跨阻放大器電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及跨阻放大器(TIA)電路，并且更具體地，涉及TIA電路的自動(dòng)增益控制功能。
【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)接收設(shè)備中，由光電二極管(PD)接收的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并且通過跨阻放大器(TIA)電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。圖9是示出了一般的TIA電路的布置示例的框圖。TIA電路100是包括放大器22、40和50的多級(jí)放大器電路。TIA電路100還包括自動(dòng)增益控制(AGC)電路200，該自動(dòng)增益控制(AGC)電路200包括增益控制單元21，并控制第一級(jí)的放大器22的增益。增益控制單元21通過控制電壓Vagc來控制放大器22的反饋電阻器Rf，并因此控制放大器22的增益，使得從放大器22輸出的信號(hào)的幅度保持預(yù)定值。
[0003]在光學(xué)通信中，由于接收光強(qiáng)度根據(jù)通信距離來變化，需要在確保低噪聲和低失真的同時(shí)，對(duì)從弱(暗)光學(xué)信號(hào)到強(qiáng)(亮)光學(xué)信號(hào)的范圍內(nèi)的任何信號(hào)進(jìn)行放大。為了該目的，用于光學(xué)通信的TIA電路通常具有根據(jù)輸入信號(hào)強(qiáng)度的幅度(也就是接收光強(qiáng)度的幅度)來控制放大增益的功能。當(dāng)接收光強(qiáng)度較高時(shí)，TIA電路使增益較大，并且當(dāng)接收光強(qiáng)度較低時(shí)，TIA電路使增益較小。自動(dòng)執(zhí)行這樣的增益控制的AGC電路已經(jīng)在各種結(jié)構(gòu)中投入實(shí)際應(yīng)用。
[0004]AGC電路通過特定時(shí)間常數(shù)來控制增益。下文中，AGC電路確定最佳增益并對(duì)其進(jìn)行控制的功能將被稱作“AGC功能”，并且當(dāng)控制增益時(shí)AGC電路使用的時(shí)間常數(shù)將被稱作“AGC功能的時(shí)間常數(shù)”。
[0005]在圖9的布置示例中，AGC電路200的電阻器Ragc和電容器Cagc的幅度來決定AGC功能的時(shí)間常數(shù)。如果AGC功能的時(shí)間常數(shù)太短，則接下來在輸入信號(hào)中發(fā)生邏輯變化，并且因此不能實(shí)現(xiàn)獲得期望的輸出。這是因?yàn)?，例如，如果?dāng)輸入信號(hào)處于高電平時(shí)增益較小，并且在低電平處增益較大，則在高電平處的輸出電平和在低電平處的輸出電平幾乎相等，并且輸出的幅度因此變小?？偟膩碚f，考慮到輸入數(shù)據(jù)的波特率或編碼方法，對(duì)AGC功能的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得獲得足夠的長度來掌握平均輸入幅度。
[0006]然而，在PON(無源光網(wǎng)絡(luò))系統(tǒng)等中接收到間歇的光學(xué)信號(hào)(突發(fā)信號(hào))的情況下，如果AGC功能的時(shí)間常數(shù)太長，在設(shè)置最佳增益之前不能執(zhí)行正確的接收。為此，需要在傳輸幀中包括大量前導(dǎo)信號(hào)，并且因此，通信效率大大降低。
[0007]例如，在IEEE802.3av標(biāo)準(zhǔn)化的10G-EP0N標(biāo)準(zhǔn)中，在TIA電路和后續(xù)級(jí)的限制放大器中的總的突發(fā)響應(yīng)時(shí)間應(yīng)當(dāng)是800ns或小于800ns。優(yōu)選地，TIA電路在約400ns內(nèi)響應(yīng)。然而，在針對(duì)連續(xù)信號(hào)的一般TIA電路中，時(shí)間長達(dá)若干ys至若干ms。
[0008]因此，針對(duì)突發(fā)通信，AGC功能的時(shí)間常數(shù)設(shè)置的相對(duì)較短，或者按突發(fā)進(jìn)行不同的固定增益之間的切換，由此確保放大器電路的響應(yīng)速度和動(dòng)態(tài)范圍(例如，參見非專利文獻(xiàn)I) O
[0009]然而，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)與輸入幅度完全成正比的平滑增益控制和快速響應(yīng)。如果電路缺少其中之一，則導(dǎo)致表示輸入光學(xué)功率與比特錯(cuò)誤量之間的關(guān)系的誤比特率(BER)特性的惡化。為此，在高于1Gbps的數(shù)據(jù)率的突發(fā)通信中，引入了通過前向糾錯(cuò)(FEC)功能來減輕預(yù)定量的比特錯(cuò)誤的機(jī)制。
[0010]如上所述，傳統(tǒng)上，TIA電路的AGC功能的時(shí)間常數(shù)是固定的。因此，用于連續(xù)光學(xué)通信的設(shè)置相對(duì)長的AGC功能的時(shí)間常數(shù)的TIA電路不能對(duì)突發(fā)信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。如果用于突發(fā)通信的設(shè)置相對(duì)短的AGC功能的時(shí)間常數(shù)的TIA電路用于連續(xù)光學(xué)通信，由于編碼方法，連續(xù)的相同數(shù)字變長。具體地，無誤差近場區(qū)域中的輸入光學(xué)功率的BER特性降低。為了將用于突發(fā)通信的TIA電路應(yīng)用到連續(xù)信號(hào)，需要高成本的信號(hào)處理，例如需要FEC。這在網(wǎng)絡(luò)中是不利的，例如，以太網(wǎng)需要以低成本來構(gòu)建系統(tǒng)。
[0011]作為該問題的解決方案，考慮了將作為外部組件的電容元件或電阻元件連接到集成有TIA電路的IC芯片的外部并控制時(shí)間常數(shù)的方法(例如，參見非專利文獻(xiàn)2)。然而，在該方法中，如果存在多個(gè)部分來增加或減少電路中的電容器或電阻器，則需要同樣多的用于連接外部元件的端子(焊盤)。還需要確保在安裝有TIA芯片的光學(xué)模塊中安裝外部元件的空間。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]非專利文獻(xiàn)
[0014]非專利文獻(xiàn)1:10Gbit/sBurst Mode Recept1n IC Technology ,NTT TechnicalJournal，2011，January，pp.31—35
[0015]非專利文南犬2: Trans impedance Amplifier for I OGbp s OpticalCommunicat1n，OKI Technical Review?2001?January?pp.110-113

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明要解決的問題
[0017]本發(fā)明的目的在于，通過低成本并且緊湊的電路布置來同時(shí)實(shí)現(xiàn)立即對(duì)突發(fā)信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)所需要的AGC功能的短時(shí)間常數(shù)和獲得連續(xù)信號(hào)中的令人滿意的BER特性所需要的AGC功能的長時(shí)間常數(shù)。
[0018]解決該問題的方法
[0019]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的跨阻放大器電路，包括:放大器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大；自動(dòng)增益控制電路，通過根據(jù)接收信號(hào)電平的第一時(shí)間常數(shù)來控制放大器的放大增益；以及，第一選擇電路，從多個(gè)預(yù)定的值中選擇第一時(shí)間常數(shù)。
[0020]本發(fā)明的效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明，可以通過低成本并且緊湊的電路布置來同時(shí)實(shí)現(xiàn)立即對(duì)突發(fā)信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)所需要的短時(shí)間常數(shù)和獲得連續(xù)信號(hào)中的令人滿意的BER特性所需要的長時(shí)間常數(shù)。
【附圖說明】
[0022]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的TIA電路的布置示例的框圖；
[0023]圖2是不出了根據(jù)第一實(shí)施例的TIA的另一個(gè)布置不例的框圖；
[0024]圖3是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的TIA電路的修改的框圖；
[0025]圖4是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的TIA電路的示例布置的框圖；
[0026]圖5A是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的TIA電路的修改的框圖；
[0027]圖5B是用于解釋傳輸門電路的視圖；
[0028]圖6是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的TIA電路的布置示例的框圖；
[0029]圖7A是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)置在TIA電路中的信號(hào)檢測電路的布置示例的框圖；
[0030]圖7B是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)置在TIA電路中的信號(hào)檢測電路的布置示例的框圖；
[0031]圖8是示出了根據(jù)第四實(shí)施例的TIA電路的布置示例的框圖；以及[0032I圖9是示出了傳統(tǒng)TIA電路的布置示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]在本發(fā)明中，為了實(shí)現(xiàn)AGC功能的多個(gè)時(shí)間常數(shù)，例如，基于控制信號(hào)來改變確定AGC功能的時(shí)間常數(shù)的電阻元件的電阻值和電容元件的電容值中的至少一個(gè)。
[0034]更具體地，從多個(gè)預(yù)定值中選擇AGC功能的時(shí)間常數(shù)的第一選擇電路可以包括在AGC電路中包括的多個(gè)電阻元件或多個(gè)電容元件，以及與多個(gè)電阻元件或多個(gè)電容元件中的至少一些串聯(lián)或并聯(lián)連接的開關(guān)元件，該開關(guān)元件基于控制信號(hào)來接通或關(guān)斷，以改變確定時(shí)間常數(shù)的值的電阻元件的電阻值和電容元件的電容值中的一個(gè)。
[0035]例如，開關(guān)針對(duì)決定AGC功能的時(shí)間常數(shù)的電路中的電阻元件或電容元件或兩種元件中的至少一些來設(shè)置，并且對(duì)開關(guān)進(jìn)行接通/關(guān)斷控制，以啟用或禁用這些元件，由此改變電容值或