CN110545083B - 跨阻放大器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种跨阻放大器，包括：分流元件、AGC控制器、运算放大器、反馈电路、偏移注入元件、直流恢复控制器和感应电路。分流元件根据AGC控制器输出的控制信号将跨阻放大器的输入电流从反馈电路中分流出去。该AGC控制器根据该跨阻放大器的输出电压的峰‑峰值和参考电压生成控制信号。直流恢复控制器检测跨阻放大器输出电压的直流分量或者低频分量，将该直流分量或者低频分量通过偏移注入元件馈送至上述运算放大器的第一端口，用于控制上述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量。感应电路检测跨阻放大器的输入电流的平均电流，通过平均电流控制运算放大器的增益。采用本申请实施例的跨阻放大器提供幅度的良好控制精度。

Description

跨阻放大器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种跨阻放大器。

背景技术

在电路设计中，跨阻放大器是一种常见的电路。为了避免其在输入信号非常大时自动增益控制(Automatic Gain Control，AGC)模式的饱和和输出信号的失真，一般是控制跨阻放大器的增益。

现有技术中，控制跨阻放大器的增益的方法是设置包括一个或多个晶体管的反馈路径，或者是在跨阻放大器的输入端放置分流器件。后者在跨阻放大器的稳定性方面是有优势的。对于后者，分流器元件包括电阻器，二极管，双极型三极管和金属氧化物半导体型三极管。

但是现有技术中提出的AGC方案严重依赖于晶体管参数，但晶体管的参数与工艺和温度相关，因而在工艺和温度变化的情况下跨阻放大器无法提供幅度的良好控制精度。

发明内容

本申请实施例提供一种跨阻放大器，可以提供幅度的良好控制精度。

第一方面，本申请实施例提供一种跨阻放大器，包括：分流元件、自动增益控制AGC控制器、运算放大器、反馈电路、偏移注入元件、直流恢复控制器和感应电路；

所述分流元件的第一端口、所述偏移注入元件的第一端口、所述运算放大器的第一端口、所述反馈回路的第二端口均与所述跨阻放大器的输入端口相连接；所述运算放大器的第二端口、所述反馈回路的第一端口、所述AGC控制器的输入端口和所述直流恢复控制器的第一端口均与所述跨阻放大器的输出端口相连接；所述AGC控制器的输出端口与所述分流元件的第三端口相连接；所述分流元件的第二端口和所述偏移注入元件的第二端口分别与所述感应电路的第一输入端口和第二输入端口相连接；所述感应电路的输出端口与所述运算放大器的第三端口相连接，所述直流恢复控制器的第二端口与所述偏移注入元件的第三端口相连接；

所述分流元件，用于根据所述AGC控制器输入的控制信号，将所述跨阻放大器的输入电流从所述反馈电路中分流出去，以降低所述跨阻放大器的增益；其中，被分流的电流量与所述控制信号成正比；

所述AGC控制电路，用于根据所述跨阻放大器输出电压的特性生成所述控制信号，所述跨阻放大器输出电压的特性为跨阻放大器输出电压的峰-峰值；

所述感应电路，用于检测所述跨阻放大器的输入电流的平均电流，通过所述平均电流控制所述运算放大器的增益；所述平均电流为所述偏移注入元件的电流与所述分流元件中电流的差值，所述运算放大器的增益与所述平均电流成反比；

所述直流恢复控制器，用于检测所述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量，将该所述输出电压的直流分量或所述低频分量通过所述偏移注入元件以电流的形式注入所述跨阻放大器的输入端口，以控制所述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量。

在一种可行的实施例中，所述分流元件为双极型晶体管，所述双极型晶体管的发射极、集电极和基极分别对应所述分流元件的第一端口，第二端口和第三端口。

在一种可行的实施例中，所述双极型晶体管的发射极通过一个或者多个电阻连接到所述跨阻放大器的输入端口。

在一种可行的实施例中，所述AGC控制器包括用于检测所述跨阻放大器输出电压的峰-峰值的峰值检测电路和用于生成参考电压的参考电压发生电路；

所述AGC控制器根据所述跨阻放大器输出电压的峰-峰值和所述参考电压生成所述控制信号。

在一种可行的实施例中，所述感应电路包括用于检测所述分流元件中的电流和所述偏移注入元件的电流的电路和用于将所述平均电流转换为平均电压的转换电路，所述平均电流为所述偏移注入元件的电流与所述分流元件的电流的差值。

在一种可行的实施例中，所述转换电路包括一个或多个比较器、或者一个或多个线性放大器。

在一种可行的实施例中，所述直流恢复控制器为积分器电路。

第二方面，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跨阻放大器。

可以看出，在本申请的实施例的跨阻放大器包括分流元件、AGC控制器、运算放大器、反馈电路、偏移注入元件、直流恢复控制器和感应电路。分流元件根据AGC控制器输入的控制信号将跨阻放大器的输入电流从反馈电路中分流出去，以降低所述跨阻放大器的增益；被分流的电流量与控制信号成正比分流元件。该AGC控制器检测该跨阻放大器的输出电压的峰-峰值和产生参考电压，根据该输出电压的峰-峰值和参考电压生成控制信号。直流恢复控制器检测跨阻放大器输出电压的直流分量或者低频分量，将该直流分量或者低频分量通过偏移注入元件馈送至上述运算放大器的第一端口，用于控制上述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量。感应电路检测跨阻放大器的输入电流的平均电流，通过平均电流控制运算放大器的增益；该平均电流为偏移注入元件的电流与分流元件中电流的差值，运算放大器的增益与平均电流成反比。采用本申请实施例的跨阻放大器提供幅度的良好控制精度。

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为本申请实施例提供的一种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应用感应电路检测平均电流的检测电路结构示意图。

具体实施方式

以下分别进行详细说明。

参见图1，图1为本申请实施例提供的一种跨阻放大器的结构示意图。如图1所示，该跨阻放大器包括：分流元件101、AGC控制器102、运算放大器103、反馈电路104、偏移注入元件105、感应电路106和直流恢复控制器107。

其中，上述分流器件101的第一端口、偏移注入元件105的第一端口、运算放大器103的第一端口和反馈电路104的第二端口与上述跨阻放大器的输入端口相连接；

上述分流器件101的第二端口和上述偏移注入元件105的的第二端口分别与上述感应电路107的第一输入端口和第二输入端口相连接；该感应电路107的输出端口与上述运算放大器103的第三端口相连接，该运算放大器103的第二端口、AGC控制器102的输入端口、反馈电路104的第一端口和直流恢复控制器106的第一端口均与上述跨阻放大器的输出端口相连接；上述AGC控制器的输出端口与上述分流元件的第三端口相连接；上述直流恢复控制器106的第二端口与上述偏移注入元件105的第三端口相连接。

在一种可行的实施例中，上述跨阻放大器的输入端口接光电二极管的输出端口，该光电二极管将光信号转换为电流信号，该电流信号馈送至上述跨阻放大器的输入端口。

其中，上述反馈电路104包括至少一个电阻或者至少一个晶体管。该反馈电路可以看成上述跨阻放大器的反馈路径。

上述分流元件101，用于根据控制信号将该跨阻放大器的输入电流的一部分从该跨阻放大器的反馈路径中分流出去，被分流的电流量与上述控制信号(电压信号)的成正比。

在一种可行的实施例中，上述分流元件101包括一个双极型晶体管，该晶体管的发射极、集电极和基极分别对应上述分流元件101的第一端口、第二端口和第三端口。该晶体管的发射极直接或者通过一个或者多个电阻连接到上述跨阻放大器的输入端口。该晶体管的基极连接上述AGC控制器102的第二端口，接收来自AGC控制器102输出的控制信号。

上述AGC控制器102，用于根据上述跨阻放大器的输出电压的特性生成上述控制信号，并由其输出端口输出至上述分流元件的第三端口。

其中，上述跨阻放大器的输出电压的特性为该输出电压的峰-峰值。

在一种优选的实施例中，上述AGC控制器102包括峰值检测电路和参考电压发生电路。上述峰值检测电路用于检测上述跨阻放大器的输出电压的峰-峰值，上述参考电压发生电路，用于产生参考电压。上述AGC控制器102根据上述跨阻放大器的输出电压的峰-峰值和参考电压生成上述控制信号。

其中，上述感应电路107，用于根据上述分流元件101第二端口输出的电流和偏移注入元件105的第二端口输出的电流得到上述跨阻放大器输入电流的平均电流。

上述平均电流与上述运算放大器的增益成反比。当平均电流的增大时，上述运算放大器的增益减小，从而整个跨阻放大器的增益减小。用模拟电路知识可知上述跨阻放大器的等效输入阻抗为F/(1+A*F)，其中A为运算放大器的增益，F为反馈回路的等效阻抗。当上述跨阻放大器的增益降低时，则该跨阻放大器的等效输入阻抗增加。由上述跨阻放大器的等效输入阻抗增加，这就意味着分流元件只需要使用更少的电流就可以达到同样的增益效果。也就是说分流元件的尺寸可以更小，功耗可以更低，同时由于分流元件的寄生电容变小，跨阻放大器的带宽得到了提高。

进一步地，上述感应电路包括用于检测上述分流元件中流动的电流的电路和检测上述偏移注入元件中电流的电路，将该偏移注入元件中的电流减去上述分流元件中的电流，以得到上述平均电流。该平均电流被馈送到上述感应电路中的一个或多个比较器、或一个或多个线性放大器、或一般的控制器，得到控制电压，该控制电压馈送至上述运算放大器的第三端口，以控制上述运算放大器的增益。该运算放大器的增益与上述控制电压成反比。

上述直流恢复控制器，用于检测上述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量，并将该输出电压的直流分量或低频分量输入至上述偏移注入元件。

其中，上述直流恢复控制器可为积分器电路。

上述偏移注入元件，用于根据上述输出电压的直流分量或低频分量在上述运算放大器的第一端口注入电流，以控制上述跨阻放大器输出电压的直流分量或者低频分量。

进一步地，上述偏移注入元件还为上述分流元件提供偏置电流。

其中，上述偏移注入元件包括一个或多个晶体管或电阻。

在一种可行的实施例中，上述感应电路通过电流反射镜的方式得到上述平均电流。参见图2，图2为本申请实施例提供的一种应用感应电路检测平均电流的检测电路结构示意图。如图2所示，该检测电路包括晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、三极管Q和直流电压源VCC。

其中，上述晶体管M1的源极接上述直流电压源VCC，其栅极与上述晶体管M2的栅极相连接，上述晶体管M1的漏极为上述检测电路的端口1。上述晶体管M2的源极接上述直流电压源VCC，且漏极与栅极相连接。

上述晶体管M3的源极接上述直流电压源VCC，其栅极与上述晶体管M4的栅极相连接，上述晶体管M3的漏极与上述晶体管M2的漏极相连接。上述晶体管M4的源极接上述直流电压源VCC，且晶体管M4的漏极与其栅极相连接。

上述三极管Q的集电极与上述晶体管M1的漏极相连接，该三极管Q的基极为上述检测电路的端口2，该三极管Q发射极为上述检测电路的端口4.

上述晶体管M5的漏极与上述晶体管M3的漏极相连接，晶体管M6的漏极与上述三极管的发射机相连接，晶体管M5的源极和晶体管M6的源极均接地；晶体管M5的栅极与晶体管M6的栅极相连接，且晶体管M5的栅极或晶体管M6的栅极为上述检测电路的端口3。

上述检测电路的端口2与图1中所示的AGC控制器的输出端口相连接，该检测电路的端口3与图1中所示的直流恢复控制器的第二端口相连接，上述检测电路的端口4与图1中所示的运算放大器的第一端口相连接。

其中，上述直流电压源VCC、晶体管M1和M2构成减法反射镜，上述直流电压源VCC、晶体管M3和M4构成分流元件反射镜，上述晶体管M5和M6构成偏移注入元件反射镜。

其中，上述三极管为图1中所示的分流元件，晶体管M6为图1中所示的偏移注入元件，根据图1中对感应电路的相关描述可知，上述端口4输出的电流为上述平均电流。由分流元件反射镜和偏移注入元件反射镜的工作原理可知，上述晶体管M3的漏极与晶体管M5的漏极相连接点的电流等于上述平均电流；由于晶体管M3的漏极与晶体管M5的漏极相连接点与上述晶体管M2的漏极相连接，根据减法反射镜工作原理可知，上述检测电路的端口4的输出电流等于晶体管M3的漏极与晶体管M5的漏极相连接点的电流(即上述平均电流)。该检测电路的端口4的输出电流直接馈送至或者通过一个或多个比较器、或一个或多个线性放大器、或一般的控制器馈送至上述运算放大器的第三端口，以控制该运算放大器的增益，进而控制上述跨阻放大器的增益。

其中，上述晶体管M1、M2、M3和M4为N型晶体管，晶体管M5和M6为P型晶体管。

在一种可行的实施例中，上述运算放大器的增益取决于其输入电流和所使用的负载。上述感应电路检测到的平均电流用于控制上述运算放大器的增益和/或其负载。

可以看出，在本申请的实施例中，分流元件、AGC控制器、运算放大器、反馈电路、偏移注入元件、直流恢复控制器和感应电路。分流元件根据AGC控制器输入的控制信号将跨阻放大器的输入电流从反馈电路中分流出去，以降低所述跨阻放大器的增益；被分流的电流量与控制信号成正比分流元件。该AGC控制器检测该跨阻放大器的输出电压的峰-峰值和产生参考电压，根据该输出电压的峰-峰值和参考电压生成控制信号。直流恢复控制器检测跨阻放大器输出电压的直流分量或者低频分量，将该直流分量或者低频分量通过偏移注入元件馈送至上述运算放大器的第一端口，用于控制上述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量。感应电路检测跨阻放大器的输入电流的平均电流，通过平均电流控制运算放大器的增益；该平均电流为偏移注入元件的电流与分流元件中电流的差值，运算放大器的增益与平均电流成反比。采用本申请实施例的跨阻放大器提供幅度的良好控制精度。

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1所示的跨阻放大器。

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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种跨阻放大器，其特征在于，包括：分流元件、AGC控制器、运算放大器、反馈电路、偏移注入元件、直流恢复控制器和感应电路；

所述分流元件的第一端口、所述偏移注入元件的第一端口、所述运算放大器的第一端口、所述反馈电路的第二端口均与所述跨阻放大器的输入端口相连接；所述运算放大器的第二端口、所述反馈电路的第一端口、所述AGC控制器的输入端口和所述直流恢复控制器的第一端口均与所述跨阻放大器的输出端口相连接；所述AGC控制器的输出端口与所述分流元件的第三端口相连接；所述分流元件的第二端口和所述偏移注入元件的第二端口分别与所述感应电路的第一输入端口和第二输入端口相连接；所述感应电路的输出端口与所述运算放大器的第三端口相连接，所述直流恢复控制器的第二端口与所述偏移注入元件的第三端口相连接；

所述分流元件，用于根据所述AGC控制器输入的控制信号，将所述跨阻放大器的输入电流从所述反馈电路中分流出去，以降低所述跨阻放大器的增益；其中，被分流的电流量与所述控制信号成正比；

所述AGC控制器，用于根据所述跨阻放大器输出电压的特性生成所述控制信号，所述跨阻放大器输出电压的特性为跨阻放大器输出电压的峰-峰值；

所述感应电路，用于检测所述跨阻放大器的输入电流的平均电流，通过所述平均电流控制所述运算放大器的增益；所述平均电流为所述偏移注入元件的电流与所述分流元件中电流的差值，所述运算放大器的增益与所述平均电流成反比；

所述直流恢复控制器，用于检测所述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量，将该所述输出电压的直流分量或所述低频分量通过所述偏移注入元件以电流的形式注入所述跨阻放大器的输入端口，以控制所述跨阻放大器的输出电压的直流分量或者低频分量；

其中，所述感应电路包括应用感应电路检测平均电流的检测电路；所述检测电路包括：晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、三极管Q和直流电压源VCC；

所述晶体管M1的源极接所述直流电压源VCC，所述晶体管M1的栅极与所述晶体管M2的栅极相连接，所述晶体管M1的漏极为所述检测电路的端口1；所述晶体管M2的源极接所述直流电压源VCC，且所述晶体管M2的漏极与所述晶体管M2的栅极相连接；

所述晶体管M3的源极接所述直流电压源VCC，所述晶体管M3的栅极与所述晶体管M4的栅极相连接，所述晶体管M3的漏极与所述晶体管M2的漏极相连接；所述晶体管M4的源极连接所述直流电压源VCC，且所述晶体管M4的漏极与所述晶体管M4的栅极相连接；

所述三极管Q的集电极与所述晶体管M1的漏极相连接，所述三极管Q的基极为所述检测电路的端口2，所述三极管Q的发射极为所述检测电路的端口4；

所述晶体管M5的漏极与所述晶体管M3的漏极相连接，所述晶体管M6的漏极与所述三极管Q的发射极相连接，所述晶体管M5的源极和所述晶体管M6的源极均接地；所述晶体管M5的栅极与所述晶体管M6的栅极相连接，且所述晶体管M5的栅极或所述晶体管M6的栅极为所述检测电路的端口3；

所述检测电路的端口2与所述AGC控制器的输出端口相连接，所述检测电路的端口3与所述直流恢复控制器的第二端口相连接，所述检测电路的端口4与所述运算放大器的第一端口相连接；

其中，所述直流电压源VCC、所述晶体管M1和所述晶体管M2构成减法反射镜，所述直流电压源VCC、所述晶体管M3和所述晶体管M4构成分流元件反射镜，所述晶体管M5和所述晶体管M6构成偏移注入元件反射镜；

其中，根据减法反射镜工作原理可知，所述检测电路的端口4的输出电流等于所述晶体管M3的漏极与所述晶体管M5的漏极相连接点的电流，也即所述平均电流；所述检测电路的端口4的输出电流直接馈送至或者通过一个或多个比较器、或一个或多个线性放大器、或一般的控制器馈送至所述运算放大器的第三端口，以控制所述运算放大器的增益，进而控制所述跨阻放大器的增益和/或负载。

2.根据权利要求1所述的跨阻放大器，其特征在于，所述分流元件为双极型晶体管，所述双极型晶体管的发射极、集电极和基极分别对应所述分流元件的第一端口，第二端口和第三端口。

3.根据权利要求2所述的跨阻放大器，其特征在于，所述双极型晶体管的发射极通过一个或者多个电阻连接到所述跨阻放大器的输入端口。

4.根据权利要求1-3任一项所述的跨阻放大器，其特征在于，所述AGC控制器包括用于检测所述跨阻放大器输出电压的峰-峰值的峰值检测电路和用于生成参考电压的参考电压发生电路；

所述AGC控制器根据所述跨阻放大器输出电压的峰-峰值和所述参考电压生成所述控制信号。

5.根据权利要求4所述的跨阻放大器，其特征在于，所述感应电路包括用于检测所述分流元件中的电流和所述偏移注入元件的电流的电路和用于将所述平均电流转换为平均电压的转换电路，所述平均电流为所述偏移注入元件的电流与所述分流元件的电流的差值。

6.根据根据权利要求5所述的跨阻放大器，其特征在于，所述转换电路包括一个或多个比较器、或者一个或多个线性放大器。

7.根据权利要求6所述的跨阻放大器，其特征在于，所述直流恢复控制器为积分器电路。

8.一种光线路终端，其特征在于，所述光线路终端包括如权利要求1-7任一项所述的跨阻放大器。