CN115549605B - 一种减小突发tia电路建立时间的电路、方法和tia电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减小突发TIA电路建立时间的电路，由电容C2和电阻R2组成的低通滤波器连接至跨阻放大器的输出端和开关管的控制极；开关管连接在DC节点和地之间；所述电阻R2和电容C2的时间常数小于单端转差分电路中电阻R1和电容C1的时间常数；所述DC节点连接至AGC运放的第一输入端，AGC运放的第二输入端连接至参考电压；当输入光功率达到阈值时，所述跨阻放大器的输出端的电压降低，并通过低通滤波器开启开关管，使得DC节点的电压小于，AGC运放开启。本发明还提供了一种减小突发TIA电路建立时间的方法和TIA电路。
Description
技术领域
本发明涉及设置集成电路，尤其涉及跨阻放大器。
背景技术
如图1所示，为跨阻放大器TIA的典型电路，它包括TIA前级电路，Rf为其跨阻，
TIAOUT为TIA前级的输出节点，TIAOUT经过R1,C1的滤波环节抽取出其直流电压DC，DC节点
无高频信号，因此R1,C1与差分电路I0共同组成单端转差分电路；另外，TIA还包括自动增益
环路AGC，它包括R1,C1,AGC运放及可变电阻NM1，它的原理是，无光或小光时，流入TIA的平
均光电流较小，DC节点电压>，AGC运放输出电压为低，NM1处于关闭状态，AGC环路不
工作，此时TIA的前级跨阻为Rf；当光功率大于一定阈值时，会被拉低到小于,AGC运
放输出逐步升高，NM1管逐步导通，导通电阻逐步减小，会进入AGC环路的调节阶段，最终通
过调整NM1的阻值来调整TIA前级的跨阻。由于光通信为超宽带通信，传输信号频谱涵盖从
几MHz~几十GHz，为了减小DC节点电压及AGC运放输出节点电压的波动，减小输出信号的直
流漂移（DC WANDER），减小输出信号抖动。通常需要将R1C1低通滤波的低频截至频率及AGC
反馈环路带宽控制到最低频谱成分的十分之一以下，通常是几十KHz左右。
输入光大于AGC启动阈值时，TIA电路建立时间包括单转双电路及AGC环路的建立
时间。单端转差分电路与AGC环路会合起来贡献一定的低频截止频率，越高，电路建立
时间越短，但眼图抖动就越大，误码率会变大；反之，越低，眼图抖动就越小，误码率会变
小，但电路建立时间越长。总之，老技术中，电路建立时间与传输误码存在严重的设计矛盾，
特别是在突发TIA中，对电路建立时间较为严格但又不能影响数据传输，这两者的矛盾尤为
严重。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种减小突发TIA电路建立时间的电路，既能够缩短电路建立的时间，同时又不会影响数据传输。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种减小突发TIA电路建立时间的电路，
由电容C2和电阻R2组成的低通滤波器连接至跨阻放大器的输出端和开关管的控制极；开关
管连接在DC节点和地之间；所述电阻R2和电容C2的时间常数小于单端转差分电路中电阻R1
和电容C1的时间常数；所述DC节点连接至AGC运放的第一输入端，AGC运放的第二输入端连
接至参考电压；
当输入光功率达到阈值时，所述跨阻放大器的输出端的电压降低，并通过低通滤
波器开启开关管，使得DC节点的电压小于，AGC运放开启。
在一较佳实施例中：所述开关管为PMOS管PM1，其栅极连接至电容C2和电阻R2的同名端，源极连接至所述DC节点，漏极接地。
在一较佳实施例中：所述开关管为二极管D1，其阳极连接至电容C2和电阻R2的同名端，阴极连接至所述DC节点。
在一较佳实施例中：所述电阻R2的另一端连接至所述跨阻放大器的输出端；所述电容C2的另一端接地。
在一较佳实施例中：所述DC节点还连接至电阻R1和电容C1的同名端。
在一较佳实施例中：所述电阻R1的另一端连接至所述跨阻放大器的输出端，电容C1的另一端接地。
本发明还提供了一种减小突发TIA电路建立时间的方法，当输入光功率达到阈值
时，跨阻放大器的输出端的电压降低，并通过低通滤波器开启开关管，将DC节点通过开关管
接地，使得DC节点的电压降低至小于，AGC运放开启；所述低通滤波器的时间常数小
于单端转差分电路的时间常数。
在一较佳实施例中：所述AGC运放开启后，开关管重新处于关断状态；跨阻放大器的截止频率由单端转差分电路及AGC环路决定。
本发明还提供了一种TIA电路，使用了如上所述的减小突发TIA电路建立时间的电路。
在一较佳实施例中：跨阻放大器的输入端和输出端之间连接可变电阻NM1，AGC运放的输出端连接至可变电阻NM1的控制极端。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明提供了一种减小突发TIA电路建立时间的电路，当有大光输入时，TIAOUT节
点电压会瞬间下降，通过R2,C2组成的低通滤波器控制开关管PM1的栅级电压，使得
PM1开启，DC节点电压也会被快速拉低，使得小于，AGC运放迅速开启，AGC环路进
入调整状态。
由于R2，C2的时间常数大大小于R1,C1的时间常数，这样在AGC环路的启动时就少
了R1,C1的滤波环节，大大减小电路建立时间。并且在电路建立完成后,开关管PM1处在关断
状态，不会影响TIA正常工作，因此TIA的低频截止频率还是由R1,C1组成单端转差分电路及
AGC环路决定，不会改变，不会影响信号抖动，不会增加传输误码。这样就缓解电路建立
时间与传输误码的设计矛盾，使得TIA在保证满足电路建立时间要求的同时，不影响传输误
码。
附图说明
图1为现有技术中跨阻放大器电路图；
图2为本发明优选实施例1的电路图；
图3为输入电流信号示意图；
图4为DC节点的电压变化比较图，其中左侧曲线对应图2所示的电路，右侧曲线对应图1所示的电路；
图5为AGC运放输出节点的电压波动比较图，其中左侧曲线对应图2所示的电路，右侧曲线对应图1所示的电路；
图6为输出信号比较图，其中左侧曲线对应图2所示的电路，右侧曲线对应图1所示的电路；
图7为本发明优选实施例2的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参考图2，本实施例提供了一种TIA电路，包括TIA前级电路，Rf为其跨阻，TIAOUT为TIA前级的输出节点；DC节点连接至电阻R1和电容C1的同名端；所述电阻R1的另一端连接至所述跨阻放大器的输出端，电容C1的另一端接地。TIA前级的输入端分别连接PINK和PINA。
TIAOUT经过电阻R1与电容C1的滤波环节抽取出其直流电压DC，DC节点无高频信
号，因此R1,C1与差分电路I0共同组成单端转差分电路，差分电路I0的输出端为OUTP和
OUTN；另外，TIA还包括自动增益环路AGC，它包括AGC运放及可变电阻NM1。它的原理是：无光
或小光时，流入TIA的平均光电流较小，DC节点电压>，AGC运放输出电压为低，NM1处
于关闭状态，AGC环路不工作，此时TIA的前级跨阻为Rf；当光功率大于一定阈值时，会被
拉低到小于,AGC运放输出逐步升高，NM1管逐步导通，导通电阻逐步减小，会进入AGC环
路的调节阶段，最终通过调整NM1的阻值来调整TIA前级的跨阻。
还包括用于减小突发TIA电路建立时间的电路：由电容C2和电阻R2组成的低通滤
波器连接至跨阻放大器的输出端和开关管的控制极；开关管连接在DC节点和地之间；所述
电阻R2和电容C2的时间常数小于单端转差分电路中电阻R1和电容C1的时间常数；所述DC节
点连接至AGC运放的第一输入端，AGC运放的第二输入端连接至参考电压；
经过上述设置后，当输入光功率达到阈值时，所述跨阻放大器的输出端的电压降
低，并通过低通滤波器开启开关管，使得DC节点的电压小于，AGC运放开启。
由于R2，C2的时间常数大大小于R1,C1的时间常数，这样在AGC环路的启动时就少
了R1,C1的滤波环节，大大减小电路建立时间。并且在电路建立完成后,开关管PM1处在关断
状态，不会影响TIA正常工作，因此TIA的低频截止频率还是由R1,C1组成单端转差分电路及
AGC环路决定，不会改变，不会影响信号抖动，不会增加传输误码。这样就缓解电路建立
时间与传输误码的设计矛盾，使得TIA在保证满足电路建立时间要求的同时，不影响传输误
码。
本实施例中，所述开关管为PMOS管PM1，其栅极连接至电容C2和电阻R2的同名端，源极连接至所述DC节点，漏极接地。所述电阻R2的另一端连接至所述跨阻放大器的输出端；所述电容C2的另一端接地。
图3-图6为图2所示的电路与图1所示的电路进行的仿真对比，可以看出：在图3所示的输入信号下：图2所述电路中DC节点的电压会被迅速拉低，AGC运放将快速启动，并且AGC运放输出节点的电压相对图1所示的电路更快收敛，输出信号也更快稳定。
实施例2
参考图7，本实施例与实施例1的区别在于：所述开关管为二极管D1，其阳极连接至电容C2和电阻R2的同名端，阴极连接至所述DC节点。其余部分与实施例相同，不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种减小突发TIA电路建立时间的电路，其特征在于：由电容C2和电阻R2组成的低通滤波器连接至跨阻放大器的输出端和开关管的控制极；开关管连接在DC节点和地之间；所述电阻R2和电容C2的时间常数小于单端转差分电路中电阻R1和电容C1的时间常数；所述DC节点连接至AGC运放的第一输入端，AGC运放的第二输入端连接至参考电压；
当输入光功率达到阈值时，所述跨阻放大器的输出端的电压降低，并通过低通滤波器开启开关管，使得DC节点的电压小于，AGC运放开启；
所述开关管为PMOS管PM1，其栅极连接至电容C2和电阻R2的同名端，源极连接至所述DC节点，漏极接地；
所述电阻R2的另一端连接至所述跨阻放大器的输出端；所述电容C2的另一端接地;
所述AGC运放开启后，开关管重新处于关断状态。
2.一种减小突发TIA电路建立时间的电路，其特征在于：由电容C2和电阻R2组成的低通滤波器连接至跨阻放大器的输出端和开关管的控制极；开关管连接在DC节点和地之间；所述电阻R2和电容C2的时间常数小于单端转差分电路中电阻R1和电容C1的时间常数；所述DC节点连接至AGC运放的第一输入端，AGC运放的第二输入端连接至参考电压；
当输入光功率达到阈值时，所述跨阻放大器的输出端的电压降低，并通过低通滤波器开启开关管，使得DC节点的电压小于，AGC运放开启；
所述开关管为二极管D1，其阳极连接至电容C2和电阻R2的同名端，阴极连接至所述DC节点；
所述电阻R2的另一端连接至所述跨阻放大器的输出端；所述电容C2的另一端接地;
所述AGC运放开启后，开关管重新处于关断状态。
3.根据权利要求1或2所述的一种减小突发TIA电路建立时间的电路，其特征在于：所述DC节点还连接至电阻R1和电容C1的同名端。
4.根据权利要求3所述的一种减小突发TIA电路建立时间的电路，其特征在于：所述电阻R1的另一端连接至所述跨阻放大器的输出端，电容C1的另一端接地。
5.根据权利要求1或2所述的一种减小突发TIA电路建立时间的电路，其特征在于：跨阻放大器的截止频率由单端转差分电路及AGC环路决定。
6.一种TIA电路，其特征在于使用了权利要求1-5中任一项所述的减小突发TIA电路建立时间的电路。
7.根据权利要求6所述的TIA电路，其特征在于：跨阻放大器的输入端和输出端之间连接可变电阻NM1，AGC运放的输出端连接至可变电阻NM1的控制极端。
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