JP2007005875A - Preamplifier - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光通信等で用いられる光受信器に搭載される前置増幅器に関するものである。 The present invention relates to a preamplifier mounted on an optical receiver used in optical communication or the like.
受光信号の伝送速度に応じて光受信器の高感度化を実現するマルチレート光受信器に搭載される前置増幅器が、例えば特許文献1に開示されている。この従来の前置増幅器は、光信号を電流信号に変換する受光素子からの電流信号を電圧信号に変換する増幅回路と、この増幅回路の入力と出力とをつなぐ帰還抵抗と、電圧信号の伝送速度に応じて帰還抵抗の抵抗値を制御する制御回路とを有し、回路を交換することなく伝送速度にあわせて帰還抵抗の抵抗値を変更するようにしたものである。
For example,
特許文献1に開示された従来の前置増幅器は、帰還抵抗の抵抗値を変更するだけでは、増幅回路の周波数帯域と入力換算雑音電流値とをそれぞれ個別に最適化することができないため、最小の受信感度が得られないという問題点があった。
The conventional preamplifier disclosed in
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるようにすることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an optical receiver equipped with a preamplifier so as to obtain an optimum reception sensitivity according to a transmission speed. .
この発明に係る前置増幅器は、受光信号を電流信号に変換する受光素子からの前記電流信号を電圧信号に変換する増幅器と、前記増幅器の入力と出力とに並列に接続された可変抵抗器と、前記増幅器の出力に直列に接続された可変等化フィルターと、前記電圧信号の伝送速度を検出し、この検出した伝送速度に基づいて前記可変抵抗器の抵抗値と前記可変等化フィルターの帯域値とを制御する制御部と、を備えたものである。 A preamplifier according to the present invention includes an amplifier that converts the current signal from a light receiving element that converts a received light signal into a current signal into a voltage signal, and a variable resistor that is connected in parallel with an input and an output of the amplifier. A variable equalization filter connected in series to the output of the amplifier; and a transmission rate of the voltage signal is detected, and a resistance value of the variable resistor and a band of the variable equalization filter based on the detected transmission rate And a control unit for controlling the value.
この発明は、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるようにすることができる。 According to the present invention, in an optical receiver equipped with a preamplifier, it is possible to obtain optimum reception sensitivity according to the transmission speed.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1による前置増幅器は、反転増幅器と可変抵抗器により構成されるトランスインピーダンスアンプの後段に可変等化フィルターを配置し、可変等化フィルターの出力側から検出した伝送速度に応じて可変抵抗器の抵抗値を変更するとともに、伝送速度×0.6〜伝送速度×0.8の範囲内に帯域制限を行えるように構成したので、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるようにすることができるものである。
In the preamplifier according to
図1は、この発明の実施の形態1による前置増幅器を示す構成図である。また、図2〜図4は、この発明の実施の形態1による前置増幅器を説明するための説明図である。
図1において、1は受光素子、2は受光素子1からの電流信号を電圧信号に変換する増幅器としての反転増幅器、3は可変抵抗器としての帰還抵抗、4は可変等化フィルター、5は可変等化フィルター4の損失を補償するための増幅器、6は制御部としての伝送速度検出/制御回路である。
FIG. 1 is a block diagram showing a preamplifier according to
In FIG. 1, 1 is a light receiving element, 2 is an inverting amplifier as an amplifier that converts a current signal from the
次に動作について説明する。
受光素子1により受光された光信号は、電流信号に変換された後、反転増幅器2と帰還抵抗3により構成されるトランスインピーダンスアンプ(以下TIAと略称する)によって電圧信号に変換増幅される。その後、この電圧信号は、可変等化フィルター4を通過後、前置増幅器の出力信号として出力する。一方、この出力信号を分岐し、可変等化フィルター4の損失を補償するために、増幅器5により増幅した後、伝送速度検出/制御回路6へ入力し、伝送速度に対応した制御用電圧信号に変換する。この制御用電圧信号で伝送速度検出/制御回路6が帰還抵抗3の抵抗値を制御することにより、伝送速度に応じたTIAの周波数帯域と雑音特性に設定される。さらに、この制御用電圧信号で伝送速度検出/制御回路6が可変等化フィルター4の周波数帯域を制御することにより、最小受信感度を実現する。
Next, the operation will be described.
The optical signal received by the
次にTIAの動作について説明する。
まず、TIAの周波数帯域と帰還抵抗の関係を式1に示す。
fc=|Gopn|/(2πRf Ct) (式1)
ここで、fc:TIAの-3dB帯域(周波数帯域)、Gopn:TIAのオープンループ利得、Ct:TIAの入力に接続される全容量値、Rf:帰還抵抗3の抵抗値、である。式1によりTIAの-3dB帯域fcは、Gopn、Ctが一定であるため、帰還抵抗3の抵抗値Rfにより変化することがわかる。また、TIAの変換利得|Zt|はRfと等価であり、一般に増幅器のGB積は一定であることから、TIAの-3dB帯域fcとTIAの変換利得|Zt|の関係が決まる。
Next, the operation of the TIA will be described.
First, the relationship between the TIA frequency band and the feedback resistance is shown in
fc = | Gopn | / (2πRf Ct) (Formula 1)
Here, fc: TIA −3 dB band (frequency band), Gopn: TIA open loop gain, Ct: total capacitance value connected to the input of TIA, Rf: resistance value of
また、受信感度を決定するTIAの雑音特性は、式2により表わされる。
Inoise={∫0 fc[(4KT/Rf)+(Γ4KT(2πf)2Ct2/gm)]df}1/2 (式2)
ここで、Inoise:TIAの入力換算雑音電流密度、K:ボルツマン乗数、T:温度、Γ:TIA増幅段FET(Field Effect Transistor)乗数、f:周波数、gm:TIA増幅段FETのトランスコンダクタンスである。式2によりTIAの入力換算雑音電流密度Inoiseが帰還抵抗3の抵抗値Rfに依存することがわかる。
Further, the noise characteristic of the TIA that determines the reception sensitivity is expressed by
Inoise = {∫ 0 fc [(4KT / Rf) + (Γ4KT (2πf) 2 Ct 2 / gm)] df} 1/2 (Formula 2)
Here, Inoise: TIA input equivalent noise current density, K: Boltzmann multiplier, T: temperature, Γ: TIA amplification stage FET (Field Effect Transistor) multiplier, f: frequency, gm: transconductance of TIA amplification stage FET . It can be seen from
図2に入力換算雑音電流密度Inoiseの周波数特性を示す。図2において、Rfを大きくすると、式2の第2項による雑音の立ち上がり(増大)の周波数が下がり、立ち上がる前の雑音電力は小さくなり、また、図示していないTIAの周波数帯域は狭くなる。逆にRfを小さくすると、雑音の立ち上がりの周波数が上がり、立ち上がる前の雑音電力は大きくなり、また、図示していないTIAの周波数帯域は広くなる。そこで、伝送速度に応じて帰還抵抗を設定することにより、伝送速度に応じて高感度化が図れる。しかし、帰還抵抗の抵抗値を変更するだけでは、TIAの-3dB帯域fcと入力換算雑音電流値Inoiseとをそれぞれ個別に最適化することができないため、最小の受信感度は得られない。このため、可変等化フィルター4を用いた帯域制限により受信感度を最適化するようにしている。
FIG. 2 shows the frequency characteristics of the input equivalent noise current density Inoise. In FIG. 2, when Rf is increased, the frequency of noise rise (increase) according to the second term of
次に可変等化フィルター4の動作について説明する。
図3に可変等化フィルター4の帯域制限による感度改善の計算結果を示す。図3は、TIAの後段において低域通過形フィルターとしての-3dB帯域(等化帯域)を伝送速度×0.6〜伝送速度×0.8の範囲内に制御することにより、感度劣化が十分に抑えられ、最適な受信感度が得られることを示している。図3において、可変等化フィルター4の等化帯域を伝送速度に対応する帯域より狭くすることで受信感度は改善する。これは、図2の低域通過形フィルターとしてのフィルター透過率の周波数特性に示すように、TIAの入力換算雑音電流密度Inoiseを表す式2の第2項が立ち上がる前に雑音が制限され、つまり増大した雑音成分がカットされるためである。しかし、伝送速度×0.6以下の帯域制限は逆に感度劣化を発生させる。これは、図4(a)、(b)のアイパターンに示すように、等化帯域を大から小にしていくと、帯域制限に起因したパターン効果により速い周波数成分の信号振幅が減衰するためである。このように、上述のように帰還抵抗3に伝送速度に応じた抵抗値を設定しつつ、可変等化フィルター4を用いた帯域制限を最適に行うことで、S/N(信号対雑音比)を改善できる。
Next, the operation of the
FIG. 3 shows a calculation result of sensitivity improvement by band limitation of the
以上のように、この発明の実施の形態1による前置増幅器においては、反転増幅器と可変抵抗器により構成されるトランスインピーダンスアンプの後段に可変等化フィルターを配置し、可変等化フィルターの出力側から検出した伝送速度に応じて可変抵抗器の抵抗値を変更するとともに、伝送速度×0.6〜伝送速度×0.8の範囲内に帯域制限を行えるようにしている。これにより、前置増幅器を搭載したマルチレート光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるという効果を奏する。
As described above, in the preamplifier according to
実施の形態2.
この発明の実施の形態2による前置増幅器は、可変等化フィルターの入力側から伝送速度を検出するようにしたものである。
The preamplifier according to the second embodiment of the present invention detects the transmission rate from the input side of the variable equalization filter.
図5は、この発明の実施の形態2による前置増幅器を示す構成図である。
図5において、1〜4は実施の形態1による図1に示すものと同様であり、6aは可変等化フィルター4の入力端に接続された制御部としての伝送速度検出/制御回路であり、また、実施の形態1による図1に示した増幅器5を省略している。
FIG. 5 is a block diagram showing a preamplifier according to
In FIG. 5, 1 to 4 are the same as those shown in FIG. 1 according to the first embodiment, 6 a is a transmission rate detection / control circuit as a control unit connected to the input end of the
次に動作について説明する。
前置増幅器としての動作は実施の形態1と同様であるが、図5に示す実施の形態2による前置増幅器においては、反転増幅器2と帰還抵抗3により構成されるTIAの出力電圧信号が分岐されて伝送速度検出/制御回路6aに入力され、伝送速度に対応した制御用電圧信号に変換され、この制御用電圧信号で伝送速度検出/制御回路6aが可変等化フィルター4の帯域値を制御するようにしている。これにより、実施の形態1と同様に伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるとともに、さらに、可変等化フィルター4の損失を補償するための増幅器5を省略することで回路の小型化が図れる。
Next, the operation will be described.
Although the operation as the preamplifier is the same as that of the first embodiment, in the preamplifier according to the second embodiment shown in FIG. 5, the output voltage signal of the TIA composed of the inverting
以上のように、この発明の実施の形態2による前置増幅器においては、可変等化フィルターの入力側から伝送速度を検出することにより、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるとともに、さらに回路の小型化が図れるという効果を得ることができる。 As described above, in the preamplifier according to the second embodiment of the present invention, the transmission rate is detected from the input side of the variable equalization filter, so that the optical receiver equipped with the preamplifier is adapted to the transmission rate. As a result, the optimum receiving sensitivity can be obtained and the circuit can be further reduced in size.
実施の形態3.
この発明の実施の形態3は、実施の形態1の図1または実施の形態2の図5に示した可変等化フィルター4の詳細な構成に関するものであり、この可変等化フィルターは、抵抗と電圧可変容量とを有するようにしたものである。
The third embodiment of the present invention relates to the detailed configuration of the
図6は、この発明の実施の形態3による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図である。
図6において、4−1は可変等化フィルター、7は抵抗、8は可変容量としての電圧可変容量である。
FIG. 6 is a block diagram showing a variable equalization filter of a preamplifier according to
In FIG. 6, 4-1 is a variable equalization filter, 7 is a resistor, and 8 is a voltage variable capacitor as a variable capacitor.
次に、動作について説明する。
可変等化フィルター4−1のInポートに入力された信号は、抵抗7と電圧可変容量8とからなる低域通過形フィルター構成によりフィルターされてOutポートから出力される。ここで、電圧可変容量8はVcontポートに入力された電圧で容量値が制御されるものである。この容量値を伝送速度に対応した制御用電圧信号で変更することにより、伝送速度に応じて等化帯域を変更することが可能となる。ここで電圧可変容量8は例えばバラクタダイオードの適用により実現可能である。
Next, the operation will be described.
The signal input to the In port of the variable equalization filter 4-1 is filtered by a low-pass filter configuration including the resistor 7 and the
以上のように、この発明の実施の形態3による前置増幅器の可変等化フィルターにおいては、抵抗と電圧可変容量とを有し、電圧で容量値を変更することにより等化帯域を変更できる。これにより、この可変等化フィルターをもつ前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるという効果を奏する。
As described above, the variable pre-amplifier filter of the preamplifier according to
なお、上述の実施の形態3においては、抵抗と電圧可変容量との組み合わせの1段構成による低域通過形フィルターを示したが、抵抗と前記電圧可変容量との組み合わせを多段接続するようにしても良い。例えば、図7において、可変等化フィルター4−1を2段構成としている。これにより、フィルターの特性を急峻にすることが可能となる。 In the above-described third embodiment, the low-pass filter having a single-stage configuration of the combination of the resistor and the voltage variable capacitor is shown. However, the combination of the resistor and the voltage variable capacitor is connected in multiple stages. Also good. For example, in FIG. 7, the variable equalization filter 4-1 has a two-stage configuration. This makes it possible to make the filter characteristics steep.
実施の形態4.
この発明の実施の形態4は、実施の形態1の図1または実施の形態2の図5に示した可変等化フィルター4の詳細な構成に関するものであり、この可変等化フィルターは、インダクタンスと電圧可変容量とを有するようにしたものである。
The fourth embodiment of the present invention relates to the detailed configuration of the
図8は、この発明の実施の形態4による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図である。
図8において、4−2は可変等化フィルター、8は電圧可変容量、9はインダクタンスである。
FIG. 8 is a block diagram showing a variable equalization filter of a preamplifier according to
In FIG. 8, 4-2 is a variable equalization filter, 8 is a voltage variable capacitor, and 9 is an inductance.
次に、動作について説明する。
可変等化フィルター4−2のInポートに入力された信号はインダクタンス9と電圧可変容量8とからなる低域通過形フィルター構成によりフィルターされてOutポートから出力される。ここで、電圧可変容量8はVcontポートに入力された電圧で容量値が制御されるものである。この容量値を伝送速度に対応した制御用電圧信号で変更することにより、伝送速度に応じて等化帯域を変更することが可能となる。ここで電圧可変容量8は例えばバラクタダイオードの適用により実現可能である。
Next, the operation will be described.
The signal input to the In port of the variable equalization filter 4-2 is filtered by a low-pass filter configuration including an inductance 9 and a
以上のように、この発明の実施の形態4による前置増幅器の可変等化フィルターにおいては、インダクタンスと電圧可変容量とを有し、電圧で容量値を変更することにより等化帯域を変更できる。これにより、この可変等化フィルターをもつ前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるという効果を得ることができる。
As described above, the variable pre-amplifier filter of the preamplifier according to
なお、上述の実施の形態4においては、インダクタンスと電圧可変容量との組み合わせの1段構成による低域通過形フィルターを示したが、インダクタンスと前記電圧可変容量との組み合わせを多段接続するようにしても良い。例えば、図9において、可変等化フィルター4−2を2段構成としている。これにより、フィルターの特性を急峻にすることが可能となる。 In the above-described fourth embodiment, the low-pass filter having a single-stage configuration of the combination of the inductance and the voltage variable capacitor is shown. However, the combination of the inductance and the voltage variable capacitor is connected in multiple stages. Also good. For example, in FIG. 9, the variable equalization filter 4-2 has a two-stage configuration. This makes it possible to make the filter characteristics steep.
また、この発明に係る前置増幅器を搭載した光受信器は、光通信システムへの適用に有用であるが、用途はこれに限られるものではない。例えば、光ディスクを記録媒体に用いた外部記憶装置等にも適用可能性のあるものである。 An optical receiver equipped with a preamplifier according to the present invention is useful for application to an optical communication system, but the application is not limited to this. For example, the present invention can be applied to an external storage device using an optical disk as a recording medium.
また、伝送速度検出/制御回路6等の制御手段は回路として説明したが、これらはソフトウエア処理により実現しても良い。
The control means such as the transmission speed detection /
1 受光素子
2 反転増幅器
3 帰還抵抗
4、4−1、4−2 可変等化フィルター
6、6a 伝送速度検出/制御回路
7 抵抗
8 電圧可変容量
9 インダクタンス
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記増幅器の入力と出力とに並列に接続された可変抵抗器と、
前記増幅器の出力に直列に接続された可変等化フィルターと、
前記電圧信号の伝送速度を検出し、この検出した伝送速度に基づいて前記可変抵抗器の抵抗値と前記可変等化フィルターの帯域値とを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする前置増幅器。 An amplifier that converts the current signal from the light receiving element that converts the received light signal into a current signal into a voltage signal;
A variable resistor connected in parallel to the input and output of the amplifier;
A variable equalization filter connected in series to the output of the amplifier;
A control unit that detects a transmission rate of the voltage signal and controls a resistance value of the variable resistor and a band value of the variable equalization filter based on the detected transmission rate;
A preamplifier comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005180372A JP2007005875A (en) | 2005-06-21 | 2005-06-21 | Preamplifier |
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