CN106130491B - 一种实现tia自动匹配输出阻抗的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高速光通信接口领域，具体为一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路，其能够在TIA的输出端实现与负载精确自动匹配阻抗，其包括跨阻放大器，其特征在于，跨阻放大器的输入端连接发光二极管的正极、电阻Rf一端、第一MOS管的源极，跨阻放大器的输出端连接电阻Rf另一端、第一MOS的漏极、AGC模块、LPF的输入端，LPF顺次连接差分对电路、源跟随器电路、增益运放电路、差分比较器、RC低通滤波器，RC低通滤波器与源跟随电路相连，源跟随器电路包括两个源跟随MOS管，两个源跟随MOS管的源极通过电阻Rl相连，两个源跟随MOS的源极还各自连接增益运放电路中的一个运放的输入端，两个运放的输出端连接差分比较器的输入端，差分比较器至少有四个输入端。

Description

一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路
技术领域
本发明涉及高速光通信接口领域，具体为一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路。
背景技术
在高速的光通信网络应用中，可能会用同一个跨阻放大器(TIA)模块去匹配不同类型的限幅放大器(LA)模块，在一般的TIA差分输出电路，最后的一级常常采用源跟随器，实现低的输出阻抗和较大的带宽；但为了较好的和限幅放大器匹配，往往需要50ohm电阻来实现阻抗匹配，这需要源跟随器MOS(金属氧化物半导体场效应晶体管)管的跨导(gm)保持在20mS；但实际上源跟随器的MOS管gm不仅与负载有关，而且会在制造中存在工艺尺寸失配，还有温度、电源电压等因素都会使得阻抗精确的匹配很难实现。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路，其能够在TIA的输出端实现与负载精确自动匹配阻抗。
其技术方案是这样的：一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路，其包括跨阻放大器，其特征在于，所述跨阻放大器的输入端连接发光二极管的正极、电阻Rf一端、第一MOS管的源极，所述跨阻放大器的输出端连接所述电阻Rf另一端、所述第一MOS管的漏极、AGC模块、LPF的输入端，所述LPF顺次连接差分对电路、源跟随器电路、增益运放电路、差分比较器、RC低通滤波器，所述RC低通滤波器与所述源跟随电路相连，所述源跟随器电路包括两个源跟随MOS管，两个所述源跟随MOS管的源极通过电阻Rl相连，两个所述源跟随MOS管的源极还各自连接所述增益运放电路中的一个运放的输入端，两个所述运放的输出端连接所述差分比较器的输入端，所述差分比较器至少有四个输入端。
其进一步特征在于，所述差分对电路包括第二MOS管和第三MOS管，所述第二MOS管与所述第三MOS管的源极均连接第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极连接偏置电压Vbias、源极接地，所述第二MOS管的栅极连接所述LPF的输入端，所述第三MOS管的栅极连接所述LPF的输出端，所述第二MOS管的漏极连接电阻R1一端、一个所述源跟随MOS的栅极，所述第三MOS管的漏极连接电阻R2一端、另一个所述源跟随MOS的栅极，所述电阻R1另一端、电阻R2另一端、两个源跟随MOS管的漏极均连接电源VDD；
所述源跟随器电路还包括第五MOS管和第六MOS管，所述第五MOS管与所述第六MOS管的栅极均连接所述RC低通滤波器的输出端，所述第五MOS管与所述第六MOS管的漏极各自连接所述增益运放电路中的一个运放的输入端。
采用本发明的电路后，跨阻放大器输出的是差分互补信号，利用差分对电路作为增益级输出，最后通过源跟随器电路实现阻抗匹配，再通过运放实现增益，与前面的增益级输出输入到差分比较器再通过RC低通滤波器整形实现自动匹配阻抗。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为在Ro>RL/2时无此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果示意图；
图3为在Ro>RL/2时包含有此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果示意图；
图4为在Ro<RL/2时无此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果示意图；
图5为在Ro<RL/2时,包含此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果示意图。
具体实施方式
见图1所示，本实施例中的MOS均为NMOS管，根据实际需要也可以替换为PMOS，一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路，其包括跨阻放大器TIA，跨阻放大器TIA的输入端连接发光二极管的正极、电阻Rf一端、第一MOS管M1的源极，跨阻放大器TIA的输出端连接电阻Rf另一端、第一MOS管M1的漏极、AGC模块、LPF(低通滤波器)的输入端，LPF顺次连接差分对电路1-1、源跟随器电路、增益运放电路、差分比较器4-1、RC低通滤波器5-1，RC低通滤波器与源跟随电路相连，源跟随器电路包括两个源跟随MOS管2-1、2-2，两个源跟随MOS管2-1、2-2的源极通过电阻Rl相连，两个源跟随MOS管2-1、2-2的源极还各自连接增益运放电路中的一个运放的输入端，两个运放3-1、3-2的输出端连接差分比较器4-1的输入端，差分比较器有四个输入端。
差分对电路1-1包括第二MOS管M2和第三MOS管M3，第二MOS管M2与第三MOS管M3的源极均连接第四MOS管M4的漏极，第四MOS管M4的栅极连接偏置电压Vbias、源极接地，第二MOS管M2的栅极连接LPF的输入端，第三MOS管M3的栅极连接LPF的输出端，第二MOS管M2的漏极连接电阻R1一端、源跟随MOS管2-1的栅极，第三MOS管M3的漏极连接电阻R2一端、另一个源跟随MOS管2-2的栅极，电阻R1另一端、电阻R2另一端、两个源跟随MOS管的漏极均连接电源VDD；源跟随器电路还包括第五MOS管M5和第六MOS管M6，第五MOS管M5与第六MOS管M6的栅极均连接RC低通滤波器5-1的输出端，第五MOS管M5与第六MOS管M6的漏极各自连接增益运放电路中的一个运放的输入端。
本发明中使用4输入的差分比较器，实现：(VIP-VIN)-(2*VOP-2VON)；
理想情况下源跟随MOS管的输出阻抗Ro＝RL/2,使得2*VOP＝VIP(同样，2*VON＝VIN)；
Figure GDA0001126329350000021
得到：
Figure GDA0001126329350000022
当Ro<RL/2；
Figure GDA0001126329350000023
输出COM_OUT为低，使得源跟随MOS管的电流变小，gm变小，输出阻抗Ro增大,直到Ro＝RL/2，2*VOP＝VIP(2*VON＝VIN)。
当Ro>RL/2；
Figure GDA0001126329350000031
输出COM_OUT为高，使得源跟随MOS管的电流变大，gm变大，输出阻抗Ro减小，直到Ro＝RL/2，2*VOP＝VIP(2*VON＝VIN)。
图2:在Ro>RL/2时无此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果；
说明：若阻抗匹配，Ro＝RL/2,2VOP＝VIP,但由于无法实现自动匹配阻抗，所以使得2VOP<VIP；
图3:在Ro>RL/2时包含有此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果；
说明：最初阻抗不匹配，Ro>RL/2,2VOP<VIP,但由于存在阻抗自动匹配电路，使得VCTRL变大，源跟随MOS管的输出阻抗Ro变小，直到与RL/2匹配阻抗，最终使得2VOP＝VIP；
图4:在Ro<RL/2时无此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果；
说明：若阻抗匹配，Ro＝RL/2,2VOP＝VIP,但由于无法实现自动匹配阻抗，所以使得2VOP>VIP；
图5：在Ro<RL/2时,包含此发明电路的TIA输出幅值的瞬态仿真结果；
说明：最初阻抗不匹配，Ro<RL/2,2VOP>VIP,但由于存在阻抗自动匹配结构，使得VCTRL变小，源跟随MOS管的输出阻抗Ro变大，直到与RL/2自动匹配阻抗，最终使得2VOP＝VIP。

Claims (3)

1.一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路，其包括跨阻放大器，其特征在于，所述跨阻放大器的输入端连接发光二极管的正极、电阻Rf一端、第一MOS管的源极，所述跨阻放大器的输出端连接所述电阻Rf另一端、所述第一MOS的漏极、AGC模块、LPF的输入端，所述LPF顺次连接差分对电路、源跟随器电路、增益运放电路、差分比较器、RC低通滤波器，所述RC低通滤波器与所述源跟随电路相连，所述源跟随器电路包括两个源跟随MOS管，两个所述源跟随MOS管的源极通过电阻Rl相连，两个所述源跟随MOS的源极还各自连接所述增益运放电路中的一个运放的输入端，两个所述运放的输出端连接所述差分比较器的输入端，所述差分比较器至少有四个输入端。
2.根据权利要求1所述的一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路，其特征在于，所述差分对电路包括第二MOS管和第三MOS管，所述第二MOS管与所述第三MOS管的源极均连接第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极连接偏置电压Vbias、源极接地，所述第二MOS管的栅极连接所述LPF的输入端，所述第三MOS管的栅极连接所述LPF的输出端，所述第二MOS管的漏极连接电阻R1一端、一个所述源跟随MOS的栅极，所述第三MOS管的漏极连接电阻R2一端、另一个所述源跟随MOS的栅极，所述电阻R1另一端、电阻R2另一端、两个源跟随MOS管的漏极均连接电源VDD。
3.根据权利要求2所述的一种实现TIA自动匹配输出阻抗的电路，其特征在于，所述源跟随器电路还包括第四MOS管和第五MOS管，所述第四MOS管与所述第五MOS管的栅极均连接所述RC低通滤波器的输出端，所述第四MOS管与所述第五MOS管的漏极各自连接所述增益运放电路中的一个运放的输入端。
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