CN207135073U - 应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，包括：跨阻放大器，输出端通过电阻连接至运算放大器的负极输入端；运算放大器的输出端连接至开关管的控制极；还包括一反相放大器等比例镜像设置的反相放大器；其输入端与输出端连接并连接至运算放大器的正极输入端；运算放大器的输出端与负极输入端之间连接电容；运算放大器的输出端连接至开关管的控制极，集电极通过电阻连接至电源，开关管的集电极还连接至电压迟滞比较器的负极输入端；电压迟滞比较器的正极输入端通过电阻连接至电源；电压迟滞比较器的正极输入端还通过一电流源接地；电压迟滞比较器的输出端连接至开关管的控制极。

Description

应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及跨阻放大器的自动增益电路。

背景技术

用于光通信领域的跨阻放大器,它的目的在于提升跨阻放大器的输入动态范围，当输入信号较大时，跨阻放大器会通过自动增益控制(Auto-Gain-Contral,AGC)来减小增益从而保证信号能正常处理，保证不出现误码，从而提升跨阻放大器的输入动态范围。目前有两种AGC,一种为连续型AGC，即当AGC启动后，跨阻放大器增益随着输入信号的增大而连续减小。另一种为分段式AGC，即当输入信号大于一定值时，增益直接突变到另一个值。本实用新型介绍的是后一种AGC。下面为现有的分段AGC技术。

此技术中，XI0代表的是某种反相放大电路，它与R_f构成了基本的跨阻放大电路，XI1代表的是迟滞比较器，假设它的迟滞上限为V_REF+V_HYS,迟滞下限为V_REF-V_HYS。均值检测电路检测的是Vout的均值信号它的实现方式有很多，用简单的RC电路也可以实现。

现有技术是通过图1所示的电路图来实现的：当输入光功率较小时，XI1输出为低电平，NM0处于关断状态，此时跨阻放大器的跨阻约为R_f。

随着光功率增大，光响应电流均值也会增大，从而导致减小，当时，迟滞比较电路输出由低电平翻至高电平，使得NM0由关断变成开启，实现R_f2与R_f的并联，从而跨阻放大器跨阻约为从而提升了输入动态范围。

这种技术的缺点：：

1.输入动态范围差。这种技术无法与直流恢复电路(DC-RESTORE)兼容，这导致当AGC启动后，随着光功率增加，会随之减小，当减小至一定程度，使得电路进入了非线性放大区，信号眼图将大大劣化，从而出现误码。

2.该技术存在较大的稳定性风险。这是因为当AGC临界启动时(设此时光电流为I_pdagcth)，会由V_REF-V_HYS变化至如果电路不会振荡，反之，如果电路则会振荡，其振荡机理为无稳态触发器。为了避免振荡，必须增大V_HYS或者增大R_f2，从而增大设计难度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的主要技术问题是提供一种应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，动态范围大大提升，稳定性好。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，包括：

反相放大器XI0，其与跨阻Rf构成跨阻放大器；其输入端与光电流Ipd连接，输出端通过电阻R1连接至运算放大器XI1的负极输入端；运算放大器XI1的输出端连接至开关管NM0的控制极，开关管NM0的发射极接地、集电极与光电流Ipd连接；

还包括一所述反相放大器XI0等比例镜像设置的反相放大器XI2；其输入端与输出端连接并连接至运算放大器XI1的正极输入端；所述运算放大器XI1的输出端与负极输入端之间连接电容C1；

所述运算放大器XI1的输出端连接至开关管NM1的控制极，开关管NM1的发射极接地，集电极通过电阻R2连接至电源V_supply，所述开关管NM1的集电极还连接至电压迟滞比较器XI3的负极输入端；电压迟滞比较器XI3的正极输入端通过电阻R3连接至所述电源V_supply；所述电压迟滞比较器XI3的正极输入端还通过一电流源IREF接地；

所述电压迟滞比较器XI3的输出端连接至开关管NM3的控制极，发射极连接至跨阻Rf的一端，跨阻Rf的另一端通过跨阻Rf2连接至开关管NM3的集电极；

所述开关管NM1与NM0为镜像开关管；

所述反相放大器XIO、XI2、跨阻Rf、运算放大器XI1、开关管NM0、电阻R1、电容C1构成直流恢复环路；所述所述电压迟滞比较器XI3、开关管NM1、开关管NM3、跨阻Rf2、电流源IREF构成第一分段增益电路。

在一较佳实施例中：还包括第二分段增益电路，所述第二分段增益电路与第一分段增益电路并联设置。

在一较佳实施例中：所述第二分段增益电路包括开关管NM5，其控制极与所述运算放大器XI的输出端连接，发射极接地，集电极通过电阻R4连接至所述电源V_supply；所述开关管NM5的集电极还连接至电压迟滞比较器XI4的负极输入端；电压迟滞比较器XI4的正极输入端通过电阻R5连接至所述电源V_supply；所述电压迟滞比较器XI4的正极输入端还通过一电流源IREF1接地；

所述电压迟滞比较器XI4的输出端连接至开关管NM4的控制极，发射极连接至跨阻Rf的一端，跨阻Rf的另一端通过跨阻Rf3连接至开关管NM4的集电极。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案的具备以下有益效果：

1.动态范围大大提升。因为此技术基于直流恢复电路技术，与DC-RESTORE完全兼容，不会发生因为直流输出过低而造成信号严重失真。

2.稳定性好。此技术采用的电流迟滞比较，当AGC启动后，时，由于跨阻放大器跨阻变成约为直流恢复环路的环路增益略变小，I_offset略变小。但由于

I_offset相对整体来说，变化可以忽略不计，因此对于电流迟滞范围要求不高，只要设计合适，不会发生振荡。

附图说明

图1为现有技术中分段增益技术的电路图；

图2为本实用新型优选实施例1的电路图；

图3为本实用新型优选实施例1跨阻放大器的跨阻随输入平均光电流的变化图；

图4为本实用新型优选实施例2的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

实施例1

参考图1，一种应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，包括：

反相放大器XI0，其与跨阻Rf构成跨阻放大器；其输入端与光电流Ipd连接，输出端通过电阻R1连接至运算放大器XI1的负极输入端；运算放大器XI1的输出端连接至开关管NM0的控制极，开关管NM0的发射极接地、集电极与光电流Ipd连接；

还包括一所述反相放大器XI0等比例镜像设置的反相放大器XI2；其输入端与输出端连接并连接至运算放大器XI1的正极输入端；所述运算放大器XI1的输出端与负极输入端之间连接电容C1；

所述运算放大器XI1的输出端连接至开关管NM1的控制极，开关管NM1的发射极接地，集电极通过电阻R2连接至电源V_supply，所述开关管NM1的集电极还连接至电压迟滞比较器XI3的负极输入端；电压迟滞比较器XI3的正极输入端通过电阻R3连接至所述电源V_supply；所述电压迟滞比较器XI3的正极输入端还通过一电流源IREF接地；

所述电压迟滞比较器XI3的输出端连接至开关管NM3的控制极，发射极连接至跨阻Rf的一端，跨阻Rf的另一端通过跨阻Rf2连接至开关管NM3的集电极；

所述开关管NM1与NM0为镜像开关管；

所述反相放大器XIO、XI2、跨阻Rf、运算放大器XI1、开关管NM0、电阻R1、电容C1构成直流恢复环路；所述所述电压迟滞比较器XI3、开关管NM1、开关管NM3、跨阻Rf2、电流源IREF构成第一分段增益电路。

当直流恢复环路启动时，其中，I_th由反相放大器XI2的输出V_REF决定，I_offset则决定于直流恢复环路的环路增益。该技术属于现有技术，它的作用在于，使得从而保证电路工作在合适的直流点。

这个分段AGC技术正是利用现有的直流恢复技术实现的。开关管NM1与NM0为等比例镜像，设比例系数为N，因此有I₁＝N*I₀。电阻R₂、R₃、I_REF与电压迟滞比较器XI3形成电流迟滞比较器，假设它的迟滞上限为I_REF+I_HYS,迟滞下限为I_REF-I_HYS。

当输入光功率由小开始增大，会增大，I₁会随之增大。

当I₁<I_REF+I_HYS,即时，开关管NM3处于关断状态，此时跨阻放大器的跨阻约为R_f。

当I₁>I_REF+I_HYS,即时，迟滞比较电路输出由低电平翻至高电平，使得开关管NM3由关断变成开启，实现跨阻R_f2与跨阻R_f的并联，从而跨阻放大器的跨阻约为从而提升了输入动态范围。图2为跨阻放大器的跨阻随输入平均光电流的变化图。

上述的应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，动态范围大大提升。因为此技术基于直流恢复电路技术，与DC-RESTORE完全兼容，不会发生因为直流输出过低而造成信号严重失真。

上述的应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，稳定性好。此技术采用的电流迟滞比较，当AGC启动后，时，由于跨阻放大器跨阻变成约为直流恢复环路的环路增益略变小，I_offset的绝对值略变大。但由于

I_offset相对整体来说，变化可以忽略不计，因此对于电流迟滞范围要求不高，只要设计合适，不会发生振荡。

实施例2

参考图4，本实施例相较于实施例1，还包括第二分段增益电路，所述第二分段增益电路与第一分段增益电路并联设置。

所述第二分段增益电路包括开关管NM5，其控制极与所述运算放大器XI的输出端连接，发射极接地，集电极通过电阻R4连接至所述电源V_supply；所述开关管NM5的集电极还连接至电压迟滞比较器XI4的负极输入端；电压迟滞比较器XI4的正极输入端通过电阻R5连接至所述电源V_supply；所述电压迟滞比较器XI4的正极输入端还通过一电流源IREF1接地；

所述电压迟滞比较器XI4的输出端连接至开关管NM4的控制极，发射极连接至跨阻Rf的一端，跨阻Rf的另一端通过跨阻Rf3连接至开关管NM4的集电极。

实施例1是一种两段式的自动增益电路，而实施例2为三段式的自动增益电路，基于上述设计，还是拓展为四段、五段或者更多段，属于本实施例的简单替换，不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，本实施例意在说明该实用新型的想法和工作原理，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作任何形状和结构的细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，其特征在于包括：

反相放大器XI0，其与跨阻Rf构成跨阻放大器；其输入端与光电流Ipd连接，输出端通过电阻R1连接至运算放大器XI1的负极输入端；运算放大器XI1的输出端连接至开关管NM0的控制极，开关管NM0的发射极接地、集电极与光电流Ipd连接；

还包括一所述反相放大器XI0等比例镜像设置的反相放大器XI2；其输入端与输出端连接并连接至运算放大器XI1的正极输入端；所述运算放大器XI1的输出端与负极输入端之间连接电容C1；

所述运算放大器XI1的输出端连接至开关管NM1的控制极，开关管NM1的发射极接地，集电极通过电阻R2连接至电源V_supply，所述开关管NM1的集电极还连接至电压迟滞比较器XI3的负极输入端；电压迟滞比较器XI3的正极输入端通过电阻R3连接至所述电源V_supply；所述电压迟滞比较器XI3的正极输入端还通过一电流源IREF接地；

所述电压迟滞比较器XI3的输出端连接至开关管NM3的控制极，发射极连接至跨阻Rf的一端，跨阻Rf的另一端通过跨阻Rf2连接至开关管NM3的集电极；

所述开关管NM1与NM0为镜像开关管；

所述反相放大器XIO、XI2、跨阻Rf、运算放大器XI1、开关管NM0、电阻R1、电容C1构成直流恢复环路；所述所述电压迟滞比较器XI3、开关管NM1、开关管NM3、跨阻Rf2、电流源IREF构成第一分段增益电路。

2.根据权利要求1所述的一种应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，其特征在于：还包括第二分段增益电路，所述第二分段增益电路与第一分段增益电路并联设置。

3.根据权利要求2所述的一种应用于光通信跨阻放大器分段自动增益电路，其特征在于：所述第二分段增益电路包括开关管NM5，其控制极与所述运算放大器XI的输出端连接，发射极接地，集电极通过电阻R4连接至所述电源V_supply；所述开关管NM5的集电极还连接至电压迟滞比较器XI4的负极输入端；电压迟滞比较器XI4的正极输入端通过电阻R5连接至所述电源V_supply；所述电压迟滞比较器XI4的正极输入端还通过一电流源IREF1接地；

所述电压迟滞比较器XI4的输出端连接至开关管NM4的控制极，发射极连接至跨阻Rf的一端，跨阻Rf的另一端通过跨阻Rf3连接至开关管NM4的集电极。