基于光纤通信系统的光接收机前端电路的设计毕业设计

南通大学毕业（论文） 本科毕业设计（论文） 题 目 基于光纤通信系统的光接收机前端电路的设计 原 创 性 声 明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 本论文使用授权说明 本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 学生签名： 指导教师签名： 日期： 摘 要 随着通信技术产业的迅速发展，光纤通信由于其频带宽、容量大、损耗低、抗辐射等诸多优点成为高速通信系统研究热点。光接收机在整个光纤通信系统中占有重要地位，而前置放大器和限幅放大器是构成光接收机的两个关键电路，所以它们的性能在很大程度上决定了光接收机甚至是光纤通信系统的性能。 为了设计一个满足性能要求、结构简单的光接收机，我们对前置放大器和限幅放大器进行了详细的设计，利用电路仿真软件Pspice对跨阻型前置放大器进行了直流分析、交流分析和温度分析等。也对限幅放大器进行了单元电路的设计与仿真。通过对两种电路的分析设计，实现了高增益大带宽的放大目标，可以最大地消除寄生参量的影响，减小混合电路的组装环节，使集成电路的速度性能和可靠性得到显著的提高。 关键词：光接收机，前端放大电路，前置放大器，限幅放大器 ABSTRACT With the rapid development of communication technology industry, optical fiber communication , and many other advantages. Optical receiver plays an important role in the optical communication systems, and the preamplifier and limiting amplifier is the two key circuits which constitute the optical receiver, so their performance largely determines the performance of the optical receiver and even the optical fiber communication systems. In order to design an optical receiver which meets the performance requirements and the preamplifier and limiting amplifier in detail, and we use the circuit simulation software Pspice for transimpedance type preamplifier’s DC analysis, AC analysis and temperature analysis. We also design and simulate unit circuit of limiting amplifier. Through the analysis of the two circuit design, we achieve the amplified target of and large bandwidth, it can eliminate the effects of parasitic parameters largely and reduce the assembly of be improved significantly. Keywords: Optical Receiver, Front-end Amplifier, Preamplifier, Limiting Amplifier 目 录 1摘 要 ABSTRACT 2 第一章 绪 论 2 1.1 课题背景 5 1.2 课题的目的和意义 6 1.3 光接收机概述及其性能指标 6 1.3.1 信噪比 2 1.3.2 误码率 8 1.3.3 灵敏度 2 1.3.4 动态范围 2 1.4 论文组织 9 第二章 前置放大电路分析与设计 10 2.1 前置放大器概述 10 2.2 前置放大器类型 10 2.2.1 低阻型前置放大器 10 2.2.2 高阻型前置放大器 11 2.2.3 跨阻型前置放大器 12 2.3 跨阻型前置放大器的Pspice仿真 13 第三章 限幅放大电路分析 2 3.1 主放大器概述 2 3.2 主放大器类型选择 2 3.3 电路系统设计 16 3.3.1 电路总体框图设计 16 3.3.2 电路性能指标要求 2 3.4 单元电路设计与仿真 2 3.4.1 偏置电路 2 3.4.2 使能控制电路 19 第四章 总 结 22 参考文献 23 致 谢 24 第一章 绪 论 1.1 课题背景 可靠地实现信息传输容量和传输距离的最大化是通信系统追求的最终技术目标。对载波调制的频带宽度决定了通信系统的传输容量，频带宽度是随着载波频率的增高而变宽。在通信技术发展的过程中，载波频率不断地提高，同时传输容量也不断增加。光纤通信的载波是光波，它是通过光导纤维进行传输的[1]。光纤通信在现有通信手段中是非常有发展前途的。 在光纤通信系统中，光波频率要比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤，它的损耗比同轴电缆或波导管的损耗低得多[1]。因此相比较于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多优点:(1)容许频带很宽，传输容量很大;(2)损耗很小，可传输的距离很长并且误码率很小;(3)重量相比较而言很轻，体积也相对较小;(4)对电磁干扰有很好的抗性;(5)能很好地对传输信息进行保密;(6)对金属材料的使用率很高，有利于资源合理使用[1]。由于以上的优点，光纤通信在信息社会中将发挥越来越重要的作用，它也被认为是影响21世纪的最新技术。 完整的光纤通信系统如图 1.1 所示，复接器作用是按照某种编码规则将接收到数据速率比较低的并行信号转化成高速串行数据，从而提高光纤通信容量的利用率；激光驱动器是通过产生高强度的电压和电流来将电信号转换为光信号，然后将光信号送入光纤进行传输；光电检测二极管将光脉冲信号转化为微弱的电流信号；前置放大器的作用是将从光电二极管得到的微弱的电流放大并转化成电压信号；限幅放大器将从前置放大器接收到的较小且不稳定的电压信号进行放大，使电压信号到达稳定的幅值并且可满足后续时钟数据恢复电路要求[6]；前置放大器和限幅放大器被合称为前端放大电路，也就是本文的主要设计任务；时钟数据恢复电路将时钟信号提取出来后进行数据的再生；分接器的作用是解串恢复出来的数据，并将得到的数据还原为多路并行数据[4]。 图1.1 完整的光纤通信系统 1.2 课题的目的和意义 光接收机作为光纤通信系统的主要器件广泛应用于现实生活中，例如光纤通信、光盘系统、光电检测系统等领域[2]。我们把在一个衬底上集成具有多种功能的光器件、电子器件和光电转换器件所形成的电路称为光电集成电路[12]。光电集成电路能使寄生参量对集成电路的影响降到最低，也能使混合电路的组装简单化，减少其组装环节，它同时还能显著地提高集成电路的速度性能和可靠性。光电集成电路在集成电路行业具有很强的竞争力，是因为光电集成的体积小、成品率高、装配容易，并且其成本低，性价比很高，所以光电集成电路被广泛地应用。 光接收机前端放大电路的前置放大器和主放大器是光纤通信系统的两个关键电路，光接收机的性能在很大程度上受他们的影响[9]。主放大器有自动增益控制（AGC）放大器和限幅放大器两种实现方式，这两种实现方式都有各自的优点,但是限幅放大器比自动增益控制放大器设计更简单、功耗更低、芯片面积更小并且外接元件更少，所以本文经过比较后选择采用限幅放大器来实现光接收机的主放大器[13]。我们设计一个集成电路需要达到的基本目标是不断减少功耗、不断减小芯片尺寸和不断降低芯片成本[9]。 1.3 光接收机概述及其性能指标 光信号在经过光纤传输后，幅度会衰减、波形会展宽，这时就需要光接收机将其转换为电信号，之后再对其进行放大和处理，从而使其恢复为原始的信号。光接收机是由光检测器、放大器和相关电路组成的，它的核心是光检测器，因为只有光检测器的性能好，能较好的把光信号转换成电信号，后续电路才能对从光检测器中的到的电信号进行放大。光接收机想要有较好的性能，必须要满足下面的要求：光检测器的响应度要高、噪声要低并且响应速度要快。目前PIN光电二极管（PIN-PD）和雪崩光电二极管（APD）在光检测器中比较常见[6]。 在光接收机中，光检测器是在检测完光信号之后再将其装换成电信号的。光检测器的检测有直接检测和外差检测两种方式[7]。用检测器直接把光信号转变成电信号的检测方式称为直接检测。由于直接对光信号进行检测受到信道干扰的影响较严重，我们提出使用中频光信号通过检测器转化为电信号的方法，中频光信号是将本地的振荡光与光纤的输出信号在光混频器产生差拍而产生的，我们把使用本地光振荡器和光混频器提高检测能力的方法称为外差检测[7]。外差检测方式有许多难点，其中比较典型的是它需要一个单模激光源，这个单模激光源需要有一个非常稳定的频率、很窄的谱线宽度，而且他的相位和偏振方向必须是可控的。外差检测方式比直接检测方式的接收灵敏度要高，所以这种方式是很有发展前途的通信方式。目前，直接检测方式由于其简单实用的特点被广泛应用于实用光纤通信系统。 图1.2所示的是采用直接检测方式的数字光接收机方框图，它主要包括光检测器、偏压控制电路、前置放大器、主放大器、AGC电路、时钟提取电路以及取样判决器。 图1.2 数字光接收机方框图 光接收机有很多性能参数，其中最重要的有四个：信噪比，误码率，灵敏度，输入动态范围。 1.3.1 信噪比 信噪比（SNR）可以用来定量地对光接收机的性能进行描述[1]。系统总平均噪声功率(均方噪声电流)为 (1.1) 式中， 为散粒噪声的功率， 为热噪声的功率， 为电子电荷量， 为光电流强度， 为光检测器暗电流强度， 为等效噪声带宽， 为热能量， 为光检测器负载电阻[1]。 外差检测的信噪比 (1.2) 光接收机的噪声强度与光信号功率的大小无关，因为相干光接收机的噪声的强度主要由本振光功率 引入的散粒噪声决定了，因此，上式中 和 项可以略去，由此得到 。 (1.3) 为光检测器的响应能力，用公式可以表示为： ， 为光检测器的量子效率， 为电子电荷量， 光子的能量；其等效噪声带宽 ， 为信号的传输速率[1]。平均信号光功率 可以用 即每比特时间内的光子数的多少来表示，由 和 可得到 (1.4) 公式（1.4）是外差检测的信噪比。外差检测的平均信号光功率是零差检测的一半，所以得出零差检测的信噪比为 (1.5) 1.3.2 误码率 由于信道中噪声以及设备的干扰，所以放大器输出的是一个原信号与系统随机噪声相加后的一个受了干扰的信号，因为噪声功率是随机的，因此在判决时噪声可能会影响判决结果而导致误判。对码元误判的概率称为误码率。误码率是在足够长时间内传输的大量码流中，通过误判的码元数与接收的总的码元个数的比值来表示。 1.3.3 灵敏度 在规定的误码率条件下，接收机正常工作所需要的最小入射光功率称为接收机灵敏度，即正常接收光信号所需的最小平均光功率[8]。光接收机内部的随机噪声的大小决定了信号的影响能力也决定了接收机灵敏度，它对中继器与中继器之间最大延伸距离的实现起着关键作用。 1.3.4 动态范围 对于微弱输入信号，接收机的随机噪声会导致误码，相反，若对于较大的输入信号，会导致脉冲宽度畸变，从而也会导致误码。因此，在一定的误码率要求下，除了需要确定最小输入信号幅度（灵敏度）之外，还需要确定输入信号幅度的上限，在这两个值之间的范围称为输入动态范围。越宽的输入动态范围使得光接收机应用范围越广，越能适应环境的变化，因此输入动态范围也是衡量光接收机的重要指标之一。 此外，设计一个光接收机也要考虑其他的因素，比如说功耗、可靠性、尺寸、性价比，这些因素都能影响到光接收机的性能,想要让接收机的性能达到最优，我们需要在综合考虑各种因素后再进行光接收机前端放大电路的设计[9]。 1.4 论文组织 本文的文章结构如下： 第一章为绪论部分，阐述课题背景、目的和意义，以及对光接收机作了简要的介绍。 第二章为前置放大电路分析与设计，简要介绍了前置放大器的三种类型，并对本论文使用的跨阻型前置放大器进行了Pspice仿真。 第三章为限幅放大电路分析，简要地介绍了限幅放大器的各个单元模块，然后从中选取了几个单元电路进行了仿真。 第四章为。 第二章 前置放大电路分析与设计 2.1 前置放大器概述 光接收机作为光纤通信系统的关键模块，它的性能对光纤通信系统的各种性能指标有直接的影响[9]。光接收机的任务就是把从发送端检测出来的微弱光信号，放大再生成原来的电信号。设计一个性能优异的光纤通信系统需要光接收机的输出信噪比要高，带宽要足够，幅频特性要好[13]。 前置放大器是光接收机的一个重要组成部分，它的性能对光接收机的设计和最终技术指标有直接影响。在光电器件和电路结构已经确定的情况下，前置放大器的第一级就有了一个有固定数值的输入电容，因此在依照系统要求，选择适当的电路时，前置放大器第一级输入电阻和偏置电阻的大小就成了我们需要考虑的主要对象。我们一般使前置放大器的第一级采用场效应晶体管（FET）或双极型晶体管（BJT）。这两者不论选用哪一种作为前置放大器的第一级，并联源电阻 产生的热噪声都会存在于前置放大器的噪声中。从上式中我们可以看出，为了使前置放大器的噪声尽可能地小，我们需要加大光电检测器的偏置电阻 和放大器的输入电阻 。但是，为了使输入电阻变大，输入端的时间常数就会相应的变大，从而导致放大器的高频特性变差，带宽变窄。因此，我们应该根据系统的具体要求，选择适当的电路形式来实现前置放大器，从而使前置放大器能够满足噪声和带宽两方面要求。 2.2 前置放大器类型 前置放大器的电路类型主要有三种：低阻型前置放大器，高阻型前置放大器和跨阻型前置放大器。但由于在本设计中，需要前置放大电路具有较低的输入阻抗，我选取的是跨阻型前置放大器，因此下面对跨阻型前置放大器进行仿真。 2.2.1 低阻型前置放大器 低阻型前置放大电路如图2.1所示，它的第一级是双极型晶体管（BJT）放大器，它的输入阻抗较低。采用这种电路是希望光电转换器和前置放大器所构成的输入电路的时间常数小于信号脉冲宽度，这样就能防止码间干扰。 图2.1 低阻型前置放大电路 这种前置放大器选择偏置电阻 是从带宽B的要求出发的, 电阻 应该满足 (2.1) 其中， 是总输入电容。这种电路线路简单，一个简单的均衡电路就能满足接收机的需求，并且它有很大的动态范围。但是，这种前置放大器的噪声偏大，并且灵敏度较差，所以很少被用在实际当中。 2.2.2 高阻型前置放大器 高阻型前置放大电路如图2.2所示。这种电路由于电阻 很大，所以称之为高阻型前置放大器。场效应晶体管（FET）放大器作为它的第一级，这种放大电路有比较大的输入阻抗，所以它的噪声比较小。在这个电路中我们应尽量加大偏置电阻来降低前端电路的噪声，提高接收机的灵敏度。 图2.2 高阻型前置放大电路 高阻型前置放大器的带宽公式如下： (2.2) 其中 , 是前置放大器的输入电阻， 是总输入电容。因此上式又可写成 (2.3) 由于 和 都很大，其带宽B较窄，所以信号脉冲失真严重。因而均衡器在这种电路中将会起到非常重要的作用，用均衡器来补偿在前端电路中受到失真的信号脉冲，这样接收机就能输出一个有利于判决的升余弦函数波形。 这种放大器在低码率工作时所引入的放大器噪声比低阻型前置放大器要小得多，但是它有比较高的输入阻抗，较大的输入电路时间常数，较小的动态范围，因此这种电路只适用于在中低速率系统[8]。 2.2.3 跨阻型前置放大器 上面已经介绍了两种放大器，在上述两种放大器中引入负反馈，可以使它们成为跨阻型前置放大器。在跨阻型前置放大器中，电路的噪声特性并不会和前面两种放大器有不同，虽然噪声特性不变，但在引入负反馈后前置放大器的带宽会提高，这非常有利于高阻型前置放大器的设计[14]。FET跨阻型前置放大器在接收电路中的应用比较广泛。但由于高阻型前置放大器的噪声随工作码率的增加而增加的速度比低阻型前置放大器变化的速度大，因此在高码率和超高码率条件下，应该采用BJT跨阻型前置放大器。BJT跨阻型前置放大器在中低速码率工作时，其引入的噪声比FET跨阻型前置放大器大，但这种电路价廉且耐用，容易买到且更牢固，不易损坏。 图2.3 跨阻型前置放大电路 跨阻型前置放大器频带宽度的增加实质上是以增益下降为代价的（高阻型前置放大器的增益是跨阻型前置放大器增益的1.4倍）[5]。适当地降低放大器的增益对其稳定性有很大的好处。 2.3 跨阻型前置放大器的Pspice仿真 由于Pspice仿真软件十分先进，对电路的很多繁琐工作都可以由计算机完成。我们所做的工作是根据所选用的工艺设计出的初略的电路，进行初步的理论估算，然后再对每个管子的参数进行调整，直至仿真出来的结果满足性能要求。本文采用Pspice对MOS管尺寸仿真调整，经过多次仿真与参数修改，不断的分析总结，最后得到可满足要求的一套电路参数，如表2.1。 表3.1 元件参数表 MOS管 宽长比 M1（NMOS） 2.512 M2（PMOS） 1201.0 M3（NMOS） 141.0 M4（NMOS） 1.03.0 下面就针对以上参数，对图2.3的电路进行直流分析、交流小信号分析。 一、直流分析 图2.4 前置放大器直流特性模拟结果 由图2.4所示，横坐标为对输入电流的扫描，纵坐标为输出电压。从图中可以看出在0~10uA范围内均是线性的，可见跨阻型前置放大器的线性还是比较好的。在I=0时，V=3.2V，满足指标要求。 二、交流小信号分析 图2.3的电路只需要把直流电流源I2换成交流电流源就可以进行交流小信号分析。 图2.5 前置放大器交流特性模拟结果 图2.5所示的是前置放大器交流特性模拟结果，由图中可知-3dB带宽为3.55MHz，满足指标要求。 第三章 限幅放大电路分析 3.1 主放大器概述 在光纤通信系统中，光信号在经过超长距离的光纤传输后，接收端只能接收到微弱的光信号。为了满足后续电路的需求，我们需要将接收端接收到的微弱的光信号转换为电信号，并放大该微弱的电信号，使其到达一个稳定的幅度，然后把该电信号用作时钟恢复和数据判决电路的输入信号，这是对光接收机前端放大电路的要求[10]。为了满足这个要求，光接收机的前端通常设置前置放大器单元和主放大器单元两个放大单元。 前置放大器在上一章节中我们已经讨论过了，这一章节我们主要讨论主放大器。主放大器的作用是将接收端接收到的微弱的光信号转换为电信号，并放大该微弱的电信号，使其到达一个稳定的幅度，然后把该电信号用作时钟恢复和数据判决电路的输入信号。主放大器除了高速度和高增益的要求之外，还有另一个重要的性能指标，就是在较大的输入动态范围内，使输出电平保持在恒定的幅度。 3.2 主放大器类型选择 在前文中我们知道了主放大器有两种实现方式：自动增益控制放大器和限幅放大器。下面我们对两种放大器进行比较来确定本论文选取哪种放大器来实现光接收机中的主放大器。 光接收机主放大器的两种实现方式各自有各自的特点。自动增益控制放大器在模拟信号接收系统这方面应用的比较广泛，它通过反馈环路来自动调节放大器的增益，从而能够稳定地输出信号。自动增益控制放大器稳定工作的时间比较长，并且它有很复杂的电路形式，所以它占用的芯片面积就比较大。 限幅放大器对输入数据的每个脉冲进行直接限幅，也就是说限幅放大器可以抑制数据信号幅度的变化，不管其数据信号是强还是弱，它都能很好地对其有一个抑制作用，自动增益控制放大器存在时间常数问题，而限幅放大器却不存在这个问题[11]。此外，限幅放大器还取消了增益控制环路，它的电路设计比较简单，芯片面积相对较小，并且它的外界元器件较少，所以芯片移植容易。限幅放大器还有其他的优点，这里就不全部介绍了。 由于以上优点，在本课题的设计中，我们采用了限幅放大器来实现光接收机的主放大器。 3.3 电路系统设计 3.3.1 电路总体框图设计 限幅放大器的总体结构框图如图3.1，该电路主要包括偏置电路、使能控制电路、宽带放大电路、输出缓冲电路、直流失调补偿电路和阈值可编程的丢失信号检测电路等[9]。限幅放大器的总体结构框图如图3.1所示。 图3.1 限幅放大电路的总体结构框图 偏置电路主要的任务分为两部分：一是产生电路所需求的不受温度影响的参考电压；二是为限幅放大器的其他模块提供所需的电流源。使能控制电路主要控制输出缓冲电路。宽带放大电路主要任务一是对输入的小信号进行放大，二是为限幅放大器提供与传输数率相适应的带宽。输出缓冲电路的主要目的一是为限幅放大器提供合适的输出阻抗以实现输出匹配，二是产生稳定的信号输出。直流失调补偿电路为限幅放大器抑制由于工艺等因素产生的失配引起电路信号的失真。丢失信号检测电路主要是检测输入信号的幅度值是否有效，如果认为输入信号无效，则开启使能控制电路，抑制限幅放大器真实数据的输出，并发出告警信号。 3.3.2 电路性能指标要求 在光接收机中为了满足对信号的放大作用，在光检测器之后设置了前置放大器和主放大器两个放大单元。一般情况下，为了使噪声降低到最小，人们将前置放大器的带宽设置成大约是数据速率的70%。这样，在实际的应用中，为了满足带宽的要求，将设计的限幅放大器的带宽设置为至少数据数率一样。对于本课题，为了使限幅放大器能够满足155Mbps传输数率，它的带宽至少要与传输速率一致；为了能够给后续数据处理电路提供所需要的输入电平，该限幅放大器的增益至少要达到43dB；另外由于光接收机前端电路的输出信号在一定的范围内变化，要求限幅放大器能够有足够宽的输入动态范围。在设计的调研过程中，为了使课题研究项目更加的贴近实际，符合市场需求，参考了许多相关产品或课题的性能指标要求，来设计工作于155Mbps速率标准下的限幅放大器。下面是本课题所研究的155Mbps光接收机限幅放大器的性能指标： （1）基于CHARTERED 0.35μm CMOS工艺设计 （2）端口描述差分输入，差分输出 （3）电源电压3.3V5V （4）电流≤30mA （5）小信号带宽≥155MHz （6）中频增益约为50dB （7）输入电压范围18mVpp~1800mVpp （8）差分输出电压摆幅800mVpp~1200mVpp （9）差分输出波形上升或下降时间≤1000ps （10）输入丢失信号检测范围5mVpp~50mVpp 3.4 单元电路设计与仿真 3.4.1 偏置电路 偏置电路在限幅放大器电路中的主要任务一是为电路产生一个具有低温漂系数的基准电压；二是为限幅放大器电路中的其他模块提供相应的电流源。本课题中用到的基准电压生成电路如图3.2。 图3.2 基准电压生成电路 根据需要，我们设定MOS管参数如表3.1。 表3.1 基准电压生成电路MOS管参数 MOS管 宽长比 M1（PMOS） 3.3319.99 M2（PMOS） 3.3319.99 M3（PMOS） 3.3319.99 图3.3 参考电压随温度变化曲线 图3.3为参考电压对温度变化抑制的特性曲线。当电源电压为1.8V，温度从10℃变化到130℃时，参考电压变化了0.15V，未能满足芯片性能要求。 3.4.2 使能控制电路 使能控制电路的任务主要是产生一个控制信号，该信号控制输出缓冲电路能否正常工作。根据芯片性能的需求，要求真正对输出缓冲电路起控制作用的信号具有一定的滞回电压，以抑制“毛刺”(glitch)。本论文采用施密特触发器来实现，它的结构如图3.3所示 图3.3 使能控制电路 如图3.3所示，根据其原理我们可知，管子M1和M2宽长比相同，M4和M5宽长比相同，调节管子M5和M6的宽长比可以调整正翻转电压V+的大小，调节管子M1和M3的宽长比可以调整负翻转电压V-的大小。根据芯片性能需要，本论文中预设电源电压为3.3V时，正翻转电压V+最小值为2V，负翻转电压V-最大值为1V；电源电压为5V时，正翻转电压V+最小值为2.8V，负翻转电压V-最大值为1.4V。 图3.3所示电路的MOS管参数如表3.2。 表3.2 使能控制电路MOS管参数 MOS管 宽长比 M1（PMOS） 20.6 M2（PMOS） 20.6 M3（PMOS） 120.6 M4（NMOS） 0.80.6 M5（NMOS） 0.80.6 M6（NMOS） 1.20.6 图3.4 电源电压为3.3V时使能控制电路的仿真波形 图3.4为电源电压为3.3V时使能控制电路输出信号对使能信号的直流扫描特性曲线。当使能信号增加到2.15V时，输出信号由高电平转低电平；当使能信号减小到0.85V时，输出信号由低电平转为高电平。从此图中得到的数据与上文中预设的值相近，所以电源电压为3.3V时使能控制电路基本满足芯片性能要求。 图3.5 电源电压为5V时使能控制电路的仿真波形 图3-5为电源电压为5V时使能控制电路输出信号对使能信号的直流扫描特性曲线。当使能信号增加到3.15V时，输出信号由高电平转低电平；当其减小到1.25V时，输出信号由低电平转为高电平。从此图中得到的数据与上文中预设的值相近，所以电源电压为5V时使能控制电路满足芯片性能要求。 第四章 总 结 光纤通信由于其容量大、频带宽、损耗低和抗辐射等优点，目前在通信系统中占有主导地位。而光接收机是光纤通信中非常重要的一个模块，所以光接收机性能的好坏将会直接影响到光纤通信系统性能的好坏。前置放大器和限幅放大器是组成光接收机的两个关键模块，所以设计一个性能优异的前置放大器和限幅放大器是很有意义的。 本文简要的介绍了前置放大器和主放大器的类型和实现方式。在第二章中，我们对前置放大器的三种类型进行了简要的介绍，然后着重介绍了跨阻型前置放大器，并对跨阻型前置放大器进行了设计与仿真。第三章简要介绍了主放大器的两种类型，然后将限幅放大器拆分成单元电路进行介绍，然后对部分单元电路进行了设计与仿真。 从前面的研究我们可以得出，光接收机的性能会越来越优异，它必然会被更广泛地应用于光纤通信系统中。 参考文献 [1] 刘增基，周洋溢，胡辽林等.光纤通信[M].第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2008. [2] 魏建兴.光接收机前端电路的设计[D].西安：电子科技大学，2006. [3] 刘欢艳.超高速光接收机前端放大电路的设计[D].南京：东南大学，2003. [4] 张颖.2.5Gbs CMOS光接收机前端放大电路的设计[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011. [5] B.Razavi. Design of Integrated Circuits For Optical Communications[M]，McGraw-Hill Inc, International Edition，2003. [6] 金杰.018um+CMOS+10GBS光接收机前端放大电路设计[D].南京：东南大学，2004. [7] 阚家溪.APD雪崩光电检测器在模拟光接收机中的应用[J]，电子技术，1983,04:30. [8] 柯熙政，陈锦妮，吕王栋.无线光外差检测系统研究与仿真[J]，激光杂志，2012,33(01)：47. [9] 王晓霞.CMOS高速光接收机前置放大器设计[D].南京：东南大学，2011. [10] E. Sackinger. Broadband Circuits for Optical Fiber Communications[M]. Hoboken, NJ: Wiley, 2005:45-66 [11] S. M. Park and C. Toumazou. Gigahertz Low Noise CMOS Transimpedance Amplifier[J]. IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 1997:209-212 [12] 钟阳.CMOS155Mbps光接收机中限幅放大器的设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011. [13] 秦斐燕.用于光互连的高速光接收机前端放大电路设计[D].成都：西南交通大学，2008. [14] 周滔.0.13umCMOS20Gbs限幅放大器设计[D]。南京：东南大学，2009. [15] Jungwon, Han, Mikyung. A 20-Gbs Transformer-Based Current-Mode Optical Receiver in 0.13-μm CMOS[J]. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2010:348-352 [16] Samira. Bashiri, Calvin. Plett. A 40 Gbs Transimpedance Amplifier in 65 nm CMOS[J]. Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 2010:757-760 致 谢 本文是在导师黄静老师的指导下，对光接收机的结构作了基本的了解，并对光接收机中两个主要模块进行了简单的设计与仿真，，基本达到了预先设定的目标。 论文的工作，从开始选题到完成，始终得到了到时黄静老师的鼓励与支持。在此，我衷心的感谢黄静老师一直以来对我们的帮助，相信没有您的帮助，我们的论文不会达到这样的水平。 同时感谢一直以来支持我的父母和朋友们，谢谢你们一直以来对我的照顾。 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 指导教师签名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 ​​​​​​​​​​​​ 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　 　 　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；#设计#的合理性 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 指导教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建议成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 评阅教师： （签名） 单位： （盖章） 年 月 日 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 □ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 评定成绩：□ 优 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所选等级前的□内画“√”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者（本人签名）： 年 月 日 学位论文出版授权书 本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。 论文密级： □公开 □保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 作者签名：_______ 导师签名：_______ _______年_____月_____日 _______年_____月_____日 独 创 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。   作者签名: 二〇一〇年九月二十日   毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定）   作者签名: 二〇一〇年九月二十日 致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。 首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。 首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。 其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。 另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。 最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。 四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。 回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。 学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。 在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。 最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。 1 2 2 _1430813899.unknown _1430813908.unknown _1430813916.unknown _1430827211.unknown _1431879215.unknown _1431879228.unknown _1432062664.vsd � � � _1430827547.unknown _1430827575.unknown _1431464436.vsd � � Din _Din Ro Ro 50Ω 50Ω 偏置电路 + SD Dout _Dout 直流失调 补偿电路 丢失信号 检测电路 SDLVL 使能控 制电路 - + + + + - - - - A1 A2 A3 A4 宽带放大电路 输出缓冲 EN AZ2 AZ1 Vref _1430827565.unknown _1430827221.unknown _1430827023.unknown _1430827146.unknown _1430827158.unknown _1430827035.unknown _1430826963.unknown _1430826977.unknown _1430826950.unknown _1430824480.unknown _1430813912.unknown _1430813914.unknown _1430813915.unknown _1430813913.unknown _1430813910.unknown _1430813911.unknown _1430813909.unknown _1430813903.unknown _1430813906.unknown _1430813907.unknown _1430813905.unknown _1430813901.unknown _1430813902.unknown _1430813900.unknown _1430813894.unknown _1430813896.unknown _1430813897.unknown _1430813898.unknown _1430813895.unknown _1430813892.unknown _1430813893.unknown _1430813891.unknown