(57)【要約】【課題】ボンディングワイヤのインダクタンス性に伴う受信利得のピーキングを抑圧し、これにより受信性能の向上を図った光受信装置およびピーク検出器を提供する。【解決手段】フォトダイオードＰＤと電源供給ラインとの間に直列に接続される抵抗Ｒ１、および、電源供給ラインと集積回路内部の接地電位との間に接続されるキャパシタＣ１とを備えるピーキング調整部４１を、フォトダイオードＰＤとその電源供給ラインとの間にピーキング調整部４１を設ける。そして、抵抗Ｒ１として適切な値を設定し、ＣｐｄとＬｗが共振状態にある場合でもＺｉｎに有限値をとらせるようにして、利得Ｚｔの値の変化を抑圧する。これによりピーキングの発生を防止する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を光／電気変換素子により電気信号に変換し、この電気信号を集積回路内に入力して該集積回路内の増幅器により増幅する光受信装置において、
前記光／電気変換素子に前記集積回路の内部を通して電源電流を供給する電源供給手段と、
所定のインダクタンス成分を有し前記光／電気変換素子の電源側端子を前記集積回路に接続する接続手段と、
前記電源供給手段と前記電源側端子との間に設けられ、前記インダクタンス成分に基づく前記電気信号のピーキングを制御するピーキング制御手段とを具備することを特徴とする光受信装置。
【請求項２】
前記ピーキング制御手段は、
前記光／電気変換素子の電源側端子と前記電源供給手段との接続経路中に直列に設けられる抵抗素子と、
この抵抗素子と前記集積回路の内部接地電位との間に並列に設けられるキャパシタ素子とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
【請求項３】
さらに、前記増幅器の増幅出力におけるピーキングを検知してその結果に基づくピーク検出信号を出力するピーク検知手段を具備し、
前記ピーキング制御手段は、前記ピーク検出信号に基づいて前記電気信号のピーキングを制御することを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
【請求項４】
前記ピーキング制御手段は、前記ピーク検知信号に基づいて抵抗値が可変される可変抵抗手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の光受信装置。
【請求項５】
前記可変抵抗手段は、前記ピーク検知信号に基づいて前記光／電気変換素子の電源側端子に切り替え接続される複数の抵抗素子を備えることを特徴とする請求項４に記載の光受信装置。
【請求項６】
前記ピーク検知手段は、
それぞれ前記増幅器の増幅出力が与えられ、互いに異なる周波数帯域に設定される第１および第２の微分回路と、
これらの第１および第２の微分回路の出力の差から前記ピーク検知信号を生成する減算器とを備えることを特徴とする請求項３に記載の光受信装置。
【請求項７】
前記ピーキング制御手段は、前記集積回路内に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
【請求項８】
光信号を光／電気変換素子により電気信号に変換し、この電気信号を集積回路内に入力して該集積回路内の増幅器により増幅する光受信装置に設けられ、前記増幅器の増幅出力におけるピーキングを検知するピーク検出器であって、
それぞれ前記増幅器の増幅出力が与えられ、互いに異なる周波数帯域に設定される第１および第２の微分回路と、
これらの第１および第２の微分回路の出力の差から前記増幅器の増幅出力におけるピーキングを検知する減算器とを備えることを特徴とするピーク検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信装置とこの光受信装置に用いられるピーク検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光受信装置は、到来した光を光電変換素子により電気信号に変換し、得られた電気信号を増幅器により所定の利得で増幅するという構成が普通である。光電変換素子としてはＰＩＮ型フォトダイオード、増幅器としてはトランスインピーダンス型増幅回路が一般的である。
【０００３】
光電変換素子と増幅器とを同一の素子基板上にワンプロセスで形成することは困難である。よって、光電変換素子を素子チップとして、増幅器を集積回路としてそれぞれ個別に作製し、両者を基板上で近接させボンディングワイヤを介して互いに電気的に結合するといった製造プロセスが一般的である。
【０００４】
ところで、近年では光通信システムにおける伝送レートの増大に伴い、光受信装置においても広帯域化信号の受信性能の向上が求められている。しかしながら帯域が数ＧＨｚオーダにまで及ぶと、上記のボンディングワイヤの長さが受信性能に影響をおよぼす。高周波領域においてはボンディングワイヤのインダクタンス成分が支配的になり、高周波信号が光電変換素子から増幅器へと通過しにくくなる。
【０００５】
増幅器のなかでも、トランスインピーダンス型増幅器の利得Ｚｔは一般に次式（１）で表される。
【０００６】
【数１】
2004119885.tif 000003
【０００７】
ここで、Ｓ１１、Ｓ２１はそれぞれＳパラメタの入力反射成分と入力信号通過成分を示し、Ｚｏは系のインピーダンスを示す。式（１）から明らかなように、利得Ｚｔは入力反射成分であるＳ１１の値により大きく変動する。すなわち、Ｓ１１が１に近づくにつれＺｔが無限大へ増大する。一方、ボンディングワイヤのインダクタンス成分によるインピーダンスは周波数とともに増大する。このことが入力反射成分Ｓ１１の値を１に近づける作用を及ぼし、結果として受信利得は高周波領域にピークを示す。これが、いわゆるピーキングと呼ばれる現象である。
【０００８】
ピーキングが生じると、ある特定周波数の利得が増大し利得偏差が生じる。その結果として受信信号にリンギングなどが重畳され、受信信号の波形が劣化する。このような事態に陥るとビットエラー率が増加するなどの悪影響が生じ、通信システムの性能に害を及ぼす。
【０００９】
なお、光通信システムにおける受信帯域の拡大に関する技術を開示した公知文献として、下記の特許文献１がある。この文献には、ボンディングワイヤの長さを極力短くすることでインダクタンス成分を抑圧できることが述べられている。また、光／電気変換素子の信号側ラインのみならず電源側ラインについてもその長さを十分に短くできるようにし、ＧＨｚ帯のような広帯域光信号を良好に受信できるようにした発明が開示されている。
【００１０】
しかしながら近年においては、通信システムにおける帯域需要はますます大きくなってきており、受信装置において求められる性能も厳しさを増しているため、現時点では下記特許文献が出願された時点におけるよりもさらに高度な性能が求められている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２６９５４１号公報（段落番号［０００６］、［００１３］）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、ＰＩＮ型フォトダイオードと電気信号増幅器とは、光受信装置への実装にあたり互いにボンディングワイヤを介して接続される。ボンディングワイヤのインダクタンス成分によるインピーダンスは高周波領域において顕著となるため、特に広帯域信号を受信する際にはピーキングを生じて信号波形が劣化するという不具合がある。
【００１３】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、ボンディングワイヤのインダクタンス性に伴う受信利得のピーキングを抑圧し、これにより受信性能の向上を図った光受信装置およびピーク検出器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、光信号を光／電気変換素子により電気信号に変換し、この電気信号を集積回路内に入力して該集積回路内の増幅器により増幅する光受信装置において、前記光／電気変換素子に前記集積回路の内部を通して電源電流を供給する電源供給手段と、所定のインダクタンス成分を有し前記光／電気変換素子の電源側端子を前記集積回路に接続する接続手段（例えばボンディングワイヤなど）と、前記電源供給手段と前記電源側端子との間に設けられ、前記インダクタンス成分に基づく前記電気信号のピーキングを制御するピーキング制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
ピーキング制御手段は、例えば前記光／電気変換素子の電源側端子と前記電源供給手段との接続経路中に直列に設けられる抵抗素子と、この抵抗素子と前記集積回路の内部接地電位との間に並列に設けられるキャパシタ素子とを備え手構成される。
【００１６】
このような構成とすると、光／電気変換素子の寄生容量Ｃｐｄとボンディングワイヤのインダクタンス成分Ｌｗとが共振状態にある場合でも、抵抗素子およびキャパシタ素子により光／電気変換素子から増幅器への入力インピーダンスＺｉｎを有限な値に保つことができるようになる。従ってボンディングワイヤのインダクタンス性により生じるピーキングを抑圧することができ、利得偏差の少ない良好な周波数特性が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係わる光受信装置の第１の実施の形態を示す機能ブロック図である。図１において、光信号入力部１を介して導入された光信号は光／電気変換素子２により電気信号に変換される。この電気信号は増幅器５により所定の利得で増幅されて電気信号出力部６から出力される。
【００１９】
光／電気変換素子２は電源電圧供給部３から駆動電圧の供給を受けて動作する。本実施形態では光／電気変換素子２と電源電圧供給部３との間にピーキング調整部４１を設ける。増幅器５とピーキング調整部４１はともに集積化され、共通の集積回路内に設けられる。
【００２０】
図２は、図１に示される光受信装置の一実施の形態を示す回路図である。図２におけるフォトダイオード（ＰＤ）が図１の光／電気変換素子２に対応する。好ましくは、フォトダイオードＰＤとしてＰＩＮ型フォトダイオードを用いると良い。このフォトダイオードＰＤは、等価回路におけるキャパシタＣｐｄとして表される寄生容量を有する。また増幅器５としては、トランスインピーダンスアンプなどを用いるのが好ましい。フォトダイオードＰＤはボンディングワイヤを介して増幅器５に接続され、そのインダクタンス成分を等価回路インダクタＬｗとして示す。
【００２１】
ピーキング調整部４１は集積回路内部において、フォトダイオードＰＤとその電源供給ラインとの間に設けられる。ピーキング調整部４１は、フォトダイオードＰＤと電源供給ラインとの間に直列に接続される抵抗Ｒ１、および、電源供給ラインと集積回路内部の接地電位との間に接続されるキャパシタＣ１とを備える。このような構成において、光入力信号はフォトダイオードＰＤにおいて電流信号に変換され、この電流信号は増幅器５へと伝達される。
【００２２】
一般に、この電流信号に含まれる高周波信号（例えばＧＨｚ帯）は、Ｃｐｄ，Ｌｗなどの寄生成分により増幅器５へ伝達されにくくなる。フォトダイオードＰＤの純ダイオード成分から増幅器５への入力インピーダンスＺｉｎを求めると、Ｒ１が０の場合、すなわち従来の光受信装置におけるＺｉｎは、次式（２）で表される。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
式（２）において、例えばＣｐｄ＝０．３ｐＦ、Ｌｗ＝１ｎＨのとき、およそ９．２ＧＨｚで共振状態となり、Ｚｉｎは無限大となる。よって式（１）から利得Ｚｔも無限大となり、ピーキングが発生する。
【００２５】
一方、本実施形態においては、Ｒ１として或る適切な有限値を選ぶことが可能である。図２の構成においてＺｉｎは次式（３）となる。
【００２６】
【数３】
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【００２７】
すなわち、ＣｐｄとＬｗが共振状態でもＺｉｎは有限値を持ち、従って式（１）式から利得Ｚｔの値に大きな変化は生じなくなる。これによりピーキングを抑圧することができ、理想的な出力信号波形を得ることができる。
【００２８】
図３は、本実施形態の光受信装置のトランスインピーダンスアンプの利得の周波数特性を従来と比較して示す図である。図３（１）に示される従来の特性では、１０ＧＨｚ付近に８ｄＢ前後のピーキングが発生している。これに対し本実施形態の光受信装置の特性は、図３（２）に示されるように良好な結果を得られている。
【００２９】
図４は、本実施形態の光受信装置のトランスインピーダンスアンプの群遅延特性を従来と比較して示す図である。図４（１）に示される従来の特性では、ピーキングが生じている１０ＧＨｚ付近で群遅延偏差が急激に増加している。これに対し本実施形態の光受信装置の特性は、図４（２）に示されるように、群遅延偏差が全ての周波数帯域にわたり非常に少ないことがわかる。
【００３０】
このように本実施形態では、フォトダイオードＰＤと電源供給ラインとの間に直列に接続される抵抗器Ｒ１、および、電源供給ラインと集積回路内部の接地電位との間に接続されるキャパシタＣ１とを備えるピーキング調整部４１を、フォトダイオードＰＤとその電源供給ラインとの間にピーキング調整部４１を設ける。そして、抵抗器Ｒ１として適切な値を設定し、ＣｐｄとＬｗが共振状態にある場合でもＺｉｎに有限値をとらせるようにして、利得Ｚｔの値の変化を抑圧する。これによりピーキングの発生を防止するようにしている。
【００３１】
これにより、本実施形態の光受信装置を例えば高速光通信の受信装置に使用した場合でも、フォトダイオードＰＤと増幅器５とをボンディングワイヤを介して接続することにより生じるピーキングを効果的に抑制することができ、波形劣化の無い良好な信号を出力することができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図５は本発明に係わる光受信装置の第２の実施の形態を示す機能ブロック図である。この実施形態は、特性可変型のピーキング調整部４２（図１との区別のため参照符号４２を付す）を設ける。また増幅器５と電気信号出力部６との間にピーク検出器７を設け、ピーク検出器７におけるピーキングの検出結果によりピーキング調整部４２の特性を制御するようにしたものである。
【００３３】
図６は、図５に示される光受信装置の一実施の形態を示す回路図である。図６においてピーキング調整部４２は、それぞれ抵抗値の異なる抵抗器Ｒ１，Ｒ２を備える。これらの抵抗器はピーク検出器７から与えられるピーク検知信号により切り替えられ、ピーキング調整部４２のピーキング抑圧特性を可変する。なお図６においても、フォトダイオードＰＤへの電源供給ラインと集積回路内部の接地電位との間に、キャパシタＣ１を接続してもよい。また、複数の抵抗器を切り替える代わりに、可変抵抗器を用いるようにしても良い。
【００３４】
図７は、図６のピーク検出器７の一構成例を示す回路図である。図７において、増幅器５からの電気出力信号はその一部が分岐され、それぞれ周波数特性の異なる微分回路４２１，４２２に入力される。各微分回路４２１，４２２は電気出力信号の異なる周波数帯における微分値を出力し、減算器４２３に入力する。減算器４２３は各微分値の差を求め、これをピーク検出信号としてピーキング調整部に与える。
【００３５】
このような構成であるから、本実施形態の光受信装置は、如何なる使用状態においてもピーキング抑圧特性を最適な状態に自動的に調整することが可能となる。従ってこの実施形態の光受信装置は、幹線系システムから家庭用の用途に至るまで、幅広く利用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ボンディングワイヤのインダクタンス性に伴う受信利得のピーキングを抑圧でき、これにより受信性能の向上を図った光受信装置およびピーク検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光受信装置の第１の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１に示される光受信装置の一実施の形態を示す回路図。
【図３】本発明の実施の形態に係わる光受信装置のトランスインピーダンスアンプの利得の周波数特性を従来と比較して示す図。
【図４】本発明の実施の形態に係わる光受信装置のトランスインピーダンスアンプの群遅延特性を従来と比較して示す図。
【図５】本発明に係わる光受信装置の第２の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図６】図５に示される光受信装置の一実施の形態を示す回路図。
【図７】図６のピーク検出器７の一構成例を示す回路図。
【符号の説明】
１…光信号入力部
２…光／電気変換素子
３…電源電圧供給部
４１，４２…ピーキング調整部
５…増幅器
６…電気信号出力部
７…ピーク検出器
【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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【図７】
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