论文总字数：24225字

摘 要

近几年，通讯技术飞速发展，人类对于信息量的需求不断增加，因此建立大容量、高速度的信息传输系统尤为关键，因此光纤通讯得到了飞速的发展。而要实现光传输的稳定性，光接收机的性能直接影响了整个通信系统的好坏，因此掌握核心光接收机的技术对于开展信息互联时代有着举足轻重的作用。

光接收机的主要作用是将从光纤中得到的光信号转换成为电信号，再经过放大等处理还原成为原始信号供负载电路使用。而前置放大器作为光接收机的组成部分，它的主要作用就是将光探测器得到的微弱电流放大转换成为电压信号，然后传输给下级电路。小信号的放大对于电路灵敏度的要求极高，所以前置放大器的好坏对接收机整体的性能有着至关重要的影响。

本论文的主要工作是设计高性能光接收机的前置放大器。论文首先简单介绍了光纤通信的背景及意义，然后对比分析了低阻、高阻与跨阻三类不同前置放大器的结构与性能，由于跨阻放大器的大带宽与高动态范围，选取作为前置放大器电路设计的基本结构。同时选用了输入阻抗低的FCG结构作为跨阻放大器的输入端，本论文的设计电路在FCG结构的基础上添加负反馈结构从而进一步提升电路性能，并采用零极点对消技术对电路带宽进一步拓展，得到一种改进的前置放大器结构。在本论文中使用0.18μmCMOS工艺进行设计，仿真结果表明，在1.4V电源电压的低功耗状态下，所使用的跨阻放大器增益为48.16dB，带宽达到9.124GHz，在满足高速光接收机正常工作的情况下降低了功耗，优化了前置放大器的总体性能。

关键词： 光纤通信 跨阻放大器 FCG结构 负反馈

Abstract

In recent years,the development of communication technology is high,and the requirement of amount of information is also increase, thus establishing a large-capacity, high-speed information transmission system is particularly important,so the optical fiber communication has been rapidly developed. In order to achieve the stability transmission of the light, the optical receiver is becoming important. so mastered the core technology of the optical receiver have played a vital role in the Internet age.

The main effect of the optical receiver is changing the optical signal into an electrical signal, then through the amplification process reduced to the original signal for the load circuits. And as a part of the optical receiver, the application of the pre-amplifier is to get the weak current signal from the photo detector and convert them into a voltage signal, and then transmitted to the next circuit. Small signal amplification have a high require of the sensitivity of the circuit, so the quality of the receiver pre-amplifier has a big influence of the optical receiver.

The main work of this paper is to design high-performance optical pre-amplifier receiver. Firstly, it introduces the background and significance of optical fiber communications, and then discuss the different structures and properties of the low resistance, high resistance and transimpedance amplifiers. Because of the large bandwidth and high dynamic range of the transimpedance amplifier, so chose the transimpedance amplifier to be the basic structure of the preamplifier receiver. Also selected low input impedance FCG structure as the input of the transimpedance amplifier, this paper design of the circuit structure on the basis of FCG and add negative feedback structure to further enhance circuit performance, and using zero-pole cancellation technology to further expand the bandwidth of the circuit. In this paper, using 0.18μm CMOS process to design the circuit, the simulation results show that in the power supply voltage of 1.4V low-power state, the gain of the transimpedance amplifier is 48.16dB, and the bandwidth is 9.124GHz, that means it can work in a low power system, and the performance of the preamplifier has been improved.

Keywords: Optical fiber communication Trans-impedance amplifier FCG-mode

Negative feedback

目录

第一章 绪论 1

1.1 光纤通信简介 1

1.2 光接收机简介 1

1.3 研究的背景及意义 2

1.4 论文组织结构 3

第二章 前置放大器类型 4

2.1 低阻放大器 4

2.2 高阻放大器 5

2.3 跨阻放大器 5

2.4 三类放大器的比较 6

第三章 跨阻放大器 7

3.1 跨阻放大器理论分析 7

3.1.1 反馈放大器 7

3.1.2 电压并联负反馈 8

3.2 跨阻放大器噪声分析 11

3.2.1 光探测器噪声 11

3.2.2 跨阻放大器噪声 11

3.2.3 减小噪声方法 12

3.3 前置放大器结构选择 12

3.3.1 基本形式的跨阻放大器 12

3.3.2 电流模形式的跨阻放大器 14

3.3.3 FCG结构的跨阻放大器 15

3.3.4 小结 18

3.4 跨足放大器频率补偿技术 18

3.4.1 电感峰化技术 18

3.4.2 零极点对消技术 20

3.4.3 多谐振峰交错技术 20

3.5 跨阻放大器输出信号的双端变换 21

第四章 前置放大器的设计 23

第五章 结论与展望 30

致谢 31

参考文献（ Reference ) 32

第一章 绪论

1.1 光纤通信简介

随着社会的进步与发展，人们对于信息的需求与日俱增，信息传输走向高速大容量的道路，因此新型的光纤通信技术成为目前科学研究的重点方向，成为通信发展的必经之路。

光纤通信的起源可以追溯到19世纪40年代，法国物理学家Jacque Babinet验证光可以沿水流发生弯曲，到19世纪末石英棒被证实可以传导光。而到20世纪60年代高锟提出可以用玻璃制作光纤，并证实当光纤衰减降低到20dB/km，光纤就能够用于传输媒质，而且杂质越少传输效果越好。接下来随着一代代科学家的不断研究，如今衰减已经可以降低到0.15dB/km，实现了光的远距离传输^[15]。

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