一種光接收機模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種光接收機模塊，包括低噪聲跨阻放大器、衰減器和輸出放大器：全集成的光接收機模塊的輸入端由光電二極管信號輸入，低噪聲跨阻放大器的輸出端連接衰減器的輸入端，衰減器的輸出端連接輸出放大器的輸入端，輸出放大器的輸出端進行信號輸出。本實用新型的優(yōu)點體現(xiàn)在：整個模塊由一個單芯片組成，大大降低了模塊的成本，簡化了設計，模塊更加小型化，更易于嵌入其他系統(tǒng)中間，實現(xiàn)完整的解決方案。
【專利說明】
一種光接收機模塊
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及光接收機技術領域，具體涉及一種光接收機模塊。
【背景技術】
[0002]有線電視光接收機在光纖網(wǎng)絡(即HFC)和光纖到戶(S卩FTTH)應用中都是重要組成部分之一。有線電視光接收機由兩部分組成:1.光電轉換二級管。2.光接收模塊。
[0003]目前通常采用的光接收機模塊結構如圖1所示。光接收機模塊由五個部分組成:匹配電路、低噪聲放大器、衰減器、驅(qū)動放大器和阻抗轉換變壓器。匹配電路的輸入端接光電二極管的輸出，匹配電路的輸出端接低噪聲放大器的輸入端，低噪聲放大器的輸出端接衰減器的輸入端，衰減器的輸出端接驅(qū)動放大器的輸入端，驅(qū)動放大器的輸出端接阻抗變換變壓器的輸入端，最后信號由阻抗變壓器的輸出端輸出。目前集成的光接收機模塊將低噪聲放大器、衰減器和驅(qū)動放大器集成在一個單芯片上?，F(xiàn)有模塊中的低噪聲放大器的輸入阻抗通常在50歐姆或75歐姆，而光電二極管的輸出阻抗在400歐姆，所以需要在光電二極管的輸出端和低噪聲放大器的輸入端之間加一個阻抗匹配電路，進行阻抗的匹配。阻抗匹配電路通常由電感、電容和電阻組成，一般不能被集成在芯片里，必須由單獨的分立元件實現(xiàn)。
[0004]為了提高光接收模塊的信噪比、提高接收靈敏度和MER指標，光接收模塊一般采用差分輸入，但是光接收模塊的輸出是單端輸出，所以在最終信號輸出之前要進行差分變單端的轉換。目前都采用接阻抗變換變壓器的方法實現(xiàn)差分變單端的轉換。
[0005]由于目前光接收模塊中匹配電路和阻抗變換變壓器無法實現(xiàn)集成，增加了設計的復雜性，和制造成本。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術中的不足，提出一種全集成的光接收模塊，采用全新的結構和設計方案，取消了匹配電路和阻抗變換變壓器，實現(xiàn)了光接收模塊的全集成。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型公開了如下技術方案:
[0008]一種基于砷化鎵pHEMT(贗高電子迀移率晶體管)工藝全集成的光接收機模塊，包括低噪聲跨阻放大器、衰減器和輸出放大器:
[0009]所述低噪聲跨阻放大器由兩個獨立的放大單元構成，形成差分輸入和差分輸出，每個放大單元的輸入和輸出之間有個反饋電阻RF，這兩個放大單元結構相同，其內(nèi)部由放大級、輸出級和相應的偏置電路構成；
[0010]所述衰減器由N個衰減單元構成，每個衰減單元由一個電阻和一個pHEMT管構成，電阻的兩端跨接在PHEMT管的源極和漏極之間，pHEMT管的柵極接控制信號，N個衰減單元再通過串聯(lián)或并聯(lián)組成衰減器；
[0011 ]所述輸出放大器由差分輸入端、差分輸入端的有源負載、電流源和輸出級構成;差分輸入端的正極和負極分別連接到兩個pHEMT管的柵極，這兩個差分輸入pHEMT管的源極連在一起，接電流源的輸入端，電流源的輸出端接地；差分輸入PHEMT管的漏極分別接一個pHEMT管，該pHEMT管作為差分輸入pHEMT管的有源負載;兩個作為有源負載的pHEMT管，它們的漏極連在一起，接到電源；它們的柵極連在一起，他們的源極分別接到兩個差分輸入pHEMT管的漏極;其中一個有源負載pHEMT管的柵極和源極連在一起，另一個有源負載pHEMT管的源極接輸出PHEMT管的柵極;輸出pHEMT管的漏極接電源，輸出pHEMT管的源極接負載電阻的一端，負載電阻的另一端接地；
[0012]所述全集成的光接收機模塊的輸入端由光電二極管信號輸入，低噪聲跨阻放大器的輸出端連接衰減器的輸入端，衰減器的輸出端連接輸出放大器的輸入端，輸出放大器的輸出端進行信號輸出。
[0013]進一步的，所述放大單元電路的放大級由pHEMT管Ml，pHEMT管M2，電阻Rl和電阻R2構成;輸出級由pHEMT管M3和負載電阻RL構成，偏置電路提供Ml和M2的偏置電壓。
[0014]進一步的，所述輸出放大器由pHEMT管M4、pHEMT管M5組成差分輸入端，pHEMT管M6、M7組成pHEMT管M4、M5的有源負載，其中M6的柵極和源極聯(lián)接在一起，電流源提供M4、M5、M6、M7的靜態(tài)工作電流;M4、M5、M6和M7組成的電路實現(xiàn)了差分信號變成單端信號的轉換;pHEMT管M8和負載電阻RL組成輸出級;M4、M5的柵極分別接差分輸入端的正極和負極，M4、M5的源極連在一起，接電流源的輸入端，電流源的輸出端接地;M4、M5的漏極分別接M6、M7的源極，M6、M7的漏極連在一起，接電源;M6、M7的柵極連在一起，M6的柵極和源極連在一起，M7的源極接M8的柵極;M8的漏極接電源，M8的源極接負載電阻RL—端，負載電阻RL的另一端接地。
[0015]本實用新型公開的一種光接收機模塊，具有以下有益效果:
[0016]整個模塊由一個單芯片組成，大大降低了模塊的成本，簡化了設計，模塊更加小型化，更易于嵌入其他系統(tǒng)中間，實現(xiàn)完整的解決方案。
【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術中的光接收機模塊結構圖；
[0018]圖2是本實用新型提出的光接收機模塊的結構圖；
[0019]圖3是低噪聲跨阻放大器示意圖；
[0020]圖4是低噪聲跨阻放大器放大單元電路示意圖；
[0021]圖5是衰減器結構圖；
[0022]圖6是輸出放大器的結構圖；
[0023]圖7是本實用新型提出的全集成模塊的增益隨衰減器控制電壓的變換曲線；
[0024]圖8是低噪聲跨阻放大器噪聲系數(shù)；
[0025]圖9是低噪聲跨阻放大器輸入回損系數(shù)；
[0026]圖10是全集成模塊輸出回損系數(shù)；
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例并參照附圖對本實用新型作進一步描述。
[0028]請參見圖2。本實用新型提出的基于砷化鎵pHEMT(贗高電子迀移率晶體管)工藝全集成的光接收機模塊，包括低噪聲跨阻放大器、衰減器和輸出放大器:
[0029]所述低噪聲跨阻放大器由兩個獨立的放大單元構成，形成差分輸入和差分輸出，差分輸入、輸出可以提高光接收模塊的MER指標。每個放大單元的輸入和輸出之間有個反饋電阻RF，引入反饋電阻可以提高放大器的噪聲指標，提高接收靈敏度。請參見圖3，這兩個放大單元結構相同，其內(nèi)部由放大級、輸出級和相應的偏置電路構成；
[0030]圖2中衰減器的作用是根據(jù)光電二級管輸出大小來自動調(diào)節(jié)光接收模塊的增益。見圖5，衰減器由N個衰減單元構成，每個衰減單元由一個電阻和一個pHEMT管構成，電阻的兩端跨接在PHEMT管的源極和漏極之間，pHEMT管的柵極接控制信號，一個電阻和一個pHEMT構成一級衰減單元，N個衰減單元再通過串聯(lián)或并聯(lián)組成衰減器;衰減器的動態(tài)調(diào)節(jié)范圍和N有關，通常N越大，衰減器的動態(tài)調(diào)節(jié)范圍越大。根據(jù)設計的要求，衰減器的控制信號可以是電壓控制信號或數(shù)字控制信號。
[0031]圖2中的輸出放大器作用是實現(xiàn)信號的驅(qū)動放大，同時將差分信號變成單端信號，并實現(xiàn)輸出阻抗變換。輸出放大器由差分輸入端、差分輸入端的有源負載、電流源和輸出級構成；差分輸入端的正極和負極分別連接到兩個PHEMT管的柵極，這兩個差分輸入pHEMT管的源極連在一起，接電流源的輸入端，電流源的輸出端接地;差分輸入PHEMT管的漏極分別接一個pHEMT管，該pHEMT管作為差分輸入pHEMT管的有源負載;兩個作為有源負載的pHEMT管，它們的漏極連在一起，接到電源;它們的柵極連在一起，他們的源極分別接到兩個差分輸入pHEMT管的漏極;其中一個有源負載pHEMT管的柵極和源極連在一起，另一個有源負載pHEMT管的源極接輸出pHEMT管的柵極;輸出pHEMT管的漏極接電源，輸出pHEMT管的源極接負載電阻的一端，負載電阻的另一端接地；
[0032 ]所述全集成的光接收機模塊的輸入端由光電二極管信號輸入，低噪聲跨阻放大器的輸出端連接衰減器的輸入端，衰減器的輸出端連接輸出放大器的輸入端，輸出放大器的輸出端進行信號輸出。
[0033]見圖4，作為一種具體實施例，所述放大單元電路的放大級由pHEMT管Ml，pHEMT管M2，電阻Rl和電阻R2構成;輸出級由pHEMT管M3和負載電阻RL構成，偏置電路提供Ml和M2的偏置電壓。通過放大單元內(nèi)部電路結構參數(shù)的調(diào)整，可以將放大器的輸入阻抗匹配到光電二級管輸出阻抗，這樣就可以去掉原先在匹配電路。
[0034]見圖6，作為一種具體實施例，所述輸出放大器由pHEMT管M4、pHEMT管M5組成差分輸入端，pHEMT管M6、M7組成pHEMT管M4、M5的有源負載，其中M6的柵極和源級聯(lián)接在一起，電流源提供M4、M5、M6、M7的靜態(tài)工作電流;M4、M5、M6和M7組成的電路實現(xiàn)了差分信號變成單端信號的轉換;PHEMT管M8和負載電阻RL組成輸出級可以調(diào)節(jié)RL的阻值實現(xiàn)輸出阻抗匹配；M4、M5的柵極分別接差分輸入端的正極和負極，M4、M5的源極連在一起，接電流源的輸入端，電流源的輸出端接地;M4、M5的漏極分別接M6、M7的源極，M6、M7的漏極連在一起，接電源；M6、M7的柵極連在一起，M6的柵極和源極連在一起，M7的源極接M8的柵極;M8的漏極接電源，M8的源極接負載電阻RL—端，負載電阻RL的另一端接地。采用本實用新型提出的輸出放大器可以省去現(xiàn)有技術中的阻抗變換變壓器，大大降低了成本，簡化了設計。
[0035]圖7是本實用新型提出的全集成模塊的增益隨輸入信號頻率變換的曲線，同時也給出了增益隨衰減器控制電壓的變換曲線。實驗采用了 0-3V的控制電壓，其中OV最小衰減控制電壓，3V是最大衰減控制電壓。圖8是低噪聲跨阻放大器噪聲系數(shù)，圖9低噪聲跨阻放大器輸入回損系數(shù)，輸入阻抗是匹配到前級光電二極管通常的輸出阻抗200歐姆。圖10是本實用新型提出的全集成模塊輸出回損系數(shù)，輸出阻抗是匹配到75歐姆的輸出阻抗。從圖9和圖10可以看到本實用新型提出的全集成模塊已經(jīng)很好的實現(xiàn)了阻抗匹配，無需現(xiàn)有技術中光電二級管與接收模塊之間的匹配電路，和輸出阻抗變換變壓器。
[0036]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，而非對其限制;應當指出，盡管參照上述各實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，其依然可以對上述各實施例所記載的技術方案進行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g特征進行等同替換;而這些修改和替換，并不使相應的技術方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種光接收機模塊，其特征在于，包括低噪聲跨阻放大器、衰減器和輸出放大器: 所述低噪聲跨阻放大器由兩個獨立的放大單元構成，形成差分輸入和差分輸出，每個放大單元的輸入和輸出之間有個反饋電阻RF，這兩個放大單元結構相同，其內(nèi)部由放大級、輸出級和相應的偏置電路構成； 所述衰減器由N個衰減單元構成，每個衰減單元由一個電阻和一個pHEMT管構成，電阻的兩端跨接在PHEMT管的源極和漏極之間，pHEMT管的柵極接控制信號，N個衰減單元再通過串聯(lián)或并聯(lián)組成發(fā)減器； 所述輸出放大器由差分輸入端、差分輸入端的有源負載、電流源和輸出級構成;差分輸入端的正極和負極分別連接到兩個pHEMT管的柵極，這兩個差分輸入pHEMT管的源極連在一起，接電流源的輸入端，電流源的輸出端接地；差分輸入PHEMT管的漏極分別接一個pHEMT管，該pHEMT管作為差分輸入pHEMT管的有源負載;兩個作為有源負載的pHEMT管，它們的漏極連在一起，接到電源;它們的柵極連在一起，他們的源極分別接到兩個差分輸入PHEMT管的漏極;其中一個有源負載PHEMT管的柵極和源極連在一起，另一個有源負載pHEMT管的源極接輸出PHEMT管的柵極;輸出pHEMT管的漏極接電源，輸出pHEMT管的源極接負載電阻的一端，負載電阻的另一端接地； 所述全集成的光接收機模塊的輸入端由光電二極管信號輸入，低噪聲跨阻放大器的輸出端連接衰減器的輸入端，衰減器的輸出端連接輸出放大器的輸入端，輸出放大器的輸出端進行信號輸出。2.根據(jù)權利要求1所述的一種光接收機模塊，其特征在于，所述放大單元電路的放大級由pHEMT管Ml，pHEMT管M2，電阻Rl和電阻R2構成;輸出級由pHEMT管M3和負載電阻RL構成，偏置電路提供Ml和M2的偏置電壓。3.根據(jù)權利要求1所述的一種光接收機模塊，其特征在于，所述輸出放大器由pHEMT管M4、pHEMT管M5組成差分輸入端，pHEMT管M6、M7組成pHEMT管M4、M5的有源負載，其中M6的柵極和源極聯(lián)接在一起，電流源提供M4、M5、M6、M7的靜態(tài)工作電流;M4、M5、M6和M7組成的電路實現(xiàn)了差分信號變成單端信號的轉換;PHEMT管M8和負載電阻RL組成輸出級;M4、M5的柵極分別接差分輸入端的正極和負極，M4、M5的源極連在一起，接電流源的輸入端，電流源的輸出端接地;M4、M5的漏極分別接M6、M7的源極，M6、M7的漏極連在一起，接電源;M6、M7的柵極連在一起，M6的柵極和源極連在一起，M7的源極接M8的柵極;M8的漏極接電源，M8的源極接負載電阻RL—端，負載電阻RL的另一端接地。
【文檔編號】H04N5/44GK205670806SQ201620486699
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】曹然, 李金宣
【申請人】北京中電宏業(yè)科技有限公司