CN113659949A - 一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法 - Google Patents

一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113659949A
CN113659949A CN202110977268.0A CN202110977268A CN113659949A CN 113659949 A CN113659949 A CN 113659949A CN 202110977268 A CN202110977268 A CN 202110977268A CN 113659949 A CN113659949 A CN 113659949A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
input
resistance
transimpedance amplifier
current
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.)
Pending
Application number
CN202110977268.0A
Other languages
English (en)
Inventor
张吉利
甄治凯
周俊
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.)
Jiangsu Keda Hengxin Semiconductor Technology Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Keda Hengxin Semiconductor 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 Jiangsu Keda Hengxin Semiconductor Technology Co ltd filed Critical Jiangsu Keda Hengxin Semiconductor Technology Co ltd
Priority to CN202110977268.0A priority Critical patent/CN113659949A/zh
Publication of CN113659949A publication Critical patent/CN113659949A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3084—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in receivers or transmitters for electromagnetic waves other than radiowaves, e.g. lightwaves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法，包括跨阻放大器电路、参考电压产生电路和电阻控制电路；跨阻放大器电路，包括输入偏置电阻电路、前向放大器和反馈电阻电路；参考电压产生电路，根据所述跨阻放大器电路的比例相应缩放设置，并用于输出参考电压；电阻控制电路，包括低通滤波电路和锁存比较器，所述跨阻放大器的输出电压经过低通滤波电路与所述参考电压通过锁存比较器进行比较，所述锁存比较器根据比较结果产生数字控制位，并通过所述数字控制位调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。本发明减弱最大输入电流和反馈电阻之间的依赖关系，有效的增大输入动态范围。

Description

一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法
技术领域
本发明涉及光电通信领域，具体涉及一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法。
背景技术
在光通信系统中，发送端发射出调制光信号在光纤中传输，接收端的光电探测器(PD)将光纤中的光信号化成电流信号；跨阻放大器作为接收端电信号域第一级器件负责将光电探测器输出的电流信号转换成电压信号，提供给后级电路。
由于发射端激光器(LD)发射的光功率、光纤对光信号的衰减、传输距离等参数在不同链路中各不相同，传送到接收端的光强度有很大的变化，因而光电探测器输出到跨阻放大器的电流强度变化范围较大。输入动态范围作为一项重要指标，用以衡量跨阻放大器处理输入信号强度范围的能力，其定义为饱和输入光功率和灵敏度光功率的比值。灵敏度光功率由等效输入噪声决定，增大跨阻放大器的跨阻增益可降低等效输入噪声；而饱和输入光功率由跨阻放大器输出信号失真程度等因素决定，跨阻放大器的跨阻增益越大，跨阻放大器越容易饱和。因此，根据输入光功率大小设定跨阻放大器的跨阻增益可以增大输入动态范围。
传统的自动增益控制方式是，通过RC低通滤波抽取出Vout的直流成分Vcm，并通过误差放大器A1与Vref比较后放大产生Vctrl，控制与跨阻放大器跨阻Rfeedback并联的NM0栅端电压；通过反馈环路调整NM0栅端电压可以改变NM0的导通电阻Ron，从而实现调整跨阻放大器跨的阻增益，如图2所示。
图2所示的自动增益控制方法在实际应用中，输入功率较小时NM0需要处于截至状态，以获取较大的跨阻增益；而输入光功率过大时需要大幅降低NM0的导通电阻Ron，从而降低Rfeedback与Ron并联的等效跨阻增益，以保证跨阻放大器输出信号不失真。将NM0从截至状态调整到低导通电阻状态需要准确设定NM0栅端控制电压Vctrl，由于温度、工艺和工作电压等因素的变化，这种控制增益的方式存在一定的难度，尤其是输入动态范围要求较大的应用中。
此外，图2中的RC低通滤波用以抽取Vout的直流电平Vcm，其低通滤波器的截止频率1/(RC)决定了自动增益控制环路的带宽和响应时间。一方面，如果1/(RC)偏大，数据信号中的低频交流分量不会被低通滤波器所衰减，使跨阻增益不能保持稳定，从而造成输出信号抖动；另一方面，大的RC决定了自动增益控制环路需要较长的收敛时间才能建立稳态。因此，这种自动增益控制方法只适用于连续通讯模式。
发明内容
本发明的目的是提供一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法，减弱最大输入电流和反馈电阻之间的依赖关系，有效的增大输入动态范围。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，包括跨阻放大器电路、参考电压产生电路和电阻控制电路；
跨阻放大器电路，包括输入偏置电阻电路、前向放大器和反馈电阻电路，所述输入偏置电阻电路从所述前向放大器的输入端和所述反馈电阻电路抽取电流，所述反馈电阻电路的电流从所述前向放大器的输出端流向输入偏置电阻电路；
参考电压产生电路，根据所述跨阻放大器电路的比例相应缩放设置，并用于输出参考电压；
电阻控制电路，包括低通滤波电路和锁存比较器，所述跨阻放大器的输出电压经过低通滤波电路与所述参考电压通过锁存比较器进行比较，所述锁存比较器根据比较结果产生数字控制位，并通过所述数字控制位调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。
作为本发明的进一步改进，所述跨阻放大器电路输入端连接有光电二极管，当所述光电二极管产生的输入电流增大，输入偏置电阻电路从反馈电阻电路抽取的电流减小，所述跨阻放大器电路的输出端电压随之降低；当所述光电二极管产生的电流增大到一定值时，所述跨阻放大器电路输出电压低于参考电压，锁存比较器输出数字控制位，降低输入偏置电阻电路和反馈电阻电路的阻值，从而增强输入偏置电阻电路抽取电流的能力和降低跨阻放大器电路的增益跨阻。
作为本发明的进一步改进，所述参考电压产生电路的参考电平数量由所述偏置电路和所述反馈电阻电路需要的数字控制位的数量决定。
作为本发明的进一步改进，所述反馈电阻电路包括串联的第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述第一反馈电阻连接所述前向放大器的输入端，所述第二反馈电阻连接所述前向放大器的输出端，所述第二反馈电阻上并联有第一开关，所述第一开关连接锁存比较器；所述输入偏置电阻电路包括串联的第一偏置电阻和第二偏置电阻，所述第二偏置电阻上并联有第二开关，所述第一偏置电阻一端连接于所述前向放大器输入端，所述第二偏置电阻一端接地；当所述跨阻放大器电路输出电压高于参考电压时，所述锁存比较器输出数字控制位为低电平，所述第一开关和所述第二开关处于断开状态，当所述跨阻放大器电路输出电压低于参考电压时，所述锁存比较器输出数字控制位为高电平，所述第一开关和所述第二开关处于闭合状态。
作为本发明的进一步改进，所述参考电压产生电路和所述电阻控制电路均设置为两路，所述参考电路产生电路分别输入第一参考电流和第二参考电流并对应输出第一参考电压和第二参考电压，所述电阻控制电路对应分别输出第一数字控制位和第二数字控制位，所述光电二极管产生的电流根据与所述第一参考电流和所述第二参考电流的大小，相应输出第一数字控制位和第二数字控制位。
作为本发明的进一步改进，所述反馈电阻电路包括串联的第一反馈电阻、第二反馈电阻和第三反馈电阻，所述第一电阻连接所述前向放大器的输入端，所述第三反馈电阻连接所述前向放大器的输出端，所述第三反馈电阻上并联有第一开关，所述第二反馈电阻的输入端和第三反馈电阻的输出端之间连接有第三开关；所述输入偏置电阻包括串联的第一偏置电阻、第二偏置电阻和第三偏置电阻，所述第三偏置电阻上并联有第二开关，所述第二偏置电阻的输入端和所述第三偏置电阻的输出端上连接有第四开关，所述第一偏置电阻连接于所述前向放大器输入端和第一反馈电阻之间，所述第三偏置电阻接地；当光电二极管产生的电流小于第一参考电流和第二参考电流时，所述第一数字控制位和第二数字控制位为低电平，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均处于断开状态；所述光电二极管产生的电流大于第一参考电流且小于第二参考电流时，所述第一数字控制位为高电平，所述第二数字控制位为低电平，所述第一开关和所述第二开关处于闭合状态，所述第三开关和所述第四开关处于断开状态；当所述光电二极管产生的电流大于第二参考电流且第二参考电流大于第一参考电流时，所述第一数字控制位和所述第二数字控制位均为高电平，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均处于闭合状态。
作为本发明的进一步改进，所述输入偏置电阻电路调整为可调电流源，以取代输入偏置电阻电路的功能，所述可调电流源由所述数字控制位控制调节电流大小。
作为本发明的进一步改进，所述前向放大器包括第一放大管、第二放大管、负载电路、射极跟随器和射极跟随器偏置电流源，所述第一放大管的基极为所述跨阻放大器电路输入端并连接至所述输入偏置电阻电路和所述反馈电阻电路的输入端，所述第一放大管的集电极连接所述第二放大管的发射极，所述第一放大管的发射极连接至所述输入偏置电阻电路的输出端；所述第二放大管的集电极连接所述负载电路和所述射极跟随器的基极；所述射极跟随器的集电极连接所述负载电路的一端并连接电源，所述射极跟随器的发射极连接至所述反馈电阻电路的输出端、射极跟随器和输出端；所述射极跟随器偏置电流源连接至所述输入偏置电阻电路的第二偏置电阻一端并接地。
一种跨阻放大器电路的自动增益控制方法，其特征在于：采用如上所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，进行增益控制的方法，包括以下步骤：
跨阻放大器的输出电压经过低通滤波电路与参考电压通过锁存比较器进行比较；
锁存比较器根据比较结果产生数字控制位，并通过所述数字控制位调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。
作为本发明的进一步改进，跨阻放大器电路输入端连接有光电二极管，当所述光电二极管产生的输入电流增大，输入偏置电阻电路从反馈电阻电路抽取的电流减小，所述跨阻放大器电路的输出端电压随之降低；当所述光电二极管产生的电流增大到一定值时，所述跨阻放大器电路输出电压低于参考电压，锁存比较器输出数字控制位，降低输入偏置电阻电路和反馈电阻电路的阻值，从而增强输入偏置电阻电路抽取电流的能力和降低跨阻放大器电路的增益跨阻。
本发明的有益效果：本发明提供的跨阻放大器电路，在输入端增加到地的偏置电路，为光电探测器PD输出的电流IPD提供到地的信号路径，而不需要经过反馈电阻，从而减弱了允许的最大输入电流和反馈电阻之间的依赖关系，有利于独立优化最大输入电流和跨阻放大器的跨阻增益，即饱和输入光功率和灵敏度光功率，提高输入动态范围；本发明的自动增益控制方法，采用数字控制位改变反馈电阻和输入偏置电阻的电阻值，自动增益控制环路稳定时间远快于模拟反馈环路的控制方式，因而该方法在输入光功率发生变化时能够快速响应建立稳态，可用于突发模式跨阻放大器；本发明的跨阻放大器电路和自动增益控制方法拓展性好，增加反馈电阻和输入偏置电的控制位、以及参考电压产生电路以其输入电流、锁存比较器和输出数字控制位，可以有效拓宽动态范围。
附图说明
图1是本发明电路整体结构示意图；
图2是传统自动增益控制电路结构示意图；
图3是本发明实施例一跨阻放大器电路结构示意图；
图4是本发明实施例二跨阻放大器电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参考图1，本发明实施提供了一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，包括跨阻放大器电路、参考电压产生电路和电阻控制电路；
跨阻放大器电路，包括输入偏置电阻电路、前向放大器和反馈电阻电路，所述输入偏置电阻电路从所述前向放大器的输入端和所述反馈电阻电路抽取电流，所述反馈电阻电路的电流从所述前向放大器的输出端流向输入偏置电阻电路；
参考电压产生电路，根据所述跨阻放大器电路的比例相应缩放设置，并用于输出参考电压；
电阻控制电路，包括低通滤波电路和锁存比较器，所述跨阻放大器的输出电压经过低通滤波电路与所述参考电压通过锁存比较器进行比较，所述锁存比较器根据比较结果产生数字控制位，并通过所述数字控制位调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。
即跨阻放大器产生一输出信号Vout，并经R1和C1构成的低通滤波器滤波后与所述参考电压产生电路产生的输出电压通过锁存比较器进行比较；锁存比较器比较R1和C1构成的低通滤波器输出电压与参考电压产生电路产生的输出电压，产生数字控制位，所述数字控制字调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。
跨阻放大器电路输入端连接光电二极管，光电二极管产生的电流IPD输入到跨阻放大器的输入端。所述输入偏置电阻电路，从输入端电流IPD和反馈电路电路抽取电流；所述反馈电阻电路的电流从跨阻放大器输出端流向输入偏置电阻电路。随着光电二极管产生的电流IPD增大，输入偏置电阻从反馈电阻电路抽取的电流减小，输出端直流电压随之降低。当光电二极管产生的电流IPD增大到一定值时，跨阻放大器输出的直流电压低于参考电压产生电路的输出电压，锁存比较器输出数字控制位，降低输入偏置电阻电路和反馈电阻电路的阻值，从而增强输入偏置电阻抽取IPD电流的能力、降低跨阻放大器的增益跨阻。
具体的，跨阻放大器电路的输入端Input连接光电探测器PD，输出端Vout连接R1和C1构成的低通滤波器，低通滤波器输出Vout的直流电平Vcm提供给锁存比较器；参考电压产生电路是跨阻放大器电路的电路参数按照比例N相应缩放(transistor和电流源缩小N倍、电阻放大N倍)，参考电压产生电路输入端连接固定输入电流Id1，输出Vref1连接锁存比较器；锁存比较器比较Vcm和Vref1大小，输出数字控制位SW1控制跨阻放大器电路的电阻Rfeedback和Rsink值，以实现跨阻增益控制。
即本发明的跨阻放大器电路，可以通过合理设置反馈电阻Rfeedback和输入偏置电阻Rsink阻值，将跨阻放大器工作点设置在合理的工作范围；跨阻放大器电路，输入偏置电阻Rsink阻值为输入电流IPD提供信号通路到地，而不需要经过反馈电阻Rfeedback，从而减弱了允许的最大输入电流和反馈电阻之间的依赖关系；跨阻放大器电路，反馈电阻Rfeedback和输入偏置电阻Rsink阻值采用数字控制位控制，在整个动态范围内器件和电路工作状态稳定，无图2中自动增益控制环路造成的稳定性问题；参考电压产生电路是跨阻放大器电路的器件参数按照比例N相应缩放(transistor和电流源缩小N倍、电阻放大N倍)，通过在参考电压产生电路输入端输入电流Id1来设置自动增益控制电路的切换阈值(N×Id1)；本发明自动检测幅度后仅反馈输出控制位分段式切换Rfeedback和Rsink的阻值，延时远小于模拟自动增益反馈环路的建立时间，因而该方法可以实现很快的响应。本发明的输入偏置电阻Rsink可以使用可调电流源替代，实现自动增益控制。
实施例一
参考图1，本发明实施例提供了一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，在实施例一的基础上，其中，参考图3，跨阻放大器电路，包括gm放大管Q1、cascode管Q2、负载电路Rload、射极跟随器Q3、射极跟随器偏置电流源I0、反馈电阻Rfeedback、输入偏置电阻Rsink。其中，反馈电阻Rfeedback由电阻Rf0、电阻Rf1、以及与电阻Rf1并联的开关S1组成；输入偏置电阻Rsink由电阻Rs0、电阻Rs1、以及与电阻Rs1并联的开关S1组成。Rfeedback和Rsink中的开关S1可以由NMOS或NMOS与PMOS并联构成的传输门实现。
图3中的跨阻放大器电路中，输入端Input电压被钳位在Q1的Vbe，流经输入偏置电阻Rsink的电流Isink1+Isink2由Rsink的阻值决定；通过合理设置反馈电阻Rfeedback和输入偏置电阻Rsink阻值，可以将跨阻放大器工作点设置在合理的工作范围，其中输出端Vout电压高于输入端Input电压，以提供输入偏置电阻Rsink的工作电流。
在无输入电流(IPD＝0)的情况下，射极跟随器Q3输出电流IQ3，一部分电流Ibias流过射极跟随器偏置电流源I0、另一部分电流经过反馈电阻Rfeedback提供电流Isink2和Ibase给输入偏置电阻Rsink和Q1的基极；跨阻放大器输出电压Vout的直流电平Vcm高于参考电压产生电路输出的Vref1，锁存比较器输出数字控制位为低电平SW1＝0，Rfeedback和Rsink中的开关S1处于断开状态,反馈电阻Rfeedback由Rf0和Rf1串联构成、输入偏置电阻Rsink由Rs0和Rs1串联构成。
在输入电流IPD在灵敏度附近，电流IPD分别提供给Q1的基极Ibase和输入偏置电阻Rsink的Isink1；由于跨阻放大器输入端Input电压钳位在Q1的Vbe，因此射极跟随器Q3输出的电流IQ3和流经反馈电阻Rfeedback的电流Isink2相应减小。由于IPD较小，跨阻放大器电路输出Vout的直流电平Vcm基本不变；跨阻放大器输出电压Vout的直流电平Vcm高于参考电压产生电路输出的Vref1，锁存比较器输出数字控制位为低电平SW1＝0，Rfeedback和Rsink中的开关S1处于断开状态,反馈电阻Rfeedback由Rf0和Rf1串联构成、输入偏置电阻Rsink由Rs0和Rs1串联构成。
随着输入光功率增加，输入电流IPD相应增大，IPD提供给输入偏置电阻Rsink的电流Isink1增大，由于跨阻放大器输入端Input电压钳位在Q1的Vbe，因此由射极跟随器Q3输出电流IQ3和经过反馈电阻Rfeedback提供的电流Isink2相应减小，并且跨阻放大器输出端Vout直流电平Vcm降低，降低值约为IPD×Rfeedback。当光功率增加到一定值，输入电流IPD较大(IPD>N×Id1)时，跨阻放大器输出端Vout的直流电平Vcm低于参考电压产生电路输出的Vref1，锁存比较器输出数字控制位为高电平SW1＝1，Rfeedback和Rsink中的开关S1闭合，反馈电阻Rfeedback由Rf0构成、输入偏置电阻Rsink由Rs0构成，从而实现在高输入光功率情况下降低跨阻放大器的跨阻增益。
参考电压产生电路是跨阻放大器电路的器件参数按照比例N相应缩放(transistor和电流源缩小N倍、电阻放大N倍)，通过在参考电压产生电路输入端输入电流Id1来设置自动增益控制电路的切换阈值。当光电探测器输出的电流IPD>N×Id1时，跨阻放大器电路输出Vout的直流电平Vcm小于参考电压产生电路的Vref1，锁存比较器输出数字控制位为高电平SW1＝1，Rfeedback和Rsink中的开关S1闭合，反馈电阻Rfeedback阻值由Rf0+Rf1降低为Rf0、输入偏置电阻Rsink阻值由Rs0+Rs1降低为Rs0，实现跨阻放大器的增益控制。锁存比较器带有输出数字控制位锁存功能，在每次比较后保持SW1状态直到下次输入光功率发生变化。
进一步的，本发明的输入偏置电阻Rsink也可以采用其他抽取电流方式实现，如电流源，并不局限于实施例中的方式。本发明的反馈电阻Rfeedback中也可以采用Rf0和Rf1位置交换、开关与Rf1并联的连接关系，即将反馈电阻Rfeedback中的开关一端连接在跨阻放大器输入端Input。用于自动增益控制的跨阻放大器电路输出电压和参考电压产生电路输出参考电压可以来自射极跟随器Q3的发射极(Emitter，图3中的Vout)，也可以来自cascode管Q2的集电极(collector，图3中的Vout,int)。
实施例二
参考图1，本发明实施例提供了一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，在实施例一的基础上，其中，参考图4，跨阻放大器电路、并增加第二路参考电压产生电路、输入电流Id2、锁存比较器和输出数字控制位SW2，可以拓宽动态范围。假设Id1<Id2，跨阻放大器增益控制切换的阈值电流为N×Id1、N×Id2。当IPD<Id1，第一路锁存比较器输出的数字控制位为低电平SW1＝0、第二路锁存比较器输出的数字控制位为低电平SW2＝0，反馈电阻Rfeedback阻值为Rf0+Rf1+Rf2、输入偏置电阻Rsink阻值为Rs0+Rs1+Rs2；当Id1≤IPD<Id2，第一路锁存比较器输出的数字控制位为高电平SW1＝1、第二路锁存比较器输出的数字控制位为低电平SW2＝0，反馈电阻Rfeedback阻值为Rf0+Rf1、输入偏置电阻Rsink阻值为Rs0+Rs1；当IPD≥Id2，第一路锁存比较器输出的数字控制位为高电平SW1＝1、第二路锁存比较器输出的数字控制位为高电平SW2＝1，反馈电阻Rfeedback阻值为Rf0、输入偏置电阻Rsink阻值为Rs1。
图4的跨阻放大器电路、并增加第二路参考电压产生电路、输入电流Id2、锁存比较器和输出数字控制位SW2，可以有效拓宽动态范围，即本发明的输入动态范围大且拓展性强，通过改变参考电压产生电路的输入电流大小可以方便的调整增益切换阈值；依照图4的方法，可以增加更多路，拓宽动态范围、优化线性度。
本发明实施还提供一种跨阻放大器电路的自动增益控制方法，采用如上所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，进行增益控制的方法，包括以下步骤：
跨阻放大器的输出电压经过低通滤波电路与参考电压通过锁存比较器进行比较；
锁存比较器根据比较结果产生数字控制位，并通过所述数字控制位调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。
进一步的，跨阻放大器电路输入端连接有光电二极管，当所述光电二极管产生的输入电流增大，输入偏置电阻电路从反馈电阻电路抽取的电流减小，所述跨阻放大器电路的输出端电压随之降低；当所述光电二极管产生的电流增大到一定值时，所述跨阻放大器电路输出电压低于参考电压，锁存比较器输出数字控制位，降低输入偏置电阻电路和反馈电阻电路的阻值，从而增强输入偏置电阻电路抽取电流的能力和降低跨阻放大器电路的增益跨阻。
具体的如实施例一和实施例二中的原理，即在输入端增加到地的电阻Rsink，为光电探测器PD输出的电流IPD提供到地的信号路径，而不需要经过反馈电阻Rfeedback，从而减弱了允许的最大输入电流和反馈电阻之间的依赖关系，有利于独立优化最大输入电流和跨阻放大器的跨阻增益，即饱和输入光功率和灵敏度光功率，提高输入动态范围；本发明的自动增益控制方法，采用数字控制位改变反馈电阻Rfeedback和输入偏置电阻Rsink的电阻值，自动增益控制环路稳定时间远快于模拟反馈环路的控制方式，因而该方法在输入光功率发生变化时能够快速响应建立稳态，可用于突发模式跨阻放大器；本发明的跨阻放大器电路和自动增益控制方法拓展性好，增加反馈电阻Rfeedback和输入偏置电阻Rsink的控制位、以及参考电压产生电路以其输入电流Idx、锁存比较器和输出数字控制位SWx，可以有效拓宽动态范围。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：包括跨阻放大器电路、参考电压产生电路和电阻控制电路；
跨阻放大器电路，包括输入偏置电阻电路、前向放大器和反馈电阻电路，所述输入偏置电阻电路从所述前向放大器的输入端和所述反馈电阻电路抽取电流，所述反馈电阻电路的电流从所述前向放大器的输出端流向输入偏置电阻电路；
参考电压产生电路，根据所述跨阻放大器电路的比例相应缩放设置，并用于输出参考电压；
电阻控制电路，包括低通滤波电路和锁存比较器，所述跨阻放大器的输出电压经过低通滤波电路与所述参考电压通过锁存比较器进行比较，所述锁存比较器根据比较结果产生数字控制位，并通过所述数字控制位调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。
2.如权利要求1所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：所述跨阻放大器电路输入端连接有光电二极管，当所述光电二极管产生的输入电流增大，输入偏置电阻电路从反馈电阻电路抽取的电流减小，所述跨阻放大器电路的输出端电压随之降低；当所述光电二极管产生的电流增大到一定值时，所述跨阻放大器电路输出电压低于参考电压，锁存比较器输出数字控制位，降低输入偏置电阻电路和反馈电阻电路的阻值，从而增强输入偏置电阻电路抽取电流的能力和降低跨阻放大器电路的增益跨阻。
3.如权利要求2所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：所述参考电压产生电路的参考电平数量由所述偏置电路和所述反馈电阻电路需要的数字控制位的数量决定。
4.如权利要求3所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：所述反馈电阻电路包括串联的第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述第一反馈电阻连接所述前向放大器的输入端，所述第二反馈电阻连接所述前向放大器的输出端，所述第二反馈电阻上并联有第一开关，所述第一开关连接锁存比较器；所述输入偏置电阻电路包括串联的第一偏置电阻和第二偏置电阻，所述第二偏置电阻上并联有第二开关，所述第一偏置电阻一端连接于所述前向放大器输入端，所述第二偏置电阻一端接地；当所述跨阻放大器电路输出电压高于参考电压时，所述锁存比较器输出数字控制位为低电平，所述第一开关和所述第二开关处于断开状态，当所述跨阻放大器电路输出电压低于参考电压时，所述锁存比较器输出数字控制位为高电平，所述第一开关和所述第二开关处于闭合状态。
5.如权利要求3所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：所述参考电压产生电路和所述电阻控制电路均设置为两路，所述参考电路产生电路分别输入第一参考电流和第二参考电流并对应输出第一参考电压和第二参考电压，所述电阻控制电路对应分别输出第一数字控制位和第二数字控制位，所述光电二极管产生的电流根据与所述第一参考电流和所述第二参考电流的大小，相应输出第一数字控制位和第二数字控制位。
6.如权利要求5所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：所述反馈电阻电路包括串联的第一反馈电阻、第二反馈电阻和第三反馈电阻，所述第一电阻连接所述前向放大器的输入端，所述第三反馈电阻连接所述前向放大器的输出端，所述第三反馈电阻上并联有第一开关，所述第二反馈电阻的输入端和第三反馈电阻的输出端之间连接有第三开关；所述输入偏置电阻包括串联的第一偏置电阻、第二偏置电阻和第三偏置电阻，所述第三偏置电阻上并联有第二开关，所述第二偏置电阻的输入端和所述第三偏置电阻的输出端上连接有第四开关，所述第一偏置电阻连接于所述前向放大器输入端和第一反馈电阻之间，所述第三偏置电阻接地；当光电二极管产生的电流小于第一参考电流和第二参考电流时，所述第一数字控制位和第二数字控制位为低电平，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均处于断开状态；所述光电二极管产生的电流大于第一参考电流且小于第二参考电流时，所述第一数字控制位为高电平，所述第二数字控制位为低电平，所述第一开关和所述第二开关处于闭合状态，所述第三开关和所述第四开关处于断开状态；当所述光电二极管产生的电流大于第二参考电流且第二参考电流大于第一参考电流时，所述第一数字控制位和所述第二数字控制位均为高电平，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关均处于闭合状态。
7.如权利要求1所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：所述输入偏置电阻电路调整为可调电流源，以取代输入偏置电阻电路的功能，所述可调电流源由所述数字控制位控制调节电流大小。
8.如权利要求1所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，其特征在于：所述前向放大器包括第一放大管、第二放大管、负载电路、射极跟随器和射极跟随器偏置电流源，所述第一放大管的基极为所述跨阻放大器电路输入端并连接至所述输入偏置电阻电路和所述反馈电阻电路的输入端，所述第一放大管的集电极连接所述第二放大管的发射极，所述第一放大管的发射极连接至所述输入偏置电阻电路的输出端；所述第二放大管的集电极连接所述负载电路和所述射极跟随器的基极；所述射极跟随器的集电极连接所述负载电路的一端并连接电源，所述射极跟随器的发射极连接至所述反馈电阻电路的输出端、射极跟随器和输出端；所述射极跟随器偏置电流源连接至所述输入偏置电阻电路的第二偏置电阻一端并接地。
9.一种跨阻放大器电路的自动增益控制方法，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路，进行增益控制的方法，包括以下步骤：
跨阻放大器的输出电压经过低通滤波电路与参考电压通过锁存比较器进行比较；
锁存比较器根据比较结果产生数字控制位，并通过所述数字控制位调整反馈电阻电路和输入偏置电阻电路的电阻值大小，从而实现跨阻放大器的自动增益控制。
10.如权利要求9所述的一种跨阻放大器电路的自动增益控制方法，其特征在于：跨阻放大器电路输入端连接有光电二极管，当所述光电二极管产生的输入电流增大，输入偏置电阻电路从反馈电阻电路抽取的电流减小，所述跨阻放大器电路的输出端电压随之降低；当所述光电二极管产生的电流增大到一定值时，所述跨阻放大器电路输出电压低于参考电压，锁存比较器输出数字控制位，降低输入偏置电阻电路和反馈电阻电路的阻值，从而增强输入偏置电阻电路抽取电流的能力和降低跨阻放大器电路的增益跨阻。
CN202110977268.0A 2021-08-24 2021-08-24 一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法 Pending CN113659949A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110977268.0A CN113659949A (zh) 2021-08-24 2021-08-24 一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110977268.0A CN113659949A (zh) 2021-08-24 2021-08-24 一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113659949A true CN113659949A (zh) 2021-11-16

Family

ID=78492763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110977268.0A Pending CN113659949A (zh) 2021-08-24 2021-08-24 一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113659949A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114050794A (zh) * 2022-01-12 2022-02-15 微龛(广州)半导体有限公司 跨阻放大器电路、光接收机及光通信系统
CN117294264A (zh) * 2023-11-22 2023-12-26 成都明夷电子科技有限公司 一种光接收机用低噪声跨阻放大器
CN117741624A (zh) * 2024-02-21 2024-03-22 成都智明达电子股份有限公司 一种低噪声激光回波前端接收电路

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114050794A (zh) * 2022-01-12 2022-02-15 微龛(广州)半导体有限公司 跨阻放大器电路、光接收机及光通信系统
CN117294264A (zh) * 2023-11-22 2023-12-26 成都明夷电子科技有限公司 一种光接收机用低噪声跨阻放大器
CN117294264B (zh) * 2023-11-22 2024-03-12 成都明夷电子科技有限公司 一种光接收机用低噪声跨阻放大器
CN117741624A (zh) * 2024-02-21 2024-03-22 成都智明达电子股份有限公司 一种低噪声激光回波前端接收电路
CN117741624B (zh) * 2024-02-21 2024-05-24 成都智明达电子股份有限公司 一种低噪声激光回波前端接收电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113659949A (zh) 一种跨阻放大器电路的自动增益控制电路及方法
KR100887893B1 (ko) 새로운 ａｇｃ 트랜스임피던스 증폭기
KR100900205B1 (ko) 넓은 동적 범위 트랜스임피던스 증폭기
US8766728B2 (en) Trans-impedance amplifier with enhanced dynamic range but invariable input impedance
US7525391B2 (en) Linear transimpedance amplifier with multiplexed gain stage
KR102307585B1 (ko) 선형 버스트 모드 트랜스임피던스 증폭기에서의 폐루프 자동 이득 제어
JP5630325B2 (ja) 利得可変差動増幅回路
US6847263B2 (en) Optical receiver with wide dynamic range transimpedance amplifier
US9954622B2 (en) Trans-impedance amplifier and optical receiver including the same
US10944486B2 (en) DC current cancellation scheme for an optical receiver
KR101356862B1 (ko) 광통신 시스템에서 광수신기용 전치 증폭기 회로
JP5933727B2 (ja) 前置増幅器、光受信器、光終端装置及び光通信システム
US6879217B2 (en) Triode region MOSFET current source to bias a transimpedance amplifier
CN113517874B (zh) 用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制电路
US7305190B2 (en) Optical dispersion correction in transimpedance amplifiers
JP2007036329A (ja) 増幅回路およびトランスインピーダンスアンプ
US6876260B2 (en) Elevated front-end transimpedance amplifier
CN113452334A (zh) 用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法
WO2019140741A1 (zh) 一种可应用于突发跨阻放大器的自动增益控制方法和电路
JP3058922B2 (ja) 広ダイナミックレンジ光受信器
Yao et al. A low-noise 56Gbps PAM-4 linear optical receiver in 40nm CMOS
GB2247798A (en) Optical receiver
JP3826779B2 (ja) 光受信回路
CN207530785U (zh) 可应用于突发跨阻放大器的自动增益控制电路
JP2021082983A (ja) トランスインピーダンスアンプ

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