JP2002359528A - 高感度化光レシーバ - Google Patents

高感度化光レシーバ

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JP2002359528A
JP2002359528A JP2001204051A JP2001204051A JP2002359528A JP 2002359528 A JP2002359528 A JP 2002359528A JP 2001204051 A JP2001204051 A JP 2001204051A JP 2001204051 A JP2001204051 A JP 2001204051A JP 2002359528 A JP2002359528 A JP 2002359528A
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circuit
photodiode
input
optical receiver
fet1
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English (en)
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Shinya Kojima
伸哉 小島
Suguru Ura
英 占
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 今後のディジタルマルチメディアサービスを
可能とするために光通信の光レシーバの従来にない格段
の高感度化を実現する。 【解決手段】 光レシーバを構成する入力段の入力回路
に用いるホトダイオードP.Dの1端に抵抗2RPDと
インダクタンス2LPD1の直列接続回路の1端を接続
し,またこの直列接続回路の他端は交流アースし,また
順方向増幅部の初段のアクティブ素子FET1の入力に
は抵抗RS1とインダクタンスLS1の直列接続回路の
1端を接続し,この直列接続回路の他端は交流アースし
て入力回路を構成して,この入力回路のキャパシタンス
を大幅に減少し,あるいはこの入力回路の伝達インピー
ダンスを誘導系として格段の高感度化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,光通信の受信部を
構成する,光信号を電気信号に変換し,この電気信号を
増幅して電気信号の出力を得る光レシーバの高感度化の
ための光レシーバに関するものである。光レシーバを構
成する回路はホトダイオードと前置増幅器で構成される
回路(一般にフロントエンド回路とも呼ばれる)を有し
ている。このフロントエンド回路の性能が光レシーバの
全体の性能を決定するからフロントエンド回路の高感度
化の実現は重要な問題である。本発明は,このフロント
エンド回路を含む高感度化光レシーバに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の光レシーバの入力に換算した2乗
平均雑音電流は,ホトダイオードから順方向増幅部の電
気信号を増幅するための光ディバイスに至る入力段を構
成する入力段の回路のキャパシタンスCの2乗と伝達
しようとするディジタルパルスのビットレートBの3乗
の積に比例して増大するという欠点があった。このため
高速化のためにビットレートBを大きくすると雑音電流
が急激に増加し感度が急激に劣化し,伝送距離が急激に
短くなるという欠点があった。今後のマルチメデイアサ
ービスではこの問題をどうしても解決しなければならな
いという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は,従来の光レ
シーバの入力に換算した2乗平均雑音電流が,伝送ビッ
トレートのBの3乗に比例して増大するという問題を解
決することを目的としている。
【0004】
【本発明の説明】本発明の光レシーバでは入力段を構成
するホトダイオードの検出電流iPDから順方向増幅部
を構成する初段の増幅用ディバイスに至る入力回路にイ
ンダクタンスを用いて,この入力回路のキャパシタンス
を極力小さくしあるいはある周波数以上で誘導系にし
て,雑音電流がビットレートBの3乗に比例して増大す
るという問題を解決し,高感度化を達成したものであ
る。
【0005】
【図1】に従来の光レシーバの代表的な回路構成を示
す。
【図1】でP.D.はPINホトダイオードまたはAP
D(アバランシェホトダイオード)である。この検出電
流iPDがP.D.の負荷抵抗Rを通して流れる。V
biasはP.D.へのバイアス電圧である。この検出
電圧RPDがこの光レシーバの順方向増幅部の初段
のアクティブ素子である電界効果トランジスタFET1
のゲートに印加される。(該アクティブ素子はバイポー
ラトランジスタでも良い。)RはFET1の増幅用抵
抗であり+VDDはFET1のドレインへのバイアス電
圧である。Aは順方向増幅部を構成する増幅回路であ
る。Vは交流の出力電圧である。
【図2】は
【図1】のホトダイオードP.D.の検出電流iPD
ら初段の増幅用光ディバイス,FET1のゲートに至る
入力段の小信号等価回路である。CPDはホトダイオー
ドのアノード−カソード間のキャパシタンス,CはF
ET1のゲート−ソース間のキャパシタンスであり,こ
れにはゲート−ソース間のストレイキャパシタンスを含
ませている。
【図2】(b)のCはCPDとCの和である。 ある。
【数1】でkはボルツマンの定数,Tは絶対温度,g
はFET1の相互コンダクタンス,ΓはFET1の短チ
ャネル効果を考慮した雑音指数,IgateはFET1
のゲートからソースに流れる漏洩電流,qは電子の電
荷,Bは図1の光レシーバで伝達されるビットレート,
とIはそれぞれPersonickの第2積分と
第3積分である。また
【数1】では図1の光レシーバの出力側にレイズドコサ
インフィルタを使用している。 ートの3乗と総合の入力キャパシタンスCの2乗の積
に比例した成分を含んで 即ち感度が非常に悪くなるという欠点があった。
【0006】本発明はこの欠点を除去したものである。
本発明の光レシーバの入力段の回路構成を
【図3】に示す。
【図3】でRB1はFET1のゲートへのバイアス電圧
を供給するための抵抗,LB1は高感度化のためのイン
ダクタンス,−VG1はFET1のゲートへのバイアス
電圧,Vg1はFET1のゲートに生ずる交流電圧,C
は直流をカットし,交流を通過させるためのカップリ
ングコンデンサ,RPDはホトダイオードP.D.の負
荷抵抗,LPDは高感度化のためのインダクタンス,2
PD1と2RPD1はそれぞれ高感度化のためのイン
ダクタンスと抵抗,+VPDはホトダイオードP.D.
へのバイアス電圧,+VDDはFET1のドレインへの
バイアス電圧,Rは交流増幅用抵抗である。Cは交
流アース用キャパシタンスである。
【図4】は
【図3】の小信号等価回路である。
【図4】でCm1は図3のFET1のミラー効果による
ゲートーソース間のキャパシタンス,Cs1はゲートー
ソース間のストレイキャパシタンス,C
gs1はFET1の入力キャパシタンス,R i1は同様
にFET1の入力抵抗である。CPDはホトダイオード
P.D.のアノード−カソード間キャパシタンスであ
る。
【図4】の本発明の趣旨は,入力段のホトダイオード
P.D.の検出電流iPDからFET1のゲートに至る
伝達インピーダンスを図3または図4のように各抵抗と
直列に接続したインダクタンスにより,図2(b)のキ
ャパシタンスCを小として,また極力誘導系にして高
感度化を達成したものである。
【図4】から検出電流iPDからFET1のゲートに至
る伝達インピーダンスZ(ω)を求めることが可能で
ある。したがって伝達アドミタンスY(ω)を求める
ことができる。
【数1】を求める誘導過程と同様にして
【数1】の支配的な雑音,FET1の相互コンダクタン
スgによる熱雑音,即ち第2項を求める。f=Byと
変数変換し,伝達アドミタンスの絶対値の2乗を
【数2】のように正規化周波数yで表示する。すると
【数1】の支配的な雑音,即ち第2項は
【数3】となる。
【数3】でH’(y)は
【数1】を求めたときと同一で,出力にレイズドコサイ
ンフィルタを使用し,矩形波入力のときの周波数のみに
関する正規化伝達関数であ
【図5】で
【数1】の場合と
【数3】の場合に用いた諸定数は次の通りである。
【数1】の場合の諸定数: R=50[Ω],I=0.5,I=0.05,C
=1.0[pF],T=323[k],Igate
10[nA],g=50[ms],Γ=1.2
【数3】の場合の諸定数: CPD=0.3[pF],LPD1=3.0[nH],
PD1=100[Ω],RPD=50[Ω],LPD
=1.8[nH],C=500[pF],RB1=1
00[Ω],LB1=1.0[nH],Cgs1=0.
3[pF],Ri1=15[Ω],(Cm1+Cs1
=(0.1+0.3)=0.4[pF]その他の定数は
【数1】の場合と同一であり,比較のため両者の諸定数
を極力統一している。
【図3】のように入力段の回路にインダクタンスを用い
た効果である。 改善されるから,伝送距離は従来の光レシーバに比較し
て2倍に拡大できる。
【0007】
【発明の効果】以上説明したように本発明では2乗平均
雑音電流を従来に較べて大きく減少できるから感度を高
感度化でき,伝送距離を大きく拡大できる。このように
高感度化された光レシーバは従来存在しなかったので今
後の全光化の加入者系や,大規模LANや,多チャンネ
ルのCATV網に使用して特にその効果が大きい。即
ち,今後の高速度ディジタルパルス伝送が要求されるマ
ルチメディアサービスの光通信について特にその効果が
大きい。
【0008】
【発明実施の形態】
【図3】の実施例に示す如く,ホトダイオードを用い
て,光信号を電気信号に変換し,この電気信号を増幅し
て,電気信号の出力を得る光レシーバ回路において,光
信号を電気信号に変換する入力段を構成する回路の抵抗
に直列にインダクタンスを接続して入力回路を構成して
高感度化を実現した光レシーバ。ただしLPDは使用し
なくても同様の効果を実現できる。
【0009】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光レシーバの回路構成
【図2】従来の光レシーバの入力段の小信号等価回路
【図3】本発明の入力段の回路構成
【図4】本発明の入力段の小信号等価回路
【図5】従来の光レシーバと本発明の光レシーバの2乗
平均雑音電流の比較
【0010】
【符号の説明】
P.D.はPINホトダイオード又はAPD(アバラン
シェホトダイオード)。iPDはホトダイオードP.
D.の検出電流。RはホトダイオードP.D.の負荷
抵抗。+VbiasはホトダイオードP.D.へのバイ
アス電圧。FET1は順方向増幅部初段の電界効果トラ
ンジスタ。Aは順方向増幅部の増幅回路。RはFET
1の増幅用抵抗。+VDDはFET1のドレインへのバ
イアス電圧。Vは交流の出力電圧。CPDはホトダイ
オードP.D.のアノード−カソード間のキャパシタン
ス。CaはFET1のゲート−ソー 平均雑音電流。kはボルツマンの定数。Tは絶対温度。
はFET1の相互コンダクタンス。ΓはFET1の
短チャネル効果を考慮した雑音指数。IgateはFE
T1のゲートからソースに流れる漏洩電流。Bは光レシ
ーバで伝達されるビットレート。IとIはそれぞれ
Personickの第2積分と第3積分。qは電子の
電荷。RB1はFET1のゲートへのバイアス電圧を供
給するための抵抗。LB1は高感度化のためのインダク
タンス。−VG1はFET1のゲートへの負のバイアス
電圧。Vg1はFET1のゲートに生ずる交流電圧。C
は交流をアースするためのキャパシタンス。Cは直
流をカットし,交流を通過させるためのカップリングコ
ンデンサ。RPDはホトダイオードP.D.の負荷抵
抗。LPDは高感度化のためのインダクタンス。2L
PD1と2RPD1はそれぞれ高感度化のためのインダ
クタンスと抵抗。+VPDはホトダイオードP.D.へ
のバイアス電圧。+VDDはFET1のドレインへのバ
イアス電圧である。Cm1はFET1のミラー効果によ
るゲート−ソース間のキャパシタンス。Cs1はゲート
−ソース間のストレイキャパシタンス。Cgs1はFE
T1の入力キャパシタンス。Ri1はFET1の入力抵
抗である。Z(ω)とY(ω)はそれぞれ検出電流
PDからFET1のゲートに至る伝達インピーダンス
と伝達アドミタンス,H’(y)は出力にレイズドコ
サインフイルタを使用し,矩形波入力のときの周波数の
みに関する正規化伝達関数,ωは角周波
───────────────────────────────────────────────────── 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 10/26 10/28

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ホトダイオードを用いて,光信号を電気信号に変換し,
    この電気信号を増幅して,電気信号の出力を得る光レシ
    ーバ回路において,光レシーバ回路を,光信号を電気信
    号に変換する入力段と,この電気信号を増幅するための
    順方向増幅部を用いて構成し,該入力段のホトダイオー
    ドの1端には抵抗とインダクタンスの直列接続回路の1
    端を接続し,この他端は交流アースし,また該ホトダイ
    オードより得られる電気信号を増幅するためのアクティ
    ブ素子の入力端子に抵抗とインダクタンスの直列接続回
    路の1端を接続し,その他端は交流アースして構成し,
    該アクティブ素子は電界効果トランジスタまたはバイポ
    ーラトランジスタを用い,該入力段の伝達インピーダン
    スを極力誘導性として高感度化を図ったことを特長とす
    る光レシーバ。
JP2001204051A 2001-05-31 2001-05-31 高感度化光レシーバ Pending JP2002359528A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007096067A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Sunx Ltd 光電変換回路

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007096067A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Sunx Ltd 光電変換回路

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