JPH05206765A - 増幅回路構成 - Google Patents

増幅回路構成

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JPH05206765A
JPH05206765A JP4171315A JP17131592A JPH05206765A JP H05206765 A JPH05206765 A JP H05206765A JP 4171315 A JP4171315 A JP 4171315A JP 17131592 A JP17131592 A JP 17131592A JP H05206765 A JPH05206765 A JP H05206765A
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JP
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circuit
amplifier
optical receiver
signal source
low resistance
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JP4171315A
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Inventor
Rolf Heidemann
ロルフ・ハイデマン
Klaus Braun
クラウス・ブラウン
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Alcatel Lucent NV
Original Assignee
Alcatel NV
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    • H—ELECTRICITY
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  • Light Receiving Elements (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】広帯域増幅回路、例えばケーブルテレビ施設に
使用されるような光受信器において、広帯域光アナログ
信号を電気信号に、歪みなく変換する受動的受信器モジ
ュール（ＰＭ）を含む光受信器を提供する。更に、この
受信器は周波数選択性を有し、従来の光受信器に要した
経費を大幅に軽減する。 【構成】例えば、高い出力抵抗を有する光検知要素（Ｐ
Ｄ）を具備する光受信器に使用される増幅回路におい
て、対応する選択タップを有する調整済みのλ／４回路
を介して、受信器はローノイズ・低抵抗アンプに整合さ
れる。この光受信器は比較的狭い周波数帯域に高い感度
を有する。受動的受信器モジュール（ＰＭ）は、光検知
要素のインピーダンスを、その出力に接続される広帯域
アンプ（ＢＫ）の入力インピーダンスに整合させるため
に、伝送器（ＵＥ）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は請求項１の前文に記載さ
れる増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような回路構成は、例えば光信号を
電気信号に変換し、これら電気信号の予備増幅を行う光
受信器として機能する。
【０００３】比較的狭い周波数範囲に高い感度を有し、
光検知要素（フォトダイオード）と、出力にアンプが接
続されている光受信器とを具備する光送信システムにお
いて、光受信器によって処理される光受信信号の性能レ
ベルは非常に高い。従って受信器は、高い強度の光ばか
りでなく、非常に低い強度の光を正確に検出できなけれ
ばならない。最低限界は受信器の感度と呼ばれる。これ
は光検知要素として構成される検出要素のノイズ特性に
本質的に関係している。更に受信器の感度は、光受信器
内に使用されるアンプの回路に依存している。
【０００４】１９８６年のＪ．Ａ．ゲイスラによる出版
物”光ファイバー”（Ｊ．Ａ．Ｇｅｉｓl ｅｒ，ｅｎｔ
ｉｔｌｅｄ”Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｒｅｓ”（ＥＰＯ
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉｅ
ｓ；Ｖｏｌｕｍｅ ５）、１９８６、Ｐａｒｔ ＩＩ
Ｉ，Ｃｈａｐｔｅｒ ＩＩＩ、ｐａｇｅｓ ４３７〜５
２６）では、多数の光受信器が開示されている。ここで
開示される光受信器は光検知要素の出力に接続されるア
ンプの複雑な回路が示されており、そのアンプは高イン
ピーダンスアンプ、又はトランスインピーダンスアンプ
として実施されている。大きなダイナミックレンジが必
要とされる場合、トランスインピーダンスアンプを含む
光受信器を使用するのが望ましい。トランスインピーダ
ンスアンプを含むこのような光受信器は、例えばＤＥ−
Ａ１ ３，９３８，０９７に開示されている。トランス
インピーダンスアンプは、入力インピーダンスが現在最
も高く、広い周波数範囲に使用できる。それらは電流／
電圧変換器の機能を有しており、光検知要素で得られた
電流を電圧に変換する。このような種類のアンプの欠点
は信号・ノイズ比の劣化であり、これにより受信器の限
界性能が決定される。従来の広帯域アンプの回路構成
は、例えば光ＣＡＴＶ及びデジタル通信システムの広帯
域光受信器に使用されている。５０ＭＨｚから５５０Ｍ
Ｈｚの帯域幅を有する振幅変調されたアナログ信号に使
用する比較的安価の光帯域受信器は、ヨーロッパ特許、
ＥＰ ０，３７２，７４２ Ａ２に開示されている。こ
の受信器はインピーダンスを整合するために、伝送器を
介して広帯域、低抵抗アンプに接続される光検知要素を
具備している。この受信器の欠点は、光検知要素がイン
ピーダンスの整合にもよらず、弱い出力反射因数を示
し、これによってアンプには高次の混調波歪みが生じ
る。従って本発明の目的は、広帯域信号を増幅するとき
に、２次混調波のような非線形歪みを大幅に減少でき、
高い感度を有する増幅回路を提供することである。この
目的は請求項１に示す特徴により達成される。優れた特
徴が従属請求項に示されている。
【０００５】
【実施例】第１の実施例による回路構成を狭帯域光受信
器内の回路として示す。フォトダイオードは光受信器内
の光検知要素として機能する。フォトダイオードの容量
Ｃは、例えば１ｐＦで、出力インピーダンスはＫΩの範
囲である。λ／４回路によって、フォトダイオードから
得られる信号は、例えばＺe ＝５０Ωのアンプに整合さ
れる。
【０００６】本発明の第１実施例による光受信器は、例
えばＤＥＣＴ：１８００〜１９００ＭＨｚのラジオシス
テムのように、比較的狭帯域の周波数範囲での使用に特
に適している。更に、光受信器も選択性を有している。
従って、検出周波数範囲を越える有害信号は抑制され
る。この受信器の優れた改良点は、周波数範囲が追加の
調整容量によって変化することである。ｎ・λ／４回路
（ｎ＝１，３，５，… 即ち奇数）が使用されると、光
受信器は複数の混調波周波数に調整される。
【０００７】図１の（１Ａ）はλ／４回路を長さ１０の
平行ワイヤとして示している。λ／４回路の他の実施例
を図１の（１Ｂ）に示す。同図はλ／４回路の線状実施
例を示し、ここでλ／４は一本の線１２により構成され
ている。
【０００８】図１の（１Ｃ）は、λ／４回路の線の長さ
１４に対するインピーダンス１３の曲線を示す。図１の
全体（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は参照線Ａ、Ｂ、及びＣを共
通に有している。
【０００９】参照線Ａはλ／４回路の開始点を構成す
る。この点で、λ／４回路のインピーダンスは高い。参
照線Ｂはλ／４回路が５０Ωの特定インピーダンスを有
する点を示す。この点で、５０Ωのインピーダンスを有
するアンプが接続される。参照線Ｃはλ／４回路が短絡
されたときのλ／４回路内の点を示す。参照線Ａ及びＣ
により示される点の間の距離は、λ／４回路の長さと呼
ばれる。
【００１０】参照線Ａ、Ｂ、Ｃ、及び他の参照番号が複
数の図面に示されている。同一の参照番号、又は参照線
は、本発明による光受信器内の同一構成要素又は同一点
を示す。
【００１１】図２において、フォトダイオード（等価回
路を回路２１に示す）は高出力インピーダンス（参照線
Ａ）を有し、等価回路として、並列に接続されたコンデ
ンサ２４を有する電流源２３として考えられる。λ／４
回路はフォトダイオード２１の出力に接続される。
【００１２】λ／４回路の長さ２０の決定において、コ
ンデンサ２４によりλ／４回路は容量的に短絡されるこ
とを考慮しなければならない。従って長さ２０は、理論
的に決定された無負荷のλ／４回路の長さ１０より短
い。
【００１３】長さ２０を有する線は、参照線Ｂの位置で
分岐される（ｔａｐｐｅｄ）。即ち、λ／４回路のイン
ピーダンスがアンプの入力インピーダンスに等しいイン
ピーダンス（例えば５０Ω）を有する点で分岐される。
この点でアンプは損失なく整合する。
【００１４】図３は本発明による光受信器の基本的回路
図である。フォトダイオード３１は、光送信システムの
一部である光導波管（図示されず）を介して光信号を受
信する。
【００１５】フォトダイオード３１のアノードはチョー
クコイル３３を介して電圧電源３２のマイナス極に接続
される。チョークコイル３３は高周波数信号成分を減結
合し（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）、高周波数交流電流に対する
障壁を形成する一方で、低周波又は直流は容易に通過す
る。
【００１６】フォトダイオードのアノードは又、コンデ
ンサ３４に接続され、このコンデンサ３４は接地されて
いる。従って、このアノードは高周波に対しては接地さ
れ、直流に対しては電圧電源３２のマイナス側に接続さ
れる。この機能により、コンデンサ３４は障壁容量とし
て定義される。
【００１７】フォトダイオード３１のカソードは、長さ
３０のλ／４回路に直接接続されている。λ／４回路
は、λ／４回路の特性インピーダンスが５０Ωのところ
で分岐される。この位置は図３の参照線Ｂに対応する。
ここで、５０Ωの入力インピーダンスを有するローノイ
ズアンプ３６が接続される。フォトダイオード３１によ
って発生した光電流に比例する電圧は、アンプ３６の出
力３７に発生する。
【００１８】光受信器の周波数範囲は追加回路の変更に
より変化する。接地されている調整コンデンサ３８がフ
ォトダイオード３１のカソードに接続されると、この変
化が現れる。この（無損失、無ノイズ）調整コンデンサ
３８によって、λ／４回路の電気的有効長及び共振周波
数が設定される。コンデンサはフォトダイオードに並列
に接続される。λ／４回路がｎ・λ／４回路（ｎ＝１，
３，５ …）であれば、受信器は一連の混調波周波数に
同調される。調整コンデンサ３８を接続することにより
（フォトダイオード３１に追加して）、ほとんど全ての
所望受信周波数（例えばＣＴ１については９００ＭＨ
ｚ、ＤＥＣＴについては１９００ＭＨｚ）を設定でき
る。
【００１９】第２実施例は、高抵抗複素成分出力インピ
ーダンスを有する信号源のインピーダンスを、広帯域増
幅回路構成の低抵抗アンプに整合させるための優れた特
徴に関係する。
【００２０】第２の実施例において、広帯域光受信器
は、図４の増幅回路構成とし示される。広帯域受信器Ｅ
は、ＰＩＮモジュールＰＭ、λ／４回路Ｋ及び低抵抗広
帯域アンプＢＫを具備している。ＰＩＮモジュールにお
いて、ＰＩＮフォトダイオードは光信号を電気信号に変
換する光検知要素ＰＤとして設けられている。光検知要
素ＰＤはインダクタンスＬを介して伝送器ＵＥに接続さ
れる。インダクタンスＬは変換された信号の周波数応答
を高周波数に向かって上昇させる機能がある。伝送器Ｕ
Ｅにおいて、最初のインピーダンス整合は、ＰＩＮフォ
トダイオードＰＤと低抵抗アンプＢＫの間で、この分野
の当業者に一般的な方法で行われる。この方法は例えば
ヨーロッパ特許 ＥＰ ０，３７２，７４２ Ａ２に開
示されている。
【００２１】この送信比は、受信される各周波数帯域に
おける低抵抗アンプＢＫの入力インピーダンス、及びＰ
ＩＮフォトダイオードＰＤの複素成分内部抵抗の間で決
定される。下限周波数ｆG1＝４０ＭＨｚ及び上限周波数
ｆG2＝５５０ＭＨｚの送信帯域でのインピーダンス整合
では、この帯域に仮定されるダイナミックインピーダン
スＺD ＝１ＫΩのＰＩＮフォトダイオード、及び入力イ
ンピーダンスＺE ＝７５Ωの低抵抗アンプが得られ、例
えば送信比は１〜３．６である。伝送器ＵＥはオートト
ランス（ａｕｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）として構成
されている。ＰＩＮモジュールＰＭの出力信号はその分
岐点に供給される。ＰＩＮフォトダイオードの動作点は
コンデンサＣ1 を介してこの分野で一般的な方法で調整
される。低抵抗アンプＢＫとして、モジュール形式の対
称プッシュプルアンプが設けられ、ケーブルＴＶ施設に
おける広帯域アナログ信号を増幅できる。このようなア
ンプは、ケーブルテレビ施設に使用する広帯域アンプ・
モジュールのプッシュプル・アンプとして、例えばＶａ
ｌｖｏ 社によって、製品名ＢＧＹ ５８４ Ａ、ＢＧ
Ｙ ５８５ Ａとして販売されている。仕様書６．８８
によれば、入力インピーダンスＺE ＝７５Ωである。
【００２２】このようなプッシュプル・アンプには２つ
の対称の増幅岐路が設けられ、各岐路では同一であるが
１８０°位相シフトされた信号が増幅される。増幅の次
に、２つの位相シフトされた信号は再び位相シフトが行
われる。増幅分岐経路内の１８０°の位相シフトによ
り、及び次に同相になることにより、第２及び高次混調
波歪みのような非線形混調波歪みが減少される。混調波
歪みが最も減少するのは、両方の増幅分岐経路が等しい
ときである。従って、プッシュプル・アンプの入力に不
整合があると、信号振幅は２つの増幅経路内で異なり、
これにより更に大きな混調波歪みが発生する。
【００２３】λ／４回路では、アンプＢＫの入力に対す
るＰＩＮモジュールＰＭの出力インピーダンスの複素数
成分の整合が達成されるである。従って、λ／４回路の
波形抵抗（ｗａｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）ＺW と低
抵抗アンプの入力インピーダンスＺE はできるだけ近い
値が良い。例えば５Ωの偏倚は、この場合実質的な劣化
を生じない。
【００２４】ＰＩＮモジュールＰＭ及び低抵抗アンプＢ
Ｋが各々モジュールとして構成される場合、λ／４回路
は、着脱可能コンタクトを有するマイクロ波同軸ライン
の形式でλ／４ラインとして好適に構成できる。
【００２５】他の変形例では、λ／４回路は対称、反転
可能ネットワークとして実施できる。ＰＩＮモジュール
ＰＭの構成要素及び低抵抗アンプＢＫが共通集積回路内
に構成される場合に、前述の変形例は特に有効である。
【００２６】アンプＢＫは独立したモジュールとして更
に変形できる。ＰＩＮフォトダイオード及び伝送器に加
えて、この場合の伝送器ＵＥ及びλ／４回路は、ＰＩＮ
モジュールＰＭ内の四極回路（ｑｕａｄｒｉｐｏｌｅ
ｃｉｒｃｕｉｔ）の形式で構成される。この変形例で、
ＰＩＮモジュールＰＭとアンプモジュールＢＫの結合に
はマイクロ波導波管が必要となるので、完全なλ／４回
路が四極とラインの一部分の組み合わせにより構成され
るように、マイクロ波導波管のラインの長さをλ／４回
路の寸法に含めるのが望ましい。この場合、四極ネット
ワークは伝送器ＵＥの前部に配置でき、コイルＬの機能
も仮定できる。λ／４回路を集積した変形例として、四
極回路の変わりに、ストリップ線路（ｓｔｒｉｐｌｉｎ
ｅ）技術を用いて構成されるλ／４ラインを配置でき
る。
【００２７】図５において、λ／４回路によって広帯域
アンプ内に生じた混調波歪みの減少が、周波数に沿って
プロットされている。帯域幅は２つの限界周波数により
示される。即ち、下限周波数ｆG1＝４０ＭＨｚ及び上限
周波数ｆG2＝５５０ＭＨｚである。混調波歪みの最大減
少量は１として示され、その最も大きな値は周波数ｆ0
のときである。この周波数は波長λ０に一致し、この周
波数にλ／４回路が調整される。
【００２８】この実施例で、λ／４ラインは、混調波歪
みが周波数ｆ0 ＝３７５ＭＨｚで最も抑制されるように
調整される。この場合のλ／４ラインの機械的長さＬm
は次式より得られる。 Ｌm ＝Ｌ0 ・Ｖ （１） ここでＬ0 は電気的長さで、λ／４ラインの短縮因数Ｖ
における誘電体定数の値である。この値は本実施例では
Ｖ＝０．７である。設定値
【００２９】
【数１】
【００３０】は式（１）と組み合わせて、周波数ｆ0 ＝
３７５ＭＨｚに対して機械的長さＬm＝１４０ｍｍとな
り、短縮因数Ｖ＝０．７及びＣ＝３×１０8 ｍ／ｓであ
る。
【００３１】この種の回路構成では、周波数が増加する
とき、混調波歪みの最大減少量が図２に示すようにその
調整された周波数のみに発生し、混調波歪みの抑制が増
加した距離での周波数に対する調整された周波数ｆ0 で
のみ減少するので、λ／４回路はその帯域の中間周波数
に調整されたいが、高周波数帯域の半分の周波数に調整
される。これにより、上限周波数ｆG2内の混調波歪みの
選択的最小の減少と、中間周波数に調整したときの混調
波歪みの集積した最大の減少の間の構成を可能となる。
λ／４回路は要求事項及び受信器Ｅの構成に依存して有
益な値に調整される。
【００３２】信号源の光検知ＰＩＮフォトダイオードと
して構成される要素に加えて、例えばアバランチェ（ａ
ｖａｌａｎｃｈｅ）フォトダイオードのような他のフォ
トダイオード、又はマイクロ波アンテナの受信器接続を
使用できる。著しい利点は全くの受動光受信モジュー
ル、即ち能動的に増幅される半導体要素を全く含んでい
ないことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】λ／４回路の基本、及び波長に対する特性イン
ピーダンスの変化を示す。
【図２】フォトダイオードの等価回路を含むλ／４回路
を示す。
【図３】第１実施例の基本回路構成。
【図４】本発明の第２実施例。
【図５】λ／４回路による混調波歪みの減少を周波数に
ついてプロットした図。
【符号の説明】
２１…フォトダイオード等価回路、２３…電流源、２４
・３４…コンデンサ、３１…フォトダイオード、３３…
チョークコイル、３６…ローノイズアンプ、３８…調整
コンデンサ、ＰＭ…ＰＩＮモジュール、ＰＤ…光検知要
素、ＵＥ…伝送器、ＢＫ…アンプモジュール。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｆ 3/08 7436−5Ｊ Ｈ０４Ｂ 10/16 // Ｈ０１Ｌ 31/10 (72)発明者 クラウス・ブラウン ドイツ連邦共和国、ベー − 7408 クン ステルディンゲン、チュービンガーシュト ラーセ １

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高抵抗複素成分出力インピーダンスを有
    する信号源（３１、ＰＤ）と、低抵抗アンプ（３６、Ｂ
    Ｋ）を有する回路構成であって、前記信号源（３１、Ｐ
    Ｄ）は、λ／４回路（３５、Ｋ）を介して前記低抵抗ア
    ンプ（３６、ＢＫ）に整合されることを特徴とする回路
    構成。
  2. 【請求項２】 前記信号源（３１）は光受信器内に設け
    られる光検知要素であることを特徴とする請求項１記載
    の回路構成。
  3. 【請求項３】 前記光検知要素（３１）は前記λ／４回
    路（３５）の解放端に接続されることを特徴とする請求
    項１記載の光受信器。
  4. 【請求項４】 前記λ／４回路（３５）の一端は短絡さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
  5. 【請求項５】 前記アンプ（３６）は、前記λ／４回路
    の波形抵抗が５０Ωとなる点で、前記λ／４回路（３
    ５）に接続されることを特徴とする請求項１記載の光受
    信器。
  6. 【請求項６】 前記アンプ（３６）の入力インピーダン
    スは５０Ωであることを特徴とする請求項１記載の光受
    信器。
  7. 【請求項７】 前記光受信器の周波数検知範囲は、前記
    λ／４回路（３５）の解放端に接続される調整コンデン
    サ（３８）を使用して調整できることを特徴とする請求
    項１記載の光受信器。
  8. 【請求項８】 前記アンプはｎ・λ／４回路（ｎ＝奇
    数）を用いて整合されることを特徴とする請求項１記載
    の光受信器。
  9. 【請求項９】 前記構成には伝送器（ＵＥ）が設けら
    れ、この伝送器により前記信号源（ＰＤ）は前記低抵抗
    アンプ（ＢＫ）に整合され、更に、前記伝送器（ＵＥ）
    は前記λ／４回路を介して前記低抵抗伝送器（ＵＥ）に
    接続される（ここでλは処理される帯域内の波長を示
    す）ことを特徴とする請求項１記載の回路構成。
  10. 【請求項１０】 前記波長λは短波長帯域の半分の帯域
    内の波長であることを特徴とする請求項９記載の回路構
    成。
  11. 【請求項１１】 前記λ／４回路は、λ／４マイクロ波
    ラインのλ／４回路を示すことを特徴とする請求項９記
    載の回路構成。
  12. 【請求項１２】 前記信号源（ＰＤ）及び前記伝送器
    （ＵＥ）はモジュール（ＰＮ）内に設けられ、前記モジ
    ュールはλ／４マイクロ波ライン（これも又モジュール
    内に設けられる）を介して低抵抗アンプ（ＢＫ）に着脱
    可能に接続されることを特徴とする請求項１１記載の回
    路構成。
  13. 【請求項１３】 前記低抵抗アンプ（ＢＫ）の入力イン
    ピーダンス及び前記λ／４回路の導波管抵抗は同一であ
    ることを特徴とする請求項９記載の回路構成。
  14. 【請求項１４】 前記λ／４回路（Ｋ）の波形抵抗は、
    ＺW ＝７５０Ωであることを特徴とする請求項９記載の
    回路構成。
  15. 【請求項１５】 前記受信帯域の上限周波数（ｆG2）は
    ５００ＭＨｚであることを特徴とする請求項９記載の回
    路構成。
  16. 【請求項１６】 前記信号源（ＰＤ）はアナログ信号用
    の信号源であることを特徴とする請求項９記載の回路構
    成。
  17. 【請求項１７】 前記構成は広帯域光受信器（Ｅ）内に
    設けられ、及び前記信号源（ＰＤ）は光検知要素（Ｐ
    Ｄ）として構成されることを特徴とする請求項９記載の
    回路構成。
JP4171315A 1991-06-27 1992-06-29 増幅回路構成 Pending JPH05206765A (ja)

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