CN206850730U - 一种高频放大器芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高频放大器芯片，其利用一转阻放大器来驱动两个缓冲放大器的单一芯片，该单一芯片包括有：一第一转阻放大器，其将一光电二极管的电流放大，以输出一第一电压；一第二缓冲放大器，耦接于该第一转阻放大器输出的该第一电压，以输出一第二电压；以及一第三缓冲放大器，耦接于该第一转阻放大器输出的该第一电压，以输出一第三电压，其中该两个缓冲放大器的电压输出值及频率响应可以根据各自不同的规格来分别独立地设定。

Description

一种高频放大器芯片

技术领域

本实用新型涉及一种利用一转阻放大器来驱动缓冲放大器的电路，以将光电二极管所产生的电流放大并转为缓冲放大器的输出电压。

背景技术

请参考图1，图1为现有技术所公开的利用一转阻放大器来驱动两个缓冲放大器的电路100，转阻放大器(Transimpedance Amplifier,简称TIA)又称为电流电压转换器(Current-to-voltage converter)，是将电流转换为电压的放大器。图1中的接收器芯片101的转阻放大器120将光电二极管150所产生的电流放大并转为输出电压，该输出电压通过衰减器102、推拉放大器103以及分流器(Splitter)104来分别产生两个路径，其中一路径包括一衰减器(Attenuator)105以及缓冲放大器(Buffer Amplifier)107，另一路径包括一衰减器106以及缓冲放大器108。缓冲放大器(Buffer Amplifier)107的输出电压连接至一输出端109，缓冲放大器(Buffer Amplifier)107的输出电压连接至一输出端110。也就说接收器芯片101是使用分流器104来分别产生两个路径，且必须使用电路板来与其他元件来联机以完成图1中的电路。因此不但会增加***的体积与成本，也会使得电路设计比较复杂。同时，图1的电路应用于高频电路或高频光通讯接口时，由于是使用电路板来将多个元件来联机，因此也容易产生电路板上的多个元件间相互干扰的问题。

实用新型内容

鉴于以上的问题，本实用新型的主要目的在于提供一种利用一转阻放大器来驱动两个缓冲放大器的芯片，以解决现有技术所存在的问题及缺点。根据本实用新型的原理，本实用新型将一转阻放大器与两个缓冲放大器集成于单一的芯片中，可以不必使用一分流器来分别产生两个路径来驱动两个缓冲放大器的芯片，同时也不必使用电路板来设计比较复杂的电路，以降低***的体积与成本且可避免电路板上多个元件间相互干扰的问题。另外，本实用新型也可以利用一外部的微处理器来对本实用新型提供的高频放大器芯片执行开路自动增益控制，以分别调节本实用新型中的两个缓冲放大器的最终电压输出值。

在一实施例中，本实用新型所公开的一种高频放大器芯片包括：一第一放大器，具有一第一输入端以及一第一输出端，该第一输入端用于输入一第一电流，其中该第一放大器转换该第一电流为与该第一电流相关联的一第一电压于该第一输出端；一第二放大器，具有一第二输入端以及一第二输出端，其中该第二输入端耦接于该第一输出端，以输出一与该第一电压相关联的第二电压于该第二输出端；以及一第三放大器，具有一第三输入端以及一第三输出端，其中该第三输入端耦接于该第一输出端，以输出一与该第一电压相关联的第三电压于该第三输出端，其中该第二输出端与该第三输出端分别耦接至所述高频放大器芯片的一第一接脚与一第二接脚。

在一实施例中，本实用新型所公开的一种高频放大器芯片包括：一第一放大器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端，其中该第一放大器转换该第一输入端与该第二输入端之间的一第一输入电压差为一与该第一输入电压差相关联的第一输出差动电压于该第一输出端与该第二输出端；一第二放大器，具有一第三输入端、一第四输入端、一第三输出端以及一第四输出端，其中该第三输入端与该第四输入端分别耦接于该第一输出端与该第二输出端，以输出一与该第一输出差动电压相关联的第二输出差动电压于该第三输出端与该第四输出端；以及一第三放大器，其具有一第五输入端、一第六输入端、一第五输出端以及一第六输出端，其中该第五输入端与该第六输入端分别耦接于该第一输出端与该第二输出端，以输出一与该第一输出差动电压相关联的第三输出差动电压于该第五输出端与该第六输出端，其中，该第三输出端与该第四输出端分别耦接至该高频放大器芯片的一第一接脚与一第二接脚，该第五输出端与该第六输出端分别耦接至该高频放大器芯片的一第三接脚与一第四接脚。

在一实施例中，所述高频放大器芯片耦接于一外部的微处理器，所述的高频放大器芯片具有能够侦测该光电二极管的阴极与阳极间的一直流电压的一电路，所述高频放大器芯片耦接于一外部的微处理器，用以根据该直流电压来执行开路自动增益控制。

在一实施例中，所述高频放大器芯片包括一温度传感器，以侦测一温度，该温度传感器耦接于一外部的微处理器，用以根据该温度来执行温度补偿。

在一实施例中，本实用新型所公开的一种高频放大器芯片利用一转阻放大器来驱动两个缓冲放大器的芯片中的转阻放大器，可以同时支持单端或差动方式来输入电流信号，其中，当使用差动方式时，芯片内部也会使用差动方式来连接转阻放大器的差动电压输出端与两个缓冲放大器各自的差动电压输入端。

在一实施例中，本实用新型提供的高频放大器芯片中的转阻放大器与两个缓冲放大器均可具有可调变的参数，以分别设定其增益与频率响应。因此，本实用新型提供的高频放大器芯片的最终电压输出值可以根据各自不同的规格来分别独立地设定。本实用新型提供的高频放大器芯片的频率响应也可以根据各自不同的设计需要分别独立地来设定。

附图说明

图1为利用一转阻放大器来驱动两个缓冲放大器的传统电路示意图；

图2为本实用新型一实施例的一种利用一转阻放大器来驱动两个缓冲放大器的芯片结构示意图，其中是用单端方式来传输信号；

图3为本实用新型另一实施例的一种利用一转阻放大器来驱动两个缓冲放大器的芯片结构示意图，其中是用差动方式来传输信号。

附图标记说明：100-电路；101-接收器芯片；102-衰减器；103-推拉放大器；104-分流器；105-衰减器；106-衰减器；107-缓冲放大器；108-缓冲放大器；109-输出端；110-输出端；120-转阻放大器；150-光电二极管；200-高频放大器芯片；201-第一转阻放大器；201a-第一输入端；201b-第一输出端；202-第二缓冲放大器；202a-第二输入端；202b-第二输出端；203-第三缓冲放大器；203a-第三输入端；203b-第三输出端；204-第一衰减器；205-第二衰减器；206-第四运算放大器；206a-第四输入端；206b-第四输出端；207-温度传感器；210a-第一电压；210b-第四电压；210c-第五电压；250-微处理器；251-直流电压接口；252-自动增益控制接口；260-第一接脚；261-第二接脚；262-第三接脚；300-高频放大器芯片；301-第一差动转阻放大器；301a-第一输入端；301b-第二输入端；301c-第一输出端；301d-第二输出端；302-第二差动缓冲放大器；302a-第三输入端；302b-第四输入端；302c-第三输出端；302d-第四输出端；303-第三差动缓冲放大器；303a-第五输入端；303b-第六输入端；303c-第五输出端；303d-第六输出端；304-第一衰减器；305-第二衰减器；306-第三衰减器；307-第四衰减器；308-第四运算放大器；308a-第七输入端；308b-第七输出端；309-温度传感器；350-微处理器；351-直流电压接口；352-自动增益控制接口；360-第一接脚；361-第二接脚；362-第三接脚；363-第四接脚；364-第五接脚；365-第六接脚；D1-外部光电二极管；IN-第一电流；INP，INN-输入电压；INP–INN-第一输入电压差；L1-电感；L2-电感；L3-电感；OUT1-第二电压；OUT2-第三电压；OUT1P，OUT1N-第一输出差动电压；OUT2P，OUT2N-第二输出差动电压；OUT3P，OUT3N-第三输出差动电压；OUT4P，OUT4N-第四输出差动电压；OUT5P，OUT5N-第五输出差动电压；PD_DC-直流电压；R1-电阻；R2-电阻；R3-电阻。

具体实施方式

图2为本实用新型一实施例的高频放大器芯片200结构图，包括：一第一转阻放大器201，其具有一第一输入端201a以及一第一输出端201b，第一输入端201a用于输入一第一电流IN，第一输出端201b用于输出一第一电压210a；一第二缓冲放大器202，其具有一第二输入端202a以及一第二输出端202b，该第二输入端202a耦接于该第一输出端201b，以输出一第二电压OUT1于该第二输出端202b；以及一第三缓冲放大器203，其具有一第三输入端203a以及一第三输出端203b，该第三输入端203a耦接于该第一输出端201b，以输出一第三电压OUT2于该第三输出端203b，其中，该第二输出端202b与该第三输出端203b分别耦接至该高频放大器芯片的一第一接脚260与一第二接脚261，该第一输入端201a耦接至该高频放大器芯片200的一第三接脚262。如图1所示，一实施例中，该第一电流IN可为通过一外部光电二极管D1所产生的信号。该高频放大器芯片200的频率带宽可以是介于10Mhz与1Ghz之间，或是介于40Mhz与1Ghz之间，或是介于50Mhz与1.2Ghz之间。也就说，高频放大器芯片200与外部光电二极管D1可用来接收光纤传输的信号，例如利用光纤传输的有线电视的射频信号。其中，第一电流IN可以是流入第一输入端201a，或是由第一输入端201a流出。

一实施例中，第一转阻放大器201具有可变的参数，以调变其增益(gain)大小。一实施例中，第二缓冲放大器202与第三缓冲放大器203分别具有可调变的参数，以调变其增益(gain)大小及频率响应(Frequency Response)，以使高频放大器芯片200的第二缓冲放大器202与第三缓冲放大器203可以输出不同的电压值或具有不同的频率响应，以符合两个不同的输出规格。

高频放大器芯片200可包括一第一衰减器204与一第二衰减器205，该第一电压210a通过该第一衰减器204，以输入一第四电压210b至该第二输入端202a，该第一电压210a通过该第二衰减器205，以输入一第五电压210c至该第三输入端203a。一实施例中，第一衰减器204与第二衰减器205皆为一可变电阻，可变电阻可以利用数字来控制，但本实用新型不受限于此。

一实施例中，外部光电二极管D1的阴极被电源Vbb反偏压，外部光电二极管D1的阳极通过一电感L1与一电阻R1接地。高频放大器芯片200可包括一第四运算放大器(Operational Amplifier)206，其具有一第四输入端206a端以及一第四输出端206b，其中，该第四输入端206a接收一横跨电阻R1的直流电压PD_DC，其中，知道横跨电阻R1的直流电压PD_DC，即可计算出外部光电二极管D1阴极与阳极间的直流电压。该第四输出端206b通过直流电压接口251耦接于一外部的微处理器250。该外部的微处理器根据外部光电二极管D1阴极与阳极间的直流电压，通过自动增益控制接口252来执行开路自动增益控制(Open LoopAutomatic Gain Control)，以调节下列至少其中之一：第一输出端201b的输出电压、该第一衰减器204的输出电压、该第二衰减器205的输出电压、该第二输出端202b的输出电压与该第三输出端203b的输出电压。该外部的微处理器250可根据应用需要执行开路自动增益控制以调节该第一输出端201b的输出电压、该第一衰减器204的输出电压、该第二衰减器205的输出电压、该第二输出端202b的输出电压与该第三输出端203b的输出电压中的任意组合以达到应用目的。该自动增益控制界252可以是模拟或是数字的方式来对高频放大器芯片200执行连续的开路自动增益控制。其中，该开路自动增益控制接口252可以是I²C、SPI或是其他总线，以传送代表增益大小的数字值来对高频放大器芯片200中的第一转阻放大器201、第一衰减器204、第二衰减器205、第二缓冲放大器202与第三缓冲放大器203执行开路自动增益控制。

高频放大器芯片200可包括一温度传感器207，以侦测高频放大器芯片200的温度，用以调节下列至少其中之一：该第一输出端201b的输出电压、该第一衰减器204的输出电压、该第二衰减器205的输出电压、该第二输出端202b的输出电压与该第三输出端203b的输出电压。温度传感器207耦接于该外部的微处理器250来执行温度补偿以调节下列至少其中之一：第一转阻放大器201的输出电压、该第一衰减器204之输出电压、该第二衰减器205的输出电压、该第二缓冲放大器202的输出电压与该第二缓冲放大器203的输出电压。该外部的微处理器可根据应用需要调节该第一转阻放大器201的输出电压、该第一衰减器204的输出电压、该第二衰减器205的输出电压、该第二缓冲放大器202的输出电压与该该第三缓冲放大器203的输出电压中的任意组合，以达到高频放大器芯的性能或输出不受温度变化所带来的影响。

也就是说该外部的微处理器250可以同时考虑该第四运算放大器206的该第四输出端206b的输出电压与温度传感器207侦测的温度调节该第一转阻放大器201的输出电压、该第一衰减器204的输出电压、该第二衰减器205的输出电压、该第二缓冲放大器202的输出电压与该第三缓冲放大器203的输出电压中的任意组合，以达到高频放大器芯的性能或输出的稳定度。该第二缓冲放大器202的电压输出值与该第三缓冲放大器203的电压输出值可分别调整为任意恒定电压输出值。该第二缓冲放大器202的频率响应与该第三缓冲放大器203的频率响应可分别调整为特定的频率响应。也就是说该第二缓冲放大器202的电压输出值及频率响应与该第三缓冲放大器203的电压输出值及频率响应可以不同，以匹配外部不同的负载。

针对有线电视，利用该第四运算放大器206与该外部的微处理器250，本实用新型可以达到开路自动增益控制，以使该第二缓冲放大器202的电压输出值与该第三缓冲放大器203的电压输出值可以在某些特定频率保持一定值。本实用新型的开路自动增益控制可以使第一转阻放大器201的输出电压、该第一衰减器204的输出电压、该第二衰减器205的输出电压、该第二缓冲放大器202的输出电压与该第三缓冲放大器203的输出电压，连续地或者数字化地来改变其增益。

图3为本实用新型提供的高频放大器芯片300结构图，包括：一第一差动转阻放大器301，其具有一第一输入端301a与一第二输入端301b，其中第一输入端301a接收一输入电压INP，第二输入端301b接收一输入电压INN。INP与INN形成一差动输入电压。第一差动转阻放大器301转换第一输入端301a与第二输入端301b间的一第一输入电压差(INP-INN)为一第一输出差动电压OUT1P，OUT1N于一第一输出端301c与一第二输出端301d，其中该第一输入电压差(INP-INN)为通过一外部光电二极管D1的电流所产生；一第二差动缓冲放大器302，其具有一第三输入端302a与一第四输入端302b以及一第三输出端302c与一第四输出端302d，该第三输入端302a与该第四输入端302b分别耦接于该第一输出端301c与该第二输出端301d以输出一第二输出差动电压OUT2P，OUT2N；以及一第三差动缓冲放大器303，其具有一第五输入端303a、一第六输入端303b、一第五输出端303c以及一第六输出端303d，该第五输入端303a与该第六输入端303b分别耦接于该第一输出端301c与该第二输出端301d，以输出一第三输出差动电压OUT3P，OUT3N，其中，该第三输出端302c与该第四输出端302d分别耦接至该高频放大器芯片的一第一接脚360与一第二接脚361，该第五输出端303c与该第六输出端303d分别耦接至该高频放大器芯片的一第三接脚362与一第四接脚363，第一输入端301a与第二输入端301b分别耦接至该高频放大器芯片的一第五接脚364与一第六接脚365。

一实施例中，第一差动转阻放大器301具有可调变的参数，以调变其增益(gain)大小，以使高频放大器芯片300的第二差动缓冲放大器302与第三差动缓冲放大器303可以输出不同的电压值。一实施例中，第二差动缓冲放大器302与第三缓冲放大器303分别具有可变的参数，以调变其增益(gain)的大小及频率响应，以使高频放大器芯片300的第二差动缓冲放大器302与第三差动缓冲放大器303可以输出不同的电压值或具有不同的频率响应，以符合两个不同的输出规格。

一实施例中，高频放大器芯片可包括：一第一衰减器304与一第二衰减器305，其中该第一输出差动电压OUT1P，OUT1N分别通过该第一衰减器304与该第二衰减器305以输入一与该第一输出差动电压OUT1P，OUT1N相关联的第四输出差动电压OUT4P，OUT4N至该第三输入端302a与该第四输入端302b；以及一第三衰减器306与一第四衰减器307，其中该第一输出差动电压OUT1P，OUT1N分别通过该第三衰减器306与该第四衰减器307以输入一与该第一输出差动电压OUT1P，OUT1N相关联的第五输出差动电压OUT5P，OUT5N至该第五输入端303a与该第六输入端303b。一实施例中，第一衰减器304、第二衰减器305、第三衰减器306与第四衰减器307皆为一可变电阻，但本实用新型不受限于此。可变电阻可以利用模拟或数字信号来控制。

一实施例中，外部光电二极管D1的阴极通过一电感L2与一电阻R2被电源Vbb反偏压，外部光电二极管D1的阳极通过一电感L3与一电阻R3接地。高频放大器芯片进一步包括一第四运算放大器308，其具有一第七输入端308a以及一第七输出端308b。该第七输入端308a接收一横跨电阻R3的直流电压PD_DC，其中，知道横跨电阻R3的直流电压PD_DC，即可计算出外部光电二极管D1阴极与阳极间的直流电流。该第七输出端308b通过直流电压接口351耦接于一外部的微处理器，外部的微处理器350根据该外部光电二极管D1阴极与阳极间的直流电压，通过自动增益控制接口352来执行自动增益控制，以调节下列至少其中之一：该第一输出差动电压OUT1P，OUT1N的输出、该第一衰减器304的输出、该第二衰减器305的输出、该第三衰减器306的输出、该第四衰减器307的输出、以及该第二输出差动电压OUT2P，OUT2N的输出与该第三输出差动电压OUT3P，OUT3N的输出。该自动增益控制接口352可以是模拟或是数字的方式来对高频放大器芯片200执行自动增益控制。该自动增益控制接口352可以是自动增益控制(VAGC)、积体电路汇流排(I2C)、串行外设接口(Serial PeripheralInterface Bus，SPI)或其他总线，以传送代表增益大小的数字值来对高频放大器芯300中的转阻放大器，衰减器和缓冲放大器执行自动增益控制。

一实施例中，高频放大器芯片可包括一温度传感器309以侦测一温度，用以调节下列至少其中之一：该第一输出差动电压OUT1P，OUT1N的输出、该第一衰减器的输出、该第二衰减器的输出、该第三衰减器的输出、该第四衰减器的输出、以及该第二输出差动电压OUT2P，OUT2N的输出与该第三输出差动电压OUT3P，OUT3N的输出，以达到高频放大器芯的性能,输出大小、输出频率响应不受温度变化所带来的影响。

也就是说，外部微处理器350可以同时考虑外部光电二极管D1的功率与温度传感器309侦测的温度调节该第一输出差动电压OUT1P，OUT1N的输出、该第一衰减器的输出、该第二衰减器的输出、该第三衰减器的输出、该第四衰减器的输出、以及该第二输出差动电压OUT2P，OUT2N的输出与该第三输出差动电压OUT3P，OUT3N的输出的任意组合，以达到高频放大器芯的性能或输出的稳定度。

针对有线电视，利用该第四运算放大器308与该外部的微处理器350，本实用新型可以达到开路自动增益控制，以使第二差动缓冲放大器302与第三差动缓冲放大器303的电压输出值可以在某些特定频率保持定值。

请注意本实用新型提供的高频放大器芯片无论是用支持单端还是差动方式来传输信号，除了传输信号方式不一样，其他功能及特征以及内部各元件均可相同。

请注意本实用新型中的转阻放大器、缓冲放大器、差动转阻放大器、差动缓冲放大器、运算放大器等，是为方便说明与了解。该多个转阻放大器、缓冲放大器、差动转阻放大器、差动缓冲放大器、运算放大器，皆可被称为放大器，本实用新型以本实用新型的权利要求范围为准。

以上所述仅为本实用新型的较佳具体实施例，但本实用新型的特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本实用新型领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种高频放大器芯片，其特征在于，包括：

一第一放大器，具有一第一输入端以及一第一输出端，该第一输入端用于输入一第一电流，其中该第一放大器转换该第一电流为一与该第一电流相关联的第一电压于该第一输出端；

一第二放大器，具有一第二输入端以及一第二输出端，其中该第二输入端耦接于该第一输出端，以输出一与该第一电压相关联的第二电压于该第二输出端；以及

一第三放大器，具有一第三输入端以及一第三输出端，其中该第三输入端耦接于该第一输出端，以输出一与该第一电压相关联的第三电压于该第三输出端，其中该第二输出端与该第三输出端分别耦接至所述高频放大器芯片的一第一接脚与一第二接脚。

2.如权利要求1所述的高频放大器芯片，其特征在于，该第一输入端耦接于该高频放大器芯片的一第三接脚，该第三接脚耦接于一位于所述高频放大器芯片外部的光电二极管，以输入该第一电流至该第一输入端。

3.如权利要求2所述的高频放大器芯片，其特征在于，进一步包括：

一第一衰减器，该第一电压通过该第一衰减器，以输入一与该第一电压相关联的第四电压至该第二放大器的该第二输入端；以及

一第二衰减器，该第一电压通过该第二衰减器，以输入一与该第一电压相关联的第五电压至该第三放大器的该第三输入端。

4.如权利要求2所述的高频放大器芯片，其特征在于，所述高频放大器芯片进一步包括一第四放大器，其具有一第四输入端以及一第四输出端，其中，该第四输入端耦接于该光电二极管，以侦测该光电二极管的阴极与阳极间的一直流电压，该第四输出端接耦接于一外部的微处理器，用以根据该直流电压来执行开路自动增益控制。

5.如权利要求2所述的高频放大器芯片，其特征在于，进一步包括一温 度传感器，以侦测一温度，用以根据该温度来执行温度补偿。

6.如权利要求2所述的高频放大器芯片，其特征在于，该第二放大器与该第三放大器分别具有可调变的参数，以调变其各自独立的增益。

7.一种高频放大器芯片，其特征在于，包括：

一第一放大器，具有一第一输入端、一第二输入端、一第一输出端以及一第二输出端，其中该第一输入端与该第二输入端之间具有一第一输入电压差，该第一放大器转换该第一输入电压差为其相关联的第一输出差动电压于该第一输出端与该第二输出端；

一第二放大器，具有一第三输入端、一第四输入端、一第三输出端以及一第四输出端，其中该第三输入端与该第四输入端分别耦接于该第一输出端与该第二输出端，以输出一与该第一输出差动电压相关联的第二输出差动电压于该第三输出端与该第四输出端；以及

一第三放大器，具有一第五输入端、一第六输入端、一第五输出端以及一第六输出端，其中该第五输入端与该第六输入端分别耦接于该第一输出端与该第二输出端，以输出一与该第一输出差动电压相关联的第三输出差动电压于该第五输出端与该第六输出端，其中，该第三输出端与该第四输出端分别耦接至该高频放大器芯片的一第一接脚与一第二接脚，该第五输出端与该第六输出端分别耦接至该高频放大器芯片的一第三接脚与一第四接脚。

8.如权利要求7所述的高频放大器芯片，其特征在于，该第一输入端与该第二输入端分别耦接于该高频放大器芯片的一第五接脚与一第六接脚，该第五接脚与该第六接脚分别耦接于一位于所述高频放大器芯片外部的光电二极管的阴极与阳极，以产生该第一输入电压差。

9.如权利要求8所述的高频放大器芯片，其特征在于，进一步包括：

一第一衰减器与一第二衰减器，其中该第二输出差动电压分别通过该第一衰减器与该第二衰减器，以输入一与该第一输出差动电压相关联的第四输出差动电压至该第三输入端与该第四输入端；以及

一第三衰减器与一第四衰减器，其中该第二输出差动电压分别通过该第三衰减器与该第四衰减器，以输入一与该第一输出差动电压相关联的第五输出差动电压至该第五输入端与该第六输入端。

10.如权利要求8所述的高频放大器芯片，其特征在于，该第二放大器与该第三放大器分别具有可调变的参数，以调变其各自独立的增益。