JP2008236455A - Transimpedance amplifier and control method of transimpedance amplifier - Google Patents

Transimpedance amplifier and control method of transimpedance amplifier Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transimpedance amplifier which requires no external reset signal, and a control method of the transimpedance amplifier. <P>SOLUTION: The transimpedance amplifier 10 ie equipped with a first transimpedance amplifier core circuit 11, a second transimpedance amplifier core circuit 12, an intermediate stage buffer circuit 13, and a gain switching judgement circuit 15 which uses a differential output signal output from the intermediate stage buffer circuit 13 as a comparative input voltage and outputs a gain switching signal based on the comparative input voltage, wherein each of the first and second transimpedance amplifier core circuits 11, 12 is equipped with a gain switching circuit for switching a gain on the basis of the gain switching signal 21, the gain switching judgement circuit 15 has a hysteresis comparator 16, and the hysteresis comparator 16 causes the gain switching circuit to switch the gain based on a plurality of threshold voltages. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、トランスインピーダンスアンプ及びトランスインピーダンスアンプの制御方法に関する。   The present invention relates to a transimpedance amplifier and a method for controlling the transimpedance amplifier.

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(Passive Optical Network:PON)システム等の光伝送装置における、光信号を電気信号に変換する光受信回路ではトランスインピーダンスアンプ(Trans Impedance Amplifier:TIA)が用いられる。TIAは、受信した光信号を受光素子により光電気変換して得られた入力電流Iinを入力とし、帰還抵抗の値に比例するインピーダンス変換利得によって、出力電圧Voutに変換して出力する。 In an optical transmission device such as an optical transmission system, an optical interconnection, or a passive optical network (PON) system capable of high-speed data transmission, an optical receiving circuit that converts an optical signal into an electric signal is a transimpedance amplifier (Trans Impedance Amplifier (TIA) is used. TIA is an optical signal received as input an input current I in which is obtained by converting the light electricity by the light receiving element, the impedance conversion gain that is proportional to the value of the feedback resistor, and outputs the converted output voltage V out.

PONシステムを例に説明すると、各加入者側装置(Optical Network Unit:ONU)から局側装置(Optical Line Terminal:OLT)への上りパケットデータは、それぞれの経路の違いにより、異なるパワーでOLTに到達する。このため、OLTの光受信回路で用いられるTIAには広いダイナミックレンジが要求される。   Taking the PON system as an example, the upstream packet data from each subscriber side device (Optical Network Unit: ONU) to the station side device (Optical Line Terminal: OLT) is transmitted to the OLT with different power due to the difference in each route. To reach. For this reason, a wide dynamic range is required for the TIA used in the OLT optical receiver circuit.

一般にTIAでは、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。従来のTIA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インピーダンス変換利得を下げることによって、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 general TIA, the amplitude of the input current I in and increases the output voltage V out is saturated waveform distortion occurs. In the conventional TIA, in order to achieve both high sensitivity and wide dynamic range characteristics, when the input current Iin becomes large, the feedback resistance value is reduced to lower the impedance conversion gain, thereby distorting even when a large current is input. The output voltage Vout with a small amount is obtained.

一方でPONシステムの上り通信において、ユーザ毎に固有のデータ送信時間を割り当てるTDMA(Time Division Multiple Access)方式が用いられる場合は、あるONUがパケットを送出している間は、衝突回避のため他のONUはパケットを送出できない。   On the other hand, when the TDMA (Time Division Multiple Access) method for assigning a unique data transmission time to each user is used in the upstream communication of the PON system, while a certain ONU is sending a packet, other traffic is avoided. The ONU cannot send a packet.

各パケット間の時間は、光受信器のセットアップやクロック抽出などに用いられる。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。以上より、TIAの利得を瞬時に切り替えることによって、高感度受信、広ダイナミックレンジ、高伝送効率を同時に実現することが要求される。   The time between packets is used for optical receiver setup, clock extraction, and the like. In order to increase the transmission efficiency, it is necessary to shorten the time between packets. As described above, it is required to simultaneously realize high-sensitivity reception, a wide dynamic range, and high transmission efficiency by switching the gain of TIA instantaneously.

次に、従来技術を説明する。図18は従来のバーストTIA30の機能ブロック図である。図18に示すように、TIA30は第1のTIAコア回路31、第2のTIAコア回路32、緩衝増幅器33、出力増幅器34、信号レベル検出器35から構成される。第1及び第2のTIAコア回路31,32は2つの帰還抵抗値の間で切り替わって動作する。   Next, the prior art will be described. FIG. 18 is a functional block diagram of a conventional burst TIA 30. As shown in FIG. 18, the TIA 30 includes a first TIA core circuit 31, a second TIA core circuit 32, a buffer amplifier 33, an output amplifier 34, and a signal level detector 35. The first and second TIA core circuits 31 and 32 operate by switching between two feedback resistance values.

すなわち、入力信号レベルが低い時は高い帰還抵抗で動作し、入力信号レベルが高い時は低い帰還抵抗に切り替わって動作することにより、広い入力範囲で歪みなく信号を増幅することを実現していた。利得切替の際には、信号レベル検出器35が入力レベルを検出し、ある一定レベルの信号が入力されたと判定される場合に低帰還抵抗に切り替える。   That is, it operates with a high feedback resistance when the input signal level is low, and switches to a low feedback resistance when the input signal level is high, thereby amplifying the signal without distortion over a wide input range. . When switching the gain, the signal level detector 35 detects the input level, and when it is determined that a certain level of signal has been input, the signal level detector 35 switches to the low feedback resistor.

従来技術における信号レベル検出器35の動作について詳細に説明する。図19は従来の信号レベル検出器35の構成図である。図19に示すように、信号レベル検出器35はヒステリシス比較器36を備える。TIA30を構成する緩衝増幅器出力が信号レベル検出器35のヒステリシス比較器36に入力される。   The operation of the signal level detector 35 in the prior art will be described in detail. FIG. 19 is a block diagram of a conventional signal level detector 35. As shown in FIG. 19, the signal level detector 35 includes a hysteresis comparator 36. The output of the buffer amplifier constituting the TIA 30 is input to the hysteresis comparator 36 of the signal level detector 35.

図20は従来の信号レベル検出器35の入出力特性を示した図である。図20に示すように、ヒステリシス比較器36は2つの閾値レベル、Vth_LとVth_Hを備えるが、従来技術においては前記2つの閾値レベルのうちVth_Hの1つしか実際には利用しない。ヒステリシス比較器入力のベースラインは2つの閾値レベルの中間に位置するように設計される。 FIG. 20 is a diagram showing the input / output characteristics of the conventional signal level detector 35. As shown in FIG. 20, the hysteresis comparator 36 two threshold levels, but provided with a V th - L and V th - H, not utilized only one actually of V th - H of said two threshold level in the prior art. The baseline of the hysteresis comparator input is designed to lie between the two threshold levels.

ヒステリシス比較器入力のベースラインとは、TIA30への入力信号が存在しない時のTIA出力レベルや、信号の「0」レベルに相当する。入力信号レベルがVth_Hを超える時にヒステリシス比較器出力は「H」に変化し、第1及び第2のTIAコア回路31,32に利得切替信号を出力し、その帰還抵抗を低く切り替えていた。 The baseline of the hysteresis comparator input corresponds to the TIA output level when there is no input signal to the TIA 30 or the “0” level of the signal. When the input signal level exceeds V th — H, the output of the hysteresis comparator changes to “H”, outputs a gain switching signal to the first and second TIA core circuits 31 and 32, and switches the feedback resistance low.

このような特性のヒステリシス比較器36において、一旦「H」に切り替わると、そのTIA出力をヒステリシス比較器36に入力している限りは「L」に戻すことが出来ないため、外部からリセット信号37をヒステリシス比較器36に与えることによって、「L」に初期化していた。   In the hysteresis comparator 36 having such characteristics, once it is switched to “H”, it cannot be returned to “L” as long as the TIA output is input to the hysteresis comparator 36. Is initialized to “L” by giving to the hysteresis comparator 36.

図21は従来のTIA30全体の利得切替動作を説明するタイムチャート図である。図21に示すように、TIA30に大振幅の入力信号1が入力されていて、TIA30が低い帰還抵抗で動作している場合を考える。この時、TIA30が低利得モードで動作しているためにその出力は振幅が小さく、緩衝増幅器出力、すなわち信号レベル検出器35への入力振幅も小さく、Vth_H以下である。ヒステリシス比較器出力は、「H」である。 FIG. 21 is a time chart for explaining the gain switching operation of the entire TIA 30 of the related art. As shown in FIG. 21, consider a case where the input signal 1 having a large amplitude is input to the TIA 30 and the TIA 30 is operating with a low feedback resistance. At this time, since the TIA 30 is operating in the low gain mode, the output thereof has a small amplitude, and the buffer amplifier output, that is, the input amplitude to the signal level detector 35 is also small and is equal to or less than V th_H . The hysteresis comparator output is “H”.

第1の入力信号を受信し終わると、TIA30は外部からリセット信号37を受信し、ヒステリシス比較器出力は「L」に、TIA30の帰還抵抗はある一定の遅延τの後に「H」に、それぞれ初期化される。続いて、大振幅の第2の入力信号がTIA30に入力される。この第2の入力信号も、第1の入力信号と同様に振幅が大きいためにTIA30は低帰還抵抗で動作するのが望ましい。第2の入力信号が入力される直前に外部リセット信号37によってTIA30が初期化されているために、TIA30は高帰還抵抗で動作している。   When receiving the first input signal, the TIA 30 receives the reset signal 37 from the outside, the hysteresis comparator output becomes “L”, and the feedback resistance of the TIA 30 becomes “H” after a certain delay τ, respectively. It is initialized. Subsequently, a second input signal having a large amplitude is input to the TIA 30. Since the second input signal has a large amplitude like the first input signal, it is desirable that the TIA 30 operates with a low feedback resistance. Since the TIA 30 is initialized by the external reset signal 37 immediately before the second input signal is input, the TIA 30 operates with a high feedback resistance.

そのため緩衝増幅器出力振幅、ヒステリシス比較器36への入力振幅も大きく、その閾値Vth_Hを超えると、ヒステリシス比較器出力が「H」に変化し、利得切替信号38が出力されて一定の遅延τの後に第1及び第2のTIAコア回路31,32を低帰還抵抗に切り替える。以上の仕組みによってTIA30は入力信号強度に応じてその利得を切り替え、広い範囲の入力信号強度にわたって歪みなく信号を増幅することを実現している。以上に述べたような従来技術の一例が下記特許文献1に開示されている。 Therefore, the buffer amplifier output amplitude and the input amplitude to the hysteresis comparator 36 are also large. When the threshold V th_H is exceeded, the hysteresis comparator output changes to “H”, the gain switching signal 38 is output, and the constant delay τ is set. Later, the first and second TIA core circuits 31 and 32 are switched to low feedback resistors. With the above mechanism, the TIA 30 switches its gain according to the input signal strength, and realizes amplification of the signal without distortion over a wide range of input signal strength. An example of the prior art as described above is disclosed in Patent Document 1 below.

特開2006−311033号公報JP 2006-311033 A

しかしながら、上述した従来のトランスインピーダンスアンプ30では、外部リセット信号37という特殊な信号が必要なために周辺との相互接続性が損なわれること、回路構成が複雑になること、外部リセット信号37が主信号に対しての雑音源として振舞うことによって、受信特性を低下させるという問題があった。   However, in the conventional transimpedance amplifier 30 described above, a special signal called the external reset signal 37 is required, so that the interconnectivity with the periphery is impaired, the circuit configuration is complicated, and the external reset signal 37 is mainly used. There is a problem that reception characteristics are deteriorated by acting as a noise source for a signal.

以上のことから、本発明は、外部リセット信号が不要なトランスインピーダンスアンプ及びトランスインピーダンスアンプの制御方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a transimpedance amplifier that does not require an external reset signal and a method for controlling the transimpedance amplifier.

上記の課題を解決するための第1の発明(請求項1に対応)に係るトランスインピーダンスアンプは、
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第1のトランスインビーダンスアンプコア回路と、
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及び第2のトランスインピーダンスアンブコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧とし、該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプであって、
前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は前記利得切替信号に基づき利得を切り替える利得切替回路をそれぞれ備え、
前記利得切替判断回路はヒステリシス比較器を備え、
前記ヒステリシス比較器は複数の閾値電圧に基づき前記利得切替回路に前記第1及び第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させる
ことを特徴とする。
A transimpedance amplifier according to a first invention (corresponding to claim 1) for solving the above-mentioned problem is
A first trans impedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs the amplified voltage signal as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit with an open input terminal;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance umbo core circuits;
Gain switching determination for using the differential output signal output from the intermediate buffer circuit as a comparison input voltage and outputting a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage A transimpedance amplifier comprising a circuit,
The first and second transimpedance amplifier core circuits each include a gain switching circuit that switches a gain based on the gain switching signal,
The gain switching determination circuit includes a hysteresis comparator,
The hysteresis comparator causes the gain switching circuit to switch the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on a plurality of threshold voltages.

上記の課題を解決するための第2の発明(請求項2に対応)に係るトランスインピーダンスアンプは、
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第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及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧として該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は前記利得切替信号に基づき利得を切り替える利得切替回路をそれぞれ備え、
前記利得切替判断回路はヒステリシス比較器を備え、
該ヒステリシス比較器は、
前記比較入力電圧が前記ヒステリシス比較器の高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を低く切り替え、
前記比較入力電圧が前記ヒステリシス比較器の低い方の閾値電圧を下回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を高く切り替える
ことを特徴とする。
A transimpedance amplifier according to a second invention (corresponding to claim 2) for solving the above problem is
A first transimpedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs it as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit having the same configuration as the first transimpedance amplifier core circuit and having an input terminal opened;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance amplifier core circuits;
A gain switching determination circuit that outputs a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage using the differential output signal output from the intermediate stage buffer circuit as a comparison input voltage In a transimpedance amplifier comprising:
The first and second transimpedance amplifier core circuits each include a gain switching circuit that switches a gain based on the gain switching signal,
The gain switching determination circuit includes a hysteresis comparator,
The hysteresis comparator is
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits low by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage exceeds a higher threshold voltage of the hysteresis comparator;
The gain of the first and second transimpedance amplifier core circuits is switched high by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage falls below a lower threshold voltage of the hysteresis comparator. .

上記の課題を解決するための第3の発明(請求項3に対応)に係るトランスインピーダンスアンプは、
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第1のトランスインビーダンスアンプコア回路と、
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及び第2のトランスインピーダンスアンブコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧とし、該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプであって、
前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は前記利得切替信号に基づき利得を切り替える利得切替回路をそれぞれ備え、
前記利得切換判断回路は第1のヒステリシス比較器と第2のヒステリシス比較器とを備え、
入力信号として前記比較入力電圧が前記第1のヒステリシス比較器と前記第2のヒステリシス比較器とに並列に入力し、該第2のヒステリシス比較器の出力が前記第1のヒステリシス比較器の利得判定を保持するための信号として該第1のヒステリシス比較器に入力するものであって、
前記第1のヒステリシス比較器は複数の閾値電圧に基づいて前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を変化させ、
前記第2のヒステリシス比較器は複数の閾値電圧に基づいて前記第1のヒステリシス比較器の利得判定を保持する
ことを特徴とする。
A transimpedance amplifier according to a third invention (corresponding to claim 3) for solving the above problem is
A first trans impedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs the amplified voltage signal as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit with an open input terminal;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance umbo core circuits;
Gain switching determination for using the differential output signal output from the intermediate buffer circuit as a comparison input voltage and outputting a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage A transimpedance amplifier comprising a circuit,
The first and second transimpedance amplifier core circuits each include a gain switching circuit that switches a gain based on the gain switching signal,
The gain switching determination circuit includes a first hysteresis comparator and a second hysteresis comparator,
The comparison input voltage is input as an input signal in parallel to the first hysteresis comparator and the second hysteresis comparator, and the output of the second hysteresis comparator is the gain determination of the first hysteresis comparator. Is input to the first hysteresis comparator as a signal for holding
The first hysteresis comparator changes the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on a plurality of threshold voltages,
The second hysteresis comparator holds the gain determination of the first hysteresis comparator based on a plurality of threshold voltages.

上記の課題を解決するための第4の発明(請求項4に対応)に係るトランスインピーダンスアンプは、第3の発明に係るトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記利得切換判断回路は遅延回路を備え、
前記第2のヒステリシス比較器の出力は前記遅延回路を介して前記第1のヒステリシス比較器に入力する
ことを特徴とする。
A transimpedance amplifier according to a fourth invention (corresponding to claim 4) for solving the above problem is the transimpedance amplifier according to the third invention.
The gain switching determination circuit includes a delay circuit;
The output of the second hysteresis comparator is input to the first hysteresis comparator via the delay circuit.

上記の課題を解決するための第5の発明(請求項5に対応)に係るトランスインピーダンスアンプは、第3の発明又は第4の発明に係るトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記第1のヒステリシス比較器は高い閾値電圧と低い閾値電圧を有し、
前記第2のヒステリシス比較器は高い閾値電圧と低い閾値電圧を有し、
前記第2のヒステリシス比較器の高い閾値電圧が前記第1のヒステリシス比較器の高い閾値電圧よりも低い
ことを特徴とする。
A transimpedance amplifier according to a fifth invention (corresponding to claim 5) for solving the above problem is the transimpedance amplifier according to the third invention or the fourth invention.
The first hysteresis comparator has a high threshold voltage and a low threshold voltage;
The second hysteresis comparator has a high threshold voltage and a low threshold voltage;
The high threshold voltage of the second hysteresis comparator is lower than the high threshold voltage of the first hysteresis comparator.

上記の課題を解決するための第6の発明(請求項6に対応)に係るトランスインピーダンスアンプは、第2の発明に係る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は第1のヒステリシス比較器と第2のヒステリシス比較器とを備え、
前記第1のヒステリシス比較器は、
前記比較入力電圧が前記第1のヒステリシス比較器の高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を低く切り替え、
前記比較入力電圧が前記第1のヒステリシス比較器の低い方の閾値電圧を下回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を高く切り替え、
前記第2のヒステリシス比較器における高い方の閾値電圧は、前記第1のヒステリシス比較器における高い方の閾値電圧よりも低く、
前記比較入力電圧が前記第2のヒステリシス比較器の高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得固定信号を出力して前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得切替動作を禁止して利得を固定し、
前記第2のヒステリシス比較器における低い方の閾値電圧が前記第1のヒステリシス比較器における低い方の閾値電圧と等しく、前記比較入力電圧が前記第2のヒステリシス比較器の低い方の閾値電圧を下回る場合に利得切替許可信号を出力して前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得切替動作を可能な状態にする
ことを特徴とする。
A transimpedance amplifier according to a sixth invention (corresponding to claim 6) for solving the above-mentioned problem is the transimpedance amplifier according to the second invention.
The gain switching determination circuit includes a first hysteresis comparator and a second hysteresis comparator,
The first hysteresis comparator is:
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits low by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage exceeds the higher threshold voltage of the first hysteresis comparator;
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits high by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage falls below the lower threshold voltage of the first hysteresis comparator;
The higher threshold voltage in the second hysteresis comparator is lower than the higher threshold voltage in the first hysteresis comparator,
When the comparison input voltage exceeds the higher threshold voltage of the second hysteresis comparator, the gain fixing signal is output to prohibit the gain switching operation of the first and second transimpedance amplifier core circuits. Fixed gain,
The lower threshold voltage of the second hysteresis comparator is equal to the lower threshold voltage of the first hysteresis comparator, and the comparison input voltage is lower than the lower threshold voltage of the second hysteresis comparator. In this case, a gain switching permission signal is output to enable the gain switching operation of the first and second transimpedance amplifier core circuits.

上記の課題を解決するための第7の発明(請求項7に対応)に係るトランスインピーダンスアンプの制御方法は、
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第1のトランスインビーダンスアンプコア回路と、
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及び第2のトランスインピーダンスアンブコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧とし、該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプの制御方法であって、
複数の閾値電圧に基づき前記第1及び第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
ことを特徴とする。
A control method of a transimpedance amplifier according to a seventh invention (corresponding to claim 7) for solving the above-described problem is
A first trans impedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs the amplified voltage signal as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit with an open input terminal;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance umbo core circuits;
Gain switching determination for using the differential output signal output from the intermediate buffer circuit as a comparison input voltage and outputting a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage A control method of a transimpedance amplifier comprising a circuit,
The gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits are switched based on a plurality of threshold voltages.

上記の課題を解決するための第8の発明(請求項8に対応)に係るトランスインピーダンスアンプの制御方法は、
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第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及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧として該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプの制御方法において、
前記比較入力電圧について高い閾値電圧と低い閾値電圧とを設定し、
前記比較入力電圧が高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を低く切り替え、
前記比較入力電圧が低い方の閾値電圧を下回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を高く切り替える
ことを特徴とする。
A control method of a transimpedance amplifier according to an eighth invention (corresponding to claim 8) for solving the above-described problem is
A first transimpedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs it as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit having the same configuration as the first transimpedance amplifier core circuit and having an input terminal opened;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance amplifier core circuits;
A gain switching determination circuit that outputs a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage using the differential output signal output from the intermediate stage buffer circuit as a comparison input voltage In a control method of a transimpedance amplifier comprising:
Setting a high threshold voltage and a low threshold voltage for the comparison input voltage;
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits low by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage exceeds a higher threshold voltage;
The gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits are switched high by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage is lower than the lower threshold voltage.

本発明によれば、トランスインピーダンスにおいて外部リセット信号が不要になる。これにより、外部リセット信号という特殊な信号が必要なために周辺との相互接続性が損なわれることがなく、回路構成が複雑になることがなく、外部リセット信号が主信号に対しての雑音源として振舞うことによって、受信特性を低下させることがないため、高感度で精度のよい利得切替が可能となる。   According to the present invention, no external reset signal is required in the transimpedance. As a result, a special signal called an external reset signal is required, so the interconnectivity with the surroundings is not impaired, the circuit configuration is not complicated, and the external reset signal is a noise source for the main signal. Therefore, it is possible to switch the gain with high sensitivity and high accuracy.

本発明に係るトランスインピーダンスアンプの実施例について、図1から図17を用いて説明する。図1は実施例1におけるTIAの機能ブロック図、図2は実施例1における信号レベル検出器の構成図、図3は実施例1における信号レベル検出器の入出力特性を示した図、図4は実施例1において高利得モードから低利得モードに遷移する際の動作を示した図、図5は実施例1において低利得モードから高利得モードに遷移する際の動作を示した図、図6はTIAの出力特性の入力光信号強度依存性を示した図、図7は実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図、図8は実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図、図9は実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図、図10は実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図、図11は実施例2における信号レベル検出器の構成図、図12は実施例2において信号レベル検出器が備える2つのヒステリシス比較器の入出力特性を示した図、図13は実施例2における2つのヒステリシス比較器の動作を示した図、図14は実施例2における2つのヒステリシス比較器の動作示した図、図15はTIAの出力特性の入力光信号強度依存性を示した図、図16は実施例2におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図、図17は実施例2におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図である。   Embodiments of the transimpedance amplifier according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a functional block diagram of a TIA according to the first embodiment, FIG. 2 is a configuration diagram of a signal level detector according to the first embodiment, and FIG. 3 is a diagram illustrating input / output characteristics of the signal level detector according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the operation when transitioning from the high gain mode to the low gain mode in the first embodiment, FIG. 5 is a diagram showing the operation when transitioning from the low gain mode to the high gain mode in the first embodiment, and FIG. FIG. 7 is a time chart illustrating the operation of the TIA in the first embodiment. FIG. 8 is a time chart illustrating the operation of the TIA in the first embodiment. FIG. 9 is a time chart illustrating the operation of the TIA in the first embodiment, FIG. 10 is a time chart illustrating the operation of the TIA in the first embodiment, and FIG. 11 is a configuration of the signal level detector in the second embodiment. FIG. 12 is a diagram showing input / output characteristics of two hysteresis comparators provided in the signal level detector in the second embodiment, FIG. 13 is a diagram showing operations of the two hysteresis comparators in the second embodiment, and FIG. FIG. 15 is a diagram showing the operation of two hysteresis comparators in the second embodiment, FIG. 15 is a diagram showing the dependency of the output characteristics of the TIA on the input optical signal intensity, and FIG. 16 is a time chart for explaining the operation of the TIA in the second embodiment. FIG. 17 is a time chart for explaining the operation of the TIA in the second embodiment.

図1に示すように、本実施例に係るトランスインピーダンスアンプ(TIA)10は、第1のTIAコア回路11、緩衝増幅器13、出力増幅器14、信号レベル検出器15により構成される。TIA10に入力される電流信号は第1のTIAコア回路11に入力され、帰還抵抗値に比例したインピーダンス変換利得によって電圧信号に変換されて出力される。   As shown in FIG. 1, a transimpedance amplifier (TIA) 10 according to this embodiment includes a first TIA core circuit 11, a buffer amplifier 13, an output amplifier 14, and a signal level detector 15. The current signal input to the TIA 10 is input to the first TIA core circuit 11 and converted into a voltage signal by an impedance conversion gain proportional to the feedback resistance value and output.

第2のTIAコア回路12は第1のTIAコア回路11と全く同じであるが、入力端が開放されていて入力信号がないため、一定の直流電位を出力する。第1及び第2のTIAコア回路11,12はそれぞれ利得切替回路を備えており、それによって入力信号の強弱に応じて帰還抵抗値を切り替えることができる。   The second TIA core circuit 12 is exactly the same as the first TIA core circuit 11, but outputs a constant DC potential because the input terminal is open and there is no input signal. Each of the first and second TIA core circuits 11 and 12 includes a gain switching circuit, whereby the feedback resistance value can be switched according to the strength of the input signal.

緩衝増幅器13の入出力は差動構成であり、第1のTIAコア回路11からの電圧信号出力は緩衝増幅器13の非反転入力端子に、第2のTIAコア回路12からの電圧信号出力は緩衝増幅器13の反転入力端子にそれぞれ入力され、差動増幅された後に出力増幅器14に出力される。   The input / output of the buffer amplifier 13 has a differential configuration, the voltage signal output from the first TIA core circuit 11 is sent to the non-inverting input terminal of the buffer amplifier 13, and the voltage signal output from the second TIA core circuit 12 is buffered. The signals are respectively input to the inverting input terminals of the amplifier 13 and differentially amplified and then output to the output amplifier 14.

出力増幅器14も緩衝増幅器13と同様に入出力端子が差動構成で、緩衝増幅器13の差動出力端子が出力増幅器14の差動入力端子に接続される。出力増幅器14においては緩衝増幅器13からの入力信号を差動増幅し、その差動出力信号は、例えば後段に配備される振幅制限増幅器等に接続される。   Similarly to the buffer amplifier 13, the output amplifier 14 has a differential input / output terminal, and the differential output terminal of the buffer amplifier 13 is connected to the differential input terminal of the output amplifier 14. In the output amplifier 14, the input signal from the buffer amplifier 13 is differentially amplified, and the differential output signal is connected to, for example, an amplitude limiting amplifier provided in the subsequent stage.

次に、図1及び2を用いて信号レベル検出器15の機能について説明する。信号レベル検出器15の入力は差動構成である。緩衝増幅器13からの差動出力が信号レベル検出器15の差動入力端子に入力される。信号レベル検出器15においては入力信号のレベルを判断し、その結果に応じて利得切替信号21を前記第1及び第2のTIAコア回路11,12に出力する。   Next, the function of the signal level detector 15 will be described with reference to FIGS. The input of the signal level detector 15 has a differential configuration. The differential output from the buffer amplifier 13 is input to the differential input terminal of the signal level detector 15. The signal level detector 15 determines the level of the input signal and outputs the gain switching signal 21 to the first and second TIA core circuits 11 and 12 according to the result.

それによって第1及び第2のTIAコア回路11,12における帰還抵抗値が適切な値に切り替えられる。信号レベル検出器15はヒステリシス比較器16(図2参照)を備えている。ヒステリシス比較器16は入力信号レベルを検出し、その結果に応じて利得切替信号21を出力する。   Thereby, the feedback resistance values in the first and second TIA core circuits 11 and 12 are switched to appropriate values. The signal level detector 15 includes a hysteresis comparator 16 (see FIG. 2). The hysteresis comparator 16 detects the input signal level and outputs a gain switching signal 21 according to the result.

信号レベル検出器15におけるヒステリシス比較器16の入出力特性を図3に示す。図3に示すように、ヒステリシス比較器16は2つの閾値電圧Vth_L1、Vth_H1を有している。入力信号強度が小さく、入力信号の「L」レベルがVth_L1以下の場合に「L」を出力し、前記第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗値を高く設定する。入力信号レベルが高く、入力信号の「H」レベルがVth_H1以上の場合にはヒステリシス比較器16は「H」を出力し、帰還抵抗を低く設定する。 The input / output characteristics of the hysteresis comparator 16 in the signal level detector 15 are shown in FIG. As shown in FIG. 3, the hysteresis comparator 16 has two threshold voltages V th _ L1, V th_H1. When the input signal strength is small and the “L” level of the input signal is V th_L1 or less, “L” is output, and the feedback resistance values of the first and second TIA core circuits 11 and 12 are set high. When the input signal level is high and the “H” level of the input signal is equal to or higher than V th — H1 , the hysteresis comparator 16 outputs “H” and sets the feedback resistance low.

図4及び5に、TIA10の利得が切り替わる際の入力電流とヒステリシス比較器16への入力電圧、すなわちTIA出力電圧との関係を示す。まず、TIA10の帰還抵抗が高い状態から低い状態に遷移する際の動作を図4を用いて説明する。入力電流値が小さい場合はTIA10は高い帰還抵抗で動作し、ヒステリシス比較器出力は「L」である。TIA10への入力電流が増え、ヒステリシス比較器入力の「H」レベルがその「H」側の閾値電圧であるVth_H1を超えると、ヒステリシス比較器出力が「H」に変化し、TIA10が低帰還抵抗に切り替えられる。 4 and 5 show the relationship between the input current when the gain of the TIA 10 is switched and the input voltage to the hysteresis comparator 16, that is, the TIA output voltage. First, the operation when the feedback resistance of the TIA 10 transitions from a high state to a low state will be described with reference to FIG. When the input current value is small, the TIA 10 operates with a high feedback resistance, and the hysteresis comparator output is “L”. When the input current to the TIA 10 increases and the “H” level of the hysteresis comparator input exceeds the threshold voltage V th_H1 on the “H” side, the hysteresis comparator output changes to “H”, and the TIA 10 is low-feedback. Switch to resistance.

次に、TIA10の帰還抵抗が低い状態から高い状態に遷移する際の動作を図5を用いて説明する。入力電流値が大きい場合はTIA10は低い帰還抵抗で動作し、ヒステリシス比較器出力は「H」である。TIA10への入力電流が減り、ヒステリシス比較器入力の「L」レベルがその「L」側の閾値電圧であるVth_L1を超えると、ヒステリシス比較器出力が「L」に変化し、TIA10が高帰還抵抗に切り替えられる。 Next, the operation when the feedback resistance of the TIA 10 transitions from a low state to a high state will be described with reference to FIG. When the input current value is large, the TIA 10 operates with a low feedback resistance, and the hysteresis comparator output is “H”. When the input current to the TIA 10 decreases and the “L” level of the hysteresis comparator input exceeds the threshold voltage V th_L1 on the “L” side, the hysteresis comparator output changes to “L”, and the TIA 10 becomes high feedback. Switch to resistance.

高利得モードから低利得モードに遷移する際は、TIA10が高帰還抵抗で動作している時の「H」レベルを検出し、低利得モードから高利得モードに遷移する際はTIA10が低帰還抵抗で動作している時の「L」レベルを検出するため、利得切替が起こる入力電流値が2つの遷移の間で異なる。   At the time of transition from the high gain mode to the low gain mode, the “H” level when the TIA 10 is operating with the high feedback resistance is detected, and at the time of transition from the low gain mode to the high gain mode, the TIA 10 has the low feedback resistance. In order to detect the “L” level when operating at, the input current value at which gain switching occurs differs between the two transitions.

本発明が光受信装置に適用された場合の動作を図面を用いて詳細に説明する。光受信装置は主にフォトダイオード(Photo Diode:PD)20、TIA10、振幅制限増幅器、クロックデータ再生装置等から構成されるが、ここでは図1に示すようにPD20、TIA10の機能までを説明する。   The operation when the present invention is applied to an optical receiver will be described in detail with reference to the drawings. The optical receiver mainly includes a photodiode (PD) 20, a TIA 10, an amplitude limiting amplifier, a clock data recovery device, and the like. Here, the functions of the PD 20 and the TIA 10 will be described as shown in FIG. .

TIA10は、第1のTIAコア回路11、第2のTIAコア回路12、緩衝増幅器13、出力増幅器14、信号レベル検出器15から構成される。ここで、取り扱う信号が0、1の2値、すなわち、「L」レベルと「H」レベルで表現されるとする。一般に、光信号が有限の消光比reを有しているために、光信号の「0」が伝送される際、完全に無信号ではなく、光信号強度と消光比に依存する強度を有する。光受信装置に入力された光信号はPD20によって光電変換され、電流信号Iinとして第1のTIAコア回路に入力される。 The TIA 10 includes a first TIA core circuit 11, a second TIA core circuit 12, a buffer amplifier 13, an output amplifier 14, and a signal level detector 15. Here, it is assumed that a signal to be handled is expressed by binary values of 0 and 1, that is, an “L” level and an “H” level. Generally have to optical signal has an extinction ratio r e finite, when the "0" of the optical signal is transmitted, rather than a completely non-signal, an intensity that depends on the optical signal intensity extinction ratio . Optical signal input to the optical receiver is photoelectrically converted by the PD 20, is input to the first TIA core circuit as a current signal I in.

入力光信号の平均パワーをP、PD20の変換効率をηとすると、PD20への平均入力電流Iinは、

Figure 2008236455
と表される。 When the average power of the input optical signal is P and the conversion efficiency of the PD 20 is η, the average input current I in to the PD 20 is
Figure 2008236455
It is expressed.

入力光電流の「L」、「H」レベルをIL、IHとし、消光比reを考慮すると、

Figure 2008236455
と表されるため、
Figure 2008236455
と表わされる。 "L" of the input light current, the "H" level and I L, I H, considering the extinction ratio r e,
Figure 2008236455
Because it is expressed as
Figure 2008236455
It is expressed as

第1のTIAコア回路11によって、入力電流信号は電圧信号に変換される。この時の出力電圧振幅は、入力電流Iinと第1のTIAコア回路11における帰還抵抗値(Rf)との積で表現される。第1のTIAコア回路出力電圧は、

Figure 2008236455
と表される。 The input current signal is converted into a voltage signal by the first TIA core circuit 11. The output voltage amplitude at this time is expressed by the product of the input current I in and the feedback resistance value (R f ) in the first TIA core circuit 11. The first TIA core circuit output voltage is
Figure 2008236455
It is expressed.

第2のTIAコア回路は、第1のTIAコア回路11と全く同じ構成であるが、入力が開放されているために常に一定の直流電位Vrefが出力される。また、第1及び第2のTIAコア回路11,12は、2つの帰還抵抗値の間で切り替わって動作し、それらの値がRf_L、Rf_Hであり、Rf_L<Rf_Hとする。帰還抵抗値は信号レベルに応じて、後段の信号レベル検出器15によって切替制御される。Rf_Lは、受信器の最大受信光強度Pmax、TIA10の最大線形増幅出力Vsatによって決まる。 The second TIA core circuit has the same configuration as that of the first TIA core circuit 11, but since the input is open, a constant DC potential V ref is always output. The first and second TIA core circuits 11 and 12 operate by switching between two feedback resistance values, and these values are R f_L and R f_H , and R f_L <R f_H . The feedback resistance value is switched and controlled by the signal level detector 15 in the subsequent stage according to the signal level. R f — L is determined by the maximum received light intensity P max of the receiver and the maximum linear amplification output V sat of the TIA 10.

入力光強度がPmaxの時、

Figure 2008236455
の関係があり、消光比Reを考慮すると、
Figure 2008236455
である。 When the input light intensity is P max
Figure 2008236455
There are relations, considering the extinction ratio R e,
Figure 2008236455
It is.

図6に、TIA10が高帰還抵抗および低帰還抵抗でそれぞれ動作したときの「L」、「H」レベルと、入力光信号強度の関係を示す。まず、図6に示すような領域1の、強度がPLの光信号が光受信器に入力される時のTIA10の動作について、図7を用いて説明する。TIA10の初期状態においてはレベル検出回路のヒステリシス比較器出力が「H」で、第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗値は低く、Rf_Lに設定されているものとする。 FIG. 6 shows the relationship between the “L” and “H” levels and the input optical signal intensity when the TIA 10 operates with a high feedback resistance and a low feedback resistance, respectively. First, the operation of the TIA 10 when the optical signal having the intensity P L in the region 1 as shown in FIG. 6 is input to the optical receiver will be described with reference to FIG. In the initial state of the TIA 10, it is assumed that the hysteresis comparator output of the level detection circuit is “H”, the feedback resistance values of the first and second TIA core circuits 11 and 12 are low, and set to R f_L .

図7に示すように、このPLの光強度の領域においては光信号強度が微弱なために、TIA10は高利得動作モード、つまりRf_Hの帰還抵抗値で動作することが望ましい。強度がPLの光信号が入力される直前、レベル検出回路においてヒステリシス比較器出力は「H」であり、TIA10は低利得動作モード、つまりRf_Lの帰還抵抗値で動作している。そこに強度がPLの光信号が光受信器に入力されると、第1のTIAコア回路11からは非常にレベルの低い信号が出力される。 As shown in FIG. 7, for the optical signal intensity is weak in the region of the light intensity of the P L, TIA 10 is a high gain mode of operation, i.e. it is desirable to operate at the feedback resistor value of R f_H. Immediately before the optical signal having the intensity P L is input, the hysteresis comparator output is “H” in the level detection circuit, and the TIA 10 operates in the low gain operation mode, that is, the feedback resistance value of R f — L. When an optical signal having an intensity P L is input to the optical receiver, a signal with a very low level is output from the first TIA core circuit 11.

ヒステリシス比較器16(図2参照)の「L」側の閾値が、TIA10が低利得動作モードで動作している信号の「L」レベル以上の場合は、低利得動作モードで動作している時にヒステリシス比較器出力が「L」となってしまうために望ましくない。したがって、ヒステリシス比較器16の「L」側の閾値をあるレベル以下に設定する必要がある。   When the threshold value on the “L” side of the hysteresis comparator 16 (see FIG. 2) is equal to or higher than the “L” level of the signal operating in the low gain operation mode, the TIA 10 is operating in the low gain operation mode. Since the hysteresis comparator output becomes “L”, it is not desirable. Therefore, it is necessary to set the threshold value on the “L” side of the hysteresis comparator 16 to a certain level or less.

以下、強度がPLの光信号が入力された時の動作を説明する。第1のTIAコア回路11からの出力信号は第2のTIAコア回路12からの出力電圧と共に緩衝増幅器13に入力され、差動増幅された後に出力され、信号レベル検出器15と出力増幅器14に入力される。この時の、信号レベル検出器15におけるヒステリシス比較器16の動作について説明する。ここで、仮に光強度がPLの信号が入力されてTIAが低い帰還抵抗で動作する際の、ヒステリシス比較器入力信号の「L」および「H」レベルをそれぞれVC_L1、VC_H1と表す。 Hereinafter, an operation when an optical signal having an intensity P L is input will be described. The output signal from the first TIA core circuit 11 is input to the buffer amplifier 13 together with the output voltage from the second TIA core circuit 12, and is output after being differentially amplified, to the signal level detector 15 and the output amplifier 14. Entered. The operation of the hysteresis comparator 16 in the signal level detector 15 at this time will be described. Here, if when the light intensity is input signal P L TIA is operated at a low feedback resistance, indicating the hysteresis comparator input signal "L" and "H" level, respectively V C_L1, and V C_H1.

Figure 2008236455
の関係があるため、ヒステリシス比較器入力信号がVth_L1を下回るとヒステリシス比較器16から「L」が出力され、それによって第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗値がRf_Hに設定される。TIA10における利得切替にはある一定の応答時間τ1が必要となる。このように、信号の「L」レベルを検出することによって高い帰還抵抗値を設定することが可能となる。つまり、入力光信号が微弱な状態や無信号状態を、外部リセット信号無しに検出し、TIA10を初期化することが可能となる。
Figure 2008236455
Therefore , when the hysteresis comparator input signal falls below V th_L1 , “L” is output from the hysteresis comparator 16, whereby the feedback resistance values of the first and second TIA core circuits 11 and 12 are changed to R f — H Set to A certain response time τ 1 is required for gain switching in the TIA 10. Thus, a high feedback resistance value can be set by detecting the “L” level of the signal. That is, the TIA 10 can be initialized by detecting a weak state or no signal state of the input optical signal without an external reset signal.

以上の動作は、TIA10において低い帰還抵抗値が設定された状態で、領域1の、強度がPLの光信号が入力された時の動作について説明したが、領域1の強度の光信号が入力される場合は、直前のTIA10の帰還抵抗値に依存せず、常に高い帰還抵抗値で動作する。例えば、TIA10の帰還抵抗値が高い状態でPLの光信号が入力されるとしても、Vth_H1を信号の「H」レベル以上に予め設定することによって、領域1の光信号が入力される時は常に高利得動作モードで動作させることが可能である。 In the above operation, the operation when the optical signal having the intensity P L in the region 1 is input in the state where the low feedback resistance value is set in the TIA 10 is described. However, the optical signal having the intensity in the region 1 is input. In this case, it always operates with a high feedback resistance value without depending on the feedback resistance value of the immediately preceding TIA 10. For example, even when a P L optical signal is input in a state where the feedback resistance value of the TIA 10 is high, when the optical signal of the region 1 is input by setting V th_H1 to be equal to or higher than the “H” level of the signal in advance. Can always be operated in a high gain mode of operation.

次に、図6における領域3、強度がPHの光信号が引き続き光受信器に入力される時のTIA10の動作について説明する。信号レベル検出回路のヒステリシス比較器出力が「L」で、第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗値は高く、Rf_Hに設定されているものとする。図6に示すように、このPHの光強度の領域3においては、入力光強度が大きいために、TIA10は低利得動作モード、つまりRf_Lの帰還抵抗値で動作することが望ましい。 Next, the operation of the TIA 10 when the optical signal having the intensity of PH in region 3 in FIG. 6 is continuously input to the optical receiver will be described. Assume that the hysteresis comparator output of the signal level detection circuit is “L”, the feedback resistance values of the first and second TIA core circuits 11 and 12 are high, and are set to R f — H. As shown in FIG. 6, in the region 3 of the light intensity of the P H, because the input light intensity is large, TIA 10 is low gain mode of operation, i.e. it is desirable to operate at the feedback resistor value of R f_L.

この時の、信号レベル検出器15におけるヒステリシス比較器16の動作について、図8を用いて説明する。ここで、仮に光強度がPHの信号が入力されてTIA10が高い帰還抵抗で動作する際の、ヒステリシス比較器入力信号の「L」および「H」レベルをそれぞれVC_L2、VC_H2と表す。 The operation of the hysteresis comparator 16 in the signal level detector 15 at this time will be described with reference to FIG. Here, representing the time of provisionally light intensity is operating in TIA10 high feedback resistance signal PH is input, the hysteresis comparator input signal "L" and "H" level V C_L2 respectively, and V C_H2.

Figure 2008236455
の関係があるため、ヒステリシス比較器入力信号がVth_H1を上回った瞬間にヒステリシス比較器16から「H」が出力され、それによって第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗値がRf_Lに設定される。TIA10における利得切替にはある一定の応答時間τ1が必要となる。このように、信号の「H」レベルを検出することによって低い帰還抵抗値をTIA10に設定することが可能となり、外部リセット信号無しにTIA10を初期化することが可能となる。
Figure 2008236455
Therefore, at the moment when the hysteresis comparator input signal exceeds V th — H 1, “H” is output from the hysteresis comparator 16, whereby the feedback resistance values of the first and second TIA core circuits 11 and 12 are changed. Rf_L is set. A certain response time τ 1 is required for gain switching in the TIA 10. Thus, by detecting the “H” level of the signal, a low feedback resistance value can be set in the TIA 10, and the TIA 10 can be initialized without an external reset signal.

以上の動作は、TIA10において高い帰還抵抗値が設定された状態で、領域3において強度がPHの光信号が入力された時の動作について説明したが、領域3の強度の光信号が入力される場合は、直前のTIA10の帰還抵抗値に依存せず、常に低い帰還抵抗値で動作する。 The above operation in a state where the high feedback resistance value in TIA10 is set, the intensity in region 3 has been described the operation when the light signal P H is input, the optical signal intensity of the region 3 is input In this case, it always operates with a low feedback resistance value without depending on the feedback resistance value of the immediately preceding TIA 10.

例えば、仮にTIA10の帰還抵抗値が低い状態でPHの光信号が入力されるとしても、信号の「H」レベルがVth_H1以下、「L」レベルがVth_L1以上になるようにVth_Lを予め設定することによって、領域3の光信号が入力される時は常に低利得動作モードで動作させることが可能である。 For example, even if a P H optical signal is input while the feedback resistance value of the TIA 10 is low, V th_L is set so that the “H” level of the signal is V th_H1 or less and the “L” level is V th_L1 or more. By setting in advance, it is possible to operate in the low gain operation mode whenever the optical signal of the region 3 is input.

このように、信号の「H」レベルを検出することによって、大きな強度の光信号が入力される時は低い帰還抵抗値を設定することが可能となる。入力光信号が微弱な状態や無信号状態を、外部リセット信号無しに検出し、TIA10を初期化することが可能となる。   In this way, by detecting the “H” level of the signal, it is possible to set a low feedback resistance value when a high-intensity optical signal is input. It becomes possible to initialize the TIA 10 by detecting a weak state or no signal state of the input optical signal without an external reset signal.

次に、図6における領域2、強度がPMの光信号が入力された時の動作を説明する。この領域の強度の光信号が入力されると、利得切替は一切起こらない。以下、その動作を図面を用いて説明する。図9に示すように、強度がPMの光信号が入力される直前、第1及び第2のTIAコア回路11,12において低い帰還抵抗値Rf_Lが設定されているとする。第1及び第2のTIAコア回路11,12、緩衝増幅器13を経て信号レベル検出器15に入力される信号の「L」レベルをVC_L3、「H」レベルをVC_H3とする。 Next, the operation when an optical signal having the intensity P M in region 2 in FIG. 6 is input will be described. When an optical signal having an intensity in this region is input, no gain switching occurs. The operation will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 9, it is assumed that a low feedback resistance value R f — L is set in the first and second TIA core circuits 11 and 12 immediately before an optical signal having an intensity P M is input. The “L” level of the signal input to the signal level detector 15 via the first and second TIA core circuits 11 and 12 and the buffer amplifier 13 is V C_L3 , and the “H” level is V C_H3 .

領域2においては常に、

Figure 2008236455
となるようにヒステリシス比較器16の閾値が設定されているために、利得切替は起こらず、そのまま低利得モードで動作する。 In region 2, always
Figure 2008236455
Since the threshold value of the hysteresis comparator 16 is set so as to satisfy the following, gain switching does not occur and the operation is performed in the low gain mode as it is.

次に、図10に示すように、強度がPMの光信号が入力される直前、第1及び第2のTIAコア回路11,12において高い帰還抵抗値Rf_Hが設定されているとする。第1及び第2のTIAコア回路11,12、緩衝増幅器13を経て信号レベル検出器15に入力される信号の「L」レベルをVC_L4、「H」レベルをVC_H4とする。 Next, as shown in FIG. 10, it is assumed that a high feedback resistance value R f — H is set in the first and second TIA core circuits 11 and 12 immediately before an optical signal having an intensity P M is input. The “L” level of the signal input to the signal level detector 15 via the first and second TIA core circuits 11 and 12 and the buffer amplifier 13 is V C_L4 , and the “H” level is V C_H4 .

領域2においては常に、

Figure 2008236455
となるように、ヒステリシス比較器16のVth_H1が設定されているために、第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗がRf_Hの時には線形増幅範囲内で歪みなく動作する。 In region 2, always
Figure 2008236455
Since V th_H1 of the hysteresis comparator 16 is set so that the feedback resistance of the first and second TIA core circuits 11 and 12 is R f_H , the hysteresis comparator 16 operates without distortion within the linear amplification range.

このように、本実施例によれば、TIA10の利得の切換が入力信号の強度を複数の閾値電圧によって検知することにより、外部リセット信号を用いることなく高感度で精度の良い利得の切換が可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the gain switching of the TIA 10 detects the intensity of the input signal based on a plurality of threshold voltages, so that it is possible to switch the gain with high sensitivity and high accuracy without using an external reset signal. It becomes.

本発明の第2の実施例について、図面を用いてその動作を説明する。第2の実施例においてもTIA10の機能ブロック構成は第1の実施例と同様で、図1に示すとおりであるが、信号レベル検出器15の構成と動作が異なる。   The operation of the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Also in the second embodiment, the functional block configuration of the TIA 10 is the same as that of the first embodiment and is as shown in FIG. 1, but the configuration and operation of the signal level detector 15 are different.

図11に示すように、第2の実施例における信号レベル検出器15の構成は第1のヒステリシス比較器17及び第2のヒステリシス比較器18の2つのヒステリシス比較器と遅延回路19を有しており、遅延回路19は一定の時間遅延τ2を与える。第1のヒステリシス比較器17は入力信号振幅を検出してその結果に応じて利得切替信号21を出力する。第2のヒステリシス比較器18は、利得切替動作を有効化/無効化することにより、任意のパケット信号のペイロードを受信している間に利得が突然切り替わることを禁止する。 As shown in FIG. 11, the configuration of the signal level detector 15 in the second embodiment includes two hysteresis comparators, a first hysteresis comparator 17 and a second hysteresis comparator 18, and a delay circuit 19. The delay circuit 19 provides a constant time delay τ 2 . The first hysteresis comparator 17 detects the input signal amplitude and outputs a gain switching signal 21 according to the result. The second hysteresis comparator 18 disables the gain from switching suddenly while receiving the payload of any packet signal by enabling / disabling the gain switching operation.

信号レベル検出回路15における第1及び第2のヒステリシス比較器17,18の入出力特性を図12、図13及び図14に示す。第1のヒステリシス比較器17は2つの閾値電圧Vth_L1、Vth_H1を備えている。実施例1同様、入力信号が微弱で入力信号の「L」レベルがVth_L1以下の場合に「L」を出力し、第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗を高く設定する。入力信号レベルが高く、入力信号の「H」レベルがVth_H2以上の場合には第1のヒステリシス比較器17は「H」を出力し、帰還抵抗を低く設定する。 The input / output characteristics of the first and second hysteresis comparators 17 and 18 in the signal level detection circuit 15 are shown in FIG. 12, FIG. 13 and FIG. The first hysteresis comparator 17 has two threshold voltages V th_L1 and V th_H1 . As in the first embodiment, when the input signal is weak and the “L” level of the input signal is V th_L1 or less, “L” is output, and the feedback resistances of the first and second TIA core circuits 11 and 12 are set high. . When the input signal level is high and the “H” level of the input signal is equal to or higher than V th — H 2, the first hysteresis comparator 17 outputs “H” and sets the feedback resistance low.

第2のヒステリシス比較器18は、2つの閾値電圧Vth_L2、Vth_H2を有している。ここで、Vth_L1=Vth_L2、Vth_H1>Vth_H2の関係が成り立つ。第2のヒステリシス比較器18は入力信号を検出し、そのレベルがVth_H2を超えると「H」を出力し、ある一定の遅延τ2の後に第1のヒステリシス比較器17に、利得の保持のために入力される。 The second hysteresis comparator 18 has two threshold voltages V th_L2 and V th_H2 . Here, the relationship of V th_L1 = V th_L2 and V th_H1 > V th_H2 is established. The second hysteresis comparator 18 detects the input signal, and outputs “H” when the level exceeds V th — H 2. After a certain delay τ 2 , the second hysteresis comparator 17 outputs the gain holding signal. To be entered.

図15に、実施例2においてTIA10が高帰還抵抗および低帰還抵抗でそれぞれ動作したときの「H」「L」レベルと、入力光信号強度の関係を示す。図16に示すタイムチャートを用いて、その動作を詳細に説明する。   FIG. 15 shows the relationship between the “H” and “L” levels and the input optical signal intensity when the TIA 10 is operated with a high feedback resistance and a low feedback resistance in the second embodiment. The operation will be described in detail with reference to the time chart shown in FIG.

図15に示すような、強度PMの光信号がTIA10に入力され、その直前においては図16に示すように、第1及び第2のヒステリシス比較器出力は「L」で、第1及び第2のTIAコア回路11,12は高い帰還抵抗で動作しているとする。強度PMの光信号がTIA10に入力されると、第1及び第2のヒステリシス比較器17,18に入力される信号レベルVC_Hは図12に示すように、

Figure 2008236455
の関係になる。 An optical signal having an intensity P M as shown in FIG. 15 is input to the TIA 10, and immediately before that, as shown in FIG. 16, the outputs of the first and second hysteresis comparators are “L”, and the first and second hysteresis comparator outputs. 2 TIA core circuits 11 and 12 are operating with a high feedback resistance. When an optical signal of intensity P M is input to the TIA 10, the signal level V C_H input to the first and second hysteresis comparators 17 and 18 is as shown in FIG.
Figure 2008236455
It becomes a relationship.

図15に示すように、入力光信号強度が利得切替ポイント付近の場合は、光信号を受信している際にその強度が過渡的に変動することによって、その「H」レベルがVth_H1を超えてしまう可能性がある。 As shown in FIG. 15, when the input optical signal intensity is near the gain switching point, the “H” level exceeds V th_H1 due to the transient fluctuation of the intensity when receiving the optical signal. There is a possibility that.

一般にイーサネット(登録商標)やATMなどの伝送方式においてパケット信号を送受信する際には、パケットの先頭部にはプリアンブルと呼ばれる特殊な符号が付加され、信号の始まりの通知や同期に用いられる。プリアンブルの後にペイロードと呼ばれる正味のデータ部分が伝送される。利得切替型のTIA10において、ペイロードを受信している間に利得切替が発生し、急激に信号レベルが変化すると、信号を誤り無しに受信できなくなる可能性がある。   In general, when a packet signal is transmitted / received in a transmission method such as Ethernet (registered trademark) or ATM, a special code called a preamble is added to the head of the packet, which is used for signal start notification and synchronization. After the preamble, a net data portion called payload is transmitted. In the gain switching type TIA 10, when gain switching occurs while receiving a payload and the signal level changes suddenly, there is a possibility that the signal cannot be received without error.

そこで、本発明においては信号レベル検出器15が備える第2のヒステリシス比較器18を用いることによって、TIA10が受信している信号のレベルの値に応じて、そのレベルを検出した一定期間後以降の利得切替を禁止する。   Therefore, in the present invention, by using the second hysteresis comparator 18 included in the signal level detector 15, the TIA 10 receives the level value of the signal received by the TIA 10 and after a certain period after detecting the level. Prohibit gain switching.

図13及び図16に示すように、信号レベル検出器入力信号がVth_H2を超えると、第2のヒステリシス比較器出力が「H」に変化する。遅延回路によるτ2の遅延の後、第2のヒステリシス比較器出力「H」が利得保持信号として第1のヒステリシス比較器17に与えられ、τ2経過後の利得切替動作が禁止される。τ2経過以降は信号レベルが過渡的に変動してVth_H1を超えても、第1のヒステリシス比較器出力は変化しないため、利得切替が行われない。 As shown in FIGS. 13 and 16, when the signal level detector input signal exceeds V th — H 2, the second hysteresis comparator output changes to “H”. After the delay of τ 2 by the delay circuit, the second hysteresis comparator output “H” is given to the first hysteresis comparator 17 as a gain holding signal, and the gain switching operation after τ 2 has elapsed is prohibited. After the lapse of τ 2, even if the signal level fluctuates transiently and exceeds V th — H 1, the first hysteresis comparator output does not change, so that gain switching is not performed.

図14及び図16に示すように、TIA10がパケット信号の受信を終えてそのレベルがVth_L1、Vth_L2を下回ると第2のヒステリシス比較器出力が「L」に変化し、τ2の遅延の後に第1のヒステリシス比較器17に与えられ、利得保持動作が解除される。このような仕組みによって、外部リセット信号無しにTIA10を初期化することが可能となる。 As shown in FIGS. 14 and 16, when the TIA 10 finishes receiving the packet signal and the level falls below V th_L1 and V th_L2 , the second hysteresis comparator output changes to “L”, and the delay of τ 2 Later, it is given to the first hysteresis comparator 17 to cancel the gain holding operation. With such a mechanism, the TIA 10 can be initialized without an external reset signal.

また、強度がPMの光信号が入力される直前、第1及び第2のTIAコア回路11,12において低い帰還抵抗値Rf_Lが設定されている場合においても、実施例1で説明したように利得切替は起こらず、そのまま低利得モードで動作する。 As described in the first embodiment, the low feedback resistance value R f_L is set in the first and second TIA core circuits 11 and 12 immediately before the optical signal having the intensity P M is input. In this case, no gain switching occurs, and the low gain mode is operated as it is.

次に、TIA10が低い帰還抵抗値で動作することが望ましい、図15における領域3、強度PHのパケット信号が入力される場合の動作を、図17を用いて説明する。強度PHのこのパケット信号が入力される直前、第1及び第2のヒステリシス比較器出力はともに「L」、TIA10は高帰還抵抗であるとする。 Then, it is desirable to operate at TIA10 low feedback resistance, area in 15 3, the operation when the packet signal intensity P H is input, will be described with reference to FIG. 17. It is assumed that both the first and second hysteresis comparator outputs are “L” and the TIA 10 is a high feedback resistor immediately before the packet signal having the strength P H is input.

この時の、信号レベル検出器15における第1及び第2のヒステリシス比較器17,18の動作について説明する。ここで、仮に光強度がPHの信号が入力されてTIA10が高い帰還抵抗で動作する際の、ヒステリシス比較器入力信号の「L」および「H」レベルをそれぞれVC_L3、VC_H3と表す。

Figure 2008236455
の関係があるため、ヒステリシス比較器入力信号がVth_H2、Vth_H1を超えると第1及び第2のヒステリシス比較器17,18から「H」が出力され、それによって第1及び第2のTIAコア回路11,12の帰還抵抗値がRf_Lに設定される。TIA10における利得切替にはある一定の応答時間τ1が必要となる。 The operation of the first and second hysteresis comparators 17 and 18 in the signal level detector 15 at this time will be described. Here, if when the light intensity is operated in the signal is input TIA10 high feedback resistor P H, represents the hysteresis comparator input signal "L" and "H" level, respectively V C_L3, and V C_H3.
Figure 2008236455
Therefore , when the hysteresis comparator input signal exceeds V th — H 2 and V th — H 1, “H” is output from the first and second hysteresis comparators 17, 18, thereby the first and second TIA cores. The feedback resistance values of the circuits 11 and 12 are set to R f_L . A certain response time τ 1 is required for gain switching in the TIA 10.

このように、信号の「H」レベルを検出することによって低い帰還抵抗値をTIA10に設定することが可能となり、外部リセット信号無しにTIA10を初期化することが可能となる。また、第1及び第2のヒステリシス比較器入力信号がVth_H2を超えたτ2経過後、利得ホールド信号が第1のヒステリシス比較器17に与えられ、以降の利得切替が禁止される。 Thus, by detecting the “H” level of the signal, a low feedback resistance value can be set in the TIA 10, and the TIA 10 can be initialized without an external reset signal. Also, after lapse of τ 2 when the first and second hysteresis comparator input signals exceed V th — H 2 , the gain hold signal is applied to the first hysteresis comparator 17 and subsequent gain switching is prohibited.

以上の動作は、TIA10において高い帰還抵抗値が設定された状態で、領域3の、強度がPHの光信号が入力された時の動作について説明したが、実施例1で説明したように領域3の強度の光信号が入力される場合は、直前のTIA10の帰還抵抗値に依存せず、常に低い帰還抵抗値で動作する。 In the above operation, the operation when the optical signal having the intensity P H in the region 3 is input in a state where a high feedback resistance value is set in the TIA 10 has been described. As described in the first embodiment, the region When an optical signal having an intensity of 3 is input, it always operates with a low feedback resistance value without depending on the feedback resistance value of the immediately preceding TIA 10.

このようにして、TIA10への入力信号強度が大きい領域においては、TIA10は低い帰還抵抗で動作する。また、τ2の時間をパケット信号のプリアンブル長相当の時間に設定することによって、プリアンブル中においてのみ利得切替を許可し、ペイロード受信中には利得切替を禁止することが出来る。 Thus, in a region where the input signal strength to the TIA 10 is large, the TIA 10 operates with a low feedback resistance. Further, by setting the time τ 2 to a time corresponding to the preamble length of the packet signal, gain switching can be permitted only during the preamble and gain switching can be prohibited during payload reception.

次に、図15に示すような、強度PLの光信号がTIA10に入力される場合の動作について説明する。この領域においては第1及び第2のヒステリシス比較器17,18の「H」レベルを超えないため、第1及び第2のTIAコア回路11,12の初期状態に依存せず、実施例1同様に常に高い帰還抵抗でTIA10は動作する。 Next, an operation when an optical signal having an intensity P L as shown in FIG. 15 is input to the TIA 10 will be described. In this region, since the “H” level of the first and second hysteresis comparators 17 and 18 is not exceeded, it does not depend on the initial states of the first and second TIA core circuits 11 and 12 and is the same as in the first embodiment. The TIA 10 always operates with a high feedback resistance.

本発明は、例えば、光通信方式におけるディジタル信号伝送を行う光受信技術に適用することが可能であり、詳しくは受光素子により光信号を電気信号(電流信号)に変換した後、その電流信号を電圧信号に変換し波形整形・増幅する技術に適用することが可能である。特に、バーストデータ信号に高速に応答し、微小信号から大信号まで受信できる、高感度かつ広ダイナミックレンジな受信技術に適用することが可能である。   The present invention can be applied to, for example, an optical reception technique for performing digital signal transmission in an optical communication system. Specifically, after converting an optical signal into an electric signal (current signal) by a light receiving element, the current signal is converted into an electric signal. It can be applied to a technique for converting to a voltage signal and shaping and amplifying the waveform. In particular, it can be applied to a high-sensitivity and wide dynamic range reception technology that can respond to burst data signals at high speed and receive signals from minute signals to large signals.

実施例1におけるTIAの機能ブロック図Functional block diagram of TIA in Embodiment 1 実施例1における信号レベル検出器の構成図Configuration diagram of signal level detector in embodiment 1 実施例1における信号レベル検出器の入出力特性を示した図The figure which showed the input-output characteristic of the signal level detector in Example 1. 実施例1において高利得モードから低利得モードに遷移する際の動作を示した図The figure which showed the operation | movement at the time of making a transition from high gain mode to low gain mode in Example 1. 実施例1において低利得モードから高利得モードに遷移する際の動作を示した図The figure which showed the operation | movement at the time of making a transition from low gain mode to high gain mode in Example 1. TIAの出力特性の入力光信号強度依存性を示した図The figure which showed the input optical signal intensity dependence of the output characteristic of TIA 実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図Time chart illustrating operation of TIA in embodiment 1 実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図Time chart illustrating operation of TIA in embodiment 1 実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図Time chart illustrating operation of TIA in embodiment 1 実施例1におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図Time chart illustrating operation of TIA in embodiment 1 実施例2における信号レベル検出器の構成図Configuration diagram of signal level detector in embodiment 2 実施例2において信号レベル検出器が備える2つのヒステリシス比較器の入出力特性を示した図The figure which showed the input-output characteristic of two hysteresis comparators with which a signal level detector is provided in Example 2. 実施例2における2つのヒステリシス比較器の動作を示した図The figure which showed operation | movement of the two hysteresis comparators in Example 2. 実施例2における2つのヒステリシス比較器の動作示した図The figure which showed operation | movement of the two hysteresis comparators in Example 2. TIAの出力特性の入力光信号強度依存性を示した図The figure which showed the input optical signal intensity dependence of the output characteristic of TIA 実施例2におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図Time chart illustrating the operation of TIA in the second embodiment 実施例2におけるTIAの動作を説明するタイムチャート図Time chart illustrating the operation of TIA in the second embodiment 従来のバーストTIAの機能ブロック図Functional block diagram of conventional burst TIA 従来の信号レベル検出器の構成図Configuration diagram of conventional signal level detector 従来の信号レベル検出器の入出力特性を示した図Diagram showing input / output characteristics of a conventional signal level detector 従来のTIA全体の利得切替動作を説明するタイムチャート図Time chart illustrating conventional gain switching operation of entire TIA

符号の説明Explanation of symbols

10 TIA(トランスインピーダンスアンプ)
11 第1のTIAコア回路
12 第2のTIAコア回路
13 緩衝増幅器
14 出力増幅器
15 信号レベル検出器
16 ヒステリシス比較器
17 第1のヒステリシス比較器
18 第2のヒステリシス比較器
19 遅延回路
20 PD(フォトダイオード)
21 利得切替信号
10 TIA (Transimpedance Amplifier)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st TIA core circuit 12 2nd TIA core circuit 13 Buffer amplifier 14 Output amplifier 15 Signal level detector 16 Hysteresis comparator 17 1st hysteresis comparator 18 2nd hysteresis comparator 19 Delay circuit 20 PD (Photo) diode)
21 Gain switching signal

Claims (8)

入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第1のトランスインビーダンスアンプコア回路と、
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及び第2のトランスインピーダンスアンブコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧とし、該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプであって、
前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は前記利得切替信号に基づき利得を切り替える利得切替回路をそれぞれ備え、
前記利得切替判断回路はヒステリシス比較器を備え、
前記ヒステリシス比較器は複数の閾値電圧に基づき前記利得切替回路に前記第1及び第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させる
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。
A first trans impedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs the amplified voltage signal as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit with an open input terminal;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance umbo core circuits;
Gain switching determination for using the differential output signal output from the intermediate buffer circuit as a comparison input voltage and outputting a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage A transimpedance amplifier comprising a circuit,
The first and second transimpedance amplifier core circuits each include a gain switching circuit that switches a gain based on the gain switching signal,
The gain switching determination circuit includes a hysteresis comparator,
The hysteresis comparator causes the gain switching circuit to switch the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on a plurality of threshold voltages.
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第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及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧として該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は前記利得切替信号に基づき利得を切り替える利得切替回路をそれぞれ備え、
前記利得切替判断回路はヒステリシス比較器を備え、
該ヒステリシス比較器は、
前記比較入力電圧が前記ヒステリシス比較器の高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を低く切り替え、
前記比較入力電圧が前記ヒステリシス比較器の低い方の閾値電圧を下回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を高く切り替える
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 that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs it as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit having the same configuration as the first transimpedance amplifier core circuit and having an input terminal opened;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance amplifier core circuits;
A gain switching determination circuit that outputs a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage using the differential output signal output from the intermediate stage buffer circuit as a comparison input voltage In a transimpedance amplifier comprising:
The first and second transimpedance amplifier core circuits each include a gain switching circuit that switches a gain based on the gain switching signal,
The gain switching determination circuit includes a hysteresis comparator,
The hysteresis comparator is
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits low by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage exceeds a higher threshold voltage of the hysteresis comparator;
The gain of the first and second transimpedance amplifier core circuits is switched high by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage falls below a lower threshold voltage of the hysteresis comparator. Transimpedance amplifier.
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第1のトランスインビーダンスアンプコア回路と、
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及び第2のトランスインピーダンスアンブコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧とし、該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプであって、
前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路は前記利得切替信号に基づき利得を切り替える利得切替回路をそれぞれ備え、
前記利得切換判断回路は第1のヒステリシス比較器と第2のヒステリシス比較器とを備え、
入力信号として前記比較入力電圧が前記第1のヒステリシス比較器と前記第2のヒステリシス比較器とに並列に入力し、該第2のヒステリシス比較器の出力が前記第1のヒステリシス比較器の利得判定を保持するための信号として該第1のヒステリシス比較器に入力するものであって、
前記第1のヒステリシス比較器は複数の閾値電圧に基づいて前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を変化させ、
前記第2のヒステリシス比較器は複数の閾値電圧に基づいて前記第1のヒステリシス比較器の利得判定を保持する
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。
A first trans impedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs the amplified voltage signal as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit with an open input terminal;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance umbo core circuits;
Gain switching determination for using the differential output signal output from the intermediate buffer circuit as a comparison input voltage and outputting a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage A transimpedance amplifier comprising a circuit,
The first and second transimpedance amplifier core circuits each include a gain switching circuit that switches a gain based on the gain switching signal,
The gain switching determination circuit includes a first hysteresis comparator and a second hysteresis comparator,
The comparison input voltage is input as an input signal in parallel to the first hysteresis comparator and the second hysteresis comparator, and the output of the second hysteresis comparator is the gain determination of the first hysteresis comparator. Is input to the first hysteresis comparator as a signal for holding
The first hysteresis comparator changes the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on a plurality of threshold voltages,
The transimpedance amplifier, wherein the second hysteresis comparator holds a gain determination of the first hysteresis comparator based on a plurality of threshold voltages.
請求項3に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記利得切換判断回路は遅延回路を備え、
前記第2のヒステリシス比較器の出力は前記遅延回路を介して前記第1のヒステリシス比較器に入力する
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 3,
The gain switching determination circuit includes a delay circuit;
The transimpedance amplifier, wherein the output of the second hysteresis comparator is input to the first hysteresis comparator via the delay circuit.
請求項3又は請求項4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のヒステリシス比較器は高い閾値電圧と低い閾値電圧を有し、
前記第2のヒステリシス比較器は高い閾値電圧と低い閾値電圧を有し、
前記第2のヒステリシス比較器の高い閾値電圧が前記第1のヒステリシス比較器の高い閾値電圧よりも低い
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。
In the transimpedance amplifier according to claim 3 or 4,
The first hysteresis comparator has a high threshold voltage and a low threshold voltage;
The second hysteresis comparator has a high threshold voltage and a low threshold voltage;
A transimpedance amplifier, wherein a high threshold voltage of the second hysteresis comparator is lower than a high threshold voltage of the first hysteresis comparator.
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、
前記利得切替判断回路は第1のヒステリシス比較器と第2のヒステリシス比較器とを備え、
前記第1のヒステリシス比較器は、
前記比較入力電圧が前記第1のヒステリシス比較器の高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を低く切り替え、
前記比較入力電圧が前記第1のヒステリシス比較器の低い方の閾値電圧を下回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を高く切り替え、
前記第2のヒステリシス比較器における高い方の閾値電圧は、前記第1のヒステリシス比較器における高い方の閾値電圧よりも低く、
前記比較入力電圧が前記第2のヒステリシス比較器の高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得固定信号を出力して前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得切替動作を禁止して利得を固定し、
前記第2のヒステリシス比較器における低い方の閾値電圧が前記第1のヒステリシス比較器における低い方の閾値電圧と等しく、前記比較入力電圧が前記第2のヒステリシス比較器の低い方の閾値電圧を下回る場合に利得切替許可信号を出力して前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得切替動作を可能な状態にする
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 2,
The gain switching determination circuit includes a first hysteresis comparator and a second hysteresis comparator,
The first hysteresis comparator is:
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits low by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage exceeds the higher threshold voltage of the first hysteresis comparator;
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits high by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage falls below the lower threshold voltage of the first hysteresis comparator;
The higher threshold voltage in the second hysteresis comparator is lower than the higher threshold voltage in the first hysteresis comparator,
When the comparison input voltage exceeds the higher threshold voltage of the second hysteresis comparator, the gain fixed signal is output to prohibit the gain switching operation of the first and second transimpedance amplifier core circuits. Fixed gain,
The lower threshold voltage of the second hysteresis comparator is equal to the lower threshold voltage of the first hysteresis comparator, and the comparison input voltage is lower than the lower threshold voltage of the second hysteresis comparator. A transimpedance amplifier that outputs a gain switching permission signal to enable the gain switching operation of the first and second transimpedance amplifier core circuits.
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第1のトランスインビーダンスアンプコア回路と、
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及び第2のトランスインピーダンスアンブコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧とし、該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプの制御方法であって、
複数の閾値電圧に基づき前記第1及び第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
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプの制御方法。
A first trans impedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs the amplified voltage signal as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit with an open input terminal;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance umbo core circuits;
Gain switching determination for using the differential output signal output from the intermediate buffer circuit as a comparison input voltage and outputting a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage A control method of a transimpedance amplifier comprising a circuit,
A transimpedance amplifier control method, wherein the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits are switched based on a plurality of threshold voltages.
入力端子に入力された電流を所望の利得で増幅し電圧信号として出力する第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及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路からの出力信号を差動増幅して出力する中間段バッファ回路と、
該中間段バッファ回路から出力された差動出力信号を比較入力電圧として該比較入力電圧に基づき前記第1及び第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信号を出力する利得切替判断回路と
を備えるトランスインピーダンスアンプの制御方法において、
前記比較入力電圧について高い閾値電圧と低い閾値電圧とを設定し、
前記比較入力電圧が高い方の閾値電圧を上回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を低く切り替え、
前記比較入力電圧が低い方の閾値電圧を下回る場合に前記利得切替信号を出力することによって前記第1及び第2のトランスインピーダンスアンプコア回路の利得を高く切り替える
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプの制御方法。
A first transimpedance amplifier core circuit that amplifies the current input to the input terminal with a desired gain and outputs it as a voltage signal;
A second transimpedance amplifier core circuit having the same configuration as the first transimpedance amplifier core circuit and having an input terminal opened;
An intermediate buffer circuit that differentially amplifies and outputs the output signals from the first and second transimpedance amplifier core circuits;
A gain switching determination circuit that outputs a gain switching signal for switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits based on the comparison input voltage using the differential output signal output from the intermediate stage buffer circuit as a comparison input voltage In a control method of a transimpedance amplifier comprising:
Setting a high threshold voltage and a low threshold voltage for the comparison input voltage;
Switching the gains of the first and second transimpedance amplifier core circuits low by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage exceeds a higher threshold voltage;
Controlling the transimpedance amplifier, wherein the gain of the first and second transimpedance amplifier core circuits is switched high by outputting the gain switching signal when the comparison input voltage is lower than the lower threshold voltage. Method.
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