本发明专利技术公开了一种用于CMOS光接收机的高速全差分噪声降低装置,所述噪声降低装置包括:低噪声跨阻放大器,用于将光电探测器输出的电流信号转化为电压信号,并进行初步放大,且跨阻放大器具有较低的等效输入噪声电流;单端转差分电路,用于实现单端向差分输出转换,同时提升电路带宽和放大电压信号,有效降低后端电路引入的等效输入噪声电流,消除由电源等引入的共模噪声;两级采用交错式有源反馈和电容简并电路的三阶差分限幅放大器,用于将电压信号放大到数字处理单元所需电压水平;输出缓冲级,用于将输出的差分电压信号转换成单端输出的电压信号。本发明专利技术在保持电路整体增益和带宽的前提下,减小了引入的噪声,提高了光接收机的灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤通信系统以及光互连领域,尤其涉及一种用于CMOS光接收机的高 速全差分噪声降低装置。
技术介绍
在网络与信息技术飞速发展的当今时代,以电互连为主要连接方式的短距离网络 通信技术逐渐显现出难以避免的缺点,主要表现在速度低、串扰大、功耗大等方面。而光纤 通信技术以其高速、无串扰及保密性好的特点可以弥补电互连的这一缺陷。因此,近年来光 纤通信技术在短距离和甚短距离网络通信的应用受到广泛关注。例如,机柜间、电路板间及 芯片间,甚至芯片内部的远距离电路模块之间。 尽管基于硅基标准CMOS工艺的光接收机取得很大的进展,然而由于硅材料本身性 质及工艺条件限制,基于标准CMOS工艺光接收机的灵敏度偏低,难以达到真正实用化要求。 专利技术人在实现本专利技术的过程中,发现现有技术中至少存在以下缺点和不足: 作为光接收机的关键参数之一,灵敏度与模拟前端电路的噪声密切相关,所以研 究高速光接收机的噪声降低技术同等重要,但现有技术中尚未有较好的应用在CMOS光接收 机上的降低噪声装置,无法满足实际应用中对灵敏度的要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于CMOS光接收机的高速全差分噪声降低装置,该噪声降低装 置采用三种带宽提升技术来换取增益的提升,可以有效地减小电路的等效输入噪声电流, 详见下文描述: -种用于CMOS光接收机的高速全差分噪声降低装置,所述噪声降低装置包括: 低噪声跨阻放大器,用于将光电探测器输出的电流信号转化为电压信号,并进行 初步放大,且跨阻放大器具有较低的等效输入噪声电流; 单端转差分电路,用于实现单端向差分输出的转换,同时提升电路带宽,进一步放 大电压信号,并有效降低后端电路引入的等效输入噪声电流、消除由电源等引入的共模噪 声; 两级采用交错式有源反馈和电容简并电路的三阶差分限幅放大器,用于将电压信 号放大到数字处理单元所需电压水平;输出缓冲级,用于将输出的差分电压信号转换成单端输出的电压信号,提升光接 收机前端电路的驱动能力。 其中,所述低噪声跨阻放大器由共栅级放大电路、带电感的共源共栅级支路和高 通滤波器组成。 其中,所述共源共栅级支路通过引入一个电感,以及输入端引入一个电感,与电路 中的电容或寄生电容构成两个JT型宽带匹配网络。 进一步地,所述单端转差分电路通过引入电感,与电路中的寄生电容构成一个π型 宽带匹配网络。 为了取得更好的降噪效果,所述输出缓冲级优选使用双端转单端电路结构。 本专利技术提供的技术方案的有益效果是: 1、在跨阻放大器电路中,将RGC共源级结构改为共源共栅结构,一方面增大TIA的 等效跨导;另一方面可以屏蔽米勒效应,提升跨阻放大器的带宽。 2、采用π型宽带匹配网络技术,在RGC电路中引入两个电感,与电路中的寄生电容 构成两个η型宽带匹配网络。通过这两个η型宽带匹配网络,可以即将RGC结构中的大部分寄 生电容与两个电感发生谐振,降低各点阻抗,将极点推向高频,从而有效扩展带宽。 3、在跨阻放大器的输出端引入一个电感,与电路中的寄生电容形成一个π型宽带 匹配网络,从而进一步提升带宽。 4、为了实现单端向全差分输出的转换,引入一种新型的单端转差分电路,在实现 全带宽差分转换的同时,还可减小芯片面积,提升带宽和增益。由于本专利技术的主要目的是降低噪声,因此通过前三种技术将提升的带宽转化成增 益的提升,进而降低噪声。第四种技术,主要为了消除由电源等引入的共模噪声。另外还引 入了其他三种降低噪声的技术: 5、输入端引入电感可以抑制探测器寄生电容引起的尚频噪声,因此减小等效输入 噪声电流。 6、采用高通滤波器给晶体管M31提供最佳直流偏置,让共栅级电路拥有最佳幅频响 应,保持带宽不变的条件下,通过提高电阻值来降低电路噪声。 7、在低噪声跨阻放大器的输出端引入一个电感,可以有效降低后端电路引入的等 效输入噪声电流。 8、限幅放大器(LA)取为两级三阶,并且引入交错式有源反馈电路和电容简并结 构,有效抑制电路带宽的下降。 综上所述,通过采用本专利技术提出的高速全差分噪声降低装置提高了 CMOS光接收机 的灵敏度。【附图说明】 图1给出了本专利技术所设计的用于CMOS光接收机的高速全差分噪声降低装置的结构 框图; 图2给出了传统RGC跨阻放大器的电路图; 图3给出了带有单端转差分电路的低噪声改进型RGC TIA的电路图; 图4给出了两级三阶限幅放大器(LA)的电路图;图5给出了输出缓冲级(Buf fer)的电路图。 附图中,各标号所代表的部件列表如下: 1:低噪声跨阻放大器; 2:单端转差分电路; 3:两级三阶差分限幅放大器;4:输出缓冲级。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本专利技术实施方式作进一步 地详细描述。 实施例1 用于CMOS光接收机的高速全差分噪声降低装置,参见图1,该噪声降低装置包括: -个低噪声跨阻放大器I(TIA),用于将光电探测器输出的电流信号转化为电压信 号,并进行初步放大,且该跨阻放大器具有较低的等效输入噪声电流; -个单端转差分电路2,用于实现单端向差分输出转换,在提升电路带宽和放大电 压信号的同时,该结构可有效降低后端电路引入的等效输入噪声电流; -个两级三阶差分限幅放大器3,该限幅放大器采用交错式有源反馈和电容简并 电路,用于将电压信号放大到数字处理单元所需电压水平; -个输出缓冲级4,用于将两级三阶差分限幅放大器3输出的差分电压信号转换成 单端输出的电压信号,并提供驱动能力。其中,本专利技术实施例采用带电感的调节型共源共栅(RGC)电路作为跨阻放大器的 基本结构,有效降低输入阻抗和屏蔽米勒电容,提升跨阻放大器的带宽。为了进一步展宽跨阻放大器的带宽,在RGC电路中引入两个电感,与电路中的电容 构成两个η型宽带匹配网络。通过这两个η型宽带匹配网络,使RGC结构中的大部分寄生电容 与两个电感发生谐振,降低各点阻抗,将极点推向高频,有效扩展带宽。 为了降低跨阻放大器的等效输入噪声,需要牺牲上述技术提升的带宽来换取增益 的提升,进而能有效降低等效输入噪声,另外还采用高通滤波器给M 31提供最佳直流偏置,让 共栅级电路拥有最佳幅频响应。 在保持带宽不变的条件下,通过提高电阻阻值来降低电路噪声。同时,输入端引入 的电感可以减小等效输入噪声电流,而输出端引入的电感可以减小后端电路产生的等效输 入噪声电流,以及采用差分模式,消除电源等引入的共模噪声。 考虑系统功耗、多级级联引起的宽带变窄和噪声累加效应,本专利技术实施例只用两 级三阶交错式有源反馈限幅放大器当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于CMOS光接收机的高速全差分噪声降低装置,其特征在于,所述噪声降低装置包括:低噪声跨阻放大器,用于将光电探测器输出的电流信号转化为电压信号,并进行初步放大,且跨阻放大器具有较低的等效输入噪声电流;单端转差分电路,用于实现单端向差分输出的转换,同时提升电路带宽,进一步放大电压信号,并有效降低后端电路引入的等效输入噪声电流、消除由电源等引入的共模噪声;两级采用交错式有源反馈和电容简并电路的三阶差分限幅放大器,用于将电压信号放大到数字处理单元所需电压水平;输出缓冲级,用于将输出的差分电压信号转换成单端输出的电压信号,提升光接收机前端电路的驱动能力。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员:谢生,高谦,毛陆虹,吴思聪,
申请(专利权)人:天津大学,
类型:发明
国别省市:天津;12
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