JPS6097709A - 前置増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は光通信用受信器のフロントエンドに適用する前
置増幅器に係り、特にインピーダンス制御が可能なトラ
ンスインピーダンス型前置増幅器に関する。

〔発明の背景〕

光フアイバ通信は光ファイバの広帯域、低損失性のため
、従来の銅線を伝送路とする電気通信システムに比べ飛
躍的に伝送距離を延ばすことが可能でおり、次世代の通
信手段として最も有望視され実用化が積極的に進められ
ている。光フアイバ通信では、送受信間の長短によって
生じる受信電力のレベル差は数十ｄＢにも及び、従来は
このレベル差をＢＯＮ　（Ｂｕｉｌｄ　Ｏｕｔ　Ｎｅｔ
ｗｏｒｋ）　テ調整していた。しかし、最近ではこのＢ
ＯＮによる調整の繁雑を解消し、回線の保守を容易にす
るため広い光ダイナミックＶンジを有する光受信器の開
発が重要な技術課題となっている。

第１図に従来よく用いられているトランスインピーダン
ス型前置増幅器の構成図を示す。同図で（ａ）図が基本
構成、（ｂ）図が具体的構成例である。第１図（ａ）で
端子１０１より入力された電流は反転増幅器２０１及び
抵抗１に各々分流される。反転増幅器２０１は、入力室
流が増加すると出力端子１０２の電位ｖｏが下がるよう
動作する。出力電圧ＶＣ，が下がると抵抗１を介して流
れる電流が増加し、電圧増幅器２０１への入力電流は減
少する。

すると出力電圧ｖ０は上昇し、抵抗１を介して流れる電
流を減少させ、電圧増幅器２０１の入力電流を再び増加
させる。このような帰還動作により前置増幅器としての
平衡が達成される。

次に、第１図（ｂ）に示す具体的構成例について動作原
理を説明する。同図で、トランジスタ３、抵抗２で反転
増幅器を、トランジスタ４、抵抗５で出力バッファ回路
を夫々構成し、抵抗１により出力端子１０２から入力端
子１０１に電流帰還を行う。即ち、端子１０１から入力
される受光素子によって光電変換された電流はトランジ
スタ３のペース電流となり、増幅されて抵抗２０両端に
電圧として変換される。これは、トランジスタ４を介し
て端子１０２に取出される一方、抵抗１を介して入力端
子１０１に電流帰還され、入力電流の増減を打消す方向
に機能し、回路の平衡が保たれる。

以上、述べたような従来のトランスインピーダンス型前
置増幅器では、通常反転増幅器の電圧利得は３０〜４０
ｄＢと非常に大きくするため、入出力伝達比、即ち、ト
ランスインピーダンスＺＴはｚ−Ｚ　ｔ　・・・・・・
・・・（２）となる。ここで、Ｚ＋は反転増幅器２０１
の入力インピーダンス、Ｚｆは帰還抵抗１のインピーダ
ンス、Ａは電圧利得である。（１）式よりトランスイン
ピーダンスは抵抗１のインピーダンスにほぼ等しく固定
であるため、電流ｉｇと共に出力信号Ｖｏの振幅は増大
する。一方、光中継器では前置増幅器の出力信号を電圧
増幅する増幅器が接続される。この増幅器のディジタル
伝送の場合でも非線形歪は−３０〜−４０ｄＢ以下に抑
える必要力！おるが、入力増大とともにこの非線形歪は
急増する性質があり、通常、ノ（イボーラトランジスタ
を用いた電圧増幅器の入力電圧は高々２σ０−Ｌ３００
ｍＶに制限される。従って、前置増幅器のトランスイン
ピーダンスが固定の場合には、電流ｉ５の増大により出
力電圧が増大し、後段の電圧増幅器で大きな歪を発生す
るため、線形動作領域は非常に狭い欠点があった。ちな
みにＺ　ｔ　”　１０　ＫΩとすると電流ｉｓは０．ｏ
３ｍＡ　（光受信電力換算で一１２ｄＢｍ程度）以下と
なる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術の欠点に鑑み光送受信器間直
結から最大伝送距離までの伝送路損失を無調整で吸収で
きる広いダイナミックレンジをもつ光受信器を実現する
に不可欠なインピーダンス可変型の前置増幅器を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するためにトランスインピーダ
ンスを可変にする。トランスインピーダンスは（１１式
で反転増幅器２０１の利得Ａを変化させることにより変
えることができる。このため、本発明では第１図（ｂ）
に示すトランジスタ３のコレクタ電流を２分岐し、分岐
を流れる電流の分配率を変えることにより利得を変化さ
せ、且つ、分岐された両区流を抵抗にて電圧変換した後
、電圧加算する。そしてこの電圧加算した信号を抵抗１
にて帰還し、前記２分岐された信号の一方を出力として
取出す構成とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によって説明する。第２図は本発
明の骨子となる基本構成を示す接続図で、３０１は電流
従属型定電流源、３０２は定電流源３０１の電流を端子
１１３．１１４に印加される制御信号によって分流する
電流分配器、３０３は分流された信号電流を出力電圧と
して取出すための負荷回路、３０４は負荷回路３０３の
出力を電圧加算する電圧加は回路、３０５はば圧加算し
た信号を入力に電流帰還するための帰還回路、又、１１
１．１１２は出力端子である。尚、負荷回路３０３中の
１３．１４は負荷抵抗である。次に、第２図を参照しな
がら、本発明の動作原理を述べる。端子１０１から入力
される受光素子によって光電変換された電流が零の場合
、定電流源３０１には電圧加算回路３０４より帰還回路
３０５を介して電流が供給される。定■流源３０１１Ｊ
：ｉ流従載盤であるからこの電流に応じた電流を発生し
、これが霜、流分配器３０２にて分流される。例えば、
端子１１３．１１４の制御信号が等しければ定電流源３
０１の電流は１／２ずつ分流される。分流された後の信
号電流は負荷回路３０３によって電圧に変換され、出力
として端子１１１或いは１１２から取出される一方、電
圧加算回路３０４に供給される。

次に、端子１０１から入力される電流が増える場合を考
える。入力電流が増えると定１流源３０１に流入する電
流も増加するから定電流源３０１の電流も増加する。従
って、端子１１３，１１４の制御信号が変わらないとす
ると電流分配器３０２によって分流される電流も共に増
加し、更に、負荷回路３０３中の抵抗１３．１４の電圧
降下も増大する。それ故、端子１１１．１１２の出力電
圧は入力電流が零の時よυ下がったレベルとなる。

又、電圧加算回路３０４の出力電圧も下がるから、定゛
屯流源３０１、電流分配器３０２、負荷回路３０３、電
圧加算回路３０４で構成される増幅器２０１の利得が十
分太きければ帰還回路３０５により帰還される電流は入
力電流にほぼ等しく減少する。帰還電流は入力電圧と電
圧加算回路３０４の出力電圧が等しくなった時零となり
、その後入力電流が増加すると電圧加算回路３０４の出
力電圧は下がるから流れる方向が逆となり入力電流の増
加分の一部を分流したものとなる。

本発明は電流分配器３０２にて分流された信号を電圧加
算回路３０４にて再び合成して帰還するので帰還動作に
関しては第１図に示す従来型の前置増幅器と同じである
。本発明が最も従来と異なる点はインピーダンスを可変
にするために、増幅器２０１の利得を変える手段として
電流分配器３０２’ｅ具備し、且つ、常に安定な帰還を
行うために電圧加算回路３０４ｔ−併用したことであり
、この構成により広い範囲に亘ジインピーダンスを可変
する手段を実現したことにある。インピーダンスは端子
１１３．ｉ１４の制御信号によって可変でき、原理的に
零から抵抗ｌのインピーダンスまで任意に変えられる。

第３図は、本発明の具体的な一実施例を示すもので９．
１０．１１．１２．１５．１６はトランジスタ、１７．
１８，１９．２０．２１は抵抗である。第３図の実施例
が第２図と異なるのは抵抗２１及びトランジスタ９から
成る入力バッファ回路が挿入されていることであるが動
作的には同じである。入力バッファ回路を除いてもよく
、この場合は第２図と同じ構成となる。第３図において
人力バッファ回路を含むトランジスタ１０が第２図の定
電流源３０１に、又、同様にトランジスタ１１．１２が
電流分配器３０２に、トランジスタ１５．１６、抵抗１
７，１８．１９が電圧加算回路３０３に、抵抗２０が帰
還回路３０４に夫々相当する。ここで、＠３図に示す本
発明の実施例の動作を簡単に説明する。端子１０１から
入力される電流はトランジスタ９のペース電流となるが
、このペース電流が増えるとトランジスタ９のべ一部の
時のエミッタ電流である。即ち、トランジスタ９のエミ
ッタ電位が下がる訳であるが、このエミッタ電位の下降
はトランジスタ１０のコレクタ電流を減少させる方向に
働く。従って、端＋１１３゜１１４の電位が一定である
とすればトランジスタ１１．１２に流れる電流も減少す
るから抵抗１３゜１４の電圧降下も減少する。従って、
出力端子１１１．１１２の電位が上がる。ここで、出力
端子１１１．１１２の電位の交流分をそれぞれＶ。。

へ、また抵抗１７．１８をＲｚ　１、抵抗１９を几Ｅ！
、抵抗１７．１８と抵抗１９の接続点の電位の交流分を
Ｖとすれば、 となる。また、抵抗１３．１４をＲＬｌ　）ランジスタ
１１．１２に流れる電流の分配率をそれぞれに、（１−
Ｋ）、）ランジスタ１０の電流をｉとすれば、 であるから（４）式は となり、■は電流分配率に関係なく、電流ｉに応じて変
化する。即ち、帰還電圧Ｖの変化はトランジスタ１０を
流れる電流ｉによって決定され、トランジスタ１１．１
２の電流分配の状態には無屑係となり安定な負帰還動作
が実行されることが分る。

第４図は本発明の主要構成回路の一つである電流分配器
３０３の他の一実施例を示す。図で５１゜５２は抵抗、
６０１，６０２は定電流源であり、電流分配器としての
基本動作は第３図と同じである。抵抗５１．５２、定電
流源６０１．６０２はトランジスタ１１．１２に流れる
電流分配率の変化を緩和し、非線形歪を軽減するために
挿入したもので、抵抗５１．５２の電流帰還効果を利用
したものである。抵抗５１あるいは５２の値を任意に選
択することにより、所要の制御特性を得るこ力く′ とん可能である。

第５図にトランスインピーダンスの可変特性例を示す。

この実施例では、インピーダンス可変範囲は４〜１４に
Ωであるが、或流ｉｌｌヲ０．２１ｎＡ程度まで入力可
能であり、従来の１桁以上のダイナミックレンジを実現
できることが分る。また、小信号では２０〜３０ｄＢの
インピーダンス可変範囲が得られる。

以上の説明により本発明は外部からの制御信号によって
トランスインピーダンスを可変にできることは明らかで
ある。従って、光入力信号に応じてトランスインピーダ
ンスを制御すれば、前置増幅器の出力電圧を一定とする
ことも可能であり、後段の主増幅器に対する入力信号ノ
ベルが過大となることがないようにすることもできる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば増幅器の利得を制御することによ
りトランスインピーダンスを可変にでき前置増幅器の出
力電圧レベルを任意に設定可能となるため、後段の主増
幅器の過大入力による大きな非線形歪発生を避けること
ができる。従って、本発明により広い光ダイナミックレ
ンジの光受信器を実現できる。実験では３０ｄＢ以上の
光ダイナミックレンジが得られており、従来に比べ１０
ｄＢ以上の改善が得られた。本発明によれば従来用いて
いたＢＯＮを不用とすることが可能であシ、回線の布設
、保守にかかる作業量の大幅な低減ができる。本発明は
光通信のフロントエンドとして好適であり、人件費削減
に大きな効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の前置増幅器の接続図、第２図は本発明の
原理を示す基本接続図、第３図は本発明の一実施例を示
す接続図、第４図は本発明の構成要素である電流分配器
の他の一実施例を示す接続図、第５図は本発明の一実施
例におけるトランスインピーダンス可変特性例を示した
図である。 ３０１・・・電流従属型定電流源、３ｏ２・・・電流分
配第　２　口 、ｙｔｉ５ 第　３　図 第　４　閉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、入力及び出力信号の極性が反転する電圧増幅器と該
   電圧増幅器の入力及び出力端子間に接続された抵抗とか
   らなり、電流を入力信号とするトランスインピーダンス
   型常圧増幅器において、前記電圧増幅器の出力電流を２
   分岐し、分岐を流れる電流の分配率の変更によりこの増
   幅器の利得が制御されるようにするとともに、前記２分
   岐された出力信号を電圧加算してこの電圧を前記抵抗を
   介して前記電圧増幅器の入力端子に帰還するようにした
   ことを特徴とする前置増幅器。