专利名称：光接收用前置放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光通信系统等中使用的光接收用前置放大器。
背景技术：
在用于光通信系统等的光接收电路中，来自光纤的光信号由光电二极管转换成电流后，该电流由光接收用前置放大器转换为电压信号。在基于光纤的信号传输距离较长的情况下，光纤内的传输损失变大，因此，从光电二极管输入到光接收用前置放大器的电流信号变成振幅非常微小的电流信号。反之，在基于光纤的信号传输距离较短的情况下，光纤内的传输损失变小，因此，从光电二极管输入到光接收用前置放大器的电流信号变成振幅大的电流信号。如此，输入到光接收用前置放大器的电流信号，将变成具有从小到大各种各样振幅的电流信号。
因此，如果为了检测出微小的信号而提高光接收用前置放大器的电流电压转换增益(互阻抗增益)，则在输入了较大的信号时，输出电压饱和，导致波形失真，因此，变得无法正确地检测出信号。而如果为了降低输出电压的饱和使电流电压转换增益降低，则在输入了微小信号时就无法充分地放大，因此，将难以进行微小信号的检测。
为了解决这样的问题，在专利文献1所公开的光接收用前置放大器中，在连接在反相放大器的输入输出端子间的反馈电阻(Rf)上并联连接了二极管。由此，能够对反馈电阻的电压降进行钳位(clamp)，因此，能够降低输出电压的饱和。此外，在专利文献2所公开的光接收用前置放大器中，将上述反馈电阻并联连接在晶体管上，并且对该晶体管的阻抗进行了调制。由此，使反馈电阻值、即电流电压转换增益发生变化，据此防止输出电压的饱和。
专利文献1日本专利申请特开平03-060208号公报专利文献2日本专利申请特开平09-232877号公报发明内容但是，在上述以往技术中，是对反馈电阻的值进行直接调制的，因此，存在光接收用前置放大器的动作变得不稳定的缺点。
具体而言，在假设为单极(one pole)系统的反相放大器的情况下，互阻抗式前置放大器的传递函数可以如下式那样表示。
ZT(S)＝-ZT0/(1+2ζS/ωn+S2/ωn2)在此，反相放大器的传递函数A(S)＝-A0/(1+S/ωh)。低频互阻抗增益为ZT0＝RfA0/(1+A0)。阻尼系数ζ＝(1+CinRfωh)·ωn/(2·(1+A0)·ωh)。互阻抗频带ωn＝(ωh·(1+A0)/CinRf)0.5＝(1+CinRfωh)/2CinRfζ。另外，Cin为输入端子的全部寄生电容，Rf为反馈电阻，A0为反相放大器的低频增益，ωh为反相放大器频带。
如以上这样，在以往的光接收用前置放大器中，当输入过电流时，反馈电阻Rf由于与反馈电阻Rf并联连接的晶体管或者二极管的作用而等效地减少时，阻尼系数ζ减少，因此反馈量增大。一方面互阻抗频带ωn随着反馈量的增大而增大，另一方面反相放大器频带ωh却没有发生变化，因此，变成ωn渐近于ωh。但是，为了稳定地动作，要求ωh＞＞ωn，因此，随着ωn渐近于ωh，以往的光接收用前置放大器的动作将变得不稳定，最终会导致输出电压出现振荡。
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种能够同时实现处于以往的折衷(trade-off)关系的稳定动作和宽输入动态范围特性的光接收用前置放大器。
为了实现上述目的，本发明的光接收用前置放大器，包括反相放大器和连接在该反相放大器的输入输出端子间的电流电压转换元件，其中，反相放大器包括第1晶体管，其栅极与反相放大器的输入端子连接；第2晶体管，其源极与第1晶体管的漏极连接、并且栅极被施加了预定的电压；以及负载，与第2晶体管的漏极连接，该光接收用前置放大器还包括第3晶体管，连接在反相放大器的输入端子与第2晶体管的源极之间。
根据本发明的光接收用前置放大器，通过在输入大电流时使第3晶体管的栅极电压上升，而降低其阻抗，使得输入电流的一部分流入第3晶体管，因此，减少了这部分流入电流电压转换元件的电流。因此，能够抑制输出电压的饱和，从而能够扩大输入动态范围。
而且，根据本发明的光接收用前置放大器，不是如以往结构那样，通过与电流电压转换元件并联连接的晶体管对反馈电阻的值进行直接调制，而是通过第3晶体管的作用，使过剩的输入电流分流(by-pass)，并且减少反相放大器的开路增益，因此，不会使动作不稳定。
如以上这样，根据本发明的光接收用前置放大器，能够一边保持动作的稳定性，一边大幅度扩大输入动态范围。换言之，能够同时实现处于以往折衷关系的稳定动作和宽输入动态范围特性。
优选的是，在本发明的光接收用前置放大器中，施加到第2晶体管的栅极的预定的电压(即栅极电压)，被控制为使反相放大器的输入端子电压与第2晶体管的源极电压一致。
如此，能够一边抑制输出电压电平的变动，一边同时实现稳定的动作和宽输入动态范围特性。
而且，在这种情况下，如果还包括运算放大器，其反相输入端子与第2晶体管的源极连接、非反相输入端子与反相放大器的输入端子连接、并且输出端子与第2晶体管的栅极连接，就能够可靠地控制第2晶体管的栅极电压，使得反相放大器的输入端子电压与第2晶体管的源极电压一致。即，能够一边抑制输出电压电平的变动，一边同时实现稳定的动作和宽输入动态范围特性。而且，通过附加运算放大器这样简单的结构，就能够实现上述效果。
此外，在这种情况下，如果还包括运算放大器，其反相输入端子与第2晶体管的源极连接、并且输出端子与第2晶体管的栅极连接；和电压发生电路，其输出端子与运算放大器的非反相输入端子连接、并且输出与反相放大器的输入端子电压相同大小的电压，就能够可靠地控制第2晶体管的栅极电压，使得反相放大器的输入端子电压与第2晶体管的源极电压一致。即，能够一边抑制输出电压电平的变动，一边同时实现稳定的动作和宽输入动态范围特性。而且，不需要将运算放大器的输入端子与反相放大器的输入端子连接，因此，能够不增加光接收用前置放大器的输入端子的寄生电容，而实现上述效果。
优选的是，在本发明的光接收用前置放大器中，还包括开关组，由与第3晶体管的栅极连接的多个开关构成；和多个电压源，与构成开关组的各开关连接，在第3晶体管的栅极，被施加由开关组从多个电压源的各个输出电压中所选择的电压。
如此，能够使用开关组，将第3晶体管的栅极与对应于输入信号振幅的适当的电压源高速地连接，因此，能够使由第3晶体管所分流的电流量高速地进行变化。因此，即便是对于信号振幅急剧变化的输入信号，也能够扩大输入动态范围。
优选的是，在本发明的光接收用前置放大器中，存在多个第3晶体管，还包括开关组，由与各第3晶体管的栅极连接的多个开关构成；和多个电压源，与构成开关组的各开关连接；在各第3晶体管的栅极，分别被施加由开关组从多个电压源的各个输出电压中所选择的电压。
如此，能够使用开关组，将各第3晶体管的栅极与对应于输入信号振幅的适当的电压源高速地连接，因此，能够使由第3晶体管所分流的电流量高速地进行变化。因此，即便是对于信号振幅急剧变化的输入信号，也能够扩大输入动态范围。
优选的是，在本发明的光接收用前置放大器中，还包括振幅检测电路，其输入端子与反相放大器的输出端子连接、并且输出与输入到该输入端子的信号的振幅对应的电压，从振幅检测电路所输出的电压被施加到第3晶体管的栅极。
如此，随着光接收用前置放大器的输出信号的振幅变大，第3晶体管的栅极电压上升，其阻抗减少，因此，由第3晶体管所分流的电流量变大。由此，能够抑制光接收用前置放大器的输出电压的饱和，因此，能够扩大输入动态范围。而且，通过附加振幅检测电路这样简单的结构，就能够实现上述效果。
优选的是，在本发明的光接收用前置放大器中，在包括上述开关组(连接在第3晶体管的栅极与多个电压源之间的开关组)的情况下，还包括比较器组，至少具有1个比较器，其中，该比较器的一侧的输入端子被施加了从反相放大器输出的电压、并且另一侧的输入端子被施加了预定的电压，根据比较器组的比较结果来控制开关组。如此，在光接收用前置放大器的输出信号的振幅变大，超过施加到比较器的预定的电压时，比较器的输出反转，因此，开关组能够根据该输出结果将第3晶体管的栅极电压高速地切换成适当的电压值(多个电压源中的任意一个输出电压)。因此，能够使由第3晶体管所分流的电流量高速地发生变化，由此，即便是对于输入信号的振幅的急剧变化，也能够抑制输出电压的饱和，扩大输入动态范围。
优选的是，在本发明的光接收用前置放大器中，在包括上述开关组(连接在第3晶体管的栅极与多个电压源之间的开关组)的情况下，还包括第4晶体管，其源极与反相放大器的输入端子连接、并且栅极与反相放大器的输出端子连接；其他电流电压转换元件，与第4晶体管的漏极连接；比较器组，至少具有1个比较器，其中，该比较器的一侧的输入端子被施加了施加到其他电流电压转换元件的电压、并且另一侧的输入端子被施加了预定的电压，根据比较器组的比较结果控制开关组。如此，在对反相放大器、即光接收用前置放大器的输入电流变大，输出电压下降时，第4晶体管导通，与过剩的输入电流成比例的电流将流入其他电流电压转换元件。而且，通过由此产生的其他电流电压转换元件的电压降，就能够在更广的范围监控(monitor)过剩的输入电流的大小。即，使用比较器对施加到其他电流电压转换元件的电压与预定的电压进行比较，根据该比较结果将第3晶体管的栅极电压高速地切换成适当的电压值(多个电压源中的任意一个输出电压)。因此，即便是对于输入信号的振幅的急剧变化，也能够抑制输出电压的饱和，扩大输入动态范围。
优选的是，在本发明的光接收用前置放大器中，第1晶体管和第2晶体管分别为双极晶体管。
如此，就能够实现更宽频带的光接收用前置放大器。
本发明的光通信用光接收机，以具有本发明的光接收用前置放大器的光通信用光接收机为前提，包括光电二极管，将通过光纤传送来的光信号转换成电流信号，该电流信号由本发明的光接收用前置放大器转换成电压信号。
根据本发明的光通信用光接收机，由于使用了本发明的光接收用前置放大器，因此，即使对于脉冲信号(burst signal)等信号振幅急剧变化的输入信号，也能够抑制输出电压的饱和，能够据此扩大输入动态范围。即，能够实现同时具有稳定的动作和宽输入动态范围特性的光通信用光接收机。
本发明的光检测器为具有本发明的光接收用前置放大器的光检测器，包括光电二极管，将被集光了的光信号转换成电流信号，该电流信号由本发明的光接收用前置放大器转换成电压信号。
根据本发明的光检测器，由于使用了本发明的光接收用前置放大器，因此，即使对于信号振幅急剧变化的输入信号，也能够抑制输出电压的饱和，能够扩大输入动态范围。即，能够实现同时具有稳定的动作和宽输入动态范围特性的光检测器。
根据本发明，通过输入电流的一部分流入第3晶体管，能够减少流入电流电压转换元件的电流，因此，能够抑制输出电压的饱和，由此能够扩大输入动态范围。而且，由于不是如以往结构那样，通过与电流电压转换元件并联连接的晶体管对反馈电阻的值进行直接调制，而是通过第3晶体管的作用，使过剩的输入电流分流，并且减少反相放大器的开路增益，故而不会使动作变得不稳定。因此，能够同时实现处于以往折衷关系的稳定动作和宽输入动态范围特性。
图1是本发明的第1实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图2是表示对以往结构的光接收用前置放大器输入了大电流时的输出电压的模拟(simulation)结果的图。
图3是表示对本发明的第1实施方式的光接收用前置放大器输入了大电流时的输出电压的模拟结果的图。
图4是本发明的第2实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图5是表示对本发明的第2实施方式和第3实施方式的光接收用前置放大器输入了大电流时的输出电压的模拟结果的图。
图6是本发明的第3实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图7是本发明的第4实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图8是本发明的第5实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图9是本发明的第6实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图10是本发明的第7实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图11是本发明的第8实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图12是组合了本发明的第7实施方式的光接收用前置放大器的结构、与本发明的第8实施方式的光接收用前置放大器的结构的光接收用前置放大器的结构图。
图13是本发明的第9实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
图14是本发明的第10实施方式的光接收用前置放大器的结构图。
具体实施例方式
(第1实施方式)以下，参照附图对本发明的第1实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图1表示本发明的第1实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。
如图1所示，第1实施方式的光接收用前置放大器，为包括反相放大器1、和连接在反相放大器1的输入端子In与输出端子Out之间的电流电压转换元件(Rf)2的互阻抗式前置放大器。在此，作为电流电压转换元件2，例如使用普通电阻。
本实施方式的第1特征为反相放大器1包括源极与接地连接、并且栅极与反相放大器1的输入端子In连接的第1晶体管(M1)3；源极与该第1晶体管3的漏极连接、并且栅极被施加了预定的电压Vb的第2晶体管(M2)4；以及与上述第2晶体管4的漏极连接的负载5。在此，作为负载5，例如使用与电阻或二极管连接的晶体管(漏极与栅极进行了连接的晶体管)。在此，利用第1晶体管3、第2晶体管4及负载5构成了渥尔曼(cascode)放大器。而且，该渥尔曼放大器的输出节点的电压、即第2晶体管4的漏极的电压，通过源随器15被施加给反相放大器1的输出端子Out。
此外，本实施方式的第2特征为作为电流分流用晶体管的第3晶体管6，连接在反相放大器1的输入端子In与第2晶体管4的源极之间。
在以上这样的本实施方式的结构中，通过在输入大电流时使第3晶体管6的栅极电压Vct上升，降低其阻抗，从而使得输入电流I1中的一部分I3流入第3晶体管6，因此，流入电流电压转换元件2的电流减少为I2＝I3-I1。据此，能够抑制输出电压的饱和，由此能够扩大输入动态范围。并且，根据本实施方式的结构，不是如以往结构那样，通过与电流电压转换元件2并联连接的晶体管对反馈电阻的值进行直接调制，而是通过第3晶体管6的作用，使过剩的输入电流分流，并且使上述渥尔曼放大器的增益(即反相放大器1的开路增益A0)减少，因此，不会使动作变得不稳定。
因此，根据本发明的第1实施方式，能够一边保持动作的稳定性一边大幅度扩大输入动态范围。换言之，能够同时实现处于以往折衷关系的稳定动作和宽输入动态范围特性。
图2表示对以往结构的光接收用前置放大器输入了大电流时的输出电压的模拟结果，图3表示对本实施方式的光接收用前置放大器输入了大电流时的输出电压的模拟结果。一方面，如图2所示，根据以往结构，输出电压完全振荡，另一方面，如图3所示，根据本实施方式，能得到稳定的输出电压波形。
(第2实施方式)以下，参照附图对本发明的第2实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图4表示第2实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。另外，在图4中，对于与图1中表示的第1实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图4所示，第2实施方式与第1实施方式的不同之处在于第2实施方式具有运算放大器7。即，第2实施方式具有在第1实施方式的结构上附加了运算放大器7的结构。在此，运算放大器7的反相输入端子与第2晶体管4的源极连接。而且，运算放大器7的非反相输入端子与反相放大器1的输入端子In连接。进而，运算放大器7的输出端子与第2晶体管4的栅极连接。
通过以上这样的本实施方式的结构，控制第2晶体管4的栅极电压(Vb)，使得反相放大器1的输入端子电压与第2晶体管4的源极电压相等。
而根据第1实施方式，通过简单的结构，能够一边确保动作的稳定性，一边扩大输入动态范围。但是，在第1实施方式中，存在当反相放大器1的输入端子电压与第2晶体管4的源极电压相差较大时，导致输出电压的振幅电平发生变化这样的问题。具体而言，图3是表示在反相放大器1的输入端子电压与第2晶体管4的源极电压相差较大的状态下，对第1实施方式的光接收用前置放大器输入了大电流时的输出电压的模拟结果。如图3所示，根据第1实施方式，输出电压电平发生变化。
图5表示根据本实施方式的结构，一边保持反相放大器1的输入端子电压与第2晶体管4的源极电压相等的状态，一边使第3晶体管6的栅极电压Vct上升时的输出电压的模拟结果。如图5所示，根据本实施方式，输出电压电平不发生变化，保持在稳定状态。
如上所述，根据本发明的第2实施方式，在获得了与第1实施方式相同效果的基础上，还获得以下的效果。即，通过附加运算放大器7这样简单的结构，就能够控制第2晶体管4的源极电压，使得反相放大器1的输入端子电压与第2晶体管4的源极电压一致。由此，能够一边将输出电压电平保持在稳定状态，一边同时实现稳定的动作和输入动态范围的扩大。
(第3实施方式)以下，一边参照附图一边对本发明的第3实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图6表示第3实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。另外，在图6中，对于与图1中表示的第1实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图6所示，第3实施方式与第1实施方式的不同点，在于第3实施方式包括运算放大器7和电压发生电路8。即，第3实施方式具有在第1实施方式的结构上附加了运算放大器7和电压发生电路8的结构。在此，运算放大器7的反相输入端子与第2晶体管4的源极连接。而且，运算放大器7的非反相输入端子与电压发生电路8的输出端子连接。并且，运算放大器7的输出端子与第2晶体管4的栅极连接。进而，电压发生电路8输出与反相放大器1的输入端子电压相同大小的电压。
根据以上这样的本实施方式的结构，控制第2晶体管4的栅极电压(Vb)，使得反相放大器1的输入端子电压与第2晶体管4的源极电压变得相等。
而根据第2实施方式，存在由于运算放大器7的输入端子与反相放大器1的输入电子In连接，导致互阻抗式前置放大器(光接收用前置放大器)的输入端子的寄生电容增加这样的问题。在此，如上所述，互阻抗频带可以表示为ωn＝(ωh·(1+A0)/CinRf)0.5因此，输入端子的寄生电容Cin的增加将带来互阻抗频带的减少。
与此不同，根据本发明的第3实施方式，由于不需要将运算放大器7的输入端子与反相放大器1的输入端子In连接，因此，能够不增加互阻抗式前置放大器的输入端子的寄生电容，而获得与第2实施方式相同的效果。
(第4实施方式)以下，一边参照附图一边对本发明的第4实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图7表示第4实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。另外，在图7中，对于与图6中表示的第3实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图7所示，第4实施方式与第3实施方式的不同点，在于第4实施方式还包括开关组9和多个电压源10，其中，该开关组9由与第3晶体管6的栅极连接的多个开关(SW1，SW2，......)构成，该多个电压源10与构成开关组9的各开关连接。即，第4实施方式具有在第3实施方式的结构上附加了开关组9和多个电压源10的结构。在此，多个电压源10分别输出不同的电压V1，V2，......。而且，在第3晶体管6的栅极，被赋予由开关组9从多个电压源10的输出电压中所选择的电压(例如电压V1)。
根据本发明的第4实施方式，在获得了与第3实施方式同样的效果的基础上，还获得以下这样的效果。即，能够使用开关组9，将第3晶体管6的栅极与对应于输入信号振幅的适当的电压源10高速地连接，因此，能够使由第3晶体管6所分流的电流量高速地进行变化。为此，能够对输入信号振幅的急剧变化进行响应，抑制输出电压的饱和，因此能够扩大输入动态范围。
另外，在第4实施方式中，是在第3实施方式的结构上附加了开关组9和多个电压源10，但显然也可以将其替代，而在第1实施方式或者第2实施方式的结构上附加开关组9和多个电压源10。
此外，在第4实施方式中，使用了对开关组9的每个开关分别连接了1个电压源10的结构，但开关组9与电压源10之间的连接关系并没有特殊的限制。
(第5实施方式)以下，一边参照附图一边对本发明的第5实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图8表示第5实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。另外，在图8中，对于与图6中表示的第3实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图8所示，第5实施方式与第3实施方式的不同点在于第3晶体管6为多个晶体管(M3a，M3b，M3c，......)，还包括开关组9、和多个电压源(在本实施方式中为2个电压源)10，其中，该开关组9由与各第3晶体管6的栅极连接的多个开关(SW1，SW2，SW3，......)构成，该多个电压源(在本实施方式中为2个电压源)10与构成开关组9的各开关连接。在此，2个电压源10分别输出不同的电压V1、V2。而且，在各第3晶体管6的栅极，被赋予由开关组9从2个电压源10的输出电压V1和V2中所选择的任意一个电压(V1或者V2)。
根据本发明的第5实施方式，在获得了与第3实施方式同样的效果的基础上，还获得以下这样的效果。即，能够使用开关组9，将各第3晶体管6的栅极电压高速地切换成2个电压源10的输出电压V1或者V2。为此，能够高速地切换反相放大器1的输入端子In与第2晶体管4的源极之间的阻抗。因此，能够使由第3晶体管6所分流的电流量高速地进行变化，因此，即便是对于脉冲信号(burst signal)等振幅急剧变化的输入信号，也能够扩大输入动态范围。
另外，在第5实施方式中，以第3实施方式的结构为前提使用了多个第3晶体管6、开关组9和多个电压源10，但显然也可以将其替代，而以第1或者第2实施方式的结构为前提使用多个第3晶体管6、开关组9和多个电压源10。
此外，显然在第5实施方式中，多个电压源10的个数不受限制。而且，使用了对每个第3晶体管6分别连接1个开关组9的开关、并对该各个开关连接了多个电压源10的结构，但第3晶体管6与开关组9之间的连接关系、以及开关组9与电压源10之间的连接关系并没有特殊的限制。
(第6实施方式)以下，一边参照附图一边对本发明的第6实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图9表示第6实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。另外，在图9中，对于与图6中表示的第3实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图9所示，第6实施方式与第3实施方式的不同点，在于第6实施方式还包括振幅检测电路11。即，第6实施方式具有在第3实施方式的结构上附加了振幅检测电路11的结构。在此，该振幅检测电路11输出与输入信号的振幅成比例的电压(在本实施方式中，假设为是输出电压随着输入信号的振幅的增大而增大的振幅检测电路11)。而且，振幅检测电路11的输入端子与反相放大器1的输出端子Out连接，并且振幅检测电路11的输出端子与第3晶体管6的栅极连接。即，从振幅检测电路11输出的电压被赋予到第3晶体管6的栅极。
根据本发明的第6实施方式，在获得了与第3实施方式同样的效果的基础上，还获得以下这样的效果。即，随着反相放大器1的输出信号、即光接收用前置放大器的输出信号的振幅变大，第3晶体管6的栅极电压由于振幅检测电路11而上升，其阻抗减少，因此，由第3晶体管6所分流的电流量(图1的电流I3的大小)变大。由此，流入电流电压转换元件2的电流(图1的电流I2)减少，抑制了光接收用前置放大器的输出电压的饱和，因此，能够扩大输入动态范围。而且，通过附加振幅检测电路11这样简单的结构，就能够实现上述效果。
(第7实施方式)以下，一边参照附图一边对本发明的第7实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图10表示第7实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。另外，在图10中，对于与图7中表示的第4实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图10所示，第7实施方式具有在第4实施方式的结构上，附加了例如由2个比较器12构成的比较器组的结构。具体而言，各比较器12的一侧的输入端子与反相放大器1的输出端子Out连接。即，各比较器12的一侧的输入端子被施加了从反相放大器1输出的电压。而且，各比较器12的另一侧的输入端子分别被施加了预定的电压(互不相同的电压例如Vr1和Vr2)。进而，根据各比较器12的比较结果控制开关组9的动作。
根据第7实施方式，在获得了与第4实施方式同样的效果的基础上，还能获得以下这样的效果。即，在反相放大器1的输出信号、即光接收用前置放大器的输出信号的振幅变大，超过施加到任意一个比较器12的预定的电压(Vr1或者Vt2)时，该比较器12的输出反转，因此，开关组9能够根据该输出结果将第3晶体管6的栅极电压高速地切换成适当的电压值(多个电压源10中的任意一个输出电压)。为此，能够使由第3晶体管6所分流的电流量高速地进行变化。因此，即便是对于输入信号的振幅的急剧变化，也能够抑制输出电压的饱和，故而能够扩大输入动态范围。
另外，在第7实施方式中，是在第4实施方式的结构上附加了比较器12，但显然也可以将其替代，而在第5实施方式的结构上附加比较器12。
此外，显然在第7实施方式中，比较器12的个数并不受限制。
(第8实施方式)以下，一边参照附图一边对本发明的第8实施方式的光接收用前置放大器进行说明。
图11表示第8实施方式的光接收用前置放大器的概略结构。另外，在图11中，对于与图7中表示的第4实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图11所示，第8实施方式具有在第4实施方式的结构上，附加了例如由2个比较器12构成的比较器组、第4晶体管(M4)13、以及其他电流电压转换元件14的结构。在此，作为其他电流电压转换元件14，例如使用电阻。具体而言，第4晶体管13的源极与反相放大器1的输入端子连接，第4晶体管13的栅极与反相放大器1的输出端子连接，第4晶体管13的漏极与其他电流电压转换元件14的一侧的端子连接。而且，其他电流电压转换元件14的另一侧的端子与接地连接。此外，在各比较器12的一侧的输入端子上被施加有施加在其他电流电压转换元件14上的电压、并且各比较器12的另一方的输入端子分别被施加预定的电压(互不相同的电压例如Vr3和Vr4)，进而，根据各比较器12的比较结果控制开关组9。
根据本发明的第8实施方式，在获得了与第4实施方式同样的效果的基础上，还获得以下这样的效果。即，在对反相放大器1、即光接收用前置放大器的输入电流变大，输出电压下降时，第4晶体管13导通，与过剩的输入电流成比例的电流将流入其他电流电压转换元件14。而且，通过由此产生的其他电流电压转换元件14中的电压降，能够在更广的范围监控过剩的输入电流的大小。因此，使用比较器12对施加到其他电流电压转换元件14的电压与预定的电压(Vr3和Vr4)进行比较，开关组9根据该结果将第3晶体管6的栅极电压高速地切换成适当的电压值(多个电压源10中的任意一个输出电压)。由此，能够使由第3晶体管6所分流的电流量高速地进行变化，因此，即便是对于输入信号的振幅的急剧变化，也能够抑制输出电压的饱和，故而能够扩大输入动态范围。
另外，在第8实施方式中，是在第4实施方式的结构上附加了比较器12、第4晶体管13和其他电流电压转换元件14，但显然也可以将其替代，而在第5实施方式的结构上附加比较器12、第4晶体管13及其他电流电压转换元件14。
此外，显然在第8实施方式中，比较器12的个数不受限制。
而且，显然也可以使用组合了图11所示的第8实施方式的结构、和图10所示的第7实施方式的结构的结构(参照图12)。
并且，在图1～图8的实施方式中，作为第1晶体管3和第2晶体管4，也可以使用双极晶体管。在这种情况下，在第1实施方式～第8实施方式的上述各说明中，可以将栅极置换为基极、将源极置换为射极、将漏极置换为集电极来进行考虑。如此，能够实现更宽频带的光接收用前置放大器。
(第9实施方式)以下，一边参照附图一边说明本发明的第9实施方式的光通信用光接收机，具体而言，是使用了第1实施方式的光接收用前置放大器的光通信用光接收机。
图13表示第9实施方式的光通信用光接收机的概略结构。另外，在图13中，对于与图1中表示的第1实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图13所示，本实施方式的光通信用光接收机，在第1实施方式的光接收用前置放大器的基础上，还包括光电二极管16，其中，该光电二极管16将通过光纤17传送来的光信号转换成电流信号。具体而言，光电二极管16与图1所示的第1实施方式的光接收用前置放大器的输入端子连接，并且光电二极管16与光纤17耦合。
根据本发明的第9实施方式，由于来自光电二极管16的电流信号，由第1实施方式的光接收用前置放大器转换成电压信号并被放大，因此，即使对于脉冲信号等信号振幅急剧变化的输入信号，也能够抑制输出电压的饱和，能够据此扩大输入动态范围。即，能够实现同时具有稳定的动作和宽输入动态范围特性的光通信用光接收机。
另外，在第9实施方式中，使用了第1实施方式的光接收用前置放大器，但显然也可以将其替代，而使用第2实施方式～第8实施方式中任一者的光接收用前置放大器。
(第10实施方式)以下，一边参照附图一边说明本发明的第10实施方式的光检测器，具体而言，是使用了第1实施方式的光接收用前置放大器的光检测器。
图14表示第10实施方式的光检测器的概略结构。另外，在图14中，对于与图1中表示的第1实施方式相同的构成要素赋予相同的标号，省略对其的说明。
如图14所示，本实施方式的光检测器在第1实施方式的光接收用前置放大器的基础上，还包括光电二极管16，其中，该光电二极管16将由透镜18对光19进行集光而形成的光信号20转换成电流信号。具体而言，光电二极管16与图1所示的第1实施方式的光接收用前置放大器的输入端子连接，并且光电二极管16与透镜18耦合。
根据本发明的第10实施方式，由于来自光电二极管16的电流信号，由第1实施方式的光接收用前置放大器转换成电压信号并被放大，因此，即使对于信号振幅急剧变化的输入信号，也能够抑制输出电压的饱和，能够据此扩大输入动态范围。即，能够实现同时具有稳定的动作和宽输入动态范围特性的光检测器。
另外，在第10实施方式中，使用了第1实施方式的光接收用前置放大器，但显然也可以将其替代，而使用第2实施方式～第8实施方式中任一者的光接收用前置放大器。
工业上的可利用性本发明涉及光接收用前置放大器，在适用于在光通信系统等中使用的光接收电路的情况下尤其有效。
权利要求
1.一种光接收用前置放大器，包括反相放大器和连接在该反相放大器的输入输出端子间的电流电压转换元件，其特征在于上述反相放大器，包括第1晶体管，其栅极与上述反相放大器的输入端子连接；第2晶体管，其源极与上述第1晶体管的漏极连接、并且栅极被施加了预定的电压；以及负载，与上述第2晶体管的漏极连接，还包括第3晶体管，连接在上述反相放大器的输入端子与上述第2晶体管的源极之间。
2.根据权利要求1所述的光接收用前置放大器，其特征在于施加到上述第2晶体管的栅极的上述预定的电压，被控制为使上述反相放大器的输入端子电压与上述第2晶体管的源极电压一致。
3.根据权利要求2所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括运算放大器，其反相输入端子与上述第2晶体管的源极连接、非反相输入端子与上述反相放大器的输入端子连接、并且输出端子与上述第2晶体管的栅极连接。
4.根据权利要求2所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括运算放大器，其反相输入端子与上述第2晶体管的源极连接、并且输出端子与上述第2晶体管的栅极连接；和电压发生电路，其输出端子与上述运算放大器的非反相输入端子连接、并且输出与上述反相放大器的输入端子电压相同大小的电压。
5.根据权利要求1所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括开关组，由与上述第3晶体管的栅极连接的多个开关构成；和多个电压源，与构成上述开关组的各开关连接，在上述第3晶体管的栅极，被施加由上述开关组从上述多个电压源的各个输出电压中所选择的电压。
6.根据权利要求5所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括比较器组，其至少包括1个比较器，其中，该比较器的一侧的输入端子被施加了从上述反相放大器输出的电压、并且另一侧的输入端子被施加了预定的电压，根据上述比较器组的比较结果控制上述开关组。
7.根据权利要求5所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括第4晶体管，其源极与上述反相放大器的输入端子连接、并且栅极与上述反相放大器的输出端子连接；其他电流电压转换元件，与上述第4晶体管的漏极连接；以及比较器组，至少具有1个比较器，其中，该比较器的一侧的输入端子被施加了施加到上述其他电流电压转换元件的电压、并且另一侧的输入端子被施加了预定的电压，根据上述比较器组的比较结果控制上述开关组。
8.根据权利要求1所述的光接收用前置放大器，其特征在于存在多个上述第3晶体管，还包括开关组，由与上述各第3晶体管的栅极连接的多个开关构成；和多个电压源，与构成上述开关组的各开关连接，在上述各第3晶体管的栅极，分别被施加由上述开关组从上述多个电压源的各个输出电压中所选择的电压。
9.根据权利要求8所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括比较器组，至少具有1个比较器，其中，该比较器的一侧的输入端子被施加了从上述反相放大器输出的电压、并且另一侧的输入端子被施加了预定的电压，根据上述比较器组的比较结果控制上述开关组。
10.根据权利要求8所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括第4晶体管，其源极与上述反相放大器的输入端子连接、并且栅极与上述反相放大器的输出端子连接；其他电流电压转换元件，与上述第4晶体管的漏极连接；以及比较器组，至少具有1个比较器，其中，该比较器的一侧的输入端子被施加了施加到上述其他电流电压转换元件的电压、并且另一侧的输入端子被施加了预定的电压，根据上述比较器组的比较结果控制上述开关组。
11.根据权利要求1所述的光接收用前置放大器，其特征在于还包括振幅检测电路，其输入端子与上述反相放大器的输出端子连接、并且输出与输入到该输入端子的信号的振幅相对应的电压，从上述振幅检测电路所输出的电压被施加到上述第3晶体管的栅极。
12.根据权利要求1所述的光接收用前置放大器，其特征在于上述第1晶体管和上述第2晶体管分别为双极晶体管。
13.一种具有权利要求1所述的光接收用前置放大器的光通信用光接收机，其特征在于包括光电二极管，将通过光纤传送来的光信号转换成电流信号，上述电流信号由上述光接收用前置放大器转换成电压信号。
14.一种具有权利要求1所述的光接收用前置放大器的光检测器，其特征在于包括光电二极管，将被集光了的光信号转换成电流信号，上述电流信号由上述光接收用前置放大器转换成电压信号。
全文摘要
光接收用前置放大器，包括反相放大器(1)、和连接在反相放大器(1)的输入输出端子间的电流电压转换元件(2)。反相放大器(1)，包括栅极与上述反相放大器(1)的输入端子(In)连接的第1晶体管(3)；源极与第1晶体管(3)的漏极连接、并且栅极被施加了预定的电压(Vb)的第2晶体管(4)；以及与第2晶体管(4)的漏极连接的负载(5)。第3晶体管(6)连接在反相放大器(1)的输入端子(In)与第2晶体管(4)的源极之间。
文档编号H04B10/16GK1890874SQ20048003618
公开日2007年1月3日 申请日期2004年12月1日 优先权日2003年12月3日
发明者木村博 申请人:松下电器产业株式会社