本發明屬于集成電路下跨阻放大器中的帶寬延展技術領域，涉及一種用于減小光電二極管自身寄生電容的電路結構。

背景技術：

在光纖通信集成電路的接收端，需要將光信號通過光電二極管(pd)轉換為電流信號，再通過跨阻放大器(tia)將電流信號轉換為電壓信號。pin二極管作為光電二極管(pd)的一種類型，自身將產生一個范圍是100～500ff的寄生電容cpd，該寄生電容的大小不僅會限制pin二極管的開關速度，更重要的是將影響跨阻放大器(tia)的-3db帶寬。

圖1給出了常見的光電二極管d0與跨阻放大器a的連接方式。圖1中，跨阻放大器a采用-a理想電壓放大器實現。

跨阻放大器的-3db帶寬f-3db為：

式中：a為跨阻放大器的放大倍數，rf為跨阻放大器輸入輸出端的跨阻，cpd為光電二極管d0的寄生電容cpd的電容量；

實際情況中，pin二極管的寄生電容cpd的電容量通常會很大，進而使跨阻放大器的帶寬變得很小，很難使帶寬的設計滿足要求。

技術實現要素：

本發明目的是為了解決常見的光電二極管與跨阻放大器連接方式中光電二極管的寄生電容cpd影響跨阻放大器-3db帶寬的問題，提供了一種減小光電二極管寄生電容電路。

本發明所述減小光電二極管寄生電容電路，包括誤差放大器a0、nmos晶體管mn1、nmos晶體管mn2、nmos晶體管mn3、nmos晶體管mn4、電阻r0、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電容c1、電容c2和電容c3；

nmos晶體管mn1的柵極同時連接電阻r0的一端和電阻r1的一端；

nmos晶體管mn2的柵極、漏極同時連接nmos晶體管mn1的源極、電阻r2的一端和電容c3的一端；

nmos晶體管mn2的源極連接nmos晶體管mn3的漏極；

nmos晶體管mn3的柵極同時連接電容c2的一端、電阻r2的另一端和電阻r3的一端；

nmos晶體管mn3的源極同時連接nmos晶體管mn4的漏極、電容c1的一端和電容c3的另一端；

nmos晶體管mn4的柵極連接誤差放大器a0的輸出端；

nmos晶體管mn4的源極同時連接誤差放大器a0的反向輸入端和電阻r4的一端；

誤差放大器a0的正向輸入端連接基準電壓vref；

電容c1的另一端連接光電二極管d0的pink端；

電容c2的另一端連接光電二極管d0的pina端；

電阻r1的另一端、電阻r3的另一端和電阻r4的另一端同時連接gnd；

nmos晶體管mn1的漏極和電阻r0的另一端同時連接電源vdd。

優選地，電容c1與電容c2為交流耦合電容。

本發明的有益效果是：提出一種減小光電二極管寄生電容電路,能夠產生負電容與光電二極管寄生電容cpd部分抵消，減小跨阻放大器的輸入電容，達到延展帶寬減小設計難度的效果，并已經通過了仿真結果驗證。

附圖說明

圖1是常見的光電二極管與跨阻放大器的連接方式；

圖2是本發明所述減小光電二極管寄生電容電路的電路原理圖；

圖3是本發明的簡化結構電路原理圖。

圖4是常見光電二極管與跨阻放大器連接方案中tia的-3db帶寬和使用本發明電路時tia的-3db帶寬仿真對比圖。

具體實施方式

以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。本發明電路能夠產生負電容與光電二極管寄生電容cpd部分抵消，減小跨阻放大器的輸入電容，達到延展帶寬減小設計難度的效果。

在闡述常見的光電二極管與跨阻放大器的連接方式電路中，由于光電二極管的pina端直接接在跨阻放大器的輸入端，即光電二極管寄生電容cpd作為跨阻放大器的輸入電容將會減小電路帶寬。圖2提出的一種減小光電二極管寄生電容電路，解決了光電二極管pina端直接連接tia輸入端影響整體電路帶寬的情況。

實施例：本發明減小光電二極管寄生電容電路包括誤差放大器a0、nmos晶體管mn1、nmos晶體管mn2、nmos晶體管mn3、nmos晶體管mn4、電阻r0、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電阻r4、電容c1、電容c2和電容c3；

nmos晶體管mn1的柵極同時連接電阻r0的一端和電阻r1的一端；

nmos晶體管mn2的柵極、漏極同時連接nmos晶體管mn1的源極、電阻r2的一端和電容c3的一端；

nmos晶體管mn2的源極連接nmos晶體管mn3的漏極；

nmos晶體管mn3的柵極同時連接電容c2的一端、電阻r2的另一端和電阻r3的一端；

nmos晶體管mn3的源極同時連接nmos晶體管mn4的漏極、電容c1的一端和電容c3的另一端；

nmos晶體管mn4的柵極連接誤差放大器a0的輸出端；

nmos晶體管mn4的源極同時連接誤差放大器a0的反向輸入端和電阻r4的一端；

誤差放大器a0的正向輸入端連接基準電壓vref；

電容c1的另一端連接光電二極管d0的pink端；

電容c2的另一端連接光電二極管d0的pina端；

電阻r1的另一端、電阻r3的另一端和電阻r4的另一端同時連接gnd；

nmos晶體管mn1的漏極和電阻r0的另一端同時連接電源vdd。

電容c1與電容c2為交流耦合電容。

為了更好地闡明本發明電路原理，將圖2電路結構簡化成圖3電路結構(元器件命名一一對應)。

在光電二極管pink與pina兩端模擬的串入小信號源vt，且電壓值大小為vt，流過電流值大小為it。電容c1與電容c2為交流耦合電容，相當于交流導線。流過光電二極管寄生電容cpd的電流i3可以表示為：

流過nmos晶體管mn3的電流i2可以表示為：

i2＝-vt·gm3(4)

其中gm3為nmos晶體管mn3的跨導；

節點電壓v2可以表示為：

其中gm2為nmos晶體管mn2的跨導；

流過電容c3的電流i1可以表示為：

其中v2為nmos晶體管mn2漏極、柵極公共節點處電壓；

在x節點處列出基爾霍夫電流定律(kcl)方程：

i1+i2+it-i3＝0(7)

在式子(8)中且-gm3vt<<1可以從式子中忽略掉。

由式子(10)可知，在常見的光電二極管與tia的連接方式的電路中加入減小光電二極管寄生電容電路，tia的輸入電容由原來的cpd減小為而其中的稱之為負電容。

基于上述分析，可見本實施例所述減小光電二極管寄生電容電路可帶來如下有益效果：跨阻放大器tia的輸入電容減小，延展了電路帶寬，降低了電路的設計難度。

本發明通過了仿真驗證如圖4所示，曲線2為常見的光電二極管與跨阻放大器的連接方案所得tia的-3db帶寬，帶寬為950mhz。曲線1為采用本發明所述減小光電二極管寄生電容電路所得tia的-3db帶寬，帶寬為1.57ghz。從仿真結果可以看出，本發明電路能夠提高tia的-3db帶寬，并且提高了1.65倍。

雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所附的權利要求書所界定的范圍為準。