JP2018032926A - Transimpedance amplifier - Google Patents

Transimpedance amplifier Download PDF

Info

Publication number
JP2018032926A
JP2018032926A JP2016162572A JP2016162572A JP2018032926A JP 2018032926 A JP2018032926 A JP 2018032926A JP 2016162572 A JP2016162572 A JP 2016162572A JP 2016162572 A JP2016162572 A JP 2016162572A JP 2018032926 A JP2018032926 A JP 2018032926A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
amplifier
terminal
tia
circuit
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016162572A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6647627B2 (en
Inventor
慎介 中野
Shinsuke Nakano
慎介 中野
正史 野河
Masashi Nogawa
正史 野河
秀之 野坂
Hideyuki Nosaka
秀之 野坂
中村 誠
Makoto Nakamura
誠 中村
顕 肥田
Akira Hida
顕 肥田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Gifu University NUC
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Gifu University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Gifu University NUC filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2016162572A priority Critical patent/JP6647627B2/en
Publication of JP2018032926A publication Critical patent/JP2018032926A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6647627B2 publication Critical patent/JP6647627B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a TIA compatible with high gain and broadband characteristics.SOLUTION: A transimpedance amplifier 100 includes a first terminal PIN and a second terminal POUT, an inverting amplifier 1 to which a signal from the first terminal is inputted, a voltage follower 2 to which a signal outputted from the inverting amplifier is inputted, a current generation circuit 3 generating a current according to a current flowing to the voltage follower and outputting to the second terminal, a first load Iconnected with the second terminal, a first feedback resistor Rconnected between the first terminal and the output terminal of the voltage follower, and a second feedback resistor Rconnected between the output terminal of the voltage follower and the second terminal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、トランスインピーダンスアンプに関し、例えば、光通信システムの受信装置に搭載されるトランスインピーダンスアンプに関する。   The present invention relates to a transimpedance amplifier, for example, a transimpedance amplifier mounted on a receiving device of an optical communication system.

一般に、光通信システムや無線通信システム等の受信装置には、受信した信号を増幅する増幅器が設けられている。例えば、光通信システムにおける光受信機には、伝送路(光ファイバ)から送られた光信号を光−電流変換するフォトダイオード(PD:Photodiode)に加えて、そのフォトダイオードから出力される電流信号を電圧信号へ変換するとともに、その電圧信号を後段の回路(例えば、アナログ・デジタル変換器およびデジタルシグナルプロセッサ等)が動作可能な電圧振幅まで線形増幅するトランスインピーダンスアンプ(TIA:Transimpedance Amplifier)が設けられている(非特許文献1,非特許文献2参照)。   In general, a receiving device such as an optical communication system or a wireless communication system is provided with an amplifier that amplifies a received signal. For example, in an optical receiver in an optical communication system, in addition to a photodiode (PD: Photodiode) that performs optical-current conversion on an optical signal transmitted from a transmission line (optical fiber), a current signal output from the photodiode A transimpedance amplifier (TIA) that linearly amplifies the voltage signal to a voltage amplitude at which a subsequent circuit (for example, an analog / digital converter and a digital signal processor) can operate is provided. (See Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

図9は、光受信機に搭載される従来のTIAを示す図である。
図9に示されるTIA900は、利得Aの反転増幅器91とソースフォロワ92とを縦続に接続し、ソースフォロア92の出力端子と反転増幅器91の入力端子との間に帰還抵抗RFBを接続した、所謂帰還抵抗型TIAの一例である(非特許文献1のFig.7 (a)を参照)。
FIG. 9 is a diagram showing a conventional TIA mounted on an optical receiver.
A TIA 900 shown in FIG. 9 has an inverting amplifier 91 having a gain A and a source follower 92 connected in cascade, and a feedback resistor R FB is connected between the output terminal of the source follower 92 and the input terminal of the inverting amplifier 91. This is an example of a so-called feedback resistance type TIA (see FIG. 7 (a) of Non-Patent Document 1).

TIA900において、反転増幅器91の入力インピーダンスが帰還抵抗RFBに比べて十分に大きい場合、入力電流IINの全てが帰還抵抗RFBを流れ込むことにより電圧に変換され、且つ増幅されて出力される。 In the TIA 900, when the input impedance of the inverting amplifier 91 is sufficiently larger than the feedback resistor R FB , all of the input current I IN is converted into a voltage by flowing through the feedback resistor R FB , amplified, and output.

ここで、TIA900の利得(以下、「トランスインピーダンス利得」と称する。)ZTは、式(1)で表される。 Here, the gain (hereinafter referred to as “transimpedance gain”) Z T of TIA 900 is expressed by Expression (1).

Figure 2018032926
Figure 2018032926

また、反転増幅器91の利得を“A”とし、ソースフォロワ92の利得を“1”としたとき、TIA900の入力電圧VINと出力電圧VOUTとの間に“VOUT=−AVIN”の関係が成り立つとともに、出力電圧VOUTと入力電流IINとの間に“VOUT=IIN×RFB”の関係が成り立つので、TIA900の入力インピーダンスZINは、式(2)で表される。 When the gain of the inverting amplifier 91 is “A” and the gain of the source follower 92 is “1”, “V OUT = −AV IN ” between the input voltage V IN and the output voltage V OUT of the TIA 900. Since the relationship is established and the relationship of “V OUT = I IN × R FB ” is established between the output voltage V OUT and the input current I IN , the input impedance Z IN of the TIA 900 is expressed by Expression (2). .

Figure 2018032926
Figure 2018032926

光受信機用TIAとしてTIA900を用いる場合、TIA900の入力端子にはフォトダイオード(PD)が接続されるため、TIA900の入力端子にはPDのカソード−アノード間容量が寄生容量として付加される。更に、TIA900の入力端子には、電極パッドの容量やその他の入力端子に接続される配線の寄生容量等も付加される。そのため、TIA900の帯域は、TIA900の入力端子に付加される上記種々の容量から成る入力容量CINと、TIA900の入力インピーダンスZINとによって形成されるローパスフィルタ(時定数≒CIN×ZIN)により制限される。 When the TIA 900 is used as the TIA for an optical receiver, since a photodiode (PD) is connected to the input terminal of the TIA 900, a cathode-anode capacitance of the PD is added as a parasitic capacitance to the input terminal of the TIA 900. Further, the capacitance of the electrode pad and the parasitic capacitance of the wiring connected to other input terminals are added to the input terminal of the TIA 900. Therefore, the band of the TIA 900 is a low-pass filter (time constant≈C IN × Z IN ) formed by the input capacitor C IN composed of the various capacitors added to the input terminal of the TIA 900 and the input impedance Z IN of the TIA 900. Limited by.

T. Takemoto et al., “A 25-to-28 Gb/s High-Sensitivity (-9.7dBm) 65nm CMOS Optical Receiver for Board-to-Board Interconnects,” JSSC, Vol. 49, No. 10, Oct. 2014.T. Takemoto et al., “A 25-to-28 Gb / s High-Sensitivity (-9.7dBm) 65nm CMOS Optical Receiver for Board-to-Board Interconnects,” JSSC, Vol. 49, No. 10, Oct. 2014. T. Masuda et al., “45GHz Transimpedance 32dB Limiting Amplifier and 40Gb/s 1:4 High-Sensitivity Demultiplexer with Decision Circuit using SiGe HBTs for 40Gb/s Optical Receiver” IEEE International Solid-State Circuits Conference 2000.T. Masuda et al., “45GHz Transimpedance 32dB Limiting Amplifier and 40Gb / s 1: 4 High-Sensitivity Demultiplexer with Decision Circuit using SiGe HBTs for 40Gb / s Optical Receiver” IEEE International Solid-State Circuits Conference 2000.

近年の光通信システムの高速化に伴い、光受信機用TIAの広帯域化が望まれている。上述したように、従来の帰還抵抗型のTIA900では、帯域は入力容量CINと入力インピーダンスZINから成るローパスフィルタによって制限される。したがって、TIA900の帯域を広くするためには、入力容量CINおよび入力インピーダンスZINの少なくとも一方を小さくする必要がある。 With the recent increase in the speed of optical communication systems, it is desired to increase the bandwidth of TIA for optical receivers. As described above, in TIA900 conventional feedback resistor type, bandwidth is limited by the low-pass filter consisting of the input impedance Z IN and the input capacitance C IN. Therefore, in order to widen the band of TIA900, it is necessary to reduce at least one of the input capacitance C IN and the input impedance Z IN.

しかしながら、TIA900の入力容量CINは、主に、TIAの入力端子に接続されるPDの種類や当該PDとTIAとの間の接続形態によって決まるため、その容量値を大幅に低減することは容易ではない。また、TIA900の入力インピーダンスZINは、帰還抵抗RFBを小さな値にすることにより低減することが可能であるが、帰還抵抗RFBを小さくした場合、式(1)に示されるようにトランスインピーダンス利得ZTも低下してしまう。したがって、従来の帰還抵抗型のTIA900では、高利得かつ広帯域特性を両立することが困難であった。 However, since the input capacitance C IN of the TIA 900 is mainly determined by the type of PD connected to the input terminal of the TIA and the connection form between the PD and the TIA, it is easy to greatly reduce the capacitance value. is not. Further, the input impedance Z IN of the TIA 900 can be reduced by making the feedback resistor R FB a small value. However, when the feedback resistor R FB is reduced, the transimpedance as shown in the equation (1). The gain Z T also decreases. Therefore, in the conventional feedback resistance type TIA900, it is difficult to achieve both high gain and wideband characteristics.

一方、非特許文献2には、帰還抵抗型のTIAの前段にゲート接地型のTIAを接続した2段構成のTIAが開示されている。これによれば、TIA全体のトランスインピーダンス利得を低下させることなく、入力インピーダンスを下げて帯域を確保することが可能となる。   On the other hand, Non-Patent Document 2 discloses a TIA having a two-stage configuration in which a gate-grounded TIA is connected to a preceding stage of a feedback resistance type TIA. According to this, it is possible to secure a band by lowering the input impedance without lowering the transimpedance gain of the entire TIA.

しかしながら、今後予想される光通信システムの更なる高速化の要求を考えると、更なる高利得化と広帯域化が可能な新たな構成のTIAが必要であると、本願発明者らは考えた。   However, the present inventors have considered that a TIA having a new configuration capable of further increasing the gain and increasing the bandwidth is necessary in consideration of a further increase in the speed of the optical communication system expected in the future.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高利得かつ広帯域特性を両立したTIAを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a TIA that achieves both high gain and wideband characteristics.

本発明に係るトランスインピーダンスアンプ(100〜103)は、第1端子(PIN)および第2端子(POUT)と、第1端子から信号を入力する反転増幅器(1,1X)と、反転増幅器から出力された信号を入力するボルテージフォロア(2)と、ボルテージフォロアに流れる電流に応じた電流を生成して第2端子に出力する電流生成回路(3)と、第2端子に接続された第1負荷(IC2)と、第1端子とボルテージフォロアの出力端子との間に接続された第1帰還抵抗(RFB1)と、ボルテージフォロアの出力端子と第2端子との間に接続された第2帰還抵抗(RFB2)とを備えることを特徴とする。 The transimpedance amplifier (100 to 103) according to the present invention includes a first terminal (PIN) and a second terminal (POUT), an inverting amplifier (1, 1X) for inputting a signal from the first terminal, and an output from the inverting amplifier. A voltage follower (2) for inputting the generated signal, a current generation circuit (3) for generating a current corresponding to the current flowing through the voltage follower and outputting the current to the second terminal, and a first load connected to the second terminal (I C2 ), a first feedback resistor (R FB1 ) connected between the first terminal and the output terminal of the voltage follower, and a second connected between the output terminal and the second terminal of the voltage follower. And a feedback resistor (R FB2 ).

上記トランスインピーダンスアンプにおいて、ボルテージフォロアは、一端が固定電位ノード(VSS)に接続され、他端が第1帰還抵抗と第2帰還抵抗とが接続される中間ノード(X)に接続される第2負荷(IC1)と、制御電極が反転増幅器の出力端子に接続され、第1主電極が中間ノードに接続され、第2主電極が電流生成回路の入力端子に接続される第1トランジスタ(M1)とを含み、電流生成回路は、第1トランジスタの第2主電極から供給された電流をN(Nは1以上の整数)倍して第2端子に出力するカレントミラー回路であってもよい。 In the transimpedance amplifier, the voltage follower has one end connected to the fixed potential node (VSS) and the other end connected to the intermediate node (X) to which the first feedback resistor and the second feedback resistor are connected. A first transistor (M1) having a load (I C1 ), a control electrode connected to the output terminal of the inverting amplifier, a first main electrode connected to the intermediate node, and a second main electrode connected to the input terminal of the current generation circuit The current generation circuit may be a current mirror circuit that outputs the current supplied from the second main electrode of the first transistor by multiplying N (N is an integer of 1 or more) to the second terminal. .

上記トランスインピーダンスアンプ(101)において、第1端子と反転増幅器の入力端子との間に接続された入力段増幅器(4)を更に有し、入力段増幅器は、制御電極が交流的に接地され、第1主電極に入力された第1端子の信号を増幅して第2主電極から反転増幅器の入力端子に出力する第2トランジスタ(M7)を含んでもよい。   In the transimpedance amplifier (101), the transimpedance amplifier (101) further includes an input stage amplifier (4) connected between the first terminal and the input terminal of the inverting amplifier. A second transistor (M7) that amplifies the signal of the first terminal input to the first main electrode and outputs the signal from the second main electrode to the input terminal of the inverting amplifier may be included.

上記トランスインピーダンスアンプにおいて、入力段増幅器は、ゲート接地型の増幅回路であってもよい。   In the transimpedance amplifier, the input stage amplifier may be a grounded gate amplifier circuit.

上記トランスインピーダンスアンプにおいて、入力段増幅器は、レギュレーテッドカスコード型の増幅回路であってもよい。   In the transimpedance amplifier, the input stage amplifier may be a regulated cascode amplifier circuit.

上記トランスインピーダンスアンプにおいて、反転増幅器は、ソース接地増幅回路(1A)であってもよい。   In the transimpedance amplifier, the inverting amplifier may be a grounded source amplifier circuit (1A).

上記トランスインピーダンスアンプにおいて、反転増幅器は、CMOSインバータ回路(1B)であってもよい。   In the transimpedance amplifier, the inverting amplifier may be a CMOS inverter circuit (1B).

上記トランスインピーダンスアンプ(102,103)において、ボルテージフォロアと、電流生成回路と、第1負荷と、第1帰還抵抗と、第2帰還抵抗とを一組とする回路ブロックを2組有し、反転増幅器(1X)は、一対の差動信号を反転増幅して出力する差動増幅回路であって、差動増幅回路の反転出力端子(−)から出力された信号は、一方の上記回路ブロックに入力され、差動増幅回路の非反転出力端子(+)から出力された信号は、他方の回路ブロックに入力されていてもよい。   The transimpedance amplifier (102, 103) has two sets of circuit blocks each including a voltage follower, a current generation circuit, a first load, a first feedback resistor, and a second feedback resistor, and is inverted. The amplifier (1X) is a differential amplifier circuit that inverts and amplifies a pair of differential signals, and outputs the signal output from the inverted output terminal (−) of the differential amplifier circuit to one of the circuit blocks. The signal that is input and output from the non-inverting output terminal (+) of the differential amplifier circuit may be input to the other circuit block.

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって表している。   In the above description, as an example, constituent elements on the drawing corresponding to the constituent elements of the invention are represented by reference numerals with parentheses.

本発明によれば、高利得かつ広帯域特性を両立したTIAを提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a TIA having both high gain and wideband characteristics.

図1は、実施の形態1に係るTIAの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a TIA according to the first embodiment. 図2Aは、反転増幅回路としてのソース接地増幅回路の構成を示す図である。FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration of a common-source amplifier circuit as an inverting amplifier circuit. 図2Bは、反転増幅回路としてのCMOSインバータ回路の構成を示す図である。FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration of a CMOS inverter circuit as an inverting amplifier circuit. 図3は、実施の形態1に係るTIAの利得の周波数特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating frequency characteristics of the gain of the TIA according to the first embodiment. 図4は、実施の形態2に係るTIAの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the TIA according to the second embodiment. 図5は、入力段増幅器の一例としてのゲート接地型TIAの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a grounded-gate TIA as an example of an input stage amplifier. 図6は、実施の形態3に係るTIAの構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the TIA according to the third embodiment. 図7は、実施の形態4に係るTIAの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the TIA according to the fourth embodiment. 図8は、差動型入力段増幅器の一例としてのゲート接地型TIAの構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a common-gate TIA as an example of the differential input stage amplifier. 図9は、従来の帰還抵抗型TIAの構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional feedback resistance type TIA.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to components common to the respective embodiments, and repeated description is omitted.

≪実施の形態1≫
図1は、本発明の一実施の形態に係るTIAの構成を示す図である。
同図に示されるTIA100は、例えば光通信システムにおける光受信機に搭載される、帰還抵抗型TIAである。光通信システムの光受信機おいて、伝送路(光ファイバ)から送られた光信号はPDによって光−電流変換され、光−電流変換された電流信号は電圧信号に変換される。TIA100は、上記PDによって変換された電流信号IINを入力して電圧信号に変換するとともに、後段の回路(例えば、アナログ・デジタル変換器およびデジタルシグナルプロセッサ等)が動作可能な電圧振幅まで増幅して出力する。
<< Embodiment 1 >>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a TIA according to an embodiment of the present invention.
A TIA 100 shown in the figure is a feedback resistance type TIA mounted on, for example, an optical receiver in an optical communication system. In an optical receiver of an optical communication system, an optical signal sent from a transmission line (optical fiber) is subjected to light-current conversion by a PD, and the current signal subjected to light-current conversion is converted to a voltage signal. The TIA 100 receives the current signal I IN converted by the PD and converts it into a voltage signal, and amplifies it to a voltage amplitude at which a subsequent circuit (for example, an analog / digital converter and a digital signal processor) can operate. Output.

図1に示されるように、TIA100は、反転増幅器1、ボルテージフォロア2、カレントミラー回路3、負荷としての電流源IC2、帰還抵抗RFB1,RFB2、および端子PIN,POUTを備える。 As shown in FIG. 1, the TIA 100 includes an inverting amplifier 1, a voltage follower 2, a current mirror circuit 3, a current source I C2 as a load, feedback resistors R FB1 and R FB2 , and terminals PIN and POUT.

特に制限されないが、TIA100は、例えば公知のCMOS(complementary metal oxide semiconductor)製造プロセスによって半導体基板に形成された半導体集積回路によって実現することができる。なお、TIA100は、1チップの半導体装置として実現されても良いし、マルチチップ構成の半導体装置として実現されても良く、特に制限されない。   Although not particularly limited, the TIA 100 can be realized by a semiconductor integrated circuit formed on a semiconductor substrate by a known CMOS (complementary metal oxide semiconductor) manufacturing process, for example. The TIA 100 may be realized as a one-chip semiconductor device or a multi-chip semiconductor device, and is not particularly limited.

反転増幅器1は、端子PINに入力された信号を増幅して出力する回路である。TIA100の広帯域化を図るためには、反転増幅器1は、広帯域且つ高利得であることが望ましい。広帯域且つ高利得な反転増幅器1としては、図2Aに示されるソース接地増幅回路1Aや図2Bに示されるCMOSインバータ回路1Bを例示することができる。   The inverting amplifier 1 is a circuit that amplifies and outputs a signal input to the terminal PIN. In order to increase the bandwidth of the TIA 100, it is desirable that the inverting amplifier 1 has a wide bandwidth and a high gain. Examples of the wideband and high gain inverting amplifier 1 include the common source amplifier circuit 1A shown in FIG. 2A and the CMOS inverter circuit 1B shown in FIG. 2B.

ボルテージフォロア2は、反転増幅器1から出力された信号を増幅して出力する増幅回路である。ボルテージフォロア2としては、図1に示されるように、1つのMOSトランジスタM1(以下、「トランジスタM1」と称する。)と負荷としての電流源IC1とから構成されたソースフォロアを例示することができる。 The voltage follower 2 is an amplifier circuit that amplifies the signal output from the inverting amplifier 1 and outputs the amplified signal. As shown in FIG. 1, the voltage follower 2 is exemplified by a source follower composed of one MOS transistor M1 (hereinafter referred to as “transistor M1”) and a current source I C1 as a load. it can.

具体的に、電流源IC1は、一端が固定電位ノードとしての電源ラインVSSに接続され、他端が帰還抵抗RFB1と帰還抵抗RFB2とが接続される中間ノードXに接続される。トランジスタM1は、例えばNチャネル型のMOSトランジスタであって、制御電極としてのゲート電極が反転増幅器1の出力端子Sに接続され、第1主電極としてのソース電極が中間ノードXに接続され、第2主電極としてのドレイン電極がカレントミラー回路3の入力端子に接続される。 Specifically, the current source I C1 has one end connected to the power supply line VSS as a fixed potential node and the other end connected to the intermediate node X to which the feedback resistor R FB1 and the feedback resistor R FB2 are connected. The transistor M1 is an N-channel MOS transistor, for example, and has a gate electrode as a control electrode connected to the output terminal S of the inverting amplifier 1, a source electrode as a first main electrode connected to the intermediate node X, The drain electrode as the two main electrodes is connected to the input terminal of the current mirror circuit 3.

カレントミラー回路3は、ボルテージフォロア2に流れる電流に応じた電流を生成して端子POUTに出力する電流生成回路である。具体的に、カレントミラー回路3は、トランジスタM1のドレイン電極から供給された電流をN(例えば、Nは1以上の整数)倍して端子POUTに出力する。   The current mirror circuit 3 is a current generation circuit that generates a current corresponding to the current flowing through the voltage follower 2 and outputs the current to the terminal POUT. Specifically, the current mirror circuit 3 multiplies the current supplied from the drain electrode of the transistor M1 by N (for example, N is an integer of 1 or more) and outputs the multiplied current to the terminal POUT.

カレントミラー回路3は、図1に示されるように、ゲート電極およびドレイン電極がトランジスタM1のドレイン電極に共通に接続され、ソース電極が固定電位ノードとしての電源ラインVDD(>VSS)に接続されたPチャネル型のMOSトランジスタM2(以下、「トランジスタM2」と称する。)と、ゲート電極がトランジスタM2のゲート電極と接続され、ソース電極が電源ラインVDDに接続され、ドレイン電極が端子POUTに接続されたPチャネル型のMOSトランジスタM3(以下、「トランジスタM3」と称する。)とを含む。   As shown in FIG. 1, in the current mirror circuit 3, the gate electrode and the drain electrode are commonly connected to the drain electrode of the transistor M1, and the source electrode is connected to the power supply line VDD (> VSS) as a fixed potential node. A P-channel MOS transistor M2 (hereinafter referred to as “transistor M2”), a gate electrode is connected to the gate electrode of the transistor M2, a source electrode is connected to the power supply line VDD, and a drain electrode is connected to the terminal POUT. And a P-channel MOS transistor M3 (hereinafter referred to as “transistor M3”).

電流源IC2は、一端が端子POUTに接続され、他端が電源ラインVSSに接続される。 The current source I C2 has one end connected to the terminal POUT and the other end connected to the power supply line VSS.

帰還抵抗RFB1は、端子PINとボルテージフォロア2の出力端子(中間ノードX)との間に接続される。帰還抵抗RFB2は、ボルテージフォロア2の出力端子(中間ノードX)と端子POUTとの間に接続される。 The feedback resistor R FB1 is connected between the terminal PIN and the output terminal (intermediate node X) of the voltage follower 2. The feedback resistor R FB2 is connected between the output terminal (intermediate node X) of the voltage follower 2 and the terminal POUT.

次に、実施の形態1に係るTIA100の動作原理について説明する。
TIA100において、反転増幅器1の入力インピーダンスが十分大きいため、端子PINに入力された入力電流IINは、ほぼ全て帰還抵抗RFB1に流れ込む。
Next, the operation principle of TIA 100 according to the first embodiment will be described.
In the TIA 100, since the input impedance of the inverting amplifier 1 is sufficiently large, almost all of the input current I IN input to the terminal PIN flows into the feedback resistor R FB1 .

帰還抵抗RFB1に流れ込んだ入力電流IINの一部は、電流I1としてボルテージフォロア2の出力端子を介してカレントミラー回路3の入力端子(トランジスタM2のドレイン電極)に流れ込み、入力電流IINの残りは、帰還抵抗RFB2を通って端子POUTからカレントミラー回路3の出力端子(トランジスタM3のドレイン電極)に流れ込むことから、入力電流IINと電流I1、I2との間には、“IIN=I1+I2”および“I2=N×I1”の関係が成り立つ。したがって、TIA100のトランスインピーダンス利得ZT100は、下記式(3)で表される。 Part of the input current I IN flowing into the feedback resistor R FB1 flows into the input terminal of the current mirror circuit 3 (the drain electrode of the transistor M2) via the output terminal of the voltage follower 2 as the current I 1 , and the input current I IN Since the remainder flows through the feedback resistor R FB2 from the terminal POUT to the output terminal of the current mirror circuit 3 (the drain electrode of the transistor M3), between the input current I IN and the currents I 1 and I 2 , The relations “I IN = I 1 + I 2 ” and “I 2 = N × I 1 ” are established. Therefore, the transimpedance gain Z T100 of the TIA 100 is expressed by the following formula (3).

なお、TIA100において電流源IC1と電流源IC2の夫々の電流値は特に制限されず、IC1:IC2≠1:Nであってもよい。この場合でも、カレントミラー回路3におけるトランジスタM2とトランジスタM3の電流比が1:Nになるように帰還抵抗RFB2に直流の電流が流れる。 In the TIA 100, the current values of the current source I C1 and the current source I C2 are not particularly limited, and may be I C1 : I C2 ≠ 1: N. Even in this case, a direct current flows through the feedback resistor R FB2 so that the current ratio of the transistors M2 and M3 in the current mirror circuit 3 is 1: N.

式(3)において、Nが充分大きい場合、“ZT100≒RFB1+RFB2”となり、TIA100のトランスインピーダンス利得ZT100は、帰還抵抗RFB1と帰還抵抗RFB2との和で決まる。 In Formula (3), when N is sufficiently large, “Z T100 ≈R FB1 + R FB2 ” is satisfied, and the transimpedance gain Z T100 of the TIA 100 is determined by the sum of the feedback resistance R FB1 and the feedback resistance R FB2 .

Figure 2018032926
Figure 2018032926

また、反転増幅器1の利得が“A”、ボルテージフォロワ2の利得が“1”であるとすると、TIA100の入力インピーダンスZIN100は下記式(4)で表される。 When the gain of the inverting amplifier 1 is “A” and the gain of the voltage follower 2 is “1”, the input impedance Z IN100 of the TIA 100 is expressed by the following equation (4).

Figure 2018032926
Figure 2018032926

例えば、本実施の形態に係るTIA100のトランスインピーダンス利得ZT100を前述した従来のTIA900のトランスインピーダンス利得ZT(=RFB)と同じ値に設定する場合、上記式(3)から“RFB1<RFB”となる。このとき、式(2)と式(4)から、TIA100の入力インピーダンスZIN100は、従来のTIA900の入力インピーダンスZINよりも小さくなる。上述したように、帰還抵抗型TIAでは入力インピーダンスが帯域を制限する要素の一つであるので、本実施の形態TIA100によれば、従来の帰還抵抗型TIAと同等のトランスインピーダンス利得を維持しながら、広帯域化を図ることが可能となる。 For example, when the transimpedance gain Z T100 of the TIA 100 according to the present embodiment is set to the same value as the transimpedance gain Z T (= R FB ) of the conventional TIA 900 described above, “R FB1 < R FB ". At this time, from the equations (2) and (4), the input impedance ZIN100 of the TIA 100 is smaller than the input impedance ZIN of the conventional TIA900. As described above, in the feedback resistance type TIA, the input impedance is one of the elements that limit the band. Therefore, according to the TIA100, the transimpedance gain equivalent to that of the conventional feedback resistance type TIA is maintained. As a result, it is possible to increase the bandwidth.

一方、本実施の形態に係るTIA100の入力インピーダンスZIN100を従来のTIA900の入力インピーダンスZINと同じ値に設定する場合、式(1)と式(4)から、“RFB1=RFB”となる。このとき、式(2)と式(3)から、TIA100のトランスインピーダンス利得ZT100は、従来のTIA900のトランスインピーダンス利得ZTよりも大きくなる。すなわち、本実施の形態TIA100によれば、従来の帰還抵抗型TIAと同等の帯域(入力インピーダンス)を維持しながら、高利得化を図ることが可能となる。 On the other hand, when the input impedance Z IN100 of the TIA 100 according to the present embodiment is set to the same value as the input impedance Z IN of the conventional TIA 900, “R FB1 = R FB ” is obtained from the equations (1) and (4). Become. At this time, from the expressions (2) and (3), the transimpedance gain Z T100 of the TIA 100 is larger than the transimpedance gain Z T of the conventional TIA 900. That is, according to the present TIA100, it is possible to increase the gain while maintaining a band (input impedance) equivalent to that of the conventional feedback resistance type TIA.

図3は、実施の形態1に係るTIA100の利得の周波数特性を示す図である。
同図には、本実施の形態に係る帰還抵抗型のTIA100利得の周波数特性のシミュレーション結果が参照符号300で示され、従来の帰還抵抗型のTIA900の利得の周波数特性のシミュレーション結果が参照符号301で示されている。同図において、横軸は周波数(Frequency)〔Hz〕であり、縦軸は利得(Gain)〔dBΩ〕である。
FIG. 3 is a diagram showing frequency characteristics of the gain of TIA 100 according to the first embodiment.
In the figure, the simulation result of the frequency characteristic of the feedback resistance type TIA100 gain according to the present embodiment is indicated by reference numeral 300, and the simulation result of the frequency characteristic of the gain of the conventional feedback resistance type TIA900 is indicated by reference numeral 301. It is shown in In the figure, the horizontal axis represents frequency (Hz) and the vertical axis represents gain (dBΩ).

図3に示されるシミュレーション結果のシミュレーション条件は、従来のTIA回路900(図9)においてRFB=6kΩとし、本実施の形態に係るTIA100においてRFB1=3.5kΩ、RFB2=2.5kΩ、N=6としている。また、TIA回路100,900ともに65nm世代のCMOSパラメータを用いており、TIA回路100,900の入力端子としての端子PINには、夫々、PDのカソード−アノード間容量と電極パッドの寄生容量等を想定した計140fFの入力容量CINを接続した。また、TIA100,900の反転増幅器1,91として、ソース接地増幅回路(図2A参照)を用いた。 The simulation conditions of the simulation results shown in FIG. 3 are R FB = 6 kΩ in the conventional TIA circuit 900 (FIG. 9), and R FB1 = 3.5 kΩ, R FB2 = 2.5 kΩ in the TIA 100 according to the present embodiment, N = 6. The TIA circuits 100 and 900 both use 65 nm generation CMOS parameters, and the terminal PIN as the input terminal of the TIA circuits 100 and 900 has a cathode-anode capacitance of the PD and a parasitic capacitance of the electrode pad, respectively. An assumed input capacitance C IN of 140 fF was connected. In addition, a common source amplifier circuit (see FIG. 2A) was used as the inverting amplifiers 1 and 91 of the TIAs 100 and 900.

図3に示されるように、本実施の形態に係るTIA100と従来のTIA900とを同一の利得条件とした場合、TIA100は、従来のTIA900に比べて、DC利得(約74dB)から−3dB低下したときの周波数が約2.1倍大きくなっており、より広帯域なTIAが実現できていることが理解される。   As shown in FIG. 3, when the TIA 100 according to the present embodiment and the conventional TIA 900 have the same gain condition, the TIA 100 is reduced by -3 dB from the DC gain (about 74 dB) compared to the conventional TIA 900. The frequency is about 2.1 times larger, and it is understood that a broader TIA can be realized.

以上、実施の形態1に係るTIA100によれば、端子PINに入力された信号を増幅する反転増幅器1にボルテージフォロア2をシリーズに接続するとともに、ボルテージフォロア2に流れる電流をカレントミラー回路3によってコピーして端子POUTに出力するとともに、端子PINとボルテージフォロア2の出力端子との間に帰還抵抗RFB1を接続し、ボルテージフォロア2の出力端子と端子POUTとの間に帰還抵抗RFB2を接続した構成を有しているので、従来の帰還抵抗型TIAと同等のトランスインピーダンス利得を維持しながら、広帯域化を図ることが可能となるとともに、従来の帰還抵抗型TIAと同等の帯域(入力インピーダンス)を維持しながら、高利得化を図ることが可能となる。すなわち、実施の形態1に係るTIA100によれば、高利得かつ広帯域特性を両立したTIAを実現することが可能となる。 As described above, according to the TIA 100 according to the first embodiment, the voltage follower 2 is connected in series to the inverting amplifier 1 that amplifies the signal input to the terminal PIN, and the current flowing through the voltage follower 2 is copied by the current mirror circuit 3. And a feedback resistor R FB1 is connected between the terminal PIN and the output terminal of the voltage follower 2, and a feedback resistor R FB2 is connected between the output terminal of the voltage follower 2 and the terminal POUT. Since it has a configuration, it is possible to increase the bandwidth while maintaining the transimpedance gain equivalent to that of the conventional feedback resistance type TIA, and the bandwidth (input impedance) equivalent to the conventional feedback resistance type TIA. It is possible to increase the gain while maintaining the above. That is, according to TIA 100 according to the first embodiment, it is possible to realize a TIA having both high gain and wideband characteristics.

≪実施の形態2≫
図4は、実施の形態2に係るTIAの構成を示す図である。
実施の形態2に係るTIA101は、端子PINと反転増幅器1との間に帰還抵抗型TIAよりも入力インピーダンスの低い別の入力段増幅器が接続されている点において、実施の形態1に係るTIA100と相違し、その他の点においては、実施の形態1に係るTIA100と同様である。
<< Embodiment 2 >>
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the TIA according to the second embodiment.
The TIA 101 according to the second embodiment is different from the TIA 100 according to the first embodiment in that another input stage amplifier having a lower input impedance than the feedback resistance type TIA is connected between the terminal PIN and the inverting amplifier 1. The other points are the same as those of the TIA 100 according to the first embodiment.

具体的に、図4に示されるTIA101は、端子PINと反転増幅器1の入力端子Yとの間に接続された入力段増幅器4と、入力段増幅器4の負荷としての抵抗ROUTとを更に備える。 Specifically, the TIA 101 shown in FIG. 4 further includes an input stage amplifier 4 connected between the terminal PIN and the input terminal Y of the inverting amplifier 1, and a resistor R OUT as a load of the input stage amplifier 4. .

入力段増幅器4は、帰還抵抗型TIAよりも入力インピーダンスの低い増幅回路である。具体的に、入力段増幅器4は、制御電極としてのゲート電極が交流的に接地され、第1主電極としてのソース電極に入力された端子PINからの信号(入力電流IIN)を増幅して、第2主電極としてのドレイン電極から反転増幅器1の入力端子Yに出力するトランジスタを含む増幅回路である。このような増幅回路としては、図5に示すようなゲート接地型TIAやレギュレーテッドカスコード型(RGC型)TIAを例示することができる。 The input stage amplifier 4 is an amplifier circuit whose input impedance is lower than that of the feedback resistance type TIA. Specifically, the input stage amplifier 4 amplifies a signal (input current I IN ) from the terminal PIN input to the source electrode as the first main electrode, with the gate electrode as the control electrode grounded in an alternating manner. The amplifier circuit includes a transistor that outputs to the input terminal Y of the inverting amplifier 1 from the drain electrode as the second main electrode. Examples of such an amplifier circuit include a grounded gate type TIA and a regulated cascode type (RGC type) TIA as shown in FIG.

図4に示されるように、TIA101は、端子PINに入力された電流IINが抵抗ROUTに流れる電流IROUTと電流IINXに夫々分岐し、電流IINXが後段の帰還抵抗型TIAに流れ込むことにより、入力電流IINを電圧に変換して増幅するTIAを2段構成とした回路である。図4に示す、TIAを2段構成とした回路構成は、上述した非特許文献2に開示された従来のTIAと同様である。 As shown in FIG. 4, in the TIA 101, the current I IN input to the terminal PIN branches into a current I ROUT and a current I INX flowing through the resistor R OUT , and the current I INX flows into the feedback resistance type TIA in the subsequent stage. Thus, the TIA for converting the input current I IN into a voltage and amplifying it has a two-stage configuration. The circuit configuration in which the TIA has a two-stage configuration shown in FIG. 4 is the same as the conventional TIA disclosed in Non-Patent Document 2 described above.

TIA101では、後段の帰還抵抗型TIAとして実施の形態1に係るTIA100を用いている点において、非特許文献2に開示された従来のTIAと相違する。
TIA101において、後段のTIA100のトランスインピーダンス利得を非特許文献2のTIAの後段の帰還抵抗型TIAの利得と同じ値に設定した場合、ノードYから見た後段のインピーダンス(TIA100の入力インピーダンス)は、非特許文献2のTIAの後段の帰還抵抗型TIAの入力インピーダンスよりも低くなる。そのため、抵抗ROUTに流れる電流IROUTに対するTIA100に入力される電流IINXとの比率は、非特許文献2のTIAのそれよりも大きくなる。すなわち、後段の帰還抵抗型TIAに入力される電流は、非特許文献2のTIAよりも実施の形態2に係るTIA101の方が大きくなる。これにより、実施の形態2に係るTIA101は、従来の非特許文献2のTIAよりも大きな電圧信号を端子POUTから出力することが可能となる。
The TIA 101 is different from the conventional TIA disclosed in Non-Patent Document 2 in that the TIA 100 according to the first embodiment is used as the subsequent feedback resistance type TIA.
In the TIA 101, when the transimpedance gain of the TIA 100 in the subsequent stage is set to the same value as the gain of the feedback resistance type TIA in the subsequent stage of the TIA in Non-Patent Document 2, the impedance of the subsequent stage as viewed from the node Y (input impedance of the TIA 100) is It becomes lower than the input impedance of the feedback resistance type TIA in the latter stage of the TIA of Non-Patent Document 2. Therefore, the ratio of the current I INX input to the TIA 100 to the current I ROUT flowing through the resistor R OUT is larger than that of the TIA of Non-Patent Document 2. That is, the current input to the feedback resistance type TIA in the subsequent stage is larger in the TIA 101 according to the second embodiment than in the TIA of Non-Patent Document 2. As a result, the TIA 101 according to the second embodiment can output a voltage signal larger than the TIA of the conventional non-patent document 2 from the terminal POUT.

また、TIA101において、入力側の端子PINから見た入力インピーダンスは、ゲート接地TIA(またはレギュレーテッドカスコード型TIA)から成る入力段増幅器4によって決まるため、帰還抵抗型TIAのみから構成された回路に比べて帯域劣化は生じない。   Further, in the TIA 101, since the input impedance viewed from the input terminal PIN is determined by the input stage amplifier 4 composed of the gate-grounded TIA (or the regulated cascode type TIA), it is compared with a circuit composed only of the feedback resistance type TIA. As a result, bandwidth degradation does not occur.

以上、実施の形態2に係るTIA101によれば、帰還抵抗型TIAよりも入力インピーダンスの低いゲート接地TIAやレギュレーテッドカスコード型TIA等と帰還抵抗型TIAとを組み合わせた2段構成のTIAにおいて、後段の帰還抵抗型TIAとして上述した実施の形態1に係るTIA100を適用しているので、帯域を劣化させることなく、従来の2段構成のTIAに比べてより高利得なTIAを実現することが可能となる。   As described above, according to the TIA 101 according to the second embodiment, in the TIA having a two-stage configuration in which the feedback resistance type TIA is combined with the grounded gate TIA or the regulated cascode type TIA having a lower input impedance than the feedback resistance type TIA. Since the TIA 100 according to the first embodiment is applied as the feedback resistance type TIA, it is possible to realize a TIA having a higher gain than the conventional two-stage TIA without degrading the band. It becomes.

≪実施の形態3≫
図6は、実施の形態3に係るTIAの構成を示す図である。
同図に示されるTIA102は、実施の形態1に係るTIA100を差動構成としたものである。すなわち、TIA102は、端子PINpと端子PINnに夫々入力された一対の電流信号を一対の電圧信号に変換して端子POUTpと端子POUTnとから夫々出力する差動構成のTIAである。
<< Embodiment 3 >>
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the TIA according to the third embodiment.
A TIA 102 shown in the figure has a differential configuration of the TIA 100 according to the first embodiment. That is, the TIA 102 is a TIA having a differential configuration that converts a pair of current signals input to the terminals PINp and PINn into a pair of voltage signals and outputs them from the terminals POUTp and POUTn, respectively.

具体的に、TIA102は、端子PINpと端子PINnに夫々入力された一対の信号の差分を反転増幅して、差動信号として出力する差動増幅器1Xを有している。また、TIA102は、ボルテージフォロア2と、カレントミラー回路3と、負荷としての電流源IC2と、帰還抵抗RFB1と、帰還抵抗RFB2と一組とする回路ブロックを2組有している。 Specifically, the TIA 102 includes a differential amplifier 1X that inverts and amplifies the difference between a pair of signals input to the terminal PINp and the terminal PINn and outputs the differential signal as a differential signal. In addition, the TIA 102 has two sets of circuit blocks that are a set of a voltage follower 2, a current mirror circuit 3, a current source I C2 as a load, a feedback resistor R FB1, and a feedback resistor R FB2 .

差動増幅回路1Xの反転出力端子(−)から出力された信号は、トランジスタM1A,M2A,M3A、電流源IC1_A,IC2_A、および帰還抵抗RFB1_A,RFB2_Aから構成される一方の回路ブロックに入力され、差動増幅回路1Xの非反転出力端子(+)から出力された信号は、トランジスタM1B,M2B,M3B、電流源IC1_B,IC2_B、および帰還抵抗RFB1_B,RFB2_Bから構成される他方の回路ブロックに入力される。 The signal output from the inverting output terminal (−) of the differential amplifier circuit 1X is one circuit block composed of transistors M1A, M2A, M3A, current sources I C1_A , I C2_A , and feedback resistors R FB1_A , R FB2_A. The signal output from the non-inverting output terminal (+) of the differential amplifier circuit 1X is composed of transistors M1B, M2B, M3B, current sources I C1_B , I C2_B , and feedback resistors R FB1_B , R FB2_B. To the other circuit block.

実施の形態3に係る差動構成のTIA102によれば、実施の形態1に係るTIA100と同様に、高利得かつ広帯域特性を両立することが可能となる。   According to the TIA 102 having the differential configuration according to the third embodiment, it is possible to achieve both high gain and wideband characteristics, similar to the TIA 100 according to the first embodiment.

また、差動構成のTIA102によれば、同相ノイズの除去が可能となるので、高周波帯での電源端子やグラウンド端子の設計が容易となる。   Further, according to the TIA 102 having a differential configuration, it is possible to remove in-phase noise, so that it is easy to design a power supply terminal and a ground terminal in a high frequency band.

≪実施の形態4≫
図7は、実施の形態4に係るTIAの構成を示す図である。
同図に示されるTIA103は、実施の形態2に係るTIA101を差動構成としたものである。
<< Embodiment 4 >>
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the TIA according to the fourth embodiment.
A TIA 103 shown in the figure is a differential configuration of the TIA 101 according to the second embodiment.

具体的に、TIA103は、実施の形態3に係るTIA102の回路構成に加えて、差動型入力段増幅器4Xと、差動型入力段増幅器4Xの負荷としての2つの抵抗ROUT_A,ROUT_Bとを備える。差動型入力段増幅器4Xは、端子PINp、PINn毎に設けられた、帰還抵抗型TIAよりも入力インピーダンスが低いTIAから構成されている。 Specifically, the TIA 103 includes a differential input stage amplifier 4X and two resistors R OUT_A and R OUT_B as loads of the differential input stage amplifier 4X in addition to the circuit configuration of the TIA 102 according to the third embodiment. Is provided. The differential input stage amplifier 4X is composed of a TIA provided for each of the terminals PINp and PINn and having an input impedance lower than that of the feedback resistance type TIA.

図8は、差動型入力段増幅器4Xの一例を示す図である。
図8に示されるように、差動型入力段増幅器4Xは、端子PINpから信号を入力し、抵抗ROUT_Aを負荷とする、トランジスタM7Aおよび電流源IC3_Aから構成されたゲート接地型TIAと、端子PINnから信号を入力し、抵抗ROUT_Bを負荷とする、トランジスタM7Bおよび電流源IC3_Bから構成されたゲート接地型TIAとを含む。一方のゲート接地型TIAを構成するトランジスタM7Aのドレイン電極は、差動増幅回路1Xの反転入力端子(−)に接続され、他方のゲート接地型TIAを構成するトランジスタM7Bのドレイン電極は、差動増幅回路1Xの反転入力端子(+)に接続される。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the differential input stage amplifier 4X.
As shown in FIG. 8, the differential input stage amplifier 4X receives a signal from a terminal PINp and uses a resistor R OUT_A as a load, and has a common gate TIA composed of a transistor M7A and a current source I C3_A . It includes a transistor M7B and a grounded-gate type TIA composed of a current source I C3 — B that receives a signal from the terminal PINn and uses a resistor R OUT — B as a load. The drain electrode of the transistor M7A constituting one gate-grounded TIA is connected to the inverting input terminal (−) of the differential amplifier circuit 1X, and the drain electrode of the transistor M7B constituting the other gate-grounded TIA is differentially connected. It is connected to the inverting input terminal (+) of the amplifier circuit 1X.

実施の形態4に係る差動構成のTIA103によれば、実施の形態2に係るTIA101と同様に、帯域を劣化させることなく、高利得なTIAを実現することが可能となる。
また、差動構成のTIA103によれば、同相ノイズの除去が可能となるので、高周波帯での電源端子やグラウンド端子の設計が容易となる。
According to the TIA 103 having the differential configuration according to the fourth embodiment, it is possible to realize a high gain TIA without degrading the band, similarly to the TIA 101 according to the second embodiment.
Further, according to the TIA 103 having a differential configuration, it is possible to remove in-phase noise, so that it is easy to design a power supply terminal and a ground terminal in a high frequency band.

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。   Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof. Yes.

例えば、上記実施の形態において、TIA100〜103がCMOSプロセスで実現される場合を例示したが、バイポーラプロセスやBiCMOS(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor)プロセス等の他の半導体プロセスによって実現してもよい。例えば、ボルテージフォロア2をソースフォロアではなく、エミッタフォロアにて実現してもよい。   For example, in the above-described embodiment, the case where the TIAs 100 to 103 are realized by a CMOS process has been illustrated, but may be realized by other semiconductor processes such as a bipolar process or a BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor) process. For example, the voltage follower 2 may be realized by an emitter follower instead of a source follower.

また、上記実施の形態において、カレントミラー回路3を2つのPチャネル型のMOSトランジスタM2,M3によって構成する場合を例示したが、ボルテージフォロア2の電流に応じた電流を生成することができれば、カレントミラー回路3の回路構成やカレントミラー回路3を構成するトランジスタの種類等は上記の例に限定されるものではない。   In the above embodiment, the current mirror circuit 3 is configured by two P-channel MOS transistors M2 and M3. However, if a current corresponding to the current of the voltage follower 2 can be generated, The circuit configuration of the mirror circuit 3 and the types of transistors constituting the current mirror circuit 3 are not limited to the above example.

また、上記実施の形態では、簡単のために、利得“−A”の反転増幅器1,1Xの入力インピーダンスが十分に高く、反転増幅器1,1Xの入力端子に電流が流れ込まないものとして説明したが、入力電流IINのRF成分の大部分が帰還抵抗RFB1に流れ込む構成であればよい。例えば、反転増幅器1の入力段回路を、ベース電極が端子PINに接続され、エミッタ電極が接地されたバイポーラトランジスタを用いた回路構成とし、そのベース電極(反転増幅器の入力端子)に僅かにベース電流が流れ込むような場合や、反転増幅器1の入力段に、入力電流IINの直流成分を流すバイパス回路を別途設けた場合であっても、上記実施の形態と同様の効果が期待できる。 In the above embodiment, for the sake of simplicity, the input impedance of the inverting amplifiers 1 and 1X having the gain “−A” is sufficiently high, and the current does not flow into the input terminals of the inverting amplifiers 1 and 1X. Any configuration is acceptable as long as most of the RF component of the input current I IN flows into the feedback resistor R FB1 . For example, the input stage circuit of the inverting amplifier 1 has a circuit configuration using a bipolar transistor in which the base electrode is connected to the terminal PIN and the emitter electrode is grounded, and a slight base current is applied to the base electrode (the input terminal of the inverting amplifier). Even when a negative circuit flows in or when a bypass circuit for flowing a direct current component of the input current I IN is separately provided in the input stage of the inverting amplifier 1, the same effect as in the above embodiment can be expected.

また、実施の形態2,4において、入力段増幅器4,4Xとしてゲート接地型TIAおよびレギュレーテッドカスコード型TIAを用いる場合を例示したが、ゲート電極(ベース電極)が交流的に接地され、ソース電極(エミッタ電極)から入力した信号を増幅してドレイン電極(コレクタ電極)から出力するトランジスタを含む増幅回路であれば、上述した回路例に限定されるものではない。   Further, in the second and fourth embodiments, the case where the grounded gate type TIA and the regulated cascode type TIA are used as the input stage amplifiers 4 and 4X is exemplified. However, the gate electrode (base electrode) is grounded in an alternating manner, and the source electrode As long as the amplifier circuit includes a transistor that amplifies the signal input from the (emitter electrode) and outputs the signal from the drain electrode (collector electrode), the circuit example is not limited to the above example.

また、上記実施の形態において、TIA100〜103が光通信システムの光受信機に搭載される場合を例示したが、これに限られず、無線通信システム等の受信装置のように、電流信号を電圧信号に変換して増幅する必要がある装置であれば同様に適用することができる。   Moreover, in the said embodiment, although the case where TIA100-103 were mounted in the optical receiver of an optical communication system was illustrated, it is not restricted to this, A current signal is converted into a voltage signal like receiving apparatuses, such as a radio | wireless communications system. Any device that needs to be converted into an amplifier and amplified can be similarly applied.

100,101,102,103…TIA、1…反転増幅回路、1A…ソース接地増幅回路,1B…CMOSインバータ回路、2…ボルテージフォロア、3…カレントミラー回路、4…入力段増幅器、4X…差動型入力段増幅器、PIN,POUT,PINp,PINn,POUTp,POUTn…端子、M1〜M7,M1A〜M3A,M1B〜M3B,M7A,M7B…トランジスタ、RFB1,RFB2,RFB1_A,RFB1_B,RFB2_A,RFB2_B…帰還抵抗、ROUT,ROUT_A,ROUT_B…負荷抵抗、IC1,IC2,IC1_A,IC1_B,IC2_A,IC2_B…電流源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,101,102,103 ... TIA, 1 ... inverting amplifier circuit, 1A ... common source amplifier circuit, 1B ... CMOS inverter circuit, 2 ... voltage follower, 3 ... current mirror circuit, 4 ... input stage amplifier, 4X ... differential type input stage amplifier, pIN, POUT, PINp, PINn , POUTp, POUTn ... terminal, M1~M7, M1A~M3A, M1B~M3B, M7A , M7B ... transistors, R FB1, R FB2, R FB1_A, R FB1_B, R FB2_A , R FB2_B ... feedback resistance, R OUT , R OUT_A , R OUT_B ... load resistance, I C1 , I C2 , I C1_A , I C1_B , I C2_A , I C2_B ... current source.

Claims (8)

第1端子および第2端子と、
前記第1端子から信号を入力する反転増幅器と、
前記反転増幅器から出力された信号を入力するボルテージフォロアと、
前記ボルテージフォロアに流れる電流に応じた電流を生成して前記第2端子に出力する電流生成回路と、
前記第2端子に接続された第1負荷と、
前記第1端子と前記ボルテージフォロアの出力端子との間に接続された第1帰還抵抗と、
前記ボルテージフォロアの前記出力端子と前記第2端子との間に接続された第2帰還抵抗とを備える
トランスインピーダンスアンプ。
A first terminal and a second terminal;
An inverting amplifier for inputting a signal from the first terminal;
A voltage follower for inputting the signal output from the inverting amplifier;
A current generation circuit that generates a current according to a current flowing through the voltage follower and outputs the current to the second terminal;
A first load connected to the second terminal;
A first feedback resistor connected between the first terminal and an output terminal of the voltage follower;
A transimpedance amplifier comprising a second feedback resistor connected between the output terminal of the voltage follower and the second terminal.
請求項1に記載のトランスインピーダンスアンプであって、
前記ボルテージフォロアは、
一端が固定電位ノードに接続され、他端が前記第1帰還抵抗と前記第2帰還抵抗とが接続される中間ノードに接続される第2負荷と、
制御電極が前記反転増幅器の出力端子に接続され、第1主電極が前記中間ノードに接続され、第2主電極が前記電流生成回路の入力端子に接続される第1トランジスタと、を含み、
前記電流生成回路は、前記第1トランジスタの前記第2主電極から供給された電流をN(Nは1以上の整数)倍して前記第2端子に出力するカレントミラー回路である
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。
The transimpedance amplifier according to claim 1,
The voltage follower is
A second load having one end connected to a fixed potential node and the other end connected to an intermediate node to which the first feedback resistor and the second feedback resistor are connected;
A first transistor having a control electrode connected to an output terminal of the inverting amplifier, a first main electrode connected to the intermediate node, and a second main electrode connected to an input terminal of the current generating circuit;
The current generation circuit is a current mirror circuit that multiplies the current supplied from the second main electrode of the first transistor by N (N is an integer of 1 or more) and outputs the current to the second terminal. Transimpedance amplifier.
請求項1または2に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記第1端子と前記反転増幅器の入力端子との間に接続された入力段増幅器を更に有し、
前記入力段増幅器は、
制御電極が交流的に接地され、第1主電極に入力された前記第1端子の信号を増幅して第2主電極から前記反転増幅器の前記入力端子に出力する第2トランジスタを含む
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ。
The transimpedance amplifier according to claim 1 or 2,
An input stage amplifier connected between the first terminal and the input terminal of the inverting amplifier;
The input stage amplifier is:
The control electrode is grounded in an AC manner, and includes a second transistor that amplifies the signal of the first terminal input to the first main electrode and outputs the signal from the second main electrode to the input terminal of the inverting amplifier. Transimpedance amplifier.
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、
前記入力段増幅器は、ゲート接地型の増幅回路である
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 transimpedance amplifier, wherein the input stage amplifier is a grounded-gate amplifier circuit.
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、
前記入力段増幅器は、レギュレーテッドカスコード型の増幅回路である
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 transimpedance amplifier, wherein the input stage amplifier is a regulated cascode amplifier circuit.
請求項1乃至5の何れか一項に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記反転増幅器は、ソース接地増幅回路である
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 any one of claims 1 to 5,
The transimpedance amplifier, wherein the inverting amplifier is a grounded source amplifier circuit.
請求項1乃至5の何れか一項に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記反転増幅器は、CMOSインバータ回路である
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 any one of claims 1 to 5,
The transimpedance amplifier, wherein the inverting amplifier is a CMOS inverter circuit.
請求項1乃至7の何れか一項に記載のトランスインピーダンスアンプにおいて、
前記ボルテージフォロアと、前記電流生成回路と、前記第1負荷と、前記第1帰還抵抗と、前記第2帰還抵抗とを一組とする回路ブロックを2組有し、
前記反転増幅器は、一対の差動信号を反転増幅して出力する差動増幅回路であって、
前記差動増幅回路の反転出力端子から出力された信号は、一方の前記回路ブロックに入力され、
前記差動増幅回路の非反転出力端子から出力された信号は、他方の前記回路ブロックに入力される
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 any one of claims 1 to 7,
Two sets of circuit blocks each including the voltage follower, the current generation circuit, the first load, the first feedback resistor, and the second feedback resistor;
The inverting amplifier is a differential amplifier circuit that inverts and amplifies a pair of differential signals,
The signal output from the inverting output terminal of the differential amplifier circuit is input to one of the circuit blocks,
A transimpedance amplifier, wherein a signal output from a non-inverting output terminal of the differential amplifier circuit is input to the other circuit block.
JP2016162572A 2016-08-23 2016-08-23 Transimpedance amplifier Active JP6647627B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016162572A JP6647627B2 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Transimpedance amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016162572A JP6647627B2 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Transimpedance amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018032926A true JP2018032926A (en) 2018-03-01
JP6647627B2 JP6647627B2 (en) 2020-02-14

Family

ID=61303856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016162572A Active JP6647627B2 (en) 2016-08-23 2016-08-23 Transimpedance amplifier

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6647627B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000349567A (en) * 1999-06-04 2000-12-15 Olympus Optical Co Ltd Photoelectric current processing circuit
JP2013098801A (en) * 2011-11-01 2013-05-20 Mitsubishi Electric Corp Light reception level acquisition device, optical receiver, optical communication system, light reception level acquisition method, and program

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000349567A (en) * 1999-06-04 2000-12-15 Olympus Optical Co Ltd Photoelectric current processing circuit
JP2013098801A (en) * 2011-11-01 2013-05-20 Mitsubishi Electric Corp Light reception level acquisition device, optical receiver, optical communication system, light reception level acquisition method, and program

Also Published As

Publication number Publication date
JP6647627B2 (en) 2020-02-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5581212A (en) Fully differential CMOS transconductance-transimpedance wide-band amplifier
KR102073367B1 (en) Buffer amplifier and trans impedance amplifier including buffer amplifier
US20160344344A1 (en) Apparatus and methods for compensating an operational amplifier
US10326416B2 (en) Amplifier
KR20060129531A (en) Highly linear variable gain amplifier
JP5459424B2 (en) Signal amplifier for optical receiver circuit
US5451902A (en) Fully differential CMOS transconductance-transimpedance wide-band amplifier
US10742184B2 (en) Plural feedback loops instrumentation folded cascode amplifier
JP6107103B2 (en) Amplifier and optical receiver
JP7344506B2 (en) transimpedance amplifier
JP6784375B2 (en) Transimpedance amplifier
US20230092750A1 (en) Reception circuit for optical communication
JP6647627B2 (en) Transimpedance amplifier
CN109075754B (en) Single-end instrument folding grid-cathode amplifier
Escid et al. Bandwidth enhancement for 0.18 µm CMOS transimpedance amplifier circuit
CN117546409A (en) Split miller compensation in a two-stage differential amplifier
US11990879B2 (en) Fully-differential amplifier with input common-mode voltage control
Chen et al. A CMOS infrared wireless optical receiver front-end with a variable-gain fully-differential transimpedance amplifier
US7202746B1 (en) Multiple-stage operational amplifier and methods and systems utilizing the same
CN114499416A (en) Operational amplifier circuit and chip
JP6611185B2 (en) Amplifier circuit
KR101050154B1 (en) Broadband active balun
JP6230903B2 (en) Low noise amplifier
JP6584718B2 (en) Current amplifier
WO2022165801A1 (en) Communication apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160823

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180713

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180713

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190606

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190709

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190809

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6647627

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250