(57)【要約】【課題】入力信号に対する出力信号の線形性を担保すること。【解決手段】ＴＩＡ１０は、外部より電流信号Ｉｐｄを受ける入力端子Ｔｉｎと、入力端子Ｔｉｎに接続される入力端Ｃｉｎを有し、該入力端Ｃｉｎを介して受けた電流信号Ｉｉｎを電圧信号Ｖｔｉａに変換するＴＩＡコア部１２と、入力端子ＴｉｎにカソードＤ１Ｋが接続されたダイオードＤ１と、入力端子ＴｉｎにアノードＤ１Ａが接続されたダイオードＤ２と、ダイオードＤ１のアノードＤ１Ａに接続され、ダイオードＤ１の順方向に流れる第１の電流を供給する電流源Ｉ１と、ダイオードＤ２のカソードＤ２Ｋに接続され、ダイオードＤ２の順方向に流れる第２の電流を供給する電流源Ｉ２と、電圧信号Ｖｔｉａの増加に応じて第２の電流及び第２の電流をそれぞれ増加させるように設定するピーク検出部１４と、を備える。【選択図】図２
2017103636.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器であって、
外部より前記電流信号を受ける端子と、
前記端子に接続される入力端を有し、該入力端を介して受けた入力電流を前記電圧信号に変換する増幅部と、
前記端子にカソードが接続された第１のダイオードと、
前記端子にアノードが接続された第２のダイオードと、
前記第１のダイオードのアノードに接続され、前記第1のダイオードの順方向に流れる第１の電流を供給する第１の電流源と、
前記第２のダイオードのカソードに接続され、前記第２のダイオードの順方向に流れる第２の電流を供給する第２の電流源と、
前記電圧信号の増加に応じて前記第１の電流及び前記第２の電流のそれぞれを増加させるように設定する制御部と、
を備える前置増幅器。
【請求項２】
前記第２の電流源は、前記第1の電流の大きさと等しい大きさの前記第２の電流を供給する、請求項１記載の前置増幅器。
【請求項３】
前記第１の電流源は、前記第1の電流を生成する第１のトランジスタを有し、
前記第２の電流源は、前記第２の電流を生成する第２のトランジスタを有し、
前記制御部は、前記電圧信号に基づいて前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタを制御する、
請求項１又は２記載の前置増幅器。
【請求項４】
前記第1の電流源は、前記第1のトランジスタとともにカレントミラー回路を構成する第３のトランジスタと、該第３のトランジスタに直列に接続され、前記カレントミラー回路に入力電流を供給する第４のトランジスタとをさらに有し、
前記制御部は、前記電圧信号に基づいて前記第4のトランジスタ及び前記カレントミラー回路を介して前記第1のトランジスタを制御する、
請求項３記載の前置増幅器。
【請求項５】
前記第１のダイオードのアノード及び前記第２のダイオードのカソードは、それぞれ、第１及び第２のコンデンサを介して接地されている、請求項１〜４のいずれか一項記載の前置増幅器。
【請求項６】
光信号を電流信号に変換して出力する受信部と、
前記電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器であって、
前記電流信号を受ける端子と、
前記端子に接続される入力端を有し、該入力端を介して受けた入力電流を前記電圧信号に変換する増幅部と、
前記端子にカソードが接続された第１のダイオードと、
前記端子にアノードが接続された第２のダイオードと、
前記第１のダイオードのアノードに接続され、前記第1のダイオードの順方向に流れる第１の電流を供給する第１の電流源と、
前記第２のダイオードのカソードに接続され、前記第２のダイオードの順方向に流れる第２の電流を供給する第２の電流源と、
前記電圧信号の増加に応じて前記第１の電流及び前記第２の電流のそれぞれを増加させるように設定する制御部と、
を有する前置増幅器と、
を備える光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前置増幅器およびそれを含む光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光アクセスシステムの局側装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）等に用いられる光受信器として、トランスインピーダンス増幅器（前置増幅器）等の増幅器を備えた光受信器が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。このような光受信器では、受光素子に入力された光信号が電流信号に変換され、更に、当該電流信号が増幅器において増幅されるとともに電圧信号に変換されて出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭５９−２９０１３号公報
【特許文献２】特許第３０９８４６１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、光通信の高速大容量化に伴い、多値変調方式により信号の送受信が行われることが増えている。多値変調方式では、光受信器から出力される電気信号（電圧信号）がサンプリングされデジタル信号に変換される。更に、当該デジタル信号に対してデジタルでのデータ処理が施されることにより、伝送により発生した各種の歪み補償が行われる。
【０００５】
このような歪み補償を実現するためには、特許文献１〜３に記載されたような光受信器の増幅器において、入力信号に対する出力信号の線形性を広い入力パワー範囲で担保する必要がある。しかしながら、増幅器への入力信号が所定値よりも大きくなると、増幅器の増幅特性が飽和し、入力信号に対する出力信号の線形性が担保できなくなるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、入力信号に対する出力信号の線形性を担保することができる前置増幅器およびそれ含む光受信器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】
【０００７】
本発明はその一側面として前置増幅器に関する。この前置増幅器は、電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器であって、外部より電流信号を受ける端子と、端子に接続される入力端を有し、該入力端を介して受けた入力電流を電圧信号に変換する増幅部と、端子にカソードが接続された第１のダイオードと、端子にアノードが接続された第２のダイオードと、第１のダイオードのアノードに接続され、第1のダイオードの順方向に流れる第１の電流を供給する第１の電流源と、第２のダイオードのカソードに接続され、第２のダイオードの順方向に流れる第２の電流を供給する第２の電流源と、電圧信号の増加に応じて第１の電流及び第２の電流のそれぞれを増加させるように設定する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、入力信号に対する出力信号の線形性を担保することができる前置増幅器およびそれを含む光受信器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）はＰＯＮ方式のシステムを例示するブロック図であり、図１（ｂ）はＰＯＮ方式の時間に対する受信器で受信される光信号の模式図である。
【図２】本実施形態に係る受信部（光受信器）を示す回路図である。
【図３】図２の回路図の詳細を示す図である。
【図４】比較例に係る受信部を示す回路図である。
【図５】ダイオードの電流−電圧特性を示すグラフである。
【図６】受信部に入力される信号の光入力パワーと出力振幅との関係を示すグラフである。
【図７】受信部に入力される信号の光入力パワーと歪率との関係を示すグラフである。
【図８】受信部に入力される信号の光入力パワーとバイアス電流との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１１】
本発明はその一側面として前置増幅器に関する。この前置増幅器は、電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器であって、外部より電流信号を受ける端子と、端子に接続される入力端を有し、該入力端を介して受けた入力電流を電圧信号に変換する増幅部と、端子にカソードが接続された第１のダイオードと、端子にアノードが接続された第２のダイオードと、第１のダイオードのアノードに接続され、第1のダイオードの順方向に流れる第１の電流を供給する第１の電流源と、第２のダイオードのカソードに接続され、第２のダイオードの順方向に流れる第２の電流を供給する第２の電流源と、電圧信号の増加に応じて第１の電流及び第２の電流のそれぞれを増加させるように設定する制御部と、を備える。
【００１２】
本発明に係る前置増幅器では、端子が外部から電流信号を受け、該端子に接続された入力端を介して受けた入力電流が、増幅部により電圧信号に変換される。また、当該電圧信号の電圧値の増加に応じて、第１の電流及び第２の電流がそれぞれ増加するように設定される。すなわち、増幅部から出力される電圧信号の電圧値が大きくなることに応じて、第１の電流源及び第２の電流源が生成する第１の電流及び第２の電流が大きくなる。これらの電流が大きくなることによって、第１のダイオード及び第２のダイオードのインピーダンスは小さくなる。そして、第１のダイオードのカソードは上記端子に接続されており、第２のダイオードのアノードは上記端子に接続されているので、第１のダイオード及び第２のダイオードのインピーダンスの減少に応じて、端子から出力される電流の一部が、第１のダイオード及び第２のダイオードに分岐して流れることとなる。このように制御することにより、増幅部から出力される電圧信号の電圧値が大きい場合に、端子から第１のダイオード及び第２のダイオードに流れる（分岐する）電流を大きくし、増幅部に入力される電流（入力電流）を低減することができる。このことで、増幅器の増幅特性が飽和する程度にまで増幅器に入力される電流が大きくなることを回避することができる。以上により、増幅器において入力信号に対する出力信号の線形性を担保することができる。
【００１３】
ダイオードは、順方向に所定値以上の電圧が加わった場合にインピーダンスが下がり順方向（アノードからカソード）に比較的大きな電流が流れる。ここで、ダイオードの電流-電圧特性は非線形であり、電流の大きさによってダイオードのインピーダンスは変化する。当該ダイオードの非線形性に由来して、増幅器において、入力信号に対する出力信号の線形性が担保できなくなるおそれがある。この点、本発明に係る光受信器では、カソードが端子に接続された第１のダイオードと、アノードが端子に接続された第２のダイオードとが設けられている。当該２つのダイオードそれぞれのインピーダンスは、互いの非線形性を補うように変化する。このため、２つのダイオードの非線形性は相殺されることとなる。このように、２つのダイオードを対称に設けて、互いの非線形性が相殺されることによって、上述したダイオードの非線形性を改善することができる。以上より、ダイオードの非線形性を改善することによって、増幅器における出力信号の線形性をより好適に担保することができる。
【００１４】
また、上記の前置増幅器において、第２の電流源は、第1の電流の大きさと等しい大きさの第２の電流を供給してもよい。これにより、第１のダイオード及び第２のダイオードのインピーダンスを同程度の値とすることができ、上記端子から第１のダイオード及び第２のダイオードに流れる（分岐する）電流を互いに同程度とできる。このことで、上述した２つのダイオードの非線形性の相殺効果をより好適に発揮することができる。
【００１５】
また、上記の前置増幅器において、第１の電流源は、第1の電流を生成する第１のトランジスタを有し、第２の電流源は、第２の電流を生成する第２のトランジスタを有し、制御部は、電圧信号に基づいて第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを制御してもよい。これにより、第１の電流源及び第２の電流源を簡易な構成とでき、前値増幅器の小型化を実現することができる。
【００１６】
また、上記の前置増幅器において、第1の電流源は、第1のトランジスタとともにカレントミラー回路を構成する第３のトランジスタと、該第３のトランジスタに直列に接続され、カレントミラー回路に入力電流を供給する第４のトランジスタとをさらに有し、制御部は、電圧信号に基づいて制御信号を生成し、制御信号によって第4のトランジスタ及びカレントミラー回路を介して第1のトランジスタを制御してもよい。これにより、一つの制御信号に応じて互いに流れる向きの異なる２つの電流（第１の電流及び第２の電流）を容易に生成することができる。また、第２のトランジスタの特性と第４のトランジスタの特性を同じにすることによって、第１のトランジスタが生成する第１の電流と第２のトランジスタが生成する第２の電流とを互いに同じ大きさにすることができる。さらに、制御信号の電圧が増加すると第１の電流及び第２の電流がそれぞれ増加するという制御に好適な特性も容易に得ることができる。すなわち、制御信号の電圧値が電圧信号の振幅の増加に応じて増加するようにピーク検出部（制御部）を構成することによって、電圧信号の増加に応じて第１の電流及び第２の電流を増加させることができる。従って、それらの機能及び特性を第１のトランジスタから第４のトランジスタの４つのトランジスタによる簡易な構成で実現でき、前値増幅器の小型化に寄与することができる。
【００１７】
また、上記の前置増幅器において、第１のダイオードのアノード及び第２のダイオードのカソードは、それぞれ、第１及び第２のコンデンサを介して接地されていてもよい。これにより、第１のダイオード及び第２のダイオードを交流的に短絡することができる結果、第１及び第２のダイオードのインピーダンスを上記端子側から直接見えるようにすることができる。
【００１８】
本発明はその一側面として光受信器に関する。この光受信器は、光信号を電流信号に変換して出力する受信部と、電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器であって、電流信号を受ける端子と、端子に接続される入力端を有し、該入力端を介して受けた入力電流を電圧信号に変換する増幅部と、端子にカソードが接続された第１のダイオードと、端子にアノードが接続された第２のダイオードと、第１のダイオードのアノードに接続され、第1のダイオードの順方向に流れる第１の電流を供給する第１の電流源と、第２のダイオードのカソードに接続され、第２のダイオードの順方向に流れる第２の電流を供給する第２の電流源と、電圧信号の増加に応じて第１の電流及び第２の電流のそれぞれを増加させるように設定する制御部と、を有する前置増幅器と、を備える。
【００１９】
［本願発明の実施形態の詳細］
まず、本発明の実施形態に係るシステムの一例として、ＰＯＮ（PassiveOptical Network）方式の通信システムについて説明する。図１（ａ）は、ＰＯＮ方式の通信システムのブロック図である。
局舎８０内の局側通信装置８２は、例えば、複数の家庭７０ａ〜７０ｃ内の各家庭側通信装置７２と光ファイバである通信経路Ｌ１及びＬ２を介し接続されている。局側通信装置８２は、例えばＯＬＴ（Optical Line Terminal）である。局側通信装置８２とオプティカルスプリッタ７４とは１本の通信経路Ｌ１で接続されている。オプティカルスプリッタ７４と各家庭側通信装置７２との間は各通信経路Ｌ２を介し接続されている。オプティカルスプリッタ７４は、各家庭側通信装置７２から各通信経路Ｌ２を介し入出力された光信号を通信経路Ｌ１に結合する。通信経路Ｌ１の光信号は局側通信装置８２に入出力される。局側通信装置８２は制御回路８４、送信部８６及び受信部１（光受信器）を有している。送信部８６は、各家庭側通信装置７２に光信号を送信する送信回路である。受信部１は、各家庭側通信装置７２からの光信号を受信する受信回路である。制御回路８４は送信部８６及び受信部１を制御する回路である。送信部８６から送信される光信号と受信部１で受信される光信号とはそれぞれ互いに異なった波長を持っている。それにより、１本の光ファイバで送受信を行うことができる。
【００２０】
図１（ｂ）は、受信部１の受光素子ＰＤ１（図２参照）に入力される光信号の信号強度（振幅）の時間変化を示す模式図である。期間Ｔｏｎ１の間は家庭７０ａの家庭側通信装置７２からの光信号が入力される。期間Ｔｏｆｆ１の間には光信号は入力されず、期間Ｔｏｎ２において家庭７０ｂの家庭側通信装置（不図示）からの光信号が入力される。さらに、期間Ｔｏｆｆ２の間には光信号は入力されず、期間Ｔｏｎ３において家庭７０ｃの家庭側通信装置（不図示）からの光信号が入力される。各家庭側通信装置７２の出力信号の振幅及び各通信経路Ｌ２での光信号の損失はそれぞれ異なる。このため、期間Ｔｏｎ１、Ｔｏｎ２及びＴｏｎ３（入力信号期間）の光信号の振幅はそれぞれ振幅Ａ１、Ａ２及びＡ３のように互いに異なった大きさとなる。このように、ＰＯＮ用の受信部１には、異なる家庭から光信号が異なる振幅で不定期に入力される。なお、期間Ｔｏｆｆ１及びＴｏｆｆ２は通信経路Ｌ２を切り換える期間（インターバル期間）である。受信部１に用いられる増幅回路においては、入力する光信号の振幅が異なるため、帰還制御回路が用いられる。
【００２１】
次に、受信部１の構成について詳細に説明する。図２は、受信部１を示す回路図である。なお、図２においては、局側通信装置８２の受信部１の構成のうち、一部の構成の図示を省略している。例えば、受信部１は、図２に図示した構成の他に、様々な強度の電圧信号を一定振幅の電圧信号に変換して出力するＩＣ（Integrated Circuit）であるＬＩＡ（Limiting Amplifier）や、ＬＩＡの出力信号から所定のクロック信号を抽出するＣＤＲ（Clock and Data Recovery）を備えている。また、図３は、図２の回路図の詳細を示す図である。
【００２２】
受信部１は、例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮ（10 Gigabit Ethernet Passive Optical Network）受信器である。図２に示されるように、受信部１は、受光素子ＰＤ１と、トランスインピーダンス増幅器（前置増幅器またはＴＩＡ：Trans-Impedance Amplifier）１０とを備えている。
【００２３】
受光素子ＰＤ１は、受信部１に入力された光信号を電気信号、より詳細には電流信号に変換する素子であり、例えばアバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ：Avalanche PhotoDiode）である。受光素子ＰＤ１のカソードは電源ＶＰＤに接続されている。また、受光素子ＰＤ１のアノードはＴＩＡ１０の入力端子Ｔｉｎ（端子）に接続されている。該入力端子Ｔｉｎは、ＴＩＡ１０が外部から電流信号Ｉｐｄを受ける端子である。すなわち、受光素子ＰＤ１によって出力された電流信号Ｉｐｄは、入力端子Ｔｉｎを介してＴＩＡ１０に入力される。
【００２４】
ＴＩＡ１０は、入力された電流信号をインピーダンス変換するとともに増幅し、電圧信号に変換して出力するＩＣである。ＴＩＡ１０によって増幅された電圧信号は、ＬＩＡ（不図示）に入力される。なお、ＴＩＡ１０とＬＩＡ（不図示）とは、コンデンサ（不図示）によってＡＣ結合されている。
【００２５】
図２に示されるように、ＴＩＡ１０は、ＴＩＡコア部１２（増幅部）と、ピーク検出部１４（制御部）と、電流源Ｉ１，Ｉ２（第１の電流源，第２の電流源）と、ダイオードＤ１，Ｄ２（第１のダイオード，第２のダイオード）とを備えている。
【００２６】
ＴＩＡコア部１２は、アンプ１３と帰還抵抗ＲＦとを有し、電流信号を電圧信号に変換して該電圧信号を出力する。ＴＩＡコア部１２は、ＴＩＡ１０の入力端子Ｔｉｎに接続される入力端Ｃｉｎを有し、該入力端Ｃｉｎを介して受けた電流信号Ｉｉｎを電圧信号Ｖｔｉａに変換する。すなわち、ＴＩＡコア部１２は、受光素子ＰＤ１の出力端子に接続され、電流信号Ｉｉｎを増幅し電圧信号Ｖｔｉａを出力する。当該電圧信号Ｖｔｉａは、出力端子Ｔｏｕｔを介してＬＩＡ（不図示）に出力される。
【００２７】
ピーク検出部１４は、ＴＩＡコア部１２から出力された電圧信号Ｖｔｉａの振幅（ピーク電圧値）を検出し、該振幅に応じた制御信号を電流源Ｉ１，Ｉ２に出力する。制御信号とは、電流源Ｉ１，Ｉ２において生成される電流を制御する信号である。振幅に応じた制御信号とは、振幅が大きいほど電流源Ｉ１，Ｉ２において生成される電流が大きくなるように電流源Ｉ１，Ｉ２を制御する信号である。すなわち、ピーク検出部１４は、電圧信号Ｖｔｉａの増加に応じて、電流源Ｉ１，Ｉ２において生成される電流を増加させるように設定する。
【００２８】
より詳細には、図３に示されるように、ピーク検出部１４は、ピークホールド回路１５と、コンパレータ回路１６とを有している。ピークホールド回路１５は、電圧信号Ｖｔｉａのピーク電圧値を検出し一定時間ホールド（保持）する回路である。コンパレータ回路１６は、ピークホールド回路１５が検出したピーク電圧値と、予め記憶している参照電圧Ｖｒｅｆとを比較し、該比較結果に応じた制御信号を出力する回路である。
【００２９】
図２に戻り、電流源Ｉ１は、ダイオードＤ１のアノードＤ１Ａに接続され、ダイオードＤ１の順方向に流れる電流を生成する。電流源Ｉ１は、ピーク検出部１４から出力された制御信号に応じて、ダイオードＤ１のアノードＤ１ＡからカソードＤ１Ｋに向かって流れる電流を生成する。電流源Ｉ１は電源ＶｃｃとダイオードＤ１のアノードＤ１Ａとの間に接続されている。また、電流源Ｉ２は、ダイオードＤ２のカソードＤ２Ｋに接続され、ダイオードＤ２の順方向に流れる電流を生成する。電流源Ｉ２は、ピーク検出部１４から出力された制御信号に応じて、ダイオードＤ２のアノードＤ２ＡからカソードＤ２Ｋに向かって流れる電流を生成する。電流源Ｉ２はダイオードＤ２のカソードＤ２Ｋと接地点との間に接続されている。電流源Ｉ１，Ｉ２の具体的な構成について、図３を参照して説明する。
【００３０】
図３に示されるように、ＴＩＡ１０は、トランジスタＱ１（第１のトランジスタ），Ｑ３（第３のトランジスタ），及びＱ４（第４のトランジスタ）を有する電流源Ｉ１と、トランジスタＱ２（第２のトランジスタ）を有する電流源Ｉ２とを有している。ピーク検出部１４は、電圧信号Ｖｔｉａに基づいて、少なくともトランジスタＱ１，Ｑ２を制御する。
【００３１】
トランジスタＱ２，Ｑ４は、いずれもＮＰＮトランジスタであり、互いに同一の特性を有している。トランジスタＱ２，Ｑ４のベース（制御端子）は、いずれもコンパレータ回路１６の出力端子に接続されている。このため、コンパレータ回路１６から出力された制御信号は、トランジスタＱ２，Ｑ４のベースに入力される。トランジスタＱ２，Ｑ４のエミッタ（一方の電流端子）は接地されている。また、トランジスタＱ２のコレクタ（他方の電流端子）はダイオードＤ２のカソードＤ２Ｋに接続されており、トランジスタＱ４のコレクタ（他方の電流端子）はトランジスタＱ３のコレクタ（他方の電流端子）に接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ１，Ｑ３は、いずれもＰＮＰトランジスタであり、互いに同一の特性を有している。トランジスタＱ３のコレクタは、トランジスタＱ４のコレクタ（他方の電流端子）に接続されるとともにトランジスタＱ３のベース（制御端子）に接続されている。トランジスタＱ３のベースは、トランジスタＱ１のベース（制御端子）に接続されている。そして、トランジスタＱ１のコレクタ（他方の電流端子）はダイオードＤ１のアノードＤ１Ａに接続されている。トランジスタＱ１のコレクタ電流は、ダイオードＤ１に順方向に流れる。トランジスタＱ１，Ｑ３はカレントミラー回路１７を構成する。すなわち、トランジスタＱ３のコレクタ電流はカレントミラー回路１７の入力電流となり、トランジスタＱ１のコレクタ電流はカレントミラー回路１７の出力電流となる。従って、例えばトランジスタＱ１の特性とトランジスタＱ３の特性とが同じとなるように設定することによって、トランジスタＱ１のコレクタ電流の電流値をトランジスタＱ３のコレクタ電流の電流値と等しくすることができる。このような構成において、電流源Ｉ２は、トランジスタＱ２が制御信号に応じて生成するコレクタ電流をダイオードＤ２に順方向に流れる電流として供給する。また、電流源Ｉ２において、カレントミラー回路１７によって、トランジスタＱ４を流れるコレクタ電流とトランジスタＱ１を流れるコレクタ電流とが等しくなるように、各トランジスタの特性（トランジスタのサイズに依存する要素も含む）が決定されている。このため、電流源Ｉ１のトランジスタＱ１が生成する、ダイオードＤ１を順方向に流れる電流（第１の電流）の電流値と、電流源Ｉ２のトランジスタＱ２が生成する、ダイオードＤ２を順方向に流れる電流（第２の電流）の電流値とが一致する。なお、トランジスタＱ１，Ｑ３のエミッタ（一方の電流端子）は、いずれも電源Ｖｃｃに接続されている。なお、例えば、トランジスタＱ２が生成するコレクタ電流とトランジスタＱ４が生成するコレクタ電流との比がＫ：１（Ｋは１以上の実数）となるようにそれぞれのトランジスタの特性を設定し、さらに、トランジスタＱ１が生成するコレクタ電流とトランジスタＱ３が生成するコレクタ電流との比がＫ：１となるようそれぞれのトランジスタの特性を設定することで、トランジスタＱ３が生成するコレクタ電流とトランジスタＱ４が生成するコレクタ電流が等しいことから、トランジスタＱ２が生成するコレクタ電流（第２の電流）とトランジスタＱ１が生成するコレクタ電流（第１の電流）とを等しくすることができる。このようにすることで、電源ＶｃｃからトランジスタＱ４及びトランジスタＱ３を介して接地（グランド）に流れる電流を第１の電流及び第２の電流よりも小さくできるので前置増幅器１０の消費電力を削減することができる。
【００３３】
図２に戻り、ダイオードＤ１は、入力端子Ｔｉｎ及び電流源Ｉ１に接続されている。より詳細には、ダイオードＤ１は、カソードＤ１Ｋが入力端子Ｔｉｎに接続されるとともに、アノードＤ１Ａが電流源Ｉ１に接続されている。また、ダイオードＤ１のカソードＤ１Ｋは、ダイオードＤ２のアノードＤ２Ａに接続されている。また、ダイオードＤ１のアノードＤ１Ａは、コンデンサＣ１（第１のコンデンサ）を介して接地されている。
【００３４】
ダイオードＤ２は、入力端子Ｔｉｎ及び電流源Ｉ２に接続されている。より詳細には、ダイオードＤ２は、アノードＤ２Ａが入力端子Ｔｉｎに接続されるとともに、カソードＤ２Ｋが電流源Ｉ２に接続されている。また、ダイオードＤ２のアノードＤ２Ａは、ダイオードＤ１のカソードＤ１Ｋに接続されている。また、ダイオードＤ２のカソードＤ２Ｋは、コンデンサＣ２（第２のコンデンサ）を介して接地されている。上述したダイオードＤ１，Ｄ２は、互いに同一の特性を有している。
【００３５】
次に、図２及び図３を参照して、上述した受信部１の動作を説明する。受信部１では、まず、受光素子ＰＤ１によって、検出された光信号が電流信号Ｉｐｄに変換される。そして、当該電流信号Ｉｐｄの一部分が電流信号ＩｉｎとしてＴＩＡコア部１２に入力される。ＴＩＡコア部１２では、電流信号Ｉｉｎが増幅されるとともに電圧信号Ｖｔｉａとして出力される。
【００３６】
つづいて、ピーク検出部１４のピークホールド回路１５によって、ＴＩＡコア部１２から出力された電圧信号Ｖｔｉａの電圧値（ピーク電圧値）が検出される。そして、ピーク検出部１４のコンパレータ回路１６によって、ピークホールド回路１５が検出したピーク電圧値と予め記憶された参照電圧Ｖｒｅｆとが比較され、比較結果に応じた制御信号が出力される。なお、ピーク電圧値は、電圧信号Ｖｔｉａの振幅と等価な値として扱われる。例えば、電圧信号Ｖｔｉａの波形が、図１（ｂ）の光信号の波形のようにロウレベルが常に一定の基準電位に固定される場合には、ピーク電圧値は電圧振幅と等しくなる。あるいは、反対に、ハイレベルが常に一定の基準電位に固定される場合には、ピークホールド回路の代わりにボトム電圧値を検出するボトムホールド回路を使用しても良い。その場合には、基準電位とボトム電圧値との差は電圧振幅と等しくなる。
【００３７】
上記制御信号は、トランジスタＱ２，Ｑ４のベースに入力される。ここで、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は同一のカレントミラー回路に含まれている。そして、トランジスタＱ３のコレクタが、トランジスタＱ４のコレクタ及びトランジスタＱ３のベースに接続され、トランジスタＱ３のベースがトランジスタＱ１のベース（制御端子）に接続され、トランジスタＱ１のコレクタが、ダイオードＤ１，Ｄ２を介してトランジスタＱ２のコレクタに直列接続されている。このことから、電流源Ｉ１であるトランジスタＱ１が生成する電流の電流値と、電流源Ｉ２であるトランジスタＱ２が生成する電流の電流値とが等しくなる。
【００３８】
ピークホールド回路１５によって検出されるピーク電圧値が小さい状態においては、電流源Ｉ１，Ｉ２において生成される電流が小さいため、ダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンスは大きい値に維持される。この場合、ダイオードＤ１，Ｄ２はＴＩＡコア部１２に流れ込む電流信号Ｉｉｎに影響を与えない。このことは、ＴＩＡコア部１２による信号増幅において入力信号のノイズを小さく保つためにも必要である。
【００３９】
一方で、ピーク電圧値が大きくなり電流源Ｉ１，Ｉ２において生成される電流が大きくなると、当該電流が流れるダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンス減少量が大きくなる。そして、ダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンスが所定値よりも小さくなると、受光素子ＰＤ１から流れる電流信号Ｉｐｄの一部が分岐電流ＩｂｃとしてダイオードＤ１，Ｄ２に流れ始める。これにより、ＴＩＡコア部１２に流れ込む電流信号Ｉｉｎは、電流信号Ｉｐｄから分岐電流Ｉｂｃの合計値を差し引いた大きさとなる。そして、ＴＩＡコア部１２によって、差し引き後の電流信号Ｉｉｎを増幅した電圧信号Ｖｔｉａが出力される。このように、電圧信号Ｖｔｉａの電圧値が所定値よりも大きくなった場合には、電流信号Ｉｐｄの一部がダイオードＤ１,Ｄ２に分岐され、ＴＩＡコア部１２に流れ込む電流信号Ｉｉｎの増大が抑制される。
【００４０】
次に、本実施形態に係る受信部１の作用効果について説明する。
【００４１】
本実施形態に係る受信部１では、電流信号ＩｐｄがＴＩＡコア部１２によって電圧信号Ｖｔｉａに変換されるとともに増幅される。また、当該電圧信号Ｖｔｉａのピーク電圧値がピークホールド回路１５によって検出され、当該ピーク電圧値に応じた制御信号がコンパレータ回路１６によって出力される。そして、当該制御信号に応じて、電流源Ｉ１であるトランジスタＱ１により、ダイオードＤ１のアノードＤ１ＡからカソードＤ１Ｋに向かって流れる電流が生成され、電流源Ｉ２であるトランジスタＱ２により、ダイオードＤ２のアノードＤ２ＡからカソードＤ２Ｋに向かって流れる電流が生成される。すなわち、ＴＩＡコア部１２から出力される電圧信号Ｖｔｉａのピーク電圧値が大きくなることに応じて、トランジスタＱ１，Ｑ２が生成する電流が大きくなる。
【００４２】
そして、トランジスタＱ１，Ｑ２が生成する電流が大きくなることによって、当該電流が流れるダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンスが小さくなる。ここで、ダイオードＤ１のカソードＤ１Ｋは受光素子ＰＤ１の出力端子に接続されており、ダイオードＤ２のアノードＤ２Ａは受光素子ＰＤ１の出力端子に接続されているので、ダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンスの減少に応じて、受光素子ＰＤ１から出力される電流信号Ｉｐｄの一部が、分岐電流ＩｂｃとしてダイオードＤ１，Ｄ２に流れることとなる。このように制御することにより、ＴＩＡコア部１２から出力される電圧信号Ｖｔｉａのピーク電圧値が大きい場合に、受光素子ＰＤ１からダイオードＤ１，Ｄ２に流れる分岐電流Ｉｂｃを大きくし、ＴＩＡコア部１２に入力される電流信号Ｉｉｎを低減することができる。このことで、ＴＩＡコア部１２の増幅特性が飽和する程度にまでＴＩＡコア部１２に入力される電流信号Ｉｉｎが大きくなることを回避することができる。以上により、ＴＩＡコア部１２において入力信号に対する出力信号の線形性を担保することができる。
【００４３】
本実施形態に係る受信部１は、受光素子ＰＤ１の出力端子にカソードＤ１Ｋが接続されたダイオードＤ１と、受光素子ＰＤ１の出力端子にアノードＤ２Ａが接続されたダイオードＤ２とを備え、各ダイオードＤ１，Ｄ２に流れる電流を生成する電流源として電流源Ｉ１，Ｉ２を備えている。このような構成に替えて、例えば図４に示した比較例に係る受信部１０１のように、ダイオードＤ１及び電流源Ｉ１のみを備え、受信部１におけるダイオードＤ２及び電流源Ｉ２を備えない構成を採用することも考えられる。ここで、一般的にダイオードの電流-電圧特性は非線形である（図５参照）。そのため、ダイオードのインピーダンスは、ダイオードを流れる電流の大きさに応じて変化する。例えば、図５の電流-電圧特性の微分係数（傾き）は、コンダクタンスに相当し、インピーダンスはコンダクタンスの逆数に相当する。従って、電流が小さい時にはインピーダンスは大きく（傾きは小さく）、電流が大きくなるにつれてインピーダンスは小さくなる（傾きは大きくなる）。このようなダイオードの非線形性に由来して、ＴＩＡコア部１２において入力信号に対する出力信号の線形性が担保できなくなるおそれがある。よって、図４に示した比較例に係る受信部１０１のように、単にダイオードＤ１のみを備えた構成においては、ダイオードの非線形性を理由として、入力信号に対する出力信号の線形性を担保できないおそれがある。
【００４４】
この点、本実施形態に係る受信部１では、受光素子ＰＤ１の出力端子にカソードＤ１Ｋが接続されたダイオードＤ１と、受光素子ＰＤ１の出力端子にアノードＤ２Ａが接続されたダイオードＤ２とが設けられている。当該２つのダイオードＤ１，Ｄ２それぞれのインピーダンスは、互いの非線形性を補うように変化する。このため、２つのダイオードＤ１，Ｄ２の非線形性は相殺されることとなる。このように、入力信号を基準にして２つのダイオードＤ１，Ｄ２をそれぞれ高電位側と低電位側とに対称に設けて、互いの非線形性が相殺されることによって、上述したダイオードの非線形性を改善することができる。以上より、ダイオードの非線形性を改善することによって、ＴＩＡコア部１２における出力信号の線形性をより好適に担保することができる。
【００４５】
上述した受信部１における出力信号の線形性改善効果について、図６及び図７を参照して説明する。図６においては、横軸が受信部における光入力パワー［ｄＢｍ］を、縦軸が受信部における出力振幅［Ｖ］を示しており、グラフ中の実線が本実施形態に係る受信部１の結果を、破線が比較例に係る受信部１０１の結果を、一点鎖線がダイオードＤ１，Ｄ２及び電流源Ｉ１，Ｉ２を備えない従来の受信部の結果をそれぞれ示している。図６に示されるように、受信部１及び比較例に係る受信部１０１では、高入力において出力振幅の増加量が小さくなっており、高入力において、ＴＩＡコア部１２に入力される電流信号Ｉｉｎの増加を抑制することができている。一方で、従来の受信部では、高入力において出力振幅の増加量が大きく、線形性劣化の要因となっている。
【００４６】
図７においては、横軸が受信部における光入力パワー［ｄＢｍ］を、縦軸が受信部における歪率［％］を示しており、グラフ中の実線が本実施形態に係る受信部１の結果を、破線が比較例に係る受信部１０１の結果を、一点鎖線がダイオードＤ１，Ｄ２及び電流源Ｉ１，Ｉ２を備えない従来の受信部の結果をそれぞれ示している。なお、歪率とは、例えば１ＧＨｚの正弦波を入力信号とした際に出力信号に含まれる高調波の割合を示している。一般的に、当該歪率が低いほど、入力信号に対する出力信号の線形性が高いとされる。図７に示されるように、受信部１は、比較例に係る受信部１０１及び従来の受信部と比べて、明らかに歪率が低くなっている。特に、光入力パワーが大きい場合に、受信部１の歪率の低さが際立っていることが確認できる。
【００４７】
なお、本実施形態に係る受信部１は、低消費電力化の観点からも、比較例に係る受信部１０１と比べて優位である。当該低消費電力効果について、図８を参照して説明する。図８においては、横軸が受信部における光入力パワー［ｄＢｍ］を、縦軸がバイアス電流［Ａ］を示しており、グラフ中の実線が本実施形態に係る受信部１の結果を、破線が比較例に係る受信部１０１の結果をそれぞれ示している。ここでのバイアス電流とは、電流源が発生する直流電流であってダイオードのインピーダンスを下げる電流である。図８に示されるように、受信部１は、比較例に係る受信部１０１と比べると、バイアス電流量が明らかに少なくなっている。これは、入力信号を基準にして高電位側と低電位側との間で直列に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２を備えた受信部１では、ダイオードを１つのみ備えた受信部１０１と比べて、同じインピーダンスを得るために必要となるバイアス電流量を少なくできるためである。以上のことから、受信部１は、低消費電力化の観点からも優位である。
【００４８】
また、本実施形態に係る受信部１では、電流源Ｉ１であるトランジスタＱ１が生成する電流の電流値は、電流源Ｉ２であるトランジスタＱ２が生成する電流の電流値と一致している。これにより、ダイオードＤ１、Ｄ２のインピーダンスを互いに同程度の値とすることができる。このことで、受光素子ＰＤ１からダイオードＤ１に流れる分岐電流Ｉｂｃと、受光素子ＰＤ１からダイオードＤ２に流れる分岐電流Ｉｂｃとが互いに同程度となり、上述した２つのダイオードＤ１，Ｄ２の非線形性の相殺効果をより好適に発揮することができる。なお、電流源Ｉ１（トランジスタＱ１）及び電流源Ｉ２（トランジスタＱ２）がそれぞれ生成する電流は、直流電流（バイアス電流）であり、上述したようにダイオードＤ１、Ｄ２のインピーダンスを調整するために制御される。それに対して、電流信号Ｉｐｄ、Ｉｉｎおよび分岐電流Ｉｂｃは、それぞれ信号電流（交流電流）であり、電流源Ｉ１（トランジスタＱ１）及び電流源Ｉ２（トランジスタＱ２）による直流電流の影響を直接的に受けない。従って、分岐電流Ｉｂｃの大きさは、ダイオードＤ１，Ｄ２のインピーダンスに応じて変化し、電流信号Ｉｐｄから分岐電流Ｉｂｃを差し引いた電流が電流信号Ｉｉｎとなる。
【００４９】
また、本実施形態に係る受信部１では、電流源Ｉ１であるトランジスタＱ１及び電流源Ｉ２であるトランジスタＱ２は、同一のカレントミラー回路１７に含まれている。そして、トランジスタＱ３のコレクタが、トランジスタＱ４のコレクタ及びトランジスタＱ３のベースに接続され、トランジスタＱ３のベースがトランジスタＱ１のベースに接続され、トランジスタＱ１のコレクタが、ダイオードＤ１，Ｄ２を介してトランジスタＱ２のコレクタに直列接続されている。また、トランジスタＱ１，Ｑ３は互いに同一の特性を有しており、トランジスタＱ２，Ｑ４は互いに同一の特性を有している。このような構成によれば、トランジスタＱ１が生成する電流の電流値と、トランジスタＱ２が生成する電流の電流値とを、容易に同程度とすることができる。
【００５０】
また、ダイオードＤ１のアノードＤ１Ａ及びダイオードＤ２のカソードＤ２Ｋは、それぞれ、コンデンサＣ１，Ｃ２を介して接地されている。これにより、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２を交流的に短絡することができる結果、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２を受光素子ＰＤ１側から直接見えるようにすることができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第１の電流源が生成する電流の電流値は第２の電流源が生成する電流の電流値と一致しているとして説明したがこれに限定されず、これらの電流値が互いに異なる値であってもよい。また、第１の電流源及び第２の電流源が同一のカレントミラー回路に含まれているとして説明したがこれに限定されない。
【００５２】
また、ピーク検出部はＴＩＡコア部から出力された電圧信号のピーク電圧値を検出するとして説明したがこれに限定されず、例えば電圧信号の平均値を検出するものであってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１…受信部（光受信器）、１０…ＴＩＡ（前置増幅器）、１２…ＴＩＡコア部（増幅部）、１４…ピーク検出部（制御部）、１７…カレントミラー回路、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ（第１のコンデンサ，第２のコンデンサ）、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード（第１のダイオード，第２のダイオード）、Ｄ１Ａ，Ｄ２Ａ…アノード、Ｄ１Ｋ，Ｄ２Ｋ…カソード、Ｉ１，Ｉ２…電流源（第１の電流源，第２の電流源）、Ｉｐｄ，Ｉｉｎ…電流信号、ＰＤ１…受光素子、Ｖｔｉａ…電圧信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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