CN114337841B - 一种超宽带光接收机模拟前端模块 - Google Patents

一种超宽带光接收机模拟前端模块 Download PDF

Info

Publication number
CN114337841B
CN114337841B CN202210230415.2A CN202210230415A CN114337841B CN 114337841 B CN114337841 B CN 114337841B CN 202210230415 A CN202210230415 A CN 202210230415A CN 114337841 B CN114337841 B CN 114337841B
Authority
CN
China
Prior art keywords
output
transmission network
input
unit
gain
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.)
Active
Application number
CN202210230415.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114337841A (zh
Inventor
毕晓君
盛超帝
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.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
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 Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202210230415.2A priority Critical patent/CN114337841B/zh
Publication of CN114337841A publication Critical patent/CN114337841A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114337841B publication Critical patent/CN114337841B/zh
Priority to US18/076,414 priority patent/US11646801B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/693—Arrangements for optimizing the preamplifier in the receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/612—Coherent receivers for optical signals modulated with a format different from binary or higher-order PSK [X-PSK], e.g. QAM, DPSK, FSK, MSK, ASK
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/64—Heterodyne, i.e. coherent receivers where, after the opto-electronic conversion, an electrical signal at an intermediate frequency [IF] is obtained

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超宽带光接收机模拟前端模块，包括：跨阻放大单元，用于将外部输入电流信号转换为电压信号，并将电压信号放大后输出电压放大信号；分布式放大单元，包括输入传输网络、输入匹配负载、输出传输网络、输出匹配负载和若干个增益单元，其中，输入传输网络用于接收电压放大信号，并将电压放大信号分配到各增益单元进行进一步放大；输入匹配负载用于吸收向跨阻放大单元反射的电压放大信号；输出传输网络用于叠加来自各增益单元输出的放大信号并合并输出；输出匹配负载用于吸收来自各增益单元向输出传输网络输出端相反方向传输的放大信号。本发明能有效提高光接收机模拟前端模块的整体带宽性能。

Description

一种超宽带光接收机模拟前端模块
技术领域
本发明属于模拟与射频放大器领域，更具体地，涉及一种超宽带光接收机模拟前端模块。
背景技术
随着云计算，4K超高清视频等宽带业务的快速发展，社会对通信速度的要求不断提高，为了满足足够的数据吞吐能力，超高速，超大容量光纤传输系统不断的更新迭代。光接收机模拟前端作为光纤通信中接收端的第一级电路，其工作速度需要与系统通信速度匹配，因此超宽带光接收机模拟前端具有重要的研究意义。
目前大多数光接收机模拟前端采用的都是跨阻放大器级联后级放大器的集总电路型架构，如中国发明专利CN107147448A提出的宽带光接收机前端架构采用的就是跨阻放大器加限幅放大器加输出缓冲器的集总电路型放大器架构，这种集总电路型架构的特点是前端电路是多个具有独立功能的放大器电路的级联，该方案的缺点是多级级联的结构会影响模拟接收前端的整体带宽，因为根据理想放大器的级联带宽计算方法，整体系统的级联带宽与级联的单级放大器的个数的平方根成反比，因此这种集总电路型的多级放大器级联架构难以达到100GHz以上的模拟带宽。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种超宽带光接收机模拟前端模块，能有效提高光接收机模拟前端模块的整体带宽性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种超宽带光接收机模拟前端模块，包括：
跨阻放大单元，用于将外部输入电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号放大后输出电压放大信号；
分布式放大单元，包括输入传输网络、输入匹配负载、输出传输网络、输出匹配负载和若干个增益单元，其中，所述输入传输网络用于接收所述电压放大信号，并将所述电压放大信号分配到各增益单元进行进一步放大；所述输入匹配负载用于吸收向所述跨阻放大单元反射的电压放大信号；所述输出传输网络用于叠加来自各增益单元输出的放大信号并合并输出；所述输出匹配负载用于吸收来自各增益单元向所述输出传输网络输出端相反方向传输的放大信号。
相比于传统的光接收机模拟前端模块，本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块，采用分布式放大单元替换传统集总电路型放大器作为后级放大电路，利用分布式放大单元的宽带特性以及分布式放大单元的功能，即同时具备后级放大，增益调控以及输出缓冲的功能，既可以提高单级电路带宽，又可以降低整体系统的电路级数，达到扩展光接收机模拟前端整体带宽的目的。
在其中一个实施例中，所述跨阻放大单元包括反相器和反馈电阻R0，所述反馈电阻R0与所述反相器并联。
在其中一个实施例中，所述输入传输网络和所述输出传输网络均包括若干个串联的电感，其中，所述输入传输网络中位于首端的电感的一端与所述跨阻放大单元的输出端相连，所述输入传输网络中位于末端的电感的一端通过所述输入匹配负载接地，所述输入传输网络中相邻两电感的连接点对应与各增益单元的输入端相连；所述输出传输网络中相邻两电感的连接点对应与各增益单元的输出端相连，所述输出传输网络中位于首端的电感的一端通过所述输出匹配负载接地，所述输出传输网络中位于末端的电感的一端与外部负载相连。
在其中一个实施例中，所述输入传输网络和所述输出传输网络均采用传输线，其中，所述输入传输网络中传输线的一端与所述跨阻放大单元的输出端相连，所述输入传输网络中传输线上连接着各增益单元的输入端，所述输入传输网络中传输线的另一端通过所述输入匹配负载接地；所述输出传输网络中传输线的一端通过所述输出匹配负载接地，所述输出传输网络中传输线上连接着各增益单元的输出端，所述输出传输网络中传输线的另一端与外部负载相连。
在其中一个实施例中，所述增益单元采用若干级堆叠放大电路，每级堆叠放大电路均包括双极性晶体管或场效应晶体管。
在其中一个实施例中，所述增益单元采用吉尔伯特单元。
在其中一个实施例中，所述输入匹配负载包括电阻R1，所述输入匹配负载的阻抗与所述输入传输网络的特征阻抗相等。
在其中一个实施例中，所述输出匹配负载包括电阻R2，所述输出匹配负载的阻抗与所述输出传输网络的特征阻抗相等。
在其中一个实施例中，还包括采用电流模式逻辑电路的预驱动单元，所述预驱动单元用于接收所述电压放大信号，输出驱动电流信号；其中，所述驱动电流信号复用所述输入匹配负载，将所述驱动电流信号转换为驱动电压信号分配至各增益单元。
在其中一个实施例中，所述电流模式逻辑电路包括MOS管或BJT管，所述MOS管的栅极或所述BJT管的基极与所述跨阻放大器的输出端相连，所述MOS管的漏极或所述BJT管的集电极与所述输入传输网络相连，所述MOS管的源极或所述BJT管的发射极接地。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的超宽带光接收机模拟前端模块的架构图；
图2是图1中超宽带光接收机模拟前端模块的一电路示意图；
图3是图1中超宽带光接收机模拟前端模块的另一电路示意图；
图4是本发明另一实施例提供的超宽带光接收机模拟前端模块的架构图；
图5是图4中超宽带光接收机模拟前端模块的一电路示意图；
图6是本发明提供的跨阻放大单元与不同后级电路组合输出摆幅大小的仿真结果对比图；
图7是本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块（分布式接收机）与传统集总型接收机的整体级联带宽仿真结果对比图；
图8是本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块（分布式接收机）与传统集总型接收机的噪声性能仿真结果对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为解决传统光接收机模拟前端采用集总电路型架构存在模拟宽带低的问题，本发明提供了一种超宽带光接收机模拟前端模块，如图1所示，该超宽带光接收机模拟前端模块包括跨阻放大单元10和分布式放大单元20。
其中，跨阻放大单元10用于将外部输入电流信号转换为电压信号，并将该电压信号放大后输出电压放大信号。具体地，如图2和图6所示，本实施例提供的跨阻放大单元10可采用预放大器A0和反馈电阻R0并联的电路，也可以采用反相器和反馈电阻R0并联的电路，本实施不作限制。
分布式放大单元20用于提供后级增益，并进一步放大电压放大信号，同时可以提供输出匹配，起到缓冲器的作用。
具体地，如图1所示，本实施例提供的分布式放大单元20包括输入传输网络21、输入匹配负载22、输出传输网络23、输出匹配负载24和若干个增益单元25。
其中，输入传输网络21用于接收输入信号（跨阻放大单元10输出的电压放大信号），并将该输入信号分配到各增益单元25进行进一步放大。输入匹配负载22用于吸收向跨阻放大单元10反射的输入信号，防止该信号向跨阻放大单元10反射，最大程度降低级间串扰。输出传输网络23用于叠加来自各增益单元25输出的放大信号并合并输出。输出匹配负载24用于吸收来自各增益单元向输出传输网络23输出端相反方向传输的放大信号，即用于吸收图1中各增益单元25输出的向左传输的放大信号，防止其向输出传输网络23的输出端反射，提高输出信号的质量。
需要说明的是，采用上述架构的分布式放大单元20的带宽受限于输入传输网络21与输出传输网络23低通响应的截止频率，而传统集总电路型放大器的带宽受限于其输入或输出极点频率。下面以输出节点为例，对本实施例提供的分布式放大单元20与传统集总电路型放大器的带宽进行相应说明。
对于具有N个增益单元25的分布式放大单元20，假设其输出传输网络23是理想无损耗且特征阻抗Z0d与输出匹配负载24的阻值Rd相等，则输出传输网络23的截止频率fcd的计算公式为：
Figure 302502DEST_PATH_IMAGE001
Figure 485222DEST_PATH_IMAGE002
根据上述公式，可推导出输出传输网络23的截止频率fcd与Z0d以及Rd的关系为：
Figure 938329DEST_PATH_IMAGE003
单个增益单元的输出极点频率的计算公式为：
Figure 599118DEST_PATH_IMAGE004
传统采用N个增益单元直接连接形成的集总电路型放大器，输出节点的寄生电容扩大了N倍，因此其输出极点的频率fpd的计算公式为：
Figure 820014DEST_PATH_IMAGE005
则
Figure 908056DEST_PATH_IMAGE006
由此可见，就输出节点而言，本实施例提供的输出传输网络23的截止频率fcd是传统集总电路型放大器输出极点频率fpd的2N倍，其中，N表示增益单元25的个数。同理，可知本实施例提供的输入传输网络21的截止频率fcg是传统集总电路型放大器输入极点频率fpg的2N倍。因此，本实施例提供的分布式放大单元20的带宽明显高于传统集总电路型放大器的带宽。
又因为，根据级联系统的带宽计算公式，假设N级自身带宽均为BW1的相同子电路进行级联连接，则总级联系统的带宽可以表示为：
Figure 706248DEST_PATH_IMAGE007
当N≥2时，公式可以进一步近似为：
Figure 295361DEST_PATH_IMAGE008
从上述公式可以看出，当级联系统子电路的带宽BW1固定时，总级联系统带宽BW与级联级数N的平方根成反比关系，即级数越多，总带宽越窄；或当级数N固定时，总带宽BW与子电路带宽BW1成正比，即子电路带宽越宽，总系统带宽也越宽。
因此，为提高总级联系统的带宽，本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块采用分布式放大单元20，可提高子电路带宽，其次将传统光接收机模拟前端模块中后级放大器、缓冲器和可变增益放大器等子电路融合进分布式放大单元20中，从而将级联级数N尽可能降低。通过以上两个方面的改进，从而可实现超宽带的光接收机架构。
相比于传统的光接收机模拟前端模块，本实施例提供的超宽带光接收机模拟前端模块，采用分布式放大单元20替换传统集总电路型放大器作为后级放大电路，利用分布式放大单元20的宽带特性以及分布式放大单元20的功能，即同时具备后级放大、增益调控以及输出缓冲的功能，既可以提高单级电路带宽，又可以降低整体系统的电路级数，达到扩展光接收机模拟前端整体带宽的目的。
在一个实施例中，前述分布式放大单元20中的增益单元25可采用共射或共源的一级放大电路、共基共射或共源共栅的两级堆叠放大电路、三级堆叠放大或更多级堆叠放大电路，每级堆叠放大电路均可使用双极性晶体管或场效应晶体管搭建。进一步地，该增益单元25还可以采用吉尔伯特单元等增益可控的放大电路，可实现分布式放大单元的增益控制能力。
在一个实施例中，输入匹配负载22和输出匹配负载24可采用电阻，当然也可以采用电容和电阻串联的架构，具体选用何种架构可根据实际情况进行相应选择，本实施例不作限制。
具体地，当输入匹配负载22采用电阻R1时，电阻R1的值可根据跨阻放大单元10的输出阻抗值以及输入传输网络21的特征阻抗值并配合所需的增益大小以及匹配程度综合考量选取。如果需要较高的增益，则电阻R1的值可选用大于跨阻放大单元10的输出阻抗值以及输入传输网络21的特征阻抗值。优选的，电阻R1的值可选择与输入传输网络21的特征阻抗相等，从而达到最佳匹配的效果。
当输出匹配负载24采用电阻R2时，电阻R2的值可根据输出传输网络23的特征阻抗值确定。优选的，电阻R2的值可选择与输出传输网络23的特征阻抗相等，从而达到最佳匹配的效果。
在一个实施例中，如图2所示，前述分布式放大单元20中的输入传输网络21和输出传输网络23均可使用若干个串联的电感，即输入传输网络21包括电感Li1至LiN+1，输出传输网络23包括电感Lo1至LoN+1。
其中，输入传输网络21中位于首端的电感Li1的一端与跨阻放大单元10的输出端相连，输入传输网络21中位于末端的电感LiN+1的一端通过输入匹配负载22（电阻R1）接地，输入传输网络21中相邻两电感的连接点对应与各增益单元（晶体管Q1至QN）的输入端相连；输出传输网络23中相邻两电感的连接点对应与各增益单元（晶体管Q1至QN）的输出端相连，输出传输网络23中位于首端的电感Lo1的一端通过输出匹配负载24（电阻R2）接地，输出传输网络23中位于末端的电感LoN+1的一端与外部负载相连。
在本实施例中，输入传输网络21中电感Li1至LiN+1对应与各增益单元25中晶体管Q1至QN的输入寄生电容谐振，从而降低输入寄生电容对输入带宽的影响，提高输入传输网络21的截止频率。同样的，输出传输网络23中电感Lo1至LoN+1对应与各增益单元25中晶体管Q1至QN的输出寄生电容谐振，从而降低输出寄生电容对输出带宽的影响，提高输出传输网络23的截止频率。如前文所诉，分布式放大单元20的带宽由输入传输网络21和输出传输网络23的截止频率限制，因此，本实施例提供的采用若干个电感串联的输入传输网络21和输出传输网络23可有效提高传输网络的截止频率，从而有效提升分布式放大单元的工作带宽。
在一个实施例中，前述分布式放大单元20中的输入传输网络21和输出传输网络23还可使用传输线，如图3所示，即输入传输网络21采用输入传输线Z1，输出传输网络23采用输出传输线Z2。
其中，输入传输网络21中的传输线（输入传输线Z1）的一端与跨阻放大单元10的输出端相连，输入传输线Z1上连接着各增益单元25（晶体管M1至MN）的输入端，输入传输线Z1的另一端通过输入匹配负载22（电阻R1）接地；输出传输网络23中的传输线（输出传输线Z2）的一端通过输出匹配负载24（电阻R2）接地，输出传输线Z2上连接着各增益单元25的输出端，输出传输线Z2的另一端与外部负载相连。
本实施例提供的输入传输网络21和输出传输网络23采用传输线代替上述电感作为与寄生电容谐振的器件，其工作原理与上述采用电感的工作原理相同，本实施例不再赘述，即同样具有扩展输入输出截止频率的作用；同时由于传输线在高频下的品质因数Q值更高，因此其适用于工作在几十吉赫兹或更高的频率下的光接收机模拟前端模块中。
因此，当光接收机模拟前端模块工作在几十吉赫兹或更高的频率下时，可优选使用传输线作为输入传输网络21和输出传输网络23，具有如下优点：（1）传输线没有自谐振频率，而电感的自谐振频率一般在100GHz左右，考虑到在自谐振频率附近器件的性质会发生很大改变，因此传输线更适合在高频下应用；（2）根据传输网络的截止频率公式，更高的频率需要对应更低的感值，但电感由于形状限制，一般无法提供几十皮亨或者更低的感值，而传输线形状灵活，可以提供更低的感值，因此使用传输线更加符合高截止频率的要求。
考虑到将分布式放大单元20代替传统集总电路型放大器作为后级放大电路时，由于分布式放大单元20的输入阻抗远远低于传统集总电路型放大器，传统集总电路型放大器的输入阻抗近似无穷大的输入阻抗，会导致对于同一个跨阻放大单元10驱动后端分布式放大单元20时，出现整体级联增益降低导致出现输出信号摆幅降低的问题。因此，对输出信号摆幅要求较高的超宽带光接收机模拟前端模块，需进一步地提高跨阻放大单元10的驱动能力。
对此，如图4所示，本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块增设有采用电流模式逻辑电路的预驱动单元30，该预驱动单元30分别与跨阻放大单元10、分布式放大单元20相连。
在本实施例中，预驱动单元30用于接收跨阻放大单元10输出的电压放大信号，输出驱动电流信号，该驱动电流信号复用输入匹配负载22，将驱动电流信号转换为驱动电压信号替换前述的电压放大信号，分配至各增益单元25。
具体地，如图5所示，该预驱动单元30可采用MOS管或BJT管，MOS管的栅极或BJT管的基极与跨阻放大单元10的输出端相连，MOS管的漏极或BJT管的集电极与输入传输网络21相连，MOS管的源极或BJT管的发射极接地。
本实施例提供的预驱动单元30主要从以下两个方面提高跨阻放大单元10的驱动能力：（1）预驱动单元30的输入为MOS管的栅极或BJT管的基级，都具有很高的输入阻抗，可以提高其向后端分布式放大单元20输出的信号幅度；（2）预驱动单元30采用的MOS管或BJT管为电流模式逻辑（CML）电路，具有较高的工作电流，有利于驱动小阻抗负载。综合以上两点的分析，额外添加的预驱动单元30可以有效提高跨阻放大单元10驱动小阻抗负载的能力，从而克服基于分布式放大单元架构带来的增益降低导致信号输出幅度降低的问题。
下面结合具体实施例，对本发明提供的增加有预驱动单元30的超宽带光接收机模拟前端模块进行详细说明。
如图5所示，本实施例提供的超宽带光接收机模拟前端模块主要包括跨阻放大单元（TIA）10、预驱动单元30与分布式放大单元20三部分。
其中，本实施例提供的跨阻放大单元10包括MOS管MN0、MP0以及反馈电阻R0，反馈电阻R0连接在反相器的输入输出之间形成反馈环路，MOS管MN0与MP0组成的反相器用于提供增益同时抑制输入噪声。
本实施例提供的分布式放大单元20包括由双极型晶体管Q1至QN组成的若干个增益单元25、由电感Li1至LiN+1及其对应与双极型晶体管Q1至QN中的输入寄生电容组成的输入传输网络21、由电感Lo1至LoN+1及其对应与晶体管Q1至QN中的输出寄生电容组成的输出传输网络23、由电阻R1组成的输入匹配负载22和由电阻R2组成的输出匹配负载24。
其中，双极型晶体管Q1至QN采用共射极连接方式作为增益单元25提供信号放大作用。电阻R1用于吸收输入信号（预驱动单元30输出的驱动电流信号）改善输入匹配，防止输入信号向跨阻放大单元10反射，最大程度降低级间串扰。输入传输网络21的作用是接收输入信号并将输入信号分配到各个增益单元25。输出传输网络23的作用是叠加来自各个增益单元25的放大信号并合并输出。电阻R2的作用是吸收图6中向左传输的输出信号，防止其向输出传输网络23的输出端口反射，因为该反射信号与图6中向右传输的输出信号相位不同，相互叠加会严重影响信号质量，因此电阻R2可降低向左传输的输出信号对向右传输的输出信号的干扰，改善输出信号质量。
假设本实施例提供的分布式放大单元20中每个增益单元25（双极型晶体管Q1至QN）的输入寄生电容为Cgs，输入传输网络21中的每个电感感值为Lg，输出寄生电容为Cds，输出传输网络23中的每个电感感值为Ld，根据传输线的RLGC模型可以得到：
输入传输网络21的等效阻抗Z0g以及截止频率fcg分别为：
Figure 495398DEST_PATH_IMAGE009
Figure 754341DEST_PATH_IMAGE010
输出传输网络23的等效阻抗Z0d以及截止频率fcd分别为：
Figure 915195DEST_PATH_IMAGE001
Figure 917786DEST_PATH_IMAGE002
由于分布式放大单元20的带宽由于输入传输网络21的截止频率fcg与输出传输网络23的截止频率fcd决定，因此，通过以上公式可以得出，为增大分布式放大单元20的带宽可通过降低电感Lg与Ld或电容Cgs与Cds的值来实现，但由于电容Cgs与Cds的值由电路的加工工艺以及晶体管尺寸决定，无法随意设置，因此可通过降低电感Lg与Ld的值有效来增大带宽，但降低电感Lg与Ld的值会使等效阻抗Z0g与Z0d快速降低，从而导致分布式放大单元20的增益快速降低，同时变得更加难以被前级驱动。因此需要通过提升前级跨阻放大单元10的驱动能力来换取分布式放大单元20的高工作频率。
对此，本实施例在跨阻放大单元10的后端、分布式放大单元20的前端增设有预驱动单元30，该预驱动单元30包括MOS管MN1，MOS管MN1的栅极输入接反相器的输出端，其漏极接分布式放大器20中的输入传输网络21，同时预驱动单元30直接复用了分布式放大器20中的输入匹配负载22作为自身负载，可最大化地提高驱动效率。
图6是本发明提供的跨组放大单元（TIA）与不同后级电路组合输出摆幅大小的仿真结果对比图，由图6得到的仿真结果显示本发明增加了预驱动功能的超宽带光接收机模拟前端模块（如图6中预驱动TIA+分布放大单元）的输出摆幅基本与传统TIA级联集总电路型放大器架构（如图6中的TIA+集总放大器）的输出摆幅相同，而上述提供没有预驱动功能的超宽带光接收机模拟前端模块（如图6中的TIA+分布式放大单元）的输出摆幅只有前面两者的71%左右。
图7是本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块（又称分布式接收机）与传统集总型接收机的整体级联带宽仿真结果对比图，由图7可知，在相同的工艺参数以及相同的跨阻放大单元结构下，本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块的小信号带宽性能与集总接收机的带宽性能相比增强了约54%。图8是本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块（分布式接收机）与传统集总型接收机的噪声性能仿真结果对比图，由图8可知，由于采用相同的跨阻放大单元结构，作为接收机另一关键指标的输入噪声指标没有发生恶化。
综合以上论述，本发明提供的超宽带光接收机模拟前端模块，采用分布式放大单元替换传统集总电路型放大器作为后级放大电路，利用分布式放大单元的宽带特性以及分布式放大单元的功能，即同时具备后级放大，增益调控以及输出缓冲的功能，既可以提高单级电路带宽，又可以降低整体系统的电路级数，达到扩展光接收机模拟前端整体带宽的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，包括：
跨阻放大单元，用于将外部输入电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号放大后输出电压放大信号；
分布式放大单元，包括输入传输网络、输入匹配负载、输出传输网络、输出匹配负载和若干个增益单元，其中，所述输入传输网络用于接收所述电压放大信号，并将所述电压放大信号分配到各增益单元进行进一步放大；所述输入匹配负载用于吸收向所述跨阻放大单元反射的电压放大信号；所述输出传输网络用于叠加来自各增益单元输出的放大信号并合并输出；所述输出匹配负载用于吸收来自各增益单元向所述输出传输网络输出端相反方向传输的放大信号。
2.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述跨阻放大单元包括反相器和反馈电阻R0，所述反馈电阻R0与所述反相器并联。
3.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述输入传输网络和所述输出传输网络均包括若干个串联的电感，其中，所述输入传输网络中位于首端的电感的一端与所述跨阻放大单元的输出端相连，所述输入传输网络中位于末端的电感的一端通过所述输入匹配负载接地，所述输入传输网络中相邻两电感的连接点对应与各增益单元的输入端相连；所述输出传输网络中相邻两电感的连接点对应与各增益单元的输出端相连，所述输出传输网络中位于首端的电感的一端通过所述输出匹配负载接地，所述输出传输网络中位于末端的电感的一端与外部负载相连。
4.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述输入传输网络和所述输出传输网络均采用传输线，其中，所述输入传输网络中传输线的一端与所述跨阻放大单元的输出端相连，所述输入传输网络中传输线上连接着各增益单元的输入端，所述输入传输网络中传输线的另一端通过所述输入匹配负载接地；所述输出传输网络中传输线的一端通过所述输出匹配负载接地，所述输出传输网络中传输线上连接着各增益单元的输出端，所述输出传输网络中传输线的另一端与外部负载相连。
5.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述增益单元采用若干级堆叠放大电路，每级堆叠放大电路均包括双极性晶体管或场效应晶体管。
6.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述增益单元采用吉尔伯特单元。
7.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述输入匹配负载包括电阻R1，所述输入匹配负载的阻抗与所述输入传输网络的特征阻抗相等。
8.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述输出匹配负载包括电阻R2，所述输出匹配负载的阻抗与所述输出传输网络的特征阻抗相等。
9.根据权利要求1所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，还包括采用电流模式逻辑电路的预驱动单元，所述预驱动单元用于接收所述电压放大信号，输出驱动电流信号；其中，所述驱动电流信号复用所述输入匹配负载，将所述驱动电流信号转换为驱动电压信号分配至各增益单元。
10.根据权利要求9所述的超宽带光接收机模拟前端模块，其特征在于，所述电流模式逻辑电路包括MOS管或BJT管，所述MOS管的栅极或所述BJT管的基极与所述跨阻放大单元的输出端相连，所述MOS管的漏极或所述BJT管的集电极与所述输入传输网络相连，所述MOS管的源极或所述BJT管的发射极接地。
CN202210230415.2A 2022-03-10 2022-03-10 一种超宽带光接收机模拟前端模块 Active CN114337841B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210230415.2A CN114337841B (zh) 2022-03-10 2022-03-10 一种超宽带光接收机模拟前端模块
US18/076,414 US11646801B1 (en) 2022-03-10 2022-12-07 Analog front-end module of ultra-wideband optical receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210230415.2A CN114337841B (zh) 2022-03-10 2022-03-10 一种超宽带光接收机模拟前端模块

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114337841A CN114337841A (zh) 2022-04-12
CN114337841B true CN114337841B (zh) 2022-06-07

Family

ID=81033355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210230415.2A Active CN114337841B (zh) 2022-03-10 2022-03-10 一种超宽带光接收机模拟前端模块

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11646801B1 (zh)
CN (1) CN114337841B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116112087B (zh) * 2023-01-18 2024-02-27 华中科技大学 一种基于多路电流分段延时与合并输出架构的驱动电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107147448A (zh) * 2017-04-21 2017-09-08 天津大学 一种高灵敏度的宽带光接收机前端电路
CN111525961A (zh) * 2020-04-27 2020-08-11 联合微电子中心有限责任公司 光接收机模拟前端电路及光接收机

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4574249A (en) * 1981-09-08 1986-03-04 At&T Bell Laboratories Nonintegrating lightwave receiver
KR100826882B1 (ko) * 2005-12-05 2008-05-06 한국전자통신연구원 버스트 모드 광 수신기에서 디지털 자동이득제어 방법 및장치
JP5894869B2 (ja) * 2012-06-21 2016-03-30 株式会社日立製作所 トランスインピーダンスアンプ
CN106027159B (zh) * 2016-07-06 2018-04-13 天津大学 基于调节型共射共基结构的全差分光接收机模拟前端电路
DE112019000243B4 (de) * 2018-01-31 2024-02-22 Robert Bosch Gmbh Lidar-Laufzeit- und -Intensitätsdetektionssignalpfad basierend auf phasencodierter Mehrfachpulsübertragung und überabgetasteter Einzelbitoptimalfilterdetektion
KR102472760B1 (ko) * 2018-08-09 2022-11-30 에스케이하이닉스 주식회사 광 수신기
JP2020077956A (ja) * 2018-11-07 2020-05-21 住友電気工業株式会社 光受信回路
US20230051839A1 (en) * 2021-08-12 2023-02-16 Qualcomm Incorporated Active filters and gyrators including cascaded inverters

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107147448A (zh) * 2017-04-21 2017-09-08 天津大学 一种高灵敏度的宽带光接收机前端电路
CN111525961A (zh) * 2020-04-27 2020-08-11 联合微电子中心有限责任公司 光接收机模拟前端电路及光接收机

Also Published As

Publication number Publication date
US11646801B1 (en) 2023-05-09
CN114337841A (zh) 2022-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112187194B (zh) 推挽功率放大器、射频前端电路和无线装置
WO2023082934A1 (zh) Mmic射频功率放大器
CN108574464B (zh) 一种低功耗高线性双模式毫米波宽带堆叠低噪声放大器
CN110034738B (zh) 一种基于改进型阻抗匹配网络的超宽带低噪声放大器
CN103051291A (zh) 级间匹配可调的cmos超宽带低噪声放大器电路
CN114337841B (zh) 一种超宽带光接收机模拟前端模块
CN112583361A (zh) 一种基于噪声消除的高增益宽频带低噪声放大器
CN113904639A (zh) 一种高饱和输出功率的两级宽带功率放大器电路
CN216056945U (zh) 基于变压器匹配的三路功率合成的射频功率放大器
CN111525896A (zh) 一种高增益高带宽的可变增益放大器及放大器芯片
CN117713702A (zh) 一种低功耗低增益变化稳定性增强的低噪声放大器
JP4202088B2 (ja) 増幅器
Shailesh et al. A state-of-the art review on distributed amplifiers
CN111446931A (zh) 一种应用在320MHz~420MHz的双向功率放大器
CN212785271U (zh) 一种改进型超宽带高效率功率放大器
CN113242021B (zh) 超宽带低噪声放大器
CN116112087B (zh) 一种基于多路电流分段延时与合并输出架构的驱动电路
CN215420203U (zh) 一种基于cmos结构的宽带高线性低噪声放大器电路
KR20040052302A (ko) 대역폭 향상을 위한 소오스 폴로워 구조의 전치 증폭기
CN112583371A (zh) 一种基于lc谐振负载的宽频带共源共栅极低噪声放大器
CN1667969A (zh) 镜像抑制低噪声放大器
CN113472298A (zh) 一种基于cmos结构的宽带高线性低噪声放大器电路
CN117294259A (zh) 一种紧凑型超宽带低噪声放大器
TWI839005B (zh) 放大電路
CN217388658U (zh) 多倍频程宽带低噪声放大电路及通信接收机

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant