(57)【要約】      （修正有）【課題】高速オーバードライブ回復機能付き高速トランスインピーダンス増幅器を提供する。【解決手段】トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ８００）は、エミッタ接地構成のトランジスタＱ１とベース接地構成のトランジスタＱ０を含む。ＴＩＡは、入力８０３と出力８０１との間に結合された抵抗器と、電流制限回路であって、ベース接地構成のトランジスタのエミッタ端子に結合されたプログラマブル電流源Ｉ２と、ベース接地構成のトランジスタのエミッタ端子とエミッタ接地構成のトランジスタのコレクタ端子との間に結合されたダイオードマトリックスＤ１、Ｄ２、Ｄ３とを備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の検出チャネルを備える光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、各検出チャネルが、光を感知して入力信号を提供するためのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と、前記入力信号を増幅するためのトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）と、前記増幅された入力信号内の事象を検出するためのタイミング弁別器と、を有し、前記ＴＩＡが、
コレクタ端子およびベース端子を有するエミッタ接地構成のトランジスタを含む入力段であって、前記接地構成のトランジスタの前記ベース端子が、前記ＡＰＤから前記入力信号を受け取るように結合される、入力段と、
エミッタ端子、コレクタ端子、およびベース端子を有するベース接地構成のトランジスタを含む出力段であって、前記ベース接地構成のトランジスタの前記コレクタ端子が、前記増幅された入力信号を提供するように結合され、前記ベース接地構成のトランジスタの前記ベース端子が、第１のバイアス電圧を受け取る、出力段と、
前記ＴＩＡの前記入力段と前記出力段との間に結合された抵抗器と、
電流制限回路であって、前記ベース接地構成のトランジスタの前記エミッタ端子に結合されたプログラマブル電流源と、前記ベース接地構成のトランジスタの前記エミッタ端子と前記エミッタ接地構成のトランジスタの前記コレクタ端子との間に結合されたダイオードマトリックスと、を備える、電流制限回路と、を備える、ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項２】
前記ダイオードマトリックスは、前記ベース接地構成のトランジスタが線形領域で動作するように、前記ベース接地構成のトランジスタのエミッタ電流を制限する、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項３】
前記入力段が、差動入力段の一部である、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項４】
前記差動入力段が、前記エミッタ接地構成のトランジスタにおけるエミッタ電流を制限する電流源を備える、請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項５】
前記差動入力段が、第２のバイアス電圧を受け取るベース端子を有する第２のエミッタ接地構成のトランジスタをさらに備える、請求項３に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項６】
前記入力信号を第１の所定の電圧以上または第２の所定の電圧以下で維持する電圧クランプ回路をさらに備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項７】
前記ＴＩＡが、第１の電源電圧と第２の電源電圧との間に結合され、前記第１の所定の電圧および前記第２の所定の電圧が各々、前記電源電圧または基準電圧のうちの１つであり得る、請求項６に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項８】
前記電圧クランプ回路が、ダイオードを備える、請求項６に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項９】
前記電圧クランプ回路が、バイポーラトランジスタを備える、請求項６に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１０】
前記ベース接地構成のトランジスタが、ＳｉＧｅ  ＰＮＰトランジスタを含む、請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステム。
【請求項１１】
入力端子および出力端子を有するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）であって、
コレクタ端子およびベース端子を有するエミッタ接地構成のトランジスタを含む入力段であって、前記接地構成のトランジスタの前記ベース端子が、前記ＴＩＡの前記入力端子に結合される、入力段と、
エミッタ端子、コレクタ端子、およびベース端子を有するベース接地構成のトランジスタを含む出力段であって、前記ベース接地構成のトランジスタの前記コレクタ端子が、前記ＴＩＡの前記出力端子に結合され、前記ベース接地構成のトランジスタの前記ベース端子が、第１のバイアス電圧を受け取る、出力段と、
前記ＴＩＡの前記入力端子と前記出力端子との間に結合された抵抗器と、
電流制限回路であって、前記ベース接地構成のトランジスタの前記エミッタ端子に結合されたプログラマブル電流源と、前記ベース接地構成のトランジスタの前記エミッタ端子と前記エミッタ接地構成のトランジスタの前記コレクタ端子との間に結合されたダイオードマトリックスと、を備える、電流制限回路と、を備える、ＴＩＡ。
【請求項１２】
前記ダイオードマトリックスは、前記ベース接地構成のトランジスタが線形領域で動作するように、前記ベース接地構成のトランジスタのエミッタ電流を制限する、請求項１１に記載のＴＩＡ。
【請求項１３】
前記入力段が、差動入力段の一部である、請求項１１に記載のＴＩＡ。
【請求項１４】
前記差動入力段が、前記エミッタ接地構成のトランジスタにおけるエミッタ電流を制限する電流源を備える、請求項１３に記載のＴＩＡ。
【請求項１５】
前記差動入力段が、第２のバイアス電圧を受け取るベース端子を有する第２のエミッタ接地構成のトランジスタをさらに備える、請求項１３に記載のＴＩＡ。
【請求項１６】
前記ＴＩＡの前記入力端子を第１の所定の電圧以上または第２の所定の電圧以下で維持する電圧クランプ回路をさらに備える、請求項１１に記載のＴＩＡ。
【請求項１７】
前記ＴＩＡが、第１の電源電圧と第２の電源電圧との間に結合され、前記第１の所定の電圧および前記第２の所定の電圧が各々、前記電源電圧または基準電圧のうちの１つであり得る、請求項１６に記載のＴＩＡ。
【請求項１８】
前記電圧クランプ回路が、ダイオードを備える、請求項１６に記載のＴＩＡ。
【請求項１９】
前記電圧クランプ回路が、バイポーラトランジスタを備える、請求項１６に記載のＴＩＡ。
【請求項２０】
前記ベース接地構成のトランジスタが、ＳｉＧｅ  ＰＮＰトランジスタを含む、請求項１１に記載のＴＩＡ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランスインピーダンス増幅器（「ＴＩＡ」）に関する。具体的には、本発明は、それらの線形範囲を超えて駆動された後に迅速に回復するように構成されたＴＩＡに関する。
【背景技術】
【０００２】
光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、高度運転支援システム（ＡＤＡＳ）などの新しい自動車用途に使用されている。ＬＩＤＡＲシステムは、ターゲットに向かう短いレーザパルスの放出とターゲットから放出されるレーザパルスの反射の検出との間の時間差を測定することによってターゲットまでの距離を測定する。次に、ターゲットまでの距離は、時間差から決定される。図１ａは、従来のＬＩＤＡＲシステム１０の動作原理を示すブロック図である。図１ａに示すように、パルスレーザ送信機１１は、ターゲット１６に向かって短いレーザパルスを放出する。ＬＩＤＡＲシステム１０の光学システム１７ａでの反射を通して、放出されたパルスは、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）１３ａ、ＴＩＡ１２ａ、およびタイミング弁別器１４ａを含む第１の検出チャネルで検出される。放出されたレーザパルスを検出すると、タイミング弁別器１４ａは、タイミング間隔測定回路１５に「開始パルス」を供給する。ある時間後に、ターゲット１６からのレーザパルスの反射が、光学系１７ｂを介してＡＰＤ１３ｂ、ＴＩＡ１２ｂおよびタイミング弁別器１４ｂを含む第２の検出チャネルに入り、ＬＩＤＡＲシステム１０に受け取られる。この第２の検出チャネルにおけるターゲット１６から反射されたレーザパルスを検出すると、タイミング弁別器１４ｂは、タイミング間隔測定回路１５に「停止パルス」を供給する。時間間隔測定回路１５は、「開始」パルスと「停止」パルスとの間の時間差に基づいて、ＬＩＤＡＲシステム１０とターゲット１６との間の距離の推定値を提供する。
【０００３】
光ファイバ通信システム用に特に開発された民生利用（ＣＯＴＳ）ＴＩＡは、しばしばＬＩＤＡＲシステムでも使用される。しかしながら、検出範囲を改善するために、従来の光ファイバ通信システムで使用されるフォトダイオードと比較して電流ゲインが高いため、ＬＩＤＡＲシステムでは、ＡＰＤ（例えば、図１ａのＡＰＤ１３ａおよび１３ｂ）が好ましい。
【０００４】
ＬＩＤＡＲシステムは、通常、光ファイバ通信チャネルよりも制御されない環境下で動作する。具体的には、ＬＩＤＡＲシステムにおけるＴＩＡは、しばしば、大きいが短い過渡電流パルスの影響を受けやすい。しかしながら、そのような大電流パルスは、その線形範囲を超えてＴＩＡ（例えば、図１ａのＴＩＡ１２ａまたは１２ｂ）をオーバードライブすることができ、その結果、オーバードライブされたＴＩＡの検出チャネルは、ＴＩＡが完全に回復され、短いが大きな電流パルスが除去されるまでブラインドされ得る。図１ｂは、単一のレーザパルスが高反射ターゲットに向けて放出されることに応答したＬＩＤＡＲ検出チャネル内のＴＩＡ出力信号を示す。図１ｂに示すように、大きな過渡電流パルスは、関連するＴＩＡをその線形範囲を超えてオーバードライブする検出チャネルのＡＰＤから生じる。ＴＩＡの緩やかなオーバードライブ回復のために、（例えば、他の信号経路を介して）同じターゲットからの追加の反射を検出することはできない。図１ｃは、ＴＩＡが十分に速いオーバードライブ回復時間を有する場合に、同じ放出されたレーザパルスの追加の反射のＴＩＡにおける望ましい検出を示す。図１ｃでは、十分に速いオーバードライブ回復により、ＴＩＡは、同じターゲットからほぼ同じ時間間隔で離れた第２の反射および第３の反射を検出する。
【０００５】
オーバードライブ信号状態では、増幅器が線形範囲を超えて駆動されると、増幅器内の１つ以上のトランジスタが飽和または遮断することがある。この非線形動作状態からの回復は、固有または寄生容量の内部充電または放電のために遅れる可能性がある。例えば、１９８７年１２月２２日に発行された「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｆａｓｔ  Ｏｖｅｒｄｒｉｖｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」という名称のＪ．Ｌ．Ａｄｄｉｓへの米国特許第４，７１４，８９６号（「Ａｄｄｉｓ」）を参照されたい。Ａｄｄｉｓは、オーバードライブ信号状態中に臨界トランジスタが飽和領域から外れた状態に保たれる電圧増幅器のための方法を開示している。オーバードライブ信号状態が除去されると、電圧増幅器は迅速に回復し、その線形領域で直ちに動作する。同様の結果を有する方法がＴＩＡにとって望ましい。
【０００６】
図２ａおよび２ｂは、従来のＴＩＡの例を提供する。図２ａは、従来のＴＩＡ１００のブロック図であり、そのトランスインピーダンスゲインは、抵抗器１０１の抵抗ＲＦ（すなわち、Ｇ＝Ｖ／Ｉ＝−ＲＦ）によって決定される。図２ｂは、エミッタ接地入力段およびコレクタ接地出力段を含む従来のＴＩＡ２００を示す。ＴＩＡ（例えば、光ファイバ受信機で使用されるＴＩＡ）におけるオーバードライブ回復時間を短縮する１つの方法は、ＴＩＡの線形入力範囲を拡張するオーバードライブ状態中にＴＩＡのゲインを制限することである。
【０００７】
「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ」と題する１９９８年１月１３日に発行されたＷ．Ａ．Ｇｒｏｓｓへの米国特許第５，７０８，３９２号（「Ｇｒｏｓｓ」）は、ダイオードを使用して、ＴＩＡ回路内の帰還抵抗器両端の電圧をクランプすることを開示している。例として、図３は、帰還抵抗器３０２の両端の電圧をクランプするダイオード３０１を含むＴＩＡ回路３００を示す。かかるダイオードクランプ回路は、オーバードライブ信号状態でゲインを圧縮する。第２の例として、図４は、帰還抵抗器４０２の両端にＭＯＳＦＥＴ４０１を含むＴＩＡ回路４００を示す。（例えば１９９６年７月２日に発行された「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｇｅ」と題する、Ｈ．Ｋｈｏｒｒａｍａｂａｄｉ、Ｍ．Ｊ．Ｔａｒｓｉａ、およびＬ．Ｄ．Ｔｚｅｎｇへの米国特許第５，５３２，４７１号（「Ｋｈｏｒｒａｍａｂａｄｉ」）を参照。）図４に示すように、大きな入力信号が検出されると、ＭＯＳＦＥＴ４０１は、増幅器Ａからの帰還信号によってスイッチオンされ、ＴＩＡ４００の信号処理能力を増加させる。図３および４に示すように、ＴＩＡの帰還抵抗器の両端にバイパス回路を設けることは、光検出および測距（「ＬＩＤＡＲ」）受信機用途には十分に速くない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，７１４，８９６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７０８，３９２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，５３２，４７１号明細書
【特許文献４】米国特許第４，８０８，８５８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、２つ以上の検出チャネルを含み、各検出チャネルは、光を感知して入力信号を提供するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と、入力信号を増幅するためのトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）と、増幅された入力信号内の事象を検出するためのタイミング弁別器と、を有する。本発明によれば、ＴＩＡは、高速オーバードライブ回復を容易にする電流信号リミッタを備えた低ノイズ高速ＴＩＡによって提供され得る。一実施形態では、ＴＩＡは、（ａ）エミッタ接地構成のトランジスタを含む入力段であって、接地構成のトランジスタのベース端子がＴＩＡの入力端子に結合される、入力段と、（ｂ）ベース接地構成のトランジスタを含む出力段であって、ベース接地構成のトランジスタのコレクタ端子がＴＩＡの出力端子に結合され、ベース接地構成のトランジスタのベース端子が第１のバイアス電圧を受け取る、出力段と、（ｃ）ＴＩＡの入力端子と出力端子との間に結合された抵抗器と、（ｄ）電流制限回路と、を含み、電流制限回路は、ベース接地構成のトランジスタのエミッタ端子に結合されたプログラマブル電流源と、ベース接地構成のトランジスタのエミッタ端子とエミッタ接地構成のトランジスタのコレクタ端子との間に結合されたダイオードマトリックスと、を含む。ダイオードマトリックスは、ＴＩＡの出力端子における電圧を最大値に制限するように、ベース接地構成のトランジスタのエミッタ電流を制限する。そのように制限されると、ベース接地構成のトランジスタは、ＴＩＡの入力端子におけるオーバードライブ信号条件下でも線形領域で動作する。
【００１０】
一実施形態では、入力段は、エミッタ接地構成のトランジスタにおけるエミッタ電流を制限する電流源を有する差動入力段の一部である。差動入力段は、第２のバイアス電圧を受け取るベース端子を有する第２のエミッタ接地構成のトランジスタを含んでもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、ＴＩＡは、ＴＩＡの入力端子を第１の所定の電圧以上または第２の所定の電圧以下で維持する電圧クランプ回路を含んでもよい。所定の電圧は、基準電圧であってもよい。クランプ回路は、ダイオード、ＭＯＳトランジスタ、またはバイポーラトランジスタによって実装されてもよい。
【００１２】
本発明は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を検討することによってよりよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】従来のＬＩＤＡＲシステム１０における動作原理を示すブロック図である。
【図１ｂ】単一のレーザパルスが高反射ターゲットに向けて放出されたときのＬＩＤＡＲ検出チャネルにおけるＴＩＡ出力信号を示す。
【図１ｃ】十分に速いオーバードライブ回復を有するＴＩＡにおける同じ放出レーザパルスの付加的な反射の望ましい検出を示す。
【図２ａ】トランスインピーダンスゲインが抵抗器１０１の抵抗ＲＦによって決定される従来のトランスインピーダンス増幅器１００のブロック図である。
【図２ｂ】エミッタ接地入力段およびコレクタ接地出力段を含む従来のＴＩＡ２００を示す。
【図３】帰還抵抗器３０２の両端の電圧をクランプするダイオード３０１を含むＴＩＡ回路３００を示す。
【図４】帰還抵抗器４０２の両端にＭＯＳＦＥＴ４０１を含むＴＩＡ回路４００を示す。
【図５】ＳｉＧｅ  ＰＮＰトランジスタ５０１を備えたかかる低ノイズ折り返しカスコードＴＩＡ５００を示す。
【図６】限定された特定の範囲内で線形である出力電流を供給するＮＰＮトランジスタ６０１を含むＮＰＮベース接地段６００の動作を示す。
【図７】図６のＮＰＮベース接地段６００について図示されたものと同様の限定された特定の範囲内で線形である出力電流を有するＰＮＰトランジスタＱ０を含むＰＮＰベース接地段７００の動作を示す。
【図８】本発明の一実施形態による、プログラマブル電流リミッタが電流源８０４およびダイオードマトリックス８０５によって実装された、ＰＮＰベース接地段８００を組み込む折り返しカスコード増幅器８０１を示す。
【図９】本発明の一実施形態による、エミッタ接地トランジスタＱ１、プログラマブル電流源９０２、および基準バイアスされたエミッタ接地トランジスタＱ３を含む差動入力段を備えた折り返しカスコードＴＩＡ９００を示す。
【図１０】本発明の一実施形態による、ＰＮＰトランジスタＱ４が入力端子８０３に電圧クランプとして設けられたＴＩＡ１０００を示す。
【図１１】本発明の一実施形態による、ダイオード接続されたＰＮＰトランジスタＱ４が入力端子８０３に電圧クランプとして設けられたＴＩＡ１１００を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面間の相互参照を容易にするために、同様の要素は、同様の参照番号で提供される。
【００１５】
本発明は、高速オーバードライブ回復を容易にするために電流信号リミッタを備えた低ノイズ高速ＴＩＡを提供する。
【００１６】
図２ｂの従来のＴＩＡ２００のコレクタ接地出力段は、十分に大きな振幅の負の入力電流が存在するとき、オーバードライブ状態からゆっくりと回復する。しかしながら、現代の相補型ＳｉＧｅプロセスは、低ノイズの折り返しカスコードＴＩＡが従来のＴＩＡ２００と同様の帯域幅を達成することを可能にする高速ＰＮＰトランジスタを提供し得る。図５は、固定基準電圧ＶＲＥＦＰによってバイアスされたＳｉＧｅ  ＰＮＰトランジスタ５０１を有する低ノイズ折り返しカスコードＴＩＡ５００を示す。本発明の一実施形態によれば、ＴＩＡ５００のベース接地ＰＮＰトランジスタ５０１内のコレクタ電流は、以下に説明するように、プログラマブル線形信号リミッタを使用して調整することができる。かかるＴＩＡは、オーバードライブ状態中にベース接地トランジスタが飽和領域から外れた状態に保たれることができ、迅速に回復する。
【００１７】
１９８９年２月２８日に発行された「Ｄｕａｌ  Ｌｉｍｉｔ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｌｉｍｉｔｅｒ」と題するＪ．Ｆ．Ｓｔｏｏｐｓへの米国特許第４，８０８，８５８号（「Ｓｔｏｏｐｓ」）は、限定された特定の範囲内で線形であるが、かなり大きな入力電流を吸収することができる出力電流を供給するＮＰＮベース接地段を開示している。図６は、Ｓｔｏｏｐｓの教示に基づいて、限定された特定の範囲内で線形である出力電流を供給するＮＰＮトランジスタ６０１を含む例示的なＮＰＮベース接地段６００の動作を示す。図６では、（ダイオードＤ１、Ｄ２、およびＤ３によって形成された）プログラマブル電流源６０１および６０２とダイオードマトリックス６０３が一緒に電流制限機構を提供する。図６において、ＮＰＮトランジスタ６０１は、固定バイアス電圧ＶＲＥＦＮによってバイアスされる。図６に示すように、プログラマブル電流源６０１および６０２は、好適なＸおよびＹ値のために、それぞれ、電流Ｘ＋Ｙおよび２Ｙを提供するように設定される。出力電流Ｉｏｕｔ−ベース接地コレクタ電流の範囲は、０〜２Ｙである。
【００１８】
最小出力電流、すなわちＩｏｕｔ＝０において、対応する入力電流Ｉｉｎは、ベース電流ｄＩに対して（Ｘ−Ｙ−ｄＩ）によって与えられる。この方式では、ダイオードＤ３は、導通していない。入力電流Ｉｉｎが（Ｘ−Ｙ−ｄＩ）から（Ｘ−Ｙ＋ｄＩ）に増加すると、出力電流Ｉｏｕｔは、０からｄＩまで直線的に増加し、ダイオードＤ１の電流は、（−２Ｙ−ｄＩ）から（（２Ｙ−ｄＩ）に増加し、その時点で、ダイオードＤ２は、導通しなくなり、ダイオードＤ３は、オンになる。入力電流Ｉｉｎが、（Ｘ−Ｙ＋ｄＩ）から（Ｘ＋Ｙ＋ｄＩ）に増加すると、出力電流Ｉｏｕｔは、ｄＩから２Ｙに直線的に増加し、ダイオードＤ１の電流は、（２Ｙ−ｄＩ）から０に減少し、ダイオードＤ３の電流は、０からｄＩに増加する。下記表１に、ベース接地コレクタ電流ＩｏｕｔおよびダイオードマトリックスのダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の電流を入力電流Ｉｉｎに対してまとめたものを示す。
【００１９】
【表１】
2018170763.tif 000003
【００２０】
図６のＮＰＮベース接地段によって示される方法は、図７に示されるようなＰＮＰベース接地段に適合させることができる。図７は、限定された特定の範囲内で直線的な出力電流を有するＰＮＰトランジスタＱ０を含むＰＮＰベース接地段７００の動作を示す。図７において、ＰＮＰトランジスタＱ０は、固定バイアス電圧ＶＲＥＦＰによってバイアスされ、電流制限動作のためのダイオードＤ１、Ｄ２およびＤ３を含むダイオードマトリックスを備える。図７は、ユニポーラ負電流出力パルスを供給するためにＡＰＤをＴＩＡ７００の入力端子に結合することが一般的であるＬＩＤＡＲ受信機用途での使用に好適な構成である。図７のＰＮＰベース接地段７００の電流制限動作は、上述した図６のＮＰＮベース接地段６００について示したものと実質的に同じであり、上記表１に要約されている。
【００２１】
図８は、本発明の一実施形態による、電流源８０５（電流Ｉ２を有する）およびダイオードマトリックス８０４によって実装されるプログラマブル電流リミッタを有するＰＮＰベース接地段８０１を組み込んだ折り返しカスコードトランスインピーダンス増幅器８００を示す。図８に示すように、トランジスタＱ０の最大コレクタ電流は、入力端子８０３に十分に大きな振幅の入力電流パルスが印加されたときに、トランジスタＱ０のベース端子における抵抗器８０２の最大出力電圧を基準バイアス電圧ＶＲＥＦＰより低く維持するために（ダイオードＤ１、Ｄ２およびＤ３によって実現される）プログラマブル電流源８０５およびダイオードマトリックス８０４によって制限することができる。オーバードライブ状態でトランジスタＱ０およびＱ１がそれぞれの飽和領域から外れた状態で保たれ、ＴＩＡ８００は、入力端子８０３から大きな入力電流パルスを除去した直後に非常に迅速に回復する。ダイオードマトリックス８０４は、低ノイズ、高速折り返しカスコードＴＩＡ８００の速度またはノイズ性能を低下させないので、結果としての高速オーバードライブ回復により、ＴＩＡ８００は、ＬＩＤＡＲ受信機用途に好適である。
【００２２】
負のパルスが印加されたときに、折り返しカスコードＴＩＡのベース接地トランジスタＱ０を飽和状態から外れた状態に保つことに加えて、ユニポーラの正の電流入力パルスが存在するときに、トランジスタＱ１をＴＩＡのエミッタ接地入力段に飽和からも外れた状態に保つことも同様に望ましい。１つのアプローチは、トランジスタＱ１を差動対の一部にすることである。図９は、本発明の一実施形態による、エミッタ接地トランジスタＱ１、プログラマブル電流源９０２および基準バイアスされたトランジスタＱ３を含む差動入力段を備えた折り返しカスコードＴＩＡ９００を示す。トランジスタＱ３は、基準電圧ＶＲＥＦＮによってバイアスされる。この構成では、電流源９０２（電流Ｉ３を有する）は、トランジスタＱ１およびＱ３の最大エミッタ電流を設定する。バイアス電圧ＶＲＥＦＰおよびＶＲＥＦＮ、バイアス電流Ｉ２およびＩ３ならびに抵抗値Ｒ０、ＲＦおよびＲ１の折り返しカスコードＴＩＡ９００での好適な選択により、トランジスタＱ０およびＱ１の両方が飽和状態から外れた状態に保つようにすることができるので、正および負の入力電流の両方で高速過負荷回復が達成され得る。
【００２３】
入力端子８０３の電圧が負の電源ＶＥＥを下回ることを防止するために、折り返しカスコードＴＩＡ９００に供給するために、電圧クランプ回路を設けることができる。図１０は、本発明の一実施形態による、ＰＮＰトランジスタＱ４が入力端子８０３に電圧クランプ回路として設けられた折り返しカスケードＴＩＡ１０００を示す。代替的に、電圧クランプ回路は、図１１のダイオード接続されたＮＰＮトランジスタＱ４によって折り返しカスケードＴＩＡ１１００に示されるように、ダイオード接続されたＮＰＮトランジスタによって提供されてもよい。
【００２４】
上記の詳細な説明は、本発明の特定の実施形態を例示するために提供され、限定することを意図するものではない。本発明の範囲内で多くの変形および変更が可能である。本発明は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【符号の説明】
【００２５】
８００  折り返しカスコードトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）
８０１  ＰＮＰベース接地段
８０３  入力端子
８０４  ダイオードマトリックス
８０５  プログラマブル電流源
【図１ａ】
2018170763.tif 000004
【図１ｂ】
2018170763.tif 000005
【図１ｃ】
2018170763.tif 000006
【図２ａ】
2018170763.tif 000007
【図２ｂ】
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【図３】
2018170763.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018170763.tif 000013
【図８】
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【図９】
2018170763.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2018170763000001.pdf