[发明专利]跨阻抗型电子装置、具有此装置的光纤通信系统及操作此装置的方法

说明书

本发明提供一种电子装置、一种包括所述电子装置的光纤通信系统及一种操作所述电子装置的方法。所述电子装置包括具有跨阻抗级(14)的跨阻抗型放大器，所述跨阻抗级(14)包括与输入节点IN串联耦合的放大器(4)。反馈电阻器R_F串联耦合于所述放大器的输出节点与所述放大器的反相输入节点之间以提供虚拟接地节点，所述虚拟接地节点耦合到所述输入节点、所述放大器的所述反相输入节点及所述反馈电阻器。电流源(22)耦合到所述虚拟接地节点以便补偿耦合到所述电子装置的所述输入节点的输入信号I_S中的偏移电流。此外，所述电子装置包括控制级，所述控制级经配置以根据穿过反馈晶体管的电流而控制所述电流源。

技术领域

本发明涉及包括跨阻抗型放大器的电子装置、包括光电二极管及此类电子装置的光纤通信系统以及操作此类装置的方法。

背景技术

跨阻抗放大器(也称为电流/电压转换器)将输入电流转换并放大成输出电压。如果跨阻抗放大器的输入电流不包括直流(DC)分量，那么会实现跨阻抗放大器的最佳性能及高动态范围。跨阻抗型放大器经常在光纤通信系统中用于检测及放大来自检测光学数据信号的光电二极管的信号电流。光电二极管的输出信号/输出电流(其或多或少地与照射光功率成正比且因此或多或少地与光学数据信号成正比)被转换成用于后续数据处理步骤的电压信号。光纤通信系统中的接收器的灵敏度及其动态范围主要由跨阻抗放大器级决定。

通过图1a的简化电路图来图解说明光纤通信系统中的信号转换的原理。存在接收具有功率P_OPT的光学数据信号S的光电二极管2。光电二极管2耦合到偏置供应电压BIAS，且光电二极管2的光电流I_S耦合到放大器4的输入。反馈电阻器RF耦合于放大器4的输入与输出之间。因此，存在耦合到放大器4的输入的虚拟接地节点6。在跨阻抗放大器的输出节点OUT处提供输出电压U_S。如果跨阻抗放大器的增益显著高于1，那么跨阻抗增益等于R_F的值且反馈电阻器R_F中的电流等于信号电流I_S。

然而，为在最高动态范围下实现最优性能，输入电流I_S应为双向的。换句话说，输入电流I_S应以优选地相同振幅流进及流出放大器4。然而，光电二极管2提供单向电流，且因此，信号电流I_S中存在DC电流分量。

图1b图解说明光纤通信系统中的光电二极管2的时间相依信号电流I_S。信号电流I_S在用位信息“0”识别的第一电流电平L0与用位信息“1”识别的第二电流电平L1之间交替。电流电平L0大于零电流，因为如果传送“零”位，那么应用于光学数据传输的光源(通常为激光器)通常未被完全切断。两个电流电平L0、L1均大于零(电流)，且因此，信号电流I_S中存在平均DC偏移电流I_AVG。即使针对“零”位的电流电平L0被设定为零电流，也将存在等于峰值电流一半的平均DC偏移电流。

可通过引入额外电流源来减少光电二极管2的信号电流I_S中的DC电流分量，所述额外电流源耦合到跨阻抗放大器的输入且将从由光电二极管2递送的信号电流I_S减去平均DC电流I_AVG。在图2a中，存在跨阻抗放大器的另一简化电路图，其中额外电流源8耦合到虚拟接地节点6以便从输入信号I_S减去平均DC电流I_AVG。在图2b的时间相依简化图中展示等于跨越反馈电阻器R_F的电流的经修改信号I_S*。用位信息“0”识别的电流电平L0为负的(即，低于零电流)，且用位信息“1”识别的(经修改输入信号I_S*的)电流电平L1高于零电流。现在，输入电流I_S*的平均值非常接近于零电流。然而，引入用于从信号电流I_S减去平均电流I_AVG的额外电流源8会引入额外噪声。如果在光纤通信系统内使用跨阻抗放大器，那么这可显著影响接收器的灵敏度。