信号レベル検出回路
【課題】増幅回路の動作に必要な電流値を増加させることなく、ヒステリシスを用いて耐ノイズ特性を向上させることができる信号レベル検出回路を提供すること。
【解決手段】増幅回路６ａの電圧利得は、増幅回路６ｂの電圧利得より大きく、切替装置６ｃは、ピークホールド回路７ａに増幅回路６ａの出力信号が入力している場合に比較回路９からアラーム信号を受信すると、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替え、ピークホールド回路７ａに増幅回路６ｂの出力信号が入力している場合に比較回路９からアラーム信号を受信すると、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替える。
【解決手段】増幅回路６ａの電圧利得は、増幅回路６ｂの電圧利得より大きく、切替装置６ｃは、ピークホールド回路７ａに増幅回路６ａの出力信号が入力している場合に比較回路９からアラーム信号を受信すると、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替え、ピークホールド回路７ａに増幅回路６ｂの出力信号が入力している場合に比較回路９からアラーム信号を受信すると、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号レベル検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の受信信号検出回路及び受信信号処理装置は、信号を増幅するための可変ゲインアンプ回路と、基準電圧を調整するための可変ゲインアンプ回路と、これら二つの可変ゲインアンプ回路のそれぞれの出力側に設けられた二つのピークホールド回路と、この二つのピークホールド回路の出力を比較するヒステリシスコンパレータ回路とを備え、ＬＯＳ（loss of signal）の検出レベル（電圧）に応じて二つの可変ゲインアンプ回路の利得を制御できる。比較器にヒステリシスコンパレータ回路が用いられることによって耐ノイズ特性が確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１の可変ゲインアンプ回路は、ＬＯＳ解除の検出レベル付近まで線形性が必要となるが、耐ノイズ特性を向上させる場合には、比較的大きなヒステリシスが必要となるので、この場合、比較的広いダイナミックレンジが可変ゲインアンプ回路に要求される。耐ノイズ特性を向上させる場合、このようなダイナミックレンジを考慮すれば、ＬＯＳの検出レベルに対する十分なバックオフ（少なくともヒステリシス量に対応する分のバックオフ）が必要となるので、可変ゲインアンプ回路の消費電流の増大を招く。そこで本発明の目的は、増幅回路の動作に必要な電流値を増加させることなく、ヒステリシスを用いて耐ノイズ特性を向上させることができる信号レベル検出回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の信号レベル検出回路は、入力信号の電圧値を増幅する第１及び第２増幅回路と、前記第１増幅回路又は前記第２増幅回路の何れか一方の出力信号のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第１検出信号を出力する第１ピークホールド回路と、前記第１増幅回路の出力信号と前記第２増幅回路の出力信号とを切り替えて何れか一方の出力信号を前記第１ピークホールド回路に出力する切替装置と、所定の直流電源のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第２検出信号を出力する第２ピークホールド回路と、前記第１検出信号の示すピーク電圧値と前記第２検出信号の示すピーク電圧値とを比較し、この比較結果を示すアラーム信号を前記切替装置に送信する比較回路とを備え、前記第１増幅回路の電圧利得は、前記第２増幅回路の電圧利得より大きく、前記切替装置は、前記第１ピークホールド回路に前記第１増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第１増幅回路の出力信号から前記第２増幅回路の出力信号に切り替え、前記第１ピークホールド回路に前記第２増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第２増幅回路の出力信号から前記第１増幅回路の出力信号に切り替える、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、アラーム信号に応じて、予め異なった電圧利得に設定された第１及び第２増幅回路を切り替えることによってヒステリシスが得られる。従って、第１及び第２増幅回路の動作に必要な電流値を増加させることなく、十分なヒステリシス量が得られる。
【０００７】
更に、本発明の信号レベル検出回路では、前記第１増幅回路及び前記第２増幅回路のそれぞれは差動増幅回路であるのが好ましい。従って、差動増幅回路である第１及び第２増幅回路のそれぞれの差動対に応じた電圧利得が取得できる。
【０００８】
更に、本発明の信号レベル検出回路では、前記第１増幅回路は、第１差動対と、該第１差動対に電流を供給する第１電流源と、第１抵抗器とを有し、前記第１抵抗器の一方の端子は、前記第１差動対の一方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、前記第１抵抗器の他方の端子は、前記第１差動対の他方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、前記第２増幅回路は、第２差動対と、該第２差動対に電流を供給する第２電流源と、前記第２差動対を構成する二つの増幅器の間に設けられた第２抵抗器とを有し、前記第２抵抗器の一方の端子は、前記第２差動対の一方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続され、前記第２抵抗器の他方の端子は、前記第２差動対の他方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続されているのが好ましい。
【０００９】
更に、前記第１抵抗器の抵抗値は、前記第２抵抗器の抵抗値よりも小さいのが好ましい。従って、第１及び第２抵抗器の抵抗値を調整することによって、電圧利得が調整できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、増幅回路の動作に必要な電流値を増加させることなく、ヒステリシスを用いて耐ノイズ特性を向上させることができる信号レベル検出回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る信号レベル検出回路の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係るヒステリシス制御増幅器の構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る信号レベル検出回路の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１に、実施形態に係る信号レベル検出回路１の構成を示す。信号レベル検出回路１は、入力信号レベルがＬＯＳ状態（ＬＯＳ：Loss of Signal）となっているか否かを、ヒステリシスを用いて検出する装置である。信号レベル検出回路１は、信号入力端子２、増幅回路３、増幅回路４、信号出力端子５、ヒステリシス制御増幅器６、ピークホールド回路７ａ、ピークホールド回路７ｂ、直流電源８、比較回路９及びアラーム出力端子１０を備える。増幅回路３は、外部のトランスインピーダンス回路等から信号入力端子２を介して入力した信号を増幅し、この増幅後の信号（電圧値Ｖ１）を後段の増幅回路４及びヒステリシス制御増幅器６に出力する。増幅回路４は、増幅回路３から出力された増幅後の信号を一定の飽和出力になるまで増幅し、この増幅後の信号を信号出力端子５を介して後段のＣＤＲ（Clock Data Recovery Unit）等の受信信号処理回路に出力する。
【００１３】
ヒステリシス制御増幅器６は、増幅回路６ａ、増幅回路６ｂ及び切替装置６ｃを有する。増幅回路３から出力された増幅後の信号は、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂに入力する。増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれの出力端子は切替装置６ｃに接続されている。増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれは、増幅回路３から出力された増幅後の信号が入力すると、この信号を増幅し、そして、この増幅後の信号を切替装置６ｃに出力する。切替装置６ｃは、スイッチ６４ａ及びスイッチ６４ｂを有する。切替装置６ｃは、増幅回路６ａの出力信号と増幅回路６ｂの出力信号とを切り替えて何れか一方の出力信号をピークホールド回路７ａに出力する。
【００１４】
ピークホールド回路７ａは、切替装置６ｃを介して入力する増幅回路６ａ又は増幅回路６ｂの何れか一方の出力信号のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第１検出信号（電圧値Ｖ２）を後段の比較回路９に出力する。ピークホールド回路７ｂは、ピークホールド回路７ａと同様の特性（同規格）を有する。ピークホールド回路７ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆを供給する直流電源８のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第２検出信号（電圧値Ｖ３）を後段の比較回路９に出力する。
【００１５】
比較回路９は、ピークホールド回路７ａから出力される第１検出信号の示すピーク電圧値と、ピークホールド回路７ｂから出力される第２検出信号の示すピーク電圧値とを比較し、この比較結果を示すアラーム信号を前記切替装置に送信する。このアラーム信号の電圧値Ｖ４は、受信信号レベル判定出力であり、論理値（“０”値又は“１”値）を表す（図３（Ｂ）を参照）。比較回路９から出力されるアラーム信号は、増幅回路３からヒステリシス制御増幅器６に入力する信号の電圧値Ｖ１が所定基準値（電圧値Ｖ３）以下の場合（ＬＯＳ状態）に“１”値を示す信号となり、電圧値Ｖ１がこの所定基準値を上回っているＳＤ（Signal Detect）状態の場合に“０”値を示す信号となる。比較回路９から出力されるアラーム信号は、アラーム出力端子１０を介して外部に出力され、例えば光データリンクの状態監視等に使用される。また、比較回路９から出力されるアラーム信号は、切替装置６ｃに出力される。
【００１６】
切替装置６ｃは、ＳＤ状態の場合に、比較回路９から“１”値のアラーム信号を受信すると（ＳＤ状態からＬＯＳ状態に変わると）、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替える。切替装置６ｃは、ＬＯＳ状態の場合に、比較回路９から“０”値のアラーム信号を受信すると（ＬＯＳ状態からＳＤ状態に変わると）、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替える。
【００１７】
なお、図１に示す切替装置６ｃは、切替装置６ｃの機能（ピークホールド回路７ａに入力する信号を増幅回路６ａの出力信号と増幅回路６ｂの出力信号との間で切り替える機能）を模式的に示したものであり、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの各出力端子が切替装置６ｃに接続されている図１の構成でなくてもよい。以下、本実施形態において、切替装置６ｃは、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれの動作を切り替えるものとする（増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの何れか一方のみを動作させる）。この場合、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂそれぞれの出力端子は、いずれも、切替装置６ｃを介さずにピークホールド回路７ａに接続された状態となっている（図２参照）。
【００１８】
増幅回路６ａの電圧利得は、増幅回路６ｂの電圧利得よりも大きい。増幅回路６ａの入出力特性における線形範囲（ダイナミックレンジ）の上限（線形範囲内において電圧値Ｖ１のとり得る上限）は、LOS-Assertレベルｋ１に設定されており、増幅回路６ｂの入出力特性における線形範囲の上限（線形範囲内において電圧値Ｖ１のとり得る上限）はLOS-Deassertレベルｋ２に設定されている（図３（Ａ）及び図３（Ｃ）を参照）。LOS-Deassertレベルｋ２は、LOS-Assertレベルｋ１より大きく、LOS-Deassertレベルｋ２とLOS-Assertレベルｋ１との差は、信号レベル検出回路１のヒステリシス量に対応している。
【００１９】
次に、ヒステリシス制御増幅器６の構成を説明する。図２に、実施形態に係るヒステリシス制御増幅器６の構成を示す。ヒステリシス制御増幅器６は、増幅回路６ａ、増幅回路６ｂ及び切替装置６ｃを有する。増幅回路６ａは、差動増幅回路であり、トランスコンダクタンス増幅回路６１ａと抵抗器Ｒ１とを有する。増幅回路６ｂは、差動増幅回路であり、トランスコンダクタンス増幅回路６１ｂと抵抗器Ｒ２とを有する。切替装置６ｃは、スイッチ６４ａとスイッチ６４ｂとを有する。なお、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂは、差動でなくシングルエンドであってもよい。
【００２０】
ヒステリシス制御増幅器６は、入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮと、出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮとを更に有する。入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮは、増幅回路３の出力端子に接続されており、増幅回路３の出力信号（電圧値Ｖ１）は入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮを介して増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂに入力する。出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮはピークホールド回路７ａの入力端子に接続されており、増幅回路６ａ又は増幅回路６ｂの出力信号は切替装置６ｃを介してピークホールド回路７ａに入力する。入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮから入力される信号は、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれにおいて増幅され、この増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれによって増幅された各信号は、出力端子（出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮ）及び切替装置６ｃを介してピークホールド回路７ａに出力される。
【００２１】
トランスコンダクタンス増幅回路６１ａは、差動対６２ａと電流源６３ａとを有する。差動対６２ａは、トランジスタＱ１ａ、トランジスタＱ２ａ及び抵抗器Ｒ３ａを有する。電流源６３ａは、トランジスタＱ３ａ、トランジスタＱ４ａ、抵抗器Ｒ４ａ及び抵抗器Ｒ５ａを有する。トランジスタＱ１ａのベース端子は入力端子ＩＮＰに接続され、トランジスタＱ１ａのエミッタ端子はトランジスタＱ３ａのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ１ａのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＮに接続され、更に、抵抗器Ｒ１を介して電源Ｖｃｃに接続されている。トランジスタＱ２ａのベース端子は入力端子ＩＮＮに接続され、トランジスタＱ２ａのエミッタ端子はトランジスタＱ４ａのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ２ａのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＰに接続され、更に、抵抗器Ｒ２を介して電源Ｖｃｃに接続されている。
【００２２】
トランジスタＱ３ａのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ａに接続され、トランジスタＱ３ａのエミッタ端子は抵抗器Ｒ４ａを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ３ａのコレクタ端子はトランジスタＱ１ａのエミッタ端子に接続されている。トランジスタＱ４ａのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ａに接続されている。トランジスタＱ４ａのエミッタ端子は抵抗器Ｒ５ａを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ４ａのコレクタ端子はトランジスタＱ２ａのエミッタ端子に接続されている。
【００２３】
抵抗器Ｒ３ａの一方の端子は、トランジスタＱ１ａのエミッタ端子とトランジスタＱ３ａのコレクタ端子とに接続されている。抵抗器Ｒ３ａの他方の端子は、トランジスタＱ２ａのエミッタ端子とトランジスタＱ４ａのコレクタ端子とに接続されている。
【００２４】
トランスコンダクタンス増幅回路６１ｂは、差動対６２ｂと電流源６３ｂとを有する。差動対６２ｂは、トランジスタＱ１ｂ、トランジスタＱ２ｂ及び抵抗器Ｒ３ｂを有する。電流源６３ｂは、トランジスタＱ３ｂ、トランジスタＱ４ｂ、抵抗器Ｒ４ｂ及び抵抗器Ｒ５ｂを有する。トランジスタＱ１ｂのベース端子は入力端子ＩＮＰに接続され、トランジスタＱ１ｂのエミッタ端子はトランジスタＱ３ｂのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ１ｂのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＮに接続され、更に、抵抗器Ｒ２を介して電源Ｖｃｃに接続されている。トランジスタＱ２ｂのベース端子は入力端子ＩＮＮに接続され、トランジスタＱ２ｂのエミッタ端子はトランジスタＱ４ｂのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ２ｂのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＰに接続され、更に、抵抗器Ｒ１を介して電源Ｖｃｃに接続されている。
【００２５】
トランジスタＱ３ｂのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ｂに接続され、トランジスタＱ３ｂのエミッタ端子は抵抗器Ｒ４ｂを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ３ｂのコレクタ端子はトランジスタＱ１ｂのエミッタ端子に接続されている。トランジスタＱ４ｂのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ｂに接続されている。トランジスタＱ４ｂのエミッタ端子は抵抗器Ｒ５ｂを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ４ｂのコレクタ端子はトランジスタＱ２ｂのエミッタ端子に接続されている。
【００２６】
抵抗器Ｒ３ｂの一方の端子は、トランジスタＱ１ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ３ｂのコレクタ端子とに接続されている。抵抗器Ｒ３ｂの他方の端子は、トランジスタＱ２ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ４ｂのコレクタ端子とに接続されている。
【００２７】
スイッチ６４ａは、アラーム入力端子ＬＯＳを介して比較回路９から入力されるアラーム信号（“１”値又は“０”値）に応じて、トランジスタＱ３ａのベース端子とトランジスタＱ４ａのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続するか、又は、ＧＮＤに接続する。スイッチ６４ｂは、アラーム入力端子ＬＯＳを介して比較回路９から入力されるアラーム信号（“１”値又は“０”値）に応じて、トランジスタＱ３ｂのベース端子とトランジスタＱ４ｂのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続するか、又は、ＧＮＤに接続する。また、スイッチ６４ａとスイッチ６４ｂとは相補動作を行う。すなわち、スイッチ６４ａが、トランジスタＱ３ａのベース端子とトランジスタＱ４ａのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続する場合に、トランジスタＱ３ｂのベース端子とトランジスタＱ４ｂのベース端子とを共に、ＧＮＤに接続する。スイッチ６４ａが、トランジスタＱ３ａのベース端子とトランジスタＱ４ａのベース端子とを共に、ＧＮＤに接続する場合に、トランジスタＱ３ｂのベース端子とトランジスタＱ４ｂのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続する。
【００２８】
ここで、トランジスタＱ１ａとトランジスタＱ１ｂとは同様の特性（同規格）を有しており、トランジスタＱ２ａとトランジスタＱ２ｂとは同様の特性（同規格）を有しており、トランジスタＱ３ａとトランジスタＱ３ｂとは同様の特性（同規格）を有しており、トランジスタＱ４ａとトランジスタＱ４ｂとは同様の特性（同規格）を有している。抵抗器Ｒ１の抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値とは同様の特性（同規格）を有しており、抵抗器Ｒ４ａの抵抗値と抵抗器Ｒ４ｂの抵抗値とは同様の特性（同規格）を有しており、抵抗器Ｒ５ａの抵抗値と抵抗器Ｒ５ｂの抵抗値とは同様の特性（同規格）を有している。抵抗器Ｒ３ａの抵抗値は、抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値よりも小さい。また、トランジスタＱ１ａのエミッタ端子とトランジスタＱ３ａのコレクタ端子との間の電流値、トランジスタＱ２ａのエミッタ端子とトランジスタＱ４ａのコレクタ端子との間の電流値、トランジスタＱ１ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ３ｂのコレクタ端子との間の電流値、及び、トランジスタＱ２ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ４ｂのコレクタ端子との間の電流値は同様であり、電流Ｉｏとする。
【００２９】
従って、増幅回路６ａの差動利得は、２×（抵抗器Ｒ１の抵抗値）／（２×ＶＴ／Ｉｏ＋（抵抗器Ｒ３ａの抵抗値））となり、増幅回路６ａの差動利得は、２×（抵抗器Ｒ２の抵抗値）／（２×ＶＴ／Ｉｏ＋（抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値））となる。ＶＴは、バイポーラトランジスタにおける熱電圧（ｋＴ／ｑであり、摂氏２７度において２６ｍＶとなる）（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：素電荷量）である。このように、抵抗器Ｒ１の抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値とが同様の特性（同規格）を有し、電流値Ｉｏが共通しているので、抵抗器Ｒ３ａの抵抗値と抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値とをそれぞれ変えることによって、増幅回路６ａの差動利得と増幅回路６ｂの差動利得とをそれぞれ調整することができる。従って、増幅回路６ａの差動利得と増幅回路６ｂの差動利得との差分も、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂのそれぞれの抵抗値を変えることによって調整可能となる。一方、出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮから出力される差動出力電圧の最大値は、増幅回路６ａを動作させた場合には２×Ｉｏ×（抵抗器Ｒ１の抵抗値）となり、増幅回路６ｂを動作させた場合には２×Ｉｏ×（抵抗器Ｒ２の抵抗値）となり、抵抗器Ｒ１の抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値とは同様であり、電流値Ｉｏも共通しているので、増幅回路６ａ又は増幅回路６ｂの何れを動作させた場合であっても同様となっている。以上のような構成のヒステリシス制御増幅器６によれば、比較回路９からのアラーム信号に応じて、互いに電圧利得の異なる増幅回路６ａと増幅回路６ｂとを切り替えるので、消費電流を増やすことなく、ヒステリシスに必要な線形性（ダイナミックレンジ）を確保できる。
【００３０】
次に、図３を参照して、信号レベル検出回路１の動作を説明する。図３（Ａ）は、増幅回路３からヒステリシス制御増幅器６に入力する信号の強度（電圧値Ｖ１）の時間変化の一例を示す図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す信号変化に応じて比較回路９から出力されるアラーム信号（電圧値Ｖ４）の時間変化を示す図である。ステップＳ１（時刻Ｔ１までの期間）において、電圧値Ｖ１は、時間の経過と共に減少し、LOS-Deassertレベルｋ２を下回る。ステップＳ１の場合、電圧値Ｖ４は“０”値を示す（ＳＤ状態）。そして、ピークホールド回路７ａには、増幅回路６ａから出力される信号が入力している。
【００３１】
ステップＳ１の後、ステップＳ２（時刻Ｔ１）において電圧値Ｖ１がLOS-Assertレベルｋ１と同様の値になると、電圧値Ｖ４は“１”値を示す（ＬＯＳ状態）。そして、切替装置６ｃは、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替える。ステップＳ２の後、ステップＳ３（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２）において、電圧値Ｖ１は更に減少する。ステップＳ３の場合、電圧値Ｖ４は“１”値を示す。ステップＳ３の後、ステップＳ４（時刻Ｔ２〜時刻Ｔ３）において、電圧値Ｖ１は、LOS-Assertレベルｋ１を上回り、LOS-Deassertレベルｋ２に至るまで増加する。ステップＳ４の場合、電圧値Ｖ４は“１”値を示す。ステップＳ３〜ステップＳ４の場合、ピークホールド回路７ａには、増幅回路６ｂからの出力信号が入力する。
【００３２】
ステップＳ４の後、ステップＳ５（時刻Ｔ３）において電圧値Ｖ１がLOS-Deassertレベルｋ２と同様の値になると、電圧値Ｖ４は“０”値を示す。そして、切替装置６ｃは、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替える。
【００３３】
以上説明したステップＳ１〜ステップＳ５の内容を図３（Ｃ）を参照して説明する。図３（Ｃ）には、ヒステリシス制御増幅器６に入力する信号（電圧値Ｖ１）と、ヒステリシス制御増幅器６からピークホールド回路７ａを介して出力される第１検出信号（電圧値Ｖ２）との相関関係が示されている。ステップＳ１において、電圧値Ｖ２は、電圧値Ｖ１の減少に応じて、ピークホールド回路７ｂから出力される第２検出信号の電圧値Ｖ３（ポイントＰ１）に至るまで（電圧値Ｖ１がLOS-Assertレベルｋ１に至るまで）、増幅回路６ａの動作を示すグラフＧ１に沿って減少する。ステップＳ１の場合、アラーム信号は“０”値を示す。
【００３４】
ステップＳ１の後、ステップＳ２において電圧値Ｖ１がLOS-Assertレベルｋ１と同様の値になると、切替装置６ｃは、アラーム信号が“０”値から“１”値に切り替わること応じて、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替えるので、電圧値Ｖ２は、増幅回路６ａの動作を示すグラフＧ１上のポイントＰ１から増幅回路６ｂの動作を示すグラフＧ２上のポイントＰ２に遷移する。ステップＳ２の後、電圧値Ｖ２は、ステップＳ３において、電圧値Ｖ１の減少に応じて、グラフＧ２に沿って更に減少し、グラフＧ２上のポイントＰ３に至る。ステップＳ３の後、電圧値Ｖ２は、ステップＳ４において、電圧値Ｖ１の増加に応じて、電圧値Ｖ３（ポイントＰ４）に至るまで（電圧値Ｖ１がLOS-Deassertレベルｋ２に至るまで）、グラフＧ２に沿って増加する。ステップＳ３〜ステップＳ４の場合、アラーム信号は“１”値を示す。
【００３５】
ステップＳ４の後、ステップＳ５において電圧値Ｖ１がLOS-Deassertレベルｋ２と同様の値になると、切替装置６ｃは、アラーム信号が“１”値から“０”値に切り替わることに応じて、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替えるので、電圧値Ｖ２は、増幅回路６ｂの動作を示すグラフＧ２上のポイントＰ４から増幅回路６ａの動作を示すグラフＧ１上のポイントＰ５に遷移する。
【００３６】
以上説明したように、信号レベル検出回路１は、アラーム信号の値（“１”値又は“０”値）に応じて、予め異なった電圧利得に設定された増幅回路６ａと増幅回路６ｂとを切り替えることによってヒステリシスを得ている。従って、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの動作に必要な電流値を増加させることなく、十分なヒステリシス量が得られる。更に、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂは差動増幅回路なので、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれの差動対（差動対６２ａ及び差動対６２ｂ）に応じた電圧利得が取得できる。
【００３７】
増幅回路６ａの電圧利得と増幅回路６ｂの電圧利得との差は、増幅回路６ａの差動対６２ａを構成するトランジスタＱ１ａ及びトランジスタＱ２ａのエミッタ端子間（このエミッタ端子は電流源６３ａに接続されている）に設けられた抵抗器Ｒ３ａと、増幅回路６ｂの差動対６２ｂを構成するトランジスタＱ１ｂ及びトランジスタＱ２ｂのエミッタ端子間（このエミッタ端子は電流源６３ｂに接続されている）に設けられた抵抗器Ｒ３ｂとの抵抗値の差に依存する。そして、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの電圧利得の線形性（ダイナミックレンジ）は、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値にそれぞれ依存する。従って、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値を調整することによって、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの電圧利得が調整できるので、好適なヒステリシス量と電圧利得の線形性とが得られる。
【００３８】
特に上記線形性の範囲を拡大するには（広いダイナミックレンジを確保するには）、増幅回路６ａの抵抗器Ｒ１の抵抗値と増幅回路６ｂの抵抗器Ｒ２の抵抗値とを大きくする方法と、増幅回路６ａの差動対６２ａと増幅回路６ｂの差動対６２ｂとに供給する電流値Ｉｏを増加する方法とがあるが、抵抗器Ｒ１の抵抗値と増幅回路６ｂの抵抗器Ｒ２の抵抗値とを大きくすれば１０Ｇｂ／ｓ等の高速動作に対応するのが困難となり、また、電流Ｉｏを増加すれば消費電流の増大を招く。これに対し、本実施形態に係る信号レベル検出回路１の場合、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値のみを調整することによって、線形性の範囲の調整が行える。
【００３９】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００４０】
１…信号レベル検出回路、１０…アラーム出力端子、２…信号入力端子、３，４…増幅回路、５…信号出力端子、６…ヒステリシス制御増幅器、６１ａ，６１ｂ…トランスコンダクタンス増幅回路、６２ａ，６２ｂ…差動対、６３ａ，６３ｂ…電流源、６４ａ，６４ｂ…スイッチ、６ａ，６ｂ…増幅回路、６ｃ…切替装置、７ａ，７ｂ…ピークホールド回路、８…直流電源、９…比較回路、ＩＮＰ…入力端子、ＩＮＮ…入力端子、ｋ１…LOS-Assertレベル、ｋ２…LOS-Deassertレベル、ＬＯＳ…アラーム入力端子、ＯＵＴＰ…出力端子、ＯＵＴＮ…出力端子、Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ａ，Ｑ２ｂ，Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ａ，Ｒ４ｂ，Ｒ５ａ，Ｒ５ｂ…抵抗器、Ｖｂ…直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号レベル検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の受信信号検出回路及び受信信号処理装置は、信号を増幅するための可変ゲインアンプ回路と、基準電圧を調整するための可変ゲインアンプ回路と、これら二つの可変ゲインアンプ回路のそれぞれの出力側に設けられた二つのピークホールド回路と、この二つのピークホールド回路の出力を比較するヒステリシスコンパレータ回路とを備え、ＬＯＳ（loss of signal）の検出レベル（電圧）に応じて二つの可変ゲインアンプ回路の利得を制御できる。比較器にヒステリシスコンパレータ回路が用いられることによって耐ノイズ特性が確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１５５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１の可変ゲインアンプ回路は、ＬＯＳ解除の検出レベル付近まで線形性が必要となるが、耐ノイズ特性を向上させる場合には、比較的大きなヒステリシスが必要となるので、この場合、比較的広いダイナミックレンジが可変ゲインアンプ回路に要求される。耐ノイズ特性を向上させる場合、このようなダイナミックレンジを考慮すれば、ＬＯＳの検出レベルに対する十分なバックオフ（少なくともヒステリシス量に対応する分のバックオフ）が必要となるので、可変ゲインアンプ回路の消費電流の増大を招く。そこで本発明の目的は、増幅回路の動作に必要な電流値を増加させることなく、ヒステリシスを用いて耐ノイズ特性を向上させることができる信号レベル検出回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の信号レベル検出回路は、入力信号の電圧値を増幅する第１及び第２増幅回路と、前記第１増幅回路又は前記第２増幅回路の何れか一方の出力信号のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第１検出信号を出力する第１ピークホールド回路と、前記第１増幅回路の出力信号と前記第２増幅回路の出力信号とを切り替えて何れか一方の出力信号を前記第１ピークホールド回路に出力する切替装置と、所定の直流電源のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第２検出信号を出力する第２ピークホールド回路と、前記第１検出信号の示すピーク電圧値と前記第２検出信号の示すピーク電圧値とを比較し、この比較結果を示すアラーム信号を前記切替装置に送信する比較回路とを備え、前記第１増幅回路の電圧利得は、前記第２増幅回路の電圧利得より大きく、前記切替装置は、前記第１ピークホールド回路に前記第１増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第１増幅回路の出力信号から前記第２増幅回路の出力信号に切り替え、前記第１ピークホールド回路に前記第２増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第２増幅回路の出力信号から前記第１増幅回路の出力信号に切り替える、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、アラーム信号に応じて、予め異なった電圧利得に設定された第１及び第２増幅回路を切り替えることによってヒステリシスが得られる。従って、第１及び第２増幅回路の動作に必要な電流値を増加させることなく、十分なヒステリシス量が得られる。
【０００７】
更に、本発明の信号レベル検出回路では、前記第１増幅回路及び前記第２増幅回路のそれぞれは差動増幅回路であるのが好ましい。従って、差動増幅回路である第１及び第２増幅回路のそれぞれの差動対に応じた電圧利得が取得できる。
【０００８】
更に、本発明の信号レベル検出回路では、前記第１増幅回路は、第１差動対と、該第１差動対に電流を供給する第１電流源と、第１抵抗器とを有し、前記第１抵抗器の一方の端子は、前記第１差動対の一方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、前記第１抵抗器の他方の端子は、前記第１差動対の他方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、前記第２増幅回路は、第２差動対と、該第２差動対に電流を供給する第２電流源と、前記第２差動対を構成する二つの増幅器の間に設けられた第２抵抗器とを有し、前記第２抵抗器の一方の端子は、前記第２差動対の一方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続され、前記第２抵抗器の他方の端子は、前記第２差動対の他方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続されているのが好ましい。
【０００９】
更に、前記第１抵抗器の抵抗値は、前記第２抵抗器の抵抗値よりも小さいのが好ましい。従って、第１及び第２抵抗器の抵抗値を調整することによって、電圧利得が調整できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、増幅回路の動作に必要な電流値を増加させることなく、ヒステリシスを用いて耐ノイズ特性を向上させることができる信号レベル検出回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る信号レベル検出回路の構成を示す図である。
【図２】実施形態に係るヒステリシス制御増幅器の構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る信号レベル検出回路の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１に、実施形態に係る信号レベル検出回路１の構成を示す。信号レベル検出回路１は、入力信号レベルがＬＯＳ状態（ＬＯＳ：Loss of Signal）となっているか否かを、ヒステリシスを用いて検出する装置である。信号レベル検出回路１は、信号入力端子２、増幅回路３、増幅回路４、信号出力端子５、ヒステリシス制御増幅器６、ピークホールド回路７ａ、ピークホールド回路７ｂ、直流電源８、比較回路９及びアラーム出力端子１０を備える。増幅回路３は、外部のトランスインピーダンス回路等から信号入力端子２を介して入力した信号を増幅し、この増幅後の信号（電圧値Ｖ１）を後段の増幅回路４及びヒステリシス制御増幅器６に出力する。増幅回路４は、増幅回路３から出力された増幅後の信号を一定の飽和出力になるまで増幅し、この増幅後の信号を信号出力端子５を介して後段のＣＤＲ（Clock Data Recovery Unit）等の受信信号処理回路に出力する。
【００１３】
ヒステリシス制御増幅器６は、増幅回路６ａ、増幅回路６ｂ及び切替装置６ｃを有する。増幅回路３から出力された増幅後の信号は、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂに入力する。増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれの出力端子は切替装置６ｃに接続されている。増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれは、増幅回路３から出力された増幅後の信号が入力すると、この信号を増幅し、そして、この増幅後の信号を切替装置６ｃに出力する。切替装置６ｃは、スイッチ６４ａ及びスイッチ６４ｂを有する。切替装置６ｃは、増幅回路６ａの出力信号と増幅回路６ｂの出力信号とを切り替えて何れか一方の出力信号をピークホールド回路７ａに出力する。
【００１４】
ピークホールド回路７ａは、切替装置６ｃを介して入力する増幅回路６ａ又は増幅回路６ｂの何れか一方の出力信号のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第１検出信号（電圧値Ｖ２）を後段の比較回路９に出力する。ピークホールド回路７ｂは、ピークホールド回路７ａと同様の特性（同規格）を有する。ピークホールド回路７ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆを供給する直流電源８のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第２検出信号（電圧値Ｖ３）を後段の比較回路９に出力する。
【００１５】
比較回路９は、ピークホールド回路７ａから出力される第１検出信号の示すピーク電圧値と、ピークホールド回路７ｂから出力される第２検出信号の示すピーク電圧値とを比較し、この比較結果を示すアラーム信号を前記切替装置に送信する。このアラーム信号の電圧値Ｖ４は、受信信号レベル判定出力であり、論理値（“０”値又は“１”値）を表す（図３（Ｂ）を参照）。比較回路９から出力されるアラーム信号は、増幅回路３からヒステリシス制御増幅器６に入力する信号の電圧値Ｖ１が所定基準値（電圧値Ｖ３）以下の場合（ＬＯＳ状態）に“１”値を示す信号となり、電圧値Ｖ１がこの所定基準値を上回っているＳＤ（Signal Detect）状態の場合に“０”値を示す信号となる。比較回路９から出力されるアラーム信号は、アラーム出力端子１０を介して外部に出力され、例えば光データリンクの状態監視等に使用される。また、比較回路９から出力されるアラーム信号は、切替装置６ｃに出力される。
【００１６】
切替装置６ｃは、ＳＤ状態の場合に、比較回路９から“１”値のアラーム信号を受信すると（ＳＤ状態からＬＯＳ状態に変わると）、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替える。切替装置６ｃは、ＬＯＳ状態の場合に、比較回路９から“０”値のアラーム信号を受信すると（ＬＯＳ状態からＳＤ状態に変わると）、ピークホールド回路７ａに出力する信号を増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替える。
【００１７】
なお、図１に示す切替装置６ｃは、切替装置６ｃの機能（ピークホールド回路７ａに入力する信号を増幅回路６ａの出力信号と増幅回路６ｂの出力信号との間で切り替える機能）を模式的に示したものであり、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの各出力端子が切替装置６ｃに接続されている図１の構成でなくてもよい。以下、本実施形態において、切替装置６ｃは、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれの動作を切り替えるものとする（増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの何れか一方のみを動作させる）。この場合、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂそれぞれの出力端子は、いずれも、切替装置６ｃを介さずにピークホールド回路７ａに接続された状態となっている（図２参照）。
【００１８】
増幅回路６ａの電圧利得は、増幅回路６ｂの電圧利得よりも大きい。増幅回路６ａの入出力特性における線形範囲（ダイナミックレンジ）の上限（線形範囲内において電圧値Ｖ１のとり得る上限）は、LOS-Assertレベルｋ１に設定されており、増幅回路６ｂの入出力特性における線形範囲の上限（線形範囲内において電圧値Ｖ１のとり得る上限）はLOS-Deassertレベルｋ２に設定されている（図３（Ａ）及び図３（Ｃ）を参照）。LOS-Deassertレベルｋ２は、LOS-Assertレベルｋ１より大きく、LOS-Deassertレベルｋ２とLOS-Assertレベルｋ１との差は、信号レベル検出回路１のヒステリシス量に対応している。
【００１９】
次に、ヒステリシス制御増幅器６の構成を説明する。図２に、実施形態に係るヒステリシス制御増幅器６の構成を示す。ヒステリシス制御増幅器６は、増幅回路６ａ、増幅回路６ｂ及び切替装置６ｃを有する。増幅回路６ａは、差動増幅回路であり、トランスコンダクタンス増幅回路６１ａと抵抗器Ｒ１とを有する。増幅回路６ｂは、差動増幅回路であり、トランスコンダクタンス増幅回路６１ｂと抵抗器Ｒ２とを有する。切替装置６ｃは、スイッチ６４ａとスイッチ６４ｂとを有する。なお、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂは、差動でなくシングルエンドであってもよい。
【００２０】
ヒステリシス制御増幅器６は、入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮと、出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮとを更に有する。入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮは、増幅回路３の出力端子に接続されており、増幅回路３の出力信号（電圧値Ｖ１）は入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮを介して増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂに入力する。出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮはピークホールド回路７ａの入力端子に接続されており、増幅回路６ａ又は増幅回路６ｂの出力信号は切替装置６ｃを介してピークホールド回路７ａに入力する。入力端子ＩＮＰ及び入力端子ＩＮＮから入力される信号は、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれにおいて増幅され、この増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれによって増幅された各信号は、出力端子（出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮ）及び切替装置６ｃを介してピークホールド回路７ａに出力される。
【００２１】
トランスコンダクタンス増幅回路６１ａは、差動対６２ａと電流源６３ａとを有する。差動対６２ａは、トランジスタＱ１ａ、トランジスタＱ２ａ及び抵抗器Ｒ３ａを有する。電流源６３ａは、トランジスタＱ３ａ、トランジスタＱ４ａ、抵抗器Ｒ４ａ及び抵抗器Ｒ５ａを有する。トランジスタＱ１ａのベース端子は入力端子ＩＮＰに接続され、トランジスタＱ１ａのエミッタ端子はトランジスタＱ３ａのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ１ａのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＮに接続され、更に、抵抗器Ｒ１を介して電源Ｖｃｃに接続されている。トランジスタＱ２ａのベース端子は入力端子ＩＮＮに接続され、トランジスタＱ２ａのエミッタ端子はトランジスタＱ４ａのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ２ａのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＰに接続され、更に、抵抗器Ｒ２を介して電源Ｖｃｃに接続されている。
【００２２】
トランジスタＱ３ａのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ａに接続され、トランジスタＱ３ａのエミッタ端子は抵抗器Ｒ４ａを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ３ａのコレクタ端子はトランジスタＱ１ａのエミッタ端子に接続されている。トランジスタＱ４ａのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ａに接続されている。トランジスタＱ４ａのエミッタ端子は抵抗器Ｒ５ａを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ４ａのコレクタ端子はトランジスタＱ２ａのエミッタ端子に接続されている。
【００２３】
抵抗器Ｒ３ａの一方の端子は、トランジスタＱ１ａのエミッタ端子とトランジスタＱ３ａのコレクタ端子とに接続されている。抵抗器Ｒ３ａの他方の端子は、トランジスタＱ２ａのエミッタ端子とトランジスタＱ４ａのコレクタ端子とに接続されている。
【００２４】
トランスコンダクタンス増幅回路６１ｂは、差動対６２ｂと電流源６３ｂとを有する。差動対６２ｂは、トランジスタＱ１ｂ、トランジスタＱ２ｂ及び抵抗器Ｒ３ｂを有する。電流源６３ｂは、トランジスタＱ３ｂ、トランジスタＱ４ｂ、抵抗器Ｒ４ｂ及び抵抗器Ｒ５ｂを有する。トランジスタＱ１ｂのベース端子は入力端子ＩＮＰに接続され、トランジスタＱ１ｂのエミッタ端子はトランジスタＱ３ｂのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ１ｂのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＮに接続され、更に、抵抗器Ｒ２を介して電源Ｖｃｃに接続されている。トランジスタＱ２ｂのベース端子は入力端子ＩＮＮに接続され、トランジスタＱ２ｂのエミッタ端子はトランジスタＱ４ｂのコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ２ｂのコレクタ端子は出力端子ＯＵＴＰに接続され、更に、抵抗器Ｒ１を介して電源Ｖｃｃに接続されている。
【００２５】
トランジスタＱ３ｂのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ｂに接続され、トランジスタＱ３ｂのエミッタ端子は抵抗器Ｒ４ｂを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ３ｂのコレクタ端子はトランジスタＱ１ｂのエミッタ端子に接続されている。トランジスタＱ４ｂのベース端子は切替装置６ｃのスイッチ６４ｂに接続されている。トランジスタＱ４ｂのエミッタ端子は抵抗器Ｒ５ｂを介してＧＮＤに接続され、トランジスタＱ４ｂのコレクタ端子はトランジスタＱ２ｂのエミッタ端子に接続されている。
【００２６】
抵抗器Ｒ３ｂの一方の端子は、トランジスタＱ１ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ３ｂのコレクタ端子とに接続されている。抵抗器Ｒ３ｂの他方の端子は、トランジスタＱ２ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ４ｂのコレクタ端子とに接続されている。
【００２７】
スイッチ６４ａは、アラーム入力端子ＬＯＳを介して比較回路９から入力されるアラーム信号（“１”値又は“０”値）に応じて、トランジスタＱ３ａのベース端子とトランジスタＱ４ａのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続するか、又は、ＧＮＤに接続する。スイッチ６４ｂは、アラーム入力端子ＬＯＳを介して比較回路９から入力されるアラーム信号（“１”値又は“０”値）に応じて、トランジスタＱ３ｂのベース端子とトランジスタＱ４ｂのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続するか、又は、ＧＮＤに接続する。また、スイッチ６４ａとスイッチ６４ｂとは相補動作を行う。すなわち、スイッチ６４ａが、トランジスタＱ３ａのベース端子とトランジスタＱ４ａのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続する場合に、トランジスタＱ３ｂのベース端子とトランジスタＱ４ｂのベース端子とを共に、ＧＮＤに接続する。スイッチ６４ａが、トランジスタＱ３ａのベース端子とトランジスタＱ４ａのベース端子とを共に、ＧＮＤに接続する場合に、トランジスタＱ３ｂのベース端子とトランジスタＱ４ｂのベース端子とを共に、直流電源Ｖｂに接続する。
【００２８】
ここで、トランジスタＱ１ａとトランジスタＱ１ｂとは同様の特性（同規格）を有しており、トランジスタＱ２ａとトランジスタＱ２ｂとは同様の特性（同規格）を有しており、トランジスタＱ３ａとトランジスタＱ３ｂとは同様の特性（同規格）を有しており、トランジスタＱ４ａとトランジスタＱ４ｂとは同様の特性（同規格）を有している。抵抗器Ｒ１の抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値とは同様の特性（同規格）を有しており、抵抗器Ｒ４ａの抵抗値と抵抗器Ｒ４ｂの抵抗値とは同様の特性（同規格）を有しており、抵抗器Ｒ５ａの抵抗値と抵抗器Ｒ５ｂの抵抗値とは同様の特性（同規格）を有している。抵抗器Ｒ３ａの抵抗値は、抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値よりも小さい。また、トランジスタＱ１ａのエミッタ端子とトランジスタＱ３ａのコレクタ端子との間の電流値、トランジスタＱ２ａのエミッタ端子とトランジスタＱ４ａのコレクタ端子との間の電流値、トランジスタＱ１ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ３ｂのコレクタ端子との間の電流値、及び、トランジスタＱ２ｂのエミッタ端子とトランジスタＱ４ｂのコレクタ端子との間の電流値は同様であり、電流Ｉｏとする。
【００２９】
従って、増幅回路６ａの差動利得は、２×（抵抗器Ｒ１の抵抗値）／（２×ＶＴ／Ｉｏ＋（抵抗器Ｒ３ａの抵抗値））となり、増幅回路６ａの差動利得は、２×（抵抗器Ｒ２の抵抗値）／（２×ＶＴ／Ｉｏ＋（抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値））となる。ＶＴは、バイポーラトランジスタにおける熱電圧（ｋＴ／ｑであり、摂氏２７度において２６ｍＶとなる）（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：素電荷量）である。このように、抵抗器Ｒ１の抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値とが同様の特性（同規格）を有し、電流値Ｉｏが共通しているので、抵抗器Ｒ３ａの抵抗値と抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値とをそれぞれ変えることによって、増幅回路６ａの差動利得と増幅回路６ｂの差動利得とをそれぞれ調整することができる。従って、増幅回路６ａの差動利得と増幅回路６ｂの差動利得との差分も、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂのそれぞれの抵抗値を変えることによって調整可能となる。一方、出力端子ＯＵＴＰ及び出力端子ＯＵＴＮから出力される差動出力電圧の最大値は、増幅回路６ａを動作させた場合には２×Ｉｏ×（抵抗器Ｒ１の抵抗値）となり、増幅回路６ｂを動作させた場合には２×Ｉｏ×（抵抗器Ｒ２の抵抗値）となり、抵抗器Ｒ１の抵抗値と抵抗器Ｒ２の抵抗値とは同様であり、電流値Ｉｏも共通しているので、増幅回路６ａ又は増幅回路６ｂの何れを動作させた場合であっても同様となっている。以上のような構成のヒステリシス制御増幅器６によれば、比較回路９からのアラーム信号に応じて、互いに電圧利得の異なる増幅回路６ａと増幅回路６ｂとを切り替えるので、消費電流を増やすことなく、ヒステリシスに必要な線形性（ダイナミックレンジ）を確保できる。
【００３０】
次に、図３を参照して、信号レベル検出回路１の動作を説明する。図３（Ａ）は、増幅回路３からヒステリシス制御増幅器６に入力する信号の強度（電圧値Ｖ１）の時間変化の一例を示す図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す信号変化に応じて比較回路９から出力されるアラーム信号（電圧値Ｖ４）の時間変化を示す図である。ステップＳ１（時刻Ｔ１までの期間）において、電圧値Ｖ１は、時間の経過と共に減少し、LOS-Deassertレベルｋ２を下回る。ステップＳ１の場合、電圧値Ｖ４は“０”値を示す（ＳＤ状態）。そして、ピークホールド回路７ａには、増幅回路６ａから出力される信号が入力している。
【００３１】
ステップＳ１の後、ステップＳ２（時刻Ｔ１）において電圧値Ｖ１がLOS-Assertレベルｋ１と同様の値になると、電圧値Ｖ４は“１”値を示す（ＬＯＳ状態）。そして、切替装置６ｃは、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替える。ステップＳ２の後、ステップＳ３（時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２）において、電圧値Ｖ１は更に減少する。ステップＳ３の場合、電圧値Ｖ４は“１”値を示す。ステップＳ３の後、ステップＳ４（時刻Ｔ２〜時刻Ｔ３）において、電圧値Ｖ１は、LOS-Assertレベルｋ１を上回り、LOS-Deassertレベルｋ２に至るまで増加する。ステップＳ４の場合、電圧値Ｖ４は“１”値を示す。ステップＳ３〜ステップＳ４の場合、ピークホールド回路７ａには、増幅回路６ｂからの出力信号が入力する。
【００３２】
ステップＳ４の後、ステップＳ５（時刻Ｔ３）において電圧値Ｖ１がLOS-Deassertレベルｋ２と同様の値になると、電圧値Ｖ４は“０”値を示す。そして、切替装置６ｃは、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替える。
【００３３】
以上説明したステップＳ１〜ステップＳ５の内容を図３（Ｃ）を参照して説明する。図３（Ｃ）には、ヒステリシス制御増幅器６に入力する信号（電圧値Ｖ１）と、ヒステリシス制御増幅器６からピークホールド回路７ａを介して出力される第１検出信号（電圧値Ｖ２）との相関関係が示されている。ステップＳ１において、電圧値Ｖ２は、電圧値Ｖ１の減少に応じて、ピークホールド回路７ｂから出力される第２検出信号の電圧値Ｖ３（ポイントＰ１）に至るまで（電圧値Ｖ１がLOS-Assertレベルｋ１に至るまで）、増幅回路６ａの動作を示すグラフＧ１に沿って減少する。ステップＳ１の場合、アラーム信号は“０”値を示す。
【００３４】
ステップＳ１の後、ステップＳ２において電圧値Ｖ１がLOS-Assertレベルｋ１と同様の値になると、切替装置６ｃは、アラーム信号が“０”値から“１”値に切り替わること応じて、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ａの出力信号から増幅回路６ｂの出力信号に切り替えるので、電圧値Ｖ２は、増幅回路６ａの動作を示すグラフＧ１上のポイントＰ１から増幅回路６ｂの動作を示すグラフＧ２上のポイントＰ２に遷移する。ステップＳ２の後、電圧値Ｖ２は、ステップＳ３において、電圧値Ｖ１の減少に応じて、グラフＧ２に沿って更に減少し、グラフＧ２上のポイントＰ３に至る。ステップＳ３の後、電圧値Ｖ２は、ステップＳ４において、電圧値Ｖ１の増加に応じて、電圧値Ｖ３（ポイントＰ４）に至るまで（電圧値Ｖ１がLOS-Deassertレベルｋ２に至るまで）、グラフＧ２に沿って増加する。ステップＳ３〜ステップＳ４の場合、アラーム信号は“１”値を示す。
【００３５】
ステップＳ４の後、ステップＳ５において電圧値Ｖ１がLOS-Deassertレベルｋ２と同様の値になると、切替装置６ｃは、アラーム信号が“１”値から“０”値に切り替わることに応じて、ピークホールド回路７ａに入力する信号を、増幅回路６ｂの出力信号から増幅回路６ａの出力信号に切り替えるので、電圧値Ｖ２は、増幅回路６ｂの動作を示すグラフＧ２上のポイントＰ４から増幅回路６ａの動作を示すグラフＧ１上のポイントＰ５に遷移する。
【００３６】
以上説明したように、信号レベル検出回路１は、アラーム信号の値（“１”値又は“０”値）に応じて、予め異なった電圧利得に設定された増幅回路６ａと増幅回路６ｂとを切り替えることによってヒステリシスを得ている。従って、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの動作に必要な電流値を増加させることなく、十分なヒステリシス量が得られる。更に、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂは差動増幅回路なので、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂのそれぞれの差動対（差動対６２ａ及び差動対６２ｂ）に応じた電圧利得が取得できる。
【００３７】
増幅回路６ａの電圧利得と増幅回路６ｂの電圧利得との差は、増幅回路６ａの差動対６２ａを構成するトランジスタＱ１ａ及びトランジスタＱ２ａのエミッタ端子間（このエミッタ端子は電流源６３ａに接続されている）に設けられた抵抗器Ｒ３ａと、増幅回路６ｂの差動対６２ｂを構成するトランジスタＱ１ｂ及びトランジスタＱ２ｂのエミッタ端子間（このエミッタ端子は電流源６３ｂに接続されている）に設けられた抵抗器Ｒ３ｂとの抵抗値の差に依存する。そして、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの電圧利得の線形性（ダイナミックレンジ）は、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値にそれぞれ依存する。従って、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値を調整することによって、増幅回路６ａ及び増幅回路６ｂの電圧利得が調整できるので、好適なヒステリシス量と電圧利得の線形性とが得られる。
【００３８】
特に上記線形性の範囲を拡大するには（広いダイナミックレンジを確保するには）、増幅回路６ａの抵抗器Ｒ１の抵抗値と増幅回路６ｂの抵抗器Ｒ２の抵抗値とを大きくする方法と、増幅回路６ａの差動対６２ａと増幅回路６ｂの差動対６２ｂとに供給する電流値Ｉｏを増加する方法とがあるが、抵抗器Ｒ１の抵抗値と増幅回路６ｂの抵抗器Ｒ２の抵抗値とを大きくすれば１０Ｇｂ／ｓ等の高速動作に対応するのが困難となり、また、電流Ｉｏを増加すれば消費電流の増大を招く。これに対し、本実施形態に係る信号レベル検出回路１の場合、抵抗器Ｒ３ａ及び抵抗器Ｒ３ｂの抵抗値のみを調整することによって、線形性の範囲の調整が行える。
【００３９】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００４０】
１…信号レベル検出回路、１０…アラーム出力端子、２…信号入力端子、３，４…増幅回路、５…信号出力端子、６…ヒステリシス制御増幅器、６１ａ，６１ｂ…トランスコンダクタンス増幅回路、６２ａ，６２ｂ…差動対、６３ａ，６３ｂ…電流源、６４ａ，６４ｂ…スイッチ、６ａ，６ｂ…増幅回路、６ｃ…切替装置、７ａ，７ｂ…ピークホールド回路、８…直流電源、９…比較回路、ＩＮＰ…入力端子、ＩＮＮ…入力端子、ｋ１…LOS-Assertレベル、ｋ２…LOS-Deassertレベル、ＬＯＳ…アラーム入力端子、ＯＵＴＰ…出力端子、ＯＵＴＮ…出力端子、Ｑ１ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ａ，Ｑ２ｂ，Ｑ３ａ，Ｑ３ｂ，Ｑ４ａ，Ｑ４ｂ…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ，Ｒ４ａ，Ｒ４ｂ，Ｒ５ａ，Ｒ５ｂ…抵抗器、Ｖｂ…直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の電圧値を増幅する第１及び第２増幅回路と、
前記第１増幅回路又は前記第２増幅回路の何れか一方の出力信号のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第１検出信号を出力する第１ピークホールド回路と、
前記第１増幅回路の出力信号と前記第２増幅回路の出力信号とを切り替えて何れか一方の出力信号を前記第１ピークホールド回路に出力する切替装置と、
所定の直流電源のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第２検出信号を出力する第２ピークホールド回路と、
前記第１検出信号の示すピーク電圧値と前記第２検出信号の示すピーク電圧値とを比較し、この比較結果を示すアラーム信号を前記切替装置に送信する比較回路と
を備え、
前記第１増幅回路の電圧利得は、前記第２増幅回路の電圧利得より大きく、
前記切替装置は、前記第１ピークホールド回路に前記第１増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第１増幅回路の出力信号から前記第２増幅回路の出力信号に切り替え、前記第１ピークホールド回路に前記第２増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第２増幅回路の出力信号から前記第１増幅回路の出力信号に切り替える、ことを特徴とする信号レベル検出回路。
【請求項２】
前記第１増幅回路及び前記第２増幅回路のそれぞれは差動増幅回路である、ことを特徴とする請求項１に記載の信号レベル検出回路。
【請求項３】
前記第１増幅回路は、第１差動対と、該第１差動対に電流を供給する第１電流源と、第１抵抗器とを有し、
前記第１抵抗器の一方の端子は、前記第１差動対の一方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、
前記第１抵抗器の他方の端子は、前記第１差動対の他方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、
前記第２増幅回路は、第２差動対と、該第２差動対に電流を供給する第２電流源と、前記第２差動対を構成する二つの増幅器の間に設けられた第２抵抗器とを有し、
前記第２抵抗器の一方の端子は、前記第２差動対の一方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続され、
前記第２抵抗器の他方の端子は、前記第２差動対の他方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号レベル検出回路。
【請求項４】
前記第１抵抗器の抵抗値は、前記第２抵抗器の抵抗値よりも小さい、ことを特徴とする請求項３に記載の信号レベル検出回路。
【請求項１】
入力信号の電圧値を増幅する第１及び第２増幅回路と、
前記第１増幅回路又は前記第２増幅回路の何れか一方の出力信号のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第１検出信号を出力する第１ピークホールド回路と、
前記第１増幅回路の出力信号と前記第２増幅回路の出力信号とを切り替えて何れか一方の出力信号を前記第１ピークホールド回路に出力する切替装置と、
所定の直流電源のピーク電圧値を検出し、この検出結果を示す第２検出信号を出力する第２ピークホールド回路と、
前記第１検出信号の示すピーク電圧値と前記第２検出信号の示すピーク電圧値とを比較し、この比較結果を示すアラーム信号を前記切替装置に送信する比較回路と
を備え、
前記第１増幅回路の電圧利得は、前記第２増幅回路の電圧利得より大きく、
前記切替装置は、前記第１ピークホールド回路に前記第１増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第１増幅回路の出力信号から前記第２増幅回路の出力信号に切り替え、前記第１ピークホールド回路に前記第２増幅回路の出力信号が入力している場合に前記比較回路から前記アラーム信号を受信すると、前記第１ピークホールド回路に出力する信号を前記第２増幅回路の出力信号から前記第１増幅回路の出力信号に切り替える、ことを特徴とする信号レベル検出回路。
【請求項２】
前記第１増幅回路及び前記第２増幅回路のそれぞれは差動増幅回路である、ことを特徴とする請求項１に記載の信号レベル検出回路。
【請求項３】
前記第１増幅回路は、第１差動対と、該第１差動対に電流を供給する第１電流源と、第１抵抗器とを有し、
前記第１抵抗器の一方の端子は、前記第１差動対の一方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、
前記第１抵抗器の他方の端子は、前記第１差動対の他方の増幅器と前記第１電流源とを接続する電気配線に接続され、
前記第２増幅回路は、第２差動対と、該第２差動対に電流を供給する第２電流源と、前記第２差動対を構成する二つの増幅器の間に設けられた第２抵抗器とを有し、
前記第２抵抗器の一方の端子は、前記第２差動対の一方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続され、
前記第２抵抗器の他方の端子は、前記第２差動対の他方の増幅器と前記第２電流源とを接続する電気配線に接続されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号レベル検出回路。
【請求項４】
前記第１抵抗器の抵抗値は、前記第２抵抗器の抵抗値よりも小さい、ことを特徴とする請求項３に記載の信号レベル検出回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２６３４２８（Ｐ２０１０−２６３４２８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１２９０３（Ｐ２００９−１１２９０３）
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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