JPS6093856A - 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】 （２）　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。

光通信は、電気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、ホトダイオード、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
グ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む二値化回路を通
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、光電流工
ｐと抵抗Ｒｒの積（−Ｒｅ　Ｉｐ　）の和になる。ホト
ダイオード電流が抵抗Ｒｒと増幅器によって、電流−電
圧変換されている。

直流電圧Ｖ。を加えるのは、ｖｏを中心として、出力電
圧Ｖｄが、Ｏｖ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■ｐと
抵抗Ｒｒの積によって与えられる。

Ｒｒは増幅率を決める。Ｒｒが小さすぎると、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
流分が小さくなりすぎて、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。

Ｒｒを大きくすると、微弱光信号に対するこのような難
点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３９　
ｄＢ　）を得ることは極めて困難であった。

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難しい。１００にΩの抵抗を作る
のは困難である。ホトダイオードの光電流が０．１μＡ
〜１００μＡであるとすれば、この抵抗を使うと、出力
の交流分は、１０ｍＶ〜ＩＯＶになる。５ｖ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〜ＢＯ
ＫΩ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ＲｒＯ値を適当に選べば、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。これを大きいものがらＳｌ、Ｓ２、
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（ａ）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
の順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、パルス幅が同じなので
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□につ
いて（ｂ）、（’）　、（ｄ）に示す。

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）に示すように、これは、最も長いパルス幅異を持
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。（ｂ）に示すように
、最も短いパルス幅Ｗ８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、増幅部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圧Ｖａを常に増幅
部出力の１／２になる様に設定するＡ　Ｔ　Ｃ（Ａｕｔ
ｏ　Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ
）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
０．１μＦ〜１μＦの容量のものが必要である。

しかし、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ｔｏｐ
Ｆ’〜２０　ｐＦ以下である。

（つ）本発明の目的 本発明の目的は、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にある
。

に）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Ａ１微分回路Ｂ１平清
回路Ｃ１比較回路Ｄ１出力段Ｅとよりなっている。

Ｒ１−Ｒ１３は抵抗である。Ｔｒｉ〜Ｔｒ２４はトラン
ジスタである。０１％、Ｃ２はコンデンサである。Ｉｌ
〜１１３は定電流回路である。これらすべては、モノリ
シックＩＣの回路素子を意味する。個別部品を組立てる
ものではない。ただし、外付はコンデンサＣｅｘｔだけ
は、別途外付けする部品である。

コンデンサＣＩ、Ｃ２は小容量のコンデンサで、例えば
Ｃ１は５ＰＦ、Ｃ２は１０ｐＦ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５ｖ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Ｖｃｃとアースの間に、定電流回路１１、トランジ
スタＴｒｌのコレクタ、エミッタ、順方向のダイオード
Ｄ１．Ｄ２を接続する。

電源とアースの間には、トランジスタＴｒ２と定電流回
路Ｉ２が直列に接続されている。

トランジスタＴｒ２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Ｔｒｌ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Ｔｒｌのベース
エミッタ電圧降下、ダイオードのｐｎ接合の（ＤＩ、Ｄ
２）電圧降下の分の電圧がかかる。例えば、約１．８ｖ
程度である。

トランジスタＴｒｌのベースと、トランジスタＴｒ２゜
定電流回路Ｉ２の接続点の間には、コンデンサＣＩと、
抵抗Ｒ１が接続しである。

コンデンサＣＩは発振防止用で、例えば５　ｐＦ程度で
ある。

抵抗Ｒ１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、モノリシツク回路の
一要素であるから、２０にΩ〜８０　ｋΩに制限される
。

光電流Ｎｐが００時、トランジスタＴｒｌ、Ｔｒ２には
、それぞれ定電流Ｉｔ１１２が流れている。トランジス
タＴｒｉのベース電流の値は、ＩＩ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Ｔｒ２のエミッタ電位は、Ｔｒｌ
のベースエミッタ、ＤＩ、Ｄ２の順方向電圧降下と、Ｒ
１×（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のエミッタ電圧力（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
入って二値化するのではなく、微分回路（１１） 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Ｔｒ３のベースは、先程の電流−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Ｔｒ４のベースモ、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Ｔｒ３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。

（１２） 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Ｔｒ３のベース電圧に等
しい。

トランジスタＴｒ４のベース電圧の変化は、Ｒ３、Ｃ２
のために遅れるので、（ａ）の破線のように変化する。

そうすると、実線Ｓと破線ｔが、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（
ｓｔ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Ｔｒ４のコレクタ電圧が変化する。これは第２
図（ｂ）、（Ｃ）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Ｒ８Ｇ２によってきまる。−
例ではＲ３が８０　ｋΩ、Ｃ２が１０　ｐＦである。

入力の光信号のパワーが小さければ、微分波形はΦ）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、８本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Ｔｒ４のコレクタＵには
、増幅された信号の微分波形が現われる。

Ｃ１平　滑　回　路 これは微分波形Ｕの平均値をめる回路である。

平均値を次段の比較回路りの基準電圧として用いるため
である。

平均値を基準電圧Ｖｃとすると、入力のパルスの大きさ
がどのようなものであっても、常に、基準電圧Ｖｃは、
パルスの高い部分と底の部分の中間に存在することがで
きる。基準電圧Ｖｃによって、パルスを二値化すれば、
第５図に於て説明したような、パルス幅の変動という問
題を免れることができる。

平滑回路のトランジスタＴｒ５のコレクタは電源Ｖｃｃ
につながり、エミッタは定電流回路■４を介してアース
に接続される。微分回路Ｂの出力Ｕは、トランジスタＴ
ｒ５のベースに接続しである。

トランジスタＴｒ５は出力Ｕを電流増幅し、抵抗Ｒ５、
Ｒ６を介して、トランジスタＴｒ７　、Ｔｒ８のベース
に入力する。

トランジスタＴｒ８はそのまま信号を通すが、Ｔｒ７の
方は平均化された平均値を出力する。

平均化は、抵抗Ｒ５と、外づけのコンデンサＣｅｘｔに
よってなされる。時定数はパルスの繰返しより長いもの
に決めておく。たとえば、Ｒ５、Ｒ（５が３０にΩ、Ｃ
ｅｘｔは０．１μＦ〜１μＦ程度である。

トランジスタＴｒ６のエミッタはコンデンサＣｅｘｔの
他端の直流レベルを決める。電源ＶＣＣとアースの間に
、抵抗Ｒ７と定電流回路Ｉ６が直列に接続しである。ト
ランジスタＴｒ５のコレクタは電源につないであり、エ
ミッタは、定電流回路工５を介しアースに接続しである
。Ｔｒ６のベースは一定電圧に決定され、エミッタも一
定電圧になる。

コンデンサＣｅｘｔは直流を通さないから、Ｔｒ６、Ｒ
７、Ｉ５、Ｉ６より構成されるコンデンサ電位決定回路
は別設なくてもよい。ここでは、Ｒ５とＣｅｘｔの接続
点の平均化電圧Ｕと、トランジスタＴｒ６のエミッタ固
定電圧Ｗとはほぼ等しくなるようにしく１５） ている。このため、コンデンサＣｅｘｔには殆ど電圧が
かからない。コンデンサ電位決定回路を省いて、Ｃｅｘ
ｔの他端を、電源Ｖｃｃ又はアースに直接つないでもよ
い。

抵抗Ｒ５、コンデンサＣｅｘｔで平滑（平均）化された
電圧は、トランジスタＴｒ７のベースに入り、低インピ
ーダンスの信号に変換される。

一方、微分回路Ｂの出力は、抵抗Ｒ６から、トランジス
タＴｒ８を通って低インピーダンス信号に変換される。

２つの電圧は、比較回路りに於て比較される。

Ｄ、　比　較　回　路 これは、微分された信号と、これを平滑（平均）化した
電圧とを比較する回路である。

第２図（ｂ）、（Ｃ）に示すような微分波形を、そのま
まコンパレータで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、第２図（ａ）のＳに示すよう
なパルス幅も含んで、もとのパルスに復元される、とい
うことはない。

上向きパルスから下向きパルスの間は”Ｈｓｓに、（１
６） 下向きパルスから上向きパルスの間はゞ”Ｌ　ｓｓ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って、出力が”Ｈｎになっ
た後、入力が０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ｕ　Ｌ　＋ｎ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
信号電圧をＵとする。これは微分回路の出力Ｕによって
決まる。

基準電圧をＶｃとする。これは平滑回路Ｃの平均電圧Ｕ
によって決まる。

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Ｈとするのではない。

ヒステリシスをΔＶとして、 （１）　Ｄ＝Ｈの時、ｖｃと（Ｕ＋Δｖ）とを比較する
。

後者が大きければＤ＝Ｈのままとし、後者が小さくなれ
ばＤをＬに変化させる。

（１１）　Ｄ　＝　Ｌ　ｔＤ　トキ、Ｖｃ　ト（Ｕ−Δ
ｖ）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。

平滑回路Ｃで得られた基準電圧Ｖｃは、トランジスタＴ
ｒ１１のベースに与えられる。微分回路の信号電圧は、
抵抗Ｒ６、トランジスタＴｒ８、抵抗Ｒ８を通じてトラ
ンジスタ’ｒｒ１２のベースに与えられる。

コンパレータは、トランジスタＴｒ１１、’ｒｒ１２と
、エミッタ同士がつながっているトランジスタＴｒ１３
、’ｒｒ１４と、これとコレクタ同士でつながっている
トランジスタＴｒ１５、Ｔｒ１６などよりなる。

トランジスタＴｒ９　、Ｔｒｌｏ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型のトランジスタＴｒ９　、ＴｒｌＯ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Ｔｒ９のコレクタは、定電流回路Ｉ９をａ
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ＴｒｌＢ　、Ｔｒ１４のベースも、Ｔｒ９
のコレクタに接続しである。

トランジスタＴｒｌＯ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Ｔｒｌｌ　、ＴｒｌＢのコレクタと接続されてい
る。

トランジスタＴｒ１５　、ＴＥ１６のエミッタは接地さ
れ、トランジスタＴｒ１６のベース、コレクタは接続さ
れている。

トランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１６はコンパレータを構成し
、出力は、トランジスタＴｒ１５のコレクタになる。

トランジスタＴｒｌｌ　、ＴｒｌＢのベース電圧が比較
される。Ｔｒｌｌのベース電圧は’／ｃ、Ｔｒ１２のベ
ース電圧は（Ｕ±ΔＶ）である。

Ｔｒｌｌノベース電圧が、ＴｒｌＢのそれより低ければ
、ＴｒｌＢ、ＴＥ１４（７）ニーＸ電流がＴｒｌｌ、Ｔ
ｒｌＢのベース電流より大きくなる。ＴｒｌＢのベース
電流が減少するので、ＴｒｌＢのコレクタ電流が減少し
、コレクタ電流圧が下る。つまり、トランジスタＴｒ１
５のコレクタＸの電圧が下る０ Ｔｒｌｌのベース電圧が、ＴｒｌＢのそれより高ければ
、（１９） 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Ｔｒ１７の直列体が接続される。トランジスタＴ
ｒ１７のベースがＸ点に接続される。

トランジスタＴｒ１７のコレクタは抵抗Ｒ９、Ｒ１０ヲ
介して、トランジスタ’ｒｒ１８、ＴＥ２１のベースに
つながっている。

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

Ｘ点の電圧が高い時、トランジスタＴｒ１７は導通する
。これに応じ、トランジスタＴｒ１８、ＴＥ２１　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Ｉｌｌ、ＩＩ２、トランジスタＴｒ１８、Ｔｒｌｇ
、ＴＥ０１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ＩＩＩ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（２０） 電流回路Ｉｌｌにもつながっている。

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につながってい
る。コレクタは同時に、コンパレータをなすトランジス
タＴｒ１２のベースにつながっている。

定電流回路から、ＴｒｌＢ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。０％　ｆｓ　１１２は、６　＋　ｆ　＝
　１１２　（１） である。

定電流回路ＩＩＩから、ＴｒｌＢへ流れる電流をｇ１Ｔ
ｒ１９へ流れる電流をｈとする。ｇｓ　ｈ、Ｉｌｌの間
に、 ｇ　十ｈ　＝　Ｉｌｌ　（２） が成りたつ。

ＴＥ１９　、Ｔｒ２Ｑ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、 ｈ　：　ｆ　（３） という関係がある。

ＴＥ１７がオフの時、ＴｒｌＢは飽和する。ＴｒｌＢに
全てのＩｌｌが流れるから、ｒＸｈは０となる。つまり
ｅ　＝　工１２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
２だけ上昇する。これが上向きのヒステリシスである。

ＴｒｌＢのベース電圧が、Ｔｒｌｌのそれより高い時、
Ｘ点の電圧が下り、ＴＥ１７がオフになる。この時、帰
還電流ｅは正で、このため、ＴｒｌＢのベースは、Ｔｒ
８のエミッタＵよりＲ８１１２だけ高くなり、上向きヒ
ステリシス ＋ΔＶ　＝　Ｒ８１１２（４） を与える。

’ｒｒ１２のベース電圧が、Ｔｒｌｌのそれより低い時
、Ｘ点の電圧が上り、ＴＥ１７がオンになる。ＴｒｌＢ
はオフとなるので、１１１は全てＴＥ１９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　＝　１１２−Ｉｌｌ　（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、’ｒｒ１２のベースは、Ｔｒ８の
エミッタ電圧Ｕよりも、下向きヒステリシス−４Ｖ　：
　（１１２−Ｉｌｌ　）Ｒ８（６）だけ下降することに
なる。

となるように選べば、上向き、下向きビステリシスの絶
対値が等しくなる。

一例を述ヘル。Ｉｌｌ　＝　２０　μＡ　、　ＩＩ２　
＝　１０１１’　ｚＲ３：　ｌ　ｋΩとするとヒステリ
シスは±ΔＶ　＝　±　ＩＱｍＶ となる。

第３図（ａ）はトランジスタ’ｒｒ１２のベースの電圧
波（２３） 形を示す。Ｖｃより上では、Ｕ＋ΔＶ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＋ΔＶ）がＶｃより
高い場合、Ｔｒ１７はオフである。逆に（Ｕ−ΔＶ）が
Ｖｃより低い時Ｔｒ１７はオンである。

出力段Ｅは、Ｔｒ２１〜Ｔｒ２４のトランジスタ、Ｒ１
１〜Ｒ１’３の抵抗、ダイオードＤ３を含む。

定電流回路１１Ｂ、）ランジスタＴｒ２１の直列体が、
Ｖｃａとアースの間に接続される。

Ｔｒ２２のコレクタは抵抗Ｒ１１を介してＶｃａ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’ｒ２２のベースはＴｒ２１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Ｒ１Ｂ、（２
４） Ｔｒ２３、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のベースハ、Ｔｒ２
２（Ｄコレクタに、Ｔｒ２４０ベースはＴｒ２２のエミ
ッタに接続しである。

ダイオードＤ３は、Ｔｒ２Ｂのエミッタ、ベースに逆電
圧が掛かるのを防止する。出力ＥはＤ３とトランジスタ
Ｔｒ２４のコレクタの接続点よりとり出す。

（＋）　Ｕ＋ΔＶ　）　Ｖｃの場合 Ｔｒ１７のコレクタ電圧が上る。’ｒｒ２１がオンにな
る。Ｔｒ２２がオフになる。Ｔｒ２Ｂのベース電圧が上
り、’ｒｒ２４のベース電圧が下る。Ｔｒ２Ｂは導通し
、Ｔｒ２４は非導通になる。出力Ｅは′”Ｈ゛になる０ （ＩＩ）　Ｕ−ΔＹ　＜　Ｖｃ（Ｄ場合Ｔｒ１７のコレ
クタ電圧が下る。’ｒｒ２１がオフになる。’ｒｒ２２
がオンになる。Ｔｒ２３はオフになり、Ｔｒ２４はオン
になる。出力Ｅは”Ｌ　Ｉｍとなる。

ダイオードＤ３は、Ｔｒ２４のコレクタ電圧を、’ｒｒ
２Ｂのエミッタ電圧より、ｐｎ接合電圧降下分（０，６
Ｖ程度）だけ下ることにより、’ｒｒ２２が飽和した時
に、Ｔｒ２Ｂが半ば導通するのを防止する。

Ｄ３によってＴｒ２Ｂはより完全にオフとなることがで
きる。

第３図（′ｂ）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（ａ）８）こと
が分る。光信号の強弱に拘らず、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
かかわらないからである。

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（Ｔｒ８　、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。

（４）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Ｄ１、・・・・・・・・・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
Ｔｒ２の出力とトランジスタＴｒｉのベースを接続する
抵抗Ｒ１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ｔ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）微分信号を抵抗Ｒ５と外付はコンデンサＣｅｘｔ
の直列体によって平滑化し基準電位Ｖｃを得る平滑回路
Ｃと、 （４）微分信号に一定のヒステリシス電圧土ΔＶ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
（十ΔＶ）を加え、微分信号が基準電位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。

（２７） （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変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（２８） ィオードを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Ｖ。より低くなる。出力の範囲を広くとるため、ｖｏ
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）　Ｃｅｘｔを除いて、大きい容量のコンデンサや
、大きい値の抵抗を必要とせずモノリシックＩＣの形に
することができる。

【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例図。 （〜の実線Ｓは電流−電圧変換回路の出力Ｓを示し、破
線ｔは遅延回路の出力ｔ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）は光パワーが大きい場合の微分回路の出力Ｕ（又
はＵ）を示す。 第３図（ａ）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、に）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剤回路図。 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、ＳＲ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。（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）は信号
Ｓ８、Ｓ２、Ｓｌがコンパレータで二値化された場合の
パルス波形を示す。Ｗ３、Ｗ２、Ｗｌはそれぞれの二値
化パルスの幅である。 Ａ　・・・・・・・・・　電流−電圧変換回路Ｂ　・・
・・・・・・・　微　分　回　路Ｃ・・・・・・・・・
　平　滑　回　路Ｄ　・・・・・・・・・　比　較　回
　路Ｅ　・・・・・・・・・　出　力　段 ！１〜１１Ｂ・・・　定電流回路 Ｒ１〜Ｒｉａ　・・・　抵　抗 ＴｒＩＮｒｒ２４　・・・・・・　トランジスタｃ１　
、　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 特許出願人　住友電気工業株式会社 第２図 第３図 Ｕ土Ｎ 第４図 ｃｃ Ｍ５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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Ｔｒ２のエミツ、りとトラ
   ンジスタＴｒｉのベースとを抵抗ＲＩ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、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ｔ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、微分信号を抵抗Ｒ５と外付はコ
   ンデンサＣｅｘｔの直列体によって平滑化し基準電位Ｖ
   ｃを得る平滑回路Ｃと、微分信号に一定のヒステリシス
   電圧±ΔＶ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位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位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
   と、比較器の入力との間に接続された抵抗Ｒ８と、定電
   流回路Ｉｌｌ、１１２と、これらにコレクタが接続され
   エミッタが接地されたトランジスタＴｒ１９　、Ｔｒ２
   ０と、コレクタが定電流回路Ｉｌｌに接続され比較器の
   出力によってｏｎ、ｏｆ’ｆするトランジスタＴｒ１８
   とよりなり、トランジスタ’ｒｒ１ｇのベース、コレク
   タは互に接続されており、トランジスタＴｒ２０のコレ
   クタと比較器の入力及び抵抗Ｒ８の一端とを接続してあ
   り、トランジスタＴｒ１８にＩｌｌの全電流が流れる時
   に定電流回路１１２から一定電流１１２が微分回路の出
   力の方向へと抵抗Ｒ８を通って流れ、トランジスタＴｒ
   １８がオフの時に抵抗Ｒ８にはトランジスタＴｒ２０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。