(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段に接続された差動型の増幅器を含む広帯域プリアンプにおいて、第ｎ（ｎは正の整数）段目の増幅器の正相出力端子と逆相出力端子との間に現れるオフセットを検出するオフセットレベル検出手段を備え、該オフセットレベル検出手段の出力信号を第（ｎ＋１）段目以降の増幅器の出力回路に入力することによりオフセットをキャンセルすることを特徴とする広帯域プリアンプ。
【請求項２】
前記オフセットレベル検出手段は、前記第ｎ段目の増幅器の２つの出力端子のそれぞれに接続された積分回路と、各積分回路の積分値が入力される差動増幅回路により構成されていることを特徴とする請求項１記載の広帯域プリアンプ。
【請求項３】
前記オフセットレベル検出手段に並列に接続された１若しくは複数の増幅器の増幅率（複数の増幅器の場合には総合増幅率）と、前記差動増幅回路の増幅率が等しいことを特徴とする請求項２記載の広帯域プリアンプ。
【請求項４】
初段の増幅器の前段には単極性の信号を出力するプリアンプが接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の広帯域プリアンプ。
【請求項５】
前記複数の増幅器、または、前記複数の増幅器および前記差動増幅回路、または、前記複数の増幅器、前記差動増幅回路および前記プリアンプが、１チップ上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の広帯域プリアンプ。
【請求項６】
前記複数の増幅器、または、前記複数の増幅器および前記差動増幅回路、または、前記複数の増幅器、前記差動増幅回路および前記プリアンプが、電界効果トランジスタを含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の広帯域プリアンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域プリアンプに関し、特に光通信用受光モジュール等に搭載される広帯域プリアンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＴ（情報技術）の進展に伴い通信需要が高まり、それに連れて光通信の重要性が高まりつつある。光通信を支えるキーデバイスの一つに受光モジュールがある。この受光モジュールには、アバランシェフォトダイオード等の受光素子と、受光素子によって検出された微小な光電流を電圧信号に変換し、この信号を規格に適合するロジックレベルにまで増幅するＩＣ（ＭＭＩＣ）とが搭載される。而して、規格を満たすには、受光モジュール内の増幅回路において、光電流を１００ｋＨｚ〜２．５ＧＨｚの帯域で８００ｍＶにまで増幅することが求められる。このような広い帯域にわたる信号を高い増幅度にて増幅するには、ＨＥＭＴないしＭＥＳＦＥＴなどを用いたコモンソース型差動増幅器を、回路段間のカプッリングコンデンサを用いない直流結合で縦続接続することが必要となる。
【０００３】
図３は、従来の光通信用受光モジュールの回路図である。図中、太線は受光モジュールのパッケージを示し、従って太線内が受光モジュールを構成する回路である。受光モジュール内には、光の強弱を検出する、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）等からなる受光素子１と、受光素子１において生成された光電流を電圧信号に変換するプリアンプ２と、プリアンプ２の出力信号を増幅する差動型の電圧増幅器３〜５と、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１とによって構成される積分回路と、が搭載されている。この内、受光素子１とコンデンサＣ１とが個別部品であり、プリアンプ２、電圧増幅器３〜５および抵抗Ｒ１は、ワンチップ上に構成されている。
入力される光信号はｄｕｔｙ＝５０％であることが想定されており、そのため積分回路の出力信号はプリアンプ２の出力信号のほぼ振幅中心を示すことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、広帯域プリアンプでは、電圧増幅器が直流結合で多段に接続されるため、初段の増幅器にオフセットが発生すると、これが各段で次々と増幅されていくことになる。オフセットは、対となるトランジスタを近接して対称配置することによって軽減することができるが、高周波回路では正相信号と逆相信号とのクロストークを避けるための配線配置が優先され、相対精度が犠牲にされることがあるため、対のトランジスタのしきい値電圧Ｖthが異なって形成されることがありオフセットが生じやすい。
【０００５】
図４は、図３の回路の各部の信号波形を示す図である。図４の波形上に記載されている記号は、図３の各部に付された記号に対応している。受光素子１に光が入射するとその光信号に応じて波形Ａの電流が流れ、プリアンプ２より負極性の波形Ｂの電圧が出力される。この電圧信号とその積分値が入力される電圧増幅器３にオフセットＶｏｓが発生していると、その出力信号は波形Ｄ、Ｅに示すように、オフセットを含んだものとなる。そして、このオフセットＶｏｓは次段の増幅器の増幅率をＡとすると次段の出力信号でのオフセット分は波形Ｆ、Ｇに示されるようにＡ・Ｖｏｓとなる。このようにオフセットは各段において増幅されるため、最集段からは大きなオフセットが出力されることになる。そして、これが出力ダイナミックレンジを越えるとき、信号の判別が不可能になる。また、出力ダイナミックレンジを越えないまでも信号に大きなオフセットが含まれているとき、波形Ｆ、Ｇ；波形Ｊ、Ｋに示されるように、波形歪みが生じ誤判別の原因となる。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、初段増幅器にて生じたオフセットを後段でキャンセルできるようにして、誤りなく判定することのできる信号を出力する広帯域プリアンプを提供できるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、多段に接続された差動型の増幅器を含む広帯域プリアンプにおいて、第ｎ（ｎは正の整数）段目の増幅器の正相出力端子と逆相出力端子との間に現れるオフセットを検出するオフセットレベル検出手段を備え、該オフセットレベル検出手段の出力信号を第（ｎ＋１）段目以降の増幅器の出力回路に入力することによりオフセットをキャンセルすることを特徴とする広帯域プリアンプ、が提供される。
そして、好ましくは、前記オフセットレベル検出手段は、前記第ｎ段目の増幅器の２つの出力端子のそれぞれに接続された積分回路と、各積分回路の積分値が入力される差動増幅回路とにより構成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について実施例に即して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す回路であって、図の太線の内部が光通信用受光モジュールを構成する回路である。また、図中、ＶＤＤ、ＶＳＳ、ＶＰＤは、それぞれ電源を示す。
アバランシェフォトダイオードである受光素子１の一端は、受光素子用電源ＶＰＤに接続され、その他端は、受光素子１の出力電流を電圧信号を変換するプリアンプ２の入力端子に接続されている。プリアンプ２の出力は電圧増幅器３の正入力端子（＋）に入力されるとともに、抵抗Ｒ１（２００ｋΩ）とコンデンサＣ１（１００ｐＦ）とから構成される積分回路に入力される。この積分回路の出力信号は電圧増幅器３の負入力端子（−）に入力される。
【０００８】
電圧増幅器３の正相出力端子（＋）と逆相出力端子（−）は、それぞれ電圧増幅器４の正入力端子（＋）と負入力端子（−）に接続され、さらに電圧増幅器４の正相出力端子（＋）と逆相出力端子（−）は、それぞれ電圧増幅器５の正入力端子（＋）と負入力端子（−）に接続されている。そして、電圧増幅器５の逆相出力端子（−）と正相出力端子（＋）は、それぞれコンデンサＣ４（０．１μＦ）、Ｃ５（０．１μＦ）を介して抵抗Ｒ４（５０Ω）、Ｒ５（５０Ω）で終端されている。また、プリアンプ２と電圧増幅器３〜５の電源端子は、それぞれ電源ＶＤＤ、ＶＳＳに接続されている。
【０００９】
電圧増幅器４には、本発明に係るオフセットキャンセル回路が並列に接続されている。オフセットキャンセル回路１０は、抵抗Ｒ２（１００ｋΩ）と抵抗Ｒ３（１００ｋΩ）およびコンデンサＣ２（１００ｐＦ）とＣ３（１００ｐＦ）により構成される２つの積分回路と、これらの積分回路の出力信号が入力される、電界効果型のトランジスタ６、７と定電流源８により構成される差動増幅回路と、を備えている。すなわち、抵抗Ｒ２（Ｒ３）の一端は、電圧増幅器４の負（正）入力端子（−）〔（＋）〕に接続され、その他端は、トランジスタ６（７）のゲートに接続されるとともにコンデンサＣ２（Ｃ３）を介して接地されており、そしてトランジスタ６（７）のドレインは電圧増幅器４の逆（正）相出力端子（−）〔（＋）〕に接続されている。またトランジスタ６、７のソースは共通に定電流源８を介して電源ＶＳＳに接続されている。
ここで、プリアンプ２と電圧増幅器３〜５は、電界効果型のトランジスタを用いて構成されており、また、光通信用受光モジュールの回路は、受光素子１とチップコンデンサであるＣ１〜Ｃ３を除いてワンチップ上に構成されている。
【００１０】
次に、図１の本発明の一実施例の回路動作について、図２に示す各部の波形と併せて詳細に説明する。
図２の波形上に記載されている記号は、図１の各部に付された記号に対応している。受光素子１に光が入射するとその光信号に応じて波形Ａの電流が流れ、プリアンプ２より負極性の波形Ｂの電圧が出力される。この波形Ｂの信号は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１により構成される積分回路に入力される。ここで、入力信号をｄｕｔｙ＝５０％と仮定すると、波形Ｃは、波形Ｂの振幅のほぼ１／２の直流電圧を示す。
【００１１】
電圧増幅器３の出力は、波形Ｄ、Ｅのようにオフセット電圧Ｖｏｓを含んだ波形となり、それぞれの信号は次段の電圧増幅器４と本発明に係るオフセットキャンセル回路１０に並列に入力される。
波形Ｄ、Ｅの信号が抵抗Ｒ２、Ｒ３、コンデンサＣ２、Ｃ３により構成される積分回路に入力されると、積分回路は波形Ｄ、Ｅの振幅のほぼ中間値の波形Ｈ、Ｉを出力する（ｄｕｔｙ＝５０％と仮定して）。
【００１２】
すなわち、両波形の電圧差がオフセット電圧Ｖｏｓとなる。このオフセット電圧Ｖｏｓはトランジスタ６、７のゲート電極に入力される。ここで、トランジスタ６、７により構成される差動増幅回路の増幅度を電圧増幅器４の増幅度と一致するようにしておけば、オフセットを電圧増幅器４の出力部においてキャンセルすることができる。すなわち、電圧増幅器５へは、オフセット分を含まない波形Ｆ、Ｇの信号が入力される。
その結果、この光通信用受光モジュールからは、波形Ｊ、Ｋに示されるような歪みのない信号が出力されることになり、出力信号に対して誤った判定がなされることが回避される。
【００１３】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内において適宜の変更が可能なものである。例えば、本実施例では電圧増幅器が３段構成と成っているが、適宜増幅率の関係で段数を増加しても構わない。また、オフセットキャンセル回路が並列接続される電圧増幅器は２段目に限定されずそれ以降の増幅器であってもよく、さらにオフセットキャンセル回路が複数段の増幅器を跨ぐように接続されてもよい。また、抵抗、コンデンサの定数は実施例での値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、実施例では、電界効果型のトランジスタを用いて回路を構成していたが、電界効果型トランジスタに代えてバイポーラ型のトランジスタを用いてもよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による広帯域プリアンプは、多段増幅器を構成する一増幅器の出力信号に含まれるオフセット分を検出し、これを用いてその後段の増幅器の出力信号に含まれるオフセットをキャンセルするものであるので、直流結合により広帯域の増幅回路を形成しても、オフセットの発生を抑制することができ、波形歪みの少ない出力電圧を得ることが可能になる。従って、この広帯域プリアンプを用いて受光モジュールを構成した場合には、出力信号の誤判定を防止して安定した動作の受光モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の回路図。
【図２】  図１に示す実施例の各部の波形図。
【図３】  従来例の回路図。
【図４】  図３に示す従来例の各部の波形図。
【符号の説明】
１  受光素子
２  プリアンプ
３、４、５  電圧増幅器
６、７  トランジスタ
８  定電流源
１０  オフセットキャンセル回路
【図１】
0004567177.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004567177.tif 000004
【図４】
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