[发明专利]一种伪差分结构低噪声高线性跨阻放大器电路及芯片

说明书

本发明公开了一种伪差分结构低噪声高线性跨阻放大器电路，通过利用为后级主放大器提供直流偏置的辅助跨阻放大器，将射极相连实现伪差分结构的跨阻放大器。引入射极退化电阻，实现输出直流电压抬高的同时，提高开环增益的线性度，同时对闭环增益的线性度也进行一定的优化。该结构利用辅助跨阻放大器提供一定的增益，将辅助跨阻放大器的反馈电阻降低后，有效抑制辅助跨阻放大器的噪声。辅助跨阻放大器的主次极点与主跨阻放大器的主次极点相同，因此与传统结构相比不改变放大器的等效二阶系统的响应形式。采用PAM4信号调制方式时，该跨阻放大器具有低噪声、高线性、高带宽、高增益和高输出直流电压等特点，经过55nm BiCMOS工艺验证，最大工作速率可达56Gbaud/s。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种伪差分结构低噪声高线性跨阻放大器电路及芯片。

背景技术

光纤通信在现代通信系统中有着广泛的应用，随着5G时代的到来，光纤通信已成为实现大容量数据传输的关键技术。PAM4信号较NRZ信号相比，在相同带宽下可以实现更高速率的数据传输，然而PAM4信号对线性度、噪声等指标的要求更加严格。

光纤通信系统包含发射机系统和接收机系统，接收机中的前端放大器的性能决定了整个接收机的性能，前端放大器一般采用跨阻放大器结构，现有的跨阻放大器结构往往存在线性度差的缺点，同时在高速率的情况下，难以实现高增益和低噪声的性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种伪差分结构低噪声高线性跨阻放大器电路及芯片，通过伪差分结构的跨阻放大器实现高输出电压，同时提高线性度和增益，并实现低噪声的性能。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种伪差分结构低噪声高线性跨阻放大器电路，包括四只NPN双极型晶体管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄，三只MOS管M₁、M₂、M₃，六只电阻R_S、R_C、R_F、R_S1、R_C1、R_F1，四只电感L、L_OUT、L₁、L_OUT1和一只光电二极管PD，电路中的电流源I_in和C_PD为PD的等效模型；该跨阻放大器包括主放大跨阻放大器和辅助跨阻放大器两个模块。

主放大跨阻放大器结构如下：晶体管Q₁的基极接来自光电二极管PD输入电流I_in，集电极通过电阻R_S和电感L串联与电源电压VDD连接，发射极通过电阻R_C与地GND连接；晶体管Q₂为Q₁主放大管的射随器，基极接Q₁的集电极，集电极直接与电源VDD连接，发射极与MOS管电流镜连接，提供电流偏置；反馈电阻R_F跨接在Q₁的基极和Q₂的发射极；电压信号V_OUTP从Q₂的发射极串联电感L_OUT输出。