JP7251387B2 - Transimpedance amplifier circuit - Google Patents

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Description

本開示は、トランスインピーダンス増幅回路に関する。 The present disclosure relates to transimpedance amplifier circuits.

従来、光通信用の光信号を電気信号に変換するトランスインピーダンス増幅回路がある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。このようなトランスインピーダンス増幅回路には、例えばPON(Passive Optical Network)方式の光アクセスシステムにて使用される場合に、様々な信号強度を有する光信号が入力され得る。また、光信号は情報を伝達する交流成分だけでなく直流成分を有している。このため、トランスインピーダンス増幅回路には、光信号から変換された電気信号に含まれる直流成分を除去する機能と、様々な信号強度に対応可能なダイナミックレンジを確保するために利得を制御する機能と、が要求される。 Conventionally, there is a transimpedance amplifier circuit that converts an optical signal for optical communication into an electrical signal (see Patent Documents 1 and 2, for example). Optical signals having various signal intensities can be input to such a transimpedance amplifier circuit, for example, when used in a PON (Passive Optical Network) type optical access system. Optical signals also have a DC component as well as an AC component that carries information. For this reason, the transimpedance amplifier circuit has a function to remove the DC component contained in the electrical signal converted from the optical signal, and a function to control the gain to ensure a dynamic range that can handle various signal strengths. , is required.

例えば、特許文献1には、入力電流を出力電圧に変換する増幅器と、出力電圧を差動出力信号に変換する差動増幅器と、フォトダイオードによって生成された光電流からバイパス電流を引き抜くバイパス回路と、を備える増幅回路が記載されている。この増幅回路では、バイパス回路は、出力電圧の平均値と参照電圧とが一致するように、バイパス電流を引き抜く。特許文献2には、直流電流の除去を制御する制御回路と、差動出力電圧の振幅を制御する制御回路と、を備えるトランスインピーダンス増幅回路が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses an amplifier that converts an input current into an output voltage, a differential amplifier that converts the output voltage into a differential output signal, and a bypass circuit that extracts a bypass current from a photocurrent generated by a photodiode. , is described. In this amplifier circuit, the bypass circuit extracts the bypass current so that the average value of the output voltage and the reference voltage match. Patent Literature 2 describes a transimpedance amplifier circuit that includes a control circuit that controls the removal of direct current and a control circuit that controls the amplitude of the differential output voltage.

特開2012-10107号公報JP 2012-10107 A 米国特許第9774305号明細書U.S. Pat. No. 9,774,305

特許文献1に記載の増幅回路では、入力端子と接地電位との間にダイオード及び電流源が接続されており、バイパス回路が有するエミッタフォロア回路によってダイオードが駆動される。エミッタフォロア回路の出力インピーダンスは、広い周波数範囲において低いので、バイパス電流には、直流成分だけでなく交流成分も含まれ得る。このため、光電流から直流成分は除去されるものの、交流成分も除去されるので出力電圧の振幅が減少し、トランスインピーダンス増幅回路の利得が低下する。このようなトランスインピーダンス増幅回路では、光電流として小さい信号強度を有する小信号、及び中程度の信号強度を有する信号が入力された場合に、交流成分が減衰されないようにするために、ダイオードをオフにすることが考えられる。この場合、増幅器の入力電流から直流成分が除去されないので、出力電圧が参照電圧よりも大きくなり、差動増幅器の入力信号は、信号論理のハイレベル側に偏って変調される。その結果、差動出力信号に歪みが生じ、信号品質が劣化するおそれがある。 In the amplifier circuit disclosed in Patent Document 1, a diode and a current source are connected between an input terminal and a ground potential, and the diode is driven by an emitter follower circuit included in a bypass circuit. Since the output impedance of the emitter follower circuit is low over a wide frequency range, the bypass current can contain not only a DC component but also an AC component. Therefore, although the DC component is removed from the photocurrent, the AC component is also removed, reducing the amplitude of the output voltage and lowering the gain of the transimpedance amplifier circuit. In such a transimpedance amplifier circuit, when a small signal with a small signal strength and a signal with a medium signal strength are input as a photocurrent, the diode is turned off in order to prevent the AC component from being attenuated. can be considered to be In this case, since the DC component is not removed from the input current of the amplifier, the output voltage becomes higher than the reference voltage, and the input signal of the differential amplifier is modulated biased toward the high level side of the signal logic. As a result, the differential output signal may be distorted, degrading the signal quality.

一方、特許文献2に記載のトランスインピーダンス増幅回路では、入力電流の直流成分の除去と振幅の制御とをそれぞれ異なる制御回路で制御している。このため、回路規模が大きくなる。 On the other hand, in the transimpedance amplifier circuit disclosed in Patent Document 2, different control circuits control the removal of the DC component of the input current and the control of the amplitude. Therefore, the circuit scale becomes large.

本開示では、回路規模を抑えつつ、直流成分の除去の制御と利得制御とを適切に実施可能なトランスインピーダンス増幅回路が説明される。 In the present disclosure, a transimpedance amplifier circuit that can appropriately perform DC component removal control and gain control while suppressing the circuit scale will be described.

本開示の一側面に係るトランスインピーダンス増幅回路は、受光素子によって生成された入力電流信号に応じて差動電圧信号を生成する回路である。このトランスインピーダンス増幅回路は、入力電流信号を受ける入力端子と、電流信号を電圧信号に変換するシングルエンド型増幅回路と、電圧信号と基準電圧信号との差分に応じて差動電圧信号を生成する差動増幅回路と、電圧信号と基準電圧信号との差分の積分値に基づいて制御電流を生成する制御電流生成回路と、制御電流に応じて、直流バイパス電流及び交流バイパス電流を生成するバイパス回路と、を備える。電流信号は、入力電流信号から直流バイパス電流及び交流バイパス電流が引き抜かれることによって生成される。バイパス回路は、制御電流が入力される制御回路と、制御電流に応じて直流バイパス電流を生成する帰還電流源と、制御電流に応じて交流バイパス電流を生成する可変抵抗回路と、を備える。制御回路は、制御電流が大きくなるにつれて直流バイパス電流が大きくなるように帰還電流源を制御するとともに、制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に制御電流が大きくなるにつれて交流バイパス電流が大きくなるように、可変抵抗回路を制御する。 A transimpedance amplifier circuit according to one aspect of the present disclosure is a circuit that generates a differential voltage signal according to an input current signal generated by a light receiving element. This transimpedance amplifier circuit includes an input terminal that receives an input current signal, a single-ended amplifier circuit that converts the current signal into a voltage signal, and a differential voltage signal that is generated according to the difference between the voltage signal and the reference voltage signal. A differential amplifier circuit, a control current generation circuit that generates a control current based on an integral value of a difference between a voltage signal and a reference voltage signal, and a bypass circuit that generates a DC bypass current and an AC bypass current according to the control current. And prepare. A current signal is generated by subtracting a DC bypass current and an AC bypass current from the input current signal. The bypass circuit includes a control circuit to which a control current is input, a feedback current source that generates a DC bypass current according to the control current, and a variable resistance circuit that generates an AC bypass current according to the control current. The control circuit controls the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases, and when the control current exceeds a predetermined offset current value, the AC bypass current increases as the control current increases. The variable resistance circuit is controlled so that

本開示によれば、回路規模を抑えつつ、直流成分の除去の制御と利得制御とを適切に実施することができる。 According to the present disclosure, it is possible to appropriately perform DC component removal control and gain control while reducing the circuit scale.

図1は、一実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を備える光受信装置の構成を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an optical receiver that includes a transimpedance amplifier circuit according to one embodiment. 図2は、図1に示される積分回路の回路構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration example of the integrating circuit shown in FIG. 図3は、図1に示される制御回路に供給される制御電流と、制御回路によって生成される電流との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the control current supplied to the control circuit shown in FIG. 1 and the current generated by the control circuit. 図4は、図1に示される制御回路の回路構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration example of the control circuit shown in FIG. 図5は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路におけるDC(Direct Current)オフセット特性及び利得特性を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing DC (Direct Current) offset characteristics and gain characteristics in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the contents of the embodiments of the present disclosure will be listed and described.

本開示の一側面に係るトランスインピーダンス増幅回路は、受光素子によって生成された入力電流信号に応じて差動電圧信号を生成する回路である。このトランスインピーダンス増幅回路は、入力電流信号を受ける入力端子と、電流信号を電圧信号に変換するシングルエンド型増幅回路と、電圧信号と基準電圧信号との差分に応じて差動電圧信号を生成する差動増幅回路と、電圧信号と基準電圧信号との差分の積分値に基づいて制御電流を生成する制御電流生成回路と、制御電流に応じて、直流バイパス電流及び交流バイパス電流を生成するバイパス回路と、を備える。電流信号は、入力電流信号から直流バイパス電流及び交流バイパス電流が引き抜かれることによって生成される。バイパス回路は、制御電流が入力される制御回路と、制御電流に応じて直流バイパス電流を生成する帰還電流源と、制御電流に応じて交流バイパス電流を生成する可変抵抗回路と、を備える。制御回路は、制御電流が大きくなるにつれて直流バイパス電流が大きくなるように帰還電流源を制御するとともに、制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に制御電流が大きくなるにつれて交流バイパス電流が大きくなるように、可変抵抗回路を制御する。 A transimpedance amplifier circuit according to one aspect of the present disclosure is a circuit that generates a differential voltage signal according to an input current signal generated by a light receiving element. This transimpedance amplifier circuit includes an input terminal that receives an input current signal, a single-ended amplifier circuit that converts the current signal into a voltage signal, and a differential voltage signal that is generated according to the difference between the voltage signal and the reference voltage signal. A differential amplifier circuit, a control current generation circuit that generates a control current based on an integral value of a difference between a voltage signal and a reference voltage signal, and a bypass circuit that generates a DC bypass current and an AC bypass current according to the control current. And prepare. A current signal is generated by subtracting a DC bypass current and an AC bypass current from the input current signal. The bypass circuit includes a control circuit to which a control current is input, a feedback current source that generates a DC bypass current according to the control current, and a variable resistance circuit that generates an AC bypass current according to the control current. The control circuit controls the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases, and when the control current exceeds a predetermined offset current value, the AC bypass current increases as the control current increases. The variable resistance circuit is controlled so that

このトランスインピーダンス増幅回路では、帰還電流源によって直流バイパス電流が生成され、可変抵抗回路によって交流バイパス電流が生成され、受光素子によって生成された入力電流信号から、直流バイパス電流及び交流バイパス電流が引き抜かれることで、電流信号が生成される。そして、シングルエンド型増幅回路によって電流信号が電圧信号に変換され、差動増幅回路によって電圧信号と基準電圧信号との差分に応じて差動電圧信号が生成される。電圧信号と基準電圧信号との差分の積分値に基づいて制御電流が生成され、制御電流が大きくなるにつれて直流バイパス電流が大きくなるように帰還電流源が制御されるので、入力電流信号の直流成分が直流バイパス電流として入力電流信号から引き抜かれ、入力電流信号から直流成分の除去が行われる。一方、制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に制御電流が大きくなるにつれて交流バイパス電流が大きくなるように、可変抵抗回路が制御される。このため、入力電流信号が比較的小さい場合、交流バイパス電流の引き抜きが抑えられ、交流成分が減衰することを回避できる。入力電流信号が比較的大きい場合には、入力電流信号の交流成分が交流バイパス電流として入力電流信号から引き抜かれるので、入力電流信号の交流成分を減衰させることができる。帰還電流源及び可変抵抗回路は、いずれも1つの制御回路によって制御されるので、回路規模を抑えつつ、直流成分の除去の制御と利得制御とを適切に実施することが可能となる。 In this transimpedance amplifier circuit, a feedback current source generates a DC bypass current, a variable resistance circuit generates an AC bypass current, and the DC bypass current and the AC bypass current are extracted from the input current signal generated by the light receiving element. A current signal is thus generated. Then, the single-ended amplifier circuit converts the current signal into a voltage signal, and the differential amplifier circuit generates a differential voltage signal according to the difference between the voltage signal and the reference voltage signal. A control current is generated based on the integrated value of the difference between the voltage signal and the reference voltage signal, and the feedback current source is controlled so that the DC bypass current increases as the control current increases. is withdrawn from the input current signal as a DC bypass current to remove the DC component from the input current signal. On the other hand, when the control current exceeds a predetermined offset current value, the variable resistance circuit is controlled such that the AC bypass current increases as the control current increases. Therefore, when the input current signal is relatively small, the drawing of the AC bypass current is suppressed, and the attenuation of the AC component can be avoided. When the input current signal is relatively large, the AC component of the input current signal can be attenuated because the AC component of the input current signal is withdrawn from the input current signal as the AC bypass current. Since the feedback current source and the variable resistance circuit are both controlled by one control circuit, it is possible to appropriately control the removal of the DC component and control the gain while suppressing the circuit scale.

制御回路は、制御電流を第1増幅率で増幅することで第1制御電流を生成してもよい。帰還電流源は、第1制御電流を受ける第1ドレインと、第1ドレインに電気的に接続される第1ゲートと、接地電位に電気的に接続される第1ソースと、を有する第1電界効果トランジスタと、入力端子に電気的に接続される第2ドレインと、第1ドレイン及び第1ゲートに電気的に接続される第2ゲートと、第1ソースに電気的に接続される第2ソースと、を有する第2電界効果トランジスタと、を備えてもよい。帰還電流源は、第1制御電流に応じて直流バイパス電流を第2ドレインから第2ソースに流してもよい。この場合、第1電界効果トランジスタがダイオード接続されているので、第1電界効果トランジスタの第1ドレインが第1制御電流を受けると、第1ゲートと第1ソースとの間にゲート・ソース間電圧が生成される。第1ゲートと第2ゲートとは互いに電気的に接続されており、第1ソースと第2ソースとは互いに電気的に接続されているので、第2電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧は第1電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧と等しくなる。第2電界効果トランジスタでは、第2ソースが第1ソース、つまり接地電位に電気的に接続され、第2ドレインが入力端子に電気的に接続されているので、第2ソースと第2ドレインとの電位差が大きくなる。これにより、第2電界効果トランジスタは飽和領域で動作する。このため、第2電界効果トランジスタは電流源として機能し、第2ドレインの出力インピーダンスが大きくなるので、入力電流信号の交流成分はほとんど第2電界効果トランジスタに流れ込まないものの、入力電流信号の直流成分は直流バイパス電流として第2電界効果トランジスタに流れ込み得る。そして、制御電流が大きくなるにつれて、第1電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧が大きくなるので、入力電流信号の直流成分が直流バイパス電流として入力電流信号から引き抜かれ、入力電流信号から直流成分の除去が適切に行われる。 The control circuit may generate the first control current by amplifying the control current with a first amplification factor. A feedback current source has a first electric field having a first drain for receiving a first control current, a first gate electrically connected to the first drain, and a first source electrically connected to ground potential. an effect transistor, a second drain electrically connected to the input terminal, a second gate electrically connected to the first drain and the first gate, and a second source electrically connected to the first source. and a second field effect transistor having. The feedback current source may pass a DC bypass current from the second drain to the second source in response to the first control current. In this case, since the first field effect transistor is diode-connected, when the first drain of the first field effect transistor receives the first control current, a gate-source voltage is generated between the first gate and the first source. is generated. Since the first gate and the second gate are electrically connected to each other, and the first source and the second source are electrically connected to each other, the voltage between the gate and the source of the second field effect transistor is 1 equal to the gate-source voltage of a field effect transistor. In the second field effect transistor, the second source is electrically connected to the first source, that is, the ground potential, and the second drain is electrically connected to the input terminal. The potential difference increases. Thereby, the second field effect transistor operates in the saturation region. Therefore, the second field effect transistor functions as a current source, and the output impedance of the second drain becomes large. Therefore, although the AC component of the input current signal hardly flows into the second field effect transistor, the DC component of the input current signal can flow into the second field effect transistor as a DC bypass current. As the control current increases, the voltage between the gate and the source of the first field effect transistor increases, so that the DC component of the input current signal is extracted as a DC bypass current from the input current signal. Removal is done properly.

制御回路は、オフセット電流値を有するオフセット電流を生成してもよく、制御電流を増幅することで生成した電流とオフセット電流との差分を第2増幅率で増幅することで第2制御電流を生成してもよい。可変抵抗回路は、第2制御電流を受ける第3ドレインと、第3ドレインに電気的に接続される第3ゲートと、基準電圧信号が供給される第3ソースと、を有する第3電界効果トランジスタと、入力端子に電気的に接続される第4ドレインと、第3ドレイン及び第3ゲートに電気的に接続される第4ゲートと、基準電圧信号が供給される第4ソースと、を有する第4電界効果トランジスタと、を備えてもよい。可変抵抗回路は、第2制御電流に応じて交流バイパス電流を第4ドレインから第4ソースに流してもよい。この場合、第3電界効果トランジスタがダイオード接続されているので、第3電界効果トランジスタの第3ドレインが第2制御電流を受けると、第3ゲートと第3ソースとの間にゲート・ソース間電圧が生成される。第3ゲートと第4ゲートとは互いに電気的に接続されており、第3ソース及び第4ソースには基準電圧信号が供給されるので、第4電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧は第3電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧と等しくなる。第4電界効果トランジスタでは、第4ソースに基準電圧信号が供給され、第4ドレインが入力端子に電気的に接続されているので、第4ドレインと第4ソースとの電位差はほとんど無い。これにより、第4電界効果トランジスタは(深い)3極管領域(線形領域)で動作する。このため、第4電界効果トランジスタは可変抵抗器として機能し、第4ドレインの出力インピーダンスは低くなる。第4ドレインと第4ソースとの電位差はほとんど無いことから、入力電流信号の直流成分はほとんど第4電界効果トランジスタに流れ込まないものの、入力電流信号の交流成分は交流バイパス電流として第4電界効果トランジスタに流れ込み得る。そして、制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に制御電流が大きくなるにつれて、第3電界効果トランジスタのゲート・ソース間電圧が大きくなるので、入力電流信号が比較的小さい場合、交流バイパス電流の引き抜きが抑えられ、交流成分が減衰することを回避できる。入力電流信号が比較的大きい場合には、入力電流信号の交流成分が交流バイパス電流として入力電流信号から引き抜かれるので、入力電流信号の交流成分を減衰させることができる。したがって、可変抵抗回路によって、トランスインピーダンスアンプの利得が適切に制御される。 The control circuit may generate an offset current having an offset current value, and generate a second control current by amplifying a difference between the current generated by amplifying the control current and the offset current with a second amplification factor. You may The variable resistance circuit is a third field effect transistor having a third drain receiving a second control current, a third gate electrically connected to the third drain, and a third source supplied with a reference voltage signal. a fourth drain electrically connected to the input terminal; a fourth gate electrically connected to the third drain and the third gate; and a fourth source supplied with a reference voltage signal. 4 field effect transistors. The variable resistance circuit may pass an AC bypass current from the fourth drain to the fourth source in response to the second control current. In this case, since the third field effect transistor is diode-connected, when the third drain of the third field effect transistor receives the second control current, a gate-source voltage is applied between the third gate and the third source. is generated. The third gate and the fourth gate are electrically connected to each other, and the reference voltage signal is supplied to the third source and the fourth source, so that the gate-source voltage of the fourth field effect transistor is the third It is equal to the gate-source voltage of a field effect transistor. In the fourth field effect transistor, since the reference voltage signal is supplied to the fourth source and the fourth drain is electrically connected to the input terminal, there is almost no potential difference between the fourth drain and the fourth source. This causes the fourth field effect transistor to operate in the (deep) triode region (linear region). Therefore, the fourth field effect transistor functions as a variable resistor and the output impedance of the fourth drain becomes low. Since there is almost no potential difference between the fourth drain and the fourth source, the DC component of the input current signal hardly flows into the fourth field effect transistor, but the AC component of the input current signal acts as an AC bypass current through the fourth field effect transistor. can flow into When the control current exceeds a predetermined offset current value, the voltage between the gate and the source of the third field effect transistor increases as the control current increases. is suppressed, and attenuation of the AC component can be avoided. When the input current signal is relatively large, the AC component of the input current signal can be attenuated because the AC component of the input current signal is withdrawn from the input current signal as the AC bypass current. Therefore, the variable resistance circuit appropriately controls the gain of the transimpedance amplifier.

上記トランスインピーダンス増幅回路は、基準電圧信号を生成する基準電圧生成回路をさらに備えてもよい。基準電圧生成回路は、増幅器と、増幅器の入出力間に電気的に接続された帰還抵抗素子と、を備えてもよい。この場合、基準電圧生成回路の出力インピーダンスが広い周波数範囲において低くなる。つまり、シングルエンド型増幅回路の入力端子から見た可変抵抗回路のインピーダンスが、広い周波数範囲において低くなる。このため、入力電流信号から交流バイパス電流を引き抜きやすくすることができる。 The transimpedance amplifier circuit may further include a reference voltage generation circuit that generates a reference voltage signal. The reference voltage generation circuit may include an amplifier and a feedback resistance element electrically connected between the input and output of the amplifier. In this case, the output impedance of the reference voltage generating circuit becomes low over a wide frequency range. That is, the impedance of the variable resistance circuit viewed from the input terminal of the single-ended amplifier circuit becomes low over a wide frequency range. Therefore, it is possible to easily extract the AC bypass current from the input current signal.

[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路の具体例を、図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
A specific example of a transimpedance amplifier circuit according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. The present disclosure is not limited to these examples, but is indicated by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

図1は、一実施形態に係るトランスインピーダンス増幅回路を備える光受信装置の構成を概略的に示す図である。図2は、図1に示される積分回路の回路構成例を示す図である。図3は、図1に示される制御回路に供給される制御電流と、制御回路によって生成される電流との関係を示す図である。図4は、図1に示される制御回路の回路構成例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an optical receiver that includes a transimpedance amplifier circuit according to one embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration example of the integrating circuit shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the control current supplied to the control circuit shown in FIG. 1 and the current generated by the control circuit. FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration example of the control circuit shown in FIG.

図1に示される光受信装置1は、不図示の光送信装置から送信された光信号Pinを受信する。光受信装置1は、受光素子PDと、トランスインピーダンス増幅回路10と、を備える。受光素子PDは、光信号Pinを受信し、光信号Pinに応じた光電流Ipd(入力電流信号)を生成する。光電流Ipdは、直流成分を含み得る。受光素子PDの例としては、フォトダイオード及びアバランシェ・フォトダイオードが挙げられる。受光素子PDの一方の端子は、所定のバイアス電圧VPDに電気的に接続され、受光素子PDの他方の端子は、光電流Ipdを出力する。 The optical receiver 1 shown in FIG. 1 receives an optical signal Pin transmitted from an optical transmitter (not shown). The optical receiver 1 includes a light receiving element PD and a transimpedance amplifier circuit 10 . The light receiving element PD receives the optical signal Pin and generates a photocurrent Ipd (input current signal) corresponding to the optical signal Pin. The photocurrent Ipd may contain a DC component. Examples of the light receiving element PD include photodiodes and avalanche photodiodes. One terminal of the light receiving element PD is electrically connected to a predetermined bias voltage VPD, and the other terminal of the light receiving element PD outputs a photocurrent Ipd.

トランスインピーダンス増幅回路10は、受光素子PDによって生成された光電流Ipdを受け、光電流Ipdに応じて電圧信号である差動電圧信号Vout,Voutbを生成する。差動電圧信号Vout,Voutbは、一対の相補信号である。トランスインピーダンス増幅回路10は、入力端子10aを備える。入力端子10aには光電流Ipdが入力される。 The transimpedance amplifier circuit 10 receives the photocurrent Ipd generated by the photodetector PD and generates differential voltage signals Vout and Voutb, which are voltage signals, according to the photocurrent Ipd. The differential voltage signals Vout, Voutb are a pair of complementary signals. The transimpedance amplifier circuit 10 has an input terminal 10a. A photocurrent Ipd is input to the input terminal 10a.

トランスインピーダンス増幅回路10は、TIA(TransImpedance Amplifier)部11(シングルエンド型増幅回路)と、基準電圧発生回路12と、差動増幅回路13と、制御電流生成回路14と、バイパス回路15と、を備える。 The transimpedance amplifier circuit 10 includes a TIA (TransImpedance Amplifier) section 11 (single-ended amplifier circuit), a reference voltage generator circuit 12, a differential amplifier circuit 13, a control current generator circuit 14, and a bypass circuit 15. Prepare.

TIA部11は、電流信号Iinを電圧信号Vtiaに変換する回路である。具体的には、TIA部11は、電圧アンプ11aと、帰還抵抗素子11bとを備える。電圧アンプ11aの入力端子と出力端子とは、帰還抵抗素子11bを介して電気的に接続されている。つまり、帰還抵抗素子11bは、電圧アンプ11aの入出力間に電気的に接続されている。電流信号Iinは、光電流Ipdから直流バイパス電流Iaoc及び交流バイパス電流Iagcが引き抜かれることによって生成される。直流バイパス電流Iaoc及び交流バイパス電流Iagcはバイパス回路15によって制御されるが、詳細については後述する。電圧信号Vtiaの増減は、電流信号Iinの増減に対して反転している。電圧アンプ11aは、例えば反転増幅回路である。TIA部11は、電圧信号Vtiaを差動増幅回路13及び制御電流生成回路14に出力する。TIA部11の利得(電流信号Iinの大きさに対する電圧信号Vtiaの大きさの比)は、帰還抵抗素子11bの抵抗値(トランスインピーダンス)によって決まる。 The TIA unit 11 is a circuit that converts the current signal Iin into a voltage signal Vtia. Specifically, the TIA section 11 includes a voltage amplifier 11a and a feedback resistance element 11b. The input terminal and the output terminal of the voltage amplifier 11a are electrically connected via the feedback resistance element 11b. That is, the feedback resistance element 11b is electrically connected between the input and output of the voltage amplifier 11a. The current signal Iin is generated by extracting the DC bypass current Iaoc and the AC bypass current Iagc from the photocurrent Ipd. The DC bypass current Iaoc and the AC bypass current Iagc are controlled by the bypass circuit 15, the details of which will be described later. The increase/decrease of the voltage signal Vtia is inverted with respect to the increase/decrease of the current signal Iin. The voltage amplifier 11a is, for example, an inverting amplifier circuit. The TIA section 11 outputs the voltage signal Vtia to the differential amplifier circuit 13 and the control current generation circuit 14 . The gain of the TIA section 11 (the ratio of the magnitude of the voltage signal Vtia to the magnitude of the current signal Iin) is determined by the resistance value (transimpedance) of the feedback resistance element 11b.

基準電圧発生回路12は、直流の電圧信号である基準電圧信号Vrefを生成する回路である。基準電圧発生回路12は、基準電圧信号Vrefを差動増幅回路13及び制御電流生成回路14に出力する。基準電圧信号Vrefは、所定の電圧値(固定値)を有する。基準電圧発生回路12は、出力インピーダンスが広帯域にわたって低インピーダンスとなるように構成されてもよい。本実施形態では、基準電圧発生回路12は、TIA部11と同様に、電圧アンプ12a(増幅器)と帰還抵抗素子12bとを備える。電圧アンプ12aの入力端子と出力端子とは、帰還抵抗素子12bを介して電気的に接続されている。つまり、帰還抵抗素子12bは、電圧アンプ12aの入出力間に電気的に接続されている。基準電圧発生回路12がTIA部11と同様の回路構成を有することで、電圧アンプ11aの電源電圧及び温度の変化による電圧信号Vtiaの変化を補償(相殺)するように基準電圧信号Vrefが生成され得る。 The reference voltage generation circuit 12 is a circuit that generates a reference voltage signal Vref, which is a DC voltage signal. The reference voltage generator circuit 12 outputs the reference voltage signal Vref to the differential amplifier circuit 13 and the control current generator circuit 14 . The reference voltage signal Vref has a predetermined voltage value (fixed value). The reference voltage generation circuit 12 may be configured such that the output impedance is low over a wide band. In this embodiment, the reference voltage generation circuit 12 includes a voltage amplifier 12a (amplifier) and a feedback resistance element 12b, similarly to the TIA section 11. FIG. An input terminal and an output terminal of the voltage amplifier 12a are electrically connected via a feedback resistance element 12b. That is, the feedback resistance element 12b is electrically connected between the input and output of the voltage amplifier 12a. Since the reference voltage generation circuit 12 has a circuit configuration similar to that of the TIA section 11, the reference voltage signal Vref is generated so as to compensate (offset) changes in the voltage signal Vtia due to changes in the power supply voltage and temperature of the voltage amplifier 11a. obtain.

差動増幅回路13は、電圧信号Vtiaと基準電圧信号Vrefとの差分ΔVtia(誤差)に応じて差動電圧信号Vout,Voutbを生成する回路である。言い換えると、差動増幅回路13は、基準電圧信号Vrefを用いて、単一(単相)の電圧信号Vtiaを差動電圧信号Vout,Voutbに変換する。差動増幅回路13は、差分ΔVtiaを増幅することで、差動電圧信号Vout,Voutbを生成する。差動増幅回路13は、差動電圧信号Vout,Voutbを後段の回路(不図示)に出力する。 The differential amplifier circuit 13 is a circuit that generates differential voltage signals Vout and Voutb according to the difference ΔVtia (error) between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref. In other words, the differential amplifier circuit 13 uses the reference voltage signal Vref to convert the single (single-phase) voltage signal Vtia into the differential voltage signals Vout and Voutb. The differential amplifier circuit 13 generates differential voltage signals Vout and Voutb by amplifying the difference ΔVtia. The differential amplifier circuit 13 outputs the differential voltage signals Vout and Voutb to a subsequent circuit (not shown).

制御電流生成回路14は、電圧信号Vtiaと基準電圧信号Vrefとの差分ΔVtiaの積分値に基づいて制御電流Icntを生成する回路である。制御電流生成回路14は、積分回路41と、OTA(Operational Transconductance Amplifier)42と、を備える。 The control current generation circuit 14 is a circuit that generates the control current Icnt based on the integrated value of the difference ΔVtia between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref. The control current generation circuit 14 includes an integration circuit 41 and an OTA (Operational Transconductance Amplifier) 42 .

積分回路41は、差分ΔVtiaを積分する回路である。図2に示されるように、積分回路41は、入力端子41a,41bと、出力端子41c,41dと、を有する。入力端子41aは、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されており、入力端子41aには、基準電圧信号Vrefが入力される。入力端子41bは、TIA部11(電圧アンプ11a)の出力端子に電気的に接続されており、入力端子41bには、電圧信号Vtiaが入力される。出力端子41cは、OTA42の反転入力端子に電気的に接続されており、OTA42に電圧信号Vinnを出力する。出力端子41dは、OTA42の非反転入力端子に電気的に接続されており、OTA42に電圧信号Vinpを出力する。 The integration circuit 41 is a circuit that integrates the difference ΔVtia. As shown in FIG. 2, the integration circuit 41 has input terminals 41a and 41b and output terminals 41c and 41d. The input terminal 41a is electrically connected to the output terminal of the reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12a), and the reference voltage signal Vref is input to the input terminal 41a. The input terminal 41b is electrically connected to the output terminal of the TIA section 11 (voltage amplifier 11a), and the voltage signal Vtia is input to the input terminal 41b. The output terminal 41 c is electrically connected to the inverting input terminal of the OTA 42 and outputs the voltage signal Vinn to the OTA 42 . The output terminal 41 d is electrically connected to the non-inverting input terminal of the OTA 42 and outputs the voltage signal Vinp to the OTA 42 .

積分回路41は、オペアンプ43と、抵抗素子44,45と、コンデンサ46,47と、を備える。オペアンプ43は、非反転入力端子43aと、反転入力端子43bと、反転出力端子43cと、非反転出力端子43dと、を有する。非反転入力端子43aは、抵抗素子44を介して入力端子41aに電気的に接続されている。反転入力端子43bは、抵抗素子45を介して入力端子41bに電気的に接続されている。反転出力端子43cは、出力端子41cに電気的に接続されるとともに、コンデンサ46を介して非反転入力端子43aに電気的に接続されている。つまり、コンデンサ46は、反転出力端子43cと非反転入力端子43aとの間を負帰還で接続する。非反転出力端子43dは、出力端子41dに電気的に接続されるとともに、コンデンサ47を介して反転入力端子43bに電気的に接続されている。つまり、コンデンサ47は、非反転出力端子43dと反転入力端子43bとの間を負帰還で接続する。 The integration circuit 41 includes an operational amplifier 43 , resistance elements 44 and 45 , and capacitors 46 and 47 . The operational amplifier 43 has a non-inverting input terminal 43a, an inverting input terminal 43b, an inverting output terminal 43c, and a non-inverting output terminal 43d. The non-inverting input terminal 43a is electrically connected to the input terminal 41a through the resistance element 44. As shown in FIG. The inverting input terminal 43b is electrically connected through the resistance element 45 to the input terminal 41b. The inverting output terminal 43c is electrically connected to the output terminal 41c and electrically connected to the non-inverting input terminal 43a via the capacitor . That is, the capacitor 46 connects the inverting output terminal 43c and the non-inverting input terminal 43a by negative feedback. The non-inverting output terminal 43d is electrically connected to the output terminal 41d and is electrically connected via the capacitor 47 to the inverting input terminal 43b. That is, the capacitor 47 connects between the non-inverting output terminal 43d and the inverting input terminal 43b by negative feedback.

ここで、オペアンプ43の利得が無限大であり、抵抗素子44の抵抗値R1と抵抗素子45の抵抗値R2とが互いに等しく、コンデンサ46の容量値C1とコンデンサ47の容量値C2とが互いに等しいと仮定すると、積分回路41は、時定数R1×C1を有する積分器として動作する。 Here, the gain of the operational amplifier 43 is infinite, the resistance value R1 of the resistance element 44 and the resistance value R2 of the resistance element 45 are equal to each other, and the capacitance value C1 of the capacitor 46 and the capacitance value C2 of the capacitor 47 are equal to each other. , the integration circuit 41 operates as an integrator with a time constant R1×C1.

OTA42は、差動電圧信号(電圧信号Vinp及び電圧信号Vinn)をシングル電流信号(誤差電流)である制御電流Icntに変換する回路である。OTA42は、公知の回路構成を有し、例えば、差動増幅回路にカレントミラー回路が付加された構成を有する。OTA42は、トランスコンダクタンスを有しており、OTA42の入出力インピーダンスは例えば無限大である。制御電流Icntは、OTA42に入力される電圧信号Vinpと電圧信号Vinnとの差である入力差動電圧にトランスコンダクタンスを乗算することによって求められる。電圧信号Vinpと電圧信号Vinnとの差は、差分ΔVtiaの積分値に応じて変化する。OTA42は、制御電流Icntをバイパス回路15に出力する。 The OTA 42 is a circuit that converts a differential voltage signal (voltage signal Vinp and voltage signal Vinn) into a control current Icnt that is a single current signal (error current). The OTA 42 has a known circuit configuration, for example, a configuration in which a current mirror circuit is added to a differential amplifier circuit. The OTA 42 has transconductance, and the input/output impedance of the OTA 42 is, for example, infinite. The control current Icnt is obtained by multiplying the input differential voltage, which is the difference between the voltage signal Vinp and the voltage signal Vinn input to the OTA 42, by the transconductance. The difference between the voltage signal Vinp and the voltage signal Vinn changes according to the integrated value of the difference ΔVtia. The OTA 42 outputs the control current Icnt to the bypass circuit 15 .

バイパス回路15は、制御電流Icntに応じて、直流バイパス電流Iaoc及び交流バイパス電流Iagcを生成する回路である。バイパス回路15は、制御回路51と、帰還電流源52と、可変抵抗回路53と、を備える。 The bypass circuit 15 is a circuit that generates a DC bypass current Iaoc and an AC bypass current Iagc according to the control current Icnt. The bypass circuit 15 includes a control circuit 51 , a feedback current source 52 and a variable resistance circuit 53 .

制御回路51には、制御電流Icntが入力される。制御回路51は、制御電流Icntが大きくなるにつれて直流バイパス電流Iaocが大きくなるように帰還電流源52を制御する。制御回路51は、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を越えた場合に、制御電流Icntが大きくなるにつれて交流バイパス電流Iagcが大きくなるように可変抵抗回路53を制御する。オフセット電流Iofsの電流値は、所定の電流値(固定値)である。具体的には、制御回路51は、制御電流生成回路14(OTA42)から制御電流Icntを受け、制御電流Icntに応じて制御電流Iaoccnt(第1制御電流)及び制御電流Iagccnt(第2制御電流)を生成する。制御回路51は、制御電流Iaoccntを帰還電流源52に出力し、制御電流Iaoccntによって帰還電流源52を制御する。制御回路51は、制御電流Iagccntを可変抵抗回路53に出力し、制御電流Iagccntによって可変抵抗回路53を制御する。 A control current Icnt is input to the control circuit 51 . Control circuit 51 controls feedback current source 52 so that DC bypass current Iaoc increases as control current Icnt increases. When the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Iofs, the control circuit 51 controls the variable resistance circuit 53 so that the AC bypass current Iagc increases as the control current Icnt increases. The current value of the offset current Iofs is a predetermined current value (fixed value). Specifically, the control circuit 51 receives the control current Icnt from the control current generation circuit 14 (OTA 42), and generates a control current Iaocnt (first control current) and a control current Iagccnt (second control current) according to the control current Icnt. to generate The control circuit 51 outputs a control current Iaocnt to the feedback current source 52 and controls the feedback current source 52 with the control current Iaocnt. The control circuit 51 outputs a control current Iagccnt to the variable resistance circuit 53 and controls the variable resistance circuit 53 with the control current Iagccnt.

図3に示されるように、制御電流Iaoccntの電流値は、制御電流Icntの電流値に比例している。制御電流Iaoccntの電流値は、制御電流Icntの電流値のα倍である(Iaoccnt=α×Icnt)。制御回路51は、例えば、制御電流Icntを増幅率αで増幅することで制御電流Iaoccntを生成する。制御電流Iagccntの電流値は、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも大きい場合に、制御電流Icntの電流値に比例する。言い換えると、制御電流Iagccntの電流値は、制御電流Icntからオフセット電流Iofsの電流値を減算した電流値のγ倍である(Iagccnt=γ×(Icnt-Iofs))。制御回路51は、例えば、所定の電流値(オフセット電流値)を有するオフセット電流Iofsを生成し、制御電流Icntを増幅することで生成した電流(ここでは、制御電流Icnt)とオフセット電流Iofsとの差分を増幅率γで増幅することで制御電流Iagccntを生成する。このように、制御電流Iaoccntでは、増幅率αが調整され、制御電流Iagccntでは、自動利得制御(automatic gain control;AGC)を開始する電流を決定するためのオフセット電流値と、AGCの制御感度を決定する増幅率γとが調整される。 As shown in FIG. 3, the current value of the control current Iaocnt is proportional to the current value of the control current Icnt. The current value of the control current Iaocnt is α times the current value of the control current Icnt (Iaocnt=α×Icnt). The control circuit 51 generates the control current Iaocnt by, for example, amplifying the control current Icnt with an amplification factor α. The current value of control current Iagccnt is proportional to the current value of control current Icnt when the current value of control current Icnt is greater than the current value of offset current Iofs. In other words, the current value of the control current Iagccnt is γ times the current value obtained by subtracting the current value of the offset current Iofs from the control current Icnt (Iagccnt=γ×(Icnt−Iofs)). The control circuit 51 generates, for example, an offset current Iofs having a predetermined current value (offset current value), and a current generated by amplifying the control current Icnt (here, the control current Icnt) and the offset current Iofs. A control current Iagccnt is generated by amplifying the difference with an amplification factor γ. Thus, the control current Iaocnt adjusts the amplification factor α, and the control current Iagccnt adjusts the offset current value for determining the current at which automatic gain control (AGC) starts and the control sensitivity of the AGC. The amplification factor γ to be determined is adjusted.

図4に示される制御回路51は、図3に示される制御電流Iaoccnt及び制御電流Iagccntを実現するための回路構成を有する。図4に示されるように、制御回路51は、入力端子51aと、出力端子51b,51cと、電源端子51dと、を有する。入力端子51aは、制御電流生成回路14(OTA42)の出力端子に電気的に接続されており、入力端子51aには、制御電流Icntが入力される。出力端子51bは、帰還電流源52の入力端子52aに電気的に接続されており、帰還電流源52に制御電流Iaoccntを出力する。出力端子51cは、可変抵抗回路53の制御端子53aに電気的に接続されており、可変抵抗回路53に制御電流Iagccntを出力する。電源端子51dは、電源電圧VCCを供給する電源配線に電気的に接続されており、電源端子51dには電源電圧VCCが供給される。 Control circuit 51 shown in FIG. 4 has a circuit configuration for realizing control current Iaocnt and control current Iagccnt shown in FIG. As shown in FIG. 4, the control circuit 51 has an input terminal 51a, output terminals 51b and 51c, and a power supply terminal 51d. The input terminal 51a is electrically connected to the output terminal of the control current generation circuit 14 (OTA 42), and the control current Icnt is input to the input terminal 51a. The output terminal 51 b is electrically connected to the input terminal 52 a of the feedback current source 52 and outputs the control current Iaocnt to the feedback current source 52 . The output terminal 51 c is electrically connected to the control terminal 53 a of the variable resistance circuit 53 and outputs the control current Iagccnt to the variable resistance circuit 53 . The power supply terminal 51d is electrically connected to a power supply wiring that supplies a power supply voltage VCC, and the power supply voltage VCC is supplied to the power supply terminal 51d.

制御回路51は、トランジスタ61~69と、電流源70と、を備える。トランジスタ61~69は、例えば、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)構造を有する電界効果トランジスタ(MOSFET)である。図4に示される例では、トランジスタ61~63は、NチャネルMOSトランジスタであり、トランジスタ64~69は、PチャネルMOSトランジスタである。 The control circuit 51 includes transistors 61 to 69 and a current source 70 . The transistors 61 to 69 are, for example, field effect transistors (MOSFET) having a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure. In the example shown in FIG. 4, transistors 61-63 are N-channel MOS transistors and transistors 64-69 are P-channel MOS transistors.

トランジスタ61~63は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ61は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ62,63は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ61~63のソースは、接地電位GNDに電気的に接続されている。トランジスタ61のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらに入力端子51aに電気的に接続されている。トランジスタ62,63のそれぞれのゲートは、トランジスタ61のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ62のドレインは、トランジスタ64のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。トランジスタ63のドレインは、ノードNを介してトランジスタ68のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Transistors 61-63 form a current mirror circuit. Transistor 61 functions as an input transistor and transistors 62 and 63 function as output transistors. The sources of transistors 61-63 are electrically connected to ground potential GND. The gate and drain of the transistor 61 are electrically connected to each other and further to the input terminal 51a. The respective gates of transistors 62 and 63 are electrically connected to the gate and drain of transistor 61 . The drain of transistor 62 is electrically connected to the drain and gate of transistor 64 . The drain of transistor 63 is electrically connected through node N to the drain and gate of transistor 68 .

トランジスタ61,62、及びトランジスタ61,63は、それぞれカレントミラー回路を構成するので、例えば、トランジスタ61のドレイン電流(制御電流Icnt)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)がトランジスタ62,63のドレインからそれぞれ出力される。ここでは説明の便宜上、カレントミラー比は、1:1:1とする。このため、入力端子51aに入力された制御電流Icntはトランジスタ61~63によってコピーされ、トランジスタ62,63のドレインからそれぞれ制御電流Icntが出力される。なお、制御電流Icntは、トランジスタ62,63のドレインに向かって流れる。 Since the transistors 61 and 62 and the transistors 61 and 63 respectively form a current mirror circuit, for example, the output current (drain current) proportional to the magnitude of the drain current (control current Icnt) of the transistor 61 is generated by the transistors. They are output from the drains of 62 and 63, respectively. Here, for convenience of explanation, the current mirror ratio is assumed to be 1:1:1. Therefore, the control current Icnt input to the input terminal 51a is copied by the transistors 61 to 63, and the control currents Icnt are output from the drains of the transistors 62 and 63, respectively. Note that the control current Icnt flows toward the drains of the transistors 62 and 63 .

トランジスタ64,65は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ64は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ65は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ64,65のソースは、電源端子51dに電気的に接続されている。トランジスタ64のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらにトランジスタ62のドレインに電気的に接続されている。トランジスタ65のゲートは、トランジスタ64のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ65のドレインは、出力端子51bに電気的に接続されている。 Transistors 64 and 65 form a current mirror circuit. Transistor 64 functions as an input transistor and transistor 65 functions as an output transistor. The sources of transistors 64 and 65 are electrically connected to power supply terminal 51d. The gate and drain of transistor 64 are electrically connected together and to the drain of transistor 62 . The gate of transistor 65 is electrically connected to the gate and drain of transistor 64 . A drain of the transistor 65 is electrically connected to the output terminal 51b.

トランジスタ62のドレインから出力された制御電流Icntは、トランジスタ64のドレインに入力され、トランジスタ64のドレイン電流(制御電流Icnt)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)が、トランジスタ65のドレインから制御電流Iaoccntとして出力される。ここでは、トランジスタ64,65によって構成されるカレントミラー回路のカレントミラー比は1:αに設定されている。つまり、制御電流Iaoccntは、制御電流Icntをα倍に増幅することで得られる大きさの電流(α×Icnt)である。なお、制御電流Iaoccntは、トランジスタ65のドレインから出力端子51bに向かって流れる。 The control current Icnt output from the drain of the transistor 62 is input to the drain of the transistor 64 , and the output current (drain current) proportional to the magnitude of the drain current (control current Icnt) of the transistor 64 is applied to the transistor 65 . is output from the drain of as a control current Iaocnt. Here, the current mirror ratio of the current mirror circuit formed by the transistors 64 and 65 is set to 1:α. That is, the control current Iaocnt is a current (α×Icnt) of a magnitude obtained by amplifying the control current Icnt by α times. Note that the control current Iaocnt flows from the drain of the transistor 65 toward the output terminal 51b.

トランジスタ66,67は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ66は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ67は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ66,67のソースは、電源端子51dに電気的に接続されている。トランジスタ66のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらに電流源70に電気的に接続されている。トランジスタ67のゲートは、トランジスタ66のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ67のドレインは、ノードNを介してトランジスタ68のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Transistors 66 and 67 form a current mirror circuit. Transistor 66 functions as an input transistor and transistor 67 functions as an output transistor. The sources of the transistors 66 and 67 are electrically connected to the power supply terminal 51d. The gate and drain of transistor 66 are electrically connected together and to a current source 70 . The gate of transistor 67 is electrically connected to the gate and drain of transistor 66 . The drain of transistor 67 is electrically connected through node N to the drain and gate of transistor 68 .

電流源70から供給される基準電流Irefは、トランジスタ66のドレインに入力され、トランジスタ66のドレイン電流(基準電流Iref)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)が、トランジスタ67のドレインからオフセット電流Iofsとして出力される。ここでは、トランジスタ66,67によって構成されるカレントミラー回路のカレントミラー比は1:mに設定されている。つまり、オフセット電流Iofsは、基準電流Irefをm倍に増幅することで得られる大きさの電流(m×Iref)である。なお、オフセット電流Iofsは、トランジスタ67のドレインからノードNに向かって流れる。mの値は、AGCを動作させたい光パワーに応じて任意に選択される。基準電流Irefの電流値は、固定値であるので、オフセット電流Iofsの電流値(オフセット電流値)も固定値である。 The reference current Iref supplied from the current source 70 is input to the drain of the transistor 66 , and the output current (drain current) of the transistor 67 is proportional to the magnitude of the drain current (reference current Iref) of the transistor 66 . It is output from the drain as an offset current Iofs. Here, the current mirror ratio of the current mirror circuit composed of transistors 66 and 67 is set to 1:m. That is, the offset current Iofs is a current (m×Iref) having a magnitude obtained by amplifying the reference current Iref by m times. Note that offset current Iofs flows from the drain of transistor 67 toward node N. FIG. The value of m is arbitrarily selected according to the optical power desired to operate the AGC. Since the current value of the reference current Iref is a fixed value, the current value (offset current value) of the offset current Iofs is also a fixed value.

トランジスタ68,69は、カレントミラー回路を構成している。トランジスタ68は、入力トランジスタとして機能し、トランジスタ69は、出力トランジスタとして機能する。トランジスタ68,69のソースは、電源端子51dに電気的に接続されている。トランジスタ68のゲートとドレインとは互いに電気的に接続され、さらにノードNを介してトランジスタ63のドレイン及びトランジスタ67のドレインに電気的に接続されている。トランジスタ69のゲートは、トランジスタ68のゲート及びドレインに電気的に接続されている。トランジスタ69のドレインは、出力端子51cに電気的に接続されている。 Transistors 68 and 69 form a current mirror circuit. Transistor 68 functions as an input transistor and transistor 69 functions as an output transistor. The sources of transistors 68 and 69 are electrically connected to power supply terminal 51d. The gate and drain of the transistor 68 are electrically connected to each other, and further electrically connected to the drain of the transistor 63 and the drain of the transistor 67 through the node N. The gate of transistor 69 is electrically connected to the gate and drain of transistor 68 . A drain of the transistor 69 is electrically connected to the output terminal 51c.

トランジスタ63のドレインから出力された制御電流Icntは、ノードNにおいて、トランジスタ67のドレインから出力されたオフセット電流Iofsと合成される。具体的には、制御電流Icntからオフセット電流Iofsが差し引かれる(減算される)。このとき、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも大きい場合にのみ、差電流(Icnt-Iofs)がトランジスタ68のドレインに流れ、トランジスタ68のドレイン電流(差電流)の大きさに比例した大きさの出力電流(ドレイン電流)が、トランジスタ69のドレインから制御電流Iagccntとして出力される。ここでは、トランジスタ68,69によって構成されるカレントミラー回路のカレントミラー比は1:γに設定されている。つまり、制御電流Iagccntは、差電流(Icnt-Iofs)をγ倍に増幅することで得られる大きさの電流(γ×(Icnt-Iofs))である。なお、制御電流Iagccntは、トランジスタ69のドレインから出力端子51cに向かって流れる。 Control current Icnt output from the drain of transistor 63 is combined with offset current Iofs output from the drain of transistor 67 at node N. FIG. Specifically, the offset current Iofs is subtracted (subtracted) from the control current Icnt. At this time, only when the current value of the control current Icnt is greater than the current value of the offset current Iofs, the difference current (Icnt-Iofs) flows to the drain of the transistor 68, and the magnitude of the drain current (difference current) of the transistor 68 is is output from the drain of the transistor 69 as the control current Iagccnt. Here, the current mirror ratio of the current mirror circuit composed of transistors 68 and 69 is set to 1:γ. That is, the control current Iagccnt is a current (γ×(Icnt−Iofs)) obtained by amplifying the difference current (Icnt−Iofs) by γ times. Note that the control current Iagccnt flows from the drain of the transistor 69 toward the output terminal 51c.

一方、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも小さい場合には、トランジスタ68には電流は流れないので、ダイオード接続されたトランジスタ68によって、ノードNの電位は、電源電圧VCC側に高抵抗でプルアップされる。また、トランジスタ67のドレイン・ソース間電圧が小さくなるので、トランジスタ66,67はカレントミラー回路としては動作しない。このとき、トランジスタ67は、3極管領域で動作するので、ノードNの電位は、電源電圧VCC側に低抵抗でプルアップされる。3極管領域とは、トランジスタのゲート・ソース間電圧から閾値電圧を減算した結果が、ドレイン・ソース間電圧よりも大きいという状態である。トランジスタ68には、ゲート・ソース間電圧が印加されないので、ゲート・ソース間電圧が印加されているトランジスタ67の抵抗値の方が、トランジスタ68の抵抗値よりも小さくなる。このように、トランジスタ67が3極管領域で動作することによって、トランジスタ67は、オフセット電流Iofsを供給できなくなると同時に、トランジスタ63からの制御電流Icntが全てトランジスタ67を流れる。これにより、制御電流Icntの電流値がオフセット電流Iofsの電流値よりも大きい場合に(Icnt-Iofs>0の領域で)のみ、制御電流Iagccntが出力端子51cから出力される。 On the other hand, when the current value of the control current Icnt is smaller than the current value of the offset current Iofs, no current flows through the transistor 68. Therefore, the diode-connected transistor 68 causes the potential of the node N to rise to the power supply voltage VCC side. pulled up with a high resistance to Also, since the voltage between the drain and the source of the transistor 67 becomes small, the transistors 66 and 67 do not operate as a current mirror circuit. At this time, since the transistor 67 operates in the triode region, the potential of the node N is pulled up to the power supply voltage VCC side with a low resistance. The triode region is the condition in which the result of subtracting the threshold voltage from the gate-source voltage of the transistor is greater than the drain-source voltage. Since no gate-source voltage is applied to the transistor 68 , the resistance value of the transistor 67 to which the gate-source voltage is applied is smaller than the resistance value of the transistor 68 . As a result of the transistor 67 operating in the triode region, the transistor 67 cannot supply the offset current Iofs, and all of the control current Icnt from the transistor 63 flows through the transistor 67 . Thus, control current Iagccnt is output from output terminal 51c only when the current value of control current Icnt is greater than the current value of offset current Iofs (in the region of Icnt-Iofs>0).

なお、図4に示される制御回路51によって、図3の入出力特性が得られるが、上述のカレントミラー比は、適宜変更され得る。また、制御回路51の回路構成として、図3の入出力特性を得ることができる別の回路構成が採用されてもよい。 Although the input/output characteristics of FIG. 3 are obtained by the control circuit 51 shown in FIG. 4, the current mirror ratio can be changed as appropriate. Further, as the circuit configuration of the control circuit 51, another circuit configuration that can obtain the input/output characteristics of FIG. 3 may be adopted.

帰還電流源52は、自動オフセット制御(Auto-Offset Control:AOC)回路を構成する。帰還電流源52は、制御電流Icntに応じて直流バイパス電流Iaocを生成する回路である。より具体的には、帰還電流源52は、制御電流Iaoccntに応じて直流バイパス電流Iaocを生成する。帰還電流源52は、入力端子52aと、出力端子52bと、接地端子52cと、を有する。入力端子52aは、制御回路51の出力端子51bに電気的に接続されており、制御回路51から制御電流Iaoccntを受ける。出力端子52bは、入力端子10aに電気的に接続されており、直流バイパス電流Iaocを出力する。接地端子52cは、接地電位GNDに電気的に接続されている。帰還電流源52は、電界効果トランジスタ54と、電界効果トランジスタ55と、を備える。 Feedback current source 52 constitutes an Auto-Offset Control (AOC) circuit. The feedback current source 52 is a circuit that generates a DC bypass current Iaoc according to the control current Icnt. More specifically, feedback current source 52 generates DC bypass current Iaoc in response to control current Iaocnt. The feedback current source 52 has an input terminal 52a, an output terminal 52b, and a ground terminal 52c. The input terminal 52 a is electrically connected to the output terminal 51 b of the control circuit 51 and receives the control current Iaocnt from the control circuit 51 . The output terminal 52b is electrically connected to the input terminal 10a and outputs a DC bypass current Iaoc. Ground terminal 52c is electrically connected to ground potential GND. Feedback current source 52 includes a field effect transistor 54 and a field effect transistor 55 .

電界効果トランジスタ54,55のそれぞれは、例えば、NチャネルMOSトランジスタである。電界効果トランジスタ54のサイズと電界効果トランジスタ55のサイズとは互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。電界効果トランジスタ54,55のソースは、互いに電気的に接続されるとともに、接地端子52cを介して接地電位GNDに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ54のドレインは、入力端子52aを介して、制御回路51の出力端子51bに電気的に接続されており、制御回路51から制御電流Iaoccntを受ける。電界効果トランジスタ54のゲートは、電界効果トランジスタ54のドレインに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ55のドレインは、出力端子52bを介して、入力端子10aに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ55のゲートは、電界効果トランジスタ54のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Each of field effect transistors 54 and 55 is, for example, an N-channel MOS transistor. The size of field effect transistor 54 and the size of field effect transistor 55 may be the same or different. Sources of field effect transistors 54 and 55 are electrically connected to each other and to ground potential GND via ground terminal 52c. The drain of field effect transistor 54 is electrically connected to output terminal 51b of control circuit 51 via input terminal 52a and receives control current Iaocnt from control circuit 51 . The gate of field effect transistor 54 is electrically connected to the drain of field effect transistor 54 . The drain of the field effect transistor 55 is electrically connected to the input terminal 10a through the output terminal 52b. The gate of field effect transistor 55 is electrically connected to the drain and gate of field effect transistor 54 .

このように構成された帰還電流源52では、入力端子52aから流れ込んだ制御電流Iaoccntは、ダイオード接続されている電界効果トランジスタ54に流れることによって、電界効果トランジスタ54のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs1を発生させる。電界効果トランジスタ54のゲートと電界効果トランジスタ55のゲートとは互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ54のソースと電界効果トランジスタ55のソースとは互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ55のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs1と等しくなる。電界効果トランジスタ55のソースは、接地電位GNDに電気的に接続されているので、ソース電位は略0Vである。一方、電界効果トランジスタ55のドレインには、TIA部11の入力電位(例えば、0.5~2V程度)が印加されている。したがって、電界効果トランジスタ55は、飽和領域で動作している。飽和領域とは、トランジスタのゲート・ソース間電圧から閾値電圧を減算した結果が、ドレイン・ソース間電圧よりも小さいという状態である。飽和領域において、電界効果トランジスタ55のドレイン電圧が増加してもそれに対してドレイン電流が増加する度合いは線形領域に比べて小さくなる。したがって、出力端子51bのインピーダンス(出力インピーダンス)は、比較的大きい値となる。 In the feedback current source 52 configured in this manner, the control current Iaocnt flowing from the input terminal 52a flows through the diode-connected field effect transistor 54, thereby causing a gate current between the gate and the source of the field effect transistor 54. • Generate a source-to-source voltage Vgs1. The gates of the field effect transistors 54 and 55 are electrically connected to each other, and the sources of the field effect transistors 54 and 55 are electrically connected to each other. The gate-source voltage of the effect transistor 55 is equal to the gate-source voltage Vgs1. Since the source of the field effect transistor 55 is electrically connected to the ground potential GND, the source potential is approximately 0V. On the other hand, the drain of the field effect transistor 55 is applied with the input potential of the TIA section 11 (for example, about 0.5 to 2 V). Therefore, field effect transistor 55 is operating in the saturation region. The saturation region is the condition where the result of subtracting the threshold voltage from the gate-to-source voltage of the transistor is less than the drain-to-source voltage. In the saturation region, even if the drain voltage of the field effect transistor 55 increases, the degree to which the drain current increases is smaller than that in the linear region. Therefore, the impedance (output impedance) of the output terminal 51b becomes a relatively large value.

すなわち、電界効果トランジスタ54,55は、カレントミラー回路を構成しており、制御電流Iaoccntに比例した直流バイパス電流Iaocを出力する。言い換えると、帰還電流源52は、制御電流Iaoccntに応じて直流バイパス電流Iaocを電界効果トランジスタ55のドレインから電界効果トランジスタ55のソースに流す。これにより、光電流Ipdから直流バイパス電流Iaocが引き抜かれる。その結果、差分ΔVtiaから直流成分及び低周波成分が除去され、電圧信号Vtiaの電位が基準電圧信号Vrefの電位に合わせられる(DCオフセット制御)。 That is, the field effect transistors 54 and 55 form a current mirror circuit and output a DC bypass current Iaoc proportional to the control current Iaocnt. In other words, the feedback current source 52 causes the DC bypass current Iaoc to flow from the drain of the field effect transistor 55 to the source of the field effect transistor 55 according to the control current Iaocnt. As a result, the DC bypass current Iaoc is drawn from the photocurrent Ipd. As a result, the DC component and the low frequency component are removed from the difference ΔVtia, and the potential of the voltage signal Vtia is adjusted to the potential of the reference voltage signal Vref (DC offset control).

可変抵抗回路53は、制御電流Icntに応じて交流バイパス電流Iagcを生成する回路である。より具体的には、可変抵抗回路53は、制御電流Iagccntに応じて交流バイパス電流Iagcを生成する。可変抵抗回路53は、制御端子53aと、抵抗端子53bと、抵抗端子53cと、を有する。制御端子53aは、制御回路51の出力端子51cに電気的に接続されており、制御回路51から制御電流Iagccntを受ける。抵抗端子53bは、入力端子10aに電気的に接続されている。抵抗端子53cは、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されており、基準電圧発生回路12から基準電圧信号Vrefを受ける。可変抵抗回路53は、電界効果トランジスタ56と、電界効果トランジスタ57と、を備える。 The variable resistance circuit 53 is a circuit that generates an AC bypass current Iagc according to the control current Icnt. More specifically, variable resistance circuit 53 generates AC bypass current Iagc according to control current Iagccnt. The variable resistance circuit 53 has a control terminal 53a, a resistance terminal 53b, and a resistance terminal 53c. Control terminal 53 a is electrically connected to output terminal 51 c of control circuit 51 and receives control current Iagccnt from control circuit 51 . The resistance terminal 53b is electrically connected to the input terminal 10a. Resistance terminal 53 c is electrically connected to an output terminal of reference voltage generation circuit 12 (voltage amplifier 12 a ) and receives reference voltage signal Vref from reference voltage generation circuit 12 . The variable resistance circuit 53 includes field effect transistors 56 and 57 .

電界効果トランジスタ56,57のそれぞれは、例えば、NチャネルMOSトランジスタである。電界効果トランジスタ56のサイズと電界効果トランジスタ57のサイズとは互いに同じでもよく、互いに異なっていてもよい。電界効果トランジスタ56,57のソースは、互いに電気的に接続されるとともに、抵抗端子53cを介して、基準電圧発生回路12(電圧アンプ12a)の出力端子に電気的に接続されている。電界効果トランジスタ56,57のソースには、基準電圧信号Vrefが入力(供給)される。電界効果トランジスタ56のドレインは、制御端子53aを介して、制御回路51の出力端子51cに電気的に接続されており、制御回路51から制御電流Iagccntを受ける。電界効果トランジスタ56のゲートは、電界効果トランジスタ56のドレインに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ57のドレインは、抵抗端子53bを介して、入力端子10aに電気的に接続されている。電界効果トランジスタ57のゲートは、電界効果トランジスタ56のドレイン及びゲートに電気的に接続されている。 Each of field effect transistors 56 and 57 is, for example, an N-channel MOS transistor. The size of field effect transistor 56 and the size of field effect transistor 57 may be the same or different. The sources of the field effect transistors 56 and 57 are electrically connected to each other and to the output terminal of the reference voltage generating circuit 12 (voltage amplifier 12a) through the resistance terminal 53c. A reference voltage signal Vref is input (supplied) to the sources of the field effect transistors 56 and 57 . The drain of field effect transistor 56 is electrically connected to output terminal 51c of control circuit 51 via control terminal 53a and receives control current Iagccnt from control circuit 51 . The gate of field effect transistor 56 is electrically connected to the drain of field effect transistor 56 . The drain of field effect transistor 57 is electrically connected to input terminal 10a through resistor terminal 53b. The gate of field effect transistor 57 is electrically connected to the drain and gate of field effect transistor 56 .

このように構成された可変抵抗回路53では、制御端子53aから流れ込んだ制御電流Iagccntは、ダイオード接続されている電界効果トランジスタ56に流れることによって、電界効果トランジスタ56のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs2を発生させる。電界効果トランジスタ56のゲートと電界効果トランジスタ57のゲートとは互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ56のソースと電界効果トランジスタ57のソースとは互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ57のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs2と等しくなる。電界効果トランジスタ57のソースには、基準電圧信号Vrefが供給されており、電界効果トランジスタ57のドレインには、TIA部11の入力電位が印加されている。基準電圧信号Vrefは、TIA部11の入力電位と略同じ電位であるので、電界効果トランジスタ57は、深い3極管領域(線形領域)で動作している。深い3極管領域とは、トランジスタのゲート・ソース間電圧から閾値電圧を減算した結果が、ドレイン・ソース間電圧よりも非常に大きいという状態である。線形領域において、電界効果トランジスタ57のドレイン電圧が増加すると、それに応じてドレイン電流も増加する。特にドレイン電圧が比較的小さいときには、ドレイン電流はドレイン電圧に比例して変化する(線形)とみなすことができる。ドレイン電流に対するドレイン電圧の比を抵抗値RAGCと表すことにする。 In the variable resistance circuit 53 configured as described above, the control current Iagccnt flowing from the control terminal 53a flows through the diode-connected field effect transistor 56, thereby causing a gate current between the gate and the source of the field effect transistor 56. • Generate a source-to-source voltage Vgs2. The gates of the field effect transistors 56 and 57 are electrically connected to each other, and the sources of the field effect transistors 56 and 57 are electrically connected to each other. The gate-source voltage of the effect transistor 57 is equal to the gate-source voltage Vgs2. A reference voltage signal Vref is supplied to the source of the field effect transistor 57 , and the input potential of the TIA section 11 is applied to the drain of the field effect transistor 57 . Since the reference voltage signal Vref has substantially the same potential as the input potential of the TIA section 11, the field effect transistor 57 operates in a deep triode region (linear region). A deep triode region is a condition in which the result of subtracting the threshold voltage from the gate-to-source voltage of the transistor is much greater than the drain-to-source voltage. In the linear region, as the drain voltage of field effect transistor 57 increases, so does the drain current. Especially when the drain voltage is relatively small, it can be considered that the drain current varies (linearly) in proportion to the drain voltage. Let us denote the ratio of drain voltage to drain current as a resistance value RAGC .

電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCは、電界効果トランジスタ57の固有利得β及び閾値電圧Vthを用いて、式(1)によって表される。なお、固有利得βは、電界効果トランジスタ57のプロセス及びサイズで決まる。式(1)に示されるように、ゲート・ソース間電圧Vgs2が大きくなるにつれて、抵抗値RAGCが小さくなる。

Figure 0007251387000001
The resistance value RAGC of the field effect transistor 57 is expressed by Equation (1) using the intrinsic gain β of the field effect transistor 57 and the threshold voltage Vth. In addition, the intrinsic gain β is determined by the process and size of the field effect transistor 57 . As shown in equation (1), as the gate-source voltage Vgs2 increases, the resistance value RAGC decreases.
Figure 0007251387000001

すなわち、可変抵抗回路53は、帰還電流源52と同様な回路構成を有しているにもかかわらず、カレントミラー回路としては動作せず、電界効果トランジスタ57は、ゲート・ソース間電圧Vgs2によって制御される可変抵抗器として動作する。抵抗端子53bの電位と抵抗端子53cの電位とが略同じであるので、光電流Ipdの直流成分は可変抵抗回路53にほとんど流れず、光電流Ipdの交流成分の一部が可変抵抗回路53(電界効果トランジスタ57)に交流バイパス電流Iagcとして流れ込む。言い換えると、可変抵抗回路53は、制御電流Iagccntに応じて交流バイパス電流Iagcを電界効果トランジスタ57のドレインとソースとの間に流す。 That is, although the variable resistance circuit 53 has the same circuit configuration as the feedback current source 52, it does not operate as a current mirror circuit, and the field effect transistor 57 is controlled by the gate-source voltage Vgs2. operates as a variable resistor Since the potential of the resistor terminal 53b and the potential of the resistor terminal 53c are substantially the same, almost no DC component of the photocurrent Ipd flows through the variable resistor circuit 53, and a part of the AC component of the photocurrent Ipd flows through the variable resistor circuit 53 ( It flows into the field effect transistor 57) as an AC bypass current Iagc. In other words, the variable resistance circuit 53 causes the AC bypass current Iagc to flow between the drain and source of the field effect transistor 57 according to the control current Iagccnt.

すなわち、光電流Ipdが大きくなって、差分ΔVtiaが大きくなり、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えると、制御電流Iagccntが可変抵抗回路53に供給される。これにより、電界効果トランジスタ56,57にゲート・ソース間電圧Vgs2が発生する。ゲート・ソース間電圧Vgs2が大きくなるにつれて、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCが小さくなるので、光電流Ipdの直流成分を除く信号成分(交流成分)の一部が交流バイパス電流Iagcとして引き抜かれる。その結果、TIA部11が大信号入力によって飽和する可能性が低減される。 That is, when the photocurrent Ipd increases, the difference ΔVtia increases, and the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Iofs, the control current Iagccnt is supplied to the variable resistance circuit 53 . As a result, a gate-source voltage Vgs2 is generated in the field effect transistors 56 and 57 . As the gate-source voltage Vgs2 increases, the resistance value RAGC of the field effect transistor 57 decreases, so that part of the signal component (AC component) of the photocurrent Ipd excluding the DC component is extracted as the AC bypass current Iagc. . As a result, the possibility of saturation of the TIA section 11 by a large signal input is reduced.

深い3極管領域(線形領域)にバイアスされている電界効果トランジスタ57のドレイン・ソース間には、ドレイン・ソース間電圧に比例した電流が流れることになる。基準電圧信号Vrefは、TIA部11の入力電位と略同じ電位であるので、DC電流が流れることはなく、交流バイパス電流IagcはDCオフセット制御を乱さない。電界効果トランジスタ57の抵抗値の変化によってAOC制御利得の特性にのみ影響を与える。 A current proportional to the drain-source voltage flows between the drain and source of the field effect transistor 57 biased in the deep triode region (linear region). Since the reference voltage signal Vref has substantially the same potential as the input potential of the TIA section 11, no DC current flows and the AC bypass current Iagc does not disturb the DC offset control. A change in the resistance value of the field effect transistor 57 affects only the characteristics of the AOC control gain.

次に、トランスインピーダンス増幅回路10の作用効果を説明する。図5は、図1に示されるトランスインピーダンス増幅回路におけるDCオフセット特性及び利得特性を示す図である。図5に示される破線は、DCオフセット特性を示す。DCオフセット特性は、光信号Pinの光入力レベルに対するDCオフセット量の依存性を示す。図5の実線は、利得特性を示す。利得特性は、光信号Pinの光入力レベルに対するトランスインピーダンス増幅回路10のトランスインピーダンス利得Ztの依存性を示す。 Next, the effects of the transimpedance amplifier circuit 10 will be described. 5 is a diagram showing DC offset characteristics and gain characteristics in the transimpedance amplifier circuit shown in FIG. 1. FIG. The dashed line shown in FIG. 5 indicates the DC offset characteristic. The DC offset characteristic indicates the dependence of the DC offset amount on the optical input level of the optical signal Pin. A solid line in FIG. 5 indicates the gain characteristic. The gain characteristic indicates the dependence of the transimpedance gain Zt of the transimpedance amplifier circuit 10 on the optical input level of the optical signal Pin.

上述のように、光電流Ipdから電流を引き抜く際に、直流成分(直流バイパス電流Iaoc)と交流成分(交流バイパス電流Iagc)とを分離して制御することが可能である。このため、-30dBm~-15dBmの小信号では、光電流Ipdから交流成分が引き抜かれない。したがって、小信号では、光電流Ipdから直流バイパス電流Iaocのみが引き抜かれることによって、DCオフセットのみが制御される。 As described above, when extracting current from the photocurrent Ipd, it is possible to control the DC component (the DC bypass current Iaoc) and the AC component (the AC bypass current Iagc) separately. Therefore, for a small signal of -30 dBm to -15 dBm, no AC component is extracted from the photocurrent Ipd. Therefore, at small signals, only the DC offset is controlled by drawing only the DC bypass current Iaoc from the photocurrent Ipd.

信号の光入力レベルが-15dBmを超えると、可変抵抗回路53に制御電流Iagccntが流れ始め、電界効果トランジスタ57の抵抗値RAGCが小さくなる。これにより、光電流Ipdから交流バイパス電流Iagcが引き抜かれ、トランスインピーダンス増幅回路10のトランスインピーダンス利得Ztが低下し始める。トランスインピーダンス利得Ztが低下することにより、制御ループの一巡伝達利得が低下するので、DCオフセットの抑圧量がやや低下する。しかしながら、この抑圧量はμV単位で表される程度の大きさであるので、DCオフセットの変動量は信号振幅に対して無視できるほどに小さい。したがって、広い光入力レベルの範囲において、トランスインピーダンス増幅回路10の飽和による歪みが抑制され、安定した受信特性を得ることができる。 When the optical input level of the signal exceeds -15 dBm, the control current Iagccnt begins to flow through the variable resistance circuit 53, and the resistance value RAGC of the field effect transistor 57 decreases. As a result, the AC bypass current Iagc is drawn from the photocurrent Ipd, and the transimpedance gain Zt of the transimpedance amplifier circuit 10 begins to decrease. As the transimpedance gain Zt decreases, the open-loop transfer gain of the control loop decreases, so that the amount of DC offset suppression decreases slightly. However, since this amount of suppression is of a magnitude expressed in units of μV, the amount of variation in the DC offset is so small that it can be ignored with respect to the signal amplitude. Therefore, distortion due to saturation of the transimpedance amplifier circuit 10 is suppressed in a wide range of optical input levels, and stable reception characteristics can be obtained.

また、トランスインピーダンス増幅回路10では、単一の制御ループ(単一の積分回路41及び単一の制御回路51)で、DCオフセットの制御と利得制御とを実現することができるので、回路規模が大きくなることを抑制することが可能となる。さらに、制御回路51の応答(増幅率α、増幅率γ、及びオフセット電流Iofsの電流値等)を調整することによって、光入力レベルに対して任意の制御が可能となる。 Further, in the transimpedance amplifier circuit 10, a single control loop (single integration circuit 41 and single control circuit 51) can realize DC offset control and gain control, so that the circuit scale is reduced. It is possible to suppress the increase in size. Further, by adjusting the response of the control circuit 51 (amplification factor α, amplification factor γ, current values of the offset current Iofs, etc.), the optical input level can be arbitrarily controlled.

以上説明したように、トランスインピーダンス増幅回路10では、帰還電流源52によって直流バイパス電流Iaocが生成され、可変抵抗回路53によって交流バイパス電流Iagcが生成され、受光素子PDによって生成された光電流Ipdから、直流バイパス電流Iaoc及び交流バイパス電流Iagcが引き抜かれることで、電流信号Iinが生成される。そして、TIA部11によって電流信号Iinが電圧信号Vtiaに変換され、差動増幅回路13によって電圧信号Vtiaと基準電圧信号Vrefとの差分ΔVtiaに応じて差動電圧信号Vout,Voutbが生成される。差分ΔVtiaの積分値に基づいて制御電流Icntが生成され、制御電流Icntが大きくなるにつれて直流バイパス電流Iaocが大きくなるように帰還電流源52が制御されるので、光電流Ipdの直流成分が直流バイパス電流Iaocとして光電流Ipdから引き抜かれ、光電流Ipdから直流成分の除去が行われる。一方、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えた場合に制御電流Icntが大きくなるにつれて交流バイパス電流Iagcが大きくなるように、可変抵抗回路53が制御される。このため、光電流Ipdが比較的小さい場合、光電流Ipdの直流成分が直流バイパス電流Iaocとして引き抜かれるものの、交流バイパス電流Iagcの引き抜きが抑えられるので、光電流Ipdの直流成分を除去しつつも光電流Ipdの交流成分が減衰することを回避できる。光電流Ipdが比較的大きい場合には、光電流Ipdの直流成分が直流バイパス電流Iaocとして引き抜かれるとともに、光電流Ipdの交流成分が交流バイパス電流Iagcとして光電流Ipdから引き抜かれるので、光電流Ipdの直流成分を除去しながら、光電流Ipdの交流成分を減衰させることができる。帰還電流源52及び可変抵抗回路53は、いずれも1つの制御回路51によって制御されるので、直流成分の除去の制御と利得制御とを単一の制御ループで行うことが可能となる。その結果、回路規模を抑えつつ、直流成分の除去の制御と利得制御とを実施することが可能となる。 As described above, in the transimpedance amplifier circuit 10, the feedback current source 52 generates the DC bypass current Iaoc, the variable resistance circuit 53 generates the AC bypass current Iagc, and the photocurrent Ipd generated by the light receiving element PD , the DC bypass current Iaoc and the AC bypass current Iagc are extracted to generate the current signal Iin. Then, the TIA unit 11 converts the current signal Iin into a voltage signal Vtia, and the differential amplifier circuit 13 generates differential voltage signals Vout and Voutb according to the difference ΔVtia between the voltage signal Vtia and the reference voltage signal Vref. A control current Icnt is generated based on the integrated value of the difference ΔVtia, and the feedback current source 52 is controlled so that the DC bypass current Iaoc increases as the control current Icnt increases. The current Iaoc is extracted from the photocurrent Ipd, and the DC component is removed from the photocurrent Ipd. On the other hand, when control current Icnt exceeds the current value of offset current Iofs, variable resistance circuit 53 is controlled such that AC bypass current Iagc increases as control current Icnt increases. Therefore, when the photocurrent Ipd is relatively small, the DC component of the photocurrent Ipd is extracted as the DC bypass current Iaoc, but the extraction of the AC bypass current Iagc is suppressed. Attenuation of the AC component of the photocurrent Ipd can be avoided. When the photocurrent Ipd is relatively large, the DC component of the photocurrent Ipd is extracted as the DC bypass current Iaoc, and the AC component of the photocurrent Ipd is extracted as the AC bypass current Iagc from the photocurrent Ipd. The AC component of the photocurrent Ipd can be attenuated while removing the DC component of the photocurrent Ipd. Since the feedback current source 52 and the variable resistance circuit 53 are both controlled by the single control circuit 51, it is possible to perform DC component removal control and gain control in a single control loop. As a result, it becomes possible to perform DC component removal control and gain control while reducing the circuit scale.

帰還電流源52では、電界効果トランジスタ54がダイオード接続されているので、電界効果トランジスタ54のドレインが制御電流Iaoccntを受けると、電界効果トランジスタ54のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs1が生成される。電界効果トランジスタ54のゲートと電界効果トランジスタ55のゲートとが互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ54のソースと電界効果トランジスタ55のソースとが互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ55のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs1と等しくなる。電界効果トランジスタ55のソースが電界効果トランジスタ54のソース、つまり接地電位GNDに電気的に接続され、電界効果トランジスタ55のドレインが入力端子10aに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ55のソースとドレインとの電位差が大きくなる。これにより、電界効果トランジスタ55は飽和領域で動作する。このため、電界効果トランジスタ55は電流源として機能し、電界効果トランジスタ55のドレインの出力インピーダンスが大きくなるので、光電流Ipdの交流成分はほとんど電界効果トランジスタ55に流れ込まないものの、光電流Ipdの直流成分は直流バイパス電流Iaocとして電界効果トランジスタ55に流れ込み得る。そして、制御電流Icntが大きくなるにつれて、電界効果トランジスタ54のゲート・ソース間電圧Vgs1が大きくなるので、それに応じて電界効果トランジスタ55のドレイン電流が大きくなり、光電流Ipdの直流成分が直流バイパス電流Iaocとして光電流Ipdから引き抜かれ、光電流Ipdから直流成分の除去が適切に行われる。なお、出力端子52bの出力インピーダンスをどの程度の大きさにすべきかは、TIA部11の入力インピーダンスを考慮して決められてもよい。例えば、TIA部11の入力インピーダンスをZinとしたとき、出力端子52bの出力インピーダンスは100×Zin以上にされてもよい。入力インピーダンスZinと出力端子52bの出力インピーダンスとはそれぞれ互いに異なる周波数特性を持ち得るため、少なくとも所定の周波数範囲(帯域)にてこのような関係が満たされていればよい。 In the feedback current source 52, the field effect transistor 54 is diode-connected. Therefore, when the drain of the field effect transistor 54 receives the control current Iaocnt, the gate-source voltage Vgs1 is applied between the gate and source of the field effect transistor 54. is generated. Since the gates of the field effect transistors 54 and 55 are electrically connected to each other, and the sources of the field effect transistors 54 and 55 are electrically connected to each other, the electric field The gate-source voltage of the effect transistor 55 is equal to the gate-source voltage Vgs1. The source of the field effect transistor 55 is electrically connected to the source of the field effect transistor 54, that is, the ground potential GND, and the drain of the field effect transistor 55 is electrically connected to the input terminal 10a. The potential difference between the source and the drain increases. As a result, the field effect transistor 55 operates in the saturation region. Therefore, the field effect transistor 55 functions as a current source, and the output impedance of the drain of the field effect transistor 55 is increased. The component can flow into field effect transistor 55 as a DC bypass current Iaoc. Then, as the control current Icnt increases, the gate-source voltage Vgs1 of the field effect transistor 54 increases, so the drain current of the field effect transistor 55 increases accordingly, and the DC component of the photocurrent Ipd becomes the DC bypass current. Iaoc is extracted from the photocurrent Ipd, and the DC component is properly removed from the photocurrent Ipd. The level of the output impedance of the output terminal 52b may be determined in consideration of the input impedance of the TIA section 11. FIG. For example, when the input impedance of the TIA section 11 is Zin, the output impedance of the output terminal 52b may be 100×Zin or more. Since the input impedance Zin and the output impedance of the output terminal 52b can have different frequency characteristics, it is sufficient that such a relationship is satisfied at least within a predetermined frequency range (band).

可変抵抗回路53では、電界効果トランジスタ56がダイオード接続されているので、電界効果トランジスタ56のドレインが制御電流Iagccntを受けると、電界効果トランジスタ56のゲートとソースとの間にゲート・ソース間電圧Vgs2が生成される。電界効果トランジスタ56のゲートと電界効果トランジスタ57のゲートとが互いに電気的に接続されており、電界効果トランジスタ56のソースと電界効果トランジスタ57のソースとが互いに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ57のゲート・ソース間電圧は、ゲート・ソース間電圧Vgs2と等しくなる。電界効果トランジスタ57のソースに基準電圧信号Vrefが供給され、電界効果トランジスタ57のドレインが入力端子10aに電気的に接続されているので、電界効果トランジスタ57のドレインとソースとの電位差はほとんど無い。これにより、電界効果トランジスタ57は(深い)3極管領域で動作する。このため、電界効果トランジスタ57は可変抵抗器として機能し、電界効果トランジスタ57のドレインの出力インピーダンスは低くなる。電界効果トランジスタ57のドレインとソースとの電位差はほとんど無いことから、光電流Ipdの直流成分はほとんど電界効果トランジスタ57に流れ込まないものの、光電流Ipdの交流成分は交流バイパス電流Iagcとして電界効果トランジスタ57に流れ込み得る。そして、制御電流Icntがオフセット電流Iofsの電流値を超えた場合に制御電流Icntが大きくなるにつれて、電界効果トランジスタ56のゲート・ソース間電圧Vgs2が大きくなるので、光電流Ipdが比較的小さい場合、交流バイパス電流Iagcの引き抜きが抑えられ、交流成分が減衰することを回避できる。光電流Ipdが比較的大きい場合には、光電流Ipdの交流成分が交流バイパス電流Iagcとして光電流Ipdから引き抜かれるので、光電流Ipdの交流成分を減衰させることができる。したがって、可変抵抗回路53によって、トランスインピーダンス増幅回路10の利得が制御される。 In the variable resistance circuit 53, the field effect transistor 56 is diode-connected. Therefore, when the drain of the field effect transistor 56 receives the control current Iagccnt, the gate-source voltage Vgs2 is applied across the gate and source of the field effect transistor 56. is generated. Since the gates of the field effect transistors 56 and 57 are electrically connected to each other, and the sources of the field effect transistors 56 and 57 are electrically connected to each other, the electric field The gate-source voltage of the effect transistor 57 is equal to the gate-source voltage Vgs2. A reference voltage signal Vref is supplied to the source of the field effect transistor 57, and the drain of the field effect transistor 57 is electrically connected to the input terminal 10a. This causes the field effect transistor 57 to operate in the (deep) triode region. Therefore, the field effect transistor 57 functions as a variable resistor, and the output impedance of the drain of the field effect transistor 57 becomes low. Since there is almost no potential difference between the drain and source of the field effect transistor 57, the DC component of the photocurrent Ipd hardly flows into the field effect transistor 57, but the AC component of the photocurrent Ipd flows through the field effect transistor 57 as the AC bypass current Iagc. can flow into When the control current Icnt exceeds the current value of the offset current Iofs, the gate-source voltage Vgs2 of the field effect transistor 56 increases as the control current Icnt increases. It is possible to suppress the withdrawal of the AC bypass current Iagc and avoid the attenuation of the AC component. When the photocurrent Ipd is relatively large, the AC component of the photocurrent Ipd is extracted as the AC bypass current Iagc from the photocurrent Ipd, so that the AC component of the photocurrent Ipd can be attenuated. Therefore, the variable resistance circuit 53 controls the gain of the transimpedance amplifier circuit 10 .

なお、抵抗端子53bの出力インピーダンスは、TIA部11の入力インピーダンスZinを考慮して決められてもよい。例えば、TIA部11の利得可変比率をA(Aは1より大きい実数)とするとき、抵抗端子53bの出力インピーダンスはZin/(A-1)となるように設定される。それにより、AGCを行わないときのTIA部11の電流信号Iinの値をIinoffとすると、AGCを行うときの電流信号Iinの値Iinonは、Iinon=Iinoff/Aとなる。例えば、A=2のときには抵抗端子53bの出力インピーダンスはZinとほぼ等しくなり、Aを2より大きくする場合は抵抗端子53bの出力インピーダンスはZinよりも小さい値となるようにする。したがって、AOCとAGCとを同時に行うとき、出力端子52bの出力インピーダンスは、抵抗端子53bの出力インピーダンスよりも大きくなるように設定される。ところで、AGCを行わないときには、抵抗端子53bの出力インピーダンスは、100×Zin以上とされてもよい。抵抗端子53bの出力インピーダンスは、上述の抵抗値RAGCに等しいと考えることができる。例えば、電界効果トランジスタ57のゲート電圧を電界効果トランジスタ57の閾値電圧にほぼ等しくすることで抵抗端子53bの出力インピーダンスは大きくなる。入力インピーダンスZinと抵抗端子53bの出力インピーダンスとはそれぞれ互いに異なる周波数特性を持ち得るため、少なくとも所定の周波数範囲(帯域)にて上述の関係が満たされていればよい。 Note that the output impedance of the resistance terminal 53b may be determined in consideration of the input impedance Zin of the TIA section 11. FIG. For example, when the variable gain ratio of the TIA section 11 is A (A is a real number greater than 1), the output impedance of the resistance terminal 53b is set to Zin/(A-1). As a result, if the value of the current signal Iin of the TIA unit 11 when AGC is not performed is Iinoff, the value Iinon of the current signal Iin when AGC is performed is Iinon=Iinoff/A. For example, when A=2, the output impedance of the resistor terminal 53b is substantially equal to Zin, and when A is larger than 2, the output impedance of the resistor terminal 53b is made smaller than Zin. Therefore, when performing AOC and AGC simultaneously, the output impedance of the output terminal 52b is set to be larger than the output impedance of the resistance terminal 53b. By the way, when AGC is not performed, the output impedance of the resistance terminal 53b may be 100×Zin or more. The output impedance of resistor terminal 53b can be considered equal to the resistance value RAGC described above. For example, by making the gate voltage of the field effect transistor 57 substantially equal to the threshold voltage of the field effect transistor 57, the output impedance of the resistor terminal 53b is increased. Since the input impedance Zin and the output impedance of the resistor terminal 53b can have different frequency characteristics, it is sufficient that the above relationship is satisfied at least within a predetermined frequency range (band).

基準電圧発生回路12は、電圧アンプ12aと、電圧アンプ12aの入出力間に電気的に接続された帰還抵抗素子12bと、を備えている。この構成では、基準電圧発生回路12の出力インピーダンスが広い周波数範囲において低くなる。つまり、TIA部11の入力端子から見た可変抵抗回路53のインピーダンスが、広い周波数範囲において低くなる。このため、光電流Ipdから交流バイパス電流Iagcを引き抜きやすくすることができる。 The reference voltage generation circuit 12 includes a voltage amplifier 12a and a feedback resistance element 12b electrically connected between the input and output of the voltage amplifier 12a. With this configuration, the output impedance of the reference voltage generating circuit 12 is low over a wide frequency range. That is, the impedance of the variable resistance circuit 53 viewed from the input terminal of the TIA section 11 becomes low over a wide frequency range. Therefore, the AC bypass current Iagc can be easily extracted from the photocurrent Ipd.

直流成分除去は、高インピーダンスの帰還電流源52を用いて行われるので、光電流Ipdの交流成分への影響が少ない(交流成分は流れない)。一方、利得制御は、可変抵抗回路53を用いて光電流Ipdの交流成分をバイパスさせることによって行われ、電界効果トランジスタ57のドレインの電位とソースの電位とが略等しいので、光電流Ipdの直流成分への影響が少ない(直流成分は流れない)。その結果、直流成分の除去の制御と利得制御とが干渉することを回避できる。 Since the DC component is removed using the high impedance feedback current source 52, the AC component of the photocurrent Ipd is less affected (the AC component does not flow). On the other hand, the gain control is performed by bypassing the AC component of the photocurrent Ipd using the variable resistance circuit 53. Since the potential of the drain and the source of the field effect transistor 57 are substantially equal, the DC of the photocurrent Ipd is controlled. It has little effect on components (DC components do not flow). As a result, interference between DC component removal control and gain control can be avoided.

なお、本開示に係るトランスインピーダンス増幅回路は上記実施形態に限定されない。 Note that the transimpedance amplifier circuit according to the present disclosure is not limited to the above embodiments.

TIA部11、基準電圧発生回路12、差動増幅回路13、制御電流生成回路14、及びバイパス回路15の回路構成は、上記実施形態に示された構成に限られない。例えば、TIA部11は、電流信号Iinを電圧信号Vtiaに変換するように構成されていればよい。基準電圧発生回路12は、基準電圧信号Vrefを供給可能に構成されていればよい。制御電流生成回路14は、差分ΔVtiaの積分値に基づいて制御電流Icntを生成可能に構成されていればよい。 The circuit configurations of the TIA section 11, the reference voltage generation circuit 12, the differential amplifier circuit 13, the control current generation circuit 14, and the bypass circuit 15 are not limited to those shown in the above embodiments. For example, the TIA unit 11 may be configured to convert the current signal Iin into the voltage signal Vtia. The reference voltage generation circuit 12 may be configured to be able to supply the reference voltage signal Vref. The control current generation circuit 14 may be configured to generate the control current Icnt based on the integrated value of the difference ΔVtia.

また、制御回路51は、図4に示される回路構成に限られず、図3に示される制御電流Iaoccnt及び制御電流Iagccntを生成可能に構成されていればよい。帰還電流源52は、制御電流Iaoccntが大きくなるにつれて直流バイパス電流Iaocが大きくなるように、直流バイパス電流Iaocを生成可能に構成されていればよい。帰還電流源52は、例えば、ダイオード接続された電界効果トランジスタ54に代えて、制御電流Iaoccntに応じて電界効果トランジスタ55のゲート・ソース間電圧を変更するように設けられた抵抗素子を備えていてもよい。電界効果トランジスタ55のソースは、接地電位GNDに電気的に接続されていなくてもよく、電界効果トランジスタ55が飽和領域で動作するように、電界効果トランジスタ55のソースの電位が設定されていればよい。つまり、電界効果トランジスタ55のドレイン電位が電界効果トランジスタ55のソース電位よりも大きくなるように、電界効果トランジスタ55のソースの電位が設定される。 The control circuit 51 is not limited to the circuit configuration shown in FIG. 4, and may be configured to generate the control current Iaocnt and the control current Iagccnt shown in FIG. Feedback current source 52 may be configured to generate DC bypass current Iaoc such that DC bypass current Iaoc increases as control current Iaocnt increases. The feedback current source 52 includes, for example, instead of the diode-connected field effect transistor 54, a resistive element provided to change the gate-source voltage of the field effect transistor 55 according to the control current Iaocnt. good too. The source of the field effect transistor 55 does not have to be electrically connected to the ground potential GND, as long as the potential of the source of the field effect transistor 55 is set so that the field effect transistor 55 operates in the saturation region. good. That is, the potential of the source of the field effect transistor 55 is set such that the potential of the drain of the field effect transistor 55 is higher than the potential of the source of the field effect transistor 55 .

可変抵抗回路53は、交流バイパス電流Iagcが大きくなるにつれて交流バイパス電流Iagcが大きくなるように、交流バイパス電流Iagcを生成可能に構成されていればよい。可変抵抗回路53は、ダイオード接続された電界効果トランジスタ56に代えて、制御電流Iagccntに応じて電界効果トランジスタ57のゲート・ソース間電圧を変更するように設けられた抵抗素子を備えていてもよい。電界効果トランジスタ57のソースは、基準電圧発生回路12の出力端子に電気的に接続されていなくてもよく、電界効果トランジスタ57が3極管領域で動作するように、電界効果トランジスタ57のソースの電位が設定されていればよい。つまり、電界効果トランジスタ57のドレイン電位と電界効果トランジスタ57のソース電位とが略等しくなるように、電界効果トランジスタ57のソースの電位が設定される。 Variable resistance circuit 53 may be configured to generate AC bypass current Iagc such that AC bypass current Iagc increases as AC bypass current Iagc increases. Instead of the diode-connected field effect transistor 56, the variable resistance circuit 53 may include a resistance element provided to change the voltage between the gate and source of the field effect transistor 57 according to the control current Iagccnt. . The source of the field effect transistor 57 may not be electrically connected to the output terminal of the reference voltage generating circuit 12, and the source of the field effect transistor 57 may be connected so that the field effect transistor 57 operates in the triode region. It is sufficient if the potential is set. That is, the source potential of the field effect transistor 57 is set so that the drain potential of the field effect transistor 57 and the source potential of the field effect transistor 57 are substantially equal.

また、トランスインピーダンス増幅回路10は、基準電圧発生回路12を備えていなくてもよく、トランスインピーダンス増幅回路10は、外部の基準電圧発生回路から基準電圧信号Vrefを供給されてもよい。 Further, the transimpedance amplifier circuit 10 may not include the reference voltage generation circuit 12, and the transimpedance amplifier circuit 10 may be supplied with the reference voltage signal Vref from an external reference voltage generation circuit.

上記実施形態では、制御電流Iaoccnt(直流バイパス電流Iaoc)の大きさは、増幅率αによって調整されるが、これに代えてトランジスタ61,62のカレントミラー比によって調整されてもよく、増幅率α及びトランジスタ61,62のカレントミラー比の両方によって調整されてもよい。同様に、直流バイパス電流Iaocの大きさは、電界効果トランジスタ54,55のカレントミラー比によって調整されてもよい。 In the above embodiment, the magnitude of the control current Iaocnt (DC bypass current Iaoc) is adjusted by the amplification factor α. and the current mirror ratio of transistors 61,62. Similarly, the magnitude of the DC bypass current Iaoc may be adjusted by the current mirror ratio of the field effect transistors 54,55.

上記実施形態では、制御電流Iagccnt(交流バイパス電流Iagc)の大きさは、増幅率γ及びオフセット電流Iofsの電流値によって調整されるが、増幅率γに代えてトランジスタ61,63のカレントミラー比によって調整されてもよく、増幅率γ、トランジスタ61,63のカレントミラー比、及びオフセット電流Iofsの電流値によって調整されてもよい。同様に、交流バイパス電流Iagcの大きさは、電界効果トランジスタ56のサイズ、及び電界効果トランジスタ57のサイズ等によって調整されてもよい。 In the above embodiment, the magnitude of the control current Iagccnt (AC bypass current Iagc) is adjusted by the current values of the amplification factor γ and the offset current Iofs. It may be adjusted by the amplification factor γ, the current mirror ratio of the transistors 61 and 63, and the current value of the offset current Iofs. Similarly, the magnitude of the AC bypass current Iagc may be adjusted by the size of the field effect transistor 56, the size of the field effect transistor 57, and the like.

上記実施形態では、電界効果トランジスタ54,55、及びトランジスタ61~69として、電界効果トランジスタを用いて説明を行ったが、電界効果トランジスタ54,55、及びトランジスタ61~69は、バイポーラトランジスタであってもよい。電界効果トランジスタ54,55、及びトランジスタ61~69がバイポーラトランジスタである場合には、電界効果トランジスタのゲート、ソース、及びドレインは、ベース、エミッタ、及びコレクタにそれぞれ読み替えられる。 In the above embodiment, the field effect transistors 54 and 55 and the transistors 61 to 69 are field effect transistors, but the field effect transistors 54 and 55 and the transistors 61 to 69 are bipolar transistors. good too. When field effect transistors 54, 55 and transistors 61-69 are bipolar transistors, the gate, source and drain of the field effect transistors are read as base, emitter and collector, respectively.

1…光受信装置、10…トランスインピーダンス増幅回路、10a…入力端子、11…TIA部(シングルエンド型増幅回路)、11a…電圧アンプ、11b…帰還抵抗素子、12…基準電圧発生回路、12a…電圧アンプ、12b…帰還抵抗素子、13…差動増幅回路、14…制御電流生成回路、15…バイパス回路、41…積分回路、41a…入力端子、41b…入力端子、41c…出力端子、41d…出力端子、42…OTA、43…オペアンプ、43a…非反転入力端子、43b…反転入力端子、43c…反転出力端子、43d…非反転出力端子、44…抵抗素子、45…抵抗素子、46…コンデンサ、47…コンデンサ、51…制御回路、51a…入力端子、51b…出力端子、51c…出力端子、51d…電源端子、52…帰還電流源、52a…入力端子、52b…出力端子、52c…接地端子、53…可変抵抗回路、53a…制御端子、53b…抵抗端子、53c…抵抗端子、54…電界効果トランジスタ、55…電界効果トランジスタ、56…電界効果トランジスタ、57…電界効果トランジスタ、61~69…トランジスタ、70…電流源、GND…接地電位、Iagc…交流バイパス電流、Iagccnt…制御電流(第2制御電流)、Iaoc…直流バイパス電流、Iaoccnt…制御電流(第1制御電流)、Icnt…制御電流、Iin…電流信号、Iofs…オフセット電流、Ipd…光電流(入力電流信号)、Iref…基準電流、N…ノード、Pin…光信号、PD…受光素子、VCC…電源電圧、Vgs1…ゲート・ソース間電圧、Vgs2…ゲート・ソース間電圧、Vinn…電圧信号、Vinp…電圧信号、Vout,Voutb…差動電圧信号、VPD…バイアス電圧、Vref…基準電圧信号、Vtia…電圧信号。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Optical receiver 10... Transimpedance amplifier circuit 10a... Input terminal 11... TIA part (single-ended amplifier circuit) 11a... Voltage amplifier 11b... Feedback resistance element 12... Reference voltage generation circuit 12a... Voltage amplifier 12b Feedback resistance element 13 Differential amplifier circuit 14 Control current generation circuit 15 Bypass circuit 41 Integration circuit 41a Input terminal 41b Input terminal 41c Output terminal 41d Output terminals 42... OTA 43... Operational amplifier 43a... Non-inverting input terminal 43b... Inverting input terminal 43c... Inverting output terminal 43d... Non-inverting output terminal 44... Resistance element 45... Resistance element 46... Capacitor , 47 Capacitor 51 Control circuit 51a Input terminal 51b Output terminal 51c Output terminal 51d Power supply terminal 52 Feedback current source 52a Input terminal 52b Output terminal 52c Ground terminal , 53... variable resistance circuit, 53a... control terminal, 53b... resistance terminal, 53c... resistance terminal, 54... field effect transistor, 55... field effect transistor, 56... field effect transistor, 57... field effect transistor, 61 to 69... Transistor 70 Current source GND Ground potential Iagc AC bypass current Iagccnt control current (second control current) Iaoc DC bypass current Iaocnt control current (first control current) Icnt control current , Iin...current signal, Iofs...offset current, Ipd...photocurrent (input current signal), Iref...reference current, N...node, Pin...optical signal, PD...light receiving element, VCC...power supply voltage, Vgs1...gate/source voltage between gate and source, Vinn: voltage signal, Vinp: voltage signal, Vout, Voutb: differential voltage signal, VPD: bias voltage, Vref: reference voltage signal, Vtia: voltage signal.

Claims (4)

受光素子によって生成された入力電流信号に応じて差動電圧信号を生成するトランスインピーダンス増幅回路であって、
前記入力電流信号を受ける入力端子と、
電流信号を電圧信号に変換するシングルエンド型増幅回路と、
前記電圧信号と基準電圧信号との差分に応じて前記差動電圧信号を生成する差動増幅回路と、
前記差分の積分値に基づいて制御電流を生成する制御電流生成回路と、
前記制御電流に応じて、直流バイパス電流及び交流バイパス電流を生成するバイパス回路と、
を備え、
前記電流信号は、前記入力電流信号から前記直流バイパス電流及び前記交流バイパス電流が引き抜かれることによって生成され、
前記バイパス回路は、前記制御電流が入力される制御回路と、前記制御電流に応じて前記直流バイパス電流を生成する帰還電流源と、前記制御電流に応じて前記交流バイパス電流を生成する可変抵抗回路と、を備え、
前記制御回路は、前記制御電流が大きくなるにつれて前記直流バイパス電流が大きくなるように前記帰還電流源を制御するとともに、前記制御電流が所定のオフセット電流値を超えた場合に前記制御電流が大きくなるにつれて前記交流バイパス電流が大きくなるように、前記可変抵抗回路を制御する、トランスインピーダンス増幅回路。
A transimpedance amplifier circuit that generates a differential voltage signal in response to an input current signal generated by a light receiving element,
an input terminal for receiving the input current signal;
a single-ended amplifier circuit that converts a current signal into a voltage signal;
a differential amplifier circuit that generates the differential voltage signal according to the difference between the voltage signal and a reference voltage signal;
a control current generation circuit that generates a control current based on the integrated value of the difference;
a bypass circuit that generates a DC bypass current and an AC bypass current in accordance with the control current;
with
the current signal is generated by subtracting the DC bypass current and the AC bypass current from the input current signal;
The bypass circuit includes a control circuit to which the control current is input, a feedback current source that generates the DC bypass current according to the control current, and a variable resistance circuit that generates the AC bypass current according to the control current. and
The control circuit controls the feedback current source so that the DC bypass current increases as the control current increases, and the control current increases when the control current exceeds a predetermined offset current value. a transimpedance amplifier circuit that controls the variable resistance circuit so that the AC bypass current increases as the current increases.
前記制御回路は、前記制御電流を第1増幅率で増幅することで第1制御電流を生成し、
前記帰還電流源は、
前記第1制御電流を受ける第1ドレインと、前記第1ドレインに電気的に接続される第1ゲートと、接地電位に電気的に接続される第1ソースと、を有する第1電界効果トランジスタと、
前記入力端子に電気的に接続される第2ドレインと、前記第1ドレイン及び前記第1ゲートに電気的に接続される第2ゲートと、前記第1ソースに電気的に接続される第2ソースと、を有する第2電界効果トランジスタと、
を備え、
前記帰還電流源は、前記第1制御電流に応じて前記直流バイパス電流を前記第2ドレインから前記第2ソースに流す、請求項1に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The control circuit generates a first control current by amplifying the control current with a first amplification factor,
The feedback current source is
a first field effect transistor having a first drain for receiving said first control current, a first gate electrically connected to said first drain, and a first source electrically connected to ground potential; ,
a second drain electrically connected to the input terminal; a second gate electrically connected to the first drain and the first gate; and a second source electrically connected to the first source. and a second field effect transistor having
with
2. The transimpedance amplifier circuit according to claim 1, wherein said feedback current source causes said DC bypass current to flow from said second drain to said second source according to said first control current.
前記制御回路は、前記オフセット電流値を有するオフセット電流を生成し、前記制御電流を増幅することで生成した電流と前記オフセット電流との差分を第2増幅率で増幅することで第2制御電流を生成し、
前記可変抵抗回路は、
前記第2制御電流を受ける第3ドレインと、前記第3ドレインに電気的に接続される第3ゲートと、前記基準電圧信号が供給される第3ソースと、を有する第3電界効果トランジスタと、
前記入力端子に電気的に接続される第4ドレインと、前記第3ドレイン及び前記第3ゲートに電気的に接続される第4ゲートと、前記基準電圧信号が供給される第4ソースと、を有する第4電界効果トランジスタと、
を備え、
前記可変抵抗回路は、前記第2制御電流に応じて前記交流バイパス電流を前記第4ドレインから前記第4ソースに流す、請求項1又は請求項2に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
The control circuit generates an offset current having the offset current value, and amplifies a difference between the current generated by amplifying the control current and the offset current with a second amplification factor to generate a second control current. generate and
The variable resistance circuit is
a third field effect transistor having a third drain receiving the second control current, a third gate electrically connected to the third drain, and a third source supplied with the reference voltage signal;
a fourth drain electrically connected to the input terminal; a fourth gate electrically connected to the third drain and the third gate; and a fourth source supplied with the reference voltage signal. a fourth field effect transistor having
with
3. The transimpedance amplifier circuit according to claim 1, wherein said variable resistance circuit causes said alternating current bypass current to flow from said fourth drain to said fourth source according to said second control current.
前記基準電圧信号を生成する基準電圧生成回路をさらに備え、
前記基準電圧生成回路は、増幅器と、前記増幅器の入出力間に電気的に接続された帰還抵抗素子と、を備える、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のトランスインピーダンス増幅回路。
further comprising a reference voltage generation circuit that generates the reference voltage signal;
4. The transimpedance amplifier circuit according to claim 1, wherein said reference voltage generating circuit comprises an amplifier and a feedback resistance element electrically connected between input and output of said amplifier. .
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