一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路的制作方法

本发明涉及集成电路，具体涉及一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路。

背景技术：

1、在高速光通信系统中，自动增益控制电路用于扩大输入光功率的动态范围，使得接收机在大输入光功率以及小输入光功率下均能正常工作。光接收机的第一级跨阻放大器的跨阻值需要随着光功率的变化而变化。传统采用峰值检测技术检测跨阻放大器得输出幅度，通过闭环产生一个控制电压，控制跨阻管得过驱动电压，从而调节跨阻值改变跨阻增益。然而该法中峰值检测的精度一般较差，闭环的滤波电容较大，且容易带来环路稳定性等问题。此外，跨阻电阻的改变一般通过mos管实现，mos管的等效电阻随着栅源电压的变化不线性，这就导致跨阻增益随着输入光电流的增大不是线性降低。为了解决上述问题，设计一款随着输入光电流变化的分段线性电压产生电路对光纤通信系统而言具有重大意义。

技术实现思路

1、技术目的：针对上述现有技术的不足，本发明公开了一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，能够使得输出电压随着输入变化电流的增大线性变化。

2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，包括电流运算比较模块和电压产生模块，所述电流运算比较模块用于控制电压产生模块产生分段线性电压，所述电压产生模块包含若干个相串联的电阻，所述电流运算比较模块包含若干个与电压产生模块中串联的电阻一一对应的电流比较器，且若干个电流比较器依次级联，位于首端的电流比较器对输入变化电流和参考电流进行比较运算，产生的运算结果分别输出至下一个电流比较器和电压产生模块中对应的电阻中，位于中间的电流比较器对来自上一个电流比较器的运算结果以及参考电压进行比较运算，产生的运算结果分别输出至下一个电流比较器和电压产生模块中对应的电阻中，位于末端的电流比较器对来自上一个电流比较器的运算结果以及参考电压进行比较运算，产生的运算结果输出至电压产生模块中对应的电阻中。

4、优选地，所述电流运算比较模块包括电流比较器0、电流比较器1、电流比较器2和电流比较器3，四个电压比较器依次级联，所述电流比较器0包括pmos管mp0-mp6以及nmos管mn0-mn5，pmos管mp0-mp1、mp2-mp4、mp5-mp6组成电流镜，nmos管mn0-mn2、mn3-mn5组成电流镜，所述mp0的漏极与参考电流iref和mp1的栅极连接，所述mp1的漏极与mp2的栅极和漏极以及mn1的漏极连接，所述mp3的漏极与mn3的漏极和栅极连接，所述mp4的漏极与输出ibd0连接，所述mp5的栅极和漏极与mn2的漏极连接，mp6的漏极与mn4的漏极和输出ib0连接，所述mn0的栅极和漏极与输入变化电流iin连接，所述mn5的漏极与输出ibs0连接，所述pmos管mp0-mp6以及nmos管mn0-mn5的源极均接地。

5、优选地，所述电流比较器1包括pmos管mp7-mp11以及nmos管mn6-mn8，pmos管mp7-mp8组成电流镜，mp9-mp11组成电流镜，nmos管mn6-mn8组成电流镜，所述mp7的漏极和栅极与参考电压iref和mp8的栅极连接，所述mp8的漏极与mp9的漏极和栅极以及输出ibs0连接，所述mp10的漏极与mn6的栅极和漏极连接，所述mp11的漏极与输出ibd1相连接，所述mn7的漏极与输出ibd0以及输出ib1连接，所述mn8的漏极与ibs1连接。

6、优选地，所述电流比较器2包括pmos管mp12-mp116以及nmos管mn9-mn11，pmos管mp12-mp13组成电流镜，mp14-mp16组成电流镜，nmos管mn9-mn11组成电流镜，所述mp12的漏极和栅极与参考电流2*iref和mp13的栅极相连接，所述mp13漏极与mp14漏极和栅极以及输出ibs1连接，所述mp15的漏极与mn9的栅极和漏极连接，所述mp16的漏极与输出ibd2相连接，所述mn10的漏极与输出ibd1和输出ib2连接，所述mn11的漏极与输出ibs2连接。

7、优选地，所述电流比较器3包含pmos管mp17-mp20以及nmos管mn12-mn13，pmos管mp17-mp18组成电流镜，mp19-mp20组成电流镜，nmos管mn12-mn13组成电流镜，所述mp17的漏极和栅极与参考电流4*iref和mp18的栅极连接，所述mp18的漏极与mp19漏极和栅极以及输出ibs2连接，所述mp20的漏极与mn12的栅极和漏极连接，所述mn13的漏极与输出ibd2和输出ib3连接。

8、优选地，所述电压产生模块包括电阻rc、r0、r1、r2、r3和电容cc，电阻r0、r1、r2、r3串联后与电阻rc并联，然后再与电压vout相连接，电容cc的一端与电阻rc相连接，另一端接地，所述电阻r0、r1、r2、r3的一端分别与电流比较器0的输出ib0、电流比较器1的输出ib1、电流比较器2的输出ib2、电流比较器3的输出ib3对应连接。

9、有益效果：本发明的所提供的一种具有如下有益效果：

10、本发明通过设置依次级联的电流比较器和相串联的电阻，电流比较器对输入变化电流和参考电压或上一个电流比较器的运算结果和参考电压进行比较运算，输出一个运算结果送至对应的电阻中，能够输出随着输入变化电流变化而线性变化的分段电压，并且通过改变串联电阻的阻值改变分段线性电压的斜率，本发明可用于改变光接收机第一级跨阻放大器跨阻值，使得跨阻放大器获得较大的动态范围。

11、本发明通过产生分段线性电压能够有效匹配跨阻管的阻值随电压变化特性，使得跨阻放大器在随着输入光电流的增大而线性降低，同时本发明的电压产生电路无需较大的片内电容滤波，极大减小了芯片的面积，本发明的电路已经过cmos 65nm工艺验证，可有效增大光接收跨阻放大器的输入电流动态范围。

技术特征：

1.一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，其特征在于，包括电流运算比较模块和电压产生模块；所述电流运算比较模块用于控制电压产生模块产生分段线性电压；所述电流运算比较模块包含若干个与电压产生模块中串联的电阻一一对应的电流比较器，且若干个电流比较器依次级联；位于首端的电流比较器对输入变化电流和参考电流进行比较运算，产生的运算结果分别输出至下一个电流比较器和电压产生模块中对应的电阻中；位于中间的电流比较器对来自上一个电流比较器的运算结果以及参考电压进行比较运算，产生的运算结果分别输出至下一个电流比较器和电压产生模块中对应的电阻中；位于末端的电流比较器对来自上一个电流比较器的运算结果以及参考电压进行比较运算，产生的运算结果输出至电压产生模块中对应的电阻中；所述电压产生模块包含若干个相串联的电阻。

2.根据权利要求1所述的一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，其特征在于，所述电流运算比较模块包括电流比较器0、电流比较器1、电流比较器2和电流比较器3，四个电流比较器依次级联，所述电流比较器0包括pmos管mp0-mp6以及nmos管mn0-mn5，pmos管mp0-mp1、mp2-mp4、mp5-mp6组成电流镜，nmos管mn0-mn2、mn3-mn5组成电流镜，所述mp0的漏极与参考电流iref和mp1的栅极连接，所述mp1的漏极与mp2的栅极和漏极以及mn1的漏极连接，所述mp3的漏极与mn3的漏极和栅极连接，所述mp4的漏极与输出ibd0连接，所述mp5的栅极和漏极与mn2的漏极连接，mp6的漏极与mn4的漏极和输出ib0连接，所述mn0的栅极和漏极与输入变化电流iin连接，所述mn5的漏极与输出ibs0连接，所述pmos管mp0-mp6以及nmos管mn0-mn5的源极均接地。

3.根据权利要求2所述的一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，其特征在于，所述电流比较器1包括pmos管mp7-mp11以及nmos管mn6-mn8，pmos管mp7-mp8组成电流镜，mp9-mp11组成电流镜，nmos管mn6-mn8组成电流镜，所述mp7的漏极和栅极与参考电压iref和mp8的栅极连接，所述mp8的漏极与mp9的漏极和栅极以及输出ibs0连接，所述mp10的漏极与mn6的栅极和漏极连接，所述mp11的漏极与输出ibd1相连接，所述mn7的漏极与输出ibd0以及输出ib1连接，所述mn8的漏极与ibs1连接。

4.根据权利要求3所述的一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，其特征在于，所述电流比较器2包括pmos管mp12-mp116以及nmos管mn9-mn11，pmos管mp12-mp13组成电流镜，mp14-mp16组成电流镜，nmos管mn9-mn11组成电流镜，所述mp12的漏极和栅极与参考电流2*iref和mp13的栅极相连接，所述mp13漏极与mp14漏极和栅极以及输出ibs1连接，所述mp15的漏极与mn9的栅极和漏极连接，所述mp16的漏极与输出ibd2相连接，所述mn10的漏极与输出ibd1和输出ib2连接，所述mn11的漏极与输出ibs2连接。

5.根据权利要求4所述的一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，其特征在于，所述电流比较器3包含pmos管mp17-mp20以及nmos管mn12-mn13，pmos管mp17-mp18组成电流镜，mp19-mp20组成电流镜，nmos管mn12-mn13组成电流镜，所述mp17的漏极和栅极与参考电流4*iref和mp18的栅极连接，所述mp18的漏极与mp19漏极和栅极以及输出ibs2连接，所述mp20的漏极与mn12的栅极和漏极连接，所述mn13的漏极与输出ibd2和输出ib3连接。

6.根据权利要求5所述的一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，其特征在于，所述电压产生模块包括电阻rc、r0、r1、r2、r3和电容cc，电阻r0、r1、r2、r3串联后与电阻rc并联，然后再与电压vout相连接，电容cc的一端与电阻rc相连接，另一端接地，所述电阻r0、r1、r2、r3的一端分别与电流比较器0的输出ib0、电流比较器1的输出ib1、电流比较器2的输出ib2、电流比较器3的输出ib3对应连接。

技术总结本发明公开了一种随着输入电流变化的分段线性电压产生电路，本发明由四个电流比较器以及电阻电容等无源器件组成，电流比较器0对输入变化电流与参考电流进行比较运算，电流比较器1对参考电流以及电流比较器0运算结果电流进行比较运算，电流比较器2对参考电流以及电流比较器1运算结果电流进行比较运算，电流比较器3对参考电流以及电流比较器2运算结果电流进行比较运算，将四个电流比较器的运算结果分别送至四个电阻中产生分段线性电压，分段线性电压的斜率由四个分压电阻决定。本发明有效得到一个随输入电流变化的分段线性电压，可作为光纤通信接收机跨阻放大器的增益控制电压，提高跨阻放大器的动态范围。技术研发人员：黄颋受保护的技术使用者：南京牛芯微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13