JP2001217657A - 光通信用前置増幅器 - Google Patents
光通信用前置増幅器Info
- Publication number
- JP2001217657A JP2001217657A JP2000024091A JP2000024091A JP2001217657A JP 2001217657 A JP2001217657 A JP 2001217657A JP 2000024091 A JP2000024091 A JP 2000024091A JP 2000024091 A JP2000024091 A JP 2000024091A JP 2001217657 A JP2001217657 A JP 2001217657A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fet
- feedback
- input
- preamplifier
- drain
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3084—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in receivers or transmitters for electromagnetic waves other than radiowaves, e.g. lightwaves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
- H03F3/082—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with FET's
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/34—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
- H03F3/343—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only
- H03F3/345—DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with semiconductor devices only with field-effect devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高変換利得、広帯域の光通信用トランスインピ
ーダンス型前置増幅器で、大入力電流時においても、極
めて顕著なピーキングを抑圧して、高周波域に渡って平
坦な利得特性を有し、しかも広いダイナミックレンジを
有する前置増幅器を提供することを、その目的とする。 【解決手段】 トランスインピーダンス型前置増幅器に
おいて、前置増幅器は、増幅回路部、帰還回路部、制御
回路部からなり、増幅回路部は、電気信号の増幅を行な
うソース接地の入力FET、抵抗素子及びカスコード接続
されたFETとを設けてなり、カスコード接続されたFETの
ドレインからの出力信号が入力されるFET、レベルシフ
トダイオード、電流源FETとで構成されており、電流源F
ETのドレイン側に出力を有し、帰還回路部は、増幅回路
部の入力側と出力側との間に接続させる第1の帰還抵抗
を持ち、第１の帰還抵抗に対して並列に接続された帰還
用FETと第２の帰還抵抗とを直列に接続した回路部を持
ち、更に第２の帰還抵抗に並列に設けられた容量素子を
有し、制御部の出力信号が、帰還回路部の帰還用FETの
ゲートに入力されるようにした。
ーダンス型前置増幅器で、大入力電流時においても、極
めて顕著なピーキングを抑圧して、高周波域に渡って平
坦な利得特性を有し、しかも広いダイナミックレンジを
有する前置増幅器を提供することを、その目的とする。 【解決手段】 トランスインピーダンス型前置増幅器に
おいて、前置増幅器は、増幅回路部、帰還回路部、制御
回路部からなり、増幅回路部は、電気信号の増幅を行な
うソース接地の入力FET、抵抗素子及びカスコード接続
されたFETとを設けてなり、カスコード接続されたFETの
ドレインからの出力信号が入力されるFET、レベルシフ
トダイオード、電流源FETとで構成されており、電流源F
ETのドレイン側に出力を有し、帰還回路部は、増幅回路
部の入力側と出力側との間に接続させる第1の帰還抵抗
を持ち、第１の帰還抵抗に対して並列に接続された帰還
用FETと第２の帰還抵抗とを直列に接続した回路部を持
ち、更に第２の帰還抵抗に並列に設けられた容量素子を
有し、制御部の出力信号が、帰還回路部の帰還用FETの
ゲートに入力されるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速光ファイバ通
信システムに用いられる前置増幅器に関し、特に、光電
変換素子からの電流信号を、電流−電圧変換し増幅す
る、トランスインピーダンス型前置増幅器に関するもの
である。より具体的には、諸特性の向上、例えば広帯域
化、広ダイナミックレンジ化、高トランスインピーダン
ス化に有用な技術に関するものである。
信システムに用いられる前置増幅器に関し、特に、光電
変換素子からの電流信号を、電流−電圧変換し増幅す
る、トランスインピーダンス型前置増幅器に関するもの
である。より具体的には、諸特性の向上、例えば広帯域
化、広ダイナミックレンジ化、高トランスインピーダン
ス化に有用な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムの受信器では、
光ファイバーを通して運ばれた光信号は、光電変換素子
であるフォトダイオードにより電流信号に変換される。
この電流信号は前置増幅器によって電流−電圧変換され
電圧として出力される。この前置増幅器には、低雑音、
広いダイナミックレンジ、広帯域および高い利得といっ
た特性が要求される。
光ファイバーを通して運ばれた光信号は、光電変換素子
であるフォトダイオードにより電流信号に変換される。
この電流信号は前置増幅器によって電流−電圧変換され
電圧として出力される。この前置増幅器には、低雑音、
広いダイナミックレンジ、広帯域および高い利得といっ
た特性が要求される。
【０００３】この様な要求を満たすためには、トランス
インピーダンス型前置増幅器と呼ばれる増幅器を用いる
のが一般的である。典型的なトランスインピーダンス型
前置増幅器は、入力部と出力部の間に接続された帰還抵
抗を有している。
インピーダンス型前置増幅器と呼ばれる増幅器を用いる
のが一般的である。典型的なトランスインピーダンス型
前置増幅器は、入力部と出力部の間に接続された帰還抵
抗を有している。
【０００４】図７は光受信器における光電変換素子であ
る、フォトダイオード（以下ＰＤと略す）と従来の光通
信用前置増幅回路とを簡略的に示す図である。この回路
において、ＰＤは、受信した光信号の強度に応じて電流
信号を出力し、この電流信号を前置増幅器が電圧信号に
インピーダンス変換し、信号の増幅を行なう。ここで、
トランスインピーダンス型前置増幅器に入力する入力電
流Ｉinと、トランスインピーダンス型前置増幅器から出
力する出力電圧Ｖoutとの間には、帰還抵抗の抵抗値を
Ｒfとすると、 Ｖout＝−Ｉin・Ｒf なる関係があることが知られている。この前置増幅器で
は、帰還抵抗Ｒfの値を大きくすることで、微小な入力
電流に対しても十分な感度が得られる。つまり十分な出
力電圧が得られるのである。
る、フォトダイオード（以下ＰＤと略す）と従来の光通
信用前置増幅回路とを簡略的に示す図である。この回路
において、ＰＤは、受信した光信号の強度に応じて電流
信号を出力し、この電流信号を前置増幅器が電圧信号に
インピーダンス変換し、信号の増幅を行なう。ここで、
トランスインピーダンス型前置増幅器に入力する入力電
流Ｉinと、トランスインピーダンス型前置増幅器から出
力する出力電圧Ｖoutとの間には、帰還抵抗の抵抗値を
Ｒfとすると、 Ｖout＝−Ｉin・Ｒf なる関係があることが知られている。この前置増幅器で
は、帰還抵抗Ｒfの値を大きくすることで、微小な入力
電流に対しても十分な感度が得られる。つまり十分な出
力電圧が得られるのである。
【０００５】しかし、抵抗値Ｒfが大きいと、入力電流
振幅が大きくなった場合、出力振幅が飽和してしまい、
出力波形が歪んでしまう。トランスインピーダンス型前
置増幅器では、ダイナミックレンジ特性を改善するため
に、入力信号電流の大きな場合、帰還抵抗を等価的に小
さくする手段を取るのが一般的である。
振幅が大きくなった場合、出力振幅が飽和してしまい、
出力波形が歪んでしまう。トランスインピーダンス型前
置増幅器では、ダイナミックレンジ特性を改善するため
に、入力信号電流の大きな場合、帰還抵抗を等価的に小
さくする手段を取るのが一般的である。
【０００６】つまり、図７に示してあるように、帰還抵
抗に対して並列に、帰還用トランジスタのソースおよび
ドレインを接続させ、帰還抵抗と帰還用トランジスタの
合成等価抵抗の値を前置増幅回路の負荷としている。ま
た図中の制御回路はソースフォロワ回路からなり、入力
電流が小さい場合には、電圧出力も小さく、帰還用トラ
ンジスタは完全に閉じおり、合成帰還抵抗は、純粋に帰
還抵抗の値になる。
抗に対して並列に、帰還用トランジスタのソースおよび
ドレインを接続させ、帰還抵抗と帰還用トランジスタの
合成等価抵抗の値を前置増幅回路の負荷としている。ま
た図中の制御回路はソースフォロワ回路からなり、入力
電流が小さい場合には、電圧出力も小さく、帰還用トラ
ンジスタは完全に閉じおり、合成帰還抵抗は、純粋に帰
還抵抗の値になる。
【０００７】一方、入力電流が大きくなった場合には、
電圧出力も大きくなるが、制御回路がその電圧出力の大
きさに応じて帰還用トランジスタのゲート電圧を変化さ
せ、上記合成帰還抵抗の値を変更することにより、電流
−電圧変換利得を変えて、広いダイナミックレンジを実
現している。
電圧出力も大きくなるが、制御回路がその電圧出力の大
きさに応じて帰還用トランジスタのゲート電圧を変化さ
せ、上記合成帰還抵抗の値を変更することにより、電流
−電圧変換利得を変えて、広いダイナミックレンジを実
現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、トランスインピーダンスにして１ｋΩ（約６０ｄＢ
Ω）以上の高変換利得、十数ギガヘルツの広帯域といっ
た特性を有する前置増幅器を実現させるためには、利得
帯域幅積をできるだけ大きくする必要がある。また同時
に、帰還回路を利用したピーキング特性を利用すること
が重要となる。
ば、トランスインピーダンスにして１ｋΩ（約６０ｄＢ
Ω）以上の高変換利得、十数ギガヘルツの広帯域といっ
た特性を有する前置増幅器を実現させるためには、利得
帯域幅積をできるだけ大きくする必要がある。また同時
に、帰還回路を利用したピーキング特性を利用すること
が重要となる。
【０００９】数ギガヘルツ以下の周波数では、図７に示
した増幅回路の入力側と出力側の位相は反転しており、
帰還抵抗による帰還は負帰還となっている。しかし、十
ギガヘルツ程度若しくはそれ以上の周波数になると、帰
還ループの遅延時間が無視できなくなり、帰還抵抗の帰
還は位相の遅延が発生して正帰還に近くなってくる。い
わゆるピーキング現象である。
した増幅回路の入力側と出力側の位相は反転しており、
帰還抵抗による帰還は負帰還となっている。しかし、十
ギガヘルツ程度若しくはそれ以上の周波数になると、帰
還ループの遅延時間が無視できなくなり、帰還抵抗の帰
還は位相の遅延が発生して正帰還に近くなってくる。い
わゆるピーキング現象である。
【００１０】ピーキング現象は、負帰還が正帰還に近付
くに従って変換利得が増大する現象を利用して高周波数
での帯域を延ばす設計手法として用いられる。
くに従って変換利得が増大する現象を利用して高周波数
での帯域を延ばす設計手法として用いられる。
【００１１】ところで、一般的に増幅回路の帯域ｆwは
次式のように表される。 ｆw＝１／（２πＲin・Ｃin）＝Ａ／（２πＲf・Ｃin） ここでＲinは入力抵抗、Ｃinは入力容量（ＰＤの接合容
量、増幅器の入力容量、実装上負荷される浮遊容量）、
Ａは増幅回路の開ループ利得である。
次式のように表される。 ｆw＝１／（２πＲin・Ｃin）＝Ａ／（２πＲf・Ｃin） ここでＲinは入力抵抗、Ｃinは入力容量（ＰＤの接合容
量、増幅器の入力容量、実装上負荷される浮遊容量）、
Ａは増幅回路の開ループ利得である。
【００１２】図７に示したような、従来の前置増幅器に
おいては、入力電流が大きくなった場合には、等価的な
帰還抵抗Ｒfは小さくなり、上式に従い帯域は延びる。
しかし、前述したピーキング効果を用いた高変換利得、
広帯域の回路においては、大入力電流時の周波数特性の
広帯域化は、極めて顕著なピーキング現象によって、出
力電圧が歪んだり、発振の原因となってしまい、広ダイ
ナミックレンジ化は望めないという問題点があった。
おいては、入力電流が大きくなった場合には、等価的な
帰還抵抗Ｒfは小さくなり、上式に従い帯域は延びる。
しかし、前述したピーキング効果を用いた高変換利得、
広帯域の回路においては、大入力電流時の周波数特性の
広帯域化は、極めて顕著なピーキング現象によって、出
力電圧が歪んだり、発振の原因となってしまい、広ダイ
ナミックレンジ化は望めないという問題点があった。
【００１３】ちなみに、このトランスインピーダンス型
前置増幅器に入力される信号の電流振幅は、伝送距離、
すなわち光ファイバの長さによって大きく異なり、例え
ば、伝送速度１０ギガビット／秒（Ｇｂ／ｓ）で、伝送
距離が１０〜４０ｋｍと比較的短距離の光ファイバ通信
システムでは、ＰＤから前置増幅器に入力される信号電
流の振幅は、ピーク・トゥ・ピークで２０μＡ〜２ｍＡ
と大きく異なり、約２０ｄＢ以上のダイナミックレンジ
が要求される。
前置増幅器に入力される信号の電流振幅は、伝送距離、
すなわち光ファイバの長さによって大きく異なり、例え
ば、伝送速度１０ギガビット／秒（Ｇｂ／ｓ）で、伝送
距離が１０〜４０ｋｍと比較的短距離の光ファイバ通信
システムでは、ＰＤから前置増幅器に入力される信号電
流の振幅は、ピーク・トゥ・ピークで２０μＡ〜２ｍＡ
と大きく異なり、約２０ｄＢ以上のダイナミックレンジ
が要求される。
【００１４】そこで本願発明では、高変換利得、広帯域
の光通信用トランスインピーダンス型前置増幅器で、大
入力電流時においても、極めて顕著なピーキングを抑圧
して、高周波域に渡って平坦な利得特性を有し、しかも
広いダイナミックレンジを有する前置増幅器を提供する
ことを、その目的とする。
の光通信用トランスインピーダンス型前置増幅器で、大
入力電流時においても、極めて顕著なピーキングを抑圧
して、高周波域に渡って平坦な利得特性を有し、しかも
広いダイナミックレンジを有する前置増幅器を提供する
ことを、その目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本願第１の発明では、上
記の課題を解決するため、入力された光信号を電気信号
に変換する受光素子の出力側に接続される光通信用トラ
ンスインピーダンス型前置増幅器において、前記前置増
幅器は、増幅回路部、帰還回路部、制御回路部からな
り、前記増幅回路部は、前記電気信号の増幅を行なうソ
ース接地の入力FET、抵抗素子及びカスコード接続され
たFETとを設けてなり、前記カスコード接続されたFETの
ドレインからの出力信号が入力されるFET、レベルシフ
トダイオード、電流源FETとで構成されており、前記電
流源FETのドレイン側に出力を有し、前記帰還回路部
は、前記増幅回路部の入力側と出力側との間に接続させ
る第1の帰還抵抗を持ち、前記第１の帰還抵抗に対して
並列に接続された帰還用FETと第２の帰還抵抗とを直列
に接続した回路部を持ち、更に前記第２の帰還抵抗に並
列に設けられた容量素子を有し、前記制御部の出力信号
が、前記帰還回路部の前記帰還用FETのゲートに入力さ
れることを特徴とする構成としたものである。
記の課題を解決するため、入力された光信号を電気信号
に変換する受光素子の出力側に接続される光通信用トラ
ンスインピーダンス型前置増幅器において、前記前置増
幅器は、増幅回路部、帰還回路部、制御回路部からな
り、前記増幅回路部は、前記電気信号の増幅を行なうソ
ース接地の入力FET、抵抗素子及びカスコード接続され
たFETとを設けてなり、前記カスコード接続されたFETの
ドレインからの出力信号が入力されるFET、レベルシフ
トダイオード、電流源FETとで構成されており、前記電
流源FETのドレイン側に出力を有し、前記帰還回路部
は、前記増幅回路部の入力側と出力側との間に接続させ
る第1の帰還抵抗を持ち、前記第１の帰還抵抗に対して
並列に接続された帰還用FETと第２の帰還抵抗とを直列
に接続した回路部を持ち、更に前記第２の帰還抵抗に並
列に設けられた容量素子を有し、前記制御部の出力信号
が、前記帰還回路部の前記帰還用FETのゲートに入力さ
れることを特徴とする構成としたものである。
【００１６】また、本願第２の発明では、前記制御回路
部が、前記増幅回路部の前記カスコード接続されたFET
のドレインからの信号が入力されるFET、レベルシフト
ダイオード、電流源FETからなるソースフォロワ回路
と、前記電流源FETのドレインからの出力信号を、ソー
ス接地されたFETで増幅し、その増幅されたドレインか
らの出力信号が、前記帰還回路部の前記帰還用FETのゲ
ートに入力されることを特徴とする構成としたものであ
る。
部が、前記増幅回路部の前記カスコード接続されたFET
のドレインからの信号が入力されるFET、レベルシフト
ダイオード、電流源FETからなるソースフォロワ回路
と、前記電流源FETのドレインからの出力信号を、ソー
ス接地されたFETで増幅し、その増幅されたドレインか
らの出力信号が、前記帰還回路部の前記帰還用FETのゲ
ートに入力されることを特徴とする構成としたものであ
る。
【００１７】更に、本願第３の発明では、前記制御回路
部が、前記増幅回路部の前記カスコード接続されたFET
のドレインからの信号が入力されるFET、レベルシフト
ダイオード、電流源FETからなる第１のソースフォロワ
回路と、前記電流源FETのドレインからの出力信号を、
ソース接地されたFETで増幅し、その増幅されたドレイ
ンからの出力信号を受ける第２のソースフォロワ回路か
らなり、前記第２のソースフォロワ回路からの出力信号
が、前記帰還回路部の前記帰還用FETのゲートに入力さ
れることを特徴とする構成としたものである。
部が、前記増幅回路部の前記カスコード接続されたFET
のドレインからの信号が入力されるFET、レベルシフト
ダイオード、電流源FETからなる第１のソースフォロワ
回路と、前記電流源FETのドレインからの出力信号を、
ソース接地されたFETで増幅し、その増幅されたドレイ
ンからの出力信号を受ける第２のソースフォロワ回路か
らなり、前記第２のソースフォロワ回路からの出力信号
が、前記帰還回路部の前記帰還用FETのゲートに入力さ
れることを特徴とする構成としたものである。
【００１８】
【実施の形態】以下、第１乃至第３の実施の形態におい
て、GaAs/AlGaAs系のデプレッション型HEMT（以下、FET
と記す）を使用して回路を構成する場合について、実例
を挙げて具体的に説明する。
て、GaAs/AlGaAs系のデプレッション型HEMT（以下、FET
と記す）を使用して回路を構成する場合について、実例
を挙げて具体的に説明する。
【００１９】（第１の実施の形態）図１に示したよう
に、本発明では、増幅回路の入力側と出力側に接続させ
る第1の帰還抵抗を設け、更に、帰還用FETと第２の帰還
抵抗を直列に接続したものを第１の帰還抵抗に対し並列
に接続するようにしたものである。更に、帰還用の容量
を、第２の帰還抵抗に対して並列に設けることを特徴と
する。
に、本発明では、増幅回路の入力側と出力側に接続させ
る第1の帰還抵抗を設け、更に、帰還用FETと第２の帰還
抵抗を直列に接続したものを第１の帰還抵抗に対し並列
に接続するようにしたものである。更に、帰還用の容量
を、第２の帰還抵抗に対して並列に設けることを特徴と
する。
【００２０】なお、第１の実施の形態では、帰還用の容
量として0.15pFを用いた。また、図１の増幅回路部は、
図２に示したように、信号増幅を行なうソース接地の入
力FET、負荷の他にカスコード接続したFETを設け、カス
コードFETのドレイン出力信号を入力するFET、レベルシ
フトダイオード、電流源とで構成される。制御回路への
信号は、カスコードFETからの信号を参照し、制御回路
は図４に示したようなソースフォロワFETとレベルシフ
トダイオード、電流源FETからなるフォースフォロワ回
路を用いた。
量として0.15pFを用いた。また、図１の増幅回路部は、
図２に示したように、信号増幅を行なうソース接地の入
力FET、負荷の他にカスコード接続したFETを設け、カス
コードFETのドレイン出力信号を入力するFET、レベルシ
フトダイオード、電流源とで構成される。制御回路への
信号は、カスコードFETからの信号を参照し、制御回路
は図４に示したようなソースフォロワFETとレベルシフ
トダイオード、電流源FETからなるフォースフォロワ回
路を用いた。
【００２１】図２、３におけるＶｄをグランドとし、Ｖ
ｓ端子に−５Ｖを印加し、第１の実施形態の前置増幅器
を駆動させた。入力信号のパワーで、-20dBΩから-1dB
Ωの範囲で、出力波形に歪みがなく、また、大入力電流
時の高周波領域でのピークが１ｄＢΩ以下に抑えられ
た、平坦な周波数特性が得られていた。
ｓ端子に−５Ｖを印加し、第１の実施形態の前置増幅器
を駆動させた。入力信号のパワーで、-20dBΩから-1dB
Ωの範囲で、出力波形に歪みがなく、また、大入力電流
時の高周波領域でのピークが１ｄＢΩ以下に抑えられ
た、平坦な周波数特性が得られていた。
【００２２】比較例として、帰還用の容量を設けなかっ
た前置増幅器を試作した。しかし、帰還用の容量を設け
ない場合は、-10dBΩの光入力で、８GHz付近の周波数領
域で、７dBΩ程度のピーキングが生じてしまった。とこ
ろが、帰還用の容量、しかも0.15pFと小さい容量を設け
ることにより、-２dBΩの大入力時においても、ピーキ
ングの発生原因となる高周波の信号を、短い遅延時間、
すなわち負帰還に近い状態で帰還させることにより、18
dBと比較的広いダイナミックレンジを、実現できること
が確認された。
た前置増幅器を試作した。しかし、帰還用の容量を設け
ない場合は、-10dBΩの光入力で、８GHz付近の周波数領
域で、７dBΩ程度のピーキングが生じてしまった。とこ
ろが、帰還用の容量、しかも0.15pFと小さい容量を設け
ることにより、-２dBΩの大入力時においても、ピーキ
ングの発生原因となる高周波の信号を、短い遅延時間、
すなわち負帰還に近い状態で帰還させることにより、18
dBと比較的広いダイナミックレンジを、実現できること
が確認された。
【００２３】（第２の実施の形態）第１の実施形態と制
御回路部以外は同様で、制御回路部が増幅回路部のカス
コードFETのドレインからの信号を入力するFETとレベル
シフトダイオード、電流源からなる第１のソースフォロ
ワ回路と、その電流源のドレイン出力を、ソース接地の
FETで増幅し、その増幅したドレイン出力を受ける第２
のソースフォロワ回路から成り、この第２のソースフォ
ロワ回路の出力を帰還回路部の帰還用FETのゲートに接
続させる構成をとった。
御回路部以外は同様で、制御回路部が増幅回路部のカス
コードFETのドレインからの信号を入力するFETとレベル
シフトダイオード、電流源からなる第１のソースフォロ
ワ回路と、その電流源のドレイン出力を、ソース接地の
FETで増幅し、その増幅したドレイン出力を受ける第２
のソースフォロワ回路から成り、この第２のソースフォ
ロワ回路の出力を帰還回路部の帰還用FETのゲートに接
続させる構成をとった。
【００２４】図２、４におけるＶｄをグランドとし、Ｖ
ｓ端子に−５Ｖを印加して、第２の実施形態の前置増幅
器を駆動させた。入力信号のパワーで、-20dBΩから0dB
Ωの範囲で、出力波形に歪みがなく、また、大入力電流
時の高周波領域でのピークが１dBΩ以下に抑えられた、
平坦な周波数特性が得られていた。
ｓ端子に−５Ｖを印加して、第２の実施形態の前置増幅
器を駆動させた。入力信号のパワーで、-20dBΩから0dB
Ωの範囲で、出力波形に歪みがなく、また、大入力電流
時の高周波領域でのピークが１dBΩ以下に抑えられた、
平坦な周波数特性が得られていた。
【００２５】第１の実施形態においては、帰還用FETと
第２の帰還抵抗が直列に接続されているため、大入力電
流時の制御回路部のソースフォロワ回路からの出力で
は、帰還用FETを十分に開くことができず、帰還回路部
の等価的な帰還抵抗を十分に小さくすることができなか
った。第２の実施形態においては、制御回路部で信号の
増幅が行なわれたため、第１の実施形態に比べ、広いダ
イナミックレンジが実現できた。また、本実施形態にお
いても、帰還用容量が有効に機能していることがわかっ
た。
第２の帰還抵抗が直列に接続されているため、大入力電
流時の制御回路部のソースフォロワ回路からの出力で
は、帰還用FETを十分に開くことができず、帰還回路部
の等価的な帰還抵抗を十分に小さくすることができなか
った。第２の実施形態においては、制御回路部で信号の
増幅が行なわれたため、第１の実施形態に比べ、広いダ
イナミックレンジが実現できた。また、本実施形態にお
いても、帰還用容量が有効に機能していることがわかっ
た。
【００２６】（第３の実施の形態）第２の実施形態にお
ける増幅回路部の入力FETのソースが、図５に示したよ
うにグランドに接地され、制御回路部が図６に示したよ
うにソースフォロワ回路とソース接地の増幅回路からな
る構成をとった。
ける増幅回路部の入力FETのソースが、図５に示したよ
うにグランドに接地され、制御回路部が図６に示したよ
うにソースフォロワ回路とソース接地の増幅回路からな
る構成をとった。
【００２７】図５、６におけるＶｄ端子に＋3.3Ｖ、Ｖ
ｓ端子に−５Ｖを印加し、第３の実施形態の前置増幅器
を駆動させた。入力信号のパワーで、-20dBΩから2dBΩ
の範囲で、出力波形に歪みがなく、また、大入力電流時
の高周波領域でのピークが1dBΩ以下に抑えられた、平
坦な周波数特性が得られていた。
ｓ端子に−５Ｖを印加し、第３の実施形態の前置増幅器
を駆動させた。入力信号のパワーで、-20dBΩから2dBΩ
の範囲で、出力波形に歪みがなく、また、大入力電流時
の高周波領域でのピークが1dBΩ以下に抑えられた、平
坦な周波数特性が得られていた。
【００２８】第２の実施形態においては、−５Ｖ単一電
源を用いており、図４からもわかるように、増幅回路部
の入力FETのソースにはレベルシフトダイオードが２段
設けてある。レベルシフトダイオードは、一段あたり0.
8Vの電圧源として用いており、入力のバイアスは設計
上、約-3.4Vとなる。微小入力電流時に帰還回路部の帰
還用FETを完全に閉じさせるために、第２の実施形態で
の制御回路の出力は、ソースフォロワ回路からの出力と
なった。
源を用いており、図４からもわかるように、増幅回路部
の入力FETのソースにはレベルシフトダイオードが２段
設けてある。レベルシフトダイオードは、一段あたり0.
8Vの電圧源として用いており、入力のバイアスは設計
上、約-3.4Vとなる。微小入力電流時に帰還回路部の帰
還用FETを完全に閉じさせるために、第２の実施形態で
の制御回路の出力は、ソースフォロワ回路からの出力と
なった。
【００２９】第３の実施形態においては、負電源と増幅
回路部の入力バイアスの差が2Ｖあり、制御回路部の出
力が、ソース接地増幅FETからの出力であっても、微少
入力電流時に、帰還用FETを閉じさせることができる。
このような制御回路部を用いると、制御回路部からの出
力信号は飽和しにくくなり、2dBΩという大入力にたい
しても帰還回路部は有効に機能し、22dBという広いダイ
ナミックレンジが可能となる。
回路部の入力バイアスの差が2Ｖあり、制御回路部の出
力が、ソース接地増幅FETからの出力であっても、微少
入力電流時に、帰還用FETを閉じさせることができる。
このような制御回路部を用いると、制御回路部からの出
力信号は飽和しにくくなり、2dBΩという大入力にたい
しても帰還回路部は有効に機能し、22dBという広いダイ
ナミックレンジが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり本願発明に
よれば、高変換利得、広帯域の光通信用トランスインピ
ーダンス型前置増幅器であって、大入力電流時において
も、極めて顕著なピーキングを抑圧して、高周波域に渡
って平坦な利得特性を有し、しかも広いダイナミックレ
ンジを有する前置増幅器を実現することができるという
顕著な効果を奏する。
よれば、高変換利得、広帯域の光通信用トランスインピ
ーダンス型前置増幅器であって、大入力電流時において
も、極めて顕著なピーキングを抑圧して、高周波域に渡
って平坦な利得特性を有し、しかも広いダイナミックレ
ンジを有する前置増幅器を実現することができるという
顕著な効果を奏する。
【図１】本願発明のトランスインピーダンス型前置増幅
器を示す図である。
器を示す図である。
【図２】本願第１の発明の増幅回路を示す図である。
【図３】本願第１の発明の制御回路を示す図である。
【図４】本願第２の発明の制御回路を示す図である。
【図５】本願第３の発明の増幅回路を示す図である。
【図６】本願第３の発明の制御回路を示す図である。
【図７】従来のトランスインピーダンス型前置増幅器を
示す図である。
示す図である。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J090 AA01 AA56 CA32 CA62 DN02 FA17 HA09 HA19 HA25 HA29 HA44 HN06 KA06 KA18 KA25 KA27 MA02 MA11 MA17 MA23 MN01 NN12 SA13 TA01 5J091 AA01 AA56 CA32 CA62 FA17 HA09 HA19 HA25 HA29 HA44 KA06 KA18 KA25 KA27 MA02 MA11 MA17 MA23 SA13 TA01 5J092 AA01 AA56 CA32 CA62 FA17 HA09 HA19 HA25 HA29 HA44 KA06 KA18 KA25 KA27 MA02 MA11 MA17 MA23 SA13 TA01 VL07
Claims (3)
- 【請求項１】 入力された光信号を電気信号に変換する
受光素子の出力側に接続される光通信用トランスインピ
ーダンス型前置増幅器であって、 前記前置増幅器は、増幅回路部、帰還回路部、制御回路
部からなり、 前記増幅回路部は、前記電気信号の増幅を行なうソース
接地の入力FET、抵抗素子及びカスコード接続されたFET
とを設けてなり、前記カスコード接続されたFETのドレ
インからの出力信号が入力されるFET、レベルシフトダ
イオード、電流源FETとで構成され、前記電流源FETのド
レイン側に出力を有し、 前記帰還回路部は、前記増幅回路部の入力側と出力側と
の間に接続させる第1の帰還抵抗を持ち、前記第１の帰
還抵抗に対して並列に接続された帰還用FETと第２の帰
還抵抗とを直列に接続した回路部を持ち、更に前記第２
の帰還抵抗に並列に設けられた容量素子を有し、 前記制御部の出力信号が、前記帰還回路部の前記帰還用
FETのゲートに入力されることを特徴とする前置増幅
器。 - 【請求項２】 前記制御回路部が、前記増幅回路部の前
記カスコード接続されたFETのドレインからの信号が入
力されるFET、レベルシフトダイオード、電流源FETから
なるソースフォロワ回路と、前記電流源FETのドレイン
からの出力信号を、ソース接地されたFETで増幅し、そ
の増幅されたドレインからの出力信号が、前記帰還回路
部の前記帰還用FETのゲートに入力されることを特徴と
する請求項１記載の前置増幅器。 - 【請求項３】 前記制御回路部が、前記増幅回路部の前
記カスコード接続されたFETのドレインからの信号が入
力されるFET、レベルシフトダイオード、電流源FETから
なる第１のソースフォロワ回路と、前記電流源FETのド
レインからの出力信号を、ソース接地されたFETで増幅
し、その増幅されたドレインからの出力信号を受ける第
２のソースフォロワ回路からなり、前記第２のソースフ
ォロワ回路からの出力信号が、前記帰還回路部の前記帰
還用FETのゲートに入力されることを特徴とする請求項
１記載の前置増幅器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000024091A JP2001217657A (ja) | 2000-02-01 | 2000-02-01 | 光通信用前置増幅器 |
| US09/570,549 US6307433B1 (en) | 2000-02-01 | 2000-05-12 | Preamplifier for high speed optical fiber communication system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000024091A JP2001217657A (ja) | 2000-02-01 | 2000-02-01 | 光通信用前置増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001217657A true JP2001217657A (ja) | 2001-08-10 |
Family
ID=18550154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000024091A Pending JP2001217657A (ja) | 2000-02-01 | 2000-02-01 | 光通信用前置増幅器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6307433B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001217657A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003103139A1 (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-11 | 日本電気株式会社 | 増幅信号経路と帰還信号経路が分離された帰還増幅器 |
| WO2005055416A1 (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 光受信用前置増幅器 |
| JP2005236616A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Nec Kansai Ltd | 光電流・電圧変換回路 |
| JP2008312208A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Honeywell Internatl Inc | 光ファイバ速度センサのための可変利得一定帯域幅トランスインピーダンス増幅器 |
| US7868701B2 (en) | 2004-08-03 | 2011-01-11 | Nippon Telephone And Telegraph Corporation | Transimpedance amplifier |
| US11025205B2 (en) | 2017-02-22 | 2021-06-01 | Mitsubishi Electric Corporation | High frequency amplifier |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001320253A (ja) * | 2000-05-12 | 2001-11-16 | Nec Miyagi Ltd | 前置増幅回路 |
| JP4220694B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2009-02-04 | パナソニック株式会社 | 高周波可変利得増幅装置 |
| US6552615B1 (en) * | 2001-08-31 | 2003-04-22 | Big Bear Networks, Inc. | Method and system for compensation of low-frequency photodiode current in a transimpedance amplifier |
| JP4169985B2 (ja) * | 2002-02-19 | 2008-10-22 | 三菱電機株式会社 | 前置増幅器の利得切り替え回路 |
| US6882226B2 (en) * | 2002-05-16 | 2005-04-19 | Integrant Technologies Inc. | Broadband variable gain amplifier with high linearity and variable gain characteristic |
| JP4303057B2 (ja) | 2003-07-30 | 2009-07-29 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | 光電流・電圧変換回路 |
| CN1326399C (zh) * | 2004-04-29 | 2007-07-11 | 华亚微电子（上海）有限公司 | 隔行视频流到逐行视频流的转换方法与系统 |
| US7205845B2 (en) * | 2004-07-02 | 2007-04-17 | Infineon Technologies Fiber Optics Gmbh | Amplifier circuit for converting the current signal from an optical receiving element into a voltage signal |
| US20060087378A1 (en) * | 2004-10-26 | 2006-04-27 | Hiroshi Hayakawa | Preamplifier circuit having a variable feedback resistance |
| WO2006095296A1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-14 | Nxp B.V. | Receiver having a gain-controllable input amplifier. |
| US7262655B2 (en) * | 2005-04-28 | 2007-08-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | High bandwidth resistor |
| US20060244541A1 (en) * | 2005-04-28 | 2006-11-02 | Dejan Mijuskovic | Methods and apparatus for precision limiting in transimpedance amplifiers |
| CN108199694A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-06-22 | 厦门优迅高速芯片有限公司 | 一种可应用于突发跨阻放大器的自动增益控制方法和电路 |
| US11171565B2 (en) | 2018-10-05 | 2021-11-09 | Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas | Switched-mode power converter |
| US11022629B2 (en) | 2019-07-29 | 2021-06-01 | Analog Devices, Inc. | Low-glitch range change techniques |
| GB2613981B (en) * | 2023-03-03 | 2024-02-21 | Hilight Semiconductor Ltd | Opto-electronic assemblies |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0629755A (ja) * | 1992-07-10 | 1994-02-04 | Mitsubishi Electric Corp | 前置増幅器 |
| US5801588A (en) * | 1996-02-23 | 1998-09-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Preamplifier for optical communication |
| JPH09232877A (ja) | 1996-02-23 | 1997-09-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光通信用前置増幅器 |
| JP3059104B2 (ja) * | 1996-06-25 | 2000-07-04 | 三菱電機株式会社 | 負帰還型前置増幅器 |
| JPH10242773A (ja) * | 1997-02-27 | 1998-09-11 | Oki Electric Ind Co Ltd | 帰還増幅回路 |
| JPH11340745A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-10 | Nec Corp | トランスインピーダンス型増幅回路 |
-
2000
- 2000-02-01 JP JP2000024091A patent/JP2001217657A/ja active Pending
- 2000-05-12 US US09/570,549 patent/US6307433B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003103139A1 (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-11 | 日本電気株式会社 | 増幅信号経路と帰還信号経路が分離された帰還増幅器 |
| US7183853B2 (en) | 2002-05-30 | 2007-02-27 | Nec Corporation | Feedback amplifier having amplified signal path and feedback signal path separated |
| CN100424993C (zh) * | 2002-05-30 | 2008-10-08 | 日本电气株式会社 | 放大信号通路和反馈信号通路彼此分开的反馈放大器 |
| WO2005055416A1 (ja) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 光受信用前置増幅器 |
| US7502569B2 (en) | 2003-12-03 | 2009-03-10 | Panasonic Corporation | Optical receiver preamplifier |
| JP2005236616A (ja) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Nec Kansai Ltd | 光電流・電圧変換回路 |
| JP4536393B2 (ja) * | 2004-02-19 | 2010-09-01 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 光電流・電圧変換回路 |
| US7868701B2 (en) | 2004-08-03 | 2011-01-11 | Nippon Telephone And Telegraph Corporation | Transimpedance amplifier |
| JP2008312208A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Honeywell Internatl Inc | 光ファイバ速度センサのための可変利得一定帯域幅トランスインピーダンス増幅器 |
| US11025205B2 (en) | 2017-02-22 | 2021-06-01 | Mitsubishi Electric Corporation | High frequency amplifier |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6307433B1 (en) | 2001-10-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001217657A (ja) | 光通信用前置増幅器 | |
| KR100900205B1 (ko) | 넓은 동적 범위 트랜스임피던스 증폭기 | |
| JP3301734B2 (ja) | 相補ｈｂｔ共通ベース・プッシュ・プル前置増幅器を有する平衡光受信機 | |
| US7605660B1 (en) | Linear multi-stage transimpedance amplifier | |
| JP4032720B2 (ja) | 自動利得制御回路 | |
| US9641251B1 (en) | Transimpedance amplifier, and related integrated circuit and optical receiver | |
| US5565672A (en) | Optical transimpedance receiver with compensation network | |
| CN113162561B (zh) | 用于对放大器的线性度进行补偿的前置补偿器 | |
| US6879217B2 (en) | Triode region MOSFET current source to bias a transimpedance amplifier | |
| CN109391236B (zh) | 一种信号放大电路及毫米波信号放大电路 | |
| US6590455B1 (en) | Common-base amplifier with high input overload and/or tunable transimpedance | |
| US6876260B2 (en) | Elevated front-end transimpedance amplifier | |
| ITMI20120640A1 (it) | Amplificatore a trans-impedenza per interfaccia ottico-elettrica ad alta velocità | |
| JP4202088B2 (ja) | 増幅器 | |
| US4638152A (en) | Photoelectric converting circuit having a low parasitic capacitance | |
| US5095286A (en) | Fiber optic receiver and amplifier | |
| JP5081678B2 (ja) | 光信号受信回路 | |
| US6714082B2 (en) | Semiconductor amplifier circuit | |
| US7030701B2 (en) | Transimpedance amplification apparatus with source follower structure | |
| US10848106B2 (en) | Wide dynamic range auto-AGC transimpedance amplifier | |
| JP2003258580A (ja) | 光受信回路 | |
| JP2003163544A (ja) | 帰還増幅回路及びそれを用いた受信装置 | |
| JPS592451A (ja) | 高速低雑音光受信回路 | |
| KR20060064981A (ko) | 트랜스임피던스 증폭기 | |
| US11750162B1 (en) | Variable gain amplifier system including separate bandwidth control based on inductance contribution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060923 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060929 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20061013 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061222 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20081119 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081125 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090610 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090616 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091104 |