JPH09232877A - Preamplifier for optical communication - Google Patents
Preamplifier for optical communicationInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタ(以下、FETと言う)を用いた光通信用前置増幅
器に関するもので、特に単一低電源電圧動作に適した光
通信用前置増幅器に関するものある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a preamplifier for optical communication using a field effect transistor (hereinafter referred to as FET), and particularly to a preamplifier for optical communication suitable for single low power supply voltage operation. There is something about.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から知られている光通信用前置増幅
器においては、デプレッション型のFET(以下D−F
ET)を用いて、+5Vもしくは−5.2V、また、電
源電圧を二種以上用いて多電源で動作させていた。2. Description of the Related Art In a conventionally known preamplifier for optical communication, a depletion type FET (hereinafter referred to as DF) is used.
ET) was used, and +5 V or -5.2 V was used, and two or more power source voltages were used to operate with multiple power sources.
【0003】例えば、大塚らによる昭和63年電子情報
通信学会春季全国大会予稿集第1分冊396ページ講演
番号B−645ではFET5個、抵抗2個、ダイオード
4個からなる増幅段一段の構成で帯域3.8GHzのト
ランスインピーダンスアンプを実現している。あるいは
八田らによる1988年第10回GaAs−IC シン
ポジウムテクニカルダイジェストページ15−18では
入力FETの負荷に他のFETをカスコード接続した前
置増幅器で、帯域2.4GHzを達成している。For example, Otsuka et al., 1988 IEICE Spring National Convention Proceedings, 1st Volume, 396 pages, Lecture No. B-645, the band consists of one amplification stage consisting of five FETs, two resistors, and four diodes. A transimpedance amplifier of 3.8 GHz is realized. Alternatively, in the 1988 10th GaAs-IC symposium technical digest page 15-18 by Hatta et al., A preamplifier in which another FET is cascode-connected to the load of the input FET achieves a band of 2.4 GHz.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】D−FETを用いた単
一電源動作の光通信用前置増幅器の場合、利得を大きく
するには増幅器を多段に接続する多段増幅器、あるいは
八田らで用いられた増幅器の初段FETの負荷に他のF
ETを直列接続するカスコード接続が必要となる。しか
し、増幅器を多段に接続する場合は,各増幅器が発振し
やすく動作が不安定となる問題がある。一方、後者のカ
スコード接続を用いた場合には、消費電力化を図るため
に電源電圧を低下させてゆくと、カスコード接続した各
々のFETのソース−ドレイン間電圧(Vds)が小さ
くなってしまい、動作点が飽和領域から線形領域に入る
ため、利得とダイナミックレンジのバランスを図ること
が困難となってくる。In the case of a single-power-supply preamplifier for optical communication using a D-FET, in order to increase the gain, it is used in a multistage amplifier in which amplifiers are connected in multiple stages, or in Hatta et al. F to the load of the first stage FET of the amplifier
Cascode connection for connecting ETs in series is required. However, when amplifiers are connected in multiple stages, there is a problem that each amplifier easily oscillates and its operation becomes unstable. On the other hand, when the latter cascode connection is used, if the power supply voltage is lowered in order to reduce power consumption, the source-drain voltage (Vds) of each cascode-connected FET becomes small, Since the operating point enters from the saturation region to the linear region, it becomes difficult to balance the gain and the dynamic range.
【0005】本発明の目的は、電源電圧を低下させても
安定した動作が期待でき、かつ単一の電源電圧でも動作
可能な光通信用前置増幅器の新規な形態を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a novel form of a preamplifier for optical communication, which can be expected to operate stably even if the power supply voltage is lowered and can operate even with a single power supply voltage.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、光信号に対応
して受光素子で発生した電流信号を電圧信号に変換する
電流・電圧変換機能を備えるFETを主構成素子とする
トランスインピーダンス型光通信用前置増幅器におい
て、入力FETをE−FETとし、かつそのゲートバイ
アスは大光信号入射時の受光素子からの信号電流の一部
をバイアス電流として当該FETに流入させ、増幅段の
利得を減少させることを条件とする。このために該FE
Tのソース電極には順方向にバイアスされたダイオード
を接続し、かつ増幅器の出力ソースフォロワーのレベル
シフトダイオードを一段とした。また増幅器の帰還抵抗
に並列にFETのドレイン、ソースを接続し、大光信号
入力時に当該FETのドレイン−ソース間に電流がバイ
パスされるように、増幅器の出力信号から生成される制
御信号をゲートに入力する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a transimpedance type optical device having an FET having a current / voltage conversion function for converting a current signal generated in a light receiving element in response to an optical signal into a voltage signal as a main constituent element. In the preamplifier for communication, the input FET is an E-FET, and its gate bias causes a part of the signal current from the light receiving element at the time of a large optical signal incident to flow into the FET as a bias current to increase the gain of the amplification stage. It must be reduced. For this reason the FE
A forward biased diode was connected to the source electrode of T, and the level shift diode of the output source follower of the amplifier was one stage. Also, the drain and source of the FET are connected in parallel to the feedback resistance of the amplifier, and the control signal generated from the output signal of the amplifier is gated so that the current is bypassed between the drain and source of the FET when a large optical signal is input. To enter.
【0007】さらに、小光信号入力時の増幅段利得を必
要な値に保持するために、入力段FETの負荷との間に
カスコード接続された他のFETを間挿する。Further, in order to keep the gain of the amplification stage at a required value when a small optical signal is input, another FET cascode-connected with the load of the input stage FET is inserted.
【0008】増幅器の初段FETのゲートバイアス条件
Vgsは、帰還抵抗を経て帰還される出力電位と、初段
FETのソースの電位により決定される。光入力信号が
零あるいはこれが小さい時は、ゲート電位はソース電位
を少し上回る程度に設定されているため、そのゲートに
は受光素子からの光信号電流は実質的に流れずほとんど
は帰還抵抗を介して出力へと導かれる。この時、入力F
ETの動作点は飽和領域にあるため、カスコード接続さ
れたFETで設定されるとの同じ電圧利得を得ることが
できる。The gate bias condition Vgs of the first-stage FET of the amplifier is determined by the output potential fed back through the feedback resistor and the source potential of the first-stage FET. When the optical input signal is zero or small, the gate potential is set to be slightly higher than the source potential, so that the optical signal current from the light receiving element does not substantially flow to the gate and most of it passes through the feedback resistor. To the output. At this time, input F
Since the operating point of ET is in the saturation region, the same voltage gain as that set by the cascode-connected FET can be obtained.
【0009】光信号をしだいに大きくしてゆくと出力電
位はそれにつれて低下し、この低下を参照して帰還抵抗
に並列に挿入したFETのゲート電位を上昇させ、ドレ
イン−ソース間に電流がバイパスされるようになり、等
価的にトランスインピーダンスの値が小さくなる。その
結果帰還量が大きくなり増幅器の出力の飽和を抑制する
ことができる。When the optical signal is gradually increased, the output potential decreases accordingly. With reference to this decrease, the gate potential of the FET inserted in parallel with the feedback resistor is increased, and the current bypasses between the drain and source. As a result, the value of transimpedance is equivalently reduced. As a result, the amount of feedback becomes large, and the saturation of the output of the amplifier can be suppressed.
【0010】光入力をさらに大きくしてゆくと受光素子
からの信号電流はさらに大きくなり、また入力FETの
ゲート電位もそれにつれて上昇する。一方ソース電位は
ダイオードの順方向電位が実質的に固定されているた
め、ゲートバイアス電圧Vgsは次第に大きくなる。F
ETのゲート−ソース間は等価的には順方向に接続され
たダイオードとみなされるため、ついにはダイオードの
順方向電流としてゲートバイアス電流が流れ始め、光信
号電流は帰還抵抗とこれに並列に接続されたFETのド
レイン−ソース間に流れる電流と、このゲートバイアス
電流に分割される。光信号がさらに大きくなって信号電
流がさらに大きくなっても、その増加分の大部分は入力
FETのバイアス電流として流れるため、帰還抵抗を介
して出力に還流する電流の増加は抑制される。このよう
な条件下では入力FETの動作点は飽和領域にはなく、
線形領域に入っているため、相互コンダクタンスGmの
低下も同時に起こる。When the light input is further increased, the signal current from the light receiving element is further increased, and the gate potential of the input FET also rises accordingly. On the other hand, since the forward potential of the diode is substantially fixed as the source potential, the gate bias voltage Vgs gradually increases. F
The gate-source of ET is equivalently regarded as a diode connected in the forward direction, so that finally the gate bias current starts to flow as the forward current of the diode, and the optical signal current is connected in parallel with the feedback resistor. It is divided into the current flowing between the drain and source of the FET and the gate bias current. Even if the optical signal further increases and the signal current further increases, most of the increase flows as the bias current of the input FET, so that an increase in the current flowing back to the output via the feedback resistor is suppressed. Under these conditions, the operating point of the input FET is not in the saturation region,
Since it is in the linear region, the transconductance Gm also decreases at the same time.
【0011】一方増幅器の電流・電圧変換特性として
は、帰還抵抗に流れる電流値に帰還抵抗値を乗じた値の
電圧として与えられ、まず帰還抵抗に並列に接続された
FETに電流が流れる段階で変換利得は低下する。つい
で入力FETに信号電流の一部が分流するようになると
入力FETの増幅利得が低下し増幅器の開ループ利得も
低下する条件となる。その結果前置増幅器の出力の飽和
を抑制し広いダイナミックレンジを確保することが可能
となる。On the other hand, the current-voltage conversion characteristic of the amplifier is given as a voltage of a value obtained by multiplying the value of the current flowing through the feedback resistance by the value of the feedback resistance. First, when the current flows through the FET connected in parallel with the feedback resistance. The conversion gain is reduced. Then, when a part of the signal current is shunted to the input FET, the amplification gain of the input FET is reduced and the open loop gain of the amplifier is also reduced. As a result, it is possible to suppress saturation of the output of the preamplifier and secure a wide dynamic range.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】図3は、かかる実施の形態を示し
た回路のブロック図であり、フォトダイオード(以下P
Dとする)2、増幅器4、帰還抵抗RF、並列FET
6、トランスインピーダンス制御回路8から構成される
光通信用前置増幅器である。本図に示すように、フォト
ダイオード(PD)2が光を受けて発生する光電流ip
は、入射光強度が弱いときには、ほとんど帰還抵抗RF
を流れるiRFとなるが、入射光強度が強くなるに従って
帰還抵抗RFに並列に接続されたFET6のソース・ド
レイン間が導通状態となり、ipはiRFとiFET に分流
され、等価的にトランスインピーダンスを下げると共
に、帰還抵抗RFによる出力電位の降下を抑制する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 3 is a block diagram of a circuit showing such an embodiment.
2), amplifier 4, feedback resistance RF, parallel FET
6 is a preamplifier for optical communication, which includes a transimpedance control circuit 8. As shown in the figure, the photocurrent ip generated by the photodiode (PD) 2 upon receiving light.
Is a feedback resistance RF when the incident light intensity is weak.
While the i RF flowing between the source and the drain of the FET6 connected in parallel with the feedback resistor RF in accordance with the incident light intensity increases becomes conductive, ip is split into i RF and i FET, equivalently trans The impedance is lowered and the drop of the output potential due to the feedback resistance RF is suppressed.
【0013】さらに入射光強度が強くなった場合には、
増幅器4の入力段FETのゲートにゲートバイアス電流
が流れ、光電流ipをiRF,iFET ,ig に分流するこ
とにより、より大きな光入力まで前置増幅器が動作する
ようになる。When the incident light intensity is further increased,
Amplifier gate bias current flows through the gate of the input stage FET 4, the photocurrent ip i RF, i FET, by diverting the i g, made to work preamplifier to a greater optical input.
【0014】以上のように、トランスインピーダンス型
光通信用前置増幅器において、受光素子からの光信号電
流の一部を帰還抵抗に並列のFET、あるいは入力FE
Tのゲートに分流することで、等価的なトランスインピ
ーダンスの低下と、増幅器の電圧利得の抑制を実現し、
広いダイナミックレンジを可能にする。As described above, in the transimpedance type preamplifier for optical communication, a part of the optical signal current from the light receiving element is connected in parallel to the feedback resistance FET or the input FE.
By shunting to the gate of T, equivalent reduction of transimpedance and suppression of voltage gain of the amplifier are realized,
Enables a wide dynamic range.
【0015】[0015]
【実施例】図1は、本発明の一実施例による光通信用前
置増幅器を示す。本実施例において、電界効果トランジ
スタとしては、GaAs−MESFETを用いる。この
ほかに、GaAs基板にイオン注入を用いてモノリシッ
クに形成した注入抵抗及びGaAsショットキーバリア
ダイオードを使用している。ここで、GaAs−MES
FETは、閾値電圧が+50mVのE−FETと、閾値
電圧が−400mVのD−FETの2種類を使用してい
る。FIG. 1 shows a preamplifier for optical communication according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a GaAs-MESFET is used as the field effect transistor. In addition to this, an injection resistor and a GaAs Schottky barrier diode monolithically formed on the GaAs substrate by using ion implantation are used. Where GaAs-MES
Two types of FET are used, an E-FET having a threshold voltage of +50 mV and a D-FET having a threshold voltage of -400 mV.
【0016】図1に示した回路では、前置増幅器の増幅
段を構成するFETとして、Q1 はゲート幅120μ
m、ゲート長0. 5μmのE−FET、Q2 ,Q3 ,Q
4 はゲート幅がそれぞれ50、10、60μm、ゲート
長0. 8μmのD−FETを用いている。この回路にお
いて、Q2 ,Q3 ,Q4 のゲート幅は、Q1 のゲートバ
イアスVgsが無信号時において+0. 35Vになるよ
うに設定している。なお、Q3 のソース・ゲート間に
は、ゲートにバイアス電圧を与えるための1kΩの抵抗
を挿入している。In the circuit shown in FIG. 1, Q 1 has a gate width of 120 μ as an FET constituting the amplification stage of the preamplifier.
m, gate length 0.5 μm E-FET, Q 2 , Q 3 , Q
4 is a D-FET having a gate width of 50, 10, 60 μm and a gate length of 0.8 μm. In this circuit, the gate widths of Q 2 , Q 3 and Q 4 are set so that the gate bias Vgs of Q 1 becomes + 0.35V when there is no signal. A resistor of 1 kΩ for applying a bias voltage to the gate is inserted between the source and gate of Q 3 .
【0017】また、帰還抵抗RFは20kΩとし、並列
に50μm幅のFET、QRFを接続してある。このQRF
のゲート電位はQ11,Q12,R1 ,R2 ,R3 からなる
トランスインピーダンス制御回路からの出力信号により
コントロールされている。The feedback resistance RF is 20 kΩ, and a FET of 50 μm width and Q RF are connected in parallel. This Q RF
Is controlled by an output signal from a transimpedance control circuit composed of Q 11 , Q 12 , R 1 , R 2 and R 3 .
【0018】受光素子としてInGaAsフォトダイオ
ードを用い、この前置増幅器を用いた光受信器を作製し
評価を行った。フォトダイオードの受光面は、100μ
mφで1.3μm帯の光信号に対応する電流を出力す
る。フォトダイオードの結合効率を含む感度としては、
0. 80A/Wを得た。An InGaAs photodiode was used as a light receiving element, and an optical receiver using this preamplifier was manufactured and evaluated. The light receiving surface of the photodiode is 100μ
A current corresponding to an optical signal in the 1.3 μm band is output at mφ. The sensitivity including the coupling efficiency of the photodiode is
0.80 A / W was obtained.
【0019】図1に示した前置増幅器を電源電圧VD を
+3.3Vで動作させた場合、前置増幅器は、電圧利得
32dB、帯域550MHzという従来のD−FETの
みを用い、電源電圧+5. 0Vもしくは−5. 2Vで動
作させた増幅器と同等の性能を得た。さらに、電源電圧
VD を2. 8Vまで低下させても動作することを確認し
た。また、光受信器としては、トランスインピーダンス
19kΩ、トランスインピーダンス帯域180MHzを
得た。When the preamplifier shown in FIG. 1 is operated at a power supply voltage V D of +3.3 V, the preamplifier uses only a conventional D-FET having a voltage gain of 32 dB and a band of 550 MHz and a power supply voltage of +5. Performance equivalent to that of an amplifier operated at 0.0 V or -5.2 V was obtained. Further, it was confirmed that the operation was performed even when the power supply voltage V D was lowered to 2.8V. As an optical receiver, a transimpedance of 19 kΩ and a transimpedance band of 180 MHz were obtained.
【0020】本実施例による前置増幅器では、−30d
Bm以下となる光入射強度の弱い領域では、Q1 のゲー
トに流れる電流は、25℃で0. 35μA、100℃で
も1.5μA程度であり、ゲート電流は実質的に流れな
い。従って、前置増幅器の最小受信感度に与えるショッ
トノイズとしての影響は小さく、155. 52Mbps
の信号を用いてこの受信器を評価した場合、誤り率1×
10-10 を与える光入力を感度と定義すると、−36.
5dBmの感度を得た。In the preamplifier according to this embodiment, -30d
In the region where the light incident intensity is weaker than Bm, the current flowing through the gate of Q 1 is 0.35 μA at 25 ° C. and about 1.5 μA at 100 ° C., and the gate current does not substantially flow. Therefore, the effect of shot noise on the minimum receiving sensitivity of the preamplifier is small, and it is 155.52 Mbps.
If this receiver is evaluated using the signal
Defining the optical input that gives 10 −10 as sensitivity, −36.
A sensitivity of 5 dBm was obtained.
【0021】また、光入射強度を徐々に大きくしてゆく
と、入射光強度−18dBm(デューティ比50%の変
調信号では平均入射光強度−21dBm)付近から帰還
抵抗RFに並列に接続したQRFがオン状態となって、ト
ランスインピーダンスの低化が始まり、さらに入射光強
度が+1dBm(デューティ比50%の変調信号では平
均入射光強度−2dBm)より明るくなると、帰還抵抗
RFに並列に接続したQRFのみでは光電流のすべてを流
すことができなくなる。このことにより、Q1のゲート
電位が上昇し始めると共に、Q1 のゲートに光電流が流
れ始める。When the light incident intensity is gradually increased, Q RF connected in parallel to the feedback resistor RF from the vicinity of the incident light intensity of -18 dBm (average incident light intensity of -21 dBm for a modulation signal having a duty ratio of 50%). Is turned on, the transimpedance begins to decrease, and when the incident light intensity becomes brighter than +1 dBm (average incident light intensity-2 dBm for a modulation signal with a duty ratio of 50%), Q connected in parallel with the feedback resistor RF is connected. RF alone cannot carry all of the photocurrent. Thus, the gate potential for Q 1 starts to rise, the photocurrent begins to flow to the gate for Q 1.
【0022】図4は、平均入射光強度(横軸は光電流i
pを示している)に対するQ1 のゲート電流の変化を示
したもので、図5は、Q1 のゲート電位の変化を調べた
ものである。Q1 のゲートはショットキーダイオード特
性を有するため、光電流4mA(ピーク光強度6. 5d
Bm、50%変調信号で3. 5dBm)までの範囲で、
ゲート電流がかなり多く流れた場合でもバイアス電圧V
gsは0. 65V程度となり、光入射強度が弱い状態、
若しくは無信号の状態と比較しても、0. 65−0. 3
5=0. 30V程度の変動に抑えられている。FIG. 4 shows the average incident light intensity (the horizontal axis represents the photocurrent i).
shows the change in the gate current for Q 1 with respect to that) shows the p, 5 are those of investigating changes in the gate potentials for Q 1. Since the gate of Q 1 has a Schottky diode characteristic, the photocurrent is 4 mA (peak light intensity 6.5 d
Bm, 50% modulation signal up to 3.5 dBm),
Bias voltage V even when a large amount of gate current flows
gs is about 0.65V, and the light incident intensity is weak,
Or even if compared with the state of no signal, 0.65-0.3
It is suppressed to a fluctuation of about 5 = 0.30V.
【0023】なお、本発明においては、大光入力時にも
Q1 のソース電位が大きく変動しないことが重要であ
り、Q1 のソース電極は、定電圧源もしくは、図1に示
したような定電圧性を有する順方向ダイオードに接続さ
れていることが好ましい。In the present invention, it is important that the source potential of Q 1 does not fluctuate greatly even when a large amount of light is input. The source electrode of Q 1 is a constant voltage source or a constant voltage source as shown in FIG. It is preferably connected to a forward diode having a voltage characteristic.
【0024】このようにして作製した前置増幅器を用い
た光受信器を電源電圧3. 3V、温度25℃の状態で動
作させ、155. 52Mbps、0dBmの1−0信号
を入力したときの出力波形を図6に示す。波形の歪も小
さく0dBm光信号が入っても全く問題のないことがわ
かる。The optical receiver using the preamplifier thus manufactured is operated at a power supply voltage of 3.3 V and a temperature of 25 ° C., and an output when a 1-0 signal of 155.52 Mbps and 0 dBm is input. The waveform is shown in FIG. It can be seen that the distortion of the waveform is small and there is no problem even if an optical signal of 0 dBm enters.
【0025】次に、本実施例により、どの程度低電源電
圧動作が可能であるか確認するために、Q1 も含め、全
FETをしきい値電圧が−400mVのD−FETを用
いて構成した図1に示した回路と同等構成の前置増幅器
の特性を調べた。この前置増幅器を電源電圧+5. 0V
で動作させた場合、電圧利得31dB、帯域600MH
zという良好な特性が得られたが、電源電圧を+3. 2
Vまで下げると動作しなくなり、本発明と比較して少な
くとも電源電圧を0. 4V余計にかけないと動作しなか
った。Next, according to the present embodiment, in order to confirm how low the power supply voltage can be operated, all FETs including Q 1 are constructed by using D-FETs having a threshold voltage of -400 mV. The characteristics of the preamplifier having the same configuration as the circuit shown in FIG. 1 were examined. This preamplifier has a power supply voltage of + 5.0V
When operated with a voltage gain of 31 dB, bandwidth 600 MHz
Although a good characteristic of z was obtained, the power supply voltage was +3.2.
When it is lowered to V, it does not operate, and it does not operate unless at least 0.4 V of power supply voltage is applied in comparison with the present invention.
【0026】これは、E−FETとD−FETのニー電
圧(FETのVds−Ids特性において、線形領域か
ら飽和領域に移行するときのドレイン電圧)が異なって
おり、E−FETのほうが低いニー電圧特性を示し、低
電圧動作に適していることに起因する。さらに、出力信
号のダイナミックレンジ/振幅を決定する入力FETの
ゲート電位が順方向ダイオード1個分の電圧降下分(約
0. 6V)しかなく、出力信号のダイナミックレンジ/
振幅を増やすためには、(1)Q1 のゲート−ソース間
電圧Vgsを+側に大きく取るためにQ1 に膨大なドレ
イン電流(4倍程度に増やす必要がある)を流す、もし
くは、(2)Q1 のソース側に接続した順方向ダイオー
ドを2個に増やすと言った方法が考えられるが、(1)
の方法では消費電流の増大を招き、(2)の方法では、
電源電圧をさらにダイオード1個分の電圧降下分増加さ
せないと動作せず、低電圧動作には不利である。いずれ
の方法でも、本願のE−FETを用いて構成した前置増
幅器の特性を凌ぐものではない。This is because the E-FET and the D-FET have different knee voltages (in the Vds-Ids characteristic of the FET, the drain voltage at the transition from the linear region to the saturation region), and the E-FET has a lower knee voltage. This is because it exhibits voltage characteristics and is suitable for low voltage operation. Further, the gate potential of the input FET that determines the dynamic range / amplitude of the output signal is only the voltage drop of one forward diode (about 0.6V), and the dynamic range /
To increase the amplitude, (1) Q 1 of the gate - flow (it is necessary to increase the 4 times) enormous drain current in Q 1 to a large source voltage Vgs to the + side, or, ( 2) A method of increasing the number of forward diodes connected to the source side of Q 1 to 2 is conceivable, but (1)
The method of (2) causes an increase in current consumption, and the method of (2),
Unless the power supply voltage is increased by a voltage drop corresponding to one diode, the power supply does not operate, which is disadvantageous for low voltage operation. None of the methods surpasses the characteristics of the preamplifier configured using the E-FET of the present application.
【0027】このように、出力信号のダイナミックレン
ジ/振幅を確保しながら低電圧でも動作する光通信用前
置増幅器を得るためには、前置増幅器の増幅回路の入力
FETをE−FETで構成し、入力FETのゲート電位
をゲートバイアスVgsとソース電位の和で形成する構
成を採用することで、低電圧下でも安定して動作する光
通信用前置増幅器を得ることができ、単一の電源電圧
2. 8Vでの動作を確認した。また、小信号時には受信
器の感度を低化させるに至らない程度のゲート電流しか
入力FETに流れず、大信号時には前記受光素子の出力
電流の一部がゲートバイアス電流として入力FETのゲ
ートに流すという動作をE−FETを用いることで実現
し、ダイナミックレンジの拡大が図られたため、光受信
器として−36. 5dBmから最大0dBm以上までの
信号を誤り率1×10-10 以下で識別することができ
た。As described above, in order to obtain the preamplifier for optical communication which operates at a low voltage while securing the dynamic range / amplitude of the output signal, the input FET of the amplification circuit of the preamplifier is composed of E-FET. However, by adopting a configuration in which the gate potential of the input FET is formed by the sum of the gate bias Vgs and the source potential, it is possible to obtain a preamplifier for optical communication that operates stably even under a low voltage. Operation at a power supply voltage of 2.8V was confirmed. Further, at the time of a small signal, only a gate current that does not reduce the sensitivity of the receiver flows to the input FET, and at the time of a large signal, a part of the output current of the light receiving element flows to the gate of the input FET as a gate bias current. Since the operation was realized by using the E-FET and the dynamic range was expanded, the signal from -36.5 dBm to a maximum of 0 dBm or more as an optical receiver should be identified with an error rate of 1 x 10 -10 or less. I was able to.
【0028】本発明は、上述した実施例以外にも適用可
能である。回路としては、帰還抵抗に並列にFETを接
続していない図2に示したような通常の公知のカスコー
ド接続を用いたトランスインピーダンス型増幅器、単純
なソース接地増幅器などに適用可能である。FETにつ
いてはE−FETの閾値電圧は+50mVに限定される
ことなくさまざまに調整することが可能であり、また、
その材料もGaAs−MESFETのみならず、Si接
合型FET(J−FET)、AlGaAs/GaAs
系、あるいは、AlInAs/InGaAs系HEMT
等の種々のものが使用可能である。The present invention can be applied to other than the above-mentioned embodiments. The circuit can be applied to a transimpedance type amplifier using an ordinary publicly known cascode connection as shown in FIG. 2 in which an FET is not connected in parallel to a feedback resistor, a simple source grounded amplifier, and the like. Regarding the FET, the threshold voltage of the E-FET is not limited to +50 mV and can be variously adjusted.
The material is not only GaAs-MESFET, but also Si junction type FET (J-FET), AlGaAs / GaAs
System or AlInAs / InGaAs system HEMT
It is possible to use various things such as.
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、前置
増幅器の増幅回路の入力FETをE−FETで構成し、
このゲート電位がゲートバイアスVgsとソースバイア
ス電圧Vsの和となる構成を採用することで、出力信号
のダイナミックレンジ/振幅を確保しつつ、低電圧でも
動作する光通信用前置増幅器を得ことができる。さら
に、入力E−FETを小信号時には受信器の感度を低化
させるに至らない程度しかゲートにバイアス電流として
流入させず、大信号時には受光素子の出力電流の一部を
ゲートバイアス電流として入力FETに分流させること
ができ、低電圧動作で広ダイナミックレンジの光通信用
前置増幅器を得ることができる。As described above, according to the present invention, the input FET of the amplification circuit of the preamplifier is composed of an E-FET,
By adopting a configuration in which the gate potential is the sum of the gate bias Vgs and the source bias voltage Vs, it is possible to obtain a preamplifier for optical communication that operates at a low voltage while securing the dynamic range / amplitude of the output signal. it can. Further, the input E-FET is allowed to flow into the gate as a bias current only to the extent that the sensitivity of the receiver is lowered at the time of a small signal, and a part of the output current of the light receiving element is used as a gate bias current at the time of a large signal as the input FET. Therefore, it is possible to obtain a preamplifier for optical communication having a wide dynamic range with low voltage operation.
【図1】本発明の一実施例を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の一実施例を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施形態の一例を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例における入力FETのゲート
電流の平均光電流依存性を示した線図である。FIG. 4 is a diagram showing an average photocurrent dependency of a gate current of an input FET in an example of the present invention.
【図5】本発明の一実施例における入力FETのゲート
電位の平均光電流依存性を示した線図である。FIG. 5 is a diagram showing an average photocurrent dependency of a gate potential of an input FET in an example of the present invention.
【図6】本発明の一実施例における前置増幅器の出力波
形(155. 52Mbps、0dBm)を示した線図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing an output waveform (155.52 Mbps, 0 dBm) of the preamplifier in the embodiment of the present invention.
2 フォトダイオード(PD) 4 増幅器 6 帰還抵抗RFに並列に接続したFET 8 トランスインピーダンス制御回路 RF 帰還抵抗 2 Photodiode (PD) 4 Amplifier 6 FET in parallel with feedback resistor RF 8 Transimpedance control circuit RF feedback resistor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H04B 10/06
Claims (8)
流を生成する受光素子と、該信号電流を電圧信号に変換
する電流/電圧変換回路とからなる光通信用前置増幅器
において、 該電流/電圧変換回路の入力トランジスタがエンハンス
メント型電界効果トランジスタ(FET)で構成されて
いることを特徴とする光通信用前置増幅器。1. A preamplifier for optical communication comprising a light receiving element for receiving an optical signal and generating a signal current corresponding to the optical signal, and a current / voltage conversion circuit for converting the signal current into a voltage signal. A preamplifier for optical communication, wherein the input transistor of the current / voltage conversion circuit is constituted by an enhancement type field effect transistor (FET).
入力時には前記受光素子の出力電流の一部を前記電流/
電圧変換回路の入力FETのゲートに流すことを特徴と
する請求項1記載の光通信用前置増幅器。2. In the preamplifier for optical communication, when a large amount of light is input, a part of the output current of the light receiving element is set to the current / current.
The preamplifier for optical communication according to claim 1, wherein the preamplifier for the optical communication is supplied to the gate of the input FET of the voltage conversion circuit.
圧源もしくは順方向にバイアスされたダイオードのアノ
ード電極に接続されていることを特徴とする請求項2記
載の光通信用前置増幅器。3. The preamplifier for optical communication according to claim 2, wherein the source electrode of the input FET is connected to a predetermined voltage source or the anode electrode of a diode biased in the forward direction.
部分がカスコード接続された二つの電界効果トランジス
タで構成されていることを特徴とする請求項1 ないし3
のいずれかに記載の光通信用前置増幅器。4. The first-stage amplifier circuit portion of the current / voltage conversion circuit is composed of two cascode-connected field effect transistors.
The preamplifier for optical communication according to any one of 1.
えるトランスインピーダンス型増幅器で構成されている
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の
光通信用前置増幅器。5. The preamplifier for optical communication according to claim 1, wherein the current / voltage conversion circuit is composed of a transimpedance type amplifier having a feedback resistor.
スタのドレインが、他端にソースが、前記電流/電圧変
換回路の出力を制御入力とする帰還量制御手段にゲート
がそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項4記
載の光通信用前置増幅器。6. The drain of the field effect transistor is connected to one end of the feedback resistor, the source is connected to the other end of the feedback resistor, and the gate is connected to a feedback amount control means having the output of the current / voltage conversion circuit as a control input. 5. The preamplifier for optical communication according to claim 4.
で動作させることを特徴とする請求項1ないし6のいず
れかに記載の光通信用前置増幅器。7. The preamplifier for optical communication according to claim 1, which is operated by a single power supply voltage whose absolute value is less than 5V.
構成されていることを特徴とする請求項1 ないし7のい
ずれかに記載の光通信用前置増幅器。8. The preamplifier for optical communication according to claim 1, wherein the FET is a GaAs-MESFET.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8036879A JPH09232877A (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | Preamplifier for optical communication |
CA002198161A CA2198161A1 (en) | 1996-02-23 | 1997-02-21 | Preamplifier for optical communication |
US08/804,185 US5801588A (en) | 1996-02-23 | 1997-02-21 | Preamplifier for optical communication |
KR1019970005440A KR100236395B1 (en) | 1996-02-23 | 1997-02-22 | Preamplifier for optical communication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8036879A JPH09232877A (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | Preamplifier for optical communication |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09232877A true JPH09232877A (en) | 1997-09-05 |
Family
ID=12482076
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8036879A Pending JPH09232877A (en) | 1996-02-23 | 1996-02-23 | Preamplifier for optical communication |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09232877A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6307433B1 (en) | 2000-02-01 | 2001-10-23 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Preamplifier for high speed optical fiber communication system |
WO2005055416A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Photo-receiving pre-amplifier |
JP2005236616A (en) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Nec Kansai Ltd | Photocurrent/voltage conversion circuit |
EP1805915A1 (en) * | 2004-10-26 | 2007-07-11 | Optoelectronics Co., Ltd. | A preamplifier circuit having a variable feedback resistance |
US7358818B2 (en) | 2003-10-20 | 2008-04-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical receiver for an optical communication |
JP2009088580A (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Tdk Corp | Amplifier circuit, and optical pickup provided with same |
US7557333B2 (en) | 2006-03-08 | 2009-07-07 | Hitachi, Ltd. | Optical signal receiving circuit and optical signal receiving apparatus |
JP4682142B2 (en) * | 2004-09-07 | 2011-05-11 | パナソニック株式会社 | Receiver circuit and optical receiver circuit |
JP2012191344A (en) * | 2011-03-09 | 2012-10-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photoelectric conversion and amplification device |
-
1996
- 1996-02-23 JP JP8036879A patent/JPH09232877A/en active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6307433B1 (en) | 2000-02-01 | 2001-10-23 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Preamplifier for high speed optical fiber communication system |
US7358818B2 (en) | 2003-10-20 | 2008-04-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical receiver for an optical communication |
WO2005055416A1 (en) * | 2003-12-03 | 2005-06-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Photo-receiving pre-amplifier |
US7502569B2 (en) | 2003-12-03 | 2009-03-10 | Panasonic Corporation | Optical receiver preamplifier |
JP2005236616A (en) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Nec Kansai Ltd | Photocurrent/voltage conversion circuit |
JP4536393B2 (en) * | 2004-02-19 | 2010-09-01 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Photocurrent / voltage converter |
JP4682142B2 (en) * | 2004-09-07 | 2011-05-11 | パナソニック株式会社 | Receiver circuit and optical receiver circuit |
EP1805915A1 (en) * | 2004-10-26 | 2007-07-11 | Optoelectronics Co., Ltd. | A preamplifier circuit having a variable feedback resistance |
EP1805915A4 (en) * | 2004-10-26 | 2009-01-14 | Optoelectronics Co Ltd | A preamplifier circuit having a variable feedback resistance |
US7557333B2 (en) | 2006-03-08 | 2009-07-07 | Hitachi, Ltd. | Optical signal receiving circuit and optical signal receiving apparatus |
JP2009088580A (en) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Tdk Corp | Amplifier circuit, and optical pickup provided with same |
JP2012191344A (en) * | 2011-03-09 | 2012-10-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photoelectric conversion and amplification device |
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