JP5337726B2

JP5337726B2 - 光信号受信回路

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Publication number: JP5337726B2
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Inventors: 彰吾松田; 博之吉岡; 隆一里村; 英行高橋; 亮彦後藤
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Description

この発明は、光電流変換回路で光電流変換された電流信号を電圧信号、または差動電圧信号に変換する光信号受信回路に関し、特にギガビットオーダーの光信号受信回路に関する。

従来、光信号受信回路内の電源配線を介した高周波ノイズ回りこみを対策する技術として、前置増幅器に電源電圧を給電する第１の電源配線とは分離された、第２の電源配線にて、主増幅器に電源電圧を供給するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、光信号受信回路内の前置増幅器と参照電圧生成回路の接地インピーダンスが異なるために、前置増幅器と参照電圧生成回路に回りこんだ高周波ノイズが前置増幅器の出力信号と参照電圧生成回路の出力信号間に差分となって現れ、その差分が主増幅器によって増幅され、光信号受信回路の出力信号に影響を与えることを対策する技術として、前置増幅器と参照電圧生成回路の接地インピーダンスを同等とするためにフォトダイオードのカソードをバイパスコンデンサを介して光信号受信回路内の接地電位配線と接続するものがあった（例えば、特許文献２参照）。

更に、従来、広帯域光信号受信回路の静電気耐圧を向上する技術として、光信号受信回路内の前置増幅器内入力段トランジスタに光信号受信回路の他の回路素子とは独立した電源配線を設けるものがあった（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−３３２８５５号公報特表２００８−５０７９４３号公報特開２００２−３６８１１２号公報

光信号受信回路は、一般的には、フォトダイオード等の光電流変換回路で光電流変換された微弱な電流信号を増幅して電圧信号、特に差動の電圧信号に変換する事が要求される。この光信号受信回路は、一般的には、フォトダイオード等からの電流信号を電圧出力信号に変換する前置増幅器と、単相差動変換に必要な直流電圧を生成する参照電圧生成回路と、前置増幅器の出力した第１の電圧信号と、前記参照電圧生成回路の出力した第２の電圧信号とを入力とし、第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して電圧信号、または差動電圧信号を出力する主増幅器によって構成されている。従来、この光信号受信回路には１つの半導体基板上に集積化された集積回路（ＩＣ）が用いられ、また、この集積回路は図５に示すように前置増幅器の電源配線と主増幅器の電源配線が共通化され、かつ、図７に示すように周辺実装系と光信号受信回路がワイヤボンディングによって接続される事が一般的である。しかし、ボンディングワイヤで周辺実装系と接続した場合、ボンディングワイヤのインピーダンスが高周波領域において大きいため、光信号受信回路内の電源電位が高周波領域において交流的に接地されなくなる。このため、前置増幅器と主増幅器の電源配線を共通化した場合、この電源配線を介した高周波ノイズの回りこみを抑制できない。

特許文献１は、光信号受信回路内の電源配線を介した高周波ノイズ回りこみについて記載された文献である。図６に示すように、前置増幅器に電源電圧を給電する第１の電源配線とは別の、第２の電源配線にて、主増幅器に電源電圧を供給する技術例が記載されている。

本願発明者等は本願に先立って、広帯域で且つ高ゲインの光信号受信回路を実現する技術について検討を行った。一般的に、光信号受信回路は、図７に示すように周辺実装系と光信号受信回路をワイヤボンディングによって接続する。ワイヤボンディングにて光信号受信回路と周辺実装系とを接続した場合、ボンディングワイヤのインピーダンスが高周波領域において大きいため、光信号受信回路内の電源電位が高周波領域において交流的に接地されなくなる。このため、光信号受信回路内の電源配線および接地電位配線および接地電位配線の電位が給電される基板を介して、主増幅器から前置増幅器および参照電圧生成回路への、後段伝送線路との反射などの高周波ノイズの回りこみが生じる。また、参照電圧生成回路の出力信号が、光信号受信回路内の接地電位にのみに依存するのに対して、前置増幅器の出力信号は、前段に接続されているフォトダイオード等の影響を受けるため、光信号受信回路内の接地電位だけでなく、光信号受信装置の接地電位にも依存する。この前置増幅器の出力と参照電圧生成回路の出力が依存する接地電位の違いにより、それぞれの回路の接地インピーダンスは異なる値となる。この接地インピーダンスの違いのため、前置増幅器と参照電圧生成回路に回り込んだ高周波ノイズが前置増幅器の出力信号と参照電圧生成回路の出力信号間に差分となって現れ、前置増幅器の出力と参照電圧生成回路の出力を入力とする主増幅器によってその差分が増幅され、増幅された差分が電源配線および接地電位配線へと回りこむというループ経路を形成し発振現象が発生する。この発振現象は、光信号受信回路のゲインの増加と、光信号受信回路の電源パッドおよび接地電位パッドに実装されるボンディングワイヤのインピーダンスの増大により顕著になり、特に、ギガビットオーダーの広帯域で且つ高ゲインの光信号受信回路で問題となる。上記光信号受信回路内の電源配線を介しての高周波ノイズ回りこみについては図６に示す特許文献１に対策が示される。しかし、この技術では、接地電位配線および接地電位配線の電位が給電される基板を介しての高周波ノイズ回りこみによる上記発振現象を、抑制することが困難な場合があることを本願発明者等は見出した。

図５は本願に先立って検討した光信号受信回路１０１の構成である。光信号受信回路１０１は、光信号受信回路１０１内電源配線５０および光信号受信回路１０１内接地電位配線６０および接地電位配線６０の電位が給電される基板を介した、主増幅器３０から前置増幅器１０および参照電圧生成回路２０への高周波ノイズ回りこみによる発振現象が問題となった。

図７は本願に先立って検討した光信号受信回路１０１を含んで成る光信号受信装置全体の実装の概要である。

図８は本願に先立って検討した光信号受信回路１０１を含んで成る光信号受信装置全体の構成の概要である。発振現象の発生メカニズムを以下に示す。後段伝送線路３００とのインピーダンス不整合による反射等の高周波ノイズが主増幅器３０から光信号受信回路１０１内電源配線５０および光信号受信回路１０１内接地電位配線６０および接地電位配線６０の電位が給電される基板を介して、前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０へと高周波ノイズが回り込むという第１の要因と、参照電圧生成回路２０の出力が光信号受信回路１０１内の接地電位のみに依存するのに対して、前置増幅器１０の出力が光信号受信装置の接地電位と光信号受信回路１０１内の接地電位の両方に依存するため、前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０の接地インピーダンスが異なるという第２の要因により、前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０に回り込んだ高周波ノイズが前置増幅器１０の出力信号と参照電圧生成回路２０の出力信号間に差分となって現れ、前置増幅器１０の出力と参照電圧生成回路２０の出力を２入力とする主増幅器３０によってその差分が増幅され、増幅された差分が電源配線５０および接地電位配線６０へと回りこむというループ経路を形成し、発振現象へと至る。

従来、光信号受信回路は、光信号受信回路内の各回路の電流源の参照電流を生成するための基準電流発生回路および電流出力回路が具備される。また、基準電流発生回路および電流出力回路は、温度変動、および電源電圧変動、およびデバイスばらつきによる基準電流への影響を各回路で同等にするために、光信号受信回路に１つ具備される。

特許文献２の図４に示される構成は、フォトダイオードのカソードをバイパスコンデンサを介して、光信号受信回路内の接地電位配線と接続することで、前置増幅器と参照電圧生成回路との接地インピーダンスを同等とし、光信号受信回路内電源配線および接地電位配線および基板を介した高周波ノイズ回りこみによる発振現象を抑制できる。しかし、その発振抑制効果はフォトダイオードのカソード側寄生容量に大きく依存する。

ところで、上述の通り、特許文献２には、前置増幅器と参照電圧生成回路それぞれの接地インピーダンスを同等とするために、フォトダイオードのカソードをバイパスコンデンサを介して光信号受信回路内の接地電位配線と接続する技術が記載され、また、特許文献３には前置増幅器内入力段トランジスタに光信号受信回路内の他の回路素子とは独立した電源配線を設ける技術が記載されている。特許文献２の技術は、主増幅器から前置増幅器および参照電圧生成回路に回りこんだ高周波ノイズによる前置増幅器の出力信号と参照電圧生成回路の出力信号間の差分が、光信号受信回路の出力に影響を及ぼすことに着目している点で、また、特許文献３の技術は、前置増幅器内の入力部トランジスタに光信号受信回路内の他の回路素子とは独立した電源配線を設ける点で、一見、本発明と類似するかのように見える。しかしながら、これらの技術はいずれも、同一の電源配線および接地電位配線によって、前置増幅器および参照電圧生成回路および主増幅器に電源電圧および接地電位を給電していることから、本発明とは明確に区別されるべきものである。例えば、特許文献２の技術は、同一の電源配線および接地電位配線によって、前置増幅器および参照電圧生成回路と主増幅器に電源電圧および接地電位を給電している。このため、電源配線および接地電位配線および接地電位が給電される基板を介して、主増幅器から前置増幅器および参照電圧生成回路への高周波ノイズ回りこみが発生する。また、前置増幅器と参照電圧生成回路の各々の接地インピーダンスは、フォトダイオードのカソード側寄生容量の増大によって乖離し、回りこんだ高周波ノイズが前置増幅器の出力信号と参照電圧生成回路の出力信号間の差分となって現れ、高周波ノイズ回りこみによる発振現象が発生する場合があるという問題があった。また、特許文献３の技術は、前置増幅器内の入力部トランジスタのみを第１の電源配線および第１の接地電位配線に接続し、前置増幅器内の出力部トランジスタ含む光信号受信回路内のその他の回路素子を第１の電源配線および第１の接地電位配線とは分離された第２の電源配線および第２の接地電位配線と接続する回路構成であるため、主増幅器から前置増幅器内出力部トランジスタおよび参照電圧生成回路への電源配線および接地電位配線および接地電位が給電される基板を介した高周波ノイズ回りこみが発生する。また、前置増幅器と参照電圧生成回路の接地インピーダンスが異なるために、回りこんだ高周波ノイズが前置増幅器の出力信号と参照電圧生成回路の出力信号間に差分となって現れ、発振現象が発生するという問題があった。

本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明の光信号受信回路は、光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路の出力した電流信号を入力とし、前記電流信号を電圧信号に変換して第１の電圧信号を出力する前置増幅器と、単相差動変換にて参照電圧として用いられる直流電圧である第２の電圧信号を生成して出力する参照電圧生成回路と、前記第１および第２の電圧信号を入力とし、前記第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して電圧信号、または差動電圧信号を出力する主増幅器とを具備し、前記前置増幅器と前記参照電圧生成回路とが、共通の第１の接地電位配線および第１の電源配線に接続され、前記第１の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第１の素子形成領域に形成され、前記主増幅器が前記第１の接地電位配線および前記第１の電源配線とは分離された、第２の接地電位配線および第２の電源配線に接続され、前記第２の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第２の素子形成領域に形成され、前記第１の接地電位配線の電位が給電される第１の基板給電箇所と、前記第２の接地電位配線の電位が給電される第２の基板給電箇所との最も近接する基板給電間隔が、交流的に十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離れていることを特徴とする。

本発明によれば、広帯域で且つ高ゲインの光信号受信回路で問題となる発振現象を抑制することが可能となる。

本発明を適用した光信号受信回路１００の構成図である。本発明を適用した光信号受信回路１００の半導体基板の要部断面図である。本発明を適用した光信号受信回路１００およびそれを含んで成る光信号受信装置全体の構成の概要を示す図である。本発明を適用した光信号受信回路１００およびそれを含んで成る光信号受信装置全体の実装の概要を示す図である。本発明に先立って検討した光信号受信回路１０１の構成図である。特許文献１の光信号受信回路１０２の構成図である。本発明に先立って検討した光信号受信回路１０１およびそれを含んで成る光信号受信装置全体の実装の概要を示す図である。本発明に先立って検討した光信号受信回路１０１およびそれを含んで成る光信号受信装置全体の構成の概要を示す図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００を示す構成図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００を示す構成図である。図１０の構成と比較するために本発明に先立って検討した光信号受信回路１００を示す構成図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００を示す構成図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００を示す構成図である。図１２に示す光信号受信回路１００の基準電流発生回路８０および第１の電流出力回路８１および第２の電流出力回路８２を示す構成図である。図１１に示す光信号受信回路１００の基準電流発生回路および電流出力回路７０を示す構成図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００とそれを含んで成る光信号受信装置全体の構成の概要を示す図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００を示す構成図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００を示す構成図である。本発明の一実施の形態である光信号受信回路１００を示す構成図である。

本発明の光信号受信回路は、前置増幅器と、参照電圧生成回路と、主増幅器とを具備して構成される。前置増幅器は、光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路の出力した電流信号を入力とし、その電流信号を電圧信号に変換して第１の電圧信号を出力する。参照電圧生成回路は、単相差動変換にて参照電圧として用いられる直流電圧である第２の電圧信号を生成して出力する。主増幅器は、第１および第２の電圧信号を入力とし、第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して電圧信号、または差動電圧信号を出力する。

本発明の光信号受信回路の１つの態様においては、前置増幅器と参照電圧生成回路とが、共通の第１の接地電位配線および第１の電源配線に接続され、第１の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第１の素子形成領域に形成される。また、主増幅器が第１の接地電位配線および第１の電源配線とは分離された、第２の接地電位配線および第２の電源配線に接続され、第２の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第２の素子形成領域に形成される。ここで、第１の接地電位配線の電位が給電される第１の基板給電箇所と、第２の接地電位配線の電位が給電される第２の基板給電箇所との最も近接する基板給電間隔は、交流的に十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離れている。

第１の接地電位配線と第２の接地電位配線との距離、および第１の電源配線と第２の電源配線との距離は、例えば、第１の基板給電箇所と第２の基板給電箇所との最も近接する基板給電間隔と、同等もしくはそれ以上距離が離れるように構成されれば好適である。

本発明の光信号受信回路の上記態様においては、第１の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、第１の電源配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、第２の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、第２の電源配線が接続される１つもしくは複数のパッドとを、各々独立して更に具備して構成されるようにすれば好適である。その場合、各々独立して具備したパッド同士が光信号受信回路内で接続されないように構成される。

また、第１の接地電位配線と第１の電源配線との間に接続され、第１の素子形成領域に形成された第１の電源バイパスコンデンサと、第１の電源バイパスコンデンサとは別の、第２の接地電位配線と第２の電源配線との間に接続され、第２の素子形成領域に形成された第２の電源バイパスコンデンサとを更に具備するようにしても好適である。

また、第１の接地電位配線と第１の電源配線とに接続され、第１の素子形成領域に形成された第１の基準電流発生回路および電流出力回路と、第２の接地電位配線と第２の電源配線とに接続され、第２の素子形成領域に形成された第２の基準電流発生回路および電流出力回路とを更に具備するようにしても好適である。

また、第１の接地電位配線と第１の電源配線とに接続され、第１の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第１の電流出力回路と、第２の接地電位配線と第２の電源配線とに接続され、第２の素子形成領域に形成された第２の電流出力回路とを更に具備するようにしても好適である。

また、第１の接地電位配線と第１の電源配線とに接続され、第１の素子形成領域に形成された第１の電流出力回路と、第２の接地電位配線と第２の電源配線とに接続され、第２の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第２の電流出力回路とを更に具備するようにしても好適である。

また、前置増幅器の出力した第１の電圧信号と、参照電圧生成回路の出力した第２の電圧信号とを入力とし、第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して差動電圧信号を主増幅器に出力する１つもしくは縦続接続された複数の補増幅器を更に具備するようにしても好適である。その場合、１つの補増幅器もしくは縦続接続された複数の補増幅器と主増幅器とが共通の電源配線および接地電位配線に接続され、かつ、共通の素子形成領域に形成されるようにしてもよいし、あるいは、１つの補増幅器もしくは縦続接続された複数の補増幅器と、前置増幅器および参照電圧生成回路とが、共通の電源配線および接地電位配線に接続され、かつ、共通の素子形成領域に形成されるようにしてもよい。

本発明の光信号受信回路の上記態様においては、光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路であるフォトダイオードのカソードが、バイパスコンデンサを介して光信号受信回路内の第１の接地電位配線と接続され、フォトダイオードのカソードが、光信号受信回路内抵抗を介してフォトダイオード用電源と接続されるようにすれば好適である。

本発明の光信号受信回路の上記態様とは別の態様においては、前置増幅器と参照電圧生成回路とが、共通の第１の接地電位配線に接続され、第１の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第１の素子形成領域に形成される。また、主増幅器が第１の接地電位配線とは分離された、第２の接地電位配線に接続され、第２の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第２の素子形成領域に形成される。ここで、第１の接地電位配線の電位が給電される第１の基板給電箇所と、第２の接地電位配線の電位が給電される第２の基板給電箇所との最も近接する基板給電間隔は、交流的に十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離れている。

前記第１の接地電位配線と前記第２の接地電位配線との距離は、例えば、第１の基板給電箇所と第２の基板給電箇所との最も近接する基板給電間隔と、同等もしくはそれ以上距離が離れるように構成されれば好適である。

本発明の光信号受信回路の上記別の態様においては、第１の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、第２の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドとを、各々独立して更に具備して構成されるようにすれば好適である。その場合、各々独立して具備したパッド同士が光信号受信回路内で接続されないように構成される。

また、第１の接地電位配線に接続され、第１の素子形成領域に形成された第１の電源バイパスコンデンサと、第１の電源バイパスコンデンサとは別の、第２の接地電位配線に接続され、第２の素子形成領域に形成された第２の電源バイパスコンデンサとを更に具備するようにしても好適である。

また、第１の接地電位配線に接続され、第１の素子形成領域に形成された第１の基準電流発生回路および電流出力回路と、第２の接地電位配線に接続され、第２の素子形成領域に形成された第２の基準電流発生回路および電流出力回路とを更に具備するようにしても好適である。

また、第１の接地電位配線に接続され、第１の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第１の電流出力回路と、第２の接地電位配線に接続され、第２の素子形成領域に形成された第２の電流出力回路とを更に具備するようにしても好適である。

また、第１の接地電位配線に接続され、第１の素子形成領域に形成された第１の電流出力回路と、第２の接地電位配線に接続され、第２の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第２の電流出力回路とを更に具備するようにしても好適である。

本発明の光信号受信回路の上記別の態様においても同様に、光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路であるフォトダイオードのカソードが、バイパスコンデンサを介して光信号受信回路内の第１の接地電位配線と接続され、フォトダイオードのカソードが、光信号受信回路内抵抗を介してフォトダイオード用電源と接続されるようにすれば好適である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。実施例の各ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような１個の半導体基板上に形成される。また、実施例ではバイポーラトランジスタおよびＭＯＳトランジスタを用いた回路を示すが、本願発明はこれに限定されるわけではなく一般的な半導体を用いた回路に適用される。また、図に示される各素子は、同一な素子の並列または直列の接続により、要求される特性を実現されてもよい。

図１は本発明を適用した光信号受信回路の第１の実施例を示したものである。本実施例の光信号受信回路１００は、図３に示す光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路フォトダイオード２００の出力した電流信号を入力とし、その電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器１０と、単相差動変換に必要な直流電圧を生成する参照電圧生成回路２０と、前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０の出力した電圧信号の差分を増幅して差動電圧信号を出力する主増幅器３０を具備して成る。前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０は、共通の第１の接地電位配線６１および第１の電源配線５１に接続され、また、主増幅器３０は第１の接地電位配線６１および第１の電源配線５１とは分離された、第２の接地電位配線６２および第２の電源配線５２に接続される。また、第１の接地電位配線６１と第１の電源配線５１間に接続される第１の電源バイパスコンデンサ４１と、第１の電源バイパスコンデンサ４１とは別の、第２の接地電位配線６２と第２の電源配線５２間に接続された第２の電源バイパスコンデンサ４２を具備する。

図２は第１の実施例での半導体基板の要部断面図である。前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０と第１の電源バイパスコンデンサ４１は、第１の接地電位配線６１の電位が第１のビア６３によって給電される半導体基板上の領域である第１の素子形成領域６７に形成され、また、主増幅器３０と第２の電源バイパスコンデンサ４２は、第２の接地電位配線６２の電位が第２のビア６４によって給電される半導体基板上の領域である第２の素子形成領域６８に形成される。また、第１の接地電位配線６１の電位が給電される第１の基板給電箇所６５と、第２の接地電位配線６２の電位が給電される第２の基板給電箇所６６との最も近接する基板給電間隔が、交流的に高周波ノイズが十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離れており、また、第１の接地電位配線６１と第２の接地電位配線６２との距離、および第１の電源配線５１と第２の電源配線５２との距離が、第１の基板給電箇所６５と第２の基板給電箇所６６との最も近接する基板給電間隔と、同等もしくはそれ以上距離が離れていることを特徴とする。

図４は第１の実施例での光信号受信回路１００およびそれを含んで成る光信号受信装置全体の実装の概要を示す図である。光信号受信回路１００は、第１の接地電位配線６１が接続される１つもしくは複数のパッドGND１と、第１の電源配線５１が接続される１つもしくは複数のパッドVCC１と、第２の接地電位配線５２が接続される１つもしくは複数のパッドGND２と、第２の電源配線６２が接続される１つもしくは複数のパッドVCC２とを、各々独立して具備し、それらパッド同士が光信号受信回路内で接続されないことを特徴とする。

この主増幅器３０が第２の接地電位配線６２に接続されている点、および第２の素子形成領域に形成されている点、加えて、第１の基板給電箇所６５と第２の基板給電箇所６６との最も近接する基板給電間隔を交流的に十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離している点で、図６に示す特許文献１の構成とは異なる。

第１の実施例の動作を説明する。

図１に示す第１の実施例は、前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０は、共通の第１の接地電位配線６１および第１の電源配線５１に接続され、また、主増幅器３０は第１の接地電位配線６１および第１の電源配線５１とは分離された、第２の接地電位配線６２および第２の電源配線５２に接続されているため、後段伝送線路３００とのインピーダンス不整合による反射等の高周波ノイズが主増幅器３０から第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２へと進入したとしても、前置増幅器５１および参照電圧生成回路２０への信号まわりこみを防止する。

また、接地電位配線の電位が給電される基板を介した主増幅器から前置増幅器および参照電圧生成回路への高周波ノイズ回りこみに対しても、図２に示すように、第１の接地電位配線６１の電位が給電される第１の基板給電箇所６５と、第２の接地電位配線６２の電位が給電される第２の基板給電箇所６６との最も近接する基板給電間隔が、交流的に十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離れているため、基板に進入した高周波ノイズが十分減衰され、前置増幅器１０および参照電圧生成回路２０への高周波ノイズ回りこみを防止する。

上記、電源配線および接地電位配線および基板を介した高周波ノイズ回りこみを防止することで、本実施例の光信号受信回路１００は発振現象の抑制を実現する。

なお、本実施例では、主増幅器３０が差動入力差動出力の増幅器であることは必須の構成ではなく、図９に示すように差動入力単相出力の主増幅器３１に置き換えることも可能である。主増幅器３１に置き換えることによって単相出力の光信号受信回路を要求する光信号受信装置への対応も可能となる。

図１０は本発明を適用した光信号受信回路の第２の実施例を示したものである。実施例１との違いは、実施例１の光信号受信回路１００が１つの基準電流発生回路および電流出力回路７０を具備するのに対し、図１０に示す本実施例の光信号受信回路１００は、第１の接地電位配線６１と前記第１の電源配線５１に接続され、図２に示す第１の素子形成領域６７に形成された第１の基準電流発生回路および電流出力回路７１と、第２の接地電位配線６２と第２の電源配線５２に接続され、図２に示す第２の素子形成領域６８に形成された第２の基準電流発生回路および電流出力回路７２を具備する点である。また、第１の基準電流発生回路および電流出力回路７１は、前置増幅器１０および参照電圧生成回路２０、またそれ以外の第１の電源配線５１および第１の接地電位配線６１に接続され第１の素子形成領域６７に形成された回路へと基準電流を生成し出力する機能を有し、第２の基準電流発生回路および電流出力回路７２は、主増幅器３０およびそれ以外の第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２に接続され第２の素子形成領域６８に形成された回路へと基準電流を生成し出力する機能を有する。

第２の実施例の動作を説明する。

光信号受信回路１００が１つの基準電流発生回路および電流出力回路７０しか具備しない構成であっても、上述の通り、図１に示す実施例１の構成においては、前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０とが共通の第１の接地電位配線６１および第１の電源配線５１に接続され、また、主増幅器３０は第１の接地電位配線６１および第１の電源配線５１とは分離された、第２の接地電位配線６２および第２の電源配線５２に接続されているため、後段伝送線路３００とのインピーダンス不整合による反射等の高周波ノイズが主増幅器３０から第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２へと進入したとしても、前置増幅器５１および参照電圧生成回路２０への信号まわりこみを防止できる。しかし、図１１に示すように１つの基準電流発生回路および電流出力回路７０を具備して、前置増幅器１０および参照電圧生成回路２０および主増幅器３０へと基準電流を出力する場合、後段伝送線路との反射等による高周波ノイズが、基準電流発生回路および電流出力回路７０と主増幅器３０を接続する電流分配配線７３と、基準電流発生回路および電流出力回路７０と、第１の電源配線５１および第１の接地電位配線６１および第１の接地電位配線６１の電位が給電される基板を介して、前置増幅器１０および参照電圧生成回路２０へと回りこむことにより発振現象が発生する。なお、基準電流発生回路および電流出力回路７０を第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２に接続し、第２の素子形成領域６８に形成した場合でも、同様の発振現象が発生する。

これに対し、図１０に示す構成では、第１の基準電流発生回路および電流出力回路７１とは独立した第２の基準電流発生回路および電流出力回路７２によって主増幅器３０へと基準電流を出力するため、主増幅器３０から第１の基準電流発生回路および電流出力回路７１への経路が存在せず、前述した高周波ノイズ回りこみを防止できる。

上記、電流分配配線を介した高周波ノイズ回りこみを防止することで、本実施例の光信号受信回路１００は発振現象の抑制を実現する。

図１２は本発明を適用した光信号受信回路の第３の実施例を示したものである。実施例２との違いは、第２の電流出力回路８２のみが第２の電源配線および第２の接地電位配線に接続され、第２の素子形成領域６８に形成される点である。基準電流発生回路８０および第１の電流出力回路８１は第１の電源配線５１および第１の接地電位配線６１に接続され、第１の素子形成領域６７に形成される。また、第１の電流出力回路８１は、前置増幅器１０および参照電圧生成回路２０、およびそれ以外の第１の電源配線５１および第１の接地電位配線６１に接続され、第１の素子形成領域６７に形成された回路へと基準電流を出力する機能を有し、また、第２の電流出力回路８２は、主増幅器３０、およびそれ以外の第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２に接続され第２の素子形成領域６８に形成された回路へと基準電流を出力する機能を有する。

第３の実施例の動作を説明する。

図１５は図１１に示す基準電流発生回路および電流出力回路７０と各回路とを接続する電流分配配線を示した構成図である。図１５に示す構成の場合、電流分配配線８３が、基準電流発生回路および電流出力回路７０とそれとは異なる電源配線および接地電位配線に接続された主増幅器３０とを接続する長距離配線であるため、電流分配配線８３と各電源配線および各接地電位配線および各接地電位が給電される基板との寄生容量が大きくなる。このため、主増幅器３０から第２の接地電位配線６２および第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２の電位が給電される基板へと進入した高周波ノイズが、電流分配配線８３と第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２および第２の接地電位配線６２の電位が給電される基板との寄生容量を介して、電流分配配線８３へと回りこみ、電流分配配線８３と電源配線５１および第１の接地電位配線６１および第１の接地電位が給電される基板との寄生容量を介して、第１の接地電位配線６１および第１の電源配線５１および第１の接地電位が給電される基板へと高周波ノイズが回りこむ。

図１４は本実施例（図１２）に示す基準電流発生回路８０および第１の電流出力回路８１および第２の電流出力回路８２と各回路とを接続する電流分配配線を示した構成図である。図１４に示す構成の場合、電流分配配線８４が、基準電流生成用バイポーラトランジスタ８５と第２の電流出力回路８２とを接続する配線であるため、図１５の電流分配配線８３よりも短距離配線となり、各電源配線および各接地電位配線および各接地電位が給電される基板との寄生容量が、図１５に示す構成よりも小さくできる。このため、主増幅器３０から第２の接地電位配線６２および第２の電源配線５２および第２の接地電位が給電される基板へと進入した高周波ノイズの電流分配配線８４の寄生容量を介した高周波ノイズ回りこみを防止できる。

上記、基板および電流分配配線を介した高周波ノイズ回りこみを防止することで、本実施例の光信号受信回路１００は発振現象の抑制を実現する。

また、本実施例は基準電流発生回路が１つで良い事から、光信号受信回路のサイズをより小さく出来る点で優位性が高い。また、本実施例は、１つの基準電流発生回路８０によって、第１の電流出力回路８１と第２の基準電流出力回路８２への基準電流を生成するため、デバイスばらつきによる基準電流への影響を同等にできる点で、優位性が高い。

なお、本実施例では、基準電流発生回路８０を第１の電源配線５１および第１の接地電位配線６１に接続し、第１の素子形成領域６７に形成する事は必須の構成要素ではなく、図１３に示すように第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２に接続し、第２の素子形成領域６８に形成する事も可能である。基準電流発生回路８０の配置を選択できることによってレイアウト面で最適となる構成を選択できる等、設計の選択度が広がる。

図１６は本発明を適用した光信号受信回路の第４の実施例を示したものである。実施例１との違いは、特許文献２に示されるようにフォトダイオード２００のカソードをバイパスコンデンサ４３を介して光信号受信回路１００内の第１の接地電位配線６１と接続し、また、フォトダイオード２００のカソードを、光信号受信回路内抵抗４４を介してフォトダイオード用電源４００と接続している点である。

第４の実施例の動作を説明する。

図１６に示す本実施例では、実施例１で示したように光信号受信回路内電源配線および接地電位配線および基板を介した高周波ノイズ回りこみを防止し、また、フォトダイオードのカソードをバイパスコンデンサ４３を介して光信号受信回路内の第１の接地電位配線６１に接続して、前置増幅器１０と参照電圧生成回路２０との接地インピーダンスを同等とすることで、発振抑制効果のフォトダイオード２００のカソード側寄生容量依存性を小さくしつつ、高い発振抑制効果を実現できる。

図１７は本発明を適用した光信号受信回路の第５の実施例を示したものである。実施例１との違いは、前置増幅器１０から出力された第１の電圧信号と、参照電圧生成回路２０から出力された第２の電圧信号を入力とし、第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して差動電圧信号を出力する２つの縦続接続された補増幅器９０を具備し、２つの補増幅器９０が第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２に接続され、第２の素子形成領域に形成される点である。

第５の実施例の動作を説明する。

補増幅器９０を具備することで、実施例１と同様に、光信号受信回路内電源配線および接地電位配線および基板を介した高周波ノイズ回りこみによる発振現象を抑制しつつ、実施例１よりも大きなゲインを実現できる。

なお、本実施例では、２つの補増幅器９０を具備する事は必須の構成要素ではなく、１つもしくは３つ以上の補増幅器９０を具備する事も可能である。

また、本実施例では、２つの補増幅器９０が第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２に接続され、第２の素子形成領域６８に形成される事は必須の構成要素ではなく、図１８に示すように、前置増幅器１０および参照電圧生成回路２０の後段に接続された第１の補増幅器９１が第１の電源配線５１および第１の接地電位配線６１に接続され、第１の素子形成領域６７に形成され、また、主増幅器３０の前段に接続される第２の補増幅器９２が第２の電源配線５２および第２の接地電位配線６２に接続され、第２の素子形成領域６８に形成される構成や、図１９に示すように、２つの補増幅器９０が第１の電源配線５１および第１の接地電位配線６１に接続され、第１の素子形成領域６７に形成される構成も可能である。複数の補増幅器９０の配置を任意選択できることによってレイアウト面で最適となる構成を選択できる等、設計の選択度が広がる。

１０…前置増幅器、
２０…参照電圧生成回路、
３０…差動入力差動出力の主増幅器、
３１…差動入力単相出力の主増幅器、
４０…電源バイパスコンデンサ、
４１…第１の電源バイパスコンデンサ、
４２…第２の電源バイパスコンデンサ、
４３…フォトダイオードカソードと光信号受信回路内接地電位配線間のバイパスコンデンサ、
４４…フォトダイオード用電源からのノイズ低減用抵抗、
５０…光信号受信回路内電源配線、
５１…第１の光信号受信回路内電源配線、
５２…第２の光信号受信回路内電源配線、
６０…光信号受信回路内接地電位配線、
６１…第１の光信号受信回路内接地電位配線、
６２…第２の光信号受信回路内接地電位配線、
６３…第１の接地電位配線と基板間のビア、
６４…第２の接地電位配線と基板間のビア、
６５…第１の基板給電箇所、
６６…第２の基板給電箇所、
６７…第１の素子形成領域、
６８…第２の素子形成領域、
７０…基準電流発生回路および電流出力回路、
７１…第１の基準電流発生回路および電流出力回路、
７２…第２の基準電流発生回路および電流出力回路、
７３…電流分配配線、
８０…基準電流発生回路、
８１…第１の電流出力回路、
８２…第２の電流出力回路、
８３、８４…電流分配配線、
８５…基準電流生成用バイポーラトランジスタ、
９０…補増幅器、
９１…第１の補増幅器、
９２…第２の補増幅器、
１００、１０１、１０２…光信号受信回路、
２００…フォトダイオード、
３００…後段伝送線路、
４００…フォトダイオード用電源電極、
５００…光信号受信回路用電源電極、
６００…電源バイパス用平板コンデンサ、
７００…パッケージ筐体、
８００…ボンディングワイヤ、
９００…光信号受信装置、
ＩＮ…光信号受信回路および前置増幅器の入力、
ＯＵＴＴ…主増幅器３０の第１の出力、
ＯＵＴＢ…主増幅器３０の第２の出力、
ＯＵＴ…差動入力単相出力の主増幅器３１の出力、
ＶＣＣ…光信号受信回路の電源電圧の入力、
ＧＮＤ…光信号受信回路の接地電位の入力、
ＶＣＣ１…第１の光信号受信回路の電源電圧の入力、
ＶＣＣ２…第２の光信号受信回路の電源電圧の入力、
ＧＮＤ１…第１の光信号受信回路の接地電位の入力、
ＧＮＤ２…第２の光信号受信回路の接地電位の入力。

Claims

光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路の出力した電流信号を入力とし、前記電流信号を電圧信号に変換して第１の電圧信号を出力する前置増幅器と、
単相差動変換にて参照電圧として用いられる直流電圧である第２の電圧信号を生成して出力する参照電圧生成回路と、
前記第１および第２の電圧信号を入力とし、前記第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して電圧信号、または差動電圧信号を出力する主増幅器と
を具備し、
前記前置増幅器と前記参照電圧生成回路とが、共通の第１の接地電位配線および第１の電源配線に接続され、前記第１の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第１の素子形成領域に形成され、
前記主増幅器が前記第１の接地電位配線および前記第１の電源配線とは分離された、第２の接地電位配線および第２の電源配線に接続され、前記第２の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第２の素子形成領域に形成され、
前記第１の接地電位配線の電位が給電される第１の基板給電箇所と、前記第２の接地電位配線の電位が給電される第２の基板給電箇所との最も近接する基板給電間隔が、交流的に十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離れている
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
前記第１の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、
前記第１の電源配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、
前記第２の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、
前記第２の電源配線が接続される１つもしくは複数のパッドと
を、各々独立して更に具備し、
前記各々独立して具備したパッド同士が光信号受信回路内で接続されない
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
前記第１の接地電位配線と前記第１の電源配線との間に接続され、前記第１の素子形成領域に形成された第１の電源バイパスコンデンサと、
第１の電源バイパスコンデンサとは別の、前記第２の接地電位配線と前記第２の電源配線との間に接続され、前記第２の素子形成領域に形成された第２の電源バイパスコンデンサと
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
前記第１の接地電位配線と前記第１の電源配線とに接続され、前記第１の素子形成領域に形成された第１の基準電流発生回路および電流出力回路と、
前記第２の接地電位配線と前記第２の電源配線とに接続され、前記第２の素子形成領域に形成された第２の基準電流発生回路および電流出力回路と
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
前記第１の接地電位配線と前記第１の電源配線とに接続され、前記第１の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第１の電流出力回路と、
前記第２の接地電位配線と前記第２の電源配線とに接続され、前記第２の素子形成領域に形成された第２の電流出力回路と
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
前記第１の接地電位配線と前記第１の電源配線とに接続され、前記第１の素子形成領域に形成された第１の電流出力回路と、
前記第２の接地電位配線と前記第２の電源配線とに接続され、前記第２の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第２の電流出力回路と
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
前記前置増幅器の出力した第１の電圧信号と、前記参照電圧生成回路の出力した第２の電圧信号とを入力とし、前記第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して差動電圧信号を前記主増幅器に出力する１つもしくは縦続接続された複数の補増幅器を更に具備し、
１つの補増幅器もしくは縦続接続された複数の補増幅器と前記主増幅器とが共通の電源配線および接地電位配線に接続され、かつ、共通の素子形成領域に形成される
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
前記前置増幅器の出力した第１の電圧信号と、前記参照電圧生成回路の出力した第２の電圧信号とを入力とし、前記第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して差動電圧信号を前記主増幅器に出力する１つもしくは縦続接続された複数の補増幅器を更に具備し、
１つの補増幅器もしくは縦続接続された複数の補増幅器と、前記前置増幅器および前記参照電圧生成回路とが、共通の電源配線および接地電位配線に接続され、かつ、共通の素子形成領域に形成される
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１において、
光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路であるフォトダイオードのカソードが、バイパスコンデンサを介して光信号受信回路内の前記第１の接地電位配線と接続され、
前記フォトダイオードのカソードが、光信号受信回路内抵抗を介してフォトダイオード用電源と接続されている
ことを特徴とする光信号受信回路。
光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路の出力した電流信号を入力とし、前記電流信号を電圧信号に変換して第１の電圧信号を出力する前置増幅器と、
単相差動変換にて参照電圧として用いられる直流電圧である第２の電圧信号を生成して出力する参照電圧生成回路と、
前記第１および第２の電圧信号を入力とし、前記第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して電圧信号、または差動電圧信号を出力する主増幅器と
を具備し、
前記前置増幅器と前記参照電圧生成回路とが、共通の第１の接地電位配線に接続され、前記第１の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第１の素子形成領域に形成され、
前記主増幅器が前記第１の接地電位配線とは分離された、第２の接地電位配線に接続され、前記第２の接地電位配線の電位が給電される半導体基板上の第２の素子形成領域に形成され、
前記第１の接地電位配線の電位が給電される第１の基板給電箇所と、前記第２の接地電位配線の電位が給電される第２の基板給電箇所との最も近接する基板給電間隔が、交流的に十分減衰される基板透過特性が得られる程度に離れている
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
前記第１の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドと、
前記第２の接地電位配線が接続される１つもしくは複数のパッドと
を、各々独立して更に具備し、
前記各々独立して具備したパッド同士が光信号受信回路内で接続されない
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
前記第１の接地電位配線に接続され、前記第１の素子形成領域に形成された第１の電源バイパスコンデンサと、
第１の電源バイパスコンデンサとは別の、前記第２の接地電位配線に接続され、前記第２の素子形成領域に形成された第２の電源バイパスコンデンサと
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
前記第１の接地電位配線に接続され、前記第１の素子形成領域に形成された第１の基準電流発生回路および電流出力回路と、
前記第２の接地電位配線に接続され、前記第２の素子形成領域に形成された第２の基準電流発生回路および電流出力回路と
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
前記第１の接地電位配線に接続され、前記第１の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第１の電流出力回路と、
前記第２の接地電位配線に接続され、前記第２の素子形成領域に形成された第２の電流出力回路と
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
前記第１の接地電位配線に接続され、前記第１の素子形成領域に形成された第１の電流出力回路と、
前記第２の接地電位配線に接続され、前記第２の素子形成領域に形成された基準電流発生回路および第２の電流出力回路と
を更に具備することを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
前記前置増幅器の出力した第１の電圧信号と、前記参照電圧生成回路の出力した第２の電圧信号とを入力とし、前記第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して差動電圧信号を前記主増幅器に出力する１つもしくは縦続接続された複数の補増幅器を更に具備し、
１つの補増幅器もしくは縦続接続された複数の補増幅器と前記主増幅器とが共通の電源配線および接地電位配線に接続され、かつ、共通の素子形成領域に形成される
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
前記前置増幅器の出力した第１の電圧信号と、前記参照電圧生成回路の出力した第２の電圧信号とを入力とし、前記第１および第２の電圧信号の差動成分を増幅して差動電圧信号を前記主増幅器に出力する１つもしくは縦続接続された複数の補増幅器を更に具備し、
１つの補増幅器もしくは縦続接続された複数の補増幅器と、前記前置増幅器および前記電圧生成回路とが、共通の電源配線および接地電位配線に接続され、かつ、共通の素子形成領域に形成される
ことを特徴とする光信号受信回路。
請求項１０において、
光信号を受信して電流信号に変換する光電流変換回路であるフォトダイオードのカソードが、バイパスコンデンサを介して光信号受信回路内の前記第１の接地電位配線と接続され、
前記フォトダイオードのカソードが、光信号受信回路内抵抗を介してフォトダイオード用電源と接続されている
ことを特徴とする光信号受信回路。