具有增大動態(tài)范圍的跨阻放大器(tia)及其光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光器件中的可變增益跨阻放大器。所述跨阻放大器（TIA）具有改良的電信號接收動態(tài)范圍，并用于將雪崩光電二極管（APD）的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。所述TIA輸入和輸出端之間設(shè)置有電阻元件，其中所述電阻元件的阻值可調(diào)節(jié)所述TIA的電阻值和/或阻抗值，且還有一個開關(guān)控用于制或確定所述電阻元件的阻值。當(dāng)所述APD接收的光信號功率大于預(yù)定值時，所述阻值變小而所述TIA的增益則變大。當(dāng)光信號功率小于預(yù)定值時，所述電阻值變大。所述TIA的增益根據(jù)接收光信號的強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)，以便獲得更大的動態(tài)工作范圍。
【專利說明】具有增大動態(tài)范圍的跨阻放大器(TIA)及其光器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信器件領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明的實(shí)施例適用于在光器件中擴(kuò)大跨阻放大器(TIAs)動態(tài)范圍的電路。

【背景技術(shù)】
[0002]光收發(fā)器以光的形式通過光鏈路，比如光纖鏈路，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。光發(fā)射器包括用于驅(qū)動激光器或二極管(比如，發(fā)光二極管[LED])的激光器驅(qū)動電路，以便在光纖鏈路上根據(jù)接收的電信號制造光脈沖。光接收器包括用于接收光信號的光敏二極管或具有高增益特性的雪崩二級管，所述光信號隨后被轉(zhuǎn)換為電流信號。因此，光收發(fā)器(i)可將光信號轉(zhuǎn)換為模擬和/或數(shù)字電信號，且(ii)還可將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。
[0003]光學(xué)收發(fā)器模塊的接收器(RX)部分通常包括至少一個光電二極管或光電檢測器、至少一個互阻放大器(TIA)以及至少一個線性放大器(LA)。其中，TIA的一個或多個晶體管的尺寸和偏壓會影響電路噪音的強(qiáng)度。通過確定TIA的晶體管的尺寸和偏壓來影響用于給定處理技術(shù)的TIA的帶寬。為了實(shí)現(xiàn)互阻放大器更大的增益和靈敏度，通常要增加反饋電阻的阻抗。一般來說，TIA的增益是固定不變的，這樣就造成了:如果TIA增益大，能夠滿足低輸入光功率的靈敏度要求，但當(dāng)輸入光功率過大時TIA會過載或飽和；如果TIA增益小，能夠滿足大輸入光功率的過載要求，但當(dāng)輸入光功率過小時TIA靈敏度會偏低。
[0004]為了改進(jìn)TIA的性能，中國發(fā)明專利申請CN1523753A中公開了一種利用反饋電阻網(wǎng)絡(luò)動態(tài)控制TIA增益的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)中，通過開關(guān)控制并聯(lián)電阻的阻值動態(tài)改變TIA的增益強(qiáng)度。此外能夠同時兼顧TIA的過載和靈敏度特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種具有動態(tài)增益的互阻放大器，以及使用該互阻放大器的光器件。
[0006]在一個實(shí)施例中，具有改良動態(tài)范圍的TIA可包括電流放大器，用于從接收電流生成放大電壓，其中所述電流放大器具有參考電壓輸入端，另一輸入端及輸出端；值可調(diào)(比如，可調(diào)節(jié)的電阻值和/或阻抗)阻抗器(比如，阻抗器件)，設(shè)置在所述TIA輸入和輸出端之間，和開關(guān)，用于確定或控制所述阻抗器的可調(diào)值。當(dāng)接收光信號(比如，生成接收電流的來源)的功率大于預(yù)定值時，所述阻抗器的電阻值減小，而當(dāng)接收光信號的功率小于預(yù)定值時，所述阻抗器的電阻值增大。舉例來說，所述阻抗器可以是或包括諸如能提供阻抗匕如，在TIA的輸入和/輸出端)的感應(yīng)器或電阻器。所述參考電壓可由微控制器(MCU)或其他處理器或邏輯電路確定和/或提供。
[0007]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述阻抗器包括N個平行電阻器(比如，在所述TIA輸入和輸出端之間并聯(lián)設(shè)置的)，其中至少一個第一電阻器連接所述TIA的輸入和輸出端，且至少一個第二電阻器有一端與所述TIA的輸入和輸出端中其一連接而另一端與所述開關(guān)連接。N為大于或等于2的整數(shù)。舉例來說，N=2。而且，所述開關(guān)可由控制電壓(比如，V_CTR)啟動或關(guān)閉。
[0008]此外，所述第一電阻器和第二電阻器都具有在1:5 to 1:10間的電阻值比率，這樣能有效保證開關(guān)從一個設(shè)置(或范圍)切換至另一個時，用于TIA的至少兩個增益范圍內(nèi)存在增益重疊區(qū)，且重疊區(qū)足夠大到在增益范圍間沒有間隙，同時又使該設(shè)計(jì)的兩種增益范圍覆蓋最大化。
[0009]所述TIA還包括遲滯電路，用于通過將輸入電壓與至少一個預(yù)定值比較調(diào)整所述控制電壓(比如，在所述遲滯電路的輸出端)，所述預(yù)定值包括可由多個遲滯電阻器(比如，R4，R5和Rf)配置的高和低預(yù)定值。當(dāng)所述遲滯電路上的輸入電壓大于所述高預(yù)定值時，來自所述遲滯電路的控制電壓打開或啟動所述開關(guān)，而當(dāng)所述遲滯電路上的輸入電壓小于所述高預(yù)定值時，所述控制電壓關(guān)閉或禁用所述開關(guān)。
[0010]所述遲滯電路可包括放大器和多個遲滯電阻器。所述放大器具有第一輸入端，第二輸入端和輸出端。所述多個遲滯電阻器包括連接在所述放大器輸入和輸出端之間的第三電阻器(比如，Rf)，與所述放大器第二輸入端串聯(lián)的第四電阻器(比如，R4)，和連接在第一參考電壓和所述第一輸入端之間的第五電阻器(比如，R5)。所述放大器可用于接收電流鏡的輸出，并因此可在光器件中將所述電流鏡與升壓電路連接。所述高和低預(yù)定值可由所述遲滯電路的第三，四和五遲滯電阻器(即，R4, R5和Rf)確定。
[0011]本發(fā)明還提供了一種包含所述TIA和一種光電二極管的光收發(fā)器，其中所述電流放大器的輸入端與所述光電二極管連接。而且，在所述光收發(fā)器中，所述TIA的開關(guān)由控制電壓(比如，V_CTR)開啟或關(guān)閉。所述TIA還可包括遲滯電路，用于通過將輸入電壓與至少一個預(yù)定值比較調(diào)整所述控制電壓(比如，在所述遲滯電路的輸出端)，所述預(yù)定值包括可由所述遲滯電路中的多個遲滯電阻器(比如，R4，R5和Rf)配置的高和低預(yù)定值(比如，在遲滯水平的控制下)。當(dāng)流向所述遲滯電路的輸入電壓大于所述高預(yù)定值時，來自所述遲滯電路的控制電壓啟動或打開所述開關(guān)，而當(dāng)流向所述遲滯電路的輸入電壓小于所述低預(yù)定值時，所述控制電壓則禁用或關(guān)閉所述開關(guān)。所述光電二極管還與電流鏡連接，可能，一次串聯(lián)至激發(fā)電路。所述電流鏡的一端(比如，輸出)與進(jìn)入所述遲滯電路的輸入(比如，與電阻器一起提供輸入電壓)相連接。
[0012]本發(fā)明還提供了一種接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)，包括所述TIA和遲滯電路。所述遲滯電路的一輸入端接收或連接參考電壓，同時另一輸入端連接(或接受輸出自)模擬放大電路。所述模擬放大電路的一輸入端連接光電二極管和光接收器。本發(fā)明還提供了一種包含所述RSSI的光接收器。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:當(dāng)輸入光功率在高位時，可以通過調(diào)節(jié)阻抗元件的阻值，減小互阻放大器的收益，使得過載的互阻放大器失真得以改善；當(dāng)輸入光功率在低位時，可以通過調(diào)節(jié)阻抗元件的阻值，增大互阻放大器的收益，使得互阻放大器具有較高的收益，用于保證較寬輸出電壓擺幅，改進(jìn)其靈敏性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的第一電路圖。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的第二電路圖。
[0016]圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例的遲滯電路產(chǎn)生的效果和/或緩沖功能的圖表。
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的包含TIA的典型收發(fā)器。
[0018]圖5是為跨阻放大器選擇增益范圍和/或在光接收器中由接收光信號放大電信號的典型方法流程圖。
具體實(shí)施例
[0019]本發(fā)明的各種實(shí)施例都會有詳細(xì)的參照。參照的例證會在附圖中得到闡釋。本發(fā)明會用隨后的實(shí)施例說明，但本發(fā)明不僅限于這些實(shí)施例的說明。相反的，本發(fā)明還意欲涵蓋，可能包括在由附加權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的主旨和值域內(nèi)的備選方案，修訂條款和等同個例。而且，在下文對本發(fā)明的詳細(xì)說明中，指定了很多特殊細(xì)節(jié)，以便對本發(fā)明的透徹理解。但是，對于一個所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的專業(yè)人員來說，本發(fā)明沒有這些特殊細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)的事實(shí)是顯而易見的。在其他實(shí)例中，都沒有詳盡說明公認(rèn)的方法，程序，部件和電路，以避免本公開的各方面變得含糊不清。
[0020]無論如何，我們都應(yīng)該記住所有這些及類似的術(shù)語都與適當(dāng)?shù)奈锢砹亢?或信號有關(guān)，并且它們僅僅是適用于這些量和/或信號的符號而已。除非有特別說明和/或否則就如下所述一樣顯而易見，用貫穿本申請的論述術(shù)語諸如“操作”，“計(jì)算”，“判定”或者諸如此類的涉及電腦或數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的動作或步驟，或類似裝置(如，電氣，光學(xué)或量子計(jì)算，處理裝置或電路)來處理或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)表示物理量(如，電子)都是允許的。這類術(shù)語涉及，在電路，系統(tǒng)或構(gòu)造(比如，寄存器，存儲器，其他這樣的信息存儲，傳輸或顯示裝置等等)的部件值域內(nèi)，把物理量處理或轉(zhuǎn)換成在相同或者不同系統(tǒng)或構(gòu)造的其他部件值域中類似的物理量。
[0021]此外，在本申請的背景下，術(shù)語“信號”和“總線”涉及任何已知的結(jié)構(gòu)，構(gòu)造，排列，技術(shù)，方法和/或步驟，用于在電路中將電信號從一個點(diǎn)物理地轉(zhuǎn)移到另一個點(diǎn)。并且，除非事先注明，否則，從就只能從此處的大前提下使用，術(shù)語“指定的”，“固定的”，“已知的”和“預(yù)定的”來提及值，數(shù)量，參數(shù)，約束，條件，狀態(tài)，過程，程序，方法，實(shí)踐或他們的理論可變組合，但是這種可變往往是事先約定的，并且此后，一經(jīng)使用便不可更改的。
[0022]
除非有特別說明，為方便起見，屬于“光的”和“光電的”在文中都可交替使用，相互包涵。此外，術(shù)語“收發(fā)器”指具有至少一個接收器和至少一個發(fā)送器的裝置，且除非文中另有詳細(xì)說明，術(shù)語“收發(fā)器”的使用也包含“接收器”和/或“發(fā)射器”。同樣，為方便起見，術(shù)語“連接到”，“與…耦合”，“與…通信”和“耦合至”都可以交替使用。
[0023]文中所披露的各種實(shí)施例和/或例子都可與其他實(shí)施例和/或例子組合，只要這樣的組合是適宜，有必要或有利的。下面將結(jié)合典型的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]實(shí)施例一
如圖1所示，光接收器100包括具有改良動態(tài)范圍的TIA110，所述TIA包括電流放大器112，阻抗器120，和開關(guān)130。所述TIAllO還可包括接收電流放大器112輸出的緩沖器114。在一個實(shí)施例中，雖然緩沖器114為或包括差分輸出緩沖器(如圖所示)，但是也可是或包括傳統(tǒng)單端緩沖器(即，提供單端輸出信號，與差分輸出信號相反)。TIAllO特別適用于光或光電器件，比如光接收器和光發(fā)射器。
[0025]電流放大器112具有參考電壓輸入端，第二輸入端，和輸出端。電流放大器112用于從接收偏置電流生成放大電流(比如，在輸出端)。舉例來說，所述偏置電流由光電二極管140提供，這樣將接收光信號轉(zhuǎn)換為電信號(比如，偏置電流)。所述參考電壓輸入端上的參考電壓(比如，Vrefl)可以是能放大所述偏置電流的任意電壓。比如，所述參考電壓Vrefl可以是接地電位(比如，O V)，偏移電壓(比如，某種電壓，通過它來自光電二極管140的信號可從預(yù)定電壓中分離出來，比如O V)，或可提供預(yù)期或預(yù)定結(jié)果或功能的另一種電壓。
[0026]在一個實(shí)施例中，阻抗器120包括電阻器Rl和R2，設(shè)置在(比如，連接在)電流放大器112輸入和輸出端之間。電阻器Rl的一端與開關(guān)130串聯(lián)，所述開關(guān)由控制電壓(t匕如，V_CTR)禁用或啟用，而所述控制電壓則來源于如遲滯電路150的控制器。在其他實(shí)施例中，所述控制電壓也可來源于差分控制器(比如，微控制器，處理器或其他邏輯電路)。通常，所述控制電壓是數(shù)字信號，盡管它在其他實(shí)施例中也可以是模擬信號。電阻器Rl的第一端與電流放大器112的電流輸入端而第二端則與開關(guān)130連接。開關(guān)130的輸入端與電阻器Rl的第二端連接而輸出端則與放大器112的輸出端連接。開關(guān)130還具有接收所述控制信號(比如，V_CTR)的控制端。
[0027]電阻器Rl和R2具有不同的電阻值。舉例來說，Rl的電阻值在I到10 kQ間，而R2的阻值則在5到10 kQ間。Rl和R2阻值的增益比率可在1:1到1:100間，而在某些實(shí)施例中，可在1:5到1:10間。兩個電阻器Rl和R2和開關(guān)130為TIAllO提供了至少兩個增益范圍，I: 5到1:10的阻值比率范圍可在TIAllO的電阻器Rl開啟時的增益與TIAllO的電阻器Rl關(guān)閉時的增益之間提供一個重疊區(qū)域，從而使切換設(shè)置時(比如，開關(guān)130開起或關(guān)閉)TIAllO增益范圍無間隙。同樣，1:5到1:10的阻值比率范圍還可使所述兩個增益范圍覆蓋最大化。
[0028]在另一個實(shí)施例中，阻抗器120還可包括第三電阻器(未顯示)，與電阻器Rl和R2并聯(lián)。所述第三電阻器與第二開關(guān)(未顯示)串聯(lián)，接收與開關(guān)130相同或不同的控制電壓。當(dāng)所述第二開關(guān)接收的控制電壓與開關(guān)130接收的控制電壓相同時，所述控制電壓可以是如接收遲滯電路150輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的多位數(shù)字信號。因此，本發(fā)明預(yù)想了一種帶數(shù)字化可選動態(tài)增益范圍的TIA。
[0029]遲滯電路150用于通過將輸入電壓與一個或多個預(yù)定值比較在其輸出端152調(diào)節(jié)所述控制電壓。所述輸入電壓通過將鏡像電流172穿過電阻(比如，一個或多個電阻器，它們其中之一可接收來自電流放大器160的放大電流)實(shí)現(xiàn)。所述鏡像電流可從節(jié)點(diǎn)142的電流上復(fù)制(比如，電流的整數(shù)倍或1/n)，由光電二極管140生成。所述預(yù)定值包括高和低預(yù)定值。當(dāng)流向遲滯電路150的輸入電壓大于所述高預(yù)定值時，來自遲滯電路150的控制電壓152將處于第一數(shù)字邏輯狀態(tài)(比如，“1”)，而開關(guān)130被激活或打開。另一方面，當(dāng)來自遲滯電路150的控制電壓小于所述低預(yù)定值時，控制電壓152將會處于與所述第一數(shù)字邏輯狀態(tài)互補(bǔ)的第二數(shù)字邏輯狀態(tài)(比如，“0”)，而開關(guān)130被禁用或關(guān)閉。
[0030]關(guān)于圖3，控制電&V_CTR可在遲滯電路150達(dá)到預(yù)定值或閾值(比如，高和低預(yù)定值之一)后保持在相同的狀態(tài)(比如，激活或暫停)直到達(dá)到另一預(yù)定值或閾值(比如，高和低預(yù)定值中的另一個)。舉例來說，當(dāng)流入所述遲滯電路的輸入電壓Vin在310等于或小于低預(yù)定值Vil，那么所述控制電壓(比如，Vout)過渡到高數(shù)字邏輯狀態(tài)(I)。只要流向所述遲滯電路的輸入電壓Vin持續(xù)低于高預(yù)定值Vih，所述控制電壓(比如，Vout)就保持在高數(shù)字邏輯狀態(tài)(I )，且所述TIA增益在第一范圍內(nèi)。當(dāng)輸入電壓Vin到達(dá)或超過高預(yù)定值Vih時，所述控制電壓(比如，Vout)就在320過渡到低數(shù)字邏輯狀態(tài)(0)，且所述TIA增益在第二范圍內(nèi)。只要流向所述遲滯電路的輸入電壓Vin保持在低預(yù)定值Vil之上，那么所述控制電壓(比如，Vout)就保持在低數(shù)字邏輯狀態(tài)(O)。舉例來說，高和低預(yù)定值ViI和Vih的差值Λ V處于與光信號功率范圍3到9 dBm對應(yīng)的范圍內(nèi)(比如，6到8 dBm)。
[0031]關(guān)于圖1，遲滯電路150可包括放大器154，連接電阻器Rf，和輸入電阻器R4和R5。放大器154具有接收輸入電阻器R4電壓的第一輸入端，和在節(jié)點(diǎn)152提供控制電壓V_CTR的輸出端。輸入電阻器R4與放大電路160 (比如，放大器162的輸出)及第三電阻器R3串聯(lián)，從而控制放大器162的阻抗。放大電路160可將在172的鏡像電流轉(zhuǎn)換為電壓。輸入電阻器R5接收參考電壓Vref并與連接電阻器Rf連接，Rf將放大器154輸入和輸出端電連接。此外，高和低預(yù)定值由R4，R5和Rf的電阻值確定。模擬放大器162接收電流鏡170的輸出172，所述輸出在光器件100中與常規(guī)升壓電路180電連接。如上所述，電流鏡170用于在節(jié)點(diǎn)172上復(fù)制節(jié)點(diǎn)142的電流(或?qū)⑵浞糯笳麛?shù)倍或取其I/η)。升壓電路180可用于提升發(fā)送到電流鏡170的電壓或電流。
[0032]在第一個實(shí)施例中，參考電壓Vref和Vref I由微控制器(MCU)或其他處理器或邏輯電路(未顯示)確定，可以是MCU，處理器或邏輯電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)提供模擬信號或值。電阻R4，R5和Rf可在I到10 kQ，5到20 kQ，或I到100 kQ內(nèi)任何其他值之間，而所述電阻的比率可由本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員根據(jù)適當(dāng)，期望或預(yù)定的Vin和Vih (詳見圖3)的高和低值在遲滯電路150 (圖1)確定。
[0033]當(dāng)由光電二極管140接收的光信號144的輸入功率為高時，控制電壓V_CTR在152設(shè)置成啟動數(shù)字邏輯狀態(tài)(比如，邏輯高)，且開關(guān)130處于閉合狀態(tài)。因此，TIAllO的增益可通過放大器112輸入和輸出端之間電阻器Rl和R2的并聯(lián)降低，且在放大器112輸入上由光電二極管140電流負(fù)荷造成TIAllO失真也能消除，最小化或改良。當(dāng)由光電二極管140接收的光信號144的輸入功率為低時，控制電壓V_CTR在152設(shè)置成暫停數(shù)字邏輯狀態(tài)(t匕如，邏輯低)，且開關(guān)130處于斷開狀態(tài)，所以TIAllO的增益也較高。因此，TIAllO還具有保證較高輸出擺幅電壓和改良靈敏度(比如，相對于Rl和R2都與其并聯(lián)的相同TIA)的高增益。
[0034]光接收器100還可包含帶極大動態(tài)范圍的接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)。所述RSSI可包括觸發(fā)電路，采樣器(比如，取樣保持電路)，RSSI計(jì)算器，存儲器(比如，用于存儲RSSI值)，和/或RSSI處理器(比如，在包含本接收器的光網(wǎng)絡(luò)中向主機(jī)或其他接收器或收發(fā)器發(fā)送RSSI信息)。當(dāng)所述光信號的功率為高時，所述放大器(比如，放大器112)就會具有高電平輸出，使TIA增益變得較低。反過來，所述RSSI的反應(yīng)電壓可處于極大的范圍內(nèi)，且所述RSSI不會超負(fù)荷運(yùn)行。
[0035]實(shí)施例二
圖2為光接收器200，包括RSSI電路210和圖1所示TIA110。光接收器200還包括遲滯電路150。由于來自網(wǎng)絡(luò)中其他光發(fā)射器的光信號可以是任何的較寬信號強(qiáng)度范圍(t匕如，-6 dBm到-34 dBm, -8 dBm到-22 dBM，等)，RSSI電路210就會在較寬信號強(qiáng)度范圍上具有優(yōu)勢靈敏度。當(dāng)所述光輸入功率小于中間閾值(比如-18 dBm)，所述放大器就具備高增益(在此情況下開關(guān)130為關(guān)閉)。這種配置對ADC采樣非常有用，且實(shí)現(xiàn)了更高的精度(比如，對RSSI監(jiān)控器來說)。但是，當(dāng)所述光輸入功率大于所述中間閾值時，特別是在超載范圍內(nèi)(比如-6 dBm)，所述放大器(比如，圖1所示放大器112)負(fù)載就會飽和，所以所述放大器增益高時模數(shù)轉(zhuǎn)換器(比如，圖2所示ADC214)很難獲得線性采樣數(shù)據(jù)。此時關(guān)閉開關(guān)130就降低了增益且使所述ADC獲得交線性采樣數(shù)據(jù)。圖2中和圖1標(biāo)號相同的其他元件也基本與圖1相同，在此不再累述。
[0036]遲滯電路150的一輸入端與電阻器R5連接，接收參考電壓Vref，而遲滯電路150的另一輸入端則與電阻器R4連接，接收模擬放大器260 (比如，放大器262)的輸出，所述模擬放大器的阻抗由電阻器R3調(diào)節(jié)。放大器262的一輸入端連接到光電二極管140的電壓142，而另一輸入端則接收來自降壓電阻器R6的電流或電壓。
[0037]TIAl 10在一輸入端接收鏡像電流而在另一輸入端接收參考電壓。所述鏡像電流可從第二(負(fù)極)輸入端的電流(比如，部分或整數(shù)倍)復(fù)制給放大器262。所述TIA的輸出端連接RSSI電路210中的采樣保持電路212和ADC214。ADC214為MCU216，還包括存儲器和
/或RSSI處理器(未顯示)。
[0038]遲滯電路150為開關(guān)130提供了緩沖區(qū)，這樣TIAllO的增益范圍就可平穩(wěn)變化和/或轉(zhuǎn)換狀態(tài)(比如，高阻抗vs低阻抗)和/或增益范圍而不會有負(fù)面影響。如圖3所示，當(dāng)模擬放大器262的輸出低于或等于低預(yù)定電壓Vi I時，遲滯電路150就輸出啟動數(shù)字控制信號(比如，邏輯1)，從而啟用開關(guān)130。當(dāng)模擬放大器262的輸出過渡到或高于高預(yù)定值Vih時，遲滯電路150就輸出暫停數(shù)字控制信號(比如，邏輯0)，從而關(guān)閉開關(guān)130。當(dāng)流向遲滯電路150的輸入電壓介于Vih和Vil之間時，遲滯電路和輸出狀態(tài)不會變化。遲滯電路150的高和低預(yù)定電壓Vih和Vil由R4，R5和Rf設(shè)定。
[0039]一種典型的光收發(fā)器
圖4舉例說明了典型光收發(fā)器300 (比如，SFP+收發(fā)器)，包括接收光學(xué)子器件(ROSA)330和發(fā)射光學(xué)子器件(TOSA)320。R0SA330包括跨阻放大器(TIA)335和光電二極管(PD)332。舉例來說，PD332可包括P型本征N型(PIN)光電二極管。R0SA330用于接收輸入光信號IN (比如,來自如光纖的光信號介質(zhì))并將輸出電信號提供給限幅放大器340。限幅放大器340用于向電氣接口 360提供放大的輸出信號，并與電氣接口 360連通，限制所述輸入信號的電壓。電氣接口 360同時還通過一個或多個總線耦合到微處理器350，并向微處理器350提供一個或多個信號(比如，來自與收發(fā)器300連通的電氣元件，比如主機(jī)裝置)。微控制器350用于控制和/或調(diào)節(jié)所述收發(fā)器模塊的各類功能(比如，溫度控制電路380，激光驅(qū)動電路370，偏壓控制電路310，等)。此外，收發(fā)器300還包括PWM偏置電流控制電路310，用于低功耗激光偏置電流生成。偏壓控制電路310可包括DC/DC轉(zhuǎn)換器,用于為激光二極管(LD) 325提供偏置電流。
[0040]如圖所示，激光驅(qū)動電路370連接在電氣接口 360和激光器325之間。在一個實(shí)施例中，T0SA320包括LD325和監(jiān)控光電二極管(MPD)322。LD325可包括分布反饋(DFB)激光二極管和電吸收(EA)調(diào)制器。在一個實(shí)施例中，T0SA320提供輸出光信號OUT。
[0041]微處理器/微控制器350通過控制偏壓控制電路310保存預(yù)期或預(yù)定輸出光功率(比如，由T0SA320提供的信號0UT)，為LD325提供偏壓電流。激光驅(qū)動器370接收的電數(shù)據(jù)信號來自電氣接口 360，而激光驅(qū)動器370的放大率或調(diào)幅則由微處理器/微控制器350控制。放大后的電數(shù)據(jù)信號應(yīng)用于激光器322以取得輸出光信號OUT。此外,激光器325的溫度控制通過溫度控制反饋回路保持。具體地說，微控制器350利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)345監(jiān)控LD325的溫度。微控制器350之后按照預(yù)定溫度設(shè)定處理(比如，比較)溫度數(shù)據(jù)，向溫度控制電路380提供溫度差數(shù)據(jù)，其能夠有效的冷卻或加熱激光二極管325。入射光數(shù)據(jù)信號IN進(jìn)入R0SA330R0SA330，所述ROSA將光信號IN轉(zhuǎn)換為電信號，而所述電信號進(jìn)入電氣接口 360之前又被TIA335 (可以是文中所述的TIA)和限幅放大器340放大。
[0042]一種典型方法
本發(fā)明還涉及一種為跨阻放大器(TIA)和/或在光接收器中根據(jù)接收光信號放大電信號選擇增益范圍的典型方法。圖5為此種典型方法的流程圖400。
[0043]在410,光信號由光收發(fā)器接收。舉例來說,在415,光收發(fā)器ROSA中的光電二極管接收所述光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號。
[0044]如上所述，在420確定所述光信號的功率或信號強(qiáng)度?；蛟S更確切地說，根據(jù)文中所述(比如，通過在遲滯電路中將所述電壓或電流與一個或多個高和/或低預(yù)定閾值比較)，與所述光信號的功率或信號強(qiáng)度相應(yīng)的電壓或電流被確定。
[0045]在430，根據(jù)所述光信號的功率或信號強(qiáng)度選擇TIA接收所述電信號的增益范圍(即，與所述接收光信號相對應(yīng))。在文中所述的典型實(shí)施例中，控制電壓被施加到一個或多個開關(guān)，所述開關(guān)用于控制跨阻器的電阻值和/或阻抗，轉(zhuǎn)而控制所述TIA的電阻率和/或阻抗(增益范圍)。在某些實(shí)施例中，所述控制電壓根據(jù)所述電壓或電流與一個或多個預(yù)定閾值(比如，高和/或低預(yù)定閾值)的比較結(jié)果由所述遲滯電路生成。
[0046]在440，利用具有增益范圍的TIA將所述電信號放大，而所述增益范圍是由所述遲滯電路和控制電壓選擇的。本方法可根據(jù)差分光信號的接收進(jìn)行重復(fù)。
[0047]圖解和說明已經(jīng)詳細(xì)展示了前述的本發(fā)明的特殊實(shí)施例。本公開并不限于前述實(shí)施例，并且很明顯，也可以鑒于以上所述的技術(shù)，對本發(fā)明進(jìn)行修改和變更。本文選定實(shí)施例并對其進(jìn)行描述，以便最精確地闡述本發(fā)明的原理及它的實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬專業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】的其他人員能最大程度的利用本發(fā)明及帶有各種修改的實(shí)施例，以適用于預(yù)期的特殊用途。即，由添加至此的權(quán)利要求和它們的等效敘述所定義的發(fā)明范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種帶動態(tài)范圍的跨阻放大器，包括:電流放大器，用于相應(yīng)于接收光信號功率從接收電流生成放大的電壓信號，其中所述電流放大器具有參考電壓輸入端，輸入端和輸出端；和設(shè)置于所述電流放大器輸入和輸出端之間的阻抗器，其中所述阻抗器具有用于調(diào)節(jié)所述TIA電阻值和/或阻抗值的電阻值；一個或多個開關(guān)，用于確定所述阻抗器的阻值；其中當(dāng)接收光信號的功率大于第一預(yù)定值時，所述阻抗器的阻值等于第一阻值，當(dāng)接收光信號的功率低于第一預(yù)定值時，所述阻抗器的阻值為第一阻值且大于所述第一阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的跨阻放大器，其特征在于，所述阻抗器包含N個并聯(lián)設(shè)置于所述電流放大器輸入和輸出端之間的N個電阻器，N為大于等于2的整數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的跨阻放大器，其特征在于，所述阻抗器包括(i)第一電阻器，與所述電流放大器輸入和輸出端分別連接，和(ii)第二電阻器，與所述電流放大器輸入和輸出端其中之一連接，和所述一個或多個開關(guān)中的第一開關(guān)，與所述第二電阻器的第一端和所述電流放大器輸入和輸出端其中另一個連接。
4.如權(quán)利要求2所述的跨阻放大器，其特征在于，N=2。
5.如權(quán)利要求4所述的跨阻放大器，其特征在于，所述第一電阻器的阻值為第一電阻值，所述第二電阻器的阻值為第二電阻值，且第一和第二電阻值的比率在1:5和1:10間。
6.如權(quán)利要求3所述的跨阻放大器，其特征在于，所述開關(guān)由控制電壓啟動或關(guān)閉。
7.如權(quán)利要求5所述的跨阻放大器，其特征在于，還包括遲滯電路，用于通過將輸入電壓與至少一個預(yù)定值比較調(diào)節(jié)所述控制電壓，所述至少一個預(yù)定值包含高預(yù)定值和低預(yù)定值。
8.如權(quán)利要求7所述的跨阻放大器，其特征在于，所述高和低預(yù)定值由多個遲滯電阻器設(shè)置。
9.如權(quán)利要求7所述的跨阻放大器，其特征在于，當(dāng)輸入電壓大于所述高預(yù)定值時，來自所述遲滯電路的控制電壓會打開或啟動所述開關(guān)，而當(dāng)所述輸入電壓小于所述高預(yù)定值時，所述控制電壓會關(guān)閉或失效所述開關(guān)。
10.如權(quán)利要求7所述的跨阻放大器，其特征在于，所述遲滯電路包括a)帶第一輸入端，第二輸入端和一個輸出端的放大器；b)連接在所述第一輸入端和輸出端之間的第三電阻器，c)與所述放大器第二輸入端串聯(lián)的第四電阻器；和d)第五電阻器，用于將參考電壓連接到所述放大器的第一輸入端。
11.如權(quán)利要求10所述的跨阻放大器，其特征在于，還包括電流鏡和升壓電路，其中所述遲滯電路的放大器接收所述電流鏡的輸出。
12.一種光收發(fā)器，包含如權(quán)利要求1所述的跨阻放大器)，和微控制器、處理器或邏輯電路，用于在參考電壓輸入端調(diào)節(jié)參考電壓。
13.一種光收發(fā)器，包含如權(quán)利要求1所述的跨阻放大器，和與所述電流放大器輸入端相連的光電二極管。
14.如權(quán)利要求13所述光收發(fā)器，其特征在于，所述開關(guān)由控制電壓啟動或失效；所述跨阻放大器還包括遲滯電路，用于通過將輸入電壓與預(yù)定值比較調(diào)節(jié)所述控制電壓，所述預(yù)定值包括高和低預(yù)定值；且當(dāng)所述輸入電壓大于所述高預(yù)定值時，所述控制電壓啟動所述開關(guān)，而當(dāng)所述輸入電壓小于所述高預(yù)定值時，所述控制電壓失效所述開關(guān)。
15.如權(quán)利要求13所述光收發(fā)器，其特征在于，所述光電二極管還與電流鏡相連接；所述電流鏡又與升壓電路連接，且其輸出端與所述遲滯電路的輸入相連；當(dāng)所述輸入電壓大于所述高預(yù)定值時，所述遲滯電路打開所述開關(guān)，而當(dāng)所述輸入電壓小于所述低預(yù)定值時，所述遲滯電路關(guān)閉所述開關(guān)。
16.如權(quán)利要求15所述光收發(fā)器，其特征在于，所述高預(yù)定值是與-15dBm光信號功率相對應(yīng)的第一預(yù)定電壓閾值，而所述低預(yù)定值為與-20 dBm光信號功率相對應(yīng)的第二預(yù)定電壓閾值。
17.一種接收信號強(qiáng)度指示器，包括如權(quán)利要求1所述的跨阻放大器；光電二極管；輸入端與所述光電二極管相連的模擬放大電路；和遲滯電路，其第一輸入端與參考電壓連接而第二輸入端與模擬放大電路相連。
18.一種光收發(fā)器包含如權(quán)利要求17所述的接收信號強(qiáng)度指示器。
19.一種接收和/或放大光信號的方法，包括: a)在光接收器中接收光信號； b)將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號； c)確定所述光信號的功率或信號強(qiáng)度； d)根據(jù)所述光信號的功率或信號強(qiáng)度選擇跨阻放大器接收所述電信號的增益范圍；和 e)利用所述跨阻放大器放大所述電信號。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，選擇所述TIA的增益范圍包括將與光電二極管接收光信號產(chǎn)生的電流對應(yīng)的電壓或電流與一個或多個高和/或低預(yù)定閾值比較生成控制電壓，然后將所述控制電壓應(yīng)用于一個或多個開關(guān)，所述一個或多個開關(guān)用于調(diào)整阻抗器的阻值和/或阻抗，依次調(diào)整所述跨阻放大器的增益范圍。
【文檔編號】H03F3/08GK104508977SQ201480001747
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月22日
【發(fā)明者】蔣旭, 宋媛, 張書源, 許遠(yuǎn)忠 申請人:索爾思光電（成都）有限公司