JP2019061133A - 光変調装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】マッハツェンダ型の光変調装置において、光変調装置の電気回路基板の面積の増大を抑制しつつ、高周波の差動変調信号が用いられる場合における光信号の位相差の低減を抑制する技術を提供する。【解決手段】一実施形態に係る光変調装置は、第1伝送線路部から出力された第2差動変調信号を増幅して第3差動変調信号として第2伝送線路部に入力する第2増幅器と、第2差動変調信号に応じて光信号の位相を増減する第1光位相変調部と変調後の光信号の位相を遅延させる光遅延部と遅延された光信号の位相を第3差動変調信号に応じて増減する第2光位相変調部とを備える光変調器とを備える。第2増幅器が第2差動変調信号を第3差動変調信号に増幅するときの利得において第2差動変調信号の第1周波数領域おける最大値は第1周波数領域よりも周波数の高い第2周波数領域における最小値よりも小さく設定されている。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、光変調装置に関する。
特許文献1〜3には光変調器の駆動方法に係る技術が開示されている。特許文献1の技術において、変調信号は、長さの異なる伝送線路に沿って電極に供給され、光信号の伝搬に同期して電極に到達する。特許文献2には、マッハツェンダ型光変調器の駆動回路に係る伝搬遅延変動に対応するための技術が開示されている。特許文献3には、マッハツェンダ型の光変調器におけるパルス振幅変調信号の符号化技術が開示されている。
マッハツェンダ型光変調器において、変調信号によって変調される光信号の位相差は、変調信号の振幅の大きさと、変調信号が入力され光導波路に沿って延びる伝送線路電極の長さと、に応じて増減する。例えば、比較的高い周波数(例えば30[GHz]程度の周波数)の変調信号が伝送線路電極に入力される場合、伝送線路電極の長さが長いほど、伝送線路電極の表皮抵抗や誘電損失等に起因して変調信号の振幅は減衰し、よって光信号に加えられる位相差は小さくなる。そのような変調信号の減衰を抑制するために、比較的短い二つの伝送線路電極(前段の伝送線路電極、および、後段の伝送線路電極)を用いてそれぞれの伝送線路電極に変調信号を入力する構成が考えられる。しかし、この場合、二つの伝送線路電極に同一の変調信号を入力する必要があるので、例えば後段の伝送線路電極に入力する変調信号の入力タイミングを調節する遅延回路が必要となり得る。このような遅延回路を光変調装置の電気回路基板に設けると、当該電気回路基板の面積の増大を招く。したがって、マッハツェンダ型光変調装置において、光変調装置の電気回路基板の面積の増大を抑制しつつ、高周波の変調信号によって変調される光信号の位相差の低下を抑制する技術が望まれている。
本発明の一態様に係る光変調装置は、差動入力信号に応じて光信号を変調する光変調装置であって、(1)前記差動入力信号に応じて第1差動変調信号を生成する入力回路と、(2)前記第1差動変調信号を増幅して、増幅された前記第1差動変調信号を第2差動変調信号として第1伝送線路部に入力する第1増幅器と、(3)前記第1伝送線路部から出力された前記第2差動変調信号を増幅して、増幅された前記第2差動変調信号を第3差動変調信号として第2伝送線路部に入力する第2増幅器と、(4)前記第1伝送線路部を伝搬する前記第2差動変調信号に応じて前記光信号の位相を増減する第1光位相変調部と、前記第1光位相変調部によって変調された前記光信号の位相を第1遅延時間だけ遅延させる光遅延部と、前記第2伝送線路部を伝搬する前記第3差動変調信号に応じて、前記第1光位相変調部によって変調され前記光遅延部によって遅延された前記光信号の位相を増減する第2光位相変調部と、を備える光変調器と、を備える。前記第2増幅器が前記第2差動変調信号を前記第3差動変調信号に増幅するときの利得において、前記第2差動変調信号の第1周波数領域おける最大値は前記第1周波数領域よりも周波数の高い第2周波数領域における最小値よりも小さく設定されている。
以上説明したように、マッハツェンダ型の光変調装置において、電気回路基板の面積の増大を抑制しつつ、高周波の変調信号によって変調される光信号の位相差の低下を抑制できる。
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本発明の一態様に係る光変調装置は、差動入力信号に応じて光信号を変調する光変調装置であって、(1)前記差動入力信号に応じて第1差動変調信号を生成する入力回路と、(2)前記第1差動変調信号を増幅して、増幅された前記第1差動変調信号を第2差動変調信号として第1伝送線路部に入力する第1増幅器と、(3)前記第1伝送線路部から出力された前記第2差動変調信号を増幅して、増幅された前記第2差動変調信号を第3差動変調信号として第2伝送線路部に入力する第2増幅器と、(4)前記第1伝送線路部を伝搬する前記第2差動変調信号に応じて前記光信号の位相を増減する第1光位相変調部と、前記第1光位相変調部によって変調された前記光信号の位相を第1遅延時間だけ遅延させる光遅延部と、前記第2伝送線路部を伝搬する前記第3差動変調信号に応じて、前記第1光位相変調部によって変調され前記光遅延部によって遅延された前記光信号の位相を増減する第2光位相変調部と、を備える光変調器と、を備える。前記第2増幅器が前記第2差動変調信号を前記第3差動変調信号に増幅するときの利得において、前記第2差動変調信号の第1周波数領域おける最大値は前記第1周波数領域よりも周波数の高い第2周波数領域における最小値よりも小さく設定されている。
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本発明の一態様に係る光変調装置は、差動入力信号に応じて光信号を変調する光変調装置であって、(1)前記差動入力信号に応じて第1差動変調信号を生成する入力回路と、(2)前記第1差動変調信号を増幅して、増幅された前記第1差動変調信号を第2差動変調信号として第1伝送線路部に入力する第1増幅器と、(3)前記第1伝送線路部から出力された前記第2差動変調信号を増幅して、増幅された前記第2差動変調信号を第3差動変調信号として第2伝送線路部に入力する第2増幅器と、(4)前記第1伝送線路部を伝搬する前記第2差動変調信号に応じて前記光信号の位相を増減する第1光位相変調部と、前記第1光位相変調部によって変調された前記光信号の位相を第1遅延時間だけ遅延させる光遅延部と、前記第2伝送線路部を伝搬する前記第3差動変調信号に応じて、前記第1光位相変調部によって変調され前記光遅延部によって遅延された前記光信号の位相を増減する第2光位相変調部と、を備える光変調器と、を備える。前記第2増幅器が前記第2差動変調信号を前記第3差動変調信号に増幅するときの利得において、前記第2差動変調信号の第1周波数領域おける最大値は前記第1周波数領域よりも周波数の高い第2周波数領域における最小値よりも小さく設定されている。
上記の実施態様に係る光変調装置では、伝送線路電極(伝送線路部)による差動変調信号の高周波成分の減衰を抑制するために、(a)伝送線路電極が前部(第1伝送線路部)と後部(第2伝送線路部)とに分割され、(b)第1増幅器によって増幅された後に前段の第1伝送線路部に入力され伝送線路部から出力される差動変調信号が、差動変調信号の周波数が高い成分の利得が、周波数が低い成分の利得よりも大きく設定された第2増幅器によって増幅されて後部の伝送線路部に入力される。従って、前部の第1伝送線路部への第2差動変調信号の入力タイミングと後部の第2伝送線路部への第3差動変調信号の入力タイミングとを遅延回路等を用いて調節することなく、前部の第1伝送線路部において生じ得る差動変調信号の高周波成分の減衰が補償される。また、遅延回路を用いないので、遅延回路による電気回路基板の面積の増大が回避される。
一実施形態において、前記光遅延部の長さは、前記第1遅延時間と、前記第2差動変調信号が前記第1伝送線路部から前記第2増幅器に入力された時間から該第2差動変調信号に対応する前記第3差動変調信号が前記第2増幅器から前記第2伝送線路部に出力される時間までの第2遅延時間とが整合するように設定されている。このように、光遅延部の長さを調節することによって、第2光位相変調部に光信号が伝搬するタイミングと、第2伝送線路に第3差動変調信号が伝搬するタイミングとを、好適に合わせることができる。すなわち、第2差動変調信号が第2増幅器によって増幅されるときに、第2増幅器の遅延時間によって後部(第2伝送線路部)を変調する第3差動変調信号に遅れが生じる。その遅れを相殺するように光信号を遅らせるよう、光遅延部の長さが長く設定されることができる。
一実施形態において、前記第2増幅器は、制御端子と、第1電流端子と、第2電流端子とをそれぞれ有する一対の第1トランジスタと、第1抵抗器と、第2抵抗器と、第1キャパシタと、を含み、前記一対の第1トランジスタの一方の第1電流端子と前記一対の第1トランジスタの他方の第1電流端子との間に、前記第1抵抗器と前記第2抵抗器とが直列に接続された直列回路と、前記第1キャパシタとが並列に接続され、前記一対の第1トランジスタの一方の制御端子と前記一対の第1トランジスタの他方の制御端子とに前記第2差動変調信号が入力される。
[本願発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る光変調装置の具体例を、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
本発明の実施形態に係る光変調装置の具体例を、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
まず、図1および図2を参照して、一実施形態に係る光変調装置1の構成を説明する。図1は、一実施形態に係る光変調装置の電気回路基板の構成を示す図である。図2は、一実施形態に係る光変調装置の光導波路基板の構成を示す図である。
光変調装置1は、差動変調信号に応じて光信号を変調するマッハツェンダ型の光変調装置である。光変調装置1は、図1に示す電気回路基板BP1aと図2に示す光導波路基板BP1bとを備える。電気回路基板BP1aは、光導波路基板BP1b上に設けられている。
電気回路基板BP1aは、増幅器AMP1(入力回路)、増幅器AMP2(第1増幅器)、増幅器AMP3、伝送線路部RLa(第1伝送線路部)、伝送線路部RLb(第2伝送線路部)、電源回路PSC1、終端回路TMC1を備える。増幅器AMP3は、増幅器AMP3a(第2増幅器)、増幅器AMP3bを備える。電気回路基板BP1aは、更に、端子TA1a、端子TA1b、端子TA2a、端子TA2b、端子TA3a、端子TA3b、端子TA4a、端子TA4b、端子TA5a、端子TA5b、端子TA6a、端子TA6b、端子TA7a、端子TA7b、端子TA7c、端子TA7d、端子TA7eを備える。
光導波路基板BP1bは、電気信号(差動変調信号)が伝搬する伝送線路部RLa(電極)、伝送線路部RLb(電極)と、光信号が伝搬する光導波路部LW1とを備える。電気回路基板BP1aに設けられた増幅器AMP1、増幅器AMP2、増幅器AMP3と、光導波路基板BP1bに設けられた伝送線路部RLa、伝送線路部RLbとは、光変調装置1の電気信号回路(光変調装置1において差動変調信号が伝搬する回路)に含まれる。光導波路基板BP1bは、更に、電極パッドPa、電極パッドPb、端子TB1a、端子TB1b、端子TB2a、端子TB2b、端子TB3a、端子TB3b、端子TB4a、端子TB4b、端子TB5a、端子TB5b、端子TB6a、端子TB6b、端子TB7a、端子TB7b、端子TB7c、端子TB7d、端子TB7e、電極パッドPc、電極パッドPd、電極パッドPeを備える。光導波路基板BP1bは、更に、電極EP1、電極EP2を備える。
伝送線路部RLaは、入力端部IEa、出力端部OEaを備える。伝送線路部RLbは、入力端部IEb、出力端部OEbを備える。伝送線路部RLaは、伝送線路電極RL1、伝送線路電極RL2を備える。伝送線路部RLbは、伝送線路電極RL3、伝送線路電極RL4を備える。伝送線路電極RL1は、入力端IE1、出力端OE1を備える。伝送線路電極RL2は、入力端IE2、出力端OE2を備える。伝送線路電極RL3は、入力端IE3、出力端OE3を備える。伝送線路電極RL4は、入力端IE4、出力端OE4を備える。伝送線路部RLaの入力端部IEaは、伝送線路電極RL1の入力端IE1、伝送線路電極RL2の入力端IE2を備える。伝送線路部RLaの出力端部OEaは、伝送線路電極RL1の出力端OE1、伝送線路電極RL2の出力端OE2を備える。伝送線路部RLbの入力端部IEbは、伝送線路電極RL3の入力端IE3、伝送線路電極RL4の入力端IE4を備える。伝送線路部RLbの出力端部OEbは、伝送線路電極RL3の出力端OE3、伝送線路電極RL4の出力端OE4を備える。
増幅器AMP1は、入力部IN1、出力部OUT1を備える。増幅器AMP2は、入力部IN2(第1入力部)、出力部OUT2(第1出力部)を備える。増幅器AMP3aは、入力部IN3a、出力部OUT3aを備える。増幅器AMP3bは、入力部IN3b、出力部OUT3bを備える。増幅器AMP3aの入力部IN3aは増幅器AMP3の入力部(第2入力部)であり、増幅器AMP3bの出力部OUT3bは増幅器AMP3の出力部(第2出力部)である。
増幅器AMP1、増幅器AMP2、増幅器AMP3a、増幅器AMP3bは、何れも、差動変調信号を増幅する増幅器である。増幅器AMP1は、光変調装置1の電気信号回路における第1段目の増幅器として機能する。増幅器AMP1は、差動入力信号に応じて第1差動変調信号を生成する。より具体的に、増幅器AMP1は、入力バッファ(入力回路)であり、例えば、入力部IN1に抵抗値50[Ω]の終端抵抗を持った差動増幅回路である。差動変調信号(差動入力信号)は、2本の信号線(例えば正相成分と逆相成分)を介して外部から入力部IN1に伝送され、終端抵抗はそれぞれの信号線に接続される。終端抵抗の抵抗値は、差動入力信号を増幅器AMP1の入力に伝送する伝送線路の特性インピーダンスに合わせて例えば25〜60[Ω]に設定されても良い。増幅器AMP1は、入力部IN1に受けた差動入力信号を増幅し、増幅した差動入力信号を第1差動変調信号として出力部OUT1から出力する。
増幅器AMP2は、光変調装置1の電気信号回路における第2段目の増幅器として機能する。増幅器AMP2は、第1差動変調信号を増幅して、増幅された第1差動変調信号を第2差動変調信号として伝送線路部RLaに入力する。より具体的に、増幅器AMP2は、入力部IN2に入力する第1差動変調信号を増幅し、増幅した第1差動変調信号を第2差動変調信号として出力部OUT2から伝送線路部RLa(伝送線路電極RL1および伝送線路電極RL2)に出力する。増幅器AMP2は、光変調装置1の駆動バッファであり、光変調装置1を駆動する電圧振幅(例えば単相あたり0.8〜2.5[Vpp])を出力する。
増幅器AMP3は、伝送線路部RLaから出力された第2差動変調信号を増幅して、増幅された第2差動変調信号を第3差動変調信号として伝送線路部RLbに入力する。増幅器AMP3は、伝送線路部RLaを介して増幅器AMP2から入力部IN3aに入力する第2差動変調信号を増幅し、増幅した第2差動変調信号を第3差動変調信号として出力部OUT3bから伝送線路部RLbに出力する。第2差動変調信号に対する増幅器AMP3の利得(より具体的には増幅器AMP3aの利得)は、第2差動変調信号のうち低周波数成分(第1周波数領域)よりも高周波数成分(第2周波数領域)のほうが大きい。このように、増幅器AMP3aが第2差動変調信号を第3差動変調信号に増幅するときの利得において、第2差動変調信号の第1周波数領域おける最大値は第1周波数領域よりも周波数の高い第2周波数領域における最小値よりも小さく設定されている。
増幅器AMP3の入力側の増幅器AMP3aは、光変調装置1の電気信号回路における第3段目の増幅器として機能する。より具体的に、増幅器AMP3aは、イコライザバッファであり、光変調装置1において劣化(減衰)した差動変調信号をイコライズ(equalize)する機能を有する。
増幅器AMP3の出力側の増幅器AMP3bは、光変調装置1の電気信号回路における第4段目の増幅器として機能する。増幅器AMP3bは、増幅器AMP2と同様の機能を有する。より具体的に、増幅器AMP3bは、増幅器AMP3aの出力部OUT3aから入力部IN3bに入力する差動変調信号を増幅し、増幅した差動変調信号を第3差動変調信号として出力部OUT3bから伝送線路部RLb(伝送線路電極RL3および伝送線路電極RL4)に出力する。増幅器AMP3bは、光変調装置1の駆動バッファであり、光変調装置1を駆動する電圧振幅(例えば単相あたり0.8〜2.5[Vpp])を出力する。
増幅器AMP1の入力部IN1は、光導波路基板BP1bの電極パッドPa、電極パッドPbに電気的に接続されている。電極パッドPaと電極パッドPbは、例えばワイヤボンディングによって外部の回路(例えば伝送線路)に接続されている。光変調装置1は、電極パッドPaと電極パッドPbによって外部から差動変調信号(差動入力信号)を受ける。増幅器AMP2の入力部IN2は、増幅器AMP1の出力部OUT1に電気的に接続されている。増幅器AMP2の出力部OUT2は、伝送線路部RLaの入力端部IEaに電気的に接続されている。増幅器AMP3aの入力部IN3aは、伝送線路部RLaの出力端部OEaに電気的に接続されている。増幅器AMP3aの入力部IN3aは、伝送線路部RLaを介して増幅器AMP2の出力部OUT2に電気的に接続されている。
増幅器AMP3aの出力部OUT3aは、増幅器AMP3bの入力部IN3bに接続されている。増幅器AMP3bの出力部OUT3bは、伝送線路部RLbの入力端部IEbに電気的に接続されている。終端回路TMC1は、伝送線路部RLbの出力端部OEbに電気的に接続されている。終端回路TMC1は、伝送線路部RLbを介して増幅器AMP3bの出力部OUT3bに電気的に接続されている。
光変調装置1の光導波路の構成を更に詳細に説明する。光導波路部LW1は、光入力端部IP、光出力端部OPを備える。光導波路部LW1は、光導波路LW1a、光導波路LW1bを備える。光導波路LW1a、光導波路LW1bは、光導波路基板BP1bにおいて並列に配置されている。光導波路LW1aは、光入力端部IPから光出力端部OPに至る。光導波路部LW1(光導波路LW1aおよび光導波路LW1b)は、第1領域FD1、第2領域FD2、および第3領域FD3を備える。第1領域FD1、第2領域FD2、および第3領域FD3は、光入力端部IPから光出力端部OPまでの間において、この順に直列に配置されている。光導波路LW1aおよび光導波路LW1bは、第1領域FD1より光入力端部IP側にて、互いに近接して方向性結合器(第1方向性結合器)を構成する。光入力端部IPに入力され、光導波路LW1aを伝搬してきた光信号は、方向性結合器にて光導波路LW1aと光導波路LW1bとに分配される。第1領域FD1において、伝送線路電極RL1、光導波路LW1a、電極EP1、光導波路LW1b、伝送線路電極RL2は、この順に並列に光導波路基板BP1bに配置されている。
すなわち、電極EP1を中心に、伝送線路電極RL1と電極EP1が光導波路LW1aを挟むように配置され、電極EP1と伝送線路電極RL2が光導波路LW1bを挟むように配置されている。伝送線路部RLa(伝送線路電極RL1および伝送線路電極RL2)は、電極EP1とともに、第1領域FD1において光導波路部LW1(光導波路LW1aおよび光導波路LW1b)に沿って配置されている。第1領域FD1において、光導波路LW1aを伝搬する光信号(第1光信号)の位相と光導波路LW1bを伝搬する光信号(第2光信号)の位相との差(第1位相差)は、伝送線路電極RL1を伝搬する第2差動変調信号の一方の成分(例えば正相成分)と第2差動変調信号の他方の成分(例えば逆相成分)との電圧差に応じて増減する。このように、第1領域FD1は、第2差動変調信号に応じて光信号の位相差を変調する光位相変調器(第1光位相変調部)を構成する。第1光位相変調部は、伝送線路部RLaを伝搬する第2差動変調信号に応じて光信号の位相を増減する。
第2領域FD2において、光導波路LW1a、光導波路LW1bは、この順に並列に配置されている。第3領域FD3において、伝送線路電極RL3、光導波路LW1a、電極EP2、光導波路LW1b、伝送線路電極RL4は、この順に並列に光導波路基板BP1bに配置されている。すなわち、電極EP2を中心に、伝送線路電極RL3と電極EP2が光導波路LW1aを挟むように配置され、電極EP2と伝送線路電極RL4が光導波路LW1bを挟むように配置されている。伝送線路部RLb(伝送線路電極RL3および伝送線路電極RL4)は、電極EP2とともに、第3領域FD3において光導波路部LW1(光導波路LW1aおよび光導波路LW1b)に沿って配置されている。
第3領域FD3において、光導波路LW1aを伝搬する光信号(第3光信号)の位相と光導波路LW1bを伝搬する光信号(第4光信号)の位相との差(第2位相差)は、伝送線路電極RL3を伝搬する第3差動変調信号の一方の成分(例えば正相成分)と第3差動変調信号の他方の成分(例えば逆相成分)との電圧差に応じて増減する。このように、第3領域FD3は、第3差動変調信号に応じて光信号の位相差を変調する光位相変調器(第2光位相変調部)を構成する。第2光位相変調部は、伝送線路部RLbを伝搬する第3差動変調信号に応じて、第1光位相変調部によって変調され第2領域FD2(後述の光遅延部)によって遅延された光信号の位相を増減する。光導波路LW1aおよび光導波路LW1bは、第3領域FD3より光出力端部OP側にて、互いに近接して方向性結合器(第2方向性結合器)を構成する。第3領域FD3にて光導波路LW1aを伝搬してきた光信号と光導波路LW1bを伝搬してきた光信号とは、方向性結合器にて結合される。
第2領域FD2における光導波路部LW1の長さは、光導波路部LW1を進行する光信号が第1領域FD1から出力され第2領域FD2を介して第3領域FD3に入力するまでに要する時間(第1遅延時間)と第2差動変調信号が伝送線路部RLaから出力され当該第2差動変調信号に対応する第3差動変調信号が増幅器AMP3によって生成され伝送線路部RLbに入力するまでに要する時間(第2遅延時間)とが整合(略一致)するように設定されている。このように、光導波路部LW1は第2領域FD2において光遅延部を構成する。第2領域FD2の光遅延部は、第1光位相変調部によって変調された光信号の位相を第1遅延時間だけ遅延させる。第2領域FD2の長さは、第1遅延時間と、第2差動変調信号が伝送線路部RLaから増幅器AMP3aに入力された時間から第2差動変調信号に対応する第3差動変調信号が増幅器AMP3aから増幅器AMP3bを介して伝送線路部RLbに出力される時間までの第2遅延時間とが整合するように設定されている。
第2領域FD2における光導波路LW1aの長さと、第2領域FD2における光導波路LW1bの長さとは同一である。第2領域FD2における光導波路部LW1の長さは、第2領域FD2における光導波路LW1aの長さであると共に、第2領域FD2における光導波路LW1bの長さである。従って、第2領域FD2の光導波路部LW1の長さを調節することによって、第3領域FD3の光導波路部LW1に光信号が伝搬するタイミングと、第3領域FD3の光導波路部LW1に並行する伝送線路部RLbに差動変調信号が伝搬するタイミングとを、好適に合わせることができる。
光変調装置1の電気信号回路の構成を更に詳細に説明する。差動変調信号(差動入力信号)は、正相成分と逆相成分を有する。正相成分の振幅と逆相成分の振幅は略同一であり、正相成分の位相は逆相成分の位相の逆となっている。例えば、正相成分が増加するときに逆相成分は減少し、正相成分が減少するときに逆相成分は増加する。正相成分がピーク値(最大値)になるとき逆相成分はボトム値(最小値)となり、正相成分がボトム値(最小値)になるとき逆相成分はピーク値(最大値)となる。
差動変調信号の正相成分が入力する電極パッドPaは端子TB7aに電気的に接続され、端子TB7aは端子TA7aに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA7aは増幅器AMP1の入力部IN1の正相端子(図3に示す入力端子Vin1)に電気的に接続されている。差動変調信号の逆相成分が入力する電極パッドPbは端子TB7bに接続され、端子TB7bは端子TA7bに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA7bは増幅器AMP1の入力部IN1の逆相端子(図3に示す入力端子VinB1)に電気的に接続されている。
増幅器AMP1の出力部OUT1の正相端子(図3に示す出力端子Vout1)は、増幅器AMP2の入力部IN2の正相端子(図4に示す入力端子Vin2)に電気的に接続されている。増幅器AMP1の出力部OUT1の逆相端子(図3に示す出力端子VoutB1)は、増幅器AMP2の入力部IN2の逆相端子(図4に示す入力端子VinB2)に電気的に接続されている。
増幅器AMP2の出力部OUT2の正相端子(図4に示す出力端子Vout2)は端子TA1aに電気的に接続され、端子TA1aは端子TB1aに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TB1aは伝送線路電極RL1の入力端IE1に電気的に接続されている。増幅器AMP2の出力部OUT2の逆相端子(図4に示す出力端子VoutB2)は端子TA2aに電気的に接続され、端子TA2aは端子TB2aに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TB2aは伝送線路電極RL2の入力端IE2に電気的に接続されている。増幅器AMP2の接地端子(図4に示す信号用接地端子SGND2)は端子TA5aに電気的に接続され、端子TA5aは端子TB5aに接続(バンプ接続)され、端子TB5aは電極EP1に電気的に接続されている。
伝送線路電極RL1の出力端OE1は端子TB1bに電気的に接続され、端子TB1bは端子TA1bに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA1bは増幅器AMP3aの入力部IN3aの正相端子(図5に示す入力端子Vin3a)に電気的に接続されている。伝送線路電極RL2の出力端OE2は端子TB2bに電気的に接続され、端子TB2bは端子TA2bに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA2bは増幅器AMP3aの入力部IN3aの逆相端子(図5に示す入力端子VinB3a)に電気的に接続されている。電極EP1は端子TB5bに電気的に接続され、端子TB5bは端子TA5bに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA5bは増幅器AMP3aの接地端子(図5に示す信号用接地端子SGND3a)に接続されている。
増幅器AMP2の出力部OUT2の正相端子(図4に示す出力端子Vout2)は、伝送線路電極RL1を介して、増幅器AMP3aの入力部IN3aの正相端子(図5に示す入力端子Vin3a)に電気的に接続されている。増幅器AMP2の出力部OUT2の逆相端子(図4に示す出力端子VoutB2)は、伝送線路電極RL2を介して、増幅器AMP3aの入力部IN3aの逆相端子(図5に示す入力端子VinB3a)に電気的に接続されている。増幅器AMP2の接地端子(図4に示す信号用接地端子SGND2)は、電極EP1を介して増幅器AMP3aの接地端子(図5に示す信号用接地端子SGND3a)に電気的に接続されている。
増幅器AMP3aの出力部OUT3aの正相端子(図5に示す出力端子Vout3a)は、増幅器AMP3bの入力部IN3bの正相端子(図6に示す入力端子Vin3b)に電気的に接続されている。増幅器AMP3aの出力部OUT3aの逆相端子(図5に示す出力端子VoutB3a)は、増幅器AMP3bの入力部IN3bの逆相端子(図6に示す入力端子VinB3b)に電気的に接続されている。
増幅器AMP3bの出力部OUT3bの正相端子(図6に示す出力端子Vout3b)は端子TA3aに電気的に接続され、端子TA3aは端子TB3aに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TB3aは伝送線路電極RL3の入力端IE3に電気的に接続されている。増幅器AMP3bの出力部OUT3bの逆相端子(図6に示す出力端子VoutB3b)は端子TA4aに電気的に接続され、端子TA4aは端子TB4aに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TB4aは伝送線路電極RL4の入力端IE4に電気的に接続されている。増幅器AMP3bの接地端子(図6に示す信号用接地端子SGND3b)は端子TA6aに電気的に接続され、端子TA6aは端子TB6aに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TB6aは電極EP2に電気的に接続されている。
伝送線路電極RL3の出力端OE3は端子TB3bに電気的に接続され、端子TB3bは端子TA3bに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA3bは終端回路TMC1に電気的に接続されている。伝送線路電極RL4の出力端OE4は端子TB4bに電気的に接続され、端子TB4bは端子TA4bに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA4bは終端回路TMC1に電気的に接続されている。電極EP2は端子TB6bに電気的に接続され、端子TB6bは端子TA6bに電気的に接続(バンプ接続)されている。
端子TA6bは終端回路TMC1に電気的に接続されている。増幅器AMP3bの出力部OUT3bの正相端子(図6に示す出力端子Vout3b)は、伝送線路電極RL3を介して、終端回路TMC1に電気的に接続されている。増幅器AMP3bの出力部OUT3bの逆相端子(図6に示す出力端子VoutB3b)は、伝送線路電極RL4を介して、終端回路TMC1に電気的に接続されている。増幅器AMP3bの接地端子(図6に示す信号用接地端子SGND3b)は、電極EP2を介して終端回路TMC1に電気的に接続されている。
電源回路PSC1は、増幅器AMP1、増幅器AMP2、増幅器AMP3a、増幅器AMP3bに電気的に接続されている。電源回路PSC1は、端子TA7c、端子TA7d、端子TA7eに電気的に接続されている。端子TA7cは、端子TB7cに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA7dは、端子TB7dに電気的に接続(バンプ接続)されている。端子TA7eは、端子TB7eに電気的に接続(バンプ接続)されている。
端子TB7cは、電極パッドPcに電気的に接続されている。端子TB7dは、電極パッドPdに電気的に接続されている。端子TB7eは、電極パッドPeに電気的に接続されている。電極パッドPc、電極パッドPd、および電極パッドPeは、外部の電源と例えばワイヤボンディングによって電気的に接続することができる。
図3〜図6に示す電源Vcc1による電圧は、電極パッドPcから、電源回路PSC1を介して、増幅器AMP1、増幅器AMP2、増幅器AMP3a、増幅器AMP3bに印加される。図5に示す電源Vcc2による電圧は、電極パッドPdから、電源回路PSC1を介して、増幅器AMP3aに印加される。電源回路PSC1は、電極パッドPeを介して、接地されている。
次に、図3〜図6を参照して、増幅器AMP1、増幅器AMP2、および増幅器AMP3の構成についてより詳細に説明する。図3は、図1に示す電気回路基板の第1段目の増幅器の回路図である。図3に示す一実施形態に係る増幅器AMP1は、入力端子Vin1、入力端子VinB1、出力端子Vout1、出力端子VoutB1、抵抗器RS11、抵抗器RS12、抵抗器RS13、抵抗器RS14、抵抗器RS16、抵抗器RS17、抵抗器RS18、抵抗器RS19、キャパシタCP11、キャパシタCP12、トランジスタTR11、トランジスタTR12、トランジスタTR13、トランジスタTR14、電流源SU11、電流源SU12、電流源SU13を備える。
入力端子Vin1は、トランジスタTR11の制御端子(図中、Bと記載されており、以下同様)に接続されている。制御端子は、例えばバイポーラトランジスタのベースである。入力端子Vin1は、抵抗器RS11(終端抵抗)、抵抗器RS13を順に介して電源Vcc1に電気的に接続されている。抵抗器RS11、抵抗器RS13は、入力端子Vin1に対して、この順に直列に接続されている。トランジスタTR11の第1電流端子(図中、Eと記載されており、以下同様)は、トランジスタTR13の制御端子に接続されている。
第1電流端子は、例えばバイポーラトランジスタのエミッタであるトランジスタTR11の第1電流端子は電流源SU11を介して接地されている(接地するための接地線に接続されている)。トランジスタTR11の第2電流端子(図中、Cと記載されており、以下同様)は、電源Vcc1に接続されている。第2電流端子は、例えばバイポーラトランジスタのコレクタである。なお、トランジスタTR11の第2電流端子は、電源Vcc1の代わりに電源Vcc1に接続するための電源線に接続されていてもよい。
入力端子VinB1は、トランジスタTR12の制御端子(ベース端子)に接続されている。入力端子VinB1は、抵抗器RS12(終端抵抗)、抵抗器RS13を順に介して電源Vcc1に電気的に接続されている。抵抗器RS12、抵抗器RS13は、入力端子VinB1に対して、この順に直列に接続されている。トランジスタTR12の第1電流端子(エミッタ端子)は、トランジスタTR14の制御端子(ベース端子)に接続されている。
トランジスタTR12の第1電流端子(エミッタ端子)は電流源SU12を介して接地されている(接地するための接地線に接続されている)。トランジスタTR12の第2電流端子(コレクタ端子)は、電源Vcc1に接続されている。なお、トランジスタTR12の第2電流端子は、電源Vcc1の代わりに電源Vcc1に接続するための電源線に接続されていてもよい。
抵抗器RS11と抵抗器RS13との接続点(または、抵抗器RS12と抵抗器RS13との接続点)は、抵抗器RS14を介して、接地されている(接地するための接地線に接続されている)。抵抗器RS11と抵抗器RS13との接続点(または、抵抗器RS12と抵抗器RS13との接続点)はキャパシタCP11を介して接地されている(接地するための接地線に接続されている)。
すなわち、抵抗器RS14とキャパシタCP11は、抵抗器RS11と抵抗器RS13との接続点(または、抵抗器RS12と抵抗器RS13との接続点)と接地線との間に並列に接続されている。ここで、抵抗器RS13と抵抗器RS14は、抵抗分圧回路を構成する。抵抗器RS13と抵抗器RS14との接続点は、抵抗器RS11(終端抵抗)、抵抗器RS12に対して、終端電圧(rs13/(rs13+rs14)×vcc1)を供給する(rs13は抵抗器RS13の抵抗値、rs14は抵抗器RS14の抵抗値、vcc1は電源Vcc1の電源電圧値をそれぞれ表している。)。キャパシタCP11は、ノイズに対して終端電圧を安定化することができる。
トランジスタTR13の第1電流端子(エミッタ端子)は、抵抗器RS16と抵抗器RS17を介してトランジスタTR14の第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。抵抗器RS16の一方の端子は、トランジスタTR13に電気的に接続され、抵抗器RS16の他方の端子は、抵抗器RS17と接続されている。抵抗器RS17の一方の端子は、トランジスタTR14に電気的に接続され、抵抗器RS17の他方の端子は、抵抗器RS16と接続されている。抵抗器RS16と抵抗器RS17の接続点は、電流源SU13を介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に接続されていてもよい)。
トランジスタTR13の第2電流端子(コレクタ端子)は、抵抗器RS18を介して電源Vcc1(上述したように電源線でもよい)に電気的に接続されている。トランジスタTR14の第2電流端子(コレクタ端子)は、抵抗器RS19を介して電源Vcc1(上述したように電源線でもよい)に電気的に接続されている。トランジスタTR13の第1電流端子(エミッタ端子)は、キャパシタCP12を介して、トランジスタTR14の第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。
すなわち、トランジスタTR13の第1電流端子(エミッタ端子)とトランジスタTR14の第1電流端子(エミッタ端子)との間には、抵抗器RS16と抵抗器RS17の直列回路とキャパシタCP12とが並列に接続されている。トランジスタTR13とトランジスタTR14は、同じ構造および同じ電気的特性を有するトランジスタが使用される。
抵抗器RS18とトランジスタTR13の第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子VoutB1に電気的に接続されている。抵抗器RS19とトランジスタTR14の第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子Vout1に電気的に接続されている。
一実施形態において、抵抗器RS11、抵抗器RS12は、例えば50[Ω]程度の抵抗値を有しており、終端抵抗として機能する。抵抗器RS11、抵抗器RS12の抵抗値は、出力部OUT1に接続される伝送線路の特性インピーダンスと合うように、例えば25〜60[Ω]の間の値を設定してもよい。
トランジスタTR11、トランジスタTR12、電流源SU11、電流源SU12は、エミッタフォロア回路を構成する。トランジスタTR13、トランジスタTR14、抵抗器RS16、抵抗器RS17、抵抗器RS18、抵抗器RS19、キャパシタCP12、電流源SU13は、差動対回路を構成する。電流源SU13は、当該差動対回路の電流源として機能する。
当該差動対回路と電流源SU13は、差動増幅回路を構成する。電流源SU13が供給する一定の電流をI1とすると、差動増幅回路は、トランジスタTR13の制御端子に印加される電圧(ベース電圧値vb13)とトランジスタTR14の端子電圧に印加される電圧(ベース電圧値vb14)との大小関係に応じて、電流I1のうち抵抗器RS18に流れる電流(電流値ic13)と電流I1のうち抵抗器RS19を流れる電流(電流値ic14)とに配分する。例えば、vb13>vb14のときには、ic13>ic14となり、vb13<vb14のときには、ic13<ic14となり、vb13=vb14のときには、ic13=ic14となる。出力端子VoutB1の電圧値(電圧信号)voutb1は、電流値ic13の電流が抵抗器RS18を流れるときの電圧降下によって、電源Vcc1の電源電圧値vcc1を基準に生成される。すなわち、電圧信号voutb1=vcc1−rs18×ic13となる(rs18は抵抗器RS18の抵抗値を表している。)。
同様に、出力端子Vout1の電圧値(電圧信号)vout1は、電流値ic14の電流が抵抗器RS19を流れるときの電圧降下によって、電源Vcc1の電源電圧値vcc1を基準に生成される。すなわち、電圧信号vout1=vcc1−rs19×ic14となる(rs19は抵抗器RS19の抵抗値を表している。)。ここで、トランジスタTR13の制御端子に流れ込む電流(ベース電流)とトランジスタTR14の制御端子に流れ込む電流(ベース電流)とを無視すると、i1=ic13+ic14とみなすことができる(i1は電流I1の電流値を表している。)。すなわち、ic13が増えるときは、電圧値(電圧信号)voutb1は低下し、このときic14は減少するので、電圧値(電圧信号)vout1は上昇する。
このように、電圧信号vout1、電圧信号voutb1は、互いに位相が逆の相補信号(第1差動変調信号)を構成する。電圧信号vout1、電圧信号voutb1の振幅の最大値(最大振幅)は、RL×i1となる。ここで、抵抗値RLは、抵抗器RS18と抵抗器RS19の抵抗値を表す。すなわち、第2差動変調信号の振幅は、電流I1の電流値i1と抵抗値RLとに応じて増減する。
差動増幅回路の線形性と利得は、抵抗器RS16、抵抗器RS17によって変化する。抵抗器RS16、抵抗器RS17の抵抗値を大きくすると、利得は減少し、ベース電圧値vb13、ベース電圧値vb14に対して線形で動作する範囲(線形動作範囲)が広くなる。反対に、抵抗器RS16、抵抗器RS17の抵抗値を小さくすると、利得は増加し、ベース電圧値vb13、ベース電圧値vb14に対して線形で動作する範囲(線形動作範囲)が狭くなる。キャパシタCP12は、差動増幅回路の利得と線形動作範囲の周波数依存性との調整に使用される。
図4は、図1に示す電気回路基板の第2段目の増幅器の回路図である。図4に示す一実施形態に係る増幅器AMP2は、入力端子Vin2、入力端子VinB2、出力端子Vout2、出力端子VoutB2、信号用接地端子SGND2、抵抗器RS21、抵抗器RS26、抵抗器RS27、抵抗器RS28、抵抗器RS29、キャパシタCP21、キャパシタCP22、トランジスタTR21、トランジスタTR22、トランジスタTR23、トランジスタTR24、電流源SU21、電流源SU22、電流源SU23を備える。
入力端子Vin2は、トランジスタTR21の制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。トランジスタTR21の第1電流端子(エミッタ端子)は、トランジスタTR23の制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。トランジスタTR21の第1電流端子(エミッタ端子)は電流源SU21を介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に電気的に接続されている)。トランジスタTR21の第2電流端子(コレクタ端子)は、電源Vcc1に接続されている(あるいは、電源Vcc1に接続するための電源線に電気的に接続されていてもよい)。
入力端子VinB2は、トランジスタTR22の制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。トランジスタTR22の第1電流端子(エミッタ端子)は、トランジスタTR24の制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。トランジスタTR22の第1電流端子(エミッタ端子)は電流源SU22を介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に電気的に接続されている)。トランジスタTR22の第2電流端子(コレクタ端子)は、電源Vcc1に接続されている(あるいは、電源Vcc1に接続するための電源線に電気的に接続されていてもよい)。
トランジスタTR23の第1電流端子(エミッタ端子)は抵抗器RS26と抵抗器RS27を介してトランジスタTR24の第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。抵抗器RS26の一方の端子は、トランジスタTR23に電気的に接続され、抵抗器RS26の他方の端子は、抵抗器RS27と接続されている。抵抗器RS27の一方の端子は、トランジスタTR24に電気的に接続され、抵抗器RS27の他方の端子は、抵抗器RS26と接続されている。抵抗器RS26と抵抗器RS27の接続点は、電流源SU23を介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に接続されていてもよい)。
トランジスタTR23の第2電流端子(コレクタ端子)は、抵抗器RS28を介して電源(あるいは電源線)Vcc1に電気的に接続されている。トランジスタTR24の第2電流端子(コレクタ端子)は、抵抗器RS29を介して電源(あるいは電源線)Vcc1に電気的に接続されている。トランジスタTR23の第1電流端子(エミッタ端子)は、キャパシタCP22を介して、トランジスタTR24の第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。
すなわち、トランジスタTR23の第1電流端子(エミッタ端子)とトランジスタTR24の第1電流端子(エミッタ端子)との間には、抵抗器RS26と抵抗器RS27の直列回路とキャパシタCP22とが並列に接続されている。トランジスタTR23とトランジスタTR24は、同じ構造および同じ電気的特性を有するトランジスタが使用される。
抵抗器RS28とトランジスタTR23の第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子VoutB2に電気的に接続されている。抵抗器RS29とトランジスタTR24の第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子Vout2に電気的に接続されている。
信号用接地端子SGND2はキャパシタCP21を介して電源Vcc1(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線でもよい)に接続されている。信号用接地端子SGND2は、抵抗器RS21を介して電源Vcc1に電気的に接続されている(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線でもよい)。従って、キャパシタCP21、抵抗器RS21は、信号用接地端子SGND2と電源Vcc1(あるいは電源線)との間において、並列に接続されている。
一実施形態において、増幅器AMP2は、伝送線路部RLa(第1伝送線路部)の駆動回路として機能する。トランジスタTR21と電流源SU21、トランジスタTR22と電流源SU22は、それぞれエミッタフォロア回路を構成する。トランジスタTR23、トランジスタTR24、抵抗器RS26、抵抗器RS27、抵抗器RS28、抵抗器RS29、キャパシタCP22は、差動対回路を構成する。電流源SU23は、当該差動対回路の電流源として機能する。
当該差動対回路と電流源SU23は、差動増幅回路を構成する。当該差動増幅回路は、入力部IN2(入力端子Vin2、入力端子VinB2)とトランジスタTR21、トランジスタTR22を含むエミッタフォロワ回路を介して受けた第1差動変調信号を増幅して、増幅された第1差動変調信号を第2差動変調信号として出力部OUT2(出力端子Vout2、出力端子VoutB2)から出力する。増幅器AMP2の差動増幅回路の構成および動作は、上述した増幅器AMP1の差動増幅回路の構成および動作とほぼ同じであり、説明を省略する。
電流源SU23は、例えば20〜200[mA]程度の電流値を有する。抵抗器RS28、抵抗器RS29は、例えば20〜200[Ω]程度の抵抗値を有する。抵抗器RS21、キャパシタCP21は、シグナルGND(signal ground)を構成する要素である。抵抗器RS21は、例えば1[kΩ]程度である。キャパシタCP21は、例えば10[pF]程度である。このときのキャパシタCP21のインピーダンスは、周波数1[GHz]にて約16[Ω]となる。
図5は、図1に示す電気回路基板の第3段目の増幅器の回路図である。図5に示す一実施形態に係る増幅器AMP3aは、入力端子Vin3a、入力端子VinB3a、出力端子Vout3a、出力端子VoutB3a、信号用接地端子SGND3a、抵抗器RS31a、抵抗器RS33a、抵抗器RS35a、抵抗器RS34a、抵抗器RS32a、抵抗器RS38a、抵抗器RS39a、抵抗器RS36a、抵抗器RS37a、キャパシタCP31a、キャパシタCP32a、トランジスタTR31a、トランジスタTR32a、トランジスタTR33a、トランジスタTR34a、電流源SU31a、電流源SU32a、電流源SU33aを備える。
入力端子Vin3aは、抵抗器RS31aを介してトランジスタTR31aの制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。入力端子Vin3aは、抵抗器RS31a、抵抗器RS33aを順に介して電源Vcc1に電気的に接続されている(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線に接続されている)。抵抗器RS31a、抵抗器RS33aは、入力端子Vin3aに対して、この順に直列に接続されている。トランジスタTR31aの第1電流端子(エミッタ端子)は、トランジスタTR33aの制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。
トランジスタTR31aの第1電流端子(エミッタ端子)は電流源SU31aを介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に電気的に接続されている)。トランジスタTR31aの第2電流端子(コレクタ端子)は、電源Vcc1に接続されている(あるいは、電源Vcc1に接続するための電源線に電気的に接続されていてもよい)。
入力端子VinB3aは、抵抗器RS32aを介してトランジスタTR32aの制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。入力端子VinB3aは、抵抗器RS32a、抵抗器RS34aを順に介して電源Vcc1に電気的に接続されている(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線に接続されている)。抵抗器RS32a、抵抗器RS34aは、入力端子VinB3aに対して、この順に直列に接続されている。トランジスタTR32aの第1電流端子(エミッタ端子)は、トランジスタTR34aの制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。
トランジスタTR32aの第1電流端子(エミッタ端子)は電流源SU32aを介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に電気的に接続されている)。トランジスタTR32aの第2電流端子(コレクタ端子)は、電源Vcc1に接続されている(あるいは、電源Vcc1に接続するための電源線に電気的に接続されていてもよい)。
信号用接地端子SGND3aは、抵抗器RS35aを介して電源Vcc1(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線でもよい)に電気的に接続されている。信号用接地端子SGND3aはキャパシタCP31aを介して電源Vcc1(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線でもよい)に接続されている。抵抗器RS35a、キャパシタCP31aは、信号用接地端子SGND3aと電源Vcc1(あるいは電源線)との間において、並列に接続されている。
トランジスタTR33aの第1電流端子(エミッタ端子)は抵抗器RS36aと抵抗器RS37aを介してトランジスタTR34aの第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。抵抗器RS36aの一方の端子は、トランジスタTR33aに電気的に接続され、抵抗器RS36aの他方の端子は、抵抗器RS37aと接続されている。抵抗器RS37aの一方の端子は、トランジスタTR34aに電気的に接続され、抵抗器RS37aの他方の端子は、抵抗器RS36aと接続されている。抵抗器RS36aと抵抗器RS37aの接続点は、電流源SU33aを介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に接続されていてもよい)。
トランジスタTR33aの第2電流端子(コレクタ端子)は、抵抗器RS38aを介して電源Vcc2(あるいは電源Vcc2に接続するための電源線)に電気的に接続されている。トランジスタTR34aの第2電流端子(コレクタ端子)は、抵抗器RS39aを介して電源Vcc2(あるいは電源Vcc2に接続するための電源線)に電気的に接続されている。
トランジスタTR33aの第1電流端子(エミッタ端子)は、キャパシタCP32aを介して、トランジスタTR34aの第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。すなわち、トランジスタTR33aの第1電流端子(エミッタ端子)とトランジスタTR34aの第1電流端子(エミッタ端子)との間には、抵抗器RS36aと抵抗器RS37aの直列回路とキャパシタCP32aとが並列に接続されている。トランジスタTR33aとトランジスタTR34aは、同じ構造および同じ電気的特性を有するトランジスタが使用される。
抵抗器RS38aとトランジスタTR33aの第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子VoutB3aに電気的に接続されている。抵抗器RS39aとトランジスタTR34aの第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子Vout3aに電気的に接続されている。
以上説明したように、伝送線路部RLaから出力された第2差動変調信号を増幅して、増幅された第2差動変調信号を第3差動変調信号として増幅器AMP3bを介して伝送線路部RLbに入力する。増幅器AMP3aは、制御端子と、第1電流端子と、第2電流端子とをそれぞれ有する一対の第1トランジスタ(トランジスタTR33a、トランジスタTR34a)と、第1抵抗器(抵抗器RS36a)と、第2抵抗器(抵抗器RS37a)と、第1キャパシタ(キャパシタCP32a)と、を含み、一対の第1トランジスタの一方の第1電流端子と一対の第1トランジスタの他方の第1電流端子との間に、第1抵抗器と第2抵抗器とが直列に接続された直列回路と、第1キャパシタとが並列に接続され、一対の第1トランジスタの一方の制御端子と一対の第1トランジスタの他方の制御端子とに第2差動変調信号が入力される。
一実施形態において、抵抗器RS35aとキャパシタCP31aの並列回路は、シグナルGNDノード(信号用接地端子SGND3a)を構成する。抵抗器RS35aは、例えば200[Ω]程度の抵抗値を有する。キャパシタCP31aは、例えば10[pF]程度の容量値を有する。抵抗器RS35aとキャパシタCP31aの並列接続によって、シグナルGNDノード(signal ground node)のGND(ground)に対するインピーダンスは、例えば、1[GHz]以上の信号周波数に対し比較的に低いインピーダンス(例えば20[Ω]以下)となり、直流(DC)から低周波に対し比較的に高い抵抗値(例えば200[Ω]程度)となる。ここで、高周波回路において電源はGNDと等価とみなすことができると考えている。従って、伝送線路部RLaのGNDのDC電位を所望の値に設定することができる。
抵抗器RS31aの抵抗値と抵抗器RS33aの抵抗値の和は、伝送線路部RLaの特性インピーダンスと同じ値に設定されている。抵抗器RS33aの抵抗値を抵抗器RS33aの抵抗値と抵抗器RS31aの抵抗値の和で割った値(商)は、入力端子Vin3aにおける信号の減衰比率を表している。抵抗器RS34aの抵抗値を抵抗器RS34aの抵抗値と抵抗器RS32aの抵抗値の和で割った値(商)は、入力端子VinB3aにおける信号の減衰比率を表している。
入力端子Vin3a、入力端子VinB3aに入力された信号は、抵抗器RS31a、抵抗器RS33a、抵抗器RS32a、抵抗器RS34aによって振幅が減衰されて、差動対回路のトランジスタTR33a、トランジスタTR34aにそれぞれ入力される。トランジスタTR31aと電流源SU31a、トランジスタTR32aと電流源SU32aは、それぞれエミッタフォロア回路を構成する。トランジスタTR33a、トランジスタTR34a、抵抗器RS36a、抵抗器RS37a、抵抗器RS38a、抵抗器RS39a、キャパシタCP32aは差動対回路を構成する。電流源SU33aは、当該差動対回路の電流源として機能する。
当該差動対回路と電流源SU33aは、差動増幅回路を構成する。当該差動増幅回路は、入力部IN3a(入力端子Vin3a、入力端子VinB3a)とトランジスタTR31a、トランジスタTR32aを含むエミッタフォロワ回路を介して受けた第2差動変調信号を増幅して、増幅された第2差動変調信号を出力部OUT3a(出力端子Vout3a、出力端子VoutB3a)から出力する。増幅器AMP3aの差動増幅回路の構成および動作は、電源の違いを除いて、上述した増幅器AMP1の差動増幅回路の構成および動作とほぼ同じであり、説明を省略する。なお、当該差動増幅回路において、キャパシタCP32aを変えることによって、当該差動増幅回路の利得と線形動作範囲の周波数依存性(イコライザピーキング特性)を調整することができる。
図6は、図1に示す電気回路基板の第4段目の増幅器の回路図である。図6に示す一実施形態に係る増幅器AMP3bは、入力端子Vin3b、入力端子VinB3b、出力端子Vout3b、出力端子VoutB3b、信号用接地端子SGND3b、抵抗器RS31b、抵抗器RS36b、抵抗器RS37b、抵抗器RS38b、抵抗器RS39b、キャパシタCP31b、キャパシタCP32b、トランジスタTR31b、トランジスタTR32b、トランジスタTR33b、トランジスタTR34b、電流源SU31b、電流源SU32b、電流源SU33bを備える。
入力端子Vin3bは、トランジスタTR31bの制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。トランジスタTR31bの第1電流端子(エミッタ端子)は、トランジスタTR33bの制御端子(ベース端子)に接続されている。トランジスタTR31bの第1電流端子(エミッタ端子)は電流源SU31bを介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に電気的に接続されている)。トランジスタTR31bの第2電流端子(コレクタ端子)は、電源Vcc1に接続されている(あるいは、電源Vcc1に接続するための電源線に電気的に接続されていてもよい)。
入力端子VinB3bは、トランジスタTR32bの制御端子(ベース端子)に電気的に接続されている。トランジスタTR32bの第1電流端子(エミッタ端子)は、トランジスタTR34bの制御端子(ベース端子)に接続されている。トランジスタTR32bの第1電流端子(エミッタ端子)は電流源SU32bを介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に電気的に接続されている)。トランジスタTR32bの第2電流端子(コレクタ端子)は、電源Vcc1に接続されている(あるいは、電源Vcc1に接続するための電源線に電気的に接続されていてもよい)。
トランジスタTR33bの第1電流端子(エミッタ端子)は抵抗器RS36bと抵抗器RS37bを介してトランジスタTR34bの第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。抵抗器RS36bの一方の端子は、トランジスタTR33bに電気的に接続され、抵抗器RS36bの他方の端子は、抵抗器RS37bと接続されている。
抵抗器RS37bの一方の端子は、トランジスタTR34bに電気的に接続され、抵抗器RS37bの他方の端子は、抵抗器RS36bと接続されている。抵抗器RS36bと抵抗器RS37bの接続点は、電流源SU33bを介して接地されている(あるいは、接地するための接地線に接続されていてもよい)。
トランジスタTR33bの第2電流端子(コレクタ端子)は、抵抗器RS38bを介して電源Vcc1(あるいは電源線)に電気的に接続されている。トランジスタTR34bの第2電流端子(コレクタ端子は、抵抗器RS39bを介して電源Vcc1(あるいは電源線)に電気的に接続されている。トランジスタTR33bの第1電流端子(エミッタ端子)はキャパシタCP32bを介して、トランジスタTR34bの第1電流端子(エミッタ端子)と電気的に接続されている。
すなわち、トランジスタTR33bの第1電流端子(エミッタ端子)とトランジスタTR34bの第1電流端子(エミッタ端子)との間には、抵抗器RS36bと抵抗器RS37bの直列回路とキャパシタCP32bとが並列に接続されている。トランジスタTR33bとトランジスタTR34bは、同じ構造および同じ電気的特性を有するトランジスタが使用される。
抵抗器RS38bとトランジスタTR33bの第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子VoutB3bに電気的に接続されている。抵抗器RS39bとトランジスタTR34bの第2電流端子(コレクタ端子)との接続点は、出力端子Vout3bに電気的に接続されている。
信号用接地端子SGND3bはキャパシタCP31bを介して電源Vcc1(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線でもよい)に接続されている。信号用接地端子SGND3bは、抵抗器RS31bを介して電源Vcc1(あるいは電源Vcc1に接続するための電源線でもよい)に電気的に接続されている。キャパシタCP31b、抵抗器RS31bは、信号用接地端子SGND3bと電源Vcc1(あるいは電源線)との間において、並列に接続されている。
一実施形態において、増幅器AMP3bは、伝送線路部RLb(第2伝送線路部)の駆動回路として機能する。トランジスタTR31bと電流源SU31b、トランジスタTR32bと電流源SU32bは、それぞれエミッタフォロア回路を構成する。トランジスタTR33b、トランジスタTR34b、抵抗器RS36b、抵抗器RS37b、抵抗器RS38b、抵抗器RS39b、キャパシタCP32bは、差動対回路を構成する。電流源SU33bは、当該差動対回路の電流源として機能する。
当該差動対回路と電流源SU33bは、差動増幅回路を構成する。当該差動増幅回路は、増幅器AMP3aによって増幅されて出力された第3差動変調信号を、入力部IN3b(入力端子Vin3b、入力端子VinB3b)とトランジスタTR31b、トランジスタTR32bを含むエミッタフォロワ回路とを介して受けてさらに増幅し、さらに増幅された第3差動変調信号を出力部OUT3b(出力端子Vout3b、出力端子VoutB3b)から出力する。増幅器AMP3bの差動増幅回路の構成および基本的な動作は、上述した増幅器AMP2の差動増幅回路の構成および基本的な動作とほぼ同じであり、説明を省略する。
電流源SU33bは、例えば20〜200[mA]程度の直流電流を供給する。抵抗器RS38b、抵抗器RS39bは、例えば20〜200[Ω]程度の抵抗値を有する。抵抗器RS31b、キャパシタCP31bは、シグナルGNDを構成する。抵抗器RS31bは、例えば1[kΩ]程度である。キャパシタCP31bは、例えば10[pF]程度である。
図7は、図1に示す電気回路基板の終端回路の回路図である。図7に示す一実施形態に係る終端回路TMC1は、端子TC1、端子TC2、端子TC3、抵抗器RSC1、抵抗器RSC2、抵抗器RSC3、キャパシタCPC1を備える。端子TC1は端子TA3bに接続され、端子TC2は端子TA6bに接続され、端子TC3は端子TA4bに接続されている(図1参照)。端子TC1は、抵抗器RSC1、抵抗器RSC2を順に介して、端子TC3に電気的に接続されている。抵抗器RSC1、抵抗器RSC2は、端子TC1と端子TC3との間において、直列に接続されている。抵抗器RSC1と抵抗器RSC2との接続点は、抵抗器RSC3を介して端子TC2に電気的に接続されている。抵抗器RSC1と抵抗器RSC2との接続点はキャパシタCPC1を介して端子TC2に接続されている。キャパシタCPC1、抵抗器RSC3は、抵抗器RSC1と抵抗器RSC2との接続点と、端子TC2との間において、並列に接続されている。
次に、図5、図8〜図10を参照して、本発明の一実施形態に係る光変調装置1が奏する効果を例示的に説明する。図8は、図5に示す第3段目の増幅器(増幅器AMP3a)の動作を説明するための数式群(数式群FM)である。図9は、図5に示す第3段目の増幅器の電圧利得の周波数特性を示す図である。図10は、本発明の一実施形態に係る光変調装置の電気信号回路を流れる信号の振幅(Peak−to−Peak値)の変化の様子を示す図である。
図5、図8、図9を参照して説明する。トランジスタTR33a、トランジスタTR34aを有する差動対回路(以下の説明においては便宜的に差動対回路DFという)のトランジスタTR33a(またはトランジスタTR34a)のエミッタ端子に接続されているRC回路のインピーダンスの値Zeは、式F1に示されている。式F1に示すRe1は、抵抗器RS36a(または抵抗器RS37a)の抵抗値である。式F1に示すCe1は、キャパシタCP32aの容量値の二倍の値である。式F1に示すωは、信号の角周波数(2π×f;fは周波数[GHz])である。また、差動対回路DFの電圧利得Gbuffは、式F2に示されている。式F2に示すZLは、差動対回路DFの負荷インピーダンスの値であって、抵抗器RS38a(または抵抗器RS39a)の抵抗値である。なお、通常、抵抗器RS38aの抵抗値は、抵抗器RS39aの抵抗値と同じ値に設定される。
式F2に示すZeは、上述の差動対回路DFのRC回路のインピーダンスの値である。また、増幅器AMP3aのアッテネータ部(抵抗器RS31a、抵抗器RS32a、抵抗器RS33a、抵抗器RS34a)の利得GRin(減衰量)は、式F3に示されている。式F3に示すRin1は、抵抗器RS31a(または抵抗器RS32a)の抵抗値である。式F3に示すRin2は、抵抗器RS33a(または抵抗器RS34a)の抵抗値である。入力端子Vin3a、入力端子VinB3aから出力端子Vout3a、出力端子VoutB3aまでの電圧利得G3−1は、式F4に示されている。電圧利得G3−1は、式F4に示すように、GbuffとGRinとの積である。
式F4に示す電圧利得G3−1の周波数特性の一例を、図9に示す。図9には、Rin1=0[Ω]、Rin2=50[Ω]、Re1=40[Ω]、Ce1=0.300[fF]、ZL=40[Ω]の場合に得られた結果が示されている。図9の横軸は、信号の周波数(Frequency)[GHz]であり、式F4に示すωを2πで割った値(商)である。図9の縦軸は、式F4に示す電圧利得G3−1[dB]である。
次に、図10を参照して説明する。図10の横軸は電気回路基板BP1aの変調信号の伝送経路上の位置(場所)を示しており、図10の縦軸は電気回路基板BP1aを流れる変調信号の振幅(変調電圧振幅)[dBV]を表している。この振幅は信号波形のPeak−to−Peak値に対応する。区間PT1は、伝送線路部RLaに対応している。区間PT2は、増幅器AMP3aのアッテネータ部(抵抗器RS31a、抵抗器RS32a、抵抗器RS33a、抵抗器RS34a)に対応している。区間PT3は、増幅器AMP3aのエミッタフォロワ回路、差動対バッファに対応している。区間PT4は、増幅器AMP3bに対応している。
区間PT5は、伝送線路部RLbに対応している。折れ線GR1は30[GHz]の正弦波信号(説明の便宜的上、高周波信号という)による結果を表し、折れ線GR2は1[GHz]の正弦波信号(説明の便宜的上、低周波信号という)による結果を表している。折れ線GR2は1[GHz]よりも低い周波数、例えば1[MHz]の正弦波信号でも同様になると考えられる。
区間PT1において、低周波信号(折れ線GR2)が伝送線路部RLaを伝搬しても、低周波信号(折れ線GR2)の電圧振幅は伝送線路部RLaに入力された時の電圧振幅値V3が伝送線路部RLaから出力されるまで維持される。一方、高周波信号(折れ線GR1)は、伝送線路部RLaを伝搬することによって電圧振幅が電圧振幅値V3から電圧振幅値V3より小さい電圧振幅値V2に減衰している。区間PT2において、高周波信号(折れ線GR1)と低周波信号(折れ線GR2)のそれぞれの電圧振幅は、増幅器AMP3aのアッテネータ部(入力抵抗)の減衰作用によって共に電圧振幅値V2から電圧振幅値V2よりも小さい電圧振幅値V1まで減少している。なお、ここでは、例えばRin1=30[Ω]、Rin2=20[Ω]に設定して増幅器AMP3aのアッテネータ部の減衰量が0[dB]よりも大きくなる状況を想定した。
区間PT3において、低周波信号(折れ線GR2)は増幅器AMP3aを通過しても電圧振幅はあまり増えない。一方、高周波信号(折れ線GR1)は、増幅器AMP3aによって増幅され、増幅器AMP3aの出力部OUT3aにて電圧振幅は低周波信号の電圧振幅よりも大きくなる。これは、図9に示したように、増幅器AMP3aの利得が、低周波信号に対しては小さく、高周波信号に対しては大きくなるように設定されていることによる。従って、増幅器AMP3aの出力部OUT3aにおいて、伝送線路部RLaでの減衰量の大きい高周波信号を伝送線路部RLaでの減衰量が小さい低周波信号よりも大きく増幅することで、変調電圧振幅の周波数に対する変化(変動)を抑えるようにイコライズ(equalize)を行うよう設定されている。
区間PT4において、高周波信号(折れ線GR1)と低周波信号(折れ線GR2)は、増幅器AMP3bによって共に電圧振幅値V1に増幅されて出力される。ここでも増幅器AMP3aと同様に増幅器AMP3bによってイコライズが行われる。区間PT5において、高周波信号(折れ線GR1)は、伝送線路部RLbを伝搬することによって、伝送線路部RLa(区間PT1)と同様に、電圧振幅値V3から電圧振幅値V2に減少する。
本発明の実施形態に係る光変調装置1では、伝送線路電極(伝送線路部)による差動変調信号の高周波成分の減衰を抑制するために、(a)伝送線路電極が前部(伝送線路部RLa)と後部(伝送線路部RLb)とに分割され、(b)増幅器AMP2によって増幅された後に前段の伝送線路部RLaに入力され伝送線路部RLaから出力される差動変調信号が、差動変調信号の周波数が高い成分の利得が、周波数が低い成分の利得よりも大きく設定された増幅器AMP3(特には増幅器AMP3a)によって増幅されて後部の伝送線路部RLbに入力される。
なお、差動変調信号が増幅器AMP3によって増幅されるときに、増幅器AMP3の遅延時間によって後部(伝送線路部RLb)を変調する差動変調信号に遅れが生じる。その遅れを相殺するように光信号を遅らせるよう、第2領域FD2(光遅延部)における光導波路部LW1の長さが長く設定されている(例えば、光導波路LW1aおよび光導波路LW1bが外側に張り出すように形成される)。従って、前部の伝送線路部RLaへの差動変調信号の入力タイミングと後部の伝送線路部RLbへの差動変調信号の入力タイミングとを遅延回路等を用いて調節することなく、前部の伝送線路部RLaにおいて生じ得る差動変調信号の高周波成分の減衰が補償される。また、遅延回路を用いないので、遅延回路による電気回路基板BP1aの面積の増大が回避される。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
1…光変調装置、AMP1,AMP2,AMP3,AMP3a,AMP3b…増幅器、BP1a…電気回路基板、BP1b…光導波路基板、CP11,CP12,CP21,CP22,CP31a,CP31b,CP32a,CP32b,CPC1…キャパシタ、EP1,EP2…電極、FD1…第1領域、FD2…第2領域、FD3…第3領域、FM…数式群、GR1,GR2…折れ線、IE1,IE2,IE3,IE4…入力端、IEa,IEb…入力端部、IN1,IN2,IN3a,IN3b…入力部、IP…光入力端部、LW1…光導波路部、LW1a,LW1b…光導波路、OE1,OE2,OE3,OE4…出力端、OEa,OEb…出力端部、OP…光出力端部、OUT1,OUT2,OUT3a,OUT3b…出力部、Pa,Pb,Pc,Pd,Pe…電極パッド、PSC1…電源回路、PT1,PT2,PT3,PT4,PT5…区間、RL1,RL2,RL3,RL4…伝送線路電極、RLa,RLb…伝送線路部、RS11,RS12,RS13,RS14,RS16,RS17,RS18,RS19,RS21,RS26,RS27,RS28,RS29,RS31a,RS31b,RS32a,RS33a,RS34a,RS35a,RS36a,RS36b,RS37a,RS37b,RS38a,RS38b,RS39a,RS39b,RSC1,RSC2,RSC3…抵抗器、SGND2,SGND3a,SGND3b…信号用接地端子、SU11,SU12,SU13,SU21,SU22,SU23,SU31a,SU31b,SU32a,SU32b,SU33a,SU33b…電流源、TA1a,TA1b,TA2a,TA2b,TA3a,TA3b,TA4a,TA4b,TA5a,TA5b,TA6a,TA6b,TA7a,TA7b,TA7c,TA7d,TA7e,TB1a,TB1b,TB2a,TB2b,TB3a,TB3b,TB4a,TB4b,TB5a,TB5b,TB6a,TB6b,TB7a,TB7b,TB7c,TB7d,TB7e,TC1,TC2,TC3…端子、TMC1…終端回路、TR11,TR12,TR13,TR14,TR21,TR22,TR23,TR24,TR31a,TR31b,TR32a、TR32b,TR33a,TR33b,TR34a,TR34b…トランジスタ、V1,V2,V3…電圧振幅値、Vcc1,Vcc2…電源、Vin1,Vin2,Vin3a,Vin3b,VinB1,VinB2,VinB3a,VinB3b…入力端子、Vout1,Vout2,Vout3a,Vout3b,VoutB1,VoutB2,VoutB3a,VoutB3b…出力端子。
Claims (3)
- 差動入力信号に応じて光信号を変調する光変調装置であって、
前記差動入力信号に応じて第1差動変調信号を生成する入力回路と、
前記第1差動変調信号を増幅して、増幅された前記第1差動変調信号を第2差動変調信号として第1伝送線路部に入力する第1増幅器と、
前記第1伝送線路部から出力された前記第2差動変調信号を増幅して、増幅された前記第2差動変調信号を第3差動変調信号として第2伝送線路部に入力する第2増幅器と、
前記第1伝送線路部を伝搬する前記第2差動変調信号に応じて前記光信号の位相を増減する第1光位相変調部と、前記第1光位相変調部によって変調された前記光信号の位相を第1遅延時間だけ遅延させる光遅延部と、前記第2伝送線路部を伝搬する前記第3差動変調信号に応じて、前記第1光位相変調部によって変調され前記光遅延部によって遅延された前記光信号の位相を増減する第2光位相変調部と、を備える光変調器と、
を備え、
前記第2増幅器が前記第2差動変調信号を前記第3差動変調信号に増幅するときの利得において、前記第2差動変調信号の第1周波数領域おける最大値は前記第1周波数領域よりも周波数の高い第2周波数領域における最小値よりも小さく設定されている、
光変調装置。 - 前記光遅延部の長さは、前記第1遅延時間と、前記第2差動変調信号が前記第1伝送線路部から前記第2増幅器に入力された時間から該第2差動変調信号に対応する前記第3差動変調信号が前記第2増幅器から前記第2伝送線路部に出力される時間までの第2遅延時間とが整合するように設定されている、
請求項1に記載の光変調装置。 - 前記第2増幅器は、制御端子と、第1電流端子と、第2電流端子とをそれぞれ有する一対の第1トランジスタと、第1抵抗器と、第2抵抗器と、第1キャパシタと、を含み、前記一対の第1トランジスタの一方の第1電流端子と前記一対の第1トランジスタの他方の第1電流端子との間に、前記第1抵抗器と前記第2抵抗器とが直列に接続された直列回路と、前記第1キャパシタとが並列に接続され、前記一対の第1トランジスタの一方の制御端子と前記一対の第1トランジスタの他方の制御端子とに前記第2差動変調信号が入力される、
請求項1または2に記載の光変調装置。
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