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（保密的论文在解密后应遵守此规定）学生签名：指导教师签名：日期：2摘要随着通信技术产业的迅速发展，光纤通信由于其频带宽、容量大、损耗低、抗辐射等诸多优点成为高速通信系统研究热点。
光接收机在整个光纤通信系统中占有重要地位，而前置放大器和限幅放大器是构成光接收机的两个关键电路，所以它们的性能在很大程度上决定了光接收机甚至是光纤通信系统的性能。
为了设计一个满足性能要求、结构简单的光接收机，我们对前置放大器和限幅放大器进行了详细的分析设计，利用电路仿真软件Pspice对跨阻型前置放大器进行了直流分析、交流分析和温度分析等。
也对限幅放大器进行了单元电路的设计与仿真。
通过对两种电路的分析设计，实现了高增益大带宽的放大目标，可以最大地消除寄生参量的影响，减小混合电路的组装环节，使集成电路的速度性能和可靠性得到显著的提高。
关键词：光接收机，前端放大电路，前置放大器，限幅放大器ABSTRACTWith the rapid development of communication technology industry, optical fiber communication have become the high-speed communications systems research focus because of its frequency bandwidth, large capacity, low loss, anti-radiation, and many other advantages.Optical receiver plays an important role in the optical communication systems, and the preamplifier and limiting amplifier is the two key circuits which constitute the optical receiver, so their performance largely determines the performance of the optical receiver and even the optical fiber communication systems.In order to design an optical receiver which meets the performance requirements and has a simple structure, we analyze and design the preamplifier and limiting amplifier in detail, and we use the circuit simulation software Pspice for transimpedance type preamplifier’s DC analysis, AC analysis and temperature analysis. We also design and simulate unit circuit of limiting amplifier.Through the analysis of the two circuit design, we achieve the amplified target of high gain and large bandwidth, it can eliminate the effects of parasitic parameters largely and reduce the assembly of hybrid circuits,so the speed performance and reliability of integrated circuits can be improved significantly.Keywords:Optical Receiver, Front-end Amplifier, Preamplifier, Limiting Amplifier目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章绪论 (5)1.1课题背景 (5)1.2课题的目的和意义 (6)1.3光接收机概述及其性能指标 (6)1.3.1 信噪比 (7)1.3.2 误码率 (8)1.3.3 灵敏度 (9)1.3.4 动态范围 (9)1.4论文组织 (9)第二章前置放大电路分析与设计 (10)2.1前置放大器概述 (10)2.2前置放大器类型 (10)2.2.1 低阻型前置放大器 (10)2.2.2 高阻型前置放大器 (11)2.2.3 跨阻型前置放大器 (12)2.3跨阻型前置放大器的Pspice仿真 (13)第三章限幅放大电路分析 (16)3.1主放大器概述 (16)3.2主放大器类型选择 (16)3.3电路系统设计 (16)3.3.1 电路总体框图设计 (16)3.3.2 电路性能指标要求 (17)3.4单元电路设计与仿真 (18)3.4.1 偏置电路 (18)3.4.2 使能控制电路 (19)第四章总结 (22)参考文献 (23)致谢 (24)第一章绪论1.1 课题背景可靠地实现信息传输容量和传输距离的最大化是通信系统追求的最终技术目标。
对载波调制的频带宽度决定了通信系统的传输容量，频带宽度是随着载波频率的增高而变宽。
在通信技术发展的过程中，载波频率不断地提高，同时传输容量也不断增加。
光纤通信的载波是光波，它是通过光导纤维进行传输的[1]。
光纤通信在现有通信手段中是非常有发展前途的。
在光纤通信系统中，光波频率要比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤，它的损耗比同轴电缆或波导管的损耗低得多[1]。
因此相比较于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多优点:(1)容许频带很宽，传输容量很大;(2)损耗很小，可传输的距离很长并且误码率很小;(3)重量相比较而言很轻，体积也相对较小;(4)对电磁干扰有很好的抗性;(5)能很好地对传输信息进行保密;(6)对金属材料的使用率很高，有利于资源合理使用[1]。
由于以上的优点，光纤通信在信息社会中将发挥越来越重要的作用，它也被认为是影响21世纪的最新技术。
完整的光纤通信系统如图 1.1 所示，复接器作用是按照某种编码规则将接收到数据速率比较低的并行信号转化成高速串行数据，从而提高光纤通信容量的利用率；激光驱动器是通过产生高强度的电压和电流来将电信号转换为光信号，然后将光信号送入光纤进行传输；光电检测二极管将光脉冲信号转化为微弱的电流信号；前置放大器的作用是将从光电二极管得到的微弱的电流放大并转化成电压信号；限幅放大器将从前置放大器接收到的较小且不稳定的电压信号进行放大，使电压信号到达稳定的幅值并且可满足后续时钟数据恢复电路要求[6]；前置放大器和限幅放大器被合称为前端放大电路，也就是本文的主要设计任务；时钟数据恢复电路将时钟信号提取出来后进行数据的再生；分接器的作用是解串恢复出来的数据，并将得到的数据还原为多路并行数据[4]。
图1.1完整的光纤通信系统1.2 课题的目的和意义光接收机作为光纤通信系统的主要器件广泛应用于现实生活中，例如光纤通信、光盘系统、光电检测系统等领域[2]。
我们把在一个衬底上集成具有多种功能的光器件、电子器件和光电转换器件所形成的电路称为光电集成电路[12]。
光电集成电路能使寄生参量对集成电路的影响降到最低，也能使混合电路的组装简单化，减少其组装环节，它同时还能显著地提高集成电路的速度性能和可靠性。
光电集成电路在集成电路行业具有很强的竞争力，是因为光电集成的体积小、成品率高、装配容易，并且其成本低，性价比很高，所以光电集成电路被广泛地应用。
光接收机前端放大电路的前置放大器和主放大器是光纤通信系统的两个关键电路，光接收机的性能在很大程度上受他们的影响[9]。
主放大器有自动增益控制（AGC）放大器和限幅放大器两种实现方式，这两种实现方式都有各自的优点,但是限幅放大器比自动增益控制放大器设计更简单、功耗更低、芯片面积更小并且外接元件更少，所以本文经过比较后选择采用限幅放大器来实现光接收机的主放大器[13]。
我们设计一个集成电路需要达到的基本目标是不断减少功耗、不断减小芯片尺寸和不断降低芯片成本[9]。
1.3 光接收机概述及其性能指标光信号在经过光纤传输后，幅度会衰减、波形会展宽，这时就需要光接收机将其转换为电信号，之后再对其进行放大和处理，从而使其恢复为原始的信号。
光接收机是由光检测器、放大器和相关电路组成的，它的核心是光检测器，因为只有光检测器的性能好，能较好的把光信号转换成电信号，后续电路才能对从光检测器中的到的电信号进行放大。
光接收机想要有较好的性能，必须要满足下面的要求：光检测器的响应度要高、噪声要低并且响应速度要快。
目前PIN光电二极管（PIN-PD）和雪崩光电二极管（APD）在光检测器中比较常见[6]。
在光接收机中，光检测器是在检测完光信号之后再将其装换成电信号的。
光检测器的检测有直接检测和外差检测两种方式[7]。
用检测器直接把光信号转变成电信号的检测方式称为直接检测。
由于直接对光信号进行检测受到信道干扰的影响较严重，我们提出使用中频光信号通过检测器转化为电信号的方法，中频光信号是将本地的振荡光与光纤的输出信号在光混频器产生差拍而产生的，我们把使用本地光振荡器和光混频器提高检测能力的方法称为外差检测[7]。
外差检测方式有许多难点，其中比较典型的是它需要一个单模激光源，这个单模激光源需要有一个非常稳定的频率、很窄的谱线宽度，而且他的相位和偏振方向必须是可控的。
外差检测方式比直接检测方式的接收灵敏度要高，所以这种方式是很有发展前途的通信方式。
目前，直接检测方式由于其简单实用的特点被广泛应用于实用光纤通信系统。
图1.2所示的是采用直接检测方式的数字光接收机方框图，它主要包括光检测器、偏压控制电路、前置放大器、主放大器、AGC电路、时钟提取电路以及取样判决器。
图1.2 数字光接收机方框图光接收机有很多性能参数，其中最重要的有四个：信噪比，误码率，灵敏度，输入动态范围。