CN116633284A - 一种高增益跨阻放大器及高增益光电转换器 - Google Patents

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CN116633284A CN202310600228.3A CN202310600228A CN116633284A CN 116633284 A CN116633284 A CN 116633284A CN 202310600228 A CN202310600228 A CN 202310600228A CN 116633284 A CN116633284 A CN 116633284A
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陶永红
周芷怡
张少玲
罗刚
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Shanghai Mi Silicon Technology Co ltd
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Shanghai Mi Silicon Technology Co ltd
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Abstract

本申请提供了一种高增益跨阻放大器及高增益光电转换器，高增益跨阻放大器包括控制模块、放大器模块、输出模块及电流调节模块：高增益跨阻放大器接收光电二极管输出的光电流信号，光电流信号经放大器模块的放大后获得射极电流；控制模块与光电二极管及电流调节模块连接，检测光电流信号，确定与光电流信号强弱对应的第一控制信号；电流调节模块接收第一控制信号，生成与第一控制信号对应的辅助直流电流，利用辅助直流电流对输出模块电流进行调节；输出模块根据辅助直流电流、电源电压及射极电流输出放大电压信号。通过采用上述高增益跨阻放大器及高增益光电转换器，解决了现有跨阻放大器电路中增益效果有限，电路稳定性差及频率响应速度低的问题。

Description

一种高增益跨阻放大器及高增益光电转换器
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，具体而言，涉及一种高增益跨阻放大器及高增益光电转换器。
背景技术
跨阻放大器广泛应用于光通信领域，其接收光电二极管生成的微弱光电流信号，并将其转化放大为电压信号，输出给后续的电路进行处理。由于光接收和发射元件的性能差异、信号传输距离的差异等，光接收器中的光信号强度及跨阻放大器输入电流信号变化范围较大。因此，用于光接收器等的跨阻放大器需要具有宽输入动态范围及较高增益，保证其接收到大输入电流时避免输出电压信号出现波形失真，并且在接收到小输入电流时具有较高的跨阻增益，从而将较小的电流信号转化成较大的电压信号，避免由于后接的主放大器噪声影响而引起的信噪比的下降，以实现信号的准确传输、避免失真。
目前，为了接收到大动态范围的光电流信号，通常的跨阻放大器一般通过调节跨阻反馈回路中的反馈电阻来调节跨阻放大器的增益，但是这种调节方式会降低放大器带宽，因此反馈电阻的阻值有上限，不能无限增大，不但对于增益效果提升有限，还会影响电路的稳定性及跨阻放大器电路的频率响应特性。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种高增益跨阻放大器及高增益光电转换器，以解决现有跨阻放大器电路中增益效果有限，电路稳定性差及频率响应速度低的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种高增益跨阻放大器，包括控制模块、放大器模块、输出模块及电流调节模块：
高增益跨阻放大器接收光电二极管输出的光电流信号，光电二极管的输出端与放大器模块的第一输入端连接，光电流信号经放大器模块放大后获得射极电流；
控制模块与光电二极管及电流调节模块连接，检测光电二极管输出的光电流信号的强弱，确定与光电流信号强弱对应的第一控制信号，将第一控制信号输入至电流调节模块；
电流调节模块接收第一控制信号，生成与第一控制信号对应的辅助直流电流，利用辅助直流电流对输出模块的电流进行调节；
输出模块的一端与放大器模块的第二输入端及电流调节模块的一端连接，输出模块的另一端与外接电源及电流调节模块的另一端连接，输出模块根据辅助直流电流、外接电源的电源电压及射极电流输出放大电压信号。
可选地，放大器模块包括主放大器、反馈电阻、第一三极管及射极电阻；主放大器的一端作为放大器模块的第一输入端与光电二极管的输出端连接，主放大器的另一端与第一三极管的基极连接；第一三极管的集电极作为放大器模块的第二输入端与输出模块的一端连接，第一三极管的发射极与射极电阻的一端连接，射极电阻的另一端作为放大器模块的输出端接地；主放大器的一端还与反馈电阻的一端连接，反馈电阻的另一端与射极电阻的一端连接。
可选地，输出模块包括第二三极管及第一负载电阻；第一负载电阻的一端作为输出模块的另一端与外接电源以及电流调节模块的另一端连接，第一负载电阻的另一端与第二三极管的集电极连接，第二三极管的集电极还作为输出模块的输出端输出放大电压；第二三极管的基极设置为固定电压，使得第二三极管导通，第二三极管的发射极作为输出模块的一端与放大器模块的第二输入端以及电流调节模块的一端连接。
可选地，电流调节模块包括辅助直流电流源，用于生成辅助直流电流。
可选地，高增益跨阻放大器还包括自动增益调节模块；自动增益调节模块的另一端与输出模块的另一端连接，自动增益调节模块的控制端与控制模块连接，用于接收控制模块输出的第二控制信号，根据第二控制信号控制自动增益调节模块的增益，以控制对于总电流的分流大小；自动增益调节模块的一端与输出模块的一端连接。
可选地，自动增益调节模块包括第三三极管、第二负载电阻；第二负载电阻的一端作为自动增益调节模块的另一端与输出模块的另一端连接，第二负载电阻的另一端与第三三极管的集电极连接；第三三极管的基极作为自动增益调节模块的控制端与控制模块连接，接收控制模块发送的第二控制信号，第三三极管的发射极作为自动增益调节模块的输出端与放大器模块的第二输入端连接。
可选地，第一负载电阻为可变电阻；控制模块与第一负载电阻连接，通过控制模块调节第一负载电阻的电阻值。
可选地，第一三极管及第二三极管的增益均为1。
可选地，第二控制信号包括第二开启信号及第二关闭信号；控制模块用于检测光电流信号的强弱，若光电流信号小于第一设定值，控制模块输出第二关闭信号至自动增益调节模块，以使自动增益调节模块对应的电流通路关闭；若光电流信号大于或者等于第一设定值，控制模块输出第二开启信号至自动增益调节模块，以使自动增益调节模块对应的电流通路部分导通；若光电流信号大于或者等于第二设定值，控制模块输出第三开启信号至自动增益调节模块，以使自动增益调节模块对应的电流通路完全导通。
第二方面，本申请实施例还提供了一种高增益光电转换器，高增益光电转换器包括上述的高增益跨阻放大器、光电二极管及外接电源；
高增益跨阻放大器的一端与光电二级管的输出端连接，高增益跨阻放大器的另一端与外接电源连接；
高增益跨阻放大器接收光电二级管输出的光电流信号，利用外接电源的电源电压及光电流信号，确定输出的放大电压信号。
本申请实施例带来了以下有益效果：
本申请实施例提供的一种高增益跨阻放大器及高增益光电转换器，能够利用控制模块对光电流信号进行检测，并确定出与光电流信号强弱对应的控制信号，电流调节模块生成与控制信号对应的辅助直流电流，利用辅助直流电流降低负载电路中实际流过的电流，再利用外接电源的电压及射极电压获得放大电压信号，与现有技术中的高增益跨阻放大器相比，解决了现有跨阻放大器电路中增益效果有限，电路稳定性及频率响应速度低的问题。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本申请实施例所提供的高增益跨阻放大器的电路图；
图2示出了本申请实施例所提供的加入自动增益调节模块的高增益跨阻放大器的电路图；
图3示出了本申请实施例所提供的第一负载电阻为可变电阻的高增益跨阻放大器的电路图；
图4示出了本申请实施例所提供的辅助直流电源为电流镜的高增益跨阻放大器的电路图；
图5示出了本申请实施例所提供的高增益光电转换器的电路图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的每个其他实施例，都属于本申请保护的范围。
值得注意的是，在本申请提出之前，跨阻放大器广泛应用于光通信领域，其接收光电二极管生成的微弱光电流信号，并将其转化放大为电压信号，输出给后续的电路进行处理。由于光接收和发射元件的性能差异、信号传输距离的差异等，光接收器中的光信号强度及跨阻放大器输入电流信号变化范围较大。因此，用于光接收器等的跨阻放大器需要具有宽输入动态范围及较高增益，保证其接收到大输入电流时避免输出电压信号出现波形失真，并且在接收到小输入电流时具有较高的跨阻增益，从而将较小的电流信号转化成较大的电压信号，避免由于后接的主放大器噪声影响而引起的信噪比的下降，以实现信号的准确传输、避免失真。目前，为了接收到大动态范围的光电流信号，通常的跨阻放大器一般通过调节跨阻反馈回路中的反馈电阻来调节跨阻放大器的增益，但是这种调节方式会降低放大器带宽，因此反馈电阻的阻值有上限，不能无限增大，不但对于增益效果提升有限，还会影响电路的稳定性及跨阻放大器电路的频率响应特性。
基于此，本申请实施例提供了一种高增益跨阻放大器，以提高增益效果，提升电路的稳定性及频率响应速度。
请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种高增益跨阻放大器的电路图。如图1所示，本申请实施例提供的高增益跨阻放大器，包括放大器模块100、控制模块200、电流调节模块300及输出模块400：
高增益跨阻放大器接收光电二极管输出的光电流信号，光电二极管的输出端与放大器模块100的第一输入端连接，光电流信号经放大器模块100放大后获得射极电流；
控制模块200与光电二极管及电流调节模块300连接，检测光电二极管输出的光电流信号的强弱，确定与光电流信号强弱对应的第一控制信号，将第一控制信号输入至电流调节模块300；
电流调节模块300接收第一控制信号，生成与第一控制信号对应的辅助直流电流，利用辅助直流电流对输出模块400的电流进行调节；
输出模块400的一端与放大器模块100的第二输入端及电流调节模块300的一端连接，输出模块400的另一端与外接电源VDD及电流调节模块300的另一端连接，输出模块400根据辅助直流电流、外接电源的电源电压及射极电流输出放大电压信号Vout。
在本申请实施例中，光电二极管将光纤里传输的光信号转换成光电流信号Iin，该跨阻放大器工作在高速光纤***中，例如：速率为10Gbps的高速光纤，此时光电流信号Iin即为速率为10Gps的交流信号。由于高速输入信号对于跨阻放大器的设计要求是晶体管数目尽量少，因此，不适于采取较为复杂的电路结构，本申请设计的跨阻放大器的电路结构较为简单，能够符合高速输入信号的设计要求。
跨阻放大器接收光电二极管输出的光电流信号，并对该光电流信号进行放大及转换，得到跨阻放大器输出的放大电压信号Vout。外接电源的电源电压为固定值3.3V。
放大器模块100包括主放大器110、反馈电阻120、第一三极管130及射极电阻140；主放大器110的一端作为放大器模块100的第一输入端与光电二极管的输出端连接，主放大器110的另一端与第一三极管130的基极连接；第一三极管130的集电极作为放大器模块100的第二输入端与输出模块400的一端连接，第一三极管130的发射极与射极电阻140的一端连接，射极电阻140的另一端作为放大器模块100的输出端接地；主放大器110的一端还与反馈电阻120的一端连接，反馈电阻120的另一端与射极电阻140的一端连接。
输出模块400包括第二三极管420及第一负载电阻410；第一负载电阻410的一端作为输出模块400的另一端与外接电源VDD以及电流调节模块300的另一端连接，第一负载电阻410的另一端与第二三极管420的集电极连接，第二三极管420的集电极还作为输出模块400的输出端输出放大电压信号Vout；第二三极管420的基极VB设置为固定电压，使得第二三极管导通，第二三极管420的发射极作为输出模块400的一端与放大器模块100的第二输入端以及电流调节模块300的一端连接。
第一三极管130及第二三极管420均为增益为1的NPN型三极管。例如：第一三极管130及第二三极管420均为NPN型的双极性结型晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)。
第一三极管130用于作为射极跟随器(emitter follower)，射极跟随器可以隔离基极与发射极，避免负载影响放大器输出。第一三极管130的发射极电流与集电极电流相等。
第二三极管420用于作为共基极放大器(common-base amplifier as cascodingamplifier here)，共基极放大器可以隔离发射极与集电极，避免互相影响。第二三极管420发射极电流与集电极电流相等。
电流调节模块300包括辅助直流电流源，电流调节模块300用于根据控制模块200输出的第三控制信号生成辅助直流电流，辅助直流电流起到电流分流的作用。另外，由于辅助直流电流源在低阻抗节点接入，从而辅助直流电流源的寄生电容对整体电路的工作速度的影响可以忽略不计。
这里，第一三极管130的直流集电极工作电流记作：IC1；第二三极管420的直流集电极工作电流记作：IC2；电流调节模块生成的辅助直流电流记作：IL；流过第一负载电阻的直流电流记作：IRL；第一三极管130的发射极电流记作：IE；流过射极电阻140的电流记作：I1；射极电阻140两端的交流电压记作：VE(AC)；射极电阻140两端的直流电压记作：VE(DC)。
具体的，光电二极管将光信号转换为光电流信号Iin(AC)，光电流信号输入至放大器模块100，在主放大器110的输入端加入正向直流偏置电压Vin(DC)，例如：Vin(DC)＝0.85V，其中，AC表示交流，DC指的是直流。
此时，射极电阻两端的电压为射极电压，即为E点的电压，射极电压记作：VE，则VE＝VE(DC)+VE(AC)＝Vin(DC)+Iin(AC)×RF，其中，RF表示反馈电阻120的电阻值。IE＝I1＝I1(DC)+Iout(AC)＝VE/RE，即，射极电阻140的电流包括直流电流部分I1(DC)及交流电流部分Iout(AC)，直流电流部分I1(DC)由直流偏置电压Vin(DC)及射极电阻140的电阻值决定，例如：I1(DC)＝3mA，其中，RE表示射极电阻140的电阻值。
由于第一三极管130及第二三极管420均为增益为1的三极管，IC1＝IC2+IL＝IRL+IL＝I1＝VE/RE。在不增加辅助直流电流时，即IL＝0时，流经射极电阻、第一三极管集电极和发射极、第二三极管集电极及发射极、以及第一负载电阻410的电流相等，都等于流过射极电阻140的电流I1，此时输出电压为Vout＝VDD-IRL×RL，此时，该跨阻放大器交流增益gain为：
其中，RL表示第一负载电阻410的电阻值，Vout表示F点的电压。
这时，可以通过增大RF，减小RE或者增大RL的方法来提高跨阻放大器的增益。
第一种情况，如果增大反馈电阻120的电阻值RF，会降低跨阻放大器的带宽，因此，该电阻值有上限不能无限增大，此时对于增益效果提升有限，并且改变RF还会影响电路的稳定性。
第二种情况，如果减小射极电阻140的电阻值RE，由于辅助直流电流IL为0时，I1＝IRL＝VE/RE，因此降低RE会增加整个电路的电流，即电路的整体工作电流及功耗都会相应增加。此外，整体电路的工作电压还需要满足：
VDD＝VRL+VQ1(CE)+VQ2(CE)+VE＝IRL×RL+VQ1(CE)+VQ2(CE)+(Vin(DC)+Iin(AC)×RF)＝(Vin(DC)+Iin(AC)×RF)/RE×RL+(VQ1(CE)+VQ2(CE)+Vin(DC))+Iin(AC)×RF＝(Vin(DC)+Iin(AC)×RF)/RE×RL+Vout_min+Iin(AC)×RF≈(Vin(DC)+Iin(AC)×RF)/RE×RL+Vout(DC)_min+Iin(AC)×RF。
其中，VRL表示第一负载电阻两端的电压，VE表示射极电阻两段的负载电压，VQ1(CE)表示第一三极管的集电极和发射极之间的电压，VQ2(CE)表示第二三极管的集电极和发射极之间的电压。
这里，VQ1(CE)和VQ2(CE)均包括直流部分和交流部分，但是交流部分很小，所以只需考虑直流部分，将直流部分的VQ1(CE)表示为VQ1(CE)(DC)，将直流部分的VQ2(CE)表示为VQ2(CE)(DC)。当VQ1(CE)(DC)＝0.5V时，交流部分VQ1(CE)(AC)只有10mV左右，所以只需考虑直流部分，即Vout_min＝Vout(DC)_min。
当第一三极管和第二三极管正常工作时，需要保证两个三极管的发射极与集电极之间的直流电压大于一定的电压值，例如：大于0.5V，即，若要保证该电路正常工作，电压输出点的工作电压Vout需要大于一定值。这里，当VQ1(CE)(DC)＝VQ2(CE)(DC)＝0.5V、Vin(DC)＝0.85V时，Vout(DC)_min＝1.85V，即，电压输出点的最小工作电压Vout(DC)_min＝1.85V。
当光电流Iin(AC)为0时，跨阻放大器的电路中只有直流电压，此时，Vout(DC)_min+IRL×RL＝VDD，并且Vout(DC)_min的直流工作电压也是固定的，如上文的1.85V。由于外接电源的电压VDD也固定的，且IRL＝VE/RE，所以降低RE会增加IRL，增加IRL会导致RL的减小，即RL需要配合RE一起减小，跨阻放大器的增益并不能得到增加。
第三种情况，如果增大第一负载电阻410的电阻值RL，由于Vout(DC)_min+IRL×RL＝VDD，则在IRL不变的情况下，增加RL会需要增加VDD，这会导致***功耗增加。
综上所述，通过调节第一负载电阻410的电阻值RL、调节反馈电阻120的电阻值RF及调节射极电阻140的电阻值RE都无法有效提升跨阻放大器的增益。因此，本申请引入辅助直流电流源，通过辅助直流电流源生成辅助直流电流，此时，IC1＝IC2+IL＝IRL+IL＝I1＝VE/RE。
这里，辅助直流电流源可以根据控制模块生成的第三控制信号产生一定大小的辅助直流电流IL，此时VDD＝Vout(DC)_min+IRL×RL＝Vout(DC)_min+(I1-IL)×RL，在I1、Vout(DC)_min和VDD都不变的情况下(RE、RF保持不变)，通过引入辅助直流电流降低第一负载电阻中实际流过的电流，即由I1降低为I1-IL，此时RL的数值也可以相应增大。由于跨阻放大器的增益＝RF×(1+RL/RE)，因此RL的增大使得增益也随之提高。
当辅助直流电流IL＝0、Vout(DC)_min＝1.85V、VDD＝3.3V、I1＝3mA时，RL最大阻值RL_max＝(3.3-1.85)/3mA，当施加的辅助直流电流为IL＝1.5mA时，RL_max＝(3.3-1.85)/1.5mA，即RL最高电阻值可以提升两倍，从而提高跨阻放大器增益。
在一可选实施例中，高增益跨阻放大器还包括自动增益调节模块；自动增益调节模块的另一端与输出模块的另一端连接，自动增益调节模块的控制端与控制模块连接，用于接收控制模块输出的第二控制信号，根据第二控制信号控制自动增益调节模块的增益，以控制对于总电流的分流大小；自动增益调节模块的输出端与输出模块的第一输出端连接。
具体的，为了能够使跨阻放大器具有较宽的动态输入范围，在输入的光电流较大时也可以进行稳定的信号放大及传输，避免波形失真，可以在上述方案的基础上，增加自动增益调节模块。
下面参照图2来介绍自动增益调节模块。
图2示出了本申请实施例所提供的加入自动增益调节模块的高增益跨阻放大器的电路图。
如图2所示，在高增益跨阻放大器中增加与第一负载电阻及第二三极管并联的自动增益调节模块500。自动增益调节模块500包括第三三极管520、第二负载电阻510；第二负载电阻510的一端作为自动增益调节模块500的另一端与输出模块的另一端连接，第二负载电阻510的另一端与第三三极管520的集电极连接；第三三极管520的基极作为自动增益调节模块500的控制端与控制模块连接，接收控制模块发送的第二控制信号，第三三极管520的发射极作为自动增益调节模块500的一端与放大器模块的第二输入端连接。
具体的，当控制模块检测到输入的光电流较小时，例如：光电流小于50微安，控制模块利用生成的第二控制信号控制第三三极管520的基极电压为一较小值，例如：0V，使得第三三极管520为关闭状态，即自动增益调节模块不工作，此时交流电流只从第一负载电阻及第二三极管形成的通路中流过，保证输出较大的放大电压Vout。
当控制模块检测到输入的光电流较大时，例如：光电流大于50微安，控制模块利用生成的第二控制信号控制第三三极管520的基极电压为一较大值，例如：2.5V，使得第三三极管520为导通状态，此时部分交流电流经由第二负载电阻及第三三极管形成的通路中流过，即对总电流进行分流，降低输出的放大电压Vout，避免在输入的光电流较大时造成输出的放大电压的波动失真，从而保证环路稳定及宽输入动态范围。其中，第二负载电阻的阻值可以为0。
在一可选实施例中，第二控制信号包括第二开启信号及第二关闭信号；控制模块用于检测光电流信号的强弱，若光电流信号小于第一设定值，控制模块输出第二关闭信号至自动增益调节模块，以使自动增益调节模块对应的电流通路关闭；若光电流信号大于或者等于第一设定值，控制模块输出第二开启信号至自动增益调节模块，以使自动增益调节模块对应的电流通路部分导通；若光电流信号大于或者等于第二设定值，控制模块输出第三开启信号至自动增益调节模块，以使自动增益调节模块对应的电流通路完全导通。
具体的，可以设置第三三极管520为关闭或者打开两种状态，即第三三极管520的基极具有高、低两种预设电压状态。当检测到输入的光电流较小时，控制模块生成的第二关闭信号控制第三三极管520的基极为低电压状态，第三三极管520完全关闭。当检测到输入的光电流较大时，控制模块生成的第二开启信号控制第三三极管520的基极为高电压状态，即第三三极管520完全打开(此时第三三极管520的集电极电流最大，且无法继续变大)。
第三三极管520的基极的电压也可以设置为在一设定区间范围内可调，此时，控制模块检测输入的光电流的大小，并根据光电流的大小生成对应的控制信号控制第三三极管520的基极电压的数值，从而控制第三三极管的开启程度，改变第三三极管520的集电极输入的交流电流与第一三极管130的集电极输出电流的比在0～1之间进行调节，控制自动增益模块的分流大小。
当第一负载电阻与第二负载电阻、第二三极管与第三三极管对称设置时，流过第一负载电阻和第二负载电阻的电流相等，均为(I1-IL)/2。
在一可选实施例中，第一负载电阻为可变电阻；控制模块与第一负载电阻连接，通过控制模块调节第一负载电阻的电阻值。
下面参照图3来介绍可变电阻的调节方法。
图3示出了本申请实施例所提供的第一负载电阻为可变电阻的高增益跨阻放大器的电路图。
如图3所示，在输入的光电流很大时，可保持流过第一负载电阻的电流IL不变，将控制模块与可变电阻连接，通过控制模块输出的电阻调节信号控制可变电阻的阻值，该阻值小于RL_max，从而实现减小跨组放大器增益的效果。
在一可选实施例中，电流调节模块包括辅助直流电流源，用于生成辅助直流电流。
下面参照图4来介绍电流调节模块。
图4示出了本申请实施例所提供的辅助直流电源为电流镜的高增益跨阻放大器的电路图。
如图4所示，电流调节模块300包括电流镜对310及辅助直流电流源320，电流镜对310与辅助直流电流源320连接，电流镜对310的第一输出端与外接电源VDD连接，电流镜对310的第二输出端与放大器模块的第二输入端连接。其中，电流镜对310包括两个MOS管。控制模块根据期望生成的辅助直流电流的大小控制辅助直流电流源320生成的电流大小，经过电流镜后得到总电流的分支电流。
辅助直流电流源320用于生成辅助电流，生成的辅助电流在进入电流镜后可以实现1:1或者固定比例的转换，如果只用辅助直流电流源320的话，有可能会影响其他支路的电流。
与现有技术中高增益跨阻放大器相比，本申请能够利用控制模块对光电流信号进行检测，并确定出与光电流信号强弱对应的控制信号，电流调节模块生成与控制信号对应的辅助直流电流，利用辅助直流电流降低负载电路中实际流过的电流，再利用外接电源的电压及射极电压获得放大电压信号，解决了现有跨阻放大器电路中增益效果有限，电路稳定性及频率响应速度低的问题。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了与高增益跨阻放大器对应的高增益光电转换器，由于本申请实施例中的高增益光电转换器解决问题的原理与本申请实施例上述高增益跨阻放大器相似，因此光电转换器的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。
请参阅图5，图5为本申请实施例所提供的一种高增益光电转换器的结构示意图。如图5中所示，所述高增益光电转换器包括上述的高增益跨阻放大器10、光电二极管20及外接电源30；
高增益跨阻放大器10的一端与光电二级管20的输出端连接，高增益跨阻放大器10的另一端与外接电源30连接；
高增益跨阻放大器10接收光电二级管20输出的光电流信号，利用外接电源的电源电压30及光电流信号，确定输出的放大电压信号。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高增益跨阻放大器，其特征在于，所述高增益跨阻放大器包括控制模块、放大器模块、输出模块及电流调节模块：
所述高增益跨阻放大器接收光电二极管输出的光电流信号，所述光电二极管的输出端与所述放大器模块的第一输入端连接，所述光电流信号经所述放大器模块放大后获得射极电流；
所述控制模块与所述光电二极管及所述电流调节模块连接，检测所述光电二极管输出的光电流信号的强弱，确定与所述光电流信号强弱对应的第一控制信号，将所述第一控制信号输入至所述电流调节模块；
所述电流调节模块接收所述第一控制信号，生成与所述第一控制信号对应的辅助直流电流，利用所述辅助直流电流对所述输出模块的电流进行调节；
所述输出模块的一端与所述放大器模块的第二输入端及所述电流调节模块的一端连接，所述输出模块的另一端与外接电源及所述电流调节模块的另一端连接，所述输出模块根据所述辅助直流电流、所述外接电源的电源电压及所述射极电流输出放大电压信号。
2.根据权利要求1所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，所述放大器模块包括主放大器、反馈电阻、第一三极管及射极电阻；
所述主放大器的一端作为所述放大器模块的第一输入端与所述光电二极管的输出端连接，所述主放大器的另一端与所述第一三极管的基极连接；
所述第一三极管的集电极作为所述放大器模块的第二输入端与所述输出模块的一端连接，所述第一三极管的发射极与所述射极电阻的一端连接，所述射极电阻的另一端作为所述放大器模块的输出端接地；
所述主放大器的一端还与所述反馈电阻的一端连接，所述反馈电阻的另一端与所述射极电阻的一端连接。
3.根据权利要求1所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，所述输出模块包括第二三极管及第一负载电阻；
所述第一负载电阻的一端作为所述输出模块的另一端与所述外接电源以及所述电流调节模块的另一端连接，所述第一负载电阻的另一端与所述第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的集电极还作为所述输出模块的输出端输出放大电压；
所述第二三极管的基极设置为固定电压，使得第二三极管导通，所述第二三极管的发射极作为所述输出模块的一端与所述放大器模块的第二输入端以及所述电流调节模块的一端连接。
4.根据权利要求1所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，所述电流调节模块包括辅助直流电流源，用于生成辅助直流电流。
5.根据权利要求1所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，所述高增益跨阻放大器还包括自动增益调节模块；
所述自动增益调节模块的另一端与所述输出模块的另一端连接，所述自动增益调节模块的控制端与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块输出的第二控制信号，根据所述第二控制信号控制所述自动增益调节模块的增益，以控制对于总电流的分流大小；
所述自动增益调节模块的一端与所述输出模块的一端连接。
6.根据权利要求5所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，所述自动增益调节模块包括第三三极管、第二负载电阻；
所述第二负载电阻的一端作为所述自动增益调节模块的另一端与所述输出模块的另一端连接，所述第二负载电阻的另一端与所述第三三极管的集电极连接；
所述第三三极管的基极作为所述自动增益调节模块的控制端与所述控制模块连接，接收所述控制模块发送的第二控制信号，所述第三三极管的发射极作为所述自动增益调节模块的一端与所述放大器模块的第二输入端连接。
7.根据权利要求3所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，所述第一负载电阻为可变电阻；
所述控制模块与所述第一负载电阻连接，通过所述控制模块调节所述第一负载电阻的电阻值。
8.根据权利要求2或3所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，第一三极管及第二三极管的增益均为1。
9.根据权利要求6所述的高增益跨阻放大器，其特征在于，所述第二控制信号包括第二开启信号及第二关闭信号；
所述控制模块用于检测光电流信号的强弱，若所述光电流信号小于第一设定值，所述控制模块输出第二关闭信号至所述自动增益调节模块，以使所述自动增益调节模块对应的电流通路关闭；
若所述光电流信号大于或者等于第一设定值，所述控制模块输出第二开启信号至所述自动增益调节模块，以使所述自动增益调节模块对应的电流通路部分导通；
若所述光电流信号大于或者等于第二设定值，所述控制模块输出第三开启信号至自动增益调节模块，以使自动增益调节模块对应的电流通路完全导通。
10.一种高增益光电转换器，其特征在于，所述高增益光电转换器包括如权利要求1至9中任一项所述的高增益跨阻放大器、光电二极管及外接电源；
所述高增益跨阻放大器的一端与所述光电二级管的输出端连接，所述高增益跨阻放大器的另一端与所述外接电源连接；
所述高增益跨阻放大器接收所述光电二级管输出的光电流信号，利用所述外接电源的电源电压及所述光电流信号，确定输出的放大电压信号。
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