光網(wǎng)絡(luò)的智能化是光纖通信領(lǐng)域新的發(fā)展潮流和趨勢，智能光模塊是其標(biāo)志性產(chǎn)品[1-2]。作為智能光模塊的重要組成部分，光接收機(jī)前端電路智能跨阻放大器TIA（TransImpedance Amplifier）的需求越來越大。

    光接收機(jī)的靈敏度主要由前置跨阻放大器的噪聲性能所決定。當(dāng)輸入光電流信號低于靈敏度時(shí)，光接收機(jī)前端的噪聲將在跨阻放大器的輸出端產(chǎn)生大量無效的隨機(jī)信號。該隨機(jī)信號很可能導(dǎo)致判決電路做出錯誤的判決，即誤碼；同時(shí)判決電路將占用大量的處理時(shí)間和緩存資源來分辨是否存在有效信號，而這些時(shí)間和資源完全可以用來處理其他功能以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的時(shí)間性能和資源配置[3-4]。
    為了解決上述問題，同時(shí)順應(yīng)智能光網(wǎng)絡(luò)的潮流，本文為跨阻放大器引入自動靜噪模塊[5-6]，實(shí)現(xiàn)靜噪告警和自動靜噪功能。當(dāng)輸入信號低于靈敏度時(shí)，靜噪模塊將產(chǎn)生靜噪使能（告警）信號，關(guān)閉信號通路，避免對噪聲產(chǎn)生響應(yīng)；而當(dāng)輸入信號高于靈敏度時(shí)，信號通路保持導(dǎo)通，跨阻放大器正常輸出。此外，輸入信號由于受到外界干擾可能出現(xiàn)一些隨機(jī)波動而導(dǎo)致靜噪模塊的誤告警，因此在自動靜噪模塊中引入回滯機(jī)制，可有效地提高抗干擾能力[7]。
1 結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)
    本文提出的靜噪模塊及其在跨阻放大器中的位置如圖1所示。靜噪功能模塊包括信號強(qiáng)度檢測模塊、基準(zhǔn)產(chǎn)生電路、遲滯比較器和靜噪控制單元。

    信號強(qiáng)度檢測模塊檢測輸入光電流信號強(qiáng)度，再將它與基準(zhǔn)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的電流和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后采用遲滯比較器消除當(dāng)輸入信號接近設(shè)定門限時(shí)由于隨機(jī)擾動而造成的靜噪誤判，比較結(jié)果將作為靜噪控制單元的控制信號來確定是否關(guān)斷信號通路。
1.1 信號強(qiáng)度檢測模塊
    跨阻放大器的輸入光電流信號通常是隨機(jī)二進(jìn)制序列RBS（Random Binary Sequence）的形式[8]，其非零平均值與信號幅度成嚴(yán)格的線性正比關(guān)系。因此，可以用輸入平均電流來精確地表示輸入信號強(qiáng)度。
    MOS管輸入的跨阻放大器可以采用圖2所示的直流恢復(fù)(DC-Restore)電路檢測輸入平均電流。其中，TIA_IN和TIA_OUT分別是跨阻放大器的輸入和輸出。電阻R0、電容C0和運(yùn)放A1組成積分器，對VOUT和VIN的差值進(jìn)行積分放大；MOS管M1、M2和電阻R1組成反饋網(wǎng)絡(luò)，M2接在跨阻放大器的輸入端，為直流恢復(fù)提供直流通道。初始時(shí)，平均電流流過跨阻，VOUT<VIN；當(dāng)積分器穩(wěn)定后，VOUT=VIN，流過跨阻的直流電流為零，輸入信號的平均電流全部流過M2，最終精確地完成了直流恢復(fù)。

    通過MOS管M3與M2匹配可以精確地復(fù)制流過M2的平均電流，得到圖中所示的IRSSI，作為信號強(qiáng)度指示器RSSI(Received Signal Strength Indicator)。M3、M4組成共源共柵結(jié)構(gòu)，提高了電流源輸出電阻。

     遲滯寬度完全由m1與m2的比值決定，因此可以很準(zhǔn)確地控制遲滯寬度。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)m1和m2的值可以調(diào)整遲滯閾值的大小。
1.4 靜噪控制單元
    靜噪控制單元利用比較器產(chǎn)生的靜噪控制信號對信號通路進(jìn)行控制。當(dāng)靜噪使能時(shí)，關(guān)閉信號通路，輸出固定值；靜噪解除時(shí)，打開信號通路，輸出信號。
    采用如圖6所示的傳輸門對即可完成自動靜噪。當(dāng)DIS=1時(shí)，傳輸門TG1關(guān)閉，TG2導(dǎo)通，關(guān)閉了信號通路，單轉(zhuǎn)差分的參考電平VS2D_REF作為單轉(zhuǎn)差分的輸入，沒有有效信號，即實(shí)現(xiàn)靜噪；而當(dāng)DIS=0時(shí)，傳輸門TG1導(dǎo)通，TG2關(guān)閉，打開信號通路，經(jīng)過單轉(zhuǎn)差分等后續(xù)電路輸出有效信號。

2 仿真結(jié)果
      本設(shè)計(jì)基于0.35 &mu;m CMOS工藝，采用Cadence Spectre軟件進(jìn)行仿真。自動靜噪功能的仿真波形如圖7、圖8所示。

    圖7是靜噪解除功能的仿真波形。當(dāng)輸入信號小于IDe-Assert時(shí)，DIS為1，跨阻放大器輸出直流，處于靜噪使能狀態(tài)；而當(dāng)輸入信號增大到大于IDe-Assert時(shí)，DIS由1變?yōu)?，完成靜噪解除，正常輸出信號。
    圖8是靜噪使能功能的仿真波形。當(dāng)輸入信號大于IAssert時(shí)，DIS為0，跨阻放大器正常輸出信號，處于靜噪解除狀態(tài)；而當(dāng)輸入信號減小到小于IAssert時(shí)，DIS由0變?yōu)?，完成靜噪使能，輸出直流。
    通過仿真得到IAssert和IDe-Assert分別為47 nA和85 nA，計(jì)算可得遲滯寬度為2.57 dB。在仿真過程中人為加入失調(diào)，雖然IAssert和IDe-Assert的絕對值會變化，但遲滯寬度保持不變，這是因?yàn)檫t滯寬度與工藝參數(shù)無關(guān)，僅與兩個常量的比值有關(guān)，如式(7)所示。
    本文采用0.35 &mu;m CMOS工藝設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用于光纖通信跨阻放大器的自動靜噪電路。該電路已成功應(yīng)用于光纖通信跨阻放大器中，對于誤碼率為10-10、靈敏度為-40 dBm(100 nA)的155 Mb/s跨阻放大器，靜噪使能和靜噪解除兩個閾值分別為47 nA和85 nA，靜噪遲滯寬度為2.57 dB，完成了光接收機(jī)智能跨阻放大器對自動靜噪功能的需求，具有信號檢測準(zhǔn)確、遲滯寬度穩(wěn)定、便于閾值調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。
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