JP5176917B2 - Preamplifier - Google Patents

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本発明は、光通信において光信号を変換した電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器のうち、特に、差動入出力型の差動増幅器を備えた前置増幅器に関するものである。   The present invention relates to a preamplifier having a differential input / output type differential amplifier among preamplifiers for converting a current signal obtained by converting an optical signal into a voltage signal in optical communication.

近年、光ファイバを用いた通信装置においてビットレートの高速化が要求されており、1Gbps(ギガビット毎秒)以上のビットレートを持つ通信装置の普及が進んでいる。幹線系などでは更に高速な10Gbps、40Gbps、100Gbpsなどのビットレートを持つ通信装置の実用化が進みつつある。通信装置のうち光受信器は光入力信号を電気信号に変換し出力する機能を備え、光受信器には特定の通信プロトコルに従いディジタル化、符号化された光信号が入力される。   In recent years, a communication apparatus using an optical fiber has been required to increase the bit rate, and communication apparatuses having a bit rate of 1 Gbps (gigabit per second) or more are spreading. In trunk systems and the like, communication devices having higher bit rates such as 10 Gbps, 40 Gbps, and 100 Gbps are being put into practical use. Of the communication devices, an optical receiver has a function of converting an optical input signal into an electric signal and outputting the electric signal, and an optical signal that has been digitized and encoded according to a specific communication protocol is input to the optical receiver.

ここで、ディジタル化された光信号はビットレートと通信プロトコルによって決まる一定の周波数帯域を持つ。ビットレートが高いほどディジタル化された光信号の周波数帯域の上限は高くなり、0または1の連続ビットが多くなるほど周波数帯域の下限は低くなる。安定した光信号の受信のためには、光受信器における光電気変換回路や光電気変換回路から出力された電気信号を増幅する前置増幅器などの増幅回路は、光信号の周波数帯域全体において平坦な周波数特性を持つことが特に重要となる。例えば、40Gbpsにおいては100kHz〜30GHzの範囲で、10Gbpsにおいては25kHz〜7.5GHzの範囲で平坦であることが望ましい。   Here, the digitized optical signal has a certain frequency band determined by the bit rate and the communication protocol. The higher the bit rate, the higher the upper limit of the frequency band of the digitized optical signal, and the lower the lower limit of the frequency band, the greater the number of 0 or 1 consecutive bits. In order to receive a stable optical signal, an amplifier circuit such as a pre-amplifier that amplifies the electrical signal output from the photoelectric conversion circuit or the photoelectric conversion circuit in the optical receiver is flat in the entire frequency band of the optical signal. It is particularly important to have a good frequency characteristic. For example, it is desirable to be flat in the range of 100 kHz to 30 GHz at 40 Gbps and in the range of 25 kHz to 7.5 GHz at 10 Gbps.

一般的に光受信器の光電気変換回路にはフォトダイオード(Photo Diode、以後PDと称する)またはアバランシェフォトダイオード(Avalanche Photo Diode、以後APDと称する)などの受光素子が用いられる。従来の光受信器においては、光電気変換回路からの電気信号を増幅する増幅回路の内部に、電気信号の直流成分を除去するために単一の特性を持つローパスフィルタを備えている。また、大きな光信号を受信した場合のダイナミックレンジを確保するために、過大な電流をバイパスするバイパス回路がPDまたはAPDに接続されている(例えば、特許文献1参照)。   Generally, a light receiving element such as a photodiode (hereinafter referred to as PD) or an avalanche photodiode (hereinafter referred to as APD) is used in the photoelectric conversion circuit of the optical receiver. In the conventional optical receiver, a low-pass filter having a single characteristic is provided in an amplifier circuit that amplifies an electric signal from the photoelectric conversion circuit in order to remove a DC component of the electric signal. In addition, in order to secure a dynamic range when a large optical signal is received, a bypass circuit that bypasses an excessive current is connected to the PD or APD (see, for example, Patent Document 1).

特開2000−349571公報JP 2000-349571 A

従来の光受信器における前置増幅器の構成図を図10に示す。図10において、1はPD、2はPD1に逆バイアスを印加する電源、3はPD1からの入力電流の一部をバイパス電流としてバイパスさせるバイパス回路、5はPD1のアノードに接続された第一の帰還抵抗、6はPD1のアノードに接続され差動型の増幅部を有する差動増幅器、8は差動増幅器6の入力インピーダンスを表す第一の抵抗、9は差動増幅器6の逆相入力端子とグランドとの間に設けられたコンデンサである。12はPD1から出力される電流信号を表す。21は差動増幅器6の逆相出力端子に接続された第二の抵抗、22は差動増幅器6の正相出力端子に接続された第三の抵抗、23は第二の抵抗21及び第三の抵抗22と差動増幅器6の逆相入力端子との間に接続された第二の帰還抵抗、24は第二の抵抗21及び第三の抵抗22とから構成された中間電位発生回路である。25は中間電位発生回路24と第二の帰還抵抗23とから形成された一種のDCフィードバック回路である。   FIG. 10 shows a configuration diagram of a preamplifier in a conventional optical receiver. In FIG. 10, 1 is a PD, 2 is a power supply for applying a reverse bias to PD1, 3 is a bypass circuit for bypassing a part of the input current from PD1 as a bypass current, and 5 is a first connected to the anode of PD1. Feedback resistor 6 is a differential amplifier having a differential amplifier connected to the anode of PD 1, 8 is a first resistor representing the input impedance of the differential amplifier 6, and 9 is a negative phase input terminal of the differential amplifier 6. And a capacitor provided between the ground and the ground. Reference numeral 12 denotes a current signal output from the PD1. 21 is a second resistor connected to the negative phase output terminal of the differential amplifier 6, 22 is a third resistor connected to the positive phase output terminal of the differential amplifier 6, and 23 is the second resistor 21 and the third resistor. A second feedback resistor 24 connected between the first resistor 22 and the negative phase input terminal of the differential amplifier 6, and 24 is an intermediate potential generating circuit composed of a second resistor 21 and a third resistor 22. . Reference numeral 25 denotes a kind of DC feedback circuit formed by the intermediate potential generating circuit 24 and the second feedback resistor 23.

つぎに、従来の前置増幅器の動作について説明する。カソードを定電圧源2に接続されたPD1は、光信号を電流信号12に変換して差動増幅器6に出力する。差動増幅器6では、電流信号12を帰還抵抗5の抵抗値に応じて決定される利得で増幅した後、正相及び逆相の信号として出力する。バイパス回路3は、PD1からの電流信号12の大きさに応じて、差動型増幅器6に電流信号が入力される前に、電流信号の一部をバイパス電流として例えばDC的にバイパスさせて過大入力を防止し、前置増幅器の動作を安定化する。   Next, the operation of the conventional preamplifier will be described. The PD 1 whose cathode is connected to the constant voltage source 2 converts the optical signal into a current signal 12 and outputs it to the differential amplifier 6. The differential amplifier 6 amplifies the current signal 12 with a gain determined according to the resistance value of the feedback resistor 5 and then outputs the signal as a positive phase signal and a negative phase signal. According to the magnitude of the current signal 12 from the PD 1, the bypass circuit 3 overloads a part of the current signal as a bypass current, for example, in a DC manner before the current signal is input to the differential amplifier 6. Prevents input and stabilizes preamplifier operation.

さらに、差動増幅器6の出力に取り付けられた中点電位発生回路24が、差動増幅器6の逆相出力と正相出力との中点電位を発生させる。この中点電位は、第二の帰還抵抗23を経て差動増幅器6の逆相入力端子に、閾値電圧として入力される。すなわち、フィードバックにより適切な閾値が決定される。このフィードバックされる閾値電圧が前置増幅器によって増幅されるべき信号の周波数範囲の成分を含んでいると差動増幅器の利得が低下したり、正帰還による発振動作を招くことになる。そこで、差動増幅器6の逆相入力端子はコンデンサ9によって交流的に接地され、前置増幅器の周波数帯域における電圧振幅の発生を防いでいる。   Further, a midpoint potential generation circuit 24 attached to the output of the differential amplifier 6 generates a midpoint potential between the negative phase output and the positive phase output of the differential amplifier 6. This midpoint potential is input as a threshold voltage to the negative phase input terminal of the differential amplifier 6 via the second feedback resistor 23. That is, an appropriate threshold value is determined by feedback. If the threshold voltage to be fed back includes a component in the frequency range of the signal to be amplified by the preamplifier, the gain of the differential amplifier is lowered or an oscillation operation by positive feedback is caused. Therefore, the negative phase input terminal of the differential amplifier 6 is grounded in an AC manner by the capacitor 9 to prevent the generation of voltage amplitude in the frequency band of the preamplifier.

バイパス回路3は抵抗およびトランジスタなどの能動素子もしくはダイオードなどの非線形素子等を用いて構成されている。これらの能動素子または非線形素子のインピーダンスは周波数特性を持つため、従来の前置増幅器においては、入力信号に接続されたバイパス回路3において信号帯域内における周波数平坦性が損なわれてしまうという問題点があった。   The bypass circuit 3 is configured using a resistor and an active element such as a transistor or a non-linear element such as a diode. Since the impedance of these active elements or nonlinear elements has frequency characteristics, the conventional preamplifier has a problem that the frequency flatness in the signal band is impaired in the bypass circuit 3 connected to the input signal. there were.

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、周波数平坦性にすぐれた前置増幅器を得ることを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a preamplifier excellent in frequency flatness.

この発明に係る前置増幅器は、受光素子によって生成された電流信号を入力する信号入力端子と、上記信号入力端子に接続され、上記電流信号に応じて上記電流信号を引き抜くバイパス回路と、上記電流信号または上記電流信号を増幅して得られた信号を増幅する差動増幅器と、上記差動増幅器の基準点を決める閾値電圧を生成する閾値電圧発生器と、周波数応答特性を補正する多重フィルタ回路と、を備え、上記閾値電圧発生器の出力は上記差動増幅器の入力に接続され、上記多重フィルタ回路は上記閾値電圧発生器の出力と上記差動増幅器の入力との間に接続され、かつ、2つ以上の異なる時定数を持つことを特徴とするものである。 The preamplifier according to the present invention includes a signal input terminal that inputs a current signal generated by a light receiving element, a bypass circuit that is connected to the signal input terminal and extracts the current signal according to the current signal, and the current A differential amplifier for amplifying a signal or a signal obtained by amplifying the current signal, a threshold voltage generator for generating a threshold voltage for determining a reference point of the differential amplifier, and a multiple filter circuit for correcting frequency response characteristics And the output of the threshold voltage generator is connected to the input of the differential amplifier, the multiple filter circuit is connected between the output of the threshold voltage generator and the input of the differential amplifier, and It is characterized by having two or more different time constants.

この発明に係る前置増幅器は、上記閾値電圧発生器が、一方の入力は上記差動増幅器の逆相出力に接続され、他方の入力は上記差動増幅器の正相出力に接続されたDCフィードバック回路で構成されたことを特徴とするものである。 In the preamplifier according to the present invention, the threshold voltage generator has one input connected to the negative phase output of the differential amplifier and the other input connected to the positive phase output of the differential amplifier. It is characterized by comprising a circuit.

この発明に係る前置増幅器は、上記閾値電圧発生器が、受光素子によって生成された上記電流信号または上記電流信号を増幅して得られた信号を分岐して上記閾値電圧を生成するフィードフォワード回路で構成されたことを特徴とするものである。 In the preamplifier according to the present invention, the threshold voltage generator generates the threshold voltage by branching the current signal generated by the light receiving element or the signal obtained by amplifying the current signal. It is characterized by comprising.

この発明に係る前置増幅器は、受光素子によって生成された上記電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンス増幅器をさらに備え、上記トランスインピーダンス増幅器の入力は上記信号入力端子に接続され、上記トランスインピーダンス増幅器の出力は上記差動増幅器の入力に接続されたことを特徴とするものである。 The preamplifier according to the present invention further includes a transimpedance amplifier that converts the current signal generated by the light receiving element into a voltage signal, and an input of the transimpedance amplifier is connected to the signal input terminal, and the transimpedance amplifier Is connected to the input of the differential amplifier.

この発明に係る前置増幅器は、上記多重フィルタ回路が、第一のコンデンサで構成される第一段フィルタと、互いに直列に接続された第二の抵抗および第二のコンデンサで構成される第二段フィルタとからなり、上記第一のコンデンサの一端は上記閾値電圧発生器の出力と上記差動増幅器の入力との間に接続され、上記第一のコンデンサの他端はグランドに接続され、上記第二段フィルタの一端は上記第一のコンデンサの一端に接続され、上記第二段フィルタの他端はグランドに接続されたことを特徴とするものである。 In the preamplifier according to the present invention, the multiple filter circuit includes a first stage filter constituted by a first capacitor, and a second resistor and a second capacitor connected in series with each other. The first capacitor has one end connected between the output of the threshold voltage generator and the input of the differential amplifier, the other end of the first capacitor connected to ground, and One end of the second stage filter is connected to one end of the first capacitor, and the other end of the second stage filter is connected to the ground.

この発明に係る前置増幅器は、上記第一段フィルタが遮断周波数f1のローパスフィルタであり、上記第二段フィルタは遮断周波数f2のローパスフィルタであり、上記遮断周波数f1は補正前の前置増幅器の振幅応答が周波数減少とともに増大し始める周波数以下であり、上記遮断周波数f2は補正前の前置増幅器の振幅応答が周波数減少に伴う増大が終わる周波数以下であることを特徴とするものである。 In the preamplifier according to the present invention, the first-stage filter is a low-pass filter having a cutoff frequency f1, the second-stage filter is a low-pass filter having a cutoff frequency f2, and the cutoff frequency f1 is a preamplifier before correction. The cut-off frequency f2 is equal to or less than the frequency at which the amplitude response of the preamplifier before correction ends up with the decrease in frequency.

この発明に係る前置増幅器は、上記多重フィルタ回路以外の上記前置増幅器の回路構成要素がワンチップ化された集積回路であり、上記集積回路の外部に上記多重フィルタ回路を接続したことを特徴とするものである。 The preamplifier according to the present invention is an integrated circuit in which circuit components of the preamplifier other than the multiplex filter circuit are integrated into one chip, and the multiplex filter circuit is connected to the outside of the integrated circuit. It is what.

この発明により、周波数平坦性にすぐれた前置増幅器を得ることができる。   According to the present invention, a preamplifier excellent in frequency flatness can be obtained.

実施の形態1.
以下、本発明にかかる第1の実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
A first embodiment according to the present invention will be described below. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる前置増幅器の概略構成を示す図である。図において、1はPD、2はPDに逆バイアス電圧を与える電源、3はPD1からの入力電流の一部をバイパス電流としてバイパスさせるバイパス回路、4はPD1のアノードに接続されたトランスインピーダンス増幅器、6はトランスインピーダンス増幅器4の出力に接続された第一の差動増幅器、7は第一の差動増幅器6の正相・逆相の直流電圧を基に基準電圧を生成するDCフィードバック回路、8は第一の差動増幅器6の入力インピーダンスを表す第一の抵抗、9は第一の差動増幅器6の逆相入力とグランドの間に接続された第一のコンデンサ、10は一端を第一の差動増幅器6の逆相入力と第一のコンデンサに接続された第二の抵抗、11は第二の抵抗10の他端とグランドの間に接続された第二のコンデンサである。12はPD1から出力される電流信号を表す。第二の抵抗10の一端と第二のコンデンサ11の一端をつなぎ両者を直列に接続して、第二のコンデンサ11の他端をグランドに、第二の抵抗10の他端を第一のコンデンサ9の一端に接続する。第一のコンデンサ9の他端はグランドに接続されている。   FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a preamplifier according to the first exemplary embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a PD, 2 is a power supply for applying a reverse bias voltage to the PD, 3 is a bypass circuit for bypassing a part of the input current from the PD1 as a bypass current, 4 is a transimpedance amplifier connected to the anode of the PD1, 6 is a first differential amplifier connected to the output of the transimpedance amplifier 4; 7 is a DC feedback circuit that generates a reference voltage based on the DC voltages of the positive and negative phases of the first differential amplifier 6; Is a first resistor representing the input impedance of the first differential amplifier 6, 9 is a first capacitor connected between the negative phase input of the first differential amplifier 6 and the ground, and 10 is one end at the first. A second resistor 11 connected to the negative phase input of the differential amplifier 6 and the first capacitor, and a second capacitor 11 connected between the other end of the second resistor 10 and the ground. Reference numeral 12 denotes a current signal output from the PD1. One end of the second resistor 10 and one end of the second capacitor 11 are connected and connected in series, the other end of the second capacitor 11 is connected to the ground, and the other end of the second resistor 10 is connected to the first capacitor. 9 is connected to one end. The other end of the first capacitor 9 is connected to the ground.

さらに、バイパス回路3において、13はPD1のアノードとグランドとの間に挿入されたトランジスタ、14はトランジスタのコレクタに接続されたコレクタ抵抗、15はトランジスタのベースに接続されたベース抵抗、16はトランジスタのエミッタに接続されたエミッタ抵抗である。また、DCフィードバック回路7において、17は差動増幅器6の正相・逆相各出力端子電圧を入力された第二の差動増幅器、18は第二の差動増幅器17の出力端子と第一の差動増幅器6の逆相入力端子との間に挿入された第二の帰還抵抗である。26はトランスインピーダンス増幅器4の出力電圧信号の一部を入力に帰還する第一の帰還抵抗である。   Further, in the bypass circuit 3, 13 is a transistor inserted between the anode of PD1 and the ground, 14 is a collector resistance connected to the collector of the transistor, 15 is a base resistance connected to the base of the transistor, and 16 is a transistor. Is an emitter resistor connected to the emitter. In the DC feedback circuit 7, 17 is a second differential amplifier to which the positive and negative phase output terminal voltages of the differential amplifier 6 are input, and 18 is an output terminal of the second differential amplifier 17 and the first differential amplifier. This is a second feedback resistor inserted between the differential amplifier 6 and the negative phase input terminal. A first feedback resistor 26 feeds back a part of the output voltage signal of the transimpedance amplifier 4 to the input.

次に実施の形態1にかかる前置増幅器の動作を説明する。PD1には電源2から+3.3V程度のバイアス電圧がかけられており、このバイアス電圧がかけられた状態でPD1によって受信した40GbpsNRZ(Non Return to Zero)の光信号は、光/電気変換作用によって電流信号12に変換される。この電流信号は、入力した光信号の電力に比例するものであり、PDから前置増幅器の入力端子に流れ込む電流である。この電流信号はトランスインピーダンス増幅器4および帰還抵抗5によって決定される利得で増幅され電圧信号として出力される。ここで、PD1で受信される光信号の電力が著しく大きい場合、出力される直流電流値も比例して増大するため、トランスインピーダンス増幅器の入力端子のバイアス電圧が最適な動作点からずれ、トランスインピーダンス増幅器の増幅特性に歪が発生する。このような直流の電流信号によるバイアス電圧のずれを防ぐために、PD1のアノード側にはトランスインピーダンス増幅器4の入力端子とグランドの間にバイパス回路3が接続されている。バイパス回路3はトランジスタ13によって電流信号12の一部を強制的に引き抜く回路である。トランスインピーダンス増幅器4に流れる直流電流に比例した信号がベース抵抗15を介してトランジスタ13のベースに接続されているため、電流信号12の増大に比例してトランジスタ13によって引き抜かれる電流も増大し、トランスインピーダンス増幅器4への入力信号レベルを一定に保つことができ、回路の飽和による出力波形の劣化を防ぐことができる。   Next, the operation of the preamplifier according to the first embodiment will be described. A bias voltage of about +3.3 V is applied to the PD 1 from the power source 2, and a 40 Gbps NRZ (Non Return to Zero) optical signal received by the PD 1 with this bias voltage applied is generated by an optical / electrical conversion action. It is converted into a current signal 12. This current signal is proportional to the power of the input optical signal and is a current that flows from the PD into the input terminal of the preamplifier. This current signal is amplified with a gain determined by the transimpedance amplifier 4 and the feedback resistor 5 and output as a voltage signal. Here, when the power of the optical signal received by the PD 1 is remarkably large, the output direct current value also increases proportionally, so that the bias voltage of the input terminal of the transimpedance amplifier deviates from the optimum operating point, and the transimpedance Distortion occurs in the amplification characteristics of the amplifier. In order to prevent such a bias voltage shift due to a direct current signal, a bypass circuit 3 is connected between the input terminal of the transimpedance amplifier 4 and the ground on the anode side of the PD 1. The bypass circuit 3 is a circuit for forcibly extracting a part of the current signal 12 by the transistor 13. Since the signal proportional to the direct current flowing through the transimpedance amplifier 4 is connected to the base of the transistor 13 via the base resistor 15, the current drawn by the transistor 13 increases in proportion to the increase in the current signal 12. The input signal level to the impedance amplifier 4 can be kept constant, and deterioration of the output waveform due to circuit saturation can be prevented.

トランスインピーダンス増幅器4の出力は、後段にある第一の差動増幅器6の正相入力端子に入力される。第一の差動増幅器6は、正相入力端子に入力された電圧信号と、逆相入力端子に入力された閾値電圧との間で生じる電位差を増幅し、差動信号として出力する増幅器である。第一の差動増幅器6において正相と逆相の間の平均電圧及び動作振幅が均等でなければ差動増幅器の利得の低下やパルス幅の歪を生じるため、差動出力の正相と逆相の電位差に応じて差動増幅器6の差動入力端子の閾値電圧を変化させるようDCフィードバック回路7を介してフィードバックがかけられている。このDCフィードバック回路は、差動出力の正相と逆相の電位差に比例した電圧を出力する第二の差動増幅器17と、その差動増幅器の出力電圧を適正なレベルまで減少させる第二の帰還抵抗18とから構成されており、第一の差動増幅器6の出力端子の正相・逆相間の平均電位差が0Vとなるように、閾値電圧を出力する閾値電圧発生手段である。この回路が動作することにより、光信号の強弱に関わらず差動増幅器が正相・逆相間でバランスのとれた最適動作状態を保つことができるようになっている。DCフィードバック回路7は基準としての閾値電圧を発生する回路なので、その動作速度は主信号の周波数帯域と比較して十分低い周波数でなければならない。そのため、第一のコンデンサ9が接続されており、差動増幅器の第一の抵抗8との間で決定される低域遮断周波数以下で動作する。   The output of the transimpedance amplifier 4 is input to the positive phase input terminal of the first differential amplifier 6 in the subsequent stage. The first differential amplifier 6 is an amplifier that amplifies a potential difference generated between a voltage signal input to the positive phase input terminal and a threshold voltage input to the negative phase input terminal and outputs the amplified signal as a differential signal. . In the first differential amplifier 6, if the average voltage and the operating amplitude between the positive phase and the negative phase are not equal, the gain of the differential amplifier is reduced and the pulse width is distorted. Feedback is applied via the DC feedback circuit 7 so as to change the threshold voltage of the differential input terminal of the differential amplifier 6 in accordance with the potential difference between the phases. The DC feedback circuit includes a second differential amplifier 17 that outputs a voltage proportional to the potential difference between the positive phase and the negative phase of the differential output, and a second differential amplifier that reduces the output voltage of the differential amplifier to an appropriate level. This is a threshold voltage generating means configured to output a threshold voltage so that the average potential difference between the positive phase and the negative phase of the output terminal of the first differential amplifier 6 becomes 0V. By operating this circuit, the differential amplifier can maintain an optimal operation state balanced between the positive phase and the reverse phase regardless of the strength of the optical signal. Since the DC feedback circuit 7 is a circuit that generates a threshold voltage as a reference, its operating speed must be sufficiently lower than the frequency band of the main signal. For this reason, the first capacitor 9 is connected and operates at a frequency equal to or lower than the low-frequency cutoff frequency determined between the first capacitor 8 and the first resistor 8 of the differential amplifier.

以上の動作は、従来の技術と同様であるが、本実施の形態においては、第二の抵抗10および第二のコンデンサ11が付加されている点が図10に示す従来の技術とは異なっている。その動作を以下に説明する。   The above operation is the same as that of the conventional technique. However, in the present embodiment, the point that the second resistor 10 and the second capacitor 11 are added is different from the conventional technique shown in FIG. Yes. The operation will be described below.

図1に示す前置増幅器のように、PD1にバイパス回路3を接続した場合、バイパス回路3がトランスインピーダンス増幅器4の信号入力部分に並列に接続されている。バイパス回路は元来、信号周波数帯域から外れた低周波でのみ動作するべきであるが、バイパス回路のインピーダンス成分を信号帯域全域に渡って十分にハイインピーダンスに保つことは難しく、周波数応答特性が低周波数と高周波数で異なってしまう状況がしばしば発生する。   When the bypass circuit 3 is connected to the PD 1 as in the preamplifier shown in FIG. 1, the bypass circuit 3 is connected in parallel to the signal input portion of the transimpedance amplifier 4. The bypass circuit should originally operate only at low frequencies outside the signal frequency band, but it is difficult to keep the impedance component of the bypass circuit sufficiently high across the entire signal band, and the frequency response characteristics are low. There are often situations where the frequency differs from the high frequency.

図2に、バイパス回路の影響を受け平坦性が損なわれている状態で、フィルタ回路の効果がない場合、すなわち第一のコンデンサ9、第二の抵抗10、第二のコンデンサ11のいずれも接続していない場合の前置増幅回路の周波数応答特性を示す。この場合は、100kHzと10GHzの間に15dBのレベル差が発生している。すなわち、例示したバイパス回路3は高周波域でインピーダンスが低くなっているので、光信号12の高周波域の成分が差動増幅器6に流れにくくなり、前置増幅器の高周波域での振幅応答が低くなっている。また、この例ではおよそ100kHz以下の領域とおよそ10MHz以上の領域で、振幅応答はほぼ一定になっている。   In FIG. 2, when the flatness is impaired due to the influence of the bypass circuit and there is no effect of the filter circuit, that is, all of the first capacitor 9, the second resistor 10, and the second capacitor 11 are connected. The frequency response characteristic of the preamplifier circuit in the case of not performing is shown. In this case, a level difference of 15 dB occurs between 100 kHz and 10 GHz. That is, since the bypass circuit 3 illustrated has a low impedance in the high frequency range, the high frequency component of the optical signal 12 does not easily flow to the differential amplifier 6, and the amplitude response of the preamplifier in the high frequency range is low. ing. In this example, the amplitude response is substantially constant in a region of about 100 kHz or less and a region of about 10 MHz or more.

一方、図3は、バイパス回路が接続されていない状態もしくはバイパス回路が周波数特性を持たない状態で、第一のコンデンサ9として100nFを搭載し、第二の抵抗10および第二のコンデンサ11は搭載していない場合の前置増幅器全体としての周波数応答特性を示した図である。図3の周波数特性は、第一の抵抗8すなわち差動増幅器6の入力インピーダンスと第一のコンデンサ9によって構成されるローパスフィルタによって、低周波域のみDCフィードバック回路7が有効となり閾値が調整されることで得られる。なお、第二の差動増幅器17の出力インピーダンスが高ければ抵抗18の寄与は考慮しなくてよい。
第一の抵抗8は差動増幅器内部の回路構成に依存するが、例えば100Ω程度の大きさである。第一の抵抗8の抵抗値R1と第一のコンデンサ9の容量C1で決まる周波数f(=1/(2π・R1・C1))より高いおよそ100kHz以上から10GHzに至るまでおおよそ平坦な周波数応答特性が得られ、およそ100kHz未満で周波数減少とともに単調に振幅応答特性が低下している。
On the other hand, FIG. 3 shows a state in which 100 nF is mounted as the first capacitor 9 while the bypass circuit is not connected or the bypass circuit does not have frequency characteristics, and the second resistor 10 and the second capacitor 11 are mounted. It is the figure which showed the frequency response characteristic as the whole preamplifier when not doing. The frequency characteristic in FIG. 3 is that the DC feedback circuit 7 is effective only in the low frequency range and the threshold value is adjusted by the low-pass filter constituted by the first resistor 8, that is, the input impedance of the differential amplifier 6 and the first capacitor 9. Can be obtained. If the output impedance of the second differential amplifier 17 is high, the contribution of the resistor 18 need not be considered.
The first resistor 8 depends on the circuit configuration inside the differential amplifier, but has a size of about 100Ω, for example. A frequency response that is substantially flat from about 100 kHz to 10 GHz, which is higher than the frequency f 1 (= 1 / (2π · R1 · C1)) determined by the resistance value R1 of the first resistor 8 and the capacitance C1 of the first capacitor 9. A characteristic is obtained, and the amplitude response characteristic monotonously decreases as the frequency decreases below about 100 kHz.

図4は、バイパス回路の影響を受け平坦性が損なわれている状態で、第一のコンデンサ9として100nFを搭載し、第二の抵抗10および第二のコンデンサ11は搭載していない場合の前置増幅器の周波数応答特性を示した図である。100kHz近傍で10dB以上のピーキングが発生しており、例えば40Gbpsといった広帯域デジタル信号を扱う場合には深刻なビットエラーを起こす。
ピーキングの原因は、一つの時定数のみを持つ単純なローパスフィルタでは、図3のような、周波数とともに単調に変化せずにステップを持つようなプロファイルの周波数応答特性までも補正することができないからである。
FIG. 4 shows a state in which 100 nF is mounted as the first capacitor 9 and the second resistor 10 and the second capacitor 11 are not mounted in a state where the flatness is impaired due to the influence of the bypass circuit. It is the figure which showed the frequency response characteristic of a preamplifier. Peaking of 10 dB or more occurs in the vicinity of 100 kHz, and a serious bit error occurs when a broadband digital signal such as 40 Gbps is handled.
The cause of peaking is that a simple low-pass filter having only one time constant cannot correct even a frequency response characteristic of a profile having steps without changing monotonously with frequency as shown in FIG. It is.

このようにバイパス回路の周波数応答特性が扱い難いプロファイルの場合に、第一のコンデンサ、第二の抵抗、および第二のコンデンサの値を適切に設定することにより、複雑なプロファイルの周波数応答特性を補正することができる。   When the frequency response characteristics of the bypass circuit are difficult to handle, the values of the first capacitor, the second resistor, and the second capacitor are set appropriately to reduce the frequency response characteristics of the complex profile. It can be corrected.

バイパス回路の周波数応答特性により生じた図2のような周波数応答特性を補正する場合、まず、100kHzから10MHzにかけて発生している、低周波数域で応答が大きくなっている特性(ロールオフ特性)を補正するために、第一のコンデンサとして2.3nFを選択する。
差動増幅器6の入力端子とグランドの間に、第一の抵抗8と第一のコンデンサ9が互いに並列に接続されているため、第一の抵抗8の抵抗値をR1、第一のコンデンサの容量をC1とすると、第一の抵抗8の抵抗値R1と第一のコンデンサ9の容量C1で決まる周波数f(=1/(2π・R1・C1))より高いおよそ700kHz以上の周波数が遮断されることとなる。したがって、フィードバック回路7が十分有効になるのはおよそ700kHz未満の周波数となり、前置増幅器全体としてはおよそ700kHz未満の周波数域で振幅応答を大きく落とすことができる。
When correcting the frequency response characteristic as shown in FIG. 2 caused by the frequency response characteristic of the bypass circuit, first, a characteristic (roll-off characteristic) that is generated from 100 kHz to 10 MHz and has a large response in the low frequency range. To correct, select 2.3 nF as the first capacitor.
Since the first resistor 8 and the first capacitor 9 are connected in parallel between the input terminal of the differential amplifier 6 and the ground, the resistance value of the first resistor 8 is set to R1, the first capacitor When the capacity is C1, a frequency of about 700 kHz or higher which is higher than the frequency f 1 (= 1 / (2π · R1 · C1)) determined by the resistance value R1 of the first resistor 8 and the capacitance C1 of the first capacitor 9 is cut off. Will be. Therefore, the feedback circuit 7 becomes sufficiently effective at a frequency of less than about 700 kHz, and the amplitude response of the preamplifier as a whole can be greatly reduced in a frequency range of less than about 700 kHz.

しかし、上述のように1段だけのローパス回路として、第二の抵抗10および第二のコンデンサ11を接続しなければ、図3に示したピーキングが生じたり、必要帯域の下限に近い周波数域の振幅応答が低下しすぎたりして、通信に必要な平坦な周波数特性が得られない。   However, if the second resistor 10 and the second capacitor 11 are not connected as a single-stage low-pass circuit as described above, the peaking shown in FIG. 3 occurs, or the frequency band close to the lower limit of the necessary band is generated. The amplitude response becomes too low, and flat frequency characteristics necessary for communication cannot be obtained.

そこで、第二のコンデンサとしては、前置増幅回路全体の低域カットオフ周波数を100kHz未満にし、必要な周波数帯域を平坦にするために、100nFまたはそれ以上の大容量コンデンサを選択する。また、第二の抵抗10として200Ωを選択する。この場合、第二の抵抗10の抵抗値R2と第二のコンデンサ11の容量C2で決まる周波数f(=1/(2π・R2・C2))であるおよそ10kHz以上の周波数が遮断されることとなる。したがって、第一の抵抗8と第一のコンデンサ9が構成する第一段のローパスフィルタと、第二の抵抗10と第二のコンデンサ11が構成する第二段のローパスフィルタの効果を合わせると、およそ10kHzからおよそ100kHzまでの周波数域は主に第二段のローパスフィルタの効果によりフィードバック信号を遮断し、およそ100kHz以上の周波数域は主に第一段のローパスフィルタの効果によりフィードバック信号を遮断することとなる。第一段のローパスフィルタと第二段のローパスフィルタの効果を発揮する主たる周波数領域をそれぞれ分担させることによって初めて、前置増幅器の複雑な周波数非平坦性を打ち消すようなフィードバック特性が得られる。その結果、図2に示すようなステップ状の周波数特性のような、周波数特性が単調変化でない前置増幅器を補正することができる。 Therefore, as the second capacitor, a large-capacitance capacitor of 100 nF or more is selected in order to make the low-frequency cutoff frequency of the entire preamplifier circuit less than 100 kHz and to flatten the necessary frequency band. Further, 200Ω is selected as the second resistor 10. In this case, the frequency f 2 (= 1 / (2π · R2 · C2)) determined by the resistance value R2 of the second resistor 10 and the capacitance C2 of the second capacitor 11 is cut off. It becomes. Therefore, when the effects of the first-stage low-pass filter formed by the first resistor 8 and the first capacitor 9 and the second-stage low-pass filter formed by the second resistor 10 and the second capacitor 11 are combined, In the frequency range from about 10 kHz to about 100 kHz, the feedback signal is cut off mainly by the effect of the second-stage low-pass filter, and in the frequency range of about 100 kHz or more, the feedback signal is cut off mainly by the effect of the first-stage low-pass filter. It will be. A feedback characteristic that cancels the complex frequency non-flatness of the preamplifier can be obtained only by sharing the main frequency regions that exhibit the effects of the first-stage low-pass filter and the second-stage low-pass filter. As a result, it is possible to correct a preamplifier whose frequency characteristic is not monotonous, such as the stepped frequency characteristic shown in FIG.

第一段のローパスフィルタと第二段のローパスフィルタの効果を発揮する主たる周波数領域をそれぞれ分担させるためには、有限の抵抗値R2を持つ第二の抵抗10を接続することが重要である。このことを説明するために、図5には、バイパス回路の特性が平坦な状態で、ローパスフィルタの回路定数を変えた場合の前置増幅器の周波数特性を示す。また、図6には、バイパス回路の特性が平坦でない状態で、ローパスフィルタの回路定数を変えた場合の前置増幅器の周波数特性を示す。
第二の抵抗を0Ω、すなわち取り付けなかった場合には第一のコンデンサと第二のコンデンサは単純に並列に接続されていることとなり、合成容量102.3nFのコンデンサが1つだけ接続されている状態と等価になり、本発明による異なった時定数をもつフィルタ特性の合成とはならない。第二の抵抗が0Ωの場合には、図5に示すようにローパスフィルタを通してフィードバックをかけた前置増幅器の周波数特性は、周波数f1に近いおよそ100kHz未満で単調に減少し、図6に示すバイパス回路をつないだ状態の周波数応答は、図3と同じくピーキングを有する周波数応答特性となる。
In order to share the main frequency regions that exhibit the effects of the first-stage low-pass filter and the second-stage low-pass filter, it is important to connect the second resistor 10 having a finite resistance value R2. In order to explain this, FIG. 5 shows the frequency characteristics of the preamplifier when the circuit constant of the low-pass filter is changed while the characteristics of the bypass circuit are flat. FIG. 6 shows the frequency characteristics of the preamplifier when the circuit constant of the low-pass filter is changed while the characteristics of the bypass circuit are not flat.
When the second resistor is 0Ω, that is, when the second resistor is not attached, the first capacitor and the second capacitor are simply connected in parallel, and only one capacitor having a combined capacitance of 102.3 nF is connected. It is not a synthesis of the filter characteristics with different time constants according to the present invention, which is equivalent to the state. When the second resistance is 0Ω, the frequency characteristic of the preamplifier fed back through the low-pass filter as shown in FIG. 5 monotonously decreases below about 100 kHz close to the frequency f1, and the bypass shown in FIG. The frequency response in a state where the circuit is connected has a frequency response characteristic having peaking as in FIG.

そこで、第二の抵抗を100Ω、200Ωと順次増加していくと、図6に示すピーキングのレベルは徐々に下がり、200Ωにおいて100kHz〜10GHzにおいてピーキングのほとんど無い平坦な特性を得ることができる。すなわち、第一のコンデンサとして2.3nF、第二の抵抗として200Ω、第二のコンデンサとして100nFを搭載した場合に、図5の第二の抵抗が200Ωの場合に示すような2段階で変化する周波数特性のフィルタが得られ、最も最適な周波数応答特性の前置増幅回路を構成することができる。   Therefore, when the second resistance is increased sequentially to 100Ω and 200Ω, the peaking level shown in FIG. 6 gradually decreases, and a flat characteristic with little peaking at 100 kHz to 10 GHz at 200Ω can be obtained. That is, when 2.3 nF as the first capacitor, 200 Ω as the second resistor, and 100 nF as the second capacitor are mounted, it changes in two steps as shown in FIG. 5 when the second resistance is 200 Ω. A filter having a frequency characteristic is obtained, and a preamplifier circuit having the most optimal frequency response characteristic can be configured.

このように平坦な周波数応答特性を得ることができるのは、第一の抵抗と第一のコンデンサによって決定されるローパスフィルタ特性と、第二の抵抗と第二のコンデンサによって決定される異なったローパスフィルタ特性とが合成され、さらに第二のコンデンサによるフィルタ特性を第二の抵抗の値で調整することによって、図5の第二の抵抗が0Ωでない場合のような複雑な形状の多重ハイパスフィルタ特性を作り出すことができ、図2のような扱い難いプロファイルの周波数応答特性までも補正して平坦化できるためである。   A flat frequency response characteristic can be obtained in this way by the low-pass filter characteristic determined by the first resistor and the first capacitor, and the different low-pass filter determined by the second resistor and the second capacitor. The filter characteristics are combined, and the filter characteristics of the second capacitor are adjusted by the value of the second resistor, whereby the multiple high-pass filter characteristics having a complicated shape as in the case where the second resistance in FIG. 5 is not 0Ω. This is because even the frequency response characteristic of a difficult-to-handle profile as shown in FIG. 2 can be corrected and flattened.

第一の抵抗8の抵抗値R1と第一のコンデンサ9の容量C1によって決定される遮断周波数f1の値は、前置増幅器の振幅応答が周波数減少とともに増大し始める周波数と同じかそれ未満であることが望ましい。なぜなら、周波数f1の前後の周波数(f1のおよそ25%〜400%)以下の周波数域で第一段のローパスフィルタが信号を有意に透過させるからである。
第一の抵抗10の抵抗値R2と第一のコンデンサ11の容量C2の値は、前置増幅器の振幅応答が、周波数減少とともに増大することが終わった周波数と同じかそれ未満であることが望ましい。なぜなら、周波数f2の前後の周波数(f2のおよそ25%〜400%)以下の周波数域で第二段のローパスフィルタおいても信号を有意に透過させるからである。なお、f2<f1であるので、f2の前後の周波数以下の上記周波数域では第一段のローパスフィルタと第二段のローパスフィルタのいずれもが信号を有意に透過させる。
The value of the cut-off frequency f1 determined by the resistance value R1 of the first resistor 8 and the capacitance C1 of the first capacitor 9 is equal to or less than the frequency at which the amplitude response of the preamplifier begins to increase as the frequency decreases. It is desirable. This is because the first-stage low-pass filter transmits a signal significantly in a frequency range equal to or lower than the frequency before and after the frequency f1 (approximately 25% to 400% of f1).
The resistance value R2 of the first resistor 10 and the value of the capacitance C2 of the first capacitor 11 are preferably equal to or less than the frequency at which the amplitude response of the preamplifier has finished increasing with decreasing frequency. . This is because the signal is significantly transmitted even in the second-stage low-pass filter in the frequency range below the frequency f2 (approximately 25% to 400% of f2). Note that since f2 <f1, both the first-stage low-pass filter and the second-stage low-pass filter allow the signal to pass through significantly in the frequency range below the frequency before and after f2.

この発明によれば、差動増幅器の入力端子と閾値電圧発生手段との間に、2つ以上の異なった特性をもつ多重フィルタ回路を接続するために、複雑な周波数応答特性を多重フィルタ回路によって補正し、より平坦な周波数応答特性をもつ効果を奏する。
周波数応答特性を補正する場所としてバイパス回路3の近傍に回路を付加することも考えられるが、このようにPDの信号出力近傍に回路を付加していくことは一般的に雑音特性の劣化を招く。本発明ではPDから離れた閾値電圧回路への回路付加のため、このような複雑な回路形式で周波数応答特性を補正しても雑音特性に悪影響を与えることがないという効果もある。
According to the present invention, in order to connect a multiple filter circuit having two or more different characteristics between the input terminal of the differential amplifier and the threshold voltage generating means, a complicated frequency response characteristic is obtained by the multiple filter circuit. The effect is obtained by correcting and having a flatter frequency response characteristic.
Although it is conceivable to add a circuit in the vicinity of the bypass circuit 3 as a place for correcting the frequency response characteristic, adding a circuit in the vicinity of the signal output of the PD in this way generally deteriorates the noise characteristic. . In the present invention, since the circuit is added to the threshold voltage circuit far from the PD, there is an effect that even if the frequency response characteristic is corrected in such a complicated circuit form, the noise characteristic is not adversely affected.

周波数平坦性を損なう要因はバイパス回路3以外にも存在する。実際に前置増幅器を集積回路(IC)として作製した場合には、回路パラメータが必ずしも広い周波数帯域に渡って理想的な状態で動作しないため、周波数平坦性が損なわれることがしばしば発生する。さらに、前置増幅器の用途によっては、特定の周波数で応答を落とすといった特殊な周波数応答特性が要求されることもある。本発明によれば、このような種々のニーズに適応した前置増幅器を構成することができる。   There are factors other than the bypass circuit 3 that impair the frequency flatness. When the preamplifier is actually manufactured as an integrated circuit (IC), the circuit parameters do not always operate in an ideal state over a wide frequency band, so that frequency flatness is often impaired. Further, depending on the use of the preamplifier, a special frequency response characteristic that drops the response at a specific frequency may be required. According to the present invention, a preamplifier adapted to such various needs can be configured.

閾値電圧発生手段としてDCフィードバック回路を用いた場合には、差動増幅器の出力バランスを保ちつつ、前置増幅器全体として理想的な周波数応答特性をもつことができるという効果がある。   When a DC feedback circuit is used as the threshold voltage generating means, there is an effect that the preamplifier as a whole can have an ideal frequency response characteristic while maintaining the output balance of the differential amplifier.

さらに、この発明によれば、電流信号としてフォトダイオードによる光電流を用い、フォトダイオードにバイパス回路を接続した場合には、入力光信号の増大に応じて出力される電流信号をバイパス回路で引き抜き、トランスインピーダンス増幅器へ入力される電流振幅を保ちつつ、トランスインピーダンス増幅器とバイパス回路の両方、さらには差動増幅器において発生した周波数応答特性の非平坦性を多重フィルタ回路で補正し平坦化できるという効果を奏する。   Furthermore, according to the present invention, when a photocurrent generated by a photodiode is used as a current signal and a bypass circuit is connected to the photodiode, a current signal output in response to an increase in the input optical signal is extracted by the bypass circuit, While maintaining the current amplitude input to the transimpedance amplifier, the non-flatness of the frequency response characteristic generated in both the transimpedance amplifier and the bypass circuit and also in the differential amplifier can be corrected and flattened by the multiple filter circuit. Play.

さらに、この発明によれば、多重フィルタ回路が、第一のコンデンサと、上記第一のコンデンサに並列に接続された抵抗および第二のコンデンサとからなることにより、このコンデンサと抵抗の値を組み合わせることで安価に任意のフィルタ特性を生成することができるという効果を奏する。フィードバック回路の出力に多重ローパスフィルタを接続することで、バイパス回路等で損なわれた周波数平坦性を容易に補正することができる。   Further, according to the present invention, the multiple filter circuit includes the first capacitor, the resistor connected in parallel to the first capacitor, and the second capacitor, thereby combining the value of the capacitor and the resistor. Thus, there is an effect that an arbitrary filter characteristic can be generated at low cost. By connecting a multiple low-pass filter to the output of the feedback circuit, the frequency flatness damaged by the bypass circuit or the like can be easily corrected.

40Gbpsに用いる前置増幅器について上で述べたが、それ以外のビットレートにおいても平坦性が要求される周波数と前置増幅器の非平坦性に合わせて多重フィルタの値を設計すればよいことは言うまでもない。   Although the preamplifier used for 40 Gbps has been described above, it is needless to say that the value of the multiple filter may be designed according to the frequency required for flatness at other bit rates and the non-flatness of the preamplifier. Yes.

実施の形態2.
本発明の実施の形態2にかかる前置増幅器の構成を図7に示す。
実施の形態1と共通する構成要素については同じ番号を付し説明を省略する。
実施の形態1では、電流信号12がトランスインピーダンス増幅器4により電圧信号に変換された後に差動増幅器6に入力しているが、本実施の形態においては、電流信号を直接差動増幅器6の一方の入力端子に接続した。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 shows the configuration of the preamplifier according to the second exemplary embodiment of the present invention.
Constituent elements that are the same as those in the first embodiment are given the same numbers, and descriptions thereof are omitted.
In the first embodiment, the current signal 12 is converted into a voltage signal by the transimpedance amplifier 4 and then input to the differential amplifier 6. However, in this embodiment, the current signal is directly input to one of the differential amplifiers 6. Connected to the input terminal.

本実施の形態においては、電流信号を電圧信号に変換するデバイスとして差動増幅器6を使用することにより、差動増幅器6とバイパス回路の両方で発生した周波数応答特性の非平坦性を多重フィルタ回路で補正し平坦化できるという効果を奏する。この構成においても実施の形態1と同様の効果を奏する。また、前置増幅器の構成をより単純にすることができる。   In the present embodiment, by using the differential amplifier 6 as a device for converting a current signal into a voltage signal, the non-flatness of the frequency response characteristics generated in both the differential amplifier 6 and the bypass circuit is multiplexed filter circuit. The effect of correcting and flattening can be achieved. Even in this configuration, the same effects as those of the first embodiment are obtained. Further, the configuration of the preamplifier can be simplified.

実施の形態3.
本発明の実施の形態3にかかる構成を図8に示す。実施の形態1と共通する構成要素については同じ番号を付し説明を省略する。
実施の形態1は、差動増幅器の入力部に接続された閾値電圧発生手段としてDCフィードバック回路によるものであったが、本実施の形態では電流信号を分岐して生成したフィードフォワード回路としている。
Embodiment 3 FIG.
A configuration according to the third embodiment of the present invention is shown in FIG. Constituent elements that are the same as those in the first embodiment are given the same numbers, and descriptions thereof are omitted.
In the first embodiment, the DC feedback circuit is used as the threshold voltage generating means connected to the input section of the differential amplifier. However, in the present embodiment, the feedforward circuit is generated by branching the current signal.

図8は、上記閾値電圧発生手段としてフィードフォワード回路を用いた前置増幅器を示す概略図である。図8において、19は、トランスインピーダンス増幅器4の出力信号を分岐して閾値電圧を発生するフィードフォワード回路である。DCフィードバック回路7に代えてフィードフォワード回路19を使用していることを除けば実施の形態1と同様の構成である。
フィードフォワード回路19は、例えば、差動増幅器6の正相入力端子にはトランスインピーダンス増幅器4の出力信号を直接的に入力し、差動増幅器6の逆相入力端子にはトランスインピーダンス増幅器4の出力信号の平均電圧を入力する動作をすることにより、差動増幅器6の動作点を最適化する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a preamplifier using a feedforward circuit as the threshold voltage generating means. In FIG. 8, reference numeral 19 denotes a feedforward circuit that branches the output signal of the transimpedance amplifier 4 and generates a threshold voltage. The configuration is the same as that of the first embodiment except that a feedforward circuit 19 is used instead of the DC feedback circuit 7.
For example, the feedforward circuit 19 directly inputs the output signal of the transimpedance amplifier 4 to the positive phase input terminal of the differential amplifier 6 and outputs the output of the transimpedance amplifier 4 to the negative phase input terminal of the differential amplifier 6. The operation point of the differential amplifier 6 is optimized by the operation of inputting the average voltage of the signal.

第一のコンデンサ9、第二の抵抗10、第二のコンデンサ11によって構成される多重フィルタ回路により、第一の実施例と同様の効果を奏する。さらに、このようなフィードフォワード回路の構成においては、差動増幅器の入力インピーダンス8を容易に高めることができるため、その場合は第一のコンデンサ9として、実施の形態1よりも容量の小さなものを用いることができるという効果も奏する。また、閾値電圧発生手段としてフィードフォワード回路を用いることにより、第一のコンデンサの容量値としてDCフィードバック回路よりも比較的小さな値をとることができ、回路規模が小さくできるという効果を奏する。   The multiple filter circuit constituted by the first capacitor 9, the second resistor 10, and the second capacitor 11 has the same effect as the first embodiment. Further, in such a configuration of the feedforward circuit, the input impedance 8 of the differential amplifier can be easily increased. In this case, the first capacitor 9 having a smaller capacity than that of the first embodiment is used. There is also an effect that it can be used. Further, by using the feedforward circuit as the threshold voltage generating means, the capacitance value of the first capacitor can be a relatively smaller value than that of the DC feedback circuit, and the circuit scale can be reduced.

実施の形態4.
実施の形態1ないし3にかかる発明は、ディスクリートな部品で前置増幅器を構成したものであった。本実施の形態は、実施の形態3にかかる前置増幅器の受光素子と多重フィルタ回路以外の部分をIC化したものである。図9において20は1つのICであり、図9に示されるIC20の内部にある回路構成要素は1つのIC20に搭載されている。フォトダイオード1、電源2、第一のコンデンサ9、第二の抵抗10、第二のコンデンサ11以外の部品をすべて1チップ化することにより小型化、低コスト化および利便性の向上を図っているが、ICの寄生インピーダンスによる周波数応答特性の劣化は、ICの外部に接続される多重フィルタ回路によって、第一の実施例と同様に補正することができるという効果がある。
Embodiment 4 FIG.
In the inventions according to the first to third embodiments, the preamplifier is configured by discrete components. In the present embodiment, the parts other than the light receiving element and the multiple filter circuit of the preamplifier according to the third embodiment are integrated into an IC. In FIG. 9, 20 is one IC, and circuit components inside the IC 20 shown in FIG. 9 are mounted on one IC 20. All parts other than the photodiode 1, the power source 2, the first capacitor 9, the second resistor 10, and the second capacitor 11 are made into one chip, thereby reducing the size, cost, and convenience. However, there is an effect that the deterioration of the frequency response characteristic due to the parasitic impedance of the IC can be corrected similarly to the first embodiment by the multiple filter circuit connected to the outside of the IC.

このような構成とすることにより、IC化による小型化、低コスト化等のメリットをほとんど損なうことなく、所望の周波数平坦性を得ることができるという効果がある。上記ICの外部に上記多重フィルタ回路を接続することにより、IC化による低コスト化と、多重フィルタ回路によるチューニングの両方を実現することができるという効果を奏する。また、本実施の形態においても実施の形態1ないし3と同様の効果を奏する。   By adopting such a configuration, there is an effect that desired frequency flatness can be obtained without substantially losing advantages such as downsizing and cost reduction due to the IC. By connecting the multiple filter circuit to the outside of the IC, there is an effect that both cost reduction by the IC and tuning by the multiple filter circuit can be realized. Also in the present embodiment, the same effects as in the first to third embodiments are obtained.

本実施の形態における説明では実施の形態3にかかる前置増幅器の受光素子と多重フィルタ回路以外の部分をIC化した形態を例にとって示したが、実施の形態1にかかる前置増幅器の受光素子と多重フィルタ回路以外の部分をIC化した形態や、実施の形態2にかかる前置増幅器の受光素子と多重フィルタ回路以外の部分をIC化した形態についても同様に実施することができ、上記と同様の効果が得られる。   In the description of the present embodiment, an example in which the light receiving element of the preamplifier according to the third embodiment and the portion other than the multiple filter circuit are integrated is shown as an example. However, the light receiving element of the preamplifier according to the first embodiment. It is also possible to similarly implement the embodiment in which the portion other than the multiple filter circuit is integrated into the IC, and the embodiment in which the light receiving element of the preamplifier according to the second embodiment and the portion other than the multiple filter circuit are integrated into the IC. Similar effects can be obtained.

実施の形態1ないし4において、受光素子をPDとしたが、APDであっても同様な効果を有する。   In the first to fourth embodiments, the light receiving element is a PD, but an APD has the same effect.

実施の形態1ないし4において、フィードバック回路は抵抗からなる中間電位発生回路とフィードバック抵抗で構成することもできる。しかし、図1に内部を示したフィードバック回路7のように能動素子を用いてフィードバック回路を構成する場合は、中間電位発生回路のインピーダンスを考慮しなくてもよいため、より自由なフィルタ定数の選択が可能であり、より多様な振幅応答の非平坦性を補正することができる。   In the first to fourth embodiments, the feedback circuit can be configured by an intermediate potential generation circuit made of a resistor and a feedback resistor. However, when the feedback circuit is configured by using active elements as in the feedback circuit 7 shown in FIG. 1, it is not necessary to consider the impedance of the intermediate potential generation circuit, so that the filter constant can be selected more freely. It is possible to correct non-flatness of various amplitude responses.

実施の形態1ないし4において、多重フィルタの定数として第一の抵抗8の抵抗値を調整するために、第1のコンデンサ9に新たな抵抗(図示せず)を第一のコンデンサ9に並列に接続してもよい。   In the first to fourth embodiments, a new resistor (not shown) is connected in parallel with the first capacitor 9 in order to adjust the resistance value of the first resistor 8 as a constant of the multiple filter. You may connect.

実施の形態1ないし4において、より複雑な周波数特性を補正するために、3段以上のフィルタからなる多重フィルタを用いてもよい。   In the first to fourth embodiments, a multiple filter including three or more stages of filters may be used to correct more complicated frequency characteristics.

本発明の実施の形態1にかかる前置増幅器の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the preamplifier concerning Embodiment 1 of this invention. バイパス回路により周波数特性の平坦性が損なわれている状態の前置増幅器の周波数応答特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency response characteristic of the preamplifier in the state where the flatness of the frequency characteristic is impaired by the bypass circuit. バイパス回路により周波数特性の平坦性が損なわれていない状態で、単一の時定数を持つローパスフィルタを用いて閾値を調整した場合の前置増幅器の周波数応答特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency response characteristic of the preamplifier at the time of adjusting a threshold value using the low-pass filter with a single time constant in the state where the flatness of the frequency characteristic is not impaired by the bypass circuit. バイパス回路により周波数特性の平坦性が損なわれている状態で、単一の時定数を持つローパスフィルタを用いて閾値を調整した場合の前置増幅器の周波数応答特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency response characteristic of the preamplifier at the time of adjusting a threshold value using the low-pass filter with a single time constant in the state where the flatness of the frequency characteristic is impaired by the bypass circuit. バイパス回路により周波数特性の平坦性が損なわれていない状態で、実施の形態1における多重フィルタ回路を用いて閾値を調整した場合の前置増幅器の周波数応答特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency response characteristic of the preamplifier at the time of adjusting a threshold value using the multiple filter circuit in Embodiment 1 in the state where the flatness of the frequency characteristic is not impaired by the bypass circuit. 実施の形態1における多重フィルタ回路による調整を行った場合の前置増幅器の周波数応答特性を示す図である。6 is a diagram illustrating frequency response characteristics of a preamplifier when adjustment is performed by a multiple filter circuit according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2にかかる前置増幅器の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a preamplifier according to a second embodiment. 実施の形態3にかかる前置増幅器の概略構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of a preamplifier according to a third embodiment. 実施の形態4にかかる前置増幅器の概略構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a preamplifier according to a fourth embodiment. 従来の前置増幅器の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the conventional preamplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1 PD、2 電源、3 バイパス回路、4 トランスインピーダンス増幅器、6 差動増幅器、7 DCフィードバック回路、8 第一の抵抗、9 第一のコンデンサ、10 第二の抵抗、11 第二のコンデンサ、12 電流信号。 1 PD, 2 power supply, 3 bypass circuit, 4 transimpedance amplifier, 6 differential amplifier, 7 DC feedback circuit, 8 first resistor, 9 first capacitor, 10 second resistor, 11 second capacitor, 12 Current signal.

Claims (7)

受光素子によって生成された電流信号を入力する信号入力端子と、
上記信号入力端子に接続され、上記電流信号に応じて上記電流信号を引き抜くバイパス回路と、
上記電流信号または上記電流信号を増幅して得られた信号を増幅する差動増幅器と、
上記差動増幅器の基準点を決める閾値電圧を生成する閾値電圧発生器と、
周波数応答特性を補正する多重フィルタ回路と、を備える前置増幅器であって、
上記閾値電圧発生器の出力は上記差動増幅器入力に接続され、
上記多重フィルタ回路は上記閾値電圧発生器の出力と上記差動増幅器の入力との間に接続
され、かつ、2つ以上の異なる時定数を持つことを特徴とする前置増幅器。
A signal input terminal for inputting a current signal generated by the light receiving element;
A bypass circuit connected to the signal input terminal and extracting the current signal in response to the current signal;
A differential amplifier for amplifying the current signal or a signal obtained by amplifying the current signal ;
A threshold voltage generator for generating a threshold voltage for determining a reference point of the differential amplifier;
A pre-amplifier comprising a multiple filter circuit for correcting frequency response characteristics ,
The output of the threshold voltage generator is connected to the input of the differential amplifier,
The preamplifier, wherein the multiple filter circuit is connected between the output of the threshold voltage generator and the input of the differential amplifier and has two or more different time constants.
上記閾値電圧発生器は、一方の入力は上記差動増幅器の逆相出力に接続され、他方の入力
は上記差動増幅器の正相出力に接続されたDCフィードバック回路で構成されたことを特
徴とする請求項1に記載の前置増幅器。
The threshold voltage generator includes a DC feedback circuit having one input connected to the negative phase output of the differential amplifier and the other input connected to the positive phase output of the differential amplifier. The preamplifier according to claim 1.
上記閾値電圧発生器は、受光素子によって生成された上記電流信号または上記電流信号を
増幅して得られた信号を分岐して上記閾値電圧を生成するフィードフォワード回路で構成
されたことを特徴とする請求項1に記載の前置増幅器。
The threshold voltage generator includes a feedforward circuit that branches the signal generated by a light receiving element or a signal obtained by amplifying the current signal to generate the threshold voltage. The preamplifier according to claim 1.
上記前置増幅器は、受光素子によって生成された上記電流信号を電圧信号に変換するトラ
ンスインピーダンス増幅器をさらに備え、
上記トランスインピーダンス増幅器の入力は上記信号入力端子に接続され、
上記トランスインピーダンス増幅器の出力は上記差動増幅器の入力に接続されたことを特
徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の前置増幅器。
The preamplifier further includes a transimpedance amplifier that converts the current signal generated by the light receiving element into a voltage signal,
The input of the transimpedance amplifier is connected to the signal input terminal,
4. The preamplifier according to claim 1, wherein an output of the transimpedance amplifier is connected to an input of the differential amplifier.
上記多重フィルタ回路は、
第一のコンデンサで構成される第一段フィルタと、
互いに直列に接続された第二の抵抗および第二のコンデンサで構成される第二段フィルタ
とからなり、
上記第一のコンデンサの一端は上記閾値電圧発生器の出力と上記差動増幅器の入力との間
に接続され、
上記第一のコンデンサの他端はグランドに接続され、
上記第二段フィルタの一端は上記第一のコンデンサの一端に接続され、
上記第二段フィルタの他端はグランドに接続されたことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の前置増幅器。
The multiple filter circuit is
A first stage filter composed of a first capacitor;
A second stage filter composed of a second resistor and a second capacitor connected in series with each other;
One end of the first capacitor is connected between the output of the threshold voltage generator and the input of the differential amplifier,
The other end of the first capacitor is connected to ground,
One end of the second stage filter is connected to one end of the first capacitor,
Preamplifier according to any one of claims 1 to 4 and the other end of the second stage filter is characterized in that it is connected to the ground.
上記第一段フィルタは遮断周波数f1のローパスフィルタであり、
上記第二段フィルタは遮断周波数f2のローパスフィルタであり、
上記遮断周波数f1は補正前の前置増幅器の振幅応答が周波数減少とともに増大し始める
周波数以下であり、
上記遮断周波数f2は補正前の前置増幅器の振幅応答が周波数減少に伴う増大が終わる周
波数以下であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の前置増幅器。
The first stage filter is a low-pass filter having a cutoff frequency f1,
The second stage filter is a low-pass filter having a cutoff frequency f2.
The cut-off frequency f1 is equal to or lower than the frequency at which the amplitude response of the preamplifier before correction starts to increase as the frequency decreases,
The cutoff frequency f2 before correction of the preamplifier of the preamplifier according to any one of claims 1 to 5 amplitude response is equal to or less than the frequency which increases ends with frequency reduction.
上記多重フィルタ回路以外の上記前置増幅器の回路構成要素はワンチップ化された集積
回路であり、上記集積回路の外部に上記多重フィルタ回路を接続したことを特徴とする請
求項1ないしのいずれか1項に記載の前置増幅器。
Circuit components of the preamplifier than the multiple filter circuit is an integrated circuit that is one chip, one of the claims 1 to 6, characterized in that connected the multiplexing filter circuit external to the integrated circuit A preamplifier according to claim 1.
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