前置放大器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種前置放大器，包括：跨阻放大器TIA、耦合電容和限幅放大器LA，所述LA包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器和自保持電路；所述TIA將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)；所述LA對(duì)所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)進(jìn)行放大；所述自保持電路在判斷經(jīng)所述耦合電容耦合后的所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)之間的電壓差小于預(yù)設(shè)電平后，將所述第二差分放大器的輸出信號(hào)作為反饋輸入給所述第二差分放大器的輸入端。本實(shí)用新型提供的前置放大器可以處理輸入信號(hào)在連續(xù)周期內(nèi)是連0或連1的情況，整個(gè)電路的工作點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移，進(jìn)而擴(kuò)展了前置處理器在處理器光互連通信中適用范圍。
【專利說明】前置放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光互連技術(shù)，尤其涉及一種前置放大器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，處理器的計(jì)算性能呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，但處理器的輸入輸出(Input/Output,以下簡(jiǎn)稱10)接口沒有增加多少，因此處理器對(duì)1傳輸速度的需求越來越難以滿足。由于光纖傳輸系統(tǒng)具有高帶寬、低損耗、低延遲的特點(diǎn)，如果能在處理器互連系統(tǒng)中(即處理器間互相通信)使用光互連技術(shù)將會(huì)及大提升處理器1性能。而處理器之間利用光互連技術(shù)進(jìn)行通信離不開光電探測(cè)器(Photo Detector, PD)和前置放大器，即在光傳輸鏈路中，發(fā)送端處理器發(fā)出的電信號(hào)以光信號(hào)的形式在光纖上傳輸，經(jīng)光電探測(cè)器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，進(jìn)入前置放大器放大，最后到達(dá)接收端處理器，使得接收端處理器對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。
[0003]在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了保證入前置放大器能正常工作，對(duì)信號(hào)碼率有一定要求，不能有長(zhǎng)周期的O或I。如圖1所示的傳統(tǒng)光互連系統(tǒng)接收端前置放大器結(jié)構(gòu)，跨阻放大器(Transimpedence Amplifier,以下簡(jiǎn)稱TIA)接收到小電流信號(hào),放大到十幾或幾十毫伏；之后的限幅放大器(Limiting Amplifier,以下簡(jiǎn)稱LA)進(jìn)一步放大。在限幅放大器(LA)中一般會(huì)有直流反饋模塊，用來平衡直流偏移，這個(gè)模塊一般用阻容濾波的方法來實(shí)現(xiàn)，如果傳輸?shù)男盘?hào)有連續(xù)多個(gè)周期的I或0，那會(huì)使得電路的工作點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏移，無法正常工作。
[0004]故，現(xiàn)有技術(shù)中的前置放大器對(duì)信號(hào)的碼率要有一定的要求，其不能處理長(zhǎng)I和長(zhǎng)O的情況。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型提供一種前置放大器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中電路的工作點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏移而無法正常工作的問題。
[0006]第一方面，本實(shí)用新型提供一種前置放大器，包括:跨阻放大器TIA、耦合電容和限幅放大器LA ；
[0007]所述TIA連接于輸入的電流信號(hào)，所述TIA的兩個(gè)輸出端分別通過所述耦合電容與所述LA的兩個(gè)輸入端相連接，所述LA對(duì)所述TIA輸出的所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)進(jìn)行放大，所述LA的兩個(gè)輸出端連接至輸出驅(qū)動(dòng)電路；
[0008]所述TIA將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)，所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)為差分信號(hào)；
[0009]其中，所述LA包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器和自保持電路；
[0010]所述第一差分放大器的兩個(gè)輸入端為所述LA的兩個(gè)輸入端；所述第一差分放大器的兩個(gè)輸出端與所述第二差分放大器的兩個(gè)輸入端連接，所述第二差分放大器的兩個(gè)輸出端與所述第三差分放大器的兩個(gè)輸入端連接，所述第三差分放大器的兩個(gè)輸出端為所述LA的兩個(gè)輸出端；所述自保持電路的兩個(gè)第一輸入端與所述第一差分放大器的兩個(gè)輸入端連接，所述自保持電路的兩個(gè)第二輸入端與所述第二差分放大器的兩個(gè)輸出端連接，所述自保持電路的兩個(gè)輸出端與所述第二差分放大器的兩個(gè)輸入端連接；
[0011 ] 所述自保持電路在判斷經(jīng)所述耦合電容耦合后的所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)之間的電壓差小于預(yù)設(shè)電平后，將所述第二差分放大器的輸出信號(hào)作為反饋輸入給所述第二差分放大器的輸入端。
[0012]結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能的實(shí)施方式中，所述第二差分放大器包括第一放大器和第二放大器，所述自保持電路包括第一非門、第二非門、第一異或非門、第二異或非門、第三異或非門、第三非門、第一反饋放大器和第二反饋放大器；
[0013]所述第一非門的輸出端與所述第一異或非門的第一輸入端和所述第二異或非門的第一輸入端連接，所述第二非門的輸出端與所述第一異或非門的第二輸入端和所述第二異或非門的第二輸入端連接，所述第一異或非門的輸出端與所述第三異或非門的第一輸入端連接，所述第二異或非門的輸出端與所述第三異或非門的第二輸入端連接，所述第三異或非門的輸出端與所述第三非門的輸入端連接；所述第三非門的輸入端與所述第一反饋放大器的第一端和所述第二反饋放大器的第一端連接，所述第三非門的輸出端與所述第一反饋放大器的第二端和所述第二反饋放大器的第二端連接，所述第一反饋放大器的第三端與所述第一放大器的輸入端連接，所述第二反饋放大器的第三端與所述第二放大器的輸入端連接；所述第一放大器的輸入端與所述第一差分放大器的第一輸出端連接，所述第二放大器的輸入端與所述第一差分放大器的第二輸出端連接。
[0014]結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，在第一方面的第二種可能的實(shí)施方式中，所述前置放大器還包括:第一差轉(zhuǎn)單電路和第二差轉(zhuǎn)單電路；其中，所述第一差轉(zhuǎn)單電路的兩個(gè)輸入端分別與所述第一差分放大器的第一輸出端和所述第一差分放大器的第二輸出端連接，所述第二差轉(zhuǎn)單電路的兩個(gè)輸入端分別與所述第一差分放大器的第一輸出端和所述第一差分放大器的第二輸出端連接，所述第一差轉(zhuǎn)單電路的輸出端與所述第一放大器的輸入端連接，所述第二差轉(zhuǎn)單電路的輸出端與所述第二放大器的輸入端連接。
[0015]結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)施方式中，所述自保持電路在判斷到經(jīng)所述耦合電容耦合后的所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)之間的電壓差小于所述預(yù)設(shè)電平時(shí)，開啟所述第一反饋放大器和所述第二反饋放大器，將所述第二差分放大器的輸出信號(hào)作為反饋輸入給所述第二差分放大器的輸入端。
[0016]結(jié)合第一方面至第一方面的第三種可能的實(shí)施方式中的任一項(xiàng)，在第一方面的第四種可能的實(shí)施方式中，所述稱合電容包括:第一稱合電容和第二稱合電容；
[0017]所述TIA的第一輸出端通過所述第一耦合電容與所述第一差分放大器的第一輸入端連接，所述TIA的第二輸出端通過所述第二耦合電容與所述第一差分放大器的第二輸入端連接。
[0018]結(jié)合第一方面至第一方面的第三種可能的實(shí)施方式中的任一項(xiàng)，在第一方面的第五種可能的實(shí)施方式中，所述第一差分放大器包括一個(gè)或多個(gè)差分放大器。
[0019]結(jié)合第一方面至第一方面的第三種可能的實(shí)施方式中的任一項(xiàng)，在第一方面的第六種可能的實(shí)施方式中，所述前置放大器還包括:負(fù)電容電路，所述負(fù)電容電路的第一輸入端與所述TIA的第一輸出端連接，所述負(fù)電容電路的第二輸入端與所述TIA的第二輸出端連接。
[0020]本實(shí)用新型提供的前置放大器，通過自保持電路判斷TIA放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)的電壓差小于預(yù)設(shè)電平之后，自保持電路將LA中的第二差分放大器輸出端的信號(hào)作為反饋輸入給第二差分放大器的輸入端，以恢復(fù)第二差分放大器的輸入端的原始信號(hào)，從而保證信號(hào)輸出有效。本實(shí)用新型提供的前置放大器可以處理輸入信號(hào)在連續(xù)周期內(nèi)是連O或連I的情況，其對(duì)輸入信號(hào)的翻轉(zhuǎn)率或碼率并沒有要求，整個(gè)電路的工作點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移，進(jìn)而擴(kuò)展了前置處理器在處理器光互連通信中適用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型提供的現(xiàn)有技術(shù)的前置放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型提供的光電探測(cè)器和前置放大器連接關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本實(shí)用新型提供的經(jīng)過電容耦合后差分信號(hào)的波形；
[0026]圖6為本實(shí)用新型提供的充電后的差分信號(hào)的波形；
[0027]圖7為圖6波形對(duì)應(yīng)的眼圖；
[0028]圖8為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖9為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖10為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖11為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例六的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]附圖標(biāo)記說明:
[0033]10:前置放大器；11:TIA ；12:LA ；
[0034]13:耦合電容；14:自保持電路；15:第一差分放大器；
[0035]16:第二差分放大器；17:第三差分放大器；
[0036]151:第一差分放大器的輸入端；152:第一差分放大器的輸出端；
[0037]141:自保持電路的第一輸入端；142:自保持電路的第二輸入端；
[0038]143:自保持電路的輸出端；161:第二差分放大器的輸入端；
[0039]162:第二差分放大器的輸出端；171:第三差分放大器的輸入端；
[0040]172:第三差分放大器的輸出端；
[0041]21:第一放大器；22:第二放大器； 30:第一非門；
[0042]31:第二非門；32:第一異或非門；33:第二異或非門；
[0043]34:第三異或非門；35:第三非門；36:第一反饋放大器；
[0044]37:第二反饋放大器；301:第一非門的輸出端；
[0045]311:第二非門的輸出端；321:第一異或非門的第一輸入端；
[0046]322:第一異或非門的輸出端； 331:第二異或非門的第一輸入端；
[0047]332:第二異或非門的輸出端；323:第一異或非門的第二輸入端；
[0048]333:第二異或非門的第二輸入端；
[0049]341:第三異或非門的第一輸入端；343:第三異或非門的第二輸入端；
[0050]342:第三異或非門的輸出端；351:第三非門的輸入端；
[0051]352:第三非門的輸出端；361:第一反饋放大器的第一端；
[0052]362:第一反饋放大器的第二端；363:第一反饋放大器的第三端；
[0053]371:第二反饋放大器的第一端；372:第二反饋放大器的第二端；
[0054]373:第二反饋放大器的第三端；211:第一放大器的輸入端；
[0055]221:第二放大器的輸入端；40:第一差轉(zhuǎn)單電路；
[0056]41:第二差轉(zhuǎn)單電路；401:第一差轉(zhuǎn)單電路的輸入端；
[0057]402:第一差轉(zhuǎn)單電路的輸出端；411:第二差轉(zhuǎn)單電路的輸入端；
[0058]412:第二差轉(zhuǎn)單電路的輸出端；42:第一耦合電容；
[0059]43:第二稱合電容；153:第一差分放大器的第一輸入端；
[0060]154:第一差分放大器的第二輸入端；155:第一差分放大器的第一輸出端；
[0061]156:第一差分放大器的第二輸出端；45:輸出驅(qū)動(dòng)電路；
[0062]46:負(fù)電容電路；461:負(fù)電容電路的第一輸入端；
[0063]462:負(fù)電容電路的第二輸入端；111:TIA的第一輸出端；
[0064]112:TIA的第二輸出端。

【具體實(shí)施方式】
[0065]圖2為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例一的結(jié)果示意圖。如圖2所示，該前置放大器10包括:TIA11、LA12和耦合電容13 ;所述LA12包括第一差分放大器15、第二差分放大器16、第三差分放大器17和自保持電路14。
[0066]TIAll連接于輸入的電流信號(hào)，TIAll的兩個(gè)輸出端分別通過所述稱合電容與LA12的兩個(gè)輸入端相連接，LA12對(duì)TIAll輸出的所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)進(jìn)行放大，LA12的兩個(gè)輸出端連接至輸出驅(qū)動(dòng)電路45 ;第一差分放大器15的兩個(gè)輸入端151為所述LA的兩個(gè)輸入端；第一差分放大器15的兩個(gè)輸出端152與第二差分放大器16的兩個(gè)輸入端161連接，第二差分放大器16的兩個(gè)輸出端162與第三差分放大器17的兩個(gè)輸入端171連接，第三差分放大器17的兩個(gè)輸出端172為L(zhǎng)A的兩個(gè)輸出端；自保持電路14的兩個(gè)第一輸入端141與第一差分放大器15的兩個(gè)輸入端151連接，自保持電路14的兩個(gè)第二輸入端142與第二差分放大器16的兩個(gè)輸出端162連接，自保持電路14的兩個(gè)輸出端143與第二差分放大器16的兩個(gè)輸入端161連接。
[0067]TIAll將接收到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)，所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)為差分信號(hào)；LA12對(duì)TIAll輸出的所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)進(jìn)行放大；所述自保持電路14在判斷經(jīng)耦合電容13耦合后的所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)之間的電壓差小于預(yù)設(shè)電平后，將第二差分放大器16的輸出信號(hào)作為反饋輸入給第二差分放大器16的輸入端161,以恢復(fù)第二差分放大器16的輸入端161的原始信號(hào)。
[0068]具體的，光鏈路上的光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)之后，發(fā)送給前置放大器10中的TIA11,TIAll將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào),并對(duì)第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)進(jìn)行小幅度的放大(一般放大到十幾或幾十毫伏)。第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)分別經(jīng)過電容稱合后，輸入到第一差分放大器15的輸入端151,以使第一差分放大器15對(duì)二者再次進(jìn)行放大。需要說明的是，采用電容耦合的方式，可以保證整個(gè)電路有較大的工作范圍和高頻響應(yīng)?？蛇x的，上述光電探測(cè)器和前置放大器10是分開獨(dú)立設(shè)計(jì)的，光電探測(cè)器采用金線鍵合的方式與前置放大器10連接，其封裝模型可以參見圖3所示。圖3所示的電路中所使用的光電探測(cè)器采用0.18uM CMOS工藝，其輸出電容Cpd為0.5pF，工作輸出電流IpdS 50uA ;金屬連接線上的電感Lw約為InH。靜電保護(hù)二極管電容Cesd約為0.2pF，這個(gè)靜電保護(hù)二極管電容是集成在前置放大器10中的。
[0069]可選的，上述第一差分放大器可以為一個(gè)差分放大器，也可以為多個(gè)差分放大器，圖4所示的前置放大器中，第一差分放大器包括了多個(gè)差分放大器。
[0070]上述第一差分放大器15對(duì)上述經(jīng)過電容稱合后的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)分別進(jìn)行放大，放大后的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)被輸入到后端的第二差分放大器16中進(jìn)行再次放大。同時(shí)，自保持電路14會(huì)判斷第一差分放大器15放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)(即電容稱合后還未進(jìn)入第一差分放大器15放大的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào))之間的電壓差是否小于預(yù)設(shè)閾值，若是，則說明第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)在連續(xù)的周期內(nèi)沒有發(fā)生變化，是連續(xù)的連O或連1，即直流信號(hào)(正常的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)應(yīng)該是對(duì)應(yīng)翻轉(zhuǎn)的，即第一電壓信號(hào)為O時(shí),第二電壓信號(hào)為I ;或者，第一電壓信號(hào)為I時(shí)，第二電壓信號(hào)為O)，則前置放大器10中的耦合電容13就要放電。參見圖5，圖5是經(jīng)過電容耦合后差分信號(hào)的波形，即通過TIAll和電容耦合，將信號(hào)放大成差分25mV(即第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)的電壓差)左右。從圖5中可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)連續(xù)沒有變化時(shí)，耦合電容13漏電漏到了中間電平(電平處于中間)，最終輸出無效，即接收端的處理器無法辨別該中間電平到底屬于高電平還是低電平，從而無法區(qū)分出第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)。
[0071]因此，在自保持電路14判斷上述第一差分放大器15放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)之間的電壓差小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，自保持電路14會(huì)對(duì)LA12的第二差分放大器16進(jìn)行充電，即將第二差分放大器16的輸出信號(hào)作為反饋輸入給第二差分放大器16的輸入端161,以恢復(fù)第二差分放大器16的輸入端161的原始信號(hào)，即使得第二差分放大器16的輸入端161的信號(hào)恢復(fù)成上一時(shí)刻的有效狀態(tài)。需要說明的是，將第二差分放大器16的輸入端161的信號(hào)恢復(fù)成上一時(shí)刻的有效狀態(tài)，在實(shí)際恢復(fù)時(shí)，可能會(huì)由于耦合電容13的小部分漏電，第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)的幅值有所降低，但影響不大，二者的電壓差仍然大于閾值。當(dāng)?shù)谝徊罘址糯笃?5放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)再次發(fā)生變化時(shí)，自保持電路14迅速停止充電，以減小對(duì)下一個(gè)信號(hào)的碼間干擾。具體可以參見圖6所示，由圖6可以看出，充電開啟點(diǎn)帶來的脈沖，雖然電平仍然會(huì)有下降，但信號(hào)幅度仍然足夠，輸出驅(qū)動(dòng)電路45可以正確將信號(hào)恢復(fù)，保證輸出有效；并且在信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，電路能夠快速響應(yīng)，對(duì)下一比特信號(hào)影響很小，圖7是信號(hào)最終輸出眼圖，眼高1.19v，眼寬109ps。故，上述前置放大器10可以處理輸入信號(hào)在連續(xù)周期內(nèi)是連O或連I的情況，其對(duì)輸入信號(hào)的翻轉(zhuǎn)率或碼率并沒有要求，整個(gè)電路的工作點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移。
[0072]本實(shí)用新型提供的前置放大器，通過自保持電路判斷TIA放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)的電壓差小于預(yù)設(shè)電平之后，自保持電路將LA中的第二差分放大器輸出端的信號(hào)作為反饋輸入給第二差分放大器的輸入端，以恢復(fù)第二差分放大器的輸入端的原始信號(hào)，從而保證信號(hào)輸出有效。本實(shí)用新型提供的前置放大器可以處理輸入信號(hào)在連續(xù)周期內(nèi)是連O或連I的情況，其對(duì)輸入信號(hào)的翻轉(zhuǎn)率或碼率并沒有要求，整個(gè)電路的工作點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移，進(jìn)而擴(kuò)展了前置處理器在處理器光互連通信中適用范圍。
[0073]圖8為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述圖2所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，上述第二差分放大器16包括第一放大器21和第二放大器22,所述自保持電路14包括第一非門30、第二非門31、第一異或非門32、第二異或非門33、第三異或非門34、第三非門35、第一反饋放大器36和第二反饋放大器37 ;第一非門30的輸出端301與第一異或非門32的第一輸入端321和第二異或非門33的第一輸入端331連接，第二非門31的輸出端311與第一異或非門32的第二輸入端323和第二異或非門33的第二輸入端333連接，第一異或非門32的輸出端322與第三異或非門34的第一輸入端341連接，第二異或非門33的輸出端322與第三異或非門34的第二輸入端343連接，第三異或非門34的輸出端342與第三非門35的輸入端351連接；第三非門35的輸入端351與第一反饋放大器36的第一端361和第二反饋放大器37的第一端371連接,第三非門35的輸出端352與第一反饋放大器36的第二端362和所述第二反饋放大器37的第二端372，第一反饋放大器36的第三端363與第一放大器21的輸入端211連接，第二反饋放大器37的第三端373與第二放大器22的輸入端221連接,第一放大器21的輸入端211與第一差分放大器15的第一輸出端155連接,第二放大器22的輸入端221與第一差分放大器15的第二輸出端156連接。
[0074]需要說明的是，為了能夠更好的說明本實(shí)用新型的方案，此處繼續(xù)以LA12包括第一差分放大器15、第二差分放大器16和第三差分放大器17三個(gè)差分放大器為例,具體參見圖9所示的前置放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0075]上述稱合電容13可以包括第一稱合電容42和第二稱合電容43。上述TIAll的第一輸出端111通過第一稱合電容42與第一差分放大器15的第一輸入端153連接,TIAll的第二輸出端112通過第二稱合電容43與第一差分放大器15的第二輸入端154連接,故，第一電壓信號(hào)經(jīng)過第一耦合電容13耦合后輸入至第一非門30，第二電壓信號(hào)經(jīng)過第二耦合電容13耦合后輸入至第二非門31，二者然后經(jīng)過取非運(yùn)算后，第一電壓信號(hào)分別進(jìn)入第一異或非門32和第二異或非門33，第二電壓信號(hào)分別進(jìn)入第一異或非門32和第二異或非門33，即第一異或非門32對(duì)取非后的第一電壓信號(hào)和取非后的第二電壓信號(hào)進(jìn)行異或非運(yùn)算，第二異或非門33對(duì)取非后的第二電壓信號(hào)和取非后的第一電壓信號(hào)進(jìn)行異或非運(yùn)算，最后經(jīng)過異或非運(yùn)算后的兩路信號(hào)再次進(jìn)入第三異或非門34進(jìn)行最后的異或非運(yùn)算，從而得到自保持電路14控制上述第一反饋放大器36和第二反饋放大器37的開關(guān)信號(hào)K_c和K_cn。其中，第三非門35的輸入端351的信號(hào)為K_c，第三非門35輸出端352的信號(hào)為 K_cn。
[0076]之后，K_c信號(hào)輸入給第一反饋放大器36的第一端361和第二反饋放大器37的第一端371, K_cn信號(hào)輸入給第一反饋放大器36的第二端362和第二反饋放大器37的第二端372，從而使得自保持電路14通過開關(guān)信號(hào)K_c和K_cn控制第一反饋放大器36和第二反饋放大器37的開啟和關(guān)閉，即控制給第二差分放大器16充電的開啟時(shí)刻和關(guān)閉時(shí)刻。
[0077]當(dāng)信號(hào)在連續(xù)周期不變化時(shí)，自保持電路14通過上述第一反饋放大器36和第二反饋放大器37實(shí)現(xiàn)對(duì)第二差分放大器16的充電，以維持輸出驅(qū)動(dòng)電路45的輸出電平。當(dāng)輸入信號(hào)沒有翻轉(zhuǎn)時(shí)，第一稱合電容13和第二稱合電容13逐漸放電,第一差分放大器15的第一輸入端153 (V+)和第二輸入端154 (V-)會(huì)逐漸趨向中間電平，輸出也會(huì)在接近中間電平的位置，這樣會(huì)使得接收端的處理器無法辨別該中間電平到底屬于高電平還是低電平。當(dāng)自保持電路14判斷V+和V—相差小于預(yù)設(shè)電平時(shí)，自保持電路14產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)K_c和K_cn，開啟第一反饋放大器36和第二反饋放大器37。需要說明的是，設(shè)定預(yù)設(shè)電平的大小決定開關(guān)信號(hào)0(_(:和1(_(^)的響應(yīng)速度，且開關(guān)信號(hào)的關(guān)閉響應(yīng)速度一定要快于正常信號(hào)，這樣在連續(xù)不變信號(hào)之后，當(dāng)?shù)谝徊罘址糯笃?5放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)再次發(fā)生變化時(shí)能夠快速關(guān)閉，從而減小對(duì)下一個(gè)信號(hào)的碼間干擾。第一反饋放大器36和第二反饋放大器37的開啟速度倒不需要很快，因?yàn)楫?dāng)?shù)谝徊罘址糯笃?5放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)不發(fā)生變化時(shí)，第一稱合電容42和第二稱合電容43的漏電電平變化比較緩慢，只要能保證最終的電平不會(huì)低于下一級(jí)正常工作電平即可，這樣做還有一個(gè)好處是在信號(hào)中連續(xù)變化時(shí)，不會(huì)對(duì)連續(xù)信號(hào)產(chǎn)生的干擾。
[0078]另外，由于第一差分放大器15和第一I禹合電容42、第二f禹合電容43之間的前向探測(cè)電路(即圖4中的第一差分放大器15和第一耦合電容42、第二耦合電容43之間的那兩條支路)不對(duì)稱，不可避免會(huì)給第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)帶來噪聲，噪聲的幅值取決于K_c和K_cn的時(shí)序差與第一反饋放大器36增益或第二反饋放大器37增益的積。如果設(shè)漏電電流與反轉(zhuǎn)電流比例為K，通過合理調(diào)節(jié)第一差分放大器15與第一反饋放大器36的增益或第二反饋放大器37的增益的比例，可以讓K比較小，這樣第一反饋放大器36或第二反饋放大器37的增益也比較小，同時(shí)對(duì)開關(guān)信號(hào)K_c和K_cn的對(duì)稱性要求就不會(huì)很嚴(yán)格。
[0079]圖10為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例五的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述圖9所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，上述前置放大器10還包括:第一差轉(zhuǎn)單電路40和第二差轉(zhuǎn)單電路41 ;其中，第一差轉(zhuǎn)單電路40的兩個(gè)輸入端401分別與第一差分放大器15的第一輸出端155和第一差分放大器15的第二輸出端156連接,第二差轉(zhuǎn)單電路41的兩個(gè)輸入端411分別與第一差分放大器15的第一輸出端155和第一差分放大器15的第二輸出端156連接，第一差轉(zhuǎn)單電路40的輸出端402與第一放大器21的輸入端211連接，第二差轉(zhuǎn)單電路41的輸出端412與第二放大器22的輸入端221連接。圖10仍然是以LA包括第一差分放大器、第二差分放大器和第三差分放大器三個(gè)放大器來舉例的。
[0080]需要說明的是，上述第一差轉(zhuǎn)單電路40和第二差轉(zhuǎn)單電路41是處于前置放大器10的增益不夠或者整個(gè)電路的帶寬不足而設(shè)計(jì)的，該第一差轉(zhuǎn)單電路40和第二差轉(zhuǎn)單電路41可以有效的提升前置放大器10的增益或者整個(gè)電路的帶寬。
[0081]本實(shí)用新型提供的前置放大器，通過自保持電路判斷TIA放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)的電壓差小于預(yù)設(shè)電平之后，自保持電路將LA中的第二差分放大器輸出端的信號(hào)作為反饋輸入給第二差分放大器的輸入端，以恢復(fù)第二差分放大器的輸入端的原始信號(hào)，從而保證信號(hào)輸出有效。本實(shí)用新型提供的前置放大器可以處理輸入信號(hào)在連續(xù)周期內(nèi)是連O或連I的情況，其對(duì)輸入信號(hào)的翻轉(zhuǎn)率或碼率并沒有要求，整個(gè)電路的工作點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移，進(jìn)而擴(kuò)展了前置處理器在處理器光互連通信中適用范圍；并且，通過在前置放大器中設(shè)置第一差轉(zhuǎn)單電路和第二差轉(zhuǎn)單電路，可以有效的提升前置放大器的增益或者整個(gè)電路的帶寬。
[0082]圖11為本實(shí)用新型提供的前置放大器實(shí)施例六的結(jié)構(gòu)示意圖。在上述圖10所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地，上述前置放大器10還包括:負(fù)電容電路46，負(fù)電容電路46的第一輸入端461與TIAll的第一輸出端111連接，負(fù)電容電路46的第二輸入端462與TIAll的第二輸出端112連接。
[0083]具體的，電容耦合的方式可以隔離前面小信號(hào)直流分量，只保留差分分量，這樣可以避免電路的工作電平偏移的問題，下級(jí)的LA12也不再需要直流反饋電路，節(jié)省了電路成本。對(duì)于前一級(jí)TIAll來說,輸出負(fù)載是第一稱合電容42。為保證前置放大器10增益損失不會(huì)過大，第一耦合電容不能太小，并且，上述利用差分信號(hào)的特點(diǎn)所構(gòu)建的負(fù)電容電路46，可以有效降低負(fù)載電容，增加電路的工作帶寬。
[0084]本實(shí)用新型提供的前置放大器，通過自保持電路判斷TIA放大前的第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)的電壓差小于預(yù)設(shè)電平之后，自保持電路將LA中的第二差分放大器輸出端的信號(hào)作為反饋輸入給第二差分放大器的輸入端，以恢復(fù)第二差分放大器的輸入端的原始信號(hào)，從而保證信號(hào)輸出有效。本實(shí)用新型提供的前置放大器可以處理輸入信號(hào)在連續(xù)周期內(nèi)是連O或連I的情況，其對(duì)輸入信號(hào)的翻轉(zhuǎn)率或碼率并沒有要求，整個(gè)電路的工作點(diǎn)不會(huì)發(fā)生偏移，進(jìn)而擴(kuò)展了前置處理器在處理器光互連通信中適用范圍；并且，通過在前置放大器中設(shè)置第一差轉(zhuǎn)單電路和第二差轉(zhuǎn)單電路，可以有效的提升前置放大器的增益或者整個(gè)電路的帶寬；另外，在前置放大器中設(shè)置負(fù)電容電路，可以有效降低負(fù)載電容，進(jìn)一步增加電路的工作帶寬。
[0085]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種前置放大器，其特征在于，包括:跨阻放大器TIA、耦合電容和限幅放大器LA ； 所述TIA連接于輸入的電流信號(hào)，所述TIA的兩個(gè)輸出端分別通過所述耦合電容與所述LA的兩個(gè)輸入端相連接，所述LA對(duì)所述TIA輸出的所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)進(jìn)行放大，所述LA的兩個(gè)輸出端連接至輸出驅(qū)動(dòng)電路； 所述TIA將所述電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)，所述第一電壓信號(hào)和所述第二電壓信號(hào)為差分信號(hào)； 其中，所述LA包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器和自保持電路；所述第一差分放大器的兩個(gè)輸入端為所述LA的兩個(gè)輸入端；所述第一差分放大器的兩個(gè)輸出端與所述第二差分放大器的兩個(gè)輸入端連接，所述第二差分放大器的兩個(gè)輸出端與所述第三差分放大器的兩個(gè)輸入端連接，所述第三差分放大器的兩個(gè)輸出端為所述LA的兩個(gè)輸出端；所述自保持電路的兩個(gè)第一輸入端與所述第一差分放大器的兩個(gè)輸入端連接，所述自保持電路的兩個(gè)第二輸入端與所述第二差分放大器的兩個(gè)輸出端連接，所述自保持電路的兩個(gè)輸出端與所述第二差分放大器的兩個(gè)輸入端連接； 所述自保持電路在判斷經(jīng)所述耦合電容耦合后的所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)之間的電壓差小于預(yù)設(shè)電平后，將所述第二差分放大器的輸出信號(hào)作為反饋輸入給所述第二差分放大器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的前置放大器，其特征在于，所述第二差分放大器包括第一放大器和第二放大器，所述自保持電路包括第一非門、第二非門、第一異或非門、第二異或非門、第三異或非門、第三非門、第一反饋放大器和第二反饋放大器； 所述第一非門的輸出端與所述第一異或非門的第一輸入端和所述第二異或非門的第一輸入端連接，所述第二非門的輸出端與所述第一異或非門的第二輸入端和所述第二異或非門的第二輸入端連接，所述第一異或非門的輸出端與所述第三異或非門的第一輸入端連接，所述第二異或非門的輸出端與所述第三異或非門的第二輸入端連接，所述第三異或非門的輸出端與所述第三非門的輸入端連接；所述第三非門的輸入端與所述第一反饋放大器的第一端和所述第二反饋放大器的第一端連接，所述第三非門的輸出端與所述第一反饋放大器的第二端和所述第二反饋放大器的第二端連接，所述第一反饋放大器的第三端與所述第一放大器的輸入端連接，所述第二反饋放大器的第三端與所述第二放大器的輸入端連接；所述第一放大器的輸入端與所述第一差分放大器的第一輸出端連接，所述第二放大器的輸入端與所述第一差分放大器的第二輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的前置放大器，其特征在于，所述前置放大器還包括:第一差轉(zhuǎn)單電路和第二差轉(zhuǎn)單電路；其中，所述第一差轉(zhuǎn)單電路的兩個(gè)輸入端分別與所述第一差分放大器的第一輸出端和所述第一差分放大器的第二輸出端連接，所述第二差轉(zhuǎn)單電路的兩個(gè)輸入端分別與所述第一差分放大器的第一輸出端和所述第一差分放大器的第二輸出端連接，所述第一差轉(zhuǎn)單電路的輸出端與所述第一放大器的輸入端連接，所述第二差轉(zhuǎn)單電路的輸出端與所述第二放大器的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的前置放大器，其特征在于，所述自保持電路在判斷到經(jīng)所述耦合電容耦合后的所述第一電壓信號(hào)和第二電壓信號(hào)之間的電壓差小于所述預(yù)設(shè)電平時(shí)，開啟所述第一反饋放大器和所述第二反饋放大器，將所述第二差分放大器的輸出信號(hào)作為反饋輸入給所述第二差分放大器的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的前置放大器，其特征在于，所述耦合電容包括:第一耦合電容和第二耦合電容； 所述TIA的第一輸出端通過所述第一耦合電容與所述第一差分放大器的第一輸入端連接，所述TIA的第二輸出端通過所述第二耦合電容與所述第一差分放大器的第二輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的前置放大器，其特征在于，所述第一差分放大器包括一個(gè)或多個(gè)差分放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的前置放大器，其特征在于，所述前置放大器還包括:負(fù)電容電路，所述負(fù)電容電路的第一輸入端與所述TIA的第一輸出端連接,所述負(fù)電容電路的第二輸入端與所述TIA的第二輸出端連接。
【文檔編號(hào)】H03F3/45GK204031080SQ201420497569
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】梁華岳, 范煜川 申請(qǐng)人:龍芯中科技術(shù)有限公司