JPH0315859B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、デジタル信号である光信号を、増幅
された電気信号に変換するデジタル信号の受光増
幅回路に関する。

先行技術におけるデジタル信号の受光増幅回路
は、第１図に示されるような、非反転入力端子２
を接地した演算増幅回路１と、演算増幅回路１の
反転入力端子３と出力端子４とに接続された帰還
用抵抗５と、反転入力端子とバイアス電圧Vaと
に逆方向に接続された受光素子のホトダイオード
６とで構成されている。ホトダイオード６が光を
受光した場合、ホトダイオード６と演算増幅回路
１の反転入力端子３とを接続するライン７に流れ
る電流をIs、帰還用抵抗５の抵抗値をRf、および
演算増幅回路１の出力端子４の出力電圧をVdと
すると、第１式 Vd＝−Is・Rf ……(1) が成り立つ。

このようにして、デジタル信号である光信号の
電流Isを、電圧Vdに変換することができる。

演算増幅回路１は一般に正負２電源で使用する
ことが多く、また電源電圧Vccは例えば、5Vで
あることも多い。この場合第１図に示す接地点
８，９の電位は、電源電圧Vccの２分の１、たと
えば2.5Vに保たれる。また演算増幅回路１の出
力電圧Vdの振幅には限界があるので、たとえば
第４図に示すｌ３のように0.3V以下には下がら
ない。このような制限を受けるので第４図の破線
ｌ１で示されるように出力電圧Vdは、0.3V〜
2.5Vの範囲で変化する。。一方、ホトダイオード
６からの電気信号の送信速度が低い場合、たとえ
ばデジタル信号で1Mbit／ｓ以下であるときに
は、帰還用抵抗５の抵抗値Rfは演算増幅回路１
の感度を上げるためある程度まで大きくできる。
しかし抵抗値Rfがたとえば、1MΩ、ホトダイオ
ード６の感度がたとえば、0.5A／Ｗとすれば、
演算増幅回路１が飽和するときの光入力レベル
PINは第２式 PIN×0.5×Rf＝Vd ……(2) が成り立ち、上式にはRf＝1MΩ、Vd＝2.2Vを代
入し、光入力レベルRINを求めると、PIN＝
4.4μWとなる。ただしVd＝2.2Vは接地点の電位
が2.5Vであつて、演算増幅回路１の出力電圧の
最小値は0.3Vであるので、第３式 Vd＝2.5V−0.3V＝2.2V ……(3) から求めた値である。

以上のように先行技術では、短距離の光伝送で
は光入力が予め定められた値を超えることによつ
て、受光増幅回路の動作速度が低下し、特にデジ
タル信号伝送においては符号歪や符号誤りを起こ
す欠点がある。

したがつて本発明の目的は、前述の欠点を解決
し、光入力の強弱にかかわらず、また高速の信号
伝送においても正確に光信号を電気信号に変換し
て出力する受光増幅回路を提供することである。

本発明は、反転入力端子、非反転入力端子、お
よび反転入力端子に入力された信号の位相は反転
しかつ非反転入力端子に入力された信号の位相は
同相で増幅して出力する出力端子を有する演算増
幅回路を備え、 非反転入力端子を接地し、反転入力端子にホト
ダイオードのアノードを接続し、ホトダイオード
のカソードにバイアス電圧Vaを与え、反転入力
端子と出力端子との間に抵抗を接続し、 その抵抗と並列に、直列接続した複数のダイオ
ードを、反転入力端子から出力端子に順方向とな
るように接続したことを特徴とするデジタル信号
の受光増幅回路である。

本発明の一実施例を第２図に示す。第１図に示
される従来例に相当する部分は同じ参照符を付け
る。演算増幅回路１の非反転入力端子２は接地さ
れ、反転入力端子３はライン７を介してホトダイ
オード６のアノードに接続されている。ホトダイ
オード６のカソードにはバイアス電圧Vaが与え
られている。演算増幅回路１の反転入力端子３と
出力端子４とに帰還用抵抗５を接続し、その抵抗
５に順方向で直列接続されたダイオード１０，１
１，１２を並列接続し、こうして、抵抗５に並列
に、直列接続した複数のダイオード１０，１１，
１２を、反転入力端子３から出力端子４に順方向
となるように接続する。演算増幅回路１におい
て、反転入力端子３に入つた信号は、位相が反転
し増幅されて出力端子４から出力され、また非反
転入力端子２に入つた信号は、位相が同相で増幅
されて出力端子４から出力される。演算増幅回路
１の電源電圧Vccはたとえば、5Vを使用し、接
地点８，９の電位は必ずしも地球のOV電位でな
くてもよいので電源電圧Vccの２分の１、たとえ
ば2.5Vにする。演算増幅回路１が飽和すること
によつて、演算増幅回路１の出力電圧Vdの最小
値は、たとえば0.3Vとする。ダイオード１０，
１１，１２はたとえば、シリコンPN接合を有す
るダイオードで第３図に示す特性をもつ。したが
つてダイオード１０，１１，１２の順方向電圧が
約0.3V未満では電流が流れない。実施例ではダ
イオード１０，１１，１２が直列接続されている
ので、順方向電圧が約0.9V未満ではダイオード
１０，１１，１２に電流が流れない。したがつて
この状態では、ライン７に流れる電流Isは帰還用
抵抗５のみに流れる。一方、ダイオード１０，１
１，１２の順方向電圧が0.9V以上では、ダイオ
ード１０，１１，１２には電流が流れる。したが
つて、ダイオード１０，１１，１２に流れる電流
をId、帰還用抵抗５に流れる電流をIrとすると次
の第(4)が成り立つ。

Is＝Id＋Ir ……(4) 第(4)式の関係を保つて演算増幅回路１は動作
し、光入力と出力電圧との関係を示すグラフを第
４図に示す。演算増幅回路１の反転入力端子３に
加わる信号の電位が0.9V未満のときはｌ２の直
線部分で、0.9V以上のときはｌ２の曲線部分に
なり、大きい光入力レベルでも演算増幅回路１の
出力電圧は飽和状態にならない。したがつて、演
算増幅回路１の動作速度は降下することはない。

また実施例の場合、直列接続されているダイオ
ードの数は、演算増幅回路１の飽和電圧が大きく
なれば増やすとよい。

演算増幅回路１では、ホトダイオード６が有す
る接合容量が浮遊容量などで発振が起こることが
ある。その場合、帰還用抵抗５と並列に容量成分
を接続して位相補償を行ない、演算増幅回路１の
発振を止めることができる。またダイオード１
０，１１，１２は接合容量成分を有するので、適
当な容量成分をもつダイオードを選べば位相補償
ができ、演算増幅回路１の発振を止めることがで
きる。

以上のように本発明によれば、受光増幅回路に
使用する演算増幅回路の飽和状態を防止すること
によつて、光信号に対応した電気信号の伝送速度
を低下させることがなく、電気信号は正確に伝送
することができる。

特に本発明では、ホトダイオードによつて受光
される光信号は、デジタル信号であり、その受光
強度が大きくても、演算増幅回路の飽和状態を、
上述のように防止することができ、しかも本発明
では、ホトダイオードのアノードが演算増幅回路
の反転入力端子にそのまま接続されているので、
光信号のパルス幅の長短に対応する出力電圧が、
演算増幅回路の出力端子から導出され、デジタル
信号の伝送を確実に行うことができる。

さらに本発明によれば、抵抗に並列に接続され
るダイオードは、複数個、直列接続されており、
これによつてその複数個のダイオードに順方向に
電流が流れるときの電圧を調整することができ、
こうして飽和電圧が異なる複数種類の演算増幅器
に関連して本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の実施例の回路図、第２図は
本発明の一実施例の回路図、第３図はダイオード
１０，１１，１２の順方向電圧電流特性を表わす
グラフ、第４図は実施例の光入力と出力電圧特性
を表わすグラフである。 １……演算増幅回路、２……非反転入力端子、
３……反転入力端子、４……出力端子、５……帰
還用抵抗、６……ホトダイオード、７……ライ
ン、８，９……接地点、１０，１１，１２……ダ
イオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 反転入力端子、非反転入力端子、および反転
   入力端子に入力された信号の位相は反転しかつ非
   反転入力端子に入力された信号の位相は同相で増
   幅して出力する出力端子を有する演算増幅回路を
   備え、 非反転入力端子を接地し、反転入力端子にホト
   ダイオードのアノードを接続し、ホトダイオード
   のカソードにバイアス電圧Vaを与え、反転入力
   端子と出力端子との間に抵抗を接続し、 その抵抗と並列に、直列接続した複数のダイオ
   ードを、反転入力端子から出力端子に順方向とな
   るように接続したことを特徴とするデジタル信号
   の受光増幅回路。