JPH09246880A - 増幅回路 - Google Patents

増幅回路

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JPH09246880A
JPH09246880A JP8075345A JP7534596A JPH09246880A JP H09246880 A JPH09246880 A JP H09246880A JP 8075345 A JP8075345 A JP 8075345A JP 7534596 A JP7534596 A JP 7534596A JP H09246880 A JPH09246880 A JP H09246880A
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Makoto Nakamura
誠 中村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定して高感度でしかも広帯域特性を有する
光受信用前置増幅回路を提供することを目的とするもの
である。 【解決手段】 信号増幅を行う第1のトランジスタ2
と、FETからなる第1のアクティブ負荷3とで構成さ
れるソース接地増幅回路と、第1のトランジスタ2のコ
レクタ出力信号を入力する第2のトランジスタ4と第1
の電流源5とで構成されるソースフォロワ回路と、上記
ソースフォロワ回路の出力端子と上記ソース接地増幅回
路の入力端子とを接続する帰還抵抗7と、上記ソース接
地増幅回路の入力端子と、上記アクティブ負荷を構成す
るFETのゲート端子とを接続する容量と、上記アクテ
ィブ負荷3を構成するFETのゲート端子と電源とを接
続するインピーダンス素子とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光受信回路におい
て、光検出器等によって光/電気変換された電流信号を
電圧信号に変換するインピーダンス変換増幅回路に係
り、特に、光検出器等の入力容量と帰還抵抗とに起因す
る入力抵抗による入力時定数によってその利得帯域が制
限される前置増幅回路の高感度、広帯域化に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図8は、光受信器における光検出器PD
と従来の光受信用前置増幅回路AMPとを示す図であ
る。
【0003】この図8の回路において、光検出器PD
は、受信した光信号の強度に応じて電流信号を出力し、
この電流信号を前置増幅回路AMPが電圧信号にインピ
ーダンス変換し、信号増幅を行う。
【0004】図9は、従来の前置増幅回路AMPの一般
的な回路を示す図である。
【0005】光受信用前置増幅回路AMPは、ソース接
地増幅回路2とソースフォロワ回路4とによって増幅回
路を構成し、帰還抵抗7を介して、出力信号(反転)を
入力に負帰還することによって、増幅回路AMPを安定
化し、入力インピーダンスを低減することができる。な
お、前置増幅回路AMPにおいて、負荷インピーダンス
素子10と電源トランジスタ5とが設けられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】次に、前置増幅回路A
MPにおける帯域特性の制限要因について説明する。増
幅回路AMPの帯域fw は次のようにして求められる。 fw =1/(2πRinin)………(1) =Ao /(2πRfin)……(2) ここで、Rinは入力抵抗、Cinは入力容量、Rf は帰還
抵抗、Ao は増幅回路の開ループ利得である。
【0007】この並列帰還型インピーダンス変換増幅回
路AMPにおいて、インピーダンス変換利得Zt は、ほ
ぼ帰還抵抗Rf と等価である。したがって、受信回路の
高感度化のためには、この帰還抵抗Rf を大きくするこ
とが有効である。ところで、帰還抵抗Rf は、次の式
(3)に示すように、入力抵抗Rinに比例して大きくな
る。 Rin=Rf /Ao ……(3) したがって、受信回路を高感度化しようとして、帰還抵
抗Rf を大きくすると、入力抵抗Rinが大きくなり、入
力時定数が大きくなり、帯域劣化を引き起こす。このた
めに、光受信回路AMPにおいては、高感度でありしか
も広帯域な増幅回路を実現することが困難であるという
問題がある。
【0008】一方、入力抵抗Rinを低減するためには、
式(3)に示すように、開ループ利得Ao を大きくする
ことが有効である。ところで、増幅回路が一段である場
合、その位相の遅れは極が1つであるので、図10に示
すように、低周波では、負帰還を行って安定性を確保で
きるが、高周波では、開ループ利得Ao を大きくする
と、位相遅延量が大きくなり、負帰還動作が不安定にな
る。
【0009】上記のように、従来の光受信用前置増幅回
路AMPにおいて、広帯域化を目的として入力時定数を
小さくするために入力抵抗を低減し、このために並列帰
還増幅回路の開ループ利得を大きくすると、高周波での
位相遅延量が大きくなり、負帰還増幅が不安定動作を引
き起こす。したがって、広帯域化が困難であるという問
題がある。
【0010】また、より高い開ループ利得を得ようとす
ると、1段の増幅回路では限界があるので、多段の増幅
回路を使用することが考えられる。
【0011】図11は、増幅回路を多段接続した構成を
示す図である。図12は、2段以上の反転増幅回路にお
ける利得・位相の周波数特性を示す図である。図13
は、増幅回路における信号位相関係を示す図である。
【0012】図11に示すような多段化構成増幅回路に
おいては、極が2つ以上になるので、高周波において位
相の遅れが3π/2(270度)に近づくかそれ以上に
なるために、負帰還を行った場合、図12に示すよう
に、不安定な動作をしたり発振を起こしたりする場合が
ある。
【0013】つまり、図12に示すように、低周波で
は、入力信号に対して位相遅延量πの反転信号を出力す
るが、高周波では、位相遅延が大きくなり、出力信号位
相が入力信号に対して帯域内で3π/2を越えると、図
13に示すように、入力信号と同位相成分が生じ、帰還
ループ動作が不安定になり、最悪の場合には発振を引き
起こす。
【0014】すなわち、負帰還増幅回路において、一般
には、入力信号を位相反転した出力信号を入力に帰還す
ることによって安定化を行っているが、図13に示すよ
うに、この出力信号に正転信号成分が現れると正帰還に
転じ、動作は不安定になり、正転信号出力を入力に完全
に帰還すると発振するという問題がある。
【0015】本発明は、安定して高感度でしかも広帯域
特性を有する光受信用前置増幅回路を提供することを目
的とするものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、信号増幅を行
う第1のトランジスタとFETからなる第1のアクティ
ブ負荷とで構成されているソース接地増幅回路と、上記
第1のトランジスタのドレイン出力信号を入力する第2
のトランジスタと第1の電流源とで構成されているソー
スフォロワ回路と、上記ソースフォロワ回路の出力端子
と上記ソース接地増幅回路の入力端子とを接続する帰還
抵抗と、上記ソース接地増幅回路の入力端子と上記アク
ティブ負荷を構成するFETのゲート端子とを接続する
容量と、上記アクティブ負荷を構成するFETのゲート
端子と電源とを接続するインピーダンス素子とを有する
増幅回路である。
【0017】
【発明の実施の形態および実施例】図1は、本発明の一
実施例である光受信用前置増幅回路AMP1を示す回路
図である。増幅回路AMP1は、入力端子1と、ソース
接地トランジスタ2と、アクティブ負荷3と、ソースフ
ォロワトランジスタ4と、電流源トランジスタ5と、出
力端子6と、帰還抵抗7と、位相補償用容量8と、位相
補償用インピーダンス素子9とを有する。
【0018】ソース接地増幅トランジスタ2とアクティ
ブ負荷3とによってソース接地回路が構成され、このソ
ース接地回路と出力バッファのソースフォロワトランジ
スタ4と帰還抵抗7とによって並列帰還増幅回路が構成
され、このアクティブ負荷3がFETで構成されてい
る。
【0019】次に、光受信用前置増幅回路AMP1の動
作について説明する。
【0020】まず、アクティブ負荷3を構成するFET
のゲートに入力信号が印加され、位相補償用容量8によ
って高周波成分のみ位相補償を行い、この位相補償され
た信号を出力信号と合成することによって、増幅回路A
MP1の位相遅延が抑えられ、負帰還増幅における安定
動作が可能になる。
【0021】図2は、本発明の他の実施例である光受信
用前置増幅回路AMP2を示す図である。
【0022】増幅回路AMP2は、基本的には、増幅回
路AMP1と同じであり、増幅回路AMP1中の位相補
償用インピーダンス素子9の代わりに、FET31と位
相補償用固定抵抗32とを使用し、増幅回路AMP1中
のソース接地トランジスタ2にFET34が付加されて
いる。また、FET31と固定抵抗32と容量8とFE
T3とによって、位相補償回路33が構成されている。
【0023】増幅回路AMP2において、FET31の
ゲート電位を調整することによって、位相補償するため
の位相遅延量を任意に設定可能になり、また、帰還抵抗
7による負帰還に加えて、FET34による負帰還回路
によって、さらに安定動作を得ることができる。
【0024】図3は、本発明の別の実施例である光受信
用前置増幅回路AMP3を示す図である。
【0025】増幅回路AMP3は、位相補償回路付きの
基本増幅回路AMP21、AMP22、AMP23を有
し、この基本増幅回路AMP21、AMP22、AMP
23が3段縦列に接続された回路である。また、基本増
幅回路AMP21、AMP22、AMP23のそれぞれ
は、基本的には、増幅回路AMP2と同じであるが、負
帰還抵抗7の代わりに、FET71、72、73が使用
され、FET71、72、73の各ゲートがそれぞれ出
力端子6に接続されている。また、増幅回路AMP3の
全体の帰還抵抗70が設けられている。
【0026】増幅回路AMP3は、帰還増幅回路におい
て高い開ループ利得を得ることができる。つまり、増幅
回路AMP3においては、高いインピーダンス変換利得
が得られるよう大きな帰還抵抗に対して入力インピーダ
ンスを低減できるので、前置増幅回路の広帯域性と高感
度特性との両立が可能になる。また、増幅回路AMP3
においては、基本回路AMP21、AMP22、AMP
23のそれぞれの並列帰還にFET71、72、73が
使用され、これらFET71、72、73の各ゲートが
出力端子6に接続されていることによって、信号振幅に
応じて、帰還抵抗(FET71、72、73のインピー
ダンス)を可変するので、多段構成における安定性が向
上される。
【0027】図4は、増幅回路AMP3と、従来の増幅
回路とにおいて、インピーダンス変換利得Zt の周波数
特性を測定した結果を示す図である。
【0028】入力容量を2.5pFにした場合、光受信
用前置増幅回路AMP3では、インピーダンス変換利得
が約90dBΩであり、従来回路ICに対して約2倍の
周波数特性(インピーダンス変換利得)を得ることがで
きた。
【0029】つまり、上記各実施例では、入力容量と入
力抵抗(主に帰還抵抗)とからなる入力時定数を低減
し、増幅回路の高感度化、広帯域化が可能になり、した
がって、高感度、広帯域な光受信器を実現する場合、一
般的な光検出器モジュールを使用することができ、受信
回路の経済化に有効である。
【0030】上記実施例によれば、増幅回路AMP1、
AMP2、AMP3の入力端子1とアクティブ負荷FE
T3のゲートとを容量8で接続することによって、入力
信号の高周波成分を補い、広帯域特性を得ている。ま
た、この容量8と直列にインピーダンス9、32を接続
することによって、補償する高周波信号の位相を変化さ
せ、増幅器AMP1、AMP2、AMP3の位相を補償
する。これによって、負帰還増幅回路において高周波で
の位相遅延を補償できるので、増幅動作を安定させるこ
とができる。また、増幅回路の多段構成では、各増幅回
路における高周波での位相遅延が加算され、一般に、位
相遅延量が大きくなるので、増幅回路AMP3の多段構
成においては位相補償回路の効果が大きい。
【0031】図5は、上記実施例における信号の位相関
係を示す図である。図6は、従来回路における信号の位
相関係を示す図である。図7は、上記実施例における位
相補償による信号の位相関係を示す図である。
【0032】低周波では、入力信号に対して位相遅延が
ない反転出力信号を得られ、負帰還によって増幅回路の
安定化が図られるが、従来例では、高周波においては、
図6に示すように、位相遅延出力信号23のように、位
相遅延がない出力信号22に対して、位相遅延が大きく
なり、正転信号成分が現れ、動作が不安定になる。
【0033】ところが、上記実施例においては、図7に
示すように、位相遅延がない出力信号22に対して、高
周波成分のみ位相補償された位相補償信号24を生成
し、位相遅延出力信号23と入力信号とを出力において
合成することによって、位相補償を行うものである。こ
れによって位相補償された出力信号25は、従来の位相
遅延出力信号の反転出力23に対して、位相遅延を小さ
くできるので、負帰還動作が安定化される。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、光信号を電気信号に変
換する光受信器の前置増幅回路において、入力容量とト
ランスインピーダンスとからなる入力時定数を低減する
ことができ、安定して、光受信器の高感度化、広帯域化
が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である光受信用前置増幅回路
AMP1を示すである。
【図2】本発明の他の実施例である光受信用前置増幅回
路AMP2を示す図である。
【図3】本発明の別の実施例である光受信用前置増幅回
路AMP3を示す図である。
【図4】増幅回路AMP3と、従来の増幅回路とにおい
て、インピーダンス変換利得Zt の周波数特性を測定し
た結果を示す図である。
【図5】上記実施例における信号の位相関係を示す図で
ある。
【図6】従来回路における信号の位相関係を示す図であ
る。
【図7】上記実施例における位相補償による信号の位相
関係を示す図である。
【図8】光受信器における光検出器PDと従来の前置増
幅回路AMPとを示す回路図である。
【図9】従来の一般的な光受信用前置増幅回路AMPを
示す図である。
【図10】増幅回路における信号位相関係を示す図であ
る。
【図11】増幅回路を多段接続した構成を示す図であ
る。
【図12】2段以上の反転増幅回路における利得・位相
の周波数特性を示す図である。
【図13】増幅回路における信号位相関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
AMP1、AMP2、AMP3…光受信用前置増幅回
路、 1…入力端子、 2…ソース接地トランジスタ、 3…アクティブ負荷、 4…ソースフォロワトランジスタ、 5…電流源トランジスタ、 6…出力端子、 7…帰還抵抗、 8…位相補償用容量、 9、32…位相補償用インピーダンス素子、 31、34…FET、 33…位相補償回路。
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号増幅を行う第1のトランジスタと、
    FETからなる第1のアクティブ負荷とで構成されてい
    るソース接地増幅回路と;上記第1のトランジスタのド
    レイン出力信号を入力する第2のトランジスタと第1の
    電流源とで構成されているソースフォロワ回路と;上記
    ソースフォロワ回路の出力端子と、上記ソース接地増幅
    回路の入力端子とを接続する帰還抵抗と;上記ソース接
    地増幅回路の入力端子と、上記アクティブ負荷を構成す
    るFETのゲート端子とを接続する容量と;上記アクテ
    ィブ負荷を構成するFETのゲート端子と電源とを接続
    するインピーダンス素子と;を有することを特徴とする
    増幅回路。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 上記ソース接地増幅回路と、上記ソースフォロワ回路
    と、上記容量と、上記インピーダンス素子とを有する増
    幅回路が、複数段縦列接続され、最終段増幅回路の出力
    端子と初段増幅回路の入力端子とが接続されていること
    を特徴とする増幅回路。
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