JPH09246878A - 電流電圧変換増幅回路 - Google Patents
電流電圧変換増幅回路Info
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- JPH09246878A JPH09246878A JP8045694A JP4569496A JPH09246878A JP H09246878 A JPH09246878 A JP H09246878A JP 8045694 A JP8045694 A JP 8045694A JP 4569496 A JP4569496 A JP 4569496A JP H09246878 A JPH09246878 A JP H09246878A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度を劣化させずに大耐入力特性を改善し、
ダイナミックレンジを拡大させること。 【解決手段】 受光素子の出力電流が入力される入力端
子１と、入力端子１に入力された入力電流を電圧に変換
し、増幅する反転電圧増幅器ＡＭＰと、反転電圧増幅器
ＡＭＰから出力された電圧をレベルシフトして出力する
第１のエミッタフォロワ回路ＥＦ１と、第１のエミッタ
フォロワ回路ＥＦ１の出力側に設けられた出力端子２
と、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧を反転電
圧増幅器の入力側に帰還させる第１の帰還抵抗６と、反
転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧の直流分だけを
通過させるローパスフィルタ回路ＬＰＦと、ローパスフ
ィルタ回路ＬＰＦから出力された直流分の電圧をレベル
シフトして出力する第２のエミッタフォロワ回路ＥＦ１
と、第２のエミッタフォロワ回路ＥＦ１から出力された
直流分の電圧を反転電圧増幅器の入力側に帰還させる第
２の帰還抵抗７とを備えてなるものである。
ダイナミックレンジを拡大させること。 【解決手段】 受光素子の出力電流が入力される入力端
子１と、入力端子１に入力された入力電流を電圧に変換
し、増幅する反転電圧増幅器ＡＭＰと、反転電圧増幅器
ＡＭＰから出力された電圧をレベルシフトして出力する
第１のエミッタフォロワ回路ＥＦ１と、第１のエミッタ
フォロワ回路ＥＦ１の出力側に設けられた出力端子２
と、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧を反転電
圧増幅器の入力側に帰還させる第１の帰還抵抗６と、反
転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧の直流分だけを
通過させるローパスフィルタ回路ＬＰＦと、ローパスフ
ィルタ回路ＬＰＦから出力された直流分の電圧をレベル
シフトして出力する第２のエミッタフォロワ回路ＥＦ１
と、第２のエミッタフォロワ回路ＥＦ１から出力された
直流分の電圧を反転電圧増幅器の入力側に帰還させる第
２の帰還抵抗７とを備えてなるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は電流電圧変換増幅
回路、特に通信装置等におけるフォトダイオード等の受
光素子の出力電流を電圧に変換し、その電圧を増幅する
ものに関する。
回路、特に通信装置等におけるフォトダイオード等の受
光素子の出力電流を電圧に変換し、その電圧を増幅する
ものに関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の光受信装置に用いられた電
流電圧変換増幅回路の概念を示すブロック図、図４は従
来の電流電圧変換増幅回路の各部位の波形図、図５はフ
ォトダイオードの出力電流のオフセット成分とＡＣ成分
を示す波形図、図６は従来例と本発明の出力電圧の波形
をそれぞれ示す波形図、図７は従来の電流電圧変換増幅
回路のブロック図、図８は図７の電流電圧変換増幅回路
と等価な具体的な回路を示す回路図である。一般に、光
受信装置は、図３に示す如く、まず伝送路より入力され
た光信号をフォトダイオードＰＤ等の受光素子に入力す
ることにより、光の強・弱を電流振幅に変換し、これを
電流電圧変換増幅回路を用いて電圧振幅に変換し、増幅
回路で増幅して電圧として出力する。
流電圧変換増幅回路の概念を示すブロック図、図４は従
来の電流電圧変換増幅回路の各部位の波形図、図５はフ
ォトダイオードの出力電流のオフセット成分とＡＣ成分
を示す波形図、図６は従来例と本発明の出力電圧の波形
をそれぞれ示す波形図、図７は従来の電流電圧変換増幅
回路のブロック図、図８は図７の電流電圧変換増幅回路
と等価な具体的な回路を示す回路図である。一般に、光
受信装置は、図３に示す如く、まず伝送路より入力され
た光信号をフォトダイオードＰＤ等の受光素子に入力す
ることにより、光の強・弱を電流振幅に変換し、これを
電流電圧変換増幅回路を用いて電圧振幅に変換し、増幅
回路で増幅して電圧として出力する。
【０００３】一方、光通信の光送信装置においては、ま
ず図４の（１）のように、送信するディジタル信号の１
・０の値を電流の大小に変換してこれをレーザダイオー
ドＬＤ等の発光素子に流し、図４の（２）のように光の
強・弱に変換して伝送路に伝送している。光送信装置の
光信号は伝送路の品質や長さに応じて減衰するため、光
受信装置のインターフェイス条件はこれを考慮してある
範囲の受光レベルを包含するように規格化される。ここ
で、規格内の最小の受光レベルの信号が入力された場合
のフォトダイオードＰＤの出力電流ＩPDを図４の（３
ａ）に、最大の受光レベルの信号が入力された場合のフ
ォトダイオードＰＤの出力電流ＩPDを図４の（３ｂ）に
示す。出力電流ＩPDは入力される光信号の強度にほぼ比
例するので、最大受光レベル時では最小受光レベル時に
比べて振幅中心が上昇すると共に振幅が増大する。光受
信装置の電流電圧変換増幅回路は、インターフェイス条
件で決められた受光レベルの範囲において受光素子から
入力される電流に対して常に線形な増幅特性を有するこ
とが望ましい。
ず図４の（１）のように、送信するディジタル信号の１
・０の値を電流の大小に変換してこれをレーザダイオー
ドＬＤ等の発光素子に流し、図４の（２）のように光の
強・弱に変換して伝送路に伝送している。光送信装置の
光信号は伝送路の品質や長さに応じて減衰するため、光
受信装置のインターフェイス条件はこれを考慮してある
範囲の受光レベルを包含するように規格化される。ここ
で、規格内の最小の受光レベルの信号が入力された場合
のフォトダイオードＰＤの出力電流ＩPDを図４の（３
ａ）に、最大の受光レベルの信号が入力された場合のフ
ォトダイオードＰＤの出力電流ＩPDを図４の（３ｂ）に
示す。出力電流ＩPDは入力される光信号の強度にほぼ比
例するので、最大受光レベル時では最小受光レベル時に
比べて振幅中心が上昇すると共に振幅が増大する。光受
信装置の電流電圧変換増幅回路は、インターフェイス条
件で決められた受光レベルの範囲において受光素子から
入力される電流に対して常に線形な増幅特性を有するこ
とが望ましい。
【０００４】図７の従来の電流電圧変換増幅回路を示す
のブロック図において、１は例えば受光素子であるフォ
トダイオードＰＤの出力電流が入力される入力端子、２
Ａは入力端子１に入力された出力電流が電圧に変換さ
れ、増幅された後に出力される出力端子、ＡＭＰは入力
端子１に入力されたフォトダイオードＰＤの出力電流を
電圧に変換し、増幅して出力する反転電圧増幅器、ＥＦ
１は反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧をレベル
シフトする第１のエミッタフォロワで、その出力側が出
力端子２Ａに接続されている。６は入力端子１と第１の
エミッタフォロワＥＦ１の出力側との間に設けられた第
１の帰還抵抗である。この帰還抵抗６は電流電圧変換増
幅回路の変換率を定める抵抗であり、帰還抵抗６の抵抗
値Ｒ6 を一般にトランスインピーダンスと称している。
のブロック図において、１は例えば受光素子であるフォ
トダイオードＰＤの出力電流が入力される入力端子、２
Ａは入力端子１に入力された出力電流が電圧に変換さ
れ、増幅された後に出力される出力端子、ＡＭＰは入力
端子１に入力されたフォトダイオードＰＤの出力電流を
電圧に変換し、増幅して出力する反転電圧増幅器、ＥＦ
１は反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧をレベル
シフトする第１のエミッタフォロワで、その出力側が出
力端子２Ａに接続されている。６は入力端子１と第１の
エミッタフォロワＥＦ１の出力側との間に設けられた第
１の帰還抵抗である。この帰還抵抗６は電流電圧変換増
幅回路の変換率を定める抵抗であり、帰還抵抗６の抵抗
値Ｒ6 を一般にトランスインピーダンスと称している。
【０００５】図７に示す従来の電流電圧変換増幅回路
は、入力端子１に入力されたフォトダイオードＰＤの出
力電流を反転電圧増幅器ＡＭＰで電圧に変換し、増幅し
てエミッタフォロワＥＦ１に入力する。エミッタフォロ
ワＥＦ１では反転電圧増幅器ＡＭＰからの電圧をレベル
シフトして出力端子２Ａに出力する。エミッタフォロワ
ＥＦ１の出力側と反転電圧増幅器ＡＭＰの入力側との間
に設けられた第１の帰還抵抗６は電流電圧変換増幅回路
の変換率を定めるものであり、かかる第１の帰還抵抗６
で定められた変換率の出力電圧が出力端子２Ａから出力
されるものである。
は、入力端子１に入力されたフォトダイオードＰＤの出
力電流を反転電圧増幅器ＡＭＰで電圧に変換し、増幅し
てエミッタフォロワＥＦ１に入力する。エミッタフォロ
ワＥＦ１では反転電圧増幅器ＡＭＰからの電圧をレベル
シフトして出力端子２Ａに出力する。エミッタフォロワ
ＥＦ１の出力側と反転電圧増幅器ＡＭＰの入力側との間
に設けられた第１の帰還抵抗６は電流電圧変換増幅回路
の変換率を定めるものであり、かかる第１の帰還抵抗６
で定められた変換率の出力電圧が出力端子２Ａから出力
されるものである。
【０００６】図８は図７の電流電圧変換増幅回路と等価
な具体的な回路を示している。図８において、１はフォ
トダイオードＰＤ等の受光素子の出力電流が入力される
入力端子、２Ａ、２Ｂは入力端子１に入力された出力電
流が電圧に変換され、増幅された後に出力される出力端
子、３はトランジスタで、そのベースが入力端子１に接
続され、そのコレクタが抵抗８を介して供給電源に接続
され、そのエミッタがグラウンドＧＮＤに接続されてい
る。トランジスタ３と抵抗８で反転電圧増幅器ＡＭＰを
構成している。４はもう一つのトランジスタで、そのベ
ースがトランジスタ３のコレクタと抵抗８の接続点に接
続され、そのコレクタが抵抗９を介して供給電源に接続
され、そのエミッタが抵抗１０を介してグラウンドＧＮ
Ｄに接続されている。トランジスタ４と抵抗９、１０で
第１のエミッタフォロワＥＦ１を構成している。トラン
ジスタ４のエミッタと抵抗１０の接続点に出力端子２Ａ
が接続され、トランジスタ４のコレクタと抵抗９の接続
点に出力端子２Ｂが接続されている。６は入力端子１と
トランジスタ４のエミッタとの間に設けられた変換率を
定める第１の帰還抵抗である。
な具体的な回路を示している。図８において、１はフォ
トダイオードＰＤ等の受光素子の出力電流が入力される
入力端子、２Ａ、２Ｂは入力端子１に入力された出力電
流が電圧に変換され、増幅された後に出力される出力端
子、３はトランジスタで、そのベースが入力端子１に接
続され、そのコレクタが抵抗８を介して供給電源に接続
され、そのエミッタがグラウンドＧＮＤに接続されてい
る。トランジスタ３と抵抗８で反転電圧増幅器ＡＭＰを
構成している。４はもう一つのトランジスタで、そのベ
ースがトランジスタ３のコレクタと抵抗８の接続点に接
続され、そのコレクタが抵抗９を介して供給電源に接続
され、そのエミッタが抵抗１０を介してグラウンドＧＮ
Ｄに接続されている。トランジスタ４と抵抗９、１０で
第１のエミッタフォロワＥＦ１を構成している。トラン
ジスタ４のエミッタと抵抗１０の接続点に出力端子２Ａ
が接続され、トランジスタ４のコレクタと抵抗９の接続
点に出力端子２Ｂが接続されている。６は入力端子１と
トランジスタ４のエミッタとの間に設けられた変換率を
定める第１の帰還抵抗である。
【０００７】図８に示す従来の電流電圧変換増幅回路の
動作について具体的に説明する。受光素子であるフォト
ダイオードＰＤの出力電流ＩPDは、図５に示したように
直流分であるオフセット成分ＩDCと交流分であるＡＣ成
分ＩACに分けられる。まず、オフセット成分ＩDCに対す
る出力端子２の電圧変化ΔＶ2DC を考える。反転電圧増
幅器ＡＭＰに相当するトランジスタ３の利得を−Ａと
し、反転電圧増幅器ＡＭＰの出力電圧に相当するトラン
ジスタ３のＶｂｅをＶ0 とし、入力端子１のオフセット
成分の電圧をＶ1DC とすると、次の式が成立する。 ΔＶ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC 出力端子２の電圧Ｖ2 はトランジスタ３に相当する反転
電圧増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖ0 をトランジスタ４及び
抵抗８、９で構成されるエミッタフォロワ回路ＥＦ１で
レベルシフトしたものと考えられるので、ΔＶ2DC ＝Δ
Ｖ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC となる。
動作について具体的に説明する。受光素子であるフォト
ダイオードＰＤの出力電流ＩPDは、図５に示したように
直流分であるオフセット成分ＩDCと交流分であるＡＣ成
分ＩACに分けられる。まず、オフセット成分ＩDCに対す
る出力端子２の電圧変化ΔＶ2DC を考える。反転電圧増
幅器ＡＭＰに相当するトランジスタ３の利得を−Ａと
し、反転電圧増幅器ＡＭＰの出力電圧に相当するトラン
ジスタ３のＶｂｅをＶ0 とし、入力端子１のオフセット
成分の電圧をＶ1DC とすると、次の式が成立する。 ΔＶ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC 出力端子２の電圧Ｖ2 はトランジスタ３に相当する反転
電圧増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖ0 をトランジスタ４及び
抵抗８、９で構成されるエミッタフォロワ回路ＥＦ１で
レベルシフトしたものと考えられるので、ΔＶ2DC ＝Δ
Ｖ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC となる。
【０００８】ここで、トランジスタ３の電圧利得Ａが充
分大きければ、即ち反転増幅器ＡＭＰではその入力側を
無限大と考えれば、出力電流ＩPDのほとんど全てが抵抗
６に流れるので、ΔＩDC＝（ΔＶ1DC −ΔＶ2DC ）／Ｒ
6 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2DC −ΔＶ2DC）／Ｒ6 となる。
そして、ここで１／Ａは略零であるから、ΔＩDC＝−Δ
Ｖ2DC ／Ｒ6 となる。 ∴ΔＶ2DC ＝−ΔＩDC＊Ｒ6 ……………（１）
分大きければ、即ち反転増幅器ＡＭＰではその入力側を
無限大と考えれば、出力電流ＩPDのほとんど全てが抵抗
６に流れるので、ΔＩDC＝（ΔＶ1DC −ΔＶ2DC ）／Ｒ
6 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2DC −ΔＶ2DC）／Ｒ6 となる。
そして、ここで１／Ａは略零であるから、ΔＩDC＝−Δ
Ｖ2DC ／Ｒ6 となる。 ∴ΔＶ2DC ＝−ΔＩDC＊Ｒ6 ……………（１）
【０００９】同様に、ＡＣ成分ＩACに対する出力端子２
Ａの電圧変化ΔＶ2AC を考えると、 ΔＶ2AC ＝−Ａ＊ΔＶ1AC ΔＩAC＝（ΔＶ1AC −ΔＶ2AC ）／Ｒ6 ＝（−１／Ａ＊
ΔＶ2AC −ΔＶ2AC）／Ｒ6 ＝−ΔＶ2AC ／Ｒ6 とな
る。 ∴ΔＶ2AC ＝−ΔＩAC＊Ｒ6 ……………（２） となる。これにより、 ΔＶ2 ＝−（ΔＩDC＋ΔＩAC）＊Ｒ6 ＝−ΔＩPD＊Ｒ6 Ｉpd＝0 のとき、Ｖ2 はＧＮＤよりトランジスタ４のベ
ース・エミッタ間電圧Ｖbeだけ高い電圧になるので、出
力端子２Ａには Ｖ2 ＝Ｖbe−ＩPD＊Ｒ6 の電圧が現れることとなる。ここで、第１の帰還抵抗６
の抵抗値Ｒ6 を一般にトランスインピーダンスと称す
る。このトランスインピーダンスである抵抗６は、受光
レベルの下限における出力電流の振幅を、後段のトラン
ジスタ３の電圧増幅回路の入力電圧振幅の最小限度以上
に増幅できるように設定する必要がある。
Ａの電圧変化ΔＶ2AC を考えると、 ΔＶ2AC ＝−Ａ＊ΔＶ1AC ΔＩAC＝（ΔＶ1AC −ΔＶ2AC ）／Ｒ6 ＝（−１／Ａ＊
ΔＶ2AC −ΔＶ2AC）／Ｒ6 ＝−ΔＶ2AC ／Ｒ6 とな
る。 ∴ΔＶ2AC ＝−ΔＩAC＊Ｒ6 ……………（２） となる。これにより、 ΔＶ2 ＝−（ΔＩDC＋ΔＩAC）＊Ｒ6 ＝−ΔＩPD＊Ｒ6 Ｉpd＝0 のとき、Ｖ2 はＧＮＤよりトランジスタ４のベ
ース・エミッタ間電圧Ｖbeだけ高い電圧になるので、出
力端子２Ａには Ｖ2 ＝Ｖbe−ＩPD＊Ｒ6 の電圧が現れることとなる。ここで、第１の帰還抵抗６
の抵抗値Ｒ6 を一般にトランスインピーダンスと称す
る。このトランスインピーダンスである抵抗６は、受光
レベルの下限における出力電流の振幅を、後段のトラン
ジスタ３の電圧増幅回路の入力電圧振幅の最小限度以上
に増幅できるように設定する必要がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電流電
圧変換増幅回路では、フォトダイオードＰＤの出力電流
ＩPDが増大すると出力端子２の電圧は下降していくが、
ＧＮＤより低い電圧にはなり得ない。即ち、線形に増幅
できる入力電流ＩPDの範囲は、 ＩPD ≦Ｖbe/ Ｒ6 （Ｖbeはトランジスタのベース−エ
ミッタ間電圧） に制限される。従って、高い受光レベルで動作した場合
に出力電流PDが上限に達してしまうために、図４の（４
ｂ）に示すように出力電流PDから変換された出力電圧の
出力波形に歪みが生じ、これを後段の電圧増幅回路に入
力すると、デューティの劣化を招く。このため、第１の
帰還抵抗６の抵抗値Ｒ6 はあまり大きくできないという
問題があった。即ち、従来の電流電圧変換増幅回路にお
いては、高感度特性と大耐入力特性を両立することがで
きなかった。
圧変換増幅回路では、フォトダイオードＰＤの出力電流
ＩPDが増大すると出力端子２の電圧は下降していくが、
ＧＮＤより低い電圧にはなり得ない。即ち、線形に増幅
できる入力電流ＩPDの範囲は、 ＩPD ≦Ｖbe/ Ｒ6 （Ｖbeはトランジスタのベース−エ
ミッタ間電圧） に制限される。従って、高い受光レベルで動作した場合
に出力電流PDが上限に達してしまうために、図４の（４
ｂ）に示すように出力電流PDから変換された出力電圧の
出力波形に歪みが生じ、これを後段の電圧増幅回路に入
力すると、デューティの劣化を招く。このため、第１の
帰還抵抗６の抵抗値Ｒ6 はあまり大きくできないという
問題があった。即ち、従来の電流電圧変換増幅回路にお
いては、高感度特性と大耐入力特性を両立することがで
きなかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電流電圧変
換増幅回路は、受光素子の出力電流が入力される入力端
子と、入力端子に入力された入力電流を電圧に変換し、
増幅する反転電圧増幅器と、反転電圧増幅器から出力さ
れた電圧をレベルシフトして出力する第１のエミッタフ
ォロワと、第１のエミッタフォロワの出力側に設けられ
た出力端子と、反転電圧増幅器から出力された電圧を反
転電圧増幅器の入力側に帰還させる第１の帰還抵抗と、
反転電圧増幅器から出力された電圧の直流分だけを通過
させるローパスフィルタ回路と、ローパスフィルタ回路
から出力された直流分の電圧をレベルシフトして出力す
る第２のエミッタフォロワと、第２のエミッタフォロワ
から出力された直流分の電圧を反転電圧増幅器の入力側
に帰還させる第２の帰還抵抗とを備えて構成されてい
る。
換増幅回路は、受光素子の出力電流が入力される入力端
子と、入力端子に入力された入力電流を電圧に変換し、
増幅する反転電圧増幅器と、反転電圧増幅器から出力さ
れた電圧をレベルシフトして出力する第１のエミッタフ
ォロワと、第１のエミッタフォロワの出力側に設けられ
た出力端子と、反転電圧増幅器から出力された電圧を反
転電圧増幅器の入力側に帰還させる第１の帰還抵抗と、
反転電圧増幅器から出力された電圧の直流分だけを通過
させるローパスフィルタ回路と、ローパスフィルタ回路
から出力された直流分の電圧をレベルシフトして出力す
る第２のエミッタフォロワと、第２のエミッタフォロワ
から出力された直流分の電圧を反転電圧増幅器の入力側
に帰還させる第２の帰還抵抗とを備えて構成されてい
る。
【００１２】本発明においては、反転電圧増幅器の出力
側にそれから出力された電圧の直流分だけを通過させる
ローパスフィルタ回路と、ローパスフィルタ回路から出
力された直流分の電圧をレベルシフトして出力する第２
のエミッタフォロワと、第２のエミッタフォロワから出
力された直流分の電圧を反転電圧増幅器の入力側に帰還
させる第２の帰還抵抗とを備え、その第２の帰還抵抗は
第１の帰還抵抗に実質的に並列接続され、ローパスフィ
ルタ回路ＬＰＦを通過した直流分を第１の帰還抵抗の抵
抗値より低い抵抗値にして出力電圧のＡＣ成分がとりう
る上限を上昇させるようにしたので、高い受光レベルで
動作した場合にも出力電流PDが上限に達せず、出力電流
PDから反転増幅器により変換され、出力端子から出力さ
れた出力電圧の出力波形に歪みが生じることがなく、デ
ューティの劣化を招くことがなくなった。
側にそれから出力された電圧の直流分だけを通過させる
ローパスフィルタ回路と、ローパスフィルタ回路から出
力された直流分の電圧をレベルシフトして出力する第２
のエミッタフォロワと、第２のエミッタフォロワから出
力された直流分の電圧を反転電圧増幅器の入力側に帰還
させる第２の帰還抵抗とを備え、その第２の帰還抵抗は
第１の帰還抵抗に実質的に並列接続され、ローパスフィ
ルタ回路ＬＰＦを通過した直流分を第１の帰還抵抗の抵
抗値より低い抵抗値にして出力電圧のＡＣ成分がとりう
る上限を上昇させるようにしたので、高い受光レベルで
動作した場合にも出力電流PDが上限に達せず、出力電流
PDから反転増幅器により変換され、出力端子から出力さ
れた出力電圧の出力波形に歪みが生じることがなく、デ
ューティの劣化を招くことがなくなった。
【００１３】
（実施形態１の説明） 構成の説明 図１は本発明の実施形態１の電流電圧変換増幅回路のブ
ロック図、図２は図１の電圧変換増幅回路と等価な具体
的な回路を示している。図１の電流電圧変換増幅回路に
おいて、従来例を示す図７と同様の構成の説明は省略す
る。ＬＰＦは入力側が反転電圧増幅器ＡＭＰの入力側に
接続され、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧の
ＡＣ成分をカットするローパスフィルタ回路、ＥＦ２は
入力側がローパスフィルタ回路ＬＰＦの出力側に接続さ
れ、出力側が抵抗７を介して反転増幅器ＡＰＭの入力側
に接続された第２のエミッタフォロワである。
ロック図、図２は図１の電圧変換増幅回路と等価な具体
的な回路を示している。図１の電流電圧変換増幅回路に
おいて、従来例を示す図７と同様の構成の説明は省略す
る。ＬＰＦは入力側が反転電圧増幅器ＡＭＰの入力側に
接続され、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧の
ＡＣ成分をカットするローパスフィルタ回路、ＥＦ２は
入力側がローパスフィルタ回路ＬＰＦの出力側に接続さ
れ、出力側が抵抗７を介して反転増幅器ＡＰＭの入力側
に接続された第２のエミッタフォロワである。
【００１４】図１に示す本発明の電流電圧変換増幅回路
では、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧のＡＣ
成分は第１のエミッタフォロワでレベルシフトされて出
力される。また、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された
電圧のオフセット成分である直流分だけがローパスフィ
ルタ回路ＬＰＦを通過するので、そのローパスフィルタ
回路ＬＰＦを通過した直流分に対しては第１の帰還抵抗
６に実質的に並列接続された第２の帰還抵抗７があるこ
とによって全体としての抵抗値が第１の帰還抵抗６の抵
抗値より低い抵抗値となって変換率が低下し、出力電圧
のＡＣ成分がとりうる上限が上昇するため、高い受光レ
ベルで動作した場合にも出力電流ＩPDが上限に達するこ
とがなく、出力端子２から出力される電圧の出力波形に
ついて歪みを生じずに増幅できる範囲が従来より広が
る。
では、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された電圧のＡＣ
成分は第１のエミッタフォロワでレベルシフトされて出
力される。また、反転電圧増幅器ＡＭＰから出力された
電圧のオフセット成分である直流分だけがローパスフィ
ルタ回路ＬＰＦを通過するので、そのローパスフィルタ
回路ＬＰＦを通過した直流分に対しては第１の帰還抵抗
６に実質的に並列接続された第２の帰還抵抗７があるこ
とによって全体としての抵抗値が第１の帰還抵抗６の抵
抗値より低い抵抗値となって変換率が低下し、出力電圧
のＡＣ成分がとりうる上限が上昇するため、高い受光レ
ベルで動作した場合にも出力電流ＩPDが上限に達するこ
とがなく、出力端子２から出力される電圧の出力波形に
ついて歪みを生じずに増幅できる範囲が従来より広が
る。
【００１５】図２に示す電流電圧変換増幅回路におい
て、従来例を示す図８と同様の構成の説明は省略する。
１３は一端がトランジスタ４のベースに接続された抵
抗、１４は一端が抵抗１３の他端に接続され、他端がグ
ラウンドＧＮＤに接続された容量である。この抵抗１３
と容量１４でローパスフィルタ回路ＬＰＦを構成してい
る。５はトランジスタで、そのベースが抵抗１３と容量
１４の接続点に接続され、そのコレクタが抵抗１１を介
して供給電源に接続され、そのエミッタが抵抗１２を介
してグラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタ
５と抵抗１１、１２で第２のエミッタフォロワＥＦ２を
構成している。
て、従来例を示す図８と同様の構成の説明は省略する。
１３は一端がトランジスタ４のベースに接続された抵
抗、１４は一端が抵抗１３の他端に接続され、他端がグ
ラウンドＧＮＤに接続された容量である。この抵抗１３
と容量１４でローパスフィルタ回路ＬＰＦを構成してい
る。５はトランジスタで、そのベースが抵抗１３と容量
１４の接続点に接続され、そのコレクタが抵抗１１を介
して供給電源に接続され、そのエミッタが抵抗１２を介
してグラウンドＧＮＤに接続されている。トランジスタ
５と抵抗１１、１２で第２のエミッタフォロワＥＦ２を
構成している。
【００１６】動作の説明 次に図２に示す電流電圧変換増幅回路の動作について具
体的に説明する。まず、オフセット成分ＩDCに対する出
力端子２の電圧変化ΔＶ2DC を考える。反転増電圧幅器
ＡＭＰに相当するトランジスタ３の電圧利得を−Ａと
し、反転増幅器ＡＭＰの出力電圧に相当するトランジス
タ３のＶｂｅをＶ0 とし、入力端子１のオフセット成分
の電圧をＶ1DC とすると、次の式が成立する。 ΔＶ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC Ｖ2,Ｖ3 はＶ0 をトランジスタ４、５にそれぞれ相当す
るエミッタフォロワ回路ＥＦ、ＥＦ２でそれぞれレベル
シフトしたものと考えられるので、ΔＶ2DC ＝ΔＶ0DC
＝−Ａ＊ΔＶ1DC となる。
体的に説明する。まず、オフセット成分ＩDCに対する出
力端子２の電圧変化ΔＶ2DC を考える。反転増電圧幅器
ＡＭＰに相当するトランジスタ３の電圧利得を−Ａと
し、反転増幅器ＡＭＰの出力電圧に相当するトランジス
タ３のＶｂｅをＶ0 とし、入力端子１のオフセット成分
の電圧をＶ1DC とすると、次の式が成立する。 ΔＶ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC Ｖ2,Ｖ3 はＶ0 をトランジスタ４、５にそれぞれ相当す
るエミッタフォロワ回路ＥＦ、ＥＦ２でそれぞれレベル
シフトしたものと考えられるので、ΔＶ2DC ＝ΔＶ0DC
＝−Ａ＊ΔＶ1DC となる。
【００１７】ここで、トランジスタ５のエミッタの電圧
をＶ3 とすると、ΔＶ3DC ＝ΔＶ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC
＝ΔＶ2DC となる。トランジスタ３の電圧利得Ａが充分
大きければ、即ち反転電圧増幅器ＡＭＰではその入力側
を無限大と考えれば、出力電流ＩPDのほとんど全てが抵
抗６及び抵抗７に流れる。そこで、抵抗６、７を流れる
電流をそれぞれＩ6,I7とすると、ΔＩ6DC ＝（ΔＶ1DC
−ΔＶ2DC ）／Ｒ6 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2DC −ΔＶ2DC
）／Ｒ6 となる。そして、１／Ａは略零であるから、
ΔＩ6DC ＝−ΔＶ2DC ／Ｒ6 となる。ΔＩ7DC ＝（ΔＶ
1DC −ΔＶ3DC ）／Ｒ7 ＝（ΔＶ1DC −ΔＶ2DC ）／Ｒ
7＝−ΔＶ2DC ／Ｒ7 となる。そして、ＩDCはＩ6,とI7
とを足したものであるから、 ΔＩDC＝ΔＩ6DC ＋ΔＩ7DC ＝−ΔＶ2DC ＊（１／Ｒ6 ＋１／Ｒ7 ） ∴ΔＶ2DC ＝−ΔＩDC＊（Ｒ6 //Ｒ7 ）……………（３）
をＶ3 とすると、ΔＶ3DC ＝ΔＶ0DC ＝−Ａ＊ΔＶ1DC
＝ΔＶ2DC となる。トランジスタ３の電圧利得Ａが充分
大きければ、即ち反転電圧増幅器ＡＭＰではその入力側
を無限大と考えれば、出力電流ＩPDのほとんど全てが抵
抗６及び抵抗７に流れる。そこで、抵抗６、７を流れる
電流をそれぞれＩ6,I7とすると、ΔＩ6DC ＝（ΔＶ1DC
−ΔＶ2DC ）／Ｒ6 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2DC −ΔＶ2DC
）／Ｒ6 となる。そして、１／Ａは略零であるから、
ΔＩ6DC ＝−ΔＶ2DC ／Ｒ6 となる。ΔＩ7DC ＝（ΔＶ
1DC −ΔＶ3DC ）／Ｒ7 ＝（ΔＶ1DC −ΔＶ2DC ）／Ｒ
7＝−ΔＶ2DC ／Ｒ7 となる。そして、ＩDCはＩ6,とI7
とを足したものであるから、 ΔＩDC＝ΔＩ6DC ＋ΔＩ7DC ＝−ΔＶ2DC ＊（１／Ｒ6 ＋１／Ｒ7 ） ∴ΔＶ2DC ＝−ΔＩDC＊（Ｒ6 //Ｒ7 ）……………（３）
【００１８】同様に、ＡＣ成分ＩACに対する出力端子２
の電圧変化ΔＶ2AC を考えると、 ΔＶ0AC ＝−Ａ＊ΔＶ1AC 出力端子２の電圧はＶ2 はトランジスタ３に相当する反
転増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖ0 をトランジスタ４、５に
相当するエミッタフォロワ回路ＥＦ、ＥＦ２でレベルシ
フトしたものと考えられるので、ΔＶ2AC ＝ΔＶ0AC ＝
−Ａ＊ΔＶ1AC となる。ここで、入力信号の周波数ｆに
対してローパスフィルタ回路ＬＰＦのカットオフ周波数
ｆc が ｆ＞ｆc ＝１／（２＊π＊Ｒ13＊Ｃ14） となるように抵抗１３及び容量１４の値を設定すると、
ΔＶ0AC はローパスフィルタ回路ＬＰＦを通過できない
ので、ΔＶ3AC ＝ 0 となる。
の電圧変化ΔＶ2AC を考えると、 ΔＶ0AC ＝−Ａ＊ΔＶ1AC 出力端子２の電圧はＶ2 はトランジスタ３に相当する反
転増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖ0 をトランジスタ４、５に
相当するエミッタフォロワ回路ＥＦ、ＥＦ２でレベルシ
フトしたものと考えられるので、ΔＶ2AC ＝ΔＶ0AC ＝
−Ａ＊ΔＶ1AC となる。ここで、入力信号の周波数ｆに
対してローパスフィルタ回路ＬＰＦのカットオフ周波数
ｆc が ｆ＞ｆc ＝１／（２＊π＊Ｒ13＊Ｃ14） となるように抵抗１３及び容量１４の値を設定すると、
ΔＶ0AC はローパスフィルタ回路ＬＰＦを通過できない
ので、ΔＶ3AC ＝ 0 となる。
【００１９】従って、抵抗６、７を流れる電流をそれぞ
れＩ6,I7とすると、ΔＩ6AC ＝（ΔＶ1AC −ΔＶ2AC ）
／Ｒ6 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2AC −ΔＶ2AC ）／Ｒ6 とな
る。そして、１／Ａは略零であるから、ΔＩ6AC ＝−Δ
Ｖ2AC ／Ｒ6 となる。ΔＩ7AC ＝（ΔＶ1AC −ΔＶ3AC
）／Ｒ7 ＝−ΔＶ1AC ／Ｒ7 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2AC
−ΔＶ2AC ）／Ｒ7 ＝ 0 となる。そして、ＩACはＩ6,
とI7とを足したものであるから、 ΔＩAC＝ΔＩ6AC ＋ΔＩ7AC ）＝−１ΔＶ2AC ／Ｒ6 ∴ΔＶ2AC ＝−ΔＩAC＊Ｒ6 ……………（４）
れＩ6,I7とすると、ΔＩ6AC ＝（ΔＶ1AC −ΔＶ2AC ）
／Ｒ6 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2AC −ΔＶ2AC ）／Ｒ6 とな
る。そして、１／Ａは略零であるから、ΔＩ6AC ＝−Δ
Ｖ2AC ／Ｒ6 となる。ΔＩ7AC ＝（ΔＶ1AC −ΔＶ3AC
）／Ｒ7 ＝−ΔＶ1AC ／Ｒ7 ＝（−１／Ａ＊ΔＶ2AC
−ΔＶ2AC ）／Ｒ7 ＝ 0 となる。そして、ＩACはＩ6,
とI7とを足したものであるから、 ΔＩAC＝ΔＩ6AC ＋ΔＩ7AC ）＝−１ΔＶ2AC ／Ｒ6 ∴ΔＶ2AC ＝−ΔＩAC＊Ｒ6 ……………（４）
【００２０】上記（２）、（４）式及び（１）、（３）
式から分かるように、この回路ではフォトダイオードの
出力電流ＩPDのＡＣ成分による出力端子の電圧変化は従
来の回路と等しいままで、ＩPDのオフセット成分による
出力端子の電圧変化を、 (Ｒ6 //Ｒ7)／Ｒ6 ＝Ｒ7 / (Ｒ6 ＋Ｒ7)＜１ 倍に減少することになり、その分だけ出力電圧のＡＣ成
分がとりうる上限が上昇するため、線形に増幅できる出
力電流ＩPDの上限が上昇することになる。
式から分かるように、この回路ではフォトダイオードの
出力電流ＩPDのＡＣ成分による出力端子の電圧変化は従
来の回路と等しいままで、ＩPDのオフセット成分による
出力端子の電圧変化を、 (Ｒ6 //Ｒ7)／Ｒ6 ＝Ｒ7 / (Ｒ6 ＋Ｒ7)＜１ 倍に減少することになり、その分だけ出力電圧のＡＣ成
分がとりうる上限が上昇するため、線形に増幅できる出
力電流ＩPDの上限が上昇することになる。
【００２１】（効果の説明）本実施形態は以上説明した
とおり、トランジスタ３に相当する反転電圧増幅器ＡＭ
Ｐの出力側に出力電圧のオフセット成分である直流分だ
けを通過させる抵抗１３及び容量１４で構成されるロー
パスフィルタ回路ＬＰＦを設け、第１の帰還抵抗６に実
質的に並列接続される第２の帰還抵抗７を設け、そのロ
ーパスフィルタ回路ＬＰＦを通過した直流分に対して全
体として第１帰還抵抗６の抵抗値より低い抵抗値にして
出力電圧のＡＣ成分がとりうる上限を上昇させるように
したので、高い受光レベルで動作した場合にも出力電流
PDが上限に達せず、出力電流PDから反転電圧増幅器ＡＭ
Ｐにより変換され、出力端子２から出力された出力電圧
の出力波形に歪みが生じることがなく、デューティの劣
化を招くことがなくなり、感度を劣化させずに大耐入力
特性を改善し、ダイナミックレンジを拡大させる効果が
得られる。
とおり、トランジスタ３に相当する反転電圧増幅器ＡＭ
Ｐの出力側に出力電圧のオフセット成分である直流分だ
けを通過させる抵抗１３及び容量１４で構成されるロー
パスフィルタ回路ＬＰＦを設け、第１の帰還抵抗６に実
質的に並列接続される第２の帰還抵抗７を設け、そのロ
ーパスフィルタ回路ＬＰＦを通過した直流分に対して全
体として第１帰還抵抗６の抵抗値より低い抵抗値にして
出力電圧のＡＣ成分がとりうる上限を上昇させるように
したので、高い受光レベルで動作した場合にも出力電流
PDが上限に達せず、出力電流PDから反転電圧増幅器ＡＭ
Ｐにより変換され、出力端子２から出力された出力電圧
の出力波形に歪みが生じることがなく、デューティの劣
化を招くことがなくなり、感度を劣化させずに大耐入力
特性を改善し、ダイナミックレンジを拡大させる効果が
得られる。
【００２２】利用形態の説明 実施形態１では、本発明の電流電圧変換装置を通信装置
などに使用されるフォトダイオードＰＤを使用した光信
号の受信回路に適用した例を説明したが、同じく入力電
流の振幅を電圧振幅に変換する回路への適用が可能であ
る。また、図２のトランジスタ５のコレクタあるいはエ
ミッタ、および、図１のローパスフィルタ回路ＬＰＦの
出力からは入力端子１に入力された出力電流の直流成分
に比例した信号が得られるため、光信号の入力レベルの
測定や、光入力断の検出や、ＡＧＣ(Auto Gain Contro
l) 回路への入力として用いることができる。
などに使用されるフォトダイオードＰＤを使用した光信
号の受信回路に適用した例を説明したが、同じく入力電
流の振幅を電圧振幅に変換する回路への適用が可能であ
る。また、図２のトランジスタ５のコレクタあるいはエ
ミッタ、および、図１のローパスフィルタ回路ＬＰＦの
出力からは入力端子１に入力された出力電流の直流成分
に比例した信号が得られるため、光信号の入力レベルの
測定や、光入力断の検出や、ＡＧＣ(Auto Gain Contro
l) 回路への入力として用いることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、反転電圧
増幅器の出力側にそれから出力された電圧の直流分だけ
を通過させるローパスフィルタ回路と、ローパスフィル
タ回路から出力された直流分の電圧をレベルシフトして
出力する第２のエミッタフォロワと、第２のエミッタフ
ォロワ回路から出力された直流分の電圧を反転電圧増幅
器の入力側に帰還させる第２の帰還抵抗とを備え、その
第２の帰還抵抗は第１の帰還抵抗に実質的に並列接続さ
れ、ローパスフィルタ回路ＬＰＦを通過した直流分に対
して全体として第１の帰還抵抗の抵抗値より低い抵抗値
にして出力電圧のＡＣ成分がとりうる上限を上昇させる
ようにしたので、高い受光レベルで動作した場合にも出
力電流PDが上限に達せず、出力電流PDから反転増幅器に
より変換され、出力端子から出力された出力電圧の出力
波形に歪みが生じることがなく、デューティの劣化を招
くことがなくなり、感度を劣化させずに大耐入力特性を
改善し、ダイナミックレンジを拡大させる効果が得られ
る。
増幅器の出力側にそれから出力された電圧の直流分だけ
を通過させるローパスフィルタ回路と、ローパスフィル
タ回路から出力された直流分の電圧をレベルシフトして
出力する第２のエミッタフォロワと、第２のエミッタフ
ォロワ回路から出力された直流分の電圧を反転電圧増幅
器の入力側に帰還させる第２の帰還抵抗とを備え、その
第２の帰還抵抗は第１の帰還抵抗に実質的に並列接続さ
れ、ローパスフィルタ回路ＬＰＦを通過した直流分に対
して全体として第１の帰還抵抗の抵抗値より低い抵抗値
にして出力電圧のＡＣ成分がとりうる上限を上昇させる
ようにしたので、高い受光レベルで動作した場合にも出
力電流PDが上限に達せず、出力電流PDから反転増幅器に
より変換され、出力端子から出力された出力電圧の出力
波形に歪みが生じることがなく、デューティの劣化を招
くことがなくなり、感度を劣化させずに大耐入力特性を
改善し、ダイナミックレンジを拡大させる効果が得られ
る。
【図１】本発明の実施形態１の電流電圧変換増幅回路の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】図１の電流電圧変換増幅回路と等価な具体的な
回路を示す回路図である。
回路を示す回路図である。
【図３】従来の光受信装置に用いられた電流電圧変換増
幅回路の概念を示すブロック図である。
幅回路の概念を示すブロック図である。
【図４】従来の電流電圧変換増幅回路の各部位の波形図
である。
である。
【図５】フォトダイオードの出力電流のオフセット成分
とＡＣ成分を示す波形図である。
とＡＣ成分を示す波形図である。
【図６】従来例と本発明の出力電圧の波形をそれぞれ示
す波形図である。
す波形図である。
【図７】従来の電流電圧変換増幅回路のブロック図であ
る。
る。
【図８】図７の電流電圧変換増幅回路と等価な具体的な
回路を示す回路図である。
回路を示す回路図である。
１ 入力端子 ２Ａ 出力端子 ６ 第１の帰還抵抗 ７ 第２の帰還抵抗 ＡＭＰ 反転増幅器 ＥＦ１ 第１のエミッタフォロワ ＥＦ２ 第２のエミッタフォロワ ＬＰＦ ローパスフィルタ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06 (72)発明者 山岡 信介 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 受光素子の出力電流が入力される入力端
子と、 入力端子に入力された入力電流を電圧に変換し、増幅す
る反転電圧増幅器と、 反転電圧増幅器から出力された電圧をレベルシフトして
出力する第１のエミッタフォロワと、 第１のエミッタフォロワ回路の出力側に設けられた出力
端子と、 反転電圧増幅器から出力された電圧を反転電圧増幅器の
入力側に帰還させる第１の帰還抵抗と、 反転電圧増幅器から出力された電圧の直流分だけを通過
させるローパスフィルタ回路と、 ローパスフィルタ回路から出力された直流分の電圧をレ
ベルシフトして出力する第２のエミッタフォロワと、 第２のエミッタフォロワから出力された直流分の電圧を
反転電圧増幅器の入力側に帰還させる第２の帰還抵抗と
を、 備えたことを特徴とする電流電圧変換増幅器。 - 【請求項２】 受光素子の出力電流が入力される入力端
子と、 ベースが入力端子に接続され、コレクタが抵抗を介して
供給電源に接続され、エミッタがグラウンドに接続され
た第１のトランジスタと、 ベースが第１のトランジスタのコレクタに接続され、コ
レクタが抵抗を介して供給電源に接続され、エミッタが
抵抗を介してグラウンドに接続された第２のトランジス
タと、 第２のトランジスタのエミッタに接続された出力端子
と、 一端がそれぞれ互いに接続され、他端が第２のトランジ
スタのベースに接続された抵抗と他端がグラウンドに接
続された容量とからなるローパスフィルタ回路と、 ベースがローパスフィルタ回路の抵抗と容量の接続点に
接続され、コレクタが抵抗を介して供給電源に接続さ
れ、エミッタが抵抗を介してグラウンドに接続された第
３のトランジスタと、 第２のトランジスタのエミッタと第１のトランジスタの
ベースとの間に設けられた第１の帰還抵抗と、 第３のトランジスタのエミッタと第１のトランジスタの
ベースとの間に設けられた第２の帰還抵抗とを、 備えたことを特徴とする電流電圧変換増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8045694A JPH09246878A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | 電流電圧変換増幅回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8045694A JPH09246878A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | 電流電圧変換増幅回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09246878A true JPH09246878A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=12726501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8045694A Pending JPH09246878A (ja) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | 電流電圧変換増幅回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09246878A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003103139A1 (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-11 | 日本電気株式会社 | 増幅信号経路と帰還信号経路が分離された帰還増幅器 |
| JP2012175168A (ja) * | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 電流電圧変換回路、発振回路 |
| JP2017181252A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 新日本無線株式会社 | Ｃｖ変換回路 |
-
1996
- 1996-03-04 JP JP8045694A patent/JPH09246878A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003103139A1 (ja) * | 2002-05-30 | 2003-12-11 | 日本電気株式会社 | 増幅信号経路と帰還信号経路が分離された帰還増幅器 |
| US7183853B2 (en) | 2002-05-30 | 2007-02-27 | Nec Corporation | Feedback amplifier having amplified signal path and feedback signal path separated |
| JP2012175168A (ja) * | 2011-02-17 | 2012-09-10 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 電流電圧変換回路、発振回路 |
| JP2017181252A (ja) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 新日本無線株式会社 | Ｃｖ変換回路 |
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