一种带信号丢失检测告警功能的CMOS工艺限幅放大器

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一
种 带信号丢失检测 眚警功能的 ＣＭＯＳ工艺限幅放大■
林 少衡
（ 门优迅 高速 芯片有 限公 司， 厦 福建 厦 门 ３ １ ｌ ） ６ Ｏ ２
摘要： 本文描述了一种带信号丢失检测告警功能的 Ｃ Ｏ 工艺限幅放大器， ０５ ｍ标准 ＣＯ 工艺设计 ＭＳ 用 ． ＭＳ
２ 系统 框 图
本文 提 出 的 限 幅放 大器 系统 框 图如 图 ２所 示 。 它 由输 入偏 置 、 增益 级 、 出缓 冲 、 流失 调 校准 、 输 直 信 号 丢失 检测 等模 块构 成 。输入 偏 置 ｆ 莫块实 现将 输人
共模 电压偏 置 为 Ｖ Ｃ １ Ｖ 的 Ｐ Ｃ Ｃ 一． ３ Ｅ Ｌ电平 ， 并提 供差
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能可 用来 检测 输入 信号 强度 是 否符 合要 求 ，可应 用
于光 通信 中的数字 诊断 功 能 。本 文 首先 描述 了限幅
放大 器 的系统 框 图 ，然 后对 各个 模块 的电路 设计 进 行 说 明 ， 后展 示 了测试 结果 及 结论 。 最
测 模块 从增 益 级第 二级 取信 号 ，经过 全波 整流 电路
整 流后 输 入到 迟滞 比较 器进 行 比较输 。
分 １ ０欧 的输入 阻抗 。为 了满足 增 益 、 宽要 求 ， ０ 带 以 及 抑制 共模 噪声 干扰 ，增 益 级采 用 多级全 差分 放 大 器 级 联 构 成 。为 了将 最 小 输 入 信 号 （ 敏 度差 分 灵 ２ ｐ 放 大 到 输 出 限 幅 幅 度 （ 分 １０ ｍ ｐ ， ｍＶ ｐ） 差 ４ ０ Ｖ ｐ）
重要的一种通信方式。传统的光纤通信收发芯片多
采 用价 格 昂贵 的 Ｇ Ａ 、ｎ ａ ｓＩＰ等 高 电 子迁 移率 材 料 制 作 的 ＨＢ ／ Ｅ ＴＨ ＭＴ双 极 （ ｉｏ ｒ 工 艺 实 现 ， Ｂｐｌ ） ａ 它们 具
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有 成本 高 、 功耗 大 、 成度 低等 缺点 ， 合 于 １Ｇ ｐ 集 适 ０ ｂｓ 以上速 率需求 的主 干网 。 而就对成 本 、 功耗更 敏感 的 最 后 一公 里 接 人 网 的应 用 而 言 ，ＭＯ Ｃ Ｓ工 艺 以其 成
采 用 ５ 电 压 供 电 ，实 现 了 ６ ｄ 的 电 压 增 益 、 Ｖ ０Ｂ ２ ０ ｚ的 带 宽 ，ｍ ｐ ～ ０ ０ ｐ ５ ＭＨ ２ Ｖ ｐ ２ ０ ｍＶ ｐ的 差 分 输 入 动
典型 的光纤通 信 收发链路 结构 如 图 １ 示 。光 所
态 范 围 ，可应 用 于 １５ ｐ 等 光通 信 前端 收 发器 。 ５Ｍｂ ｓ 集成 的信 号丢 失告警 模块 ，当检测 到输 入 信号 幅度 小 于 差分 ５ Ｖ ｐ时 ， 出告 警 信 号 ； ｍ ｐ 给 当检 测 到输 入
０５ Ｈｚ 输 出缓 冲是一个 具 有 ５ ．ｋ 。 ０欧 输 出阻抗 的典 型 的Ｃ ＭＬ输 出缓 冲器 。
Hale Waihona Puke 信号 丢失 检测模 块 ，当输入 信号 幅度 小 于预设 告警 门限值 （ 分 ５ Ｖ ｐ） ， 给 出告 警信 号 ； 差 ｍ ｐ 时 就 并 且 只 有 当输 入 信号 幅度 增强 到大 于预 设解 除告 警 门 限值 （ 分 １ｍＶ ｐ） ， 出解 除告 警 信 号 。 为 了 差 ０ ｐ 时 给 避 免 出现 啁啾 抖动 ， 引入 了迟 滞 比较器 。 号丢 失检 信
压信号放大为固定输出幅度的电压信号 ，驱动时钟
数据恢 复 （ Ｄ 等后 续 电路 。 Ｃ Ｒ） 限幅放 大器具 有高增
益、 宽带宽 、 低抖动的设计要求 。
展 ， 频信 号 、 防监控 的大量 普 及 应用 ， 们 对 高 视 安 人 速 通信 系统 的需 求越来 越高 。光纤 通信 以其通 信容 量大、 损耗 小 、 密性好 等优 点成为 现代通 信 中极 其 保
１ ０ｍ ｐ ， ４ ０ Ｖ ｐ 可应 用 于 １ ５ ｂ ｓ的光纤通 讯收发 模块 前端 。 Ｍｐ ５
关键 词 ：． ｍ Ｃ Ｏ 艺； ０５ Ｍ Ｓ工 限幅放 大 器；ＥＬ电平 ； ＰＣ 光纤通 讯 ； 号丢 失检 测告警 信
１ 引言
近几 年 随着 互 联 网 、Ｇ４ ３ ／Ｇ无 线 网络 的 飞 速 发
熟 、 成本 、 低 易于集 成 数字 电路 的优 点 ， 已逐 步 取代 双 极工艺 成为百 兆 、千兆速 率光通 信 收发芯 片的 主
流 工艺 了。
图 １光 纤 通信 收 发 链 路
本 文 提 出 了一 种 采用 ０５ ｎ 标 准 Ｃ Ｓ工 艺 ． ｌ ＭＯ
实现的限幅放大器 ， 集成了丢失信号检测告警功能。
增 益级 的 电压 增益 必须 大 于 ６ ｄ 。要 实现 大增 益 ， ０Ｂ
同时 又要保 持 高宽带 ，必须 采用 多 级放 大级 联才 能 实 现 ， 级数 过 多会 造成 功耗 高 以及 噪声 恶化 ， 数 但 级
的选择 必须 在 各项指 标 问进 行折 中 。本文 采 用 ４级
电二极管 （ Ｄ） 微弱 的光 脉 冲信 号转 化为 电信 号 Ｐ 将 （ 电流 ）跨 阻放 大 器 （ Ｉ 再将 微 弱 电流 信 号 转 ， ＴＡ）
化 为 电压 信 号 ， 后 限 幅放 大 器 （ Ａ） 微 弱 的 电 最 Ｌ 把
信号幅度大于 １ｍ ｐ 时， ０ Ｖ ｐ 给出解除告警信号。 该功
制 造 。采用 ５ Ｖ电压供 电， 电压 增益 ６ｄ ， 宽 ２０Ｈ 。输入 为 ＰＣ 逻 辑 ， 码率 为 １ 下测得灵敏 度 为 ０Ｂ带 ５Ｍ ｚ ＥＬ 误 ０
差 分 ２ Ｖ ｐ 饱 和输 入 达差分 ２ ０ ｍ ｐ 。采用 Ｃ Ｌ输 出逻 辑 ， ｍｐ ， ０ ０Ｖ ｐ Ｍ 差分 １ ０欧 负载 时 ， 出差 分 限幅 幅度 可 达 ０ 输