DE69231527T2

DE69231527T2 - Optoelektronische integrierte Schaltung

Info

Publication number: DE69231527T2
Application number: DE69231527T
Authority: DE
Inventors: Goro Sasaki
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2012-08-01
Also published as: CA2074985C; EP0525807A2; EP0751636A2; DE69219687T2; DE69219687D1; EP0525807B1; CA2074985A1; US5432470A; KR960008579B1; DE69231527D1; EP0525807A3; EP0751636A3; EP0751636B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein optoelektronisches integriertes Schaltungsbauelement zur Verwendung in irgendwelchen optischen Empfangseinheiten von Empfängern für die faseroptische Datenübertragung.
Ein herkömmliches optoelektronisches integriertes Schaltungsbauelement (nachstehend OEIC-Matrix genannt) zur Verwendung in irgendwelchen optischen Empfangseinheiten für die faseroptische Datenübertragung ist in "High-speed eight-channel optoelectronic integrated receiver arrays comprising GaInAs PIN PDs and AlInAs/GaInAs HEMTs", Optical Fiber Communication Conference, Dienstag, 19. Februar 1991, Vortrag Nr. Tub2, offenbart. Sein schematischer Schaltplan ist in Fig. 1 dargestellt.
Diese OEIC-Matrix 40 wird durch acht monolithisch integrierte Kanäle einer optischen Empfangsschaltung bereitgestellt. Jeder Kanal umfaßt Photodioden PD (PD&sub1;- PD&sub8;) und AMPs, die durch Widerstände, Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit oder andere vorgesehen werden, zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektrisches Signal.
In einer derartigen herkömmlichen OEIC-Matrix 40 sind die Knoten der Quelle der elektrischen Leistung (Kontakte) 41 der jeweiligen Vorverstärker AMP miteinander verbunden und weisen dasselbe Potential auf. Aufgrund eines solchen Schaltungsaufbaus ist es ein Problem, daß Kreuzkopplungen, d. h. Ableitung eines in einen Kanal eingespeisten Signals zu anderen Kanälen, einen Pegel von nicht niedriger als etwa -30 dB aufweisen.
Eine Ursache für solche Kreuzkopplungen wird folgendes angesehen. Das heißt, Kondensatoren C&sub1; und C&sub2; sind in Schaltungen innerhalb und außerhalb der OEIC-Matrix 40 für die Verringerung einer Impedanz der Wechselstromkomponente eingefügt, und alle Schaltungen der Quelle der elektrischen Leistung sind über die Kondensatoren C&sub1;, C&sub2; geerdet.
Andererseits wird ein Anschluß 42 der Leistungsversorgung der elektrischen Quelle gewöhnlich mit einem Strom von einer Quelle 43 der elektrischen Leistung über eine begrenzte Länge einer Verdrahtung 44 der Quelle der elektrischen Leistung versorgt. Diese Verdrahtung 44 der Quelle der elektrischen Leistung weist eine Induktivität L als verteilte Konstante auf. Diese Induktivität L und der Kondensator C&sub2; kommen bei einer speziellen Frequenz in Resonanz, und bei dieser Frequenz wird eine Impedanz zwischen dem Anschluß 42 der Leistungsversorgung der elektrischen Quelle und der Erdung unendlich. Wenn ein Signal in einen Kanal eingespeist wird, wird am Ausgangsanschluß 45 eine dem Signal entsprechende Ausgangsspannung erzeugt, und ein Signalstrom wird zu einer Last 46 geliefert. Dieser Signalstrom wird von der Quelle 43 der elektrischen Leistung geliefert. Zum Zeitpunkt der Lieferung des Signalstroms von der Quelle 43 der elektrischen Leistung wird eine Spannung gleich einem Produkt der Impedanz zwischen dem Leistungsversorgungsanschluß 42 der elektrischen Quelle und der Erdung und einem Wert eines dort fließenden Stroms in dem Leistungsversorgungsanschluß 42 der elektrischen Quelle erzeugt.
Folglich ist bei der vorstehend beschriebenen Resonanzfrequenz die Impedanz zwischen dem Versorgungsanschluß 42 der Quelle der elektrischen Leistung und der Erdung unendlich und eine sehr große Spannungsablenkung entsprechend dem eingespeisten Signalstrom tritt auf. Im allgemeinen weist der Vorverstärker AMP eine abgelenkte Ausgangsspannung entsprechend einer Ablenkung einer Spannung der Quelle der elektrischen Leistung auf. Folglich verursacht bei dieser Resonanzfrequenz ein in einen Kanal eingespeistes elektrisches Signal eine große Quellenspannungsablenkung und verursacht Ablenkungen der Ausgangsspannungen aller anderen Kanäle durch die Verdrahtung der gemeinsamen elektrischen Leistungsquelle. Dies ist eine Ursache für das Auftreten von Kreuzkopplungen.
Eine Schaltung, die der OETC-Matrix 40 in Fig. 1 entspricht, ist in Fig. 2 dargestellt.
In dieser OEIC-Matrix sind acht Kanäle monolithisch integriert. Der erste Kanal der acht Kanäle umfaßt eine PIN-Photodiode PD&sub1;, Widerstände R&sub1;&sub1;-R&sub1;&sub4; und Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMTs) Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub5;. Der Transistor Q&sub1;&sub1; und der Widerstand R&sub1;&sub2; bilden eine Verstärkungsstufe. Die Transistoren Q&sub1;&sub2;-Q&sub1;&sub5; und die Widerstände R&sub1;&sub3;, R&sub1;&sub4; bilden einen zweistufigen Sourcefolger. In Fig. 2 weisen die dritten bis sechsten Kanäle dieselbe Struktur auf wie der erste Kanal und sie sind nicht dargestellt.
Ein weiteres Beispiel der herkömmlichen OEIC-Matrizes dieser Art ist in "Monolithic Integration of an InP/InGaAs Four-Channel Transimpedance Optical Receiver Array", Electronics Letters, Band 26, S. 1833-1834, Oktober 1990, offenbart. Fig. 3 zeigt schematisch ihren Schaltplan.
In dieser OEIC-Matrix sind vier Kanäle, die den optischen Empfänger bilden, monolithisch integriert. Ein erster der vier Kanäle umfaßt eine PIN-Photodiode PD&sub1; und einen Eingangswiderstand Rf1, Flächentransistoren Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub5; und eine Pegelumsetzungsdiode LSD&sub1;. Die Transistoren Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub3; bilden eine Verstärkungsstufe zum Verstärken eines durch die Photodiode PD&sub1; photoelektrisch umgewandelten elektrischen Signals. Die Transistoren Q&sub1;&sub4;, Q&sub1;&sub5; und die Diode LSD&sub1; bilden eine Pegelumsetzungsstufe zum Umsetzen einer Gleichspannung eines von der Verstärkungsstufe ausgegebenen verstärkten Signals. Die Transistoren Q&sub1;&sub6;-Q&sub1;&sub9; bilden eine Sourcefolgerstufe zum Sicherstellen eines Ausgangslastfaktors eines Ausgangssignals O/P&sub1; des optischen Empfängers. Der zweite, der dritte und der vierte Kanal weisen denselben Schaltungsaufbau auf wie der erste Kanal und der zweite und der dritte Kanal sind nicht dargestellt.
In einer herkömmlichen OEIC-Matrix von Fig. 3 werden die Verstärkungsstufen und die Pegelumsetzungsstufen der jeweiligen Vorverstärker mit einer Leistung VDD1 einer elektrischen Quelle über eine Verdrahtung der Quelle der elektrischen Leistung versorgt, die für die jeweiligen Kanäle gemeinsam ist. Die Sourcefolgerstufen werden mit einer Leistung VDD2 einer elektrischen Quelle über eine andere Verdrahtung der Quelle der elektrischen Leistung versorgt, die für die jeweiligen Kanäle gemeinsam ist. In einer herkömmlichen OEIC-Matrix von Fig. 2 werden alle Stufen der jeweiligen Vorverstärker mit einer Leistung VDD einer elektrischen Quelle über eine Verdrahtung der Quelle der elektrischen Leistung versorgt, die für die jeweiligen Kanäle gemeinsam ist. In den herkömmlichen OEIC-Matrizes mit diesen Strukturen werden große modulierte Ströme durch Eingangssignale in die Pegelumsetzungsstufen und die Sourcefolgerstufen verursacht, wie nachstehend beschrieben wird. Folglich werden in den Quellen der elektrischen Leistung für diese Stufen große Quellenspannungsablenkungen durch die modulierten Ströme verursacht. Solche Quellenspannungsablenkungen beeinflussen die gemeinsamen Quellen der elektrischen Leistung der mit diesen Stufen verbundenen jeweiligen Kanäle. Das heißt, eine Quellenspannungsablenkung, die durch ein Eingangssignal in einen Kanal verursacht wird, beeinflußt die Leistungsquellen der anderen Kanäle und verursacht Spannungsablenkungen in den Ausgangsanschlüssen der anderen Kanäle. Folglich finden unter den Kanälen Kreuzkopplungen statt. Folglich tritt das Problem auf, daß die Kreuzkopplungen die minimalen Empfindlichkeiten der optischen Empfangsschaltungen der jeweiligen Kanäle verschlechtern.
Die Hauptursachen für solche Kreuzkopplungen sind folgendermaßen.
Bezüglich der OEIC-Matrix von Fig. 2, die HEMTs verwendet, wird eine Erläuterung folgendermaßen mit Bezug auf Fig. 4 durchgeführt. Hier wird beispielsweise angenommen, daß ein in den ersten Kanal eingespeistes optisches Signal durch eine Photodiode PD&sub1; in ein elektrisches Signal umgewandelt wird und ein modulierter Strom ΔIm1 durch ein Eingangssignal verursacht wird, wenn das elektrische Signal durch den Vorverstärker, der aus einer Verstärkungsstufe und einer Folgerstufe besteht, verstärkt wird. 90% eines modulierten Stroms ΔIm1 werden in der Sourcefolgerstufe erzeugt. Dieser modulierte Strom ΔIm1 fließt durch die Verdrahtung mit einem Widerstand Rp, so daß dadurch eine Spannungsablenkung ΔVD erzeugt wird. Dieser Verdrahtungswiderstand Rp ist sinngemäß an dem Anschluß VDD der Quelle der elektrischen Leistung zum Liefern einer Leistung der elektrischen Quelle gemeinsam zu den jeweiligen Vorverstärkern gezeigt. Der vorstehend beschriebene modulierte Strom ΔIm1 fließt durch diesen Verdrahtungswiderstand und erzeugt eine Spannungsablenkung ΔVD ( = ΔIm&sub1;xRp). Diese Spannungsablenkung ΔVD bedeutet unter diesen Umständen Quellenspannungsablenkungen der Vorverstärker der anderen Kanäle. Wenn eine Quellenspannung abgelenkt wird, wird im allgemeinen eine Ausgangsspannung des Vorverstärkers abgelenkt. Wenn ein optisches Signal in einen Kanal eingespeist wird, werden folglich die Quellenspannungen der Vorverstärker der anderen Kanäle abgelenkt und die abgelenkten Quellenspannungen lenken die Ausgangsspannung der anderen Kanäle ab, mit der Folge des Auftretens von Kreuzkopplungen.
In der OEIC-Matrix von Fig. 3, die Flächentransistoren verwendet, werden modulierte Ströme infolge von Eingangssignalen erzeugt. 90% eines modulierten Stroms werden in der Pegelumsetzungsstufe oder der Sourcefolgerstufe erzeugt. Die Verstärkungsstufe und die Pegelumsetzungsstufe jedes Vorverstärkers werden mit einer Quellenspannung VDD&sub1; über die Verdrahtung der gemeinsamen Quelle der elektrischen Leistung versorgt. Wenn ein modulierter Strom in der Pegelumsetzungsstufe eines Vorverstärkers auftritt, wird folglich eine Spannungsablenkung ΔVD in der Verdrahtung der gemeinsamen Quelle der elektrischen Leistung erzeugt, wie vorstehend beschrieben. Diese Spannungsablenkung ΔVD lenkt die Quellenspannungen der Vorverstärker der anderen Kanäle durch die Verdrahtung der gemeinsamen Leistungsquelle ab und lenkt die Ausgangsspannungen ab. Das heißt, ein in einen Kanal eingespeistes optisches Signal lenkt die Ausgangsspannungen der anderen Kanäle ab und Kreuzkopplungen finden statt.
Der Grund dafür, daß Ausgangsspannungen abgelenkt werden, wenn die Quellenspannungen der Vorverstärker abgelenkt werden, ist folgender. Das heißt, wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt jeder Vorverstärker eine Verstärkungsstufe, eine Pegelumsetzungsstufe und eine Sourcefolgerstufe. Die Ausgangsspannungen der Pegelumsetzungsstufe und der Sourcefolgerstufe werden nicht wesentlich abgelenkt. Aber eine Ausgangsspannung der Verstärkungsstufe wird in einem Bereich von 50% bis 100% abgelenkt und ist gegen die Spannungsablenkungen empfindlich. Wenn eine Spannungsablenkung infolge einer Quellenspannungsablenkung in einem Ausgangssignal des Verstärkers eines Kanals stattfindet, beeinflußt folglich diese Spannungsablenkung direkt die Sourcefolgerstufen und die Pegelumsetzungsstufen. Das heißt, wenn eine Quellenspannung eines Vorverstärkers abgelenkt wird, werden die Ausgangsspannungen nachteilig abgelenkt.
Aufgrund von Kreuzkopplungen infolge dieser Ursache, wie vorstehend beschrieben, wird eine minimale Empfängerempfindlichkeit der optischen Empfangsschaltung jedes Kanals verschlechtert.
Der vorstehend beschriebene modulierte Strom ΔIm1 wird durch einen auf demselben Halbleiterchip monolithisch integrierten Kondensator zur Erdung umgeleitet. Aber der auf dem Halbleiterchip integrierte Überbrückungskondensator kann nur eine begrenzte Kapazität aufweisen, und es ist unmöglich, dem Kondensator eine ausreichend große Kapazität zu verleihen. Folglich kann nicht der ganze erzeugte modulierte Strom umgeleitet werden, und nur ein Teil des Stroms kann umgeleitet werden. Folglich ist ein restlicher modulierter Strom, der nicht beseitigt werden konnte, eine Ursache für das Auftreten der vorstehend beschriebenen Kreuzkopplungen. Andererseits macht es eine Größe des Halbleiterchips unpraktischerweise extrem groß, eine Kapazität des Kondensators zu erhöhen, um den gesamten modulierten Strom zu beseitigen.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines optoelektronischen integrierten Schaltungsbauelements, das solche Kreuzkopplungen unter Kanälen vermindern kann oder solche Kreuzkopplungen unter Kanälen beseitigen kann.
Diese Erfindung ist gemäß einem ersten Aspekt eine optoelektronische integrierte Schaltung mit einer Vielzahl von Kanälen, die jeweils eine optische Empfangsvorrichtung zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektrisches Signal, und einen Verstärker zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung umfassen, wobei die Kanäle auf demselben Halbleitersubstrat integriert sind, wobei der Vorverstärker zumindest eine Verstärkungsstufe zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung und eine Emitterfolgerstufe zum Senken einer Ausgangsimpedanz der Kanäle umfaßt, und wobei eine erste Verdrahtung einer Quelle einer elektrischen Leistung zum Liefern einer Leistung der elektrischen Quelle zu den jeweiligen Verstärkungsstufen von einer zweiten Verdrahtung der Quelle der elektrischen Leistung zum Liefern einer Leistung der elektrischen Quelle zu anderen Stufen, einschließlich des Emitterfolgers, elektrisch getrennt ist.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird die Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Verstärkungsstufen der jeweiligen Vorverstärker, die gegen die Spannungsablenkung empfindlich sind, von der Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die anderen Stufen der jeweiligen Vorverstärker als die Verstärkungsstufen, wie z. B. die Emitterfolger, unabhängig gemacht. Wenn infolge eines in einen Kanal eingespeisten optischen Signals in der Emitterfolgerstufe oder anderen davon ein modulierter Strom erzeugt wird und in der Quelle der elektrischen Leistung für die Emitterfolger und so weiter eine Spannungsablenkung stattfindet, werden folglich die Leistungsquellenspannungen der Verstärkungsstufen der anderen Kanäle, die gegen die Spannungsablenkung empfindlich sind, nicht abgelenkt. Folglich werden die Ausgangsspannungen der anderen Kanäle nicht abgelenkt, selbst wenn ein optisches Signal in einen Kanal eingespeist wird, und keine Kreuzkopplungen treten auf.
Diese Erfindung ist gemäß einem zweiten Aspekt eine optoelektronische integrierte Schaltung mit einer Vielzahl von Kanälen, die jeweils eine optische Empfangsvorrichtung zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektrisches Signal, und einen Vorverstärker zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung umfassen, wobei die Kanäle auf demselben Halbleitersubstrat integriert sind, wobei der Verstärker zumindest eine Verstärkungsstufe zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung des Vorverstärkers und eine Sourcefolgerstufe zum Senken einer Ausgangsimpedanz der Kanäle umfaßt, und wobei eine erste Verdrahtung einer Quelle einer elektrischen Leistung zum Liefern einer Leistung der elektrischen Quelle zu den jeweiligen Verstärkungsstufen von einer zweiten Verdrahtung der Quelle der elektrischen Leistung zum Liefern einer Leistung der elektrischen Quelle zu anderen Stufen, einschließlich der Sourcefolgerstufe, elektrisch getrennt ist.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird die Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Verstärkungsstufen der jeweiligen Verstärker, die gegen die Spannungsablenkung empfindlich sind, von der Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die anderen Stufen der jeweiligen Verstärker als die Verstärkungsstufen, wie z. B. die Sourcefolger, unabhängig gemacht. Folglich werden die Leistungsquellenspannungen der Verstärkungsstufen der anderen Kanäle, die gegen die Spannungsablenkung empfindlich sind, aufgrund desselben Prinzips wie bei der vorstehend beschriebenen zweiten Struktur nicht abgelenkt.
Diese Erfindung ist gemäß einem dritten Aspekt eine optoelektronische integrierte Schaltung mit einer Vielzahl von Kanälen, die jeweils eine optische Empfangsvorrichtung zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektrisches Signal, und einen Verstärker zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung umfassen, wobei die Kanäle auf demselben Halbleitersubstrat integriert sind, wobei die jeweiligen Verstärker über Anschlüsse der Quelle der elektrischen Leistung, die unabhängig voneinander für die jeweiligen Kanäle vorgesehen sind, mit einer Leistung der elektrischen Quelle versorgt werden.
Gemäß diesem Aspekt der Erfindung besitzen die jeweiligen Kanäle ihre eigenen Anschlüsse der Quelle der elektrischen Leistung, die voneinander getrennt sind, zum Betreiben der Verstärker. Jeder Verstärker wird unabhängig mit einer Leistung der elektrischen Quelle versorgt. Folglich passiert es nicht, daß eine Ablenkung der Leistung der elektrischen Quelle in einem Kanal Ablenkungen der Leistung der Quelle in den anderen Kanälen verursacht, was folglich Kreuzkopplungen verursacht.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen, die lediglich zur Erläuterung gegeben werden und somit nicht als Begrenzung der vorliegenden Erfindung zu betrachten sind, genauer verständlich.
Der weitere Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, daß die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele, obwohl sie bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, nur zur Erläuterung gegeben werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein allgemeiner Schaltplan der herkömmlichen Matrix der optoelektronischen integrierten Schaltung;
Fig. 2 ist ein schematischer Schaltplan einer ersten herkömmlichen OEIC-Matrix;
Fig. 3 ist ein schematischer Schaltplan einer zweiten herkömmlichen OEIC-Matrix;
Fig. 4 ist ein Schaltplan, der ein Prinzip des Auftretens von Kreuzkopplungen in der zweiten herkömmlichen OEIC- Matrix erläutert;
Fig. 9 ist ein Schaltplan der OEIC-Matrix gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 10 ist ein Schaltplan der OEIC-Matrix gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 11 ist ein Schaltplan der OEIC-Matrix gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung; und
Fig. 12 ist ein Schaltplan einer Modifikation des Ausführungsbeispiels von Fig. 11.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden mit Bezug auf die dieser beigefügten Zeichnungen erläutert.
Fig. 9 ist ein Schaltplan der OEIC-Matrix gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Die OEIC-Matrix gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist hinsichtlich einer Anzahl von Kanälen nicht speziell begrenzt, sondern weist in Abhängigkeit von den Anwendungen gewöhnlich 4-12 Kanäle auf. In Fig. 9 sind der erste Kanal und ein letzter n-ter Kanal (n = 4-12) gezeigt, und der zweite bis (n-1)-te Kanal sind nicht dargestellt. Diese Kanäle sind auf ein und demselben Halbleiterchip monolithisch integriert. Bei der optischen Datenübertragung im Wellenlängenband von 0,8 um besteht dieses Halbleitersubstrat aus GaAs. Dieses Substrat besteht aus InP für die optische Datenübertragung im Wellenlängenband von 1,3 um und 1,55 um. Die jeweiligen Kanäle weisen dieselbe Struktur und denselben Schaltungsbetrieb auf wie der erste Kanal, dessen Struktur nachstehend erläutert wird.
Der erste Kanal umfaßt eine Photodiode PD&sub1;, Widerstände R&sub1;&sub1; -R&sub1;&sub4; und Bipolartransistoren Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub3;. Die Photodiode PD&sub1; ist eine MSM- (Metall-Halbleiter-Metall) oder eine PIN- Photodiode. Die Bipolartransistoren Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub3; sind Bipolartransistoren mit Heteroübergang (HBTs) mit einem InP/GaInAs-Heteroübergang oder einem AlGaAs/GaAs- Heteroübergang. Die Kombination einer PIN-Photodiode und von HBTs mit InP/GaInAs, die auf einem InP- Halbleitersubstrat ausgebildet sind, ist hinsichtlich der Betriebsleistung am besten.
Die Photodiode PD&sub1; und ein Widerstand R&sub1;&sub1; bilden eine optische Erfassungsstufe. Der Transistor Q&sub1;&sub1; und der Widerstand R&sub1;&sub2; bilden eine Verstärkungsstufe zum Verstärken eines von der optischen Erfassungsstufe erfaßten Eingangssignals. Der Transistor Q&sub1;&sub2; und der Widerstand R&sub1;&sub3; bilden eine Pegelumsetzungsstufe, und der Transistor Q&sub1;&sub3; und der Transistor R&sub1;&sub4; bilden eine Emitterfolgerstufe. In einer solchen Struktur wird ein von der Photodiode PD&sub1; erfaßtes optisches Signal in einen Photostrom umgewandelt und dieser Photostrom wird durch den Widerstand R&sub1;&sub1; in ein Spannungssignal umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird zur Basis des Transistors Q&sub1;&sub1; geliefert, dessen Last der Widerstand R&sub1;&sub2; ist, damit es hier um festgelegte Male verstärkt wird. Das verstärkte Eingangssignal weist einen Gleichstrompegel auf, der durch eine nächste Pegelumsetzungsstufe umgesetzt wird. Ihr Umsetzungsausmaß ist im wesentlichen durch einen Widerstandswert des Widerstandes R&sub1;&sub3; festgelegt. Schließlich wird eine Ausgangsimpedanz des Verstärkers durch den Emitterfolger gesenkt und ein Ausgangslastfaktor eines Empfängerausgangssignals O/P&sub1; wird sichergestellt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Pegelumsetzungsstufen und die Emitterfolgerstufen der jeweiligen Verstärker abgesehen von deren Verstärkungsstufen gemeinsam mit einer Leistung VC1 einer elektrischen Quelle versorgt und die Verstärkungsstufen der jeweiligen Verstärker werden gemeinsam mit einer Leistung VC2 einer elektrischen Quelle versorgt. Das heißt, die Verdrahtung der Quelle der elektrischen Leistung zum Liefern der Leistung VC2 der Quelle zu den Verstärkungsstufen ist von der Verdrahtung der Quelle der elektrischen Leistung zum Liefern der Leistung VC1 der Quelle zu den anderen Stufen als den Verstärkungsstufen elektrisch getrennt. Folglich wird die Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Verstärkungsstufen der jeweiligen Verstärker, die gegen Spannungsablenkungen empfindlich sind, von der Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Pegelumsetzungsstufen und die Emitterfolgerstufen der jeweiligen Verstärker unabhängig gemacht. Folglich lenkt ein in einen Kanal eingespeistes optisches Signal die Ausgangsspannungen der anderen Kanäle nicht ab.
Das heißt, selbst wenn der vorstehend beschriebene modulierte Strom ΔIm in der Pegelumsetzungsstufe oder der Emitterfolgerstufe eines Verstärkers erzeugt wird, beeinflußt eine durch diesen modulierten Strom verursachte Spannungsablenkung ΔVD die Verstärkungsstufen der anderen Verstärker nicht. Folglich ist die Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Verstärkungsstufen der jeweiligen Verstärker stabil und die Rauschsignalkomponenten werden an den jeweiligen Verstärkungsstufen nicht unabsichtlich verstärkt. Eine korrekte optische Datenübertragung kann durchgeführt werden.
Fig. 10 ist ein Schaltplan der OEIC-Matrix gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel von Fig. 9 verwendet die OEIC-Matrix gemäß diesem Ausführungsbeispiel FET-Transistoren.
Der erste Kanal umfaßt eine Photodiode PD&sub1;, Widerstände R&sub1;&sub1; -R&sub1;&sub2;, Feldeffekttransistoren 5FETs Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub5; und Pegelumsetzungsdioden D&sub1;&sub1;-D&sub1;&sub3;. Die Photodiode PD&sub1; ist eine MSM- oder eine PIN-Photodiode. Die FETs Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub5; sind Sperrschicht-FETs, HEMTs, MOSFETs, MESFETs oder andere. Die Kombination einer PIN-Photodiode und von HEMTs, die auf einem InP-Halbleitersubstrat ausgebildet sind, ist hinsichtlich der Betriebsleistung am besten.
Die Photodiode PD&sub1; und ein Widerstand R&sub1;&sub1; bilden eine optische Erfassungsstufe. Der FET Q&sub1;&sub1; und der Widerstand R&sub1;&sub2; bilden eine Verstärkungsstufe zum Verstärken eines von der optischen Erfassungsstufe erfaßten Eingangssignals. Die FETs Q&sub1;&sub2;, Q&sub1;&sub3; und die Dioden D&sub1;&sub1;-D&sub1;&sub3; bilden eine Pegelumsetzungsstufe, und die FETs Q&sub1;&sub4;, Q&sub1;&sub5; bilden eine Sourcefolgerstufe.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Pegelumsetzungsstufen und die Sourcefolgerstufen der jeweiligen Verstärker abgesehen von deren Verstärkungsstufen gemeinsam mit einer Leistung VD1 einer elektrischen Quelle versorgt und die Verstärkungsstufen der jeweiligen Verstärker werden gemeinsam mit einer Leistung VD2 einer elektrischen Quelle versorgt. Folglich wird die Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Verstärkungsstufen der jeweiligen Verstärker, die gegen Spannungsablenkungen empfindlich sind, von der Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Pegelumsetzungsstufen und die Sourcefolgerstufen der jeweiligen Verstärker unabhängig gemacht.
Selbst wenn der vorstehend beschriebene modulierte Strom ΔIm in der Pegelumsetzungsstufe oder der Sourcefolgerstufe eines Verstärkers erzeugt wird, beeinflußt folglich eine durch diesen modulierten Strom verursachte Spannungsablenkung ΔVD die Verstärkungsstufen der anderen Verstärker nicht.
Die Schaltungen gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel können die Kreuzkopplung von etwa -30 dB der herkömmlichen Strukturen auf unterhalb -40 dB unterdrücken. Bei der parallelen faseroptischen Datenübertragung kann die Verschlechterung einer minimalen Empfängerempfindlichkeit aufgrund von Kreuzkopplungen vermindert werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel die Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die Verstärkungsstufen der jeweiligen Verstärker, die gegen Spannungsablenkungen empfindlich sind, von der Leistungsversorgung der elektrischen Quelle für die anderen Stufen der jeweiligen Verstärker als die Verstärkungsstufen unabhängig gemacht. Folglich verursacht ein in einen Kanal eingespeistes optisches Signal keine Ablenkung der Ausgangsspannungen der anderen Kanäle, und keine Kreuzkopplung tritt auf. Somit kann die erfindungsgemäße OEIC-Matrix wirksam die Verschlechterung einer minimalen Empfängerempfindlichkeit aufgrund des Auftretens von Kreuzkopplungen verhindern.
Fig. 11 ist ein Schaltplan der OEIC-Matrix gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
In Fig. 11 sind der erste Kanal und ein letzter n-ter Kanal (n = 4-12) gezeigt, und der zweite bis (n-1)-te Kanal sind nicht dargestellt. Diese Kanäle sind auf ein und demselben Halbleiterchip monolithisch integriert. Bei der optischen Datenübertragung im Wellenlängenband von 0,8 um besteht dieses Halbleitersubstrat aus GaAs. Dieses Substrat besteht aus InP für die optische Datenübertragung im Wellenlängenband von 1,3 um und 1,55 um.
Der erste Kanal umfaßt eine Photodiode PD&sub1;, Widerstände R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, Transistoren Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub5; und Pegelumsetzungsdioden D&sub1;&sub1;- D&sub1;&sub3;. Die Photodiode PD&sub1; ist eine MSM- oder eine PIN- Photodiode. Die Transistoren Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub5; sind Sperrschicht- Feldeffekttransistoren (FETs), HEMTs, MISFETs, MESFETs oder andere. Es ist die beste Kombination hinsichtlich der Betriebsleistung, eine PIN-Photodiode und HEMTs auf einem InP-Halbleitersubstrat auszubilden.
Die Photodiode PD&sub1; und ein Widerstand R&sub1;&sub1; bilden eine optische Erfassungsstufe. Der Transistor Q&sub1;&sub1; und der Widerstand R&sub1;&sub2; bilden eine Verstärkungsstufe zum Verstärken eines von der optischen Erfassungsstufe erfaßten Eingangssignals. Die Transistoren Q&sub1;&sub2;, Q&sub1;&sub3; und die Dioden D&sub1;&sub1;-D&sub1;&sub3; bilden eine Pegelumsetzungsstufe, und die Transistoren Q&sub1;&sub4;, Q&sub1;&sub5; bilden eine Sourcefolgerstufe.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Kanal, der eine Verstärkungsstufe, eine Pegelumsetzungsstufe und eine Sourcefolgerstufe umfaßt, mit Anschlüssen der elektrischen Quelle versehen. Das heißt, der erste Kanal ist mit Anschlüssen VD1, VS1 der Quelle der elektrischen Leistung versehen und der n-te Kanal ist mit Anschlüssen VDn, VSn der Quelle der elektrischen Leistung versehen. Im Fall, daß die OEIC-Matrix gemäß diesem Ausführungsbeispiel, in der die jeweiligen Verstärker auf demselben Chip nicht miteinander verbunden sind, auf einem Hybridsubstrat montiert ist, können folglich Überbrückungskondensatoren mit einer ausreichend großen Kapazität mit den jeweiligen Verstärkern verbunden werden. Das heißt, die Verdrahtungen der Leistungsquelle werden aus den Anschlüssen VDn, VSn der Leistungsquelle herausgeführt, um auf dem Hybridsubstrat jeden Verstärker mit dem zugehörigen Überbrückungskondensator mit großer Kapazität zu verbinden. Die Verdrahtungen der Quelle jedes Kanals werden mit einer gemeinsamen Quelle der elektrischen Leistung über den zugehörigen Kondensator verbunden. Bei dieser Verdrahtungsanordnung wird jeder Verstärker mit einer Leistung der elektrischen Quelle über den zugehörigen Überbrückungskondensator mit großer Kapazität versorgt.
In einem Fall, daß der vorstehend beschriebene modulierte Strom ΔIm in einem Kanal erzeugt wird, wird folglich dieser modulierte Strom durch den zum Verstärker gehörenden Kondensator mit großer Kapazität umgeleitet. Folglich beeinflußt das in einem Kanal erzeugte Rauschen nicht die anderen Kanäle und im wesentlichen treten unter den Kanälen keine Kreuzkopplungen auf. Dieses Ausführungsbeispiel kann die Kreuzkopplung von üblicherweise etwa -30 dB auf unter -40 dB unterdrücken. Bei der parallelen faseroptischen Datenübertragung kann die Verschlechterung der minimalen Empfängerempfindlichkeit verringert werden.
In einem Fall, daß es nicht ein Hybridsubstrat ist, auf dem die erfindungsgemäße OEIC-Matrix montiert ist, ist es möglich, eine Leistung der elektrischen Quelle separat zu den jeweiligen Verstärkern zu liefern. Folglich passiert es in der erfindungsgemäßen OEIC-Matrix nicht, daß sich wie in den herkömmlichen OEICs ein modulierter Strom, der im Verstärker eines Kanals erzeugt wird, über die Verdrahtung der Leistungsquelle, die den jeweiligen Kanälen gemeinsam ist, zu den anderen Kanälen ausbreitet. Die Lieferung einer Quellenleistung zu den jeweiligen Verstärkern einfach über ihre zugehörigen Leistungsquellenanschlüsse VDn, VSn kann Kreuzkopplungen unter den Kanälen ausreichend verringern. In diesem Fall kann ebenso derselbe vorteilhafte Effekt wie im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt werden, aber ein erzeugter modulierter Strom kann nicht ausreichend umgeleitet werden.
Fig. 12 zeigt dieselbe Schaltung wie jene von Fig. 11, außer daß die FET-Transistoren der letzteren gegen Bipolartransistoren mit Heteroübergang ausgetauscht sind. Eine Photodiode PD&sub1; und ein Widerstand R&sub1;&sub1; bilden eine optische Erfassungsstufe; ein Transistor Q&sub1;&sub1; und ein Widerstand R&sub1;&sub2; bilden eine Verstärkungsstufe; ein Transistor Q&sub1;&sub2; und ein Widerstand R&sub1;&sub3; bilden eine Pegelumsetzungsstufe; und ein Transistor Q&sub1;&sub4; und ein Widerstand R&sub1;&sub4; bilden eine Emitterfolgerstufe.
Wie vorstehend beschrieben, sind gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel Anschlüsse der Quelle der elektrischen Leistung zum Betreiben jedes Verstärkers an seinem zugehörigen Kanal vorgesehen. Folglich kann eine Leistung der elektrischen Quelle separat zu den jeweiligen Verstärkern geliefert werden. Somit kann eine OEIC-Matrix, die beim wirksamen Minimieren der Verschlechterung der Empfängerempfindlichkeit, die durch Kreuzkopplungen unter den jeweiligen Kanälen verursacht wird, erfolgreich war, bereitgestellt werden.
Aus der so beschriebenen Erfindung ist offensichtlich, daß die Erfindung in vielen Arten verändert werden kann.

Claims

1. Optoelektronische integrierte Schaltung, umfassend:

eine Vielzahl von Kanälen, die jeweils eine optische Empfangsvorrichtung (PD&sub1;; ... PDn) zum Umwandeln eines empfangenen optischen Signals in ein elektrisches Signal, und einen Verstärker (Q&sub1;&sub1;-Q&sub1;&sub5;, R&sub1;&sub2;, D&sub1;&sub1;-D13, Qn1-Qn5, Rn2, Dn1-Dn3; oder Q&sub1;, Q&sub1;&sub2;-Q&sub1;&sub4;, R&sub1;&sub2;-R&sub1;&sub4;, Qn&sub1;, Qn&sub2;, Qn&sub4;, Rn&sub2;-Rn&sub4;) zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung umfassen;

wobei die Kanäle auf demselben Halbleitersubstrat integriert sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Verstärker mit einer Leistung einer elektrischen Quelle über Anschlüsse (VD1, VS1; ... VDn, VSn; oder VC1, VΘ1.... VCn, VΘn) der Quelle der elektrischen Leistung versorgt werden, die unabhängig voneinander für die jeweiligen Kanäle vorgesehen sind.

2. Optoelektronische integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei jeder der Verstärker eine Verstärkungsstufe (Q&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;; Qn&sub1;, Rn&sub2;) zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung (PD&sub1;; ... PDn), eine Pegelumsetzungsstufe (Q&sub1;&sub2;, Q&sub1;&sub3;, D&sub1;&sub1;-D&sub1;&sub3;; ... Qn&sub2;, Qn&sub3;. Dn&sub1;- Dn&sub3;) zum Umsetzen eines Gleichstrompegels eines Ausgangssignals der Verstärkungsstufe und eine Sourcefolgerstufe (Q&sub1;&sub4;, Q&sub1;&sub5;; ... Qn&sub4;, Qn&sub5;) zum Senken einer Ausgangsimpedanz des Verstärkers umfaßt.

3. Optoelektronische integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei jeder der Verstärker eine Verstärkungsstufe (Q&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;; ... Qn&sub1;, Rn&sub2;) zum Verstärken eines Ausgangssignals der optischen Empfangsvorrichtung, eine Pegelumsetzungsstufe (Q&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub3;; ... Qn&sub2;, Rn&sub5;) zum Umsetzen eines Gleichstrompegels eines Ausgangssignals der Verstärkungsstufe und eine Emitterfolgerstufe (Q&sub1;&sub4;, R&sub1;&sub4;; ... Qn&sub4;, Rn&sub4;) zum Senken einer Ausgangsimpedanz des Verstärkers umfaßt.

4. Optoelektronische integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die jeweiligen Anschlüsse (VD1, VS1; ... VDn, Vsn; oder VC1, VΘ1; .. VCm VΘn) der Quelle der elektrischen Leistung auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind und die jeweiligen Anschlüsse der Quelle der elektrischen Leistung durch eine Verdrahtung mit Anschlüssen von Quellen der elektrischen Leistung verbunden sind, welche unabhängig voneinander für die jeweiligen Kanäle vorgesehen sind.

5. Optoelektronische integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat ein InP-Substrat ist;

die optische Empfangsvorrichtung eine PIN-Photodiode ist; und

der Verstärker Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit umfaßt.