CN1523753A - 带有反馈电阻网络的互阻放大器 - Google Patents
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Abstract
一种互阻放大器，其包括一个电压放大器和一个与该电压放大器的输入端和输出端相连的反馈电路。该反馈电路包括一个与一个反馈电阻网络相并联的阻抗元件。该反馈电阻网络有一个固定等效阻值。该反馈电阻网络包括一个连接于电压放大器输入端和一个节点之间的第一电阻元件；一个连接于电压放大器输出端和该节点之间的第二电阻元件；和一个连接于该节点和一个接地端之间的第三电阻元件。本发明还提供了应用该互阻放大器的包括光通信系统的各种系统。
Description
技术领域
本发明涉及互阻放大器，更具体的是涉及一种带有反馈电阻网络的互阻放大器。
技术背景
互阻放大器将一个输入电流信号转换为一个输出电压信号。互阻放大器可以用于包括光通信系统的各种系统和应用中。一个互阻放大器通常包括一个跨接在一个电压放大器的输入端和输出端的反馈电阻。由于电压放大器的高输入阻抗，施加于电压放大器上的电流信号全部流经反馈电阻。从而电压放大器的输出端产生一个与输入电流成比例的电压信号。
为实现互阻放大器更大的增益和灵敏度，通常要增加反馈电阻的阻抗。但是，增加反馈电阻的阻抗有如下一些缺点。第一，反馈电阻增加的物理尺寸会占用更多面积而产生额外的成本。第二，采用半导体技术工艺生成的电阻有一个与之相关的寄生电容。因此，一个大电阻就有一个大寄生电容，从而导致互阻放大器的带宽减小。
第三，一些互阻放大器中，互阻放大器的输出电位漂移可能会增加。例如，一些互阻放大器包括一个具有一定公差和温度依赖性的双极性晶体管的输入级。在该情况下，流经反馈电阻的电流在互阻放大器的输出电压上产生一个与反馈电阻值成一定比例的电位漂移。这种缺陷在电流连接结构的多级互阻放大器中尤为普遍。
因此，本领域需要有一个反馈电阻网络的互阻放大器带有一个固定的等效电阻值，该有效电阻在改进上述缺陷时仍能保持高的等效电阻值。
发明内容
本发明的互阻放大器包括：一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和一个与该电压放大器的输入端和输出端相连的反馈电路。该反馈电路包括一个与一个有固定等效阻值的反馈电阻网络相并联的阻抗元件。
本发明的一种光通信系统包括一个检测光信号并产生一个表示该光信号的电流信号的光检测器，和一个接收该电流信号并产生一个表示该电流信号的电压信号的互阻放大器。该互阻放大器包括：一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和一个与该电压放大器的输入端和输出端相连的反馈电路。该反馈电路包括一个与一个有固定等效阻值的反馈电阻网络相并联的阻抗元件。
本发明的另一种互阻放大器包括：一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和一个有一个固定等效阻值的反馈电阻网络。该反馈电阻网络连接于电压放大器的输入端和输出端之间。该固定等效阻值由方程式：Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)得出，其中Reff为固定等效阻值；R1为第一电阻元件的电阻值；R2为第二电阻元件的电阻值；R3为第三电阻元件的电阻值。
另一方面，本发明的还提供了一种互阻放大器，该互阻放大器包括：一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和一个有一个固定等效阻值的反馈电阻网络。该反馈电阻网络连接于电压放大器的输入端和输出端之间。该反馈电阻网络包括：一个连接于电压放大器输入端和一个节点之间的第一电阻元件；一个连接于电压放大器输出端和该节点之间的第二电阻元件；和一个连接于该节点和一个接地端间的第三电阻元件。
本发明还提供了一种增加互阻放大器带宽的方法，包括步骤：提供一个电流信号给互阻放大器的输入端；提供一个连接于互阻放大器的输入端和输出端之间的阻抗元件；和给有一个相关寄生电容的反馈电阻网络设置一个固定等效值，该反馈电阻网络连接于互阻放大器的输入端和输出端之间、且与阻抗元件相并联，带宽则取决于与反馈电阻网络相关的寄生电容。
附图说明
图1所示为本发明的包括一个互阻放大器的光传输系统的框图；
图2所示为图1中本发明的包括一个反馈电路的互阻放大器的详细框图；
图3所示为图2中的互阻放大器的示范性电路图。
具体实施例
图1所示为包括一个本发明的包括互阻放大器110的光通信系统100的框图。光通信系统100为可以采用本发明的互阻放大器110的各种系统或应用中的一种。其它系统或应用包括医用仪器、科学仪器、低噪声RF放大器、和RF信号处理应用等，在此仅列举一二。因此，可以知道本发明的互阻放大器可以用于各种系统或应用中。
光通信系统100通常包括一个发送器102、光纤信息通道104和接收器106。本领域的技术人员将知道为了便于说明，系统100描述为一个非常简单的点对点系统。可以知道本发明的接收器还可以用于各种光纤网络部件和结构中。
在发送器102，数据经过光波长调制而在光纤信息通道104中传输。光纤信息通道104包括一个光纤波导管、光放大器、光滤波器、色散补偿模块和其它有源和无源部件。接收器106包括一个光检测器108，例如一个光电二极管，其按现有技术已知的方式把接收到的光信号转换为相关的表示光信号的电流信号输入给光检测器108。通常，互阻放大器110接收来自光检测器108的电流信号I_in并把其转换为一个表示该电流信号的电压信号V_out。
电压信号V_out接着输入门限电路112。该门限电路把接收到的电压信号和一个相关采样时间的门限电压电平相比较。若接收到的信号在相关的采样时间大于门限电平，则门限电路112输出一个数字1。若接收到的信号在相关的采样时间小于门限电平，则门限电路112输出一个数字0。如此，门限电路112就输出一个数字信号。
图2所示为本发明的一个示范性互阻放大器210的框图。通常，互阻放大器210接收一个输入电流信号I_in并把其转换为一个表示该输入电流信号的输出电压信号V_out。互阻放大器210通常包括：一个有一个输入端240和一个输出端242的电压放大器201；和一个与该输入端240和输出端242相连的反馈电路203。
有利的是，反馈电路203包括一个与阻抗元件231(例如在一个实施例中的电容)相并联的反馈电阻网络246。该阻抗元件在高频处提供频率补偿给互阻放大器210。如此，该阻抗元件本身就有一个频率依赖性的电导率和相移。
反馈电阻网络246还可以包括多个电阻元件，例如一个第一电阻元件R1、一个第二电阻元件R2和一个第三电阻元件R3。电阻元件可以是本领域熟知的具有电阻值的各种元件，例如由现有半导体技术工艺生产的各种电阻。这些电阻也可以是无源器件。
第一电阻元件R1连接于电压放大器201的输入端240和节点250之间。第二电阻元件R2连接于电压放大器201的输出端242和节点250之间。最后，第三电阻元件R3连接于节点250和地之间。第一电阻元件R1和第二电阻元件R2相串连。反馈电阻网络246的等效阻抗Reff由方程式(1)得出：
(1)Reff＝(R1+R2+R1(R2/R3))/(1+(1+R2/R3)/K)
因为放大器的开环电压增益系数K通常大于40，方程式(1)可以简化为方程式(2)：
(2)Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)
如此，通过选择足够小的电阻R3就能增大等效阻抗。在多个例子中列举其一，如R1和R2为90.5欧姆，R3为10欧姆，从而Reff等于1千欧姆。有利的是，R1、R2和R3产生的寄生电容小于一个阻值等于Reff的大电阻产生的寄生电容。例如，若R1＝R2＝90.5欧姆，R3＝10欧姆，则R1、R2和R3产生的寄生电容小于一个1千欧姆电阻产生的寄生电容。
同样地，互阻放大器的带宽被有效地增加。反馈电路203提供一个高等效阻抗，且反馈电阻网络246产生的寄生电容减小，从而有效的增加了互阻放大器的带宽。通过选择合适的R1、R2和R3，就能实现期望的带宽。
图3所示为本发明的互阻放大器310的一个实施例的示范性电路图。互阻放大器310的输入电流源可以由各种信号源(例如光检测器308)提供。光检测器308可以是如图3所示的由一个电流源321和一个电容322构成的一个光电二极管。互阻放大器310包括反馈电路203，该反馈电路203包括与阻抗元件(例如，如前所述的电容231)相并联的反馈电阻网络246。该反馈电路与电压放大器301的输入端340和输出端342相连。
互阻放大器310的电压放大器301包括晶体管311、312、313和电阻314、315、316。输入电流信号I_in与晶体管311的控制电极相连。在一个实施例中，晶体管311、312、313为双极性NPN型晶体管。如此，双极性晶体管313的输出端，或NPN型晶体管的发射极与互阻放大器的输出端342相连，从而提供输出电压信号V_out。
当电压放大器301包括双极性晶体管，输出电位V_out可能从一个期望的输出值漂移。该输出电位漂移随着单个大反馈电阻增加。该缺陷在电流连接结构的多级互阻放大器中尤为普遍。有利的是，采用本发明的反馈电路203，输出电位漂移将比采用单个大反馈电阻时减小。例如图3所示的实施例中，随着双极性晶体管311、312、313的晶体管参数彐(beta)变化(例如从50到200)，在各种条件下输出电位V_out仅从额定输出电压的1.03倍变化到额定输出电压的0.982倍。
在此所述的实施例只是采用本发明的其中几个，但并不受限于本发明。显而易见，还存在其它本领域的技术人员了解的并不脱离权利要求所定义的本发明的精神和范围的实施例。
Claims (22)
1.一种互阻放大器，包括：
一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和
一个与所述电压放大器的所述输入端和所述输出端相连的反馈电路；所述反馈电路包括一个与一个有固定等效阻值的反馈电阻网络相并联的阻抗元件。
2.根据权利要求1所述的互阻放大器，其中所述反馈电阻网络包括无源电阻元件。
3.根据权利要求1所述的互阻放大器，其中所述反馈电阻网络包括相串连的一个第一电阻元件和一个第二电阻元件。
4.根据权利要求1所述的互阻放大器，其中所述反馈电阻网络包括：
一个连接于所述电压放大器的所述输入端和一个节点之间的第一电阻元件；
一个连接于所述电压放大器的所述输出端和所述节点之间的第二电阻元件；和
一个连接于所述节点和一个接地端之间的第三电阻元件。
5.根据权利要求4所述的互阻放大器，其中所述固定等效阻值由下列方程式得到：
Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)
其中R1为所述第一电阻元件的阻值；R2为所述第二电阻元件的阻值；R3为所述第三电阻元件的阻值。
6.根据权利要求1所述的互阻放大器，其中所述电压放大器包括至少一个双极性晶体管。
7.根据权利要求6所述的互阻放大器，其中所述至少一个双极性晶体管有一个与所述电压放大器的所述输出端相连的端子。
8.根据权利要求1所述的互阻放大器，其中所述阻抗元件包括一个电容。
9.一种光通信系统，包括：
一个检测一个光信号并产生一个表示所述光信号的电流信号的光检测器；和
一个接收所述电流信号并产生一个表示所述电流信号的电压信号的互阻放大器，所述互阻放大器包括：
一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和
一个与所述电压放大器的所述输入端和所述输出端相连的反馈电路；所述反馈电路包括一个与一个有固定等效阻值的反馈电阻网络相并联的阻抗元件。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述反馈电阻网络包括无源电阻元件。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述反馈电阻网络包括相串连的一个第一电阻元件和一个第二电阻元件。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述反馈电阻网络包括：
一个连接于所述电压放大器的所述输入端和一个节点之间的第一电阻元件；
一个连接于所述电压放大器的所述输出端和所述节点之间的第二电阻元件；和
一个连接于所述节点和一个接地端之间的第三电阻元件。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述固定等效阻值由下列方程式得到：
Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)
其中R1为所述第一电阻元件的阻值；R2为所述第二电阻元件的阻值；R3为所述第三电阻元件的阻值。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述电压放大器包括至少一个双极性晶体管。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少一个双极性晶体管有一个与所述电压放大器的所述输出端相连的端子。
16.根据权利要求9所述的系统，其中所述阻抗元件包括一个电容。
17.一种互阻放大器，包括：
一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和
一个有固定等效阻值的反馈电阻网络，所述反馈电阻网络连接于所述电压放大器的所述输入端和所述输出端之间，所述固定等效阻值由下列方程式得到：
Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)，其中Reff为所述固定等效阻值；R1为所述第一电阻元件的阻值；R2为所述第二电阻元件的阻值；R3为所述第三电阻元件的阻值。
18.一种互阻放大器，包括：
一个有一个输入端和一个输出端的电压放大器；和
一个有固定等效阻值的反馈电阻网络，所述反馈电阻网络连接于所述电压放大器的所述输入端和所述输出端之间，所述反馈电阻网络包括：
一个连接于所述电压放大器的所述输入端和一个节点之间的第一电阻元件；
一个连接于所述电压放大器的所述输出端和所述节点之间的第二电阻元件；和
一个连接于所述节点和一个接地端之间的第三电阻元件。
19.一种增加互阻放大器的带宽的方法，包括步骤：
提供一个电流信号给所述互阻放大器的输入端；
提供一个连接于所述互阻放大器的所述输入端和所述输出端之间的阻抗元件；和给有一个相关寄生电容的反馈电阻网络设置一个固定等效值，所述反馈电阻网络连接于所述互阻放大器的所述输入端和所述输出端之间、且与所述阻抗元件相并联，所述带宽取决于与所述反馈电阻网络相关的所述寄生电容。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述反馈电阻网络包括相串连的一个第一电阻元件和一个第二电阻元件。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述反馈电阻网络包括：
一个连接于所述电压放大器的所述输入端和一个节点之间的第一电阻元件；
一个连接于所述电压放大器的所述输出端和所述节点之间的第二电阻元件；和
一个连接于所述节点和一个接地端之间的第三电阻元件。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述固定等效阻值由下列方程式得到：
Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)，其中R1为所述第一电阻元件的阻值；R2为所述第二电阻元件的阻值；R3为所述第三电阻元件的阻值。
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| Goll et al. | A 10áGb/s 0.25 áμm SiGe modulator driver for photonic-integration |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |