本公開的實(shí)施例涉及互阻抗放大器。

背景技術(shù)：

互阻抗放大器在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。通常，互阻抗放大器(TIA)是電流至電壓變換器，其通常還執(zhí)行放大。比如，例如在光學(xué)接收器中使用這樣的TIA以便將由光電二極管提供的電流變換成對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)。因此，互阻抗放大器應(yīng)當(dāng)向光電二極管呈現(xiàn)低的阻抗并且將其與放大器的輸出電壓隔離。

圖1在這一方面示出了典型的光學(xué)傳輸系統(tǒng)，其包括光學(xué)發(fā)射器電路1和光學(xué)接收器電路3。

在所考慮的示例中，發(fā)射器電路1包括信號(hào)生成器10和用于生成光學(xué)波形的光學(xué)發(fā)射器12，諸如LED(發(fā)光二極管)或激光二極管。基本上，信號(hào)生成器10在輸入處接收數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)信號(hào)DI并且根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)DI生成光學(xué)發(fā)射器12的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而經(jīng)由通過光學(xué)發(fā)射器12發(fā)出的光的調(diào)制來傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)DI。

光學(xué)接收器電路3包括光傳感器30(諸如光電二極管PD)、互阻抗放大器32和處理電路36。

在所考慮的示例中，光學(xué)發(fā)射器12可以借助于光纖2耦合至光傳感器30，并且通常光傳感器30被配置成接收光學(xué)發(fā)射器12生成的光(將由光纖2生成的可能的損失和噪聲考慮在內(nèi))。

具體地，在所考慮的示例中，互阻抗放大器32將由光電二極管PD提供的電流變換成指示由光電二極管PD接收的光的強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)V_out。

因此，通?？梢允悄M和/或數(shù)字電路(諸如微處理器，例如DSP (數(shù)字信號(hào)處理器))的處理電路36可以精心設(shè)計(jì)電壓信號(hào)V_out以便檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)DI。

通常，在互阻抗放大器32與處理電路36之間還可以設(shè)置另外的模擬和/或數(shù)字信號(hào)處理級(jí)34，諸如一個(gè)或多個(gè)放大器級(jí)和/或?yàn)V波器，諸如帶通濾波器。

圖2在這一點(diǎn)上示出了接收器電路3的光學(xué)前端的可能實(shí)現(xiàn)。

具體地，在所考慮的示例中，互阻抗放大器32基于具有給定跨導(dǎo)g_m的npn雙極型晶體管Q1。

具體地，在所考慮的示例中，晶體管Q1的基極連接至光電二極管PD，集電極借助于第一電阻器R_C連接至恒定的正的電源電壓，諸如VDD(例如在1到5VDC之間的電壓，相對(duì)于接地GND)，并且發(fā)射極借助于第二電阻器R_E連接至接地GND。特別地，在所考慮的示例中，光電二極管PD的陰極連接至晶體管Q1的基極。

在典型的應(yīng)用中，光電二極管PD以某種方式被偏置。例如，在圖2中，光電二極管PD的陽極連接至(例如直接)接地GND并且光電二極管PD的陰極經(jīng)由電阻器或有源阻抗R_bias連接至正的(優(yōu)選地恒定的)偏置電壓V_bias，偏置電壓V_bias可以是電源電壓VDD。因此，基本上在共發(fā)射極配置中使用晶體管Q1，并且輸出電壓對(duì)應(yīng)于晶體管Q1的集電極處的電壓。

特別地，如圖3所示，光電二極管PD可以建模為具有并聯(lián)連接的電容器C_PD和電阻器R_PD的理想的光電二極管100，即生成電流I_S的電流生成器。

因此，由光電二極管100提供的電流在晶體管Q的基極處產(chǎn)生變化，該變化將被晶體管Q1放大。因此，在所考慮的示例中，電壓V_out將反映由光電二極管PD提供的電流I_S的變化并且因此指示由光電二極管PD接收的光的強(qiáng)度。

如圖4所示，也可以通過用諸如MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)之類的FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)Q2取代雙極型晶體管Q1、通過用晶體管Q2的漏極和源極處的對(duì)應(yīng)電阻器R_D和R_S取代電阻器R_C和R_E并且將光電二極管PD連接至晶體管Q2的柵極來使用基本上類似的示意圖。

為了改善光學(xué)前端的帶寬，提出了不同的技術(shù)。

例如，圖5示出了所謂的并聯(lián)電感峰化。

具體地，在本技術(shù)中，電感器L_P與電阻器R_C串聯(lián)連接，以便減小光學(xué)前端的輸出電容C_out的影響，即輸出V_out與接地GND之間的電容。

因此，這一電感器L_P生成與輸出電容C_out的諧振，從而減小了電容C_out的低通濾波器效應(yīng)。

相反，圖6示出了所謂的串聯(lián)電感峰化。

具體地，在本技術(shù)中，電感器L_S連接在光電二極管PD的陰極與晶體管Q1的基極之間。因此，這一電感器L_S可以用于減小互阻抗放大器32的輸入處的電容C_PD(以及與光電二極管PD并聯(lián)連接的可能的其他電容器)的影響。

通常，還可以組合先前的技術(shù)，即并聯(lián)電感峰化和串聯(lián)電感峰化。

發(fā)明人已經(jīng)觀察到，以上技術(shù)可能是不夠的。

具體地，如圖7所示，實(shí)際上互阻抗放大器32也呈現(xiàn)輸入電容C_BE，其例如對(duì)應(yīng)于雙極型晶體管Q1的基極發(fā)射極電容。

因此，電容C_PD/C_BE和電感器L_S實(shí)際上形成CLC濾波器結(jié)構(gòu)，其仍然限制光學(xué)前端的帶寬。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，以上問題中的一個(gè)或多個(gè)通過具有所附權(quán)利要求中具體給出的特征的互阻抗放大器來解決。另外，實(shí)施例涉及相關(guān)集成電路以及對(duì)應(yīng)的相關(guān)光學(xué)接收器。

權(quán)利要求是本文中提供的本公開的技術(shù)教導(dǎo)的整體部分。

如以上所提及的，本公開涉及互阻抗放大器。

在各種實(shí)施例中，互阻抗放大器包括用于接收正的恒定電源電壓的第一和第二電源端子，其中第二電源端子表示接地。

互阻抗放大器還包括被適配成連接至電流源的輸入端子。具體地，在光學(xué)前端的情況下，輸入端子連接至光電二極管的陰極。在這種情況下，電路還可以包括耦合至輸入端子的偏置電路。

在各種實(shí)施例中，輸入端子連接至晶體管的控制端子，諸如npn雙極結(jié)型晶體管的基極或者場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。在各種實(shí)施例中，電感器連接至晶體管的第一端子(例如npn雙極結(jié)型晶體管的集電極或者上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極)與電源端子之間。實(shí)際上，晶體管的第二端子(例如npn雙極結(jié)型晶體管的發(fā)射極或者上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極)經(jīng)由偏置網(wǎng)絡(luò)連接至接地。

然而，與電感并聯(lián)峰化技術(shù)相反，互阻抗放大器被配置成使得晶體管的第一端子與電源端子之間的電阻保持足夠低，從而使得互阻抗放大器作為微分器操作，由此補(bǔ)償與輸入端子相關(guān)聯(lián)的電容的積分器行為。具體地，通常，相關(guān)的光學(xué)發(fā)射器將使用具有給定頻譜的信號(hào)驅(qū)動(dòng)光學(xué)發(fā)射裝置，例如激光二極管。在這種情況下，這一電阻應(yīng)當(dāng)充分小以使得互阻抗放大器在多數(shù)信號(hào)能量位于其中的頻譜區(qū)域中作為微分器操作。例如，通常，低于20歐姆的電阻是適當(dāng)?shù)摹？梢曰谂c輸入端子相關(guān)聯(lián)的電容的值來選擇電感器的電感，例如在500pH(皮亨)到5nH(納亨)的范圍內(nèi)，例如為1到2nH。

例如，在各種實(shí)施例中，第一晶體管的第一端子經(jīng)由電感器直接連接至電源端子，并且電阻僅對(duì)應(yīng)于電感器的線路損失和寄生電阻。

在各種實(shí)施例中，互阻抗放大器可以包括至少一個(gè)電子開關(guān)以及與電感器串聯(lián)連接的電阻器。具體地，該電子開關(guān)可以用于選擇性地短路電阻器，從而防止作為傳統(tǒng)的互阻抗放大器(具有電感并聯(lián)峰化)操作并且互阻抗放大器作為微分器操作。

在各種實(shí)施例中，該方案也可以應(yīng)用于差分互阻抗放大器。在這種情況下，互阻抗放大器包括第二晶體管，其中第二晶體管的控制端子連接至參考信號(hào)。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面提供了一種互阻抗放大器，其特征在于，包括：

第一電源端子和第二電源端子，用于接收正的恒定電源電壓，其中所述第二電源端子表示接地；

輸入端子，被配置成電耦合至電流源；

第一晶體管，包括控制端子以及第一傳導(dǎo)端子和第二傳導(dǎo)端子，其中所述輸入端子電耦合至所述第一晶體管的所述控制端子；

第一電感器，電耦合在所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間；以及

偏置網(wǎng)絡(luò)，電耦合在所述第一晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子與所述第二電源端子之間；

其中所述互阻抗放大器具有在所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的電阻，所述電阻足夠小以使得所述互阻抗放大器作為微分器來操作。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互阻抗放大器包括耦合至所述第一晶體管的所述控制端子的偏置電路。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一晶體管是npn雙極結(jié)型晶體管，其中所述第一晶體管的所述控制端子是所述npn雙極結(jié)型晶體管的基極，所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子是所述npn雙極結(jié)型晶體管的集電極，并且所述第一晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子是所述npn雙極結(jié)型晶體管的發(fā)射極；或者所述第一晶體管是n溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述第一晶體管的所述控制端子是所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子是所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，并且所述第一晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子是所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子經(jīng)由所述第一電感器直接連接至所述第一電源端子。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互阻抗放大器包括電阻器和被配置成將所述電阻器與所述第一電感器選擇性地串聯(lián)耦合的電子開關(guān)，使得能夠選擇性地增加所述晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的所述電阻。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互阻抗放大器包括：

第二電感器；以及

第二晶體管，具有控制端子以及第一傳導(dǎo)端子和第二傳導(dǎo)端子，其中所述第二晶體管的所述控制端子被配置成接收參考信號(hào)，其中所述第二晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子經(jīng)由所述第二電感器電耦合至所述第一電源端子，并且其中所述第二晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子經(jīng)由所述偏置網(wǎng)絡(luò)電耦合至所述第二電源端子。

根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種集成電路，包括：

半導(dǎo)體芯片；以及

互阻抗放大器，集成在所述半導(dǎo)體芯片中并且包括：

第一電源端子和第二電源端子，用于接收正的恒定電源電壓，其中所述第二電源端子表示接地；

輸入端子，被配置成電耦合至電流源；

第一晶體管，包括控制端子以及第一傳導(dǎo)端子和第二傳導(dǎo)端子，其中所述輸入端子電耦合至所述第一晶體管的所述控制端子；

第一電感器，電耦合在所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間；以及

偏置網(wǎng)絡(luò)，電耦合在所述第一晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子與所述第二電源端子之間；

其中所述互阻抗放大器具有在所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的電阻，所述電阻足夠小以使得所述互阻抗放大器作為微分器來操作。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源是具有電耦合至所述第一晶體管的所述控制端子的陰極的光電二極管。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述集成電路包括：電壓調(diào)節(jié)器，被配置成生成用于所述互阻抗放大器的所述正的恒定電源電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述集成電路包括：一個(gè)或多個(gè)放大器，與所述互阻抗放大器級(jí)聯(lián)電耦合。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述集成電路包括：信號(hào)整形電路，被配置成在頻譜中補(bǔ)償所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子和所述第二傳導(dǎo)端子中的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的所述電阻。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述集成電路包括：

另外的互阻抗放大器；以及

電子開關(guān)，被配置成選擇性地啟用所述互阻抗放大器或者所述另外的互阻抗放大器。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互阻抗放大器包括電阻器和被配置成將所述電阻器與所述第一電感器選擇性地串聯(lián)耦合的電子開關(guān)，使得能夠選擇性地增加所述晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的所述電阻。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互阻抗放大器包括：

第二電感器；以及

第二晶體管，具有控制端子以及第一傳導(dǎo)端子和第二傳導(dǎo)端子，其中所述第二晶體管的所述控制端子被配置成接收參考信號(hào)，其中所述第二晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子經(jīng)由所述第二電感器電耦合至所述第一電源端子，并且其中所述第二晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子經(jīng)由所述偏置網(wǎng)絡(luò)電耦合至所述第二電源端子。

根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種光學(xué)接收器，包括：

光電二極管；以及

互阻抗放大器；包括：

第一電源端子和第二電源端子，用于接收正的恒定電源電壓，其中所述第二電源端子表示接地；

第一晶體管，包括控制端子以及第一傳導(dǎo)端子和第二傳導(dǎo)端子，其中所述控制端子電耦合至所述光電二極管的陰極；

第一電感器，電耦合在所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間；以及

偏置網(wǎng)絡(luò)，電耦合在所述第一晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子與所述第二電源端子之間；

其中所述互阻抗放大器具有在所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的電阻，所述電阻足夠小以使得所述互阻抗放大器作為微分器來操作。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)接收器包括：電壓調(diào)節(jié)器，被配置成生成用于所述互阻抗放大器的所述正的恒定電源電壓。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)接收器包括：一個(gè)或多個(gè)放大器，與所述互阻抗放大器級(jí)聯(lián)電耦合。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)接收器包括：信號(hào)整形電路，被配置成在頻譜中補(bǔ)償所述第一晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子和所述第二傳導(dǎo)端子中的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的所述電阻。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述光學(xué)接收器包括：

另外的互阻抗放大器；以及

電子開關(guān)，被配置成選擇性地啟用所述互阻抗放大器或者所述另外的互阻抗放大器。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互阻抗放大器包括電阻器和被配置成將所述電阻器與所述第一電感器選擇性地串聯(lián)耦合的電子開關(guān)，使得能夠選擇性地增加所述晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子與所述第一電源端子之間的所述電阻。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述互阻抗放大器包括：

第二電感器；以及

第二晶體管，具有控制端子以及第一傳導(dǎo)端子和第二傳導(dǎo)端子，其中所述第二晶體管的所述控制端子被配置成接收參考信號(hào)，其中所述第二晶體管的所述第一傳導(dǎo)端子經(jīng)由所述第二電感器電耦合至所述第一電源端子，并且其中所述第二晶體管的所述第二傳導(dǎo)端子經(jīng)由所述偏置網(wǎng)絡(luò)電耦合至所述第二電源端子。

在所考慮的實(shí)施例中，電路在沒有反饋電阻器的情況下(即在開環(huán)配置中)操作，這明顯快于閉環(huán)方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，反饋電阻器的缺乏也去除了相關(guān)聯(lián)的噪聲。

附圖說明

現(xiàn)在參考附圖描述本公開的實(shí)施例，附圖僅作為非限制性示例來提供并且在附圖中：

圖1至7已經(jīng)在上文中進(jìn)行了描述；

圖8示出了根據(jù)本公開的光學(xué)接收器的前端的第一實(shí)施例；

圖9示出了圖8的光學(xué)前端的小信號(hào)模型的電路示意圖；

圖10示出了根據(jù)本公開的光學(xué)接收器的前端的第二實(shí)施例；

圖11示出了根據(jù)本公開的光學(xué)接收器的實(shí)施例；以及

圖12至16示出了根據(jù)本公開的光學(xué)接收器的另外的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

在以下描述中，給出大量具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例的透徹理解。實(shí)施例可以在沒有一個(gè)或若干具體細(xì)節(jié)的情況下或者使用其他方法、部件、材料等來實(shí)施。在其他情況下，沒有示出或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以免模糊實(shí)施例的各個(gè)方面。

遍及本說明書對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的引用意味著結(jié)合該實(shí)施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”在本說明書的各個(gè)地方的出現(xiàn)不一定全部指代相同實(shí)施例。另外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，可以用任意合適的方式來組合特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性。

本文中提供的標(biāo)記僅為了方便，而非解釋實(shí)施例的范圍或含義。

在以下圖8至15中，已經(jīng)參考圖1至7描述的部分、元件或部件用先前在這樣的附圖中使用的相同的附圖標(biāo)記來表示；在下面將不再重復(fù)對(duì)這樣的先前描述的元件的描述，以免增加本詳細(xì)描述的負(fù)擔(dān)。

如以上所提及的，本公開提供了一種新穎的互阻抗放大器，其可以用于將輸入電流變換成輸出電壓，并且其適合用于高速應(yīng)用，諸如在25GHz以上。因此，本公開的互阻抗放大器可以用在高速光學(xué)接收器中。

圖8在這一點(diǎn)上示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光學(xué)接收器的前端的基本架構(gòu)。

具體地，在這種情況下，光電二極管PD也連接至互阻抗放大器32a。

例如，在所考慮的實(shí)施例中，光電二極管PD如圖2中那樣被偏置，即借助于連接在光電二極管PD的陰極與正的恒定的偏置電壓+V_bias之間的電阻或有源阻抗R_bias。例如，可以使用電阻在1和20k歐姆之間(例如3到5k歐姆)的電阻器R_bias用于這一目的。然而，也可以使用其他電路來偏置光電二極管PD。

因此，在本光學(xué)前端(其基于互阻抗放大器32a)中，寄生電容C_PD與光電二極管相關(guān)聯(lián)。類似地，互阻抗放大器32a還呈現(xiàn)輸入電容C_BE，其不利地影響系統(tǒng)的帶寬。

在這一點(diǎn)上，發(fā)明人已經(jīng)觀察到，電容C_PD和C_BE構(gòu)成低通濾波器，其表示模擬積分器I。

然而，取代嘗試通過互阻抗放大器32a的輸入處的合適的濾波器結(jié)構(gòu)(例如圖6和7圖示的串聯(lián)電感峰化)來補(bǔ)償這一低通濾波器的影響，本公開提出了使用互阻抗放大器放大級(jí)，其作為模擬微分器D。

具體地，在圖8所示的實(shí)施例中，微分器D用npn雙極型晶體管Q3和加感電感器L_C來實(shí)現(xiàn)。在所考慮的實(shí)施例中，晶體管Q3的基極連接至(例如直接)光電二極管PD的陰極，集電極借助于電感器L_C連接至(例如直接)電源電壓VDD，并且發(fā)射極借助于偏置網(wǎng)絡(luò)BN連接至(例如直接)接地GND。

例如，在所考慮的單端配置中，偏置網(wǎng)絡(luò)BN可以用并聯(lián)連接在晶體管Q3的發(fā)射極與接地GND之間的電阻器R_E和光學(xué)電容器C_PN來實(shí)現(xiàn)。例如，可以從5到50pF(皮法)、例如10到20pF的范圍內(nèi)選擇電容器C_PN的電容。

因此，在所考慮的實(shí)施例中，僅電感器L_C連接在電源電壓VDD與晶體管Q3的集電極C之間。通常，電源電壓VDD可以是任何恒定的正的電壓，諸如相對(duì)于接地GND在1和5VDC之間選擇的電壓。例如，這樣的電源電壓VDD可以通過電壓調(diào)節(jié)器來獲得，電壓調(diào)節(jié)器可以在高頻處呈現(xiàn)相當(dāng)?shù)偷妮敵鲎杩埂?/p>

因此，通常，圖8所示的實(shí)施例還包括連接至晶體管的集電極的電感器。然而，與圖5所示的電感并聯(lián)峰化技術(shù)相反，這一電感器L_C未被用于補(bǔ)償輸出電容C_out，而是實(shí)現(xiàn)微分器D，其因此允許補(bǔ)償輸入處的電容的積分器行為(C_PD和C_BE)。

圖9在這一點(diǎn)上示出了圖8所示的電路的可能的小信號(hào)模型。

具體地，如以上所提及的，光電二極管PD可以用電流生成器100來建模。例如，典型的光電二極管提供在10和150μA(微安培)、例如20到50μA的范圍內(nèi)的電流變化。

這一電流生成器100連接在具有晶體管Q3的增益g_m的(理想的)npn雙極結(jié)型晶體管Q4的基極與接地之間。

在晶體管Q4的基極與接地GND之間連接有電容C_in，其對(duì)光電二極管PD的電容C_PD以及雙極型晶體管Q3的電容C_BE建模。例如，對(duì)于典型的光電二極管和BJT晶體管，C_in的值可以在10到100fF(毫微微法)、例如20到50fF的范圍內(nèi)。

類似地，電容C_μ連接在晶體管Q4的基極與集電極之間。這一電容C_μ建模晶體管Q3的基極集電極電容。最終，電感器L_C連接在晶體管Q4的集電極與電源電壓VDD之間。

因此，通過求解相關(guān)電路等式，可以將輸出電壓近似表示為：

$V_{out}=\left(\frac{g_m}{s(C_{in}+C_{\mathrm{\μ}})}\right)I_s\left(s\right)*(sL//g_m(\frac{C_{in}}{C_{\mathrm{\μ}}}\left)\right)$

其中運(yùn)算符“//”表示這些分量并聯(lián)(其中A//B＝(AB)/(A+B))。因此，基于以上分量的典型值，可以忽略項(xiàng)“g_m(C_in/C_μ)”。

根據(jù)以上等式可以觀察到，輸出阻抗完全補(bǔ)償輸入阻抗。實(shí)際上，僅互阻抗放大器32a的增益隨著輸入電容值的增加而減小。

在所考慮的實(shí)施例中，電路在沒有反饋電阻器的情況下(即在開環(huán)配置中)操作，這明顯快于閉環(huán)方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，反饋電阻器的缺乏也去除了相關(guān)聯(lián)的噪聲。在高頻處，其中電感是高阻抗，仍然可以通過晶體管Q3的基極與集電極之間的寄生電容C_μ的反饋耦合來獲得另外的小降低效果。因此，根據(jù)本公開的電路與具有反饋電阻器的通常的閉環(huán)配置相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，尤其是關(guān)于操作速度。

圖10示出了根據(jù)本描述的互阻抗放大器32b的差分實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。

在所考慮的實(shí)施例中，互阻抗放大器32a也耦合至光電二極管PD，PD以某種方式被偏置。例如，在所考慮的實(shí)施例中，光電二極管PD經(jīng)由連接在光電二極管的陰極與正的偏置電壓V_bias之間的電阻器R_bias來被偏置。

類似地，對(duì)于在圖8所示的單端配置，光電二極管PD連接至(例如直接)npn雙極結(jié)型晶體管Q3₁的基極，Q3₁對(duì)應(yīng)于圖8的晶體管。因此，在本配置中，晶體管Q3₁的集電極也經(jīng)由電感器L_C1連接至(例如直接)恒定的正的電源電壓，例如VDD，并且晶體管Q3₁的發(fā)射極經(jīng)由偏置網(wǎng)絡(luò)BN連接至(例如直接)接地。

例如，在差分配置中，偏置網(wǎng)絡(luò)BN可以用并聯(lián)連接的電流生成器102和光學(xué)電容器C_PN來實(shí)現(xiàn)。例如，在所考慮的實(shí)施例中，電流生成器102可以提供在100μA(微安培)和10mA(毫安培)之間、例如在400μA和4mA之間選擇的電流。

電容器C_PN的電容也可以從5到50pF(皮法)、例如10到20pF的范圍來選擇。

因此，在所考慮的實(shí)施例中，晶體管Q3₁的發(fā)射極經(jīng)由電流生成器102連接至接地GND。

為了實(shí)現(xiàn)差分配置，互阻抗放大器32b包括互補(bǔ)支路。具體地，在所考慮的實(shí)施例中，互阻抗放大器32b包括第二npn雙極結(jié)型晶體管Q3₂，其中晶體管Q3₂的集電極經(jīng)由第二電感器L_C2連接至(例如直接)恒定的正的電源電壓、例如VDD，并且晶體管Q3₂的發(fā)射極經(jīng)由偏置網(wǎng)絡(luò)BN連接至(例如直接)接地GND。電感器L_C1和L_C2可以具有相同的電感和/或電感可以基于輸入電容C_in的值來選擇，例如在500pH(皮亨)到5nH(納亨)、例如1nH到2nH的范圍內(nèi)。

可以使用不同的方案來在晶體管Q3₂的基極處獲得參考信號(hào)REF。例如，在所考慮的實(shí)施例中，晶體管Q3₂的基極經(jīng)由電阻器R_Set連接至恒定的正的電壓、諸如VDD。

然而，也可以使用更復(fù)雜的方案，諸如第二光電二極管(具有相關(guān)聯(lián)的偏置電路)。在這種情況下，第二光電二極管未被照亮并且僅提供用于晶體管Q3₂的基極的參考信號(hào)REF。

在各種實(shí)施例中，互阻抗放大器32a和32b還可以包括與電感器L_C并聯(lián)連接(例如直接)的負(fù)載電阻器R_L或者分別與電感器L_C1和L_C2并聯(lián)連接的兩個(gè)負(fù)載電阻器R_L1和R_L2。這些電阻器可以適合抑制由電感器給出的諧振峰值以及負(fù)載電容C_out。

例如，這些負(fù)載電阻器的電阻可以從50歐姆和500歐姆之間的范圍(例如100到300歐姆)選擇。

通常，如已經(jīng)關(guān)于圖4所提及的，也可以使用諸如n溝道MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)之類的FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)來取代互阻抗放大器32a/32b的npn雙極結(jié)型晶體管Q3、Q3₁和Q3₂。

因此，如圖11所示，根據(jù)本公開的光學(xué)接收器電路3a包括光電二極管PD、互阻抗放大器32a/32b和處理電路36。

例如，光學(xué)接收器電路3a可以集成在集成電路中，集成電路集成在半導(dǎo)體芯片中。通常，光電二極管PD和/或處理電路36可以與互阻抗放大器32a和32b集成或者設(shè)置在單獨(dú)的芯片上。

光學(xué)接收器電路3a還可以包括被配置成生成用于互阻抗放大器32a或32b的電壓VDD和V_bias的一個(gè)或多個(gè)電壓調(diào)節(jié)器38a和38b。如以上所提及的，用于生成電壓VDD的電壓調(diào)節(jié)器32a應(yīng)當(dāng)在高頻處呈現(xiàn)相當(dāng)?shù)偷妮敵鲎杩埂?/p>

最后，在互阻抗放大器32a/32b與處理電路36之間還可以設(shè)置另外的模擬和/或數(shù)字信號(hào)處理級(jí)34a，諸如一個(gè)或多個(gè)放大器級(jí)和/或?yàn)V波器，諸如帶通濾波器。

例如，圖12示出了實(shí)施例，其中差分互阻抗放大器32b的輸出被饋送給一個(gè)或多個(gè)另外的放大器CH₁、CH2。例如，這些放大器CH₁、CH2可以實(shí)現(xiàn)Cherry-Hooper鏈。

在各種級(jí)之間還可以設(shè)置濾波器，諸如包括電阻器R_CH和電容器C_CH的低通RC濾波器。

圖14示出了如下實(shí)施例，其中信號(hào)處理塊34a包括至少一個(gè)信號(hào)整形電路342。

具體地，如圖13所示，實(shí)際上，電感器Lc將呈現(xiàn)等效串聯(lián)寄生電阻R_par。

然而，與例如圖5所示的傳統(tǒng)的電阻器R_C相比，這一電阻R_par通常小于20歐姆，例如小于10歐姆，并且僅表示電感器L_C的寄生電阻和可能的線路損失。

然而，在非常低的頻率處，放大器的互阻抗增益受到這一寄生電阻R_par的影響。具體地，在低頻處，互阻抗放大器的增益Z_DC可以用以下等式近似：

Z_DC＝R_ing_mR_par

其中R_in表示輸入電阻，其例如在光電二極管PD如圖2中所示的那樣被偏置的情況下對(duì)應(yīng)于偏置電阻R_bias和光電二極管電阻R_PD。

因此，如圖14所示，放大器32a/32b的低頻增益通常小于高頻增益(上至放大器的截止頻率)。因此，可以增加整形電路342、諸如零極點(diǎn)均衡器，以便使得頻率增益使其再次平坦。

最后，為了處理不同值范圍的光學(xué)功率，即由光電二極管PD提供的不同范圍的電流，光學(xué)前端可以包括多個(gè)互阻抗放大器，多個(gè)互阻抗放大器可以被選擇性地啟用。

例如，圖15示出了如下實(shí)施例，其中光學(xué)接收器除了以上描述的互阻抗放大器32a或32b還包括第二互阻抗放大器32c。例如，光學(xué)接收器3a可以被配置成針對(duì)小電流I_S(例如低于50μA)啟用(例如借助于電子開關(guān)S₁)互阻抗放大器32a/32b，并且針對(duì)較高電流I_S(例如在50μA以上)啟用(例如借助于電子開關(guān)S₂)互阻抗放大器32c。在這種情況下，互阻抗放大器32c也可以使用傳統(tǒng)的互阻抗放大器(諸如閉環(huán)TIA)來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樾旁氡仍谶@種情況下明顯很高。

在各種實(shí)施例中，互阻抗放大器32a或32b的增益可以是可變的。

例如，如圖16所示，放大器32a(并且類似地放大器32b)可以包括電阻器R_C和電子開關(guān)S₃。具體地，電子開關(guān)S₃可以用于短路電阻器R_C或者將電阻器R_C與電感器L_C串聯(lián)連接，從而將本公開的互阻抗放大器32a或32b變換成如圖5所示的具有電感并聯(lián)峰化的傳統(tǒng)互阻抗放大器。

具體地，當(dāng)開關(guān)S₃閉合時(shí)，晶體管Q3的集電極與電源電壓VDD之間的電阻再次很小，使得互阻抗放大器作為多數(shù)信號(hào)能量位于其中的頻譜區(qū)域中的微分器操作。

當(dāng)然，在不偏離本公開的原理的情況下，構(gòu)造和實(shí)施例的細(xì)節(jié)可以關(guān)于本文中僅作為示例描述和說明的內(nèi)容極大地變化，而沒有偏離本公開的范圍。

可以組合以上描述的各種實(shí)施例以提供另外的實(shí)施例?？梢澡b于以上詳述的描述對(duì)實(shí)施例做出這些以及其他變化?？傊?，在以下權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)當(dāng)被理解為將權(quán)利要求限于說明書和權(quán)利要求中公開的具體實(shí)施例，而是應(yīng)當(dāng)被理解為包括所有可能的實(shí)施例連同這樣的權(quán)利要求被賦予的等同方案的整個(gè)范圍。因此，權(quán)利要求不受本公開的限制。