CN116915334B - 一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法及架构，首先，将光接收机系统的输入数字信号码率指标，转换为光接收机的带宽指标；然后将光接收机的带宽指标再转换成ROSA的上升时间指标，最后将计算所得到的ROSA上升时间作为TIA跨阻放大器芯片中上升时间设定器的设计指标。在ROSA中，以TIA跨阻放大器内的上升时间设定器所设定的上升时间作为参考，将上升时间检测器检测到的上升时间调整器的输出，与检测到的上升时间设定器的输出相比较，再将两者之差进行积分，然后反馈回到上升时间调整器，由此形成ROSA的上升时间自适应环路。该发明可广泛适用于高速信号下的应用，满足目前万兆赫兹光通信接收端的大量需求。

Description

一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法及系统
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体地说，是涉及一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法及架构。
背景技术
在现代光通信系统中，如图1所示，主要包含光发射机、光纤和光接收机。在光接收机中，首先光接收组件（Receiving Optical Sub-Assembly，ROSA）将光纤传输的二进制非归零NRZ（Non-Return-To-Zero）光信号转换为电信号，输出的电信号由主放大器将其放大到足够大的幅度，然后输出给后级时钟恢复和判决电路进行重定时处理，最后通过分接器做串并转换输出。
从图1中可看出，光接收组件ROSA位于作为光通信接收机的第一级，它的性能指标将直接影响整个光接收机的输入数字信号速率、带宽BW（Bandwidth）、输入灵敏度Sen（sensitivity）、输入过载功率、误码率BER（Bit Error Ratio）等性能指标。
ROSA作为光接收机最关键的组成部分，其主要是由光电二极管（Photo-Diode，PD）和跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，TIA)组成。
在目前的光纤通信系统中，常用的光电二极管主要有：1）PIN PD(PIN光电二极管)，2）APD(Avalanche Photo-Diode，雪崩击穿光电二极管)。上述的光电二极管都是半导体器件，它们的光电转换特性，如响应度、电容、-3dB带宽、暗电流等，受工艺、温度、电压、生产一致性和老化时间影响较大。
目前为满足光通信接收机高速率应用的蓬勃发展，要求光电二极管的速率不断提高，例如10Gbps APD，但是10Gbps APD光电二极管的尺寸普遍较小，或是部分采用特殊工艺制程，相比成熟的2.5Gbps APD目前存在一些劣势，例如生产良率较低，成本相对较高，且不容易耦合。
由于高速率光电二极管的上述问题，高速率ROSA目前更多的是采用良率高、成本低且易耦合的低速率光电二极管和宽带宽的跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，TIA)组成，例如2.5GbpsAPD和10Gbps TIA组成，但由于整体ROSA速率主要由光电二极管的带宽限制，由此带来符号间干扰（Symbol Interference，ISI）问题，造成眼图质量恶化，主要表现为上升、下降时间过缓，眼图张不开，如图2所示，因此降低了接收机的灵敏度，减小了整个光通信系统的传输距离。
上述高速率ROSA为降低成本、提高良率，采用低速率光电二极管，导致光接收机整体带宽下降，眼图质量降低，光通信系统性能下降。目前市面上的ROSA产品为了解决上述问题，采用的主要技术方案是低速光电二极管和具有固定高频增益补偿的跨阻放大器芯片方案，具体如下所述。
以10Gbps ROSA采用2.5Gbps APD光电二极管为例，典型结构如图3所示。其原理是：ROSA的整体带宽是由级联的光电二极管APD带宽和后级的跨阻放大器TIA带宽共同决定的；在通常情况下带宽是由两者中带宽更低的决定；但是在后级采用的具有固定高频增益补偿的跨阻放大器芯片，则可以补偿前级APD的增益在高频段的降低，从而使得ROSA整体带宽扩展，提高ROSA的带宽，减小符号间干扰ISI对眼图质量的影响，提高光接收机的性能。
上述方案的优点是：原理简单，控制简单。缺点是：由于其是固定大小的补偿，因此缺乏适应性和鲁棒性，使其适用范围较窄，增加了使用难度。例如，固定高频增益补偿跨阻放大器，针对某一低速率光电二极管能提供良好的补偿，其接收机的眼图质量良好，如图4所示。但是同一固定高频增益补偿跨阻放大器，配上另一个速率更低的光电二极管，则其接收机的眼图则会表现为欠补偿，如图5所示；同一固定高频增益补偿跨阻放大器，配上另一个速率更高的光电二极管，则其接收机的眼图则会表现为过补偿，如图6所示。图5欠补偿和图6过补偿的情况，都会降低ROSA的眼图质量，降低光接收机的灵敏度。因此，对于多种不同型号的光电二极管，即不同带宽特性的PD，上述方案需要开发不同的相对应的固定高频增益补偿跨阻放大器，则会带来巨大的工作量和成本损失。
此外，对于同一颗光电二极管，上述固定高频增益补偿跨阻放大器方案无法解决其速率随温度漂移和器件老化的问题；同样，也无法解决同一型号光电二极管，不同批次的速率一致性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法及架构，主要解决光电二极管的速率随温度漂移和器件老化以及生产一致性问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法，包括如下步骤：
S1，将光接收机系统的输入数字信号码率指标，转换为光接收机的带宽指标；
S2，将光接收机的带宽指标再转换成ROSA的上升时间指标；
S3，将计算所得到的ROSA上升时间指标作为TIA跨阻放大器芯片中上升时间设定器的设计指标；
S4，在ROSA中，以TIA跨阻放大器内的上升时间设定器所设定的上升时间作为参考，将上升时间检测器检测到的上升时间调整器的输出与检测到的上升时间设定器的输出相比较，得到两者之间的差值；
S5，将两者之间的差值进行积分，然后反馈回到上升时间调整器，由此形成ROSA的上升时间自适应环路，由于上升时间与带宽对应，也即实现ROSA的带宽自适应环路。
基于上述方法，本发明还提供一种用于光通信光接收组件的带宽自适应的架构，由将接收到的光数字信号转换成电流信号的光电二极管和TIA芯片构成；所述TIA芯片包括跨阻放大器、上升时间调整器、自动增益控制器、上升时间设定器、输出驱动器、两个上升时间检测器和积分器；光电二极管将接收到的光数字信号转换成电流信号Iin，输入到TIA芯片的跨阻放大器；跨阻放大器将电流信号Iin转换成电压信号V1传输到上升时间调整器；上升时间调整器的输出电压信号V2到自动增益控制器、上升时间设定器、输出驱动器和上升时间检测器；自动增益控制器通过检测电压信号V2大小，输出控制电压VCA去调整跨阻放大器的增益，以使得电压信号V2的幅度在不同的输入光功率下保持恒定输出幅度；电压信号V2输入到输出驱动器，使输出驱动器输出信号Vout；上升时间设定器通过对电压信号V2整形处理，输出幅度与电压信号V2相同、上升时间为设定值的信号V3；电压信号V2和电压信号V3分别经过上升时间检测器，将上升时间信息转换成相应的电压信号V4和电压信号V5，并输入到积分器进行积分，积分器比较电压信号V4和电压信号V5的电压差值，并将该电压差值进行积分，输出上升时间控制电压VCT到上升时间调整器；当上升时间调整环路稳定后，电压信号V2上升时间与电压信号V3的设定上升时间一致，使得电压信号V2的带宽满足系统要求。
进一步地，在本发明中，所述上升时间调整器由慢通路、快通路和求和通路构成；所述慢通路包括栅极连接输入信号Vin的正极的MOS管M1，一端与MOS管M1的漏极相连的电阻R1，源极与MOS管M1的源极相连且栅极与输入信号Vin的负极相连的MOS管M2，一端与电阻R1的另一端相连且另一端与MOS管M2的漏极相连的电阻R2，栅极与MOS管M1的漏极相连且漏极与电阻R1、电阻R2的公共端相连的MOS管M3，栅极与MOS管M2的漏极相连且漏极与MOS管M3的漏极相连的MOS管M4，以及一端分别与MOS管M2的源极、MOS管M3的源极、MOS管M4的源极相连且另一端分别接地的电流源Is1、电流源Is2、电流源Is3；其中，MOS管M4的源极还与求和通路相连；MOS管M4的源极还与快通路相连；
所述快通路包括栅极连接输入信号Vin的正极的MOS管M5，一端与MOS管M5的漏极相连的电阻R3，一端与MOS管M5的源极相连的电容C1，源极与电容C1的另一端相连且栅极与输入信号Vin的负极相连的MOS管M6，一端与电阻R3的另一端相连且另一端与MOS管M6的漏极相连的电阻R4，栅极与MOS管M5的漏极相连且漏极与电阻R3、电阻R4的公共端相连的MOS管M7，栅极与MOS管M6的漏极相连且漏极与MOS管M7的漏极相连的MOS管M8，以及一端分别与MOS管M5的源极、MOS管M6的源极、MOS管M7的源极、MOS管M8的源极相连且另一端分别接地的电流源Is4、电流源Is5、电流源Is6、电流源Is7；其中，MOS管M8的源极与MOS管M4的源极相连；MOS管M7的源极还求和通路相连；
所述求和通路包括栅极连接上升时间控制电压VCT的正极的MOS管M9，源极与MOS管M9的源极相连且栅极连接上升时间控制电压VCT的负极的MOS管M10，源极均与MOS管M9的漏极相连的MOS管M11、MOS管M12，源极均与MOS管M10的漏极相连的MOS管M13、MOS管M14，串联后连接于MOS管M11的漏极与MOS管M14的漏极之间的电阻R5、电阻R6，以及一端与MOS管M9的源极相连且另一端接地的电流源Is8；其中，MOS管M11的栅极还与MOS管M4的源极相连，MOS管M12的漏极还与MOS管M14的漏极相连，MOS管M11的漏极还与MOS管M13的漏极相连，MOS管M12的栅极还与MOS管M3的源极相连，MOS管M13的栅极还与MOS管M8的源极相连，MOS管M14的栅极还与MOS管M7的源极相连；MOS管M11的漏极、MOS管M14的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
进一步地，在本发明中，所述上升时间设定器由快速转换级和参考级组成；
所述快速转换级包括栅极连接输入电压Vin的正极的MOS管M15，源极与MOS管M15的源极相连且栅极连接输入电压Vin的负极的MOS管M16，漏极与MOS管M15的漏极相连的MOS管M17，源极与MOS管M17的源极相连且漏极与MOS管M16的漏极相连的MOS管M18，以及一端与MOS管M15的源极相连且另一端接地的电流源Is9；其中，MOS管M17的栅极还与MOS管M18的漏极相连，MOS管M18的栅极还与MOS管M17的漏极相连，MOS管M15的漏极、MOS管M18的源极和漏极均与参考极相连；
所述参考极包括栅极与MOS管M18的漏极相连的MOS管M19，栅极与MOS管M15的漏极相连且源极与MOS管M19的源极相连的MOS管M20，一端与MOS管M19的漏极相连且另一端与M18的源极相连的电阻R7，一端与MOS管M20的漏极相连且另一端与MOS管M18的源极相连的电阻R8，一端与MOS管M19的漏极相连且另一端接地的电容C2，一端与MOS管M20的漏极相连且另一端接地的电容C3，以及一端与MOS管M19的源极相连且另一端接地的电流源Is10；其中，MOS管M19的漏极、MOS管M20的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
进一步地，在本发明中，所述上升时间检测器包括一端与输入电压Vin的正极相连的电容C4，一端与电容C4的另一端相连且另一端输出压差信号VB的电阻R9，一端与输入电压Vin的负极相连的电容C5，一端与电容C5的另一端相连且另一端输出压差信号VB的电阻R10，栅极与电容C4、电阻R9的公共端相连的MOS管M21，栅极与电容C5、电阻R10的公共端相连且源极与MOS管M21的源极相连的MOS管M22，一端与MOS管M22的源极相连且另一端接地的电容C6，以及一端与MOS管M21的源极相连且另一端接地的电流源Is11；其中，MOS管M21的源极输出电压Vout。
进一步地，在本发明中，所述积分器包括一端与输入电压Vin的正极的相连的电阻R11，一端与输入电压Vin的负极的相连的电阻R12，栅极与电阻R11的另一端相连的MOS管M23；栅极与电阻R12的另一端相连且源极与MOS管M23的源极相连的MOS管M24；漏极与MOS管M23的漏极相连的MOS管M25，漏极与MOS管M24的漏极相连且源极与MOS管M25的源极相连的MOS管M26；栅极与MOS管M23的漏极相连的MOS管M27，栅极与MOS管M24的漏极相连且源极与MOS管M27的源极相连的MOS管M28；漏极与MOS管M27的漏极相连的MOS管M29，漏极与MOS管M28的漏极相连且源极与MOS管M29的源极相连的MOS管M30；栅极与MOS管M27的漏极相连的MOS管M31，栅极与MOS管M28的漏极相连且源极与MOS管M31的源极相连的MOS管M32；串联后一端与MOS管M31的漏极相连且另一端接地的电阻R13、电容C7；串联后一端与MOS管M32的漏极相连且另一端接地的电阻R14、电容C8；一端与MOS管M23的栅极相连且另一端与MOS管M31的漏极相连的电容C9，一端与MOS管M24的栅极相连且另一端与MOS管M32的漏极相连的电容C10，以及一端分别与MOS管M23的源极、MOS管M27的源极、MOS管M31的漏极、MOS管M32的漏极相连且另一端分别接地的电流源Is12、电流源Is13、电流源Is14、电流源Is15；其中，MOS管M25、MOS管M26、MOS管M29、MOS管M30各自的栅极与漏极互连；MOS管M31的漏极、MOS管M32的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在高速ROSA采用低速光电二极管的情况下，通过跨阻放大器带宽自适应的自动控制，可解决光通信接收机关键性能指标——眼图质量，随温度漂移，老化时间以及生产一致性等影响的问题；并且适配不同速率的光电二极管，可广泛适用于高速信号下的应用，满足目前万兆赫兹光通信接收端的大量需求。
附图说明
图1为现有技术的光纤通信的系统框图。
图2为现有技术中ROSA带宽不足时的眼图。
图3为现有技术中具有固定高频增益补偿跨阻放大器的ROSA典型结构图。
图4为现有技术中具有良好补偿的眼图。
图5为现有技术中欠补偿的眼图。
图6为现有技术中过补偿的眼图。
图7为本发明方法的流程结构示意图。
图8为本发明-实施例的带宽自适应架构的典型结构框图。
图9 为本发明-实施例的上升时间调整器典型结构图。
图10 为本发明-实施例的上升时间设定器典型结构图。
图11为本发明-实施例的上升时间检测器典型结构图。
图12为本发明-实施例的积分器典型结构图。
图13为本发明-实施例的输出波形图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
从背景技术可知，ROSA作为光接收机的第一级，其带宽性能指标对接收机眼图的质量影响很大。ROSA主要是由光电二极管PD和跨阻放大器芯片TIA级联组成。对于不同低速率的PD，需要一种能够自适应的跨阻放大器TIA来调整ROSA的整体带宽，以使得眼图质量良好，如图4所示，不会出现图5、图6中的过阻尼和欠阻尼现象。
对于一阶低通滤波系统，其阶跃响应为：
上式中，V 0为阶跃后的最终幅度，f为一阶滤波系统的极点，t为时间。通过上述公式变换，可得出当输出幅度达到某值时对应的时间为：
由此，可推导出输出达到最终幅度20%（t1）至达到最终幅度80%（t2）的这一段上升时间T rise对应的公式为：
因此，得到的结论是，对于一阶低通滤波系统，在输入一个幅值为V 0的阶跃响应，计算相应的上升时间Trise时，幅值会被约掉，从而上升时间与被测的幅值无关，只与系统的极点相关，即系统的带宽相关。
注：上述公式推导只是以上升时间为例，实际上述公式对下降时间同样有效，这里就不再赘述。为了简化，后面的论述都以上升时间为例，但实际应理解为上升下降时间均适用。
对于光接收机的光接收组件ROSA，其系统传输函数可等效为一阶低通滤波函数，输入信号为NRZ信号，由此上述推导的上升时间与系统带宽的关系，同样也适用于ROSA系统，即
上式中，T rise,ROSA 为ROSA的20%~80%上升时间，f ROSA 为ROSA系统的主极点。
进一步地，由于ROSA系统出于噪声和符号间干扰ISI两个因素的折衷考虑，通常ROSA的带宽设计为输入数字信号码率1/Tb（Time of bit）的0.6~0.8倍，这里以0.7倍为例，则
因此，得到ROSA系统上升时间与输入数字信号码率的关系。
从上面推导可知，对于光接收机的系统指标输入数字信号码率1/Tb，或ROSA电路的带宽要求，只需要使得ROSA对应的上升时间Trise满足上述的关系式即可。
基于上述原理和公式，本发明所提出的一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法如图7所示，首先，将光接收机系统的输入数字信号码率指标，转换为光接收机的带宽指标；（一般为0.6~0.8倍信号码率）然后将光接收机的带宽指标再转换成ROSA的上升时间指标，最后将计算所得到的ROSA上升时间作为TIA跨阻放大器芯片中上升时间设定器的设计指标。在ROSA中，以TIA跨阻放大器内的上升时间设定器所设定的上升时间作为参考，将上升时间检测器检测到的上升时间调整器的输出，与检测到的上升时间设定器的输出相比较，再将两者之差进行积分，然后反馈回到上升时间调整器，由此形成ROSA的上升时间自适应环路，由于上升时间与带宽对应，也即实现ROSA的带宽自适应环路。
基于上述方法，本发明提供了一种用于光通信光接收组件的带宽自适应的架构，由将接收到的光数字信号转换成电流信号的光电二极管和TIA芯片构成；所述TIA芯片包括跨阻放大器、上升时间调整器、自动增益控制器、上升时间设定器、输出驱动器、两个上升时间检测器和积分器；光电二极管将接收到的光数字信号转换成电流信号Iin，输入到TIA芯片的跨阻放大器；跨阻放大器将电流信号Iin转换成电压信号V1传输到上升时间调整器；上升时间调整器的输出电压信号V2到自动增益控制器、上升时间设定器、输出驱动器和上升时间检测器；自动增益控制器通过检测电压信号V2大小，输出控制电压VCA去调整跨阻放大器的增益，以使得电压信号V2的幅度在不同的输入光功率下保持恒定输出幅度；电压信号V2输入到输出驱动器，使输出驱动器输出信号Vout；上升时间设定器通过对电压信号V2整形处理，输出幅度与电压信号V2相同、上升时间为设定值的信号V3；电压信号V2和电压信号V3分别经过上升时间检测器，将上升时间信息转换成相应的电压信号V4和电压信号V5，并输入到积分器进行积分，积分器比较电压信号V4和电压信号V5的电压差值，并将该电压差值进行积分，输出上升时间控制电压VCT到上升时间调整器；当上升时间调整环路稳定后，电压信号V2上升时间与电压信号V3的设定上升时间一致，使得电压信号V2的带宽满足系统要求，最终电压信号V2经输出驱动器输出的输出电压Vout眼图质量良好，保证了光接收机的误码率要求。
在本实施例中，如图9所示，所述上升时间调整器由慢通路、快通路和求和通路构成；所述慢通路包括栅极连接输入信号Vin的正极的MOS管M1，一端与MOS管M1的漏极相连的电阻R1，源极与MOS管M1的源极相连且栅极与输入信号Vin的负极相连的MOS管M2，一端与电阻R1的另一端相连且另一端与MOS管M2的漏极相连的电阻R2，栅极与MOS管M1的漏极相连且漏极与电阻R1、电阻R2的公共端相连的MOS管M3，栅极与MOS管M2的漏极相连且漏极与MOS管M3的漏极相连的MOS管M4，以及一端分别与MOS管M2的源极、MOS管M3的源极、MOS管M4的源极相连且另一端分别接地的电流源Is1、电流源Is2、电流源Is3；其中，MOS管M4的源极还与求和通路相连；MOS管M4的源极还与快通路相连。
所述快通路包括栅极连接输入信号Vin的正极的MOS管M5，一端与MOS管M5的漏极相连的电阻R3，一端与MOS管M5的源极相连的电容C1，源极与电容C1的另一端相连且栅极与输入信号Vin的负极相连的MOS管M6，一端与电阻R3的另一端相连且另一端与MOS管M6的漏极相连的电阻R4，栅极与MOS管M5的漏极相连且漏极与电阻R3、电阻R4的公共端相连的MOS管M7，栅极与MOS管M6的漏极相连且漏极与MOS管M7的漏极相连的MOS管M8，以及一端分别与MOS管M5的源极、MOS管M6的源极、MOS管M7的源极、MOS管M8的源极相连且另一端分别接地的电流源Is4、电流源Is5、电流源Is6、电流源Is7；其中，MOS管M8的源极与MOS管M4的源极相连；MOS管M7的源极还求和通路相连。
所述求和通路包括栅极连接上升时间控制电压VCT的正极的MOS管M9，源极与MOS管M9的源极相连且栅极连接上升时间控制电压VCT的负极的MOS管M10，源极均与MOS管M9的漏极相连的MOS管M11、MOS管M12，源极均与MOS管M10的漏极相连的MOS管M13、MOS管M14，串联后连接于MOS管M11的漏极与MOS管M14的漏极之间的电阻R5、电阻R6，以及一端与MOS管M9的源极相连且另一端接地的电流源Is8；其中，MOS管M11的栅极还与MOS管M4的源极相连，MOS管M12的漏极还与MOS管M14的漏极相连，MOS管M11的漏极还与MOS管M13的漏极相连，MOS管M12的栅极还与MOS管M3的源极相连，MOS管M13的栅极还与MOS管M8的源极相连，MOS管M14的栅极还与MOS管M7的源极相连；MOS管M11的漏极、MOS管M14的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
在该上升时间调整器的典型结构图中，输入信号Vin分别输入到“慢”通路（上升时间相对大的通路）和“快”通路（上升时间小的通路），“快”通路输出信号Vfast，“慢”通路输出信号Vslow。输出Vslow和Vfast应用于求和器， 因此，求和器的输出是Vslow和vfast的加权和，其权重由输入信号VCT 控制。
上升时间调整环路的作用是将上升时间调整器输出的上升下降时间设置为大约0.315Tb 的固定值，以使符号间干扰ISI 最小化。为了实现这一点，上升时间调整器的输出被应用到上升时间设定器的输入端。如图 10 所示，为本实施例采用的上升时间设定器典型结构图，由快速转换级和参考级组成。快速转换级通过快速转换，使其输出电压信号Vsw的上升时间远小于0.315Tb，以使得参考级的上升时间是由参考级决定，与输入转换时间无关。参考级通过设置合适的电容负载，尾电流和电阻，产生输出具有0.315Tb的固定上升时间，以及与上升时间调整器V2相同的输出幅度。因此，上升时间调整器输出的每次转换（上升时间变化）总是导致上升时间设定器输出的上升时间为0.315Tb。
在本实施例中，所述快速转换级包括栅极连接输入电压Vin的正极的MOS管M15，源极与MOS管M15的源极相连且栅极连接输入电压Vin的负极的MOS管M16，漏极与MOS管M15的漏极相连的MOS管M17，源极与MOS管M17的源极相连且漏极与MOS管M16的漏极相连的MOS管M18，以及一端与MOS管M15的源极相连且另一端接地的电流源Is9；其中，MOS管M17的栅极还与MOS管M18的漏极相连，MOS管M18的栅极还与MOS管M17的漏极相连，MOS管M15的漏极、MOS管M18的源极和漏极均与参考极相连。
所述参考极包括栅极与MOS管M18的漏极相连的MOS管M19，栅极与MOS管M15的漏极相连且源极与MOS管M19的源极相连的MOS管M20，一端与MOS管M19的漏极相连且另一端与M18的源极相连的电阻R7，一端与MOS管M20的漏极相连且另一端与MOS管M18的源极相连的电阻R8，一端与MOS管M19的漏极相连且另一端接地的电容C2，一端与MOS管M20的漏极相连且另一端接地的电容C3，以及一端与MOS管M19的源极相连且另一端接地的电流源Is10；其中，MOS管M19的漏极、MOS管M20的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
为了比较上升时间调整器和上升时间设定器这两个模块输出信号的上升时间，需要上升时间检测器。如图11所示，输入信号经过隔直电容后施加到 NMOS 差分对的栅极，NMOS差分对的源极为检测器的输出。由于当差分输入为0时，源极耦合节点Vout电压最小，因此当输入信号发生转换的时候，Vout输出响应都是负脉冲。在输出源极耦合节点连接合适的电容，则不同上升时间的输入信号，产生不同的脉冲幅度；较快的上升时间将产生较小的脉冲幅度，较慢的上升时间将产生较大的幅度，因此输出负脉冲的能量与输入上升时间成正比例，由此实现上升时间的检测。当上升时间反馈环路达到稳态时，将设置上升时间调整器输出与上升时间设定器输出相同的上升时间，如图 13所示，从而最小化符号间干扰ISI。
在本实施例中，所述上升时间检测器包括一端与输入电压Vin的正极相连的电容C4，一端与电容C4的另一端相连且另一端输出压差信号VB的电阻R9，一端与输入电压Vin的负极相连的电容C5，一端与电容C5的另一端相连且另一端输出压差信号VB的电阻R10，栅极与电容C4、电阻R9的公共端相连的MOS管M21，栅极与电容C5、电阻R10的公共端相连且源极与MOS管M21的源极相连的MOS管M22，一端与MOS管M22的源极相连且另一端接地的电容C6，以及一端与MOS管M21的源极相连且另一端接地的电流源Is11；其中，MOS管M21的源极输出电压Vout。
在上升时间调整环路中，两个上升时间检测器（一个连接到上升时间调整器输出，另一个连接到上升时间设定器输出）输出负脉冲，其能量与输入转换时间成正比。将来自两个检测器输出的脉冲施加到积分器的差分输入，如图 12所示；积分器将响应两个检测器之间的脉冲能量差异，输出控制信号VCT。
在本实施例中，所述积分器包括一端与输入电压Vin的正极的相连的电阻R11，一端与输入电压Vin的负极的相连的电阻R12，栅极与电阻R11的另一端相连的MOS管M23；栅极与电阻R12的另一端相连且源极与MOS管M23的源极相连的MOS管M24；漏极与MOS管M23的漏极相连的MOS管M25，漏极与MOS管M24的漏极相连且源极与MOS管M25的源极相连的MOS管M26；栅极与MOS管M23的漏极相连的MOS管M27，栅极与MOS管M24的漏极相连且源极与MOS管M27的源极相连的MOS管M28；漏极与MOS管M27的漏极相连的MOS管M29，漏极与MOS管M28的漏极相连且源极与MOS管M29的源极相连的MOS管M30；栅极与MOS管M27的漏极相连的MOS管M31，栅极与MOS管M28的漏极相连且源极与MOS管M31的源极相连的MOS管M32；串联后一端与MOS管M31的漏极相连且另一端接地的电阻R13、电容C7；串联后一端与MOS管M32的漏极相连且另一端接地的电阻R14、电容C8；一端与MOS管M23的栅极相连且另一端与MOS管M31的漏极相连的电容C9，一端与MOS管M24的栅极相连且另一端与MOS管M32的漏极相连的电容C10，以及一端分别与MOS管M23的源极、MOS管M27的源极、MOS管M31的漏极、MOS管M32的漏极相连且另一端分别接地的电流源Is12、电流源Is13、电流源Is14、电流源Is15；其中，MOS管M25、MOS管M26、MOS管M29、MOS管M30各自的栅极与漏极互连；MOS管M31的漏极、MOS管M32的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于光通信光接收组件的带宽自适应方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，将光接收机系统的输入数字信号码率指标，转换为光接收机的带宽指标；
S2，将光接收机的带宽指标再转换成ROSA的上升时间指标；
S3，将计算所得到的ROSA上升时间指标作为TIA跨阻放大器芯片中上升时间设定器的设计指标；
S4，在ROSA中，以TIA跨阻放大器内的上升时间设定器所设定的上升时间作为参考，将上升时间检测器检测到的上升时间调整器的输出与检测到的上升时间设定器的输出相比较，得到两者之间的差值；
S5，将两者之间的差值进行积分，然后反馈回到上升时间调整器，由此形成ROSA的上升时间自适应环路，由于上升时间与带宽对应，也即实现ROSA的带宽自适应环路。
2.一种用于实现如权利要求1所述的光通信光接收组件的带宽自适应方法的系统，其特征在于，由将接收到的光数字信号转换成电流信号的光电二极管和TIA芯片构成；所述TIA芯片包括跨阻放大器、上升时间调整器、自动增益控制器、上升时间设定器、输出驱动器、两个上升时间检测器和积分器；光电二极管将接收到的光数字信号转换成电流信号Iin，输入到TIA芯片的跨阻放大器；跨阻放大器将电流信号Iin转换成电压信号V1传输到上升时间调整器；上升时间调整器的输出电压信号V2到自动增益控制器、上升时间设定器、输出驱动器和上升时间检测器；自动增益控制器通过检测电压信号V2大小，输出控制电压VCA去调整跨阻放大器的增益，以使得电压信号V2的幅度在不同的输入光功率下保持恒定输出幅度；电压信号V2输入到输出驱动器，使输出驱动器输出信号Vout；上升时间设定器通过对电压信号V2整形处理，输出幅度与电压信号V2相同、上升时间为设定值的信号V3；电压信号V2和电压信号V3分别经过上升时间检测器，将上升时间信息转换成相应的电压信号V4和电压信号V5，并输入到积分器进行积分，积分器比较电压信号V4和电压信号V5的电压差值，并将该电压差值进行积分，输出上升时间控制电压VCT到上升时间调整器；当上升时间调整环路稳定后，电压信号V2上升时间与电压信号V3的设定上升时间一致，使得电压信号V2的带宽满足系统要求。
3.根据权利要求2所述的一种用于实现光通信光接收组件的带宽自适应方法的系统，其特征在于，所述上升时间调整器由慢通路、快通路和求和通路构成；所述慢通路包括栅极连接输入信号Vin的正极的MOS管M1，一端与MOS管M1的漏极相连的电阻R1，源极与MOS管M1的源极相连且栅极与输入信号Vin的负极相连的MOS管M2，一端与电阻R1的另一端相连且另一端与MOS管M2的漏极相连的电阻R2，栅极与MOS管M1的漏极相连且漏极与电阻R1、电阻R2的公共端相连的MOS管M3，栅极与MOS管M2的漏极相连且漏极与MOS管M3的漏极相连的MOS管M4，以及一端分别与MOS管M2的源极、MOS管M3的源极、MOS管M4的源极相连且另一端分别接地的电流源Is1、电流源Is2、电流源Is3；其中，MOS管M4的源极还与求和通路相连；MOS管M4的源极还与快通路相连；
所述快通路包括栅极连接输入信号Vin的正极的MOS管M5，一端与MOS管M5的漏极相连的电阻R3，一端与MOS管M5的源极相连的电容C1，源极与电容C1的另一端相连且栅极与输入信号Vin的负极相连的MOS管M6，一端与电阻R3的另一端相连且另一端与MOS管M6的漏极相连的电阻R4，栅极与MOS管M5的漏极相连且漏极与电阻R3、电阻R4的公共端相连的MOS管M7，栅极与MOS管M6的漏极相连且漏极与MOS管M7的漏极相连的MOS管M8，以及一端分别与MOS管M5的源极、MOS管M6的源极、MOS管M7的源极、MOS管M8的源极相连且另一端分别接地的电流源Is4、电流源Is5、电流源Is6、电流源Is7；其中，MOS管M8的源极与MOS管M4的源极相连；MOS管M7的源极还与求和通路相连；
所述求和通路包括栅极连接上升时间控制电压VCT的正极的MOS管M9，源极与MOS管M9的源极相连且栅极连接上升时间控制电压VCT的负极的MOS管M10，源极均与MOS管M9的漏极相连的MOS管M11、MOS管M12，源极均与MOS管M10的漏极相连的MOS管M13、MOS管M14，串联后连接于MOS管M11的漏极与MOS管M14的漏极之间的电阻R5、电阻R6，以及一端与MOS管M9的源极相连且另一端接地的电流源Is8；其中，MOS管M11的栅极还与MOS管M4的源极相连，MOS管M12的漏极还与MOS管M14的漏极相连，MOS管M11的漏极还与MOS管M13的漏极相连，MOS管M12的栅极还与MOS管M3的源极相连，MOS管M13的栅极还与MOS管M8的源极相连，MOS管M14的栅极还与MOS管M7的源极相连；MOS管M11的漏极、MOS管M14的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
4.根据权利要求3所述的一种用于实现光通信光接收组件的带宽自适应方法的系统，其特征在于，所述上升时间设定器由快速转换级和参考级组成；
所述快速转换级包括栅极连接输入电压Vin的正极的MOS管M15，源极与MOS管M15的源极相连且栅极连接输入电压Vin的负极的MOS管M16，漏极与MOS管M15的漏极相连的MOS管M17，源极与MOS管M17的源极相连且漏极与MOS管M16的漏极相连的MOS管M18，以及一端与MOS管M15的源极相连且另一端接地的电流源Is9；其中，MOS管M17的栅极还与MOS管M18的漏极相连，MOS管M18的栅极还与MOS管M17的漏极相连，MOS管M15的漏极、MOS管M18的源极和漏极均与参考极相连；
所述参考极包括栅极与MOS管M18的漏极相连的MOS管M19，栅极与MOS管M15的漏极相连且源极与MOS管M19的源极相连的MOS管M20，一端与MOS管M19的漏极相连且另一端与M18的源极相连的电阻R7，一端与MOS管M20的漏极相连且另一端与MOS管M18的源极相连的电阻R8，一端与MOS管M19的漏极相连且另一端接地的电容C2，一端与MOS管M20的漏极相连且另一端接地的电容C3，以及一端与MOS管M19的源极相连且另一端接地的电流源Is10；其中，MOS管M19的漏极、MOS管M20的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
5.根据权利要求4所述的一种用于实现光通信光接收组件的带宽自适应方法的系统，其特征在于，所述上升时间检测器包括一端与输入电压Vin的正极相连的电容C4，一端与电容C4的另一端相连且另一端输出压差信号VB的电阻R9，一端与输入电压Vin的负极相连的电容C5，一端与电容C5的另一端相连且另一端输出压差信号VB的电阻R10，栅极与电容C4、电阻R9的公共端相连的MOS管M21，栅极与电容C5、电阻R10的公共端相连且源极与MOS管M21的源极相连的MOS管M22，一端与MOS管M22的源极相连且另一端接地的电容C6，以及一端与MOS管M21的源极相连且另一端接地的电流源Is11；其中，MOS管M21的源极输出电压Vout。
6.根据权利要求5所述的一种用于实现光通信光接收组件的带宽自适应方法的系统，其特征在于，所述积分器包括一端与输入电压Vin的正极的相连的电阻R11，一端与输入电压Vin的负极的相连的电阻R12，栅极与电阻R11的另一端相连的MOS管M23；栅极与电阻R12的另一端相连且源极与MOS管M23的源极相连的MOS管M24；漏极与MOS管M23的漏极相连的MOS管M25，漏极与MOS管M24的漏极相连且源极与MOS管M25的源极相连的MOS管M26；栅极与MOS管M23的漏极相连的MOS管M27，栅极与MOS管M24的漏极相连且源极与MOS管M27的源极相连的MOS管M28；漏极与MOS管M27的漏极相连的MOS管M29，漏极与MOS管M28的漏极相连且源极与MOS管M29的源极相连的MOS管M30；栅极与MOS管M27的漏极相连的MOS管M31，栅极与MOS管M28的漏极相连且源极与MOS管M31的源极相连的MOS管M32；串联后一端与MOS管M31的漏极相连且另一端接地的电阻R13、电容C7；串联后一端与MOS管M32的漏极相连且另一端接地的电阻R14、电容C8；一端与MOS管M23的栅极相连且另一端与MOS管M31的漏极相连的电容C9，一端与MOS管M24的栅极相连且另一端与MOS管M32的漏极相连的电容C10，以及一端分别与MOS管M23的源极、MOS管M27的源极、MOS管M31的漏极、MOS管M32的漏极相连且另一端分别接地的电流源Is12、电流源Is13、电流源Is14、电流源Is15；其中，MOS管M25、MOS管M26、MOS管M29、MOS管M30各自的栅极与漏极互连；MOS管M31的漏极、MOS管M32的漏极分别作为输出电压Vout的负极、正极。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200822586A (en) * 2006-09-28 2008-05-16 Finisar Corp Asymmetric rise/fall time and duty cycle control circuit
CN103217562A (zh) * 2013-03-04 2013-07-24 北京航空航天大学 抑制光学电压互感器非线性特性的交直流电压检测方法及装置
CN103499819A (zh) * 2013-09-22 2014-01-08 中国科学院光电技术研究所 一种目标视线角偏移量及距离的测量装置和方法
CN105340199A (zh) * 2013-06-26 2016-02-17 光速株式会社 利用波长可调滤波器的光接收器
CN112881996A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中国科学院光电技术研究所 一种激光回波探测信息处理系统
CN114785296A (zh) * 2022-03-31 2022-07-22 西北工业大学 跨阻前置放大器输入阻抗自适应调节电路结构及控制方法
CN115087882A (zh) * 2019-10-31 2022-09-20 大陆自动驾驶美国有限责任公司 用于lidar传感器的高动态范围接收器

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7269357B2 (en) * 2002-08-02 2007-09-11 Finisar Corporation Transceiver with programmable signal parameters
US20100303472A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Avago Technologies Fiber Ip(Singapore) Pte. Ltd. Apparatus and method for adaptively controlling the impulse response of the optical signal output from a laser of an optical transmitter (tx)

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200822586A (en) * 2006-09-28 2008-05-16 Finisar Corp Asymmetric rise/fall time and duty cycle control circuit
CN103217562A (zh) * 2013-03-04 2013-07-24 北京航空航天大学 抑制光学电压互感器非线性特性的交直流电压检测方法及装置
CN105340199A (zh) * 2013-06-26 2016-02-17 光速株式会社 利用波长可调滤波器的光接收器
CN103499819A (zh) * 2013-09-22 2014-01-08 中国科学院光电技术研究所 一种目标视线角偏移量及距离的测量装置和方法
CN115087882A (zh) * 2019-10-31 2022-09-20 大陆自动驾驶美国有限责任公司 用于lidar传感器的高动态范围接收器
CN112881996A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 中国科学院光电技术研究所 一种激光回波探测信息处理系统
CN114785296A (zh) * 2022-03-31 2022-07-22 西北工业大学 跨阻前置放大器输入阻抗自适应调节电路结构及控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种宽动态范围跨阻放大器的设计;杨秀;邓世杰;卢星;;半导体光电(03);全文 *

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