JPH06164274A

JPH06164274A - 自動利得制御増幅装置

Info

Publication number: JPH06164274A
Application number: JP22231492A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Osada; 浩和長田; Masayuki Yoita; 正幸与板; Kenji Okada; 賢治岡田
Original assignee: Fujitsu Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd; NTT Inc
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1994-06-10

Abstract

(57)【要約】【目的】バースト信号と，周期的にレベルが変化する
信号を含むデジタル信号を入力し，信号の幅を一定レベ
ルに揃えて出力する自動利得制御増幅装置に関し，信号
レベルの急激な変化に対して安定して追従することを目
的とする。【構成】０レベルの信号入力において，反転信号出力
と非反転信号出力の動作点を一致させるため，両出力の
差に基づく電圧を入力側の直流電圧レベル制御端子に帰
還するＡＧＣフィードバック回路(3) と，Ｈレベルの入
力信号に対する非反転出力もしくは反転出力のいずれか
一方と，他方の出力をレベルシフトさせた電圧の差に基
づく電圧を入力側の信号入力端子に帰還するＤＣフィー
ドバック回路(4) とを備え，入力の０レベルの信号に対
しては非反転出力と反転出力の出力レベルを一致させ，
Ｈレベルの信号に対しては，出力電圧が一定になるよう
に利得を可変にする構成を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，同符号が連続するバー
スト信号と，周期的にレベルが変化する信号を含むデジ
タル信号を入力し，信号の幅を一定レベルに揃えて出力
する自動利得制御増幅装置に関する。

【０００２】光通信等におけるデジタル信号は伝送路の
条件（伝送距離等）により，受信される信号レベルが異
なり，入力信号の大きさは１ｍＶから１Ｖ程度まで変動
する。そのため，受信側では入力信号を一定レベルに揃
え，信号処理するようにしている。

【０００３】そのため，入力信号を自動利得制御増幅装
置に入力し，入力信号のレベルに応じて利得を制御し，
出力電圧が一定になるようにしている。図５は従来の自
動利得制御増幅装置の構成を示す。

【０００４】図において，１００は自動利得制御増幅器
であって，信号入力端子に信号入力し，入力信号の非反
転信号を非反転出力端子に出力し，入力信号の反転信号
を反転出力端子に出力するものである。１０１はＡＧＣ
フィードバック回路であって，自動利得制御増幅器１０
０の非反転出力（Ｑ）と反転出力（Ｑバー（Ｑの反転論
理を表す））の差に基づく信号を信号入力端子に帰還す
るものである。そして自動利得制御増幅器１００は，両
出力の差が大きい時は利得を下げ，差が小さい時は利得
を上げることにより出力Ｑの電圧レベルを制御するもの
である。

【０００５】１０２はＤＣフィードバック回路であっ
て，自動利得制御増幅器１００の非反転出力（Ｑ）と反
転出力（Ｑバー）の差に基づく電圧を自動利得制御増幅
器１００の直流電圧レベル制御入力端子に帰還し，両出
力のレベルを制御するものである。ＡＧＣフィードバッ
ク回路１０１において，１０３は比較器１であって，非
反転出力（Ｑ）をＥ１ボルトレベルシフトした電圧と反
転出力（Ｑバー）を入力し，差に基づく電圧を出力する
ものである。１０４はピークホールド回路であって，比
較器１の出力のピーク値をホールドするものである。１
０５は比較器２であって，ピークホールド回路１０４の
ホールド値を参照電圧と比較して差に応じた電圧を出力
し，自動利得制御増幅器１００の利得を制御するもので
ある。比較器２が，比較器１の出力より大きい時は利得
を下げ，比較器１の出力が小さい時は，利得を上げるよ
うに動作するものである。Ｅ１はレベルシフト電圧源，
Ｄ１は整流ダイオード，Ｃ１はピーク値を保持するコン
デンサである。

【０００６】１０２はＤＣフィードバック回路であっ
て，非反転出力（Ｑ）と反転出力（Ｑバー）をレベルシ
フトした電圧の差を入力し，自動利得制御増幅器１００
の直流電圧レベル制御端子に入力することにより出力の
ＤＣレベルを制御するものである。１０６は比較器３で
あって，反転出力（Ｑバー）をＥ２ボルトレベルシフト
した電圧と非反転出力（Ｑ）を入力して差に応じた電圧
を出力するものである。１０７はピークホールド回路で
あって，比較器３の出力のピーク値をホールドするもの
である。１０８は比較器４であって，ピークホールド回
路１０７のホールド値に基づいて，出力のＤＣレベルが
一定になるように自動利得制御増幅器１００を制御する
ものである（但し，Ｅ２＝Ｅ１である）。

【０００７】Ｄ２は整流ダイオード，Ｃ２はコンデンサ
であって，ピーク値をホールドするものである。図５の
構成の動作を図６，７，８により説明する。

【０００８】図６は従来の動作説明図(1) である。図に
おいて，ＶｓはＱのレベル０におけるＱバーとＱの差で
ある。ＶｍはＱのレベル１におけるＱとＱバーの差であ
る。Ｖｒは出力の一定値（ＱとＱバーの差）である。

【０００９】(a)はＱとＱバーのＤＣレベルが一致し，
Ｖｍ＝Ｖｓ＝Ｖｒである正しい出力の状態を表す。(b)
はＱバーのＤＣレベルとＱのＤＣレベルが一致しない場
合で，Ｖｓ＞Ｖｒ＞Ｖｍの場合である。

【００１０】(c)は，ＱとＱバーのＤＣレベルが一致し
ている状態において，Ｖｓ＝Ｖｍ＞Ｖｒの場合を表す。
図７は，従来の自動利得制御増幅装置の動作説明図(2)
である。

【００１１】(a)は図６ (b)， (c)の状態を検出する方
法を示す。 (a)においてＱａは信号Ｑを入力するトラン
ジスタである。Ｑｂは信号Ｑバーを入力するトランジス
タである。Ｒ１，Ｒ２はそれぞれレベルシフト用の抵抗
である。

【００１２】(b)は，ＱとＱバーの信号を (a)の回路に
入力した場合のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点（図において丸で囲ん
だ参照符号）の波型を表す。(c)はＤＣレベルは一致し
ているが，Ｖｍ＜Ｖｒの場合で，ＶｍとＶｒの差をΔＶ
ｍとした時，Ｃ点とＢ点の電位の差がΔＶｍ＝Ｖｍ−Ｖ
ｒであることを表す（図(6) (c)の状態のようにＶｍ＞
Ｖｒの場合も同様である）。

【００１３】(d)はＤＣレベルの，不一致の場合を表
し，ＱとＱバーのＤＣレベルの差をΔＶｓとすると，Ａ
点とＤ点の電位の差によりΔＶｓが求まることを表わ
す。そして，図５の構成は，ΔＶｍ，ΔＶｓの差を検出
し，それぞれが０になるように，ＡＧＣフィードバッ
ク，ＤＣフィードバックにより制御したものである。

【００１４】図８は従来の自動利得制御増幅装置の動作
説明図(3) である。図において， (a)は入力信号であ
り，ｅ０は正常なレベル，ｅ１は正常レベルより小さい
信号のレベル，ｅ２は正常レベルより大きい信号のレベ
ルである。

【００１５】(b)は，入力信号 (a)をに対する，制御前
の非反転出力Ｑと反転出力Ｑバーを表す。例えば，Ｑ＝
１（Ｈ），Ｑバー＝０（Ｌ）で出力電圧の差がｅ０より
小さい信号の場合，比較器１にはＱをＥ１ボルトシフ
トした電圧とＱバーの電圧が入力される。比較器１は電
圧差ΔＶｍを検出し，その大きさに応じた電圧を出力す
る。ピークホールド回路１０４はピーク値を保持し，比
較器２はピークホールド回路の出力値に基づいて，ΔＶ
ｍが０になるまで制御信号を出力する。

【００１６】入力レベルが小さい信号に対しては，自
動利得制御増幅器１００の利得を上げるように制御し，
入力レベルが大きすぎる信号のような場合には，自動
利得制御増幅器１００の利得を下げるように制御し，比
較器２はΔＶｍが０になるようにする。

【００１７】一方，ＤＣフィードバック回路１０２の比
較器３は，非反転出力Ｑと反転出力ＱバーをＥ２（＝Ｅ
１）ボルトシフトした電圧の差を検出し，ΔＶｓに基づ
く電圧を出力する。ピークホールド回路１０７は，比較
器３の出力のピーク値をホールドする。そして，比較器
４はそのホールド値を参照電圧と比較し，ホールド値に
応じた制御信号を出力し，ΔＶｓが０になるようにＤＣ
レベルを制御する。

【００１８】(c) は制御後の出力を示す。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来の，自動利得制御
増幅装置は，ＡＧＣフィードバック回路，ＤＣフィード
バック回路ともに入力信号レベルの変化に対して高速に
追従する必要があった。そして，自動利得制御増幅器の
利得の制御は，ピークホールド回路のコンデンサの充電
電圧により行っていた。そのため，入力信号のレベルが
急激に落ちたような場合（例えば，光通信システムにお
いて，近距離からの高い電圧レベルの信号を受信した
後，遠距離からの低い電圧レベルの信号を受信したよう
な場合）には，コンデンサが高いレベルに充電されたま
まの状態であるので，ＡＧＣフィードバック回路１０１
およびＤＣフィードバック回路１０２は共に入力信号の
変化に追従することができなかった。

【００２０】本発明は，信号レベルの急激な変化に対し
て安定して追従する自動利得制御増幅器を提供すること
を目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は，ＡＧＣフィー
ドバック回路とＤＣフィードバック回路が独立して動作
するようにした。そして，ＡＧＣフィードバック回路の
ピークホールド回路のコンデンサに対しては，周期的に
リセットパルスを印加し，放電させて，入力信号レベル
の変化に対して高速に追従できるようにした。また，０
レベルの応答速度は遅く設定するようにし，入力信号の
Ｈレベルには応答しないようにした。

【００２２】図１は，本発明の基本構成を示す。図にお
いて，１は自動利得制御増幅装置，２は自動利得制御増
幅器，３はＡＧＣフィードバック回路，４はＤＣフィー
ドバック回路，１０は比較器１であって，出力信号の差
の一方をＥ１だけレベルシフトした電圧差ΔＶｍを検出
するものである。１１はピークホールド回路，１２は比
較器２，１３は比較器３であって，非反転出力Ｑと反転
出力Ｑバーの差を入力し，差に応じた電圧を出力するも
のである。１４はピークホールド回路，１５は比較器４
であって，比較器３の出力電圧を参照電圧と比較し，出
力電圧の差（ＱとＱバー）の差が０になるまで自動利得
制御増幅器２のＤＣレベルの制御を行うものである。１
６は、ローパスフィルタであって，ＤＣフィードバック
の出力変動に対する応答を遅くし，出力の１レベル（Ｈ
レベル）の信号変化にＤＣフィードバックが応答しない
ようにしたものである。

【００２３】Ｅ１はレベルシフト用電圧源，Ｄ１はダイ
オード，Ｃ１はキャパシタであって，ピークホールド値
を保持するものである。Ｄ２はダイオード，Ｃ２はキャ
パシタであって，ピークホールド値を保持するものであ
る。

【００２４】

【作用】図２は，本発明の原理説明図である。図におい
て，(a) は制御前の非反転出力信号Ｑと反転出力信号Ｑ
バーを表わす。

【００２５】(b) は，入力信号のレベル１（Ｈ）の信号
に対する出力Ｑをレベルシフトした波形と，出力Ｑの反
転出力Ｑバーを表わす。図示のように，ΔＶｍ＝Ｖｍ−
Ｖｒを検出することにより，出力された信号の１レベル
の大きさを検出し，ΔＶｍが０になるようにＡＧＣフィ
ードバック回路により可変増幅器の利得を制御する。

【００２６】(c) は，ＤＣレベル（０レベル）の検出を
表し，図示のように，非反転出力Ｑと反転出力Ｑバーの
差を検出し，その差が０になるようにＤＣフィードバッ
ク回路は自動利得制御増幅器のＤＣレベルの制御を行
う。

【００２７】図３により，図１の本発明の基本構成の動
作を説明する。図において， (a)は入力信号， (b)は制
御前のレベルシフトしたＱとＱバー，ＡＧＣフィードバ
ック回路のピーク整流波型ｃ（図では丸つきの参照符
号）を示す。

【００２８】ＡＧＣフィードバック回路のピークホール
ド回路１１は，周期的なリセットパルスにより，キャパ
シタＣ１の電荷を放電する。そのため，信号レベルが急
激に低下した場合でも，キャパシタの電荷が放電されて
いるので，入力信号レベルに応じたピークホールド電圧
値が常に保持される。

【００２９】比較器１には非反転出力ＱをＥ１ボルトレ
ベルシフトした電圧と，Ｑバーが入力される。そして，
比較器１はΔＶｍを検出し，その差に応じた電圧を出力
する。

【００３０】一方，比較器２はピークホールド回路１１
の出力値に応じて，自動利得制御増幅器２の利得制御を
行う。そして，信号のように入力レベルの低い信号入
力に対しては自動利得制御増幅器の利得を上げ，信号
のように入力レベルの高い信号入力に対しては，利得を
小さくするように制御する。

【００３１】また，ＤＣフィードバック回路４では，比
較器３がΔＶｓ’（ＱとＱバーの差（図２(c) 参照））
を検出し，その差に応じた電圧を出力する。そして，ピ
ークホールド回路はそのピーク値をホールドする。比較
器４はホールド値を参照値と比較し，ΔＶｓ’が０にな
るまで自動利得制御増幅器２のＤＣレベルを制御する制
御信号を出力する。

【００３２】(c)は，このように，ＤＣフィードバック
制御回路により制御された状態を表す。ＤＣフィードバ
ック回路４においては，出力信号に対する応答は遅くな
るようにし，信号の１レベル（Ｈレベル）には応答しな
いようにする。

【００３３】(d)は以上の動作の結果得られる制御後出
力を示す。なお，本発明におけるリセットパルスは，例
えば，光通信においては，発振局毎の信号の区切りを表
すバースト信号があるので，そのバースト信号の周期を
利用して発生することができる。

【００３４】

【実施例】図４は本発明の実施例を示す。図において，
３０はエミッタホロワ回路により構成された入力バッフ
ァ回路である。３１は自動利得制御増幅装置，３２はＡ
ＧＣフィードバック回路，３３は比較器１であって，オ
ペアンプにより構成されるものである。３４はピークホ
ールド回路，３５は比較器２であって，オペアンプによ
り構成されるものである。３６はエミッタホロワ回路に
より構成される出力バッファ回路である。３６’はレベ
ルシフト部であって，レベルシフト電圧を発生するもの
である。３７はＤＣフィードバック回路，３８は比較器
３であって，オペアンプにより構成されるものである。
３９はピークホールド回路，４０は比較器４であって，
オペアンプにより構成されるものである。４１はローパ
スフィルタである。

【００３５】Ｑ１，Ｑ２はエミッタホロワ回路を構成す
るトランジスタ，Ｑ３，Ｑ４およびＱ５，Ｑ６，Ｑ７，
Ｑ８はそれぞれ可変増幅器の差動増幅器を構成するトラ
ンジスタ，Ｑ１０，Ｑ１１はエミッタホロワにより出力
バッファを構成するトランジスタである。Ｒ１，Ｒ２，
Ｒ３，Ｒ４は抵抗である。Ｒ５は比較器１に入力する電
圧Ｑをレベルシフト電圧で発生するものである。Ｒ６は
ローパスフィルタの抵抗である。Ｃ１，Ｃ２はそれぞれ
ピークホールド電圧を保持するコンデンサである。Ｃ３
はループフィルタのコンデンサである。Ｄ１，Ｄ２はピ
ークホールド回路の整流ダイオードである。Ｅは比較器
２の基準電圧，Ｅ’は比較器４の基準電圧である。Ｅｓ
はＱ６の基準電圧である。

【００３６】図の構成において，入力信号は入力バッフ
ァ回路３０のトランジスタＱ２のベースに入力される。
出力Ｑは出力トランジスタＱ１０より出力される。出力
Ｑバーは出力トランジスタＱ１１より出力される。

【００３７】ＡＧＣフィードバック回路３２では，比較
器１が出力Ｑバーと出力Ｑを抵抗Ｒ５でレベルシフトし
た電圧を比較し，ΔＶｍを検出する。比較器１の出力は
ピークホールド回路３４で整流され，ピーク値がホール
ドされる。比較器２はピークホールド値を基準電圧Ｅと
比較し，出力は自動利得制御増幅装置３１のトランジス
タＱ５のベースに入力される。

【００３８】入力信号が小さい場合には，自動利得制御
増幅装置３１のトランジスタＱ５はオフとなり，Ｑ６が
オンとなる。トランジスタＱ６の側の差動増幅器Ｑ７，
Ｑ８はエミッタ抵抗を持たないので，トランジスタＱ
３，Ｑ４により構成される差動増幅器より利得が大き
い。そのため，出力Ｑ，Ｑバーの差が小さい場合には，
自動利得制御増幅装置の利得は大きくなる。

【００３９】逆に，入力信号が大きい場合には，比較器
２の出力が大きくなり，トランジスタＱ５がオンするこ
とによりトランジスタＱ６とＱ４の差動増幅器の側が動
作する。トランジスタＱ３，Ｑ４の側はエミッタ抵抗を
持つので利得が小さい。そのため，出力ＱとＱバーの差
が大きい場合には，自動利得制御増幅装置３１の利得は
小さくなる。そして，リセットパルスは周期的にキャパ
シタＣ１を放電するので，比較器１の出力が急激に低下
した場合にも正確にピーク値をホールドする。

【００４０】一方，ＤＣフィードバック回路３７におい
ては，比較器３が出力ＱとＱバーを入力してその差ΔＶ
ｓ’を検出する。そして，ピークホールド回路３９はそ
のピーク値をホールドする。比較器４は参照電圧Ｅ’と
ホールドされたピーク値を比較し，入力バッファ回路の
トランジスタＱ１の制御電圧を出力する。トランジスタ
Ｑ１は制御電圧を入力し，ΔＶｓ’が０になるようにＤ
Ｃレベルを制御する。

【００４１】ローパスフィルタ４１は，ＤＣフィードバ
ック回路３７がレベル１の信号変化に影響されないよう
にする。

【００４２】

【発明の効果】本発明の自動利得制御増幅装置によれ
ば，入力信号のレベルが急激に変化したような場合にも
確実に応答して動作し，安定した信号出力を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の原理説明図である。

【図３】本発明の基本構成の動作説明図である。

【図４】本発明の実施例を示す図である。

【図５】従来の自動利得制御増幅装置の構成を示す図で
ある。

【図６】従来の自動利得制御増幅装置の動作説明図(1)
である。

【図７】従来の自動利得制御増幅装置の動作説明図(2)
である。

【図８】従来の自動利得制御増幅装置の動作説明図(3)
である。

【符号の説明】

１：自動利得制御増幅装置２：自動利得制御増幅器３：ＡＧＣフィードバック回路４：ＤＣフィードバック回路１０：比較器１１１：ピークホールド回路１２：比較器２１３：比較器３１４：ピークホールド回路１５：比較器４１６：ローパスフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田賢治東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧レベルの一定しないデジタル信号を
入力し，一定レベルの非反転信号と反転信号を出力する
自動利得制御増幅装置(1) において，０レベルの信号入力において，反転信号出力と非反転信
号出力の動作点を一致させるため，両出力の差に基づく
電圧を入力側の直流電圧レベル制御端子に帰還するＤＣ
フィードバック回路(4) と，Ｈレベルの入力信号に対する非反転出力もしくは反転出
力のいずれか一方と，他方の出力をレベルシフトさせた
電圧の差に基づく電圧を入力側の信号入力端子に帰還す
るＡＧＣフィードバック回路(3) とを備え，入力の０レベルの信号に対しては非反転信号出力と反転
信号出力の出力レベルを一致させ，Ｈレベルの信号に対
しては，出力電圧が一定になるように利得を可変にする
ことを特徴とする自動利得制御増幅装置。
【請求項２】請求項１において，Ｈレベルの信号入力
に対する出力を帰還するＡＧＣフィードバック回路(3)
は入力信号のＨレベルのピークホールド回路（11）を持
ち，一定周期のリセットパルスによりピークホールド電
圧をクリアし，自動利得制御増幅装置(1) を初期状態と
することを特徴とする自動利得制御増幅装置。
【請求項３】請求項１もしくは２において，０レベル
の入力信号に対する出力を帰還するＤＣフィードバック
回路(4) は，ピークホールド回路（14）と，ピークホー
ルド回路（14）の出力側と自動利得制御増幅器(2) の直
流電圧レベル制御端子との間にローパスフィルタ（16）
を備え，Ｈレベルの信号入力に対して応動しないことを
特徴とする自動利得制御増幅装置。