專利名稱：一種低噪聲高增益-帶寬乘積跨阻抗放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子學(xué)與信息系統(tǒng)中之敏感電子學(xué)與傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種低噪聲、高 增益-帶寬乘積跨阻抗放大器，該放大器適用于模擬或數(shù)字光信號(hào)的光接收機(jī)，特別適用于接 收到的光信號(hào)中，被提取信號(hào)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)微弱的模擬或數(shù)字光接收機(jī)，以及頻帶寬、靈敏度 高、信噪比高的上述光接收機(jī)。
背景技術(shù)：
跨阻抗放大器(以下簡(jiǎn)稱TIA)是光接收機(jī)中廣泛釆用的前置放大器，其作用是將光信號(hào)照 射到光電器件上產(chǎn)生的微弱電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，光電器件可以是p-i-n型光電二極管 PIN，或雪崩光電二極管APD等，以下以PIN為代表代表進(jìn)行描述。光接收機(jī)的帶寬、靈敏 度、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)范圍等重要性能取決于TIA的信號(hào)帶寬Ss/C、信號(hào)增益^s/G、噪聲電壓增 益^w、單位帶寬輸出噪聲電平e0、相位閉合比(Closure Rate, Rate-of-Closure)或相位裕余度 PM(Phase Margin)、動(dòng)態(tài)范圍等特性，這些特性因此也成為是高性能TIA主要指標(biāo)。
TIA有單端輸入型與雙端輸入型(或稱為差分輸入型)兩種。雙端輸入型的共模抑制能力優(yōu) 于單端輸入型，但其開環(huán)增益、低頻截止頻率、噪聲性能、動(dòng)態(tài)范圍、帶寬等方面的性能均 劣于單端輸入型(見美國(guó)專利5343160和6433638的描述)，所以單端型是TIA的主要形式。 圖l一圖4是現(xiàn)有單端輸入型TIA的幾種形式。
圖1是現(xiàn)有TIA的基本形式，可以作為分析TIA性能的基礎(chǔ)。圖中，虛線連接的&是反 饋電阻及/的寄生電容，/^是PIN的輸出電流，Wa、 ^是PIN并聯(lián)電阻與放大器輸入電阻， CV是TIA總輸入電容(包括PIN并聯(lián)電容Cp!n、放大器輸入電容C^放大器輸入端布線電容 及其它寄生電容Cp等)。在圖1的這種基本形式中，跨阻抗放大器TIA的信號(hào)帶寬5fflC、信 號(hào)增益J泥、噪聲電壓增益和輸出噪聲電平e0與電路參數(shù)的關(guān)系如以下(1)—(4)式所示(見 參考文獻(xiàn)[l]-[5]的描述)
」—i-__^ ~ —
力
1
2"7^"((1 + 4)C,+CV)
—1 + s(CV + C,)A, _ 1 + sCj;i
(1)
(2)
(3)
(4)式中^oi是TIA的開環(huán)增益，CE=C'r+C>， /^是PIN平均輸出電流(包括信號(hào)電流與非信號(hào)電 流)，2^^是/^產(chǎn)生的散粒噪聲(shotnoise)的功率譜密度，i 、 是放大器的輸入電流噪聲與 輸入電壓噪聲，《=1.6x10—19庫(kù)侖是電子電荷，hl.38xl0—"焦耳/K是玻爾茨曼常數(shù)，r是絕 對(duì)溫度。J0i、 A/G、 Jw與頻率的關(guān)系見圖5。特別值得注意的是，在的零點(diǎn)/z與極點(diǎn)/P 之間，4(/)以20dB/decade的斜率上升，這不僅增加了輸入電壓噪聲對(duì)輸出電壓噪聲的貢獻(xiàn)， 而且容易出現(xiàn)Jw(/)與^0￡(/)之間的相位閉合比等于40dB/decade的情況，使得TIA系統(tǒng)不穩(wěn) 定，詳細(xì)說明見參考文獻(xiàn)[l]-[4]、問、[7〗。
由以上各式可知，幅值隨及/而增加，M隨C^"2而增加，因此增加及/有利于提高TIA 輸出信號(hào)的信噪比。然而A/增加將引起5wc 下降，并引起高頻時(shí)噪聲電壓上升；但這種不利 影響可通過降低Cr、 C/來予以抵消，所以現(xiàn)有改進(jìn)TIA性能的方案都集中在增加i /與(或) 降低CV、 &的影響這兩方面。
增加及/值以改善TIA噪聲性能、提高TIA增益-帶寬乘積，或在增加及/值的前提下擴(kuò)展 TIA的動(dòng)態(tài)范圍的方案很多，以專利技術(shù)為例，國(guó)外如美國(guó)專利5343160、 5455705、 5521555、 5532471、 5889605、 5982232、 7221229、 7330668，歐洲專利EP720729，國(guó)際專利申i青 WO/2006/017846等；國(guó)內(nèi)只見到擴(kuò)展TIA的動(dòng)態(tài)范圍的專利91306421.x,發(fā)明名稱為"超 動(dòng)態(tài)范圍光接收機(jī)前置放大器"，但未涉及i /或TIA的噪聲性能。
減少反饋電容或輸入級(jí)等效電容對(duì)TIA性能影響的方案相對(duì)較少，主要有以下幾種
1.采用最佳反饋電容
如圖2所示，在基本TIA的&兩端添加具有特定電容值的反饋電容，使得噪聲電壓增益 XN在其極點(diǎn)頻率力=1/(2:^/:/)時(shí)的幅值等于開環(huán)增益j0i在該頻率時(shí)的幅值，即Jw C^)^4w《)，這就既能采用帶寬盡可能窄的放大器達(dá)到要求的TIA帶寬，又能使噪聲電壓增 益的相位裕余度達(dá)到45°,從而TIA工作穩(wěn)定，不至于引起振蕩。能達(dá)到這種要求的最佳反 饋電容值為
式中/^,是放大器的開環(huán)增益為1時(shí)的頻率，(V是&的寄生電容。詳細(xì)說明見參考文獻(xiàn)[l]、 [2〗。
2.采用i -C補(bǔ)償型反饋網(wǎng)絡(luò)
如圖3所示，采用圖1、圖2的及/-(:/并聯(lián)型反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)，反饋?zhàn)杩筞/在TIA輸入端引起 的等效輸入阻抗為對(duì)應(yīng)的等效輸入電阻為^f^/(l+^x),等效輸入電容為 Q^(l+厶i)C/ 。詳情參見文獻(xiàn)[8]
采用i -C補(bǔ)償型反饋網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在/ /<^/=&(^的條件下(/ / / 0 CC〉>Q，相當(dāng)于在TIA 的反饋回路跨接/ M-及,+及c^/的純電阻，在輸入端接入C,與Cc串聯(lián)的純電容Q^C/Cc/(C/+Cc)MT/。 /^#在輸入端產(chǎn)生的等效輸入電阻為及加=(及/+^)/(1+^^)^//(1+^1)，與圖1或圖2 的情況相同，但這時(shí)的Qj"只是圖1、圖2的1/(1+J0i)，因此這種TIA能大大減小C/對(duì)TIA 輸入回路時(shí)間常數(shù)的影響，但不能減小Cr的影響。 3.采用自舉(bootstrap)輸入級(jí)
如圖4所示，這種TIA的輸入級(jí)為電壓跟隨器，PIN并聯(lián)在電壓跟隨器的輸入、輸出端， PIN兩端的交流電位相同，CPIN不存在交流充放電過程，消除了 CptN對(duì)TIA時(shí)間常數(shù)"w的 影響，但不能消除其它電容(如C》C,"、 Cp等)對(duì)^c的影響。具體參見美國(guó)專利4535233, 5521555和歐洲專利EP720729。
以上分析說明，現(xiàn)有TIA不能同吋消除CPIN、 C戶G 、 Cp等各種電容對(duì)TIA時(shí)間常數(shù)r恥 的影響，從而不能充分利用放大器的開環(huán)特性，不能采用更大電阻值的/ /改善TIA的噪聲性 能，因此應(yīng)進(jìn)一步尋求能消除各種電容對(duì)TIA時(shí)間常數(shù)影響的方案。
參考專利
美國(guó)專利4535233， 5343160， 5455705, 5521555， 5532471， 5889605， 5982232， 6433638， 7221229， 7330668;歐洲專利EP720729;國(guó)際專利申請(qǐng)WO/2006/017846; 中國(guó)專利91306421.x;中國(guó)專利申請(qǐng)200610078460.1， 200580026425.9。
參考文獻(xiàn). David Westerman, Understand and Apply the Transimpedance Amplifier, Mobile Handset Design Line, 08/08/2007， ov"!7aWe:
http:〃www.mobilehandsetdesignline.com/howto/201400084. National Semiconductor Application Note 180， Design Considerations for a Transimpedance Amplifier, Maithil Pachchigar, February 28， 2008
P]. P Wright, K B Ozanyan， S J Carey and H McCann， Optimisation of the Signal to Noise Performance of Photodiode Receivers in Near-Infrared Absorption Tomography, iVoc.
WWW Cowgre^ /wi/敏Wa/ iVocew 7b附ograp/ 少(Banff, Canada, September 2003)， pp.219-225.. Burr-Brown Application Bulletin, Noise Analysis of FET Transimpedance Amplifier, February, 1994.. Toby Whitley, Transimpetance Feedback Amplifier, Bath University Handout, httD:〃people.bath,ac.uk/tw236/TRANSIMPEDANCEo/o20FEEDBACKo/o20AMPUF正R.
doc. Bonnie Baker, Transimpedace隱amplifier stability is key in light-sensing application, EDN, September 4, 2008.
6[7]. Tim Green, "Operational Amplifier Stability, Part 1 of 15: Loop Stability Basics," Texas Instruments, 2005, AnalogZone, Acquistion-Zone.. J. L. Hullett and T. V. Muoi, A Feedback Receiver for Optical Transmission Systems [J]， IEEE Trans. Communication, 1976, 24(10): 1180-1185.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改善現(xiàn)有TIA的噪聲性能，提高增益-帶寬乘積，提高靈敏度，提高穩(wěn)定性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，包括 一個(gè)高增益 放大器A1， 一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換器的輸入電路， 一個(gè)連接在所述高增益放大器A1的反向輸入 端和輸出端的負(fù)反饋?zhàn)杩筞f， 一個(gè)低增益放大器A2， 一個(gè)連接所述低增益放大器A2的輸出 端與所述高增益放大器A1的反向輸入端的反饋電容Cff ;所述高增益放大器Al的輸出端與 所述低增益放大器A2的輸入端連接，所述前置放大器的輸出信號(hào)從所述高增益放大器Al的 輸出端取出，所述輸出信號(hào)直接進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理，或進(jìn)一步放大后再進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理。
其中，所述高增益放大器A1的輸出端與一個(gè)緩沖器Buffer的輸入端連接，所述低增益 放大器A2的輸入端與緩沖器Buffer的輸出端連接，所述前置放大器的輸出信號(hào)從緩沖器 Buffer的輸出端取出。
其中，所述低增益放大器A2配備有增益可調(diào)裝置。
其中，所述負(fù)反饋?zhàn)杩筞f由電阻Rf與電容Cf并聯(lián)組成。
其中，所述負(fù)反饋?zhàn)杩筞f由電阻Rf、 RC與電容Cf、 CC組成，其中電阻Rf的一端與所 述高增益放大器A1的反向輸入端以及電容Cf的一端連接；電阻Rf的另一端與電容Cf的另 一端以及電阻RC的一端、電容CC的一端連接，電阻RC的另一端與所述低增益放大器A2 的輸出端連接，電容CC的另一端接地電位。
其中，所述緩沖器Buffer與增益可調(diào)的低增益放大器A2合為一體，該一體化的緩沖器 Buffer與增益可調(diào)的低增益放大器A2由一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET與至少兩個(gè)電阻RN、 RP組 成，其中場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET的柵極與所述TIA中高增益放大器A1的輸出端連接，源極與電 阻RP連接，電阻RP的另一端與信號(hào)地連接，漏極與電阻RN連接，電阻RN的另一端與信 號(hào)電源連接；所述跨阻抗放大器TIA中反饋?zhàn)杩筞f的兩端分別與所述高增益放大器Al的輸 入端、場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET的源極連接，跨阻抗放大器TIA中反饋電容Cff的兩端分別與所述 高增益放大器A1的輸入端、場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET的漏極連接，跨阻抗放大器TIA的輸出信號(hào) 從場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET的源極取出。
其中，所述反饋?zhàn)杩筞f的兩端分別與所述高增益放大器Al的輸入、輸出端連接。
其中，所述緩沖器Buffer與增益可調(diào)的低增益放大器A2合為一體，該一體化緩沖器Buffer
7與增益可調(diào)的低增益放大器A2由一個(gè)雙極晶體管BJT與至少兩個(gè)電阻RN、 RP組成，其中 雙極晶體管BJT的基極與所述跨阻抗放大器TIA中高增益放大器Al的輸出端連接，發(fā)射極 與電阻RP連接，電阻RP的另一端與信號(hào)地連接，集電極與電阻RN連接，電阻RN的另一 端與信號(hào)電源連接；所述跨阻抗放大器TIA中反饋?zhàn)杩筞f的兩端分別與所述高增益放大器 Al的輸入端、雙極晶體管BJT的發(fā)射極連接，跨阻抗放大器TIA中反饋電容Cff的兩端分別 與所述高增益放大器A1的輸入端、雙極晶體管BJT的集電極連接，跨阻抗放大器TIA的輸 出信號(hào)從雙極晶體管BJT的發(fā)射極取出。
其中，所述反饋?zhàn)杩筞f的兩端分別與所述高增益放人器Al的輸入、輸出端連接。
本發(fā)明的有益效果是
(1 )依據(jù)本發(fā)明的跨阻抗放大器利用正反饋電容&在TIA輸入端產(chǎn)生的負(fù)密勒(Miller) 電容，抵消TIA輸入端原有的CpjN、 C, 、 Cp，以及負(fù)反饋C/在TIA輸入端產(chǎn)生的等效輸入 電容(HJozO&，以增加TIA的信號(hào)帶寬。
(2) 依據(jù)本發(fā)明的跨阻抗放大器可采用比現(xiàn)有方案電阻值的更大i /以提高TIA的信號(hào) 增益與信噪比，但不影響TIA的帶寬。
(3) 依據(jù)本發(fā)明的跨阻抗放大器利用正反饋電容C^在TIA輸入端產(chǎn)生的負(fù)密勒電容， 改變?cè)肼曤妷涸鲆鎊w(必)零、極點(diǎn)位置，消除^v(")在高頻端的上升部分，使得噪聲電壓增益 始終為0dB，減少放大器輸入噪聲電壓對(duì)TIA輸出噪聲電壓的貢獻(xiàn)，并能保證TIA的穩(wěn)定性。
(4) 依據(jù)本發(fā)明的跨阻抗放大器可在W/兩端并聯(lián)較大電容值的電容C戶用以基本消除 電容值不穩(wěn)定的/ /寄生電容與布線電容的影響，但不影響TIA的帶寬。
(5) 依據(jù)本發(fā)明的跨阻抗放大器能方便地通過調(diào)整低增益輔助放大器A2的增益來調(diào)整 正反饋電容在TIA輸入端產(chǎn)生的負(fù)電容值，以與包括及/的寄生電容、線路布線電容等數(shù)值難 以預(yù)先確定的影響因素在內(nèi)的TIA輸入端等效電容相匹配。這就可采用性能穩(wěn)定的固定電容 器作為正反饋電容，而不必采用性能不穩(wěn)定的可變電容器。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)型跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖2是現(xiàn)有技術(shù)的最佳反饋電容型跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖，其目的在于使TIA 工作穩(wěn)定，不至于因噪聲電壓而引起振蕩；
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的及-C補(bǔ)償反饋網(wǎng)絡(luò)型跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖，其目的在于減 少反饋電容對(duì)TIA帶寬與噪聲性能的影響；
圖4是現(xiàn)有技術(shù)的自舉輸入級(jí)型跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖，其目的在于減少PIN 電容對(duì)TIA帶寬與噪聲性能的影響，圖中緩沖器(Buffer)的電壓增益為1;圖5是跨阻抗放大器TIA開環(huán)增益、信號(hào)增益、噪聲電壓增益與頻率之間的關(guān)系曲線圖; 圖6是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖(a)及其等效電路示意圖
(6);
圖7是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的跨阻抗放大器TIA的輸入電壓噪聲^轉(zhuǎn)換為等效輸入電 流噪聲/￡ 過程示意圖8是依據(jù)木發(fā)明的實(shí)施例1的跨阻抗放大器TIA實(shí)施方案與現(xiàn)有技術(shù)的TIA性能比較
表；
圖9是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖10是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖11是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖(及AK〈&)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
圖6是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案1的跨阻抗放大器TIA的結(jié)構(gòu)示意圖(a:i及其等效電路 示意圖(b)實(shí)施方案。圖中PIN是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器，^是主放大器， A是輔助放大器，它們的開環(huán)增益亦分別記作A、 ^2，且滿足條件
y4i i，爿2<1,， ^rv42=4^ >1;
Buffer是電壓增益為1的緩沖器，并非本實(shí)施例不可缺少部分；i ',"是PIN并聯(lián)電阻 與放大器輸入電阻凡"相并聯(lián)的等效電阻，Cr是TIA總輸入電容(包括PIN并聯(lián)電容CPIN、 放大器輸入電容C,"、放大器輸入端布線電容及其它寄生電容Cp等)；Z^是連接A輸出端 N至A輸入端M的負(fù)反饋電阻，C/是A的寄生電容，C^是連接A輸出端M'至^輸入 端M的正反饋電容(M'、 M兩點(diǎn)處的信號(hào)相位同相)。由圖6(6)可知，及/、 C/在^輸入端 M產(chǎn)生等效輸入電阻為i^^i^/(l+^)，等效輸入電容為C加K1+^)C/。不存在正反饋電 容時(shí)，A輸入端總等效輸入電阻/^與總等效輸入電容Q:為
及2/ =i1,1l+^) (及',"^//(l+O)
Qy《11(l+^)C/《+(l+A)C, TIA輸入端的時(shí)間常數(shù)與信號(hào)帶寬為2;rf^[C,+Cr/(l + 4)]
由于這種TIA有很大的等效輸入電容Cz，這時(shí)為提高TIA的噪聲比而采用很高電 阻值的及/，就難以得到很寬的信號(hào)帶寬。
采用本發(fā)明提供的正反饋電容Qr時(shí)，C^將在TIA輸入端M處產(chǎn)生負(fù)值密勒電容
~—1
從而TIA輸入端M處
~—1
調(diào)整4^調(diào)整A),使得C/加s-Qy，就可使得TIA的等效輸入電容約為零。這時(shí)即使采 用很高電阻值的及/，也能得到很寬的信號(hào)帶寬。
Qr還能消除噪聲電壓增益^w(w)在高頻端的上升部分，使得JwO)始終為0dB，減 少放大器輸入噪聲電壓對(duì)TIA輸出噪聲電壓的貢獻(xiàn)，并能保證TIA不發(fā)生振蕩。
推導(dǎo)Jw(")的過程見圖7(")、 (W、 (c)、(力，圖中ZW;giCr， Z廣&ll&。由(a)得
<formula>formula see original document page 10</formula>由(6)及其密勒等效電路(c)得:
<formula>formula see original document page 10</formula>
如果(c)等效于(a)，即兩電路屮的輸出電壓噪聲K。相等，則<formula>formula see original document page 10</formula>
于是/￡ 引起的r"。為 <formula>formula see original document page 10</formula>
在i ; l/(/ Cr)、 (l+^C/)》Cr的條件下，Z"=l/(/ C。， ^S/G = —^/(l+j^i^C/),上 式變?yōu)?c/+cr)
由此得到這時(shí)的噪聲電壓增益^w為
這就是文獻(xiàn)中普遍采用的Jw表達(dá)式，即公式(3).
當(dāng)2', 中的電容(^與2//(1+^41)中的電容(l+^)C/都被Qr產(chǎn)生的負(fù)密勒電容抵消時(shí)， 電路(c)將變?yōu)殡娐?cO， /￡ 將變?yōu)?br> 于是/￡ 引起的r"。變?yōu)?br> i i
——

上式中，由于Cr與(l+^)C/均被抵消，所以^。 = &，艮P
換句話說，這時(shí)的噪聲電壓增益為0dB，相當(dāng)于圖5中的Jw(/)曲線為水平直線，Jw(/) 與爿oi (/)之間的相位閉合比(rate-of-closure)為-20dB/decade -0dB/decade = -20dB/decade， 所以TIA穩(wěn)定(見參考文獻(xiàn)[7])。
實(shí)施方案例1的TIA性能與現(xiàn)有技術(shù)TIA性能的比較見圖8。以圖8中及/(相對(duì)值)=1.8 時(shí)的性能為例，實(shí)施方案例1的TIA的增益-帶寬乘積，分別是常用的基本跨阻抗型TIA與 R-C補(bǔ)償反饋網(wǎng)絡(luò)型TIA的增益-帶寬乘積的9.02倍與7.19倍。這意味著與后兩種TIA相比， 在帶寬相同的情況下，實(shí)施方案例1的TIA可采用電阻值更高的的反饋電阻^，從而可降低 /^對(duì)應(yīng)的等效輸入噪聲電流，提高TIA的信噪比；在i /的電阻值相同的情況下，實(shí)施方案例 1的TIA可具有更寬的帶寬，從而可接收更寬頻帶范圍的光信號(hào)。
實(shí)施例2
本發(fā)明的實(shí)施方案2參見圖9，圖中PIN、 ^、 ^2、 Buffer、 Cr、及 、 i /、 C^的定 義與實(shí)施方案i相同，cy是大于A寄生電容的固定電容，可使TIA的等效輸入電容Cs 不會(huì)因i /寄生電容不穩(wěn)定而影響TIA的使用性能。根據(jù)實(shí)施方案1的分析，調(diào)整」2可 使得TIA的等效輸入電容約為零，從而采用很高電阻值的A時(shí)也能得到很寬的信號(hào)帶寬， 并且能使噪聲電壓增益為OdB，使TIA穩(wěn)定。
11實(shí)施例3
本發(fā)明的實(shí)施方案3見圖IO所示，圖中PIN、 ^、 J2、 Buffer、 Cr、 i ', 、 C^的定 義與實(shí)施方案l相同，及/、 C戶及c、 Cc共同組成^的反饋網(wǎng)絡(luò)Z/，且滿足條件i / i c， Cc C/， i /C>=i cCc。與實(shí)施方案1和2不同的是，這時(shí)反饋網(wǎng)絡(luò)Z/在TIA輸入端產(chǎn)生
的等效輸入電容為c力fC/Cc /(C/+cc) c>，而不是實(shí)施方案i和2中的(i+^)cy，這就可
用較小電容值的Cf補(bǔ)償TIA的等效輸入電容；等效輸入電阻為J /^(JV+i c)/(l+^)W/ /(1+^)，與實(shí)施方案l、 2相同。調(diào)整A同樣可使得TIA的等效輸入電容約為零，從而 采用很高電阻值的i /時(shí)也能得到很寬的信號(hào)帶寬，并且能使噪聲電壓增益為0dB，使TIA 穩(wěn)定。
實(shí)施例4
本發(fā)明實(shí)施方案4是將實(shí)施方案1、 2、 3中的緩沖器Buffer與輔助放大器A合為一 體的方案，參見圖ll(")、 (6)、 (c)、(司所示。圖中JFET是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，BJT是雙 極晶體管，偏置電路與饋電電路省略。取7^ 及7>，以使JFET級(jí)、BJT級(jí)的輸入阻抗很 高，輸出電壓與A輸出端電壓基本相同，從而JFET級(jí)、BJT級(jí)的電路功能與緩沖器相 同。由圖，爿2 7^/及/><<1，但^1>>1，由此可保證.^2=乂// >1。 ( #接在M、 M'之間， 而這兩點(diǎn)的信號(hào)相位同相，所以<://可在丁1八的輸入端^1處引入實(shí)施方案1、 2、 3中要 求的負(fù)值密勒電容(^# =-Cy(4r/ -1)。調(diào)整i w即可調(diào)整J2，進(jìn)而調(diào)整」//、 C#, ，達(dá)到使 TIA的等效輸入電容被補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> 此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不 脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性 的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
1權(quán)利要求
1. 一種跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，包括一個(gè)高增益放大器A1，一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換器的輸入電路，一個(gè)連接在所述高增益放大器A1的反向輸入端和輸出端的負(fù)反饋?zhàn)杩筞f，一個(gè)低增益放大器A2，一個(gè)連接所述低增益放大器A2的輸出端與所述高增益放大器A1的反向輸入端的反饋電容Cff；所述高增益放大器A1的輸出端與所述低增益放大器A2的輸入端連接，所述前置放大器的輸出信號(hào)從所述高增益放大器A1的輸出端取出，所述輸出信號(hào)直接進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理，或進(jìn)一步放大后再進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放人器TIA，其特征在于所述高增益放大 器^的輸出端與一個(gè)緩沖器Buffer的輸入端連接，所述低增益放大器J2的輸入端與緩沖器 Buffer的輸出端連接，所述前置放大器的輸出信號(hào)從緩沖器Buffer的輸出端取出。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，其特征在于所述低增益 放大器J2配備有增益可調(diào)裝置。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，其特征在于所述負(fù)反饋 阻抗々由電阻及/與電容C,并聯(lián)組成。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，其特征在于所述負(fù)反饋 阻抗Z/由電阻^、 i c與電容C,、 Cc組成，其中電阻及/的一端與所述高增益放大器A的反向輸入端以及電容C/的一端連接；電阻及/的另一端與電容C/的另一端以及電阻i c的一端、電容Cc的一端連接，電阻7 c的另一端與所述低增益放大器A的輸出端連接，電容Cc的另一 端接地電位。
6. 如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，其特征在于所述緩 沖器Buffer與增益可調(diào)的低增益放大器J2合為一體，該一體化的緩沖器Buffer與增益可調(diào)的 低增益放大器A由一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET與至少兩個(gè)電阻i^、 i^組成，其中場(chǎng)效應(yīng)晶體管 JFET的柵極與所述TIA中高增益放大器A的輸出端連接，源極與電阻i P連接，電阻的 另一端與信號(hào)地連接，漏極與電阻及w連接，電阻及w的另一端與信號(hào)電源連接；所述跨阻抗 放大器TIA中反饋?zhàn)杩筞,的兩端分別與所述高增益放大器A的輸入端、場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET 的源極連接，跨阻抗放大器TIA中反饋電容Cf的兩端分別與所述高增益放大器A的輸入端、 場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET的漏極連接，跨阻抗放大器TIA的輸出信號(hào)從場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET的源極 取出。
7. 如權(quán)利要求6所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，其特征在于所述反饋?zhàn)杩?々的兩端分別與所述高增益放大器A的輸入、輸出端連接。
8. 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，其特征在于所述 緩沖器Buffer與增益可調(diào)的低增益放大器A合為一體，該一體化緩沖器Buffer與增益可調(diào)的 低增益放大器A由一個(gè)雙極晶體管BJT與至少兩個(gè)電阻^、及p組成，其中雙極晶體管BJT 的基極與所述跨阻抗放大器TIA中高增益放大器A的輸出端連接，發(fā)射極與電阻/ p連接， 電阻/^的另一端與信號(hào)地連接，集電極與電阻及w連接，電阻i iv的另一端與信號(hào)電源連接； 所述跨阻抗放大器TIA中反饋?zhàn)杩埂┑膬啥朔謩e與所述高增益放大器A的輸入端、雙極晶 體管BJT的發(fā)射極連接，跨阻抗放大器TIA中反饋電容Cf的兩端分別與所述高增益放大器 A的輸入端、雙極晶體管BJT的集電極連接，跨阻抗放大器TIA的輸出信號(hào)從雙極晶體管 BJT的發(fā)射極取出。
9. 如權(quán)利要求8所述的跨阻抗型光接收機(jī)前置放大器TIA，其特征在于所述反饋?zhàn)杩?々的兩端分別與所述高增益放大器A的輸入、輸出端連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種接收模擬或數(shù)字光信號(hào)的光接收機(jī)前置放大器，該前置放大器包括一個(gè)高增益放大器A₁，一個(gè)以光電轉(zhuǎn)換器為主要組成部分的輸入電路，一個(gè)連接在A₁的反向輸入端和輸出端的負(fù)反饋?zhàn)杩筞_f，一個(gè)增益可調(diào)的低增益放大器A₂，一個(gè)連接A₂的輸出端與A₁的反向輸入端的反饋電容C_ff；A₁的輸出端可直接與A₂的輸入端連接，也可通過緩沖器Buffer與A₂的輸入端連接。所述前置放大器的輸出信號(hào)從A₁的輸出端或緩沖器的輸出端取出，該信號(hào)可直接進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理，也可進(jìn)一步放大后再進(jìn)行后續(xù)信號(hào)處理。
文檔編號(hào)H03F1/26GK101505140SQ20091007904
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者陳祥訓(xùn) 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院;中電普瑞科技有限公司