本發(fā)明涉及CMOS工藝下的高速光通信收發(fā)芯片領(lǐng)域，尤其涉及一種跨阻放大器。

背景技術(shù)：

當(dāng)前數(shù)據(jù)中心等高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的電互聯(lián)由于其在成本和性能上的劣勢(shì)，被價(jià)格低廉、容量大、串?dāng)_小、抗電磁干擾強(qiáng)的光纖通信取代的趨勢(shì)日益明顯。然而，作為光通信互聯(lián)的核心，當(dāng)前的高速光通信收發(fā)芯片(驅(qū)動(dòng)器、跨組放大器、限幅放大器以及時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路等均采用傳統(tǒng)的SiGe/GaAs等工藝設(shè)計(jì)制造，其帶寬噪聲性能優(yōu)越，但成本較高。隨著系統(tǒng)集成度的提高和CMOS工藝的不斷進(jìn)步，利用具有成本、功耗和集成度優(yōu)勢(shì)的CMOS工藝完成高速光電收發(fā)機(jī)的設(shè)計(jì)具有越來(lái)越大的吸引力。

傳統(tǒng)的跨阻放大器均采用SiGe工藝設(shè)計(jì)，其帶寬噪聲性能優(yōu)越，但成本較高，CMOS的工藝成本較低，但帶寬和噪聲性能相對(duì)較差，如果需要達(dá)到和SiGe等雙極工藝相近的性能，需要更多的電路技術(shù)來(lái)克服工藝本身所帶來(lái)的設(shè)計(jì)困難，此外工藝、電源和溫度(PVT)變化會(huì)對(duì)跨阻放大器的增益、帶寬和群延時(shí)性能造成影響，對(duì)電路的穩(wěn)定性帶來(lái)挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種跨阻放大器，有效的提高了電路的帶寬和噪聲性能，同時(shí)也補(bǔ)償了工藝、電源電壓和溫度偏差對(duì)電路性能帶來(lái)的影響。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種跨阻放大器，其特征在于，包含：

偽差分跨阻放大器，其輸入端為跨阻放大器的輸入端，輸入光電流信號(hào)，其輸出端為跨阻放大器的輸出端，分別輸出正極電壓信號(hào)和負(fù)極電壓信號(hào)；

負(fù)電容C_neg，其兩端分別連接偽差分跨阻放大器的兩個(gè)輸出端，用于提高跨阻放大器的帶寬；

負(fù)電阻R_neg，其兩端分別連接偽差分跨阻放大器的兩個(gè)輸出端，用于提高跨阻放大器的增益和噪聲性能；

工藝角檢測(cè)器，其輸出端輸出控制電壓信號(hào)V_ctrl給負(fù)電阻R_neg，用于根據(jù)工藝，電源和溫度信息得到的控制電壓信號(hào)V_ctrl來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)電阻R_neg的大小。

所述的偽差分跨阻放大器包含：

第一放大器A₀，其輸入端輸入光電流信號(hào)，輸出端輸出負(fù)極電壓信號(hào)，作為負(fù)極電壓輸出端V_on；

第一電阻R_{f_P}，其一端連接第一放大器A₀的輸入端，另一端連接第一放大器A₀的輸出端；

第二放大器A₁，輸出端輸出正極電壓信號(hào)，作為正極電壓輸出端V_op；

第二電阻R_{f_N}，其一端連接第二放大器A₁的輸入端，另一端連接第二放大器A₁的輸出端。

所述的第一放大器A₀和第二放大器A₁是單端輸入單端輸出的放大器。

所述的負(fù)電容C_neg包含：交叉耦合的第一N型MOS管NM_P和第二N型MOS管NM_N、偏置電流源I_b、以及電容C_c；

其中，第一N型MOS管NM_P的漏極連接正極電壓輸出端V_op和第二N型MOS管NM_N的柵極，第一N型MOS管NM_P的柵極連接第二N型MOS管NM_N的漏極，第一N型MOS管NM_P的源極連接偏置電流源I_b，第二N型MOS管NM_N的漏極連接負(fù)極電壓輸出端V_on和第一N型MOS管NM_P的柵極，第二N型MOS管NM_N的柵極連接第一N型MOS管NM_P的漏極，第二N型MOS管NM_N的源極連接偏置電流源I_b，電容C_c的兩端分別連接第一N型MOS管NM_P的源極和第二N型MOS管NM_N的源極。

所述的負(fù)電阻R_neg包含：交叉耦合的第一P型MOS管PM_P和第二P型MOS管PM_N、以及尾電流源I_comp；

其中，第一P型MOS管PM_P的漏極連接尾電流源I_comp，第一P型MOS管PM_P的柵極連接負(fù)極電壓輸出端V_on和第二P型MOS管PM_N的源極，第一P型MOS管PM_P的源極連接正極電壓輸出端V_op和第二P型MOS管PM_N的柵極，第二P型MOS管PM_N的漏極連接尾電流源I_comp，第二P型MOS管PM_N的柵極連接正極電壓輸出端V_op和第一P型MOS管PM_P的源極，第二P型MOS管PM_N的源極連接負(fù)極電壓輸出端V_on和第一P型MOS管PM_P的柵極，尾電流源I_comp的大小受工藝角檢測(cè)器輸出的控制電壓信號(hào)V_ctrl控制。

本發(fā)明采用CMOS工藝設(shè)計(jì)，提高放大器的增益和帶寬，進(jìn)而有效的提高了跨阻放大器的噪聲性能，且采用PVT補(bǔ)償技術(shù)來(lái)補(bǔ)償工藝、電源電壓和溫度偏差對(duì)電路性能帶來(lái)的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的跨阻放大器的電路圖。

圖2是負(fù)電容的電路圖。

圖3是負(fù)電阻的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下根據(jù)圖1～圖3，具體說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。

本發(fā)明提供一種跨阻放大器(TIA)，其位于光接收機(jī)的前端電路中，該前端電路包含片外電路和跨阻放大器，跨阻放大器的輸入端輸入光電流信號(hào)，跨阻放大器的輸出端輸出電壓信號(hào)。

如圖1所示，片外電路包含光電檢測(cè)器PD，以及串聯(lián)在光電檢測(cè)器PD兩端的第一綁定線(xiàn)L_bw1和第二綁定線(xiàn)L_bw2，片外電路的輸出端連接跨阻放大器的輸入端。

如圖1所示，所述的跨阻放大器包含：

偽差分跨阻放大器，其輸入端輸入光電流信號(hào)，其輸出端輸出電壓信號(hào)；

負(fù)電容C_neg，其兩端分別連接偽差分跨阻放大器的兩個(gè)輸出端，用于提高跨阻放大器的帶寬；

負(fù)電阻R_neg，其兩端分別連接偽差分跨阻放大器的兩個(gè)輸出端，用于提高跨阻放大器的增益和噪聲性能；

工藝角檢測(cè)器(PVT Monitor)101，其輸出端輸出控制電壓信號(hào)V_ctrl給負(fù)電阻R_neg，用于根據(jù)工藝，電源和溫度信息得到的控制電壓信號(hào)V_ctrl來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)電阻R_neg的大小。

如圖1所示，所述的偽差分跨阻放大器包含：

第一放大器A₀，其輸入端輸入光電流信號(hào)，輸出端輸出負(fù)極電壓信號(hào)，作為負(fù)極電壓輸出端V_on；

第一電阻R_{f_P}，其一端連接第一放大器A₀的輸入端，另一端連接第一放大器A₀的輸出端；

第二放大器A₁，輸出端輸出正極電壓信號(hào)，作為正極電壓輸出端V_op；

第二電阻R_{f_N}，其一端連接第二放大器A₁的輸入端，另一端連接第二放大器A₁的輸出端。

所述的第一放大器A₀和第二放大器A₁是單端輸入單端輸出的放大器。

如圖2所示，所述的負(fù)電容C_neg包含：交叉耦合的第一N型MOS管NM_P和第二N型MOS管NM_N、偏置電流源I_b、以及電容C_c，其中，第一N型MOS管NM_P的漏極連接正極電壓輸出端V_op和第二N型MOS管NM_N的柵極，第一N型MOS管NM_P的柵極連接第二N型MOS管NM_N的漏極，第一N型MOS管NM_P的源極連接偏置電流源I_b，第二N型MOS管NM_N的漏極連接負(fù)極電壓輸出端V_on和第一N型MOS管NM_P的柵極，第二N型MOS管NM_N的柵極連接第一N型MOS管NM_P的漏極，第二N型MOS管NM_N的源極連接偏置電流源I_b，電容C_c的兩端分別連接第一N型MOS管NM_P的源極和第二N型MOS管NM_N的源極。

根據(jù)負(fù)電容C_neg的電路圖可以看出，在正極電壓輸出端V_op和負(fù)極電壓輸出端V_on之間的輸出阻抗為：

R_{out_neg_c}＝-2/g_m,nmos-1/sC_c

其中，g_m,nmos是N型MOS管的跨導(dǎo)，第一N型MOS管NM_P和第二N型MOS管NM_N的尺寸相同，跨導(dǎo)相同；

輸出阻抗產(chǎn)生的負(fù)電容和偽差分跨阻放大器中產(chǎn)生的寄生電容并聯(lián)可以相互抵消，進(jìn)而提高放大器的帶寬。

如圖3所示，所述的負(fù)電阻R_neg包含：交叉耦合的第一P型MOS管PM_P和第二P型MOS管PM_N、以及尾電流源I_comp，其中，第一P型MOS管PM_P的漏極連接尾電流源I_comp，第一P型MOS管PM_P的柵極連接負(fù)極電壓輸出端V_on和第二P型MOS管PM_N的源極，第一P型MOS管PM_P的源極連接正極電壓輸出端V_op和第二P型MOS管PM_N的柵極，第二P型MOS管PM_N的漏極連接尾電流源I_comp，第二P型MOS管PM_N的柵極連接正極電壓輸出端V_op和第一P型MOS管PM_P的源極，第二P型MOS管PM_N的源極連接負(fù)極電壓輸出端V_on和第一P型MOS管PM_P的柵極，尾電流源(實(shí)際相當(dāng)于壓控電流源)I_comp的大小受工藝角檢測(cè)器輸出的控制電壓信號(hào)V_ctrl控制，負(fù)電阻R_neg的大小與其偏置電流大小成正比，其調(diào)節(jié)即通過(guò)調(diào)節(jié)尾電流源I_comp的大小完成。

根據(jù)負(fù)電阻R_neg的電路圖可以看出，在正極電壓輸出端V_op和負(fù)極電壓輸出端V_on之間的阻抗為：

R_{out_neg_r}＝-2/g_m,pmos

其中，g_m,pmos是P型MOS管的跨導(dǎo)，第一P型MOS管PM_P和第二P型MOS管PM_N的尺寸相同，跨導(dǎo)相同；

輸出阻抗產(chǎn)生的負(fù)電阻與第一放大器A₀和第二放大器A₁的輸出阻抗并聯(lián)，提高放大器的輸出阻抗的大小，從而提高整個(gè)電路的跨阻增益，進(jìn)而提高噪聲性能。

工藝、電源電壓和溫度會(huì)影響第一放大器A₀和第二放大器A₁的增益和帶寬，工藝角檢測(cè)器101通過(guò)檢測(cè)工藝角信息并產(chǎn)生相關(guān)的控制電壓信號(hào)V_ctrl來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)電阻R_neg的大小，補(bǔ)償?shù)谝环糯笃鰽₀和第二放大器A₁的增益和帶寬，形成負(fù)反饋，進(jìn)而完成PVT偏差對(duì)性能影響的補(bǔ)償。

本發(fā)明中采用的負(fù)電容C_neg、負(fù)電阻R_neg和工藝角檢測(cè)器101，其應(yīng)用于SiGe、GaAs以及CMOS等工藝下的并聯(lián)負(fù)反饋(Shunt-feedback)及RCG(可調(diào)節(jié)共源共柵(Regulated Cascode)等結(jié)構(gòu)的跨阻放大器中，但且不局限于上述結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用CMOS工藝設(shè)計(jì)，提高放大器的增益和帶寬，進(jìn)而有效的提高了跨阻放大器的噪聲性能，且采用PVT補(bǔ)償技術(shù)來(lái)補(bǔ)償工藝、電源電壓和溫度偏差對(duì)電路性能帶來(lái)的影響。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。