(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電流信号を電圧信号に変換し増幅するコア回路と、前記コア回路から出力される電圧信号を増幅し、差動信号に変換して出力するポストアンプ回路とを備えるトランスインピーダンスアンプ回路において、
前記コア回路から出力される電圧信号の平均電圧値を検出する第一のモニタ回路と、
前記第一のモニタ回路により検出した平均電圧値に応じて前記コア回路から出力される電圧信号の平均電圧値が別に入力される参照値と常に同じ値になるように制御信号を出力する第一のフィードバック回路と、
前記コア回路の入力側に接続され、前記第一のフィードバック回路から出力される制御信号に応じて前記コア回路に入力される電流信号の大きさを制御する制御回路と、
前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値を検出する第二のモニタ回路と、
前記第二のモニタ回路により検出した平均電圧値に応じて前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように前記ポストアンプ回路へ制御信号を出力する第二のフィードバック回路と
を備え、
前記参照値が一定であり、
前記ポストアンプ回路が２つの入力を有し、
前記コア回路は、前記電圧信号を前記ポストアンプ回路の一方の入力に出力し、
前記第二のフィードバック回路は、前記制御信号を前記ポストアンプ回路の他方の入力に出力する
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ回路。
【請求項２】
請求項１に記載のトランスインピーダンスアンプ回路において、
前記コア回路及び前記ポストアンプ回路の両方あるいはいずれか一方が利得可変回路であり、
前記第一のフィードバック回路は、前記コア回路及び前記ポストアンプ回路の両方、あるいはいずれか一方に対し、入力信号が大きいときは利得を小さくするための制御信号を出力し、入力信号が小さいときは利得を大きくするための制御信号を出力する
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のトランスインピーダンスアンプ回路において、
前記第二のフィードバック回路と前記ポストアンプ回路との間に、前記コア回路と同一の回路構成を有するダミーコア回路を備え、
前記第二のフィードバック回路は、前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように前記ダミーコア回路へ制御信号を出力し、
前記ダミーコア回路は、前記制御信号に応じて大きさが調整された電圧信号を前記ポストアンプ回路の他方の入力へ出力する
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ回路。
【請求項４】
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アンプ回路において、
前記参照値が、外部から入力される参照電圧、または、当該トランスインピーダンスアンプ回路が集積される集積回路内の基準電圧源から印加される参照電圧である
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ回路。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のトランスインピーダンスアンプ回路において、
前記コア回路と同一の回路構成を有し、前記コア回路と並列にならべられたダミーコア回路を備えるとともに、
前記ポストアンプ回路の入力側に接続され、前記ダミーコア回路の出力電圧が入力される加減算器を備え、
前記参照値が、前記ダミーコア回路の出力電圧値であり、
前記第二のフィードバック回路は、前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように前記加減算器へ制御信号を出力し、
前記加減算器は、前記制御信号に応じて大きさを調整した前記ダミーコア回路の電圧信号を前記ポストアンプ回路の他方の入力へ出力する
ことを特徴とするトランスインピーダンスアンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流信号を電圧信号に変換し、増幅して出力するトランスインピーダンスアンプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスインピーダンスアンプ回路は、光通信用受信機においてフォトディテクタ（ＰＤ）より入力される電流信号を電圧信号に変換し、増幅して後段の回路へと出力する機能を果たすものである。
ＰＤから入力される信号は微小な信号であるため、トランスインピーダンスアンプ回路には低雑音性が要求される。
【０００３】
従来のトランスインピーダンスアンプ回路としては、図６に示すようなものが公知となっている（例えば、下記非特許文献１参照）。
図６に示すトランスインピーダンスアンプ回路１００は、図示しないＰＤから入力される電流信号ＩINを電圧信号に変換して出力するコア回路１０１と並列にダミーコア回路１０６が設けられ、ポストアンプ回路１０２によってコア回路１０１及びダミーコア回路１０６から出力される電圧信号を増幅し差動信号ＶOUTに変換して当該差動信号ＶOUTを後段の回路へと出力する回路構成となっている。なお、図中、１０１ａ，１０６ａは増幅回路、１０１ｂ，１０６ｂはそれぞれ増幅回路１０１ａ，１０６ａの入出力端子間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）である。
【０００４】
ここで、一般的にトランスインピーダンスアンプ回路では、広い入力ダイナミックレンジを確保し、回路内のトランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルするために、フィードバックループによる制御が用いられている。
【０００５】
図６に示す例では、フィードバックループによる制御として、トランスインピーダンスアンプ回路１００の差動信号ＶOUTの平均電圧値をモニタ回路１０３で検出し、モニタ回路１０３で検出された差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が同じになるようにオート・オフセット・キャンセル（ＡＯＣ）回路１０４から制御回路１０５へ制御信号（制御電圧）を出力して入力端子バイアスの制御を行っている。制御回路１０５は入力端子からコア回路１０１へ入力される電流の大きさを制御するための回路であり、このように制御回路１０５によりコア回路１０１へ入力される電流信号ＩINの大きさを、例えば電流信号ＩINの一部を分岐する等により調整することで、広い入力ダイナミックレンジを確保するとともに、トランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A. Awny, R. Nagulapalli, G. Winzer, M. Kroh, D. Micusik, S. Lischke, D. Knoll, G. Fischer, D. Kissinger, A. C. Ulusoy and L. Zimmermann, "A 40Gb/s Monolithically Integrated Linear Photonic Receiver in a 0.25μm BiCMOS SiGe:C Technology," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2015, p.1-3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、図６に示す従来のトランスインピーダンスアンプ回路１００では、広い入力ダイナミックレンジの確保と、トランジスタ素子のばらつきの影響キャンセルという二つの機能を、制御回路１０５を含む一つのフィードバックループで実現している。
【０００８】
ここで、トランスインピーダンスアンプ回路１００は、トランジスタ素子のばらつきが無く電流信号ＩINが微小な時に、コア回路１０１とダミーコア回路１０６の出力電圧レベルが一致するように設計を行う。この場合、電流信号ＩINが微小であれば制御回路１０５は動作させる必要がなく、制御回路１０５の雑音はトランスインピーダンスアンプ回路１００全体の雑音特性にほとんど影響を与えない。そして、電流信号ＩINが大きくなると、コア回路１０１の出力電圧Ｖがダミーコア回路１０６の出力電圧よりも低くなるため、制御回路１０５に電流を流すような動作をさせ、コア回路１０１へ入力される電流を減らすことでコア回路１０１の出力電圧を上げ、ダミーコア回路１０６の出力電圧レベルと一致させることができる。
【０００９】
しかし、実際はコア回路１０１、ダミーコア回路１０６、ポストアンプ１０２のすべてにトランジスタ素子のばらつきがあり、そのため電流信号ＩINが微小な場合であってもコア回路１０１の出力電圧がダミーコア回路１０６の出力電圧よりも低くなってしまう可能性がある。この場合、制御回路１０５はコア回路１０１へ入力される直流電流を増やすことでコア回路１０１の出力電圧を下げ、ダミーコア回路１０６の出力電圧レベルと一致させるように動作を行う。このように、電流信号ＩINが非常に微小な場合でも制御回路１０５を動作させる必要が生じる場合が有り、制御回路１０５の雑音により、トランスインピーダンスアンプ回路１００全体の雑音特性が悪化し、受信感度の低下を招いてしまうという問題があった。
【００１０】
このようなことから本発明は、雑音特性を悪化させることなく、広い入力ダイナミックレンジの確保と、差動回路のトランジスタ素子のばらつきの影響のキャンセルとを実現可能なトランスインピーダンスアンプ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路は、
入力された電流信号を電圧信号に変換し増幅するコア回路と、前記コア回路から出力される電圧信号を増幅し、差動信号に変換して出力するポストアンプ回路とを備えるトランスインピーダンスアンプ回路において、
前記コア回路から出力される電圧信号の平均電圧値を検出する第一のモニタ回路と、
前記第一のモニタ回路により検出した平均電圧値に応じて前記コア回路から出力される電圧信号の平均電圧値が別に入力される参照値と常に同じ値になるように制御信号を出力する第一のフィードバック回路と、
前記コア回路の入力側に接続され、前記第一のフィードバック回路から出力される制御信号に応じて前記コア回路に入力される電流信号の大きさを制御する制御回路と、
前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値を検出する第二のモニタ回路と、
前記第二のモニタ回路により検出した平均電圧値に応じて前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように前記ポストアンプ回路へ制御信号を出力する第二のフィードバック回路と
を備え、
前記参照値が一定であり、
前記ポストアンプ回路が２つの入力を有し、
前記コア回路は、前記電圧信号を前記ポストアンプ回路の一方の入力に出力し、
前記第二のフィードバック回路は、前記制御信号を前記ポストアンプ回路の他方の入力に出力することを特徴とする。
【００１２】
また、第２の発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路は、
前記コア回路及び前記ポストアンプ回路の両方あるいはいずれか一方が利得可変回路であり、
前記第一のフィードバック回路は、前記コア回路及び前記ポストアンプ回路の両方、あるいはいずれか一方に対し、入力信号が大きいときは利得を小さくするための制御信号を出力し、入力信号が小さいときは利得を大きくするための制御信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
また、第３の発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路は、
前記第二のフィードバック回路と前記ポストアンプ回路との間に、前記コア回路と同一の回路構成を有するダミーコア回路を備え、
前記第二のフィードバック回路は、前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように前記ダミーコア回路へ制御信号を出力し、
前記ダミーコア回路は、前記制御信号に応じて大きさが調整された電圧信号を前記ポストアンプ回路の他方の入力へ出力することを特徴とする。
【００１４】
また、第４の発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路は、
前記参照値が、外部から入力される参照電圧、または、当該トランスインピーダンスアンプ回路が集積される集積回路内の基準電圧源から印加される参照電圧であることを特徴とする。
【００１５】
また、第５の発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路は、
前記コア回路と同一の回路構成を有し、前記コア回路と並列にならべられたダミーコア回路を備えるとともに、
前記ポストアンプ回路の入力側に接続され、前記ダミーコア回路の出力電圧が入力される加減算器を備え、
前記参照値が、前記ダミーコア回路の出力電圧値であり、
前記第二のフィードバック回路は、前記ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように前記加減算器へ制御信号を出力し、
前記加減算器は、前記制御信号に応じて大きさを調整した前記ダミーコア回路の電圧信号を前記ポストアンプ回路の他方の入力へ出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路によれば、広い入力ダイナミックレンジの確保と、差動回路のトランジスタ素子のばらつきの影響のキャンセルを、トランスインピーダンスアンプ回路の雑音特性を悪化させることなく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明と従来技術の雑音特性を比較して示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例３に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施例４に係るトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。
【図６】従来のトランスインピーダンスアンプ回路の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路の実施の形態について説明する。
本発明は、フォトダイオード等から入力される電流信号を電圧信号に変換した後、増幅して出力するコア回路と、コア回路から出力される電圧信号を増幅し、差動信号（差動出力電圧）に変換して出力するポストアンプ回路とを備えるトランスインピーダンスアンプ回路に関するものである。
【００１９】
本発明において、トランスインピーダンスアンプ回路は、コア回路の出力電圧が一定になるように制御を行う第一のフィードバックループと、ポストアンプ回路のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように制御を行う第二のフィードバックループとを有する。
【００２０】
第一のフィードバックループは、少なくとも、コア回路の出力電圧の平均電圧値を検出する第一のモニタ回路と、第一のモニタ回路の出力に基づいてコア回路の出力電圧の平均電圧値が別に入力される参照値（例えば、外部から入力される参照電圧、該トランスインピーダンスアンプ回路が集積される集積回路内の基準電圧源から印加される参照電圧など）と常に同じ値になるように制御信号を出力する第一のフィードバック回路としての第一のオート・オフセット・キャンセル（ＡＯＣ）回路と、コア回路の入力端子に接続され第一のＡＯＣ回路から出力される制御信号に応じてコア回路に入力される電流信号の大きさを制御する制御回路とを備える。
【００２１】
通常、コア回路は入力電流信号が微小な時に最適化して設計されるため、入力電流信号として大電流が入力されると、コア回路から出力される電圧信号の歪みの発生や、ポストアンプ回路への入力電圧の平均値が下がってしまうためにポストアンプ回路が動作しなくなるという現象が生じる。そのため、第一のフィードバックループでは、コア回路の出力電圧が一定になるように制御回路によりコア回路へ入力される電流の大きさを調整する。これにより、広い入力ダイナミックレンジを確保することができる。
なお、参照値は、トランジスタ素子のばらつきがない場合に微小な電流が入力された時のコア回路の出力電圧レベル以下となるように設定する。このように設定することにより、トランジスタ素子のばらつきが大きい場合でも、入力信号が微小な時の制御回路の動作を確実にオフすることができ、低ノイズ性を実現することができる。
また、制御回路は入力電流が大きいときにコア回路へ入力される電流を減らす機能があればよい。トランジスタ素子のばらつきによってコア回路の出力電圧レベルが上がる場合、そのレベルを下げることはできないが、回路動作に問題はなく、第二のフィードバックループで補償することが可能である。
【００２２】
第二のフィードバックループは、少なくとも、ポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値を検出する第二のモニタ回路と、第二のモニタ回路で検出される値に基づいてポストアンプ回路の差動信号のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるようにポストアンプ回路に制御信号を出力する第二のフィードバック回路としての第二のＡＯＣ回路とを備える。このように、ポストアンプ回路のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように制御を行うことにより、トランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルすることができる。
【００２３】
すなわち、従来は一つのフィードバックループで広い入力ダイナミックレンジの確保と、トランジスタ素子のばらつきの影響のキャンセルという二つの機能を実現していたが、本発明では二つのフィードバックループを設け、トランスインピーダンスアンプ回路の入力部に近い一つめのフィードバックループ（第一のフィードバックループ）で広い入力ダイナミックレンジの確保を行い、入力部から遠い二つめのフィードバックループ（第二のフィードバックスープ）でトランジスタ素子のばらつきの影響のキャンセルを行うように、各々のフィードバックループで機能を分けている。
【００２４】
このように、本発明ではフィードバックループを二つ設けることで、トランスインピーダンスアンプ回路に入力される電流信号が非常に微小な場合には制御回路を動作させる必要がなくなるため、広い入力ダイナミックレンジの確保と、差動回路のトランジスタ素子のばらつきの影響のキャンセルを、トランスインピーダンスアンプ回路の雑音特性を悪化させることなく実現できる。
【００２５】
以下、図面を用いて本発明に係るトランスインピーダンスアンプ回路の具体例を説明する。
【００２６】
［実施例１］
図１を用いて本発明の実施例１に係るトランスインピーダンスアンプ回路について説明する。
図１に示すように、本実施例に係るトランスインピーダンスアンプ回路１０は、コア回路１１と、ポストアンプ回路１２と、第一のモニタ回路１３−１と、第一のＡＯＣ回路１４−１と、制御回路１５と、第二のモニタ回路１３−２と、第二のＡＯＣ回路１４−２とを備えている。
【００２７】
コア回路１１は増幅回路１１ａと当該増幅回路１１ａの入出力端子間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）１１ｂとから構成されており、入力される電流信号ＩINを電圧信号に変換し増幅して出力する。
ポストアンプ回路１２は、コア回路１１から出力される電圧信号を増幅し差動信号ＶOUTに変換して後段の回路へと出力する。
【００２８】
第一のモニタ回路１３−１は、コア回路１１の電圧信号の平均電圧値を検出する。第一のモニタ回路１３−１で検出された値は第一のＡＯＣ回路１４−１に入力される。
第一のＡＯＣ回路１４−１は、第一のモニタ回路１３−１で検出された値が外部から入力される参照値としての参照電圧ＶRefと常に同じ値になるように設定された制御信号を制御回路１５へ出力する。なお、参照電圧ＶRefは、トランジスタ素子のばらつきがない場合に微小な電流が入力された時のコア回路１１の出力電圧レベル以下になるように設定する。
制御回路１５は、第一のＡＯＣ回路１４−１から入力される制御信号に基づき電流信号ＩINの一部を分岐しコア回路１１へ入力される電流の大きさを調整する。
【００２９】
第二のモニタ回路１３−２は、ポストアンプ回路１２から出力される差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値を検出する。第二のモニタ回路１３−２で検出された値は第二のＡＯＣ回路１４−２に入力される。
第二のＡＯＣ回路１４−２は、第二のモニタ回路１３−２で検出された差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が等しくなるようにポストアンプ回路１２へ制御信号を出力する。
【００３０】
本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路１０では、第一のモニタ回路１３−１、第一のＡＯＣ回路１４−１、及び制御回路１５により構成される第一のフィードバックループによって、コア回路１１の出力電圧が一定になるように制御を行い、広い入力ダイナミックレンジを確保している。
また、第二のモニタ回路１３−２、及び第二のＡＯＣ回路１４−２により構成される第二のフィードバックループによって、ポストアンプ回路１２のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように制御を行い、ポストアンプ回路１２のトランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルしている。
【００３１】
集積回路では、製造におけるトランジスタ素子のばらつきの影響があるため、微小信号を扱う場合には補償回路を設けることが不可欠である。特に差動回路であるポストアンプ回路１２では、トランジスタ素子のばらつきにより差動信号ＶOUTが、ポジティブ側とネガティブ側でそれぞれ異なる値を示すようになるため、本実施例では、第二のモニタ回路１３−２でポストアンプ回路１２のポジティブ側とネガティブ側とから出力される差動信号ＶOUTの平均電圧値をそれぞれ検出し、その絶対値が常に同じとなるように第二のＡＯＣ回路１４−２からポストアンプ回路１２へと制御信号を出力する。
【００３２】
図６に示す従来のトランスインピーダンスアンプ回路では、ポストアンプ１０２の出力側から制御回路１０５への一つのフィードバックループによって、広い入力ダイナミックレンジの確保とトランジスタ素子のばらつきの影響のキャンセルという二つの機能を実現していた。そのため、入力電流信号が微小な時でも、トランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルするために制御回路１０５を動作させなければならず、制御回路１０５の雑音が増加するためにトランスインピーダンスアンプ回路１００全体の雑音特性が悪化し、受信感度の低下を招いていた。
【００３３】
これに対し、本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路１０では、上述した第一、第二の二つのフィードバックループを設けることで入力電流信号が微小な場合には制御回路１５を動作させることなくトランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルすることが可能となり、従来よりも雑音特性を改善することができ、トランスインピーダンスアンプ回路１０の受信感度を高めることができる。
【００３４】
図２に本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路１０に微小な電流を入力した時の雑音特性と従来のトランスインピーダンスアンプ回路に微小な電流を入力した時の雑音特性とを比較したグラフを示す。図中、実線で示す値が本実施例の雑音特性、破線で示す値が従来の雑音特性である。
【００３５】
図２から、本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路１０は、従来のトランスインピーダンスアンプ回路と比べ、全ての周波数領域に対して低い入力換算雑音電流密度が実現できていることが分かる。これは、本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路１０が、トランジスタ素子のばらつきが存在する場合でも入力電流が非常に小さい時には制御回路を動作させる必要がないため、受信可能な信号レベルをより低くできる、すなわち受信感度をより高めることができることを示している。
【００３６】
［実施例２］
図３を用いて本発明の実施例２に係るトランスインピーダンスアンプ回路について説明する。
図３に示すように、本実施例に係るトランスインピーダンスアンプ回路２０は、コア回路２１と、ポストアンプ回路２２と、第一のモニタ回路２３−１と、第一のＡＯＣ回路２４−１と、制御回路２５と、第二のモニタ回路２３−２と、第二のＡＯＣ回路２４−２とを備えている。
【００３７】
コア回路２１は増幅回路２１ａと当該増幅回路２１ａの入出力端子間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）２１ｂとから構成されており、入力される電流信号ＩINを電圧信号に変換し増幅して出力する。当該コア回路２１は利得可変回路であり、第一のＡＯＣ回路２４−１から入力される制御信号によって利得が制御される。
ポストアンプ回路２２は、コア回路２１から出力される電圧信号を増幅し差動信号ＶOUTに変換して後段の回路へと出力する。当該ポストアンプ回路２２は利得可変回路であり、第一のＡＯＣ回路２４−１から入力される制御信号によって利得が制御される。
【００３８】
第一のモニタ回路２３−１は、コア回路２１の電圧信号の平均電圧値を検出する。第一のモニタ回路２３−１で検出された値は第一のＡＯＣ回路２４−１に入力される。
第一のＡＯＣ回路２４−１は、第一のモニタ回路２３−１で検出された値が外部から入力される参照値としての参照電圧ＶRefと常に同じ値になるように制御回路２５へ制御信号を出力する。また、当該制御信号に基づき、コア回路２１及びポストアンプ回路２２へ各々の利得を制御する信号を出力する。より詳しくは、第一のモニタ回路２３−１からの信号が、電流信号ＩINが小さいことを示すときは利得を上げるように、電流信号ＩINが大きいことを示すときは利得を下げるようにコア回路２１及びポストアンプ回路２２へ制御信号を出力する。これにより、利得を制御しない場合と比べてより広い入力ダイナミックレンジを得ることが可能となる。
制御回路２５は、第一のＡＯＣ回路２４−１から入力される制御信号に基づき電流信号ＩINの一部を分岐しコア回路２１へ入力される電流信号の大きさを調整する。
【００３９】
第二のモニタ回路２３−２は、ポストアンプ回路２２から出力される差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側の平均電圧値をそれぞれ検出する。第二のモニタ回路２３−２で検出された値は第二のＡＯＣ回路２４−２に入力される。
第二のＡＯＣ回路２４−２は、第二のモニタ回路２３−２で検出された差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が等しくなるようにポストアンプ回路２２へ制御信号を出力する。
【００４０】
このような本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路２０では、第一のモニタ回路２３−１、第一のＡＯＣ回路２４−１、及び制御回路２５により構成される第一のフィードバックループによって、コア回路２１の出力電圧が一定になるように制御を行い、さらに、第一のＡＯＣ回路２４−１から出力される制御信号によりコア回路２１及びポストアンプ回路２２の利得を制御することで、広い入力ダイナミックレンジを確保している。
また、第二のモニタ回路２３−２、及び第二のＡＯＣ回路２４−２により構成される第二のフィードバックループによって、ポストアンプ回路２２のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように制御を行い、ポストアンプ回路３２のトランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルしている。
【００４１】
本実施例によれば、上述した実施例１と同様に受信感度を高める効果が得られるとともに、実施例１よりもさらにより広い入力ダイナミックレンジを得ることが可能となる。
【００４２】
なお、本実施例では、第一のＡＯＣ回路２４−１がコア回路２１及びポストアンプ回路２２へ各々の利得を制御する信号を出力する例を示したが、コア回路２１及びポストアンプ回路２２のいずれか一方へ利得を制御する信号を出力するようにしてもよい。
【００４３】
［実施例３］
図４を用いて本発明の実施例３に係るトランスインピーダンスアンプ回路について説明する。
図４に示すように、本実施例に係るトランスインピーダンスアンプ回路３０は、コア回路３１と、ポストアンプ回路３２と、第一のモニタ回路３３−１と、第一のＡＯＣ回路３４−１と、制御回路３５と、第二のモニタ回路３３−２と、第二のＡＯＣ回路３４−２と、ダミーコア回路３６とを備えている。
【００４４】
コア回路３１は増幅回路３１ａと当該増幅回路３１ａの入出力端子間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）３１ｂとから構成されており、入力される電流信号ＩINを電圧信号に変換し増幅して出力する。
ポストアンプ回路３２は、コア回路３１及びダミーコア回路３６から出力される電圧信号を増幅し差動信号ＶOUTに変換して後段の回路へと出力する。
第一のモニタ回路３３−１は、コア回路３１の電圧信号の平均電圧値を検出する。第一のモニタ回路３３−１で検出された値は第一のＡＯＣ回路３４−１に入力される。
第一のＡＯＣ回路３４−１は、第一のモニタ回路３３−１で検出された値が外部から入力される参照値としての参照電圧ＶRefと常に同じ値になるように設定された制御信号を制御回路３５へ出力する。
制御回路３５は、第一のＡＯＣ回路３４−１から入力される制御信号に基づき電流信号ＩINの一部を分岐しコア回路３１へ入力される電流信号の大きさを調整する。
【００４５】
第二のモニタ回路３３−２は、ポストアンプ回路３２から出力される差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値を検出する。第二のモニタ回路３３−２で検出された値は第二のＡＯＣ回路３４−２に入力される。
第二のＡＯＣ回路３４−２は、第二のモニタ回路３３−２で検出された差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が等しくなるようにダミーコア回路３６へ制御信号を出力する。
ダミーコア回路３６は、利得可変回路であって、増幅回路３６ａと当該増幅回路３６ａの入出力端子間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）３６ｂとから構成されており、第二のＡＯＣ回路３４−２から入力される制御信号に基づき利得が制御され、大きさを調整された出力電圧をポストアンプ回路３２へ出力する。
【００４６】
すなわち、本実施例は、実施例１に対し、コア回路３１と並列にダミーコア回路３６を設け、ポストアンプ回路３２にコア回路３１の出力電圧とダミーコア回路３６の出力電圧とを入力する構成としている。
【００４７】
このような本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路３０では、第一のモニタ回路３３−１、第一のＡＯＣ回路３４−１、及び制御回路３５により構成される第一のフィードバックループによって、コア回路３１の出力電圧が一定になるように制御を行い、広い入力ダイナミックレンジを確保している。
また、第二のモニタ回路３３−２、第二のＡＯＣ回路３４−２、及びダミーコア回路３６により構成される第二のフィードバックループによって、ポストアンプ回路３２のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように制御を行い、ポストアンプ回路３２のトランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルしている。
【００４８】
本実施例によれば、実施例１と同様に受信感度を高める効果が得られることに加え、実施例１に比べて、第二のＡＯＣ回路３４−２とポストアンプ回路３２の間に利得を有するダミーコア回路３６を挟むことで、第二のＡＯＣ回路３４−２で制御可能な調整レンジを広くすることができるとともに、コア回路３１とダミーコア回路３６とを並列にならべて疑似差動構成をとることで、電源電圧変動への耐性を強めることができる。
【００４９】
なお、本実施例においても、実施例２と同様に第一のＡＯＣ回路３４−１から制御回路３５への制御信号に基づき、コア回路３１とポストアンプ回路３２の利得を制御することももちろん可能であり、このような構成とすれば、より広い入力ダイナミックレンジを得ることが可能となる。
【００５０】
［実施例４］
図５を用いて本発明の実施例４に係るトランスインピーダンスアンプ回路について説明する。
図５に示すように、本実施例に係るトランスインピーダンスアンプ回路４０は、コア回路４１と、ポストアンプ回路４２と、第一のモニタ回路４３−１と、第一のＡＯＣ回路４４−１と、制御回路４５と、第二のモニタ回路４３−２と、第二のＡＯＣ回路４４−２と、加減算器４７と、ダミーコア回路４６とを備えている。
【００５１】
コア回路４１は増幅回路４１ａと当該増幅回路４１ａの入出力端子間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）４１ｂとから構成されており、入力される電流信号ＩINを電圧信号に変換し増幅して出力する。
ポストアンプ回路４２は、コア回路４１及び加減算器４７から出力される電圧信号を増幅し差動信号ＶOUTに変換して後段の回路へと出力する。
【００５２】
第一のモニタ回路４３−１は、コア回路４１の電圧信号の平均電圧値を検出する。第一のモニタ回路４３−１で検出された値は第一のＡＯＣ回路４４−１に入力される。
第一のＡＯＣ回路４４−１は、第一のモニタ回路４３−１で検出された値とダミーコア回路４６から出力される電圧信号とが常に同じ値になるように設定された制御信号を制御回路４５へ出力する。
制御回路４５は、第一のＡＯＣ回路４４−１から入力される制御信号に基づき電流信号ＩINの一部を分岐しコア回路４１へ入力される電流信号の大きさを調整する。
【００５３】
第二のモニタ回路４３−２は、ポストアンプ回路４２から出力される差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側の平均電圧値をそれぞれ検出する。第二のモニタ回路４３−２で検出された値は第二のＡＯＣ回路４４−２に入力される。
第二のＡＯＣ回路４４−２は、第二のモニタ回路４３−２で検出された差動信号ＶOUTのポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が等しくなるように加減算器４７へ制御信号を出力する。
【００５４】
加減算器４７は、ダミーコア回路４６から出力される電圧信号の大きさを第二のＡＯＣ回路４４−２から入力される制御信号に基づき調整してポストアンプ回路４２へ出力する。
ダミーコア回路４６は、増幅回路４６ａと当該増幅回路４６ａの入出力端子間に設けられた帰還抵抗（Ｒｆ）４６ｂとから構成されており、出力電圧を加減算器４７へ出力する。なお、ダミーコア回路４６の出力電圧の大きさは、微小な電流が入力された時のコア回路４１の出力電圧レベル以下になるように制御されるものとする。
【００５５】
すなわち、本実施例では、実施例３に対し、参照電圧ＶRefの代わりにダミーコア回路４６から出力される電圧信号を第一のＡＯＣ回路４４−１に入力し、また、ポストアンプ回路４２の片側の入力には、ダミーコア回路４６から出力される電圧信号の大きさを第二のＡＯＣ回路４４−２によって制御された加減算器４７で調整したものを入力する構成としている。
【００５６】
このような本実施例のトランスインピーダンスアンプ回路４０では、第一のモニタ回路４３−１、第一のＡＯＣ回路４４−１、及び制御回路４５により構成される第一のフィードバックループによって、コア回路４１の出力電圧が一定になるように制御を行い、広い入力ダイナミックレンジを確保している。
また、第二のモニタ回路４３−２、第二のＡＯＣ回路４４−２、加減算器４７、及びダミーコア回路４６により構成される第二のフィードバックループによって、ポストアンプ回路４２のポジティブ側とネガティブ側のそれぞれの平均電圧値の絶対値が常に同じ値になるように制御を行い、ポストアンプ回路４２のトランジスタ素子のばらつきの影響をキャンセルしている。
【００５７】
本実施例によれば、実施例１と同様に受信感度を高める効果が得られることに加え、参照電圧ＶRefを用意する必要がないため、外部から電圧を供給するための電極、または電圧生成回路といった回路を削減することができる。また、コア回路４１とダミーコア回路４６を並列にならべて疑似差動構成をとることで、電源電圧変動に対する耐性を強めることができる。
【００５８】
なお、本実施例においても、実施例２と同様に第一のＡＯＣ回路４４−１から制御回路４５への制御信号に基づき、コア回路４１とポストアンプ回路４２の利得を制御することももちろん可能であり、これにより、より広い入力ダイナミックレンジを得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、フォトダイオード等の受光素子と共に用いられる受信機において、広い入力ダイナミックレンジと低雑音特性が求められるトランスインピーダンスアンプ回路に適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０，２０，３０，４０  トランスインピーダンスアンプ回路
１１，２１，３１，４１  コア回路
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ  増幅回路
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ  帰還抵抗
１２，２２，３２，４２  ポストアンプ回路
１３−１，２３−１，３３−１，４３−１  第一のモニタ回路
１３−２，２３−２，３３−２，４３−２  第二のモニタ回路
１４−１，２４−１，３４−１，４４−１  第一のＡＯＣ回路
１４−２，２４−２，３４−２，４４−２  第二のＡＯＣ回路
１５，２５，３５，４５  制御回路
３６，４６  ダミーコア回路
４７  加減算器
ＩIN  電流信号
ＶOUT  差動信号
ＶRef  参照電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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