具有失調(diào)消除功能的光電流監(jiān)視電路及應(yīng)用該監(jiān)視電路的前置放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有失調(diào)消除功能的光電流監(jiān)視電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，由于光纖通信具有通信容量大，性能穩(wěn)定，保密性強(qiáng)等優(yōu)點， 在接入網(wǎng)中光纖通信技術(shù)扮演著重要角色，光纖接入將成為發(fā)展的重點。跨阻放大器TIA 作為光接收機(jī)前置放大器（pre_amplifier)的核心電路模塊，決定了光接收機(jī)傳輸速率和 距離等關(guān)鍵參數(shù)。在電性能上，TIA具有跨阻增益（dB)較高，帶寬較寬，等效噪聲電流較低 的優(yōu)點；在結(jié)構(gòu)上，采用直接耦合，省去電抗元件，縮小芯片面積。圖1中給出了光電二極管 和前置放大器的應(yīng)用原理圖。光電二極管D0的陽極連接前置放大器芯片中的跨阻放大器 TIA電路模塊的輸入端PINA，光電二極管D0的陰極連接前置放大器芯片中的光電流的輸出 端PINK，確保光電二極管D0工作在反向偏置的條件下。光電二極管D0產(chǎn)生的光電流IPD通 過PINA端流入前置放大器芯片。電流源10鏡像光電二極管D0的電流IPD，同時根據(jù)光電流 IPD通過電阻R1復(fù)制輸出電壓V"，從而達(dá)到監(jiān)測PINA端的輸入電流平均值的目的。即在 前置放大器芯片中的光電流監(jiān)視電路模塊的輸出端M0N端可以對光電二極管的電流進(jìn)行 鏡像檢測即光電流監(jiān)視，此設(shè)計電路稱為接收信號強(qiáng)度指示（ReceivesSignalStrength Indication，RSSI)〇
[0003] 圖2給出了常用的光電流監(jiān)視電路結(jié)構(gòu)。圖2中，運算放大器A1和PMOS晶體管 MP1形成了一個兩級放大器，可以確保節(jié)點VN的電壓和節(jié)點PINK的電壓相等。同時，運算 放大器A1的反相輸入端的節(jié)點VN的電壓VVN可以表示為：
[0004] Vvn=R1XI0 (1)
[0005] 其中，I。為電流源10的電流大?。?br>[0006] PM0S晶體管MP1和PM0S晶體管MP2的柵源電壓相等，為：
[0007] VGSMP1=VGS_MP2=Vv〇i_VDD(2)
[0008] 其中Vesm是PMOS晶體管MP1的柵源電壓，Ves"p2是晶體管MP2的柵源電壓，VVQ1 為運算放大器A1的輸出電壓。因此，PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2的過驅(qū)動電壓相 等，為：
[0009]
[0010] 其中vmMP1是PMOS晶體管MP1的過驅(qū)動電壓，VmMP2是PMOS晶體管MP2的過驅(qū)動 電壓，VTH(I是晶體管在PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2的源端S和襯底端B短接，即VSB =0時的閾值電壓。當(dāng)PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2都工作在飽和區(qū)時，不考慮溝 道長度調(diào)制效應(yīng)的情況下，PMOS晶體管MP1的電流和PMOS晶體管MP2的電流相等，為：
[0011]
(4)
[0012] 其中，Im是PMOS晶體管MP1的漏端電流，I啊是PMOS晶體管MP2的漏端電流，yp 是溝道空穴的迀移率，（^是單位面積的柵氧化層電容，f是晶體管的寬長比，|VTH(I|是晶 體管的源端和襯底短接，即源襯電壓VSB= 0時的閾值電壓。
[0013] 考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，PMOS晶體管的電流為：
[0014]
(5)
[0015] 人是溝道長度調(diào)制系數(shù)，VDS是PMOS晶體管的漏源電壓。
[0016] 因此，流過PMOS晶體管MP1為光電流，PMOS晶體管MP2鏡像PMOS晶體管MP1的 電流，形成光功率監(jiān)視電流。
[0017] 實際應(yīng)用中，常用的光電流監(jiān)視電路Monitor的輸出端PINK通過光電二極管D0 連接到跨阻放大器TIA的輸入端PINA。而監(jiān)視端MON則通過監(jiān)視電阻R_M0N連接到GND。
[0018] 這樣PMOS晶體管MP1和PMOS晶體管MP2的漏源電壓差A(yù)VDS很大，由于晶體管存 在溝道長度調(diào)制效應(yīng)，所以光監(jiān)視電流鏡像精度很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的是為了解決常用光功率監(jiān)視電路中監(jiān)視電流精度隨運算放大器失 調(diào)電壓變化的問題，提供了一種具有失調(diào)消除功能的光電流監(jiān)視電路及應(yīng)用該監(jiān)視電路的 前置放大器。
[0020] 本發(fā)明所述具有失調(diào)消除功能的光電流監(jiān)視電路，它包括誤差放大器A1、誤差放 大器A2、PMOS晶體管MP1、PMOS晶體管MP2、PMOS晶體管MP3、PMOS晶體管MP4、電流源10、 電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R_M0N、電容C0、電容C1、電容C2、電容C3、開關(guān)S0、 開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3和開關(guān)S4 ;誤差放大器A2具有兩級跨導(dǎo)級：第一跨導(dǎo)級Gml和第 二跨導(dǎo)級Gm2 ;
[0021] PMOS晶體管MP1的源極、PMOS晶體管MP2的源極、電阻R1的一端、電阻R2的一端、 電阻R3的一端和電阻R4的一端同時連接直流電源VDD，PMOS晶體管MP1的柵極和PMOS晶 體管MP2的柵極同時連接誤差放大器A1的輸出端V01和電容C0的一端；
[0022] 電阻R1的另一端同時連接電流源10的正端、電容C0的另一端和誤差放大器A1 的反相輸入端VN1，電流源10的負(fù)端連接GND;
[0023] PMOS晶體管MP1的漏極、電阻R4的另一端、誤差放大器A1的同相輸入端VP1、開 關(guān)S1的一端同時連接誤差放大器A2的第一跨導(dǎo)級Gml同相輸入端VP2,且連接的公共節(jié)點 作為光電流的輸出端PINK;
[0024] PMOS晶體管MP2的漏極同時連接電阻R3的另一端、PMOS晶體管MP3的源極和開 關(guān)S0的一端；開關(guān)S0的另一端與開關(guān)S1的另一端同時連接誤差放大器A2的第一跨導(dǎo)級 Gml反相輸入端VN2 ;
[0025] PMOS晶體管MP3的柵極同時連接PMOS晶體管MP4的源極和電阻R2的另一端；
[0026] PMOS晶體管MP3的漏極連接電阻R_M0N的一端，電阻R_M0N的另一端連接GND; PMOS晶體管MP3的漏極和電阻R_M0N連接的公共節(jié)點作為光電流監(jiān)視電路的輸出端M0N;
[0027] PMOS晶體管MP4的柵極同時連接電容C3的一端、開關(guān)S2的一端和開關(guān)S3的一 端；電容C3的另一端接地；
[0028] 開關(guān)S2的另一端同時連接誤差放大器A2的輸出端V02和開關(guān)S4的一端；開關(guān)S4 的另一端同時連接誤差放大器A2的第二跨導(dǎo)級Gm2同相輸入端VIP和電容C2的一端，電 容C2的另一端接地；
[0029] 開關(guān)S3的另一端同時連接誤差放大器A2的第二跨導(dǎo)級Gm2反相輸入端VIN和電 容C1的一端，電容C1的另一端接地；
[0030] PMOS晶體管MP4的漏極連接GND。
[0031] 應(yīng)用所述具有失調(diào)消除功能的光電流監(jiān)視電路制成的前置放大器，它包括光電流 監(jiān)視電路Monitor和跨阻放大器TIA電路模塊；
[0032] 光電流監(jiān)視電路Monitor包括誤差放大器A1、誤差放大器A2、PM0S晶體管MP1、 PM0S晶體管MP2、PM0S晶體管MP3、PM0S晶體管MP4、電流源10、電阻R1、電阻R2、電阻R3、 電阻R4、電阻R_M0N、電容C0、電容C1、電容C2、電容C3、開關(guān)S0、開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3 和開關(guān)S4 ;誤差放大器A2具有兩級跨導(dǎo)級：第一跨導(dǎo)級Gml和第二跨導(dǎo)級Gm2 ;
[0033] PMOS晶體管MP1的源極、PMOS晶體管MP2的源極、電阻R1的一端、電阻R2的一端、 電阻R3的一端和電阻R4的一端同時連接直流電源VDD，PM0S晶體管MP1的柵極和PM0S晶 體管MP2的柵極同時連接誤差放大器A1的輸出端V01和電容C0的一端；
[0034] 電阻R1的另一端同時連接電流源10的正端、電容C0的另一端和誤差放大器A1 的反相輸入端VN1，電流源10的負(fù)端連接GND;
[0035] PMOS晶體管MP1的漏極、電阻R4的另一端、誤差放大器A1的同相輸入端VP1、開 關(guān)S1的一端同時連接誤差放大器A2的第一跨導(dǎo)級Gml同相輸入端VP2,且連接的公共節(jié)點 作為光電流的輸出端PINK;
[0036] PMOS晶體管MP2的漏極同時連接電阻R3的另一端、PMOS晶體管MP3的源極和開 關(guān)S0的一端；開關(guān)S0的另一端與開關(guān)S1的另一端同時連接誤差放大器A2的第二跨導(dǎo)級 Gm2反相輸入端VN2 ;
[0037] PMOS晶體管MP3的柵極同時連接PMOS晶體管MP4的源極和電阻R2的另一端；
[0038] PMOS晶體管MP3的漏極連接電阻R_M0N的一端，電阻R_M0N的另一端連接GND; PMOS晶體管MP3的漏極和電阻R_M0N連接的公共節(jié)點作為光電流監(jiān)視電路的輸出端M0N;
[0039] PMOS晶體管MP4的柵極同時連接電容C3的一端、開關(guān)S2的一端和開關(guān)S3的一 端；
[0040] 電容C3的另一端接地；
[004