(57)【要約】【課題】電流電圧変換回路において、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時に満足させつつ、複数のデータレートに対応可能にする。【解決手段】制御入力Ｖｃｏｎｔに基づいて動作抵抗値を変更可能なトランジスタ素子１１６と抵抗素子１１４とでなる帰還抵抗変更部１１３を増幅器１１２の帰還回路として設け、第１増幅部１１０を構成する。第１増幅部１１０と同一構成の第２増幅部１２０と、抵抗値設定回路１３４を有する第３増幅部１３０と、誤差増幅部１４０とで、制御部１０８を構成する。誤差増幅部１４０は、第２増幅部１２０と第３増幅部１３０の各出力が等しくなるようにトランジスタ素子１２６のゲート電圧を調整するための制御入力Ｖｃｏｎｔを生成する。抵抗値設定回路１３４の抵抗値に応じて、増幅器１１２、抵抗素子１１４、およびトランジスタ素子１１６からなるトランスインピーダンス回路形式の第１増幅部１１０の帰還抵抗値を変化させる。【選択図】        図２
2005020138.tif 000002
【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て出力する電流電圧変換回路であって、
電流信号を電圧信号に変換して出力する増幅器と、
前記増幅器の入力側と出力側との間に配された、制御入力端を具備し当該制御入力端への制御入力に基づいて動作抵抗値を変更可能な抵抗値可変素子を含む帰還抵抗変更部と、
前記帰還抵抗変更部に前記制御入力を与える制御部と
を備えたことを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項２】
前記抵抗値可変素子は、能動素子である
ことを特徴とする請求項１に記載の電流電圧変換回路。
【請求項３】
前記能動素子は、金属酸化膜半導体型のトランジスタ素子である
ことを特徴とする請求項２に記載の電流電圧変換回路。
【請求項４】
前記インピーダンス変換増幅部の入力側と出力側との間に、前記能動素子と並列接続されて配された、所定の抵抗値を有する受動素子を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の電流電圧変換回路。
【請求項５】
前記制御部は、
前記増幅器と前記帰還抵抗変更部とを含んでなる第１増幅部と同一の回路となるように同一の構成部材を具備しているとともに、それぞれの前記制御入力端が接続されてなる第２増幅部と、
前記第１増幅部の動作特性を設定する動作特性設定部と、
前記第２増幅部と前記動作特性設定部の各出力信号を受け、各出力信号を比較した結果を前記制御入力として与える誤差増幅部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の電流電圧変換回路。
【請求項６】
前記動作特性設定部は、増幅器と、当該増幅器の入出力間に接続される抵抗値設定回路とを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の電流電圧変換回路。
【請求項７】
前記第１増幅部、前記第２増幅部、および前記動作特性設定部の各増幅器は、同一の特性を有するものである
ことを特徴とする請求項６に記載の電流電圧変換回路。
【請求項８】
前記第１増幅部および前記第２増幅部の各帰還抵抗変更部は、同一の特性を有する回路部材で構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の電流電圧変換回路。
【請求項９】
前記第１増幅部および前記第２増幅部の各帰還抵抗変更部は、同一の特性を有する回路部材で構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１０】
前記抵抗値設定回路は、複数の抵抗素子と、当該複数の抵抗素子の少なくとも１つを選択して前記動作特性設定部の前記増幅器の入出力間に接続させる切替部とを含む
ことを特徴とする請求項６に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１１】
ともに前記制御部を構成する部材であって、
前記増幅器と前記帰還抵抗変更部とを含んでなる第１増幅部と同一の回路となるように同一の構成部材を具備しているとともに、制御入力端が前記第１増幅部用の抵抗値可変素子の制御入力端と接続されてなる第２増幅部と、動作特性設定部用の増幅器と、前記第２増幅部と前記増幅器の各出力信号を受け、各出力信号を比較した結果を前記制御入力として与える誤差増幅部と
が、前記第１増幅部とともに同一の集積回路内に形成されており、
前記集積回路は、前記制御部の前記動作特性設定部を構成する部材である抵抗値設定回路を、前記動作特性設定部用の前記増幅器の入出力間に接続するための接続端を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１２】
前記第１増幅部、前記第２増幅部、および前記動作特性設定部の各増幅器は、同一の特性を有するように、前記集積回路内に対称性を持って配置されている
ことを特徴とする請求項１１に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１３】
前記第１増幅部および前記第２増幅部の各帰還抵抗変更部は、同一の特性を有する回路部材で構成されている
ことを特徴とする請求項１１に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１４】
前記第１増幅部および前記第２増幅部の各帰還抵抗変更部は、同一の特性を有する回路部材で構成されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１５】
入力された電流信号を電圧信号に変換して出力する電流電圧変換回路であって、
電流信号を電圧信号に変換して出力する増幅器と、
前記増幅器の入力側と出力側との間に配された、制御入力端を具備し当該制御入力端への制御入力に基づいて動作抵抗値を変更可能な抵抗値可変素子と、
前記抵抗値可変素子の前記制御入力端と接続され前記制御入力の印加を受け付ける接続端と
を備えたことを特徴とする電流電圧変換回路。
【請求項１６】
前記抵抗値可変素子は、能動素子である
ことを特徴とする請求項１５に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１７】
前記能動素子は、金属酸化膜半導体型のトランジスタ素子である
ことを特徴とする請求項１５に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１８】
前記増幅器の入力側と出力側との間に、前記能動素子と並列接続されて配された、所定の抵抗値を有する受動素子を有する
ことを特徴とする請求項１６に記載の電流電圧変換回路。
【請求項１９】
光信号を受光して、前記光信号に含まれるデータを再生する光受信装置であって、
前記光信号を受光して、当該光信号に対応する電流信号を生成する光電変換部と、
前記光電変換部により生成された前記電流信号を電圧信号に変換して出力するインピーダンス変換増幅部と、
前記インピーダンス変換増幅部から出力された電圧信号からデータを再生するデータ再生部と、
前記インピーダンス変換増幅部の入力側と出力側との間に配された、制御入力端を具備し当該制御入力端への制御入力に基づいて動作抵抗値を変更可能な抵抗値可変素子を含む帰還抵抗変更部と、
前記帰還抵抗変更部に前記制御入力を与える制御部と
を備えたことを特徴とする光受信装置。
【請求項２０】
ともに前記制御部を構成する部材であって、
前記インピーダンス変換増幅部と前記帰還抵抗変更部とを含んでなる第１増幅部と同一の回路となるように同一の構成部材を具備しているとともに、制御入力端が前記第１増幅部用の抵抗値可変素子の制御入力端と接続されてなる第２増幅部と、動作特性設定部用の増幅器と、前記第２増幅部と前記増幅器の各出力信号を受け、各出力信号を比較した結果を前記制御入力として与える誤差増幅部とが、前記第１増幅部とともに同一の集積回路内に形成されており、
前記集積回路は、前記制御部を構成する部材である抵抗値設定回路を、前記動作特性設定部用の前記増幅器の入出力間に接続するための接続端を有し、
前記接続端に、前記制御部の前記動作特性設定部を構成する部材である抵抗値設定回路が接続されている
ことを特徴とする請求項１９に記載の光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は、たとえば光伝送システムや光インターコネクションなどの光伝送や光通信など用いられる、光信号を電気信号（電圧信号）に変換する電流電圧変換回路および電流電圧変換回路を備えた光受信装置に関する。より詳細には、光電変換素子により光電変換した電流信号を電圧信号に変換・増幅するインピーダンス変換増幅回路、いわゆるトランスインピーダンス回路の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータや携帯電話をはじめとしたネットワーク接続機器のブロードバンド化が急速に進み、ネットワークを流れるデータ量が飛躍的に増大している。このような大容量ネットワークのバックボーンを支えるものとして光ファイバ通信が使われている。
【０００３】
光ファイバ通信装置の受信器には、ファイバを伝送してきた光信号を電流信号に変換するフォトダイオードなどの光電変換素子、光電変換素子で得た電流信号を電圧信号に変換・増幅するトランスインピーダンス回路形式の電流電圧変換回路、増幅した電圧信号をさらにロジックレベルに増幅するポストアンプ回路、増幅された電圧信号からクロックを抽出し、このクロックを使用してデータを再生するクロックデータリカバリ回路などが含まれる（たとえば、特許文献１〜３を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１２１８２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３０３８２９号公報
【特許文献３】
特開２００２−７６７９３号公報
【０００５】
ここで、光ファイバ通信では、長距離の伝送を行なうため、光ファイバ伝送中に減衰してしまった微弱な光信号でもエラーなく受信できるような高感度の受信器が必要である。受信器を構成する回路の中でも、感度に最も影響するのはトランスインピーダンス回路である。感度を向上させるため、トランスインピーダンス回路の周波数帯域は使用するデータレートに応じて最適化されるのが普通である。もしトランスインピーダンス回路の周波数帯域が必要以上に広ければ、データとともに増幅するノイズも多くなり、感度が悪化してしまう。また逆に、トランスインピーダンス回路の周波数帯域が狭すぎる場合には、符号間干渉が生じてジッタが大きくなり、結果として感度が悪化することになる。
【０００６】
一般に、トランスインピーダンス回路の周波数帯域およびゲインは、帰還抵抗値に大きく影響される。このため、必要なゲインや周波数帯域に応じて最適な帰還抵抗値を設定する必要がある。一方、現在では、複数の光通信規格が存在しており、その規格の中でも複数のデータレートが規定されている。従来のトランスインピーダンス回路においては、複数のデータレートに対応するために、データレートごとに帰還抵抗値を最適化している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
コストを下げるためには、１つの集積回路で複数のデータレートに対応できることが望ましい。しかしながら、図４（Ａ）に示すように、増幅器９１２とこの増幅器９１２の入出力間に接続された帰還抵抗９１４からなる従来のトランスインピーダンス回路９１０では、帰還抵抗９１４の部分が集積回路９０２内部に作製されるのが一般的であるため、データレートに応じて帰還抵抗９１４の値を変更することは難しい（事実上不可能である）。
【０００８】
一方、図４（Ｂ）に示すように、帰還抵抗９１４の部分を集積回路９０２外部に作製した場合には、帰還抵抗９１４部分に大きな寄生容量が付加されてしまう。この寄生容量は周波数帯域の低下に繋がるので、帰還抵抗９１４の値を小さくしなければならない。そうすると、トランスインピーダンス回路９１０のゲインが下がってしまう。つまり、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時最適化させることが難しい。また、増幅器９１２から集積回路９０２の外部までの配線が長くなってしまうので、ノイズの影響を受け易くなってしまう  。
【０００９】
また、図４（Ｃ）に示すように、集積回路９０２の内部に複数の帰還抵抗９１４（（たとえば３個；それぞれをａ，ｂ，ｃの参照子で示す）を配し、スイッチ９１６（それぞれをａ，ｂ，ｃの参照子で示す）で各帰還抵抗９１４を切り替る構成を採ることも考えられる。しかしながらこの場合でも、増幅器９１２の入出力間に配される帰還抵抗９１４部分には大きな寄生容量が付加されてしまうので、上記と同様の問題を生じる。
【００１０】
このように、従来技術では、１つのトランスインピーダンス回路で複数のデータレートについて、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時最適化させることが困難であった。
【００１１】
さらに、従来のトランスインピーダンス回路を用いた光信号受信装置では、回路基板も同様に各データレートに応じて用意する必要があった。そのため、全データレートに対して部品もしくはフットパターンを共通になるように設計し、同一の回路基板を使えるようにする工夫がなされている。
【００１２】
しかしながら、光信号受信装置として各データレートに対応した複数のラインナップを用意しなければならないことは変わらず、不要な在庫を抱えるリスクが大きかった。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時に満足させつつ、複数のデータレートに柔軟に対応可能な電流電圧変換回路や光受信装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電流電圧変換回路や光受信装置は、電流信号を電圧信号に変換して出力するインピーダンス変換増幅部の入力側と出力側との間に、制御入力端への制御入力に基づいて動作抵抗値を変更可能な抵抗値可変素子を含む帰還抵抗変更部を接続するようにした。制御部にて制御入力信号を生成し、これを制御入力端に印加することで、帰還抵抗変更部の動作抵抗すなわちインピーダンス変換増幅部の帰還抵抗の値を制御する。
【００１５】
寄生容量の影響を受けないように、帰還抵抗を切替スイッチで直接に切り替えるという構成ではなく、抵抗値可変素子の動作抵抗値を制御することで、帰還抵抗値を切り替える構成とした。
【００１６】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る電流電圧変換回路や光受信装置のさらなる有利な具体例を規定する。
【００１７】
たとえば、帰還抵抗変更部の構成としては、抵抗値可変素子として金属酸化膜半導体型のトランジスタ素子などの能動素子を使用し、所定の抵抗値を有する受動素子を、能動素子と並列接続にするとよい。
【００１８】
また、制御部の構成としては、先ず、増幅器と帰還抵抗変更部とでなるトランスインピーダンス回路構成の第１増幅部と同様の回路構成を持つように第２増幅部を設け、両方の制御入力端を接続しておくとよい。また、第１増幅部の動作特性を設定する動作特性設定部と誤差増幅部とを設け、誤差増幅部により、第２増幅部と動作特性設定部の各出力信号を受けて、各出力信号を比較した結果を第１増幅部と第２増幅部の両制御入力端に制御入力として与える構成とするとよい。
【００１９】
この場合の動作特性設定部の構成としては、増幅器と、その入出力間に接続される抵抗値設定回路とを含むものであるのがよい。
【００２０】
制御部の動作特性設定部を構成する抵抗値設定回路を除く部分については、第１増幅部、第２増幅部、および動作特性設定部の各増幅器として、同一の特性を有するものを使用し、また第１増幅部および第２増幅部の各帰還抵抗変更部も、同一の特性を有する回路部材で構成するのがよい。
【００２１】
また、これら各増幅器や各帰還抵抗変更部は、同一の集積回路内形成し、接続端子を介して抵抗値設定回路を集積回路に接続可能な構成とするとよい。この場合、前述のように同一の特性を有するようにするには、同種の素子で同一のサイズにし、さらに対称性良く隣接して集積回路内に配置するとよい。
【００２２】
【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について詳細に説明する。
【００２３】
＜電流電圧変換回路；その１＞
図１は、本発明に係る電流電圧変換回路の第１実施形態の構成を示す回路ブロック図である。第１実施形態の電流電圧変換回路１００は、トランスインピーダンス回路（インピーダンス変換増幅部）を含んで構成されている。具体的には、電流電圧変換回路１００は先ず、図示しない光電変換素子と接続される入力端１０２と、この電流電圧変換回路１００により光信号を電気信号に変換した電圧信号を外部に出力する出力端１０４との間に配された第１増幅部１１０を備える。
【００２４】
第１増幅部１１０は、入力端１０２から入力される電流信号Ｉｉｎを電圧信号Ｖｏｕｔ  に変換して出力するインピーダンス変換増幅部としての増幅器１１２と、増幅器１１２の入力側と出力側との間に配された帰還抵抗変更部１１３とを備えて構成されている。
【００２５】
帰還抵抗変更部１１３は、受動素子の一例である抵抗素子１１４と、能動素子の一例であるトランジスタ素子１１６の並列接続回路で構成されている。
【００２６】
本実施形態のトランジスタ素子１１６としては、接合型や金属酸化膜半導体（ＭＯＳ；Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ）型の電界効果トランジスタ素子（ＦＥＴ；Ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ）を使用している。以下、ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ素子をＭＯＳトランジスタともいう。
【００２７】
ＭＯＳ型を始めとする電界効果トランジスタを使用する場合、トランジスタ素子１１６のゲート端子１１６ｇは制御入力端として機能し、所定の制御入力Ｖｃｏｎｔが電圧信号として与えられるようにする。トランジスタ素子１１６のソース端子１１６ｓおよびドレイン端子１１６ｄの一方は増幅器１１２の入力側に、他方は増幅器１１２の出力側に、それぞれ接続されている。なお、ＭＯＳトランジスタは、Ｎ型およびＰ型の何れであってもよい。
【００２８】
抵抗素子１１４とトランジスタ素子１１６とは、同一の集積回路１０１上に配置されている。集積回路１０１は、制御入力端としてのゲート端子１１６ｇに接続され、集積回路１０１の外部に配された制御装置２００から制御入力Ｖｃｏｎｔの印加を受け付ける接続端子１０６を有している。
【００２９】
制御装置２００としては、後述する第２実施形態の制御部１０８と同様の構成としてもよいし、図示するように、デジタルの制御データＤｃｏｎｔを出力するＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ  ）２０２と、制御データＤｃｏｎｔをアナログの制御電圧に変換するＤ／Ａ変換器２０４と、制御電圧に含まれるノイズを除去する低域通過フィルタ２０６と、ノイズ除去後の制御電圧を帰還抵抗変更部１１３用の制御入力Ｖｃｏｎｔとして出力するバッファ２０８などで構成してもよい。制御装置２００を集積回路１０１の外部に配することができるようにすれば、カスタマ側にて自由に制御機能回路を構成できる利点が得られる。
【００３０】
図示する構成の場合、ＣＰＵ２０２により制御データＤｃｏｎｔをプログラマブルに切り替えることで、帰還抵抗変更部１１３への制御入力Ｖｃｏｎｔをプログラマブルに制御できるようになる。なお、制御装置２００の全体もしくはその一部を、第１増幅部１１０と同一の集積回路１０１上に形成してもよい。こうすることで、全体としてコンパクトな電流電圧変換回路１００を構成できる。
【００３１】
トランジスタ素子１１６は、接続端子１０６を介してゲート端子１１６ｇに制御入力Ｖｃｏｎｔが入力されると、その動作抵抗値、すなわちソース端子１１６ｓとドレイン端子１１６ｄとの間の抵抗値が変化する抵抗値可変素子として機能する。よって、ゲート端子１１６ｇへの制御入力Ｖｃｏｎｔを制御することで、抵抗素子１１４とトランジスタ素子１１６とが並列接続されてなる帰還抵抗変更部１１３の合成抵抗値を制御することができる。
【００３２】
ＭＯＳ型を始めとする電界効果トランジスタは、ゲート端子への電圧制御入力により動作する素子であり、出力側への電圧制御入力による電流の漏込みは殆どない。特に接合型よりもＭＯＳ型の方がその効果が高い。よって、抵抗値可変素子としてＭＯＳ型などの電界効果トランジスタを使用すれば、制御端子としてのゲート端子１１６ｇへ制御入力Ｖｃｏｎｔを印加しても、その影響が電流電圧変換機能に殆ど影響を与えない。
【００３３】
なお、抵抗値可変素子としては、ＭＯＳ型を始めとする電界効果トランジスタに限らず、その他の能動素子を使用することができる。また、能動素子ではなく、制御入力に応じて動作抵抗を調整可能な受動素子の使用を排除するものではない。
【００３４】
トランジスタ素子１１６を抵抗値可変素子として備えている帰還抵抗変更部１１３は、全体として増幅器１１２の帰還抵抗として機能するので、結果的には、ゲート端子１１６ｇへの制御入力Ｖｃｏｎｔを制御することで、トランスインピーダンス回路の周波数帯域やゲインを調整できる。トランジスタ素子１１６単独で帰還抵抗変更部１１３を構成してもよいが、この場合、制御入力Ｖｃｏｎｔに対するトランジスタ素子１１６の動作抵抗の変化特性がトランスインピーダンス回路の周波数帯域やゲインに直接作用する。抵抗素子１１４は、この動作抵抗の変化特性を和らげる緩衝機構として機能するので、制御感度を抵抗素子１１４により調整することができる。また、抵抗素子１１４は、帰還抵抗変更部１１３の初期抵抗値を設定する役目も果たす。
【００３５】
第１実施形態の電流電圧変換回路１００に依れば、複数のデータレートへの対応が要求される場合、制御入力Ｖｃｏｎｔを制御することで、複数のデータレートに容易に対応することができる。このため、従来のように、複数のデータレートのそれぞれに応じた集積回路を個別に用意する必要がなく、１つの集積回路で複数のデータレートに対応できるため、集積回路すなわち光電変換回路のコストを下げることが可能となる。
【００３６】
また、増幅器１１２の入出力間に配する帰還抵抗を切替スイッチで直接に切り替えるという構成ではなく、動作抵抗を制御可能な回路構成をなす帰還抵抗変更部１１３を、帰還抵抗をなすように増幅器１１２の入出力間に配して、制御入力Ｖｃｏｎｔを制御することで、その動作抵抗を制御する構成としたので、寄生容量の影響を受けることなく、複数のデータレートのそれぞれについて帰還抵抗値を最適化させることができる。つまり、データレートごとに、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時に最適化することができる。
【００３７】
＜電流電圧変換回路；その２＞
図２は、本発明に係る電流電圧変換回路の第２実施形態の構成を示す回路ブロック図である。ここで、図２（Ａ）は、電流電圧変換回路１００の全体概要を示し、図２（Ｂ）は、抵抗値設定回路１３４の変形例を示す。
【００３８】
図２（Ａ）に示すように、第２実施形態の電流電圧変換回路１００は先ず、図示しない光電変換素子と接続される入力端１０２とこの電流電圧変換回路１００により光信号を電気信号に変換した電圧信号を外部に出力する出力端１０４との間に配された第１増幅部１１０を備える。
【００３９】
また電流電圧変換回路１００は、第１増幅部１１０と同一の回路構成を有しほぼ同一の特性を有する第２増幅部１２０と、第３増幅部１３０と、誤差増幅部１４０とを備えている。第３増幅部１３０は、電流電圧変換回路１００全体（特に第１増幅部１１０）に対しての動作特性設定部としての機能をなすものである。
【００４０】
第１増幅部１１０は、非反転型の増幅器１１２と、この増幅器１１２の入出力間に接続された抵抗素子１１４およびトランジスタ素子１１６の並列回路で構成された帰還抵抗変更部１１３とを有している。トランジスタ素子１１６としては、ＭＯＳトランジスタを使用している。同様に、第２増幅部１２０は、非反転型の増幅器１２２と、この増幅器１２２の入出力間に接続された抵抗素子１２４およびトランジスタ素子１２６の並列回路で構成された帰還抵抗変更部１２３とを有している。トランジスタ素子１２６としては、ＭＯＳトランジスタを使用している。第３増幅部１３０は、増幅器１３２と、この増幅器１３２の入出力間に接続された抵抗値設定回路１３４とを有している。本例の抵抗値設定回路１３４は、増幅器１３２の入出力間に接続された１つの抵抗素子１３４ａで構成されている。
【００４１】
第２増幅部１２０、第３増幅部１３０、および誤差増幅部１４０とで、制御部１０８が構成される。制御部１０８は、第１実施形態の制御装置２００と同様に、トランジスタ素子１１６の制御入力端としてのゲート端子に制御入力Ｖｃｏｎｔを与える機能を備える。
【００４２】
制御部１０８の構成部材のうち、第２増幅部１２０および誤差増幅部１４０の全体と、第３増幅部１３０を構成する増幅器１３２とが、第１増幅部１１０とともに、同一の集積回路１０１上に形成されている。集積回路１０１は、制御部１０８を構成する部材である抵抗値設定回路１３４の一方の端子を増幅器１３２の入力側に接続するための接続端子１３０ａと、抵抗値設定回路１３４の他方の端子を増幅器１３２の出力側に接続するための接続端子１３０ｂとを有する。すなわち、制御部１０８の構成部材のうちの抵抗値設定回路１３４を除く部材が第１増幅部１１０とともに同一の集積回路１０１内に形成され、抵抗値設定回路１３４が集積回路１０１の外部から集積回路１０１に接続可能に構成されている。
【００４３】
第１増幅部１１０の増幅器１１２と第２増幅部１２０の増幅器１２２と第３増幅部１３０の増幅器１３２は、ともにインピーダンス変換増幅部を構成している。
【００４４】
第１増幅部１１０の抵抗素子１１４と第２増幅部１２０の抵抗素子１２４は、ともに所定の抵抗値を有する受動素子の典型例であるが、これらは、所定の抵抗値を有する受動素子であればよく、様々な構成を採ることもできるし、典型的な抵抗素子に限らず、他の種類の受動素子に置き換えることもできる。たとえば、単一の抵抗素子で構成するものに限らず、複数の抵抗素子の直列接続、並列接続、あるいは直並列接続で構成されたものとしてもよい。
【００４５】
第１増幅部１１０のトランジスタ素子１１６のゲート端子と第２増幅部１２０のトランジスタ素子１２６のゲート端子とが接続され、この接続点には、誤差増幅部１４０の出力が接続されている。誤差増幅部１４０は、反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）とを有した演算増幅器（オペアンプ）１４２を含んで構成されている。反転入力端子（−）は第２増幅部１２０の出力と接続され、非反転入力端子（＋）は第３増幅部１３０の出力と接続されており、誤差増幅部１４０は、第２増幅部１２０と第３増幅部１３０の各出力を比較した結果をそれぞれのゲート端子に入力するように構成されている。ここで反転入力端子（−）、非反転入力端子（＋）、第２増幅部１２０、第３増幅部１３０の接続関係が逆であってもよい。
【００４６】
誤差増幅部１４０は、第２増幅部１２０と第３増幅部１３０の出力が等しくなるようにトランジスタ素子１２６（トランジスタ素子１１６も）のゲート電圧を調整するように動作するので、結果として、抵抗値設定回路１３４にて設定される抵抗値が第１増幅部１１０に（事実上、電流電圧変換回路１００にも）設定されるように動作する。
【００４７】
抵抗素子１１４と抵抗素子１２４、トランジスタ素子１１６とトランジスタ素子１２６、増幅器１１２と増幅器１２２と増幅器１３２とは、それぞれ同一特性のものを使用する。これは同一の集積回路１０１上に、同種の素子で同一のサイズにし、さらに対称性良く隣接して配置する、すなわち第３増幅部１３０の抵抗値設定回路１３４を除く部分を、対称性良く集積回路１０１上にパターン形成することで作製可能である。
【００４８】
集積回路１０１上に抵抗素子１１４と抵抗素子１２４とを構成する場合、抵抗値そのものはたとえば２０％程度の定格誤差を有し、ばらつくが、それらの比は、ばらつきをなくすことができる。第１増幅部１１０と第２増幅部１２０とを対称な回路構成とすれば、抵抗素子１１４，１１６の抵抗値の比のばらつきを殆ど気にする必要がなくなるので、抵抗値そのものが２０％程度のばらつきを持っていても問題となることはない。
【００４９】
第３増幅部１３０の抵抗値設定回路１３４は、トランスインピーダンス回路の特性（周波数帯域やゲイン）を設定するための部材であり、抵抗値を変更できるように、集積回路１０１外に配置し、増幅器１３２の入力端１３０ａと出力端１３０ｂに接続されるようにするとよい。
【００５０】
この抵抗値設定回路１３４の抵抗値（入出力間の抵抗値）が電流電圧変換回路１００の周波数帯域やゲインに影響を与えるので、たとえばゲイン値や周波数特性の精度が求められる場合には、その値の誤差が少なく、また環境変化の影響を受けることなく抵抗値を高精度に維持できる部材であるのがよい。たとえば定格誤差が１％以内で、温度変化特性の良好な金属皮膜抵抗などを用いるのがよい。定格誤差や環境変化特性の点では、前述の理由から、集積回路外に抵抗回路１３４を配置する構成は都合がよい。
【００５１】
なお、抵抗値設定回路１３４としては、単一の抵抗素子で構成するものに限らず、複数の抵抗素子の直列接続、並列接続、あるいは直並列接続で構成されたものとしてもよいし、可変抵抗部品を使用することもできる。
【００５２】
また、抵抗値設定回路１３４は、図２（Ｂ）に示すように、複数の抵抗部品（１３４ａ〜１３４ｎ）に対して切替回路（１３６ａ〜１３６ｎ）を設け切替回路に対して制御信号にて制御することで、プログラマブルに抵抗値を切替可能な構成とすることもできる。
【００５３】
また、この抵抗値設定回路１３４は、全体として入出力間に抵抗値を設定し得るものであればよく、図２（Ａ）や図２（Ｂ）に示した構成に限らず、たとえば、第１増幅部１１０の入出力間に設けた帰還抵抗変更部１１３と同様の構成を採ってもよい。この場合、抵抗回路１３４の抵抗値は、図１に示した第１実施形態における制御入力Ｖｃｏｎｔの手法と同様に、ゲート電圧を制御することで調整可能である。
【００５４】
第２実施形態の電流電圧変換回路１００の動作は以下の通りである。先ず入力端１０２に接続された図示しない光電変換素子（たとえばフォトダイオード）からの電流信号Ｉｉｎが、第１増幅部１１０の増幅器１１２、抵抗素子１１４、およびトランジスタ素子１１６に入力され、電圧信号Ｖｏｕｔ  に変換されて出力端１０４から出力される。
【００５５】
増幅器１１２、抵抗素子１１４、およびトランジスタ素子１１６からなる合成抵抗は、この合成抵抗を帰還抵抗とするトランスインピーダンス回路を構成している。トランジスタ素子１１６はゲート電圧に応じ、ソース・ドレイン間の抵抗値が変化する。したがって、ゲート電圧によって帰還抵抗を変化させることができる。同様に、第２増幅部１２０の増幅器１２２、抵抗素子１２４、およびトランジスタ素子１２６からなる合成抵抗は、この合成抵抗を帰還抵抗とするトランスインピーダンス回路を構成している。トランジスタ素子１２６はゲート電圧に応じ、ソース・ドレイン間の抵抗値が変化し、ゲート電圧によって帰還抵抗を変化させることができる。さらに、増幅器１３２と抵抗値設定回路１３４もまた、抵抗値設定回路１３４を帰還抵抗とするトランスインピーダンスアンプを構成している。
【００５６】
誤差増幅部１４０は、増幅器１２２すなわち第２増幅部１２０と増幅器１３２すなわち第３増幅部１３０の各出力が等しくなるように制御入力Ｖｃｏｎｔを生成することで、トランジスタ素子１２６のゲート電圧を調整する。増幅器１２２と増幅器１３２は同一特性を有するので、抵抗素子１２４とトランジスタ素子１２６からなる合成抵抗は抵抗値設定回路１３４の抵抗値と等しくなる。さらに、抵抗素子１１４と抵抗素子１２４、トランジスタ素子１１６とトランジスタ素子１２６、増幅器１１２と増幅器１２２が、それぞれ同一特性を有し、またトランジスタ素子１１６とトランジスタ素子１２６のゲート電圧が等しいため、抵抗素子１１４およびトランジスタ素子１１６からなる合成抵抗は抵抗値設定回路１３４の抵抗値と等しくなる。
【００５７】
したがって、抵抗値設定回路１３４の抵抗値に応じて、増幅器１１２、抵抗素子１１４、およびトランジスタ素子１１６からなるトランスインピーダンス回路形式の第１増幅部１１０の帰還抵抗値を変化させることが可能となる。つまり、抵抗値設定回路１３４の抵抗値によって第１増幅部１１０惹いては電流電圧変換回路１００のゲインを設定できる。
【００５８】
なお、制御部１０８は、その全部もしくは一部を集積回路１０１の外部に配置するなど、図示した構成に限らず、様々な構成を採ることができる。たとえば、第１増幅部１１０と第２増幅部１２０とを集積回路１０１内に配置し、その他を集積回路１０１外に配置してもよい。
【００５９】
制御部１０８の全部もしくは一部を集積回路１０１の外部回路として設ける場合であっても、動作特性設定部としての第３増幅部１３０を構成する抵抗値設定回路１３４を除く部分については、対応する部分がそれぞれ同一の特性を有するように構成するのがよい。たとえば第１増幅部、第２増幅部、および第３増幅部１３０の各増幅器１１２，１２２，１３２として、同一の特性を有するものを使用し、また第１増幅部１１０および第２増幅部１２０の各帰還抵抗変更部１１３，１２３も、同一の回路構成部材で同一の回路となるように構成するとよい。
【００６０】
第２実施形態の電流電圧変換回路１００に依れば、抵抗値設定回路１３４を集積回路１０１の外部に設置するようにしたので、容易に抵抗値を変更することが可能である。抵抗値設定回路１３４を変更することにより、トランスインピーダンス回路の周波数帯域やゲインを調整できる。複数のデータレートへの対応が要求される場合、抵抗値設定回路１３４を調整することで、複数のデータレートに容易に対応することができる。このため、従来のように、複数のデータレートのそれぞれに応じた集積回路を個別に用意する必要がなく、１つの集積回路で複数のデータレートに対応できるため、集積回路すなわち光電変換回路のコストを下げることが可能となる。
【００６１】
また、第１実施形態と同様に、増幅器１１２の入出力間に配する帰還抵抗を切替スイッチで直接に切り替えるという構成ではなく、動作抵抗を制御可能な回路構成を帰還抵抗をなすように増幅器１１２の入出力間に配して、その動作抵抗を制御する構成としたので、寄生容量の影響を受けることなく、複数のデータレートのそれぞれについて、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時に最適化するように抵抗値設定回路１３４の値を設定することができるようになった。すなわち、動作抵抗を制御する部材として抵抗値設定回路１３４を用いているが、抵抗値設定回路１３４は第１増幅部１１０の入出力間に直接に配されているものではなく、この抵抗値設定回路１３４による第１増幅部１１０での周波数特性の低下は生じないので、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時満足させることができるようになった。
【００６２】
加えて、第２実施形態の構成における動作抵抗を制御する仕組みは、第２増幅部１２０、第３増幅部１３０、および誤差増幅部１４０で帰還回路として構成されている制御部１０８により帰還制御で実現するようにしており、またこの帰還回路（制御部１０８）は、電流電圧変換回路１００としてのメインのトランスインピーダンス回路で構成される帰還制御（自動ゲイン調整など；本例では図示していない）とは独立のループを形成しているので、互いに干渉する心配がなく、安定した動作が得られる。
【００６３】
また、第２実施形態の構成では、抵抗値設定回路１３４を集積回路１０１の外部に配する構成としたので、抵抗値設定回路１３４には抵抗部品を使うことができる。抵抗部品は、一般的に集積回路内の抵抗よりも高精度なものを入手し易く、集積回路内部の帰還抵抗値を従来よりも精度良く設定することができる。
【００６４】
＜光受信装置＞
図３は、本発明に係る光受信装置の一実施形態の構成を示す回路ブロック図である。図示する光受信装置１は、光信号Ｌ１を受光して、この光信号Ｌ１に基づいて光電変換して電流信号Ｉｉｎを生成する光電変換部１０と、光電変換部１０により生成された電流信号Ｉｉｎを電圧信号に変換し、必要に応じて増幅して、電圧信号Ｖ１を出力する電流電圧変換部２０と、電流電圧変換部２０の動作特性を設定する動作特性設定部３０とを備える。
【００６５】
また光受信装置１は、電流電圧変換部２０から出力された電圧信号Ｖ１をロジックレベル（たとえば３〜５Ｖ程度）まで増幅するポストアンプ回路４０と、ポストアンプ回路４０から出力されたロジックレベルの電圧信号Ｖ２からクロック信号を抽出してデータおよびクロックを再生するクロックデータリカバリ回路５０とを備えている。ポストアンプ回路４０とクロックデータリカバリ回路５０とで、データ再生部６０が構成される。
【００６６】
光電変換部１０には、たとえばカソード側が電源に接続され、アノード側が電流電圧変換部２０の入力端と接続されるフォトダイオードなどの受光素子（光電変換素子）が用いられる。電流電圧変換部２０、ポストアンプ回路４０、およびクロックデータリカバリ回路５０は、集積回路２に内蔵され、動作特性設定部３０は、集積回路２の外部に設置されるようになっている。また、電流電圧変換部２０としては、上述した第２実施形態の電流電圧変換回路１００における集積回路１０１部分を、また動作特性設定部３０としては電流電圧変換回路１００の抵抗値設定回路１３４部分を適用する。
【００６７】
光受信装置１は、光ファイバなどの光伝送媒体や空間を通じて伝送されてきた光信号Ｌ１を光電変換部１０で受信する。光電変換部１０は、光信号Ｌ１に対応して電流信号Ｉｉｎを生成し、トランスインピーダンス回路構成の電流電圧変換部２０に入力する。電流電圧変換部２０は、上述した第２実施形態の電流電圧変換回路１００の大部分、特にトランスインピーダンス回路構成の第１増幅部１１０を含んでおり、集積回路２の外部に設置した動作特性設定部３０（本例では抵抗値設定回路１３４と等価）によって電流電圧変換部２０の内部帰還抵抗値を設定する。
【００６８】
この電流電圧変換部２０は、光電変換部１０から入力された電流信号Ｉｉｎを電圧信号Ｖ１に変換する。ポストアンプ回路４０は、この電圧信号Ｖ１をロジックレベルまで増幅して、電圧信号Ｖ２としてクロックデータリカバリ回路５０に入力する。クロックデータリカバリ回路５０は、増幅された電圧信号Ｖ２から先ずクロックを抽出し、抽出したクロックを用いてデータを再生する。
【００６９】
このような構成により、光受信装置１は、上記第２実施形態の電流電圧変換回路１００についての説明から分かるように、動作特性設定部３０のみを変更することで、電流電圧変換部２０の内部帰還抵抗値を変化させることができ、複数のデータレートに柔軟かつ容易に対応することが可能となる。
【００７０】
また、上記構成では、動作特性設定部３０を集積回路２の外部に設置するように構成したので、動作特性設定部３０を容易に変更可能であり、この動作特性設定部３０を変更することにより、集積回路２に内蔵されたトランスインピーダンス回路を、複数のデータレートに対応させることができる。たとえば動作特性設定部３０の抵抗値設定回路１３４を取り替えるだけで、複数のデータレートに対応できるため、各データレートに応じた個別の回路基板を用意する必要がなくなる。また、複数のデータレートに対して共通の光受信モジュール（上記例での集積回路２部分を含む）を流用することもできる。
【００７１】
従来のトランスインピーダンス回路や光受信装置は、帰還抵抗を集積回路内に作製していたので、その帰還抵抗値は固定で、その結果、１つのデータレートにしか対応できなかった。これに対して、上記構成では、集積回路外に設置された抵抗を変更することで、複数のデータレートに対応できるようになる。このため、複数のデータレートに対して集積回路および光信号受信装置をほぼ共通化でき、コストの削減および不要在庫を抱えるリスクの低減が可能となる。抵抗を変更する簡単な処置によって、顧客の需要に応じて必要なデータレートの光受信装置や光受信モジュールを生産することができ、不要な在庫を抱えるリスクを低減することができる。
【００７２】
なお、ここでの光受信装置１としては、第２実施形態の電流電圧変換回路１００を適用した事例を示したが、第１実施形態の電流電圧変換回路１００を適用して光受信装置１を構成することもできる。
【００７３】
また、ここでは、電流電圧変換部２０、ポストアンプ回路４０、およびクロックデータリカバリ回路５０を同一集積回路上に作製して光受信装置１を構成する事例を示したが、これに限らず、それぞれが別の集積回路上に作製されていてもよい。また他の機能を実現する回路が電流電圧変換部２０などとともに、同一の集積回路２上に作製されていてもよい。
【００７４】
また、ここでは電流電圧変換回路１００を光受信装置に適用した事例を示したが、送信器の機能が組み込まれた光送受信装置としてもよい。
【００７５】
また、電流電圧変換部２０や電流電圧変換回路１００が取り扱う光信号Ｌ１に対応した電流信号Ｉｉｎは、単相による信号伝送によるものに限らず、差動伝送による２つの電流信号を取り扱うようにしてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電流電圧変換回路によれば、帰還抵抗を切替スイッチで直接に切り替えるという構成ではなく、制御入力端への制御入力に基づいて動作抵抗値を変更可能な抵抗値可変素子をトランスインピーダンス回路の帰還抵抗成分として配する構成とした。
【００７７】
これにより、寄生容量の影響を受けずに、複数のデータレートのそれぞれについて、帰還抵抗値を最適化させることができ、周波数帯域特性とゲイン特性の両方を同時に満足させることができるようになった。
【００７８】
また、制御入力端へ制御入力を与える制御部の構成として、メインパスのトランスインピーダンス回路と別の独立ループとして帰還回路をなすように構成し、その帰還回路において抵抗値を変更可能な抵抗値設定回路を設けるようにすれば、干渉の影響を受けることなく、安定した制御動作が得られる。
【００７９】
このような構成の電流電圧変換回路を用いて光受信装置を構成すれば、データレートごとに回路基板を作製する必要がなくなり、不要な在庫を抱えるリスクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電流電圧変換回路の第１実施形態の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明に係る電流電圧変換回路の第２実施形態の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明に係る光受信装置の一実施形態の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】従来の電流電圧変換回路の一例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
１…光受信装置、２…集積回路、１０…光電変換部、２０…電流電圧変換部、３０…動作特性設定部、４０…ポストアンプ回路、５０…クロックデータリカバリ回路、６０…データ再生部、１００…電流電圧変換回路、１０１…集積回路、１０２…入力端、１０４…出力端、１０６…接続端子、１０８…制御部、１１０…第１増幅部、１１２…増幅器、１１３…帰還抵抗変更部、１１４…抵抗素子、１１６…トランジスタ素子、１２０…第２増幅部、１２２…増幅器、１２３…帰還抵抗変更部、１２４…抵抗素子、１２６…トランジスタ素子、１３０…第３増幅部、１３２…増幅器、１３４…抵抗値設定回路、１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ…抵抗素子、１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ…切替回路、１４０…誤差増幅部、１４２…演算増幅器、２００…制御装置、２０２…ＣＰＵ、２０４…Ｄ／Ａ変換器、２０６…低域通過フィルタ、２０８…バッファ、Ｌ１…光信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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