JP3301734B2 - 相補hbt共通ベース・プッシュ・プル前置増幅器を有する平衡光受信機 - Google Patents
相補hbt共通ベース・プッシュ・プル前置増幅器を有する平衡光受信機Info
- Publication number
- JP3301734B2 JP3301734B2 JP34561698A JP34561698A JP3301734B2 JP 3301734 B2 JP3301734 B2 JP 3301734B2 JP 34561698 A JP34561698 A JP 34561698A JP 34561698 A JP34561698 A JP 34561698A JP 3301734 B2 JP3301734 B2 JP 3301734B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- input
- transimpedance amplifier
- optical receiver
- stage
- configuration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 65
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 title claims description 35
- 230000004044 response Effects 0.000 description 36
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- PLFFHJWXOGYWPR-HEDMGYOXSA-N (4r)-4-[(3r,3as,5ar,5br,7as,11as,11br,13ar,13bs)-5a,5b,8,8,11a,13b-hexamethyl-1,2,3,3a,4,5,6,7,7a,9,10,11,11b,12,13,13a-hexadecahydrocyclopenta[a]chrysen-3-yl]pentan-1-ol Chemical compound C([C@]1(C)[C@H]2CC[C@H]34)CCC(C)(C)[C@@H]1CC[C@@]2(C)[C@]4(C)CC[C@@H]1[C@]3(C)CC[C@@H]1[C@@H](CCCO)C PLFFHJWXOGYWPR-HEDMGYOXSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/30—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
- H03F3/3069—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output
- H03F3/3076—Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor the emitters of complementary power transistors being connected to the output with symmetrical driving of the end stage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
alanced photoreceiver)に関
し、更に特定すれば、共通ベース入力段を有し、DCか
らミリメートル波周波数までの周波数帯域にわたって動
作可能な増幅器に直接結合された1つ以上のフォトダイ
オードを含み、出力波形の対称性に優れ、ノイズ特性が
比較的低く、モノリシックに集積して平衡受信機のモノ
リシック・マイクロ波集積回路(MMIC:monol
ithic microwave integrate
d circuit)を形成可能な平衡光受信機に関す
るものである。
ート通信システムに用いるための平衡光受信機は公知で
ある。かかる平衡光受信機は、従来のシングル・エンド
・オン−オフ・キーング光受信機のトポロジ(topo
logy:接続形態)よりも感度が高い差動位相変移変
調(DPSK:differential phase
shift keying)用に構成されていることが
知られている。かかる平衡光受信機の一例を図1に示
す。図1に示すように、全体的に参照番号20で識別し
た光受信機は、1対のフォトダイオード22,24、お
よびAC結合コンデンサ28を介してフォトダイオード
22,24に結合されているトランスインピーダンス
(transimpedance)増幅器26を含む。
かかる平衡光受信機20では、マッハ‐ツェンダー(M
achZehnder)干渉計を用いて光送信機からの
位相変調光信号を光学的に前置増幅し、変調し、2つの
相補光信号を出力する。これについては、E.Swan
son、J.LivasおよびR.Bondurant
による”High Sensitivity Opti
cally Pre−Amplifierd Dire
ct Detection DPSK Receive
r With Active Delay Line
Stabilization”(アクティブ遅延線安定
化による高感度光前置増幅直接検出DPSK受信機)
(Photonics TechnicalLette
r、vol.6、No.2、1994年2月、263〜
265ページ)において概略的に論じられている。その
内容は、この言及により本願にも含まれるものとする。
マッハ‐ツェンダー干渉計からの2つの相補出力信号
は、フォトダイオード22,24によって独立して検出
される。フォトダイオード22,24の極性は、一方の
フォトダイオード22,24が光学的に励起された場
合、トランスインピーダンス増幅器26の出力電圧が高
電圧レベルを生成するような方向に光電流を生成し、他
方のフォトダイオード22,24が励起された場合、増
幅器の出力電圧が、参照番号30,32で識別した矢印
で示すような、低電圧レベルを生成するように逆方向に
光電流を生成するように構成されている。このように、
光受信機20の信号対ノイズ比(S/N)が適当となる
データ・レートは、トランスインピーダンス増幅器26
がフォトダイオード22,24を介してその入力に電流
を入力しその入力から電流を引き出す能力に依存し、一
方この能力は、光検出器22,24に誘起される光電流
の大きさに依存する。フォトダイオード22,24は高
いショット・ノイズ(shot noise)を生成す
るため、光受信機20は、フォトダイオード22,24
およびトランスインピーダンス増幅器26のノイズ寄与
を減少させるために、通常、フォトダイオード22,2
4の前に大量の光利得、および対応する高光パワーが必
要となる。しかしながら、公知のトランスインピーダン
ス増幅回路トポロジは、共通エミッタまたは共通ソース
入力を有し、入力波形に著しい劣化を生じないで、同じ
レートで電流を等しく供給(source)しかつ引き
込む(sink)ことはできない。特に、高光パワー・
レベルにおいて、光受信機20のエラー率低下を招くこ
とになる。したがって、比較的高いデータ・レートを得
るために、フォトダイオード22,24間の共通ノード
34と接地との間にAC接続された50Ω分路(シャン
ト)抵抗にフォトダイオード22,24を結合し、フォ
トダイオード22,24の光学的に誘導された光電流を
供給しかつ引き込む手段を備える。
点がある。例えば、フォトダイオード22,24によっ
て誘起される変調光電流を引き込めかつ供給するために
用いられる50ΩDC分路抵抗36は、例えば、18p
A/sqrt(Hz)という大量のノイズを付加する。
加えて、AC結合コンデンサ28は、トランスインピー
ダンス増幅器26のDCバイアス変調を妨げ、このため
に、光受信機20の低周波数応答が、用いられるAC結
合コンデンサのサイズによって制限されることになる。
公知のシステムの多くでは、AC結合コンデンサは、そ
の値が非常に大きく、その結果、光受信機20全体を自
己内蔵マイクロ波モノリシック集積回路(MMIC)内
にモノリシックに集積することが妨げられている。かか
る問題をなくすために、直結DPSK受信機が開発され
た。かかる直結DPSK受信機の一例が、前述の”Hi
gh Sensitivity Optically
PreーAmplified Direct Dete
ction DPSK Receiver With
Active Delay Line Stabila
tion’に記載されかつ示されており、更に図2にも
示す。
番号40で示す。この直結光受信機は、1対の平衡フォ
トダイオード42,44、およびプッシュ・プル動作用
に構成したトランスインピーダンス増幅器46を含む。
図3および図4は、矢印48,50で示すように、光励
起に応答した受信機40のプッシュ/プル動作を示す。
トランスインピーダンス増幅器46の概略構成を図5に
示す。これは、本発明の譲受人と同じ譲受人に譲渡され
た米国特許第5,398,004号に詳細に記載されて
いる。その内容は、この言及により本願にも含まれるも
のとする。
ス増幅器46は、共通エミッタ構成の入力トランジスタ
Q1を含む。かかる共通エミッタ入力トランジスタで
は、18mVの等価入力電圧が、共通エミッタ・トラン
ジスタQ1の出力の利得を、1dBだけ圧縮させる。こ
れは、トランジスタ固有の物理特性(physics)
によって設定されるものである。即ち、共通エミッタ・
トランジスタの入力は、広い電流または電圧変動幅(s
wing)に対処できないことを意味する。線形入力電
力、電圧および電流範囲を超えると、トランスインピー
ダンス増幅器46の充電および放電特性は等しくなくな
り、その結果高速において出力波形の立ち上がりおよび
立ち下がり時点が非対称となり、そのため全体的な有効
帯域幅が減少する。これは、図6、図7、図8、図9、
および図10に示すように、特に入射パワー・レベルが
高い場合に、充電機構の低速化および受信データ・スト
リームのBER(システム・ビット・エラー率)の明ら
かな低下が原因となる。
する入力パワー・レベルを段階的に増加させた場合にお
ける、共通エミッタ構成の入力トランスインピーダンス
増幅器46の広帯域出力パワーおよび入力インピーダン
ス応答のグラフを示す。図6に示すように、トランスイ
ンピーダンス増幅器46の出力パワーは、比較的低い入
力パワーである−20dBmにおいてもほぼ飽和してい
る。公知の光学的に前置増幅されるDPSK直接検出受
信機の用途では、その多くが通常入射光学パワーの−1
5dBmないし+5dBmの間で通常動作するため、こ
れは容認することができない。また、図6は、入力パワ
ー・レベルに大きく依存する、低利得または出力パワー
の平坦性も反映している。例えば、−20dBm入力パ
ワーにおいて、出力応答は低周波数では平坦であり、次
いで、小さな信号増幅器には典型的な、良好な挙動のロ
ール・オフ応答(roll−off respons
e)を開始する。しかしながら、−5dBmの入力パワ
ー・レベルでは、出力パワーは、実際には−20dBm
応答未満に低下し始め、約10GHzでピークとなり、
これより出力パワーは、周波数が高くなるに連れて増々
漸進的にロール・オフする。これは、非線形な駆動増幅
器の応答を示す。図7は、入力パワーが増大するに連れ
て、入力インピーダンスが劇的に増大することを示す。
かかる特性は、光受信機の帯域幅に有害な影響を及ぼ
す。光受信機のソース・インピーダンスは、通常非常に
大きく、トランスインピーダンス増幅器46の入力イン
ピーダンスと共に基本極(dominant pol
e)を作る、小さな分路コンデンサによってモデル化す
ることができる。
を、増大するパワー・レベルの関数として示す。即ち、
図8、図9および図10は、それぞれ、0.2ミリアン
ペア(mA)、2.0mAおよび4.0mAとパルス振
幅を増大した場合における、共通エミッタ構成のトラン
スインピーダンス増幅器46の10GHz電流パルス発
生器に対する過渡応答を示す。図8に示すように、0.
2mAという小さい電流入力パルス振幅では、入力電圧
はその方形波形状を維持し、出力は対称的な正弦波形状
を維持する。電流パルス振幅を2.0mAおよび4.0
mAに増大すると、それぞれ図9および図10に示すよ
うに、入力電圧波形は歪み始める。即ち、入力電圧波形
は、入力共通エミッタ・トランジスタのベースが放電し
ているとき、立ち下がりエッジ上でRCスルーイング特
性(RC slewing characterist
ic)を呈する。しかしながら、立ち上がりエッジ上に
はRCスルーイング特性の痕跡はなく、従来のバイポー
ラ理論にしたがって、ベースの異なる充電および放電特
性による立ち上がりおよび立ち下がり波形特性に非対称
性を形成する。トランジスタを飽和から脱するためのベ
ースの放電が遅いのは、電圧が入力波形に追従可能とな
る前にベース・バルクに再結合しなければならない、少
数キャリアのベース電荷蓄積の除去によるものである。
対応する出力電圧波形も、非対称的な立ち上がりおよび
立ち下がり時点ならびに停留時間を呈し、これはジッタ
・ノイズに伝搬する。先に論じた特性は、過剰駆動され
た増幅器に典型的な特性であり、従来の共通エミッタ・
トランスインピーダンス増幅器のトポロジに固有の問題
である。
Ω入力抵抗を用いると抑制することができるが、熱雑音
が追加されるという犠牲を伴う。しかしながら、高入力
レベルでは、周波数応答の出力波形はなおも改善されて
いない。即ち、図11は、大きなプッシュ・プル電流に
対処するために50Ω分路抵抗を利用し、フォトダイオ
ードへのAC結合もされている、共通エミッタ・トラン
スインピーダンス増幅器の過渡応答を示す。図11に示
すように、入力波形は明確な方形波を呈するが、出力波
形はなおも不揃いの立ち上がりおよび立ち下がり時点な
らびに全体的な非対称性を示し、増幅器の後続段が悪影
響を受け、高利得共通エミッタ入力段によって増幅され
た大きな信号レベルを取ることができない。したがっ
て、高利得共通エミッタ入力段の後段には、飽和するこ
となく大きな信号を受け入れることができる増幅器を用
いなければならない。
技術の様々な問題を解決することである。本発明の別の
目的は、DCからミリメートル波周波数までの周波数帯
域にわたって動作可能な光受信機を提供することであ
る。
大に伴って、出力波形の対称性が比較的高い光受信機を
提供することである。本発明の更に別の目的は、ノイズ
特性が比較的低い光受信機を提供することである。
集積し、平衡光受信機のモノリシックマイクロ波集積回
路(MMIC)を形成することが可能な光受信機を提供
することである。
Cからミリメートル波周波数までの周波数帯域にわたっ
て動作する、共通ベース(ベース接地)構成の入力段を
含む増幅器に結合された1つ以上のフォトダイオードを
含む平衡光受信機に関するものである。本発明の一実施
形態では、増幅器は、三段直結増幅器として形成され、
直結相補共通ベース構成入力段と、相補共通エミッタ構
成ダーリントン対の中間段と、相補共通コレクタ構成出
力段とを含む。共通コレクタ構成の出力段は、入力段お
よび中間段からの相補電流出力を再結合するために用い
られる。本発明による光受信機は、パワー入力の増大に
対して、比較的対称性が高い出力波形を与える。
下の明細書および添付図面を参照することにより、容易
に理解されよう。
に関し、一実施形態では、比較的低いインピーダンスお
よび低い入力ノイズを有しフォトダイオードに直結され
た共通ベース相補入力段を備えた、トランスインピーダ
ンス増幅器を含む。本発明による平衡光受信機は、DC
からミリメートル波長までの周波数で動作可能であり、
高い出力波形対称性が得られ、しかも入力パワー増大お
よび比較的低いノイズ特性をもたらす。更に、本発明に
よる平衡光受信機のトポロジは、モノリシックに集積
し、自己内蔵平衡光受信機モノリシック・マイクロ波集
積回路(MMIC)を形成するのに適している。
力段を備えたトランスインピーダンス増幅器の利用に
は、多くの欠点がある。本発明の一態様によれば、かか
る共通エミッタ入力段を備えたトランスインピーダンス
増幅器の欠点をなくすために、共通ベース入力段を備え
たトランスインピーダンス増幅器を利用する。共通ベー
ス増幅器については、H.Sopotta(H.ソポッ
タ)による”Push−Pull Amplifier
Stages Quell ReceiverInt
ermodulation Problems”(プッ
シュ−プル増幅器段抑制受信機の相互変調問題)(Mi
crowaves and RF.、1994年11
月、5〜8ページ)、ならびにP.Gray(P.グレ
イ)およびR.Meyer(R.メイヤー)による”A
nalysis of Design of Anal
og Integrated Circuits”(ア
ナログ集積回路の設計の分析)第2版(John Wi
ley&Sons、NewYork、1984年、17
6〜180ページ)において論じられている。その内容
は、この言及により本願にも含まれるものとする。かか
る共通ベース増幅器は、高インピーダンスによって駆動
される場合は大きな電圧利得を有さないので、増幅器は
より高い入力パワーを受け入れることが可能となる。加
えて、かかる増幅器における入力は、低インピーダンス
に設定することができ、典型的に大きな信号変調に対す
る感度が低下する。共通ベース入力段を備えたトランス
インピーダンス増幅器を図12に示し、全体として参照
番号60で示す。増幅器60は、シングル・エンド共通
ベース構成の入力段61、ダーリントン対で形成された
シングル・エンド共通エミッタ構成の中間段63、およ
び共通コレクタ構成に接続されたシングル・エンド出力
段65を含む。共通ベース入力段61は、共通ベース構
成のトランジスタQ1を含む。これは、入力を介してエ
ミッタを入力トランジスタQ1に接続し、比較的大きい
バイパス・コンデンサCbypassを介してベースを接地す
ることにより、図5に示した共通エミッタ構成のトラン
スインピーダンス増幅器から得ることができる。また、
トランスインピーダンス増幅器60は、バイアス抵抗お
よび負電源電圧も組み込み、共通ベース・トランジスタ
Q1のゼロ入力エミッタ・バイアス電流を設定するよう
になっている。
送出され段階的に増大する入力パワー・レベルに対す
る、トランスインピーダンス増幅器60の広帯域出力パ
ワーおよび入力インピーダンス応答を示す。図13に示
すように、トランスインピーダンス増幅器60の出力パ
ワーは、先に論じた共通エミッタ入力構成のトランスイ
ンピーダンス増幅器とは異なり、入力電圧と共に着実に
増大し、その広帯域利得形状の平坦性を変化させない。
図14は、トランスインピーダンス増幅器60の広帯域
入力インピーダンス応答が、周波数帯域全体にわたって
比較的平坦な約20ないし30Ωという比較的低いイン
ピーダンス、および10dBmまでの入力パワーを有す
ることを示す。−5dBmの入力パワーにおいて、入力
インピーダンスは、低い方の周波数では多少増大し始め
る。前述した共通エミッタ構成のトランスインピーダン
ス増幅器の入力インピーダンスのパワー依存性と比較す
ると、共通ベース構成のトランスインピーダンス増幅器
60は、はるかに挙動の良い入力インピーンダンス応答
を達成し、集積平衡光受信機の帯域幅応答を保全するこ
とが可能である。
ぞれ0.2mA、1.0mA、2.0mAおよび4.0
mAに増大した場合における、トランスインピーダンス
増幅器60の10GHz電流パルス発生器に対する過渡
応答を示す。図15に示すように、0.2mAという低
い入力電流パルス振幅では、入力電圧はその方形波形状
を維持し、出力波形は対称的な正弦波形状を維持する。
図16、図17および図18に示すように、入力電流パ
ルス振幅を1.0mA、2.0mA、3.0mAと増大
させるに連れて、入力電圧波形は歪み始める。先に論じ
た共通エミッタ入力段を備えたトランスインピーダンス
増幅器とは異なり、トランスインピーダンス増幅器60
の入力電圧波形は、共通ベース構成のトランジスタでは
共通であるが、線形入力パワー範囲が広くなっているた
め、入力波形の立ち下がりエッジまたは立ち上がりエッ
ジ上には、明白なRCスルーイングは全くみられない。
対応する出力電圧波形は、入力電流パルス振幅を増大さ
せるに連れて、なおも非対称の飽和波形特性を呈してい
る。しかしながら、出力電圧波形は、十分に等しい立ち
上がり時点および立ち下がり時点を呈している。これ
は、共通ベース入力構成によって生成可能なプッシュ・
プル電流の特徴である。
のトランスインピーダンス増幅器60の欠点は、図19
に示すように、共通ベース・プッシュ・プル入力段およ
び相補プッシュ・プル出力段によって改善することがで
きる。これについて次に説明する。即ち、図19は、ト
ランスインピーダンス増幅器60の代替実施形態を示
し、本発明による平衡光受信機62を形成する1対のフ
ォトダイオードに直結されている。平衡光受信機62
は、改善されたトランスインピーダンス増幅器64、お
よび1対のフォトダイオード66,68を含む。前述し
たように、フォトダイオード66,68は、光検出器6
6が光学的に励起されたときに、矢印70で示すように
光電流を生成するように、その極性が構成されている。
また、フォトダイオード68の励起によって、矢印72
の方向にトランスインピーダンス増幅器64から電流が
引き出される。図示のように、2つのフォトダイオード
66,68はノード70において接続され、一方ノード
70はトランスインピーダンス増幅器64に直結されて
いる。直結構成を利用することにより、光受信機62の
応答は、DCからミリメートル波周波数までの周波数帯
域にわたって動作可能となる。更に、前述したように、
平衡光受信機を一般的なMMIC上に集積することは、
AC結合コンデンサのサイズのために、これまで知られ
ていなかった。直結構成を採用することによってAC結
合コンデンサを不要とすることにより、本発明による平
衡光受信機62は、自己内蔵形態(MMIC)に集積す
るのに適したものとなる。
段増幅器として形成し、その中には、相補共通ベース構
成の入力段76、ダーリントン対で形成した相補共通エ
ミッタ構成の中間段78、および相補共通コレクタ構成
の出力段80を含む。出力段80は、入力段76および
中間段78からの相補電流出力を再結合するために用い
られる。トランスインピーダンス増幅器64のトポロジ
は、50ΩDC分路抵抗を不要とすることにより、増幅
器のノイズ特性を改善する。50Ω分路抵抗をなくすこ
とによって、トランスインピーダンス増幅器64は、公
知の平衡光受信機に対して、格段に優れたノイズ特性で
動作するようになる。
送出される入力パワー・レベルを段階的に増大した場合
における、本発明によるトランスインピーダンス増幅器
64の広帯域出力パワーおよび入力インピーダンス応答
を、それぞれ周波数の関数として示す。図20に示すよ
うに、トランスインピーダンス増幅器64の出力パワー
は、前述した従来の共通エミッタ・トランスインピーダ
ンス増幅器とは異なり、入力パワーの増大と共に着実に
増大し、その広帯域利得形状の平坦性を変化させない。
図21は、トランスインピーダンス増幅器64の広帯域
入力およびインピーダンス応答を、入力パワーの関数と
して示す。図21に示すように、入力インピーダンスは
比較的安定しており、即ち、≒20〜30Ωであり、周
波数および−10dBmまでの入力パワーに依存しな
い。−5dBmの入力パワーにおいて、入力トランスイ
ンピーダンス増幅器64は、低い方の周波数では、僅か
に増大し始める。前述した共通エミッタ構成の入力段を
備えたトランスインピーダンス増幅器と比較すると、相
補共通ベース構成の入力段を備えたトランスインピーダ
ンス増幅器64は、格段に挙動が良いインピーダンス応
答を達成し、集積光受信機62の帯域幅応答を保全する
ことが可能である。図12に関して先に説明したシング
ル・エンド共通ベース構成のトランスインピーダンス増
幅器と比較すると、本発明による相補共通ベース構成の
トランスインピーダンス増幅器64は、パワー依存性上
昇に対して、同様の出力パワー周波数の平坦性および入
力インピーダンスの挙動を示す。以下で示すように、大
きな単一入力電流パルス列に対する過渡応答は、相補共
通ベース構成のトランスインピーダンス増幅器64が、
高データ・レートにおける良好なBER(ビット・エラ
ー率。信号伝送エラーの尺度の1つ)に必要とされる、
高い出力波形対称性を達成可能であることを示す。
0.2mA、1.0mA、2.0mAおよび4.0mA
にぞれぞれ増大した場合における、相補共通ベース構成
の入力トランスインピーダンス増幅器64の10GHz
パルス発生器に対する過渡応答を示す。0.2mAとい
う小さな入力電流パルス振幅では、図22に示すよう
に、入力電圧は方形波形状に相似するが、一方出力波形
は、不飽和正弦波形状に相似する。図23ないし図23
dに示すように、入力電流パルス振幅を1.0mA、
2.0mAおよび4.0mAと増大させるに連れて、入
力電圧範囲は僅かに歪み始める。しかしながら、前述し
た共通エミッタ構成の入力段を備えたトランスインピー
ダンス増幅器とは異なり、入力電圧波形には、当該波形
の立ち下がりエッジにも立ち上がりエッジにも明白なR
Cスルーイングは全く見られない。実際、入力電圧波形
は、非常に急峻な立ち上がり時点および立ち下がり時点
を有し、直結相補プッシュ・プル入力および出力段7
6,80による高速信号遷移を示している。更に、前述
したシングル・エンド共通ベース構成のトランスインピ
ーダンス増幅器とは異なり、出力波形が対称的でしかも
不飽和であるので、明白な立ち上がり時点および立ち下
がり時点ならびに対称的な停留時間を呈しており、相補
共通ベース構成の入力段76および相補共通コレクタ構
成のプッシュ・プル電流出力段90によってもたさられ
る、BERの定性的測定が可能となる。
64の小信号トランスインピーダンス利得、50Ωパワ
ー利得、入力インピーダンス、および二ポート安定係数
Kを、周波数の関数として示す。fTおよびfmaxをそれ
ぞれ43GHzおよび55GHzとしたGaAs1μm
エミッタ幅(自己整合ベース・オーミック金属)SAB
M相補PNP/NPN HBT技術、および11.1G
Hz3−dB帯域幅、および無条件安定性(uncon
ditional stability)の対応するパ
ワー利得によって、12GHz3−db帯域幅を有する
45dBΩのトランスインピーダンスを達成することが
できる。
機62は、PNPおよびNPNトランジスタ双方を利用
する相補高速バイポーラ・プロセスによって製造するこ
とができる。光検出器66,68は、好ましくは、In
AlAs/InGaAs/InP系HBT技術のよう
な、既存のPNPおよびNPNデバイス材料構造によっ
て製造する。したがって、平衡光受信機62は、コンパ
クトな低価格MMIC内に、比較的広いダイナミック・
レンジおよび広帯域の平衡光受信機を実現することがで
きる。しかしながら、同等の高性能平衡光受信機は、い
くつかの別個のMMICによるハイブリッド形態でも同
様に形成可能であることは、当業者には認められよう。
平衡光受信機トポロジに対して、いくつかの利点をもた
らすものである。例えば、平衡光受信機62は、DCか
らミリメートル波までの周波数にわたって動作すること
ができ、特定の用途における長いデータ・ワード長の伝
送のためのBER特性が向上する。また、平衡光受信機
62は、前置増幅器の入力における受信入力電圧パワー
/電流の変化に対して入力インピーダンスが感応しない
ので、広い帯域幅を維持することができる。この特性は
非常に重要である。何故なら、前置増幅器の入力インピ
ーダンスは、光検出器のオフ容量が影響を受けると、こ
れとの組み合わせによって、受信機の帯域幅特性を決定
する基本極を生成するからである。増幅器の入力インピ
ーダンスが広い入力パワー範囲において大幅に増大する
と、有効帯域幅が変化し、その結果、高データ・レート
においてBERの劣化を招く。更に、トランスインピー
ダンス増幅器64の相補共通ベース構成のプッシュ・プ
ル段76によって、プッシュ・プル信号波形が歪みから
保護され、その結果、強い電流パルス列によって駆動さ
れる場合、歪みの減少、および出力波形の相対的な対称
性向上がもたらされる。相補共通ベース構成の入力段7
6の動的入力インピーダンスは、従来のシングル・エン
ド共通エミッタおよび共通ベース構成のトランスインピ
ーダンス増幅器トポロジよりも、入力パワー電圧および
電流駆動レベルに対する感応性が低く、光学的に誘導さ
れる相補フォトダイオード電流を引き込めかつ供給する
ために50ΩDC分路抵抗を採用した平衡検出器と組み
合わせたAC結合電圧利得整合増幅器(AC coup
led matched voltage gaina
mplifier)よりもノイズが少ない。トランスイ
ンピーダンス増幅器64は、入力パワー・レベルの広い
範囲に亘って一定の低い増幅器入力インピーダンスを維
持することができるので、増幅器の入力インピーダンス
およびフォトダイオードの有効オフ容量によって形成さ
れるR−C入力極を一定に維持することができ、そのた
め基本極および対応する帯域幅、ならびに高データ・レ
ート伝送において結果的に得られるBERを保全するこ
とができる。
の変更や変形が可能であることは明らかである。したが
って、請求項の範囲内において、本発明は先に具体的に
記載したもの以外でも実施可能であることは理解されよ
う。
図であり、平衡フォトダイオードに必要なプッシュ・プ
ル電流経路を示す図である。
図であり、平衡フォトダイオードに必要なプッシュ・プ
ル電流経路を示す図である。
タ入力トランスインピーダンス増幅器の概略図である。
ー・レベルに対して、GHzを単位とする周波数の関数
として、図5に示した従来の共通エミッタ入力トランス
インピーダンス増幅器の出力パワーPoutを示すグラフ
である。
入力パワー・レベルに対して、GHzを単位とする周波
数の関数として、図5に示したトランスインピーダンス
増幅器の入力インピーダンスを示すグラフである。
したトランスインピーダンス増幅器の、電流パルス発生
器の10GHzに対する過渡応答を示す図である。
したトランスインピーダンス増幅器の、電流パルス発生
器の10GHzに対する過渡応答を示す図である。
示したトランスインピーダンス増幅器の、電流パルス発
生器の10GHzに対する過渡応答を示す図である。
であるが、フォトダイオードへのAC結合および50Ω
DC分路抵抗を備えたトランスインピーダンス増幅器
の、2mAにおける10GHz電流パルス発生器に対す
る応答を示すグラフである。
ド共通ベース入力トランスインピーダンス増幅器の概略
図である。
入力トランスインピーダンス増幅器の、50Ωソースか
ら送出される段階的に増大する入力パワー・レベルに対
する出力パワーPoutを示すグラフである。
入力トランスインピーダンス増幅器の、50Ωソースか
ら送出される段階的に増大する入力パワー・レベルに対
する入力インピーダンス応答を示すグラフである。
12に示した共通ベース入力トランスインピーダンス増
幅器の10GHz電流パルス発生器に対する過渡応答を
示すグラフである。
ける、図12に示した共通ベース入力トランスインピー
ダンス増幅器の10GHz電流パルス発生器に対する過
渡応答を示すグラフである。
る、図12に示した共通ベース入力トランスインピーダ
ンス増幅器の10GHz電流パルス発生器に対する過渡
応答を示すグラフである。
る、図12に示した共通ベース入力トランスインピーダ
ンス増幅器の10GHz電流パルス発生器に対する過渡
応答を示すグラフである。
概略図である。
Ωソースから送出する場合における、図19に示した相
補共通ベース入力トランスインピーダンス増幅器の出力
パワーを示すグラフである。
Ωソースから送出する場合における、図19に示した相
補共通ベース入力トランスインピーダンス増幅器の入力
インピーダンス応答を示すグラフである。
19に示したトランスインピーダンス増幅器の10GH
z電流パルス発生器に対する過渡応答を示す図である。
4.0mAに増大した場合における、図19に示したト
ランスインピーダンス増幅器の10GHz電流パルス発
生器に対する過渡応答を示す図である。
ピーダンス増幅器の小信号トランスインピーダンス利
得、50Ωパワー利得、入力インピーダンス、および2
ポート安定係数Kを、周波数の関数として示すグラフで
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 光信号を受信し電気出力信号を提供する
光受信機であって、 光信号を受信し、該光信号を電気信号に変換する1つ以
上のフォトダイオードと、 前記1つ以上のフォトダイオードに電気的に結合された
トランスインピーダンス増幅器と、 を備え、前記トランスインピーダンス増幅器が、 相補共通ベース構成に接続された2つのトランジスタか
らなる入力段と、 前記入力段に結合され、相補共通エミッタ構成に接続さ
れた2つのトランジスタからなる中間段と、 前記中間段に結合され、相補共通コレクタ構成に接続さ
れた2つのトランジスタからなる出力段と、 を含む、光受信機。 - 【請求項2】 トランスインピーダンス増幅器であっ
て、 相補共通ベース構成に接続された2つのトランジスタを
含む入力段と、 前記入力段に結合され、相補共通エミッタ構成に接続さ
れた2つのバイポーラトランジスタからなる中間段と、 前記中間段に結合され、相補共通コレクタ構成に接続さ
れた2つのトランジスタからなる出力段と、 を備えたトランスインピーダンス増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US985488 | 1997-12-04 | ||
US08/985,488 US6069534A (en) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | Balance photo-receiver with complementary HBT common-base push pull pre-amplifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11239027A JPH11239027A (ja) | 1999-08-31 |
JP3301734B2 true JP3301734B2 (ja) | 2002-07-15 |
Family
ID=25531535
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34561698A Expired - Fee Related JP3301734B2 (ja) | 1997-12-04 | 1998-12-04 | 相補hbt共通ベース・プッシュ・プル前置増幅器を有する平衡光受信機 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6069534A (ja) |
JP (1) | JP3301734B2 (ja) |
Families Citing this family (34)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6396605B1 (en) * | 1999-01-26 | 2002-05-28 | Trw Inc. | Apparatus and method for tuning an optical interferometer |
KR20020036940A (ko) | 1999-04-01 | 2002-05-17 | 매클린토크 샤운 엘 | 비-선형 왜곡 발생기 |
US6577177B2 (en) | 1999-04-01 | 2003-06-10 | General Instrument Corporation | Non-linear distortion generator |
US6469817B1 (en) * | 1999-06-18 | 2002-10-22 | Trw Inc. | Apparatus and method employing two optical signals for stabilizing an optical interferometer |
US6587243B1 (en) | 1999-12-10 | 2003-07-01 | General Instrument Corporation | Second order predistortor for a return laser transmitter |
US6509789B1 (en) | 2000-01-24 | 2003-01-21 | General Instrument Corporation | Circuit for reducing second and third order intermodulation distortion for a broadband RF amplifier |
US6466084B1 (en) | 2000-01-24 | 2002-10-15 | General Instrument Corporation | Circuit for reducing third order intermodulation distortion for a broadband RF amplifier |
US6404281B1 (en) | 2000-11-14 | 2002-06-11 | Sirenza Microdevices, Inc. | Wide dynamic range transimpedance amplifier |
SE520433C2 (sv) * | 2000-12-01 | 2003-07-08 | Transmode Systems Ab | Förstärkarkrets, ett optiskt kommunikationssystem och en metod för att styra förstärkning |
US6570431B2 (en) * | 2001-07-09 | 2003-05-27 | Intersil Americas Inc. | Temperature-insensitive output current limiter network for analog integrated circuit |
US6696887B2 (en) | 2001-09-27 | 2004-02-24 | Matthew S. Taubman | Transistor-based interface circuitry |
YU67702A (sh) * | 2001-09-28 | 2004-12-31 | Pfizer Products Inc. | Postupak za dobijanje alkansulfonil piridina |
US6801084B2 (en) * | 2002-02-13 | 2004-10-05 | Primarion, Inc. | Transimpedance amplifier and circuit including the same |
US6803825B2 (en) * | 2002-04-09 | 2004-10-12 | Microsemi Corporation | Pseudo-differential transimpedance amplifier |
US6784750B2 (en) * | 2002-04-09 | 2004-08-31 | Microsemi Corporation | Transimpedance amplifier with selective DC compensation |
US6639473B1 (en) | 2002-04-16 | 2003-10-28 | Sirenza Microdevices, Inc. | Method and/or apparatus for controlling a common-base amplifier |
US6590455B1 (en) * | 2002-04-25 | 2003-07-08 | Sirenza Microdevices, Inc. | Common-base amplifier with high input overload and/or tunable transimpedance |
US6985020B2 (en) * | 2002-07-09 | 2006-01-10 | General Instrument Corporation | Inline predistortion for both CSO and CTB correction |
US20040052536A1 (en) * | 2002-09-17 | 2004-03-18 | General Instrument Corporation | Second order predistortion circuit |
US7373138B2 (en) * | 2002-11-21 | 2008-05-13 | Motorola Inc. | Mobile wireless communications device enablement and methods therefor |
US6771132B1 (en) * | 2002-11-26 | 2004-08-03 | Finisar Corporation | Wide dynamic range transimpedance amplifier with a controlled low frequency cutoff at high optical power |
US6778021B2 (en) * | 2002-11-26 | 2004-08-17 | Finisar Corporation | Wide dynamic range transimpedance amplifier with a controlled low frequency cutoff at high optical power |
US6927634B1 (en) * | 2003-07-18 | 2005-08-09 | Sirenza Microdevices, Inc. | Self-biased Darlington amplifier |
US7026877B2 (en) * | 2003-11-13 | 2006-04-11 | Heqing Yi | Optical input preamplifier |
US7418213B2 (en) * | 2004-08-12 | 2008-08-26 | Finisar Corporation | Transimpedance amplifier with integrated filtering and reduced parasitic capacitance |
US20110091987A1 (en) * | 2007-10-04 | 2011-04-21 | Ralph Weissleder | Miniaturized Magnetic Resonance Systems and Methods |
JP5231118B2 (ja) * | 2008-07-24 | 2013-07-10 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 受光アンプ回路 |
US8063705B1 (en) | 2009-01-08 | 2011-11-22 | Rf Micro Devices, Inc. | Push-pull transimpedance amplifier |
CN102111111A (zh) * | 2009-12-23 | 2011-06-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种利用电阻进行耦合和匹配的单片低噪声放大器 |
JP5459103B2 (ja) * | 2010-06-25 | 2014-04-02 | 住友電気工業株式会社 | 増幅回路 |
WO2012129281A2 (en) | 2011-03-22 | 2012-09-27 | The General Hospital Corporation | Detection of targets using magnetic resonance |
US8836433B2 (en) | 2011-05-10 | 2014-09-16 | Skyworks Solutions, Inc. | Apparatus and methods for electronic amplification |
RU2534758C1 (ru) * | 2013-04-09 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВО "ЮРГУЭС") | Трансрезистивный усилитель с парафазным выходом для преобразования сигналов лавинных фотодиодов |
US9407218B2 (en) * | 2013-11-25 | 2016-08-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Multi-stage transimpedance amplifier and a method of using the same |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2782267A (en) * | 1953-10-08 | 1957-02-19 | North American Aviation Inc | Push-pull transistor amplifier |
US4374363A (en) * | 1980-11-03 | 1983-02-15 | Previti Frank R | Balanced impedance coupler |
US4540952A (en) * | 1981-09-08 | 1985-09-10 | At&T Bell Laboratories | Nonintegrating receiver |
US5398004A (en) * | 1994-02-09 | 1995-03-14 | Trw Inc. | HBT direct-coupled low noise wideband microwave amplifier |
US5565672A (en) * | 1994-12-30 | 1996-10-15 | Lucent Technologies Inc. | Optical transimpedance receiver with compensation network |
US5742046A (en) * | 1996-10-18 | 1998-04-21 | Eastman Kodak Company | Amplifier circuit for providing outputs as a function of sensed light |
-
1997
- 1997-12-04 US US08/985,488 patent/US6069534A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-12-04 JP JP34561698A patent/JP3301734B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Eric A.Swanson,Jeffrey C.Livas,Roy S.Bondurant,High Sensitivity Optically Preamplified Direct Detection DPSK Receiver with Active Delay−Line Stabil,Photonics Technical Letter,Vol.6,No.2,pp.263−265 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US6069534A (en) | 2000-05-30 |
JPH11239027A (ja) | 1999-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3301734B2 (ja) | 相補hbt共通ベース・プッシュ・プル前置増幅器を有する平衡光受信機 | |
JP4032720B2 (ja) | 自動利得制御回路 | |
KR100900205B1 (ko) | 넓은 동적 범위 트랜스임피던스 증폭기 | |
US5646573A (en) | Automatic gain-control transimpedence amplifier | |
CA2289400C (en) | High speed differential optoelectronic receiver | |
US6359517B1 (en) | Photodiode transimpedance circuit | |
US20080284522A1 (en) | Linear transimpedance amplifier with multiplexed gain stage | |
JP2001217657A (ja) | 光通信用前置増幅器 | |
JP2009010741A (ja) | 前置増幅器および光受信装置 | |
US4075576A (en) | Sensitive high speed solid state preamp | |
US6879217B2 (en) | Triode region MOSFET current source to bias a transimpedance amplifier | |
JPH0783313B2 (ja) | 広帯域光受信機用フロントエンド | |
JP2013102558A (ja) | 光受信回路用信号増幅器 | |
Ohhata et al. | A wide-dynamic-range, high-transimpedance Si bipolar preamplifier IC for 10-Gb/s optical fiber links | |
JPH05231937A (ja) | 広帯域の光増幅・受信装置 | |
US6876260B2 (en) | Elevated front-end transimpedance amplifier | |
US5113151A (en) | Equalizing and amplifying circuit in an optical signal receiving apparatus | |
CN112909734B (zh) | 一种高速激光器驱动电路及高速激光器系统 | |
US5095286A (en) | Fiber optic receiver and amplifier | |
JP3599274B2 (ja) | トランスインピーダンスアンプ | |
JPH0382230A (ja) | 光伝送方式及び光伝送装置 | |
US6768384B1 (en) | High-speed differential preamplifier | |
JP3149911B2 (ja) | プリアンプ回路 | |
JP3226621B2 (ja) | 光受信装置 | |
JPH07321565A (ja) | 受光信号増幅回路及び受光信号処理装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090426 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090426 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100426 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100426 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110426 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |