本實用新型屬于集成電路下跨阻放大器TIA中的自動增益控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在光纖通信集成電路的接收端，需要將光信號通過光電二極管D0轉(zhuǎn)換為電流信號，再通過跨阻放大器TIA將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。在跨阻放大器TIA增益不變的情況下，當(dāng)輸入較大電流，其工作范圍不能適應(yīng)Vout變化，電路的非線性問題變得非常嚴(yán)重。為此對跨阻放大器TIA引入自動增益控制電路AGC，當(dāng)跨阻放大器TIA在輸入電流變化情況下，能自主改變電路的跨阻增益，使輸出電壓幅度在合理的范圍內(nèi)。

圖1給出了常用的自動增益控制電路的結(jié)構(gòu)。圖1中，單端放大器AF和反饋電阻RF組成了跨阻放大器TIA，并且得到一個R_F(電阻RF的阻值)的中頻帶跨阻增益，電阻R1和電容C0組成低通濾波器對跨阻放大器TIA的輸出電壓Vout進行幅度采樣，A0為誤差放大器其輸出控制NMOS晶體管MN1的柵壓。

由于跨阻放大器TIA中的單端放大器AF增益為正，當(dāng)跨阻放大器TIA的輸入電流PINA增大，最終Vout電壓升高.

Vout通過電阻R1和電容C0組成的低通濾波器，濾除高頻量保留低頻量輸送到誤差放大器A0的正極，當(dāng)跨阻放大器TIA的輸出電壓Vout超過門限電壓Vref，誤差放大器A0將對差值放大并輸出控制NMOS晶體管MN1柵壓。NMOS晶體管MN1工作在線性區(qū)，其內(nèi)阻R_MN1,ON公式為：

式中：u_n表示n溝道MOSFET遷移率，C_ox是單位面積的柵氧化層電容，V_MN1,GS表示MN1的柵源電壓，V_MN1,TH表示NM1的閾值電壓，W，L表示MN1的寬與長。

隨著輸入電流的增大，誤差放大器A0的輸出電壓即NMOS晶體管MN1的柵壓升高，由式(1)得出NMOS晶體管MN1的內(nèi)阻R_ON減小，構(gòu)成跨阻放大器TIA的反饋電阻阻值R_F||R_{MN1，ON}(跨阻增益)也隨著減小，達(dá)到了增益控制的目的。

實際應(yīng)用中，由電阻R1和電容C0組成低通濾波器對跨阻放大器TIA的輸出電壓Vout進行幅度采樣，那么時間常數(shù)R₁×C₀的數(shù)值將是幾百微秒(R₁為電阻R1的阻值，C₀為電容C0的電容值)，這種結(jié)構(gòu)組成的AGC響應(yīng)速度慢，無法滿足突發(fā)模式TIA的性能要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的是為了解決常用的自動增益控制電路響應(yīng)時間過久最終影響TIA整體性能的問題，提供了一種快速響應(yīng)的自動增益控制電路。

本實用新型所述快速響應(yīng)的自動增益控制電路包括單端放大器A、NMOS晶體管MN1、NMOS晶體管MN2、電流源I0、電阻R0和電容C0；

NMOS晶體管MN1的柵極連接電流源I0負(fù)端、NMOS晶體管MN2的柵極及漏極；

電流源I0正端連接工作電源VDD；

NMOS晶體管MN1的漏極連接跨阻放大器TIA的輸入端；

NMOS晶體管MN1的源極連接跨阻放大器TIA的輸出端；

NMOS晶體管MN2的源極同時連接單端放大器A的輸入端、電阻R0的一端和電容C0的一端；

電阻R0的另一端連接單端放大器A的輸出端；

電容C0的另一端連接GND。

優(yōu)選地，跨阻放大器TIA包括單端放大器-A和電阻RF，電阻RF并聯(lián)在單端放大器-A的輸入端和輸出端之間，單端放大器-A的增益與單端放大器A的增益大小相等、符號相反。

本實用新型的優(yōu)點：本實用新型提出一種快速響應(yīng)的自動增益控制電路，去除常用的自動增益控制電路中的RC網(wǎng)絡(luò)并改變控制跨阻增益的方式，縮短自動增益控制電路的響應(yīng)時間，進而提高了跨阻放大器TIA的整體性能，使得跨阻放大器TIA能夠應(yīng)用于突發(fā)模式的數(shù)據(jù)傳輸。

附圖說明

圖1是常用的自動增益控制電路的電路原理圖；

圖2是本實用新型所述快速響應(yīng)的自動增益控制電路的原理圖。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結(jié)合圖2說明本實施方式所述快速響應(yīng)的自動增益控制電路的工作原理。

在闡述常用的自動增益控制電路中，由于電路中用到了低通濾波器對跨阻放大器TIA的輸出值Vout進行幅度采樣，這個過程中引入了時間常數(shù)，并且時間常數(shù)達(dá)到幾百微秒，響應(yīng)時間過長。圖2提出的一種快速響應(yīng)的自動增益控制電路，解決了常用的自動增益控制電路使用低通濾波器帶來的響應(yīng)時間過長的情況。

單端放大器-A和電阻RF組合成跨阻放大器TIA，而單端放大器A和電阻R0組合成跨阻放大器TIA的復(fù)制電路，且兩個單端放大器的增益符號相反。以二極管方式連接的NMOS晶體管MN2的飽和導(dǎo)通條件為：

V_{MN2，GS}＝V_MN2，DS (2)

V_MN2，DS＞V_MN2，GS-V_MN2，TH (3)

當(dāng)NMOS晶體管MN1的漏極電壓即柵極電壓上升到大于閾值電壓V_MN2，TH，將會飽和導(dǎo)通。

當(dāng)輸入電流PINA增大到一定值電流，復(fù)制電路中的單端放大器A為正增益，Y節(jié)點電壓隨輸入電流PINA升高而升高達(dá)到一定值，且該定值電壓大于NMOS晶體管MN2的閾值電壓V_MN2，TH，使之飽和導(dǎo)通。因為NMOS晶體管MN2、NMOS晶體管MN1的柵極相連，所以具有相同的柵壓，使得NMOS晶體管MN1導(dǎo)通并工作于線性區(qū)。此時自動增益控制電路AGC完成了穩(wěn)態(tài)建立。

當(dāng)輸入電流PINA大于定值電流，因為跨阻放大器TIA中的單端放大器-A的負(fù)增益，X節(jié)點電壓隨輸入電流PINA的增大而減小，X節(jié)點電壓即為NMOS晶體管MN1的源極電壓并且其柵壓不改變，所以NMOS晶體管MN1的柵源電壓V_MN1,GS隨輸入電流PINA的增大而增大。根據(jù)工作于線性區(qū)的NMOS晶體管MN1的內(nèi)阻R_MN1,ON公式：

其內(nèi)阻R_MN1,ON隨V_MN1,GS的增大而減小。

跨阻放大器TIA的跨阻增益由R_F變成了R_F阻值與NMOS晶體管MN1內(nèi)阻R_MN1,ON的并聯(lián)值R_F||R_MN1,ON，該并聯(lián)值隨著R_MN1,ON減小而減小。

當(dāng)輸入電流PINA小于定值電流，復(fù)制電路不工作，NMOS晶體管MN1關(guān)斷，跨阻放大器TIA的跨阻增益為R_F。

本實用新型提出的快速響應(yīng)自動增益控制電路不需要對跨阻放大器TIA的輸出電壓Vout進行幅度采樣之后控制可變電阻阻值改變跨阻增益，而是立即判斷輸入電流PINA的幅值隨即調(diào)整跨阻增益，具有更快的響應(yīng)速度，使得跨阻放大器TIA能夠應(yīng)用于突發(fā)模式的數(shù)據(jù)傳輸。