本发明所介绍的超动态范围光接收机前置放大器属于数字光纤传输系统技术领域，为数字光纤通信系统或数字光纤网络中光接收机扩展动态范围的技术方法和实施方案。 在现有的常规光接收机中，前置放大器是限制光接收机动态范围的主要部分。目前，前置放大器动态范围的扩展主要依赖于跨阻式放大器反馈电阻的调整，此时动态范围的扩展和接收机灵敏度的提高是矛盾的，从而限制了光接收机动态范围的提高。数字光纤通信系统或数字光纤网络中因接收机动态范围不足将造成误码或限制网络拓扑结构及范围。故而如何进一步扩展光接收机动态范围一直是本技术领域关键问题之一。
本发明的目的在于提供一种简单易行的电路方法和实施方案以克服数字光纤传输系统光接收机中动态范围的扩展与高灵敏度间的矛盾，同时可以将光接收机前置放大器的动态范围扩展到很大，达到目前通用前置放大器中线性放大器的动态范围不能比拟甚至已无法定义的程度，从而彻底解决光接收机前置放大器动态范围问题。
本发明的主要思想是以非线性放大器取代传统的线性放大器以彻底解决光接收机前置放大器动态范围问题。
本发明具有如附图1所示的幅度特性。当输入信号幅度低于折点A时，放大器具有线性或接近线性的幅度特性。此时，不因扩展动态范围的措施而影响接收机灵敏度的提高，当输入信号幅度达到或超过折点A时，放大器具有平坦或接近平坦的幅度特性。此时，放大器输出信号幅度不再跟随或基本上不再跟随输入信号幅度而变化，且没有任何电路有源器件处于饱和状态，从而使光接收机动态范围扩展到不受前置放大器限制地程度，且灵敏度不受影响。
附图二a，b是实现本发明以上特性的电路方案。带有有源恒流源的成对场效应晶体管或双极型晶体管组成的增益级是形成本发明前置放大器具有折线幅度特性的核心部分。该增益级在折点电平以下时，处于线性放大的工作状态，接收机灵敏度、前置级的增益及频域特性等方面的要求将得到满足。当信号幅度达到或超过折点A时，由于该增益级总电流已由有源恒流源人为设定，且该增益级成对晶体管的初始偏置状态为其一处于线性区域，另一处于较弱导通或相同偏置的线性状态，两晶体管电流的总和不足以使任一晶体管进入饱和状态。从而，在大信号输入时，该增益级虽然有平坦的幅度特性，但没有任何有源器件进入饱和状态，所输出的信号脉冲不会因输入信号幅度较大而展宽。由于该增益级最大输出信号幅度可以是确定的或接近确定的电平，使光接收机前置放大器中的后级及前置放大器以后各级的电路结构和状态较易设定。
在本发明附图2中，反馈电阻Rf的作用已与常规的跨阻式放大器不同，Rf在这里已不再是为扩展动态范围而设置，Rf仅是为了改善放大器的幅频特性而设置。如果该增益级基本放大器已经具有满足系统所要求的幅频特性，则反馈电阻Rf的数值可以取得较大，以保证光接收机具有较高的灵敏度。
综上所述，本发明的优点是：以非线性放大器取代了常规的线性放大器，使光接收机前置放大器的动态范围扩展到无法定义的地步，同时由于反馈电阻Rf的数值可以大大增加，使光接收机灵敏度提高。从而使数字光纤通信系统或数字光纤网络的误码率降低，拓扑结构及网络规模的限制大大减小。
附图3为本发明的一种实例，该实例适用于10Mbps以下的情况，但很容易扩展到10Mbps以上。在该实例中，电流范围为：
I∑＝I1～IDSS
ID＝I1～I∑/2
其中，I∑为有源恒流源BG1供给成对晶体管J1、J2的总电流。ID（J2）为图3中晶体管J2的漏极电流，IDSS为成对晶体管J1、J2的饱和漏极电流，I1为场效应晶体管折线化特性曲线的折点电流，如附图4中B点所对应的漏极电流。I∑及ID（J2）的数值就决定了折点A的位置。所以，应根据接收机情况人为选定。但只要选定在上式范围，本电路就具有本发明的优良特性。
本发明附图如下：
图1：本发明前置放大器的幅度特性。
图2：超动态范围增益级
图3：电路实例
图4：场效应晶体管转移特性曲线