本發明涉及一種簡單的應用于ROF激光器的預失真電路,屬于信息傳輸技術領域。
背景技術:
射頻光纖即ROF(Radio Over Fiber)技術是一種利用射頻或中頻信號調制光波并通過光波進行傳輸的信息傳輸技術。由于利用光纖傳輸射頻信號具有信道穩定、損耗低、帶寬大、不受電磁干擾、無輻射、重量輕、易于安裝維護等優點,因此ROF技術在移動通信、艦船通信、射電天文、醫學影像等領域得到了廣泛的應用。最近量子通信獲得國家的高度關注,而ROF技術是其能夠廣泛應用的重要保障。
技術實現要素:
發明目的:本發明是為了解決激光器自身的非線性對整個ROF系統的信號收發造成的影響,本發明提供一種ROF激光器的預失真電路及方法,本發明采用工作在亞閾值狀態的MOS具有與激光器相反的非線性,通過反饋電路來控制晶體管的非線性實現對激光器非線性的補償。整個預失真電路簡單、面積小、功耗低、集成度高。
技術方案:為實現上述目的,本發明采用的技術方案為:
一種ROF激光器的預失真電路,包括單級共柵放大器、T型偏置器、增益倍增放大器,其中:
所述單級共柵放大器主要由第一NMOS晶體管Q1、第二NMOS晶體管Q2、第三NMOS晶體管Q3、第六NMOS晶體管Q6和第一電阻R1組成,所述第一NMOS晶體管Q1的漏極、第二NMOS晶體管Q2的漏極、第三NMOS晶體管Q3的漏極均與第六NMOS晶體管Q6的源極連接,而所述第二NMOS晶體管Q2的源極、第三NMOS晶體管Q3的源極均與第一NMOS晶體管Q1的源極連接,所述第六NMOS晶體管Q6的漏極與第一電阻R1的一端連接,而第一電阻R1的另一端接電源Vdd,所述第六NMOS晶體管Q6的柵極接電源Vdd,所述第三NMOS晶體管Q3的柵極接第一電壓V1,第二NMOS晶體管Q2的柵極接第二電壓V2,所述第一NMOS晶體管Q1的柵極通過第二電阻R3接第二電壓V2。
所述T型偏置器包括第一電容C1和第一電感L1,所述第一電容C1一端接輸入信號RFin,另一端接第一NMOS晶體管Q1的源極,而所述第一電感L1一端接地,,另一端接第一NMOS晶體管Q1的源極。
所述增益倍增放大器主要由第四PMOS晶體管Q4、第五NMOS晶體管Q5以及第二電阻R2組成,所述第五NMOS晶體管Q5的柵極通過第二電容C2與第一NMOS晶體管Q1的源極連接,所述第五NMOS晶體管Q5的源極接地,而所述第五MOS晶體管Q5的漏極與第四PMOS晶體管Q4的漏極連接,所述第四PMOS晶體管Q4的柵極與第五NMOS晶體管Q5的柵極連接,所述第四PMOS晶體管Q4的源極接控制電壓Vc;所述第二電阻R2的一端與第五NMOS晶體管Q5的柵極連接,另一端與第五NMOS晶體管Q5的漏極連接,所述第五NMOS晶體管Q5的漏極通過第四電容C4與第一NMOS晶體管Q1的柵極連接。
一種ROF激光器的預失真電路的預失真方法:所述第二電容C2、第四電容C4的作用是將輸入信號RFin耦合到增益倍增放大器的柵極以及將增益倍增放大器的輸出耦合到第一NMOS晶體管Q1的柵極。第一電阻R1是單級共柵放大器的漏極負載。第三NMOS晶體管Q3工作在飽和區,第二NMOS晶體管Q2工作在亞閾值區,對第三NMOS晶體管Q3進行三階線性補償,使得這兩個管子的整體工作在線性度較高的狀態。第一MOS晶體管Q1也工作在亞閾值區,第二NMOS晶體管Q2和第三NMOS晶體管Q3作為是線性路徑,而第一NMOS晶體管Q1非線性路徑。通過控制電壓Vc調節增益倍增放大器的增益。
優選的:假設第一MOS晶體管Q1這個工作在亞閾值區的晶體管的傳輸方程表示為:
io=g1vin+g2vin2+g3vin3
式中,io表示輸出的信號電流,g1表示泰勒級數展開的一階系數,g2表示泰勒級數展開的二階系數,g3表示泰勒級數展開的三階系數,vin表示輸入信號;
結合增益倍增放大器,那么輸出就變成下式:
io=(1+A)g1vin+(1+A)2g2vin2+(1+A)3g3vin3
式中,A表示增益倍增放大器的增益。
有益效果:本發明相比現有技術,具有以下有益效果:
采用單級共柵放大器,結構簡單,版圖占用面積小。通過調節Vc來控制增益倍增放大器的增益,進而調節整個預失真電路的三階非線性,原理簡單,電路性能穩定。
附圖說明
圖1傳統預失真結構框圖
圖2是本發明電路的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例,進一步闡明本發明,應理解這些實例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍,在閱讀了本發明之后,本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
如圖1所示,現有的預失真電路采用多路徑結構,它們通過將輸入信號通過功分器進行分解,然后將分解的信號分別通過線性通路還有非線性通路。線性通路需要電延時線,使得信號通過線性通路和非線性通路的時間相同。為了轉換非線性通路的相位,在非線性通路還需要相移器。版圖占用面積大,結構非常復雜。
如圖2所示,本發明使用預失真電路。電路結構簡單,能夠有效地實現激光器的預失真。
本發明的一種ROF激光器的預失真電路是基于MOS晶體管自身非線性來實現的。同時,由于共柵放大器本身具有很大的帶寬,該預失真電路可以在較大的帶寬下工作。主要包括包括一個單級共柵放大器、T型偏置器、一個推挽放大器作為增益倍增放大器。
本發明中共柵放大器由晶體管Q1,Q2,Q3,Q6和R1組成。L1和C1采用外接的Bias-Tee來實現匹配。C2,C4的作用是將輸入信號耦合到推挽放大器的柵極以及將推挽放大器的輸出耦合到Q1管的柵極。R1是共柵放大器的漏極負載。其中Q3管工作在飽和區,Q2管工作在亞閾值區,對Q3管進行三階線性補償,使得這兩個管子的整體工作在線性度較高的狀態。這里Q2和Q3管可以認為是線性路徑。Q1管也工作在亞閾值區。可以認為Q1管是非線性路徑。Q4,Q5,R2組成的增益倍增放大器結構,用來驅動Q1晶體管。通過Vc調節由Q4,Q5,R2組成的推挽放大器的增益。
所述單級共柵放大器主要由第一NMOS晶體管Q1、第二NMOS晶體管Q2、第三NMOS晶體管Q3、第六NMOS晶體管Q6和第一電阻R1組成,所述第一NMOS晶體管Q1的漏極、第二NMOS晶體管Q2的漏極、第三NMOS晶體管Q3的漏極均與第六NMOS晶體管Q6的源極連接,而所述第二NMOS晶體管Q2的源極、第三NMOS晶體管Q3的源極均與第一NMOS晶體管Q1的源極連接,所述第六NMOS晶體管Q6的漏極與第一電阻R1的一端連接,而第一電阻R1的另一端接電源Vdd,所述第六NMOS晶體管Q6的柵極接電源Vdd,所述第三NMOS晶體管Q3的柵極接第一電壓V1,第二NMOS晶體管Q2的柵極接第二電壓V2,所述第一NMOS晶體管Q1的柵極通過第二電阻R3接第二電壓V2。
所述T型偏置器包括第一電容C1和第一電感L1,所述第一電容C1一端接輸入信號RFin,另一端接第一NMOS晶體管Q1的源極,而所述第一電感L1一端接地,,另一端接第一MOS晶體管Q1的源極。
所述增益倍增放大器主要由第四PMOS晶體管Q4、第五NMOS晶體管Q5以及第二電阻R2組成,所述第五NMOS晶體管Q5的柵極通過第二電容C2與第一NMOS晶體管Q1的源極連接,所述第五NMOS晶體管Q5的源極接地,而所述第五NMOS晶體管Q5的漏極與第四PMOS晶體管Q4的漏極連接,所述第四PMOS晶體管Q4的柵極與第五NMOS晶體管Q5的柵極連接,所述第四PMOS晶體管Q4的源極接控制電壓Vc;所述第二電阻R2的一端與第五NMOS晶體管Q5的柵極連接,另一端與第五NMOS晶體管Q5的漏極連接,所述第五NMOS晶體管Q5的漏極通過第四電容C4與第一NMOS晶體管Q1的柵極連接。
一種ROF激光器的預失真電路的預失真方法:所述第二電容C2、第四電容C4的作用是將輸入信號RFin耦合到增益倍增放大器的柵極以及將增益倍增放大器的輸出耦合到第一NMOS晶體管Q1的柵極。第一電阻R1是單級共柵放大器的漏極負載。第三NMOS晶體管Q3工作在飽和區,第二NMOS晶體管Q2工作在亞閾值區,對第三NMOS晶體管Q3進行三階線性補償,使得這兩個管子的整體工作在線性度較高的狀態。第一NMOS晶體管Q1也工作在亞閾值區,第二NMOS晶體管Q2和第三NMOS晶體管Q3作為是線性路徑,而第一NMOS晶體管Q1非線性路徑。通過控制電壓Vc調節增益倍增放大器的增益。
假設第一MOS晶體管Q1這個工作在亞閾值區的晶體管的傳輸方程表示為式(1):
io=g1vin+g2vin2+g3vin3 (1)
式中,io表示輸出的信號電流,g1表示泰勒級數展開的一階系數,g2表示泰勒級數展開的二階系數,g3表示泰勒級數展開的三階系數,vin表示輸入信號。
結合增益倍增放大器,那么輸出就變成式(2):
io=(1+A)g1vin+(1+A)2g2vin2+(1+A)3g3vin3 (2)
式中,A表示增益倍增放大器的增益。
從上式中可以看到,三階項被放大了(1+A)3倍。因為工作在亞閾值區的晶體管本身具有與激光器相反的三階非線性,因此不需要相移器來進行反向。
本發明采用一個單級共柵放大電路以及一個推挽放大器作為增益倍增環路(放大器)。共柵放大器由第一NMOS晶體管Q1、第二NMOS晶體管Q2、第三NMOS晶體管Q3三只MOS晶體管組成,其中第三NMOS晶體管Q3工作在飽和區,而第二NMOS晶體管Q2工作在亞閾值區,用來補償第三NMOS晶體管Q3產生的非線性。第二NMOS晶體管Q2和第三NMOS晶體管Q3可以近似看成線性通路。第一NMOS晶體管Q1也工作在亞閾值區,通過推挽放大器的增益來控制第一NMOS晶體管Q1的三階非線性的大小,第三NMOS晶體管Q3作為整個預失真的非線性通路。第四NMOS晶體管Q4,第五MOS晶體管Q5,第二電阻R2組成的增益倍增放大器結構,施加在第一NMOS晶體管Q1這個工作亞閾值區的管子。推挽放大器的增益可以通過調節電壓Vc來實現。整個工作原理可以認為是第二NMOS晶體管Q2,第三NMOS晶體管Q3這個線性通路的加上第三NMOS晶體管Q3這個三階補償的非線性通路一起工作,產生的輸出信號對于后級激光器進行補償。第一電容C1,第一電感L1采用的是外接器件,例如Bias-Tee。整個電路的面積小,功耗低。
本發明提出的預失真電路具有結構簡單,版圖面積小,功耗低的特點。
以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。