JP2737718B2 - 光受信回路 - Google Patents
光受信回路Info
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Description
【発明の属する技術分野】本発明は、光受信回路の特性
改善に関し、特に、半導体受光素子と自動利得制御（Ａ
ｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下
「ＡＧＣ」と略記する。）を備えた前置増幅器（以下、
「プリアンプ」と記す。）とトランジスタピーキング回
路から構成される光受信回路に関する。
改善に関し、特に、半導体受光素子と自動利得制御（Ａ
ｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下
「ＡＧＣ」と略記する。）を備えた前置増幅器（以下、
「プリアンプ」と記す。）とトランジスタピーキング回
路から構成される光受信回路に関する。
【０００１】
【従来の技術】従来の光受信回路の一例として、図７に
示されるように、半導体受光素子１のカソードがＡＧＣ
付プリアンプ２に接続され、ＡＧＣ付プリアンプ２の出
力１１が、トランジスタ３のベースに接続され、受信さ
れた光信号を電気信号に変換、増幅して出力する構成が
知られている。この例では、さらにトランジスタ３のコ
レクタは、自動閾値制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｈｒ
ｅｓｈｏｌｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下、「ＡＴＣ」と略
記する。）回路を備えたコンパレータ４の反転入力端子
１２に接続されている。
示されるように、半導体受光素子１のカソードがＡＧＣ
付プリアンプ２に接続され、ＡＧＣ付プリアンプ２の出
力１１が、トランジスタ３のベースに接続され、受信さ
れた光信号を電気信号に変換、増幅して出力する構成が
知られている。この例では、さらにトランジスタ３のコ
レクタは、自動閾値制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｈｒ
ｅｓｈｏｌｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ、以下、「ＡＴＣ」と略
記する。）回路を備えたコンパレータ４の反転入力端子
１２に接続されている。
【０００２】ここで、ＡＧＣ付プリアンプ２は２つの帰
還回路を構成するために、２ｋΩと１００ｋΩの２つの
帰還抵抗が用いられている。この構成において、半導体
受光素子１への光受信レベルが小さい時は、１００ｋΩ
の帰還抵抗が動作する。これに対して、半導体受光素子
１への光受信レベルが大きくなると、２ｋΩの帰還抵抗
が動作するように切換られる。この２つの帰還抵抗の切
換えは、あらかじめ設定されたあるレベルを境にして行
われる。
還回路を構成するために、２ｋΩと１００ｋΩの２つの
帰還抵抗が用いられている。この構成において、半導体
受光素子１への光受信レベルが小さい時は、１００ｋΩ
の帰還抵抗が動作する。これに対して、半導体受光素子
１への光受信レベルが大きくなると、２ｋΩの帰還抵抗
が動作するように切換られる。この２つの帰還抵抗の切
換えは、あらかじめ設定されたあるレベルを境にして行
われる。
【０００３】ＡＧＣ付プリアンプ２はＧＢ積（Ｇａｉｎ
Ｂａｎｄ）は一定であるので、受信レベルが小さく、
帰還抵抗１００ｋΩが動作している時は、Ｇａｉｎは大
きいが帯域は減少する。一方、受信レベルが大きく、帰
還抵抗２ｋΩが動作している時は、Ｇａｉｎが小さい
が、帯域は上昇する。このため、ＡＧＣ付きプリアンプ
２の出力１１の信号波形は、図８に示されるようにな
る。
Ｂａｎｄ）は一定であるので、受信レベルが小さく、
帰還抵抗１００ｋΩが動作している時は、Ｇａｉｎは大
きいが帯域は減少する。一方、受信レベルが大きく、帰
還抵抗２ｋΩが動作している時は、Ｇａｉｎが小さい
が、帯域は上昇する。このため、ＡＧＣ付きプリアンプ
２の出力１１の信号波形は、図８に示されるようにな
る。
【０００４】半導体受光素子１の光入力波形の立上り、
立下りが急峻であっても、ＡＧＣ付きプリアンプ２の出
力１１の波形は、受信レベルが小さい時には、立上り、
立下りがなだらかになり、一方受信レベルが大きい時で
は立上り、下りが急峻になる特性を示している。
立下りが急峻であっても、ＡＧＣ付きプリアンプ２の出
力１１の波形は、受信レベルが小さい時には、立上り、
立下りがなだらかになり、一方受信レベルが大きい時で
は立上り、下りが急峻になる特性を示している。
【０００５】図７に示される従来の光受信回路では、こ
のような特性を示すＡＧＣ付プリアンプ２の出力がトラ
ンジスタ３のベースに入力される。トランジスタ３は、
エミッタ接地の増幅回路となっており、エミッタとグラ
ンドとが抵抗器６（エミッタ抵抗）により、またコレク
タと電源が抵抗器５を介して接続されている。抵抗器５
と抵抗器６の定数は、一例としてそれぞれ３００Ω、１
５０Ωが用いられ、ここでは電圧利得は２倍である。
のような特性を示すＡＧＣ付プリアンプ２の出力がトラ
ンジスタ３のベースに入力される。トランジスタ３は、
エミッタ接地の増幅回路となっており、エミッタとグラ
ンドとが抵抗器６（エミッタ抵抗）により、またコレク
タと電源が抵抗器５を介して接続されている。抵抗器５
と抵抗器６の定数は、一例としてそれぞれ３００Ω、１
５０Ωが用いられ、ここでは電圧利得は２倍である。
【０００６】図９は、従来の光受信回路の他の一例であ
り、ＡＧＣ付プリアンプ２の出力波形の帯域を増大させ
るために、トランジスタ３のエミッタ抵抗器６に並列に
コンデンサ１５が接続されたエミッタピーキングの一例
である。この構成も、後述するように光受信特性を改善
するものとして、従来から一般的に実施されてきたもの
である。
り、ＡＧＣ付プリアンプ２の出力波形の帯域を増大させ
るために、トランジスタ３のエミッタ抵抗器６に並列に
コンデンサ１５が接続されたエミッタピーキングの一例
である。この構成も、後述するように光受信特性を改善
するものとして、従来から一般的に実施されてきたもの
である。
【０００７】この構成では、図７に示される構成に加え
て、トランジスタ３のコレクタが、コンパレータ４の反
転入力１２に接続されている。コンパレータ４は、ＡＴ
Ｃ回路を備えており、ＡＴＣ回路はコンパレータ入力１
２の波形の振幅、及び直流レベルに対して的確な閾値を
与える。コンパレータ４の出力端子と非反転入力端子が
抵抗器８を介して、また非反転入力端子と反転入力端子
が抵抗器７を介してそれぞれ接続されている。さらに、
非反転入力端子とグランドとの間にコンデンサ９が接続
されている。
て、トランジスタ３のコレクタが、コンパレータ４の反
転入力１２に接続されている。コンパレータ４は、ＡＴ
Ｃ回路を備えており、ＡＴＣ回路はコンパレータ入力１
２の波形の振幅、及び直流レベルに対して的確な閾値を
与える。コンパレータ４の出力端子と非反転入力端子が
抵抗器８を介して、また非反転入力端子と反転入力端子
が抵抗器７を介してそれぞれ接続されている。さらに、
非反転入力端子とグランドとの間にコンデンサ９が接続
されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１０は、上記従来の
光受信回路において受信レベルが小さい時の光受信回路
各部の信号波形を示している。図９（ａ）は、半導体受
光素子１への光入力波形である。比較的帯域が広く、立
上り、立下りが急峻である。しかしながら、図９（ｂ）
に示されるように、ＡＧＣ付プリアンプの出力波形で
は、帰還抵抗１００ｋΩが動作しているために帯域が減
少して、波形の立上り、立下りがなだらかになってい
る。
光受信回路において受信レベルが小さい時の光受信回路
各部の信号波形を示している。図９（ａ）は、半導体受
光素子１への光入力波形である。比較的帯域が広く、立
上り、立下りが急峻である。しかしながら、図９（ｂ）
に示されるように、ＡＧＣ付プリアンプの出力波形で
は、帰還抵抗１００ｋΩが動作しているために帯域が減
少して、波形の立上り、立下りがなだらかになってい
る。
【０００９】図１０（ｃ）は、トランジスタ４で２倍に
増幅されたコンパレータ４への入力波形と、コンパレー
タ４の閾値の様子を示した図である。ＡＴＣ回路による
閾値１３は、図１０（ｃ）のように、入力波形の立上り
をよぎる場合と、入力波形の立下りをよぎる場合とで閾
値１３の電位は変化する。これにより、入力波形のＤＣ
オフセットに対し安定して動作する。
増幅されたコンパレータ４への入力波形と、コンパレー
タ４の閾値の様子を示した図である。ＡＴＣ回路による
閾値１３は、図１０（ｃ）のように、入力波形の立上り
をよぎる場合と、入力波形の立下りをよぎる場合とで閾
値１３の電位は変化する。これにより、入力波形のＤＣ
オフセットに対し安定して動作する。
【００１０】ここで、図９に示される従来の構成におい
てはコンデンサ９によって、閾値１３の立上り、立下り
を、入力波形１２の立上り、立下りよりもなだらかにな
るように所定の時定数が設定されている。この理由は、
閾値１３が入力波形に追従して、変化するのを防止する
ためであり、閾値は必ず入力波形１２の立上り、立下り
をよぎるほど、遅くしなければ、エラーとなるからであ
る。
てはコンデンサ９によって、閾値１３の立上り、立下り
を、入力波形１２の立上り、立下りよりもなだらかにな
るように所定の時定数が設定されている。この理由は、
閾値１３が入力波形に追従して、変化するのを防止する
ためであり、閾値は必ず入力波形１２の立上り、立下り
をよぎるほど、遅くしなければ、エラーとなるからであ
る。
【００１１】但し、あまり遅くした場合、閾値１３は入
力波形のパルス１ビット以内に所定の電位に戻らなくな
り、入力波形のパターン効果によって、比較後の出力波
形にジッタやデューティ変動をもたらす原因となるた
め、時定数の増大には限界がある。従来の光受信回路
は、前述のような条件のもとで、閾値１３の時定数を決
定しているが、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示され
るように、光受信レベルが小さい時には、相対的に入力
波形の立上り、立下りが、閾値１３の立上り、立下りに
近くなり、入力波形をよぎるところで、よぎらなかった
りするようなエラーが発生しやすくなる。これは、エラ
ーフリーとなる光受信レベルの最小値（最小受信レベ
ル）が制約される原因となる。これは、ＡＧＣ付きプリ
アンプ２の特性である光受信レベルが小さい時に帯域が
減少することに大きく起因するが、一方で、ＡＧＣは光
受信レベルの広ダイナミックレンジを確保するためには
不可欠の回路である。
力波形のパルス１ビット以内に所定の電位に戻らなくな
り、入力波形のパターン効果によって、比較後の出力波
形にジッタやデューティ変動をもたらす原因となるた
め、時定数の増大には限界がある。従来の光受信回路
は、前述のような条件のもとで、閾値１３の時定数を決
定しているが、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示され
るように、光受信レベルが小さい時には、相対的に入力
波形の立上り、立下りが、閾値１３の立上り、立下りに
近くなり、入力波形をよぎるところで、よぎらなかった
りするようなエラーが発生しやすくなる。これは、エラ
ーフリーとなる光受信レベルの最小値（最小受信レベ
ル）が制約される原因となる。これは、ＡＧＣ付きプリ
アンプ２の特性である光受信レベルが小さい時に帯域が
減少することに大きく起因するが、一方で、ＡＧＣは光
受信レベルの広ダイナミックレンジを確保するためには
不可欠の回路である。
【００１２】図１１は、図９に示される従来の光受信回
路の他の例を用いた場合の受信特性を示した図である。
図９に示される構成では、コンデンサが１５が設けられ
たことにより、図１１（ａ）および同図（ｂ）に示され
るように、光受信レベルの小さい時に、波形の帯域は増
大し、最小受信レベルは、さらに改善する。
路の他の例を用いた場合の受信特性を示した図である。
図９に示される構成では、コンデンサが１５が設けられ
たことにより、図１１（ａ）および同図（ｂ）に示され
るように、光受信レベルの小さい時に、波形の帯域は増
大し、最小受信レベルは、さらに改善する。
【００１３】しかしながら、図１１（ｃ）および図１１
（ｄ）に示されるように、光受信レベルの大きい時は、
ＡＧＣ付プリアンプ２の出力の帯域が増大する。この結
果、トランジスタ３で、さらにエミッタピーキングをか
けると過剰ピーキングとなり、波形歪みを発生し、エラ
ーの原因となる。このため、最大受信レベルが大きく劣
化するという問題が生じてしまう。
（ｄ）に示されるように、光受信レベルの大きい時は、
ＡＧＣ付プリアンプ２の出力の帯域が増大する。この結
果、トランジスタ３で、さらにエミッタピーキングをか
けると過剰ピーキングとなり、波形歪みを発生し、エラ
ーの原因となる。このため、最大受信レベルが大きく劣
化するという問題が生じてしまう。
【００１４】図１２は、以上説明した従来の光受信回路
の２つの例における、それぞれのトランジスタ３による
増幅回路の利得−周波数特性を対比して示した図であ
る。コンデンサ１５の容量を増加させると、回路の低域
遮断周波数が下がることがわかる。従来は、コンデンサ
１５の容量が一定であるので、回路の低域遮断周波数
は、常に一定である。
の２つの例における、それぞれのトランジスタ３による
増幅回路の利得−周波数特性を対比して示した図であ
る。コンデンサ１５の容量を増加させると、回路の低域
遮断周波数が下がることがわかる。従来は、コンデンサ
１５の容量が一定であるので、回路の低域遮断周波数
は、常に一定である。
【００１５】従来の光受信回路は、上述のように、半導
体受光素子のカソード端子が、２つの帰還抵抗の切換え
によるＡＧＣを備えたプリアンプに入力されている。プ
リアンプの出力が、コレクタと電源、エミッタとグラン
ドとがそれぞれ抵抗器を介して接続されたトランジスタ
増幅回路のベースに入力され、さらにトランジスタ増幅
回路のコレクタがコンパレータの反転入力端子に接続さ
れている。コンパレータは、非反転入力端子と出力端
子、及び非反転入力端子と反転入力端子とがそれぞれ抵
抗器を介して接続され、かつ非反転入力端子とグランド
との間にコンデンサが接続されているＡＴＣ（Ａｕｔｏ
ｍａｔｉｃ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回
路を備えている。このような構成では、光受信レベルが
小さい時には、コンパレータへの入力波形の立上り、立
下りが閾値の立上り、立下りに相対的に近くなり、入力
波形をよぎるところでよぎらなかったりするようなエラ
ーが発生し、最小受信レベルが大きく制約されるという
問題点があることはすでに説明した。
体受光素子のカソード端子が、２つの帰還抵抗の切換え
によるＡＧＣを備えたプリアンプに入力されている。プ
リアンプの出力が、コレクタと電源、エミッタとグラン
ドとがそれぞれ抵抗器を介して接続されたトランジスタ
増幅回路のベースに入力され、さらにトランジスタ増幅
回路のコレクタがコンパレータの反転入力端子に接続さ
れている。コンパレータは、非反転入力端子と出力端
子、及び非反転入力端子と反転入力端子とがそれぞれ抵
抗器を介して接続され、かつ非反転入力端子とグランド
との間にコンデンサが接続されているＡＴＣ（Ａｕｔｏ
ｍａｔｉｃ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回
路を備えている。このような構成では、光受信レベルが
小さい時には、コンパレータへの入力波形の立上り、立
下りが閾値の立上り、立下りに相対的に近くなり、入力
波形をよぎるところでよぎらなかったりするようなエラ
ーが発生し、最小受信レベルが大きく制約されるという
問題点があることはすでに説明した。
【００１６】また、従来の光受信回路の他の例として、
ＡＧＣ付プリアンプの出力波形の帯域を増大させるため
に、トランジスタのエミッタ抵抗器に並列にコンデンサ
が接続されたエミッタピーキングの構成例がある。この
方法では、光受信レベルの小さい時には、波形の帯域を
増大させ、最小受信レベルは改善するものの、光受信レ
ベルの大きい時は、ＡＧＣ付きプリアンプの出力の帯域
そのものが増大するので、トランジスタでさらにエミッ
タピーキングをかけると過剰ピーキングとなり、波形歪
みを発生し、最大受信レベルが大きく劣化する問題があ
る。
ＡＧＣ付プリアンプの出力波形の帯域を増大させるため
に、トランジスタのエミッタ抵抗器に並列にコンデンサ
が接続されたエミッタピーキングの構成例がある。この
方法では、光受信レベルの小さい時には、波形の帯域を
増大させ、最小受信レベルは改善するものの、光受信レ
ベルの大きい時は、ＡＧＣ付きプリアンプの出力の帯域
そのものが増大するので、トランジスタでさらにエミッ
タピーキングをかけると過剰ピーキングとなり、波形歪
みを発生し、最大受信レベルが大きく劣化する問題があ
る。
【００１７】本発明の光受信回路は、上述した従来の欠
点に鑑みて、受光素子の受信レベルの大小によらず、エ
ラー発生を防止し、常に安定した受信が可能になるよう
にすることを目的とする。
点に鑑みて、受光素子の受信レベルの大小によらず、エ
ラー発生を防止し、常に安定した受信が可能になるよう
にすることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上述した従来の光受信回
路の問題を解消するために、本発明の光受信回路は、光
信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、電気信
号を増幅して増幅信号を出力する前置増幅器と、コレク
タが電源電圧を供給する電源に接続され増幅信号がベー
スに入力されるトランジスタと、トランジスタのエミッ
タに一端が接続され他端が接地される抵抗とを備え、さ
らにこの抵抗に並列接続され、抵抗の端子間電圧が高く
なるにつれて、端子間の容量が小さくなる容量可変手段
とを備えていることを特徴としている。
路の問題を解消するために、本発明の光受信回路は、光
信号を受光して電気信号に変換する受光素子と、電気信
号を増幅して増幅信号を出力する前置増幅器と、コレク
タが電源電圧を供給する電源に接続され増幅信号がベー
スに入力されるトランジスタと、トランジスタのエミッ
タに一端が接続され他端が接地される抵抗とを備え、さ
らにこの抵抗に並列接続され、抵抗の端子間電圧が高く
なるにつれて、端子間の容量が小さくなる容量可変手段
とを備えていることを特徴としている。
【００１９】上記容量可変手段は、カソードをエミッタ
に向けて、上記抵抗に並列接続される可変容量ダイオー
ドであることを特徴としている。
に向けて、上記抵抗に並列接続される可変容量ダイオー
ドであることを特徴としている。
【００２０】また、前置増幅器は、増幅出力の出力レベ
ルをあらかじめ定められた範囲に維持するように利得を
自動調整する自動利得調整手段を備えている。さらに、
前置増幅器は、電気信号の出力に応じて利得調整を行う
ための２つの帰還制御回路を備えている。そして、帰還
制御回路は、電気信号を増幅する前置増幅器と、互いに
異なる抵抗値を有し、前置増幅器に並列接続され、光信
号のレベルに応じて切換接続される少なくとも２個の帰
還抵抗を含んでいることを特徴としている。
ルをあらかじめ定められた範囲に維持するように利得を
自動調整する自動利得調整手段を備えている。さらに、
前置増幅器は、電気信号の出力に応じて利得調整を行う
ための２つの帰還制御回路を備えている。そして、帰還
制御回路は、電気信号を増幅する前置増幅器と、互いに
異なる抵抗値を有し、前置増幅器に並列接続され、光信
号のレベルに応じて切換接続される少なくとも２個の帰
還抵抗を含んでいることを特徴としている。
【００２１】一方、本発明の光受信回路の受光素子とし
ては、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェ・フ
ォト・ダイオードを採用し得る。
ては、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェ・フ
ォト・ダイオードを採用し得る。
【００２２】また、本発明の光受信回路はさらに、コレ
クタと電源の間に接続され、増幅信号のレベルをあらか
じめ定められた基準レベルと比較して、基準レベルに対
する高低を波形出力するコンパレータを備えていること
を特徴としている。
クタと電源の間に接続され、増幅信号のレベルをあらか
じめ定められた基準レベルと比較して、基準レベルに対
する高低を波形出力するコンパレータを備えていること
を特徴としている。
【００２３】従来の光受信回路では、上述したように、
たとえトランジスタのエミッタとグランドの間に配置さ
れる抵抗に、並列にコンデンサを設けたとしても、受信
レベルが高いときには、新たな問題が生じ、結局有効な
手段とはなり得ない。そこで、本発明の光受信回路で
は、受信レベルの高いときに生じる問題が、コンデンサ
の容量が一定であることに起因することに鑑みて、コン
デンサに代えて、容量が端子間電圧に応じて変化する容
量可変手段を用いることとしている。すなわち、受信レ
ベルが低いときには、容量が高く、受信レベルが高くな
るにつれて容量が低下するようにする。
たとえトランジスタのエミッタとグランドの間に配置さ
れる抵抗に、並列にコンデンサを設けたとしても、受信
レベルが高いときには、新たな問題が生じ、結局有効な
手段とはなり得ない。そこで、本発明の光受信回路で
は、受信レベルの高いときに生じる問題が、コンデンサ
の容量が一定であることに起因することに鑑みて、コン
デンサに代えて、容量が端子間電圧に応じて変化する容
量可変手段を用いることとしている。すなわち、受信レ
ベルが低いときには、容量が高く、受信レベルが高くな
るにつれて容量が低下するようにする。
【００２４】このような容量可変手段を用いることによ
り、受信レベルが高いときには従来のコンデンサを用い
た構成と同様の作用が期待でき、一方、受信レベルが高
いときには容量が低下するので、信号波形にリンギング
が生じるのを防ぐことができるようになる。
り、受信レベルが高いときには従来のコンデンサを用い
た構成と同様の作用が期待でき、一方、受信レベルが高
いときには容量が低下するので、信号波形にリンギング
が生じるのを防ぐことができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の半導体レーザモジ
ュールを図面を参照して、詳細に説明する。
ュールを図面を参照して、詳細に説明する。
【００２６】図１は、本発明の光受信回路の一実施例の
構成を示す図である。半導体受光素子１のカソードが、
ＡＧＣ付プリアンプ２に接続され、ＡＧＣ付プリアンプ
２の出力１１が、トランジスタ３のベースに接続されて
いる。トランジスタ３は、ピーキング回路を備えた増幅
回路である。
構成を示す図である。半導体受光素子１のカソードが、
ＡＧＣ付プリアンプ２に接続され、ＡＧＣ付プリアンプ
２の出力１１が、トランジスタ３のベースに接続されて
いる。トランジスタ３は、ピーキング回路を備えた増幅
回路である。
【００２７】図２には、図１に示される本発明の一実施
例において、電源とトランジスタのコレクタの間にＡＴ
Ｃ回路を備えたコンパレータ４が接続された光受信回路
の例を示している。ここで、トランジスタ３のコレクタ
は、コンパレータ４の反転入力端子１２に接続されてい
る。どちらの構成についても、原理を共通にしているの
で、以下に両実施例を併せて説明する。
例において、電源とトランジスタのコレクタの間にＡＴ
Ｃ回路を備えたコンパレータ４が接続された光受信回路
の例を示している。ここで、トランジスタ３のコレクタ
は、コンパレータ４の反転入力端子１２に接続されてい
る。どちらの構成についても、原理を共通にしているの
で、以下に両実施例を併せて説明する。
【００２８】ＡＧＣ付プリアンプ２の帰還抵抗は、２ｋ
Ωと１００ｋΩの２つが用いられている。半導体受光素
子１への光信号の受信レベルが小さい時には、１００ｋ
Ωの帰還抵抗が動作する。これに対して、ＰＩＮ−ＰＤ
１への光受信レベルが大きくなると、２ｋΩの帰還抵抗
に切換えられ、こちらが動作するようになる。この２つ
の帰還抵抗の切換えは、あらかじめ設定された受信レベ
ルを境にして行われる。
Ωと１００ｋΩの２つが用いられている。半導体受光素
子１への光信号の受信レベルが小さい時には、１００ｋ
Ωの帰還抵抗が動作する。これに対して、ＰＩＮ−ＰＤ
１への光受信レベルが大きくなると、２ｋΩの帰還抵抗
に切換えられ、こちらが動作するようになる。この２つ
の帰還抵抗の切換えは、あらかじめ設定された受信レベ
ルを境にして行われる。
【００２９】ＡＧＣ付プリアンプ２はＧＢ積（Ｇａｉｎ
Ｂａｎｄ）は一定であるので、受信レベルが小さく、
帰還抵抗１００ｋΩが動作している時は、利得は大きい
が帯域は減少する。一方、受信レベルが大きく、帰還抵
抗２ｋΩが動作している時は、利得が小さいが帯域は上
昇する。このため、ＡＧＣ付プリアンプ２の出力１１の
波形は、図３に示されるようになる。半導体受光素子１
の光入力波形の立上り、立下りが急峻であっても、ＡＧ
Ｃ付プリアンプ２の出力１１の信号波形は、受信レベル
が小さい時に立上り、立下りがなだらかになり、一方受
信レベルが大きい時では立上り、立下りが急峻になる特
性を示す。
Ｂａｎｄ）は一定であるので、受信レベルが小さく、
帰還抵抗１００ｋΩが動作している時は、利得は大きい
が帯域は減少する。一方、受信レベルが大きく、帰還抵
抗２ｋΩが動作している時は、利得が小さいが帯域は上
昇する。このため、ＡＧＣ付プリアンプ２の出力１１の
波形は、図３に示されるようになる。半導体受光素子１
の光入力波形の立上り、立下りが急峻であっても、ＡＧ
Ｃ付プリアンプ２の出力１１の信号波形は、受信レベル
が小さい時に立上り、立下りがなだらかになり、一方受
信レベルが大きい時では立上り、立下りが急峻になる特
性を示す。
【００３０】このような特性を示すＡＧＣ付プリアンプ
２の出力がトランジスタ３のベースに入力されている。
トランジスタ３は、エミッタ接地の増幅回路であり、エ
ミッタとグランドとが抵抗器６（エミッタ抵抗）で、ま
たコレクタと電源とが抵抗器５でそれぞれ接続されてい
る。抵抗器５と抵抗器６の定数は、一例としてそれぞれ
３００Ω、１５０Ωのものが用いられている。電圧利得
として、２倍である。
２の出力がトランジスタ３のベースに入力されている。
トランジスタ３は、エミッタ接地の増幅回路であり、エ
ミッタとグランドとが抵抗器６（エミッタ抵抗）で、ま
たコレクタと電源とが抵抗器５でそれぞれ接続されてい
る。抵抗器５と抵抗器６の定数は、一例としてそれぞれ
３００Ω、１５０Ωのものが用いられている。電圧利得
として、２倍である。
【００３１】ここで、エミッタ抵抗器６と並列に、可変
容量ダイオード１０が接続されている。可変容量ダイオ
ード１０は、カソードがトランジスタ３のエミッタ方向
に、また、カソードがグランド方向になるように接続さ
れており、逆バイアス電圧が印加される。
容量ダイオード１０が接続されている。可変容量ダイオ
ード１０は、カソードがトランジスタ３のエミッタ方向
に、また、カソードがグランド方向になるように接続さ
れており、逆バイアス電圧が印加される。
【００３２】図２に示される他の実施例では、さらに、
トランジスタ３のコレクタはコンパレータ４の反転入力
１２に接続されている。コンパレータ４は、ＡＴＣ回路
を備えている。ＡＴＣ回路は、コンパレータ入力１２の
波形の振幅、及び直流レベルに対して的確な閾値を与え
る回路であり、コンパレータ４の出力端子と非反転入力
端子とが抵抗器８で、また非反転入力端子と反転入力端
子が抵抗器７でそれぞれ接続されている。さらに、非反
転入力端子とグランドとの間にコンデンサ９が接続され
ている。
トランジスタ３のコレクタはコンパレータ４の反転入力
１２に接続されている。コンパレータ４は、ＡＴＣ回路
を備えている。ＡＴＣ回路は、コンパレータ入力１２の
波形の振幅、及び直流レベルに対して的確な閾値を与え
る回路であり、コンパレータ４の出力端子と非反転入力
端子とが抵抗器８で、また非反転入力端子と反転入力端
子が抵抗器７でそれぞれ接続されている。さらに、非反
転入力端子とグランドとの間にコンデンサ９が接続され
ている。
【００３３】図３は、光受信レベルが小さい時の光受信
回路各部の信号波形の様子を示している。図３（ａ）
は、半導体受光素子１への光入力波形である。比較的帯
域が広く、立上り、立下りが急峻である。しかしなが
ら、図３（ｂ）に示されるように、ＡＧＣ付プリアンプ
の出力波形では、帰還抵抗１００ｋΩが動作しているた
めに帯域が減少して、波形の立上り、立下りがなだらか
になっている。そこで本発明では、トランジスタ３で可
変容量ダイオード１０によるエミッタピーキングをかけ
ることにより、図３（ｃ）に示されるような立上り、立
下りの急峻な信号波形が得られる。
回路各部の信号波形の様子を示している。図３（ａ）
は、半導体受光素子１への光入力波形である。比較的帯
域が広く、立上り、立下りが急峻である。しかしなが
ら、図３（ｂ）に示されるように、ＡＧＣ付プリアンプ
の出力波形では、帰還抵抗１００ｋΩが動作しているた
めに帯域が減少して、波形の立上り、立下りがなだらか
になっている。そこで本発明では、トランジスタ３で可
変容量ダイオード１０によるエミッタピーキングをかけ
ることにより、図３（ｃ）に示されるような立上り、立
下りの急峻な信号波形が得られる。
【００３４】図４は、可変容量ダイオード１０に逆バイ
アス電圧を印加した時の、アノード、カソード端子間容
量変化の特性の一例を示している。逆バイアス電圧が増
加するに従って、端子間容量が減少することがわかる。
本発明の光受信回路ではこの特性を利用し、可変のエミ
ッタピーキングをかけている。
アス電圧を印加した時の、アノード、カソード端子間容
量変化の特性の一例を示している。逆バイアス電圧が増
加するに従って、端子間容量が減少することがわかる。
本発明の光受信回路ではこの特性を利用し、可変のエミ
ッタピーキングをかけている。
【００３５】トランジスタ３のエミッタには、トランジ
スタ３のベース入力波形から、ベース、エミッタ間の電
圧降下：ＶＢＥ（約０．７Ｖ）だけ下がった電圧レベル
で、入力波形と同位相の波形が現れる。つまり、ベース
への入力波形の振幅が大きい時には、エミッタに現れる
波形の振幅も大きくなり、それに応じて、可変容量ダイ
オード１０の端子間容量が減少し、ピーキング量が減少
する。
スタ３のベース入力波形から、ベース、エミッタ間の電
圧降下：ＶＢＥ（約０．７Ｖ）だけ下がった電圧レベル
で、入力波形と同位相の波形が現れる。つまり、ベース
への入力波形の振幅が大きい時には、エミッタに現れる
波形の振幅も大きくなり、それに応じて、可変容量ダイ
オード１０の端子間容量が減少し、ピーキング量が減少
する。
【００３６】この動作による光受信回路各部の信号波形
を示したのが図５である。図５（ｂ）は、光受信レベル
の小さい時のＡＧＣ付プリアンプの出力１１の波形であ
る。トランジスタ３よりピーキングがかかるので、コン
パレータ入力１２の波形は、立上り、立下りが急峻にな
り、より光受信レベルが低いところまで、コンパレータ
４が安定動作しエラーフリーとなる。
を示したのが図５である。図５（ｂ）は、光受信レベル
の小さい時のＡＧＣ付プリアンプの出力１１の波形であ
る。トランジスタ３よりピーキングがかかるので、コン
パレータ入力１２の波形は、立上り、立下りが急峻にな
り、より光受信レベルが低いところまで、コンパレータ
４が安定動作しエラーフリーとなる。
【００３７】一方、図５（ｃ）および（ｄ）は光受信レ
ベルが小さい時と大きい時のそれぞれのコンパレータ４
の入力１２、閾値１３、コンパレータ４の出力１４の波
形である。図５（ｃ）、図５（ｄ）に示されるように、
光受信レベルの大きい時にもコンパレータ入力１２の波
形が、過剰ピーキングになることはなく、コンパレータ
４が安定動作し、光受信レベルがより大きいところでも
エラーフリーとなる。
ベルが小さい時と大きい時のそれぞれのコンパレータ４
の入力１２、閾値１３、コンパレータ４の出力１４の波
形である。図５（ｃ）、図５（ｄ）に示されるように、
光受信レベルの大きい時にもコンパレータ入力１２の波
形が、過剰ピーキングになることはなく、コンパレータ
４が安定動作し、光受信レベルがより大きいところでも
エラーフリーとなる。
【００３８】図６（ａ）〜（ｃ）は、ＡＧＣ付プリアン
プ２の出力の利得−周波数特性、可変容量ダイオードを
トランジスタ３のエミッタに接続したトランジスタピー
キング回路の利得−周波数特性、ＡＧＣ付きプリアンプ
２の出力端子にトランジスタ３のエミッタに可変容量ダ
イオード１０が接続された回路の利得−周波数特性をそ
れぞれ示している。これらの図から、高域遮断周波数
が、光受信レベルの大小ともに一定していることがわか
る。
プ２の出力の利得−周波数特性、可変容量ダイオードを
トランジスタ３のエミッタに接続したトランジスタピー
キング回路の利得−周波数特性、ＡＧＣ付きプリアンプ
２の出力端子にトランジスタ３のエミッタに可変容量ダ
イオード１０が接続された回路の利得−周波数特性をそ
れぞれ示している。これらの図から、高域遮断周波数
が、光受信レベルの大小ともに一定していることがわか
る。
【００３９】以上のように、本発明の光受信回路の上記
両実施例では、電源電圧が単一、正電源の回路について
説明したが、正負両電源や、また負電源での実施も可能
であり、さらに使用するコンパレータはＴＴＬ、ＥＣＬ
を問わないことは言うまでもない。また、受光素子とし
て、ＰＩＮフォトダイオードの他、アバランシェ・フォ
トダイオードにも適用し得る。
両実施例では、電源電圧が単一、正電源の回路について
説明したが、正負両電源や、また負電源での実施も可能
であり、さらに使用するコンパレータはＴＴＬ、ＥＣＬ
を問わないことは言うまでもない。また、受光素子とし
て、ＰＩＮフォトダイオードの他、アバランシェ・フォ
トダイオードにも適用し得る。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光受信回路
は、プリアンプ、トランジスタ等からなる光受信回路に
おいて、トランジスタ増幅回路のエミッタとグランドと
の間に、アノードが接地方向に、カソードがトランジス
タのエミッタ方向になるように、可変容量ダイオードが
接続され、トランジスタ増幅回路で可変容量ダイオード
によるエミッタピーキングがかけられることにより、最
小受信レベル、最大受信レベルがともに改善され、光受
信レベルの入力ダイナミックレンジを拡大することがで
きるようになる。
は、プリアンプ、トランジスタ等からなる光受信回路に
おいて、トランジスタ増幅回路のエミッタとグランドと
の間に、アノードが接地方向に、カソードがトランジス
タのエミッタ方向になるように、可変容量ダイオードが
接続され、トランジスタ増幅回路で可変容量ダイオード
によるエミッタピーキングがかけられることにより、最
小受信レベル、最大受信レベルがともに改善され、光受
信レベルの入力ダイナミックレンジを拡大することがで
きるようになる。
【図１】本発明の光受信回路の一実施例を示す図であ
る。
る。
【図２】本発明の光受信回路の他の実施例を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の光受信回路の一実施例における光受信
レベルの小さい時の各部の信号波形を示す図である。
レベルの小さい時の各部の信号波形を示す図である。
【図４】本発明の光受信回路で用いられる可変容量ダイ
オードの逆バイアス電圧と端子間容量との関係を示す図
である。
オードの逆バイアス電圧と端子間容量との関係を示す図
である。
【図５】本発明の光受信回路の他の実施例におけるコン
パレータ入力、閾値、及びコンパレータ出力の各部の信
号波形を示す図である。
パレータ入力、閾値、及びコンパレータ出力の各部の信
号波形を示す図である。
【図６】本発明の光受信回路におけるＡＧＣ付プリアン
プ及びトランジスタの増幅回路の利得−周波数特性を示
す図である。
プ及びトランジスタの増幅回路の利得−周波数特性を示
す図である。
【図７】従来の光受信回路の構成の一例を示す図であ
る。
る。
【図８】半導体受光素子の光入力波形とＡＧＣ付プリア
ンプの出力の信号波形を示す図である。
ンプの出力の信号波形を示す図である。
【図９】従来の光受信回路の構成の他の例を示す図であ
る。
る。
【図１０】従来例の光受信回路の一例における光受信レ
ベルの小さい時の各部の信号波形を示す図である。
ベルの小さい時の各部の信号波形を示す図である。
【図１１】従来例の光受信回路の他の例におけるコンパ
レータ入力、閾値、及びコンパレータ出力部の各部の信
号波形を示す図である。
レータ入力、閾値、及びコンパレータ出力部の各部の信
号波形を示す図である。
【図１２】従来の光受信回路におけるトランジスタの利
得−周波数特性を示す図である。
得−周波数特性を示す図である。
１ 半導体受光素子 ２ ＡＧＣ付きプリアンプ ３ トランジスタ ４ コンパレータ ５ 抵抗器 ６ 抵抗器 ７ 抵抗器 ８ 抵抗器 ９ コンデンサ １０ 可変容量ダイオード １１ ＡＧＣ付きプリアンプ出力 １２ コンパレータ入力 １３ コンパレータ閾値 １４ コンパレータ出力
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/26 10/28
Claims (8)
- 【請求項１】 光信号を受光して電気信号に変換する受
光手段と、前記電気信号を増幅して増幅信号を出力する
前置増幅手段と、コレクタが電源電圧を供給する電源手
段に接続され、前記増幅信号がベースに入力されるトラ
ンジスタと、前記トランジスタのエミッタに一端が接続
され、他端が接地される抵抗と、前記抵抗に並列接続さ
れ、前記抵抗の端子間電圧が高くなるにつれて、前記端
子間の容量が小さくなる容量可変手段とを備えているこ
とを特徴とする光受信回路において、前記前置増幅手段
は、前記増幅出力の出力レベルをあらかじめ定められた
範囲に維持するように利得を自動調整する自動利得調整
手段を備えていることを特徴とする光受信回路。 - 【請求項２】 前記容量可変手段は、カソードを前記エ
ミッタに向けて前記抵抗に並列接続される可変容量ダイ
オードであることを特徴とする請求項１記載の光受信回
路。 - 【請求項３】 前記前置増幅手段は、前記電気信号の出
力に応じて利得調整を行うための２つの帰還制御手段を
備えていることを特徴とする請求項１記載の光受信回
路。 - 【請求項４】 前記帰還制御手段は、前記電気信号を増
幅する前置増幅器と、互いに異なる抵抗値を有し、前記
前置増幅器に並列接続され、前記光信号のレベルに応じ
て切換接続される少なくとも２個の帰還抵抗を含んでい
ることを特徴とする請求項３記載の光受信回路。 - 【請求項５】 前記受光手段は、ＰＩＮフォトダイオー
ドであることを特徴とする請求項４記載の光受信回路。 - 【請求項６】 前記受光手段は、アバランシェ・フォト
・ダイオードであることを特徴とする請求項４記載の光
受信回路。 - 【請求項７】 前記光受信回路はさらに、前記コレクタ
と前記電源手段の間に接続され、前記増幅信号のレベル
をあらかじめ定められた基準レベルと比較して、基準レ
ベルに対する高低を波形出力するコンパレータを備えて
いることを特徴とする請求項４記載の光受信回路。 - 【請求項８】 前記前置増幅手段は、前記電気信号の出
力に応じて利得調 整を行うための帰還制御手段を備えて
おり、該帰還制御手段は、前記電気信号を増幅する前置
増幅器と、互いに異なる抵抗値を有する少なくとも２個
の帰還抵抗を含んでおり、該少なくとも２個の帰還抵抗
のうち、最小でない抵抗値を有する帰還抵抗が少なくと
も１個前記前置増幅器に常時並列接続され、最大でない
抵抗値を有する帰還抵抗が前記光信号のレベルに応じて
前記前置増幅器に並列接続されるか少なくとも一端を開
放されるかの一方に接続状態を設定されることを特徴と
する請求項１記載の光受信回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252138A JP2737718B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 光受信回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252138A JP2737718B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 光受信回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0998032A JPH0998032A (ja) | 1997-04-08 |
| JP2737718B2 true JP2737718B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=17233011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7252138A Expired - Lifetime JP2737718B2 (ja) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | 光受信回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2737718B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6404282B2 (en) | 2000-05-12 | 2002-06-11 | Nec Corporation | Preamplification circuit |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3947865B2 (ja) * | 2000-03-06 | 2007-07-25 | 富士通株式会社 | 前置増幅器 |
| JP5809554B2 (ja) * | 2011-12-20 | 2015-11-11 | パナソニック株式会社 | 可変利得増幅器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5932209A (ja) * | 1982-08-16 | 1984-02-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 増幅回路 |
| JP2845462B2 (ja) * | 1988-11-25 | 1999-01-13 | 日本電気株式会社 | 光受信回路 |
| JP3024708U (ja) * | 1995-11-16 | 1996-05-31 | モリト株式会社 | 留め具の雌部体構造 |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP7252138A patent/JP2737718B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6404282B2 (en) | 2000-05-12 | 2002-06-11 | Nec Corporation | Preamplification circuit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0998032A (ja) | 1997-04-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971209 |