[發明專利]跨阻抗型電子裝置、具有此裝置的光纖通信系統及操作此裝置的方法

有效

• 申請號: 201380054565.1
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN104737442B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 格爾德·舒佩納
• 申請（專利權）人: 德州儀器公司
• 主分類號: H03F3/08
• 分類號: H03F3/08
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

本發明提供一種電子裝置、一種包括所述電子裝置的光纖通信系統及一種操作所述電子裝置的方法。所述電子裝置包括具有跨阻抗級(14)的跨阻抗型放大器，所述跨阻抗級(14)包括與輸入節點IN串聯耦合的放大器(4)。反饋電阻器R_F串聯耦合于所述放大器的輸出節點與所述放大器的反相輸入節點之間以提供虛擬接地節點，所述虛擬接地節點耦合到所述輸入節點、所述放大器的所述反相輸入節點及所述反饋電阻器。電流源(22)耦合到所述虛擬接地節點以便補償耦合到所述電子裝置的所述輸入節點的輸入信號I_S中的偏移電流。此外，所述電子裝置包括控制級，所述控制級經配置以根據穿過反饋晶體管的電流而控制所述電流源。

技術領域

本發明涉及包括跨阻抗型放大器的電子裝置、包括光電二極管及此類電子裝置的光纖通信系統以及操作此類裝置的方法。

背景技術

跨阻抗放大器(也稱為電流/電壓轉換器)將輸入電流轉換并放大成輸出電壓。如果跨阻抗放大器的輸入電流不包括直流(DC)分量，那么會實現跨阻抗放大器的最佳性能及高動態范圍。跨阻抗型放大器經常在光纖通信系統中用于檢測及放大來自檢測光學數據信號的光電二極管的信號電流。光電二極管的輸出信號/輸出電流(其或多或少地與照射光功率成正比且因此或多或少地與光學數據信號成正比)被轉換成用于后續數據處理步驟的電壓信號。光纖通信系統中的接收器的靈敏度及其動態范圍主要由跨阻抗放大器級決定。

通過圖1a的簡化電路圖來圖解說明光纖通信系統中的信號轉換的原理。存在接收具有功率P_OPT的光學數據信號S的光電二極管2。光電二極管2耦合到偏置供應電壓BIAS，且光電二極管2的光電流I_S耦合到放大器4的輸入。反饋電阻器RF耦合于放大器4的輸入與輸出之間。因此，存在耦合到放大器4的輸入的虛擬接地節點6。在跨阻抗放大器的輸出節點OUT處提供輸出電壓U_S。如果跨阻抗放大器的增益顯著高于1，那么跨阻抗增益等于R_F的值且反饋電阻器R_F中的電流等于信號電流I_S。

然而，為在最高動態范圍下實現最優性能，輸入電流I_S應為雙向的。換句話說，輸入電流I_S應以優選地相同振幅流進及流出放大器4。然而，光電二極管2提供單向電流，且因此，信號電流I_S中存在DC電流分量。

圖1b圖解說明光纖通信系統中的光電二極管2的時間相依信號電流I_S。信號電流I_S在用位信息“0”識別的第一電流電平L0與用位信息“1”識別的第二電流電平L1之間交替。電流電平L0大于零電流，因為如果傳送“零”位，那么應用于光學數據傳輸的光源(通常為激光器)通常未被完全切斷。兩個電流電平L0、L1均大于零(電流)，且因此，信號電流I_S中存在平均DC偏移電流I_AVG。即使針對“零”位的電流電平L0被設定為零電流，也將存在等于峰值電流一半的平均DC偏移電流。

可通過引入額外電流源來減少光電二極管2的信號電流I_S中的DC電流分量，所述額外電流源耦合到跨阻抗放大器的輸入且將從由光電二極管2遞送的信號電流I_S減去平均DC電流I_AVG。在圖2a中，存在跨阻抗放大器的另一簡化電路圖，其中額外電流源8耦合到虛擬接地節點6以便從輸入信號I_S減去平均DC電流I_AVG。在圖2b的時間相依簡化圖中展示等于跨越反饋電阻器R_F的電流的經修改信號I_S*。用位信息“0”識別的電流電平L0為負的(即，低于零電流)，且用位信息“1”識別的(經修改輸入信號I_S*的)電流電平L1高于零電流。現在，輸入電流I_S*的平均值非常接近于零電流。然而，引入用于從信號電流I_S減去平均電流I_AVG的額外電流源8會引入額外噪聲。如果在光纖通信系統內使用跨阻抗放大器，那么這可顯著影響接收器的靈敏度。