JPS62164305A - Photodetecting circuit - Google Patents
Photodetecting circuitInfo
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- JPS62164305A JPS62164305A JP61006840A JP684086A JPS62164305A JP S62164305 A JPS62164305 A JP S62164305A JP 61006840 A JP61006840 A JP 61006840A JP 684086 A JP684086 A JP 684086A JP S62164305 A JPS62164305 A JP S62164305A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は高速光通信システム等に用いられる光受信回路
に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical receiving circuit used in high-speed optical communication systems and the like.
（従来の技術）
光通信システムに於いて、大容量の情報を長距離に渡り
て伝送する之めには、広帯域かつ、高い受信感度を有す
る光受信回路が必要となる。この光受信感度の向上の几
めには、増幅機能を有する低雑音の光検出器と広帯域な
電気的増幅素子との利用が有効であり、主にアバランシ
ェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）と電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）とを組み合わせた光受信回路が従来用いら
れている。例えば、大川、太田らによる論文「超高速Ｇ
ａＡｓ ＭＥＳ ＦＥＴ 受光回路の特性」（昭和５
９年度、電子通信学会総合全国大会論文集２６０３参照
）がある。(Prior Art) In an optical communication system, in order to transmit a large amount of information over a long distance, an optical receiving circuit having a wide band and high receiving sensitivity is required. To improve this optical reception sensitivity, it is effective to use a low-noise photodetector with an amplification function and a broadband electrical amplification element, and mainly use an avalanche photodiode (APD) and a field-effect transistor. (FET) has been conventionally used. For example, in the paper by Okawa, Ota et al.
"Characteristics of aAs MES FET photodetector circuit" (Showa 5
(Refer to Proceedings of the National Conference of the Institute of Electronics and Communication Engineers, 2010, 2603).
この論文の受光回路は、ＡＰＤとＦＥＴとを組み合わせ
た前置増幅回路であプ、低雑音化のため、またＡＰＤ
の容量による帯域劣化を抑えるため、ＦＥＴ に負帰
還を施したトランスインピーダンス形の回路形式を採用
している。The photodetector circuit in this paper is a preamplifier circuit that combines an APD and a FET.
In order to suppress band deterioration due to capacitance, a transimpedance type circuit with negative feedback applied to the FET is used.
第３図は従来のトランスインピーダンス形のフロントエ
ンドアンプの一例の回路図であり、ＡＰＤ６とＦＥＴ２
とで構成されている。このフロントエンドアンプは
、入力インピーダンスが比較的小さいため、ＡＰＤ６
の容量による帯域劣化が抑えられ、広帯域化が可能と
なる。また、フロントエンドアンプの雑音特性は、比較
的大きな抵抗値の帰還抵抗Ｒｆでほぼ決定され、抵抗の
熱雑音を低減し、高受信感度化が図れる。Figure 3 is a circuit diagram of an example of a conventional transimpedance front-end amplifier, with APD6 and FET2.
It is made up of. This front-end amplifier has a relatively low input impedance, so the APD6
Bandwidth deterioration due to capacity is suppressed, making it possible to widen the band. Further, the noise characteristics of the front-end amplifier are almost determined by the feedback resistor Rf having a relatively large resistance value, so that the thermal noise of the resistor can be reduced and high reception sensitivity can be achieved.
（発明が解決しようとする問題点〕
このように従来のトランスインピーダンス形フロントエ
ンドアンプは、広帯域で、比較的良好な光受信感度が得
られるが、さらに高感度化を図るためには、帰還抵抗Ｒ
ｆの抵抗値を大きくして熱雑音の影響をさらに低減すれ
ばよいが、その場合にはフロントエンドアンプの入力イ
ンピーダンスも大きくなるので、ＡＰＤ６とＦ’ＥＴ２
の容ｉｃおよび入力インピーダンス几とで決定される時
定数ＣＲが大きくなる。このため従来のフロントエンド
アンプでは帯域が狭くなり、良好な光受信特性が得られ
ないという欠点があった。(Problem to be solved by the invention) As described above, conventional transimpedance type front-end amplifiers can obtain relatively good optical reception sensitivity over a wide band, but in order to achieve even higher sensitivity, feedback resistance R
The effect of thermal noise can be further reduced by increasing the resistance value of f, but in that case, the input impedance of the front-end amplifier will also increase, so APD6 and F'ET2
The time constant CR determined by the capacity IC and the input impedance becomes large. For this reason, conventional front-end amplifiers had the disadvantage that the band was narrow and good optical reception characteristics could not be obtained.
本発明の目的は、このような欠点を除き十分な帯域特性
を有すると共に、高い受信感度を有する光受信回路を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical receiving circuit that eliminates such drawbacks, has sufficient band characteristics, and has high receiving sensitivity.
（問題点を解決するための手段）
本発明の構成は、光検出器と、この光検出器に結合する
負帰還増幅回路とを含む光受信回路に於いて、前記負帰
還増幅回路は、２個の電界効果トランジスタのドレイン
同志ならびにソース同志をそれぞれ並列接続した増幅回
路と、これら電界効果トランジスタの各ゲートに、前記
各ドレインからの帰還信号を結合する第１及び第２の帰
還回路とを備えたことを特徴とする。(Means for Solving the Problems) The configuration of the present invention provides an optical receiving circuit including a photodetector and a negative feedback amplifier circuit coupled to the photodetector, wherein the negative feedback amplifier circuit includes two an amplifier circuit in which drains and sources of field effect transistors are connected in parallel, and first and second feedback circuits that couple feedback signals from the respective drains to each gate of these field effect transistors. It is characterized by:
（作用） 以下、本発明の作用について説明する。(effect) Hereinafter, the effects of the present invention will be explained.
一般に、ＦＥＴのゲートＫＡＰＤと帰還抵抗とを設けた
構成のトランスインピーダンス形フロントエンドアンプ
に於いては、高感度化のために帰還抵抗の抵抗値を大き
くすると、フロントエンドアンプの帯域劣化を生じる。Generally, in a transimpedance type front-end amplifier configured to include a FET gate KAPD and a feedback resistor, if the resistance value of the feedback resistor is increased in order to increase sensitivity, the band of the front-end amplifier deteriorates.
この几め本発明では、帰還抵抗の抵抗値を大きくしても
帯域劣化を生じないようにするために、フロントエンド
アンプの初段に第１及び第２の２個のＦＥＴ を用い、
これらのドレイン同志、ならびにソース同志を並列接続
し、ＷＪｌのＦＥＴ のゲート、ドレイン間には、例え
ば抵抗値の大きな帰還抵抗、第２のＦＥＴ のゲート、
ドレイン間には抵抗値の小さな帰還抵抗を接続した負帰
還増幅器を用いる。この負帰還増幅器の第１のＦＥＴの
ゲートＫＡＰＤを接続し、出力信号は第１及び第２のＦ
ＥＴ のドレイン接続部から取り出す。In the present invention, in order to prevent band deterioration even if the resistance value of the feedback resistor is increased, two FETs, the first and second FETs, are used in the first stage of the front-end amplifier.
These drains and sources are connected in parallel, and between the gate and drain of the WJl FET, for example, a feedback resistor with a large resistance value, the gate of the second FET,
A negative feedback amplifier is used in which a feedback resistor with a small resistance value is connected between the drains. The gate KAPD of the first FET of this negative feedback amplifier is connected, and the output signal is sent to the first and second FETs.
Take it out from the drain connection of ET.
との構成のフロントエンドアンプに於いては、第２のＦ
ＥＴ のゲート端への帰還信号路には比較的小さな抵抗
値の帰還抵抗が取りつけであるため、第１０ＦＥＴ へ
の帰還信号路に比較的大きな抵抗値の帰還抵抗を用いて
も、ＡＰＤ を取りつけたフロントエンドアンプは十分
に広帯域にできる。一方、フロントエンドアンプの雑音
特性は第１のＦＥＴ に接続した帰還抵抗でほぼ決定さ
れる。従って、ＡＰＤの負荷抵抗が大きいため、熱雑音
が低減され、高い受信感度を有した広帯域光受信回路が
実現できる。In a front-end amplifier configured with
Since a feedback resistor with a relatively small resistance value is attached to the feedback signal path to the gate end of the ET, even if a feedback resistor with a relatively large resistance value is used in the feedback signal path to the 10th FET, the APD cannot be attached. The front-end amplifier can have a sufficiently wide band. On the other hand, the noise characteristics of the front-end amplifier are almost determined by the feedback resistor connected to the first FET. Therefore, since the load resistance of the APD is large, thermal noise is reduced, and a broadband optical receiving circuit with high receiving sensitivity can be realized.
（実施例） 次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。(Example) Next, the present invention will be explained in detail using the drawings.
第１図は本発明の第１の実施例のフロントエンドアンプ
の初段の回路図である。本実施例において、フロントエ
ンドアンプは、２Ｇｂ／ｓ、ＲＺ符号の光信号の検出を
行うものであり、光検出器１にはＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤ
、第１及び第２のＦＥＴ２゜３にはＧａＡｓ−ＦＥＴを
用い、これらＦＥＴ ２．３のドレイン同志、ソース同
志をそれぞれ接続した。FIG. 1 is a circuit diagram of the first stage of a front-end amplifier according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, the front end amplifier detects a 2Gb/s RZ code optical signal, and the photodetector 1 includes an InGaAs-APD.
, GaAs-FETs were used for the first and second FETs 2.3, and the drains and sources of these FETs 2.3 were connected, respectively.
また、光検出器１の負荷抵抗ＲＬは２にΩ、第１の帰還
抵抗Ｒｆｘは４００Ω、第２の帰還抵抗Ｒｆｚは２００
Ω、第２のＦＥＴのバイアス抵抗Ｒｂｘは２００Ωとし
た。The load resistance RL of the photodetector 1 is 2Ω, the first feedback resistance Rfx is 400Ω, and the second feedback resistance Rfz is 200Ω.
Ω, and the bias resistance Rbx of the second FET was 200Ω.
このような構成に於いて、第１のＦＥＴ ２ に帰還
される信号の大きさは帰還抵抗Ｒｆｔ と負荷抵抗Ｒ
Ｌとの比でほぼ決り、信号の帰還量は比較的少なくなっ
ている。同様に、第２のＦＥＴ ３ に帰還される信
号の大きさも帰還抵抗Ｒｆｚ とバイアス抵抗Ｒｂｌ
との比でほぼ決る。この場合信号の帰還量が多いた
め、第１及び第２のＦＥＴ ２．３ を言んだ負帰還
増幅器は広帯域の特性を有し、ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤ
の増倍率ＭをＭ＝５とした場合のフロントエンドアンプ
の帯域は約１．９ＧＨｚであった。In such a configuration, the magnitude of the signal fed back to the first FET 2 is determined by the feedback resistance Rft and the load resistance R
It is almost determined by the ratio to L, and the amount of signal feedback is relatively small. Similarly, the magnitude of the signal fed back to the second FET 3 also depends on the feedback resistance Rfz and the bias resistance Rbl.
It is almost determined by the ratio. In this case, since the amount of signal feedback is large, the negative feedback amplifier, which refers to the first and second FETs 2.3, has broadband characteristics, and the InGaAs-APD
The band of the front end amplifier was approximately 1.9 GHz when the multiplication factor M was M=5.
ちなみに、第１のＦＥＴ のみを用いて負帰還を施した
従来のトランスインピーダンス形フロントエンドアンプ
で約２ＧＨ２の帯域を得るためには、帰還抵抗の値は約
２０００となる。その時の雑音特性は小さな抵抗値の帰
還抵抗の熱雑音の之めに劣化し、フロントエンドアンプ
の雑音の指標となる入力換算雑音電流の帯域内での平均
値は１６ ｐＡ／ｑで雑音の大きなフロントエンドアン
プとなってしまう。Incidentally, in order to obtain a band of about 2 GH2 with a conventional transimpedance front-end amplifier that uses only the first FET and provides negative feedback, the value of the feedback resistor is about 2000. At that time, the noise characteristics deteriorate due to the thermal noise of the feedback resistor with a small resistance value, and the average value within the band of the input-referred noise current, which is an index of the noise of the front-end amplifier, is 16 pA/q, which is a large noise. It becomes a front end amplifier.
一方、本実施例のフロントエンドアンプの雑音特性は４
００Ωの第１の帰還抵抗Ｒｆｔで生じる熱雑音でほぼ決
定される友め、入力換算雑音電流の帯域内での平均値は
１２ ｐＡ／ｙ’ｉ−と小さな値となり、低雑音のフロ
ントエンドアンプが得られた。On the other hand, the noise characteristics of the front-end amplifier in this example are 4.
The average value of the input-referred noise current within the band, which is almost determined by the thermal noise generated by the first feedback resistor Rft of 00Ω, is as small as 12 pA/y'i-, making it a low-noise front-end amplifier. was gotten.
実際に本実施例で示したフロントエンドアンプを用いて
、波長１．５５μｍで伝送速度２Ｇｂ／ｓのＢＺ符号の
光変調波形に対する光受信感度を測定したところ、符号
誤り率１０ で−３５ｄＢｍという良好な値が得られた
。When the front-end amplifier shown in this example was actually used to measure the optical reception sensitivity for a BZ code optical modulation waveform with a wavelength of 1.55 μm and a transmission rate of 2 Gb/s, it was as good as -35 dBm at a bit error rate of 10. A value was obtained.
第２図は本発明の第２の実施例の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the invention.
本実施例では、光検出器１にペレットのＩｎＧａＡｓ−
Ａ）’Ｄ、ペレットのＦＥＴ ２．３．５をハイブリッ
ド実装シ、フロントエンドアンプの入力端の低容量化を
図ったもので、２Ｇｂ／ｓ 、ＲＺ符号の光信号の検出
を行うものである。本実施例の構成は、第１図とほぼ同
様であるが、ＡＰＤに接続する抵抗に寄生する浮遊容量
の影響を半減するように、第１の帰還抵抗１−ｔｆｌと
ＡＰＤの負荷抵抗ＲＬを直列に接続し、ＡＰＤ接続部の
入力容量の低減な゛図っており、また、フロントエンド
アンプで十分すＳＺＮ比を得るために、出力インピーダ
ンスが５００に整合されたＦＥＴ ５ を用いたバッ
ファアンプを使用した。また、第２図に於いて、負荷抵
抗ＲＬは３にΩ、第１の帰還抵抗ＲｆｔはｌｋΩ、第２
の帰還抵抗Ｒｆ２は４３０Ωに設定して十分な帯域特性
のあるフロントエンドアンプを構成した。In this embodiment, the photodetector 1 is made of pellets of InGaAs-
A) 'D: This is a hybrid-mounted pellet FET 2.3.5 designed to reduce the capacitance at the input end of the front-end amplifier, and is used to detect 2Gb/s RZ code optical signals. . The configuration of this embodiment is almost the same as that in FIG. 1, but the first feedback resistor 1-tfl and the load resistor RL of the APD are set so as to reduce by half the influence of stray capacitance parasitic on the resistor connected to the APD. In order to reduce the input capacitance of the APD connection part by connecting them in series, and to obtain a SZN ratio sufficient for a front-end amplifier, a buffer amplifier using FET 5 with an output impedance matched to 500 was used. used. In addition, in FIG. 2, the load resistance RL is 3Ω, the first feedback resistance Rft is lkΩ, and the second
The feedback resistor Rf2 was set to 430Ω to construct a front-end amplifier with sufficient band characteristics.
この実施例で、実際に、波長１．５５μｍの２Ｇｂ／ｓ
、ＲＺ符号に対する光受信感度を測定したところ、符号
誤り率１０ で−３７，５ｄＢｍ という優れた受信感
度が得られた。In this example, 2 Gb/s with a wavelength of 1.55 μm is actually used.
, RZ code was measured, and an excellent receiving sensitivity of -37.5 dBm was obtained with a code error rate of 10.
本発明としては、以上説明した実施例の他にもいろいろ
な態様が実現できる。例えば、光検出器１としてはＡＰ
Ｄ の他にも、ＰＩＮ フォトダイオード、光導電検
出器や光電子増倍管等の利用が可能である。またＡＰＤ
の増倍時に於けるＡＰＤで発生したキャリアの増倍時間
の影響にょシ生じる帯域劣化を補償するため、帯域補償
用の等化回路をフロントエンドアンプの後段に使用して
もよｈｏ（発明の効果）
以上説明したように、本発明によれば、Ａ）’Ｄ接続部
への帰還路の帰還抵抗に大きな値の抵抗を用いても、フ
ロントエンドアンプの帯域を十分に広くとれ、しかも低
雑音で高受信感度の光受信回路が得られる。The present invention can be implemented in various other forms in addition to the embodiments described above. For example, as the photodetector 1, AP
In addition to D, it is possible to use a PIN photodiode, a photoconductive detector, a photomultiplier tube, etc. Also APD
In order to compensate for band deterioration caused by the effect of the carrier multiplication time generated in the APD during multiplication, an equalization circuit for band compensation may be used after the front-end amplifier. Effects) As explained above, according to the present invention, even if a large value resistor is used as the feedback resistance in the feedback path to the A) 'D connection part, the band of the front end amplifier can be sufficiently widened, and the An optical receiving circuit with high reception sensitivity and low noise can be obtained.
第１図、第２図は本発明の第１および第２の実施例を説
明する回路図、第３図は従来の光受信回路の一例の回路
図である。
１・・・・・・光検出器、２，３．５・・・・・・Ｆ’
ＥＴ、４・・・・・・出力端子、６・・・・・・ＡＰＤ
、Ｃ１〜Ｃ３・・・・・・コンデンサ、Ｒｆｔ ＋ ”
ｆ２・・・・・・帰還抵抗、ＲＬ・・・・・・負荷抵抗
。
代理人 弁理士 内 原 −“、′日 ゝ1 and 2 are circuit diagrams for explaining first and second embodiments of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of an example of a conventional optical receiving circuit. 1...Photodetector, 2,3.5...F'
ET, 4...Output terminal, 6...APD
, C1-C3...Capacitor, Rft+"
f2...Feedback resistance, RL...Load resistance. Agent Patent Attorney Uchihara −“、′日 ゝ
Claims (1)
を含む光受信回路において、前記負帰還増幅回路は、２
個の電界効果トランジスタのドレイン同志ならびにソー
ス同志をそれぞれ並列接続した増幅回路と、これら電界
効果トランジスタの各ゲートに、前記各ドレインからの
帰還信号を結合する第１及び第２の帰還回路とを備えた
ことを特徴とする光受信回路。In an optical receiving circuit including a photodetector and a negative feedback amplifier circuit coupled to the photodetector, the negative feedback amplifier circuit includes two
an amplifier circuit in which drains and sources of field effect transistors are connected in parallel, and first and second feedback circuits that couple feedback signals from the respective drains to each gate of these field effect transistors. An optical receiving circuit characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61006840A JPS62164305A (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Photodetecting circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61006840A JPS62164305A (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Photodetecting circuit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62164305A true JPS62164305A (en) | 1987-07-21 |
Family
ID=11649437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61006840A Pending JPS62164305A (en) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | Photodetecting circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62164305A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5177641A (en) * | 1989-10-31 | 1993-01-05 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Structure for holding lens in lens holding member |
-
1986
- 1986-01-14 JP JP61006840A patent/JPS62164305A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5177641A (en) * | 1989-10-31 | 1993-01-05 | Asahi Kogaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Structure for holding lens in lens holding member |
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