專利名稱：跨阻放大器的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及跨阻放大器。
背景技術：
跨阻放大器(TIA)通常用于將輸入電流信號轉換為對應的輸出電壓信號。典型的TIA通常在從傳感器件接收電流信號的系統中使用。從傳感器件輸出的電流信號由TIA接收、并轉換為可以被處理器處理的對應電壓信號。例如，光接收器通常包括響應于暴露于諸如光的福射源而輸出電流信號的光電二極管器件。TIA接收從光電二極管輸出的電流信號，將該電流信號轉換為對應的電壓信號，并輸出該電壓信號。該電壓信號可以由諸如將放大的電壓信號輸出到時鐘和數據恢復塊的線性放大器的放大器放大。時鐘和數據恢復塊將放大的電壓轉換為數字數據信號并從數字數據的數據速率恢復相關的時鐘信號。數據信號和時鐘信號可以輸出到處理器設備或邏輯電路。
發明內容
根據本發明的一個實施例，電路包括跨阻放大器部分，其具有第一輸入節點和第二輸入節點；以及反饋電路部分，其包括第一晶體管、第二晶體管、和第三晶體管，所述第一晶體管具有源極端子、柵極端子、和連接到第一輸入節點的漏極端子，所述第二晶體管具有源極端子、柵極端子、和連接到第二輸入節點的漏極端子，并且所述第三晶體管具有連接到第一晶體管的源極端子和第二晶體管的源極端子的漏極端子。根據本發明的另一個實施例，電路包括跨阻放大器部分，其具有輸入節點和輸出節點；以及反饋電路部分，其包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管具有源極端子、連接到輸入節點的漏極端子、和連接到輸出節點的柵極端子，所述第二晶體管具有源極端子、連接到輸入節點的漏極端子、和連接到輸出節點的柵極端子。根據本發明的再一個實施例，系統包括跨阻放大器部分，其具有第一輸入節點、第二輸入節點、第一輸出節點、和第二輸出節點；反饋電路部分，其包括第一晶體管、第二晶體管、和第三晶體管，所述第一晶體管具有源極端子、柵極端子、和連接到第一輸入節點的漏極端子，所述第二晶體管具有源極端子、柵極端子、和連接到第二輸入節點的漏極端子，并且所述第三晶體管具有連接到第一晶體管的源極端子和第二晶體管的源極端子的漏極端子；以及放大器部分，其具有第一輸入節點、第二輸入節點、和輸出節點，所述第一輸入節點連接到跨阻放大器部分的第一輸出節點，所述第二輸入節點連接到跨阻放大器部分的第二輸出節點。根據本發明的再一個實施例，系統包括跨阻放大器部分，其具有輸入節點和輸出節點；反饋電路部分，其包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管具有源極端子、連接到輸入節點的漏極端子、和連接到輸出節點的柵極端子，并且所述第二晶體管具有源極端子、連接到輸入節點的漏極端子、和連接到輸出節點的柵極端子；以及放大器部分，其具有第一輸入節點、第二輸入節點、和輸出節點，所述第一輸入節點連接到跨阻放大器部分的第一輸出節點，所述第二輸入節點連接到跨阻放大器部分的第二輸出節點。通過本發明的技術認識到附加特征和優點。本發明的其它實施例和方面在這里詳細描述并被認為是要求權利的發明的一部分。參考說明和附圖以更好地理解具有所述優點和特征的本發明。
在說明書所附權利要求書中具體指出了被認為是本發明的主題并明確要求其權利。依據通過結合附圖而進行的下列詳細描述，本發明的上述和其它特征和優點是顯而易見的，附圖中圖1示出電路的現有技術示例。圖2示出光接收器系統的示范性實施例的框圖。圖3示出圖2的系統的部分的示范性實施例的框圖。圖4示出TIA和差分電路的示范性實施例的電路圖。圖5示出圖4中所示電路的Vfb-1fb特性的曲線圖。圖6示出具有CMOS反相器(inverter)和CMOS反相器跨導電路的單端TIA的示范性實施例。圖7示出圖6中所示實施例的Vfb-1fb特性的曲線圖。
具體實施例方式為了可靠地將輸入電流轉換為數字輸出，確定平均或DC輸入電流，并將其用作區分平均值以上的輸入電流(數字I)和平均值以下的輸入電流(數字0)的閾值。消除DC輸入電流被認為是電平恢復，因為其將DC電平恢復至零以提供閾值。跨阻放大器(TIA)或者諸如限幅放大器的放大器中存在的任何DC輸入偏移(offset)電壓也應該被補償，因為輸入偏移電壓有效地將閾值在0和I之間轉移。優選的閾值在0和I電平之間具有最大可能間距，其允許對于信號噪聲或其它不理想性損壞信號而不造成所接收的數據中的錯誤的最大空間。在閾值與0和I電平之間的空間被稱為噪聲容限。如果沒有最優地設置閾值，則噪聲容限可能被損害并且錯誤的概率增加(即，誤碼率(BER)增加)。通常使用反饋回路以在具有TIA和限幅放大器(LA)的電路中提供電平恢復和DC偏移補償。在這點上，反饋回路測量LA的輸出處的DC電平并將成比例的信號返回到TIA的輸入，其迫使輸出DC電平為參考電壓(用于單端輸出)或者差分(differential)零(用于差分輸出)。迫使輸出DC電平為理想閾值，由此，恢復輸入DC電流并補償TIA和LA DC輸入偏移、最大化噪聲容限、以及最小化BER。圖1示出具有利用低通濾波器(LPF)布置(arrangement)102的TIA 104和LA 106電路的電路100的現有技術示例。可以使用諸如電阻電容(RC)的低通濾波器102實施反饋回路。LPF 102提取輸出的DC內容并將DC內容返回到TIA 104，以從輸入DC電平以及TIA和LA DC偏移中減去該DC內容。TIA 104具有兩個輸入，其中，一個輸入連接到輸入器件108并且第二個輸入連接到反饋回路。DC內容的減法在TIA 104內發生。在互補金屬氧化物半導體(CMOS)TIA電路的現有技術示例中，附加的NMOS晶體管(未示出)可以用于減去DC輸入電流和TIA中的任何DC偏移。當在模擬反饋系統中使用這樣的電路時，電路性能差，因為反饋回路增益取決于NMOS晶體管的偏置點。變化的反饋回路增益導致反饋回路的頻率響應隨著DC輸入電流以及TIA和LA偏移變化而改變，這對模擬反饋系統中的電路性能產生消極影響。電路布置可以僅從輸入節點減去電流，因而僅當輸入DC電流為正(流入輸入節點)時提供電平恢復。當DC電流為負(流出輸入節點)時，電路不能提供電平恢復。圖2示出光接收器系統200的示范性實施例的框圖。系統200包括TIA202 ;放大器204，其可以包括諸如限幅放大器的放大器；時鐘和數據恢復塊(CDR)206 ;電流輸出器件208，其可以包括輸出電流的任何類型的器件，諸如光電二極管；以及反饋電路210，其從低通濾波器(LPF) 205接收反饋電壓(VFB)。LPF 205可以連接至放大器204的輸出、或TIA202的輸出。系統200的特征可以布置為獨立元件，或者具有布置為集成電路芯片中的集成元件的特征的任何組合。在示出的實施例中，系統200將信號輸出到處理器設備，或者輸出到也可以包括在集成電路或獨立的電路或設備中的邏輯電路212。在操作中，電流輸出器件208將電流信號(Iin)輸出到TIA 202和反饋電路210。TIA 202將IIN轉換為輸出到放大器204的對應的電壓信號(V-)。放大器204放大Vtjut信號并且將放大的信號V。—輸出到⑶R 206。VwtAMP信號(或在替代實施例中，來自TIA 202的Vout信號)DC內容由LPF 205測量，并且DC內容(信號Vfb)被發送到反饋電路210。CDR206將放大的電壓轉換為數字數據信號并且從數字數據的數據速率中恢復相關的時鐘信號。⑶R將數據信號Vdata和時鐘信號V。:。。,輸出到處理器212。圖3示出系統200的部分的示范性實施例的框圖。在這點上，系統200作為具有Iin-和IIN+輸入的電路而實施。在示出的實施例中，IIN+輸入可以連接到(圖2的)電流輸出器件208，并且IIN_輸入可以是浮置的。TIA 202輸出信號Vqut+和VQUT_，其中Vqut+信號可以連接到(圖2的)放大器204并且VOTT_信號可以是浮置的，替代地，V0UT+和VOTT_ 二者都可以連接到放大器204，作為差分信號VQUT。示出的實施例中的反饋電路210包括連接到IIN_節點301的第一晶體管(TD1)302、以及連接到IIN+節點303的第二晶體管(TD2)304。第三晶體管(Tt)306被偏置電壓(Vbias)(例如，諸如恒定或相對恒定電壓的偏置電壓源)偏置，并且在節點305連接到Tdi 302和Td2 304。晶體管Tdi 302、Td2 304和Tt 306可以包括任何類型的晶體管，例如，包括但不限于雙極晶體管和場效應晶體管。對于這里描述的實施例，盡管圖示和說明包括場效應晶體管，但是，本領域普通技術人員將理解，可以用多種其它類型的晶體管(諸如，替代實施例中的雙極晶體管)取代任何場效應晶體管。在這點上，這里描述的場效應晶體管的源極、漏極和柵極端子對于包括雙極晶體管的實施例來說分別對應于發射極、集電極和基極端子，并且可以當描述實施例時互換使用。因此，術語“源極端子”、“漏極端子”和“柵極端子”的使用不限于僅包括場效應晶體管的實施例，并且可以包括對于本領域普通技術人員所理解的其它類型的晶體管的任何類似的對應晶體管端子(例如，分別為發射極、集電極和基極端子)的端子。在操作中，施加于Tt 306的Vbias提供恒定電流ITm。由輸入電壓Vfb+和Vfb-通過晶體管Tm 302和Td2 304操控Itail,以產生電流IFB+和IFB_。電流Ifb+和Ifb-在節點303和節點301處分別從電流Iin+和IIN_減去，以消除DC輸入電流并提供電平恢復。所述布置也可以用于補償在TIA 202和放大器204中的DC偏移。圖4示出對應于(圖2的)系統200的TIA 202和反饋電路210的TIA 402和反饋電路410的示范性實施例的電路圖。在這點上，TIA 402是包括第一單端反相器部分414和第二單端反相器部分416的CMOS反相器TIA。第一單端反相器部分414包括晶體管Mpi 418和Mni 420、以及電阻器Rfi 422。第二單端反相器部分416包括晶體管Mp2 424和Mn2 426、以及電阻器Rf2 428。反饋電路410包括差分對晶體管Mdi 430和Md2 432、以及尾晶體管(tailtransistor)Mt 434。VQUT_節點401連接到電阻器Rfi 422以及Mpi 418和Mni 420的漏極端子。IIN+節點403連接到Mpi 418和Mni 420的柵極端子、Rf1、以及Mdi 430的漏極端子。Vqut+節點405連接至IJ電阻器Rf2 428和Mp2 424和Mn2 426的漏極端子。IIN_節點407連接到Mp2424和Mn2 426的柵極端子、Rf2 428、以及Md2 432的漏極端子。節點409連接到Mt 434的漏極端子以及Mm 430和Md2 432的源極端子。Mt 434的柵極端子接收偏置電壓Vbias。節點401 (VoutJ輸出VQUT_并且可以連接到放大器，諸如(圖2的)放大器202。諸如(圖2的)LPF 205的低通濾波器LPF可以在放大(例如，由放大器204輸出的VwtAMP)之前或之后接收Vout-,并且連接到將Vfb-提供至IJ Mdi 430的Mm 43 0的柵極端子。節點405 (V0UT+)輸出Vqut+并且可以連接到放大器，諸如(圖2的)放大器202。諸如(圖2的)LPF 205的低通濾波器LPF可以在放大(例如，V—mp)之前或之后接收VOT+，并且連接到將Vfb+提供到Md2 432的Md2432的柵極端子。示出的實施例的操作類似于圖3中的上述操作。圖5示出圖4中所示電路的Vfb-1fb特性的曲線圖500。在這點上，在VFB=(VFB+_VFB_)和Ifb= (Vfb+-VfbJ的情況下，存在線性區域501，其中可以在具有恒定跨導的反饋電路410兩端之間將電流分割。恒定跨導對反饋輸入提供恒定增益，這使反饋回路響應隨著If^PVfb在線性區域501內變化而保持穩定。反饋電路410的增益和線性范圍可以通過改變Vbias電壓而調整，這允許對于處理和環境變化的補償。差分電流可以是正的或負的，從而允許反饋電路410通過從相反極性輸入減去更多電流而補償負單端DC輸入電流，因而平衡了從TIA402的兩個半部分(half)這二者中減去的電流，以輸出平衡的差分信號。圖6示出具有CMOS反相器和反饋電路610的單端TIA 602的示范性實施例。在這點上，TIA 602部分包括晶體管Mp 604和Mn 606、以及電阻器Rf 608。反饋電路610包括晶體管Mfp 612和Mfn 614。在示出的實施例中，節點603連接到IIN、Rf 608 ；MP 604和Mn 606的柵極端子；以及Mfp 612和Mfn 614的漏極端子。節點601連接到V0UT ；MP 604和Mn 606的漏極端子；以及Rf 608。節點605連接到Mfp 612和Mfn 614的柵極端子和低通濾波器LPF，諸如(圖2的)LPF 205，其可以在放大(例如，從放大器204輸出的V-^p)之前或之后接收單端TIA 602對應于(圖2的)TIA202塊，而反饋電路610對應于反饋電路塊210，并且可以并入上述系統200的替代實施例中。在操作中，反饋電路610為DC偏移補償和恢復提供反饋輸入。在這點上，輸入Vfb調整從節點603流入的電流IFB。電流Ifb在節點603從電流Iin減去，從而允許消除DC輸入電流并提供電平恢復。圖7示出圖6中所示實施例的Ifb-Vfb的曲線圖700。線性區域701示出通過恒定跨導使電流Ifb可以呈現正值或負值的線性區域。恒定跨導對反饋輸入提供恒定增益，這使反饋回路響應隨著Ifb和Vfb在線性區域701內變化而保持穩定。此處使用的術語僅為描述特定實施例的目的，并且不意圖限定本發明。如此處所使用的，單數形式“一”、“一個”和“該”也意圖包括復數形式，除非上下文明確指出并非如此。將進一步理解，在本說明書中使用的術語“包含”和/或“包括”指定所述的特性、整數、步驟、操作、元素、和/或元件的出現，但不排除一個或多個其它特性、整數、步驟、操作、元素、元件、和/或其組合的出現或增加。所附權利要求中的所有部件或步驟以及功能元素的對應結構、材料、行為及等價物意圖包括用于執行具體要求權利的與其它要求權利的元素相結合的功能的任何結構、材料、或行為。本發明的描述已經為了示例性和描述的目的而呈現，但不意圖為詳盡的或限定于所公開的形式的本發明。在不偏離本發明的精神和范圍的情況下，多種修改和變化將對本領域普通技術人員來說是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了最好地解釋本發明的原理和實際應用，并使本領域其它普通技術人員理解適合于設想的特定用途的具有多種修改的各種實施例的本發明。此處描述的流程圖僅為一個示例。可以不偏離本發明的精神而存在對其中描述的該圖或步驟(或操作)的多種變化。例如，步驟可以以不同順序執行，或者可以添加、刪除或修改步驟。所有這些變化被認為是要求權利的本發明的一部分。盡管已經描述了本發明的優選實施例，但將理解，無論現在還是將來，本領域技術人員都可以進行各種改善和提高，其落入所附權利要求范圍內。這些權利要求應被解釋為維護對于首先描述的本發明的恰當的保護。
權利要求
1.一種電路,包括 跨阻放大器部分，其具有第一輸入節點和第二輸入節點；以及 反饋電路部分，其包括 第一晶體管，其具有源極端子、柵極端子、和連接到所述第一輸入節點的漏極端子； 第二晶體管，其具有源極端子、柵極端子、和連接到所述第二輸入節點的漏極端子；以及 第三晶體管，其具有連接到所述第一晶體管的源極端子和所述第二晶體管的源極端子的漏極端子。
2.如權利要求1所述的電路，其中所述第三晶體管包括連接到偏置電壓源的柵極端子。
3.如權利要求1所述的電路，其中所述跨阻放大器部分包括第一輸出節點和第二輸出節點。
4.如權利要求3所述的電路，其中所述電路包括第一反饋部分，其通信地連接到所述第一輸出節點和所述第一晶體管的柵極端子。
5.如權利要求3所述的電路，其中所述電路包括第二反饋部分，其通信地連接到所述第二輸出節點和所述第二晶體管的柵極端子。
6.如權利要求1所述的電路，其中所述電路包括連接到所述第一輸入節點的電流輸出器件。
7.如權利要求4所述的電路，其中所述電流輸出器件是光電二極管。
8.如權利要求4所述的電路，其中所述跨阻放大器部分包括第一單端反相器部分和第二單端反相器部分。
9.如權利要求3所述的電路，其中所述跨阻放大器部分包括第一單端反相器部分，其包括 第四晶體管，其具有連接到所述第一輸入節點的柵極端子和連接到所述第一輸出節點的漏極端子； 第五晶體管，其具有連接到所述第一輸入節點的柵極端子和連接到所述第一輸出節點的漏極端子； 第一電阻器，其連接到所述第一輸入節點和所述第一輸出節點。
10.如權利要求3所述的電路，其中所述跨阻放大器部分包括第二單端反相器部分，其包括 第六晶體管，其具有連接到所述第二輸入節點的柵極端子和連接到所述第二輸出節點的漏極端子； 第七晶體管，其具有連接到所述第二輸入節點的柵極端子和連接到所述第二輸出節點的漏極端子； 第二電阻器，其連接到所述第二輸入節點和所述第二輸出節點。
11.一種電路,包括 跨阻放大器部分，其具有輸入節點和輸出節點；以及 反饋電路部分，其包括 第一晶體管，其具有源極端子、連接到所述輸入節點的漏極端子、和連接到所述輸出節點的柵極端子；以及 第二晶體管，其具有源極端子、連接到所述輸入節點的漏極端子、和連接到所述輸出節點的柵極端子。
12.如權利要求11所述的電路，其中所述第一晶體管的柵極端子和所述第二晶體管的柵極端子通過電阻-電容反饋部分連接到所述輸出節點。
13.如權利要求11所述的電路，其中所述跨阻放大器部分包括單端反相器部分。
14.如權利要求13所述的電路，其中所述單端反相器部分包括 第三晶體管，其具有連接到所述輸出節點的漏極端子和連接到所述輸入節點的柵極端子; 第四晶體管，其具有連接到所述輸出節點的漏極端子和連接到所述輸入節點的柵極端子；以及 電阻器，其具有連接到所述輸入節點的端子和連接到所述輸出節點的端子。
15.如權利要求11所述的電路，其中所述電路包括連接到所述輸入節點的電流輸出器件。
16.如權利要求15所述的電路，其中所述電流輸出器件是光電二極管。
17.—種系統,包括 跨阻放大器部分，其具有第一輸入節點、第二輸入節點、第一輸出節點、和第二輸出節占. 反饋電路部分，其包括 第一晶體管，其具有源極端子、柵極端子、和連接到所述第一輸入節點的漏極端子； 第二晶體管，其具有源極端子、柵極端子、和連接到所述第二輸入節點的漏極端子；以及 第三晶體管，其具有連接到所述第一晶體管的源極端子和所述第二晶體管的源極端子的漏極端子；以及 放大器部分，其具有輸出節點、連接到所述跨阻放大器部分的第一輸出節點的第一輸入節點、和連接到所述跨阻放大器部分的第二輸出節點的第二輸入節點。
18.如權利要求17所述的系統，還包括時鐘和數據恢復部分，其具有數據信號輸出節點、時鐘信號輸出節點、以及連接到所述放大器部分的輸出節點的輸入節點。
19.如權利要求18所述的系統，還包括處理器部分，其具有連接到所述數據信號輸出 節點的第一輸入節點、以及連接到所述時鐘信號輸出節點的第二輸入節點。
20.如權利要求17所述的系統，其中所述系統還包括連接到所述第一輸入節點的電流輸出器件。
21.如權利要求20所述的系統，其中所述電流輸出器件是光電二極管。
22.—種系統,包括 跨阻放大器部分，其具有輸入節點和輸出節點； 反饋電路部分，其包括 第一晶體管，其具有源極端子、連接到所述輸入節點的漏極端子、和連接到所述輸出節點的柵極端子；以及 第二晶體管，其具有源極端子、連接到所述輸入節點的漏極端子、和連接到所述輸出節點的柵極端子；以及 放大器部分，其具有第一輸入節點、第二輸入節點、和輸出節點，所述第一輸入節點連接到所述跨阻放大器部分的第一輸出節點，所述第二輸入節點連接到所述跨阻放大器部分的第二輸出節點。
23.如權利要求22所述的系統，還包括時鐘和數據恢復部分，其包括數據信號輸出節點、時鐘信號輸出節點、和連接到所述放大器部分的輸出節點的輸入節點。
24.如權利要求23所述的系統，還包括處理器部分，其具有連接到所述數據信號輸出節點的第一輸入節點、和連接到所述時鐘信號輸出節點的第二輸入節點。
25.如權利要求22所述的系統，其中所述系統還包括連接到所述輸入節點的電流輸出器件。
全文摘要
一種電路包括跨阻放大器部分，其具有第一輸入節點和第二輸入節點；以及反饋電路部分，其包括第一晶體管、第二晶體管、和第三晶體管，所述第一晶體管具有源極端子、柵極端子、和連接到所述第一輸入節點的漏極端子，所述第二晶體管具有源極端子、柵極端子、和連接到所述第二輸入節點的漏極端子，并且所述第三晶體管具有連接到所述第一晶體管的源極端子和所述第二晶體管的源極端子的漏極端子。
文檔編號H03F3/08GK103001592SQ20121033049
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月7日 優先權日2011年9月7日
發明者J.E.普羅賽爾, A.V.賴爾雅科夫, C.L.肖, J.A.迪爾諾 申請人:國際商業機器公司