JP3405388B2 - 光通信用前置増幅器 - Google Patents
光通信用前置増幅器Info
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Description
器に関し、特に、トランスインピーダンス型光通信用前
置増幅器に関する。
ドインターフェースの世界標準であるSDH(新同期ハ
イラーキ:Synchronous Digital Hierachy)に対応し
た各種伝送装置び適用させる必要がある。そのため、こ
の光受信機の特性を左右する前置増幅器は低雑音でかつ
広ダイナミックレンジであることが要求される。このよ
うな従来の光通信用前置増幅器としては、例えば、特開
平5ー304422号公報に開示された技術がある。
通信用前置増幅器の概略回路図である。光ファイバから
光入力を受けて電流に変換する受光素子PDと、この電
流を入力に受ける増幅回路910と、この増幅回路91
0の出力から入力に負帰還をかけるトランスインピーダ
ンス回路920と、増幅回路910の出力を受けてトラ
ンスインピーダンス回路内の電界効果トランジスタ(F
ET)のゲート制御するソースフォロア回路950とか
らなる。増幅回路910はソース接地型の増幅回路であ
り、FET911が駆動トランジスタであって、抵抗9
13とこれと並列して接続されるFET915との合成
等価抵抗の値が負荷となる。トランスインピーダンス回
路920は、抵抗921とFET923の並列合成等価
抵抗の値を有する。ソースフォロア回路950は、FE
T901のソース側に直列して接続される抵抗953と
955との間から出力を取り出し、これをトランジスタ
インピーダンス回路920内のFET923のゲートへ
接続する。
射すると光電電流が発生し、この電流を電圧変換して出
力する。ソースフォロア回路950は、入力パワーに応
じてトランスインピーダンス回路920のFETのゲー
ト電圧を変化させて、帰還抵抗値を変更することにより
信号強度に応じて変換利得を変えて、広ダイナミックレ
ンジを確保している。
イバの一端に結合された信号受信部において、光ファイ
バの他端に結合された信号送出部からの信号を受光素子
で電流に変換した後に、この電流を電圧に変換する電流
/電圧変換回路として使用されている。
は、次のような不具合があった。
レーザダイオード電流を注入してレーザ光を発信させ、
この光をレンズを介して光ファイバへ送り出す。この
際、レーザ光は、レンズあるいは光ファイバの端面等で
反射する。この反射光がレーザダイオードに戻ると、こ
の戻り光を種にして信号がないにもかかわらずレーザ光
が出射され、この光もノイズ光として光ファイバへ送り
出される。このノイズ光の強度は大きくないが、受光部
では電流/電圧変換されて出力にも現れる。特に、従来
の光通信用前置増幅器では、信号が弱い時には高利得の
特性を有し、かつその利得特性の変化はデータ信号周波
数にも追随するものであったため、このノイズ光も強度
が弱いにもかかわらず高い増幅度で増幅されてしまい、
データ信号とみなされてしまっていた。
用前置増幅器では、入力信号を電圧変換した後の電圧値
に応じて帰還抵抗値を変化させるている。このため、大
振幅の信号が入力すると、増幅器の利得が小さくなり帯
域が高周波側にのびて位相余裕が十分でなくなり、つい
には正帰還がかかり発振してしまう。
平均値に応じて電流電圧変換利得を変更できるようにし
て、信号と時間的規則性があるノイズを除去できるトラ
ンスインピーダンス型の光通信用前置増幅器を提供する
こと、また大信号が入力されたときでも発振を起こしに
くいトランスインピーダンス型の光通信用前置増幅器を
提供することにある。
うな構成とした。
と、入力光を受ける受光素子の光電変換により発生され
る光電電流を受ける入力と、入力にゲートが接続される
駆動用電界効果トランジスタを含むソース接地型増幅部
とを有する増幅回路、帰還抵抗と、帰還抵抗の一端にド
レインが結合され、且つ他端にソースが結合される帰還
用電界効果トランジスタとを有するトランスインピーダ
ンス型の帰還回路、を有し、増幅回路の出力に光電電流
に対応する電圧波形を出力する電流/電圧変換回路と、
電流/電圧変換回路の出力の電圧波形から光入力パワー
の平均値を検出し、この平均値に応じた電圧を発生する
パワー検出回路と、電流/電圧変換回路の出力およびパ
ワー検出回路の出力に応じて、帰還用電界効果トランジ
スタのゲートを制御して、増幅回路の利得を変化させる
帰還制御回路と、を備える。
電圧変換回路の出力の電圧波形から光入力パワーの平均
値、つまり電圧波形の時間的な積分値を検出するので、
本来の信号と時間的規則性をもって入力光に含まれる低
パワーノイズは平均化されて平均値にほとんど寄与しな
くなる。このため、この平均値に応じた電圧として本来
の信号に応じた電圧が発生される。更に、この電圧およ
び電流/電圧変換回路の出力電圧によって、帰還制御回
路の帰還用電界効果トランジスタのゲートを制御するの
で、入力光パワーに応じて等価帰還抵抗値を変更し広い
ダイナミックレンジを確保できる。一方、信号の入力パ
ワーが増加あるいは減少すると、光入力パワーの平均値
もそれに応じて増加し、あるいは減少するので、光入力
パワーに応じて等価帰還抵抗値を変化させることができ
る。本発明の光通信用前置増幅器では、増幅回路は、ソ
ース接地増幅部の後段に配置されるソースフォロア部を
更に有するようにしてもよい。
ースフォロア部を設ければ、このソースフォロア段もソ
ース接地増幅部の出力と同相で変化し、また出力インピ
ーダンスも低くできる。したがって、ソースフォロア部
の出力を増幅器の出力をすることができる。
御回路は、増幅回路の出力をゲートに受ける第1の電界
効果トランジスタと、パワー検出回路の出力をゲートに
受ける第2の電界効果トランジスタと、第1の電界効果
トランジスタのソースおよび第2の電界効果トランジス
タのドレイン間に配置される抵抗と、を備えるソースフ
ォロア回路であって、抵抗と第2の電界効果トランジス
タのドレインとの間から出力を引き出し、この出力によ
り帰還用電界効果トランジスタのゲートを制御するよう
にしてもよい。
のゲートにパワー検出回路の出力を接続すると、信号強
度が負の方向に大きくなるにつれ、その平均値電位が低
下する。すなわち、第2の電界効果トランジスタのゲー
ト電圧が低下し、この電界効果トランジスタで決定され
る電流値が小さくなる。したがって、第2の電界効果ト
ランジスタのドレインに接続される抵抗での電圧降下量
が小さくなり、帰還制御回路の入出力電位差が小さくな
る。この入出力電位差はすなわち、帰還用電界効果トラ
ンジスタのゲート・ソース間電圧であるので、信号強度
が大きくなるとこの帰還用電界効果トランジスタのドレ
イン・ソース間抵抗が小さくなり、等価トランスインピ
ーダンスを低下させることが可能となる。
力と、入力光を受ける受光素子の光電変換により発生さ
れる光電電流を受ける入力と、入力にゲートが接続され
る駆動用電界効果トランジスタを含むソース接地型増幅
部とを有する増幅回路、帰還抵抗と、帰還抵抗の一端に
ドレインが結合され、且つ他端にソースが結合される帰
還用電界効果トランジスタとを有するトランスインピー
ダンス型の帰還回路、を有し、増幅回路の出力に光電電
流に対応する電圧波形を出力する電流/電圧変換回路
と、電流/電圧変換回路の出力に応じて帰還用電界効果
トランジスタのゲートを制御し、電流/電圧変換回路の
利得を変化させる帰還制御回路と、を備える光通信用前
置増幅器であって、増幅回路は、駆動用電界効果トラン
ジスタと負荷との間に直列して結合されるゲート接地さ
れた負荷用電界効果トランジスタと、この負荷用電界効
果トランジスタのゲートに接続される抵抗体と、抵抗体
の負荷用電界効果トランジスタのゲート側にあるキャパ
シタと、を有する。
界効果トランジスタの負荷との間に直列して結合される
負荷用電界効果トランジスタを設けて、この電界効果ト
ランジスタのゲートとバイアス源との間に抵抗体を接続
すると共に、このゲート側にキャパシタンスがあるよう
にした。このため、光入力が大きくなりトランスインピ
ーダンス回路の等価帰還抵抗が小さくなること等により
変換利得が小さくなっても、抵抗体とキャパシタンスに
より規定される時定数に応じて電流/電圧変換回路の帯
域が抑えられるので、従来に比べて高周波側で帯域が抑
えられる。
ャパシタは、負荷用電界効果トランジスタのゲート入力
キャパシタンスで兼用されるようにしてもよい。
ャパシタンスで兼用できれば、キャパシタを削減でき
る。
と、入力光を受ける受光素子の光電変換により発生され
る光電電流を受ける入力と、入力にゲートが接続される
駆動用電界効果トランジスタを含むソース接地型増幅部
とを有する増幅回路、帰還抵抗と、帰還抵抗の一端にド
レインが結合され、且つ他端にソースが結合される帰還
用電界効果トランジスタとを有するトランスインピーダ
ンス型の帰還回路、を有し、増幅回路の出力に光電電流
に対応する電圧波形を出力する電流/電圧変換回路と、
電流/電圧変換回路の出力の電圧波形から光入力パワー
の平均値を検出し、この平均値に応じた電圧を発生する
パワー検出回路と、電流/電圧変換回路の出力およびパ
ワー検出回路の出力に応じて、帰還用電界効果トランジ
スタのゲートを制御して、増幅回路の利得を変化させる
帰還制御回路と、を備える。増幅回路は、駆動用電界効
果トランジスタと負荷との間に直列して結合されるゲー
ト接地された負荷用電界効果トランジスタと、この負荷
用電界効果トランジスタのゲートに接続される抵抗体
と、負荷用電界効果トランジスタのゲート側にあるキャ
パシタと、を有するようにしてもよい。
電流/電圧変換回路の出力電圧によって、帰還制御回路
の帰還用電界効果トランジスタのゲートを制御するの
で、入力光パワーに応じて等価帰還抵抗値を変更し広い
ダイナミックレンジを確保できると共に、入力光に含ま
れる低パワーノイズの電圧変換は抑えられる。一方、信
号の入力パワーが増加あるいは減少すると、光入力パワ
ーの平均値もそれに応じて増加し、あるいは減少するの
で、光入力パワーに応じて等価帰還抵抗値を変化させる
ことができる。加えて、増幅回路において、駆動用電界
効果トランジスタの負荷との間に直列して結合される負
荷用電界効果トランジスタを設けて、この電界効果トラ
ンジスタのゲートとバイアス源との間に抵抗体を接続す
ると共に、このゲート側にキャパシタがあるようにし
た。このため、光入力が大きくなりトランスインピーダ
ンス回路の等価帰還抵抗が小さくなっても、抵抗体とキ
ャパシタにより規定される時定数に応じて電流/電圧変
換回路の帯域が抑えられるので、従来に比べて高周波側
で帯域が抑えられる。
シタは、負荷用電界効果トランジスタのゲート入力キャ
パシタンスで兼用されるようにしてもよい。
ャパシタで兼用できればキャパシタを削減できる。
発明を説明する。また、同一の部分には同一の符号を付
して、重複する説明は省略する。
層上に形成されるnチャネル型ショットキ電界効果トラ
ンジスタを使用して回路を構成する場合について説明す
る。
通信用前置増幅器の第1の実施の形態の構成図である。
なお、このような光通信用前置増幅器は、SDH規格に
基づいて使用される場合は、156Mbps、622M
bps等のレートのデータ信号を受ける。
換により発生される光電電流を入力に受けて、この電流
の応じた電圧を出力する電流/電圧変換回路10と、パ
ワー検出回路400と、帰還制御回路500とを備え
る。
路10の入力に接続され、且つ出力が変換回路10の出
力に接続されるソース接地型増幅器100と、増幅器1
00の出力から入力に負帰還をかけるトランスインピー
ダンス型の帰還回路200とを備える。なお、増幅回路
100は後段に配置されるソースフォロア部を更に備え
て、この出力を変換回路10の出力としてもよい。ソー
スフォロア部の出力は増幅器100の出力と同相である
からである。また、増幅回路の出力レベルを変換できる
と共に、出力インピーダンスを下げることができる。
0は、抵抗21と、この抵抗に並列して接続される電界
効果トランジスタ(以下、FETと記す)23とを備
え、抵抗21およびFET23の合成抵抗により等価帰
還抵抗を構成する。なお、この等価帰還抵抗はFET2
3のゲートにより変化させることができる。
回路10の出力を受けて、この電圧波形から光入力パワ
ーの平均値を検出し、この平均値に応じた電圧を発生す
る積分回路であり、このため積分の時定数を決める抵抗
とキャパシタンスを内部に有する。ここでは電圧電流/
電圧変換回路の出力電圧波形の時間的な積分値を検出す
るので、入力光に含まれる低パワーノイズはこの平均値
のほとんど寄与しなくなる。
路10の出力およびパワー検出回路400の出力に応じ
て、帰還用電界効果トランジスタのゲートを制御して、
電流/電圧変換回路10のトランスインピーダンスを変
化させる。パワー検出回路400は電流/電圧変換回路
10の出力が負の方向に大きくなると、その積分値であ
る出力は直流的に低下する。このパワー検出回路400
の出力が、帰還制御回路500の接地側にあるFET5
1のゲートへ入力される。このFET51は電流源FE
Tとして機能する回路構成となっているため、そのゲー
ト入力が小さくなると流れる電流が小さくなる。このた
め、このFET51のドレイン側に接続されている抵抗
による電圧降下量は減少し、帰還制御回路500の出力
電位は上昇する。帰還回路200のFET23のゲート
にはこの帰還制御回路500の出力が、またFET23
のソースは帰還制御回路500の入力(電流/電圧変換
回路10の出力)が接続されているので、電流/電圧変
換回路10の出力が大きくなって、パワー検出回路40
0の出力が低下すると、帰還制御回路500の入出力差
が小さくなる。これはすなわち、帰還用FET23のゲ
ート・ソース間電位が正の方向に変化することに他なら
ず、帰還用FET23のドレイン電流を増大させる。す
なわち、トランスインピーダンスを低下させることにな
る。
路400を設けると、電流/電圧変換回路の出力の電圧
波形から光入力パワーの平均値、つまり電圧波形の時間
的な積分値を検出するので、入力光に含まれる低パワー
ノイズは平均化されて平均値のほとんど寄与しなくな
る。パワー検出回路400からは、この平均値に応じた
電圧として本来の信号に応じた電圧が発生される。加え
て、この電圧および電流/電圧変換回路の出力電圧によ
って、帰還制御回路の帰還用電界効果トランジスタのゲ
ートを制御するので、入力光パワーに応じて等価帰還抵
抗値を変更し広いダイナミックレンジを確保できると共
に、入力光に含まれる低パワーノイズの電圧変換は抑え
られる。一方、信号の入力パワーが増加あるいは減少す
ると、光入力パワーの平均値もそれに応じて増加し、あ
るいは減少するので、光入力パワーに応じて等価帰還抵
抗値を変化させることができる。したがって、広ダイナ
ミックレンジを維持しつつ、送出信号と時間的規則性を
持つノイズを除去できる。
のではないが、受光素子PDは光入力PINを受光し光電
変換により電流に変換するPINフォトダイオードであ
る。
通信用前置増幅器の第2の実施の形態の回路図である。
図2において使用されているFETはデプリーション型
FETであり、Axx、Bxx(xxは2桁の数字)で
示されるA、Bは異なるしきい値を有することを示して
いる。また、ダイオードはショットキ接合ダイオードで
ある。
幅部100と、トランスインピーダンス型の帰還回路2
00と、パワー検出回路400のためのソースフォロア
部300と、パワー検出回路400と、帰還制御回路5
00と、出力用のソースフォロア部600と、バイアス
回路700とを備える。また、ソース接地型増幅部10
0と出力用のソースフォロア部600とは、受光素子の
光電変換により発生される光電電流を受ける入力と、入
力にゲートが接続される駆動用電界効果トランジスタと
を有するソース接地型増幅部100を有する増幅回路を
構成する。更に、増幅回路100、300とトランスイ
ンピーダンス型の帰還回路200とは、電流/電圧変換
回路を構成して、増幅回路の出力に入力電流に対応する
電圧波形を出力する。
されるゲートを有する駆動用FETQ101と、そのソ
ース側にはレベル調整用のダイオードD101、D10
3、D105が順方向に直列して接続される。また、ド
レイン側には高電位側電源VDD側から、抵抗R101
と、ゲートがQ101のソースに接続されるゲート接地
の利得調整用FETQ103とにより構成される負荷が
接続されると共に、ダイオードD107とゲートが自身
のソースに接続されたFETQ105とから構成される
Q101のドレインバイアス電流を流す電流源を備え
る。そして、Q103のドレイン側から出力が引き出さ
れる。
ートにフソースフォロア部300の出力を受けるFET
Q601のソース側に、ダイオードD601およびD6
03を介して、電流源となるQ603が接続されてい
る。
0は、抵抗R201とR201の一端にソース、および
R201の他端にドレインがそれぞれ接続されるFET
Q201とからなり、これらは並列に接続され、増幅回
路100、600の出力から入力に負帰還をかける。
部100の出力を受けるQ301のソース側に、ダイオ
ードD301およびD303を介して、電流源となるF
ETQ303が接続されている。
接続された電流源FETQ701のソース側にレベル発
生用のダイオードD701、D703、D705、D7
07およびD709が直列して順方向に接続され、D7
05のアノードに定電圧1およびD701のアノードに
定電圧2を発生させる。また、D705のアノードと接
地電位の間には抵抗R701とR703とが直列接続さ
れ、これらの抵抗間に定電圧3を発生させている。定電
圧2をゲートに受けるFETQ703と定電圧1をゲー
トに受けるFETQ705とは直列して接続され、更に
Q703のソース側に直列して順方向に接続されるレベ
ル設定用のダイオードD711、D713およびD71
5とから構成され、Q701のソース側を出力としてパ
ワー検出回路400に電流を供給している。このため、
パワー検出回路400で生ずる電流変化に対しても出力
電圧の変化を小さくできる。なお、この出力電圧(バイ
アス値1という)は、定電圧2の電圧値、Q703のし
きい値および電流源Q705の電流値によって決定され
る。
00の出力を供給電源としている。バイアス値1を抵抗
R401とR403で抵抗分割してFETQ401のゲ
ートへ与え、Q401のソース側にはR407が接続さ
れると共に、ドレイン側にはR405が接続される。Q
401のソース側(R407側)にソースフォロア部3
00の出力を接続し、Q401のドレイン側(R405
側)には直列接続されたレベル変換用ダイオードD40
1、D403およびD405を介して抵抗R409の一
端およびキャパシタC401の一端(以下、時定数ノー
ドという)に接続される。抵抗の他端およびキャパシタ
の他端は、共に接地電位に接続される。帰還制御回路5
00には、時定数ノードから更にダイオードD407と
R411によりレベルシフトした分レベルを下げて出力
される。なお、ショットキ接合ダイオードD409、D
411および抵抗R413は静電保護回路である。
される。例えば、イオン注入抵抗を使用できるが、これ
に限られない。本実施例ではC401は外付けとした。
このようにすると、同一半導体基板上に大きなキャパシ
タを形成しなくてよいのでチップ面積を低減できる。ま
た、C401を同一半導体基板上に形成すれば、外付け
部品を低減できる。
ソースフォロア部300の出力に信号電圧が発生する
と、Q401、D401、D403およびD405を介
してC401が信号電圧に応じた電圧で充電される。こ
の充電が時定数に比べて十分短い時間間隔で行われる
と、時定数ノードはそれに応じた電圧値になる。一方、
信号と時間的規則性を持つ低パワーノイズは、時定数ノ
ードを変化させる程十分なパワーがないので、平均化さ
れて時定数ノードの電圧値に実質的な変化を与えない。
分の時定数を決定しているのは時定数ノードに接続され
ている抵抗R409とキャパシタC401である。図2
の例では、抵抗値は10[kΩ]、キャパシタ値は10
0[pF]であり、SDH規格に好適な値となってい
る。この時定数は1.0×10ー6[sec]であるの
で、パワー検出回路の出力は数[μsec]程度時間で
起こる電圧の変化には追従して変化する。これよりも短
い電圧波形にはパワー検出回路の出力電圧は追従しな
い。したがって、低パワーノイズは平均されて消えてし
まう。なお、SDH規格に好ましい時定数の範囲は、
0.5[μsec]〜数[msec]である。
出力をゲートに受けるFETQ501と、パワー検出回
路400の出力をゲートに受け、電流源となるFETQ
502と、FETQ501のソースおよびFETQ50
2のドレイン間に配置される抵抗R501と、FETQ
502と接地電位との間に抵抗R502とを備えるソー
スフォロア回路である。抵抗R501とFETQ502
のドレインとの間から出力を引き出し、出力によりFE
TQ201のゲートを制御する。このソースフォロア段
500のレベルシフトには抵抗を使用しているので、本
回路の出力は検出回路400の出力が大きくなるほど高
い側へシフトするため等価帰還抵抗値は小さくなり、ま
た検出回路400の出力が小さくなるほど低い側へシフ
トするため等価帰還抵抗値は大きくなる。
路400を設けると、電流/電圧変換回路の出力の電圧
波形から光入力パワーの平均値、つまり電圧波形の時間
的な積分値を検出するので、低パワーノイズは平均化さ
れて平均値のほとんど寄与しなくなる。パワー検出回路
400からは、この平均値に応じた電圧として本来の信
号に応じた電圧が発生される。加えて、この電圧および
電流/電圧変換回路の出力電圧によって、帰還制御回路
の帰還用電界効果トランジスタのゲートを制御するの
で、入力光パワーに応じて等価帰還抵抗値を変更し広い
ダイナミックレンジを確保できる。
は、本発明の光通信用前置増幅器の第3の実施の形態の
部分回路図である。図3(a)、(b)において増幅段
を3個のFET(Q1、Q2、Q3)で構成し、ソース
とゲート短絡された負荷Q3をゲート接地のFETQ2
のドレインに接続し、このQ2のソースを入力FETQ
1のドレインに接続する。Q1のゲートには、受光素子
(図示せず)の出力が接続され、ソースはダイオードを
介して接地される。Q3のドレインはVDDに接続され、
Q3のソースから出力される。図3(a)では、Q2の
ゲートは所定の電位に固定されている。図3(b)で
は、Q2のゲートはキャパシタCgが接続され、抵抗R
gを介して所定の電位に固定されている。
みると、ソース電位は光入力に対応してQ1のVDSが小
さくなるために低下するが、ゲート電位が固定となって
いるため、ゲートバイアスVGSは大きくなってゆく。一
方、この回路に流れる電流はゲート−ソース間が短絡さ
れたダイオードQ3で決定されるため、Q2のゲートバ
イアスの増大を相殺するようにVDSは光入力に対応して
小さくなってゆく。したがって、Q2の伝達コンダクタ
ンス、ゲートコンダクタンスを変えることができる。つ
まり、Q3のソースとQ1のドレインの間にゲート接地
で挿入されているQ2のソースドレイン間の電圧VDSが
小光入力時には飽和領域になり、大光入力時の電圧利得
を下げるときには線形領域になるようにゲート電圧を与
えれば、電圧利得をダイナミック変えることが可能であ
る。この構成と並列接続されたFETと抵抗を有するト
ランスインピーダンス型の帰還回路を使用すれば、回路
全体として電圧利得をダイナミックに変えることができ
る。
されているので、この抵抗Rgを介してキャパシタCg
を充電する時間だけ遅延が生じる。これは高周波領域に
おいて帯域を抑えるように作用する。
−利得特性図を用いて説明する。図3(a)に対応する
特性である図4(a)では、光入力が大きいとき電流/
電圧変換利得は小さくなり帯域は広くなる。一方、図3
(b)に対応する特性である図4(b)では、光入力が
大きく電流/電圧変換利得は小さくなるときでも、ゲー
ト接地FETのゲートに抵抗RgとキャパシタCgとか
らなるフィルタを設けたので、ゲート電圧の変化に遅延
が生じるため、高周波領域において帯域を抑えるように
作用する。高周波領域において帯域を抑える程度は、抵
抗RgとキャパシタCgの積で与えられる時定数により
調整できる。
荷用電界効果トランジスタQ2(図3(b))のゲート
キャパシタンスで兼用されるようにしてもよい。このよ
うにすれば、キャパシタを削減できる。抵抗体Rgとし
ては、例えばイオン注入抵抗を使用できるが、これに限
られない。
前置増幅器の一部の回路図を示した。これらは増幅回路
150および帰還回路200を含む部分を示している。
詳細には説明しないが、このような回路でも使用でき
る。これらの例では、ゲート入力キャパシタンスでキャ
パシタを兼用している。なお、増幅回路150の入力に
受光素子が接続されている。
いて、駆動用電界効果トランジスタの負荷との間に直列
して結合される負荷用電界効果トランジスタを設けて、
この電界効果トランジスタのゲートとバイアス源との間
に抵抗体を接続すると共に、このゲート側にキャパシタ
ンスがあるようにした。このため、光入力が大きくなり
トランスインピーダンス回路の等価帰還抵抗が小さくな
ること等により変換利得が小さくなっても、抵抗体とキ
ャパシタンスにより規定される時定数に応じて電流/電
圧変換回路の帯域が抑えられるので、従来に比べて高周
波側で帯域が抑えられる。したがって、広ダイナミック
レンジを維持しつつ、回路がより安定に動作する。
通信用前置増幅器の回路図である。図6は、図2のソー
ス接地型増幅部100が、ソース接地型増幅部150に
変更される点を除いて図2と同じである。
されるゲートを有する駆動用FETQ151と、そのソ
ース側にはレベル調整用のダイオードD151、D15
3、D155が直列に接続される。またドレイン側には
高電位側電源VDD側から、抵抗R151とゲートがQ1
51のソースに接続されるゲート接地の利得調整用FE
TQ153とにより構成される負荷が接続されると共
に、ダイオードD157とゲートが自身のソースに接続
されたFETQ155とから構成されるQ151のドレ
インバイアス電流を流す電流源を備える。そして、Q1
53のドレイン側から出力が引き出される。更に、ゲー
ト接地されるQ153のゲートにはR153がQ151
のソース間に挿入されている。キャパシタC151は電
圧安定用のキャパシタである。なお、図6においては、
R153は10[kΩ]であり、ゲートの入力キャパシ
タンスは0.1[pF]程度である。
形態と重複するので省略する。
と、電流/電圧変換回路の出力の電圧波形から光入力パ
ワーの平均値、つまり電圧波形の時間的な積分値を検出
するので、低パワーノイズは平均化されて平均値のほと
んど寄与しなくなり、パワー検出回路400からはこの
平均値に応じた電圧として本来の信号に応じた電圧が発
生される。加えて、この電圧および電流/電圧変換回路
の出力電圧によって、帰還制御回路の帰還用電界効果ト
ランジスタのゲートを制御するので、入力光パワーに応
じて等価帰還抵抗値を変更し広いダイナミックレンジを
確保できると共に、本来の信号と時間的規則性をもって
入力光に含まれる低パワーノイズの電圧変換は抑えられ
る。一方、信号の入力パワーが増加あるいは減少する
と、光入力パワーの平均値もそれに応じて増加し、ある
いは減少するので、光入力パワーに応じて等価帰還抵抗
値を変化させることができる。したがって、広ダイナミ
ックレンジを確保しつつ、送出信号と時間的規則性を持
つノイズを除去できる。
果トランジスタの負荷との間に直列して結合される負荷
用電界効果トランジスタを設けて、この電界効果トラン
ジスタのゲートとバイアス源との間に抵抗体を接続する
と共に、このゲート側にキャパシタンスがあるようにし
た。このため、光入力が大きくなりトランスインピーダ
ンス回路の等価帰還抵抗が小さくなること等により変換
利得が小さくなっても、抵抗体とキャパシタンスにより
規定される時定数に応じて電流/電圧変換回路の帯域が
抑えられるので、従来に比べて高周波側で帯域が抑えら
れる。したがって、広ダイナミックレンジを維持しつ
つ、回路の動作がより安定になる。
形態において説明した特性の光通信用前置増幅器は、高
ビットレート、低雑音でかつ広ダイナミックレンジであ
ることが求められるSDH規格に好適な構成である。
検出回路を設けて電流/電圧変換回路の出力の電圧波形
から光入力パワーの平均値、積分値を検出するので、入
力光に含まれる低パワーノイズは平均化されて平均値の
ほとんど寄与しなくなり、パワー検出回路からはこの平
均値に応じた電圧として本来の信号に応じた電圧が発生
される。加えて、この電圧および電流/電圧変換回路の
出力電圧によって、帰還制御回路の帰還用電界効果トラ
ンジスタのゲートを制御するので、入力光パワーに応じ
て等価帰還抵抗値を変更し広いダイナミックレンジを確
保できると共に、入力光に含まれる低パワーノイズの電
圧変換は抑えられる。加えて、信号の入力パワーが増加
あるいは減少すると、光入力パワーの平均値もそれに応
じて増加し、あるいは減少するので、光入力パワーに応
じて等価帰還抵抗値を変化させることができる。これに
よって、広ダイナミックレンジを維持しつつ、送出信号
と時間的規則性を持つノイズを除去できる。
いて駆動用電界効果トランジスタの負荷との間に直列し
て結合されるゲート接地の電界効果トランジスタを設け
て、この電界効果トランジスタのゲートとバイアス源と
の間に抵抗体を接続し、且つこのゲートにキャパシタが
あるようにした。このため、光入力が大きくなり電流/
電変換回路の変換利得が小さくなっても、抵抗体とキャ
パシタにより規定される時定数に応じて電流/電圧変換
回路の帯域が抑えられるので、従来に比べて高周波側で
帯域が抑えられる。したがって、広ダイナミックレンジ
を維持しつつ、本発明の回路の動作がより安定になる。
実施の形態の構成図である。
実施の形態の回路図である。
増幅器の第3の実施の形態の部分回路図である。
増幅器の第3の実施の形態の周波数−利得特性図であ
る。
増幅器の他の実施の形態の部分回路図である。
である。
図である。
100、150…ソース接地型増幅部、200…トラン
スインピーダンス型の帰還回路、300…パワー検出回
路のためのソースフォロア部、400…パワー検出回
路、500…帰還制御回路、600…出力用のソースフ
ォロア部、700…バイアス回路、
Claims (6)
- 【請求項1】 出力と、入力光を受ける受光素子の光電
変換により発生される光電電流を受ける入力と、前記入
力にゲートが接続される駆動用電界効果トランジスタを
含むソース接地型増幅部とを有する増幅回路、帰還抵抗
と、前記帰還抵抗の一端にドレインが結合され、且つ他
端にソースが結合される帰還用電界効果トランジスタと
を有するトランスインピーダンス型の帰還回路、を有
し、前記増幅回路の出力に前記光電電流に対応する電圧
波形を出力する電流/電圧変換回路と、 前記電流/電圧変換回路の出力の電圧波形から光入力パ
ワーの平均値を検出し、この平均値に応じた電圧を発生
するパワー検出回路と、 前記電流/電圧変換回路の出力および前記パワー検出回
路の出力に応じて、前記帰還用電界効果トランジスタの
ゲートを制御して、前記増幅回路の利得を変化させる帰
還制御回路と、を備えることを特徴とする光通信用前置
増幅器。 - 【請求項2】 前記帰還制御回路は、前記増幅回路の出
力をゲートに受ける第1の電界効果トランジスタと、前
記パワー検出回路の出力をゲートに受ける第2の電界効
果トランジスタと、前記第1の電界効果トランジスタの
ソースおよび前記第2の電界効果トランジスタのドレイ
ン間に配置される抵抗と、を備えるソースフォロア回路
であって、この抵抗と前記第2の電界効果トランジスタ
のドレインとの間から出力を引き出し、前記出力により
前記帰還用電界効果トランジスタのゲートを制御するこ
とを特徴とする請求項1に記載の光通信用前置増幅器。 - 【請求項3】 出力と、入力光を受ける受光素子の光電
変換により発生される光電電流を受ける入力と、前記入
力にゲートが接続される駆動用電界効果トランジスタを
含むソース接地型増幅部とを有する増幅回路、帰還抵抗
と、前記帰還抵抗の一端にドレインが結合され、且つ他
端にソースが結合される帰還用電界効果トランジスタと
を有するトランスインピーダンス型の帰還回路、を有
し、前記増幅回路の出力に前記光電電流に対応する電圧
波形を出力する電流/電圧変換回路と、 前記電流/電圧変換回路の出力に応じて前記帰還用電界
効果トランジスタのゲートを制御し、前記電流/電圧変
換回路の利得を変化させる帰還制御回路と、を備える光
通信用前置増幅器であって、 前記増幅回路は、前記駆動用電界効果トランジスタと負
荷との間に直列して結合されるゲート接地された負荷用
電界効果トランジスタと、この負荷用電界効果トランジ
スタのゲートに接続される抵抗体と、前記抵抗体の前記
負荷用電界効果トランジスタのゲート側にあるキャパシ
タと、を有することを特徴とする光通信用前置増幅器。 - 【請求項4】 前記キャパシタは、前記負荷用電界効果
トランジスタのゲート入力キャパシタンスで兼用される
ことを特徴とする請求項3に記載の光通信用前置増幅
器。 - 【請求項5】 出力と、入力光を受ける受光素子の光電
変換により発生される光電電流を受ける入力と、前記入
力にゲートが接続される駆動用電界効果トランジスタを
含むソース接地型増幅部とを有する増幅回路、帰還抵抗
と、前記帰還抵抗の一端にドレインが結合され、且つ他
端にソースが結合される帰還用電界効果トランジスタと
を有するトランスインピーダンス型の帰還回路、を有
し、前記増幅回路の出力に前記光電電流に対応する電圧
波形を出力する電流/電圧変換回路と、 前記電流/電圧変換回路の出力の電圧波形から光入力パ
ワーの平均値を検出し、この平均値に応じた電圧を発生
するパワー検出回路と、 前記電流/電圧変換回路の出力および前記パワー検出回
路の出力に応じて、前記帰還用電界効果トランジスタの
ゲートを制御して、前記増幅回路の利得を変化させる帰
還制御回路とを備え、 前記増幅回路は、前記駆動用電界効果トランジスタと負
荷との間に直列して結合されるゲート接地された負荷用
電界効果トランジスタと、この負荷用電界効果トランジ
スタのゲートに接続される抵抗体と、前記負荷用電界効
果トランジスタのゲート側にあるキャパシタと、を有す
ることを特徴とする光通信用前置増幅器。 - 【請求項6】 前記キャパシタは、前記負荷用電界効果
トランジスタのゲート入力キャパシタンスで兼用される
ことを特徴とする請求項5に記載の光通信用前置増幅
器。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP08692397A JP3405388B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | 光通信用前置増幅器 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP08692397A JP3405388B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | 光通信用前置増幅器 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10284955A JPH10284955A (ja) | 1998-10-23 |
JP3405388B2 true JP3405388B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=13900390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP08692397A Expired - Lifetime JP3405388B2 (ja) | 1997-04-04 | 1997-04-04 | 光通信用前置増幅器 |
Country Status (1)
Country | Link |
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SE520433C2 (sv) | 2000-12-01 | 2003-07-08 | Transmode Systems Ab | Förstärkarkrets, ett optiskt kommunikationssystem och en metod för att styra förstärkning |
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JP4303057B2 (ja) * | 2003-07-30 | 2009-07-29 | Necエレクトロニクス株式会社 | 光電流・電圧変換回路 |
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WO2006027965A1 (ja) | 2004-09-07 | 2006-03-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 受信回路及び光受信回路 |
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-
1997
- 1997-04-04 JP JP08692397A patent/JP3405388B2/ja not_active Expired - Lifetime
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