JP2010213128A - 電子回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】通信信号に応じ適切な利得制御が可能な電子回路を提供すること。
【解決手段】本発明は、通信信号が入力される増幅器10の出力に接続され、時定数制御信号Vswに基づいて時定数が可変である保持回路25を含み、前記増幅器10に入力される入力信号をバイパスするバイパス回路40を制御する制御信号を生成する制御信号回路20を有することを特徴とする電子回路である。本発明によれば、保存回路25の時定数が可変なため、通信信号に応じ適切な利得制御が可能となる。
【選択図】図5

Description

本発明は、電子回路に関し、特に、増幅器の出力に基づき入力端子からの入力信号をバイパスさせる電子回路に関する。
増幅器の出力に基づき増幅器のゲインを制御する自動利得制御(AGC)回路が知られている。特許文献1には、フォトダイオード等の受光素子の出力電流を電圧に変換し増幅するトランスインピーダンスアンプ(TIA)において、TIAの出力に基づき、TIAに入力する入力電流をバイパスさせるAGC回路が開示されている。
特開平3−97304号公報
しかしながら、特許文献1に記載の電子回路においては、増幅器に入力される通信信号に応じ、利得制御が適切に行なわれない場合がある。本発明は、通信信号に応じ適切な利得制御が可能な電子回路を提供することを目的とする。
本発明は、通信信号が入力される増幅器の出力に接続され、時定数制御信号に基づいて時定数が可変である保持回路を含み、前記増幅器に入力される入力信号をバイパスするバイパス回路を制御する制御信号を生成する制御信号回路を有することを特徴とする電子回路である。本発明によれば、通信信号に応じ適切な利得制御が可能となる。
上記構成において、前記時定数制御信号は、前記通信信号の初期状態においては前記保持回路の時定数を小さくするように制御され、その後、前記時定数を大きくするように制御される構成とすることができる。
上記構成において、前記時定数制御信号は、前記制御信号回路の出力に基づいて生成される構成とすることができる。
上記構成において、前記時定数制御信号は、前記制御信号回路の出力を遅延した信号に基づいて生成される構成とすることができる。
上記構成において、前記保持回路は、抵抗と容量を含み構成され、前記時定数の変更は、前記抵抗の値を変化させることで実現する構成とすることができる。
上記構成において、前記制御信号回路は比較回路を備え、前記保持回路の出力が基準値以上になった場合に、前記バイパスを開始する信号を出力する構成とすることができる。
上記構成において、前記入力信号は、プリアンブル期間とその後に続くペイロード期間を含み構成されたデータ列を有しており、前記時定数制御信号は、前記プリアンブル期間において、前記保持回路の時定数を小さくするように制御された後に、前記時定数を大きくするように制御される構成とすることができる。
上記構成において、前記入力信号は、入力信号期間とインターバル期間を有し、前記インターバル期間に前記保持回路の時定数がリセットされる構成とすることができる。
本発明によれば、通信信号に応じ適切な利得制御が可能となる。
図1(a)はPON方式のブロック図、図1(b)はPON方式の光通信の時間に対する光信号の模式図である。 図2は比較例に係る増幅回路の回路図である。 図3は比較例に係る増幅回路のタイミングチャートである。 図4は入力信号の例を示す図である。 図5は実施例1に係る増幅回路の回路図である。 図6は可変抵抗の回路図である。 図7は実施例1に係る増幅回路のタイミングチャートである。 図8は実施例2に係る増幅回路の回路図である。 図9は実施例2に係る増幅回路のタイミングチャートである。 図10は実施例3に係る増幅回路の回路図である。
まず、本発明が用いられるシステムの一例として、PON(Passive Optical Network)方式の通信システムについて説明する。図1(a)は、PON方式のブロック図である。局舎80内の局側通信装置82は、複数の家庭70aから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およびL2を介し接続されている。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信号を通信経路L1に結合する。通信経路L1の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および受信部88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88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および受信部88を制御する回路である。
図1(b)は、受信部88の受光素子(図2のフォトダイオード60参照)に入力される光信号を時間に対し示す模式図である。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の出力信号の振幅および各通信経路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およびTon3(入力信号期間)の光信号の振幅はそれぞれ振幅A1、A2およびA3と異なる。このように、PON用の受信部88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およびToff2は通信経路L2を切り替える期間(インターバル期間)である。受信部88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、自動利得制御回路が用いられる。
次に、受信部88に用いられる増幅回路の比較例について説明する。図2は、比較例に係る増幅回路の回路図である。図2を参照に、比較例の増幅回路100は、増幅器10、制御信号回路20、バイパス回路40および差動増幅器50を備えている。増幅回路100の入力端子Tinにはフォトダイオード60のアノードが接続されている。フォトダイオード60のカソードは電源Vpdに接続されている。入力端子Tinに入力した通信信号である入力信号(入力電流)Iinは増幅器10の入力信号(入力電流)Itiaとなる。
増幅器10は、アンプ12と帰還抵抗R0を有しており、電流を電圧に変換し増幅するトランスインピーダンスアンプとして機能する。増幅器10はノードNtiaに出力信号(出力電圧)Vtiaを出力する。差動増幅器50は、信号Vtiaと参照端子Tref1に印加された参照信号(参照電圧)Vref1とを差動増幅する。信号Vtiaが参照信号Vref1より大きければ、出力端子Toutに正の出力信号(出力電圧)Voutを、出力端子Toutbに負の出力信号Voutbを出力する。信号Vtiaが参照信号Vref1より小さければ、出力端子Toutに負の出力信号Voutを、出力端子Toutbに正の出力信号Voutbを出力する。出力信号VoutとVoutbは互いに相補信号である。差動増幅器50をリミットアンプとすることにより、出力信号VoutおよびVoutbを矩形信号とすることができる。
制御信号回路20は、増幅器10の出力信号Vtiaに基づき、制御信号(制御電圧)Vagcを生成する。制御信号回路20は、抵抗R1および容量C1を有している。抵抗R1は、ノードNtiaとバイパス回路40との間に直列に接続され、増幅器10から出力された出力信号Vtiaが入力する。容量C1は抵抗R1のバイパス回路40側とグランドとの間に接続され、抵抗R1の出力を充電する。このように、抵抗R1と容量C1とは保持回路25を構成する。保持回路25は、増幅器10の出力に接続されている。制御信号回路20は、出力信号Vtiaを抵抗R1と容量C1とにより規定される時定数により平均化し制御信号Vagcを出力する。このように、制御信号回路20は、後述するバイパス回路40を制御する制御信号Vagcを生成する。
入力端子Tinとグランドとの間に、ダイオード41および電流源42が直列に接続されている。ダイオード41のアノードは入力端子Tin、カソードは電流源42に接続されている。ダイオード41は、電流が逆流することを抑制する。バイパス回路40は、トランジスタを有している。トランジスタのコレクタは電源Vdに接続されている。トランジスタのエミッタはダイオード41と電流源42との間のノードに接続されている。トランジスタのベースには制御信号Vagcが入力される。制御信号Vagcが低くなると、バイパス回路40はダイオード41と電流源42との間のノードの電位を低くし入力信号Iinの一部をバイパス電流Ibとしてバイパスする。このように、バイパス回路40は、制御信号Vagcに基づいて入力信号をバイパスさせる。これにより、増幅器10に入力する信号Itiaが減少する。よって、増幅回路100の利得が低減する。
図3は、比較例の動作を示すタイミングチャートである。入力信号Iin、制御信号Vagcおよび制御信号回路20の時定数を時間に対し示している。入力信号はプリアンブル信号とペイロード信号とを有している。プリアンブル信号は、制御信号Vagcをペイロード信号が入力するまでの間に安定化させる(つまり、信号Vtiaを平均化する)ための信号である。ペイロード信号は、データの送受信のための信号である。プリアンブル信号が入力しはじめる時間をt0、プリアンブル信号が終了しペイロード信号が始まる時間をt1、ペイロード信号が終了する時間をt2、次のプリアンブル信号が入力し始める時間をt3とする。比較例では、制御信号回路20の時定数はτlで一定である。
時間t0において、制御信号Vagcは入力信号が入力する前の初期状態の信号Vtiaである。プリアンブル信号が入力し始めると、制御信号Vagcは時定数τlで信号Vtiaの平均値に近づいて行く。制御信号VagcがVthより小さくなると、バイパス回路40はバイパス電流Ibを流し始める。つまり、自動利得制御を開始する(ACGオン)。時間t2において、ペイロード信号が終了すると、信号Vtiaは大きくなる。制御信号Vagcは時定数τlで初期状態の信号Vtiaに戻る。制御信号VagcがVthより大きくなるとバイパス回路40はバイパス電流Ibを流さなくなる。つまり、自動利得制御が終了する(ACGオフ)。入力信号の振幅が大きい場合、制御信号Vagcはより小さくなるため、バイパス電流Ibはより大きくなり、増幅回路100の利得はより小さくなる。このように、増幅回路100は、入力信号の振幅に応じ利得を調整する。
図4は、入力信号Iinを示した図である。入力信号はプリアンブル期間とその後に続くペイロード期間を含み構成されたデータ列を有している。プリアンブル信号は、制御信号Vagcを安定させるための信号であり、ハイおよびローが交互に一定周期であらわれる。図1(b)のように、入力信号の振幅は様々なため、プリアンブル信号が入力する期間に制御信号Vagcを安定させる。ペイロード信号は、送受信すべき信号であり、プリアンブル信号の後に入力される。ペイロード信号のハイおよびローは不定期であり、入力信号において同じビットが連続することがある。この場合、図4の領域70のようにハイまたはローの期間が長く続く。
ペイロード信号において、ハイまたはローの期間が長く続いた場合制御信号Vagcが変動してしまうと増幅回路100の利得が変わってしまい、増幅回路100が不安定になってしまう。そこで、抵抗R1を大きくして、時定数τlを長くする。しかし、時定数τ1が長いと、図3のように、制御信号Vagcが安定する時間が長くなり、プリアンブル信号が終了する時間t1以降に自動利得制御が開始される。また、次の信号が入力する時間t3までに制御信号Vagcが初期状態に戻らないこともある。このため、制御信号Vagcを初期状態に戻すためのリセット回路を設ける場合がある。
このように、比較例においては、制御信号回路20の時定数を小さくすると、ペイロード信号期間中に制御信号Vagcを安定させることができない。一方、制御信号回路20の時定数を大きくすると、プリアンブル信号期間中にバイパス回路40を安定させることができない。以下、このような課題を解決する実施例について説明する。
図5は、実施例1に係る増幅回路100aの回路図である。制御信号回路20は差動増幅器34(比較回路)を有している。また、保持回路25の抵抗R1が可変抵抗である。時定数制御回路30が設けられ、時定数制御回路30は差動増幅器32を有している。差動増幅器34は、可変抵抗R1と容量C1の出力信号(出力電圧)Vtia2と参照信号Vref1とを差動増幅し、制御信号VagcをノードNagcに出力する。ノードNagcはバイパス回路40のトランジスタのベースに接続されている。また、時定数制御回路30の差動増幅器32は、制御信号Vagcと参照信号(参照電圧)Vref2とを比較し、制御信号Vagcが参照信号Vref2より小さくなると時定数制御信号Vswとしてローを、制御信号Vagcが参照信号Vref2より大きくなるとハイを出力する。
図6は、可変抵抗R1の例である。抵抗R11とスイッチSWが直列に接続され、抵抗R11およびスイッチSWと抵抗R12とが並列に接続されている。抵抗R12は抵抗R11より大きい。時定数制御信号Vswがハイのとき、スイッチSWはオンし、可変抵抗R1の抵抗は小さくなる。よって、保持回路25の時定数は小さい値τsとなる。時定数制御信号Vswがローのとき、スイッチSWはオフし、可変抵抗R1の抵抗は大きくなる。よって、保持回路25の時定数は大きい値τlとなる。その他の構成は、比較例の図2と同じであり説明を省略する。
図7は、実施例1の動作を示すタイミングチャートである。入力信号Iin、信号Vtia2、制御信号Vagcおよび保持回路25の時定数を時間に対し示している。時間t0において、時定数制御信号Vswはハイであり、時定数は短いτsである。Vtia2は入力信号が入力する前の信号Vtiaである。プリアンブル信号が入力し始めると、信号Vtia2は時定数τsで信号Vtiaの平均値に近づいて行く。信号Vtia2がVthより小さくなると、バイパス回路40はバイパス電流Ibを流し始め自動利得制御が開始される。一方、制御信号Vagcは信号Vtia2とほぼ同じように振舞う。制御信号Vagcが参照信号ref2より小さくなるとスイッチSWがオフし時定数は長いτlとなる。時間t2においてペイロード信号が終了すると、信号Vtia2および制御信号Vagcは徐々に大きくなる。信号Vtia2がVthより大きくなるとバイパス回路40はバイパス電流Ibを遮断し自動利得制御が終了する。制御信号Vagcが参照信号Vref2より大きくなると制御信号回路20の時定数は短いτsとなる。よって、信号Vtia2と制御信号Vagcは速やかに初期状態に戻る。
実施例1によれば、時定数制御回路30が制御信号Vagcに基づいて、可変抵抗R1の抵抗値を変化させることにより、保持回路25の時定数を制御する。これにより、入力信号に応じ、保持回路25の時定数を適切に制御することができる。
また、時定数制御回路30は、入力信号Iinが入力する前の初期状態からの出力信号Vtiaの変化が大きくなると、可変抵抗R1の抵抗値を初期状態の抵抗値より増大させるように可変抵抗R1の抵抗値を制御する。例えば、時定数制御回路30は、出力信号Vtiaの変化が所定量(参照信号Vref2に相当する)より大きくなると、可変抵抗R1の抵抗値を増大させる。これにより、保持回路25の時定数を制御する(つまりτsからτlとする)。これにより、入力信号Iinが入力後、保持回路25の時定数を大きくできる。
さらに、バイパス回路40は、初期状態からの出力信号Vtiaの変化が大きくなると入力信号Iinのバイパスを大きくする。例えば、バイパス回路40は、出力信号Vtiaの変化が所定量(Vthに相当する量)より大きくなると入力信号Iinをバイパスする。これにより、増幅器10の出力が大きくなると入力信号Iinをバイパスすることができ、増幅器10の利得を制御することができる。
さらに、制御信号回路20は、差動増幅器34(比較回路)により、保持回路25の出力が基準値Vth以上になった場合に、バイパスを開始する信号を出力する。
さらに、時定数制御回路30は、プリアンブル信号が入力する間(図6の時間t0からt1の間)に、可変抵抗R1の抵抗値を初期状態の抵抗値より増大させる。このように、時定数制御信号Vswは、プリアンブル期間において、保持回路25の時定数を小さくするように制御され後に、時定数を大きくするように制御される。これにより、プリアンブルの期間に制御信号を安定させ、ペイロード期間では保持回路25の時定数を大きくできる。
さらに、時定数制御回路30は、入力信号の入力が終了し次の入力信号が入力するまでの間(図6の時間t2からt3の間)に、可変抵抗R1の抵抗値を初期状態の抵抗値とする。このように、時定数制御回路30は、インターバル期間図6の時間t2からt3の間の期間)に保持回路25の時定数をリセットする。これにより、これにより、制御信号Vagcを初期状態に戻すためのリセット回路が不要となる。
時定数τsは、プリアンブル信号内で制御信号Vsgcを安定化させるためプリアンブルの期間より短いことが好ましい。また、時定数τsは、プリアンブル信号のハイローの周期で変動しないようにプリアンブル信号のハイローの周期より長いことが好ましい。
図8は、実施例2に係る増幅回路100bの回路図である。時定数制御回路30は、遅延回路36を有している。遅延回路36は抵抗R2および容量C2を有している。遅延回路36は制御信号Vagcを遅延させ信号(電圧)Vagc2を差動増幅器32に出力する。その他の構成は、実施例1の図5と同じであり説明を省略する。
図9は、実施例2の動作を示すタイミングチャートである。入力信号Iin、信号Vtia2、制御信号Vagc、信号Vagc2および保持回路25の時定数を時間に対し示している。信号Vagc2の破線は、遅延回路36を用いない場合の信号を仮想的に示している。時間t0において、時定数制御信号Vswはハイであり、時定数は短いτsである。信号Vagc2は制御信号Vagcから遅延している。このため、実施例1の図7に比べ、スイッチSWがオンする時間およびオフする時間が遅くなる。つまり、時定数がτsからτlになる時間、時定数τlからτsになる時間が実施例1より遅くなる。
実施例1では、制御信号回路20が短い時定数τsで動作を開始したのちに、制御信号回路20を長い時定数τlに切り替えることで、自動利得制御を安定に行うことができる。実施例2では、前述の時定数の切り替えのタイミングを遅らせることで。制御信号回路20が短い時定数の状態で十分に動作したのち、制御信号回路20を長い時定数τlに切り替えることで、さらに、自動利得制御を安定に行うことができる。
実施例2によれば、時定数制御回路30は、初期状態からの出力信号Vtiaの変化が所定量より大きくなってから一定時間経過後に、可変抵抗R1の抵抗値を初期状態の抵抗値より増大させる。これにより、時定数制御回路30は、バイパス回路40が入力信号Iinのバイパスを開始させた後に可変抵抗R1の抵抗値を初期状態の抵抗値より増大させることができる。このように、時定数制御信号は、制御信号回路20の出力を遅延した信号に基づいて生成することができる。よって、自動利得制御が開始される時点は保持回路25の時定数を短い状態とすることができ、制御信号Vagcを早期に安定させることができる。
図10は、実施例3に係る増幅回路100cの回路図である。時定数制御回路30aには、制御信号回路20の出力は入力してない。実施例3では、時定数制御回路30は、プリアンブル期間の後半、またはペイロード期間に入ったことを検知して保持回路25の時定数を大きくする制御を行う。実施例1および2のように、時定数制御回路30は、制御信号回路20の保持回路(抵抗R1およびC1)の時定数制御のために制御信号回路20の出力を利用してもよい。つまり、時定数制御信号Vswは、制御信号回路20の出力に基づいて生成してもよい。また、実施例3のように、時定数制御回路30aは、制御信号回路20とは独立に時定数制御を行ってもよい。
実施例1から3によれば、制御信号回路20は、時定数制御信号Vswに基づいて時定数が可変である保持回路25を含む。また、制御信号回路20は、増幅器10に入力される入力信号Iinをバイパスするバイパス回路40を制御する制御信号Vgacを生成する。このように、保存回路25の時定数が可変なため、入力信号に応じ、制御信号回路20の時定数を適切に制御することができる。
また、時定数制御信号Vswは、通信信号の初期状態においては保持回路25の時定数を小さくするように制御され、その後、時定数を大きくするように制御される。これにより、プリアンブルの期間に制御信号Vagcを安定させ、ペイロード期間では保持回路25の時定数を大きくできる。
実施例1から3では、保持回路25が抵抗R1と容量C1を含み構成され、時定数の変更は、抵抗R1の値を変化させることで実現している。保持回路25は、時定数が可変な保持回路(例えばローパスフィルタ)であればよい。抵抗以外の値(例えば容量値)を変化させることにより、保持回路25の時定数を変更してもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
10 増幅器
20 制御信号回路
25 保持回路
30 時定数制御回路
36 遅延回路
40 バイパス回路

Claims (8)

  1. 通信信号が入力される増幅器の出力に接続され、時定数制御信号に基づいて時定数が可変である保持回路を含み、前記増幅器に入力される入力信号をバイパスするバイパス回路を制御する制御信号を生成する制御信号回路を有することを特徴とする電子回路。
  2. 前記時定数制御信号は、前記通信信号の初期状態においては前記保持回路の時定数を小さくするように制御され、その後、前記時定数を大きくするように制御されることを特徴とする請求項1記載の電子回路。
  3. 前記時定数制御信号は、前記制御信号回路の出力に基づいて生成されることを特徴とする請求項1記載の電子回路。
  4. 前記時定数制御信号は、前記制御信号回路の出力を遅延した信号に基づいて生成されることを特徴とする請求項1記載の電子回路。
  5. 前記保持回路は、抵抗と容量を含み構成され、前記時定数の変更は、前記抵抗の値を変化させることで実現することを特徴とする請求項1記載の電子回路。
  6. 前記制御信号回路は比較回路を備え、前記保持回路の出力が基準値以上になった場合に、前記バイパスを開始する信号を出力することを特徴とする請求項1記載の電子回路。
  7. 前記入力信号は、プリアンブル期間とその後に続くペイロード期間を含み構成されたデータ列を有しており、
    前記時定数制御信号は、前記プリアンブル期間において、前記保持回路の時定数を小さくするように制御された後に、前記時定数を大きくするように制御されることを特徴とする請求項1記載の電子回路。
  8. 前記入力信号は、入力信号期間とインターバル期間を有し、
    前記インターバル期間に前記保持回路の時定数がリセットされることを特徴とする請求項1記載の電子回路。

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