JPH042022B2 - - Google Patents
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- JPH042022B2 JPH042022B2 JP60218840A JP21884085A JPH042022B2 JP H042022 B2 JPH042022 B2 JP H042022B2 JP 60218840 A JP60218840 A JP 60218840A JP 21884085 A JP21884085 A JP 21884085A JP H042022 B2 JPH042022 B2 JP H042022B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は光受信回路に関する。[Detailed description of the invention] (a) Technical field The present invention relates to an optical receiving circuit.
光受信回路は、光フアイバの中を伝送された光
信号を電気信号に変え、増幅して、波形整形し、
きれいなデジタル波形を復元する回路である。 The optical receiving circuit converts the optical signal transmitted through the optical fiber into an electrical signal, amplifies it, shapes the waveform, and
This is a circuit that restores a clean digital waveform.
(イ) 従来技術とその問題点
波形整形は、鈍くなつたパルスを正しい矩形波
にするものであるが、これは、電圧信号をある閾
値と比較し、これより大きい場合にHとし、これ
より小さい場合にLとして、矩形波を作る。(b) Prior art and its problems Waveform shaping is to convert a dull pulse into a correct rectangular wave, but it compares the voltage signal with a certain threshold, and if it is larger than this, it is set to H. If it is small, set it to L and create a rectangular wave.
はじめは、固定閾値を用い、直流増幅した信号
と比較するようにしていた。 Initially, a fixed threshold was used and compared with a DC amplified signal.
しかし、直流増幅すると、オフセツトや温度に
よるオフセツトの変動などの問題がある。また、
光電変換器に入る光信号の強さに制限があつて、
入力ダイナミツクレンジが狭くなりすぎる、とい
う欠点があつた。 However, when direct current is amplified, there are problems such as offset and fluctuations in offset due to temperature. Also,
There is a limit to the strength of the optical signal that enters the photoelectric converter,
The drawback was that the input dynamic range was too narrow.
光信号の強度は正しい矩形波変化をしていない
し、なまつた波形であるから、固定閾値を用いて
二値化すると、Hである時間とLである時間Th、
Tlが、光強度によつて変動する、という問題が
ある。 Since the intensity of the optical signal does not change in a correct rectangular wave and has a rough waveform, when it is binarized using a fixed threshold, the time when it is H and the time when it is L, Th,
There is a problem that Tl varies depending on the light intensity.
また、固定閾値より小さい微弱な入力信号は感
知することができない。 Furthermore, weak input signals smaller than a fixed threshold cannot be sensed.
そこで、本発明者等は、直流増幅ではなく、い
つたん微分してから、微分波形のエツジによつて
状態が変わるようにして、このような問題を解決
した。 Therefore, the inventors of the present invention solved this problem by first performing differentiation and then changing the state depending on the edge of the differentiated waveform, instead of using DC amplification.
第4図はこのような光受信回路の構成図であ
る。 FIG. 4 is a block diagram of such an optical receiving circuit.
ホトダイオードPDによつて、光フアイバを伝
送された光信号が電流に変換される。 The photodiode PD converts the optical signal transmitted through the optical fiber into a current.
電流電圧変換回路で、これが電圧信号に変換さ
れる。さらにこれらが交流増幅回路で増幅され、
微分回路で微分されるようになつている。微分波
形は、上向きのパルスと、下向きのパルスを持つ
が、この短いパルスによつて、ヒステリシス付コ
ンパレータの出力を変化させるようにした。短い
パルスが上向きの時、ヒステリシス付コンパレー
タの出力がLからHに変化し、下向きの時に出力
がHからLに変化する。 A current-voltage conversion circuit converts this into a voltage signal. These are further amplified by an AC amplifier circuit,
It is now differentiated by a differentiating circuit. The differential waveform has an upward pulse and a downward pulse, and the output of the comparator with hysteresis is changed by these short pulses. When the short pulse is upward, the output of the comparator with hysteresis changes from L to H, and when the short pulse is downward, the output changes from H to L.
ただし、微分波形であるので、やがて、電圧は
中間値に等しくなる。この時にコンパレータの比
較電圧を、中間値より上、又は下へ数十mV程度
ずらしておき、電圧が中間値になつても出力の値
が変わらないようにしている。 However, since it is a differential waveform, the voltage will eventually become equal to the intermediate value. At this time, the comparison voltage of the comparator is shifted by several tens of mV above or below the intermediate value so that the output value does not change even if the voltage reaches the intermediate value.
このようなコンパレータは、基準電圧が一定値
ではなく、上下に変化する。基準電圧の変化は、
出力の変化を抑え、以前の状態を維持する方向に
なされるから、ヒステリシス付コンパレータと名
づけている。 In such a comparator, the reference voltage is not a constant value but changes up and down. The change in reference voltage is
It is called a comparator with hysteresis because it suppresses changes in the output and maintains the previous state.
これらの構成は、例えば、本発明者達の発明に
なる特開昭60−85649、特開昭60−93856、特開昭
60−100818などに詳しく説明してある。 These structures are, for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-open Nos. 60-85649, 60-93856, and 60-93856, which were invented by the present inventors.
60-100818, etc., for detailed explanations.
入力信号のダイナミツクレンジが広く、波形の
歪みがなく、温度による出力変動もない優れた光
受信回路である。 It is an excellent optical receiver circuit with a wide input signal dynamic range, no waveform distortion, and no output fluctuation due to temperature.
しかしながら、この回路には次のような欠点が
あつた。 However, this circuit had the following drawbacks.
ひとつは、回路を構成する素子の数が多く、高
価になる、という事である。 One is that the number of elements that make up the circuit is large, making it expensive.
交流増幅、微分回路は、コンデンサC、抵抗
R、トランジスタなどによつて構成される。この
ため、回路が複雑である。 The AC amplification and differentiation circuit is composed of a capacitor C, a resistor R, a transistor, and the like. Therefore, the circuit is complicated.
また、波形整形回路には、コンパレータ(IC)
と、ヒステリシス付与回路が必要である。ヒステ
リシスは、ある電圧を基準として、±Δの電圧を
加えるものである。プラスとマイナスに切り換え
るため、コンパレータの入力に接続された抵抗に
流す電流の向きを切り換えるようにする。 In addition, a comparator (IC) is used in the waveform shaping circuit.
Therefore, a hysteresis adding circuit is required. Hysteresis is to apply a voltage of ±Δ with a certain voltage as a reference. In order to switch between positive and negative, the direction of the current flowing through the resistor connected to the input of the comparator is switched.
このためには、少なくとも3つの定電流回路を
必要とする。定電流回路の特性は、抵抗の値によ
つて決まるから、抵抗の値の精度についても厳し
い条件が課せられることもある。 This requires at least three constant current circuits. Since the characteristics of a constant current circuit are determined by the value of the resistance, strict conditions may also be imposed on the accuracy of the resistance value.
もうひとつの難点は微分回路を使うので、ノイ
ズに弱いという事である。 Another drawback is that it uses a differential circuit, so it is susceptible to noise.
(ウ) 目的
回路を構成する素子の数が少なく、より簡単に
作る事のできる光受信回路を与える事が本発明の
目的である。(c) Purpose It is an object of the present invention to provide an optical receiving circuit that has fewer elements constituting the circuit and can be manufactured more easily.
微分回路を用いることなく、ノイズに耐える光
受信回路を与える事が本発明の第2の目的であ
る。 A second object of the present invention is to provide an optical receiving circuit that can withstand noise without using a differentiating circuit.
(エ) 構成
本発明の光受信回路は、光電変換素子、電流電
圧変換回路A、交流増幅回路B、波形整形回路
C、出力バツフア回路Dなどよりなつている。(d) Configuration The optical receiving circuit of the present invention is comprised of a photoelectric conversion element, a current-voltage conversion circuit A, an AC amplifier circuit B, a waveform shaping circuit C, an output buffer circuit D, and the like.
微分回路がなく、このためノイズに強いものと
なつている。 There is no differentiation circuit, which makes it resistant to noise.
また、二値化するためにヒステリシス付コンパ
レータを使う必要がないので、より簡単なシユミ
ツトトリガを使つて、信号を二値化している。 Furthermore, since there is no need to use a comparator with hysteresis for binarization, a simpler Schmitt trigger is used to binarize the signal.
交流増幅回路にひとつの特徴がある。これは、
インバータの入出力を抵抗で結合したものとして
いる。これで簡単な交流増幅回路になるのであ
る。 The AC amplifier circuit has one feature. this is,
The input and output of the inverter are coupled with a resistor. This makes it a simple AC amplifier circuit.
図面によつて説明する。 This will be explained using drawings.
第1図は、本発明の光受信回路の回路図を示
す。第2図は電流電圧変換回路のみを示す。 FIG. 1 shows a circuit diagram of an optical receiver circuit of the present invention. FIG. 2 shows only the current-voltage conversion circuit.
光電変換素子としてホトダイオードPDが用い
られる。PDのアノードは接地されている。カソ
ード・アノード間は逆バイアスされて、光がPD
に入ると、カソードからアノードに光電流ΔIが
流れる。 A photodiode PD is used as the photoelectric conversion element. The anode of the PD is grounded. The cathode and anode are reverse biased and the light is PD
Once inside, a photocurrent ΔI flows from the cathode to the anode.
電流電圧変換回路Aは、光電流ΔIの変化を電
圧の変化に変換するものである。これは、トラン
ジスタQ1,Q2、抵抗R1,R2などよりなつ
ている。 The current-voltage conversion circuit A converts a change in photocurrent ΔI into a change in voltage. This consists of transistors Q1, Q2, resistors R1, R2, etc.
トランジスタQ1のベースaは、ホトダイオー
ドPDのカソードに接続してある。トランジスタ
Q1のコレクタbは、小さな保護用抵抗R3を介
して、電源Vccにつながつている。コレクタb
は、コンデンサC1によつて接地されているか
ら、交流的にこれは電源電圧とみなすことができ
る。 The base a of transistor Q1 is connected to the cathode of photodiode PD. The collector b of the transistor Q1 is connected to the power supply Vcc via a small protective resistor R3. collector b
Since is grounded by the capacitor C1, it can be considered as the power supply voltage in terms of AC.
Q1のエミツタcは、Q2のベースに接続して
ある。Q2のエミツタは接地されている。 The emitter c of Q1 is connected to the base of Q2. The emitter of Q2 is grounded.
Q1,Q1をダーリントン接続するから、電流
増幅率は2乗になる。 Since Q1 and Q1 are connected in Darlington, the current amplification factor is squared.
Q2のコレクタdは抵抗R2によつて、R3と
接続される。コレクタdはダイオードD1によつ
て、Q1のベースaに順方向に接続される。コレ
クタdは、これに並列し、電流検出抵抗R1によ
つて、Q1のベースaと接続されている。 The collector d of Q2 is connected to R3 by a resistor R2. Collector d is forward connected to base a of Q1 by diode D1. The collector d is parallel to this and connected to the base a of Q1 by a current detection resistor R1.
Q2のコレクタdの電圧が電流電圧変換回路A
の出力である。これを簡単にdと書く。 The voltage at the collector d of Q2 is the current voltage conversion circuit A.
This is the output of This is simply written as d.
Q1,Q2の電流増幅率をβとする。Q1のベ
ース電流をI1,Q2のベース電流をI2,Q2
のエミツタ電流を、I3、コレクタ電流をI5,
R1に流れる電流をI4とする。 The current amplification factors of Q1 and Q2 are assumed to be β. The base current of Q1 is I1, and the base current of Q2 is I2, Q2.
The emitter current is I3, the collector current is I5,
Let I4 be the current flowing through R1.
a点での電流について、
I1+ΔI=I4 (1)
Q1,Q2の電流について、
I2=(1+β)I1 (2)
I3=(1+β)I2 (3)
I5=βI2 (4)
である。Q1のコレクタbをVccと書くと、
d点の電圧dに関し、
d=Vcc−R2(I4+I5) (5)
d=2VBE+R1I4 (6)
の式が成立する。a点の電位は、Q1,Q2のベ
ースエミツタ降下分2VBEに常に等しいから、(6)
式がなりたつ。 Regarding the current at point a, I1 + ΔI = I4 (1) Regarding the currents of Q1 and Q2, I2 = (1 + β) I1 (2) I3 = (1 + β) I2 (3) I5 = βI2 (4). When the collector b of Q1 is written as Vcc, the following equation holds true regarding the voltage d at point d: d=Vcc−R2(I4+I5) (5) d=2V BE +R1I4 (6). Since the potential at point a is always equal to the base-emitter drop of Q1 and Q2, 2V BE , (6)
The ceremony takes place.
これらの式から、電流増幅率βが1よりずつと
大きい、β≫1として、
d2VBER1ΔI (7)
という式を得る。 From these equations, the equation d2V BE R1ΔI (7) is obtained, assuming that the current amplification factor β is larger than 1 and β≫1.
出力dの電圧は、ホトダイオードの光電流ΔI
にR1を乗じた値R1ΔIとなつて、現われる。 The voltage at the output d is the photocurrent ΔI of the photodiode
appears as a value R1ΔI, which is obtained by multiplying by R1.
これが電流電圧変換回路である。 This is a current-voltage conversion circuit.
ホトダイオードの逆バイアス電圧はVBE(約
0.7V)の2倍にすぎないが、一定電圧であるの
で、光電流特性が変わらない。従つて光量に対し
て、リニヤソテイのよい電流を得ることができ
る。 The reverse bias voltage of the photodiode is V BE (approximately
0.7V), but since it is a constant voltage, the photocurrent characteristics do not change. Therefore, it is possible to obtain a current with good linear saturation relative to the amount of light.
光信号が大きい時、ΔIが大きくなるので、d
点の電圧が上りすぎる。これがVccを越える事は
ないが、出力波形が飽和してしまうことになる。
Q2のコレクタ電流が減るので、Q1のベース電
流の方も減少する。I1,I2,I3はほぼ一定
値でなければならないので、これは望ましくない
ことである。つまり単純な(7)式が成立しなくなつ
て波形歪みが生ずる惧がある。 When the optical signal is large, ΔI becomes large, so d
The voltage at the point is too high. Although this will not exceed Vcc, the output waveform will become saturated.
Since the collector current of Q2 decreases, the base current of Q1 also decreases. This is undesirable since I1, I2, and I3 must be approximately constant values. In other words, there is a risk that the simple equation (7) will no longer hold and waveform distortion will occur.
そこで、バイパス用ダイオードD1を、R1に
並列に入れる事により、R1に加わる電圧を、約
0.7V以下になるようにしている。 Therefore, by putting the bypass diode D1 in parallel with R1, the voltage applied to R1 can be reduced to approximately
I try to keep it below 0.7V.
電流検出用抵抗R1は大きい程、感度が高くな
る。しかし、この値に大きすぎると、速い入力変
化に追随できない。 The larger the current detection resistor R1 is, the higher the sensitivity becomes. However, if this value is too large, it will not be possible to follow fast input changes.
この例では光入力信号が4Mbps(1秒間に4メ
ガビツト)の速さを持つ信号であるので、例えば
R1=50kΩとした。R2=2kΩである。Q1,
Q2は単体のトランジスタを用いた。 In this example, since the optical input signal has a speed of 4 Mbps (4 megabits per second), R1 is set to 50 kΩ, for example. R2=2kΩ. Q1,
A single transistor was used for Q2.
Vccを交流的に安定させるためのコンデンサC
1は、例えば0.01μFである。 Capacitor C to stabilize Vcc AC
1 is, for example, 0.01 μF.
以上の構成は、本発明者達が既に前記の光受信
回路などで述べたものと同じである。 The above configuration is the same as that already described by the inventors in connection with the above-mentioned optical receiving circuit.
次にカツプリングコンデンサC2(例えば
0.01μF)を通して、交流増幅回路Bへ通す。 Next, coupling capacitor C2 (e.g.
0.01μF) to AC amplifier circuit B.
ここでは3段の増幅段を示している。それぞれ
の入出力はカツプリングコンデンサC3,C4で
結合されている。 Here, three amplification stages are shown. The respective input and output are coupled by coupling capacitors C3 and C4.
交流増幅であるから、相互にコンデンサを入れ
るのは当然のことであるようにみえる。 Since it is an AC amplification, it seems natural to insert a capacitor between them.
しかし、ここで用いる交流増幅回路は、通常使
われるものと異なつている。演算増幅器やコンパ
レータ、或は同調増幅などを用いない。このよう
なリニアアンプとして、通常用いられるアナログ
素子でなく、本発明ではデジタル回路素子である
インバータを用いる。 However, the AC amplifier circuit used here is different from that normally used. It does not use operational amplifiers, comparators, or tuned amplification. As such a linear amplifier, an inverter, which is a digital circuit element, is used in the present invention instead of a commonly used analog element.
インバータは、デジタル回路に於て、最もよく
使われる素子である。入力を反転することがその
機能である。インバータを複数段つないで発振器
とすることは周知である。 Inverters are the most commonly used elements in digital circuits. Its function is to invert the input. It is well known to connect multiple stages of inverters to form an oscillator.
しかし、インバータをリニアアンプとして使
う、という事はこれまで知られていない。本発明
者の独創である。 However, it has not been known until now to use an inverter as a linear amplifier. This is the original work of the inventor.
第3図によつて、インバータが、リニアアンプ
として使える事を説明する。第3図の曲線はイン
バータの入出力特性を表わす。横軸は入力電圧
Vinで、縦軸は出力電圧Vontである。 With reference to FIG. 3, it will be explained that the inverter can be used as a linear amplifier. The curve in FIG. 3 represents the input/output characteristics of the inverter. The horizontal axis is the input voltage
Vin, and the vertical axis is the output voltage Vont.
入力電圧が低い時、出力電圧はHレベルにあ
る。これは定電圧であり、VDDと書くことにす
る。図に於てST間である。 When the input voltage is low, the output voltage is at H level. This is a constant voltage and will be written as V DD . In the figure, it is between ST.
入力電圧が高くなると、出力電圧はLレベルに
なる。これはほぼOVである。これが図のXの部
分である。 When the input voltage becomes high, the output voltage becomes L level. This is almost OV. This is the part marked X in the diagram.
実際には、入力電圧の値が変化する(T→X)
時に、出力電圧がHからLレベルへ直ちに変化す
るわけではなく、短い遷移領域TUVが存在する。 In reality, the value of the input voltage changes (T→X)
Sometimes, the output voltage does not change immediately from H to L level, and there is a short transition region TUV.
インバータの動作が遅い場合は、H→L、又は
L→Hの出力変化は一瞬に起るとみなすことがで
きるが、入力信号の変化が速い場合は、このよう
な出力変化が、信号変化と同じ程度になつてく
る。従つて斜線TUVのような入出力特性を描く
ことができる。 If the inverter operates slowly, the output change from H to L or L to H can be considered to occur instantaneously, but if the input signal changes quickly, such an output change may be regarded as a signal change. It will come to the same extent. Therefore, it is possible to draw input/output characteristics like the diagonal line TUV.
インバータには、素子固有のヒステリシスのあ
ることがある。つまり、下から上へ入力が変化す
る時の閾値の方が、上から下へ入力が変化する時
の閾値より高い。この場合、TUVに当る曲線が
上から下へ、下から上へと2本引けそうである
が、そうではない。 Inverters may have element-specific hysteresis. In other words, the threshold when the input changes from bottom to top is higher than the threshold when the input changes from top to bottom. In this case, it seems that two curves corresponding to TUV can be drawn from top to bottom and from bottom to top, but this is not the case.
出力がHレベル、又はLレベルになつてしまえ
ばヒステリシスが付くが、途中で、つまりTVU
の間で出力が変動している場合、ヒステリシスは
小さくなる。 Once the output reaches H level or L level, hysteresis is applied, but in the middle, that is, TVU
If the output is fluctuating between
そうすると、入力電圧Vinを、線Y(U点に対
応する)を中心に上下に振動させるようにすれ
ば、出力電圧VoutをTV間の増幅信号として得る
ことができる。 Then, by making the input voltage Vin vibrate up and down around the line Y (corresponding to point U), the output voltage Vout can be obtained as an amplified signal between the TVs.
ところが、入力電圧の直流バイアスをYに設定
する必要がある。Yは、VinのH→L、L→Hへ
変化する変異点の中心である、と考えてよい。こ
れは、素子によつてバラツキのある値である。従
つて、電源とアースの間に抵抗を直列につない
で、電圧を分割してバイアスを決定する、という
通常の方式では、正しく、Y点にバイアスを設定
することが困難である。可変抵抗を用いればバイ
アスを可変にできるから、直流バイアスをY点に
設定できるが、調整をしなければならないから、
極めて面倒である。 However, it is necessary to set the DC bias of the input voltage to Y. Y can be considered to be the center of the mutation point where Vin changes from H to L and L to H. This is a value that varies depending on the element. Therefore, with the usual method of connecting a resistor in series between the power supply and ground and dividing the voltage to determine the bias, it is difficult to set the bias correctly at the Y point. If you use a variable resistor, you can make the bias variable, so you can set the DC bias to the Y point, but you have to make adjustments.
It's extremely troublesome.
たとえ、一時的に正しく入力のバイアスを決定
したとしても、温度変化などによつてずれてくる
こともある。 Even if the input bias is temporarily determined correctly, it may shift due to changes in temperature.
本発明者は、より簡単な方法により、直流バイ
アスを正しくY点に与えることができる事を見出
した。 The inventor has discovered that a direct current bias can be correctly applied to the Y point using a simpler method.
それは、高抵抗で入力と出力の間を接続するこ
とである。 It is a high resistance connection between the input and output.
インバータの入力、出力ともにコンデンサによ
つて、直流的には遮断されている。 Both the input and output of the inverter are blocked from direct current by capacitors.
例えば、インバータ1の入力f、出力gを、抵
抗R4で接続したものについて説明する。 For example, a case will be described in which the input f and output g of the inverter 1 are connected through a resistor R4.
直流電流はコンデンサC2,C3によつてカツ
トされる。入力からインバータに流れ込む電流、
流れ出す電流はほぼ0である。出力からインバー
タへ流れ込む電流、流れ出す電流は存在するが、
これは必ずR4を通り、入力へ流れる。結局、R
4を右から左へ、左から右へ流れる電流の代数和
は0である、という事が分る。 The direct current is cut off by capacitors C2 and C3. Current flowing into the inverter from the input,
The current flowing out is almost 0. There are currents that flow into and out of the inverter from the output, but
This always passes through R4 and flows to the input. In the end, R
It can be seen that the algebraic sum of the currents flowing from right to left and from left to right is 0.
そうすると、入力Vinと出力Voutの平均値は
常に等しい。 Then, the average value of input Vin and output Vout will always be equal.
<Vout>=<Vin> (1) である。 <Vout>=<Vin> (1) It is.
(1)式が成立つので、入力、出力のバイアス点は
等しく、しかも一定電圧になる。 Since equation (1) holds true, the input and output bias points are equal and have a constant voltage.
これを証明する。 Prove this.
もしも、これが定電圧より高くなると、入力平
均電圧が上るわけで、インバータは反対の信号を
生ずるのであるから、出力電圧の平均電圧が下ら
なければならない。 If this becomes higher than the constant voltage, the average input voltage will go up and the average output voltage will have to go down, since the inverter will produce the opposite signal.
したがつて、入力、出力の平均電圧は等しく、
しかも一定値になる。この一定値は、当然入力の
閾値の中心Yであり、かつ出力の閾値の中心
VDD/2である。 Therefore, the average voltage of input and output are equal,
Moreover, it becomes a constant value. This constant value is naturally the center Y of the input threshold and the center Y of the output threshold.
V DD /2.
インバータの入出力が反転するという特性を利
用して、簡単に、入力のバイアスを正しく閾値の
中心に定める事ができる。 By utilizing the characteristic that the input and output of an inverter are inverted, it is possible to easily set the input bias to the center of the threshold value correctly.
図に於てU点が、バイアスを与える。当然Y=
VDD/2である。 Point U in the figure provides a bias. Of course Y=
V DD /2.
ここへ、入力信号を入れると、出力信号は反転
した信号になるから、第3図のZ軸を中心とする
振動波になる。 When an input signal is input here, the output signal becomes an inverted signal, so it becomes a vibration wave centered on the Z axis in FIG.
そうすると、インバータの特性によつてきまる
急峻な傾きTUVの縦横比に等しい増幅がなされ
ることになる。 Then, amplification equal to the aspect ratio of the steeply sloped TUV, which depends on the characteristics of the inverter, will be achieved.
増幅率は傾きTUVにより、抵抗にはよらない。
抵抗の値がいかなるものであつても、バイアスは
U点に設定する事ができる。 The amplification factor depends on the slope TUV and does not depend on the resistance.
Whatever the value of the resistance, the bias can be set at point U.
とはいつても、抵抗が小さい値であると、入力
インピーダンスが小さくなつて、入力信号自体が
小さくなるので、あまり増幅されない事になる。 However, if the resistance is small, the input impedance will be small and the input signal itself will be small, so it will not be amplified much.
バイアス抵抗の値は大きい方が良いが、あまり
大きくすると、外部からのイイズに対して弱くな
る。 The larger the value of the bias resistor, the better, but if it is too large, it becomes vulnerable to external noise.
また、あまりに増幅率が大きいと、入力信号が
既に大きい場合、出力に波形歪みを生ずる。 Furthermore, if the amplification factor is too large, waveform distortion will occur in the output if the input signal is already large.
この例では、第1段目は入力インピーダンスを
下げるために、R4=50kΩとして、電圧増幅度
を低く設定している。インバータとして、
TC74HCUO4Pを使つた場合、増幅度は約10dB
程度である。またC2=0.01μFとした。 In this example, in order to lower the input impedance of the first stage, R4=50 kΩ and the voltage amplification degree is set low. As an inverter,
When using TC74HCUO4P, the amplification degree is approximately 10dB
That's about it. Further, C2 was set to 0.01 μF.
2段目は、増幅率を上げるために、例えば、R
5=1MΩ、C3=0.01μFとする。同じ素子で、
増幅度は20dB程度であつた。 In the second stage, for example, R
5=1MΩ, C3=0.01μF. With the same element,
The amplification degree was about 20 dB.
3段目は、波形歪みを生じないように、C4
と、R6により電圧増幅度と帯域を調整するのが
良い。たとえば、C4=2.2pF、R6=100kΩと
する。抵抗は大きいが、カツプリングコンデンサ
C4が小さいので、信号の伝達が少なく、ここで
得られる電圧増幅度は3dB程度になつている。 The third stage is C4 to avoid waveform distortion.
It is preferable to adjust the voltage amplification degree and band using R6. For example, assume that C4=2.2pF and R6=100kΩ. Although the resistance is large, the coupling capacitor C4 is small, so there is little signal transmission, and the voltage amplification obtained here is about 3 dB.
交流増幅回路はこのように3つのインバータ
1,2,3と、抵抗R4,R5,R6、コンデン
サC2,C3,C4、などよりなる3段の回路と
なつている。f〜g間、h〜i間、j〜k間で交
流増幅される。コンデンサで遮断されているの
で、各増幅段の直流レベルは、既に述べたような
値に決定される。 The AC amplifier circuit is thus a three-stage circuit including three inverters 1, 2, and 3, resistors R4, R5, and R6, and capacitors C2, C3, and C4. AC amplification is performed between f and g, between h and i, and between j and k. Since it is blocked by a capacitor, the DC level of each amplifier stage is determined to the value already mentioned.
ここでは、3段の増幅回路を示すが、3段以
上、4段或は5段のインバータを並べた増幅回路
であつてもよい。 Although a three-stage amplifier circuit is shown here, it may be an amplifier circuit in which three or more stages, four stages, or five stages of inverters are arranged.
次に波形整形回路Cについて説明する。 Next, the waveform shaping circuit C will be explained.
本発明に於ては、インバータを2個直列につな
ぎ、入力出力を抵抗で接続して、シユミツトトリ
ガ回路を構成している。 In the present invention, a Schmitt trigger circuit is constructed by connecting two inverters in series and connecting the input and output through a resistor.
交流増幅回路の出力がk点に現われる。これが
抵抗R7とコンデンサC5を経てインバータ4の
入力mに入る。インバータ4の出力nは、インバ
ータ5の入力に直結される。インバータ5の出力
pは、抵抗R8によつて、2段前のm点に接続さ
れる。 The output of the AC amplifier circuit appears at point k. This enters the input m of the inverter 4 via the resistor R7 and capacitor C5. The output n of the inverter 4 is directly connected to the input of the inverter 5. The output p of the inverter 5 is connected to the point m two stages before by a resistor R8.
m点とp点が同電位にある状態は安全である。
C5を除いた場合の動作を説明する。 It is safe when point m and point p are at the same potential.
The operation when C5 is excluded will be explained.
k点の電圧がOVから上昇するとする、p点の
電圧もOVであるから、k点の電圧(簡単にkと
書く)に対し、m点の電圧(簡単にmと書く)
は、
m=R8/R7+R8k (2)
という関係を保つて上昇してゆく。 Assuming that the voltage at point k rises from OV, the voltage at point p is also OV, so the voltage at point k (simply written as k) is the voltage at point m (simply written as m).
increases while maintaining the relationship m=R8/R7+R8k (2).
CMOSインバータ4の入力の閾値をVthとす
る。電圧mがVthを越えると、p点の電圧はHレ
ベルに変化する。 Let Vth be the input threshold of the CMOS inverter 4. When voltage m exceeds Vth, the voltage at point p changes to H level.
k点の電圧が下から上へと変化する時、m点の
電圧も同様に上昇し、これがVthになつた時、出
力pがHレベル(VDD)に変化する。k点に於け
る、この変化点を上向き閾値k(↑)と書く。こ
れは、
k(↑)=R7+R8/R8Vth (3)
によつて与えられる。kが上昇したk(↑)を越
えると出力が急に変化する。 When the voltage at point k changes from bottom to top, the voltage at point m also rises, and when this reaches Vth, the output p changes to H level (V DD ). This change point at point k is written as an upward threshold k (↑). This is given by k(↑)=R7+R8/R8Vth (3). When k exceeds the increased value k (↑), the output changes suddenly.
m、p点がHレベル(VDD)にあつて、k点の
電圧が下つてゆくとする。m点の電圧は、
m=R8k/R7+R8+R7VDD/R7+R8 (4)
となる。p=VDDとした。k点からみた下向きの
閾値はm=Vthと置いて、
k(↑)=R7+R8/R8Vth−R7/R8VDD (5)
となる。 Assume that points m and p are at H level (V DD ), and the voltage at point k is decreasing. The voltage at point m is m=R8k/R7+R8+R7V DD /R7+R8 (4). p= VDD . The downward threshold seen from point k is set as m = Vth, and k (↑) = R7 + R8 / R8Vth - R7 / R8V DD (5).
つまり、下向き閾値の方が上向き閾値より下に
なつているから、ヒステリシス動作を伴うことに
なる。 In other words, since the downward threshold is lower than the upward threshold, a hysteresis operation occurs.
さらに、インバータ4,5を直列につないで、
抵抗R8で入出力を連結しているから、p点の変
化は、インバータの内部の素子によつてきまる速
い時間でなされる。 Furthermore, by connecting inverters 4 and 5 in series,
Since the input and output are connected by the resistor R8, the change in the p point is made in a very fast time depending on the internal elements of the inverter.
入力kに対し、出力pが急激に変化して、二値
化するので、これはシユミツトトリガ回路であ
る。 This is a Schmitt trigger circuit because the output p changes rapidly with respect to the input k and is binarized.
一例を示す。 An example is shown.
R7=60kΩ、R8=200kΩ、VDD=5V、Vth=
2.5Vとする。ここではCMOSインバータを使う
から、インバータのVthがVDDの1/2になる。しか
し、CMOSでなければならない、という事はな
い。 R7=60kΩ, R8=200kΩ, VDD =5V, Vth=
Set to 2.5V. Since a CMOS inverter is used here, the inverter's Vth is 1/2 of VDD . However, it does not have to be CMOS.
この例では、 k(↑)=3.25V K(↓)=1.75V となり、上下の閾値に1.5Vの差がある。 In this example, k(↑)=3.25V K(↓)=1.75V Therefore, there is a 1.5V difference between the upper and lower thresholds.
入力信号が微弱であつても、3段の増幅を受け
て、振幅が必ず1.5V以上になつているので、波
形整形回路で正しく2値化される。 Even if the input signal is weak, the amplitude will always be 1.5V or higher after three stages of amplification, so it will be correctly binarized by the waveform shaping circuit.
上下の閾値はVDD/2を中心として上下に離れ
ている(この例ではVDD/2=2.5V)。R7,R
8を変えても、k(↑)とc(↓)の和がVDD、つ
まり平均がVDD/2という性質は保存される。こ
れは(3)、(5)から明らかである。 The upper and lower thresholds are separated from each other with V DD /2 as the center (in this example, V DD /2 = 2.5V). R7,R
Even if 8 is changed, the property that the sum of k (↑) and c (↓) is V DD , that is, the average is V DD /2, is maintained. This is clear from (3) and (5).
コンデンサC5は、入力に周波数特性をもたせ
るために入れてある。低い周波数に対しては上下
の閾値の差が1.5Vであるが、高い周波数信号に
対しては、閾値差(k(↑)−k(↓))がこれより
低い電圧になる。 Capacitor C5 is inserted to give the input frequency characteristics. For low frequencies, the difference between the upper and lower thresholds is 1.5V, but for high frequency signals, the threshold difference (k(↑)−k(↓)) is a lower voltage.
高い周波数成分に対して感度を上げ、データで
ある4Mdpsに対して感度を良くし、低周波のイ
イズに対しては応答しにくくしてある。一種のイ
イズフイルタとしての作用がある。 The sensitivity is increased for high frequency components, the sensitivity is improved for 4Mdps data, and it is made less responsive to low frequency noise. It acts as a kind of good filter.
以上の回路で、波形整形、つまり2値化された
ことになる。 With the above circuit, the waveform has been shaped, that is, binarized.
トランジスタQ1,Q2は信号と同位相の電圧
信号を作り出す。その後、p点までで増幅、波形
整形処理は終つているが、インバータの数がd点
から数えて5つである。奇数個であるから、信号
の位相が反転している。 Transistors Q1 and Q2 produce a voltage signal that is in phase with the signal. Thereafter, amplification and waveform shaping processing are completed up to point p, but the number of inverters is five counting from point d. Since the number is odd, the phase of the signal is inverted.
もとの信号と合致した位相の出力信号に直すた
め、もうひとつインバータ6を入れている。q点
では正しい位相の出力波が得られる。 Another inverter 6 is installed to restore the output signal to a phase matching the original signal. At point q, an output wave with the correct phase is obtained.
出力バツフア回路は、ここではインバータが1
個あるだけである。奇数個であればよいから、
3、5、…でもよい。 The output buffer circuit here has one inverter.
There are only individuals. As long as it is an odd number,
It could be 3, 5, etc.
もしも、4段の交流増幅を用いていれば、波形
整形回路Cの出力は、入力と同位相になつてい
る。この場合、出力バツフアは、0、2、4、6
…など偶数のインバータによつて構成できる。イ
ンバータが0であつてもよい。 If four stages of AC amplification are used, the output of the waveform shaping circuit C will be in phase with the input. In this case, the output buffers are 0, 2, 4, 6
It can be configured with an even number of inverters such as... The inverter may be zero.
ここでは6つのインバータをもつ
TC74HCUO4Pを用いているから、1つのICでイ
ンバータ1〜6を得ることができ、便利である。 Here we have 6 inverters
Since TC74HCUO4P is used, inverters 1 to 6 can be obtained with one IC, which is convenient.
出力波は、端子RDから外部へとりだす。 The output wave is taken out from terminal RD.
電源VCCは外部から与えられる。コンデンサC
7,C8、インダクタンスL1は電源を安定させ
電源ラインからのイイズの進入を防ぐもので、慣
用される回路である。たとえばこれらは10μF、
10μF、1mHとする。 Power supply V CC is applied externally. Capacitor C
7, C8, and inductance L1 are commonly used circuits that stabilize the power supply and prevent noise from entering from the power supply line. For example, these are 10μF,
10μF, 1mH.
電源VCCとVDDの違いについてのべる。VCCは外
部から素子に与えられる電圧である。ここでは
5Vを例にしているが、任意である。VDDは、イン
バータのHレベルである。VCCに近く、一致する
こともあるが、そうでないこともある。そこで、
これらは区別した。 Describe the difference between power supplies V CC and V DD . V CC is a voltage applied to the element from the outside. here
Although 5V is used as an example, it is arbitrary. V DD is the H level of the inverter. Sometimes it is close to and coincides with V CC , sometimes it is not. Therefore,
These were distinguished.
(オ) 効果
(1) 回路素子の数が少いので、従来の光受信回路
よりも、安価に構成できる。(e) Effects (1) Since the number of circuit elements is small, it can be constructed at a lower cost than conventional optical receiving circuits.
交流増幅、波形整形、出力バツフアがインバ
ータを6ケ含むひとつのICで作ることができ
る。 AC amplification, waveform shaping, and output buffer can be created with a single IC that includes 6 inverters.
全体をハイブリツドICとするにしても、こ
のICと、2個のトランジスタ、僅かなコンデ
ンサ抵抗で回路を構成できる。 Even if the entire circuit is a hybrid IC, the circuit can be configured with this IC, two transistors, and a small capacitor resistance.
(2) 増幅部のゲインを大きくしても、飽和せず、
飽和のために応答特性が遅れるということがな
い。(2) Even if the gain of the amplifier section is increased, it will not saturate,
There is no delay in response characteristics due to saturation.
これは、交流増幅にデジタルIC(インバー
タ)を使用しているためである。 This is because a digital IC (inverter) is used for AC amplification.
(3) 波形歪みが小さい。応答特性が速い。これ
も、デジタルICを使つているからである。振
幅の大小にかかわらず、信号の中点(ピーク対
ピークの半分)が、直流バイアス点Uに必ず一
致するから、振幅の大小によらず、出力は同じ
時刻に変化することになる。(3) Small waveform distortion. Fast response characteristics. This is also because it uses a digital IC. Regardless of the magnitude of the amplitude, the midpoint of the signal (half peak to peak) always coincides with the DC bias point U, so the output changes at the same time regardless of the magnitude of the amplitude.
直流差動増幅する場合には、このようになら
ず、波形歪みが生じる。 In the case of DC differential amplification, this does not occur, and waveform distortion occurs.
波形整形回路の抵抗R7,R8は、上下の閾
値の差の大きさを決定するが、この値自体は厳
密に規定しなくてもよいので、R7,R8の精
度要求も厳しくない。 The resistors R7 and R8 of the waveform shaping circuit determine the magnitude of the difference between the upper and lower threshold values, but this value itself does not have to be strictly defined, so the accuracy requirements for R7 and R8 are not strict.
(4) 交流増幅するが、微分するわけではない。微
分回路がないのでノイズに対して強い。(4) AC is amplified, but not differentiated. Since there is no differentiation circuit, it is resistant to noise.
(5) ヒステリシス付コンパレータを必要とせず、
定電流回路を、多数必要としない。抵抗値に課
される精度の要求が厳しくない。(5) Does not require a comparator with hysteresis,
A large number of constant current circuits are not required. The accuracy requirements imposed on the resistance value are not strict.
増幅段の帰還抵抗は増幅率を直接決定するも
のではなく、厳密な精度が要求されない。 The feedback resistor of the amplification stage does not directly determine the amplification factor, and strict accuracy is not required.
第1図は本発明の光受信回路の一例を示す回路
図。第2図は第1図の内、電流電圧変換回路の部
分のみの回路図。第3図はインバータによる交流
増幅を説明する入出力特性図。第4図は従来例に
係る光受信回路の構成図。
1〜6……インバータ、C1〜C8……コンデ
ンサ、R1〜R8……抵抗。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of an optical receiving circuit of the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram of only the current-voltage conversion circuit portion of FIG. 1. FIG. 3 is an input/output characteristic diagram illustrating AC amplification by an inverter. FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional optical receiving circuit. 1-6...Inverter, C1-C8...Capacitor, R1-R8...Resistor.
Claims (1)
クの受信回路において、光電変換素子、電流電圧
変換回路、交流増幅回路、波形整形回路及び出力
バツフアとで構成されており、電流電圧変換回路
はダーリントン接続されたトランジスタQ1,Q
2と、トランジスタQ1のベースとトランジスタ
Q2のコレクタの間に接続された抵抗R1及びダ
イオードD1と、トランジスタQ1のコレクタと
電源の間に接続された抵抗R2とよりなり、光電
変換素子はトランジスタQ1のベースとアースの
間に接続され、Q2のエミツタは接地されている
ものとし、交流増幅回路は、インバータの入力と
出力とを抵抗によつて接続し、相互にコンデンサ
によつて連結した3段或はそれ以上のインバータ
によつて構成し、波形増幅回路は、直列につなが
れた2つのインバータ4,5と、インバータ5の
出力をインバータ4に帰還する抵抗R8と、交流
増幅回路の増幅出力をインバータ4に入力するた
めの抵抗R7とこれに並列接続されるコンデンサ
C5とよりなり、出力バツフアは出力、入力信号
の位相を合致させるためのインバータよりなる事
を特徴とする光受信回路。1. An optical data link receiving circuit that transmits binary digital signals is composed of a photoelectric conversion element, a current-voltage conversion circuit, an AC amplifier circuit, a waveform shaping circuit, and an output buffer, and the current-voltage conversion circuit uses a Darlington connection. transistors Q1, Q
2, a resistor R1 and a diode D1 connected between the base of the transistor Q1 and the collector of the transistor Q2, and a resistor R2 connected between the collector of the transistor Q1 and the power supply. It is assumed that the emitter of Q2 is connected between the base and ground, and the emitter of Q2 is grounded. The waveform amplification circuit consists of two inverters 4 and 5 connected in series, a resistor R8 that feeds back the output of the inverter 5 to the inverter 4, and a waveform amplification circuit that feeds the amplified output of the AC amplification circuit to the inverter. 4, and a capacitor C5 connected in parallel to the resistor R7, and an output buffer comprising an inverter to match the phases of the output and input signals.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60218840A JPS6278936A (en) | 1985-10-01 | 1985-10-01 | optical receiver circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60218840A JPS6278936A (en) | 1985-10-01 | 1985-10-01 | optical receiver circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6278936A JPS6278936A (en) | 1987-04-11 |
| JPH042022B2 true JPH042022B2 (en) | 1992-01-16 |
Family
ID=16726158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60218840A Granted JPS6278936A (en) | 1985-10-01 | 1985-10-01 | optical receiver circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6278936A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01286655A (en) * | 1988-05-13 | 1989-11-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | optical receiver circuit |
-
1985
- 1985-10-01 JP JP60218840A patent/JPS6278936A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6278936A (en) | 1987-04-11 |
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