[實(shí)用新型]一種跨阻放大器自動(dòng)增益控制電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201820307136.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208015694U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林少衡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門優(yōu)迅高速芯片有限公司
• 主分類號(hào): H03G3/30
• 分類號(hào): H03G3/30
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 渠述華

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種跨阻放大器自動(dòng)增益控制電路，其包括跨阻放大器TIA1、跨阻放大器TIA2、NMOS管Q1、NMOS管Q2、誤差放大器U3以及偏置電流源Ib。本實(shí)用新型的NMOS管Q1和NMOS管Q2無(wú)需采用低開(kāi)啟電壓閾值的器件也能實(shí)現(xiàn)跨阻放大器TIA1的自動(dòng)增益控制的快速響應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及跨阻放大器領(lǐng)域，特別是指一種跨阻放大器自動(dòng)增益控制電路。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代高速光纖通信系統(tǒng)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(hào)轉(zhuǎn)化并放大為電壓信號(hào)，并輸出給后續(xù)的電路進(jìn)行處理。因此TIA處于接收端最前沿，是光通信系統(tǒng)接收端的核心器件，其噪聲、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度等核心指標(biāo)基本決定了整個(gè)接收系統(tǒng)的性能。

在跨阻放大器電路中輸入動(dòng)態(tài)范圍是一項(xiàng)重要指標(biāo)，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(nèi)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(biāo)越高；而飽和輸入光功率主要由輸出信號(hào)的脈寬失真等因素決定。要取得比較良好的靈敏度指標(biāo)，需要在帶寬允許的前提下，將跨阻即RFz值盡量做大，而跨阻越大，則飽和輸入光功率則越小。

在實(shí)際應(yīng)用的跨阻放大器中通常都會(huì)加入自動(dòng)增益控制(Automatic GainControl，AGC)電路來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。即在較小輸入光功率時(shí)，保持大跨阻；在較大輸入光功率時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)減小跨阻，使得輸出信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的脈寬失真，從而拓寬動(dòng)態(tài)范圍。

AGC功能通常采用一個(gè)可調(diào)的有源電阻與反饋電阻并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)跨阻的調(diào)節(jié)。有兩種常用的方法來(lái)檢測(cè)輸入光功率是否過(guò)大到會(huì)導(dǎo)致輸出產(chǎn)生過(guò)大的脈寬失真，一是檢測(cè)跨阻放大器TIA的交流輸出幅度，如圖1所示；二是檢測(cè)跨阻放大器TIA的輸出直流電平變化，如圖2所示。

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

而在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network, PON)系統(tǒng)中，在OLT（Optical LineTerminal）端，接收端接收的信號(hào)是突發(fā)（Burst Mode）的信號(hào)，即幾十個(gè)的ONU(OpticalNetwork Unit)局端按照一定的時(shí)分輪流發(fā)送信號(hào)給OLT，每個(gè)ONU發(fā)送的光功率、傳送距離不一，因此OLT端接收到的光信號(hào)具有時(shí)序突發(fā)、光功率突變的特點(diǎn)，如圖3所示。

PON主要分為GPON與EPON，其中由于采用NRZ編碼以及更嚴(yán)格的時(shí)序要求，GPON的實(shí)現(xiàn)難度遠(yuǎn)大于EPON。以GPON為例，一個(gè)典型的GPON突發(fā)數(shù)據(jù)包如圖4所示。一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包由前導(dǎo)碼（36ns）、界定符(16ns)、有效數(shù)據(jù)（NRZ編碼）、安全間隙區(qū)（26ns）構(gòu)成。當(dāng)OLT的突發(fā)接收系統(tǒng)接收到一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，整個(gè)突發(fā)接收系統(tǒng)需要在前導(dǎo)碼時(shí)序內(nèi)，即36ns內(nèi)建立穩(wěn)定的工作狀態(tài)，以正確處理后續(xù)的有效數(shù)據(jù)信號(hào)。

因此如果采用傳統(tǒng)的自動(dòng)增益控制方法，要求AGC環(huán)路在36ns內(nèi)收斂穩(wěn)定，則AGC反饋環(huán)路的低頻截止頻率就不能做得太低，理論計(jì)算不能低于5MHz。而由于GPON的信號(hào)編碼為NRZ碼，最長(zhǎng)連線碼（consequential identical digit, CID）達(dá)72bit，在傳輸這種編碼信號(hào)時(shí)，AGC環(huán)路的低頻截止頻率必須足夠低，才能減小直流漂移(DC Wandering)效應(yīng)，減小抖動(dòng)。因此這種矛盾的存在，導(dǎo)致傳統(tǒng)的AGC控制環(huán)路無(wú)法適用于突發(fā)模式的GPON接收系統(tǒng)上。