CN107733383B - 一种跨阻放大电路及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨阻放大电路，涉及光通信领域，包括跨阻放大器A1、第一电容C1、第一电阻R1和第一MOS管Q1，第一电阻R1和第一MOS管Q1串联后与第一电容C1并联，第一电容C1一端与跨阻放大器A1的反向输入端相连，另一端与跨阻放大器A1的输出端相连。本发明提供的跨阻放大电路，通过电压控制的MOS管等效电阻，MOS管尺寸小，生产难度小，而且不会产生较大的寄生电容，带宽较大，适用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及光通信领域，具体涉及一种跨阻放大电路及其设计方法。
背景技术
在多媒体和网络技术发展快速时代，数据量呈现指数式爆发增长，光纤通信由于其传输快，通信量大的特点而广泛应用，在光纤通信中，需要将小电流转换为可接受的电压，方便后续电路处理。
参见图1所示，现有技术中，在光通信***接收端，光电二极管LED接收光信号，然后经过跨阻放大电路将小电流转换成大电压，再经过限幅放大器A2将跨阻放大电路输出的大电压转换为用户可接受的电压。通常该跨阻放大电路包括并联的跨阻放大器A1和第二电阻R2，第二电阻R2的两端并联第二电容C2，第二电容C2为寄生电容，第二电容C2跨接在跨阻放大器A1的输入端和输出端，容易形成miller效应，造成跨接电容放大。
为了提高转换效率，通常第二电阻R2阻值大，会高达数百K欧姆数量级，导致面积偏大，不仅加大生产难度，而且也会产生较大的寄生电容。跨接电容放大及第二电阻R2产生的寄生电容，将会导致该电路带宽较小，部分高频信号不能被放大，适用范围小。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种跨阻放大电路，通过电压控制的MOS管等效电阻，MOS管尺寸小，生产难度小，而且不会产生较大的寄生电容，带宽较大，适用范围更广。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种跨阻放大电路，包括跨阻放大器A1、第一电容C1、第一电阻R1和第一MOS管Q1，所述第一电阻R1和第一MOS管Q1串联后与第一电容C1并联，所述第一电容C1一端与所述跨阻放大器A1的反向输入端相连，另一端与所述跨阻放大器A1的输出端相连。
在上述技术方案的基础上，所述第一MOS管Q1为NMOS管。
本发明还提供了一种跨阻放大电路的设计方法，包括步骤：
设计原跨阻放大电路，所述原跨阻放大电路包括跨阻放大器A1、第二电容C2和第二电阻R2，所述第二电容C2和第二电阻R2并联，所述第二电容C2一端与所述跨阻放大器A1的反向输入端相连，另一端与所述跨阻放大器A1的输出端相连；
根据所述原跨阻放大电路，得到第二电阻R2的阻值；
根据所述第二电阻R2的阻值，对应匹配所述第一电阻R1和第一MOS管Q1，使所述第一电阻R1和第一MOS管Q1的串联阻值等于所述第二电阻R2的阻值。
在上述技术方案的基础上，匹配所述第一电阻R1和第一MOS管Q1的方法如下：
设计等效匹配电路，所述等效匹配电路包括两个并联的支路和一运算放大器A3，其中一所述支路由第二MOS管Q2和第二电阻R2顺次串联而成，另一所述支路由第三MOS管Q3、第三电阻R3和第四MOS管Q4顺次串联而成，所述运算放大器A3的正向输入端与所述第二MOS管Q2的输出端相连，所述运算放大器A3的反向输入端与所述第三MOS管Q3的输出端相连，所述运算放大器A3的输出端与所述第四MOS管Q4的栅极相连，且两个所述支路并联后串联一第五MOS管Q5，所述第五MOS管Q5的源极接地；
对所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3施加相同的偏置电压，调节所述第三电阻R3的阻值，直至所述运算放大器A3到达虚短状态，得到所述第四MOS管Q4的栅极电压；
匹配所述第一电阻R1和第一MOS管Q1，使所述第一电阻R1的阻值等于所述第三电阻R3的阻值，所述第一MOS管Q1栅极的偏置电压等于所述第四MOS管Q4的栅极电压。
在上述技术方案的基础上，所述第一MOS管Q1为NMOS管。
在上述技术方案的基础上，所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3均为PMOS管。
在上述技术方案的基础上，所述第四MOS管Q4和第五MOS管Q5均为NMOS管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的跨阻放大电路，通过电压控制的MOS管等效电阻，MOS管尺寸小，生产难度小，而且不会产生较大的寄生电容，带宽较大，适用范围更广；
(2)本发明的跨阻放大电路包括第一电阻R1，可有效分担部分电压，使得第一MOS管Q1漏极和源极的压差Vds较低，从而增加第一MOS管Q1的线性度，增大跨阻放大器A1的增益，可将小电流转换成更大的电压，效果更好。
附图说明
图1为现有技术的跨阻放大电路结构示意图；
图2为本发明实施例中跨阻放大电路结构示意图；
图3为本发明实施例中等效匹配电路的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图2所示，本发明实施例提供一种跨阻放大电路，包括跨阻放大器A1、第一电容C1、第一电阻R1和第一MOS管Q1，第一电阻R1和第一MOS管Q1串联后与第一电容C1并联，第一电容C1一端与跨阻放大器A1的反向输入端相连，另一端与跨阻放大器A1的输出端相连。第一MOS管Q1为NMOS管。
本发明实施例的跨阻放大电路包括第一电阻R1，可有效分担部分电压，使得第一MOS管Q1漏极和源极的压差Vds较低，从而增加第一MOS管Q1的线性度，增大跨阻放大器A1的增益，可将小电流转换成更大的电压，效果更好。
本发明的跨阻放大电路，通过电压控制的MOS管等效电阻，MOS管尺寸小，生产难度小，而且不会产生较大的寄生电容，带宽较大，适用范围更广。
本发明还提供了一种上述跨阻放大电路的设计方法，包括步骤：
设计原跨阻放大电路，原跨阻放大电路包括跨阻放大器A1、第二电容C2和第二电阻R2，第二电容C2和第二电阻R2并联，第二电容C2一端与跨阻放大器A1的反向输入端相连，另一端与跨阻放大器A1的输出端相连，如图1所示；
根据原跨阻放大电路，得到第二电阻R2的阻值；
根据第二电阻R2的阻值，对应匹配第一电阻R1和第一MOS管Q1，使第一电阻R1和第一MOS管Q1的串联阻值等于第二电阻R2的阻值。
本发明实施例中，匹配第一电阻R1和第一MOS管Q1的方法如下：
设计等效匹配电路，参见图3所示，等效匹配电路包括两个并联的支路和一运算放大器A3，其中一支路由第二MOS管Q2和第二电阻R2顺次串联而成，另一支路由第三MOS管Q3、第三电阻R3和第四MOS管Q4顺次串联而成，运算放大器A3的正向输入端与第二MOS管Q2的输出端相连，运算放大器A3的反向输入端与第三MOS管Q3的输出端相连，运算放大器A3的输出端与第四MOS管Q4的栅极相连，且两个支路并联后串联一第五MOS管Q5，第五MOS管Q5的源极接地，第五MOS管Q5栅极的偏置电压为Vbiasn；
对第二MOS管Q2和第三MOS管Q3施加相同的偏置电压Vbiasp，调节第三电阻R3的阻值，直至运算放大器A3到达虚短状态，此时，运算放大器A3正向输入端的电压V+等于反向输入端的电压V-，得到第四MOS管Q4的栅极电压Vg；
匹配第一电阻R1和第一MOS管Q1，使第一电阻R1的阻值等于第三电阻R3的阻值，第一MOS管Q1栅极的偏置电压等于第四MOS管Q4的栅极电压Vg。
第一MOS管Q1为NMOS管，第二MOS管Q2和第三MOS管Q3均为PMOS管，第四MOS管Q4和第五MOS管Q5均为NMOS管。
本发明实施例中上述跨阻放大电路的设计方法，通过对第二MOS管Q2和第三MOS管Q3施加相同的偏置电压Vbiasp，调节第三电阻R3的阻值，直至运算放大器A3到达虚短状态，使得两条支路上的电压和电流均相同，从而可使第三电阻R3和第四MOS管Q4的串联阻值等于第二电阻R2的阻值，完成两条支路的等效匹配，电路简单，设计方便。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (4)
1.一种跨阻放大电路的设计方法，所述跨阻放大电路包括跨阻放大器A1、第一电容C1、第一电阻R1和第一MOS管Q1，所述第一电阻R1和第一MOS管Q1串联后与第一电容C1并联，所述第一电容C1一端与所述跨阻放大器A1的反向输入端相连，另一端与所述跨阻放大器A1的输出端相连；
其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：
设计原跨阻放大电路，所述原跨阻放大电路包括跨阻放大器A1、第二电容C2和第二电阻R2，所述第二电容C2和第二电阻R2并联，所述第二电容C2一端与所述跨阻放大器A1的反向输入端相连，另一端与所述跨阻放大器A1的输出端相连；
根据所述原跨阻放大电路，得到第二电阻R2的阻值；
根据所述第二电阻R2的阻值，对应匹配所述第一电阻R1和第一MOS管Q1，使所述第一电阻R1和第一MOS管Q1的串联阻值等于所述第二电阻R2的阻值；
匹配所述第一电阻R1和第一MOS管Q1的方法如下：
设计等效匹配电路，所述等效匹配电路包括两个并联的支路和一运算放大器A3，其中一所述支路由第二MOS管Q2和第二电阻R2顺次串联而成，另一所述支路由第三MOS管Q3、第三电阻R3和第四MOS管Q4顺次串联而成，所述运算放大器A3的正向输入端与所述第二MOS管Q2的输出端相连，所述运算放大器A3的反向输入端与所述第三MOS管Q3的输出端相连，所述运算放大器A3的输出端与所述第四MOS管Q4的栅极相连，且两个所述支路并联后串联一第五MOS管Q5，所述第五MOS管Q5的源极接地；
对所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3施加相同的偏置电压，调节所述第三电阻R3的阻值，直至所述运算放大器A3到达虚短状态，得到所述第四MOS管Q4的栅极电压；
匹配所述第一电阻R1和第一MOS管Q1，使所述第一电阻R1的阻值等于所述第三电阻R3的阻值，所述第一MOS管Q1栅极的偏置电压等于所述第四MOS管Q4的栅极电压。
2.如权利要求1所述跨阻放大电路的设计方法，其特征在于：所述第一MOS管Q1为NMOS管。
3.如权利要求1所述跨阻放大电路的设计方法，其特征在于：所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3均为PMOS管。
4.如权利要求1所述跨阻放大电路的设计方法，其特征在于：所述第四MOS管Q4和第五MOS管Q5均为NMOS管。
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