跨阻放大器电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及跨阻放大器(TIA)电路，并且更具体地，涉及TIA电路的自动增益控制功能。
【背景技术】
[0002]在光学接收设备中，由光电二极管(PD)接收的光学信号转换成电流信号，并且通过跨阻放大器(TIA)电路进一步转换成电压信号。图9是示出了一般的TIA电路的布置示例的框图。TIA电路100是包括放大器22、40和50的多级放大器电路。TIA电路100还包括自动增益控制(AGC)电路200，该自动增益控制(AGC)电路200包括增益控制单元21，并控制第一级的放大器22的增益。增益控制单元21通过控制电压Vagc来控制放大器22的反馈电阻器Rf，并因此控制放大器22的增益，使得从放大器22输出的信号的幅度保持预定值。
[0003]在光学通信中，由于接收光强度根据通信距离来变化，需要在确保低噪声和低失真的同时，对从弱(暗)光学信号到强(亮)光学信号的范围内的任何信号进行放大。为了该目的，用于光学通信的TIA电路通常具有根据输入信号强度的幅度(也就是接收光强度的幅度)来控制放大增益的功能。当接收光强度较高时，TIA电路使增益较大，并且当接收光强度较低时，TIA电路使增益较小。自动执行这样的增益控制的AGC电路已经在各种结构中投入实际应用。
[0004]AGC电路通过特定时间常数来控制增益。下文中，AGC电路确定最佳增益并对其进行控制的功能将被称作“AGC功能”，并且当控制增益时AGC电路使用的时间常数将被称作“AGC功能的时间常数”。
[0005]在图9的布置示例中，AGC电路200的电阻器Ragc和电容器Cagc的幅度来决定AGC功能的时间常数。如果AGC功能的时间常数太短，则接下来在输入信号中发生逻辑变化，并且因此不能实现获得期望的输出。这是因为，例如，如果当输入信号处于高电平时增益较小，并且在低电平处增益较大，则在高电平处的输出电平和在低电平处的输出电平几乎相等，并且输出的幅度因此变小。总的来说，考虑到输入数据的波特率或编码方法，对AGC功能的时间常数进行设计，使得获得足够的长度来掌握平均输入幅度。
[0006]然而，在PON(无源光网络)系统等中接收到间歇的光学信号(突发信号)的情况下，如果AGC功能的时间常数太长，在设置最佳增益之前不能执行正确的接收。为此，需要在传输帧中包括大量前导信号，并且因此，通信效率大大降低。
[0007]例如，在IEEE802.3av标准化的10G-EP0N标准中，在TIA电路和后续级的限制放大器中的总的突发响应时间应当是800ns或小于800ns。优选地，TIA电路在约400ns内响应。然而，在针对连续信号的一般TIA电路中，时间长达若干ys至若干ms。
[0008]因此，针对突发通信，AGC功能的时间常数设置的相对较短，或者按突发进行不同的固定增益之间的切换，由此确保放大器电路的响应速度和动态范围(例如，参见非专利文献I) O
[0009]然而，难以同时实现与输入幅度完全成正比的平滑增益控制和快速响应。如果电路缺少其中之一，则导致表示输入光学功率与比特错误量之间的关系的误比特率(BER)特性的恶化。为此，在高于1Gbps的数据率的突发通信中，引入了通过前向纠错(FEC)功能来减轻预定量的比特错误的机制。
[0010]如上所述，传统上，TIA电路的AGC功能的时间常数是固定的。因此，用于连续光学通信的设置相对长的AGC功能的时间常数的TIA电路不能对突发信号进行响应。如果用于突发通信的设置相对短的AGC功能的时间常数的TIA电路用于连续光学通信，由于编码方法，连续的相同数字变长。具体地，无误差近场区域中的输入光学功率的BER特性降低。为了将用于突发通信的TIA电路应用到连续信号，需要高成本的信号处理，例如需要FEC。这在网络中是不利的，例如，以太网需要以低成本来构建系统。
[0011]作为该问题的解决方案，考虑了将作为外部组件的电容元件或电阻元件连接到集成有TIA电路的IC芯片的外部并控制时间常数的方法(例如，参见非专利文献2)。然而，在该方法中，如果存在多个部分来增加或减少电路中的电容器或电阻器，则需要同样多的用于连接外部元件的端子(焊盘)。还需要确保在安装有TIA芯片的光学模块中安装外部元件的空间。
[0012]现有技术文献
[0013]非专利文献
[0014]非专利文献1:10Gbit/sBurst Mode Recept1n IC Technology ,NTT TechnicalJournal，2011，January，pp.31—35
[0015]非专利文南犬2: Trans impedance Amplifier for I OGbp s OpticalCommunicat1n，OKI Technical Review?2001?January?pp.110-113
【发明内容】
[0016]本发明要解决的问题
[0017]本发明的目的在于，通过低成本并且紧凑的电路布置来同时实现立即对突发信号进行响应所需要的AGC功能的短时间常数和获得连续信号中的令人满意的BER特性所需要的AGC功能的长时间常数。
[0018]解决该问题的方法
[0019]为了解决上述问题，根据本发明的跨阻放大器电路，包括:放大器，对接收信号进行放大；自动增益控制电路，通过根据接收信号电平的第一时间常数来控制放大器的放大增益；以及，第一选择电路，从多个预定的值中选择第一时间常数。
[0020]本发明的效果
[0021]根据本发明，可以通过低成本并且紧凑的电路布置来同时实现立即对突发信号进行响应所需要的短时间常数和获得连续信号中的令人满意的BER特性所需要的长时间常数。
【附图说明】
[0022]图1是示出了根据本发明的第一实施例的TIA电路的布置示例的框图；
[0023]图2是不出了根据第一实施例的TIA的另一个布置不例的框图；
[0024]图3是示出了根据第一实施例的TIA电路的修改的框图；
[0025]图4是示出了根据第二实施例的TIA电路的示例布置的框图；
[0026]图5A是示出了根据第二实施例的TIA电路的修改的框图；
[0027]图5B是用于解释传输门电路的视图；
[0028]图6是示出了根据第三实施例的TIA电路的布置示例的框图；
[0029]图7A是示出了根据第三实施例的设置在TIA电路中的信号检测电路的布置示例的框图；
[0030]图7B是示出了根据第三实施例的设置在TIA电路中的信号检测电路的布置示例的框图；
[0031]图8是示出了根据第四实施例的TIA电路的布置示例的框图；以及[0032I图9是示出了传统TIA电路的布置示例的框图。
【具体实施方式】
[0033]在本发明中，为了实现AGC功能的多个时间常数，例如，基于控制信号来改变确定AGC功能的时间常数的电阻元件的电阻值和电容元件的电容值中的至少一个。
[0034]更具体地，从多个预定值中选择AGC功能的时间常数的第一选择电路可以包括在AGC电路中包括的多个电阻元件或多个电容元件，以及与多个电阻元件或多个电容元件中的至少一些串联或并联连接的开关元件，该开关元件基于控制信号来接通或关断，以改变确定时间常数的值的电阻元件的电阻值和电容元件的电容值中的一个。
[0035]例如，开关针对决定AGC功能的时间常数的电路中的电阻元件或电容元件或两种元件中的至少一些来设置，并且对开关进行接通/关断控制，以启用或禁用这些元件，由此改变电容值或