帶有反饋電阻網絡的互阻放大器的製作方法
2023-11-02 23:36:57 1
專利名稱：帶有反饋電阻網絡的互阻放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及互阻放大器，更具體的是涉及一種帶有反饋電阻網絡的互阻放大器。
背景技術：
互阻放大器將一個輸入電流信號轉換為一個輸出電壓信號。互阻放大器可以用於包括光通信系統的各種系統和應用中。一個互阻放大器通常包括一個跨接在一個電壓放大器的輸入端和輸出端的反饋電阻。由於電壓放大器的高輸入阻抗，施加於電壓放大器上的電流信號全部流經反饋電阻。從而電壓放大器的輸出端產生一個與輸入電流成比例的電壓信號。
為實現互阻放大器更大的增益和靈敏度，通常要增加反饋電阻的阻抗。但是，增加反饋電阻的阻抗有如下一些缺點。第一，反饋電阻增加的物理尺寸會佔用更多面積而產生額外的成本。第二，採用半導體技術工藝生成的電阻有一個與之相關的寄生電容。因此，一個大電阻就有一個大寄生電容，從而導致互阻放大器的帶寬減小。
第三，一些互阻放大器中，互阻放大器的輸出電位漂移可能會增加。例如，一些互阻放大器包括一個具有一定公差和溫度依賴性的雙極性電晶體的輸入級。在該情況下，流經反饋電阻的電流在互阻放大器的輸出電壓上產生一個與反饋電阻值成一定比例的電位漂移。這種缺陷在電流連接結構的多級互阻放大器中尤為普遍。
因此，本領域需要有一個反饋電阻網絡的互阻放大器帶有一個固定的等效電阻值，該有效電阻在改進上述缺陷時仍能保持高的等效電阻值。
發明內容
本發明的互阻放大器包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個與該電壓放大器的輸入端和輸出端相連的反饋電路。該反饋電路包括一個與一個有固定等效阻值的反饋電阻網絡相併聯的阻抗元件。
本發明的一種光通信系統包括一個檢測光信號並產生一個表示該光信號的電流信號的光檢測器，和一個接收該電流信號並產生一個表示該電流信號的電壓信號的互阻放大器。該互阻放大器包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個與該電壓放大器的輸入端和輸出端相連的反饋電路。該反饋電路包括一個與一個有固定等效阻值的反饋電阻網絡相併聯的阻抗元件。
本發明的另一種互阻放大器包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個有一個固定等效阻值的反饋電阻網絡。該反饋電阻網絡連接於電壓放大器的輸入端和輸出端之間。該固定等效阻值由方程式Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)得出，其中Reff為固定等效阻值；R1為第一電阻元件的電阻值；R2為第二電阻元件的電阻值；R3為第三電阻元件的電阻值。
另一方面，本發明的還提供了一種互阻放大器，該互阻放大器包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個有一個固定等效阻值的反饋電阻網絡。該反饋電阻網絡連接於電壓放大器的輸入端和輸出端之間。該反饋電阻網絡包括一個連接於電壓放大器輸入端和一個節點之間的第一電阻元件；一個連接於電壓放大器輸出端和該節點之間的第二電阻元件；和一個連接於該節點和一個接地端間的第三電阻元件。
本發明還提供了一種增加互阻放大器帶寬的方法，包括步驟提供一個電流信號給互阻放大器的輸入端；提供一個連接於互阻放大器的輸入端和輸出端之間的阻抗元件；和給有一個相關寄生電容的反饋電阻網絡設置一個固定等效值，該反饋電阻網絡連接於互阻放大器的輸入端和輸出端之間、且與阻抗元件相併聯，帶寬則取決於與反饋電阻網絡相關的寄生電容。
圖1所示為本發明的包括一個互阻放大器的光傳輸系統的框圖；圖2所示為圖1中本發明的包括一個反饋電路的互阻放大器的詳細框圖；圖3所示為圖2中的互阻放大器的示範性電路圖。
具體實施例圖1所示為包括一個本發明的包括互阻放大器110的光通信系統100的框圖。光通信系統100為可以採用本發明的互阻放大器110的各種系統或應用中的一種。其它系統或應用包括醫用儀器、科學儀器、低噪聲RF放大器、和RF信號處理應用等，在此僅列舉一二。因此，可以知道本發明的互阻放大器可以用於各種系統或應用中。
光通信系統100通常包括一個發送器102、光纖信息通道104和接收器106。本領域的技術人員將知道為了便於說明，系統100描述為一個非常簡單的點對點系統。可以知道本發明的接收器還可以用於各種光纖網絡部件和結構中。
在發送器102，數據經過光波長調製而在光纖信息通道104中傳輸。光纖信息通道104包括一個光纖波導管、光放大器、光濾波器、色散補償模塊和其它有源和無源部件。接收器106包括一個光檢測器108，例如一個光電二極體，其按現有技術已知的方式把接收到的光信號轉換為相關的表示光信號的電流信號輸入給光檢測器108。通常，互阻放大器110接收來自光檢測器108的電流信號I_in並把其轉換為一個表示該電流信號的電壓信號V_out。
電壓信號V_out接著輸入門限電路112。該門限電路把接收到的電壓信號和一個相關採樣時間的門限電壓電平相比較。若接收到的信號在相關的採樣時間大於門限電平，則門限電路112輸出一個數字1。若接收到的信號在相關的採樣時間小於門限電平，則門限電路112輸出一個數字0。如此，門限電路112就輸出一個數位訊號。
圖2所示為本發明的一個示範性互阻放大器210的框圖。通常，互阻放大器210接收一個輸入電流信號I_in並把其轉換為一個表示該輸入電流信號的輸出電壓信號V_out。互阻放大器210通常包括一個有一個輸入端240和一個輸出端242的電壓放大器201；和一個與該輸入端240和輸出端242相連的反饋電路203。
有利的是，反饋電路203包括一個與阻抗元件231(例如在一個實施例中的電容)相併聯的反饋電阻網絡246。該阻抗元件在高頻處提供頻率補償給互阻放大器210。如此，該阻抗元件本身就有一個頻率依賴性的電導率和相移。
反饋電阻網絡246還可以包括多個電阻元件，例如一個第一電阻元件R1、一個第二電阻元件R2和一個第三電阻元件R3。電阻元件可以是本領域熟知的具有電阻值的各種元件，例如由現有半導體技術工藝生產的各種電阻。這些電阻也可以是無源器件。
第一電阻元件R1連接於電壓放大器201的輸入端240和節點250之間。第二電阻元件R2連接於電壓放大器201的輸出端242和節點250之間。最後，第三電阻元件R3連接於節點250和地之間。第一電阻元件R1和第二電阻元件R2相串連。反饋電阻網絡246的等效阻抗Reff由方程式(1)得出(1)Reff＝(R1+R2+R1(R2/R3))/(1+(1+R2/R3)/K)因為放大器的開環電壓增益係數K通常大於40，方程式(1)可以簡化為方程式(2)(2)Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)如此，通過選擇足夠小的電阻R3就能增大等效阻抗。在多個例子中列舉其一，如R1和R2為90.5歐姆，R3為10歐姆，從而Reff等於1千歐姆。有利的是，R1、R2和R3產生的寄生電容小於一個阻值等於Reff的大電阻產生的寄生電容。例如，若R1＝R2＝90.5歐姆，R3＝10歐姆，則R1、R2和R3產生的寄生電容小於一個1千歐姆電阻產生的寄生電容。
同樣地，互阻放大器的帶寬被有效地增加。反饋電路203提供一個高等效阻抗，且反饋電阻網絡246產生的寄生電容減小，從而有效的增加了互阻放大器的帶寬。通過選擇合適的R1、R2和R3，就能實現期望的帶寬。
圖3所示為本發明的互阻放大器310的一個實施例的示範性電路圖。互阻放大器310的輸入電流源可以由各種信號源(例如光檢測器308)提供。光檢測器308可以是如圖3所示的由一個電流源321和一個電容322構成的一個光電二極體。互阻放大器310包括反饋電路203，該反饋電路203包括與阻抗元件(例如，如前所述的電容231)相併聯的反饋電阻網絡246。該反饋電路與電壓放大器301的輸入端340和輸出端342相連。
互阻放大器310的電壓放大器301包括電晶體311、312、313和電阻314、315、316。輸入電流信號I_in與電晶體311的控制電極相連。在一個實施例中，電晶體311、312、313為雙極性NPN型電晶體。如此，雙極性電晶體313的輸出端，或NPN型電晶體的發射極與互阻放大器的輸出端342相連，從而提供輸出電壓信號V_out。
當電壓放大器301包括雙極性電晶體，輸出電位V_out可能從一個期望的輸出值漂移。該輸出電位漂移隨著單個大反饋電阻增加。該缺陷在電流連接結構的多級互阻放大器中尤為普遍。有利的是，採用本發明的反饋電路203，輸出電位漂移將比採用單個大反饋電阻時減小。例如圖3所示的實施例中，隨著雙極性電晶體311、312、313的電晶體參數彐(beta)變化(例如從50到200)，在各種條件下輸出電位V_out僅從額定輸出電壓的1.03倍變化到額定輸出電壓的0.982倍。
在此所述的實施例只是採用本發明的其中幾個，但並不受限於本發明。顯而易見，還存在其它本領域的技術人員了解的並不脫離權利要求所定義的本發明的精神和範圍的實施例。
權利要求
1.一種互阻放大器，包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個與所述電壓放大器的所述輸入端和所述輸出端相連的反饋電路；所述反饋電路包括一個與一個有固定等效阻值的反饋電阻網絡相併聯的阻抗元件。
2.根據權利要求1所述的互阻放大器，其中所述反饋電阻網絡包括無源電阻元件。
3.根據權利要求1所述的互阻放大器，其中所述反饋電阻網絡包括相串連的一個第一電阻元件和一個第二電阻元件。
4.根據權利要求1所述的互阻放大器，其中所述反饋電阻網絡包括一個連接於所述電壓放大器的所述輸入端和一個節點之間的第一電阻元件；一個連接於所述電壓放大器的所述輸出端和所述節點之間的第二電阻元件；和一個連接於所述節點和一個接地端之間的第三電阻元件。
5.根據權利要求4所述的互阻放大器，其中所述固定等效阻值由下列方程式得到Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)其中R1為所述第一電阻元件的阻值；R2為所述第二電阻元件的阻值；R3為所述第三電阻元件的阻值。
6.根據權利要求1所述的互阻放大器，其中所述電壓放大器包括至少一個雙極性電晶體。
7.根據權利要求6所述的互阻放大器，其中所述至少一個雙極性電晶體有一個與所述電壓放大器的所述輸出端相連的端子。
8.根據權利要求1所述的互阻放大器，其中所述阻抗元件包括一個電容。
9.一種光通信系統，包括一個檢測一個光信號並產生一個表示所述光信號的電流信號的光檢測器；和一個接收所述電流信號並產生一個表示所述電流信號的電壓信號的互阻放大器，所述互阻放大器包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個與所述電壓放大器的所述輸入端和所述輸出端相連的反饋電路；所述反饋電路包括一個與一個有固定等效阻值的反饋電阻網絡相併聯的阻抗元件。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所述反饋電阻網絡包括無源電阻元件。
11.根據權利要求9所述的系統，其中所述反饋電阻網絡包括相串連的一個第一電阻元件和一個第二電阻元件。
12.根據權利要求9所述的系統，其中所述反饋電阻網絡包括一個連接於所述電壓放大器的所述輸入端和一個節點之間的第一電阻元件；一個連接於所述電壓放大器的所述輸出端和所述節點之間的第二電阻元件；和一個連接於所述節點和一個接地端之間的第三電阻元件。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述固定等效阻值由下列方程式得到Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)其中R1為所述第一電阻元件的阻值；R2為所述第二電阻元件的阻值；R3為所述第三電阻元件的阻值。
14.根據權利要求9所述的系統，其中所述電壓放大器包括至少一個雙極性電晶體。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述至少一個雙極性電晶體有一個與所述電壓放大器的所述輸出端相連的端子。
16.根據權利要求9所述的系統，其中所述阻抗元件包括一個電容。
17.一種互阻放大器，包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個有固定等效阻值的反饋電阻網絡，所述反饋電阻網絡連接於所述電壓放大器的所述輸入端和所述輸出端之間，所述固定等效阻值由下列方程式得到Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)，其中Reff為所述固定等效阻值；R1為所述第一電阻元件的阻值；R2為所述第二電阻元件的阻值；R3為所述第三電阻元件的阻值。
18.一種互阻放大器，包括一個有一個輸入端和一個輸出端的電壓放大器；和一個有固定等效阻值的反饋電阻網絡，所述反饋電阻網絡連接於所述電壓放大器的所述輸入端和所述輸出端之間，所述反饋電阻網絡包括一個連接於所述電壓放大器的所述輸入端和一個節點之間的第一電阻元件；一個連接於所述電壓放大器的所述輸出端和所述節點之間的第二電阻元件；和一個連接於所述節點和一個接地端之間的第三電阻元件。
19.一種增加互阻放大器的帶寬的方法，包括步驟提供一個電流信號給所述互阻放大器的輸入端；提供一個連接於所述互阻放大器的所述輸入端和所述輸出端之間的阻抗元件；和給有一個相關寄生電容的反饋電阻網絡設置一個固定等效值，所述反饋電阻網絡連接於所述互阻放大器的所述輸入端和所述輸出端之間、且與所述阻抗元件相併聯，所述帶寬取決於與所述反饋電阻網絡相關的所述寄生電容。
20.根據權利要求19所述的方法，其中所述反饋電阻網絡包括相串連的一個第一電阻元件和一個第二電阻元件。
21.根據權利要求19所述的方法，其中所述反饋電阻網絡包括一個連接於所述電壓放大器的所述輸入端和一個節點之間的第一電阻元件；一個連接於所述電壓放大器的所述輸出端和所述節點之間的第二電阻元件；和一個連接於所述節點和一個接地端之間的第三電阻元件。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述固定等效阻值由下列方程式得到Reff＝R1+R2+R1(R2/R3)，其中R1為所述第一電阻元件的阻值；R2為所述第二電阻元件的阻值；R3為所述第三電阻元件的阻值。
全文摘要
一種互阻放大器，其包括一個電壓放大器和一個與該電壓放大器的輸入端和輸出端相連的反饋電路。該反饋電路包括一個與一個反饋電阻網絡相併聯的阻抗元件。該反饋電阻網絡有一個固定等效阻值。該反饋電阻網絡包括一個連接於電壓放大器輸入端和一個節點之間的第一電阻元件；一個連接於電壓放大器輸出端和該節點之間的第二電阻元件；和一個連接於該節點和一個接地端之間的第三電阻元件。本發明還提供了應用該互阻放大器的包括光通信系統的各種系統。
文檔編號H03F1/08GK1523753SQ20041000393
公開日2004年8月25日 申請日期2004年2月10日 優先權日2003年2月11日
發明者弗拉基米爾·普裡阿尼許尼柯夫, 亞歷山大·克爾道諾夫, 奧萊格·克比爾德基諾夫, 克比爾德基諾夫, 大 克爾道諾夫, 弗拉基米爾 普裡阿尼許尼柯夫 申請人:美國凹凸微系有限公司