JP6720527B2 - 増幅回路、光モジュールおよび増幅方法 - Google Patents
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Description
(実施の形態にかかる増幅回路)
図1は、実施の形態にかかる増幅回路の一例を示す図である。実施の形態にかかる増幅回路110は、増幅回路110の前段の回路との間でAC結合されている。たとえば、増幅回路110の前段の回路と増幅回路110との間には直列にコンデンサが設けられている。このため、図1に示すように、増幅回路110の入力にはAC結合によるHPF(High Pass Filter:ハイパスフィルタ)101が形成される。増幅回路110は、合成部111と、増幅器112(A)と、LPF(Low Pass Filter:ローパスフィルタ)113と、帰還回路114(β)と、を備える。
実施の形態にかかる増幅回路110における伝達関数について説明する。増幅回路110と接続されたHPF101の伝達関数H_H(s)は、たとえば下記(1)式により表すことができる。ω_HはHPF101における低域の遮断角周波数である。
図2〜図5は、実施の形態にかかる増幅回路におけるA・βによる周波数特性の変化の一例を示す図である。図2〜図5のそれぞれは、横軸が実軸(Re)、縦軸が虚軸(Im)を示す複素平面である。また、図2〜図5は、それぞれA・β=1、A・β=0.9、A・β=0.8、A・β=0.7の場合における、HPF101および増幅回路110の組み合わせの周波数特性を、極211,212(×)および零点221,222(○)により示している。
図6は、実施の形態にかかるHPFとLPFの遮断周波数の一例を示すグラフである。図6において、横軸は周波数を示し、縦軸は利得を示す。周波数特性601は、HPF101における周波数に対する利得の特性を示す。周波数特性602は、LPF113における周波数に対する利得の特性を示す。
図7は、実施の形態にかかる増幅回路における周波数特性の一例を示すグラフである。図7において、図6に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。周波数特性701は、増幅回路110における周波数に対する利得の特性を示す。周波数特性702は、HPF101および増幅回路110を合わせた構成における周波数に対する利得の特性を示す。
図8は、実施の形態にかかる増幅回路を適用したTIA装置の一例を示す図である。図8に示す光モジュール800は、フォトダイオード801と、コンデンサ802と、抵抗803と、TIA装置810と、を備える光モジュールである。実施の形態にかかる増幅回路110は、たとえば図8に示すTIA装置810に適用することができる。
図9は、実施の形態にかかる増幅回路を適用した差動トランスインピーダンスアンプの一例を示す図である。図9において、図8に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図9に示す光モジュール900は、フォトダイオード801と、コンデンサ901a,901bと、抵抗902a,902b(R)と、差動トランスインピーダンスアンプ910と、を備える光モジュールである。
図10は、実施の形態にかかる増幅回路を適用した光インターコネクトシステムの一例を示す図である。実施の形態にかかる増幅回路110は、たとえば図10に示す光インターコネクトシステム1000に適用することができる。光インターコネクトシステム1000は、第1装置1010と第2装置1050との間のデータ伝送に光通信を行う光インターコネクトのシステムである。第1装置1010および第2装置1050のそれぞれは、たとえばCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)などのプロセッサである。
図11〜図13は、実施の形態にかかる増幅回路における周波数特性のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図11〜図13において、図7に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図11〜図13においては、それぞれA・β=0.7、A・β=0.8、A・β=0.9とした場合における周波数特性601,602,701,702を示している。
図14は、増幅回路の出力信号におけるサグの一例を示す参考図である。図14において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧(V)を示す。出力波形1400は、たとえばAC結合によって低域の遮断角周波数が高くなっている増幅回路から出力される信号の波形である。低域の遮断角周波数が高い増幅回路に対して、同じ符号が長期間連続する信号を入力すると、同じ符号が長期間連続する信号が低周波成分として遮断されることによるサグが発生する(たとえばサグ1401)。このため、たとえば増幅回路の後段の回路によって電気信号の値(0または1)を識別する際に誤りが生じる場合がある。
図15は、増幅回路の出力信号のアイパターンの一例を示す参考図である。図15において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧(V)を示す。アイパターン1500は、低域の遮断角周波数が高い増幅回路から出力される信号のアイパターンである。アイパターン1500に示すように、低域の遮断角周波数が高い増幅回路から出力される信号は、サグによってアイ開口が狭くなる。
図16は、実施の形態にかかる増幅回路の出力信号のアイパターンの一例を示す図である。図16において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧(V)を示す。アイパターン1600は、実施の形態にかかる増幅回路110から出力される信号のアイパターンである。アイパターン1600に示すように、増幅回路110から出力される信号は、サグが抑制されるため、アイ開口が広くなる。このように、増幅回路110によれば、出力信号の品質を向上させることができる。
図17は、実施の形態にかかる増幅回路の他の例を示す図である。図17において、図1に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図17に示すように、実施の形態にかかる増幅回路110は、増幅回路110の後段の回路との間でAC結合された構成であってもよい。たとえば、増幅回路110の後段の回路と増幅回路110との間には直列にコンデンサが設けられている。このため、図17に示すように、増幅回路110の出力にはAC結合によるHPF101が形成される。
前記他回路から入力された信号を増幅して出力する、または入力された信号を増幅して前記他回路へ出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された信号を前記増幅器の入力に正帰還させる帰還回路と、
前記帰還回路によって前記増幅器の入力へ正帰還する信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタであって、自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタと、
を備えることを特徴とする増幅回路。
前記帰還回路は、前記差動増幅器の正転出力を前記差動増幅器の入力に正帰還させる第1帰還回路と、前記差動増幅器の反転出力を前記差動増幅器の入力に正帰還させる第2帰還回路と、を含む、
ことを特徴とする付記1〜6のいずれか一つに記載の増幅回路。
AC(Alternating Current:交流)結合により前記受光素子と接続され、前記受光素子からの信号を増幅して出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された信号を、前記信号のループ利得が1より小さくなるように前記増幅器の入力に正帰還させる帰還回路と、
前記帰還回路によって前記増幅器の入力へ正帰還する信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタであって、自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタと、
を備えることを特徴とする光モジュール。
AC(Alternating Current:交流)結合により前記発光素子と接続され、入力された信号を増幅して前記発光素子へ出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された信号を、前記信号のループ利得が1より小さくなるように前記増幅器の入力に正帰還させる帰還回路と、
前記帰還回路によって前記増幅器の入力へ正帰還する信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタであって、自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタと、
を備えることを特徴とする光モジュール。
前記増幅器から出力された信号を、前記信号のループ利得が1より小さくなるように前記増幅器の入力に正帰還させ、
自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタにより、前記増幅器の入力へ正帰還する前記信号の高周波成分を減衰させる、
ことを特徴とする増幅方法。
110 増幅回路
111 合成部
112 増幅器
113,814,914a,914b LPF
114,815 帰還回路
211,212 極
221,222 零点
601,602,701,702 周波数特性
800,900 光モジュール
801 フォトダイオード
802,901a,901b コンデンサ
803,811a,811c,812c,902a,902b,913a,913b,916a,916b 抵抗
810 TIA装置
811 ベース接地型TIA
811b,812a バイポーラトランジスタ
811d,812b 電圧源
812 エミッタフォロワ
813,912a,912b 出力端子
815a,915a,915b 利得部
815b 帰還抵抗
816 バイアス部
910 差動トランスインピーダンスアンプ
911 差動増幅器
1000 光インターコネクトシステム
1010 第1装置
1020 送信器
1021 発光素子駆動回路
1022 発光素子
1030 光伝送路
1040 受信器
1041 光電変換回路
1042 低雑音増幅回路
1043 イコライザ/リミットアンプ
1044 識別回路
1050 第2装置
1400 出力波形
1401 サグ
1500,1600 アイパターン
Claims (6)
- AC(Alternating Current:交流)結合により他回路と接続された増幅回路であって、
前記他回路から入力された信号を増幅して出力する、または入力された信号を増幅して前記他回路へ出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された信号を前記増幅器の入力に正帰還させる帰還回路と、
前記帰還回路によって前記増幅器の入力へ正帰還する信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタであって、自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタと、を備え、
前記ローパスフィルタの高域の遮断周波数は、前記ローパスフィルタからの出力信号が前記ローパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の下限に設定され、前記ハイパスフィルタの低域の遮断周波数は、前記ハイパスフィルタからの出力信号が前記ハイパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の上限に設定され、
前記帰還回路は、前記増幅器から出力された信号を、前記信号のループ利得が1より小さくなるように前記増幅器の入力に正帰還させ、前記増幅器の利得Aと、前記帰還回路の帰還率βとの積A・βが0<A・β<1であることを特徴とする増幅回路。 - 前記帰還回路は、前記増幅器の利得Aと、前記帰還回路の帰還率βとの積A・βが1に近い値であることを特徴とする請求項1に記載の増幅回路。
- 前記ローパスフィルタの高域の遮断周波数は、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数と同等であることを特徴とする請求項1または2に記載の増幅回路。
- 受光パワーに応じた電気信号を出力する受光素子と、
AC(Alternating Current:交流)結合により前記受光素子と接続され、前記受光素子からの信号を増幅して出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された信号を前記増幅器の入力に正帰還させる帰還回路と、
前記帰還回路によって前記増幅器の入力へ正帰還する信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタであって、自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタと、を備え、
前記ローパスフィルタの高域の遮断周波数は、前記ローパスフィルタからの出力信号が前記ローパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の下限に設定され、前記ハイパスフィルタの低域の遮断周波数は、前記ハイパスフィルタからの出力信号が前記ハイパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の上限に設定され、
前記帰還回路は、前記増幅器から出力された信号を、前記信号のループ利得が1より小さくなるように前記増幅器の入力に正帰還させ、前記増幅器の利得Aと、前記帰還回路の帰還率βとの積A・βが0<A・β<1であることを特徴とする光モジュール。 - 入力された電気信号に応じた光を出射する発光素子と、
AC(Alternating Current:交流)結合により前記発光素子と接続され、入力された信号を増幅して前記発光素子へ出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された信号を前記増幅器の入力に正帰還させる帰還回路と、
前記帰還回路によって前記増幅器の入力へ正帰還する信号の高周波成分を減衰させるローパスフィルタであって、自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタと、を備え、
前記ローパスフィルタの高域の遮断周波数は、前記ローパスフィルタからの出力信号が前記ローパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の下限に設定され、前記ハイパスフィルタの低域の遮断周波数は、前記ハイパスフィルタからの出力信号が前記ハイパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の上限に設定され、
前記帰還回路は、前記増幅器から出力された信号を、前記信号のループ利得が1より小さくなるように前記増幅器の入力に正帰還させ、前記増幅器の利得Aと、前記帰還回路の帰還率βとの積A・βが0<A・β<1であることを特徴とする光モジュール。 - AC(Alternating Current:交流)結合により他回路と接続された増幅回路であって、前記他回路から入力された信号を増幅して出力する、または入力された信号を増幅して前記他回路へ出力する増幅器を備える増幅回路による増幅方法において、
前記増幅器から出力された信号を前記増幅器の入力に正帰還させ、
自増幅回路と前記AC結合により形成されるハイパスフィルタとの組み合わせにおける低域の遮断周波数が、前記ハイパスフィルタにおける低域の遮断周波数より低くなるように高域の遮断周波数が設定されたローパスフィルタにより、前記増幅器の入力へ正帰還する前記信号の高周波成分を減衰させ、
前記ローパスフィルタの高域の遮断周波数は、前記ローパスフィルタからの出力信号が前記ローパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の下限に設定し、前記ハイパスフィルタの低域の遮断周波数は、前記ハイパスフィルタからの出力信号が前記ハイパスフィルタへの入力信号に対して3dB以上減衰する周波数範囲の上限に設定し、
前記帰還回路は、前記増幅器から出力された信号を、前記信号のループ利得が1より小さくなるように前記増幅器の入力に正帰還させ、前記増幅器の利得Aと、前記帰還回路の帰還率βとの積A・βが0<A・β<1であることを特徴とする増幅方法。
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