JP2011041058A - 受信回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】互いに異なる時間帯に送信された高速の第1の光パルス信号と第1の光パルス信号よりも低速の第2の光パルス信号とを高精度に受信することが可能な受信回路を提供する。
【解決手段】受信回路100は、フォトダイオード1から出力された電流信号ISを差動の電圧信号VSp,VSnに変換するための第1の増幅回路10と、第1の増幅回路10の出力側に互いに並列に設けられた第2および第3の増幅回路20,30とを含む。第2の増幅回路20は高速信号用のリミッティングアンプである。第3の増幅回路30は、電圧信号VSp,VSnのピーク値を検出するピークホールド回路40と比較器45とを含む。比較器45は、ピークホールド回路40の出力を分圧した値と、電圧信号VSp,VSnの信号強度とを比較することによって、電圧信号VSp,VSnが低速かつ低デューティ比の場合であってもその論理レベルを正確に検知できる。
【選択図】図1
【解決手段】受信回路100は、フォトダイオード1から出力された電流信号ISを差動の電圧信号VSp,VSnに変換するための第1の増幅回路10と、第1の増幅回路10の出力側に互いに並列に設けられた第2および第3の増幅回路20,30とを含む。第2の増幅回路20は高速信号用のリミッティングアンプである。第3の増幅回路30は、電圧信号VSp,VSnのピーク値を検出するピークホールド回路40と比較器45とを含む。比較器45は、ピークホールド回路40の出力を分圧した値と、電圧信号VSp,VSnの信号強度とを比較することによって、電圧信号VSp,VSnが低速かつ低デューティ比の場合であってもその論理レベルを正確に検知できる。
【選択図】図1
Description
この発明は、光パルス信号を受信するための受信回路に関する。
IrDA(Infrared Data Association)規格に基づく赤外線通信は、携帯電話機などでのデータ交換に広く用いられている。IrDA規格には様々な方式がある。IrDAが最初にリリースした方式はSIR(Serial Infra Red)規格と呼ばれる。現在、最も高速のデータ通信を可能にする方式はGiga−IR規格と呼ばれる。Giga−IR規格では、毎秒1ギガビットのデータ転送が可能になる。
IrDA規格に従った通信機器(IrDA機器)によってデータ通信が行われる場合、送信側のIrDA機器は、最初に、周辺の通信可能な機器を検索する装置発見手順(Device Discovery)を行う。これによって、送信側のIrDA機器は周辺にある装置の名称や機能を知ることができる。次に、全てのIrDA機器が実装している9600bpsの通信速度で、送信側と受信側とでお互いの通信速度やパケットサイズなどの通信能力を交換する折衝(Negotiation)が行われる。9600bpsの通信速度は、SIR規格のうちで最も低速のものである。SIR規格では、省電力化のために各ビットタイム中の信号のパルス幅(発光素子の発光時間)は1.63μ秒に定められている。折衝後に、お互いが共通に有する最も高速で効率の良い通信速度とパケットサイズを使用して通信が行なわれる。したがって、各IrDA機器に設けられた受信回路は、低速の9600bpsの光パルス信号と、Giga−IR規格などの高速の光パルス信号の両方を受信できる必要がある。
特開昭64−78539号公報(特許文献1)は、高速ディジタルデータと低速ディジタルデータとをアナログ加算により重畳した光伝送信号を受信して電気信号に変換する光受信回路に関する技術を開示する。この文献の光受信回路は、高速データ受信用プリアンプと低速データ受信用プリアンプとが受光素子の出力ノードに対して並列に設置された構成を有する。高速データ受信用プリアンプは、帰還抵抗を比較的小さく設定することによってその周波数帯域が広帯域に設定される。低速データ受信用プリアンプは、帰還抵抗を比較的大きく設定することによってその周波数帯域が低帯域に設定される。
上記の特許文献に記載の受信回路は、低速データ信号と高速データ信号とが重畳されて送信されたときに、両信号を分離して高精度に検出するためのものである。この場合、広帯域のプリアンプのみを用いて十分な受信感度で低速データ信号を受信しようとすると、高速データ信号の振幅を犠牲にして低速データ信号の振幅を増大させなければならないという問題がある。
これに対して、IrDA規格に従った受信回路は、折衝時に低速信号を使った通信を行ない、その後に高速信号を使った通信を行なうので、低速データと高速データとを同時に受信する必要はない。このような場合に、上記の特許文献のように低速信号を受信するための低帯域のプリアンプと高速信号を受信するための広帯域のプリアンプとを設けると、無駄に受信回路の面積を増大させることになってしまう。
この発明の目的は、互いに異なる時間帯に送信された高速の第1の光パルス信号と第1の光パルス信号よりも低速の第2の光パルス信号とを、高精度に受信することが可能な受信回路を提供することである。
この発明は要約すれば受信回路であって、光電変換素子と、第1〜第3の増幅回路とを備える。光電変換素子は、第1の光パルス信号および第1の光パスル信号よりも低速の第2の光パルス信号を電流信号に変換する。第1の増幅回路は、光電変換素子から出力された電流信号を増幅して電圧信号に変換する。第2の増幅回路は、光電変換素子に第1の光パルス信号が入力されたときに、第1の増幅回路から出力された電圧信号を増幅する。第3の増幅回路は、第1の増幅回路の出力ノードに対して第2の増幅回路と並列に設けられ、光電変換素子に第2の光パルス信号が入力されたときに、第1の増幅回路から出力された電圧信号を増幅する。受信回路は、第1の時間帯に第1の光パルス信号を受信し、第1の時間帯と異なる第2の時間帯に第2の光パルス信号を受信する。
好ましくは、受信回路は、第1および第3の増幅回路の間に設けられた低域通過フィルタをさらに備える。この場合、低域通過フィルタは、光電変換素子に第1の光パルス信号が入力されたときに、第1の増幅回路から出力された電圧信号を阻止する。さらに、低域通過フィルタは、光電変換素子に第2の光パルス信号が入力されたときに、第1の増幅回路から出力された電圧信号を通過させる。
好ましくは、第3の増幅回路は、第1の増幅回路の出力信号のピーク値を保持するピークホールド回路を含む。
好ましくは、第3の増幅回路は、第1の増幅回路の出力信号とピークホールド回路の出力を分圧した信号とを比較し、比較結果を出力する比較器をさらに含む。
好ましくは、第1の増幅回路は、第1の増幅部と、第1のオフセット調整回路と、スイッチとを含む。第1の増幅部は、入力された電流信号を増幅して電圧信号に変換する。第1のオフセット調整回路は、第1の増幅部の出力信号を検出し、検出した出力信号のオフセット成分を調整する。スイッチは、光電変換素子に第1の光パルス信号が入力されたときに第1のオフセット調整回路によるオフセット調整機能を有効にし、光電変換素子に第2の光パルス信号が入力されたときに第1のオフセット調整回路によるオフセット調整機能を無効にするように外部から切替可能である。
好ましくは、第2の増幅回路は、第2の増幅部と、第2のオフセット調整回路とを含む。第2の増幅部は、入力信号をその電圧レベルによらず一定の電圧レベルまで増幅する。第2のオフセット調整回路は、第2の増幅部の出力信号を検出し、検出した出力信号のオフセット成分を調整する。
この発明によれば、受信回路は、光電変換素子から出力された微弱な電流信号を電圧信号に変換するための第1の増幅回路と、第1の増幅回路の出力側で互いに並列に設けられた高速信号用の第2の増幅回路および低速信号用の第3の増幅回路とを含む。したがって、この受信回路は、高速の第1の光パルス信号と、第1の光パルス信号よりも低速の第2の光パルス信号とを高精度に受信することができる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
<実施の形態1>
図1は、この発明の実施の形態1による受信回路100の構成を示すブロック図である。図1を参照して、受信回路100は、IrDA規格に従った光(赤外線)パルス信号を受信する。受信回路100は、フォトダイオード1(光電変換素子)と、抵抗素子2と、コンデンサ3と、第1の増幅回路10と、第2の増幅回路20と、ローパスフィルタ50と、第3の増幅回路30と、コンデンサ4p,4n,5とを含む。以下、各構成要素について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による受信回路100の構成を示すブロック図である。図1を参照して、受信回路100は、IrDA規格に従った光(赤外線)パルス信号を受信する。受信回路100は、フォトダイオード1(光電変換素子)と、抵抗素子2と、コンデンサ3と、第1の増幅回路10と、第2の増幅回路20と、ローパスフィルタ50と、第3の増幅回路30と、コンデンサ4p,4n,5とを含む。以下、各構成要素について説明する。
[フォトダイオード1]
フォトダイオード1は、受信した光パルス信号を電流信号ISに変換する。フォトダイオード1のカソードは、抵抗素子2を介して電源ノードVccと接続される。フォトダイオード1のアノードは、第1の増幅回路10の入力ノードに接続されるとともに、コンデンサ3を介して接地ノードGNDに接続される。
フォトダイオード1は、受信した光パルス信号を電流信号ISに変換する。フォトダイオード1のカソードは、抵抗素子2を介して電源ノードVccと接続される。フォトダイオード1のアノードは、第1の増幅回路10の入力ノードに接続されるとともに、コンデンサ3を介して接地ノードGNDに接続される。
既に説明したように、フォトダイオード1は、Giga−IR規格に従った1Gbpsの高速の第1の光パルス信号OS1を受信する場合と、第1の光パルス信号OS1を受信する前の折衝時に9600bpsの低速の第2の光パルス信号OS2を受信する場合とがあるものとする。この場合、高速の第1の光パルス信号OS1のデューティ比は50%である。これに対して、9600bpsの低速の第1の光パルス信号OS2については、省電力化のために各ビット周期中の信号のパルス幅(送信側の発光素子の発光時間)が1.63μ秒に定められている。したがって、低速の第2の光パルス信号OS2のデューティ比は1/64となり、高速の第2の光パルス信号OS1に比べてかなり小さくなる。
[第1の増幅回路10:トランスインピーダンス回路]
図2は、図1の第1の増幅回路10(トランスインピーダンス回路)の構成の一例を示すブロック図である。図1、図2を参照して、第1の増幅回路10は、フォトダイオード1から出力された微弱な電流信号ISを増幅して、差動の電圧信号VSp,VSnに変換する。
図2は、図1の第1の増幅回路10(トランスインピーダンス回路)の構成の一例を示すブロック図である。図1、図2を参照して、第1の増幅回路10は、フォトダイオード1から出力された微弱な電流信号ISを増幅して、差動の電圧信号VSp,VSnに変換する。
たとえば、第1の増幅回路10は、図2に示すように、トランスインピーダンスアンプ11(TIA)と、差動増幅器12と、出力バッファ13と、オフセット調整回路15(第1のオフセット調整回路)とを含む。
トランスインピーダンスアンプ11は、電流信号ISを増幅し、差動の電圧信号に変換する。差動増幅器12は、トランスインピーダンスアンプ11から出力された差動の電圧信号をさらに増幅して、出力バッファ13に出力する。出力バッファ13は、インピーダンス・マッチングのために設けられ、CML(Current Mode Logic)によって構成される。出力バッファ13は、差動増幅器12の出力信号を受け、差動の電圧信号VSp,VSnとして後段の第2および第3の増幅回路20,30に向けて出力する。
オフセット調整回路15は、フォトダイオード1の受光信号の強度が増大したときに、受光信号の直流成分(オフセット成分)によって各増幅器11,12,13が飽和しないように設けられている。図2の増幅回路10の場合、オフセット調整回路15は、差動増幅器12の出力信号を検出し、検出した出力信号のオフセット成分が所定の電圧値(たとえば、0電圧)になるように調整する。たとえば、オフセット調整回路15は、検出した出力信号のオフセット成分をローパスフィルタなどによって抽出し、抽出したオフセット成分に比例した制御信号CTL1をトランスインピーダンスアンプ11の入力ノードにフィードバックする。
制御信号CTL1は、トランスインピーダンスアンプ11の入力ノードに代えて、差動増幅器12の出力信号のオフセット成分を調整可能であれば、トランスインピーダンスアンプ11または差動増幅器12の内部回路にフィードバックすることもできる。たとえば、差動対のバイアス電流を生成する電流源用トランジスタのゲート電極や、負荷トランジスタのゲート電極などに制御信号CTL1をフィードバックしてもよい。すなわち、制御信号CTL1は、トランスインピーダンスアンプ11および差動増幅器12を含む第1の増幅部14のうち、オフセット成分を調整可能ないずれかのノードにフィードバックすることができる。
[第2の増幅回路20:リミッティングアンプ(高速信号用)]
図3は、図2の第2の増幅回路20の構成の一例を示すブロック図である。図1、図3を参照して、第2の増幅回路20は、交流結合用のコンデンサ4p,4nを介して第1の増幅回路10の出力ノードと接続される。第2の増幅回路20は、第1の増幅回路10から出力された電圧信号VSp,VSnの交流成分をその大きさによらず一定の電圧振幅になるように増幅して出力するリミッティングアンプである。
図3は、図2の第2の増幅回路20の構成の一例を示すブロック図である。図1、図3を参照して、第2の増幅回路20は、交流結合用のコンデンサ4p,4nを介して第1の増幅回路10の出力ノードと接続される。第2の増幅回路20は、第1の増幅回路10から出力された電圧信号VSp,VSnの交流成分をその大きさによらず一定の電圧振幅になるように増幅して出力するリミッティングアンプである。
たとえば、第2の増幅回路20は、図3に示すように、入力バッファ21と、縦続接続された3段の差動増幅器22,23,24と、出力バッファ25と、オフセット調整回路27(第2のオフセット調整回路)とを含む。以下、3段の差動増幅器22,23,24を総称する場合、差動増幅部26(第2の増幅部)と記載する。差動増幅部26は、入力バッファ21を介して入力された信号を電源電圧レベルまで増幅することによって一定の電圧振幅の信号を生成する。出力バッファ13は、インピーダンス・マッチングのために設けられ、CMLによって構成される。出力バッファ13は、差動増幅部26の出力信号を受け、差動の電圧信号VS1p,VS1nとして後段のコントローラ110に出力する。
差動増幅部26は、3段の差動増幅器22,23,24がコンデンサを介さずに直結された構成となっているため、各差動増幅器を構成するトランジスタの製造ばらつきなどによってオフセット電圧(直流電圧)が生じることがある。このオフセット電圧によって最終段の差動増幅器24が飽和すると入力パルス信号を正しく増幅できなくなるので、第2の増幅回路20には、オフセット調整回路27が設けられている。
オフセット調整回路27は、差動増幅部26の出力信号を検出し、検出した出力信号のオフセット成分が所定の電圧値(たとえば、0電圧)になるように調整する。具体的には、オフセット調整回路27は、検出した出力信号のオフセット成分をたとえばローパスフィルタによって抽出し、抽出したオフセット成分に比例した制御信号CTL2(第2の制御信号)を差動増幅部26を構成する初段の差動増幅器22の内部回路にフィードバックする。制御信号CTL2をフィードバックする箇所は、差動増幅器22の出力信号のオフセット成分を調整可能な箇所であればよく、たとえば、差動対のバイアス電流を生成する電流源用トランジスタのゲート電極や負荷トランジスタのゲート電極などに、制御信号CTL2がフィードバックされる。
[オフセット調整回路の問題点]
オフセット調整回路を有した増幅回路20(リミッティングアンプ)に、9600bpsの光パルス信号OS2に対応した低デューティ比の電圧信号が入力されたとき、増幅回路20の出力波形が異常になる場合がある。以下、この現象について説明する。
オフセット調整回路を有した増幅回路20(リミッティングアンプ)に、9600bpsの光パルス信号OS2に対応した低デューティ比の電圧信号が入力されたとき、増幅回路20の出力波形が異常になる場合がある。以下、この現象について説明する。
図4は、図3の増幅回路20の入出力信号波形を模式的に示す図である。図4(A)は、入力信号のデューティ比が50%の場合の入出力信号波形を示し、図4(B)は、入力信号のデューティ比が50%より小さい場合の入出力信号波形を示す。ここで、デューティ比は、1ビット周期のうち信号がハイレベルとなる時間(送信側の発光素子の発光時間)の割合である。図4(A)、(B)のいずれの場合も、入力信号の0レベルは、ハイ(H)レベルの電圧とロー(L)レベルの電圧とのちょうど真ん中の値になっている。
図3のオフセット調整回路27によって抽出された直流成分(オフセット成分)は、入力信号波形の時間平均になる。したがって、図4(A)のように入力信号のデューティ比が50%の場合は、直流成分は0レベルに等しい。図3の増幅回路20の出力信号は入力信号から直流成分が除去された交流成分になるので、図4(A)のように出力信号は入力信号に等しくなる。
一方、図4(B)のように入力信号のデューティ比が50%より小さい場合は、入力信号が時間平均された直流成分の電圧値は0レベルより低くなる。以下、0レベルと直流成分の電圧値との差をΔVとする。この場合、図3の増幅回路20の出力信号は、入力信号から直流成分が除去された交流成分になるので、図4(B)のように出力信号は入力信号をΔVだけ+方向にシフトさせた値になる。したがって、図4(A)の場合と比べると、図4(B)の場合の出力信号の0レベルの値は、ローレベルの電圧値により近い値になる。出力信号の0レベルの値は、入力信号のデューティ比が小さくなるほどローレベルの電圧値に近い値になる。
図5は、図3の増幅回路20の出力信号波形の実測例を示す図である。図5(A)は、9600bpsでデューティ比50%の信号が入力された場合の増幅回路20の出力波形を示し、図5(B)は9600bpsでパルス幅が1.4μ秒の信号が入力された場合の増幅回路20の出力波形を示す。図5(B)の信号波形は、IrDA規格に従ってデータ通信をするときに折衝時で用いられる低速の信号波形を模擬したものである。
図5(A)のようにデューティ比が50%の場合には入力信号波形に応じた正常な出力信号波形が得られる。これに対して、図5(B)のようにデューティ比が1.3%(パルス幅:1.4μ秒)のように小さな値の場合には、異常な電圧波形が出力される。この理由は次のように考えられる。
図4で説明したように入力信号のデューティ比が小さいほど、図3のオフセット調整回路27で検出する直流成分(オフセット成分)の電圧値は、入力信号の0レベルよりも小さい値になり、ローレベルの電圧値に近付く。図5(B)のようにデューティ比が1.3%の場合には、直流成分の電圧値はローレベルの電圧値にほぼ等しくなる。この結果、増幅回路20は、ローレベルの信号に含まれるノイズ成分を拾って増幅することになる。増幅回路20のようなリミッティングアンプは高感度の増幅器であるので、ノイズ成分は電源電圧レベルまで増幅されることになり、出力波形が異常になってしまう。
この問題を解決するために、図1の受信回路100は、低速の9600bpsの光パルス信号OS2に対応した低速かつ低デューティ比の電圧信号の増幅のために、第3の増幅回路30が第2の増幅回路20と別個に設けられる。第2の増幅回路20はGiga−IR規格の光パルス信号OS1に対応した高速の電圧信号の増幅専用に用いられる。
なお、第1の増幅回路10(トランスインピーダンス回路)は、図2に示すようにオフセット調整回路15が設けられていても、上記のような問題が生じ難い。第1の理由は、フォトダイオード1で受光する低速かつ低デューティ比の光パルス信号OS2の交流成分の振幅が十分に大きければ、オフセット調整後の増幅回路10の0レベルとローレベルの電圧差をノイズに比べて十分な大きさに保つことができるからである。第2に、第1の増幅回路10(トランスインピーダンス回路)は、第2の増幅回路20(リミッティングアンプ)のような高感度の増幅回路ではないので、出力信号が異常になるほどノイズ成分が増幅されることがほとんどないからである。
[第3の増幅回路30:低速信号用]
再び図1を参照して、低速信号用の第3の増幅回路30は、ローパスフィルタ50および交流結合用のコンデンサ5を介して、第1の増幅回路10の出力ノードと接続される。第3の増幅回路30は、第1の増幅回路10の出力ノードに対して第2の増幅回路20と並列に配置される。
再び図1を参照して、低速信号用の第3の増幅回路30は、ローパスフィルタ50および交流結合用のコンデンサ5を介して、第1の増幅回路10の出力ノードと接続される。第3の増幅回路30は、第1の増幅回路10の出力ノードに対して第2の増幅回路20と並列に配置される。
ローパスフィルタ50は、抵抗素子51,52と、コンデンサ53とを含む。抵抗素子51,52は、第1の増幅回路10の正側の出力ノードNAと交流結合用のコンデンサ5との間に直列に接続される。抵抗素子51,52は、コンデンサ5を介して第3の増幅回路の入力ノードNCに接続される。コンデンサ53は、抵抗素子51,52の接続ノードNBと接地ノードGNDとの間に接続される。
抵抗素子51,52の抵抗値およびコンデンサ53の容量は、ローパスフィルタ50によって、Giga−IR規格の光パルス信号OS1に対応した高速の電圧信号の入力が阻止され、光パルス信号OS2の対応した低速の電圧信号が通過するように設定される。これにより、低速光パルス信号OS2の受信時には、対応の低速信号から高周波ノイズを除去することができる。高速光パルス信号OS1の受信時には、第3の増幅回路30の影響を抑制することができる。ローパスフィルタ50を通過した低速の電圧信号のうち直流成分はコンデンサ5によって遮断され、残りの交流成分が第3の増幅回路30の入力ノードNCに入力される。
第3の増幅回路30は、ピークホールド回路40と、抵抗素子31,32,33と、コンデンサ34,35と、抵抗分割回路36と、比較器45とを含む。
ピークホールド回路40は、入力電圧の最大値を検出して保持し、保持した電圧を出力する。図1に示すように、ピークホールド回路40は、演算増幅器41と、ダイオード42と、電圧ホールド用のコンデンサ43とを含む。演算増幅器41の非反転入力端子は増幅回路30の入力ノードNCに接続される。したがって、演算増幅器41の非反転入力端子はローパスフィルタ50を通過した低速の電圧信号の交流成分を受けることになる。ダイオード42のアノードは演算増幅器41の出力端子に接続される。ダイオード42のカソードは、演算増幅器41の反転入力端子に接続される。コンデンサ43は、ダイオード42のカソードと後述する分圧ノードNEとの間に接続される。
ピークホールド回路40において、入力ノードNCの電圧がコンデンサ43の電圧よりも大きい場合には、演算増幅器41の非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧よりも大きいので、演算増幅器41の出力が増加しダイオード42が順方向にバイアスされる。この結果、演算増幅器41はゲイン1のバッファになるので、コンデンサ43は入力ノードNCの電圧まで充電される。一方、入力ノードNCの電圧がコンデンサ43の電圧よりも小さい場合には、演算増幅器41の非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧よりも小さいので、演算増幅器41の出力が減少しダイオード42が逆方向にバイアスされる。この結果、コンデンサ43は演算増幅器41の出力端子との間がオープン状態になるので、コンデンサ43の電圧は保持される。
抵抗素子31,32は、この順で電源ノードVccと接地ノードGNDとの間に直列に接続され、電源電圧を分圧する分圧回路として用いられる。抵抗素子31,32の接続ノード(分圧ノードNEと称する)の電圧(分圧電圧VEと称する)は、電源電圧を抵抗素子31,32の抵抗値の比で分圧した値に等しい。分圧ノードNEは、抵抗素子33を介して演算増幅器41の非反転入力端子に接続される。したがって、演算増幅器41の非反転入力端子には、コンデンサ5を介して入力ノードNCに入力された交流成分に加えて、直流の分圧電圧VEが入力される。分圧電圧VEは、演算増幅器41を動作させるのに最適なバイアス電圧に設定される。コンデンサ34は、抵抗素子32と並列に接続され、電源ノイズを除去するとともに演算増幅器41に入力される分圧電圧VEを安定化する。
抵抗分割回路36は、コンデンサ43と並列に接続され、コンデンサ43の電圧(すなわち、ピークホールド回路40の出力電圧)を分圧する。抵抗分割回路36の分圧比は通常、0.5に設定される。コンデンサ35は、抵抗分割回路36の出力ノードと分圧ノードNEとの間に接続され、抵抗分割回路36から出力された電圧の高周波ノイズを除去するとともにをその電圧値を安定化する。
比較器45の非反転入力端子はピークホールド回路40の入力ノードNCに接続され、反転入力端子は抵抗分割回路36の出力ノードに接続される。これによって、比較器45は、光パルス信号OS2の対応した低速の電圧信号の交流成分と、そのピーク値を所定の分圧比に分圧した基準電圧とを比較する。比較器45は、低速の電圧信号の交流成分の大きさが基準電圧よりも大きいときハイレベルの出力信号VS2をコントローラ110に出力し、逆に低速の電圧信号の交流成分の大きさが基準電圧よりも小さいときローレベルの出力信号VS2をコントローラ110に出力する。
以上をまとめると、第3の増幅回路30は、9600bpsの光パルス信号OS2の対応した低速の電圧信号を受け、そのピーク値を検出する。そして、第3の増幅回路30は、受信した低速の電圧信号の論理レベルを、検出したピーク値を分圧した基準電圧との大小関係に基づいて判定する。この場合、基準電圧は、受信した低速の電圧信号のデューティ比によらず一定になるので、低速の電圧信号の論理レベルを正確に判定することができる。
図6は、図1の受信回路100の各部の電圧波形を示す図である。
図6(A)は、図1の出力ノードNAの電圧波形を示す。図6(A)に示すように、第1の増幅回路10から、9600bpsの光パルス信号OS2の対応したパルス幅1.4μ秒のパルス電圧が出力される。
図6(A)は、図1の出力ノードNAの電圧波形を示す。図6(A)に示すように、第1の増幅回路10から、9600bpsの光パルス信号OS2の対応したパルス幅1.4μ秒のパルス電圧が出力される。
図6(B)は、図1の接続ノードNBの電圧波形を示す。図6(B)に示すように、ローパスフィルタ50によって図6(A)に示された電圧波形の高周波ノイズが除去される。
図6(C)は、図1の入力ノードNCの電圧波形を示す。図6(C)の電圧波形は、図6(B)の電圧波形の交流成分に、分圧ノードNEにおける分圧電圧VEを加算した値に等しい。
図6(D)は、図1の比較器45の出力ノードNDの電圧波形を示す。図6(D)に示すように、比較器45は、図6(C)に示す入力ノードNCの電圧波形に応じた比較結果を出力する。
[まとめ]
以上のとおり、実施の形態1による受信回路100は、互いに異なる時間帯に送信された高速の第1の光パルス信号OS1と第1の光パルス信号よりも低速かつ低デューティ比の第2の光パルス信号OS2とを、高精度に受信するための回路である。受信回路100は、光パルス信号OS1,OS2を受信するフォトダイオード1と、フォトダイオード1から出力された電流信号ISを差動の電圧信号VSp,VSnに変換するための第1の増幅回路10と、第1の増幅回路10の出力側に互いに並列に設けられた第2および第3の増幅回路20,30とを含む。
以上のとおり、実施の形態1による受信回路100は、互いに異なる時間帯に送信された高速の第1の光パルス信号OS1と第1の光パルス信号よりも低速かつ低デューティ比の第2の光パルス信号OS2とを、高精度に受信するための回路である。受信回路100は、光パルス信号OS1,OS2を受信するフォトダイオード1と、フォトダイオード1から出力された電流信号ISを差動の電圧信号VSp,VSnに変換するための第1の増幅回路10と、第1の増幅回路10の出力側に互いに並列に設けられた第2および第3の増幅回路20,30とを含む。
第2の増幅回路20はリミッティングアンプであり、出力信号のオフセットを調整するためのオフセット調整回路27を含む。第2の増幅回路20は高速の第1の光パルス信号OS1に対応した電圧信号の増幅するために設けられる。低速かつ低デューティ比の信号を第2の増幅回路20によって増幅しようとすると、オフセット調整回路27の影響で出力信号が異常になるからである。
第3の増幅回路30は、低速かつ低デューティ比の信号の増幅のために設けられる。第3の増幅回路30は、電圧信号VSp,VSnのピーク値を検出するピークホールド回路40と比較器45とを含む。比較器45は、ピークホールド回路40の出力を分圧した値と、電圧信号VSp,VSnの信号強度とを比較することによって、電圧信号VSp,VSnが低速かつ低デューティ比の場合であってもその論理レベルを正確に判定することができる。
好ましくは、第1の増幅回路10と第3の増幅回路30との間に、高速の第1の光パルス信号OS1に対応した信号の入力を阻止し、低速かつ低デューティ比の第2の光パルス信号OS2に対応した信号を通過させるローパスフィルタ50が設けられる。これによって、高速光パルス信号OS1の受信時には、第3の増幅回路30の影響を抑制することができ、低速光パルス信号OS2の受信時には、対応の低速信号から高周波ノイズを除去することができる。
<実施の形態2>
実施の形態2では、図1の第1の増幅回路10に設けられたオフセット調整回路15によって増幅回路10の出力波形が異常になるような場合にも対応可能なように、図1の受信回路100を変形した例について説明する。
実施の形態2では、図1の第1の増幅回路10に設けられたオフセット調整回路15によって増幅回路10の出力波形が異常になるような場合にも対応可能なように、図1の受信回路100を変形した例について説明する。
図7は、この発明の実施の形態2による受信回路100Aの構成を示すブロック図である。
図8は、図7の第1の増幅回路10Aの構成の一例を示すブロック図である。図7、図8を参照して、実施の形態2による第1の増幅回路10Aは、制御信号CTL1の経路に設けられたスイッチ16をさらに含む点で、図1の第1の増幅回路10と異なる。
スイッチ16は、図7のコントローラ110Aからの切替信号SWに応じてオン状態またはオフ状態に切替わる。IrDA規格に従ってデータ通信を行なう場合、最初の折衝時に9600bpsの低速かつ低デューティ比の光パルス信号を受信するときには、コントローラ110Aは切替信号SWを非活性化することによってスイッチ16をオフ状態にする。この場合、制御信号CTL1はフィードバックされないので、オフセット調整回路15によるオフセット調整機能を無効にすることができる。この結果、実施の形態1で述べたような入力信号の低デューティ比に起因した異常信号の出力を回避することができる。
一方、Giga−IR方式に従う高速の光パルス信号OS1を受信するときには、コントローラ110Aは、切替信号SWを活性化することによってスイッチ16をオン状態にする。これによって、オフセット調整回路15によるオフセット調整機能が有効になるので、入力された電流信号ISのオフセット成分が除去される。
オフセット調整機能を有効または無効に切替えるためのスイッチは、他の場所に設けてもよい。たとえば、オフセット調整回路15の内部に設けられたループフィルタ用のコンデンサと並列にスイッチを設けてもよい。この場合、スイッチをオン状態にすることによりオフセット調整機能を無効にすることができる。
図7、図8のその他の点については図1、図2の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 フォトダイオード(光電変換素子)、10,10A 第1の増幅回路(トランスインピーダンス回路)、11 トランスインピーダンスアンプ、12 差動増幅器、14 第1の増幅部、15 第1のオフセット調整回路、16 スイッチ、20 第2の増幅回路(リミッティングアンプ)、26 差動増幅部(第2の増幅部)、27 第2のオフセット調整回路、30 第3の増幅回路、36 抵抗分割回路、40 ピークホールド回路、45 比較器、50 ローパスフィルタ、100,100A 受信回路、110,110A コントローラ、CTL1 第1の制御信号、CTL2 第2の制御信号、IS 電流信号、OS1 第1の光パルス信号(高速)、OS2 第2の光パルス信号(低速、低デューティ比)、SW 切替信号、VSp,VSn 差動の電圧信号。
Claims (6)
- 第1の光パルス信号および前記第1の光パルス信号よりも低速の第2の光パルス信号を電流信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子から出力された電流信号を増幅して電圧信号に変換する第1の増幅回路と、
前記光電変換素子に前記第1の光パルス信号が入力されたときに、前記第1の増幅回路から出力された電圧信号を増幅するための第2の増幅回路と、
前記第1の増幅回路の出力ノードに対して前記第2の増幅回路と並列に設けられ、前記光電変換素子に前記第2の光パルス信号が入力されたときに、前記第1の増幅回路から出力された電圧信号を増幅するための第3の増幅回路とを備え、
第1の時間帯に前記第1の光パルス信号を受信し、前記第1の時間帯と異なる第2の時間帯に前記第2の光パルス信号を受信する、受信回路。 - 前記受信回路は、前記第1および第3の増幅回路の間に設けられた低域通過フィルタをさらに備え、
前記低域通過フィルタは、前記光電変換素子に前記第1の光パルス信号が入力されたときに、前記第1の増幅回路から出力された電圧信号を阻止し、
前記低域通過フィルタは、前記光電変換素子に前記第2の光パルス信号が入力されたときに、前記第1の増幅回路から出力された電圧信号を通過させる、請求項1に記載の受信回路。 - 前記第3の増幅回路は、前記第1の増幅回路の出力信号のピーク値を保持するピークホールド回路を含む、請求項1または2に記載の受信回路。
- 前記第3の増幅回路は、前記第1の増幅回路の出力信号と前記ピークホールド回路の出力を分圧した信号とを比較し、比較結果を出力する比較器をさらに含む、請求項3に記載の受信回路。
- 前記第1の増幅回路は、
入力された電流信号を増幅して電圧信号に変換する第1の増幅部と、
前記第1の増幅部の出力信号を検出し、検出した出力信号のオフセット成分を調整する第1のオフセット調整回路と、
前記光電変換素子に前記第1の光パルス信号が入力されたときに前記第1のオフセット調整回路によるオフセット調整機能を有効にし、前記光電変換素子に前記第2の光パルス信号が入力されたときに前記第1のオフセット調整回路によるオフセット調整機能を無効にするように外部から切替可能なスイッチとを含む、請求項1に記載の受信回路。 - 前記第2の増幅回路は、
入力信号をその電圧レベルによらず一定の電圧レベルまで増幅する第2の増幅部と、
前記第2の増幅部の出力信号を検出し、検出した出力信号のオフセット成分を調整する第2のオフセット調整回路とを含む、請求項1に記載の受信回路。
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