CN110535444A - 用于突发跨阻放大器的偏置电路及突发跨阻放大器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于突发跨阻放大器的偏置电路,包括:运算放大器、三极管、MOS晶体管、电阻及其他器件。其中,运算放大器的反相输入端和电阻的第一端口均与三极管的集电极相连接,运算放大器的同相输入端与MOS晶体管的漏极相连接,运算放大器的输出端口与MOS晶体管的栅极相连接,MOS晶体管的源极与电阻的第二端口相连接。运算放大器、MOS晶体管和电阻组成负反馈网络,能够使突发跨阻放大器的MOS晶体管栅极电压被偏置在正确的电位,使得该MOS晶体管处于弱导通状态,解决了突发跨阻放大器输出的信号噪声过大或者信号畸变等问题。
Description
技术领域
本申请涉及电子技术领域,尤其涉及一种用于突发跨阻放大器的偏置电路及突发跨阻放大器。
背景技术
光纤到户(Fiber To The Home,FTTH)是目前最理想的宽带接入方式,无源光网络(Passive Optical Network,PON)是实现FTTX最具吸引力的技术。PON网络由光网络单元(Optical Network Unit,ONU)、光线路终端(optical line terminal,OLT)以及光分路器等组成,OLT端接收不同ONU端发送的突发数据,接收部分响应时间需要尽可能短以提高网络利用效率(千兆位无源光网络(Gigabit-Capable PON,GPON)协议G984.2中规定preamble时间为44bit),跨阻放大器负责接收端光电转换并放大信号,所以OLT的跨阻放大器的响应时间要尽可能短以满足协议要求。有源跨阻被用于突发跨阻放大器中以扩大输入动态范围,突发跨阻放大器的难点在于缩短有源跨阻的响应时间。图1描述了现有的一种应用于突发跨阻放大器的有源跨阻电路,图中的MOS晶体管栅极电压被固定偏置,这样可以避免有源跨阻响应时间问题。但是若MOS晶体管的栅极电压没有被偏置在正确的电位,会出现突发跨阻放大器输出的信号噪声过大或者信号畸变等问题。
发明内容
本申请实施例提供一种用于突发跨阻放大器的偏置电路,能够使突发跨阻放大器的MOS晶体管栅极电压被偏置在正确的电位,使得该MOS晶体管处于弱导通状态,解决了突发跨阻放大器输出的信号噪声过大或者信号畸变等问题。
第一方面,本申请实施例提供一种用于突发跨阻放大器的偏置电路,包括:运算放大器、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、三极管Q1,MOS晶体管M1和电阻R1;
其中,所述第一电流发生器的输出端口与所述三极管Q1的集电极相连接,所述三极管Q1的基极与集电极相连接,所述三极管Q1的发射极接地;
所述第二电流发生器的输出端口与所述运算放大器的同相输入端相连接;
所述运算放大器的反相输入端和所述电阻R1的第一端口均与所述三极管Q1的集电极相连接,所述运算放大器的同相输入端与所述MOS晶体管M1的漏极相连接;所述运算放大器的输出端口与所述MOS晶体管M1的栅极相连接;
所述MOS晶体管M1的源极和所述电阻R1的第二端口均与所述第三电流发生器的正极相连接;所述第三电流发生器的负极接地。
在一种可行的实施例中,所述第一电流发生器为恒流源或电阻。
在一种可行的实施例中,所述第二电流发生器和所述第三电流发生器均为恒流源。
在一种可行的实施例中,所述运算放大器工作时,其同相输入端的电压与反相输入端的电压相等。
第二方面,本申请实施例提供一种突发跨阻放大器,包括电阻Rc、电阻R0、电阻R1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、MOS晶体管M0、MOS晶体管M1、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、第四电流发生器和运算放大器;
其中,所述第一电流发生器的输出端口与所述第三三极管Q3的集电极相连接,所述第三三极管Q3的基极与集电极相连接,所述第三三极管Q3的发射极接地;所述第二电流发生器的输出端口与所述运算放大器的同相输入端相连接;
所述运算放大器的反相输入端和所述电阻R1的第一端口均与第三三极管Q3的集电极相连接,所述运算放大器的同相输入端与所述MOS晶体管M1的漏极相连接;所述运算放大器的输出端口与所述MOS晶体管M1的栅极相连接;
所述MOS晶体管M1的源极和所述电阻R1的第二端口均与所述第三电流发生器的正极相连接;所述第三电流发生器的负极接地;
所述电阻Rc的第一端口接直流电压源VCC,其第二端口与所述第一三极管Q1的集电极,所述三极管Q1的发射极接地;
所述第二三极管Q2的集电极接所述直流电压源VCC,其基极与所述电阻Rc的第二端口相连接,所述第二三极管Q2的发射极与所述第四电流发生器的正极相连接,所述第四电流发生器的负极接地;
所述MOS晶体管M0的栅极与所述偏置电路的输出端口相连接,所述MOS晶体管M0的漏极和源极分别与所述电阻R0的第一端口和第二端口相连接;
所述电阻R0的第一端口与上述第一三极管Q1的基极相连接,上述电阻R0的第二端口与所述第四电流发生器的正极相连接。
在一种可行的实施例中,所述MOS晶体管M1的尺寸参数与所述MOS晶体管M0的尺寸参数一致;所述电阻R0的尺寸参数和所述电阻R1的尺寸参数一致;所述第一三极管Q1的尺寸参数和所述第三三极管Q3的尺寸参数一致。
在一种可行的实施例中,所述第一电流发生器为恒流源或电阻。
在一种可行的实施例中,所述第二电流发生器、第三电流发生器和第四电流发生器均为恒流源。
第三方面,本申请实施例还提供一种光线路终端,包括如第一方面所述的偏置电路或者第二方面所述的突发跨阻放大器。
可以看出,在本申请的实施例中,突发跨阻放大器的偏置电路包括:运算放大器、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、三极管Q1、MOS晶体管M1和电阻R1;其中,第一电流发生器的输出端口与三极管Q1的集电极相连接,三极管Q1的基极与其集电极相连接,三极管Q1的发射极接地;第二电流发生器的输出端口与运算放大器的同相输入端相连接;运算放大器的反相输入端和电阻R1的第一端口均与三极管Q1的集电极相连接,运算放大器的同相输入端与MOS晶体管M1的漏极相连接;运算放大器的输出端口与MOS晶体管M1的栅极相连接;MOS晶体管M1的源极和电阻R1的第二端口均与第三电流发生器的正极相连接;第三电流发生器的负极接地。运算放大器、MOS晶体管M1和电阻R1组成负反馈网络,能够使突发跨阻放大器的MOS晶体管栅极电压被偏置在正确的电位,使得该MOS晶体管处于弱导通状态,解决了突发跨阻放大器输出的信号噪声过大或者信号畸变等问题。
本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种传统跨阻放大器的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种突发跨阻放大器的结构示意图;
图3为本申请实施例提供的一种用于突发跨阻放大器的偏置电路的结构示意图;
图4为本申请实施例提供的另一种突发跨阻放大器的结构示意图。
具体实施方式
以下分别进行详细说明。
参见图1,图1为一种传统跨阻放大器的结构示意图。如图1所示,该传统跨阻放大器包括:电阻Rc、电阻R0、第一三极管Q1、第二三极管Q2、MOS晶体管M0、自动增益控制电路和电流发生器。
其中,上述电阻Rc的第一端口接直流电压源VCC,其第二端口与上述第一三极管Q1的集电极,该三极管Q1的发射极接地。
其中,上述第二三极管Q2的集电极接上述直流电压源VCC,其基极与上述电阻Rc的第二端口相连接,上述第二三极管Q2的发射极与上述电流发生器的正极相连接,该该电流发生器的负极接地。
上述自动增益控制电路的输出端口与上述MOS晶体管M0的栅极相连接,为该MOS晶体管M0的栅极提供偏置电压。该MOS晶体管M0的漏极与源极分别与上述电阻R0的第一端口和第二端口相连接。
上述电阻R0的第一端口与上述第一三极管Q1的基极相连接,该电阻R0的第二端口与上述电流发生器的正极相连接。
该跨阻放大器的工作过程为:上述自动增益控制电路控制上述MOS晶体管的M0,该MOS晶体管M0与上述电阻R0并联构成有源跨阻Rf。当该跨阻放大器输入的信号为小信号时,上述自动增益控制电路的输出电压Vg较小,上述MOS晶体管M0栅极电压较小,该M0处于关闭状态,此时有源跨阻Rf=R0;当该跨阻放大器输入的信号为大信号输入时,上述自动增益控制电路的输出电压Vg变大,则上述MOS晶体管M0的栅极电压较大,该M0处于导通状态,此时上述有源跨阻Rf=R0||Rm0,该Rm0为上述MOS晶体管M0的等效电阻。
为了保持自动增益控制电路稳定,该自动增益控制电路的响应时间较长,不适用于突发跨阻放大器应用。
为了解决图1中传统跨阻放大器在大信号输入时,自动增益控制电路的响应时间较长的问题,参见图2,图2为本申请实施例提供了一种突发跨阻放大器的结构示意图。如图2所示,该突发跨阻放大器包括:电阻Rc、电阻R0、第一三极管Q1、第二三极管Q2、MOS晶体管M0、恒压源和电流发生器。
其中,上述电阻Rc的第一端口接直流电压源VCC,其第二端口与上述第一三极管Q1的集电极,该三极管Q1的发射极接地。
其中,上述第二三极管Q2的集电极接上述直流电压源VCC,其基极与上述电阻Rc的第二端口相连接,上述第二三极管Q2的发射极与上述电流发生器的正极相连接,该电流发生器的负极接地。
上述MOS晶体管M0的栅极与上述恒压源的正极相连接,该恒压源的负极接地,该恒压源为该MOS晶体管M0的栅极提供偏置电压。该MOS晶体管M0的漏极与源极分别与上述电阻R0的第一端口和第二端口相连接。
上述电阻R0的第一端口与上述第一三极管Q1的基极相连接,该电阻R0的第二端口与上述电流发生器的正极相连接。
与图1所示的传统跨阻放大器相比,图2所示的突发跨阻放大器的主要区别在于,图2中MOS晶体管的栅极被恒压源控制,而不是由自动增益控制电路控制,这样就避免了当大信号输入时自动增益控制电路电路的响应时间较长的问题,突发跨阻放大器输出响应会实时跟随输入信号。当上述突发跨阻放大器输入的信号为小信号时,上述MOS晶体管M0处于弱导通状态,此时有源跨阻Rf≈R0;当上述突发跨阻放大器输入的信号为大信号时,Vo电位降低,上述MOS晶体管M0由弱导通状态向导通状态转变;上述MOS晶体管M0输入的信号越大时,M0导通状态越强。
为了确保上述突发跨阻放大器输入小信号时,上述MOS晶体管M0处于弱导通状态,就需要为上述MOS晶体管M0栅极提供合适的偏置电压,即上述电压Vg。电压Vg应该能够跟随工艺、电源电压、温度等参数的变化而变化,才能确保当上述突发跨阻放大器输入小信号时,上述MOS晶体管M0处于弱导通状态。
参见图3,图3为本申请实施例提供的一种用于突发跨阻放大器的偏置电路的结构示意图。该偏置电路的输出电压(即上述Vg)能够跟随工艺、电源电压、温度等参数的变化而变化,为图2中的MOS晶体管M0的栅极提供偏置电压,以使当上述突发跨阻放大器输入小信号时,上述MOS晶体管M0处于弱导通状态。
如图3所示,该偏置电路包括:运算放大器、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、三极管Q1,MOS晶体管M1和电阻R1。
其中,上述第一电流发生器的输出端口与上述三极管Q1的集电极相连接,该三极管Q1的发射极接地,基极与其集电极相连接,且集电极与基极的电压均为VCM。
上述运算放大器的反相输入端与上述三极管Q1的集电极相连接,该运算放大器的同相输入端与上述第二电流发生器的输出端口相连接;上述运算放大器的输出端口与上述MOS晶体管M1的栅极相连接,该运算放大器输出端口的电压为Vg。
上述MOS晶体管M1的漏极与上述运算放大器的同相输入端相连接,该MOS晶体管M1的源极和上述电阻R1的第二端口均与上述第三电流发生器的正极相连接,上述电阻R1的第一端口与上述三极管Q1的集电极相连接;上述第三电流发生器的负极接地。
其中,上述电阻R1、MOS晶体管M1和运算放大器构成负反馈网络,以保证MOS晶体管M1处于弱导通状态。
其中,上述电阻R1和上述MOS晶体管M1构成有源跨阻Rf。
其中,上述三极管Q1的尺寸参数与上述图2中的第一三极管Q1的尺寸参数一致或成比例、上述MOS晶体管M1尺寸参数与上述图2中的MOS晶体管M0的尺寸参数一致或者成比例,上述电阻R1的尺寸参数与上述图2中的电阻R0的尺寸参数相同或者成比例。
在此需要说明的是,三极管的尺寸参数包括:特征频率、工作电压/电流、电流放大倍数、集电极发射极反向击穿电压、最大允许耗散功率和封装形式。
MOS晶体管的尺寸参数包括:晶体管类型(N型或P型)、开启电压、直流输入电阻、漏源极击穿电压、栅极击穿电压、低频跨导、导通电阻、极间电容和低频噪声系数。
电阻的尺寸参数包括:工作电压/电流、阻值和击穿电压。
当上述运算放大器工作稳定后,其同相输入端的电压与反相输入端的电源相等。由于上述MOS晶体管M1的漏极与上述运算放大器的同相输入端相连接,电阻R1的第一端口与上述运算放大电路的反相输入端相连接,且该运算放大器的反相输入端与上述三极管管的Q1的集电极相连接,所以可以看成上述MOS晶体管M1的漏极和上述电阻R1的第一端口均与上述三极管Q1的集电极相连接。又由于上述三极管Q1的基极与集电极相连接,故可以看成上述MOS晶体管M1的漏极和上述电阻R1的第一端口均与上述三极管Q1的基极相连接。且上述MOS晶体管M1的源极与上述电阻R1的第二端口相连接。
而图2中MOS晶体管M0的漏极和电阻R0的第一端口与第一三极管Q1的基极相连接,且上述MOS晶体管M0的源极和上述电阻R0的第二端口相连接。上述图2中的MOS晶体管M0和第一三极管Q1的尺寸参数均与上述图3中的MOS晶体管M1和三极管Q1的尺寸参数一致或者成比例,上述图2中的电阻R0的尺寸参数与图3中的电阻R1的尺寸参数一致或者成比例,因此可以看出,当正常工作时,图2中的MOS晶体管M0和电阻R0的工作状态分别与上述图3中的MOS晶体管M1和电阻R1的工作状态一致。此时上述图2中的第一三极管Q1的VBE与上述图3三极管Q1的VBE相等,该VBE为三极管基极与发射极之间的电压。
因此可以看出,图3中的有源跨阻和图2中的有源跨阻相同,因此图3所示的偏置电路输出的电压Vg作为上述图2中所示突发跨阻放大器中的MOS晶体管M0的栅极的偏置电压,使得图2所示的突发跨阻放大器输入小信号时,其MOS晶体管M0处于弱导通状态。
换句话说,上述图3所示的偏置电路中的MOS晶体管M1和电阻R1用来匹配图2所示的MOS晶体管M0和电阻R0,且上述运算放大器、电阻R1和MOS晶体管M1构成负反馈网络,保证MOS晶体管M1工作于弱导通状态;由于图3中的有源跨阻和图2中有源跨阻相同,故使用图3所示的偏置电路输出的电压Vg偏置图2中所示MOS晶体管M0的栅极,可以保证图2所示的突发跨阻放大器输入小信号时,其MOS晶体管M0处于弱导通状态。
在一种可行的实施例中,上述第一电流发生器为恒流源或者电阻。
当上述第一电流发生器为电阻时,该第一电流发生器的输出端口为该电阻的第二端口,该电阻的第一端口接直流电压源VCC。由于图3中的三极管Q1集电极的电压为VCM,则电阻两端的电压为VCC-VCM。
在一种可行的实施例中,上述第二电流发生器和第三电流发生器均为恒流源。
可以看出,在本申请的实施例中,突发跨阻放大器的偏置电路包括:运算放大器、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、三极管Q1、MOS晶体管M1和电阻R1;其中,第一电流发生器的输出端口与三极管Q1的集电极相连接,三极管Q1的基极与集电极相连接,三极管Q1的发射极接地;第二电流发生器的输出端口与运算放大器的同相输入端相连接;运算放大器的反相输入端和电阻R1的第一端口均与三极管Q1的集电极相连接,运算放大器的同相输入端与MOS晶体管M1的漏极相连接;运算放大器的输出端口与MOS晶体管M1的栅极相连接;MOS晶体管M1的源极和电阻R1的第二端口均与第三电流发生器的正极相连接;第三电流发生器的负极接地。运算放大器、MOS晶体管M1和电阻R1组成负反馈网络,能够使突发跨阻放大器的MOS晶体管栅极电压被偏置在正确的电位,使得该MOS晶体管处于弱导通状态,解决了突发跨阻放大器输出的信号噪声过大或者信号畸变等问题。
参见图4,图4为本申请实施例提供的另一种突发跨阻放大器的结构示意图。如图4所示,该突发跨阻放大器包括:电阻Rc、电阻R0、电阻R1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、MOS晶体管M0、MOS晶体管M1、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、第四电流发生器和运算放大器;
其中,所述第一电流发生器的输出端口与所述第三三极管Q3的集电极相连接,所述第三三极管Q3的基极与集电极相连接,所述第三三极管Q3的发射极接地;所述第二电流发生器的输出端口与所述运算放大器的同相输入端相连接;
所述运算放大器的反相输入端和所述电阻R1的第一端口均与第三三极管Q3的集电极相连接,所述运算放大器的同相输入端与所述MOS晶体管M1的漏极相连接;所述运算放大器的输出端口与所述MOS晶体管M1的栅极相连接;
所述MOS晶体管M1的源极和所述电阻R1的第二端口均与所述第三电流发生器的正极相连接;所述第三电流发生器的负极接地;
所述电阻Rc的第一端口接直流电压源VCC,其第二端口与所述第一三极管Q1的集电极,所述三极管Q1的发射极接地;
所述第二三极管Q2的集电极接所述直流电压源VCC,其基极与所述电阻Rc的第二端口相连接,所述第二三极管Q2的发射极与所述第四电流发生器的正极相连接,所述第四电流发生器的负极接地;
所述MOS晶体管M0的栅极与所述偏置电路的输出端口相连接,所述MOS晶体管M0的漏极和源极分别与所述电阻R0的第一端口和第二端口相连接;
所述电阻R0的第一端口与上述第一三极管Q1的基极相连接,上述电阻R0的第二端口与所述第四电流发生器的正极相连接。
其中,所述MOS晶体管M1的尺寸参数与所述MOS晶体管M0的尺寸参数一致或者成比例;所述电阻R0的尺寸参数和所述电阻R1的尺寸参数一致或者成比例;所述第一三极管Q1的尺寸参数和所述第三三极管Q3的尺寸参数一致或者成比例。
在一种可行的实施例中,所述第一电流发生器为恒流源或电阻。
当上述第一电流发生器为电阻时,该第一电流发生器的输出端口为该电阻的第二端口,该电阻的第一端口接直流电压源VCC。由于图4中的第三三极管Q3集电极的电压为VCM,则电阻两端的电压为VCC-VCM。
在一种可行的实施例中,所述第二电流发生器、第三电流发生器和第四电流发生器均为恒流源。
在此需要说明的是,图4所示的突发跨阻放大器的具体描述可参见上述图2和图3的相关描述,在此不再叙述。
本申请实施例还提供一种光线路终端,该光线路终端包括如图3所示的偏置电路和/或如图4所示的突发跨阻放大器。
以上对本申请实施例进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上上述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (9)
1.一种用于突发跨阻放大器的偏置电路,其特征在于,包括:运算放大器、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、三极管Q1,MOS晶体管M1和电阻R1;
其中,所述第一电流发生器的输出端口与所述三极管Q1的集电极相连接,所述三极管Q1的基极与其集电极相连接,所述三极管Q1的发射极接地;
所述第二电流发生器的输出端口与所述运算放大器的同相输入端相连接;
所述运算放大器的反相输入端和所述电阻R1的第一端口均与所述三极管Q1的集电极相连接,所述运算放大器的同相输入端与所述MOS晶体管M1的漏极相连接;所述运算放大器的输出端口与所述MOS晶体管M1的栅极相连接;
所述MOS晶体管M1的源极和所述电阻R1的第二端口均与所述第三电流发生器的正极相连接;所述第三电流发生器的负极接地。
2.根据权利要求1所述的偏置电路,其特征在于,所述第一电流发生器为恒流源或者电阻。
3.根据权利要求1所述的偏置电路,其特征在于,所述第二电流发生器和所述第三电流发生器均为恒流源。
4.根据权利要求1-3任一项所述的偏置电路,其特征在于,所述运算放大器工作时,其同相输入端的电压与反相输入端的电压相等。
5.一种突发跨阻放大器,其特征在于,包括电阻Rc、电阻R0、电阻R1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、MOS晶体管M0、MOS晶体管M1、第一电流发生器、第二电流发生器、第三电流发生器、第四电流发生器和运算放大器;
其中,所述第一电流发生器的输出端口与所述第三三极管Q3的集电极相连接,所述第三三极管Q3的基极与集电极相连接,所述第三三极管Q3的发射极接地;所述第二电流发生器的输出端口与所述运算放大器的同相输入端相连接;
所述运算放大器的反相输入端和所述电阻R1的第一端口均与第三三极管Q3的集电极相连接,所述运算放大器的同相输入端与所述MOS晶体管M1的漏极相连接;所述运算放大器的输出端口与所述MOS晶体管M1的栅极相连接;
所述MOS晶体管M1的源极和所述电阻R1的第二端口均与所述第三电流发生器的正极相连接;所述第三电流发生器的负极接地;
所述电阻Rc的第一端口接直流电压源VCC,其第二端口与所述第一三极管Q1的集电极,所述三极管Q1的发射极接地;
所述第二三极管Q2的集电极接所述直流电压源VCC,其基极与所述电阻Rc的第二端口相连接,所述第二三极管Q2的发射极与所述第四电流发生器的正极相连接,所述第四电流发生器的负极接地;
所述MOS晶体管M0的栅极与所述偏置电路的输出端口相连接,所述MOS晶体管M0的漏极和源极分别与所述电阻R0的第一端口和第二端口相连接;
所述电阻R0的第一端口与上述第一三极管Q1的基极相连接,上述电阻R0的第二端口与所述第四电流发生器的正极相连接。
6.根据权利要求5所述的突发跨阻放大器,其特征在于,
所述MOS晶体管M1的尺寸参数与所述MOS晶体管M0的尺寸参数一致或成比例;所述电阻R0的尺寸参数和所述电阻R1的尺寸参数一致或成比例;所述第一三极管Q1的尺寸参数和所述第三三极管Q3的尺寸参数一致或成比例。
7.根据权利要求5所述的突发跨阻放大器,其特征在于,所述第一电流发生器为恒流源或电阻。
8.根据权利要求5所述的突发跨阻放大器,其特征在于,所述第二电流发生器、所述第三电流发生器和第四电流发生器均为恒流源。
9.一种光线路终端,其特征在于,所述光线路终端包括如权利要求1-4任一项所述的偏置电路或者如权利要求5-8任一项所述的突发跨阻放大器。
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