JP2700576B2 - 光受信前置増幅器 - Google Patents
光受信前置増幅器Info
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- JP2700576B2 JP2700576B2 JP1109494A JP10949489A JP2700576B2 JP 2700576 B2 JP2700576 B2 JP 2700576B2 JP 1109494 A JP1109494 A JP 1109494A JP 10949489 A JP10949489 A JP 10949489A JP 2700576 B2 JP2700576 B2 JP 2700576B2
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- JP
- Japan
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- transistor
- current
- output
- voltage
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信に利用する。特に、ディジタル多重化
光伝送方式における加入者受信回路の前置増幅器に関す
る。
光伝送方式における加入者受信回路の前置増幅器に関す
る。
本発明は、初段トランジスタのエミッタ回路にバイア
ス電流を制御する抵抗を介してダイオードを挿入するこ
とにより、大きな受信光電力が入力された場合の波形劣
化を防止し、低雑音かつ広帯域特性を得るものである。
ス電流を制御する抵抗を介してダイオードを挿入するこ
とにより、大きな受信光電力が入力された場合の波形劣
化を防止し、低雑音かつ広帯域特性を得るものである。
さらに本発明は、電圧信号を相補化する差動増幅部の
直流参照電圧として、電流電圧変換増幅部の出力を低域
濾波器を介して得ることにより、外来飛び込み雑音や電
源による雑音に対する高耐力が得られるようにするもの
である。
直流参照電圧として、電流電圧変換増幅部の出力を低域
濾波器を介して得ることにより、外来飛び込み雑音や電
源による雑音に対する高耐力が得られるようにするもの
である。
第２図の従来例の光受信前置増幅器の回路図を示す。
従来の光受信前置増幅器は、並列帰還形式を採ること
により広帯域化を図っていた。受信光信号は受光素子１
により電流信号に変換される。この電流信号を初段トラ
ンジスタTR1のベースに入力することにより、電圧信号
が得られる。
により広帯域化を図っていた。受信光信号は受光素子１
により電流信号に変換される。この電流信号を初段トラ
ンジスタTR1のベースに入力することにより、電圧信号
が得られる。
このような従来の光受信前置増幅器では、図中に示し
た接続点11、12、13などの電位が入力信号電流の大きさ
に対して線形に降下すれば、信号電圧波形は劣化しな
い。
た接続点11、12、13などの電位が入力信号電流の大きさ
に対して線形に降下すれば、信号電圧波形は劣化しな
い。
しかし、接続点13、14の直流電位をほぼ等しくバイア
スする必要があるため、接続点13の直流バイアス電圧を
初段トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧VBEとほ
ぼ等しくしなければならない。シリコンのPN接合順方向
電圧が0.7〜0.8V程度であるため、接続点13の電位降下
量がこの値に近づくと、信号電圧は入力電流に対する線
形性を保持できなくなる。
スする必要があるため、接続点13の直流バイアス電圧を
初段トランジスタTR1のベース・エミッタ間電圧VBEとほ
ぼ等しくしなければならない。シリコンのPN接合順方向
電圧が0.7〜0.8V程度であるため、接続点13の電位降下
量がこの値に近づくと、信号電圧は入力電流に対する線
形性を保持できなくなる。
また、光受信前置増幅器の性能として、入力光電流に
対する線形性の保持の他に、低雑音であること、および
広帯域特性が要求される。これらの要求を満たすため従
来は、初段トランジスタTR1の大きさを最適化する手法
が採られてきた。しかし、同一集積回路チップ上に異な
る大きさのトランジスタを混載するためには、製造プロ
セスが複雑になる。
対する線形性の保持の他に、低雑音であること、および
広帯域特性が要求される。これらの要求を満たすため従
来は、初段トランジスタTR1の大きさを最適化する手法
が採られてきた。しかし、同一集積回路チップ上に異な
る大きさのトランジスタを混載するためには、製造プロ
セスが複雑になる。
さらに、広帯域特性が要求されるほど、光受信前置増
幅器の電流電圧変換利得が小さくせざるを得ないことが
良く知られている。このため、外来飛び込み雑音や電源
からの雑音に対して高耐力を確保することが必要とな
る。高耐力を確保するひとつの方法として特願昭61−16
51（以下「先願」という）には、前置増幅器と後置増幅
器との接続を差動形式とすることが示されている。すな
わち、第２図に示した回路を電流電圧変換増幅部とし、
この回路の出力を差動増幅部で相補化する。
幅器の電流電圧変換利得が小さくせざるを得ないことが
良く知られている。このため、外来飛び込み雑音や電源
からの雑音に対して高耐力を確保することが必要とな
る。高耐力を確保するひとつの方法として特願昭61−16
51（以下「先願」という）には、前置増幅器と後置増幅
器との接続を差動形式とすることが示されている。すな
わち、第２図に示した回路を電流電圧変換増幅部とし、
この回路の出力を差動増幅部で相補化する。
しかし、先願の増幅器では、電圧信号を相補化するた
めに、差動増幅器の直流参照電圧が電流電圧変換増幅部
の出力と同等の温度特性をもつ必要がある。このため、
抵抗およびダイオードにより構成される直流分圧回路の
発生電圧をエミッタフォロワ出力する必要があり、回路
規模が増大してしまう。
めに、差動増幅器の直流参照電圧が電流電圧変換増幅部
の出力と同等の温度特性をもつ必要がある。このため、
抵抗およびダイオードにより構成される直流分圧回路の
発生電圧をエミッタフォロワ出力する必要があり、回路
規模が増大してしまう。
本発明は、以上の課題を解決し、大振幅の光信号が入
力しても波形劣化が生じることなく、集積回路としての
製造プロセスが簡単で、しかも回路規模が比較的小さな
光前置増幅器を提供することを目的とする。
力しても波形劣化が生じることなく、集積回路としての
製造プロセスが簡単で、しかも回路規模が比較的小さな
光前置増幅器を提供することを目的とする。
本発明の光受信前置増幅器は、電流電圧変換増幅部の
初段トランジスタのエミッタ回路にトランジスタのコネ
クタとベースとを接続したダイオードが挿入され、この
ダイオードのベースが抵抗を介して一定電位点に接続さ
れたことを特徴とする。
初段トランジスタのエミッタ回路にトランジスタのコネ
クタとベースとを接続したダイオードが挿入され、この
ダイオードのベースが抵抗を介して一定電位点に接続さ
れたことを特徴とする。
さらに、二つの入力信号を差動増幅して相補信号を出
力する差動増幅部を備え、この差動増幅部の一方の入力
には電流電圧変換増幅部の出力が接続され、この差動増
幅部の他方の入力には電流電圧変換増幅部の出力が低域
濾波器を介して接続されたことを特徴とする。
力する差動増幅部を備え、この差動増幅部の一方の入力
には電流電圧変換増幅部の出力が接続され、この差動増
幅部の他方の入力には電流電圧変換増幅部の出力が低域
濾波器を介して接続されたことを特徴とする。
トランジスタのコレクタとベースとを接続し、このベ
ースを一定電位点に接続することにより、コレクタの電
位に応じてコレクタ・エミッタ間の電流を制御すること
ができる。したがって、このような構造のダイオードを
電流電圧変換増幅器の初段トランジスタのエミッタ回路
に挿入することにより、大振幅の光信号が入力した場合
の波形劣化を防止できる。
ースを一定電位点に接続することにより、コレクタの電
位に応じてコレクタ・エミッタ間の電流を制御すること
ができる。したがって、このような構造のダイオードを
電流電圧変換増幅器の初段トランジスタのエミッタ回路
に挿入することにより、大振幅の光信号が入力した場合
の波形劣化を防止できる。
また、バイアス電流を制御することにより、高周波数
帯におけるダイオードのインピーダンスを制御でき、自
己発振不安定性の問題も生じない。
帯におけるダイオードのインピーダンスを制御でき、自
己発振不安定性の問題も生じない。
また、電圧信号を相補化するための差動増幅部の直流
参照電圧として、低域濾波器を介した電流電圧変換増幅
部の出力を利用する場合には、直流参照電圧発生用の回
路が不要となり、温度変動があっても安定な相補出力が
得られる。
参照電圧として、低域濾波器を介した電流電圧変換増幅
部の出力を利用する場合には、直流参照電圧発生用の回
路が不要となり、温度変動があっても安定な相補出力が
得られる。
第１図は本発明実施例光受信前置増幅器の回路図を示
す。
す。
この光受信前置増幅器は、受光素子１が出力する電流
信号を電圧信号に変換する電流電圧変換増幅部２を備
え、この電流電圧変換増幅部２は、ベースが受光素子の
出力に接続される初段トランジスタTR1と、この初段ト
ランジスタTR1のコレクタに接続された出力回路、すな
わちトランジスタTR2、ダイオードD1、抵抗R3、R4とを
含む。
信号を電圧信号に変換する電流電圧変換増幅部２を備
え、この電流電圧変換増幅部２は、ベースが受光素子の
出力に接続される初段トランジスタTR1と、この初段ト
ランジスタTR1のコレクタに接続された出力回路、すな
わちトランジスタTR2、ダイオードD1、抵抗R3、R4とを
含む。
初段トランジスタTR1は、ベースが受光素子１および
抵抗R1を介して高電位点４に接続され、コレクタが抵抗
R2を介して高電位点４に接続される。コレクタはまた、
トランジスタTR2のベースに接続される。この接続点を
以下「接続点11」という。トランジスタTR2のコレクタ
は高電位点４に接続され、エミッタはトランジスタのコ
レクタとベースとを接続した構造のダイオードD3のコレ
クタに接続される。この接続点を以下「接続点12」とい
う。ダイオードD3のエミッタは、抵抗R3、R4を介して低
電位点５に接続される。抵抗R3と抵抗R4との接続点13
は、抵抗R5を介して初段トランジスタTR1のベースに接
続される。この接続点を以下「接続点14」という。
抵抗R1を介して高電位点４に接続され、コレクタが抵抗
R2を介して高電位点４に接続される。コレクタはまた、
トランジスタTR2のベースに接続される。この接続点を
以下「接続点11」という。トランジスタTR2のコレクタ
は高電位点４に接続され、エミッタはトランジスタのコ
レクタとベースとを接続した構造のダイオードD3のコレ
クタに接続される。この接続点を以下「接続点12」とい
う。ダイオードD3のエミッタは、抵抗R3、R4を介して低
電位点５に接続される。抵抗R3と抵抗R4との接続点13
は、抵抗R5を介して初段トランジスタTR1のベースに接
続される。この接続点を以下「接続点14」という。
ここで本実施例の特徴とするところは、初段トランジ
スタTR1のエミッタ回路にトランジスタのコレクタとベ
ースとを接続したダイオードD2が挿入され、このダイオ
ードD2のベースが抵抗R6を介して一定電位点（この実施
例では高電位点４）に接続されたことにある。
スタTR1のエミッタ回路にトランジスタのコレクタとベ
ースとを接続したダイオードD2が挿入され、このダイオ
ードD2のベースが抵抗R6を介して一定電位点（この実施
例では高電位点４）に接続されたことにある。
さらに本実施例は、二つの入力信号を差動増幅して相
補信号を出力する差動増幅部３を備え、この差動増幅部
３の一方の入力、すなわちトランジスタTR4のベースに
は電流電圧変換増幅部２の出力が接続され、この差動増
幅部３の他方の入力、すなわちトランジスタTR5のベー
スには、電流電圧変換増幅部２の出力が抵抗R16および
容量Ｃにより構成される低域濾波器を介して接続された
ことを特徴とする。ただし本実施例では、電流電圧変換
増幅部２の出力がトランジスタTR3を介して入力される
構成とした。
補信号を出力する差動増幅部３を備え、この差動増幅部
３の一方の入力、すなわちトランジスタTR4のベースに
は電流電圧変換増幅部２の出力が接続され、この差動増
幅部３の他方の入力、すなわちトランジスタTR5のベー
スには、電流電圧変換増幅部２の出力が抵抗R16および
容量Ｃにより構成される低域濾波器を介して接続された
ことを特徴とする。ただし本実施例では、電流電圧変換
増幅部２の出力がトランジスタTR3を介して入力される
構成とした。
差動増幅部３および低域濾波器の詳細について説明す
る。
る。
電流電圧変換増幅部２の出力は、トランジスタTR3の
ベースに接続される。トランジスタTR3のコレクタは高
電位点４に接続され、エミッタはトランジスタTR6のコ
レクタ・エミッタ回路および抵抗R12を介して接地され
る。トランジスタTR3のエミッタはまた、直接にトラン
ジスタTR4のベースに接続されるとともに、抵抗R16を介
してトランジスタTR5のベースに接続される。抵抗R6と
トランジスタTR5との接続点は、外付け容量Ｃを介して
接地される。
ベースに接続される。トランジスタTR3のコレクタは高
電位点４に接続され、エミッタはトランジスタTR6のコ
レクタ・エミッタ回路および抵抗R12を介して接地され
る。トランジスタTR3のエミッタはまた、直接にトラン
ジスタTR4のベースに接続されるとともに、抵抗R16を介
してトランジスタTR5のベースに接続される。抵抗R6と
トランジスタTR5との接続点は、外付け容量Ｃを介して
接地される。
トランジスタTR4のコレタクは抵抗R7を介して高電位
点４に接続され、このコレクタ電圧がトランジスタTR8
および抵抗R15からなるエミッタフォロワ回路を介して
第一の出力となる。
点４に接続され、このコレクタ電圧がトランジスタTR8
および抵抗R15からなるエミッタフォロワ回路を介して
第一の出力となる。
トランジスタTR5のコレクタは抵抗R8を介して高電位
点４に接続され、このコレクタ電圧がトランジスタTR9
および抵抗R16からなるエミッタフォロワ回路を介して
第二の出力となる。
点４に接続され、このコレクタ電圧がトランジスタTR9
および抵抗R16からなるエミッタフォロワ回路を介して
第二の出力となる。
トランジスタTR4、TR5のエミッタは抵抗R10、R11を介
して接続され、この抵抗R10、R11の接続点は、トランジ
スタTR7のコレクタ・エミッタ回路および抵抗R13を介し
て接地される。
して接続され、この抵抗R10、R11の接続点は、トランジ
スタTR7のコレクタ・エミッタ回路および抵抗R13を介し
て接地される。
さらに差動増幅器３は、トランジスタのコレクタとベ
ースとが接続された構造のダイオードD3を備え、そのコ
レクタは抵抗R9を介して高電位点４に接続され、エミッ
タは抵抗R14を介して接地され、ベースはトランジスタT
R6、TR7のベースに接続される。
ースとが接続された構造のダイオードD3を備え、そのコ
レクタは抵抗R9を介して高電位点４に接続され、エミッ
タは抵抗R14を介して接地され、ベースはトランジスタT
R6、TR7のベースに接続される。
電流電圧変換増幅器２の構成により接続点13の直流電
位は、第２図に示した従来例に比べて、エミッタ側に挿
入されたダイオードD2による電圧降下分だけ高くでき
る。したがって、入力光電流に対する接続点11、12およ
び13の電圧降下特性の線形領域を拡大できる。
位は、第２図に示した従来例に比べて、エミッタ側に挿
入されたダイオードD2による電圧降下分だけ高くでき
る。したがって、入力光電流に対する接続点11、12およ
び13の電圧降下特性の線形領域を拡大できる。
第３図は電圧降下特性の計算機シミュレーション結果
を示す。
を示す。
第２図に示した従来例の場合には、入力光電流が約30
0μＡとなるまで電圧降下特性が線形であった。これに
対して本実施例の場合には、入力光電流が約360μＡと
なるまで電圧降下特性が線形であり、特性が20％改善さ
れる。
0μＡとなるまで電圧降下特性が線形であった。これに
対して本実施例の場合には、入力光電流が約360μＡと
なるまで電圧降下特性が線形であり、特性が20％改善さ
れる。
第４図は入力換算雑音電流密度と電流圧電変換利得
（トランスインピーダンス）との周波数特性の計算機シ
ミュレーション結果を示す。このシミュレーションで
は、本実施例と第２図に示した従来例とについて、トラ
ンジスタTR1〜TR3の寸法、帰還抵抗R3、R5、トランジス
タTR1の直流バイアス電流I1およびトランジスタTR2のバ
イアス電流I2を同一とした。
（トランスインピーダンス）との周波数特性の計算機シ
ミュレーション結果を示す。このシミュレーションで
は、本実施例と第２図に示した従来例とについて、トラ
ンジスタTR1〜TR3の寸法、帰還抵抗R3、R5、トランジス
タTR1の直流バイアス電流I1およびトランジスタTR2のバ
イアス電流I2を同一とした。
ダイオードD2を挿入したことにより、エミッタピーキ
ング効果に起因した広帯域化と、抵抗R6によるダイオー
ドD2のバイアス最適化による低雑音化 とが、初段トランジスタTR1および帰還抵抗R3、R5を最
適化しなくても実現される。
ング効果に起因した広帯域化と、抵抗R6によるダイオー
ドD2のバイアス最適化による低雑音化 とが、初段トランジスタTR1および帰還抵抗R3、R5を最
適化しなくても実現される。
さらに、差動増幅部３の直流参照用電圧を電流変換増
幅部２の出力電圧から得ているので、回路規模が増大す
ることがない。
幅部２の出力電圧から得ているので、回路規模が増大す
ることがない。
以上の説明では初段トランジスタTR1のエミッタ回路
に一個のダイオードを挿入した例を示したが、複数個の
ダイオードを挿入しても同様に本発明を実施できる。ま
た、この初段トランジスタTR1のベースに接続される抵
抗R6として可変抵抗を用いることにより、初段トランジ
スタTR1の動作を最適化することもできる。
に一個のダイオードを挿入した例を示したが、複数個の
ダイオードを挿入しても同様に本発明を実施できる。ま
た、この初段トランジスタTR1のベースに接続される抵
抗R6として可変抵抗を用いることにより、初段トランジ
スタTR1の動作を最適化することもできる。
以上説明したように、本発明の光受信前置増幅器は、 （１） 大振幅の光信号電流が入力された場合でも波形
劣化が生じることがなく、適用伝送距離が広範囲に分布
する光加入者伝送系において最大受光電力特性の制限に
より必要であった光固定減衰が不要となり、保守、運
用、経済性の点で有用である、 （２） 初段トランジスタの寸法および帰還抵抗を最適
化しなくとも低雑音化および広帯域化が可能であるた
め、チップ製造プロセスおよび回路設計が容易になる、 （３） 電圧信号を相補化するための直流参照電圧発生
回路を別途設ける必要がなく、回路規模を小さくするこ
とができ、かつ低消費電力である、 （４） 光受信等化増幅部を前置増幅器と後置増幅器と
にチップ分割し、チップ間接続を相補信号の差動増幅形
式とすることができるので、 （ａ） 伝送速度毎に雑音特性を最適化する場合に前置
増幅器のみを交換すれば良い、 （ｂ） 現在、開発が進められている非シリコン系の光
電気変換集積回路、すなわち受光素子と前置増幅器とを
同一チップ上に集積化した回路を用いる場合には、ユニ
ポーラであるため本質的に伝達コンダクタンスgmが小さ
くトランスインピーダンスを大きくできない。このよう
な場合でも、差動増幅形式を用いて同相成分除去比を確
保することができる などの効果がある。
劣化が生じることがなく、適用伝送距離が広範囲に分布
する光加入者伝送系において最大受光電力特性の制限に
より必要であった光固定減衰が不要となり、保守、運
用、経済性の点で有用である、 （２） 初段トランジスタの寸法および帰還抵抗を最適
化しなくとも低雑音化および広帯域化が可能であるた
め、チップ製造プロセスおよび回路設計が容易になる、 （３） 電圧信号を相補化するための直流参照電圧発生
回路を別途設ける必要がなく、回路規模を小さくするこ
とができ、かつ低消費電力である、 （４） 光受信等化増幅部を前置増幅器と後置増幅器と
にチップ分割し、チップ間接続を相補信号の差動増幅形
式とすることができるので、 （ａ） 伝送速度毎に雑音特性を最適化する場合に前置
増幅器のみを交換すれば良い、 （ｂ） 現在、開発が進められている非シリコン系の光
電気変換集積回路、すなわち受光素子と前置増幅器とを
同一チップ上に集積化した回路を用いる場合には、ユニ
ポーラであるため本質的に伝達コンダクタンスgmが小さ
くトランスインピーダンスを大きくできない。このよう
な場合でも、差動増幅形式を用いて同相成分除去比を確
保することができる などの効果がある。
第１図は本発明実施例光受信前置増幅器の回路図。 第２図は従来例光受信前置増幅器の回路図。 第３図は電圧降下特性の計算機シミュレーション結果を
示す図。 第４図は入力換算雑音電流密度と電流圧電変換利得との
周波数特性の計算機シミュレーション結果を示す図。 １……受光素子、２……電流電圧変換増幅部、３……差
動増幅部、４……高電位点、５……低電位点、TR1……
初段トランジスタ、TR2〜TR9……トランジスタ、R1〜R1
6……抵抗、D1〜D3……ダイオード、Ｃ……コンデン
サ。
示す図。 第４図は入力換算雑音電流密度と電流圧電変換利得との
周波数特性の計算機シミュレーション結果を示す図。 １……受光素子、２……電流電圧変換増幅部、３……差
動増幅部、４……高電位点、５……低電位点、TR1……
初段トランジスタ、TR2〜TR9……トランジスタ、R1〜R1
6……抵抗、D1〜D3……ダイオード、Ｃ……コンデン
サ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 10/28
Claims (2)
- 【請求項１】受光素子が出力する電流信号を電圧信号に
変換する電流電圧変換増幅部を備え、 この電流電圧変換増幅部は、ベースが受光素子の出力に
接続される初段トランジスタと、この初段トランジスタ
のコレクタに接続された出力回路とを含む 光受信前置増幅器において、 上記初段トランジスタのエミッタ回路にトランジスタの
コレクタとベースとを接続したダイオードが挿入され、 このダイオードのベースが抵抗を介して一定電位点に接
続された ことを特徴とする光受信前置増幅器。 - 【請求項２】請求項１記載の光受信前置増幅器におい
て、 二つの入力信号を差動増幅して相補信号を出力する差動
増幅器を備え、 この差動増幅部の一方の入力には上記電流電圧変換増幅
部の出力が接続され、 この差動増幅部の他方の入力には上記電流電圧変換増幅
部の出力が低減濾波器を介して接続された ことを特徴とする光受信前置増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1109494A JP2700576B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 光受信前置増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1109494A JP2700576B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 光受信前置増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288503A JPH02288503A (ja) | 1990-11-28 |
| JP2700576B2 true JP2700576B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=14511676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1109494A Expired - Lifetime JP2700576B2 (ja) | 1989-04-28 | 1989-04-28 | 光受信前置増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2700576B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011250126A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | トランスインピーダンスアンプ及び光レシーバ |
| JP6426580B2 (ja) * | 2015-10-05 | 2018-11-21 | 日本電信電話株式会社 | 帰還増幅回路 |
-
1989
- 1989-04-28 JP JP1109494A patent/JP2700576B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02288503A (ja) | 1990-11-28 |
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