JP3844544B2 - Optical receiver circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信回路に係り、特に、受光ダイナミックレンジの広い光受信回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光受信回路の中の前置増幅回路としては、例えば、特開平2−199934号公報に記載のように、反転増幅器の帰還抵抗として、2種類の抵抗を並列接続し、一方の帰還抵抗は、制御回路によって制御されるスイッチ素子を介して接続される構成となっている。
【0003】
制御回路は、光−電気変換素子に入射する光信号の大きさに応じて、入射する光信号が大きい場合には、スイッチ素子をオンさせて、帰還抵抗値を小さくし、反転増幅器の変換利得を小さくすることにより、前置増幅回路の飽和特性を改善するようにしていた。
【0004】
ここで、スイッチ素子をオンさせるために、光信号の大小を検出回路によって検出識別し、制御回路の制御入力信号にあらかじめ設定した制御信号を入力する必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の光受信回路においては、スイッチ素子のオン・オフ動作を制御する制御回路を必要とするため、直流回路設計においては、この制御回路を構成するトランジスタが正常動作する直流レベルを確保しなければならない。ところが、光−電気変換素子に入射する光信号が大きくなればなるほど、光受信回路の出力信号の直流レベルは、低いレベルとなり、光−電気変換素子に入射可能な光信号の大きさ,つまり、ダイナミックレンジは、制御回路を付加したことによって制限されることとなり、ダイナミックレンジが狭くなるという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、ダイナミックレンジの広い光受信回路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光−電気変換素子と、 この光−電気変換素子が出力する電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、この前置増幅器が出力する信号を増幅する主増幅器と、この主増幅器が出力する信号を基準電圧に基づいて波形整形する波形整形回路とを有する光受信回路において、上記前置増幅器は、上記光−電気変換素子が出力する信号を反転増幅する反転増幅器と、第1及び第2の帰還抵抗と、電流分配制御回路とから構成され、上記反転増幅器は、入力側に設けられた入力段増幅部と、出力側に設けられる出力段増幅部とから構成され、上記出力段増幅部は、トランジスタと抵抗とを有する帰還部を有し、上記帰還部のトランジスタのコレクタは電源電圧に接続され、エミッタは上記帰還部の抵抗を介して接地され、ベースには上記入力段増幅部の出力信号が入力され、上記第1の帰還抵抗は、上記反転増幅器の上記入力段増幅部の入力端子と上記反転増幅器の上記出力段増幅部の上記帰還部のトランジスタのエミッタの間に接続され、上記第2の帰還抵抗は、上記反転増幅器の上記出力段増幅部の上記帰還部のトランジスタのエミッタと上記電流分配制御回路との間に接続され、上記電流分配制御回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとから構成されるカレントミラー回路からなり、上記第1及び第2のトランジスタのエミッタが上記反転増幅器の上記入力段増幅部の入力端子に共通接続され、上記第1及び第2のトランジスタのベースが互いに接続され、上記第1のトランジスタのコレクタとベースが接続され、上記第1のトランジスタのコレクタが上記第2の帰還抵抗に接続され、上記第2のトランジスタのコレクタが接地される構成により、上記入力段増幅部の入力端子と、上記帰還部のトランジスタのエミッタの電位差に応じて動作し、上記第1及び第2の帰還抵抗に流れる電流を連続的に可変調整するようにしたものであり、かかる構成により、ダイナミックレンジを広くし得るものとなる。
【0011】
上記光受信回路において、好ましくは、上記反転増幅器の入力段増幅部は、エミッタフォロワ構成のトランジスタ2段方式の増幅部から構成するようにしたものであり、かかる構成により、直線線形入力範囲を広げ得るものとなる。
【0012】
上記光受信回路において、好ましくは、上記入力段増幅部の初段トランジスタのエミッタを抵抗を介して接地するようにしたものであり、かかる構成により、hFEを高くして、低雑音化し得るものとなる。
【0013】
上記光受信回路において、好ましくは、上記波形整形回路は、基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、上記主増幅器が出力する電圧と上記基準電圧発生回路が発生する基準電圧に基づいて、スレッシュホールド電圧を発生するスレッシュホールド電圧発生手段とから構成され、上記スレッシュホールド電圧発生手段が発生するスレッシュホールド電圧に基づいて、上記光−電気変換素子に入射する光信号に対応して上記主増幅器から出力された電気信号の波形整形するとともに、上記基準電圧発生回路は、上記前置増幅器と同一の回路構成を有するようにしたものであり、かかる構成により、雑音によるパルス幅歪みを低減し得るものとなる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図1を用いて、本発明の一実施形態による光受信回路の構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による光受信回路のブロック図である。
【0016】
光−電気変換素子100は、入力した光信号を電気信号に変換する。光−電気変換素子100が出力する電流信号は、前置増幅器200に入力する。前置増幅器200は、入力した電流信号を電圧信号に変換する。前置増幅器200の構成については、後述する。前置増幅器200の出力信号は、主増幅器300に入力し、電圧増幅される。主増幅器300の出力信号は、波形整形回路400に入力する。波形整形回路400は、入力した信号を、スレッシュホールドレベルに基づいて波形整形し、光−電気変換素子100に入力したデジタル光信号に対応するデジタル電気信号を出力する。
【0017】
次に、前置増幅器200の構成について説明する。
前置増幅器200は、反転増幅器210と,帰還抵抗220,230と、電流分配制御回路240によって構成されており、トランスインピ−ダンス型増幅回路を基本としている。電流分配制御回路240は、反転増幅器210の入力端子と帰還抵抗220,230との間に接続されている。電流分配制御回路240は、反転増幅器210の入力電流i1に応じて、帰還抵抗220を流れる電流i2と帰還抵抗230を流れる電流i3の電流分配率を変化させる。反転増幅器210の入力電流i1が小さい時,即ち、光−電気変換素子100に入射する光信号が弱い時には、電流i3は殆ど流れない。従って、前置増幅器200の変換利得は、帰還抵抗220の抵抗値と電流i2によって決まる大きな値となる。
【0018】
また、反転増幅器210の入力電流i1が大きくなると、電流i3が流れ始め、帰還抵抗220と帰還抵抗230が並列接続される。帰還抵抗220を流れる電流i2と帰還抵抗230を流れる電流i3の電流分配率は、反転増幅器210の入力電流i1に応じて変化するため、前置増幅器200の変換利得は、帰還抵抗220,帰還抵抗230と、電流i2,電流i3によって決まる小さい値となる。
【0019】
例えば、帰還抵抗220の抵抗値を40kΩとし、帰還抵抗220の抵抗値を2kΩとした時、光−電気変換素子100に入射する光信号の強度が小さくなり、帰還抵抗220にのみ電流が流れる時の前置増幅器200の変換利得を約90dBとすると、光−電気変換素子100に入射する光信号の強度が大きくなり、帰還抵抗220と帰還抵抗230に電流が流れる時の前置増幅器200の変換利得を約30dBとすることができ、変換利得の変化率を大きくとることができる。
【0020】
以上のようにして、反転増幅器に入力する電流に応じて、反転増幅器の帰還率を制御するようにしている。従来の回路においては、前置増幅器の出力電圧に基づいて、反転増幅器の帰還抵抗に直列接続したスイッチング素子のオン・オフを制御する外部制御信号を作成するようにしていたため、光−電気変換素子に入射する光信号が大きくなると、反転増幅器の出力電圧の直流レベルが低くなり、前置増幅器のダイナミックが狭くなっていたが、本実施形態においては、反転増幅器に入力する電流に応じて、反転増幅器の帰還率を制御するようにしているため、光−電気変換素子に入射する光信号が大きくなると、反転増幅器に入力する電流も大きくなり、反転増幅器のダイナミックレンジを広くすることができるものとなる。その結果、従来は、前置増幅器のダイナミックレンジによって、光受信回路のダイナミックレンジが制限されていたのに対して、本実施形態では、光受信回路のダイナミックレンジを広くすることができる。
【0021】
本実施形態によれば、光受信回路のダイナミックレンジを広くすることが可能となる。
【0022】
次に、図2を用いて、本発明の他の実施形態による光受信回路の構成について説明する。
図2は、本発明の他の実施形態による光受信回路のブロック図である。
【0023】
光−電気変換素子100は、入力した光信号を電気信号に変換する。光−電気変換素子100が出力する電流信号は、前置増幅器200Aに入力する。前置増幅器200Aは、入力した電流信号を電圧信号に変換する。前置増幅器200Aの構成については、後述する。前置増幅器200Aの出力信号は、主増幅器300に入力し、電圧増幅される。主増幅器300の出力信号は、波形整形回路400に入力する。波形整形回路400は、入力した信号を、スレッシュホールドレベルに基づいて波形整形し、光−電気変換素子100に入力したデジタル光信号に対応するデジタル電気信号を出力する。前置増幅器200Aの構成以外は、図1に示したものと同一である。
【0024】
次に、前置増幅器200Aの構成について説明する。
前置増幅器200Aは、反転増幅器210と,帰還抵抗220,230と、電流分配制御回路240Aによって構成されており、トランスインピ−ダンス型増幅回路を基本としている。電流分配制御回路240A以外の構成は、図1と同一である。電流分配制御回路240Aは、反転増幅器210の出力端子と帰還抵抗220,230との間に接続されている。電流分配制御回路240Aは、反転増幅器210の出力電流i5に応じて、帰還抵抗220を流れる電流i2と帰還抵抗230を流れる電流i3の電流分配率を変化させる。反転増幅器210の出力電流i5が小さい時,即ち、光−電気変換素子100に入射する光信号が弱い時には、電流i3は殆ど流れない。従って、前置増幅器200Aの変換利得は、帰還抵抗220の抵抗値と電流i2によって決まる大きな値となる。
【0025】
また、反転増幅器210の出力電流i5が大きくなると、電流i3が流れ始め、帰還抵抗220と帰還抵抗230が並列接続される。帰還抵抗220を流れる電流i2と帰還抵抗230を流れる電流i3の電流分配率は、反転増幅器210の入力電流i1に応じて変化するため、前置増幅器200Aの変換利得は、帰還抵抗220,帰還抵抗230と、電流i2,電流i3によって決まる小さい値となる。
【0026】
以上のようにして、反転増幅器の出力電流に応じて、反転増幅器の帰還率を制御するようにしている。従来の回路においては、前置増幅器の出力電圧に基づいて、反転増幅器の帰還抵抗に直列接続したスイッチング素子のオン・オフを制御する外部制御信号を作成するようにしていたため、前置増幅器のダイナミックが狭くなっていたが、本実施形態においては、反転増幅器の出力電流に応じて、反転増幅器の帰還率を制御するようにしているため、光−電気変換素子に入射する光信号が大きくなると、反転増幅器に入力する電流も大きくなり、反転増幅器のダイナミックレンジを広くすることができるものとなる。その結果、従来は、前置増幅器のダイナミックレンジによって、光受信回路のダイナミックレンジが制限されていたのに対して、本実施形態では、光受信回路のダイナミックレンジを広くすることができる。
【0027】
本実施形態によれば、光受信回路のダイナミックレンジを広くすることが可能となる。
【0028】
次に、図3を用いて、図1に示した前置増幅器の具体的回路構成について説明する。
図3は、本発明の一実施形態による光受信回路に用いる前置増幅器の回路図である。
【0029】
図3に示す前置増幅器は、トランスインピ−ダンス型増幅回路構成を基本としている。
【0030】
光−電気変換素子100は、入射した光信号を電気信号に変換する。光−電気変換素子100によって変換された電流信号は、前置増幅器200の入力段増幅部210Aに入力する。入力段増幅部210Aは、エミッタフォロワ構成のトランジスタ2段方式としている。即ち、トランジスタ210A1のエミッタが、トランジスタ210A2のベースに接続されており、トランジスタ210A1のベースに光−電気変換素子100からの入力信号が入力し、トランジスタ210A2のコレクタから出力を取り出す構成となっている。トランジスタ210A1のコレクタは、電源電圧Vccに接続され、トランジスタ210A2のコレクタは、抵抗210A3を介して、電源電圧Vccに接続されている。トランジスタ210A1のエミッタは、抵抗210A4を介して接地され、トランジスタ210A2のエミッタは、接地されている。
【0031】
入力段増幅部210Aをエミッタフォロワ構成のトランジスタ2段方式とすることにより、光−電気変換素子100に入射する光信号が無入力状態の時、初段のトランジスタ210A1のベ−スレベルを、接地レベルGNDから2倍のVBEだけ高いレベルにすることができるため、直流線形入力範囲を広げることができる。即ち、従来は、光−電気変換素子に入射する光信号が無入力状態の時、入力初段のトランジスタのベ−スレベルは、接地レベルGNDから1VBE上がった分しか確保できず、直流線形入力範囲が狭いものであったが、上述したように、接地レベルGNDから2倍のVBEだけ高いレベルにすることができるため、直流線形入力範囲を広げることができるものとなる。
【0032】
また、初段のエミッタフォロワのトランジスタ210A1に流す電流値を抵抗210A4を用いて小さくすることで、入力段部分は容易に高hFE化することができ、低雑音化することができる。
【0033】
出力段増幅部は、ベース共通入力の帰還部210Bと出力バッファ210Cにより構成している。
帰還部210Bは、トランジスタ210B1と、抵抗210B2によって構成されている。トランジスタ210B1のコレクタは、電源電圧Vccに接続され、エミッタは、抵抗210B2を介して接地されている。トランジスタ210B1のベースには、入力段増幅部210Aの出力信号が入力する。帰還部210Bは、帰還抵抗220及び帰還抵抗230に流れる帰還電流i5を取り出すために用いられる。
【0034】
出力バッファ210Cは、トランジスタ210C1と、抵抗210C2によって構成されている。トランジスタ210C1のコレクタは、電源電圧Vccに接続され、エミッタは、接地されている。トランジスタ210C1のベースには、入力段増幅部210Aの出力信号が入力する。前置増幅器200の出力側の負荷が大きいため、出力インピーダンスを大きくとるため、帰還部210Bとは独立して、出力バッファを構成している。出力段210Cは、次段回路の駆動能力を考慮した場合有効である。
【0035】
入力段増幅部210Aと帰還部210Bと出力バッファ210Cにより、図1に示した反転増幅器210を構成している。
【0036】
帰還抵抗220と帰還抵抗230は、入力段増幅部210Aの入力側と帰還部210Bを構成するトランジスタ210B1のエミッタの間に並列接続されている。帰還抵抗220と並列接続されているコンデンサ222及び帰還抵抗230と並列接続されているコンデンサ222は、それぞれ、位相補償用のコンデンサである。
【0037】
さらに、入力段増幅部210Aの入力側と帰還抵抗230の間には、電流分配制御回路240が接続されている。電流分配制御回路240は、2個のPNPトランジスタ240A,240Bを用いたカレントミラ−回路によって構成している。即ち、トランジスタ240Aとトランジスタ240Bのエミッタは、それぞれ、入力段増幅部210Aの入力側に共通接続されており、トランジスタ240Aとトランジスタ240Bのベースは、互いに接続されている。トランジスタ240Aのコレクタとベースを接続した上で、コレクタは、帰還抵抗230に接続されている。トランジスタ240Bのコレクタは、接地されている。
【0038】
ここで、光−電気変換素子100に入射される光信号が小さい時は、電流i3とi4はほとんど流れない。従って、前置増幅器200の変換利得は、電流i2と帰還抵抗220で決まる大きい値となる。逆に、光−電気変換素子100に入射される光信号が大きい時は、トランジスタ210A1のベ−スとトランジスタ210B1のエミッタとの電位差が大きくなり、電流分配制御回路240が動作しはじめる。この時、電流i2,i3が流れ、帰還抵抗220,230が並列接続になると同時に、カレントミラ−によって電流i3と同じ電流量i4を回路外部に引き抜く。電流i3と電流i4の値は、光−電気変換素子100に入射される光信号の大きさによって異なり、電流i2,i3,i4の電流比を連続的に変化させることができる。変換利得は、電流i2,i3と帰還抵抗220,230の合成抵抗で決まり、小さい値となる。
【0039】
本実施形態によれば、光受信回路のダイナミックレンジを広くすることが可能となる。
【0040】
また、反転増幅器の入力段を2段のエミッタフォロワとすることにより、初段トランジスタのベースレベルを高くして、直線線形入力範囲を広げることができる。
【0041】
また、初段のトランジスタに流れる電流を小さくすることにより、高hFEか可能となり、低雑音化を図ることができる。
【0042】
なお、以上の図3の説明は、図1に示した回路の具体的な回路構成であったが、図2に示した電流分配制御回路についても、同様にカレントミラー回路を帰還部210B側に使用することにより、実現できるものである。
【0043】
次に、図4を用いて、本発明の第3の実施形態による光受信回路について説明する。
図4は、本発明の第3の実施形態による光受信回路の回路図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
【0044】
光−電気変換素子100は、入力した光信号を電気信号に変換する。光−電気変換素子100が出力する電流信号は、前置増幅器200に入力する。前置増幅器200は、入力した電流信号を電圧信号に変換する。前置増幅器200の構成については、後述する。前置増幅器200の出力信号は、主増幅器300に入力し、電圧増幅される。主増幅器300の出力信号は、波形整形回路400に入力する。波形整形回路400は、入力した信号を、スレッシュホールドレベルに基づいて波形整形し、光−電気変換素子100に入力したデジタル光信号に対応するデジタル電気信号を出力する。
【0045】
前置増幅器200は、図1において説明したように、反転増幅器210と,帰還抵抗220,230と、電流分配制御回路240によって構成されており、トランスインピ−ダンス型増幅回路を基本としている。前置増幅器200の動作構成については、図1及び図3に説明したとおりである。
【0046】
本実施形態では、波形整形回路400は、次のように構成されている。
基準電圧発生回路410は、光−電気変換素子100に入射するデイジタル光信号が”0”レベルに相当する基準電圧を発生する。抵抗420及び抵抗430の直列回路は、主増幅器300の出力端子及び基準電圧発生回路410の出力端子に接続されている。ここで、抵抗420と抵抗430の抵抗値を等しくするならば、抵抗420,430の中点には、主増幅器300の出力電圧Vout2と基準電圧発生回路410が発生する基準電圧Vrefの中間の電圧(Vout2+Vref)/2が出力する。抵抗420,430の中点電圧は、ピークホールド回路440に入力する。
【0047】
ピークホールド回路440は、抵抗420,430の中点電圧のピーク値をホールドする回路であり、従って、主増幅器300が出力する電圧の中で、光−電気変換素子に入射するデイジタル光信号が”1”レベルに相当する電圧と、基準電圧発生回路410が発生する光−電気変換素子100に入射するデイジタル光信号が”0”レベルに相当する基準電圧との中間の電圧をスレッシュホールド電圧Vthとして出力する。
【0048】
ピークホールド回路440の出力は、差動増幅器450の逆相入力に入力する。差動増幅器450の正相入力には、主増幅器300の出力が入力している。従って、差動増幅器450は、ピークホールド回路440が出力するスレッシュホールド電圧Vthを基準として、主増幅器300の出力を波形整形し、光−電気変換素子100に入射したデイジタル光信号に対応したデイジタル電気信号を出力する。
【0049】
次に、基準電圧発生回路410の構成について説明する。
基準電圧発生回路410は、基本的に前置増幅器200と同一の構成としている。即ち、基準電圧発生回路410は、反転増幅器411と,帰還抵抗413,415と、電流分配制御回路417によって構成されており、トランスインピ−ダンス型増幅回路を基本としている。電流分配制御回路417は、反転増幅器411の入力端子と帰還抵抗413,415との間に接続されている。電流分配制御回路417は、反転増幅器411の入力電流i1に応じて、帰還抵抗413を流れる電流と帰還抵抗415を流れる電流の電流分配率を変化させる。
【0050】
さらに、反転増幅器411の入力は、コンデンサ419を介して電源電圧Vccに接続されている。コンデンサ419の容量は、前置増幅器200の入力容量値と等しくなるように選択されている。
【0051】
従って、基準電圧発生回路410は、光−電気変換素子100に入射する光信号が”0”レベルに相当するときの前置増幅器200の出力に等しい電圧を基準電圧Vrefとして出力する。ここで、基準電圧発生回路410の回路構成を前置増幅器200の回路構成と等しくすることにより、外部雑音や内部雑音に対して、基準電圧発生回路410と前置増幅器200とは、等しく動作する。従って、外部雑音や内部雑音の影響によって、”0”レベル電圧の変動が生じても、この変動をキャンセルして、波形整形を行えるため、パルス幅歪みの小さなデイジタル信号波形を得ることができる。
【0052】
なお、抵抗420,430の抵抗値は、等しいものとして説明したが、光受信回路として要求されるダイナミックレンジを考慮して、それぞれの抵抗値を設定することができる。
【0053】
また、抵抗420と抵抗430の中点電圧をピークホールド回路440によりピークホールドするようにしているが、主増幅器300の出力電圧をピークホールド回路によりピークホールドし、このピークホールド回路の出力を直列抵抗回路の一方の入力とし、直列抵抗回路の中点電圧を直接差動増幅器450の逆相入力に入力するようにしてもよい。いずれにしても、波形整形回路400は、基準電圧に基づいて、スレッシュホールド電圧を生成し、このスレッシュホールド電圧に基づいて、光信号に対応する電気信号を波形整形するようにする。
【0054】
本実施形態によれば、光受信回路のダイナミックレンジを広くすることが可能となる。
【0055】
また、デイジタル信号波形のパルス幅歪みを小さくすることが可能となる。
【0056】
【発明の効果】
本発明によれば、光受信回路のダイナミックレンジを広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による光受信回路のブロック図である。
【図2】本発明の他の実施形態による光受信回路のブロック図である。
【図3】本発明の一実施形態による光受信回路に用いる前置増幅器の回路図である。
【図4】本発明の第3の実施形態による光受信回路の回路図である。
【符号の説明】
100…光−電気変換素子
200,200A…前置増幅器
210…反転増幅器
210A…入力段増幅器
210A1,210A2,210B1,210C1,240A,240B…トランジスタ
210A3,210A4,210B2,210C2,420,430…抵抗
210B…帰還部
210C…出力バッファ回路
220,230…帰還抵抗
222,232…コンデンサ
240,240A…電流分配制御回路
300…主増幅器
400…波形整形回路
410…基準電圧発生回路
440…ピ−クホ−ルド回路
450…差動増幅器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical receiver circuit, and more particularly to an optical receiver circuit having a wide light receiving dynamic range.
[0002]
[Prior art]
As a preamplifier circuit in a conventional optical receiver circuit, for example, as described in JP-A-2-199934, two types of resistors are connected in parallel as a feedback resistor of an inverting amplifier, and one feedback resistor is provided. Are connected via a switch element controlled by a control circuit.
[0003]
When the incident optical signal is large, the control circuit turns on the switch element to reduce the feedback resistance value according to the magnitude of the optical signal incident on the photoelectric conversion element, thereby reducing the conversion gain of the inverting amplifier. The saturation characteristic of the preamplifier circuit is improved by reducing the value of.
[0004]
Here, in order to turn on the switch element, it is necessary to detect and identify the magnitude of the optical signal by the detection circuit and to input a control signal set in advance to the control input signal of the control circuit.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional optical receiver circuit described above, a control circuit for controlling the on / off operation of the switch element is required. Therefore, in designing a DC circuit, a DC level at which the transistors constituting the control circuit normally operate is ensured. There must be. However, the larger the optical signal incident on the photoelectric conversion element, the lower the DC level of the output signal of the optical receiving circuit, and the magnitude of the optical signal that can enter the optical-electric conversion element, that is, The dynamic range is limited by adding a control circuit, and there is a problem that the dynamic range becomes narrow.
[0006]
An object of the present invention is to provide an optical receiver circuit having a wide dynamic range.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an optical-electric conversion element, a preamplifier that converts a current signal output from the photoelectric conversion element into a voltage signal, and a signal output from the preamplifier. In an optical receiving circuit having a main amplifier for amplifying and a waveform shaping circuit for shaping a signal output from the main amplifier based on a reference voltage, the preamplifier includes a signal output from the photoelectric conversion element. The inverting amplifier includes an inverting amplifier for inverting amplification , first and second feedback resistors, and a current distribution control circuit. The inverting amplifier includes an input stage amplifying unit provided on the input side and an output stage provided on the output side. The output stage amplifying unit includes a feedback unit having a transistor and a resistor, the collector of the transistor of the feedback unit is connected to a power supply voltage, and the emitter is connected via the resistance of the feedback unit. The output signal of the input stage amplification unit is input to the base, and the first feedback resistor is connected to the input terminal of the input stage amplification unit of the inverting amplifier and the output stage amplification unit of the inverting amplifier. The second feedback resistor is connected between the emitter of the feedback unit transistor of the output stage amplification unit of the inverting amplifier and the current distribution control circuit. The current distribution control circuit includes a current mirror circuit including a first transistor and a second transistor, and the emitters of the first and second transistors are input terminals of the input stage amplification unit of the inverting amplifier. And the bases of the first and second transistors are connected to each other, the collector and base of the first transistor are connected, and the first transistor The collector of the register is connected to the second feedback resistor, the configuration in which the collector of the second transistor is grounded, and the input terminal of the input stage amplifier unit, according to the emitter potential of the transistor of the feedback section It operates, and the current flowing through the first and second feedback resistors is continuously variably adjusted. With such a configuration, the dynamic range can be widened.
[0011]
In the optical receiver circuit, preferably, the input stage amplifying unit of the inverting amplifier is configured by a transistor two-stage amplifying unit having an emitter follower configuration, and this configuration widens a linear linear input range. To get.
[0012]
In the optical receiver circuit, preferably, the emitter of the first stage transistor of the input stage amplification unit is grounded via a resistor. With such a configuration, hFE can be increased and noise can be reduced. .
[0013]
In the optical receiver circuit, preferably, the waveform shaping circuit includes a reference voltage generating circuit for generating a reference voltage, a threshold value based on a voltage output from the main amplifier and a reference voltage generated by the reference voltage generating circuit. Output from the main amplifier in response to an optical signal incident on the photoelectric conversion element based on the threshold voltage generated by the threshold voltage generating means. as well as waveform shaping of electrical signals, those above the reference voltage generating circuit, which has to have a same circuit configuration as a preamplifier above, that by such a configuration can reduce the pulse width distortion due to noise It becomes.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of an optical receiver circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram of an optical receiver circuit according to an embodiment of the present invention.
[0016]
The
[0017]
Next, the configuration of the
The
[0018]
When the input current i1 of the inverting
[0019]
For example, when the resistance value of the
[0020]
As described above, the feedback rate of the inverting amplifier is controlled in accordance with the current input to the inverting amplifier. In the conventional circuit, an external control signal for controlling on / off of the switching element connected in series to the feedback resistor of the inverting amplifier is created based on the output voltage of the preamplifier. When the optical signal incident on the signal increases, the DC level of the output voltage of the inverting amplifier decreases and the dynamics of the preamplifier become narrower. In this embodiment, however, the inversion is performed according to the current input to the inverting amplifier. Since the feedback rate of the amplifier is controlled, when the optical signal incident on the photoelectric conversion element increases, the current input to the inverting amplifier also increases, and the dynamic range of the inverting amplifier can be widened. Become. As a result, conventionally, the dynamic range of the optical receiver circuit is limited by the dynamic range of the preamplifier, whereas in the present embodiment, the dynamic range of the optical receiver circuit can be widened.
[0021]
According to the present embodiment, the dynamic range of the optical receiving circuit can be widened.
[0022]
Next, the configuration of an optical receiver circuit according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram of an optical receiver circuit according to another embodiment of the present invention.
[0023]
The
[0024]
Next, the configuration of the
The
[0025]
When the output current i5 of the inverting
[0026]
As described above, the feedback rate of the inverting amplifier is controlled in accordance with the output current of the inverting amplifier. In the conventional circuit, an external control signal for controlling on / off of the switching element connected in series to the feedback resistor of the inverting amplifier is created based on the output voltage of the preamplifier. However, in this embodiment, since the feedback rate of the inverting amplifier is controlled according to the output current of the inverting amplifier, when the optical signal incident on the photoelectric conversion element increases, The current input to the inverting amplifier is also increased, and the dynamic range of the inverting amplifier can be widened. As a result, conventionally, the dynamic range of the optical receiver circuit is limited by the dynamic range of the preamplifier, whereas in the present embodiment, the dynamic range of the optical receiver circuit can be widened.
[0027]
According to the present embodiment, the dynamic range of the optical receiving circuit can be widened.
[0028]
Next, a specific circuit configuration of the preamplifier shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a circuit diagram of a preamplifier used in the optical receiver circuit according to the embodiment of the present invention.
[0029]
The preamplifier shown in FIG. 3 is based on a transimpedance amplifier circuit configuration.
[0030]
The
[0031]
By adopting a two-stage transistor configuration with an emitter-follower configuration for the
[0032]
Further, by reducing the value of the current flowing through the transistor 210A1 of the first-stage emitter follower using the resistor 210A4, the input stage portion can be easily increased in hFE and can be reduced in noise.
[0033]
The output stage amplifying unit includes a common base feedback unit 210B and an
The feedback unit 210B includes a transistor 210B1 and a resistor 210B2. The collector of the transistor 210B1 is connected to the power supply voltage Vcc, and the emitter is grounded via the resistor 210B2. The output signal of the
[0034]
The
[0035]
The inverting
[0036]
The
[0037]
Further, a current
[0038]
Here, when the optical signal incident on the
[0039]
According to the present embodiment, the dynamic range of the optical receiving circuit can be widened.
[0040]
Further, by using a two-stage emitter follower as the input stage of the inverting amplifier, the base level of the first stage transistor can be increased and the linear linear input range can be expanded.
[0041]
Further, by reducing the current flowing through the first-stage transistor, high hFE is possible, and noise can be reduced.
[0042]
The above description of FIG. 3 is a specific circuit configuration of the circuit shown in FIG. 1, but the current mirror circuit is similarly provided on the feedback unit 210B side in the current distribution control circuit shown in FIG. It can be realized by using it.
[0043]
Next, an optical receiver circuit according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a circuit diagram of an optical receiver circuit according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
[0044]
The
[0045]
As described with reference to FIG. 1, the
[0046]
In the present embodiment, the
The reference voltage generation circuit 410 generates a reference voltage corresponding to the “0” level of the digital optical signal incident on the
[0047]
The
[0048]
The output of the
[0049]
Next, the configuration of the reference voltage generation circuit 410 will be described.
The reference voltage generation circuit 410 basically has the same configuration as that of the
[0050]
Further, the input of the inverting
[0051]
Therefore, the reference voltage generation circuit 410 outputs a voltage equal to the output of the
[0052]
Although the resistance values of the
[0053]
The midpoint voltage of the
[0054]
According to the present embodiment, the dynamic range of the optical receiving circuit can be widened.
[0055]
It is also possible to reduce the pulse width distortion of the digital signal waveform.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, the dynamic range of the optical receiving circuit can be widened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an optical receiver circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an optical receiver circuit according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a preamplifier used in the optical receiver circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of an optical receiver circuit according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
この光−電気変換素子が出力する電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、
この前置増幅器が出力する信号を増幅する主増幅器と、
この主増幅器が出力する信号を基準電圧に基づいて波形整形する波形整形回路とを有する光受信回路において、
上記前置増幅器は、上記光−電気変換素子が出力する信号を反転増幅する反転増幅器と、第1及び第2の帰還抵抗と、電流分配制御回路とから構成され、
上記反転増幅器は、入力側に設けられた入力段増幅部と、出力側に設けられる出力段増幅部とから構成され、上記出力段増幅部は、トランジスタと抵抗とを有する帰還部を有し、上記帰還部のトランジスタのコレクタは電源電圧に接続され、エミッタは上記帰還部の抵抗を介して接地され、ベースには上記入力段増幅部の出力信号が入力され、
上記第1の帰還抵抗は、上記反転増幅器の上記入力段増幅部の入力端子と上記反転増幅器の上記出力段増幅部の上記帰還部のトランジスタのエミッタの間に接続され、
上記第2の帰還抵抗は、上記反転増幅器の上記出力段増幅部の上記帰還部のトランジスタのエミッタと上記電流分配制御回路との間に接続され、
上記電流分配制御回路は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとから構成されるカレントミラー回路からなり、上記第1及び第2のトランジスタのエミッタが上記反転増幅器の上記入力段増幅部の入力端子に共通接続され、上記第1及び第2のトランジスタのベースが互いに接続され、上記第1のトランジスタのコレクタとベースが接続され、上記第1のトランジスタのコレクタが上記第2の帰還抵抗に接続され、上記第2のトランジスタのコレクタが接地される構成により、上記入力段増幅部の入力端子と、上記帰還部のトランジスタのエミッタの電位差に応じて動作し、上記第1及び第2の帰還抵抗に流れる電流を連続的に可変調整することを特徴とする光受信回路。A photoelectric conversion element;
A preamplifier for converting a current signal output from the photoelectric conversion element into a voltage signal;
A main amplifier that amplifies the signal output by the preamplifier;
In an optical receiving circuit having a waveform shaping circuit that shapes a signal output from the main amplifier based on a reference voltage,
The preamplifier includes an inverting amplifier that inverts and amplifies a signal output from the photoelectric conversion element , first and second feedback resistors, and a current distribution control circuit.
The inverting amplifier includes an input stage amplifying unit provided on the input side and an output stage amplifying unit provided on the output side, and the output stage amplifying unit includes a feedback unit including a transistor and a resistor. The collector of the transistor of the feedback section is connected to the power supply voltage, the emitter is grounded via the resistance of the feedback section, and the output signal of the input stage amplification section is input to the base.
The first feedback resistor is connected between an input terminal of the input stage amplifying unit of the inverting amplifier and an emitter of the transistor of the feedback unit of the output stage amplifying unit of the inverting amplifier,
The second feedback resistor is connected between an emitter of a transistor of the feedback unit of the output stage amplification unit of the inverting amplifier and the current distribution control circuit,
The current distribution control circuit includes a current mirror circuit including a first transistor and a second transistor, and the emitters of the first and second transistors are input terminals of the input stage amplification unit of the inverting amplifier. Are connected together, the bases of the first and second transistors are connected to each other, the collector and base of the first transistor are connected, and the collector of the first transistor is connected to the second feedback resistor. The collector of the second transistor is grounded, so that it operates according to the potential difference between the input terminal of the input stage amplifier and the emitter of the transistor of the feedback unit, and the first and second feedback resistors An optical receiving circuit characterized by continuously and variably adjusting a flowing current.
上記反転増幅器の入力段増幅部は、エミッタフォロワ構成及びエミッタ接地構成からなるトランジスタ2段方式の増幅部から構成されることを特徴とする光受信回路。The optical receiver circuit according to claim 1,
The optical receiving circuit according to claim 1, wherein the input stage amplifying unit of the inverting amplifier comprises a transistor two-stage amplifying unit having an emitter follower configuration and a grounded emitter configuration.
上記入力段増幅部の初段トランジスタのエミッタを抵抗を介して接地したことを特徴とする光受信回路。The optical receiver circuit according to claim 2, wherein
An optical receiver circuit wherein the emitter of the first stage transistor of the input stage amplifier section is grounded via a resistor.
上記波形整形回路は、
基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
上記主増幅器が出力する電圧と上記基準電圧発生回路が発生する基準電圧に基づいて、スレッシュホールド電圧を発生するスレッシュホールド電圧発生手段とから構成され、
上記スレッシュホールド電圧発生手段が発生するスレッシュホールド電圧に基づいて、上記光−電気変換素子に入射する光信号に対応して上記主増幅器から出力された電気信号の波形整形するとともに、
上記基準電圧発生回路は、上記前置増幅器と同一の回路構成を有することを特徴とする光受信回路。The optical receiver circuit according to claim 1,
The waveform shaping circuit is
A reference voltage generating circuit for generating a reference voltage;
Threshold voltage generating means for generating a threshold voltage based on the voltage output from the main amplifier and the reference voltage generated by the reference voltage generating circuit;
Based on the threshold voltage generated by the threshold voltage generating means, the waveform of the electrical signal output from the main amplifier corresponding to the optical signal incident on the photoelectric conversion element, and
The reference voltage generating circuit, an optical receiving circuit characterized by having the same circuit configuration as the pre-amplification device described above.
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