[实用新型]一种跨阻放大器自动增益控制电路

说明书

本实用新型公开了一种跨阻放大器自动增益控制电路，其包括跨阻放大器TIA1、跨阻放大器TIA2、NMOS管Q1、NMOS管Q2、误差放大器U3以及偏置电流源Ib。本实用新型的NMOS管Q1和NMOS管Q2无需采用低开启电压阈值的器件也能实现跨阻放大器TIA1的自动增益控制的快速响应。

技术领域

本实用新型涉及跨阻放大器领域，特别是指一种跨阻放大器自动增益控制电路。

背景技术

在现代高速光纤通信系统中，跨阻放大器TIA(Trans-Impedance Amplifier)扮演着把光电二极管生成的微弱光电流信号转化并放大为电压信号，并输出给后续的电路进行处理。因此TIA处于接收端最前沿，是光通信系统接收端的核心器件，其噪声、灵敏度、动态范围、灵敏度等核心指标基本决定了整个接收系统的性能。

在跨阻放大器电路中输入动态范围是一项重要指标，其定义为饱和输入光功率与灵敏度的差值。饱和输入光功率和灵敏度分别定义为在一定可允许误码率范围内的最大和最小输入光功率。灵敏度主要由等效输入噪声决定，等效输入噪声越小，则灵敏度指标越高；而饱和输入光功率主要由输出信号的脉宽失真等因素决定。要取得比较良好的灵敏度指标，需要在带宽允许的前提下，将跨阻即RFz值尽量做大，而跨阻越大，则饱和输入光功率则越小。

在实际应用的跨阻放大器中通常都会加入自动增益控制(Automatic GainControl，AGC)电路来解决这个问题。即在较小输入光功率时，保持大跨阻；在较大输入光功率时，自动调节减小跨阻，使得输出信号不会产生过大的脉宽失真，从而拓宽动态范围。

AGC功能通常采用一个可调的有源电阻与反馈电阻并联来实现对跨阻的调节。有两种常用的方法来检测输入光功率是否过大到会导致输出产生过大的脉宽失真，一是检测跨阻放大器TIA的交流输出幅度，如图1所示；二是检测跨阻放大器TIA的输出直流电平变化，如图2所示。

两种方法都需要在反馈环路中加入低通滤波器LPF以滤除高频分量，以保持跨阻的稳定，降低输出信号抖动。通常为了保证可接受的抖动特性，AGC环路的低频截止频率需要低至几十KHz。由于AGC环路存在低频截止频率，且低频截止频率又较低，因此AGC环路需要较长的稳定收敛时间，通常在几十us左右。因此这两种AGC电路仅适用于于连续通讯模式。

而在无源光网络(Passive Optical Network, PON)系统中，在OLT（Optical LineTerminal）端，接收端接收的信号是突发（Burst Mode）的信号，即几十个的ONU(OpticalNetwork Unit)局端按照一定的时分轮流发送信号给OLT，每个ONU发送的光功率、传送距离不一，因此OLT端接收到的光信号具有时序突发、光功率突变的特点，如图3所示。

PON主要分为GPON与EPON，其中由于采用NRZ编码以及更严格的时序要求，GPON的实现难度远大于EPON。以GPON为例，一个典型的GPON突发数据包如图4所示。一个突发数据包由前导码（36ns）、界定符(16ns)、有效数据（NRZ编码）、安全间隙区（26ns）构成。当OLT的突发接收系统接收到一个突发数据包时，整个突发接收系统需要在前导码时序内，即36ns内建立稳定的工作状态，以正确处理后续的有效数据信号。

因此如果采用传统的自动增益控制方法，要求AGC环路在36ns内收敛稳定，则AGC反馈环路的低频截止频率就不能做得太低，理论计算不能低于5MHz。而由于GPON的信号编码为NRZ码，最长连线码（consequential identical digit, CID）达72bit，在传输这种编码信号时，AGC环路的低频截止频率必须足够低，才能减小直流漂移(DC Wandering)效应，减小抖动。因此这种矛盾的存在，导致传统的AGC控制环路无法适用于突发模式的GPON接收系统上。