一种支持apd应用的平均光电流监控电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种支持APD应用的平均光电流监控电路，其特征在于：它包括一主电流回路，包括一正常偏置的光电二极管，该光电二极管阳极接入一跨阻放大器的输入端；以及一副电流回路，包括与跨阻放大器相同的一虚拟跨阻放大器、一个受控电流镜和一个差放模块；其中，所述跨阻放大器的输入端连接于该差放模块的负输入端，所述虚拟跨阻放大器的输入端连接于该差放模块的正输入端；该受控电流镜其虚拟输出端连接于该虚拟跨阻放大器的输入端，其控制端连接于该差放模块的差放输出端；本方案副电流回路可以使用低压电路来实现光电流监控作用，不受光电二极管本身偏置电压的影响；良好兼容不同偏置光电二极管，节省了成本。
【专利说明】—种支持APD应用的平均光电流监控电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于光纤通信领域、实现光电二极管平均光功率监控的电路。
【背景技术】
[0002]如图1和图2所示，在光纤通信系统中，光脉冲信号经过光电二极管(photodiode)转化为电流信号，再输入到跨阻放大器20 (Trans-1mpedance Amplifier, TIA)放大并转化为电压信号，再传输到后续电路进行信号处理。光电二极管分为两种，一种是PIN管，其特点是反向偏置电压低，可直接由TIA芯片I提供反向偏置电压，与跨阻放大器一起封装在TO-CAN内部，但不具有倍增效应，因此接收灵敏度指标较低；另一种是基于雪崩效应的APD管(Avalanche Photo Diode, APD)，APD管的特点是反向偏置电压高，并且无法由TIA芯片I提供反向偏置电压，需要由另外的升压芯片提供高压偏置，设置于TO-CAN模块2外，但具有倍增效应，因此灵敏度指标较高。
[0003]在光纤通信网络管理中，需要监控光纤传输网络中的光功率，包括发射及接收端。在接收端可通过监控光电二极管的平均响应光电流，来推算接收平均光功率。传统做法在光电二极管D的电压偏置端串接一个电流镜10来镜像监控流过光电二极管的光电流，由于PIN管和Aro管两种不同的偏置电压需要，因此监控电路也分为两种实现方法。图1所示为适应PIN管的光电流监视电路，图2为适应APD管的监视电路。
[0004]图1和图2这两种方法无法通用，因为电流镜10串接在光电二极管D的阴极端，直接通过电流镜10的镜像功能监控光电二极管D的光电流。在PIN型的光电二极管应用中，监控电路可以整合到TIA芯片I内，但APD类型的光电二极管应用中，由于特殊的高压要求，无法集成到TIA芯片；同时在图2所示针对APD管的应用中，由于APD管偏置在高压(一般为40-60V左右)，因此所需的电流镜10也是特殊的高压器件，成本较高。
【发明内容】
[0005]针对上述现有适用于PIN型和APD型光电二极管的监控电路无法实现兼容、成本较高的缺陷，本发明提出一种支持APD应用的平均光电流监控电路，其技术方案如下:
[0006]一种支持APD应用的平均光电流监控电路，它包括:
[0007]—主电流回路，包括一正常偏置的光电二极管，该光电二极管阳极接入一跨阻放大器的输入端；以及
[0008]一副电流回路，包括一虚拟跨阻放大器、一个受控电流镜和一个差放模块；
[0009]其中，所述跨阻放大器的输入端连接于该差放模块的负输入端，所述虚拟跨阻放大器的输入端连接于该差放模块的正入端；
[0010]该受控电流镜其虚拟输出端连接于该虚拟跨阻放大器的输入端，其控制端连接于该差放模块的差放输出端，其镜像电流端作为整个装置的监控电流输出；
[0011]所述跨阻放大器和虚拟跨阻放大器其结构、电气参数和生成工艺保持一致；
[0012]在差放模块的控制下，该跨阻放大器和虚拟跨阻放大器的输入共模电压、输入电流均保持一致。
[0013]本方案的优选者如下:
[0014]在较佳实施例中，所述跨阻放大器包括:M0S管MO，其栅极连接所述光电二极管的阳极；其漏极连接电阻Rl和电阻RO的一端；其源极接地；电阻Rl的另一端接MO栅极；电阻RO另一端接Vdd ；
[0015]所述虚拟跨阻放大器包括:M0S管Ml，其漏极连接电阻R2和电阻R3的一端；其源极接地；电阻R2的另一端接MO栅极；电阻R3另一端接Vdd ；
[0016]所述受控电流镜包括:M0S管M2和M3，两者栅极相连成为所述控制端；M2的漏极为所述虚拟输出端，M3的漏极为所述镜像电流端；M2和M3的源极接Vdd ；
[0017]所述差放模块包括一误差放大器，其引脚与该差放模块的所述正输入端、负输入端和差放输出端 对应。
[0018]在另一类较佳实施例中，所述跨阻放大器包括:M0S管MO和M4，二者漏极源极同向相串联，MO栅极连接所述光电二极管的阳极；M4漏极连接电阻Rl和电阻RO的一端；M0源极接地；电阻Rl的另一端接MO栅极；电阻RO另一端接Vdd ；
[0019]所述虚拟跨阻放大器包括:M0S管Ml和M5，M5漏极连接电阻R2和电阻R3的一端；Ml源极接地；电阻R2的另一端接MO栅极；电阻R3另一端接Vdd ；
[0020]其中MOS管M4和M5栅极相连成为一偏置设置端；
[0021]所述受控电流镜包括:M0S管M2、M3和M6，其中M2和M3栅极相连再连接于M2漏极和M6源极；M6的栅极成为所述控制端；M6的漏极为所述虚拟输出端,M3的漏极为所述镜像电流端；M2和M3的源极接Vdd ；
[0022]所述差放模块包括一误差放大器，其引脚与该差放模块的所述正输入端、负输入端和差放输出端 对应。
[0023]所述跨阻放大器和副电流回路集成于一同一芯片。
[0024]本方案带来的有益效果有:
[0025]通过使用一个虚拟的跨阻放大器，以及结合用来模拟光电二极管的受控电流镜，以副电流回路的形式映射了光电二极管的监控电流，因而不受光电二极管本身偏置电压的影响；实现了不同偏置光电二极管的良好兼容性。其优势在于，副电流回路可以使用低压电路来实现光电流监控作用，同时可以被集成在跨阻放大器IC芯片的产品中，构成通用模块，也避免了高压器件的高昂成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]以下结合附图实施例对本发明作进一步说明:
[0027]图1是传统适用于PIN型光电二极管D的监控电路结构示意图；
[0028]图2是传统适用于APD型光电二极管D的监控电流结构示意图；
[0029]图3是本发明实施例一的模块示意图；
[0030]图4是本发明实施例二的模块示意图；
[0031]图5是本发明实施例三的模块示意图。
【具体实施方式】[0032]实施例一:
[0033]如图3所示，本发明一个实施例的结构示意图。本领域的技术人员在该结构披露之后可以立刻获得具体的实施方案。
[0034]本实施例一种用于高速光通信的支持APD应用的平均光电流监控电路，它总共具有两个电流回路，分别是主电流回路和副电流回路；其中，主电流回路包括一正常偏置的光电二极管D，可以是Aro型也可以是PIN型；该光电二极管D阳极接入一跨阻放大器20的输入端21 ;其光电流输出就直接进入跨阻放大器20实现信号读取。副电流回路包括一虚拟跨阻放大器30、一个受控电流镜40和一个差放模块50。
[0035]跨阻放大器20的输入端还连接于差放模块50的正输入端，虚拟跨阻放大器30的输入端连接于该差放模块50的负输入端；受控电流镜40其虚拟输出端41连接于虚拟跨阻放大器30的输入端31，其控制端42连接于差放模块50的差放输出端，其镜像电流端43作为整个装置的监控电流输出；跨阻放大器20和虚拟跨阻放大器30其结构、电气参数和生成工艺保持一致，使二者的输入输出性能、温度特性等均对称。
[0036]在差放模块50的控制下，跨阻放大器20和虚拟跨阻放大器30的输入共模电压、输入电流均保持一致。
[0037]可见，本方案通过使用一个虚拟的跨阻放大器30，以及结合用来模拟光电二极管的受控电流镜40，以副电流回路的形式映射了光电二极管D的监控电流，同时该电流实现了与光电二极管D所在主电流回路的电压分离，因而不受光电二极管D本身偏置电压的影响；通过差放模块50的反馈作用，使得镜像电流端43得到与光电二极管D同步变化的镜像电流。本方案实现了不同偏置光电二极管D的良好兼容性。其优势在于，副电流回路可以使用低压电路来实现光电流监控作用，同时可以被集成在跨阻放大器IC芯片的产品中，构成通用模块。
[0038]实施例二:
[0039]如图4所示，本发明实施例二的电路示意图。
[0040]本实施例的主要结构与实施例一类似。跨阻放大器包括:M0S管MO，其栅极连接光电二极管D的阳极，D已经处于正常偏置的状态；M0漏极连接电阻Rl和电阻RO的一端；其源极接地；电阻Rl的另一端接MO栅极；电阻RO另一端接Vdd ;虚拟跨阻放大器30包括:MOS管Ml，其漏极连接电阻R2和电阻R3的一端；其源极接地；电阻R2的另一端接MO栅极；电阻R3另一端接Vdd ;受控电流镜40包括:M0S管M2和M3，两者栅极相连成为控制端42 ；M2的漏极为虚拟输出端41，M3的漏极为镜像电流端43 ；M2和M3的源极接Vdd ;差放模块50包括一误差放大器,其引脚与该差放模块的正输入端、负输入端和差放输出端 对应。
[0041]可见，本方案采用十分简洁的结构实现了主、副电流回路，其跨阻放大器20和虚拟跨阻放大器30也容易实现结构、工艺的对称，故一致性较好，易于在实现在跨阻放大器集成芯片中。
[0042]实施例三:
[0043]如图4所示,本发明实施例三的示意图。本实施例基本结构与实施例一类似。跨阻放大器20包括MOS管MO和M4，二者漏极源极同向相串联，MO栅极连接光电二极管D的阳极；M4漏极连接电阻Rl和电阻RO的一端；M0源极接地；电阻Rl的另一端接MO栅极；电阻RO另一端接Vdd ;虚拟跨阻放大器30包括:M0S管Ml和M5，M5漏极连接电阻R2和电阻R3的一端；M1源极接地；电阻R2的另一端接MO栅极；电阻R3另一端接Vdd ;其中MOS管M4和M5栅极相连成为一偏置设置端，可便利实现偏置可调的功能。
[0044]受控电流镜40包括:M0S管M2、M3和M6，其中M2和M3栅极相连再连接于M2漏极和M6源极；M6的栅极成为控制端42 ；M6的漏极为虚拟输出端41，M3的漏极为镜像电流端43 ；M2和M3的源极接Vdd ;差放模块50与实施例二相同，包括一误差放大器，其引脚与该差放模块的正输入端、负输入端和差放输出端 对应。
[0045]以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种支持APD应用的平均光电流监控电路，其特征在于:它包括: 一主电流回路，包括一正常偏置的光电二极管，该光电二极管阳极接入一跨阻放大器的输入端；以及 一副电流回路，包括一虚拟跨阻放大器、一个受控电流镜和一个差放模块； 其中，所述跨阻放大器的输入端连接于该差放模块的负输入端，所述虚拟跨阻放大器的输入端连接于该差放模块的正输入端； 该受控电流镜其虚拟输出端连接于该虚拟跨阻放大器的输入端，其控制端连接于该差放模块的差放输出端，其镜像电流端作为整个装置的监控电流输出； 所述跨阻放大器和虚拟跨阻放大器其结构、电气参数和生成工艺保持一致； 在差放模块的控制下，该跨阻放大器和虚拟跨阻放大器的输入共模电压、输入电流均保持一致。
2.根据权利要求1所述一种支持Aro应用的平均光电流监控电路，其特征在于: 所述跨阻放大器包括=MOS管MO，其栅极连接所述光电二极管的阳极；其漏极连接电阻Rl和电阻RO的一端；其源极接地；电阻Rl的另一端接MO栅极；电阻RO另一端接Vdd ；所述虚拟跨阻放大器包括:M0S管M1，其漏极连接电阻R2和电阻R3的一端；其源极接地；电阻R2的另一端接MO栅极；电阻R3另一端接Vdd ； 所述受控电流镜包括:M0S管M2和M3，两者栅极相连成为所述控制端；M2的漏极为所述虚拟输出端，M3的漏极为所述镜像电流端；M2和M3的源极接Vdd ； 所述差放模块包括一误差放大器，其引脚与该差放模块的所述正输入端、负输入端和差放输出端 对应。
3.根据权利要求1所述一种支持APD应用的平均光电流监控电路，其特征在于:所述跨阻放大器包括:M0S管MO和M4，二者漏极源极同向相串联，MO栅极连接所述光电二极管的阳极；M4漏极连接电阻Rl和电阻RO的一端；M0源极接地；电阻Rl的另一端接MO栅极；电阻RO另一端接Vdd ； 所述虚拟跨阻放大器包括:M0S管Ml和M5，M5漏极连接电阻R2和电阻R3的一端；M1源极接地；电阻R2的另一端接MO栅极；电阻R3另一端接Vdd ； 其中MOS管M4和M5栅极相连成为一偏置设置端； 所述受控电流镜包括:M0S管M2、M3和M6，其中M2和M3栅极相连再连接于M2漏极和M6源极；M6的栅极成为所述控制端；M6的漏极为所述虚拟输出端，M3的漏极为所述镜像电流端；M2和M3的源极接Vdd ； 所述差放模块包括一误差放大器，其引脚与该差放模块的所述正输入端、负输入端和差放输出端 对应。
4.根据权利要求1或2或3所述一种支持APD应用的平均光电流监控电路，其特征在于:所述跨阻放大器和副电流回路集成于一同一芯片。
【文档编号】H04B17/00GK103746744SQ201310320421
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】林少衡 申请人:厦门优迅高速芯片有限公司