JP2001196877A

JP2001196877A - 前置増幅回路

Info

Publication number: JP2001196877A
Application number: JP2000001071A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Matsui; 健一松井; Masamichi Nogami; 正道野上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】最小受光側では十分な利得を確保し、最大受
光側では回路飽和による出力波歪を低減し、また、消光
比劣化が大きい入力信号に対しても、波形歪の増大を抑
えつつ、安定動作する前置増幅回路を得ること。【解決手段】増幅器２と帰還抵抗３とを備え、電流信
号を電圧信号に変換する前置増幅回路において、入力信
号のレベルに応じて増幅器２のオープンループ利得およ
び帰還抵抗３を同時に変化させる制御を行う制御回路４
を備えている。この制御回路４の制御により、帰還抵抗
３は抵抗値を変化させ、増幅器２はオープンループ利得
を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信において
電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路に関し、特
に、高感度化，広ダイナミックレンジ化が可能な前置増
幅回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マルチメディア社会に向けて大容量情報
通信サービスに柔軟に対応するために、光ファイバ伝送
技術の加入者網への導入が進められている。光ファイバ
伝送技術では、特に、光信号を時間的に分割し、１本の
光ファイバに複数の加入者の信号を乗せ、複数の加入者
とセンター局とを多重接続する方式が注目されている。
この方式においては、交換局の光受信装置で受信される
各加入者からの信号（バースト信号）は、着信レベルが
大きく異なるものとなる。このような信号を、波形劣化
を起こすことなく増幅するために、光受信装置の前置増
幅回路には、高感度化および広ダイナミックレンジ化が
求められる。特に、消光比劣化の大きい信号を、波形劣
化を起こすことなく増幅するためには、前置増幅回路が
リニア領域で動作する必要がある。

【０００３】従来のこのような前置増幅回路として、た
とえば、電子情報通信学会総合大会（１９９９年）Ｂ−
１０−７６に開示された「プリアンプ」がある。図１１
は、このような従来の前置増幅回路の構成を示す図であ
る。この前置増幅回路は、受光素子（フォトダイオー
ド、以下、ＰＤと呼ぶ）１０１に接続された増幅器１０
２と、増幅器１０２の入出力点の間に設けられた第１の
帰還抵抗（Ｒｆ０）１０３，第２の帰還抵抗（Ｒｆ１）
１０４および第３の帰還抵抗（Ｒｆ２）１０５と、第２
の帰還抵抗１０４に直列接続されたスイッチ１０６と、
第３の帰還抵抗１０５に直列接続されたスイッチ１０７
と、増幅器１０２の出力点１０９に発生する出力信号の
大きさに基づいてスイッチ１０６，１０７を制御するＲ
ｆ切替制御回路１０８と、を備えている。

【０００４】第１の帰還抵抗（Ｒｆ０）１０３，第２の
帰還抵抗（Ｒｆ１）１０４，第３の帰還抵抗（Ｒｆ２）
１０５の内で、第１の帰還抵抗（Ｒｆ０）１０３の抵抗
値が最も大きく、第２の帰還抵抗（Ｒｆ１）１０４，第
３の帰還抵抗（Ｒｆ２）１０５の順で抵抗値が小さくな
る。ＰＤ１０１は、電源Ｖｐｄに接続されており、光信
号を受信して電流信号を出力する。Ｒｆ切替制御回路１
０８は、増幅器１０２の出力点１０９に発生する出力信
号の大きさに基づいて制御信号を生成し、スイッチ１０
６，１０７に出力する。スイッチ１０６，１０７は、Ｒ
ｆ切替制御回路１０８からの制御信号に基づいてオン，
オフし、電流経路を開閉する。

【０００５】つぎに、この前置増幅回路の動作を説明す
る。この前置増幅回路の動作においては、まず、ＰＤ１
０１が光信号を受信して光電変換を行い、バースト状の
電流信号を出力する。増幅器１０２の入力インピーダン
スが高いため、ＰＤ１０１からの電流のほとんどは帰還
抵抗を流れる。これにより、出力点１０９に電圧信号が
発生する。入力レベル（入力信号のレベル）が所定の値
よりも小さい場合、Ｒｆ切替制御回路１０８は、スイッ
チ１０６，１０７をオフ状態にして第２の帰還抵抗（Ｒ
ｆ１）１０４，第３の帰還抵抗（Ｒｆ２）１０５への電
流経路を開放し、増幅器１０２の入出力点間の帰還抵抗
の抵抗値を大きくする。これにより、前置増幅回路の電
流電圧変換利得が大きくなり、十分大きな出力信号が得
られる。

【０００６】一方、入力レベルが所定の値以上の場合、
Ｒｆ切替制御回路１０８は、入力レベルに応じてスイッ
チ１０６および／または１０７をオンさせて第２の帰還
抵抗（Ｒｆ１）１０４，第３の帰還抵抗（Ｒｆ２）１０
５への電流経路を導通させ、増幅器１０２の入出力点間
の帰還抵抗の抵抗値を小さくする。これにより、回路飽
和が防止される。図１２は、この前置増幅回路の入出力
特性を示す図である。この前置増幅回路では、帰還抵抗
の切替えにより、入出力特性が鋸状となる。このよう
に、従来の前置増幅回路では、最小受光側では十分な利
得を確保し、最大受光側では回路飽和による出力波歪を
低減している。また、前置増幅回路がリニア域で動作す
るので、消光比劣化が大きい入力信号に対しても、波形
歪の増大が抑えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術によれば、帰還抵抗の抵抗値を減少させたと
き、高域遮断周波数が大きくなり、位相余裕が小さくな
るため、前置増幅回路が不安定になって発振しやすくな
るという問題点があった。

【０００８】この発明は、上記に鑑みてなされたもので
あって、最小受光側では十分な利得を確保し、最大受光
側では回路飽和による出力波歪を低減し、また、消光比
劣化が大きい入力信号に対しても、波形歪の増大を抑え
つつ、安定動作する前置増幅回路を得ることを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、この発明にかかる前置増幅回路
にあっては、増幅手段と帰還抵抗手段とを備え、電流信
号を電圧信号に変換する前置増幅回路において、入力信
号のレベルに応じて前記増幅手段のオープンループ利得
および前記帰還抵抗を同時に変化させる制御を行う制御
手段と、前記制御手段の制御により前記帰還抵抗を変化
させる帰還抵抗変化手段と、前記制御手段の制御により
前記増幅手段のオープンループ利得を変化させるオープ
ンループ利得変化手段と、を具備することを特徴とす
る。

【００１０】この発明によれば、制御手段が、入力信号
のレベルに応じて増幅手段のオープンループ利得および
帰還抵抗を同時に変化させる制御を行い、帰還抵抗変化
手段が、制御手段の制御により帰還抵抗を変化させ、オ
ープンループ利得変化手段が、制御手段の制御により増
幅手段のオープンループ利得を変化させ、十分な位相余
裕を確保する。

【００１１】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記オープンループ利得変化手段が、抵抗を直列接
続したスイッチ手段を前記増幅手段の増幅部負荷抵抗手
段に少なくとも一つ並列接続した回路を有し、前記スイ
ッチ手段が、前記制御手段からの制御によりオン，オフ
することを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、スイッチ手段が、制御
手段からの制御によりオン，オフ（電流経路を開閉）
し、増幅手段の増幅部負荷抵抗手段に並列接続される抵
抗を切り替え、増幅手段のオープンループ利得を変化さ
せる。

【００１３】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記オープンループ利得変化手段が、抵抗を直列接
続したスイッチ手段を前記増幅手段の増幅部エミッタ抵
抗手段に少なくとも一つ並列接続した回路を有し、前記
スイッチ手段が、前記制御手段からの制御によりオン，
オフすることを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、スイッチ手段が、制御
手段からの制御によりオン，オフ（電流経路を開閉）
し、増幅手段の増幅部エミッタ抵抗手段に並列接続され
る抵抗を切り替え、増幅手段のオープンループ利得を変
化させる。

【００１５】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記オープンループ利得変化手段が、電圧を出力す
る電源手段と、前記増幅手段の増幅部負荷抵抗手段の増
幅トランジスタ側と前記電源手段との間に配置された可
変抵抗手段と、を有し、前記可変抵抗手段が、前記制御
手段からの制御により抵抗値を変化させることを特徴と
する。

【００１６】この発明によれば、増幅手段の増幅部負荷
抵抗手段の増幅トランジスタ側と電源手段との間に配置
された可変抵抗手段が、制御手段からの制御により抵抗
値を変化させる。

【００１７】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記オープンループ利得変化手段が、電圧を出力す
る電源手段と、前記増幅手段の増幅部エミッタ抵抗手段
の増幅トランジスタ側と前記電源手段との間に配置され
た可変抵抗手段と、を有し、前記可変抵抗手段が、前記
制御手段からの制御により抵抗値を変化させることを特
徴とする。

【００１８】この発明によれば、増幅手段の増幅部エミ
ッタ抵抗手段の増幅トランジスタ側と電源手段との間に
配置された可変抵抗手段が、制御手段からの制御により
抵抗値を変化させる。

【００１９】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記電源手段が、無信号時における前記増幅手段の
増幅部負荷抵抗手段の増幅トランジスタ側電圧と等しい
電圧を出力することを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、電源手段が、無信号時
における増幅手段の増幅部負荷抵抗手段の増幅トランジ
スタ側電圧と等しい電圧を出力する。これにより、オー
プンループ利得を変化させることによる直流バイアスの
変化を抑えることができる。

【００２１】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記電源手段が、無信号時における前記増幅手段の
増幅部エミッタ抵抗手段の増幅トランジスタ側電圧と等
しい電圧を出力することを特徴とする。

【００２２】この発明によれば、電源手段が、無信号時
における増幅手段の増幅部エミッタ抵抗手段の増幅トラ
ンジスタ側電圧と等しい電圧を出力する。これにより、
オープンループ利得を変化させることによる直流バイア
スの変化を抑えることができる。

【００２３】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記電源手段が、前置増幅回路と同様の構成のダミ
ー回路を有することを特徴とする。

【００２４】この発明によれば、電源手段が、ダミー回
路により、無信号時における増幅手段の増幅部負荷抵抗
手段または増幅部エミッタ抵抗手段の増幅トランジスタ
側電圧と等しい電圧を出力する。これにより、オープン
ループ利得を変化させることによる直流バイアスの変化
を抑えることができる。

【００２５】つぎの発明にかかる前置増幅回路にあって
は、前記制御手段が、入力信号のパケットの先頭におい
て、前記増幅手段のオープンループ利得および前記帰還
抵抗を同時に変化させる制御を行うことを特徴とする。

【００２６】この発明によれば、制御手段が、入力信号
のパケットの先頭において、増幅手段のオープンループ
利得および帰還抵抗を同時に変化させる制御を行う。こ
れにより、入力信号のパケットの先頭から増幅手段のオ
ープンループ利得および帰還抵抗が同時に変化すること
になる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる前置増幅
回路の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるもの
ではない。

【００２８】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１にかかる前置増幅回路の構成を示す図である。こ
の前置増幅回路は、受光素子（フォトダイオード、以
下、ＰＤと呼ぶ）１に接続された増幅器２と、増幅器２
の入出力点の間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）３と、増
幅器２の出力点５に発生する出力信号の大きさに基づい
て帰還抵抗（Ｒｆ）３の抵抗値および増幅器２のオープ
ンループ利得Ｇを制御するための制御信号を出力する制
御回路４と、を備えている。ＰＤ１は、電源Ｖｐｄに接
続されており、光信号を受信して電流信号を出力する。
制御回路４は、入力信号のレベル（入力レベル）に応
じ、帰還抵抗（Ｒｆ）３を変化させると同時に増幅器２
のオープンループ利得を変化させる制御を行う。

【００２９】以上の構成において、実施の形態１の動作
について説明する。実施の形態１の動作においては、ま
ず、ＰＤ１が光信号を受信して光電変換を行い、バース
ト状の電流信号を前置増幅回路に出力する。前置増幅回
路では、増幅器２の入力インピーダンスが高いため、Ｐ
Ｄ１からの電流のほとんどが帰還抵抗（Ｒｆ）３を流れ
る。これにより、出力点５に電圧信号が発生する。制御
回路４は、前置増幅回路の出力信号の電圧振幅をモニタ
ー（検出）することによりＰＤ１からの入力レベルをモ
ニター（検出）している。帰還抵抗（Ｒｆ）３は可変抵
抗であって、抵抗値を制御する制御部分を有している。
また、増幅器２は、オープンループ利得Ｇを制御する制
御部分を有している。

【００３０】ＰＤ１からの入力レベルが所定の値よりも
小さい場合、制御回路４は、抵抗値を増大させる制御信
号を帰還抵抗（Ｒｆ）３に出力し、同時に、オープンル
ープ利得Ｇを増大させる制御信号を増幅器２に出力す
る。帰還抵抗（Ｒｆ）３の制御部分は、制御回路４から
の制御信号を入力し、可変抵抗の抵抗値を大きくする。
これにより、十分な電流電圧変換利得を得ることができ
る。一方、増幅器２の制御部分は、制御回路４からの制
御信号を入力し、オープンループ利得Ｇを大きくする。
これにより、帰還抵抗（Ｒｆ）３の抵抗値が大きい場合
も十分な周波数帯域を得ることができる。

【００３１】一方、入力レベルが所定の値よりも大きい
場合、制御回路４は、入力レベルに応じ、抵抗値を減少
させる制御信号を帰還抵抗（Ｒｆ）３に出力し、同時
に、オープンループ利得Ｇを減少させる制御信号を増幅
器２に出力する。帰還抵抗（Ｒｆ）３の制御部分は、制
御回路４からの制御信号を入力し、可変抵抗の抵抗値を
小さくする。これにより、前置増幅回路の飽和を防止す
ることができる。一方、増幅器２の制御部分は、制御回
路４からの制御信号を入力し、オープンループ利得Ｇを
小さくする。これにより、高域遮断周波数の上昇を抑
え、十分な位相余裕を得ることができる。

【００３２】前述したように、実施の形態１によれば、
帰還抵抗（Ｒｆ）３の抵抗値と増幅器２のオープンルー
プ利得Ｇとを同時に制御するため、最小受光側（入力レ
ベルが小さい場合）において十分な利得および周波数帯
域を確保し、最大受光側（入力レベルが大きい場合）に
おいて回路飽和による出力波歪を低減し、リニア域で動
作することにより波形歪の増大を抑えつつ、位相余裕を
確保して安定動作を行うことができる。また、フィード
バックにより、帰還抵抗（Ｒｆ）３の抵抗値と増幅器２
のオープンループ利得Ｇとを同時に制御するため、素子
のばらつきや温度等による影響を抑えることができる。

【００３３】実施の形態２．本発明の実施の形態２は、
実施の形態１において、増幅器のオープンループ利得Ｇ
を制御する（変化させる）回路として、所定の電圧を出
力する電源と、この電源と増幅器の増幅部負荷抵抗の増
幅トランジスタ側との間に設けられた可変抵抗と、から
なる回路を用いたものである。図２は、本発明の実施の
形態２にかかる前置増幅回路の構成を示す図である。な
お、図１と同一の部分については同一の符号を付してそ
の説明を省略する。

【００３４】この前置増幅回路の増幅器は、増幅部およ
びバッファ部からなり、バッファ部の出力（前置増幅回
路の出力）が帰還部（帰還抵抗（Ｒｆ）３）を介して増
幅部の入力（前置増幅回路の入力）に帰還される。増幅
部には、負荷抵抗（Ｒｌ）２１と、増幅トランジスタ２
３と、エミッタ抵抗（Ｒｅ）２５と、が設けられてお
り、バッファ部には、トランジスタ２６および抵抗２７
が設けられている。増幅トランジスタ２３のベース（前
置増幅回路の入力）は、帰還抵抗（Ｒｆ）３およびＰＤ
１に接続されている。エミッタ抵抗（Ｒｅ）２５は、増
幅トランジスタ２３のエミッタとグランドとの間に設け
られている。負荷抵抗（Ｒｌ）２１は、電源Ｖｃｃと増
幅トランジスタ２３のコレクタとの間に設けられてい
る。

【００３５】増幅トランジスタ２３と負荷抵抗２１との
間の端子（Ｘ）２２には、バッファ部のトランジスタ２
６のベースが接続されている。また、バッファ部のトラ
ンジスタ２６のコレクタは電源Ｖｃｃに接続されてお
り、バッファ部のトランジスタ２６のエミッタとグラン
ドとの間には抵抗２７が接続されている。バッファ部の
トランジスタ２６と抵抗２７との間の端子は、前置増幅
回路の出力端子５となる。

【００３６】また、増幅トランジスタ２３と負荷抵抗２
１との間の端子（Ｘ）２２には、可変抵抗（Ｒｌｖ）６
の一端が接続されている。可変抵抗（Ｒｌｖ）６の他端
には、所定の電圧を出力する電源（Ｖｌ）７が接続され
ている。交流的にみると、増幅器の実効的な負荷抵抗値
は、可変抵抗（Ｒｌｖ）６と負荷抵抗（Ｒｌ）２１との
並列抵抗値になるので、増幅器のオープンループ利得Ｇ
は、可変抵抗（Ｒｌｖ）６および電源（Ｖｌ）７が接続
されていないとした場合のＲｌｖ／（Ｒｌ＋Ｒｌｖ）倍
になる。

【００３７】以上の構成において、実施の形態２の動作
について説明する。なお、実施の形態１と同一の部分に
ついてはその説明を省略する。実施の形態２の動作にお
いて、可変抵抗（Ｒｌｖ）６の制御部分は、制御回路４
からの制御信号を入力し、オープンループ利得Ｇを増大
させる制御信号であったときは可変抵抗（Ｒｌｖ）６の
抵抗値を増大させ、オープンループ利得Ｇを減少させる
制御信号であったときは可変抵抗（Ｒｌｖ）６の抵抗値
を減少させる。これにより、交流的にみて実効的な増幅
部の負荷抵抗値が変化し、オープンループ利得が変化す
る。

【００３８】前述したように、実施の形態２によれば、
帰還抵抗（Ｒｆ）３の抵抗値を制御し、また、これと同
時に、交流的にみて実効的な増幅部の負荷抵抗値を変化
させてオープンループ利得を変化させることにより増幅
器のオープンループ利得Ｇを制御するため、最小受光側
において十分な利得および周波数帯域を確保し、最大受
光側において回路飽和による出力波歪を低減し、リニア
域で動作することにより波形歪の増大を抑えつつ、位相
余裕を確保して安定動作を行うことができる。また、フ
ィードバックにより、帰還抵抗（Ｒｆ）３の抵抗値と増
幅器のオープンループ利得Ｇとを同時に制御するため、
素子のばらつきや温度等による影響を抑えることができ
る。

【００３９】なお、増幅部は、エミッタ設置型であって
もよいし、差動型であってもよい。また、可変抵抗（Ｒ
ｌｖ）６および電源（Ｖｌ）７を、端子（Ｘ）２２では
なく、図３に示すように、増幅トランジスタ２３とエミ
ッタ抵抗（Ｒｅ）２５との間の端子（Ｙ）２４に接続し
てもよい。この場合、増幅部の実効的負荷抵抗ではな
く、実効的エミッタ抵抗が変化することになる。この場
合も同様の効果が得られる。

【００４０】実施の形態３．本発明の実施の形態３は、
実施の形態２において、電源および可変抵抗に代えて、
抵抗を直列接続したスイッチを複数個並列接続した可変
抵抗回路を用い、この可変抵抗回路を増幅部の負荷抵抗
と並列に設けたものである。

【００４１】図４は、本発明の実施の形態３にかかる前
置増幅回路の構成を示す図である。なお、基本的な構成
は実施の形態２と同様につき、図２と同一の部分につい
ては同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分
についてのみ説明する。この前置増幅回路では、抵抗
（Ｒｌ１）６１を直列接続したスイッチ（Ｓ．Ｗ１）６
３と、抵抗（Ｒｌ２）６２を直列接続したスイッチ
（Ｓ．Ｗ２）６４と、が負荷抵抗（Ｒｌ）２１と並列に
接続されている。抵抗（Ｒｌ１）６１，スイッチ（Ｓ．
Ｗ１）６３，抵抗（Ｒｌ２）６２およびスイッチ（Ｓ．
Ｗ２）６４は、負荷抵抗（Ｒｌ）２１とともに負荷抵抗
切替部を構成する。

【００４２】第１の負荷抵抗（Ｒｌ）２１，第２の負荷
抵抗（Ｒｌ１）６１および第３の負荷抵抗（Ｒｌ２）６
２の内で、第１の負荷抵抗（Ｒｌ）２１の抵抗値が最も
大きく、第２の負荷抵抗（Ｒｌ１）６１，第３の負荷抵
抗（Ｒｌ２）６２の順で抵抗値が小さくなる。このよう
な構成により、電源を省くことができ、回路構成を簡単
化することができる。また、帰還抵抗を切り替える帰還
抵抗切替部では、抵抗（Ｒｆ１）３２を直列接続したス
イッチ（Ｓ．Ｗ１）３４と、抵抗（Ｒｆ２）３３を直列
接続したスイッチ（Ｓ．Ｗ２）３５と、を帰還抵抗（Ｒ
ｆ０）３１に並列接続した構成となっている。すなわ
ち、抵抗を直列接続したスイッチを、帰還抵抗に複数並
列接続した構成となっている。

【００４３】これにより、負荷抵抗切替部と帰還抵抗切
替部とが同様の構成となる。第１の帰還抵抗（Ｒｆ０）
３１，第２の帰還抵抗（Ｒｆ１）３２および第３の帰還
抵抗（Ｒｆ２）３３の内で、第１の帰還抵抗（Ｒｆ０）
３１の抵抗値が最も大きく、第２の帰還抵抗（Ｒｆ１）
３２，第３の帰還抵抗（Ｒｆ２）３３の順で抵抗値が小
さくなる。制御回路４は、スイッチ（Ｓ．Ｗ１）３４，
６３を同時にオン，オフ（電流経路を開閉）させ、スイ
ッチ（Ｓ．Ｗ２）３５，６４を同時にオン，オフさせ
る。増幅器の入出力間の帰還抵抗値（帰還抵抗の抵抗
値）および増幅部の負荷抵抗値（負荷抵抗の抵抗値）
は、スイッチ（Ｓ．Ｗ１）３４，６３およびスイッチ
（Ｓ．Ｗ２）３５，６４が全てオフの場合（電流経路を
開放した場合）に最も大きくなり、スイッチ（Ｓ．Ｗ
１）３４，６３およびスイッチ（Ｓ．Ｗ２）３５，６４
が全てオン（電流経路を導通させたの場合）に最も小さ
くなる。

【００４４】以上の構成により、実施の形態３の動作に
ついて説明する。実施の形態３の動作において、制御回
路４は、出力点５に発生する出力電圧の振幅をモニター
することにより入力レベルをモニターし、入力レベルが
所定の値よりも小さい場合、十分な電流電圧変換利得が
得られるように、スイッチ（Ｓ．Ｗ１）３４およびスイ
ッチ（Ｓ．Ｗ２）３５をオフさせ、帰還抵抗値を大きな
値に設定する。これと同時に、設定した帰還抵抗値で十
分に広い周波数帯域が得られるように、スイッチ（Ｓ．
Ｗ１）６３およびスイッチ（Ｓ．Ｗ２）６４をオフさ
せ、増幅部の負荷抵抗値を大きくして増幅器のオープン
ループ利得Ｇを大きな値に設定する。

【００４５】一方、入力レベルが所定の値以上である場
合、制御回路４は、前置増幅回路が飽和するのを防ぐた
め、入力レベルに応じて、スイッチ（Ｓ．Ｗ１）３４お
よび／またはスイッチ（Ｓ．Ｗ２）３５をオンさせ、帰
還抵抗値を小さな値に設定する。これと同時に、設定し
た帰還抵抗値で十分な位相余裕が得られるように、スイ
ッチ（Ｓ．Ｗ１）６３および／またはスイッチ（Ｓ．Ｗ
２）６４をオンさせ、増幅部の負荷抵抗値を小さくして
増幅器のオープンループ利得Ｇを小さな値に設定する。

【００４６】前述したように、実施の形態３によれば、
抵抗を直列接続したスイッチを、増幅部の負荷抵抗と並
列に複数接続するため、電源が必要なく、構成が簡単に
なり、コストを低減することができる。なお、前述した
例では、抵抗を直列接続したスイッチを２つ並列に接続
したが、一つまたは３つ以上でも同様の効果を得ること
ができる。また、増幅部の負荷抵抗と並列に接続するの
ではなく、図５に示すように、増幅部のエミッタ抵抗と
並列に接続するようにしてもよい。この場合、入力レベ
ルに応じて増幅部のエミッタ抵抗の抵抗値が変化するこ
とになる。この場合も同様の効果が得られる。

【００４７】実施の形態４．本発明の実施の形態４は、
実施の形態２において、前置増幅回路と同様の構成のダ
ミー回路を電源として用い、この電源の電圧値が無信号
時における端子（Ｘ）２２の電圧値と等しくなるように
したものである。

【００４８】図６は、本発明の実施の形態４にかかる前
置増幅回路の構成を示す図である。なお、基本的な構成
は実施の形態３と同様であるので、同一の部分について
は同一の符号を付してその説明を省略する。この前置増
幅回路には、この前置増幅回路と同様の構成のダミー回
路７０が接続されている。ダミー回路７０の抵抗７０
３，７０７，７０９，７１０は、前置増幅回路の負荷抵
抗（Ｒｌ）２１，エミッタ抵抗（Ｒｅ）２５，抵抗２
７，帰還抵抗（Ｒｆ０）３１と対応し（同一のものであ
り）、ダミー回路７０のトランジスタ７０５，７０８
は、前置増幅回路のトランジスタ２３，２６と対応する
（同一のものである）。

【００４９】ダミー回路７０のトランジスタ７０５と抵
抗７０３との間の端子（Ｘ２）７０４（前置増幅回路の
端子（Ｘ）２２に対応する端子）と電源Ｖｃｃとの間に
はコンデンサ（Ｃｌ）７０１が設けられ、トランジスタ
７０５のベースと電源Ｖｃｃとの間にはコンデンサ（Ｃ
ｐｄ）７０２が設けられている。抵抗（Ｒｌ１）６１，
スイッチ（Ｓ．Ｗ１）６３の直列回路および抵抗（Ｒｌ
２）６２，スイッチ（Ｓ．Ｗ２）６４の直列回路は、そ
れぞれ一端が端子（Ｘ）２２に接続され、他端が端子
（Ｘ２）７０４に接続されている。この構成は、図２に
示した電源７の電圧値を、無信号時における増幅部負荷
抵抗（Ｒｌ）２１の増幅トランジスタ側端子（Ｘ）２２
の電圧値と同じ値とするものである。

【００５０】以上の構成において、実施の形態４の動作
について説明する。なお、実施の形態２，実施の形態３
と同一の部分についてはその説明を省略し、異なる部分
についてのみ説明する。実施の形態４の動作において
は、ダミー回路７０の端子（Ｘ２）７０４の電位はコン
デンサ（Ｃｌ）７０１で固定される。この電位は、無信
号時における増幅部負荷抵抗（Ｒｌ）２１の増幅トラン
ジスタ側端子（Ｘ）２２の電位と等しいものとなるた
め、増幅器のオープンループ利得Ｇを変化させることが
原因で回路の直流バイアスが変化することが無くなる。

【００５１】前述したように、実施の形態４によれば、
電源電圧値を、無信号時における増幅部負荷抵抗（Ｒ
ｌ）２１の増幅トランジスタ側端子（Ｘ）２２の電圧値
と等しくしたため、増幅器のオープンループ利得Ｇを変
化させることが原因で回路の直流バイアスが変化するこ
とが無くなり、無信号時における出力点電位の変動やバ
ーストパケットごとの消費電力変動を抑えることができ
る。また、ダミー回路７０を用いることにより、温度，
電源等による変動を抑えることができる。

【００５２】また、図７に示すように、抵抗（Ｒｌ１）
６１，スイッチ（Ｓ．Ｗ１）６３の直列回路および抵抗
（Ｒｌ２）６２，スイッチ（Ｓ．Ｗ２）６４の直列回路
の一端を、エミッタ抵抗（Ｒｅ）２５の増幅トランジス
タ側端子（Ｙ）２４に接続するようにしてもよい。この
場合、ダミー回路７０のエミッタ抵抗（Ｒｅ）７０７の
増幅トランジスタ側端子（Ｙ２）７０６とグランドとの
間にコンデンサ７０１が配置され、抵抗（Ｒｌ１）６
１，スイッチ（Ｓ．Ｗ１）６３の直列回路および抵抗
（Ｒｌ２）６２，スイッチ（Ｓ．Ｗ２）６４の直列回路
の他端が端子（Ｙ２）７０６に接続される。この場合も
同様の効果が得られる。

【００５３】実施の形態５．本発明の実施の形態５は、
実施の形態３，実施の形態４において、入力信号のパケ
ットの先頭において、制御回路が増幅器のオープンルー
プ利得Ｇおよび帰還抵抗を同時に変化させる制御を行う
ようにしたものである。以下、実施の形態３，実施の形
態４と同一の部分についてはその説明を省略し、制御回
路についてのみ説明する。

【００５４】図８は、本発明の実施の形態５にかかる制
御回路の構成を示す説明図である。この制御回路は、Ｐ
Ｄ１からの入力信号のパケットの先頭を検出する先頭検
出器８と、先頭検出器８がパケットの先頭を検出したと
き、入力レベルに応じてスイッチ（Ｓ．Ｗ１）６３，３
４およびスイッチ（Ｓ．Ｗ２）６４，３５を制御するス
イッチコントローラ９と、を備えている。

【００５５】先頭検出器８は、出力点５に発生する前置
増幅回路の出力信号および基準電圧Ｖｒｅｆ０を入力し
て比較するコンパレータ８１と、コンパレータ８１の出
力信号をセット端子から入力し、リセットパルスをリセ
ット端子から入力するＲＳフリップフロップ８３と、Ｒ
Ｓフリップフロップ８３の出力信号を入力し、またコン
パレータ８１の出力信号を反転して入力するＡＮＤゲー
ト８２と、リセットパルスをセット端子から入力し、Ａ
ＮＤゲート８２の出力信号をリセット端子から入力する
ＲＳフリップフロップ８４と、を備えている。ＲＳフリ
ップフロップ８４の出力信号は、先頭検出器８の出力信
号となる。

【００５６】スイッチコントローラ９は、前置増幅回路
の出力信号および基準電圧Ｖｒｅｆ１を入力して比較す
るコンパレータ９１と、前置増幅回路の出力信号および
基準電圧Ｖｒｅｆ２を入力して比較するコンパレータ９
４と、コンパレータ９１の出力信号および先頭検出器８
の出力信号を入力するＡＮＤゲート９２と、コンパレー
タ９４の出力信号および先頭検出器８の出力信号を入力
するＡＮＤゲート９５と、ＡＮＤゲート９２，９５の出
力信号を入力するＡＮＤゲート９６と、ＡＮＤゲート９
２の出力信号をセット端子から入力し、リセットパルス
をリセット端子から入力するＲＳフリップフロップ９３
と、ＡＮＤゲート９６の出力信号をセット端子から入力
し、リセットパルスをリセット端子から入力するＲＳフ
リップフロップ９７と、を備えている。

【００５７】ＲＳフリップフロップ９３は、スイッチ
（Ｓ．Ｗ１）６３，３４をオン，オフさせる制御信号を
出力し、ＲＳフリップフロップ９７は、スイッチ（Ｓ．
Ｗ２）６４，３５をオン，オフさせる制御信号を出力す
る。また、基準信号Ｖｒｅｆ０は、入力レベルが最小の
場合でも信号が入力されたことを検出することができる
レベルに設定される。また、Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２
は、入力レベルを判定できるように、Ｖｒｅｆ１＜Ｖｒ
ｅｆ２となるように設定される。

【００５８】以上の構成において、実施の形態５の動作
について、タイミングチャートを参照して説明する。図
９は、実施の形態５にかかる制御回路の動作を示すタイ
ミングチャートである。制御回路の動作において、バー
ストパケット間のガードタイムＧＴ期間では、入力デー
タ（前置増幅回路の出力信号）Ａがオフ（ローレベル）
となり、コンパレータ８１，９１，９４の出力信号Ｃ，
Ｄ，Ｅもオフとなり、ＡＮＤゲート９２，９５，９６の
出力信号Ｇ，Ｈ，Ｉもオフとなる。また、リセットパル
スＢが立ち上がり（ハイレベルとなり）、ＲＳフリップ
フロップ９３，９７の出力信号Ｊ，Ｋがオフとなる。す
なわち、制御回路からは、スイッチ（Ｓ．Ｗ１）６３，
３４およびスイッチ（Ｓ．Ｗ２）６４，３５をオフさせ
る制御信号（ローレベルの信号）が出力される。

【００５９】また、リセットパルスＢが立ち上がること
により、先頭検出器８の出力信号（ＲＳフリップフロッ
プ８４の出力信号）Ｆが立ち上がる。リセットパルスＢ
は、ガードタイムＧＴ期間内に立ち下がる（ローレベル
となる）が、先頭検出器８の出力信号Ｆはオン（ハイレ
ベル）に保たれ、また、ＲＳフリップフロップ９３，９
７の出力信号Ｊ，Ｋもオフに保たれる。

【００６０】ガードタイムＧＴ終了後、つぎのパケット
（パケットＮ）が受信される。一般に、パケットの先頭
の入力パターンは「１０１０１」という１と０との交番
パターンである。これにより、コンパレータ９１，９４
の出力信号Ｄ，Ｅは、パケットの先頭１ビット目の大き
さに応じてオンする。たとえば、前置増幅回路の出力信
号Ａが基準信号Ｖｒｅｆ１よりも大きく基準信号Ｖｒｅ
ｆ２よりも小さい場合、コンパレータ９１の出力信号Ｄ
のみがオンし、ＡＮＤゲート９２の出力信号Ｇがオン
し、スイッチ（Ｓ．Ｗ１）６３，３４を制御する制御信
号Ｊがオンする。

【００６１】また、パケットの先頭１ビット目でＲＳフ
リップフロップ８３の出力信号がオンとなり、２ビット
目でＲＳフリップフロップ８４の出力信号Ｆがオフとな
る。すなわち、先頭検出器８の出力信号Ｆには、リセッ
トパルス入力からつぎのパケットの先頭１ビット目まで
の期間に対して出力が得られ、スイッチコントローラ９
のゲート信号となる。先頭検出器８の出力信号Ｆが２ビ
ット目でオフとなることにより、ＡＮＤ回路９２，９
５，９６の出力信号Ｇ，Ｈ，Ｉがオフとなるが、ＲＳフ
リップフロップ９３，９７の出力信号Ｊ，Ｋの状態は、
つぎのガードタイムＧＴでリセットパルスが立ち上がる
まで保たれる。

【００６２】図１０は、前置増幅回路の出力信号が基準
信号Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２よりも大きい場合の制御回
路の動作を示すタイミングチャートである。この場合
は、コンパレータ９１，９４の出力信号Ｄ，Ｅがともに
オンし、パケットの先頭１ビット目でＡＮＤゲート９
２，９５，９６の出力信号Ｇ，Ｈ，Ｉがオンし、ＲＳフ
リップフロップ９３，９７の出力信号Ｊ，Ｋがオンす
る。ＲＳフリップフロップ９３，９７の出力信号Ｊ，Ｋ
の状態は、つぎのガードタイムＧＴでリセットパルスが
立ち上がるまで保たれる。

【００６３】前述したように、実施の形態５によれば、
前置増幅回路の帰還抵抗値と増幅器のオープンループ利
得を最適な値に変化させる制御信号を、バーストパケッ
トの先頭でパケットレベルに依存して出力することがで
きる。また、受信パケットの期間内は、この制御信号を
保持し、パケットの終了後、つぎのパケットを受信する
までに制御信号をリセットすることができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれ
ば、制御手段が、入力信号のレベルに応じて増幅手段の
オープンループ利得および帰還抵抗を同時に変化させる
制御を行い、帰還抵抗変化手段が、制御手段の制御によ
り帰還抵抗を変化させ、オープンループ利得変化手段
が、制御手段の制御により増幅手段のオープンループ利
得を変化させ、十分な位相余裕を確保するため、最小受
光側では十分な利得を確保し、最大受光側では回路飽和
による出力波歪を低減し、また、消光比劣化が大きい入
力信号に対しても、波形歪の増大を抑えつつ、安定動作
することができる、という効果を奏する。

【００６５】つぎの発明によれば、スイッチ手段が、制
御手段からの制御によりオン，オフ（電流経路を開閉）
し、増幅手段の増幅部負荷抵抗手段に並列接続される抵
抗を切り替え、増幅手段のオープンループ利得を変化さ
せるため、簡単な回路によりオープンループ利得変化手
段を構成することができ、コストを低減することができ
る、という効果を奏する。

【００６６】つぎの発明によれば、スイッチ手段が、制
御手段からの制御によりオン，オフ（電流経路を開閉）
し、増幅手段の増幅部エミッタ抵抗手段に並列接続され
る抵抗を切り替え、増幅手段のオープンループ利得を変
化させるため、簡単な回路によりオープンループ利得変
化手段を構成することができ、コストを低減することが
できる、という効果を奏する。

【００６７】つぎの発明によれば、増幅手段の増幅部負
荷抵抗手段の増幅トランジスタ側と電源手段との間に配
置された可変抵抗手段が、制御手段からの制御により抵
抗値を変化させるため、交流的にみて実効的な増幅手段
の負荷抵抗値を変化させてオープンループ利得を変化さ
せることができる、という効果を奏する。

【００６８】つぎの発明によれば、増幅手段の増幅部エ
ミッタ抵抗手段の増幅トランジスタ側と電源手段との間
に配置された可変抵抗手段が、制御手段からの制御によ
り抵抗値を変化させるため、交流的にみて実効的な増幅
手段のエミッタ抵抗値を変化させてオープンループ利得
を変化させることができる、という効果を奏する。

【００６９】つぎの発明によれば、電源手段が、無信号
時における増幅手段の増幅部負荷抵抗手段の増幅トラン
ジスタ側電圧と等しい電圧を出力する。これにより、オ
ープンループ利得を変化させることによる直流バイアス
の変化を抑えることができるため、無信号時における出
力点電位の変動やバーストパケットごとの消費電力の変
動を抑えることができる、という効果を奏する。

【００７０】つぎの発明によれば、電源手段が、無信号
時における増幅手段の増幅部エミッタ抵抗手段の増幅ト
ランジスタ側電圧と等しい電圧を出力する。これによ
り、オープンループ利得を変化させることによる直流バ
イアスの変化を抑えることができるため、無信号時にお
ける出力点電位の変動やバーストパケットごとの消費電
力の変動を抑えることができる、という効果を奏する。

【００７１】つぎの発明によれば、電源手段が、ダミー
回路により、無信号時における増幅手段の増幅部負荷抵
抗手段または増幅部エミッタ抵抗手段の増幅トランジス
タ側電圧と等しい電圧を出力する。これにより、オープ
ンループ利得を変化させることによる直流バイアスの変
化を抑えることができるため、無信号時における出力点
電位の変動やバーストパケットごとの消費電力の変動を
抑えることができる、という効果を奏する。

【００７２】つぎの発明によれば、制御手段が、入力信
号のパケットの先頭において、増幅手段のオープンルー
プ利得および帰還抵抗を同時に変化させる制御を行う。
これにより、入力信号のパケットの先頭から増幅手段の
オープンループ利得および帰還抵抗が同時に変化するこ
とになるため、入力信号のパケットの先頭から、最小受
光側では十分な利得を確保し、最大受光側では回路飽和
による出力波歪を低減し、また、消光比劣化が大きい入
力信号に対しても、波形歪の増大を抑えつつ、安定動作
することができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかる前置増幅回
路の構成を示す図である。

【図２】この発明の実施の形態２にかかる前置増幅回
路の構成を示す図である。

【図３】実施の形態２にかかる前置増幅回路の他の構
成を示す図である。

【図４】この発明の実施の形態３にかかる前置増幅回
路の構成を示す図である。

【図５】実施の形態３にかかる前置増幅回路の他の構
成を示す図である。

【図６】この発明の実施の形態４にかかる前置増幅回
路の構成を示す図である。

【図７】実施の形態４にかかる前置増幅回路の他の構
成を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態５にかかる制御回路の構
成を示す図である。

【図９】実施の形態５にかかる制御回路の動作を示す
タイミングチャートである。

【図１０】実施の形態５にかかる制御回路の動作を示
すタイミングチャートである。

【図１１】従来における前置増幅回路の構成を示す図
である。

【図１２】従来における前置増幅回路の入出力特性を
示す図である。

【符号の説明】

１受光素子（フォトダイオード）、２増幅器、３
帰還抵抗、４制御回路、５出力点、６可変抵抗、
７電源、８先頭検出器、９スイッチコントロー
ラ、７０ダミー回路。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０４Ｂ 10/28 10/26 10/14 10/04 10/06 Ｆターム(参考） 5J092 AA01 AA51 AA56 CA32 CA54 CA87 FA10 FA18 HA02 HA25 HA26 HA44 KA01 KA12 KA36 MA13 MA20 SA01 TA01 TA06 UL02 VL02 VL03 VL07 5J100 JA01 KA05 LA09 LA10 QA00 SA02 5K002 AA03 BA15 CA01 CA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】増幅手段と帰還抵抗手段とを備え、電流
信号を電圧信号に変換する前置増幅回路において、入力信号のレベルに応じて前記増幅手段のオープンルー
プ利得および前記帰還抵抗を同時に変化させる制御を行
う制御手段と、前記制御手段の制御により前記帰還抵抗を変化させる帰
還抵抗変化手段と、前記制御手段の制御により前記増幅手段のオープンルー
プ利得を変化させるオープンループ利得変化手段と、を具備することを特徴とする前置増幅回路。
【請求項２】前記オープンループ利得変化手段は、抵
抗を直列接続したスイッチ手段を前記増幅手段の増幅部
負荷抵抗手段に少なくとも一つ並列接続した回路を有
し、前記スイッチ手段は、前記制御手段からの制御によ
りオン，オフすることを特徴とする請求項１に記載の前
置増幅回路。
【請求項３】前記オープンループ利得変化手段は、抵
抗を直列接続したスイッチ手段を前記増幅手段の増幅部
エミッタ抵抗手段に少なくとも一つ並列接続した回路を
有し、前記スイッチ手段は、前記制御手段からの制御に
よりオン，オフすることを特徴とする請求項１に記載の
前置増幅回路。
【請求項４】前記オープンループ利得変化手段は、電
圧を出力する電源手段と、前記増幅手段の増幅部負荷抵
抗手段の増幅トランジスタ側と前記電源手段との間に配
置された可変抵抗手段と、を有し、前記可変抵抗手段
は、前記制御手段からの制御により抵抗値を変化させる
ことを特徴とする請求項１に記載の前置増幅回路。
【請求項５】前記オープンループ利得変化手段は、電
圧を出力する電源手段と、前記増幅手段の増幅部エミッ
タ抵抗手段の増幅トランジスタ側と前記電源手段との間
に配置された可変抵抗手段と、を有し、前記可変抵抗手
段は、前記制御手段からの制御により抵抗値を変化させ
ることを特徴とする請求項１に記載の前置増幅回路。
【請求項６】前記電源手段は、無信号時における前記
増幅手段の増幅部負荷抵抗手段の増幅トランジスタ側電
圧と等しい電圧を出力することを特徴とする請求項４に
記載の前置増幅回路。
【請求項７】前記電源手段は、無信号時における前記
増幅手段の増幅部エミッタ抵抗手段の増幅トランジスタ
側電圧と等しい電圧を出力することを特徴とする請求項
５に記載の前置増幅回路。
【請求項８】前記電源手段は、前置増幅回路と同様の
構成のダミー回路を有することを特徴とする請求項６ま
たは７に記載の前置増幅回路。
【請求項９】前記制御手段は、入力信号のパケットの
先頭において、前記増幅手段のオープンループ利得およ
び前記帰還抵抗を同時に変化させる制御を行うことを特
徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の前置増幅
回路。