JPS6085649A - 光受信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 げ）技術分野 この発明は、光通信システムに於ける光受信回路に関す
る。

光通信号を光信号に変換して、光ファイバの中を伝送し
、光信号を逆に電気信号に戻すことによってなされる。

受信回路は、ホトタイオード、アバランシェホトダイオ
ードなどの光電変換素子と、この素子に流れる電流を増
幅し、信号を復元する回路を備えている。

送られる信号はデジタル信号であることもあり、アナロ
ク信号であることもある。ここでは、デジタル信号を対
象とする光受信回路を扱う。

デジタル信号であるから、受信回路に於ては微小な光電
流を増幅し、これをコンパレータを含ム二値化回路を通
して波形整形すれば、もとのデジタル信号と同一の信号
を復元できる。

（イ）従来技術とその問題点 第４図は従来例に係る光受信回路を示す。

電源Ｖｃｃにホトダイオード２０のカソードが接続され
、アノードは演算増幅器２１の反転入力に接続しである
。演算増幅器２１の反転入力は電池２２によって、接地
電位より上へ引上げである。

抵抗２３は演算増幅器２１の出力を反転入力へ帰還する
ものである。

出力電圧Ｖｄは、電池２２の直流電圧Ｖｏと、光電流Ｉ
ｐと抵抗に「の積（−Ｒｆ　ＩＰ）−の和になる。ホト
ダイオード電流が抵抗Ｒ，ｆと増幅器によって、電流−
電圧変換されている。

直流電圧Ｖｏを加えるのは、■０を中心として出力電圧
■ｄが、０〜′とＶｃｃの間で、飽和せずに、上下に変
動できるためである。

出力電圧Ｖｄの交流成分は、ホトダイオード電流Ｉ　＋
）と抵抗に「の積によって与えられる。

Ｒｆは増幅率を決める。ｋ「か小さすきると、ホトダイ
オードに入射する光量が小さい場合、出力電圧Ｖｄの交
流分か小さくなりすぎて、次段のコンパレータのスレッ
シュホルドレベル以下になり、コンパレータによって正
しく二値化することができない。

Ｒｆを大きくすると、微弱光信号に対するこのような雑
煮を緩和することができる。しかし、逆に、ホトダイオ
ードに入射する光パワーが大きい場合、増幅部のトラン
ジスタが飽和してしまう。

このため、応答速度が低下し、波形が歪む。

従って、このような回路構成では、例えば単一５ｖ電源
使用の場合、大きいダイナミックレンジ（例えば３０ｄ
Ｂ）を得ることは極めて困離であった。

さらに、全回路をモノリシックＩＣにしようとする場合
、高い抵抗を作るのがＮ２シい。１００　ＫΩの抵抗を
作るのは困離である。ホトダイオードの光電流が０．１
μ八〜１００μＡであるとすれば、この抵抗を使うと、
出力の交流分は、ｌＱｍＶ〜ＩＯＶになる。５■の電源
を使う場合、大きい光パワーに対して飽和してしまう。

抵抗は、モノリシックＩＣにする場合、２０にΩ〜３０
にΩ以、下の値が選ばれる。このように低い値のものが
作り易いからである。しかし、こうすると、微弱な信号
を十分増幅することができない。

大きいダイナミックレンジを必要としない場合、負帰還
抵抗Ｒｆの値を適当に選１べば、飽和を防ぐことができ
る。しかし、この場合でも、出力電圧は受光素子に入射
する光パワーに比例するため、コンパレータの基準電圧
の設定が難しくなる。

第５図によって説明する。パワーの異なる３種の信号が
入ってきたとする。これを大きいものから、Ｓｌ、　５
２　、　Ｓ３　とする。光信号の強さに比例して、増幅
後の出力が第５図ｆａ）のように現われたとする。いず
れも、パルス幅は同じであるが、ＳＬ　、　Ｓ２　、　
Ｓ３　の１＋Ｈに高いパルス波高になっている。

もともとデジタル信号であって、パルス幅か同じなので
あるから、これは等しいパルス幅へと波形整形されなけ
ればならない。しかし、コンパレータの基準電圧Ｖｃを
一定値に固定すると、そのようにはならない。

例えば、最小受信レベルに相当する信号Ｓ３の出力のピ
ーク値の１／２を基準電位″ｖｃに設定したとする。コ
ンパレータを通過した後の波形を、Ｓ３゜Ｓ２　、　Ｓ
ｌについて（１））　、　（Ｃ）　、　ｆｄ）に示ず。

光パワーが大きいＳｌに於ては、立上りの早い時期にＶ
ｃを越え、立下りの遅い時期にＶｃ以下に戻る。（ｄ）
に示すようこれは、最も長いパルス幅Ｗ１を持つ。

光パワーが小さいＳ３　については、Ｖｃを越えるのが
遅く、またＶｃ以下に戻るのは早い。（１））に示すよ
うに、最も短いパルス幅Ｗ３を持つ。

このように、光のパワーが強ければ、長いパルス幅にな
り、弱ければ短いパルス幅になる。

しかし、もともとのパルス幅が等しいのであるから、こ
のように、異なるパルス幅に変化してはいけないのであ
る。

これは、パルス信号の大小に拘わらず比較回路のコンパ
レータ基準電圧Ｖｃを固定しているからである。

基準電圧Ｖｃを、増幅出力に応じて変化させれば良いは
ずである。このような目的で、増幅部出力の最大値、最
小値を検出し、コンパレータの基準電位Ｖｃを常に増幅
部出力の１７２になる様に設定するＡ　Ｔ　Ｃ（Ａｕｔ
ｏ　Ｔｌ１ｒｅｓｈｏｌｄ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｔｒｏ
ｌ　）方式が既に案出されている。しかし、この回路を
モノリシックＩＣで実現しようとすると、（１）回路が
複雑になる （１１）最大値、最小値記憶用外付コンデンサが必要に
なる、 などの問題点があった。

最大値、最小値を記憶するためのコンデンサは、例えば
帆１μＦ〜１μＦの容量のものが必要である。

シカし、現在のところ、モノリシックＩＣの技術によっ
てウェハ上に作製することのできるコンデンサは１０　
ＰＦ〜２０　ＰＦ以下である。

（つ）本発明の目的 本発明は、ダイナミックレンジの広い、パルス歪の小さ
い、モノリシック光受信回路を与えることを目的とする
。

（１）実施例 第１図は本発明の実施例に係る光受信回路図である。

この回路は、電流−電圧変換回路Ａ、微分回路Ｂ、基準
電圧発生回路Ｃ１比較回路Ｄ、出力段Ｅとよりなってい
る。

ｋ１〜Ｒ１３は抵抗である。Ｔｒｉ〜Ｔ　ｒ　２４はト
ランジスタ、ｃｌ　、Ｃ２はコンデンサである。■１〜
１１３は定電流回路を示す。

これら全ては、モノリシックＩＣの回路素子である。半
導体単結晶基板の上にウェハプロセスによって作られる
。プリント基板の上に個別部品を組立てて作るものでは
ない。

コンデンサｃ１．ｃ２は小容量のコンデンサで、例えば
Ｃ１は５ＰＦ、Ｃ２は１０　ｐＦ程度とするが、これら
はウェハプロセスで作ることができる。

定電流回路はトランジスタ、抵抗をいくつか組合わせた
もので、モノリシックＩＣの中には、既に広く使用され
ている。周知の回路によって構成できるので、内部回路
の図示を省略した。

電源電圧は５■としているが、この回路は電源電圧がい
くらであっても、定数を適当に変更すれば、常に良好に
機能する。

電流−電圧変換回路Ａから順に説明する。

Ａ、電流−電圧変換回路　゛ 電源Ｖ　ｃ　ｃ　とアースの間に、定電流回路１１、ト
ランジスタＴｒｉのコレクタ、エミッタ、順方向のダイ
オードＤｉ、Ｄ、２を接続する。

電源とアースの間には、トランジスタ゛ｒｒ２と定電流
回路Ｉ２が直列に接続されている。

トランジスタＴｒ）２のベースは、トランジスタＴｒｌ
のコレクタ及び定電流回路■１に接続しである。トラン
ジスタＴｒｉのベースとアースの間には、ホトダイオー
ドＰＤが逆方向に接続しである。

ホトダイオードＰＤにはトランジスタＴｒｉのベースエ
ミッタ電圧降下、ダイオードのｐｎ接合の（Ｄｌ、Ｄ２
　）電圧降下の分の電圧がかかる。例えば、約１．８■
程度である。

トランジスタＴｒｉのベースと、トランジスタＴｒ２、
定電流回路■２の接続点の間には、コンデンサＣ１と、
抵抗に１が接続しである。

コンデンサＣ１は発振防止用で、例えば５　ｐＦ程度で
ある。

抵抗に１は電流−電圧変換のための抵抗である。

大きい値の方が増幅率が大きいが、モノリシック　゛回
路の一要素であるから、２０にΩ〜３０Ｉ（Ωに制限さ
れる。

光電流１ｐがＯの時、トランジスタＴｒｉ、Ｔｒ２とも
に、定電流ＩＩ　、Ｉ２が流れている。トランジスタＴ
ｒｌのベース電流の値は、工１によって一定値に固定さ
れる。抵抗Ｒ１には、このベース電流が流れるだけであ
る。トランジスタＴ　ｒ　２のエミッタ電位は、Ｔｒｌ
のベース・エミッタ、Ｄｌ。

Ｄ２の順方向電圧降下と、Ｒ１×（ベース電流）の和に
よって与えられる。

光信号がホトダイオードＰＤに入ったとする。

光電流Ｉｐが流れる。そうすると、ＩｐとＲ１の積の分
だけ、トランジスタＴｒ２のエミッタ電圧が高くなる。

これが電圧信号である。トランジスタＴｒ２と定電流回
路Ｉ２の接続点の電位はそれら自身の状態によって決ま
らないので、ＩｐＲｌによって決めることができる。

Ｂ、微分回路 本発明に於て、光電流を増幅した後、すぐに比較回路に
入れて二値化するのではなく、微分回路を通している。

微分回路によって、信号の立上りの部分を上向きのパル
スに、信号の立下りの部分を下向きのパルスに変換して
いる。

しかし、これは全く新規というわけではなく、増幅後、
微分回路を通すようにした光受信回路も既に提案されて
いる。

２つのトランジスタＴｒ３．Ｔｒ４を、平衡させ、差動
増幅器として用いる。２つのトランジスタのエミッタは
共通で、定電流回路Ｉ３を介してアースにつながってい
る。トランジスタＴｒ　３０：）　ベースは、先はどの
電流−電圧変換回路Ａの出力と抵抗Ｒ２を介して接続さ
れる。トランジスタＴ　ｒ　４のベースも、抵抗Ｒ３を
介して、電流−電圧変換回路Ａの出力と接続される。

しかし、トランジスタＴｒ４のベースはさらにコンデン
サＣ２を介し、アースと接続される。抵抗Ｒ３とコンデ
ンサＣ２は遅延回路を構成する。

トランジスタＴ　ｒ　３のコレクタは電源Ｖｃｃに接続
しである。トランジスタＴｒ４のコレクタは、抵抗Ｒ４
を介して、Ｖｃｃにつながっている。

第２図（ａ）の実線は、電流−電圧変換回路Ａの出力信
号を示す。これはトランジスタＴ　ｒ　３のベース電圧
に等しい。

トランジスタＴ　ｒ　４のベース電圧の変化は、Ｒ３，
Ｃ２のために遅れるので、ｉａ＋の破線のように変化す
る。

そうすると、実線Ｓと破線りか、パルスの立上り、立下
りに於て喰い違う。この時、２つのトランジスタＴｒ３
．Ｔｒ４は非平衡になる。平衡時に両トランジスタには
ほぼ等しい電流が流れているが、第２図（ａ）の斜線（
ｓＬ間）を施した部分に於て、非平衡になり、抵抗Ｒ４
を流れる電流が変化する。

このためＴ　ｒ　４のコレクタ電圧か変化する。これは
第２図（ｂｌ　、　（Ｃ１に示すような微分波形である
。

微分波形の時間的な減衰の早さはＲ３Ｃ２によってきま
る。−例ではＲ３が３ＱＫΩ、Ｃ２が１０　ｐＦである
。

入力の光信号のパワーか小さければ、微分波形はｆｂ）
のようになり、パワーが大きければ微分波形（Ｃ）は上
下で飽和することもありうる。しかし、Ｒ３，Ｃ２の積
はパルス幅より狭いから、ひとつのパルスの終らないう
ちに、微分波形は必ずもとのレベルに戻っている。この
ため飽和による動作時間の遅れ、という問題は存在しな
い。

このようにして、トランジスタＴ　ｒ　４のコレクタｕ
ｊこは、増幅された信号の微分波形が現われる。

Ｃ９基準電圧発生回路 これは、微分信号Ｕを次段のコンパ・レークに於てｔＴ
　ＨＩ＋と′Ｌ″に分けるための基準になる電圧Ｖｃを
発生するための回路である。

微分信号の平均値をめて、これを基準電圧とすれば、パ
ルス幅がパルス高に関係なく一定値になりうる。微分信
号の平均値をめるには、抵抗とコンデンサの直列体を作
り、微分信号をこれによって平均化すれば良い。こうし
て得られた値は厳密な平均値である。

こうするには、抵抗とコンデンサの平均値（平滑）回路
の時定数が、パルスの繰り返し時間よりずっと長くなけ
ればならない。このためコンデンサが大きくなりすきる
。

全回路をモノリシック化したいのであるが、大きいコン
デンサをつける、という事になれば、モノリシック回路
素子では間に合イつす、外付はコンデンサになってしま
う。

外付はコンデンサを付けると、回路の体積が増え、信頼
性も低下することがありうる。

そこで、微分信号を直接平均化するのではなく、予め平
均値を決めておくことにする。

トランジスタＴ　ｒ　５　と定電流回路Ｉ５とを電源Ｖ
ｃｃとアースの間に直列に接続する。

抵抗Ｒ７と定電流回路■６とを直列にして、Ｖｃｃとア
ースの間に接続する。

抵抗Ｒ７、定電流回路１６と、−１−ｒ　６０：）　ヘ
ー　スを接続する。この接続点Ｗの電位が、微分回路の
出力Ｕの平均値＜ｕ＞に等しくなるようにする。

このようにするには、微分回路ｌこおける、抵抗Ｒ４に
かかる平均電圧と、Ｒ７にかかる電圧が等しければよい
から、 ４Ｉ３ ＝Ｒ７１５ とすればよい。右辺はＷ点の電位（Ｖｃｃから）で、左
辺はＵ点の平衡時の電位である。平衡時にＴｒ３．Ｔｒ
４はＩ３／２だけ電流が流れる。

たとえば、工３−■６として、Ｒ７がＲ４の１／２の値
になるようにする。

Ｗ点の電位はこのようにして決定される。トランジスタ
Ｔｒ５．Ｔｒ７はエミッタフォロワーの形で、この電位
より、ベース・エミッタ降下分を２回差引いた基準電圧
Ｖｃを与えて比較回路りのコンパレータに入力する。

温度変化などによって、電圧の関係がズしてはいけない
ので、Ｔｒ５とＴ　ｒ　６、Ｔ　ｒ　３とＴｒ７、抵抗
Ｒ５，Ｒ５は同じ特性のものを作るようにする。

予め与えたＷ点の電圧と、微分信号Ｕの平均＜ｕ＞とが
喰い違ってくＺかもしれない、という可能性がありうる
。しかし、微分の平均は常に０であるから、ドリフトす
るとすれば直流分がドリフトするのである。

直流分は、Ｔｒ３．Ｔｒ４かバランスしている限り一定
値であってドリフトしない。

従って、Ｗ点の電圧は常に微分信号Ｕの平均値＜ｕ＞を
与えることができる。

Ｄ、比較回路 これは微分回路で得られた微分信号を、基準電圧と比較
し、二値化（ＨとＬ）する回路である。

第２８ｉｂ）　、　ｆｃ）に示すような微分波形をその
ままコンバレ一つて基準電圧と比較すると、単にパルス
が角形に整形されるだけであＣ０第２図（ａ）のＳに示
すように、パルス幅かもとのパルスに等しくなるよう、
復元されない。

上向きパルスから下向きパルスの間はＩＩ　Ｈ１１に、
下向きパルスから上向きパルスの間はＬ″に変換されな
ければならない。

そこで、微分信号にヒステリシスを与えることにする。

ヒステリシスがあれば、上向きパルスがコンパレータに
入り、出力がｊｌ　［（ＩＩになった後、入力がＯに戻
っても出力のＨ′′は維持される。

次に下向きのパルスがコンパレータに入力された時には
じめて、出力は“Ｌ″に変化する。

ヒステリシスを与えるには次のようにする。微分された
信号をＵとする。Ｔ　ｒ　８のエミッタの電位で、微分
回路の出力Ｕから、一定電圧を差引いたものである。

基準電圧をＶｃとする。これは基準電圧発生回路ＣのＷ
点の電位から、一定電圧を差引いたものである。

比較回路の出力をＤとすると、単に、信号Ｕと基準Ｖｃ
とを比較して、ＤがＬ又はＩ（とするのではない。

ヒステリシスをΔ■として （ｉ）　Ｄ−１−Ｉの時、Ｖｃと（Ｕ＋八へ）とを比較
する。

後者が大きければＤ　＝＝　Ｉ−Ｉのままとし、後者が
小さくなれば１）をＬに変化させる。

ｔｉｌｌ　Ｄ　＝　Ｌのとき、Ｖｃと（Ｕ−Δ■）とを
比較する。

後者が小さければＤ−Ｌのままとし、後者が大きくなれ
ばＤをＨに変化させる。

基や電圧発生回路Ｃて得られた基準電圧ＶＣは、トラン
ジスタＴｒｌｌのベースに与えられる。微分回路か５の
信号電圧は抵抗Ｒ５、トランジスタＴｒ８、抵抗Ｒ８を
通じてトランジスタＴｒ１２のベースに与えられる。

コンパレータ（比較器）は、トランジスタＴｒｌｌ。

Ｔ　ｒ　ｌ　２　と、エミッタ同士がつなかっているト
ランジスタＴｒ　ｌ　３　、Ｔｒ　ｌ　４と、これらと
コレクタ同士でつながっているＴ　ｒ　ｌ　５　、　Ｔ
　ｒ　ｌ　５などよりなる。

トランジスタＴｒ９．ＴｒｌＱ　は、これら対称形のコ
ンパレータに一定電流を供給するためのものである。

ｐｎｐ型の１−ランジスタＴｒ９．ＴｒｌＱはエミッタ
がＶｃｃ　に接続され、ベースは互につながっている。

トランジスタＴ　ｒ　９のコレクタは、定電流回路１９
を通じてアースにつながっている。対称なコンパレータ
中のトランジスタＴｒ　ｌ　３　、Ｔｒ　ｌ　４のベー
スも、Ｔ　ｒ　９のコレクタに接続しである。

トランジスタＴ　ｒ　ｌ　Ｑのベース、コレクタはつな
がっている。コレクタはさらに、コンパレータの２つの
トランジスタＴｒ　ｌ　ｌ　、Ｔｒ　１２のコレクタと
接続されている。

トランジスタＴｒ　１５　、Ｔｒ　ｌ　５のエミッタは
接地され、トランジスタＴｒ１５のベース、コレクタは
接続されている。

トランジスタＴ　ｒ　９〜Ｔ　ｒ　ｌ　５はコンパレー
タを構成し、出力は、トランジスタＴｒｌ’５のコレク
タになる。

トランジスタＴｒ　ｌ　ｌ　、Ｔｒ　ｌ　２のベース電
圧が比較される。Ｔｒｌｌのベース電圧はＶｃ、Ｔｒ１
２のベース電圧は（Ｕ±Δ■）である。

Ｔｒｌｌのベース電圧が、Ｔ　ｒ　１２のそれより低け
れば、Ｔｒ　１２　、Ｔｒ　ｌ　４のベース電流がＴｒ
ｌｌ。

Ｔｒ１３のベース電流より大きくなる。Ｔ　ｒ　ｌ　３
のベース電流が減少するので、Ｔ　ｒ　ｌ　３のコレク
タ電流が減少し、コレクタ電圧か下る。つまり、トラン
ジスタＴ　ｒ　ｌ　５のコレクタＸの電圧が下る。

Ｔｒｌｌのベース電圧が、Ｔ　ｒ　１２のそれより高け
れば、Ｘの電圧が上る。

電源Ｖｃｃ　とアースの間に、定電流回路１１０とトラ
ンジスタ］”ｒ１７の直列体か接続される。トランジス
タＴｒ１７のベースがＸ点に接続される。

トランジスタ１ｒ１７のコレクタは抵抗Ｒ９。

Ｒ１０を介して、トランジスタＴｒ１８．Ｔｒ２１（Ｄ
ベースにつなかつている。

Ｘ点の電圧が低い時、トランジスタＴｒ１７は、ベース
電流が流れないのでオフである。

Ｘ点の電圧か高い時、トランジスタＴｒ１７は導通する
。これに応じ、トランジスタＴｒ　ｌ　８．Ｔｒ　２１
もそれに応じて、オン、オフ動作する。

比較回路りの中に含まれるヒステリシス回路は、定電流
回路１１１，１１２　、ｈランジスタＴｒ１８゜Ｔｒ　
ｌ　９　、Ｔｒ　２Ｑ及び抵抗Ｒ８よりなる。

トランジスタＴｒ１８のエミッタは接地され、コレクタ
は定電流回路Ｉｌｌを介して電源Ｖｃｃに接続される。

トランジスタＴｒ１９のエミッタは接地され、ベースと
コレクタは互に接続される。コレクタは、定電流回路■
１１にもつなかっている。

トランジスタＴｒ２０のエミッタは接地される。

コレクタは、定電流回路１１２を介してＶｃｃ　ｌこつ
なかっている。コレクタ同時ニ、：］　ンｉ＜　し７り
をなすトランジスタＴｒ１２のベースにつながっている
。

定電流回路から、Ｔｒ１２のベース、抵抗Ｒ８へと流れ
る電流をｅ、Ｔｒ２Ｑのコレクタ、エミッタへ流れる電
流をｆとする。ｅ、Ｅ、１．１２はｅ　＋　ｆ　＝　Ｉ
　１２　（１） である。

定電流回路Ｉｌｌから、Ｔｒ１３へ流れる電流をｇ、Ｔ
ｒ１９へ流れる電流をｈとする。ｇ、ｈ。

Ｉｌｌの間に ｇ　＋　ｈ　＝　Ｉ　１１　（２） が成りたつ。

Ｔｒ１９．Ｔｒ２０のエミッタは接地され、ベース電圧
は常に等しい。同等のトランジスタとして作られている
ので、常に、電流は等しく、ｂ　＝　ｆ’　（３） という関係がある。

Ｔｒ１７がオフノ時、Ｔｒ１８は飽和する。Ｔｒ１８に
全てのＩｌｌが流れるから、ｒ、１１はＯとなる。

つまりｅ、＝１１２　となり、これだけの電流がＲ８を
通じて流れる。

そうすると、トランジスタＴｒ１２のベースがＲ８１１
またけ上昇する。これが上向きのヒステリシスである。

Ｔ　ｒ　ｌ　２のベース電圧が、Ｔｒｌｌのそれより高
い時、Ｘ点の電圧が下り、１”ｒ１７がオフになる。こ
の時、帰還電流Ｃは正で、このため、Ｔｒ１２のベース
は、Ｔ　ｒ　３のエミッタＵよりＲ８１１２だけ高くな
り、上向きヒステリ、シス 十ΔＶ＝Ｒ８１１２（４） を与える。

Ｔｒ１２のベース電圧が、Ｔｒｌｌのそれより低い時、
Ｘ点の電圧が上り、Ｔｒ１７がオンになる。

Ｔｒ１８はオフとなるので、Ｉｌｌは全てＴ　ｒ　ｌ　
９を流れる。ｈがＩｌｌに等しくなり、（１）　、　（
３）式から、帰還電流ｅは ｅ　＝　Ｉ　１２−　Ｉ　１１　（５）　・となる。こ
れを、負となるように設定しておく。

負の帰還電流のため、Ｔｒ１２のベースは、Ｔ　ｒ　８
のエミッタ電圧Ｕよりも、下向きヒステリシス−ΔＶ＝
（１１２−Ｉｌｌ）Ｒ８（６）だけ下降することになる
。

１１２　＝　Ｉ　１１　／　２　（７）となるように選
べば、上向き、下向きヒステリシスの絶対値が等しくな
る。

一例を述べる。Ｉ　１１　＝　２０μＡ、１１２＝１０
μＡ、Ｒ８＝ｌＫΩ　とすると、ヒステリシスは±Δ■
＝±　ｌＱ　ｍＶ となる。

第３図（ａ）はトランジスタＴ　ｒ　１２のベースの電
圧波形を示す。Ｖｃより上では、Ｕ十Δ■となり、Ｖｃ
より下ではＵ−ΔＶとなっている。このようにヒステリ
シスがあるので、微分回路の出力Ｕ（或はＵ）が、上向
きパルスから下向きパルスまでの間は、Ｖｃより上、Ｕ
が下向きパルスから上向きパルスの間はＶｃより下とな
るようにできる。

Ｅ、出力段 これは、コンパレータの出力を増幅するものである。コ
ンパレータのＴｒ１２のベース（Ｕ＋△Ｖ）がＶｃより
高い場合、Ｔ　ｒ　ｌ　７はオフである。逆に（Ｕ−Δ
■）がＶｃより低い時Ｔ　ｒ　ｌ　７はオンである。

出力段Ｅは、Ｔｒ２１〜−ｒ　ｒ　２４のトランジスタ
、Ｒ１１〜Ｒ１３の抵抗、ダイオードＤ３を含む。

定電流回路１１３、）ランジスタＴ　ｒ　２１の直列体
が、Ｖ　ｃ　ｃ　とアースの間に接続される。

Ｔ　ｒ　２２のコレクタは抵抗Ｒ１１を介してＶｃｃに
つながり、エミッタはＲ１２を介してアースにつながっ
ている。Ｔ　ｒ　２２のベースはＴ　ｒ　２１のコレク
タに接続しである。

最終段では、Ｖｃｃ　とアースの間に、抵抗Ｒ１３、Ｔ
ｒ２３、ダイオードＤ３、Ｔｒ２４の直列体が接続しで
ある。出力トランジスタＴｒ２３のベースは、Ｔｒ２２
のコレクタに、Ｔ　ｒ　２４のベースはＴｒ２２のエミ
ッタに接続しである。

ダイオードＤ３は、Ｔ　ｒ　２３のエミッタ、ベースに
逆電圧が州かるのを防止する。出力ＥはＤ３とトランジ
スタＴ　ｒ　２４のコレクタの接続点よりとり出す。

（ｉ）、Ｕ十Δｖ＞ＶＣの場合、 Ｔｒ１７のコレクタ電圧が上る。Ｔｒ２１がオンになる
。Ｔｒ２２がオフになる。Ｔ　ｒ　２３のベース電圧か
上り、Ｔｒ２４のベース電圧が下る。Ｔ　ｒ　２３は導
通し、Ｔ　ｒ　２４は非導通になる。出力Ｅは１′Ｈ”
になる。

叫　Ｕ−ΔＶ　（Ｖ　ｃの場合、 Ｔ　ｒ　ｌ　７のコレクタ電圧が下る。Ｔｒ２１がオフ
になる。Ｔ　ｒ　２２４ｉオンになる。−ｒ　ｒ　２３
はオフになり、Ｔｒ２４はオンになる。出力Ｅはｔｌ　
Ｌ″′となる。

ダイオードＤ３は、Ｔ　ｒ　２４のコレクタ電圧を、Ｔ
ｒ２３のエミッタ電圧より、ｐｎ接合電圧降下分（０，
６Ｖ程度）だけ下ることにより、Ｔｒ２２が飽和した時
に、Ｔ　ｒ　２３が半ば導通するのを防止する′。

Ｄ３によってＴ　ｒ　２３はより完全にオフとなること
ができる。

第３図（ｂｌは出力Ｅの波形を示すグラフである。

、これは、光信号を復元している（第２図（ａｌｓ）こ
とが分る。光信号の強弱にかかわらず、復元されたパル
スの幅はもとのパルスの幅に等しい。微分回路に於て、
微分パルス（上向き、下向き）を出す部分は、光信号の
強弱にかがわらないがらである。

微分してしまうので、もとの光信号の強弱は直接、以後
の信号にあられれない。光パワーが大きすぎても鋭いパ
ルスが出た後、すぐに平衡状態（Ｔｒ３　、Ｔｒ４）に
戻るので、大信号であるからトランジスタが飽和し、動
作が遅くなる、ということもない。

オ）本発明の構成 本発明の光受信回路は、 （１）トランジスタＴｒｌのエミッタに１個以上のダイ
オードＤＩ　、・・・・・・を順方向に接続しベースに
は受光素子を逆バイアス接続し増幅用トランジスタＴｒ
２の出力とトランジスタＴｒｌのベースを接続する抵抗
に１とにより光電流を電圧に変換する電流−電圧変換回
路Ａと、 （２）電流−電圧変換された信号Ｓとその信号を遅延回
路に通した信号【とを差動増幅することにより微分信号
を得る微分回路Ｂと、（３）微分信号の平均電圧に等し
くなるように予め定められた一定の基準電圧Ｖｃを発生
する基準電圧発生回路Ｃと、 （４）微分信号に一定のヒステリシス電圧±Δ■を加え
たものと、基準電圧Ｖｃとを比較する比較器と、微分信
号が基準電圧Ｖｃより高い時に微分信号に正の一定電圧
（十ΔＶ）を加え、微分信号が基準電圧Ｖ・ｃより低い
時に微分信号に負の一定電圧（−Δ■）を加えるヒステ
リシス付与回路とを含む比較回路りと、（５）　比較回
路りの出力を増幅する出力段Ｅとによって構成される。

（力）効　果 本発明の光受信回路は次のような優れた効果を収めるこ
とができる。

（１）　ダイナミックレンジを大きくとれる。

増幅部に微分回路を用いたためである。

（２）　パルス歪を小さくできる。

微分回路によって入力パルスの変化点（立上り、立下り
）を正しく検出できるからである。光パワーの大小によ
ってパルス幅が変動するということはない。

（３）受光素子の暗電流の影響をキャンセルできる。

受光素子の暗電流は温度により変動するので、従来の光
受信回路のように直流増幅するもので、は、暗電流の影
響を除くのが難かしかった。本発明に於ては、微分回路
を通すので、暗電流のような直流分は全てカットされる
。

（４）受光素子の接合容量に起因する周波数特性の低下
をある程度改善できる。

トランジスタのベースに受光素子を逆バイアス接続し、
このトランジスタのエミッタにはダイオードを１個以上
（この例では２個）順方向に接続しているからである。

このため、受光素子に加わる逆電圧が大きくなり、周波
数特性が改善される。

第４図に示す従来例の回路では、出力Ｖｄは必ず電池電
位Ｖｏより低くなる。出力の範囲を広くとるため、■０
を高くしなければならず、受光素子には十分な逆電圧を
加えることができなかった。

（５）　容量の大きいコンデンサを必要としないので、
完全にモノリシックＩＣの形にすることができる。そう
すれば、小型で信頼性が高く、使いやすい素子となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る光受信回路図。 第２図は光受信回路の中での各回路の波形側図。 ｆａ）の実線Ｓは電流−電圧変換回路の出力Ｓを示し、
破線【は遅延回路の出力（を示している。＋ｂ）は光パ
ワーが小さい場合の微分回路の出力Ｕ（又はＵ）を示す
。（Ｃ）は光パワーか大きい場合の微分回路の出力Ｕ（
又はＵ）を示す。 第３図（ａｔは比較回路りのコンパレータを構成する一
方のトランジスタのベース電圧波形を示し、（ｂｌは出
力段の出力Ｅの電圧波形図である。 第４図は従来例に係る光受信回路の増幅部回路図。 第５図は増幅された信号の大小によってパルス幅が変動
することを説明するための波形図。（ａ）は増幅された
信号Ｓ１．　Ｓ２　、　Ｓ３の波形を示す。パルス幅は
同じである。コンパレータの基準電圧を一定値Ｖｃに固
定しである。（ｂｌ　、　（Ｃ１、ｆｄｌは信号Ｓａ　
、　５２　、　Ｓｔがコンパレータで二値化された場れ
の二値化パルスの幅である。　− Ａ・・・・・・電流−電圧変換回路 Ｂ・・・・・・微分回路 Ｃ・・・・・・基準電圧発生回路 Ｄ・・・・・比較回路 Ｅ・・・・・出・力　段 ｉ１〜１１３・・・・・・定電流回路　′に１〜Ｒ１３
・・・・・・抵　抗 Ｔｒｉ〜Ｔ　ｒ　２４・・・・・トランジスタイ ｃｌ、ｃ２・・・・コンデンサ Ｄ１〜Ｄ３・・・・・ダイオード ＰＤ　・・・・・ホトダイオード Ｕ・・・・・微分回路からの信号 ＶＣ・・・・・比較回路のコンパレータの基準電圧、±
ΔＶ・・・・・・正負のヒステリシス電圧発　明　者　
沢　井　孝　典 −色功雄 小林祥延 第２図 第３図 Ｕ±／■ 第４図 ｃｃ 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トランジスタＴｒｉのエミッタに１個以上のダイ
   オードＤｌ　、・・・・・・を順方向に接続しベースに
   は受光素子を逆バイアス接続しＴｒ２のエミッタとトラ
   ンジスタＴｒｌのベースとを抵抗Ｒ１を介して接続する
   ことにより光電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路
   Ａと、Ｉ電流−電圧変換された信号Ｓとその信号を遅延
   回路に通した信号りとを差動増幅することにより微分信
   号を得る微分回路Ｂと、微分信号の平均電圧に等しくな
   るよう予め定められた一定の基準電圧を発生する基準電
   圧発生回路Ｃと、微分信号に一定のヒステリシス電圧±
   Δ■を加えたものと基準電位Ｖｃとを比較する比較器と
   微分信号が基準電圧Ｖｃより高い時に微分信号に正の一
   定電圧（＋ΔＶ）を加え微分信号が基準電圧Ｖｃより低
   い時に微分信号に負の一定電圧（−ΔＶ）を加えるヒス
   テリシス付与回路とを含む比較回路りと、比較回路りの
   出力を増幅する出力段Ｅとより構成される事を特徴とす
   る光受信回路。
2. （２）　ヒステリシス付与回路が、微分回路Ｂの出力Ｕ
   、ｌ！：、比較器の大刀との間に接続された抵抗１（８
   と、定電流回路１１１　．１１２と、これらにコレクタ
   が接続されエミッタか接地されたトランジスタＴｒ１９
   ．Ｔｒ２０と、コレクタが定電流回路１．１１に接続さ
   れ比較器の出力によってＯＮ、ＯＦＦするトランジスタ
   Ｔｒ１８とよりなり、トランジスタＴｒ１９のベース、
   コレクタは互に接続されており、トランジスタＴ　ｒ　
   ２０のコレクタと比較器の大刀及び抵抗Ｒ８の一端とを
   接続してあり、トランジスタＴ　ｒ　ｌ　８に１１１の
   全電流が流れる時に定電流回路１１２から一定電流１１
   ２が微分回路の出力の方向へと抵抗Ｒ３を通って流れ、
   トランジスタＴｒ１８がオフの時抵抗Ｒ８にはトランジ
   スタＴ　ｒ　２０に向う方向へ（１１１−１１２　）の
   電流が流れるようにした特許請求の範囲第（１）項記載
   の光受信回路。