WO2001097374A1

WO2001097374A1 - Circuit amplificateur

Info

Publication number: WO2001097374A1
Application number: PCT/JP2001/004781
Authority: WO
Inventors: Ken-Ichi Uto; Kuniaki Motoshima
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2001-12-20
Also published as: EP1292020A1; JP2001358544A; DE60136274D1; EP1292020B1; JP3967065B2; US6674328B2; EP1292020A4; US20020113652A1

Description

明細書増幅回路技術分野

この発明は、 1または複数段の差動増幅回路によって増幅を行う増幅回路に関し、特に、トランジスタ特性のばらつき等によって発生するオフセット電庄を補償する増幅回路に関するものである。背景技術

光通信システムで用いられる増幅回路は、低周波から高周波にかけての広域な信号を増幅するために、多段接続した差動増幅回路を備えている。これらの差動増幅回路は、小型化，低コスト化のために集積ィ匕されている。このような集積回路では、トランジスタのばらつきが無視できず、温度や電源電圧の変動によって、差動増幅回路の正相入力端子に入力される電圧の直流成分と逆相入力端子に入力される電圧の直流成分とがずれてオフセット電圧が発生する。このオフセット電圧は、高利得が得られる多段差動増幅回路で増幅され、正相 '逆相間のデューティー変動を引き起こす。これにより、所望の出力振幅が得られなくなるという問題点がある。

この問題を解決する増幅回路として、たとえば、特開平 1 1一 4 2 6 5号公報に開示された「増幅器」が知られている。第 5図は、この従来の増幅器の構成を示す図である。この増幅器は、入力端子 8 1からの入力信号を正相入力とし、正相信号および逆相信号を出力端子 8 5， 8 6にそれぞれ出力する差動増幅回路 8 3と、差動増幅回路 8 3の逆相出力を入力とするピーク検出回路 8 7と、ピーク検出回路 8 7からの出力信号を逆相入力とし、差動増幅回路 8 3の出力信号の線形動作上限電圧である基準電圧 9 0を正相入力とし、出力を差動増幅回路 8 3の逆相入力とした差動増幅回路 8 9と、を備えている。差動増幅回路 8 3は、オフセット補償電圧生成回路 88を構成する。入力端子 8 1からの入力信号は「1」「0」の矩形信号であるとする。

差動増幅回路 8 3は入力端子 8 1からの入力信号を増幅し、正相信号，逆相信号を出力端子 85， 86にそれぞれ出力する。ピーク検出回路 87は、差動増幅回路 8 3からの逆相出力信号を入力し、入力信号の「0」に相当する逆相出力信号のピーク電圧を検出する。差動増幅回路 89は、出力信号の線形動作上限電圧である基準 ®Ϊ90およびピーク検出回路 87が検出したピーク電圧に基づいてオフセット電圧を検出し、検出したオフセット電圧の極性を反転してオフセット補償電圧を生成し、生成したオフセット補償電圧を差動増幅回路 8 3に帰還させる。これにより、オフセット電圧を.自動的に補償することができる。

オフセット補償電圧生成回路 88に利得を持たせることで、さらにオフセット電圧を低減することができる。差動増幅回路 83の出力に発生するオフセット電圧を V_QFF0UT、差動増幅回路⁸3の入力信号に含まれるオフセット電圧を V。_FFIN、差動増幅回路 83に帰還されるオフセット補償電圧を Δν、差動増幅回路 83 の利得を G 1とすると、オフセット電圧 V_0FFOTは次式（1) で表される。

(V_0FFIN-厶 V) · G 1 ( 1 )

ピーク検出回路 8 7の検波効率を r?、オフセット補償電圧生成回路 88の利得を「G2」とすると、オフセット補償電圧 Δνは次式（2) で表される。

厶 = 誦 · G2 (2)

式（1) に式（2) を代入して変形すると、オフセット電圧 V。_F匿は次式（3 ) で表される。

V_OFFor= (G l/ (1 +G 1 ■ 77 · G2) ) · V。關 (3)

ここで、（G 1 · η · G2) 》 1とすると、式（3) は式（4) として表すことができる。

V_0FF0UT^ ( 1 / (77 - G 2) ) · V。_FFIN (4)

たとえば、 η = 0· 5, G2 = 30 d Bの場合、 V_0FFm= (1/1 6) · V_0FFI _Nとなり、差動増幅回路 8 3の出力に発生するオフセット電圧が低減される。し力しながら、上記従来の技術によれば、オフセット補償電圧生成回路が生成したオフセット補償電圧がそのまま差動増幅回路に帰還されるため、過度なオフセット補償電圧が帰還され、安定したオフセット補償を行うことができない場合があるという問題点があった。たとえば、入力信号の振幅が差動増幅回路の線形動作範囲を超えた場合は、ピーク検波値が飽和し、正確なオフセット補償電圧を生成することができなくなり、不安定なフィードバック動作を引き起こすという不具合があった。

特に、オフセット補償電圧生成回路にオフセット電圧低減のための利得を持たせてある場合、出力に実際に発生したオフセット電圧に対して過度なオフセット補償電圧が帰還されるという不具合があった。また、差動増幅回路が等化増幅回路である場合、大振幅の信号が入力されると等化増幅回路の利得が下がり、オフセット補償電圧生成回路の利得がフィ一ドバックループ内で支配的になり、出力に実際に発したオフセット電圧に対して過度なオフセット補償電圧が帰還されるという不具合があった。

従って、この発明は、過度なオフセット補償電圧を制限し、安定したオフセット補償を行うことを可能とする増幅回路を提供することを目的としている。発明の開示

この発明にかかる増幅回路にあっては、 1または複数の差動増幅回路からなる差動増幅手段と、前記差動増幅手段の出力電圧のピーク値を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいてオフセット補償用のオフセット補償電圧を生成する生成手段と、前記生成手段が生成したオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限して前記差動増幅手段に帰還させる制限手段と、を具備することを特徴とする。

この発明によれば、差動増幅手段が、増幅を行い、検出手段が、差動増幅手段の出力電圧のピーク値を検出し、生成手段が、検出手段の検出結果に基づいてォフセット補償用のオフセット補償電圧を生成し、制限手段が、生成手段が生成したオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限して差動増幅手段に帰還させる。これにより、差動増幅手段に帰還されるオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限することができる。

つぎの発明にかかる増幅回路にあっては、前記制限手段が、前記差動増幅手段のバイアス電圧を生成することを特徴とする。

この発明によれば、制限手段が、差動増幅手段のバイアス電圧を生成する。これにより、増幅回路内で差動増幅手段のバイアス電圧を生成することが可能となり、外部から差動増幅手段のバイアス電圧を入力する必要がなくなる。

つぎの発明にかかる増幅回路にあっては、前記検出手段が、前記差動増幅手段の出力電圧のピ一ク値および中間値を検出し、該中間値の電圧に所定の電圧を加えた第 1の基準電圧を生成し、前記ピーク値および前記第 1の基準電圧を前記生成手段に出力し、前記生成手段が、前記検出手段からのピーク値および第 1の基準電圧に基づいて前記オフセット補償電圧を生成することを特徴とする。

この発明によれば、検出手段が、差動増幅手段の出力電圧のピーク値および中間値を検出し、該中間値の電圧に所定の外部電圧を加えた第 1の基準電圧を生成し、検出したピーク値および生成した第 1の基準電圧を前記生成手段に出力し、生成手段が、検出手段からのピーク値および第 1の基準電圧に基づいてオフセット補償用のオフセット補償電圧を生成する。これにより、出力信号のオフセットがずれた場合も一定値を保つ中間値を基準とし、所定の外部電圧を調整して適切な第 1の基準電圧を生成することができ、この第 1の基準電圧に基づいてオフセット補償電圧を生成することができる。

つぎの発明にかかる増幅回路にあっては、前記生成手段が、前記制限手段に第 2の基準電圧を出力する第 2基準電圧出力手段と、前記制限手段のオフセット補償電圧の入力端子に出力端子を接続したオペアンプと、前記オペアンプの逆相入力端子と前記検出手段のピーク値の出力端子との間に設けた第 1の抵抗と、前記オペアンプの正相入力端子と前記検出手段の第 1の基準電圧の出力端子との間に設けた第 2の抵抗と、前記オペァンプの逆相入力端子と出力端子との間に設けた第 3の抵抗と、前記第 2基準電圧出力手段の出力端子と前記オペァンプの正相入力端子との間に設けた第 4の抵抗と、を具備することを特徴とする。

この発明によれば、生成手段が、制限手段に第 2の基準電圧を出力する第 2基準電圧出力手段と、制限手段のオフセット補償電圧の入力端子に出力端子を接続したオペアンプと、オペアンプの逆相入力端子と検出手段のピーク値の出力端子との間に設けた第 1の抵抗と、オペアンプの正相入力端子と検出手段の第 1の基準電圧の出力端子との間に設けた第 2の抵抗と、ォペアンプの逆相入力端子と出力端子との間に設けた第 3の抵抗と、第 2基準電圧出力手段の出力端子とォペアンプの正相入力端子との間に設けた第 4の抵抗とを備え、第 1の抵抗と第 3の抵抗との比（第 2の抵抗と第 4の抵抗との比）によって利得を決定することができる。

つぎの発明にかかる増幅回路にあっては、前記制限手段が、前記生成手段のォフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、前記差動増幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、前記第 1のトランジスタのエミッタにェミッタを接続し、前記差動増幅手段の正相入力端子にコレクタを接続し、前記第 2の基準電圧をベースに入力する第 2のトランジスタと、前記第 1のトランジスタおよび前記第 2のトランジスタのエミッタにコレクタを接続し、ベースに調整用の電圧を入力する第 3のトランジスタと、前記第 3のトランジスタのェミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵抗と、前記第 1のトランジスタのコレクタに一端を接続した第 6の抵抗と、前記第 2のトランジスタのコレクタと前記第 6の抵抗の他端との間に設けた第 7の抵抗と、前記第 6の抵抗の他端と電源の高電位側との間に設けた第 8の抵抗と、を具備することを特徴とする。この発明によれば、制限手段が、生成手段のオフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、差動増幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、第 1のトランジスタのェミッタにェミッタを接続し、差動増幅手段の正相入力端子にコレクタを接続し、第 2の基準電圧をベースに入力する第 2のトランジスタと、第 1のトランジスタおよび第 2のトランジスタのエミッタにコレクタを接続し、ベースに調整用の電圧を入力する第 3のトランジスタと、第 3 のトランジスタのェミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵抗と、第 1 のトランジスタのコレクタに一端を接続した第 6の抵抗と、第 2のトランジスタのコレクタと第 6の抵抗の他端との間に設けた第 7の抵抗と、第 6の抵抗の他端と電源の高電位側との間に設けた第 8の抵抗とを備え、これにより、オフセット補償電圧を所定の範囲内に制限することができる。

つぎの発明にかかる増幅回路にあっては、前記制限手段が、前記生成手段のォフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、前記差動増幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、前記第 1のトランジスタのエミッタにェミッタを接続し、前記差動増幅手段の正相入力端子にコレクタを接続し、前記第 2の基準電圧をベースに入力する第 2のトランジスタと、前記第 1のトランジスタおよび前記第 2のトランジスタのエミッタにコレクタを接続し、ベースに調整用の «Ιΐを入力する第 3のトランジスタと、前記第 3のトランジスタのェミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵抗と、前記第 1のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 6の抵抗と、前記第 2のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 7の抵抗と、前記第 1のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 8の抵抗と、前記第 2のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 9め抵抗と、を具備することを特徴とする。

この発明によれば、制限手段が、生成手段のオフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、差動増幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、第 1のトランジスタのェミッタにェミッタを接続し、差動増幅手段の正相入力端子にコレクタを接続し、第 2の基準電圧をベースに入力する第 2のトランジスタと、第 1のトランジスタおよび第 2のトランジスタのェミッタにコレクタを接続し、ベースに調整用の電圧を入力する第 3のトランジスタと、第 3 のトランジスタのエミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵抗と、第 1 のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 6の抵抗と、第 2 のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 7の抵抗と、第 1 のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 8の抵抗と、第 2 のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 9の抵抗とを備え、これにより、オフセット補償電圧を所定の範囲内に制限することができる。図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の実施の形態 1にかかる増幅回路の構成を示す図であり、第 2,図は > 第 1図に示したオフセット補償電圧生成回路の一構成例を示す図であり、第 3図は、第 1図に示したオフセット出力制限回路の一構成例を示す図であり、第 4図は、この発明の実施の形態 2にかかる増幅回路の構成を示す図であり、第 5図は、従来における増幅回路の構成を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明にかかる増幅回路の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。

実施の形態 1 .

この発明の実施の形態 1にかかる増幅回路として、光通信システムで用いられる、多段接続した差動増幅回路を備えた増幅回路（半導体集積回路）を例に挙げて説明する。第 1図は、この発明の実施の形態 1にかかる増幅回路の構成を示す図である。この増幅回路は、次段の差動増幅回路の正相入力端子，逆相入力端子に正相出力信号，逆相出力信号を出力するように多段接続された複数の差動増幅回路 3〜4と、外部からの正相入力信号，逆相入力信号を入力する初段の差動増幅回路 3の正相入力端子 1 , 逆相入力端子 2と、外部に正相出力信号，逆相出力信号をそれぞれ出力する最終段の差動増幅回路 4の正相出力端子 5，逆相出力端子 6とを備えている。

また、この増幅回路は、リファレンス電圧（第 1の基準電圧）生成に用いるリファレンス電圧調整用電圧を外部に入力するリファレンス電圧調整用端子 1 1と、最終段の差動増幅回路 4からの正相出力信号および逆相出力信号を入力し、入力した信号のピーク値および中間値を検出し、リファレンス電圧調整用端子 1 1からのリファレンス ®ϊ調整用電圧を入力し、リファレンス電圧ならびに正相出力信号または逆相出力信号のピーク値を出力するピーク検波回路 7とを備えている。また、この増幅回路は、ピーク検波回路 7からのピーク値およびリファレンス電圧を入力し、オフセット補償電圧を生成し、生成したオフセット補償電圧およびオフセット補償電圧の基準電圧（第 2の基準電圧）を出力するオフセット補償電圧生成回路 8と、オフセット補償電圧の制限値の調整に用いるオフセット制限値調整用電圧を入力するオフセット制限値調整用端子 1 2と、オフセット補償電圧生成回路 8からのオフセット補償電圧およびオフセット補償電圧の基準電圧を入力し、オフセット制限値調整用端子 1 2からのオフセット制限値調整用電圧を入力し、初段の差動増幅回路 3の正相入力端子 1および逆相入力端子 2に制限したオフセット補償電圧を帰還させるオフセット出力制限回路 9とを備えている。差動増幅回路 3〜 4は、複数の差動増幅回路が多段接続されたものであって、初段の差動増幅回路 3が、外部から正相入力端子 1 , 逆相入力端子 2を介して正相入力信号，逆相入力信号を入力し、次段の差動増幅回路の正相入力端子，逆相入力端子に正相出力信号，逆相出力信号を出力する。以下同様に、各差動増幅回路が、次段の差動増幅回路の正相入力端子，逆相入力端子に正相出力信号，逆相出力信号をそれぞれ出力する。最終段の差動増幅回路 4は、正相出力端子 5，逆相出力端子 6を介して外部に正相出力信号，逆相出力信号をそれぞれ出力する。ピーク検波回路 7は、最終段の差動増幅回路 4からの正相出力信号および逆相出力信号を入力し、入力した正相出力信号および逆相出力信号のピーク値および中間値を検出する。この中間値は、オフセットがずれた場合も一定の値となる。また、リファレンス電圧調整用端子 1 1を介して外部からリファレンス電圧調整用電圧を入力し、入力したリファレンス電圧調整用電圧および検出した中間値に基づいてリファレンス電圧を生成する。ピーク検波回路 7の構成は特に限定されず、たとえば、前述した従来のピーク検出回路 8 7と同様のものを用いてもよい。リファレンス電圧調整用電圧は、中間値との和が、オフセット電圧が 0ボルトの場合の出力信号のピーク値（初期ピーク検波値）になるように調整された電圧である。換言すれば、初期ピーク検波値と中間値との差になるように調整された電圧である。このリファレンス電圧調整用電圧を中間値の電圧に加えることによつて初期ピーク検波値に調整されたリファレンス電圧を生成する。そして、このリファレンス電圧ならぴに正相出力信号または逆相出力信号のピーク値をオフセット補償電圧生成回路 8に出力する。

オフセット補償電圧生成回路 8は、ピーク検波回路 7からのピーク値およびリファレンス電圧を入力し、ピーク値とリファレンス電圧との差を 0にする、すなわちオフセット電圧を 0ボルトにするオフセット補償に用いるオフセット補償電圧を生成し、生成したオフセット補償電圧およびオフセット補償電圧の基準電圧 (第 2の基準電圧）をオフセット出力制限回路 9に出力する。オフセット補償電圧生成回路 8の構成は、特に限定されず、たとえば、前述したオフセット補償電圧生成回路 8 8と同様のものを用いてもよい。

オフセット出力制限回路 9は、オフセット補償電圧生成回路 8からのオフセット補償電圧およびオフセッ卜補償電圧の基準電圧を入力し、オフセット制限値調整用端子 1 2からオフセット制限値調整用電圧を入力し、オフセット補償電圧を所定の範囲の電圧に制限し、初段の差動増幅回路 3の正相入力端子 1および逆相入力端子 2に制限したオフセット補償電圧を帰還させる。すなわち、オフセット出力制限回路 9は，オフセット制限値調整用端子 1 2によって定めたオフセット出力上限から下限の範囲内にオフセット補償電圧を制限して出力する。

ここで、制限されたオフセット補償電圧は、初段の差動増幅回路 3の正相入力端子 1と逆相入力端子 2との D Cバイアス条件に合わせるように設定される。すなわち、初段の差動増幅回路 3のバイアスを、外部から与えるのではなく、オフセット出力制限回路 9で生成して与える。なお、差動増幅回路 3〜4は、この発明の差動增幅手段に対応し、ピーク検波回路 7は、この発明の検出手段に対応し、オフセット補償電圧生成回路 8は、この発明の生成手段に対応し、オフセット出力制限回路 9は、この発明の制限手段に対応する。

以上の構成において、実施の形態 1の動作について説明する。実施の形態 1の動作においては、まず、初段の差動増幅回路 3の正相入力端子 1，逆相入力端子 2を介して正相入力信号，逆相入力信号がそれぞれ入力される。入力された正相入力信号，逆相入力信号は、初段の差動増幅回路 3から最終段の差動増幅回路 4 に至るまで、各差動増幅回路のト一タルの利得分増幅される。そして、最終段の差動増幅回路 4から正相出力信号，逆相出力信号が正相出力端子 5 , 逆相出力端子 6にそれぞれ出力される。最終段の差動増幅回路 4からの正相出力信号，逆相出力信号には、温度，電源電圧，トランジスタ特性等のばらつきから生じたオフセット電圧が含まれることとなる。

最終段の差動増幅回路 4からの正相出力信号，逆相出力信号は、ピーク検波回路 7に入力される。ピーク検波回路 7では、正相出力信号，逆相出力信号のピーク儘と、正相出力信号と逆相相出力信号との中間値とが検出される。そして、この中間値の電圧にリファレンス電圧調整用 ¾]£が加算され、初期ピーク検波値と同じ値のリファレンス電圧が生成される。ピーク検波回路 7は、生成したリファレンス電圧ならびに検出した正相出力信号または逆相出力信号のピーク値をオフセット補償電圧生成回路 8に出力する。

オフセット補償電圧生成回路 8は、ピーク値とリファレンス電圧との差の電圧を反転増幅してオフセット補償電圧を生成する。また、オフセット補償電圧の基準電圧を生成する。オフセット補償電圧生成回路 8の利得は、最終段の差動増幅回路 4の出力におけるオフセット電圧を低減させるうえで有効に作用する。たとえば、オフセット補償電圧生成回路 8の利得を 3 0 d B、ピーク検波回路 7の検波効率を 0 . 5、最終段の差動増幅回路 4の出力におけるオフセット電圧を V。_FFwr、正相入力端子 1，逆相入力端子 2を介して入力される正相入力信号，逆相入力信号のオフセット電圧を V_0FF1Nとすると、 V。_ff。_u ( 1 / 1 6 ) · V_offin の関係が成り立ち、オフセット電圧 ν。ρρ_ΙΝに対し、オフセット電圧 V。_ff。_utを低減することができる。生成されたオフセット補償電圧は、オフセット出力制限回路 9で制限されて初段の差動増幅回路 3の正相入力端子 1および逆相入力端子 2に出力される。

(オフセット補償電圧生成回路）

つぎに、オフセット補償電圧生成回路 8について、第 2図を参照してさらに具体的に説明する。第 2図は、第 1図に示したオフセット補償電圧生成回路 8の一構成例を示す図である。オフセット補償電圧生成回路 8は、オフセット出力制限回路 9にオフセット補償電圧の基準電圧を出力するオフセット補償電圧基準電圧源 26と、オフセット出力制限回路 9のオフセット補償電圧の入力端子に出力端子を接続したオペアンプ 25と、オペアンプ 25の逆相入力端子とピーク検波回路 7のピーク値の出力端子との間に設けた抵抗 21と、オペアンプ 25の正相入力端子とピーク検波回路 7のリファレンス電圧の出力端子との間に設けた抵抗 2 2と、オペアンプ 25の逆相入力端子と出力端子との間に設けた抵抗 23と、ォフセット補償電圧基準電圧源 26とオペアンプ 25の正相入力端子との間に設けた抵抗 24とを備えている。

このオフセット補償電圧生成回路 8においては、抵抗 21〜24によって利得が決定される。抵抗 21， 22, 23, 24の抵抗値をそれぞれ R 1, R 2, R 3, R4とし、オフセット補償電圧生成回路 8の利得を G 3とすると、 R 1=R 2， R3=R4の場合、 G3=R3,R 1=R4/R2が成り立つ。最終段の差動増幅回路 4の出力で発生したオフセット電圧を V。_ff。_ut、初段の差動増幅回路 3 の入力信号に含まれる初期オフセット電圧を V。_ffin、ピーク検波回路 7の検波効率を r? とすると、以下の式が成り立つ。

V_offout^ (1/ (03 Χ η) ) X V_offin (5)

抵抗値 R 1〜R 4を調整することにより、オフセット補償電圧生成回路 8の利得 G 3を任意の値に設定できる。

(オフセット出力制限回路）

つぎに、オフセット出力制限回路 9について、第 3図を参照してさらに具体的に説明する。第 3図は、第 1図に示したオフセット出力制限回路 9の一構成例を示す図である。オフセット出力制限回路 9は、オフセット補償電圧生成回路 8のオフセット補償電圧の出力端子（オペアンプ 25の出力端子）にベースを接続し、逆相入力端子 2にコレクタを接続した NPN型トランジスタ 32と、 NPN型トランジスタ 32のェミッタにエミッタを接続し、正相入力端子 1にコレクタを接続し、オフセット補償電圧基準電圧源 26にベースを接続した NPN型トランジスタ 31とを備えている。

また、オフセット出力制限回路 9は、 NPN型トランジスタ 31および NPN 型トランジスタ 32のェミッタにコレクタを接続し、オフセット制限値調整用端子 12にベースを接続した NPN型トランジスタ 33と、 NPN型トランジスタ 33のェミッタと電源の低電位側 38との間に設けた抵抗 40と、 NPN型トランジスタ 32のコレクタに一端を接続した抵抗 35と、 NPN型トランジスタ 3 1のコレクタと抵抗 35の他端との間に設けた抵抗 34と、抵抗 35の他端と電源の高電位側 37との間に設けた抵抗 36とを備えている。

NPN型トランジスタ 31， 32および抵抗 34, 35， 36は、差動増幅回路を構成する。この差動増幅回路に流れる電流 Iは、 NPN型トランジスタ 33 (オフセット制限値調整用端子 12のオフセット制限値調整用電圧）および抵抗 38によって決定される。ここで、抵抗 34, 35, 36の抵抗値をそれぞれ R 5, R6, R 7とし、電源の高電位側 37の電圧値をとすると、オフセット出力制限回路 9から初段の差動増幅回路 3の入力部に出力される出力電圧 V_dcc。_nt は以下の式（6) で表される。

V_dccont= (V^ - (R7X I) ) + (R5 X I) (6)

このように、出力電圧 V_dcc。_ntは、（R 7 X I ) を中心に，（R 5 X I ) または (R6 X I) [Vp p] の範囲内のものとなる。

NPN型トランジスタ 33のベース電圧を外部から調整可能とし、電流 Iを調整することにより、オフセット補償電圧の上限値，下限値を設定することができる。特に、多段に接続された差動増幅回路 3〜4の線形動作範囲内に（R5X I ) 値を設定することにより、差動増幅回路 3〜4の線形動作範囲からオフセット補償電圧がずれることを防ぐことができる。たとえば、差動増幅回路 3〜4が線形動作可能な入力範囲が 1 0 0 m V p pである場合、（R 5 X I ) ≤ 1 0 O mV p Pとなるように電流 Iを調整することにより、差動増幅回路 3〜 4の線形動作範囲内で確実にオフセット補償を行うことができる。

前述したように、実施の形態 1によれば、オフセット出力制限回路 9がオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限するため、増幅回路で実際に発生したオフセット電圧に対して過度なオフ.セット補償電圧が生成され、帰還されることを防ぐことができる。また、過度なオフセット補償電圧が制限されるため、オフセット補償電圧生成回路 8の利得設定値の許容範囲を広げることができる。また、実施の形態 1によれば、多段接続された差動増幅回路が線形動作するしないにかかわらず、過度なオフセット補償電圧を制限することができ、安定したオフセット自動調整を行うことができる。

特に、多段差動増幅回路が等化増幅回路であった場合、大入力振幅が入力されると等化増幅回路の利得が下がり、オフセット補償電圧生成回路 8の利得がフィ —ドバックループ内で支配的になり、増幅回路で実際に発生したオフセット電圧に対して過度なオフセット補償電圧が生成される可能性が高まるが、オフセット出力制限回路 9がオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限するため、過度なォフセット補償電圧が帰還されることを防ぐことができる。なお、差動増幅回路を一つまたは少数とした場合も同様の効果が得られる。

また、オフセット補償電圧生成回路 8が、オフセット出力制限回路 9にオフセット補償電圧の基準電圧を出力するオフセット補償電圧基準電圧源 2 6と、オフセット出力制限回路 9のオフセット補償電圧の入力端子に出力端子を接続したォぺアンプ 2 5と、オペアンプ 2 5の逆相入力端子とピーク検波回路 7のピーク値の出力端子との間に設けた抵抗 2 1と、オペアンプ 2 5の正相入力端子とピーク検波回路 7のリファレンス電圧の出力端子との間に設けた抵抗 2 2と、オペアンプ 2 5の逆相入力端子と出力端子との間に設けた抵抗 2 3と、オフセット補償電圧基準電圧源 2 6とオペアンプ 2 5の正相入力端子との間に設けた抵抗 2 4とを備え、これにより、抵抗値 R lと R3との比（R 2と R 4との比）によって利得を決定することができるため、オフセット補償電圧生成回路 8の利得 G 3を任意の値に容易に設定することができる。

また、オフセット出力制限回路 9が、オフセット補償電圧生成回路 8のオフセット補償電圧の出力端子（オペアンプ 25の出力端子）にベースを接続し、逆相入力端子 2にコレクタを接続した NPN型トランジスタ 32と、 NPN型トランジスタ 32のエミッタにエミッタを接嫁し、正相入力端子 1にコレクタを接続し、オフセット補償電圧基準電圧源 26にベースを接続した NPN型トランジスタ 3 1と、 NPN型トランジスタ 31および NPN型トランジスタ 32のエミッタにコレクタを接続し、オフセット制限値調整用端子 12にベースを接続した NPN 型トランジスタ 33と、 NPN型トランジスタ 33のエミッタと電源の低電位側 38との間に設けた抵抗 40と、 NPN型トランジスタ 32のコレクタに一端を接続した抵抗 35と、 NPN型トランジスタ 31のコレクタと抵抗 35の他端との間に設けた抵抗 34と、抵抗 35の他端と電源の高電位側 37との間に設けた抵抗 36とを備えているため、差動増幅回路 3〜4の線形動作範囲内に（R5 X I) 値を設定することにより、差動増幅回路 3〜4の線形動作範囲内で確実にォフセット補償を行うことができる。

実施の形態 2.

この発明にかかる実施の形態 2は、前述した実施の形態 1において、オフセット出力制限回路の構成を変更したものである。基本的な構成，動作は実施の形態 1と同様につき、ここでは異なる部分であるオフセット出力制限回路についてのみ説明する。第 4図は、この発明の実施の形態 2にかかる増幅回路の構成を示す図である。なお、第 3図と同一の部分については同一の符号を付している。この増幅回路は、オフセット出力制限回路 50を備えている。

オフセット出力制限回路 50は、オフセット補償電圧生成回路 8のオフセット補償電圧の出力端子（オペアンプ 25の出力端子）にベースを接続し、逆相入力端子 2にコレクタを接続した NPN型トランジスタ 32と、 NPN型トランジスタ 32のェミッタにェミッタを接続し、正相入力端子 1にコレクタを接続し、ォフセット補償電圧基準電圧源 26にベースを接続した NPN型トランジスタ 31 と、 NPN型トランジスタ 31および NPN型トランジスタ 32のエミッタにコレクタを接続し、オフセット制限値調整用端子 12にベースを接続した NPN型トランジスタ 33と、 NP N型トランジスタ 33のェミッタと電源の低電位側 3 8との間に設けた抵抗 40と、 NPN型トランジスタ 32のコレクタと電源の高電位側 37との間に設けた抵抗 51と、 NPN型トランジスタ 32のコレクタと電源の低電位側 38との間に設けた抵抗 52と、 NPN型トランジスタ 31のコレクタと電源の高電位側 37との間に設けた抵抗 53と、 NPN型トランジスタ 31のコレクタと電源の低電位側 38との間に設けた抵抗 54とを有している。

NPN型トランジスタ 31, 32および抵抗 51, 52, 53， 54は差動増幅回路を構成する。この差動増幅回路を流れる電流 Iは、 NPN型トランジスタ 33 (オフセット制限値調整用端子 12のオフセット制限値調整用電圧）および抵抗 38によって決定される。ここで、抵抗 51, 52, 53， 54の抵抗値をそれぞれ R 8, R 9, R I O, R 1 1とし、電源の高電位側 37の電圧値をとすると、初段の差動増幅回路 3の正相入力端子 1のオフセット電圧 + V。_ff、逆相入力端子 2のオフセット電圧— V。_ffは、それぞれ以下の式（7) , 式（8) で表される。

+ V_off= ( (R8 · R9) / (R8+R9) ) · Ι (7)

-V_off= ( (R 10 - R 1 1) / (R 10+R 1 1) ) - I (8) トランジスタ 33のベース電圧を外部から調整可能とし、電流 Iを調整することにより，'オフセット補償電圧の上限値，下限値を設定することができる。特に、多段に接続された差動増幅回路 3〜 4の線形動作範囲内に + V。_ff， ― V。_ffの値を設定することにより、差動増幅回路 3〜4の線形動作範囲からオフセット補償電圧がずれることを防ぐことができる。たとえば、差動増幅回路 3〜4が線形動作可能な入力範囲が 10 OmVp pである場合、 +V o f f , -Vo f f ≤ 100 mVp pに設定することにより、差動増幅回路 3〜 4の線形動作範囲内で確実にオフセット補償を行うことができる。

前述したように、実施の形態 2によれば、オフセット出力制限回路 50が、ォフセット補償電圧生成回路 8のオフセット補償電圧の出力端子（オペアンプ 25 の出力端子）にべ一スを接続し、逆相入力端子 2にコレクタを接続した NPN型トランジスタ 32と、 NPN型トランジスタ 32のェミッタにェミッタを接続し、正相入力端子 1にコレクタを接続し、オフセット補償電圧基準電圧源 26にべ一スを接続した NPN型トランジスタ 31と、 NPN型トランジスタ 31および N PN型トランジスタ 32のェミッタにコレクタを接続し、オフセット制限値調整用端子 12にベースを接続した NPN型トランジスタ 33と、 NPN型トランジスタ 33のェミッタと電源の低電位側 38との間に設けた抵抗 40と、 N P N型トランジスタ 32のコレクタと電源の高電位側 37との間に設けた抵抗 51と、 NPN型トランジスタ 32のコレクタと電源の低電位側 38との間に設けた抵抗 52と、 NPN型トランジスタ 31のコレクタと電源の高電位側 37との間に設けた抵抗 53と、 NPN型トランジスタ 31のコレクタと電源の低電位側 38との間に設けた抵抗 54とを有しているため、 +Vo f f， -V o f f ≤ 10 Om Vp pに設定することにより、差動増幅回路 3〜4の線形動作範囲內で確実にォフセット補償を行うことができる。

以上説明したとおり、この発明によれば、差動増幅手段が増幅を行い、検出手段が、差動増幅手段の出力電圧のピーク値を検出し、生成手段が、検出手段の検出結果に基づいてオフセット補償用のオフセット補償電圧を生成し、制限手段が、生成手段が生成したオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限して差動増幅手段に帰還させる。これにより、差動増幅手段に帰還されるオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限することができるため、過度なオフセット補償電圧を制限し、安定したオフセット補償を行うことができる、という効果を奏する。

つぎの発明によれば、制限手段が、差動増幅手段のバイアス電圧を生成する。これにより、増幅回路内で差動増幅手段のバイアス電圧を生成することが可能となり、外部から差動増幅手段のバイアス電圧を入力する必要がなくなるため、外部回路を簡略化することができる、という効果を奏する。

つぎの発明によれば、検出手段が、差動増幅手段の出力電圧のピーク値おょぴ中間値を検出し、該中間値の電圧に所定の外部電圧を加えた第 1の基準電圧を生成し、検出したピーク値および生成した第 1の基準電圧を前記生成手段に出力し、生成手段が、検出手段からのピーク値おょぴ第 1の基準電圧に基づいてオフセット補償用のオフセット補償電圧を生成する。これにより、出力信号のオフセットがずれた場合も一定値を保つ中間値を基準とし、所定の外部電圧を調整して適切な第 1の基準電圧を生成することができ、この第 1の基準電圧に基づいてオフセット補償電圧を生成することができるため、適切なオフセット補償電圧を生成することができる、という効果を奏する。

つぎの発明によれば、生成手段が、制限手段に第 2の基準電圧を出力する第 2 基準電圧出力手段と、制限手段のオフセット補償電圧の入力端子に出力端子を接続したォペアンプと、ォペアンプの逆相入力端子と検出手段のピーク値の出力端子との間に設けた第 1の抵抗と、ォペアンプの正相入力端子と検出手段の第 1の基準電圧の出力端子との間に設けた第 2の抵抗と、オペアンプの逆相入力端子と出力端子との間に設けた第 3の抵抗と、第 2基準電圧出力手段の出力端子とオペ了ンプの正相入力端子との間に設けた第 4の抵抗とを備え、第 1の抵抗と第 3の抵抗との比（第 2の抵抗と第 4の抵抗との比）によって利得を決定することができるため、生成手段の利得設定を容易に行うことができる、という効果を奏する。つぎの発明によれば、制限手段が、生成手段のオフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、差動増幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、第 1のトランジスタのェミッタにェミッタを接続し、差動増幅手段の正相入力端子にコレクタを接続し、第 2の基準電圧をベースに入力する第 2 のトランジスタと、第 1のトランジスタおよび第 2のトランジスタのエミッタにコレクタを接続し、ベースに調整用の電圧を入力する第 3のトランジスタと、第 3のトランジスタのェミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵抗と、第 1のトランジスタのコレクタに一端を接続した第 6の抵抗と、第 2のトランジスタのコレクタと第 6の抵抗の他端との間に設けた第 7の抵抗と、第 6の抵抗の他端と電源の高電位側との間に設けた第 8の抵抗とを備えるため、オフセット補償電圧を所定の範囲内に制限することができる、という効果を奏する。

つぎの発明によれば、制限手段が、生成手段のオフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、差動増幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、第 1のトランジスタのェミッタにェミッタを接続し、差動増幅手段の正相入力端子にコレクタを接続し、第 2の基準電圧をベースに入力する第 2 のトランジスタと、第 1のトランジスタおよび第 2のトランジスタのェミッタにコレクタを接続し、ベースに調整用の電圧を入力する第 3のトランジスタと、第 3のトランジスタのェミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵抗と、第 1のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 6の抵抗と、第 2のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 7の抵抗と、第 1のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 8の抵抗と、第 2のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 9の抵抗とを備えるため、オフセット補償電圧を所定の範囲内に制限することができる、という効果を奏する。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる増幅回路は、光通信システムで用いられる増幅回路に有用であり、トランジスタ特性のばらつき等によって発生するオフセット電圧を補償するのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 1または複数の差動増幅回路からなる差動増幅手段と、

前記差動増幅手段の出力電圧のピーク値を検出する検出手段と、

前記検出手段の検出結果に基づいてオフセット補償用のオフセットネ甫償電圧を生成する生成手段と、

前記生成手段が生成したオフセット補償電圧を所定の範囲内に制限して前記差動増幅手段に帰還させる制限手段と、

を具備することを特徴とする増幅回路。

2 . 前記制限手段は、前記差動増幅手段のバイアス電圧を生成することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の増幅回路。

3 . 前記検出手段は、前記差動増幅手段の出力電圧のピーク値および中間値を検出し、該中間値の電圧に所定の外部電圧を加えた第 1の基準電圧を生成し、前記ピーク値および前記第 1の基準電圧を前記生成手段に出力し、

前記生成手段は、前記検出手段からのピーク値および第 1の基準電圧に基づいて前記オフセット補償電圧を生成することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の増幅回路。

4 . 前記生成手段は、

前記制限手段に第 2の基準電圧を出力する第 2基準電圧出力手段と、前記制限手段のオフセット補償電圧の入力端子に出力端子を接続したオペアンプと、

前記オペアンプの逆相入力端子と前記検出手段のピーク値の出力端子との間に設けた第 1の抵抗と、

前記オペァンプの正相入力端子と前記検出手段の第 1の基準電圧の出力端子との間に設けた第 2の抵抗と、

前記オペアンプの逆相入力端子と出力端子との間に設けた第 3の抵抗と、前記第 2基準電圧出力手段の出力端子と前記オペアンプの正相入力端子との間に設けた第 4の抵抗と、

を具備することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の増幅回路。

5 . 前記制限手段は、

前記生成手段のオフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、前記差動増幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、

前記第 1のトランジスタのェミッタにェミッタを接続し、前記差動増幅手段の正相入力端子にコレクタを接続し、前記第 2の基準電圧をベースに入力する第 2 のトランジスタと、

前記第 1のトランジスタおよび前記第 2のトランジスタのェミッタにコレクタを接続し、ベースに調整用の電圧を入力する第 3のトランジスタと、

前記第 3のトランジスタのェミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵杭と、

前記第 1のトランジスタのコレクタに一端を接続した第 6の抵抗と、前記第 2のトランジスタのコレクタと前記第 6の抵抗の他端どの間に設けた第 7の抵抗と、

前記第 6の抵抗の他端と電源の高電位側との間に設けた第 8の抵抗と、を具備することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の増幅回路。

6 . 前記制限手段は、

前記生成手段のオフセット補償電圧の出力端子にベースを接続し、前記差動增幅手段の逆相入力端子にコレクタを接続した第 1のトランジスタと、

前記第 3のトランジスタのェミッタと電源の低電位側との間に設けた第 5の抵抗と、

前記第 1のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 6の抵杭と、

前記第 2のトランジスタのコレクタと電源の高電位側との間に設けた第 7の抵杭と、

前記第 1のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 8の抵抗と、

前記第 2のトランジスタのコレクタと電源の低電位側との間に設けた第 9の抵抗と、

を具備することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の増幅回路。