[發(fā)明專利]高精度光電流監(jiān)視電路及前置放大器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510420752.8
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN104980113B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李景虎;劉德佳;陳曉華
• 申請（專利權(quán)）人: 福建一丁芯半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號: H03F3/08
• 分類號: H03F3/08;H03F1/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電流監(jiān)視電路及利用該監(jiān)視電路制成的前置放大器。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，由于光纖通信具有通信容量大，性能穩(wěn)定，保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在接入網(wǎng)中光纖通信技術(shù)扮演著重要角色，光纖接入將成為發(fā)展的重點(diǎn)。在光纖通信中，跨阻放大器TIA作為光接收機(jī)前置放大器(pre_amplifier)的核心電路模塊，決定了光接收機(jī)傳輸速率和距離等關(guān)鍵參數(shù)。在電性能上，TIA具有跨阻增益(dB)較高，帶寬較寬，等效噪聲電流較低的優(yōu)點(diǎn)；在結(jié)構(gòu)上，采用直接耦合，省去電抗元件，縮小芯片面積。

圖1中給出了光電二極管和前置放大器的應(yīng)用原理圖。光電二極管D0的陽極連接前置放大器芯片中的跨阻放大器TIA電路模塊的輸入端PINA，光電二極管D0的陰極連接前置放大器芯片中的光電流的輸出端PINK，確保光電二極管D0工作在反向偏置的條件下。光電二極管D0產(chǎn)生的光電流I_PD通過PINA端流入前置放大器芯片。電流源I0鏡像光電二極管D0的電流I_PD，同時根據(jù)光電流I_PD通過電阻R1復(fù)制輸出電壓V_MON，從而達(dá)到監(jiān)測PINA端的輸入電流平均值的目的。即在前置放大器芯片中的光電流監(jiān)視電路模塊的輸出端MON端可以對光電二極管的電流進(jìn)行鏡像檢測即光電流監(jiān)視，此設(shè)計(jì)電路稱為接收信號強(qiáng)度指示(Receives Signal Strength Indication，RSSI)。

圖2給出了常用的光電流監(jiān)視電路結(jié)構(gòu)。圖2中，運(yùn)算放大器A1和PMOS晶體管MP1形成了一個兩級放大器，可以確保節(jié)點(diǎn)VN的電壓和節(jié)點(diǎn)PINK的電壓相等。同時，運(yùn)算放大器A1的反相輸入端的節(jié)點(diǎn)VN的電壓V_VN可以表示為：

V_VN＝R1×I₀(1)

其中，I₀為電流源I0的電流大小；

PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2的柵源電壓相等，為：

V_{GS_MP1}＝V_{GS_MP2}＝V_VO-VDD(2)

其中V_{GS_MP1}是PMOS晶體管MP1的柵源電壓，V_{GS_MP2}是晶體管MP2的柵源電壓，V_VO為運(yùn)算放大器A1的輸出電壓。因此，PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2的過驅(qū)動電壓相等，為：

|V_{OD_MP1}|＝|V_{OD_MP2}|＝|VO-VDD|-|V_TH0| (3)

其中V_{OD_MP1}是PMOS晶體管MP1的過驅(qū)動電壓，V_{OD_MP2}是PMOS晶體管MP2的過驅(qū)動電壓，V_TH0是晶體管在PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2的源端S和襯底端B短接，即V_SB＝0時的閾值電壓。當(dāng)PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2都工作在飽和區(qū)時，不考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)的情況下，PMOS晶體管MP1的電流和PMOS晶體管MP2的電流相等，為：

其中，I_MP1是PMOS晶體管MP1的漏端電流，I_MP2是PMOS晶體管MP2的漏端電流，μ_p是溝道空穴的遷移率，C_ox是單位面積的柵氧化層電容，是晶體管的寬長比，|V_TH0|是晶體管的源端和襯底短接，即源襯電壓V_SB＝0時的閾值電壓。

考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，PMOS晶體管的電流為：

λ是溝道長度調(diào)制系數(shù)，V_DS是PMOS晶體管的漏源電壓。