帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種跨阻放大器，屬于微電子領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 光信號(hào)能量經(jīng)過光纖在到達(dá)接收端的光電二極管之前會(huì)發(fā)生一定的損耗。在接收 端，光電二極管按照一定的比例將光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電流，然后通過一個(gè)跨阻放大器（TIA)將這 個(gè)電流放大并轉(zhuǎn)換成電壓。
[0003] 圖1是跨阻放大器TIA的電路原理圖，TIA由三極管Ql、Q2、Q3和電阻Rp R2、Rf、 Re組成。輸入電流均通過反饋電阻Rf，Q3的集電極電壓為TIA的輸出信號(hào)，即節(jié)點(diǎn)a輸出電 壓Vout。輸入電流流過跨阻放大器的反饋電阻R f會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，輸入電流幅度較大時(shí)， Rf的電壓很大，節(jié)點(diǎn)b的電壓Ve過低，Ql的集電極電壓降低使Ql進(jìn)入飽和區(qū)，跨阻放大器 會(huì)進(jìn)入非線性區(qū)，發(fā)生過載效應(yīng)，降低跨阻放大器的速度，導(dǎo)致脈寬失真和碼間干擾。解決 過載效應(yīng)的一種辦法就是根據(jù)輸入電流的幅度調(diào)整反饋電阻R f，使跨阻放大器不會(huì)進(jìn)入非 線性區(qū)。由于光電二極管的光電流只有一個(gè)極性，所以輸入電流有一個(gè)DC值，即平均電流， DC分量流過反饋電阻RF，％的DC電壓比輸入端小一個(gè)DC電壓，降低過載效應(yīng)的另一種方 法是使用直流恢復(fù)電路，反饋電阻R f不通過輸入電流的DC分量，只通過交流分量，V 4勺DC 電壓與輸入端相等。圖2給出了常用的跨阻放大器直流恢復(fù)的電路結(jié)構(gòu)，誤差放大器A2檢 測反饋電阻Rf兩端的電壓，產(chǎn)生誤差電壓控制MOS晶體管Ml，電流源IN輸出的DC電流流 過MOS晶體管M1，而不通過反饋電阻R f。誤差放大器A2輸出端的濾波電容Cl保證誤差放 大器A2采樣的是直流電壓。即使采用直流恢復(fù)電路，反饋電阻不通過直流電流，輸入電流 幅度過大，輸入邏輯1的AC電流通過仍然有可能使V e電壓過低而進(jìn)入非線性區(qū)。
[0004] 假設(shè)跨阻放大器Al是理想的，所以輸入端的等效輸入噪聲為反饋電阻Rf的噪聲 的MOS晶體管Ml噪聲之和：
[0005]
[0006]
[0007] 其中，Ιη,ιη為等效輸入噪聲，I，知為反饋電阻化的噪聲，I ^為MOS晶體管Ml噪 聲，k為玻爾茲曼常數(shù)，T是開爾文溫度，μ n是溝道電子的迀移率，C M是單位面積的柵氧化 層電容，是NMOS晶體管的寬長比。 Ij
[0008] 由于光纖傳輸距離和光電二極管的響應(yīng)度不同，接收端光電二極管得到的電流幅 度也不同，在幾微安到幾個(gè)毫安之間，TIA的設(shè)計(jì)需要在噪聲、帶寬、增益、靈敏度和動(dòng)態(tài)范 圍之間進(jìn)行權(quán)衡，并且在CMOS和雙極型技術(shù)方面提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明目的是為了解決低輸入電流幅度的輸入噪聲，和高輸入電流幅度引起的非 線性問題，提供了一種帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器。
[0010] 本發(fā)明所述帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器，它包括TIA放大器AUTIA 放大器A3、誤差放大器A2、濾波電容Cl、反饋電阻Rf、反饋電阻Rfr、NMOS晶體管Ml、NMOS晶 體管M2、電流源IN和offset電壓源V 1;
[0011] 電源VDD連接電流源IN的正端，電流源IN的負(fù)端同時(shí)連接NMOS晶體管Ml的漏 極、TIA放大器Al的輸入端和反饋電阻^的一端，NMOS晶體管Ml的源極接地；NMOS晶體 管Ml的柵極同時(shí)連接NMOS管M2的柵極、誤差放大器A2的輸出端和濾波電容Cl的一端， 濾波電容Cl的另一端接地；
[0012] NMOS晶體管M2的源極接地；
[0013] NMOS晶體管M2的漏極同時(shí)連接TIA放大器A3的輸入端和反饋電阻Rfr的一端， TIA放大器A3的輸出端同時(shí)連接反饋電阻Rfr的另一端和offset電壓源\^的正端，offset 電壓源1的負(fù)端連接誤差放大器A2的同相輸入端；
[0014] 誤差放大器A2的反相輸入端同時(shí)連接TIA放大器Al的輸出端和反饋電阻心的 另一端。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明中提出的帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器電路， TIA放大器Al放大輸入電流信號(hào)，輸出電壓信號(hào)。TIA放大器A3 (A3與Al相同）輸出一 個(gè)參考電壓，誤差放大器A2輸出誤差電壓控制NMOS晶體管Ml和M2。發(fā)明中提出的帶有 offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器減小低輸入電流幅度時(shí)的噪聲，高輸入電流幅度動(dòng)態(tài) 提高％的DC電壓已經(jīng)通過了仿真結(jié)果驗(yàn)證。通過仿真，計(jì)算帶寬內(nèi)的等效輸入噪聲電流， 常用的跨阻放大器的輸入噪聲為I. 264uA，本發(fā)明中提出的帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的 跨阻放大器的輸入噪聲為I. 121uA。從仿真結(jié)果可以看出，本發(fā)明提出的帶有offset和動(dòng) 態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器的輸入噪聲明顯好于常用的跨阻放大器的輸入噪聲，噪聲減小了 0.143uA〇
[0016] 圖5給出本發(fā)明帶offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器的DC電壓隨輸入電 流幅度變化的V-I曲線，高輸入電流幅度時(shí)，提高％的DC電壓。避免輸入邏輯電壓1時(shí)，V e 電壓過低而進(jìn)入非線性區(qū)。
【附圖說明】
[0017] 圖1是跨阻放大器TIA的電路原理圖；
[0018] 圖2是常用的直流恢復(fù)電路原理圖；
[0019] 圖3是本發(fā)明所述帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器的電路原理圖；
[0020] 圖4是本發(fā)明所述帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器的V-I特性；
[0021] 圖5是本發(fā)明所述帶有offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器的V-I仿真曲線。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0022] 一：下面結(jié)合圖3至圖5說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式所述帶有 offset和動(dòng)態(tài)直流恢復(fù)的跨阻放大器，它包括TIA放大器AU TIA放大器A3、誤差放大器 A2、濾波電容CU反饋電阻Rf、反饋電阻Rfr、NMOS晶體管Ml、NMOS晶體管M2、電流源IN和 offset電壓源V1;
[0023] 電源VDD連接電流源IN的正端，電流源IN的負(fù)端同時(shí)連接NMOS晶體管Ml的漏 極、TIA放大器Al的輸入端和反饋電阻^的一端，NMOS晶體管Ml的源極接地；NMOS晶體 管Ml的柵極同時(shí)連接NMOS管M2的柵極、誤差放大器A2的輸出端和濾波電容Cl的一端， 濾波電容C