一種用于APD跨阻放大器的自動增益控制電路的制作方法

本發(fā)明涉及光通信技術領域，具體涉及一種用于apd跨阻放大器的自動增益控制電路。

背景技術：

雪崩光電二極管(apd)指的是在激光通信中使用的光敏元件。在以硅或鍺為材料制成的光電二極管的p-n結上加上反向偏壓后，射入的光被p-n結吸收后會形成光電流。加大反向偏壓會產生“雪崩”(即光電流成倍地激增)的現(xiàn)象，因此這種二極管被稱為“雪崩光電二極管”。在光通信領域中，跨阻放大器通常作為接收器的前置放大器。一般用于apd的跨阻放大器所采用的自動增益控制電路主要是從跨阻放大器的差分輸出端進行采樣，如圖1所示，需要從跨阻放大器的差分輸出端分別輸出兩個共模電壓取樣電路來提取跨阻放大器輸出信號的直流電平，每個共模電壓取樣模塊需要一個標準rc濾波電路，因此此種取樣方法至少需要兩個標準rc濾波電路。電路結構復雜，從而使得其電路和版圖面積較大。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于apd跨阻放大器的自動增益控制電路，電路結構簡單，電路和版圖面積較小。

為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術方案是：一種用于apd跨阻放大器的自動增益控制電路，包括跨阻放大器電壓取樣模塊、虛擬跨阻放大器模塊、跨導誤差放大器模塊和電流比較放大器模塊；跨阻放大器電壓取樣模塊包括跨阻放大器電路和共模電壓取樣電路，所述跨阻放大器電路輸入端連接apd光電二極管的正端，所述跨阻放大器電路輸出端連接所述共模電壓取樣電路的輸入端，所述共模電壓取樣電路的輸出端和虛擬跨阻放大器模塊輸出端均連接所述跨導誤差放大器模塊輸入端，所述電流比較放大器模塊的一個輸入端連接所述跨導誤差放大器模塊輸出端，所述電流比較放大器模塊的另一個輸入端連接參考閾值電流，所述電流比較放大器模塊輸出端連接所述跨阻放大器電壓取樣模塊輸入端。

在上述技術方案的基礎上，所述跨阻放大器電壓取樣模塊用于將由apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd轉換為輸出電壓vsamle并將輸出電壓vsamle輸出至跨導誤差放大器模塊；

所述虛擬跨阻放大器模塊用于將輸入電流強度為0時的靜態(tài)基準電壓vref輸出至跨導誤差放大器模塊；

所述跨導誤差放大器模塊用于對vsamle和vref之間的電壓差進行處理，使vsamle和vref相等；并在vsamle和vref相等時，向電流比較放大器模塊輸入和apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd強度相等的電流iin；

電流比較放大器模塊用于對由跨導誤差放大器模塊的輸入的電流iin進行鏡像，使得電流比較放大器模塊的輸出電流iout和由跨導誤差放大器模塊的輸入的電流iin相等但電流方向相反；并將電流比較放大器模塊的輸出電流iout與參考閾值電流ith疊加得到自動增益電流iagc并反饋至跨阻放大器電壓取樣模塊。

在上述技術方案的基礎上，所述跨阻放大器電路用于將由apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd轉換為輸出電壓vsamle；所述輸出共模取樣電路用于取得所述跨阻放大器電路的輸出電壓vsamle并將輸出電壓vsamle輸出至跨導誤差放大器模塊。

在上述技術方案的基礎上，所述跨阻放大器電路包括開環(huán)放大器和負反饋電阻。

在上述技術方案的基礎上，所述輸出共模取樣電路包括rc低通濾波電路。

在上述技術方案的基礎上，所述虛擬跨阻放大器模塊包括虛擬開環(huán)放大器和虛擬負反饋電阻。

在上述技術方案的基礎上，所述跨導誤差放大器模塊包括第一誤差放大器、第二誤差放大器、第一nmos管、第二nmos管和第三nmos管；

第一nmos管的柵極g接第二誤差放大器的輸出端；

第一nmos管的漏極d接apd光電二極管的正端；

第一nmos管的源極s接地；

第二nmos管的柵極g接第二誤差放大器的輸出端；

第二nmos管的漏極d接第一誤差放大器的輸入端；

第二nmos管的源極s接地；

第三nmos管的柵極g接第一誤差放大器的輸出端；

第三nmos管的漏極d接第一pmos管的柵極g和漏極d；

第三nmos管的源極s接第二nmos管的漏極d和第一誤差放大器的輸入端。

在上述技術方案的基礎上，電流比較放大器模塊包括第一pmos管、第二pmos管、第四nmos管和第五nmos管；其中：

第一pmos管和第二pmos管的源極s均接電源；第四nmos管和第五nmos管的源極s均接地；

第一pmos管的漏極d、第三nmos管的漏極d和第二pmos管的柵極g均連接第一pmos管的柵極g；

第五nmos管的漏極d和第五nmos管的柵極g均連接第四nmos管的柵極g；

第二pmos管的漏極d與第四nmos管的柵極g并聯(lián)輸出一路自動增益電流至跨阻放大器電壓取樣模塊輸入端。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明通過對跨阻放大器的單端輸出電壓進行采樣，并對跨阻放大器和虛擬跨阻放大器的參考電壓進行分析處理得到和apd光電二極管輸入電流強度一樣的電流信號，然后通過鏡像改變電流方向，再和參考閾值電流進行比較得到自動增益控制電流。本發(fā)明的自動增益控制電路只對跨阻放大器的單端輸出進行取樣，所以只需有一個共模電壓取樣電路，即只需有一路標準rc濾波電路,較傳統(tǒng)的差分輸出進行取樣會少一個標準rc濾波電路，電路結構簡單，電路和版圖面積較小。

(2)該自動增益控制電路采用參考閾值電流和apd光電二極管的鏡像電流進行比較得到自動增益控制電流，使得在控制自動增益控制的啟動點方面比較靈活。

附圖說明

圖1為本發(fā)明背景技術中現(xiàn)有的apd跨阻放大器的自動增益控制電路的邏輯電路圖；

圖2為本發(fā)明實施例中用于apd跨阻放大器的自動增益控制電路的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中用于apd跨阻放大器的自動增益控制電路的邏輯電路圖。

圖中：10-跨阻放大器電壓取樣模塊，100-跨阻放大器電路，101-開環(huán)放大器，102-負反饋電阻，110-共模電壓取樣電路，20-虛擬跨阻放大器模塊，201-虛擬開環(huán)放大器，202-負反饋電阻，30-跨導誤差放大器模塊，301-第一誤差放大器，302-第二誤差放大器，303-第一nmos管，304-第二nmos管，305-第三nmos管，40-電流比較放大器模塊，401-第一pmos管，402-第二pmos管，403-第四nmos管，404-第五nmos管。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

參見圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種包括跨阻放大器電壓取樣模塊10、虛擬跨阻放大器模塊20、跨導誤差放大器模塊30和電流比較放大器模塊40；跨阻放大器電壓取樣模塊10包括跨阻放大器電路100和共模電壓取樣電路110，跨阻放大器電路100輸入端連接apd光電二極管的正端，跨阻放大器電路100輸出端連接共模電壓取樣電路110的輸入端，共模電壓取樣電路110的輸出端和虛擬跨阻放大器模塊20輸出端均連接跨導誤差放大器模塊30輸入端，電流比較放大器模塊40的一個輸入端連接跨導誤差放大器模塊30輸出端，電流比較放大器模塊40的另一個輸入端連接參考閾值電流，電流比較放大器模塊40輸出端連接跨阻放大器電壓取樣模塊10輸入端。

跨阻放大器電壓取樣模塊10用于將由apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd轉換為輸出電壓vsamle并將輸出電壓vsamle輸出至跨導誤差放大器模塊30；虛擬跨阻放大器模塊20用于將輸入電流強度為0時的靜態(tài)基準電壓vref輸出至跨導誤差放大器模塊30；跨導誤差放大器模塊30用于對vsamle和vref之間的電壓差進行處理，使vsamle和vref相等；并在vsamle和vref相等時，向電流比較放大器模塊40輸入和apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd強度相等的電流iin；電流比較放大器模塊40用于對由跨導誤差放大器模塊30的輸入的電流iin進行鏡像，使得電流比較放大器模塊40的輸出電流iout和由跨導誤差放大器模塊30的輸入的電流iin相等但電流方向相反；并將電流比較放大器模塊40的輸出電流iout與參考閾值電流ith疊加得到自動增益電流iagc并反饋至跨阻放大器電壓取樣模塊10。

本發(fā)明通過對跨阻放大器的單端輸出電壓進行采樣，并對跨阻放大器和虛擬跨阻放大器的參考電壓進行分析處理得到和apd光電二極管輸入電流強度一樣的電流信號，然后通過鏡像改變電流方向，再和參考閾值電流進行比較得到自動增益控制電流。本發(fā)明的自動增益控制電路只對跨阻放大器的單端輸出進行取樣，所以只需有一個共模電壓取樣電路110，即只需有一路標準rc濾波電路,較傳統(tǒng)的差分輸出進行取樣會少一個標準rc濾波電路，電路結構簡單，電路和版圖面積較小。同時，該自動增益控制電路采用參考閾值電流和apd光電二極管的鏡像電流進行比較得到自動增益控制電流，使得在控制自動增益控制的啟動點方面比較靈活。

跨阻放大器電路100用于將由apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd轉換為輸出電壓vsamle；輸出共模取樣電路用于取得跨阻放大器電路100的輸出電壓vsamle并將輸出電壓vsamle輸出至跨導誤差放大器模塊30。

跨阻放大器電路100包括開環(huán)放大器101和負反饋電阻202102。輸出共模取樣電路包括rc低通濾波電路。虛擬跨阻放大器模塊20包括虛擬開環(huán)放大器201101和虛擬負反饋電阻202102。

跨導誤差放大器模塊30包括第一誤差放大器301、第二誤差放大器302、第一nmos管303、第二nmos管304和第三nmos管305；

第一nmos管303的柵極g接第二誤差放大器302的輸出端；

第一nmos管303的漏極d接apd光電二極管的正端；

第一nmos管303的源極s接地；

第二nmos管304的柵極g接第二誤差放大器302的輸出端；

第二nmos管304的漏極d接第一誤差放大器301的輸入端；

第二nmos管304的源極s接地；

第三nmos管305的柵極g接第一誤差放大器301的輸出端；

第三nmos管305的漏極d接第一pmos管401的柵極g和漏極d；

第三nmos管305的源極s接第二nmos管304的漏極d和第一誤差放大器301的輸入端。

電流比較放大器模塊40包括第一pmos管401、第二pmos管402、第四nmos管403和第五nmos管404；其中：

第一pmos管401和第二pmos管402的源極s均接電源；第四nmos管403和第五nmos管404的源極s均接地；

第一pmos管401的漏極d、第三nmos管305的漏極d和第二pmos管402的柵極g均連接第一pmos管401的柵極g；

第五nmos管404的漏極d和第五nmos管404的柵極g均連接第四nmos管403的柵極g；

第二pmos管402的漏極d與第四nmos管403的柵極g且并聯(lián)輸出一路自動增益電流至跨阻放大器電壓取樣模塊10輸入端。

本電路的工作原理是：

(1)vsamle≠vref時

第一nmos管303至由apd光電二極管電路導通，apd光電二極管電路導通、跨阻放大器電壓取樣模塊10、虛擬跨阻放大器模塊20、第二誤差放大器302和第一nmos管303組成負反饋電路，電流信號第一nmos管303反饋至apd光電二極管，調整apd光電二極管輸出的電流信號，使得跨阻放大器電壓取樣模塊10的輸出vsamle和虛擬跨阻放大器模塊20的輸出vref相等，且第一nmos管303的漏電壓和虛擬跨阻放大器模塊20的輸出vref相等；即vsamle＝vref＝vd_nmos303時。因此，此時第一nmos管303的漏電路和apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd相等，即id_nmos303＝iapd。

(2)vsamle＝vref時

由第一誤差放大器301，第二nmos管304,第三nmos管305組成負反饋電路，第一誤差放大器301的輸入電壓為vref，第一誤差放大器301的輸入電壓vref和虛第二nmos管304的漏電壓vd_nmos304相等，即vref＝vd_nmos304。由于vsamle＝vref＝vd_nmos303，因此第二nmos管304的漏電路和第一nmos管303的漏電路相等，由于第二nmos管304的柵電路和第一nmos管303的柵電路相等，且第二nmos管304的源電路和第一nmos管303的源電路相等，由于id_nmos303＝iapd，所以id_nmos304＝id_nmos303＝iapd。

由第二nmos管304，第三nmos管305，第一pmos管401，第二pmos管402組成電流鏡像電路，使得第二nmos管304的漏電流鏡像從第二pmos管402輸出，從而iapd＝id_nmos304＝id_pmos402,從而實現(xiàn)了第二pmos管402輸出與apd光電二極管的正端輸入的輸入電流iapd電流強度相等，電流方向相反。

由第四nmos管403和第五nmos管404組成電流鏡像電路，參考閾值電流ith從第五nmos管404的漏端輸入，通過鏡像從第四nmos管403的漏端輸出，第二pmos管402的漏極d連接第四nmos管403的柵極g且共同輸出一路自動增益電流iagc至跨阻放大器電壓取樣模塊10輸入端。

本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。