JP2019036817A - Transimpedance amplifier circuit and variable gain amplifier - Google Patents

Transimpedance amplifier circuit and variable gain amplifier Download PDF

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JP2019036817A JP2017156407A JP2017156407A JP2019036817A JP 2019036817 A JP2019036817 A JP 2019036817A JP 2017156407 A JP2017156407 A JP 2017156407A JP 2017156407 A JP2017156407 A JP 2017156407A JP 2019036817 A JP2019036817 A JP 2019036817A
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良之 杉本
Yoshiyuki Sugimoto
良之 杉本
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Abstract

To improve linearity of an output signal with respect to an input signal.SOLUTION: A variable gain amplifier circuit 13 of a transimpedance amplifier circuit generates a pair of output signals Vout1 and Vout2 according to a voltage signal Vin and a reference signal Vref. A differential circuit 23 of the variable gain amplifier 13 includes: a transistor 31 having a base to which the voltage signal Vin is input; a transistor 32 having a base to which the reference signal Vref is input; and a variable resistance circuit 33 having a plurality of FETs 35_1 to 35_N, each source of which is connected to an emitter of a transistor 31 and each drain of which is connected to an emitter of the transistor 32. On/off states of a plurality of FETs are switched by linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N, so that a resistance value of the variable resistance circuit 33 increases as an amplitude of the voltage signal Vin increases.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、トランスインピーダンス増幅回路、及び利得可変増幅器に関する。   The present invention relates to a transimpedance amplifier circuit and a variable gain amplifier.

従来、受光素子で発生する光電流を電圧信号に変換するトランスインピーダンス増幅回路を含む光受信モジュールが知られている。PAM4(4-level Pulse Amplitude Modulation)伝送等では、光電流に対する電圧信号の線形性が求められる。このため、トランスインピーダンス増幅回路に含まれる増幅器が飽和しないように、信号の振幅がモニタされ、振幅に応じて利得可変増幅器の利得が制御される。   Conventionally, an optical receiver module including a transimpedance amplifier circuit that converts a photocurrent generated in a light receiving element into a voltage signal is known. In PAM4 (4-level Pulse Amplitude Modulation) transmission or the like, linearity of a voltage signal with respect to photocurrent is required. For this reason, the amplitude of the signal is monitored so that the amplifier included in the transimpedance amplifier circuit is not saturated, and the gain of the variable gain amplifier is controlled according to the amplitude.

特許文献1には、一対のトランジスタと、一対のトランジスタのエミッタ間に設けられ、直列に接続された抵抗器と電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)とを有する可変抵抗回路と、を備える可変利得型差動増幅器が記載されている。この可変利得型差動増幅器では、FETのゲートに制御電圧が印加され、制御電圧に応じてFETのソース−ドレイン間抵抗を変化させることによって、利得制御が行われる。   Patent Document 1 includes a variable resistor circuit including a pair of transistors and a resistor and a field effect transistor (FET) that are provided between the emitters of the pair of transistors and connected in series. A gain-type differential amplifier is described. In this variable gain differential amplifier, a control voltage is applied to the gate of the FET, and gain control is performed by changing the resistance between the source and drain of the FET in accordance with the control voltage.

特開2004−304775号公報JP 2004-304775 A 特開昭58−204614号公報JP 58-204614 A 特開平11−509711号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-509711 特開2003−168937号公報JP 2003-168937 A 特開2003−168938号公報JP 2003-168938 A 特開2003−243951号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-243951 特開2011−205470号公報JP 2011-205470 A 特開昭63−175510号公報JP-A-63-175510

特許文献1に記載の可変利得型差動増幅器のように、FETのゲートに制御電圧が印加される構成では、FETの閾値電圧付近の制御電圧を印加することによって、ドレインとソースとの間が導通するオン状態と、ドレインとソースとの間が遮断されるオフ状態と、の間の過渡状態を用いてソース−ドレイン間の抵抗値を変化させている。しかし、FETが過渡状態であると、ソース及びドレインの端子電圧の変動がソース−ドレイン間の抵抗値に影響を及ぼすおそれがある。これにより、入力信号に対する出力信号の線形性が劣化するおそれがある。   In the configuration in which the control voltage is applied to the gate of the FET as in the variable gain differential amplifier described in Patent Document 1, by applying a control voltage in the vicinity of the threshold voltage of the FET, the gap between the drain and the source is reduced. The resistance value between the source and the drain is changed by using a transient state between an on state in which the transistor is conductive and an off state in which the drain and the source are interrupted. However, when the FET is in a transient state, fluctuations in the source and drain terminal voltages may affect the resistance value between the source and the drain. As a result, the linearity of the output signal with respect to the input signal may be degraded.

本発明では、入力信号に対する出力信号の線形性を改善可能なトランスインピーダンス増幅回路、及び利得可変増幅器が提供される。   The present invention provides a transimpedance amplifier circuit and a variable gain amplifier that can improve the linearity of an output signal with respect to an input signal.

本発明の一側面に係るトランスインピーダンス増幅回路は、入力信号及び基準信号に応じて一対の相補信号を生成する利得可変増幅器と、利得可変増幅器の利得を制御するための利得調整信号を生成する利得制御回路と、利得可変増幅器の線形性を制御するための線形性調整信号を生成する線形性制御回路と、を備える。利得可変増幅器は、第1電流を供給する第1電流源と、第2電流を供給する第2電流源と、入力信号及び基準信号に応じて第1電流及び第2電流をそれぞれ2つに分配して、第1電流信号及び第2電流信号を生成する第1差動回路と、利得調整信号に応じて第1電流信号を第3電流信号及び第4電流信号に分配する第2差動回路と、利得調整信号に応じて第2電流信号を第5電流信号及び第6電流信号に分配する第3差動回路と、第4電流信号を一対の相補信号の一方に変換する第1負荷抵抗素子と、第6電流信号を一対の相補信号の他方に変換する第2負荷抵抗素子と、を備える。第1差動回路は、入力信号が入力される制御端子と、第1電流源に電気的に接続された第1電流端子と、第2差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第1トランジスタと、基準信号が入力される制御端子と、第2電流源に電気的に接続された第1電流端子と、第3差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第2トランジスタと、それぞれのゲートに線形性調整信号が入力され、それぞれのソースが第1トランジスタの第1電流端子に共通に接続されるとともにそれぞれのドレインが第2トランジスタの第1電流端子に共通に接続された複数の電界効果トランジスタを有する可変抵抗回路と、を備える。線形性制御回路は、入力信号の振幅又は一対の相補信号の振幅が大きいほど可変抵抗回路の第1トランジスタの第1電流端子と第2トランジスタの第1電流端子との間の抵抗値が大きくなるように、複数の電界効果トランジスタのそれぞれについて、ドレインとソースとの間が導通するオン状態と、ドレインとソースとの間が遮断されるオフ状態と、を線形性調整信号によって切り替える。   A transimpedance amplifier circuit according to an aspect of the present invention includes a variable gain amplifier that generates a pair of complementary signals according to an input signal and a reference signal, and a gain that generates a gain adjustment signal for controlling the gain of the variable gain amplifier. A control circuit; and a linearity control circuit that generates a linearity adjustment signal for controlling the linearity of the variable gain amplifier. The variable gain amplifier distributes the first current and the second current in two according to the input signal and the reference signal, the first current source that supplies the first current, the second current source that supplies the second current, A first differential circuit that generates the first current signal and the second current signal, and a second differential circuit that distributes the first current signal to the third current signal and the fourth current signal according to the gain adjustment signal. A third differential circuit that distributes the second current signal to the fifth current signal and the sixth current signal according to the gain adjustment signal, and a first load resistor that converts the fourth current signal into one of a pair of complementary signals An element and a second load resistance element that converts the sixth current signal into the other of the pair of complementary signals. The first differential circuit includes a control terminal to which an input signal is input, a first current terminal electrically connected to the first current source, and a second current terminal electrically connected to the second differential circuit. A control terminal to which a reference signal is input, a first current terminal electrically connected to the second current source, and a second electrically connected to the third differential circuit. A linearity adjustment signal is input to each gate of a second transistor having a current terminal, each source is connected in common to the first current terminal of the first transistor, and each drain is connected to the second transistor. And a variable resistance circuit having a plurality of field effect transistors connected in common to the first current terminal. In the linearity control circuit, as the amplitude of the input signal or the pair of complementary signals increases, the resistance value between the first current terminal of the first transistor and the first current terminal of the second transistor of the variable resistance circuit increases. As described above, for each of the plurality of field effect transistors, the ON state where the drain and the source are conductive and the OFF state where the drain and the source are blocked are switched by the linearity adjustment signal.

本発明によれば、入力信号に対する出力信号の線形性を改善することができる。   According to the present invention, the linearity of an output signal with respect to an input signal can be improved.

図1は、第1実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を含む光受信装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical receiver including a transimpedance amplifier circuit according to the first embodiment. 図2は、図1に示される利得可変増幅器の回路構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the variable gain amplifier shown in FIG. 図3は、図1に示される利得制御回路の回路構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the gain control circuit shown in FIG. 図4は、図1に示される線形性制御回路の回路構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the linearity control circuit shown in FIG. 図5は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路に用いられる利得可変増幅器の回路構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a variable gain amplifier used in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. 図6は、図5に示される利得可変増幅器のDC特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the DC characteristics of the variable gain amplifier shown in FIG. 図7の(a)は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路の入力光パワーに対する出力波形の歪みのシミュレーション結果を示す図、図7の(b)は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路の入力光パワーに対する出力波形の歪みのシミュレーション結果を示す図である。7A is a diagram showing a simulation result of distortion of the output waveform with respect to the input optical power of the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. 1, and FIG. 7B is an input of the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. It is a figure which shows the simulation result of distortion of the output waveform with respect to optical power. 図8は、第2実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を含む光受信装置の概略構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical receiver including a transimpedance amplifier circuit according to the second embodiment. 図9は、図8に示される制御回路の回路構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of the control circuit shown in FIG.

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.

本発明の一側面に係るトランスインピーダンス増幅回路は、入力信号及び基準信号に応じて一対の相補信号を生成する利得可変増幅器と、利得可変増幅器の利得を制御するための利得調整信号を生成する利得制御回路と、利得可変増幅器の線形性を制御するための線形性調整信号を生成する線形性制御回路と、を備える。利得可変増幅器は、第1電流を供給する第1電流源と、第2電流を供給する第2電流源と、入力信号及び基準信号に応じて第1電流及び第2電流をそれぞれ2つに分配して、第1電流信号及び第2電流信号を生成する第1差動回路と、利得調整信号に応じて第1電流信号を第3電流信号及び第4電流信号に分配する第2差動回路と、利得調整信号に応じて第2電流信号を第5電流信号及び第6電流信号に分配する第3差動回路と、第4電流信号を一対の相補信号の一方に変換する第1負荷抵抗素子と、第6電流信号を一対の相補信号の他方に変換する第2負荷抵抗素子と、を備える。第1差動回路は、入力信号が入力される制御端子と、第1電流源に電気的に接続された第1電流端子と、第2差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第1トランジスタと、基準信号が入力される制御端子と、第2電流源に電気的に接続された第1電流端子と、第3差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第2トランジスタと、それぞれのゲートに線形性調整信号が入力され、それぞれのソースが第1トランジスタの第1電流端子に共通に接続されるとともにそれぞれのドレインが第2トランジスタの第1電流端子に共通に接続された複数の電界効果トランジスタを有する可変抵抗回路と、を備える。線形性制御回路は、入力信号の振幅又は一対の相補信号の振幅が大きいほど可変抵抗回路の第1トランジスタの第1電流端子と第2トランジスタの第1電流端子との間の抵抗値が大きくなるように、複数の電界効果トランジスタのそれぞれについて、ドレインとソースとの間が導通するオン状態と、ドレインとソースとの間が遮断されるオフ状態と、を線形性調整信号によって切り替える。   A transimpedance amplifier circuit according to an aspect of the present invention includes a variable gain amplifier that generates a pair of complementary signals according to an input signal and a reference signal, and a gain that generates a gain adjustment signal for controlling the gain of the variable gain amplifier. A control circuit; and a linearity control circuit that generates a linearity adjustment signal for controlling the linearity of the variable gain amplifier. The variable gain amplifier distributes the first current and the second current in two according to the input signal and the reference signal, the first current source that supplies the first current, the second current source that supplies the second current, A first differential circuit that generates the first current signal and the second current signal, and a second differential circuit that distributes the first current signal to the third current signal and the fourth current signal according to the gain adjustment signal. A third differential circuit that distributes the second current signal to the fifth current signal and the sixth current signal according to the gain adjustment signal, and a first load resistor that converts the fourth current signal into one of a pair of complementary signals An element and a second load resistance element that converts the sixth current signal into the other of the pair of complementary signals. The first differential circuit includes a control terminal to which an input signal is input, a first current terminal electrically connected to the first current source, and a second current terminal electrically connected to the second differential circuit. A control terminal to which a reference signal is input, a first current terminal electrically connected to the second current source, and a second electrically connected to the third differential circuit. A linearity adjustment signal is input to each gate of a second transistor having a current terminal, each source is connected in common to the first current terminal of the first transistor, and each drain is connected to the second transistor. And a variable resistance circuit having a plurality of field effect transistors connected in common to the first current terminal. In the linearity control circuit, as the amplitude of the input signal or the pair of complementary signals increases, the resistance value between the first current terminal of the first transistor and the first current terminal of the second transistor of the variable resistance circuit increases. As described above, for each of the plurality of field effect transistors, the ON state where the drain and the source are conductive and the OFF state where the drain and the source are blocked are switched by the linearity adjustment signal.

このトランスインピーダンス増幅回路では、第1差動回路が備える第1トランジスタの制御端子に入力信号が入力され、第2トランジスタの制御端子に基準信号が供給される。このような非対称な構成では、特に、電界効果トランジスタが過渡状態であると、ソース及びドレインの端子電圧の変動がソース−ドレイン間の抵抗値に影響を及ぼし、入力信号に対する相補信号の線形性が劣化するおそれがある。これに対し、上記トランスインピーダンス増幅回路では、複数の電界効果トランジスタのそれぞれのゲートに線形性調整信号が供給されることによって、各電界効果トランジスタはオン状態及びオフ状態のいずれかに切り替えられる。これにより、可変抵抗回路の抵抗値が設定される。このため、電界効果トランジスタを過渡状態とすることなく、可変抵抗回路の抵抗値を段階的に変更することができるので、可変抵抗回路の抵抗値を安定化することが可能となる。その結果、入力信号に対する相補信号の線形性を改善することが可能となる。   In this transimpedance amplifier circuit, an input signal is input to the control terminal of the first transistor included in the first differential circuit, and a reference signal is supplied to the control terminal of the second transistor. In such an asymmetric configuration, particularly when the field effect transistor is in a transient state, fluctuations in the source and drain terminal voltages affect the resistance value between the source and the drain, and the linearity of the complementary signal with respect to the input signal is reduced. May deteriorate. On the other hand, in the transimpedance amplifier circuit, the linearity adjustment signal is supplied to the respective gates of the plurality of field effect transistors, whereby each field effect transistor is switched to either the on state or the off state. Thereby, the resistance value of the variable resistance circuit is set. For this reason, since the resistance value of the variable resistance circuit can be changed in a stepwise manner without causing the field effect transistor to be in a transient state, the resistance value of the variable resistance circuit can be stabilized. As a result, the linearity of the complementary signal with respect to the input signal can be improved.

利得制御回路は、一対の相補信号の振幅を検出する第1振幅検出回路と、振幅に基づいて利得調整信号を生成する第1生成回路と、を備えてもよい。この場合、一対の相補信号を用いて利得調整信号が生成される。これにより、例えば、利得可変増幅器による増幅の線形性を維持できるように利得が調整され得る。その結果、入力信号の電圧範囲を拡大することが可能となる。   The gain control circuit may include a first amplitude detection circuit that detects the amplitude of the pair of complementary signals, and a first generation circuit that generates a gain adjustment signal based on the amplitude. In this case, a gain adjustment signal is generated using a pair of complementary signals. Thereby, for example, the gain can be adjusted so that the linearity of amplification by the variable gain amplifier can be maintained. As a result, the voltage range of the input signal can be expanded.

線形性制御回路は、第1振幅検出回路によって検出された振幅に基づいて線形性調整信号を生成する第2生成回路を備えてもよい。この場合、一対の相補信号を用いて可変抵抗回路の制御が行われる。つまり、第1振幅検出回路によって検出された振幅で、利得可変増幅器の利得及び線形性の両方が制御されるので、利得可変増幅器の利得制御及び線形性制御で、振幅検出回路を共通化できる。これにより、回路規模を小さくすることができる。   The linearity control circuit may include a second generation circuit that generates a linearity adjustment signal based on the amplitude detected by the first amplitude detection circuit. In this case, the variable resistance circuit is controlled using a pair of complementary signals. That is, since both the gain and linearity of the variable gain amplifier are controlled by the amplitude detected by the first amplitude detection circuit, the amplitude detection circuit can be shared by gain control and linearity control of the variable gain amplifier. Thereby, the circuit scale can be reduced.

線形性制御回路は、入力信号の振幅を検出する第2振幅検出回路と、振幅に基づいて線形性調整信号を生成する第2生成回路と、を備えてもよい。この場合、入力信号を用いて可変抵抗回路の制御が行われる。つまり、利得可変増幅器によって増幅される前の信号を用いて、利得可変増幅器の線形性が制御されるので、利得可変増幅器による増幅のばらつきの影響を受けることなく利得可変増幅器の線形性を制御することができる。   The linearity control circuit may include a second amplitude detection circuit that detects the amplitude of the input signal, and a second generation circuit that generates the linearity adjustment signal based on the amplitude. In this case, the variable resistance circuit is controlled using the input signal. In other words, since the linearity of the variable gain amplifier is controlled using the signal before being amplified by the variable gain amplifier, the linearity of the variable gain amplifier is controlled without being affected by variations in amplification by the variable gain amplifier. be able to.

本発明の別の側面に係る利得可変増幅器は、入力信号及び基準信号に応じて一対の相補信号を生成する利得可変増幅器であって、第1電流を供給する第1電流源と、第2電流を供給する第2電流源と、入力信号及び基準信号に応じて第1電流及び第2電流をそれぞれ2つに分配して第1電流信号及び第2電流信号を生成する第1差動回路と、利得を制御するための利得調整信号に応じて第1電流信号を第3電流信号及び第4電流信号に分配する第2差動回路と、利得調整信号に応じて第2電流信号を第5電流信号及び第6電流信号に分配する第3差動回路と、第4電流信号を一対の相補信号の一方に変換する第1負荷抵抗素子と、第6電流信号を一対の相補信号の他方に変換する第2負荷抵抗素子と、を備える。第1差動回路は、入力信号が入力される制御端子と、第1電流源に電気的に接続された第1電流端子と、第2差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第1トランジスタと、基準信号が入力される制御端子と、第2電流源に電気的に接続された第1電流端子と、第3差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第2トランジスタと、それぞれのソースが第1トランジスタの第1電流端子に共通に接続されるとともにそれぞれのドレインが第2トランジスタの第1電流端子に共通に接続された複数の電界効果トランジスタを有する可変抵抗回路と、を備える。複数の電界効果トランジスタのそれぞれのゲートには、ドレインとソースとの間が導通するオン状態と、ドレインとソースとの間が遮断されるオフ状態と、を切り替えるための線形性調整信号が供給される。   A variable gain amplifier according to another aspect of the present invention is a variable gain amplifier that generates a pair of complementary signals according to an input signal and a reference signal, and includes a first current source that supplies a first current, and a second current. A first current circuit for generating a first current signal and a second current signal by distributing the first current and the second current into two according to an input signal and a reference signal, A second differential circuit for distributing the first current signal to the third current signal and the fourth current signal according to the gain adjustment signal for controlling the gain, and the second current signal according to the gain adjustment signal. A third differential circuit for distributing the current signal and the sixth current signal; a first load resistance element for converting the fourth current signal into one of a pair of complementary signals; and a sixth current signal as the other of the pair of complementary signals. A second load resistance element to be converted. The first differential circuit includes a control terminal to which an input signal is input, a first current terminal electrically connected to the first current source, and a second current terminal electrically connected to the second differential circuit. A control terminal to which a reference signal is input, a first current terminal electrically connected to the second current source, and a second electrically connected to the third differential circuit. A second transistor having a current terminal; and a plurality of sources each having a source commonly connected to the first current terminal of the first transistor and a drain commonly connected to the first current terminal of the second transistor. A variable resistance circuit having a field effect transistor. Each of the plurality of field effect transistors is supplied with a linearity adjustment signal for switching between an on state in which the drain and the source are conductive and an off state in which the drain and the source are cut off. The

この利得可変増幅器では、第1差動回路が備える第1トランジスタの制御端子に入力信号が入力され、第2トランジスタの制御端子に基準信号が供給される。このような非対称な構成では、特に、電界効果トランジスタが過渡状態であると、ソース及びドレインの端子電圧の変動がソース−ドレイン間の抵抗値に影響を及ぼし、入力信号に対する相補信号の線形性が劣化するおそれがある。これに対し、上記利得可変増幅器では、複数の電界効果トランジスタのそれぞれのゲートに線形性調整信号が供給されることによって、各電界効果トランジスタはオン状態及びオフ状態のいずれかに切り替えられる。これにより、可変抵抗回路の抵抗値が設定される。このため、電界効果トランジスタを過渡状態とすることなく、可変抵抗回路の抵抗値を段階的に変更することができるので、可変抵抗回路の抵抗値を安定化することが可能となる。その結果、入力信号に対する相補信号の線形性を改善することが可能となる。   In this variable gain amplifier, an input signal is input to the control terminal of the first transistor included in the first differential circuit, and a reference signal is supplied to the control terminal of the second transistor. In such an asymmetric configuration, particularly when the field effect transistor is in a transient state, fluctuations in the source and drain terminal voltages affect the resistance value between the source and the drain, and the linearity of the complementary signal with respect to the input signal is reduced. May deteriorate. On the other hand, in the variable gain amplifier, each field effect transistor is switched to either the on state or the off state by supplying a linearity adjustment signal to each gate of the plurality of field effect transistors. Thereby, the resistance value of the variable resistance circuit is set. For this reason, since the resistance value of the variable resistance circuit can be changed in a stepwise manner without causing the field effect transistor to be in a transient state, the resistance value of the variable resistance circuit can be stabilized. As a result, the linearity of the complementary signal with respect to the input signal can be improved.

[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路、及び利得可変増幅器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及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。
[Details of the embodiment of the present invention]
Specific examples of the transimpedance amplifier circuit and the variable gain amplifier according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を含む光受信装置の概略構成を示す図である。図2は、図1に示される利得可変増幅器の回路構成を示す図である。図3は、図1に示される利得制御回路の回路構成を示す図である。図4は、図1に示される線形性制御回路の回路構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical receiver including a transimpedance amplifier circuit according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of the variable gain amplifier shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the gain control circuit shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration of the linearity control circuit shown in FIG.

図1に示される光受信装置1は、不図示の光送信装置から送信された光信号Pinを受信する。光受信装置1は、受光素子PDと、トランスインピーダンス増幅回路10と、を備える。受光素子PDは、光信号Pinを受信し、光信号Pinに応じた光電流を生成する。受光素子PDは、例えば、フォトダイオードである。受光素子PDの一方の端子は、所定のバイアス電圧に電気的に接続され、受光素子PDの他方の端子は、光電流を出力する。   An optical receiver 1 shown in FIG. 1 receives an optical signal Pin transmitted from an optical transmitter (not shown). The optical receiver 1 includes a light receiving element PD and a transimpedance amplifier circuit 10. The light receiving element PD receives the optical signal Pin and generates a photocurrent corresponding to the optical signal Pin. The light receiving element PD is, for example, a photodiode. One terminal of the light receiving element PD is electrically connected to a predetermined bias voltage, and the other terminal of the light receiving element PD outputs a photocurrent.

トランスインピーダンス増幅回路10は、受光素子PDからの光電流を入力信号Dinとして受け、入力信号Dinに応じて電圧信号である出力信号DoutP,DoutNを出力する。出力信号DoutP,DoutNは、一対の相補信号である。トランスインピーダンス増幅回路10は、入力端子10aと、出力端子10bと、出力端子10cと、を備える。入力端子10aには入力信号Dinが入力される。出力端子10bから出力信号DoutPが出力され、出力端子10cから出力信号DoutNが出力される。出力信号DoutP,DoutNは、一つの差動信号(差動出力信号)を構成する。   The transimpedance amplifier circuit 10 receives the photocurrent from the light receiving element PD as an input signal Din, and outputs output signals DoutP and DoutN that are voltage signals in accordance with the input signal Din. The output signals DoutP and DoutN are a pair of complementary signals. The transimpedance amplifier circuit 10 includes an input terminal 10a, an output terminal 10b, and an output terminal 10c. An input signal Din is input to the input terminal 10a. An output signal DoutP is output from the output terminal 10b, and an output signal DoutN is output from the output terminal 10c. The output signals DoutP and DoutN constitute one differential signal (differential output signal).

トランスインピーダンス増幅回路10は、TIA(TransImpedance Amplifier)部11と、ダミーTIA部12と、利得可変増幅器13と、バッファ14と、出力バッファ15と、オフセット制御回路16と、バイパス回路17と、利得制御回路18と、線形性制御回路19と、を備える。   The transimpedance amplifier circuit 10 includes a TIA (TransImpedance Amplifier) unit 11, a dummy TIA unit 12, a variable gain amplifier 13, a buffer 14, an output buffer 15, an offset control circuit 16, a bypass circuit 17, and a gain control. A circuit 18 and a linearity control circuit 19 are provided.

TIA部11は、入力信号Dinを電圧信号Vin(入力信号)に変換する回路である。具体的には、TIA部11は、アンプ11aと帰還抵抗素子11bとを備え、入力信号Dinからバイパス電流Ibを差し引いた電流信号Iinに応じた電圧信号Vinを生成する。TIA部11は、電圧信号Vinを利得可変増幅器13に出力する。TIA部11の利得(電流信号Iinの大きさに対する電圧信号Vinの大きさの比)は、帰還抵抗素子11bの抵抗値(トランスインピーダンス)によって決まる。   The TIA unit 11 is a circuit that converts an input signal Din into a voltage signal Vin (input signal). Specifically, the TIA unit 11 includes an amplifier 11a and a feedback resistance element 11b, and generates a voltage signal Vin corresponding to the current signal Iin obtained by subtracting the bypass current Ib from the input signal Din. The TIA unit 11 outputs the voltage signal Vin to the variable gain amplifier 13. The gain of the TIA unit 11 (ratio of the magnitude of the voltage signal Vin to the magnitude of the current signal Iin) is determined by the resistance value (transimpedance) of the feedback resistance element 11b.

ダミーTIA部12は、電圧信号である基準信号Vrefを生成する回路である。ダミーTIA部12は、基準信号Vrefを利得可変増幅器13に出力する。基準信号Vrefは、利得可変増幅器13において単一の電圧信号Vinを差動信号に変換するために用いられ、所定の電圧値を有する。ダミーTIA部12は、TIA部11と同様に、アンプと帰還抵抗素子とを備えていてもよい。ダミーTIA部12がTIA部11と同様の構成を有することで、アンプの電源電圧及び温度の変化による電圧信号Vinの変化を補償(相殺)するように基準信号Vrefが生成されてもよい。   The dummy TIA unit 12 is a circuit that generates a reference signal Vref that is a voltage signal. The dummy TIA unit 12 outputs the reference signal Vref to the variable gain amplifier 13. The reference signal Vref is used to convert a single voltage signal Vin into a differential signal in the variable gain amplifier 13 and has a predetermined voltage value. Similar to the TIA unit 11, the dummy TIA unit 12 may include an amplifier and a feedback resistance element. Since the dummy TIA unit 12 has the same configuration as the TIA unit 11, the reference signal Vref may be generated so as to compensate (cancel) the change in the voltage signal Vin caused by the change in the power supply voltage and temperature of the amplifier.

利得可変増幅器13は、電圧信号Vin及び基準信号Vrefに応じて、一対の相補信号である出力信号Vout1,Vout2を生成する回路である。図2に示されるように、利得可変増幅器13は、電流源21(第1電流源)と、電流源22(第2電流源)と、差動回路23(第1差動回路)と、差動増幅器24と、差動回路25(第2差動回路)と、差動回路26(第3差動回路)と、負荷抵抗素子27(第1負荷抵抗素子)と、負荷抵抗素子28(第2負荷抵抗素子)と、を備える。   The variable gain amplifier 13 is a circuit that generates output signals Vout1 and Vout2 that are a pair of complementary signals in accordance with the voltage signal Vin and the reference signal Vref. As shown in FIG. 2, the variable gain amplifier 13 includes a current source 21 (first current source), a current source 22 (second current source), a differential circuit 23 (first differential circuit), and a difference. The dynamic amplifier 24, the differential circuit 25 (second differential circuit), the differential circuit 26 (third differential circuit), the load resistive element 27 (first load resistive element), and the load resistive element 28 (first 2 load resistance elements).

電流源21は、電流I1(第1電流)を供給する回路である。電流源21は、電流I1を差動回路23に供給する。電流源22は、電流I2(第2電流)を供給する回路である。電流源22は、電流I2を差動回路23に供給する。電流I1と電流I2とは、同じ大きさに設定されてもよい。   The current source 21 is a circuit that supplies a current I1 (first current). The current source 21 supplies the current I1 to the differential circuit 23. The current source 22 is a circuit that supplies a current I2 (second current). The current source 22 supplies the current I2 to the differential circuit 23. The current I1 and the current I2 may be set to the same magnitude.

差動回路23は、電圧信号Vinと基準信号Vrefとに応じて電流I1及び電流I2をそれぞれ2つに分配して、電流信号Ic1(第1電流信号)及び電流信号Ic2(第2電流信号)を生成する回路である。差動回路23は、トランジスタ31(第1トランジスタ)と、トランジスタ32(第2トランジスタ)と、可変抵抗回路33と、を備える。電流I1と電流I2との和は、電流信号Ic1と電流信号Ic2との和に略等しい。ここで、「略等しい」と記載したのは、後述するようにトランジスタ31,32がバイポーラトランジスタである場合、ベース電流がエミッタに流れ込むことでエミッタ電流(電流I1,I2)がコレクタ電流(電流信号Ic1,Ic2)よりも大きくなるためである。例えば、トランジスタ31,32がMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)構造を有する電界効果トランジスタである場合は、ゲート電流をゼロとみなしてもよいので、電流I1と電流I2との和は、電流信号Ic1と電流信号Ic2との和に等しくなる。差動回路23は、電圧信号Vinと基準信号Vrefとの差に応じて、電流I1と電流I2との和を2つに分配してそれぞれ電流信号Ic1と電流信号Ic2とを生成する。   The differential circuit 23 distributes the current I1 and the current I2 into two in accordance with the voltage signal Vin and the reference signal Vref, respectively, and a current signal Ic1 (first current signal) and a current signal Ic2 (second current signal). Is a circuit that generates The differential circuit 23 includes a transistor 31 (first transistor), a transistor 32 (second transistor), and a variable resistance circuit 33. The sum of current I1 and current I2 is substantially equal to the sum of current signal Ic1 and current signal Ic2. Here, “substantially equal” is described as follows. When the transistors 31 and 32 are bipolar transistors as will be described later, the base current flows into the emitter, whereby the emitter current (currents I1 and I2) becomes the collector current (current signal). This is because it becomes larger than Ic1, Ic2). For example, when the transistors 31 and 32 are field effect transistors having a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure, the gate current may be regarded as zero, so the sum of the current I1 and the current I2 is the current signal Ic1. And the current signal Ic2. The differential circuit 23 distributes the sum of the current I1 and the current I2 into two according to the difference between the voltage signal Vin and the reference signal Vref, and generates a current signal Ic1 and a current signal Ic2, respectively.

トランジスタ31,32は、例えば、NPN型バイポーラトランジスタである。トランジスタ31のベース(制御端子)は、TIA部11の出力端子に電気的に接続されており、トランジスタ31のベースには、電圧信号Vinが入力される。トランジスタ31のエミッタ(第1電流端子)は、電流源21に電気的に接続されている。トランジスタ31のコレクタ(第2電流端子)は、差動回路25に電気的に接続されている。トランジスタ32のベース(制御端子)は、ダミーTIA部12の出力端子に電気的に接続されており、トランジスタ32のベースには、基準信号Vrefが入力される。トランジスタ32のエミッタ(第1電流端子)は、電流源22に電気的に接続されている。トランジスタ32のコレクタ(第2電流端子)は、差動回路26に電気的に接続されている。   The transistors 31 and 32 are, for example, NPN bipolar transistors. The base (control terminal) of the transistor 31 is electrically connected to the output terminal of the TIA unit 11, and the voltage signal Vin is input to the base of the transistor 31. The emitter (first current terminal) of the transistor 31 is electrically connected to the current source 21. The collector (second current terminal) of the transistor 31 is electrically connected to the differential circuit 25. The base (control terminal) of the transistor 32 is electrically connected to the output terminal of the dummy TIA unit 12, and the reference signal Vref is input to the base of the transistor 32. The emitter (first current terminal) of the transistor 32 is electrically connected to the current source 22. The collector (second current terminal) of the transistor 32 is electrically connected to the differential circuit 26.

可変抵抗回路33は、トランジスタ31のエミッタとトランジスタ32のエミッタとの間に設けられ、トランジスタ31のエミッタとトランジスタ32のエミッタとの間の抵抗値を設定するための回路である。可変抵抗回路33は、抵抗素子34と、複数(N個;Nは2以上の整数を表す)の電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)35と、を備える。なお、N個のFET35を区別するために、FET35_k(kは1以上N以下の整数)と表す場合がある。抵抗素子34は、固定の抵抗値Reを有する。抵抗素子34の一端は、トランジスタ31のエミッタに電気的に接続され、抵抗素子34の他端は、トランジスタ32のエミッタに電気的に接続されている。   The variable resistance circuit 33 is provided between the emitter of the transistor 31 and the emitter of the transistor 32 and is a circuit for setting a resistance value between the emitter of the transistor 31 and the emitter of the transistor 32. The variable resistance circuit 33 includes a resistance element 34 and a plurality (N; N represents an integer of 2 or more) field effect transistors (FETs) 35. In order to distinguish N FETs 35, they may be expressed as FETs 35_k (k is an integer from 1 to N). The resistance element 34 has a fixed resistance value Re. One end of the resistance element 34 is electrically connected to the emitter of the transistor 31, and the other end of the resistance element 34 is electrically connected to the emitter of the transistor 32.

FET35_1〜35_Nは、抵抗素子34と並列に接続され、かつ、互いに並列に接続されている。つまり、FET35_1〜35_Nのそれぞれのソースは、互いに電気的に接続され、トランジスタ31のエミッタに共通に電気的に接続されている。FET35_1〜35_Nのそれぞれのドレインは、互いに電気的に接続され、トランジスタ32のエミッタに共通に電気的に接続されている。FET35_1〜35_Nのそれぞれのゲートには、線形性調整信号Vctlが入力される。線形性調整信号Vctlは、利得可変増幅器13の線形性を制御するための制御信号である。線形性調整信号Vctlは、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nを含む。つまり、FET35_kのゲートには、線形性調整信号Vctl_kが入力される。   The FETs 35 </ b> _ <b> 1 to 35 </ b> _N are connected in parallel to the resistance element 34 and are connected in parallel to each other. That is, the sources of the FETs 35_1 to 35_N are electrically connected to each other and are commonly connected to the emitter of the transistor 31 in common. The drains of the FETs 35_1 to 35_N are electrically connected to each other, and are commonly connected to the emitter of the transistor 32 in common. The linearity adjustment signal Vctl is input to the gates of the FETs 35_1 to 35_N. The linearity adjustment signal Vctl is a control signal for controlling the linearity of the variable gain amplifier 13. The linearity adjustment signal Vctl includes linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N. That is, the linearity adjustment signal Vctl_k is input to the gate of the FET 35_k.

FET35_kの状態は、線形性調整信号Vctl_kによって、ドレインとソースとの間が例えば数十Ω以下の比較的小さい抵抗値(オン抵抗値)で導通するオン状態、又は、ドレインとソースとの間が遮断されるオフ状態に切り替えられる。線形性調整信号Vctl_kの電圧レベルは、FET35_kの閾値電圧よりも十分に小さい0レベルと、FET35_kの閾値電圧よりも十分に大きい1レベルと、のいずれかに設定され、FET35_kの閾値電圧付近には設定されない。したがって、0レベルの線形性調整信号Vctl_kが入力された場合には、FET35_kの状態はオフ状態となり、1レベルの線形性調整信号Vctl_kが入力された場合には、FET35_kの状態はオン状態となる。したがって、個々のFET35_kは、それぞれの線形性調整信号Vctl_kによって制御される電気的なスイッチとして機能する。なお、本実施形態では、FET35_1〜35_Nのサイズ(チャンネル幅W及びチャンネル長L)は互いに等しく、FET35_1〜35_Nのオン抵抗値は互いに等しい。このように、FET35_1〜35_Nのそれぞれが、オン状態又はオフ状態に個別に設定されることにより、FET35_1〜35_Nは可変抵抗器として機能する。このように、ドレインとソースとの間に同じ抵抗値を有する複数のFET35_1〜35_Nについて、オン状態の数とオフ状態の数とを変えることで可変抵抗回路33の抵抗値を一定の間隔で均等に変化させることができる。また、個々のFET35_kの状態は、オン状態かオフ状態かのいずれかであるので、後述するような差動回路23内部の過渡的な電圧の影響を回避することができ、線形性の劣化を抑制することができる。   The state of the FET 35_k is determined by the linearity adjustment signal Vctl_k to be in an on state where the drain and the source are conductive with a relatively small resistance value (on resistance value) of, for example, several tens of Ω or less, or between the drain and the source. It is switched to the off state that is blocked. The voltage level of the linearity adjustment signal Vctl_k is set to one of a 0 level that is sufficiently smaller than the threshold voltage of the FET 35_k and a 1 level that is sufficiently larger than the threshold voltage of the FET 35_k. Not set. Therefore, when the 0-level linearity adjustment signal Vctl_k is input, the state of the FET 35_k is turned off, and when the 1-level linearity adjustment signal Vctl_k is input, the state of the FET 35_k is turned on. . Therefore, each FET 35_k functions as an electrical switch controlled by the respective linearity adjustment signal Vctl_k. In the present embodiment, the sizes (channel width W and channel length L) of the FETs 35_1 to 35_N are equal to each other, and the on-resistance values of the FETs 35_1 to 35_N are equal to each other. As described above, each of the FETs 35_1 to 35_N is individually set to the on state or the off state, so that the FETs 35_1 to 35_N function as variable resistors. In this way, with respect to the plurality of FETs 35_1 to 35_N having the same resistance value between the drain and the source, the resistance value of the variable resistance circuit 33 is made equal at regular intervals by changing the number of ON states and the number of OFF states. Can be changed. Further, since the state of each FET 35_k is either an on state or an off state, it is possible to avoid the influence of a transient voltage inside the differential circuit 23 as will be described later, and to reduce the linearity. Can be suppressed.

差動増幅器24は、利得調整信号Vgaを入力し、利得調整信号Vga,Vgaを生成する回路である。利得調整信号Vgaは、利得可変増幅器13の利得を制御するための制御信号である。利得調整信号Vga,Vgaは、それぞれ正相と逆相という互いの位相が180度異なる相補的に変化する一対の信号である。利得調整信号Vga,Vgaの間の電位差により、利得可変増幅器13の電圧信号Vinに対する出力信号Vout1,Vout2の利得が制御される。差動増幅器24は、利得調整信号Vga,Vgaを差動回路25及び差動回路26に出力する。 The differential amplifier 24 is a circuit that receives the gain adjustment signal Vga and generates the gain adjustment signals Vga + and Vga . The gain adjustment signal Vga is a control signal for controlling the gain of the variable gain amplifier 13. The gain adjustment signals Vga + and Vga are a pair of signals that change in a complementary manner, ie, a positive phase and a negative phase, which are 180 degrees different from each other. The gain of the output signals Vout1 and Vout2 with respect to the voltage signal Vin of the variable gain amplifier 13 is controlled by the potential difference between the gain adjustment signals Vga + and Vga . The differential amplifier 24 outputs the gain adjustment signals Vga + and Vga to the differential circuit 25 and the differential circuit 26.

差動回路25は、利得調整信号Vgaに応じて電流信号Ic1を電流信号Ic3(第3電流信号)及び電流信号Ic4(第4電流信号)に分配する回路である。差動回路25は、トランジスタ51と、トランジスタ52と、を備える。   The differential circuit 25 is a circuit that distributes the current signal Ic1 into a current signal Ic3 (third current signal) and a current signal Ic4 (fourth current signal) in accordance with the gain adjustment signal Vga. The differential circuit 25 includes a transistor 51 and a transistor 52.

トランジスタ51,52は、例えば、NPN型バイポーラトランジスタである。トランジスタ51のベースは、差動増幅器24の反転出力端子に電気的に接続され、トランジスタ51のベースには、利得調整信号Vgaが入力される。トランジスタ52のベースは、差動増幅器24の非反転出力端子に電気的に接続され、トランジスタ52のベースには、利得調整信号Vgaが入力される。トランジスタ51のエミッタ及びトランジスタ52のエミッタは、互いに電気的に接続され、トランジスタ31のコレクタと電気的に接続されている。トランジスタ51のコレクタは電源電圧VCCに電気的に接続されている。トランジスタ52のコレクタは負荷抵抗素子27を介して電源電圧VCCに電気的に接続されている。 The transistors 51 and 52 are, for example, NPN type bipolar transistors. The base of the transistor 51 is electrically connected to the inverting output terminal of the differential amplifier 24, and the gain adjustment signal Vga is input to the base of the transistor 51. The base of the transistor 52 is electrically connected to the non-inverting output terminal of the differential amplifier 24, and the gain adjustment signal Vga + is input to the base of the transistor 52. The emitter of the transistor 51 and the emitter of the transistor 52 are electrically connected to each other and are electrically connected to the collector of the transistor 31. The collector of the transistor 51 is electrically connected to the power supply voltage VCC. The collector of the transistor 52 is electrically connected to the power supply voltage VCC via the load resistance element 27.

差動回路26は、利得調整信号Vgaに応じて電流信号Ic2を電流信号Ic5(第5電流信号)及び電流信号Ic6(第6電流信号)に分配する回路である。差動回路26は、トランジスタ61と、トランジスタ62と、を備える。   The differential circuit 26 is a circuit that distributes the current signal Ic2 into a current signal Ic5 (fifth current signal) and a current signal Ic6 (sixth current signal) in accordance with the gain adjustment signal Vga. The differential circuit 26 includes a transistor 61 and a transistor 62.

トランジスタ61,62は、例えば、NPN型バイポーラトランジスタである。トランジスタ61のベースは、差動増幅器24の反転出力端子に電気的に接続され、トランジスタ61のベースには、利得調整信号Vgaが入力される。トランジスタ62のベースは、差動増幅器24の非反転出力端子に電気的に接続され、トランジスタ62のベースには、利得調整信号Vgaが入力される。トランジスタ61のエミッタ及びトランジスタ62のエミッタは、互いに電気的に接続され、トランジスタ32のコレクタと電気的に接続されている。トランジスタ61のコレクタは電源電圧VCCに電気的に接続されている。トランジスタ62のコレクタは負荷抵抗素子28を介して電源電圧VCCに電気的に接続されている。 The transistors 61 and 62 are, for example, NPN bipolar transistors. The base of the transistor 61 is electrically connected to the inverting output terminal of the differential amplifier 24, and the gain adjustment signal Vga is input to the base of the transistor 61. The base of the transistor 62 is electrically connected to the non-inverting output terminal of the differential amplifier 24, and the gain adjustment signal Vga + is input to the base of the transistor 62. The emitter of the transistor 61 and the emitter of the transistor 62 are electrically connected to each other and are electrically connected to the collector of the transistor 32. The collector of the transistor 61 is electrically connected to the power supply voltage VCC. The collector of the transistor 62 is electrically connected to the power supply voltage VCC via the load resistance element 28.

差動回路25は、電流信号Ic1を、利得調整信号Vga,Vgaに応じてトランジスタ51のコレクタ電流である電流信号Ic3とトランジスタ52のコレクタ電流である電流信号Ic4とに分配する。差動回路26は、電流信号Ic2を、利得調整信号Vga,Vgaに応じてトランジスタ61のコレクタ電流である電流信号Ic5とトランジスタ62のコレクタ電流である電流信号Ic6とに分配する。利得可変増幅器13において、電流信号Ic3に対する電流信号Ic4の比が、電流信号Ic5に対する電流信号Ic6の比と等しい状態を保つように差動回路25,26が構成されている。 The differential circuit 25 distributes the current signal Ic1 into a current signal Ic3 that is the collector current of the transistor 51 and a current signal Ic4 that is the collector current of the transistor 52 in accordance with the gain adjustment signals Vga + and Vga . The differential circuit 26 distributes the current signal Ic2 into a current signal Ic5 that is a collector current of the transistor 61 and a current signal Ic6 that is a collector current of the transistor 62 in accordance with the gain adjustment signals Vga + and Vga . In the variable gain amplifier 13, the differential circuits 25 and 26 are configured so that the ratio of the current signal Ic4 to the current signal Ic3 is kept equal to the ratio of the current signal Ic6 to the current signal Ic5.

負荷抵抗素子27は、電流信号Ic4を出力信号Vout1(一対の相補信号の一方)に変換する。具体的には、電流信号Ic4が負荷抵抗素子27に流れることによって生じるトランジスタ52のコレクタ電位が出力信号Vout1として出力される。負荷抵抗素子28は、電流信号Ic6を出力信号Vout2(一対の相補信号の他方)に変換する。具体的には、電流信号Ic6が負荷抵抗素子28に流れることによって生じるトランジスタ62のコレクタ電位が出力信号Vout2として出力される。出力信号Vout1,Vout2の基準電位は、負荷抵抗素子27,28が接続された電源電圧VCCに等しい。すなわち、電流信号Ic4がゼロのときには、出力信号Vout1の電位は電源電圧VCCに等しくなり、電流信号Ic4が負荷抵抗素子27を流れるときには、出力信号Vout1の電位は電源電圧VCCよりも負荷抵抗素子27の電圧降下(負荷抵抗素子27の抵抗値×電流信号Ic4の大きさ)だけ低い電位となる。同様に、電流信号Ic6がゼロのときには、出力信号Vout2の電位は電源電圧VCCに等しくなり、電流信号Ic6が負荷抵抗素子28を流れるときには、出力信号Vout2の電位は電源電圧VCCよりも負荷抵抗素子28の電圧降下(負荷抵抗素子28の抵抗値×電流信号Ic6の大きさ)だけ低い電位となる。負荷抵抗素子27,28のそれぞれの抵抗値は、通常同じ値に設定される場合が多い。その場合、出力信号Vout1と出力信号Vout2とは一つの差動信号を構成する。   The load resistance element 27 converts the current signal Ic4 into an output signal Vout1 (one of a pair of complementary signals). Specifically, the collector potential of the transistor 52 generated when the current signal Ic4 flows through the load resistance element 27 is output as the output signal Vout1. The load resistance element 28 converts the current signal Ic6 into an output signal Vout2 (the other of the pair of complementary signals). Specifically, the collector potential of the transistor 62 generated when the current signal Ic6 flows through the load resistance element 28 is output as the output signal Vout2. The reference potentials of the output signals Vout1 and Vout2 are equal to the power supply voltage VCC to which the load resistance elements 27 and 28 are connected. That is, when the current signal Ic4 is zero, the potential of the output signal Vout1 is equal to the power supply voltage VCC, and when the current signal Ic4 flows through the load resistance element 27, the potential of the output signal Vout1 is higher than the power supply voltage VCC. The voltage drops by a voltage drop (resistance value of the load resistance element 27 × the magnitude of the current signal Ic4). Similarly, when the current signal Ic6 is zero, the potential of the output signal Vout2 is equal to the power supply voltage VCC, and when the current signal Ic6 flows through the load resistance element 28, the potential of the output signal Vout2 is higher than the power supply voltage VCC. The potential is lowered by a voltage drop of 28 (the resistance value of the load resistive element 28 × the magnitude of the current signal Ic6). In many cases, the resistance values of the load resistance elements 27 and 28 are usually set to the same value. In that case, the output signal Vout1 and the output signal Vout2 constitute one differential signal.

バッファ14は、出力信号Vout1,Vout2を増幅し、出力信号Voutx1,Voutx2を出力する差動増幅器である。このとき、例えば、出力信号Voutx1と出力信号Voutx2との差(=Voutx1−Voutx2)は、出力信号Vout1と出力信号Vout2との差(=Vout1−Vout2)にバッファ14の利得(差動利得)を乗じた大きさに等しくなる。出力バッファ15は、バッファ14によって増幅された出力信号Voutx1,Voutx2をさらに増幅し、出力信号DoutP,DoutNを出力する差動増幅器である。このとき、例えば、出力信号DoutPと出力信号DoutNとの差(=DoutP−DoutN)は、出力信号Voutx1と出力信号Voutx2との差(=Voutx1−Voutx2)に出力バッファ15の利得(差動利得)を乗じた大きさに等しくなる。バッファ14及び出力バッファ15の利得は予め定められた固定値に設定されている。   The buffer 14 is a differential amplifier that amplifies the output signals Vout1 and Vout2 and outputs the output signals Voutx1 and Voutx2. At this time, for example, the difference (= Voutx1−Voutx2) between the output signal Voutx1 and the output signal Voutx2 is the difference between the output signal Vout1 and the output signal Vout2 (= Vout1−Vout2). Equal to the multiplied size. The output buffer 15 is a differential amplifier that further amplifies the output signals Voutx1 and Voutx2 amplified by the buffer 14 and outputs output signals DoutP and DoutN. At this time, for example, the difference between the output signal DoutP and the output signal DoutN (= DoutP−DoutN) is the difference between the output signal Voutx1 and the output signal Voutx2 (= Voutx1−Voutx2). It is equal to the size multiplied by. The gains of the buffer 14 and the output buffer 15 are set to predetermined fixed values.

オフセット制御回路16は、出力バッファ15から出力された出力信号DoutP,DoutNに応じて、電流信号Iinの時間平均が所定の値となるように制御する制御信号Voffsetを生成する回路である。オフセット制御回路16は、制御信号Voffsetをバイパス回路17に出力する。オフセット制御回路16は、例えば、出力信号DoutPと出力信号DoutNとの差(=DoutP−DoutN)が大きくなるに従いバイパス電流Ibが大きくなるようにバイパス回路17を制御することで、電流信号Iinの時間平均値が過剰に増加するのを抑制する。   The offset control circuit 16 is a circuit that generates a control signal Voffset that controls the time average of the current signal Iin to be a predetermined value in accordance with the output signals DoutP and DoutN output from the output buffer 15. The offset control circuit 16 outputs a control signal Voffset to the bypass circuit 17. For example, the offset control circuit 16 controls the bypass circuit 17 so that the bypass current Ib increases as the difference between the output signal DoutP and the output signal DoutN (= DoutP−DoutN) increases, so that the time of the current signal Iin is increased. Suppresses excessive increase of the average value.

バイパス回路17は、制御信号Voffsetに応じて入力信号Dinからバイパス電流Ibをバイパス(分流)する回路である。本実施形態では、バイパス回路17は、FETを含む。FETのゲートは、オフセット制御回路16の出力端子に接続されており、FETのゲートに制御信号Voffsetが供給される。FETのソースは接地電位に電気的に接続されている。FETのドレインは入力端子10aに電気的に接続されている。バイパス回路17は、制御信号Voffsetに応じてバイパス電流Ibの大きさを増減するが、図1に示される構成に限定されず、同じ機能を実現するために他の回路構成を有してもよい。   The bypass circuit 17 is a circuit that bypasses (divides) the bypass current Ib from the input signal Din in accordance with the control signal Voffset. In the present embodiment, the bypass circuit 17 includes an FET. The gate of the FET is connected to the output terminal of the offset control circuit 16, and a control signal Voffset is supplied to the gate of the FET. The source of the FET is electrically connected to the ground potential. The drain of the FET is electrically connected to the input terminal 10a. The bypass circuit 17 increases or decreases the magnitude of the bypass current Ib according to the control signal Voffset, but is not limited to the configuration shown in FIG. 1 and may have other circuit configurations to realize the same function. .

利得制御回路18は、出力信号Vout1,Vout2(出力信号Voutx1,Voutx2)の振幅に基づいて利得調整信号Vgaを生成する回路である。利得制御回路18は、利得調整信号Vgaを用いて電流信号Ic4及び電流信号Ic6を制御することによって、利得可変増幅器13の利得を調整する。利得制御回路18は、出力信号Vout1,Vout2の振幅が大きいほど、利得可変増幅器13の利得が小さくなるように、利得調整信号Vgaを生成する。この例では、利得制御回路18は、出力信号Vout1,Vout2の振幅が大きいほど、利得調整信号Vgaの電圧レベルが小さくなるように、利得調整信号Vgaを生成する。   The gain control circuit 18 is a circuit that generates the gain adjustment signal Vga based on the amplitudes of the output signals Vout1, Vout2 (output signals Voutx1, Voutx2). The gain control circuit 18 adjusts the gain of the variable gain amplifier 13 by controlling the current signal Ic4 and the current signal Ic6 using the gain adjustment signal Vga. The gain control circuit 18 generates the gain adjustment signal Vga so that the gain of the variable gain amplifier 13 decreases as the amplitude of the output signals Vout1 and Vout2 increases. In this example, the gain control circuit 18 generates the gain adjustment signal Vga so that the voltage level of the gain adjustment signal Vga decreases as the amplitude of the output signals Vout1 and Vout2 increases.

図3に示されるように、利得制御回路18は、振幅検出回路81(第1振幅検出回路)と、生成回路82(第1生成回路)と、を備える。振幅検出回路81は、出力信号Vout1,Vout2の振幅を検出する回路である。具体的には、振幅検出回路81は、バッファ14によって増幅された出力信号Voutx1,Voutx2の振幅を検出する。振幅検出回路81は、ピーク検出回路83と、平均値検出回路84と、差動増幅器85と、を備える。   As shown in FIG. 3, the gain control circuit 18 includes an amplitude detection circuit 81 (first amplitude detection circuit) and a generation circuit 82 (first generation circuit). The amplitude detection circuit 81 is a circuit that detects the amplitudes of the output signals Vout1 and Vout2. Specifically, the amplitude detection circuit 81 detects the amplitudes of the output signals Voutx1 and Voutx2 amplified by the buffer 14. The amplitude detection circuit 81 includes a peak detection circuit 83, an average value detection circuit 84, and a differential amplifier 85.

ピーク検出回路83は、出力信号Voutx1,Voutx2のピーク値を検出する回路である。ピーク検出回路83は、検出したピーク値を差動増幅器85に出力する。平均値検出回路84は、出力信号Voutx1,Voutx2の時間平均値(平均電圧値)を検出する回路である。平均値検出回路84は、検出した平均値を差動増幅器85に出力する。差動増幅器85は、ピーク検出回路83によって検出されたピーク値と平均値検出回路84によって検出された平均値との差分値を生成し、差分値を基に出力信号Voutx1,Voutx2の振幅を検出する。差動増幅器85の非反転入力端子にはピーク値が入力され、差動増幅器85の反転入力端子には平均値が入力される。差動増幅器85は、ピーク値から平均値を減算した値(振幅の1/2に等しい)から振幅を検出する。差動増幅器85は、検出した振幅を生成回路82に出力する。   The peak detection circuit 83 is a circuit that detects the peak values of the output signals Voutx1 and Voutx2. The peak detection circuit 83 outputs the detected peak value to the differential amplifier 85. The average value detection circuit 84 is a circuit that detects a time average value (average voltage value) of the output signals Voutx1 and Voutx2. The average value detection circuit 84 outputs the detected average value to the differential amplifier 85. The differential amplifier 85 generates a difference value between the peak value detected by the peak detection circuit 83 and the average value detected by the average value detection circuit 84, and detects the amplitudes of the output signals Voutx1 and Voutx2 based on the difference value. To do. A peak value is input to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 85, and an average value is input to the inverting input terminal of the differential amplifier 85. The differential amplifier 85 detects the amplitude from the value obtained by subtracting the average value from the peak value (equal to ½ of the amplitude). The differential amplifier 85 outputs the detected amplitude to the generation circuit 82.

生成回路82は、出力信号Voutx1,Voutx2の振幅に基づいて利得調整信号Vgaを生成する回路である。この例では、生成回路82は、差動増幅器である。生成回路82の反転入力端子には、振幅検出回路81から出力された振幅が入力される。生成回路82の非反転入力端子には、基準信号Arefが入力されている。基準信号Arefは、予め定められた固定値であり、使用される光信号Pinの範囲で、バッファ14及び出力バッファ15の信号が歪まないような値に設定される。生成回路82は、基準信号Arefから振幅を減算した値を増幅することで利得調整信号Vgaを生成する。この構成によれば、出力信号Voutx1,Voutx2の振幅が大きいほど、利得調整信号Vgaの値は小さくなる。生成回路82は、利得調整信号Vgaを利得可変増幅器13に出力する。   The generation circuit 82 is a circuit that generates the gain adjustment signal Vga based on the amplitudes of the output signals Voutx1 and Voutx2. In this example, the generation circuit 82 is a differential amplifier. The amplitude output from the amplitude detection circuit 81 is input to the inverting input terminal of the generation circuit 82. The reference signal Aref is input to the non-inverting input terminal of the generation circuit 82. The reference signal Aref is a predetermined fixed value, and is set to a value that does not distort the signals of the buffer 14 and the output buffer 15 within the range of the optical signal Pin to be used. The generation circuit 82 generates the gain adjustment signal Vga by amplifying a value obtained by subtracting the amplitude from the reference signal Aref. According to this configuration, the value of the gain adjustment signal Vga decreases as the amplitude of the output signals Voutx1 and Voutx2 increases. The generation circuit 82 outputs the gain adjustment signal Vga to the variable gain amplifier 13.

線形性制御回路19は、電圧信号Vinの振幅に基づいて線形性調整信号Vctlを生成する回路である。具体的には、線形性制御回路19は、電圧信号Vinの振幅が大きいほど、可変抵抗回路33の抵抗値が大きくなるように、FET35_1〜35_Nのそれぞれについて、オン状態とオフ状態とを線形性調整信号Vctlによって切り替える。例えば、N個のFET35_1〜35_Nのうち、オフ状態のFETの数が多くなり、オン状態のFETの数が少なくなるほど、可変抵抗回路33の抵抗値は大きくなるので、オン状態のFETの数を減らし、オフ状態のFETの数を増やすように線形性調整信号Vctlを生成する。   The linearity control circuit 19 is a circuit that generates a linearity adjustment signal Vctl based on the amplitude of the voltage signal Vin. Specifically, the linearity control circuit 19 sets the ON state and the OFF state for each of the FETs 35_1 to 35_N so that the resistance value of the variable resistance circuit 33 increases as the amplitude of the voltage signal Vin increases. Switching is performed according to the adjustment signal Vctl. For example, among the N FETs 35_1 to 35_N, the resistance value of the variable resistance circuit 33 increases as the number of off-state FETs increases and the number of on-state FETs decreases. The linearity adjustment signal Vctl is generated so as to decrease and increase the number of off-state FETs.

図4に示されるように、線形性制御回路19は、振幅検出回路91(第2振幅検出回路)と、生成回路92(第2生成回路)と、を備える。振幅検出回路91は、電圧信号Vinの振幅を検出する回路である。振幅検出回路91は、ピーク検出回路93と、平均値検出回路94と、差動増幅器95と、を備える。   As shown in FIG. 4, the linearity control circuit 19 includes an amplitude detection circuit 91 (second amplitude detection circuit) and a generation circuit 92 (second generation circuit). The amplitude detection circuit 91 is a circuit that detects the amplitude of the voltage signal Vin. The amplitude detection circuit 91 includes a peak detection circuit 93, an average value detection circuit 94, and a differential amplifier 95.

ピーク検出回路93は、電圧信号Vinのピーク値を検出する回路である。ピーク検出回路93は、検出したピーク値を差動増幅器95に出力する。平均値検出回路94は、電圧信号Vinの時間平均値(平均電圧値)を検出する回路である。平均値検出回路94は、検出した平均値を差動増幅器95に出力する。差動増幅器95は、ピーク検出回路93によって検出されたピーク値と平均値検出回路94によって検出された平均値との差分値を生成し、差分値を基に電圧信号Vinの振幅を検出する。差動増幅器95の非反転入力端子にはピーク値が入力され、差動増幅器95の反転入力端子には平均値が入力される。差動増幅器95は、ピーク値から平均値を減算した値(振幅の1/2に等しい)から振幅を検出する。差動増幅器95は、検出した振幅を生成回路92に出力する。   The peak detection circuit 93 is a circuit that detects the peak value of the voltage signal Vin. The peak detection circuit 93 outputs the detected peak value to the differential amplifier 95. The average value detection circuit 94 is a circuit that detects a time average value (average voltage value) of the voltage signal Vin. The average value detection circuit 94 outputs the detected average value to the differential amplifier 95. The differential amplifier 95 generates a difference value between the peak value detected by the peak detection circuit 93 and the average value detected by the average value detection circuit 94, and detects the amplitude of the voltage signal Vin based on the difference value. A peak value is input to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 95, and an average value is input to the inverting input terminal of the differential amplifier 95. The differential amplifier 95 detects the amplitude from the value obtained by subtracting the average value from the peak value (equal to ½ of the amplitude). The differential amplifier 95 outputs the detected amplitude to the generation circuit 92.

生成回路92は、電圧信号Vinの振幅に基づいて線形性調整信号Vctlを生成する回路である。生成回路92は、A/D変換器96と、デジタル回路97と、を備える。A/D変換器96は、振幅検出回路91によって検出された電圧信号Vinの振幅をデジタル値に変換する回路である。A/D変換器96は、デジタル値をデジタル回路97に出力する。デジタル回路97は、デジタル値が大きいほど可変抵抗回路33の抵抗値が大きくなるように線形性調整信号Vctlを生成する。すなわち、線形性調整信号Vctlを調整することで、N個のFET35_1〜35_Nのうちオフ状態のFETの数を増やし、オン状態のFETの数を減らす。   The generation circuit 92 is a circuit that generates the linearity adjustment signal Vctl based on the amplitude of the voltage signal Vin. The generation circuit 92 includes an A / D converter 96 and a digital circuit 97. The A / D converter 96 is a circuit that converts the amplitude of the voltage signal Vin detected by the amplitude detection circuit 91 into a digital value. The A / D converter 96 outputs the digital value to the digital circuit 97. The digital circuit 97 generates the linearity adjustment signal Vctl so that the resistance value of the variable resistance circuit 33 increases as the digital value increases. That is, by adjusting the linearity adjustment signal Vctl, the number of FETs in the off state among the N FETs 35_1 to 35_N is increased, and the number of FETs in the on state is decreased.

例えば、デジタル回路97には、値が大きい順に、第1閾値、第2閾値、・・・及び第N閾値のN個の閾値が予め設定されている。すなわち、各閾値は、第1閾値>第2閾値>・・・>第N−1閾値>第N閾値となるように設定されている。デジタル回路97は、A/D変換器96から受け取ったデジタル値が第1閾値よりも大きい場合には、FET35_1〜35_Nのすべてをオフ状態とする線形性調整信号Vctlを生成する。具体的には、デジタル回路97は、0レベルの線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nを生成する。つまり、デジタル回路97は、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nをすべて0レベルに設定する。デジタル回路97は、デジタル値が第1閾値以下であり、かつ第2閾値よりも大きい場合には、FET35_1〜35_Nのうち1つをオン状態とし、残りのN−1個をオフ状態とする線形性調整信号Vctlを生成する。例えば、デジタル回路97は、1レベルの線形性調整信号Vctl_1と0レベルの線形性調整信号Vctl_2〜Vctl_Nとを生成する。   For example, in the digital circuit 97, N threshold values of a first threshold value, a second threshold value,..., And an Nth threshold value are preset in descending order. That is, each threshold value is set such that the first threshold value> the second threshold value>...> The (N-1) th threshold value> the Nth threshold value. When the digital value received from the A / D converter 96 is larger than the first threshold value, the digital circuit 97 generates a linearity adjustment signal Vctl that turns off all of the FETs 35_1 to 35_N. Specifically, the digital circuit 97 generates the zero-level linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N. That is, the digital circuit 97 sets all the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N to 0 level. When the digital value is equal to or smaller than the first threshold value and greater than the second threshold value, the digital circuit 97 linearly sets one of the FETs 35_1 to 35_N to the on state and the remaining N−1 pieces to the off state. A sex adjustment signal Vctl is generated. For example, the digital circuit 97 generates the 1-level linearity adjustment signal Vctl_1 and the 0-level linearity adjustment signals Vctl_2 to Vctl_N.

同様に、デジタル回路97は、デジタル値が第k閾値以下であり、かつ第k+1閾値よりも大きい場合には、FET35_1〜35_Nのうちk個をオン状態とし、(N−k)個をオフ状態とする線形性調整信号Vctlを生成する。例えば、デジタル回路97は、1レベルの線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_kと0レベルの線形性調整信号Vctl_k+1〜Vctl_Nとを生成する。デジタル回路97は、デジタル値が第N閾値以下である場合には、FET35_1〜35_Nのすべてをオン状態とする線形性調整信号Vctlを生成する。具体的には、デジタル回路97は、1レベルの線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nを生成する。つまり、デジタル回路97は、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nをすべて1レベルに設定する。   Similarly, when the digital value is less than or equal to the kth threshold and greater than the k + 1th threshold, the digital circuit 97 turns on k of the FETs 35_1 to 35_N and turns off (N−k). A linearity adjustment signal Vctl is generated. For example, the digital circuit 97 generates 1-level linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_k and 0-level linearity adjustment signals Vctl_k + 1 to Vctl_N. When the digital value is equal to or smaller than the Nth threshold value, the digital circuit 97 generates the linearity adjustment signal Vctl that turns on all of the FETs 35_1 to 35_N. Specifically, the digital circuit 97 generates one-level linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N. That is, the digital circuit 97 sets all of the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N to 1 level.

つまり、線形性制御回路19は、電圧信号Vinの振幅が大きいほど、線形性調整信号VctlによってFET35_1〜35_Nのうちオフ状態のFETの数を増やすとともに、オン状態のFETの数を減らす。また、線形性制御回路19は、電圧信号Vinの振幅が小さいほど、線形性調整信号VctlによってFET35_1〜35_Nのうちオフ状態のFETの数を減らすとともに、オン状態のFETの数を増やす。これにより、トランジスタ31のエミッタとトランジスタ32のエミッタとの間の抵抗値が可変制御される。   That is, as the amplitude of the voltage signal Vin is larger, the linearity control circuit 19 increases the number of off-state FETs among the FETs 35_1 to 35_N and decreases the number of on-state FETs by the linearity adjustment signal Vctl. Further, the linearity control circuit 19 decreases the number of FETs in the OFF state among the FETs 35_1 to 35_N and increases the number of FETs in the ON state as the amplitude of the voltage signal Vin is small. Thereby, the resistance value between the emitter of the transistor 31 and the emitter of the transistor 32 is variably controlled.

トランスインピーダンス増幅回路10では、入力信号Dinの周波数が高くなるほど、TIA部11だけで十分な利得を得ることが難しくなり、トランスインピーダンス増幅回路10の入力換算雑音を抑制するために、利得可変増幅器13の雑音を低減することが必要となる。このため、可変抵抗回路33の抵抗値を小さくすることで利得可変増幅器13の利得を大きくすることによって、利得可変増幅器13の内部のショット雑音及び負荷抵抗素子27,28の熱雑音等がトランスインピーダンス増幅回路10の入力換算雑音に与える影響の度合いが低減される。すなわち、利得可変増幅器13の内部の上記雑音要素がトランスインピーダンス増幅回路10の入力換算雑音に与える影響の度合いは、それらの雑音源による雑音をトランスインピーダンス増幅回路10の入力から利得可変増幅器13の出力までの利得で割った値となる。このため、利得可変増幅器13の利得を大きくすることで雑音(入力換算雑音)が低減される。   In the transimpedance amplifier circuit 10, as the frequency of the input signal Din increases, it becomes difficult to obtain a sufficient gain only by the TIA unit 11. In order to suppress input conversion noise of the transimpedance amplifier circuit 10, the variable gain amplifier 13 It is necessary to reduce the noise. For this reason, by increasing the gain of the variable gain amplifier 13 by decreasing the resistance value of the variable resistance circuit 33, the shot noise inside the variable gain amplifier 13 and the thermal noise of the load resistance elements 27 and 28 are transimpedance. The degree of influence on the input conversion noise of the amplifier circuit 10 is reduced. That is, the degree of influence of the noise element inside the variable gain amplifier 13 on the input converted noise of the transimpedance amplifier circuit 10 is determined by the noise from those noise sources being input from the transimpedance amplifier circuit 10 to the output of the variable gain amplifier 13. The value divided by the gain up to. For this reason, noise (input conversion noise) is reduced by increasing the gain of the variable gain amplifier 13.

このため、利得可変増幅器13は、電圧信号Vinの振幅が小さい時には、可変抵抗回路33の抵抗値を小さくして雑音を低減し、電圧信号Vinの振幅が大きい時には可変抵抗回路33の抵抗値を大きくして線形入力範囲を拡大するように制御される。   Therefore, the variable gain amplifier 13 reduces the noise by reducing the resistance value of the variable resistance circuit 33 when the amplitude of the voltage signal Vin is small, and reduces the resistance value of the variable resistance circuit 33 when the amplitude of the voltage signal Vin is large. It is controlled to increase the linear input range.

次に、図5〜図7を参照して、比較例のトランスインピーダンス増幅回路と比較しながら、トランスインピーダンス増幅回路10及び利得可変増幅器13の作用効果を説明する。図5は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路に用いられる利得可変増幅器の回路構成を示す図である。   Next, the effects of the transimpedance amplifier circuit 10 and the variable gain amplifier 13 will be described with reference to FIGS. 5 to 7 while comparing with the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration of a variable gain amplifier used in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example.

図5に示されるように、比較例の利得可変増幅器113は、差動回路23に代えて差動回路123を備える点において利得可変増幅器13と主に相違する。差動回路123は、可変抵抗回路33に代えて可変抵抗回路133を備える点において差動回路23と主に相違する。可変抵抗回路133は、FET35_1〜35_Nに代えて1つのFET35を備える点において可変抵抗回路33と主に相違する。   As shown in FIG. 5, the variable gain amplifier 113 of the comparative example is mainly different from the variable gain amplifier 13 in that a differential circuit 123 is provided instead of the differential circuit 23. The differential circuit 123 is mainly different from the differential circuit 23 in that a variable resistance circuit 133 is provided instead of the variable resistance circuit 33. The variable resistance circuit 133 is mainly different from the variable resistance circuit 33 in that one FET 35 is provided instead of the FETs 35_1 to 35_N.

この利得可変増幅器113が用いられるトランスインピーダンス増幅回路では、線形性制御回路は、アナログ値の線形性調整信号VctlをFET35に出力する。つまり、線形性制御回路は、電圧信号Vinの振幅が小さいほど、線形性調整信号Vctlの電圧レベルを大きくして可変抵抗回路133(FET35)の抵抗値を小さくし、電圧信号Vinの振幅が大きいほど、線形性調整信号Vctlの電圧レベルを小さくして可変抵抗回路133(FET35)の抵抗値を大きくする。   In the transimpedance amplifier circuit using the variable gain amplifier 113, the linearity control circuit outputs an analog value linearity adjustment signal Vctl to the FET 35. That is, as the amplitude of the voltage signal Vin is smaller, the linearity control circuit increases the voltage level of the linearity adjustment signal Vctl to decrease the resistance value of the variable resistance circuit 133 (FET 35), and the amplitude of the voltage signal Vin is larger. As a result, the voltage level of the linearity adjustment signal Vctl is decreased to increase the resistance value of the variable resistance circuit 133 (FET 35).

図6は、図5に示される利得可変増幅器のDC特性を示す図である。図7の(a)は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路の入力光パワーに対する出力波形の歪みのシミュレーション結果を示す図、図7の(b)は、比較例のトランスインピーダンス増幅回路の入力光パワーに対する出力波形の歪みのシミュレーション結果を示す図である。図6の横軸は電圧信号Vinと基準信号Vrefとの差である差動入力電圧(=Vin−Vref)[V]を示し、図6の縦軸は利得可変増幅器13の微分利得[a.u.]を示す。なお、「a.u.」は、任意単位(arbitrary unit)を意味する。図7の(a)、(b)の横軸は光信号Pinの光変調振幅(Optical Modulation Amplitude;OMA)[dBm]を示し、図7の(a)、(b)の縦軸は出力波形の歪み率(Total Harmonic Distortion;THD)[%]を示す。ここでは、電圧信号Vinとして1GHzの周波数を有する正弦波を用いた場合の利得可変増幅器13,113から出力される出力信号Vout1,Vout2の歪み率を示す。なお、電圧信号Vinとして1GHzの周波数を有する正弦波を用いた場合、利得可変増幅器13,113から出力される出力信号Vout1,Vout2の周波数スペクトルは、歪みが無い理想的な状態では、1GHzの周波数成分のみを有する。歪みが大きくなると、1GHzの整数倍の周波数成分(高調波)が増加する。   FIG. 6 is a diagram showing the DC characteristics of the variable gain amplifier shown in FIG. 7A is a diagram showing a simulation result of distortion of the output waveform with respect to the input optical power of the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. 1, and FIG. 7B is an input of the transimpedance amplifier circuit of the comparative example. It is a figure which shows the simulation result of distortion of the output waveform with respect to optical power. 6 indicates the differential input voltage (= Vin−Vref) [V], which is the difference between the voltage signal Vin and the reference signal Vref, and the vertical axis in FIG. 6 indicates the differential gain [a. u. ] Is shown. “Au” means an arbitrary unit. 7A and 7B indicate the optical modulation amplitude (OMA) [dBm] of the optical signal Pin, and the vertical axes of FIGS. 7A and 7B indicate the output waveforms. The distortion rate (Total Harmonic Distortion; THD) [%]. Here, the distortion rate of the output signals Vout1 and Vout2 output from the variable gain amplifiers 13 and 113 when a sine wave having a frequency of 1 GHz is used as the voltage signal Vin is shown. When a sine wave having a frequency of 1 GHz is used as the voltage signal Vin, the frequency spectrum of the output signals Vout1 and Vout2 output from the variable gain amplifiers 13 and 113 has a frequency of 1 GHz in an ideal state without distortion. Has only ingredients. As the distortion increases, frequency components (harmonics) that are integer multiples of 1 GHz increase.

図6に示されるグラフG1〜G4は、FET35のゲート電圧の異なるバイアス条件での利得可変増幅器113のDC特性を示す。図7の(b)に示される特性値D1〜D4は、グラフG1〜G4のバイアス条件での特性値である。グラフG1〜G4の順に、線形性調整信号Vctlの電圧レベルが大きくなり、利得(の絶対値)が大きくなる。具体的には、グラフG1のバイアス条件では、線形性調整信号Vctlの電圧レベルはFET35の閾値電圧よりも十分に小さく、可変抵抗回路133のFET35はオフ状態である。グラフG2,G3のバイアス条件では、線形性調整信号Vctlの電圧レベルはFET35の閾値電圧付近である。このとき、FET35の抵抗値が下がり、利得可変増幅器113の利得は大きくなるが、差動入力電圧が0でのグラフG2,G3の傾きが大きい。つまり、グラフG2,G3では、利得が差動入力電圧の正負で非対称となっている。このため、出力信号Vout1,Vout2のそれぞれにおいて、正側の振幅と負側の振幅とが異なる。これにより、図7の(b)に示されるように、比較例のトランスインピーダンス増幅回路では、光信号PinのOMAが0〜+1dBmである場合に、線形性が劣化している。   Graphs G <b> 1 to G <b> 4 shown in FIG. 6 show the DC characteristics of the variable gain amplifier 113 under different bias conditions of the gate voltage of the FET 35. Characteristic values D1 to D4 shown in FIG. 7B are characteristic values under the bias conditions of the graphs G1 to G4. In the order of the graphs G1 to G4, the voltage level of the linearity adjustment signal Vctl increases, and the gain (absolute value) increases. Specifically, under the bias condition of the graph G1, the voltage level of the linearity adjustment signal Vctl is sufficiently smaller than the threshold voltage of the FET 35, and the FET 35 of the variable resistance circuit 133 is in an off state. Under the bias conditions in the graphs G2 and G3, the voltage level of the linearity adjustment signal Vctl is near the threshold voltage of the FET 35. At this time, the resistance value of the FET 35 decreases and the gain of the variable gain amplifier 113 increases, but the slopes of the graphs G2 and G3 when the differential input voltage is 0 are large. That is, in the graphs G2 and G3, the gain is asymmetric between positive and negative of the differential input voltage. For this reason, in each of the output signals Vout1 and Vout2, the positive-side amplitude and the negative-side amplitude are different. Thereby, as shown in FIG. 7B, in the transimpedance amplifier circuit of the comparative example, the linearity is degraded when the OMA of the optical signal Pin is 0 to +1 dBm.

グラフG4のバイアス条件では、線形性調整信号Vctlの電圧レベルはFET35の閾値電圧よりも十分に大きいので、FET35の端子電圧(ソース電圧及びドレイン電圧)がFET35の抵抗値に与える影響が小さく、非対称性が改善されている。   Under the bias condition of the graph G4, the voltage level of the linearity adjustment signal Vctl is sufficiently larger than the threshold voltage of the FET 35. Therefore, the influence of the terminal voltage (source voltage and drain voltage) of the FET 35 on the resistance value of the FET 35 is small and asymmetric. Sex has been improved.

一方、トランスインピーダンス増幅回路10では、可変抵抗回路33の抵抗値を切り替えるために、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nの電圧レベルとして、FET35_1〜35_Nの閾値電圧付近の電圧が使用されない。このため、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nの電圧レベルが0レベルである場合には、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nの電圧レベルは、電圧信号Vinの振幅によらずに、トランジスタ31のエミッタ電圧及びトランジスタ32のエミッタ電圧よりも常に小さい。一方、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nの電圧レベルが1レベルである場合には、線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nの電圧レベルは、電圧信号Vinの振幅によらずに、トランジスタ31のエミッタ電圧及びトランジスタ32のエミッタ電圧よりも常に大きい。これにより、FET35_1〜35_Nの端子電圧(ソース電圧及びドレイン電圧)がFET35_1〜35_Nの抵抗値に与える影響は小さくなる。その結果、図7の(a)に示されるように、歪み率のピークは、7%程度から3%程度に低減されており、線形性の劣化が抑制されている。   On the other hand, in the transimpedance amplifier circuit 10, in order to switch the resistance value of the variable resistor circuit 33, the voltage near the threshold voltage of the FETs 35_1 to 35_N is not used as the voltage level of the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N. For this reason, when the voltage levels of the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N are 0 level, the voltage levels of the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N do not depend on the amplitude of the voltage signal Vin and It is always smaller than the emitter voltage of the transistor 32. On the other hand, when the voltage level of the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N is 1, the voltage level of the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N depends on the emitter voltage of the transistor 31 and the transistor regardless of the amplitude of the voltage signal Vin. Always greater than 32 emitter voltages. As a result, the influence of the terminal voltages (source voltage and drain voltage) of the FETs 35_1 to 35_N on the resistance values of the FETs 35_1 to 35_N is reduced. As a result, as shown in FIG. 7A, the peak distortion rate is reduced from about 7% to about 3%, and the deterioration of linearity is suppressed.

以上説明したようにトランスインピーダンス増幅回路10及び利得可変増幅器13では、差動回路23が備えるトランジスタ31のベースに電圧信号Vinが入力され、トランジスタ32のベースに基準信号Vrefが供給される。このような非対称な構成では、比較例のトランスインピーダンス増幅回路のように、特に、FET35が過渡状態であると、ソース及びドレインの端子電圧の変動がソース−ドレイン間の抵抗値に影響を及ぼし、電圧信号Vinに対する出力信号Vout1,Vout2の線形性が劣化するおそれがある。これに対し、トランスインピーダンス増幅回路10及び利得可変増幅器13では、FET35_1〜35_Nのそれぞれのゲートに線形性調整信号Vctl_1〜Vctl_Nが供給されることによって、FET35_1〜35_Nのそれぞれはオン状態及びオフ状態のいずれかに切り替えられる。これにより、可変抵抗回路33の抵抗値が設定される。このため、FET35_1〜35_Nのそれぞれを過渡状態とすることなく、可変抵抗回路33の抵抗値を段階的に変更することができるので、可変抵抗回路33の抵抗値を安定化することが可能となる。その結果、電圧信号Vinに対する出力信号Vout1,Vout2の線形性を改善することが可能となる。   As described above, in the transimpedance amplifier circuit 10 and the variable gain amplifier 13, the voltage signal Vin is input to the base of the transistor 31 included in the differential circuit 23, and the reference signal Vref is supplied to the base of the transistor 32. In such an asymmetric configuration, as in the case of the transimpedance amplifier circuit of the comparative example, particularly when the FET 35 is in a transient state, fluctuations in the terminal voltage of the source and drain affect the resistance value between the source and drain, The linearity of the output signals Vout1 and Vout2 with respect to the voltage signal Vin may be deteriorated. In contrast, in the transimpedance amplifier circuit 10 and the variable gain amplifier 13, the linearity adjustment signals Vctl_1 to Vctl_N are supplied to the gates of the FETs 35_1 to 35_N, so that the FETs 35_1 to 35_N are in the on state and the off state, respectively. Switch to either. Thereby, the resistance value of the variable resistance circuit 33 is set. For this reason, since the resistance value of the variable resistance circuit 33 can be changed stepwise without causing each of the FETs 35_1 to 35_N to be in a transient state, the resistance value of the variable resistance circuit 33 can be stabilized. . As a result, it is possible to improve the linearity of the output signals Vout1 and Vout2 with respect to the voltage signal Vin.

利得制御回路18は、出力信号Voutx1,Voutx2の振幅に基づいて利得調整信号Vgaを生成する。このため、出力信号Voutx1,Voutx2を用いて利得調整信号Vgaが生成される。これにより、例えば、利得可変増幅器13による増幅の線形性を維持できるように利得可変増幅器13の利得が調整され得る。その結果、電圧信号Vinの電圧範囲を拡大することが可能となる。   The gain control circuit 18 generates a gain adjustment signal Vga based on the amplitudes of the output signals Voutx1 and Voutx2. Therefore, the gain adjustment signal Vga is generated using the output signals Voutx1 and Voutx2. Thereby, for example, the gain of the variable gain amplifier 13 can be adjusted so that the linearity of amplification by the variable gain amplifier 13 can be maintained. As a result, the voltage range of the voltage signal Vin can be expanded.

線形性制御回路19は、電圧信号Vinの振幅に基づいて線形性調整信号Vctlを生成する。このため、電圧信号Vinを用いて可変抵抗回路33の制御が行われる。つまり、利得可変増幅器13によって増幅される前の電圧信号Vinを用いて、利得可変増幅器13の線形性が制御されるので、利得可変増幅器13による増幅のばらつきの影響を受けることなく利得可変増幅器13の線形性を制御することができる。   The linearity control circuit 19 generates a linearity adjustment signal Vctl based on the amplitude of the voltage signal Vin. For this reason, the variable resistance circuit 33 is controlled using the voltage signal Vin. That is, since the linearity of the variable gain amplifier 13 is controlled using the voltage signal Vin before being amplified by the variable gain amplifier 13, the variable gain amplifier 13 is not affected by variations in amplification by the variable gain amplifier 13. Can be controlled.

(第2実施形態)
次に、図8及び図9を参照して、第2実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を説明する。図8は、第2実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を含む光受信装置の概略構成を示す図である。図9は、図8に示される制御回路の回路構成を示す図である。図8に示されるように、光受信装置1Aは、トランスインピーダンス増幅回路10に代えてトランスインピーダンス増幅回路10Aを備える点において光受信装置1と主に相違する。トランスインピーダンス増幅回路10Aは、利得制御回路18及び線形性制御回路19に代えて制御回路20を備える点においてトランスインピーダンス増幅回路10と主に相違する。
(Second Embodiment)
Next, a transimpedance amplifier circuit according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical receiver including a transimpedance amplifier circuit according to the second embodiment. FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of the control circuit shown in FIG. As shown in FIG. 8, the optical receiver 1 </ b> A is mainly different from the optical receiver 1 in that it includes a transimpedance amplifier circuit 10 </ b> A instead of the transimpedance amplifier circuit 10. The transimpedance amplifier circuit 10A is mainly different from the transimpedance amplifier circuit 10 in that a control circuit 20 is provided instead of the gain control circuit 18 and the linearity control circuit 19.

制御回路20は、出力信号Vout1,Vout2(出力信号Voutx1,Voutx2)の振幅に基づいて、利得調整信号Vga及び線形性調整信号Vctlを生成する回路である。制御回路20は、利得制御回路18と、線形性制御回路19Aと、を備える。線形性制御回路19Aは、振幅検出回路91を備えない点、及び生成回路92に代えて生成回路92A(第2生成回路)を備える点において線形性制御回路19と主に相違する。   The control circuit 20 is a circuit that generates the gain adjustment signal Vga and the linearity adjustment signal Vctl based on the amplitudes of the output signals Vout1 and Vout2 (output signals Voutx1 and Voutx2). The control circuit 20 includes a gain control circuit 18 and a linearity control circuit 19A. The linearity control circuit 19A is mainly different from the linearity control circuit 19 in that it does not include the amplitude detection circuit 91 and includes a generation circuit 92A (second generation circuit) instead of the generation circuit 92.

生成回路92Aは、振幅検出回路81によって検出された振幅に基づいて線形性調整信号Vctlを生成する回路である。生成回路92Aは、A/D変換器96Aと、デジタル回路97Aと、を備える。A/D変換器96Aは、振幅検出回路81によって検出された出力信号Voutx1,Voutx2の振幅をデジタル値に変換する回路である。A/D変換器96Aは、デジタル値をデジタル回路97Aに出力する。デジタル回路97Aは、A/D変換器96Aによって変換されたデジタル値が大きいほど可変抵抗回路33の抵抗値が大きくなるように線形性調整信号Vctlを生成する。デジタル回路97Aは、設定されている第1閾値、第2閾値、・・・及び第N閾値の値において、デジタル回路97と相違する。出力信号Voutx1,Voutx2の振幅に応じて、各閾値の値は設定されている。   The generation circuit 92A is a circuit that generates the linearity adjustment signal Vctl based on the amplitude detected by the amplitude detection circuit 81. The generation circuit 92A includes an A / D converter 96A and a digital circuit 97A. The A / D converter 96A is a circuit that converts the amplitudes of the output signals Voutx1 and Voutx2 detected by the amplitude detection circuit 81 into digital values. The A / D converter 96A outputs a digital value to the digital circuit 97A. The digital circuit 97A generates the linearity adjustment signal Vctl so that the resistance value of the variable resistor circuit 33 increases as the digital value converted by the A / D converter 96A increases. The digital circuit 97A is different from the digital circuit 97 in the values of the first threshold value, the second threshold value,. Each threshold value is set according to the amplitude of the output signals Voutx1 and Voutx2.

つまり、線形性制御回路19Aは、出力信号Vout1,Vout2(出力信号Voutx1,Voutx2)の振幅が大きいほど、可変抵抗回路33の抵抗値が大きくなるように、FET35_1〜35_Nのそれぞれについて、オン状態とオフ状態とを線形性調整信号Vctlによって切り替える。具体的には、線形性制御回路19Aは、出力信号Vout1,Vout2(出力信号Voutx1,Voutx2)の振幅が大きいほど、線形性調整信号VctlによってFET35_1〜35_Nのうちオフ状態のFETの数を増やすとともに、オン状態のFETの数を減らす。また、線形性制御回路19Aは、出力信号Vout1,Vout2(出力信号Voutx1,Voutx2)の振幅が小さいほど、線形性調整信号VctlによってFET35_1〜35_Nのうちオフ状態のFETの数を減らすとともに、オン状態のFETの数を増やす。これにより、トランジスタ31のエミッタとトランジスタ32のエミッタとの間の抵抗値が可変制御される。   That is, the linearity control circuit 19A sets the FETs 35_1 to 35_N to the ON state so that the resistance value of the variable resistance circuit 33 increases as the amplitude of the output signals Vout1 and Vout2 (output signals Voutx1 and Voutx2) increases. The off state is switched by the linearity adjustment signal Vctl. Specifically, the linearity control circuit 19A increases the number of FETs in the off state among the FETs 35_1 to 35_N by the linearity adjustment signal Vctl as the amplitude of the output signals Vout1 and Vout2 (output signals Voutx1 and Voutx2) increases. Reduce the number of on-state FETs. In addition, the linearity control circuit 19A reduces the number of FETs in the off state among the FETs 35_1 to 35_N by the linearity adjustment signal Vctl as the amplitude of the output signals Vout1 and Vout2 (output signals Voutx1 and Voutx2) is small. Increase the number of FETs. Thereby, the resistance value between the emitter of the transistor 31 and the emitter of the transistor 32 is variably controlled.

以上説明したトランスインピーダンス増幅回路10Aにおいても、トランスインピーダンス増幅回路10と同様の効果が奏される。   Also in the transimpedance amplifier circuit 10A described above, the same effect as the transimpedance amplifier circuit 10 is exhibited.

トランスインピーダンス増幅回路10Aでは、線形性制御回路19Aは、出力信号Vout1,Vout2(出力信号Voutx1,Voutx2)の振幅に基づいて線形性調整信号Vctlを生成する。このため、出力信号Vout1,Vout2(出力信号Voutx1,Voutx2)の振幅を用いて可変抵抗回路33の制御が行われる。つまり、振幅検出回路81によって検出された振幅で、利得可変増幅器13の利得及び線形性の両方が制御されるので、利得可変増幅器13の利得制御及び線形性制御で、振幅検出回路81を共通化できる。これにより、トランスインピーダンス増幅回路10Aの回路規模を小さくすることができる。   In the transimpedance amplifier circuit 10A, the linearity control circuit 19A generates the linearity adjustment signal Vctl based on the amplitudes of the output signals Vout1, Vout2 (output signals Voutx1, Voutx2). Therefore, the variable resistance circuit 33 is controlled using the amplitudes of the output signals Vout1 and Vout2 (output signals Voutx1 and Voutx2). That is, since both the gain and linearity of the variable gain amplifier 13 are controlled by the amplitude detected by the amplitude detection circuit 81, the amplitude detection circuit 81 is shared by the gain control and the linearity control of the variable gain amplifier 13. it can. As a result, the circuit scale of the transimpedance amplifier circuit 10A can be reduced.

なお、本発明に係るトランスインピーダンス増幅回路及び利得可変増幅器は上記実施形態に限定されない。   The transimpedance amplifier circuit and the variable gain amplifier according to the present invention are not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施形態では、トランジスタ31,32,51,52,61,62として、バイポーラトランジスタを用いて説明を行ったが、トランジスタ31,32,51,52,61,62は、FETであってもよい。トランジスタ31,32,51,52,61,62がFETである場合には、バイポーラトランジスタのベース、エミッタ、及びコレクタは、ゲート、ソース、及びドレインにそれぞれ読み替えられる。   For example, in the above embodiment, the bipolar transistors are used as the transistors 31, 32, 51, 52, 61, 62. However, the transistors 31, 32, 51, 52, 61, 62 are FETs. Also good. When the transistors 31, 32, 51, 52, 61, and 62 are FETs, the base, emitter, and collector of the bipolar transistor are read as a gate, a source, and a drain, respectively.

また、FET35_1〜35_Nのサイズ(チャンネル幅W及びチャンネル長L)は同じでなくてもよい。この場合、FET35_1〜35_Nの抵抗値は、互いに異なる。FET35_1〜35_Nの抵抗値は、チャンネル幅Wをチャンネル長Lで除算した値W/Lが小さいほど大きくなる。A/D変換器96から出力されるデジタル値に応じて、FET35_1〜35_Nのうちオン状態とするFETとオフ状態とするFETとの組み合わせが予め定められている。デジタル回路97は、FET35_1〜35_Nのうちの上記組み合わせに応じてFETをオン状態又はオフ状態とする線形性調整信号Vctlを生成する。FET35_1〜35_Nのサイズを適切に設定することによって、FET35の数を減らすことができる。これにより、利得可変増幅器13の回路規模を小さくすることが可能となる。   Further, the sizes (channel width W and channel length L) of the FETs 35_1 to 35_N may not be the same. In this case, the resistance values of the FETs 35_1 to 35_N are different from each other. The resistance values of the FETs 35_1 to 35_N increase as the value W / L obtained by dividing the channel width W by the channel length L decreases. In accordance with the digital value output from the A / D converter 96, a combination of the FET to be turned on and the FET to be turned off in the FETs 35_1 to 35_N is determined in advance. The digital circuit 97 generates a linearity adjustment signal Vctl that turns the FET on or off according to the combination of the FETs 35_1 to 35_N. The number of FETs 35 can be reduced by appropriately setting the sizes of the FETs 35_1 to 35_N. As a result, the circuit scale of the variable gain amplifier 13 can be reduced.

例えば、図2の利得可変増幅器13において、N=11であり、FET35_1〜35_11のすべてをオン状態とするパターン、1つのFET35だけをオン状態とするパターン、3つのFET35をオン状態とするパターン、及びFET35_1〜35_11のすべてをオフ状態とするパターンの4つのパターンが必要であるとする。これに対し、サイズの比が1:2:8となる3つのFET35を用いることで、上記4つのパターンを実現することが可能となる。   For example, in the variable gain amplifier 13 of FIG. 2, N = 11, a pattern that turns on all of the FETs 35_1 to 35_11, a pattern that turns on only one FET 35, a pattern that turns on three FETs 35, Also, it is assumed that four patterns are required to turn off all of the FETs 35_1 to 35_11. On the other hand, using the three FETs 35 having a size ratio of 1: 2: 8 makes it possible to realize the above four patterns.

1,1A…光受信装置、10,10A…トランスインピーダンス増幅回路、11…TIA部、12…ダミーTIA部、13…利得可変増幅器、18…利得制御回路、19,19A…線形性制御回路、20…制御回路、21…電流源(第1電流源)、22…電流源(第2電流源)、23…差動回路(第1差動回路)、25…差動回路(第2差動回路)、26…差動回路(第3差動回路)、27…負荷抵抗素子(第1負荷抵抗素子)、28…負荷抵抗素子(第2負荷抵抗素子)、31…トランジスタ(第1トランジスタ)、32…トランジスタ(第2トランジスタ)、33…可変抵抗回路、34…抵抗素子、35_1〜35_N…FET、81…振幅検出回路(第1振幅検出回路)、82…生成回路(第1生成回路)、91…振幅検出回路(第2振幅検出回路)、92,92A…生成回路(第2生成回路)、I1…電流(第1電流)、I2…電流(第2電流)、Ic1…電流信号(第1電流信号)、Ic2…電流信号(第2電流信号)、Ic3…電流信号(第3電流信号)、Ic4…電流信号(第4電流信号)、Ic5…電流信号(第5電流信号)、Ic6…電流信号(第6電流信号)、Pin…光信号、Vctl_1〜Vctl_N…線形性調整信号、Vga…利得調整信号、Vin…電圧信号、Vout1…出力信号(一対の相補信号の一方)、Vout2…出力信号(一対の相補信号の他方)、Vref…基準信号。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1A ... Optical receiver, 10, 10A ... Transimpedance amplifier circuit, 11 ... TIA part, 12 ... Dummy TIA part, 13 ... Variable gain amplifier, 18 ... Gain control circuit, 19, 19A ... Linearity control circuit, 20 ... Control circuit, 21 ... Current source (first current source), 22 ... Current source (second current source), 23 ... Differential circuit (first differential circuit), 25 ... Differential circuit (second differential circuit) ), 26... Differential circuit (third differential circuit), 27... Load resistance element (first load resistance element), 28... Load resistance element (second load resistance element), 31. 32 ... transistor (second transistor), 33 ... variable resistance circuit, 34 ... resistance element, 35_1 to 35_N ... FET, 81 ... amplitude detection circuit (first amplitude detection circuit), 82 ... generation circuit (first generation circuit), 91... Amplitude detection circuit (second Width detection circuit), 92, 92A ... Generation circuit (second generation circuit), I1 ... Current (first current), I2 ... Current (second current), Ic1 ... Current signal (first current signal), Ic2 ... Current Signal (second current signal), Ic3 ... current signal (third current signal), Ic4 ... current signal (fourth current signal), Ic5 ... current signal (fifth current signal), Ic6 ... current signal (sixth current signal) ), Pin ... optical signal, Vctl_1 to Vctl_N ... linearity adjustment signal, Vga ... gain adjustment signal, Vin ... voltage signal, Vout1 ... output signal (one of a pair of complementary signals), Vout2 ... output signal (a pair of complementary signals) On the other hand, Vref ... reference signal.

Claims (5)

入力信号及び基準信号に応じて一対の相補信号を生成する利得可変増幅器と、
前記利得可変増幅器の利得を制御するための利得調整信号を生成する利得制御回路と、
前記利得可変増幅器の線形性を制御するための線形性調整信号を生成する線形性制御回路と、
を備え、
前記利得可変増幅器は、
第1電流を供給する第1電流源と、
第2電流を供給する第2電流源と、
前記入力信号及び前記基準信号に応じて前記第1電流及び前記第2電流をそれぞれ2つに分配して、第1電流信号及び第2電流信号を生成する第1差動回路と、
前記利得調整信号に応じて前記第1電流信号を第3電流信号及び第4電流信号に分配する第2差動回路と、
前記利得調整信号に応じて前記第2電流信号を第5電流信号及び第6電流信号に分配する第3差動回路と、
前記第4電流信号を前記一対の相補信号の一方に変換する第1負荷抵抗素子と、
前記第6電流信号を前記一対の相補信号の他方に変換する第2負荷抵抗素子と、
を備え、
前記第1差動回路は、
前記入力信号が入力される制御端子と、前記第1電流源に電気的に接続された第1電流端子と、前記第2差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第1トランジスタと、
前記基準信号が入力される制御端子と、前記第2電流源に電気的に接続された第1電流端子と、前記第3差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第2トランジスタと、
それぞれのゲートに前記線形性調整信号が入力され、それぞれのソースが前記第1トランジスタの第1電流端子に共通に接続されるとともにそれぞれのドレインが前記第2トランジスタの第1電流端子に共通に接続された複数の電界効果トランジスタを有する可変抵抗回路と、
を備え、
前記線形性制御回路は、前記入力信号の振幅又は前記一対の相補信号の振幅が大きいほど前記可変抵抗回路の前記第1トランジスタの第1電流端子と前記第2トランジスタの第1電流端子との間の抵抗値が大きくなるように、前記複数の電界効果トランジスタのそれぞれについて、ドレインとソースとの間が導通するオン状態と、前記ドレインと前記ソースとの間が遮断されるオフ状態と、を前記線形性調整信号によって切り替える、トランスインピーダンス増幅回路。
A variable gain amplifier that generates a pair of complementary signals according to an input signal and a reference signal;
A gain control circuit for generating a gain adjustment signal for controlling the gain of the variable gain amplifier;
A linearity control circuit for generating a linearity adjustment signal for controlling the linearity of the variable gain amplifier;
With
The variable gain amplifier is:
A first current source for supplying a first current;
A second current source for supplying a second current;
A first differential circuit that distributes the first current and the second current into two in accordance with the input signal and the reference signal, respectively, and generates a first current signal and a second current signal;
A second differential circuit for distributing the first current signal to a third current signal and a fourth current signal in response to the gain adjustment signal;
A third differential circuit for distributing the second current signal to a fifth current signal and a sixth current signal in response to the gain adjustment signal;
A first load resistance element that converts the fourth current signal into one of the pair of complementary signals;
A second load resistance element for converting the sixth current signal into the other of the pair of complementary signals;
With
The first differential circuit includes:
A control terminal to which the input signal is input; a first current terminal electrically connected to the first current source; and a second current terminal electrically connected to the second differential circuit. A first transistor;
A control terminal to which the reference signal is input; a first current terminal electrically connected to the second current source; and a second current terminal electrically connected to the third differential circuit. A second transistor;
The linearity adjustment signal is input to each gate, each source is commonly connected to the first current terminal of the first transistor, and each drain is commonly connected to the first current terminal of the second transistor. A variable resistance circuit having a plurality of field effect transistors,
With
In the linearity control circuit, the larger the amplitude of the input signal or the pair of complementary signals, the greater the gap between the first current terminal of the first transistor and the first current terminal of the second transistor of the variable resistance circuit. For each of the plurality of field effect transistors, an ON state in which the drain and the source are electrically connected and an OFF state in which the drain and the source are interrupted are provided for each of the plurality of field effect transistors. Transimpedance amplifier circuit that is switched by linearity adjustment signal.
前記利得制御回路は、前記一対の相補信号の振幅を検出する第1振幅検出回路と、前記振幅に基づいて前記利得調整信号を生成する第1生成回路と、を備える、請求項1に記載のトランスインピーダンス増幅回路。   2. The gain control circuit according to claim 1, comprising: a first amplitude detection circuit that detects an amplitude of the pair of complementary signals; and a first generation circuit that generates the gain adjustment signal based on the amplitude. Transimpedance amplifier circuit. 前記線形性制御回路は、前記第1振幅検出回路によって検出された前記振幅に基づいて前記線形性調整信号を生成する第2生成回路を備える請求項2に記載のトランスインピーダンス増幅回路。   The transimpedance amplifier circuit according to claim 2, wherein the linearity control circuit includes a second generation circuit that generates the linearity adjustment signal based on the amplitude detected by the first amplitude detection circuit. 前記線形性制御回路は、前記入力信号の振幅を検出する第2振幅検出回路と、前記振幅に基づいて前記線形性調整信号を生成する第2生成回路と、を備える請求項1又は請求項2に記載のトランスインピーダンス増幅回路。   The linearity control circuit includes: a second amplitude detection circuit that detects an amplitude of the input signal; and a second generation circuit that generates the linearity adjustment signal based on the amplitude. A transimpedance amplifier circuit according to 1. 入力信号及び基準信号に応じて一対の相補信号を生成する利得可変増幅器であって、
第1電流を供給する第1電流源と、
第2電流を供給する第2電流源と、
前記入力信号及び前記基準信号に応じて前記第1電流及び前記第2電流をそれぞれ2つに分配して第1電流信号及び第2電流信号を生成する第1差動回路と、
利得を制御するための利得調整信号に応じて前記第1電流信号を第3電流信号及び第4電流信号に分配する第2差動回路と、
前記利得調整信号に応じて前記第2電流信号を第5電流信号及び第6電流信号に分配する第3差動回路と、
前記第4電流信号を前記一対の相補信号の一方に変換する第1負荷抵抗素子と、
前記第6電流信号を前記一対の相補信号の他方に変換する第2負荷抵抗素子と、
を備え、
前記第1差動回路は、
前記入力信号が入力される制御端子と、前記第1電流源に電気的に接続された第1電流端子と、前記第2差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第1トランジスタと、
前記基準信号が入力される制御端子と、前記第2電流源に電気的に接続された第1電流端子と、前記第3差動回路に電気的に接続された第2電流端子と、を有する第2トランジスタと、
それぞれのソースが前記第1トランジスタの第1電流端子に共通に接続されるとともにそれぞれのドレインが前記第2トランジスタの第1電流端子に共通に接続された複数の電界効果トランジスタを有する可変抵抗回路と、
を備え、
前記複数の電界効果トランジスタのそれぞれのゲートには、ドレインとソースとの間が導通するオン状態と、ドレインとソースとの間が遮断されるオフ状態と、を切り替えるための線形性調整信号が供給される、利得可変増幅器。
A variable gain amplifier that generates a pair of complementary signals according to an input signal and a reference signal,
A first current source for supplying a first current;
A second current source for supplying a second current;
A first differential circuit that generates a first current signal and a second current signal by distributing the first current and the second current into two according to the input signal and the reference signal,
A second differential circuit for distributing the first current signal to a third current signal and a fourth current signal in response to a gain adjustment signal for controlling the gain;
A third differential circuit for distributing the second current signal to a fifth current signal and a sixth current signal in response to the gain adjustment signal;
A first load resistance element that converts the fourth current signal into one of the pair of complementary signals;
A second load resistance element for converting the sixth current signal into the other of the pair of complementary signals;
With
The first differential circuit includes:
A control terminal to which the input signal is input; a first current terminal electrically connected to the first current source; and a second current terminal electrically connected to the second differential circuit. A first transistor;
A control terminal to which the reference signal is input; a first current terminal electrically connected to the second current source; and a second current terminal electrically connected to the third differential circuit. A second transistor;
A variable resistance circuit having a plurality of field-effect transistors each having a source commonly connected to a first current terminal of the first transistor and each drain commonly connected to a first current terminal of the second transistor; ,
With
Each gate of the plurality of field effect transistors is supplied with a linearity adjustment signal for switching between an on state in which the drain and the source are conductive and an off state in which the drain and the source are blocked. A variable gain amplifier.
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