JP2006050145A - Transimpedance amplifier - Google Patents
Transimpedance amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006050145A JP2006050145A JP2004226857A JP2004226857A JP2006050145A JP 2006050145 A JP2006050145 A JP 2006050145A JP 2004226857 A JP2004226857 A JP 2004226857A JP 2004226857 A JP2004226857 A JP 2004226857A JP 2006050145 A JP2006050145 A JP 2006050145A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transimpedance amplifier
- circuit
- input terminal
- gain switching
- gain
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
- Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光受信回路において、受光素子が光電気変換した電流信号を受信し電圧信号に変換増幅するトランスインピーダンスアンプに係り、特に、ダイナミックレンジの大きな入力電流に対応できるトランスインピーダンスアンプに関するものである。 The present invention relates to a transimpedance amplifier that receives a current signal photoelectrically converted by a light receiving element in a light receiving circuit and converts and amplifies it into a voltage signal, and more particularly to a transimpedance amplifier that can handle an input current having a large dynamic range. is there.
本トランスインピーダンスアンプは、高速データ伝送を可能とする光伝送システム、光インターコネクション、パッシブオプティカルネットワーク(以下、PONと称する)システム等の光伝送回路において、光信号を電気信号に変換する光受信回路に適用されるものである。 This transimpedance amplifier is an optical receiver circuit that converts an optical signal into an electrical signal in an optical transmission circuit such as an optical transmission system, optical interconnection, or passive optical network (hereinafter referred to as PON) system that enables high-speed data transmission. Applies to
トランスインピーダンスアンプは、受信した光信号を受光素子により光電気変換した電流Iinを入力し、トランスインピーダンス利得(帰還抵抗の値に比例する)によって、電圧Voutに変換して出力するものである。しかしながら、入力電流Iinが大きくなると出力電圧Voutの振幅が飽和し波形歪が生じる。 The transimpedance amplifier receives a current Iin obtained by photoelectrically converting a received optical signal by a light receiving element, converts the current Iin into a voltage Vout by a transimpedance gain (proportional to the value of a feedback resistor), and outputs the voltage Vout. However, when the input current Iin increases, the amplitude of the output voltage Vout is saturated and waveform distortion occurs.
従来のトランスインピーダンスアンプは、高感度と広ダイナミックレンジ特性を両立させるために、入力電流Iinが大きくなった場合に帰還抵抗の値を小さくしてトランスインピーダンス利得を下げることで、大電流入力時も歪の少ない出力電圧Voutを得るようにしている。 In order to achieve both high sensitivity and wide dynamic range characteristics, the conventional transimpedance amplifier reduces the transimpedance gain by reducing the value of the feedback resistance when the input current Iin increases, so that even when a large current is input, An output voltage Vout with little distortion is obtained.
図7に、従来のトランスインピーダンスアンプ300の基本構成を示す(例えば、非特許文献1参照)。このトランスインピーダンスアンプ300は、利得切替回路312と増幅回路311を有し、受光素子100の出力電流Iinを入力して電圧変換し信号増幅を行う。利得切替回路312は、帰還抵抗RFとダイオードD1を並列に接続した構成である。
FIG. 7 shows a basic configuration of a conventional transimpedance amplifier 300 (see, for example, Non-Patent Document 1). The transimpedance amplifier 300 includes a gain switching circuit 312 and an
このトランスインピーダンスアンプ300は、入力した電流Iinが大きくなった場合、増幅回路311の入力端子と出力端子との電圧差が大きくなり、帰還抵抗RFと並列に挿入したダイオードD1がONし、等価的に帰還抵抗の値が下がることで、トランスインピーダンス利得を下げ、大電流時に出力電圧Voutが飽和しないようにしたものである。
In the transimpedance amplifier 300, when the input current Iin increases, the voltage difference between the input terminal and the output terminal of the
図8に、利得切替回路として、ダイオードのON/OFFによるのではなく、複数の帰還抵抗を切り替えるよう構成した別の従来のトランスインピーダンスアンプ400の基本構成を示す(例えば、特許文献1参照)。このトランスインピーダンスアンプ400は、利得切替回路412と増幅回路411を有し、受光素子100の出力電流Iinを入力して電圧変換し信号増幅を行うトランスインピーダンスアンプコア回路410と、トランスインピーダンスアンプコア回路410の出力電圧Voutに応じて利得切替回路412の切り替えを制御する利得切替判断回路420を有する。
FIG. 8 shows a basic configuration of another conventional transimpedance amplifier 400 configured to switch a plurality of feedback resistors rather than based on ON / OFF of a diode as a gain switching circuit (see, for example, Patent Document 1). The transimpedance amplifier 400 includes a gain switching circuit 412 and an
このトランスインピーダンスアンプ400は、利得切替回路412をスイッチが直列接続された複数の帰還抵抗で構成し、増幅回路411の出力電圧Voutの直流レベルを利得切替判断回路420によりモニタして得た切替信号によって、利得切替回路412のスイッチをON/OFFして帰還抵抗の値を切り替えるものである。
In this transimpedance amplifier 400, the gain switching circuit 412 includes a plurality of feedback resistors connected in series, and the switching signal obtained by monitoring the DC level of the output voltage Vout of the
ところで、高速データ伝送を可能とする光伝送システム、特にPONシステムにおいては、高感度で広入力ダイナミックレンジ、かつバースト応答性が要求される。 Incidentally, an optical transmission system that enables high-speed data transmission, particularly a PON system, requires high sensitivity, a wide input dynamic range, and burst response.
図10(a)にPONシステムの構成を示す。PONシステムでは、1台の局側装置(OLT)501に複数台の宅側装置(ONU)5021〜502nが接続され、その接続は光カプラ503などのパッシブデバイスで接続される。504は光ファイバである。
FIG. 10A shows the configuration of the PON system. In the PON system, a plurality of home side devices (ONUs) 5021 to 502n are connected to one station side device (OLT) 501, and the connection is connected by a passive device such as an
このため、各宅側装置5021〜502nからの上り(ONUからOLT)のデータは、それぞれの経路の違いで、局側装置501への到達時の光パワーが異なってくる。このため、局側装置501の光受信回路には広いダイナミックレンジが要求される。
For this reason, the upstream (from ONU to OLT) data from each of the home-
図10(a)のPONシステムでは、ある宅側装置がデータを送出している間(パケット期間)は、他の宅側装置はデータを送出できないので、伝送効率を高めるには、パケット間の時間を短くする必要がある。図10(b)に示すように、パケット510の先頭には、プリアンブル511と呼ばれる特定ビットが用意され、局側装置501でパケットの同期に使用される。信号振幅はパケット510毎に異なっている。
In the PON system of FIG. 10 (a), while one home device is sending data (packet period), other home devices cannot send data. It is necessary to shorten the time. As shown in FIG. 10B, a specific bit called a
伝送効率を高めるためには、短いプリアンブルビットでパケットを同期させなければならず、そのためには、短いプリアンブルビットで、瞬時に利得を切り替えることができる光受信回路が必要である。このため、光受信回路には、瞬時応答が可能で、広ダイナミックレンジを有するトランスインピーダンスアンプが要求される。 In order to increase the transmission efficiency, it is necessary to synchronize packets with a short preamble bit. For this purpose, an optical receiver circuit capable of instantaneously switching the gain with a short preamble bit is required. For this reason, the optical receiving circuit is required to have a transimpedance amplifier capable of instantaneous response and having a wide dynamic range.
この点につき、図7で説明した従来のトランスインピーダンスアンプ300は、帰還抵抗RFに並列にダイオードD1を挿入する構成であるため、入力電流Iinが大きくなった場合、出力電圧Voutの直流伝達特性に大きな歪が生じてしまい、出力電圧Voutの波形のデューティが悪化してしまう。デューティ特性が悪くなると符号誤りが生じ伝送特性の劣化を引き起こすという問題がある。 In this regard, the conventional transimpedance amplifier 300 described with reference to FIG. 7 has a configuration in which the diode D1 is inserted in parallel with the feedback resistor RF. Therefore, when the input current Iin increases, the DC transfer characteristic of the output voltage Vout is improved. A large distortion occurs, and the duty of the waveform of the output voltage Vout deteriorates. When the duty characteristic is deteriorated, there is a problem that a code error occurs and the transmission characteristic is deteriorated.
また、図8で説明した従来のトランスインピーダンスアンプ400は、直流伝達特性の歪の問題は解決できるが、利得切替判断回路420での利得切替の判断は、通常、トランスインピーダンスアンプ400の出力電圧Voutの高レベルと低レベルを、ハイレベルホールド回路、ローレベルホールド回路でそれぞれホールドし、その電位差が一定以上になったことをコンパレータ423等で識別することで切替判断を行うため、ホールドに時間がかかり、瞬時応答性に劣ってしまう。
In addition, the conventional transimpedance amplifier 400 described with reference to FIG. 8 can solve the problem of distortion of the DC transfer characteristic, but the gain switching determination circuit 420 normally determines the output voltage Vout of the transimpedance amplifier 400. The high level and the low level are held by the high level hold circuit and the low level hold circuit, respectively, and the switching determination is performed by identifying that the potential difference has become a certain level or more by the
すなわち、ハイレベルホールド回路は、オペアンプ421、コンデンサC1、ダイオードD2で構成され、またローレベルホールド回路は、オペアンプ422、コンデンサC2、ダイオードD3で構成され、ホールド性を確保するには、コンデンサC1,C2に大きな容量を持たせることが必要であるが、その場合、コンデンサC1,C2に充電するまでの時間がかかり、瞬時応答が難しくなる。また、LSI内にコンデンサC1,C2を構成した場合はレイアウト面積が大きくなってしまう。
That is, the high level hold circuit is composed of an
さらに、高感度で広ダイナミックレンジを実現するために、利得切替回路412の帰還抵抗の本数が2本以上に増えた場合、利得切替判断アルゴリズムに、利得の状態を把握しておく必要があり、回路構成の複雑化とともに瞬時応答性を下げている。利得状態を把握する回路例としては、図9に示すようなSRラッチ回路431,432とアンド回路433を使用した論理回路によって状態を保持する保持回路430が知られている。
Further, in order to realize a high sensitivity and a wide dynamic range, when the number of feedback resistors of the gain switching circuit 412 increases to two or more, it is necessary to grasp the gain state in the gain switching determination algorithm, As the circuit configuration becomes more complex, the instantaneous response is lowered. As an example of a circuit for grasping the gain state, a
以上のように、従来の高感度で広入力ダイナミックレンジを実現するトランスインピーダンスアンプでは、バーストデータに対応した瞬時応答を実現することが困難という課題があった。 As described above, the conventional transimpedance amplifier that realizes a wide input dynamic range with high sensitivity has a problem that it is difficult to realize an instantaneous response corresponding to burst data.
本発明の目的は、高感度および広入力ダイナミックレンジを実現でき、かつ、バーストデータに対応した瞬時応答を実現できるトランスインピーダンスアンプを提供することである。 An object of the present invention is to provide a transimpedance amplifier capable of realizing a high sensitivity and a wide input dynamic range and realizing an instantaneous response corresponding to burst data.
請求項1にかかる発明は、入力端子が信号入力端子に接続された第1のトランスインピーダンスアンプコア回路と、該第1のトランスインピーダンスアンプコア回路と同じ構成で入力端子が開放された第2のトランスインピーダンスアンプコア回路と、前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の各出力端子が差動入力端子に接続された差動型の中間段バッファ回路と、該中間段バッファ回路の差動出力端子が差動入力端子に接続されたヒステリシスコンパレータを有し前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を切り替える利得切替判断回路とを備え、前記信号入力端子に入力する電流を電圧信号に変換し増幅して前記中間段バッファ回路から出力するトランスインピーダンスアンプであって、前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は、それぞれ帰還抵抗を具備し、前記利得切替判断回路の前記ヒステリシスコンパレータは、前記中間段バッファ回路の差動出力信号に応じて前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の前記帰還抵抗の値を切り替えることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a first transimpedance amplifier core circuit having an input terminal connected to a signal input terminal, and a second transimpedance amplifier core circuit having the same configuration as the first transimpedance amplifier core circuit. A transimpedance amplifier core circuit; a differential intermediate stage buffer circuit in which each output terminal of the first and second transimpedance amplifier core circuits is connected to a differential input terminal; and a differential of the intermediate stage buffer circuit A gain switching determination circuit for switching a gain of the first and second transimpedance amplifier core circuits, the output terminal having a hysteresis comparator connected to the differential input terminal, and a voltage input to the signal input terminal A transimpedance amplifier that converts the signal into a signal, amplifies it, and outputs it from the intermediate buffer circuit; Each of the first and second transimpedance amplifier core circuits includes a feedback resistor, and the hysteresis comparator of the gain switching determination circuit is configured to output the first and second transimpedance amplifier core circuits according to a differential output signal of the intermediate buffer circuit. The value of the feedback resistance of the transimpedance amplifier core circuit of 2 is switched.
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は、前記帰還抵抗の値を切り替えるスイッチとしてMOSトランジスタを具備することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the transimpedance amplifier according to the first aspect, the first and second transimpedance amplifier core circuits include a MOS transistor as a switch for switching a value of the feedback resistor. And
請求項3にかかる発明は、請求項2に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、前記MOSトランジスタは、その基板端子がソース電位より低い接地に接続されたNMOSトランジスタからなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the transimpedance amplifier according to the second aspect, the MOS transistor comprises an NMOS transistor whose substrate terminal is connected to ground lower than the source potential.
請求項4にかかる発明は、請求項1に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、前記利得切替判断回路の前記ヒステリシスコンパレータは、外部制御信号によりその出力を初期化する機能を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the transimpedance amplifier according to the first aspect, the hysteresis comparator of the gain switching determination circuit has a function of initializing its output by an external control signal.
請求項5にかかる発明は、請求項1乃至3のいずれか1つに記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は、前記帰還抵抗の値の切り替えに連動して開ループ利得が切り替えられるようにしたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the transimpedance amplifier according to any one of the first to third aspects, the first and second transimpedance amplifier core circuits are interlocked with switching of the value of the feedback resistor. Thus, the open loop gain can be switched.
請求項1にかかる発明によれば、高感度および広ダイナミックレンジのトランスインピーダンスアンプにおいて、入力電流が大きく変化しても波形歪が生じないように利得切替を瞬時に行うことができる。すなわち、利得切替判断のための振幅レベル検出にヒステリシスコンパレータを使用するので、応答時間の遅いレベルホールド回路が必要無くなり、瞬時の利得切替判断が可能となり、バーストデータに対応した瞬時応答が可能となる。さらに、請求項2にかかる発明のようにMOSトランジスタをスイッチとして帰還抵抗の値を切り替え、請求項3にかかる発明のようにそのMOSトランジスタをNMOSトランジスタとしその寄生容量を減らすことにより、トランスインピーダンスの帯域を改善できるため高速動作が可能となる。さらに、請求項4にかかる発明によれば、ヒステリシスコンパレータは外部制御信号により初期化されるので、パケットデータではパケット間にその外部制御信号を与えることにより、信号振幅の異なるパケット毎に適正な利得制御が可能となる。さらに、請求項5にかかる発明によれば、開ループ利得の切り替えもできる。
According to the first aspect of the present invention, in a high-sensitivity and wide dynamic range transimpedance amplifier, gain switching can be instantaneously performed so that waveform distortion does not occur even if the input current changes greatly. In other words, since a hysteresis comparator is used for amplitude level detection for gain switching determination, a level hold circuit with a slow response time is not required, instantaneous gain switching determination is possible, and instantaneous response corresponding to burst data is possible. . Further, as in the invention according to claim 2, the value of the feedback resistor is switched by using the MOS transistor as a switch, and the MOS transistor is made an NMOS transistor as in the invention according to
本発明では、利得切替判断回路にヒステリシス特性をもったコンパレータを用いることにより、トランスインピーダンスアンプの出力振幅を、長い応答時間を要するホールド回路ではなく、コンパレータのヒステリシス幅で検出して、瞬時に利得切替判断を行わせ、一旦入力振幅がこの設定されたヒステリシス幅を超えるとコンパレータの出力レベルを保持させる。このように、ヒステリシスコンパレータを用いた利得切替判断回路により、利得切替判断を行う出力電圧の識別を瞬時に行うとともに現在の利得の状態を保持する。また、利得切替回路の帰還抵抗の値を切り替えるスイッチをNMOSトランジスタで構成し、そのNMOSトランジスタの基板電位をソース電位より低い接地(GND)として、スイッチの寄生容量を削減し、トランスインピーダンスアンプの帯域と感度を改善する。さらに、PONシステムでは、各パケットごとに信号振幅が異なるため、各々のパケットの振幅に対応して利得を切り替える必要があるので、利得切替判断回路のヒステリシスコンパレータは各パケット毎に初期化する必要があるが、ヒステリシスコンパレータの入力電圧は反転しないため、ヒステリシスコンパレータに外部リセット信号で初期状態に戻す機能を付加することで初期化を行う。 In the present invention, by using a comparator having hysteresis characteristics in the gain switching determination circuit, the output amplitude of the transimpedance amplifier is detected not by a hold circuit that requires a long response time but by the hysteresis width of the comparator, and gain is instantaneously obtained. When the switching amplitude is determined and the input amplitude exceeds the set hysteresis width, the output level of the comparator is held. As described above, the gain switching determination circuit using the hysteresis comparator instantaneously identifies the output voltage for performing the gain switching determination and maintains the current gain state. Further, the switch for switching the feedback resistance value of the gain switching circuit is constituted by an NMOS transistor, the substrate potential of the NMOS transistor is set to ground (GND) lower than the source potential, the parasitic capacitance of the switch is reduced, and the band of the transimpedance amplifier is reduced. And improve sensitivity. Further, in the PON system, since the signal amplitude is different for each packet, it is necessary to switch the gain corresponding to the amplitude of each packet. Therefore, the hysteresis comparator of the gain switching determination circuit needs to be initialized for each packet. However, since the input voltage of the hysteresis comparator is not inverted, initialization is performed by adding a function for returning the hysteresis comparator to the initial state by an external reset signal.
図1は、本発明の1つの実施例のトランスインピーダンスアンプ200の回路図である。トランスインピーダンスアンプ200は、入力端子が受光素子100に接続された第1のトランスインピーダンスアンプコア回路210と、このトランスインピーダンスアンプコア回路210と同一構成で入力端子が開放された第2のトランスインピーダンスアンプコア回路220と、第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路210,220の出力電圧V1,V2を差動入力端子に入力する中間段バッファ回路230と、中間段バッファ回路230の差動出力電圧V3,V4を入力して差動出力電圧Voutp,Voutnを出力する出力バッファ回路240と、中間段バッファ回路230の差動出力電圧V3,V4を入力して第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路210,220の利得切替回路211,221に切替信号を出力する利得切替判断回路250とを有している。
FIG. 1 is a circuit diagram of a transimpedance amplifier 200 according to one embodiment of the present invention. The transimpedance amplifier 200 includes a first transimpedance amplifier core circuit 210 having an input terminal connected to the
次に、図1に示したトランスインピーダンスアンプ200の動作について説明する。トランスインピーダンスアンプ200の利得切替判断回路250の詳細を図2に示し、動作概要を図3に示す。利得切替判断回路250はヒステリシスコンパレータ251により構成されている。
Next, the operation of the transimpedance amplifier 200 shown in FIG. 1 will be described. Details of the gain
中間段バッファ回路230には、第1のトランスインピーダンスアンプコア回路210の出力電圧V1と、第2のトランスインピーダンスアンプコア回路220の出力電圧V2が入力されるので、その中間段バッファ回路230からは、図3(a)に示すように、受光素子100から第1のトランスインピーダンスアンプコア回路210に入力する電流Iinが大きくなると、正転電圧V3と反転電圧V4との間の電位差(V4−V3)が大きくなるような差動電圧出力が得られる。
Since the output voltage V1 of the first transimpedance amplifier core circuit 210 and the output voltage V2 of the second transimpedance amplifier core circuit 220 are input to the intermediate
中間段バッファ回路230の差動出力電圧を、利得切替判断回路250のヒステリシスコンパレータ251に入力し、その差動出力電圧の電位差(V4−V3)が予め設定したヒステリシス幅を超えた時に、ヒステリシスコンパレータ251が利得切替判断を行い、切替信号を変化させる(図3(b)、(c))。
When the differential output voltage of the
トランスインピーダンスアンプ200において、中間段バッファ回路230の差動出力は反転することがないため、図3(c)に示すように、一旦ヒステリシス幅を超えると、信号反転が起こらない限りその出力レベルを保持するというヒステリシスコンパレータ251の特徴を利用すると、中間段バッファ回路230の出力を保持できるため、別途回路を用意する必要がない。なお、ヒステリシスコンパレータ251を初期化するには、後記するリセット機能付とすれば良い。
In the transimpedance amplifier 200, the differential output of the
図4(a)は本発明に係わるトランスインピーダンスアンプ200の別の例の利得切替判断回路250Aの回路図であり、特に利得切替が複数段ある場合である。 FIG. 4A is a circuit diagram of a gain switching determination circuit 250A of another example of the transimpedance amplifier 200 according to the present invention, and particularly shows a case where there are a plurality of gain switching stages.
利得切替判断回路250Aは、第1の利得切替判断を行う第1のヒステリシスコンパレータ252と、第2の利得切替判断を行う第2のヒステリシスコンパレータ253と、スイッチ254とで構成され、第1のヒステリシスコンパレータ252の入力端子は、中間段バッファ回路230の差動出力端子に直接接続され、第2のヒステリシスコンパレータ253の入力端子はスイッチ254を介して中間段バッファ回路230の差動出力端子に接続されている。このスイッチ254は第1のヒステリシスコンパレータ252の出力である第1切替信号でON/OFFする。
The gain switching determination circuit 250A includes a
図4(b)に、利得切替判断回路250Aの動作概要を示す。第1のヒステリシスコンパレータ252により利得切替判断を行い第1の利得切替を行う。第1の利得切替信号によリスイッチ252がONした後、入力電流Iinがさらに大きくなりトランスインピーダンスアンプコア回路210の出力電圧V1の振幅がさらに大きくなると、第2のヒステリシスコンパレータ253により第2の利得切替判断を行う。
FIG. 4B shows an outline of the operation of the gain switching determination circuit 250A. The
中間段バッファ回路230の差動出力電圧が反転することはないため、ヒステリシスコンパレータ252の出力、又はヒステリシスコンパレータ252と253の出力が一旦切り替わった後はその出力レベルは保持される。このため、複数段の利得切替を行う場合でも、本構成を用いることで、利得切替判断と状態保持の両方の機能を実現することができる。なお、ヒステリシスコンパレータ251〜253を初期化するには、後記するリセット機能付とすれば良い。
Since the differential output voltage of the intermediate
本発明に係わるトランスインピーダンスアンプコア回路210,220の利得切替回路ならびに開ループ利得切替回路の具体例を以下に示す。 Specific examples of the gain switching circuit and the open loop gain switching circuit of the transimpedance amplifier core circuits 210 and 220 according to the present invention are shown below.
図5(a)はトランスインピーダンスアンプコア回路210,220における利得切替回路211,221の部分の回路図である。利得切替回路211,221には、トランスインピーダンス利得を決める帰還抵抗RF1,RF2,RF3、開ループ利得を決める負荷抵抗RL1,RL2,RL3があり、それら帰還抵抗および負荷抵抗をNMOSトランジスタMN1〜MN4をスイッチとして所望の抵抗値に切り替える。なお、帰還抵抗および負荷抵抗を切り替えるスイッチとしてNMOSトランジスタMN1〜MN4は切替信号の論理を反転すればPMOSトランジスタでも実現可能である。
FIG. 5A is a circuit diagram of the
図5(b)は利得切替回路211,221の部分の別の例の回路図である。NMOSトランジスタMN4のソースを、NMOSトランジスタMN3のソースではなくドレインヘ接続したものである。このようにすることで、最大負荷抵抗時のNMOSトランジスタMN4の寄生容量の影響を低減することが可能である。
FIG. 5B is a circuit diagram of another example of the
図5(c)に切替信号とNMOSトランジスタMN1〜MN4のゲート電圧(Hi,Lo)の関係を示す。図4(a)に示した利得切替判断回路250Aで生成された第1および第2切替信号は、利得切替回路211,221に送られ、NMOSトランジスタによるスイッチで抵抗の切替が行われ、利得が3種類(大、中、小)に切り替えられる。
FIG. 5C shows the relationship between the switching signal and the gate voltages (Hi, Lo) of the NMOS transistors MN1 to MN4. The first and second switching signals generated by the gain switching determination circuit 250A shown in FIG. 4 (a) are sent to the
さらに、図5(a)、(b)では、帰還抵抗を切り替えるスイッチに使用するNMOSトランジスタMN1、MN2の基板端子を、ソースではなく接地(GND)へ接続し、基板電位をソース電位より低電位としている。このようにすることで、空乏層が広がり、NMOSトランジスタのドレイン・ソース間の寄生容量を減らし、高速動作を得ることができる。 Further, in FIGS. 5A and 5B, the substrate terminals of the NMOS transistors MN1 and MN2 used as switches for switching the feedback resistors are connected to the ground (GND) instead of the source, and the substrate potential is lower than the source potential. It is said. By doing so, the depletion layer is expanded, the parasitic capacitance between the drain and source of the NMOS transistor can be reduced, and high-speed operation can be obtained.
図6に、前記した利得判断回路250のヒステリシスコンパレータ251〜253として使用可能なリセット機能付ヒステリシスコンパレータの回路を示す。R1〜R6は抵抗、Q3〜Q8はNPNトランジスタ、MP1,MP2はPMOSトランジスタ、Ia,Ibは電流源である。このリセット機能付ヒステリシスコンパレータでは、外部から与えられるリセット信号RESETによってヒステリシスコンパレータ出力を初期値に戻すために、ヒステリシスコンパレータの電位を強制的に初期値に戻す回路(PMOSトランジスタMP1,MP2)を付加している。なお、PMOSトランジスタMP1,MP2はリセット信号の論理を反転すればNMOSトランジスタでも実現可能である。
FIG. 6 shows a circuit of a hysteresis comparator with a reset function that can be used as the
本リセット機能付ヒステリシスコンパレータの動作は、反転入力端子INの電圧V4が、正転入力端子IPの電圧V3に対してある電位差を超えると、正転出力端子OPが反転出力端子ONに対して高い電圧を出力する。逆に、正転入力端子IPの電圧V3が反転入力端子INの電圧V4に対してある電位差を超えると、反転出力端子ONが正転出力端子OPに対して高い電圧を出力する。 When the voltage V4 at the inverting input terminal IN exceeds a certain potential difference with respect to the voltage V3 at the non-inverting input terminal IP, the normal output terminal OP is higher than the inverting output terminal ON. Output voltage. Conversely, when the voltage V3 of the normal input terminal IP exceeds a certain potential difference with respect to the voltage V4 of the inverting input terminal IN, the inverting output terminal ON outputs a high voltage to the normal output terminal OP.
しかし、中間バッファ回路230の差動出力は反転しないため、反転出力端子ONの電圧が正転出力端子OPの電圧に対して高い電圧(初期状態)に自動的に復帰することは無い。
However, since the differential output of the
そこで、リセット端子にリセット信号RESETを与えることで、強制的に反転出力端子ONが正転出力端子OPに対して高い電圧になるように内部電圧を与える回路(PMOSトランジスタMP1,MP2)を追加した。これにより両出力端子OP,ONの電圧を前記した初期値に戻すことが可能である。 Therefore, by adding a reset signal RESET to the reset terminal, a circuit (PMOS transistors MP1, MP2) that forcibly gives the internal voltage so that the inverted output terminal ON becomes a higher voltage than the normal output terminal OP has been added. . As a result, the voltages at both output terminals OP and ON can be returned to the initial values.
PONシステムでは、各パケットごとに信号振幅が異なるため各々のパケットの振幅に対応してトランスインピーダンスアンプコア回路210,220の利得を頻繁に切り替える必要がある。このため、利得切替判断回路250のヒステリシスコンパレータ251、又は252,253は各パケット毎に初期化する必要があるが、ヒステリシスコンパレータの入力電圧は反転しないので初期化できない。そこで、それらのヒステリシスコンパレータを上記のようにリセット機能付とすれば、外部リセット信号でそのヒステリシスコンパレータを強制的に初期状態に戻し初期化を行うことができる。
In the PON system, since the signal amplitude differs for each packet, it is necessary to frequently switch the gains of the transimpedance amplifier core circuits 210 and 220 corresponding to the amplitude of each packet. For this reason, the
100:受光素子
200:本実施例のトランスインピーダンスアンプ、210:第1のトランスインピーダンスアンプコア回路、211:増幅回路、212:利得切替回路、220:第2のトランスインピーダンスアンプコア回路、221:増幅回路、222:利得切替回路、230:中間段バッファ回路、240:出力バッファ回路、250,250A:利得切替判断回路、251〜253:ヒステリシスコンパレータ
300:従来のトランスインピーダンスアンプ、311:増幅回路、312:利得切替回路
400:別の従来のトランスインピーダンスアンプ、410:トランスインピーダンスアンプコア回路、411:増幅回路、412:利得切替回路、420:利得切替判断回路、421,422:オペアンプ、423:コンパレータ、430:保持回路、431,432:FF回路、433:アンド回路
501:局側装置、5021〜502n:宅側装置、503:光カプラ、504:光ファイバ、510:パケット、511:プリアンブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Light receiving element 200: Transimpedance amplifier of a present Example, 210: 1st transimpedance amplifier core circuit, 211: Amplifier circuit, 212: Gain switching circuit, 220: 2nd transimpedance amplifier core circuit, 221: Amplification Circuit: 222: gain switching circuit; 230: intermediate buffer circuit; 240: output buffer circuit; 250, 250A: gain switching determination circuit; 251 to 253: hysteresis comparator; 300: conventional transimpedance amplifier; : Gain switching circuit 400: another conventional transimpedance amplifier, 410: transimpedance amplifier core circuit, 411: amplification circuit, 412: gain switching circuit, 420: gain switching determination circuit, 421 and 422: operational amplifier, 423: comparator 430: holding circuit, 431, 432: FF circuit, 433: AND circuit 501: station side device, 5021 to 502n: home side device, 503: optical coupler, 504: optical fiber, 510: packet, 511: preamble
Claims (5)
前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は、それぞれ帰還抵抗を具備し、
前記利得切替判断回路の前記ヒステリシスコンパレータは、前記中間段バッファ回路の差動出力信号に応じて前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の前記帰還抵抗の値を切り替えることを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。 A first transimpedance amplifier core circuit having an input terminal connected to a signal input terminal; a second transimpedance amplifier core circuit having the same configuration as the first transimpedance amplifier core circuit; A differential intermediate stage buffer circuit in which each output terminal of the first and second transimpedance amplifier core circuits is connected to a differential input terminal, and the differential output terminal of the intermediate stage buffer circuit is a differential input terminal A gain switching determination circuit having a connected hysteresis comparator and switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits, converting a current input to the signal input terminal into a voltage signal, amplifying the voltage signal, and amplifying the voltage signal; A transimpedance amplifier that outputs from an intermediate stage buffer circuit,
Each of the first and second transimpedance amplifier core circuits includes a feedback resistor,
The hysteresis comparator of the gain switching determination circuit switches a value of the feedback resistor of the first and second transimpedance amplifier core circuits according to a differential output signal of the intermediate buffer circuit. Impedance amplifier.
前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は、前記帰還抵抗の値を切り替えるスイッチとしてMOSトランジスタを具備することを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。 The transimpedance amplifier according to claim 1,
The first and second transimpedance amplifier core circuits each include a MOS transistor as a switch for switching the value of the feedback resistor.
前記MOSトランジスタは、その基板端子がソース電位より低い接地に接続されたNMOSトランジスタからなることを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。 The transimpedance amplifier according to claim 2,
The transimpedance amplifier, wherein the MOS transistor comprises an NMOS transistor whose substrate terminal is connected to ground lower than the source potential.
前記利得切替判断回路の前記ヒステリシスコンパレータは、外部制御信号によりその出力を初期化する機能を有することを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。 The transimpedance amplifier according to claim 1,
The transimpedance amplifier, wherein the hysteresis comparator of the gain switching determination circuit has a function of initializing its output by an external control signal.
前記第1および第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は、前記帰還抵抗の値の切り替えに連動して開ループ利得が切り替えられるようにしたことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。 The transimpedance amplifier according to any one of claims 1 to 3,
The transimpedance amplifier, wherein the first and second transimpedance amplifier core circuits are configured such that an open loop gain is switched in conjunction with switching of a value of the feedback resistor.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004226857A JP4156573B2 (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Transimpedance amplifier |
CN2005800264259A CN1993885B (en) | 2004-08-03 | 2005-08-03 | Transimpedance amplifier |
PCT/JP2005/014211 WO2006013893A1 (en) | 2004-08-03 | 2005-08-03 | Transimpedance amplifier |
US11/658,688 US7868701B2 (en) | 2004-08-03 | 2005-08-03 | Transimpedance amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004226857A JP4156573B2 (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Transimpedance amplifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006050145A true JP2006050145A (en) | 2006-02-16 |
JP4156573B2 JP4156573B2 (en) | 2008-09-24 |
Family
ID=36028206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004226857A Active JP4156573B2 (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Transimpedance amplifier |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4156573B2 (en) |
CN (1) | CN1993885B (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008306673A (en) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Panasonic Corp | Amplification circuit |
JP2009232135A (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Hitachi Ltd | Optical signal reception circuit |
CN111628729A (en) * | 2020-06-22 | 2020-09-04 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | Large-linear dynamic range high-bandwidth reconfigurable trans-impedance amplifier |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102664597A (en) * | 2012-04-26 | 2012-09-12 | 无锡中科微电子工业技术研究院有限责任公司 | Wide-adjustment-range transconductance amplifier based on digital control technology and control method thereof |
KR101854054B1 (en) * | 2013-08-07 | 2018-05-02 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | Current-voltage conversion circuit, optical receiver, and optical terminator |
CN105049007B (en) * | 2015-06-19 | 2019-05-14 | 西安紫光国芯半导体有限公司 | The storage organization of anti-interference comparator and the methods and applications comparator in high precision |
CN104953988B (en) * | 2015-06-19 | 2019-05-17 | 西安紫光国芯半导体有限公司 | The memory construction of anti-interference comparator and the methods and applications comparator in high precision |
CN105207634B (en) * | 2015-09-18 | 2018-11-02 | 厦门优迅高速芯片有限公司 | A kind of burst automatic gain control circuit by bit control |
US10756676B2 (en) * | 2018-10-17 | 2020-08-25 | Analog Devices Global Unlimited Company | Amplifier systems for driving a wide range of loads |
CN110492856B (en) * | 2019-08-12 | 2020-11-13 | 上海禾赛光电科技有限公司 | Transimpedance amplification unit circuit feedback circuit, photoelectric detection circuit and laser radar system |
CN110622413B (en) | 2019-08-15 | 2021-07-20 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | Amplifying circuit, chip and electronic device |
US10686431B1 (en) * | 2019-10-18 | 2020-06-16 | Realtek Semiconductor Corp. | High-sensitivity clocked comparator and method thereof |
CN111628743B (en) * | 2020-05-19 | 2022-08-19 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | Gain self-adaptive conversion circuit and method capable of expanding dynamic range in astronomical observation system |
CN113890493B (en) * | 2021-09-03 | 2024-04-12 | 厦门优迅高速芯片有限公司 | Trans-impedance gain switchable trans-impedance amplifier and single-ended-to-differential amplifying circuit |
-
2004
- 2004-08-03 JP JP2004226857A patent/JP4156573B2/en active Active
-
2005
- 2005-08-03 CN CN2005800264259A patent/CN1993885B/en active Active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008306673A (en) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Panasonic Corp | Amplification circuit |
JP2009232135A (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Hitachi Ltd | Optical signal reception circuit |
US8170425B2 (en) | 2008-03-24 | 2012-05-01 | Hitachi, Ltd. | Optical signal receiving circuit |
CN111628729A (en) * | 2020-06-22 | 2020-09-04 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | Large-linear dynamic range high-bandwidth reconfigurable trans-impedance amplifier |
CN111628729B (en) * | 2020-06-22 | 2023-04-28 | 西安电子科技大学芜湖研究院 | Large-linear dynamic range high-bandwidth reconfigurable transimpedance amplifier |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN1993885B (en) | 2010-05-05 |
CN1993885A (en) | 2007-07-04 |
JP4156573B2 (en) | 2008-09-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2006013893A1 (en) | Transimpedance amplifier | |
JP4156573B2 (en) | Transimpedance amplifier | |
US8023835B2 (en) | Optical receiver, optical audio apparatus, optical communication apparatus and optical reception method | |
JP4927664B2 (en) | Preamplifier circuit | |
US9705457B2 (en) | High speed signal level detector and burst-mode trans impedance amplifier using the same | |
JP4165829B2 (en) | Transimpedance amplifier | |
JP4833124B2 (en) | Transimpedance amplifier and control method of transimpedance amplifier | |
JP2011091688A (en) | Transimpedance amplifier | |
JP2009188499A (en) | Optical burst receiver and optical burst reception method | |
US8144813B2 (en) | Receiving method and receiving circuit | |
JP5071522B2 (en) | Transimpedance amplifier, integrated circuit, and system | |
US10312873B2 (en) | Split cascode circuits and related communication receiver architectures | |
US8907729B2 (en) | Trans-impedance amplifier for high speed optical-electrical interfaces | |
JP2007036329A (en) | Amplifier circuit and transimpedance amplifier | |
JP4095077B2 (en) | Transimpedance amplifier | |
JP2001144552A (en) | Burst mode optical reception system and method | |
JP4546348B2 (en) | Transimpedance amplifier | |
JP2000315923A (en) | Burst light receiving circuit | |
JP2010016740A (en) | Transimpedance amplifier | |
JP4485973B2 (en) | Burst signal receiver | |
JP2004260396A (en) | Preamplification circuit and light receiving device using the same | |
JP2007035919A (en) | Mos transistor, control method thereof, and transimpedance amplifier | |
JP2007081510A (en) | Optical burst signal receiver and method for detecting burst packet | |
JP2023072472A (en) | Time constant control circuit of low-pass filter provided in transimpedance amplifier for optical communication receiving device, time constant switching transimpedance amplifier (tia), optical communication receiving device, passive optical network system, and on-vehicle optical network system | |
JP2011155699A (en) | Transimpedance amplifier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080205 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080331 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080708 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080709 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4156573 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110718 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120718 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130718 Year of fee payment: 5 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |