JP2006080988A - Preamplifier - Google Patents
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Abstract
【課題】速度が大幅に異なる複数の伝送速度の信号を受信し、伝送速度に応じた受信感度で広いダイナミックレンジを確保するとともに、最適な周波数帯域を確保することができるトランスインピーダンス型の前置増幅器を提供する。
【解決手段】内部利得制御部13、トランスインピーダンス部14を備えた前置増幅器で、伝送速度情報信号を出力するデコーダ部15を備え、該デコーダ部からの伝送速度情報信号により内部利得制御部13及びトランスインピーダンス部14を制御する。内部利得制御部13及びトランスインピーダンス部14は、並列又は直列接続された複数の抵抗にスイッチング素子を並列又は直列接続し、スイッチング素子のオン・オフでデジタル的に抵抗値が制御されるようにする。また、直列又は並列接続された複数の抵抗のうち、少なくとも1つの抵抗は常時選択されるようにして帰還抵抗値がゼロ又は無限大にならないようにする。
【選択図】図1A transimpedance type pre-receiver that receives signals of a plurality of transmission speeds with significantly different speeds, ensures a wide dynamic range with a receiving sensitivity corresponding to the transmission speed, and secures an optimum frequency band. An amplifier is provided.
A preamplifier including an internal gain control unit and a transimpedance unit is provided with a decoder unit that outputs a transmission rate information signal. The internal gain control unit is provided by a transmission rate information signal from the decoder unit. And the transimpedance unit 14 is controlled. The internal gain control unit 13 and the transimpedance unit 14 connect switching elements in parallel or in series to a plurality of resistors connected in parallel or in series so that the resistance value is digitally controlled by turning on / off the switching elements. . In addition, at least one resistor among a plurality of resistors connected in series or in parallel is always selected so that the feedback resistance value does not become zero or infinite.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光通信システム等に用いられる前置増幅器に関し、特にトランスインピーダンス型の前置増幅器に関する。 The present invention relates to a preamplifier used in an optical communication system or the like, and more particularly to a transimpedance type preamplifier.
光通信を用いた受信装置において、受光素子で受光した光信号を電圧信号に変換する前置増幅回路は、低雑音で且つ広いダイナミックレンジが要求される。このような要求を満たすものとして、一般にトランスインピーダンス型の前置増幅器が用いられている。典型的なトランスピーダンス型の増幅回路は、増幅器の入力部と出力部の間に帰還抵抗を接続し、入力パワーに応じて帰還抵抗のインピーダンス値を変えて、広いダイナミックレンジを確保するようにしている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
In a receiving device using optical communication, a preamplifier circuit that converts an optical signal received by a light receiving element into a voltage signal is required to have a low noise and a wide dynamic range. A transimpedance type preamplifier is generally used to satisfy such a requirement. A typical transimpedance type amplifier circuit connects a feedback resistor between the input and output of the amplifier and changes the impedance value of the feedback resistor according to the input power to ensure a wide dynamic range. (For example, refer to
図6(A)は、一般的な前置増幅器の一例を説明する概略図である。前置増幅器は、増幅回路2と並列にトランスインピーダンス回路3を接続し、入力側にフォトダイオード等の受光素子1が接続される。トランスインピーダンス回路3は、例えば、帰還抵抗Rfと並列に電界効果型トランジスタ(FET)等の制御可能な可変抵抗素子Qfを並列接続してなり、制御回路4からの信号によりインピーダンス値が可変できるようにされる。
FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of a general preamplifier. The preamplifier has a
受光素子1で受光した光信号は、その受光強度に応じた信号電流Iinを出力し、この信号電流は前置増幅器2により、出力電圧Voutの電圧信号に変換される。ここで、帰還抵抗をRfとすると、入力側の信号電流Iinと増幅出力側の出力電圧Voutとの間には、
Vout=−Iin・Rf
の関係があることが知られている。この前置増幅器では、帰還抵抗Rfを大きくすることで、微小な信号電流に対しても十分な感度、すなわち十分な出力電圧を得ることができる。
The optical signal received by the
Vout = −Iin · Rf
It is known that there is a relationship. In this preamplifier, by increasing the feedback resistance Rf, sufficient sensitivity, that is, sufficient output voltage can be obtained even for a minute signal current.
しかし、帰還抵抗Rfの抵抗値が大きいと、入力される信号電流の振幅が大きくなった場合に、出力振幅に飽和が起こり、出力波形に歪みが生じる。そこで、入力される信号電流が大きくなったとき、トランスインピーダンス回路3のインピーダンス値(帰還抵抗値)を等価的に小さくし、トランスインピーダンス回路3側に分流する信号電流を増加させることで、出力振幅が飽和するのを回避し、ダイナミックレンジが確保できるようにされている。
However, if the resistance value of the feedback resistor Rf is large, when the amplitude of the input signal current increases, the output amplitude is saturated, and the output waveform is distorted. Therefore, when the input signal current increases, the impedance value (feedback resistance value) of the
トランスインピーダンス回路3としては、今までに種々のものが提案されているが、一般的な回路として、図6(A)に示したように、例えば、可変抵抗的に使用可能なFET(Qf)を、帰還抵抗Rfに並列接続し、そのゲートに出力電圧Voutの情報をゲート電圧として入力する構成のものが知られている。この場合、入力信号の電流値が所定値以下である場合は、出力電圧は小さくQfがオフ状態とされ、上記の関係式に基づいた帰還抵抗Rfのみによる帰還が行なわれる。入力側の信号電流が所定値以上になると、出力電圧も増加することから、制御回路4によりQfのゲート電圧が変化し、ソースとドレイン間に導通が生じ、全体としての帰還抵抗値が小さくされ、出力の飽和が回避される。
また、同一の受信装置で、伝送速度が異なる光信号を受光して増幅する場合は、受信感度も大きく変動する。このため、例えば、トランスインピーダンス回路を複数の帰還抵抗を直列接続して形成し、これらの帰還抵抗を選択的にオン・オフできるようにする方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。この方法によれば、帰還用のインピーダンス値を大きく変化させることができ、伝送速度に応じた対応が可能になるとされている。
光通信において、近年、米国規格のSONET(Synchronous Optical NET:同期光伝送網)、或いは、国際標準規格のSDH(Synchronous Digital Hierarchy:同期デジタル・ハイアラーキ)による多重化した光伝送方式が用いられるようになってきた。これらのSONET/SDHに共通する仕様として、例えば、伝送速度が155.52Mbps、622.08Mbps、2.48832Mbpsで標準化されている。この場合、各伝送速度に要求される受信感度は、−34dBm、−28dBm、−18dBmと大きく異なり、伝送速度が低速になるほど高い感度が要求される。 In recent years, in optical communications, multiplexed optical transmission systems based on US standard SONET (Synchronous Optical NET) or international standard SDH (Synchronous Digital Hierarchy) are used. It has become. As specifications common to these SONET / SDH, for example, transmission rates are standardized at 155.52 Mbps, 622.08 Mbps, and 2.48832 Mbps. In this case, the reception sensitivity required for each transmission rate is significantly different from -34 dBm, -28 dBm, and -18 dBm, and higher sensitivity is required as the transmission rate becomes lower.
このような、数倍も異なる複数の伝送速度に対して対応可能なトランスインピーダンス型の前置増幅器を得るには、単に信号を受信できるというだけでなく、各伝送速度における要求受信感度仕様を満たす必要がある。このためには、特許文献1〜3に開示の技術を用いることが有効であり、図6(A)に示したようなトランスインピーダンス回路で、その帰還抵抗値を伝送速度によって精密に制御してやればよい。図6(B)は、トランスインピーダンス回路の等価帰還抵抗とFET(Qf)のゲート電圧との関係を示す図であるが、伝送速度が低速、中速、高速と変化する場合でも、その動作範囲を変えて精密に制御することにより、実現可能である。
In order to obtain a transimpedance type preamplifier capable of dealing with a plurality of transmission rates that are several times different from each other, not only can a signal be received, but also satisfy the required reception sensitivity specifications at each transmission rate. There is a need. For this purpose, it is effective to use the techniques disclosed in
一方、トランスインピーダンス型の増幅器の−3dB周波数帯域fcは、増幅器の内部利得をA、帰還抵抗値をR、入力容量(受光素子の接合容量+増幅器の入力容量+実装上で負荷される浮遊容量)をCsとすると、一般に次の式で表すことができる。
fc=A/(2π・R・Cs)
伝送速度に応じて帰還抵抗Rを制御することにより、所定の動作特性を得ることはできるが、帰還抵抗Rを変えることにより増幅器の周波数帯域が変動する。すなわち、伝送速度に応じた最適な帯域を得るためには、帰還抵抗を制御するだけでは不十分であり、同時に増幅器の内部利得も制御する必要がある。
On the other hand, the −3 dB frequency band fc of the transimpedance type amplifier is that the internal gain of the amplifier is A, the feedback resistance value is R, the input capacitance (the junction capacitance of the light receiving element + the input capacitance of the amplifier + the stray capacitance loaded on the mounting). ) Is Cs, it can be generally expressed by the following formula.
fc = A / (2π · R · Cs)
By controlling the feedback resistor R according to the transmission speed, a predetermined operating characteristic can be obtained, but changing the feedback resistor R changes the frequency band of the amplifier. In other words, in order to obtain an optimum band according to the transmission rate, it is not sufficient to control the feedback resistance, and at the same time, it is necessary to control the internal gain of the amplifier.
しかるに、上述した従来技術においては、帰還抵抗Rを制御すると同時に、内部利得Aを制御することまでは考慮されていない。また、例え、内部利得Aを調整することがあるとしても、帰還抵抗Rの調整とは別に行なうようにしている。このため、複数の伝送速度に対して、最適なトランスインピーダンス利得、帯域幅、入力ダイナミックレンジを確保することができない。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、速度が大幅に異なる複数の伝送速度の信号を受信し、伝送速度に応じた受信感度で広いダイナミックレンジを確保するとともに、最適な周波数帯域を確保することができるトランスインピーダンス型の前置増幅器の提供を課題とする。
However, in the above-described conventional technology, the control of the feedback resistor R and the control of the internal gain A at the same time are not taken into consideration. Further, even if the internal gain A is adjusted, it is performed separately from the adjustment of the feedback resistor R. For this reason, optimal transimpedance gain, bandwidth, and input dynamic range cannot be ensured for a plurality of transmission rates.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and receives signals of a plurality of transmission rates having significantly different speeds, ensures a wide dynamic range with reception sensitivity corresponding to the transmission speed, and an optimum frequency band. It is an object of the present invention to provide a transimpedance type preamplifier capable of ensuring the above.
本発明による前置増幅器は、内部利得制御部、トランスインピーダンス部を備えた前置増幅器で、伝送速度情報信号を出力するデコーダ部を備え、該デコーダ部からの伝送速度情報信号により内部利得制御部及びトランスインピーダンス部を制御する。内部利得制御部及びトランスインピーダンス部は、並列又は直列接続された複数の抵抗にスイッチング素子を並列又は直列接続し、スイッチング素子のオン・オフでデジタル的に抵抗値が制御されるようにする。また、直列又は並列接続された複数の抵抗のうち、少なくとも1つの抵抗は常時選択されるようにして帰還抵抗値がゼロ又は無限大にならないようにしてもよい。 A preamplifier according to the present invention is a preamplifier including an internal gain control unit and a transimpedance unit, and includes a decoder unit that outputs a transmission rate information signal, and an internal gain control unit based on the transmission rate information signal from the decoder unit. And controls the transimpedance section. The internal gain control unit and the transimpedance unit connect a switching element in parallel or in series to a plurality of resistors connected in parallel or in series so that the resistance value is digitally controlled by turning on / off the switching element. In addition, at least one resistor among a plurality of resistors connected in series or in parallel may be always selected so that the feedback resistance value does not become zero or infinite.
また、本発明による前置増幅器は、直列又は並列接続された複数の抵抗のうち、少なくとも1つの抵抗には、スイッチング素子に代えて制御可能な可変抵抗素子が接続され、増幅出力側の信号レベルに応じてアナログ的に抵抗値が制御されるようにする。この場合、可変制御可能な可変抵抗素子に、固定抵抗素子を直列接続して可変抵抗素子の電圧依存性を低減するようにしてもよい。 In the preamplifier according to the present invention, a variable resistance element that can be controlled instead of the switching element is connected to at least one of the plurality of resistors connected in series or in parallel, and the signal level on the amplification output side The resistance value is controlled in an analog manner according to the above. In this case, a fixed resistance element may be connected in series to a variable resistance element that can be variably controlled to reduce the voltage dependency of the variable resistance element.
本発明によれば、伝送速度情報に応じてデジタル的に内部利得及びトランスインピーダンスを変えることで、それぞれの伝送速度における最低受信感度を満たすことができ、さらにアナログ的な調整で広いダイナミックレンジを確保することができる。また、トランスインピーダンスを変えると同時に増幅器の内部利得も同時に制御しているので、所定の周波数帯域を確保することができる。 According to the present invention, by changing the internal gain and transimpedance digitally according to the transmission rate information, the minimum reception sensitivity at each transmission rate can be satisfied, and a wide dynamic range is secured by analog adjustment. can do. Further, since the internal gain of the amplifier is simultaneously controlled while changing the transimpedance, a predetermined frequency band can be secured.
図1のブロック図により本発明の実施形態の概略を説明する。図中、11は受光素子、12はトランジスタ、13は内部利得制御部、14はトランスインピーダンス部、15はデコーダ部、16はバッファ段、17は出力バッファ段を示す。 The outline of the embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. In the figure, 11 is a light receiving element, 12 is a transistor, 13 is an internal gain control unit, 14 is a transimpedance unit, 15 is a decoder unit, 16 is a buffer stage, and 17 is an output buffer stage.
本発明による前置増幅器は、帰還抵抗としてトランスインピーダンス部14を有し、PINフォトダイオード等の受光素子11で受光した光信号を電流−電圧変換する光通信用に適した前置増幅器である。受光素子11からの受光で生じた信号電流による受信信号は、増幅素子としてのエミッタ接地のトランジスタ12に入力される。増幅段であるトランジスタ12とその負荷を兼ねる内部利得制御部13によって、増幅器の内部利得が決められる。増幅段の出力は、次のエミッタフォロワ回路等からなるバッファ段16で、出力インピーダンスを低くし出力を高くしている。バッファ段16の出力は、さらに出力バッファ17を経て、主増幅段(図示せず)に入力される。
The preamplifier according to the present invention is a preamplifier suitable for optical communication that has a
本発明は、上記のような構成の前置増幅器で、内部利得制御部13及びトランスインピーダンス部14に、光伝送における伝送速度情報に関する信号を同時に入力し、この信号により増幅器の内部利得及びトランスインピーダンスの設定値が変えられるようにしている。伝送速度情報としては、例えば、SONETのOC−3,OC−12,OC−48で規定されような、伝送速度が数倍から数十倍で大きく異なる情報単位のもので、これらの複数の伝送速度の中から、所定の伝送速度が選択できるようにされる。選択された伝送速度は、デコーダ部15でデジタル信号等に変換されて、内部利得制御部13及びトランスインピーダンス部14に入力され、その設定値がデジタル的に変更される。
The present invention is a preamplifier configured as described above, and a signal related to transmission rate information in optical transmission is simultaneously input to the internal
トランスインピーダンス部14の帰還抵抗を調整することにより利得も変動するが、内部利得制御部13による調整に比べると、その変動量は僅かである。したがって、トランスインピーダンス部14の制御と同時に内部利得制御部13も同様に伝送速度情報に基づいて制御することで、最低受信感度の劣化を抑えると共に最適周波数帯域を確保することが可能となる。また、受信信号の伝送速度が大きく変わる場合、それに伴なう最低受信感度も大きく変動し、内部利得の制御及びトランスインピーダンスの制御で、単一の抵抗素子を制御するだけでは対応が難しくなる場合がある。しかし、所定の抵抗値を伝送速度情報に基づいてデジタル的に大きく変化させることにより、比較的容易に対応させることが可能となる。
Although the gain also varies by adjusting the feedback resistance of the
図2は、内部利得制御部13又はトランスインピーダンス部14の具体的な構成例を示す図である。内部利得制御部13又はトランスインピーダンス部14は、いずれも、図に示すように複数の抵抗素子をベースにして構成することができ、端子A−B間に複数の抵抗R1,R2,R3を直列又は並列に接続し、これらの抵抗にスイッチング素子(例えば、電界効果型トランジスタ)Q1,Q2を並列又は直列に接続して構成される。スイッチング素子Q1,Q2は、伝送速度情報に基づいてオン、オフが制御される。なお、図2では、3個の抵抗素子と2個のスイッチング素子を用いる例であるが、より多くの個数で形成することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific configuration example of the internal
図2(A)は、直列接続されたR1,R2,R3に対して、R1に並列にQ1を接続し、(R1+R2)に並列にQ2を接続した例である。この構成で、例えば、Q1,Q2を共にオフにすれば、端子A−B間の抵抗は、(R1+R2+R3)となる。次に、Q1をオンとすることにより、R1が短絡され、端子A−B間の抵抗は、(R2+R3)となる。Q2をオンにすれば、(R1+R2)が短絡され、端子A−B間の抵抗は、R3のみとなる。 FIG. 2A shows an example in which R1, R2, and R3 connected in series have Q1 connected in parallel to R1 and Q2 connected in parallel to (R1 + R2). In this configuration, for example, if both Q1 and Q2 are turned off, the resistance between the terminals A and B becomes (R1 + R2 + R3). Next, by turning on Q1, R1 is short-circuited, and the resistance between the terminals A and B becomes (R2 + R3). When Q2 is turned on, (R1 + R2) is short-circuited, and the resistance between the terminals A and B is only R3.
図2(B)は、直列接続されたR1,R2,R3に対して、R1に並列にQ1を接続し、R2に並列にQ2を接続した例である。この構成で、例えば、Q1,Q2を共にオフにすれば、図2(A)の場合と同様に、端子A−B間の抵抗は、(R1+R2+R3)となる。次に、Q1をオンとすることにより、R1が短絡され、端子A−B間の抵抗は、(R2+R3)となる。Q1,Q2を共にオンにすれば、(R1+R2)が短絡され、端子A−B間の抵抗は、R3のみとなる。また、Q1をオフとし、Q2をオンとすることにより、R2のみが短絡され、端子A−B間の抵抗は、(R1+R3)とすることができる。 FIG. 2B shows an example in which R1, R2, and R3 connected in series have Q1 connected in parallel to R1 and Q2 connected in parallel to R2. In this configuration, for example, if both Q1 and Q2 are turned off, the resistance between the terminals A and B becomes (R1 + R2 + R3) as in the case of FIG. Next, by turning on Q1, R1 is short-circuited, and the resistance between the terminals A and B becomes (R2 + R3). If both Q1 and Q2 are turned on, (R1 + R2) is short-circuited, and the resistance between the terminals A and B is only R3. Further, by turning off Q1 and turning on Q2, only R2 is short-circuited, and the resistance between the terminals A and B can be (R1 + R3).
図2(C)は、並列接続されたR1,R2,R3に対して、R1に直列にQ1を接続し、R2に直列にQ2を接続した例である。この構成で、例えば、Q1,Q2を共にオフにすれば、端子A−B間の抵抗は、R3となる。次に、Q1をオンとすることにより、R1とR3の並列接続となって、端子A−B間の抵抗は、(R1・R3)/(R1+R3)となる。Q1,Q2を共にオンにすれば、R1とR2とR3との並列接続となって、端子A−B間の抵抗は、(R1・R2・R3)/(R1・R3+R1・R2+R2・R3)となる。また、Q1をオフとし、Q2をオンとすることにより、端子A−B間の抵抗は、(R2・R3)/(R2+R3)とすることができる。 FIG. 2C shows an example in which R1, R2, and R3 connected in parallel have Q1 connected in series to R1 and Q2 connected in series to R2. In this configuration, for example, if both Q1 and Q2 are turned off, the resistance between the terminals A and B becomes R3. Next, when Q1 is turned on, R1 and R3 are connected in parallel, and the resistance between the terminals A and B is (R1 · R3) / (R1 + R3). If Q1 and Q2 are both turned on, R1, R2 and R3 are connected in parallel, and the resistance between the terminals A and B is (R1 · R3 · R3) / (R1 · R3 + R1 · R2 + R2 · R3). Become. Further, when Q1 is turned off and Q2 is turned on, the resistance between the terminals A and B can be (R2 · R3) / (R2 + R3).
上述したように、Q1,Q2のオン・オフをデコーダ部からの信号で制御することにより、所定の抵抗値をデジタル的に変化させることができる。また、直列又は並列に接続される複数の抵抗のうち、スイッチング素子のオン・オフに関わらず、常に端子A−B間で少なくとも1つの抵抗が選択されるようにするのが望ましい。図2においては、抵抗R3が常時選択されるようにされている。 As described above, the predetermined resistance value can be changed digitally by controlling on / off of Q1 and Q2 by the signal from the decoder unit. In addition, it is desirable that at least one resistor is always selected between the terminals A and B among the plurality of resistors connected in series or in parallel, regardless of whether the switching element is on or off. In FIG. 2, the resistor R3 is always selected.
この常時選択される抵抗を設けることにより、全てのスイッチング素子がオン又はオフとなっても、トランスインピーダンスがゼロなったり、無限大となったりするのを避けることができる。なお、トランスインピーダンス型の増幅器では、微小電流の入力で且つ性能の観点から低入力容量が要求されることから、通常入力部には保護素子をいれていない。そのため、帰還抵抗がないような状態になると、電源オフの状態で入力インピーダンスが非常に大きい値となり、静電耐圧が著しく低下し静電破壊の生じるが、常時選択される抵抗を設けることにより、これを回避することができる。 By providing this always-selected resistor, it is possible to prevent the transimpedance from becoming zero or infinite even when all the switching elements are turned on or off. Note that a transimpedance type amplifier requires a low input capacitance from the viewpoint of performance with an input of a minute current, and therefore a protective element is not usually included in the input section. Therefore, when there is no feedback resistance, the input impedance becomes a very large value in the power off state, the electrostatic withstand voltage is remarkably reduced and electrostatic breakdown occurs, but by providing a resistance that is always selected, This can be avoided.
図3は他の実施形態を説明する図である。図中、13’は内部利得制御部、14’はトランスインピーダンス部、18は信号レベル検出部を示し、その他の符号は、図1で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。この実施形態は、内部利得制御部13’及びトランスインピーダンス部14’を伝送速度情報による信号でデジタル的に制御する他に、増幅出力側の信号レベルでアナログ的に制御するようにしたものである。
FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment. In the figure, 13 'is an internal gain control unit, 14' is a transimpedance unit, 18 is a signal level detection unit, and the other reference numerals are the same as those used in FIG. In this embodiment, the internal
図3に示す前置増幅器も、図1で説明したのと同様に、負帰還抵抗としてトランスインピーダンス部14’を有し、PINフォトダイオード等の受光素子11で受光した光信号を電流−電圧変換する光通信用に適した前置増幅器である。受光素子11からの受光で生じた信号電流による受信信号が、増幅素子としてのエミッタ接地のトランジスタ12に入力される。増幅段であるトランジスタ12とその負荷を兼ねる内部利得制御部13’によって、増幅器の内部利得が決められる。また、増幅段の出力電圧は、次のエミッタフォロワ回路等からなるバッファ段16で、出力インピーダンスを低くし出力を高くしている。バッファ段16の出力は、さらに出力バッファ段17を経て、主増幅段(図示せず)に入力される。
The preamplifier shown in FIG. 3 also has a
内部利得制御部13’及びトランスインピーダンス部14’には、デコーダ部15から光通信の伝送速度情報に関する信号が同時に入力され、この信号により増幅器の内部利得及びトランスインピーダンスの設定値が大きく変えられるようにしている。また、デコーダ部15からの信号以外に信号レベル検出部18を備え、例えば、出力バッファア段17の出力信号が検出され、その信号レベルが内部利得制御部13’及びトランスインピーダンス部14’に入力されるようにされる。なお、信号レベルは、出力信号の平均値であっても、ピーク値であってもよい。
The internal
信号レベル検出部18で検出された信号は、内部利得制御部13’及びトランスインピーダンス部14’に同時に入力され、増幅出力側の出力信号の信号レベルに応じてアナログ的に内部利得及びトランスインピーダンスが制御される。この実施形態では、デコーダ部15からの信号により、内部利得制御部13’及びトランスインピーダンス部14’の設定値をデジタル的に大きく変更すると共に、信号レベル検出部18でアナログ的にも制御される。この結果、伝送速度が大きく異なる場合にも、それぞれの伝送速度に対して最適の内部利得、周波数帯域、広いダイナミックレンジを確保することが可能となる。
The signal detected by the signal
図4は、図3に対応した内部利得制御部13’又はトランスインピーダンス部14’の具体的な構成例を示す図である。内部利得制御部13’又はトランスインピーダンス部14’は、いずれも、複数の抵抗素子をベースにして構成することができ、端子A−B間に複数の抵抗R1,R2,R3,R4を直列又は並列に接続し、これらの抵抗にスイッチング素子(例えば、電界効果型トランジスタ)Q1,Q2及び制御可能な可変抵抗素子(例えば、電界効果型トランジスタ)Qrを並列又は直列に接続して構成される。なお、スイッチング素子Q1,Q2は伝送速度情報に基づいてオン、オフが制御され、可変抵抗素子Qrは増幅出力側の信号レベルによって制御される。
FIG. 4 is a diagram illustrating a specific configuration example of the internal
図4(A)は、直列接続されたR1,R2,R3に対して、R1に並列にQ1を接続し、(R1+R2)に並列にQ2を接続し、(R1+R2+R3)に並列にQrを接続すると共にQrに直列にR4を接続した例である。この構成で、例えば、Q1,Q2、を共にオフにすれば、端子A−B間の抵抗は、(R1+R2+R3)に(Qr+R4)が並列接続された状態となる。次に、Q1をオンとすることにより、R1が短絡され、端子A−B間の抵抗は、(R2+R3)に(Qr+R4)が並列接続された状態となる。Q2をオンにすれば、(R1+R2)が短絡され、端子A−B間の抵抗は、R3に(Qr+R4)が並列接続された状態となる。それぞれの状態で、Qrは独立に制御され、端子A−B間の抵抗は、Qrによりアナログ的に調整される。 In FIG. 4A, for R1, R2 and R3 connected in series, Q1 is connected in parallel to R1, Q2 is connected in parallel to (R1 + R2), and Qr is connected in parallel to (R1 + R2 + R3). In addition, R4 is connected in series with Qr. In this configuration, for example, if both Q1 and Q2 are turned off, the resistance between the terminals A and B is in a state where (Qr + R4) is connected in parallel to (R1 + R2 + R3). Next, when Q1 is turned on, R1 is short-circuited, and the resistance between terminals A and B is in a state where (Qr + R4) is connected in parallel to (R2 + R3). When Q2 is turned on, (R1 + R2) is short-circuited, and the resistance between terminals A and B is in a state where (Qr + R4) is connected in parallel to R3. In each state, Qr is controlled independently, and the resistance between the terminals A and B is adjusted in an analog manner by Qr.
図4(B)は、直列接続されたR1,R2,R3に対して、R1に並列にQ1を接続し、R2に並列にQ2を接続し、(R1+R2+R3)に並列にQrを接続する共にQrに直列にR4を接続した例である。この構成で、例えば、Q1,Q2を共にオフにすれば、端子A−B間の抵抗は、(R1+R2+R3)に(Qr+R4)を並列接続した状態となる。次に、Q1をオンとすることにより、R1が短絡され、端子A−B間の抵抗は、(R2+R3)に(Qr+R4)を並列接続した状態となる。Q1,Q2を共にオンにすれば、R1とR2が短絡され、端子A−B間の抵抗は、R3に(Qr+R4)を並列接続した状態となる。また、Q1をオフとし、Q2をオンとすることにより、R2のみが短絡され、端子A−B間の抵抗は、(R1+R3)に(Qr+R4)を並列接続した状態にすることができる。それぞれの状態で、Qrは独立に制御され、端子A−B間の抵抗は、Qrによりアナログ的に調整される。 In FIG. 4B, Q1 is connected in parallel to R1, Q2 is connected in parallel to R2, and Qr is connected in parallel to (R1 + R2 + R3) with respect to R1, R2, and R3 connected in series. This is an example in which R4 is connected in series. In this configuration, for example, if both Q1 and Q2 are turned off, the resistance between the terminals A and B is in a state where (Qr + R4) is connected in parallel to (R1 + R2 + R3). Next, when Q1 is turned on, R1 is short-circuited, and the resistance between terminals A and B is in a state where (Qr + R4) is connected in parallel to (R2 + R3). If both Q1 and Q2 are turned on, R1 and R2 are short-circuited, and the resistance between the terminals AB is in a state where (Qr + R4) is connected in parallel to R3. Further, by turning off Q1 and turning on Q2, only R2 is short-circuited, and the resistance between the terminals A and B can be in a state in which (Qr + R4) is connected in parallel to (R1 + R3). In each state, Qr is controlled independently, and the resistance between the terminals A and B is adjusted in an analog manner by Qr.
図4(C)は、並列接続されたR1,R2,R3、R4に対して、R1に直列にQ1を接続し、R2に直列にQ2を接続し、R4に直列にQrを接続した例である。この構成で、例えば、Q1,Q2を共にオフにすれば、端子A−B間の抵抗は、R3と(Qr+R4)を並列接続した状態となる。次に、Q1をオンとすることにより、R1とR3と(Qr+R4)を並列接続した状態となる。Q1,Q2を共にオンにすれば、R1とR2とR3と(Qr+R4)を並列接続した状態となる。また、Q1をオフとし、Q2をオンとすることにより、端子A−B間の抵抗は、R2とR3と(Qr+R4)を並列接続した状態となる。この場合も、それぞれの状態で、Qrは独立に制御され、端子A−B間の抵抗は、Qrによりアナログ的に調整される。 FIG. 4C shows an example in which R1, R2, R3, and R4 connected in parallel have Q1 connected in series to R1, Q2 connected in series to R2, and Qr connected in series to R4. is there. In this configuration, for example, if both Q1 and Q2 are turned off, the resistance between the terminals A and B is in a state where R3 and (Qr + R4) are connected in parallel. Next, when Q1 is turned on, R1, R3 and (Qr + R4) are connected in parallel. If Q1 and Q2 are both turned on, R1, R2, R3 and (Qr + R4) are connected in parallel. Further, when Q1 is turned off and Q2 is turned on, the resistance between the terminals A and B is in a state where R2, R3, and (Qr + R4) are connected in parallel. Also in this case, Qr is controlled independently in each state, and the resistance between the terminals A and B is adjusted in an analog manner by Qr.
上述したように、Q1,Q2のオン・オフをデコーダ部からの信号で制御することにより、所定の抵抗値をデジタル的に変化させることができる。また、直列又は並列に接続される複数の抵抗のうち、少なくとも1つの抵抗に制御可能な可変抵抗素子Qrが並列に接続されるようにする。Qrには、信号レベル検出部からの信号レベルが加えられ、その抵抗値がアナログ的に調整される。この結果、伝送速度が異なることでデジタル的に設定された抵抗値に対して、さらにアナログ的に微調整することができる。 As described above, the predetermined resistance value can be changed digitally by controlling on / off of Q1 and Q2 by the signal from the decoder unit. In addition, a variable resistance element Qr that can be controlled by at least one of the plurality of resistors connected in series or in parallel is connected in parallel. The signal level from the signal level detector is added to Qr, and the resistance value is adjusted in an analog manner. As a result, the resistance value set digitally due to the different transmission speeds can be further finely adjusted in an analog manner.
また、この可変抵抗素子Qrに電界効果型トランジスタを用いている場合に、ゲート電圧依存性を鈍くするために、抵抗素子R4を直列接続することができる。また、これにより、抵抗素子R4を直列接続して、(Qr+R4)での抵抗値がゼロにならないようにすることができる。この結果、全てのスイッチング素子Q1,Q2が全てオン又はオフとなって、可変抵抗素子Qrが抵抗値ゼロの短絡状態になったとしても、トランスインピーダンスがゼロになるのを避けることができる。 When a field effect transistor is used for the variable resistance element Qr, the resistance element R4 can be connected in series in order to reduce the gate voltage dependency. This also allows the resistance element R4 to be connected in series so that the resistance value at (Qr + R4) does not become zero. As a result, even if all the switching elements Q1 and Q2 are all turned on or off and the variable resistance element Qr is in a short circuit state with a resistance value of zero, it is possible to avoid the transimpedance from becoming zero.
図5は、可変抵抗素子Qrに電界効果型トランジスタを用い、図4(A)に示した構成例の動作状態を模擬した図で、縦軸に端子A−B間の合成抵抗、横軸にQrのゲート電圧を示してある。この図に示すように、図4(A)の構成で、Q1,Q2、を共にオフにし、Qrのゲート電圧が小さく導通が生じていないとすれば、端子A−B間の抵抗は、(R1+R2+R3)を最大値として一定である。次いで、Qrのゲート電圧が所定値以上になって、ソースとドレイン間に導通が生じ、徐々にその導通量が大きくなる(抵抗値が小さくなる)ことにより、端子A−B間の合成抵抗は小さくなり、曲線Sに沿った形で減衰していく。最終的にQrが短絡状態になったときは、R3とR4の並列状態となって、最小の抵抗値となる。 FIG. 5 is a diagram simulating the operation state of the configuration example shown in FIG. 4A using a field effect transistor for the variable resistance element Qr. The vertical axis represents the combined resistance between the terminals A and B, and the horizontal axis represents The gate voltage of Qr is shown. As shown in this figure, in the configuration of FIG. 4A, if both Q1 and Q2 are turned off and the gate voltage of Qr is small and no conduction occurs, the resistance between the terminals A and B is ( R1 + R2 + R3) is the maximum and constant. Next, when the gate voltage of Qr becomes a predetermined value or more, conduction occurs between the source and the drain, and the conduction amount gradually increases (resistance value decreases), so that the combined resistance between the terminals A and B is It becomes smaller and attenuates along the curve S. When Qr finally becomes a short-circuited state, R3 and R4 are in a parallel state, and the minimum resistance value is obtained.
次に、Q1をオンとするとR1が短絡され、端子A−B間の抵抗は、(R2+R3)を最大値として、Qrが導通し始めるまでその抵抗値は一定である。次いで、Qrのゲート電圧が所定値以上になって、ソースとドレイン間に導通が生じ、徐々にその抵抗値が小さくなることにより、端子A−B間の合成抵抗は小さくなる。そして、前記と同様に曲線Sに沿った形で減衰し、最終的にQrが短絡状態になったときは、R3とR4の並列状態となる。Q1,Q2が共にオンの場合も同様で、端子A−B間の抵抗は、R3を最大値として、Qrが導通し始めるまでその抵抗値は一定である。次いで、Qrのゲート電圧が所定値以上になって、ソースとドレイン間に導通が生じ、徐々にその抵抗値が小さくなることにより、端子A−B間の合成抵抗は小さくなり、R3とR4の並列状態となる。 Next, when Q1 is turned on, R1 is short-circuited, and the resistance between the terminals A and B is (R2 + R3) as a maximum value, and the resistance value is constant until Qr starts to conduct. Next, when the gate voltage of Qr becomes equal to or higher than a predetermined value, conduction occurs between the source and the drain, and the resistance value gradually decreases, so that the combined resistance between the terminals A and B decreases. And when it attenuate | damps in the form along the curve S similarly to the above, and Qr finally becomes a short circuit state, it will be in the parallel state of R3 and R4. The same is true when both Q1 and Q2 are on, and the resistance between the terminals AB is constant until Rr is the maximum value and Qr starts to conduct. Next, when the gate voltage of Qr becomes equal to or higher than a predetermined value, conduction occurs between the source and the drain, and the resistance value gradually decreases, so that the combined resistance between the terminals A and B decreases, and R3 and R4 It becomes a parallel state.
11…受光素子、12…トランジスタ、13,13’…内部利得制御部、14,14’…トランスインピーダンス部、15…デコーダ部、16…バッファ段、17…出力バッファ段、18…信号レベル検出部、Q1,Q2…スイッチング素子、Qr…可変抵抗素子、R1〜R4…抵抗。
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