本實用新型涉及一種帶有直流失調(diào)補償功能的直流恢復(fù)電路。

背景技術(shù)：

光通信的接收前端主要由跨阻放大電路(TIA)和限幅放大電路(LA)組成，而跨阻放大電路則主要由跨阻放大級和差分放大級組成。跨阻放大級實現(xiàn)將電流轉(zhuǎn)換為電壓，差分放大級將前級輸出電壓進(jìn)一步放大，以滿足限幅放大電路對前級輸出(輸入)電壓的要求。隨著光通信速率的不斷提高，跨阻放大級的增益不斷減小，以滿足速率要求，與此同時對差分放大級增益的要求就不斷提高，以補償跨阻放大級增益的減小。另一方面，為了降低功耗，差分放大級的增益也被要求進(jìn)一步提高，以實現(xiàn)后級限幅放大電路的限幅功能。提高差分放大級增益所帶來的一個嚴(yán)重問題就是電路輸出端的直流失調(diào)問題。由于增益的提高，前級電路的直流失調(diào)被差分放大級更進(jìn)一步放大，最終可能導(dǎo)致輸出端共模電平一高一低，造成輸出信號嚴(yán)重失真。另外，如果采用高節(jié)點的CMOS工藝(如65nm,40nm,28nm等)進(jìn)行高速跨阻放大器的研發(fā)，由于器件尺寸越小，電路失配越嚴(yán)重，又從另一方面加劇了上述問題。

為了解決這個問題，現(xiàn)有技術(shù)中常常設(shè)置一個直流恢復(fù)電路，典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)直流電流Iin輸入TIA Core后，V1節(jié)點的直流電壓會隨著Iin的增大而減小，如果V1過小，將造成下一級電路的直流偏置點過低，影響電路正常工作。直流恢復(fù)電路的目的在于通過環(huán)路控制，使得Iin通過開關(guān)管M0直接流入地電位，避免V1節(jié)點的直流電壓隨著Iin的增大而減小。

其中Dummy部分的輸出直流電壓作為參考電壓。Iin＝0時，TIA Core部分的輸出直流電壓和Dummy部分的輸出直流電壓接近相等。當(dāng)Iin增大后，V1節(jié)點電壓下降，V1和V2之間形成電壓差，通過Error Amp的放大作用，控制M1管的導(dǎo)通，將Iin導(dǎo)入到地電位，從而實現(xiàn)V1節(jié)點的直流電壓不隨lin的增大而減小。

上述現(xiàn)有技術(shù)主要考慮了輸入直流所引起的直流工作點偏移的問題。未針對電路的直流失調(diào)進(jìn)行補償。如上所述，由于增益的提高，前級電路的直流失調(diào)被差分放大級更進(jìn)一步放大，最終可能導(dǎo)致輸出端共模電平一高一低，造成輸出信號嚴(yán)重失真。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的主要技術(shù)問題是提供一種帶有直流失調(diào)補償功能的直流恢復(fù)電路,保留原有直流恢復(fù)電路的基礎(chǔ)上，采用多路反饋，對電路進(jìn)行直流失調(diào)補償，減小輸出信號失真。

為了解決上述的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種帶有直流失調(diào)補償功能的直流恢復(fù)電路，包括：跨阻放大器、差分放大器、誤差放大器、虛擬放大器以及一開關(guān)管M0；

所述跨阻放大器、虛擬放大器的輸出端分別連接至所述差分放大器；所述誤差放大器包括兩組正極和負(fù)極輸入端；其中一組正極和負(fù)極輸入端分別連接至所述跨阻放大器和虛擬放大器的輸出端，另一組正極和負(fù)極輸入端分別連接至所述差分放大器的兩個輸出端；

所述誤差放大器的輸出端連接至開關(guān)管M0的柵極，開關(guān)管M0的源極接地，漏極與跨阻放大器的輸入端連接。

在一較佳實施例中：所述跨阻放大器、虛擬放大器的輸出端與誤差放大器的正極和負(fù)極輸入端之間分別設(shè)置一電阻R1、R2。

在一較佳實施例中：所述差分放大器的兩個輸出端與誤差放大器的正極和負(fù)極輸入端之間分別設(shè)置一電阻R3、R4。

在一較佳實施例中：所述誤差放大器采用電流相加的形式，將兩組正極和負(fù)極輸入端輸入的直流電壓引入誤差放大器的反饋回路。

在一較佳實施例中：所述誤差放大器的兩組正極和負(fù)極輸入端分別施加在開關(guān)管M2、M3的柵極和背柵；開關(guān)管M1、M2的源極連接至所述反饋回路。

在一較佳實施例中：所述誤差放大器采用電壓相加的形式，將兩組正極和負(fù)極輸入端輸入的直流電壓引入誤差放大器的反饋回路。

在一較佳實施例中：所述誤差放大器的一組正極和負(fù)極輸入端施加在開關(guān)管M1、M2的柵極，另一組正極和負(fù)極輸入端施加在開關(guān)管M3、M4的柵極；所述開關(guān)管M1、M2、M3、M4的源極連接至所述反饋回路；并且開關(guān)管M1和M3的源極相連,開關(guān)管M2和M4的源極相連。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的技術(shù)方案具備以下有益效果：

本實用新型在原有直流恢復(fù)電路的基礎(chǔ)上，通過多端輸入的誤差放大器(Error Amp)將差分放大器(PostAmp)的輸出直流電壓(V_net3和V_net4)引入反饋環(huán)路。小信號分析如下：

開關(guān)管M0的跨導(dǎo)為g_m1，Post Amp的增益為A，差分放大器輸出端失調(diào)電壓為V_offset,誤差放大器Error Amp第一組正極和負(fù)極輸入端之間的跨導(dǎo)為gE12(g_E1,2),第二組正極和負(fù)極輸入端之間的跨導(dǎo)為gE34(g_E3,4)；假設(shè)gE12＝gE34(g_E1,2＝g_E3,4)，Error Amp的輸出阻抗為Ro，可以得到：

從以上分析可以看出，在將差分放大器的直流輸出電壓引入反饋環(huán)路后，V_net3和V_net4之間的直流失調(diào)電壓下降為原來的1/(A-1)。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中直流恢復(fù)電路的電路圖；

圖2為本實用新型優(yōu)選實施例中帶有直流失調(diào)補償功能的直流恢復(fù)電路圖；

圖3為本實用新型優(yōu)選實施例1中誤差放大器的電路圖；

圖4為本實用新型優(yōu)選實施例2中誤差放大器的電路圖。

具體實施方式

下文結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進(jìn)一步說明。

實施例1

參考圖2，一種帶有直流失調(diào)補償功能的直流恢復(fù)電路，包括：跨阻放大器TIA、差分放大器Post Amp、誤差放大器Error Amp、虛擬放大器DUMMY以及一開關(guān)管M0；

所述跨阻放大器TIA、虛擬放大器DUMMY的輸出端分別連接至所述差分放大器Post Amp；所述誤差放大器Error Amp包括兩組正極和負(fù)極輸入端；其中一組正極和負(fù)極輸入端分別連接至所述跨阻放大器TIA和虛擬放大器DUMMY的輸出端，另一組正極和負(fù)極輸入端分別連接至所述差分放大器Post Amp的兩個輸出端；

所述誤差放大器Error Amp的輸出端連接至開關(guān)管M1的柵極，開關(guān)管M1的源極接地，漏極與跨阻放大器TIA的輸入端連接。

所述跨阻放大器TIA、虛擬放大器DUMMY的輸出端與誤差放大器Error Amp的正極和負(fù)極輸入端之間分別設(shè)置一電阻R1、R2。

所述差分放大器Post Amp的兩個輸出端與誤差放大器Error Amp的正極和負(fù)極輸入端之間分別設(shè)置一電阻R3、R4。

本實施例在原有直流恢復(fù)電路的基礎(chǔ)上，通過多端輸入的誤差放大器Error Amp將差分放大器Post Amp的輸出直流電壓V_net3和V_net4引入反饋環(huán)路。小信號分析如下：

開關(guān)管M0的跨導(dǎo)為g_m1，PostAmp的增益為A，差分放大器輸出端失調(diào)電壓為Voffset,誤差放大器Error Amp第一組正極和負(fù)極輸入端之間的跨導(dǎo)為g_E12(g_E1,2),第二組正極和負(fù)極輸入端之間的跨導(dǎo)為g_E34(g_E3,4)；假設(shè)g_E12＝g_E34(g_E1,2＝g_E3,4)，Error Amp的輸出阻抗為Ro，可以得到：

從以上分析可以看出，在將差分放大器Post Amp的直流輸出電壓引入反饋環(huán)路后，V_net3和V_net4之間的直流失調(diào)電壓下降為原來的1/(A-1)。因此，即達(dá)到了對電路進(jìn)行直流失調(diào)補償，同時也減小了輸出信號失真。

進(jìn)一步參考圖3，本實施例中，所述誤差放大器Error Amp采用電流相加的形式，將兩組正極和負(fù)極輸入端輸入的直流電壓引入誤差放大器Error Amp的反饋回路。

所述誤差放大器Error Amp的兩組正極和負(fù)極輸入端分別施加在開關(guān)管M1、M2的柵極和背柵；開關(guān)管M1、M2的源極連接至所述反饋回路。

反饋回路的輸出電壓為：

V_ctrl＝2·[g_m1,2(V_IP1-V_IN1)+g_mb1,2(V_IP2-V_IN2)]·R_o

其中g(shù)_m1,2為V_IP1和V_IN1之間的跨導(dǎo)，g_mb1,2為V_IP2和V_IN2之間的襯底跨導(dǎo)。

實施例2

參考圖4，本實施例與實施例1的區(qū)別在于：所述誤差放大器Error Amp采用電壓相加的形式，將兩組正極和負(fù)極輸入端輸入的直流電壓引入誤差放大器Error Amp的反饋回路。所述誤差放大器Error Amp的一組正極和負(fù)極輸入端施加在開關(guān)管M1、M3的柵極，另一組正極和負(fù)極輸入端施加在開關(guān)管M2、M47的柵極；所述開關(guān)管M1、M2、M3、M4的源極連接至所述反饋回路；并且開關(guān)管M1和M3的源極相連,開關(guān)管M2和M4的源極相連。

反饋回路的輸出電壓為：

V_ctrl＝2·[g_m1,2(V_IP1-V_IN1)+g_m3,4(V_IP2-V_IN2)]·R_o

其中g(shù)_m1,2為V_IP1和V_IN1之間的跨導(dǎo)，g_m3,4為V_IP2和V_IN2之間的襯底跨導(dǎo)

和圖3相比，圖4中的開關(guān)管M3和M4具有更高的控制靈活性。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式而已，并不用以限制本實用新型，應(yīng)當(dāng)指出，在不脫離本實用新型的前提下，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。