JP6533960B2 - 光受信回路 - Google Patents

Description

本開示は、光受信回路に関する。

光信号を電気信号に変換する光受信回路が知られている。従来の光受信回路は、ヘッドアンプと、ダミーアンプと、ピーク検出部と、平均値検出部と、差動アンプとを有する。従来の光受信回路では、ピーク検出部が、ヘッドアンプと差動アンプとの間のピーク電圧を検出する。そして、ピーク検出部は、検出したピーク電圧を平均値検出部へ出力する。平均値検出部は、ピーク検出部から入力したピーク電圧と、ダミーアンプから入力した電圧とから、しきい値電圧を算出し、差動アンプへ出力する。

このように、従来の光受信回路は、ピーク検出部および平均値検出部を用いて、しきい値電圧を生成することにより、差動アンプで出力される出力波形の歪みを抑制している。なお、この出願に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開昭６２−２８５５３７号公報

光受信回路は、第１受光器と、第１トランスインピーダンスアンプと、レベルシフト回路と、第２受光器と、第２トランスインピーダンスアンプと、ピークホールド回路と、コンパレータとを備える。第１受光器は、光信号を受信して第１の光電流に変換する。第１トランスインピーダンスアンプは、第１受光器に接続され、第１の光電流を第１電圧に変換する。レベルシフト回路は、第１トランスインピーダンスアンプに接続され、第１電圧を低電圧側にシフトさせた信号電圧を生成する。第２受光器は、光信号を受信して第２の光電流に変換する。第２トランスインピーダンスアンプは、第２受光器に接続され、第２の光電流を、信号電圧の最小電圧より大きく、信号電圧の最大電圧未満の第２電圧に変換する。ピークホールド回路は、第２トランスインピーダンスアンプに接続され、第２電圧のピーク電圧を第１のしきい値電圧として保持する。コンパレータは、レベルシフト回路およびピークホールド回路に接続され、信号電圧と第１のしきい値電圧とを比較する。

図１は、実施の形態１における光受信回路の概略ブロック図である。 図２は、実施の形態１における光受信回路の第１電圧と第２電圧との関係を示す図である。 図３は、実施の形態１における光受信回路の信号電圧と、しきい値電圧と、コンパレータの出力波形との関係を示す図である。 図４は、実施の形態２における光受信回路の概略ブロック図である。 図５は、実施の形態３における光受信回路の概略ブロック図である。 図６は、実施の形態４における光受信回路の概略ブロック図である。 図７は、実施の形態５における光受信回路の概略ブロック図である。 図８は、実施の形態５における他の光受信回路の概略ブロック図である。

近年、従来よりも簡単な構成で、消費電流を低減できる光受信回路が望まれている。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態の光受信回路１０について、図１から図３を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１における光受信回路１０の概略ブロック図である。図２は、実施の形態１における光受信回路１０の第１電圧Ｖａと第２電圧Ｖｂとの関係を示す図である。図３は、実施の形態１における光受信回路１０の信号電圧Ｖｉｏと、しきい値電圧Ｖｔｈと、コンパレータの出力波形（電圧Ｖｏ）との関係を示す図である。

（構成）
光受信回路１０は、第１受光器１１と、第１トランスインピーダンスアンプ（以後、第１ＴＩＡと称する）１２と、レベルシフト回路１３と、第２受光器３１と、第２トランスインピーダンスアンプ（以後、第２ＴＩＡと称する）３２と、ピークホールド回路１５と、コンパレータ１６とを備える。

第１受光器１１は、光信号を受信して第１の光電流に変換する。

第１トランスインピーダンスアンプ１２は、第１受光器１１に接続され、第１の光電流を第１電圧に変換する。

レベルシフト回路１３は、第１トランスインピーダンスアンプ１２に接続され、第１電圧を低電圧側にシフトさせた信号電圧を生成する。

第２受光器３１は、光信号を受信して第２の光電流に変換する。

第２トランスインピーダンスアンプ３２は、第２受光器３１に接続され、第２の光電流を、信号電圧の最小電圧より大きく、信号電圧の最大電圧未満の第２電圧に変換する。

ピークホールド回路１５は、第２トランスインピーダンスアンプに接続され、第２電圧のピーク電圧を第１のしきい値電圧として保持する。

コンパレータ１６は、レベルシフト回路１３およびピークホールド回路１５に接続され、信号電圧と第１のしきい値電圧とを比較する。

第２受光器３１と、第２トランスインピーダンスアンプ３２により変換回路１４が構成されている。

以下、光受信回路１０の構成を詳細に説明する。第１受光器１１は、第１フォトダイオード２１を有しており、受信した光信号を光電流Ｉｐｄ１（第１の光電流）に変換する。

第１フォトダイオード２１のアノード側は、接地されている。第１フォトダイオード２１のカソード側は、第１ＴＩＡ１２の入力側に接続されている。

第１ＴＩＡ１２の出力側は、レベルシフト回路１３の入力側に接続されている。第１ＴＩＡ１２は、第１フォトダイオード２１に流れる光電流Ｉｐｄ１を電圧Ｖａ（以後、第１電圧Ｖａと称する）に変換し、レベルシフト回路１３へ出力する。

ここで、第１ＴＩＡ１２の変換インピーダンスをｒ１[Ω]、第１フォトダイオード２１のカソード側の電圧Ｖｉの電圧値をｖｉ[Ｖ]、第１フォトダイオード２１に流れる光電流Ｉｐｄ１の電流値をｉｐｄ１[Ａ]とする。このとき、第１電圧Ｖａの電圧値ｖａ[Ｖ]は、以下の式（１）で表される。

ｖａ ＝ ｖｉ ＋ ｒ１ × ｉｐｄ１ ・・・ 式（１）
レベルシフト回路１３の出力側は、コンパレータ１６の反転入力側に接続されている。レベルシフト回路１３は、第１電圧Ｖａを所定のシフト量ΔＶｓだけマイナス方向にシフトさせ、シフトさせた後の電圧Ｖｉｏ（以後、信号電圧Ｖｉｏと称する）をコンパレータ１６へ出力する。ここで、シフト量ΔＶｓは、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２より小さい。また、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１は、図２に示すように、第１電圧Ｖａの最小電圧Ｖｉと、第１電圧Ｖａの最大電圧Ｖａｍａｘとの間の範囲（変位幅）である。そして、図３に示すように、信号電圧Ｖｉｏの変位幅は、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１と等しい。信号電圧Ｖｉｏは、第１電圧Ｖａをシフト量ΔＶｓだけマイナス側にシフトした値（Ｖｉｏ＝Ｖａ−ΔＶｓ）である。

第２受光器３１は、第２フォトダイオード３５を有している。

第２フォトダイオード３５のアノード側は、接地されている。第２フォトダイオード３５のカソード側は、第２ＴＩＡ３２の入力側に接続されている。第２フォトダイオード３５は、光信号を受信し、受信した光信号を光電流Ｉｐｄ２（第２の光電流）に変換する。ここで、第１フォトダイオード２１および第２フォトダイオード３５が受信する光信号は共通の光源から出力された信号である。また、第２フォトダイオード３５が光信号を受信する受光面積は、第１フォトダイオード２１が光信号を受信する受光面積の１／２である。なお、第２フォトダイオード３５の単位面積当たりの光信号を光電流へ変換する光電変換効率と、第１フォトダイオード２１の単位面積当たりの光信号を光電流へ変換する光電変換効率とは等しい。なお、ここで光電変換効率とは、単位面積当たりの光信号を光電流に変換する変換効率のことである。これにより、第１フォトダイオード２１と第２フォトダイオード３５とが光信号を受信した場合には、第２フォトダイオード３５の光電流Ｉｐｄ２は、第１フォトダイオード２１の光電流Ｉｐｄ１の１／２となる。

第２ＴＩＡ３２の出力側は、ピークホールド回路１５の入力側に接続されている。第２ＴＩＡ３２は、第２フォトダイオード３５に流れる光電流Ｉｐｄ２を第２電圧Ｖｂに変換し、ピークホールド回路１５へ出力する。

第２フォトダイオード３５のカソード側の電圧は、光信号が受光されない場合には、第１フォトダイオード２１の電圧Ｖｉと同レベル（ｖｉ[Ｖ]）となっている。第２ＴＩＡ３２の変換インピーダンスをｒ２[Ω]、第２フォトダイオード３５に流れる光電流Ｉｐｄ２の電流値をｉｐｄ２[Ａ]とする。ここで、第２ＴＩＡ３２が光電流Ｉｐｄ２を電圧に変換する変換効率は、第１ＴＩＡ１２が光電流Ｉｐｄ１を電圧に変換する変換効率と等しい。つまり、ｒ１＝ｒ２の関係となっている。このとき、第２電圧Ｖｂの電圧値ｖｂ[Ｖ]は、以下の式（２）で表される。

ｖｂ ＝ ｖｉ ＋ ｒ２ × ｉｐｄ２ ・・・ 式（２）
上述したように、光電流Ｉｐｄ２は光電流Ｉｐｄ１の１／２であり、第２ＴＩＡ３２の変換効率と第１ＴＩＡ１２の変換効率とは等しい。そのため、式（１）および式（２）から、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２は、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２となる。ここで、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２は、図２に示すように、第２電圧Ｖｂの最小電圧Ｖｉと、第２電圧Ｖｂの最大電圧Ｖｂｍａｘとの間の範囲（変位幅）である。

第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２は、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２である。また、レベルシフト回路１３で第１電圧Ｖａを信号電圧Ｖｉｏへシフトするシフト量ΔＶｓは、変位幅Ａ１の１／２で表される値より小さい。そうすると、図３に示すように、第２電圧の最大電圧Ｖｂｍａｘは、信号電圧Ｖｉｏの最大電圧Ｖｍａｘ未満となる。

さらに、第１受光器１１および第２受光器３１で光信号が受信されない場合には、第１電圧Ｖａと第２電圧Ｖｂとは、上述した式（１）および式（２）により同じ電圧Ｖｉとなっている。また、レベルシフト回路１３で第１電圧Ｖａを信号電圧Ｖｉｏへシフトするシフト量はΔＶｓである。そうすると、第２電圧Ｖｂの最小となる電圧Ｖｉは、図３に示すように、信号電圧Ｖｉｏの最小電圧Ｖｍｉｎより大きい値となる。

ピークホールド回路１５の出力側は、コンパレータ１６の非反転入力側に接続されている。ピークホールド回路１５は、第２電圧Ｖｂのピーク電圧を保持する。具体的には、ピークホールド回路１５は、コンデンサ（図示せず）を備えており、このコンデンサが充放電を行う。ここで、電圧の保持とは、放電による電圧降下が誤差範囲に収まっていることをいう。

コンパレータ１６は、演算増幅器１６ａを含んでおり、信号電圧Ｖｉｏと、しきい値電圧Ｖｔｈ（第１のしきい値電圧）とを比較し、電圧Ｖｏを出力する。

（動作）
以下、本実施の形態の光受信回路１０の動作について、図１から図３を参照しながら説明する。

第１受光器１１および第２受光器３１で光信号が受信されない場合（例えば、図３のｔ０の時点）、第１受光器１１および第２受光器３１のそれぞれには、光電流は流れない。そのため、上述した式（１）および式（２）により第１電圧Ｖａと第２電圧Ｖｂとは同じ電圧Ｖｉとなる。第１電圧Ｖａは、レベルシフト回路１３によりシフト量ΔＶｓだけマイナス方向にシフトされる。また、ピークホールド回路１５は、第２電圧Ｖｂにほぼ等しいしきい値電圧Ｖｔｈを出力する。これにより、信号電圧Ｖｉｏはしきい値電圧Ｖｔｈより低くなるので、コンパレータ１６から出力される電圧Ｖｏは、ハイレベルＨとなる。

一方、第１受光器１１および第２受光器３１で光信号が受信された場合、第１受光器１１には光電流Ｉｐｄ１が、第２受光器３１には光電流Ｉｐｄ２が、それぞれ流れる。このとき、第１電圧Ｖａは、上記式（１）により求められる電圧となる。具体的には、第１受光器１１で光信号が受信されると、光電流Ｉｐｄ１が増加し、第１電圧Ｖａおよび信号電圧Ｖｉｏが増加する。また、変換回路１４で光信号が受信されると、光電流Ｉｐｄ２が増加し、第２電圧Ｖｂおよびしきい値電圧Ｖｔｈが増加する。信号電圧Ｖｉｏの変位幅Ａ１は、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅Ａ２よりも大きいので、信号電圧Ｖｉｏとしきい値電圧Ｖｔｈの大小関係が逆転する時点が存在する。そのため、信号電圧Ｖｉｏおよびしきい値電圧Ｖｔｈのそれぞれが増加中に信号電圧Ｖｉｏがしきい値電圧Ｖｔｈに達すると（図３の時間ｔ１）、コンパレータ１６から出力される電圧Ｖｏは、ローレベルＬとなる。

さらに、第１受光器１１および第２受光器３１が光信号を受信しなくなると、第１受光器１１に流れる光電流Ｉｐｄ１は減少し、第１電圧Ｖａおよび信号電圧Ｖｉｏも減少する。第２電圧Ｖｂも減少するが、ピークホールド回路１５により、ピーク電圧（図３のＶｂｍａｘ）が保持されている。そのため、ある時点（図２の時間ｔ２）で、信号電圧Ｖｉｏは、しきい値電圧Ｖｔｈと同じとなり、コンパレータ１６から出力される電圧Ｖｏは、ハイレベルＨとなる。

その後、第１受光器１１および第２受光器３１が光信号を受信すると、上述したように、信号電圧Ｖｉｏは増加し、ある時点（図３のｔ３）で信号電圧Ｖｉｏがしきい値電圧Ｖｔｈに達する。このとき、コンパレータ１６から出力される電圧Ｖｏは、ローレベルＬとなる。

本実施の形態の光受信回路１０は、ピークホールド回路１５が第２電圧Ｖｂのピーク電圧を保持するので、コンパレータ１６から出力される電圧Ｖｏの出力波形の歪みを小さくできる。

（まとめ）
以上説明したように、本実施の形態の光受信回路１０では、ピークホールド回路１５を用いて、しきい値電圧Ｖｔｈを生成している。一方、従来の光受信回路は、ピーク検出部および平均値検出部を用いて、しきい値電圧を生成している。つまり、光受信回路１０は、従来の光受信回路と比較して少ない回路部品で、しきい値電圧Ｖｔｈの生成を行っている。これにより、光受信回路１０は、しきい値電圧Ｖｔｈを生成する際の消費電流を従来よりも低減できる。

また、本実施の形態の光受信回路１０において、変換回路１４とコンパレータ１６とは、ピークホールド回路１５を介して接続されている。光受信回路１０は、レベルシフト回路１３やピークホールド回路１５などを用いて、信号電圧Ｖｉｏの最小電圧より大きく、信号電圧Ｖｉｏの最大電圧未満であるしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。そして、光受信回路１０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。その結果、コンパレータ１６の出力波形の歪みが抑制される。

さらに、本実施の形態の光受信回路１０では、第２フォトダイオード３５の受光面積を、第１フォトダイオード２１の受光面積より小さくしている。これにより、光受信回路１０は、第２受光器３１に流れる光電流Ｉｐｄ２を第１受光器１１に流れる光電流Ｉｐｄ１よりも小さくして、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整できる。光受信回路１０は、光電流Ｉｐｄ２に応じてしきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整する。そのため、第１ＴＩＡ１２および第２ＴＩＡ３２として、光電流を電圧に変換する変換効率が等しいＴＩＡを利用できる。

また、本実施の形態の光受信回路１０は、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２を第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２としている。これにより、光受信回路１０は、信号電圧Ｖｉｏの変動幅の１／２に近いしきい値電圧Ｖｔｈを生成する。そして、光受信回路１０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。そのため、コンパレータ１６の出力波形の歪みが、さらに抑制される。

(実施の形態２)
図４は、実施の形態２における光受信回路２０の概略ブロック図である。光受信回路２０は、第２受光器３１が、第２フォトダイオード３５とは異なる第２フォトダイオード３６と、遮光部３７とを備えている点が実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第２フォトダイオード３６のアノード側は、接地されている。第２フォトダイオード３６のカソード側は、第２ＴＩＡ３２の入力側に接続されている。第２フォトダイオード３６が光信号を受信する受光面積は、第１フォトダイオード２１が光信号を受信する受光面積と等しい。そして、第１フォトダイオード２１と第２フォトダイオード３６とは、同じ素子で形成されている。

遮光部３７は、光を透過しない部材で形成されている。遮光部３７は、第２フォトダイオード３６の受光面積の１／２を覆うように設置されている。これにより、第２フォトダイオード３６が受信する光信号の光量は、第１フォトダイオード２１が受信する光信号の光量の１／２となる。そのために、第２フォトダイオード３６の光電流Ｉｐｄ２は、第１フォトダイオード２１の光電流Ｉｐｄ１の１／２となる。

なお、本実施の形態の光受信回路２０の動作および効果は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、本実施の形態の光受信回路２０では、ピークホールド回路１５を用いてしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。一方、従来の光受信回路は、ピーク検出部および平均値検出部を用いてしきい値電圧を生成している。つまり、光受信回路２０は、従来の光受信回路と比較して少ない回路部品でしきい値電圧Ｖｔｈの生成を行っている。これにより、光受信回路２０は、しきい値電圧Ｖｔｈを生成する際の消費電流を従来よりも低減できる。

また、本実施の形態の光受信回路２０では、変換回路１４２とコンパレータ１６とは、ピークホールド回路１５を介して接続されている。光受信回路２０は、ピークホールド回路１５などを用いて、信号電圧Ｖｉｏの最小電圧より大きく、信号電圧Ｖｉｏの最大電圧未満であるしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。そして、光受信回路２０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。その結果、コンパレータ１６の出力波形の歪みが抑制される。

さらに、本実施の形態の光受信回路２０は、第２フォトダイオード３６に遮光部３７を設け、第２フォトダイオード３６が受信する光信号の光量を、第１フォトダイオード２１が受信する光信号の光量よりも小さくしている。第２受光器３１に流れる光電流Ｉｐｄ２を第１受光器１１に流れる光電流Ｉｐｄ１よりも小さくすることにより、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整できる。光受信回路２０は、光電流Ｉｐｄ２に応じてしきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整する。そのため、第１ＴＩＡ１２および第２ＴＩＡ３２として、光電流を電圧に変換する変換効率が等しいＴＩＡを利用できる。

また、本実施の形態の光受信回路２０は、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２を第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２としている。これにより、光受信回路２０は、信号電圧Ｖｉｏの変動幅の１／２に近いしきい値電圧Ｖｔｈを生成する。そして、光受信回路２０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。そのため、コンパレータ１６の出力波形の歪みが、さらに抑制される。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３における光受信回路３０の概略ブロック図である。本実施の形態の光受信回路３０は、第２受光器３１が、第２フォトダイオード３５とは異なる第２フォトダイオード３８を備えている点が実施の形態１と相違する。さらに、変換回路１４３が第２ＴＩＡ３２とは異なる第２ＴＩＡ３３を備える点が実施の形態１と相違する。さらに、第１ＴＩＡ１２の構成も実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第２フォトダイオード３８のアノード側は、接地されている。第２フォトダイオード３８のカソード側は、第２ＴＩＡ３３の入力側に接続されている。第２フォトダイオード３８が光信号を受信する受光面積は、第１フォトダイオード２１が光信号を受信する受光面積と等しい。そして、第１フォトダイオード２１と第２フォトダイオード３８とは、同じ素子で形成されている。

第１ＴＩＡ１２は、図５に示すように、第１増幅器４１と第１抵抗４５とを備えている。第１抵抗４５は、第１増幅器４１に並列に接続されている。

第１抵抗４５は、第１増幅器４１の入力側と出力側との間に接続されている。また、第１増幅器４１の入力側は、第１フォトダイオード２１の出力側に接続されており、第１増幅器４１の出力側は、レベルシフト回路１３の入力側に接続されている。

第２ＴＩＡ３３は、図５に示すように、第２増幅器４２と第２抵抗４６とを備えている。第２抵抗４６は、第２増幅器４２に並列に接続されている。ここで、第２抵抗４６の抵抗値は、第１抵抗４５の抵抗値より低い。好ましくは、第２抵抗４６の抵抗値は、第１抵抗４５の抵抗値の１／２である。

第２抵抗４６は、第２増幅器４２の入力側と出力側との間に接続されている。また、第２増幅器４２の入力側は、第２フォトダイオード３８の出力側に接続されており、第２増幅器４２の出力側は、ピークホールド回路１５の入力側に接続されている。

第２抵抗４６の抵抗値は、第１抵抗４５の抵抗値の１／２であるので、第２電圧Ｖｂの変位幅は、第１電圧Ｖａの変位幅の１／２となる。

なお、本実施の形態の光受信回路３０の動作および効果は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、本実施の形態の光受信回路３０では、ピークホールド回路１５を用いてしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。一方、従来の光受信回路は、ピーク検出部および平均値検出部を用いてしきい値電圧を生成している。つまり、光受信回路３０は、従来の光受信回路と比較して少ない回路部品でしきい値電圧Ｖｔｈの生成を行っている。これにより、光受信回路３０は、しきい値電圧Ｖｔｈを生成する際の消費電流を従来よりも低減できる。

また、本実施の形態の光受信回路３０では、変換回路１４３とコンパレータ１６とは、ピークホールド回路１５を介して接続されている。光受信回路３０は、ピークホールド回路１５などを用いて、信号電圧Ｖｉｏの最小電圧より大きく、信号電圧Ｖｉｏの最大電圧未満であるしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。そして、光受信回路３０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。その結果、コンパレータ１６の出力波形の歪みが抑制される。

さらに、本実施の形態では、第２抵抗４６の抵抗値を、第１抵抗４５の抵抗値の１／２とすることで、第２ＴＩＡ３２で出力される第２電圧Ｖｂを第１電圧Ｖａより小さくしている。そのため、第１受光器１１および第２受光器３１として、受光面積が等しく、かつ受光した光信号を光電流に変換する光電変換効率が等しい受光器を用いて、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整できる。

また、本実施の形態の光受信回路３０は、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２を第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２としている。これにより、光受信回路３０は、信号電圧Ｖｉｏの変動幅の１／２に近いしきい値電圧Ｖｔｈを生成する。そして、光受信回路３０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。そのため、コンパレータ１６の出力波形の歪みが、さらに抑制される。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４における光受信回路４０の概略ブロック図である。本実施の形態の光受信回路４０は、図６に示すように、第２受光器３１が、第２フォトダイオード３５とは異なる第２フォトダイオード３９を備えている点が実施の形態１と相違する。さらに、第１受光器１１が、第１フォトダイオード２１と第３フォトダイオード５１とを備える点が実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第３フォトダイオード５１のアノード側は、接地されている。第３フォトダイオード５１のカソード側は、第１ＴＩＡ１２の入力側に接続されている。

第２フォトダイオード３９のアノード側は、接地されている。第２フォトダイオード３９のカソード側は、第２ＴＩＡ３２の入力側に接続されている。

ここで、第３フォトダイオード５１が光信号を受信する受光面積および第２フォトダイオード３９が光信号を受信する受光面積は、第１フォトダイオード２１が光信号を受信する受光面積と等しい。

これにより、第１フォトダイオード２１に流れる光電流Ｉｐｄ１、第２フォトダイオード３９に流れる光電流Ｉｐｄ２、および第３フォトダイオード５１に流れる光電流Ｉｐｄ３は等しくなる。図６に示すように、第１受光器１１では、第１フォトダイオード２１、第３フォトダイオード５１が互いに並列に接続されている。そのため、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２は、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２となる。

なお、本実施の形態の光受信回路４０の動作および効果は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

以上説明したように、本実施の形態の光受信回路４０では、ピークホールド回路１５を用いてしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。一方、従来の光受信回路は、ピーク検出部および平均値検出部を用いてしきい値電圧を生成している。つまり、光受信回路４０は、従来の光受信回路と比較して少ない回路部品でしきい値電圧Ｖｔｈの生成を行っている。これにより、光受信回路４０は、しきい値電圧Ｖｔｈを生成する際の消費電流を従来よりも低減できる。

また、本実施の形態の光受信回路４０では、変換回路１４４とコンパレータ１６とは、ピークホールド回路１５を介して接続されている。光受信回路４０は、ピークホールド回路１５などを用いて、信号電圧Ｖｉｏの最小電圧より大きく、信号電圧Ｖｉｏの最大電圧未満であるしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。そして、光受信回路４０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。その結果、コンパレータ１６の出力波形の歪みが抑制される。

さらに、本実施の形態の光受信回路４０は、第１受光器１１に第１フォトダイオード２１および第３フォトダイオード５１を備えている。これにより、光受信回路４０は、第２受光器３１に流れる光電流を第１受光器１１に流れる光電流よりも小さくして、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整できる。光受信回路４０は、光電流Ｉｐｄ２に応じてしきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整する。そのため、第１ＴＩＡ１２および第２ＴＩＡ３２として、光電流を電圧に変換する変換効率が等しいＴＩＡを利用できる。

また、本実施の形態の光受信回路４０は、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２を第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２としている。これにより、光受信回路４０は、信号電圧Ｖｉｏの変動幅の１／２に近いしきい値電圧Ｖｔｈを生成する。そして、光受信回路４０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。そのため、コンパレータ１６の出力波形の歪みが、さらに抑制される。

なお、本実施の形態では、第１受光器１１は、並列に接続された２つのフォトダイオードを有している。しかし、フォトダイオードは２つ以上でもよい。また、第２受光器３１が、複数のフォトダイオードを有していてもよい。フォトダイオードの個数や接続方法を調整することにより、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２が、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１よりも小さくなればよい。さらには、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２が、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２であるのが好ましい。

（実施の形態５）
図７は、実施の形態５における光受信回路５０の概略ブロック図である。本実施の形態の光受信回路５０は、図７に示すように、レベルシフト回路１３とピークホールド回路１５とからなる保持回路６１を備えている点が実施の形態１と相違する。さらに、第１ＴＩＡ１２にレベルシフト回路１３が接続されていない点が実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

保持回路６１の入力側は、変換回路１４５の出力側と接続されている。変換回路１４５の構成は、変換回路１４と同じである。すなわち、変換回路１４５は、第２受光器３１と、第２ＴＩＡ３２とを備えている。第２受光器３１は、第２フォトダイオード３５を有している。第２フォトダイオード３５は、光信号を受信し、受信した光信号を光電流Ｉｐｄ２（第２の光電流）に変換する。

また、保持回路６１の出力側は、コンパレータ１６の非反転入力側と接続されている。保持回路６１は、変換回路１４５から出力される第２電圧Ｖｂが入力されると、第２電圧Ｖｂより所定値だけ高く、第１電圧Ｖａの最小電圧より大きく、第１電圧Ｖａの最大電圧未満の範囲に属する電圧のピーク電圧を保持する。

以下、具体的に説明する。変換回路１４５は、第１電圧Ｖａの最小電圧より大きく、第１電圧Ｖａの最大電圧未満の範囲に属する第２電圧Ｖｂを作成する。変換回路１４５の出力側は、保持回路６１に接続されている。変換回路１４５の出力側は、保持回路６１のレベルシフト回路１３の入力側に接続されている。レベルシフト回路１３は、第２電圧Ｖｂを、シフト量ΔＶｓだけプラス方向にシフトさせる。レベルシフト回路１３は、シフト後の電圧をピークホールド回路１５へ出力する。ここで、シフト量ΔＶｓは、第１電圧Ｖａの変位幅の１／２より小さい。レベルシフト回路１３の出力側は、ピークホールド回路１５の入力側に接続されている。ピークホールド回路１５は、ピーク電圧を保持する。すなわち、ピークホールド回路１５は、第２電圧Ｖｂよりシフト量ΔＶｓだけ高い電圧であり、第１電圧Ｖａの最小電圧より大きく、第１電圧Ｖａの最大電圧未満の範囲に属する電圧のピーク電圧を保持する。

ピークホールド回路１５の出力側は、コンパレータ１６の非反転入力側と接続されている。ピークホールド回路１５は、レベルシフト回路１３でシフトされた電圧にほぼ等しいしきい値電圧Ｖｔｈ（第２のしきい値電圧）をコンパレータ１６へ出力する。

本実施の形態の光受信回路５０では、保持回路６１のピークホールド回路１５を用いてしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。一方、従来の光受信回路は、ピーク検出部および平均値検出部を用いてしきい値電圧を生成している。つまり、光受信回路５０は、従来の光受信回路と比較して少ない回路部品でしきい値電圧Ｖｔｈの生成を行っている。これにより、光受信回路５０は、しきい値電圧Ｖｔｈを生成する際の消費電流を従来よりも低減できる。

また、本実施の形態の光受信回路５０では、変換回路１４５とコンパレータ１６とは、レベルシフト回路１３とピークホールド回路１５とからなる保持回路６１を介して接続されている。光受信回路５０は、ピークホールド回路１５などを用いてしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。そして、光受信回路５０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。そのために、コンパレータ１６の出力波形の歪みが抑制される。

以上、実施の形態１から実施の形態５に基づいて本発明について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られない。例えば、以下のような例が考えられる。

上記実施の形態５において、レベルシフト回路１３は、変換回路１４５とピークホールド回路１５との間に接続されているが、これに限定されない。

図８は、実施の形態５における他の光受信回路６０の概略ブロック図である。レベルシフト回路１３は、図８に示すように、ピークホールド回路１５とコンパレータ１６との間に接続されていてもよい。

光受信回路６０では、図８に示すように、レベルシフト回路１３とピークホールド回路１５とからなる保持回路６２を有している。

保持回路６２の入力側は、変換回路１４５の出力側と接続されている。また、保持回路６２の出力側は、コンパレータ１６の非反転入力側と接続されている。保持回路６２は、変換回路１４５から出力される第２電圧Ｖｂが入力されると、第２電圧Ｖｂより所定値だけ高く、第１電圧Ｖａの最小電圧より大きく、第１電圧Ｖａの最大電圧未満の範囲に属する電圧のピーク電圧を保持する。

以下、具体的に説明する。

変換回路１４５は、第１電圧Ｖａの最小電圧より大きく、第１電圧Ｖａの最大電圧未満の範囲に属する第２電圧Ｖｂを作成する。変換回路１４５の出力側は、保持回路６２に接続されている。変換回路１４５の出力側は、保持回路６２のピークホールド回路１５の入力側に接続されている。ピークホールド回路１５の出力側が、レベルシフト回路１３の入力側に接続されている。レベルシフト回路１３の出力側はコンパレータ１６の非反転入力側と接続されている。レベルシフト回路１３は、ピークホールド回路１５で保持される電圧をシフト量ΔＶｓだけプラス方向にシフトさせてしきい値電圧Ｖｔｈを生成し、コンパレータ１６へ出力する。ここで、シフト量ΔＶｓは、第１電圧Ｖａの変位幅の１／２より小さい。

光受信回路６０は、保持回路６２のピークホールド回路１５を用いてしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。一方、従来の光受信回路は、ピーク検出部および平均値検出部を用いてしきい値電圧を生成している。つまり、光受信回路６０は、従来の光受信回路と比較して少ない回路部品でしきい値電圧Ｖｔｈの生成を行っている。これにより、光受信回路６０は、しきい値電圧Ｖｔｈを生成する際の消費電流を従来よりも低減できる。

また、光受信回路６０では、変換回路１４５とコンパレータ１６とは、レベルシフト回路１３とピークホールド回路１５とからなる保持回路６２を介して接続されている。光受信回路６０は、ピークホールド回路１５などを用いてしきい値電圧Ｖｔｈを生成している。そして、光受信回路６０は、しきい値電圧Ｖｔｈに基づいて、電圧Ｖｏを出力する。そのため、コンパレータ１６の出力波形の歪みが抑制される。

また、実施の形態１および実施の形態２において、第２受光器３１に流れる光電流Ｉｐｄ２が、第１受光器１１に流れる光電流Ｉｐｄ１の１／２となる例を説明した。しかしながら、第２受光器３１に流れる光電流Ｉｐｄ２を第１受光器１１に流れる光電流Ｉｐｄ１よりも小さくする方法は、これらの方法に限定されない。

例えば、実施の形態１では、第１受光器１１の第１フォトダイオード２１と光電変換効率が等しい第２受光器３１の第２フォトダイオード３５を用いている。しかし、第２受光器３１の第２フォトダイオードの光電変換効率が、第１受光器１１の第１フォトダイオード２１より低くてもよい。さらに、第２受光器３１の第２フォトダイオードの光電変換効率が、第１受光器１１の第１フォトダイオード２１の１／２であってもよい。

また、別の例として、第２フォトダイオードと第１フォトダイオード２１との光電変換効率が等しく、第２フォトダイオードが受信する光信号の入射角度が、第１フォトダイオード２１が受信する光信号の入射角度と異なっていてもよい。このとき、第２フォトダイオードの入射角度は、第２フォトダイオードで受信される光信号の光量が第１フォトダイオード２１で受信される光信号の光量の１／２となるように設定される。

上記のような構成においても、第２受光器３１に流れる光電流Ｉｐｄ２を第１受光器１１に流れる光電流Ｉｐｄ１よりも小さくして、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整できる。また、光電流Ｉｐｄ２に応じてしきい値電圧Ｖｔｈの変位幅が調整できる。そのため、第１ＴＩＡ１２および第２ＴＩＡ３２として、光電流を電圧に変換する変換効率が等しいＴＩＡを利用できる。

また、第２ＴＩＡ３２の変換効率が、第１ＴＩＡ１２の変換効率より低い光受信回路を用いてもよい。さらに、第２ＴＩＡ３２の変換効率が、第１ＴＩＡ１２の変換効率の１／２である光受信回路を用いてもよい。なお、ここで変換効率とは、光電流を電圧に変換する変換効率のことである。すなわち、第２ＴＩＡ３２の変換効率と第１ＴＩＡ１２の変換効率を調整することにより、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整してもよい。

また、上記各実施の形態において、第１受光器１１と、第２受光器３１とは、同一のチップ上にあってもよいし、異なるチップ上にあってもよい。

また、第１受光器１１と、第２受光器３１とが備える光信号を光電流へ変換する部品は、同一の集積回路上にあってもよいし、異なる集積回路上にあってもよい。

上記実施の形態１から実施の形態４において、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２は、第１電圧Ｖａの変位幅Ａ１の１／２としたが、第２電圧Ｖｂの変位幅Ａ２はこれに限定されない。

第２電圧Ｖｂの変位幅が第１電圧Ｖａの変位幅より小さく、第２電圧Ｖｂが第１電圧Ｖａのシフト後の電圧である信号電圧Ｖｉｏの最小電圧より大きく、信号電圧Ｖｉｏの最大電圧未満であればよい。

また、実施の形態５における第２電圧Ｖｂの変位幅は、第１電圧Ｖａの変位幅より小さく、第２電圧Ｖｂのシフト後の電圧が信号電圧Ｖｉｏの最小電圧より大きく、信号電圧Ｖｉｏの最大電圧未満であればよい。

また、実施の形態２において、遮光部３７は、第２フォトダイオード３６が光信号を受信する受光面積の１／２を覆うように設置されるとしたが、遮光部３７はこれに限定されない。

遮光部３７は、第２フォトダイオード３６で受信される光信号の光量が第１フォトダイオード２１で受信される光信号の光量より少なくなるように設けられていればよい。さらには、第２フォトダイオード３６で受信される光信号の光量が第１フォトダイオード２１で受信される光信号の光量の１／２となるように、遮光部３７が設けられているのが好ましい。

また、例えば、遮光部３７は、光信号を遮光する壁として光信号を受光する面上に形成されてもよい。

上記のような構成により、第２受光器３１に流れる光電流Ｉｐｄ２を第１受光器１１に流れる光電流Ｉｐｄ１よりも小さくして、しきい値電圧Ｖｔｈの変位幅を調整できる。

また、本発明は、上記の事項や、実施の形態１〜５を組み合わせて用いてもよい。

本開示の光受信回路によると、変換回路とコンパレータとは、ピークホールド回路を介して電気的に接続されている。本開示の光受信回路では、ピークホールド回路で保持される電圧をしきい値電圧としている。その結果、簡単な回路構成で、コンパレータの出力波形の歪みを抑制できる。また、しきい値電圧を生成する際の消費電流を低減できる。

１０，２０，３０，４０，５０，６０ 光受信回路
１１ 第１受光器
１２ 第１トランスインピーダンスアンプ
１３ レベルシフト回路
１４，１４２，１４３，１４４，１４５ 変換回路
１５ ピークホールド回路
１６ コンパレータ
２１ 第１フォトダイオード
３１ 第２受光器
３２，３３ 第２トランスインピーダンスアンプ
３５，３６，３８，３９ 第２フォトダイオード
３７ 遮光部
４１ 第１増幅器
４２ 第２増幅器
４５ 第１抵抗
４６ 第２抵抗
５１ 第３フォトダイオード
６１，６２ 保持回路
Ｖａ 第１電圧
Ｖｂ 第２電圧
Ｖｉｏ 信号電圧
Ｖｔｈ しきい値電圧

Claims (16)

1. 光信号を受信して第１の光電流に変換する第１受光器と、
   前記第１受光器に接続され、前記第１の光電流を第１電圧に変換する第１トランスインピーダンスアンプと、
   前記第１トランスインピーダンスアンプに接続され、前記第１電圧を低電圧側に所定のシフト量シフトさせた信号電圧を生成するレベルシフト回路と、前記所定のシフト量は前記第１電圧の変位幅の１／２で表される値より小さく、
   前記光信号を受信して第２の光電流に変換する第２受光器と、前記第２受光器が前記光信号を受信していない場合は、前記第２受光器におけるアノード・カソード間の電圧は前記第１受光器におけるアノード・カソード間の電圧と等しく、前記第２の光電流は前記第１の光電流の１／２であり、
   前記第２受光器に接続され、前記第２の光電流を第２電圧に変換する第２トランスインピーダンスアンプと、前記第２電圧は、前記信号電圧の最小電圧より大きく前記信号電圧の最大電圧未満であり、前記第２電圧の変位幅は前記第１電圧の変位幅の１／２であり、
   前記第２トランスインピーダンスアンプに接続され、前記第２電圧のピーク電圧を第１のしきい値電圧として保持するピークホールド回路と、
   前記レベルシフト回路および前記ピークホールド回路に接続され、前記信号電圧と前記第１のしきい値電圧とを比較するコンパレータと、
   を備える
   光受信回路。
2. 前記第２受光器の受光面積は、前記第１受光器の受光面積よりも小さい
   請求項１に記載の光受信回路。
3. 前記第２受光器は遮光部を有しており、
   前記遮光部は、前記第２受光器で受光される光量が前記第１受光器で受光される光量より少なくなるように形成されている
   請求項１に記載の光受信回路。
4. 前記第２受光器の光電変換効率は、前記第１受光器の光電変換効率よりも低い
   請求項１に記載の光受信回路。
5. 前記第１トランスインピーダンスアンプは、第１増幅器と、前記第１増幅器に並列に接続された第１抵抗を有しており、
   前記第２トランスインピーダンスアンプは、第２増幅器と、前記第２増幅器に並列に接続された第２抵抗を有しており、
   前記第２抵抗の抵抗値は、前記第１抵抗の抵抗値より低い
   請求項１に記載の光受信回路。
6. 前記第１受光器は、互いに並列に接続された複数のフォトダイオードを有している
   請求項１に記載の光受信回路。
7. 前記第２トランスインピーダンスアンプが前記第２の光電流を前記第２電圧に変換する変換効率は、前記第１トランスインピーダンスアンプが前記第１の光電流を前記第１電圧に変換する変換効率よりも低い
   請求項１に記載の光受信回路。
8. 光信号を受信して第１の光電流に変換する第１受光器と、
   前記第１受光器に接続され、前記第１の光電流を第１電圧に変換する第１トランスインピーダンスアンプと、
   前記光信号を受信して第２の光電流に変換する第２受光器と、前記第２受光器が前記光信号を受信していない場合は、前記第２受光器におけるアノード・カソード間の電圧は前記第１受光器におけるアノード・カソード間の電圧と等しく、前記第２の光電流は前記第１の光電流の１／２であり、
   前記第２受光器に接続され、前記第２の光電流を、前記第１電圧の最小電圧より大きく、前記第１電圧の最大電圧未満の第２電圧に変換する第２トランスインピーダンスアンプと、
   前記第２トランスインピーダンスアンプに接続され、前記第２電圧を高電圧側に所定のシフト量シフトさせた電圧のピーク電圧を第２のしきい値電圧として保持する保持回路と、前記所定のシフト量は前記第１電圧の変位幅の１／２で表される値より小さく、前記第２のしきい値電圧は、前記第１電圧の最小電圧より大きく前記第１電圧の最大電圧未満であり、
   前記第１トランスインピーダンスアンプおよび前記保持回路に接続され、前記第１電圧と、前記第２のしきい値電圧とを比較するコンパレータと、
   を備える
   光受信回路。
9. 前記保持回路は、レベルシフト回路とピークホールド回路とを有する
   請求項８に記載の光受信回路。
10. 前記第２受光器の受光面積は、前記第１受光器の受光面積よりも小さい
    請求項８に記載の光受信回路。
11. 前記第２受光器は遮光部を有しており、
    前記遮光部は、前記第２受光器で受光される光量が前記第１受光器で受光される光量より少なくなるように形成されている
    請求項８に記載の光受信回路。
12. 前記第２受光器の光電変換効率は、前記第１受光器の光電変換効率よりも低い
    請求項８に記載の光受信回路。
13. 前記第１トランスインピーダンスアンプは、第１増幅器と、前記第１増幅器に並列に接続された第１抵抗を有しており、
    前記第２トランスインピーダンスアンプは、第２増幅器と、前記第２増幅器に並列に接続された第２抵抗を有しており、
    前記第２抵抗の抵抗値は、前記第１抵抗の抵抗値より低い
    請求項８に記載の光受信回路。
14. 前記第１受光器は、互いに並列に接続された複数のフォトダイオードを有している
    請求項８に記載の光受信回路。
15. 前記第２トランスインピーダンスアンプが前記第２の光電流を前記第２電圧に変換する変換効率は、前記第１トランスインピーダンスアンプが前記第１の光電流を前記第１電圧に変換する変換効率よりも低い
    請求項８に記載の光受信回路。
16. 前記第２電圧の変位幅は、前記第１電圧の変位幅の１／２である
    請求項８に記載の光受信回路。

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