JP2534407B2 - 増幅器 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers without distortion of the input signal
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3084—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in receivers or transmitters for electromagnetic waves other than radiowaves, e.g. lightwaves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
- H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
- H03G1/0017—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
- H03G1/0023—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier in emitter-coupled or cascode amplifiers
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- Amplifiers (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に電子式増幅器に関
し、より具体的には、高速度で動作し低い電源電圧しか
必要としない多段増幅器に関する。
し、より具体的には、高速度で動作し低い電源電圧しか
必要としない多段増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ式ディジタル受信装置などあ
る種の応用分野では、高利得と高速度／高帯域幅が不可
欠である。たとえば、コンピュータ間のディジタル通信
用に毎秒８００メガビットを送受信する何らかの光ファ
イバ・ケーブルが必要であり、将来はさらに高速度が必
要となる。また、ディジタル信号用の電源と同じ電源か
ら増幅器を動作させることが好ましいが、そのような電
源は低い電圧を供給することがある。たとえば、ディジ
タル信号がＴＴＬレベルである場合、電源電圧は５ボル
トである。
る種の応用分野では、高利得と高速度／高帯域幅が不可
欠である。たとえば、コンピュータ間のディジタル通信
用に毎秒８００メガビットを送受信する何らかの光ファ
イバ・ケーブルが必要であり、将来はさらに高速度が必
要となる。また、ディジタル信号用の電源と同じ電源か
ら増幅器を動作させることが好ましいが、そのような電
源は低い電圧を供給することがある。たとえば、ディジ
タル信号がＴＴＬレベルである場合、電源電圧は５ボル
トである。
【０００３】これまで多数の型式の増幅器が知られてい
る。たとえば、非常に一般的な増幅器は、パイポーラ・
トランジスタと、トランジスタのベースと電源の間に接
続された大きな直流バイアス抵抗と、トランジスタのエ
ミッタと大地の間に接続されたエミッタ抵抗と、トラン
ジスタのコレクタと電源の間に接続されたコレクタ抵抗
とを含んでいる。この種の増幅器は、中速度で有用であ
る。しかし、この増幅器内のトランジスタは、本来的に
そのベースに寄生キャパシタンスを含んでおり、このキ
ャパシタンスはベース抵抗と並列になっている。したが
って、この増幅器はその入力端にかなりのＲＣ時間定数
を有し、この時間定数が増幅器の速度と帯域幅を減少さ
せる。感度がより大きな差動増幅器も知られていた。
る。たとえば、非常に一般的な増幅器は、パイポーラ・
トランジスタと、トランジスタのベースと電源の間に接
続された大きな直流バイアス抵抗と、トランジスタのエ
ミッタと大地の間に接続されたエミッタ抵抗と、トラン
ジスタのコレクタと電源の間に接続されたコレクタ抵抗
とを含んでいる。この種の増幅器は、中速度で有用であ
る。しかし、この増幅器内のトランジスタは、本来的に
そのベースに寄生キャパシタンスを含んでおり、このキ
ャパシタンスはベース抵抗と並列になっている。したが
って、この増幅器はその入力端にかなりのＲＣ時間定数
を有し、この時間定数が増幅器の速度と帯域幅を減少さ
せる。感度がより大きな差動増幅器も知られていた。
【０００４】また「ギルバート・セル」を用いて、高速
／高帯域幅の増幅器を提供することも知られていた。こ
のセルを組み合わせると、高利得をもたらすことができ
る。しかし、各セルが動作するには０．５〜１．０ボル
トの電源電圧スイングが必要であり、セルを組み合わせ
るには、電源から大地へとセルを「垂直に」積み重ね
る。したがって、たとえば５ボルトという小さな電源電
圧で得ることのできる最大利得は限られている。
／高帯域幅の増幅器を提供することも知られていた。こ
のセルを組み合わせると、高利得をもたらすことができ
る。しかし、各セルが動作するには０．５〜１．０ボル
トの電源電圧スイングが必要であり、セルを組み合わせ
るには、電源から大地へとセルを「垂直に」積み重ね
る。したがって、たとえば５ボルトという小さな電源電
圧で得ることのできる最大利得は限られている。
【０００５】光ファイバ増幅器が満たすべき要件がもう
１つある。増幅器の入力端にぶつかる光信号は、ＬＥＤ
またはレーザが対応する光感応ダイオードの近くにある
こと、製造公差、その他のファクタのために、エネルギ
ーが上下で１０００倍も変化する可能性があり、増幅器
は、扱いやすい電圧出力範囲をもたらすため、このばら
つきを補償しなければならない。ベース抵抗及び他の抵
抗を備えた上記の従来技術の単端増幅器では、トランジ
スタが飽和して出力電圧を制限する。しかし飽和状態に
なると、トランジスタのその後の応答、すなわちターン
オフの速度が遅くなる。ギルバート・セルも、垂直に積
み重ねるために、電源電圧に対して入力が取り得る許容
直流成分が制限されるので、広い範囲の入力に適しては
いない。
１つある。増幅器の入力端にぶつかる光信号は、ＬＥＤ
またはレーザが対応する光感応ダイオードの近くにある
こと、製造公差、その他のファクタのために、エネルギ
ーが上下で１０００倍も変化する可能性があり、増幅器
は、扱いやすい電圧出力範囲をもたらすため、このばら
つきを補償しなければならない。ベース抵抗及び他の抵
抗を備えた上記の従来技術の単端増幅器では、トランジ
スタが飽和して出力電圧を制限する。しかし飽和状態に
なると、トランジスタのその後の応答、すなわちターン
オフの速度が遅くなる。ギルバート・セルも、垂直に積
み重ねるために、電源電圧に対して入力が取り得る許容
直流成分が制限されるので、広い範囲の入力に適しては
いない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の全般的目的
は、高速／高帯域幅の増幅器を提供することにある。
は、高速／高帯域幅の増幅器を提供することにある。
【０００７】本発明の他の全般的目的は、低い電源電圧
で動作できる、上記のタイプの多段増幅器を提供するこ
とにある。
で動作できる、上記のタイプの多段増幅器を提供するこ
とにある。
【０００８】本発明の他の目的は、広い範囲の信号入力
で動作でき、扱いやすい電圧範囲内の出力をもたらす、
上記タイプの増幅器を提供することにある。
で動作でき、扱いやすい電圧範囲内の出力をもたらす、
上記タイプの増幅器を提供することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、高密度の集積回路と
して製造できる、上記タイプの増幅器を提供することに
ある。
して製造できる、上記タイプの増幅器を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、カスケード形
に直結された第１と第２の少なくとも２つの利得セル段
を含む多段増幅器に関する。各利得セル段は、それぞ
れ、第１と第２の共通エミッタ差動トランジスタ回路
と、両トランジスタのエミッタに共通結合された電流源
と、バイアス電圧端子と第１トランジスタのベースとの
間に接続された第１の複数の順方向バイアス直列ダイオ
ードと、上記゛イアス電圧端子と第２トランジスタのベ
ースとの間に接続された第２の複数の順方向バイアス直
列ダイオードとを含んでいる。各利得セル段のコレクタ
対は、それぞれ、次段の利得セルのベース対の対応する
ものに直結されている。上記各バイアス用ダイオードの
内部抵抗（結果的には、固有抵抗）が上記トランジスタ
のベース・エミッタの内部抵抗にほぼ等しく選択されて
いる。ダイオードの内部抵抗が低いので、増幅器の動作
速度は大きく、また、ダイオード及びトランジスタの各
内部抵抗がほぼ等しいので、各セル段の利得は、バイア
ス電圧に直結されているバイアス用ダイオードの個数に
ほぼ等しい。
に直結された第１と第２の少なくとも２つの利得セル段
を含む多段増幅器に関する。各利得セル段は、それぞ
れ、第１と第２の共通エミッタ差動トランジスタ回路
と、両トランジスタのエミッタに共通結合された電流源
と、バイアス電圧端子と第１トランジスタのベースとの
間に接続された第１の複数の順方向バイアス直列ダイオ
ードと、上記゛イアス電圧端子と第２トランジスタのベ
ースとの間に接続された第２の複数の順方向バイアス直
列ダイオードとを含んでいる。各利得セル段のコレクタ
対は、それぞれ、次段の利得セルのベース対の対応する
ものに直結されている。上記各バイアス用ダイオードの
内部抵抗（結果的には、固有抵抗）が上記トランジスタ
のベース・エミッタの内部抵抗にほぼ等しく選択されて
いる。ダイオードの内部抵抗が低いので、増幅器の動作
速度は大きく、また、ダイオード及びトランジスタの各
内部抵抗がほぼ等しいので、各セル段の利得は、バイア
ス電圧に直結されているバイアス用ダイオードの個数に
ほぼ等しい。
【００１１】
【実施例】ここで図面を詳しく参照する。図面で同一の
参照番号は複数の図を通じて同じ要素を示す。図１は、
本発明を利用した光ファイバ受信回路１０を示してい
る。受信回路１０は、その入力端における光感応性ピン
・ダイオード１２と、ピン・ダイオードの両端間に接続
された前置増幅器１４と、前置増幅器の出力端に接続さ
れたバッファ回路１６と、バッファ回路の出力端にカス
ケード形に接続された複数の利得セル１８Ａ〜Ｄと、利
得セル１８Ｄの出力端に接続されたドライバ回路２０
と、ドライバと前置増幅器の間に接続されたレベル復元
回路２２とを含んでいる。
参照番号は複数の図を通じて同じ要素を示す。図１は、
本発明を利用した光ファイバ受信回路１０を示してい
る。受信回路１０は、その入力端における光感応性ピン
・ダイオード１２と、ピン・ダイオードの両端間に接続
された前置増幅器１４と、前置増幅器の出力端に接続さ
れたバッファ回路１６と、バッファ回路の出力端にカス
ケード形に接続された複数の利得セル１８Ａ〜Ｄと、利
得セル１８Ｄの出力端に接続されたドライバ回路２０
と、ドライバと前置増幅器の間に接続されたレベル復元
回路２２とを含んでいる。
【００１２】図２は、カスケード形利得セル１８Ａ〜１
８Ｄを示している。希望するならカスケード形に接続す
る利得セルの数を増減できることに留意されたい。利得
セル１８Ａは、そのエミッタが互いに接続されている差
動バイポーラ・トランジスタ３０Ａ及び３２Ａと、正電
圧電源端子４０とトランジスタ３０Ａのベース４１Ａと
の間に直列に接続されたダイオード３４Ａ〜３７Ａと、
トランジスタ３０Ａ及び３２Ａのそれぞれのエミッタと
接地電源端子４６との間に接続された電流源４４Ａとを
含んでいる。ダイオード３４Ａ〜３７Ａをこのように直
列に配列した場合、トランジスタ３０のベースは、正電
源電圧から各ダイオード３４Ａ〜３７Ａの両端間での電
圧降下を差し引いた値に等しい直流電圧でバイアスされ
る。図示した実施例では、バイアス電圧は約１．８ボル
トである。
８Ｄを示している。希望するならカスケード形に接続す
る利得セルの数を増減できることに留意されたい。利得
セル１８Ａは、そのエミッタが互いに接続されている差
動バイポーラ・トランジスタ３０Ａ及び３２Ａと、正電
圧電源端子４０とトランジスタ３０Ａのベース４１Ａと
の間に直列に接続されたダイオード３４Ａ〜３７Ａと、
トランジスタ３０Ａ及び３２Ａのそれぞれのエミッタと
接地電源端子４６との間に接続された電流源４４Ａとを
含んでいる。ダイオード３４Ａ〜３７Ａをこのように直
列に配列した場合、トランジスタ３０のベースは、正電
源電圧から各ダイオード３４Ａ〜３７Ａの両端間での電
圧降下を差し引いた値に等しい直流電圧でバイアスされ
る。図示した実施例では、バイアス電圧は約１．８ボル
トである。
【００１３】例として示すと、電流源４４Ａは、抵抗５
０と５２から形成される分圧器によってそのベースが一
定の直流電圧に維持されているトランジスタ４８（図
３）と、トランジスタ４８のエミッタと大地の間に接続
された抵抗５４とを含む。トランジスタ４８のベースが
分圧器によって一定電圧に維持されるため、トランジス
タ４８のエミッタは、ベース電圧よりも約０．８ボルト
低い固定電圧に維持される。したがって、トランジスタ
４８のコレクタにシンクする電流は固定され、エミッタ
電圧を抵抗５４の抵抗値で割った値にほぼ等しくなる。
ダイオード１５７はトランジスタ４８を温度補償して、
温度変化に対して電流シンクを一定に保つ。これは、ト
ランジスタ４８のベース・エミッタ間電圧をダイオード
１５７の順方向降下と一致させることによって実現され
る。電流源４４Ａは、バイアス電流をトランジスタ３０
Ａと３２Ａに適した動作レベルに制限し、また後でより
詳しく述べるように、入力の範囲が広いにもかかわらず
出力電流が扱いやすい範囲内に保たれるように、トラン
ジスタ３０Ａ及び３２Ａ中を流れるコレクタ電流を制限
する。
０と５２から形成される分圧器によってそのベースが一
定の直流電圧に維持されているトランジスタ４８（図
３）と、トランジスタ４８のエミッタと大地の間に接続
された抵抗５４とを含む。トランジスタ４８のベースが
分圧器によって一定電圧に維持されるため、トランジス
タ４８のエミッタは、ベース電圧よりも約０．８ボルト
低い固定電圧に維持される。したがって、トランジスタ
４８のコレクタにシンクする電流は固定され、エミッタ
電圧を抵抗５４の抵抗値で割った値にほぼ等しくなる。
ダイオード１５７はトランジスタ４８を温度補償して、
温度変化に対して電流シンクを一定に保つ。これは、ト
ランジスタ４８のベース・エミッタ間電圧をダイオード
１５７の順方向降下と一致させることによって実現され
る。電流源４４Ａは、バイアス電流をトランジスタ３０
Ａと３２Ａに適した動作レベルに制限し、また後でより
詳しく述べるように、入力の範囲が広いにもかかわらず
出力電流が扱いやすい範囲内に保たれるように、トラン
ジスタ３０Ａ及び３２Ａ中を流れるコレクタ電流を制限
する。
【００１４】トランジスタ３２Ａ及びバイアス・ダイオ
ード６４Ａ〜６７Ａの動作及び構成は、トランジスタ３
０Ａ及びダイオード３４Ａ〜３７Ａと同じである。端子
６８Ａと７０Ａの間の差動入力電圧が、トランジスタ３
０Ａのベース４１Ａとトランジスタ３２Ａのベース７１
Ａに印加される。利得セル１８Ａはまた、差動入力６８
Ａ及び７０Ａにそれぞれ対応する差動出力７４Ａ及び７
６Ａを供給する。
ード６４Ａ〜６７Ａの動作及び構成は、トランジスタ３
０Ａ及びダイオード３４Ａ〜３７Ａと同じである。端子
６８Ａと７０Ａの間の差動入力電圧が、トランジスタ３
０Ａのベース４１Ａとトランジスタ３２Ａのベース７１
Ａに印加される。利得セル１８Ａはまた、差動入力６８
Ａ及び７０Ａにそれぞれ対応する差動出力７４Ａ及び７
６Ａを供給する。
【００１５】図４は、利得セル１８Ａによって得られる
利得を示している。実際には、トランジスタ３０Ａは、
トランジスタ３０Ａのベース層及びエミッタ層のＮ層及
びＰ層の固有抵抗率によって生じる有限抵抗７０を含ん
でいる。同様に、各ダイオード３４〜３７は、それぞれ
各ダイオードのＰ半導体層及びＮ半導体層の固有抵抗率
によって生じる抵抗７４〜７７を含んでいる。トランジ
スタ３０Ａのベース４１Ａに交流電流が注入されると、
この電流は次式に従ってベース電圧を瞬間的に変化させ
る。
利得を示している。実際には、トランジスタ３０Ａは、
トランジスタ３０Ａのベース層及びエミッタ層のＮ層及
びＰ層の固有抵抗率によって生じる有限抵抗７０を含ん
でいる。同様に、各ダイオード３４〜３７は、それぞれ
各ダイオードのＰ半導体層及びＮ半導体層の固有抵抗率
によって生じる抵抗７４〜７７を含んでいる。トランジ
スタ３０Ａのベース４１Ａに交流電流が注入されると、
この電流は次式に従ってベース電圧を瞬間的に変化させ
る。
【００１６】ＶAC＝４ＲＩAC。ただしＶACはベース４１
Ａにおける瞬間電圧、Ｒは各ダイオード（及びトランジ
スタ）の抵抗、ＩACは注入電流である。トランジスタ３
０Ａのベースからエミッタへの直流電圧降下を無視し、
トランジスタ３０Ａのエミッタにおける交流電圧のみを
考慮すると、エミッタ３０Ａにおける交流電圧はベース
４１Ａにおける交流電圧と等しくなる。トランジスタ３
０Ａのエミッタにおける交流電圧は、次式によって求め
られる。
Ａにおける瞬間電圧、Ｒは各ダイオード（及びトランジ
スタ）の抵抗、ＩACは注入電流である。トランジスタ３
０Ａのベースからエミッタへの直流電圧降下を無視し、
トランジスタ３０Ａのエミッタにおける交流電圧のみを
考慮すると、エミッタ３０Ａにおける交流電圧はベース
４１Ａにおける交流電圧と等しくなる。トランジスタ３
０Ａのエミッタにおける交流電圧は、次式によって求め
られる。
【００１７】ＶAC＝ＩCOL×Ｒ。ただし、ＩCOLはコレク
タ電流、Ｒは抵抗７０の抵抗値である。本発明の好まし
い実施例では、抵抗７４〜７７及び７０の抵抗値はすべ
て等しい。このことが実現できるのは、すべての抵抗が
集積回路として同時に製造されるからである。抵抗値は
１０〜５０オームの範囲内にあることが好ましく、たと
えば約１５オームとする。上記の２つの式を組み合わせ
ると、次の結果が得られる。
タ電流、Ｒは抵抗７０の抵抗値である。本発明の好まし
い実施例では、抵抗７４〜７７及び７０の抵抗値はすべ
て等しい。このことが実現できるのは、すべての抵抗が
集積回路として同時に製造されるからである。抵抗値は
１０〜５０オームの範囲内にあることが好ましく、たと
えば約１５オームとする。上記の２つの式を組み合わせ
ると、次の結果が得られる。
【００１８】ＩCOLＲ＝４ＲＩACまたはＩCOL＝４ＩAC。
したがって、利得セル１８の交流電流利得は、（コレク
タ電流が電流源の電流に等しくなるまで）４に等しい。
したがって、利得セル１８の交流電流利得は、（コレク
タ電流が電流源の電流に等しくなるまで）４に等しい。
【００１９】また、トランジスタ３０Ａのベースからエ
ミッタまでの両端間に寄生キャパシタンス８０が生じる
にもかかわらず、上記のように抵抗７０及び７４〜７７
が小さいため、利得セル１８Ａの速度及び帯域幅は大き
い。したがって、ＲＣ時間定数は小さい。さらに、バイ
アス（及び負荷）がダイオードによって行なわれるた
め、セルを物理的に小型化して、高密度の集積回路を実
現することができる。
ミッタまでの両端間に寄生キャパシタンス８０が生じる
にもかかわらず、上記のように抵抗７０及び７４〜７７
が小さいため、利得セル１８Ａの速度及び帯域幅は大き
い。したがって、ＲＣ時間定数は小さい。さらに、バイ
アス（及び負荷）がダイオードによって行なわれるた
め、セルを物理的に小型化して、高密度の集積回路を実
現することができる。
【００２０】図４及び上記の各式はまた、トランジスタ
３０Ａの利得が、バイアス電圧電源４０とベース４１Ａ
の間に接続されたダイオードの個数に等しいことを示し
ている。その個数は、バイアス用の使用電源電圧の大き
さに応じて図４の４個から増減できる。導電型に応じ
て、トランジスタ３０のベースを大地電圧４６より十分
高い電圧、または、低い電圧、にバイアスしなければな
らないからである。たとえば、バイアス電源電圧を実施
例の５ボルトから上昇させると、ダイオード３４Ａ〜３
７Ａと直列に追加のダイオードを配置して、利得を増加
させることができる。
３０Ａの利得が、バイアス電圧電源４０とベース４１Ａ
の間に接続されたダイオードの個数に等しいことを示し
ている。その個数は、バイアス用の使用電源電圧の大き
さに応じて図４の４個から増減できる。導電型に応じ
て、トランジスタ３０のベースを大地電圧４６より十分
高い電圧、または、低い電圧、にバイアスしなければな
らないからである。たとえば、バイアス電源電圧を実施
例の５ボルトから上昇させると、ダイオード３４Ａ〜３
７Ａと直列に追加のダイオードを配置して、利得を増加
させることができる。
【００２１】セル１８の利得は、瞬間（交流）コレクタ
電流が定電流源４４のシンク電流を上回ることができな
いため、制限される。たとえば、この電流源はシンク能
力が２ｍＡに制限されている。この２つの電流が等しい
とき、セル１８の利得はトランジスタのベースにおける
ダイオードの数より小さい。この利得の非線形性は好都
合である。というのは、光１１によって送られる信号は
ディジタル信号なので、増幅信号の閾値レベルを上回る
必要はなく、余分の信号は最終的にクリップしなければ
ならないからである。また、電流源の利得制限作用はト
ランジスタ３０または３２の飽和を起こさず、したがっ
て動作速度が損われないことに留意されたい。
電流が定電流源４４のシンク電流を上回ることができな
いため、制限される。たとえば、この電流源はシンク能
力が２ｍＡに制限されている。この２つの電流が等しい
とき、セル１８の利得はトランジスタのベースにおける
ダイオードの数より小さい。この利得の非線形性は好都
合である。というのは、光１１によって送られる信号は
ディジタル信号なので、増幅信号の閾値レベルを上回る
必要はなく、余分の信号は最終的にクリップしなければ
ならないからである。また、電流源の利得制限作用はト
ランジスタ３０または３２の飽和を起こさず、したがっ
て動作速度が損われないことに留意されたい。
【００２２】トランジスタ３０Ａのコレクタ７４Ａは、
トランジスタ３０Ｂのベース４１Ｂに接続されている。
したがって、トランジスタ３０Ａの負荷はトランジスタ
３０Ｂのベースに接続された１組のダイオード３４Ｂ〜
３７Ｂである。同様に、トランジスタ３２Ａの負荷は、
１組のダイオード６４Ｂ〜６７Ｂである。利得セル１８
Ｃは同様に利得セル１８Ｂとカスケード形に接続され、
利得セル１８Ｄは同様に利得セル１８Ｃとカスケード形
に接続されている。負荷ダイオードの抵抗値は小さいの
で、１８Ａ〜１８Ｃの各段の電圧スイングは小さい。こ
れは、多数の段をカスケード形に接続しても低い電源電
圧から動作できるので有利である。ドライバ回路２０
は、最大の電圧スイングを与える抵抗性負荷を有する。
トランジスタ３０Ｂのベース４１Ｂに接続されている。
したがって、トランジスタ３０Ａの負荷はトランジスタ
３０Ｂのベースに接続された１組のダイオード３４Ｂ〜
３７Ｂである。同様に、トランジスタ３２Ａの負荷は、
１組のダイオード６４Ｂ〜６７Ｂである。利得セル１８
Ｃは同様に利得セル１８Ｂとカスケード形に接続され、
利得セル１８Ｄは同様に利得セル１８Ｃとカスケード形
に接続されている。負荷ダイオードの抵抗値は小さいの
で、１８Ａ〜１８Ｃの各段の電圧スイングは小さい。こ
れは、多数の段をカスケード形に接続しても低い電源電
圧から動作できるので有利である。ドライバ回路２０
は、最大の電圧スイングを与える抵抗性負荷を有する。
【００２３】次に、受信回路１０の入力について述べる
と、光１１が光感応ダイオード１２に当たって、電気応
答、すなわちダイオードの導通を生じる。受信回路１０
の好ましい実施例では、光感応ダイオード１２はＰ−Ｉ
−Ｎダイオードである。このダイオードは１対１の利得
をもたらす。すなわち１個の陽子が１個の電子を解放す
る。図１にさらに詳しく示すように、光感応ダイオード
にはＰＮダイオード９０と９２によってバイアスされ
る。ダイオード９０と９２によるバイアスは、それらの
ダイオードの直列抵抗が非常に低いため、非常に低い熱
雑音源をもたらす。これは、受信回路１０の残りの部分
によって大きな増幅が行なわれ、また光感応ダイオード
によって供給される信号の強度が低いので有利である。
ダイオード９０及び９２は、関連するＰ／Ｎ半導体接合
に少量のショット・ノイズを生じる。ただし、ショット
・ノイズは接合を通る電流の関数であり、電流の量は小
さい。またダイオード９０と９２のそれぞれの代りに抵
抗を使ってバイアスをかけることもできる。ただし、こ
の代替設計では、抵抗のサイズが増大するので熱雑音が
増大することになる。また、ダイオード９０と９２によ
るバイアスは、光入力のダイナミック・レンジがより大
きくなるので有利である。すなわち、バイアス・ダイオ
ード９０及び９２の両端間の電圧降下は信号の電流の増
加によって余り変化せず、したがってバイアス電圧はほ
ぼ一定に保たれる。
と、光１１が光感応ダイオード１２に当たって、電気応
答、すなわちダイオードの導通を生じる。受信回路１０
の好ましい実施例では、光感応ダイオード１２はＰ−Ｉ
−Ｎダイオードである。このダイオードは１対１の利得
をもたらす。すなわち１個の陽子が１個の電子を解放す
る。図１にさらに詳しく示すように、光感応ダイオード
にはＰＮダイオード９０と９２によってバイアスされ
る。ダイオード９０と９２によるバイアスは、それらの
ダイオードの直列抵抗が非常に低いため、非常に低い熱
雑音源をもたらす。これは、受信回路１０の残りの部分
によって大きな増幅が行なわれ、また光感応ダイオード
によって供給される信号の強度が低いので有利である。
ダイオード９０及び９２は、関連するＰ／Ｎ半導体接合
に少量のショット・ノイズを生じる。ただし、ショット
・ノイズは接合を通る電流の関数であり、電流の量は小
さい。またダイオード９０と９２のそれぞれの代りに抵
抗を使ってバイアスをかけることもできる。ただし、こ
の代替設計では、抵抗のサイズが増大するので熱雑音が
増大することになる。また、ダイオード９０と９２によ
るバイアスは、光入力のダイナミック・レンジがより大
きくなるので有利である。すなわち、バイアス・ダイオ
ード９０及び９２の両端間の電圧降下は信号の電流の増
加によって余り変化せず、したがってバイアス電圧はほ
ぼ一定に保たれる。
【００２４】光感応ダイオード１２のアノード９６とカ
ソード９４は、交流結合コンデンサ９７と９８を介して
差動トランスインピーダンス前置増幅器１４の差動入力
端に接続される。
ソード９４は、交流結合コンデンサ９７と９８を介して
差動トランスインピーダンス前置増幅器１４の差動入力
端に接続される。
【００２５】前置増幅器１４の差動出力線１０８と１１
０は、図５に示すようにバッファ回路１６の入力端に接
続される。バッファ回路１６は、トランジスタ１３０に
バイアスをかける第１組のダイオード１３４〜１３７、
及び利得セル１８Ａにおけるのと同様にトランジスタ１
３２にバイアスをかける第２組のダイオード１６４〜１
６７を含んでいる。利得セル１８Ａにおけるのと同様
に、バッファ回路１６の電流源１４４はバイアス電流及
び出力電流を制限する。しかし、利得セル１８Ａの場合
とは違って、バッファ回路１６の入力はダイオード１３
５と１３６の間、及びダイオード１６５と１６６の間に
供給される。これはトランジスタ１３０及び１３２のベ
ースに印加される対応する信号の直流電圧に影響を与え
るが、その他の点では利得セル１８Ａに比べてバッファ
回路１６の利得または性能を変えることはない。バッフ
ァ回路１６の１つの目的は、前置増幅器１４の直流電圧
スイングを、利得セル１８Ａへの交流電流スイングに変
換することである。前置増幅器１４の出力は、増幅され
た交流信号プラス直流バイアスであるが、この直流バイ
アスは、利得セル１８Ａがトランジスタ３０Ａと３２Ａ
のベース４１Ａと７１Ａで受け入れることができるより
も高い。バッファ回路１６は、ダイオード１３４〜１３
５と１６４〜１６５及びトランジスタ１８０と１８２を
使って出力電流電圧を下げ、電圧レベル変換器として働
く。トランジスタ１８０と１８２は、それぞれ分圧器１
８４及び１８６による固定バイアス電圧を有する。トラ
ンジスタ１８０と１８２のエミッタに接続された電流源
１９０は、ダイオード列１３４〜１３７及び１６４〜１
６７に対する電流バイアスの機能を果たす。
０は、図５に示すようにバッファ回路１６の入力端に接
続される。バッファ回路１６は、トランジスタ１３０に
バイアスをかける第１組のダイオード１３４〜１３７、
及び利得セル１８Ａにおけるのと同様にトランジスタ１
３２にバイアスをかける第２組のダイオード１６４〜１
６７を含んでいる。利得セル１８Ａにおけるのと同様
に、バッファ回路１６の電流源１４４はバイアス電流及
び出力電流を制限する。しかし、利得セル１８Ａの場合
とは違って、バッファ回路１６の入力はダイオード１３
５と１３６の間、及びダイオード１６５と１６６の間に
供給される。これはトランジスタ１３０及び１３２のベ
ースに印加される対応する信号の直流電圧に影響を与え
るが、その他の点では利得セル１８Ａに比べてバッファ
回路１６の利得または性能を変えることはない。バッフ
ァ回路１６の１つの目的は、前置増幅器１４の直流電圧
スイングを、利得セル１８Ａへの交流電流スイングに変
換することである。前置増幅器１４の出力は、増幅され
た交流信号プラス直流バイアスであるが、この直流バイ
アスは、利得セル１８Ａがトランジスタ３０Ａと３２Ａ
のベース４１Ａと７１Ａで受け入れることができるより
も高い。バッファ回路１６は、ダイオード１３４〜１３
５と１６４〜１６５及びトランジスタ１８０と１８２を
使って出力電流電圧を下げ、電圧レベル変換器として働
く。トランジスタ１８０と１８２は、それぞれ分圧器１
８４及び１８６による固定バイアス電圧を有する。トラ
ンジスタ１８０と１８２のエミッタに接続された電流源
１９０は、ダイオード列１３４〜１３７及び１６４〜１
６７に対する電流バイアスの機能を果たす。
【００２６】ドライバ回路２０は差動増幅器であり、電
圧利得と低い出力インピーダンスをもたらす。
圧利得と低い出力インピーダンスをもたらす。
【００２７】レベル復元回路２２は、ドライバ回路２０
から前置増幅器１４への負帰還を行なって、前器増幅器
１４内でのトランジスタの不整合、すなわち不等な直流
バイアス、電圧降下などを補償し、それによって前置増
幅器１４を平衡させる。
から前置増幅器１４への負帰還を行なって、前器増幅器
１４内でのトランジスタの不整合、すなわち不等な直流
バイアス、電圧降下などを補償し、それによって前置増
幅器１４を平衡させる。
【００２８】以上、本発明に基づくカスケード形バッフ
ァ及び利得セルを開示した。ただし、本発明の範囲から
逸脱することなく、多数の修正及び置換を行なうことが
できる。たとえば、上記で示したｎｐｎトランジスタの
代わりにｐｎｐトランジスタを使用することもできる。
その場合、ダイオードは当該のトランジスタのベースと
大地の間に接続し、電流源はエミッタと高電位の間に接
続することになる。したがって、本発明は限定ではなく
例示によって開示したものであり、本発明の範囲を決定
するには、頭記の特許請求の範囲を参照すべきである。
ァ及び利得セルを開示した。ただし、本発明の範囲から
逸脱することなく、多数の修正及び置換を行なうことが
できる。たとえば、上記で示したｎｐｎトランジスタの
代わりにｐｎｐトランジスタを使用することもできる。
その場合、ダイオードは当該のトランジスタのベースと
大地の間に接続し、電流源はエミッタと高電位の間に接
続することになる。したがって、本発明は限定ではなく
例示によって開示したものであり、本発明の範囲を決定
するには、頭記の特許請求の範囲を参照すべきである。
【００２９】
【発明の効果】本発明によって、高速度で動作し、低い
電源電圧しか必要としない、多段増幅器が提供される。
電源電圧しか必要としない、多段増幅器が提供される。
【図１】本発明を利用した光ファイバ受信回路の構成図
である。
である。
【図２】図１のカスケード形に接続された４個の利得セ
ルの回路図である。
ルの回路図である。
【図３】図２の電流シンクの回路図である。
【図４】利得セルの内部動作を説明するための、図２の
回路の利得セルの一部分の等価回路図である。
回路の利得セルの一部分の等価回路図である。
【図５】図１のバッファ回路の回路図である。
１０ 光ファイバ受信回路 １２ 光感応性ピン・ダイオード １４ 前置増幅器 １６ バッファ回路 １８ 利得セル ２０ ドライバ回路 ２２ レベル復元回路 ３０ バイポーラ・トランジスタ ３２ バイポーラ・トランジスタ ３４ ダイオード ３５ ダイオード ３６ ダイオード ３７ ダイオード ４０ 電源端子 ４４ 電流源 ４６ 接地電源端子 ４８ トランジスタ ５０ 抵抗 ５２ 抵抗 ５４ 抵抗 ６４ バイアス・ダイオード ６５ バイアス・ダイオード ６６ バイアス・ダイオード ６７ バイアス・ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイモンド・ポール・リゾ アメリカ合衆国ニユーヨーク州ヴエスタ ル、アール・デー・ナンバー１、シイデ イ・ロード（番地なし) (56)参考文献 特開 昭63−16705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−40814（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−105604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−228711（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】１対のトランジスタから成る共通エミッタ
差動トランジスタ回路と、この両トランジスタのエミッ
タに共通直結されている電流源と、上記各トランジスタ
のベースとバイアス電圧端子との間に、それぞれ、直結
されている複数の順方向バイアス直列ダイオードの対と
から成る利得セルの段がカスケード形に多段接続され、
初段利得セルの上記ベース対が、それぞれ、差動入力信
号対の対応するものに直結され、各利得セル段のコレク
タ対が、それぞれ、次段セルのベース対の対応するもの
に直結され、終段利得セルのコレクタ対から出力する多
段増幅器であって、 上記各ダイオードの内部抵抗が上記各トランジスタのベ
ース・エミッタの内部抵抗に実質的に等しくなるように
選択されており、 各セル段の利得が動作範囲の大部分に亙ってダイオード
の個数に実質的に等しいことを特徴とする多段増幅器。 - 【請求項２】１対のトランジスタから成る共通エミッタ
差動トランジスタ回路と、この両トランジスタのエミッ
タに共通直結されている電流源と、上記各トランジスタ
のベースとバイアス電圧端子との間に、それぞれ、直結
されている複数の順方向バイアス直列ダイオードの対と
から成る利得セルの段がカスケード形に多段接続され、
初段利得セルにおける上記直列ダイオード対の隣接した
各２つのダイオード間のノード対が、それぞれ、差動入
力信号対の対応するものに直結され、各利得セル段のコ
レクタ対が、それぞれ、次段セルのベース対の対応する
ものに直結され、終段利得セルのコレクタ対から出力す
る多段増幅器であって、 上記各ダイオードの内部抵抗が上記各トランジスタのベ
ース・エミッタの内部抵抗に実質的に等しくなるように
選択されており、 各セル段の利得が動作範囲の大部分に亙ってダイオード
の個数に実質的に等しいことを特徴とする多段増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/512,304 US5039952A (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Electronic gain cell |
| US512304 | 1990-04-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04227305A JPH04227305A (ja) | 1992-08-17 |
| JP2534407B2 true JP2534407B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=24038548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3065356A Expired - Lifetime JP2534407B2 (ja) | 1990-04-20 | 1991-03-07 | 増幅器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5039952A (ja) |
| EP (1) | EP0452650A3 (ja) |
| JP (1) | JP2534407B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5295161A (en) * | 1991-05-10 | 1994-03-15 | International Business Machines Corporation | Fiber optic amplifier with active elements feedback circuit |
| SE468412B (sv) * | 1991-05-15 | 1993-01-11 | Ericsson Telefon Ab L M | Limiterande foerstaerkare |
| US5331289A (en) * | 1993-02-08 | 1994-07-19 | Tektronix, Inc. | Translinear fT multiplier |
| US5473461A (en) * | 1994-08-26 | 1995-12-05 | Interactive Light, Inc. | Wide dynamic range optical receiver |
| US5587679A (en) * | 1995-05-08 | 1996-12-24 | Yokogawa Electric Corporation | Pulse generator including slew rate controller without complementary transistors |
| JP2001223546A (ja) * | 2000-02-08 | 2001-08-17 | Mitsubishi Electric Corp | 多段信号増幅回路 |
| US6433638B1 (en) * | 2000-09-06 | 2002-08-13 | International Business Machines Corporation | Fully balanced transimpedance amplifier for high speed and low voltage applications |
| US6724256B1 (en) | 2002-11-07 | 2004-04-20 | International Business Machines Corporation | Receiver with delay insensitive to input amplitude and slew rate |
| WO2005046094A1 (de) * | 2003-10-17 | 2005-05-19 | Zentrum Mikroelektronik Dresden Ag | Verfahren und anordnung zur wandlung einer optischen empfangsimpulsfolge in eine elektrische ausgangsimpulsfolge |
| JP2009239794A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多段可変利得増幅器 |
| US9374055B2 (en) * | 2014-02-27 | 2016-06-21 | Analog Devices, Inc. | Hybrid translinear amplifier |
| US11405003B1 (en) * | 2020-08-26 | 2022-08-02 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Extended feedback gain tuning in TIA based current amplifier or mixer |
Family Cites Families (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3375455A (en) * | 1964-10-20 | 1968-03-26 | California Inst Res Found | Symmetrical amplifier without dc shift between input and output |
| US3417263A (en) * | 1965-03-18 | 1968-12-17 | Ansitron Inc | Logarithmic amplifier |
| US3533008A (en) * | 1967-06-28 | 1970-10-06 | Gen Electric | Push-pull tunnel diode amplifier |
| GB1265157A (ja) * | 1968-09-27 | 1972-03-01 | ||
| US3643107A (en) * | 1970-04-01 | 1972-02-15 | United Aircraft Corp | Function generator |
| US3693106A (en) * | 1970-11-02 | 1972-09-19 | Ernest L Long | Stable power amplifier circuit |
| US3702444A (en) * | 1971-03-19 | 1972-11-07 | Columbia Broadcasting Syst Inc | Voltage-controlled variable gain amplifier |
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| US3943463A (en) * | 1973-02-12 | 1976-03-09 | Hughes Aircraft Company | Tunable oscillator/amplifier circuit for millimeter-wave diodes |
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| US3986113A (en) * | 1973-11-23 | 1976-10-12 | Hewlett-Packard Company | Two channel test instrument with active electronicphase shift means |
| US4240040A (en) * | 1974-02-11 | 1980-12-16 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Operational amplifier |
| NL7409191A (nl) * | 1974-07-08 | 1976-01-12 | Philips Nv | Verschilversterker. |
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| US4259643A (en) * | 1979-01-25 | 1981-03-31 | National Semiconductor Corporation | Current gain amplifier cell |
| US4322770A (en) * | 1980-02-28 | 1982-03-30 | Rca Corporation | Latch-up prevention circuit for power output devices using inductive loads |
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-
1990
- 1990-04-20 US US07/512,304 patent/US5039952A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-03-02 EP EP19910103149 patent/EP0452650A3/en not_active Withdrawn
- 1991-03-07 JP JP3065356A patent/JP2534407B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0452650A2 (en) | 1991-10-23 |
| EP0452650A3 (en) | 1992-02-26 |
| JPH04227305A (ja) | 1992-08-17 |
| US5039952A (en) | 1991-08-13 |
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