JP3470887B2 - 光電気変換回路 - Google Patents
光電気変換回路Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路に
おける光電気変換回路に係り、特に後段に接続される回
路インターフェースに整合するレファレンス信号レベル
の自動設定を可能にする技術に関するものである。
おける光電気変換回路に係り、特に後段に接続される回
路インターフェースに整合するレファレンス信号レベル
の自動設定を可能にする技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の光電気変換回路の回路構成例を図
６に示す。この回路は一端がグランドに接続された抵抗
ＲＬ５と、カソードがその抵抗ＲＬ５の他端に接続され
アノードがバイアス端子１１に接続されたフォトダイオ
ードＰＤ３とからなり、該フォトダイオードＰＤ３のカ
ソードに出力端子１２が接続されたものである。バイア
ス端子１１には負のバイアス電圧Ｖｂが印加される。
６に示す。この回路は一端がグランドに接続された抵抗
ＲＬ５と、カソードがその抵抗ＲＬ５の他端に接続され
アノードがバイアス端子１１に接続されたフォトダイオ
ードＰＤ３とからなり、該フォトダイオードＰＤ３のカ
ソードに出力端子１２が接続されたものである。バイア
ス端子１１には負のバイアス電圧Ｖｂが印加される。
【０００３】本回路の動作について図７を用いて説明す
る。図７において横軸は時間であり、縦軸は出力端子１
２での電圧値である。フォトダイオードＰＤ３では入射
された光信号の強度に応じて光電流Ｉｐが生成されるた
め、抵抗ＲＬ５の抵抗値と光電流Ｉｐの電流値の積に対
応する電圧Ｖoutが出力端子１２に出力される。なお、
図７では入力光信号強度に応じて出力電圧、、の
変化の様子を時間軸を少しづつづらせて表している。
る。図７において横軸は時間であり、縦軸は出力端子１
２での電圧値である。フォトダイオードＰＤ３では入射
された光信号の強度に応じて光電流Ｉｐが生成されるた
め、抵抗ＲＬ５の抵抗値と光電流Ｉｐの電流値の積に対
応する電圧Ｖoutが出力端子１２に出力される。なお、
図７では入力光信号強度に応じて出力電圧、、の
変化の様子を時間軸を少しづつづらせて表している。
【０００４】光通信用受信回路においては、入力される
光信号が微弱であるため、出力端子１２の後段には電気
回路による増幅器が接続され、そこで所望のレベルの電
圧まで増幅されるのが一般的である。本回路構成おい
て、広帯域動作を保証するためには抵抗ＲＬ５の値を小
さくする必要があり、一般に低インビーダンス型の光電
気変換回路と呼ばれている（例えば、K.Pederotti,"Hig
h Speed Circuits forLightwave Communication,"Inte
rnational Journal of High Speed Electronicsanｄ Sy
stems,vol.9,no.2,pp.1-34,1998.)。
光信号が微弱であるため、出力端子１２の後段には電気
回路による増幅器が接続され、そこで所望のレベルの電
圧まで増幅されるのが一般的である。本回路構成おい
て、広帯域動作を保証するためには抵抗ＲＬ５の値を小
さくする必要があり、一般に低インビーダンス型の光電
気変換回路と呼ばれている（例えば、K.Pederotti,"Hig
h Speed Circuits forLightwave Communication,"Inte
rnational Journal of High Speed Electronicsanｄ Sy
stems,vol.9,no.2,pp.1-34,1998.)。
【０００５】光受信器を構成する場合、光電気変換回路
の後段には電圧信号を増幅する目的で電圧増幅器が接続
されるのが一般的である。また、近年では、高飽和出力
のフォトダイオードを用いて光電気変換回路が高速のデ
ィジタル回路に直結される受信器構成も提案されている
（例えば、Y.Miyamoto,et.al.,"40 Gbit/s high sensit
ivity optical receiver with uni-traveling-carrier
photodiode acting asdecision IC driver,"IEE Electr
on.Lett.,vol.34,no.2,pp.214-215,1998.)。
の後段には電圧信号を増幅する目的で電圧増幅器が接続
されるのが一般的である。また、近年では、高飽和出力
のフォトダイオードを用いて光電気変換回路が高速のデ
ィジタル回路に直結される受信器構成も提案されている
（例えば、Y.Miyamoto,et.al.,"40 Gbit/s high sensit
ivity optical receiver with uni-traveling-carrier
photodiode acting asdecision IC driver,"IEE Electr
on.Lett.,vol.34,no.2,pp.214-215,1998.)。
【０００６】いずれの構成においても、光受信回路では
広帯域/高感度特性が要求される。この目的のために動
作速度がＧbit/sを超える光受信回路では、光電気変換
回路の後段に接続される増幅器あるいはディジタル回路
に差動回路構成が採用されるのが一般的である。
広帯域/高感度特性が要求される。この目的のために動
作速度がＧbit/sを超える光受信回路では、光電気変換
回路の後段に接続される増幅器あるいはディジタル回路
に差動回路構成が採用されるのが一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、差動回路を
駆動するためには、光電気変換回路の出力信号の他にレ
ファレンスレベル（「０」、「１」を識別するためのレ
ベル）となるバイアス電圧あるいは出力信号の補信号が
必要となる。従来の光電気変換回路構成においては、単
相信号のみが出力されるため、差動回路を駆動するため
には外部からレファレンス電位を与える必要があった。
駆動するためには、光電気変換回路の出力信号の他にレ
ファレンスレベル（「０」、「１」を識別するためのレ
ベル）となるバイアス電圧あるいは出力信号の補信号が
必要となる。従来の光電気変換回路構成においては、単
相信号のみが出力されるため、差動回路を駆動するため
には外部からレファレンス電位を与える必要があった。
【０００８】さらに、図７に示すように、光入力信号の
強度に応じて後段回路に対する最適なレファレンスレベ
ルがＶref１、Ｖref２、Ｖref３と変動するために、独
立に外部から当該電位レベルを調整する必要があった。
強度に応じて後段回路に対する最適なレファレンスレベ
ルがＶref１、Ｖref２、Ｖref３と変動するために、独
立に外部から当該電位レベルを調整する必要があった。
【０００９】このように、従来の光電気変換回路では、
入力信号強度に応じたレファレンス調整が要求されるた
め、実際の伝送システムヘの適用は困難であった。さら
に、入力光強度の変動に対するマージンが乏しいという
欠点があった。
入力信号強度に応じたレファレンス調整が要求されるた
め、実際の伝送システムヘの適用は困難であった。さら
に、入力光強度の変動に対するマージンが乏しいという
欠点があった。
【００１０】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、光入力強度に依存
せず後段に接続される差動回路に必要とされるレファレ
ンス信号レベルの自動設定が可能な光電気変換回路を提
供することである。
のであり、その目的とするところは、光入力強度に依存
せず後段に接続される差動回路に必要とされるレファレ
ンス信号レベルの自動設定が可能な光電気変換回路を提
供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに第１の発明は、フォトダイオード、該フォトダイオ
ードのカソードと高電位電源端子との間に接続された第
１の抵抗、前記フォトダイオードのアノードと低電位電
源端子との間に接続された第２の抵抗、前記フォトダイ
オードに並列接続された第３の抵抗、および前記第２の
抵抗に並列接続された容量を有する光電気変換部と、該
光電気変換部の構成から前記容量を取り外した構成を有
するレベル発生部と、ソースフォロアトランジスタおよ
び電流源トランジスタを有する第１、第２のソースフォ
ロア回路とを具備し、前記光電気変換回路の前記フォト
ダイオードのカソードが前記第１のソースフォロア回路
の前記ソースフォロアトランジスタのゲートに接続さ
れ、前記光電気変換回路の前記フォトダイオードのアノ
ードが前記第２のソースフォロア回路の前記電流源トラ
ンジスタのゲートに接続され、前記レベル発生部の前記
フォトダイオードのカソードが前記第２のソースフォロ
ア回路の前記ソースフォロアトランジスタのゲートに接
続され、前記レベル発生部の前記フォトダイオードのア
ノードが前記第１のソースフォロア回路の前記電流源ト
ランジスタのゲートに接続され、前記光電気変換部の前
記フォトダイオードに光信号が入力され、前記第１のソ
ースフォロア回路の前記ソースフォロアトランジスタの
ソースから出力信号を取り出し、前記第２のソースフォ
ロア回路の前記ソースフォロアトランジスタのソースか
らレファレンス信号を取り出すように構成した。
めに第１の発明は、フォトダイオード、該フォトダイオ
ードのカソードと高電位電源端子との間に接続された第
１の抵抗、前記フォトダイオードのアノードと低電位電
源端子との間に接続された第２の抵抗、前記フォトダイ
オードに並列接続された第３の抵抗、および前記第２の
抵抗に並列接続された容量を有する光電気変換部と、該
光電気変換部の構成から前記容量を取り外した構成を有
するレベル発生部と、ソースフォロアトランジスタおよ
び電流源トランジスタを有する第１、第２のソースフォ
ロア回路とを具備し、前記光電気変換回路の前記フォト
ダイオードのカソードが前記第１のソースフォロア回路
の前記ソースフォロアトランジスタのゲートに接続さ
れ、前記光電気変換回路の前記フォトダイオードのアノ
ードが前記第２のソースフォロア回路の前記電流源トラ
ンジスタのゲートに接続され、前記レベル発生部の前記
フォトダイオードのカソードが前記第２のソースフォロ
ア回路の前記ソースフォロアトランジスタのゲートに接
続され、前記レベル発生部の前記フォトダイオードのア
ノードが前記第１のソースフォロア回路の前記電流源ト
ランジスタのゲートに接続され、前記光電気変換部の前
記フォトダイオードに光信号が入力され、前記第１のソ
ースフォロア回路の前記ソースフォロアトランジスタの
ソースから出力信号を取り出し、前記第２のソースフォ
ロア回路の前記ソースフォロアトランジスタのソースか
らレファレンス信号を取り出すように構成した。
【００１２】第２の発明は、フォトダイオード、該フォ
トダイオードのカソードと高電位電源端子との間に接続
された第１の抵抗、前記フォトダイオードのアノードと
低電位電源端子との間に接続された第２の抵抗、前記フ
ォトダイオードに並列接続された第３の抵抗、および前
記第２の抵抗に並列接続された容量を有する光電気変換
部と、該光電気変換部の構成から前記容量を取り外した
構成を有するレベル発生部と、一対の差動接続のトラン
ジスタを有する差動増幅器とを有し、前記差動接続の一
方のトランジスタのゲートに前記光電気変換部の前記フ
ォトダイオードのアノードが接続され、該一方のトラン
ジスタのドレインに前記レベル発生部の前記フォトダイ
オードのカソードが接続され、前記前記差動接続の他方
のトランジスタのゲートに前記レベル発生部の前記フォ
トダイオードのアノードが接続され、該他方のトランジ
スタのドレインに前記光電気変換部の前記フォトダイオ
ードのカソードが接続され、前記光電気変換部の前記フ
ォトダイオードに光信号を入力し、前記光電気変換部の
前記フォトダイオードのカソードから出力信号を取り出
し、前記レベル発生部の前記フォトダイオードのカソー
ドからレファレンス信号を取り出すよう構成した。
トダイオードのカソードと高電位電源端子との間に接続
された第１の抵抗、前記フォトダイオードのアノードと
低電位電源端子との間に接続された第２の抵抗、前記フ
ォトダイオードに並列接続された第３の抵抗、および前
記第２の抵抗に並列接続された容量を有する光電気変換
部と、該光電気変換部の構成から前記容量を取り外した
構成を有するレベル発生部と、一対の差動接続のトラン
ジスタを有する差動増幅器とを有し、前記差動接続の一
方のトランジスタのゲートに前記光電気変換部の前記フ
ォトダイオードのアノードが接続され、該一方のトラン
ジスタのドレインに前記レベル発生部の前記フォトダイ
オードのカソードが接続され、前記前記差動接続の他方
のトランジスタのゲートに前記レベル発生部の前記フォ
トダイオードのアノードが接続され、該他方のトランジ
スタのドレインに前記光電気変換部の前記フォトダイオ
ードのカソードが接続され、前記光電気変換部の前記フ
ォトダイオードに光信号を入力し、前記光電気変換部の
前記フォトダイオードのカソードから出力信号を取り出
し、前記レベル発生部の前記フォトダイオードのカソー
ドからレファレンス信号を取り出すよう構成した。
【００１３】第３の発明は、第１又は第２の発明におい
て、前記各トランジスタをバイポーラトランジスタとし
た。
て、前記各トランジスタをバイポーラトランジスタとし
た。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明では、光受信フォトダイオ
ードの両端に負荷抵抗を接続した光電気変換部と、その
光電気変換部と類似のレベル変換部と、ソースフォロア
回路あるいは差動増幅器からなるレファレンス電位自動
調整部を設ける。そして、光受信することにより光電気
変換部の光受信フォトダイオードの両端に接続された各
抵抗に発生する差動電圧の一方の電圧を信号出力電圧と
し、他方の電圧を積分することによりレファレンス電圧
とし、このレファレンス電圧を後段のソースフォロア回
路あるいは差動増幅器に送り、前記信号出力電圧の中心
の電圧レベルに精度良く変換する。これにより、従来技
術では不可能であったレファレンス電位の自動調整を可
能とする。以下、詳しく説明する。
ードの両端に負荷抵抗を接続した光電気変換部と、その
光電気変換部と類似のレベル変換部と、ソースフォロア
回路あるいは差動増幅器からなるレファレンス電位自動
調整部を設ける。そして、光受信することにより光電気
変換部の光受信フォトダイオードの両端に接続された各
抵抗に発生する差動電圧の一方の電圧を信号出力電圧と
し、他方の電圧を積分することによりレファレンス電圧
とし、このレファレンス電圧を後段のソースフォロア回
路あるいは差動増幅器に送り、前記信号出力電圧の中心
の電圧レベルに精度良く変換する。これにより、従来技
術では不可能であったレファレンス電位の自動調整を可
能とする。以下、詳しく説明する。
【００１５】［第１の実施形態］図１は本発明による第
１の実施形態の光電気変換回路の回路図である。この回
路において、１光電気変換部、２はレベル発生部、３，
４は第１，第２のソースフォロア回路である。
１の実施形態の光電気変換回路の回路図である。この回
路において、１光電気変換部、２はレベル発生部、３，
４は第１，第２のソースフォロア回路である。
【００１６】光電気変換部１は、受光素子としてのフォ
トダイオードＰＤ１と、そのフォトダイオードＰＤ１の
カソードとグランド（高電位電源端子）との間に接続さ
れた負荷用の第１の抵抗ＲＬ１と、フォトダイオードＰ
Ｄ１のアノードと低電位電源端子５の間に接続された負
荷用の第２の抵抗ＲＬ２と、フォトダイオードＰＤ１に
並列に接続されたフォトダイオードバイアス用の第３の
抵抗Ｒｐｄ１と、抵抗ＲＬ２に並列に接続された積分用
の容量Ｃｐからなる。
トダイオードＰＤ１と、そのフォトダイオードＰＤ１の
カソードとグランド（高電位電源端子）との間に接続さ
れた負荷用の第１の抵抗ＲＬ１と、フォトダイオードＰ
Ｄ１のアノードと低電位電源端子５の間に接続された負
荷用の第２の抵抗ＲＬ２と、フォトダイオードＰＤ１に
並列に接続されたフォトダイオードバイアス用の第３の
抵抗Ｒｐｄ１と、抵抗ＲＬ２に並列に接続された積分用
の容量Ｃｐからなる。
【００１７】レベル発生部２は、光を受光させないフォ
トダイオードＰＤ２と、そのフォトダイオードＰＤ２の
カソードとグランドとの間に接続された負荷用の第４の
抵抗ＲＬ３と、フォトダイオードＰＤ２のアノードと低
電位電源端子５の間に接続された負荷用の第５の抵抗Ｒ
Ｌ４と、フォトダイオードＰＤ２に並列に接続されたフ
ォトダイオードバイアス用の第６の抵抗Ｒｐｄ２とから
なる。このレベル発生部２は、光電気変換部１の構成か
ら容量Ｃｐを取り外した構成と同じである。
トダイオードＰＤ２と、そのフォトダイオードＰＤ２の
カソードとグランドとの間に接続された負荷用の第４の
抵抗ＲＬ３と、フォトダイオードＰＤ２のアノードと低
電位電源端子５の間に接続された負荷用の第５の抵抗Ｒ
Ｌ４と、フォトダイオードＰＤ２に並列に接続されたフ
ォトダイオードバイアス用の第６の抵抗Ｒｐｄ２とから
なる。このレベル発生部２は、光電気変換部１の構成か
ら容量Ｃｐを取り外した構成と同じである。
【００１８】第１のソースフォロア回路３はソースフォ
ロアトランジスタＸＦ１と電流源トランジスタＸＦ２か
らなり、第２のソースフォロア回路４はソースフォロア
トランジスタＸＦ３と電流源トランジスタＸＦ４からな
る。７は信号電圧Ｖoutの出力端子、８はレファレンス
信号電圧Ｖrefの出力端子である。
ロアトランジスタＸＦ１と電流源トランジスタＸＦ２か
らなり、第２のソースフォロア回路４はソースフォロア
トランジスタＸＦ３と電流源トランジスタＸＦ４からな
る。７は信号電圧Ｖoutの出力端子、８はレファレンス
信号電圧Ｖrefの出力端子である。
【００１９】第１のソースフォロア回路３において、そ
のトランジスタＸＦ１のゲートはフォトダイオードＰＤ
１のカソード（ノードＡ）に接続され、トランジスタＸ
Ｆ２のゲートはフォトダイオードＰＤ２のアノード（ノ
ードＤ）に接続される。また、第２のソースフォロア回
路４において、そのトランジスタＸＦ３のゲートはフォ
トダイオードＰＤ２のカソード（ノードＣ）に接続さ
れ、トランジスタＸＦ４のゲートはフォトダイオードＰ
Ｄ１のカソード（ノードＢ）に接続される。
のトランジスタＸＦ１のゲートはフォトダイオードＰＤ
１のカソード（ノードＡ）に接続され、トランジスタＸ
Ｆ２のゲートはフォトダイオードＰＤ２のアノード（ノ
ードＤ）に接続される。また、第２のソースフォロア回
路４において、そのトランジスタＸＦ３のゲートはフォ
トダイオードＰＤ２のカソード（ノードＣ）に接続さ
れ、トランジスタＸＦ４のゲートはフォトダイオードＰ
Ｄ１のカソード（ノードＢ）に接続される。
【００２０】光信号は光電気変換部１のフォトダイオー
ドＰＤ１に照射され、出力電気信号Ｖoutはトランジス
タＸＦ１のソースから出力端子７に出力され、レファレ
ンス信号ＶrefはトランジスタＸＦ３のソースからレフ
ァレンス出力端子８に出力される。
ドＰＤ１に照射され、出力電気信号Ｖoutはトランジス
タＸＦ１のソースから出力端子７に出力され、レファレ
ンス信号ＶrefはトランジスタＸＦ３のソースからレフ
ァレンス出力端子８に出力される。
【００２１】ここで、レベル発生部２での各ノードＣ，
Ｄの電位Ｖｃ、Ｖｄは、光信号が入力されない場合の光
電気変換部１において、各々対応する各ノードＡ，Ｂの
電位Ｖａ，Ｖｂと一致させ、Ｖｃ＝Ｖａ，Ｖｄ＝Ｖｂと
する必要がある。従って、抵抗ＲＬ１〜ＲＬ４、Ｒｐｄ
１，Ｒｐｄ２の抵抗値は、ＲＬ１＝ＲＬ３，ＲＬ２＝Ｒ
Ｌ４，Ｒｐｄ１＝Ｒｐｄ２に設計しなければならない。
また、レベル発生部２のフォトダイオードＰＤ２は光電
気変換部１のフォトダイオードＰＤ１の光非照射時の抵
抗分を補償するために挿入されるもので、そのサイズは
フォトダイオードＰＤ１と同一である。
Ｄの電位Ｖｃ、Ｖｄは、光信号が入力されない場合の光
電気変換部１において、各々対応する各ノードＡ，Ｂの
電位Ｖａ，Ｖｂと一致させ、Ｖｃ＝Ｖａ，Ｖｄ＝Ｖｂと
する必要がある。従って、抵抗ＲＬ１〜ＲＬ４、Ｒｐｄ
１，Ｒｐｄ２の抵抗値は、ＲＬ１＝ＲＬ３，ＲＬ２＝Ｒ
Ｌ４，Ｒｐｄ１＝Ｒｐｄ２に設計しなければならない。
また、レベル発生部２のフォトダイオードＰＤ２は光電
気変換部１のフォトダイオードＰＤ１の光非照射時の抵
抗分を補償するために挿入されるもので、そのサイズは
フォトダイオードＰＤ１と同一である。
【００２２】本回路の動作について図２を用いて説明す
る。図２において横軸は時間、縦軸は図１中の各ノード
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄのレベ
ル、出力端子７，８の電圧Ｖout、Ｖrefのレベルであ
る。また、動作の説明を簡単にするために抵抗ＲＬ１、
ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４の抵抗値は全て等しいとする。
る。図２において横軸は時間、縦軸は図１中の各ノード
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄのレベ
ル、出力端子７，８の電圧Ｖout、Ｖrefのレベルであ
る。また、動作の説明を簡単にするために抵抗ＲＬ１、
ＲＬ２、ＲＬ３、ＲＬ４の抵抗値は全て等しいとする。
【００２３】まず、光電気変換部１とレベル発生部２の
動作について説明する。光電気変換部１において、フォ
トダイオードＰＤ１では入射された光信号の強度に比例
して光電流Iｐが生成される。これによって、ノードＡ
には、抵抗ＲＬ１の抵抗値と光電流Iｐの電流値の積に
対応する振幅の電圧Ｖａが発生する。
動作について説明する。光電気変換部１において、フォ
トダイオードＰＤ１では入射された光信号の強度に比例
して光電流Iｐが生成される。これによって、ノードＡ
には、抵抗ＲＬ１の抵抗値と光電流Iｐの電流値の積に
対応する振幅の電圧Ｖａが発生する。
【００２４】しかしながらノードＢには、容量Ｃｐが並
列に接続されているために発生する電圧Ｖｂ（電圧Ｖａ
と逆相）が積分されるので、入力信号のマーク率（光信
号が０である確率と１である確率）が1/2の場合には、
その電圧ＶｂはちょうどノードＡで発生された信号電圧
Ｖａの中心レベルに相当する電圧となる。この値の電圧
Ｖｂは光電気変換部１と同一回路構成を有するレベル発
生部２のノードＤの電圧Ｖｄと比較すると、ΔＶだけ高
い電位となる。
列に接続されているために発生する電圧Ｖｂ（電圧Ｖａ
と逆相）が積分されるので、入力信号のマーク率（光信
号が０である確率と１である確率）が1/2の場合には、
その電圧ＶｂはちょうどノードＡで発生された信号電圧
Ｖａの中心レベルに相当する電圧となる。この値の電圧
Ｖｂは光電気変換部１と同一回路構成を有するレベル発
生部２のノードＤの電圧Ｖｄと比較すると、ΔＶだけ高
い電位となる。
【００２５】ここで、この電位ΔＶは光電流Iｐと抵抗
ＲＬ１の積（＝Ｖａ）の半分の値であり、入力される光
信号の強度に比例することになり、例えばより大きな光
電流Iｐ’（Ｉｐ’＞Ｉｐ）に対しては図中に示すよう
に電位ΔＶ’（ΔＶ’＞ΔＶ）となる。ただし、電位Δ
Ｖ’は光電流Iｐ’と抵抗ＲＬ１の積の半分の値であ
る。ここで注意したいのは、先にも述べた様にマーク率
が1/2である場合には、ΔＶあるいはΔＶ’は常に光電
気変換部１の出力であるノードＡでの電圧Ｖａの振幅の
中心レベルに相当する電圧となるということである。
ＲＬ１の積（＝Ｖａ）の半分の値であり、入力される光
信号の強度に比例することになり、例えばより大きな光
電流Iｐ’（Ｉｐ’＞Ｉｐ）に対しては図中に示すよう
に電位ΔＶ’（ΔＶ’＞ΔＶ）となる。ただし、電位Δ
Ｖ’は光電流Iｐ’と抵抗ＲＬ１の積の半分の値であ
る。ここで注意したいのは、先にも述べた様にマーク率
が1/2である場合には、ΔＶあるいはΔＶ’は常に光電
気変換部１の出力であるノードＡでの電圧Ｖａの振幅の
中心レベルに相当する電圧となるということである。
【００２６】一方、ノードＣの電圧Ｖｃについては、レ
ベル発生部２と光電気変換部１の回路構成が同一である
ことから、ノードＡに出力される電圧Ｖａのハイレベル
と同一の電圧レベルとなる。
ベル発生部２と光電気変換部１の回路構成が同一である
ことから、ノードＡに出力される電圧Ｖａのハイレベル
と同一の電圧レベルとなる。
【００２７】以上まとめると、ノードＡには光電流Ｉｐ
と抵抗ＲＬ１の積に対応する信号電圧Ｖａが出力され、
ノードＣにはノードＡのハイレベルに相当するレベルの
電圧Ｖｃが出力される。またノードＢにはノードＤのレ
ベルの電圧Ｖｄに対してノードＡに出力される信号Ｖａ
の中心レベルに相当する電圧レベルΔＶだけ高い電圧レ
ベルが出力される。
と抵抗ＲＬ１の積に対応する信号電圧Ｖａが出力され、
ノードＣにはノードＡのハイレベルに相当するレベルの
電圧Ｖｃが出力される。またノードＢにはノードＤのレ
ベルの電圧Ｖｄに対してノードＡに出力される信号Ｖａ
の中心レベルに相当する電圧レベルΔＶだけ高い電圧レ
ベルが出力される。
【００２８】次にソースフォロア回路３，４の動作につ
いて説明する。第１のソースフォロア回路３では各々の
トランジスタＸＦ１，ＸＦ２のゲートにノードＡ，Ｄの
電圧Ｖａ，Ｖｄが入力される。先にも述べたように、ノ
ードＤの電圧Ｖｄの値は光入力信号とは全く関係のない
定電圧である。いま、トランジスタＸＦ２のソース電圧
とノードＤの電圧Ｖｄが等しい（トランジスタＸＦ２の
ゲート・ソース間接続）とすると、トランジスタＸＦ１
のソース電位とゲート電位とは等しくなり、出力端子７
にはノードＡの電圧Ｖａと同一レベルの信号が出力され
ることとなる。
いて説明する。第１のソースフォロア回路３では各々の
トランジスタＸＦ１，ＸＦ２のゲートにノードＡ，Ｄの
電圧Ｖａ，Ｖｄが入力される。先にも述べたように、ノ
ードＤの電圧Ｖｄの値は光入力信号とは全く関係のない
定電圧である。いま、トランジスタＸＦ２のソース電圧
とノードＤの電圧Ｖｄが等しい（トランジスタＸＦ２の
ゲート・ソース間接続）とすると、トランジスタＸＦ１
のソース電位とゲート電位とは等しくなり、出力端子７
にはノードＡの電圧Ｖａと同一レベルの信号が出力され
ることとなる。
【００２９】一方、第２のソースフォロア回路４では各
々のトランジスタＸＦ３，ＸＦ４のゲートにはノード
Ｃ，Ｂの電圧Ｖｃ、Ｖｂが入力される。トランジスタＸ
Ｆ４のゲート電位Ｖｂは先にも述べたようにソース電位
（＝Ｖｄ）よりもΔＶだけ高くなる。ソースフォロア回
路ではトランジスタのゲート・ソース間電位は常に等し
くなるように動作するために、トランジスタＸＦ３のソ
ース電位（Ｖref）はノードＣの電位ＶｃよりもΔＶだ
け低い方にレベルシフトした電圧を出力することにな
る。
々のトランジスタＸＦ３，ＸＦ４のゲートにはノード
Ｃ，Ｂの電圧Ｖｃ、Ｖｂが入力される。トランジスタＸ
Ｆ４のゲート電位Ｖｂは先にも述べたようにソース電位
（＝Ｖｄ）よりもΔＶだけ高くなる。ソースフォロア回
路ではトランジスタのゲート・ソース間電位は常に等し
くなるように動作するために、トランジスタＸＦ３のソ
ース電位（Ｖref）はノードＣの電位ＶｃよりもΔＶだ
け低い方にレベルシフトした電圧を出力することにな
る。
【００３０】従って、出力信号Ｖoutおよびレファレン
ス信号Ｖrefは図２に示すようになり、レファレンス信
号Ｖrefは入力される光信号の強度にかかわらず常に出
力信号Ｖoutの中心レベルを出力することになる。
ス信号Ｖrefは図２に示すようになり、レファレンス信
号Ｖrefは入力される光信号の強度にかかわらず常に出
力信号Ｖoutの中心レベルを出力することになる。
【００３１】本実施形態について、光信号強度変動に対
する耐性ついて考察する。本回路構成において光信号強
度変動に対する耐性は、ΔＶの大きさをどこまで許容で
きるかという問題に置き換えることができる。ソースフ
ォロア回路を使った本実施形態で許容できるΔＶの大き
さは、ＦＥＴの直流特性でほぼ決定されるが、ショット
キゲートを用いたＦＥＴにおいて十分な高周波特性を確
保しようとした場合には、最大約0.4Ｖ程度となる。い
ま、抵抗ＲＬ１を５０Ωとして光電流を計算すると１６
ｍＡ程度となる。つまり、本回路構成によれば、微弱な
光電流から１６ｍＡ程度の大きな光電流に対しても動作
可能であり、光受信器のダイナミックレンジの拡大に大
きく貢献できることがわかる。
する耐性ついて考察する。本回路構成において光信号強
度変動に対する耐性は、ΔＶの大きさをどこまで許容で
きるかという問題に置き換えることができる。ソースフ
ォロア回路を使った本実施形態で許容できるΔＶの大き
さは、ＦＥＴの直流特性でほぼ決定されるが、ショット
キゲートを用いたＦＥＴにおいて十分な高周波特性を確
保しようとした場合には、最大約0.4Ｖ程度となる。い
ま、抵抗ＲＬ１を５０Ωとして光電流を計算すると１６
ｍＡ程度となる。つまり、本回路構成によれば、微弱な
光電流から１６ｍＡ程度の大きな光電流に対しても動作
可能であり、光受信器のダイナミックレンジの拡大に大
きく貢献できることがわかる。
【００３２】このように、本実施形態によれば外部から
の調整無しに、入力される光信号の強度にかかわらず常
に光電気変換回路のレファレンス出力レベルを後段の差
動回路に最適なレベルに整合させることが可能である。
また、入力される光信号強度変動に対しても十分大きな
マージンを確保することができ、光受信器のダイナミッ
クレンジの拡大に大きく寄与することが可能となる。
の調整無しに、入力される光信号の強度にかかわらず常
に光電気変換回路のレファレンス出力レベルを後段の差
動回路に最適なレベルに整合させることが可能である。
また、入力される光信号強度変動に対しても十分大きな
マージンを確保することができ、光受信器のダイナミッ
クレンジの拡大に大きく寄与することが可能となる。
【００３３】［第２の実施形態］図３は本発明による第
２の実施形態の光電気変換回路の回路図である。この回
路において、光電気変換部１とレベル発生部２は図１に
示したものと同じである。９は差動増幅器であり、差動
接続のトランジスタＸＦ５，ＸＦ６と、電流源トランジ
スタＸＦ７から構成されている。
２の実施形態の光電気変換回路の回路図である。この回
路において、光電気変換部１とレベル発生部２は図１に
示したものと同じである。９は差動増幅器であり、差動
接続のトランジスタＸＦ５，ＸＦ６と、電流源トランジ
スタＸＦ７から構成されている。
【００３４】光電気変換部１のフォトダイオードＰＤ１
のアノード（ノードＢ）は差動増幅器９のトランジスタ
ＸＦ５のゲートに入力され、当該トランジスタＸＦ５の
ドレインはレベル発生部２のフォトダイオードＰＤ２の
カソード（ノードＣ）に接続される。また、レベル発生
部２のフォトダイオードＰＤ２のアノード（ノードＤ）
は差動増幅器９のトランジスタＸＦ６のゲートに入力さ
れ、当該トランジスタＸＦ６のドレインは光電気変換部
１のフォトダイオードＰＤ１のカソード（ノードＡ）に
接続される。光信号は光電気変換部１のフォトダイオー
ドＰＤ１に照射され、出力電気信号Ｖoutならびにレフ
ァレンス電気信号ＶrefはトランジスタＸＦ６のドレイ
ンおよびＸＦ５のドレインから出力される。
のアノード（ノードＢ）は差動増幅器９のトランジスタ
ＸＦ５のゲートに入力され、当該トランジスタＸＦ５の
ドレインはレベル発生部２のフォトダイオードＰＤ２の
カソード（ノードＣ）に接続される。また、レベル発生
部２のフォトダイオードＰＤ２のアノード（ノードＤ）
は差動増幅器９のトランジスタＸＦ６のゲートに入力さ
れ、当該トランジスタＸＦ６のドレインは光電気変換部
１のフォトダイオードＰＤ１のカソード（ノードＡ）に
接続される。光信号は光電気変換部１のフォトダイオー
ドＰＤ１に照射され、出力電気信号Ｖoutならびにレフ
ァレンス電気信号ＶrefはトランジスタＸＦ６のドレイ
ンおよびＸＦ５のドレインから出力される。
【００３５】ここで、第１の実施形態と同様にレベル発
生部２での各ノードＣ，Ｄの電位Ｖｃ，Ｖｄは、光信号
が入力されない場合の光電気変換部１において、各々対
応する各ノードＡ，Ｂの電位Ｖａ，Ｖｂと一致する必要
がある。従って、ＲＬ１＝ＲＬ３，ＲＬ２＝ＲＬ４，Ｒ
ｐｄ１＝Ｒｐｄ２に設計しなけれはならない。また、レ
ベル発生部２のフォトダイオードＰＤ２は光電気変換部
１のフォトダイオードＰＤ１の光非照射時の抵抗分を補
償するために挿入されるもので、そのサイズはフォトダ
イオードＰＤ１と同一である。
生部２での各ノードＣ，Ｄの電位Ｖｃ，Ｖｄは、光信号
が入力されない場合の光電気変換部１において、各々対
応する各ノードＡ，Ｂの電位Ｖａ，Ｖｂと一致する必要
がある。従って、ＲＬ１＝ＲＬ３，ＲＬ２＝ＲＬ４，Ｒ
ｐｄ１＝Ｒｐｄ２に設計しなけれはならない。また、レ
ベル発生部２のフォトダイオードＰＤ２は光電気変換部
１のフォトダイオードＰＤ１の光非照射時の抵抗分を補
償するために挿入されるもので、そのサイズはフォトダ
イオードＰＤ１と同一である。
【００３６】本回路の動作について図４ならびに図５を
用いて説明する。図５において横軸は時間、縦軸は図３
中の各ノードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの電圧Ｖout（＝Ｖａ），
Ｖｂ，Ｖref（＝Ｖｃ），Ｖｄのレベルである。また、
動作の説明を簡単にするために抵抗ＲＬ１、ＲＬ２、Ｒ
Ｌ３、ＲＬ４の抵抗値は全て等しいとする。
用いて説明する。図５において横軸は時間、縦軸は図３
中の各ノードＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの電圧Ｖout（＝Ｖａ），
Ｖｂ，Ｖref（＝Ｖｃ），Ｖｄのレベルである。また、
動作の説明を簡単にするために抵抗ＲＬ１、ＲＬ２、Ｒ
Ｌ３、ＲＬ４の抵抗値は全て等しいとする。
【００３７】光電気変換部１およびレベル発生部２の動
作ついては、第１の実施形態と同様である。つまり、ノ
ードＤには一定の電圧値の電圧Ｖｄが出力され、ノード
ＢにはノードＤの電圧Ｖｄのレベルに対して出力端子７
に出力される信号の中心レベルに相当する電圧レベルΔ
Ｖ分だけ高いレベルの電圧Ｖｂが、光信号の大きさにか
かわらず出力される。
作ついては、第１の実施形態と同様である。つまり、ノ
ードＤには一定の電圧値の電圧Ｖｄが出力され、ノード
ＢにはノードＤの電圧Ｖｄのレベルに対して出力端子７
に出力される信号の中心レベルに相当する電圧レベルΔ
Ｖ分だけ高いレベルの電圧Ｖｂが、光信号の大きさにか
かわらず出力される。
【００３８】第２の実施形態が第１の実施形態と異なる
のは、レベル調整に関して差動増幅器９を用いる点であ
る。本回路構成においては、差動増幅器９のトランジス
タＸＦ５，ＸＦ６は両ゲート間の入力電圧ΔＶに対応し
た電流を生成し、抵抗ＲＬ１、ＲＬ３に電圧を発生させ
ることにより出力信号Ｖoutおよびレファレンス出力Ｖr
efのレベルを調整する。ここで、当該差動増幅器９を、
その直流特性が図４に示すように差動電圧利得が１であ
るような差動増幅器であるとする。
のは、レベル調整に関して差動増幅器９を用いる点であ
る。本回路構成においては、差動増幅器９のトランジス
タＸＦ５，ＸＦ６は両ゲート間の入力電圧ΔＶに対応し
た電流を生成し、抵抗ＲＬ１、ＲＬ３に電圧を発生させ
ることにより出力信号Ｖoutおよびレファレンス出力Ｖr
efのレベルを調整する。ここで、当該差動増幅器９を、
その直流特性が図４に示すように差動電圧利得が１であ
るような差動増幅器であるとする。
【００３９】次に差動増幅器９の動作について説明す
る。いま、トランジスタＸＦ５，ＸＦ６のゲート間にΔ
Ｖの電圧（ＸＦ５のゲートがΔＶだけ高い。）が印加さ
れると、出力端子７の電位Ｖoutは光電流がゼロの時の
電位よりΔＶ／２だけ上昇し、レファレンス出力端子８
の電位ＶrefはΔＶ／２だけ低下することとなる。つま
り、レファレンス電圧Ｖrefは出力電圧Ｖoutのハイレベ
ルよりちょうどΔＶだけ低い電圧に設定されることにな
る。
る。いま、トランジスタＸＦ５，ＸＦ６のゲート間にΔ
Ｖの電圧（ＸＦ５のゲートがΔＶだけ高い。）が印加さ
れると、出力端子７の電位Ｖoutは光電流がゼロの時の
電位よりΔＶ／２だけ上昇し、レファレンス出力端子８
の電位ＶrefはΔＶ／２だけ低下することとなる。つま
り、レファレンス電圧Ｖrefは出力電圧Ｖoutのハイレベ
ルよりちょうどΔＶだけ低い電圧に設定されることにな
る。
【００４０】先にも述べたように、ΔＶは光電流Iｐと
抵抗ＲＬ１の積の1/2の電圧であることから、レファレ
ンス電圧Ｖrefのレベルは出力信号Ｖoutの中心レベルに
一致する。これは、入力される光信号の強度が変化した
場合においても同様である。図５ではより大きな光電流
Iｐ’（Ｉｐ’＞Iｐ）の場合について発生される電圧Δ
Ｖ’（ΔＶ’＞ΔＶ）の例についても示している。従っ
て、出力信号Ｖoutおよびレファレンス信号Ｖrefは図５
のようになり、レファレンス信号Ｖrefは入力される光
信号の強度にかかわらず常に出力信号Ｖoutの中心レベ
ルを出力することになる。
抵抗ＲＬ１の積の1/2の電圧であることから、レファレ
ンス電圧Ｖrefのレベルは出力信号Ｖoutの中心レベルに
一致する。これは、入力される光信号の強度が変化した
場合においても同様である。図５ではより大きな光電流
Iｐ’（Ｉｐ’＞Iｐ）の場合について発生される電圧Δ
Ｖ’（ΔＶ’＞ΔＶ）の例についても示している。従っ
て、出力信号Ｖoutおよびレファレンス信号Ｖrefは図５
のようになり、レファレンス信号Ｖrefは入力される光
信号の強度にかかわらず常に出力信号Ｖoutの中心レベ
ルを出力することになる。
【００４１】本実施形態について、光信号強度変動に対
する耐性ついて考察する。本回路構成においても第１の
実施形態と同様に、光信号強度変動に対する耐性はΔＶ
の大きさをどこまで許容でさるかという問題と等価であ
る。差動増幅回路９を使った本実施形態において許容で
きるΔＶの大きさは、ＦＥＴの直流特性に加えて電流源
トランジスタＸＦ７と差動対を構成するトランジスタＸ
Ｆ５，ＸＦ６のサイズによっても調整可能である。この
ため、第１の実施形態の回路の場合よりも大きなΔＶに
ついても適用可能であり、十分大きな光信号強度に対す
る耐性を実現できる。
する耐性ついて考察する。本回路構成においても第１の
実施形態と同様に、光信号強度変動に対する耐性はΔＶ
の大きさをどこまで許容でさるかという問題と等価であ
る。差動増幅回路９を使った本実施形態において許容で
きるΔＶの大きさは、ＦＥＴの直流特性に加えて電流源
トランジスタＸＦ７と差動対を構成するトランジスタＸ
Ｆ５，ＸＦ６のサイズによっても調整可能である。この
ため、第１の実施形態の回路の場合よりも大きなΔＶに
ついても適用可能であり、十分大きな光信号強度に対す
る耐性を実現できる。
【００４２】このように、本実施形態によれば、外部か
らの調整無しに、入力される光信号の強度にかかわらず
常に光電気変換回路のレファレンス出力レベルを後段の
差動回路に最適なレベルに整合させることが可能であ
る。また、入力される光信号強度変動に対しても十分大
きなマージンを確保することができ、光受信器のダイナ
ミックレンジの拡大に大きく寄与することが可能とな
る。
らの調整無しに、入力される光信号の強度にかかわらず
常に光電気変換回路のレファレンス出力レベルを後段の
差動回路に最適なレベルに整合させることが可能であ
る。また、入力される光信号強度変動に対しても十分大
きなマージンを確保することができ、光受信器のダイナ
ミックレンジの拡大に大きく寄与することが可能とな
る。
【００４３】［その他の実施形態］なお、以上の第１、
第２の実施形態ではトランジスタとして電界効果トラン
ジスタ（ＦＥＴ）を使用した例で説明したが、パイポー
ラトランジスタを用いた場合においても同様の回路構成
が適用可能であることは言うまでも無い。この場合は、
ベースがゲートに、コレクタがドレインに、エミッタが
ソースに対応する。
第２の実施形態ではトランジスタとして電界効果トラン
ジスタ（ＦＥＴ）を使用した例で説明したが、パイポー
ラトランジスタを用いた場合においても同様の回路構成
が適用可能であることは言うまでも無い。この場合は、
ベースがゲートに、コレクタがドレインに、エミッタが
ソースに対応する。
【００４４】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
光入力強度に依存せず後段に接続される差動回路に必要
とされるレファレンス信号レベルの自動設定が可能とな
る。さらに、光入力強度の変動に対する動作マージンを
大きくでき、光受信器のダイナミックレンジの拡大に大
きく寄与できることから実施効果は大きい。
光入力強度に依存せず後段に接続される差動回路に必要
とされるレファレンス信号レベルの自動設定が可能とな
る。さらに、光入力強度の変動に対する動作マージンを
大きくでき、光受信器のダイナミックレンジの拡大に大
きく寄与できることから実施効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の光電気変換回路の
回路図である。
回路図である。
【図２】 図１の光電気変換回路の動作説明用の波形図
である。
である。
【図３】 本発明の第２の実施形態の光電気変換回路の
回路図である。
回路図である。
【図４】 図３の光電気変換回路の差動増幅器の直流特
性図である。
性図である。
【図５】 図３の光電気変換回路の動作説明用の波形図
である。
である。
【図６】 従来の光電気変換回路の回路図である。
【図７】 図６の光電気変換回路の動作説明用の波形図
である。
である。
１：光電気変換部、２：レベル発生部、３：第１のソー
スフォロア回路、４：第２のソースフォロア回路、５，
６：電源端子、７：信号出力端子、８：レファレンス出
力端子、９：差動増幅器。
スフォロア回路、４：第２のソースフォロア回路、５，
６：電源端子、７：信号出力端子、８：レファレンス出
力端子、９：差動増幅器。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０３Ｆ 3/45 Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｇ
// Ｈ０４Ｂ 10/04 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ
10/06
10/14
10/26
10/28
Claims (3)
- 【請求項１】フォトダイオード、該フォトダイオードの
カソードと高電位電源端子との間に接続された第１の抵
抗、前記フォトダイオードのアノードと低電位電源端子
との間に接続された第２の抵抗、前記フォトダイオード
に並列接続された第３の抵抗、および前記第２の抵抗に
並列接続された容量を有する光電気変換部と、該光電気
変換部の構成から前記容量を取り外した構成を有するレ
ベル発生部と、ソースフォロアトランジスタおよび電流
源トランジスタを有する第１、第２のソースフォロア回
路とを具備し、 前記光電気変換回路の前記フォトダイオードのカソード
が前記第１のソースフォロア回路の前記ソースフォロア
トランジスタのゲートに接続され、前記光電気変換回路
の前記フォトダイオードのアノードが前記第２のソース
フォロア回路の前記電流源トランジスタのゲートに接続
され、前記レベル発生部の前記フォトダイオードのカソ
ードが前記第２のソースフォロア回路の前記ソースフォ
ロアトランジスタのゲートに接続され、前記レベル発生
部の前記フォトダイオードのアノードが前記第１のソー
スフォロア回路の前記電流源トランジスタのゲートに接
続され、前記光電気変換部の前記フォトダイオードに光
信号が入力され、前記第１のソースフォロア回路の前記
ソースフォロアトランジスタのソースから出力信号を取
り出し、前記第２のソースフォロア回路の前記ソースフ
ォロアトランジスタのソースからレファレンス信号を取
り出すようにしたことを特徴とする光電気変換回路。 - 【請求項２】フォトダイオード、該フォトダイオードの
カソードと高電位電源端子との間に接続された第１の抵
抗、前記フォトダイオードのアノードと低電位電源端子
との間に接続された第２の抵抗、前記フォトダイオード
に並列接続された第３の抵抗、および前記第２の抵抗に
並列接続された容量を有する光電気変換部と、該光電気
変換部の構成から前記容量を取り外した構成を有するレ
ベル発生部と、一対の差動接続のトランジスタを有する
差動増幅器とを有し、 前記差動接続の一方のトランジスタのゲートに前記光電
気変換部の前記フォトダイオードのアノードが接続さ
れ、該一方のトランジスタのドレインに前記レベル発生
部の前記フォトダイオードのカソードが接続され、前記
前記差動接続の他方のトランジスタのゲートに前記レベ
ル発生部の前記フォトダイオードのアノードが接続さ
れ、該他方のトランジスタのドレインに前記光電気変換
部の前記フォトダイオードのカソードが接続され、前記
光電気変換部の前記フォトダイオードに光信号を入力
し、前記光電気変換部の前記フォトダイオードのカソー
ドから出力信号を取り出し、前記レベル発生部の前記フ
ォトダイオードのカソードからレファレンス信号を取り
出すことを特徴とする光電気変換回路。 - 【請求項３】請求項１又は２において、 前記各トランジスタをバイポーラトランジスタとしたこ
とを特徴とする光電気変換回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000016481A JP3470887B2 (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 光電気変換回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000016481A JP3470887B2 (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 光電気変換回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001211061A JP2001211061A (ja) | 2001-08-03 |
| JP3470887B2 true JP3470887B2 (ja) | 2003-11-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| DE102005036937B4 (de) * | 2005-08-05 | 2014-02-13 | Diehl Ako Stiftung & Co. Kg | Auswerteschaltung für einen optischen Empfänger |
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- 2000-01-26 JP JP2000016481A patent/JP3470887B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001211061A (ja) | 2001-08-03 |
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