[发明专利]一种应用于高速光接收机的跨阻放大器及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信芯片技术领域，特别涉及一种应用于高速光接收机的跨阻放大器。

背景技术

在光通信系统中，接收端通过光检测器(光电二极管)产生的电流信号可能很微弱，而光接收机前置放大器的作用就是进行跨阻变换，将光电流信号放大成一定幅度的电压信号，供后级电路在电压域进行信号处理。故高速光通信系统中的前置放大器称为跨阻放大器(Transimpedance Amplifier，以下简称TIA)。在带宽满足系统传输速率的前提下，不仅要求跨阻放大器有较低的噪声，同时还要提供足够的增益来放大信号、抑制后级模块的噪声。而高带宽和低噪声一般互斥，故高速跨阻放大器噪声性能很难提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于高速光接收机的跨阻放大器及设计方法，具有低噪声、高增益、高带宽的优点，以提高现有TIA的噪声性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于高速光接收机的跨阻放大器，包括三级高增益放大器A和反馈电阻Rf；三级高增益放大器A的三级分别为第一级放大器A1、第二级放大器A2和第三级放大器A3；第一级放大器A1的输出端接第二级放大器A2的输入端，第二级放大器A2的输出端接第三级放大器A3的输入端；反馈电阻Rf两端分别接第一级放大器A1的输入端和第三级放大器A3的输出端。

进一步的，三级高增益放大器A内部，先降低第一级放大器A1的带宽，提高第一级放大器A1的增益，通过将后两级第二级放大器A2和第三级放大器A3设置为连续时间线性均衡器(CTLE:continuous-time linear equalizer)，采用带宽恢复技术将三级高增益放大器A的总带宽恢复到所需值。

进一步的，带宽恢复技术为电感峰化(inductive peaking)或电容退化(capacitive degeneration)。

进一步的，所述反馈电阻Rf为可调电阻。

进一步的，反馈电阻Rf包括并联设置的晶体管MN4和电阻R3。

进一步的，第一级放大器A1的输入端连接等效输入电容Cin；等效输入电容Cin一端连接第一级放大器A1的输入端，另一端接地；第三级放大器A3的输出端连接后级电路的等效电容Cload；后级电路的等效电容Cload一端连接第三级放大器A3的输出端，另一端接地。

进一步的，第一级放大器由输入跨导晶体管MN1和负载晶体管MP1组成；第二级放大器由跨导晶体管MN2、负载电阻R1、串联电感L1组成；第三级放大器由跨导晶体管MN3、负载电阻R2、串联电感L2组成；反馈电阻Rf由电阻R3和晶体管MN4组成；输入晶体管MN1的栅端接输入、电阻R3的左端和晶体管MN4的漏端；晶体管MN1源端接地，漏端接晶体管MP1的漏端和晶体管MN2的栅端；晶体管MP1的栅端接偏置电压V1，源端接VDD；晶体管MN2的源端接地，漏端接电阻R1的下端和晶体管MN3的栅端；晶体管MN3的源端接地，漏端接电阻R2的下端、电阻R3的右端和晶体管MN4的源端；电阻R1的上端接电感L1的下端；电阻R2的上端接电感L2的下端；电感L1的上端接VDD；电感L2的上端接VDD；反馈电阻Rf由电阻R3和MN4并联组成：晶体管MN4的栅端接偏置电压V2；晶体管MN1的栅端、晶体管MN4的漏端和电阻R3的左端共接，作为跨阻放大器的输入端；晶体管MN3的漏端、晶体管MN4的源端、电阻R3的右端和电阻R2的下端共接，作为跨阻放大器的输出端。

一种应用于高速光接收机的跨阻放大器的设计方法，包括以下步骤：

第一步、设计三级高增益放大器A：

1)设计第一级放大器A1：设计第一级放大器A1的带宽为放大器A的总带宽的1/3～1/2；

2)设计第二级放大器A2和第三级放大器A3：将第二级放大器A2和第三级放大器A3设置为连续时间线性均衡器，采用带宽恢复技术将三级高增益放大器A的总带宽恢复到所需值；

第二步、设计反馈电阻Rf：满足整个跨阻放大器闭环带宽的要求；

其中，第一级放大器A1的输出端接第二级放大器A2的输入端，第二级放大器A2的输出端接第三级放大器A3的输入端；反馈电阻Rf两端分别接第一级放大器A1的输入端和第三级放大器A3的输出端。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：