JP2021022901A - Transimpedance amplifier circuit - Google Patents

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Abstract

To improve the signal quality.SOLUTION: In a transimpedance amplifier circuit 10C: a control circuit 51C generates control currents Iagc1cnt and Iagc2cnt based on a control current Icnt; a drain of a field effect transistor 57 of a variable resistance circuit 53 is electrically connected to an input terminal 10a; a reference voltage signal Vref is supplied to a source of the field effect transistor 57; the reference voltage signal Vref is supplied to a drain of a field effect transistor 82 of a variable resistance circuit 80; a source of the field effect transistor 82 is electrically connected to the input terminal 10a; the variable resistance circuit 53 causes an AC bypass current Iagc1 to flow from the drain to the source of the field effect transistor 57 according to the control current Iagc1cnt; and the variable resistance circuit 80 causes an AC bypass current Iagc2 to flow from the source to the drain of the field effect transistor 82 according to the control current Iagc2cnt.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、トランスインピーダンス増幅回路に関する。 The present disclosure relates to a transimpedance amplifier circuit.

従来、光通信用の光信号を電気信号に変換するトランスインピーダンス増幅回路がある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。特許文献1には、フォトダイオードのカソード及びアノードにそれぞれ設けられた、直流電流を引き抜くためのトランジスタと、交流電流を引き抜くためのトランジスタと、反転増幅回路及び帰還抵抗素子で構成されるTIA部と、を備えるトランスインピーダンス増幅回路が記載されている。このトランスインピーダンス増幅回路では、交流電流を引き抜くためのトランジスタのソース電位は、TIA部の入力電位に一致するようにバッファによって与えられ、当該トランジスタのゲートは制御回路に接続され、当該トランジスタのドレインはTIA部の入力端子に接続されている。差動出力信号の振幅が一定となるように、ゲート電圧が調整され、TIA部の出力において、フォトダイオードからの入力電流が歪まないように振幅制御が行われる。 Conventionally, there is a transimpedance amplifier circuit that converts an optical signal for optical communication into an electric signal (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Patent Document 1 describes a TIA unit including a transistor for drawing a direct current, a transistor for pulling out an alternating current, an inverting amplifier circuit, and a feedback resistance element provided on the cathode and the anode of the photodiode, respectively. A transimpedance amplifier circuit comprising, is described. In this transimpedance amplifier circuit, the source potential of the transistor for drawing out the AC current is given by the buffer so as to match the input potential of the TIA section, the gate of the transistor is connected to the control circuit, and the drain of the transistor is It is connected to the input terminal of the TIA section. The gate voltage is adjusted so that the amplitude of the differential output signal is constant, and the amplitude is controlled so that the input current from the photodiode is not distorted at the output of the TIA unit.

米国特許第9774305号明細書U.S. Pat. No. 9,774,305 特開2012−10107号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-10107

特許文献1に記載のトランスインピーダンス増幅回路では、交流電流を引き抜くためのトランジスタのソースは、バッファによって接地されており、直流から高周波に亘ってソース電位は一定である。また、当該トランジスタのゲートには、信号振幅と目標電位との誤差が積分された信号が制御回路から供給されるので、高周波では一定の電圧が供給される。これに対して、TIA部の入力インピーダンスは、通常10〜100Ω程度であり、フォトダイオードからの入力電流に対して電位変動が発生し得るので、トランジスタのドレイン電位は僅かに変動し得る。交流電流を引き抜くためのトランジスタは、ソース電圧とドレイン電圧とがほぼ一致しているので、抵抗素子として動作する。しかしながら、ドレイン電位が僅かながら変動しているので、トランジスタのドレイン−ソース間のオン抵抗の値(抵抗素子の抵抗値)は変化し得る。その結果、ドレイン電位が高い場合と低い場合とで抵抗値が変化し、これによって引き抜かれる交流電流の電流量に差が生じることがある。この差が歪みとなり、信号品質に影響を与えるおそれがある。 In the transimpedance amplifier circuit described in Patent Document 1, the source of the transistor for drawing out the alternating current is grounded by a buffer, and the source potential is constant from direct current to high frequency. Further, since a signal in which the error between the signal amplitude and the target potential is integrated is supplied from the control circuit to the gate of the transistor, a constant voltage is supplied at high frequencies. On the other hand, the input impedance of the TIA unit is usually about 10 to 100Ω, and the potential fluctuation may occur with respect to the input current from the photodiode, so that the drain potential of the transistor may fluctuate slightly. The transistor for drawing out the alternating current operates as a resistance element because the source voltage and the drain voltage are almost the same. However, since the drain potential fluctuates slightly, the value of the on-resistance between the drain and the source of the transistor (the resistance value of the resistance element) can change. As a result, the resistance value changes depending on whether the drain potential is high or low, which may cause a difference in the amount of alternating current extracted. This difference becomes distortion and may affect the signal quality.

本開示は、信号品質を改善可能なトランスインピーダンス増幅回路を説明する。 The present disclosure describes a transimpedance amplifier circuit capable of improving signal quality.

本開示の一側面に係るトランスインピーダンス増幅回路は、受光素子によって生成された入力電流信号に応じて差動電圧信号を生成する回路である。このトランスインピーダンス増幅回路は、入力電流信号を受ける入力端子と、電流信号を電圧信号に変換するシングルエンド型増幅回路と、電圧信号と基準電圧信号との差分に応じて差動電圧信号を生成する差動増幅回路と、差分の積分値に基づいて制御電流を生成する制御電流生成回路と、制御電流に応じて直流バイパス電流、第1交流バイパス電流、及び第2交流バイパス電流を生成するバイパス回路と、を備える。電流信号は、入力電流信号から直流バイパス電流、第1交流バイパス電流、及び第2交流バイパス電流が引き抜かれることによって生成される。バイパス回路は、制御電流が入力される制御回路と、制御電流に応じて第1交流バイパス電流を生成する第1可変抵抗回路と、制御電流に応じて第2交流バイパス電流を生成する第2可変抵抗回路と、を備える。制御回路は、所定のオフセット電流値を有するオフセット電流を生成し、制御電流を増幅することで生成した電流とオフセット電流との差分を第1増幅率で増幅することで第1制御電流及び第2制御電流を生成する。第1可変抵抗回路は、第1制御電流を受ける第1ドレインと、第1ドレインに電気的に接続される第1ゲートと、基準電圧信号が供給される第1ソースと、を有する第1電界効果トランジスタと、入力端子に電気的に接続される第2ドレインと、第1ドレイン及び第1ゲートに電気的に接続される第2ゲートと、基準電圧信号が供給される第2ソースと、を有する第2電界効果トランジスタと、を備える。第1可変抵抗回路は、第1制御電流に応じて第1交流バイパス電流を第2ドレインから第2ソースに流す。第2可変抵抗回路は、第2制御電流を受ける第3ドレインと、第3ドレインに電気的に接続される第3ゲートと、入力端子に電気的に接続される第3ソースと、を有する第3電界効果トランジスタと、基準電圧信号が供給される第4ドレインと、第3ドレイン及び第3ゲートに電気的に接続される第4ゲートと、第3ソースに電気的に接続される第4ソースと、を有する第4電界効果トランジスタと、を備える。第2可変抵抗回路は、第2制御電流に応じて第2交流バイパス電流を第4ソースから第4ドレインに流す。 The transimpedance amplifier circuit according to one aspect of the present disclosure is a circuit that generates a differential voltage signal according to an input current signal generated by a light receiving element. This transimpedance amplification circuit generates an input terminal that receives an input current signal, a single-ended amplification circuit that converts a current signal into a voltage signal, and a differential voltage signal according to the difference between the voltage signal and the reference voltage signal. A differential amplification circuit, a control current generation circuit that generates a control current based on the integrated value of the difference, and a bypass circuit that generates a DC bypass current, a first AC bypass current, and a second AC bypass current according to the control current. And. The current signal is generated by extracting the DC bypass current, the first AC bypass current, and the second AC bypass current from the input current signal. The bypass circuit includes a control circuit to which a control current is input, a first variable resistance circuit that generates a first AC bypass current according to the control current, and a second variable that generates a second AC bypass current according to the control current. It is equipped with a resistance circuit. The control circuit generates an offset current having a predetermined offset current value, and amplifies the difference between the generated current and the offset current at the first amplification factor to amplify the first control current and the second. Generates control current. The first variable resistance circuit has a first electric field having a first drain that receives a first control current, a first gate that is electrically connected to the first drain, and a first source to which a reference voltage signal is supplied. The effect transistor, the second drain electrically connected to the input terminal, the second gate electrically connected to the first drain and the first gate, and the second source to which the reference voltage signal is supplied are provided. The second field effect transistor is provided. The first variable resistance circuit causes the first AC bypass current to flow from the second drain to the second source according to the first control current. The second variable resistance circuit has a third drain that receives a second control current, a third gate that is electrically connected to the third drain, and a third source that is electrically connected to the input terminal. The three field effect transistors, the fourth drain to which the reference voltage signal is supplied, the fourth gate electrically connected to the third drain and the third gate, and the fourth source electrically connected to the third source. A fourth field-effect transistor having The second variable resistance circuit causes the second AC bypass current to flow from the fourth source to the fourth drain according to the second control current.

本開示によれば、信号品質を改善することができる。 According to the present disclosure, signal quality can be improved.

図1は、一実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を備える光受信装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical receiver including a transimpedance amplifier circuit according to an embodiment. 図2は、図1に示される積分回路の回路構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration example of the integrating circuit shown in FIG. 図3は、図1に示される制御回路に供給される制御電流と、制御回路によって生成される電流との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the control current supplied to the control circuit shown in FIG. 1 and the current generated by the control circuit. 図4は、図1に示される制御回路の回路構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration example of the control circuit shown in FIG. 図5の(a)は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対する全高調波歪率の変化を示す図である。図5の(b)は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対するTIA部の出力振幅の変化を示す図である。FIG. 5A is a diagram showing changes in the total harmonic distortion with respect to the input light average power in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. FIG. 5B is a diagram showing a change in the output amplitude of the TIA unit with respect to the average input light power in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. 図6の(a)は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対する全高調波歪率の変化を示す図である。図6の(b)は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対するTIA部の出力振幅の変化を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing changes in the total harmonic distortion with respect to the input light average power in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. FIG. 6B is a diagram showing a change in the output amplitude of the TIA unit with respect to the average input light power in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
First, the contents of the embodiments of the present disclosure will be listed and described.

本開示の一側面に係るトランスインピーダンス増幅回路は、受光素子によって生成された入力電流信号に応じて差動電圧信号を生成する回路である。このトランスインピーダンス増幅回路は、入力電流信号を受ける入力端子と、電流信号を電圧信号に変換するシングルエンド型増幅回路と、電圧信号と基準電圧信号との差分に応じて差動電圧信号を生成する差動増幅回路と、差分の積分値に基づいて制御電流を生成する制御電流生成回路と、制御電流に応じて直流バイパス電流、第1交流バイパス電流、及び第2交流バイパス電流を生成するバイパス回路と、を備える。電流信号は、入力電流信号から直流バイパス電流、第1交流バイパス電流、及び第2交流バイパス電流が引き抜かれることによって生成される。バイパス回路は、制御電流が入力される制御回路と、制御電流に応じて第1交流バイパス電流を生成する第1可変抵抗回路と、制御電流に応じて第2交流バイパス電流を生成する第2可変抵抗回路と、を備える。制御回路は、所定のオフセット電流値を有するオフセット電流を生成し、制御電流を増幅することで生成した電流とオフセット電流との差分を第1増幅率で増幅することで第1制御電流及び第2制御電流を生成する。第1可変抵抗回路は、第1制御電流を受ける第1ドレインと、第1ドレインに電気的に接続される第1ゲートと、基準電圧信号が供給される第1ソースと、を有する第1電界効果トランジスタと、入力端子に電気的に接続される第2ドレインと、第1ドレイン及び第1ゲートに電気的に接続される第2ゲートと、基準電圧信号が供給される第2ソースと、を有する第2電界効果トランジスタと、を備える。第1可変抵抗回路は、第1制御電流に応じて第1交流バイパス電流を第2ドレインから第2ソースに流す。第2可変抵抗回路は、第2制御電流を受ける第3ドレインと、第3ドレインに電気的に接続される第3ゲートと、入力端子に電気的に接続される第3ソースと、を有する第3電界効果トランジスタと、基準電圧信号が供給される第4ドレインと、第3ドレイン及び第3ゲートに電気的に接続される第4ゲートと、第3ソースに電気的に接続される第4ソースと、を有する第4電界効果トランジスタと、を備える。第2可変抵抗回路は、第2制御電流に応じて第2交流バイパス電流を第4ソースから第4ドレインに流す。 The transimpedance amplifier circuit according to one aspect of the present disclosure is a circuit that generates a differential voltage signal according to an input current signal generated by a light receiving element. This transimpedance amplification circuit generates an input terminal that receives an input current signal, a single-ended amplification circuit that converts a current signal into a voltage signal, and a differential voltage signal according to the difference between the voltage signal and the reference voltage signal. A differential amplification circuit, a control current generation circuit that generates a control current based on the integrated value of the difference, and a bypass circuit that generates a DC bypass current, a first AC bypass current, and a second AC bypass current according to the control current. And. The current signal is generated by extracting the DC bypass current, the first AC bypass current, and the second AC bypass current from the input current signal. The bypass circuit includes a control circuit to which a control current is input, a first variable resistance circuit that generates a first AC bypass current according to the control current, and a second variable that generates a second AC bypass current according to the control current. It is equipped with a resistance circuit. The control circuit generates an offset current having a predetermined offset current value, and amplifies the difference between the generated current and the offset current at the first amplification factor to amplify the first control current and the second. Generates control current. The first variable resistance circuit has a first electric field having a first drain that receives a first control current, a first gate that is electrically connected to the first drain, and a first source to which a reference voltage signal is supplied. The effect transistor, the second drain electrically connected to the input terminal, the second gate electrically connected to the first drain and the first gate, and the second source to which the reference voltage signal is supplied are provided. The second field effect transistor is provided. The first variable resistance circuit causes the first AC bypass current to flow from the second drain to the second source according to the first control current. The second variable resistance circuit has a third drain that receives a second control current, a third gate that is electrically connected to the third drain, and a third source that is electrically connected to the input terminal. The three field effect transistors, the fourth drain to which the reference voltage signal is supplied, the fourth gate electrically connected to the third drain and the third gate, and the fourth source electrically connected to the third source. A fourth field-effect transistor having The second variable resistance circuit causes the second AC bypass current to flow from the fourth source to the fourth drain according to the second control current.

このトランスインピーダンス増幅回路では、第1可変抵抗回路の第2電界効果トランジスタ及び第2可変抵抗回路の第4電界効果トランジスタのそれぞれの微分抵抗は、ドレイン・ソース間電圧の成分を含むので、ドレイン・ソース間電圧によって変化し得る。第2電界効果トランジスタでは、第2ソースに基準電圧信号が供給され、第2ドレインが入力端子に電気的に接続されているのに対し、第4電界効果トランジスタでは、第4ドレインに基準電圧信号が供給され、第4ソースが入力端子に電気的に接続されている。このため、第2ドレインと第2ソースとの間の電圧の極性と、第4ドレインと第4ソースとの間の電圧の極性とは、互いに反対となる。したがって、入力端子から見た第1可変抵抗回路と第2可変抵抗回路とによる合成抵抗において、第2ドレインと第2ソースとの間の電圧の成分と第4ドレインと第4ソースとの間の電圧の成分とが互いに打ち消し合う。これにより、第1可変抵抗回路と第2可変抵抗回路との合成抵抗が、第2ドレインと第2ソースとの間の電圧及び第4ドレインと第4ソースとの間の電圧によって変動することが抑えられる。その結果、歪みの発生が抑制されるので、信号品質を改善することが可能となる。 In this transimpedance amplifier circuit, since the differential resistances of the second field-effect transistor of the first variable resistance circuit and the fourth field-effect transistor of the second variable resistance circuit each include a component of the voltage between the drain and the source, the drain. It can change depending on the voltage between sources. In the second field effect transistor, a reference voltage signal is supplied to the second source and the second drain is electrically connected to the input terminal, whereas in the fourth field effect transistor, the reference voltage signal is supplied to the fourth drain. Is supplied and the fourth source is electrically connected to the input terminal. Therefore, the polarity of the voltage between the second drain and the second source and the polarity of the voltage between the fourth drain and the fourth source are opposite to each other. Therefore, in the combined resistance of the first variable resistance circuit and the second variable resistance circuit seen from the input terminal, the voltage component between the second drain and the second source and the voltage component between the fourth drain and the fourth source The components of the voltage cancel each other out. As a result, the combined resistance of the first variable resistance circuit and the second variable resistance circuit may fluctuate depending on the voltage between the second drain and the second source and the voltage between the fourth drain and the fourth source. It can be suppressed. As a result, the occurrence of distortion is suppressed, so that the signal quality can be improved.

バイパス回路は、制御電流に応じて直流バイパス電流を生成する帰還電流源をさらに備えてもよい。制御回路は、制御電流が大きくなるにつれて直流バイパス電流が大きくなるように帰還電流源を制御してもよい。この場合、単一の制御ループで、直流成分を除去する制御とトランスインピーダンス増幅回路の利得制御とを実現することができるので、回路規模が大きくなることを抑制することが可能となる。 The bypass circuit may further include a feedback current source that produces a DC bypass current depending on the control current. The control circuit may control the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases. In this case, since the control for removing the DC component and the gain control for the transimpedance amplifier circuit can be realized by a single control loop, it is possible to suppress an increase in the circuit scale.

制御回路は、制御電流を第2増幅率で増幅することで第3制御電流を生成してもよい。帰還電流源は、第3制御電流を受ける第5ドレインと、第5ドレインに電気的に接続される第5ゲートと、接地電位に電気的に接続される第5ソースと、を有する第5電界効果トランジスタと、入力端子に電気的に接続される第6ドレインと、第5ドレイン及び第5ゲートに電気的に接続される第6ゲートと、第5ソースに電気的に接続される第6ソースと、を有する第6電界効果トランジスタと、を備えてもよい。帰還電流源は、第3制御電流に応じて直流バイパス電流を第6ドレインから第6ソースに流してもよい。この場合、第5電界効果トランジスタがダイオード接続されているので、第5電界効果トランジスタの第5ドレインが第3制御電流を受けると、第5ゲートと第5ソースとの間にゲート・ソース間電圧が生成される。第5ゲートと第6ゲートとは互いに電気的に接続されており、第5ソースと第6ソースとは互いに電気的に接続されているので、第6電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧は第5電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧と等しくなる。第6電界効果トランジスタでは、第6ソースが第5ソース、つまり接地電位に電気的に接続され、第6ドレインが入力端子に電気的に接続されているので、第6ソースと第6ドレインとの電位差が大きくなる。これにより、第6電界効果トランジスタは飽和領域で動作する。このため、第6電界効果トランジスタは電流源として機能し、第6ドレインの出力インピーダンスが大きくなるので、入力電流信号の交流成分はほとんど第6電界効果トランジスタに流れ込まないものの、入力電流信号の直流成分は直流バイパス電流として第6電界効果トランジスタに流れ込み得る。そして、制御電流が大きくなるにつれて、第6電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧が大きくなるので、入力電流信号の直流成分が直流バイパス電流として入力電流信号から引き抜かれ、入力電流信号から直流成分の除去が適切に行われる。 The control circuit may generate a third control current by amplifying the control current at the second amplification factor. The feedback current source is a fifth electric field having a fifth drain that receives a third control current, a fifth gate that is electrically connected to the fifth drain, and a fifth source that is electrically connected to the ground potential. Effect A transistor, a sixth drain electrically connected to the input terminal, a sixth gate electrically connected to the fifth drain and the fifth gate, and a sixth source electrically connected to the fifth source. A sixth electric current effect transistor having the above may be provided. The feedback current source may cause a DC bypass current to flow from the sixth drain to the sixth source according to the third control current. In this case, since the fifth field effect transistor is connected by a diode, when the fifth drain of the fifth field effect transistor receives the third control current, the gate-source voltage between the fifth gate and the fifth source. Is generated. Since the fifth gate and the sixth gate are electrically connected to each other, and the fifth source and the sixth source are electrically connected to each other, the gate-source voltage of the sixth field effect transistor is the first. 5 This is equal to the gate-source voltage of the field effect transistor. In the sixth field effect transistor, since the sixth source is electrically connected to the fifth source, that is, the ground potential, and the sixth drain is electrically connected to the input terminal, the sixth source and the sixth drain are connected. The potential difference becomes large. As a result, the sixth field effect transistor operates in the saturation region. Therefore, the sixth field-effect transistor functions as a current source, and the output impedance of the sixth drain becomes large. Therefore, although the AC component of the input current signal hardly flows into the sixth field-effect transistor, the DC component of the input current signal. Can flow into the sixth field effect transistor as a DC bypass current. Then, as the control current increases, the gate-source voltage of the sixth field effect transistor increases, so that the DC component of the input current signal is extracted from the input current signal as a DC bypass current, and the DC component of the input current signal The removal is done properly.

直流バイパス電流は、第2可変抵抗回路から流れ出る第2制御電流を含むように設定されてもよい。第2可変抵抗回路では、第2制御電流が第3電界効果トランジスタの第3ドレインから第3ソースに流れる。第3ソースは入力端子に電気的に接続されているので、第2制御電流は、入力端子に流れ出し、入力電流信号の直流成分を増加させる。これに対し、直流バイパス電流が第2制御電流を含むように設定されることによって、入力電流信号から第2制御電流による直流成分を除去することができる。 The DC bypass current may be set to include a second control current flowing out of the second variable resistor circuit. In the second variable resistance circuit, the second control current flows from the third drain of the third field effect transistor to the third source. Since the third source is electrically connected to the input terminal, the second control current flows out to the input terminal and increases the DC component of the input current signal. On the other hand, by setting the DC bypass current to include the second control current, the DC component due to the second control current can be removed from the input current signal.

上記トランスインピーダンス増幅回路は、基準電圧信号を生成する基準電圧生成回路をさらに備えてもよい。基準電圧生成回路は、増幅器と、増幅器の入出力間に電気的に接続された帰還抵抗素子と、を備えてもよい。この場合、基準電圧生成回路の出力インピーダンスが広い周波数範囲において低くなる。つまり、シングルエンド型増幅回路の入力端子から見た第1可変抵抗回路及び第2可変抵抗回路のインピーダンスが、広い周波数範囲において低くなる。このため、入力電流信号から第1交流バイパス電流及び第2交流バイパス電流を引き抜きやすくすることができる。 The transimpedance amplifier circuit may further include a reference voltage generation circuit that generates a reference voltage signal. The reference voltage generation circuit may include an amplifier and a feedback resistor element electrically connected between the input and output of the amplifier. In this case, the output impedance of the reference voltage generation circuit becomes low in a wide frequency range. That is, the impedance of the first variable resistance circuit and the second variable resistance circuit seen from the input terminal of the single-ended amplifier circuit becomes low in a wide frequency range. Therefore, the first AC bypass current and the second AC bypass current can be easily extracted from the input current signal.

[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路の具体例を、図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of Embodiments of the present disclosure]
A specific example of the transimpedance amplifier circuit according to the embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the present disclosure is not limited to these examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

図1は、一実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を備える光受信装置の構成を概略的に示す図である。図2は、図1に示される積分回路の回路構成例を示す図である。図3は、図1に示される制御回路に供給される制御電流と、制御回路によって生成される電流との関係を示す図である。図4は、図1に示される制御回路の回路構成例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical receiver including a transimpedance amplifier circuit according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration example of the integrating circuit shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the control current supplied to the control circuit shown in FIG. 1 and the current generated by the control circuit. FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration example of the control circuit shown in FIG.

図1に示される光受信装置1Cは、不図示の光送信装置から送信された光信号Pinを受信する。光受信装置1Cは、受光素子PDと、トランスインピーダンス増幅回路10Cと、を備える。受光素子PDは、光信号Pinを受信し、光信号Pinに応じた光電流Ipd(入力電流信号)を生成する。光電流Ipdは、変調された交流成分(AC成分)と、交流成分に重畳された直流成分(DC成分)と、を含み得る。受光素子PDの例としては、フォトダイオード及びアバランシェ・フォトダイオードが挙げられる。受光素子PDの一方の端子は、所定のバイアス電圧VPDに電気的に接続され、受光素子PDの他方の端子は、光電流Ipdを出力する。 The optical receiver 1C shown in FIG. 1 receives an optical signal Pin transmitted from an optical transmitter (not shown). The optical receiver 1C includes a light receiving element PD and a transimpedance amplifier circuit 10C. The light receiving element PD receives the optical signal Pin and generates an optical current Ipd (input current signal) corresponding to the optical signal Pin. The photocurrent Ipd may include a modulated AC component (AC component) and a DC component (DC component) superimposed on the AC component. Examples of the light receiving element PD include a photodiode and an avalanche photodiode. One terminal of the light receiving element PD is electrically connected to a predetermined bias voltage VPD, and the other terminal of the light receiving element PD outputs a photocurrent Ipd.

トランスインピーダンス増幅回路10Cは、受光素子PDによって生成された光電流Ipdを受け、光電流Ipdに応じて電圧信号である差動電圧信号Vout,Voutbを生成する。差動電圧信号Vout,Voutbは、一対の相補信号である。トランスインピーダンス増幅回路10Cは、入力端子10aを備える。入力端子10aには光電流Ipdが入力される。 The transimpedance amplifier circuit 10C receives the photocurrent Ipd generated by the light receiving element PD, and generates differential voltage signals Vout and Voutb, which are voltage signals, according to the photocurrent Ipd. The differential voltage signals Vout and Voutb are a pair of complementary signals. The transimpedance amplifier circuit 10C includes an input terminal 10a. The photocurrent Ipd is input to the input terminal 10a.

トランスインピーダンス増幅回路10Cは、TIA(TransImpedance Amplifier)部11(シングルエンド型増幅回路)と、基準電圧発生回路12と、差動増幅回路13と、制御電流生成回路14と、バイパス回路15Cと、を備える。 The transimpedance amplifier circuit 10C includes a TIA (TransImpedance Amplifier) unit 11 (single-ended amplifier circuit), a reference voltage generation circuit 12, a differential amplifier circuit 13, a control current generation circuit 14, and a bypass circuit 15C. Be prepared.

TIA部11は、電流信号Iinを電圧信号Vtiaに変換する回路である。具体的には、TIA部11は、電圧アンプ11aと、帰還抵抗素子11bとを備える。電圧アンプ11aの入力端子と出力端子とは、帰還抵抗素子11bを介して電気的に接続されている。つまり、帰還抵抗素子11bは、電圧アンプ11aの入出力間に電気的に接続されている。電流信号Iinは、光電流Ipdから直流バイパス電流Iaoc、交流バイパス電流Iagc1(第1交流バイパス電流)、及び交流バイパス電流Iagc2(第2交流バイパス電流)が引き抜かれることによって生成される。直流バイパス電流Iaoc、交流バイパス電流Iagc1、及び交流バイパス電流Iagc2はバイパス回路15Cによって制御されるが、詳細については後述する。電圧信号Vtiaの増減は、電流信号Iinの増減に対して反転している。電圧アンプ11aは、例えば反転増幅回路である。TIA部11は、電圧信号Vtiaを差動増幅回路13及び制御電流生成回路14に出力する。TIA部11の利得(電流信号Iinの大きさに対する電圧信号Vtiaの大きさの比)は、帰還抵抗素子11bの抵抗値(トランスインピーダンス)によって決まる。TIA部11の入力インピーダンスは、10〜100Ω程度である。 The TIA unit 11 is a circuit that converts the current signal Iin into the voltage signal Vtia. Specifically, the TIA unit 11 includes a voltage amplifier 11a and a feedback resistance element 11b. The input terminal and the output terminal of the voltage amplifier 11a are electrically connected via the feedback resistance element 11b. That is, the feedback resistance element 11b is electrically connected between the input and output of the voltage amplifier 11a. The current signal Iin is generated by extracting the DC bypass current Iaoc, the AC bypass current Iagc1 (first AC bypass current), and the AC bypass current Iagc2 (second AC bypass current) from the optical current Ipd. The DC bypass current Iaoc, the AC bypass current Iagc1, and the AC bypass current Iagc2 are controlled by the bypass circuit 15C, which will be described in detail later. The increase / decrease of the voltage signal Vtia is reversed with respect to the increase / decrease of the current signal Iin. The voltage amplifier 11a is, for example, an inverting amplifier circuit. The TIA unit 11 outputs the voltage signal Vtia to the differential amplifier circuit 13 and the control current generation circuit 14. The gain of the TIA unit 11 (the ratio of the magnitude of the voltage signal Vtia to the magnitude of the current signal Iin) is determined by the resistance value (transimpedance) of the feedback resistance element 11b. The input impedance of the TIA unit 11 is about 10 to 100 Ω.

基準電圧発生回路12は、直流の電圧信号である基準電圧信号Vrefを生成する回路である。基準電圧発生回路12は、基準電圧信号Vrefを差動増幅回路13、制御電流生成回路14、及びバイパス回路15Cに出力する。基準電圧信号Vrefは、所定の電圧値(固定値)を有する。基準電圧発生回路12は、出力インピーダンスが広帯域にわたって低インピーダンスとなるように構成されてもよい。本実施形態では、基準電圧発生回路12は、TIA部11と同様に、電圧アンプ12a(増幅器)と帰還抵抗素子12bとを備えるダミーTIAである。電圧アンプ12aの入力端子と出力端子とは、帰還抵抗素子12bを介して電気的に接続されている。つまり、帰還抵抗素子12bは、電圧アンプ12aの入出力間に電気的に接続されている。基準電圧発生回路12がTIA部11と同様の回路構成を有することで、電圧アンプ11aの電源電圧及び温度の変化による電圧信号Vtiaの変化を補償(相殺)するように基準電圧信号Vrefが生成され得る。 The reference voltage generation circuit 12 is a circuit that generates a reference voltage signal Vref, which is a DC voltage signal. The reference voltage generation circuit 12 outputs the reference voltage signal Vref to the differential amplifier circuit 13, the control current generation circuit 14, and the bypass circuit 15C. The reference voltage signal Vref has a predetermined voltage value (fixed value). The reference voltage generation circuit 12 may be configured so that the output impedance becomes low impedance over a wide band. In the present embodiment, the reference voltage generation circuit 12 is a dummy TIA including a voltage amplifier 12a (amplifier) and a feedback resistance element 12b, similarly to the TIA unit 11. The input terminal and the output terminal of the voltage amplifier 12a are electrically connected via the feedback resistance element 12b. That is, the feedback resistance element 12b is electrically connected between the input and output of the voltage amplifier 12a. Since the reference voltage generation circuit 12 has the same circuit configuration as the TIA unit 11, the reference voltage signal Vref is generated so as to compensate (cancel) the change in the voltage signal Vtia due to the change in the power supply voltage and temperature of the voltage amplifier 11a. obtain.

差動増幅回路13は、電圧信号Vtiaと基準電圧信号Vrefとの差分ΔVtia(誤差)に応じて差動電圧信号Vout,Voutbを生成する回路である。言い換えると、差動増幅回路13は、基準電圧信号Vrefを用いて、単一(単相)の電圧信号Vtiaを差動電圧信号Vout,Voutbに変換する。差動増幅回路13は、差分ΔVtiaを増幅することで、差動電圧信号Vout,Voutbを生成する。差動増幅回路13は、差動電圧信号Vout,Voutbを後段の回路(不図示)に出力する。 The differential amplifier circuit 13 is a circuit that generates differential voltage signals Vout and Voutb according to the difference ΔVtia (error) between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref. In other words, the differential amplifier circuit 13 uses the reference voltage signal Vref to convert the single (single-phase) voltage signal Vtia into the differential voltage signals Vout and Voutb. The differential amplifier circuit 13 generates differential voltage signals Vout and Voutb by amplifying the difference ΔVtia. The differential amplifier circuit 13 outputs the differential voltage signals Vout and Voutb to a subsequent circuit (not shown).

制御電流生成回路14は、電圧信号Vtiaと基準電圧信号Vrefとの差分ΔVtiaの積分値に基づいて制御電流Icntを生成する回路である。制御電流生成回路14は、積分回路41と、OTA(Operational Transconductance Amplifier)42と、を備える。 The control current generation circuit 14 is a circuit that generates a control current Ict based on the integrated value of the difference ΔVtia between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref. The control current generation circuit 14 includes an integrator circuit 41 and an OTA (Operational Transconductance Amplifier) 42.

積分回路41は、差分ΔVtiaを積分する回路である。図2に示されるように、積分回路41は、入力端子41a,41bと、出力端子41c,41dと、を有する。入力端子41aは、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されており、入力端子41aには、基準電圧信号Vrefが入力される。入力端子41bは、TIA部11(電圧アンプ11a)の出力端子に電気的に接続されており、入力端子41bには、電圧信号Vtiaが入力される。出力端子41cは、OTA42の反転入力端子に電気的に接続されており、OTA42に電圧信号Vinnを出力する。出力端子41dは、OTA42の非反転入力端子に電気的に接続されており、OTA42に電圧信号Vinpを出力する。 The integrator circuit 41 is a circuit that integrates the difference ΔVtia. As shown in FIG. 2, the integrating circuit 41 has input terminals 41a and 41b and output terminals 41c and 41d. The input terminal 41a is electrically connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12a), and the reference voltage signal Vref is input to the input terminal 41a. The input terminal 41b is electrically connected to the output terminal of the TIA unit 11 (voltage amplifier 11a), and the voltage signal Vtia is input to the input terminal 41b. The output terminal 41c is electrically connected to the inverting input terminal of the OTA 42, and outputs a voltage signal Vinn to the OTA 42. The output terminal 41d is electrically connected to the non-inverting input terminal of the OTA 42, and outputs a voltage signal Vinp to the OTA 42.

積分回路41は、オペアンプ43と、抵抗素子44,45と、コンデンサ46,47と、を備える。オペアンプ43は、非反転入力端子43aと、反転入力端子43bと、反転出力端子43cと、非反転出力端子43dと、を有する。非反転入力端子43aは、抵抗素子44を介して入力端子41aに電気的に接続されている。反転入力端子43bは、抵抗素子45を介して入力端子41bに電気的に接続されている。反転出力端子43cは、出力端子41cに電気的に接続されるとともに、コンデンサ46を介して非反転入力端子43aに電気的に接続されている。つまり、コンデンサ46は、反転出力端子43cと非反転入力端子43aとの間を負帰還で接続する。非反転出力端子43dは、出力端子41dに電気的に接続されるとともに、コンデンサ47を介して反転入力端子43bに電気的に接続されている。つまり、コンデンサ47は、非反転出力端子43dと反転入力端子43bとの間を負帰還で接続する。 The integrator circuit 41 includes an operational amplifier 43, resistance elements 44 and 45, and capacitors 46 and 47. The operational amplifier 43 has a non-inverting input terminal 43a, an inverting input terminal 43b, an inverting output terminal 43c, and a non-inverting output terminal 43d. The non-inverting input terminal 43a is electrically connected to the input terminal 41a via a resistance element 44. The inverting input terminal 43b is electrically connected to the input terminal 41b via a resistance element 45. The inverting output terminal 43c is electrically connected to the output terminal 41c and is also electrically connected to the non-inverting input terminal 43a via the capacitor 46. That is, the capacitor 46 connects the inverting output terminal 43c and the non-inverting input terminal 43a with negative feedback. The non-inverting output terminal 43d is electrically connected to the output terminal 41d and is also electrically connected to the inverting input terminal 43b via a capacitor 47. That is, the capacitor 47 connects the non-inverting output terminal 43d and the inverting input terminal 43b with negative feedback.

ここで、オペアンプ43の利得が無限大であり、抵抗素子44の抵抗値R1と抵抗素子45の抵抗値R2とが互いに等しく、コンデンサ46の容量値C1とコンデンサ47の容量値C2とが互いに等しいと仮定すると、積分回路41は、時定数R1×C1を有する積分器として動作する。 Here, the gain of the operational amplifier 43 is infinite, the resistance value R1 of the resistance element 44 and the resistance value R2 of the resistance element 45 are equal to each other, and the capacitance value C1 of the capacitor 46 and the capacitance value C2 of the capacitor 47 are equal to each other. Assuming that, the integrator circuit 41 operates as an integrator having a time constant R1 × C1.

OTA42は、差動電圧信号(電圧信号Vinp及び電圧信号Vinn)をシングル電流信号(誤差電流)である制御電流Icntに変換する回路である。OTA42は、公知の回路構成を有し、例えば、差動増幅回路にカレントミラー回路が付加された構成を有する。OTA42は、トランスコンダクタンスを有しており、OTA42の入出力インピーダンスは例えば無限大である。制御電流Icntは、OTA42に入力される電圧信号Vinpと電圧信号Vinnとの差である入力差動電圧にトランスコンダクタンスを乗算することによって求められる。電圧信号Vinpと電圧信号Vinnとの差は、差分ΔVtiaの積分値に応じて変化する。OTA42は、制御電流Icntをバイパス回路15Cに出力する。 The OTA 42 is a circuit that converts a differential voltage signal (voltage signal Vinp and voltage signal Vinn) into a control current Ict which is a single current signal (error current). The OTA 42 has a known circuit configuration, for example, a configuration in which a current mirror circuit is added to a differential amplifier circuit. The OTA 42 has transconductance, and the input / output impedance of the OTA 42 is, for example, infinite. The control current Icnt is obtained by multiplying the input differential voltage, which is the difference between the voltage signal Vinp input to the OTA 42 and the voltage signal Vinn, by the transconductance. The difference between the voltage signal Vinp and the voltage signal Vinn changes according to the integrated value of the difference ΔVtia. The OTA 42 outputs the control current Icnt to the bypass circuit 15C.

バイパス回路15Cは、制御電流Icntに応じて、直流バイパス電流Iaoc、交流バイパス電流Iagc1、及び交流バイパス電流Iagc2を生成する回路である。バイパス回路15Cは、制御回路51Cと、帰還電流源52と、可変抵抗回路53(第1可変抵抗回路)と、可変抵抗回路80(第2可変抵抗回路)と、を備える。 The bypass circuit 15C is a circuit that generates a DC bypass current Iaoc, an AC bypass current Iagc1, and an AC bypass current Iagc2 according to the control current Ict. The bypass circuit 15C includes a control circuit 51C, a feedback current source 52, a variable resistance circuit 53 (first variable resistance circuit), and a variable resistance circuit 80 (second variable resistance circuit).

制御回路51Cには、制御電流Icntが入力される。制御回路51Cは、制御電流Icntが大きくなるにつれて直流バイパス電流Iaocが大きくなるように帰還電流源52を制御する。制御回路51Cは、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を越えた場合に、制御電流Icntが大きくなるにつれて交流バイパス電流Iagc1,Iagc2が大きくなるように可変抵抗回路53,80を制御する。オフセット電流Iofsの電流値は、所定の電流値(固定値)である。具体的には、制御回路51Cは、制御電流生成回路14(OTA42)から制御電流Icntを受け、制御電流Icntに応じて制御電流Iaoccnt(第3制御電流)、制御電流Iagc1cnt(第1制御電流)、及び制御電流Iagc2cnt(第2制御電流)を生成する。制御回路51Cは、制御電流Iaoccntを帰還電流源52に出力し、制御電流Iaoccntによって帰還電流源52を制御する。制御回路51Cは、制御電流Iagc1cntを可変抵抗回路53に出力し、制御電流Iagc1cntによって可変抵抗回路53を制御する。制御回路51Cは、制御電流Iagc2cntを可変抵抗回路80に出力し、制御電流Iagc2cntによって可変抵抗回路80を制御する。 The control current Icnt is input to the control circuit 51C. The control circuit 51C controls the feedback current source 52 so that the DC bypass current Iaoc increases as the control current Ict increases. The control circuit 51C controls the variable resistance circuits 53 and 80 so that the AC bypass currents Igc1 and Iagc2 increase as the control current Ict increases when the control current Ict exceeds the current value of the offset current Ifs. The current value of the offset current Ifs is a predetermined current value (fixed value). Specifically, the control circuit 51C receives the control current Ict from the control current generation circuit 14 (OTA42), and according to the control current Ict, the control current Iaocct (third control current) and the control current Iagc1ct (first control current). , And the control current Igc2ct (second control current) is generated. The control circuit 51C outputs the control current Iaocct to the feedback current source 52, and controls the feedback current source 52 by the control current Iaocct. The control circuit 51C outputs the control current Iagc1ct to the variable resistance circuit 53, and controls the variable resistance circuit 53 by the control current Iagc1ct. The control circuit 51C outputs the control current Igc2ct to the variable resistance circuit 80, and controls the variable resistance circuit 80 by the control current Igc2ct.

図3に示されるように、制御電流Iagc1cnt及び制御電流Iagc2cntの電流値は、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも大きい場合に、制御電流Icntの電流値に比例する。言い換えると、制御電流Iagc1cnt及び制御電流Iagc2cntの電流値は、制御電流Icntからオフセット電流Iofsの電流値を減算した電流値のγ倍である(Iagc1cnt=Iagc2cnt=γ×(Icnt−Iofs))。制御回路51Cは、例えば、所定の電流値(オフセット電流値)を有するオフセット電流Iofsを生成し、制御電流Icntを増幅することで生成した電流(ここでは、制御電流Icnt)とオフセット電流Iofsとの差分を増幅率γで増幅することで制御電流Iagc1cnt及び制御電流Iagc2cntを生成する。 As shown in FIG. 3, the current values of the control current Igc1ct and the control current Igc2ct are proportional to the current value of the control current Ict when the current value of the control current Ict is larger than the current value of the offset current Ifs. In other words, the current values of the control current Igc1ct and the control current Igc2ct are γ times the current value obtained by subtracting the current value of the offset current Ifs from the control current Ictt (Iagc1ct = Iagc2ct = γ × (Icnt-Ifs)). The control circuit 51C generates, for example, an offset current Ifs having a predetermined current value (offset current value), and a current generated by amplifying the control current Ict (here, the control current Ict) and the offset current Ifs. The control current Igc1ct and the control current Igc2ct are generated by amplifying the difference with the amplification factor γ.

制御電流Iaoccntの電流値は、制御電流Icntの電流値のα倍に、制御電流Iagc2cntの電流値を加えた値である(Iaoccnt=α×Icnt+Iagc2cnt)。制御回路51Cは、例えば、制御電流Icntを増幅率αで増幅することで生成した電流に制御電流Iagc2cntを加えることで制御電流Iaoccntを生成する。このように、制御電流Iaoccntでは、増幅率αが調整され、制御電流Iagc1cnt,Iagc2cntでは、自動利得制御(automatic gain control;AGC)を開始する電流を決定するためのオフセット電流値と、AGCの制御感度を決定する増幅率γとが調整される。 The current value of the control current Iacct is a value obtained by adding the current value of the control current Iagc2ct to α times the current value of the control current Ictt (Iaocct = α × Ict + Iagc2ct). The control circuit 51C generates the control current Iacct by, for example, adding the control current Igc2ct to the current generated by amplifying the control current Ict with the amplification factor α. In this way, in the control current Iaocct, the amplification factor α is adjusted, and in the control currents Iagc1ct and Iagc2ct, the offset current value for determining the current for starting automatic gain control (AGC) and the control of the AGC. The amplification factor γ, which determines the sensitivity, is adjusted.

図4に示される制御回路51Cは、図3に示される制御電流Iaoccnt、制御電流Iagc1cnt、及び制御電流Iagc2cntを実現するための回路構成を有する。図4に示されるように、制御回路51Cは、入力端子51aと、出力端子51b,51c,51eと、電源端子51dと、を有する。入力端子51aは、制御電流生成回路14(OTA42)の出力端子に電気的に接続されており、入力端子51aには、制御電流Icntが入力される。出力端子51bは、帰還電流源52の入力端子52aに電気的に接続されており、帰還電流源52に制御電流Iaoccntを出力する。出力端子51cは、可変抵抗回路53の制御端子53aに電気的に接続されており、可変抵抗回路53に制御電流Iagc1cntを出力する。電源端子51dは、電源電圧VCCを供給する電源配線に電気的に接続されており、電源端子51dには電源電圧VCCが供給される。出力端子51eは、可変抵抗回路80の制御端子80aに電気的に接続されており、可変抵抗回路80に制御電流Iagc2cntを出力する。 The control circuit 51C shown in FIG. 4 has a circuit configuration for realizing the control current Iaocct, the control current Iagc1ct, and the control current Iagc2ct shown in FIG. As shown in FIG. 4, the control circuit 51C has an input terminal 51a, output terminals 51b, 51c, 51e, and a power supply terminal 51d. The input terminal 51a is electrically connected to the output terminal of the control current generation circuit 14 (OTA42), and the control current Icnt is input to the input terminal 51a. The output terminal 51b is electrically connected to the input terminal 52a of the feedback current source 52, and outputs the control current Iaocct to the feedback current source 52. The output terminal 51c is electrically connected to the control terminal 53a of the variable resistance circuit 53, and outputs the control current Iagc1ct to the variable resistance circuit 53. The power supply terminal 51d is electrically connected to the power supply wiring that supplies the power supply voltage VCS, and the power supply voltage VCS is supplied to the power supply terminal 51d. The output terminal 51e is electrically connected to the control terminal 80a of the variable resistance circuit 80, and outputs the control current Iagc2ct to the variable resistance circuit 80.

制御回路51Cは、トランジスタ61〜69,71,72と、電流源70と、を備える。トランジスタ61〜69,71,72は、例えば、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)構造を有する電界効果トランジスタ(MOSFET)である。図4に示される例では、トランジスタ61〜63は、NチャネルMOSトランジスタであり、トランジスタ64〜69,71,72は、PチャネルMOSトランジスタである。 The control circuit 51C includes transistors 61 to 69, 71, 72 and a current source 70. The transistors 61 to 69, 71, 72 are, for example, field effect transistors (MOSFETs) having a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure. In the example shown in FIG. 4, the transistors 61 to 63 are N-channel MOS transistors, and the transistors 64 to 69, 71, 72 are P-channel MOS transistors.

トランジスタ61〜63は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ61は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ62,63は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ61〜63のソースは、接地電位GNDに電気的に接続されている。トランジスタ61のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらに入力端子51aに電気的に接続されている。トランジスタ62,63のそれぞれのゲートは、トランジスタ61のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ62のドレインは、トランジスタ64のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。トランジスタ63のドレインは、ノードN1を介してトランジスタ68のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Transistors 61 to 63 form a current mirror circuit. The transistor 61 functions as an input transistor, and the transistors 62 and 63 function as output transistors. The sources of transistors 61-63 are electrically connected to the ground potential GND. The gate and drain of the transistor 61 are electrically connected to each other, and further electrically connected to the input terminal 51a. Each gate of the transistors 62 and 63 is electrically connected to the gate and drain of the transistor 61. The drain of the transistor 62 is electrically connected to the drain and the gate of the transistor 64. The drain of the transistor 63 is electrically connected to the drain and the gate of the transistor 68 via the node N1.

トランジスタ61,62、及びトランジスタ61,63は、それぞれカレントミラー回路を構成するので、例えば、トランジスタ61のドレイン電流(制御電流Icnt)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)がトランジスタ62,63のドレインからそれぞれ出力される。ここでは説明の便宜上、カレントミラー比は、1:1:1とする。このため、入力端子51aに入力された制御電流Icntはトランジスタ61〜63によってコピーされ、トランジスタ62,63のドレインからそれぞれ制御電流Icntが出力される。なお、制御電流Icntは、トランジスタ62,63のドレインに向かって流れる。 Since the transistors 61 and 62 and the transistors 61 and 63 each form a current mirror circuit, for example, an output current (drain current) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (control current Ict) of the transistor 61 is a transistor. It is output from the drains of 62 and 63, respectively. Here, for convenience of explanation, the current mirror ratio is 1: 1: 1. Therefore, the control current Icnt input to the input terminal 51a is copied by the transistors 61 to 63, and the control current Icnt is output from the drains of the transistors 62 and 63, respectively. The control current Icnt flows toward the drains of the transistors 62 and 63.

トランジスタ64,65は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ64は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ65は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ64,65のソースは、電源端子51dに電気的に接続されている。トランジスタ64のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらにトランジスタ62のドレインに電気的に接続されている。トランジスタ65のゲートは、トランジスタ64のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ65のドレインは、ノードN2を介して出力端子51bに電気的に接続されている。 Transistors 64 and 65 form a current mirror circuit. The transistor 64 functions as an input transistor, and the transistor 65 functions as an output transistor. The sources of the transistors 64 and 65 are electrically connected to the power supply terminal 51d. The gate and drain of the transistor 64 are electrically connected to each other, and further electrically connected to the drain of the transistor 62. The gate of transistor 65 is electrically connected to the gate and drain of transistor 64. The drain of the transistor 65 is electrically connected to the output terminal 51b via the node N2.

トランジスタ62のドレインから出力された制御電流Icntは、トランジスタ64のドレインに入力され、トランジスタ64のドレイン電流(制御電流Icnt)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)が、トランジスタ65のドレインから出力される。ここでは、トランジスタ64,65によって構成されるカレントミラー回路のカレントミラー比は1:αに設定されている。つまり、トランジスタ65のドレイン電流は、制御電流Icntをα倍に増幅することで得られる大きさの電流(α×Icnt)である。なお、トランジスタ65のドレイン電流は、トランジスタ65のドレインからノードN2に向かって流れる。 The control current Icnt output from the drain of the transistor 62 is input to the drain of the transistor 64, and the output current (drain current) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (control current Ict) of the transistor 64 is the transistor 65. It is output from the drain of. Here, the current mirror ratio of the current mirror circuit composed of the transistors 64 and 65 is set to 1: α. That is, the drain current of the transistor 65 is a current (α × Ict) of a magnitude obtained by amplifying the control current Icnt by α times. The drain current of the transistor 65 flows from the drain of the transistor 65 toward the node N2.

トランジスタ66,67は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ66は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ67は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ66,67のソースは、電源端子51dに電気的に接続されている。トランジスタ66のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらに電流源70に電気的に接続されている。トランジスタ67のゲートは、トランジスタ66のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ67のドレインは、ノードN1を介してトランジスタ68のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Transistors 66 and 67 form a current mirror circuit. The transistor 66 functions as an input transistor, and the transistor 67 functions as an output transistor. The sources of the transistors 66 and 67 are electrically connected to the power supply terminal 51d. The gate and drain of the transistor 66 are electrically connected to each other, and further electrically connected to the current source 70. The gate of transistor 67 is electrically connected to the gate and drain of transistor 66. The drain of the transistor 67 is electrically connected to the drain and the gate of the transistor 68 via the node N1.

電流源70から供給される基準電流Irefは、トランジスタ66のドレインに入力され、トランジスタ66のドレイン電流(基準電流Iref)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)が、トランジスタ67のドレインからオフセット電流Iofsとして出力される。ここでは、トランジスタ66,67によって構成されるカレントミラー回路のカレントミラー比は1:mに設定されている。つまり、オフセット電流Iofsは、基準電流Irefをm倍に増幅することで得られる大きさの電流(m×Iref)である。なお、オフセット電流Iofsは、トランジスタ67のドレインからノードN1に向かって流れる。mの値は、AGCを動作させたい光パワーに応じて任意に選択される。基準電流Irefの電流値は、固定値であるので、オフセット電流Iofsの電流値(オフセット電流値)も固定値である。 The reference current Iref supplied from the current source 70 is input to the drain of the transistor 66, and the output current (drain current) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (reference current Iref) of the transistor 66 is the transistor 67. It is output from the drain as offset current Ifs. Here, the current mirror ratio of the current mirror circuit composed of the transistors 66 and 67 is set to 1: m. That is, the offset current Ifs is a current (m × Iref) of a magnitude obtained by amplifying the reference current Iref m times. The offset current Ifs flows from the drain of the transistor 67 toward the node N1. The value of m is arbitrarily selected according to the optical power at which the AGC is desired to operate. Since the current value of the reference current Iref is a fixed value, the current value (offset current value) of the offset current Ifs is also a fixed value.

トランジスタ68,69、トランジスタ68,71、及びトランジスタ68,72は、それぞれカレントミラー回路を構成している。トランジスタ68は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ69,71,72は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ68,69,71,72のソースは、電源端子51dに電気的に接続されている。トランジスタ68のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらにノードN1を介してトランジスタ63のドレイン及びトランジスタ67のドレインに電気的に接続されている。トランジスタ69,71,72のそれぞれのゲートは、トランジスタ68のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ69のドレインは、出力端子51cに電気的に接続されている。トランジスタ71のドレインは、出力端子51eに電気的に接続されている。トランジスタ72のドレインは、ノードN2を介して出力端子51bに電気的に接続されている。 The transistors 68 and 69, the transistors 68 and 71, and the transistors 68 and 72 form a current mirror circuit, respectively. The transistor 68 functions as an input transistor, and the transistors 69, 71, 72 function as an output transistor. The sources of the transistors 68, 69, 71, 72 are electrically connected to the power supply terminal 51d. The gate and drain of the transistor 68 are electrically connected to each other, and are further electrically connected to the drain of the transistor 63 and the drain of the transistor 67 via the node N1. The gates of the transistors 69, 71, and 72 are electrically connected to the gate and drain of the transistor 68. The drain of the transistor 69 is electrically connected to the output terminal 51c. The drain of the transistor 71 is electrically connected to the output terminal 51e. The drain of the transistor 72 is electrically connected to the output terminal 51b via the node N2.

トランジスタ63のドレインから出力された制御電流Icntは、ノードN1において、トランジスタ67のドレインから出力されたオフセット電流Iofsと合成される。具体的には、制御電流Icntからオフセット電流Iofsが差し引かれる(減算される)。このとき、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも大きい場合にのみ、差電流(Icnt−Iofs)がトランジスタ68のドレインに流れ、トランジスタ68のドレイン電流(差電流)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)が、トランジスタ69のドレインから制御電流Iagc1cntとして出力され、トランジスタ71,72のドレインからそれぞれ制御電流Iagc2cntとして出力される。 The control current Icnt output from the drain of the transistor 63 is combined with the offset current Ifs output from the drain of the transistor 67 at the node N1. Specifically, the offset current Ifs is subtracted (subtracted) from the control current Icnt. At this time, only when the current value of the control current Icnt is larger than the current value of the offset current Ifs, the difference current (Icnt-Iofs) flows to the drain of the transistor 68, and the magnitude of the drain current (difference current) of the transistor 68 An output current (drain current) having a magnitude proportional to the above is output as a control current Igc1ct from the drain of the transistor 69, and is output as a control current Igc2ct from the drains of the transistors 71 and 72, respectively.

ここでは、トランジスタ68,69,71,72によって構成されるカレントミラー回路のカレントミラー比は1:γ:γ:γに設定されている。つまり、制御電流Iagc1cnt,Iagc2cntは、差電流(Icnt−Iofs)をγ倍に増幅することで得られる大きさの電流(γ×(Icnt−Iofs))である。なお、トランジスタ68,69のカレントミラー回路で生成された制御電流Iagc1cntは、トランジスタ69のドレインから出力端子51cに向かって流れる。トランジスタ68,71のカレントミラー回路で生成された制御電流Iagc2cntは、トランジスタ71のドレインから出力端子51eに向かって流れる。トランジスタ68,72のカレントミラー回路で生成された制御電流Iagc2cntは、トランジスタ72のドレインからノードN2に向かって流れ、ノードN2において、トランジスタ65のドレインから出力されたドレイン電流と合成される。トランジスタ65のドレイン電流と制御電流Iagc2cntとが合成されることによって、制御電流Iaoccntが生成され、制御電流IaoccntはノードN2から出力端子51bに向かって流れる。 Here, the current mirror ratio of the current mirror circuit composed of the transistors 68, 69, 71, and 72 is set to 1: γ: γ: γ. That is, the control currents Igc1ct and Igc2ct are currents (γ × (Icnt-Iofs)) having a magnitude obtained by amplifying the difference current (Ict-Ioffs) by γ times. The control current Igc1ct generated by the current mirror circuits of the transistors 68 and 69 flows from the drain of the transistors 69 toward the output terminal 51c. The control current Igc2ct generated by the current mirror circuit of the transistors 68 and 71 flows from the drain of the transistor 71 toward the output terminal 51e. The control current Igc2ct generated by the current mirror circuits of the transistors 68 and 72 flows from the drain of the transistor 72 toward the node N2, and is combined with the drain current output from the drain of the transistor 65 at the node N2. By synthesizing the drain current of the transistor 65 and the control current Iagc2ct, the control current Iaocct is generated, and the control current Iaocct flows from the node N2 toward the output terminal 51b.

一方、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも小さい場合には、トランジスタ68には電流は流れないので、ダイオード接続されたトランジスタ68によって、ノードN1の電位は、電源電圧VCC側に高抵抗でプルアップされる。また、トランジスタ67のドレイン・ソース間電圧が小さくなるので、トランジスタ66,67はカレントミラー回路としては動作しない。このとき、トランジスタ67は、3極管領域(線形領域)で動作するので、ノードN1の電位は、電源電圧VCC側に低抵抗でプルアップされる。3極管領域とは、トランジスタのゲート・ソース間電圧から閾値電圧を減算した結果が、ドレイン・ソース間電圧よりも大きいという状態である。 On the other hand, when the current value of the control current Icnt is smaller than the current value of the offset current Ifs, no current flows through the transistor 68. Therefore, the potential of the node N1 is set to the power supply voltage VCC side by the diode-connected transistor 68. It is pulled up with high resistance. Further, since the voltage between the drain and the source of the transistor 67 becomes small, the transistors 66 and 67 do not operate as a current mirror circuit. At this time, since the transistor 67 operates in the triode region (linear region), the potential of the node N1 is pulled up to the power supply voltage VCS side with a low resistance. The triode region is a state in which the result of subtracting the threshold voltage from the gate-source voltage of the transistor is larger than the drain-source voltage.

トランジスタ68には、ゲート・ソース間電圧が印加されないので、ゲート・ソース間電圧が印加されているトランジスタ67の抵抗値の方が、トランジスタ68の抵抗値よりも小さくなる。このように、トランジスタ67が3極管領域で動作することによって、トランジスタ67は、オフセット電流Iofsを供給できなくなると同時に、トランジスタ63からの制御電流Icntが全てトランジスタ67を流れる。これにより、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも大きい場合に(Icnt−Iofs>0の領域で)のみ、制御電流Iagc1cntが出力端子51cから出力され、制御電流Iagc2cntが出力端子51e及びトランジスタ72のドレインから出力される。 Since no gate-source voltage is applied to the transistor 68, the resistance value of the transistor 67 to which the gate-source voltage is applied is smaller than the resistance value of the transistor 68. As described above, when the transistor 67 operates in the triode region, the transistor 67 cannot supply the offset current Ifs, and at the same time, all the control current Icnt from the transistor 63 flows through the transistor 67. As a result, the control current Igc1ct is output from the output terminal 51c and the control current Igc2ct is output from the output terminal only when the current value of the control current Ict is larger than the current value of the offset current Ifs (in the region of Ict-Ioffs> 0). It is output from the drain of the 51e and the transistor 72.

このように、制御電流Iagc1cntと制御電流Iagc2cntとは互いに同じ電流量を有し、互いに同じ方向に流れる。つまり、制御電流Iagc1cnt,Iagc2cntは、電源電圧VCCから接地電位GNDに向けて吐き出されるように流れる。 In this way, the control current Igc1ct and the control current Igc2ct have the same amount of current and flow in the same direction. That is, the control currents Iagc1ct and Iagc2ct flow so as to be discharged from the power supply voltage VCS toward the ground potential GND.

なお、図4に示される制御回路51Cによって、図3の入出力特性が得られるが、上述のカレントミラー比は、適宜変更され得る。また、制御回路51Cの回路構成として、図3の入出力特性を得ることができる別の回路構成が採用されてもよい。 The input / output characteristics of FIG. 3 can be obtained by the control circuit 51C shown in FIG. 4, but the above-mentioned current mirror ratio can be changed as appropriate. Further, as the circuit configuration of the control circuit 51C, another circuit configuration capable of obtaining the input / output characteristics of FIG. 3 may be adopted.

帰還電流源52は、自動オフセット制御(Auto-Offset Control:AOC)回路を構成する。帰還電流源52は、制御電流Icntに応じて直流バイパス電流Iaocを生成する回路である。より具体的には、帰還電流源52は、制御電流Iaoccntに応じて直流バイパス電流Iaocを生成する。帰還電流源52は、入力端子52aと、出力端子52bと、接地端子52cと、を有する。入力端子52aは、制御回路51Cの出力端子51bに電気的に接続されており、制御回路51Cから制御電流Iaoccntを受ける。出力端子52bは、入力端子10aに電気的に接続されており、直流バイパス電流Iaocを出力する。接地端子52cは、接地電位GNDに電気的に接続されている。帰還電流源52は、電界効果トランジスタ54(第5電界効果トランジスタ)と、電界効果トランジスタ55(第6電界効果トランジスタ)と、を備える。 The feedback current source 52 constitutes an Auto-Offset Control (AOC) circuit. The feedback current source 52 is a circuit that generates a DC bypass current Iaoc according to the control current Ict. More specifically, the feedback current source 52 generates a DC bypass current Iaoc according to the control current Iaocct. The feedback current source 52 has an input terminal 52a, an output terminal 52b, and a ground terminal 52c. The input terminal 52a is electrically connected to the output terminal 51b of the control circuit 51C, and receives the control current Iaocct from the control circuit 51C. The output terminal 52b is electrically connected to the input terminal 10a and outputs a DC bypass current Iaoc. The ground terminal 52c is electrically connected to the ground potential GND. The feedback current source 52 includes a field effect transistor 54 (fifth field effect transistor) and a field effect transistor 55 (sixth field effect transistor).

電界効果トランジスタ54,55のそれぞれは、例えば、NチャネルMOSトランジスタである。電界効果トランジスタ54のサイズと電界効果トランジスタ55のサイズとは互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。電界効果トランジスタ54,55のソースは、互いに電気的に接続されるとともに、接地端子52cを介して接地電位GNDに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ54のドレインは、入力端子52aを介して、制御回路51Cの出力端子51bに電気的に接続されており、制御回路51Cから制御電流Iaoccntを受ける。電界効果トランジスタ54のゲートは、電界効果トランジスタ54のドレインに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ55のドレインは、出力端子52bを介して、入力端子10aに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ55のゲートは、電界効果トランジスタ54のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Each of the field effect transistors 54 and 55 is, for example, an N-channel MOS transistor. The size of the field effect transistor 54 and the size of the field effect transistor 55 may be the same or different from each other. The sources of the field effect transistors 54 and 55 are electrically connected to each other and are electrically connected to the ground potential GND via the ground terminal 52c. The drain of the field effect transistor 54 is electrically connected to the output terminal 51b of the control circuit 51C via the input terminal 52a, and receives the control current Iaocct from the control circuit 51C. The gate of the field effect transistor 54 is electrically connected to the drain of the field effect transistor 54. The drain of the field effect transistor 55 is electrically connected to the input terminal 10a via the output terminal 52b. The gate of the field effect transistor 55 is electrically connected to the drain and gate of the field effect transistor 54.

このように構成された帰還電流源52では、入力端子52aから流れ込んだ制御電流Iaoccntは、ダイオード接続されている電界効果トランジスタ54に流れることによって、電界効果トランジスタ54のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs1を発生させる。電界効果トランジスタ54のゲートと電界効果トランジスタ55のゲートとは互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ54のソースと電界効果トランジスタ55のソースとは互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ55のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs1と等しくなる。電界効果トランジスタ55のソースは、接地電位GNDに電気的に接続されているので、ソース電位は略0Vである。一方、電界効果トランジスタ55のドレインには、TIA部11の入力電位(例えば、0.5〜2V程度)が印加されている。したがって、電界効果トランジスタ55は、飽和領域で動作している。飽和領域とは、トランジスタのゲート・ソース間電圧から閾値電圧を減算した結果が、ドレイン・ソース間電圧よりも小さいという状態である。飽和領域において、電界効果トランジスタ55のドレイン電圧が増加してもそれに対してドレイン電流が増加する度合いは線形領域に比べて小さくなる。したがって、出力端子51bのインピーダンス(出力インピーダンス)は、比較的大きい値となる。 In the feedback current source 52 configured in this way, the control current Iaocct that flows from the input terminal 52a flows through the field effect transistor 54 that is connected to the diode, so that the gate between the gate and the source of the field effect transistor 54 is gated. -Generate a source-to-source voltage Vgs1. Since the gate of the field effect transistor 54 and the gate of the field effect transistor 55 are electrically connected to each other, and the source of the field effect transistor 54 and the source of the field effect transistor 55 are electrically connected to each other, the electric field is generated. The gate-source voltage of the effect transistor 55 becomes equal to the gate-source voltage Vgs1. Since the source of the field effect transistor 55 is electrically connected to the ground potential GND, the source potential is approximately 0 V. On the other hand, the input potential of the TIA unit 11 (for example, about 0.5 to 2 V) is applied to the drain of the field effect transistor 55. Therefore, the field effect transistor 55 operates in the saturation region. The saturation region is a state in which the result of subtracting the threshold voltage from the gate-source voltage of the transistor is smaller than the drain-source voltage. In the saturation region, even if the drain voltage of the field effect transistor 55 increases, the degree to which the drain current increases is smaller than that in the linear region. Therefore, the impedance (output impedance) of the output terminal 51b is a relatively large value.

すなわち、電界効果トランジスタ54,55は、カレントミラー回路を構成しており、制御電流Iaoccntに比例した直流バイパス電流Iaocを出力する。言い換えると、帰還電流源52は、制御電流Iaoccntに応じて直流バイパス電流Iaocを電界効果トランジスタ55のドレインから電界効果トランジスタ55のソースに流す。後述するように、可変抵抗回路80から制御電流Iagc2cntがTIA部11の入力端子に向けて流れ出し、光電流Ipdの直流成分を増加させる。このため、直流バイパス電流Iaocは、制御電流Iagc2cntを含むように設定されている。具体的には、図3に示されるように、制御電流Iaoccntは、制御電流Icntを増幅率αで増幅することで生成した電流に制御電流Iagc2cntを加えることによって生成される。これにより、光電流Ipdから直流成分及び制御電流Iagc2cntが直流バイパス電流Iaocとして引き抜かれる。その結果、差分ΔVtiaから直流成分及び低周波成分が除去され、電圧信号Vtiaの電位が基準電圧信号Vrefの電位に合わせられる(DCオフセット制御)。 That is, the field effect transistors 54 and 55 form a current mirror circuit, and output a DC bypass current Iaoc proportional to the control current Iaocct. In other words, the feedback current source 52 causes the DC bypass current Iaoc to flow from the drain of the field effect transistor 55 to the source of the field effect transistor 55 according to the control current Iaocct. As will be described later, the control current Igc2ct flows out from the variable resistance circuit 80 toward the input terminal of the TIA unit 11 to increase the DC component of the photocurrent Ipd. Therefore, the DC bypass current Iaoc is set to include the control current Iagc2ct. Specifically, as shown in FIG. 3, the control current Iacct is generated by adding the control current Iagc2ct to the current generated by amplifying the control current Icnt at the amplification factor α. As a result, the DC component and the control current Iagc2ct are extracted from the photocurrent Ipd as the DC bypass current Iaoc. As a result, the DC component and the low frequency component are removed from the difference ΔVtia, and the potential of the voltage signal Vtia is adjusted to the potential of the reference voltage signal Vref (DC offset control).

可変抵抗回路53は、制御電流Icntに応じて交流バイパス電流Iagc1を生成する回路である。より具体的には、可変抵抗回路53は、制御電流Iagc1cntに応じて交流バイパス電流Iagc1を生成する。可変抵抗回路53は、制御端子53aと、抵抗端子53bと、抵抗端子53cと、を有する。制御端子53aは、制御回路51Cの出力端子51cに電気的に接続されており、制御回路51Cから制御電流Iagc1cntを受ける。抵抗端子53bは、入力端子10aに電気的に接続されている。抵抗端子53cは、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されており、基準電圧発生回路12から基準電圧信号Vrefを受ける。可変抵抗回路53は、電界効果トランジスタ56(第1電界効果トランジスタ)と、電界効果トランジスタ57(第2電界効果トランジスタ)と、を備える。 The variable resistance circuit 53 is a circuit that generates an AC bypass current Iagc1 according to the control current Ict. More specifically, the variable resistance circuit 53 generates an AC bypass current Iagc1 according to the control current Igc1ct. The variable resistance circuit 53 has a control terminal 53a, a resistance terminal 53b, and a resistance terminal 53c. The control terminal 53a is electrically connected to the output terminal 51c of the control circuit 51C, and receives the control current Iagc1ct from the control circuit 51C. The resistance terminal 53b is electrically connected to the input terminal 10a. The resistance terminal 53c is electrically connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12a), and receives the reference voltage signal Vref from the reference voltage generation circuit 12. The variable resistance circuit 53 includes a field effect transistor 56 (first field effect transistor) and a field effect transistor 57 (second field effect transistor).

電界効果トランジスタ56,57のそれぞれは、例えば、NチャネルMOSトランジスタである。電界効果トランジスタ56のサイズと電界効果トランジスタ57のサイズとは互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。電界効果トランジスタ56,57のソースは、互いに電気的に接続されるとともに、抵抗端子53cを介して、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されている。電界効果トランジスタ56,57のソースには、基準電圧信号Vrefが入力(供給)される。電界効果トランジスタ56のドレインは、制御端子53aを介して、制御回路51Cの出力端子51cに電気的に接続されており、制御回路51Cから制御電流Iagc1cntを受ける。電界効果トランジスタ56のゲートは、電界効果トランジスタ56のドレインに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ57のドレインは、抵抗端子53bを介して、入力端子10aに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ57のゲートは、電界効果トランジスタ56のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Each of the field effect transistors 56 and 57 is, for example, an N-channel MOS transistor. The size of the field effect transistor 56 and the size of the field effect transistor 57 may be the same or different from each other. The sources of the field effect transistors 56 and 57 are electrically connected to each other and are electrically connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12a) via the resistance terminal 53c. A reference voltage signal Vref is input (supplied) to the sources of the field effect transistors 56 and 57. The drain of the field effect transistor 56 is electrically connected to the output terminal 51c of the control circuit 51C via the control terminal 53a, and receives the control current Iagc1ct from the control circuit 51C. The gate of the field effect transistor 56 is electrically connected to the drain of the field effect transistor 56. The drain of the field effect transistor 57 is electrically connected to the input terminal 10a via the resistance terminal 53b. The gate of the field effect transistor 57 is electrically connected to the drain and gate of the field effect transistor 56.

このように構成された可変抵抗回路53では、制御端子53aから流れ込んだ制御電流Iagc1cntは、ダイオード接続されている電界効果トランジスタ56に流れることによって、電界効果トランジスタ56のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs2を発生させる。電界効果トランジスタ56のゲートと電界効果トランジスタ57のゲートとは互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ56のソースと電界効果トランジスタ57のソースとは互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ57のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs2と等しくなる。電界効果トランジスタ57のソースには、基準電圧信号Vrefが供給されており、電界効果トランジスタ57のドレインには、TIA部11の入力電位が印加されている。基準電圧信号Vrefは、TIA部11の入力電位と略同じ電位であるので、電界効果トランジスタ57は、深い3極管領域(線形領域)で動作している。深い3極管領域とは、トランジスタのゲート・ソース間電圧から閾値電圧を減算した結果が、ドレイン・ソース間電圧よりも非常に大きいという状態である。線形領域において、電界効果トランジスタ57のドレイン電圧が増加すると、それに応じてドレイン電流も増加する。特にドレイン電圧が比較的小さいときには、ドレイン電流はドレイン電圧に比例して変化する(線形)とみなすことができる。電界効果トランジスタ57のドレイン電流に対するドレイン電圧の比を抵抗値RAGC1と表すことにする。抵抗値RAGC1については後述する。 In the variable resistance circuit 53 configured in this way, the control current Igc1ct flowing from the control terminal 53a flows through the field effect transistor 56 connected to the diode, thereby gate between the gate and the source of the field effect transistor 56. -Generate the source voltage Vgs2. Since the gate of the field-effect transistor 56 and the gate of the field-effect transistor 57 are electrically connected to each other, and the source of the field-effect transistor 56 and the source of the field-effect transistor 57 are electrically connected to each other, the electric field is generated. The gate-source voltage of the effect transistor 57 becomes equal to the gate-source voltage Vgs2. A reference voltage signal Vref is supplied to the source of the field-effect transistor 57, and the input potential of the TIA unit 11 is applied to the drain of the field-effect transistor 57. Since the reference voltage signal Vref has substantially the same potential as the input potential of the TIA unit 11, the field effect transistor 57 operates in a deep triode region (linear region). The deep triode region is a state in which the result of subtracting the threshold voltage from the gate-source voltage of the transistor is much larger than the drain-source voltage. As the drain voltage of the field effect transistor 57 increases in the linear region, the drain current also increases accordingly. Especially when the drain voltage is relatively small, the drain current can be regarded as changing (linear) in proportion to the drain voltage. The ratio of the drain voltage to the drain current of the field effect transistor 57 is expressed as the resistance value RAGC1 . The resistance value R AGC1 will be described later.

3極管領域でバイアスされた電界効果トランジスタ57のドレイン電流Id(つまり、交流バイパス電流Iagc1)は、電界効果トランジスタ57の固有利得(利得係数)β及び閾値電圧Vthを用いて、式(1)で表され得る。固有利得βは、電界効果トランジスタ57の半導体プロセスに依存する値である。

Figure 2021022901
The drain current Id (that is, the AC bypass current Igc1) of the field-effect transistor 57 biased in the triode region is determined by the equation (1) using the intrinsic gain (gain coefficient) β and the threshold voltage Vth of the field-effect transistor 57. Can be represented by. The intrinsic gain β is a value that depends on the semiconductor process of the field effect transistor 57.
Figure 2021022901

3極管領域では、ドレインとソースとの間の電位差が小さい場合、ドレイン電位とソース電位との大小関係が逆転することがある。この場合、ゲートに対して電圧が最も低い端子がソースとして機能する。トランジスタの回路記号は、回路の表現上において便宜的に用いられているので、回路図におけるトランジスタの端子表記と実際のトランジスタの動作とは一致しないことがある。ここでは、ドレイン・ソース間電圧Vdsが0以上となるように適宜端子を入れ替え、常に電位が低い端子をソースとみなすこととする。 In the triode region, when the potential difference between the drain and the source is small, the magnitude relationship between the drain potential and the source potential may be reversed. In this case, the terminal with the lowest voltage with respect to the gate functions as the source. Since the circuit symbol of the transistor is used for convenience in the expression of the circuit, the terminal notation of the transistor in the circuit diagram may not match the actual operation of the transistor. Here, the terminals are appropriately replaced so that the drain-source voltage Vds becomes 0 or more, and the terminal having a low potential is always regarded as the source.

式(2)に示されるように、ゲート・ソース間電圧Vgs2は、ゲート・ソース間電圧Vgs0にドレイン・ソース間電圧Vdsを加えることによって表現される。ゲート・ソース間電圧Vgs0は、ドレイン・ソース間電圧Vdsが0Vである時のゲート・ソース間電圧である。

Figure 2021022901
As shown in the equation (2), the gate-source voltage Vgs2 is expressed by adding the drain-source voltage Vds to the gate-source voltage Vgs0. The gate-source voltage Vgs0 is the gate-source voltage when the drain-source voltage Vds is 0V.
Figure 2021022901

式(2)を式(1)に代入することによって、式(3)が得られる。式(3)に示されるように、ドレイン電流Id(交流バイパス電流Iagc1)は、ドレイン・ソース間電圧Vdsの2乗に比例するので、非線形な成分を含んでいる。

Figure 2021022901
By substituting Eq. (2) into Eq. (1), Eq. (3) is obtained. As shown in the formula (3), the drain current Id (AC bypass current Igc1) is proportional to the square of the drain-source voltage Vds, and therefore contains a non-linear component.
Figure 2021022901

式(4)に示されるように、式(3)をドレイン・ソース間電圧Vdsで微分し、その演算結果の逆数を計算することによって、微分抵抗値Rd(抵抗値RAGC1)が得られる。式(4)に示されるように、抵抗値RAGC1は、ドレイン・ソース間電圧Vdsに応じて変化する。光電流Ipdに応じてドレイン電位が変調されるので、抵抗値RAGC1は非線形に変動する。

Figure 2021022901
As shown in the equation (4), the differential resistance value Rd (resistance value RAGC1 ) is obtained by differentiating the equation (3) with the drain-source voltage Vds and calculating the reciprocal of the calculation result. As shown in the equation (4), the resistance value RAGC1 changes according to the drain-source voltage Vds. Since the drain potential is modulated according to the photocurrent Ipd, the resistance value RAGC1 fluctuates non-linearly.
Figure 2021022901

式(5)に示されるように、式(3)をゲート・ソース間電圧Vgs0で微分することによって、3極管領域でのトランスコンダクタンスgmが求められる。3極管領域では、ドレイン・ソース間電圧Vdsは、ゲート・ソース間電圧Vgs2から閾値電圧Vthを減算することによって得られる電圧よりも小さい。特に、深い3極管領域では、ドレイン・ソース間電圧Vdsは、ゲート・ソース間電圧Vgs2から閾値電圧Vthを減算することによって得られる電圧よりも非常に小さいので、3極管領域でのトランスコンダクタンスgmは、飽和動作におけるトランスコンダクタンス(β×(Vgs−Vth))と比較すると、無視できるほど小さくなる。

Figure 2021022901
As shown in the equation (5), the transconductance gm in the triode region can be obtained by differentiating the equation (3) with the gate-source voltage Vgs0. In the triode region, the drain-source voltage Vds is smaller than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage Vth from the gate-source voltage Vgs2. Especially in the deep triode region, the drain-source voltage Vds is much smaller than the voltage obtained by subtracting the threshold voltage Vth from the gate-source voltage Vgs2, so that the transconductance in the triode region The gm is negligibly small when compared with the transconductance (β × (Vgs-Vth)) in the saturation operation.
Figure 2021022901

すなわち、可変抵抗回路53は、帰還電流源52と同様な回路構成を有しているにもかかわらず、カレントミラー回路としては動作せず、電界効果トランジスタ57は、ゲート・ソース間電圧Vgs2によって制御される可変抵抗器として動作する。つまり、基準電圧発生回路12によって、電界効果トランジスタ57は交流的に接地され、電界効果トランジスタ57は深い3極管領域でバイアスされる。抵抗端子53bの電位と抵抗端子53cの電位とが略同じであるので、光電流Ipdの直流成分は可変抵抗回路53にほとんど流れず、光電流Ipdの交流成分の一部が可変抵抗回路53(電界効果トランジスタ57)に交流バイパス電流Iagc1として流れ込む。言い換えると、可変抵抗回路53は、制御電流Iagc1cntに応じて交流バイパス電流Iagc1を電界効果トランジスタ57のドレインとソースとの間に流す。交流バイパス電流Iagc1は交流成分であるので、交流バイパス電流Iagc1は、光電流Ipdに応じて、電界効果トランジスタ57のドレインからソースに流れることもあれば、電界効果トランジスタ57のソースからドレインに流れることもある。 That is, although the variable resistance circuit 53 has the same circuit configuration as the feedback current source 52, it does not operate as a current mirror circuit, and the field effect transistor 57 is controlled by the gate-source voltage Vgs2. Operates as a variable resistor. That is, the field effect transistor 57 is AC grounded by the reference voltage generation circuit 12, and the field effect transistor 57 is biased in the deep triode region. Since the potential of the resistance terminal 53b and the potential of the resistance terminal 53c are substantially the same, the DC component of the photocurrent Ipd hardly flows into the variable resistance circuit 53, and a part of the AC component of the photocurrent Ipd is the variable resistance circuit 53 ( It flows into the field effect transistor 57) as an AC bypass current Iagc1. In other words, the variable resistance circuit 53 causes an AC bypass current Iagc1 to flow between the drain and the source of the field effect transistor 57 according to the control current Igc1ct. Since the AC bypass current Iagc1 is an AC component, the AC bypass current Iagc1 may flow from the drain of the field effect transistor 57 to the source or flow from the source of the field effect transistor 57 to the drain depending on the photocurrent Ipd. There is also.

すなわち、光電流Ipdが大きくなって、差分ΔVtiaが大きくなり、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えると、制御電流Iagc1cntが可変抵抗回路53に供給される。これにより、電界効果トランジスタ56,57にゲート・ソース間電圧Vgs2が発生する。ゲート・ソース間電圧Vgs2が大きくなるにつれて、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGC1が小さくなるので、光電流Ipdの直流成分を除く信号成分(交流成分)の一部が交流バイパス電流Iagc1として引き抜かれる。その結果、TIA部11が大信号入力によって飽和する可能性が低減される。 That is, when the optical current Ipd becomes large, the difference ΔVtia becomes large, and the control current Ict exceeds the current value of the offset current Ifs, the control current Igc1ct is supplied to the variable resistance circuit 53. As a result, the gate-source voltage Vgs2 is generated in the field effect transistors 56 and 57. As the gate-source voltage Vgs2 increases, the resistance value RAGC1 of the field effect transistor 57 decreases, so that a part of the signal component (AC component) excluding the DC component of the photocurrent Ipd is extracted as the AC bypass current Iagc1. .. As a result, the possibility that the TIA unit 11 is saturated by the large signal input is reduced.

上述のように、深い3極管領域(線形領域)にバイアスされている電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間には、ドレイン・ソース間電圧に比例した電流が流れることになる。基準電圧信号Vrefは、TIA部11の入力電位と略同じ電位であるので、DC電流が流れることはなく、交流バイパス電流Iagc1はDCオフセット制御を乱さない。電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGC1の変化によってAOC制御利得の特性にのみ影響を与える。 As described above, a current proportional to the voltage between the drain and the source flows between the drain and the source of the field effect transistor 57 biased in the deep triode region (linear region). Since the reference voltage signal Vref has substantially the same potential as the input potential of the TIA unit 11, no DC current flows, and the AC bypass current Iagc1 does not disturb the DC offset control. The change in the resistance value R AGC1 of the field effect transistor 57 affects only the characteristics of the AOC control gain.

可変抵抗回路80は、制御電流Icntに応じて交流バイパス電流Iagc2を生成する回路である。より具体的には、可変抵抗回路80は、制御電流Iagc2cntに応じて交流バイパス電流Iagc2を生成する。可変抵抗回路80は、制御端子80aと、抵抗端子80bと、抵抗端子80cと、を有する。制御端子80aは、制御回路51Cの出力端子51eに電気的に接続されており、制御回路51Cから制御電流Iagc2cntを受ける。抵抗端子80bは、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されており、基準電圧発生回路12から基準電圧信号Vrefを受ける。抵抗端子80cは、入力端子10aに電気的に接続されている。可変抵抗回路80は、電界効果トランジスタ81(第3電界効果トランジスタ)と、電界効果トランジスタ82(第4電界効果トランジスタ)と、を備える。 The variable resistance circuit 80 is a circuit that generates an AC bypass current Igc2 according to the control current Ict. More specifically, the variable resistance circuit 80 generates an AC bypass current Iagc2 according to the control current Igc2ct. The variable resistance circuit 80 has a control terminal 80a, a resistance terminal 80b, and a resistance terminal 80c. The control terminal 80a is electrically connected to the output terminal 51e of the control circuit 51C, and receives the control current Iagc2ct from the control circuit 51C. The resistance terminal 80b is electrically connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12a), and receives the reference voltage signal Vref from the reference voltage generation circuit 12. The resistance terminal 80c is electrically connected to the input terminal 10a. The variable resistance circuit 80 includes a field effect transistor 81 (third field effect transistor) and a field effect transistor 82 (fourth field effect transistor).

電界効果トランジスタ81,82のそれぞれは、例えば、NチャネルMOSトランジスタである。電界効果トランジスタ81のサイズと電界効果トランジスタ82のサイズとは互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。電界効果トランジスタ81,82のソースは、互いに電気的に接続されるとともに、抵抗端子80cを介して、入力端子10aに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ81のドレインは、制御端子80aを介して、制御回路51Cの出力端子51eに電気的に接続されており、制御回路51Cから制御電流Iagc2cntを受ける。電界効果トランジスタ81のゲートは、電界効果トランジスタ81のドレインに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ82のゲートは、電界効果トランジスタ81のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ82のドレインは、抵抗端子80bを介して、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されている。電界効果トランジスタ82のドレインには、基準電圧信号Vrefが入力(供給)される。言い換えると、基準電圧発生回路12に接続される抵抗端子と入力端子10aに接続される抵抗端子との関係は、可変抵抗回路53と可変抵抗回路80とで反対になっている。 Each of the field effect transistors 81 and 82 is, for example, an N-channel MOS transistor. The size of the field effect transistor 81 and the size of the field effect transistor 82 may be the same or different from each other. The sources of the field effect transistors 81 and 82 are electrically connected to each other and are electrically connected to the input terminal 10a via the resistance terminal 80c. The drain of the field effect transistor 81 is electrically connected to the output terminal 51e of the control circuit 51C via the control terminal 80a, and receives the control current Iagc2ct from the control circuit 51C. The gate of the field effect transistor 81 is electrically connected to the drain of the field effect transistor 81. The gate of the field-effect transistor 82 is electrically connected to the drain and gate of the field-effect transistor 81. The drain of the field effect transistor 82 is electrically connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12a) via the resistance terminal 80b. A reference voltage signal Vref is input (supplied) to the drain of the field effect transistor 82. In other words, the relationship between the resistance terminal connected to the reference voltage generation circuit 12 and the resistance terminal connected to the input terminal 10a is opposite between the variable resistance circuit 53 and the variable resistance circuit 80.

このように構成された可変抵抗回路80では、制御端子80aから流れ込んだ制御電流Iagc2cntは、ダイオード接続されている電界効果トランジスタ81に流れることによって、電界効果トランジスタ81のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs3を発生させる。電界効果トランジスタ81のゲートと電界効果トランジスタ82のゲートとは互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ81のソースと電界効果トランジスタ82のソースとは互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ82のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs3と等しくなる。電界効果トランジスタ82のドレインには、基準電圧信号Vrefが供給されており、電界効果トランジスタ82のソースには、TIA部11の入力電位が印加されている。基準電圧信号Vrefは、TIA部11の入力電位と略同じ電位であるので、電界効果トランジスタ82は、深い3極管領域(線形領域)で動作している。線形領域において、電界効果トランジスタ82のドレイン電圧が増加すると、それに応じてドレイン電流も増加する。特にドレイン電圧が比較的小さいときには、ドレイン電流はドレイン電圧に比例して変化する(線形)とみなすことができる。電界効果トランジスタ82のドレイン電流に対するドレイン電圧の比を抵抗値RAGC2と表すことにする。 In the variable resistance circuit 80 configured in this way, the control current Igc2ct flowing from the control terminal 80a flows through the field effect transistor 81 connected to the diode, thereby gate between the gate and the source of the field effect transistor 81. -Generate a source-to-source voltage Vgs3. Since the gate of the field effect transistor 81 and the gate of the field effect transistor 82 are electrically connected to each other, and the source of the field effect transistor 81 and the source of the field effect transistor 82 are electrically connected to each other, the electric field is generated. The gate-source voltage of the effect transistor 82 becomes equal to the gate-source voltage Vgs3. A reference voltage signal Vref is supplied to the drain of the field effect transistor 82, and the input potential of the TIA unit 11 is applied to the source of the field effect transistor 82. Since the reference voltage signal Vref has substantially the same potential as the input potential of the TIA unit 11, the field effect transistor 82 operates in a deep triode region (linear region). As the drain voltage of the field effect transistor 82 increases in the linear region, the drain current increases accordingly. Especially when the drain voltage is relatively small, the drain current can be regarded as changing (linear) in proportion to the drain voltage. The ratio of the drain voltage to the drain current of the field effect transistor 82 is expressed as the resistance value RAGC2 .

その結果、電界効果トランジスタ82は、電界効果トランジスタ57と同様に、ゲート・ソース間電圧Vgs3によって制御される可変抵抗器として動作する。電界効果トランジスタ82の抵抗値RAGC2は、抵抗値RAGC1と同様に、式(4)で表される。つまり、基準電圧発生回路12によって、電界効果トランジスタ82は交流的に接地され、電界効果トランジスタ82は深い3極管領域でバイアスされる。抵抗端子80bの電位と抵抗端子80cの電位とが略同じであるので、光電流Ipdの直流成分は可変抵抗回路80にほとんど流れず、光電流Ipdの交流成分の一部が可変抵抗回路80(電界効果トランジスタ82)に交流バイパス電流Iagc2として流れ込む。言い換えると、可変抵抗回路80は、制御電流Iagc2cntに応じて交流バイパス電流Iagc2を電界効果トランジスタ82のドレインとソースとの間に流す。交流バイパス電流Iagc2は交流成分であるので、交流バイパス電流Iagc2は、光電流Ipdに応じて、電界効果トランジスタ82のソースからドレインに流れることもあれば、電界効果トランジスタ82のドレインからソースに流れることもある。 As a result, the field effect transistor 82 operates as a variable resistor controlled by the gate-source voltage Vgs3, similarly to the field effect transistor 57. Resistance R AGC 2 of the field effect transistor 82, similar to the resistance value R AGC1, the formula (4). That is, the field effect transistor 82 is AC grounded by the reference voltage generation circuit 12, and the field effect transistor 82 is biased in the deep triode region. Since the potential of the resistance terminal 80b and the potential of the resistance terminal 80c are substantially the same, the DC component of the photocurrent Ipd hardly flows into the variable resistance circuit 80, and a part of the AC component of the photocurrent Ipd is the variable resistance circuit 80 ( It flows into the field effect transistor 82) as an AC bypass current Iagc2. In other words, the variable resistance circuit 80 causes the AC bypass current Iagc2 to flow between the drain and the source of the field effect transistor 82 according to the control current Igc2ct. Since the AC bypass current Iagc2 is an AC component, the AC bypass current Iagc2 may flow from the source of the field effect transistor 82 to the drain or flow from the drain of the field effect transistor 82 to the source depending on the photocurrent Ipd. There is also.

すなわち、光電流Ipdが大きくなって、差分ΔVtiaが大きくなり、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えると、制御電流Iagc2cntが可変抵抗回路80に供給される。これにより、電界効果トランジスタ81,82にゲート・ソース間電圧Vgs3が発生する。ゲート・ソース間電圧Vgs3が大きくなるにつれて、電界効果トランジスタ82の抵抗値RAGC2が小さくなるので、光電流Ipdの直流成分を除く信号成分(交流成分)の一部が交流バイパス電流Iagc2として引き抜かれる。その結果、TIA部11が大信号入力によって飽和する可能性が低減される。 That is, when the optical current Ipd becomes large, the difference ΔVtia becomes large, and the control current Ict exceeds the current value of the offset current Ifs, the control current Igc2ct is supplied to the variable resistance circuit 80. As a result, the gate-source voltage Vgs3 is generated in the field effect transistors 81 and 82. As the gate-source voltage Vgs3 increases, the resistance value RAGC2 of the field effect transistor 82 decreases, so that a part of the signal component (AC component) excluding the DC component of the photocurrent Ipd is extracted as the AC bypass current Iagc2. .. As a result, the possibility that the TIA unit 11 is saturated by the large signal input is reduced.

深い3極管領域(線形領域)にバイアスされている電界効果トランジスタ82のドレイン・ソース間には、ドレイン・ソース間電圧に比例した電流が流れることになる。基準電圧信号Vrefは、TIA部11の入力電位と略同じ電位であるので、DC電流が流れることはなく、交流バイパス電流Iagc2はDCオフセット制御を乱さない。電界効果トランジスタ82の抵抗値RAGC2の変化によってAOC制御利得の特性にのみ影響を与える。 A current proportional to the voltage between the drain and the source flows between the drain and the source of the field effect transistor 82 biased in the deep triode region (linear region). Since the reference voltage signal Vref has substantially the same potential as the input potential of the TIA unit 11, no DC current flows, and the AC bypass current Iagc2 does not disturb the DC offset control. The change in the resistance value R AGC2 of the field effect transistor 82 affects only the characteristics of the AOC control gain.

なお、可変抵抗回路80では、制御端子80aから流れ込んだ制御電流Iagc2cntは、ダイオード接続されている電界効果トランジスタ81に流れ、抵抗端子80cからTIA部11の入力端子に向けて流れ出し、光電流Ipdの直流成分を増加させる。上述のように、制御電流Iagc2cntは、帰還電流源52によって直流バイパス電流Iaocの一部として引き抜かれる。これにより、制御電流Iagc2cntに起因して電圧信号Vtiaの電位にDCオフセットが生じることが抑制される。 In the variable resistance circuit 80, the control current Iagc2ct flowing from the control terminal 80a flows into the field effect transistor 81 connected to the diode, flows out from the resistance terminal 80c toward the input terminal of the TIA unit 11, and the optical current Ipd. Increase the DC component. As described above, the control current Iagc2ct is drawn by the feedback current source 52 as part of the DC bypass current Iaoc. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a DC offset in the potential of the voltage signal Vtia due to the control current Iagc2ct.

次に、可変抵抗回路53と可変抵抗回路80との関係について説明する。TIA部11の入力端子では、電流信号Iinによって最大で100mV程度の振幅が発生している。この電位変動に伴って、電界効果トランジスタ57,82のドレイン・ソース間電圧Vdsが変動し得る。上述のように、電界効果トランジスタ57のドレイン及び電界効果トランジスタ82のソースが入力端子10a(TIA部11の入力端子)に共通に接続されており、電界効果トランジスタ57のソース及び電界効果トランジスタ82のドレインが基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に共通に接続されている。このため、上述の電位変動に伴って、電界効果トランジスタ57及び電界効果トランジスタ82には、互いに逆向き(逆極性)のドレイン・ソース間電圧Vds(の変動)が発生する。 Next, the relationship between the variable resistance circuit 53 and the variable resistance circuit 80 will be described. At the input terminal of the TIA unit 11, an amplitude of about 100 mV at the maximum is generated by the current signal Iin. Along with this potential fluctuation, the drain-source voltage Vds of the field effect transistors 57 and 82 may fluctuate. As described above, the drain of the field effect transistor 57 and the source of the field effect transistor 82 are commonly connected to the input terminal 10a (the input terminal of the TIA unit 11), and the source of the field effect transistor 57 and the source of the field effect transistor 82 The drain is commonly connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12a). Therefore, with the above-mentioned potential fluctuation, the drain-source voltage Vds (variation) in opposite directions (opposite polarities) is generated in the field effect transistor 57 and the field effect transistor 82.

可変抵抗回路53と可変抵抗回路80とが入力端子10aと基準電圧発生回路12の出力端子との間に並列に接続されているので、入力端子10a(TIA部11の入力)から見た可変抵抗回路53と可変抵抗回路80との合成抵抗値RAGCTと抵抗値RAGC1と抵抗値RAGC2とには、式(6)の関係が成立する。ここでは、電界効果トランジスタ57と電界効果トランジスタ82とは、同じ構造のトランジスタであり、同じサイズを有しており、互いに同じ電気的特性を有していることとしている。つまり、電界効果トランジスタ57の固有利得β、ゲート・ソース間電圧Vgs0、及び閾値電圧Vthは、電界効果トランジスタ82の固有利得β、ゲート・ソース間電圧Vgs0、及び閾値電圧Vthとそれぞれ等しい。この場合、抵抗値RAGC1及び抵抗値RAGC2はいずれも式(4)で表されるが、電界効果トランジスタ57及び電界効果トランジスタ82には、逆極性のドレイン・ソース間電圧Vdsが発生しているので、電界効果トランジスタ57に生じるドレイン・ソース間電圧Vdsを「+Vds」とし、電界効果トランジスタ82に生じるドレイン・ソース間電圧Vdsを「−Vds」としている。

Figure 2021022901
Since the variable resistance circuit 53 and the variable resistance circuit 80 are connected in parallel between the input terminal 10a and the output terminal of the reference voltage generation circuit 12, the variable resistance seen from the input terminal 10a (input of the TIA unit 11). the synthetic resistance value R AGCT the circuit 53 and the variable resistor circuit 80 and the resistance value R AGC1 and resistance R AGC 2, the relationship of equation (6) is established. Here, it is assumed that the field effect transistor 57 and the field effect transistor 82 are transistors having the same structure, have the same size, and have the same electrical characteristics as each other. That is, the intrinsic gain β, the gate-source voltage Vgs0, and the threshold voltage Vth of the field-effect transistor 57 are equal to the intrinsic gain β, the gate-source voltage Vgs0, and the threshold voltage Vth of the field-effect transistor 82, respectively. In this case, although neither the resistance value R AGC1 and resistance R AGC 2 is expressed by Equation (4), the field effect transistor 57 and field-effect transistor 82 has a drain-source voltage Vds of the opposite polarity occurs Therefore, the drain-source voltage Vds generated in the field-effect transistor 57 is set to “+ Vds”, and the drain-source voltage Vds generated in the field-effect transistor 82 is set to “−Vds”.
Figure 2021022901

式(6)を整理することで、式(7)が得られる。式(7)に示されるように、合成抵抗値RAGCTは、ドレイン・ソース間電圧Vdsの成分を含まないので、ドレイン・ソース間電圧Vdsによって変化しない。したがって、合成抵抗値RAGCTは、ドレイン・ソース間電圧Vdsに依存しなくなり、ドレイン・ソース間電圧Vdsが0Vである時の抵抗値から変動しなくなる。これにより、光電流Ipdから交流成分が低歪で引き抜かれる。

Figure 2021022901
By rearranging the equation (6), the equation (7) can be obtained. As shown in the formula (7), the combined resistance value R AGCT does not include the component of the drain-source voltage Vds, and therefore does not change depending on the drain-source voltage Vds. Therefore, the combined resistance value R AGCT does not depend on the drain-source voltage Vds and does not fluctuate from the resistance value when the drain-source voltage Vds is 0V. As a result, the AC component is extracted from the photocurrent Ipd with low distortion.
Figure 2021022901

例えば、TIA部11の入力端子における電位変動によって、入力端子10aの電位が基準電圧信号Vrefよりも電圧Δvdsだけ大きくなった場合、電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間電圧Vdsは+Δvdsとなり、電界効果トランジスタ82のドレイン・ソース間電圧Vdsは−Δvdsとなる。このとき、可変抵抗回路53には、電圧Δvdsによる電流Δidsが抵抗端子53bから抵抗端子53cに向けて流れる。一方、可変抵抗回路80には、電圧Δvdsによる電流Δidsが抵抗端子80bから抵抗端子80cに向けて流れる。これらの電流Δidsは、基準電圧発生回路12に対して互いに逆向きに流れ、相殺される。このため、基準電圧発生回路12の基準電圧信号Vrefは、光電流Ipdによらず略一定となる。これにより、基準電圧信号Vrefが安定するので、ドレイン・ソース間電圧Vdsが合成抵抗値RAGCTに与える影響はより一層低減される。つまり、可変抵抗回路53と可変抵抗回路80とは、非線形性を補償する関係にある。このため、トランスインピーダンス増幅回路10Cでは、電流信号Iinを歪ませることなく増幅することができる。 For example, when the potential of the input terminal 10a becomes larger by the voltage Δvds than the reference voltage signal Vref due to the potential fluctuation at the input terminal of the TIA unit 11, the drain-source voltage Vds of the field effect transistor 57 becomes + Δvds, and the electric field effect. The drain-source voltage Vds of the transistor 82 is −Δvds. At this time, the current Δids due to the voltage Δvds flows through the variable resistance circuit 53 from the resistance terminal 53b toward the resistance terminal 53c. On the other hand, in the variable resistance circuit 80, the current Δids due to the voltage Δvds flows from the resistance terminal 80b toward the resistance terminal 80c. These currents Δids flow in opposite directions to the reference voltage generation circuit 12 and cancel each other out. Therefore, the reference voltage signal Vref of the reference voltage generation circuit 12 is substantially constant regardless of the photocurrent Ipd. As a result, the reference voltage signal Vref is stabilized, so that the influence of the drain-source voltage Vds on the combined resistance value RAGCT is further reduced. That is, the variable resistance circuit 53 and the variable resistance circuit 80 are in a relationship of compensating for non-linearity. Therefore, in the transimpedance amplifier circuit 10C, the current signal Iin can be amplified without being distorted.

次に、トランスインピーダンス増幅回路10Cの作用効果を説明する。図5の(a)は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対する全高調波歪率の変化を示す図である。図5の(b)は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対するTIA部の出力振幅の変化を示す図である。図6の(a)は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対する全高調波歪率の変化を示す図である。図6の(b)は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路における入力光平均パワーに対するTIA部の出力振幅の変化を示す図である。 Next, the operation and effect of the transimpedance amplifier circuit 10C will be described. FIG. 5A is a diagram showing changes in the total harmonic distortion with respect to the input light average power in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. FIG. 5B is a diagram showing a change in the output amplitude of the TIA unit with respect to the average input light power in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. FIG. 6A is a diagram showing changes in the total harmonic distortion with respect to the input light average power in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. FIG. 6B is a diagram showing a change in the output amplitude of the TIA unit with respect to the average input light power in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example.

図5の(a)、図5の(b)、図6の(a)、及び図6の(b)の横軸は、光信号Pinの光入力パワーの平均値である入力光平均パワーPin_ave(単位:dBm)を示す。図5の(a)及び図6の(a)の縦軸は、出力波形(差動電圧信号Vout,Voutbの波形)の全高調波歪率(Total Harmonic Distortion;THD)(単位:%)を示す。図5の(b)及び図6の(b)の縦軸は、電圧信号Vtiaの振幅(単位:mVpp)を示す。 The horizontal axis of FIG. 5A, FIG. 5B, FIG. 6A, and FIG. 6B is the input optical average power Pin_ave, which is the average value of the optical input power of the optical signal Pin. (Unit: dBm) is shown. The vertical axis of (a) of FIG. 5 and (a) of FIG. 6 indicates the total harmonic distortion (THD) (unit:%) of the output waveform (waveform of differential voltage signals Vout and Voutb). Shown. The vertical axis of FIG. 5B and FIG. 6B shows the amplitude (unit: mVpp) of the voltage signal Vtia.

図5の(a)及び図5の(b)に示される計算結果は、トランスインピーダンス増幅回路10Cにおける計算結果である(以下、「実施例」という。)。図6の(a)及び図6の(b)に示される計算結果は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路における計算結果である(以下、「比較例」という。)。比較例のトランスインピーダンス増幅回路は、トランスインピーダンス増幅回路10Cと比較して、可変抵抗回路80を備えていない点、及び電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGC1がトランスインピーダンス増幅回路10Cの半分に設定されている点において主に相違する。 The calculation results shown in FIGS. 5A and 5B are the calculation results in the transimpedance amplifier circuit 10C (hereinafter, referred to as "Examples"). The calculation results shown in FIGS. 6A and 6B are the calculation results in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example (hereinafter, referred to as "comparative example"). The transimpedance amplifier circuit of the comparative example is not provided with the variable resistance circuit 80 as compared with the transimpedance amplifier circuit 10C, and the resistance value R AGC1 of the field effect transistor 57 is set to half of the transimpedance amplifier circuit 10C. The main difference is that they are.

オフセット電流Iofsの電流値は、入力光平均パワーPin_aveが−1dBm付近を超えるとAGCが動作するように設定されている。全高調波歪率としては、10次高調波まで考慮した全高調波歪率が計算されている。後段の差動増幅回路13において歪が生じないようにするために、電圧信号Vtiaの振幅が最大でも500mVppを越えないように、電界効果トランジスタ57のサイズが決定されている。TIA部11の利得(電圧利得)は10倍に設定され、帰還抵抗素子11bの抵抗値は550Ωに設定されている。光信号Pinとしては、1GHzの正弦波で強度変調することによって得られた光信号が用いられ、光信号Pinの振幅は入力光平均パワーPin_aveと同じになるよう(消光比で約5dB)に設定されている。受光素子PDの光電変換利得は、計算を簡略化するために1.0A/Wに設定されている。 The current value of the offset current Ifs is set so that the AGC operates when the input light average power Pin_ave exceeds the vicinity of -1 dBm. As the total harmonic distortion, the total harmonic distortion is calculated in consideration of the 10th harmonic. In order to prevent distortion in the differential amplifier circuit 13 in the subsequent stage, the size of the field effect transistor 57 is determined so that the amplitude of the voltage signal Vtia does not exceed 500 mVpp at the maximum. The gain (voltage gain) of the TIA unit 11 is set to 10 times, and the resistance value of the feedback resistance element 11b is set to 550Ω. As the optical signal Pin, an optical signal obtained by intensity-modulating with a 1 GHz sine wave is used, and the amplitude of the optical signal Pin is set to be the same as the input optical average power Pin_ave (extinguishing ratio of about 5 dB). Has been done. The photoelectric conversion gain of the light receiving element PD is set to 1.0 A / W in order to simplify the calculation.

図5の(a)と図6の(a)とを比較すると、入力光平均パワーPin_aveが3dBmであるときに、比較例ではTHDが5.2%であるのに対し、実施例ではTHDが4.1%に低減していることがわかる。図5の(b)と図6の(b)とを比較すると、比較例及び実施例では、電圧信号Vtiaの振幅が互いに同等に制御されていることがわかる。すなわち、実施例における交流バイパス電流Iagc1の引き抜き量が比較例と同等であるにもかかわらず、実施例のTHDが比較例のTHDよりも改善していることがわかる。 Comparing (a) of FIG. 5 and (a) of FIG. 6, when the input light average power Pin_ave is 3 dBm, the THD is 5.2% in the comparative example, whereas the THD is in the embodiment. It can be seen that it is reduced to 4.1%. Comparing (b) of FIG. 5 and (b) of FIG. 6, it can be seen that the amplitudes of the voltage signals Vtia are controlled equally with each other in the comparative example and the embodiment. That is, it can be seen that the THD of the example is improved as compared with the THD of the comparative example even though the withdrawal amount of the AC bypass current Igc1 in the example is the same as that of the comparative example.

実施例では、可変抵抗回路53におけるドレイン・ソース間電圧Vdsと、可変抵抗回路80におけるドレイン・ソース間電圧Vdsとが相補的に変化するので、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGC1の歪が、電界効果トランジスタ82の抵抗値RAGC2の歪によって相殺される。すなわち、電界効果トランジスタ82のドレイン及びソースの接続先が、可変抵抗回路53のドレイン及びソースの接続先とは反転している(入れ替わっている)ので、可変抵抗回路53におけるドレイン・ソース間電圧Vdsが正の値である場合、電界効果トランジスタ82におけるドレイン・ソース間電圧Vdsは負の値となる。したがって、可変抵抗回路53,80は、式(6)及び式(7)に示されるとおり、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGC1の歪と、電界効果トランジスタ82の抵抗値RAGC2の歪とが、互いにキャンセルするように動作する。 In the embodiment, the drain-source voltage Vds in the variable resistance circuit 53 and the drain-source voltage Vds in the variable resistance circuit 80 change in a complementary manner, so that the distortion of the resistance value RAGC1 of the field effect transistor 57 is increased. The resistance value of the field effect transistor 82 is offset by the distortion of RAGC2 . That is, since the connection destinations of the drain and the source of the field effect transistor 82 are inverted (replaced) with the connection destinations of the drain and the source of the variable resistance circuit 53, the drain-source voltage Vds in the variable resistance circuit 53 When is a positive value, the drain-source voltage Vds in the field effect transistor 82 becomes a negative value. Thus, the variable resistor circuit 53,80, as shown in equation (6) and (7), and the strain of the resistance value R AGC1 of the field effect transistor 57, and the distortion resistance R AGC 2 of the field effect transistor 82 , Act to cancel each other.

以上説明したように、トランスインピーダンス増幅回路10Cでは、バイパス回路15Cによって直流バイパス電流Iaoc、交流バイパス電流Iagc1、及び交流バイパス電流Iagc2が生成され、受光素子PDによって生成された光電流Ipdから、直流バイパス電流Iaoc、交流バイパス電流Iagc1、及び交流バイパス電流Iagc2が引き抜かれることで、電流信号Iinが生成される。そして、TIA部11によって電流信号Iinが電圧信号Vtiaに変換され、差動増幅回路13によって電圧信号Vtiaと基準電圧信号Vrefとの差分ΔVtiaに応じて差動電圧信号Vout,Voutbが生成される。 As described above, in the transimpedance amplification circuit 10C, the bypass circuit 15C generates the DC bypass current Iaoc, the AC bypass current Iagc1, and the AC bypass current Igc2, and the optical current Ipd generated by the light receiving element PD is used for DC bypass. The current signal Iin is generated by pulling out the current Iaoc, the AC bypass current Iagc1, and the AC bypass current Iagc2. Then, the current signal Iin is converted into the voltage signal Vtia by the TIA unit 11, and the differential voltage signals Vout and Voutb are generated by the differential amplification circuit 13 according to the difference ΔVtia between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref.

可変抵抗回路53では、電界効果トランジスタ56がダイオード接続されているので、電界効果トランジスタ56のドレインが制御電流Iagc1cntを受けると、電界効果トランジスタ56のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs2が生成される。電界効果トランジスタ56のゲートと電界効果トランジスタ57のゲートとが互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ56のソースと電界効果トランジスタ57のソースとが互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ57のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs2と等しくなる。電界効果トランジスタ57のソースに基準電圧信号Vrefが供給され、電界効果トランジスタ57のドレインが入力端子10aに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ57のドレインとソースとの電位差はほとんど無い。これにより、電界効果トランジスタ57は(深い)3極管領域で動作する。このため、電界効果トランジスタ57は可変抵抗器として機能し、電界効果トランジスタ57のドレインの出力インピーダンスは低くなる。 In the variable resistance circuit 53, since the field effect transistor 56 is diode-connected, when the drain of the field effect transistor 56 receives the control current Iagc1ct, the gate-source voltage Vgs2 between the gate and the source of the field effect transistor 56. Is generated. Since the gate of the field effect transistor 56 and the gate of the field effect transistor 57 are electrically connected to each other, and the source of the field effect transistor 56 and the source of the field effect transistor 57 are electrically connected to each other, the electric field is generated. The gate-source voltage of the effect transistor 57 becomes equal to the gate-source voltage Vgs2. Since the reference voltage signal Vref is supplied to the source of the field effect transistor 57 and the drain of the field effect transistor 57 is electrically connected to the input terminal 10a, there is almost no potential difference between the drain of the field effect transistor 57 and the source. As a result, the field effect transistor 57 operates in the (deep) triode region. Therefore, the field-effect transistor 57 functions as a variable resistor, and the output impedance of the drain of the field-effect transistor 57 becomes low.

同様に、可変抵抗回路80では、電界効果トランジスタ81がダイオード接続されているので、電界効果トランジスタ81のドレインが制御電流Iagc2cntを受けると、電界効果トランジスタ81のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs3が生成される。電界効果トランジスタ81のゲートと電界効果トランジスタ82のゲートとが互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ81のソースと電界効果トランジスタ82のソースとが互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ82のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs3と等しくなる。電界効果トランジスタ82のドレインに基準電圧信号Vrefが供給され、電界効果トランジスタ82のソースが入力端子10aに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ82のドレインとソースとの電位差はほとんど無い。これにより、電界効果トランジスタ82は(深い)3極管領域で動作する。このため、電界効果トランジスタ82は可変抵抗器として機能し、電界効果トランジスタ82のソースの出力インピーダンスは低くなる。 Similarly, in the variable resistance circuit 80, since the field effect transistor 81 is connected by a diode, when the drain of the field effect transistor 81 receives the control current Igc2ct, the gate source is between the gate and the source of the field effect transistor 81. The inter-voltage Vgs3 is generated. Since the gate of the field effect transistor 81 and the gate of the field effect transistor 82 are electrically connected to each other, and the source of the field effect transistor 81 and the source of the field effect transistor 82 are electrically connected to each other, the electric field is generated. The gate-source voltage of the effect transistor 82 becomes equal to the gate-source voltage Vgs3. Since the reference voltage signal Vref is supplied to the drain of the field effect transistor 82 and the source of the field effect transistor 82 is electrically connected to the input terminal 10a, there is almost no potential difference between the drain and the source of the field effect transistor 82. As a result, the field effect transistor 82 operates in the (deep) triode region. Therefore, the field effect transistor 82 functions as a variable resistor, and the output impedance of the source of the field effect transistor 82 becomes low.

電界効果トランジスタ57,82のドレインとソースとの電位差はほとんど無いことから、光電流Ipdの直流成分はほとんど電界効果トランジスタ57,82に流れ込まないものの、光電流Ipdの交流成分は交流バイパス電流Iagc1,Iagc2として電界効果トランジスタ57,82に流れ込み得る。制御電流Iagc1cnt,Iagc2cntは、制御電流Icntを増幅することで生成した電流とオフセット電流Iofsとの差分を増幅率γで増幅することにより得られるので、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えた場合に、制御電流Icntが大きくなるにつれて制御電流Iagc1cnt,Iagc2cntが大きくなり、ゲート・ソース間電圧Vgs2,Vgs3も大きくなる。このため、光電流Ipdが小さい又は中程度の信号強度を有する場合、交流バイパス電流Iagc1,Iagc2の引き抜きが抑えられ、光電流Ipdの交流成分が減衰することを回避できる。光電流Ipdが大きい信号強度を有する場合には、光電流Ipdの交流成分が交流バイパス電流Iagc1,Iagc2として光電流Ipdから引き抜かれるので、光電流Ipdの交流成分を減衰させることができる。このように、可変抵抗回路53,80によって、トランスインピーダンス増幅回路10Cの利得が制御される。 Since there is almost no potential difference between the drain and the source of the field effect transistors 57,82, the DC component of the photocurrent Ipd hardly flows into the field effect transistors 57,82, but the AC component of the photocurrent Ipd is the AC bypass current Igc1, It can flow into the field effect transistors 57 and 82 as Iagc2. Since the control currents Igc1ct and Iagc2ct are obtained by amplifying the difference between the current generated by amplifying the control current Ict and the offset current Ifs with the amplification factor γ, the control current Ict exceeds the current value of the offset current Ifs. In this case, as the control current Ict increases, the control currents Igc1ct and Igc2ct increase, and the gate-source voltage Vgs2 and Vgs3 also increase. Therefore, when the photocurrent Ipd has a small or medium signal strength, the extraction of the AC bypass currents Iagc1 and Iagc2 can be suppressed, and the AC component of the photocurrent Ipd can be prevented from being attenuated. When the photocurrent Ipd has a large signal intensity, the AC component of the photocurrent Ipd is extracted from the photocurrent Ipd as the AC bypass currents Iagc1 and Iagc2, so that the AC component of the photocurrent Ipd can be attenuated. In this way, the gain of the transimpedance amplifier circuit 10C is controlled by the variable resistance circuits 53 and 80.

可変抵抗回路53の電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGC1及び可変抵抗回路80の電界効果トランジスタ82の抵抗値RAGC2は、ドレイン・ソース間電圧Vdsの成分を含むので、ドレイン・ソース間電圧Vdsによって変化し得る。電界効果トランジスタ57では、ソースに基準電圧信号Vrefが供給され、ドレインが入力端子10aに電気的に接続されているのに対し、電界効果トランジスタ82では、ドレインに基準電圧信号Vrefが供給され、ソースが入力端子10aに電気的に接続されている。このため、電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間電圧Vdsの極性と、電界効果トランジスタ82のドレイン・ソース間電圧Vdsの極性とは、互いに反対となる。したがって、入力端子10aから見た可変抵抗回路53と可変抵抗回路80とによる合成抵抗値RAGCTにおいて、電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間電圧Vdsの成分と電界効果トランジスタ82のドレイン・ソース間電圧Vdsの成分とが互いに打ち消し合う。これにより、合成抵抗値RAGCTが、電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間電圧Vds及び電界効果トランジスタ82のドレイン・ソース間電圧Vdsによって変動することが抑えられる。その結果、歪みの発生が抑制されるので、信号品質を改善することが可能となる。 Resistance R AGC 2 of the field effect transistor 82 of the resistance value R AGC1 and the variable resistance circuit 80 of the field effect transistor 57 of the variable resistor circuit 53, since it contains a component of the drain-source voltage Vds, the drain-source voltage Vds Can change. In the field effect transistor 57, the reference voltage signal Vref is supplied to the source and the drain is electrically connected to the input terminal 10a, whereas in the field effect transistor 82, the reference voltage signal Vref is supplied to the drain and the source. Is electrically connected to the input terminal 10a. Therefore, the polarity of the drain-source voltage Vds of the field-effect transistor 57 and the polarity of the drain-source voltage Vds of the field-effect transistor 82 are opposite to each other. Therefore, in the combined resistance value R AGCT by the variable resistance circuit 53 and the variable resistance circuit 80 seen from the input terminal 10a, the component of the drain-source voltage Vds of the field-effect transistor 57 and the drain-source voltage of the field-effect transistor 82 The components of Vds cancel each other out. As a result, the combined resistance value R AGCT is suppressed from fluctuating due to the drain-source voltage Vds of the field-effect transistor 57 and the drain-source voltage Vds of the field-effect transistor 82. As a result, the occurrence of distortion is suppressed, so that the signal quality can be improved.

なお、抵抗端子53bの出力インピーダンスと抵抗端子80cの出力インピーダンスとの合成出力インピーダンスに応じてトランスインピーダンス増幅回路10Cの利得が変化する。合成出力インピーダンスは、TIA部11の入力インピーダンスZinを考慮して決められてもよい。例えば、TIA部11の利得可変比率をA(Aは1より大きい実数)とするとき、合成出力インピーダンスはZin/(A−1)となるように設定される。それにより、AGCを行わないときのTIA部11の電流信号Iinの値をIinoffとすると、AGCを行うときの電流信号Iinの値Iinonは、Iinon=Iinoff/Aとなる。例えば、A=2のときには合成出力インピーダンスはZinとほぼ等しくなり、Aを2より大きくする場合の合成出力インピーダンスはZinよりも小さい値となるようにする。したがって、AOCとAGCとを同時に行うとき、出力端子52bの出力インピーダンスは、合成出力インピーダンスよりも大きくなるように設定される。ところで、AGCを行わないときには、合成出力インピーダンスは、100×Zin以上とされてもよい。合成出力インピーダンスは、上述の合成抵抗値RAGCTに等しいと考えてもよい。入力インピーダンスZinと合成出力インピーダンスとはそれぞれ互いに異なる周波数特性を持ち得るため、少なくとも所定の周波数範囲(帯域)にて上述の関係が満たされていればよい。 The gain of the transimpedance amplifier circuit 10C changes according to the combined output impedance of the output impedance of the resistance terminal 53b and the output impedance of the resistance terminal 80c. The combined output impedance may be determined in consideration of the input impedance Zin of the TIA unit 11. For example, when the gain variable ratio of the TIA unit 11 is A (A is a real number larger than 1), the combined output impedance is set to Zin / (A-1). As a result, assuming that the value of the current signal Iin of the TIA unit 11 when AGC is not performed is Iinoff, the value of the current signal Iin when AGC is performed is Iinon = Iinoff / A. For example, when A = 2, the combined output impedance is substantially equal to Zin, and when A is larger than 2, the combined output impedance is set to be smaller than Zin. Therefore, when AOC and AGC are performed at the same time, the output impedance of the output terminal 52b is set to be larger than the combined output impedance. By the way, when AGC is not performed, the combined output impedance may be 100 × Zin or more. The combined output impedance may be considered to be equal to the above-mentioned combined resistance value R AGCT . Since the input impedance Zin and the combined output impedance can have different frequency characteristics from each other, it is sufficient that the above relationship is satisfied at least in a predetermined frequency range (band).

バイパス回路15Cは、制御電流Icntに応じて直流バイパス電流Iaocを生成する帰還電流源52と、制御電流Icntに応じて交流バイパス電流Iagc1を生成する可変抵抗回路53と、制御電流Icntに応じて交流バイパス電流Iagc2を生成する可変抵抗回路80と、を備えている。制御回路51Cは、制御電流Icntが大きくなるにつれて直流バイパス電流Iaocが大きくなるように帰還電流源52を制御し、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えた場合に制御電流Icntが大きくなるにつれて交流バイパス電流Iagc1,Iagc2が大きくなるように、可変抵抗回路53,80を制御する。この構成によれば、単一の制御ループで、直流成分を除去する制御(DCオフセット制御)とトランスインピーダンス増幅回路10Cの利得制御とを実現することができるので、回路規模が大きくなることを抑制することが可能となる。 The bypass circuit 15C includes a feedback current source 52 that generates a DC bypass current Iaoc according to the control current Ict, a variable resistance circuit 53 that generates an AC bypass current Iagc1 according to the control current Ict, and an AC according to the control current Ict. It includes a variable resistance circuit 80 that generates a bypass current Iagc2. The control circuit 51C controls the feedback current source 52 so that the DC bypass current Iaoc increases as the control current Ict increases, and the control current Ict increases when the control current Ict exceeds the current value of the offset current Ifs. The variable resistance circuits 53 and 80 are controlled so that the AC bypass currents Iagc1 and Iagc2 increase accordingly. According to this configuration, control for removing the DC component (DC offset control) and gain control for the transimpedance amplifier circuit 10C can be realized with a single control loop, so that the circuit scale is suppressed from becoming large. It becomes possible to do.

帰還電流源52では、電界効果トランジスタ54がダイオード接続されているので、電界効果トランジスタ54のドレインが制御電流Iaoccntを受けると、電界効果トランジスタ54のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs1が生成される。電界効果トランジスタ54のゲートと電界効果トランジスタ55のゲートとが互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ54のソースと電界効果トランジスタ55のソースとが互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ55のゲート・ソース間電圧はゲート・ソース間電圧Vgs1と等しくなる。電界効果トランジスタ55のソースが電界効果トランジスタ54のソース、つまり接地電位GNDに電気的に接続され、電界効果トランジスタ55のドレインが入力端子10aに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ55のソースとドレインとの電位差が大きくなる。これにより、電界効果トランジスタ55は飽和領域で動作する。このため、電界効果トランジスタ55は電流源として機能し、電界効果トランジスタ55のドレインの出力インピーダンスが大きくなるので、光電流Ipdの交流成分はほとんど電界効果トランジスタ55に流れ込まないものの、光電流Ipdの直流成分は直流バイパス電流Iaocとして電界効果トランジスタ55に流れ込み得る。そして、制御電流Icntが大きくなるにつれて、電界効果トランジスタ54のゲート・ソース間電圧Vgs1が大きくなるので、それに応じて電界効果トランジスタ55のドレイン電流が大きくなり、光電流Ipdの直流成分が直流バイパス電流Iaocとして光電流Ipdから引き抜かれ、光電流Ipdから直流成分の除去が適切に行われる。なお、出力端子52bの出力インピーダンスをどの程度の大きさにすべきかは、TIA部11の入力インピーダンスを考慮して決められてもよい。例えば、TIA部11の入力インピーダンスをZinとしたとき、出力端子52bの出力インピーダンスは100×Zin以上にされてもよい。入力インピーダンスZinと出力端子52bの出力インピーダンスとはそれぞれ互いに異なる周波数特性を持ち得るため、少なくとも所定の周波数範囲(帯域)にてこのような関係が満たされていればよい。 In the feedback current source 52, the field effect transistor 54 is diode-connected, so that when the drain of the field effect transistor 54 receives the control current Iaocct, the gate-source voltage Vgs1 between the gate and source of the field effect transistor 54 Is generated. Since the gate of the field effect transistor 54 and the gate of the field effect transistor 55 are electrically connected to each other, and the source of the field effect transistor 54 and the source of the field effect transistor 55 are electrically connected to each other, the electric field is generated. The gate-source voltage of the effect transistor 55 becomes equal to the gate-source voltage Vgs1. Since the source of the field-effect transistor 55 is electrically connected to the source of the field-effect transistor 54, that is, the ground potential GND, and the drain of the field-effect transistor 55 is electrically connected to the input terminal 10a, the field-effect transistor 55 The potential difference between the source and drain becomes large. As a result, the field effect transistor 55 operates in the saturation region. Therefore, the field-effect transistor 55 functions as a current source, and the output impedance of the drain of the field-effect transistor 55 becomes large. Therefore, although the AC component of the photocurrent Ipd hardly flows into the field-effect transistor 55, the DC of the photocurrent Ipd The component can flow into the field effect transistor 55 as a DC bypass current Iaoc. Then, as the control current Icnt increases, the gate-source voltage Vgs1 of the field effect transistor 54 increases, so that the drain current of the field effect transistor 55 increases accordingly, and the DC component of the optical current Ipd increases the DC bypass current. It is extracted from the photocurrent Ipd as an Iaoc, and the DC component is appropriately removed from the photocurrent Ipd. The magnitude of the output impedance of the output terminal 52b may be determined in consideration of the input impedance of the TIA unit 11. For example, when the input impedance of the TIA unit 11 is Zin, the output impedance of the output terminal 52b may be 100 × Zin or more. Since the input impedance Zin and the output impedance of the output terminal 52b can have different frequency characteristics, it is sufficient that such a relationship is satisfied at least in a predetermined frequency range (band).

可変抵抗回路80では、制御電流Iagc2cntが電界効果トランジスタ81のドレインからソースに流れる。電界効果トランジスタ81のソースは入力端子10aに電気的に接続されているので、制御電流Iagc2cntは、入力端子10a(TIA部11の入力端子)に流れ出し、光電流Ipdの直流成分を増加させる。これに対し、直流バイパス電流Iaocが制御電流Iagc2cntを含むように設定されているので、光電流Ipdから制御電流Iagc2cntに起因する直流成分を除去することができる。その結果、制御電流Iagc2cntに起因して電圧信号Vtiaの電位にDCオフセットが生じることを抑制することが可能となる。 In the variable resistance circuit 80, the control current Igc2ct flows from the drain of the field effect transistor 81 to the source. Since the source of the field effect transistor 81 is electrically connected to the input terminal 10a, the control current Igc2ct flows out to the input terminal 10a (the input terminal of the TIA unit 11) and increases the DC component of the photocurrent Ipd. On the other hand, since the DC bypass current Iaoc is set to include the control current Iagc2ct, the DC component caused by the control current Iagc2ct can be removed from the photocurrent Ipd. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a DC offset in the potential of the voltage signal Vtia due to the control current Iagc2ct.

基準電圧発生回路12は、電圧アンプ12aと、電圧アンプ12aの入出力間に電気的に接続された帰還抵抗素子12bと、を備えている。この構成では、基準電圧発生回路12の出力インピーダンスが広い周波数範囲において低くなる。つまり、TIA部11の入力端子から見た可変抵抗回路53,80のインピーダンスが、広い周波数範囲において低くなる。このため、光電流Ipdから交流バイパス電流Iagc1,Iagc2を引き抜きやすくすることができる。 The reference voltage generation circuit 12 includes a voltage amplifier 12a and a feedback resistor element 12b electrically connected between the input and output of the voltage amplifier 12a. In this configuration, the output impedance of the reference voltage generation circuit 12 becomes low in a wide frequency range. That is, the impedance of the variable resistance circuits 53 and 80 seen from the input terminal of the TIA unit 11 becomes low in a wide frequency range. Therefore, it is possible to easily draw the AC bypass currents Iagc1 and Iagc2 from the photocurrent Ipd.

DCオフセット制御は、高インピーダンスの帰還電流源52を用いて行われるので、光電流Ipdの交流成分への影響が少ない(交流成分は流れない)。一方、利得制御は、可変抵抗回路53,80を用いて光電流Ipdの交流成分をバイパスさせることによって行われ、電界効果トランジスタ57,82のドレイン電位とソース電位とが略等しいので、光電流Ipdの直流成分への影響が少ない(直流成分は流れない)。その結果、直流成分の除去の制御と利得制御とが干渉することを回避できる。 Since the DC offset control is performed using the high impedance feedback current source 52, the influence of the photocurrent Ipd on the AC component is small (the AC component does not flow). On the other hand, the gain control is performed by bypassing the AC component of the photocurrent Ipd using the variable resistance circuits 53 and 80, and since the drain potential and the source potential of the field effect transistors 57 and 82 are substantially equal, the photocurrent Ipd Has little effect on the DC component (DC component does not flow). As a result, it is possible to avoid interference between the control of removing the DC component and the gain control.

以上のように、トランスインピーダンス増幅回路10Cによれば、トランスインピーダンス増幅回路10Cの利得制御と差分ΔVtiaを0にするためのDCオフセット制御とを互いに干渉させることなく、単一制御ループで制御することができ、かつ、低歪で利得制御を行うことができる。 As described above, according to the transimpedance amplifier circuit 10C, the gain control of the transimpedance amplifier circuit 10C and the DC offset control for setting the difference ΔVtia to 0 are controlled by a single control loop without interfering with each other. And gain control can be performed with low distortion.

なお、本開示に係るトランスインピーダンス増幅回路は上記実施形態に限定されない。 The transimpedance amplifier circuit according to the present disclosure is not limited to the above embodiment.

TIA部11、基準電圧発生回路12、差動増幅回路13、制御電流生成回路14、及びバイパス回路15Cの回路構成は、上記実施形態に示された構成に限られない。例えば、TIA部11は、電流信号Iinを電圧信号Vtiaに変換するように構成されていればよい。基準電圧発生回路12は、基準電圧信号Vrefを供給可能に構成されていればよい。制御電流生成回路14は、差分ΔVtiaの積分値に基づいて制御電流Icntを生成可能に構成されていればよい。 The circuit configurations of the TIA unit 11, the reference voltage generation circuit 12, the differential amplifier circuit 13, the control current generation circuit 14, and the bypass circuit 15C are not limited to the configurations shown in the above embodiments. For example, the TIA unit 11 may be configured to convert the current signal Iin into the voltage signal Vtia. The reference voltage generation circuit 12 may be configured to be able to supply the reference voltage signal Vref. The control current generation circuit 14 may be configured to be able to generate a control current Ict based on the integrated value of the difference ΔVtia.

一般的には、ダミーTIAの入力インピーダンスは、TIA部11の入力インピーダンスと同様に10〜100Ω程度であり、ダミーTIAの出力インピーダンスは、数Ω程度である。ダミーTIAの入力端子及び出力端子は、いずれも略同じ電位の基準電圧信号Vrefを発生しているので、いずれの端子が基準電圧発生回路12の出力端子として用いられてもよい。ダミーTIAの出力インピーダンスの方が入力インピーダンスよりも低いので、ダミーTIAの出力端子を基準電圧発生回路12の出力端子として用いることによって、抵抗値RAGC1及び抵抗値RAGC2を大きくすることができ、電界効果トランジスタ57,82のサイズを小さくすることが可能となる。言い換えると、電界効果トランジスタ57,82の寄生容量を小さくすることができるので、トランスインピーダンス増幅回路10Cの高周波特性を改善することが可能となる。 Generally, the input impedance of the dummy TIA is about 10 to 100 Ω, which is the same as the input impedance of the TIA unit 11, and the output impedance of the dummy TIA is about several Ω. Since the input terminal and the output terminal of the dummy TIA both generate the reference voltage signal Vref having substantially the same potential, any terminal may be used as the output terminal of the reference voltage generation circuit 12. Since towards the output impedance of the dummy TIA is lower than the input impedance, by using the output of the dummy TIA as an output terminal of the reference voltage generating circuit 12, it is possible to increase the resistance value R AGC1 and resistance R AGC 2, It is possible to reduce the size of the field effect transistors 57 and 82. In other words, since the parasitic capacitance of the field effect transistors 57 and 82 can be reduced, the high frequency characteristics of the transimpedance amplifier circuit 10C can be improved.

また、制御回路51Cは、図4に示される回路構成に限られず、図3に示される制御電流Iaoccnt、制御電流Iagc1cnt、及び制御電流Iagc2cntを生成可能に構成されていればよい。帰還電流源52は、制御電流Iaoccntが大きくなるにつれて直流バイパス電流Iaocが大きくなるように、直流バイパス電流Iaocを生成可能に構成されていればよい。帰還電流源52は、例えば、ダイオード接続された電界効果トランジスタ54に代えて、制御電流Iaoccntに応じて電界効果トランジスタ55のゲート・ソース間電圧を変更するように設けられた抵抗素子を備えていてもよい。電界効果トランジスタ55のソースは、接地電位GNDに電気的に接続されていなくてもよく、電界効果トランジスタ55が飽和領域で動作するように、電界効果トランジスタ55のソース電位が設定されていればよい。つまり、電界効果トランジスタ55のドレイン電位が電界効果トランジスタ55のソース電位よりも大きくなるように、電界効果トランジスタ55のソース電位が設定される。また、バイパス回路15Cは、単一の制御ループで帰還電流源52、可変抵抗回路53、及び可変抵抗回路80を制御しなくてもよい。 Further, the control circuit 51C is not limited to the circuit configuration shown in FIG. 4, and may be configured to be capable of generating the control current Iaocct, the control current Iagc1ct, and the control current Iagc2ct shown in FIG. The feedback current source 52 may be configured to be able to generate a DC bypass current Iaoc so that the DC bypass current Iaoc increases as the control current Iaocct increases. The feedback current source 52 includes, for example, a resistance element provided so as to change the gate-source voltage of the field effect transistor 55 according to the control current Iaocct, instead of the diode-connected field effect transistor 54. May be good. The source of the field-effect transistor 55 does not have to be electrically connected to the ground potential GND, and the source potential of the field-effect transistor 55 may be set so that the field-effect transistor 55 operates in the saturation region. .. That is, the source potential of the field effect transistor 55 is set so that the drain potential of the field effect transistor 55 becomes larger than the source potential of the field effect transistor 55. Further, the bypass circuit 15C does not have to control the feedback current source 52, the variable resistance circuit 53, and the variable resistance circuit 80 with a single control loop.

上記実施形態では、電界効果トランジスタ57と電界効果トランジスタ82とは、同じ構造のトランジスタであり、同じサイズを有しており、互いに同じ電気的特性を有している。しかしながら、電界効果トランジスタ57の電気的特性は電界効果トランジスタ82の電気的特性と一致していなくてもよい。この場合でも、可変抵抗回路53,80によって、ドレイン・ソース間電圧Vdsの影響を低減することができ、合成抵抗値RAGCTの非線形性を補償することが可能となる。 In the above embodiment, the field effect transistor 57 and the field effect transistor 82 are transistors having the same structure, have the same size, and have the same electrical characteristics as each other. However, the electrical characteristics of the field-effect transistor 57 do not have to match the electrical characteristics of the field-effect transistor 82. Even in this case, the variable resistance circuits 53 and 80 can reduce the influence of the drain-source voltage Vds, and can compensate for the non-linearity of the combined resistance value R AGCT .

また、トランスインピーダンス増幅回路10Cは、基準電圧発生回路12を備えていなくてもよく、トランスインピーダンス増幅回路10Cは、外部の基準電圧発生回路から基準電圧信号Vrefを供給されてもよい。 Further, the transimpedance amplifier circuit 10C may not include the reference voltage generation circuit 12, and the transimpedance amplifier circuit 10C may supply the reference voltage signal Vref from an external reference voltage generation circuit.

上記実施形態では、制御電流Iaoccnt(直流バイパス電流Iaoc)の大きさは、増幅率αによって調整されるが、これに代えてトランジスタ61,62のカレントミラー比によって調整されてもよく、増幅率α及びトランジスタ61,62のカレントミラー比の両方によって調整されてもよい。同様に、直流バイパス電流Iaocの大きさは、電界効果トランジスタ54,55のカレントミラー比によって調整されてもよい。 In the above embodiment, the magnitude of the control current Iaocct (DC bypass current Iaoc) is adjusted by the amplification factor α, but instead, it may be adjusted by the current mirror ratio of the transistors 61 and 62, and the amplification factor α And may be adjusted by both the current mirror ratios of the transistors 61 and 62. Similarly, the magnitude of the DC bypass current Iaoc may be adjusted by the current mirror ratio of the field effect transistors 54, 55.

上記実施形態では、制御電流Iagc1cnt(交流バイパス電流Iagc1)の大きさは、増幅率γ及びオフセット電流Iofsの電流値によって調整されるが、増幅率γに代えてトランジスタ61,63のカレントミラー比によって調整されてもよく、増幅率γ、トランジスタ61,63のカレントミラー比、及びオフセット電流Iofsの電流値によって調整されてもよい。同様に、交流バイパス電流Iagc1の大きさは、電界効果トランジスタ56のサイズ、及び電界効果トランジスタ57のサイズ等によって調整されてもよい。 In the above embodiment, the magnitude of the control current Igc1ct (AC bypass current Igc1) is adjusted by the current values of the amplification factor γ and the offset current Ifs, but instead of the amplification factor γ, it is adjusted by the current mirror ratio of the transistors 61 and 63. It may be adjusted, or may be adjusted by the amplification factor γ, the current mirror ratio of the transistors 61 and 63, and the current value of the offset current Ifs. Similarly, the magnitude of the AC bypass current Igc1 may be adjusted by the size of the field effect transistor 56, the size of the field effect transistor 57, and the like.

上記実施形態では、電界効果トランジスタ54,55、及びトランジスタ61〜69,71,72として、電界効果トランジスタを用いて説明を行ったが、電界効果トランジスタ54,55、及びトランジスタ61〜69,71,72は、バイポーラトランジスタであってもよい。電界効果トランジスタ54,55、及びトランジスタ61〜69,71,72がバイポーラトランジスタである場合には、電界効果トランジスタのゲート、ソース、及びドレインは、ベース、エミッタ、及びコレクタにそれぞれ読み替えられる。 In the above embodiment, the field effect transistors 54, 55 and the transistors 61 to 69, 71, 72 have been described using the field effect transistors, but the field effect transistors 54, 55 and the transistors 61 to 69, 71, 72 may be a bipolar transistor. When the field effect transistors 54, 55 and the transistors 61 to 69, 71, 72 are bipolar transistors, the gate, source, and drain of the field effect transistors are read as base, emitter, and collector, respectively.

1C…光受信装置、10C…トランスインピーダンス増幅回路、10a…入力端子、11…TIA部(シングルエンド型増幅回路)、11a…電圧アンプ、11b…帰還抵抗素子、12…基準電圧発生回路、12a…電圧アンプ(増幅器)、12b…帰還抵抗素子、13…差動増幅回路、14…制御電流生成回路、15C…バイパス回路、41…積分回路、41a…入力端子、41b…入力端子、41c…出力端子、41d…出力端子、42…OTA、43…オペアンプ、43a…非反転入力端子、43b…反転入力端子、43c…反転出力端子、43d…非反転出力端子、44…抵抗素子、45…抵抗素子、46…コンデンサ、47…コンデンサ、51C…制御回路、51a…入力端子、51b…出力端子、51c…出力端子、51d…電源端子、51e…出力端子、52…帰還電流源、52a…入力端子、52b…出力端子、52c…接地端子、53…可変抵抗回路(第1可変抵抗回路)、53a…制御端子、53b…抵抗端子、53c…抵抗端子、54…電界効果トランジスタ(第5電界効果トランジスタ)、55…電界効果トランジスタ(第6電界効果トランジスタ)、56…電界効果トランジスタ(第1電界効果トランジスタ)、57…電界効果トランジスタ(第2電界効果トランジスタ)、61〜69,71,72…トランジスタ、70…電流源、80…可変抵抗回路(第2可変抵抗回路)、80a…制御端子、80b…抵抗端子、80c…抵抗端子、81…電界効果トランジスタ(第3電界効果トランジスタ)、82…電界効果トランジスタ(第4電界効果トランジスタ)、GND…接地電位、Iaoc…直流バイパス電流、Iaoccnt…制御電流(第3制御電流)、Iagc1…交流バイパス電流(第1交流バイパス電流)、Iagc1cnt…制御電流(第1制御電流)、Iagc2…交流バイパス電流(第2交流バイパス電流)、Iagc2cnt…制御電流(第2制御電流)、Icnt…制御電流、Iin…電流信号、Iofs…オフセット電流、Ipd…光電流(入力電流信号)、Iref…基準電流、N1…ノード、N2…ノード、Pin…光信号、PD…受光素子、VCC…電源電圧、Vgs1…ゲート・ソース間電圧、Vgs2…ゲート・ソース間電圧、Vgs3…ゲート・ソース間電圧、Vinn…電圧信号、Vinp…電圧信号、Vout,Voutb…差動電圧信号、VPD…バイアス電圧、Vref…基準電圧信号、Vtia…電圧信号。 1C ... Optical receiver, 10C ... Transimpedance amplification circuit, 10a ... Input terminal, 11 ... TIA section (single-ended amplification circuit), 11a ... Voltage amplifier, 11b ... Feedback resistance element, 12 ... Reference voltage generation circuit, 12a ... Voltage amplifier (amplifier), 12b ... feedback resistance element, 13 ... differential amplification circuit, 14 ... control current generation circuit, 15C ... bypass circuit, 41 ... integration circuit, 41a ... input terminal, 41b ... input terminal, 41c ... output terminal , 41d ... output terminal, 42 ... OTA, 43 ... operational FET, 43a ... non-inverting input terminal, 43b ... inverting input terminal, 43c ... inverting output terminal, 43d ... non-inverting output terminal, 44 ... resistance element, 45 ... resistance element, 46 ... Condenser, 47 ... Condenser, 51C ... Control circuit, 51a ... Input terminal, 51b ... Output terminal, 51c ... Output terminal, 51d ... Power supply terminal, 51e ... Output terminal, 52 ... Feedback current source, 52a ... Input terminal, 52b ... Output terminal, 52c ... Ground terminal, 53 ... Variable resistance circuit (first variable resistance circuit), 53a ... Control terminal, 53b ... Resistance terminal, 53c ... Resistance terminal, 54 ... Field effect transistor (fifth field effect transistor), 55 ... Field effect transistor (sixth field effect transistor), 56 ... Field effect transistor (first field effect transistor), 57 ... Field effect transistor (second field effect transistor), 61-69, 71, 72 ... Transistor, 70 ... current source, 80 ... variable resistance circuit (second variable resistance circuit), 80a ... control terminal, 80b ... resistance terminal, 80c ... resistance terminal, 81 ... field effect transistor (third field effect transistor), 82 ... field effect transistor (4th field effect transistor), GND ... Ground potential, Iaoc ... DC bypass current, Iaoccnt ... Control current (3rd control current), Iagc1 ... AC bypass current (1st AC bypass current), Iagc1ct ... Control current (1st) Control current), Iagc2 ... AC bypass current (second AC bypass current), Iagc2ct ... Control current (second control current), Icnt ... Control current, Iin ... Current signal, Ifs ... Offset current, Ipd ... Photocurrent (input current) Signal), Iref ... Reference current, N1 ... Node, N2 ... Node, Pin ... Optical signal, PD ... Light receiving element, VCS ... Power supply voltage, Vgs1 ... Gate-source voltage, Vgs2 ... Gate-source voltage, Vgs3 ... Gate -Source-to-source voltage, Vinn ... voltage signal, Vinp ... voltage signal, Vout, Voutb ... differential voltage signal, VPD ... Ear voltage, Vref ... reference voltage signal, Vtia ... voltage signal.

Claims (5)

受光素子によって生成された入力電流信号に応じて差動電圧信号を生成するトランスインピーダンス増幅回路であって、
前記入力電流信号を受ける入力端子と、
電流信号を電圧信号に変換するシングルエンド型増幅回路と、
前記電圧信号と基準電圧信号との差分に応じて前記差動電圧信号を生成する差動増幅回路と、
前記差分の積分値に基づいて制御電流を生成する制御電流生成回路と、
前記制御電流に応じて直流バイパス電流、第1交流バイパス電流、及び第2交流バイパス電流を生成するバイパス回路と、
を備え、
前記電流信号は、前記入力電流信号から前記直流バイパス電流、前記第1交流バイパス電流、及び前記第2交流バイパス電流が引き抜かれることによって生成され、
前記バイパス回路は、前記制御電流が入力される制御回路と、前記制御電流に応じて前記第1交流バイパス電流を生成する第1可変抵抗回路と、前記制御電流に応じて前記第2交流バイパス電流を生成する第2可変抵抗回路と、を備え、
前記制御回路は、所定のオフセット電流値を有するオフセット電流を生成し、前記制御電流を増幅することで生成した電流と前記オフセット電流との差分を第1増幅率で増幅することで第1制御電流及び第2制御電流を生成し、
前記第1可変抵抗回路は、
前記第1制御電流を受ける第1ドレインと、前記第1ドレインに電気的に接続される第1ゲートと、前記基準電圧信号が供給される第1ソースと、を有する第1電界効果トランジスタと、
前記入力端子に電気的に接続される第2ドレインと、前記第1ドレイン及び前記第1ゲートに電気的に接続される第2ゲートと、前記基準電圧信号が供給される第2ソースと、を有する第2電界効果トランジスタと、
を備え、
前記第1可変抵抗回路は、前記第1制御電流に応じて前記第1交流バイパス電流を前記第2ドレインから前記第2ソースに流し、
前記第2可変抵抗回路は、
前記第2制御電流を受ける第3ドレインと、前記第3ドレインに電気的に接続される第3ゲートと、前記入力端子に電気的に接続される第3ソースと、を有する第3電界効果トランジスタと、
前記基準電圧信号が供給される第4ドレインと、前記第3ドレイン及び前記第3ゲートに電気的に接続される第4ゲートと、前記第3ソースに電気的に接続される第4ソースと、を有する第4電界効果トランジスタと、
を備え、
前記第2可変抵抗回路は、前記第2制御電流に応じて前記第2交流バイパス電流を前記第4ソースから前記第4ドレインに流す、トランスインピーダンス増幅回路。
A transimpedance amplifier circuit that generates a differential voltage signal according to the input current signal generated by the light receiving element.
An input terminal that receives the input current signal and
A single-ended amplifier circuit that converts a current signal into a voltage signal,
A differential amplifier circuit that generates the differential voltage signal according to the difference between the voltage signal and the reference voltage signal.
A control current generation circuit that generates a control current based on the integrated value of the difference,
A bypass circuit that generates a DC bypass current, a first AC bypass current, and a second AC bypass current according to the control current, and
With
The current signal is generated by extracting the DC bypass current, the first AC bypass current, and the second AC bypass current from the input current signal.
The bypass circuit includes a control circuit to which the control current is input, a first variable resistance circuit that generates the first AC bypass current according to the control current, and the second AC bypass current according to the control current. With a second variable resistance circuit, which produces
The control circuit generates an offset current having a predetermined offset current value, and amplifies the difference between the generated current and the offset current by the first amplification factor to amplify the first control current. And generate a second control current,
The first variable resistance circuit is
A first field effect transistor having a first drain that receives the first control current, a first gate that is electrically connected to the first drain, and a first source to which the reference voltage signal is supplied.
A second drain electrically connected to the input terminal, a second gate electrically connected to the first drain and the first gate, and a second source to which the reference voltage signal is supplied are provided. The second field effect transistor to have
With
The first variable resistance circuit causes the first AC bypass current to flow from the second drain to the second source in response to the first control current.
The second variable resistance circuit is
A third field effect transistor having a third drain that receives the second control current, a third gate that is electrically connected to the third drain, and a third source that is electrically connected to the input terminal. When,
A fourth drain to which the reference voltage signal is supplied, a fourth gate electrically connected to the third drain and the third gate, and a fourth source electrically connected to the third source. 4th field effect transistor with
With
The second variable resistance circuit is a transimpedance amplifier circuit that causes the second AC bypass current to flow from the fourth source to the fourth drain in response to the second control current.
前記バイパス回路は、前記制御電流に応じて前記直流バイパス電流を生成する帰還電流源をさらに備え、
前記制御回路は、前記制御電流が大きくなるにつれて前記直流バイパス電流が大きくなるように前記帰還電流源を制御する、請求項1に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The bypass circuit further comprises a feedback current source that generates the DC bypass current in response to the control current.
The transimpedance amplifier circuit according to claim 1, wherein the control circuit controls the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases.
前記制御回路は、前記制御電流を第2増幅率で増幅することで第3制御電流を生成し、
前記帰還電流源は、
前記第3制御電流を受ける第5ドレインと、前記第5ドレインに電気的に接続される第5ゲートと、接地電位に電気的に接続される第5ソースと、を有する第5電界効果トランジスタと、
前記入力端子に電気的に接続される第6ドレインと、前記第5ドレイン及び前記第5ゲートに電気的に接続される第6ゲートと、前記第5ソースに電気的に接続される第6ソースと、を有する第6電界効果トランジスタと、
を備え、
前記帰還電流源は、前記第3制御電流に応じて前記直流バイパス電流を前記第6ドレインから前記第6ソースに流す、請求項2に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The control circuit generates a third control current by amplifying the control current at a second amplification factor.
The feedback current source is
A fifth field effect transistor having a fifth drain that receives the third control current, a fifth gate that is electrically connected to the fifth drain, and a fifth source that is electrically connected to the ground potential. ,
A sixth drain electrically connected to the input terminal, a sixth gate electrically connected to the fifth drain and the fifth gate, and a sixth source electrically connected to the fifth source. And a sixth field effect transistor with
With
The transimpedance amplifier circuit according to claim 2, wherein the feedback current source causes the DC bypass current to flow from the sixth drain to the sixth source in accordance with the third control current.
前記直流バイパス電流は、前記第2可変抵抗回路から流れ出る前記第2制御電流を含むように設定されている、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のトランスインピーダンス増幅回路。 The transimpedance amplifier circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the DC bypass current is set to include the second control current flowing out of the second variable resistance circuit. 前記基準電圧信号を生成する基準電圧生成回路をさらに備え、
前記基準電圧生成回路は、増幅器と、前記増幅器の入出力間に電気的に接続された帰還抵抗素子と、を備える、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
A reference voltage generation circuit for generating the reference voltage signal is further provided.
The transimpedance amplifier circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the reference voltage generation circuit includes an amplifier and a feedback resistance element electrically connected between the input and output of the amplifier. ..
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