[發明專利]適用于高帶寬TIA的雙環路自動增益控制電路

有效

• 申請號: 201810129359.7
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108173524B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 陳福潔;李景虎;涂航輝
• 申請（專利權）人: 廈門億芯源半導體科技有限公司
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

適用于高帶寬TIA的雙環路自動增益控制電路，屬于集成電路下跨阻放大器中的自動增益控制技術領域，本發明為解決常用的自動增益控自電路需要大幅度減小并聯內阻，無法滿足高帶寬跨阻放大器性能需求。本發明方案：當光電二極管輸出的光電流未達到閾值時，所述光電流全部由TIA放大輸出；當光電二極管輸出的光電流達到閾值時分成兩路，一路通過TIA放大輸出，另一路通過直流鏡進行泄流；TIA輸入阻抗調制單元在調整信號V_RSSI1的增大指令控制下增大TIA的輸入阻抗；直流鏡內阻調制單元在調整信號V_RSSI2的增大指令控制下降低直流鏡中泄流通路的內阻；完成TIA增益的自動控制。

技術領域

本發明屬于集成電路下跨阻放大器中的自動增益控制技術領域，涉及一種適用于高帶寬TIA的雙環路自動增益控制電路。

背景技術

在光纖通信集成電路的接收端，需要將光信號通過光電二極管(PD)轉換為電流信號，再通過跨阻放大器(TIA)將電流信號轉換為電壓信號。在跨阻放大器(TIA)增益不變的情況下，當輸入較大電流，電路的非線性問題變得非常嚴重。為此對跨阻放大器引入自動增益控制電路(AGC)，當跨阻放大器在輸入較大電流情況下，能自主降低電路增益，使輸出電壓幅度保持不變。

圖1給出了常用的自動增益控制電路的結構。圖1中，單端放大器AF和反饋電阻R_F組成了跨阻放大器，并且得到一個R_F的中頻帶跨阻增益，電阻R1和C0組成低通濾波器對跨阻放大器的輸出Vout進行幅度采樣，誤差放大器A0的輸出控制NMOS晶體管MN1的柵壓。

由于跨阻放大器中的單端放大器AF增益為正，當跨阻放大器的輸入電流PINA增大，將導致Vout電壓升高。

跨阻放大器的輸出電壓Vout通過電阻R1和電容C0組成的低通濾波器，濾除高頻量、保留低頻量輸送到誤差放大器A0的同相輸入端，當跨阻放大器的輸出電壓Vout超過門限電壓Vref時，誤差放大器A0將對二者的差值放大并輸出控制NMOS晶體管MN1柵壓。NMOS晶體管MN1工作在線性區，其內阻R_ON公式為：

式子中u_n電子遷移率，C_OX單位面積的柵氧化層電容，W晶體管的寬，L晶體管的長，V_GS柵源電壓，V_TH閾值電壓；隨著輸入電流的增大，誤差放大器A0的輸出電壓即NMOS晶體管MN1的柵壓升高，由式(1)得出NMOS晶體管MN1的內阻R_ON減小，構成跨阻放大器的反饋電阻阻值R_F||R_ON(跨阻增益)也隨著減小，達到了增益控制的目的。

實際應用中，該結構在輸入電流PINA過大時需要NMOS晶體管MN1的內阻R_ON大幅度減小，才能使得跨阻放大器的輸出電壓Vout不會出現非線性問題。需要內阻R_ON大幅度減小，在電路設計上會存在一定難度，已經無法滿足高帶寬跨阻放大器的性能需求。

發明內容

本發明目的是為了解決常用的自動增益控自電路需要大幅度減小并聯內阻R_ON增加了設計難度，還無法滿足高帶寬跨阻放大器性能需求的問題，提供了一種適用于高帶寬TIA的雙環路自動增益控制電路。

本發明所述適用于高帶寬TIA的雙環路自動增益控制電路，包括RSSI模塊、TIA輸入阻抗調制單元、直流鏡和直流鏡內阻調制單元；

當光電二極管輸出的光電流未達到閾值時，所述光電流全部由TIA放大輸出；

當光電二極管輸出的光電流達到閾值時分成兩路，一路通過TIA放大輸出，另一路通過直流鏡進行泄流；