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基于分集接收技术的可见光接收机前端电路

谢生，王续霏，毛旭瑞，周高磊，闫冬

分集接收的实现

实现EGC 技术的电路结构如图1 所示，在输入端对PD 的输出信号直接相连，得到合并后的信号．

光接收机电路设计

分集接收光接收机结构如图2 所示，包含跨阻放大器(trans-impedance amplifier，TIA)、限幅放大器(limiting amplifier，LA)、直流偏移消除电路(DC offset cancellation，DCOC)和输出缓冲级(Buffer)．

为了增强接收到的可见光信号，探测器面积通常较大，故结电容较大，影响电路带宽．所以在本文中选择调节型共源共栅型(regulated cascode，RGC)跨阻放大器，RGC 结构具有较小的输入阻抗，减弱了输入电容对接收机带宽的衰减．其结构如图3所示．

图4 为RGC 结构的小信号等效电路。

传统的CherryHooper 型限幅放大器利用反馈电阻降低这种衰减，因此广泛应用于宽带接收系统中，其结构如图5 所示。

改进Cherry Hooper 型限幅放大器，其结构如图6 所示。

本文中采用两级级联的限幅放大器结构，经过多级放大，电路的直流工作点发生漂移，所以本文中在整体限幅放大器的输入输出端级联了直流偏移消除网络，其结构由RC 低通滤波器和差分放大器组成，如图7 所示．

测试结果

光接收机前端电路采用TSMC 180 nm CMOS 工艺制造，芯片显微照片如图8 所示，整体面积为624 μm×823 μm．图9为测试PCB 图．

图10 为芯片的电学测试系统，利用网络分析仪(Agilent N5230C)对芯片的幅频特性进行测试。

测试输入功率为－35 dBm，图11 给出了幅频特性曲线，由图可知，在芯片的工作带宽内(300～700MHz)，接收电路的跨阻增益大约为88 dBΩ，-3 dB 带宽为510 MHz．

图12 为芯片的光路测试系统，发射端采用本实验室设计的驱动电路调节光源带宽，有利于高速光信号的传输．

通过遮盖图2 中的PD2 可以使芯片工作在单路输入的条件下，光学实验分别测试了芯片在单路输入和分集接收条件下的眼图及误码率(bit error rate，BER)．示波器显示了不同速率的眼图，如图13 所示．

为对比两种接收机的误码率特性，利用Matlab软件对示波器显示的接收端输出信号进行分析，计算出不同速率下的信号误码率，图14 给出了两种接收机的误码率曲线.

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