带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器，属于微电子领域，本发明专利技术为解决低输入电流幅度的输入噪声，和高输入电流幅度引起的非线性问题。本发明专利技术包括TIA放大器A1、TIA放大器A3、误差放大器A2、滤波电容C1、反馈电阻RF、RFR、NMOS晶体管M1、M2、电流源IN和offset电压源V1；VDD连IN正端，IN负端同时连M1漏极、A1输入端和RF一端，M1源极接地；M1栅极同时连接M2栅极、A2输出端和C1一端，C1另一端和M2源极接地；M2漏极同时连接A3输入端和RFR一端，A3输出端同时连接RFR另一端和V1正端，V1负端连接A2同相输入端；A2反相输入端同时连接A1输出端和RF另一端。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种跨阻放大器，属于微电子领域。
技术介绍
光信号能量经过光纤在到达接收端的光电二极管之前会发生一定的损耗。在接收 端，光电二极管按照一定的比例将光强转换为电流，然后通过一个跨阻放大器（TIA)将这 个电流放大并转换成电压。 图1是跨阻放大器TIA的电路原理图，TIA由三极管Ql、Q2、Q3和电阻Rp R2、Rf、 Re组成。输入电流均通过反馈电阻Rf，Q3的集电极电压为TIA的输出信号，即节点a输出电 压Vout。输入电流流过跨阻放大器的反馈电阻R f会产生一个电压，输入电流幅度较大时， Rf的电压很大，节点b的电压Ve过低，Ql的集电极电压降低使Ql进入饱和区，跨阻放大器 会进入非线性区，发生过载效应，降低跨阻放大器的速度，导致脉宽失真和码间干扰。解决 过载效应的一种办法就是根据输入电流的幅度调整反馈电阻R f，使跨阻放大器不会进入非 线性区。由于光电二极管的光电流只有一个极性，所以输入电流有一个DC值，即平均电流， DC分量流过反馈电阻RF，％的DC电压比输入端小一个DC电压，降低过载效应的另一种方 法是使用直流恢复电路，反馈电阻R f不通过输入电流的DC分量，只通过交流分量，V 4勺DC 电压与输入端相等。图2给出了常用的跨阻放大器直流恢复的电路结构，误差放大器A2检 测反馈电阻Rf两端的电压，产生误差电压控制MOS晶体管Ml，电流源IN输出的DC电流流 过MOS晶体管M1，而不通过反馈电阻R f。误差放大器A2输出端的滤波电容Cl保证误差放 大器A2采样的是直流电压。即使采用直流恢复电路，反馈电阻不通过直流电流，输入电流 幅度过大，输入逻辑1的AC电流通过仍然有可能使V e电压过低而进入非线性区。 假设跨阻放大器Al是理想的，所以输入端的等效输入噪声为反馈电阻Rf的噪声 的MOS晶体管Ml噪声之和： 其中，Ιη,ιη为等效输入噪声，I，知为反馈电阻化的噪声，I ^为MOS晶体管Ml噪 声，k为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ n是沟道电子的迀移率，C M是单位面积的栅氧化 层电容，是NMOS晶体管的宽长比。 Ij 由于光纤传输距离和光电二极管的响应度不同，接收端光电二极管得到的电流幅 度也不同，在几微安到几个毫安之间，TIA的设计需要在噪声、带宽、增益、灵敏度和动态范 围之间进行权衡，并且在CMOS和双极型技术方面提出了严峻的挑战。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决低输入电流幅度的输入噪声，和高输入电流幅度引起的非 线性问题，提供了一种带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器。 本专利技术所述带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器，它包括TIA放大器AUTIA 放大器A3、误差放大器A2、滤波电容Cl、反馈电阻Rf、反馈电阻Rfr、NMOS晶体管Ml、NMOS晶 体管M2、电流源IN和offset电压源V 1; 电源VDD连接电流源IN的正端，电流源IN的负端同时连接NMOS晶体管Ml的漏 极、TIA放大器Al的输入端和反馈电阻^的一端，NMOS晶体管Ml的源极接地；NMOS晶体 管Ml的栅极同时连接NMOS管M2的栅极、误差放大器A2的输出端和滤波电容Cl的一端， 滤波电容Cl的另一端接地； NMOS晶体管M2的源极接地； NMOS晶体管M2的漏极同时连接TIA放大器A3的输入端和反馈电阻Rfr的一端， TIA放大器A3的输出端同时连接反馈电阻Rfr的另一端和offset电压源\^的正端，offset 电压源1的负端连接误差放大器A2的同相输入端； 误差放大器A2的反相输入端同时连接TIA放大器Al的输出端和反馈电阻心的 另一端。 本专利技术的优点：本专利技术中提出的带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器电路， TIA放大器Al放大输入电流信号，输出电压信号。TIA放大器A3 (A3与Al相同）输出一 个参考电压，误差放大器A2输出误差电压控制NMOS晶体管Ml和M2。专利技术中提出的带有 offset和动态直流恢复的跨阻放大器减小低输入电流幅度时的噪声，高输入电流幅度动态 提高％的DC电压已经通过了仿真结果验证。通过仿真，计算带宽内的等效输入噪声电流， 常用的跨阻放大器的输入噪声为I. 264uA，本专利技术中提出的带有offset和动态直流恢复的 跨阻放大器的输入噪声为I. 121uA。从仿真结果可以看出，本专利技术提出的带有offset和动 态直流恢复的跨阻放大器的输入噪声明显好于常用的跨阻放大器的输入噪声，噪声减小了 0.143uA〇 图5给出本专利技术带offset和动态直流恢复的跨阻放大器的DC电压随输入电 流幅度变化的V-I曲线，高输入电流幅度时，提高％的DC电压。避免输入逻辑电压1时，V e 电压过低而进入非线性区。【附图说明】 图1是跨阻放大器TIA的电路原理图； 图2是常用的直流恢复电路原理图； 图3是本专利技术所述带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器的电路原理图； 图4是本专利技术所述带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器的V-I特性； 图5是本专利技术所述带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器的V-I仿真曲线。【具体实施方式】【具体实施方式】 一：下面结合图3至图5说明本实施方式。本实施方式所述带有 offset和动态直流恢复的跨阻放大器，它包括TIA放大器AU TIA放大器A3、误差放大器 A2、滤波电容CU反馈电阻Rf、反馈电阻Rfr、NMOS晶体管Ml、NMOS晶体管M2、电流源IN和 offset电压源V1; 电源VDD连接电流源IN的正端，电流源IN的负端同时连接NMOS晶体管Ml的漏 极、TIA放大器Al的输入端和反馈电阻^的一端，NMOS晶体管Ml的源极接地；NMOS晶体 管Ml的栅极同时连接NMOS管M2的栅极、误差放大器A2的输出端和滤波电容Cl的一端， 滤波电容C当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
带有offset和动态直流恢复的跨阻放大器，其特征在于，它包括TIA放大器A1、TIA放大器A3、误差放大器A2、滤波电容C1、反馈电阻RF、反馈电阻RFR、NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M2、电流源IN和offset电压源V1；电源VDD连接电流源IN的正端，电流源IN的负端同时连接NMOS晶体管M1的漏极、TIA放大器A1的输入端和反馈电阻RF的一端，NMOS晶体管M1的源极接地；NMOS晶体管M1的栅极同时连接NMOS管M2的栅极、误差放大器A2的输出端和滤波电容C1的一端，滤波电容C1的另一端接地；NMOS晶体管M2的源极接地；NMOS晶体管M2的漏极同时连接TIA放大器A3的输入端和反馈电阻RFR的一端，TIA放大器A3的输出端同时连接反馈电阻RFR的另一端和offset电压源V1的正端，offset电压源V1的负端连接误差放大器A2的同相输入端；误差放大器A2的反相输入端同时连接TIA放大器A1的输出端和反馈电阻RF的另一端。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李景虎，黄果池，范樟，
申请(专利权)人：福建一丁芯半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35
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