JP4950957B2 - NRZ signal amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、データ通信に用いられるNRZ(Non Return Zero)信号を、所望レベルに増幅して後続装置へ与えるためのNRZ信号増幅装置において、そのNRZ信号の波形を正しく保持して出力するための技術に関する。 The present invention relates to an NRZ signal amplifying apparatus for amplifying a NRZ (Non Return Zero) signal used for data communication to a desired level and supplying it to a succeeding apparatus for correctly holding and outputting the waveform of the NRZ signal. Regarding technology.
デジタル信号伝送で用いられるNRZ信号は、例えばデータ1に対してハイレベル電圧、データ0に対してローレベル電圧が割り当てられるが、その直流成分は、データのマーク率によって大きく変動する。
In the NRZ signal used in digital signal transmission, for example, a high level voltage is assigned to
そして、このNRZ信号を受信する機器などでは、入力したNRZ信号に対するデータ判定が可能なレベルまで増幅し、適正な位相タイミングで0、1の識別を行っている。 A device or the like that receives this NRZ signal amplifies the input NRZ signal to a level at which data can be determined, and identifies 0 and 1 at an appropriate phase timing.
この種の装置の場合、信号増幅のために一般的に差動増幅器が用いられるが、入力されるNRZ信号のマーク率などの変化によってその直流平均電圧が変動すると、増幅器の適正な入力動作点から外れてしまい、増幅器の出力信号として十分な振幅が得られなくなってしまうという問題がある。 In the case of this type of device, a differential amplifier is generally used for signal amplification. However, if the DC average voltage fluctuates due to a change in the mark ratio of the input NRZ signal, an appropriate input operating point of the amplifier. Therefore, there is a problem that a sufficient amplitude cannot be obtained as an output signal of the amplifier.
この問題を解決する技術として、従来では、入力するNRZ信号にオフセット電圧を加え、そのオフセット電圧が加えられたNRZ信号を主増幅器に入力する方式があった。 As a technique for solving this problem, conventionally, there has been a system in which an offset voltage is added to an input NRZ signal and the NRZ signal to which the offset voltage is added is input to a main amplifier.
図6はその構成を有する従来装置10の例を示すものである。
ここでオフセット回路11は、入力NRZ信号Sの交流分を通過させるコンデンサ11a、直流分を通過させるコイル11bおよび抵抗11c、その通過した直流分にオフセット電圧Voffsetを加算する加算器11d、加算器11dの出力を通過させてコンデンサ11aを通過した交流分と合成する抵抗11eとコイル11fとで構成されている。
FIG. 6 shows an example of a
Here, the offset circuit 11 includes a capacitor 11a for passing the AC component of the input NRZ signal S, a coil 11b and a resistor 11c for passing the DC component, an adder 11d for adding the offset voltage Voffset to the passed DC component, and an adder 11d. The resistor 11e and the coil 11f are combined with the alternating current component that has passed through the capacitor 11a.
このこのオフセット回路11によれば、入力NRZ信号Sに所望の直流電圧分を与えることができ、オフセット電圧Voffsetを可変制御することでオフセット回路11から主増幅器12に入力される信号S′をその主増幅器12の入力適正範囲に維持することが可能である。 According to this offset circuit 11, a desired DC voltage component can be given to the input NRZ signal S, and the signal S 'input from the offset circuit 11 to the main amplifier 12 is variably controlled by the offset voltage Voffset. It is possible to maintain the input range of the main amplifier 12 within an appropriate range.
その制御のために、信号S′のハイレベル電圧VHとローレベル電圧VLを、ダイオード13a、13bとコンデンサ13c、13dからなる検波方式の電圧検出回路13により検出し、これをA/D変換器14、15によりデジタル値に変換して、中心電圧算出手段16によりその中心電圧Vcent=(VH+VL)/2を求め、さらにその中心電圧Vcentが主増幅器12の入力適正範囲のほぼ中心値となるために必要なオフセット電圧Voffsetをオフセット電圧設定手段17で求めてオフセット回路11に与える。
For this control, the high-level voltage VH and low-level voltage VL of the signal S ′ are detected by a detection type
このフィードバック制御により、信号S′のハイレベル電圧VHとローレベル電圧VLの中心電圧Vcentが定常的に主増幅器12の入力適正範囲のほぼ中心値に維持されることになり、主増幅器12から出力される信号S″の振幅は、その主増幅器12が本来出力できる最大の振幅となり、振幅低下が発生しない。 By this feedback control, the center voltage Vcent of the high level voltage VH and the low level voltage VL of the signal S ′ is constantly maintained at substantially the center value of the proper input range of the main amplifier 12, and the output from the main amplifier 12 The amplitude of the signal S ″ is the maximum amplitude that the main amplifier 12 can originally output, and no amplitude reduction occurs.
なお、上のようにデジタル信号のハイレベル電圧とローレベル電圧をダイオードによる検波回路で検出して、オフセット電圧を可変制御する技術は、例えば次の特許文献1に開示されている。
A technique for variably controlling the offset voltage by detecting a high-level voltage and a low-level voltage of a digital signal with a diode detection circuit as described above is disclosed, for example, in
しかしながら、上記したように主増幅器12に入力される信号S′のハイレベル電圧とローレベル電圧をダイオード検波で検出する方式の場合、信号周波数が例えば数10GHzと高いような場合、ダイオードの容量などの影響で入力インピーダンスが大きく変化して波形歪を発生させて検出精度を低下させるため、入力信号が主増幅器の適正入力範囲を越えて、出力信号の振幅低下が発生するという問題があった。 However, as described above, in the case where the high level voltage and the low level voltage of the signal S ′ input to the main amplifier 12 are detected by diode detection, when the signal frequency is as high as several tens GHz, for example, the capacitance of the diode, etc. As a result, the input impedance changes greatly to generate waveform distortion and lower the detection accuracy. Therefore, the input signal exceeds the proper input range of the main amplifier and the amplitude of the output signal is reduced.
本発明は、この問題を解決して、信号周波数が例えば数10GHzと高いような場合であっても、その信号のハイレベル電圧とローレベル電圧を高精度に検出することができ、入力信号を主増幅器の適正入力範囲に安定に保持させ、出力信号の振幅低下を発生させないNRZ信号増幅装置を提供することを目的としている。 The present invention solves this problem and can detect the high level voltage and low level voltage of the signal with high accuracy even when the signal frequency is as high as several tens of GHz, for example. An object of the present invention is to provide an NRZ signal amplifying device that is stably held in an appropriate input range of a main amplifier and does not cause a decrease in amplitude of an output signal.
前記目的を達成するために、本発明のNRZ信号増幅装置は、
入力するNRZ信号にオフセット電圧を加えて出力するオフセット回路(21)と、
前記オフセット回路の出力信号を受けて増幅する主増幅器(22)と、
前記主増幅器への入力信号のハイレベル電圧と、ローレベル電圧とを検出する電圧検出手段(30)と、
前記電圧検出手段によって検出されたハイレベル電圧とローレベル電圧の中心電圧を算出する中心電圧算出手段(40)と、
前記算出された中心電圧が前記主増幅器の入力適正範囲のほぼ中心となるためのオフセット電圧を求めて前記オフセット回路に与えるオフセット電圧設定手段(50)とを有するNRZ信号増幅装置において、
前記電圧検出手段は、
前記主増幅器への入力信号と第1の参照電圧とを比較する第1のコンパレータ(31)と、
前記主増幅器への入力信号と第2の参照電圧とを比較する第2のコンパレータ(32)と、
前記第1のコンパレータの出力信号から直流成分を抽出する第1のフィルタ(33)と、
前記第2のコンパレータの出力信号から直流成分を抽出する第2のフィルタ(34)と、
前記第1のフィルタの出力信号と、前記第1のコンパレータの出力上限電圧に等しい第1の基準電圧とを受け、その差分出力を前記第1の参照電圧として前記第1のコンパレータに与える第1の演算増幅器(35)と、
前記第2のフィルタの出力信号と、前記第2のコンパレータの出力下限電圧に等しい第2の基準電圧とを受け、その差分出力を前記第2の参照電圧として前記第2のコンパレータに与える第2の演算増幅器(36)とを有し、
前記第1の参照電圧と第2の参照電圧が、前記主増幅器に入力される信号のハイレベル電圧とローレベル電圧にそれぞれ一致するようにフィードバック制御し、該第1、第2の参照電圧を前記ハイレベル電圧およびローレベル電圧として前記中心電圧算出手段に与えることを特徴とする。
To achieve the above object, the NRZ signal amplifying apparatus of the present invention comprises:
An offset circuit (21) for adding an offset voltage to the input NRZ signal and outputting it;
A main amplifier (22) for receiving and amplifying the output signal of the offset circuit;
Voltage detection means (30) for detecting a high level voltage and a low level voltage of an input signal to the main amplifier;
Center voltage calculating means (40) for calculating center voltages of the high level voltage and the low level voltage detected by the voltage detecting means;
In an NRZ signal amplifying apparatus comprising offset voltage setting means (50) for obtaining an offset voltage for the calculated center voltage to be approximately the center of an appropriate input range of the main amplifier and giving the offset voltage to the offset circuit,
The voltage detection means includes
A first comparator (31) for comparing an input signal to the main amplifier and a first reference voltage;
A second comparator (32) for comparing an input signal to the main amplifier and a second reference voltage;
A first filter (33) for extracting a DC component from the output signal of the first comparator;
A second filter (34) for extracting a DC component from the output signal of the second comparator;
A first filter that receives an output signal of the first filter and a first reference voltage equal to an output upper limit voltage of the first comparator, and provides a difference output to the first comparator as the first reference voltage; Operational amplifier (35),
A second filter that receives an output signal of the second filter and a second reference voltage equal to an output lower limit voltage of the second comparator, and supplies a difference output to the second comparator as the second reference voltage; And an operational amplifier (36).
Feedback control is performed so that the first reference voltage and the second reference voltage match the high level voltage and the low level voltage of the signal input to the main amplifier, respectively, and the first and second reference voltages are changed. The high level voltage and the low level voltage are supplied to the center voltage calculation means.
また、本発明の請求項2のNRZ信号増幅装置は、請求項1記載のNRZ信号増幅装置において、
前記主増幅器、前記第1のコンパレータおよび第2のコンパレータが、同一の半導体プロセスで一体的に構成されていることを特徴とする。
An NRZ signal amplifying device according to
The main amplifier, the first comparator, and the second comparator are integrally configured by the same semiconductor process.
本発明のNRZ信号増幅装置は、電圧検出手段が上記のように構成されているため、信号周波数が数10GHzと高い場合であっても、その信号のハイレベル電圧とローレベル電圧を高精度に検出することができ、入力信号を主増幅器の適正入力範囲に安定に保持させ、出力信号の振幅低下を発生させない。 In the NRZ signal amplifying apparatus of the present invention, since the voltage detecting means is configured as described above, even when the signal frequency is as high as several tens of GHz, the high level voltage and low level voltage of the signal can be obtained with high accuracy. It can be detected, and the input signal is stably held in the proper input range of the main amplifier, and the amplitude of the output signal is not reduced.
本発明では、高いインピーダンスと低容量を両立したコンパレータを用いることで、入力インピーダンスへの影響を最小限にとどめることができる。 In the present invention, the influence on the input impedance can be minimized by using a comparator having both high impedance and low capacitance.
また、請求項2のように、主増幅器、第1のコンパレータおよび第2のコンパレータが同一の半導体プロセス上のため、主増幅器と同一特性(トランジスタの動作)で作り込むことができ、そのため主増幅器に対して誤差の少ないフィードバック制御を行うことができる。 Further, since the main amplifier, the first comparator, and the second comparator are on the same semiconductor process, the main amplifier can be formed with the same characteristics (transistor operation). Therefore, it is possible to perform feedback control with little error.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明を適用したNRZ信号増幅装置20の構成を示している。なお、ここでは、入力するNRZ信号が単相の場合について説明するが、後述するように反転した2相のNRZ信号を増幅する場合にも本発明は適用できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of an NRZ
入力するNRZ信号Sは、オフセット回路21に入力され、直流のオフセット電圧Voffsetが加えられて、主増幅器22に入力される。
The input NRZ signal S is input to the
ここで、オフセット回路21は、前記同様に、入力NRZ信号Sの交流分を通過させるコンデンサ21a、直流分を通過させるコイル21bおよび抵抗21c、その通過した直流分にオフセット電圧Voffsetを加算する加算器21d、加算器21dの出力を通過させてコンデンサ21aを通過した交流分と合成する抵抗21e、コイル21fとで構成されている。
Here, similarly to the above, the
このオフセット回路21によれば、入力NRZ信号Sに所望の直流分を与えることができ、そのオフセット電圧Voffsetを可変制御することでオフセット回路21から主増幅器22に入力される信号S′をその主増幅器22の入力適正範囲に維持することが可能である。
According to the
この可変制御を行うために、電圧検出手段30、A/D変換器38、39、中心電圧算出手段40及びオフセット電圧設定手段50が設けられている。 In order to perform this variable control, a voltage detection means 30, A / D converters 38 and 39, a center voltage calculation means 40, and an offset voltage setting means 50 are provided.
電圧検出手段30は、主増幅器22へ入力される信号S′のハイレベル電圧VHと、ローレベル電圧VLとを検出するためのものであり、その構成については後述する。
The voltage detection means 30 is for detecting the high level voltage VH and the low level voltage VL of the signal S ′ input to the
これら検出された各電圧VH、VLはそれぞれA/D変換器38、39によってデジタル値に変換されて中心電圧算出手段40に入力され、ハイレベル電圧VHとローレベル電圧VLの中心電圧Vcent=(VH+VL)/2が算出される。 These detected voltages VH and VL are converted into digital values by A / D converters 38 and 39, respectively, and input to the center voltage calculation means 40, and the center voltage Vcent = (high level voltage VH and low level voltage VL). VH + VL) / 2 is calculated.
そして、オフセット電圧設定手段50により、この算出された中心電圧Vcentが主増幅器22の適正入力範囲のほぼ中心Vaaとなるためのオフセット電圧Voffsetを求めてオフセット回路21に与えることで、主増幅器22に対してその適正な入力範囲にNRZ信号を入力する状態を維持させる。
Then, the offset voltage setting means 50 obtains an offset voltage Voffset for the calculated center voltage Vcent to be approximately the center Vaa of the proper input range of the
次にこの実施形態の電圧検出手段30の構成および動作について説明する。
電圧検出手段30は、主増幅器への入力信号S′と第1の参照電圧Vs1とを比較する第1のコンパレータ31と、入力信号S′と第2の参照電圧Vs2とを比較する第2のコンパレータ32と、第1のコンパレータ31の出力信号C1から直流成分DC1を抽出するローパス型の第1のフィルタ33と、第2のコンパレータ32の出力信号C2から直流成分DC2を抽出するローパス型の第2のフィルタ34と、第1のフィルタ33の出力信号DC1と、第1のコンパレータ31の出力上限電圧に等しい第1の基準電圧Vr1とを受け、その差を所定利得A分増幅して前記第1の参照電圧Vs1として第1のコンパレータ31に与える第1の演算増幅器35と、第2のフィルタ34の出力信号DC2と、第2のコンパレータの出力下限電圧に等しい第2の基準電圧Vr2とを受け、その差を所定利得A分増幅して前記第2の参照電圧Vs2として第2のコンパレータ32に与える第2の演算増幅器36とを有している。
Next, the configuration and operation of the voltage detection means 30 of this embodiment will be described.
The voltage detection means 30 includes a first comparator 31 that compares the input signal S ′ to the main amplifier and the first reference voltage Vs1, and a second comparator that compares the input signal S ′ and the second reference voltage Vs2. The first low-
このフィードバック構成の電圧検出手段30によれば、第1の参照電圧Vs1が主増幅器22へ入力される信号S′のローレベル電圧とほぼ一致し、且つ第2の参照電圧Vs2が信号S′のハイレベル電圧とほぼ一致するようにフィードバック制御される。
According to the voltage detection means 30 of this feedback configuration, the first reference voltage Vs1 substantially coincides with the low level voltage of the signal S ′ input to the
したがって、この第1、第2の参照電圧Vs1、Vs2をハイレベル電圧およびローレベル電圧として中心電圧算出手段40に与えることで、信号Sの中心電圧Vcentを主増幅器22の入力適正範囲の中心電圧Vaaに一致させることができる。
Therefore, by supplying the first and second reference voltages Vs1 and Vs2 as the high level voltage and the low level voltage to the center voltage calculation means 40, the center voltage Vcent of the signal S is set to the center voltage within the proper input range of the
図2は、その動作の一例を示すものであり、初期の期間T1において図2の(a)に示すように、信号S′のハイレベル電圧VH(例えば正)とローレベル電圧VL(例えば負)の間に第1の参照電圧Vs1(例えば初期値0)が存在しているとすると、図2の(b)のように、第1のコンパレータ31の出力C1は、信号S′が第1の参照電圧Vs1以上の期間は、第1のコンパレータ31の出力上限電圧(Vr1)のハイレベル、信号S′が第1の参照電圧Vs1より低い期間は、第1のコンパレータ31の出力下限電圧(Vr2)のローレベルの矩形波となる。 FIG. 2 shows an example of the operation. In the initial period T1, as shown in FIG. 2A, the high level voltage VH (for example, positive) and the low level voltage VL (for example, negative) of the signal S ′ are shown. ) Between the first reference voltage Vs1 (for example, the initial value 0), the output C1 of the first comparator 31 is the signal S ′ first as shown in FIG. Is higher than the output upper limit voltage (Vr1) of the first comparator 31, and when the signal S 'is lower than the first reference voltage Vs1, the output lower limit voltage ( Vr2) is a low-level rectangular wave.
したがって、第1のフィルタ33の出力電圧DC1は、第1の基準電圧Vr1と第2の基準電圧Vr2との間の値となる。
Therefore, the output voltage DC1 of the
そして、第1の演算増幅器35は、第1の基準電圧Vr1と出力電圧DC1との差に比例したA(DC1−Vr1)の電圧を第1の参照電圧Vs1として第1のコンパレータ31に与える。 Then, the first operational amplifier 35 supplies the first comparator 31 with a voltage of A (DC1-Vr1) proportional to the difference between the first reference voltage Vr1 and the output voltage DC1 as the first reference voltage Vs1.
ここでAを正とすれば、A(DC1−Vr1)は負であるから、次の期間T2の第1の参照電圧Vs1は負となり、初期値より低くなる。 If A is positive here, A (DC1-Vr1) is negative, so the first reference voltage Vs1 in the next period T2 is negative, which is lower than the initial value.
このように第1の参照電圧Vs1が低くなった期間T2では、図2の(b)のように第1のコンパレータ31の出力C1のハイレベル期間が長くなるので、第1のフィルタ33の出力電圧DC1は高くなり、第1の基準電圧Vr1に近くなる。 Thus, in the period T2 in which the first reference voltage Vs1 is low, the high level period of the output C1 of the first comparator 31 is long as shown in FIG. The voltage DC1 becomes high and becomes close to the first reference voltage Vr1.
したがって、第1の基準電圧Vr1と出力電圧DC1との差に比例したA(Vr1−DC1)、即ち、第1の参照電圧Vs1がさらに低下する。 Therefore, A (Vr1-DC1) proportional to the difference between the first reference voltage Vr1 and the output voltage DC1, that is, the first reference voltage Vs1 further decreases.
上記動作が連続的に行われて期間T3のように、第1の参照電圧Vs1が信号S′のローレベル電圧VHにほぼ一致した(厳密にはローレベル電圧より僅かに低い)状態となり、このとき、第1のコンパレータ33の出力C1は、ほとんどの期間ハイレベル(ノイズにより瞬間的にローレベルになる場合もある)となり、第1のフィルタ33の出力DC1の電圧はコンパレータ33の出力上限電圧(Vr1)にほぼ等しくなり、ループの自動制御によりこの状態が保持される。
The above operation is continuously performed, and in a period T3, the first reference voltage Vs1 substantially coincides with the low level voltage VH of the signal S ′ (strictly, slightly lower than the low level voltage). At this time, the output C1 of the
上記動作は、第1のコンパレータ31、第1のフィルタ33、第1の演算増幅器35からなるループ制御により、第1の参照電圧Vs1を信号S′のローレベル電圧VLにほぼ一致させていたが、第2のコンパレータ32、第2のフィルタ34、第2の演算増幅器36によるループ制制御も同様であり、この場合には第2の参照電圧Vs2を信号S′のハイレベル電圧VHにほぼ一致させている。
In the above operation, the first reference voltage Vs1 is made to substantially coincide with the low level voltage VL of the signal S ′ by the loop control including the first comparator 31, the
即ち、図3に示すように、初期の期間T1において、信号S′のハイレベル電圧VH(例えば正)とローレベル電圧VL(例えば負)の間に第2の参照電圧Vs2(例えば0)が存在しているとすると、図3の(b)のように、第2のコンパレータ32の出力C2は、信号S′が第2の参照電圧Vs2より高い期間は、第2のコンパレータ32の出力上限電圧(Vr1)のハイレベル、信号S′が第1の参照電圧Vs2より低い期間は、第2のコンパレータ32の出力下限電圧(Vr2)のローレベルの矩形波となる。 That is, as shown in FIG. 3, in the initial period T1, the second reference voltage Vs2 (eg, 0) is between the high level voltage VH (eg, positive) and the low level voltage VL (eg, negative) of the signal S ′. If it exists, as shown in FIG. 3B, the output C2 of the second comparator 32 is the output upper limit of the second comparator 32 during the period in which the signal S ′ is higher than the second reference voltage Vs2. When the voltage (Vr1) is at a high level and the signal S ′ is lower than the first reference voltage Vs2, the output lower limit voltage (Vr2) of the second comparator 32 is a low-level rectangular wave.
したがって、第2のフィルタ34の出力電圧DC2は、第1の基準電圧Vr1と第2の基準電圧Vr2の間となる。
Therefore, the output voltage DC2 of the
そして、第2の基準電圧Vr2と出力電圧DC2との差に比例したA(DC2−Vr2)の電圧が第2の参照電圧Vs2として第2のコンパレータ32に与えられる。 Then, a voltage of A (DC2-Vr2) proportional to the difference between the second reference voltage Vr2 and the output voltage DC2 is given to the second comparator 32 as the second reference voltage Vs2.
この場合、前記同様にAが正であれば、A(DC2−Vr2)も正であるから、次の期間T2の第2の参照電圧Vs2は正となり高く変化する。 In this case, if A is positive as described above, A (DC2-Vr2) is also positive. Therefore, the second reference voltage Vs2 in the next period T2 is positive and changes high.
このように第2の参照電圧Vs2が高くなった期間T2では、図3の(b)のように第2のコンパレータ32の出力C2のハイレベル期間が短くなるので、第2のフィルタ34の出力電圧DC2は低くなり、第2の基準電圧Vr2に近くなる。 Thus, in the period T2 in which the second reference voltage Vs2 is high, the high level period of the output C2 of the second comparator 32 is shortened as shown in FIG. The voltage DC2 becomes low and becomes close to the second reference voltage Vr2.
したがって、第2の基準電圧Vr2と出力電圧DC2との差に比例したA(Vr2−DC2)、即ち、第2の参照電圧Vs2がさらに高くなる。 Therefore, A (Vr2-DC2) proportional to the difference between the second reference voltage Vr2 and the output voltage DC2, that is, the second reference voltage Vs2 is further increased.
上記動作が連続的に行われて期間T3のように、第2の参照電圧Vs2が信号S′のハイレベル電圧VHにほぼ一致した(厳密にはハイレベル電圧より僅かに高い)状態となり、このとき、第2のコンパレータ32の出力C2は、ほとんどの期間ローレベル(ノイズにより瞬間的にハイレベルになる場合もある)となり、第2のフィルタ34の出力DC2の電圧はコンパレータの出力下限電圧(Vr2)にほぼ等しくなり、ループの自動制御によりこの状態が保持される。
The above operation is continuously performed, and the second reference voltage Vs2 substantially coincides with the high level voltage VH of the signal S ′ (strictly, slightly higher than the high level voltage) as in the period T3. At this time, the output C2 of the second comparator 32 is at a low level (may be instantaneously at a high level due to noise) for most of the period, and the voltage of the output DC2 of the
このようにして、信号S′のハイレベル電圧とローレベル電圧にそれぞれほぼ一致した参照電圧Vs1、Vs2は、前記したようにA/D変換器38、39によってデジタル値に変換されて中心電圧算出手段40に入力され、ハイレベル電圧VHとローレベル電圧VLの中心電圧Vcent=(VH+VL)/2が算出される。
In this way, the reference voltages Vs1 and Vs2 that approximately match the high level voltage and the low level voltage of the signal S ′ are converted into digital values by the A / D converters 38 and 39 as described above, and the center voltage is calculated. The center voltage Vcent = (VH + VL) / 2 of the high level voltage VH and the low level voltage VL is input to the
ここで、オフセット電圧設定手段50は、中心電圧Vcentが主増幅器22の適正な入力中心電圧範囲に入っているか否かを判定し、入っている場合にはオフセット電圧Voffsetを現状値に保持する。
Here, the offset voltage setting means 50 determines whether or not the center voltage Vcent is within an appropriate input center voltage range of the
また、図4のように、信号S′の中心電圧Vcentが、主増幅器22の適正な入力中心電圧範囲Vaa±αから逸脱している場合には、その中心電圧Vaaとの差分(Vaa−Vcent)だけオフセット回路21に対するオフセット電圧Voffsetを変化させ、中心電圧Vcentを主増幅器22の適正入力範囲のほぼ中心Vaaとなるようにする。これにより、主増幅器22に対してその適正な入力範囲にNRZ信号を入力する状態を維持させることができる。
Further, as shown in FIG. 4, when the center voltage Vcent of the signal S ′ deviates from the proper input center voltage range Vaa ± α of the
また、従来装置のようなダイオード検波方式を使用せずに、高いインピーダンスと低容量を両立したコンパレータ31、32を用いることで、数10GHの信号であってもインピーダンスの乱れによる波形変化も発生せず、高精度な電圧検出処理を行える。 Further, by using the comparators 31 and 32 having both high impedance and low capacity without using the diode detection method as in the conventional apparatus, even if the signal is several tens of GH, waveform change due to disturbance of impedance can be generated. Therefore, highly accurate voltage detection processing can be performed.
なお、上記した実施形態では、主増幅器22、第1のコンパレータ31および第2のコンパレータ32を含む回路を、同一の半導体プロセス(例えばInP)で一体的に構成した素子を用いている。このため、主増幅器22と同一特性(トランジスタの動作)で第1のコンパレータ31および第2のコンパレータ32を作り込むことができ、主増幅器22が処理する高速信号に対応可能なコンパレート処理が可能となり、上記した電圧検出処理をさらに精度よく行うことができる。そのため主増幅器22に対して誤差の少ないフィードバック制御を行うことができる。
In the above-described embodiment, an element in which a circuit including the
上記実施形態では、主増幅器22が単相入力でシングル動作する例であったが、図5のNRZ信号増幅装置20′のように、互いに反転した2相のNRZ信号S、Sinvを差動型の主増幅器22′で増幅する場合についても本発明は適用できる。
In the above embodiment, the
即ち、両NRZ信号S、Sinvを、前記オフセット回路21と同様に構成したオフセット回路21A、21Bを介して主増幅器22′に入力する。
That is, both NRZ signals S and Sinv are input to the
そして、オフセット回路21A、21Bから出力される信号S′、Sinv′に対して、前記電圧検出手段30と同様に構成した電圧検出手段30A、30Bで、それぞれの信号のローレベル電圧とハイレベル電圧を検出し、その電圧値を前記同様に構成したA/D変換器38、39によりデジタル値に変換して、前記中心電圧算出手段40と同様に構成した中心電圧算出手段40A、40Bで中心電圧Vcent1、Vcent2を求める。そして、オフセット電圧設定手段50A、50Bにより、各信号の中心電圧Vcent1、Vcent2が、主増幅器22′の入力適正中心電圧範囲に入るようにオフセット電圧Voffset1、Voffset2を制御する。 Then, with respect to the signals S ′ and Sinv ′ output from the offset circuits 21A and 21B, the voltage detection means 30A and 30B configured in the same manner as the voltage detection means 30 are used for the low level voltage and the high level voltage of each signal. , And the voltage value is converted into a digital value by the A / D converters 38 and 39 configured in the same manner as described above, and the central voltage is calculated by the central voltage calculating means 40A and 40B configured similarly to the central voltage calculating means 40. Vcent1 and Vcent2 are obtained. Then, the offset voltages Voffset1 and Voffset2 are controlled by the offset voltage setting means 50A and 50B so that the center voltages Vcent1 and Vcent2 of each signal fall within the input appropriate center voltage range of the main amplifier 22 '.
このような差動型の増幅処理を行う場合においても、主増幅器22′と、電圧検出手段30A、30Bの各コンパレータ31、33を含む回路を、同一の半導体プロセス(例えばInP)で一体的に構成した素子を用いることで、主増幅器22′が処理する高速信号に対応可能なコンパレート処理が可能となり、上記した電圧検出処理をさらに精度よく行うことができる。
Even in the case of performing such differential amplification processing, the main amplifier 22 'and the circuit including the
20、20′……NRZ信号増幅装置、21、21A、21B……オフセット回路、22、22′……主増幅器、30、30A、30B……電圧検出手段、31……第1のコンパレータ、32……第2のコンパレータ、33……第1のフィルタ、34……第2のフィルタ、35……第1の演算増幅器、36……第2の演算増幅器、38、39……A/D変換器、40、40A、40B……中心電圧算出手段、50、50A、50B……オフセット電圧設定手段 20, 20 '... NRZ signal amplifying device, 21, 21A, 21B... Offset circuit, 22, 22'... Main amplifier, 30, 30A, 30B... Voltage detection means, 31. ...... Second comparator, 33 ...... first filter, 34 ...... second filter, 35 ...... first operational amplifier, 36 ...... second operational amplifier, 38, 39 ...... A / D conversion , 40, 40A, 40B ... center voltage calculating means, 50, 50A, 50B ... offset voltage setting means
Claims (2)
前記オフセット回路の出力信号を受けて増幅する主増幅器(22)と、
前記主増幅器への入力信号のハイレベル電圧と、ローレベル電圧とを検出する電圧検出手段(30)と、
前記電圧検出手段によって検出されたハイレベル電圧とローレベル電圧の中心電圧を算出する中心電圧算出手段(40)と、
前記算出された中心電圧が前記主増幅器の入力適正範囲のほぼ中心となるためのオフセット電圧を求めて前記オフセット回路に与えるオフセット電圧設定手段(50)とを有するNRZ信号増幅装置において、
前記電圧検出手段は、
前記主増幅器への入力信号と第1の参照電圧とを比較する第1のコンパレータ(31)と、
前記主増幅器への入力信号と第2の参照電圧とを比較する第2のコンパレータ(32)と、
前記第1のコンパレータの出力信号から直流成分を抽出する第1のフィルタ(33)と、
前記第2のコンパレータの出力信号から直流成分を抽出する第2のフィルタ(34)と、
前記第1のフィルタの出力信号と、前記第1のコンパレータの出力上限電圧に等しい第1の基準電圧とを受け、その差分出力を前記第1の参照電圧として前記第1のコンパレータに与える第1の演算増幅器(35)と、
前記第2のフィルタの出力信号と、前記第2のコンパレータの出力下限電圧に等しい第2の基準電圧とを受け、その差分出力を前記第2の参照電圧として前記第2のコンパレータに与える第2の演算増幅器(36)とを有し、
前記第1の参照電圧と第2の参照電圧が、前記主増幅器に入力される信号のハイレベル電圧とローレベル電圧にそれぞれ一致するようにフィードバック制御し、該第1、第2の参照電圧を前記ハイレベル電圧およびローレベル電圧として前記中心電圧算出手段に与えることを特徴とするNRZ信号増幅装置。 An offset circuit (21) for adding an offset voltage to the input NRZ signal and outputting it;
A main amplifier (22) for receiving and amplifying the output signal of the offset circuit;
Voltage detection means (30) for detecting a high level voltage and a low level voltage of an input signal to the main amplifier;
Center voltage calculating means (40) for calculating center voltages of the high level voltage and the low level voltage detected by the voltage detecting means;
In an NRZ signal amplifying apparatus comprising offset voltage setting means (50) for obtaining an offset voltage for the calculated center voltage to be approximately the center of an appropriate input range of the main amplifier and giving the offset voltage to the offset circuit,
The voltage detection means includes
A first comparator (31) for comparing an input signal to the main amplifier and a first reference voltage;
A second comparator (32) for comparing an input signal to the main amplifier and a second reference voltage;
A first filter (33) for extracting a DC component from the output signal of the first comparator;
A second filter (34) for extracting a DC component from the output signal of the second comparator;
A first filter that receives an output signal of the first filter and a first reference voltage equal to an output upper limit voltage of the first comparator, and provides a difference output to the first comparator as the first reference voltage; Operational amplifier (35),
A second filter that receives an output signal of the second filter and a second reference voltage equal to an output lower limit voltage of the second comparator, and supplies a difference output to the second comparator as the second reference voltage; And an operational amplifier (36).
Feedback control is performed so that the first reference voltage and the second reference voltage match the high level voltage and the low level voltage of the signal input to the main amplifier, respectively, and the first and second reference voltages are changed. An NRZ signal amplifying apparatus characterized in that the high-level voltage and the low-level voltage are supplied to the center voltage calculation means.
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