用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法，其包括步骤：A、检测跨阻放大器输出幅度；B、将输出幅度与表征幅度阈值的参考信号做比较；若输出幅度小于阈值，则断开有源电阻与无源电阻的并联连接，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻的阻值；若输出幅度大于阈值，则将有源电阻与无源电阻并联，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻与有源电阻的并联阻值；其中，有源电阻为NMOS晶体管，有源电阻与无源电阻并联时，有源电阻栅极电压为直流偏置电压。本发明专利技术的自动增益控制方法在输入光功率发生变化时能够快速响应建立稳态，可用于突发模式，且可以提供更大的跨阻增益调节范围，从而拓宽跨阻放大器的动态范围。从而拓宽跨阻放大器的动态范围。从而拓宽跨阻放大器的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法


[0001]本专利技术涉及跨阻放大器
，特别涉及一种用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法。

技术介绍

[0002]在光纤通信系统中，跨阻放大器(TIA,Trans
‑
Impedance Amplifier)处于接收链路最前端，其功能是把光电二极管生成的微弱光电流信号转化并放大为电压信号，并输出给后续的电路进行处理。TIA的性能极大地影响着整个接收链路的性能。
[0003]输入动态范围是TIA的一项重要指标，其定义为饱和输入光功率与接收光灵敏度的比值，也即在一定可允许误码率范围内的最大和最小输入光功率的比值。灵敏度主要由噪声性能决定，TIA的等效输入噪声越小，则灵敏度越好，而一般情况下采用较大的跨阻增益有利于减小等效输入噪声；而饱和输入光功率主要由输出信号的失真程度等因素所决定，跨阻越大，大信号时越容易发生饱和。
[0004]为了解决这一矛盾，TIA中通常需要加入自动增益控制(AGC,Automatic Gain Control)电路，即根据输入光功率的大小调节跨阻增益，在输入光功率较小时保持较大的跨阻，而在输入光功率较大时使跨阻减小，以改善输出电压信号的失真，从而拓宽TIA的动态范围。
[0005]AGC一般包含两部分功能，一是幅度检测，一是增益调节。由于TIA是单端输入单端输出的放大器，输入电流中的直流分量和交流分量被同比例地放大，因此监测输出电压直流分量变化，就可以反映出输入电流幅度的变化。传统的AGC通常采用低通滤波器取得TIA输出电压在时域上的平均值Vout,avg，如图1所示，采用一个输入电流为0的TIA复制电路产生参考电压，以及一个误差放大器，将TIA输出电压平均值与参考电压的误差进行放大，实现幅度检测功能。增益调节功能的实现则是将一个NMOS作为有源电阻与无源电阻并联，采用误差放大器的输出电压控制该NMOS的栅极。输入光功率变大时，TIA输出电压的平均值减小，误差放大器输出电压增大，使NMOS提供的有源电阻降低，从而降低了跨阻增益。
[0006]在上述AGC方法中，RC低通滤波器的截止频率ω
LPF
＝1/(RC)决定了AGC环路的带宽和响应时间。一方面，如果ω
LPF
偏大，数据信号中的低频交流分量不会被低通滤波器所衰减，叠加在Vout,avg上，使跨阻不能保持稳定，从而造成输出信号抖动；另一方面，大的RC决定了AGC环路需要较长的收敛时间才能建立稳态。在连续通讯模式中，AGC环路的低频截止频率一般设置在几十kHz，意味着当输入光功率发生变化时，需要几十us的时间AGC环路才能重新稳定。
[0007]在无源光网络(PON,Passive Optical Network)系统的光线路终端(OLT,Optical Line Terminal)，接收端处理的信号是突发(Burst
‑
Mode)模式的，每次burst中接收到的光信号来自不同的光网络单元(ONU,Optical Network Unit)，光功率会有所不同。根据通讯标准的不同，突发模式接收系统一般需要在几十ns到几百ns内建立稳定的工作状态，意味着TIA需要快速的AGC响应，因此传统的AGC环路不能适用于突发模式。
[0008]为了实现快速的AGC响应，如图2所示，通过偏置电路产生直流电平Vgate，控制NMOS的栅极。当输入光功率为0或很小时，Vgate与输出电压Vout的压差没有达到NMOS的阈值电压Vth，NMOS处于截止区，TIA的跨导由无源电阻决定；当输入光功率增大时，流过无源电阻的电流增大，使输出电压Vout下降，NMOS的栅源电压Vgs增大；当Vgs超过Vth则NMOS导通，NMOS处于线性区，相当于有源电阻，TIA的跨导为无源电阻与有源电阻的并联，因而总的跨导降低；输入光功率越大，NMOS的Vgs就越大，TIA的跨导增益就越低。由于NMOS的导通电阻能够随其栅源电压即时变化，因而该方法可以实现很快的响应。
[0009]然而在实际应用中，TIA的输出幅度一般需要在0.2V以内才能保证不出现明显的信号失真。而在光功率较低时，Vgate必须偏置在NMOS由截止到导通的临界点上，才能使NMOS在截止区和线性区之间切换。一方面，由于温度变化及工艺偏差等因素的存在，这一偏置电压的准确设置存在着很大的难度。另一方面，在整个动态范围内，NMOS的过驱动电压不超过0.2V，则很难在大输入功率下调整到足够小的跨阻增益，从而难以实现较大的TIA动态范围。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是提供一种在输入光功率发生变化时能够快速响应建立稳态，可用于突发模式，且可以提供更大的跨阻增益调节范围，从而拓宽跨阻放大器的动态范围的用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法。
[0011]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法，包括以下步骤：
[0012]A、检测跨阻放大器输出幅度；
[0013]B、将输出幅度与表征幅度阈值的参考信号做比较；若输出幅度小于阈值，则断开有源电阻与无源电阻的并联连接，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻的阻值；若输出幅度大于阈值，则将有源电阻与无源电阻并联，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻与有源电阻的并联阻值；其中，有源电阻为NMOS晶体管，有源电阻与无源电阻并联时，有源电阻栅极电压为直流偏置电压。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，当有源电阻与无源电阻并联时，其源极电压为跨阻放大器的输出电压，随着输入电流也即输入光功率的增大，跨阻放大器的输出电压降低，NMOS晶体管的栅源电压升高，有源电阻阻值下降，使跨阻放大器的跨阻增益下降。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤A包括：通过RC低通滤波器检测跨阻放大器输出电压在时域的平均值Vout,avg。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，在步骤B中，通过锁存比较器将平均值Vout,avg与参考电压Vref相比较；若Vout,avg>Vref，锁存比较器输出Bsw＝0，与有源电阻串联的开关断开，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻的阻值；若Vout,avg<Vref，锁存比较器输出Bsw＝1，与有源电阻串联的开关闭合，使有源电阻和无源电阻并联连接，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻与有源电阻的并联阻值。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述锁存比较器带有锁存功能，在比较后保持Bsw的状态直至下次输入功率发生变化。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，在输出幅度与表征幅度阈值的参考信号做比较后，产
生一位数字码，通过一位数字码控制与有源电阻串联的开关的通断，断开开关则有源电阻与无源电阻断开连接，闭合开关则有源电阻与无源电阻并联。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，步骤A包括：通过功率检波器检测跨阻放大器输出信号Vout的交流分量，输出与Vout的幅度正相关的电压信号Vpd。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、检测跨阻放大器输出幅度；B、将输出幅度与表征幅度阈值的参考信号做比较；若输出幅度小于阈值，则断开有源电阻与无源电阻的并联连接，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻的阻值；若输出幅度大于阈值，则将有源电阻与无源电阻并联，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻与有源电阻的并联阻值；其中，有源电阻为NMOS晶体管，有源电阻与无源电阻并联时，有源电阻栅极电压为直流偏置电压。2.如权利要求1所述的用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法，其特征在于，当有源电阻与无源电阻并联时，其源极电压为跨阻放大器的输出电压，随着输入电流也即输入光功率的增大，跨阻放大器的输出电压降低，NMOS晶体管的栅源电压升高，有源电阻阻值下降，使跨阻放大器的跨阻增益下降。3.如权利要求1所述的用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法，其特征在于，步骤A包括：通过RC低通滤波器检测跨阻放大器输出电压在时域的平均值Vout,avg。4.如权利要求3所述的用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法，其特征在于，在步骤B中，通过锁存比较器将平均值Vout,avg与参考电压Vref相比较；若Vout,avg>Vref，锁存比较器输出Bsw＝0，与有源电阻串联的开关断开，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻的阻值；若Vout,avg<Vref，锁存比较器输出Bsw＝1，与有源电阻串联的开关闭合，使有源电阻和无源电阻并联连接，使跨阻放大器的跨阻增益等于无源电阻与有源电阻的并联阻值。5.如权利要求4所述的用于跨阻放大器的快速响应自动增益控制方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨家琪，黄兆庭，周俊，
申请(专利权)人：江苏科大亨芯半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：