JP4917537B2

JP4917537B2 - フィルタ処理を一体化して寄生静電容量が低減されたトランスインピーダンス増幅器

Info

Publication number: JP4917537B2
Application number: JP2007523904A
Authority: JP
Inventors: ピー．デノヤー、ジル
Original assignee: フィニサーコーポレイション
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2005-08-09
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2025-08-09
Also published as: CN1977473B; CN1977473A; EP1776783A4; US20060034621A1; JP2008507943A; EP1776783A1; WO2006020612B1; WO2006020612A1; EP1776783B1; US7418213B2

Description

本発明は一般的に、光受信器等の光電部品に関する。特に、本発明の実施形態は、電源ノイズ、接地ノイズ及び出力共通モードノイズを含むトランスインピーダンス増幅器からの高周波ノイズをフィルタ処理するためのシステム及び方法に関する。

光ファイバケーブルはコンピュータ及び電気通信ネットワークに用いられる媒体の内の１つである。光ファイバネットワークは変調された光信号を用いてデータを送信する。光はレーザによって生成されることが多いが、レーザの電流は変調されてデジタルデータストリームの１及び０を表す。光信号は光ファイバケーブルを介してデータを搬送するために用いられるが、光信号は通常、データを抽出して処理するために電気信号に変換される。コンピュータは光信号を検出して変換するための数種類の装置を必要とする。

光受信器は特に、光信号を受信し解釈するために構築される。光受信器は通常、入射光信号のエネルギーの変化に応じて電流又は電圧を生成するある種の検出器を含む。光ファイバ受信器が光ファイバを介して受信された光信号を電気信号に変換した後、光受信器は電気信号を増幅し、そして電気信号を電気的なデジタルデータストリームに変換する。

光受信器において検出器として用いられる一般的なデバイスの１つはフォトダイオードである。フォトダイオードは入射光に応じて電流を生成することによって動作する。入射光の光エネルギーによりフォトダイオードを流れる電流が決定される。実際、光信号は光ファイバによって搬送されるデジタルデータに対応する電流をフォトダイオードにおいて生成する。

適切に動作するためにフォトダイオードは逆バイアスされ、そのアノードはトランスインピーダンス増幅器の入力に接続され、且つそのカソードは電源又はバイアス回路に接続される。理想的には、電源又はバイアス回路はフォトダイオード中の電流が入射光信号に帰するように一定電圧を提供する。残念なことに、電源には必ずと言っていいほどノイズがある。このノイズはスイッチング動作、主電盤接続部及び他の供給源から発生する。更に、電源ノイズは光ネットワーク上で送信されるデータの周波数と同じ範囲の周波数であることが多い。その結果、電源のノイズはフォトダイオードによって生成される電流に影響を及ぼし、且つ光受信器の性能に有害な影響を及ぼす。

電源のノイズは入射光信号によって生成された電流と共にトランスインピーダンス増幅器に挿入される。フォトダイオードからの信号と共にノイズはトランスインピーダンス増幅器によって増幅される。従って、トランスインピーダンス増幅器の性能が犠牲になる。電源ノイズの問題に対する１つの可能な解決策は、フォトダイオードのカソードにおいて減結合コンデンサを用いてノイズを接地に分岐することである。減結合コンデンサは個別回路部品であり、従って、各光受信器の製造において追加のコストが発生する。減結合コンデンサは集積回路に関連する接地と異なることが多い外部接地にも接続される。このことは、特に周波数が高い場合に該当する。

集積回路内部の接地ノイズ等の高周波ノイズ及び共通モードノイズの他の供給源は外部減結合コンデンサによって影響を受けない。トランスインピーダンス増幅器では、トランスインピーダンス増幅器の局部接地は、例えばボンディングワイヤで外部接地に接続されることが多い。周波数が高くなると、接地ボンディングワイヤのインダクタンスはＩＣ内部と外部接地との間にかなりのインピーダンスをもたらし、従って、トランスインピーダンス増幅器によって増幅されるノイズをもたらし、これによってトランスインピーダンス増幅器の性能を低下させる。

共通モードノイズはトランスインピーダンス増幅器の出力を通ってトランスインピーダンス増幅器に挿入されることが多い。トランスインピーダンス増幅器の出力に接続する他の集積回路はこのようにして共通モードノイズをもたらす。共通モードノイズが問題になる理由の１つはトランスインピーダンス増幅器の入力段が差動入力ではないことである。その結果、トランスインピーダンス増幅器の入力段に挿入される共通モードノイズはトランスインピーダンス増幅器の性能に影響を及ぼす。

これらの及び他の限界は本発明の実施形態によって克服されるが、これら実施形態はトランスインピーダンス増幅器においてノイズをフィルタ処理するためのシステム及び方法に関し、特にフィルタ処理を一体化したトランスインピーダンス増幅器に関する。本発明の実施形態はオンチップの自動利得制御及びＤＣキャンセルを備えたトランスインピーダンス増幅器を含む。本発明の実施形態は減結合コンデンサ等の外部部品を利用せずに広い周波数及び入力範囲に渡って安定した動作を提供する。

本発明の一実施形態では、一例においてフォトダイオードのカソードとトランスインピーダンス増幅器集積回路の内部接地との間に集積型コンデンサを含む別個のフィルタ処理モジュールがトランスインピーダンス増幅器に集積化される。フィルタ処理モジュールはフォトダイオードのカソードに提供されるフィルタ処理済み電源を生成する。そして、フォトダイオードのアノードはトランスインピーダンス増幅器に入力される。信号はトランスインピーダンス増幅器によって増幅され、差動信号として出力される。

一実施形態において、フィルタ処理モジュールはトランスインピーダンス増幅器の入力段の内部接地に接続される。これによってフォトダイオードのアノード及びカソードがブートストラップされる。フィルタ処理モジュールをこのように接続することによって、高周波接地ノイズは同じ振幅及び位相でフォトダイオードの両側（アノード及びカソード）に出現するようになる。従って、Ｉ_ｐｄ＝Ｃ_ｐｄ∂Ｖ_ｐｄ／∂ｔ＝０である。

また、フィルタ処理モジュールはクロック及びデータ復旧モジュール又は後置増幅器等の他の集積回路へのその接続を通してトランスインピーダンス増幅器に入る共通モードノイズをもフィルタ処理する。本発明のこれら及び他の優位点及び特徴は以下の説明及び添付の請求項から更に充分に明らかになり、あるいは、以下に記載されたように本発明を実施することによって習得される。

本発明の上記及び他の優位点及び特徴を更に明らかにするために、本発明の更に特定の説明について、添付図面に示されたその具体的な実施形態を参照して描写する。これらの図面は本発明の代表的な実施形態だけを示すものであり、従ってその範囲を制限するものではないことを認識されたい。本発明について、添付図面を利用して、更に具体的にまた詳細に記述し説明する。

本発明はトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）の性能に対する高周波ノイズの影響を低減するＴＩＡに関する。本発明の実施形態により、ＴＩＡは限定ではなく一例として、電源ノイズ、接地ノイズ及び／又は他の構成要素からの共通モードノイズをフィルタ処理することによってＴＩＡの性能を改善し得る。本発明の実施形態はＴＩＡと共に用いられるフォトダイオードに関連する寄生静電容量も低減する。優位点として、本発明の実施形態は外部高周波供給減結合コンデンサ等の外部コンデンサを必要としない。これによってＴＩＡのコストが低減される。

図１は本発明の実施形態を実現するための代表的な環境を示す。図１は光信号（光）を受信し、その光信号を電気信号又はデータストリーム（通常電圧として表される）に変換する光ファイバ受信器１００を示す。光ファイバ受信器１００は光ファイバ１０２を介して光信号１０３を受信する。光信号を電気信号又は電流に変換するフォトダイオード１０４又は他の光デバイスは光信号を受信して電気信号１０６（電流）を生成する。

ＴＩＡ１０８は電気信号１０６を増幅して増幅電気信号１１０を生成する。ＴＩＡ１０８は低電力の信号を増幅する能力を大幅に減少させることなく大電力の信号を増幅できる広いダイナミックレンジを有する。そして、増幅電気信号１１０は後置増幅器１１２によって増幅されるか又はクロック及びデータ復旧回路等の他の集積回路によって運用される。後置増幅器１１４の出力１１４は変換モジュール１１６によって処理又は変換され、電気的なデジタル信号１１８に変換される。

図２はＴＩＡの一実施形態を示す。本例において、ＴＩＡ１０８は集積回路であり、Ｖ_ＣＣＰＤ１６０入力及びＶ_ＣＣ１６８入力を有する。ＴＩＡ１０８に供給されるＶ_ＣＣＰＤ１６０とＶ_ＣＣ１６８とは上述したようなノイズを有することが多い。更に、Ｖ_ＣＣＰＤ１６０はＴＩＡ１０８内においてＶ_ＣＣ１６８と接続されていない。前述したように、このノイズは通常、Ｖ_ＣＣＰＤ１６０がＴＩＡ１０８に供給される前に除去される。しかしながら、ＴＩＡ１０８の外部においてＶ_ＣＣＰＤ１６０からノイズを除去するには追加の部品が必要であり、余分なコストが生じる。

図２において、ＴＩＡ１０８はＶ_ＣＣＰＤ１６０を内部的にフィルタ処理し、フォトダイオード１０４に供給されるＶ_{ＣＣＰＤフィルタ処理済}１６２を生成する。フォトダイオード１０４に入射する光は電流に変換されてＴＩＡ１０８に再度入力される。ＴＩＡ１０８は光信号に応じてフォトダイオード１０４によって生成された電流で動作し、本例では差動出力１６６を生成する。ＴＩＡ１０８は更に、接地１６４を含む。しかしながら、接地１６４はＴＩＡ１０８に対する局部接地であり、例えば、接地１６４がボンディングワイヤを介して接続される外部接地と必ずしも同じとは限らない。また、ＴＩＡ１０８の実施形態は電源からのノイズと同様に外部接地からのノイズをフィルタ処理する。

図３は本発明に基づく代表的なＴＩＡのブロック図を示す。ＴＩＡ１０８はＶ_ＣＣ１６８から電力を受電し、また、フォトダイオード１０４から又は光信号を電流又は電圧に変換する他のデバイスから電流１０３を受け取る増幅器１５２を含んでいる。１つ又は複数の段を含む増幅器１５２は電気信号を増幅し、受信信号の品質に対するノイズの影響を低減又は防止する。また、ＴＩＡ１０８の出力にバッファを設けるという選択肢もある。増幅器１５２を異なる構成で実現し得ることは当業者によって理解される。代表的な構成はこれらに限定するものではないが、共通ベース構成及び分路フィードバック構成を含む。更に、増幅器１５２は、単一端増幅、差動増幅等又はその任意の組合せをも含み得る。

ＴＩＡ１０８はＶ_ＣＣＰＤ１６０が接続されたフィルタ１５０を含む。フィルタ１５０はＶ_ＣＣＰＤ１６０上のノイズを実質的に排除又は低減する。フィルタ１５０は高い周波数に対して相対的に小さいインピーダンスを有するように構成され、こうして、高い周波数はフィルタ１５０によって減衰される。フィルタ１５０の出力はフォトダイオード１０４に接続され、Ｖ_{ＣＣＰＤフィルタ処理済}をフォトダイオード１０４に提供する。フィルタ１５０の１つの優位点はフォトダイオード１０４によって生成された電流が入射光信号に呼応することであり、且つ集積回路に供給されるＶ_ＣＣＰＤ１６０上のノイズによって生成されないことである。従って、フォトダイオード１０４に印加されるバイアス・フィルタ処理済み電圧（Ｖ_{ＣＣＰＤフィルタ処理済}）はノイズが小さくなり、フィルタ処理されていない電圧より一定である。フィルタ１５０の他の優位点はそれが通常ＴＩＡ１０８の局部接地に接続されることである。これによってフィルタ１５０はフォトダイオード１０４を実質的にブートストラップし、これによって接地ノイズ及び出力共通モードノイズに関連する潜在的に有害な幾つかの影響を除去することが可能になる。

制御回路１５４は自動利得制御及び直流（ＤＣ）キャンセルの双方をＴＩＡ１０８に提供する。制御回路１５４において、高周波フィルタ１５８は増幅器１５２によって出力されるＤＣ成分を検出するために用いる。増幅器１５２の出力のＤＣ成分又は低周波成分は高周波フィルタ１５８によって通過され、可変インピーダンス回路１５６によってキャンセルされる。他の実施形態において、高周波フィルタ１５８はピーク検出器又は同様な回路で置き換えられる。

また、可変インピーダンス回路１５６は可変インピーダンス回路１５６のインピーダンスが減少するとフォトダイオード電流のＡＣ成分の少なくとも一部を減衰できるので、ＴＩＡ１０８に自動利得制御を提供する。これによってＴＩＡ１０８の入力範囲を拡張し得る。言い換えると、可変インピーダンス回路１５６のインピーダンスはフォトダイオード１０４の平均電流に従って変化する。フォトダイオード１０４又は他の供給源から受け取られた平均電流が増加するにつれて、可変インピーダンス回路のインピーダンスは減少する。

可変インピーダンス回路１５６のインピーダンスが減少するので、可変インピーダンス回路１５６はＡＣ成分の一部を吸収又は減衰させる。これによって、光ファイバ受信器のトランスインピーダンス利得の自動制御が行われる。平均フォトダイオード電流が低いと可変インピーダンス回路１５６のインピーダンスは相対的に大きく、且つＡＣ成分は吸収又は減衰されないが、増幅器１２４において増幅される。従って、ＴＩＡの光学的過負荷はＴＩＡの光学感度を同時に犠牲にすることなく増大する。

クリッピング、飽和又は他の問題を伴わずに増幅する信号の範囲が大きくなるので、このことはＴＩＡ１０８にとって有利である。また、低電力信号はＡＣ成分が可変インピーダンス回路１５６によって吸収又は減衰されないため、ＴＩＡ１０８によって増幅される。他方、より大きい光エネルギーの光信号は可変インピーダンス回路１５６によって部分的に吸収又は減衰される。これによって、ＴＩＡ２０８は広範囲の信号を正常に増幅する。図３に示すＴＩＡ１０８の本例には更に、高周波ブースト１５７を含む。Ｖ_ＣＣへの高周波ブースト１５７はＴＩＡ１０８の帯域幅を拡張する。

図４はＴＩＡ１０８の他の実施形態を示す。図４において、フォトダイオードのカソード１０４はＴＩＡ２１４と集積化されるコンデンサ２０２に接続される。本例において、コンデンサ２０２は局部接地２１２に接続される。例えば、局部接地２１２と外部接地を接続するボンディングワイヤに存在し得るインダクタンスのために、コンデンサ２０２の局部接地２１２との接続は外部接地との結合とは異質である。また、コンデンサ２０２は、例えば、入力段２２４のエミッタ２２３に接続する。

コンデンサ２０２は電源が発生する高周波ノイズ用のフィルタの一例である。Ｖ_ＣＣ２１５はＴＩＡ２１４内に受電され、Ｖ_ＣＣＰＤ２０６から分離される。ＴＩＡ２１４はコンデンサ２０２でＶ_ＣＣＰＤ２０６からの内部接地２１２への高周波ノイズをフィルタ処理し、フィルタ処理済みＶ_{ＣＣフィルタ処理済}２０８をフォトダイオード１０４に提供する。従って、フォトダイオード１０４によって生成された電流２１０は光信号に応答して生成され、電源ノイズに起因するフォトダイオード１０４のカソード電圧の変化によらない。

フォトダイオードによって生成される電流２１０は（図４の分路フィードバック構成に配置された）増幅器２１６において受け取られるが、本例において、これは第１段２２４及び第２段２２６を含む。第１段２２４及び第２段２２６は利得段２１８への入力を生成するが、本例において、これらには高周波ブースト２２８が含まれる。本実施形態において、利得段２１８の出力は差動電圧信号である。

ＴＩＡ２１４の増幅器２１６は本例において、前述した分路フィードバック構成に配置される。他の実施形態において、増幅器２１６は共通ベースのトポロジ構成に配置される。第２段２２６の出力は制御回路２２０に提供され、上述したように、制御回路２２０は可変インピーダンス及びフィルタ１５８を提供する。増幅器２１６の出力のＤＣ又は低周波成分は低周波動作増幅器２３０によって通過される。増幅器２３０はｐｎｐトランジスタ２２２のベースを駆動する。ｐｎｐトランジスタ２２２のエミッタはフォトダイオード１０４によって生成される信号が結合される。平均フォトダイオード電流が増加するにつれて、トランジスタ２２２のエミッタインピーダンスは減少する。これによって、第１段２２４によって処理されるＡＣ成分の一部はトランジスタ２２２によって吸収され、ＴＩＡは大きな光パワーの信号を増幅又は送信する。ｐｎｐトランジスタ２２２は図３の可変インピーダンス回路の例である。

図４に示したＴＩＡはｎｐｎトランジスタの代わりにｐｎｐトランジスタをトランジスタ２２２に用いることから、トランジスタ２２２のエミッタに現れるインピーダンスが減少すると、フォトダイオード電流のＡＣ成分はトランジスタ２２２によって吸収又は減衰される。これは、フォトダイオード電流が増加し、また、フォトダイオードによって検出される光信号のエネルギーが大きくなったときの事例である。

増幅器２１６、可変インピーダンス１５６及びフィルタ１５８の他の構成については米国特許連番第１０／８３９，６４０号に記載されており、その全体は参照によって本明細書に組み込まれる。

図５はＴＩＡが含まれるトランジスタ外周（ＴＯ）ヘッダの代表的な図を示す。一実施形態において、フォトダイオード５１４はフォトダイオード５１４がＴＯ容器のレンズを介して集光した光を最大化するようにＴＯ容器内に配置される。図５において、集積型ＴＩＡ５００のピンはボンディングワイヤ５０１を用いてＴＯヘッダ５０３に接続される。ＴＩＡはＶ_ＣＣ５０２とＶ_ＣＣＰＤ５０４とを受け取り、両者はフォトダイオード５１４への電源である。Ｖ_ＣＣ５０２及びＶ_ＣＣＰＤ５０４は同じ又は異なる電源から供給される。ＴＩＡ５００内部において、Ｖ_ＣＣ５０２及びＶ_ＣＣＰＤ５０４は分離される。

前述したように、Ｖ_ＣＣＰＤ５０４はＴＩＡ５００（本例では、集積回路）への入力であるが、これは上述したように高周波電源ノイズを阻止するフィルタを含む。そして、ＴＩＡ５００はフォトダイオード５１４のカソードに接続されるフィルタ処理済みＶ_{ＣＣフィルタ処理済}５１０を生成する。従って、フィルタ処理済みＶ_{ＣＣフィルタ処理済}５１０はフォトダイオード５１４のカソードと接続する。フォトダイオード５１４のアノードはＴＩＡ５００の入力５１２に接続し、且つ上述したように増幅器の第１段に供給される。ピン５０６及び５０８はＴＩＡ５００の出力（ＯＵＴ−及びＯＵＴ＋）である。

ＴＩＡ５００は電源ノイズに加えて接地ノイズを受けることがある。外部接地５１８はピン５１６を介してＴＩＡ５００に、ボンディングワイヤ５０１を用いて接続される。周波数が高くなると、ＴＩＡ５００の局部接地は外部接地５１８と同じではない。内部接地５１６を外部接地５１８と接続するボンディングワイヤは接地ノイズの原因となり得る高周波数のインダクタンスを例えば有する。多数のボンディングワイヤを用いて外部接地５１８に接続すると、接地ノイズに寄与するインダクタンスが減少する。

また、コンデンサ２０２がＴＩＡの内部接地に接続されているので、コンデンサ２０２は接地ノイズの低減に寄与する。例えば、コンデンサ２０２は増幅器の入力段の（ＴＩＡの局部接地に接続される）エミッタに接続する。幾つかの実施形態において、コンデンサ２０２の電源側に出現するノイズ（例えば、電源ノイズ、接地ノイズ、出力共通モードノイズ）はコンデンサ２０２の局部接地側に出現するノイズと類似する傾向がある。コンデンサ２０２のいずれかの側の電位もノイズに関しては同じである傾向があるので、コンデンサを介したノイズによる電流はない。その結果、増幅されるフォトダイオードの電流に対するノイズの影響は低減される。

図６はＴＩＡ６００の他の実施形態を示す。本例はノード６０４及びノード６０６間に接続されるブートストラップコンデンサ６０４を示す。本例においてノード６０４はＶ_ＣＣＰＤ６０５と実質的に接続され、ノード６０６はＴＩＡ６０５の局部接地および増幅器６１０に接続される。前述したように、局部接地におけるノイズは増幅器６１０によって増幅し得る。上述したようにコンデンサ６０２を接続すると増幅されるノイズ接地ノイズが減少する。本例において、Ｖ_ＣＣ６０１はＴＩＡ６００内のＶ_ＣＣＰＤ６０５から分離している。

また、図６は例えば、後置増幅器又はクロック・データ復旧モジュールである第２集積回路６５０を示す。集積回路６５０はＴＩＡ６００の差動出力６１２に接続するオープンコレクタ入力６５２を有する。集積回路６５０はＴＩＡ６００の出力６１２を介してＴＩＡ６００に入力される共通モードノイズを生成し得る。

フォトダイオード６０８からのＴＩＡ６００への入力は差動入力であるよりもむしろ単一端入力であるので、共通モードノイズは増幅器６１０の入力へ移動しＴＩＡ６００の性能を低減する。しかしながら、コンデンサ６０４は共通モードノイズがノード６０４及びノード６０６に出現するので、共通モードノイズ６１４の影響を低減する。その結果、ノード６０４及びノード６０６の双方は実質的に共に動作し、且つ増幅器６１０に入力される電流は実質的に生成されない。共通モードノイズは増幅器６１０への入力から実質的に除去される。

図７は本発明の実施形態に用いるフォトダイオードの一実施形態を示す。フォトダイオード７０８はアノード７１０及びカソード７０６を有する。カソード７０６は、一実施形態においてボンディングワイヤを用いてＴＩＡ集積回路のＶ_{ＣＣフィルタ処理済}出力に通常接続される。アノード７１０はＴＩＡ集積回路の入力に通常接続される。

フォトダイオード７０８は非導電性の基板７０４上に形成される。基板７０２は接地面７０２上に形成される。受信器の性能を保証するために、カソード７０６と接地面７０２との間に形成し得る寄生静電容量を最小化することは有用である。このことは様々な方法で達成される。例えば、基板７０４の厚さ及び誘電率は静電容量を最小化するように選択される。また更に、接地面７０２に対するカソードの面積は最小化される。言い換えると、高周波電源ノイズ阻止及び接地ノイズ阻止を改善するために寄生静電容量を最小化すべきである。寄生静電容量を最小化すると、高い周波数において電源阻止、接地ノイズ阻止、及びフォトダイオード電源阻止が改善される。

図８はフォトダイオードがＴＩＡの頂部に搭載される本発明の一実施形態を示す。本例において、フォトダイオード８０２はＴＩＡ８０４の頂部に搭載される。Ｖ_ＣＣＰＤ８０６はＴＩＡ８０４内においてフィルタ処理され、Ｖ_{ＣＣＰＤフィルタ処理済}８０８はフォトダイオード８０２のカソードに接続され、フォトダイオードのアノードは８１０においてＴＩＡ８０４への入力である。優位点として、フォトダイオード８０４に関連する寄生静電容量はこれによって低減される。例えば、システム８００はトランジスタ外周（ＴＯ）容器であり、フォトダイオードをＴＩＡの頂部に配置するとフォトダイオードとＴＯ容器の接地との間における寄生静電容量を低減する。一実施形態において、フォトダイオード８０２はＴＯ容器の頂部においてレンズからの光を集光するためにＴＯ容器又はシステム８００内の中心に通常搭載される。

図９は、様々なレベルの寄生容量を用いた、電源ノイズ（Ｖ_ＣＣ）阻止９００を示す。高周波数領域においてグラフ９０２によって示されるように、電源ノイズを阻止するＴＩＡの能力はフォトダイオードのカソードと外部接地との間における寄生静電容量が増加するにつれて減少する。図１０は、様々なレベルの寄生静電容量を用いた、フォトダイオード電源（Ｖ_ＣＣＰＤ）阻止１０００を示す。グラフ１００２は、寄生静電容量が増加するにつれて、フォトダイオード電源ノイズを阻止する能力が減少することを示す。

図１１は様々なレベルの寄生静電容量に関連する接地ノイズ阻止１１００を示す。グラフ１１０２は接地ノイズを阻止する能力が寄生容量の増加につれて減少することを示す。図１２は、様々なレベルの寄生静電容量に対する出力共通モードノイズ阻止１２００を示し、グラフ１２０２は出力共通モードノイズを阻止する能力が寄生静電容量の増加につれて減少することを示す。

例えば、図７及び８に示したフォトダイオードは寄生静電容量を低減する。その結果、図９乃至１２に示すように、より高い周波数において、ＴＩＡは電源ノイズ、フォトダイオード電源ノイズ、接地供給ノイズ、及び出力共通モードノイズをより良く阻止することが可能である。

本発明はその技術思想又は本質的な特性から逸脱することなく他の特定の形態で実施され得る。記載した実施形態は全ての点において、限定的でなく例示としてのみ見なすべきものである。従って、本発明の範囲は上記の説明によってよりもむしろ、添付された請求項によって示される。請求項と均等な手段及び範囲内にある全ての変更は本発明の範囲内に含まれるものである。

集積型のトランスインピーダンス増幅器を含む光受信器の一実施形態を示す図。フォトダイオードに接続されるフィルタ処理済み電源を提供する集積型のトランスインピーダンス増幅器のブロック図。接続されたフォトダイオードにフィルタ処理済み電圧を提供するフィルタ処理モジュールを備えたトランスインピーダンス増幅器の一実施形態を示す図。集積型コンデンサを用いて少なくとも電源ノイズをフィルタ処理するトランスインピーダンス増幅器の回路図の一実施形態を示す図。トランジスタ外周容器ヘッダに搭載された集積型トランスインピーダンス増幅器を示す図。集積型ブートストラップコンデンサが電源とトランスインピーダンス増幅器の内部接地とに接続されたトランスインピーダンス増幅器の他の実施形態を示す図。トランスインピーダンス増幅器からフィルタ処理済み電圧を受電するフォトダイオードの側面図を示し、且つトランスインピーダンス増幅器の性能に影響を及ぼし得る寄生静電容量を低減する一例を示す図。フォトダイオードがトランスインピーダンス増幅器の頂部に搭載され寄生静電容量を低減する一実施形態を示す図。Ｖ_ＣＣ電源阻止に関する寄生静電容量の影響を示す図。フォトダイオード電源阻止に関する寄生静電容量の影響を示す図。接地ノイズ阻止に関する寄生静電容量の影響を示す図。出力共通モード阻止に関する寄生静電容量の影響を示す図。

Claims

光受信器であって、
フォトダイオードと、
前記フォトダイオードからの入力を増幅するためのトランスインピーダンス増幅器であって、
トランスインピーダンス増幅器電源ＶＣＣを入力する入力と、
前記フォトダイオードへの入射光に応じて該フォトダイオードから電流を受け取る入力と、
前記フォトダイオードからの前記電流を増幅し、且つ電圧出力を生成する、１つ又は複数の段を有する増幅器と、
フィルタ処理済みバイアス電圧を前記フォトダイオードに提供するフィルタ処理済み電圧出力と、
前記フィルタ処理済み電圧出力と外部フォトダイオード電源ＶＣＣＰＤを入力する入力との間に接続された集積型フィルタモジュールであって、該集積型フィルタモジュールは、前記フォトダイオード電源上のノイズをフィルタ処理して、前記トランスインピーダンス増幅器から前記フォトダイオードに供給される前記フィルタ処理済みバイアス電圧を生成し、前記集積型フィルタモジュールは、前記トランスインピーダンス増幅器の内部にあり、かつ他の回路とは共有されない局部接地に接続され、前記外部フォトダイオード電源ＶＣＣＰＤは前記トランスインピーダンス増幅器電源ＶＣＣから分離される、前記集積型フィルタモジュールと
を含む前記トランスインピーダンス増幅器と
トランジスタ外周容器であって、
接地面を含むヘッダと、
前記ヘッダ内に配置され、且つ前記接地面上に配置される前記トランスインピーダンス増幅器を含む集積回路とを含む前記トランジスタ外周容器とを備え、
前記フォトダイオードは前記トランスインピーダンス増幅器の頂部において前記トランジスタ外周容器の中心に配置されて、前記フォトダイオードと前記ヘッダの前記接地面との間における寄生静電容量を低減し、かつ前記トランジスタ外周容器の頂部にあるレンズからの光を集光する、光受信器。
前記集積型フィルタモジュールは、前記トランスインピーダンス増幅器を介して前記外部フォトダイオード電源ＶＣＣＰＤが前記フォトダイオードに接続されるように前記フィルタ処理済み電圧出力と前記トランスインピーダンス増幅器の局部接地とに接続されるコンデンサである、請求項１に記載の光受信器。
前記増幅器の前記電圧出力は差動電圧出力であり、前記増幅器は少なくとも１つの入力段及び少なくとも１つの利得段を含む、請求項１に記載の光受信器。
自動利得制御を提供する制御回路を更に含み、前記制御回路は、前記ｐｎｐトランジスタのインピーダンスは前記フォトダイオードからの前記電流の平均電力が増加するにつれて減少するように前記増幅器と接続されたエミッタを有するｐｎｐトランジスタを含む、請求項３に記載の光受信器。
前記集積型フィルタモジュールは前記増幅器の第１段のエミッタに接続されている、請求項３に記載の光受信器。
前記集積型フィルタモジュールは接地ノイズをフィルタ処理する、請求項３に記載の光受信器。
前記集積型フィルタモジュールは、差動出力が接続された集積回路によって生成された共通モードノイズをフィルタ処理する、請求項３に記載の光受信器。
前記集積回路で増幅される電流の周波数範囲を拡張する高周波帯域幅ブースタを更に含む、請求項１に記載の光受信器。
入力光信号を検出し、且つ増幅された出力を生成する光受信器であって、
基板に形成されるフォトダイオードであって、前記フォトダイオードに関連付けられる寄生静電容量を最小化するように構成されるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに接続され、前記フォトダイオードにバイアスされるフィルタ処理済電圧を生成するトランスインピーダンス増幅器であって、
トランスインピーダンス増幅器電源ＶＣＣを入力する入力と、
入力光に応じて前記フォトダイオードによって生成される入力電流を受け取る増幅器と、
前記入力電流のＤＣキャンセルを提供する制御回路であって、入力光のエネルギーを部分的に減衰するための可変インピーダンスを含む制御回路と、
外部フォトダイオード電源ＶＣＣＰＤと、前記トランスインピーダンス増幅器の内部にある局部接地とに接続された集積型コンデンサであって、前記集積型コンデンサは、前記外部フォトダイオード電源ＶＣＣＰＤからのノイズをフィルタ処理して、前記トランスインピーダンス増幅器から前記フォトダイオードに供給されるフィルタ処理済電圧を生成し、且つ前記トランスインピーダンス増幅器の局部接地に接続される外部接地からの接地ノイズをフィルタ処理する、前記集積型コンデンサと
を備える前記トランスインピーダンス増幅器と
トランジスタ外周容器であって、
接地面を含むヘッダと、
前記ヘッダ内に配置され、且つ前記接地面上に配置される前記トランスインピーダンス増幅器を含む集積回路とを含む前記トランジスタ外周容器とを備え、
前記フォトダイオードは前記トランスインピーダンス増幅器の頂部において前記トランジスタ外周容器の中心に配置されて、前記フォトダイオードと前記ヘッダの前記接地面との間における寄生静電容量を低減し、かつ前記トランジスタ外周容器の頂部にあるレンズからの光を集光する、光受信器。
前記基板は前記寄生静電容量を最小化するように選択される厚さおよび誘電率を有し、接地面に対するカソードの面積は最小化される、請求項９に記載の光受信器。
前記フォトダイオードのカソードは前記トランスインピーダンス増幅器によって生成される前記フィルタ処理済電圧に接続され、前記フォトダイオードのアノードは前記増幅器に接続される、請求項９に記載の光受信器。
前記基板は非導電性である、請求項９に記載の光受信器。
前記トランスインピーダンス増幅器は前記トランスインピーダンス増幅器の入力範囲を拡張する帯域幅ブースタを更に含む、請求項９に記載の光受信器。
前記制御回路は可変インピーダンスとフィルタとを更に含み、前記可変インピーダンスは前記増幅器に接続されるエミッタを有するｐｎｐトランジスタを含み、前記フィルタは前記入力電流のＤＣ成分を検出する、請求項９に記載の光受信器。
前記可変インピーダンスのインピーダンスは前記入力電流の平均電力が増加するにつれて減少し、且つ前記入力電流が増加するにつれて前記入力電流が部分的に減衰するように入力電流の平均電力が減少するときに前記インピーダンスが増加し、自動利得制御を提供する、請求項１４に記載の光受信器。
前記集積型コンデンサは、電源および前記フォトダイオードのカソードに接続されて、前記電源のノイズがフォトダイオードから分離される、請求項９に記載の光受信器。
前記集積型コンデンサは、前記増幅器をブートストラップして、接地ノイズ阻止、電源ノイズ阻止および出力共通モードノイズ阻止の少なくとも１つを提供する、請求項９に記載の光受信器。
前記トランスインピーダンス増幅器の差動出力を介して前記トランスインピーダンス増幅器に入り込む共通ノードノイズが前記増幅器から前記集積型コンデンサによってフィルタ処理される、請求項９に記載の光受信器。
前記増幅器は分路フィードバック増幅器である、請求項９に記載の光受信器。
前記増幅器は共通ベース増幅器である、請求項９に記載の光受信器。
前記基板は非導電体である、請求項９に記載の光受信器。
前記基板は前記フォトダイオードのカソードと前記接地面との間の寄生静電容量を最小化するような厚さと誘電率とを有するように選択される、請求項９に記載の光受信器。
前記フォトダイオードは前記集積回路の上に搭載される、請求項９に記載の光受信器。
前記集積回路は前記フォトダイオードをブーストラップしてフォトダイオード電源からのノイズ、第二電源からのノイズ、接地からのノイズおよび出力共通モードのノイズを除去するフィルタを提供するためのコンデンサを含む、請求項９に記載の光受信器。
前記フォトダイオード電源は前記集積回路内の前記第二電源から分離している、請求項２４に記載の光受信器。
前記局部接地は、１つ又は複数の接続を介して外部接地に接続されている、請求項１に記載の光受信器。
前記制御回路は、自動利得制御を提供する、請求項９に記載の光受信器。
前記制御回路は、
前記増幅器の出力のＤＣ成分を通過させるフィルタと、
前記ＤＣ成分により駆動されるＰＮＰトランジスタであって、前記増幅器の入力段に接続されたエミッタを有する、前記ＰＮＰトランジスタとを含み、
前記ＰＮＰトランジスタのインピーダンスが減少すると、前記ＤＣ成分は増加し、前記ＰＮＰトランジスタのインピーダンスが増加すると、前記ＤＣ成分は減少する、請求項２７に記載の光受信器。