專利名稱：超動態(tài)范圍光接收機前置放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明所介紹的超動態(tài)范圍光接收機前置放大器屬于數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)技術領域，為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡中光接收機擴展動態(tài)范圍的技術方法和實施方案。
在現(xiàn)有的常規(guī)光接收機中，前置放大器是限制光接收機動態(tài)范圍的主要部分。目前，前置放大器動態(tài)范圍的擴展主要依賴于跨阻式放大器反饋電阻的調(diào)整，此時動態(tài)范圍的擴展和接收機靈敏度的提高是矛盾的，從而限制了光接收機動態(tài)范圍的提高。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡中因接收機動態(tài)范圍不足將造成誤碼或限制網(wǎng)絡拓撲結構及范圍。故而如何進一步擴展光接收機動態(tài)范圍一直是本技術領域關鍵問題之一。
本發(fā)明的目的在于提供一種簡單易行的電路方法和實施方案以克服數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)光接收機中動態(tài)范圍的擴展與高靈敏度間的矛盾，同時可以將光接收機前置放大器的動態(tài)范圍擴展到很大，達到目前通用前置放大器中線性放大器的動態(tài)范圍不能比擬甚至已無法定義的程度，從而徹底解決光接收機前置放大器動態(tài)范圍問題。
本發(fā)明的主要思想是以非線性放大器取代傳統(tǒng)的線性放大器以徹底解決光接收機前置放大器動態(tài)范圍問題。
本發(fā)明具有如附
圖1所示的幅度特性。當輸入信號幅度低于折點A時，放大器具有線性或接近線性的幅度特性。此時，不因擴展動態(tài)范圍的措施而影響接收機靈敏度的提高，當輸入信號幅度達到或超過折點A時，放大器具有平坦或接近平坦的幅度特性。此時，放大器輸出信號幅度不再跟隨或基本上不再跟隨輸入信號幅度而變化，且沒有任何電路有源器件處于飽和狀態(tài)，從而使光接收機動態(tài)范圍擴展到不受前置放大器限制的程度，且靈敏度不受影響。
附圖二a，b是實現(xiàn)本發(fā)明以上特性的電路方案。帶有有源恒流源的成對場效應晶體管或雙極型晶體管組成的增益級是形成本發(fā)明前置放大器具有折線幅度特性的核心部分。該增益級在折點電平以下時，處于線性放大的工作狀態(tài)，接收機靈敏度、前置級的增益及頻域特性等方面的要求將得到滿足。當信號幅度達到或超過折點A時，由于該增益級總電流已由有源恒流源人為設定，且該增益級成對晶體管的初始偏置狀態(tài)為其一處于線性區(qū)域，另一處于較弱導通或相同偏置的線性狀態(tài)，兩晶體管電流的總和不足以使任一晶體管進入飽和狀態(tài)。從而，在大信號輸入時，該增益級雖然有平坦的幅度特性，但沒有任何有源器件進入飽和狀態(tài)，所輸出的信號脈沖不會因輸入信號幅度較大而展寬。由于該增益級最大輸出信號幅度可以是確定的或接近確定的電平，使光接收機前置放大器中的后級及前置放大器以后各級的電路結構和狀態(tài)較易設定。
在本發(fā)明附圖2中，反饋電阻Rf的作用已與常規(guī)的跨阻式放大器不同，Rf在這里已不再是為擴展動態(tài)范圍而設置，Rf僅是為了改善放大器的幅頻特性而設置。如果該增益級基本放大器已經(jīng)具有滿足系統(tǒng)所要求的幅頻特性，則反饋電阻Rf的數(shù)值可以取得較大，以保證光接收機具有較高的靈敏度。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是以非線性放大器取代了常規(guī)的線性放大器，使光接收機前置放大器的動態(tài)范圍擴展到無法定義的地步，同時由于反饋電阻Rf的數(shù)值可以大大增加，使光接收機靈敏度提高。從而使數(shù)字光纖通信系統(tǒng)或數(shù)字光纖網(wǎng)絡的誤碼率降低，拓撲結構及網(wǎng)絡規(guī)模的限制大大減小。
附圖3為本發(fā)明的一種實例，該實例適用于10Mbps以下的情況，但很容易擴展到10Mbps以上。在該實例中，電流范圍為I∑＝I1～IDSSID＝I1～I∑/2其中，I∑為有源恒流源BG1供給成對晶體管J1、J2的總電流。ID(J2)為圖3中晶體管J2的漏極電流，IDSS為成對晶體管J1、J2的飽和漏極電流，I1為場效應晶體管折線化特性曲線的折點電流，如附圖4中B點所對應的漏極電流。I∑及ID(J2)的數(shù)值就決定了折點A的位置。所以，應根據(jù)接收機情況人為選定。但只要選定在上式范圍，本電路就具有本發(fā)明的優(yōu)良特性。
本發(fā)明附圖如下圖1本發(fā)明前置放大器的幅度特性。
圖2超動態(tài)范圍增益級圖3電路實例圖4場效應晶體管轉移特性曲線
權利要求
1.一種超動態(tài)范圍光接收機前置放大器，其特征在于該放大器的輸入級采用有恒流源的成對場效應晶體管組成的差動式電路，增益級的總電流由恒流源控制，以此達到任何時間都不出現(xiàn)有源器件的飽和現(xiàn)象。
2.一種超動態(tài)范圍光接收機前置放大器，其特征在于該放大器的輸入級采用有恒流源的成對雙極型晶體管組成的差動式電路，增益級的總電流由恒流源控制，以此達到任何時間都不出現(xiàn)有源器件的飽和現(xiàn)象。
3.根據(jù)權利要求1、2所述的一種超動態(tài)范圍光接收機前置放大器，其特征在于在該放大器輸入級差動式電路中，成對的兩只有源器件可以具有不同的直流偏置狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明是一種具有折線幅度特性且有源器件不進入飽和狀態(tài)的超動態(tài)范圍光接收機前置放大器，其核心部分是帶有恒流源的差動式電路所組成的增益級。本前置放大器可使因前置放大器而受限的光接收機動態(tài)范圍擴展到無法定義的程度，從而解決了數(shù)字光纖系統(tǒng)中接收機動態(tài)范圍的問題而不必付出信號噪聲比降低或靈敏度下降的代價。
文檔編號H04B10/06GK1077829SQ9310642
公開日1993年10月27日 申請日期1993年6月4日 優(yōu)先權日1993年6月4日
發(fā)明者李錚, 蘇翼凱 申請人:北京航空航天大學