JP2021027586A - Transimpedance amplifier circuit - Google Patents

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JP2021027586A
JP2021027586A JP2020126488A JP2020126488A JP2021027586A JP 2021027586 A JP2021027586 A JP 2021027586A JP 2020126488 A JP2020126488 A JP 2020126488A JP 2020126488 A JP2020126488 A JP 2020126488A JP 2021027586 A JP2021027586 A JP 2021027586A
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啓二 田中
Keiji Tanaka
啓二 田中
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

To suppress fluctuations in a control time constant due to a change in the signal strength of a burst optical signal.SOLUTION: In a transimpedance amplifier circuit 10A: an OTA42A generates a control current Icnt according to a differential integration signal by a first transconductance when a value of the differential integration signal is smaller than a threshold value; generates the control current Icnt according to the differential integration signal by a second transconductance which is larger than the first transconductance when the value of the differential integration signal is larger than the threshold value; and the control circuit 51 controls a feedback current source 52 such that a DC bypass current Iaoc increases as the control current Icnt increases, and controls a variable resistance circuit 53 such that an AC bypass current Iagc increases as the control current Icnt increases when the control current Icnt exceeds an offset current value.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.

光アクセスシステムであるEPON(Ethernet(登録商標) Passive Optical Network)において、局側装置(OLT:Optical Line Terminal)の光受信器にはトランスインピーダンス増幅回路が用いられる。OLTの光受信器は、複数の宅側装置(ONU:Optical Network Unit)からのバースト光信号を時分割多重(TDM;Time Division Multiplexing)にて受信する。各ONUからOLTまでの伝送路損失は、OLTからの距離に応じてそれぞれ異なる。従って、OLTから比較的近くに位置するONUからの信号強度は大きく、当該ONUよりもOLTから遠くに位置するONUからの信号強度は小さくなる。このように、様々な信号強度のバースト光信号がOLTの光受信器に入力される。このため、OLTの光受信器に含まれるトランスインピーダンス増幅回路は、様々な信号強度のバースト光信号を受信できるように、バースト光信号に応じた電流信号からバイパス電流を引き抜く帰還制御回路を備える(例えば、特許文献1参照)。 In EPON (Ethernet (registered trademark) Passive Optical Network), which is an optical access system, a transimpedance amplifier circuit is used as an optical receiver of a station-side device (OLT: Optical Line Terminal). The OLT optical receiver receives burst optical signals from a plurality of home-side devices (ONUs: Optical Network Units) by time division multiplexing (TDM). The transmission line loss from each ONU to the OLT differs depending on the distance from the OLT. Therefore, the signal strength from the ONU located relatively close to the OLT is large, and the signal strength from the ONU located farther from the OLT than the ONU is small. In this way, burst optical signals of various signal intensities are input to the optical receiver of the OLT. Therefore, the transimpedance amplifier circuit included in the OLT optical receiver includes a feedback control circuit that extracts a bypass current from the current signal corresponding to the burst optical signal so that burst optical signals of various signal intensities can be received ( For example, see Patent Document 1).

特許文献1には、入力電流を出力電圧に変換する増幅器と、出力電圧を差動出力信号に変換する差動増幅器と、フォトダイオードにおいて生成された光電流からバイパス電流を引き抜くバイパス回路と、を備える増幅回路が記載されている。この増幅回路は、バースト信号の初期(プリアンブル)においては高速に自動利得制御を動作させるために帰還制御回路の時定数を小さい値に設定し、バースト信号のペイロードにおいては同符号連続信号に対する耐力を上げるために帰還制御回路の時定数を大きい値に設定する機能を有している。 Patent Document 1 describes an amplifier that converts an input current into an output voltage, a differential amplifier that converts an output voltage into a differential output signal, and a bypass circuit that extracts a bypass current from an optical current generated in a photodiode. The amplifier circuit to be provided is described. This amplifier circuit sets the time constant of the feedback control circuit to a small value in order to operate automatic gain control at high speed in the initial stage (preamble) of the burst signal, and in the payload of the burst signal, it has the resistance to continuous signals of the same code. It has a function to set the time constant of the feedback control circuit to a large value in order to raise it.

特開2012−10107号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-10107

しかしながら、特許文献1に記載の増幅回路では、バイパス回路の出力部に設けられたエミッタフォロア回路によって、ダイオードの順方向電圧が制御されるので、エミッタフォロア回路の出力電圧は、ダイオードのオン抵抗と増幅器の入力インピーダンスとによって分圧されて帰還される。バースト光信号の信号レベル(信号強度)に応じて、ダイオードのオン抵抗が変化し得るので、帰還制御の時定数はバースト光信号の信号強度に依存する。例えば、大きい信号強度を有する大信号が入力された場合には、ダイオードのオン抵抗が小さくなるので、一巡伝達利得が大きくなり、帰還制御の時定数が小さくなる。帰還制御の時定数は、バースト光信号の信号強度に依らずに一定に保つことが望まれる。 However, in the amplifier circuit described in Patent Document 1, since the forward voltage of the diode is controlled by the emitter follower circuit provided in the output portion of the bypass circuit, the output voltage of the emitter follower circuit is the on-resistance of the diode. It is divided by the input impedance of the amplifier and fed back. Since the on-resistance of the diode can change according to the signal level (signal strength) of the burst optical signal, the time constant of the feedback control depends on the signal strength of the burst optical signal. For example, when a large signal having a large signal strength is input, the on-resistance of the diode becomes small, so that the one-round transmission gain becomes large and the time constant of feedback control becomes small. It is desired that the time constant of the feedback control be kept constant regardless of the signal strength of the burst optical signal.

本開示では、バースト光信号の信号強度の変化による制御時定数の変動を抑制可能なトランスインピーダンス増幅回路が説明される。 In the present disclosure, a transimpedance amplifier circuit capable of suppressing fluctuations in the control time constant due to changes in the signal intensity of a burst optical signal will be 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、バースト光信号に応じて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、直流バイパス電流及び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及び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、制御電流に応じて直流バイパス電流を生成する帰還電流源と、制御電流に応じて交流バイパス電流を生成する可変抵抗回路と、を備える。制御電流生成回路は、差分を積分して差動積分信号を生成する積分回路と、差動積分信号の値が閾値より小さいときは第1トランスコンダクタンスによって差動積分信号に応じて制御電流を生成し、差動積分信号の値が閾値より大きいときは第1トランスコンダクタンスよりも大きい第2トランスコンダクタンスによって差動積分信号に応じて制御電流を生成するトランスコンダクタンス増幅回路と、を備える。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するとともに、制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に制御電流が大きくなるにつれて交流バイパス電流が大きくなるように、可変抵抗回路を制御する。 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 in response to a burst light signal. 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. It includes a differential amplification circuit, a control current generation circuit that generates a control current based on the difference, and a bypass circuit that generates a DC bypass current and an AC bypass current according to the control current. The current signal is generated by extracting the DC bypass current and the AC bypass current from the input current signal. The bypass circuit includes a control circuit to which a control current is input, a feedback current source that generates a DC bypass current according to the control current, and a variable resistance circuit that generates an AC bypass current according to the control current. The control current generation circuit is an amplifier circuit that integrates the differences to generate a differential integrated signal, and when the value of the differential integrated signal is smaller than the threshold value, the first transconductance generates a control current according to the differential integrated signal. Then, when the value of the differential integrated signal is larger than the threshold value, a transconductance amplifier circuit that generates a control current according to the differential integrated signal by a second transconductance larger than the first transconductance is provided. The control circuit controls the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases, and the AC bypass current increases as the control current increases when the control current exceeds a predetermined offset current value. The variable resistance circuit is controlled so as to be.

本開示によれば、バースト光信号の信号強度の変化による制御時定数の変動を抑制することができる。 According to the present disclosure, it is possible to suppress fluctuations in the control time constant due to changes in the signal intensity of the burst optical signal.

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2に示される積分回路のDC(Direct Current)入出力特性例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of DC (Direct Current) input / output characteristics of the integrating circuit shown in FIG. 図4は、図1に示されるOTAの構成を概略的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the OTA shown in FIG. 図5は、図1に示されるOTAの入出力電流特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the input / output current characteristics of the OTA shown in FIG. 図6は、図1に示されるOTAのトランスコンダクタンス特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the transconductance characteristics of the OTA shown in FIG. 図7は、図4に示されるOTAの回路構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the OTA shown in FIG. 図8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. 8 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9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. 9 is a diagram showing a circuit configuration example of the control circuit shown in FIG. 図10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DCオフセット特性及び利得特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing DC offset characteristics and gain characteristics in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. 図11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制御ループの一巡伝達関数を示す図である。図11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閉ループ周波数特性を示す図である。FIG. 11A is a diagram showing a circular transfer function of the control loop in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. FIG. 11B is a diagram showing a closed loop frequency characteristic in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. 図12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制御ループの一巡伝達関数を示す図である。図12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閉ループ周波数特性を示す図である。FIG. 12A is a diagram showing a round-trip transfer function of the control loop in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. FIG. 12B is a diagram showing a closed loop frequency characteristic in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. 図13は、光入力レベルに対するトランスインピーダンス利得の変化及び低域カットオフ周波数の変化を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing changes in the transimpedance gain and changes in the low cutoff frequency with respect to the optical input level. 図14は、光入力レベルに対する制御時定数の変化を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a change in the control time constant with respect to the optical input level. 図15は、図1に示される光受信装置における各ノードの応答を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the response of each node in the optical receiver shown in FIG.

[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、バースト光信号に応じて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、直流バイパス電流及び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及び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、制御電流に応じて直流バイパス電流を生成する帰還電流源と、制御電流に応じて交流バイパス電流を生成する可変抵抗回路と、を備える。制御電流生成回路は、差分を積分して差動積分信号を生成する積分回路と、差動積分信号の値が閾値より小さいときは第1トランスコンダクタンスによって差動積分信号に応じて制御電流を生成し、差動積分信号の値が閾値より大きいときは第1トランスコンダクタンスよりも大きい第2トランスコンダクタンスによって差動積分信号に応じて制御電流を生成するトランスコンダクタンス増幅回路と、を備える。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するとともに、制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に制御電流が大きくなるにつれて交流バイパス電流が大きくなるように、可変抵抗回路を制御する。 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 in response to a burst light signal. 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. It includes a differential amplification circuit, a control current generation circuit that generates a control current based on the difference, and a bypass circuit that generates a DC bypass current and an AC bypass current according to the control current. The current signal is generated by extracting the DC bypass current and the AC bypass current from the input current signal. The bypass circuit includes a control circuit to which a control current is input, a feedback current source that generates a DC bypass current according to the control current, and a variable resistance circuit that generates an AC bypass current according to the control current. The control current generation circuit is an amplifier circuit that integrates the differences to generate a differential integrated signal, and when the value of the differential integrated signal is smaller than the threshold value, the first transconductance generates a control current according to the differential integrated signal. Then, when the value of the differential integrated signal is larger than the threshold value, a transconductance amplifier circuit that generates a control current according to the differential integrated signal by a second transconductance larger than the first transconductance is provided. The control circuit controls the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases, and the AC bypass current increases as the control current increases when the control current exceeds a predetermined offset current value. The variable resistance circuit is controlled so as to be.

このトランスインピーダンス増幅回路では、電圧信号と基準電圧信号との差分を積分することによって差動積分信号が生成され、差動積分信号の値が閾値より小さいときは第1トランスコンダクタンスによって差動積分信号に応じて制御電流が生成され、差動積分信号の値が閾値より大きいときは第1トランスコンダクタンスよりも大きい第2トランスコンダクタンスによって差動積分信号に応じて制御電流が生成される。この制御電流がオフセット電流値を超えるまでは、交流バイパス電流の引き抜きが行われないので、可変抵抗回路の抵抗値は変化しない。一方、制御電流がオフセット電流値を超えると、制御電流が大きくなるにつれて交流バイパス電流が大きくなるように、可変抵抗回路が制御されるので、可変抵抗回路の抵抗値が小さくなる。制御電流生成回路では、差動積分信号の値が閾値より大きくなると、第1トランスコンダクタンスよりも大きい第2トランスコンダクタンスが用いられる。このように、可変抵抗回路の抵抗値の減少による一巡伝達利得の減少分を、制御電流生成回路のトランスコンダクタンスの増加により補うことができる。これにより、帰還制御の制御時定数の増加を抑制することができる。その結果、バースト光信号の信号強度の変化による制御時定数の変動を抑制することが可能となる。 In this transimpedance amplifier circuit, a differential integrated signal is generated by integrating the difference between the voltage signal and the reference voltage signal, and when the value of the differential integrated signal is smaller than the threshold value, the differential integrated signal is generated by the first transconductance. When the value of the differential integrated signal is larger than the threshold value, the control current is generated according to the differential integrated signal, and the control current is generated according to the differential integrated signal by the second transconductance larger than the first transconductance. Until this control current exceeds the offset current value, the AC bypass current is not drawn out, so the resistance value of the variable resistance circuit does not change. On the other hand, when the control current exceeds the offset current value, the variable resistance circuit is controlled so that the AC bypass current increases as the control current increases, so that the resistance value of the variable resistance circuit decreases. In the control current generation circuit, when the value of the differential integrated signal becomes larger than the threshold value, the second transconductance larger than the first transconductance is used. In this way, the decrease in the one-round transmission gain due to the decrease in the resistance value of the variable resistance circuit can be compensated for by the increase in the transconductance of the control current generation circuit. As a result, it is possible to suppress an increase in the control time constant of the feedback control. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the control time constant due to changes in the signal strength of the burst optical signal.

トランスコンダクタンス増幅回路は、差動積分信号に基づいて第1出力電流を生成する第1トランスコンダクタンス回路と、差動積分信号に基づいて第2出力電流を生成する第2トランスコンダクタンス回路と、を備えてもよく、第1出力電流及び第2出力電流を足し合わせることで制御電流を生成してもよい。第1トランスコンダクタンス回路は、差動積分信号の値の第1範囲において、差動積分信号の値が大きくなるにつれて第1出力電流が小さくなるように動作してもよい。第2トランスコンダクタンス回路は、差動積分信号の値の第2範囲において、差動積分信号の値が大きくなるにつれて第2出力電流が大きくなるように動作してもよい。第2範囲の上限値は、第1範囲の上限値よりも小さくてもよく、第2範囲の下限値は、第1範囲の下限値よりも大きくてもよい。この場合、第1範囲で差動積分信号の値が大きくなるにつれて小さくなる第1出力電流と、第2範囲で差動積分信号の値が大きくなるにつれて大きくなる第2出力電流とを足し合わせることで、制御電流が生成される。このため、制御電流の生成を簡易化することが可能となる。 The transconductance amplification circuit includes a first transconductance circuit that generates a first output current based on a differential integrated signal, and a second transconductance circuit that generates a second output current based on a differential integrated signal. Alternatively, the control current may be generated by adding the first output current and the second output current. The first transconductance circuit may operate so that the first output current decreases as the value of the differential integrated signal increases in the first range of the value of the differential integrated signal. The second transconductance circuit may operate so that the second output current increases as the value of the differential integrated signal increases in the second range of the value of the differential integrated signal. The upper limit of the second range may be smaller than the upper limit of the first range, and the lower limit of the second range may be larger than the lower limit of the first range. In this case, the first output current that decreases as the value of the differential integration signal increases in the first range and the second output current that increases as the value of the differential integration signal increases in the second range are added. Then, the control current is generated. Therefore, it is possible to simplify the generation of the control current.

積分回路は、差動積分信号の逆相成分を出力する第1出力端子と、差動積分信号の正相成分を出力する第2出力端子と、第1出力端子と第2出力端子との間に設けられたダイオードと、を備えてもよい。差分は、基準電圧信号から電圧信号を引いた値であってもよい。ダイオードのアノードは、第1出力端子に電気的に接続されてもよい。ダイオードのカソードは、第2出力端子に電気的に接続されてもよい。バースト光信号が無い状態において、シングルエンド型増幅回路の特性のばらつき等によって、電圧信号が基準電圧信号よりも大きくなることがある。帰還電流源は、入力電流信号から引き抜く方向に直流バイパス電流を流すので、例えば、電圧信号が基準電圧信号よりも大きい場合にはこの差分を0に近づけることができない。これに対し、ダイオードのアノードが第1出力端子に電気的に接続され、ダイオードのカソードが第2出力端子に電気的に接続されることで、基準電圧信号から電圧信号を引いた値が負の値を有する場合に、当該値の絶対値がダイオードのオン電圧よりも大きくならないようにすることができる。これにより、バースト光信号が入力されたときの応答時間を短縮することが可能となる。 The integrator circuit is located between the first output terminal that outputs the negative phase component of the differential integrated signal, the second output terminal that outputs the positive phase component of the differential integrated signal, and the first output terminal and the second output terminal. A diode provided in the above may be provided. The difference may be a value obtained by subtracting the voltage signal from the reference voltage signal. The anode of the diode may be electrically connected to the first output terminal. The cathode of the diode may be electrically connected to the second output terminal. In the absence of a burst optical signal, the voltage signal may be larger than the reference voltage signal due to variations in the characteristics of the single-ended amplifier circuit. Since the feedback current source causes a DC bypass current to flow in the direction of drawing from the input current signal, for example, when the voltage signal is larger than the reference voltage signal, this difference cannot be brought close to zero. On the other hand, the anode of the diode is electrically connected to the first output terminal, and the cathode of the diode is electrically connected to the second output terminal, so that the value obtained by subtracting the voltage signal from the reference voltage signal is negative. If it has a value, the absolute value of the value can be prevented from being greater than the on-voltage of the diode. This makes it possible to shorten the response time when a burst optical signal is input.

制御回路は、制御電流を第1増幅率で増幅することで第1制御電流を生成してもよい。帰還電流源は、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、接地電位に電気的に接続される第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、第1ソースに電気的に接続される第2ソースと、を有する第2電界効果トランジスタと、を備えてもよい。帰還電流源は、第1制御電流に応じて直流バイパス電流を第2ドレインから第2ソースに流してもよい。この場合、第1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1電界効果トランジスタの第1ドレインが第1制御電流を受けると、第1ゲートと第1ソースとの間にゲート・ソース間電圧が生成される。第1ゲートと第2ゲートとは互いに電気的に接続されており、第1ソースと第2ソースとは互いに電気的に接続されているので、第2電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧は第1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2電界効果トランジスタでは、第2ソースが第1ソース、つまり接地電位に電気的に接続され、第2ドレインが入力端子に電気的に接続されているので、第2ソースと第2ドレインとの電位差が大きくなる。これにより、第2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2電界効果トランジスタは電流源として機能し、第2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2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2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1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 the first control current by amplifying the control current at the first amplification factor. The feedback current source is 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 that is electrically connected to the ground potential. 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 electrically connected to the first source. A second field effect transistor having the above may be provided. The feedback current source may allow a DC bypass current to flow from the second drain to the second source according to the first control current. In this case, since the first field-effect transistor is diode-connected, when the first drain of the first field-effect transistor receives the first control current, the gate-source voltage between the first gate and the first source. Is generated. Since the first gate and the second gate are electrically connected to each other and the first source and the second source are electrically connected to each other, the gate-source voltage of the second field effect transistor is the first. 1 It becomes equal to the gate-source voltage of the field effect transistor. In the second field effect transistor, since the second source is electrically connected to the first source, that is, the ground potential, and the second drain is electrically connected to the input terminal, the second source and the second drain are connected. The potential difference becomes large. As a result, the second field effect transistor operates in the saturation region. Therefore, the second field-effect transistor functions as a current source, and the output impedance of the second drain becomes large. Therefore, although the AC component of the input current signal hardly flows into the second field-effect transistor, the DC component of the input current signal. Can flow into the second field effect transistor as a DC bypass current. Then, as the control current increases, the gate-source voltage of the first 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.

制御回路は、オフセット電流値に設定されたオフセット電流を生成してもよく、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電流を第2増幅率で増幅することで第2制御電流を生成してもよい。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、基準電圧信号が供給される第3ソースと、を有する第3電界効果トランジスタと、入力端子に電気的に接続される第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、を備えてもよい。可変抵抗回路は、第2制御電流に応じて入力電流信号から交流バイパス電流を引き抜いてもよい。この場合、第3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3電界効果トランジスタの第3ドレインが第2制御電流を受けると、第3ゲートと第3ソースとの間にゲート・ソース間電圧が生成される。第3ゲートと第4ゲートとは互いに電気的に接続されており、第3ソース及び第4ソースとは互いに電気的に接続されるので、第4電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧は第3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4電界効果トランジスタでは、第4ソースに基準電圧信号が供給され、第4ドレインが入力端子に電気的に接続されているので、第4ドレインと第4ソースとの電位差はほとんど無い。これにより、第4電界効果トランジスタは(深い)3極管領域(線形領域)で動作する。このため、第4電界効果トランジスタは可変抵抗器として機能し、第4ドレインの出力インピーダンスは低くなる。第4ドレインと第4ソースとの電位差はほとんど無いことから、入力電流信号の直流成分はほとんど第4電界効果トランジスタに流れ込まないものの、入力電流信号の交流成分は交流バイパス電流として第4電界効果トランジスタに流れ込み得る。そして、制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に制御電流が大きくなるにつれて、第3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、入力電流信号が比較的小さい場合、交流バイパス電流の引き抜きが抑えられ、交流成分が減衰することを回避できる。入力電流信号が比較的大きい場合には、入力電流信号の交流成分が交流バイパス電流として入力電流信号から引き抜かれるので、入力電流信号の交流成分を減衰させることができる。したがって、可変抵抗回路によって、トランスインピーダンスアンプの利得が適切に制御される。 The control circuit may generate an offset current set to the offset current value, and the second control is performed by amplifying the difference current between the generated current and the offset current by the second amplification factor by amplifying the control current. An electric current may be generated. The variable resistance circuit is a third field effect transistor having a third drain that receives a second control current, a third gate that is electrically connected to the third drain, and a third source to which a reference voltage signal is supplied. A fourth drain electrically connected to the input terminal, a fourth gate electrically connected to the third drain and the third gate, and a fourth source electrically connected to the third source. A fourth field effect transistor having the above may be provided. The variable resistor circuit may draw an AC bypass current from the input current signal according to the second control current. In this case, since the third field effect transistor is connected by a diode, when the third drain of the third field effect transistor receives the second control current, the gate-source voltage between the third gate and the third source. Is generated. Since the third gate and the fourth gate are electrically connected to each other and the third source and the fourth source are electrically connected to each other, the gate-source voltage of the fourth field effect transistor is the third. Equal to the gate-source voltage of the field effect transistor. In the fourth field effect transistor, since the reference voltage signal is supplied to the fourth source and the fourth drain is electrically connected to the input terminal, there is almost no potential difference between the fourth drain and the fourth source. As a result, the fourth field effect transistor operates in the (deep) triode region (linear region). Therefore, the fourth field effect transistor functions as a variable resistor, and the output impedance of the fourth drain becomes low. Since there is almost no potential difference between the 4th drain and the 4th source, the DC component of the input current signal hardly flows into the 4th field effect transistor, but the AC component of the input current signal is the AC bypass current of the 4th field effect transistor. Can flow into. Then, as the control current increases when the control current exceeds a predetermined offset current value, the gate-source voltage of the third field effect transistor increases. Therefore, when the input current signal is relatively small, the AC bypass current It is possible to suppress the withdrawal of the current and prevent the AC component from being attenuated. When the input current signal is relatively large, the AC component of the input current signal is extracted from the input current signal as an AC bypass current, so that the AC component of the input current signal can be attenuated. Therefore, the variable resistance circuit appropriately controls the gain of the transimpedance amplifier.

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 variable resistance circuit seen from the input terminal of the single-ended amplifier circuit becomes low in a wide frequency range. Therefore, it is possible to easily draw the AC bypass current 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2に示される積分回路のDC入出力特性例を示す図である。図4は、図1に示されるOTAの構成を概略的に示す図である。図5は、図1に示されるOTAの入出力電流特性を示す図である。図6は、図1に示されるOTAのトランスコンダクタンス特性を示す図である。図7は、図4に示されるOTAの回路構成例を示す図である。図8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9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 an example of DC input / output characteristics of the integrating circuit shown in FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the OTA shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing the input / output current characteristics of the OTA shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the transconductance characteristics of the OTA shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the OTA shown in FIG. FIG. 8 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. 9 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1A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1Aは、受光素子PDと、トランスインピーダンス増幅回路10Aと、信号処理回路20と、を備える。光受信装置1Aは、例えば、OLTの受信部であってもよい。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。光信号Pinは、例えば、バースト光信号である。光電流Ipdは、変調された信号に相当する交流成分(AC(Alternating Current)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。光信号Pinの信号強度(光パワー)が大きくなると、光電流IpdのAC成分およびDC成分は大きくなり、光信号Pinの信号強度(光パワー)が小さくなると、光電流IpdのAC成分およびDC成分は小さくなる。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(例えば、カソード)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(例えば、アノード)は、光電流Ipdを出力する。一般的に、フォトダイオードは、逆方向にバイアスされて使用される。なお、ここで「電気的に接続する」(be electrically coupled)とは、例えば、受光素子PDのカソードは、ワイヤボンディングを介してバイアス電圧VPDを生成する回路に接続されているなど、電気的に接続される両者間において信号の伝達、並びに電流及び電圧の供給が可能な状態で接続されていることを意味する。従って、「電気的に接続する」は、配線によって直接的に接続される場合も他の電気素子を介して間接的に接続されている場合も含み得る。「電気的に接続する」は、以下の説明においても同様の意味で使用される。 The optical receiver 1A shown in FIG. 1 receives an optical signal Pin transmitted from an optical transmitter (not shown). The optical receiver 1A includes a light receiving element PD, a transimpedance amplifier circuit 10A, and a signal processing circuit 20. The optical receiver 1A may be, for example, an OLT receiver. 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 optical signal Pin is, for example, a burst optical signal. The photocurrent Ipd may include an alternating current component (AC (Alternating Current) component) corresponding to the modulated signal and a direct current component (DC component) superimposed on the alternating current component. When the signal intensity (optical power) of the optical signal Pin increases, the AC component and DC component of the optical current Ipd increase, and when the signal intensity (optical power) of the optical signal Pin decreases, the AC component and DC component of the optical current Ipd increase. Becomes smaller. Examples of the light receiving element PD include a photodiode and an avalanche photodiode. One terminal (eg, cathode) of the light receiving element PD is electrically connected to a predetermined bias voltage VPD, and the other terminal (for example, anode) of the light receiving element PD outputs a photocurrent Ipd. Generally, photodiodes are used with a bias in the opposite direction. Here, "be electrically coupled" means that, for example, the cathode of the light receiving element PD is electrically connected to a circuit that generates a bias voltage VPD via wire bonding. It means that they are connected in a state where signals can be transmitted and current and voltage can be supplied between them. Therefore, "electrically connected" may include cases of being directly connected by wiring and cases of being indirectly connected via other electric elements. The term "electrically connected" is used interchangeably in the following description.

トランスインピーダンス増幅回路10Aは、光信号Pinに応じて受光素子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10Aは、例えば、入力端子10aと、出力端子10b,10cと、を備える。入力端子10aには光電流Ipdが入力される。出力端子10bは、正相成分Voutをトランスインピーダンス増幅回路10Aの外部に出力する。出力端子10cは、逆相成分Voutbをトランスインピーダンス増幅回路10Aの外部に出力する。例えば、トランスインピーダンス増幅回路10Aが半導体プロセスによって一つの半導体集積装置(例えば、半導体チップ)として製造されたとき、入力端子10aは半導体チップ上に形成されたボンディングパッドであってもよい。トランスインピーダンス増幅回路10Aが形成された半導体チップが或るパッケージ内に実装されたとき、入力端子10aはパッケージの外面に設けられた電気端子であってもよい。出力端子10b,10cについても入力端子10aと同様であり、半導体チップ上に形成されたボンディングパッドであってもよく、パッケージの外面に設けられた電気端子であってもよい。すなわち、トランスインピーダンス増幅回路10Aは、実施形態として、一つの半導体チップ上に形成される場合もあれば、一つのパッケージ内又は基板上に実装される場合もある。 The transimpedance amplifier circuit 10A receives the optical current Ipd generated by the light receiving element PD according to the optical signal Pin, and generates the differential voltage signals Vout and Voutb which are voltage signals according to the optical current Ipd. The differential voltage signals Vout and Voutb are a pair of complementary signals. The transimpedance amplifier circuit 10A includes, for example, an input terminal 10a and output terminals 10b and 10c. The photocurrent Ipd is input to the input terminal 10a. The output terminal 10b outputs the positive phase component Vout to the outside of the transimpedance amplifier circuit 10A. The output terminal 10c outputs the reverse phase component Voutb to the outside of the transimpedance amplifier circuit 10A. For example, when the transimpedance amplifier circuit 10A is manufactured as one semiconductor integrated device (for example, a semiconductor chip) by a semiconductor process, the input terminal 10a may be a bonding pad formed on the semiconductor chip. When the semiconductor chip on which the transimpedance amplifier circuit 10A is formed is mounted in a certain package, the input terminal 10a may be an electric terminal provided on the outer surface of the package. The output terminals 10b and 10c are the same as the input terminals 10a, and may be a bonding pad formed on the semiconductor chip or an electric terminal provided on the outer surface of the package. That is, as an embodiment, the transimpedance amplifier circuit 10A may be formed on one semiconductor chip, or may be mounted in one package or on a substrate.

出力端子10b,10cは、コンデンサ5a,5bをそれぞれ介して信号処理回路20に電気的に接続されている。コンデンサ5a,5bは、AC結合コンデンサである。コンデンサ5a,5bは、トランスインピーダンス増幅回路10Aにおいて、差動電圧信号Vout,Voutbに生じた直流成分を除去する。差動電圧信号Vout,Voutbから直流成分が除去されることによって、差動電圧信号Vc,Vcbが生成され、信号処理回路20に供給される。例えば、差動電圧信号Vc,Vcbは、一対の相補信号である。差動電圧信号Vc,Vcbの正相成分Vc(正相信号)は、差動電圧信号Vc,Vcbの逆相成分Vcb(逆相信号)の位相と180°位相の異なる位相を有する。例えば、正相成分Vcが増加するときに逆相成分Vcbは減少し、正相成分Vcが減少するときに逆相成分Vcbは増加する。正相成分Vcが最大値(ピーク値)に達するときに逆相成分Vcbは最小値(ボトム値)に達し、正相成分Vcがボトム値に達するときに逆相成分Vcbはピーク値に達する。正相成分Vcと逆相成分Vcbとは、同じ振幅を有し、同じ時間平均値を有してもよい。例えば、トランスインピーダンス増幅回路10A(後述の出力増幅器13b)の出力インピーダンスを差動100Ω、信号処理回路20の入力インピーダンスを差動100Ω、コンデンサ5aの容量値及びコンデンサ5bの容量値を1000pFと仮定すると、差動電圧信号Vc,Vcbの信号処理回路20への入力においてコンデンサ5a,5bによって100nsecの時定数が発生する。 The output terminals 10b and 10c are electrically connected to the signal processing circuit 20 via capacitors 5a and 5b, respectively. The capacitors 5a and 5b are AC coupling capacitors. The capacitors 5a and 5b remove the DC components generated in the differential voltage signals Vout and Voutb in the transimpedance amplifier circuit 10A. By removing the DC component from the differential voltage signals Vout and Voutb, the differential voltage signals Vc and Vcb are generated and supplied to the signal processing circuit 20. For example, the differential voltage signals Vc and Vcb are a pair of complementary signals. The positive phase component Vc (positive phase signal) of the differential voltage signals Vc and Vcb has a phase different from the phase of the negative phase component Vcb (negative phase signal) of the differential voltage signals Vc and Vcb by 180 °. For example, when the positive phase component Vc increases, the negative phase component Vcb decreases, and when the positive phase component Vc decreases, the negative phase component Vcb increases. When the positive phase component Vc reaches the maximum value (peak value), the negative phase component Vcb reaches the minimum value (bottom value), and when the positive phase component Vc reaches the bottom value, the negative phase component Vcc reaches the peak value. The positive phase component Vc and the negative phase component Vcb may have the same amplitude and the same time average value. For example, assuming that the output impedance of the transimpedance amplifier circuit 10A (output amplifier 13b described later) is differential 100Ω, the input impedance of the signal processing circuit 20 is differential 100Ω, the capacitance value of the capacitor 5a and the capacitance value of the capacitor 5b are 1000pF. At the input of the differential voltage signals Vc and Vcb to the signal processing circuit 20, the capacitors 5a and 5b generate a time constant of 100 nsec.

トランスインピーダンス増幅回路10A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13Aと、制御電流生成回路14Aと、バイパス回路15と、を備える。 The transimpedance amplifier circuit 10A includes a TIA (TransImpedance Amplifier) unit 11 (single-ended amplifier circuit), a reference voltage generation circuit 12, a differential amplifier circuit 13A, a control current generation circuit 14A, and a bypass circuit 15. 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及び交流バイパス電流Iagc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及び交流バイパス電流Iagcはバイパス回路15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。例えば、電流信号Iinの大きさが増加するとき、電圧信号Vtiaの電圧値は減少(低下)する。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13A及び制御電流生成回路14Aに出力する。TIA部11の利得(電流信号Iinの変化量に対する電圧信号Vtiaの変化量の比)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、例えば、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 and the AC bypass current Iagc from the optical current Ipd. The DC bypass current Iaoc and the AC bypass current Iagc are controlled by the bypass circuit 15, 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. For example, when the magnitude of the current signal Iin increases, the voltage value of the voltage signal Vtia decreases (decreases). 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 13A and the control current generation circuit 14A. The gain of the TIA unit 11 (the ratio of the change amount of the voltage signal Vtia to the change amount 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, for example, 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13A、制御電流生成回路14A、及びバイパス回路15に供給する。基準電圧信号Vrefは、例えば所定の電圧値(固定値)を有する。基準電圧発生回路12は、基準電圧信号Vrefを供給する端子の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 supplies the reference voltage signal Vref to the differential amplification circuit 13A, the control current generation circuit 14A, and the bypass circuit 15. The reference voltage signal Vref has, for example, a predetermined voltage value (fixed value). The reference voltage generation circuit 12 may be configured so that the output impedance of the terminal that supplies the reference voltage signal Vref is 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13A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13A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13Aは、例えば差動増幅器13aと、出力増幅器13bと、を備える。例えば、差動増幅器13aが反転増幅器であり、出力増幅器13bが非反転増幅器であるとき、差動増幅回路13Aは、反転増幅を行う。例えば、電圧信号Vtiaの電圧値が、基準電圧信号Vrefの電圧値よりも大きいとき、差動電圧信号Vout,Voutbの正相成分Voutの電圧値は、差動電圧信号Vout,Voutbの逆相成分Voutbの電圧値よりも小さくなる。電圧信号Vtiaの電圧値が、基準電圧信号Vrefの電圧値よりも小さいとき、差動電圧信号Vout,Voutbの正相成分Voutの電圧値は、差動電圧信号Vout,Voutbの逆相成分Voutbの電圧値よりも大きくなる。 The differential amplifier circuit 13A 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 13A 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 13A includes, for example, a differential amplifier 13a and an output amplifier 13b. For example, when the differential amplifier 13a is an inverting amplifier and the output amplifier 13b is a non-inverting amplifier, the differential amplifier circuit 13A performs inverting amplification. For example, when the voltage value of the voltage signal Vtia is larger than the voltage value of the reference voltage signal Vref, the voltage value of the positive phase component Vout of the differential voltage signals Vout and Voutb is the negative phase component of the differential voltage signals Vout and Voutb. It becomes smaller than the voltage value of Voutb. When the voltage value of the voltage signal Vtia is smaller than the voltage value of the reference voltage signal Vref, the voltage value of the positive phase component Vout of the differential voltage signals Vout and Voutb is the negative phase component Voutb of the differential voltage signals Vout and Voutb. It becomes larger than the voltage value.

差動増幅器13aは、差分ΔVtiaを増幅することで、差動電圧信号Va1,Va1bを生成する。差動増幅器13aは、差動電圧信号Va1,Va1bを出力増幅器13bに出力する。出力増幅器13bは、差動電圧信号Va1,Va1bを増幅する回路である。出力増幅器13bは、差動電圧信号Va1,Va1bを増幅することで、差動電圧信号Vout,Voutbを生成する。差動電圧信号Vout,Voutbの正相成分Vout(正相信号)は、差動電圧信号Vout,Voutbの逆相成分Voutb(逆相信号)の位相と180°位相の異なる位相を有する。例えば、正相成分Voutが増加するときに逆相成分Voutbは減少し、正相成分Voutが減少するときに逆相成分Voutbは増加する。正相成分Voutが最大値(ピーク値)に達するときに逆相成分Voutbは最小値(ボトム値)に達し、正相成分Voutがボトム値に達するときに逆相成分Voutbはピーク値に達する。正相成分Voutと逆相成分Voutbは、同じ振幅を有し、同じ時間平均値を有してもよい。差動電圧信号の正相成分の電圧の時間平均値と逆相成分の電圧の時間平均値との差をDCオフセットという。例えば、正相成分Voutの電圧の時間平均値と逆相成分Voutbの電圧の時間平均値との差は、DCオフセットとなる。以降の説明において、単にDCオフセットというときは、正相成分Voutの電圧の時間平均値と逆相成分Voutbの電圧の時間平均値との差のことを表す。DCオフセットは、信号伝送において小さいことが好ましい。出力増幅器13bは、差動電圧信号Vout,Voutbを出力端子10b,10cを介してトランスインピーダンス増幅回路10Aの外部に出力する。 The differential amplifier 13a generates differential voltage signals Va1 and Va1b by amplifying the difference ΔVtia. The differential amplifier 13a outputs the differential voltage signals Va1 and Va1b to the output amplifier 13b. The output amplifier 13b is a circuit that amplifies the differential voltage signals Va1 and Va1b. The output amplifier 13b generates differential voltage signals Vout and Voutb by amplifying the differential voltage signals Va1 and Va1b. The positive phase component Vout (positive phase signal) of the differential voltage signals Vout and Voutb has a phase different from the phase of the negative phase component Voutb (negative phase signal) of the differential voltage signals Vout and Voutb by 180 °. For example, when the positive phase component Vout increases, the negative phase component Voutb decreases, and when the positive phase component Vout decreases, the negative phase component Voutb increases. When the positive phase component Vout reaches the maximum value (peak value), the negative phase component Voutb reaches the minimum value (bottom value), and when the positive phase component Vout reaches the bottom value, the negative phase component Voutb reaches the peak value. The positive phase component Vout and the negative phase component Voutb may have the same amplitude and the same time mean value. The difference between the time average value of the voltage of the positive phase component and the time average value of the voltage of the negative phase component of the differential voltage signal is called DC offset. For example, the difference between the time average value of the voltage of the positive phase component Vout and the time average value of the voltage of the negative phase component Voutb is a DC offset. In the following description, the term DC offset simply means the difference between the time average value of the voltage of the positive phase component Vout and the time average value of the voltage of the negative phase component Voutb. The DC offset is preferably small in signal transmission. The output amplifier 13b outputs the differential voltage signals Vout and Voutb to the outside of the transimpedance amplifier circuit 10A via the output terminals 10b and 10c.

制御電流生成回路14A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。差分ΔVtiaは、基準電圧信号Vrefから電圧信号Vtiaを引いた信号(電圧値)である。制御電流生成回路14Aは、積分回路41Aと、OTA(Operational Transconductance Amplifier)42A(トランスコンダクタンス増幅回路)と、を備える。 The control current generation circuit 14A is a circuit that generates a control current Ict based on the integral value of the difference ΔVtia between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref. The difference ΔVtia is a signal (voltage value) obtained by subtracting the voltage signal Vtia from the reference voltage signal Vref. The control current generation circuit 14A includes an integrating circuit 41A and an OTA (Operational Transconductance Amplifier) 42A (transconductance amplifier circuit).

積分回路41Aは、差分ΔVtiaを積分して差動積分信号(電圧信号Vinp及び電圧信号Vinn)を生成する回路である。図2に示されるように、積分回路41A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(第1出力端子)は、OTA42Aの反転入力端子である入力端子42bに電気的に接続されており、OTA42Aに差動積分信号の逆相成分である電圧信号Vinnを出力する。出力端子41d(第2出力端子)は、OTA42Aの非反転入力端子である入力端子42aに電気的に接続されており、OTA42Aに差動積分信号の正相成分である電圧信号Vinpを出力する。例えば、電圧信号Vtiaの電圧値が、基準電圧信号Vrefの電圧値よりも大きいとき、電圧信号Vinpの電圧値は、電圧信号Vinnの電圧値よりも小さくなる。 The integrating circuit 41A is a circuit that integrates the difference ΔVtia to generate a differential integrated signal (voltage signal Vinp and voltage signal Vinn). As shown in FIG. 2, the integrating circuit 41A 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 (first output terminal) is electrically connected to the input terminal 42b, which is the inverting input terminal of the OTA 42A, and outputs the voltage signal Vinn, which is a reverse phase component of the differential integration signal, to the OTA 42A. The output terminal 41d (second output terminal) is electrically connected to the input terminal 42a, which is a non-inverting input terminal of the OTA 42A, and outputs a voltage signal Vinp, which is a positive phase component of the differential integrated signal, to the OTA 42A. For example, when the voltage value of the voltage signal Vtia is larger than the voltage value of the reference voltage signal Vref, the voltage value of the voltage signal Vimp becomes smaller than the voltage value of the voltage signal Vinn.

積分回路41Aは、オペアンプ43と、抵抗素子44,45と、コンデンサ46,47と、ダイオード48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から非反転入力端子43aに負帰還をかけるように接続される。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から反転入力端子43bに負帰還をかけるように接続される。入力の変化に対する出力の変化については、例えば、電圧信号Vtiaの電圧値が、基準電圧信号Vrefの電圧値よりも大きいとき、電圧信号Vinpの電圧値は、電圧信号Vinnの電圧値よりも小さくなる。 The integrator circuit 41A includes an operational amplifier 43, resistance elements 44 and 45, capacitors 46 and 47, and a diode 48. 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 is connected so as to apply negative feedback from the inverting output terminal 43c to the non-inverting input terminal 43a. 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 is connected so as to apply negative feedback from the non-inverting output terminal 43d to the inverting input terminal 43b. Regarding the change in the output with respect to the change in the input, for example, when the voltage value of the voltage signal Vtia is larger than the voltage value of the reference voltage signal Vref, the voltage value of the voltage signal Vinp becomes smaller than the voltage value of the voltage signal Vinn. ..

ここで、オペアンプ43の利得が例えば1000倍以上で、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。この場合、オペアンプ43の利得は無限大とみなされ、積分回路41A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, for example, 1000 times or more, 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 mutually equal. Suppose they are equal. In this case, the gain of the operational amplifier 43 is regarded as infinite, and the integrator circuit 41A operates as an integrator having a time constant R1 × C1.

ダイオード48は、出力端子41cと出力端子41dとの間に設けられる。ダイオード48のアノードは、出力端子41cに電気的に接続されている。ダイオード48のカソードは、出力端子41dに電気的に接続されている。ダイオード48のオン電圧(順方向電圧)は、制御ループの高速動作の観点から、低電圧に設定されている。図3に示される例では、オペアンプ43の利得(電圧利得)が10000倍(80dB)であり、ダイオード48のオン電圧が0.4Vである。積分回路41Aは、差分ΔVtiaが1μV変化することで、差分ΔVinが10mV変化する特性を有している。差分ΔVinは、電圧信号Vinpから電圧信号Vinnを引いた信号(電圧値)であり、差動積分信号の電圧振幅である。この例では、差分ΔVinが−0.4Vを下回る場合に、ダイオード48がオン状態となる。これにより、差分ΔVtiaがマイナス側に大きくなったとしても、差分ΔVinは、−0.4Vでクランプされる。一方、差分ΔVinがプラス側に大きくなると、差分ΔVinは1.5V以上には増えずに飽和する。このように、積分回路41Aは、差分ΔVinに関してゼロを中心として非対称な特性を有する。 The diode 48 is provided between the output terminal 41c and the output terminal 41d. The anode of the diode 48 is electrically connected to the output terminal 41c. The cathode of the diode 48 is electrically connected to the output terminal 41d. The on-voltage (forward voltage) of the diode 48 is set to a low voltage from the viewpoint of high-speed operation of the control loop. In the example shown in FIG. 3, the gain (voltage gain) of the operational amplifier 43 is 10000 times (80 dB), and the on voltage of the diode 48 is 0.4 V. The integrator circuit 41A has a characteristic that the difference ΔVin changes by 10 mV when the difference ΔVtia changes by 1 μV. The difference ΔVin is a signal (voltage value) obtained by subtracting the voltage signal Vinn from the voltage signal Vinp, and is the voltage amplitude of the differential integration signal. In this example, when the difference ΔVin is less than −0.4V, the diode 48 is turned on. As a result, even if the difference ΔVtia increases to the minus side, the difference ΔVin is clamped at −0.4V. On the other hand, when the difference ΔVin increases to the plus side, the difference ΔVin does not increase to 1.5 V or more and saturates. As described above, the integrating circuit 41A has an asymmetrical characteristic centered on zero with respect to the difference ΔVin.

OTA42Aは、差動積分信号(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。OTA42Aは、差分ΔVinが正の値である場合に、差分ΔVinが大きくなると、トランスコンダクタンスが大きくなるという入出力特性を有する。 The OTA42A is a circuit that converts a differential integrated signal (voltage signal Vinp and voltage signal Vinn) into a control current Ict which is a single current signal (error current). The OTA 42A has an input / output characteristic that when the difference ΔVin is a positive value and the difference ΔVin increases, the transconductance increases.

図4に示されるように、OTA42Aは、入力端子42a,42bと、出力端子42cと、を有する。入力端子42aは、積分回路41Aの出力端子41dに電気的に接続されており、入力端子42aには、電圧信号Vinpが入力される。入力端子42bは、積分回路41Aの出力端子41cに電気的に接続されており、入力端子42bには、電圧信号Vinnが入力される。出力端子42cは、後述する制御回路51の入力端子51aに電気的に接続されており、制御回路51に制御電流Icntを出力する。OTA42Aは、トランスコンダクタンス回路21(第1トランスコンダクタンス回路)と、トランスコンダクタンス回路22(第2トランスコンダクタンス回路)と、電流源23と、を備える。 As shown in FIG. 4, the OTA 42A has input terminals 42a and 42b and output terminals 42c. The input terminal 42a is electrically connected to the output terminal 41d of the integrating circuit 41A, and the voltage signal Vinp is input to the input terminal 42a. The input terminal 42b is electrically connected to the output terminal 41c of the integrating circuit 41A, and the voltage signal Vinn is input to the input terminal 42b. The output terminal 42c is electrically connected to the input terminal 51a of the control circuit 51, which will be described later, and outputs the control current Icnt to the control circuit 51. The OTA 42A includes a transconductance circuit 21 (first transconductance circuit), a transconductance circuit 22 (second transconductance circuit), and a current source 23.

トランスコンダクタンス回路21は、差動積分信号(電圧信号Vinp及び電圧信号Vinn)に基づいて出力電流Iout1(第1出力電流)を生成する回路である。トランスコンダクタンス回路21の非反転入力端子は、入力端子42aに電気的に接続され、電圧信号Vinpを受ける。トランスコンダクタンス回路21の反転入力端子は、入力端子42bに電気的に接続され、電圧信号Vinnを受ける。トランスコンダクタンス回路21の出力端子は、出力電流Iout1を出力する。 The transconductance circuit 21 is a circuit that generates an output current Iout1 (first output current) based on a differential integrated signal (voltage signal Vinp and voltage signal Vinn). The non-inverting input terminal of the transconductance circuit 21 is electrically connected to the input terminal 42a and receives a voltage signal Vinp. The inverting input terminal of the transconductance circuit 21 is electrically connected to the input terminal 42b and receives a voltage signal Vinn. The output terminal of the transconductance circuit 21 outputs the output current Iout1.

図5に示されるように、トランスコンダクタンス回路21は、差分ΔVinの範囲VR1(第1範囲)において、差分ΔVinが大きくなるにつれて出力電流Iout1が小さくなるように動作する。トランスコンダクタンス回路21は、範囲VR1においてトランスコンダクタンス−gm1(第2トランスコンダクタンス)を有する。トランスコンダクタンス−gm1は、図5における範囲VR1での出力電流Iout1の傾き(gradient)に相当する。この傾きは負の値となるため、便宜上gm1を正の実数値として−gm1と表す。トランスコンダクタンス回路21は、差分ΔVinが範囲VR1の上限値を超えると、範囲VR1の上限値における出力電流Iout1の電流値を保持する。トランスコンダクタンス回路21は、差分ΔVinが範囲VR1の下限値を下回ると、範囲VR1の下限値における出力電流Iout1の電流値を保持する。 As shown in FIG. 5, the transconductance circuit 21 operates so that the output current Iout1 decreases as the difference ΔVin increases in the range VR1 (first range) of the difference ΔVin. The transconductance circuit 21 has transconductance −gm1 (second transconductance) in the range VR1. Transconductance −gm1 corresponds to the slope of the output current Iout1 in the range VR1 in FIG. Since this slope has a negative value, gm1 is represented as -gm1 as a positive real value for convenience. When the difference ΔVin exceeds the upper limit value of the range VR1, the transconductance circuit 21 holds the current value of the output current Iout1 at the upper limit value of the range VR1. When the difference ΔVin falls below the lower limit of the range VR1, the transconductance circuit 21 holds the current value of the output current Iout1 at the lower limit of the range VR1.

トランスコンダクタンス回路22は、差動積分信号(電圧信号Vinp及び電圧信号Vinn)に基づいて出力電流Iout2(第2出力電流)を生成する回路である。トランスコンダクタンス回路22の非反転入力端子は、入力端子42bに電気的に接続され、電圧信号Vinnを受ける。トランスコンダクタンス回路22の反転入力端子は、入力端子42aに電気的に接続され、電圧信号Vinpを受ける。トランスコンダクタンス回路22の出力端子は、出力電流Iout2を出力する。 The transconductance circuit 22 is a circuit that generates an output current Iout2 (second output current) based on a differential integrated signal (voltage signal Vinp and voltage signal Vinn). The non-inverting input terminal of the transconductance circuit 22 is electrically connected to the input terminal 42b and receives a voltage signal Vinn. The inverting input terminal of the transconductance circuit 22 is electrically connected to the input terminal 42a and receives a voltage signal Vinp. The output terminal of the transconductance circuit 22 outputs the output current Iout2.

図5に示されるように、トランスコンダクタンス回路22は、差分ΔVinの範囲VR2(第2範囲)において、差分ΔVinが大きくなるにつれて出力電流Iout2が大きくなるように動作する。トランスコンダクタンス回路22は、範囲VR2においてトランスコンダクタンスgm2を有する。トランスコンダクタンスgm2は、図5における範囲VR2での出力電流Iout2の傾きに相当する。ここでgm2は正の実数値である。トランスコンダクタンスgm2の大きさ(絶対値)は、トランスコンダクタンス−gm1の大きさ(絶対値)とは異なる値であり、トランスコンダクタンス−gm1の大きさ(絶対値)よりも小さい。範囲VR2は、範囲VR1よりも狭く、範囲VR1に含まれる。つまり、範囲VR2の上限値は、範囲VR1の上限値よりも小さく、範囲VR2の下限値は、範囲VR1の下限値よりも大きい。トランスコンダクタンス回路22は、差分ΔVinが範囲VR2の上限値を超えると、範囲VR2の上限値における出力電流Iout2の電流値を保持する。トランスコンダクタンス回路22は、差分ΔVinが範囲VR2の下限値を下回ると、範囲VR2の下限値における出力電流Iout2の電流値を保持する。つまり、トランスコンダクタンス回路22の線形動作範囲(範囲VR2)は、トランスコンダクタンス回路21の線形動作範囲(範囲VR1)よりも狭い。 As shown in FIG. 5, the transconductance circuit 22 operates so that the output current Iout2 increases as the difference ΔVin increases in the range VR2 (second range) of the difference ΔVin. The transconductance circuit 22 has transconductance gm2 in the range VR2. The transconductance gm2 corresponds to the slope of the output current Iout2 in the range VR2 in FIG. Here, gm2 is a positive real value. The magnitude (absolute value) of the transconductance gm2 is a value different from the magnitude (absolute value) of the transconductance-gm1 and smaller than the magnitude (absolute value) of the transconductance-gm1. The range VR2 is narrower than the range VR1 and is included in the range VR1. That is, the upper limit of the range VR2 is smaller than the upper limit of the range VR1, and the lower limit of the range VR2 is larger than the lower limit of the range VR1. When the difference ΔVin exceeds the upper limit value of the range VR2, the transconductance circuit 22 holds the current value of the output current Iout2 at the upper limit value of the range VR2. The transconductance circuit 22 holds the current value of the output current Iout2 at the lower limit of the range VR2 when the difference ΔVin is lower than the lower limit of the range VR2. That is, the linear operating range (range VR2) of the transconductance circuit 22 is narrower than the linear operating range (range VR1) of the transconductance circuit 21.

電流源23は、定電流Inullを供給する。定電流Inullは、差分ΔVinが0である場合の出力電流Iout1の電流値と、差分ΔVinが0である場合の出力電流Iout2の電流値と、を合算した電流値(固定値)を有する。 The current source 23 supplies a constant current Innul. The constant current Innul has a current value (fixed value) obtained by adding the current value of the output current Iout1 when the difference ΔVin is 0 and the current value of the output current Iout2 when the difference ΔVin is 0.

OTA42Aは、出力電流Iout1及び出力電流Iout2を足し合わせることで制御電流Icntを生成する。より具体的には、OTA42Aは、出力電流Iout1と出力電流Iout2とを加算し、定電流Inullから加算結果を減算することによって、制御電流Icntを生成する。この制御電流Icntを差分ΔVinで微分することによって、図6に示される3つの平坦部を有するU字状のトランスコンダクタンス特性が得られる。中央の平坦部のトランスコンダクタンス(gm1−gm2)(第1トランスコンダクタンス)は、その両脇の平坦部のトランスコンダクタンスgm1より小さくなっており、制御電流Icntは差分ΔVinに対して非線形となっている。 The OTA42A generates the control current Ict by adding the output current Iout1 and the output current Iout2. More specifically, the OTA 42A generates the control current Icnt by adding the output current Iout1 and the output current Iout2 and subtracting the addition result from the constant current Inull. By differentiating this control current Icnt with the difference ΔVin, a U-shaped transconductance characteristic having three flat portions shown in FIG. 6 can be obtained. The transconductance (gm1-gm2) (first transconductance) of the flat portion in the center is smaller than the transconductance gm1 of the flat portions on both sides thereof, and the control current Icnt is non-linear with respect to the difference ΔVin. ..

図6に示されるように、差分ΔVinが0V付近では、OTA42Aのトランスコンダクタンスは小さく、差分ΔVinの絶対値が大きくなるにつれて、OTA42Aのトランスコンダクタンスは大きくなる。より具体的には、差分ΔVinの絶対値が閾値Vth1よりも小さいときは、OTA42Aのトランスコンダクタンスは、トランスコンダクタンスgm1からトランスコンダクタンスgm2を減算することで得られる値(gm1−gm2)である。差分ΔVinの絶対値が閾値Vth2よりも大きいときは、OTA42Aのトランスコンダクタンスは、トランスコンダクタンスgm1である。差分ΔVinの絶対値が更に大きくなってトランスコンダクタンス回路21,22の線形動作範囲を超えると、OTA42Aのトランスコンダクタンスが再び0に向けて低下していく。このトランスコンダクタンス特性は、ΔVin=0の縦軸を中心としてプラス側とマイナス側とで線対称となっている。したがって、ΔVin=0の付近の平坦部のトランスコンダクタンス(gm1−gm2)は、その外側の2つの平坦部のトランスコンダクタンスgm1よりも小さくなっている。 As shown in FIG. 6, when the difference ΔVin is near 0V, the transconductance of OTA42A is small, and as the absolute value of the difference ΔVin increases, the transconductance of OTA42A increases. More specifically, when the absolute value of the difference ΔVin is smaller than the threshold value Vth1, the transconductance of OTA42A is a value (gm1-gm2) obtained by subtracting the transconductance gm2 from the transconductance gm1. When the absolute value of the difference ΔVin is larger than the threshold value Vth2, the transconductance of OTA42A is transconductance gm1. When the absolute value of the difference ΔVin becomes larger and exceeds the linear operating range of the transconductance circuits 21 and 22, the transconductance of the OTA 42A decreases toward 0 again. This transconductance characteristic is line-symmetrical on the plus side and the minus side with the vertical axis of ΔVin = 0 as the center. Therefore, the transconductance (gm1-gm2) of the flat portion near ΔVin = 0 is smaller than the transconductance gm1 of the two flat portions on the outer side thereof.

この特性により、OTA42Aは、差分ΔVinが閾値−Vth1より大きく、閾値Vth1よりも小さいときはトランスコンダクタンス(gm1−gm2)によって差動積分信号Vinp,Vinnに応じて制御電流Icntを生成する。OTA42Aは、差分ΔVinが閾値−Vth2より小さいか、閾値Vth2より大きいときはトランスコンダクタンスgm1によって差動積分信号Vinp,Vinnに応じて制御電流Icntを生成する。トランスコンダクタンスgm1は、トランスコンダクタンス(gm1−gm2)よりも大きい。図6に示される例では、閾値Vth2は閾値Vth1よりも大きいが、閾値Vth2は閾値Vth1と同じでもよい。 Due to this characteristic, when the difference ΔVin is larger than the threshold value −Vth1 and smaller than the threshold value Vth1, the OTA42A generates a control current Icnt according to the differential integrated signals Vinp and Vinn by transconductance (gm1-gm2). When the difference ΔVin is smaller than the threshold value −Vth2 or larger than the threshold value Vth2, the OTA42A generates a control current Icnt according to the differential integration signals Vinp and Vinn by the transconductance gm1. The transconductance gm1 is larger than the transconductance (gm1-gm2). In the example shown in FIG. 6, the threshold value Vth2 is larger than the threshold value Vth1, but the threshold value Vth2 may be the same as the threshold value Vth1.

OTA42Aは、制御電流Icntを出力端子42cからOTA42Aの内部に引き込む方向、及び制御電流Icntを出力端子42cからOTA42Aの外部へ吐き出す方向の両方向において動作可能である。このため、制御電流Icntが0A付近であっても、OTA42Aのトランスコンダクタンスが得られる。トランスコンダクタンスgm1,gm2と、範囲VR1,VR2と、を調整することにより、OTA42AのトランスコンダクタンスのU字状の特性が任意に設定される。 The OTA 42A can operate in both a direction of drawing the control current Ict from the output terminal 42c into the inside of the OTA 42A and a direction of discharging the control current Icnt from the output terminal 42c to the outside of the OTA 42A. Therefore, the transconductance of OTA42A can be obtained even when the control current Icnt is near 0A. By adjusting the transconductance gm1 and gm2 and the ranges VR1 and VR2, the U-shaped characteristic of the transconductance of the OTA42A is arbitrarily set.

図7に示されるOTA42Aは、図4に示されるOTA42Aを実現するための回路構成を有する。図7に示されるように、OTA42Aは、入力端子42a,42b及び出力端子42cに加えて、電源端子42dをさらに有する。電源端子42d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42dには電源電圧VCCが供給される。OTA42Aは、例えばトランスコンダクタンス回路21,22及び電流源23に加えて、バイアス回路24と、合成回路25と、を備える。 The OTA 42A shown in FIG. 7 has a circuit configuration for realizing the OTA 42A shown in FIG. As shown in FIG. 7, the OTA 42A further has a power supply terminal 42d in addition to the input terminals 42a and 42b and the output terminal 42c. The power supply terminal 42d 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 42d. The OTA 42A includes, for example, a bias circuit 24 and a synthesis circuit 25 in addition to the transconductance circuits 21 and 22 and the current source 23.

バイアス回路24は、トランジスタ24aと、電流源24bと、を備える。トランジスタ24aは、例えば、PチャネルMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタである。トランジスタ24aのソースは電源端子42dに電気的に接続されている。トランジスタ24aのゲート及びドレインは互いに電気的に接続され、さらに電流源24bに電気的に接続されている。トランジスタ24aのドレインには基準電流Irが供給される。基準電流Irは、トランジスタ24aのドレインから電流源24bに向かって流れる。基準電流Irの値は、電流源24bによって設定される。 The bias circuit 24 includes a transistor 24a and a current source 24b. The transistor 24a is, for example, a P-channel MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistor. The source of the transistor 24a is electrically connected to the power supply terminal 42d. The gate and drain of the transistor 24a are electrically connected to each other and further electrically connected to the current source 24b. A reference current Ir is supplied to the drain of the transistor 24a. The reference current Ir flows from the drain of the transistor 24a toward the current source 24b. The value of the reference current Ir is set by the current source 24b.

トランスコンダクタンス回路21は、トランジスタ21a,21b,21c,21dと、抵抗素子21eと、を備える。トランジスタ21a,21b,21c,21dは、例えば、PチャネルMOSトランジスタである。トランジスタ21a,21bのソースは、電源配線を介して電源端子42dに電気的に接続されている。トランジスタ21a,21bのゲートは、トランジスタ24a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21aのドレインは、トランジスタ21cのソースに電気的に接続されている。トランジスタ21bのドレインは、トランジスタ21dのソースに電気的に接続されている。 The transconductance circuit 21 includes transistors 21a, 21b, 21c, 21d and a resistance element 21e. The transistors 21a, 21b, 21c, 21d are, for example, P-channel MOS transistors. The sources of the transistors 21a and 21b are electrically connected to the power supply terminal 42d via the power supply wiring. The gates of the transistors 21a and 21b are electrically connected to the gates and drains of the transistors 24a. The drain of the transistor 21a is electrically connected to the source of the transistor 21c. The drain of the transistor 21b is electrically connected to the source of the transistor 21d.

トランジスタ24aとトランジスタ21a,21bのそれぞれとはカレントミラー回路を構成している。トランジスタ24aは、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ21a,21bは、カレントミラー回路の出力トランジスタとして機能する。例えばトランジスタ24aのドレイン電流(基準電流Ir)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流Id1)がトランジスタ21aのドレインから出力される。すなわち、入力トランジスタに入力電流(基準電流Ir)が入力されると、入力電流(基準電流Ir)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流Id1)が出力トランジスタから出力される。同様に、トランジスタ24aのドレイン電流(基準電流Ir)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流Id2)がトランジスタ21bのドレインから出力される。このため、トランジスタ21a,21bは、トランスコンダクタンス回路21の電流源として機能する。 Each of the transistor 24a and the transistors 21a and 21b constitutes a current mirror circuit. The transistor 24a functions as an input transistor of the current mirror circuit, and the transistors 21a and 21b function as an output transistor of the current mirror circuit. For example, an output current (drain current Id1) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (reference current Ir) of the transistor 24a is output from the drain of the transistor 21a. That is, when the input current (reference current Ir) is input to the input transistor, the output current (drain current Id1) having a magnitude proportional to the magnitude of the input current (reference current Ir) is output from the output transistor. Similarly, an output current (drain current Id2) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (reference current Ir) of the transistor 24a is output from the drain of the transistor 21b. Therefore, the transistors 21a and 21b function as a current source of the transconductance circuit 21.

トランジスタ21c,21dは、差動対を構成している。トランジスタ21cのゲートは、入力端子42aに電気的に接続され、トランジスタ21cのゲートには、電圧信号Vinpが入力される。トランジスタ21cのドレインは、後述のトランジスタ25a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21dのゲートは、入力端子42bに電気的に接続され、トランジスタ21dのゲートには、電圧信号Vinnが入力される。トランジスタ21dのドレインは、接地電位GNDに電気的に接続されている。トランジスタ21cは、トランジスタ21dの電気的特性と同じ電気的特性を有してもよい。抵抗素子21eは、トランジスタ21cのソースとトランジスタ21dのソースとの間に電気的に接続されている。抵抗素子21eは、抵抗値Rgm1を有する。トランジスタ21c,21dのトランスコンダクタンスが1/Rgm1よりも十分大きくなるように、トランジスタ21c,21dのサイズが設定される。例えば、トランジスタ21c,21dのゲート長およびゲート幅を調整することにより、トランスコンダクタンス回路21のトランスコンダクタンスgm1は、1/Rgm1よりも大きくなる。トランジスタ21cのドレインから出力電流Iout1が出力される。 The transistors 21c and 21d form a differential pair. The gate of the transistor 21c is electrically connected to the input terminal 42a, and the voltage signal Vinp is input to the gate of the transistor 21c. The drain of the transistor 21c is electrically connected to the drain and the gate of the transistor 25a described later. The gate of the transistor 21d is electrically connected to the input terminal 42b, and the voltage signal Vinn is input to the gate of the transistor 21d. The drain of the transistor 21d is electrically connected to the ground potential GND. The transistor 21c may have the same electrical characteristics as the electrical characteristics of the transistor 21d. The resistance element 21e is electrically connected between the source of the transistor 21c and the source of the transistor 21d. The resistance element 21e has a resistance value of Rgm1. The size of the transistors 21c and 21d is set so that the transconductance of the transistors 21c and 21d is sufficiently larger than 1 / Rgm1. For example, by adjusting the gate length and the gate width of the transistors 21c and 21d, the transconductance gm1 of the transconductance circuit 21 becomes larger than 1 / Rgm1. The output current Iout1 is output from the drain of the transistor 21c.

トランスコンダクタンス回路22は、トランジスタ22a,22b,22c,22dと、抵抗素子22eと、を備える。トランジスタ22a,22b,22c,22dは、例えば、PチャネルMOSトランジスタである。トランジスタ22a,22bのソースは、電源端子42dに電気的に接続されている。トランジスタ22a,22bのゲートは、トランジスタ24a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22aのドレインは、トランジスタ22cのソースに電気的に接続されている。トランジスタ22bのドレインは、トランジスタ22dのソースに電気的に接続されている。 The transconductance circuit 22 includes transistors 22a, 22b, 22c, 22d and a resistance element 22e. The transistors 22a, 22b, 22c, 22d are, for example, P-channel MOS transistors. The sources of the transistors 22a and 22b are electrically connected to the power supply terminal 42d. The gates of the transistors 22a and 22b are electrically connected to the gates and drains of the transistors 24a. The drain of the transistor 22a is electrically connected to the source of the transistor 22c. The drain of the transistor 22b is electrically connected to the source of the transistor 22d.

トランジスタ24aとトランジスタ22a,22bのそれぞれとはカレントミラー回路を構成している。トランジスタ24aは、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ22a,22bは、カレントミラー回路の出力トランジスタとして機能する。トランジスタ24aのドレイン電流(基準電流Ir)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流Id3)がトランジスタ22aのドレインから出力される。同様に、トランジスタ24aのドレイン電流(基準電流Ir)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流Id4)がトランジスタ22bのドレインから出力される。このため、トランジスタ22a,22bは、トランスコンダクタンス回路22の電流源として機能する。 Each of the transistor 24a and the transistors 22a and 22b constitutes a current mirror circuit. The transistor 24a functions as an input transistor of the current mirror circuit, and the transistors 22a and 22b function as an output transistor of the current mirror circuit. An output current (drain current Id3) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (reference current Ir) of the transistor 24a is output from the drain of the transistor 22a. Similarly, an output current (drain current Id4) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (reference current Ir) of the transistor 24a is output from the drain of the transistor 22b. Therefore, the transistors 22a and 22b function as a current source of the transconductance circuit 22.

トランジスタ22c,22dは、差動対を構成している。トランジスタ22cのゲートは、入力端子42bに電気的に接続され、トランジスタ22cのゲートには、電圧信号Vinnが入力される。トランジスタ22cのドレインは、後述のトランジスタ25a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22dのゲートは、入力端子42aに電気的に接続され、トランジスタ22dのゲートには、電圧信号Vinpが入力される。トランジスタ22dのドレインは、接地電位GNDに電気的に接続されている。トランジスタ22cは、トランジスタ22dの電気的特性と同じ電気的特性を有してもよい。抵抗素子22eは、トランジスタ22cのソースとトランジスタ22dのソースとの間に電気的に接続されている。抵抗素子22eは、抵抗値Rgm2を有する。トランジスタ22c,22dのトランスコンダクタンスが1/Rgm2よりも十分大きくなるように、トランジスタ22c,22dのサイズが設定される。例えば、トランジスタ22c,22dのゲート長およびゲート幅を調整することにより、トランスコンダクタンス回路22のトランスコンダクタンスgm2は、1/Rgm2よりも大きくなる。トランジスタ22cのドレインから出力電流Iout2が出力される。 The transistors 22c and 22d form a differential pair. The gate of the transistor 22c is electrically connected to the input terminal 42b, and the voltage signal Vinn is input to the gate of the transistor 22c. The drain of the transistor 22c is electrically connected to the drain and the gate of the transistor 25a described later. The gate of the transistor 22d is electrically connected to the input terminal 42a, and the voltage signal Vinp is input to the gate of the transistor 22d. The drain of the transistor 22d is electrically connected to the ground potential GND. The transistor 22c may have the same electrical characteristics as the electrical characteristics of the transistor 22d. The resistance element 22e is electrically connected between the source of the transistor 22c and the source of the transistor 22d. The resistance element 22e has a resistance value of Rgm2. The size of the transistors 22c and 22d is set so that the transconductance of the transistors 22c and 22d is sufficiently larger than 1 / Rgm2. For example, by adjusting the gate length and gate width of the transistors 22c and 22d, the transconductance gm2 of the transconductance circuit 22 becomes larger than 1 / Rgm2. The output current Iout2 is output from the drain of the transistor 22c.

電流源23は、トランジスタ23aを備える。トランジスタ23aは、例えば、PチャネルMOSトランジスタである。トランジスタ23aのソースは、電源端子42dに電気的に接続されている。トランジスタ23aのゲートは、トランジスタ24a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23aのドレインは、出力端子42cに電気的に接続されている。トランジスタ24aとトランジスタ23aとはカレントミラー回路を構成している。トランジスタ24aは、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ23aは、カレントミラー回路の出力トランジスタとして機能する。トランジスタ24aのドレイン電流(基準電流Ir)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23aのドレインから出力端子42cに向けて定電流Inullとして出力される。 The current source 23 includes a transistor 23a. The transistor 23a is, for example, a P-channel MOS transistor. The source of the transistor 23a is electrically connected to the power supply terminal 42d. The gate of the transistor 23a is electrically connected to the gate and drain of the transistor 24a. The drain of the transistor 23a is electrically connected to the output terminal 42c. The transistor 24a and the transistor 23a form a current mirror circuit. The transistor 24a functions as an input transistor of the current mirror circuit, and the transistor 23a functions as an output transistor of the current mirror circuit. An output current (drain current) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (reference current Ir) of the transistor 24a is output from the drain of the transistor 23a toward the output terminal 42c as a constant current Innl.

合成回路25は、トランジスタ25a,25bを備える。トランジスタ25a,25bは、例えば、NチャネルMOSトランジスタである。トランジスタ25a,25b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25aのゲート及びドレインは互いに電気的に接続され、さらにトランジスタ21c,22cのドレインに電気的に接続されている。トランジスタ25bのゲートは、トランジスタ25aのゲートに電気的に接続されている。トランジスタ25bのドレインは、出力端子42cに電気的に接続されている。 The synthesis circuit 25 includes transistors 25a and 25b. The transistors 25a and 25b are, for example, N-channel MOS transistors. The sources of the transistors 25a and 25b are electrically connected to the ground potential GND. The gate and drain of the transistor 25a are electrically connected to each other, and are further electrically connected to the drains of the transistors 21c and 22c. The gate of the transistor 25b is electrically connected to the gate of the transistor 25a. The drain of the transistor 25b is electrically connected to the output terminal 42c.

トランスコンダクタンス回路21から出力された出力電流Iout1と、トランスコンダクタンス回路22から出力された出力電流Iout2とが合成回路25にて合成され、合成された電流(Iout1+Iout2)がダイオード接続されたトランジスタ25aに流れる。トランジスタ25a,25bはカレントミラー回路を構成している。トランジスタ25aは、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ25bは、カレントミラー回路の出力トランジスタとして機能する。トランジスタ25aのドレイン電流(Iout1+Iout2)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25bのドレインから出力される。ここでは、例えばカレントミラー比は1:1に設定されている。なお、トランジスタ25bは、トランジスタ25aの電気的特性と同じ電気的特性を有してもよい。 The output current Iout1 output from the transconductance circuit 21 and the output current Iout2 output from the transconductance circuit 22 are combined in the synthesis circuit 25, and the combined current (Iout1 + Iout2) flows through the diode-connected transistor 25a. .. The transistors 25a and 25b form a current mirror circuit. The transistor 25a functions as an input transistor of the current mirror circuit, and the transistor 25b functions as an output transistor of the current mirror circuit. An output current (drain current) having a magnitude proportional to the magnitude of the drain current (Iout1 + Iout2) of the transistor 25a is output from the drain of the transistor 25b. Here, for example, the current mirror ratio is set to 1: 1. The transistor 25b may have the same electrical characteristics as the electrical characteristics of the transistor 25a.

合成回路25によって生成された引き込み電流Iout1+Iout2と、電流源23から出力された定電流Inullとが合成され、合成された電流(Inull−(Iout1+Iout2))が制御電流Icntとして出力端子42cから出力される。なお、出力端子42cは、電流源として機能するトランジスタ23aとトランジスタ25bとに電気的に接続されていることから、OTA42Aの出力インピーダンスは非常に高く、OTA42Aはトランスコンダクタンスアンプとして動作する。なお、トランジスタ23aが電流源として機能する際に、トランジスタ23aはドレイン電流電圧特性の飽和領域で動作してもよい。トランジスタ25bも例えばドレイン電流電圧特性の飽和領域で動作してもよい。 The pull-in current Iout1 + Iout2 generated by the synthesis circuit 25 and the constant current Inull output from the current source 23 are combined, and the combined current (Inull- (Iout1 + Iout2)) is output from the output terminal 42c as the control current Icnt. .. Since the output terminal 42c is electrically connected to the transistor 23a and the transistor 25b that function as a current source, the output impedance of the OTA 42A is very high, and the OTA 42A operates as a transconductance amplifier. When the transistor 23a functions as a current source, the transistor 23a may operate in the saturation region of the drain current-voltage characteristic. The transistor 25b may also operate, for example, in the saturation region of the drain current-voltage characteristic.

トランスコンダクタンス回路21が線形に動作する差分ΔVinの範囲VR1は、トランジスタ21aのドレイン電流Id1及びトランジスタ21bのドレイン電流Id2を用いて、おおよそRgm1×(Id1+Id2)で表され得る。つまり、出力電流Iout1の最大値は(Id1+Id2)によって決まる。同様に、トランスコンダクタンス回路22が線形に動作する差分ΔVinの範囲VR2は、トランジスタ22aのドレイン電流Id3及びトランジスタ22bのドレイン電流Id4を用いて、おおよそRgm2×(Id3+Id4)で表され得る。つまり、出力電流Iout2の最大値は(Id3+Id4)によって決まる。 The range VR1 of the difference ΔVin in which the transconductance circuit 21 operates linearly can be represented by approximately Rgm1 × (Id1 + Id2) by using the drain current Id1 of the transistor 21a and the drain current Id2 of the transistor 21b. That is, the maximum value of the output current Iout1 is determined by (Id1 + Id2). Similarly, the range VR2 of the difference ΔVin in which the transconductance circuit 22 operates linearly can be represented by approximately Rgm2 × (Id3 + Id4) using the drain current Id3 of the transistor 22a and the drain current Id4 of the transistor 22b. That is, the maximum value of the output current Iout2 is determined by (Id3 + Id4).

図5に示される電流特性は、式(1)の条件を満たすことによって実現され得る。このように、ドレイン電流Id1,Id2,Id3,Id4と、抵抗値Rgm1,Rgm2と、を調整することによって、所望の電流特性が得られる。
The current characteristics shown in FIG. 5 can be realized by satisfying the condition of the equation (1). In this way, the desired current characteristics can be obtained by adjusting the drain currents Id1, Id2, Id3, Id4 and the resistance values Rgm1, Rgm2.

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

制御回路51には、制御電流Icntが入力される。制御回路51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51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Iagcが大きくなるように可変抵抗回路53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)であり、例えば、差分ΔVinが範囲VR1の上限値である場合の制御電流Icntの電流値に設定されている。具体的には、制御回路51は、制御電流生成回路14A(OTA42A)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1制御電流)及び制御電流Iagccnt(第2制御電流)を生成する。制御回路51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51は、制御電流Iagccntを可変抵抗回路53に出力し、制御電流Iagccntによって可変抵抗回路53を制御する。 The control current Icnt is input to the control circuit 51. The control circuit 51 controls the feedback current source 52 so that the DC bypass current Iaoc increases as the control current Ict increases. The control circuit 51 controls the variable resistance circuit 53 so that when the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Ifs, the AC bypass current Iagc increases as the control current Ict increases. The current value of the offset current Ifs is a predetermined current value (fixed value), and is set to, for example, the current value of the control current Icnt when the difference ΔVin is the upper limit value of the range VR1. Specifically, the control circuit 51 receives the control current Icnt from the control current generation circuit 14A (OTA42A), and the control current Iaocct (first control current) and the control current Iagccnt (second control current) according to the control current Icnt. To generate. The control circuit 51 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 51 outputs the control current Igccunt to the variable resistance circuit 53, and controls the variable resistance circuit 53 by the control current Igccunt.

図8に示されるように、制御電流Iaoccntの電流値は、制御電流Icntの電流値に比例している。制御電流Iaoccntの電流値は、制御電流Icntの電流値のα倍である(Iaoccnt=α×Icnt)。増幅率α(第1増幅率)は、例えば1より大きい実数である。制御回路51は、例えば、制御電流Icntを増幅率αで増幅することで制御電流Iaoccntを生成する。制御電流Iagccnt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Iagccnt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(Iagccnt=γ×(Icnt−Iofs))。増幅率γ(第2増幅率)は、例えば1より大きい実数である。制御回路51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(差電流)を増幅率γで増幅することで制御電流Iagccnt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Iagccnt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。 As shown in FIG. 8, the current value of the control current Iactnt is proportional to the current value of the control current Ictnt. The current value of the control current Iactnt is α times the current value of the control current Ictnt (Iaocct = α × Ict). The amplification factor α (first amplification factor) is, for example, a real number larger than 1. The control circuit 51 generates the control current Iacct, for example, by amplifying the control current Ict with an amplification factor α. The current value of the control current Igccnt is proportional to the current value of the control current Ict when the current value of the control current Icnt is larger than the current value of the offset current Ifs. In other words, the current value of the control current Igccnt is γ times the current value obtained by subtracting the current value of the offset current Ifs from the control current Icnt (Iagccnt = γ × (Icnt-Ifs)). The amplification factor γ (second amplification factor) is, for example, a real number larger than 1. The control circuit 51 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 Igccnt is generated by amplifying the difference (difference current) with the amplification factor γ. In this way, in the control current Iaocct, the amplification factor α is adjusted, and in the control current Iagcctt, the offset current value for determining the current for starting automatic gain control (AGC) and the control sensitivity of the AGC are adjusted. The amplification factor γ to be determined is adjusted.

図9に示される制御回路51は、図8に示される制御電流Iaoccnt及び制御電流Iagccntを実現するための回路構成を有する。図9に示されるように、制御回路51は、例えば入力端子51aと、出力端子51b,51c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14A(OTA42A)の出力端子42c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を供給する。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Iagccntを供給する。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。 The control circuit 51 shown in FIG. 9 has a circuit configuration for realizing the control current Iaocct and the control current Iagccnt shown in FIG. As shown in FIG. 9, the control circuit 51 includes, for example, input terminals 51a, output terminals 51b and 51c, and a power supply terminal 51d. The input terminal 51a is electrically connected to the output terminal 42c of the control current generation circuit 14A (OTA42A), 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 supplies 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 supplies the control current Igccunt 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.

制御回路51は、トランジスタ61〜69と、電流源70と、を備える。トランジスタ61〜69は、例えば、MOS構造を有する電界効果トランジスタ(MOSFET)である。図9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(NMOS)であり、トランジスタ64〜69は、PチャネルMOSトランジスタ(PMOS)である。 The control circuit 51 includes transistors 61 to 69 and a current source 70. The transistors 61 to 69 are, for example, field effect transistors (MOSFETs) having a MOS structure. In the example shown in FIG. 9, the transistors 61 to 63 are N-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。詳細には、トランジスタ61は、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ62,63は、それぞれカレントミラー回路の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N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. Specifically, the transistor 61 functions as an input transistor of the current mirror circuit, and the transistors 62 and 63 function as output transistors of the current mirror circuit, respectively. 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 N.

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。すなわち、入力トランジスタ(トランジスタ61)に入力電流(制御電流Icnt)が入力されると、出力トランジスタ(トランジスタ62,63)から入力電流(制御電流Icnt)の大きさに比例した大きさの出力電流が出力される。ここでは説明の便宜上、カレントミラー比は、入力電流:トランジスタ62の出力電流:トランジスタ63の出力電流=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によって複製され、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、複製された2つの制御電流Icntは、トランジスタ62,63のそれぞれのドレインからソースに向かって流れる。上述のカレントミラー比を実現するために、トランジスタ61〜63は、同じ電気的特性を有してもよい。なお、カレントミラー比は、トランジスタ62,63のサイズをトランジスタ61のサイズと変える等して、制御電流Iaoccntおよび制御電流Iagccntと制御電流Icntとの関係に応じて適宜変更されてもよい。 Since the transistors 61 and 62 and the transistors 61 and 63 each constitute 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. That is, when an input current (control current Ict) is input to the input transistor (transistor 61), an output current having a magnitude proportional to the magnitude of the input current (control current Ict) is generated from the output transistors (transistors 62 and 63). It is output. Here, for convenience of explanation, the current mirror ratio is set to input current: output current of transistor 62: output current of transistor 63 = 1: 1: 1. Therefore, the control current Icnt input to the input terminal 51a is duplicated by the transistors 61 to 63, and the control current Icnt is output from the drains of the transistors 62 and 63, respectively. The two duplicated control currents Icnt flow from the drains of the transistors 62 and 63 toward the source. In order to realize the current mirror ratio described above, the transistors 61 to 63 may have the same electrical characteristics. The current mirror ratio may be appropriately changed according to the relationship between the control current Iaocct and the control current Iagccnt and the control current Icnt by changing the size of the transistors 62 and 63 to the size of the transistor 61.

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、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ65は、カレントミラー回路の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に電源配線を介して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、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 of the current mirror circuit, and the transistor 65 functions as an output transistor of the current mirror circuit. The sources of the transistors 64 and 65 are electrically connected to the power supply terminal 51d via the power supply wiring. 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.

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のドレインから制御電流Iaoccntとして出力される。すなわち、入力トランジスタ(トランジスタ64)に入力電流(制御電流Icnt)が入力されると、出力トランジスタ(トランジスタ65)から入力電流(制御電流Icnt)の大きさに比例した大きさの出力電流が出力される。なお、実際の入力電流は、トランジスタ64のソースからドレインに向かって流れ、さらに、トランジスタ62のドレインに流れ込む。この構成により、トランジスタ62の出力電流が、トランジスタ64の入力電流と等しくなっている。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、制御電流Iaoccnt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、制御電流Iaoccntは、トランジスタ65のドレインから出力端子51b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 as a control current Iaocct from the drain of. That is, when an input current (control current Ict) is input to the input transistor (transistor 64), an output current having a magnitude proportional to the magnitude of the input current (control current Ict) is output from the output transistor (transistor 65). To. The actual input current flows from the source of the transistor 64 toward the drain, and further flows into the drain of the transistor 62. With this configuration, the output current of the transistor 62 is equal to the input current of the transistor 64. 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 control current Iacct is a current (α × Ict) having a magnitude obtained by amplifying the control current Ictt by α times. The control current Iaocct flows from the drain of the transistor 65 toward the output terminal 51b.

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、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ67は、カレントミラー回路の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に電源配線を介して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N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 of the current mirror circuit, and the transistor 67 functions as an output transistor of the current mirror circuit. The sources of the transistors 66 and 67 are electrically connected to the power supply terminal 51d via the power supply wiring. 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 N.

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。すなわち、入力トランジスタ66に入力電流(基準電流Iref)が入力されたとき、出力トランジスタ67は出力電流(m倍に増幅された基準電流m×Iref)を出力する。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Nに向かって流れる。mの値は、例えば1より大きい実数であり、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. That is, when the input current (reference current Iref) is input to the input transistor 66, the output transistor 67 outputs the output current (reference current m × Iref amplified m times). The offset current Ifs flows from the drain of the transistor 67 toward the node N. The value of m is, for example, a real number larger than 1, and 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は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ68は、カレントミラー回路の入力トランジスタとして機能し、トランジスタ69は、カレントミラー回路の出力トランジスタとして機能する。トランジスタ68,69のソースは、電源端子51dに電源配線を介して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N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。 Transistors 68 and 69 form a current mirror circuit. The transistor 68 functions as an input transistor of the current mirror circuit, and the transistor 69 functions as an output transistor of the current mirror circuit. The sources of the transistors 68 and 69 are electrically connected to the power supply terminal 51d via the power supply wiring. 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 N. The gate of transistor 69 is electrically connected to the gate and drain of transistor 68. The drain of the transistor 69 is electrically connected to the output terminal 51c.

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N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Iagccntとして出力される。ここでは、トランジスタ68,69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に設定されている。つまり、制御電流Iagccnt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。すなわち、入力トランジスタ68に入力電流(差電流(Icnt−Iofs))が入力されたとき、出力トランジスタ69は出力電流(γ倍に増幅された差電流γ×(Icnt−Iofs))を出力する。なお、制御電流Iagccnt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。 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 N. 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 from the drain of the transistor 69 as a control current Igccunt. Here, the current mirror ratio of the current mirror circuit composed of the transistors 68 and 69 is set to 1: γ. That is, the control current Igccnt is a current (γ × (Icnt-Ifs)) having a magnitude obtained by amplifying the difference current (Icnt-Ioffs) by γ times. That is, when an input current (difference current (Icnt-Iofs)) is input to the input transistor 68, the output transistor 69 outputs an output current (difference current γ × (Icnt-Iofs) amplified γ times). The control current Iagcctnt flows from the drain of the transistor 69 toward the output terminal 51c.

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N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N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、例えば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電圧値が、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 N is set to the power supply voltage VCS 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 N is pulled up to the power supply voltage VCS side with a low resistance. The triode region is a state in which, for example, the voltage value obtained by 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Iagccntが出力端子51cから出力される。例えば、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsより小さいとき、PMOSであるトランジスタ69のゲート・ソース間電圧はほぼ0Vとなり、トランジスタ69のドレイン電流(出力電流)は0となる。 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 Igccnt is output from the output terminal 51c 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). For example, when the current value of the control current Icnt is smaller than the offset current Ifs, the gate-source voltage of the transistor 69, which is a MOSFET, becomes approximately 0V, and the drain current (output current) of the transistor 69 becomes 0.

なお、図9に示される制御回路51によって、図8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51の回路構成として、図8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. 8 can be obtained by the control circuit 51 shown in FIG. 9, but the above-mentioned current mirror ratio can be changed as appropriate. Further, as the circuit configuration of the control circuit 51, another circuit configuration capable of obtaining the input / output characteristics of FIG. 8 may be adopted.

帰還電流源52は、自動オフセット制御(Auto-Offset Control:AOC)回路を構成するための電流源である。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、例えば入力端子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51の出力端子51bに電気的に接続されており、制御回路51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(具体的には、帰還電流源52に引き込む)。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1電界効果トランジスタ)と、電界効果トランジスタ55(第2電界効果トランジスタ)と、を備える。 The feedback current source 52 is a current source for forming an automatic 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, for example, 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 51, and receives the control current Iaocct from the control circuit 51. The output terminal 52b is electrically connected to the input terminal 10a and outputs a DC bypass current Iaoc (specifically, it is drawn into the feedback current source 52). The ground terminal 52c is electrically connected to the ground potential GND. The feedback current source 52 includes a field effect transistor 54 (first field effect transistor) and a field effect transistor 55 (second 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(第1ソース、第2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(第1ドレイン)は、入力端子52aを介して、制御回路51の出力端子51bに電気的に接続されており、制御回路51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(第1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(第2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(第2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 (first source, second source) of the field effect transistors 54 and 55 are electrically connected to each other and electrically connected to the ground potential GND via the ground terminal 52c. The drain (first drain) of the field effect transistor 54 is electrically connected to the output terminal 51b of the control circuit 51 via the input terminal 52a, and receives the control current Iaoctnt from the control circuit 51. The gate (first gate) of the field-effect transistor 54 is electrically connected to the drain of the field-effect transistor 54. The drain (second drain) of the field effect transistor 55 is electrically connected to the input terminal 10a via the output terminal 52b. The gate (second 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、ドレイン電流電圧特性の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電圧値が、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52b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。例えば、出力端子52bのインピーダンスの値をTIA部11の入力インピーダンスの値よりも大きく設定することで、帰還電流源52に直流バイパス電流Iaocに引き込みながら光電流Ipdの交流成分が流れ込むのを抑えることができる。 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 of the drain current-voltage characteristic. The saturation region is a state in which the voltage value obtained by 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 52b is a relatively large value. For example, by setting the impedance value of the output terminal 52b to be larger than the value of the input impedance of the TIA unit 11, it is possible to suppress the AC component of the optical current Ipd from flowing into the feedback current source 52 while drawing it into the DC bypass current Iaoc. Can be done.

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が入力電流となり、制御電流Iaoccntに比例した直流バイパス電流Iaocを出力電流として出力する。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。これにより、光電流Ipdから直流バイパス電流Iaocが引き抜かれる。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(平均電位)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)。それにより、例えば、正相成分Voutの電圧の時間平均値と逆相成分Voutbの電圧の時間平均値との差が低減される。 That is, the field effect transistors 54 and 55 form a current mirror circuit, the control current Iaocct becomes the input current, and the DC bypass current Iaoc proportional to the control current Iaocctto is output as the output current. 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 a result, the DC bypass current Iaoc is extracted from the photocurrent Ipd. As a result, the DC component and the low frequency component are removed from the difference ΔVtia, and the potential (average potential) of the voltage signal Vtia is adjusted to the potential of the reference voltage signal Vref (DC offset control). As a result, for example, the difference between the time average value of the voltage of the positive phase component Vout and the time average value of the voltage of the negative phase component Voutb is reduced.

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Iagc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Iagccntに応じて交流バイパス電流Iagcを生成する。可変抵抗回路53は、例えば制御端子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51の出力端子51cに電気的に接続されており、制御回路51から制御電流Iagccnt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3電界効果トランジスタ)と、電界効果トランジスタ57(第4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 Iagc according to the control current Ict. More specifically, the variable resistance circuit 53 generates an AC bypass current Iagc according to the control current Iagccnt. The variable resistance circuit 53 has, for example, 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 51, and receives the control current Iagcctnt from the control circuit 51. 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 (third field effect transistor) and a field effect transistor 57 (fourth 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(第3ソース、第4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(第3ドレイン)は、制御端子53aを介して、制御回路51の出力端子51cに電気的に接続されており、制御回路51から制御電流Iagccntを受ける。電界効果トランジスタ56のゲート(第3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(第4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(第4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 (third source and fourth source) 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. Is connected. A reference voltage signal Vref is input (supplied) to the sources of the field effect transistors 56 and 57. The drain (third drain) of the field effect transistor 56 is electrically connected to the output terminal 51c of the control circuit 51 via the control terminal 53a, and receives the control current Iagcctnt from the control circuit 51. The gate (third gate) of the field effect transistor 56 is electrically connected to the drain of the field effect transistor 56. The drain (fourth drain) of the field effect transistor 57 is electrically connected to the input terminal 10a via the resistance terminal 53b. The gate (fourth 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Iagccnt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電圧値が、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RAGCと表すことにする。 In the variable resistance circuit 53 configured in this way, the control current Igcctt 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 voltage value obtained by 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 RAGC.

電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCは、電界効果トランジスタ57の固有利得β及び閾値電圧Vthを用いて、式(2)によって表される。なお、固有利得βは、電界効果トランジスタ57のプロセス及びサイズで決まる。式(2)に示されるように、ゲート・ソース間電圧Vgs2が大きくなるにつれて、抵抗値RAGCが小さくなる。
The resistance value R AGC of the field effect transistor 57 is represented by the equation (2) using the intrinsic gain β of the field effect transistor 57 and the threshold voltage Vth. The intrinsic gain β is determined by the process and size of the field effect transistor 57. As shown in equation (2), as the gate-source voltage Vgs2 increases, the resistance value R AGC decreases.

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Iagc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Iagccntに応じて交流バイパス電流Iagc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Iagcは交流成分であるので、交流バイパス電流Iagcは、光電流Ipdに応じて、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れば、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る。なお、交流バイパス電流Iagcは、TIA部11の入力インピーダンスの大きさに対する電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCの大きさにも依存して決まる。電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCをTIA部11の入力インピーダンスと比べて小さくすると交流バイパス電流Iagcは増える。このとき、電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間電圧Vdsを小さく抑えることで光電流のIpdの直流成分が可変抵抗回路53に流れ込むのを抑制することができる。 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 Iagc. In other words, the variable resistance circuit 53 causes an AC bypass current Iagc to flow between the drain and the source of the field effect transistor 57 according to the control current Iagccnt. Since the AC bypass current Iagc is an AC component, the AC bypass current Iagc may flow from the source of the field effect transistor 57 to the drain or from the drain of the field effect transistor 57 to the source depending on the photocurrent Ipd. There is also. The AC bypass current AGC is also determined depending on the magnitude of the resistance value RAGC of the field effect transistor 57 with respect to the magnitude of the input impedance of the TIA unit 11. AC bypass current Iagc and smaller than the input impedance of the resistance value R AGC the TIA 11 of the field effect transistor 57 is increased. At this time, by suppressing the drain-source voltage Vds of the field effect transistor 57 to be small, it is possible to suppress the DC component of the Ipd of the photocurrent from flowing into the variable resistance circuit 53.

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Iagccnt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RAGC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Iagcとして光電流Ipdから引き抜かれる。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。より詳細には、TIA部11の利得(トランスインピーダンス)がほぼ一定値に設定されているときに、光電流Ipdが大きくなり、電流信号Iinの振幅が所定の値以上に大きくなると電圧信号Vtiaの振幅が飽和してしまう。このため、光電流Ipdから交流バイパス電流Iagcを引く抜くことで電圧信号Vtiaの振幅が飽和するのを抑制するように利得制御が行われる。光信号Pinとしてバースト光信号が入力されるとき、無信号のインターバルの前後で光信号Pinの強度が大きく変化するため、AGCによって、電圧信号Vtiaの大きさ(実際には、電圧信号Vtiaと基準電圧信号Vrefとの差分ΔVtiaの大きさ)に応じて自動的に交流バイパス電流Iagcの大きさが調節される。AGCは、電流信号Iinの信号成分(交流成分)の大きさを調整するが、その際に電流信号IinのDC成分およびDC成分の制御(DCオフセット制御)は影響を受けないことが好ましい。 That is, when the optical current Ipd becomes large, the difference ΔVtia becomes large, and the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Ifs, the control current Igccnt 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 R AGC of the field effect transistor 57 is decreased, the photocurrent part of the signal component excluding the DC component of the photocurrent Ipd (AC component) of the AC bypass current Iagc It is pulled out from the Ipd. As a result, the possibility that the TIA unit 11 is saturated by the large signal input is reduced. More specifically, when the gain (transimpedance) of the TIA unit 11 is set to a substantially constant value, the optical current Ipd becomes large, and when the amplitude of the current signal Iin becomes larger than a predetermined value, the voltage signal Vtia The amplitude is saturated. Therefore, gain control is performed so as to suppress saturation of the amplitude of the voltage signal Vtia by pulling out the AC bypass current Iagc from the photocurrent Ipd. When a burst optical signal is input as an optical signal Pin, the intensity of the optical signal Pin changes significantly before and after the no-signal interval. Therefore, the magnitude of the voltage signal Vtia (actually, the voltage signal Vtia and the reference) are determined by the AGC. The magnitude of the AC bypass current Iagc is automatically adjusted according to the magnitude of the difference ΔVtia from the voltage signal Vref). The AGC adjusts the magnitude of the signal component (AC component) of the current signal Iin, but it is preferable that the control of the DC component and the DC component of the current signal Iin (DC offset control) is not affected at that time.

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Iagc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RAGCの変化はAOC制御には影響せず、利得制御にのみ影響を与えてもよい。 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 Iagc does not disturb the DC offset control. The change in the resistance value RAGC of the field effect transistor 57 does not affect the AOC control, and may affect only the gain control.

次に、トランスインピーダンス増幅回路10Aにおける制御ループの周波数特性について説明する。トランスインピーダンス増幅回路10Aにおける制御ループの伝達関数の近似式は、TIA部11の電圧アンプ11aの開ループ利得ATIA、TIA部11の入力インピーダンスRIN、帰還回路全体の利得F(s)、及び電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCを用いて、式(3)で表される。なお、利得F(s)は、積分回路41Aの電圧利得、OTA42Aのトランスコンダクタンス、制御回路51の利得、及び帰還電流源52(電界効果トランジスタ55)の利得の積である。利得F(s)は、低周波において積分回路41Aとしての周波数依存性を有する。開ループ利得ATIA、及び入力インピーダンスRINは、低周波においては、周波数に依らずに一定(固定値)である。
Next, the frequency characteristics of the control loop in the transimpedance amplifier circuit 10A will be described. The approximate expression of the transmission function of the control loop in the transimpedance amplifier circuit 10A is the open loop gain A TIA of the voltage amplifier 11a of the TIA section 11, the input impedance R IN of the TIA section 11, the gain F (s) of the entire feedback circuit, and It is represented by the equation (3) using the resistance value RAGC of the field effect transistor 57. The gain F (s) is the product of the voltage gain of the integrating circuit 41A, the transconductance of the OTA 42A, the gain of the control circuit 51, and the gain of the feedback current source 52 (field effect transistor 55). The gain F (s) has frequency dependence as an integrating circuit 41A at low frequencies. The open-loop gain ATIA and the input impedance R IN are constant (fixed value) at low frequencies regardless of the frequency.

なお、抵抗値RAGCは同じ制御ループで制御されているので、制御ループの周波数特性は厳密には式(3)とはならない。電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間電圧は略0Vになるように設定されているので、深い3極管領域でバイアスされている電界効果トランジスタ57のトランスコンダクタンスは、電界効果トランジスタ55のトランスコンダクタンスと比較して無視できるほど小さい。したがって、電界効果トランジスタ57における制御利得はほぼ無いので、電界効果トランジスタ57の制御利得が制御に与える影響は極めて小さい。一方、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCは、ゲート・ソース間電圧Vgs2によって制御されており、入力インピーダンスRINと並列抵抗回路を成しているので、光電流Ipd及び直流バイパス電流Iaocに対して大きく影響を与え得る。その結果、単純化された式(3)が得られる。 Since the resistance value R AGC is controlled by the same control loop, the frequency characteristic of the control loop does not strictly satisfy the equation (3). Since the drain-source voltage of the field-effect transistor 57 is set to be approximately 0 V, the transconductance of the field-effect transistor 57 biased in the deep triode region is the same as that of the field-effect transistor 55. It is small enough to be ignored in comparison. Therefore, since there is almost no control gain in the field effect transistor 57, the influence of the control gain of the field effect transistor 57 on the control is extremely small. On the other hand, the resistance value R AGC of the field effect transistor 57 is controlled by the gate-source voltage Vgs2 and forms a parallel resistance circuit with the input impedance R IN . Therefore, with respect to the optical current Ipd and the DC bypass current Iaoc. Can have a great impact. As a result, a simplified equation (3) is obtained.

上述のように、OTA42Aは、差分ΔVinの極性に応じて、制御電流Icntを引き込む方向に流すことも、吐き出す方向に流すことも可能である。図6に示されるように、OTA42Aのトランスコンダクタンスは、差分ΔVinが0V付近である場合に一定となる。一方、制御回路51及び帰還電流源52は、カレントミラー回路を用いて電流をコピーしているので、カレントミラー回路を構成するダイオード接続されたMOSトランジスタによって、制御回路51及び帰還電流源52の出力電流は一方向に整流される。この整流作用により、出力電流が非常に小さい領域では、トランスコンダクタンスが低下するが、それ以外の領域ではトランジスタのサイズ比率によって電流は正確にコピーされる。したがって、制御回路51及び帰還電流源52では、この出力電流が非常に小さい領域を除いて、トランスコンダクタンスは、入力電流に対して一定となる。 As described above, the OTA 42A can flow in the direction in which the control current Ict is drawn in or in the direction in which it is discharged, depending on the polarity of the difference ΔVin. As shown in FIG. 6, the transconductance of OTA42A becomes constant when the difference ΔVin is in the vicinity of 0V. On the other hand, since the control circuit 51 and the feedback current source 52 copy the current using the current mirror circuit, the output of the control circuit 51 and the feedback current source 52 is generated by the diode-connected MOS transistor constituting the current mirror circuit. The current is rectified in one direction. Due to this rectifying action, the transconductance decreases in the region where the output current is very small, but in the other regions, the current is accurately copied by the size ratio of the transistor. Therefore, in the control circuit 51 and the feedback current source 52, the transconductance is constant with respect to the input current except in the region where the output current is very small.

仮に、直流バイパス電流Iaocを、カレントミラー回路ではなく、ソース接地アンプのゲート電位を制御することで発生させる構成とした場合、トランスコンダクタンスは、ドレイン電流の平方根に比例して変化する。直流バイパス電流Iaocには最低でも60dB程度のダイナミックレンジ(1μA〜1mA)が必要であるので、トランスコンダクタンスの変化は30dBとなる。その結果、一巡伝達関数(「一巡伝達利得」とも称する。)が帰還電流に対して大きく変化してしまう。また、ダイオードのカソードを電圧制御することによって光電流Ipdから交流成分を引き抜く構成では、ダイオードの抵抗成分が制御電圧に対して非線形に変化するので、制御ループの一巡伝達利得の入力レベル依存性が大きくなる。 If the DC bypass current Iaoc is configured to be generated by controlling the gate potential of the source grounded amplifier instead of the current mirror circuit, the transconductance changes in proportion to the square root of the drain current. Since the DC bypass current Iaoc requires a dynamic range (1 μA to 1 mA) of at least about 60 dB, the change in transconductance is 30 dB. As a result, the one-round transfer function (also referred to as "one-round transfer gain") changes significantly with respect to the feedback current. Further, in the configuration in which the AC component is extracted from the optical current Ipd by controlling the voltage of the cathode of the diode, the resistance component of the diode changes non-linearly with respect to the control voltage, so that the input level dependence of the one-round transmission gain of the control loop becomes growing.

これに対し、トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、光電流Ipdが小さく、AOCのみが動作している状態では、OTA42Aは線形動作するので、直流バイパス電流Iaocが非常に小さい領域を除いて、一巡伝達関数は直流バイパス電流Iaocに依らずに一定となる。OTA42Aのトランスコンダクタンスは、光電流Ipdが増加することによって制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えると、増加するように設計されている。制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えると、AGCが動作し、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCが低下するが、OTA42Aのトランスコンダクタンスが増加する。これにより、一巡伝達利得の低下(つまり、制御時定数の増加)が抑制される。 On the other hand, in the transimpedance amplifier circuit 10A, when the optical current Ipd is small and only the AOC is operating, the OTA42A operates linearly, so that the one-round transfer function except for the region where the DC bypass current Iaoc is very small. Is constant regardless of the DC bypass current Iaoc. The transconductance of the OTA42A is designed to increase when the control current Ict exceeds the current value of the offset current Ifs as the photocurrent Ipd increases. When the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Iofs, AGC operates, the resistance value R AGC of the field effect transistor 57 is decreased, the transconductance of OTA42A increases. As a result, the decrease in the one-round transmission gain (that is, the increase in the control time constant) is suppressed.

以上のように、光電流Ipdが非常に小さい領域を除いて、制御ループの一巡伝達利得が略一定に制御されるので、制御ループの時定数は光電流Ipdに依らずに略一定である。上述の動作は、光信号Pinとしてバースト光信号が光受信装置1Aに入力された場合等のように、即座にDCオフセット及び利得を制御する必要がある場合に、適している。 As described above, since the one-round transmission gain of the control loop is controlled to be substantially constant except for the region where the photocurrent Ipd is very small, the time constant of the control loop is substantially constant regardless of the photocurrent Ipd. The above operation is suitable when it is necessary to immediately control the DC offset and gain, such as when a burst optical signal is input to the optical receiver 1A as an optical signal Pin.

次に、トランスインピーダンス増幅回路10Aの作用効果を説明する。図10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DCオフセット特性及び利得特性を示す図である。図10の横軸は、光信号Pinの光入力レベル(単位:dBm)を示す。図10の縦軸は、DCオフセット量(単位:μV)及びトランスインピーダンス利得Zt(単位:dBohm)を示す。図10に示される破線は、DCオフセット特性を示す。DCオフセット特性は、光信号Pinの光入力レベルに対するDCオフセット量の依存性を示す。図10の実線は、利得特性を示す。利得特性は、光信号Pinの光入力レベルに対するトランスインピーダンス増幅回路10Aのトランスインピーダンス利得Ztの依存性を示す。 Next, the operation and effect of the transimpedance amplifier circuit 10A will be described. FIG. 10 is a diagram showing DC offset characteristics and gain characteristics in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 10 indicates the optical input level (unit: dBm) of the optical signal Pin. The vertical axis of FIG. 10 shows the DC offset amount (unit: μV) and the transimpedance gain Zt (unit: dBohm). The broken line shown in FIG. 10 indicates the DC offset characteristic. The DC offset characteristic indicates the dependence of the DC offset amount on the optical input level of the optical signal Pin. The solid line in FIG. 10 shows the gain characteristics. The gain characteristic shows the dependence of the transimpedance gain Zt of the transimpedance amplifier circuit 10A on the optical input level of the optical signal Pin.

上述のように、光電流Ipdから電流を引き抜く際に、直流成分(直流バイパス電流Iaoc)と交流成分(交流バイパス電流Iagc)とを分離して制御することが可能である。このため、−30dBm〜−15dBmの小信号では、光電流Ipdから交流成分が引き抜かれる必要が無い。したがって、小信号では、光電流Ipdから直流バイパス電流Iaocのみが引き抜かれることによって、DCオフセットのみが制御される。 As described above, when the current is drawn from the optical current Ipd, the DC component (DC bypass current Iaoc) and the AC component (AC bypass current Iagc) can be separated and controlled. Therefore, it is not necessary to extract the AC component from the photocurrent Ipd in the small signal of −30 dBm to −15 dBm. Therefore, in the small signal, only the DC offset is controlled by extracting only the DC bypass current Iaoc from the photocurrent Ipd.

信号の光入力レベルが−15dBmを超えると、可変抵抗回路53に制御電流Iagccntが流れ始め、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCが小さくなる。これにより、光電流Ipdから交流バイパス電流Iagcが引き抜かれ、トランスインピーダンス増幅回路10Aのトランスインピーダンス利得Ztが低下し始める。トランスインピーダンス利得Ztが低下することにより、制御ループの一巡伝達利得が低下するので、DCオフセットの抑圧量がやや低下する。しかしながら、この抑圧量はμV単位で表される程度の大きさであるので、DCオフセットの変動量は信号振幅に対して無視できるほどに小さい。したがって、広い光入力レベルの範囲において、トランスインピーダンス増幅回路10Aの飽和による歪みが抑制され、安定した受信特性を得ることができる。 When the signal light input level exceeds -15 dBm, the control current Iagccnt begins to flow into the variable resistor circuit 53, the resistance value R AGC of the field effect transistor 57 becomes small. As a result, the AC bypass current Iagc is extracted from the optical current Ipd, and the transimpedance gain Zt of the transimpedance amplifier circuit 10A begins to decrease. As the transimpedance gain Zt decreases, the one-round transmission gain of the control loop decreases, so that the amount of suppression of the DC offset decreases slightly. However, since this suppression amount is large enough to be expressed in μV units, the fluctuation amount of the DC offset is negligibly small with respect to the signal amplitude. Therefore, in a wide range of optical input levels, distortion due to saturation of the transimpedance amplifier circuit 10A is suppressed, and stable reception characteristics can be obtained.

また、トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、単一の制御ループ(単一の積分回路41A及び単一の制御回路51)で、DCオフセット制御と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。さらに、制御回路51の応答(増幅率α、増幅率γ、及びオフセット電流Iofsの電流値等)を調整することによって、光入力レベルに対して任意の制御が可能となる。 Further, in the transimpedance amplifier circuit 10A, DC offset control and gain control can be realized by a single control loop (single integrator circuit 41A and single control circuit 51), so that the circuit scale is large. It becomes possible to suppress the occurrence. Further, by adjusting the response of the control circuit 51 (amplification rate α, amplification factor γ, current value of offset current Ifs, etc.), arbitrary control with respect to the optical input level becomes possible.

トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、AGCに伴って低下する制御利得が、OTA42Aによって補償される。これにより、光電流Ipdの大きさによる制御時定数の変動を低減することができる。この動作は、光信号Pinとしてバースト光信号が入力される場合に特に適している。 In the transimpedance amplifier circuit 10A, the control gain that decreases with AGC is compensated by the OTA42A. As a result, fluctuations in the control time constant due to the magnitude of the photocurrent Ipd can be reduced. This operation is particularly suitable when a burst optical signal is input as an optical signal Pin.

図11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制御ループの一巡伝達関数を示す図である。図11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閉ループ周波数特性を示す図である。図12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制御ループの一巡伝達関数を示す図である。図12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閉ループ周波数特性を示す図である。比較例のトランスインピーダンス増幅回路は、OTA42Aに代えて線形動作するOTAを備える点においてトランスインピーダンス増幅回路10Aと主に相違する。つまり、比較例のトランスインピーダンス増幅回路は、OTA42Aのトランスコンダクタンス回路22のトランスコンダクタンスgm2を0とした構成を備える。図11の(a)、図11の(b)、図12の(a)、及び図12の(b)の横軸は、光電流Ipdの周波数(単位:Hz)を示す。図11の(a)及び図12の(a)の縦軸は、一巡伝達利得(単位:dB)を示す。図11の(b)及び図12の(b)の縦軸は、トランスインピーダンス利得(単位:dB)を示す。 FIG. 11A is a diagram showing a circular transfer function of the control loop in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. FIG. 11B is a diagram showing a closed loop frequency characteristic in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. FIG. 12A is a diagram showing a round-trip transfer function of the control loop in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. FIG. 12B is a diagram showing a closed loop frequency characteristic in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. The transimpedance amplifier circuit of the comparative example is mainly different from the transimpedance amplifier circuit 10A in that it includes an OTA that operates linearly instead of the OTA42A. That is, the transimpedance amplifier circuit of the comparative example has a configuration in which the transconductance gm2 of the transconductance circuit 22 of the OTA 42A is set to 0. The horizontal axis of FIG. 11A, FIG. 11B, FIG. 12A, and FIG. 12B indicates the frequency (unit: Hz) of the photocurrent Ipd. The vertical axis of FIG. 11A and FIG. 12A shows the one-round transmission gain (unit: dB). The vertical axis of FIG. 11B and FIG. 12B shows the transimpedance gain (unit: dB).

図11の(a)に示されるように、トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、光信号Pinの光入力レベルが弱い場合を除いて(光入力レベルが−10dBm以上では)、一巡伝達利得が0になる周波数が略一定になっている。これにより、図11の(b)に示されるように、閉ループ伝達関数(トランスインピーダンス利得)は、光電流Ipdの増加により可変抵抗回路53が動作することに伴って低下するものの、低域カットオフ周波数が変化しない。図12の(a)に示されるように、比較例のトランスインピーダンス増幅回路では、一巡伝達利得が0になる周波数は、光信号Pinの光入力レベルに依存している。これにより、図12の(b)に示されるように、閉ループ伝達関数(トランスインピーダンス利得)は、光電流Ipdの増加に伴って低下し、低域カットオフ周波数も低下する(時定数が長くなる)。 As shown in FIG. 11A, in the transimpedance amplifier circuit 10A, the one-round transmission gain becomes 0 except when the optical input level of the optical signal Pin is weak (when the optical input level is -10 dBm or more). The frequency is almost constant. As a result, as shown in FIG. 11B, the closed-loop transfer function (transimpedance gain) decreases as the variable resistance circuit 53 operates due to the increase in the optical current Ipd, but the low frequency cutoff The frequency does not change. As shown in FIG. 12A, in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example, the frequency at which the one-circle transfer gain becomes 0 depends on the optical input level of the optical signal Pin. As a result, as shown in FIG. 12B, the closed-loop transfer function (transimpedance gain) decreases as the photocurrent Ipd increases, and the low-frequency cutoff frequency also decreases (the time constant becomes longer). ).

図13は、光入力レベルに対するトランスインピーダンス利得の変化及び低域カットオフ周波数の変化を示す図である。図14は、光入力レベルに対する制御時定数の変化を示す図である。図13及び図14の横軸は、光信号Pinの光入力レベル(単位:dBm)を示す。図13の縦軸は、低域カットオフ周波数(単位:MHz)及びトランスインピーダンス利得Zt(単位:dBohm)を示す。図14の縦軸は、制御時定数(単位:nsec)を示す。図13の実線は、トランスインピーダンス増幅回路10A(非線形OTA)の低域カットオフ周波数を示す。図13の破線は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路(線形OTA)の低域カットオフ周波数を示す。図13の一点鎖線は、トランスインピーダンス増幅回路10A(非線形OTA)のトランスインピーダンス利得を示す。図14の実線は、トランスインピーダンス増幅回路10A(非線形OTA)の制御時定数を示す。図14の破線は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路(線形OTA)の制御時定数を示す。なお、比較例のトランスインピーダンス利得の光入力レベルに対する制御特性は、トランスインピーダンス増幅回路10A(非線形OTA)と同じとなるので、図示していない。 FIG. 13 is a diagram showing changes in the transimpedance gain and changes in the low cutoff frequency with respect to the optical input level. FIG. 14 is a diagram showing a change in the control time constant with respect to the optical input level. The horizontal axis of FIGS. 13 and 14 indicates the optical input level (unit: dBm) of the optical signal Pin. The vertical axis of FIG. 13 indicates the low frequency cutoff frequency (unit: MHz) and the transimpedance gain Zt (unit: dBohm). The vertical axis of FIG. 14 shows the control time constant (unit: nsec). The solid line in FIG. 13 shows the low cutoff frequency of the transimpedance amplifier circuit 10A (non-linear OTA). The broken line in FIG. 13 shows the low cutoff frequency of the transimpedance amplifier circuit (linear OTA) of the comparative example. The alternate long and short dash line in FIG. 13 shows the transimpedance gain of the transimpedance amplifier circuit 10A (non-linear OTA). The solid line in FIG. 14 shows the control time constant of the transimpedance amplifier circuit 10A (non-linear OTA). The broken line in FIG. 14 shows the control time constant of the transimpedance amplifier circuit (linear OTA) of the comparative example. The control characteristics of the transimpedance gain of the comparative example with respect to the optical input level are the same as those of the transimpedance amplifier circuit 10A (non-linear OTA), and are not shown.

図13に示されるように、比較例のトランスインピーダンス増幅回路では、光信号Pinの光入力レベルの増加に伴って、トランスインピーダンス利得Ztが低下し、低域カットオフ周波数も低下している。具体的には、トランスインピーダンス利得Ztがピーク値(約58dBohm)から8dBohm(2/5)低下したことに対応して、低域カットオフ周波数もピーク値から約2/5に低下している。これに対し、トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、光信号Pinの光入力レベルの増加に伴ってトランスインピーダンス利得Ztが低下した場合でも、低域カットオフ周波数の低下が抑えられている。 As shown in FIG. 13, in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example, the transimpedance gain Zt decreases and the low cutoff frequency also decreases as the optical input level of the optical signal Pin increases. Specifically, the low-frequency cutoff frequency is also reduced to about 2/5 from the peak value in response to the decrease in transimpedance gain Zt from the peak value (about 58 dBOhm) to 8 dBohm (2/5). On the other hand, in the transimpedance amplifier circuit 10A, even when the transimpedance gain Zt decreases as the optical input level of the optical signal Pin increases, the decrease in the low cutoff frequency is suppressed.

図14に示されるように、比較例のトランスインピーダンス増幅回路では、光信号Pinの光入力レベルの増加に伴って、制御時定数が増加している(遅くなっている)。これに対し、トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、光信号Pinの光入力レベルが増加した場合でも、制御時定数の増加が抑えられている。つまり、制御時定数が、光信号Pinの光入力レベルに依存することが抑制されており、広範囲の光入力レベルにおいて制御時定数の変動が抑制されている。この動作は、バースト光信号の受信に適している。 As shown in FIG. 14, in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example, the control time constant increases (becomes slower) as the optical input level of the optical signal Pin increases. On the other hand, in the transimpedance amplifier circuit 10A, the increase in the control time constant is suppressed even when the optical input level of the optical signal Pin increases. That is, it is suppressed that the control time constant depends on the optical input level of the optical signal Pin, and the fluctuation of the control time constant is suppressed in a wide range of optical input levels. This operation is suitable for receiving a burst optical signal.

図15は、図1に示される光受信装置における各ノードの応答を示す図である。ここでは、光受信装置1Aが光信号Pinとしてバースト光信号を受信する場合の応答が示される。時刻tが100nsecのときにバースト光信号が開始すると、光信号Pinは無入力状態から−5dBmまで増加し、時刻tが2μsecのときにバースト光信号が終了すると、光信号Pinは−5dBmから−26dBmまで低下したと仮定している。図15に示されるように、小信号時を除いて制御時定数は略一定であるので、バースト光信号の変化に対して光電流Ipdから直流成分及び交流成分の引き抜きが行われ、数百nsecで安定状態に収束している。信号処理回路20の入力において、バースト光信号の開始及び終了からおよそ400nsecでDCオフセットが除去されている。この動作は、バースト光信号の受信に適している。 FIG. 15 is a diagram showing the response of each node in the optical receiver shown in FIG. Here, the response when the optical receiving device 1A receives the burst optical signal as the optical signal Pin is shown. When the burst optical signal starts when the time t is 100 nsec, the optical signal Pin increases from no input state to -5 dBm, and when the burst optical signal ends when the time t is 2 μsec, the optical signal Pin increases from -5 dBm to-. It is assumed that it has dropped to 26 dBm. As shown in FIG. 15, since the control time constant is substantially constant except for small signals, the DC component and the AC component are extracted from the photocurrent Ipd in response to the change in the burst optical signal, and several hundred nsec. Converges to a stable state. At the input of the signal processing circuit 20, the DC offset is removed approximately 400 nsec from the start and end of the burst optical signal. This operation is suitable for receiving a burst optical signal.

以上説明したように、トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、帰還電流源52によって直流バイパス電流Iaocが生成され、可変抵抗回路53によって交流バイパス電流Iagc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及び交流バイパス電流Iagc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13A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 10A, the DC bypass current Iaoc is generated by the feedback current source 52, the AC bypass current Iagc is generated by the variable resistance circuit 53, and the optical current Ipd generated by the light receiving element PD is used. , DC bypass current Iaoc and AC bypass current Iag are pulled out to generate a current signal Iin. 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 13A according to the difference ΔVtia between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref.

差分ΔVtiaの積分値に基づいて制御電流Icntが生成され、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が制御されるので、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行われる。一方、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Iagcが大きくなるように、可変抵抗回路53が制御される。このため、光電流Ipdが比較的小さい場合、光電流Ipdの直流成分が直流バイパス電流Iaocとして引き抜かれるものの、交流バイパス電流Iagcの引き抜きが抑えられるので、光電流Ipdの直流成分を除去しつつも光電流Ipdの交流成分が減衰することを回避できる。光電流Ipdが比較的大きい場合には、光電流Ipdの直流成分が直流バイパス電流Iaocとして引き抜かれるとともに、光電流Ipdの交流成分が交流バイパス電流Iagcとして光電流Ipdから引き抜かれるので、光電流Ipdの直流成分を除去しながら、光電流Ipdの交流成分を減衰させることができる。帰還電流源52及び可変抵抗回路53は、いずれも1つの制御回路51によって制御されるので、直流成分の除去の制御(DCオフセット制御)と利得制御とを単一の制御ループで行うことが可能となる。その結果、回路規模を抑えつつ、DCオフセット制御と利得制御とを実施することが可能となる。 Since the control current Ict is generated based on the integrated value of the difference ΔVtia and the feedback current source 52 is controlled so that the DC bypass current Iaoc increases as the control current Ict increases, the DC component of the optical current Ipd is DC bypassed. It is extracted from the photocurrent Ipd as the current Iaoc, and the DC component is removed from the photocurrent Ipd. On the other hand, the variable resistance circuit 53 is controlled so that the AC bypass current Iagc increases as the control current Ict increases when the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Ifs. Therefore, when the photocurrent Ipd is relatively small, the DC component of the photocurrent Ipd is extracted as the DC bypass current Iaoc, but the extraction of the AC bypass current Iagc is suppressed, so that the DC component of the photocurrent Ipd is removed. It is possible to prevent the AC component of the photocurrent Ipd from being attenuated. When the photocurrent Ipd is relatively large, the DC component of the photocurrent Ipd is extracted as the DC bypass current Iaoc, and the AC component of the photocurrent Ipd is extracted from the photocurrent Ipd as the AC bypass current Igp. The AC component of the photocurrent Ipd can be attenuated while removing the DC component of. Since the feedback current source 52 and the variable resistance circuit 53 are both controlled by one control circuit 51, it is possible to control the removal of DC components (DC offset control) and gain control in a single control loop. It becomes. As a result, DC offset control and gain control can be performed while suppressing the circuit scale.

また、差分ΔVtiaを積分することによって電圧信号Vinp及び電圧信号Vinnが生成され、電圧信号Vinpから電圧信号Vinnを引いた差分ΔVinが閾値Vth1より小さいときはトランスコンダクタンス(gm1−gm2)によって電圧信号Vinp及び電圧信号Vinnに応じて制御電流Icntが生成され、差分ΔVinが閾値Vth2より大きいときはトランスコンダクタンスgm1によって電圧信号Vinp及び電圧信号Vinnに応じて制御電流Icntが生成される。この制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えるまでは、交流バイパス電流Iagcの引き抜きが行われないので、可変抵抗回路53(電界効果トランジスタ57)の抵抗値RAGCは変化しない。一方、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Icntが大きくなるにつれて交流バイパス電流Iagcが大きくなるように、可変抵抗回路53が制御されるので、可変抵抗回路53(電界効果トランジスタ57)の抵抗値RAGCが小さくなる。制御電流生成回路14Aでは、差分ΔVinが閾値Vth1より大きくなると、トランスコンダクタンス(gm1−gm2)よりも大きいトランスコンダクタンスが用いられる。このように、抵抗値RAGCの減少による一巡伝達利得の減少分を、制御電流生成回路14Aのトランスコンダクタンスの増加により補うことができる。これにより、帰還制御の制御時定数の増加を抑制することができる。その結果、バースト光信号の信号強度の変化による制御時定数の変動を抑制することが可能となる。 Further, a voltage signal Vinp and a voltage signal Vinn are generated by integrating the difference ΔVtia, and when the difference ΔVin obtained by subtracting the voltage signal Vinn from the voltage signal Vinp is smaller than the threshold Vth1, the voltage signal Vinp is performed by transconductance (gm1-gm2). And the control current Icnt is generated according to the voltage signal Vinn, and when the difference ΔVin is larger than the threshold Vth2, the transconductance gm1 generates the control current Ict according to the voltage signal Vinp and the voltage signal Vinn. Until the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Iofs, since withdrawal of the AC bypass current Iagc is not performed, the resistance value R AGC of the variable resistance circuit 53 (field-effect transistor 57) does not change. On the other hand, when the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Ifs, the variable resistance circuit 53 is controlled so that the AC bypass current Igc increases as the control current Ict increases, so that the variable resistance circuit 53 (field effect). The resistance value RAGC of the transistor 57) becomes smaller. In the control current generation circuit 14A, when the difference ΔVin becomes larger than the threshold value Vth1, the transconductance larger than the transconductance (gm1-gm2) is used. Thus, the decrease in the open-loop transfer gain due to a decrease in the resistance value R AGC, can be compensated by increasing the transconductance of the control current generating circuit 14A. As a result, it is possible to suppress an increase in the control time constant of the feedback control. As a result, it is possible to suppress fluctuations in the control time constant due to changes in the signal strength of the burst optical signal.

トランスコンダクタンス回路21は、差分ΔVinの範囲VR1において、差分ΔVinが大きくなるにつれて出力電流Iout1が小さくなるように動作し、トランスコンダクタンス回路22は、差分ΔVinの範囲VR2において、差分ΔVinが大きくなるにつれて出力電流Iout2が大きくなるように動作する。出力電流Iout1と出力電流Iout2とを足し合わせることで、制御電流Icntが生成される。範囲VR2の上限値は、範囲VR1の上限値よりも小さいので、差分ΔVinが正の値である場合に、差分ΔVinが大きくなると、トランスコンダクタンスが大きくなるというOTA42Aの入出力特性を実現することができる。このため、制御電流Icntの生成を簡易化することが可能となる。 The transconductance circuit 21 operates so that the output current Iout1 decreases as the difference ΔVin increases in the range VR1 of the difference ΔVin, and the transconductance circuit 22 outputs as the difference ΔVin increases in the range VR2 of the difference ΔVin. It operates so that the current Iout2 becomes large. The control current Icnt is generated by adding the output current Iout1 and the output current Iout2. Since the upper limit value of the range VR2 is smaller than the upper limit value of the range VR1, when the difference ΔVin is a positive value, the input / output characteristic of the OTA 42A that the transconductance increases as the difference ΔVin increases can be realized. it can. Therefore, it is possible to simplify the generation of the control current Icnt.

光信号Pinが無い状態において、理想的には電圧信号Vtiaの電位と基準電圧信号Vrefの電位とが一致していることが望ましい。しかしながら、TIA部11の特性のばらつき、TIA部11と基準電圧発生回路12との間の特性のばらつき、及び外来ノイズ等に起因して、光信号Pinが無い状態における電圧信号Vtiaの電位と基準電圧信号Vrefの電位とが互いに異なる場合がある。このため、光信号Pinが無い状態において、電圧信号Vtiaの電位が基準電圧信号Vrefの電位よりも大きくなることがある。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ので、電圧信号Vtiaの電位が基準電圧信号Vrefの電位よりも大きい状態は、電流信号Iinが減少している状態を意味する。帰還電流源52は、光電流Ipdから引き抜く方向に直流バイパス電流Iaocを流すので、例えば、電圧信号Vtiaが基準電圧信号Vrefよりも大きい場合には、差分ΔVtiaを0に近づけることができない。この場合、差分ΔVtiaは負の値となるので、差分ΔVinも負の値となり、開ループ制御となってしまう。これにより、制御利得が無い状態となるので、制御時定数が遅くなる。すると、光信号Pinが入力されても、制御時定数が遅いので、制御ループは即座には応答することができない。 Ideally, the potential of the voltage signal Vtia and the potential of the reference voltage signal Vref match in the absence of the optical signal Pin. However, the potential and reference of the voltage signal Vtia in the absence of the optical signal Pin due to the variation in the characteristics of the TIA unit 11, the variation in the characteristics between the TIA unit 11 and the reference voltage generation circuit 12, external noise, and the like. The potentials of the voltage signals Vref may differ from each other. Therefore, in the absence of the optical signal Pin, the potential of the voltage signal Vtia may be larger than the potential of the reference voltage signal Vref. Since the increase / decrease of the voltage signal Vtia is inverted with respect to the increase / decrease of the current signal Iin, the state where the potential of the voltage signal Vtia is larger than the potential of the reference voltage signal Vref means the state where the current signal Iin is decreasing. To do. Since the feedback current source 52 causes the DC bypass current Iaoc to flow in the direction of drawing from the optical current Ipd, for example, when the voltage signal Vtia is larger than the reference voltage signal Vref, the difference ΔVtia cannot be brought close to 0. In this case, since the difference ΔVtia has a negative value, the difference ΔVin also has a negative value, resulting in open-loop control. As a result, the control time constant becomes slow because there is no control gain. Then, even if the optical signal Pin is input, the control loop cannot respond immediately because the control time constant is slow.

これに対し、ダイオード48のアノードが出力端子41cに電気的に接続され、ダイオード48のカソードが出力端子41dに電気的に接続されているので、差分ΔVtiaが負の値を有する場合に、差分ΔVtiaの絶対値がダイオード48のオン電圧よりも大きくならないようにすることができる。これにより、開ループ制御から閉ループ制御に至るリカバリ時間を短縮することができる。このため、バースト的に光信号Pinが入力された場合でも、即座にDCオフセット制御及び利得制御を行うことができる。つまり、バースト光信号が入力されたときの応答時間を短縮することが可能となる。 On the other hand, since the anode of the diode 48 is electrically connected to the output terminal 41c and the cathode of the diode 48 is electrically connected to the output terminal 41d, the difference ΔVtia has a negative value when the difference ΔVtia has a negative value. The absolute value of can be prevented from being greater than the on-voltage of the diode 48. As a result, the recovery time from open-loop control to closed-loop control can be shortened. Therefore, even when the optical signal Pin is input in a burst, DC offset control and gain control can be performed immediately. That is, it is possible to shorten the response time when the burst optical signal is input.

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以上に設定されてもよい。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, since the field effect transistor 54 is diode-connected, when the drain of the field effect transistor 54 receives the control current Iaocct, the gate-source voltage Vgs1 between the gate and the 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 set to 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Iagccnt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。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Iagcとして電界効果トランジスタ57に流れ込み得る。そして、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、電界効果トランジスタ56のゲート・ソース間電圧Vgs2が大きくなるので、光電流Ipdが比較的小さい場合、交流バイパス電流Iagcの引き抜きが抑えられ、交流成分が減衰することを回避できる。光電流Ipdが比較的大きい場合には、光電流Ipdの交流成分が交流バイパス電流Iagc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。したがって、可変抵抗回路53によって、トランスインピーダンス増幅回路10Aの利得が制御される。 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 Iagcctnt, 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. Since there is almost no potential difference between the drain and the source of the field effect transistor 57, the DC component of the photocurrent Ipd hardly flows into the field effect transistor 57, but the AC component of the photocurrent Ipd is the AC bypass current Iagc of the field effect transistor 57. Can flow into. When the control current Ict exceeds the current value of the offset current Ifs, the gate-source voltage Vgs2 of the field effect transistor 56 increases as the control current Ict increases. Therefore, when the optical current Ipd is relatively small, The withdrawal of the AC bypass current Iagc can be suppressed, and the AC component can be prevented from being attenuated. When the photocurrent Ipd is relatively large, the AC component of the photocurrent Ipd is extracted from the photocurrent Ipd as the AC bypass current Igc, so that the AC component of the photocurrent Ipd can be attenuated. Therefore, the variable resistance circuit 53 controls the gain of the transimpedance amplifier circuit 10A.

なお、抵抗端子53bの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、抵抗端子53bの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のときには抵抗端子53bの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は抵抗端子53bの出力インピーダンスはZinよりも小さい値となる。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、抵抗端子53bの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、抵抗端子53bの出力インピーダンスは、100×Zin以上に設定されてもよい。抵抗端子53bの出力インピーダンスは、上述の抵抗値RAGCに等しいと考えることができる。例えば、電界効果トランジスタ57のゲート電圧を電界効果トランジスタ57の閾値電圧にほぼ等しくすることで抵抗端子53bの出力インピーダンスは大きくなる。入力インピーダンスZinと抵抗端子53b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)にて上述の関係が満たされていればよい。 The output impedance of the resistance terminal 53b 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 output impedance of the resistance terminal 53b 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 output impedance of the resistance terminal 53b is substantially equal to Zin, and when A is larger than 2, the output impedance of the resistance terminal 53b is 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 output impedance of the resistance terminal 53b. By the way, when AGC is not performed, the output impedance of the resistance terminal 53b may be set to 100 × Zin or more. The output impedance of the resistance terminal 53b can be considered to be equal to the above-mentioned resistance value RAGC. For example, by making the gate voltage of the field effect transistor 57 substantially equal to the threshold voltage of the field effect transistor 57, the output impedance of the resistance terminal 53b becomes large. Since the input impedance Zin and the output impedance of the resistance terminal 53b may have different frequency characteristics, it is sufficient that the above relationship is satisfied at least in a predetermined frequency range (band).

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Iagc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 circuit 53 seen from the input terminal of the TIA unit 11 becomes low in a wide frequency range. Therefore, the AC bypass current Iagc can be easily extracted 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(帰還電流源52には交流成分は流れない)。一方、利得制御は、可変抵抗回路53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(可変抵抗回路53には直流成分は流れない)。その結果、DCオフセット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 through the feedback current source 52). On the other hand, the gain control is performed by bypassing the AC component of the photocurrent Ipd using the variable resistance circuit 53, and since the drain potential and the source potential of the field effect transistor 57 are substantially equal, the DC component of the photocurrent Ipd is used. (No DC component flows through the variable resistance circuit 53). As a result, it is possible to avoid interference between the DC offset control 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10Aによれば、トランスインピーダンス増幅回路10A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る。 As described above, according to the transimpedance amplifier circuit 10A, the gain control of the transimpedance amplifier circuit 10A and the DC offset control for setting the difference ΔVtia to 0 are controlled by a single control loop without interfering with each other. Can be done.

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13A、制御電流生成回路14A、及びバイパス回路15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。差動増幅回路13Aは、出力増幅器13bを備えていなくてもよい。 The circuit configurations of the TIA unit 11, the reference voltage generation circuit 12, the differential amplifier circuit 13A, the control current generation circuit 14A, and the bypass circuit 15 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 differential amplifier circuit 13A does not have to include the output amplifier 13b.

制御電流生成回路14Aは、ダイオード48を備えていなくてもよい。この場合でも、バースト光信号の信号強度の変化による制御時定数の変動を抑制することが可能となる。制御電流生成回路14Aは、ダイオード48に代えて、差分ΔVinが所定の負値を下回らないように差分ΔVinをクランプする別の回路要素を備えていてもよい。OTA42Aは、図4及び図7に示される回路構成に限られず、図5に示される制御電流Icntを生成可能に構成されていればよい。OTA42Aは、図5に示される制御電流Icntのうち、0以上の部分の制御電流Icntを生成してもよい。 The control current generation circuit 14A does not have to include the diode 48. Even in this case, it is possible to suppress fluctuations in the control time constant due to changes in the signal strength of the burst optical signal. The control current generation circuit 14A may include, instead of the diode 48, another circuit element that clamps the difference ΔVin so that the difference ΔVin does not fall below a predetermined negative value. The OTA 42A is not limited to the circuit configuration shown in FIGS. 4 and 7, and may be configured to be capable of generating the control current Icnt shown in FIG. The OTA42A may generate a control current Ict of 0 or more of the control current Ict shown in FIG.

また、制御回路51は、図9に示される回路構成に限られず、図8に示される制御電流Iaoccnt及び制御電流Iagccnt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のソースの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のソースの電位が設定される。 Further, the control circuit 51 is not limited to the circuit configuration shown in FIG. 9, and may be configured so as to be able to generate the control current Iaocct and the control current Iagccnt 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, as long as the potential of the source of the field-effect transistor 55 is set so that the field-effect transistor 55 operates in the saturation region. Good. That is, the source potential of the field effect transistor 55 is set so that the drain potential of the field effect transistor 55 is larger than the source potential of the field effect transistor 55.

可変抵抗回路53は、制御電流Iagccntが大きくなるにつれて交流バイパス電流Iagcが大きくなるように、交流バイパス電流Iagcを生成可能に構成されていればよい。可変抵抗回路53は、ダイオード接続された電界効果トランジスタ56に代えて、制御電流Iagccntに応じて電界効果トランジスタ57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57のソースは、基準電圧発生回路12の出力端子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57が3極管領域で動作するように、電界効果トランジスタ57のソースの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57のドレイン電位と電界効果トランジスタ57のソース電位とが略等しくなるように、電界効果トランジスタ57のソースの電位が設定される。 The variable resistance circuit 53 may be configured to be able to generate an AC bypass current Iagc so that the AC bypass current Iagc increases as the control current Iagccnt increases. The variable resistance circuit 53 may include a resistance element provided so as to change the gate-source voltage of the field effect transistor 57 according to the control current Igccnt, instead of the diode-connected field effect transistor 56. .. The source of the field-effect transistor 57 does not have to be electrically connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12, and the source of the field-effect transistor 57 needs to operate in the triode region so that the field-effect transistor 57 operates in the triode region. It suffices if the potential is set. That is, the source potential of the field effect transistor 57 is set so that the drain potential of the field effect transistor 57 and the source potential of the field effect transistor 57 are substantially equal to each other.

また、トランスインピーダンス増幅回路10A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10A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 10A may not include the reference voltage generation circuit 12, and the transimpedance amplifier circuit 10A 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Iagccnt(交流バイパス電流Iagc)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Iagc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 Igccnt (AC bypass current Igcc) 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 Iagc 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21a〜21d,22a〜22d,23a,24a,25a,25b,61〜69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21a〜21d,22a〜22d,23a,24a,25a,25b,61〜69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21a〜21d,22a〜22d,23a,24a,25a,25b,61〜69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 and 55 and the transistors 21a to 21d, 22a to 22d, 23a, 24a, 25a, 25b, 61 to 69 have been described using the field effect transistors. The 54, 55 and the transistors 21a to 21d, 22a to 22d, 23a, 24a, 25a, 25b, 61 to 69 may be bipolar transistors. When the field effect transistors 54, 55 and the transistors 21a to 21d, 22a to 22d, 23a, 24a, 25a, 25b, 61 to 69 are bipolar transistors, the gate, source, and drain of the field effect transistors are the base. , Emitter, and collector, respectively.

バイパス回路15は、単一の制御ループで帰還電流源52及び可変抵抗回路53を制御しなくてもよい。 The bypass circuit 15 does not have to control the feedback current source 52 and the variable resistance circuit 53 with a single control loop.

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RAGCを大きくすることができ、電界効果トランジスタ57のサイズを小さく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 the output impedance of the dummy TIA is lower than the input impedance, the resistance value RAGC can be increased by using the output terminal of the dummy TIA as the output terminal of the reference voltage generation circuit 12, and the field effect transistor 57 can be increased. It is possible to reduce the size.

1A…光受信装置
5a…コンデンサ
5b…コンデンサ
10A…トランスインピーダンス増幅回路
10a…入力端子
10b…出力端子
10c…出力端子
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
13A…差動増幅回路
13a…差動増幅器
13b…出力増幅器
14A…制御電流生成回路
15…バイパス回路
20…信号処理回路
21…トランスコンダクタンス回路(第1トランスコンダクタンス回路)
21a…トランジスタ
21b…トランジスタ
21c…トランジスタ
21d…トランジスタ
21e…抵抗素子
22…トランスコンダクタンス回路(第2トランスコンダクタンス回路)
22a…トランジスタ
22b…トランジスタ
22c…トランジスタ
22d…トランジスタ
22e…抵抗素子
23…電流源
23a…トランジスタ
24…バイアス回路
24a…トランジスタ
24b…電流源
25…合成回路
25a…トランジスタ
25b…トランジスタ
41A…積分回路
41a…入力端子
41b…入力端子
41c…出力端子(第1出力端子)
41d…出力端子(第2出力端子)
42A…OTA(トランスコンダクタンス増幅回路)
42a…入力端子
42b…入力端子
42c…出力端子
42d…電源端子
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
48…ダイオード
51…制御回路
51a…入力端子
51b…出力端子
51c…出力端子
51d…電源端子
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
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1電界効果トランジスタ)
55…電界効果トランジスタ(第2電界効果トランジスタ)
56…電界効果トランジスタ(第3電界効果トランジスタ)
57…電界効果トランジスタ(第4電界効果トランジスタ)
61〜69…トランジスタ
70…電流源
GND…接地電位
Iaoc…直流バイパス電流
Iaoccnt…制御電流(第1制御電流)
Iagc…交流バイパス電流
Iagccnt…制御電流(第2制御電流)
Icnt…制御電流
Id1…ドレイン電流
Id2…ドレイン電流
Id3…ドレイン電流
Id4…ドレイン電流
Iin…電流信号
Inull…定電流
Iofs…オフセット電流
Iout1…出力電流(第1出力電流)
Iout2…出力電流(第2出力電流)
Ipd…光電流(入力電流信号)
Ir…基準電流
Iref…基準電流
N…ノード
Pin…光信号
PD…受光素子
Va1,Va1b…差動電圧信号
Vc,Vcb…差動電圧信号
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
Vinp,Vinn…差動積分信号
Vinn…電圧信号(逆相成分)
Vinp…電圧信号(正相成分)
Vout,Voutb…差動電圧信号
Vout…正相成分
Voutb…逆相成分
VPD…バイアス電圧
VR1…範囲(第1範囲)
VR2…範囲(第2範囲)
Vref…基準電圧信号
Vth1…閾値
Vth2…閾値
Vtia…電圧信号
1A ... Optical receiver 5a ... Capacitor 5b ... Capacitor 10A ... Transimpedance amplifier circuit 10a ... Input terminal 10b ... Output terminal 10c ... Output terminal 11 ... TIA section (single-ended amplifier circuit)
11a ... Voltage amplifier 11b ... Feedback resistance element 12 ... Reference voltage generation circuit 12a ... Voltage amplifier (amplifier)
12b ... Feedback resistance element 13A ... Differential amplification circuit 13a ... Differential amplifier 13b ... Output amplifier 14A ... Control current generation circuit 15 ... Bypass circuit 20 ... Signal processing circuit 21 ... Transconductance circuit (first transconductance circuit)
21a ... Transistor 21b ... Transistor 21c ... Transistor 21d ... Transistor 21e ... Resistance element 22 ... Transconductance circuit (second transconductance circuit)
22a ... Transistor 22b ... Transistor 22c ... Transistor 22d ... Transistor 22e ... Resistance element 23 ... Current source 23a ... Transistor 24 ... Bias circuit 24a ... Transistor 24b ... Current source 25 ... Synthesis circuit 25a ... Transistor 25b ... Transistor 41A ... Integration circuit 41a ... Input terminal 41b ... Input terminal 41c ... Output terminal (first output terminal)
41d ... Output terminal (second output terminal)
42A ... OTA (Transconductance Amplifier Circuit)
42a ... Input terminal 42b ... Input terminal 42c ... Output terminal 42d ... Power supply terminal 43 ... Operational amplifier 43a ... Non-inverting input terminal 43b ... Inverted input terminal 43c ... Inverted output terminal 43d ... Non-inverting output terminal 44 ... Resistance element 45 ... Resistance element 46 ... Condenser 47 ... Condenser 48 ... Diode 51 ... Control circuit 51a ... Input terminal 51b ... Output terminal 51c ... Output terminal 51d ... Power supply terminal 52 ... Feedback current source 52a ... Input terminal 52b ... Output terminal 52c ... Ground terminal 53 ... Variable resistance circuit 53a ... Control terminal 53b ... Resistance terminal 53c ... Resistance terminal 54 ... Field effect transistor (first field effect transistor)
55 ... Field effect transistor (second field effect transistor)
56 ... Field effect transistor (third field effect transistor)
57 ... Field effect transistor (fourth field effect transistor)
61-69 ... Transistor 70 ... Current source GND ... Ground potential Iaoc ... DC bypass current Iaocct ... Control current (first control current)
Iagc ... AC bypass current Iagccnt ... Control current (second control current)
Icnt ... Control current Id1 ... Drain current Id2 ... Drain current Id3 ... Drain current Id4 ... Drain current Iin ... Current signal Inwl ... Constant current Ifs ... Offset current Iout1 ... Output current (first output current)
Iout2 ... Output current (second output current)
Ipd ... Photocurrent (input current signal)
Ir ... Reference current Iref ... Reference current N ... Node Pin ... Optical signal PD ... Light receiving element Va1, Va1b ... Differential voltage signal Vc, Vbc ... Differential voltage signal VCS ... Power supply voltage Vgs1 ... Gate-source voltage Vgs2 ... Gate Source-to-source voltage Vinp, Vinn ... Differential integration signal Vinn ... Voltage signal (opposite phase component)
Vimp ... Voltage signal (positive phase component)
Vout, Voutb ... Differential voltage signal Vout ... Positive phase component Voutb ... Reverse phase component VPD ... Bias voltage VR1 ... Range (first range)
VR2 ... Range (second range)
Vref ... Reference voltage signal Vth1 ... Threshold Vth2 ... Threshold Vtia ... Voltage signal

Claims (6)

バースト光信号に応じて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、直流バイパス電流及び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及び前記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直流バイパス電流を生成する帰還電流源と、前記制御電流に応じて前記交流バイパス電流を生成する可変抵抗回路と、を備え、
前記制御電流生成回路は、前記差分を積分して差動積分信号を生成する積分回路と、前記差動積分信号の値が閾値より小さいときは第1トランスコンダクタンスによって前記差動積分信号に応じて前記制御電流を生成し、前記差動積分信号の値が前記閾値より大きいときは第1トランスコンダクタンスよりも大きい第2トランスコンダクタンスによって前記差動積分信号に応じて前記制御電流を生成するトランスコンダクタンス増幅回路と、を備え、
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とともに、前記制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に前記制御電流が大きくなるにつれて前記交流バイパス電流が大きくなるように、前記可変抵抗回路を制御する、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 an input current signal generated by a light receiving element in response to a burst light signal.
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 difference,
A bypass circuit that generates a DC bypass current and an AC bypass current according to the control current, and
With
The current signal is generated by extracting the DC bypass current and the AC bypass current from the input current signal.
The bypass circuit includes a control circuit to which the control current is input, a feedback current source that generates the DC bypass current according to the control current, and a variable resistance circuit that generates the AC bypass current according to the control current. And with
The control current generation circuit is an amplifier circuit that integrates the difference to generate a differential integrated signal, and when the value of the differential integrated signal is smaller than the threshold value, it responds to the differential integrated signal by the first transconductance. Transconductance amplification that generates the control current and generates the control current according to the differential integrated signal by a second transconductance that is larger than the first transconductance when the value of the differential integrated signal is larger than the threshold value. With a circuit,
The control circuit controls the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases, and the control current increases when the control current exceeds a predetermined offset current value. A transimpedance amplification circuit that controls the variable resistance circuit so that the AC bypass current increases as the current increases.
前記トランスコンダクタンス増幅回路は、前記差動積分信号に基づいて第1出力電流を生成する第1トランスコンダクタンス回路と、前記差動積分信号に基づいて第2出力電流を生成する第2トランスコンダクタンス回路と、を備え、前記第1出力電流及び前記第2出力電流を足し合わせることで前記制御電流を生成し、
前記第1トランスコンダクタンス回路は、前記差動積分信号の値の第1範囲において、前記差動積分信号の値が大きくなるにつれて前記第1出力電流が小さくなるように動作し、
前記第2トランスコンダクタンス回路は、前記差動積分信号の値の第2範囲において、前記差動積分信号の値が大きくなるにつれて前記第2出力電流が大きくなるように動作し、
前記第2範囲の上限値は、前記第1範囲の上限値よりも小さく、前記第2範囲の下限値は、前記第1範囲の下限値よりも大きい、請求項1に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The transconductance amplification circuit includes a first transconductance circuit that generates a first output current based on the differential integrated signal, and a second transconductance circuit that generates a second output current based on the differential integrated signal. , And the control current is generated by adding the first output current and the second output current.
The first transconductance circuit operates so that the first output current decreases as the value of the differential integrated signal increases in the first range of the value of the differential integrated signal.
The second transconductance circuit operates so that the second output current increases as the value of the differential integrated signal increases in the second range of the value of the differential integrated signal.
The transimpedance amplifier circuit according to claim 1, wherein the upper limit value of the second range is smaller than the upper limit value of the first range, and the lower limit value of the second range is larger than the lower limit value of the first range. ..
前記積分回路は、前記差動積分信号の逆相成分を出力する第1出力端子と、前記差動積分信号の正相成分を出力する第2出力端子と、前記第1出力端子と前記第2出力端子との間に設けられたダイオードと、を備え、
前記差分は、前記基準電圧信号から前記電圧信号を引いた値であり、
前記ダイオードのアノードは、前記第1出力端子に電気的に接続され、
前記ダイオードのカソードは、前記第2出力端子に電気的に接続される、請求項1または請求項2に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The integrator circuit includes a first output terminal that outputs a negative phase component of the differential integrated signal, a second output terminal that outputs a positive phase component of the differential integrated signal, a first output terminal, and the second output terminal. A diode provided between the output terminal and
The difference is a value obtained by subtracting the voltage signal from the reference voltage signal.
The anode of the diode is electrically connected to the first output terminal.
The transimpedance amplifier circuit according to claim 1 or 2, wherein the cathode of the diode is electrically connected to the second output terminal.
前記制御回路は、前記制御電流を第1増幅率で増幅することで第1制御電流を生成し、
前記帰還電流源は、
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、接地電位に電気的に接続される第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、前記第1ソースに電気的に接続される第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、
前記帰還電流源は、前記第1制御電流に応じて前記直流バイパス電流を前記第2ドレインから前記第2ソースに流す、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 control circuit generates a first control current by amplifying the control current at a first amplification factor.
The feedback current source 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 that is electrically connected to the ground potential. ,
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 electrically connected to the first source. And a second field effect transistor with
With
The transimpedance amplifier circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the feedback current source causes the DC bypass current to flow from the second drain to the second source according to the first control current. ..
前記制御回路は、前記オフセット電流値に設定された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電流を第2増幅率で増幅することで第2制御電流を生成し、
前記可変抵抗回路は、
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、前記基準電圧信号が供給される第3ソースと、を有する第3電界効果トランジスタと、
前記入力端子に電気的に接続される第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、
前記可変抵抗回路は、前記第2制御電流に応じて前記入力電流信号から前記交流バイパス電流を引き抜く、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。
The control circuit generates an offset current set to the offset current value, and a second by amplifying the difference current between the generated current and the offset current by amplifying the control current at the second amplification factor. Generates control current,
The 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 to which the reference voltage signal is supplied.
A fourth drain electrically connected to the input terminal, a fourth gate electrically connected to the third drain and the third gate, and a fourth source electrically connected to the third source. And a fourth field effect transistor with
With
The transimpedance amplifier circuit according to any one of claims 1 to 4, wherein the variable resistance circuit draws the AC bypass current from the input current signal in response to the second control current.
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5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 5, 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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