JPH11331097A - 差動光信号受信機 - Google Patents
差動光信号受信機Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
-
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
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- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
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- H04B10/697—Arrangements for reducing noise and distortion
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、干渉除去回路を有する差動光信号
受信機に関し、特に、様々な電子的な発生源から生じる
干渉を除去する、改善された干渉除去能力を有する光受
信機を提供する。 【解決手段】 本発明の差動光信号受信機は、受信差動
光信号を検出し、それを差動電気信号に変換する差動光
信号検出器と、該差動電気信号以外の電気的干渉信号を
除去するよう該差動電気信号を処理する、共通源負荷を
含む差動電気回路からなることを特徴とする。
受信機に関し、特に、様々な電子的な発生源から生じる
干渉を除去する、改善された干渉除去能力を有する光受
信機を提供する。 【解決手段】 本発明の差動光信号受信機は、受信差動
光信号を検出し、それを差動電気信号に変換する差動光
信号検出器と、該差動電気信号以外の電気的干渉信号を
除去するよう該差動電気信号を処理する、共通源負荷を
含む差動電気回路からなることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、光信号受信機に関し、特
に干渉除去回路を有する差動光信号受信機に関する。
に干渉除去回路を有する差動光信号受信機に関する。
【０００２】
【発明の背景】電子的な処理要素の間で通信を行うた
め、次第に光信号が使用されるようになっている。適用
業務によっては、多量の情報を一緒に処理する必要があ
るため、多くの光信号を処理する必要性が生じる。この
処理が電子的になされる場合、多数の光信号を電気信号
に変換した後、その結果生じた電気的情報を処理する必
要がある。特にこの処理が集積された光受信機アレーに
よってなされる場合、受信機は広範囲の潜在的な発生源
からの干渉を受けやすい。様々な電子的な発生源から生
じる干渉を除去する、改善された干渉除去能力を有する
光受信機が望ましい。
め、次第に光信号が使用されるようになっている。適用
業務によっては、多量の情報を一緒に処理する必要があ
るため、多くの光信号を処理する必要性が生じる。この
処理が電子的になされる場合、多数の光信号を電気信号
に変換した後、その結果生じた電気的情報を処理する必
要がある。特にこの処理が集積された光受信機アレーに
よってなされる場合、受信機は広範囲の潜在的な発生源
からの干渉を受けやすい。様々な電子的な発生源から生
じる干渉を除去する、改善された干渉除去能力を有する
光受信機が望ましい。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、干渉除去回路
を有する差動光信号受信機を使用して従来技術の干渉問
題を解決することに向けられる。
を有する差動光信号受信機を使用して従来技術の干渉問
題を解決することに向けられる。
【０００４】より詳細には、（１）受信差動光信号を検
出しそれを差動電気信号(differential optical signa
l)に変換する差動光信号検出器と（２）差動光信号以外
の電気干渉信号を除去するように差動電気信号を処理す
る、共通発生源負荷(common source load)を含む差動電
気回路とを備える差動光信号受信機が開示される。本発
明の他の実施例によれば、差動電気回路には、差動電気
信号を受信し増幅するよう接続された差動トランスイン
ピーダンス前置増幅器(pre-amplifier)が含まれる。他
の実施例では、差動電気回路にはさらに、差動トランス
インピーダンス前置増幅器(differential transimpedan
ce preamplifier)からの出力信号を受信するよう接続さ
れた差動増幅回路が含まれる。
出しそれを差動電気信号(differential optical signa
l)に変換する差動光信号検出器と（２）差動光信号以外
の電気干渉信号を除去するように差動電気信号を処理す
る、共通発生源負荷(common source load)を含む差動電
気回路とを備える差動光信号受信機が開示される。本発
明の他の実施例によれば、差動電気回路には、差動電気
信号を受信し増幅するよう接続された差動トランスイン
ピーダンス前置増幅器(pre-amplifier)が含まれる。他
の実施例では、差動電気回路にはさらに、差動トランス
インピーダンス前置増幅器(differential transimpedan
ce preamplifier)からの出力信号を受信するよう接続さ
れた差動増幅回路が含まれる。
【０００５】差動光信号受信機の１つの実施例では、差
動電気回路と差動増幅回路は共通チップ上に一緒に集積
されている。チップで利用される素子は、相補形金属酸
化膜半導体（Ｃomplementary Ｍetal Ｏxide Ｓemicond
uctor：ＣＭＯＳ）技術または他の類似の超大規模集積
（Ｖery Ｌarge Ｓcale Ｉntegration：ＶＳＬＩ）技術
を使用して製造される電界効果トランジスタ（Ｆield
Ｅffect Ｔransistor）である。
動電気回路と差動増幅回路は共通チップ上に一緒に集積
されている。チップで利用される素子は、相補形金属酸
化膜半導体（Ｃomplementary Ｍetal Ｏxide Ｓemicond
uctor：ＣＭＯＳ）技術または他の類似の超大規模集積
（Ｖery Ｌarge Ｓcale Ｉntegration：ＶＳＬＩ）技術
を使用して製造される電界効果トランジスタ（Ｆield
Ｅffect Ｔransistor）である。
【０００６】
【発明の詳細な記述】以下の説明では、各図の各項目ま
たはブロックは、それに関連する参照番号を有し、その
最初の数字はその項目が最初に出てくる図を示す（例え
ば、１０１は図１に出てくる）。説明が本発明者または
他者の先行業績を参照する場合、こうした参照は、本明
細書の最後に列記された参考文献にあることを示す括弧
入り数字［参考文献２］によって示される。
たはブロックは、それに関連する参照番号を有し、その
最初の数字はその項目が最初に出てくる図を示す（例え
ば、１０１は図１に出てくる）。説明が本発明者または
他者の先行業績を参照する場合、こうした参照は、本明
細書の最後に列記された参考文献にあることを示す括弧
入り数字［参考文献２］によって示される。
【０００７】光受信機には通常多数の別個の特定可能な
要素が含まれる。これらは多くの参考文献［参考文献
６、７］で説明されている。こうした従来技術の受信機
が図１のブロック図で示される。光信号は、検出器１０
１で受信されて電気信号に変換され、前置増幅器１０２
で増幅され、チャネル・フィルタ１０３でろ波され、決
定回路１０４でデジタル出力信号に変換される。時折、
後置増幅器（post-amplifier：図示せず）が前置増幅器
１０２の後に挿入されることがある。
要素が含まれる。これらは多くの参考文献［参考文献
６、７］で説明されている。こうした従来技術の受信機
が図１のブロック図で示される。光信号は、検出器１０
１で受信されて電気信号に変換され、前置増幅器１０２
で増幅され、チャネル・フィルタ１０３でろ波され、決
定回路１０４でデジタル出力信号に変換される。時折、
後置増幅器（post-amplifier：図示せず）が前置増幅器
１０２の後に挿入されることがある。
【０００８】多数の光入力および出力をＣＭＯＳ ＶＬ
ＳＩ回路に集積することは周知である［参考文献２、
３］。こうした集積は、様々な理由から魅力的である
が、そのうち少なからぬものは、多量の情報をＶＬＳＩ
チップに出し入れする能力という、ＣＭＯＳ ＶＬＳＩ
の複雑さと速度が増大するに連れて電気的に実現するこ
とが困難になっている課題である。ＣＭＯＳ ＶＬＳＩ
には多数のデジタル処理要素が存在し、それらの要素は
導電性基板内に製造され、ｐ−ｎ接合によって互いに絶
縁されている［参考文献５］。動作の過程で、これらの
デジタル要素はスプリアス信号を発生する。ＣＭＯＳ
ＶＬＳＩチップはこれらの信号を過剰に有し、非常に
「雑音の多い」環境となる。その影響のあるものは以下
に要約されており、さらに様々な参考文献に見られる
［参考文献５、１］。
ＳＩ回路に集積することは周知である［参考文献２、
３］。こうした集積は、様々な理由から魅力的である
が、そのうち少なからぬものは、多量の情報をＶＬＳＩ
チップに出し入れする能力という、ＣＭＯＳ ＶＬＳＩ
の複雑さと速度が増大するに連れて電気的に実現するこ
とが困難になっている課題である。ＣＭＯＳ ＶＬＳＩ
には多数のデジタル処理要素が存在し、それらの要素は
導電性基板内に製造され、ｐ−ｎ接合によって互いに絶
縁されている［参考文献５］。動作の過程で、これらの
デジタル要素はスプリアス信号を発生する。ＣＭＯＳ
ＶＬＳＩチップはこれらの信号を過剰に有し、非常に
「雑音の多い」環境となる。その影響のあるものは以下
に要約されており、さらに様々な参考文献に見られる
［参考文献５、１］。
【０００９】・少数および多数キャリアの基板への注入 ・要素を外部電源に接続する導線上の電源電位からの過
渡偏差(transient deviation) ・要素を接地電位に接続する導線上の接地電位からの過
渡偏差 ・急激に移動する電荷からの放射 ・チップ上の信号、接地および電源線路を流れる電流の
誘導結合 ・チップ上の導線間の電圧信号の容量結合
渡偏差(transient deviation) ・要素を接地電位に接続する導線上の接地電位からの過
渡偏差 ・急激に移動する電荷からの放射 ・チップ上の信号、接地および電源線路を流れる電流の
誘導結合 ・チップ上の導線間の電圧信号の容量結合
【００１０】特に、電源と接地の雑音は、線形増幅器を
通じて結合することによって増大し、信号の破損を生じ
得るため重要な干渉源である。これらの干渉源は、論理
要素のしきい値および再生特性のためデジタル論理によ
って許容されることがある［参考文献５］。
通じて結合することによって増大し、信号の破損を生じ
得るため重要な干渉源である。これらの干渉源は、論理
要素のしきい値および再生特性のためデジタル論理によ
って許容されることがある［参考文献５］。
【００１１】他方、光受信機は、比較的小さな光信号
を、光受信機を取り巻くデジタル論理によってさらに処
理するために適した完全論理レベル信号(full-logic-le
vel signal)に変換することを目的としている。従っ
て、光受信機は近くのデジタル論理源にも必然的に影響
されやすくなる。こうした干渉は受信信号を破損するこ
とがあるため、受信機をできる限りこうした干渉源から
遮蔽することが望ましい。デジタル処理回路がない場合
でも、特に隣接した受信機が同じ半導体基板上に一緒に
集積されている場合、受信機は隣接受信機の干渉を受け
やすい。隣接受信機要素からのこうした干渉は、「クロ
ストーク(crosstalk)」と呼ばれることが多い。
を、光受信機を取り巻くデジタル論理によってさらに処
理するために適した完全論理レベル信号(full-logic-le
vel signal)に変換することを目的としている。従っ
て、光受信機は近くのデジタル論理源にも必然的に影響
されやすくなる。こうした干渉は受信信号を破損するこ
とがあるため、受信機をできる限りこうした干渉源から
遮蔽することが望ましい。デジタル処理回路がない場合
でも、特に隣接した受信機が同じ半導体基板上に一緒に
集積されている場合、受信機は隣接受信機の干渉を受け
やすい。隣接受信機要素からのこうした干渉は、「クロ
ストーク(crosstalk)」と呼ばれることが多い。
【００１２】本発明によれば、受信光信号が相補光信号
(complementary optical signal)として利用できる場
合、差動光信号受信機を様々な電子的発生源から生じた
干渉を除去するように設計できることを認識した。特
に、本発明の差動光信号受信機には、受信機の近くに存
在する電気的発生源から生じる干渉を大きく低減する干
渉除去要素が含まれる。この受信機は、デジタル論理源
からの干渉と隣接受信機からのクロストーク、特に電源
および接地線路からの結合による雑音に対する耐性を有
する。この機能を行うのは本受信機の干渉除去段である
が、この段を完全に利用するためには、受信機の他の段
を設計し直す必要がある。
(complementary optical signal)として利用できる場
合、差動光信号受信機を様々な電子的発生源から生じた
干渉を除去するように設計できることを認識した。特
に、本発明の差動光信号受信機には、受信機の近くに存
在する電気的発生源から生じる干渉を大きく低減する干
渉除去要素が含まれる。この受信機は、デジタル論理源
からの干渉と隣接受信機からのクロストーク、特に電源
および接地線路からの結合による雑音に対する耐性を有
する。この機能を行うのは本受信機の干渉除去段である
が、この段を完全に利用するためには、受信機の他の段
を設計し直す必要がある。
【００１３】図２を参照して、本差動光信号受信機のブ
ロック図を説明する。図示されるように、相補光入力信
号が検出器２０１および２０２に適用される。結果とし
て生じる差動電気信号はそれぞれ前置増幅器２０３およ
び２０４によって増幅され、干渉除去要素または段２０
５に適用される。前置増幅器２０３および２０４は各々
シングルエンド・トランスインピーダンス増幅器(singl
e-ended transimpedance amplifiers)であり、対応する
検出ダイオード３０１および３０２からの入力電流をそ
れぞれ入力Ｑ１およびＱ３への電圧信号に変換する。必
要な場合、後置増幅器２０６およびチャネル・フィルタ
２０７が利用される。その後差動信号は決定回路２０８
でデジタル化され、差動デジタル出力が得られる。
ロック図を説明する。図示されるように、相補光入力信
号が検出器２０１および２０２に適用される。結果とし
て生じる差動電気信号はそれぞれ前置増幅器２０３およ
び２０４によって増幅され、干渉除去要素または段２０
５に適用される。前置増幅器２０３および２０４は各々
シングルエンド・トランスインピーダンス増幅器(singl
e-ended transimpedance amplifiers)であり、対応する
検出ダイオード３０１および３０２からの入力電流をそ
れぞれ入力Ｑ１およびＱ３への電圧信号に変換する。必
要な場合、後置増幅器２０６およびチャネル・フィルタ
２０７が利用される。その後差動信号は決定回路２０８
でデジタル化され、差動デジタル出力が得られる。
【００１４】本発明の干渉／クロストーク除去光受信機
は、同相信号(common-mode signal)を除去する差動増幅
器の原理に基づいている。この原理は様々な教科書に十
分に説明されている［参考文献４］。従って、電源雑音
によって被った信号の変化を除去するためには、その変
化が差動増幅器の同相に現れるようにすることによっ
て、その出力が増幅器の相補出力間の差として得られる
場合増幅器の信号出力中で除去されることが望ましい。
同相除去の場合、差動増幅器の両側の応答特性を正しく
均衡させることが特に重要である。従って、例えば、電
流ミラー技術によってＣＭＯＳ差動増幅器の負荷要素に
バイアスをかける一般的に使用される慣行はここでは不
適当であり、シミュレーションでは干渉除去の不良に帰
結する。［参考文献４］
は、同相信号(common-mode signal)を除去する差動増幅
器の原理に基づいている。この原理は様々な教科書に十
分に説明されている［参考文献４］。従って、電源雑音
によって被った信号の変化を除去するためには、その変
化が差動増幅器の同相に現れるようにすることによっ
て、その出力が増幅器の相補出力間の差として得られる
場合増幅器の信号出力中で除去されることが望ましい。
同相除去の場合、差動増幅器の両側の応答特性を正しく
均衡させることが特に重要である。従って、例えば、電
流ミラー技術によってＣＭＯＳ差動増幅器の負荷要素に
バイアスをかける一般的に使用される慣行はここでは不
適当であり、シミュレーションでは干渉除去の不良に帰
結する。［参考文献４］
【００１５】差動増幅器を利用するために、信号を増幅
器の両側に供給する必要がある。さらに、増幅器に正し
くバイアスをかけることが必要である。受信機を使用し
て特殊コード化なしにデジタル信号を処理する場合、こ
のバイアスが受信機の段間の交流結合なしに得られるこ
とが望ましい。
器の両側に供給する必要がある。さらに、増幅器に正し
くバイアスをかけることが必要である。受信機を使用し
て特殊コード化なしにデジタル信号を処理する場合、こ
のバイアスが受信機の段間の交流結合なしに得られるこ
とが望ましい。
【００１６】図３を参照すると、上記の目標は差動増幅
器３０５の入力を（必要な場合）２つの前置増幅器３０
３および３０４から供給することによって達成される
が、その前記増幅器は各々入力フォトダイオード３０１
および３０２によって駆動され、さらにその入力フォト
ダイオードは光入力データ信号の差動対(differentialp
air)によって駆動されている。入力前置増幅器３０３お
よび３０４が互いに近接して配置されている場合、これ
らは同じレベルの電気的干渉を経験するが、この電気的
干渉は干渉除去差動増幅段３０５によって同様に増幅さ
れ除去される。このクロストーク減少段３０５は差動電
気信号を発生するが、これはシングルエンド電気信号(s
ingle-ended electrical signal)より干渉に強いことが
知られている。
器３０５の入力を（必要な場合）２つの前置増幅器３０
３および３０４から供給することによって達成される
が、その前記増幅器は各々入力フォトダイオード３０１
および３０２によって駆動され、さらにその入力フォト
ダイオードは光入力データ信号の差動対(differentialp
air)によって駆動されている。入力前置増幅器３０３お
よび３０４が互いに近接して配置されている場合、これ
らは同じレベルの電気的干渉を経験するが、この電気的
干渉は干渉除去差動増幅段３０５によって同様に増幅さ
れ除去される。このクロストーク減少段３０５は差動電
気信号を発生するが、これはシングルエンド電気信号(s
ingle-ended electrical signal)より干渉に強いことが
知られている。
【００１７】クロストーク減少段３０５の動作は以下で
ある。入力の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１およ
びＱ３は共通ソース・インピーダンスＦＥＴ Ｑ５を共
有する。ＦＥＴは負のゲートを有するものと想定され、
正ゲートＦＥＴはＰＦＥＴと表示されることに留意され
たい。ＦＥＴは相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技
術または他の類似の超大規模集積（ＶＬＳＩ）技術を使
用して製造される。
ある。入力の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１およ
びＱ３は共通ソース・インピーダンスＦＥＴ Ｑ５を共
有する。ＦＥＴは負のゲートを有するものと想定され、
正ゲートＦＥＴはＰＦＥＴと表示されることに留意され
たい。ＦＥＴは相補形金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技
術または他の類似の超大規模集積（ＶＬＳＩ）技術を使
用して製造される。
【００１８】Ｑ１およびＱ３のゲートに適用された差動
入力信号に応答して、ＦＥＴ Ｑ５は非常に低い信号イ
ンピーダンスを示す。その結果Ｑ１およびＱ３に大きな
差信号電流が流れ、それぞれの負荷インピーダンスに
（ＯＵＴとＯＵＴバーのリードに）実質上の差動出力電
圧を発生する。ＣＭＯＳ技術では抵抗を形成することが
困難なので、ダイオード・インピーダンス（ダイオード
として接続されたＰＦＥＴ Ｑ２およびＱ５によって形
成される）が利用される。従って、クロストーク減少段
３０５は差動移入力信号に対して実質上の利得を発生す
る。
入力信号に応答して、ＦＥＴ Ｑ５は非常に低い信号イ
ンピーダンスを示す。その結果Ｑ１およびＱ３に大きな
差信号電流が流れ、それぞれの負荷インピーダンスに
（ＯＵＴとＯＵＴバーのリードに）実質上の差動出力電
圧を発生する。ＣＭＯＳ技術では抵抗を形成することが
困難なので、ダイオード・インピーダンス（ダイオード
として接続されたＰＦＥＴ Ｑ２およびＱ５によって形
成される）が利用される。従って、クロストーク減少段
３０５は差動移入力信号に対して実質上の利得を発生す
る。
【００１９】しかし、クロストーク減少段３０５はま
た、Ｑ１およびＱ３への共通モード入力信号に対して大
きな減衰を提供する。段３０５での大きな減衰は、電源
電圧または接地リードに起因する雑音または干渉信号に
よって発生する共通誘導または結合信号に対しても発生
する。この減少が発生するのは、共通モード信号がＱ１
およびＱ３に適用される時、共通ソース・インピーダン
スＦＥＴ Ｑ５が大きく、Ｑ１およびＱ３の共通モード
電流の流れを大きく減少させるからである。その結果、
負荷ダイオードＱ２およびＱ４には出力共通モード信号
がほとんど発生しないことになる。さらに、出力は（Ｏ
ＵＴとＯＵＴバーのリードにかかる）差動電圧として得
られるので、共通モード入力信号または何らかの他の共
通誘導または結合信号によって発生する段３０５からの
差動出力信号はほとんど存在しない。
た、Ｑ１およびＱ３への共通モード入力信号に対して大
きな減衰を提供する。段３０５での大きな減衰は、電源
電圧または接地リードに起因する雑音または干渉信号に
よって発生する共通誘導または結合信号に対しても発生
する。この減少が発生するのは、共通モード信号がＱ１
およびＱ３に適用される時、共通ソース・インピーダン
スＦＥＴ Ｑ５が大きく、Ｑ１およびＱ３の共通モード
電流の流れを大きく減少させるからである。その結果、
負荷ダイオードＱ２およびＱ４には出力共通モード信号
がほとんど発生しないことになる。さらに、出力は（Ｏ
ＵＴとＯＵＴバーのリードにかかる）差動電圧として得
られるので、共通モード入力信号または何らかの他の共
通誘導または結合信号によって発生する段３０５からの
差動出力信号はほとんど存在しない。
【００２０】同じ理由で、受信処理の残りの部分、すな
わち図２の後置増幅器、チャネル・フィルタおよび決定
回路でも差動電気信号および回路を維持することが望ま
しい。こうした回路を実現するため、上記で説明した同
じ差動回路技術が利用される。
わち図２の後置増幅器、チャネル・フィルタおよび決定
回路でも差動電気信号および回路を維持することが望ま
しい。こうした回路を実現するため、上記で説明した同
じ差動回路技術が利用される。
【００２１】上述したように、この受信機の干渉除去特
性は、前置増幅器が互いに物理的に近接して（例えば、
集積されて）おり、ほぼ同じ干渉信号を経験するように
なっている場合最も有効である。これは、２つのフォト
ダイオード／前置増幅器の組合せ３０１／３０３および
３０２／３０４が受ける干渉が正確に同じものである場
合だけ干渉除去が完璧になるからである。さらに、前置
増幅器３０３および３０４が差動増幅器３０５と結合さ
れている場合、除去特定がさらに改善されることが期待
される。フォトダイオード３０１および３０２が互換性
のない技術（例えば、ガリウムひ素：ＧａＡｓ）を使用
して実現される場合、それらは容易に前置増幅器３０３
および３０４と差動増幅器３０５の回路のＣＭＯＳ技術
とは容易に集積できないことに留意されたい。しかし、
フォトダイオード３０１および３０２をＣＭＯＳチップ
と共にハイブリッド・チップ上に（例えば、フリップチ
ップ・ボンディングによって）設置することができる。
性は、前置増幅器が互いに物理的に近接して（例えば、
集積されて）おり、ほぼ同じ干渉信号を経験するように
なっている場合最も有効である。これは、２つのフォト
ダイオード／前置増幅器の組合せ３０１／３０３および
３０２／３０４が受ける干渉が正確に同じものである場
合だけ干渉除去が完璧になるからである。さらに、前置
増幅器３０３および３０４が差動増幅器３０５と結合さ
れている場合、除去特定がさらに改善されることが期待
される。フォトダイオード３０１および３０２が互換性
のない技術（例えば、ガリウムひ素：ＧａＡｓ）を使用
して実現される場合、それらは容易に前置増幅器３０３
および３０４と差動増幅器３０５の回路のＣＭＯＳ技術
とは容易に集積できないことに留意されたい。しかし、
フォトダイオード３０１および３０２をＣＭＯＳチップ
と共にハイブリッド・チップ上に（例えば、フリップチ
ップ・ボンディングによって）設置することができる。
【００２２】代替としてのクロストーク減少要素として
は、カスケード増幅器構成(cascadeamplifier configur
ation)があるが、これは差動増幅器要素より有効でない
ことが判明している。こうしたカスケード増幅器構成が
図４に示される。このカスケード要素４０１によって除
去される特定の種類の干渉は、増幅器の電源および接地
リード上のスプリアス信号である。カスケード要素４０
１の干渉除去特性は直接明らかではなく、主としてその
バイアス技術から得られる。カスケードＦＥＴのゲート
（図４のＶｃ）にある程度のバイアスを適用しなければ
ならない。このバイアスが回路の他の部分によって使用
される同じ電源ＶＤＤと接地電圧から得られるならば、
そこには電源および接地に現れるものと同じ変化（例え
ば、干渉信号）が現れるはずである。その結果この種の
バイアスは回路にある程度の干渉打ち消しを提供する。
その結果それは出力信号に「選別」作用を提供する。負
荷要素（図４に示されるようにＶｂによってバイアスを
かけられたＰＦＥＴ）を考察すると、同様の電源雑音除
去作用が得られる。カスケード回路４０１は図３の差動
増幅器３０５のダイオード負荷インピーダンスＱ２およ
びＱ４両方の代用となり、電源ＶＤＤおよび接地ＧＮＤ
の電圧に存在するスプリアス信号をさらに除去すること
ができる。
は、カスケード増幅器構成(cascadeamplifier configur
ation)があるが、これは差動増幅器要素より有効でない
ことが判明している。こうしたカスケード増幅器構成が
図４に示される。このカスケード要素４０１によって除
去される特定の種類の干渉は、増幅器の電源および接地
リード上のスプリアス信号である。カスケード要素４０
１の干渉除去特性は直接明らかではなく、主としてその
バイアス技術から得られる。カスケードＦＥＴのゲート
（図４のＶｃ）にある程度のバイアスを適用しなければ
ならない。このバイアスが回路の他の部分によって使用
される同じ電源ＶＤＤと接地電圧から得られるならば、
そこには電源および接地に現れるものと同じ変化（例え
ば、干渉信号）が現れるはずである。その結果この種の
バイアスは回路にある程度の干渉打ち消しを提供する。
その結果それは出力信号に「選別」作用を提供する。負
荷要素（図４に示されるようにＶｂによってバイアスを
かけられたＰＦＥＴ）を考察すると、同様の電源雑音除
去作用が得られる。カスケード回路４０１は図３の差動
増幅器３０５のダイオード負荷インピーダンスＱ２およ
びＱ４両方の代用となり、電源ＶＤＤおよび接地ＧＮＤ
の電圧に存在するスプリアス信号をさらに除去すること
ができる。
【００２３】図５を参照すると、本発明の好適実施例が
示されるが、そこでは図３の別個のトランスインピーダ
ンス前置増幅器３０３および３０４と差動電気増幅器３
０５が集積されて１つの完全な差動光信号受信回路とな
っている。これら２つのシングルエンド前置増幅器３０
３および３０４の動作の不整合は差動増幅器３０５の共
通モード除去特性を劣化させる。例えば、電源雑音が２
つのシングルエンド前置増幅器３０３および３０４によ
って不均等に増幅されると差動出力に干渉信号が現れ
る。トランスインピーダンス増幅器３０３および３０４
を差動増幅器３０５と結合することによって、より良好
な回路整合特性が得られ、雑音と干渉に対する感受性が
さらに低減される。
示されるが、そこでは図３の別個のトランスインピーダ
ンス前置増幅器３０３および３０４と差動電気増幅器３
０５が集積されて１つの完全な差動光信号受信回路とな
っている。これら２つのシングルエンド前置増幅器３０
３および３０４の動作の不整合は差動増幅器３０５の共
通モード除去特性を劣化させる。例えば、電源雑音が２
つのシングルエンド前置増幅器３０３および３０４によ
って不均等に増幅されると差動出力に干渉信号が現れ
る。トランスインピーダンス増幅器３０３および３０４
を差動増幅器３０５と結合することによって、より良好
な回路整合特性が得られ、雑音と干渉に対する感受性が
さらに低減される。
【００２４】差動光信号５０１および５０２はそれぞ
れ、＋Ｖｄｅｔに接続された２つの光検出器５０３およ
び５０４によって形成された差動光検出器に入射する。
ＦＥＴＱ１乃至Ｑ５は差動増幅器を形成するが、その際
Ｑ１およびＱ２は入力回路、Ｑ３およびＱ４はそれぞれ
の負荷インピーダンス、Ｑ５は共通源インピーダンス
（電流源）である。ＦＥＴ Ｑ９およびＱ１０は差動増
幅器Ｑ１およびＱ２からの差動トランスインピーダンス
受信機を形成するフィードバック素子として動作し、光
検出器５０３および５０４から入力差動光電流信号を受
信する。電圧Ｖｔｕｎｅ１およびＶｔｕｎｅ２はＱ９お
よびＱ１０のトランスインピーダンス・レベルを調整す
るために使用される。光電流信号は差動トランスインピ
ーダンス受信機（差動電気回路とも呼ばれる）によって
増幅され、差動電圧出力がＯＵＴおよびＯＵＴバーに供
給される。増幅器負荷素子の安定なバイアスを提供する
ために、Ｑ６乃至Ｑ８は負荷Ｑ３およびＱ４に対するレ
プリカ・バイアス・ネットワークを形成する。これによ
って確実に電源および接地リード上の雑音および干渉信
号が回路内でさらに打ち消される。
れ、＋Ｖｄｅｔに接続された２つの光検出器５０３およ
び５０４によって形成された差動光検出器に入射する。
ＦＥＴＱ１乃至Ｑ５は差動増幅器を形成するが、その際
Ｑ１およびＱ２は入力回路、Ｑ３およびＱ４はそれぞれ
の負荷インピーダンス、Ｑ５は共通源インピーダンス
（電流源）である。ＦＥＴ Ｑ９およびＱ１０は差動増
幅器Ｑ１およびＱ２からの差動トランスインピーダンス
受信機を形成するフィードバック素子として動作し、光
検出器５０３および５０４から入力差動光電流信号を受
信する。電圧Ｖｔｕｎｅ１およびＶｔｕｎｅ２はＱ９お
よびＱ１０のトランスインピーダンス・レベルを調整す
るために使用される。光電流信号は差動トランスインピ
ーダンス受信機（差動電気回路とも呼ばれる）によって
増幅され、差動電圧出力がＯＵＴおよびＯＵＴバーに供
給される。増幅器負荷素子の安定なバイアスを提供する
ために、Ｑ６乃至Ｑ８は負荷Ｑ３およびＱ４に対するレ
プリカ・バイアス・ネットワークを形成する。これによ
って確実に電源および接地リード上の雑音および干渉信
号が回路内でさらに打ち消される。
【００２５】本差動光信号受信機は受信非同期または同
期差動入力光信号のどちらとも動作することに留意され
たい。ここで示される例は非同期増幅器を利用してお
り、タイミング関係にかかわらず信号を増幅し（すなわ
ち、信号は同期でも非同期でもよい）クロック信号を必
要としない。周知の方法で増幅器の様々な要素を同期す
ることによって同期増幅器を利用することもできる。
期差動入力光信号のどちらとも動作することに留意され
たい。ここで示される例は非同期増幅器を利用してお
り、タイミング関係にかかわらず信号を増幅し（すなわ
ち、信号は同期でも非同期でもよい）クロック信号を必
要としない。周知の方法で増幅器の様々な要素を同期す
ることによって同期増幅器を利用することもできる。
【００２６】従って、上記で説明されたことは本発明の
原理の応用の例示に過ぎない。他の装置および方法が、
本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業技術
分野に熟練した者には実現可能である。
原理の応用の例示に過ぎない。他の装置および方法が、
本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業技術
分野に熟練した者には実現可能である。
【参考文献】［１］Bakoglu,H.B.、「VLSI用回路、相互
接続およびパッケージング(Circuits,Interconnections
and Packaging for VLSI)」（Reading MA:Addison-Wesl
ey、1990年、ISBN:0-201-06008-6） ［２］Krishnamoorthy,A.V.、Miller,D.A.B、「21世紀
に向けての光電子VLSI回路の評価:技術的ロードマップ
(Scaling Optoelectronic-VLSI Circuits intothe 21st
Century:A Technology Roadmap)」(IEEE J.Spec.Topic
s in Quant.Electr.、v.2、no.1、pp.55-76、1996） ［３］Lentine,A.L.外、「毎秒1テラビットを超えるI/O
帯域幅の可能性を有する光電子VLSIスイッチング・チッ
プ(Optoelectronic VLSI Switching Chip withGreater
than 1 Terabit per second potential I/O Bandwidt
h)」（Electronics Lett.、v.33、pp 894-895、1997） ［４］Sedra,A.S、Smith,K.C.、「超小型電子回路(Micr
oelectronic Circuits)」（Hartcourt Brace、1991、IS
BN 0-03-051648-X） ［５］Weste,Neil H.E.、Eshraghian,Kamran、「CMOS V
LSI設計の原理：システムの展望 第２版(Principles o
f CMOS VLSI Design：A Systems Perspective,2nd.Edit
ion)」(Reading,MA：Addison-Wesley、1993、ISBN:0-20
1-53376-6） ［６］Williams、「Ｇ．光波受信機 光波システムにお
ける話題」(G.Lightwave Recievers. Topics in Lightw
ave Systems)」（Li,Tingye ed.:Academic Press、199
1、79-148. ISBN:0-12-447302-4） ［７］Woodward,T.K.、米国特許第5,644,418号「センス
増幅器を利用するスマート・ピクセル光受信機とその動
作方法(Smart Pixel Optical Receiver Employing Sens
e Amplifier and Method of Operation Thereof)」
接続およびパッケージング(Circuits,Interconnections
and Packaging for VLSI)」（Reading MA:Addison-Wesl
ey、1990年、ISBN:0-201-06008-6） ［２］Krishnamoorthy,A.V.、Miller,D.A.B、「21世紀
に向けての光電子VLSI回路の評価:技術的ロードマップ
(Scaling Optoelectronic-VLSI Circuits intothe 21st
Century:A Technology Roadmap)」(IEEE J.Spec.Topic
s in Quant.Electr.、v.2、no.1、pp.55-76、1996） ［３］Lentine,A.L.外、「毎秒1テラビットを超えるI/O
帯域幅の可能性を有する光電子VLSIスイッチング・チッ
プ(Optoelectronic VLSI Switching Chip withGreater
than 1 Terabit per second potential I/O Bandwidt
h)」（Electronics Lett.、v.33、pp 894-895、1997） ［４］Sedra,A.S、Smith,K.C.、「超小型電子回路(Micr
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BN 0-03-051648-X） ［５］Weste,Neil H.E.、Eshraghian,Kamran、「CMOS V
LSI設計の原理：システムの展望 第２版(Principles o
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ける話題」(G.Lightwave Recievers. Topics in Lightw
ave Systems)」（Li,Tingye ed.:Academic Press、199
1、79-148. ISBN:0-12-447302-4） ［７］Woodward,T.K.、米国特許第5,644,418号「センス
増幅器を利用するスマート・ピクセル光受信機とその動
作方法(Smart Pixel Optical Receiver Employing Sens
e Amplifier and Method of Operation Thereof)」
【図１】従来技術の光信号受信機のブロック図を示す。
【図２】本差動光信号受信機の例示としてのブロック図
を示す。
を示す。
【図３】干渉除去差動増幅器の第１の例示としての装置
を示す図である。
を示す図である。
【図４】例示としてのカスケードをベースとする干渉除
去前置増幅器を示す図である。
去前置増幅器を示す図である。
【図５】入力光信号を検出し処理する完全な差動回路を
示す図である。
示す図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０３Ｆ 1/56 3/08 3/45 Ｈ０４Ｂ 1/10 (72)発明者 アショック ヴィ クリシュモアスィ アメリカ合衆国 07748 ニュージャーシ ィ，ミドルタウン，クノールウッド ドラ イヴ 1002 (72)発明者 テッド カーク ウッドワード アメリカ合衆国 07733 ニュージャーシ ィ，ホルムデル，イースト ブルック ド ライヴ ７
Claims (16)
- 【請求項１】 受信差動光信号を検出し、それを差動電
気信号に変換する差動光信号検出器と、 該差動電気信号以外の電気的干渉信号を除去するよう該
差動電気信号を処理する、共通源負荷を含む差動電気回
路からなることを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項２】 請求項１に記載の差動光信号受信機にお
いて、該差動電気回路はさらに、該差動電気信号を受信
し増幅するよう接続された差動トランスインピーダンス
前置増幅器を含むことを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項３】 請求項２に記載の差動光信号受信機にお
いて、該差動電気回路はさらに、該差動トランスインピ
ーダンス前置増幅器からの出力信号を受信するよう接続
された差動増幅回路を含むことを特徴とする差動光信号
受信機。 - 【請求項４】 請求項３に記載の差動光信号受信機にお
いて、該差動電気回路と該差動増幅回路が直流結合され
ていることを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項５】 請求項３に記載の差動光信号受信機にお
いて、該差動電気回路と該差動増幅回路が共通の集積回
路チップ上で一緒に集積されることを特徴とする差動光
信号受信機。 - 【請求項６】 請求項１に記載の差動光信号受信機にお
いて、該差動電気回路と該差動光信号検出器が直流結合
されていることを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項７】 請求項１に記載の差動光信号受信機にお
いて、該差動電気回路と該差動光信号検出器が共通集積
回路チップ上で一緒に集積されることを特徴とする差動
光信号受信機。 - 【請求項８】 請求項１に記載の差動光信号受信機にお
いて、該受信差動光信号が非同期信号であることを特徴
とする差動光信号受信機。 - 【請求項９】 請求項１に記載の差動光信号受信機にお
いて、該受信差動光信号が同期信号であり、該差動光信
号受信機が該同期信号の速度で同期されることを特徴と
する差動光信号受信機。 - 【請求項１０】 請求項１に記載の差動光信号受信機に
おいて、該差動電気回路が、該差動増幅器の各増幅器用
のダイオード負荷インピーダンスを有する差動増幅回路
を含むことを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項１１】 請求項１に記載の差動光信号受信機に
おいて、該差動電気回路が、該差動増幅器の各増幅器用
の負荷インピーダンスとしてカスケード回路を有する差
動増幅回路を含むことを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項１２】 請求項１に記載の差動光信号受信機に
おいて、該差動電気回路がＶＬＳＩ回路技術を使用して
実現されることを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の差動光信号受信機
において、該差動電気回路がＣＭＯＳ ＶＬＳＩ技術を
使用して実現されることを特徴とする差動光信号受信
機。 - 【請求項１４】 請求項３に記載の差動光信号受信機に
おいて、該受信機はさらに、該差動増幅回路からの差動
出力信号を受信するよう接続された差動後置増幅器を含
むことを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の差動光信号受信機
において、該受信機はさらに、該差動後置増幅器からの
差動出力信号を受信するよう接続された差動チャネル・
フィルタを含むことを特徴とする差動光信号受信機。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載の差動光信号受信機
において、該受信機はさらに、該差動チャネル・フィル
タからの差動出力信号を受信するよう接続された差動決
定回路を含むことを特徴とする差動光信号受信機。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/040,885 US6175438B1 (en) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | Differential optical signal receiver |
| US09/040885 | 1998-03-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11331097A true JPH11331097A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=21913514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11072859A Pending JPH11331097A (ja) | 1998-03-18 | 1999-03-18 | 差動光信号受信機 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6175438B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11331097A (ja) |
| CA (1) | CA2263053A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100621217B1 (ko) | 2004-11-10 | 2006-09-13 | 한국전자통신연구원 | 광 간섭 잡음 저감을 위한 광 수신기 및 이를 갖는 광통신망 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4187376B2 (ja) * | 2000-02-16 | 2008-11-26 | ローム株式会社 | 受光増幅装置 |
| US6593810B2 (en) * | 2001-03-16 | 2003-07-15 | Intel Corporation | 2.5 Gigabits-per-second transimpedance amplifier |
| NL1017773C2 (nl) * | 2001-04-04 | 2002-10-07 | Ericsson Telefon Ab L M | Versterker-mixer inrichting. |
| US6882218B2 (en) * | 2002-08-26 | 2005-04-19 | Broadcom Corporation | Transimpedance amplifier and offset correction mechanism and method for lowering noise |
| US7477704B1 (en) * | 2003-04-16 | 2009-01-13 | Apple Inc. | Digital signal detection for high speed signaling systems |
| US6781468B1 (en) * | 2003-04-30 | 2004-08-24 | Agilent Technologies, Inc | Photo-amplifier circuit with improved power supply rejection |
| CN101197623B (zh) * | 2007-12-18 | 2012-06-13 | 天津大学 | 一种差分光接收机及灵敏度和带宽同时倍增的方法 |
| CN101197625B (zh) * | 2007-12-18 | 2012-05-09 | 天津大学 | 带宽与灵敏度均倍增的标准cmos差分光电集成接收机 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5473461A (en) * | 1994-08-26 | 1995-12-05 | Interactive Light, Inc. | Wide dynamic range optical receiver |
| JP2656734B2 (ja) * | 1994-09-12 | 1997-09-24 | 宮城日本電気株式会社 | 光受信回路 |
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| US6064507A (en) * | 1996-06-17 | 2000-05-16 | Trw Inc. | High speed differential optoelectronic receiver |
-
1998
- 1998-03-18 US US09/040,885 patent/US6175438B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-02-26 CA CA002263053A patent/CA2263053A1/en not_active Abandoned
- 1999-03-18 JP JP11072859A patent/JPH11331097A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100621217B1 (ko) | 2004-11-10 | 2006-09-13 | 한국전자통신연구원 | 광 간섭 잡음 저감을 위한 광 수신기 및 이를 갖는 광통신망 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6175438B1 (en) | 2001-01-16 |
| CA2263053A1 (en) | 1999-09-18 |
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