JP3795626B2 - 受信回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力オフセット電圧を自動調節する機能を備えた増幅器に関するものである。
【0002】
近年の電子機器では、光ファイバーを使用した光通信システムや、空間を介した赤外線による光通信システムが実用化されている。このような光通信システムでは、受信回路において受信光が電気信号に変換され、その電気信号が増幅器で増幅され、かつ2値信号に波形整形されて、内部回路に出力される。受信精度を向上させるために、受信回路を構成する増幅器の動作を安定させる必要がある。
【0003】
【従来の技術】
光通信システムの受信回路では、例えば図7に示すように、振幅及びデューテイが大きく変化するバースト信号が入力信号VA として入力される。このような入力信号VA が入力される受信回路の第一の従来例を図8に示す。
【0004】
増幅器1のプラス側入力端子には、前記入力信号VA が入力される。この入力信号VA は、受信した光をフォトダイオード(図示しない)で電気信号に変換したものである。
【0005】
前記増幅器1のマイナス側入力端子には、直流基準電圧VF が入力信号VB として入力される。そして、増幅器1は入力信号VA ,VB の電位差を増幅した出力信号VC を出力する。
【0006】
前記増幅器1の出力信号VC は、比較器2のプラス側入力端子に直接あるいはゲインが不足するときには複数段の増幅器を介して入力される。
前記比較器2のマイナス側入力端子には、しきい値VTHが入力される。そして、比較器2は入力信号VC をしきい値VTHに基づいて2値化した出力信号VX を出力する。前記しきい値VTHは、入力信号VA ,VB が同電位となったときの増幅器1の出力信号VC 、すなわち直流基準電圧VF と同一レベルに設定される。
【0007】
上記のような受信回路では、増幅器1において入力信号VA ,VB の電位差を増幅して出力するため、入力信号VA の直流成分と入力信号VB との電位差が大きい場合には、その直流成分の電位差も増幅して出力する。
【0008】
従って、増幅器1の出力信号VC において直流成分が増大して比較器2のしきい値VTHと大きくかけ離れると、比較器2では増幅器1の出力信号VC を正確に2値化できなくなることがあり、増幅器1と比較器2とをDC結合すると、比較器2から誤データが出力されることがある。
【0009】
また、このような不具合を防止するために、増幅器1と比較器2とを容量を介して接続すれば、増幅器1の出力信号VC の直流成分をカットして比較器2に入力することはできるが、増幅器1及び比較器2は半導体基板上の集積回路として形成されるので、これらを出力信号VC の直流成分をカットし得る大きな容量を介して結合することは困難である。
【0010】
図9は、第二の従来例を示す。この受信回路では増幅器1の出力信号VC がバッファアンプ3aを介して帰還増幅器3のプラス側入力端子に入力される。前記帰還増幅器3のマイナス側入力端子には直流基準電圧VF が入力され、帰還増幅器3の出力端子は容量C1を介して交流接地される。そして、前記帰還増幅器3の出力信号が、増幅器1のマイナス側入力端子に入力信号VB として入力される。前記帰還増幅器3は、電流駆動能力型の増幅器であり、容量C1の容量値は、帰還増幅器3の出力信号の交流成分を吸収し得るものである。
【0011】
このような受信回路では、増幅器1の出力信号VC と直流基準電圧VF との電位差を帰還増幅器3で増幅し、その帰還増幅器3の出力信号から容量C1により交流成分を除去した直流電圧VB が増幅器1に入力される。
【0012】
このような動作により、増幅器1の入力信号VA の直流成分と入力信号VB との電位差が大きくなれば、出力信号VC の直流成分の増大により、入力信号VB の電位が上昇する。
【0013】
従って、入力信号VA の直流成分と入力信号VB の電位とが一致するように動作し、入力信号VA ,VB 間のオフセット電圧が解消される。このとき、入力信号VB は容量C1の時定数により、緩やかに変化する。
【0014】
図10は、第三の従来例を示す。この受信回路では、入力信号VA ,VB が入力される増幅器4は差動出力構成であり、その正相出力信号VC が比較器2に入力される。
【0015】
前記増幅器4の差動出力信号は、それぞれバッファアンプ5,6を介して帰還増幅器3に入力され、その帰還増幅器3の入力端子は、容量C2を介して接続される。
【0016】
前記帰還増幅器3の出力端子は、容量C3を介してグランドGNDに接続されるとともに、前記増幅器1のマイナス側入力端子に接続される。また、増幅器4のマイナス側入力端子には、直流基準電圧VF が抵抗R1を介して供給される。
【0017】
このような受信回路では、増幅器4の差動出力信号の直流成分の電位差が帰還増幅器3で増幅されて出力される。
このような動作により、増幅器4の入力信号VA の直流成分と入力信号VB との電位差が大きくなれば、増幅器4の差動出力信号の直流成分の電位差が増大して、入力信号VB の電位が上昇する。従って、入力信号VA の直流成分と入力信号VB の電位とが一致するように動作し、入力信号VA ,VB 間のオフセット電圧が解消される。このとき、入力信号VB は容量C1の時定数により、緩やかに変化する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような第二及び第三の従来例では、例えば図11に示すように、振幅及びデューティが大きく異なる入力信号VA が入力されると、増幅器1,4から入力信号VA を増幅した出力信号VC が出力される。
【0019】
この出力信号VC は、入力信号VA の振幅が大きくなると、その波高値が飽和状態となって一定レベルとなる。また、入力信号VB は出力信号VC に追随して緩やかに変化する。
【0020】
比較器2は、増幅器1,4の出力信号VC としきい値VTHとを比較して、入力信号VA を2値化した出力信号VX を出力する。
このとき、入力信号VA のデューテイが変化して、パルス間の間隔が長くなると、帰還増幅器及び容量の動作により、入力信号VA ,VB が同一レベル、すなわち直流基準電圧VF レベルに近づこうとする。
【0021】
すると、増幅器1,4の出力信号VC が比較器2のしきい値VTHを越えるため、比較器2の出力信号VX に誤パルスNが発生して不安定となる。この結果、出力信号VX が入力される次段の回路において、出力信号VX の誤認識を生じる畏れがある。
【0022】
この発明の目的は、入力オフセット電圧を自動的に解消可能としながら、入力信号として入力されるバースト信号のデューティに関わらず、安定した2値信号を出力し得る受信回路を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
図1は請求項1の原理説明図である。すなわち、第一の増幅器11は、入力信号VA を増幅する。第二の増幅器13は、前記第一の増幅器11の入出力端子間に接続され、該増幅器11の出力信号VC に基づいて、前記入力信号VA のオフセット電圧を解消するように動作する。制御回路14は、前記入力信号VA とあらかじめ設定された基準信号VF とを比較して、該入力信号VA と基準信号VF との電位差が所定値以上となると、前記第二の増幅器13の動作を制限する。
【0024】
請求項2では、第一の増幅器は、入力信号を増幅する。比較器は、前記第一の増幅器の出力信号とあらかじめ設定されたしきい値との比較に基づいて、該出力信号を2値化した信号を出力する。第二の増幅器は、前記第一の増幅器の入出力端子間に接続され、該第一の増幅器の出力信号に基づいて、前記入力信号のオフセット電圧を解消する。制御回路は、前記入力信号とあらかじめ設定された基準信号とを比較して、該入力信号と基準信号との電位差が所定値以上となると、前記第二の増幅器の動作を制限する。
【0025】
請求項3では、前記第二の増幅器は、前記第一の増幅器の出力信号と基準信号との電位差を増幅する帰還増幅器と、前記帰還増幅器の出力信号から交流成分を除去して、オフセット調整用直流電圧として前記第一の増幅器に出力する容量とから構成される。前記制御回路は、前記入力信号と前記基準信号とを比較して、該入力信号の振幅が所定範囲を越えると、前記帰還増幅器の利得あるいは出力電流を可変させる制御信号を出力する。
【0026】
請求項4では、前記第二の増幅器は、前記第一の増幅器の出力信号と基準信号との電位差を増幅する帰還増幅器と、前記帰還増幅器の出力信号から交流成分を除去して、オフセット調整用直流電圧として前記第一の増幅器に出力する容量と、前記帰還増幅器と前記容量との間に介在されるスイッチ回路とから構成される。前記制御回路は、前記入力信号と基準信号とを比較して、該入力信号の振幅が一定範囲内となったとき、前記スイッチ回路を導通させ、該入力信号の振幅が一定範囲を越えると、前記スイッチ回路を非導通とする制御信号を出力する。
【0027】
請求項5では、前記第一の増幅器は、差動出力信号を出力する増幅器で構成され、前記帰還増幅器は前記第一の増幅器の差動出力信号を増幅して出力する。
請求項6では、前記第一の増幅器は、前記入力信号とオフセット調整用直流電圧が入力される入力端子間が抵抗で接続される。
【0028】
請求項7では、前記帰還増幅器の入力端子のいずれかに、該帰還増幅器への入力電圧を調整する電圧調整回路が接続される。
(作用)
請求項1では、入力信号VA と基準信号VF との電位差が所定値以上であれば、第二の増幅器13の動作が制限されるので、入力信号VA のオフセット電圧を解消する動作が遅延する。
【0029】
請求項2では、入力信号と基準信号との電位差が所定値以上であれば、第二の増幅器の動作が制限されて、第一の増幅器の出力信号が比較器のしきい値を越えないので、比較器の出力信号での不安定な部分がなくなり、誤パルスの発生が防止される。
【0030】
請求項3では、入力信号と基準信号との電位差が所定値以上であれば、制御回路の出力信号に基づいて、帰還増幅器の利得が減少することにより、入力信号のオフセット電圧を小さくする動作が遅延し、第一の増幅器の出力信号が比較器のしきい値に収束しないので、比較器の出力信号での誤パルスの発生が防止される。
【0031】
請求項4では、入力信号と基準信号との電位差が所定値以上であれば、制御回路の出力信号に基づいて、スイッチ回路が非導通となることにより、入力信号のオフセット電圧を解消する動作が遅延し、第一の増幅器の出力信号が比較器のしきい値を越えないので、比較器の出力信号での誤パルスの発生が防止される。
【0032】
請求項5では、第一の増幅器及び第二の増幅器を差動入出力型とすることにより、該増幅器への基準信号の入力を省略することができるとともに、利得を増大させることができる。
【0033】
請求項6では、入力信号のオフセット電圧を調整することができ、入力信号に含まれるノイズに対するマージンや受信感度の調整が可能となる。
請求項7では、電圧調整回路により入力オフセット電圧の調整、ノイズマージンや入力感度の調整が容易となる。
【0034】
【発明の実施の形態】
(第一の実施の形態)
図2は、この発明を具体化した第一の実施の形態を示す。入力信号VA は、増幅器11のプラス側入力端子に入力され、その増幅器11の出力信号VC は、前記従来例と同様な比較器に出力される。
【0035】
前記出力信号VC は、帰還増幅器13のプラス側入力端子に入力され、その帰還増幅器13のマイナス側入力端子には直流基準電圧VF が入力される。また、増幅器11の出力端子と帰還増幅器13との間にバッファアンプ12を設けることもある。
【0036】
前記帰還増幅器13の出力端子は、容量C11を介して交流接地される。そして、前記帰還増幅器13の出力信号が、増幅器11のマイナス側入力端子に入力信号VB として入力される。前記帰還増幅器13は、電流駆動能力型の増幅器であり、容量C11の容量値は、帰還増幅器13の出力信号の交流成分を吸収し得る程度の小さなものである。
【0037】
前記帰還増幅器13は、コントロールアンプ14の出力信号に基づいてそのバイアス電流が制御される。前記コントロールアンプ14は、前記入力信号VA と、直流基準電圧VF が入力され、図3に示すように、入力信号VA が直流基準電圧VF より所定電圧高い上限値V1を上回った時と、入力信号VA が直流基準電圧VF より所定電圧低い下限値V2を下回った時に、Hレベルとなるコントロール信号VCNT を出力する。
【0038】
前記帰還増幅器13は、前記コントロール信号VCNT がLレベルとなると、その通常のバイアス電流に基づいて動作して、増幅器11の出力電圧VC と基準電圧VF との電位差に基づく出力電流を出力し、コントロール信号VCNT がHレベルとなると、そのバイアス電流が減少して、例えばコントロール信号VCNT がLレベルの場合の1/10の出力電流を出力する。
【0039】
そして、帰還増幅器13の出力電流が小さくなれば、増幅器11の入力電圧VB の変化量が制限され、入力電圧VB が入力信号VA と同電位若しくは入力信号VA を越えることが防止される。
【0040】
上記のように構成された受信回路では、増幅器11の出力信号VC と直流基準電圧VF との電位差を帰還増幅器13で増幅し、その帰還増幅器13の出力信号から容量C11により交流成分を除去した直流電圧VB が増幅器11に入力される。
【0041】
このような動作により、増幅器11の入力信号VA の直流成分と入力信号VB との電位差が大きくなれば、出力信号VC の直流成分の変化により、入力信号VB の電位が入力信号VA の直流成分に追随して変化する。
【0042】
このとき、入力信号VA の振幅が前記上限値V1と下限値V2との範囲外であれば、コントロールアンプ14から出力されるコントロール信号VCNT はHレベルであるので、帰還増幅器13の出力電流が減少し、増幅器11の入力信号VB は入力信号VA に追随して緩やかに変化する。
【0043】
また、入力信号VA の振幅が上限値V1と下限値V2との範囲内であれば、コントロール信号VCNT はLレベルとなって、帰還増幅器13の出力電流が大きくなる。すると、帰還増幅器13の出力電流が増大して、コントロール信号VCNT がLレベルの場合より、増幅器11の入力信号VB が入力信号VA に追随して速やかに変化する。
【0044】
上記のように構成された受信回路では、次に示す作用効果を得ることができる。
(イ)増幅器11の出力信号VC の直流成分と、直流基準電圧VF とに電位差が生じると、帰還増幅器13の動作により、増幅器11の入力信号VB が入力信号VA の直流成分に近づけられる。従って、入力信号VB に対する入力信号VA の直流成分のオフセット電圧を縮小することができる。
(ロ)入力信号VA の振幅が上限値V1と下限値V2との範囲外であるときは、帰還増幅器13の出力電流が減少することにより、入力信号VB の変化量が制限され、入力信号VB は入力信号VA の直流成分に向かって緩やかに近づけられる。すると、図3に示すように、入力信号VA のデューティが変化して、パルス間隔が長くなった場合にも、入力信号VB と入力信号VA に収束する前に次のパルスが入力される状態となる。
【0045】
従って、入力信号VB と、入力信号VA の直流成分とのオフセット電圧は縮小されるが、無信号時に入力信号VA が入力信号VB を越えることはないので、無信号時に増幅器11の出力信号VC が次段の比較器のしきい値VTHを越えることはない。
【0046】
この結果、比較器2の出力信号VX での誤パルスの発生を防止して、振幅の異なる入力信号VA に基づいて一定振幅の出力信号VX を安定して出力することができる。
(第二の実施の形態)
図4は、この発明を具体化した第二の実施例を示す。この実施の形態は、前記第一の実施の形態にスイッチ回路15及び抵抗R2を付加し、そのスイッチ回路15をコントロール信号VCNT で制御する構成としたものである。
【0047】
前記帰還増幅器13の出力端子は、スイッチ回路15を介して増幅器11のマイナス側入力端子に接続される。また、増幅器11のマイナス側入力端子は容量C11を介して交流接地されるとともに、抵抗R2を介して直流基準電圧VF が供給される。
【0048】
前記スイッチ回路15は、コントロール信号VCNT がLレベルとなると導通し、Hレベルとなると非導通となるように構成される。
上記のように構成された受信回路では、増幅器11の出力信号VC と直流基準電圧VF との電位差を増幅した信号が帰還増幅器13から出力される。このとき、入力信号VA の振幅が前記上限値V1と下限値V2との範囲内であれば、コントロールアンプ14から出力されるコントロール信号VCNT はLレベルであるので、スイッチ回路15が導通し、帰還増幅器13の出力電流に基づいて、増幅器11の入力信号VB は入力信号VA に追随して変化する。
【0049】
また、入力信号VA の振幅が前記上限値V1と下限値V2との範囲を越えるときは、コントロールアンプ14から出力されるコントロール信号VCNT はHレベルであるので、スイッチ回路15は非導通となり、増幅器11の入力信号VB は基準電圧VF に緩やかに収束する。
【0050】
上記のように構成された受信回路では、次に示す作用効果を得ることができる。
(イ)入力信号VA の振幅が上限値V1と下限値V2との範囲内であれば、スイッチ回路15が導通して、帰還増幅器13の出力電流により、増幅器11の入力信号VB が入力信号VA の直流成分に近づけられる。従って、入力信号VB に対する入力信号VA の直流成分のオフセット電圧を縮小することができる。
(ロ)入力信号VA の振幅が上限値V1と下限値V2との範囲外であるときは、スイッチ回路15が非導通となって、帰還増幅器13の出力電流が増幅器11のマイナス側入力端子に入力されず、入力信号VB は抵抗R2及び容量C11の時定数に基づいて、基準電圧VF に収束する。すると、入力信号VA のデューティが変化して、パルス間隔が長くなった場合にも、入力信号VB と、入力信号VA の直流成分とのオフセット電圧は一致しないので、増幅器11の出力信号VC が次段の比較器2のしきい値VTHを越えることはない。
【0051】
この結果、比較器2の出力信号VX での誤パルスの発生を防止して、振幅及びデューティの異なる入力信号VA に基づいて一定振幅の出力信号VX を安定して出力することができる。
(第三の実施の形態)
図5は、この発明を具体化した第三の実施の形態を示す。この実施の形態は、前記第一の実施の形態の増幅器11を差動出力型の増幅器11aに置換し、比較器2にはその差動出力信号を入力し、増幅器11aの入力端子間に抵抗R3を接続したものである。
【0052】
上記のように構成された受信回路では、増幅器11aの差動出力信号VC1, VC2が帰還増幅器13で増幅され、その帰還増幅器13の出力信号から容量C11により交流成分を除去した直流電圧VB が増幅器11aに入力される。
【0053】
このような動作により、増幅器11aの入力信号VA の直流成分と入力信号VB との電位差が大きくなれば、差動出力信号VC1, VC2の直流成分の変化により、入力信号VB の電位が入力信号VA の直流成分に追随して変化する。
【0054】
このとき、入力信号VA の振幅が前記上限値V1と下限値V2との範囲外であれば、コントロールアンプ14から出力されるコントロール信号VCNT はHレベルであるので、帰還増幅器13の出力電流が減少し、増幅器11aの入力信号VB は入力信号VA に追随して緩やかに変化する。
【0055】
また、入力信号VA の振幅が上限値V1及び下限値V2との範囲内であれば、コントロール信号VCNT はLレベルとなって、帰還増幅器13の出力電流が大きくなる。すると、帰還増幅器13の出力電流が増大して、コントロール信号VCNT がLレベルの場合より、増幅器11aの入力信号VB が入力信号VA に追随して速やかに変化する。
【0056】
また、入力信号VA が無信号の場合には、抵抗R3と容量C11との時定数により、入力信号VB は入力信号VA の直流成分レベルに収束するため、入力信号VA ,VB 間のオフセット電圧が解消される。
【0057】
上記のように構成された受信回路では、第一の実施の形態の作用効果に加えて、帰還増幅器13及び増幅器11aに基準電圧VF を供給する必要がない。また、抵抗R3により、増幅器11aのノイズマージンや受信感度の調整を行うことができるという効果が得られる。
(第四の実施の形態)
図6は、この発明を具体化した第四の実施の形態を示す。この実施の形態は、前記第三の実施の形態の増幅器11aと帰還増幅器13のマイナス側入力端子との間に、電圧調整回路16を接続したものである。
【0058】
このような構成とすることにより、入力信号VA が無信号時の入力信号VA ,VB 間のオフセット電圧の微調整が容易となる。すなわち、例えば増幅器11aの利得が「100」であって、入力信号VA ,VB 間のオフセット電圧を2mVの範囲で微調整するとき、電圧調整回路16では200mVの範囲で帰還増幅器13の入力電圧を調整することができる。従って、入力信号VA ,VB 間のオフセット電圧の微調整を容易に行うことができる。
【0059】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明は入力オフセット電圧を自動的に解消可能としながら、入力信号として入力されるバースト信号のデューティに関わらず、安定した2値信号を出力し得る受信回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図である。
【図2】 第一の実施の形態を示す回路図である。
【図3】 第一の実施の形態の動作を示す波形図である。
【図4】 第二の実施の形態を示す回路図である。
【図5】 第三の実施の形態を示す回路図である。
【図6】 第四の実施の形態を示す回路図である。
【図7】 受信回路に入力される入力信号を示す波形図である。
【図8】 第一の従来例を示す回路図である。
【図9】 第二の従来例を示す回路図である。
【図10】第三の従来例を示す回路図である。
【図11】従来例の動作を示す波形図である。
【符号の説明】
11 第一の増幅器
13 第二の増幅器
14 制御回路
VA 入力信号
VC 出力信号
VF 基準信号
Claims (7)
- 入力信号を増幅する第一の増幅器と、
前記第一の増幅器の入出力端子間に接続され、該増幅器の出力信号に基づいて、前記入力信号のオフセット電圧を解消するように動作する第二の増幅器と
を備えた受信回路であって、
前記入力信号とあらかじめ設定された基準信号とを比較して、該入力信号と基準信号との電位差が所定値以上となると、前記第二の増幅器の動作を制限する制御回路を備えたことを特徴とする受信回路。 - 入力信号を増幅する第一の増幅器と、
前記第一の増幅器の出力信号とあらかじめ設定されたしきい値との比較に基づいて、該出力信号を2値化した信号を出力する比較器と、
前記第一の増幅器の入出力端子間に接続され、該第一の増幅器の出力信号に基づいて、前記入力信号のオフセット電圧を解消するように動作する第二の増幅器とを備えた受信回路であって、
前記入力信号とあらかじめ設定された基準信号とを比較して、該入力信号と基準信号との電位差が所定値以上となると、前記第二の増幅器の動作を制限する制御回路を備えたことを特徴とする受信回路。 - 前記第二の増幅器は、
前記第一の増幅器の出力信号と基準信号との電位差を増幅する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の出力信号から交流成分を除去して、オフセット調整用直流電圧として前記第一の増幅器に出力する容量と
から構成し、
前記制御回路は、前記入力信号と前記基準信号とを比較して、該入力信号の振幅が所定範囲を越えると、前記帰還増幅器の利得若しくは出力電流を可変させる制御信号を出力することを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の受信回路。 - 前記第二の増幅器は、
前記第一の増幅器の出力信号と基準信号との電位差を増幅する帰還増幅器と、
前記帰還増幅器の出力信号から交流成分を除去して、オフセット調整用直流電圧として前記第一の増幅器に出力する容量と、
前記帰還増幅器と前記容量との間に介在されるスイッチ回路と
から構成し、
前記制御回路は、前記入力信号と基準信号とを比較して、該入力信号の振幅が一定範囲内となったとき、前記スイッチ回路を導通させ、該入力信号の振幅が一定範囲を越えると、前記スイッチ回路を非導通とする制御信号を出力することを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の受信回路。 - 前記第一の増幅器は、差動出力信号を出力する増幅器で構成し、前記帰還増幅器は前記第一の増幅器の差動出力信号を増幅して出力することを特徴とする請求項3乃至4のいずれかに記載の受信回路。
- 前記第一の増幅器は、前記入力信号とオフセット調整用直流電圧が入力される入力端子間を抵抗で接続したことを特徴とする請求項3乃至4のいずれかに記載の受信回路。
- 前記帰還増幅器の入力端子のいずれかに、該帰還増幅器への入力電圧を調整する電圧調整回路を接続したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の受信回路。
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