用於跨阻放大器的光電流監控電路的製作方法
2023-04-26 16:14:51
專利名稱：用於跨阻放大器的光電流監控電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及光通信領域，尤其是涉及一種用於跨阻放大器的光電流監控電路。
背景技術：
國內外研究者對跨阻放大器TIA作了大量的研究。用於光通信領域的TIA如果帶有光電流監控功能，將大大方便用戶的系統設計。
現有的光電流監控電路進行監控電路時多採用線性取樣電路，這類取樣電路的弊端在於如果設置較低的取樣電路靈敏度，則當輸入小信號光電流時，由於信號幅度非常小，會造成輸出的監控信號的精度很低，誤差較大；如果設置較高的取樣電路靈敏度，則輸入大信號光電流時，會在取樣電路的兩端產生可觀的取樣電壓，可能導致PIN無法正常工作。所以無法適應較大動態範圍的光電流輸入信號。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於光通信跨阻放大器的光電流監控電路。
本發明提供的一種用於光通信跨阻放大器的光電流監控電路，包括非線性取樣電路，用於完成輸入光電流信號的自適應取樣；負反饋放大器，將自適應取樣後的信號放大；取樣鏡像電路，根據負反饋放大器放大的信號得到一個與輸入光電流信號相等的直流電流信號；電流鏡及I/V轉換電路，將電流信號轉向並轉為電壓信號輸出。
本發明具有以下優點1.該光電流監控電路能夠監控大動態範圍的輸入光電流。2.該光電流監控電路在監控大動態範圍的輸入光電流時，依然能夠保持很高的精度。3.該光電流監控電路在監控大動態範圍的輸入光電流時，不影響放大器主體的正常工作。
圖1是本發明的電路原理框圖；圖2是本發明的電路原理圖；圖3是本發明提供的非線性取樣電路的特性曲線圖。
具體實施例方式
圖1是本發明的電路原理框圖，該光電流監控電路主要由非線性取樣電路1、負反饋放大器2、取樣鏡像電路3、電流鏡及I/V轉換電路4構成圖2中，PIN為光探測器，跨阻放大器TIA及電阻Rf組成跨阻放大器主體，其餘部分為光電流監控電路。對於光電流監控電路，電晶體Q1和電阻R2構成非線性取樣電路；放大器A2和場效應管M8構成負反饋放大器；電壓信號被送到放大器A2的同相輸入端。電壓信號經過放大器A2和場效應管M8構成的負反饋放大器，在放大器的反相輸入端得到了與放大器同向輸入端的取樣電壓相等的鏡像電壓，使得電晶體Q1與Q2的發射級具有相等的電位。電晶體Q2和電阻R3構成取樣鏡像電路；場效應管M4、M5、M6、M7以及電阻R4構成電流鏡及I/V轉換電路。場效應管M1、M2和M3構成偏置補償電路。電容C1用於濾除非線性取樣電路的高頻交流信號，保留直流信號用於取樣。
圖2中，光電流通過由電晶體Q1和電阻R2構成非線性取樣電路被精確取樣，在電晶體Q1的發射級得到轉換後的電晶體Q2和電阻R3的並聯組合與電晶體Q1和電阻R2的並聯組合設計為完全對稱。這樣在場效應管M8的源極就產生與輸入光電流相等的鏡像電流。場效應管M4、M5、M6、M7構成的電流鏡將鏡像監控電流通過電阻R4，得到與監控電流相對應的監控電壓Vmon。
場效應管M3提供的偏置電流可以避免當沒有光信號輸入時，場效應管M8工作於截止區，導致放大器A2工作不正常。為了平衡M3提供的偏置電流對光電流監控輸出的影響，在輸入取樣電路同樣附加了由場效應管M2提供的鏡像電流。
本發明提出的光電流監控電路可以很好地解決大動態範圍光電流監控問題，其特性曲線如圖3所示。
圖中，CV1為電晶體Q1的I/V特性曲線，其函數表達式為。
Ie＝Is(1+β)(eVd/Vt-1)(1)式中Ie，Is，β，Vd，Vt分別為流過電晶體的總電流，電晶體發射結的反向飽和電流，電晶體的電流放大倍數，電晶體的發射結正向電壓和溫度的電壓當量等。
曲線CV1在大信號的A-B段，避免了取樣電壓過高的問題，但在小信號的0-A段，由於電晶體Q1處於截至狀態，會造成取樣精度較低。
圖中，CV2為電阻R2的I/V特性曲線，該電阻設置為符合較高取樣電路靈敏度的要求，該曲線在小信號的0-A段，避免了取樣精度較低的問題，但在大信號的A-B段，會產生相當高的取樣電壓，嚴重幹擾光探測器PIN及主放大器的工作。
圖中，CV3為電晶體Q1和電阻R2構成的非線性取樣電路的組合I/V特性曲線。可見該電路組合取長補短，在在小信號的0-A段，避免了取樣精度較低的問題，同時在大信號的A-B段，避免了取樣電壓過高的問題。該電路能在監控大動態範圍的輸入光電流的各個區段保持很高的精度，並且不影響放大器主體的正常工作。
以上改進的光電流監控電路可以有效地應用於光通信跨阻放大器。
權利要求
1.一種用於光通信跨阻放大器的光電流監控電路，其中包括非線性取樣電路，用於完成輸入光電流信號的自適應取樣；負反饋放大器，將自適應取樣後的信號放大；取樣鏡像電路，根據負反饋放大器放大的信號得到一個與輸入光電流信號相等的直流電流信號；和電流鏡及I/V轉換電路，將電流信號轉向並轉為電壓信號輸出。
2.如權利要求1所述的光電流監控電路，其中跨阻放大器TIA及電阻Rf組成跨阻放大器主體。
3.如權利要求1所述的光電流監控電路，其中所述非線性取樣電路由電晶體Q1和電阻R2構成；所述負反饋放大器由放大器A2和場效應管M8構成；取樣鏡像電路由電晶體Q2和電阻R3構成；電流鏡及I/V轉換電路由場效應管M4、M5、M6、M7以及電阻R4構成。
4.如權利要求1所述的光電流監控電路，其中所述光電流監控電路還包括偏置補償電路。
5.如權利要求4所述的光電流監控電路，其中所述偏置補償電路由場效應管M1、M2和M3構成。
6.如權利要求1所述的光電流監控電路，其中所述光電流監控電路還包括電容C1，用於濾除非線性取樣電路的高頻交流信號，保留直流信號用於取樣。
全文摘要
本發明涉及一種用於光通信跨阻放大器的光電流監控電路，包括非線性取樣電路、負反饋放大器、取樣鏡像電路、電流鏡及I/V轉換電路等。其中所述非線性取樣電路由電晶體Q1和電阻R2構成；所述負反饋放大器由放大器A2和場效應管M8構成；取樣鏡像電路由電晶體Q2和電阻R3構成；電流鏡及I/V轉換電路由場效應管M4、M5、M6、M7以及電阻R4構成。通過使用本發明，該光電流監控電路能夠監控大動態範圍的輸入光電流，當該光電流監控電路在監控大動態範圍的輸入光電流時，依然能夠保持很高的精度，而當該光電流監控電路在監控大動態範圍的輸入光電流時，不影響放大器主體的正常工作。
文檔編號H04B10/08GK101026415SQ20071009014
公開日2007年8月29日 申請日期2007年4月16日 優先權日2007年4月16日
發明者蔣湘 申請人:烽火通信科技股份有限公司