JPH04227305A - 増幅器 - Google Patents
増幅器Info
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- JPH04227305A JPH04227305A JP3065356A JP6535691A JPH04227305A JP H04227305 A JPH04227305 A JP H04227305A JP 3065356 A JP3065356 A JP 3065356A JP 6535691 A JP6535691 A JP 6535691A JP H04227305 A JPH04227305 A JP H04227305A
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- amplifier
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3084—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in receivers or transmitters for electromagnetic waves other than radiowaves, e.g. lightwaves
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
- H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
- H03G1/0017—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier
- H03G1/0023—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal the device being at least one of the amplifying solid state elements of the amplifier in emitter-coupled or cascode amplifiers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に電子式増幅器に関
し、より具体的には、高速度で動作し低い電源電圧しか
必要としない多段増幅器に関する。
し、より具体的には、高速度で動作し低い電源電圧しか
必要としない多段増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ式ディジタル受信装置などあ
る種の応用分野では、高利得と高速度/高帯域幅が不可
欠である。たとえば、コンピュータ間のディジタル通信
用に毎秒800メガビットを送受信する何らかの光ファ
イバ・ケーブルが必要であり、将来はさらに高速度が必
要となる。また、ディジタル信号用の電源と同じ電源か
ら増幅器を動作させることが好ましいが、そのような電
源は低い電圧を供給することがある。たとえば、ディジ
タル信号がTTLレベルである場合、電源電圧は5ボル
トである。
る種の応用分野では、高利得と高速度/高帯域幅が不可
欠である。たとえば、コンピュータ間のディジタル通信
用に毎秒800メガビットを送受信する何らかの光ファ
イバ・ケーブルが必要であり、将来はさらに高速度が必
要となる。また、ディジタル信号用の電源と同じ電源か
ら増幅器を動作させることが好ましいが、そのような電
源は低い電圧を供給することがある。たとえば、ディジ
タル信号がTTLレベルである場合、電源電圧は5ボル
トである。
【0003】これまで多数の型式の増幅器が知られてい
る。たとえば、非常に一般的な増幅器は、パイポーラ・
トランジスタと、トランジスタのベースと電源の間に接
続された大きな直流バイアス抵抗と、トランジスタのエ
ミッタと大地の間に接続されたエミッタ抵抗と、トラン
ジスタのコレクタと電源の間に接続されたコレクタ抵抗
とを含んでいる。この種の増幅器は、中速度で有用であ
る。しかし、この増幅器内のトランジスタは、本来的に
そのベースに寄生キャパシタンスを含んでおり、このキ
ャパシタンスはベース抵抗と並列になっている。したが
って、この増幅器はその入力端にかなりのRC時間定数
を有し、この時間定数が増幅器の速度と帯域幅を減少さ
せる。感度がより大きな差動増幅器も知られていた。
る。たとえば、非常に一般的な増幅器は、パイポーラ・
トランジスタと、トランジスタのベースと電源の間に接
続された大きな直流バイアス抵抗と、トランジスタのエ
ミッタと大地の間に接続されたエミッタ抵抗と、トラン
ジスタのコレクタと電源の間に接続されたコレクタ抵抗
とを含んでいる。この種の増幅器は、中速度で有用であ
る。しかし、この増幅器内のトランジスタは、本来的に
そのベースに寄生キャパシタンスを含んでおり、このキ
ャパシタンスはベース抵抗と並列になっている。したが
って、この増幅器はその入力端にかなりのRC時間定数
を有し、この時間定数が増幅器の速度と帯域幅を減少さ
せる。感度がより大きな差動増幅器も知られていた。
【0004】また「ギルバート・セル」を用いて、高速
/高帯域幅の増幅器を提供することも知られていた。こ
のセルを組み合わせると、高利得をもたらすことができ
る。しかし、各セルが動作するには0.5〜1.0ボル
トの電源電圧スイングが必要であり、セルを組み合わせ
るには、電源から大地へとセルを「垂直に」積み重ねる
。したがって、たとえば5ボルトという小さな電源電圧
で得ることのできる最大利得は限られている。
/高帯域幅の増幅器を提供することも知られていた。こ
のセルを組み合わせると、高利得をもたらすことができ
る。しかし、各セルが動作するには0.5〜1.0ボル
トの電源電圧スイングが必要であり、セルを組み合わせ
るには、電源から大地へとセルを「垂直に」積み重ねる
。したがって、たとえば5ボルトという小さな電源電圧
で得ることのできる最大利得は限られている。
【0005】光ファイバ増幅器が満たすべき要件がもう
1つある。増幅器の入力端にぶつかる光信号は、LED
またはレーザが対応する光感応ダイオードの近くにある
こと、製造公差、その他のファクタのために、エネルギ
ーが上下で1000倍も変化する可能性があり、増幅器
は、扱いやすい電圧出力範囲をもたらすため、このばら
つきを補償しなければならない。ベース抵抗及び他の抵
抗を備えた上記の従来技術の単端増幅器では、トランジ
スタが飽和して出力電圧を制限する。しかし飽和状態に
なると、トランジスタのその後の応答、すなわちターン
オフの速度が遅くなる。ギルバート・セルも、垂直に積
み重ねるために、電源電圧に対して入力が取り得る許容
直流成分が制限されるので、広い範囲の入力に適しては
いない。
1つある。増幅器の入力端にぶつかる光信号は、LED
またはレーザが対応する光感応ダイオードの近くにある
こと、製造公差、その他のファクタのために、エネルギ
ーが上下で1000倍も変化する可能性があり、増幅器
は、扱いやすい電圧出力範囲をもたらすため、このばら
つきを補償しなければならない。ベース抵抗及び他の抵
抗を備えた上記の従来技術の単端増幅器では、トランジ
スタが飽和して出力電圧を制限する。しかし飽和状態に
なると、トランジスタのその後の応答、すなわちターン
オフの速度が遅くなる。ギルバート・セルも、垂直に積
み重ねるために、電源電圧に対して入力が取り得る許容
直流成分が制限されるので、広い範囲の入力に適しては
いない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の全般的目的は
、高速/高帯域幅の増幅器を提供することにある。
、高速/高帯域幅の増幅器を提供することにある。
【0007】本発明の他の全般的目的は、低い電源電圧
で動作できる、上記のタイプの多段増幅器を提供するこ
とにある。
で動作できる、上記のタイプの多段増幅器を提供するこ
とにある。
【0008】本発明の他の目的は、広い範囲の信号入力
で動作でき、扱いやすい電圧範囲内の出力をもたらす、
上記タイプの増幅器を提供することにある。
で動作でき、扱いやすい電圧範囲内の出力をもたらす、
上記タイプの増幅器を提供することにある。
【0009】本発明の他の目的は、高密度の集積回路と
して製造できる、上記タイプの増幅器を提供することに
ある。
して製造できる、上記タイプの増幅器を提供することに
ある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、カスケード形
に接続された第1と第2の利得セルを含む増幅器に関す
る。各利得セルはそれぞれ、第1と第2の共通エミッタ
差動トランジスタと、トランジスタのエミッタに結合さ
れた電流源と、電源端子と第1トランジスタのベースと
の間に接続された、第1の複数の順方向バイアス直列ダ
イオードと、電源端子と第2トランジスタのベースとの
間に接続された、第2の複数の順方向バイアス直列ダイ
オードとを含んでいる。第1利得セルの第1トランジス
タのコレクタは第2利得セルの第1トランジスタのベー
スに結合され、第1利得セルの第2トランジスタのコレ
クタは第2利得セルの第2トランジスタのベースに結合
される。バイアス・ダイオードの固有抵抗が低いので、
増幅器の動作速度は大きく、電源電圧を超えることなく
電流増幅を大きくすることができる。電流源は、トラン
ジスタを飽和させず、したがって動作速度を損うことな
く、高レベル信号に対する利得を制限する。本発明の1
つの特徴によれば、各ダイオードの固有抵抗と各トラン
ジスタのベース層及びエミッタ層の固有抵抗は、他方の
固有抵抗と同じであり、したがって各セルの利得はトラ
ンジスタのベースに接続されたダイオードの数に等しく
なる。
に接続された第1と第2の利得セルを含む増幅器に関す
る。各利得セルはそれぞれ、第1と第2の共通エミッタ
差動トランジスタと、トランジスタのエミッタに結合さ
れた電流源と、電源端子と第1トランジスタのベースと
の間に接続された、第1の複数の順方向バイアス直列ダ
イオードと、電源端子と第2トランジスタのベースとの
間に接続された、第2の複数の順方向バイアス直列ダイ
オードとを含んでいる。第1利得セルの第1トランジス
タのコレクタは第2利得セルの第1トランジスタのベー
スに結合され、第1利得セルの第2トランジスタのコレ
クタは第2利得セルの第2トランジスタのベースに結合
される。バイアス・ダイオードの固有抵抗が低いので、
増幅器の動作速度は大きく、電源電圧を超えることなく
電流増幅を大きくすることができる。電流源は、トラン
ジスタを飽和させず、したがって動作速度を損うことな
く、高レベル信号に対する利得を制限する。本発明の1
つの特徴によれば、各ダイオードの固有抵抗と各トラン
ジスタのベース層及びエミッタ層の固有抵抗は、他方の
固有抵抗と同じであり、したがって各セルの利得はトラ
ンジスタのベースに接続されたダイオードの数に等しく
なる。
【0011】
【実施例】ここで図面を詳しく参照する。図面で同一の
参照番号は複数の図を通じて同じ要素を示す。図1は、
本発明を利用した光ファイバ受信回路10を示している
。受信回路10は、その入力端における光感応性ピン・
ダイオード12と、ピン・ダイオードの両端間に接続さ
れた前置増幅器14と、前置増幅器の出力端に接続され
たバッファ回路16と、バッファ回路の出力端にカスケ
ード形に接続された複数の利得セル18A〜Dと、利得
セル18Dの出力端に接続されたドライバ回路20と、
ドライバと前置増幅器の間に接続されたレベル復元回路
22とを含んでいる。
参照番号は複数の図を通じて同じ要素を示す。図1は、
本発明を利用した光ファイバ受信回路10を示している
。受信回路10は、その入力端における光感応性ピン・
ダイオード12と、ピン・ダイオードの両端間に接続さ
れた前置増幅器14と、前置増幅器の出力端に接続され
たバッファ回路16と、バッファ回路の出力端にカスケ
ード形に接続された複数の利得セル18A〜Dと、利得
セル18Dの出力端に接続されたドライバ回路20と、
ドライバと前置増幅器の間に接続されたレベル復元回路
22とを含んでいる。
【0012】図2は、カスケード形利得セル18A〜1
8Dを示している。希望するならカスケード形に接続す
る利得セルの数を増減できることに留意されたい。利得
セル18Aは、そのエミッタが互いに接続されている差
動バイポーラ・トランジスタ30A及び32Aと、正電
圧電源端子40とトランジスタ30Aのベース41Aと
の間に直列に接続されたダイオード34A〜37Aと、
トランジスタ30A及び32Aのそれぞれのエミッタと
接地電源端子46との間に接続された電流源44Aとを
含んでいる。ダイオード34A〜37Aをこのように直
列に配列した場合、トランジスタ30のベースは、正電
源電圧から各ダイオード34A〜37Aの両端間での電
圧降下を差し引いた値に等しい直流電圧でバイアスされ
る。図示した実施例では、バイアス電圧は約1.8ボル
トである。
8Dを示している。希望するならカスケード形に接続す
る利得セルの数を増減できることに留意されたい。利得
セル18Aは、そのエミッタが互いに接続されている差
動バイポーラ・トランジスタ30A及び32Aと、正電
圧電源端子40とトランジスタ30Aのベース41Aと
の間に直列に接続されたダイオード34A〜37Aと、
トランジスタ30A及び32Aのそれぞれのエミッタと
接地電源端子46との間に接続された電流源44Aとを
含んでいる。ダイオード34A〜37Aをこのように直
列に配列した場合、トランジスタ30のベースは、正電
源電圧から各ダイオード34A〜37Aの両端間での電
圧降下を差し引いた値に等しい直流電圧でバイアスされ
る。図示した実施例では、バイアス電圧は約1.8ボル
トである。
【0013】例として示すと、電流源44Aは、抵抗5
0と52から形成される分圧器によってそのベースが一
定の直流電圧に維持されているトランジスタ48(図3
)と、トランジスタ48のエミッタと大地の間に接続さ
れた抵抗54とを含む。トランジスタ48のベースが分
圧器によって一定電圧に維持されるため、トランジスタ
48のエミッタは、ベース電圧よりも約0.8ボルト低
い固定電圧に維持される。したがって、トランジスタ4
8のコレクタにシンクする電流は固定され、エミッタ電
圧を抵抗54の抵抗値で割った値にほぼ等しくなる。 ダイオード157はトランジスタ48を温度補償して、
温度変化に対して電流シンクを一定に保つ。これは、ト
ランジスタ48のベース・エミッタ間電圧をダイオード
157の順方向降下と一致させることによって実現され
る。電流源44Aは、バイアス電流をトランジスタ30
Aと32Aに適した動作レベルに制限し、また後でより
詳しく述べるように、入力の範囲が広いにもかかわらず
出力電流が扱いやすい範囲内に保たれるように、トラン
ジスタ30A及び32A中を流れるコレクタ電流を制限
する。
0と52から形成される分圧器によってそのベースが一
定の直流電圧に維持されているトランジスタ48(図3
)と、トランジスタ48のエミッタと大地の間に接続さ
れた抵抗54とを含む。トランジスタ48のベースが分
圧器によって一定電圧に維持されるため、トランジスタ
48のエミッタは、ベース電圧よりも約0.8ボルト低
い固定電圧に維持される。したがって、トランジスタ4
8のコレクタにシンクする電流は固定され、エミッタ電
圧を抵抗54の抵抗値で割った値にほぼ等しくなる。 ダイオード157はトランジスタ48を温度補償して、
温度変化に対して電流シンクを一定に保つ。これは、ト
ランジスタ48のベース・エミッタ間電圧をダイオード
157の順方向降下と一致させることによって実現され
る。電流源44Aは、バイアス電流をトランジスタ30
Aと32Aに適した動作レベルに制限し、また後でより
詳しく述べるように、入力の範囲が広いにもかかわらず
出力電流が扱いやすい範囲内に保たれるように、トラン
ジスタ30A及び32A中を流れるコレクタ電流を制限
する。
【0014】トランジスタ32A及びバイアス・ダイオ
ード64A〜67Aの動作及び構成は、トランジスタ3
0A及びダイオード34A〜37Aと同じである。端子
68Aと70Aの間の差動入力電圧が、トランジスタ3
0Aのベース41Aとトランジスタ32Aのベース71
Aに印加される。利得セル18Aはまた、差動入力68
A及び70Aにそれぞれ対応する差動出力74A及び7
6Aを供給する。
ード64A〜67Aの動作及び構成は、トランジスタ3
0A及びダイオード34A〜37Aと同じである。端子
68Aと70Aの間の差動入力電圧が、トランジスタ3
0Aのベース41Aとトランジスタ32Aのベース71
Aに印加される。利得セル18Aはまた、差動入力68
A及び70Aにそれぞれ対応する差動出力74A及び7
6Aを供給する。
【0015】図4は、利得セル18Aによって得られる
利得を示している。実際には、トランジスタ30Aは、
トランジスタ30Aのベース層及びエミッタ層のN層及
びP層の固有抵抗率によって生じる有限抵抗70を含ん
でいる。同様に、各ダイオード34〜37は、それぞれ
各ダイオードのP半導体層及びN半導体層の固有抵抗率
によって生じる抵抗74〜77を含んでいる。トランジ
スタ30Aのベース41Aに交流電流が注入されると、
この電流は次式に従ってベース電圧を瞬間的に変化させ
る。
利得を示している。実際には、トランジスタ30Aは、
トランジスタ30Aのベース層及びエミッタ層のN層及
びP層の固有抵抗率によって生じる有限抵抗70を含ん
でいる。同様に、各ダイオード34〜37は、それぞれ
各ダイオードのP半導体層及びN半導体層の固有抵抗率
によって生じる抵抗74〜77を含んでいる。トランジ
スタ30Aのベース41Aに交流電流が注入されると、
この電流は次式に従ってベース電圧を瞬間的に変化させ
る。
【0016】VAC=4RIAC。ただしVACはベー
ス41Aにおける瞬間電圧、Rは各ダイオード(及びト
ランジスタ)の抵抗、IACは注入電流である。トラン
ジスタ30Aのベースからエミッタへの直流電圧降下を
無視し、トランジスタ30Aのエミッタにおける交流電
圧のみを考慮すると、エミッタ30Aにおける交流電圧
はベース41Aにおける交流電圧と等しくなる。トラン
ジスタ30Aのエミッタにおける交流電圧は、次式によ
って求められる。
ス41Aにおける瞬間電圧、Rは各ダイオード(及びト
ランジスタ)の抵抗、IACは注入電流である。トラン
ジスタ30Aのベースからエミッタへの直流電圧降下を
無視し、トランジスタ30Aのエミッタにおける交流電
圧のみを考慮すると、エミッタ30Aにおける交流電圧
はベース41Aにおける交流電圧と等しくなる。トラン
ジスタ30Aのエミッタにおける交流電圧は、次式によ
って求められる。
【0017】VAC=ICOL×R。ただし、ICOL
はコレクタ電流、Rは抵抗70の抵抗値である。本発明
の好ましい実施例では、抵抗74〜77及び70の抵抗
値はすべて等しい。このことが実現できるのは、すべて
の抵抗が集積回路として同時に製造されるからである。 抵抗値は10〜50オームの範囲内にあることが好まし
く、たとえば約15オームとする。上記の2つの式を組
み合わせると、次の結果が得られる。
はコレクタ電流、Rは抵抗70の抵抗値である。本発明
の好ましい実施例では、抵抗74〜77及び70の抵抗
値はすべて等しい。このことが実現できるのは、すべて
の抵抗が集積回路として同時に製造されるからである。 抵抗値は10〜50オームの範囲内にあることが好まし
く、たとえば約15オームとする。上記の2つの式を組
み合わせると、次の結果が得られる。
【0018】ICOLR=4RIACまたはICOL=
4IAC。 したがって、利得セル18の交流電流利得は、(コレク
タ電流が電流源の電流に等しくなるまで)4に等しい。
4IAC。 したがって、利得セル18の交流電流利得は、(コレク
タ電流が電流源の電流に等しくなるまで)4に等しい。
【0019】また、トランジスタ30Aのベースからエ
ミッタまでの両端間に寄生キャパシタンス80が生じる
にもかかわらず、上記のように抵抗70及び74〜77
が小さいため、利得セル18Aの速度及び帯域幅は大き
い。したがって、RC時間定数は小さい。さらに、バイ
アス(及び負荷)がダイオードによって行なわれるため
、セルを物理的に小型化して、高密度の集積回路を実現
することができる。
ミッタまでの両端間に寄生キャパシタンス80が生じる
にもかかわらず、上記のように抵抗70及び74〜77
が小さいため、利得セル18Aの速度及び帯域幅は大き
い。したがって、RC時間定数は小さい。さらに、バイ
アス(及び負荷)がダイオードによって行なわれるため
、セルを物理的に小型化して、高密度の集積回路を実現
することができる。
【0020】図4及び上記の各式はまた、トランジスタ
30Aの利得が、電源40とベース41Aの間に接続さ
れたダイオードの数に等しいことを示している。その数
は、電源電圧に応じて図4の4個から増減できる。電流
とベース41Aの間に接続できるダイオードの数は、電
源電圧によって制限される。というのは、トランジスタ
30のベースを大地電圧46より十分高く保たなければ
ならないからである。したがって、電源電圧をこの例の
ボルト数から増加させると、ダイオード34A〜37A
と直列に追加のダイオードを並べて、利得を増加させる
ことができる。
30Aの利得が、電源40とベース41Aの間に接続さ
れたダイオードの数に等しいことを示している。その数
は、電源電圧に応じて図4の4個から増減できる。電流
とベース41Aの間に接続できるダイオードの数は、電
源電圧によって制限される。というのは、トランジスタ
30のベースを大地電圧46より十分高く保たなければ
ならないからである。したがって、電源電圧をこの例の
ボルト数から増加させると、ダイオード34A〜37A
と直列に追加のダイオードを並べて、利得を増加させる
ことができる。
【0021】セル18の利得は、瞬間(交流)コレクタ
電流が電流源の電流を上回ることができないように、電
流源44によって制限される。たとえば、電流源はシン
ク能力が2mAに制限されている。この2つの電流が等
しいとき、セル18の利得はトランジスタのベースにお
けるダイオードの数より小さい。この利得の非線形性は
好都合である。というのは、光11によって送られる信
号はディジタル信号なので、増幅信号の閾値レベルを上
回る必要はなく、余分の信号は最終的にクリップしなけ
ればならないからである。また、電流源の制限作用はト
ランジスタ30または32の飽和を起こさず、したがっ
て動作速度が損われないことに留意されたい。
電流が電流源の電流を上回ることができないように、電
流源44によって制限される。たとえば、電流源はシン
ク能力が2mAに制限されている。この2つの電流が等
しいとき、セル18の利得はトランジスタのベースにお
けるダイオードの数より小さい。この利得の非線形性は
好都合である。というのは、光11によって送られる信
号はディジタル信号なので、増幅信号の閾値レベルを上
回る必要はなく、余分の信号は最終的にクリップしなけ
ればならないからである。また、電流源の制限作用はト
ランジスタ30または32の飽和を起こさず、したがっ
て動作速度が損われないことに留意されたい。
【0022】トランジスタ30Aのコレクタ74Aは、
トランジスタ30Bのベース41Bに接続されている。 したがって、トランジスタ30Aの負荷はトランジスタ
30Bのベースに接続された1組のダイオード34B〜
37Bである。同様に、トランジスタ32Aの負荷は、
1組のダイオード64B〜67Bである。利得セル18
Cは同様に利得セル18Bとカスケード形に接続され、
利得セル18Dは同様に利得セル18Cとカスケード形
に接続されている。負荷ダイオードの抵抗値は小さいの
で、18A〜18Cの各段の電圧スイングは小さい。こ
れは、多数の段をカスケード形に接続しても低い電源電
圧から動作できるので有利である。ドライバ回路20は
、最大の電圧スイングを与える抵抗性負荷を有する。
トランジスタ30Bのベース41Bに接続されている。 したがって、トランジスタ30Aの負荷はトランジスタ
30Bのベースに接続された1組のダイオード34B〜
37Bである。同様に、トランジスタ32Aの負荷は、
1組のダイオード64B〜67Bである。利得セル18
Cは同様に利得セル18Bとカスケード形に接続され、
利得セル18Dは同様に利得セル18Cとカスケード形
に接続されている。負荷ダイオードの抵抗値は小さいの
で、18A〜18Cの各段の電圧スイングは小さい。こ
れは、多数の段をカスケード形に接続しても低い電源電
圧から動作できるので有利である。ドライバ回路20は
、最大の電圧スイングを与える抵抗性負荷を有する。
【0023】次に、受信回路10の入力について述べる
と、光11が光感応ダイオード12に当たって、電気応
答、すなわちダイオードの導通を生じる。受信回路10
の好ましい実施例では、光感応ダイオード12はP−I
−Nダイオードである。このダイオードは1対1の利得
をもたらす。すなわち1個の陽子が1個の電子を解放す
る。図1にさらに詳しく示すように、光感応ダイオード
にはPNダイオード90と92によってバイアスされる
。ダイオード90と92によるバイアスは、それらのダ
イオードの直列抵抗が非常に低いため、非常に低い熱雑
音源をもたらす。これは、受信回路10の残りの部分に
よって大きな増幅が行なわれ、また光感応ダイオードに
よって供給される信号の強度が低いので有利である。 ダイオード90及び92は、関連するP/N半導体接合
に少量のショット・ノイズを生じる。ただし、ショット
・ノイズは接合を通る電流の関数であり、電流の量は小
さい。またダイオード90と92のそれぞれの代りに抵
抗を使ってバイアスをかけることもできる。ただし、こ
の代替設計では、抵抗のサイズが増大するので熱雑音が
増大することになる。また、ダイオード90と92によ
るバイアスは、光入力のダイナミック・レンジがより大
きくなるので有利である。すなわち、バイアス・ダイオ
ード90及び92の両端間の電圧降下は信号の電流の増
加によって余り変化せず、したがってバイアス電圧はほ
ぼ一定に保たれる。
と、光11が光感応ダイオード12に当たって、電気応
答、すなわちダイオードの導通を生じる。受信回路10
の好ましい実施例では、光感応ダイオード12はP−I
−Nダイオードである。このダイオードは1対1の利得
をもたらす。すなわち1個の陽子が1個の電子を解放す
る。図1にさらに詳しく示すように、光感応ダイオード
にはPNダイオード90と92によってバイアスされる
。ダイオード90と92によるバイアスは、それらのダ
イオードの直列抵抗が非常に低いため、非常に低い熱雑
音源をもたらす。これは、受信回路10の残りの部分に
よって大きな増幅が行なわれ、また光感応ダイオードに
よって供給される信号の強度が低いので有利である。 ダイオード90及び92は、関連するP/N半導体接合
に少量のショット・ノイズを生じる。ただし、ショット
・ノイズは接合を通る電流の関数であり、電流の量は小
さい。またダイオード90と92のそれぞれの代りに抵
抗を使ってバイアスをかけることもできる。ただし、こ
の代替設計では、抵抗のサイズが増大するので熱雑音が
増大することになる。また、ダイオード90と92によ
るバイアスは、光入力のダイナミック・レンジがより大
きくなるので有利である。すなわち、バイアス・ダイオ
ード90及び92の両端間の電圧降下は信号の電流の増
加によって余り変化せず、したがってバイアス電圧はほ
ぼ一定に保たれる。
【0024】光感応ダイオード12のアノード96とカ
ソード94は、交流結合コンデンサ97と98を介して
差動トランスインピーダンス前置増幅器14の差動入力
端に接続される。
ソード94は、交流結合コンデンサ97と98を介して
差動トランスインピーダンス前置増幅器14の差動入力
端に接続される。
【0025】前置増幅器14の差動出力線108と11
0は、図5に示すようにバッファ回路16の入力端に接
続される。バッファ回路16は、トランジスタ130に
バイアスをかける第1組のダイオード134〜137、
及び利得セル18Aにおけるのと同様にトランジスタ1
32にバイアスをかける第2組のダイオード164〜1
67を含んでいる。利得セル18Aにおけるのと同様に
、バッファ回路16の電流源144はバイアス電流及び
出力電流を制限する。しかし、利得セル18Aの場合と
は違って、バッファ回路16の入力はダイオード135
と136の間、及びダイオード165と166の間に供
給される。これはトランジスタ130及び132のベー
スに印加される対応する信号の直流電圧に影響を与える
が、その他の点では利得セル18Aに比べてバッファ回
路16の利得または性能を変えることはない。バッファ
回路16の1つの目的は、前置増幅器14の直流電圧ス
イングを、利得セル18Aへの交流電流スイングに変換
することである。前置増幅器14の出力は、増幅された
交流信号プラス直流バイアスであるが、この直流バイア
スは、利得セル18Aがトランジスタ30Aと32Aの
ベース41Aと71Aで受け入れることができるよりも
高い。バッファ回路16は、ダイオード134〜135
と164〜165及びトランジスタ180と182を使
って出力電流電圧を下げ、電圧レベル変換器として働く
。トランジスタ180と182は、それぞれ分圧器18
4及び186による固定バイアス電圧を有する。トラン
ジスタ180と182のエミッタに接続された電流源1
90は、ダイオード列134〜137及び164〜16
7に対する電流バイアスの機能を果たす。
0は、図5に示すようにバッファ回路16の入力端に接
続される。バッファ回路16は、トランジスタ130に
バイアスをかける第1組のダイオード134〜137、
及び利得セル18Aにおけるのと同様にトランジスタ1
32にバイアスをかける第2組のダイオード164〜1
67を含んでいる。利得セル18Aにおけるのと同様に
、バッファ回路16の電流源144はバイアス電流及び
出力電流を制限する。しかし、利得セル18Aの場合と
は違って、バッファ回路16の入力はダイオード135
と136の間、及びダイオード165と166の間に供
給される。これはトランジスタ130及び132のベー
スに印加される対応する信号の直流電圧に影響を与える
が、その他の点では利得セル18Aに比べてバッファ回
路16の利得または性能を変えることはない。バッファ
回路16の1つの目的は、前置増幅器14の直流電圧ス
イングを、利得セル18Aへの交流電流スイングに変換
することである。前置増幅器14の出力は、増幅された
交流信号プラス直流バイアスであるが、この直流バイア
スは、利得セル18Aがトランジスタ30Aと32Aの
ベース41Aと71Aで受け入れることができるよりも
高い。バッファ回路16は、ダイオード134〜135
と164〜165及びトランジスタ180と182を使
って出力電流電圧を下げ、電圧レベル変換器として働く
。トランジスタ180と182は、それぞれ分圧器18
4及び186による固定バイアス電圧を有する。トラン
ジスタ180と182のエミッタに接続された電流源1
90は、ダイオード列134〜137及び164〜16
7に対する電流バイアスの機能を果たす。
【0026】ドライバ回路20は差動増幅器であり、電
圧利得と低い出力インピーダンスをもたらす。
圧利得と低い出力インピーダンスをもたらす。
【0027】レベル復元回路22は、ドライバ回路20
から前置増幅器14への負帰還を行なって、前器増幅器
14内でのトランジスタの不整合、すなわち不等な直流
バイアス、電圧降下などを補償し、それによって前置増
幅器14を平衡させる。
から前置増幅器14への負帰還を行なって、前器増幅器
14内でのトランジスタの不整合、すなわち不等な直流
バイアス、電圧降下などを補償し、それによって前置増
幅器14を平衡させる。
【0028】以上、本発明に基づくカスケード形バッフ
ァ及び利得セルを開示した。ただし、本発明の範囲から
逸脱することなく、多数の修正及び置換を行なうことが
できる。たとえば、上記で示したnpnトランジスタの
代わりにpnpトランジスタを使用することもできる。 その場合、ダイオードは当該のトランジスタのベースと
大地の間に接続し、電流源はエミッタと高電位の間に接
続することになる。したがって、本発明は限定ではなく
例示によって開示したものであり、本発明の範囲を決定
するには、頭記の特許請求の範囲を参照すべきである。
ァ及び利得セルを開示した。ただし、本発明の範囲から
逸脱することなく、多数の修正及び置換を行なうことが
できる。たとえば、上記で示したnpnトランジスタの
代わりにpnpトランジスタを使用することもできる。 その場合、ダイオードは当該のトランジスタのベースと
大地の間に接続し、電流源はエミッタと高電位の間に接
続することになる。したがって、本発明は限定ではなく
例示によって開示したものであり、本発明の範囲を決定
するには、頭記の特許請求の範囲を参照すべきである。
【0029】
【発明の効果】本発明によって、高速度で動作し、低い
電源電圧しか必要としない、多段増幅器が提供される。
電源電圧しか必要としない、多段増幅器が提供される。
【図1】本発明を利用した光ファイバ受信回路の構成図
である。
である。
【図2】図1のカスケード形に接続された4個の利得セ
ルの回路図である。
ルの回路図である。
【図3】図2の電流シンクの回路図である。
【図4】利得セルの内部動作を説明するための、図2の
回路の利得セルの一部分の等価回路図である。
回路の利得セルの一部分の等価回路図である。
【図5】図1のバッファ回路の回路図である。
10 光ファイバ受信回路
12 光感応性ピン・ダイオード
14 前置増幅器
16 バッファ回路
18 利得セル
20 ドライバ回路
22 レベル復元回路
30 バイポーラ・トランジスタ
32 バイポーラ・トランジスタ
34 ダイオード
35 ダイオード
36 ダイオード
37 ダイオード
40 電源端子
44 電流源
46 接地電源端子
48 トランジスタ
50 抵抗
52 抵抗
54 抵抗
64 バイアス・ダイオード
65 バイアス・ダイオード
66 バイアス・ダイオード
67 バイアス・ダイオード
Claims (12)
- 【請求項1】カスケード形に接続された第1及び第2の
利得セルを含む増幅器であって、上記利得セルがそれぞ
れ (a)第1及び第2の共通エミッタ差動トランジスタと
、 (b)上記両トランジスタのエミッタに結合された電流
源と、 (c)電源端子と上記第1トランジスタのベースとの間
に接続された、第1の複数の順方向バイアス直列ダイオ
ードと、 (d)上記電源端子と上記第2トランジスタのベースと
の間に接続された、第2の複数の順方向バイアス直列ダ
イオードとを具備し、上記第1利得セルの第1トランジ
スタのコレクタが、上記第2利得セルの第1トランジス
タのベースにコレクタ電流を供給するように接続され、
上記第1利得セルの第2トランジスタのコレクタが、上
記第2利得セルの第2トランジスタのベースにコレクタ
電流を供給するように接続されていることを特徴とする
、増幅器。 - 【請求項2】上記第1利得セルの上記第1トランジスタ
のコレクタが、上記第2利得セルの上記第1トランジス
タのベースに直接接続され、上記第1利得セルの上記第
2トランジスタの上記コレクタが、上記第2利得セルの
上記第2トランジスタの上記ベースに直接接続されてい
ることを特徴とする、請求項1に記載の増幅器。 - 【請求項3】上記第1の複数のダイオードが4個であり
、上記第2の複数のダイオードが4個であり、上記セル
が、5ボルトの電源から上記電源端子を介して動作する
ようになされていることを特徴とする、請求項1に記載
の増幅器。 - 【請求項4】上記第1の複数のダイオードと上記第2の
複数のダイオードが同数であることを特徴とする、請求
項1に記載の増幅器。 - 【請求項5】各トランジスタ内のベース及びエミッタ半
導体層中の固有抵抗が、上記トランジスタのベースにお
ける上記ダイオードの半導体層中の固有抵抗と大きさが
ほぼ等しいことを特徴とする、請求項4に記載の増幅器
。 - 【請求項6】上記トランジスタの上記ベースと、上記ダ
イオードに直列な上記電源端子との間に、上記ダイオー
ドの固有抵抗以外には他の有意な抵抗がなく、また上記
トランジスタのエミッタと、関連する電流源との間に、
上記トランジスタの上記エミッタの固有抵抗以外には他
の有意な抵抗がなく、その結果、増幅器の各セルの利得
が、動作範囲のかなりの部分にわたって各複数のダイオ
ードの個数にほぼ等しくなることを特徴とする、請求項
5に記載の増幅器。 - 【請求項7】関連するセルの増幅信号が、上記電流源の
電流をシンクする能力に等しいとき、上記セルの利得が
上記セルの各トランジスタのベースにおけるダイオード
の数よりも少なくなるように、上記のシンク能力が制限
されていることを特徴とする、請求項6に記載の増幅器
。 - 【請求項8】(a)第1及び第2の共通エミッタ差動ト
ランジスタと、 (b)上記両トランジスタのエミッタに結合された電流
源と、 (c)電源端子と上記第1トランジスタのベースとの間
に接続された第1の複数の順方向バイアス直列ダイオー
ドと、 (d)上記電源端子と上記第2トランジスタのベースと
の間に接続された第2の複数の順方向バイアス直列ダイ
オードと、 (e)上記第1の複数のダイオードのうちの2個の間の
第1入力線と、 (f)上記第2の複数のダイオードのうちの2個の間の
第2入力線とを具備する増幅器。 - 【請求項9】上記第1の複数のダイオードが4個であり
、上記第1示差入力線が中間の2個のダイオードの間に
接続され、上記第2の複数のダイオードが4個であり、
上記第2示差入力線が中間の2個のダイオードの間に接
続されていることを特徴とする、請求項8に記載の増幅
器。 - 【請求項10】上記第1の複数のダイオードと上記第2
の複数のダイオードが同数であることを特徴とする、請
求項8に記載の増幅器。 - 【請求項11】各トランジスタ中のベース及びエミッタ
半導体層中の固有抵抗が、上記トランジスタのベースに
おける上記ダイオードの半導体層中の固有抵抗と大きさ
がほぼ等しいことを特徴とする、請求項10に記載の増
幅器。 - 【請求項12】上記トランジスタの上記ベースと、上記
ダイオードと直列な上記電源端子との間に、上記ダイオ
ードの固有抵抗以外に他に有意な抵抗がなく、上記トラ
ンジスタのエミッタと、関連する電源流との間に、上記
トランジスタの上記エミッタの固有抵抗以外に他に有意
の抵抗がなく、その結果、上記差動トランジスタの利得
が、動作範囲のかなりの部分にわたって各複数のダイオ
ードの個数とほぼ等しくなることを特徴とする、請求項
11に記載の増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US512304 | 1990-04-20 | ||
US07/512,304 US5039952A (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Electronic gain cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04227305A true JPH04227305A (ja) | 1992-08-17 |
JP2534407B2 JP2534407B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=24038548
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3065356A Expired - Lifetime JP2534407B2 (ja) | 1990-04-20 | 1991-03-07 | 増幅器 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5039952A (ja) |
EP (1) | EP0452650A3 (ja) |
JP (1) | JP2534407B2 (ja) |
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JP2009239794A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多段可変利得増幅器 |
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