JP7729065B2 - Transimpedance Amplifier Circuit - Google Patents
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Description
本開示は、トランスインピーダンス増幅回路に関する。 This disclosure relates to a transimpedance amplifier circuit.
光伝送システムにおいて、互いに波長の異なる複数の光信号が多重化された光信号を2本の光ファイバを使用して送受信する波長分割多重方式が知られている。また、多重化された光信号を効率的に受信する手法として、コヒーレント受信方式が知られている。例えば、複数の光信号の一つ(単一光信号)を受信する光受信装置において、単一光信号から変換された電流信号を増幅する増幅回路は、トランスインピーダンスアンプと、トランスインピーダンスアンプの利得を可変制御し、増幅した信号の振幅を一定にするAGC(Auto Gain Control)回路とを有する。この種の増幅回路は、AGC回路による利得可変機能により、入力ダイナミックレンジが広く、線形性を有する出力信号を出力可能である。 In optical transmission systems, wavelength division multiplexing is known, in which two optical fibers are used to transmit and receive an optical signal multiplexed with multiple optical signals of different wavelengths. Coherent reception is also known as a method for efficiently receiving multiplexed optical signals. For example, in an optical receiving device that receives one of multiple optical signals (a single optical signal), the amplifier circuit that amplifies the current signal converted from the single optical signal includes a transimpedance amplifier and an AGC (Auto Gain Control) circuit that variably controls the gain of the transimpedance amplifier and keeps the amplitude of the amplified signal constant. This type of amplifier circuit is capable of outputting a linear output signal with a wide input dynamic range thanks to the variable gain function of the AGC circuit.
例えば、増幅回路から出力される出力信号の振幅を設定する設定信号がAGC回路に供給される場合、設定された振幅に応じてAGC回路のループ利得およびAGC帯域が変動するおそれがある。ここで、AGC帯域は、AGCループのループ利得特性の利得が"1" (デシベル表示で0dB)のときの周波数として求められる。 For example, when a setting signal that sets the amplitude of the output signal from the amplifier circuit is supplied to the AGC circuit, the loop gain and AGC band of the AGC circuit may fluctuate depending on the set amplitude. Here, the AGC band is calculated as the frequency when the gain of the loop gain characteristic of the AGC loop is "1" (0 dB in decibels).
そこで、本開示は、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路を提供することを目的とする。 The present disclosure therefore aims to provide a transimpedance amplifier circuit that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude settings.
本開示のトランスインピーダンス増幅回路は、制御信号によって設定される第1利得に応じて入力電流信号を増幅して電圧信号に変換する増幅回路と、前記電圧信号の振幅に応じて前記制御信号を生成する利得制御回路と、を備え、前記利得制御回路は、前記電圧信号の振幅に応じて振幅検出信号を生成する検出回路と、基準電圧に応じて振幅基準信号を生成する設定回路と、前記振幅検出信号の電圧と前記振幅基準信号の電圧との差分が増幅されて生成される差分増幅信号に出力振幅設定信号に応じて生成されるオフセット電圧を加算して差動電圧を生成する差動増幅回路と、前記出力振幅設定信号によって設定される第2利得に応じて、前記差動電圧を増幅して差分電流信号を生成する電圧制御電流源回路と、前記差分電流信号によって充放電される容量素子と、を備え、前記利得制御回路は、前記容量素子の充電電圧に応じて前記制御信号を生成し、前記オフセット電圧は、前記出力振幅設定信号が大きくなるほど大きくなり、前記電圧信号の振幅は、前記出力振幅設定信号が小さくなると小さく設定され、かつ、前記出力振幅設定信号が大きくなると大きく設定され、前記差分電流信号は、前記差動電圧が大きくなると小さくなり、かつ、前記差動電圧が小さくなると大きくなり、前記第2利得は、前記出力振幅設定信号が大きくなるほど小さく、前記出力振幅設定信号が小さくなるほど大きく設定される。 The transimpedance amplifier circuit of the present disclosure includes an amplifier circuit that amplifies an input current signal in accordance with a first gain set by a control signal and converts it into a voltage signal, and a gain control circuit that generates the control signal in accordance with the amplitude of the voltage signal, wherein the gain control circuit includes a detection circuit that generates an amplitude detection signal in accordance with the amplitude of the voltage signal, a setting circuit that generates an amplitude reference signal in accordance with a reference voltage, a differential amplifier circuit that generates a differential voltage by adding an offset voltage generated in accordance with an output amplitude setting signal to a differential amplified signal generated by amplifying the difference between the voltage of the amplitude detection signal and the voltage of the amplitude reference signal, and a gain control circuit that amplifies the differential voltage in accordance with a second gain set by the output amplitude setting signal. the gain control circuit generates the control signal in accordance with the charging voltage of the capacitance element; the offset voltage increases as the output amplitude setting signal increases; the amplitude of the voltage signal is set to decrease as the output amplitude setting signal decreases and to increase as the output amplitude setting signal increases; the differential current signal decreases as the differential voltage increases and to increase as the differential voltage decreases; and the second gain is set to decrease as the output amplitude setting signal increases and to increase as the output amplitude setting signal decreases .
本開示によれば、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路を提供することができる。 This disclosure provides a transimpedance amplifier circuit that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude settings.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
Description of the embodiments of the present disclosure
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
〔1〕本開示の一態様にかかるトランスインピーダンス増幅回路は、制御信号によって設定される第1利得に応じて入力電流信号を増幅して電圧信号に変換する増幅回路と、前記電圧信号の振幅に応じて前記制御信号を生成する利得制御回路と、備え、前記利得制御回路は、前記電圧信号の振幅に応じて振幅検出信号を生成する検出回路と、基準電圧に応じて振幅基準信号を生成する設定回路と、前記振幅検出信号の電圧と前記振幅基準信号の電圧との差分を出力振幅設定信号に応じて補正して差動信号を生成する差分電圧生成回路と、前記出力振幅設定信号によって設定される第2利得に応じて、前記差動信号の電圧差を増幅して差分電流信号を生成する電圧制御電流源回路と、前記差分電流信号によって充放電される容量素子と、を備え、前記利得制御回路は、前記容量素子の充電電圧に応じて前記制御信号を生成する。 [1] A transimpedance amplifier circuit according to one aspect of the present disclosure comprises: an amplifier circuit that amplifies an input current signal in accordance with a first gain set by a control signal and converts it into a voltage signal; and a gain control circuit that generates the control signal in accordance with the amplitude of the voltage signal. The gain control circuit comprises: a detection circuit that generates an amplitude detection signal in accordance with the amplitude of the voltage signal; a setting circuit that generates an amplitude reference signal in accordance with a reference voltage; a differential voltage generation circuit that corrects the difference between the voltage of the amplitude detection signal and the voltage of the amplitude reference signal in accordance with an output amplitude setting signal to generate a differential signal; a voltage-controlled current source circuit that amplifies the voltage difference of the differential signals in accordance with a second gain set by the output amplitude setting signal to generate a differential current signal; and a capacitive element that is charged and discharged by the differential current signal. The gain control circuit generates the control signal in accordance with the charging voltage of the capacitive element.
このトランスインピーダンス増幅回路では、設定される電圧信号の振幅の大小にかかわりなく、AGC帯域を一定にすることができる。すなわち、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路100を提供することができる。 This transimpedance amplifier circuit can maintain a constant AGC band regardless of the amplitude of the set voltage signal. In other words, it is possible to provide a transimpedance amplifier circuit 100 that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude settings.
〔2〕上記〔1〕において、利得制御回路は、さらに、前記出力振幅設定信号に応じて第2利得を設定するための利得制御電圧を生成する利得制御部を備え、前記電圧制御電流源回路は、前記差動信号を増幅する一対のトランジスタと、前記一対のトランジスタのそれぞれのドレインの間に接続され、抵抗値が前記利得制御電圧に応じて変化する可変抵抗部と、備えてもよい。一対のトランジスタのそれぞれのドレインの間に接続される可変抵抗部の抵抗値を利得制御電圧により変化させることで、簡易な手段により、電圧制御電流源回路の利得を利得制御電圧に応じて変更することができ、振幅設定によるAGC帯域の変動を補償することができる。 [2] In the above [1], the gain control circuit may further include a gain control section that generates a gain control voltage for setting the second gain in response to the output amplitude setting signal, and the voltage-controlled current source circuit may include a pair of transistors that amplify the differential signal, and a variable resistor section connected between the drains of the pair of transistors, the variable resistor section having a resistance value that varies in response to the gain control voltage. By changing the resistance value of the variable resistor section connected between the drains of the pair of transistors using the gain control voltage, the gain of the voltage-controlled current source circuit can be changed in response to the gain control voltage using a simple method, and fluctuations in the AGC band due to amplitude setting can be compensated for.
〔3〕上記〔2〕において、前記利得制御部は、前記利得制御電圧を出力する電圧出力ノードと、前記電圧出力ノードに接続される抵抗素子と、互いに並列に接続される複数の電流源と、前記出力振幅設定信号の値に応じて出力信号を生成するサーモコード生成部と、前記出力信号に応じて前記電圧出力ノードに接続される前記複数の電流源の数を変更するスイッチと、を備え、前記利得制御電圧は、前記スイッチを介して前記電圧出力ノードに接続された前記複数の電流源の供給する電流が前記抵抗素子に流れて生成され、前記出力信号は、前記出力振幅設定信号の値が1だけ増減するときに前記電圧出力ノードに接続される前記複数の電流源の数を1つだけ増減させてもよい。これにより、簡易な手段により、出力振幅設定信号に応じた利得制御電圧を生成することができる。 [3] In the above [2], the gain control unit comprises a voltage output node that outputs the gain control voltage, a resistive element connected to the voltage output node, multiple current sources connected in parallel, a thermocode generation unit that generates an output signal according to the value of the output amplitude setting signal, and a switch that changes the number of the multiple current sources connected to the voltage output node according to the output signal, wherein the gain control voltage is generated when currents supplied by the multiple current sources connected to the voltage output node via the switch flow through the resistive element, and the output signal may increase or decrease the number of the multiple current sources connected to the voltage output node by one when the value of the output amplitude setting signal increases or decreases by one. This makes it possible to generate a gain control voltage according to the output amplitude setting signal using simple means.
〔4〕上記〔1〕から〔3〕のいずれかにおいて、前記差分電圧生成回路は、前記出力振幅設定信号が示す値に応じたオフセット電流を生成する電流生成部と、前記振幅検出信号と前記振幅基準信号とを差動増幅し、前記オフセット電流に応じた電圧を、前記振幅検出信号の増幅により得られた電圧に加算する差動増幅回路と、備えてもよい。これにより、出力振幅設定信号が示す振幅に対応するオフセット電圧を、差動増幅回路の出力に反映させることができ、電圧信号の振幅を出力振幅設定信号により示される振幅に設定することができる。 [4] In any of [1] to [3] above, the differential voltage generation circuit may include a current generation unit that generates an offset current corresponding to the value indicated by the output amplitude setting signal, and a differential amplifier circuit that differentially amplifies the amplitude detection signal and the amplitude reference signal and adds a voltage corresponding to the offset current to the voltage obtained by amplifying the amplitude detection signal. This allows the offset voltage corresponding to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal to be reflected in the output of the differential amplifier circuit, and the amplitude of the voltage signal can be set to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal.
[本開示の実施形態の詳細]
本開示のトランスインピーダンス増幅回路の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、同一の要素または対応する要素には同一の符号を付し、それらについては説明を省略する場合がある。また、入力端子、出力端子および各ノードの符号を、信号、電圧または電流を示す符号としても使用する。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Specific examples of transimpedance amplifier circuits according to the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following description, identical or corresponding elements will be designated by the same reference numerals, and descriptions of these elements may be omitted. Furthermore, the reference numerals for input terminals, output terminals, and nodes will also be used to indicate signals, voltages, or currents.
〔第1の実施形態〕
〔トランスインピーダンス増幅回路の回路構成〕
図1は、第1の実施形態にかかるトランスインピーダンス増幅回路の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すトランスインピーダンス増幅回路100は、TIA(TransImpedance Amplifier)10、VGA(Variable Gain Amplifier)20、BUF(バッファ)30、CML(Current Mode Logic)40およびAGC制御回路50を有する。
First Embodiment
[Circuit configuration of transimpedance amplifier circuit]
Fig. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a transimpedance amplifier circuit according to Embodiment 1. The transimpedance amplifier circuit 100 shown in Fig. 1 includes a TIA (Transimpedance Amplifier) 10, a VGA (Variable Gain Amplifier) 20, a BUF (Buffer) 30, a CML (Current Mode Logic) 40, and an AGC control circuit 50.
例えば、トランスインピーダンス増幅回路100は、光信号を受信するコヒーレント受信器に使用され、フォトダイオードにより単一波長の光信号から変換された差動の電流信号を入力端子InP、InNで受信する。トランスインピーダンス増幅回路100は、受信した電流信号を増幅して差動の電圧信号として出力端子OutP、OutNから出力する。出力端子OutP、OutNから出力された電圧信号は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)等の信号処理回路に出力される。 For example, the transimpedance amplifier circuit 100 is used in a coherent receiver that receives optical signals, and receives at its input terminals InP and InN a differential current signal converted from a single-wavelength optical signal by a photodiode. The transimpedance amplifier circuit 100 amplifies the received current signal and outputs it from the output terminals OutP and OutN as a differential voltage signal. The voltage signals output from the output terminals OutP and OutN are then output to a signal processing circuit such as a DSP (Digital Signal Processor).
TIA10は、入力端子InP、InNで受ける差動の入力電流信号を電圧信号に変換し、VGA20に出力する。例えば、TIA10の利得は、AGC制御回路50から受ける制御信号CNTL1に応じて変化する。なお、TIA10の利得は、電流信号が電圧信号に変換されるため、例えば1000Ω等のように単位がインピーダンスで表される。TIA10は、例えば、INV(INVerting amplifier)11および抵抗素子R11、R12を有する。INV11は、反転増幅回路の一例である。例えば、INV11は差動信号を増幅する反転増幅回路である。 TIA10 converts the differential input current signal received at input terminals InP and InN into a voltage signal and outputs it to VGA20. For example, the gain of TIA10 varies in response to the control signal CNTL1 received from the AGC control circuit 50. Note that because the current signal is converted into a voltage signal, the gain of TIA10 is expressed in impedance units such as 1000 Ω. TIA10 includes, for example, an INV (INVERTING amplifier) 11 and resistor elements R11 and R12. INV11 is an example of an inverting amplifier circuit. For example, INV11 is an inverting amplifier circuit that amplifies a differential signal.
INV11は、例えば、非反転入力端子と反転入力端子との間に入力された差動の電圧信号を反転増幅し、反転増幅された差動の電圧信号を反転出力端子および非反転出力端子から出力する。抵抗素子R11は、例えばINV11の非反転入力端子とINV11の反転出力端子との間に接続される。抵抗素子R12は、例えばINV11の反転入力端子とINV11の非反転出力端子との間に接続される。TIA10の利得は、制御信号CNTL1に応じて変化する。なお、TIA10は、例えば、抵抗素子R11、R12に可変抵抗素子を使用して、制御信号CNTL1に応じて抵抗素子R11、R12の抵抗値を変えることによってTIA10の利得を変化させてもよい。 INV11, for example, inverts and amplifies a differential voltage signal input between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal, and outputs the inverted and amplified differential voltage signal from the inverting output terminal and the non-inverting output terminal. Resistance element R11 is connected, for example, between the non-inverting input terminal and the inverting output terminal of INV11. Resistance element R12 is connected, for example, between the inverting input terminal and the non-inverting output terminal of INV11. The gain of TIA10 varies in response to the control signal CNTL1. Note that TIA10 may, for example, use variable resistance elements for resistance elements R11 and R12, and vary the gain of TIA10 by changing the resistance values of resistance elements R11 and R12 in response to the control signal CNTL1.
VGA20は、TIA10から受ける差動の電圧信号を増幅し、BUF30に出力する。例えば、VGA20の利得は、AGC制御回路50から受ける制御信号CNTL2、CNTL3、CNTL4に応じて変化する。VGA20は、例えば、非反転増幅を行うが、出力する差動の電圧信号の論理を反転するために反転増幅を行ってもよい。ところで、差動の電圧信号は、正相信号(正相成分)および逆相信号(逆相成分)で構成される。正相信号および逆相信号は、互いに位相が180度異なっており、一対の相補信号となっている。 VGA20 amplifies the differential voltage signal received from TIA10 and outputs it to BUF30. For example, the gain of VGA20 varies in response to control signals CNTL2, CNTL3, and CNTL4 received from AGC control circuit 50. VGA20 performs non-inverting amplification, for example, but may also perform inverting amplification to invert the logic of the differential voltage signal it outputs. The differential voltage signal is composed of a positive-phase signal (positive-phase component) and a negative-phase signal (negative-phase component). The positive-phase signal and negative-phase signal are 180 degrees out of phase with each other, forming a pair of complementary signals.
例えば、正相信号の電圧が増加するときには、逆相信号の電圧は減少し、正相信号の電圧が減少するときには、逆相信号の電圧は増加する。また、正相信号がピーク値に達するときには、逆相信号はボトム値に達し、正相信号がボトム値に達するときには、逆相信号はピーク値に達する。正相信号および逆相信号は、同じ振幅と同じ平均値(DC成分)を持つことが好ましい。一対となっている正相信号と逆相信号とを入れ替えると、差動の電圧信号の論理を反転することができる。従って、差動の電圧信号を増幅する回路において、非反転増幅と反転増幅との間の変更は、正相信号の配線と逆相信号の配線とのつなぎ替えによって容易に行うことができる。なお、VGA20は、TIA10から出力される差動の電圧信号を増幅するため、TIA10の中に含めることもできる。 For example, when the voltage of the positive-phase signal increases, the voltage of the negative-phase signal decreases; when the voltage of the positive-phase signal decreases, the voltage of the negative-phase signal increases. Furthermore, when the positive-phase signal reaches its peak value, the negative-phase signal reaches its bottom value; and when the positive-phase signal reaches its bottom value, the negative-phase signal reaches its peak value. It is preferable that the positive-phase signal and the negative-phase signal have the same amplitude and the same average value (DC component). By swapping the pair of positive-phase and negative-phase signals, the logic of the differential voltage signal can be inverted. Therefore, in a circuit that amplifies a differential voltage signal, switching between non-inverting amplification and inverting amplification can be easily performed by reconnecting the positive-phase signal wiring and the negative-phase signal wiring. The VGA 20 can also be included within the TIA 10 to amplify the differential voltage signal output from the TIA 10.
BUF30は、VGA20から受ける差動の電圧信号を増幅して得た電圧信号IP、INをAGC制御回路50およびCML40に出力する。CML40は、電圧信号IP、INを増幅した電圧信号を出力端子OutP、OutNに出力する。電圧信号IP、INおよび出力端子OutP、OutNに出力される電圧信号は、いずれも差動の電圧信号(以下、差動電圧信号という)である。例えば、電圧信号IPは、差動電圧信号の正相信号であり、電圧信号INは、差動電圧信号の逆相信号である。なお、例えば、VGA20の電圧利得が十分に大きく、駆動能力も十分に大きい場合には、BUF30は省いて、VGA20が差動電圧信号IP、INを供給してもよい。 BUF30 amplifies the differential voltage signals received from VGA20 and outputs the resulting voltage signals IP and IN to AGC control circuit 50 and CML40. CML40 amplifies the voltage signals IP and IN and outputs the amplified voltage signals to output terminals OutP and OutN. The voltage signals IP and IN and the voltage signals output to output terminals OutP and OutN are all differential voltage signals (hereinafter referred to as differential voltage signals). For example, voltage signal IP is the positive-phase signal of the differential voltage signal, and voltage signal IN is the negative-phase signal of the differential voltage signal. Note that, for example, if the voltage gain and driving capability of VGA20 are sufficiently large, BUF30 may be omitted and VGA20 may supply the differential voltage signals IP and IN.
AGC制御回路50は、出力端子OutP、OutNから出力される差動電圧信号の振幅を出力振幅設定信号OAで示される振幅に設定するために、TIA10およびVGA20の利得を調整する制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。制御信号CNTL1-CNTL4により設定されるTIA10およびVGA20の利得は、第1利得の一例である。AGC制御回路50は、利得制御回路の一例である。AGC制御回路50の例は、図2に示される。AGC制御回路50が振幅を検出するのは差動電圧信号IP、INであるが、例えば、CML40が一定の利得で線形増幅を行う場合、差動電圧信号IP、INの振幅に対して出力端子OutP、OutNから出力される差動電圧信号の振幅は線形に変化する。従って、差動電圧信号IP、INの振幅を制御することで出力端子OutP、OutNから出力される差動電圧信号の出力振幅を所定の値に設定することができる。 The AGC control circuit 50 generates control signals CNTL1-CNTL4 that adjust the gain of the TIA 10 and VGA 20 to set the amplitude of the differential voltage signal output from the output terminals OutP and OutN to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal OA. The gain of the TIA 10 and VGA 20, set by the control signals CNTL1-CNTL4, is an example of a first gain. The AGC control circuit 50 is an example of a gain control circuit. An example of the AGC control circuit 50 is shown in Figure 2. The AGC control circuit 50 detects the amplitude of the differential voltage signals IP and IN. For example, if the CML 40 performs linear amplification with a constant gain, the amplitude of the differential voltage signals output from the output terminals OutP and OutN changes linearly with the amplitude of the differential voltage signals IP and IN. Therefore, by controlling the amplitude of the differential voltage signals IP and IN, the output amplitude of the differential voltage signals output from the output terminals OutP and OutN can be set to a predetermined value.
〔AGC制御回路の回路構成〕
図2は、図1のAGC制御回路50の一例を示す回路図である。AGC制御回路50は、図1のBUF30から出力される差動電圧信号IP、INを受けるバイポーラトランジスタQ1P、Q1Nを有する。例えば、バイポーラトランジスタQ1Pは、差動電圧信号IP、INの正相信号IPを受け、バイポーラトランジスタQ1Nは、差動電圧信号IP、INの逆相信号INを受ける。また、AGC制御回路50は、バイポーラトランジスタQ1P、Q1Nのエミッタに接続された電流源I51および抵抗素子R51と、抵抗素子51に接続された容量素子C51とを有する。バイポーラトランジスタQ1P、Q1Nは、例えば製造上のばらつきが許容される範囲内で同じ電気的特性を有する。
[Circuit configuration of AGC control circuit]
2 is a circuit diagram showing an example of the AGC control circuit 50 of FIG. 1. The AGC control circuit 50 includes bipolar transistors Q1P and Q1N that receive differential voltage signals IP and IN output from the BUF 30 of FIG. 1. For example, the bipolar transistor Q1P receives a positive-phase signal IP of the differential voltage signals IP and IN, and the bipolar transistor Q1N receives a negative-phase signal IN of the differential voltage signals IP and IN. The AGC control circuit 50 also includes a current source I51 and a resistor R51 connected to the emitters of the bipolar transistors Q1P and Q1N, and a capacitor C51 connected to the resistor R51. The bipolar transistors Q1P and Q1N have the same electrical characteristics, for example, within the range of allowable manufacturing variations.
以下では、バイポーラトランジスタは、単にトランジスタとも称される。トランジスタQ1P、Q1N、電流源I51、抵抗素子R51および容量素子C51は、差動電圧信号IP、INの振幅を検出する検出回路として機能する。検出回路で検出された振幅に対応する電圧に設定される振幅検出信号PHは、差動増幅回路のpチャネルMOSトランジスタM1Pのゲートに出力される。抵抗素子R51および容量素子C51は、ローパスフィルタを構成し、振幅検出信号は、平均化されて抵抗素子R51と容量素子C51との間の接続ノードから出力される。例えば、差動電圧信号IP、INの振幅が一定のとき、振幅検出信号PHは、振幅の大きさに応じた電圧値を有するDC信号となる。以下では、pチャネルMOSトランジスタは、単にトランジスタとも称される。 Hereinafter, bipolar transistors will also be referred to simply as transistors. Transistors Q1P and Q1N, current source I51, resistor R51, and capacitor C51 function as a detection circuit that detects the amplitude of differential voltage signals IP and IN. An amplitude detection signal PH, set to a voltage corresponding to the amplitude detected by the detection circuit, is output to the gate of p-channel MOS transistor M1P of the differential amplifier circuit. Resistor R51 and capacitor C51 form a low-pass filter, and the amplitude detection signal is averaged and output from the connection node between resistor R51 and capacitor C51. For example, when the amplitude of differential voltage signals IP and IN is constant, amplitude detection signal PH is a DC signal having a voltage value corresponding to the magnitude of the amplitude. Hereinafter, p-channel MOS transistors will also be referred to simply as transistors.
また、AGC制御回路50は、基準電圧Vrefを受けるバイポーラトランジスタQ2と、トランジスタQ2のエミッタに接続された電流源I52および抵抗素子R52と、抵抗素子R52に接続された容量素子C52とを有する。トランジスタQ2、電流源I52、抵抗素子R52および容量素子C52は、電圧信号IP、INの振幅を検出する検出回路と同様の回路構成を有し、例えば、各回路素子の電気的特性およびサイズも検出回路の各回路素子の電気的特性およびサイズと製造上のばらつきが許容される範囲内で同様である。 The AGC control circuit 50 also includes a bipolar transistor Q2 that receives a reference voltage Vref, a current source I52 and a resistor R52 connected to the emitter of transistor Q2, and a capacitor C52 connected to resistor R52. Transistor Q2, current source I52, resistor R52, and capacitor C52 have a circuit configuration similar to that of the detection circuit that detects the amplitude of voltage signals IP and IN, and, for example, the electrical characteristics and size of each circuit element are similar to those of the detection circuit within the allowable range of manufacturing variations.
例えば、基準電圧Vrefは、差動電圧信号IP、INの振幅の中心電圧に設定される。差動電圧信号IP、INの振幅の中心電圧は、それぞれの電圧信号の時間的な平均値(DC成分)と等しい。なお、基準電圧Vrefは、図1のBUF30から出力される電圧信号IP、INを抵抗列に与え、抵抗分割による平均値としてもよい。例えば、2つの抵抗素子から成る直列抵抗回路の一端に電圧信号IPを与え、直列抵抗回路の他端に電圧信号INを与え、2つの抵抗素子が接続される中間点の電圧を基準電圧Vrefとして使用してもよい。 For example, the reference voltage Vref is set to the center voltage of the amplitudes of the differential voltage signals IP and IN. The center voltage of the amplitudes of the differential voltage signals IP and IN is equal to the temporal average value (DC component) of each voltage signal. Note that the reference voltage Vref may be set to the average value obtained by dividing the voltage signals IP and IN output from BUF30 in Figure 1 and applying them to a resistor string. For example, the voltage signal IP may be applied to one end of a series resistor circuit consisting of two resistor elements, and the voltage signal IN may be applied to the other end of the series resistor circuit, and the voltage at the midpoint where the two resistor elements are connected may be used as the reference voltage Vref.
トランジスタQ2、電流源I52、抵抗素子R52および容量素子C52は、基準電圧Vrefをレベル変換し、レベル変換した電圧を振幅基準信号として生成する設定回路として機能する。振幅基準信号AHは、差動増幅回路のpチャネルMOSトランジスタM1Nのゲートに出力される。抵抗素子R52および容量素子C52は、ローパスフィルタを構成し、レベル変換された基準電圧Vrefは、安定化されて抵抗素子R52と容量素子C52との間の接続ノードからから出力される。例えば、振幅基準信号AHは、基準電圧Vrefに応じた電圧値を有するDC信号となる。このように、振幅検出信号および振幅基準信号は、それぞれDC信号として差動増幅回路に出力される。例えば、トランジスタQ1P、Q1N、Q2は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。 Transistor Q2, current source I52, resistor R52, and capacitor C52 function as a setting circuit that converts the level of reference voltage Vref and generates the converted voltage as an amplitude reference signal. The amplitude reference signal AH is output to the gate of p-channel MOS transistor M1N of the differential amplifier circuit. Resistor R52 and capacitor C52 form a low-pass filter, and the level-converted reference voltage Vref is stabilized and output from the connection node between resistor R52 and capacitor C52. For example, amplitude reference signal AH is a DC signal having a voltage value corresponding to reference voltage Vref. In this way, the amplitude detection signal and amplitude reference signal are each output as DC signals to the differential amplifier circuit. For example, transistors Q1P, Q1N, and Q2 are heterojunction bipolar transistors.
差動増幅回路は、例えば、トランジスタM1P、M1Nと、トランジスタM1P、M1Nのソースに接続された電流源I53と、抵抗素子R53、R54、R55、R56とを有する。抵抗素子R53、R54は、トランジスタM1Pのドレインと接地線GNDとの間に直列に接続される。抵抗素子R55、R56は、トランジスタM1Nのドレインと接地線GNDとの間に直列に接続される。例えば、抵抗素子R53、R55の抵抗値は製造上のばらつきが許容される範囲内で互いに同じであり、抵抗素子R54、R56の抵抗値は製造上のばらつきが許容される範囲内で互いに同じである。トランジスタM1P、M1Nは、例えば製造上のばらつきが許容される範囲内で同じ電気的特性を有する。 The differential amplifier circuit includes, for example, transistors M1P and M1N, a current source I53 connected to the sources of transistors M1P and M1N, and resistor elements R53, R54, R55, and R56. Resistor elements R53 and R54 are connected in series between the drain of transistor M1P and the ground line GND. Resistor elements R55 and R56 are connected in series between the drain of transistor M1N and the ground line GND. For example, the resistance values of resistor elements R53 and R55 are the same within an allowable range of manufacturing variations, and the resistance values of resistor elements R54 and R56 are the same within an allowable range of manufacturing variations. Transistors M1P and M1N have the same electrical characteristics, for example, within an allowable range of manufacturing variations.
抵抗素子R53、R54の接続ノードは、DAC(Digital-to-Analog Converter)52からオフセット電流Ioffsetを受ける。これにより、接地電位を基準にしたトランジスタM1Pのドレイン電圧には、オフセット電流Ioffsetと抵抗素子R54の抵抗値との積に対応するオフセット電圧が加算される。 The connection node between resistor elements R53 and R54 receives an offset current Ioffset from DAC (Digital-to-Analog Converter) 52. As a result, an offset voltage corresponding to the product of the offset current Ioffset and the resistance value of resistor element R54 is added to the drain voltage of transistor M1P, which is referenced to the ground potential.
DAC52は、出力振幅設定信号OAにより示されるデジタル値に対応するオフセット電流Ioffsetを生成する。例えば、出力振幅設定信号OAのデジタル値が大きくなるにつれてオフセット電流Ioffsetの電流値は大きくなる。出力振幅設定信号OAは、例えば、トランスインピーダンス増幅回路100の外部から提供される。上述したように、第1の実施形態にかかるトランスインピーダンス増幅回路100において、出力振幅設定信号OAによって設定される出力振幅は、出力端子OutP、OutNから出力される差動電圧信号の出力振幅となっているが、検出回路が検出する振幅は差動電圧信号IP.INの振幅となっている。そのため、出力端子OutP、OutNから出力される差動電圧信号の出力振幅が所定の値となるようにオフセット電流Ioffsetによって差動電圧信号IP、INの振幅が設定される。DAC52は、出力振幅設定信号OAにより示されるデジタル値に応じたオフセット電流Ioffsetを生成する電流生成部の一例である。 DAC 52 generates an offset current Ioffset corresponding to the digital value indicated by the output amplitude setting signal OA. For example, as the digital value of the output amplitude setting signal OA increases, the current value of the offset current Ioffset increases. The output amplitude setting signal OA is provided, for example, from outside the transimpedance amplifier circuit 100. As described above, in the transimpedance amplifier circuit 100 according to the first embodiment, the output amplitude set by the output amplitude setting signal OA is the output amplitude of the differential voltage signal output from the output terminals OutP and OutN, but the amplitude detected by the detection circuit is the amplitude of the differential voltage signals IP and IN. Therefore, the amplitude of the differential voltage signals IP and IN is set by the offset current Ioffset so that the output amplitude of the differential voltage signal output from the output terminals OutP and OutN is a predetermined value. DAC 52 is an example of a current generator that generates an offset current Ioffset according to the digital value indicated by the output amplitude setting signal OA.
例えば、出力振幅設定信号OAのデジタル値は、設定される振幅が小さい場合に小さい値に設定され、設定される振幅が大きい場合に大きい値に設定される。出力振幅設定信号OAは、利得制御部53にも出力される。 For example, the digital value of the output amplitude setting signal OA is set to a small value when the set amplitude is small, and is set to a large value when the set amplitude is large. The output amplitude setting signal OA is also output to the gain control unit 53.
例えば、設定される振幅が相対的に小さい場合、DAC52は、相対的に値が小さい出力振幅設定信号OAを受信し、相対的に小さいオフセット電流Ioffsetを出力する。設定される振幅が相対的に大きい場合、DAC52は、相対的に値が大きい出力振幅設定信号OAを受信し、相対的に大きいオフセット電流Ioffsetを出力する。DAC52は、例えば、電流を出力する電流DAC(IDAC)である。 For example, when the set amplitude is relatively small, DAC 52 receives an output amplitude setting signal OA with a relatively small value and outputs a relatively small offset current Ioffset. When the set amplitude is relatively large, DAC 52 receives an output amplitude setting signal OA with a relatively large value and outputs a relatively large offset current Ioffset. DAC 52 is, for example, a current DAC (IDAC) that outputs a current.
出力振幅設定信号OAは、利得制御部53にも出力される。利得制御部53は、出力振幅設定信号OAのデジタル値に応じて利得制御電圧VGを生成する。例えば、利得制御部53は、出力振幅設定信号OAの値が相対的に小さい場合(設定振幅が小さい場合)、相対的に低い利得制御電圧VGを出力する。利得制御部53は、出力振幅設定信号OAの値が相対的に大きい場合(設定振幅が大きい場合)、相対的に高い利得制御電圧VGを出力する。利得制御電圧VGにより制御されるOTA51の利得は、第2利得の一例である。OTA51については後述する。 The output amplitude setting signal OA is also output to the gain control unit 53. The gain control unit 53 generates a gain control voltage VG according to the digital value of the output amplitude setting signal OA. For example, when the value of the output amplitude setting signal OA is relatively small (when the set amplitude is small), the gain control unit 53 outputs a relatively low gain control voltage VG. When the value of the output amplitude setting signal OA is relatively large (when the set amplitude is large), the gain control unit 53 outputs a relatively high gain control voltage VG. The gain of the OTA 51, which is controlled by the gain control voltage VG, is an example of a second gain. The OTA 51 will be described later.
差動増幅回路は、振幅検出信号PHの電圧および振幅基準信号AHの電圧と、オフセット電流Ioffsetとに応じて生成される差動電圧信号VIP、VINを、トランジスタM1NのドレインおよびM1Pのドレインから出力する。差動増幅回路およびDAC52は、振幅検出信号PHの電圧と振幅基準信号の電圧との差分を出力振幅設定信号OAに応じて補正して差動信号を生成する差分電圧生成回路の一例である。出力振幅設定信号OAに応じた補正は、例えば、上述したように、生成される差動信号の一方の電圧にオフセット電流Ioffsetと抵抗素子R54の抵抗値との積に対応するオフセット電圧を加算して行われる。 The differential amplifier circuit outputs differential voltage signals VIP and VIN, which are generated in response to the voltages of the amplitude detection signal PH, the amplitude reference signal AH, and the offset current Ioffset, from the drains of transistors M1N and M1P. The differential amplifier circuit and DAC52 are an example of a differential voltage generation circuit that generates a differential signal by correcting the difference between the voltage of the amplitude detection signal PH and the voltage of the amplitude reference signal in response to the output amplitude setting signal OA. The correction in response to the output amplitude setting signal OA is performed, for example, as described above, by adding an offset voltage corresponding to the product of the offset current Ioffset and the resistance value of resistor R54 to one of the voltages of the generated differential signal.
差動電圧信号VIP、VINは、OTA(Operational Transconductance Amplifier)51の差動入力に供給される。差動増幅された電圧信号VIP、VINをOTA51に供給することで、振幅検出信号PHおよび振幅基準信号AHをOTA51に直接供給する場合に比べて、SN(Signal to Noise)比を向上することができ、AGC機能の精度を向上することができる。また、差動電圧信号VIP、VINの一方の電圧信号VINに上述のオフセット電流Ioffsetによるオフセット電圧を加算することにより、電圧信号VIPの電圧値と電圧信号VINの電圧値とが等しくなったときに、差動電圧信号IP、INの振幅が出力振幅設定信号OAに応じて設定される振幅値に等しくなるように設定することができる。 The differential voltage signals VIP and VIN are supplied to the differential inputs of OTA (Operational Transconductance Amplifier) 51. By supplying the differentially amplified voltage signals VIP and VIN to OTA 51, the signal-to-noise ratio can be improved compared to when the amplitude detection signal PH and amplitude reference signal AH are supplied directly to OTA 51, thereby improving the accuracy of the AGC function. Furthermore, by adding an offset voltage due to the offset current Ioffset described above to one of the differential voltage signals VIP and VIN, voltage signal VIN, the amplitude of the differential voltage signals IP and IN can be set to be equal to the amplitude value set in accordance with the output amplitude setting signal OA when the voltage values of voltage signals VIP and VIN become equal.
OTA51は、利得制御部53から利得制御電圧VGを受け、差動の電圧信号VIP、VINに応じて出力ノードから差分電流信号OUTを出力する。OTA51は、利得制御電圧VGに応じて可変利得OTAとして動作し、出力振幅設定信号OAの値に応じて利得を制御する。OTA51は、入力される電圧信号に応じて電流信号を出力するため、OTA51の利得は、例えば100Sのように単位がコンダクタンスとして表される。OTA51の利得の調整により、AGC帯域の出力振幅に依存した変動を補償して、AGC帯域を出力振幅設定信号OAの値にかかわりなく一定にすることができる。OTA51の具体的な回路例は、図3に示される。OTA51は、電圧制御電流源回路の一例である。 OTA51 receives gain control voltage VG from gain control unit 53 and outputs a differential current signal OUT from the output node in response to differential voltage signals VIP and VIN. OTA51 operates as a variable gain OTA in response to gain control voltage VG, controlling its gain in response to the value of output amplitude setting signal OA. Because OTA51 outputs a current signal in response to the input voltage signal, the gain of OTA51 is expressed in units of conductance, such as 100S. Adjusting the gain of OTA51 compensates for fluctuations in the AGC band that depend on the output amplitude, making it possible to keep the AGC band constant regardless of the value of output amplitude setting signal OA. A specific circuit example of OTA51 is shown in Figure 3. OTA51 is an example of a voltage-controlled current source circuit.
OTA51の出力ノードには、容量素子C2が接続される。OTA51および容量素子C2は、積分回路として機能し、OTA51から出力される差分電流信号と容量素子C2の容量値とに応じて出力ノードに出力電圧OUTを生成する。OTA51の出力インピーダンスと容量素子C2とによる時定数は、AGCループの利得特性の主要極を形成する。なお、トランスインピーダンス増幅回路100におけるAGCループは、制御信号CNTL1に応じて利得を変化させるTIA10と、制御信号CNTL2-CNTL4に応じて利得を変化させるVGA20と、BUF30と、および差動電圧信号IP、INが入力されて制御信号CNTL1-CNTL4を生成するAGC制御回路50と、によって構成される。 Capacitive element C2 is connected to the output node of OTA51. OTA51 and capacitive element C2 function as an integrating circuit, generating an output voltage OUT at the output node in response to the differential current signal output from OTA51 and the capacitance value of capacitive element C2. The time constant defined by the output impedance of OTA51 and capacitive element C2 forms the dominant pole of the gain characteristic of the AGC loop. The AGC loop in transimpedance amplifier circuit 100 is composed of TIA10, which changes its gain in response to control signal CNTL1, VGA20, which changes its gain in response to control signals CNTL2-CNTL4, BUF30, and AGC control circuit 50, which receives differential voltage signals IP and IN and generates control signals CNTL1-CNTL4.
OTA51の出力には利得制御部54が接続される。利得制御部54は、OTA51の出力ノードに接続された容量素子C2の充電電圧である出力電圧OUTに応じて、TIA10およびVGA20の利得を制御する制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。 Gain control unit 54 is connected to the output of OTA 51. Gain control unit 54 generates control signals CNTL1-CNTL4 that control the gain of TIA 10 and VGA 20 according to output voltage OUT, which is the charging voltage of capacitive element C2 connected to the output node of OTA 51.
例えば、利得制御部54は、出力電圧OUTが相対的に低い場合、TIA10およびVGA20の利得を大きくする制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。利得制御部54は、出力電圧OUTが相対的に高い場合、TIA10およびVGA20の利得を小さくする制御信号CNTL1-CNTL4を生成する。 For example, when the output voltage OUT is relatively low, the gain control unit 54 generates control signals CNTL1-CNTL4 that increase the gain of the TIA 10 and VGA 20. When the output voltage OUT is relatively high, the gain control unit 54 generates control signals CNTL1-CNTL4 that decrease the gain of the TIA 10 and VGA 20.
振幅検出信号PHおよび振幅基準信号AHがそれぞれ一定の場合、オフセット電流Ioffsetが小さくなると電圧信号VINの電圧値は小さくなり、オフセット電流Ioffsetが大きい場合、電圧信号VINの電圧値は大きくなる。トランスインピーダンス増幅回路100は、上述のAGCループの負帰還により、OTA51に入力される電圧信号VIN、VIPの差が"0"になるように動作し、オフセット電流Ioffsetによるオフセット電圧分をキャンセルするように動作する。この結果、出力振幅設定信号OAのデジタル値により振幅設定が可能なAGC制御回路50を構成することができる。 When the amplitude detection signal PH and amplitude reference signal AH are constant, a smaller offset current Ioffset reduces the voltage value of the voltage signal VIN, and a larger offset current Ioffset increases the voltage value of the voltage signal VIN. The transimpedance amplifier circuit 100 operates by the negative feedback of the AGC loop described above so that the difference between the voltage signals VIN and VIP input to the OTA 51 becomes "0," thereby canceling out the offset voltage due to the offset current Ioffset. As a result, an AGC control circuit 50 can be configured that allows amplitude setting using the digital value of the output amplitude setting signal OA.
〔OTAの回路例〕
図3は、図2のOTA51の一例を示す回路図である。OTA51は、例えば、pチャネルMOSトランジスタPM1、PM2、PM3、PM4、PM5、nチャネルMOSトランジスタNM1、NM2、NM3、NM4および電流源I11、I12を有する。
[OTA circuit example]
Fig. 3 is a circuit diagram showing an example of the OTA 51 of Fig. 2. The OTA 51 has, for example, p-channel MOS transistors PM1, PM2, PM3, PM4, and PM5, n-channel MOS transistors NM1, NM2, NM3, and NM4, and current sources I11 and I12.
トランジスタPM1、PM2のゲートは、図2の差動増幅回路からの差動電圧信号VIN、VIPを受ける。トランジスタPM1のソースには電流源I11が接続され、トランジスタPM2のソースには電流源I12が接続される。また、トランジスタPM1のソースは、トランジスタPM5のソースが接続される。トランジスタPM2のソースは、トランジスタPM5のドレインが接続される。トランジスタPM5のゲートは利得制御電圧VGを受ける。なお、トランジスタPM5は後述するように可変抵抗素子として機能するため、トランジスタPM5のソース、ドレインは、互いに入れ換えてもよい。すなわち、トランジスタPM1のソースは、トランジスタPM5のドレインが接続されてもよく、トランジスタPM2のソースは、トランジスタPM5のソースに接続されてもよい。
The gates of transistors PM1 and PM2 receive differential voltage signals VIN and VIP from the differential amplifier circuit of FIG. 2. A current source I11 is connected to the source of transistor PM1, and a current source I12 is connected to the source of transistor PM2. The source of transistor PM1 is connected to the source of transistor PM5. The source of transistor PM2 is connected to the drain of transistor PM5. The gate of transistor PM5 receives a gain control voltage VG. Since transistor PM5 functions as a variable resistance element as described below, the source and drain of transistor PM5 may be interchanged. That is, the source of transistor PM1 may be connected to the drain of transistor PM5, and the source of transistor PM2 may be connected to the source of transistor PM5.
トランジスタPM1のドレインは、トランジスタNM1、NM3によるカレントミラー回路の共通ゲートに接続される。トランジスタPM2のドレインは、トランジスタNM2、NM4によるカレントミラー回路の共通ゲートに接続される。さらに、トランジスタNM3のドレインは、トランジスタPM3、PM4によるカレントミラー回路の共通ゲートに接続される。そして、トランジスタPM4のドレインとトランジスタNM4のドレインとがOTA51の出力端子OUTに接続される。 The drain of transistor PM1 is connected to the common gate of the current mirror circuit formed by transistors NM1 and NM3. The drain of transistor PM2 is connected to the common gate of the current mirror circuit formed by transistors NM2 and NM4. Furthermore, the drain of transistor NM3 is connected to the common gate of the current mirror circuit formed by transistors PM3 and PM4. The drains of transistors PM4 and NM4 are connected to the output terminal OUT of OTA 51.
トランジスタPM1のゲートは、例えば、差動電圧信号VIP、VINの一方(逆相信号)VINを受ける。トランジスタPM2のゲートは、例えば、差動電圧信号VIN、VIPの他方(正相信号)VIPを受ける。トランジスタPM1、PM2は、差動電圧信号VIP、VINに応じて差動出力電流信号を生成する。例えば、トランジスタPM1のドレイン電流は、トランジスタNM1を流れ、トランジスタPM2のドレイン電流は、トランジスタNM2を流れる。電圧信号VIPと電圧信号VINとの差電圧に応じて、トランジスタNM1のドレイン電流とトランジスタNM2のドレイン電流との差電流が変化する。 The gate of transistor PM1 receives, for example, one of the differential voltage signals VIP and VIN (negative phase signal), VIN. The gate of transistor PM2 receives, for example, the other of the differential voltage signals VIN and VIP (positive phase signal), VIP. Transistors PM1 and PM2 generate differential output current signals in response to the differential voltage signals VIP and VIN. For example, the drain current of transistor PM1 flows through transistor NM1, and the drain current of transistor PM2 flows through transistor NM2. The difference current between the drain current of transistor NM1 and the drain current of transistor NM2 changes in response to the differential voltage between voltage signals VIP and VIN.
トランジスタNM1を流れる差動出力電流信号の一方は、トランジスタNM1、NM3、PM3、PM4によって構成される2段のカレントミラー回路を介して出力端子OUTに供給される。トランジスタNM2を流れる差動出力電流信号の他方は、トランジスタNM2、NM4によって構成されるカレントミラー回路を介して出力端子OUTに供給される。差動電流信号の一方は、外部へ電流を流し出す(プッシュする)ように出力端子OUTへ供給され、差動電流信号の他方は、外部から出力端子OUTへ電流を引き込む(プルする)ように供給される。このようにして、差動電流信号の一方から差動電流信号の他方を差し引いた差電流が差分電流信号として出力端子OUTから出力される。トランジスタPM4、NM4は、プッシュプル回路を構成する。 One of the differential output current signals flowing through transistor NM1 is supplied to the output terminal OUT via a two-stage current mirror circuit formed by transistors NM1, NM3, PM3, and PM4. The other of the differential output current signals flowing through transistor NM2 is supplied to the output terminal OUT via a current mirror circuit formed by transistors NM2 and NM4. One of the differential current signals is supplied to the output terminal OUT to push current outward, and the other of the differential current signals is supplied to pull current from the outside to the output terminal OUT. In this way, the difference current obtained by subtracting the other differential current signal from one of the differential current signals is output from the output terminal OUT as a differential current signal. Transistors PM4 and NM4 form a push-pull circuit.
トランジスタPM5は、利得制御電圧VGに応じてソース、ドレイン間の抵抗値が変化する可変抵抗部として機能する。このため、OTA51の利得(gm)を、利得制御電圧VGにより制御することができる。 Transistor PM5 functions as a variable resistor whose source-drain resistance changes in response to the gain control voltage VG. This allows the gain (gm) of OTA 51 to be controlled by the gain control voltage VG.
図4は、出力振幅設定信号OAに応じて設定される利得制御電圧VGの一例を示す説明図である。図4に示す符号OA_GC30、OA_GC120、OA_GC210、OA_GC300の末尾の数値は、設定される振幅の大きさに対応しており、数値が大きいほど、値が大きい出力振幅設定信号OAがDAC52および利得制御部53に供給される。図4の横軸は、出力端子OutP、OutNから出力される差動出力電圧の出力振幅を表している。この例では、出力振幅が大きくなるほど、利得制御電圧VGは大きくなるように設定されている。利得制御電圧VGの電圧値が相対的に小さいとpチャネルMOSトランジスタPM5のオン抵抗は小さくなり、OTA51の利得は大きくなる。利得制御電圧VGの電圧値が相対的に大きいとpチャネルMOSトランジスタPM5のオン抵抗は大きくなり、OTA51の利得は小さくなる。利得制御電圧VGを設定する利得制御部53の例は、図6に示される。 Figure 4 is an explanatory diagram showing an example of a gain control voltage VG set in response to the output amplitude setting signal OA. The numerical values at the end of the symbols OA_GC30, OA_GC120, OA_GC210, and OA_GC300 shown in Figure 4 correspond to the amplitude setting value; the larger the numerical value, the larger the output amplitude setting signal OA supplied to the DAC 52 and the gain control unit 53. The horizontal axis in Figure 4 represents the output amplitude of the differential output voltage output from the output terminals OutP and OutN. In this example, the gain control voltage VG is set so that it increases as the output amplitude increases. When the voltage value of the gain control voltage VG is relatively small, the on-resistance of the p-channel MOS transistor PM5 decreases, and the gain of the OTA 51 increases. When the voltage value of the gain control voltage VG is relatively large, the on-resistance of the p-channel MOS transistor PM5 increases, and the gain of the OTA 51 decreases. An example of the gain control unit 53 that sets the gain control voltage VG is shown in Figure 6.
図5は、設定された利得制御電圧VGに対して、差動入力電圧VIP-VINに応じてOTA51の出力端子OUTから出力される出力電流差分電流信号Ioutの一例を示す特性図である。図5では、符号VG1~VG4で示される4つの利得制御電圧VGに対するOTA51の入出力特性が示されている。図5の横軸は、差動入力電圧VIP-VINを表しており、縦軸は差分電流信号Ioutを表している。差分電流信号Ioutの電流値は、出力端子OUTから外部へ流れ出る方向を正とし、外部から出力端子OUTへ流れ込む方向を負としている。4つの利得制御電圧VG1~VG4を示す破線は、後述する図7に示す符号OA_GC30、OA_GC120、OA_GC210、OA_GC300に付した破線に対応する。 Figure 5 is a characteristics diagram showing an example of the output current differential current signal Iout output from the output terminal OUT of the OTA 51 in response to the differential input voltage VIP-VIN for a set gain control voltage VG. Figure 5 shows the input/output characteristics of the OTA 51 for four gain control voltages VG indicated by symbols VG1 to VG4. The horizontal axis of Figure 5 represents the differential input voltage VIP-VIN, and the vertical axis represents the differential current signal Iout. The current value of the differential current signal Iout is positive when flowing from the output terminal OUT to the outside, and negative when flowing from the outside to the output terminal OUT. The dashed lines representing the four gain control voltages VG1 to VG4 correspond to the dashed lines attached to symbols OA_GC30, OA_GC120, OA_GC210, and OA_GC300 in Figure 7, described below.
例えば、利得制御電圧VG1は、最も小さい出力振幅を設定する出力振幅設定信号OAを受けたときに生成される。利得制御電圧VG2は、2番目に小さい出力振幅を設定する出力振幅設定信号OAを受けたときに生成される。利得制御電圧VG3は、2番目に大きい出力振幅を設定する出力振幅設定信号OAを受けたときに生成される。利得制御電圧VG4は、最も大きい出力振幅を設定する出力振幅設定信号OAを受けたときに生成される。 For example, gain control voltage VG1 is generated when an output amplitude setting signal OA that sets the smallest output amplitude is received. Gain control voltage VG2 is generated when an output amplitude setting signal OA that sets the second smallest output amplitude is received. Gain control voltage VG3 is generated when an output amplitude setting signal OA that sets the second largest output amplitude is received. Gain control voltage VG4 is generated when an output amplitude setting signal OA that sets the largest output amplitude is received.
利得制御電圧VG1、VG2、VG3、VG4は、この順で順次高くなる(VG1<VG2<VG3<VG4)。図5において、利得制御電圧VG1~VG4に対応する各破線の傾きは、OTA51の利得に相当する。したがって、OTA51の利得は、利得制御電圧VGが高いほど小さくなり、利得制御電圧VGが低いほど大きくなる。すなわち、OTA51の利得を、出力振幅設定信号OAによって設定される出力振幅が小さいほど大きくすることができ、出力振幅設定信号OAによって設定される出力振幅が大きいほど小さくすることができる。 The gain control voltages VG1, VG2, VG3, and VG4 increase in this order (VG1<VG2<VG3<VG4). In Figure 5, the slope of each dashed line corresponding to the gain control voltages VG1 to VG4 corresponds to the gain of the OTA 51. Therefore, the higher the gain control voltage VG, the smaller the gain of the OTA 51, and the lower the gain control voltage VG, the larger the gain. In other words, the smaller the output amplitude set by the output amplitude setting signal OA, the larger the gain of the OTA 51 can be, and the larger the output amplitude set by the output amplitude setting signal OA, the larger the gain of the OTA 51 can be.
図6は、図2の利得制御部53の一例を示す回路図である。利得制御部53は、サーモコード生成部531、互いに並列に接続されるn個(nは2以上の整数)の電流源I1~In、電流源I1~Inを利得制御電圧線(電圧出力ノード)VGに接続するn個のスイッチSWおよび利得制御電圧線VGと接地線GNDとの間に接続された抵抗素子RLを有する。例えば、電流源I1は、1番目のスイッチSWを介して利得制御電圧線VGに接続され、電流源Inは、n番目のスイッチSWを介して利得制御電圧線VGに接続される。すべてのスイッチSWをオン状態にしたとき、利得制御電圧線VGに対してn個の電流源I1~Inが並列に接続され、n個の電流源I1~Inのそれぞれから抵抗素子RLに電流が供給される。利得制御電圧は、n個の電流源I1~InのうちスイッチSWを介して電圧出力ノードに接続された電流源の供給する電流が前記抵抗素子に流れて生成される。利得制御電圧VGは、電圧出力ノードから出力される。 Figure 6 is a circuit diagram showing an example of the gain control unit 53 of Figure 2. The gain control unit 53 includes a thermocode generation unit 531, n current sources I1 to In connected in parallel (n is an integer greater than or equal to 2), n switches SW connecting the current sources I1 to In to a gain control voltage line (voltage output node) VG, and a resistor element RL connected between the gain control voltage line VG and the ground line GND. For example, current source I1 is connected to the gain control voltage line VG via the first switch SW, and current source In is connected to the gain control voltage line VG via the nth switch SW. When all switches SW are turned on, the n current sources I1 to In are connected in parallel to the gain control voltage line VG, and each of the n current sources I1 to In supplies a current to the resistor element RL. The gain control voltage is generated when a current supplied by one of the n current sources I1 to In connected to the voltage output node via the switch SW flows through the resistor element. The gain control voltage VG is output from the voltage output node.
サーモコード生成部531は、出力振幅設定信号OAの値に応じて、スイッチSWの断続(オン/オフ)をそれぞれ制御するn個の出力信号を生成する。例えば、1個目の出力信号は1番目のスイッチSWの断続を制御し、2個目の出力信号は2番目のスイッチSWの断続を制御し、n個目の出力信号はn番目のスイッチSWの断続を制御する。スイッチSWを断にすると、スイッチSWは非導通状態(オフ状態)となる。スイッチSWを続にすると、スイッチSWは導通状態(オン状態)となる。例えば、図4および図5で説明したように、4通りの振幅を設定するために出力振幅設定信号OAの値が4通りあるとする。この場合、サーモコード生成部531は、出力振幅設定信号OAの値が増えるにしたがい、オンさせるスイッチSWの数を増加させるように出力信号を生成する。 The thermocode generation unit 531 generates n output signals that each control the on/off state (on/off) of a switch SW according to the value of the output amplitude setting signal OA. For example, the first output signal controls the on/off state of the first switch SW, the second output signal controls the on/off state of the second switch SW, and the nth output signal controls the on/off state of the nth switch SW. When a switch SW is turned off, the switch SW is in a non-conductive state (off state). When a switch SW is turned on, the switch SW is in a conductive state (on state). For example, as described in Figures 4 and 5, assume that there are four values for the output amplitude setting signal OA to set four amplitudes. In this case, the thermocode generation unit 531 generates output signals that increase the number of switches SW that are turned on as the value of the output amplitude setting signal OA increases.
例えば、出力振幅設定信号OAが最も小さい振幅を設定する値になっているときは、1個目の出力信号だけスイッチSWをオン状態にするよう設定され、他の出力信号はそれぞれに接続されるスイッチSWをオフ状態にするように設定される。出力振幅設定信号OAが2番目に小さい振幅を設定する値になっているときは、1個目の出力信号および2個目の出力信号だけそれぞれに接続されるスイッチSWをオン状態にするよう設定され、他の出力信号はそれぞれに接続されるスイッチSWをオフ状態にするように設定される。このように、例えば、出力振幅設定信号OAの値が1だけ、あるいは次に大きい値に増えたときに、オフ状態からオン状態になるスイッチSWは1個だけになるように設定する。 For example, when the output amplitude setting signal OA is set to a value that sets the smallest amplitude, only the first output signal is set to turn on the switch SW, and the other output signals are set to turn off the switches SW connected to them. When the output amplitude setting signal OA is set to a value that sets the second smallest amplitude, only the first and second output signals are set to turn on the switches SW connected to them, and the other output signals are set to turn off the switches SW connected to them. In this way, for example, when the value of the output amplitude setting signal OA increases by 1 or to the next largest value, only one switch SW changes from the off state to the on state.
例えば、サーモコードによって出力振幅設定信号OAのm個(mは1以上の整数)の値に応じて2m個の出力信号を生成することができる。例えば、サーモコードでは、出力振幅設定信号OAのデジタル値Aが1つ増えるにつれてオンするスイッチSWは1つだけ増える。したがって、デジタル値Aが1だけ増減するときに、それに応じてオン/オフされるスイッチSWの数は1個のみとなり、出力信号Xのタイミングの影響を受けずに抵抗素子RLに流れる電流値を単調に増減させることができる。例えば、サーモコードを用いずに2個のスイッチSWを同時に制御する場合、具体的には一方のスイッチSWをオフ状態からオン状態にするとともに他方のスイッチSWをオン状態からオフ状態にするような場合、それぞれの出力信号Xのタイミングがずれることによって抵抗素子RLによって生じる利得制御電圧VGの単調変化が保証されなくなる虞がある。出力振幅設定信号OAに応じてOTA51の利得を調整することで、AGC帯域を出力振幅設定信号OAの値にかかわりなく一定にすることができる。 For example, a thermocode can generate 2 m output signals according to m values (m is an integer equal to or greater than 1) of the output amplitude setting signal OA. For example, with a thermocode, the number of switches SW turned on increases by one as the digital value A of the output amplitude setting signal OA increases by one. Therefore, when the digital value A increases or decreases by one, only one switch SW is turned on/off accordingly, and the current value flowing through the resistor element RL can be monotonically increased or decreased without being affected by the timing of the output signal X. For example, when two switches SW are controlled simultaneously without using a thermocode, specifically when one switch SW is changed from an off state to an on state and the other switch SW is changed from an on state to an off state, the timing of the respective output signals X may differ, potentially jeopardizing the monotonic change of the gain control voltage VG generated by the resistor element RL. By adjusting the gain of the OTA 51 according to the output amplitude setting signal OA, the AGC band can be kept constant regardless of the value of the output amplitude setting signal OA.
なお、n通りの振幅設定において、所望のAGC帯域となるような利得制御電圧VGがV1~Vnであるとすると、I1~Inは次のように求めることができる。
I1=V1/RL
I2=V2/RL-I1
...
In=Vn/RL-Σ(k=1,n-1)Ik
ここで、符号Σの後は、kを"1"から"n-1"まで変化させたときの電流Ikを示し、符号Σは、電流Ikを積算することを示す。
In addition, when n amplitude settings are used, if the gain control voltages VG that provide the desired AGC band are V1 to Vn, I1 to In can be found as follows.
I1=V1/RL
I2=V2/RL-I1
...
In=Vn/RL-Σ(k=1, n-1)Ik
Here, the symbol Σ indicates the current Ik when k is changed from "1" to "n-1", and the symbol Σ indicates that the current Ik is integrated.
〔第1の実施形態のループ利得〕
図7は、図2のAGC制御回路50において、出力振幅設定信号OAによる振幅設定に応じたAGCループのループ利得の一例を示す特性図である。図7は、光入力信号パワーを一定(例えば、-15dBm)にした場合のAGCループ利得の特性を示している。光入力信号パワーを一定にしたとき、入力端子InP、InNで受ける差動入力電流信号の大きさは一定となっている。図7に示す符号OA_GC30、OA_GC120、OA_GC210、OA_GC300の末尾の数値は、図4で説明したように、出力振幅設定信号OAの値に対応する。
[Loop Gain of the First Embodiment]
7 is a characteristic diagram showing an example of the loop gain of the AGC loop in the AGC control circuit 50 of FIG. 2 according to the amplitude setting by the output amplitude setting signal OA. FIG. 7 shows the characteristics of the AGC loop gain when the optical input signal power is kept constant (for example, −15 dBm). When the optical input signal power is kept constant, the magnitude of the differential input current signal received at the input terminals InP and InN is constant. The numerical values at the end of the symbols OA_GC30, OA_GC120, OA_GC210, and OA_GC300 shown in FIG. 7 correspond to the value of the output amplitude setting signal OA, as described in FIG. 4.
AGC帯域は、上述したように、AGCループのループ利得特性において、利得が"1" (デシベル表示で0dB)での周波数として求めることができる。例えば、AGC帯域の適正範囲は、100kHz~1MHzである。この実施形態では、OTA51の利得を、振幅設定に応じて変更することで、振幅設定によらずAGC帯域を300kHz程度に設定することができる。300kHzは、AGC帯域の適正範囲の中央付近に位置しており、光入力信号パワーが変動する場合にも所望の通信性能を確保することができる。 As described above, the AGC band can be determined as the frequency at which the gain is "1" (0 dB in decibels) in the loop gain characteristics of the AGC loop. For example, the appropriate range of the AGC band is 100 kHz to 1 MHz. In this embodiment, by changing the gain of the OTA 51 according to the amplitude setting, the AGC band can be set to approximately 300 kHz regardless of the amplitude setting. 300 kHz is located near the center of the appropriate range of the AGC band, ensuring the desired communication performance even when the optical input signal power fluctuates.
図8は、図7に示した特性を、出力振幅に対するAGC帯域として表した特性図である。図8に示すように、出力振幅設定信号OAにより設定される出力振幅にかかわりなく、AGC帯域をほぼ一定に安定化することができる。 Figure 8 is a characteristic diagram showing the characteristics shown in Figure 7 as the AGC band versus output amplitude. As shown in Figure 8, the AGC band can be stabilized to a nearly constant value regardless of the output amplitude set by the output amplitude setting signal OA.
以上、この実施形態では、OTA51の利得を、振幅設定に応じて変更することで、設定される出力振幅の大小にかかわりなく、AGC帯域を一定に安定化することができる。すなわち、振幅設定によるAGC帯域の変動を抑えるトランスインピーダンス増幅回路100を提供することができる。この結果、光入力信号パワーの変動に対して所望の出力振幅を設定する場合にも十分な通信性能を確保することができ、トランスインピーダンス増幅回路100の信頼性を向上することができる。 As described above, in this embodiment, by changing the gain of the OTA 51 according to the amplitude setting, the AGC band can be stabilized at a constant level regardless of the set output amplitude. In other words, it is possible to provide a transimpedance amplifier circuit 100 that suppresses fluctuations in the AGC band due to amplitude settings. As a result, sufficient communication performance can be ensured even when the desired output amplitude is set in response to fluctuations in the optical input signal power, and the reliability of the transimpedance amplifier circuit 100 can be improved.
差動電圧信号VIP、VINを受けるトランジスタPM1、PM2のそれぞれのソースの間には、利得制御電圧VGに応じてソース、ドレイン間の抵抗値が変化するトランジスタPM5が接続される。これにより、簡易な手段により、電圧制御電流源回路の利得を利得制御電圧VGに応じて変更することができ、出力振幅に依存するAGC帯域の変動を補償することができる。 Transistor PM5, whose source-drain resistance changes in response to gain control voltage VG, is connected between the sources of transistors PM1 and PM2, which receive differential voltage signals VIP and VIN. This allows the gain of the voltage-controlled current source circuit to be changed in response to gain control voltage VG using simple means, compensating for fluctuations in the AGC band that depend on the output amplitude.
サーモコードによって出力振幅設定信号OAの値に応じて利得制御電圧線VGに接続される電流源I1~Inの数を設定することで、簡易な手段により、電流源I1~Inを断続する出力信号のタイミングの影響を受けずに安定して利得制御電圧VGを生成することができる。 By using a thermocode to set the number of current sources I1-In connected to the gain control voltage line VG according to the value of the output amplitude setting signal OA, a stable gain control voltage VG can be generated using a simple method, without being affected by the timing of the output signal that switches the current sources I1-In on and off.
出力振幅設定信号OAに応じてオフセット電流Ioffsetを差動増幅回路の抵抗素子R53、R54の接続ノードに供給することで、出力振幅設定信号OAが示す振幅に対応するオフセット電圧を、差動増幅回路の出力に反映させることができる。この結果、差動電圧信号IP、INの振幅を出力振幅設定信号OAにより示される出力振幅に設定することができる。 By supplying an offset current Ioffset to the connection node of the resistor elements R53 and R54 of the differential amplifier circuit in accordance with the output amplitude setting signal OA, the offset voltage corresponding to the amplitude indicated by the output amplitude setting signal OA can be reflected in the output of the differential amplifier circuit. As a result, the amplitude of the differential voltage signals IP and IN can be set to the output amplitude indicated by the output amplitude setting signal OA.
〔他のAGC制御回路の回路構成〕
図9は、図1のトランスインピーダンス増幅回路100に搭載されるAGC制御回路の他の構成例を示す回路図である。図2と同様の要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図9に示すAGC制御回路50Aは、図1のAGC制御回路50の代わりに、図1に示したトランスインピーダンス増幅回路100に搭載される。
[Other circuit configurations of AGC control circuits]
Fig. 9 is a circuit diagram showing another example of the configuration of an AGC control circuit mounted on the transimpedance amplifier circuit 100 of Fig. 1. Elements similar to those in Fig. 2 are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. An AGC control circuit 50A shown in Fig. 9 is mounted on the transimpedance amplifier circuit 100 shown in Fig. 1 in place of the AGC control circuit 50 of Fig. 1.
AGC制御回路50Aは、図2のAGC制御回路50から利得制御部53を削除している。また、OTA51は、図3に示したOTA51からトランジスタPM5を削除している。AGC制御回路50Aのその他の構成は、図2のAGC制御回路50の構成と同様である。AGC制御回路50Aは、出力振幅設定信号OAによるOTA51の利得の調整を実施しないことを除き、図2のAGC制御回路50と同様に動作する。 The AGC control circuit 50A has the gain control unit 53 removed from the AGC control circuit 50 in FIG. 2. The OTA 51 has the transistor PM5 removed from the OTA 51 shown in FIG. 3. The rest of the configuration of the AGC control circuit 50A is the same as the configuration of the AGC control circuit 50 in FIG. 2. The AGC control circuit 50A operates in the same way as the AGC control circuit 50 in FIG. 2, except that it does not adjust the gain of the OTA 51 using the output amplitude setting signal OA.
〔他のAGC制御回路のループ利得〕
図10は、図9のAGC制御回路50Aにおいて、出力振幅設定信号OAによる振幅設定に応じたAGCループ利得の一例を示す特性図である。図10は、図7に対応しており、光入力信号パワーを一定(例えば、-15dBm)にした場合のAGCループ利得の特性を示している。光入力信号パワーを一定にしたとき、入力端子InP、InNで受ける差動入力電流信号の大きさは一定となっている。
[Loop gain of other AGC control circuits]
Fig. 10 is a characteristic diagram showing an example of the AGC loop gain in response to the amplitude setting by the output amplitude setting signal OA in the AGC control circuit 50A of Fig. 9. Fig. 10 corresponds to Fig. 7 and shows the AGC loop gain characteristics when the optical input signal power is kept constant (for example, -15 dBm). When the optical input signal power is kept constant, the magnitude of the differential input current signal received at the input terminals InP and InN is constant.
出力振幅設定信号OAによる容量値の調整を実施しない場合、AGC帯域は、設定された振幅に応じて変動する。図10では、AGC帯域は、180kHz程度から1MHz程度まで変動しており、適正範囲である100kHz~1MHzに対するマージンが小さい。このため、光入力信号パワーが変動する場合、所望の通信性能を確保できないおそれがある。 If the capacitance value is not adjusted using the output amplitude setting signal OA, the AGC band fluctuates according to the set amplitude. In Figure 10, the AGC band fluctuates from approximately 180 kHz to approximately 1 MHz, with a small margin relative to the appropriate range of 100 kHz to 1 MHz. For this reason, if the optical input signal power fluctuates, it may not be possible to ensure the desired communication performance.
図11は、図10に示した特性を、出力振幅に対するAGC帯域として表した特性図である。図11では、出力振幅設定信号OAにより設定される振幅に応じてAGC帯域は変動してしまう。 Figure 11 is a characteristic diagram showing the characteristics shown in Figure 10 as the AGC band versus output amplitude. In Figure 11, the AGC band fluctuates depending on the amplitude set by the output amplitude setting signal OA.
〔フィードバック機能を無効にした場合の特性〕
図12は、図2または図9のAGC制御回路による負帰還を無効にした場合のトランスインピーダンス増幅回路100の出力振幅と、振幅検出信号PHと振幅基準信号AHとの差電圧PH-AHとの関係を示す特性図である。図12に示すように、負帰還を無効にした場合、設定される振幅が大きくなるにしたがい、差電圧PH-AHは、非線形で弓なりに大きくなる。AGC制御回路50の設定回路において、基準電圧Vrefを差動電圧信号IP,INの平均値に設定した場合、差電圧PH-AHは、差動電圧信号IP,INの振幅(peak to peak値の半分)の値に対応した電圧となる。
[Characteristics when feedback function is disabled]
12 is a characteristic diagram showing the relationship between the output amplitude of the transimpedance amplifier circuit 100 and the differential voltage PH-AH between the amplitude detection signal PH and the amplitude reference signal AH when negative feedback by the AGC control circuit of FIG. 2 or 9 is disabled. As shown in FIG. 12, when negative feedback is disabled, the differential voltage PH-AH increases nonlinearly, in a bow-like manner, as the set amplitude increases. When the setting circuit of the AGC control circuit 50 sets the reference voltage Vref to the average value of the differential voltage signals IP and IN, the differential voltage PH-AH becomes a voltage corresponding to the amplitude of the differential voltage signals IP and IN (half the peak-to-peak value).
ところで、図11に示したAGC帯域の変化は、AGCループの利得が振幅設定によって変動するために発生するものであり、主に2つの原因による。1つ目は、TIA10およびVGA20がAGCループ内に含まれるため、AGC制御によるTIA10およびVGA20の利得の変動によりAGCループ利得が変動するためである。2つ目は、図2および図9のトランジスタQ1P、Q1N(例えば、HBT)は、ベース・エミッタ間でダイオード特性を有するため、入力に対して非線形な特性を有するためである。例えば、図12の差電圧PH-AHと実際の出力振幅との関係が非線形になっているのは、トランジスタQ1P、Q1Nの非線形特性によるものである。 The change in AGC band shown in Figure 11 occurs because the gain of the AGC loop fluctuates depending on the amplitude setting, and is due to two main reasons. First, because TIA 10 and VGA 20 are included in the AGC loop, fluctuations in the gain of TIA 10 and VGA 20 due to AGC control cause the AGC loop gain to fluctuate. Second, transistors Q1P and Q1N (e.g., HBTs) in Figures 2 and 9 have diode characteristics between their bases and emitters, and therefore have nonlinear characteristics with respect to the input. For example, the nonlinear relationship between the differential voltage PH-AH and the actual output amplitude in Figure 12 is due to the nonlinear characteristics of transistors Q1P and Q1N.
以上、本開示の実施形態などについて説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。 The above describes embodiments of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to the above embodiments. Various changes, modifications, substitutions, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. Naturally, these also fall within the technical scope of the present disclosure.
10 TIA
20 VGA
30 BUF
40 CML
50、50A AGC制御回路
51 OTA
52 DAC
53、54 利得制御部
100 トランスインピーダンス増幅回路
531 サーモコード生成部
AH 振幅基準信号
C2 容量素子
C51、C52 容量素子
CNTL1-CNTL4 制御信号
I1、In 電流源
I11、I12 電流源
I51、I52、I53 電流源
InN、InP 入力端子
IN、IP 電圧信号
M1N、M1P トランジスタ
MP1、PM2、PM3、PM4、PM5 トランジスタ
NM1、NM2、NM3、NM4 トランジスタ
OA 出力振幅設定信号
OUT出力端子
OutN、OutP 出力端子
PH 振幅検出信号
Q1N、Q1P トランジスタ
Q2 トランジスタ
R11、R12 抵抗素子
R51、R52、R53、R54、R55、R56 抵抗素子
SW スイッチ
VG 利得制御電圧
VIP、VIN 電圧信号
Vref 基準電圧
10 TIA
20 VGA
30 BUF
40 CML
50, 50A AGC control circuit 51 OTA
52 DAC
53, 54 Gain control section 100 Transimpedance amplifier circuit 531 Thermocode generation section AH Amplitude reference signal C2 Capacitor element C51, C52 Capacitor elements CNTL1-CNTL4 Control signal I1, In Current source I11, I12 Current source I51, I52, I53 Current source InN, InP Input terminal IN, IP Voltage signal M1N, M1P Transistor MP1, PM2, PM3, PM4, PM5 Transistor NM1, NM2, NM3, NM4 Transistor OA Output amplitude setting signal OUT Output terminal OutN, OutP Output terminal PH Amplitude detection signal Q1N, Q1P Transistor Q2 Transistor R11, R12 Resistor element R51, R52, R53, R54, R55, R56 Resistor elements SW Switch VG Gain control voltage VIP, VIN Voltage signal Vref Reference voltage
Claims (4)
前記電圧信号の振幅に応じて前記制御信号を生成する利得制御回路と、
を備え、
前記利得制御回路は、
前記電圧信号の振幅に応じて振幅検出信号を生成する検出回路と、
基準電圧に応じて振幅基準信号を生成する設定回路と、
前記振幅検出信号の電圧と前記振幅基準信号の電圧との差分が増幅されて生成される差分増幅信号に出力振幅設定信号に応じて生成されるオフセット電圧を加算して差動電圧を生成する差動増幅回路と、
前記出力振幅設定信号によって設定される第2利得に応じて、前記差動電圧を増幅して差分電流信号を生成する電圧制御電流源回路と、
前記差分電流信号によって充放電される容量素子と、
を備え、
前記利得制御回路は、前記容量素子の充電電圧に応じて前記制御信号を生成し、
前記オフセット電圧は、前記出力振幅設定信号が大きくなるほど大きくなり、
前記電圧信号の振幅は、前記出力振幅設定信号が小さくなると小さく設定され、かつ、前記出力振幅設定信号が大きくなると大きく設定され、
前記差分電流信号は、前記差動電圧が大きくなると小さくなり、かつ、前記差動電圧が小さくなると大きくなり、
前記第2利得は、前記出力振幅設定信号が大きくなるほど小さく、前記出力振幅設定信号が小さくなるほど大きく設定される、
トランスインピーダンス増幅回路。 an amplifier circuit that amplifies an input current signal in accordance with a first gain set by a control signal and converts the input current signal into a voltage signal;
a gain control circuit that generates the control signal in response to the amplitude of the voltage signal;
Equipped with
The gain control circuit
a detection circuit for generating an amplitude detection signal in accordance with the amplitude of the voltage signal;
a setting circuit for generating an amplitude reference signal in response to a reference voltage;
a differential amplifier circuit that generates a differential voltage by adding an offset voltage generated in accordance with an output amplitude setting signal to a differential amplified signal that is generated by amplifying a difference between a voltage of the amplitude detection signal and a voltage of the amplitude reference signal;
a voltage controlled current source circuit that amplifies the differential voltage in accordance with a second gain set by the output amplitude setting signal to generate a differential current signal;
a capacitance element that is charged and discharged by the differential current signal;
Equipped with
the gain control circuit generates the control signal in response to a charging voltage of the capacitance element;
the offset voltage increases as the output amplitude setting signal increases,
the amplitude of the voltage signal is set to be smaller when the output amplitude setting signal is smaller, and is set to be larger when the output amplitude setting signal is larger;
the differential current signal decreases as the differential voltage increases and increases as the differential voltage decreases;
the second gain is set to be smaller as the output amplitude setting signal increases, and to be larger as the output amplitude setting signal decreases.
Transimpedance amplifier circuit.
さらに、前記出力振幅設定信号に応じて前記第2利得を設定するための利得制御電圧を生成する利得制御部を備え、
前記電圧制御電流源回路は、
前記差動電圧を増幅する一対のトランジスタと、
前記一対のトランジスタのそれぞれのソースの間に接続され、抵抗値が前記利得制御電圧に応じて変化する可変抵抗部と、
を備える
請求項1に記載のトランスインピーダンス増幅回路。 The gain control circuit
a gain control section that generates a gain control voltage for setting the second gain in response to the output amplitude setting signal;
The voltage controlled current source circuit comprises:
a pair of transistors for amplifying the differential voltage ;
a variable resistor section connected between the sources of the pair of transistors, the resistance value of which varies in response to the gain control voltage;
2. The transimpedance amplifier circuit of claim 1, comprising:
前記利得制御電圧を出力する電圧出力ノードと、
前記電圧出力ノードに接続される第1抵抗素子と、
n個(nは2以上の整数)の電流源と、
前記出力振幅設定信号の値に応じて出力信号を生成するサーモコード生成部と、
前記出力信号に応じて、前記n個の電流源のうち前記電圧出力ノードに接続される電流源の数を変更するn個のスイッチと、
を備え、
前記利得制御電圧は、前記n個の電流源のうち前記出力信号に応じて前記n個のスイッチを介して前記電圧出力ノードに接続された電流源の供給する電流が前記第1抵抗素子に流れて生成され、
前記出力信号は、前記出力振幅設定信号の値が1だけ増加するときに前記電圧出力ノードに接続される前記n個の電流源の数を1つだけ増加させ、前記出力振幅設定信号の値が1だけ減少するときに前記電圧出力ノードに接続される前記n個の電流源の数を1つだけ減少させる、
請求項2に記載のトランスインピーダンス増幅回路。 The gain control unit
a voltage output node that outputs the gain control voltage;
a first resistor element connected to the voltage output node;
n current sources (n is an integer of 2 or more) ;
a thermocode generating unit that generates an output signal in accordance with the value of the output amplitude setting signal;
n switches for changing the number of current sources connected to the voltage output node among the n current sources in response to the output signal;
Equipped with
the gain control voltage is generated by a current supplied from one of the n current sources connected to the voltage output node via the n switches in response to the output signal flowing through the first resistor element;
the output signal increases the number of the n current sources connected to the voltage output node by one when the value of the output amplitude setting signal increases by one , and decreases the number of the n current sources connected to the voltage output node by one when the value of the output amplitude setting signal decreases by one.
3. The transimpedance amplifier circuit according to claim 2.
前記差動増幅回路は、前記差動電圧を生成するための第2抵抗素子を備え、
前記オフセット電圧は、前記第2抵抗素子に前記オフセット電流が流れることによって生成される、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のトランスインピーダンス増幅回路。 the gain control circuit further includes a current generating unit that generates an offset current according to a value indicated by the output amplitude setting signal;
the differential amplifier circuit includes a second resistor element for generating the differential voltage;
the offset voltage is generated by the offset current flowing through the second resistor element.
The transimpedance amplifier circuit according to any one of claims 1 to 3.
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