JPH05136633A - 光受信機の入力段 - Google Patents
光受信機の入力段Info
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- JPH05136633A JPH05136633A JP3178343A JP17834391A JPH05136633A JP H05136633 A JPH05136633 A JP H05136633A JP 3178343 A JP3178343 A JP 3178343A JP 17834391 A JP17834391 A JP 17834391A JP H05136633 A JPH05136633 A JP H05136633A
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- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
- H03F3/087—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with IC amplifier blocks
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Abstract
他の性質を著しく変化させずに着信光電力に比例する信
号を発生させる。 【構成】キャシタC1を経てトランスインピーダンス増
幅器Fの入力に接続された出力を有するホトダイオード
Tを備えた光受信機の入力段であり、ホトダイオードの
出力と増幅器の接地電位との間に接続された、電圧によ
る抵抗を有するユニットを含む。ホトダイオードはPI
Nダイオードであり、電圧による抵抗を有するユニット
は、トランスインピーダンス増幅器の周波数応答に適応
せしめられた周波数応答を有する帰還増幅器Dfとを含
む。
Description
ス増幅器の入力にキャパシタを経て接続された出力を有
する、ホトダイオードを備えた光受信機用入力段に関
し、該ホトダイオードの出力と該増幅器の接地電位との
間には、電圧依存型の抵抗を有するユニットが接続され
ている。
る多くの装置は、数10メグオーム程度の大きさの高イ
ンピーダンスを有する。この結果、一般に目的とされる
高感度、低雑音、大ダイナミックレンジを実現するため
に、それに接続される増幅器に対して大きい要求が生じ
る。
にインピーダンス整合が実現された時に得られる。従っ
て、高感度装置においては、入力段はある形式の電界効
果トランジスタ、好ましくはMESFET形のもの、で
あることが最も多い。図1には、典型的なそのような回
路が示されている。バイアス抵抗RBは、できるだけ低
雑音にするために、100キロオームから数メグオーム
程度の、できるだけ大きいものでなくてはならない。し
かし、バイアス抵抗がこのような高い値になると、増幅
器はたちまち過増幅状態になる。
応答性は1550nmにおいて1A/Wであり、これは
RB=1MΩにおいて、2μWの光電力(−27dB
m)に対し2Vの入力電圧をトランジスタに与えること
になる。
レンジはある程度改善されうる。高インピーダンスを有
する増幅器に関する問題は、入力接続点の分路キャパシ
タンスCshuntによりさらに複雑化される。これ
は、一部は変換器のキャパシタンスから、一部は増幅器
の入力キャパシタンスから、また一部は漂遊キャパシタ
ンスから成る。入力接続点における全分路キャパシタン
スCshuntの典型的な値は1pFである。これは、
バイアス抵抗RBと共に、上限周波数を決定する。
=1MΩは、159kHzの上限周波数を与える。従っ
て、多くの実際的応用において、大きい周波数補正を行
なわなくてはならない。
流電圧変換器、すなわちトランスインピーダンス増幅器
が利用される。図2には、代表的なそのような装置が示
されている。この増幅器の入力インピーダンスは低く、
約RFB/A(jw)となる。ただし、A(jw)は、
増幅器の生利得である。この増幅器の出力電圧uout は
RFB*iinとなる。だだし、iinは入力電流である。
RFBの代表的な値は、2kΩから30kΩまでであ
る。この低インピーダンスは、入力接続点におけるキャ
パシタンスを分路し、その結果上限周波数を高くする。
従って、トランスインピーダンス増幅器は、高入力イン
ピーダンスを有する増幅器よりも大きいダイナミックレ
ンジを与えることが多い。主な雑音源は、RFB内にお
ける電流雑音と、入力トランジスタQ1内における雑音
とである。雑音の点からは、従って、RFBはできるだ
け大きくされるべきである。しかし、RFBの値を大き
くすると、上限周波数が低下し、また、強い信号をひず
みなく増幅する増幅器の能力が劣化することになる。
は、供給電圧の数の低減が所望されることが最も多く、
ただ1つのみの、例えば+5Vまたは−5Vが利用され
る明らかな傾向が存在する。
により、1550nmの波長、RFB=10kΩ、ビッ
ト速度155Mb/sにおいて、−37dBmの典型的
感度が得られる。可能な最大の出力電圧偏移は約700
mV(=トランジスタQ1のベース・エミッタ電圧)で
ある。この後はトランジスタが飽和し、強いひずみを生
じる。これは、光電力約70mVの最大入力信号レベ
ル、すなわち−14.5dBmの平均電力を与える。従
って、典型的なダイナミックレンジは、20dBより数
dB高くなる。
は、送信される平均光電力は−3dBmの大きさの程度
である。これは、光接続の長さに慎重な注意を拂わなく
てはならないことを意味し、接続を短くするためにある
種の注意を要することにより設備の経費が増大する。従
って、ダイナミックレンジの増大は大きい関心事であ
る。
単な方法は、キャパシタを用いて変換器を増幅器に接続
し、それによって増幅器の出力を他の状態に対して正お
よび負に偏移可能ならしめる方法である。これによって
3dBの改善が得られる。光信号が単極性のものであれ
ば、すなわちそれが直流内容を有すれば、直流用の経路
がなくてはならない。その場合は、変換器は図3のよう
に接続すればよい。しかし、直流による電圧降下が大き
くなり過ぎないように、抵抗Rleakは10ないし1
5kΩより大きくしてはならない。これは、その代わり
にその抵抗における電流雑音が増加し、そのために感度
が下がり、ダイナミックレンジの増大が不満足なものに
なることを意味する。
が望まれる。もし装置が受信光電力を連続的に監視でき
れば、装置が完全に故障する前に整備を行なうことがで
きる。しかし、この監視は、装置の他のパフォーマンス
を劣化させることなく、十分な精度で行なわれなくては
ならない。
らしめ、他の性質を著しく変化させずに着信光電力に比
例する信号を発生せしめる目的で、入力信号の直流特性
を利用するために、図4に示されているように、電圧依
存抵抗を有する素子Dを変換器Tに直列に接続すること
が知られている。この素子の差抵抗は、この素子を通る
直流電流とともに減少する。最も簡単な形式の素子D
は、半導体ダイオードまたはダイオードに結合したトラ
ンジスタから構成される。変換器Tと素子Dとの組合せ
は、キャパシタCを経て増幅器Fの入力に接続されてい
る。
信号の直流電流は、素子Dが導電し始めると同時にキャ
パシタCを充電する。平衡状態は、Cが充電されて全て
の直流電流がDを流れるようになり次第実現される。光
パルスが変換器に達すると、電流パルスはそれを通り、
キャパシタCは平衡状態に対してわずかに充電され、あ
る電流が増幅器に流れ込み、その出力は負になる。光パ
ルスが終了すると、キャパシタはDを通して放電し、増
幅器から電流が流れ出し、その出力は正になる。全過程
を通じ、Dを通って電流が流れ、その差抵抗は減少して
入力信号の一部を分路する。感度の限界に近い小さい入
力信号においては、入力信号の直流抵抗は小さく、従っ
てDを通る電流はとるにたらないものとなり、Dによる
雑音の増加は実際上無視できる。Dによる雑音の増分
は、入力信号が大きくなると実際に増加するが、入力信
号のレベルも同時に増加しているので、SN比は入力信
号が大きくなると増加することになる。
るキャパシタ結合の結果、3dB(電力)だけ増大す
る。さらに、Dの動抵抗の減少の結果、大きい入力信号
は分路されるため、その入力信号は減衰せしめられる。
大きい入力信号のこの減衰は、その信号がDの動抵抗の
減少のために分路されることによって起こる。この減衰
は、ダイナミックレンジをさらに3ないし6dB改善す
る。上述の回路によれば、他の従来の回路に比し、大体
4倍から8倍大きい入力信号に対処できるが、それと同
時に感度をほんのわずかだけ劣化せしめられる。
に、利得制御のためのキャパシタ結合を可能ならしめ、
他の性質を著しく変化させずに着信光電力に比例する信
号を発生せしめる目的で、入力信号の直流内容を利用す
る入力段であって、かつ入力信号が増大するとき上限周
波数が一定であるかまたは増大する該入力段を提供する
ことを目的とする。
て述べた種類の、請求項1に開示された特徴を有する段
によって達成される。本発明の該段の有利な実施例にお
いては、もう1つの電流鏡映結合トランジスタが帰還増
幅器に接続され、それによって有利な様式で受信光電力
の連続的監視が行なわれうる。
いては、被調整増幅器がトランスインピーダンス増幅器
の出力に接続され、前者の制御信号が該増幅器の入力へ
帰還される付加制御電流を作り出すよう利用されること
により高レベルの入力信号における入力信号の減衰を増
大せしめるようになっている。
面を参照しつつ詳述する。図5には、本発明の入力段の
実施例が示されており、電圧による抵抗を有するユニッ
トは、帰還増幅器Dfから成り、この構成が重要な利点
を与える。増幅器Dfの周波数応答を変化させることに
より、この増幅器は従来可能であったよりも良好に増幅
器Fの周波数応答に適応せしめられ、完成された装置の
上限周波数は入力信号が増大するとき一定になるか、ま
たは入力信号が増大するとき増大し、これはしばしば所
望されることである。
タQ7を有するもう1つの実施例が示されている。この
場合は、このトランジスタを流れる電流が、増幅器Df
を流れる電流に実質的に等しくなる。フィルタされた後
のこの電流は、変換器Tを通る直流電流に正比例し、従
って光入力電力に比例するので、装置の監視に利用され
うる。これによって、信号強度についての直接的情報が
得られる。この場合、トランジスタQ8はトランジスタ
Q6のベース電流を補償する。
ンピーダンス増幅器Fの次には制限増幅器または利得制
御を有する増幅器が続くことが最も多い。後者の場合に
おいては、図7に示されているように、被調整増幅器2
からの調整信号が、高レベルの入力信号のために、予備
調整電流ireg を作り出すために用いられ、この電流は
増幅器Dfの入力へ帰還され、その結果、入力信号の減
衰が増大せしめられる(図7参照)。
パシタ結合を可能ならしめ、他の性質を著しく変化させ
ずに着信光電力に比例する信号を発生せしめる目的で、
入力信号の直流内容を利用する入力段であって、かつ入
力信号が増大するとき上限周波数が一定であるか、また
は増大する該入力段が得られる。
発明の入力段の第1実施例の回路図。
幅器を有する実施例の回路図。
Claims (8)
- 【請求項1】 キャパシタ(C1)を経てトランスイン
ピーダンス増幅器(F)の入力に接続された出力を有す
るホトダイオード(T)を備えた光受信機の入力段であ
って、該ホトダイオードの出力と該増幅器の接地電位と
の間に電圧依存抵抗を有するユニットが接続されてお
り、前記ホトダイオード(T)がPINダイオードであ
り、電圧依存抵抗を有する前記ユニットが前記トランス
インピーダンス増幅器(F)の周波数応答に適応せしめ
られた周波数応答を有する帰還増幅器(Df)を含む、
ことを特徴とする光受信機の入力段。 - 【請求項2】 前記入力段の上限周波数が前記ホトダイ
オードからの信号によらず一定になるように、前記帰還
増幅器(Df)の周波数応答が前記トランスインピーダ
ンス増幅器の周波数応答に適応せしめられていることを
特徴とする、請求項1記載の入力段。 - 【請求項3】 前記入力段の上限周波数が前記ホトダイ
オードからの信号が増大するとき増大するように、前記
帰還増幅器(Df)の周波数応答が前記トランスインピ
ーダンス増幅器の周波数応答に適応せしめられているこ
とを特徴とする、請求項1記載の入力段。 - 【請求項4】 さらにトランジスタ(Q7)が電流鏡映
結合によって前記帰還増幅器(Df)に接続されている
ことを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれ
かに記載の入力段。 - 【請求項5】 補償トランジスタ(Q8)が、前記帰還
増幅器(Df)のトランジスタ(Q6)のベース電流を
補償するために配置されていることを特徴とする、請求
項4記載の入力段。 - 【請求項6】 制限増幅器が前記トランスインピーダン
ス増幅器(F)の出力に接続されていることを特徴とす
る、請求項1から請求項5までのいずれかに記載の入力
段。 - 【請求項7】 被調整増幅器(2)が前記トランスイン
ピーダンス増幅器(F)の出力に接続されていることを
特徴とする、請求項1から請求項5までのいずれかに記
載の入力段。 - 【請求項8】 前記ホトダイオード(T)からの入力信
号レベルが高い場合に、前記被調整増幅器(2)が前記
帰還増幅器(Df)の入力へ帰還される付加制御電流を
発生することによってその抵抗をさらに減少せしめ、そ
れによって前記入力信号の減衰を増大せしめるようにな
っていることを特徴とする、請求項7記載の入力段。
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- 1991-07-19 US US07/733,178 patent/US5198658A/en not_active Expired - Lifetime
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