置来进行配置。即所述第一控制信号105和所述第二控制信号106可以根据所述第一晶体管301和/或所述第二晶体管302的类型和/或配置进行精确调整。
为了生成所述第一控制信号105，所述第三晶体管307，例如所述第三晶体管307的控制端口307c，基于所述接收到的差分输入信号104连接到所述第二输入端口315。所述第二输入端口315可以接收所述差分输入信号104的Vin+分量。
为了生成所述第二控制信号106，所述第四晶体管308，例如所述第四晶体管308的控制端口308c，基于所述接收到的差分输入信号104连接到所述第三输入端口316。所述第三输入端口316可以接收所述差分输入信号104的Vin-分量。
为了输出所述第一控制信号105，所述第一控制输出端口310连接到所述第三晶体管307，例如连接到所述第三晶体管307的所述输出端口3070，以及连接到所述第一电阻器305。为了输出所述第二控制信号106，所述第二控制输出端口311连接到所述第四晶体管308，例如连接到所述第四晶体管308的所述输出端口3080，以及连接到所述第二电阻器305。
如图3所示，所述电压控制单元103还可以包括可选电流源309。在这种情况下，所述第三晶体管307，例如所述第三晶体管307的输入端口307i，连接到所述电流源309；所述第四晶体管308，例如所述第四晶体管308的输入端口308i，连接到所述电流源309，其中，所述电流源309还可以连接到地电位。
更具体地，所述第三晶体管307和所述第四晶体管308可以具有相同的配置，即，它们可以是同一种类型的和/或提供相同的运行特性。
换句话说，图3实施例包括所述第一晶体管301、所述第二晶体管302和所述电压控制单元103，所述电压控制单元103通过具有不等负载电阻器的差分放大器来实现(即，所述第一电阻器305和所述第二电阻器306)。在一个具体的实施方式示例中，所述差分放大器包括两个相等的晶体管(即，所述第三晶体管307和所述第四晶体管308)、两个电阻器(即，所述第一电阻器305和所述第二电阻器306)和恒流源309。所述第一电阻器也可以称为R1，所述第二电阻器也可以称为R2。在此示例中，所述第一控制信号105也可以称为Vg1，所述第二控制信号106也可以称为Vg2。即选择电阻器R1和R2的比值以得到合适的Vg1和Vg2的比值。特别地，需选择R2/R1＝Vg2/Vg1＝gm1×RL以获得本发明的有利效果。特别地，图3所描述的实施例被认为是在MMIC技术中来完全集成本发明的最简单方法。
图4示出了本申请实施例提供的另一种放大器400。所述放大器400包括上述放大器100和放大器300的所有特征和功能，区别在于，所述放大器400不包括所述电流源309。取而代之的是，所述第三晶体管307，例如所述第三晶体管307的输入端口307i，连接到地电位；所述第四晶体管308，例如所述第四晶体管308的输入端口308i，连接到所述地电位。
换句话说，在图4所述实施例中，所述电压控制单元103通过不相等的单端放大器来实现。电压Vg1和Vg2(即，所述第一控制信号105和所述第二控制信号106)的合理比例可以通过选择合适的电阻器R1和R2(即，所述第一电阻器305和所述第二电阻器306)的比例来得到；或者通过选择合适的晶体管Q3和Q4(即，所述第三晶体管307和所述第四晶体管308)的比例来得到；或者通过选择电阻器(R1，R2为所述第一电阻器305和所述第二电阻器306)和晶体管(Q3，Q4为所述第三晶体管307和所述第四晶体管308)的组合以得到如下等式：
Figure BDA0002520636320000101
其中，gm1、gm3和gm4表示图4中FETQ1、Q3和Q4的跨导，其中Q1表示所述第一晶体管301，Q3表示所述第三晶体管307，Q4表示所述第四晶体管308。
图5示出了本申请实施例提供的另一种放大器500。所述放大器500包括上述放大器100和放大器300的所有特征和功能，区别在于，所述放大器500不包括所述电流源309，所述第一电压控制装置303不包括所述第一电阻器305和所述第三晶体管307，所述第二电压控制装置304不包括所述第二电阻器306和所述第四晶体管308。取而代之的是，所述第一电压控制装置303包括第一衰减器501，所述第二电压控制装置304包括第二衰减器502。所述电压控制单元103根据所述第一衰减器501和所述第二衰减器502的比值来定义所述第一控制信号105和所述第二控制信号106的所述比值，即，根据这两个衰减器运行特性的比值。所述第一衰减器501连接到所述第二输入端口315和所述第一控制输出端口310。所述第二衰减器502连接到所述第三输入端口316和所述第二控制输出端口311。
换句话说，在如图5所述实施例中，所述电压控制单元103通过不相等的衰减器来实现。选择所述第一衰减器501和所述第二衰减器502的衰减等级以得到合适的Vg1和Vg2(即，所述第一控制信号105和所述第二控制信号106)的比值。任何实现衰减器的方法都适用于本发明。在一个具体的实施方式示例中，衰减器可以是一种不明显地扭曲信号波形的降低信号功率的电子设备。
图6示出了用于放大器100的方法600的示意图。所述方法600对应于图1的放大器100，并且相应地用于操作所述放大器100。
所述方法600包括步骤601：所述放大器100的电压控制单元103根据接收到的差分输入信号104生成用于控制放大器100中放大级101的第一控制信号105和生成用于控制所述放大器100中阻抗匹配级102的第二控制信号106，其中，所述第一控制信号105和所述第二控制信号106的比值中存在预定义值。
图7示出了本发明实施例提供的光通信设备700。所述光通信设备700包括放大器100和电光调制器。光通信设备700也可以通过放大器200、300或400中的任意一种来实现。所述电光调制器可以是EML。
通过结合各种实施例以作为示例和实施方式来对本发明进行描述。但本领域技术人员通过实践所申请的发明时，通过研究附图、本公开以及独立权项能够理解并获得其他变化。在权利要求书中，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或者“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可满足权利要求中所描述的几个实体或项目的功能。不同从属权利要求中描述的一些措施并不意味着这些措施的组合不能用于有利的实现。

Claims (15)

1.一种用于光通信设备的放大器(100)，其特征在于，所述放大器(100)包括：
放大级(101)；
连接到所述放大级(101)的阻抗匹配级(102)；
电压控制器(103)，用于根据接收到的差分输入信号(104)，生成用于控制所述放大级(101)的第一控制信号(105)以及生成用于控制所述阻抗匹配级(102)的第二控制信号(106)，其中
所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)之间的比值中存在预定义值。
2.根据权利要求1所述的放大器(100)，其特征在于，所述第一控制信号(105)的幅度与所述第二控制信号(106)的幅度之间的比值与所述放大级(101)的电压增益有关。
3.根据权利要求1或2所述的放大器(300)，其特征在于，所述放大级(101)包括第一晶体管(301)，所述阻抗匹配级(102)包括第二晶体管(302)，所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)异相。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的放大器(300)，其特征在于，所述第一控制信号(105)的所述幅度与所述第二控制信号(106)的所述幅度成正比，其中，所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)异相180度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的放大器(300)，其特征在于，所述电压控制器(103)包括第一电压控制电路(303)和第二电压控制电路(304)，其中，所述第一电压控制电路(303)用于根据所述差分输入信号(104)输出所述第一控制信号(105)，所述第二电压控制电路(304)用于根据所述差分输入信号(104)输出所述第二控制信号(106)。
6.根据权利要求5所述的放大器(300)，其特征在于，所述第一电压控制电路(303)包括第一电阻器(305)，所述第二电压控制电路(304)包括第二电阻器(306)，其中，所述电压控制器(103)还用于根据所述第一电阻器(305)和所述第二电阻器(306)的比值定义所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)的所述比值。
7.根据权利要求5或6所述的放大器(300)，其特征在于，所述第一电压控制电路(303)包括第三晶体管(307)，所述第二电压控制电路(304)包括第四晶体管(308)，其中，所述电压控制器(103)还用于根据所述第三晶体管(307)和所述第四晶体管(308)的比值定义所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)的所述比值。
8.根据权利要求6或7所述的放大器(300)，其特征在于，所述第一电阻器(305)和所述第二电阻器(306)的所述比值是根据所述第一晶体管(301)和所述第二晶体管(302)的类型和/或配置来进行配置的，和/或，所述第三晶体管(307)和所述第四晶体管(308)的所述比值根据所述第一晶体管(301)和所述第二晶体管(302)的类型和/或配置来进行配置。
9.根据权利要求7或8所述的放大器(300)，其特征在于，所述电压控制器(103)包括电流源(309)，其中，所述第三晶体管(307)中，优选地，所述第三晶体管(307)入端口(307i)连接到所述电流源(309)；所述第四晶体管(308)，优选地，所述第四晶体管(308)的输入端口(308i)连接到所述电流源(309)，其中，所述电流源(309)优选地连接到地电位。
10.根据权利要求7或8所述的放大器(400)，其特征在于，所述第三晶体管(307)，优选地，所述第三晶体管(307)的所述输入端口(307i)连接到所述地电位；所述第四晶体管(308)，优选地，所述第四晶体管(308)的所述输入端口(308i)连接到所述地电位。
11.根据权利要求9或10所述的放大器(300、400)，其特征在于，所述第三晶体管(307)和所述第四晶体管(308)具有相同的配置。
12.根据权利要求5所述的放大器(500)，其特征在于，所述第一电压控制电路(303)包括第一衰减器(501)，所述第二电压控制电路(304)包括第二衰减器(502)，其中，所述电压控制器(103)还用于根据所述第一衰减器(501)和所述第二衰减器(502)的比值定义所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)的所述比值。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的放大器(300、400、500)，其特征在于，所述电压控制单元(103)还包括用于输出所述第一控制信号(105)的第一控制输出端口(310)和用于输出所述第二控制信号(106)的第二控制输出端口(311)，其中，所述第一晶体管(301)，优选地，所述第一晶体管(301)的控制端口(301c)连接到所述第一控制输出端口(310)；所述第二晶体管(302)，优选地，所述第二晶体管(302)的控制端口(302c)连接到所述第二控制输出端口(311)，其中，所述放大器(300、400、500)还包括第一输入端口(312)，优选地连接到所述第二晶体管(302)的输出端口(302o)，用于接收外部供电电压(VDD)。
14.根据权利要求3至13中任一项所述的放大器(300、400、500)，其特征在于，所述放大器(300、400、500)还包括输出端口(313)，用于输出单端输出信号(314)，其中，所述输出端口(313)连接到所述第一晶体管(301)，优选地连接到所述第一晶体管的输出端口(301o)，以及连接到所述第二晶体管(302)，优选地连接到所述第二晶体管(302)的输入端口(302i)。
15.一种操作用于光通信设备的放大器(100)的方法(600)，其特征在于，所述放大器(100)包括放大级(101)、连接到所述放大级(101)的阻抗匹配级(102)以及电压控制器(103)；所述方法(600)包括以下步骤：
所述电压控制单元(103)根据接收到的差分输入信号(104)生成用于控制所述放大级(101)的第一控制信号(105)和生成用于控制所述阻抗匹配级(102)的第二控制信号(106)，其中，所述第一控制信号(105)和所述第二控制信号(106)之间的比值中存在预定义值。
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