JP2002299970A - 信号増幅器及び受信装置 - Google Patents

信号増幅器及び受信装置

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JP2002299970A
JP2002299970A JP2001101304A JP2001101304A JP2002299970A JP 2002299970 A JP2002299970 A JP 2002299970A JP 2001101304 A JP2001101304 A JP 2001101304A JP 2001101304 A JP2001101304 A JP 2001101304A JP 2002299970 A JP2002299970 A JP 2002299970A
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signal
mirror circuit
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signal amplifier
current
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Takanori Iwawaki
貴記 岩脇
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高感度、入力ダイナミックレンジの広い、広帯
域で安定な信号増幅器を伴う受信装置を提供する 【解決手段】主に有線や無線および光ファイバーなどを
利用した通信技術分野などや、メモリ装置内の信号の検
出に用いられる信号検出器3に後続する信号増幅器1を
備える受信装置であって、前記信号増幅器1が前記信号
検出器3の一端に接続される初段カレントミラー回路1
aと、この初段カレントミラー回路1aの出力にカスケ
ード接続される2段目カレントミラー回路1bと、この
2段目カレントミラー回路1bの出力が電流信号源2に
フィードバック接続されると、共に、負荷1cとを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号検出器により
信号を検出し、信号検出器に後続する信号増幅器を具備
する広帯域な受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、無線および光ファイバーなどを利
用した通信技術分野に用いられる受信装置、例えば、図
4に示す光信号を受信する光受信装置が知られている。
【0003】図4(a)の光受信装置において、フォト
ダイオードP2の出力側に信号増幅器1の入力が後続さ
れ、さらに、信号増幅器1の出力は、帰還抵抗6を介し
て信号増幅器1の入力と接続された構成である。この装
置において、光信号がフォトダイオードP2で受光され
ると、光電変換されて光電流Iが、信号増幅器1に入力
され、信号増幅器1の利得を−Aと、帰還抵抗6の抵抗
値をRオームと、フォトダイオードP2や配線などによ
る入力部容量C1の容量値をCpファラッドとすると、
直流特性として信号増幅器1の出力電圧VOは−I・R
と表わされ、また、この光受信装置の周波数帯域は、A
/(2πR・Cp)と近似できる。このように光受信装
置では、フォトダイオードで光電変換した光電流を電圧
に変換し、さらに、増幅する機能を有する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光受信
装置の最小受光感度を上げるには、帰還抵抗6の抵抗値
Rを大きくし、一方、光受信装置の帯域を上げるには、
帰還抵抗6の抵抗値Rを小さくする必要がある。このよ
うに、光受信装置の感度と応答速度には、トレードオフ
の関係があり、さらに、帰還抵抗6などによる熱雑音も
それに影響することが知られている。
【0005】例えば、図4の光受信装置は具体的な信号
増幅器1として、図4(b)に示すNチャネル型MOS
電解効果トランジスタT8と、Pチャネル型MOS電界
効果トランジスタT7とによる相補型MOS構造でイン
バータ信号増幅器を構成するものがある。このインバー
タ信号増幅器の入力と出力が、帰還抵抗6を介して接続
されるため、回路の安定動作点が電源電圧Vddの1/
2近傍となる。光受信装置を単一電源にて構成すると、
フォトダイオードP2に印加される逆バイアス電圧も電
源電圧の1/2程度になる。この結果、フォトダイオー
ドP2に逆バイアス電圧が十分に印加されないため、フ
ォトダイオードP2による入力部容量C1の容量値Cp
が増加して、光受信装置の帯域を下げることが知られて
いる。また、受信感度を上げる手段としては、帰還抵抗
6の抵抗値Rを大きくすることが多いが、光入射量が大
きくなると、フォトダイオードP2に流れる光電流Iが
増え、信号増幅器1への入力電流が増大するため、信号
増幅器1が飽和状態で動作して、光受信装置の出力信号
波形を大きく歪ませる原因になる。このように、入力信
号の受信レンジを如何に大きく保つかも課題に1つと言
える。
【0006】そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなさ
れた技術的手段であって、光受信装置に関わらず、高感
度、入力ダイナミックレンジの広い、広帯域で安定な信
号増幅器を伴う受信装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の受信装置は、信
号検出器に後続する信号増幅器を備える受信装置であっ
て、 前記信号増幅器が前記信号検出器の一端に接続さ
れる初段カレントミラー回路と、該初段カレントミラー
回路の出力にカスケード接続される2段目カレントミラ
ー回路と、該2段目カレントミラー回路の出力が電流信
号源にフィードバック接続され、さらに、該2段目カレ
ントミラー回路の出力に負荷とを有する回路で構成され
ることを特徴とする。
【0008】更に上記受信装置において、前記信号検出
器が光信号を受光して光電流を発生させる光電変換素子
で構成されることが好ましい。また、上記受信装置にお
いて、前記信号検出器が無線信号や電気信号を受信し
て、その受信強度に応じて電流を発生させる素子で構成
されることが好ましい。
【0009】また、上記いずれかの受信装置において、
前記信号検出器と、前記信号増幅器とが1つの集積回路
で構成されることが好ましい。
【0010】また、上記いずれかの受信装置において、
前記初段カレントミラー回路と前記2段目カレントミラ
ー回路とが、バイポーラトランジスタやMOS電界効果
トランジスタから構成され、前記電流信号源がそれらト
ランジスタを有する回路で構成されることが好ましい。
【0011】更に上記いずれかの受信装置において、前
記信号検出器の信号検出により前記信号増幅器に入力さ
れた信号電流を、前記電流信号源がその増大した信号電
流を相殺する機能を有することが好ましい。
【0012】かかる本発明の受信装置は、例えば一態様
として、高速光通信において、PINフォトダイオード
または電子なだれフォトダイオードなどの光電変換素子
を信号検出器として、光信号を受光した光電変換素子で
得られる光電流を、信号増幅器により電圧信号に変換す
る光受信装置として適用される。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の受信装置の一実施形態を
示す。同図に示すように、主に有線や無線および光ファ
イバーなどを利用した通信技術分野などや、メモリ装置
内の信号の検出に用いられる信号検出器3に後続する信
号増幅器1を備える受信装置であって、前記信号増幅器
1が前記信号検出器3の一端に接続される初段カレント
ミラー回路1aと、この初段カレントミラー回路1aの
出力にカスケード接続される2段目カレントミラー回路
1bと、この2段目カレントミラー回路1bの出力が電
流信号源2にフィードバック接続されると、共に、負荷
1cとを有する構成である。
【0014】このような構成であれば、電源電圧と信号
増幅器1の入力部電圧との差、すなわち、信号検出器3
に印加できる電圧を大きく設定することができ、また、
信号増幅器1のカレントミラー回路は、原理的にトラン
ジスタの飽和領域で動作するため、信号増幅器への入力
電流のダイナミックレンジを大きく保つことできる。
【0015】以下、本発明の具体的な実施の形態とし
て、図2を参照しながら説明する。図2は、例えば、本
発明を光通信分野に応用したとき、光受信装置を構成す
る実施例の回路図である。
【0016】本実施の形態は、本発明に係わる受信装置
において、図2の光受信装置に示すように、伝送されて
くる光信号を受信して、信号検出器3であるフォトダイ
オードなどにより光電変換することで光電流を発生させ
る。この光電変換素子P1の一端は電源に接続され、他
方は信号増幅器1の入力部で、カレントミラー回路1a
の入力電流側端子に接続されている。このカレントミラ
ー回路1aは、ゲート電極を共通接続したNチャネル型
MOS電解トランジスタT1、T2による回路で、その
共通ゲート電極はNチャネル型MOS電解トランジスタ
T1のドレインおよび光電変換素子P1の一端と接続さ
れ、さらに、Nチャネル型MOS電解トランジスタT
1、T2のソースはグランドに接続される構成である。
このため、カレントミラー回路1aにおいて、受信した
光により光電変換素子P1から光電流が入力されると、
ゲートとドレインが接続されているためNチャネル型M
OS電解トランジスタT1が飽和領域で動作し、この入
力電流をα倍した電流が、Nチャネル型MOS電解トラ
ンジスタT2のドレイン側に流れる。
【0017】そして、Nチャネル型MOS電解トランジ
スタT2のドレインには、ゲート電極を共通接続したP
チャネル型MOS電解トランジスタT3、T4によるカ
レントミラー回路1bが構成され、その共通ゲート電極
はPチャネル型MOS電解トランジスタT3のドレイン
およびNチャネル型MOS電解トランジスタT2のドレ
インと接続され、さらに、Pチャネル型MOS電解トラ
ンジスタT3、T4のソースは、電源に接続された構成
である。このため、Nチャネル型MOS電解トランジス
タT2による電流が、Pチャネル型MOS電解トランジ
スタT3に対する入力電流となり、Pチャネル型MOS
電解トランジスタT4には、この入力電流をβ倍した電
流が流れる。すなわち、光電変換素子P1から入力され
た光電流に対して、Pチャネル型MOS電解トランジス
タT4には、αβ倍の電流が流れることになる。
【0018】また、Pチャネル型MOS電解トランジス
タT4のドレインには、Nチャネル型MOS電解トラン
ジスタT5のゲートおよびドレインが接続され、さら
に、電流信号源2であるPチャネル型MOS電解トラン
ジスタT6のゲートにフィードバックされ、このPチャ
ネル型MOS電解トランジスタT6のドレインが、カレ
ントミラー回路1aの入力電流側端子に接続され、その
ソースが電源に接続された構成をしている。
【0019】この光受信装置において、光信号を受信し
ていないとき、すなわち、光電変換素子3の光電流がゼ
ロの時には、信号増幅器1の入力電流は電流信号源2か
ら流入して、信号増幅器1はその入力バイアス電流を一
定に保ちつつ、回路動作上の安定点で平衡を維持する。
次に、光信号を受信すると、光電変換素子P1で光から
電流に変換され、その光電流が信号増幅器1に流入する
と、信号増幅器1からは流入した光電流に応じた出力電
圧が出力される。それと同時に、信号増幅器1が光信号
を受信する以前の安定な平衡状態に移行するように、電
流信号源2を制御する。
【0020】図3に、図2の受信装置によるシミュレー
ション結果を示す。但し、信号検出器は、寄生容量1p
Fを持つ電流源を接続して、シミュレーションを実行し
た。入力電流の電流振幅値をそれぞれ10uA、100
uA、500uAに設定したが、いずれの入力電流にお
いても信号増幅器1からの出力波形に大きな歪は見られ
ず、良好な波形が得られているのがわかる。また、シミ
ュレーション結果から、入力電流がゼロの時には、信号
増幅器1の入力端子の平衡電圧は、およそ900ミリボ
ルトであることから、信号検出器1に対して、電源電圧
から入力端子の平衡電圧900ミリボルトを引いた電圧
を印加することができ、この場合では、電源電圧を3.
3ボルトとしてシミュレーションを実行したため、信号
検出器3に対して2ボルト以上の電圧が印加できる。
【0021】このように、本発明では、信号検出器3か
ら信号増幅器1に流入する電流を、相殺するように電流
信号源2を制御するため、図3に示すシミュレーション
結果からも安定した信号増幅器1の動作を実現でき、さ
らに、増大する入力電流に対して広い入力ダイナミック
レンジを有する受信装置が実現できている。
【0022】なお、本発明は前記実施例で用いたMOS
電解効果トランジスタで構成された回路であるが、バイ
ポーラトランジスタによる回路構成を用いることも可能
である。また、前記実施例において、光受信装置を適用
したが、これに限らず、有線や無線を利用した通信技術
分野や、メモリ装置内の信号の検出に用いられる信号検
出器に後続する信号増幅器を備える受信装置として、本
発明の主旨を逸脱しない範囲で他の場合にも適用可能で
ある。さらに、信号検出器と後続する信号増幅器とを、
1つの集積回路として構成することでも受信装置が実現
できる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号検出器に後続した、高感度、入力ダイナミックレン
ジの広い、広帯域で安定な信号増幅器を伴う受信装置を
提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の受信装置の基本構成を示すブロック図
である。
【図2】本発明の受信装置における第1実施例の回路図
である。
【図3】本発明の第1実施例を示す回路における出力波
形図である。
【図4】従来例を示す回路の構成図である。
【符号の説明】
1 信号増幅器 2 電流信号源 3 信号検出器 4 電源端子 5 接地端子 6 帰還抵抗 1a、1b カレントミラー回路 1c 負荷 T1、T2,T5、T8 Nチャネル型MOS電解
効果トランジスタ T3、T4、T6、T7 Pチャネル型MOS電解
効果トランジスタ P1、P2 光電変換素子 C1 入力部容量
フロントページの続き Fターム(参考) 5J090 AA01 AA44 AA56 CA32 CA62 DN02 FA17 HA08 HA10 HA17 HA19 HA25 HA29 HA44 KA08 MA08 MA11 MA21 MN01 TA06 5J091 AA01 AA44 AA56 CA32 CA62 FA17 HA08 HA10 HA17 HA19 HA25 HA29 HA44 KA08 MA08 MA11 MA21 TA06 5J098 AA03 AA06 AA11 AA14 AB02 AB13 AD04 BA02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】信号検出器に後続する信号増幅器を備える
    受信装置であって、 前記信号増幅器が前記信号検出器の一端に接続される初
    段カレントミラー回路と、該初段カレントミラー回路の
    出力にカスケード接続される2段目カレントミラー回路
    と、該2段目カレントミラー回路の出力が電流信号源に
    フィードバック接続され、さらに、該2段目カレントミ
    ラー回路の出力に負荷とを有する回路で構成されること
    を特徴とする受信装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の受信装置において、 前記信号検出器が光信号を受光して光電流を発生させる
    光電変換素子で構成されることを特徴とする受信装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の受信装置において、 前記信号検出器が無線信号や電気信号を受信して、その
    受信強度に応じて電流を発生させる素子で構成されるこ
    とを特徴とする受信装置。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3記載のいずれかの受信装置
    において、 前記信号検出器と、前記信号増幅器とが1つの集積回路
    で構成されることを特徴とする受信装置。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4記載のいずれかの受信装置
    において、 前記初段カレントミラー回路と前記2段目カレントミラ
    ー回路とが、バイポーラトランジスタやMOS電界効果
    トランジスタから構成され、前記電流信号源がそれらト
    ランジスタを有する回路で構成されることを特徴とする
    受信装置。
  6. 【請求項6】請求項1乃至4記載のいずれかの受信装置
    において、 前記信号検出器の信号検出により前記信号増幅器に入力
    された信号電流を、前記電流信号源がその増大した信号
    電流を相殺する機能を有することを特徴とする受信装
    置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7904121B2 (en) 2006-10-27 2011-03-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Generating device of trigger signal

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7904121B2 (en) 2006-10-27 2011-03-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Generating device of trigger signal

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