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作者：張敬偉 馮 軍 劉歡艷
近年來(lái)，隨著社會(huì)信息化程度不斷提高，信息交換量呈爆炸性增長(zhǎng)，光纖通信干線系統(tǒng)以其高速、大容量的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。2．5 Gb/s超高速光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)投入使用。作為光纖通信系統(tǒng)中光接收機(jī)的關(guān)鍵部分，前置放大器的性能在很大程度上決定了整個(gè)光接收機(jī)的性能。
過(guò)去，對(duì)于高速的集成電路，多采用GaAs工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是隨著深亞微米CMOS工藝的不斷發(fā)展，柵長(zhǎng)不斷減小，現(xiàn)在0．35μm CMOS管的截止頻率已經(jīng)達(dá)到13．5 GHz，可以實(shí)現(xiàn)高速的集成電路。本文采用臺(tái)灣TSMC0．35μmCMOS工藝實(shí)現(xiàn)了用于光纖傳輸系統(tǒng)STM- 16 (2.5Gb/s)速率級(jí)的前置放大器。
1 前置放大器簡(jiǎn)介
前置放大器在光接收機(jī)系統(tǒng)中所處位置如圖1所示。由圖1可見，光接收機(jī)主要由：光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、數(shù)據(jù)判決電路、時(shí)鐘恢復(fù)電路和分接器等電路組成。其中前置放大器處在光接收機(jī)系統(tǒng)的前端，處理的是微弱的信號(hào)，因此他的性能將直接影響整個(gè)光接收機(jī)的性能。
在接收機(jī)中，檢測(cè)器感應(yīng)光信號(hào)，輸出μA級(jí)電流脈沖信號(hào)。而前置放大器的作用就是將此電流信號(hào)放大并轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，主放大器將前置放大器輸出的電壓小信號(hào)放大至一個(gè)足夠大且恒定的幅度，以便驅(qū)動(dòng)后續(xù)時(shí)鐘恢復(fù)和數(shù)據(jù)判決電路。時(shí)鐘恢復(fù)和數(shù)據(jù)判決電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的再生。最后分接器把高速數(shù)據(jù)流分接為低速數(shù)據(jù)流。所以對(duì)前置放大器有以下幾點(diǎn)要求：
(1)盡量減小電路本身引入的噪聲。
(2)有足夠高的增益，提高靈敏度。
(3)與信號(hào)速率相適應(yīng)的帶寬。
2 電路分析
要把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，一種有效的方案是采用跨阻型前置放大器，如圖2所示。
這種類型的放大器通過(guò)反饋電阻Rf提供負(fù)反饋，能提供一定的增益和大的帶寬。
跨阻放大器的帶寬表示為
其中：RiRf/A為放大器的輸入阻抗。
