JP5949415B2

JP5949415B2 - 光受信回路及び光受信装置

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Publication number: JP5949415B2
Application number: JP2012224251A
Authority: JP
Inventors: 有紀人 ▲角▼田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2016-07-06
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Description

この発明は、光受信回路及び光受信装置に関する。

従来、フォトダイオードの両端にバイアス素子を接続し、フォトダイオードのアノード及びカソードをそれぞれコンデンサを介して差動増幅器の入力端子に接続し、差動増幅器の正入力と反転出力との間及び負入力と正出力との間に抵抗を接続する光受信回路がある（例えば、特許文献１参照）。

差動増幅器の直流出力を対数圧縮部をなすダイオードの入力側に負帰還させることによって、変動する受光信号自身に基づいて、受光信号の直流オフセットを低減する光電式エンコーダがある（例えば、特許文献２参照）。

差動増幅回路の差動出力信号をローパスフィルタを通して差動増幅回路の入力へ負帰還させることによって、差動増幅回路の差動出力信号に生じるＤＣオフセット電圧をキャンセルするＤＣオフセットキャンセル回路がある（例えば、特許文献３参照）。

フォトダイオードのカソード及びアノードにそれぞれ抵抗を接続するとともに、フォトダイオードに並列に抵抗を接続し、フォトダイオードのカソード及びアノードをレベルシフト回路の２つの入力端子にそれぞれ接続し、レベルシフト回路の２つの出力端子から出力信号を取り出す光電気変換回路がある。この光電気変換回路において、レベルシフト回路はソースフォロワ回路により構成される（例えば、特許文献４参照）。

特開平６−２２４６５２号公報特開２００８−１８０５２２号公報特開２００２−２３２２７１号公報特開２００１−１６８３７４号公報

フォトダイオードのアノード及びカソードと差動増幅器の各入力端子との間をコンデンサによる容量性結合によって接続する構成において、高速化を図るためには、差動増幅器の入力インピーダンスを低くする必要がある。しかしながら、差動増幅器の入力インピーダンスを低くすると、コンデンサによる低域遮断が起こるため、「０」や「１」が連続する信号の受信波形に揺らぎが生じ、波形が劣化するという問題点がある。

受信信号の波形が劣化するのを抑制することができる光受信回路及び光受信装置を提供することを目的とする。

光受信回路は、ＤＣレベルシフト回路、差動増幅器及びバイアス回路を備える。ＤＣレベルシフト回路のインピーダンスは差動増幅器の入力インピーダンスよりも低く、理想的にはゼロに近いことが望ましい。ＤＣレベルシフト回路は、光電変換によって電気信号を生成するフォトダイオードのカソードから出力される第１の電気信号の直流電圧レベルとフォトダイオードのアノードから出力される第２の電気信号の直流電圧レベルとが一致するように、第１の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第３の電気信号を出力する。または、ＤＣレベルシフト回路は、第２の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第４の電気信号を出力する。または、ＤＣレベルシフト回路は、第３の電気信号及び第４の電気信号の両方を出力する。ＤＣレベルシフト回路が第３の電気信号を出力する場合には、差動増幅器は第３の電気信号と第２の電気信号との差分を増幅する。または、ＤＣレベルシフト回路が第４の電気信号を出力する場合には、差動増幅器は第１の電気信号と第４の電気信号との差分を増幅する。または、ＤＣレベルシフト回路が第３の電気信号及び第４の電気信号の両方を出力する場合には、差動増幅器は第３の電気信号と第４の電気信号との差分を増幅する。バイアス回路は、フォトダイオードのアノードとカソードとの間に逆方向バイアスを印加する。

光受信装置は、光電変換によって電気信号を生成するフォトダイオードと、上述する光受信回路と、を備える。

この光受信回路及び光受信装置によれば、受信信号の波形が劣化するのを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の一例を示す図である。図２は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その１）である。図３は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その２）である。図４は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その３）である。図５は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その４）である。図６は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その５）である。図７は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その６）である。図８は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その７）である。図９は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その８）である。図１０は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その９）である。図１１は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その１０）である。図１２は、容量性結合を用いる光受信装置の例を示す図である。図１３は、図４に示す光受信装置の入力波形及び出力波形のシミュレーション結果を示す図である。図１４は、図１２に示す光受信装置の入力波形及び出力波形のシミュレーション結果を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この光受信回路及び光受信装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施例の説明においては、同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

・光受信回路及び光受信装置の一例
図１は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の一例を示す図である。図１に示すように、光受信装置はフォトダイオード１及び光受信回路２を有する。フォトダイオード１は、光信号３を受信し、光電変換によって電気信号を生成する。フォトダイオード１のアノードとカソードとの間はハイインピーダンスであってもよい。フォトダイオード１のアノードとカソードとの間のインピーダンスは、理想的には無限大であるのがよい。

光受信回路２は、フォトダイオード１のアノード及びカソードからそれぞれ出力される電気信号の差分を増幅する。光受信回路２はバイアス回路４，５、ＤＣレベルシフト回路６及び差動増幅器７を備える。ＤＣレベルシフト回路６のインピーダンスは差動増幅器７の入力インピーダンスよりも低い。ＤＣレベルシフト回路６のインピーダンスは、理想的にはゼロであるのがよい。

カソード側のバイアス回路４はフォトダイオード１のカソードと正の電源ラインとの間に接続される。アノード側のバイアス回路５はフォトダイオード１のアノードと接地ラインとの間に接続される。バイアス回路４，５は、フォトダイオード１のアノードとカソードとの間に逆方向バイアスを印加する。バイアス回路４，５の一例として、例えば抵抗、電流源またはインダクタが挙げられる。フォトダイオード１のカソードからは第１の電気信号が出力される。フォトダイオード１のアノードからは第２の電気信号が出力される。

ＤＣレベルシフト回路６はフォトダイオード１のカソードに接続される。ＤＣレベルシフト回路６は、第１の電気信号の直流電圧レベルと第２の電気信号の直流電圧レベルとが一致するように、第１の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第３の電気信号を出力する。ＤＣレベルシフト回路６の一例として、例えばオン状態においてローインピーダンスのダイオードが挙げられる。

差動増幅器７の正入力端子はＤＣレベルシフト回路６に接続される。差動増幅器７の正入力端子には第３の電気信号が入力する。差動増幅器７の負入力端子はフォトダイオード１のアノードに接続される。差動増幅器７の負入力端子には第２の電気信号が入力する。差動増幅器７は、第３の電気信号と第２の電気信号との差分を増幅する。

差動増幅器７の正出力端子は光受信回路２の一方の出力端子８に接続される。差動増幅器７の反転出力端子は光受信回路２の他方の出力端子９に接続される。図１に示す例では、差動増幅器７の正出力端子と差動増幅器７の負入力端子との間に抵抗１０が接続される。また、差動増幅器７の反転出力端子と差動増幅器７の正入力端子との間に別の抵抗１１が接続される。差動増幅器７及び抵抗１０，１１によって、差動増幅器７は、電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとして動作してもよい。

なお、カソード側のバイアス回路４が接地ラインに接続されており、アノード側のバイアス回路５が負の電源ラインに接続されてもよい。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図２は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その１）である。図２に示す光受信回路２においては、ＤＣレベルシフト回路１２がフォトダイオード１のアノードに接続される。ＤＣレベルシフト回路１２のインピーダンスは差動増幅器７の入力インピーダンスよりも低い。ＤＣレベルシフト回路１２のインピーダンスは、理想的にはゼロであるのがよい。

ＤＣレベルシフト回路１２は、第１の電気信号の直流電圧レベルと第２の電気信号の直流電圧レベルとが一致するように、第２の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第４の電気信号を出力する。ＤＣレベルシフト回路１２の一例として、例えばオン状態においてローインピーダンスのダイオードが挙げられる。

差動増幅器７の正入力端子はフォトダイオード１のカソードに接続される。差動増幅器７の正入力端子には第１の電気信号が入力する。差動増幅器７の負入力端子はＤＣレベルシフト回路１２に接続される。差動増幅器７の負入力端子には第４の電気信号が入力する。差動増幅器７は、第１の電気信号と第４の電気信号との差分を増幅する。

図２示す光受信回路及び光受信装置のその他の構成については、図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様である。従って、重複する説明を省略する。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図３は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その２）である。図３に示す光受信回路２においては、ＤＣレベルシフト回路６がフォトダイオード１のカソードに接続されており、ＤＣレベルシフト回路１２がフォトダイオード１のアノードに接続される。ＤＣレベルシフト回路６のインピーダンス及びＤＣレベルシフト回路１２のインピーダンスは差動増幅器７の入力インピーダンスよりも低い。

ＤＣレベルシフト回路６については図１に示す例において説明した通りである。また、ＤＣレベルシフト回路１２については図２に示す例において説明した通りである。従って、重複する説明を省略する。

差動増幅器７の正入力端子はＤＣレベルシフト回路６に接続される。差動増幅器７の正入力端子には第３の電気信号が入力する。差動増幅器７の負入力端子はＤＣレベルシフト回路１２に接続される。差動増幅器７の負入力端子には第４の電気信号が入力する。差動増幅器７は、第３の電気信号と第４の電気信号との差分を増幅する。

図３に示す光受信回路及び光受信装置のその他の構成については、図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様である。従って、重複する説明を省略する。

図１、図２または図３に示す光受信回路及び光受信装置によれば、フォトダイオード１のアノード及びカソードと差動増幅器７の各入力端子とが、コンデンサによる容量性結合を用いずに、接続される。それによって、差動増幅器７の入力インピーダンスを低くして高速化を図る場合でも、容量性結合による低域遮断が起こらない。従って、差動増幅器７から出力される信号、すなわち受信信号の波形が劣化するのを抑制することができる。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図４は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その３）である。図４に示す光受信回路及び光受信装置は、図１に示す光受信回路及び光受信装置において、カソード側のバイアス回路４に抵抗２１を用い、アノード側のバイアス回路５に抵抗２２を用い、ＤＣレベルシフト回路６にダイオード２３を用いるものである。図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様の構成については、重複する説明を省略する。

カソード側のバイアス回路４に用いられる抵抗２１は、フォトダイオード１のカソードと正の電源ラインとの間に接続される。アノード側のバイアス回路５に用いられる抵抗２２は、フォトダイオード１のアノードと接地ラインとの間に接続される。なお、カソード側の抵抗２１が接地ラインに接続されており、アノード側の抵抗２２が負の電源ラインに接続されてもよい。

ＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３のアノードは、フォトダイオード１のカソードに接続される。ダイオード２３のカソードは差動増幅器７の正入力端子に接続される。ダイオード２３がオン状態になると電圧降下が生じる。従って、ダイオード２３がオン状態になることによって、フォトダイオード１のアノードから出力される電気信号の直流電圧レベルを下げることができる。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図５は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その４）である。図５に示す光受信回路及び光受信装置は、図１に示す光受信回路及び光受信装置において、カソード側のバイアス回路４にインダクタ２４を用い、アノード側のバイアス回路５に抵抗２２を用い、ＤＣレベルシフト回路６にダイオード２３を用いるものである。図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様の構成については、重複する説明を省略する。

カソード側のバイアス回路４に用いられるインダクタ２４は、フォトダイオード１のカソードと正の電源ラインとの間に接続される。アノード側のバイアス回路５に用いられる抵抗２２、及びＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３については、図４に示す例において説明した通りである。従って、重複する説明を省略する。なお、カソード側のインダクタ２４が接地ラインに接続されており、アノード側の抵抗２２が負の電源ラインに接続されてもよい。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図６は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その５）である。図６に示す光受信回路及び光受信装置は、図１に示す光受信回路及び光受信装置において、カソード側のバイアス回路４にインダクタ２４を用い、アノード側のバイアス回路５にインダクタ２５を用い、ＤＣレベルシフト回路６にダイオード２３を用いるものである。図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様の構成については、重複する説明を省略する。

カソード側のバイアス回路４に用いられるインダクタ２４は、フォトダイオード１のカソードと正の電源ラインとの間に接続される。アノード側のバイアス回路５に用いられるインダクタ２５は、フォトダイオード１のアノードと直流電圧源２６の正極との間に接続される。直流電圧源２６の負極は接地ラインに接続される。直流電圧源２６によって、フォトダイオード１のアノードとカソードとの間に直流のバイアスが供給される。

ＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３については、図４に示す例において説明した通りである。従って、重複する説明を省略する。なお、カソード側のインダクタ２４が接地ラインに接続されており、アノード側のインダクタ２５が負の電源ラインに接続されてもよい。

図４、図５または図６に示す光受信回路及び光受信装置によれば、フォトダイオード１のアノード及びカソードと差動増幅器７の各入力端子との接続に、コンデンサによる容量性結合が用いられていない。従って、図１、図２または図３に示す例と同様に、受信信号の波形が劣化するのを抑制することができる。

ところで、上記特許文献４には、フォトダイオードに並列に抵抗を接続し、レベルシフト回路をソースフォロワ回路により構成することが開示されている。しかしながら、ソースフォロワ回路の入力インピーダンスが高いため、高速化の妨げとなるという問題点がある。入力インピーダンスを下げるには、フォトダイオードのカソード及びアノードにそれぞれ接続される抵抗、並びにフォトダイオードに並列に接続される抵抗にローインピーダンスのものを用いる必要がある。しかしながら、ローインピーダンスの抵抗を用いると、熱雑音による雑音電流が増加するため、受信感度が劣化するという問題点がある。

それに対して、図４、図５または図６に示す光受信回路及び光受信装置によれば、ＤＣレベルシフト回路６がローインピーダンスであることによって、高速化を図ることができる。また、フォトダイオード１のカソードとアノードとの間がハイインピーダンスであり、抵抗性負荷によって接続されていないことによって、雑音の発生を抑制することができる。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図７は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その６）である。図７に示す光受信回路及び光受信装置は、ＤＣレベルシフト回路６に流れる電流量を調整可能な調整回路を有する。図７に示す光受信回路及び光受信装置は、図１に示す光受信回路及び光受信装置において、カソード側のバイアス回路４に可変電流源２７を用い、アノード側のバイアス回路５に抵抗２２を用い、ＤＣレベルシフト回路６にダイオード２３を用いるものである。可変電流源２７は調整回路の一例である。図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様の構成については、重複する説明を省略する。

カソード側のバイアス回路４に用いられる可変電流源２７は、フォトダイオード１のカソードと正の電源ラインとの間に接続される。アノード側のバイアス回路５に用いられる抵抗２２、及びＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３については、図４に示す例において説明した通りである。従って、重複する説明を省略する。なお、可変電流源２７が接地ラインに接続されており、アノード側の抵抗２２が負の電源ラインに接続されてもよい。

図７に示す光受信回路及び光受信装置によれば、可変電流源２７を調整することによって、ＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３に流れる電流量を調整することができる。それによって、ＤＣレベルシフト回路６による直流電圧レベルのシフト量を調整し、差動増幅器７の正入力端子に入力される電気信号と負入力端子に入力される電気信号との直流電圧レベルの差をなくすことができる。

また、可変電流源２７によって、ＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３を順方向バイアス状態に維持することができるため、ＤＣレベルシフト回路６のインピーダンスが低減される。従って、光受信回路２をより一層、高速で動作させることができる。なお、可変電流源２７に代えて可変抵抗を用いることによって、ＤＣレベルシフト回路６に流れる電流量を調整してもよい。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図８は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その７）である。図８に示す光受信回路及び光受信装置は、図１に示す光受信回路及び光受信装置において、ＤＣレベルシフト回路６の直流電圧レベルのシフト量を、フォトダイオード１のアノード及びカソードからそれぞれ出力される電気信号の差分を増幅する差動増幅器７とは別の差動増幅器２９によって調整するものである。

ＤＣレベルシフト回路６を調整する差動増幅器２９の正入力端子は、差動増幅器７の正出力端子に接続される。差動増幅器２９の正入力端子には、差動増幅器７の正出力端子から出力される信号が入力する。ＤＣレベルシフト回路６を調整する差動増幅器２９の負入力端子は、差動増幅器７の反転出力端子に接続される。差動増幅器２９の負入力端子には、差動増幅器７の反転出力端子から出力される信号が入力する。

ＤＣレベルシフト回路６を調整する差動増幅器２９は、差動増幅器７の正出力端子から出力される信号と差動増幅器７の反転出力端子から出力される信号との直流電圧レベルの差分を求め、その差分をゼロにするような制御信号を出力する。ＤＣレベルシフト回路６は、差動増幅器２９から出力される制御信号に基づいて電流を流す。

なお、図２に示すようにＤＣレベルシフト回路１２がフォトダイオード１のアノードに接続されている場合には、差動増幅器２９は、フォトダイオード１のアノードに接続されているＤＣレベルシフト回路１２の直流電圧レベルのシフト量を調整してもよい。また、図３に示すようにＤＣレベルシフト回路１２がフォトダイオード１のアノードにも接続されている場合には、差動増幅器２９は、フォトダイオード１のカソード及びアノードに接続されているＤＣレベルシフト回路６，１２の直流電圧レベルのシフト量を調整してもよい。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図９は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その８）である。図９に示す光受信回路及び光受信装置は、ＤＣレベルシフト回路６に流れる電流量を調整可能な調整回路を有し、差動増幅器７から出力される差動信号の直流電圧レベル差に基づいて調整回路を制御する。

図９に示す光受信回路及び光受信装置は、図８に示す光受信回路及び光受信装置において、カソード側のバイアス回路４に可変電流源２７を用い、アノード側のバイアス回路５に電流源２８を用い、ＤＣレベルシフト回路６にダイオード２３を用いるものである。可変電流源２７は調整回路の一例である。可変電流源２７が流す電流量は、フォトダイオード１のアノード及びカソードからそれぞれ出力される電気信号の差分を増幅する差動増幅器７とは別の差動増幅器２９によって調整される。

可変電流源２７を調整する差動増幅器２９の正入力端子は、差動増幅器７の正出力端子に接続される。差動増幅器２９の正入力端子には、差動増幅器７の正出力端子から出力される信号が入力する。可変電流源２７を調整する差動増幅器２９の負入力端子は、差動増幅器７の反転出力端子に接続される。差動増幅器２９の負入力端子には、差動増幅器７の反転出力端子から出力される信号が入力する。

可変電流源２７を調整する差動増幅器２９は、差動増幅器７の正出力端子から出力される信号と差動増幅器７の反転出力端子から出力される信号との直流電圧レベルの差分を求め、その差分をゼロにするような制御信号を出力する。可変電流源２７は、差動増幅器２９から出力される制御信号に基づいて電流を流す。

アノード側のバイアス回路５に用いられる電流源２８は、フォトダイオード１のアノードと正の電源ラインとの間に接続される。カソード側のバイアス回路４に用いられる可変電流源２７については、図７に示す例において説明した通りである。ＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３については、図４に示す例において説明した通りである。従って、重複する説明を省略する。図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様の構成については、重複する説明を省略する。

なお、ここではＤＣレベルシフト回路６の直流電圧レベルのシフト量の調整に、図９に示す構造を用いて、電流量を調整し、その電流量に応じてシフト量を調整する構成を用いたが、これに限定されるものではない。差動増幅器７の正出力端子から出力される電気信号と反転出力端子から出力される電気信号との直流電圧レベルの差をなくすように、ＤＣレベルシフト回路６の直流電圧レベルのシフト量を調整し、制御する構造であれば、これ以外の構造でも実現可能である。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図１０は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その９）である。図１０に示す光受信回路及び光受信装置は、図１に示す光受信回路及び光受信装置において、ＤＣレベルシフト回路６の直流電圧レベルのシフト量を、フォトダイオード１のアノード及びカソードからそれぞれ出力される電気信号の差分を増幅する差動増幅器７とは別の差動増幅器２９によって調整するものである。

ＤＣレベルシフト回路６を調整する差動増幅器２９の正入力端子は、差動増幅器７の正入力端子に接続される。差動増幅器２９の正入力端子には、差動増幅器７の正入力端子へ入力する信号が入力する。ＤＣレベルシフト回路６を調整する差動増幅器２９の負入力端子は、差動増幅器７の負入力端子に接続される。差動増幅器２９の負入力端子には、差動増幅器７の負入力端子へ入力する信号が入力する。

ＤＣレベルシフト回路６を調整する差動増幅器２９は、差動増幅器７の正入力端子へ入力する信号と差動増幅器７の負入力端子へ入力する信号との直流電圧レベルの差分を求め、その差分をゼロにするような制御信号を出力する。ＤＣレベルシフト回路６は、差動増幅器２９から出力される制御信号に基づいて電流を流す。

・光受信回路及び光受信装置の別の例
図１１は、実施の形態にかかる光受信回路及び光受信装置の別の例を示す図（その１０）である。図１１に示す光受信回路及び光受信装置は、ＤＣレベルシフト回路６に流れる電流量を調整可能な調整回路を有し、差動増幅器７に入力される差動信号の直流電圧レベル差に基づいて調整回路を制御する。

図１１に示す光受信回路及び光受信装置は、図１０に示す光受信回路及び光受信装置において、カソード側のバイアス回路４に可変電流源２７を用い、アノード側のバイアス回路５に電流源２８を用い、ＤＣレベルシフト回路６にダイオード２３を用いるものである。可変電流源２７は調整回路の一例である。可変電流源２７が流す電流量は、フォトダイオード１のアノード及びカソードからそれぞれ出力される電気信号の差分を増幅する差動増幅器７とは別の差動増幅器２９によって調整される。

可変電流源２７を調整する差動増幅器２９の正入力端子は、差動増幅器７の正入力端子に接続される。差動増幅器２９の正入力端子には、差動増幅器７の正入力端子へ入力する信号が入力する。可変電流源２７を調整する差動増幅器２９の負入力端子は、差動増幅器７の負入力端子に接続される。差動増幅器２９の負入力端子には、差動増幅器７の負入力端子へ入力する信号が入力する。

可変電流源２７を調整する差動増幅器２９は、差動増幅器７の正入力端子へ入力する信号と差動増幅器７の負入力端子へ入力する信号との直流電圧レベルの差分を求め、その差分をゼロにするような制御信号を出力する。可変電流源２７は、差動増幅器２９から出力される制御信号に基づいて電流を流す。

アノード側のバイアス回路５に用いられる電流源２８については、図９に示す例において説明した通りである。カソード側のバイアス回路４に用いられる可変電流源２７については、図７に示す例において説明した通りである。ＤＣレベルシフト回路６に用いられるダイオード２３については、図４に示す例において説明した通りである。従って、重複する説明を省略する。図１に示す光受信回路及び光受信装置と同様の構成については、重複する説明を省略する。

なお、ここではＤＣレベルシフト回路６の直流電圧レベルのシフト量の調整に、図１１に示す構造を用いて、電流量を調整し、その電流量に応じてシフト量を調整する構成を用いたが、これに限定されるものではない。差動増幅器７の正入力端子に入力される電気信号と負入力端子に入力される電気信号との直流電圧レベルの差をなくすように、ＤＣレベルシフト回路６の直流電圧レベルのシフト量を調整し、制御する構造であればこれ以外の構造でも実現可能である。

図８〜図１１に示す光受信回路及び光受信装置によれば、差動増幅器７から出力される差動信号の直流電圧レベルの差、または差動増幅器７へ入力する差動信号の直流電圧レベルの差がゼロになるように、ＤＣレベルシフト回路６に流れる電流量が調整される。それによって、ＤＣレベルシフト回路６による直流電圧レベルのシフト量を調整することができる。従って、フォトダイオード１のアノードから出力される電気信号とカソードから出力される電気信号との直流電圧レベルの差を補償することができる。

また、フォトダイオード１のアノードから出力される電気信号とカソードから出力される電気信号との直流電圧レベルの差は、フォトダイオード１の光受光強度の変化によって変わる。差動増幅器７から出力される差動信号の直流電圧レベルの差、または差動増幅器７へ入力する差動信号の直流電圧レベルの差がゼロになるように、ＤＣレベルシフト回路６に流れる電流量が調整されることによって、フォトダイオード１の光受光強度の変化によって変わる分を補償することができる。

・コンデンサによる容量性結合を用いる光受信装置との比較
図１２は、容量性結合を用いる光受信装置の例を示す図である。図１２に示す光受信装置は、図４に示す光受信装置においてフォトダイオード１のカソードと差動増幅器７の正入力端子とをコンデンサ３１による容量性結合によって接続し、フォトダイオード１のアノードと差動増幅器７の負入力端子とをコンデンサ３２による容量性結合によって接続するものである。図１２に示す光受信装置のその他の構成は、図４に示す光受信装置と同様である。

図１３は、図４に示す光受信装置の入力波形及び出力波形のシミュレーション結果を示す図である。図１４は、図１２に示す光受信装置の入力波形及び出力波形のシミュレーション結果を示す図である。図４に示す光受信装置と図１２に示す光受信装置とで、フォトダイオード１、フォトダイオード１のカソード及びアノードにそれぞれ接続される抵抗２１，２２、差動増幅器７、差動増幅器７の入力端子と出力端子との間に接続される抵抗１０，１１には、同じ特性のものを用いた。また、データレートは１６Ｇｂ／ｓとした。

図１３において、一段目は入力波形の時間波形４１を示し、二段目は入力波形のアイ波形４２を示し、三段目は出力波形の時間波形４３を示し、四段目は出力波形のアイ波形４４である。図１４において、一段目は入力波形の時間波形５１を示し、二段目は入力波形のアイ波形５２を示し、三段目は出力波形の時間波形５３を示し、四段目は出力波形のアイ波形５４である。

図１３の入力波形の時間波形４１及び入力波形のアイ波形４２、及び図１４の入力波形の時間波形５１及び入力波形のアイ波形５２に示すように、入力波形は同じである。図１３の出力波形の時間波形４３に示す波形には、「０」や「１」が連続する信号の波形に揺らぎが生じていない。そのため、出力波形のアイ波形４４は良好である。それに対して、図１４の出力波形の時間波形５３に示す波形には、容量性結合による低域遮断の影響で、「０」や「１」が連続する信号の波形に揺らぎが生じているため、出力波形のアイ波形５４が劣化している。

上述した各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）光電変換によって電気信号を生成するフォトダイオードのカソードから出力される第１の電気信号の直流電圧レベルと前記フォトダイオードのアノードから出力される第２の電気信号の直流電圧レベルとが一致するように、前記第１の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第３の電気信号を出力するか、前記第２の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第４の電気信号を出力するか、または前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力するＤＣレベルシフト回路と、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第２の電気信号との差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第４の電気信号を出力する場合には前記第１の電気信号と前記第４の電気信号との差分、または前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との差分、を増幅する差動増幅器と、前記フォトダイオードのアノードとカソードとの間に逆方向バイアスを印加するバイアス回路と、を備え、前記ＤＣレベルシフト回路のインピーダンスが前記差動増幅器の入力インピーダンスよりも低いことを特徴とする光受信回路。

（付記２）前記フォトダイオードのアノードとカソードとの間はハイインピーダンスであることを特徴とする付記１に記載の光受信回路。

（付記３）前記ＤＣレベルシフト回路はダイオードを有し、前記ダイオードを流れる電流によって前記ダイオードに生じる電圧によって直流電圧レベルをシフトすることを特徴とする付記１または２に記載の光受信回路。

（付記４）前記ダイオードをオン状態に維持する電流源を有することを特徴とする付記３に記載の光受信回路。

（付記５）前記バイアス回路は、前記フォトダイオードのアノードに接続される抵抗、電流源またはインダクタと、前記フォトダイオードのカソードに接続される抵抗、電流源またはインダクタを有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか一項に記載の光受信回路。

（付記６）前記ＤＣレベルシフト回路の直流電圧レベルのシフト量を調整可能な調整回路を有し、前記調整回路によって前記ＤＣレベルシフト回路の制御信号を調整することによって、直流電圧レベルのシフト量を調整することを特徴とする付記１乃至５のいずれか一項に記載の光受信回路。

（付記７）前記ＤＣレベルシフト回路に流れる電流量を調整可能な調整回路を有し、前記調整回路によって前記ＤＣレベルシフト回路に流れる電流量を調整することによって、直流電圧レベルのシフト量を調整することを特徴とする付記１乃至５のいずれか一項に記載の光受信回路。

（付記８）前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第２の電気信号との直流電圧レベルの差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第４の電気信号を出力する場合には前記第１の電気信号と前記第４の電気信号との直流電圧レベルの差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との直流電圧レベルの差分、または前記差動増幅器から出力される差動信号に基づいて、前記調整回路が前記ＤＣレベルシフト回路の直流電圧レベルのシフト量を調整することを特徴とする付記６または７に記載の光受信回路。

（付記９）光電変換によって電気信号を生成するフォトダイオードと、前記フォトダイオードのカソードから出力される第１の電気信号の直流電圧レベルと前記フォトダイオードのアノードから出力される第２の電気信号の直流電圧レベルとが一致するように、前記第１の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第３の電気信号を出力するか、前記第２の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第４の電気信号を出力するか、または前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力するＤＣレベルシフト回路と、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第２の電気信号との差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第４の電気信号を出力する場合には前記第１の電気信号と前記第４の電気信号との差分、または前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との差分、を増幅する差動増幅器と、前記フォトダイオードのアノードとカソードとの間に逆方向バイアスを印加するバイアス回路と、を備え、前記ＤＣレベルシフト回路のインピーダンスが前記差動増幅器の入力インピーダンスよりも低いことを特徴とする光受信装置。

１フォトダイオード
２光受信回路
４，５バイアス回路
６，１２ＤＣレベルシフト回路
７差動増幅器
２３ダイオード
２７可変電流源

Claims

光電変換によって電気信号を生成するフォトダイオードのカソードから出力される第１の電気信号の直流電圧レベルと前記フォトダイオードのアノードから出力される第２の電気信号の直流電圧レベルとが一致するように、前記第１の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第３の電気信号を出力するか、前記第２の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第４の電気信号を出力するか、または前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力するＤＣレベルシフト回路と、
前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第２の電気信号との差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第４の電気信号を出力する場合には前記第１の電気信号と前記第４の電気信号との差分、または前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との差分、を増幅する差動増幅器と、
前記フォトダイオードのアノードとカソードとの間に逆方向バイアスを印加するバイアス回路と、
を備え、
前記ＤＣレベルシフト回路のインピーダンスが前記差動増幅器の入力インピーダンスよりも低いことを特徴とする光受信回路。
前記フォトダイオードのアノードとカソードとの間はハイインピーダンスであることを特徴とする請求項１に記載の光受信回路。
前記ＤＣレベルシフト回路はダイオードを有し、前記ダイオードを流れる電流によって前記ダイオードに生じる電圧によって直流電圧レベルをシフトすることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信回路。
前記ＤＣレベルシフト回路の直流電圧レベルのシフト量を調整可能な調整回路を有し、前記調整回路によって前記ＤＣレベルシフト回路の制御信号を調整することによって、直流電圧レベルのシフト量を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光受信回路。
前記ＤＣレベルシフト回路に流れる電流量を調整可能な調整回路を有し、前記調整回路によって前記ＤＣレベルシフト回路に流れる電流量を調整することによって、直流電圧レベルのシフト量を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光受信回路。
前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第２の電気信号との直流電圧レベルの差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第４の電気信号を出力する場合には前記第１の電気信号と前記第４の電気信号との直流電圧レベルの差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との直流電圧レベルの差分、または前記差動増幅器から出力される差動信号に基づいて、前記調整回路が前記ＤＣレベルシフト回路の直流電圧レベルのシフト量を調整することを特徴とする請求項４または５に記載の光受信回路。
光電変換によって電気信号を生成するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードのカソードから出力される第１の電気信号の直流電圧レベルと前記フォトダイオードのアノードから出力される第２の電気信号の直流電圧レベルとが一致するように、前記第１の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第３の電気信号を出力するか、前記第２の電気信号の直流電圧レベルをシフトして第４の電気信号を出力するか、または前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力するＤＣレベルシフト回路と、
前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第２の電気信号との差分、前記ＤＣレベルシフト回路が前記第４の電気信号を出力する場合には前記第１の電気信号と前記第４の電気信号との差分、または前記ＤＣレベルシフト回路が前記第３の電気信号及び前記第４の電気信号の両方を出力する場合には前記第３の電気信号と前記第４の電気信号との差分、を増幅する差動増幅器と、
前記フォトダイオードのアノードとカソードとの間に逆方向バイアスを印加するバイアス回路と、
を備え、
前記ＤＣレベルシフト回路のインピーダンスが前記差動増幅器の入力インピーダンスよりも低いことを特徴とする光受信装置。