JP2001358547A - バッファ回路 - Google Patents
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Abstract
る。 【解決手段】ソースホロワ回路11Xは、電源供給線V
DDとVSSとの間に、負荷114とエンハンスメント
型FET111と電流源としてのFET112Aとが直
列に接続されている。FET112Aのゲートには、直
流バイアス電位VB1が印加されるとともに、FET1
11のドレイン電位VDの交流成分がキャパシタ113
を介して供給される。キャパシタ113にインダクタを
直列接続すればバンドパスフィルタが構成され、その共
振周波数においてソースホロワ回路11Xのゲインが特
に高くなる。配線の寄生インダクタンスにより該バンド
パスフィルタが構成されて、出力波形に高周波ノイズが
乗る場合には、キャパシタ113にトランジスタを直列
接続し、そのゲート電位を調整することによりゲインを
フラット化させる。
Description
やエミッタホロワ回路などのようにトランジスタの制御
入力端の電位に追従した電位を該トランジスタの電流路
一端から出力するバッファ回路に関する。
能にするために、10Gbpsを越える高速通信システ
ムが研究、開発され、このシステムの光送信モジュール
に対して、周波数特性の広帯域化(遮断周波数をより高
くすること)が要求されている。このため、光送信モジ
ュール内の増幅回路の周波数特性を改善する必要があ
る。また、この増幅回路の消費電力は、光送信モジュー
ルのそれの大部分を占めており、これを低減することに
より、伝送品質向上のみならず光送信モジュール全体の
信頼性向上を期待できる。
いる従来の差動増幅器を示す。
Nに関し対称的な構成である。
メント型FET(E−FET)101のゲートに供給さ
れた入力信号INの電位が、そのゲート・ソース間の閾
値電圧Vthだけ低下され、さらにダイオード102を
通ってその順方向電圧Vfだけ低下され、入力電位VI
となる。例えば、Vth=0.3V、Vf=0.6Vで
ある。
11Aでは、電源供給線VDDとVSSとの間に、E−
FET111と、電流源として機能するデプレッション
型FET(D−FET)112とが直列接続されてい
る。E−FET111のゲートに入力電位VIが供給さ
れ、その電位を閾値電圧Vthだけ低下させた出力電位
VOがE−FET111のソースから取り出される。
の入力端であるE−FET121のゲートに供給され
る。
回路11Bはそれぞれレベルシフト回路10A及び入力
バッファ回路11Aと同一構成であり、入力信号*IN
はレベルシフト回路10B及び入力バッファ回路11B
を介し出力電位*VOとして、差動増幅回路12の他方
の入力端であるE−FET122のゲートに供給され
る。
Iのレベルによらず、E−FET111及びD−FET
112に電流が流れる。低消費電力化のためにこの電流
が小さくなるようにD−FET112の設計パラメータ
を定めると、抵抗成分増加により時定数CRが大きくな
って入力バッファ回路11Aの入力に対する出力の応答
速度が低下し、差動増幅器の周波数特性が悪化する。
14に示すような差動増幅器が提案されている。
112Aのゲートに、電源供給線VDDとVSSとの間
の電圧を抵抗R1とR2とで分圧した直流バイアス電位
が印加されるとともに、入力バッファ回路11Dの出力
*VOの交流成分がキャパシタ113を介して供給され
る。これにより、E−FET112Aに流れる電流が可
変となる。例えば出力電位VOが上昇し出力電位*VO
が低下する時には、E−FET112Aのゲート電位が
低下してその内部抵抗が増加し、出力電位VOが上昇す
るように動作するので、E−FET112Aの平均消費
電流を増加させずに周波数特性を改善することが期待さ
れる。
量はE−FET112Aのゲート容量よりも十分大きい
値にされるので、両者の合成容量はE−FET112A
のゲート容量にほぼ等しくなる。したがって、入力バッ
ファ回路11Dの出力から見た差動増幅回路12側の容
量は、E−FET122のゲート容量とE−FET11
2Aのゲート容量との和になり、これにより入力バッフ
ァ回路11Dの周波数特性の向上が妨げられる。入力バ
ッファ回路11Dについても同様である。
合、初段の差動増幅器から見た第2段の差動増幅器のバ
ッファ回路11Cは出力バッファ回路でもあるので、こ
の問題は出力バッファ回路についても生ずる。
み、消費電流を増加させずに周波数特性を改善すること
が可能なバッファ回路を提供することにある。
では、電流路の第1端及び第2端と制御入力端とを有し
該制御入力端の電位に追従した電位を該第2端から出力
するトランジスタを備えたバッファ回路において、該第
1端と第1電源供給線との間に接続された負荷素子と、
該第2端と第2電源供給線との間に接続され、直流バイ
アス信号が供給される制御入力端を備え、この制御入力
端に供給される信号に応じた電流が流れる電流源と、該
第1端と該電流源の該制御入力端との間に接続された直
流阻止手段、例えばキャパシタとを有する。
タの制御入力端に供給される入力電位の変化に該第2端
の電位が追従する際に、追従が遅れると該電流源がその
追従を助けるように動作するので、該電流源に流れる平
均電流を増加させなくても該バッファ回路の入力に対す
る出力の応答速度が向上して、該バッファ回路の周波数
特性が改善される。また、該第2端からこれに接続され
る回路を見た容量は、該直流阻止手段の接続により増加
しないので、図14の入力バッファ回路11Cよりも応
答速度が向上して、該バッファ回路の周波数特性が改善
される。
ダクタを直列接続すれば、該直流阻止手段と該インダク
タとでバンドパスフィルタが構成され、その共振周波数
において該バッファ回路のゲインが特に高くなるので、
共振周波数付近の狭い周波数範囲の信号が用いられるア
ナログ回路において、有効である。
持つので、これと上記直流阻止手段とでバンドパスフィ
ルタが構成され、その共振周波数において該バッファ回
路のゲインが特に高くなるので、広帯域が要求されるデ
ジタル回路にバッファ回路を適用した場合には、出力波
形に高周波ノイズが乗る場合がある。この場合、該直流
阻止手段にトランジスタを直列接続し、その制御入力端
の電位を調整し固定して、このゲインがフラットになる
ようにすることにより、高周波ノイズが乗るのを防止す
ることができる。
説明から明らかになる。
施形態を説明する。図中のFETにおいて、ゲートを単
線で示したものはエンハンスメント型MESFET(E
−FET)であり、ゲートを2重線で示したものはデプ
レッション型MESFET(D−FET)である。ME
SFETは、例えばGaAsFETである。ソース及び
ゲートがVSSに接続されたD−FETはいずれも、電
流源として機能する。D−FETとE−FETとは、ゲ
ートに印加する電位を所定値シフトさせることにより互
いに置換可能である。
施形態の入力バッファ回路11Xを含む回路を示す。
る。入力バッファ回路11Xの前段に回路が接続されて
いる場合、その回路から見た回路11Xは出力バッファ
回路でもある。
VDDとVSSとの間に、負荷114とE−FET11
1とE−FET112Aとが直列に接続されている。
ると、その端子間電圧が上昇して、低電位側端子の電位
VDが低下するように動作するものであり、例えば抵抗
又は負荷FETである。
ET112Aが電流源として機能するように直流バイア
ス電位VB1が印加される。E−FET112Aのゲー
トとE−FET111のドレインとの間には、キャパシ
タ113が接続されており、検出電位VDの交流成分が
E−FET112Aのゲートに供給される。キャパシタ
113の容量はE−FET112Aのゲート容量よりも
十分大きく、両者の合成容量はE−FET112Aのゲ
ート容量にほぼ等しい。
12Aのドレインとの接続ノードNは、回路13の入力
端IN1に接続されている。定常状態では、E−FET
111のゲート・ソース間の閾値電圧Vthはほぼ一
定、例えば0.3Vである。E−FET111のゲート
及びソースはそれぞれ、入力バッファ回路11Xの入力
VI及び出力VOである。
ある。入力端IN1は、例えばFETのゲートである。
OUT1は回路13の出力端である。
態の動作を説明する。
波形図である。
移すると、少し遅延して出力電位VOがこれに追従する
ので、この遅れの間においてE−FET111のゲート
・ソース間の電位が上昇し、E−FET111の内部抵
抗が減少して負荷114に流れる電流が増加し、検出電
位VDが低下する。これにより、E−FET112Aの
ゲートからキャパシタ113を介しVDへ電流が流れて
E−FET112Aのゲート電位が低下し、E−FET
112Aの内部抵抗が増加し、ノードNから入力端IN
1へ電流がより流れ易くなる。
レベルに遷移すると、キャパシタ113が接続されてい
ない場合には少し遅延して出力電位VOがこれに追従す
るが、キャパシタ113が接続されていると、この遅れ
の間においても出力電位VOが上昇するようにE−FE
T112Aが動作する。
ベルに遷移すると、キャパシタ113が接続されていな
い場合には少し遅延して出力電位VOがこれに追従する
が、キャパシタ113が接続されていると、この遅れの
間においても出力電位VOが下降するようにE−FET
112Aが動作する。
位VOが追従する際に、追従が遅れるとE−FET11
2Aがその追従を助けるように動作するので、E−FE
T112Aに流れる平均電流を増加させなくても入力バ
ッファ回路11Xの入力に対する出力の応答速度が向上
して、入力バッファ回路11Xの周波数特性が改善され
る。また、入力バッファ回路11Xの出力から回路13
側を見た容量は、キャパシタ113の接続により増加し
ないので、図14の入力バッファ回路11Cよりも応答
速度が向上して、入力バッファ回路11Xの周波数特性
が改善される。
ル20を示す概略ブロック図である。
の差動増幅器21、22及び23が縦続接続されてい
る。差動増幅器21の非反転入力端及び反転入力端には
それぞれ、相補的な入力信号IN及び*INが供給され
る。差動増幅器23の非反転出力端は終端抵抗24を介
して接地され、差動増幅器23の反転出力端は変調器2
5及び終端抵抗26を介して接地されている。変調器2
5は、半導体レーザ27の出力と光結合されており、半
導体レーザ27の光出力は変調器25で変調された後、
不図示の光ファイバに供給される。
を、本発明の第2実施形態として示す。
ァ回路のみ図14の差動増幅器21と異なっている。
ッファ回路11Xにおいて負荷114をE−FET11
4Aで構成したものである。E−FET114Aのゲー
トには、直流電位VGが印加される。E−FET112
Aのゲートに印加される直流バイアス電位VB1は、電
源供給線VDDとVSSとの間の電位を抵抗R1とR2
とで分圧したものである。
Nと*INとに関し対称的な構成であり、入力バッファ
回路11Fは入力バッファ回路11Eと同一構成であ
る。
力電位VIが低レベルから高レベルに遷移する際にE−
FET111の内部抵抗が減少しE−FET114Aを
流れる電流が増加する時、直流電位VGと検出電位VD
の差が増加して、検出電位VDが低下する。入力バッフ
ァ回路11Eの他の動作は、上記第1実施形態で述べた
それと同一であるので、その説明を省略する。
と図13と図14の回路を製作して測定した周波数特性
を示す。これらの回路では、効果を比較できるようにす
るために、互いに対応する素子のパラメータが同一にさ
れた。用いたFETは、GaAsFETである。
GHZであるのに対し、図4の回路のそれは10.5G
HZであり、広帯域化が要求される周波数特性が改善さ
れた。
施形態の差動増幅器21Aを示す。
13にインダクタ116が直列接続されている点で、図
4の入力バッファ回路11Eと異なる。入力バッファ回
路11Gと同一構成の入力バッファ回路11Hについて
も同様である。
バンドパスフィルタ117が構成されており、その共振
周波数においてバンドパスフィルタ117のインピーダ
ンスが最小値(配線抵抗を無視すれば0)になるので、
この周波数において差動増幅器21Aのゲインが特に高
くなる。したがって、差動増幅器21Aは、広帯域でゲ
インがフラットになる周波数特性が要求される図3に示
すようなデジタル回路ではなく、共振周波数付近の狭い
周波数範囲の信号が用いられるアナログ回路において、
有効である。
スを可変にした差動増幅器21Aを製作し、このインダ
クタンスを変化させる毎に測定した周波数特性を示す図
である。
スをそれぞれL0〜L5と表記すると、L5>L4>L
3>L2>L1>L0=0である。
施形態の差動増幅器21Bを示す。
ィルタ117とE−FET112Aのゲートとの間にE
−FET118が接続されている点で、図6の入力バッ
ファ回路11Gと異なる。直流バイアス電位VB1は、
バンドパスフィルタ117とE−FET118の接続ノ
ードに印加される。E−FET118は、可変抵抗器と
して機能し、その抵抗値を定める直流電位VCは、差動
増幅器21Bが形成されたチップ内で与えるようにして
も、チップ外から与えるようにしてもよい。
バッファ回路11Kについても同様である。
持ち、図8の116はこれを示している。このインダク
タンスにより、図9に示す如く差動増幅器21Bの周波
数特性がもし曲線C1のようになった場合には、E−F
ET118のゲートに印加する直流電位VCを調整し固
定して、差動増幅器21Bの周波数特性を図9の曲線C
2のようにすることにより、差動増幅器21Bの出力波
形に高周波ノイズが乗るのを防止することができる。
実施形態の、図1に類似した入力バッファ回路11Yを
含む回路を示す。
びE−FET112Aの替わりにそれぞれNPN型トラ
ンジスタ111Y及び112Yが用いられている。トラ
ンジスタ112Yのベースには、トランジスタ112Y
が電流源として機能するように直流バイアス電位VB2
が印加される。トランジスタ111Yは、エミッタホロ
ワとして機能する。
る。
実施形態の、図1に類似した入力バッファ回路11Zを
含む回路を示す。
スタ111Y及び112Yの替わりにそれぞれPNP型
トランジスタ111Z及び112Zが用いられている。
トランジスタ112Zのベースには、トランジスタ11
2Zが電流源として機能するように直流バイアス電位V
B3が印加される。トランジスタ111Zは、エミッタ
ホロワとして機能する。
る。
実施形態の、図1に類似した入力バッファ回路11Lを
含む回路を示す。
ッファ回路11EにおいてE−FET112AをD−F
ET112で置換したものである。D−FET112の
ゲートには、D−FET112が電流源として機能する
ように直流バイアス電位VB4が印加される。電位VB
4は、図4中の電位VB1よりも低い。
ッファ回路11Eと同様に動作する。入力バッファ回路
11Lの出力電位VOは、増幅回路12A及びソースホ
ロワ回路14を介し信号OUTとして出力される。
VSSとの間に抵抗RとE−FET124とダイオード
125とが直列接続されている。E−FET124のソ
ース電位はダイオード125の順方向電圧Vf、例えば
1.2Vである。出力電位VOと順方向電圧Vfとの差
に応じた電流Iが抵抗Rに流れ、電位VS=VDD−I
・RがE−FET124のドレインから出力される。
DDとVSSとの間にE−FET141とダイオード1
42及び143とD−FET144とが直列に接続され
ている。E−FET141のゲートに電位VSが印加さ
れ、E−FET141のソースからOUT=VS−Vt
hが出力される。
まれる。例えば、FETはHEMTやMOSなどであっ
てもよい。また、バッファ回路では、ソースホロワトラ
ンジスタ又はエミッタホロワトランジスタと電流源との
間にレベルシフト用ダイオードが順方向接続された構成
であってもよい。ダイオードは、トランジスタの制御入
力端と電流路の一端とを短絡したものであってもよい。
さらに、図6のフィルタ117の代わりに、他のバンド
パスフィルタ、ローパスフィルタ又はハイパスフィルタ
を用いた構成であってもよい。
む回路を示す図である。
る。
る。
実施形態として示す回路図である。
た周波数特性を示す図である。
図である。
を製作し、このインダクタンスを変化させる毎に測定し
た周波数特性を示す図である。
図である。
をオフにした時とその内部抵抗が適当な値になるように
オンにした時の周波数特性を示す図である。
力バッファ回路を含む回路を示す図である。
力バッファ回路を含む回路を示す図である。
力バッファ回路を含む回路を示す図である。
動増幅器を示す回路図である。
8、121、122、124、141 E−FET 102、125、142、143 ダイオード 103、112、144 D−FET 111Y、112Y NPN型トランジスタ 111Z、112Z PNP型トランジスタ 113 キャパシタ 114 負荷 116 インダクタ 117 バンドパスフィルタ 14 ソースホロワ回路 21〜23 差動増幅器 24、26 終端抵抗 25 変調器 27 半導体レーザ VDD、VSS、VCC 電源供給線 VB1〜VB4 直流バイアス電位
Claims (8)
- 【請求項1】 電流路の第1端及び第2端と制御入力端
とを有し該制御入力端の電位に追従した電位を該第2端
から出力するトランジスタを備えたバッファ回路におい
て、 該第1端と第1電源供給線との間に接続された負荷素子
と、 該第2端と第2電源供給線との間に接続され、直流バイ
アス信号が供給される制御入力端を備え、この制御入力
端に供給される信号に応じた電流が流れる電流源と、 該第1端と該電流源の該制御入力端との間に接続された
直流阻止手段と、 を有することを特徴とするバッファ回路。 - 【請求項2】 上記直流阻止手段に接続された整合回路
をさらに有することを特徴とする請求項1記載のバッフ
ァ回路。 - 【請求項3】 上記直流阻止手段と上記電流源の上記制
御入力端との間に接続されたトランジスタをさらに有す
ることを特徴とする請求項1記載のバッファ回路。 - 【請求項4】 入力電圧信号をレベルシフトして上記ト
ランジスタの上記制御入力端に供給するレベルシフト回
路をさらに有することを特徴とする請求項1乃至3のい
ずれか1つに記載のバッファ回路。 - 【請求項5】 上記直流阻止手段はキャパシタであるこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
バッファ回路。 - 【請求項6】 電流路の第1端及び第2端と制御入力端
とを有し該制御入力端の電位に追従した電位を該第2端
から出力するトランジスタと、 該第1端と第1電源供給線との間に接続された負荷素子
と、 該第2端と第2電源供給線との間に接続され、直流バイ
アス信号が供給される制御入力端を備え、この制御入力
端に供給される信号に応じた電流が流れる電流源と、 該第1端と該電流源の該制御入力端との間に接続された
直流阻止手段と、 該第2端に接続された信号入力端を有する増幅回路と、 を有することを特徴とする増幅器。 - 【請求項7】 反転入力及び非反転入力のそれぞれにバ
ッファ回路が接続された差動増幅器において、各バッフ
ァ回路は、 電流路の第1端及び第2端と制御入力端とを有し該制御
入力端の電位に追従した電位を該第2端から出力するト
ランジスタと、 該第1端と第1電源供給線との間に接続された負荷素子
と、 該第2端と第2電源供給線との間に接続され、直流バイ
アス信号が供給される制御入力端を備え、この制御入力
端に供給される信号に応じた電流が流れる電流源と、 該第1端と該電流源の該制御入力端との間に接続された
直流阻止手段と、 を有することを特徴とする差動増幅器。 - 【請求項8】 入力信号を増幅する増幅器と、該増幅器
の出力が供給されるレーザ変調器と、該レーザ変調器に
よりその出力光が変調される半導体レーザとを有する光
送信装置において、該増幅器は、 電流路の第1端及び第2端と制御入力端とを有し該制御
入力端の電位に追従した電位を該第2端から出力するト
ランジスタと、 該第1端と第1電源供給線との間に接続された負荷素子
と、 該第2端と第2電源供給線との間に接続され、直流バイ
アス信号が供給される制御入力端を備え、この制御入力
端に供給される信号に応じた電流が流れる電流源と、 該第1端と該電流源の該制御入力端との間に接続された
直流阻止手段と、 該第2端に接続された信号入力端を有する増幅回路と、 を有することを特徴とする光送信装置。
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---|---|---|---|
JP2000174749A JP3470797B2 (ja) | 2000-06-12 | 2000-06-12 | バッファ回路 |
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