具有失调消除功能的光电流监视电路及应用该监视电路的前置放大器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有失调消除功能的光电流监视电路。
【背景技术】
[0002] 在现代通信系统中，由于光纤通信具有通信容量大，性能稳定，保密性强等优点， 在接入网中光纤通信技术扮演着重要角色，光纤接入将成为发展的重点。跨阻放大器TIA 作为光接收机前置放大器（pre_amplifier)的核心电路模块，决定了光接收机传输速率和 距离等关键参数。在电性能上，TIA具有跨阻增益（dB)较高，带宽较宽，等效噪声电流较低 的优点；在结构上，采用直接耦合，省去电抗元件，缩小芯片面积。图1中给出了光电二极管 和前置放大器的应用原理图。光电二极管D0的阳极连接前置放大器芯片中的跨阻放大器 TIA电路模块的输入端PINA，光电二极管D0的阴极连接前置放大器芯片中的光电流的输出 端PINK，确保光电二极管D0工作在反向偏置的条件下。光电二极管D0产生的光电流IPD通 过PINA端流入前置放大器芯片。电流源10镜像光电二极管D0的电流IPD，同时根据光电流 IPD通过电阻R1复制输出电压V"，从而达到监测PINA端的输入电流平均值的目的。即在 前置放大器芯片中的光电流监视电路模块的输出端M0N端可以对光电二极管的电流进行 镜像检测即光电流监视，此设计电路称为接收信号强度指示（ReceivesSignalStrength Indication，RSSI)〇
[0003] 图2给出了常用的光电流监视电路结构。图2中，运算放大器A1和PMOS晶体管 MP1形成了一个两级放大器，可以确保节点VN的电压和节点PINK的电压相等。同时，运算 放大器A1的反相输入端的节点VN的电压VVN可以表示为：
[0004] Vvn=R1XI0 (1)
[0005] 其中，I。为电流源10的电流大小；
[0006] PM0S晶体管MP1和PM0S晶体管MP2的栅源电压相等，为：
[0007] VGSMP1=VGS_MP2=Vv〇i_VDD(2)
[0008] 其中Vesm是PMOS晶体管MP1的栅源电压，Ves"p2是晶体管MP2的栅源电压，VVQ1 为运算放大器A1的输出电压。因此，PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的过驱动电压相 等，为：
[0009]
[0010] 其中vmMP1是PMOS晶体管MP1的过驱动电压，VmMP2是PMOS晶体管MP2的过驱动 电压，VTH(I是晶体管在PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的源端S和衬底端B短接，即VSB =0时的阈值电压。当PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2都工作在饱和区时，不考虑沟 道长度调制效应的情况下，PMOS晶体管MP1的电流和PMOS晶体管MP2的电流相等，为：
[0011]
(4)
[0012] 其中，Im是PMOS晶体管MP1的漏端电流，I啊是PMOS晶体管MP2的漏端电流，yp 是沟道空穴的迀移率，（^是单位面积的栅氧化层电容，f是晶体管的宽长比，|VTH(I|是晶 体管的源端和衬底短接，即源衬电压VSB= 0时的阈值电压。
[0013] 考虑沟道长度调制效应，PMOS晶体管的电流为：
[0014]
(5)
[0015] 人是沟道长度调制系数，VDS是PMOS晶体管的漏源电压。
[0016] 因此，流过PMOS晶体管MP1为光电流，PMOS晶体管MP2镜像PMOS晶体管MP1的 电流，形成光功率监视电流。
[0017] 实际应用中，常用的光电流监视电路Monitor的输出端PINK通过光电二极管D0 连接到跨阻放大器TIA的输入端PINA。而监视端MON则通过监视电阻R_M0N连接到GND。
[0018] 这样PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的漏源电压差AVDS很大，由于晶体管存 在沟道长度调制效应，所以光监视电流镜像精度很低。
【发明内容】
[0019] 本发明的目的是为了解决常用光功率监视电路中监视电流精度随运算放大器失 调电压变化的问题，提供了一种具有失调消除功能的光电流监视电路及应用该监视电路的 前置放大器。
[0020] 本发明所述具有失调消除功能的光电流监视电路，它包括误差放大器A1、误差放 大器A2、PMOS晶体管MP1、PMOS晶体管MP2、PMOS晶体管MP3、PMOS晶体管MP4、电流源10、 电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R_M0N、电容C0、电容C1、电容C2、电容C3、开关S0、 开关S1、开关S2、开关S3和开关S4 ;误差放大器A2具有两级跨导级：第一跨导级Gml和第 二跨导级Gm2 ;
[0021] PMOS晶体管MP1的源极、PMOS晶体管MP2的源极、电阻R1的一端、电阻R2的一端、 电阻R3的一端和电阻R4的一端同时连接直流电源VDD，PMOS晶体管MP1的栅极和PMOS晶 体管MP2的栅极同时连接误差放大器A1的输出端V01和电容C0的一端；
[0022] 电阻R1的另一端同时连接电流源10的正端、电容C0的另一端和误差放大器A1 的反相输入端VN1，电流源10的负端连接GND;
[0023] PMOS晶体管MP1的漏极、电阻R4的另一端、误差放大器A1的同相输入端VP1、开 关S1的一端同时连接误差放大器A2的第一跨导级Gml同相输入端VP2,且连接的公共节点 作为光电流的输出端PINK;
[0024] PMOS晶体管MP2的漏极同时连接电阻R3的另一端、PMOS晶体管MP3的源极和开 关S0的一端；开关S0的另一端与开关S1的另一端同时连接误差放大器A2的第一跨导级 Gml反相输入端VN2 ;
[0025] PMOS晶体管MP3的栅极同时连接PMOS晶体管MP4的源极和电阻R2的另一端；
[0026] PMOS晶体管MP3的漏极连接电阻R_M0N的一端，电阻R_M0N的另一端连接GND; PMOS晶体管MP3的漏极和电阻R_M0N连接的公共节点作为光电流监视电路的输出端M0N;
[0027] PMOS晶体管MP4的栅极同时连接电容C3的一端、开关S2的一端和开关S3的一 端；电容C3的另一端接地；
[0028] 开关S2的另一端同时连接误差放大器A2的输出端V02和开关S4的一端；开关S4 的另一端同时连接误差放大器A2的第二跨导级Gm2同相输入端VIP和电容C2的一端，电 容C2的另一端接地；
[0029] 开关S3的另一端同时连接误差放大器A2的第二跨导级Gm2反相输入端VIN和电 容C1的一端，电容C1的另一端接地；
[0030] PMOS晶体管MP4的漏极连接GND。
[0031] 应用所述具有失调消除功能的光电流监视电路制成的前置放大器，它包括光电流 监视电路Monitor和跨阻放大器TIA电路模块；
[0032] 光电流监视电路Monitor包括误差放大器A1、误差放大器A2、PM0S晶体管MP1、 PM0S晶体管MP2、PM0S晶体管MP3、PM0S晶体管MP4、电流源10、电阻R1、电阻R2、电阻R3、 电阻R4、电阻R_M0N、电容C0、电容C1、电容C2、电容C3、开关S0、开关S1、开关S2、开关S3 和开关S4 ;误差放大器A2具有两级跨导级：第一跨导级Gml和第二跨导级Gm2 ;
[0033] PMOS晶体管MP1的源极、PMOS晶体管MP2的源极、电阻R1的一端、电阻R2的一端、 电阻R3的一端和电阻R4的一端同时连接直流电源VDD，PM0S晶体管MP1的栅极和PM0S晶 体管MP2的栅极同时连接误差放大器A1的输出端V01和电容C0的一端；
[0034] 电阻R1的另一端同时连接电流源10的正端、电容C0的另一端和误差放大器A1 的反相输入端VN1，电流源10的负端连接GND;
[0035] PMOS晶体管MP1的漏极、电阻R4的另一端、误差放大器A1的同相输入端VP1、开 关S1的一端同时连接误差放大器A2的第一跨导级Gml同相输入端VP2,且连接的公共节点 作为光电流的输出端PINK;
[0036] PMOS晶体管MP2的漏极同时连接电阻R3的另一端、PMOS晶体管MP3的源极和开 关S0的一端；开关S0的另一端与开关S1的另一端同时连接误差放大器A2的第二跨导级 Gm2反相输入端VN2 ;
[0037] PMOS晶体管MP3的栅极同时连接PMOS晶体管MP4的源极和电阻R2的另一端；
[0038] PMOS晶体管MP3的漏极连接电阻R_M0N的一端，电阻R_M0N的另一端连接GND; PMOS晶体管MP3的漏极和电阻R_M0N连接的公共节点作为光电流监视电路的输出端M0N;
[0039] PMOS晶体管MP4的栅极同时连接电容C3的一端、开关S2的一端和开关S3的一 端；
[0040] 电容C3的另一端接地；
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