[發明專利]一種可應用于突發跨阻放大器的自動增益控制方法和電路

在審

• 申請號: 201810054481.2
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108199694A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 林少衡
• 申請（專利權）人: 廈門優迅高速芯片有限公司
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 楊依展;張迪

本發明提供了一種可應用于突發跨阻放大器的自動增益控制方法，在跨阻放大器的反饋電阻兩端并聯一開關管，通過檢測跨阻放大器的輸出電壓，并反向放大后控制開關管的柵源電壓；當跨阻放大器的輸入電流增大時，跨阻放大器輸出電壓下降，開關管的源極電壓隨之下降；跨阻放大器輸出電壓下降經反向放大后，使得開關管的柵極電壓上升；從而使得跨阻放大器的柵源電壓增大，開關管導通；一部分輸入電流從開關管中流過，從而減小了流過跨阻的電流。本發明還提供了實現上述方法的電路，無需特別工藝的支持，并且使用常規器件就可以實現。

技術領域

本發明涉及光纖通信系統，尤其涉及跨阻放大器。

背景技術

在現代高速光纖通信系統中，跨阻放大器TIA(Trans-Impedance Amplifier)扮演著把光電二極管生成的微弱光電流信號轉化并放大為電壓信號，并輸出給后續的電路進行處理。因此TIA處于接收端最前沿，是光通信系統接收端的核心器件，其噪聲、靈敏度、動態范圍、靈敏度等核心指標基本決定了整個接收系統的性能。

典型的跨阻放大器電路結構如圖1所示，其核心指標跨阻Z_T、帶寬f_-3dB、等效輸入噪聲I_n可推導為：

除此之外，輸入動態范圍也是一項重要指標，其定義為飽和輸入光功率與靈敏度的差值。飽和輸入光功率和靈敏度分別定義為在一定可允許誤碼率范圍內的最大和最小輸入光功率。靈敏度主要由等效輸入噪聲決定，等效輸入噪聲越小，則靈敏度指標越高；而飽和輸入光功率主要由輸出信號的脈寬失真等因素決定。從上述公式可看出，要取得比較良好的靈敏度指標，需要在帶寬允許的前提下，將跨阻即R_F值盡量做大，而跨阻越大，則飽和輸入光功率則越小。

在實際應用的跨阻放大器中通常都會加入自動增益控制(Automatic GainControl,AGC)電路來解決這個問題。即在較小輸入光功率時，保持大跨阻；在較大輸入光功率時，自動調節減小跨阻，使得輸出信號不會產生過大的脈寬失真，從而拓寬動態范圍。

AGC功能通常采用一個可調的有源電阻與反饋電阻并聯來實現對跨阻的調節。有兩種常用的方法來檢測輸入光功率是否過大到會導致輸出產生過大的脈寬失真，一是檢測TIA的交流輸出幅度；二是檢測TIA的輸出直流電平變化。

兩種方法都需要在反饋環路中加入低通濾波器以濾除高頻分量，以保持跨阻的穩定，降低輸出信號抖動。通常為了保證可接受的抖動特性，AGC環路的低頻截止頻率需要低至幾十KHz。由于AGC環路存在低頻截止頻率，且低頻截止頻率又較低，因此AGC環路需要較長的穩定收斂時間，通常在幾十us左右。因此這兩種AGC電路僅適用于于連續通訊模式。

而在無源光網絡(Passive Optical Network,PON)系統中，在OLT(Optical LineTerminal)端，接收端接收的的信號是突發(Burst Mode)的信號，即幾十個的ONU(OpticalNetwork Unit)局端按照一定的時分輪流發送信號給OLT，每個ONU發送的光功率、傳送距離不一，因此OLT端接收到的光信號具有時序突發、光功率突變的特點，如圖2所示。

PON主要分為GPON與EPON，其中由于采用NRZ編碼以及更嚴格的時序要求，GPON的實現難度遠大于EPON。本文以GPON為例來說明，一個典型的GPON突發數據包如圖6所示。一個突發數據包由前導碼(36ns)、界定符(16ns)、有效數據(NRZ編碼)、安全間隙區(26ns)構成。當OLT的突發接收系統接收到一個突發數據包時，整個突發接收系統需要在前導碼時序內，即36ns內建立穩定的工作狀態，以正確處理后續的有效數據信號。