光受信回路
【課題】入力されるパルス幅の長短に拘らず、コンパレータにおけるパルス幅歪みおよび誤出力を低減させる光受信回路を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態にかかる光受信回路１０は、入力光に応じて電流を出力する受光手段１２と、入力端子に前記受光手段が接続された反転増幅器１３と、反転増幅器１３の入出力間に接続された帰還回路１４を具備する。この帰還回路１４は、反転増幅器１３のトランスインピーダンス特性がポールとゼロの複数組が設けられるように、一方が反転増幅器１３の入力端子に接続され、他方が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４と共通接続される抵抗Ｒ１と、他方が反転増幅器１３の出力端子に接続される抵抗Ｒ２と、他方がキャパシタＣ１と接続される抵抗Ｒ３と、他方がキャパシタＣ２と接続される抵抗Ｒ４と、他方が接地されたキャパシタＣ１と、他方が接地されたキャパシタＣ２とを具備する。
【解決手段】本発明の実施形態にかかる光受信回路１０は、入力光に応じて電流を出力する受光手段１２と、入力端子に前記受光手段が接続された反転増幅器１３と、反転増幅器１３の入出力間に接続された帰還回路１４を具備する。この帰還回路１４は、反転増幅器１３のトランスインピーダンス特性がポールとゼロの複数組が設けられるように、一方が反転増幅器１３の入力端子に接続され、他方が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４と共通接続される抵抗Ｒ１と、他方が反転増幅器１３の出力端子に接続される抵抗Ｒ２と、他方がキャパシタＣ１と接続される抵抗Ｒ３と、他方がキャパシタＣ２と接続される抵抗Ｒ４と、他方が接地されたキャパシタＣ１と、他方が接地されたキャパシタＣ２とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は光受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フォトダイオード（以下、ＰＤという）などの受光素子の微小電流を増幅するためには、入力バイアス電流が少なく、入力オフセット電圧やドリフトの小さなアンプを用いて電流電圧変換するのが一般的である。その際に、アンプの入力にフォトダイオードを直接挿入するトランスインピーダンスアンプと呼ばれる回路方式が用いられる。
【０００３】
従来の光受信回路は、入力端子と出力端子との間に帰還抵抗が接続された反転増幅器と、反転増幅器の入力端子に接続された受光素子と、反転増幅器の出力と閾値電圧とを比較し、比較結果に応じてハイレベルまたはロウレベルの電圧を出力するコンパレータを具備している。
具体的には、受光素子にパルスの光信号が入射すると、受光素子は光信号に応じた電流を反転増幅器に供給する。反転増幅器は供給された電流を電圧に変換し、光信号に応じたパルスの電圧を出力する。このパルスの電圧がコンパレータにより閾値電圧と比較され、閾値以上のパルスの電圧が光信号として検出される。
【０００４】
しかしながら、コンパレータに入力される入力パルス信号の条件次第では、出力される出力パルス信号の波形に歪みが生じ、光受信回路が誤動作するおそれがある。
たとえば、受光素子としてフォトダイオードを使った場合、ＰＤの空乏層の外側で発生した少数キャリヤが拡散することにより、時間遅れが生じ、入力パルス信号の終端が尾を引いた波形になる。特に、高速通信を行う場合、パルス幅の短いパルス信号が生成され、時間遅れが生じやすい。このため、パルス信号の波尾も引き易く、パルス幅歪みが頻発する。
【０００５】
また、入力光の光源に安価なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を使用した場合、ＬＥＤの応答特性により、パルス幅によるが、光源のパルスが立ち上がり、または、立ち下がりが鈍った波形になる。このため、パルス信号の波尾が引く形になり、パルス幅歪みが頻発する。
【０００６】
一方、パルス幅の長い信号を用いる場合、パルス信号の立下り後にパルス幅が持ち上がる現象が生じる。この持ち上がったパルス信号が基準電圧Ｖｒｅｆを超えてしまうと、コンパレータにおいて誤出力が生じ、システム全体の誤動作を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態にかかる光受信回路は、入力されるパルス幅の長短に拘らず、コンパレータにおけるパルス幅歪みおよび誤出力を低減させることを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態にかかる光受信回路は、入力光に応じて電流を出力する受光手段と、入力端子に前記受光手段が接続された反転増幅器と、反転増幅器の入出力間に接続された帰還回路を具備する。この帰還回路は、反転増幅器のトランスインピーダンス特性が高周波側で高利得になるように、ラプラス平面の負の実軸上で極と零の組を複数設けられており、一方が反転増幅器の入力端子に接続され、他方が第２抵抗の一方と第３抵抗の一方と第４抵抗の一方と共通接続される第１抵抗と、他方が反転増幅器の出力端子に接続される第２抵抗と、他方が第１キャパシタの一方と接続される第３抵抗と、他方が第２キャパシタの一方と接続される第４抵抗と、他方が接地された第１キャパシタと、他方が接地された第２キャパシタとを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は第１の実施形態にかかる光受信回路の回路図である。
【図２】図２は第１ないし第３の実施形態にかかる反転増幅器の回路図である。
【図３】図３は、第１の実施形態にかかる帰還回路の変形例の一例示す回路図である。
【図４】図４は第１ないし第３の実施形態における反転増幅器のトランスインピーダンス特性を示すグラフである。
【図５】図５は第1の比較例にかかる回路図である。
【図６】図６は第１の比較例における反転増幅器のトランスインピーダンス特性を示すグラフである。
【図７】図７は第１の実施形態と第１の比較例とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図である。
【図８】図８は第１の実施形態と第１の比較例とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図である。
【図９】図９は第２の実施形態にかかる光受信回路を示す回路図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態にかかる帰還回路の変形例の一例を示す回路図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態にかかる光受信回路を示す回路図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態にかかる帰還回路の変形例の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態にかかる光受信回路１０を示す回路図である。
光受信回路１０は、入力光１１の強度に応じた電流Ｉｐを出力する受光素子１２と、入力端子１３ａに受光素子１２が接続された反転増幅器１３と、トランスインピーダンスが低周波数側で小さくなり、且つ高周波数側で大きくなる周波数特性を有し、反転増幅器１３の出力電圧Ｖｏを入力側に帰還する帰還回路１４とを具備する。更に、非反転入力端子（＋）が反転増幅器１３の出力端子１３ｂに接続され、反転入力端子（−）が所定の基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電源１５に接続されているコンパレータ１６を具備している。
このコンパレータ１６は、反転増幅器１３の出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果に応じてハイレベルまたはロウレベルの電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００１３】
図２は、反転増幅器１３の回路構成を例示した回路図である。図２に示すように、反転増幅器１３は、ｎｐｎバイポーラトランジスタＱ１（以後、トランジスタＱ１という）と、ｎｐｎバイポーラトランジスタＱ２（以後、トランジスタＱ２という）と、抵抗Ｒ４と、定電流源２０とを少なくとも有する。
【００１４】
トランジスタＱ１は、受光素子１２がベースに接続され、電源Ｖｃｃと接続された抵抗Ｒ４がコレクタに接続され、エミッタにおいて接地されている。トランジスタＱ２は、ベースにトランジスタＱ１のコレクタが接続され、コレクタに電源Ｖｃｃが接続され、エミッタに接地された定電流源２０が接続されている。トランジスタＱ１はエミッタ接地アンプであり、トランジスタＱ２は電圧増幅度がほぼ１のコレクタ接地アンプである。
【００１５】
受光素子１２は、受光した入力光１１の強度に応じた電流Ｉｐを出力し、反転増幅器１３、すなわちトランジスタＱ１のベースに供給する。トランジスタＱ１は電流Ｉｐを電圧に変換して増幅し、トランジスタＱ２はトランジスタＱ１の出力電圧を、低インピーダンス信号として出力端１３ｂに出力する。この受光素子１２は、入力光１１の波長に応じて、シリコンフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓ系のＰＩＮフォトダイオードまたはアバランェフォトダイオードであってもよい。
【００１６】
帰還回路１４は、反転増幅器１３の入力端子１３ａと出力端子１３ｂとの間に、第１抵抗Ｒ１と、第１抵抗Ｒ１と同値の第２抵抗Ｒ２と、第３抵抗Ｒ３と、第１キャパシタＣ１と、補正回路１８とを有する。
【００１７】
第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は、反転増幅器１３の入力端子１３ａと出力端子１３ｂとの間において、接続点１７を介して相互に直列接続されている。接続点１７と接地との間には、直列接続された第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１が接続されている。
【００１８】
図１に示す例では、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が接続点１７に接続され、第３抵抗Ｒ３の他方の端子が接地された第１キャパシタＣ１に接続されている。
さらに、本実施形態では、接続点１７と接地との間において、補正回路１８が第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１に対して並列に接続されている。
【００１９】
補正回路１８は、接続点１７と接地との間に第４抵抗Ｒ４と第２キャパシタＣ２が接続されている。
図１に示す例では、第４抵抗のＲ４の一方の端子が接続点１７に接続され、第４抵抗のＲ４の他方の端子が接地された第２キャパシタＣ２に接続される。
【００２０】
図３は、第１の実施形態にかかる帰還回路１４の変形例を示す回路図である。
図３に示すように、帰還回路１４が備えるキャパシタと抵抗は逆転して配置されていてもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、第１キャパシタＣ１は接続点１７に接続されており、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が第１キャパシタＣ１と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。同様に、第２キャパシタＣ２は接続点１７に接続されており、第４抵抗Ｒ４の一方の端子が第２キャパシタＣ２と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
【００２１】
あるいは、第３抵抗Ｒ３と第1キャパシタＣ１と第４抵抗Ｒ４と第２キャパシタの接続関係が左右対称ではなく、対角線上に対象となっていてもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が接続点１７に接続されており、第３抵抗Ｒ３の他方の端子が第１キャパシタＣ１と接続され、第1キャパシタＣ１は接地されていてもよい。同様に、第２キャパシタＣ２は接続点１７に接続されており、第４抵抗Ｒ４の一方の端子が第２キャパシタＣ２と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
【００２２】
以下、帰還回路１４のインピーダンスについて説明する。
以下の説明では、トランジスタＱ１によるエミッタ接地アンプのゲインが十分大きく、例えばゲインを５０以上であることを条件とする。また、受光素子１２の接合容量を無視し、反転増幅器１３が周波数依存性を有しない理想的な増幅器であることを条件とする。
【００２３】
さらに、反転増幅器１３と帰還回路１４のトランスインピーダンス特性は、帰還回路１４の、トランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜に等しいことを前提とする。
【００２４】
反転増幅器１３の出力電圧信号はＶｏ＝Ｉｐ×｜Ｚｆ｜であることから、反転増幅器１３のトランスインピーダンス特性は次式の伝達関数｜Ｚｆ｜で表される。なお、以下、ｓはラプラス変換子、すなわちラプラス平面を示す。
【数１】
【００２５】
説明の便宜のため、上記式の第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２をＲ０＝Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ、第１キャパシタＣ１、第１抵抗Ｒ１をＣ１Ｒ１＝ｔ０、第２キャパシタＣ２、第２抵抗Ｒ２をＣ２Ｒ２＝ｔ２とおくとトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜は以下の式で表される。
【数２】
【００２６】
さらにｔ０＝α・ｔ２＝ｔとし、α>１とする。
【００２７】
図４は、実施形態にかかる反転増幅器１３のトランス特性インピーダンスを示すグラフであり、横軸が角周波数ω、縦軸がトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。
一般に、このトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を伝達関数Ｇ（ｓ）で表した場合、伝達関数の分子を零とおいた方程式の根を零(Ｚｅｒｏ)、分母を零とおいた方程式の根を極（Ｐｏｌｅ）という。
【００２８】
図４に示される通り、本実施形態の回路構成では、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が夫々２組生じるため、第１の分子の根をω１、第１の分母の根をω２、第２の分子の根をω３、第２の分母の根をω４とする。以下、この２組の零と極の発生を式で示す。
【００２９】
なお、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は便宜上、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ０と表す。数１の伝達関数の分子を零とおいた方程式の根を零(Ｚｅｒｏ)、分母を零とおいた方程式の根を極（Ｐｏｌｅ）とすると、零(Ｚｅｒｏ)と極（Ｐｏｌｅ）は以下の式で表される。
【数３】
【００３０】
零（ｚｅｒｏ）を表す式の√内は以下の式に変形でき必ず正になるため、虚数は想定されない。
【数４】
【００３１】
原点から負の実軸上を−∞方向に零、極、零、極と並ぶ条件は以下の式がすべて正であることが条件となる。
【数５】
【００３２】
式Ａの場合、ｔ＞０なので［ ］内が正であればＡ＞０となる。［ ］内の第１項、第２項はともに正なのでそれぞれ２乗して引き算すると式６が正であるからＡ＞０となる。
【数６】
【００３３】
式Ｂの場合、ｔ＞０であるから式Ｂを８ｔ／３倍して正負を判定することが出来る。
【数７】
【００３４】
数７について、１≦α≦５／３の時、第２項は正となるのでＢ＞０となる。
また、α＞５／３の時には第２項が負になるが、それぞれの項を２乗して引き算すると式８となり必ず正と成りこの場合もＢ＞０となる。
【数８】
【００３５】
式Ｃの場合、ｔ＞０であるから式Ｃを８ｔ／３倍して正負を判定することが出来る。
【数９】
【００３６】
α≧５／３の時には第２項は正となるのでＣ＞０となる。
また、１≦α≦５／３の時には第２項が負になるが、それぞれの項を２乗して引き算すると式１０となり必ず正と成りこの場合もＣ＞０となる。
【数１０】
【００３７】
式Ｄの場合、ｔ＞０であるから式Ｄを８ｔ／３倍して正負を判定することが出来る。
【数１１】
【００３８】
第１項は必ず正となるので、第１項、第２項をそれぞれ２乗して引き算すると式１２となり必ず正となることからこの場合もＤ＞０となる。
【数１２】
【００３９】
以上の通り、数５のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの条件が、ゼロよりも大きいことが証明できる。
このことから、前述の条件を満たせばゼロとポールがラプラス平面（ｓ）の負の実軸上にあり、原点からマイナス方向に向かって第１の零、第１の極、第２の零、第２の極というように交互に並ぶことがわかる。
【００４０】
（比較例）
図５は比較例の回路図を示す。比較例の帰還回路１４は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点と接地電位Ｇｎｄとの間に、第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１を有する所謂Ｔ型ネットワークを形成する。
【００４１】
帰還回路１４は、トランスインピーダンス特性は周波数に応じて変化する。
具体的には、第３抵抗Ｒ３とこれに直接接続された第１キャパシタＣ１を帰還回路１４の構成とすることにより、帰還回路１４のトランスインピーダンスが低周波側で小さくなり、且つ高周波側で大きくなる。
【００４２】
図６は、比較例における反転増幅器１３の周波数応答を示したグラフであり、横軸が角周波数ω、縦軸が電流電圧特性Ｖｏ／Ｉｐ、すなわち、トランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。このトランスインピーダンス特性から明らかなように比較例の回路構成ではω１とω２で、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が１組のみ生じる。
【００４３】
しかしながら、受光回路の使用上において、入力光の周波数特性や受光素子内の拡散キャリアの影響等、複数の帯域制限要素がある場合には、比較例の構成ではパルス歪みの補正効果が不十分なうえ、後に示すような誤動作を起こすことがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、入力光と受光素子内の拡散キャリアの影響で低下した出力端子１３ｂにおける周波数特性が高周波数帯域で高利得になるような構成にした。
【００４５】
図７は、第１の比較例と本実施形態とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図である。
ここでは、一例として、パルス幅が１００ｎｓ、ＰＤの拡散キャリアによる時定数ｔ１＝３ｕｓ、ＬＥＤの応答特性の時定数ｔ２＝２０ｎｓ、ＰＤの拡散キャリアによる利得の低下を２０％としている。
【００４６】
また、図７は、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒとし、Ｃ１＝１００ｐＦ、Ｒ＝１０ｋΩ、Ｃ２＝６ｐＦの場合を示す。
【００４７】
まず、（ａ−１）、（ａ−２）は比較例のパルス波を表したものであり、（ａ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ａ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。これらのグラフからわかるように、比較例は反転増幅器１３の出力Ｖｏにおいて波尾を引くため、Δｔａ分の時間遅れが生じ、コンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔにおいてパルス幅の歪み（いわゆるパルス幅の太り）が生じる。
【００４８】
これに対して、（ｂ−１）、（ｂ−２）は本実施形態のパルス波を表したものであり、（ｂ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ｂ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。（ｂ−１）に示す通り、本実施形態では、反転増幅器１３の出力Ｖｏの波尾においてアンダーシュートを生じさせる。
この場合、（ｂ−２）に示す通り、パルス波の立ち下がりと立ち上がりにおける時間の遅れΔｔｂが生じるものの、アンダーシュートを意図的に生じさせることで、Δｔａ＞Δｔｂとなり、時間遅れを軽減すると共に、パルス幅の歪みを減少させることが可能となる。
【００４９】
図８は、第１の比較例と本実施形態とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図であり、パルス幅が１ｕｓの例を示す。図８は、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ０とし、Ｃ１＝１００ｐＦ、Ｒ＝１０ｋΩ、Ｃ２＝６ｐＦの場合を例示する。
【００５０】
ここで、ＰＤの拡散キャリアによる時定数ｔ１＝３ｕｓ、ＬＥＤの応答特性の時定数ｔ２＝２０ｎｓとした。また、ＰＤの拡散キャリアによる利得の低下を２０％とした。
【００５１】
まず、（ａ−１）、（ａ−２）は比較例のパルス波を表したものであり、（ａ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ａ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。これらのグラフからわかるように、比較例は反転増幅器１３の出力Ｖｏの立ち下がり後の波尾が基準電圧Ｖｒｅｆより持ち上がるため、コンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔにおいて誤出力が生じる。
【００５２】
これに対して、（ｂ−１）、（ｂ−２）は本実施形態のパルス波を表したものであり、（ｂ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ｂ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。
（ｂ−１）に示す通り、本実施形態では、反転増幅器１３の出力Ｖｏの波尾においてアンダーシュートを生じさせ、その後の立ち上がりにおいて基準電圧Ｖｒｅｆ以下になるように抑える。このように意図的にアンダーシュートを生じさせ、波尾を制御することで、（ｂ−２）に示す通り、出力パルス信号Ｖｏｕｔの誤出力を防止することが可能となる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図９は第２の実施形態にかかる光受信回路２０を示す回路図である。
同図に示すように、本実施形態にかかる光受信回路２０は、帰還回路２４において第１の実施形態と異なる。すなわち、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点２７と接地の間に第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４と第１キャパシタＣ１が直接に接続され、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４の接続点２７ａと接地の間に第２キャパシタＣ２が接続される。なお、本実施形態においても第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は同値であるものとする。
【００５４】
図１０は、第２の実施形態にかかる帰還回路２４の変形例を示す回路図である。
図１０に示す通り、抵抗とキャパシタの配置が入れ替わってもよい。例えば、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点２７と接地との間に、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２と第３抵抗Ｒ３を直列に接続させ、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の接続点と接地との間に第４抵抗Ｒ４が接続される。
【００５５】
本実施形態においても、第１の実施形態にかかる図４のグラフ同様、２組の極（Ｐｏｌｅ）と零（Ｚｅｒｏ）を有するトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。以下、この２組の零と極の発生を式で示す。なお、説明の便宜上Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ０とする。
【００５６】
受光素子２２の接合容量を無視し、反転増幅器１３が周波数依存性を有しない理想的な増幅器であるとした場合、反転増幅器２３のトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜はラプラス変換を用いて次式で表される。
【数１３】
【００５７】
本実施形態も、第１の実施形態と同様、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が夫々２組生じる伝達関数が示される。
【００５８】
したがって、式１３の分母の根と分子の根を夫々出すことにより、第１の分子の根をω１、第１の分母の根をω２、第２の分子の根をω３、第２の分母の根ω４を夫々求めることが可能となる。
【００５９】
本実施形態では、極と零の組が２組生じる場合を例示的に説明したが、これに限るものではない。
たとえば、図９において、接続点２７と接地との間に第３抵抗Ｒ３と第２キャパシタＣ２の組み合わせを複数設けることで、極と零の組を３つ以上発生させることが可能となる。
このように、極と零の組み合わせを３以上にすることで、コンパレータ１６における遅延時間をより短くし、出力パルスＶｏｕｔの誤動作を軽減することが可能となる。
【００６０】
（第３の実施形態）
図１１は第３の実施形態にかかる光受信回路３０を示す回路図である。
同図に示すように、本実施例の光受信回路３０は、帰還回路３４において第1の実施形態と異なる。すなわち、入力端子３３ａと出力端子３３ｂの間に第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とを直列に接続させ、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点３７ａと接地との間に第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１を直列に接続させる。
【００６１】
さらに、入力端子３３ａと出力端子３３ｂの間に、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２に対して並列になるよう第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５を直列に接続させ、第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５の接続点３７ｂと接地との間に第６抵抗Ｒ６と第２キャパシタＣ２が接続される。 本実施形態では、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第４抵抗Ｒ４および第５抵抗Ｒ５は同値である。
【００６２】
図１２は、第３の実施形態にかかる帰還回路３４の変形例を示す回路図である。
図１２に示す通り、抵抗とキャパシタの配置が入れ替わってもよい。例えば、接続点３７ａに第１キャパシタＣ１が接続され、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が第１キャパシタＣ１に接続され、他方の端子が接地されていてもよい。同様に、接続点３７ｂに第２キャパシタＣ２が接続され、第６抵抗Ｒ６の一方の端子が第２キャパシタＣ２に接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
【００６３】
本実施形態においても、第１の実施形態にかかる図４のグラフ同様、２組の極（Ｐｏｌｅ）と零（Ｚｅｒｏ）を有するトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。以下、この２組の零と極の発生を式で示す。なお、説明の便宜上、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ５＝Ｒ０とする。
【００６４】
受光素子３２の接合容量を無視し、反転増幅器３３が周波数依存性を有しない理想的な増幅器であるとした場合、反転増幅器３３のトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜はラプラス変換を用いて次式で表される。
【数１４】
【００６５】
本実施形態も、第１の実施形態と同様、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が夫々２組生じる伝達関数が示される。したがって、数１４の分母の根と分子の根を夫々出すことにより、第１の分子の根をω１、第１の分母の根をω２、第２の分子の根をω３、第２の分母の根ω４を夫々求めることが可能となる。
【００６６】
なお、本実施形態では、極と零の組が２組生じる場合を例示的に説明したが、これに限るものではない。
たとえば、図１１において、接続点３３ａと接続点３３ｂとの間に、第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６と第２キャパシタＣ２の組み合わせを複数設けることで、極と零の組を３つ以上発生させることが可能となる。
【００６７】
このように、極と零の組み合わせを３以上にすることで、コンパレータ１６における時間遅れをより短くすることが可能となる。
【００６８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０、２０、３０：光受信回路、１１、２１、３１：入力光、１２、２１、３１：受光素子、１３、２３、３３：反転増幅器、１４、２４、３４：帰還回路、１５、２５、３５：基準電源、１６、２６、３６：コンパレータ（比較器）、１７、２７、３７：接続点
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は光受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、フォトダイオード（以下、ＰＤという）などの受光素子の微小電流を増幅するためには、入力バイアス電流が少なく、入力オフセット電圧やドリフトの小さなアンプを用いて電流電圧変換するのが一般的である。その際に、アンプの入力にフォトダイオードを直接挿入するトランスインピーダンスアンプと呼ばれる回路方式が用いられる。
【０００３】
従来の光受信回路は、入力端子と出力端子との間に帰還抵抗が接続された反転増幅器と、反転増幅器の入力端子に接続された受光素子と、反転増幅器の出力と閾値電圧とを比較し、比較結果に応じてハイレベルまたはロウレベルの電圧を出力するコンパレータを具備している。
具体的には、受光素子にパルスの光信号が入射すると、受光素子は光信号に応じた電流を反転増幅器に供給する。反転増幅器は供給された電流を電圧に変換し、光信号に応じたパルスの電圧を出力する。このパルスの電圧がコンパレータにより閾値電圧と比較され、閾値以上のパルスの電圧が光信号として検出される。
【０００４】
しかしながら、コンパレータに入力される入力パルス信号の条件次第では、出力される出力パルス信号の波形に歪みが生じ、光受信回路が誤動作するおそれがある。
たとえば、受光素子としてフォトダイオードを使った場合、ＰＤの空乏層の外側で発生した少数キャリヤが拡散することにより、時間遅れが生じ、入力パルス信号の終端が尾を引いた波形になる。特に、高速通信を行う場合、パルス幅の短いパルス信号が生成され、時間遅れが生じやすい。このため、パルス信号の波尾も引き易く、パルス幅歪みが頻発する。
【０００５】
また、入力光の光源に安価なＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を使用した場合、ＬＥＤの応答特性により、パルス幅によるが、光源のパルスが立ち上がり、または、立ち下がりが鈍った波形になる。このため、パルス信号の波尾が引く形になり、パルス幅歪みが頻発する。
【０００６】
一方、パルス幅の長い信号を用いる場合、パルス信号の立下り後にパルス幅が持ち上がる現象が生じる。この持ち上がったパルス信号が基準電圧Ｖｒｅｆを超えてしまうと、コンパレータにおいて誤出力が生じ、システム全体の誤動作を招くという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１８２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態にかかる光受信回路は、入力されるパルス幅の長短に拘らず、コンパレータにおけるパルス幅歪みおよび誤出力を低減させることを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態にかかる光受信回路は、入力光に応じて電流を出力する受光手段と、入力端子に前記受光手段が接続された反転増幅器と、反転増幅器の入出力間に接続された帰還回路を具備する。この帰還回路は、反転増幅器のトランスインピーダンス特性が高周波側で高利得になるように、ラプラス平面の負の実軸上で極と零の組を複数設けられており、一方が反転増幅器の入力端子に接続され、他方が第２抵抗の一方と第３抵抗の一方と第４抵抗の一方と共通接続される第１抵抗と、他方が反転増幅器の出力端子に接続される第２抵抗と、他方が第１キャパシタの一方と接続される第３抵抗と、他方が第２キャパシタの一方と接続される第４抵抗と、他方が接地された第１キャパシタと、他方が接地された第２キャパシタとを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は第１の実施形態にかかる光受信回路の回路図である。
【図２】図２は第１ないし第３の実施形態にかかる反転増幅器の回路図である。
【図３】図３は、第１の実施形態にかかる帰還回路の変形例の一例示す回路図である。
【図４】図４は第１ないし第３の実施形態における反転増幅器のトランスインピーダンス特性を示すグラフである。
【図５】図５は第1の比較例にかかる回路図である。
【図６】図６は第１の比較例における反転増幅器のトランスインピーダンス特性を示すグラフである。
【図７】図７は第１の実施形態と第１の比較例とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図である。
【図８】図８は第１の実施形態と第１の比較例とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図である。
【図９】図９は第２の実施形態にかかる光受信回路を示す回路図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態にかかる帰還回路の変形例の一例を示す回路図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態にかかる光受信回路を示す回路図である。
【図１２】図１２は、第３の実施形態にかかる帰還回路の変形例の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は本実施形態にかかる光受信回路１０を示す回路図である。
光受信回路１０は、入力光１１の強度に応じた電流Ｉｐを出力する受光素子１２と、入力端子１３ａに受光素子１２が接続された反転増幅器１３と、トランスインピーダンスが低周波数側で小さくなり、且つ高周波数側で大きくなる周波数特性を有し、反転増幅器１３の出力電圧Ｖｏを入力側に帰還する帰還回路１４とを具備する。更に、非反転入力端子（＋）が反転増幅器１３の出力端子１３ｂに接続され、反転入力端子（−）が所定の基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電源１５に接続されているコンパレータ１６を具備している。
このコンパレータ１６は、反転増幅器１３の出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、比較結果に応じてハイレベルまたはロウレベルの電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００１３】
図２は、反転増幅器１３の回路構成を例示した回路図である。図２に示すように、反転増幅器１３は、ｎｐｎバイポーラトランジスタＱ１（以後、トランジスタＱ１という）と、ｎｐｎバイポーラトランジスタＱ２（以後、トランジスタＱ２という）と、抵抗Ｒ４と、定電流源２０とを少なくとも有する。
【００１４】
トランジスタＱ１は、受光素子１２がベースに接続され、電源Ｖｃｃと接続された抵抗Ｒ４がコレクタに接続され、エミッタにおいて接地されている。トランジスタＱ２は、ベースにトランジスタＱ１のコレクタが接続され、コレクタに電源Ｖｃｃが接続され、エミッタに接地された定電流源２０が接続されている。トランジスタＱ１はエミッタ接地アンプであり、トランジスタＱ２は電圧増幅度がほぼ１のコレクタ接地アンプである。
【００１５】
受光素子１２は、受光した入力光１１の強度に応じた電流Ｉｐを出力し、反転増幅器１３、すなわちトランジスタＱ１のベースに供給する。トランジスタＱ１は電流Ｉｐを電圧に変換して増幅し、トランジスタＱ２はトランジスタＱ１の出力電圧を、低インピーダンス信号として出力端１３ｂに出力する。この受光素子１２は、入力光１１の波長に応じて、シリコンフォトダイオード、ＩｎＧａＡｓ系のＰＩＮフォトダイオードまたはアバランェフォトダイオードであってもよい。
【００１６】
帰還回路１４は、反転増幅器１３の入力端子１３ａと出力端子１３ｂとの間に、第１抵抗Ｒ１と、第１抵抗Ｒ１と同値の第２抵抗Ｒ２と、第３抵抗Ｒ３と、第１キャパシタＣ１と、補正回路１８とを有する。
【００１７】
第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は、反転増幅器１３の入力端子１３ａと出力端子１３ｂとの間において、接続点１７を介して相互に直列接続されている。接続点１７と接地との間には、直列接続された第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１が接続されている。
【００１８】
図１に示す例では、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が接続点１７に接続され、第３抵抗Ｒ３の他方の端子が接地された第１キャパシタＣ１に接続されている。
さらに、本実施形態では、接続点１７と接地との間において、補正回路１８が第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１に対して並列に接続されている。
【００１９】
補正回路１８は、接続点１７と接地との間に第４抵抗Ｒ４と第２キャパシタＣ２が接続されている。
図１に示す例では、第４抵抗のＲ４の一方の端子が接続点１７に接続され、第４抵抗のＲ４の他方の端子が接地された第２キャパシタＣ２に接続される。
【００２０】
図３は、第１の実施形態にかかる帰還回路１４の変形例を示す回路図である。
図３に示すように、帰還回路１４が備えるキャパシタと抵抗は逆転して配置されていてもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、第１キャパシタＣ１は接続点１７に接続されており、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が第１キャパシタＣ１と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。同様に、第２キャパシタＣ２は接続点１７に接続されており、第４抵抗Ｒ４の一方の端子が第２キャパシタＣ２と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
【００２１】
あるいは、第３抵抗Ｒ３と第1キャパシタＣ１と第４抵抗Ｒ４と第２キャパシタの接続関係が左右対称ではなく、対角線上に対象となっていてもよい。例えば、図３（ｂ）に示すように、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が接続点１７に接続されており、第３抵抗Ｒ３の他方の端子が第１キャパシタＣ１と接続され、第1キャパシタＣ１は接地されていてもよい。同様に、第２キャパシタＣ２は接続点１７に接続されており、第４抵抗Ｒ４の一方の端子が第２キャパシタＣ２と接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
【００２２】
以下、帰還回路１４のインピーダンスについて説明する。
以下の説明では、トランジスタＱ１によるエミッタ接地アンプのゲインが十分大きく、例えばゲインを５０以上であることを条件とする。また、受光素子１２の接合容量を無視し、反転増幅器１３が周波数依存性を有しない理想的な増幅器であることを条件とする。
【００２３】
さらに、反転増幅器１３と帰還回路１４のトランスインピーダンス特性は、帰還回路１４の、トランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜に等しいことを前提とする。
【００２４】
反転増幅器１３の出力電圧信号はＶｏ＝Ｉｐ×｜Ｚｆ｜であることから、反転増幅器１３のトランスインピーダンス特性は次式の伝達関数｜Ｚｆ｜で表される。なお、以下、ｓはラプラス変換子、すなわちラプラス平面を示す。
【数１】
【００２５】
説明の便宜のため、上記式の第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２をＲ０＝Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ、第１キャパシタＣ１、第１抵抗Ｒ１をＣ１Ｒ１＝ｔ０、第２キャパシタＣ２、第２抵抗Ｒ２をＣ２Ｒ２＝ｔ２とおくとトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜は以下の式で表される。
【数２】
【００２６】
さらにｔ０＝α・ｔ２＝ｔとし、α>１とする。
【００２７】
図４は、実施形態にかかる反転増幅器１３のトランス特性インピーダンスを示すグラフであり、横軸が角周波数ω、縦軸がトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。
一般に、このトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を伝達関数Ｇ（ｓ）で表した場合、伝達関数の分子を零とおいた方程式の根を零(Ｚｅｒｏ)、分母を零とおいた方程式の根を極（Ｐｏｌｅ）という。
【００２８】
図４に示される通り、本実施形態の回路構成では、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が夫々２組生じるため、第１の分子の根をω１、第１の分母の根をω２、第２の分子の根をω３、第２の分母の根をω４とする。以下、この２組の零と極の発生を式で示す。
【００２９】
なお、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は便宜上、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ０と表す。数１の伝達関数の分子を零とおいた方程式の根を零(Ｚｅｒｏ)、分母を零とおいた方程式の根を極（Ｐｏｌｅ）とすると、零(Ｚｅｒｏ)と極（Ｐｏｌｅ）は以下の式で表される。
【数３】
【００３０】
零（ｚｅｒｏ）を表す式の√内は以下の式に変形でき必ず正になるため、虚数は想定されない。
【数４】
【００３１】
原点から負の実軸上を−∞方向に零、極、零、極と並ぶ条件は以下の式がすべて正であることが条件となる。
【数５】
【００３２】
式Ａの場合、ｔ＞０なので［ ］内が正であればＡ＞０となる。［ ］内の第１項、第２項はともに正なのでそれぞれ２乗して引き算すると式６が正であるからＡ＞０となる。
【数６】
【００３３】
式Ｂの場合、ｔ＞０であるから式Ｂを８ｔ／３倍して正負を判定することが出来る。
【数７】
【００３４】
数７について、１≦α≦５／３の時、第２項は正となるのでＢ＞０となる。
また、α＞５／３の時には第２項が負になるが、それぞれの項を２乗して引き算すると式８となり必ず正と成りこの場合もＢ＞０となる。
【数８】
【００３５】
式Ｃの場合、ｔ＞０であるから式Ｃを８ｔ／３倍して正負を判定することが出来る。
【数９】
【００３６】
α≧５／３の時には第２項は正となるのでＣ＞０となる。
また、１≦α≦５／３の時には第２項が負になるが、それぞれの項を２乗して引き算すると式１０となり必ず正と成りこの場合もＣ＞０となる。
【数１０】
【００３７】
式Ｄの場合、ｔ＞０であるから式Ｄを８ｔ／３倍して正負を判定することが出来る。
【数１１】
【００３８】
第１項は必ず正となるので、第１項、第２項をそれぞれ２乗して引き算すると式１２となり必ず正となることからこの場合もＤ＞０となる。
【数１２】
【００３９】
以上の通り、数５のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの条件が、ゼロよりも大きいことが証明できる。
このことから、前述の条件を満たせばゼロとポールがラプラス平面（ｓ）の負の実軸上にあり、原点からマイナス方向に向かって第１の零、第１の極、第２の零、第２の極というように交互に並ぶことがわかる。
【００４０】
（比較例）
図５は比較例の回路図を示す。比較例の帰還回路１４は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点と接地電位Ｇｎｄとの間に、第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１を有する所謂Ｔ型ネットワークを形成する。
【００４１】
帰還回路１４は、トランスインピーダンス特性は周波数に応じて変化する。
具体的には、第３抵抗Ｒ３とこれに直接接続された第１キャパシタＣ１を帰還回路１４の構成とすることにより、帰還回路１４のトランスインピーダンスが低周波側で小さくなり、且つ高周波側で大きくなる。
【００４２】
図６は、比較例における反転増幅器１３の周波数応答を示したグラフであり、横軸が角周波数ω、縦軸が電流電圧特性Ｖｏ／Ｉｐ、すなわち、トランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。このトランスインピーダンス特性から明らかなように比較例の回路構成ではω１とω２で、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が１組のみ生じる。
【００４３】
しかしながら、受光回路の使用上において、入力光の周波数特性や受光素子内の拡散キャリアの影響等、複数の帯域制限要素がある場合には、比較例の構成ではパルス歪みの補正効果が不十分なうえ、後に示すような誤動作を起こすことがある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、入力光と受光素子内の拡散キャリアの影響で低下した出力端子１３ｂにおける周波数特性が高周波数帯域で高利得になるような構成にした。
【００４５】
図７は、第１の比較例と本実施形態とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図である。
ここでは、一例として、パルス幅が１００ｎｓ、ＰＤの拡散キャリアによる時定数ｔ１＝３ｕｓ、ＬＥＤの応答特性の時定数ｔ２＝２０ｎｓ、ＰＤの拡散キャリアによる利得の低下を２０％としている。
【００４６】
また、図７は、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒとし、Ｃ１＝１００ｐＦ、Ｒ＝１０ｋΩ、Ｃ２＝６ｐＦの場合を示す。
【００４７】
まず、（ａ−１）、（ａ−２）は比較例のパルス波を表したものであり、（ａ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ａ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。これらのグラフからわかるように、比較例は反転増幅器１３の出力Ｖｏにおいて波尾を引くため、Δｔａ分の時間遅れが生じ、コンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔにおいてパルス幅の歪み（いわゆるパルス幅の太り）が生じる。
【００４８】
これに対して、（ｂ−１）、（ｂ−２）は本実施形態のパルス波を表したものであり、（ｂ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ｂ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。（ｂ−１）に示す通り、本実施形態では、反転増幅器１３の出力Ｖｏの波尾においてアンダーシュートを生じさせる。
この場合、（ｂ−２）に示す通り、パルス波の立ち下がりと立ち上がりにおける時間の遅れΔｔｂが生じるものの、アンダーシュートを意図的に生じさせることで、Δｔａ＞Δｔｂとなり、時間遅れを軽減すると共に、パルス幅の歪みを減少させることが可能となる。
【００４９】
図８は、第１の比較例と本実施形態とのパルス信号の波形を示すタイミングチャート図であり、パルス幅が１ｕｓの例を示す。図８は、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ０とし、Ｃ１＝１００ｐＦ、Ｒ＝１０ｋΩ、Ｃ２＝６ｐＦの場合を例示する。
【００５０】
ここで、ＰＤの拡散キャリアによる時定数ｔ１＝３ｕｓ、ＬＥＤの応答特性の時定数ｔ２＝２０ｎｓとした。また、ＰＤの拡散キャリアによる利得の低下を２０％とした。
【００５１】
まず、（ａ−１）、（ａ−２）は比較例のパルス波を表したものであり、（ａ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ａ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。これらのグラフからわかるように、比較例は反転増幅器１３の出力Ｖｏの立ち下がり後の波尾が基準電圧Ｖｒｅｆより持ち上がるため、コンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔにおいて誤出力が生じる。
【００５２】
これに対して、（ｂ−１）、（ｂ−２）は本実施形態のパルス波を表したものであり、（ｂ−１）は反転増幅器１３の出力Ｖｏを、（ｂ−２）はコンパレータ１６の出力Ｖｏｕｔを示す。
（ｂ−１）に示す通り、本実施形態では、反転増幅器１３の出力Ｖｏの波尾においてアンダーシュートを生じさせ、その後の立ち上がりにおいて基準電圧Ｖｒｅｆ以下になるように抑える。このように意図的にアンダーシュートを生じさせ、波尾を制御することで、（ｂ−２）に示す通り、出力パルス信号Ｖｏｕｔの誤出力を防止することが可能となる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図９は第２の実施形態にかかる光受信回路２０を示す回路図である。
同図に示すように、本実施形態にかかる光受信回路２０は、帰還回路２４において第１の実施形態と異なる。すなわち、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点２７と接地の間に第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４と第１キャパシタＣ１が直接に接続され、第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４の接続点２７ａと接地の間に第２キャパシタＣ２が接続される。なお、本実施形態においても第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は同値であるものとする。
【００５４】
図１０は、第２の実施形態にかかる帰還回路２４の変形例を示す回路図である。
図１０に示す通り、抵抗とキャパシタの配置が入れ替わってもよい。例えば、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点２７と接地との間に、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２と第３抵抗Ｒ３を直列に接続させ、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２の接続点と接地との間に第４抵抗Ｒ４が接続される。
【００５５】
本実施形態においても、第１の実施形態にかかる図４のグラフ同様、２組の極（Ｐｏｌｅ）と零（Ｚｅｒｏ）を有するトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。以下、この２組の零と極の発生を式で示す。なお、説明の便宜上Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ０とする。
【００５６】
受光素子２２の接合容量を無視し、反転増幅器１３が周波数依存性を有しない理想的な増幅器であるとした場合、反転増幅器２３のトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜はラプラス変換を用いて次式で表される。
【数１３】
【００５７】
本実施形態も、第１の実施形態と同様、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が夫々２組生じる伝達関数が示される。
【００５８】
したがって、式１３の分母の根と分子の根を夫々出すことにより、第１の分子の根をω１、第１の分母の根をω２、第２の分子の根をω３、第２の分母の根ω４を夫々求めることが可能となる。
【００５９】
本実施形態では、極と零の組が２組生じる場合を例示的に説明したが、これに限るものではない。
たとえば、図９において、接続点２７と接地との間に第３抵抗Ｒ３と第２キャパシタＣ２の組み合わせを複数設けることで、極と零の組を３つ以上発生させることが可能となる。
このように、極と零の組み合わせを３以上にすることで、コンパレータ１６における遅延時間をより短くし、出力パルスＶｏｕｔの誤動作を軽減することが可能となる。
【００６０】
（第３の実施形態）
図１１は第３の実施形態にかかる光受信回路３０を示す回路図である。
同図に示すように、本実施例の光受信回路３０は、帰還回路３４において第1の実施形態と異なる。すなわち、入力端子３３ａと出力端子３３ｂの間に第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２とを直列に接続させ、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続点３７ａと接地との間に第３抵抗Ｒ３と第１キャパシタＣ１を直列に接続させる。
【００６１】
さらに、入力端子３３ａと出力端子３３ｂの間に、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２に対して並列になるよう第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５を直列に接続させ、第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５の接続点３７ｂと接地との間に第６抵抗Ｒ６と第２キャパシタＣ２が接続される。 本実施形態では、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第４抵抗Ｒ４および第５抵抗Ｒ５は同値である。
【００６２】
図１２は、第３の実施形態にかかる帰還回路３４の変形例を示す回路図である。
図１２に示す通り、抵抗とキャパシタの配置が入れ替わってもよい。例えば、接続点３７ａに第１キャパシタＣ１が接続され、第３抵抗Ｒ３の一方の端子が第１キャパシタＣ１に接続され、他方の端子が接地されていてもよい。同様に、接続点３７ｂに第２キャパシタＣ２が接続され、第６抵抗Ｒ６の一方の端子が第２キャパシタＣ２に接続され、他方の端子が接地されていてもよい。
【００６３】
本実施形態においても、第１の実施形態にかかる図４のグラフ同様、２組の極（Ｐｏｌｅ）と零（Ｚｅｒｏ）を有するトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜を示す。以下、この２組の零と極の発生を式で示す。なお、説明の便宜上、Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒ５＝Ｒ０とする。
【００６４】
受光素子３２の接合容量を無視し、反転増幅器３３が周波数依存性を有しない理想的な増幅器であるとした場合、反転増幅器３３のトランスインピーダンス特性｜Ｚｆ｜はラプラス変換を用いて次式で表される。
【数１４】
【００６５】
本実施形態も、第１の実施形態と同様、零（ｚｅｒｏ）と極（ｐｏｌｅ）が夫々２組生じる伝達関数が示される。したがって、数１４の分母の根と分子の根を夫々出すことにより、第１の分子の根をω１、第１の分母の根をω２、第２の分子の根をω３、第２の分母の根ω４を夫々求めることが可能となる。
【００６６】
なお、本実施形態では、極と零の組が２組生じる場合を例示的に説明したが、これに限るものではない。
たとえば、図１１において、接続点３３ａと接続点３３ｂとの間に、第４抵抗Ｒ４と第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６と第２キャパシタＣ２の組み合わせを複数設けることで、極と零の組を３つ以上発生させることが可能となる。
【００６７】
このように、極と零の組み合わせを３以上にすることで、コンパレータ１６における時間遅れをより短くすることが可能となる。
【００６８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０、２０、３０：光受信回路、１１、２１、３１：入力光、１２、２１、３１：受光素子、１３、２３、３３：反転増幅器、１４、２４、３４：帰還回路、１５、２５、３５：基準電源、１６、２６、３６：コンパレータ（比較器）、１７、２７、３７：接続点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光に応じて電流を出力する受光手段と、
前記受光手段が接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記入力端子と前記出力端子の間に接続され、トランスインピーダンス特性が高周波側で複数段の高利得を得るように、ラプラス平面の負の実軸上で極と零の組を複数設けられた帰還回路と、を具備することを特徴とする光受信回路。
【請求項２】
前記極と零の複数組は、ラプラス平面の負の実軸上に、原点からマイナス方向に向かって零と極の順番で交互に並んでいることを特徴とする請求項１に記載の光受信回路。
【請求項３】
前記帰還回路は、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第１抵抗と第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第３抵抗と第１キャパシタと、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、前記第３抵抗と前記第１キャパシタに対して並列に接続された補正回路と、を具備することを特徴とする請求項１に記載の光受信回路。
【請求項４】
入力光に応じて電流を出力する受光素子と、
前記受光素子に接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第１抵抗と第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第３抵抗と第１キャパシタと、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、前記第３抵抗と前記第１キャパシタに対して並列に接続された補正回路と、を具備することを特徴とする光受信回路。
【請求項５】
入力光に応じて電流を出力する受光素子と、
前記受光素子に接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第１抵抗と第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第３抵抗と第４抵抗と第１キャパシタと、
前記第３抵抗と前記第４抵抗との接続点と、接地との間に接続された第２キャパシタと、を具備することを特徴とする光受信回路。
【請求項１】
入力光に応じて電流を出力する受光手段と、
前記受光手段が接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記入力端子と前記出力端子の間に接続され、トランスインピーダンス特性が高周波側で複数段の高利得を得るように、ラプラス平面の負の実軸上で極と零の組を複数設けられた帰還回路と、を具備することを特徴とする光受信回路。
【請求項２】
前記極と零の複数組は、ラプラス平面の負の実軸上に、原点からマイナス方向に向かって零と極の順番で交互に並んでいることを特徴とする請求項１に記載の光受信回路。
【請求項３】
前記帰還回路は、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第１抵抗と第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第３抵抗と第１キャパシタと、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、前記第３抵抗と前記第１キャパシタに対して並列に接続された補正回路と、を具備することを特徴とする請求項１に記載の光受信回路。
【請求項４】
入力光に応じて電流を出力する受光素子と、
前記受光素子に接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第１抵抗と第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第３抵抗と第１キャパシタと、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、前記第３抵抗と前記第１キャパシタに対して並列に接続された補正回路と、を具備することを特徴とする光受信回路。
【請求項５】
入力光に応じて電流を出力する受光素子と、
前記受光素子に接続された入力端子と、出力端子を有する反転増幅器と、
前記反転増幅器の前記入力端子と前記出力端子の間に直列接続された第１抵抗と第２抵抗と、
前記第１抵抗と前記第２抵抗との接続点と、接地との間に接続され、相互に直列接続された第３抵抗と第４抵抗と第１キャパシタと、
前記第３抵抗と前記第４抵抗との接続点と、接地との間に接続された第２キャパシタと、を具備することを特徴とする光受信回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−９０２６１（Ｐ２０１２−９０２６１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０００３４（Ｐ２０１１−２０００３４）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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