JP3665635B2 - 光信号受信回路、及び、光信号受信半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号伝送フォトカプラや光デジタルデータリンクなどに使用される光信号受信回路及び光信号受信半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図7は、従来のデジタル式の光信号受信回路5の回路構成を示すブロック図であり、図8は、図7の光信号受信回路5の各所における電圧波形を示す図である。
【0003】
図7に示すように、従来の光信号受信回路5は、フォトダイオード10、12と、トランスインピーダンスアンプ14、16と、差動アンプ20と、コンパレータ22と、出力回路24と、遮光部30とを備えて構成されている。
【0004】
フォトダイオード10には、光信号が入力されており、この光信号に応じて、電流信号を生成する。この電流信号は、トランスインピーダンスアンプ14で、電圧信号に変換される。この電圧信号の一例が、図8(A)におけるS1である。そして、この電圧信号S1は、差動アンプ20に入力される。
【0005】
一方、ダミーのフォトダイオード12には、遮光部30が設けられているので、光信号が入力されることはなく、ノイズ等に基づく電流信号を生成するだけである。このノイズ等に基づく電流信号は、フォトダイオード10と同様に発生していると仮定できる。フォトダイオード12で生成されたノイズ等に基づく電流信号は、ダミーのトランスインピーダンスアンプ16で電圧信号に変換される。この電圧信号は、電圧源V1により電圧V1だけかさ上げされて、差動アンプ20に入力される。この電圧信号の一例が、図8(A)におけるS2である。なお、電圧V1だけオフセットを設けるのは、トランスインピーダンスアンプ14の出力である電圧信号S1が0Vである場合に、電圧信号S2の方が高い電圧になるようにして、コンパレータ22の動作を安定化させるためである。
【0006】
差動アンプ20は、これらの電圧信号S1、S2の差分を増幅して、平衡信号S3を出力するとともに、この平衡信号S3を反転させた平衡信号S4を出力する。この平衡信号S3、S4の一例が、図8(B)に示されている。この平衡信号S3、S4は、コンパレータ22に入力される。コンパレータ22では、平衡信号S3、S4の波形を整えて、出力回路24に出力する。出力回路24では、この平衡信号S3、S4に基づいて、デジタル信号を出力する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光信号受信回路5には、差動アンプ20の動作領域が飽和領域に入ると、平衡信号S3、S4に飽和電圧が出力されてしまい、正確なデジタル信号が得られないという問題がある。すなわち、平衡信号S3を例にとると、図9に示すように、差動アンプ20が非飽和領域で動作している場合には、実線で示すように、平衡信号S3は、光電流に応じた正しい波形を描くことができる。しかし、差動アンプ20が飽和領域で動作する場合には、点線で示すように、平衡信号S3は、差動アンプ20の飽和電圧で飽和してしまい、光電流に応じた正しい波形を描くことができない。このような平衡信号S3、S4を用いてデジタル信号を生成すると、デジタル信号のパルス幅が広がってしまうという問題が生じる。
【0008】
また、光信号を電流信号に変換するフォトダイオード10とトランスインピーダンスアンプ14では、フォトダイオード内の拡散電流などにより、光信号の消えかかりの際に、図8(A)に示すような裾引き40が発生することがある。電圧信号S2に、この裾引き40が発生すると、この裾引き40を差動アンプ20が増幅してしまい、この結果、出力されるデジタル信号のパルス幅を増大させたり、次のパルスと結合してしまうという問題が生ずる。すなわち、図8に示すように、電圧信号S2に裾引き40が発生すると、平衡信号S3と平衡信号S4とのクロスポイントがずれてしまい、出力されるデジタル信号のパルス幅に歪み42が生じてしまう。
【0009】
そこで本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、出力信号に生じるパルス幅歪みを低減した光信号受信回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る光信号受信回路は、
光信号が入力される第1フォトダイオードで生成された第1電流信号を、第1電圧信号に変換する、第1トランスインピーダンスアンプと、
基準となる電圧の信号である第2電圧信号を生成する、基準電圧生成回路と、
前記第1電圧信号を、前記第1フォトダイオードにおける光信号の光の検出の結果に基づいて生成される前記第1電圧信号の振幅の中心電圧と前記第2電圧信号の電圧とが近づく方向に、シフトして出力する、レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路から出力された前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とが入力され、これら第1電圧信号と第2電圧信号との差分を増幅する、差動アンプと、
を備え、
前記レベルシフト回路は、前記第1フォトダイオードで光信号の光を検知した場合に前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向とは逆の方向に、前記第1電圧信号の電圧をシフトして出力する、ことを特徴とする。
また、本発明に係る光信号受信回路は、
光信号が入力される第1フォトダイオードで生成された第1電流信号を、第1電圧信号に変換する、第1トランスインピーダンスアンプと、
基準となる電圧の信号である第2電圧信号を生成する、基準電圧生成回路と、
前記第2電圧信号を、前記第1フォトダイオードにおける光信号の光の検出の結果に基づいて生成される前記第1電圧信号の振幅の中心電圧と前記第2電圧信号の電圧とが近づく方向に、シフトして出力する、レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路から出力された前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とが入力され、これら第1電圧信号と第2電圧信号との差分を増幅する、差動アンプと、
を備え、
前記レベルシフト回路は、前記第1フォトダイオードで光信号の光を検知した場合に前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向に、前記第2電圧信号の電圧をシフトして出力し、
前記基準電圧生成回路の出力と、前記差動アンプの入力との間に設けられた、
第3抵抗と、
前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから所定量の電流を引き抜く、又は、前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに所定量の電流を送り込む、演算シフト回路と、
を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る光信号受信回路は、
光信号が入力される第1フォトダイオードで生成された第1電流信号を、第1電圧信号に変換する、第1トランスインピーダンスアンプと、
基準となる電圧の信号である第2電圧信号を生成する、基準電圧生成回路と、
前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とを、前記第1フォトダイオードにおける光信号の光の検出の結果に基づいて生成される前記第1電圧信号の振幅の中心電圧と前記第2電圧信号の電圧とが近づく方向に、シフトして出力する、レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路から出力された前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とが入力され、これら第1電圧信号と第2電圧信号との差分を増幅する、差動アンプと、
を備え、
前記レベルシフト回路は、前記第1フォトダイオードで光信号の光を検知した場合に、前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向とは逆の方向に、前記第1電圧信号の電圧をシフトして出力することと、前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向に、前記第2電圧信号の電圧とをシフトして出力することとを行なうことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
第1実施形態に係る光信号受信回路は、差動アンプの前段に、光信号に基づく電圧信号の電圧を下方にシフトするレベルシフト回路を設けることにより、出力信号に裾引きの影響が生じるのを抑制したものである。より詳しくを、以下に説明する。
【0012】
図1は、本実施形態に係る光信号受信回路50の回路構成を説明するブロック図であり、図2は、この光信号受信回路50の各所における電圧波形を示す図である。
【0013】
図1に示すように、本実施形態に係る光信号受信回路50は、上述した光信号受信回路5における差動アンプ20の前段に、レベルシフト回路60を追加挿入することにより、構成されている。なお、上述した図7の光信号受信回路5と同様の部分には、同一の符号を用いるものとする。また、本実施形態においては、図1に示した各素子及び各回路は、1つの半導体チップ上に形成されており、光信号受信半導体装置の一部を構成している。
【0014】
本実施形態に係るレベルシフト回路60は、抵抗62、64と、ピークホールド回路70と、バッファ回路72、74と、演算シフト回路76とを備えて構成されている。トランスインピーダンスアンプ14の出力は、抵抗62の一端と、ピークホールド回路70に接続されており、抵抗62の他端は差動アンプ20の入力に接続されている。
【0015】
ピークホールド回路70は、トランスインピーダンスアンプ14の出力である電圧信号S1のピーク値を、所定時間だけ保持する回路である。すなわち、図2(A)に示すように、ピークホールド回路70には、電圧信号S1が入力され、そのピーク値を所定時間だけ維持した電圧信号S10が出力される。この電圧信号S10は、バッファ回路72に入力される。このバッファ回路72から出力された電圧信号S10は、演算シフト回路76に入力される。
【0016】
一方、ダミーのトランスインピーダンスアンプ16の出力は、電圧源V1に接続されるとともに、バッファ回路74の入力に接続されている。したがって、トランスインピーダンスアンプ16から出力された電圧信号S11は、バッファ回路72を介して、演算シフト回路76に入力される。
【0017】
電圧源V1と差動アンプ20の入力と間には、抵抗64が挿入されている。本実施形態においては、この抵抗64の抵抗値は、抵抗62の抵抗値と同じである。すなわち、抵抗64は、差動アンプ20の入力側の抵抗値を、抵抗62側と揃えるために設けられている。したがって、本実施形態においては、抵抗64は、必ずしも必要な素子ではない。また、抵抗62と差動アンプ20の入力との間のノードN1は、演算シフト回路76に接続されている。
【0018】
本実施形態においては、この演算シフト回路76は、ノードN1の電圧を、下方に、電圧信号S1のピーク電圧の1/2だけシフトする回路である。すなわち、図2(A)に示すような電圧信号S1が生成された場合、ノードN1の電圧信号S12は、図2(B)に示すように、ピーク電圧の1/2だけ下方にシフトした電圧波形になる。
【0019】
したがって、本実施形態においては、このように下方に電圧シフトした電圧信号S12が、差動アンプ20に入力される。一方、トランスインピーダンスアンプ16からの電圧信号S11は、電圧V1だけオフセットされ、抵抗64を介して、差動アンプ20に入力される。このため、電圧信号S12に、図2(B)に示すような裾引き40が発生したとしても、図2(C)に示すように、裾引き40の影響が平衡電圧S3、S4に及ばないようにすることができる。
【0020】
図3は、本実施形態に係る演算シフト回路76の回路構成の一例を示す図である。この図3に示すように、本実施形態に係る演算シフト回路76は、抵抗R301〜R304と、NPN型のバイポーラトランジスタQ301、Q302、Q306〜Q309と、PNP型のバイポーラトランジスタQ303〜Q305とを備えて構成されている。
【0021】
具体的には、バッファ回路72からの電圧信号S10は入力端子IN1に入力され、バッファ回路74からの電圧信号S11は入力端子IN2に入力される。電圧信号S10は、抵抗R301で電流I1に変換され、電圧信号S11は、抵抗R304で電流I3に変換される。電流I1は、トランジスタQ301、Q302で構成される第1のカレントミラー回路CM1でミラーされ、電流I2として出力される。また、電流I3は、トランジスタQ308、Q309で構成される第2のカレントミラー回路CM2でミラーされ、電流I4として出力される。
【0022】
電流I2は、トランジスタQ303、Q304、Q305で構成された第3のカレントミラー回路CM3でミラーされ、電流I5となる。この電流I5は、トランジスタQ306、Q307で構成された第4のカレントミラー回路CM4に入力されるが、同時に第2のカレントミラー回路CM2の出力電流I4も同じノードに接続されているため、第4のカレントミラー回路CM4の出力電流I6は、次の式で表現される。
I6=I5−I4=I1−I3 (1)
ここで、上述したカレントミラー回路CM1〜CM4のミラー比は、いずれも、1:1である。また、入力端子N1の電圧は、電圧信号S1のピーク値の電圧であり、一方、入力端子N2の電圧は基準となる電圧信号S11の電圧であるから、それぞれに相当する電流I1とI3の差である電流I6は、電圧信号S1の振幅に対応する電流となる。
【0023】
よって、たとえば、図1の抵抗62を抵抗R301の半分の値となるように設計し、出力端子IN3をノードN1に接続して、電流I6をノードN1から引く抜くことにより、ノードN1の電圧は、図2(B)に示すように、電圧信号S1のパルスピーク値(振幅)の半分だけ下がることになる。このため、基準電圧となる電圧信号S2は、電圧信号S12の信号パルス振幅のほぼ中央に位置することとなる。これにより、入力された光信号に忠実な平衡信号S3、S4を出力することができる。この場合、電圧信号S1、S12にフォトダイオード12内の拡散電流などによる裾引き40があったとしても、この裾引き40は基準電圧である電圧信号S2よりも低い電圧側に位置することとなるので、平衡電圧S3、S4にその影響が表れるのを回避することができる。この結果、この光信号受信回路50の出力信号であるデジタル信号に、パルス幅ひずみを発生しないようにすることができる。
【0024】
なお、図3の演算シフト回路76では、図1の抵抗62を抵抗R301の半分の値となるように設計して、ノードN1の電圧低下を、電圧信号S1の振幅の半分となるようにしたが、例えば、図4に示すように、抵抗62を抵抗R301と同じ値として、トランジスタQ306のエミッタサイズをトランジスタQ307のエミッタサイズの2倍にすることにより、電流I6を電流I1−I3の半分の値にするようにしてもよい。つまり、抵抗62=抵抗R301とした上で、第4のカレントミラー回路CM4のミラー比を2:1としてもよい。
【0025】
以上のように、本実施形態に係る光信号受信回路50によれば、電圧信号S1を、フォトダイオード10で光信号を検知した場合に変化する方向である振動方向とは逆の方向に、その振幅のおよそ半分だけシフトして、電圧信号S12としたので、基準電圧となる電圧信号S2が、電圧信号S12の振幅の中央部分に位置するようになり、このため、この次段にある差動アンプ20が飽和動作したとしても、図2(C)に示すように、平衡信号S3、S4を振幅の中央でクロスさせることができ、その影響が光信号受信回路50の出力信号に及ぶのを回避することができる。また、電圧信号S1に裾引き40が発生したとしても、この裾引き40は、基準電圧となる電圧信号S2よりも低い電圧であるので、裾引き40が差動アンプ20の動作に影響を与えるのを回避することができる。このため、この光信号受信回路50の出力であるデジタル信号に、パルス幅歪みが生ずるのを大幅に低減することができる。
【0026】
また、トランスインピーダンスアンプ14の出力と差動アンプ20の入力との間に抵抗62を設けるとともに、トランスインピーダンスアンプ16の出力と差動アンプ20の入力との間に抵抗64を設け、この抵抗64の抵抗値を抵抗62と同一とした。このため、差動アンプ20の入力バイアス電流などによる誤差を、最小限に抑えることができる。
【0027】
また、トランスインピーダンスアンプ16の出力と演算シフト回路76との間にバッファ回路74を設けたので、トランスインピーダンスアンプ16の出力を軽くして、負荷電流による誤差を最小限に抑えることができる。さらに、ピークホールド回路70と演算シフト回路76との間にバッファ回路72を設けたので、ピークホールド回路70の負荷を軽くして、ピークホールド回路70の電圧保持時間の延長を図ることができるとともに、負荷電流による誤差を最小限に抑えることができる。
【0028】
また、本実施形態においては、演算シフト回路76は、電圧信号を一度電流に変換して演算を行うので、電圧のまま演算を行うよりも簡単な構成にすることができる。また、演算シフト回路76を高インピーダンスにしたので、差動アンプ20の本来の動作に影響をほとんど与えることなく、ノードN1の電圧を制御することができる。
【0029】
〔第2実施形態〕
第2実施形態は、上述した第1実施形態に係る演算シフト回路76の回路構成に変形を加えたものである。本実施形態においても、光信号受信回路50の全体構成は、上述した図1と同様である。
【0030】
図5は、第2実施形態に係る演算シフト回路76の回路構成を示す図である。この図5に示すように、本実施形態に係る演算シフト回路76は、図3の演算シフト回路に、第5のカレントミラー回路CM5を追加することにより構成されている。この第5のカレントミラー回路CM5は、PNP型のバイポーラトランジスタQ401〜Q402により構成されており、そのミラー比は1:1である。
【0031】
この図5に示した演算シフト回路76も、図3に示した演算シフト回路76と同様に動作する。すなわち、電流I26は次の式で表現される。
I26=I25=I22−I24=I21−I23 (2)
すなわち、入力端子IN1から入力された電圧信号S10は、抵抗R301で電流I21に変換される。この電流I21は、第1のカレントミラー回路CM1でミラーされ、電流I22として出力される。
【0032】
一方、入力端子IN2から入力された電圧信号S11は、抵抗R304で電流I23に変換される。この電流I23は、第2のカレントミラー回路CM2でミラーされ、電流I24として出力される。この電流I24は、第5のカレントミラー回路CM5でミラーされ、第1のカレントミラー回路CM1の出力側に流れ込む。
【0033】
したがって、第3のカレントミラー回路CM3では、電流I22−電流I24がミラーされて、電流I25として出力される。この電流I25が、第4のカレントミラー回路CM4でミラーされて、電流I26となる。このため、電流I26は、電流I21−電流I23になり、電圧信号S1のパルス幅に対応する電流となる。
【0034】
したがって、上述した第1実施形態と同様に、抵抗62の値を、抵抗R301の半分の値となるように設計すれば、ノードN1に、図2(B)に示したような電圧信号S12を得ることができる。また、図6に示すように、抵抗62の抵抗値と抵抗R301の抵抗値を同じにして、第4のカレントミラー回路CM4のミラー比を2:1にしてもよいことは、上述した第1実施形態と同様である。
【0035】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず種々に変形可能である。例えば、演算シフト回路76における、抵抗値とカレントミラー回路のミラー比は、上述の組み合わせに限定されるものではない。すなわち、ノードN1の電圧が、電圧信号S1の振幅の半分になるように、組み合わせを決定すれば良い。換言すれば、電圧信号S2が、電圧信号S12の振幅の中央部分に位置するように、電圧信号S1の電圧がシフトされるようにすればよい。
【0036】
また、出力されるデジタル信号のパルス幅ひずみが最小になるのは、電圧信号S1が、電圧信号S12の振幅の中央に位置する場合であるが、必ずしも厳密に中央でなくても問題は生じない。つまり、実用上は、電圧信号S2が、電圧信号S12の振幅の中央部分に位置するようにすれば足りる。
【0037】
また、上述した演算シフト回路76におけるNPNトランジスタとPNPトランジスタとを入れ替えたとしても、同様の動作を実現することができる。さらには、上述した演算シフト回路76は、バイポーラ型のトランジスタを用いて構成したが、MISトランジスタ(Metal-Insulator-Semiconductor Transistor)を用いて構成することもできる。
【0038】
また、上述した実施形態では、トランスインピーダンスアンプ14、16を別々に設けたが、これらを一体にして差動増幅器を用いて構成することもできる。なお、バッファ回路72、74は、一般的な回路であり、例えば、差動増幅器を応用した電圧フォロア回路で実現することができる。
【0039】
さらに、上述した実施形態においては、フォトダイオード10が光信号の光を検知した場合に、電圧信号S1の電圧が上昇する光信号受信回路を例に、本発明を説明したが、図10に示すように、フォトダイオード10が光信号の光を検知した場合に、電圧信号S1の電圧が下降する光信号受信回路にも本発明を適用することができる。つまり、この場合、レベルシフト回路60は、フォトダイオード10で光信号の光を検知した場合に電圧信号S1が変化する方向である振動方向とは逆の方向に、電圧信号S1の電圧をシフトする回路であると言える。この図10の光信号受信回路の場合、レベルシフト回路60は、ノードN1の電圧を上昇させるために、電流をノードN1に送り込むこととなる。
【0040】
また、図11に示すように、基準電圧となる電圧信号S2を、フォトダイオード10で光信号の光を検知した場合に電圧信号S1が変化する方向である振動方向にシフトするようにしてもよい。すなわち、図11の場合、フォトダイオード10は光信号の光を検知すると、図12(A)に示すように、電圧信号S1は上昇する。このため、図11のレベルシフト回路60は、抵抗64と差動アンプ20との間のノードN2に、電流を送り込むことにより、図12(B)に示すように、電圧信号S2を上昇させて電圧信号S20として、電圧信号S1の振幅の中央部分に、この電圧信号S20が位置するようにする。このようにしても、上述した第1及び第2実施形態と同様に、出力信号に生じるパルス幅歪みを低減することができる。
【0041】
さらに、図11に示す光信号受信回路を変形して、図13に示すように、フォトダイオード10が光信号の光を検知した場合に、電圧信号S1の電圧が下降する光信号受信回路にも適用することができる。
【0042】
また、上述した抵抗62、64は、必ずしも、直接、差動アンプ20の入力に接続されていなくともよい。例えば、図14に示すように、バッファ(エミッタフォロア等)80、82を介して、差動アンプ20に入力されるようにしてもよい。この図14の例の場合、電圧信号S12がバッファ80を介して、差動アンプ20に入力され、電圧信号S2がバッファ82を介して、差動アンプ20に入力される。すなわち、レベルシフト回路から出力された電圧信号は、他の回路を介して間接的に差動アンプ20に入力されるようにしてもよい。このことは、他の光信号受信回路(例えば、図10、図11及び図13)でも同様である。
【0043】
また、上述した光信号受信回路のレベルシフト回路60では、電圧信号S1又は電圧信号S2の電圧をシフトするようにしたが、電圧信号S1及び電圧信号S2の双方の電圧をシフトするようにしてもよい。この場合、図15に示すように、レベルシフト回路60は、電圧信号S10と電圧信号S11との差分に応じた電流をノードN1から引き抜き、電圧信号S10と電圧信号S11との差分に応じた電流をノードN2に送り込んで、電圧信号S2が、電圧信号S1の振幅の中心部分に位置するようにする。また、図16に示すように、電圧信号S1の振動方向がこれとは逆の場合には、レベルシフト回路60は、電圧信号S10と電圧信号S11との差分に応じた電流をノードN1に送り込み、電圧信号S10と電圧信号S11との差分に応じた電流をノードN2から引き抜いて、電圧信号S2が、電圧信号S1の振幅の中心部分に位置するようにする。すなわち、本発明はレベルシフト回路60が、フォトダイオード10における光信号の光の検出の結果に基づいて生成される電圧信号S1の振幅の中心電圧と、基準電圧となる電圧信号S2が近づく方向に、電圧信号S1と電圧信号S2の少なくとも一方の電圧をシフトするようにすればよい。
【0044】
また、上述したフォトダイオード12とトランスインピーダンスアンプ16とは、基準となる電圧の信号である電圧信号S11を生成する基準電圧生成回路の一例であり、その構成はこれに限定されるものではない。例えば、フォトダイオード12の代わりに電極を設け、この電極の信号をトランスインピーダンスアンプ16に入力するようにしてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光信号受信回路によれば、出力信号に生じるパルス幅歪みを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、第1実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を説明するブロック図である。
【図2】図2は、図1の光信号受信回路の各所における電圧波形を示す図である。
【図3】図3は、第1実施形態に係る光信号受信回路の演算シフト回路の構成を示す回路図である。
【図4】図4は、図3の演算シフト回路の変形例を示す図である。
【図5】図5は、第2実施形態に係る光信号受信回路の演算シフト回路の構成を示す回路図である。
【図6】図6は、図5の演算シフト回路の変形例を示す図である。
【図7】図7は、従来の光信号受信回路の回路構成を説明するブロック図である。
【図8】図8は、図7の光信号受信回路の各所における電圧波形を示す図である。
【図9】図9は、差動アンプの出力である電圧信号が飽和した場合の電圧波形と、飽和していない場合の電圧波形とを示す図である。
【図10】図10は、図1の光信号受信回路を変形して、フォトダイオードが光信号の光を検知した場合に、トランスインピーダンスアンプの出力である電圧信号が下降する光信号受信回路の回路構成を説明するブロック図である。
【図11】図11は、レベルシフト回路が基準電圧となる電圧信号の電圧を制御する場合の光信号受信回路の回路構成を説明するブロック図である。
【図12】図12は、図11の光信号受信回路の各所における電圧波形を示す図である。
【図13】図13は、図12の光信号受信回路を変形して、フォトダイオードが光信号の光を検知した場合に、トランスインピーダンスアンプの出力である電圧信号が下降する光信号受信回路の回路構成を説明するブロック図である。
【図14】図14は、レベルシフト回路の出力を、他の回路の一例であるバッファを介して、差動アンプに入力するようにした光信号受信回路の回路構成の一例を説明するブロック図である。
【図15】図15は、レベルシフト回路が、光信号により振幅する電圧信号(光を検知した場合に電圧上昇)の電圧と、基準電圧となる電圧信号の電圧との双方を制御する場合の光信号受信回路の回路構成を説明するブロック図である。
【図16】図16は、レベルシフト回路が、光信号により振幅する電圧信号(光を検知した場合に電圧下降)の電圧と、基準電圧となる電圧信号の電圧との双方を制御する場合の光信号受信回路の回路構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
10、12 フォトダイオード
14、16 トランスインピーダンスアンプ
20 差動アンプ
22 コンパレータ
24 出力回路
50 光信号受信回路
60 レベルシフト回路
62、64 抵抗
70 ピークホールド回路
72、74 バッファ回路
76 演算シフト回路
Claims (15)
- 光信号が入力される第1フォトダイオードで生成された第1電流信号を、第1電圧信号に変換する、第1トランスインピーダンスアンプと、
基準となる電圧の信号である第2電圧信号を生成する、基準電圧生成回路と、
前記第1電圧信号を、前記第1フォトダイオードにおける光信号の光の検出の結果に基づいて生成される前記第1電圧信号の振幅の中心電圧と前記第2電圧信号の電圧とが近づく方向に、シフトして出力する、レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路から出力された前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とが入力され、これら第1電圧信号と第2電圧信号との差分を増幅する、差動アンプと、
を備え、
前記レベルシフト回路は、前記第1フォトダイオードで光信号の光を検知した場合に前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向とは逆の方向に、前記第1電圧信号の電圧をシフトして出力する、ことを特徴とする光信号受信回路。 - 前記レベルシフト回路は、
前記第1トランスインピーダンスアンプの出力と、前記差動アンプの入力との間に設けられた、第1抵抗と、
前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから所定量の電流を引き抜く、又は、前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに所定量の電流を送り込む、演算シフト回路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の光信号受信回路。 - 前記レベルシフト回路は、前記基準電圧生成回路の出力と、前記差動アンプの入力との間に設けられ、前記第1抵抗と同じ抵抗値を有する、第2抵抗を、さらに備えることを特徴とする請求項2に記載の光信号受信回路。
- 前記レベルシフト回路は、第1トランスインピーダンスアンプの出力である前記第1電圧信号のピーク値をピーク値電圧として所定時間保持するピークホールド回路をさらに備えており、
前記演算シフト回路には、前記ピークホールド回路の出力である前記ピーク値電圧と、前記基準電圧生成回路の出力である前記第2電圧信号とが、入力され、
前記ピーク値電圧と前記第2電圧信号の電圧との差分に応じた電流を、
前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから引き抜く、又は、前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに送り込む、ことを特徴とする請求項3に記載の光信号受信回路。 - 光信号が入力される第1フォトダイオードで生成された第1電流信号を、第1電圧信号に変換する、第1トランスインピーダンスアンプと、
基準となる電圧の信号である第2電圧信号を生成する、基準電圧生成回路と、
前記第2電圧信号を、前記第1フォトダイオードにおける光信号の光の検出の結果に基づいて生成される前記第1電圧信号の振幅の中心電圧と前記第2電圧信号の電圧とが近づく方向に、シフトして出力する、レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路から出力された前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とが入力され、これら第1電圧信号と第2電圧信号との差分を増幅する、差動アンプと、
を備え、
前記レベルシフト回路は、前記第1フォトダイオードで光信号の光を検知した場合に前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向に、前記第2電圧信号の電圧をシフトして出力し、
前記基準電圧生成回路の出力と、前記差動アンプの入力との間に設けられた、
第3抵抗と、
前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから所定量の電流を引き抜く、又は、前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに所定量の電流を送り込む、演算シフト回路と、
を備えることを特徴とする光信号受信回路。 - 前記レベルシフト回路は、前記第1トランスインピーダンスアンプの出力と、
前記差動アンプの入力との間に設けられ、前記第3抵抗と同じ抵抗値を有する、第4抵抗を、さらに備えることを特徴とする請求項5に記載の光信号受信回路。 - 前記レベルシフト回路は、第1トランスインピーダンスアンプの出力である前記第1電圧信号のピーク値をピーク値電圧として所定時間保持するピークホールド回路をさらに備えており、
前記演算シフト回路には、前記ピークホールド回路の出力である前記ピーク値電圧と、前記基準電圧生成回路の出力である前記第2電圧信号とが、入力され、
前記ピーク値電圧と前記第2電圧信号の電圧との差分に応じた電流を、
前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから引き抜く、又は、前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに送り込む、ことを特徴とする請求項6に記載の光信号受信回路。 - 光信号が入力される第1フォトダイオードで生成された第1電流信号を、第1電圧信号に変換する、第1トランスインピーダンスアンプと、
基準となる電圧の信号である第2電圧信号を生成する、基準電圧生成回路と、
前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とを、前記第1フォトダイオードにおける光信号の光の検出の結果に基づいて生成される前記第1電圧信号の振幅の中心電圧と前記第2電圧信号の電圧とが近づく方向に、シフトして出力する、レベルシフト回路と、
前記レベルシフト回路から出力された前記第1電圧信号と前記第2電圧信号とが入力され、これら第1電圧信号と第2電圧信号との差分を増幅する、差動アンプと、
を備え、
前記レベルシフト回路は、前記第1フォトダイオードで光信号の光を検知した場合に、前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向とは逆の方向に、前記第1電圧信号の電圧をシフトして出力することと、前記第1電圧信号が変化する方向である振動方向に、前記第2電圧信号の電圧とをシフトして出力することとを行なうことを特徴とする光信号受信回路。 - 前記レベルシフト回路は、
前記第1トランスインピーダンスアンプの出力と、前記差動アンプの入力との間に設けられた、第1抵抗と、
前記基準電圧生成回路の出力と、前記差動アンプの入力との間に設けられた、第3抵抗と、
前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから所定量の電流を引き抜き前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに所定量の電流を送り込むこと、又は、
前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに所定量の電流を送り込み前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに所定量の電流を引き抜くことを行なう演算シフト回路と、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の光信号受信回路。 - 前記第1抵抗と前記第3抵抗とは、同じ抵抗値であることを特徴とする請求項9に記載の光信号受信回路。
- 前記レベルシフト回路は、第1トランスインピーダンスアンプの出力である前記第1電圧信号のピーク値をピーク値電圧として所定時間保持するピークホールド回路をさらに備えており、
前記演算シフト回路には、前記ピークホールド回路の出力である前記ピーク値電圧と、前記基準電圧生成回路の出力である前記第2電圧信号とが、入力され、
前記ピーク値電圧と前記第2電圧信号の電圧との差分に応じた電流を、
前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから引き抜き前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに送り込むこと、又は、前記第1抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードに送り込み前記第3抵抗と前記差動アンプの入力との間のノードから引き抜くことを行なうことを特徴とする請求項10に記載の光信号受信回路。 - 前記レベルシフト回路は、前記第2電圧信号が、前記第1電圧信号の振幅の中部分に位置するように、前記第1電圧信号と前記第2信号の少なくとも一方の電圧をシフトする、ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の光信号受信回路。
- 前記レベルシフト回路の出力は、他の回路を介さずに直接、若しくは、他の回路を介して間接的に、前記差動アンプに入力される、ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれかに記載の光信号受信回路。
- 前記基準電圧生成回路は、光信号が入力されない第2フォトダイオードで生成された第2電流信号を、前記第2電圧信号に変換する、第2トランスインピーダンスアンプを備えて構成されている、ことを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の光信号受信回路。
- 前記第1フォトダイオードと、前記第2フォトダイオードと、請求項1乃至請求項14のいずれかに記載の光信号受信回路とを、1つの半導体チップ上に形成したことを特徴とする光信号受信半導体装置。
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