[發明專利]光接收機

有效

• 申請號: 201210331231.1
• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN102833006A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 張有潤;吳浩然;劉影;張波
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B10/148
• 分類號: H04B10/148;H04B10/158
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，具體涉及一種光接收機的設計。

技術背景

光纖通信是光電子技術在通信領域的重要應用，光纖通信的出現和發展，在通信發展史上具有深遠意義，被認為是通信史上一次根本性的變革。光接收機是光纖通信系統中不可缺少的重要組成部分，它的功能是把從光纖線路輸出、產生畸變的微弱光信號轉換為電信號，并經放大和處理后生成可供后續電路的電信號。光接收機由同光纖耦合的半導體光電探測器(例如PIN光電二極管或MSM-PD二極管)、前置放大電路和相關電路組成。而隨著單片光電集成電路（Opoelectronic?Integrated?Circuit，OEIC）技術的發展和應用市場的需求，光接收機發展方向與大規模集成電路一樣，實現從簡單到復雜、從少數元件到更多元件的集成，最終集光電子器件、前置放大器以及主放大器等在一起的高度集成組件。

跨阻放大器(Trans-Impedance?Amplifier，TIA)、自動增益控制（Automatic?Gain?Control，AGC）電路位于整個光接收系統的最前端，其功能是將微弱的光電流信號轉為適當幅度的電壓信號。跨阻放大器是最接近光電探測器的組件，對光電流的響應也最原始，因此跨阻放大器的性能對于整個光通信系統有決定性的影響。近幾年TIA的發展速度較快，從速率上分，TIA可以分為從30MBps到40GBps不等，155MBps為目前市場上的主流產品，1.25GBps及各高速率的產品是將來的發展趨勢。

一般來說，跨阻放大器的技術指標包括接收靈敏度、帶寬、信號增益、輸入信號動態范圍等。其中部分的技術指標是相互矛盾的，設計者需要根據應用環境進行各指標性能的取舍。例如較大的信號增益，會產生過大的動態范圍輸出信號，無法滿足后置的限幅放大器對輸入信號范圍的要求；反之，如果使放大器對較強的輸入信號進行優化放大，那么會降低其靈敏度。為了使放大器具有足夠大的小信號增益的同時，又能對較寬輸入動態范圍的信號進行處理，在放大器的設計中就應當引入自動增益控制電路（AGC），以擴展跨阻前置放大器的動態輸入范圍。

AGC的主要性能指標包括穩定時間和調整精度，穩定時間與TIA輸出端的檢測電阻與電容相關，檢測電阻與電容的增加會導致穩定時間增大，但是檢測電阻值越小則TIA電路的開環頻率特性越差從而影響TIA的帶寬，檢測電容越小則低通濾波性能越差從而AGC調整精度變差。另外TIA為了獲得足夠的開環增益一般采用3級或以上的基本放大器級聯結構，這也增加了信號輸入到AGC電路的延遲時間和噪聲。

圖1是現有的自動增益控制電路（AGC）采用的結構，由光電探測器PIN產生，并進入TIA輸入端In的光生電流信號iin經跨阻放大器被轉化為輸出端Out的電壓信號，此電壓信號的低頻分量可以通過電阻R1和電容C1組成的低通濾波網絡檢測得到，這一低頻分量的大小是與輸入的光電流幅值成正比的。檢測得到的電壓信號經AGC電路反饋給N型增強型金屬氧化物半導體場效應晶體管（NMOS）M1的柵極，M1處于深度線性區狀態，相當于一個可變電阻，電阻值與VGS-VT（柵源電壓與閾值電壓的差值）成反比，而整個TIA的閉環增益與此電阻值成正比。一般來說，前置放大器應該有較高的跨阻增益，以避免由于后接的主放大器噪聲影響而引起的信噪比的下降，這要求連接于TIA輸出端的電阻R1值不能太小，否則中高頻時閉環增益將明顯下降；同樣為了獲得良好的濾波特性電容C1的值也不能太小，這導致了電阻R1和電容C1的乘積即時間常數較大，AGC延遲時間變長，無法響應突發模式信號電平的快速改變。此外，為了獲得良好的開環特性，TIA結構一般要采用多級電路級聯的方式，這也增加了輸入到AGC電路的延遲時間和系統噪聲，而實際中不可能犧牲TIA的性能來換取AGC的快速響應時間。

發明內容

本發明的目的在于針對TIA與AGC的部分性能指標相互牽制的問題，提出了一種解決方案，其涉及的光接收機所采用的是前置放大電路系統在不影響TIA性能的前提下可以有效的減小AGC的穩定時間，提高調整精度。

本發明采用如下的技術方案：一種光接收機，具體包括：第一PIN型光電探測器、第二PIN型光電探測器、第一跨阻放大器、第二跨阻放大器、一電阻裝置、一電容裝置、一金屬氧化物半導體場效應晶體管、初始增益電路以及限幅放大器，其中，

所述的第一PIN型光電探測器用于將輸入的光信號轉化為電流信號；

所述的第一跨阻放大器用于將所述的第一PIN型光電探測器產生的電流信號轉化為電壓信號；