JPH02200030A - 電流・電圧変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば、光伝送装置における光電気変換電流
を電圧に変換する場合等に利用される広帯域の電流・電
圧変換回路に関する。

［従来の技術］ 例えば、オプティカルファイバー等を用いた光伝送装置
においては、伝送された光信号をフォトダイオード等の
光検出器によって電気信号に変換してから以後の電気的
信号処理に供される。この場合、前記光検出器によって
得られる出力は微少電流である。それゆえ、後の信号処
理を容易にするために、通常、前記光検出器で得られた
微少電流はただちに電圧に変換される。この微少電流を
電圧に変換する電流・電圧変換回路は、取り扱う電流が
微少であるとともに、極めて高い周波数成分を含んでい
るのが普通であることから、ローノイズでかつ広帯域の
特性を備えていることが要求される。

この種の電流・電圧変換回路としては第２図及び第３図
に示される回路が知られている（ＩＥＥＥＪＯｔｆＲＮ
ＡＬ　ＯＦ　５ＯＬＩ［）−８ＴＡＴＥ　ＣＩｆ？ＣＵ
ＩＴＳ、ＶＯＬ、５Ｃ−２１，Ｎｏ。

４、ＡＵＧＵＳＴ　１９８Ｂ、Ｒ５３０−５３３参照）
第２図は従来の電流・電圧変換回路の概略を示すブロッ
ク図、第３図は第２図の詳細な回路例を示す回路図であ
る。

第２図において、符号１はトランスインピーダンスアン
プ回路部、符号２は差動増幅回路部、符号３は基準電圧
発生回路部である。

前記トランスインピーダンスアンプ回路部１は入力端子
１ａに加えられた電流に対応した電圧を出力端子１ｂか
ら出力するもので、この出力端子１ｂは前記差動増幅回
路部２の２つの入力のうちの一方の入力である入力端子
２ａ１に接続されている。また、前記基準電圧発生回路
部３は、基準となる一定の電圧を出力端子３ｂから出力
するもので、この出力端子３ａは前記差動増幅回路部２
の他方の入力である入力端子２ａ２に接続されている。

そして、前記差動増幅回路部２は、前記２つの入力端子
２ａ　及び２ａ２から加えられた入カミ圧を差動増幅し
てその差動出力を２つの出力端子２ｂ１及び２ｂ２から
出力するものである。

第３図にその詳細な回路が示されているように、前記ト
ランスインピーダンスアンプ回路部１は、前記入力端子
１ａから入力された電流を増幅するトランジスターＴＲ
，と、該トランジスターＴＲ１の出力を次段の電圧増幅
回路に伝達するためのエミッターフォロワー回路を構成
するトランジスターＴ　Ｒ２と、このトランジスターＴ
Ｒ２の出力を電圧増幅するトランジスターＴＲ３と、こ
のトランジスターＴＲ３の出力を外部に伝達するための
エミッターフォロワー回路を構成するトランジスターＴ
Ｒ４とを有し、さらに、これら各トランジスターのコレ
クターもしくはエミッターに接続されてその動作を規定
する抵抗Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３゜Ｒ４，Ｒ６，Ｒ７とを有し
ており、前記抵抗Ｒ６とＲ７との接続点から出力を取り
出すようにしている。なお、前記トランジスターＴＲ３
のエミッターとトランジスターＴＲ１のベースとの間に
接続された抵抗Ｒ５はトランスインピーダンスアンプ回
路部１の変換率を定める帰還抵抗である。

また、前記差動増幅回路部２は、初段の差動増幅部を構
成するトランジスターＴ　Ｒｓ及びＴＲ６と、２段目の
差動増幅部を構成するトランジスターＴＲ７及びＴＲ８
とを有し、また、前記初段の差動増幅部を構成するトラ
ンジスターＴＲ５及びＴ　Ｒｅのそれぞれのコレクタ抵
抗Ｒ８及びＲ９を備え、さらに、これらトランジスター
Ｔ　Ｒｓ及びＴＲ６の共通エミッタ並びに前記２段目の
差動増幅部を構成するトランジスターＴＲ１及びＴＲ８
のそれぞれのエミッターに接続された定電流回路Ｉｃ　
　、Ｉｃ２．Ｉｃ３を備えており、前記トランジスター
ＴＲ７及びＴＲＢのエミッターから差動出力を取り出す
ようにしている。

そして、前記基準電圧発生回路３は、温度補償するため
にコレクタとベースとを共通にして直列にダイオード接
続された２つのトランジスターＴＲ８及びＴＲ１ｏ並び
にこれらトランジスターと直列接続された２つの抵抗Ｒ
１ｏ及びＲ１１とからなり、前記抵抗Ｒ１ｏ及びＲ１１
の接続点から基準電圧を取り出すようにしている。

なお、以上の各回路には図示しない定電圧回路から駆動
電圧ＶＣＣが印加されるようになっている。

第４図は上述の従来の電流・電圧変換回路の特性を示す
グラフである。なお、図において、横軸が入力端子１ａ
に加えられる入力電流（■；相対値）であり、・縦軸が
前記差動増幅回路部２の出力電圧（Ｖ；相対値）である
。また、図における実線の直線工が入力電流と第１の出
力端子２ｂ１の出力電圧との関係を表し、実線の直！！
■が入力電流と第２の出力端子２ｂ２の出力電圧との関
係を表すものである。

ここで、この種の電流・電圧変換回路にあっては、上述
の直線工と■とが交わる点における入力電流の値（・工
。）が一定の値を有することが要求される。すなわち、
この種の電流・電圧変換回路にあっては、この交点にお
ける入力電流値（ＩＯ＞を基準にして該入力電流に含ま
れる情報を判断することが行われる。例えば、入力電流
が１゜を越える場合をオン情報とし、■。以下であると
きにオフ情報とする等の利用がなされる。したがって、
このＩＯの値が種々変動すると、情報の読取を誤る虞が
でてくるからである。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上述の従来の電流・電圧変換回路においては
、例えば、環境温度が変化した場合を考５えると、前記
トランスインピーダンスアンプ回路部１及び基準電圧発
生回路部３の温度特性に応じて、入力電流と、第１の出
力端子２ｂ１の出力電圧及び第２の出力端子２ｂ２の出
力電圧のそれぞれとの関係が変化する。第４図における
点線で表Ｏされる直線■及びＩＶはその場合の入力電流
と２つの出力端子の出力電圧との関係をそれぞれ表した
ものである。

これら直線から明らかなように、前述の実線（■及び■
）で表される場合においては、入力電ｊ流がＩ。のとき
に出力端子２ｂ１の出力電圧と出力端子２ｂ２の出力電
圧とが一致していたものが、点線（■及びＩＶ　）で表
される場合においては前記入力電流ＩＯと異なる入力電
流１１で一致することになり、２つの出力端子の出力電
圧が一致する）ときの入力電流が互いに異なっている。

これは、前記トランスインピーダンスアンプ回路部１と
基準電圧発生回路部３の回路構成が互いに異なっている
ことから、これらの温度特性を一致させることが事実上
不可能であることに起因する。

その結果、・この従来の電流・電圧変換回路は環境温度
の変化等によって動作点が変動するおそれがあるという
欠点を有していた。

また、上述の構成の電流・電圧変換回路を大量に製造す
る場合を考えると、各製品が互いに同一の動作点を持つ
ようにするためには、各製品に使用されている各素子の
絶対的特性、例えば、増幅率等を全ての製品に使用され
ている全ての素子について同一に揃えることが必要とな
る。しかしながら、一般に、１つの製品に使用される各
素子の特性を均一に揃えること、すなわち、比精度を向
上することは比較的容易であるが、絶対的特性を全ての
製品に使用されている全ての素子について均一に揃える
ことは極めて困難である。このため、このままの構成で
は製品の歩留まり率が著しく悪く、一方、製品歩留まり
率を向上させるために、例えば、調整機構を設けると、
生産性が著しく低下するという欠点を有していた。

本発明は、上述の背景のもとでなされたものであり、安
定した動作点を有し、微少な電流を高精５度で電圧に変
換することができ、′かつ、生産性にも優れた電流・電
圧変換回路を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、以下の各要素を備えた構成とする二Ｏとで上
述の課題を解決している。

■　入力電流に対応する電圧を出力する第１のトランス
インピーダンスアンプ回路部。

■　この第１のトランスインピーダンスアンプ回路部と
同一の回路構成を有する第２のトランスインピーダンス
アンプ回路部。

■　前記第１及び第２のトランスインピーダンスアンプ
回路部のそれぞれの出力にその２つの入力がそれぞれ接
続された差動増幅回路部。

■　前記第１のトランスインピーダンスアンプ）回路部
の入力に被変換電流を加え、一方、前記第２のトランス
インピーダンスアンプ回路部の入力に参照電流を加えて
前記差動増幅回路部の出力から前記被変換電流と基準電
流との差に対応する電圧を取り出すようにした構成。

［作用コ 上述の構成において、前記差動増幅回路部の２つの入力
に加えられる信号が、同一の回路構成を有する２つのト
ランスインピーダンスアンプ回路部からの出力である。

したがって、これら２つの回路に使用されている各素子
の比精度を向上させるだけで、前記第１のトランスイン
ピーダンスアンプ回路部の入力電流と前記差動増幅回路
部の出力電圧との関係を示す２つの直線の交点を常に一
定にすることを比較的容易に実現できる。

すなわち、比精度がよければ前記２つのトランスインピ
ーダンスアンプ回路部は同一の特性（温度特性を含む特
性）を有することになり、仮に、温度変化によって特性
が変動した場合にあっても、両者は同一に変化し、した
がって、前記差動増幅回路部の２つの出力も対称的に変
化して前記交点の位置は変わらない。この事情は大量生
産時における製品間のばらつきの問題に関しても同様で
ある。

「実施例コ 第１図は本発明の第１実施例にかかる電流・電圧変換回
路の概略を示すブロック図、第５図は第１図の詳細な回
路例を示す回路図である。以下、これらの図面を参照し
ながら第１実施例を詳述する。

本実施例は、第２図に示される従来例とその構成の一部
を共通にする。したがって、以下の説明においては、共
通する部分には共通の符号を付してその詳細説明は省略
し、主として本実施例に特徴的な部分について詳しく述
べる。

さて、第１図において、符号１は第１のトランスインピ
ーダンスアンプ回路部、符号２は差動増幅回路部、符号
１０は第２のトランスインピーダンスアンプ回路部、符
号３１は参照電流を供給するための定電流源である。

前記第１のトランスインピーダンスアンプ回路部１は入
力端子１ａに加えられた電流に対応した電圧を出力端子
１ｂから出力するもので、この出力端子１ｂは前記差動
増幅回路部２の２つの入力のうちの一方の入力である入
力端子２ａ１に接続されている。ここで、これら第１の
トランスインピーダンスアンプ回路部１と差動増幅回路
部２とで構成される回路部分は、前記従来例（第２図）
におけるトランスインピーダンスアンプ回路部１と差動
増幅回路部２とで構成される回路部分と同一の構成を有
している。

本実施例の特徴点は、前記差動増幅回路部２のもう一方
の入力端子２ａ２に、前記第１のトランスインピーダン
スアンプ回路部１と同一の回路構成を有する第２のトラ
ンスインピーダンスアンプ回路部１０の出力端子１０ｂ
を接続するとともに、この第２のトランスインピーダン
スアンプ回路部１０の入力端子１０ａに定電流源３１の
出力端子３１ｂを接続した構成とした点である。

そして、前記差動増幅回路部２は、前記２つの入力端子
２ａ１及び２ａ２から加えられた入力電圧を差動増幅し
てその差動出力を２つの出力端子２ｂ１及び２ｂ２から
出力するものである。

なお、第５図に示されるように、前記第１のトランスイ
ンピーダンスアンプ回路部１及び第２のトランスインピ
ーダンスアンプ回路部１０並びに差動増幅回路部２の内
部回路構成は、前記従来例（第３図）におけるトランス
インピーダンスアンプ回路部１並びに差動増幅回路部２
の内部回路構成と全く同一であるので、その詳細説明は
省略する。

また、前記定電流源３１は、前記第１のトランスインピ
ーダンスアンプ回路部１の入力に加えられる電流と略同
程度の一定の電流を供給できる回路で構成されている。

第６図は上述の第１実施例にかかる電流・電圧変換回路
の特性を示すグラフである。なお、図において、横軸が
入力端子１ａに加えられる入力電流（Ｉ；相対値）であ
り、縦軸が前記差動増幅回路部２の出力電圧（■；相対
値）である。

第６図において、実線の直線狙。と■Ａとが、ある特定
の温度における入力電流と第１の出力端子２ｂ１の出力
電圧及び第２の出力端子２ｂ２の出力電圧のそれぞれと
の関係を表すものであり、また、点線の直線■。とＩｖ
Ａとが、他の特定の温度における入力電流と第１の出力
端子２ｂ１の出力電圧及び第２の出力端子２ｂ２の出力
電圧のそれぞれとの関係を表すものである。

第６図のグラフから明らかなように、直線狙。

と■。どの交差点及び直線狙いとＩｖＡとの交差点にお
ける入力電流の値はともにＩｏであって同一である。す
なわち、この実施例の電流・電圧変換回路は温度が変化
しても前記Ｉ。が変動することがない。

また、大量生産の際における製品間のばらつきの観点か
らみた場合、任意に抽出したある製品の特性が第６図の
グラフにおける直線狙、と■Ａで表される特性を有する
とき、さらに任意に抽出した他の製品は通常直線■。と
ｌｖＡで表される特性を有する。すなわち、前記Ｉｏは
各製品間で変動することはない。

したがって、この実施例によれば、安定した動作点を有
し、微少な電流を高精度で電圧に変換することができ、
かつ、生産性にも優れた電流・電圧変換回路を得ること
ができる。

第７図は本発明の第２実施例にかかる電流・電圧変換回
路の構成を示すブロック図である。

この実施例は、前記第１実施例における定電流源３１の
代わりに定電流源３２を用いたもので、その他の構成は
前記第１実施例と同一である。

前記定電流源３２は定電力光源３２１と受光素子として
のホトダイオード３２２とを光学的に結合して該ホトダ
イオード３２２から出力される定電流を前記第２のトラ
ンスインピーダンスアンプ回路部１０の入力に加えるよ
うにしたものである。

これによれば、微少な定電流を複雑な回路を用いること
なく比較的簡単に得ることができる。

第８図は本発明の第３実施例にかかる電流・電圧変換回
路の構成を示すブロック図である。

この実施例は、前記第１実施例における定電流源３１の
代わりに参照電流発生部３３を用いたもので、その他の
構成は前記第１実施例と同一である。

前記参照電流発生部３３は、ＬＤ（レーザダイオード）
もしくはＬＥＤ　（発光ダイオード）等からなる光源３
３１とホトダイオード等を含む光電流変換回路３３２と
を光学的に結合して該光電流変換回路３３２から出力さ
れる参照電流を前記第２のトランスインピーダンスアン
プ回路部１０の入力に加えるようにしたものである。

これによれば、例えば、前記参照電流発生部３３として
図示しない光信号発生手段に通常設けられているモニタ
部を流用することが可能になる。

この場合、前記第１のトランスインピーダンスアンプ回
路部１に光電変換して入力信号として加えられる前の光
信号を作る光信号発生手段のモニタ部を用いれば、該光
信号発生手段の出力変動その他ある種のノイズ成分をあ
る程度キャンセルすることができ、さらに高精度・ロー
ノイズ化が可能になる。

第９図は本発明の第４実施例にかかる電流・電圧変換回
路の構成を示すブロック図である。

この実施例は、前記第１実施例における定電流源３１の
代わりに参照電流として、前記第１のトランスインピー
ダンスアンプ回路部１の入力に加えられる被変換電流に
逆比例する電流を用いるようにしたものである。すなわ
ち、被変換電流を電流変換回路３４を通じて被変換電流
に逆比例する電流に変換して前記第２のトランスインピ
ーダンスアンプ回路部１０の入力に加えるようにしたも
のである。この場合、前記電流変換回路３４は、例えば
、第１０図のグラフの直線で示されるような特性を有す
るものであればよい。なお、第１０図において、横軸（
ｉＩ＞が入力電流であり、縦軸（ｉｏ）が出力電流であ
る。

この実施例によれば、前記差動増幅回路部２の出力端子
から大きな出力電圧を得ることができるとともに、ある
種のノイズ成分をキャンセルすることもできるから、高
精度・ローノイズ化が可能になる。

［発明の効果］ 以上、詳述したように、本発明は、要するに、差動増幅
回路部の２つの入力にそれぞれ同一の回路構成を有する
２つのトランスインピーダンスアンプ回路部の出力を接
続し、該２つのトランスインピーダンスアンプ回路部の
一方の入力に被変換電流を加えるとともに、他方の入力
に参照電流を加えるようにしたもので、これにより、前
記２つの同一の回路構成を有するトランスインピーダン
スアンプ回路部の変動要因に対する相殺効果によって温
度特性あるいは製品間のばらつき等による動作点の変動
を容易に防止することを可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる電流・電圧変換回
路の概略を示すブロック図、第２図は従来の電流・電圧
変換回路の概略を示すブロック図、第３図は第２図の詳
細な回路例を示す回路図、第４図は従来の電流・電圧変
換回路の特性を示すグラフ、第５図は第１図の詳細な回
路例を示す回路図、第６図は上述の第１実施例にかかる
電流・電圧変換回路の特性を示すグラフ、第７図は本発
明の第２実施例にかかる電流・電圧変換回路の構成を示
すブロック図、第８図は本発明の第３実施例にかかる電
流・電圧変換回路の構成を示すブロック図、第９図は本
発明の第４実施例にかかる電流電圧変換回路の構成を示
すブロック図、第１０図は電流変換回路３４の特性を示
すグラフである。 １・・・第１のトランスインピーダンスアンプ回路部、
２・・・差動増幅回路部、１０・・・第２のトランスイ
ンピーダンスアンプ回路部、３１，３２．３３・・・参
照電流供給源たる定電流源、参照電流発生部及び電流変
換回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力電流に対応する電圧を出力する第１のトランスイン
   ピーダンスアンプ回路部と、 この第１のトランスインピーダンスアンプ回路部と同一
   の回路構成を有する第２のトランスインピーダンスアン
   プ回路部と、 前記第１及び第２のトランスインピーダンスアンプ回路
   部のそれぞれの出力にその２つの入力がそれぞれ接続さ
   れた差動増幅回路部とを有し、前記第１のトランスイン
   ピーダンスアンプ回路部の入力に被変換電流を加え、一
   方、前記第２のトランスインピーダンスアンプ回路部の
   入力に参照電流を加えて前記差動増幅回路部の出力から
   前記被変換電流と参照電流との差に対応する電圧を取り
   出すようにした電流・電圧変換回路。