KR101470578B1 - Light receiver - Google Patents

Light receiver Download PDF

Info

Publication number
KR101470578B1
KR101470578B1 KR20130103999A KR20130103999A KR101470578B1 KR 101470578 B1 KR101470578 B1 KR 101470578B1 KR 20130103999 A KR20130103999 A KR 20130103999A KR 20130103999 A KR20130103999 A KR 20130103999A KR 101470578 B1 KR101470578 B1 KR 101470578B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
chip
preamplifier
unit
output
Prior art date
Application number
KR20130103999A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
오원석
박강엽
정명근
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to PCT/KR2014/004168 priority Critical patent/WO2015016467A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101470578B1 publication Critical patent/KR101470578B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/697Arrangements for reducing noise and distortion
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67Optical arrangements in the receiver
    • H04B10/671Optical arrangements in the receiver for controlling the input optical signal
    • H04B10/672Optical arrangements in the receiver for controlling the input optical signal for controlling the power of the input optical signal
    • H04B10/673Optical arrangements in the receiver for controlling the input optical signal for controlling the power of the input optical signal using an optical preamplifier
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/695Arrangements for optimizing the decision element in the receiver, e.g. by using automatic threshold control

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

A light receiver includes an automated boundary controller which outputs reference voltage; an on-chip regulator which generates on-chip voltage which is lower than external voltage; a preamplifier unit which is operated in a single mode, receives current signals from a light detector, changes/amplifies the current signals into voltage signals by receiving the on-chip voltage from the on-chip regulator, and outputs the voltage signals in which power voltage noise is minimized; and a noise cancelation block which receives the reference voltage outputted from the automated boundary controller and common mode voltage outputted from the preamplifier, adds the same with the on-chip voltage, and outputs the same to the preamplifier.

Description

광 수신 장치{LIGHT RECEIVER}[0001] DESCRIPTION [0002] LIGHT RECEIVER [

본 발명은 잡음 특성을 개선하기 위한 광 수신 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light receiving apparatus for improving noise characteristics.

광 수신 장치는 광 인터커넥트 시스템의 핵심 블록으로 광 전송거리, 광링크 시스템 예산 등을 결정한다. 또한, 최근에는 상대적으로 낮은 성능을 갖는 실리콘 기반의 광검출소자(Photodiode)들이 출시되면서 광 수신 장치의 성능 향상에 대한 요구가 활발하다.The optical receiver determines the optical transmission distance, optical link system budget, etc. as a core block of the optical interconnect system. In recent years, demand for improving the performance of the optical receiver has been actively increased with the introduction of silicon-based photodiodes having relatively low performance.

종래의 광 수신 장치 구조들은 잡음 특성을 개선하기 위해 다른 성능의 저하를 감수해 왔다. 기존에는 화합물 반도체 기반의 고성능 광검출소자의 채용으로 이러한 광 수신회로의 사용에 무리가 없었다. 그러나 최근 광 전송시스템의 가격 경쟁력이 이슈화되면서 값싼 광검출소자의 사용이 활발해지고 있는 상황에서는 광 수신회로의 성능 향상이 필수적이다.Conventional optical receiver structures have suffered from other performance degradations to improve noise characteristics. In the past, the adoption of a compound semiconductor-based high-performance photo-detectors made it possible to use such a light receiving circuit. However, as the cost competitiveness of optical transmission systems has recently become an issue, it is essential to improve the performance of the optical receiver circuit in a situation where the use of cheap optical detectors is becoming active.

종래의 광 수신 장치에서는 각종 공통모드(Common-mode) 잡음 특성을 개선하기 위해 주로 수도 차동 증폭(Pseudo Differential Amplification) 방식을 사용한다. 즉, 차동 증폭기를 사용함으로써 전원 전압 잡음(Power-supply Noise) 및 그라운드 바운싱(Ground Bouncing) 현상 등에 의해 발생하는 공통모드 잡음들을 제거하려는 노력을 해왔다. 차동 증폭기는 기본적으로 180도의 위상 차이가 있는 고속 신호의 차이를 증폭하는 방식으로 공통모드 잡음을 제거하는데 효과적이다.In a conventional optical receiving apparatus, a Pseudo Differential Amplification (PEM) scheme is mainly used to improve common-mode noise characteristics. That is, by using a differential amplifier, efforts have been made to eliminate common mode noise caused by power-supply noise and ground bouncing phenomenon. A differential amplifier is basically effective at removing common mode noise by amplifying the difference of a high-speed signal with a phase difference of 180 degrees.

그러나 광 수신 장치는 근본적으로 하나의 입력만 입력되는 싱글모드이며, 차동모드로의 변환이 필요하고 그 과정에서 DC 오프셋 에러(Offset Error)가 발생하게 된다. 따라서, 이를 보상하기 위한 추가의 블록이 필요하다. However, the optical receiving apparatus is essentially a single mode in which only one input is input, and a conversion into a differential mode is required, and a DC offset error occurs in the process. Therefore, an additional block is needed to compensate for this.

또한, 같은 원인으로 인해 차동 증폭기를 이용한 광 수신 시스템은 싱글모드 증폭기를 이용한 경우보다 변환 이득(Transimpedance Gain)에서 항상 6dB의 손실이 있다. 이러한 손실들을 보상하기 위해 추가 블록들이 필요하며, 이에 따른 전력 소모도 매우 높다.Also, due to the same reason, the optical receiving system using the differential amplifier always has a loss of 6 dB in the transimpedance gain compared with the case of using the single mode amplifier. Additional blocks are needed to compensate for these losses, and the power consumption is also very high.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 싱글모드 증폭기를 이용한 광 수신 방법들이 제안되고 있다. 싱글모드 증폭기는 공통모드 잡음에 취약하지만 전력소모가 작고 추가의 블록이 필요하지 않은 장점이 있다. 그러나 싱글모드 증폭기를 사용하는 경우에도 신호의 크기가 커지는 후치증폭기(Post Amplifier, PoA)에서는 차동모드로 동작해야 하므로, 역시 싱글모드에서 차동모드로 변환하는 추가 블록이 필요하게 되며 이 과정에서 역시 DC 오프셋에러가 발생한다.In order to solve such a problem, optical receiving methods using a single mode amplifier have been proposed. Single-mode amplifiers are vulnerable to common mode noise, but have the advantage of low power consumption and no need for additional blocks. However, even if a single-mode amplifier is used, an additional block for converting from a single mode to a differential mode is required because a postamplifier (PoA) having a large signal size must operate in a differential mode. An offset error occurs.

또한, 공통모드 잡음 문제를 해결하기 위해 온칩 레귤레이터(On-chip Regulator) 회로를 추가로 삽입하는 것이 일반적이다. 온칩 레귤레이터는 공통모드 잡음 중 가장 큰 비중을 차지하는 전원 전압 잡음을 최소화하려는 시도이다. 하지만, 온칩 레귤레이터를 사용함에도 불구하고 공통 모드 잡음특성은 차동모드보다 현저히 낮은 성능을 갖는다. In addition, it is common to further insert an on-chip regulator circuit to solve the common mode noise problem. The on-chip regulator is an attempt to minimize supply-voltage noise, which accounts for the largest portion of the common-mode noise. However, the common-mode noise characteristic has a significantly lower performance than the differential mode, despite the use of an on-chip regulator.

그러나 차동모드 증폭기의 경우 큰 전력소모 및 오프셋에러 발생과 같은 문제가 있으며, 싱글모드 증폭기의 경우 큰 공통모드 잡음과 오프셋에러가 발생하는 문제가 있다. However, differential mode amplifiers have problems such as large power consumption and offset errors, and single mode amplifiers suffer from large common mode noise and offset errors.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 온칩 레귤레이터를 탑재한 싱글모드 광 수신 장치에 잡음 취소 블록(Noise Cancelling Block, NCB) 및 피드 포워드(Feedforward) 자동 경계점 제어기(Auto Threshold Control, ATC)를 추가하여 공통모드 잡음과 오프셋 에러를 최소화하는 광 수신 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a noise canceling block (NCB) and a feedforward automatic threshold control (ATC) to a single mode optical receiver equipped with an on-chip regulator, And to provide a light receiving device that minimizes noise and offset errors.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 광 수신 장치는 기준 전압을 출력하는 자동 경계점 제어기, 외부 전압으로부터 상기 외부 전압보다 더 낮은 온칩 전압을 생성하는 온칩 레귤레이터, 싱글모드로 동작하고, 광 검출기로부터 전류 신호를 입력받고, 상기 온칩 레귤레이터로부터 상기 온칩 전압을 입력받아 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환 및 증폭하여 전원 전압 잡음이 최소화된 상기 전압 신호를 출력하는 전치 증폭부, 그리고 상기 자동 경계점 제어기가 출력하는 기준 전압 및 상기 전치 증폭기가 출력하는 공통 모드 전압을 입력받아 상기 온칩 전압과 합산하여 상기 전치 증폭부로 출력하는 잡음 취소 블록을 포함한다.According to one aspect of the present invention, an optical receiver apparatus includes an automatic boundary point controller for outputting a reference voltage, an on-chip regulator for generating an on-chip voltage lower than the external voltage from an external voltage, A preamplifier for receiving the on-chip voltage from the on-chip regulator and converting and amplifying the current signal into a voltage signal to output the voltage signal with minimized power supply voltage noise, And a noise cancellation block for receiving the common mode voltage output from the preamplifier, adding the sum to the on-chip voltage, and outputting the sum to the preamplifier.

차동 모드로 동작하고, 상기 전치 증폭부의 후단에 배치되는 후치 증폭부를 더 포함하고,And a post-amplification unit operating in a differential mode and disposed at a rear stage of the pre-amplification unit,

상기 자동 경계점 제어기는, Wherein the automatic boundary point controller comprises:

상기 기준 전압을 정규화하여 상기 후치 증폭기의 레퍼런스 전압으로 출력하는 피드 포워드 구조를 포함할 수 있다.And a feedforward structure for normalizing the reference voltage and outputting it as a reference voltage of the postamplifier.

상기 후치 증폭부, 그리고 상기 전치 증폭부와 상기 후치 증폭부를 연결하고, 상기 자동경계점 제어기가 포함되는 싱글-차동 변환부를 더 포함할 수 있다.And a single-to-differential conversion unit that connects the pre-amplifier unit and the post-amplifier unit and includes the automatic boundary point controller.

상기 후치 증폭부의 오프셋 에러를 제거하는 저역 통과 필터를 더 포함할 수 있다.And a low-pass filter for removing an offset error of the post-amplifier unit.

상기 후치 증폭부는,The post-

3단의 고속 증폭기 또는 4단의 고속 증폭기를 포함할 수 있다.Three-stage high-speed amplifier or four-stage high-speed amplifier.

출력단의 전송선 또는 입력 커패시턴스를 구동하는 구동부를 더 포함할 수 있다.And a driving unit for driving a transmission line or an input capacitance of the output stage.

상기 저역 통과 필터의 전달 함수에 역이 되는 고역 통과 필터를 포함하는 등화기를 더 포함할 수 있다.And an equalizer including a high-pass filter that is inverse to the transfer function of the low-pass filter.

밴드캡 레퍼런스 및 피티에이티 회로를 포함하고, 바이어스 전류 및 기준 전압을 제공하는 주변 기기부를 더 포함할 수 있다.And a peripheral device portion including a band cap reference and a property circuit and providing a bias current and a reference voltage.

본 발명의 실시예에 따르면, 전력 소모가 작고 집적도가 높은 싱글모드 증폭기와 온칩 레귤레이터를 채용하고, 잡음 특성 개선을 위한 잡음 취소 블록 및 오프셋 에러 개선을 위한 피드포워드 자동 경계점 제어 블록을 고안하여 전력소모의 증가없이 광 수신 장치의 잡음특성을 개선할 수 있으며, 오프셋 에러도 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 구성을 통해 저가형 실리콘 기반 광검출소자를 사용하더라도 성능 저하 없이 광 전송 시스템을 구현하는 것이 가능하며, 최근 이슈가 되고 있는 초저전력형 광 송수신 시스템의 구현이 가능하다.According to the embodiment of the present invention, a noise canceling block for improving noise characteristics and a feedforward automatic boundary point control block for offset error improvement are employed, and a power consumption is improved by adopting a single mode amplifier and an on- It is possible to improve the noise characteristic of the optical receiver without increasing the offset error, and to greatly reduce the offset error. In addition, through such a configuration, it is possible to realize a light transmission system without lowering the performance even if a low-priced silicon-based light detector is used, and it is possible to realize an ultra low power type optical transmission and reception system which is a recent issue.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 수신 장치를 나타낸다.
도 2는 종래의 전치 증폭부 및 본 발명의 실시예에 따른 전치 증폭부의 구성을 비교하기 위한 도면이다.
도 3(a)는 종래의 ATC 구성을 나타내고, 도 3(b)는 본 발명의 실시예에 따른 ATC의 구성을 나타낸다.
1 shows a light receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for comparing the configurations of a conventional preamplifier and a preamplifier according to an embodiment of the present invention.
3 (a) shows a conventional ATC configuration, and FIG. 3 (b) shows a configuration of an ATC according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 광 수신 장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a light receiving apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 수신 장치를 나타낸다.1 shows a light receiving apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 광 수신 장치는 광 검출기(Photo Detector, PD)(100)로부터 입력되는 미세한 전류 신호를 전압 신호로 변환하고 증폭하는 전치 증폭부(Pre Amplifier, PrA)(200)를 포함한다.1, the optical receiver includes a preamplifier (PrA) 200 for converting a fine current signal input from a photodetector (PD) 100 into a voltage signal and amplifying the voltage signal .

전치 증폭부(PrA)(200)는 캐스캐이드(cascade) 시스템인 광 수신 장치의 맨 앞단에 위치하며, 전체 잡음 성능을 결정하는 매우 중요한 블록이다.The preamplifier (PrA) 200 is located at the front end of a light receiving device, which is a cascade system, and is a very important block for determining the overall noise performance.

레귤레이터(300)가 출력하는 출력 전압은 잡음 취소 블록(Noise Cancelling Block, NCB)(400)이 출력하는 출력 전압과 연동하여 전치 증폭부(200)로 입력된다.The output voltage of the regulator 300 is input to the preamplifier 200 in conjunction with the output voltage of the Noise Canceling Block (NCB)

이때, 레귤레이터(300)는 외부 전압(VDD)으로부터 외부 전압(VDD)보다 더 낮은 온칩 전압(VDDreg)을 발생하기 위하여 설계된 온칩 레귤레이터이다. 이때, 단순히 낮은 전압일 뿐만 아니라 레귤레이션(regulation)된 품질이 향상된 온칩 전압을 발생시킨다.At this time, the regulator 300 is an on-chip regulator designed to generate an on-chip voltage VDDreg lower than the external voltage VDD from the external voltage VDD. At this time, not only a low voltage but also an on-chip voltage with improved regulated quality is generated.

여기서, 잡음 취소 블록(400)은 증폭기(401) 및 덧셈 연산기(403)를 포함한다. 증폭기(401)는 피드-포워드 자동 경계점 제어기(Feed-forward Automatic Threshold Control, ATC)(501)로부터 기준 전압을 입력받고, 전치 증폭부(200)가 출력하는 공통모드 전압을 입력받는다. 이처럼, 증폭기(401)는 전치 증폭부(200)가 출력하는 공통모드 전압을 피드백한다.Here, the noise canceling block 400 includes an amplifier 401 and an adder 403. The amplifier 401 receives a reference voltage from a feed-forward Automatic Threshold Control (ATC) 501 and receives a common-mode voltage output from the pre-amplifier unit 200. As described above, the amplifier 401 feeds back the common mode voltage output from the preamplifier unit 200.

덧셈 연산기(403)는 레귤레이터(300)가 출력하는 출력 전압 및 증폭기(401)가 출력하는 전압을 덧셈 연산하여 전치 증폭부(PrA)(200)로 입력한다. 덧셈 연산기(403)는 레귤레이터(300)가 출력하는 출력 전압에서 공통모드 전압의 잡음이 제거되도록 한다. 따라서, 공통모드 전압의 잡음이 제거된 레귤레이터(300)가 출력하는 출력 전압이 전치 증폭부(200)로 입력된다. The adder 403 adds the output voltage output from the regulator 300 and the voltage output from the amplifier 401 and inputs the result to the preamplifier unit PrA. The adder 403 removes the common mode voltage noise from the output voltage of the regulator 300. Accordingly, the output voltage output from the regulator 300, from which the noise of the common mode voltage is removed, is input to the pre-amplifier unit 200.

이처럼, 싱글 모드로 동작하는 전치 증폭부(200)는 전원 전압 잡음에 매우 취약하므로 레귤레이터(300)를 사용하여 전원 전압 잡음을 최소화한다. 그리고 잡음 취소 블록(400)은 피드-포워드 ATC(501)로부터 기준 전압을 입력받아 전치 증폭부(200)가 출력하는 공통모드 전압과 연동하여 전치 증폭부(200)에 피드백함으로써 공통모드 잡음이 제거되는 방향으로 레귤레이터(300)의 출력 전압을 제어함으로써 잡음 특성을 개선한다.Since the preamplifier 200 operating in the single mode is very vulnerable to power supply voltage noise, the regulator 300 minimizes power supply voltage noise. The noise cancellation block 400 receives the reference voltage from the feed-forward ATC 501 and feeds it back to the preamplifier unit 200 in conjunction with the common mode voltage output from the preamplifier unit 200, The output voltage of the regulator 300 is controlled to improve the noise characteristic.

한편, 싱글-차동 변환부(500)는 피드-포워드 ATC(501)를 포함하며, 싱글 모드로 동작하는 전치 증폭부(200)와 차동 모드로 동작하는 후치 증폭부(Post Amplifier, PoA)(600)를 연결한다. 이 과정에서 발생하는 오프셋 에러 또한 전체 잡음 성능에 큰 영향을 미치는데, 기존의 피드백 방식의 ATC가 아닌 피드포워드 방식의 ATC를 사용하여 오프셋 에러를 최소화시킬 수 있다. 기존의 피드백 방식은 오프셋 에러를 최소화할 수 있도록 차동 노드(즉 차동 모드로 동작하는 노드)의 신호를 저역통과필터(Low-Pass Filter)를 통과시켜 크로스(Cross)로 피드백하는 방식을 통해 오프셋 에러를 제거하는 방식이다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 방식은 차동 노드 즉 차동 모드로 동작하는 후치 증폭부(600)에서의 스윙을 감지하여 그 중간값을 실시간으로 선택함으로써 오프셋 에러를 제거하는 방식이다.The single-differential converter 500 includes a pre-amplifier unit 200 including a feed-forward ATC 501 and operating in a single mode and a post amplifier (PoA) 600 operating in a differential mode ). The offset error generated in this process also has a great influence on the overall noise performance, and the offset error can be minimized by using the feedforward type ATC instead of the conventional feedback type ATC. In the conventional feedback method, a signal of a differential node (ie, a node operating in a differential mode) is fed back to a cross through a low-pass filter so as to minimize an offset error, . Meanwhile, the feedforward method according to the present invention is a method of detecting a swing in a differential amplifier 600, which operates in a differential mode, that is, a differential mode, and selecting an intermediate value thereof in real time to eliminate an offset error.

피드-포워드 ATC(501)는 전치 증폭기(200)가 출력하는 신호를 후치 증폭기(600)에 인가하는 과정에서 신호의 왜곡 및 지터(jiter) 및 신호 유실이 발생할 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 기준 레벨을 자동으로 발생시킨다. 즉, 입력 신호의 최대값과 최소값을 감지하여 그 중간값인 DC값을 출력한다.Since the feed-forward ATC 501 may cause signal distortion and jitter and signal loss during the process of applying the signal output from the preamplifier 200 to the postamplifier 600, a reference level . That is, the maximum value and the minimum value of the input signal are detected, and the DC value as the intermediate value is output.

증폭기(503)는 피드-포워드 ATC(501)가 출력하는 값(DC값)과 입력 신호의 차이를 증폭하여 후치 증폭부(600)에게 전달한다.The amplifier 503 amplifies the difference between the value (DC value) output from the feed-forward ATC 501 and the input signal, and transmits the amplified difference to the post-amplifier unit 600.

한편, 후치 증폭부(Post Amplifier, PoA)(600)는 증폭기(503)의 출력값을 증폭한다. 이 때, 입력값에 관계없이 항상 일정한 출력진폭을 갖도록 한다.On the other hand, a post amplifier (PoA) 600 amplifies the output value of the amplifier 503. At this time, the output amplitude is always constant regardless of the input value.

후치 증폭부(600)는 충분한 출력 전압을 위해 큰 전압 이득 특성을 보여야 한다. 후치 증폭부(600)는 3~4단의 고속 증폭기로 구성될 수 있다. 그리고 후치 증폭부(600)는 저역 통과 필터(Low-Pass Filter, LPF)(700)와 연결된다. 저역 통과 필터(700)는 높은 전압이득 즉 후치 증폭부(600)으로 인해 생길 수 있는 오프셋 에러를 최소화시킨다. 즉, 각 차동 노드 즉 후치 증폭부(600)의 DC값을 저역통과필터(700)를 통해 감지할 수 있고, 이를 크로스로 피드백함으로써 오프셋에러를 제거한다.The post-amplifier unit 600 should exhibit a large voltage gain characteristic for a sufficient output voltage. The post-amplifier unit 600 may be composed of three or four stages of high-speed amplifiers. The post-amplifier unit 600 is connected to a low-pass filter (LPF) The low-pass filter 700 minimizes a high voltage gain, that is, an offset error that may occur due to the post-amplifier unit 600. [ That is, the DC value of each differential node, that is, the post-amplifier unit 600 can be detected through the low-pass filter 700, and the offset error is eliminated by cross-feeding the DC value.

구동부(800)는 등화기(801) 및 구동기(803)를 포함한다. The driving unit 800 includes an equalizer 801 and a driving unit 803.

등화기(801)는 광 수신 장치의 동작 속도에 따라 추가되거나 또는 제거될 수 있는 구성 요소이다. 등화기(801)는 광 수신 장치가 갖고 있는 저역통과필터 형태의 전달함수에 역이 되는 고역통과필터의 형태를 갖는다.The equalizer 801 is a component that can be added or removed depending on the operation speed of the light receiving device. The equalizer 801 has a form of a high-pass filter which is opposite to the transfer function of the low-pass filter type of the light receiving device.

구동기(803)는 출력단의 전송선 또는 다음 블록인 클록-데이터 복원기(미도시)의 입력 커패시턴스를 구동할 수 있도록 큰 전류를 소모한다. 여기서, 일반적으로 광수신기 뒤에는 클록-데이터 복원기(미도시)가 쓰이나, 본 발명의 실시예와 무관하여 설명은 생략한다. The driver 803 consumes a large current to drive the input capacitance of a clock-data reconstructor (not shown), which is the output line or the next block. Here, a clock-data reconstructor (not shown) is generally used behind the optical receiver, but a description thereof will be omitted regardless of the embodiment of the present invention.

또한, 레귤레이터(300)에서 출력되는 품질좋은 레퍼런스 전압을 전원 전압으로 사용함으로써 각 블록(200~800)의 잡음 특성이 개선될 수 있다.Also, by using a good reference voltage output from the regulator 300 as the power supply voltage, the noise characteristics of the blocks 200 to 800 can be improved.

주변 기기부(900)는 밴드갭 레퍼런스(Bandgap Reference, BGR)(901) 및 피티에이티(Proportional To Absolute Temperature, PTAT) 회로(903)로 구성된다. 이러한 주변 기기부(900)는 레귤레이터(300) 및 광 수신 장치의 모든 블록들의 바이어스 전류 및 기준 전압을 제공한다.The peripheral unit 900 includes a Bandgap Reference (BGR) 901 and a Proportional To Absolute Temperature (PTAT) circuit 903. This peripheral unit 900 provides the bias current and the reference voltage of the regulator 300 and all blocks of the optical receiver.

도 2는 종래의 전치 증폭부 및 본 발명의 실시예에 따른 전치 증폭부의 구성을 비교하기 위한 도면이다.2 is a diagram for comparing the configurations of a conventional preamplifier and a preamplifier according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 2의 (a)를 참조하면, 종래의 전치 증폭부는 레귤레이터의 출력 전압을 그대로 전원 전압으로 사용하는 형태이다.2 (a), the conventional preamplifier unit uses the output voltage of the regulator as the power supply voltage as it is.

반면, 도 2의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전치 증폭부(200)는 잡음 제거 블록(400)가 레귤레이터(300)의 출력, 전치 증폭부(200)의 출력, ATC(501)의 출력을 입력으로 받아 공통모드 잡음을 제거한 피드백된 출력을 전원 전압으로 사용한다. 2B, the preamplifier 200 according to the embodiment of the present invention includes a noise canceling block 400 for detecting an output of the regulator 300, an output of the preamplifier 200, an ATC And receives the output of the power amplifier 501 as an input, and uses the feedback output from which the common mode noise is removed as the power supply voltage.

도 3(a)는 종래의 ATC 구성을 나타내고, 도 3(b)는 본 발명의 실시예에 따른 ATC의 구성을 나타낸다.3 (a) shows a conventional ATC configuration, and FIG. 3 (b) shows a configuration of an ATC according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3(a)를 참조하면, 종래의 ATC는 피드백 구조이다. 즉, 종래의 ATC는 증폭기 출력단의 신호를 입력받아 그 신호들을 디퍼렌셜-투-싱글(Differential-to-Single)로 변환하고 저역통과필터를 통과시킴으로써 자동으로 쓰레스홀드(Threshold)값을 찾는다.First, referring to FIG. 3 (a), the conventional ATC is a feedback structure. That is, the conventional ATC receives a signal at the output terminal of the amplifier, converts the signals into differential-to-single signals, and passes the low pass filter to automatically find a threshold value.

반면, 도 3(b)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 ATC는 피드-포워드 구조이다. 즉, ATC(501)는 입력 신호의 DC값을 구하고, 이를 정규화하여 다음단에 오는 차동 증폭기(600)의 레퍼런스 전압으로 활용함으로써 오프셋 에러를 최소화하도록 구성되어 있다.On the other hand, referring to FIG. 3 (b), the ATC according to the embodiment of the present invention is a feed-forward structure. That is, the ATC 501 is configured to minimize the offset error by obtaining the DC value of the input signal, normalizing the DC value, and utilizing the DC value as a reference voltage of the differential amplifier 600 that is to be provided at the next stage.

이처럼, 피드백 구조의 ATC는 오프셋 에러를 최소화하기 위해 매우 낮은 컷오프주파수를 갖는 저역통과필터(LPF)를 필요로 한다. 즉, R3와 CFB(cipher feedback)가 매우 큰 값을 가져야 한다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 피드포워드 ATC에서는 저역통과필터의 컷오프주파수가 높더라도, 외부에서 자동 또는 수동으로 제어할 수 있는 별도의 오프셋 취소기(Offset Canceller)를 구성하여 오프셋 에러를 최소화할 수 있으며, 2단의 LPF를 구성하여 수동소자의 값들을 집적회로 내부에 구현가능한 수치들로 맞출 수 있다.As such, the ATC of the feedback structure requires a low pass filter (LPF) with a very low cutoff frequency to minimize offset errors. That is, R3 and CFB (cipher feedback) must have a very large value. However, in the feedforward ATC according to the embodiment of the present invention, even if the cut-off frequency of the low-pass filter is high, a separate offset canceller that can be controlled automatically or manually from the outside can be configured to minimize the offset error , And a two-stage LPF can be configured to match the values of the passive elements to values that can be implemented within the integrated circuit.

전술한 바에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 광 수신 장치는 온칩 레귤레이터를 탑재한 싱글 모드 광 수신회로에 잡음취소블록(Noise Cancelling Block, NCB) 및 피드포워드(Feedforward) 자동경계점제어블록(Auto Threshold Control, ATC)을 추가하여 공통모드 잡음과 오프셋 에러를 최소화함으로써, 잡음 특성을 개선할 수 있다.According to the present invention, the optical receiver according to the embodiment of the present invention includes a noise canceling block (NCB) and a feedforward automatic boundary point control block (Auto Threshold) in a single mode optical receiving circuit equipped with an on- Control, ATC) to minimize common-mode noise and offset errors, thereby improving noise characteristics.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

Claims (8)

기준 전압을 출력하는 자동 경계점 제어기,
외부 전압으로부터 상기 외부 전압보다 더 낮은 온칩 전압을 생성하는 온칩 레귤레이터,
싱글모드로 동작하고, 광 검출기로부터 전류 신호를 입력받고, 상기 온칩 레귤레이터로부터 상기 온칩 전압을 입력받아 상기 전류 신호를 전압 신호로 변환 및 증폭하여 전원 전압 잡음이 최소화된 상기 전압 신호를 출력하는 전치 증폭부,
상기 자동 경계점 제어기가 출력하는 기준 전압 및 상기 전치 증폭기가 출력하는 공통 모드 전압을 입력받아 상기 온칩 전압과 합산하여 상기 전치 증폭부로 출력하는 잡음 취소 블록, 그리고
상기 온칩 레귤레이터, 상기 자동 경계점 제어기, 상기 전치 증폭부 및 상기 잡음 취소 블록으로 바이어스 전류 및 기준 전압을 제공하는 밴드캡 레퍼런스 및 피티에이티 회로를 포함하는 주변 기기부
를 포함하는 광 수신 장치.
An automatic boundary point controller for outputting a reference voltage,
An on-chip regulator that generates an on-chip voltage that is lower than the external voltage from an external voltage,
Chip mode, receives the current signal from the photodetector, receives the on-chip voltage from the on-chip regulator, converts the current signal into a voltage signal, and amplifies the voltage signal to output the voltage signal with minimum power- part,
A noise cancellation block for receiving a reference voltage output from the automatic boundary point controller and a common mode voltage output from the preamplifier, adding the sum to the on-chip voltage, and outputting the sum to the preamplifier;
And a peripheral device unit including the on-chip regulator, the automatic boundary point controller, the preamplifier unit, and the band cap reference and theity circuit for providing a bias current and a reference voltage to the noise canceling unit,
And a light receiving device.
제1항에 있어서,
차동 모드로 동작하고, 상기 전치 증폭부의 후단에 배치되는 후치 증폭부를 더 포함하고,
상기 자동 경계점 제어기는,
상기 기준 전압을 정규화하여 상기 후치 증폭기의 레퍼런스 전압으로 출력하는 피드 포워드 구조를 포함하는 광 수신 장치.
The method according to claim 1,
And a post-amplification unit operating in a differential mode and disposed at a rear stage of the pre-amplification unit,
Wherein the automatic boundary point controller comprises:
And a feedforward structure for normalizing the reference voltage and outputting the reference voltage as a reference voltage of the postamplifier.
제2항에 있어서,
상기 후치 증폭부, 그리고
상기 전치 증폭부와 상기 후치 증폭부를 연결하고, 상기 자동경계점 제어기가 포함되는 싱글-차동 변환부
를 더 포함하는 광 수신 장치.
3. The method of claim 2,
The post-amplification unit, and
A first differential amplifier connected to the preamplifier and the postamplifier,
Further comprising:
제3항에 있어서,
상기 후치 증폭부의 오프셋 에러를 제거하는 저역 통과 필터를 더 포함하는 광 수신 장치.
The method of claim 3,
And a low-pass filter for eliminating an offset error of the post-amplifier unit.
제4항에 있어서,
상기 후치 증폭부는,
3단의 고속 증폭기 또는 4단의 고속 증폭기를 포함하는 광 수신 장치.
5. The method of claim 4,
The post-
A light-receiving device including a three-stage high-speed amplifier or a four-stage high-speed amplifier.
제4항에 있어서,
출력단의 전송선 또는 입력 커패시턴스를 구동하는 구동부
를 더 포함하는 광 수신 장치.
5. The method of claim 4,
A driving unit for driving a transmission line or an input capacitance of the output stage
Further comprising:
제6항에 있어서,
상기 저역 통과 필터의 전달 함수에 역이 되는 고역 통과 필터를 포함하는 등화기
를 더 포함하는 광 수신 장치.
The method according to claim 6,
An equalizer including a high-pass filter that is inverse to the transfer function of the low-
Further comprising:
삭제delete
KR20130103999A 2013-07-30 2013-08-30 Light receiver KR101470578B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2014/004168 WO2015016467A1 (en) 2013-07-30 2014-05-09 Light receiving device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130090244 2013-07-30
KR20130090244 2013-07-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101470578B1 true KR101470578B1 (en) 2014-12-10

Family

ID=52678184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130103999A KR101470578B1 (en) 2013-07-30 2013-08-30 Light receiver

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101470578B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6016051A (en) * 1998-09-30 2000-01-18 National Semiconductor Corporation Bandgap reference voltage circuit with PTAT current source

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6016051A (en) * 1998-09-30 2000-01-18 National Semiconductor Corporation Bandgap reference voltage circuit with PTAT current source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8841972B2 (en) Electronic device, fiber-optic communication system comprising the electronic device and method of operating the electronic device
JP6107146B2 (en) Optical receiver circuit
JP5165792B2 (en) High sensitivity optical receiver using high gain amplifier and equalization circuit.
US7368999B2 (en) DC offset cancellation for a trans-impedance amplifier
US20120281991A1 (en) Optical receiver compensating input offset
JP2009010741A (en) Preamplifier, and optical receiver
US20070258722A1 (en) Optical receiver
US7123098B2 (en) Transimpedance amplifier with differential peak detector
JP5459424B2 (en) Signal amplifier for optical receiver circuit
US20120217381A1 (en) Variable gain amplifier compensating frequency response thereof
US9148094B1 (en) Offset cancellation in a transimpedance amplifier (TIA) circuit
CN104852769A (en) Phase-splitting circuit applied to TIA with RSSI on front end of optical receiver
US10333472B2 (en) Optical receiver
US8836423B2 (en) Method and apparatus for automatically adjusting the bandwidth of an electronic amplifier
KR101470578B1 (en) Light receiver
TW201421926A (en) A photo detecting device for enhancing the sensitivity of optical receivers
US6844784B1 (en) Wide dynamic range transimpedance amplifier
JP2011250137A (en) Saturated amplifier circuit
KR101054388B1 (en) Transimpedance Amplifier for Optical Receiver
CN110557098A (en) positive feedback transimpedance amplification circuit and adjustment method
US9543906B2 (en) Optical receiver to enhance dynamic range thereof
KR20220063922A (en) Transimpedance amplifier and optical receiver including the same
US7088174B2 (en) Offset cancellation and slice adjust amplifier circuit
JP2011250136A (en) Saturated amplifier circuit
CN103900686A (en) Pre-stage amplifying circuit for high-speed photoelectric detector

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant