[發明專利]多跨阻恒定帶寬超低噪聲TIA

有效

• 申請號: 202010734263.0
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111835293B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 李景虎;于建海;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: H03F1/26
• 分類號: H03F1/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 于歌

多跨阻恒定帶寬超低噪聲TIA，屬于光通信芯片技術領域，本發明為解決常用的可選跨阻TIA帶寬和噪聲變化大，進而影響靈敏度和輸出信號的線性度，最終無法保證TIA整體性能的問題。本發明在跨阻Rsubgt;F1/subgt;兩端并聯電容C1，在跨阻Rsubgt;F2/subgt;兩端并聯電容C2，調整電容C1和C2的大小以滿足開關S1閉合前和閉合后TIA帶寬恒定。在跨阻Rsubgt;F1/subgt;兩端進一步并聯電路結構：電阻R3和電容C5串聯后并聯在電容C4的兩端，再與電阻R2串聯后并聯在跨阻Rsubgt;F1/subgt;兩端；在跨阻Rsubgt;F2/subgt;兩端進一步并聯電路結構：電容C3和電阻R1串聯后并聯在跨阻Rsubgt;F2/subgt;兩端；通過調整電容C1～C5的大小來滿足開關S1閉合前和閉合后TIA帶寬恒定。

技術領域

本發明屬于光通信芯片技術領域，涉及一種具有多跨阻的跨阻放大器TIA在跨阻跨阻切換時保持帶寬恒定的技術。

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。在線性TIA芯片的內部，通常設計成多跨阻模式以提高TIA的動態范圍滿足各個應用場景的要求。但是跨阻阻值的變化必然大幅度改變芯片的整體帶寬，輸入等效噪聲也將惡化，無法滿足應用場景的苛刻要求。因此在TIA內部使用特殊的電路結構，設計出多跨阻恒定帶寬超低噪聲TIA。

圖1給出了常用的多跨阻TIA電路原理圖，具有兩個跨阻R_F1、R_F2，其中R_F2與開關S1串聯。圖1中，通過閉合開關S1達到改變TIA跨阻的目的。

斷開開關S1，圖1中的R_F1為一個理想電壓放大器-A的反饋電阻。

由于：

V_X＝V_OUTP/(-A)(1)

(V_OUTP+V_OUTP/A)/R_F1＝-I_in-(V_OUTP/A)sC_D(2)

即：

反饋放大器提供了一個大約為R_F1的中頻帶跨阻增益，而其具有的時間常數為R_F1C_D/(A+1)。因此，主極點的帶寬等于：

閉合開關S1，圖1中的TIA跨阻阻值將變為因此主極點的帶寬將變為：

因此開關S1閉合前的帶寬是閉合后的帶寬的倍，而在噪聲方面開關S1閉合前是閉合后的約等于倍。

以上式子中A為運放增益，C_D為光電二極管的輸入電容，V_X為節點X的電壓，V_OUTP為TIA輸出電壓，I_in為光電二極管等效電流源的輸出電流值。

由以上公式可知，跨阻阻值變小之后帶寬增大，噪聲也增大。這將導致對于同一速率的輸入信號，不同的跨阻阻值將會很大程度影響TIA的靈敏度和輸出信號的線性度。該種電路結構無法滿足高帶寬TIA的性能需求。

發明內容

本發明目的是為了解決常用的可選跨阻TIA帶寬和噪聲變化大，進而影響靈敏度和輸出信號的線性度，最終無法保證TIA整體性能的問題，提供了一種多跨阻恒定帶寬超低噪聲TIA。