JP2022171076A - Transimpedance amplifier circuit - Google Patents

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Abstract

To provide a transimpedance amplifier circuit that prevents fluctuations of an AGC band due to amplitude setting.SOLUTION: A transimpedance amplifier circuit comprises: an amplifier circuit that amplifies an input current signal and converts it into a voltage signal according to a gain set according to a control signal; and a gain control circuit that generates the control signal according to the amplitude of the voltage signal. The gain control circuit includes a detection circuit that generates an amplitude detection signal according to the amplitude of the voltage signal, a setting circuit that generates an amplitude reference signal according to a reference voltage, a voltage control current source circuit that generates a differential current signal based on a differential voltage in which the difference between the voltage of the amplitude detection signal and the voltage of the amplitude reference signal is corrected according to an output amplitude setting signal, and a variable capacitance circuit that is connected with output of the voltage control current source circuit, has a capacitance value set according to the output amplitude setting signal, and is charged and discharged according to the differential current signal. The gain control circuit generates the control signal according to a charging voltage of the variable capacitance circuit.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、トランスインピーダンス増幅回路に関する。 The present disclosure relates to transimpedance amplifier circuits.

光伝送システムにおいて、互いに波長の異なる複数の光信号が多重化された光信号を2本の光ファイバを使用して送受信する波長分割多重方式が知られている。また、多重化された光信号を効率的に受信する手法として、コヒーレント受信方式が知られている。例えば、複数の光信号の一つ(単一光信号)を受信する光受信装置において、単一光信号から変換された電流信号を増幅する増幅回路は、トランスインピーダンスアンプと、トランスインピーダンスアンプの利得を可変制御し、増幅した信号の振幅を一定にするAGC(Auto Gain Control)回路とを有する。この種の増幅回路は、AGC回路による利得可変機能により、入力ダイナミックレンジが広く、線形性を有する出力信号を出力可能である。 2. Description of the Related Art In an optical transmission system, a wavelength division multiplexing system is known in which optical signals obtained by multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths are transmitted and received using two optical fibers. A coherent reception system is also known as a technique for efficiently receiving multiplexed optical signals. For example, in an optical receiver that receives one of a plurality of optical signals (single optical signal), an amplifier circuit that amplifies a current signal converted from the single optical signal includes a transimpedance amplifier and a gain of the transimpedance amplifier. and an AGC (Auto Gain Control) circuit for variably controlling the amplitude of the amplified signal. This type of amplifier circuit has a wide input dynamic range and is capable of outputting a linear output signal due to the variable gain function of the AGC circuit.

国際公開第2015/004828号WO2015/004828 特開2015-220567号公報JP 2015-220567 A 特開2015-084474号公報JP 2015-084474 A 特開2011-217226号公報JP 2011-217226 A

例えば、増幅回路から出力される出力信号の振幅を設定する設定信号がAGC回路に供給される場合、設定された振幅に応じてAGC回路のループ利得およびAGC帯域が変動するおそれがある。ここで、AGC帯域は、AGCループのループ利得特性の利得が"1" (デシベル表示で0dB)のときの周波数として求められる。 For example, when a setting signal for setting the amplitude of an output signal output from an amplifier circuit is supplied to the AGC circuit, the loop gain and AGC band of the AGC circuit may fluctuate according to the set amplitude. Here, the AGC band is obtained as a frequency when the gain of the loop gain characteristic of the AGC loop is "1" (0 dB in decibels).

そこで、本開示は、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present disclosure is to provide a transimpedance amplifier circuit that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude setting.

本開示のトランスインピーダンス増幅回路は、制御信号によって設定される利得に応じて入力電流信号を増幅して電圧信号に変換する増幅回路と、前記電圧信号の振幅に応じて前記制御信号を生成する利得制御回路と、備え、前記利得制御回路は、前記電圧信号の振幅に応じて振幅検出信号を生成する検出回路と、基準電圧に応じて振幅基準信号を生成する設定回路と、前記振幅検出信号の電圧と前記振幅基準信号の電圧との差分が出力振幅設定信号に応じて補正された差分電圧に基づいて差分電流信号を生成する電圧制御電流源回路と、前記電圧制御電流源回路の出力に接続され、前記出力振幅設定信号に応じて設定される容量値を有し、前記差分電流信号によって充放電される可変容量回路と、を備え、前記利得制御回路は、前記可変容量回路の充電電圧に応じて前記制御信号を生成する。 A transimpedance amplifier circuit of the present disclosure includes an amplifier circuit that amplifies an input current signal according to a gain set by a control signal and converts it into a voltage signal, and a gain that generates the control signal according to the amplitude of the voltage signal. a control circuit, wherein the gain control circuit includes a detection circuit that generates an amplitude detection signal according to the amplitude of the voltage signal; a setting circuit that generates an amplitude reference signal according to a reference voltage; a voltage controlled current source circuit for generating a differential current signal based on a differential voltage in which the difference between the voltage and the voltage of the amplitude reference signal is corrected according to the output amplitude setting signal; and connected to the output of the voltage controlled current source circuit. and a variable capacitance circuit which has a capacitance value set according to the output amplitude setting signal and is charged and discharged by the differential current signal, wherein the gain control circuit is controlled by the charging voltage of the variable capacitance circuit. The control signal is generated in response.

本開示によれば、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a transimpedance amplifier circuit that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude setting.

図1は、第1の実施形態にかかるトランスインピーダンス増幅回路の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a transimpedance amplifier circuit according to a first embodiment; FIG. 図2は、図1のAGC制御回路の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the AGC control circuit of FIG. 図3は、図2のサーモコード生成部による容量値の設定例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of capacitance value setting by the thermocode generator in FIG. 図4は、図2のAGC制御回路において、出力振幅設定信号による振幅設定に応じたAGCループ利得の一例を示す特性図である。4 is a characteristic diagram showing an example of the AGC loop gain according to the amplitude setting by the output amplitude setting signal in the AGC control circuit of FIG. 2. FIG. 図5は、図4に示した特性を、出力振幅に対するAGC帯域として表した特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the characteristic shown in FIG. 4 as an AGC band with respect to the output amplitude. 図6は、図1のトランスインピーダンス増幅回路に搭載されるAGC制御回路の他の構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the AGC control circuit mounted on the transimpedance amplifier circuit of FIG. 図7は、図6のAGC制御回路において、出力振幅設定信号による振幅設定に応じたAGCループ利得の一例を示す特性図である。7 is a characteristic diagram showing an example of the AGC loop gain according to the amplitude setting by the output amplitude setting signal in the AGC control circuit of FIG. 6. FIG. 図8は、図7に示した特性を、出力振幅に対するAGC帯域として表した特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing the characteristic shown in FIG. 7 as an AGC band with respect to the output amplitude. 図9は、図2または図6のAGC制御回路によるフィードバック機能を無効にした場合のトランスインピーダンス増幅回路の出力振幅と、振幅検出信号との関係を示す特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the output amplitude of the transimpedance amplifier circuit and the amplitude detection signal when the feedback function of the AGC control circuit of FIG. 2 or 6 is disabled.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure are listed and described.

〔1〕本開示の一態様にかかるトランスインピーダンス増幅回路は、制御信号によって設定される利得に応じて入力電流信号を増幅して電圧信号に変換する増幅回路と、前記電圧信号の振幅に応じて前記制御信号を生成する利得制御回路と、備え、前記利得制御回路は、前記電圧信号の振幅に応じて振幅検出信号を生成する検出回路と、基準電圧に応じて振幅基準信号を生成する設定回路と、前記振幅検出信号の電圧と前記振幅基準信号の電圧との差分が出力振幅設定信号に応じて補正された差分電圧に基づいて差分電流信号を生成する電圧制御電流源回路と、前記電圧制御電流源回路の出力に接続され、前記出力振幅設定信号に応じて設定される容量値を有し、前記差分電流信号によって充放電される可変容量回路と、を備え、前記利得制御回路は、前記可変容量回路の充電電圧に応じて前記制御信号を生成する。 [1] A transimpedance amplifier circuit according to an aspect of the present disclosure includes an amplifier circuit that amplifies an input current signal according to a gain set by a control signal and converts it into a voltage signal, and according to the amplitude of the voltage signal, a gain control circuit that generates the control signal, wherein the gain control circuit includes a detection circuit that generates an amplitude detection signal according to the amplitude of the voltage signal; and a setting circuit that generates an amplitude reference signal according to the reference voltage. a voltage controlled current source circuit for generating a differential current signal based on the differential voltage obtained by correcting the difference between the voltage of the amplitude detection signal and the voltage of the amplitude reference signal according to the output amplitude setting signal; a variable capacitance circuit that is connected to the output of the current source circuit, has a capacitance value set according to the output amplitude setting signal, and is charged and discharged by the differential current signal; The control signal is generated according to the charging voltage of the variable capacitance circuit.

このトランスインピーダンス増幅回路では、設定される電圧信号の振幅の大小にかかわりなく、AGC帯域を一定にすることができる。すなわち、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路100を提供することができる。 In this transimpedance amplifier circuit, the AGC band can be made constant regardless of the magnitude of the amplitude of the set voltage signal. That is, it is possible to provide the transimpedance amplifier circuit 100 that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude setting.

〔2〕上記〔1〕において、前記利得制御回路は、前記出力振幅設定信号に応じてスイッチ制御信号を生成するスイッチ制御部を備え、前記可変容量回路は、前記スイッチ制御信号に応じて断続されるスイッチをそれぞれ介して前記電圧制御電流源回路の出力に接続される複数の容量素子を有し、前記スイッチ制御部は、前記出力振幅設定信号が示す振幅が大きいほど、前記電圧制御電流源回路の出力に接続される前記容量素子の数を増やす前記スイッチ制御信号を生成してもよい。これにより、電圧制御電流源回路の出力ノードに蓄積される電荷を、設定される振幅に応じて変更することができ、振幅設定によるAGC帯域の変動を補償することができる。 [2] In [1] above, the gain control circuit includes a switch control section that generates a switch control signal according to the output amplitude setting signal, and the variable capacitance circuit is switched on and off according to the switch control signal. a plurality of capacitive elements connected to the output of the voltage-controlled current source circuit via respective switches, and the switch controller controls the voltage-controlled current source circuit as the amplitude indicated by the output amplitude setting signal increases. The switch control signal may be generated to increase the number of the capacitive elements connected to the output of. As a result, the charge accumulated in the output node of the voltage-controlled current source circuit can be changed according to the set amplitude, and the fluctuation of the AGC band due to the amplitude setting can be compensated.

〔3〕上記〔2〕において、前記スイッチ制御部は、前記出力振幅設定信号のデジタル値が1だけ増加するとき、前記複数の容量素子を断続するスイッチのうちオフ状態のものを1つだけオン状態にするように前記スイッチ制御信号を生成してもよい。これにより、簡易な手段により、出力振幅設定信号に応じた容量値を電圧制御電流源回路の出力に設定することができる。 [3] In [2] above, when the digital value of the output amplitude setting signal increases by one, the switch control unit turns on only one of the switches for connecting/disconnecting the plurality of capacitive elements, which is in an off state. The switch control signal may be generated to enable the state. As a result, a capacitance value corresponding to the output amplitude setting signal can be set to the output of the voltage controlled current source circuit by a simple means.

〔4〕上記〔1〕から〔3〕のいずれかにおいて、さらに、前記利得制御回路は、前記出力振幅設定信号が示す値に応じたオフセット電流を生成する電流生成部と、前記振幅検出信号と前記振幅設定信号とを差動増幅し、前記オフセット電流に応じた電圧を、前記振幅検出信号の増幅により得られた電圧に加算する差動増幅回路と、を備えてもよい。これにより、出力振幅設定信号が示す振幅に対応するオフセット電圧を、差動増幅回路の出力に反映させることができ、電圧信号の振幅を出力振幅設定信号により示される振幅に設定することができる。 [4] In any one of [1] to [3] above, the gain control circuit further includes a current generator that generates an offset current corresponding to the value indicated by the output amplitude setting signal, and the amplitude detection signal. and a differential amplifier circuit that differentially amplifies the amplitude setting signal and adds a voltage corresponding to the offset current to the voltage obtained by amplifying the amplitude detection signal. Thereby, the offset voltage corresponding to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal can be reflected in the output of the differential amplifier circuit, and the amplitude of the voltage signal can be set to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal.

[本開示の実施形態の詳細]
本開示のトランスインピーダンス増幅回路の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一の要素または対応する要素には同一の符号を付し、それらについては説明を省略する場合がある。また、入力端子、出力端子および各ノードの符号を、信号、電圧または電流を示す符号としても使用する。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
A specific example of the transimpedance amplifier circuit of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof may be omitted. Further, the symbols of the input terminal, output terminal and each node are also used as symbols indicating signals, voltages or currents.

〔第1の実施形態〕
〔トランスインピーダンス増幅回路の回路構成〕
図1は、第1の実施形態にかかるトランスインピーダンス増幅回路の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すトランスインピーダンス増幅回路100は、TIA(TransImpedance Amplifier)10、VGA(Variable Gain Amplifier)20、BUF(バッファ)30、CML(Current Mode Logic)40およびAGC制御回路50を有する。
[First Embodiment]
[Circuit configuration of transimpedance amplifier circuit]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a transimpedance amplifier circuit according to a first embodiment; FIG. The transimpedance amplifier circuit 100 shown in FIG. 1 has a TIA (TransImpedance Amplifier) 10, a VGA (Variable Gain Amplifier) 20, a BUF (buffer) 30, a CML (Current Mode Logic) 40, and an AGC control circuit 50.

例えば、トランスインピーダンス増幅回路100は、光信号を受信するコヒーレント光受信器に使用され、フォトダイオードにより単一波長の光信号から変換された差動の電流信号を入力端子InP、InNで受信する。トランスインピーダンス増幅回路100は、受信した電流信号を増幅して差動の電圧信号として出力端子OutP、OutNから出力する。出力端子OutP、OutNから出力された電圧信号は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)等の信号処理回路に出力される。 For example, the transimpedance amplifier circuit 100 is used in a coherent optical receiver that receives optical signals, and receives differential current signals converted from single-wavelength optical signals by photodiodes at input terminals InP and InN. The transimpedance amplifier circuit 100 amplifies the received current signal and outputs it as a differential voltage signal from output terminals OutP and OutN. The voltage signals output from the output terminals OutP and OutN are output to a signal processing circuit such as a DSP (Digital Signal Processor), for example.

TIA10は、入力端子InP、InNで受ける差動の入力電流信号を電圧信号に変換し、VGA20に出力する。例えば、TIA10の利得は、AGC制御回路50から受ける制御信号CNTL1に応じて変化する。なお、TIA10の利得は、電流を電圧に変換するため、例えば1000Ωのように単位はインピーダンスとして表される。TIA10は、例えば、INV(INVerting amplifier)11および抵抗素子R11、R12を有する。例えば、INV11は差動信号を増幅する反転増幅回路の一例である。 The TIA 10 converts differential input current signals received at the input terminals InP and InN into voltage signals and outputs the voltage signals to the VGA 20 . For example, the gain of TIA 10 changes according to control signal CNTL 1 received from AGC control circuit 50 . Since the gain of the TIA 10 converts current into voltage, the unit is expressed as impedance, for example, 1000Ω. The TIA 10 has, for example, an INV (INVerting amplifier) 11 and resistance elements R11 and R12. For example, INV11 is an example of an inverting amplifier circuit that amplifies a differential signal.

INV11は、例えば、非反転入力端子と反転入力端子との間に入力された差動の電圧信号を反転増幅し、反転増幅された差動の電圧信号を反転出力端子および非反転出力端子から出力する。抵抗素子R11は、例えば、INV11の非反転入力端子とINV11の反転出力端子との間に接続される。抵抗素子R12は、例えば、INV11の反転入力端子とINV11の非反転出力端子との間に接続される。TIA10の利得は、制御信号CNTL1に応じて変化する。なお、TIA10は、抵抗素子R11、R12に可変抵抗素子を使用して、制御信号CNTL1に応じて抵抗素子R11、R12の抵抗値を変えることによって変化させてもよい。 INV 11, for example, inverts and amplifies the differential voltage signal input between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal, and outputs the inverted and amplified differential voltage signal from the inverting output terminal and the non-inverting output terminal. do. The resistance element R11 is connected, for example, between the non-inverting input terminal of INV11 and the inverting output terminal of INV11. The resistive element R12 is connected, for example, between the inverting input terminal of INV11 and the non-inverting output terminal of INV11. The gain of the TIA 10 changes according to the control signal CNTL1. The TIA 10 may be changed by using variable resistance elements as the resistance elements R11 and R12 and changing the resistance values of the resistance elements R11 and R12 according to the control signal CNTL1.

VGA20は、TIA10から受ける差動の電圧信号を増幅し、BUF30に出力する。例えば、VGA20の利得は、AGC制御回路50から受ける制御信号CNTL2、CNTL3、CNTL4に応じて変化する。VGA20は、例えば、非反転増幅を行うが、出力する差動の電圧信号の論理を反転するために反転増幅を行ってもよい。ところで、差動の電圧信号は、正相信号(正相成分)および逆相信号(逆相成分)で構成される。正相信号および逆相信号は、互いに位相が180度異なっており、一対の相補信号となっている。 VGA 20 amplifies the differential voltage signal received from TIA 10 and outputs it to BUF 30 . For example, the gain of VGA 20 changes according to control signals CNTL2, CNTL3 and CNTL4 received from AGC control circuit 50. FIG. For example, the VGA 20 performs non-inverting amplification, but may perform inverting amplification to invert the logic of the differential voltage signal to be output. By the way, the differential voltage signal is composed of a positive phase signal (positive phase component) and a negative phase signal (negative phase component). The positive-phase signal and the negative-phase signal are 180 degrees out of phase with each other and form a pair of complementary signals.

例えば、正相信号の電圧が増加するときには、逆相信号の電圧は減少し、正相信号の電圧が減少するときには、逆相信号の電圧は増加する。また、正相信号がピーク値に達するときには、逆相信号はボトム値に達し、正相信号がボトム値に達するときには、逆相信号はピーク値に達する。正相信号および逆相信号は、同じ振幅と同じ平均値(DC成分)を持つことが好ましい。一対となっている正相信号と逆相信号とを入れ替えると、差動の電圧信号の論理を反転することができる。従って、差動の電圧信号を増幅する回路において、非反転増幅と反転増幅との間の変更は、正相信号の配線と逆相信号の配線とのつなぎ替えによって容易に行うことができる。なお、VGA20は、TIA10から出力される差動の電圧信号を増幅するため、TIA10の中に含めることもできる。 For example, when the voltage of the positive phase signal increases, the voltage of the negative phase signal decreases, and when the voltage of the positive phase signal decreases, the voltage of the negative phase signal increases. Further, when the positive phase signal reaches the peak value, the negative phase signal reaches the bottom value, and when the positive phase signal reaches the bottom value, the negative phase signal reaches the peak value. The positive phase signal and negative phase signal preferably have the same amplitude and the same average value (DC component). The logic of the differential voltage signal can be inverted by interchanging the pair of positive-phase signal and negative-phase signal. Therefore, in a circuit that amplifies a differential voltage signal, switching between non-inverting amplification and inverting amplification can be easily performed by changing the connection between the positive-phase signal wiring and the negative-phase signal wiring. The VGA 20 may be included in the TIA 10 to amplify differential voltage signals output from the TIA 10 .

BUF30は、VGA20から受ける差動の電圧信号を増幅して得た電圧信号IP、INをAGC制御回路50およびCML40に出力する。CML40は、電圧信号IP、INを増幅した電圧信号を出力端子OutP、OutNに出力する。電圧信号IP、INおよび出力端子OutP、OutNに出力される電圧信号は、いずれも差動の電圧信号(以下、差動電圧信号という)である。例えば、電圧信号IPは、差動電圧信号の正相信号であり、電圧信号INは、差動電圧信号の逆相信号である。なお、例えば、VGA20の電圧利得が十分に大きく、駆動能力も十分に大きい場合には、BUF30は省いて、VGA20が差動電圧信号IP、INを供給してもよい。 BUF 30 outputs voltage signals IP and IN obtained by amplifying differential voltage signals received from VGA 20 to AGC control circuit 50 and CML 40 . The CML 40 outputs voltage signals obtained by amplifying the voltage signals IP and IN to output terminals OutP and OutN. The voltage signals IP, IN and the voltage signals output to the output terminals OutP, OutN are all differential voltage signals (hereinafter referred to as differential voltage signals). For example, the voltage signal IP is a positive phase signal of the differential voltage signal, and the voltage signal IN is a negative phase signal of the differential voltage signal. For example, if the voltage gain of the VGA 20 is sufficiently large and the driving capability is also sufficiently large, the BUF 30 may be omitted and the VGA 20 may supply the differential voltage signals IP and IN.

AGC制御回路50は、BUF30から受信する差動の電圧信号IP、INの振幅を出力振幅設定信号OAで示される振幅に設定するために、TIA10およびVGA20の利得を調整する制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。AGC制御回路50は、利得制御回路の一例である。AGC制御回路50の例は、図2に示される。AGC制御回路50によって振幅が制御されるのは差動電圧信号IP、INであるが、例えば、CML40が一定の利得で線形増幅を行う場合、差動電圧信号IP、INの振幅を一定に制御することで出力端子OutP、OutNから出力される差動電圧信号の振幅を一定に保つことができる。 AGC control circuit 50 outputs control signals CNTL1-CNTL4 that adjust the gains of TIA 10 and VGA 20 in order to set the amplitude of differential voltage signals IP, IN received from BUF 30 to the amplitude indicated by output amplitude setting signal OA. Generate. AGC control circuit 50 is an example of a gain control circuit. An example of AGC control circuit 50 is shown in FIG. The amplitudes of the differential voltage signals IP and IN are controlled by the AGC control circuit 50. For example, when the CML 40 performs linear amplification with a constant gain, the amplitudes of the differential voltage signals IP and IN are controlled to be constant. By doing so, the amplitude of the differential voltage signal output from the output terminals OutP and OutN can be kept constant.

〔AGC制御回路の回路構成〕
図2は、図1のAGC制御回路50の一例を示す回路図である。AGC制御回路50は、図1のBUF30から出力される差動電圧信号IP、INを受けるバイポーラトランジスタQ1P、Q1Nを有する。例えば、バイポーラトランジスタQ1Pは、差動電圧信号IP、INの正相信号IPを受け、バイポーラトランジスタQ1Nは、差動電圧信号IP、INの逆相信号INを受ける。また、AGC制御回路50は、バイポーラトランジスタQ1P、Q1Nのエミッタに接続された電流源I51および抵抗素子R51と、抵抗素子R51に接続された容量素子C51とを有する。バイポーラトランジスタQ1P、Q1Nは、例えば製造上のばらつきが許容される範囲内で同じ電気的特性を有する。
[Circuit Configuration of AGC Control Circuit]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the AGC control circuit 50 of FIG. AGC control circuit 50 has bipolar transistors Q1P and Q1N that receive differential voltage signals IP and IN output from BUF 30 in FIG. For example, the bipolar transistor Q1P receives the positive phase signal IP of the differential voltage signals IP and IN, and the bipolar transistor Q1N receives the negative phase signal IN of the differential voltage signals IP and IN. The AGC control circuit 50 also has a current source I51 and a resistive element R51 connected to the emitters of the bipolar transistors Q1P and Q1N, and a capacitive element C51 connected to the resistive element R51. Bipolar transistors Q1P and Q1N have the same electrical characteristics, for example, within the allowable range of manufacturing variations.

以下では、バイポーラトランジスタは、単にトランジスタとも称される。トランジスタQ1P、Q1N、電流源I51、抵抗素子R51および容量素子C51は、電圧信号IP、INの振幅を検出する検出回路として機能する。検出回路で検出された振幅に対応する電圧に設定される振幅検出信号PHは、差動増幅回路のpチャネルMOSトランジスタM1Pのゲートに出力される。抵抗素子R51および容量素子C51は、ローパスフィルタを構成し、振幅検出信号PHは、平均化されて抵抗素子R51と容量素子C51との間の接続ノードから出力される。例えば、差動電圧信号IP、INの振幅が一定のとき、振幅検出信号PHは、振幅の大きさに応じた電圧値を有するDC信号となる。以下では、pチャネルMOSトランジスタは、単にトランジスタとも称される。 In the following, bipolar transistors are also simply referred to as transistors. Transistors Q1P and Q1N, current source I51, resistive element R51 and capacitive element C51 function as a detection circuit that detects the amplitude of voltage signals IP and IN. Amplitude detection signal PH set to a voltage corresponding to the amplitude detected by the detection circuit is output to the gate of p-channel MOS transistor M1P of the differential amplifier circuit. The resistance element R51 and the capacitance element C51 form a low-pass filter, and the amplitude detection signal PH is averaged and output from the connection node between the resistance element R51 and the capacitance element C51. For example, when the amplitudes of the differential voltage signals IP and IN are constant, the amplitude detection signal PH becomes a DC signal having a voltage value corresponding to the magnitude of the amplitude. In the following, p-channel MOS transistors are also simply referred to as transistors.

また、AGC制御回路50は、基準電圧Vrefを受けるバイポーラトランジスタQ2と、トランジスタQ2のエミッタに接続された電流源I52および抵抗素子R52と、容量素子C52とを有する。トランジスタQ2、電流源I52、抵抗素子R52および容量素子C52は、電圧信号IP、INの振幅を検出する検出回路と同様の回路構成を有し、例えば、各回路素子の電気的特性およびサイズも検出回路の各回路素子の電気的特性およびサイズと製造上のばらつきが許容される範囲内で同様である。 AGC control circuit 50 also has a bipolar transistor Q2 receiving reference voltage Vref, current source I52 and resistance element R52 connected to the emitter of transistor Q2, and capacitance element C52. Transistor Q2, current source I52, resistive element R52, and capacitive element C52 have the same circuit configuration as a detection circuit for detecting the amplitude of voltage signals IP and IN, and for example, detect the electrical characteristics and size of each circuit element. The same is true within the allowable range of electrical characteristics and size of each circuit element of the circuit and manufacturing variations.

例えば、基準電圧Vrefは、差動電圧信号IP、INの振幅の中心電圧に設定される。差動電圧信号IP、INの振幅の中心電圧は、それぞれの電圧信号の時間的な平均値(DC成分)と等しい。なお、基準電圧Vrefは、図1のBUF30から出力される電圧信号IP、INを抵抗列に与え、抵抗分割による平均値としてもよい。例えば、2つの抵抗から成る直列抵抗回路の一端に電圧信号IPを与え、直列抵抗回路の他端に電圧信号INを与え、2つの抵抗が接続される中間点の電圧を基準電圧Vrefとして使用してもよい。 For example, the reference voltage Vref is set to the center voltage of the amplitudes of the differential voltage signals IP and IN. The center voltage of the amplitude of the differential voltage signals IP, IN is equal to the temporal average value (DC component) of each voltage signal. The reference voltage Vref may be an average value obtained by applying the voltage signals IP and IN output from the BUF 30 in FIG. For example, a voltage signal IP is applied to one end of a series resistance circuit composed of two resistors, a voltage signal IN is applied to the other end of the series resistance circuit, and the voltage at the midpoint where the two resistors are connected is used as the reference voltage Vref. may

トランジスタQ2、電流源I52、抵抗素子R52および容量素子C52は、基準電圧Vrefをレベル変換し、レベル変換した電圧を振幅基準信号AHとして生成する設定回路として機能する。振幅基準信号AHは、差動増幅回路のpチャネルMOSトランジスタM1Nのゲートに出力される。抵抗素子R52および容量素子C52は、ローパスフィルタを構成し、レベル変換された基準電圧Vrefは、安定化されて抵抗素子R52と容量素子C52との間の接続ノードからから出力される。例えば、振幅基準信号AHは、基準電圧Vrefに応じた電圧値を有するDC信号となる。このように、振幅検出信号PHおよび振幅基準信号AHは、それぞれDC信号として差動増幅回路に出力される。例えば、トランジスタQ1P、Q1N、Q2は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。 Transistor Q2, current source I52, resistance element R52, and capacitance element C52 function as a setting circuit that converts the level of reference voltage Vref and generates the level-converted voltage as amplitude reference signal AH. Amplitude reference signal AH is output to the gate of p-channel MOS transistor M1N of the differential amplifier circuit. Resistance element R52 and capacitance element C52 form a low-pass filter, and level-converted reference voltage Vref is stabilized and output from a connection node between resistance element R52 and capacitance element C52. For example, the amplitude reference signal AH becomes a DC signal having a voltage value corresponding to the reference voltage Vref. Thus, the amplitude detection signal PH and the amplitude reference signal AH are each output as a DC signal to the differential amplifier circuit. For example, transistors Q1P, Q1N, Q2 are heterojunction bipolar transistors.

差動増幅回路は、例えば、トランジスタM1P、M1Nと、トランジスタM1P、M1Nのソースに接続された電流源I53と、抵抗素子R53、R54、R55、R56とを有する。抵抗素子R53、R54は、トランジスタM1Pのドレインと接地線GNDとの間に直列に接続される。抵抗素子R55、R56は、トランジスタM1Nのドレインと接地線GNDとの間に直列に接続される。例えば、抵抗素子R53、R55の抵抗値は製造上のばらつきが許容される範囲内で互いに同じであり、抵抗素子R54、R56の抵抗値は製造上のばらつきが許容される範囲内で互いに同じである。トランジスタM1P、M1Nは、例えば製造上のばらつきが許容される範囲内で同じ電気的特性を有する。 The differential amplifier circuit has, for example, transistors M1P and M1N, a current source I53 connected to the sources of the transistors M1P and M1N, and resistive elements R53, R54, R55 and R56. Resistance elements R53 and R54 are connected in series between the drain of transistor M1P and ground line GND. Resistance elements R55 and R56 are connected in series between the drain of transistor M1N and ground line GND. For example, the resistance values of the resistance elements R53 and R55 are the same within the allowable range of manufacturing variations, and the resistance values of the resistance elements R54 and R56 are the same within the allowable range of manufacturing variations. be. The transistors M1P and M1N have the same electrical characteristics, for example, within the allowable range of manufacturing variations.

抵抗素子R53、R54の接続ノードは、DAC(Digital-to-Analog Converter)52からオフセット電流Ioffsetを受ける。これにより、接地電位を基準にしたトランジスタM1Pのドレイン電圧には、オフセット電流Ioffsetと抵抗素子R54の抵抗値との積に対応するオフセット電圧が加算される。 A connection node between the resistance elements R53 and R54 receives an offset current Ioffset from a DAC (Digital-to-Analog Converter) 52 . As a result, an offset voltage corresponding to the product of the offset current Ioffset and the resistance value of the resistance element R54 is added to the drain voltage of the transistor M1P based on the ground potential.

DAC52は、出力振幅設定信号OAにより示されるデジタル値に対応するオフセット電流Ioffsetを生成する。例えば、出力振幅設定信号OAのデジタル値が大きくなるにつれてオフセット電流Ioffsetの電流値は大きくなる。出力振幅設定信号OAは、例えば、トランスインピーダンス増幅回路100の外部から提供される。DAC52は、出力振幅設定信号OAにより示されるデジタル値に応じたオフセット電流Ioffsetを生成する電流生成部の一例である。 DAC 52 generates offset current Ioffset corresponding to the digital value indicated by output amplitude setting signal OA. For example, the current value of the offset current Ioffset increases as the digital value of the output amplitude setting signal OA increases. The output amplitude setting signal OA is provided from outside the transimpedance amplifier circuit 100, for example. The DAC 52 is an example of a current generator that generates an offset current Ioffset according to the digital value indicated by the output amplitude setting signal OA.

例えば、出力振幅設定信号OAのデジタル値は、設定される振幅が小さい場合に小さい値に設定され、設定される振幅が大きい場合に大きい値に設定される。なお、図2では、出力振幅設定信号OAのデジタル値Aがバイナリーで2桁の例(A[1:0])が示されるが、デジタル値Aはバイナリーで1桁以上であればよい。 For example, the digital value of the output amplitude setting signal OA is set to a small value when the set amplitude is small, and is set to a large value when the set amplitude is large. Although FIG. 2 shows an example in which the digital value A of the output amplitude setting signal OA is two digits in binary (A[1:0]), the digital value A may be one or more digits in binary.

例えば、設定される振幅が相対的に小さい場合、DAC52は、相対的に値が小さい出力振幅設定信号OAを受信し、相対的に小さいオフセット電流Ioffsetを出力する。設定される振幅が相対的に大きい場合、DAC52は、相対的に値が大きい出力振幅設定信号OAを受信し、相対的に大きいオフセット電流Ioffsetを出力する。DAC52は、例えば、電流を出力する電流DAC(IDAC)である。 For example, when the set amplitude is relatively small, the DAC 52 receives the output amplitude setting signal OA with a relatively small value and outputs a relatively small offset current Ioffset. When the set amplitude is relatively large, the DAC 52 receives a relatively large output amplitude setting signal OA and outputs a relatively large offset current Ioffset. The DAC 52 is, for example, a current DAC (IDAC) that outputs current.

差動増幅回路は、振幅検出信号PHの電圧および振幅基準信号AHの電圧と、オフセット電流Ioffsetとに応じて生成される差動電圧信号VIN、VIPを、トランジスタM1PのドレインおよびM1Nのドレインから出力する。差動増幅回路およびDAC52は、振幅検出信号の電圧と振幅基準信号の電圧との差分を出力振幅設定信号OAに応じて補正して差動信号を生成する差分電圧生成回路の一例である。出力振幅設定信号OAに応じた補正は、例えば、上述したように、生成される差動信号の一方の電圧にオフセット電流Ioffsetと抵抗素子R54の抵抗値との積に対応するオフセット電圧を加算して行われる。 The differential amplifier circuit outputs differential voltage signals VIN and VIP generated according to the voltage of the amplitude detection signal PH, the voltage of the amplitude reference signal AH, and the offset current Ioffset from the drains of the transistors M1P and M1N. do. The differential amplifier circuit and DAC 52 are an example of a differential voltage generation circuit that generates a differential signal by correcting the difference between the voltage of the amplitude detection signal and the voltage of the amplitude reference signal according to the output amplitude setting signal OA. For the correction according to the output amplitude setting signal OA, for example, as described above, an offset voltage corresponding to the product of the offset current Ioffset and the resistance value of the resistance element R54 is added to one voltage of the generated differential signal. is done.

差動電圧信号VIP、VINは、OTA(Operational Transconductance Amplifier)51の差動入力に供給される。差動電圧信号VIP、VINをOTA51に供給することで、振幅検出信号PHおよび振幅基準信号AHをOTA51に直接供給する場合に比べて、SN(Signal to Noise)比を向上することができ、AGC機能の精度を向上することができる。また、差動電圧信号VIP、VINの一方の電圧信号(逆相信号)VINに上述のオフセット電流Ioffsetによるオフセット電圧を加算することにより、電圧信号VIPの電圧値と電圧信号VINの電圧値とが等しくなったときに、差動電圧信号IP、INの振幅が出力振幅設定信号OAによって設定される振幅値に等しくなるように設定することができる。 The differential voltage signals VIP and VIN are supplied to differential inputs of an OTA (Operational Transconductance Amplifier) 51 . By supplying the differential voltage signals VIP and VIN to the OTA 51, the SN (Signal to Noise) ratio can be improved compared to the case where the amplitude detection signal PH and the amplitude reference signal AH are directly supplied to the OTA 51. The accuracy of functions can be improved. By adding the offset voltage due to the offset current Ioffset to one of the differential voltage signals VIP and VIN (negative phase signal) VIN, the voltage value of the voltage signal VIP and the voltage value of the voltage signal VIN are equal to each other. When equal, the amplitudes of the differential voltage signals IP, IN can be set equal to the amplitude value set by the output amplitude setting signal OA.

OTA51は、差動電圧信号VIN、VIPに応じて出力ノードから差分電流信号を出力する。OTA51は、電圧制御電流源回路の一例である。例えば、OTA51は、電圧信号VIPの電圧と電圧信号VINの電圧との差電圧に応じた電流(差分電流信号)を出力する。例えば、電圧信号VIPの電圧値が電圧信号VINの電圧値より大きくなるほど差分電流信号は小さくなり、電圧信号VIPの電圧値が電圧信号VINの電圧値より小さくなるほど差分電流信号は大きくなる。例えば、電圧信号VIPの電圧値が電圧信号VINの電圧値と同じとき、差分電流信号はゼロとなる。OTA51の出力ノードには、容量素子C2,1が接続され、スイッチSWをそれぞれ介して容量素子C2,2、...、C2,nが接続される(nは2以上の整数)。n個の容量素子C2,1、C2,2、...、C2,nは、n-1個のスイッチSWがすべてオン状態になったとき、互いに並列に接続される。以下では、容量素子C2,1、C2,2、...、C2,nを区別なく説明する場合、容量素子C2と称される。 The OTA 51 outputs a differential current signal from its output node according to the differential voltage signals VIN and VIP. The OTA 51 is an example of a voltage controlled current source circuit. For example, the OTA 51 outputs a current (differential current signal) corresponding to the difference voltage between the voltage of the voltage signal VIP and the voltage of the voltage signal VIN. For example, the larger the voltage value of the voltage signal VIP than the voltage signal VIN, the smaller the differential current signal, and the smaller the voltage value of the voltage signal VIP than the voltage value of the voltage signal VIN, the larger the differential current signal. For example, when the voltage value of voltage signal VIP is the same as the voltage value of voltage signal VIN, the differential current signal is zero. The output node of the OTA 51 is connected to the capacitive element C2,1, and is connected to the capacitive elements C2,2, . The n capacitive elements C2,1, C2,2, . . . , C2,n will be referred to as capacitive element C2 in the following description.

OTA51は、OTA51の出力に接続される容量素子C2にとともに積分回路として機能し、OTA51から出力される差分電流信号と容量素子C2の容量値とに応じた電圧を出力ノードに生成する。OTA51の出力インピーダンスと容量素子C2とによる時定数は、AGCループの利得特性の主要極を形成する。以下では、符号C2,1、C2,2等は、それぞれ容量素子C2,1、C2,2の容量値としても使用される。なお、第1の実施形態におけるAGCループは、制御信号CNTL1に応じて利得を変化させるTIA10と、制御信号CNTL2-CNTL4に応じて利得を変化させるVGA20と、BUF30と、差動電圧信号IP、INが入力されて制御信号CNTL1-CNTL4を生成するAGC制御回路50と、によって構成される。 The OTA 51 functions as an integration circuit together with the capacitive element C2 connected to the output of the OTA 51, and generates a voltage at the output node according to the differential current signal output from the OTA 51 and the capacitance value of the capacitive element C2. The time constant due to the output impedance of the OTA 51 and the capacitive element C2 forms the main pole of the gain characteristic of the AGC loop. In the following, the symbols C2,1, C2,2, etc. are also used as the capacitance values of the capacitive elements C2,1, C2,2, respectively. The AGC loop in the first embodiment includes a TIA 10 that changes the gain according to the control signal CNTL1, a VGA 20 that changes the gain according to the control signals CNTL2-CNTL4, a BUF 30, differential voltage signals IP, IN is input to generate control signals CNTL1-CNTL4.

各スイッチSWの断続(オン/オフ)は、サーモコード生成部53により制御される。サーモコード生成部53は、図中の真理値表に例示するように、出力振幅設定信号OAのデジタル値A[1:0]に応じて、サーモコードである出力信号X[2:0]を出力する。これにより、出力振幅設定信号OAの論理値が増加する毎に、OTA51の出力ノードに接続される容量素子C2の数を1つずつ増加することができる。したがって、出力振幅設定信号OAの論理値に応じて、OTA51の出力ノードの容量値を容易に設定することができる。 The switching (on/off) of each switch SW is controlled by the thermocode generator 53 . The thermo-code generator 53 generates an output signal X[2:0], which is a thermo-code, according to the digital value A[1:0] of the output amplitude setting signal OA, as illustrated in the truth table in the drawing. Output. Thereby, the number of capacitive elements C2 connected to the output node of the OTA 51 can be increased by one each time the logical value of the output amplitude setting signal OA increases. Therefore, the capacitance value of the output node of OTA 51 can be easily set according to the logical value of output amplitude setting signal OA.

より詳細には、デジタル値Aのバイナリーの桁数をm(mは2以上の整数)としたとき、デジタル値A[m-1:0]に対応する出力信号Xの数は2-1となる。サーモコードではデジタル値Aが1つ増えるにつれてオンするスイッチSWは1つだけ増える。したがって、デジタル値Aが1だけ増減するときに、それに応じてオン/オフされるスイッチSWの数は1個のみとなり、出力信号Xのタイミングの影響を受けずに容量素子C2の容量値を単調に増減させることができる。例えば、サーモコードを用いずに2個のスイッチSWを同時に制御する場合、具体的には一方のスイッチSWをオフ状態からオン状態にするとともに他方のスイッチSWをオン状態からオフ状態にするような場合、それぞれの出力信号Xのタイミングがずれることによって容量素子C2の充電電圧の単調変化が保証されなくなる虞がある。それによって制御信号CNTL1-CNTL4が適切に生成されなくなる虞がある。 More specifically, when the number of binary digits of the digital value A is m (m is an integer of 2 or more), the number of output signals X corresponding to the digital value A [m-1:0] is 2 m -1 becomes. In the thermocode, the number of switches SW to be turned on increases by one as the digital value A increases by one. Therefore, when the digital value A increases or decreases by 1, only one switch SW is turned on/off accordingly, and the capacitance value of the capacitance element C2 is monotonically controlled without being affected by the timing of the output signal X. can be increased or decreased to For example, when controlling two switches SW at the same time without using a thermocode, specifically, one switch SW is turned from an off state to an on state and the other switch SW is turned from an on state to an off state. In this case, there is a possibility that the monotonous change of the charged voltage of the capacitive element C2 cannot be guaranteed due to the timing deviation of the respective output signals X. FIG. As a result, the control signals CNTL1-CNTL4 may not be generated properly.

複数のスイッチSWおよび複数の容量素子C2は、差分電流信号によって充放電される可変容量回路の一例である。出力信号X[2:0]は、スイッチSWを制御するスイッチ制御信号の一例であり、サーモコード生成部53は、出力振幅設定信号OAに応じて出力信号X[2:0]を生成するスイッチ制御部の一例である。 The multiple switches SW and the multiple capacitive elements C2 are an example of a variable capacitance circuit that is charged and discharged by the differential current signal. The output signal X[2:0] is an example of a switch control signal that controls the switch SW. It is an example of a control unit.

容量素子C2は、出力振幅設定信号OAが示す振幅設定によるAGC帯域の変動を補償するように設定されている。このため、後述する図4に示されるように、AGC制御回路50によるAGC帯域を、出力振幅設定信号OAの設定によらずに一定にすることができる。 The capacitive element C2 is set so as to compensate for fluctuations in the AGC band due to the amplitude setting indicated by the output amplitude setting signal OA. Therefore, as shown in FIG. 4, which will be described later, the AGC band of the AGC control circuit 50 can be made constant regardless of the setting of the output amplitude setting signal OA.

OTA51の出力には利得制御部54が接続される。利得制御部54は、OTA51の出力ノードに接続された容量素子C2の充電電圧に応じて、TIA10およびVGA20の利得を制御する制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。 A gain control section 54 is connected to the output of the OTA 51 . Gain control unit 54 generates control signals CNTL1-CNTL4 for controlling the gains of TIA 10 and VGA 20 according to the charging voltage of capacitive element C2 connected to the output node of OTA 51. FIG.

例えば、利得制御部54は、OTA51の出力ノードの電圧が相対的に低い場合、TIA10およびVGA20の利得を大きくする制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。利得制御部54は、OTA51の出力ノードの電圧が相対的に高い場合、TIA10およびVGA20の利得を小さくする制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。 For example, gain control section 54 generates control signals CNTL1-CNTL4 that increase the gains of TIA 10 and VGA 20 when the voltage of the output node of OTA 51 is relatively low. Gain control unit 54 generates control signals CNTL1-CNTL4 that reduce the gains of TIA 10 and VGA 20 when the voltage of the output node of OTA 51 is relatively high.

振幅検出信号PHおよび振幅基準信号AHが一定の場合、オフセット電流Ioffsetが小さくなると電圧信号VINの電圧値は小さくなり、オフセット電流Ioffsetが大きくなると電圧信号VINの電圧値は大きくなる。トランスインピーダンス増幅回路100は、上述のAGCループの負帰還により、OTA51に入力される電圧信号VIPの電圧値と電圧信号VINの電圧値との差が"0"になるように動作し、オフセット電流Ioffsetによるオフセット電圧分をキャンセルするように動作する。この結果、出力振幅設定信号OAのデジタル値により振幅設定が可能なAGC制御回路50を構成することができる。 When amplitude detection signal PH and amplitude reference signal AH are constant, the voltage value of voltage signal VIN decreases as offset current Ioffset decreases, and the voltage value of voltage signal VIN increases as offset current Ioffset increases. The transimpedance amplifier circuit 100 operates so that the difference between the voltage value of the voltage signal VIP input to the OTA 51 and the voltage value of the voltage signal VIN becomes "0" due to the negative feedback of the AGC loop described above, and the offset current It operates to cancel the offset voltage due to Ioffset. As a result, it is possible to configure the AGC control circuit 50 capable of setting the amplitude by the digital value of the output amplitude setting signal OA.

〔容量値の設定例〕
図3は、図2のサーモコード生成部53による容量素子C2の容量値の設定例を示す説明図である。例えば、後述する図6に示すように、OTA51の出力ノードに固定の容量値の容量素子C2を接続する場合、出力端子OutP、OutNから出力される差動電圧信号の出力振幅とAGC帯域との関係は、図8により示される。図8の4つの点のAGC帯域の値をそれぞれF1、F2、F3、F4とし、F1~F4を振幅設定によらずに一定の帯域Ftargetに調整することを考える。例えば、帯域Ftargetは、300kHzである。以下では、図6の回路は、補償前の回路と称され、図2の回路は、補償後の回路と称される。
[Capacitance value setting example]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a setting example of the capacitance value of the capacitive element C2 by the thermocode generator 53 of FIG. For example, as shown in FIG. 6, which will be described later, when a capacitive element C2 having a fixed capacitance value is connected to the output node of the OTA 51, the output amplitude of the differential voltage signal output from the output terminals OutP and OutN and the AGC band are The relationship is illustrated by FIG. Assume that the AGC band values of the four points in FIG. 8 are F1, F2, F3, and F4, respectively, and that F1 to F4 are adjusted to a constant band Ftarget regardless of the amplitude setting. For example, the band Ftarget is 300 kHz. In the following, the circuit of FIG. 6 will be referred to as the pre-compensation circuit and the circuit of FIG. 2 will be referred to as the post-compensation circuit.

OTA51の出力ノードに寄生する寄生容量をCp(例えば、5pF)とし、補償前の図6の容量素子C2の容量値をC2F(例えば、12pF)とすると、補償前の回路での容量値は一定(Cp+C2F)である。ここで、寄生容量Cpは、OTA51の出力ノードの出力容量、利得制御部54の容量素子C2の充電電圧が入力される入力の入力容量、OTA51と利得制御部54とを接続する配線の容量などの合計である。寄生容量Cpは、実施形態に応じて決まる固定値となる。 If the parasitic capacitance of the output node of the OTA 51 is Cp (eg, 5 pF) and the capacitance value of the capacitive element C2 in FIG. 6 before compensation is C2F (eg, 12 pF), the capacitance value in the circuit before compensation is constant. (Cp+C2F). Here, the parasitic capacitance Cp is the output capacitance of the output node of the OTA 51, the input capacitance of the input to which the charging voltage of the capacitive element C2 of the gain control section 54 is input, the capacitance of the wiring connecting the OTA 51 and the gain control section 54, and the like. is the sum of The parasitic capacitance Cp is a fixed value determined according to the embodiment.

AGC帯域は、図8に示されるように、設定される出力振幅が大きいほど高くなる。このため、一定のAGC帯域にするために、設定される振幅が大きいほど、容量素子C2の容量値を大きくしてAGC帯域を下げる必要がある。容量素子C2の容量値とAGC帯域は反比例し、寄生容量Cpは、補償前後で変化しない。このため、各出力振幅設定による補償後の容量値Cn(nは正の整数)は、式(1)により求めることができる。 The AGC band becomes higher as the set output amplitude is larger, as shown in FIG. Therefore, in order to keep the AGC band constant, it is necessary to lower the AGC band by increasing the capacitance value of the capacitive element C2 as the set amplitude increases. The capacitance value of the capacitive element C2 and the AGC band are inversely proportional, and the parasitic capacitance Cp does not change before and after compensation. Therefore, the capacitance value Cn (n is a positive integer) after compensation for each output amplitude setting can be obtained by equation (1).

Cn=(C2F+Cp)・Fn/Ftarget-Cp ‥(1)
式(1)において、AGC帯域Fnの値が一定の帯域Ftargetに等しいときは、Cn=C2Fとなる。また、AGC帯域Fnの値が一定の帯域Ftargetより大きいときは、CnはC2Fより大きくなり、AGC帯域Fnの値が一定の帯域Ftargetより小さいときは、CnはC2Fより小さくなる。
Cn=(C2F+Cp)・Fn/Ftarget−Cp (1)
In equation (1), Cn=C2F when the value of the AGC band Fn is equal to the constant band Ftarget. Also, when the value of the AGC band Fn is greater than the constant band Ftarget, Cn is greater than C2F, and when the value of the AGC band Fn is less than the constant band Ftarget, Cn is less than C2F.

図3は、式(1)を使用して計算されたCnを示している。図3の4つの点は、図8の4つの点にそれぞれ対応する。補償後の容量値Cnは、以下に示すように、nが2より大きいとき、1つ前の振幅設定の容量値C(n-1)に容量値C2,nを加算したものとなる。 FIG. 3 shows Cn calculated using equation (1). The four points in FIG. 3 respectively correspond to the four points in FIG. As shown below, the capacitance value Cn after compensation is obtained by adding the capacitance value C2,n to the capacitance value C(n-1) of the previous amplitude setting when n is greater than 2.

C2,1=C1
C2,2=C2-C2,1=C2-C1
C2,3=C3-(C2,1+C2,2)=C3-C2
...
C2,n=Cn-(C2,1+...+C2,(n-1))=Cn-C(n-1)
C2,1=C1
C2,2=C2-C2,1=C2-C1
C2,3=C3-(C2,1+C2,2)=C3-C2
...
C2,n=Cn-(C2,1+...+C2,(n-1))=Cn-C(n-1)

〔第1の実施形態のループ利得〕
図4は、図2のAGC制御回路50において、出力振幅設定信号OAによる振幅設定に応じたAGCループのループ利得の一例を示す特性図である。図4は、光入力信号パワーを一定(例えば、-15dBm)にした場合のAGCループ利得の特性を示している。
[Loop gain of the first embodiment]
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of the loop gain of the AGC loop according to the amplitude setting by the output amplitude setting signal OA in the AGC control circuit 50 of FIG. FIG. 4 shows the characteristics of the AGC loop gain when the optical input signal power is constant (eg, -15 dBm).

図4に示す符号OA_GC30、OA_GC120、OA_GC210、OA_GC300の末尾の数値は、設定される振幅の大きさに対応しており、数値が大きいほど、値が大きい出力振幅設定信号OAがDAC52およびサーモコード生成部53に供給される。 The numbers at the end of the symbols OA_GC30, OA_GC120, OA_GC210, and OA_GC300 shown in FIG. It is supplied to the section 53 .

AGC帯域は、上述したように、AGCループのループ利得特性において、利得が"1" (デシベル表示で0dB)での周波数として求めることができる。例えば、AGC帯域の適正範囲は、100kHz~1MHzである。この実施形態では、OTA51の出力ノードに接続される容量素子C2の容量値を、振幅設定に応じて変更することで、振幅設定によらずAGC帯域を300kHz程度に設定することができる。300kHzは、AGC帯域の適正範囲の中央付近に位置しており、光入力信号パワーが変動する場合にも所望の通信性能を確保することができる。 As described above, the AGC band can be determined as the frequency at which the gain is "1" (0 dB in decibels) in the loop gain characteristics of the AGC loop. For example, a suitable range for the AGC band is 100 kHz to 1 MHz. In this embodiment, the AGC band can be set to about 300 kHz regardless of the amplitude setting by changing the capacitance value of the capacitive element C2 connected to the output node of the OTA 51 according to the amplitude setting. 300 kHz is located near the center of the proper range of the AGC band, and desired communication performance can be secured even when the optical input signal power fluctuates.

図5は、図4に示した特性を、出力振幅に対するAGC帯域として表した特性図である。図5に示すように、出力振幅設定信号OAにより設定される振幅にかかわりなく、AGC帯域をほぼ一定にすることができる。 FIG. 5 is a characteristic diagram showing the characteristic shown in FIG. 4 as an AGC band with respect to the output amplitude. As shown in FIG. 5, the AGC band can be kept substantially constant regardless of the amplitude set by the output amplitude setting signal OA.

以上、この実施形態では、OTA51の出力ノードに接続される容量素子C2の容量値を、振幅設定に応じて変更することで、設定される出力振幅の大小にかかわりなく、AGC帯域を一定にすることができる。すなわち、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路100を提供することができる。この結果、光入力信号パワーが変動する場合にも十分な通信性能を確保することができる。 As described above, in this embodiment, by changing the capacitance value of the capacitive element C2 connected to the output node of the OTA 51 according to the amplitude setting, the AGC band is made constant regardless of the magnitude of the set output amplitude. be able to. That is, it is possible to provide the transimpedance amplifier circuit 100 that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude setting. As a result, sufficient communication performance can be ensured even when the optical input signal power fluctuates.

出力振幅設定信号OAに応じて断続されるスイッチSWを介して、OTA51の出力ノードに容量素子C2を接続することで、設定される振幅に応じて蓄積される電荷を変更することができる。これにより、振幅設定によるAGC帯域の変動を補償することができる。出力振幅設定信号OAに対応してサーモコードを示す出力信号X[2:0]を生成することで、出力信号X[2:0]のオン/オフのタイミングの影響を受けずに、安定して出力振幅設定信号OAに応じた容量値をOTA51の出力に設定することができる。 By connecting the capacitive element C2 to the output node of the OTA 51 via the switch SW that is switched on/off according to the output amplitude setting signal OA, the stored charge can be changed according to the set amplitude. This makes it possible to compensate for fluctuations in the AGC band due to amplitude setting. By generating the output signal X[2:0] indicating the thermocode corresponding to the output amplitude setting signal OA, the output signal X[2:0] is stable without being affected by the on/off timing of the output signal X[2:0]. , a capacitance value corresponding to the output amplitude setting signal OA can be set to the output of the OTA 51 .

オフセット電流Ioffsetを差動増幅回路の抵抗素子R53、R54の接続ノードに供給することで、出力振幅設定信号OAが示す振幅に対応するオフセット電圧を、差動増幅回路の出力に反映させることができる。この結果、差動電圧信号IP、INの振幅を出力振幅設定信号OAにより示される振幅に設定することができる。 By supplying the offset current Ioffset to the connection node of the resistance elements R53 and R54 of the differential amplifier circuit, the offset voltage corresponding to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal OA can be reflected in the output of the differential amplifier circuit. . As a result, the amplitude of the differential voltage signals IP and IN can be set to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal OA.

〔他のAGC制御回路の回路構成〕
図6は、図1のトランスインピーダンス増幅回路100に搭載されるAGC制御回路の他の構成例を示す回路図である。図2と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図6に示すAGC制御回路50Aは、図1のAGC制御回路50の代わりに、図1に示したトランスインピーダンス増幅回路100に搭載される。
[Circuit configuration of another AGC control circuit]
FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration example of the AGC control circuit mounted in the transimpedance amplifier circuit 100 of FIG. Elements similar to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. An AGC control circuit 50A shown in FIG. 6 is mounted in the transimpedance amplifier circuit 100 shown in FIG. 1 instead of the AGC control circuit 50 shown in FIG.

AGC制御回路50Aは、図2のAGC制御回路50からサーモコード生成部53、スイッチSWを削除し、容量素子C2,1~C2,nの代わりに容量素子C2を有する。AGC制御回路50Aのその他の構成は、図2のAGC制御回路50の構成と同様である。AGC制御回路50Aは、出力振幅設定信号OAによる容量値の調整を実施しないことを除き、図2のAGC制御回路50と同様に動作する。 The AGC control circuit 50A eliminates the thermocode generator 53 and the switch SW from the AGC control circuit 50 of FIG. 2, and has a capacitive element C2 instead of the capacitive elements C2,1 to C2,n. Other configurations of the AGC control circuit 50A are the same as those of the AGC control circuit 50 of FIG. The AGC control circuit 50A operates in the same manner as the AGC control circuit 50 of FIG. 2 except that the capacitance value is not adjusted by the output amplitude setting signal OA.

〔他のAGC制御回路のループ利得〕
図7は、図6のAGC制御回路50Aにおいて、出力振幅設定信号OAによる振幅設定に応じたAGCループ利得の一例を示す特性図である。図7は、図4に対応しており、光入力信号パワーを一定(例えば、-15dBm)にした場合のAGCループ利得の特性を示している。
[Loop gain of other AGC control circuits]
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of the AGC loop gain according to the amplitude setting by the output amplitude setting signal OA in the AGC control circuit 50A of FIG. FIG. 7 corresponds to FIG. 4 and shows the characteristics of the AGC loop gain when the optical input signal power is kept constant (eg, -15 dBm).

出力振幅設定信号OAによる容量値の調整を実施しない場合、AGC帯域は、設定された出力振幅に応じて変動する。図7では、AGC帯域は、180kHz程度から1MHz程度まで変動しており、適正範囲である100kHz~1MHzに対するマージンが小さい。このため、光入力信号パワーが変動する場合、所望の通信性能を確保できないおそれがある。 If the capacitance value is not adjusted by the output amplitude setting signal OA, the AGC band fluctuates according to the set output amplitude. In FIG. 7, the AGC band varies from about 180 kHz to about 1 MHz, and the margin for the appropriate range of 100 kHz to 1 MHz is small. Therefore, if the optical input signal power fluctuates, there is a risk that desired communication performance cannot be ensured.

図8は、図7に示した特性を、出力振幅に対するAGC帯域として表した特性図である。図8では、出力振幅設定信号OAにより設定される振幅に応じてAGC帯域は変動してしまう。 FIG. 8 is a characteristic diagram showing the characteristic shown in FIG. 7 as an AGC band with respect to the output amplitude. In FIG. 8, the AGC band fluctuates according to the amplitude set by the output amplitude setting signal OA.

〔フィードバック機能を無効にした場合の特性〕
図9は、図2または図6のAGC制御回路による負帰還を無効にした場合のトランスインピーダンス増幅回路100の出力振幅と、振幅検出信号PHと振幅基準信号AHとの差電圧PH-AHとの関係を示す特性図である。図9に示すように、負帰還を無効にした場合、設定される振幅が大きくなるにしたがい、差電圧PH-AHは、非線形で弓なりに大きくなる。AGC制御回路50の設定回路において、基準電圧Vrefを差動電圧信号IP,INの平均値に設定した場合、差電圧PH-AHは、差動電圧信号IP,INの振幅(peak to peak値の半分)の値に対応した電圧となる。
[Characteristics when the feedback function is disabled]
FIG. 9 shows the output amplitude of the transimpedance amplifier circuit 100 when the negative feedback by the AGC control circuit of FIG. 2 or 6 is disabled, and the difference voltage PH-AH between the amplitude detection signal PH and the amplitude reference signal AH. It is a characteristic diagram showing a relationship. As shown in FIG. 9, when the negative feedback is disabled, the difference voltage PH-AH increases in a nonlinear and arcuate manner as the set amplitude increases. In the setting circuit of the AGC control circuit 50, when the reference voltage Vref is set to the average value of the differential voltage signals IP and IN, the differential voltage PH-AH is equal to the amplitude of the differential voltage signals IP and IN (peak to peak value). half).

ところで、図8に示したAGC帯域の変化は、AGCループの利得が振幅設定によって変動するために発生するものであり、主に2つの原因による。1つ目は、TIA10およびVGA20がAGCループ内に含まれるため、AGC制御によるTIA10およびVGA20の利得の変動によりAGCループ利得が変動するためである。2つ目は、図2および図6のトランジスタQ1P、Q1N(例えば、HBT)は、ベース・エミッタ間でダイオード特性を有するため、入力に対して非線形な特性を有するためである。例えば、図9の差電圧PH-AHと実際の出力振幅との関係が非線形になっているのは、トランジスタQ1P、Q1Nの非線形特性によるものである。 By the way, the change in the AGC band shown in FIG. 8 occurs because the gain of the AGC loop fluctuates depending on the amplitude setting, and is mainly due to two causes. First, since the TIA 10 and VGA 20 are included in the AGC loop, the AGC loop gain fluctuates due to fluctuations in the gains of the TIA 10 and VGA 20 due to AGC control. The second reason is that the transistors Q1P and Q1N (for example, HBT) in FIGS. 2 and 6 have diode characteristics between the base and the emitter and thus have nonlinear characteristics with respect to the input. For example, the nonlinear relationship between the difference voltage PH-AH in FIG. 9 and the actual output amplitude is due to the nonlinear characteristics of the transistors Q1P and Q1N.

以上、本開示の実施形態などについて説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。 Although the embodiments and the like of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and the like. Various changes, modifications, substitutions, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. These also naturally belong to the technical scope of the present disclosure.

10 TIA
20 VGA
30 BUF
40 CML
50、50A AGC制御回路
51 OTA
52 DAC
53 サーモコード生成部
54 利得制御部
100 トランスインピーダンス増幅回路
AH 振幅基準信号
C2 容量素子
C51、C52 容量素子
CNTL1-CNTL4 制御信号
I51、I52、I53 電流源
InN、InP 入力端子
IN、IP 電圧信号
M1N、M1P トランジスタ
OA 出力振幅設定信号
OutN、OutP 出力端子
PH 振幅検出信号
Q1N、Q1P トランジスタ
Q2 トランジスタ
R11、R12 抵抗素子
R51、R52、R53、R54、R55、R56 抵抗素子
SW スイッチ
VIN、VIP 電圧信号
Vref 基準電圧
10 TIAs
20 VGA
30 BUF
40 CML
50, 50A AGC control circuit 51 OTA
52 DACs
53 thermocode generation unit 54 gain control unit 100 transimpedance amplifier circuit AH amplitude reference signal C2 capacitive elements C51, C52 capacitive elements CNTL1-CNTL4 control signals I51, I52, I53 current sources InN, InP input terminals IN, IP voltage signal M1N, M1P Transistor OA Output amplitude setting signal OutN, OutP Output terminal PH Amplitude detection signal Q1N, Q1P Transistor Q2 Transistor R11, R12 Resistance element R51, R52, R53, R54, R55, R56 Resistance element SW Switch VIN, VIP Voltage signal Vref Reference voltage

Claims (4)

制御信号によって設定される利得に応じて入力電流信号を増幅して電圧信号に変換する増幅回路と、
前記電圧信号の振幅に応じて前記制御信号を生成する利得制御回路と、
を備え、
前記利得制御回路は、
前記電圧信号の振幅に応じて振幅検出信号を生成する検出回路と、
基準電圧に応じて振幅基準信号を生成する設定回路と、
前記振幅検出信号の電圧と前記振幅基準信号の電圧との差分が出力振幅設定信号に応じて補正された差分電圧に基づいて差分電流信号を生成する電圧制御電流源回路と、
前記電圧制御電流源回路の出力に接続され、前記出力振幅設定信号に応じて設定される容量値を有し、前記差分電流信号によって充放電される可変容量回路と、
を備え、
前記利得制御回路は、前記可変容量回路の充電電圧に応じて前記制御信号を生成する、
トランスインピーダンス増幅回路。
an amplifier circuit that amplifies an input current signal according to a gain set by a control signal and converts it into a voltage signal;
a gain control circuit that generates the control signal according to the amplitude of the voltage signal;
with
The gain control circuit is
a detection circuit that generates an amplitude detection signal according to the amplitude of the voltage signal;
a setting circuit that generates an amplitude reference signal in response to the reference voltage;
a voltage controlled current source circuit for generating a differential current signal based on a differential voltage obtained by correcting a difference between the voltage of the amplitude detection signal and the voltage of the amplitude reference signal according to an output amplitude setting signal;
a variable capacitance circuit connected to the output of the voltage controlled current source circuit, having a capacitance value set according to the output amplitude setting signal, and charged and discharged by the differential current signal;
with
The gain control circuit generates the control signal according to the charging voltage of the variable capacitance circuit.
Transimpedance amplifier circuit.
前記利得制御回路は、
前記出力振幅設定信号に応じてスイッチ制御信号を生成するスイッチ制御部を備え、
前記可変容量回路は、前記スイッチ制御信号に応じて断続されるスイッチをそれぞれ介して前記電圧制御電流源回路の出力に接続される複数の容量素子を有し、
前記スイッチ制御部は、前記出力振幅設定信号が示す振幅が大きいほど、前記電圧制御電流源回路の出力に接続される前記容量素子の数を増やす前記スイッチ制御信号を生成する
請求項1に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The gain control circuit is
A switch control unit that generates a switch control signal according to the output amplitude setting signal,
The variable capacitance circuit has a plurality of capacitive elements connected to the output of the voltage controlled current source circuit via switches that are switched on and off according to the switch control signal,
2. The switch control unit according to claim 1, wherein the switch control unit generates the switch control signal that increases the number of the capacitive elements connected to the output of the voltage controlled current source circuit as the amplitude indicated by the output amplitude setting signal increases. Transimpedance amplifier circuit.
前記スイッチ制御部は、前記出力振幅設定信号のデジタル値が1だけ増加するとき、前記複数の容量素子を断続するスイッチのうちオフ状態のものを1つだけオン状態にするように前記スイッチ制御信号を生成する
請求項2に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The switch control section controls the switch control signal such that, when the digital value of the output amplitude setting signal increases by one, only one of the switches for connecting and disconnecting the plurality of capacitive elements is turned on. 3. The transimpedance amplifier circuit of claim 2, wherein the transimpedance amplifier circuit generates
前記利得制御回路は、
さらに、前記出力振幅設定信号が示す値に応じたオフセット電流を生成する電流生成部と、
前記振幅検出信号と前記振幅基準信号とを差動増幅し、前記オフセット電流に応じた電圧を、前記振幅検出信号の増幅により得られた電圧に加算する差動増幅回路と、
を備える、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The gain control circuit is
a current generator that generates an offset current corresponding to a value indicated by the output amplitude setting signal;
a differential amplifier circuit that differentially amplifies the amplitude detection signal and the amplitude reference signal and adds a voltage corresponding to the offset current to a voltage obtained by amplifying the amplitude detection signal;
comprising
4. A transimpedance amplifier circuit according to any one of claims 1 to 3.
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