CN113328795A - 高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，该电路由一个低通滤波器、一个摆幅调节器和一个减法器构成。摆幅调节器用于对VTIA中的交流信号进行可变增益放大，当输入的VTIA为小摆幅时增益变大，当VTIA为大摆幅时增益变小，通过改变增益避免大摆幅输入信号在放大时产生失真。通过降低增益来拓展带宽，从而使得本均值检测电路能够更好地适用于高速电路。摆幅调节器可以将摆幅调节器输出信号的摆幅控制在合理的范围，有利于减法器更好的减掉VTIA中的交流信号，使得该均值检测电路相比于普通的低通滤波器，输出的均值信号抖动更小。本发明所述的均值检测电路能够快速准确地检测出高速率、大摆幅信号的均值。

Description

高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路
技术领域
本发明涉及模拟集成电路，具体涉及一种适用于光通信接收机的高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路。
背景技术
光接收机接收到的信号速率高，幅度随时间变化比较大，这就需要光接收机能够快速适应输入信号的变化，其中均值检测电路需要具有检测速度快，能适应大摆幅高速信号输入的特点。
均值检测电路的任务是快速检出输入信号的均值电平，以便为后面的判决电路提供理想的判决电平。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，具有检测速度快，输出的均值信号抖动低，适应高速大摆幅信号输入的特点。
技术方案：一种高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，包括低通滤波器、摆幅调节器和减法器，低通滤波器的输入信号是VTIA，输出信号是VTIACM；摆幅调节器的输入信号是VTIA、VTIACM和VTIAdark，输出信号是VCMAC；减法器的输入信号是VTIA、VTIAdark和VCMAC，输出信号是VAvgLev；减法器将VTIA与VTIAdark之和减去VCMAC作为该均值检测电路的输出信号VAvgLev；
其中，VTIA是光接收机中的前级跨阻放大器的输出信号，VTIAdark是前级辅助跨阻放大器的输出信号；当VTIA为高直流电平、小摆幅信号时，VTIAdark为高电平信号；当VTIA为低直流电平、大摆幅信号时，VTIAdark为低电平信号；
摆幅调节器用于放大VTIA中的交流信号，当VTIA为小摆幅信号时电路的增益大，当VTIA为大摆幅信号时电路的增益小，VCMAC由VTIAdark确定共模信号；
减法器用于将VTIA与VTIAdark之和减去VCMAC作为本均值检测电路的输出信号VAvgLev。
进一步地，摆幅调节器电路包括：晶体管Q1的基极接入VTIA，Q1的集电极串接电阻R2后接入VTIAdark，晶体管Q2的基极接入VTIACM，Q2的集电极串接电阻R3后接入VTIAdark，Q1和Q2的发射极接M3的漏端，
M1的栅端接入VTIAdark，M1的漏端串接电阻R1后接入VTIAdark，M1的源端连接M2的漏端和栅端，M2的源端接地，
M3的栅端连接M2的栅端，M3的源端接地，
Q3的发射极串接电流源I1后接地，Q3的集电极连接到电源VDD，Q3的基极连接到Q1的集电极，
Q4的发射极串接电流源I2后接地，Q4的发射极依次串接电阻R4和R5后接至Q3的发射极，Q4的发射极输出信号VCMAC，电阻R4和R5的中间节点接入VTIAdark，Q4的集电极连接到电源VDD，Q4的基极连接到Q2的集电极。
进一步地，输出信号VCMAC的共模信号由VTIAdark确定。
进一步地，摆幅调节器根据输入信号的大小自动调节增益,当输入信号为小摆幅信号时，电路增益大；当输入信号为大摆幅信号时，电路增益小。
进一步地，电路采用BiCMOS工艺实现。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：
(1)摆幅调节器通过降低大摆幅信号的增益来避免对大摆幅信号进行放大时产生失真，进而使均值检测电路能更好的适应大摆幅输入信号；
(2)摆幅调节器通过降低增益来拓展带宽，有利于满足输入信号对电路带宽的要求，从而使得均值检测电路能够更好的适用于高速电路；
(3)摆幅调节器还可以将其输出信号的摆幅控制在合理的范围，这个范围的大小根据VTIA和VTIAdark的摆幅以及摆幅调节器的偏置状态，改变电路增益来确定，有利于减法器更好地减掉VTIA中的交流信号，使得该均值检测电路相比于普通的低通滤波器，输出的均值信号抖动更小。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中摆幅调节器的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1所示，均值检测电路由一个低通滤波器、一个摆幅调节器和一个减法器构成。
光接收机中的前级跨阻放大器的输出信号VTIA和前级辅助跨阻放大器的输出信号VTIAdark作为均值检测电路的输入信号。当VTIA为高直流电平、小摆幅信号时，VTIAdark为高电平信号；相反，当VTIA为低直流电平、大摆幅信号时，VTIAdark为低电平信号。
低通滤波器的输入信号是VTIA，输出信号是VTIACM。
摆幅调节器的输入信号是VTIA、VTIACM和VTIAdark，输出信号是VCMAC。摆幅调节器的功能是对VTIA中的交流信号进行放大，当VTIA为小摆幅信号时电路的增益大，当VTIA为大摆幅信号时电路的增益小。VCMAC由VTIAdark确定共模信号。
减法器的输入信号是VTIA、VTIAdark和VCMAC，输出信号是VAvgLev。减法器的功能是将VTIA与VTIAdark之和减去VCMAC作为本均值检测电路的输出信号VAvgLev。
由该摆幅调节器的工作原理可知，摆幅调节器的输出信号可看作由两部分信号叠加而成：其一是由VTIAdark确定的共模信号，其二是经过放大的VTIA的交流信号。减法器的作用是将VTIA与VTIAdark求和得到的信号减去VCMAC，将求差所得的信号VAvgLev作为该均值检测电路的输出信号。优点在于减掉了VTIA中的交流信号，使得该均值检测电路的输出均值信号抖动更小，检测更准确。
图2摆幅调节器中各元器件的连接方式如下：
VTIA连接到Q1的基极，VTIACM连接到Q2的基极。Q1的集电极连接Q3的基极和R2的一端，R2的另一端连接VTIAdark。Q2的集电极连接Q4的基极和R3的一端，R3的另一端连接VTIAdark。VTIAdark连接M1的栅端和R1的一端，R1的另一端连接M1的漏端。M1的源端连接M2的漏端和栅端。M2的源端连接到地。M3的栅端连接M2的栅端。M3的源端连接到地。M3的漏端连接Q1和Q2的发射极。Q3的发射极连接电流源I1的一端，Q3的集电极连接到电源，电流源I1的另一端连接到地。Q4的发射极连接电流源I2的一端，Q4的集电极连接到电源，电流源I2的另一端连接到地。R4的一端连接Q4的发射极和输出信号VCMAC，另一端连接VTIAdark。R5的一端连接Q3的发射极，另一端连接VTIAdark。
摆幅调节器的工作原理是：
输入信号VTIA和VTIACM经过由M3、Q1、Q2、R2、R3组成的差分放大电路的放大，最后经过Q4的发射极输出，输出信号VCMAC的共模信号由VTIAdark确定。该摆幅调节器可以根据输入信号的大小来自动调节增益。当VTIA为高直流电平、小摆幅信号时，VTIAdark为高电平，流过M1的电流增大，流过M2的电流随之增大，通过M2、M3构成的电流镜使得流过M3的电流增大，那么流过差分对放大管的电流也会增大，使得放大管的跨导增大，从而由M3、Q1、Q2、R2、R3组成的差分放大电路增益增大。同理，当VTIA为低直流电平、大摆幅信号时，VTIAdark为低电平，由M3、Q1、Q2、R2、R3组成的差分放大电路为小增益。总之，当输入信号为小摆幅信号时，电路增益大；当输入信号为大摆幅信号时，电路增益小。

Claims (5)

1.一种高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，其特征在于，包括低通滤波器、摆幅调节器和减法器，所述低通滤波器的输入信号是VTIA，输出信号是VTIACM；所述摆幅调节器的输入信号是VTIA、VTIACM和VTIAdark，输出信号是VCMAC；所述减法器的输入信号是VTIA、VTIAdark和VCMAC，输出信号是VAvgLev；减法器将VTIA与VTIAdark之和减去VCMAC作为该均值检测电路的输出信号VAvgLev；
其中，所述VTIA是光接收机中的前级跨阻放大器的输出信号，VTIAdark是前级辅助跨阻放大器的输出信号；当VTIA为高直流电平、小摆幅信号时，VTIAdark为高电平信号；当VTIA为低直流电平、大摆幅信号时，VTIAdark为低电平信号；
所述摆幅调节器用于放大VTIA中的交流信号，当VTIA为小摆幅信号时电路的增益大，当VTIA为大摆幅信号时电路的增益小，VCMAC由VTIAdark确定共模信号；
所述减法器用于将VTIA与VTIAdark之和减去VCMAC作为本均值检测电路的输出信号VAvgLev。
2.根据权利要求1所述的高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，其特征在于，所述摆幅调节器电路包括：晶体管Q1的基极接入VTIA，Q1的集电极串接电阻R2后接入VTIAdark，晶体管Q2的基极接入VTIACM，Q2的集电极串接电阻R3后接入VTIAdark，Q1和Q2的发射极接M3的漏端，
M1的栅端接入VTIAdark，M1的漏端串接电阻R1后接入VTIAdark，M1的源端连接M2的漏端和栅端，M2的源端接地，
M3的栅端连接M2的栅端，M3的源端接地，
Q3的发射极串接电流源I1后接地，Q3的集电极连接到电源VDD，Q3的基极连接到Q1的集电极，
Q4的发射极串接电流源I2后接地，Q4的发射极依次串接电阻R4和R5后接至Q3的发射极，Q4的发射极输出信号VCMAC，电阻R4和R5的中间节点接入VTIAdark，Q4的集电极连接到电源VDD，Q4的基极连接到Q2的集电极。
3.根据权利要求2所述的高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，其特征在于，所述输出信号VCMAC的共模信号由VTIAdark确定。
4.根据权利要求1所述的高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，其特征在于，所述摆幅调节器根据输入信号的大小自动调节增益,当输入信号为小摆幅信号时，电路增益大；当输入信号为大摆幅信号时，电路增益小。
5.根据权利要求1所述的高速大摆幅信号的低抖动均值检测电路，其特征在于，电路采用BiCMOS工艺实现。
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