JP2012090261A - 光受信回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の実施形態にかかる光受信回路10は、入力光に応じて電流を出力する受光手段12と、入力端子に前記受光手段が接続された反転増幅器13と、反転増幅器13の入出力間に接続された帰還回路14を具備する。この帰還回路14は、反転増幅器13のトランスインピーダンス特性がポールとゼロの複数組が設けられるように、一方が反転増幅器13の入力端子に接続され、他方が抵抗R2と抵抗R3と抵抗R4と共通接続される抵抗R1と、他方が反転増幅器13の出力端子に接続される抵抗R2と、他方がキャパシタC1と接続される抵抗R3と、他方がキャパシタC2と接続される抵抗R4と、他方が接地されたキャパシタC1と、他方が接地されたキャパシタC2とを具備する。
【選択図】図1
Description
具体的には、受光素子にパルスの光信号が入射すると、受光素子は光信号に応じた電流を反転増幅器に供給する。反転増幅器は供給された電流を電圧に変換し、光信号に応じたパルスの電圧を出力する。このパルスの電圧がコンパレータにより閾値電圧と比較され、閾値以上のパルスの電圧が光信号として検出される。
たとえば、受光素子としてフォトダイオードを使った場合、PDの空乏層の外側で発生した少数キャリヤが拡散することにより、時間遅れが生じ、入力パルス信号の終端が尾を引いた波形になる。特に、高速通信を行う場合、パルス幅の短いパルス信号が生成され、時間遅れが生じやすい。このため、パルス信号の波尾も引き易く、パルス幅歪みが頻発する。
図1は本実施形態にかかる光受信回路10を示す回路図である。
光受信回路10は、入力光11の強度に応じた電流Ipを出力する受光素子12と、入力端子13aに受光素子12が接続された反転増幅器13と、トランスインピーダンスが低周波数側で小さくなり、且つ高周波数側で大きくなる周波数特性を有し、反転増幅器13の出力電圧Voを入力側に帰還する帰還回路14とを具備する。更に、非反転入力端子(+)が反転増幅器13の出力端子13bに接続され、反転入力端子(−)が所定の基準電圧Vrefを出力する基準電源15に接続されているコンパレータ16を具備している。
このコンパレータ16は、反転増幅器13の出力電圧Voと基準電圧Vrefとを比較し、比較結果に応じてハイレベルまたはロウレベルの電圧Voutを出力する。
さらに、本実施形態では、接続点17と接地との間において、補正回路18が第3抵抗R3と第1キャパシタC1に対して並列に接続されている。
図1に示す例では、第4抵抗のR4の一方の端子が接続点17に接続され、第4抵抗のR4の他方の端子が接地された第2キャパシタC2に接続される。
図3に示すように、帰還回路14が備えるキャパシタと抵抗は逆転して配置されていてもよい。例えば、図3(a)に示すように、第1キャパシタC1は接続点17に接続されており、第3抵抗R3の一方の端子が第1キャパシタC1と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。同様に、第2キャパシタC2は接続点17に接続されており、第4抵抗R4の一方の端子が第2キャパシタC2と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
以下の説明では、トランジスタQ1によるエミッタ接地アンプのゲインが十分大きく、例えばゲインを50以上であることを条件とする。また、受光素子12の接合容量を無視し、反転増幅器13が周波数依存性を有しない理想的な増幅器であることを条件とする。
一般に、このトランスインピーダンス特性|Zf|を伝達関数G(s)で表した場合、伝達関数の分子を零とおいた方程式の根を零(Zero)、分母を零とおいた方程式の根を極(Pole)という。
このことから、前述の条件を満たせばゼロとポールがラプラス平面(s)の負の実軸上にあり、原点からマイナス方向に向かって第1の零、第1の極、第2の零、第2の極というように交互に並ぶことがわかる。
図5は比較例の回路図を示す。比較例の帰還回路14は、第1抵抗R1と第2抵抗R2の接続点と接地電位Gndとの間に、第3抵抗R3と第1キャパシタC1を有する所謂T型ネットワークを形成する。
具体的には、第3抵抗R3とこれに直接接続された第1キャパシタC1を帰還回路14の構成とすることにより、帰還回路14のトランスインピーダンスが低周波側で小さくなり、且つ高周波側で大きくなる。
ここでは、一例として、パルス幅が100ns、PDの拡散キャリアによる時定数t1=3us、LEDの応答特性の時定数t2=20ns、PDの拡散キャリアによる利得の低下を20%としている。
この場合、(b−2)に示す通り、パルス波の立ち下がりと立ち上がりにおける時間の遅れΔtbが生じるものの、アンダーシュートを意図的に生じさせることで、Δta>Δtbとなり、時間遅れを軽減すると共に、パルス幅の歪みを減少させることが可能となる。
(b−1)に示す通り、本実施形態では、反転増幅器13の出力Voの波尾においてアンダーシュートを生じさせ、その後の立ち上がりにおいて基準電圧Vref以下になるように抑える。このように意図的にアンダーシュートを生じさせ、波尾を制御することで、(b−2)に示す通り、出力パルス信号Voutの誤出力を防止することが可能となる。
図9は第2の実施形態にかかる光受信回路20を示す回路図である。
同図に示すように、本実施形態にかかる光受信回路20は、帰還回路24において第1の実施形態と異なる。すなわち、第1抵抗R1と第2抵抗R2の接続点27と接地の間に第3抵抗R3と第4抵抗R4と第1キャパシタC1が直接に接続され、第3抵抗R3と第4抵抗R4の接続点27aと接地の間に第2キャパシタC2が接続される。なお、本実施形態においても第1抵抗R1と第2抵抗R2は同値であるものとする。
図10に示す通り、抵抗とキャパシタの配置が入れ替わってもよい。例えば、第1抵抗R1と第2抵抗R2の接続点27と接地との間に、第1キャパシタC1と第2キャパシタC2と第3抵抗R3を直列に接続させ、第1キャパシタC1と第2キャパシタC2の接続点と接地との間に第4抵抗R4が接続される。
たとえば、図9において、接続点27と接地との間に第3抵抗R3と第2キャパシタC2の組み合わせを複数設けることで、極と零の組を3つ以上発生させることが可能となる。
このように、極と零の組み合わせを3以上にすることで、コンパレータ16における遅延時間をより短くし、出力パルスVoutの誤動作を軽減することが可能となる。
図11は第3の実施形態にかかる光受信回路30を示す回路図である。
同図に示すように、本実施例の光受信回路30は、帰還回路34において第1の実施形態と異なる。すなわち、入力端子33aと出力端子33bの間に第1抵抗R1と第2抵抗R2とを直列に接続させ、第1抵抗R1と第2抵抗R2の接続点37aと接地との間に第3抵抗R3と第1キャパシタC1を直列に接続させる。
図12に示す通り、抵抗とキャパシタの配置が入れ替わってもよい。例えば、接続点37aに第1キャパシタC1が接続され、第3抵抗R3の一方の端子が第1キャパシタC1に接続され、他方の端子が接地されていてもよい。同様に、接続点37bに第2キャパシタC2が接続され、第6抵抗R6の一方の端子が第2キャパシタC2に接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
たとえば、図11において、接続点33aと接続点33bとの間に、第4抵抗R4と第5抵抗R5と第6抵抗R6と第2キャパシタC2の組み合わせを複数設けることで、極と零の組を3つ以上発生させることが可能となる。
Claims (5)
- 入力光に応じて電流を出力する受光手段と、
前記受光手段が接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記入力端子と前記出力端子の間に接続され、トランスインピーダンス特性が高周波側で複数段の高利得を得るように、ラプラス平面の負の実軸上で極と零の組を複数設けられた帰還回路と、を具備することを特徴とする光受信回路。 - 前記極と零の複数組は、ラプラス平面の負の実軸上に、原点からマイナス方向に向かって零と極の順番で交互に並んでいることを特徴とする請求項1に記載の光受信回路。
- 前記帰還回路は、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第1抵抗と第2抵抗と、
前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第3抵抗と第1キャパシタと、
前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点と、接地との間に接続され、前記第3抵抗と前記第1キャパシタに対して並列に接続された補正回路と、を具備することを特徴とする請求項1に記載の光受信回路。 - 入力光に応じて電流を出力する受光素子と、
前記受光素子に接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第1抵抗と第2抵抗と、
前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第3抵抗と第1キャパシタと、
前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点と、接地との間に接続され、前記第3抵抗と前記第1キャパシタに対して並列に接続された補正回路と、を具備することを特徴とする光受信回路。 - 入力光に応じて電流を出力する受光素子と、
前記受光素子に接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第1抵抗と第2抵抗と、
前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第3抵抗と第4抵抗と第1キャパシタと、
前記第3抵抗と前記第4抵抗との接続点と、接地との間に接続された第2キャパシタと、を具備することを特徴とする光受信回路。
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