[發(fā)明專利]一種用于高速光電探測器的前級放大電路

無效

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• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103900686A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 周澤坤;董淵;張瑜;石躍;明鑫;王卓;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術領域

本發(fā)明涉及光電子集成電路技術領域，涉及一種用于高速光電探測器的前級放大電路。

背景技術

光電子集成電路(OEIC)是利用光電子技術和微電子技術將光電子器件和電子元件單片集成在同一襯底上的集成電路,主要由激光二極管(LD)、發(fā)光二極管(LED)、光電二極管(PD)、光調(diào)制器等光電子有源器件和驅(qū)動電路、開關、放大器、再生器和復用/解復用器等電子元件及集成電路構(gòu)成。

OEIC光接收機主要由光電探測器與晶體管放大器組成,它將光路傳來的微弱光信號經(jīng)探測器轉(zhuǎn)換成電信號并經(jīng)放大器放大、處理后輸出。要改善OEIC接收機性能必須提高光電探測器和晶體管放大器的性能。一般來講,對于探測器要求低噪聲、高靈敏度和高速度,對于放大器要求高的電流增益截止頻率(f_T)和最大振蕩頻率(f_max)以及高互阻、高跨導。而探測器的頻率特性主要由前級放大電路決定，因此前級電路的帶寬和增益就顯得尤為重要，對電路性能起到了至關重要的作用。通常對于前級放大器來說，跨導放大倍數(shù)和電路帶寬是一對相互制約的指標，當放大倍數(shù)比較大時，高的跨導會使前級放大器的主極點位置前移，導致帶寬下降。此外，為了提高光電探測器的精度，需要電路具有較高的抗干擾能力與魯棒性。如圖1所示，傳統(tǒng)的光電探測器往往需要一個基準源電路，產(chǎn)生電路需要的參考電平或者參考電流。但這樣使得電路較容易受到干擾的影響產(chǎn)生誤動作，限制了光電探測器的使用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的，就是針對上述的前級放大器存在的問題，提出一種同時滿足速光電探測器高速和高增益需求的前級放大電路。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種用于高速光電探測器的前級放大電路，包括光電二極管，其特征在于，還包括前級預防大電路、前級鏡像電路和二級放大電路，所述前級預防大電路和前級鏡像電路分別與二級放大電路的兩個輸入端連接，所述前級鏡像電路的輸入端與二級放大電路連接，所述前級預防大電路和前級鏡像電路的結(jié)構(gòu)相同且參數(shù)匹配；

所述前級預防大電路為跨阻放大器，包括電阻R1、R2、R3和NMOS管M1、M2；光電二極管的負極接M1的源極和M2的柵極，其正極接地；M1的漏極通過R1接電源VDD，其柵極接M2的漏極，其源極通過R2接地；M2的漏極通過R3接電源VDD，其柵極接M1的源極，其源極接地；

所述前級鏡像電路為鏡像跨阻放大器，包括電阻R4、R5、R6和NMOS管M3、M4；M3的漏極通過R4接電源VDD，其柵極接M4的漏極，其源極通過R5接地；M4的漏極通過R6接電源VDD，其源極接地；

所述二級放大電路為差動放大器，包括電阻R7、R8和NMOS管M7、M8、M9；M7的漏極通過R7接電源VDD，其柵極接M3的漏極；M8的漏極通過R8接電源VDD，其柵極接M1的漏極；M7和M8的源極共同接M9的漏極；M9的柵極接M3的源極和M4的柵極，其源極接地。

本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明采用帶反饋的共柵放大電路結(jié)構(gòu)，使前級放大同時滿足高速和高增益的要求；同時，通過相同的放大電路匹配級形成差分信號輸入到后續(xù)電路，使前級放大電路不受溫度、工藝、電源擾動等因素的影響，并且電路有較好的魯棒性。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的前級放大電路的邏輯結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2是本發(fā)明的前級放大電路的邏輯結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖3是前級預防大電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的前級放大電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，詳細描述本發(fā)明的技術方案：

針對現(xiàn)有光電探測器的前級放大電路的增益和帶寬不能同時達到最優(yōu)值的問題，本發(fā)明提出了如圖2所示的光電探測放大器系統(tǒng)架構(gòu)，其前級采用了如圖3所示的帶反饋環(huán)路的共柵極跨導放大器。在該結(jié)構(gòu)中，決定主極點位置的電阻為R2，而決定放大器跨阻值的電阻為R1，在前級輸入電容一定的情況下，放大器的帶寬和增益不會相互制約，從而可以滿足比較高的設計要求。

如圖4所示，所述前級預防大電路為跨阻放大器，包括電阻R1、R2、R3和NMOS管M1、M2；光電二極管的負極接M1的源極和M2的柵極，其正極極接地；M1的漏極通過R1接電源VDD，其柵極接M2的漏極，其源極通過R2接地；M2的漏極通過R3接電源VDD，其柵極接M1的源極，其源極接地；