JP2000261385A - Optical signal receiving circuit - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送路等から入
力される光信号を増幅して出力する光信号受信回路に関
する。光信号を用いた伝送システムは、光加入者系シス
テム或いは光ＬＡＮ（Local Area Network）等、多くの
通信分野での利用が拡大している。The present invention relates to an optical signal receiving circuit for amplifying and outputting an optical signal input from an optical transmission line or the like. A transmission system using an optical signal has been increasingly used in many communication fields such as an optical subscriber system or an optical LAN (Local Area Network).
【０００２】光伝送システムを構成する各種の装置に
は、装置の小型化、低価格化、低消費電力化、伝送距離
の長距離化、動作の安定化など、システム導入化のため
の益々大きな要求が寄せられている。2. Description of the Related Art Various types of devices constituting an optical transmission system are becoming increasingly large for system introduction, such as miniaturization, low cost, low power consumption, long transmission distance, and stable operation. A request has been received.
【０００３】本発明は、光伝送システム等に使用される
光受信装置における光信号受信回路に関し、特に、光信
号に対する受光感度が高く、雑音による影響が少なく、
長距離伝送に適した小型、低価格の光信号受信回路に関
する。[0003] The present invention relates to an optical signal receiving circuit in an optical receiving apparatus used in an optical transmission system or the like.
The present invention relates to a small, low-cost optical signal receiving circuit suitable for long-distance transmission.
【０００４】[0004]
【従来の技術】図７は従来の光信号受信回路の説明図で
ある。同図において、７−１は受光素子、７−２はプリ
アンプである。受光素子７−１はＰＩＮフォトダイオー
ド又はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が使用
される。2. Description of the Related Art FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional optical signal receiving circuit. In the figure, 7-1 is a light receiving element, and 7-2 is a preamplifier. As the light receiving element 7-1, a PIN photodiode or an avalanche photodiode (APD) is used.
【０００５】フォトダイオードは、フォトトランジスタ
等に比べて感度が低いという欠点があるが、入射光量と
出力電流との直線性がよく、応答速度が速く、出力のば
らつきが少なく、周囲温度の変化による出力変動が少な
い等の利点を有し、特に応答速度の速さから光通信用に
好適に使用される。[0005] A photodiode has a drawback that its sensitivity is lower than that of a phototransistor or the like. It has advantages such as small output fluctuation, and is particularly suitable for optical communication because of its high response speed.
【０００６】一般に、フォトダイオードを用いた受光素
子７−１のカソード（ｎ型半導体）側の端子には正電圧
の電源線（ＤＣ）を、アノード（ｐ型半導体）側の端子
には接地線を接続して逆バイアス電圧を印加する。Generally, a positive voltage power supply line (DC) is connected to a cathode (n-type semiconductor) side terminal of a light receiving element 7-1 using a photodiode, and a ground line is connected to an anode (p-type semiconductor) side terminal. To apply a reverse bias voltage.
【０００７】そして、受光素子７−１に光信号が照射さ
れると、受光素子７−１に光電流Ｉ L が、カソード（ｎ
型半導体）側からアノード（ｐ型半導体）側に流れる。
光信号から変換された光電流ＩL は微少電流であり、こ
れをプリアンプ７−２により所定のレベルに増幅し、光
受信装置内部へ出力する。Then, an optical signal is applied to the light receiving element 7-1.
Then, the photocurrent I is supplied to the light receiving element 7-1. LIs the cathode (n
From the side (type semiconductor) to the side of the anode (p-type semiconductor).
Photocurrent I converted from optical signalLIs a very small current.
This is amplified to a predetermined level by a preamplifier 7-2,
Output to the receiving device.
【０００８】図の（ａ）は、受光素子７−１のアノード
側端子に抵抗Ｒを接続し、受光素子７−１のアノード側
端子と抵抗Ｒとの接続点αの電圧信号を、コンデンサＣ
を介してプリアンプ７−２に入力し、光電流ＩL の変化
によって生じる接続点αの電圧変動をプリアンプ７−２
により増幅し、その出力端子（ＯＵＴ）から受信信号を
出力する回路を示している。In FIG. 1A, a resistor R is connected to the anode terminal of the light receiving element 7-1, and a voltage signal at a connection point α between the anode terminal of the light receiving element 7-1 and the resistor R is supplied to a capacitor C.
Input to the preamplifier 7-2 via the preamplifier voltage variations at the connection point caused by the change in photocurrent I L alpha 7-2
And outputs a received signal from its output terminal (OUT).
【０００９】図の（ｂ）は受光素子７−１のカソード側
端子に抵抗Ｒを接続し、受光素子７−１のカソード側端
子と抵抗Ｒとの接続点βの電圧信号を、コンデンサＣを
介してプリアンプ７−２に入力し、光電流ＩL の変化に
よって生じる接続点βの電圧変動をプリアンプ７−２に
より増幅し、その出力端子（ＯＵＴ）から受信信号を出
力する回路を示している。FIG. 2B shows a state in which a resistor R is connected to the cathode terminal of the light receiving element 7-1, and a voltage signal at a connection point β between the cathode terminal of the light receiving element 7-1 and the resistor R is supplied to the capacitor C. input to the preamplifier 7-2 through, the voltage variation of the connection point caused by the change in photocurrent I L beta amplified by a preamplifier 7-2 shows a circuit for outputting the received signal from the output terminal (OUT) .
【００１０】このように、従来の光信号受信回路は、受
光素子７−１のアノード側端子又はカソード側端子のい
ずれか一方に抵抗Ｒを接続し、該抵抗Ｒに接続した受光
素子７−１のアノード側又はカソード側のいずれか片側
の接続点の信号電圧をプリアンプ７−２に入力し、光電
流ＩL の変化により生じる該接続点の電圧変化を増幅し
て出力している。As described above, in the conventional optical signal receiving circuit, the resistor R is connected to one of the anode terminal and the cathode terminal of the light receiving element 7-1, and the light receiving element 7-1 connected to the resistor R is connected. of one side of the signal voltage at the connection point of the anode or cathode side input to the preamplifier 7-2 are amplifies the voltage change of the connection point caused by changes in the photocurrent I L output.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】フォトダイオードによ
り光信号から変換された電気信号は微少なため、光受信
装置内の漏話や誘導電流等の外来雑音の影響を受けやす
く、フォトダイオードが接続された電源給電線等にそれ
らの雑音成分が重畳されると、光信号電流をプリアンプ
７−２で増幅する際に、それらの雑音成分も同じように
増幅されてしまう。Since the electrical signal converted from the optical signal by the photodiode is very small, the electrical signal is susceptible to external noise such as crosstalk and induced current in the optical receiver, and the photodiode is connected. If such noise components are superimposed on a power supply line or the like, when the optical signal current is amplified by the preamplifier 7-2, those noise components are similarly amplified.
【００１２】照射される光信号のレベルが低くなると、
それに応じて変換される電気信号のレベルも低くなり、
ノイズによる影響がさらに大きくなる。受光素子自体に
高感度のものを用いれば、信号対雑音比を高くすること
ができるが、高感度の受光素子は価格が高く、光受信装
置のコストアップにつながるといった問題点がある。When the level of the illuminated optical signal decreases,
The level of the electrical signal converted accordingly will also be lower,
The effect of noise is even greater. If a high-sensitivity photodetector is used, the signal-to-noise ratio can be increased. However, a high-sensitivity photodetector is expensive and increases the cost of the optical receiver.
【００１３】本発明は、入力された光信号を受光素子で
電気信号に変換し、増幅器で所定のレベルへ増幅する場
合に、増幅器の入力換算雑音電流密度を低減し、外来雑
音成分を抑圧し、光受信感度を向上させることを目的と
する。According to the present invention, when an input optical signal is converted into an electric signal by a light receiving element and amplified by an amplifier to a predetermined level, the input-converted noise current density of the amplifier is reduced and the external noise component is suppressed. And to improve the optical receiving sensitivity.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の光信号受信回路
は、（１）入力された光信号を電気信号に変換する受光
素子と、前記受光素子のカソード端子から電気信号を取
り出し、該電気信号を増幅する第１の増幅器と、前記受
光素子のアノード端子から電気信号を取り出し、該電気
信号を増幅する第２の増幅器と、前記第１の増幅器の出
力信号と前記第２の増幅器の出力信号との差分を出力す
る減算回路とを備えたものである。An optical signal receiving circuit according to the present invention comprises: (1) a light receiving element for converting an inputted optical signal into an electric signal; and an electric signal taken out from a cathode terminal of the light receiving element. A first amplifier that amplifies a signal, a second amplifier that extracts an electric signal from an anode terminal of the light receiving element and amplifies the electric signal, an output signal of the first amplifier, and an output of the second amplifier And a subtraction circuit that outputs a difference from the signal.
【００１５】また、（２）前記受光素子として、ＰＩＮ
フォトダイオードを用いたものである。また、（３）前
記受光素子として、アバランシェフォトダイオードを用
いたものである。(2) A PIN as the light receiving element
This uses a photodiode. (3) An avalanche photodiode is used as the light receiving element.
【００１６】また、（４）前記受光素子のカソードとア
ノードとにそれぞれ抵抗を接続し、それらの抵抗と受光
素子とから成る直列回路を、電源給電線間に接続したも
のである。(4) A resistor is connected to each of the cathode and the anode of the light receiving element, and a series circuit including the resistance and the light receiving element is connected between power supply lines.
【００１７】また、（５）前記受光素子のカソードとア
ノードとにそれぞれコイルを接続し、それらのコイルと
受光素子とから成る直列回路を、電源給電線間に接続し
たものである。(5) A coil is connected to each of the cathode and anode of the light receiving element, and a series circuit composed of the coil and the light receiving element is connected between power supply lines.
【００１８】また、（６）前記受光素子のカソードに抵
抗を接続し、アノードにコイルを接続し、該抵抗と受光
素子とコイルとから成る直列回路を、電源給電線間に接
続したものである。(6) A resistor is connected to the cathode of the light receiving element, a coil is connected to the anode, and a series circuit including the resistor, the light receiving element and the coil is connected between power supply lines. .
【００１９】また、（７）前記受光素子のカソードにコ
イルを接続し、アノードに抵抗を接続し、該コイルと受
光素子と抵抗とから成る直列回路を、電源給電線間に接
続したものである。(7) A coil is connected to the cathode of the light receiving element, a resistor is connected to the anode, and a series circuit including the coil, the light receiving element and the resistor is connected between power supply lines. .
【００２０】また、（８）前記受光素子のアノード又は
カソードのいずれか一方の端子のみに抵抗又はコイルを
接続し、該抵抗又はコイルと受光素子とから成る直列回
路を、電源給電線間に接続したものである。(8) A resistor or coil is connected to only one of the anode and cathode terminals of the light receiving element, and a series circuit including the resistor or coil and the light receiving element is connected between power supply lines. It was done.
【００２１】また、（９）前記第１の増幅器と前記第２
の増幅器と前記減算回路とを、トランスインピーダンス
型の差動増幅器により構成したものである。(9) The first amplifier and the second amplifier
And the subtraction circuit are constituted by transimpedance type differential amplifiers.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】図１は本発明の光受信回路の基本
構成の説明図である。同図において、１−１は受光素
子、１−２1 は第１のプリアンプ、１−２2 は第２のプ
リアンプ、１−３は減算回路である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of an optical receiving circuit according to the present invention. In the figure, the light receiving elements 1-1, 1-2 1 first preamplifier, 1-2 2 second preamplifier, 1-3 a subtraction circuit.
【００２３】受光素子１−１は、ＰＩＮフォトダイオー
ド又はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であ
る。受光素子１−１のカソード側端子に抵抗Ｒ１、アノ
ード側端子に抵抗Ｒ２を接続し、抵抗Ｒ１と受光素子１
−１と抵抗Ｒ２とから成る直列回路を、正電圧電源給電
線（ＤＣ）と接地線との間に接続する。The light receiving element 1-1 is a PIN photodiode or an avalanche photodiode (APD). The resistor R1 is connected to the cathode terminal of the light receiving element 1-1, and the resistor R2 is connected to the anode terminal of the light receiving element 1-1.
A series circuit consisting of -1 and a resistor R2 is connected between a positive voltage power supply line (DC) and a ground line.
【００２４】受光素子１−１のカソード端子と抵抗Ｒ１
との接続点αと、受光素子１−１のアノード端子と抵抗
Ｒ２との接続点βとを、それぞれコンデンサＣを介し
て、第１のプリアンプ１−２1 と第２のプリアンプ１−
２2 とに入力する。The cathode terminal of the light receiving element 1-1 and the resistor R1
A connection point α of, the β connection point between the anode terminal and the resistor R2 of the light receiving elements 1-1, respectively, via a capacitor C, a first preamplifier 1-2 1 and the second preamplifier 1-
Enter 2 and 2.
【００２５】そして、第１のプリアンプ１−２1 の出力
信号を減算回路１−３の非反転入力端子（＋）に入力
し、第２のプリアンプ１−２2 の出力信号を減算回路１
−３の反転入力端子（−）に入力する。[0025] Then, the first output signal of the preamplifier 1-2 1 input to the non-inverting input terminal of the subtracting circuit 1-3 (+), subtraction circuit 1 and the second output signal of the preamplifier 1-2 2
-3 input terminal (-).
【００２６】すなわち、受光素子１−１のカソードとア
ノードの両端子から電気信号を取り出し、各信号を別々
のプリアンプ１−２1 ，１−２2 に入力し、その出力信
号を減算回路１−３により減算してその差分信号から受
信信号を得る。[0026] That is, taking out an electric signal from the terminals of the cathode and anode of the light receiving elements 1-1, each signal separate preamplifier 1-2 1, type 1 to 2 2, it subtracts the output signal circuit 1- 3 to obtain a received signal from the difference signal.
【００２７】受光素子１−１により光信号から変換され
た電気信号は微小であるため、雑音成分の影響を受けや
すいが、受光素子１−１の両端から電気信号を取り出
し、減算回路１−３を用い、受光素子１−１の両端の電
圧の差動信号を取り出すことにより、雑音成分を抑圧す
ることができる。Since the electric signal converted from the optical signal by the light receiving element 1-1 is minute, it is easily affected by noise components. However, the electric signal is taken out from both ends of the light receiving element 1-1 and subtracted by the subtracting circuit 1-3. By extracting the differential signal of the voltage between both ends of the light receiving element 1-1 using the above, the noise component can be suppressed.
【００２８】また、このような構成により、光信号受信
回路の受光感度を決定する主な要因の一つであるプリア
ンプ１−２1 ，１−２2 の入力換算雑音電流密度を小さ
くすることができるため、受光感度を改善することがで
きる。With such a configuration, it is possible to reduce the input-converted noise current density of the preamplifiers 1-2 1 and 1-2 2 which is one of the main factors that determine the light receiving sensitivity of the optical signal receiving circuit. Therefore, the light receiving sensitivity can be improved.
【００２９】図２は本発明の光信号受信回路におけるプ
リアンプ及び減算回路を示す図である。図の（ａ）はト
ランスインピーダンス型のプリアンプの回路を示し、図
の（ｂ）は減算回路を示している。FIG. 2 is a diagram showing a preamplifier and a subtraction circuit in the optical signal receiving circuit of the present invention. (A) of the figure shows a circuit of a transimpedance type preamplifier, and (b) of the figure shows a subtraction circuit.
【００３０】図２の（ａ）に示すトランジスタＴｒ及び
抵抗Ｒより成るトランスインピーダンス型のプリアンプ
は、端子ＩＮに入力される入力信号に対して高入力イン
ピーダンスを呈し、端子ＯＵＴから出力される出力信号
に対して低出力インピーダンスを呈する。即ち、インピ
ーダンスを変換する機能を有する。The trans-impedance type preamplifier including the transistor Tr and the resistor R shown in FIG. 2A has a high input impedance with respect to the input signal input to the terminal IN and the output signal output from the terminal OUT. Exhibits a low output impedance with respect to. That is, it has a function of converting impedance.
【００３１】プリアンプの入力端子ＩＮには、前述の受
光素子１−１のアノード側端子又はカソード側端子の接
続点α又はβが接続され、出力端子ＯＵＴは、前述の減
算回路１−３の非反転入力端子（＋）又は反転入力端子
（−）に接続される。The input terminal IN of the preamplifier is connected to the connection point α or β between the anode side terminal or the cathode side terminal of the light receiving element 1-1, and the output terminal OUT is connected to the non-connection terminal of the subtraction circuit 1-3. Connected to inverting input terminal (+) or inverting input terminal (-).
【００３２】図２の（ｂ）に示す減算回路は、端子ＩＮ
１又は端子ＩＮ２が前述の非反転入力端子（＋）又は反
転入力端子（−）に相当し、端子ＩＮ１入力される信号
と端子ＩＮ２に入力される信号との差分を、端子ＯＵＴ
１又はＯＵＴ２に出力する。端子ＩＮ１又は端子ＩＮ２
には、それぞれ前述のプリアンプ１−２1 又は１−２ 2
の出力信号が入力される。The subtraction circuit shown in FIG. 2B has a terminal IN
1 or terminal IN2 is the non-inverting input terminal (+)
Signal input to terminal IN1
The difference between the signal input to the terminal IN2 and the signal
1 or OUT2. Terminal IN1 or terminal IN2
Includes the above-described preamplifiers 1-2.1Or 1-2 Two
Is output.
【００３３】図３、図４及び図５は本発明の光信号受信
回路の他の構成の説明図である。図３の（ａ）は前述の
図１に示した光信号受信回路における抵抗Ｒｌ，Ｒ２に
代えて、直流的にインピーダンスが小さく、交流的にイ
ンピーダンスが大きいコイルＬ１，Ｌ２を用いて構成し
たものである。FIG. 3, FIG. 4, and FIG. 5 are explanatory diagrams of another configuration of the optical signal receiving circuit of the present invention. FIG. 3A shows a configuration in which coils L1 and L2 having low DC impedance and high impedance AC are used in place of the resistors R1 and R2 in the optical signal receiving circuit shown in FIG. It is.
【００３４】図３の（ａ）に示すように、受光素子１−
１のカソ−ドとアノードに、それぞれコイルＬ１とＬ２
とを接続し、その接続点αとβとを、それぞれコンデン
サＣを介してトランスインピーダンス型の第１のプリア
ンプ１−２1 と第２のプリアンプ１−２2 とに接続す
る。そのほかの構成は図１に示したものと同様である。As shown in FIG. 3A, the light receiving element 1-
Coil and anode are connected to coils L1 and L2, respectively.
Connect the door, to connect and the connection point alpha beta, the first transimpedance respectively through the capacitor C of the preamplifier 2 1 and 2 the second preamplifier 1-2. Other configurations are the same as those shown in FIG.
【００３５】図３の（ｂ）に示す光信号受信回路は、図
１に示した光信号受信回路における抵抗Ｒ１をコイルＬ
１に代えたものである。図３の（ｃ）に示す光信号受信
回路は、図１に示した光信号受信回路における抵抗Ｒ２
をコイルＬ２に代えたものである。In the optical signal receiving circuit shown in FIG. 3B, the resistor R1 in the optical signal receiving circuit shown in FIG.
1 is replaced. The optical signal receiving circuit shown in FIG. 3C is the same as the optical signal receiving circuit shown in FIG.
Is replaced with a coil L2.
【００３６】受光素子１−１に抵抗を接続した場合とコ
イルを接続した場合との作用の違いについて説明する
と、抵抗は一般的に小型化されているため、抵抗を用い
た場合は、光信号受信回路全体を小型化することができ
る。The difference in operation between the case where a resistor is connected to the light receiving element 1-1 and the case where a coil is connected will be described. The resistor is generally miniaturized. The whole receiving circuit can be miniaturized.
【００３７】しかし、抵抗を使用すると抵抗の両端で電
圧降下が発生し、電源電圧の低電圧化（例えば、３．３
ｖ）への対応が困難となる。一方、コイルを使用すると
小型化は困難となるが、コイルの両端での直流電圧降下
が発生しないため、電源電圧の低電圧化に対しては有利
となる。However, when a resistor is used, a voltage drop occurs at both ends of the resistor, and the power supply voltage is reduced (for example, 3.3).
It is difficult to respond to v). On the other hand, if a coil is used, it is difficult to reduce the size, but there is no DC voltage drop at both ends of the coil, which is advantageous for lowering the power supply voltage.
【００３８】図４の（ａ）及び（ｂ）に示す光信号受信
回路は、片方のプリアンプに直流成分が入力されるよう
に構成したもので、このような構成の場合でも、図１又
は図３に示した光信号受信回路と同様に作用する。The optical signal receiving circuits shown in FIGS. 4A and 4B are configured so that a DC component is input to one of the preamplifiers. 3 operates similarly to the optical signal receiving circuit shown in FIG.
【００３９】図４の（ａ）には、受光素子１−１のカソ
ード端子と抵抗Ｒ１との接続点αをコンデンサＣを介し
て第１のプリアンプ１−２1 に接続し、受光素子１−１
のアノード端子を接地するとともに、接地線を第２のプ
リアンプ１−２2 に接続した光信号受信回路を示してい
る。[0039] (a) in FIG. 4 connects the α connection point between the cathode terminal and the resistor R1 of the light receiving elements 1-1 to the first preamplifier 1-2 1 through the capacitor C, the light receiving element 1 1
2 shows an optical signal receiving circuit in which the anode terminal is grounded and a ground line is connected to the second preamplifier 1-22.
【００４０】図４の（ｂ）には、受光素子１−１のカソ
ード端子とコイルＬ１との接続点αをコンデンサＣを介
して第１のプリアンプ１−２1 に接続し、受光素子１−
１のアノード端子を接地するとともに、接地線を第２の
プリアンプ１−２2 に接続した光信号受信回路を示して
いる。[0040] (b) in FIG. 4 connects the α connection point between the cathode terminal and the coil L1 of the light receiving elements 1-1 to the first preamplifier 1-2 1 through the capacitor C, the light receiving element 1
1 shows an optical signal receiving circuit in which one anode terminal is grounded and a ground line is connected to a second preamplifier 1-22.
【００４１】図１、図３及び図４に示した光信号受信回
路は、トランスインピーダンス型のプリアンプ１−２1
及び１−２2 により、受光素子１−１の両端の信号電圧
を増幅した後に、減算回路１−３を用いてその差分を出
力するものであるが、図５に示す光受信回路は、受光素
子１−１の両端から取り出した信号電圧をトランスイン
ピーダンス型の差動増幅器１−４に直接入力する構成を
示し、図５に示す光信号受信回路でも前述の光受信回路
と同様に作用する。The optical signal receiving circuit shown in FIGS. 1, 3 and 4 is a transimpedance type preamplifier 1-2 1.
1 and 2 , the signal voltage at both ends of the light receiving element 1-1 is amplified, and the difference is output using the subtraction circuit 1-3. The optical receiving circuit shown in FIG. A configuration is shown in which a signal voltage extracted from both ends of the element 1-1 is directly input to a transimpedance type differential amplifier 1-4, and the optical signal receiving circuit shown in FIG. 5 operates similarly to the above-described optical receiving circuit.
【００４２】このように、受光素子１−１の両端から取
り出した信号電圧を、プリアンプ１−２1 ，１−２2 に
より増幅して減算回路１−３に入力するか、又は、差動
増幅器１−４に入力することにより、増幅器の入力換算
雑音電流密度を等価的に低減することができ、受信感度
を向上させることができるが、その原理について以下に
説明する。[0042] Is this way, the signal voltages taken out from both ends of the light receiving elements 1-1, preamplifier 1-2 1, and inputs to the subtracting circuit 1-3 is amplified by 1-2 2, or, the differential amplifier By inputting the signals to 1-4, the equivalent input noise current density of the amplifier can be equivalently reduced and the receiving sensitivity can be improved. The principle will be described below.
【００４３】図６は本発明の光信号受信回路における受
信感度についての説明図である。前述の光信号受信回路
において、受光素子１−１は電流源と見做すことがで
き、受光素子１−１のアノードとカソードの両端の交流
的なインピーダンスを大きくすることにより、本発明の
光信号受信回路は、図６の（ａ）に示すブロック回路と
して表すことがでる。FIG. 6 is an explanatory diagram of the receiving sensitivity in the optical signal receiving circuit of the present invention. In the above-described optical signal receiving circuit, the light receiving element 1-1 can be regarded as a current source, and by increasing the AC impedance at both ends of the anode and the cathode of the light receiving element 1-1, the light receiving element of the present invention is obtained. The signal receiving circuit can be represented as a block circuit shown in FIG.
【００４４】図６の（ａ）において、６−１は信号電流
Ｉを発生する電流源であり、前述の受光素子１−１に相
当する。６−２1 ，６−２2 は電圧電流利得Ａ（ボルト
／アンペア）の増幅器であり、前述のプリアンプ１−２
1 ，１−２2 に相当する。また、６−３は減算器であ
り、前述の減算回路１−３に相当する。In FIG. 6A, reference numeral 6-1 denotes a current source for generating a signal current I, which corresponds to the light receiving element 1-1 described above. 6-2 1, 6-2 2 is the amplifier of the voltage-current gain A (volts / amps), the above-described preamplifiers 1-2
1, corresponds to a 1-2 2. Reference numeral 6-3 denotes a subtractor, which corresponds to the above-described subtraction circuit 1-3.
【００４５】増幅器６−２1 ，６−２2 には、信号電流
Ｉとともに、Ｉinの入力換算雑音電流密度（アンペア／
√Ｈｚ）が入力され、該Ｉinに対し、増幅器６−２1 ，
６−２2 及び減算器６−３により、Ｖｏの出力雑音電圧
密度（ボルト／√Ｈｚ）が出力されるものとする。The amplifier 6-2 1, 6-2 2, together with the signal current I, input referred noise current density of Iin (amps /
√Hz) is inputted, and the amplifier 6-2 1 ,
6-2 by 2 and the subtractor 6-3, it is assumed that the output noise voltage density Vo (volts / √Hz) is output.
【００４６】図６の（ａ）に示すブロック回路図におい
て、出力雑音電圧密度Ｖｏは以下の（式１）のように表
される。 Ｖｏ＝√｛（Ｉin・Ａ）2 ＋（Ｉin・Ａ）2 ｝ ＝√２・Ｉin・Ａ ＝（Ｉin／√２）・２・Ａ ・・・（式１）In the block circuit diagram shown in FIG. 6A, the output noise voltage density Vo is represented by the following (Equation 1). Vo = {(Iin · A) 2 + (Iin · A) 2 } = {2 · Iin · A = (Iin / √2) · 2 · A (Formula 1)
【００４７】図６の（ａ）に示すブロック回路は、図の
（ｂ）に示すブロック回路として等価的に表すことがで
きる。図の（ｂ）において、６−４は電圧電流利得２Ａ
（ボルト／アンペア）の増幅器である。Ｉｘは等価的な
入力換算雑音電流密度（アンペア／√Ｈｚ）である。The block circuit shown in FIG. 6A can be equivalently represented as the block circuit shown in FIG. In FIG. 6B, 6-4 is a voltage / current gain of 2A.
(Volt / amp) amplifier. Ix is an equivalent input-converted noise current density (ampere / √Hz).
【００４８】図６の（ｂ）に示すブロック回路におい
て、出力雑音電圧密度Ｖｏは以下の（式２）のようにな
る。 Ｖｏ＝Ｉｘ・２Ａ ・・・（式２）In the block circuit shown in FIG. 6B, the output noise voltage density Vo is as shown in the following (Equation 2). Vo = Ix · 2A (Equation 2)
【００４９】上記（式１）及び（式２）より、等価的な
入力換算雑音電流密度Ｉｘは、以下の（式３）のように
なる。 Ｉｘ＝Ｉin／√２ ・・・（式３）From the above (Equation 1) and (Equation 2), the equivalent input-converted noise current density Ix is as shown in the following (Equation 3). Ix = Iin / √2 (Equation 3)
【００５０】上記の（式３）から明らかなように、受光
素子の両端から電気信号を取り出し、それぞれの電気信
号を別々の増幅器で増幅し、その差分を出力する動作に
より、等価的に増幅器の入力換算雑音電流密度を１／√
２に低減することができる。As is apparent from the above (Equation 3), the operation of extracting electric signals from both ends of the light receiving element, amplifying each electric signal by a separate amplifier, and outputting the difference between the electric signals is equivalent to the operation of the amplifier. Input converted noise current density is 1 / √
2 can be reduced.
【００５１】すなわち、図７の従来回路でのＳ／Ｎ比
は、Ｓ／Ｎ＝｛（Ｉ・Ａ）／（Ｉin・Ａ）｝2 ＝（Ｉ／
Ｉin）2 であるのに対し、図６の等価回路で示されるＳ
／Ｎ比は、Ｓ／Ｎ＝〔（Ｉ・２Ａ）／｛（Ｉin／√２）
・２Ａ）｝〕2 ＝２（Ｉ／Ｉin）2 となり、それらを比
較すると、Ｓ／Ｎ比は、２倍（３ｄＢ）改善されること
になる。That is, the S / N ratio in the conventional circuit of FIG. 7 is S / N = {(IA) / (Iin.A)} 2 = (I /
Iin) 2 , whereas S in the equivalent circuit of FIG.
The / N ratio is S / N = [(I · 2A) / ｛(Iin / √2)
2A)｝] 2 = 2 (I / Iin) 2 , and when they are compared, the S / N ratio is improved by a factor of 2 (3 dB).
【００５２】次に、光信号受信回路の受光感度について
説明する。受光感度Ｐinは、次の（式４）により表され
る。 Ｐin＝Ｋｌ＋Ｋ２・Ｉｘ ・・・（式４） ここで、Ｋｌ，Ｋ２は許容誤り率、帯域幅、波長、フォ
トダイオードの量子効率により決まる定数、Ｉｘは増幅
器の入力換算雑音電流密度（ｐＡ／√Ｈｚ）である。な
お、ここでｐＡはピコアンペアである。Next, the light receiving sensitivity of the optical signal receiving circuit will be described. The light receiving sensitivity Pin is represented by the following (Equation 4). Pin = Kl + K2 · Ix (Equation 4) Here, Kl and K2 are constants determined by an allowable error rate, a bandwidth, a wavelength, and a quantum efficiency of a photodiode, and Ix is an input-converted noise current density (pA / √) of an amplifier. Hz). Here, pA is picoampere.
【００５３】通常、Ｋｌは無視することができるため、
上記（式４）は次の（式５）のように近似することがで
きる。 Ｐin≒Ｋ２・Ｉｘ ・・・（式５）Normally, Kl can be ignored,
The above (Equation 4) can be approximated as the following (Equation 5). Pin ≒ K2 · Ix (Equation 5)
【００５４】上記（式５）より、入力換算雑音電流密度
Ｉｘがｌ／√２に低減されると、それに対する受光感度
Ｐinもｌ／√２に低減されることになり、雑音に対する
光信号の受光感度Ｐinはｌ．５ｄＢ改善できることにな
る。According to the above (Equation 5), when the input-converted noise current density Ix is reduced to 1 / √2, the light receiving sensitivity Pin corresponding thereto is also reduced to 1 / √2. The light receiving sensitivity Pin is l. 5 dB can be improved.
【００５５】今、伝送速度がｌ５０Ｍｂｉｔ／ｓ、暗電
流０、消光比∞、プリアンプの入力換算雑音電流密度
２．０ｐＡ／√Ｈｚの場合、従来の光信号受信回路で
は、受信感度が−３８．６ｄＢｍであるのに対し、本発
明の光信号受信回路では、受信感度が−４０．１ｄＢｍ
となり、ｌ．５ｄＢ改善される。Now, when the transmission speed is 150 Mbit / s, the dark current is 0, the extinction ratio is ∞, and the input-converted noise current density of the preamplifier is 2.0 pA / √Hz, the receiving sensitivity of the conventional optical signal receiving circuit is −38. 6 dBm, whereas the optical signal receiving circuit of the present invention has a receiving sensitivity of -40.1 dBm.
And l. It is improved by 5 dB.
【００５６】また、伝送速度がｌ２Ｍｂｉｔ／ｓ、暗電
流０、消光比∞、プリアンプの入力換算雑音電流密度
２．０ｐＡ／√Ｈｚの場合、従来の光信号受信回路で
は、受信感度が−４３．９ｄＢｍであるのに対し、本発
明の光信号受信回路では、受信感度が−４５．４ｄＢｍ
となり、ｌ．５ｄＢ改善される。When the transmission speed is 12 Mbit / s, the dark current is 0, the extinction ratio is ∞, and the input converted noise current density of the preamplifier is 2.0 pA / √Hz, the receiving sensitivity of the conventional optical signal receiving circuit is −43. In contrast to 9 dBm, the receiving sensitivity of the optical signal receiving circuit of the present invention is −45.4 dBm.
And l. It is improved by 5 dB.
【００５７】また、伝送速度がｌ２Ｍｂｉｔ／ｓ、暗電
流０、消光比１１ｄＢｍ、プリアンプの入力換算雑音電
流密度２．０ｐＡ／√Ｈｚの場合、従来の光信号受信回
路では、受信感度が−４１．７ｄＢｍであるのに対し、
本発明の光信号受信回路では、受信感度が−４３．２ｄ
Ｂｍとなり、ｌ．５ｄＢ改善される。When the transmission speed is 12 Mbit / s, the dark current is 0, the extinction ratio is 11 dBm, and the input-converted noise current density of the preamplifier is 2.0 pA / で は Hz, the receiving sensitivity of the conventional optical signal receiving circuit is -41. 7 dBm,
In the optical signal receiving circuit of the present invention, the receiving sensitivity is −43.2d.
Bm, l. It is improved by 5 dB.
【００５８】上記の例は、受光素子としてＰＩＮフォト
ダイオードを用いた場合であるが、アバランシェフォト
ダイオード（ＡＰＤ）を用いた場合も同様に受信感度が
改善され、更に高感度となる。In the above example, a PIN photodiode is used as the light receiving element. However, when an avalanche photodiode (APD) is used, the receiving sensitivity is similarly improved and the sensitivity is further increased.
【００５９】[0059]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受光素子の両端から電気信号を取り出し、その電気信号
の差動分を受信信号として出力することにより、受光素
子に重畳される外来雑音成分を打ち消して抑圧すること
ができ、増幅器の入力換算雑音電流密度を低減し、光受
信感度を向上することができ、外来雑音による影響を受
けにくい光信号受信回路を構成することができる。As described above, according to the present invention,
By extracting an electric signal from both ends of the light receiving element and outputting a differential component of the electric signal as a received signal, it is possible to cancel and suppress an external noise component superimposed on the light receiving element, and to reduce an input conversion noise current of the amplifier. The density can be reduced, the optical receiving sensitivity can be improved, and an optical signal receiving circuit that is hardly affected by external noise can be configured.
【図１】本発明の光受信回路の基本構成の説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of an optical receiving circuit of the present invention.
【図２】本発明の光信号受信回路におけるプリアンプ及
び減算回路を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a preamplifier and a subtraction circuit in the optical signal receiving circuit of the present invention.
【図３】本発明の光信号受信回路の他の構成の説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory diagram of another configuration of the optical signal receiving circuit of the present invention.
【図４】本発明の光信号受信回路の他の構成の説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram of another configuration of the optical signal receiving circuit of the present invention.
【図５】本発明の光信号受信回路の他の構成の説明図で
ある。FIG. 5 is an explanatory diagram of another configuration of the optical signal receiving circuit of the present invention.
【図６】本発明の光信号受信回路における受信感度につ
いての説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of reception sensitivity in the optical signal receiving circuit of the present invention.
【図７】従来の光信号受信回路の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional optical signal receiving circuit.
１−１ 受光素子 １−２1 第１のプリアンプ １−２2 第２のプリアンプ １−３ 減算回路 Ｒ１，Ｒ２ 抵抗 Ｃ コンデンサ ＤＣ 正電圧電源線1-1 Light receiving element 1-2 1 First preamplifier 1-2 2 Second preamplifier 1-3 Subtraction circuit R1, R2 Resistance C capacitor DC positive voltage power supply line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０３Ｆ 3/08 Ｆターム(参考） 5F049 MA04 MA07 NA04 NB01 UA20 5J092 AA01 AA56 CA41 FA09 HA02 HA19 HA25 HA29 HA33 HA44 KA26 TA01 UL02 5K002 AA03 BA04 BA15 CA02 CA10──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 31/10 H03F 3/08 F term (Reference) 5F049 MA04 MA07 NA04 NB01 UA20 5J092 AA01 AA56 CA41 FA09 HA02 HA19 HA25 HA29 HA33 HA44 KA26 TA01 UL02 5K002 AA03 BA04 BA15 CA02 CA10
Claims (9)
受光素子と、 前記受光素子のカソード端子から電気信号を取り出し、
該電気信号を増幅する第１の増幅器と、 前記受光素子のアノード端子から電気信号を取り出し、
該電気信号を増幅する第２の増幅器と、 前記第１の増幅器の出力信号と前記第２の増幅器の出力
信号との差分を出力する減算回路とを備えたことを特徴
とする光信号受信回路。A light receiving element for converting an inputted optical signal into an electric signal; and an electric signal taken out from a cathode terminal of the light receiving element.
A first amplifier for amplifying the electric signal, and an electric signal taken out from an anode terminal of the light receiving element.
An optical signal receiving circuit, comprising: a second amplifier that amplifies the electric signal; and a subtraction circuit that outputs a difference between an output signal of the first amplifier and an output signal of the second amplifier. .
オードを用いたことを特徴とする請求項１記載の光信号
受信回路。2. The optical signal receiving circuit according to claim 1, wherein a PIN photodiode is used as said light receiving element.
トダイオードを用いたことを特徴とする請求項１記載の
光信号受信回路。3. The optical signal receiving circuit according to claim 1, wherein an avalanche photodiode is used as said light receiving element.
それぞれ抵抗を接続し、それらの抵抗と受光素子とから
成る直列回路を、電源給電線間に接続したことを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号受信回
路。4. A series connection circuit comprising a resistor connected to the cathode and the anode of the light receiving element, and a series circuit including the resistor and the light receiving element connected between power supply lines. The optical signal receiving circuit according to any one of the above.
それぞれコイルを接続し、それらのコイルと受光素子と
から成る直列回路を、電源給電線間に接続したことを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号受信
回路。5. The light receiving element according to claim 1, wherein a coil is connected to a cathode and an anode of the light receiving element, and a series circuit including the coil and the light receiving element is connected between power supply lines. The optical signal receiving circuit according to any one of the above.
し、アノードにコイルを接続し、該抵抗と受光素子とコ
イルとから成る直列回路を、電源給電線間に接続したこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信
号受信回路。6. A light-receiving element, wherein a resistor is connected to a cathode, a coil is connected to an anode, and a series circuit including the resistor, the light-receiving element, and the coil is connected between power supply lines. Item 4. The optical signal receiving circuit according to any one of Items 1 to 3.
し、アノードに抵抗を接続し、該コイルと受光素子と抵
抗とから成る直列回路を、電源給電線間に接続したこと
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光信号
受信回路。7. A light emitting device comprising: a coil connected to a cathode of the light receiving element; a resistor connected to an anode; and a series circuit including the coil, the light receiving element, and the resistor connected between power supply lines. Item 4. The optical signal receiving circuit according to any one of Items 1 to 3.
いずれか一方の端子のみに抵抗又はコイルを接続し、該
抵抗又はコイルと受光素子とから成る直列回路を、電源
給電線間に接続したことを特徴とする請求項１乃至３の
いずれかに記載の光信号受信回路。8. A method in which a resistor or a coil is connected to only one of an anode and a cathode of the light receiving element, and a series circuit including the resistor or the coil and the light receiving element is connected between power supply lines. The optical signal receiving circuit according to claim 1, wherein:
前記減算回路とを、トランスインピーダンス型の差動増
幅器により構成したことを特徴とする請求項１乃至８の
いずれかに記載の光信号受信回路。9. The light according to claim 1, wherein the first amplifier, the second amplifier, and the subtraction circuit are configured by a transimpedance type differential amplifier. Signal receiving circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11064256A JP2000261385A (en) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | Optical signal receiving circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11064256A JP2000261385A (en) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | Optical signal receiving circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261385A true JP2000261385A (en) | 2000-09-22 |
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ID=13252930
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|---|---|---|---|
| JP11064256A Pending JP2000261385A (en) | 1999-03-11 | 1999-03-11 | Optical signal receiving circuit |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000261385A (en) |
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-
1999
- 1999-03-11 JP JP11064256A patent/JP2000261385A/en active Pending
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