[发明专利]一种低噪声宽带光纤跨阻放大器

说明书

技术领域

本发明属于光纤通信接收机系统技术领域，涉及一种低噪声宽带光纤跨阻放大器。

背景技术

随着社会的发展，信息交换量与日俱增。近年来，以光波为载体、光纤为传输媒质的光纤通信异军突起，发展十分迅速，已成为信息高速公路的主体。这种通信方式以其巨大的可用带宽、传输距离远、极低的传输损耗等优点，已经成为有线信道最主要的传输方式。跨阻放大器位于光纤通信系统接收机的最前端，将光检测器产生的微弱电流信号转换为满足要求的电压信号，其性能在很大程度上决定了整个光接收机的性能。首先光纤跨阻放大器的带宽决定了整个光接收机的带宽，且其噪声特性决定了光接收机的灵敏度，决定了光发射机和光接收机之间光纤延伸的最大长度。它的很多指标，诸如噪声、带宽、增益、可靠性等，都直接影响接收机的速度和灵敏度。所以，低噪声宽带光纤跨阻放大器是光纤通信接收机系统设计的关键技术之一。

现有的跨阻放大器主要有两种实现形式，第一种是电流模TIA，电路结构如图1所示，该结构采用电流镜的形式，由于MOS管M1的二极管接法，大大减小了从I_in端看进去的输入阻抗（近似为1/g_m1），从I_out端输出的电流则放大了g_m2:g_m1倍，其输出I_out通过电阻负载则可转化为电压信号。其优点是具有较低的输入阻抗，可以有效地隔离光电二极管的寄生电容；缺点是该技术产生的输入等效噪声电流通常较大，这会严重恶化光接收机的灵敏度。

现有的另一种跨阻放大器的实现形式是采用电阻并联反馈结构来实现较低的输入阻抗，如图2所示，电路采用电阻反馈，低频时的等效输入阻抗近似为R_f/A₀，A₀为图示放大器的开环增益。2007年06月06日公开了一种跨导放大器的发明专利申请，其公开号为CN1977473A，采用的就是电阻并联负反馈这种结构。该结构的优点是结构简单，易于实现；缺点是噪声、增益、带宽等均存在折衷，无法在获得较大带宽的前提下，保证增益、噪声等其它性能参数。

综上所述，跨阻放大器的实现，若采用电流模的结构，虽然可以做到较大的带宽，但噪声性能无法保证；若采用电阻并联反馈结构，为了保证足够的带宽，就必须牺牲一定的噪声性能。因此要做到真正的低噪高带宽，只有设计出新的电路结构。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种低噪声宽带光纤跨阻放大器，采用电容构成反馈通路，有效地降低了输入等效噪声电流；通过同比例地减小电容C₁、C₂可保证在跨阻增益不变的情况下，提高放大器的带宽；二极管D1、D2、D4、D5，以及宽带输出级中Q5、Q6的巧妙使用，保证了电路的稳定性。