[发明专利]高动态范围的光接收器

说明书

技术领域

本发明涉及光接收器。

背景技术

光接收器被用于大量的光感应应用中。接收器通常包括由光信号照亮并且产生与光强有关的电流的光检测器。该电流被接口电路转换为电压，以提供由连接到光接收器的装置所利用的输出信号。

在一些光感应应用中，与光强的对数成比例的输出信号尤其有用。例如，处理输出信号的装置可能需要计算两个光信号的乘积或比率。可以用简单的加法或减法电路对对数信号执行这种计算。

在其他光感应应用中，光信号的幅度可能有大于100,000倍的变化。因为处理光信号的电路具有固定的最大电位和灵敏度，所以在这些情形中提供与光强成正比的输出信号是不切实际的。如果电路被设定为在最高强度时提供最大输出，则在最低光级别时的电路灵敏度不足。在这点上，应该注意到许多电路元件具有盖过很小信号的固有噪声。另一方面，如果电路被设计为在低的光级别时提供足够的灵敏度，则电路在高的光级别时将饱和，并且在高光强时的强度级别差异不能被测量。该问题的一种解决方案是提供与光强的对数有关的输出信号。这样的信号提供所有光级别所需要的灵敏度。

跨阻放大器(TIA)经常被用于将来自诸如光电二极管之类的器件的电流信号转换为电压信号，该电压信号随后被其他电路所利用。将输入电流信号转换为与输入电流的对数成比例的电压的TIA设计在原则上可以通过将传统TIA中的反馈电阻器替换为二极管而被构建。但是，这样的电路具有稳定性问题。为了克服需要非常高的动态范围的应用中的这些稳定性问题，放大器必须具有非常高的频率性能，但该频率性能可能只有在使得这样的TIA对于许多应用而言不切实际的功率级别时才能实现。

发明内容

本发明包括具有光检测器、放大器、反馈环和输出电路的光接收器。光检测器响应于被光照亮而在第一和第二节点之间产生电流。放大器具有连接到第一节点的输入端和连接到第三节点的输出端。反馈路径将第三节点连接到第一节点并且包括与一电路元件串联的二极管，所述电路元件具有大于预定值的阻抗，所述二极管连接在第一和第四节点之间。输出电路连接到第四节点并且向外部电路提供输出信号。输出电路可以被配置为提供与照亮光检测器的光强的对数成比例的输出信号。

附图说明

图1是连接到传统TIA的现有技术光电二极管的示意图。

图2是连接到TIA的光电二极管的示意图，所述TIA利用二极管来提供所讨论的可变电阻。

图3是具有根据本发明的连接到光电二极管的TIA电路的光接收器的示意图。

图4是根据本发明的利用TIA的光接收器的示意图。

图5是根据本发明的光接收器的另一实施例的示意图。

图6是根据本发明的光接收器的另一实施例的示意图。

具体实施方式

参考图1，可以更加容易地理解本发明提供其优点的方式，图1是连接到传统TIA的光电二极管的现有技术示意图。当光电二极管21被照亮时，电流流经光电二极管21并且放大器24的输出增大，直到相同量的电流流经反馈电阻器23。放大器存在可以提供的最大输出电压。如果反馈电阻器被设定为针对光电二极管21中的光电流的最高预期值而提供该输出电压，则对于许多应用而言，很低的光级别时的电路灵敏度可能不足。相反，如果电阻被设定为在低的光级别时提供高灵敏度的值，则放大器将在更高级别时饱和。

原则上，可以通过将电阻器23替换为随着光电流改变而改变阻抗的电路来解决该问题。阻抗将随着光电流的增大而减小，从而在低的光级别时提供高灵敏度，同时防止放大器在高的光级别时饱和。在这样的TIA中，输出信号此时将是照亮级别的非线性函数；但是，输出将具有希望的动态范围。

现在参考图2，其为连接到TIA的光电二极管的示意图，所述TIA利用二极管来提供所讨论的可变电阻。二极管25替换图1所示电路中的电阻器23。除此之外，电路以类似方式运行。因为经过二极管25的电流是二极管两端电位的指数函数，所以放大器24的输出现在是光电流的对数函数。

但是，所有的光电二极管都具有寄生电容22。结果，为了在光信号随着时间而改变时提供稳定的操作，放大器24必须具有足够的频率响应。所需要的频率响应与RC_p成反比。在高的光电流时，二极管25的阻抗非常低。因此，为了适应这种非常低的反馈电阻，放大器必须具有非常高的频率响应。这样的高频放大器需要大量的功率，因此对于许多应用而言是不切实际的。一般来说，功率要求限制了用该简单设计可以提供的最大动态范围。