CN116886205B - 一种pam4光接收机用自适应均衡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，包括线性均衡器电路单元和输出信号检测与控制电路单元；所述线性均衡器电路单元包括若干个线性均衡器，若干个线性均衡器相互并联并形成复合放大器结构；所述输出信号检测与控制电路单元包括检测支路和若干个控制支路，所述检测支路与线性均衡器电路单元的信号输出端连接，用于检测线性均衡器电路单元输出的差分信号中高频增益与全通增益之间的权重比例，所述控制支路与线性均衡器连接，用于输出控制信号提供反馈控制电压，实现自适应调整补偿频率分量及增益大小。本发明在高频和全频带内的增益特性表现得更为优异，可以较好的满足高速传输速率下的信道均衡要求，具有较好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于线性均衡器的技术领域，具体涉及一种PAM4光接收机用自适应均衡系统。
背景技术
由于云计算、在线营销、电子信息、网络电话、远程文件共享、社交网络和视频广播等互联网服务的强劲需求，全球互联网协议流量呈爆炸式增长。为满足大规模和低成本部署的需求，基于直接检测/强度调制的短距离光链路已被广泛应用于数据中心光互连以及光纤接入网中。其中四电平脉冲幅度调制（4-level Pulse Amplitude Modulation, PAM4）被认为是下一代无源光网络中最有希望的候选格式，可广泛应用于高速接口的电信号或光信号传输中。
但越来越高的数据传输速度，也会带来接收端信号质量的严重降低。信号从发送端到接收端，许多因素会导致信号质量下降，其中最主要的因素是有线信道的损耗。由于有线信道存在趋肤效应、介质损耗等非理想因素，导致有线信道的幅频特性呈现衰减的特性。在低频的时候，趋肤效应在频率的衰减中起主要作用，但随着频率的增加，介质损耗对总衰减的影响越严重，因此有线信道衰减的幅频特性更加接近于低通。提高传输速率最常用的方法就是使用均衡技术，通过补偿因为趋肤效应和介质损耗等因素造成的信道衰减，提高传输带宽，使有线信道的幅频特性在尽可能大的带宽内呈现为一条平滑的直线。
信道的高频损耗会造成信号能量扩散到相邻的码元，引起码间干扰，因此均衡器的主要功能就是补偿信道的高频损耗。理想均衡器应具有较大的高频增益，相对小的低频增益，对信道的高频损耗进行补偿，从而实现信道的均衡。线性均衡器电路是一种模拟均衡器，其设计电路复杂度低、功耗和占用面积较小，在高速通信链路的设计中具有较大优势。线性可分为无源线性均衡器和有源线性均衡器两种。
无源线性均衡器是由电阻、电容等无源器件构成，工作的频率范围较广。但是无源线性均衡器不能够放大信号的幅度。且无源器件很容易受到工艺、温度等影响。无源线性均衡器虽然能补偿系统的高频损耗，但是会降低系统增益。在实际应用中电路性能并不稳定。
如图1所示，传统线性均衡器为有源结构，该结构在NMOS管M1a和NMOS管M2a组成的输入差分对源级引入并联的电阻R3a和电容C3a构成的低通反馈网络，该线性均衡器有两个极点和一个零点，电阻R3a影响线性均衡器的零点、第一极点和直流增益，电容C3a影响线性均衡器的零点和第一极点。因此，调节电阻R3a可以有效地改变线性均衡器的增益，调节电容C3a可以改变线性均衡器的峰值增益点。根据信道的插入损耗曲线确定要补偿的增益大小和目标工作频率，调整相关器件参数，可以使得线性均衡器的频率响应在一定频率范围内呈现所需的高通特性。
然而，传统线性均衡器传输函数有两个极点和一个零点，主要在奈奎斯特频率处进行峰化，高频增益和带宽都相对有限，很难满足高速传输速率下的信道均衡要求。同时，由于环境湿度、温度、信道材料、信道长度的变化，线性均衡器在不同应用条件下的补偿很难做到高一致性，当线性均衡器为欠补偿时，可能导致系统采样到错误的数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，旨在解决上述的问题。
本发明主要通过以下技术方案实现：
一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，包括线性均衡器电路单元和输出信号检测与控制电路单元；所述线性均衡器电路单元包括若干个线性均衡器，若干个线性均衡器相互并联并形成复合放大器结构，用于对信号的高频段和全频带分别进行放大；所述输出信号检测与控制电路单元包括检测支路和若干个控制支路，所述检测支路与线性均衡器电路单元的信号输出端连接，用于检测线性均衡器电路单元输出的差分信号中高频增益与全通增益之间的权重比例，所述控制支路与线性均衡器连接，用于输出控制信号提供反馈控制电压，实现自适应调整补偿频率分量及增益大小。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述线性均衡器电路单元还包括若干个自适应可调负载单元，若干个线性均衡器分别连接有自适应可调负载单元，所述自适应可调负载单元用于扩展线性均衡器的带宽；所述输出信号检测与控制电路单元对应设置有第三控制支路，且第三控制支路的输出端分别与若干个自适应可调负载单元连接，用于输出反馈控制电压的控制信号V3C；所述自适应可调负载单元分别与电源输入VCC1c、线性均衡器电路单元的信号输出端连接。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述自适应可调负载单元包括PMOS晶体管M1d、M2d，NMOS晶体管M3d、M4d和电阻R1d；所述第三控制支路的输出端与PMOS晶体管M2d的栅极连接；所述PMOS晶体管M1d的源极与电源输入VCC1c连接，所述PMOS晶体管M1d的漏极以及PMOS晶体管M2d的源极分别与电阻R1d连接，电阻R1d与线性均衡器电路单元的信号输出端连接；所述PMOS晶体管M1d的栅极分别与PMOS晶体管M2d和NMOS晶体管M3d的漏极连接；参考电流输入端IREF1d分别与NMOS晶体管M3d、M4d的栅极以及NMOS晶体管M4d的漏极连接；所述NMOS晶体管M3d、M4d的源极分别接地。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述线性均衡器电路单元包括第一线性均衡器、第二线性均衡器，所述第一线性均衡器、第二线性均衡器并联并形成复合放大器结构；所述输出信号检测与控制电路单元对应设置有第一控制支路、第二控制支路。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述线性均衡器电路单元包括NMOS晶体管M1c、M2c、M3c、M4c、M5c、M6c、M7c、M8c以及电容C1c、电阻R1c、电阻R2c；信号输入端IN1b+分别与NMOS晶体管M1c、M2c的栅极连接，信号输入端IN1b-分别与NMOS晶体管M3c、M4c的栅极连接，信号输出端OUT1b+分别与NMOS晶体管M1c、M2c的漏极连接，信号输出端OUT1b-分别与NMOS晶体管M3c、M4c的漏极连接；所述NMOS晶体管M1c与NMOS晶体管M4c的源极之间设置有并联的电阻R2c、电容C1c以及栅极相互连接的NMOS晶体管M7c、M8c；所述NMOS晶体管M2c与NMOS晶体管M3c的源极之间设置有并联的电阻R1c、以及栅极相互连接的NMOS晶体管M5c、M6c；所述NMOS晶体管M5c、M6c、M7c、M8c的源极分别接地；
所述检测支路的第一输入端和第二输入端分别与信号输出端OUT1b+、信号输出端OUT1b-连接；所述第一控制支路的输出端分别与NMOS晶体管M5c、M6c的栅极连接，用于输出反馈控制电压的控制信号V1C；所述第二控制支路的输出端分别与NMOS晶体管M7c、M8c的栅极连接，用于输出反馈控制电压的控制信号V2C。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述检测支路包括PMOS晶体管M1e和NMOS晶体管M5e、M6e；所述PMOS晶体管M1e的源极与电源VCC1e连接，且栅极分别与NMOS晶体管M5e、M6e的漏极以及控制支路连接；信号输出端OUT1b+与NMOS晶体管M5e的栅极连接，信号输出端OUT1b-与NMOS晶体管M6e的栅极连接；所述NMOS晶体管M5e、M6e的源极分别与电流源I1e连接，电流源I1e与地连接。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述控制支路包括PMOS晶体管M2e和NMOS晶体管M7e；所述PMOS晶体管M2e的源极与电源VCC1e连接，且栅极与PMOS晶体管M1e的栅极连接；所述PMOS晶体管M2e和NMOS晶体管M7e的漏极以及NMOS晶体管M7e的栅极分别与信号输出端连接；所述NMOS晶体管M7e的源极接地。
本发明的有益效果如下：
本发明通过采用复合放大器结构对信号的高频段和全频带分别进行放大，高频段信号放大主要用于拓宽高频补偿带宽，全频带信号放大主要用于提高增益。本发明通过自适应可调负载单元可以在较小的版图面积下提供大小可控的等效电阻与电感，用于扩展均衡器的线性带宽。本发明通过输出信号检测与控制电路单元提供的控制信号V1C调整复合放大器结构中流过NMOS晶体管M5c源、漏极与NMOS晶体管M6c源、漏极电流的大小，控制复合放大器的全频带增益，通过输出信号检测与控制电路单元提供的控制信号V2C调整复合放大器结构中流过NMOS晶体管M7c源漏极与NMOS晶体管M8c源漏极电流的大小，控制复合放大器的高频增益。与现有技术相比，本发明在高频和全频带内的增益特性表现得更为优异，可以较好的满足高速传输速率下的信道均衡要求，具有较好的实用性。
附图说明
图1为传统线性均衡器的电路图；
图2为本发明一种PAM4光接收机用自适应均衡系统的电路图；
图3为本发明中线性均衡器电路单元的电路图；
图4为本发明中自适应可调负载单元的电路图；
图5为本发明中输出信号检测与控制电路单元的电路图；
图6为本发明与传统线性均衡器的频率响应曲线对比示意图。
具体实施方式
实施例1：
一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，如图2所示，包括线性均衡器电路单元和输出信号检测与控制电路单元。所述线性均衡器电路单元包括自适应可调负载单元、第一线性均衡器、第二线性均衡器。所述第一线性均衡器、第二线性均衡器并联并形成复合放大器结构，用于对信号的高频段和全频带分别进行放大；所述第一线性均衡器、第二线性均衡器分别连接有自适应可调负载单元，所述自适应可调负载单元用于扩展线性均衡器的带宽。所述输出信号检测与控制电路单元对应设置有检测支路和第一控制支路、第二控制支路、第三控制支路。所述检测支路的第一输入端、第二输入端分别与信号输出端OUT1b+、信号输出端OUT1b-连接。所述第一控制支路、第二控制支路、第三控制支路分别与自适应可调负载单元、第一线性均衡器、第二线性均衡器连接。
优选地，如图4所示，所述自适应可调负载单元包括PMOS晶体管M1d、M2d，NMOS晶体管M3d、M4d和电阻R1d；所述第三控制支路的输出端与PMOS晶体管M2d的栅极连接；所述PMOS晶体管M1d的源极与电源输入VCC1c连接，所述PMOS晶体管M1d的漏极以及PMOS晶体管M2d的源极分别与电阻R1d连接，电阻R1d与线性均衡器电路单元的信号输出端连接；所述PMOS晶体管M1d的栅极分别与PMOS晶体管M2d和NMOS晶体管M3d的漏极连接；参考电流输入端IREF1d分别与NMOS晶体管M3d、M4d的栅极以及NMOS晶体管M4d的漏极连接；所述NMOS晶体管M3d、M4d的源极分别接地。
优选地，如图5所示，所述检测支路包括PMOS晶体管M1e和NMOS晶体管M5e、M6e；所述PMOS晶体管M1e的源极与电源VCC1e连接，且栅极分别与NMOS晶体管M5e、M6e的漏极以及控制支路连接；信号输出端OUT1b+与NMOS晶体管M5e的栅极连接，信号输出端OUT1b-与NMOS晶体管M6e的栅极连接；所述NMOS晶体管M5e、M6e的源极分别与电流源I1e连接，电流源I1e与地连接。
优选地，所述第一控制支路包括PMOS晶体管M2e和NMOS晶体管M7e；所述PMOS晶体管M2e的源极与电源VCC1e连接，且栅极与PMOS晶体管M1e的栅极连接；所述PMOS晶体管M2e和NMOS晶体管M7e的漏极以及NMOS晶体管M7e的栅极分别与信号输出端连接；所述NMOS晶体管M7e的源极接地。
所述第二控制支路包括PMOS晶体管M3e和NMOS晶体管M8e；所述PMOS晶体管M3e的源极与电源VCC1e连接，且栅极与PMOS晶体管M1e的栅极连接；所述PMOS晶体管M3e和NMOS晶体管M8e的漏极以及NMOS晶体管M8e的栅极分别与信号输出端连接；所述NMOS晶体管M8e的源极接地。
所述第三控制支路包括PMOS晶体管M4e和NMOS晶体管M9e；所述PMOS晶体管M4e的源极与电源VCC1e连接，且栅极与PMOS晶体管M1e的栅极连接；所述PMOS晶体管M4e和NMOS晶体管M9e的漏极以及NMOS晶体管M9e的栅极分别与信号输出端连接；所述NMOS晶体管M9e的源极接地。
本发明通过采用复合放大器结构对信号的高频段和全频带分别进行放大，高频段信号放大主要用于拓宽高频补偿带宽，全频带信号放大主要用于提高增益。本发明通过自适应可调负载单元可以在较小的版图面积下提供大小可控的等效电阻与电感，用于扩展均衡器的线性带宽。本发明通过输出信号检测与控制电路单元提供的控制信号V1C调整复合放大器结构中流过NMOS晶体管M5c源、漏极与NMOS晶体管M6c源、漏极电流的大小，控制复合放大器的全频带增益，通过输出信号检测与控制电路单元提供的控制信号V2C调整复合放大器结构中流过NMOS晶体管M7c源漏极与NMOS晶体管M8c源漏极电流的大小，控制复合放大器的高频增益。与现有技术相比，本发明在高频和全频带内的增益特性表现得更为优异，可以较好的满足高速传输速率下的信道均衡要求，具有较好的实用性。
实施例2：
一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，如图2所示，包括线性均衡器电路单元和输出信号检测与控制电路单元。所述线性均衡器电路单元在传统线性均衡器基础上，通过采用复合放大器结构的多个线性均衡器对信号进行放大，控制信号V1C和控制信号V2C对复合放大器输出信号中的高频增益与全通增益之间的权重关系进行调整。优选地，线性均衡器电路单元还包括自适应可调负载单元；所述自适应可调负载单元用于扩展线性均衡器的带宽。线性均衡器电路单元中的复合放大器结构针对信号的高频段和全频带分别进行放大，高频段信号放大主要用于拓宽高频补偿带宽，全频带信号放大主要用于提高增益。线性均衡器电路单元中的自适应可调负载单元可以在较小的版图面积下提供大小可控的等效电阻与电感，用于扩展均衡器的线性带宽。
所述输出信号检测与控制电路单元将线性均衡器电路单元的输出信号转换为电压信号，为线性均衡器电路单元中的控制信号V1C、控制信号V2C和控制信号V3C提供相应的反馈控制电压，自适应调整补偿的频率分量及增益大小。
优选地，如图2所示，线性均衡器电路单元的第一输入端与信号输入端IN1b+连接，线性均衡器电路单元的第二输入端与信号输入端IN1b-连接，线性均衡器电路单元的第一输出端与信号输出端OUT1b+以及输出信号检测与控制电路单元的第一输入端连接在一起，线性均衡器电路单元的第二输出端与信号输出端OUT1b-以及输出信号检测与控制电路单元的第二输入端连接在一起，输出信号检测与控制电路单元的第一输出端与线性均衡器电路单元的第三输入端连接，输出信号检测与控制电路单元的第二输出端与线性均衡器电路单元的第四输入端连接，输出信号检测与控制电路单元的第三输出端与线性均衡器电路单元的第五输入端连接。
线性均衡器电路单元的第三输入端与控制信号输入端V1c连接，线性均衡器电路单元的第四输入端与控制信号输入端V2c连接，线性均衡器电路单元的第五输入端与控制信号输入端V3c连接，线性均衡器电路单元的第一输出端与信号输出端OUT1c+连接，线性均衡器电路单元的第二输出端与信号输出端OUT1c-连接。
优选地，所述线性均衡器电路单元为线性均衡器电路单元，包括NMOS晶体管M1c、NMOS晶体管M2c、NMOS晶体管M3c、NMOS晶体管M4c、NMOS晶体管M5c、NMOS晶体管M6c、NMOS晶体管M7c、NMOS晶体管M8c、电容C1c、电阻R1c、电阻R2c、自适应可调负载1c和自适应可调负载2c。
如图3所示，自适应可调负载1c的第一输入端、自适应可调负载2c的第一输入端和电源VCC1c连接在一起，控制信号输入端V3c、自适应可调负载1c第二输入端和自适应可调负载2c第二输入端连接在一起，自适应可调负载1c输出端、信号输出端OUT1c+、NMOS晶体管M1c漏极和NMOS晶体管M2c漏极连接在一起，自适应可调负载2c输出端、信号输出端OUT1c-、NMOS晶体管M3c漏极和NMOS晶体管M4c漏极连接在一起，信号输入端IN1c+、NMOS晶体管M1c栅极和NMOS晶体管M2c栅极连接在一起，信号输入端IN1c-、NMOS晶体管M3c栅极和NMOS晶体管M4c栅极连接在一起，NMOS晶体管M1c源级、电阻R2c第一端、电容C1c第一端和NMOS晶体管M7c漏极连接在一起，NMOS晶体管M4c源级、电阻R2c第二端、电容C1c第二端和NMOS晶体管M8c漏极连接在一起，NMOS晶体管M7c栅极、NMOS晶体管M8c栅极和控制信号输入端V2c连接在一起，NMOS晶体管M7c源极、NMOS晶体管M8c源极和地连接在一起，NMOS晶体管M2c源级、电阻R1c第一端和NMOS晶体管M5c漏极连接在一起，NMOS晶体管M3c源级、电阻R1c第二端和NMOS晶体管M6c漏极连接在一起，NMOS晶体管M5c栅极、NMOS晶体管M6c栅极和控制信号输入端V1c连接在一起，NMOS晶体管M5c源极、NMOS晶体管M6c源极和地连接在一起。
优选地，自适应可调负载1c和自适应可调负载2c均为自适应可调负载单元，包括PMOS晶体管M1d、PMOS晶体管M2d、NMOS晶体管M3d、NMOS晶体管M4d和电阻R1d。
如图4所示，自适应可调负载单元第一输入端与电源输入VCC1d连接，自适应可调负载单元第二输入端与控制信号输入端V1d连接，自适应可调负载单元与输出端OUT1d连接。电源输入VCC1d与PMOS晶体管M1d源极连接，PMOS晶体管M1d漏极、PMOS晶体管M2d源极和电阻R1d第一端连接在一起，电阻R1d第二端和输出端OUT1d连接，PMOS晶体管M1d栅极、PMOS晶体管M2d漏极和NMOS晶体管M3d漏极连接在一起，PMOS晶体管M2d栅极与控制信号输入端V1d连接，NMOS晶体管M3d栅极、NMOS晶体管M4d栅极、NMOS晶体管M4d漏极和参考电流输入端IREF1d连接在一起，NMOS晶体管M3d源极、NMOS晶体管M4d源极和地连接在一起。
优选地，通过输出信号检测与控制电路单元提供的控制信号V1C调整复合放大器结构中流过NMOS晶体管M5c源漏极与NMOS晶体管M6c源漏极电流的大小，控制复合放大器的全频带增益，通过输出信号检测与控制电路单元提供的控制信号V2C调整复合放大器结构中流过NMOS晶体管M7c源漏极与NMOS晶体管M8c源漏极电流的大小，控制复合放大器的高频增益。
优选地，输出信号检测与控制电路单元为输出信号检测与控制电路单元，包括PMOS晶体管M1e、PMOS晶体管M2e、PMOS晶体管M3e、PMOS晶体管M4e、NMOS晶体管M5e、NMOS晶体管M6e、NMOS晶体管M7e、NMOS晶体管M8e、NMOS晶体管M9e和电流源I1e。
如图5所示，输出信号检测与控制电路单元第一输入端与信号输出端OUT1b+连接，输出信号检测与控制电路单元第二输入端与信号输出端OUT1b-连接，输出信号检测与控制电路单元第一输出端与信号输出端V1e连接，输出信号检测与控制电路单元第二输出端与信号输出端V2e连接，输出信号检测与控制电路单元第三输出端与信号输出端V3e连接，PMOS晶体管M1e源极、PMOS晶体管M2e源极、PMOS晶体管M3e源极、PMOS晶体管M4e源极和电源VCC1e连接在一起，PMOS晶体管M1e栅极、PMOS晶体管M2e栅极、PMOS晶体管M3e栅极、PMOS晶体管M4e栅极、PMOS晶体管M1e漏极、NMOS晶体管M5e漏极和NMOS晶体管M6e漏极连接在一起，NMOS晶体管M5e栅极与信号输出端OUT1b+连接，NMOS晶体管M6e栅极与信号输出端OUT1b-连接，NMOS晶体管M5e源极、NMOS晶体管M6e源极和电流源I1e负极连接在一起，电流源I1e与地连接，PMOS晶体管M2e漏极、NMOS晶体管M7e漏极、NMOS晶体管M7e栅极和信号输出端V1e连接在一起，PMOS晶体管M3e漏极、NMOS晶体管M8e漏极、NMOS晶体管M8e栅极和信号输出端V2e连接在一起，PMOS晶体管M4e漏极、NMOS晶体管M9e漏极、NMOS晶体管M9e栅极和信号输出端V3e连接在一起，NMOS晶体管M7e源极与地连接，NMOS晶体管M8e源极与地连接，NMOS晶体管M9e源极与地连接。
本发明的工作原理如下：
差分信号通过信号输入端IN1b+和信号输入端IN1b-进入线性均衡器电路单元，经线性均衡器电路单元对信号进行均衡放大后输出一对差分信号，从信号输出端OUT1b+和信号输出端OUT1b-输出。
输出信号检测与控制电路单元对线性均衡器电路单元输出的差分信号进行实时检测，通过检测输出差分信号中高频增益与全通增益之间的权重比例，输出三路控制信号给线性均衡器电路单元，用于实现线性均衡器电路单元的自适应功能，以适应信道特性的变化。
如图4所示，PMOS 晶体管M1d和PMOS晶体管M2d基于回转器实现有源电感结构，PMOS晶体管M2d采用共栅放大结构提供正跨导，PMOS晶体管M1d采用共源放大结构提供负跨导，PMOS 晶体管M1d栅源寄生电容Cgs1d提供有源电感的负载电容。NMOS晶体管M3d和NMOS晶体管M4d提供有源电感的偏置电流。V1d为外部控制电压，通过控制V1d电压值的大小来改变有源电感的感值，IREF1d为外部基准源提供的基准电流。
可以得到自适应可调负载单元结构的等效电感值为：
（1）
其中Cgs1d为PMOS 晶体管M1d栅源寄生电容，gm1d为PMOS 晶体管M1d跨导，gm2d为PMOS晶体管M2d跨导。
从式（1）中可以得到，等效电感值的大小与 Cgs1d、gm1d和 gm2d有关，可以通过调节外部控制电压 V1d值的大小改变gm2d的值，从而达到改变等效电感值的目的，并且从公式中可以看出，随着gm2d的提高等效电感值 L的值也会随之下降。
电阻R1d用于调节自适应可调负载单元的输出阻抗值。
如图3所示，NMOS晶体管M1c和NMOS晶体管M4c尺寸一致构成差分对结构，NMOS晶体管M2c和NMOS晶体管M3c尺寸一致构成差分对结构，其传输函数可以表示为：
（2）
其中gm1为NMOS晶体管M1c和NMOS晶体管M4c跨导，gm2为NMOS晶体管M2c和NMOS晶体管M3c跨导。电阻RL为自适应可调负载单元等效输出阻值，电感L为自适应可调负载单元等效输出电感值，电容CL为外接负载。s为拉普拉斯变换中的复频率。
电阻R2C为负反馈电阻，电容C1c为负反馈电容，电阻R1c为产生零点的负反馈电阻。
从式（2）中可以得到：
在低频时，线性均衡器电路单元增益为 2RL/(R1c+R2c)，而由于负反馈电阻 R1c，R2c和负载电阻 RL基本不变，因此频率响应基本是常数；
而高频时，增益与跨导 gm1，gm2成正比，因此控制电压V2c与控制电压V1c的电压差越大，跨导gm1，gm2越大，增益也就越大。
如图5所示，NMOS晶体管M5e和NMOS晶体管M6e组成的差分对构成斜率检测器，流过斜率检测器的电流可以表示为：
（3）
Vin,cm和Vin,dm分别为相应的共模和差模电压，式中的平方项表示输出与差分输入信号的能量有关。当输入信号的斜率(能量)增大时，输出电流 Iout增大；反之，输入信号的斜率(能量)减小时，输出电流 Iout减小。V th 为阈值电压。
此时输出信号检测与控制电路单元的输出电压可以表示为：
（4）
PMOS晶体管M1e和PMOS晶体管M2e构成电流镜结构，控制PMOS晶体管M1e和PMOS晶体管M2e的宽长比比例，可以得到对应的输出电压值。
PMOS晶体管M3e、PMOS晶体管M4e同样分别与PMOS晶体管M1e构成电流镜结构，通过分别调整PMOS晶体管M3e、PMOS晶体管M4e与PMOS晶体管M1e宽长比比例，可以调节得到不同的输出电压值。
如图6所示，本发明与传统线性均衡器相比较，本发明在高频和全频带内的增益特性表现得更为优异，可以满足高速传输速率下的信道均衡要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，其特征在于，包括线性均衡器电路单元和输出信号检测与控制电路单元；所述线性均衡器电路单元包括若干个线性均衡器，若干个线性均衡器相互并联并形成复合放大器结构，用于对信号的高频段和全频带分别进行放大；所述输出信号检测与控制电路单元包括检测支路和若干个控制支路，所述检测支路与线性均衡器电路单元的信号输出端连接，用于检测线性均衡器电路单元输出的差分信号中高频增益与全通增益之间的权重比例，所述控制支路与线性均衡器连接，用于输出控制信号提供反馈控制电压，实现自适应调整补偿频率分量及增益大小；
所述检测支路包括PMOS晶体管M1e和NMOS晶体管M5e、M6e；所述PMOS晶体管M1e的源极与电源VCC1e连接，且栅极分别与NMOS晶体管M5e、M6e的漏极以及控制支路连接；信号输出端OUT1b+与NMOS晶体管M5e的栅极连接，信号输出端OUT1b-与NMOS晶体管M6e的栅极连接；所述NMOS晶体管M5e、M6e的源极分别与电流源I1e连接，电流源I1e与地连接。
2.根据权利要求1所述的一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，其特征在于，所述线性均衡器电路单元还包括若干个自适应可调负载单元，若干个线性均衡器分别连接有自适应可调负载单元，所述自适应可调负载单元用于扩展线性均衡器的带宽；所述输出信号检测与控制电路单元对应设置有第三控制支路，且第三控制支路的输出端分别与若干个自适应可调负载单元连接，用于输出反馈控制电压的控制信号V3C；所述自适应可调负载单元分别与电源输入VCC1c、线性均衡器电路单元的信号输出端连接。
3.根据权利要求2所述的一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，其特征在于，所述自适应可调负载单元包括PMOS晶体管M1d、M2d，NMOS晶体管M3d、M4d和电阻R1d；所述第三控制支路的输出端与PMOS晶体管M2d的栅极连接；所述PMOS晶体管M1d的源极与电源输入VCC1c连接，所述PMOS晶体管M1d的漏极以及PMOS晶体管M2d的源极分别与电阻R1d连接，电阻R1d与线性均衡器电路单元的信号输出端连接；所述PMOS晶体管M1d的栅极分别与PMOS晶体管M2d和NMOS晶体管M3d的漏极连接；参考电流输入端IREF1d分别与NMOS晶体管M3d、M4d的栅极以及NMOS晶体管M4d的漏极连接；所述NMOS晶体管M3d、M4d的源极分别接地。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，其特征在于，所述线性均衡器电路单元包括第一线性均衡器、第二线性均衡器，所述第一线性均衡器、第二线性均衡器并联并形成复合放大器结构；所述输出信号检测与控制电路单元对应设置有第一控制支路、第二控制支路。
5.根据权利要求4所述的一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，其特征在于，所述线性均衡器电路单元包括NMOS晶体管M1c、M2c、M3c、M4c、M5c、M6c、M7c、M8c以及电容C1c、电阻R1c、电阻R2c；信号输入端IN1b+分别与NMOS晶体管M1c、M2c的栅极连接，信号输入端IN1b-分别与NMOS晶体管M3c、M4c的栅极连接，信号输出端OUT1b+分别与NMOS晶体管M1c、M2c的漏极连接，信号输出端OUT1b-分别与NMOS晶体管M3c、M4c的漏极连接；所述NMOS晶体管M1c与NMOS晶体管M4c的源极之间设置有并联的电阻R2c、电容C1c以及栅极相互连接的NMOS晶体管M7c、M8c；所述NMOS晶体管M2c与NMOS晶体管M3c的源极之间设置有并联的电阻R1c、以及栅极相互连接的NMOS晶体管M5c、M6c；所述NMOS晶体管M5c、M6c、M7c、M8c的源极分别接地；
所述检测支路的第一输入端和第二输入端分别与信号输出端OUT1b+、信号输出端OUT1b-连接；所述第一控制支路的输出端分别与NMOS晶体管M5c、M6c的栅极连接，用于输出反馈控制电压的控制信号V1C；所述第二控制支路的输出端分别与NMOS晶体管M7c、M8c的栅极连接，用于输出反馈控制电压的控制信号V2C。
6.根据权利要求1所述的一种PAM4光接收机用自适应均衡系统，其特征在于，所述控制支路包括PMOS晶体管M2e和NMOS晶体管M7e；所述PMOS晶体管M2e的源极与电源VCC1e连接，且栅极与PMOS晶体管M1e的栅极连接；所述PMOS晶体管M2e和NMOS晶体管M7e的漏极以及NMOS晶体管M7e的栅极分别与信号输出端连接；所述NMOS晶体管M7e的源极接地。
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