TWI674747B - 使用雙複製及伺服迴路以對轉阻抗放大器進行精確增益調整的方法與系統 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示使用一雙複製及伺服迴路以對一轉阻抗放大器進行精確增益調整的方法與系統，且該等方法可包含在包括以下各項之一轉阻抗放大器(TIA)電路中：一第一TIA、一第二TIA及一第三TIA，其各自包括一可組態回饋阻抗；以及一控制迴路，其中該控制迴路包括一增益級，該增益級具有耦合至該等第一及第二TIA之輸出之輸入及耦合至該等第二及第三TIA之該可組態回饋阻抗之一輸出，進行以下操作：藉由組態該第一TIA之回饋阻抗而組態該第一TIA之一增益位準；藉由組態施加至該第一TIA之一輸入之一參考電流而組態該第三TIA之一增益位準；及利用該第三TIA放大一所接收電信號以產生一輸出電壓。該參考電流可在該增益級之該等輸入中之一者處產生一參考電壓。
Description
本申請案主張在2015年1月16日提出申請之美國臨時申請案62/125,290之優先權及權益，該臨時申請案特此以全文引用之方式併入本文中。
本發明之某些實施例係關於半導體光子學。更具體而言，本發明之某些實施例係關於一種使用一雙複製及伺服迴路以對一轉阻抗放大器進行精確增益調整的方法與系統。
隨著資料網路擴縮以滿足日益增加之頻寬要求，銅資料通道之不足越來越明顯。歸因於所輻射電磁能量之信號衰減及串擾係此類系統之設計者所遇到之主要障礙。該等障礙可在某種程度上藉助等化、編碼及屏蔽而減輕，但此等技術需要相當大功率、複雜性及纜線塊體懲罰，而僅在所及限度內提供適度改良及極有限可擴縮性。擺脫了此等通道限制，光學通信已被公認為對銅鏈路之繼承者。
透過將此類系統與如參考圖式在本申請案之剩餘部分中陳述之本發明進行比較，熟習此項技術者將顯而易見習用及傳統方法之其他
限制及缺點。
一種使用一雙複製及伺服迴路以對一轉阻抗放大器進行精確增益調整之系統及/或方法，其實質上如各圖中之至少一者中所展示及/或結合各圖中之至少一者所闡述，如申請專利範圍中更完整陳述。
依據以下說明及圖式，將更全面地理解本發明之各種優點、態樣及新穎特徵以及本發明之一說明性實施例之細節。
101‧‧‧雷射總成
103A‧‧‧耦合器/分流器
103B‧‧‧耦合器/分流器
103C‧‧‧耦合器/分流器
105A至105D‧‧‧光學調變器
107A至107D‧‧‧放大器
109‧‧‧類比與數位控制電路
110‧‧‧光學波導/波導
111A至111D‧‧‧光電二極體/光電偵測器/高速異質接面光電二極體
112A至112D‧‧‧控制區段
113A至113D‧‧‧監測光電二極體
117A至117H‧‧‧光柵耦合器
130‧‧‧具光子處理能力之積體電路/積體電路/晶片
131‧‧‧電子裝置/電路
133‧‧‧光學與光電子裝置
135‧‧‧光源介面
137‧‧‧晶片前表面/CMOS晶片表面/晶片表面
139‧‧‧光纖介面
141‧‧‧CMOS防護環
143‧‧‧表面照明式監測光電二極體
145‧‧‧濾波器至晶片耦合器/濾波器晶片耦合器
147‧‧‧光學源總成
149‧‧‧光纖纜線
200‧‧‧接收器前端
201‧‧‧光電偵測器
203‧‧‧回饋阻抗
203A‧‧‧回饋阻抗
203B‧‧‧回饋阻抗/阻抗
203C‧‧‧回饋阻抗/阻抗
205‧‧‧增益級
300‧‧‧接收器
301‧‧‧光電偵測器
310A‧‧‧轉阻抗放大器/參考轉阻抗放大器
310B‧‧‧轉阻抗放大器/複製轉阻抗放大器/轉阻抗放大器複製
310C‧‧‧轉阻抗放大器/主要轉阻抗放大器
310D‧‧‧轉阻抗放大器/轉阻抗放大器複製/放大器
311‧‧‧放大器
313‧‧‧放大器
DCctr1‧‧‧回饋控制電壓
Ictr1‧‧‧控制電流/電流
Iref‧‧‧參考電流
Iref1‧‧‧參考電流
Ref‧‧‧輸出/參考電壓
Vg‧‧‧伺服迴路電壓/輸出電壓/控制電壓
Vout‧‧‧輸出電壓/經放大信號
圖1A係根據本發明之一實例性實施例之使用一雙複製及伺服迴路以具有對轉阻抗放大器之精確增益調整之一具光子處理能力之積體電路的一方塊圖。
圖1B係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之一例示性具光子處理能力之積體電路之一圖式。
圖1C係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之耦合至一光纖纜線之一具光子處理能力之積體電路的一圖式。
圖2係根據本發明之一實例性實施例之使用具有回饋阻抗之一轉阻抗放大器感測之一光電二極體之一方塊圖。
圖3圖解說明根據本發明之一實例性實施例之使用一雙複製及伺服迴路以具有精確增益調整之一轉阻抗放大器。
圖4係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之使用一雙複製及伺服迴路以給一轉阻抗放大器提供精確增益調整之實例性步驟之一流程圖。
本發明之某些態樣可在於一種使用一雙複製及伺服迴路以對一轉阻抗放大器進行精確增益調整的方法與系統。本發明之例示性態樣可包括在包括以下各項之一轉阻抗放大器(TIA)電路中：一第一TIA、
一第二TIA及一第三TIA，其各自包括一可組態回饋阻抗；以及一控制迴路，其中該控制迴路包括一增益級，該增益級具有耦合至該等第一及第二TIA之輸出之輸入及耦合至該等第二及第三TIA之該可組態回饋阻抗之一輸出，進行以下操作：藉由組態該第一TIA之回饋阻抗而組態該第一TIA之一增益位準；藉由組態施加至該第一TIA之一輸入之一參考電流而組態該第三TIA之一增益位準；及利用該第三TIA放大一所接收電信號以產生一輸出電壓。該參考電流可在該增益級之該等輸入中之一者處產生一參考電壓。該參考電壓可控制耦合至該第三TIA之該可組態回饋阻抗的該增益級之該輸出。該第一TIA之該可組態阻抗可包括一可組態電阻器陣列，且該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗可各自包括一電阻器及一電晶體。可藉由利用該增益級之該輸出而組態該電晶體之一閘極電壓來組態該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗。該輸出電壓可耦合至一第二增益級之一第一輸入，其中該第二增益級之一第二輸入耦合至一第四TIA之一輸出。可利用該輸出電壓及該第二增益級之一輸出來產生一差動信號。可藉由組態該第三TIA之一輸入電流而組態該第二增益級之輸出。可自一光電偵測器接收該電信號。
圖1A係根據本發明之一實例性實施例之使用一雙複製及伺服迴路以具有對轉阻抗放大器之精確增益調整之一具光子處理能力之積體電路的一方塊圖。參考圖1A，其展示一具光子處理能力之積體電路130上之包括光學調變器105A至105D、光電二極體111A至111D、監測光電二極體113A至113D的光電子裝置以及包括耦合器103A至103C及光柵耦合器117A至117H的光學裝置。亦展示包括放大器107A至107D、類比與數位控制電路109以及控制區段112A至112D之電裝置及電路。舉例而言，放大器107A至107D可包括轉阻抗放大器及限制放大器(TIA/LA)。
在一實例性情境中，具光子處理能力之積體電路130包括具有耦合至IC 130之頂部表面之一雷射總成101之一CMOS光子晶粒。雷射總成101可包括具有用於將一或多個連續波(CW)光學信號引導至耦合器103A之隔離器、透鏡及/或旋轉器之一或多個半導體雷射。舉例而言，一CW光學信號可包括一未經調變光學信號，該未經調變光學信號包括處於一波長λ1之一同調頻率分量。具光子處理能力之積體電路130可包括單一晶片，或可整合於諸如具有一或多個電子晶粒及一或多個光子晶粒之複數個晶粒上。
光學信號經由製作於具光子處理能力之積體電路130中之光學波導110在光學裝置與光電子裝置之間傳遞。可在光子積體電路中使用單模式或多模式波導。單模式操作使得能夠直接連接至光學信號處理及網路連線元件。術語「單模式」可用於支援兩種極化(橫向電場(TE)及橫向磁場(TM))中之每一者之單一模式之波導，或用於係真正單模式且僅支援一個模式之波導。舉例而言，此一個模式可具有係TE之一極化，TE包括平行於支撐波導之基板之一電場。所利用之兩個典型波導剖面包括條帶波導及肋狀波導。條帶波導通常包括一矩形剖面，而肋狀波導在一波導平板之頂部上包括一肋狀區段。當然，本發明亦預期其他波導剖面類型且其在本發明之範疇內。
在一實例性情境中，耦合器103A至103C可包括低損耗Y接面功率分流器，其中耦合器103A自雷射總成101接收一光學信號且將該信號分流為兩個分支，該兩個分支將該等光學信號引導至耦合器103B及103C，耦合器103B及103C再次將該光學信號分流，從而產生四個粗略相等之功率光學信號。
光學功率分流器可包括至少一個輸入波導及至少兩個輸出波導。圖1A中所展示之耦合器103A至103C圖解說明二分分流器，其將一個波導中之光學功率均勻地劃分至另兩個波導中。此等Y接面分流
器可用於其中需要一分流器及一組合器之一光電子系統中(諸如一馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉儀(MZI)調變器(例如，光學調變器105A至105D)中)之多個位置中，此乃因一功率組合器可係反向使用之一分流器。
舉例而言，光學調變器105A至105D包括馬赫-曾德爾調變器或環形調變器，且實現連續波(CW)雷射輸入信號之調變。光學調變器105A至105D可包括高速及低速相位調變區段且由控制區段112A至112D控制。光學調變器105A至105D之高速相位調變區段可以一資料信號調變一CW光源信號。光學調變器105A至105D之低速相位調變區段可補償緩慢變化之相位因子(諸如由波導、波導溫度或波導應力之間的不匹配誘發之彼等緩慢變化之相位因子)，且稱為被動相位或MZI之被動偏壓。
在一實例性情境中，高速光學相位調變器可基於自由載子色散效應而操作，且可展示自由載子調變區與光學模式之間的一高重疊。在一波導中傳播之一光學模式之高速相位調變係用於高資料速率光學通信之數個類型之信號編碼之構建區塊。可需要以數Gb/s為單位之速度來維持用於現代光學鏈路中之高資料速率，且該速度可在整合式Si光子器件中藉由調變跨越攜載光束之波導放置之一PN接面之空乏區而達成。
光學調變器105A至105D中之每一者之一個輸出可經由波導110光學耦合至光柵耦合器117E至117H。光學調變器105A至105D之其他輸出可光學耦合至監測光電二極體113A至113D以提供一回饋路徑。IC 130可利用基於波導之光學調變及接收功能。因此，接收器可採用一整合式波導光電偵測器(PD)，該整合式PD可以(舉例而言)直接沈積於矽上之磊晶鍺/SiGe膜來實施。
光柵耦合器117A至117H可包括使得能夠將光耦合至具光子處理
能力之積體電路130中及使得能夠耦合離開該積體電路之光的光學光柵。光柵耦合器117A至117D可用於將自光纖接收之光耦合至具光子處理能力之積體電路130中，且光柵耦合器117E至117H可用於將來自具光子處理能力之積體電路130之光耦合至光纖中。光柵耦合器117A至117H可包括單極化光柵耦合器(SPGC)及/或極化分流光柵耦合器(PSGC)。在其中利用一PSGC之例項中，可利用兩個輸入或輸出波導。
可用環氧樹脂將光纖黏合(舉例而言)至CMOS晶片，且可以與法向於具光子處理能力之積體電路130之表面成一角度將光纖對準以最佳化耦合效率。在一實例性實施例中，光纖可包括單模式光纖(SMF)及/或極化-維持光纖(PMF)。
在圖1B中所圖解說明之另一例示性實施例中，可藉由將一光源引導於晶片中之一光學耦合裝置(諸如光源介面135及/或光纖介面139)上而在不使用光纖之情況下將光學信號直接傳遞至具光子處理能力之積體電路130之表面中。此情況可藉助覆晶接合至具光子處理能力之積體電路130之另一晶片上之經引導雷射源及/或光學源而完成。
光電二極體111A至111D可將自光柵耦合器117A至117D接收之光學信號轉換成傳遞至放大器107A至107D以進行處理之電信號。在本發明之另一實施例中，舉例而言，光電二極體111A至111D可包括高速異質接面光電晶體，且可在集電極及基極區中包括鍺(Ge)以用於在1.3μm至1.6μm光學波長範圍中吸收，且可整合於一CMOS絕緣體上矽(SOI)晶圓及/或晶粒上。
類比與數位控制電路109可控制放大器107A至107D之操作中之增益位準或其他參數，該等放大器可然後傳遞電信號離開具光子處理能力之積體電路130。控制區段112A至112D包括使得能夠調變自分流器103A至103C接收之CW雷射信號之電子電路。光學調變器105A至
105D可需要高速電信號來調變一馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)(舉例而言)之各別分支中之折射率。
在操作中，具光子處理能力之積體電路130可操作以發射及/或接收光學信號且處理光學信號。光學信號可由光柵耦合器117A至117D自光纖接收且由光電偵測器111A至111D轉換為電信號。該等電信號可由放大器107A至107D(舉例而言)中之轉阻抗放大器放大且隨後傳遞至具光子處理能力之積體電路130中之其他電子電路(未展示)。
轉阻抗放大器(TIA)可操作以接收電流信號、放大電流信號且將電流信號轉換為電壓信號。在光學收發器中，可對TIA強加通常限制接收器動態範圍(DR)之嚴格增益校準限制，且在超過10GB/s之資料速率下且在具有在一30dB範圍中之輸入光電流位準之情況下，對光電子應用足夠之線性TIA效能具挑戰性。TIA動態範圍可定義為可恰當感測之最大光電流與最小光電流之比率。
TIA線性度限制針對大輸入電流之接收器級聯動態範圍。在經擴縮CMOS技術中且在大位準輸入電流下，可難以防止TIA輸出飽和，此部分歸因於短通道電晶體之非線性，但主要歸因於減小之供應電壓。該動態範圍之低端係由TIA輸入參考雜訊判定。一低雜訊拓撲TIA係必要的，以便滿足輸入敏感性。
一基於分路-回饋(SF)之TIA可提供此一低雜訊拓撲。此架構基於具有一回饋網路之一電壓反相放大器。回饋網路阻抗直接影響TIA之動態範圍，且可使用一DC控制電壓來控制增益，在一伺服迴路中使用雙TIA複製而產生該DC控制電壓。
在一實例性情境中，本文中所揭示之TIA拓撲可控制回饋網路阻抗之值，因此增強在大位準之輸入光電流下之TIA線性度。該增益控制方法係數位的、非入侵性的(亦即，不影響信號路徑)，且可與其他程序校準及溫度控制機制整合在一起。
圖1B係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之一例示性具光子處理能力之積體電路之一圖式。參考圖1B，其展示具光子處理能力之積體電路130，該積體電路包括電子裝置/電路131、光學與光電子裝置133、一光源介面135、一晶片前表面137、一光纖介面139、CMOS防護環141及一表面照明式監測光電二極體143。
光源介面135及光纖介面139包括光柵耦合器(舉例而言)，該等光柵耦合器使得能夠經由如同習用邊緣發出/接收裝置與晶片之邊緣相對之CMOS晶片表面137而耦合光信號。經由晶片表面137耦合光信號使得能夠使用CMOS防護環141，該CMOS防護環機械上保護晶片且防止污染物經由晶片邊緣進入。
舉例而言，電子裝置/電路131包括諸如關於圖1A所闡述之放大器107A至107D及類比與數位控制電路109之電路。光學與光電子裝置133包括諸如耦合器103A至103C、光學終端、光柵耦合器117A至117H、光學調變器105A至105D、高速異質接面光電二極體111A至111D及監測光電二極體113A至113D之裝置。
在一實例性情境中，電子裝置/電路131可包括使用雙複製及一伺服迴路以具有精確增益控制之TIA。因此，TIA之一回饋阻抗可直接影響TIA之動態範圍，且可使用一DC控制電壓來控制增益，在伺服迴路中使用雙TIA複製而產生該DC控制電壓。
圖1C係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之耦合至一光纖纜線之一具光子處理能力之積體電路的一圖式。參考圖1C，其展示具光子處理能力之積體電路130，該積體電路包括晶片表面137及CMOS防護環141。亦展示一濾波器至晶片耦合器145、一光纖纜線149及一光學源總成147。
具光子處理能力之積體電路130包括電子裝置/電路131、光學與光電子裝置133、光源介面135、晶片表面137及CMOS防護環141，其
可如關於圖1B所闡述。
在一實例性實施例中，光纖纜線可經由環氧樹脂(舉例而言)貼附至CMOS晶片表面137。濾波器晶片耦合器145使得光纖纜線149能夠實體耦合至具光子處理能力之積體電路130。
圖2係根據本發明之一實例性實施例之使用具有回饋阻抗之一轉阻抗放大器感測之一光電二極體之一方塊圖。參考圖2，其展示接收器前端200，該接收器前端包括一光電偵測器201、回饋阻抗203及一增益級205。該光電偵測器可包括一半導體光電二極體，舉例而言，該半導體光電二極體包括矽或矽-鍺以用於接收光學信號且將光學信號轉換為一電流。光電偵測器201可與增益級205位於同一晶片(諸如晶片130)上，或可位於晶片外。
增益級205可包括用於在其輸入處接收一電流信號且在其輸出處提供與輸入電流成比例之一電壓之電路。在一實例性情境中，增益級205可包括一電壓輸入電壓輸出增益級且可包括一CMOS反相器，但本發明不限於此，此乃因可利用可與源信號相容之任何增益級。
回饋阻抗203可包括用於增益級205之一回饋路徑，且可以一被動或主動模式實施，其中由回饋阻抗203A至203C展示該回饋阻抗之三個實例。回饋阻抗203A包括具有一固定電阻器之一被動阻抗，而回饋阻抗203B及203C表示主動阻抗，其中阻抗203B係與一電晶體串聯之一電阻器。該電晶體可包括一PMOS、NMOS或其他類型之電晶體，其中該電晶體之控制端子用於組態串聯結構之阻抗。在一實例性情境中，可利用一NMOS/PMOS電晶體，且藉由在於其線性區中或以三極體模式操作時使閘極電壓變化而控制電阻。
類似地，回饋阻抗203C包括一可選擇電阻器陣列，諸如一經修整電阻器網路。在此實例中，可利用如由輸入端子指示之耦合至網路中之電阻器之一開關陣列而選擇離散電阻器。
在TIA實施方案中可利用回饋阻抗203及增益級205，如關於圖3進一步展示。
圖3圖解說明根據本發明之一實例性實施例之使用一雙複製及伺服迴路以具有精確增益調整之一轉阻抗放大器。參考圖3，其展示接收器300，該接收器包括一光電偵測器301、TIA 310A至310D以及放大器311及313。亦展示一光學輸入信號、在TIA 310A之輸出處之一參考電壓Vref、用於TIA 310C之一控制電流Ictr1、一伺服迴路電壓Vg及一輸出電壓Vout。
在一實例性情境中，TIA 310A至310D實質上類似於關於圖2所闡述之TIA，如由符號在每一TIA之方框內所指示，其中回饋阻抗係取決於TIA之功能而組態。舉例而言，TIA 310A可包括一經修整電阻器網路(諸如回饋阻抗203C)，而TIA 310B、310C及310D各自包括一主動回饋阻抗(諸如回饋阻抗203B)。以此方式，TIA 310A之增益一旦經選擇便可保持基本上恆定，從而提供一穩定且已知增益，而TIA 310B、310C及310D之增益可使用一控制電壓(伺服迴路電壓Vg)來動態地組態。TIA 310B及310D可係TIA 310C之複製，其中名稱上相同之組件緊密接近地定位於晶片(舉例而言)上。
舉例而言，放大器311及313可包括具有產生與其輸入電壓之間的差成比例之一輸出信號之電路之操作放大器或數位回饋。因此，對於放大器311，輸出電壓Vg和TIA 310A之輸出(Ref)與TIA 310B之輸出之間的差成比例。
接收器300中之包括TIA 310A至310D之TIA電路可包括一CMOS分路-回饋TIA，該CMOS分路回饋TIA之低頻增益(轉阻抗ZT)與回饋網路阻抗相關。此接近對於TIA 310A至310D中之增益級之一足夠大增益(舉例而言，A>10)係正確的。對於A>10，ZT大約等於回饋阻抗。
主要TIA(TIA 310C)及雙TIA複製(在此實例中，TIA 310B及310D)包括一電壓控制回饋阻抗，該電壓控制回饋阻抗包括一電壓控制電阻與一固定電阻器之一串聯組合(如圖2中之阻抗203C所展示)，其中三極體模式n-MOS電晶體形成阻抗之電壓控制部分且多電阻器(poly resistor)部分在過載輸入信號下進一步使阻抗線性化以及補償n-MOS溫度係數。
主要TIA 310C以及TIA複製310B及310D係由伺服迴路電壓Vg組態，該伺服迴路電壓耦合至該等TIA之回饋阻抗之電壓控制輸入，藉此提供一經修整目標回饋阻抗之一精確表示。此控制電壓Vg在程序及佈局匹配限制內給TIA 310C以及TIA複製310B及310D中之阻抗網路賦予相同經修整阻抗值。
阻抗電阻修整伺服迴路採用產生與Iref x目標阻抗成比例之一輸出電壓之一參考TIA 310A。在一實例性情境中，Iref及Iref1係由一電流數位轉類比轉換器(DAC)產生之小固定電流，從而產生一已知且精確電流。Iref1及Iref可分別注入至TIA 310A及TIA 310B參考輸入中作為增加四個TIA之間的匹配之一手段以及將TIA 310C增益控制在經修整點附近之一窄範圍內之一手段。
主要TIA 310C增益可由控制電壓Vg控制。繼而可藉由改變伺服迴路中之參考電壓(Ref)而調整此電壓。Ref係藉助經修整電阻網路由Iref與TIA 310A之轉阻抗值之乘積而產生。伺服迴路將由放大器311經歷之兩個電壓等化為Ref之位準，從而產生控制電壓Vg。此電壓與TIA 310B增益成比例，且其在匹配限制內給主要TIA 310C增益賦予一相等值。
注意，此處所闡述之以上TIA增益修整方法不影響主要TIA 310C在信號路徑中之高速操作，此乃因增益控制係作為一DC電壓施加於回饋n-MOS電晶體之閘極上。此控制電壓Vg具有與經修整多電阻器相
關之一準確值及跟蹤同一電阻器之一溫度係數。並且，控制電壓Vg具有一可變分量，此歸因於其對用於將TIA 310C增益控制在經修整值附近之Iref之相依性。
在操作中，可經由一光學波導(舉例而言)將一光學信號引導至光電偵測器301，且可將一所得電信號傳遞至TIA 310C。可將參考電流Iref及Iref1分別供應至TIA 310A及310B之輸入。可預選擇包括一修整電阻器網路的TIA 310A之回饋阻抗以組態增益，而控制電壓Vg起作用以等化TIA 310B之增益。此同一控制電壓控制主要TIA 310C之增益，該主要TIA自光電偵測器301接收電信號，從而產生與TIA 310C之增益成比例之一經放大信號Vout。
可藉由組態Iref而調整主要TIA 310C之增益，使得參考電壓Vref改變且Vg相應地調整以等化至放大器311之輸入。此Vg改變因此改變TIA 310C之增益。
另外，可藉由將放大器313之輸出組態為遵循輸出信號Vout之平均值而產生一「偽差動」輸出。此可藉由將輸出信號Vout耦合至放大器313之一個輸入且將TIA 310D之輸出耦合至放大器310D之其他輸入而完成。藉由將TIA 310C之電流Ictr1組態為TIA之輸入處之匯電流(sink current)或源電流(source current)，可調整輸出電壓Vout之DC值，且在至TIA 310D之輸入斷開之情況下，放大器313之輸出因此自輸出電壓之DC值改變反相且提供一回饋控制電壓DCctr1。差動輸出因此由TIA 310C及310D之輸出定義。
圖4係圖解說明根據本發明之一實例性實施例之使用一雙複製及伺服迴路以給一轉阻抗放大器提供精確增益調整之實例性步驟之一流程圖。在步驟403中，在開始步驟401之後，可藉由選擇一電阻器網路中之一電阻而組態TIA 310A之回饋阻抗以設定參考TIA增益。在步驟405中，可將參考電流Iref及Iref1施加至參考TIA 310A及複製TIA
310B。在步驟407中，可自光電偵測器301接收一電信號，藉此產生一電信號，在步驟409中，可由TIA 310C放大該電信號。另外，可將一控制電流供應至主要TIA 310C以提供一可組態DC輸出，藉此實現一偽差動輸出。在步驟411中，可在主要TIA 310C之輸出處傳遞經放大且偽差動信號，後續接著結束步驟413。
在一實例性實施例中，揭示一種使用一雙複製及伺服迴路以對一轉阻抗放大器進行精確增益調整之方法與系統。在此方面，本發明之態樣可包括一轉阻抗放大器(TIA)電路，該TIA電路包括：一第一TIA、一第二TIA及一第三TIA，其各自包括一可組態回饋阻抗；以及一控制迴路。該控制迴路包括一增益級，該增益級具有耦合至該等第一及第二TIA之輸出之輸入及耦合至該等第二及第三TIA之該可組態回饋阻抗之一輸出。該TIA電路可操作以：藉由組態該第一TIA之回饋阻抗而組態該第一TIA之一增益位準，藉由組態施加至該第一TIA之一輸入之一參考電流而組態該第三TIA之一增益位準，及利用該第三TIA放大一所接收電信號以產生一輸出電壓。
該參考電流可在該增益級之該等輸入中之一者處產生一參考電壓。該參考電壓可控制耦合至該第三TIA之該可組態回饋阻抗的該增益級之該輸出。該第一TIA之該可組態阻抗可包括一可組態電阻器陣列，且該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗可各自包括一電阻器及一電壓控制電阻。
可藉由利用該增益級之該輸出而組態電晶體之一閘極電壓來組態該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗。該輸出電壓可耦合至一第二增益級之一第一輸入，其中該第二增益級之一第二輸入耦合至一第四TIA之一輸出。可利用該輸出電壓及該第二增益級之一輸出來產生一差動信號。可藉由組態該第三TIA之一輸入電流而組態該第二增益級之輸出。可自一光電偵測器接收該電信號。
在另一實例性實施例中，揭示一種使用一雙複製及伺服迴路以對一轉阻抗放大器進行精確增益調整之系統。在此方面，本發明之態樣可包括一轉阻抗放大器(TIA)電路，其中該TIA電路包括：一第一TIA，其包括一第一可組態阻抗及耦合至一第一增益級之一第一輸入之一輸出；一第二TIA，其包括一第二可組態阻抗及耦合至到該第一增益級之一第二輸入之一輸出；一第三TIA，其包括一第三可組態回饋阻抗、用於接收一輸入電流之一輸入及產生該TIA電路之一輸出電壓之一輸出；以及一控制迴路，其用於控制該第三TIA之增益。該控制迴路包括其輸出耦合至該等第二及第三可組態阻抗之該第一增益級。
如本文中所利用，術語「電路(circuit及circuitry)」係指實體電子組件(亦即，硬體)以及可組態硬體、由硬體執行及/或以其他方式與硬體相關聯之任何軟體及/或韌體(「程式碼」)。如本文中所使用，舉例而言，一特定處理器與記憶體可在執行第一一或多個行之程式碼時包括一第一「電路」且可在執行第二一或多個行之程式碼時包括一第二「電路」。如本文中所利用，「及/或」意指由「及/或」連結之清單中之物項中之任何一或多者。作為一實例，「x及/或y」意指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中之任一元素。換言之，「x及/或y」意指「x及y中之一者或兩者」。作為另一實例，「x、y及/或z」意指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中之任一元素。換言之，「x、y及/或z」意指「x、y及z中之一或多者」。如本文中所利用，術語「例示性」意指充當一非限制性實例、例項或說明。如本文中所利用，術語「例如(e.g.,)」及「舉例而言(for example)」引出一或多項非限制性實例、例項或說明之清單。如本文中所利用，電路或一裝置「可操作」以每當該電路或裝置包括執行一功能所必要之硬體及程式碼時(在任何硬體及程式碼係必要的情況下)執行該功能，而無論是否
停用或不啟用(例如，藉由一使用者可組態設定、工廠修整等)該功能之執行。
儘管已參考某些實施例闡述了本發明，但熟習此項技術者將理解，可在不背離本發明之範疇之情況下做出各種改變且可對等效物進行替代。另外，可在不背離本發明之範疇之情況下對本發明之教示做出諸多修改以適應一特定情況或材料。因此，本發明並不意欲受限於所揭示之特定實施例，但本發明將包含歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內之所有實施例。
Claims (20)
- 一種用於通信之方法，該方法包括：在包括以下各項之一轉阻抗放大器(transimpedance amplifier，TIA)電路中：一第一TIA、一第二TIA、一第三TIA及一第四TIA、一控制迴路及一第二增益級，每一TIA包括一可組態回饋阻抗，該控制迴路包括一第一增益級，該第一增益級具有耦合至該等第一及第二TIA之輸出之輸入及耦合至該等第二及第三TIA之該可組態回饋阻抗之一輸出，且該第二增益級具有耦合至該第三TIA之一輸出之一第一輸入及耦合至該第四TIA之一輸出之一第二輸入，進行以下操作：藉由組態該第一TIA之回饋阻抗而組態該第一TIA之一增益位準；藉由組態施加至該第一TIA之一輸入之一參考電流而組態該第三TIA之一增益位準；及利用該第三TIA放大一所接收電信號以產生一輸出電壓。
- 如請求項1之方法，其中該參考電流在該第一增益級之該等輸入中之一者處產生一參考電壓。
- 如請求項2之方法，其中該參考電壓控制耦合至該第三TIA之該可組態回饋阻抗的該第一增益級之該輸出。
- 如請求項1之方法，其中該第一TIA之該可組態阻抗包括一可組態電阻器陣列。
- 如請求項1之方法，其中該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗各自包括一固定電阻器及一電壓控制電阻。
- 如請求項5之方法，其包括藉由利用該第一增益級之該輸出而組態該電壓控制電阻之一電晶體之一閘極電壓來組態該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗。
- 如請求項1之方法，其包括將該輸出電壓耦合至該第二增益級之該第一輸入。
- 如請求項1之方法，其包括利用該輸出電壓及該第四TIA之一輸出來產生一差動信號。
- 如請求項1之方法，其包括藉由組態該第三TIA之一輸入電流而組態該第二增益級之輸出。
- 如請求項1之方法，其包括自一光電偵測器接收該電信號。
- 一種用於通信之系統，該系統包括：一轉阻抗放大器(TIA)電路，其包括：一第一TIA、一第二TIA、一第三TIA、一第四TIA、一控制迴路及一第二增益級，每一TIA包括一可組態回饋阻抗，該控制迴路包括一第一增益級，該第一增益級具有耦合至該等第一及第二TIA之輸出之輸入及耦合至該等第二及第三TIA之該可組態回饋阻抗之一輸出，且該第二增益級具有耦合至該第三TIA之一輸出之一第一輸入及耦合至該第四TIA之一輸出之一第二輸入，該TIA電路可操作以：藉由組態該第一TIA之回饋阻抗而組態該第一TIA之一增益位準；藉由組態施加至該第一TIA之一輸入之一參考電流而組態該第三TIA之一增益位準；及利用該第三TIA放大一所接收電信號以產生一輸出電壓。
- 如請求項11之系統，其中該參考電流在該第一增益級之該等輸入中之一者處產生一參考電壓。
- 如請求項12之系統，其中該參考電壓控制耦合至該第三TIA之該可組態回饋阻抗的該第一增益級之該輸出。
- 如請求項11之系統，其中該第一TIA之該可組態阻抗包括一可組態電阻器陣列。
- 如請求項11之系統，其中該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗各自包括一固定電阻器及一電壓控制電阻。
- 如請求項15之系統，其中該TIA電路可操作以藉由利用該第一增益級之該輸出而組態該電壓控制電阻之一電晶體之一閘極電壓來組態該等第二及第三TIA之該等可組態阻抗。
- 如請求項11之系統，其中該TIA電路可操作以將該輸出電壓耦合至該第二增益級之該第一輸入。
- 如請求項11之系統，其中該TIA電路可操作以利用該輸出電壓及該第四TIA之一輸出來產生一差動信號。
- 如請求項11之系統，其中該TIA電路可操作以藉由組態該第三TIA之一輸入電流而組態該第二增益級之輸出。
- 一種用於通信之系統，該系統包括：一轉阻抗放大器(TIA)電路，該TIA電路包括：一第一TIA，其包括一第一可組態阻抗及耦合至一第一增益級之一第一輸入之一輸出；一第二TIA，其包括一第二可組態阻抗及耦合至到該第一增益級之一第二輸入之一輸出；一第三TIA，其包括一第三可組態回饋阻抗、用於接收一輸入電流之一輸入及產生該TIA電路之一輸出電壓之一輸出；一第四TIA，其包括一第四可組態阻抗；一第二增益級，其具有耦合至該第三TIA之一輸出之一第一輸入及耦合至該第四TIA之一輸出之一第二輸入；以及一控制迴路，其用於控制該第三TIA之增益，該控制迴路包括其輸出耦合至該等第二及第三可組態阻抗之該第一增益級。
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