(57)【要約】【課題】広ダイナミックレンジ化を実現し、波形歪を低減して安定動作することができる前置増幅回路を得る。【解決手段】本発明の前置増幅回路は、電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路において、増幅回路２と、この増幅回路２の入力端子と出力端子を接続する帰還抵抗３と、この帰還抵抗３の抵抗値を切り替える利得切替回路１０を有する。そして、帰還抵抗３は、第１の抵抗６と、この第１の抵抗６と直列接続したスイッチ手段７と、第１の抵抗６およびスイッチ手段７と並列接続した第２の抵抗８を有する。さらに、利得切替回路１０は、スイッチ手段７がＯＦＦの状態で、増幅回路２の出力が第１の閾値よりも大きくなるとスイッチ手段７をＯＮに切替え、スイッチ手段７がＯＮの状態で、増幅回路２の出力が、第１の閾値より小さい第２の閾値よりも小さくなるとスイッチ手段７をＯＦＦに切り替える。【選択図】        図１
2004260396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路において、
増幅回路と、
この増幅回路の入力端子と出力端子を接続する帰還抵抗と、
この帰還抵抗の抵抗値を切り替える利得切替回路を有し、
前記帰還抵抗は、第１の抵抗と、この第１の抵抗と直列接続したスイッチ手段と、前記第１の抵抗および前記スイッチ手段と並列接続した第２の抵抗を有し、
前記利得切替回路は、前記スイッチ手段がＯＦＦの状態で、前記増幅回路の出力が第１の閾値よりも大きくなると前記スイッチ手段をＯＮに切替え、前記スイッチ手段がＯＮの状態で、前記増幅回路の出力が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値よりも小さくなると前記スイッチ手段をＯＦＦに切り替えることを特徴とする前置増幅回路。
【請求項２】
前記利得切替回路は、前記増幅回路の出力を直流信号に変換するレベル検出回路と、このレベル検出回路の出力と前記第１の閾値を比較して第１の比較信号を出力し、前記レベル検出回路の出力と前記第２の閾値を比較して第２の比較信号を出力するレベル比較回路と、前記第１の比較信号と前記第２の比較信号に応じて前記帰還抵抗の抵抗値を切り替えるヒステリシスコンパレータとを有することを特徴とする請求項１記載の前置増幅回路。
【請求項３】
電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路において、
正相入力端子、逆相入力端子、正相出力端子及び逆相出力端子を有する差動増幅回路と、
前記正相入力端子と前記逆相出力端子とをつなぐ第１の帰還抵抗と、
前記逆相入力端子と前記正相出力端子とをつなぐ第２の帰還抵抗と、
前記第１の帰還抵抗と前記第２の帰還抵抗の抵抗値を切り替える利得切替回路を有し、
前記第１の帰還抵抗は、第１の抵抗と、この第１の抵抗と直列接続した第１のスイッチ手段と、前記第１の抵抗および前記第１のスイッチ手段と並列接続した第２の抵抗を有し、
前記第２の帰還抵抗は、第３の抵抗と、この第３の抵抗と直列接続した第２のスイッチ手段と、前記第３の抵抗および前記第２のスイッチ手段と並列接続した第４の抵抗を有し、
前記利得切替回路は、前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段がＯＦＦの状態で、前記増幅回路の出力が第１の閾値よりも大きくなると前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段をＯＮに切替え、前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段がＯＮの状態で、前記増幅回路の出力が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値よりも小さくなると前記第１のスイッチ手段及び前記第２のスイッチ手段をＯＦＦに切り替えることを特徴とする前置増幅回路。
【請求項４】
前記差動増幅回路の正相出力と逆相出力の電位ずれを検出し、これらの電位が一致するように前記差動増幅回路の前記逆相入力端子の電位を調節する自動オフセット調整回路を有する請求項３記載の前置増幅回路。
【請求項５】
請求項１記載の前置増幅回路を用い、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムの局側に設けられたことを特徴とする光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光ＬＡＮ、光インターコネクション等の光受信装置に用いられる前置増幅回路およびそれを用いた光受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信、光ＬＡＮ、光インターコネクション等の光受信装置に用いられる前置増幅回路では、光ファイバーを通して運ばれた光信号が受光素子により電流信号に変換され、この電流信号が増幅回路によって電流−電圧変換され電圧信号として出力される。
【０００３】
図７は従来の前置増幅回路の構成を示している。この従来の前置増幅回路は、光信号を電流信号に変換する受光素子１と、この電流信号を電圧信号に変換する反転増幅回路２と、この反転増幅回路２の入力端子と出力端子とをつなぐ帰還抵抗３と、反転増幅回路２から出力された電圧信号をバッファリングして出力するバッファ回路４と、反転増幅回路２の出力電圧に応じて帰還抵抗３の抵抗値を制御する制御回路５を有する。
【０００４】
帰還抵抗３は、第１の抵抗６と、この第１の抵抗と直列接続したスイッチ手段７と、第１の抵抗６およびスイッチ手段７と並列接続した第２の抵抗８とを有する。そして、スイッチ手段７は制御回路５の出力に応じてＯＮまたはＯＦＦする。
【０００５】
入力信号が大きい場合、反転増幅回路２の出力電圧は大きくなる。そして、反転増幅回路２の出力電圧が所定の切替レベルより大きいと、制御回路５は高電圧を出力する。これにより、スイッチ手段７がＯＮし、帰還抵抗３の抵抗値は小さくなり、前置増幅回路のインピーダンス変換利得は小さくなる。一方、入力信号が小さい場合は、逆に動作して、前置増幅回路のインピーダンス変換利得は大きくなる。このようにして、前置増幅回路は、様々な大きさの入力信号に対応でき、広ダイナミックレンジ化を実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の前置増幅回路では、入力信号の微小変化およびノイズにより、反転増幅回路２の出力電圧が制御回路５の切替レベル付近で揺らぎ、制御回路５からスイッチ手段７に対して誤った制御信号が出力され、帰還抵抗３の抵抗値が確定しないという問題があった。これにより、前置増幅回路の出力信号に波形歪が生じ、前置増幅回路として安定動作することができなかった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、広ダイナミックレンジ化を実現し、波形歪を低減して安定動作することができる前置増幅回路およびそれを用いた光受信装置を得るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る前置増幅回路は、電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路において、増幅回路と、この増幅回路の入力端子と出力端子を接続する帰還抵抗と、この帰還抵抗の抵抗値を切り替える利得切替回路を有し、前記帰還抵抗は、第１の抵抗と、この第１の抵抗と直列接続したスイッチ手段と、前記第１の抵抗および前記スイッチ手段と並列接続した第２の抵抗を有し、前記利得切替回路は、前記スイッチ手段がＯＦＦの状態で、前記増幅回路の出力が第１の閾値よりも大きくなると前記スイッチ手段をＯＮに切替え、前記スイッチ手段がＯＮの状態で、前記増幅回路の出力が、前記第１の閾値より小さい第２の閾値よりも小さくなると前記スイッチ手段をＯＦＦに切り替える。この発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の前置増幅回路を示す回路図である。この図１において、前置増幅回路は、光信号を電流信号に変換する受光素子１と、この電流信号を電圧信号に変換する増幅回路として反転増幅回路２と、この反転増幅回路２の入力端子と出力端子とをつなぐ帰還抵抗３と、反転増幅回路２から出力された電圧信号をバッファリングして出力するバッファ回路４と、反転増幅回路２の出力電圧に応じて帰還抵抗３の抵抗値を制御する利得切替回路１０を有する。
【００１０】
帰還抵抗３は、第１の抵抗６と、この第１の抵抗と直列接続したスイッチ手段７と、第１の抵抗６およびスイッチ手段７と並列接続した第２の抵抗８とを有する。スイッチ手段７は、利得切替回路１０の出力に応じてＯＮまたはＯＦＦする。ここで、スイッチ手段７がＯＦＦした時の帰還抵抗３の抵抗値は、スイッチ手段７がＯＮした時の帰還抵抗３の抵抗値よりも大きい。また、スイッチ手段７がＯＦＦして帰還抵抗３が大きな抵抗値を有する時を高利得モード、スイッチ手段７がＯＮして帰還抵抗３が小さな抵抗値を有する時を低利得モードと呼ぶ。低利得モードでは、反転増幅回路２に大電流が入力されても、利得が小さいため、前置増幅回路が飽和することがない。
【００１１】
利得切替回路１０は、反転増幅回路２の出力を直流信号に変換するレベル検出回路１１と、このレベル検出回路１１の出力と第１の閾値を比較して第１の比較信号Ｓ１を出力し、レベル検出回路１１の出力と第２の閾値を比較して第２の比較信号Ｓ２を出力するレベル比較回路１２と、第１の比較信号Ｓ１と第２の比較信号Ｓ２に応じて帰還抵抗３の抵抗値を切り替えるヒステリシスコンパレータ１３とを有する。このような構成を有する利得切替回路１０は、スイッチ手段がＯＦＦの状態で、反転増幅回路２の出力が第１の閾値よりも大きくなるとスイッチ手段をＯＮに切替え、スイッチ手段がＯＮの状態で、反転増幅回路２の出力が、第１の閾値より小さい第２の閾値よりも小さくなるとスイッチ手段をＯＦＦに切り替える。
【００１２】
図２は、図１に示した前置増幅回路における動作を説明するためのタイミングチャートである。この図において、横軸が時間、縦軸が電流または電圧の強さを示している。まず、反転増幅回路２は、大→小→大と時間変化する電流信号を入力する。次に、レベル検出回路１１は、反転増幅回路２の出力である交流の電圧信号をそのピーク値を検出して直流に変換して出力する。そして、レベル比較回路１２は、レベル検出回路１１の出力信号と第１の閾値および第２の閾値を比較して、第１の比較信号Ｓ１および第２の比較信号Ｓ２を出力する。ここで、第１の比較信号Ｓ１は、レベル検出回路１１の出力信号が第１の閾値より大きい時はＬ（Ｌｏｗ）、第１の閾値より小さい時はＨ（Ｈｉｇｈ）となる。また、第２の比較信号Ｓ２は、レベル検出回路１１の出力信号が第２の閾値より小さい時はＬ、第２の閾値より大きい時はＨとなる。そして、ヒステリシスコンパレータ１３の出力は、その出力がＬの時に第１の比較信号がＨからＬに立ち下がるとＨに立ち上がり、その出力がＨの時に第２の比較信号がＨからＬに立ち下がるとＬに立ち下がり、それ以外の場合はそれまでの出力レベルを維持する。このヒステリシスコンパレータ１３の出力はスイッチ手段７に入力され、その出力がＬの時は高利得モード、出力がＨの時は低利得モードとなる。
【００１３】
図３は、反転増幅回路２の入力電流と出力電圧の関係図である。図３で、点線は高利得モード、実線は低利得モードである。この図３からわかるように、出力電圧は、入力電流の増加に伴い、最初は高利得モードで増加し、第１の閾値を越えると低利得モードで増加するようになる。この時、出力電圧が第１の閾値付近をノイズ等により前後することがあっても、第２の閾値まで出力電圧が減少しない限り利得モードが切り替わることはない。また、出力電圧は、入力電流の減少に伴い、最初は低利得モードで減少し、第２の閾値より下がると高利得モードで減少するようになる。そして、出力電圧が第２の閾値付近をノイズ等により前後することがあっても、第１の閾値まで出力電圧が増加しない限り利得モードが切り替わることはない。第１の閾値と第２の閾値は、所定のヒステリシス幅だけ離れているため、ノイズ等による入力信号の揺らぎで誤動作することはない。
【００１４】
以上のような構成の前置増幅回路は、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム、特にＡＴＭ−ＰＯＮ  （Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｄｅ−Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ；  ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９８３．１）システムの局側の光受信装置で用いることができる。図４は、ＡＴＭ−ＰＯＮシステムの概要を示した図である。ＡＴＭ−ＰＯＮシステムは、１つの局２０とＮ個の加入者２１との間で、光ファイバを通してデータのやり取りを行うものである。各加入者２１側からのデータは、光カプラ２２で束ねられ局２０側に入る（上り方向）。また、局２０側からのデータは、それぞれ振り分けられて各加入者２１側に入る（下り方向）。このようなＡＴＭ−ＰＯＮシステムでは、各加入者２１から出力されるデータの光レベルがそれぞれ異なるため、局２０には情報セルごとに異なった光レベルが入力される。よって、局２０側の光受信装置で本願発明の前置増幅回路を用いるのが有効である。
【００１５】
図５に、ＡＴＭ−ＰＯＮシステムの局側の光受信装置に、本願発明の前置増幅回路を用いた場合（ａ）と、従来の前置増幅回路を用いた場合（ｂ）の利得モードの切替動作を示す。本願発明の前置増幅回路を用いた場合は、例えば図５（ａ）の４番目の入力データのように第２の閾値付近のデータが入力されても、どちらかの利得モードに固定され、不安定な切替えは行われない。一方、従来の前置増幅回路を用いた場合は、例えば図５（ｂ）の２番目の入力データのように切替レベル付近のデータが入力されると、ノイズ等により不安定な切替えが行われてしまう。
【００１６】
以上説明したように、実施の形態１の前置増幅回路は、広ダイナミックレンジ化を実現し、波形歪を低減して安定動作することができる。そして、実施の形態１の前置増幅回路は、特にＡＴＭ−ＰＯＮシステムの局側の光受信装置に適用した場合に有効である。
【００１７】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２の前置増幅回路を示す回路図である。この図６において、前置増幅回路は、光信号を電流信号に変換する受光素子３０と、この電流信号を電圧信号に変換する増幅回路として差動増幅回路３１と、この差動増幅回路３１の正相入力端子と逆相出力端子とをつなぐ帰還抵抗である第１の帰還抵抗３２と、差動増幅回路３１の逆相入力端子と正相出力端子とをつなぐ帰還抵抗である第２の帰還抵抗３３と、差動増幅回路３１から出力された電圧信号をバッファリングして出力するバッファ回路３４と、差動増幅回路３１の出力電圧に応じて第１の帰還抵抗３２及び第２の帰還抵抗３３の抵抗値を制御する利得切替回路３５と、差動増幅回路３１の正相出力端子及び逆相出力端子の電位ずれを検出し、これらの電位が一致するように差動増幅回路３１の逆相入力端子の電位を調節する自動オフセット調整回路３６を有する。
【００１８】
第１の帰還抵抗３２は、第１の抵抗３７と、この第１の抵抗３７と直列接続した第１のスイッチ手段３８と、第１の抵抗３７およびスイッチ手段３８と並列接続した第２の抵抗３９とを有する。同様に、第２の帰還抵抗３３は、第３の抵抗４０と、この第３の抵抗４０と直列接続した第２のスイッチ手段４１と、第３の抵抗４０および第２のスイッチ手段４１と並列接続した第４の抵抗４２とを有する。第１のスイッチ手段３８と第２のスイッチ手段４１は、利得切替回路３５の出力に応じてＯＮまたはＯＦＦする。ここで、第１の帰還抵抗３２及び第２の帰還抵抗３３の抵抗値は、それぞれ、第１のスイッチ手段３８と第２のスイッチ手段４１がＯＦＦした時の抵抗値の方が、第１のスイッチ手段３８と第２のスイッチ手段４１がＯＮした時の抵抗値よりも大きい。
【００１９】
利得切替回路３５は、差動増幅回路３１の出力を直流信号に変換するレベル検出回路４３と、このレベル検出回路４３の出力と第１の閾値を比較して第１の比較信号Ｓ１を出力し、レベル検出回路の出力と第２の閾値を比較して第２の比較信号Ｓ２を出力するレベル比較回路４４と、第１の比較信号Ｓ１と第２の比較信号Ｓ２に応じて第１の帰還抵抗３２及び第２の帰還抵抗３３の抵抗値を切り替えるヒステリシスコンパレータ４５とを有する。このような構成を有する利得切替回路３５は、第１のスイッチ手段３８及び第２のスイッチ手段４１がＯＦＦの状態で、差動増幅回路３１の出力が第１の閾値よりも大きくなると第１のスイッチ手段３８及び第２のスイッチ手段４１をＯＮに切替え、第１のスイッチ手段３８及び第２のスイッチ手段４１がＯＮの状態で、差動増幅回路３１の出力が、第１の閾値より小さい第２の閾値よりも小さくなると第１のスイッチ手段３８及び第２のスイッチ手段４１をＯＦＦに切り替える。
【００２０】
自動オフセット調整回路３６は、差動増幅回路３１の出力を直流信号に変換するレベル検出回路４６と、そのレベル検出回路４６の出力を入力し、差動増幅回路３１の逆相入力端子に電位を出力するオペアンプ回路４７とからなる。
【００２１】
以上のような構成をした第２の実施の形態の前置増幅回路は、第１の実施の形態の前置増幅回路と同様の効果を奏する。よって、第２の実施の形態の前置増幅回路は、広ダイナミックレンジ化を実現し、波形歪を低減して安定動作することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、広ダイナミックレンジ化を実現し、波形歪を低減して安定動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の前置増幅回路を示す回路図である。
【図２】図１に示した前置増幅回路における動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】反転増幅回路２の入力電流と出力電圧の関係図である。
【図４】ＡＴＭ−ＰＯＮシステムの概要を示した図である。
【図５】ＡＴＭ−ＰＯＮシステムの局側の光受信装置に用いた前置増幅回路の利得モードの切替動作を示す図である。
【図６】実施の形態２の前置増幅回路を示す回路図である。
【図７】従来の前置増幅回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１  受光素子
２  反転増幅回路（増幅回路）
３  帰還抵抗
１０  利得切替回路
１１  レベル検出回路
１２  レベル比較回路
１３  ヒステリシスコンパレータ
３０  受光素子
３１  差動増幅回路（増幅回路）
３２  第１の帰還抵抗
３３  第２の帰還抵抗
３５  利得切替回路
４３  レベル検出回路
４４  レベル比較回路
４５  ヒステリシスコンパレータ
【図１】
2004260396.tif 000003
【図２】
2004260396.tif 000004
【図３】
2004260396.tif 000005
【図４】
2004260396.tif 000006
【図５】
2004260396.tif 000007
【図６】
2004260396.tif 000008
【図７】
2004260396.tif 000009