【光接收机的基本理论基础概述3100字】

光接收机的基本理论基础概述目录TOC\o"1-3"\h\u11634光接收机的基本理论基础概述 [21]。图2-3PIN内部结构1.3跨阻放大器跨阻放大器的作用是将光探测器输出的光电流变成具有一定增益的电压信号。跨阻放大器包括简单电阻、共射（共源）、共基（共栅）和调节型共源共栅等形式，比较常见的是后面三种。下面简要介绍以上四种TIA（trans-impedanceamplifier，跨阻放大器）各自的原理和优缺点。1.3.1简单电阻TIA的典型结构简单TIA基本结构如图2-4，一个电阻与光电二极管相连即可实现电流到电压信号的转换。此电路结构比较简单，跨阻增益就等于电阻阻值，但带宽和增益会相互限制。在本文的设计中，足够的带宽是硬性要求，但在具备高带宽时，对简单型TIA来说其增益就不会太高。图2-4简单电阻型跨阻放大器基本结构1.3.2共基（栅）TIA的典型结构共基TIA的结构如图2-5，此电路可看作是电阻型TIA的改进，在负载电阻和光电二极管之间加入了一个电流缓冲器，它可以在二极管电容比较大的时候分离输出节点和存在主极点的输入极点，从而将增益和带宽分开考虑，二者不再直接冲突。此结构在高增益的同时可以获得比电阻型TIA更大的带宽。对于此电路，由于它的电流增益近似为1，后续电路的噪声电流源会直接耦合到输入端，抗噪能力较差。图2-5共基TIA的结构1.3.3共射（共源）TIA的典型结构共源TIA的基本结构如图2-6，此结构中影响等效输入噪声电流的主要因素时MOS管和反馈电阻，故需要在噪声、带宽以及增益之间进行折中。图2-6共源TIA的基本结构1.3.4调节型共源共栅（RGC）TIA的典型结构RGC型TIA如图2-7所示。TIA的带宽的扩展可以通过降低输入电阻实现，下图所示的电路通过使用具有局部有源反馈（）的公共基极输入级（）来提高的跨导并提供一个较小的输入阻抗。图2-7RGC型TIA此电路的输入级将光电二极管与后续的放大器隔离开来，而与反馈TIA的结合使用使得在较宽的输入电容范围内实现稳定的高跨阻增益。但是由于必须维持稳定的频率反馈并且要保证两个基极-发射极的电压，传统的RGC电路结构有一定的耗电。此外，局部反馈晶体管还可以在高频产生大量的热噪声，从而降低系统的噪声性能。1.4AGC电路典型结构此部分介绍了自动增益放大电路的典型结构并确定了本设计拟采用的结构。1.4.1AGC电路的分类和设计方案选择如果输入信号的幅值由于其它诸如环境因素的影响变化较大，AGC将输出信号与预置的电压相比较，改变增益大小直到输出信号与预置电压值相等。从控制类型上，AGC电路有反馈和前馈两种。前馈AGC的结构如图2-8所示，其构建时间较短，但输出电压精度一般较差，一般用在工业轧机系统中；反馈AGC结构如图2-9所示，其收敛速度虽然较慢，但精度高，故本文采用反馈自动增益电路。图2-8前馈AGC的结构图图2-9反馈AGC的结构图从带宽上，AGC有窄带、宽带和超宽带三种，具体分类和应用见表2-1，本文要设计超宽带AGC。表2-1AGC分类和应用名称窄带宽带超宽带相对带宽<0.10.1~0.25>0.25应用听力辅助、无限内窥镜等无线通信光纤接收机、超宽带通信系统AGC电路在实现方式上可以分为两类，一类是用模拟的方法来实现，另一类是用数字的方式来实现。模拟式放大器结构简单，而且由于现在芯片技术比较成熟，模拟AGC电路可以实现相当高水平的控制。数字AGC电路采用数字信号控制增益，电路结构比较复杂。1.4.2AGC电路实现方式的选择从前节可知，本文拟设计反馈式AGC电路，反馈式AGC电路的典型结构如图2-10，此类AGC电路核心部件是可控增益放大器，同时电压比较器和电平检测器也是实现电路功能的关键器件。由前节知，AGC电路在实现方式上，主要有数字和模拟两种。下面给出了两种AGC的典型结构并比较了两种方式的优缺点，从而选出了本设计要选用的AGC结构。图2-10自动增益控制结构图（1）数字式AGC数字和模拟的AGC电路主要区别在电压比较器和控制电压产生器部分，图2-11是数字AGC的典型结构。对于数字AGC，此部分通过A/D将电压信号转换成数字信号，数字信号在单片机与预置电压相比较，输出合适的数字信号，随后数字信号转换成合适的电压信号，该信号即为可控增益放大器的控制电压。使用数字AGC时高位数的数模、模数转换器可以给电路带来搞得增益动态范围和精确的自动增益控制，但数模、模数转换器的使用会使得电路成本增加，而且在一个电路中，若数字地和模拟地公地，可能导致高频噪声的出现。图2-11数字AGC的典型结构（2）模拟式AGC模拟AGC的电压比较器和控制电压产生器部分多是运放来实现电压比较和误差积分的功能，误差积分后的电压给可控增益放大器一个合适的增益控制电压。采用模拟方式实现AGC设计，电路中不需要额外的数模、模数转换模块，这使得电路结构简单，实现起来比较简单体积也会比较小。在设计电路时如果采用高性能的运放，整个电路的放大噪声会很小，输出无高频噪声，且频率响应会更好。但同时也会有一些不可避免地缺点，采用模拟的方式设计电路时，诸如场效应管和双极性晶体管之类的有源器件会限制电路的高频性能；有源器件对温度变化较为敏感，使得电路容易震荡。运算放大器作为实现电路功能中的重要器件，其性能的好坏对系统参数至关重要。模拟AGC的典