美国专利US 6,292,052 B1:Output amplifier for a discrete filter-less optical reference receiver
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日期：2025-01-04
核心速览
美国专利US 6,292,052 B1，发明人为John E. Carlson，属于Tektronix, Inc.公司，涉及一种用于离散无滤波器光学参考接收器的输出放大器。
研究背景
· 研究问题：本发明主要解决现有参考接收器设计中存在的问题，特别是离散参考接收器滤波器引起的反射和信号失真问题。在高速数据传输中，如10 Gb/s及以上，理想的频率响应曲线应为高斯型，但实际中很难实现。传统的参考接收器通常采用匹配4阶或5阶贝塞尔-汤姆逊滤波器响应的离散参考接收器滤波器，但这些滤波器会产生反射，需要反向终止光学-电转换器，从而导致信号失真。
· 研究难点：在设计中，需要考虑如何减少或消除由离散滤波器引起的反射和信号失真，同时还要考虑如何在不使用滤波器的应用中保持系统的带宽。此外，高频路径中的离散电气滤波器增加了由滤波器本身引起的群延迟失真的可能性。
· 文献综述：文中引用了多篇美国专利文献，包括5,363,055号、5,585,756号、5,751,189号、5,923,206号、5,973,536号和6,225,873号专利，这些文献涉及了相关的放大器设计、光学接收模块设计等。此外，还提到了IBM技术披露公报和惠普期刊中关于电容桥和光学接收模块设计的资料。这些文献为本发明提供了理论和技术背景。
美国专利概述
· 专利信息：本专利为美国专利，专利号为US 6,292,052 B1，发明人为John E. Carlson，专利权归Tektronix, Inc.所有。
· 专利日期：专利授权日期为2001年9月18日。
· 专利类别：本专利涉及的类别为H 03F 1/02和G 11C 27/02，属于电子放大器和数字存储器技术领域。
发明背景
· 参考接收器：本发明涉及一种用于离散无滤波器光学参考接收器的输出放大器，该接收器通过采样电路进行采样。
· 现有技术问题：传统参考接收器设计存在反射问题，需要反向终止光学-电转换器，这会吸收大部分反射信号，但也会导致系统频率响应变平，产生更陡峭的滚降，从而偏离理想的高斯响应。
· 行业标准：电信行业标准定义了参考接收器必须具备的标量频率响应特性，通常具有贝塞尔-汤姆逊形状，其-3 dB电响应滚降点位于比特率的1/3处。
发明内容
· 输出放大器设计：本发明的输出放大器包含两个运算放大器，每个运算放大器都与一个RC电路相连，该RC电路由一个高阻值电阻器和一个充电电容器并联组成。运算放大器的反相输入端接收采样电路的采样输出，非反相输入端接收偏置电压。
· 采样电路：采样电路包括两个串联的二极管，它们在正负脉冲的控制下导通，将采样信号传递给运算放大器。采样电路还包括一个复位脉冲发生器，用于在每个采样脉冲之后的预定时间间隔内关闭RC电路中的电子开关，以消除电容器上的存储电荷。
· 频率响应调整：通过改变采样电路中采样二极管的偏置电压，可以调整参考接收器的频率响应，使其从接近贝塞尔-汤姆逊频率滚降响应变化到高带宽采样示波器的最大带宽测量。
专利权利要求
· 权利要求1：涉及一种接收来自采样电路的采样输入信号的输出放大器，该采样电路包含一个采样脉冲的一部分，该采样脉冲在积分后产生直流电流。
· 权利要求2：输出放大器包括高阻值电阻器，其值为100兆欧姆。
· 权利要求3：第一和第二开关为电子开关。
· 权利要求4：复位脉冲的延迟时间间隔为500纳秒。
· 技术贡献：本发明提供了一种用于离散无滤波器光学参考接收器的输出放大器，该放大器能够有效地处理高速采样电路产生的信号，并通过调整采样电路的偏置电压来优化系统的频率响应。
· 应用前景：该输出放大器可以集成到采样示波器中，用于电信行业标准的参考接收器系统，以实现对光纤信号的精确测量和分析。
· 创新点：本发明的创新之处在于通过电子开关和高阻值电阻器的组合，有效地消除了采样电路中电容器上的存储电荷，从而避免了因采样脉冲产生的直流电流导致的输出信号失真。
美国专利US 6,292,052 B1，发明人为John E. Carlson，属于Tektronix, Inc.公司，涉及一种用于离散无滤波器光学参考接收器的输出放大器。
研究背景
· 研究问题：本发明主要解决现有参考接收器设计中存在的问题，特别是离散参考接收器滤波器引起的反射和信号失真问题。在高速数据传输中，如10 Gb/s及以上，理想的频率响应曲线应为高斯型，但实际中很难实现。传统的参考接收器通常采用匹配4阶或5阶贝塞尔-汤姆逊滤波器响应的离散参考接收器滤波器，但这些滤波器会产生反射，需要反向终止光学-电转换器，从而导致信号失真。
· 研究难点：在设计中，需要考虑如何减少或消除由离散滤波器引起的反射和信号失真，同时还要考虑如何在不使用滤波器的应用中保持系统的带宽。此外，高频路径中的离散电气滤波器增加了由滤波器本身引起的群延迟失真的可能性。
· 文献综述：文中引用了多篇美国专利文献，包括5,363,055号、5,585,756号、5,751,189号、5,923,206号、5,973,536号和6,225,873号专利，这些文献涉及了相关的放大器设计、光学接收模块设计等。此外，还提到了IBM技术披露公报和惠普期刊中关于电容桥和光学接收模块设计的资料。这些文献为本发明提供了理论和技术背景。
美国专利概述
· 专利信息：本专利为美国专利，专利号为US 6,292,052 B1，发明人为John E. Carlson，专利权归Tektronix, Inc.所有。
· 专利日期：专利授权日期为2001年9月18日。
· 专利类别：本专利涉及的类别为H 03F 1/02和G 11C 27/02，属于电子放大器和数字存储器技术领域。
发明背景
· 参考接收器：本发明涉及一种用于离散无滤波器光学参考接收器的输出放大器，该接收器通过采样电路进行采样。
· 现有技术问题：传统参考接收器设计存在反射问题，需要反向终止光学-电转换器，这会吸收大部分反射信号，但也会导致系统频率响应变平，产生更陡峭的滚降，从而偏离理想的高斯响应。
· 行业标准：电信行业标准定义了参考接收器必须具备的标量频率响应特性，通常具有贝塞尔-汤姆逊形状，其-3 dB电响应滚降点位于比特率的1/3处。
发明内容
· 输出放大器设计：本发明的输出放大器包含两个运算放大器，每个运算放大器都与一个RC电路相连，该RC电路由一个高阻值电阻器和一个充电电容器并联组成。运算放大器的反相输入端接收采样电路的采样输出，非反相输入端接收偏置电压。
· 采样电路：采样电路包括两个串联的二极管，它们在正负脉冲的控制下导通，将采样信号传递给运算放大器。采样电路还包括一个复位脉冲发生器，用于在每个采样脉冲之后的预定时间间隔内关闭RC电路中的电子开关，以消除电容器上的存储电荷。
· 频率响应调整：通过改变采样电路中采样二极管的偏置电压，可以调整参考接收器的频率响应，使其从接近贝塞尔-汤姆逊频率滚降响应变化到高带宽采样示波器的最大带宽测量。
专利权利要求
· 权利要求1：涉及一种接收来自采样电路的采样输入信号的输出放大器，该采样电路包含一个采样脉冲的一部分，该采样脉冲在积分后产生直流电流。
· 权利要求2：输出放大器包括高阻值电阻器，其值为100兆欧姆。
· 权利要求3：第一和第二开关为电子开关。
· 权利要求4：复位脉冲的延迟时间间隔为500纳秒。
· 权利要求5：采样脉冲的采样脉冲率为每秒200,000个样本。
根据提供的文档内容，关于“wideband sampling circuit”（宽带采样电路）的信息如下：
- 文档中提到的宽带采样电路与输出放大器相关联，该输出放大器接收来自采样电路的采样输入信号，其中包含采样脉冲的一部分，该部分在响应积分采样脉冲时产生直流电流。
- 采样电路包括两个操作放大器，每个操作放大器都有一个RC电路，该RC电路由高阻值电阻器与充电电容器并联组成。这些RC电路分别连接到各自操作放大器的反相输入端和输出端，电容器在采样脉冲的作用下存储电荷。
- 采样电路还包括两个电子开关，分别与两个操作放大器的RC电路并联。这些开关在采样脉冲之后的预定时间间隔内闭合，以在下一个采样脉冲之前放电存储在电容器上的电荷。
- 采样电路的采样脉冲具有一定的脉冲率，例如在200 Ksamples/秒的范围内。
以上信息表明，宽带采样电路设计用于处理高速信号，并且能够通过采样脉冲产生直流电流，该电流与采样脉冲的积分有关。此外，电路设计中包括了用于消除电容器上存储电荷的机制，以确保在连续采样脉冲之间电路能够稳定工作。
总体结论· 技术贡献：本发明提供了一种用于离散无滤波器光学参考接收器的输出放大器，该放大器能够有效地处理高速采样电路产生的信号，并通过调整采样电路的偏置电压来优化系统的频率响应。
· 应用前景：该输出放大器可以集成到采样示波器中，用于电信行业标准的参考接收器系统，以实现对光纤信号的精确测量和分析。
· 创新点：本发明的创新之处在于通过电子开关和高阻值电阻器的组合，有效地消除了采样电路中电容器上的存储电荷，从而避免了因采样脉冲产生的直流电流导致的输出信号失真。
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