JP2009033378A - 光受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】並列帰還型差動増幅回路部の帯域劣化を防止しつつ、小型化が可能な光受信装置を提供する。
【解決手段】光受信装置１は、光信号を受信する受光素子部であるフォトダイオード２と、フォトダイオード２の出力を一入力（ＩＮ１）とする並列帰還型差動増幅回路部３の差動アンプ部３ａと、差動アンプ部３ａの他入力（ＩＮ２）に設けられ、フォトダイオード２に近似したインピーダンスを有する分布定数回路部４とを備えた。分布定数回路部４は、初段部４ａと、この初段部４ａに１以上カスケード接続された多段部４ｂとを備えている。そして、初段部４ａは、コンデンサＣ１を備え、このコンデンサＣ１の一方が入力ＩＮ２に接続されると共に、他方が接地されている。また、多段部４ｂは、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１とを備え、初段部４ａに抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ１の一方が接続されると共に、他方が接地されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光素子からの信号を増幅する並列帰還型差動増幅回路部を有する光受信装置に関する。

従来の光受信装置として特許文献１に記載された並列光受信器がある。この特許文献１に記載された並列光受信器は、並列帰還型差動増幅回路部の一入力に光信号を受信する受信用フォトダイオードを設け、他方の入力に光を入射しないダミーフォトダイオードを設け、この両フォトダイオードをモノリシックにて形成し、かつ同一バイアス条件としたものである。

このように並列帰還型差動増幅回路部に受信用フォトダイオードとダミーフォトダイオードとを入力するようにしたことで、並列帰還型差動増幅回路部の差動入力容量のマッチングを図ることができるので、高周波での帯域特性の劣化を防止することができる。
特開２０００−６８５５１号公報

しかし、特許文献１に記載の並列光受信器のように、並列帰還型差動増幅回路部の帯域劣化を防止するためにダミーフォトダイオードを形成すると、このフォトダイオードが集積回路上に占有する面積は大きいものなので、集積回路全体が大きいものになり、小型化の阻害要因となる。

そこで本発明は、並列帰還型差動増幅回路部の帯域劣化を防止しつつ、小型化が可能な光受信装置を提供することを目的とする。

本発明の光受信装置は、光信号を受信する受光素子部と、前記受光素子部の出力を一入力とする並列帰還型差動増幅回路部と、前記並列帰還型差動増幅回路部の他入力に設けられ、前記受光素子部に近似したインピーダンスを有する分布定数回路部とを備えたことを特徴とする。

本発明においては、並列帰還型差動増幅回路部の一入力に設けられた受光素子部と差動入力容量のマッチングを図ることができ、集積回路における占有面積を小さくすることができるので、並列帰還型差動増幅回路部の帯域劣化を防止しつつ、小型化が可能である。

本願の第１の発明は、光信号を受信する受光素子部と、受光素子部の出力を一入力とする並列帰還型差動増幅回路部と、並列帰還型差動増幅回路部の他入力に設けられ、受光素子部に近似したインピーダンスを有する分布定数回路部とを備えたことを特徴としたものである。

本発明の光受信装置は、並列帰還型差動増幅回路部の他入力に、受光素子部に近似したインピーダンスを有した分布定数回路部が設けられているので、並列帰還型差動増幅回路部の一入力に設けられた受光素子部と差動入力容量のマッチングを図ることができる。従って、並列帰還型差動増幅回路部が入力容量の不整合により発生する帯域劣化が大きく生じることが防止できる。また、分布定数回路部は、受動素子のみで形成することができ、ダミーとしたフォトダイオードのように受光する必要もないので、集積回路における占有面積を小さくすることができる。

本願の第２の発明は、分布定数回路部は、コンデンサを接地した初段部に、抵抗を介してコンデンサを接地した多段部を１以上カスケード接続したものであることを特徴としたものである。

本願の第２の発明においては、分布定数回路部を、コンデンサを接地した初段部に、抵抗を介してコンデンサを接地した多段部を１以上カスケード接続しているので、モノリシックで集積回路を形成するときに、容易に形成することができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る光受信装置を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る光受信装置の構成を説明する図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る光受信装置１は、集積回路であり、フロントモニタの前段増幅回路である。

光受信装置１は、受光素子部であるフォトダイオード２と、並列帰還型差動増幅回路部３と、分布定数回路部４とを備えている。

フォトダイオード２は、光信号を受信して電気信号に変換する光電変換の機能を有している。フォトダイオード２は、カソードが並列帰還型差動増幅回路部３に接続され、アノードが接地されている。

並列帰還型差動増幅回路部３は、差動アンプ部３ａと、負帰還抵抗Ｒ１，Ｒ２を備えている。並列帰還型差動増幅回路部３は、差動アンプ部３ａの一入力である入力ＩＮ１にフォトダイオード２のカソードが接続されると共に、負帰還抵抗Ｒ１が接続されている。

また、差動アンプ部３ａの他入力である入力ＩＮ２に分布定数回路部４が接続されると共に、負帰還抵抗Ｒ２が接続されている。

負帰還抵抗Ｒ１は、差動アンプ部３ａの一出力である出力ＯＵＴ１に接続されている。また、負帰還抵抗Ｒ２は、差動アンプ部３ａの他出力である出力ＯＵＴ２に接続されている。勿論、並列帰還型差動増幅回路部３が、負帰還型増幅回路、もしくは非反転増幅回路であっても、同様な増幅回路部を構成できる。

分布定数回路部４は、初段部４ａと、この初段部４ａに１以上カスケード接続された多段部４ｂとを備えている。本実施の形態では、初段部４ａに３段の多段部４ｂを接続したものとしている。

初段部４ａは、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ４とを備え、このコンデンサＣ１に直列接続された抵抗Ｒ４が入力ＩＮ２に接続されると共に、コンデンサＣ１が接地されている。また、多段部４ｂは、抵抗Ｒ３，Ｒ４とコンデンサＣ１とを備え、初段部４ａに抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ１に直接接続された抵抗Ｒ４が接続されると共に、コンデンサＣ１が接地されている。

分布定数回路部４を、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ３，Ｒ４とで分布定数回路的に回路を構成することで、ダミーのフォトダイオードを搭載するよりはフォトダイオード２の特性と同一とすることができないが、フォトダイオード２のインピーダンスに近似させることができるので、差動アンプ部３ａの高周波での帯域特性の劣化を防止するに十分な入力容量を近似させることができる。

従って、分布定数回路部４は、多段部４ｂを初段部４ａに数多くカスケード接続すればするほど、よりフォトダイオード２の特性に近似させることができる。

しかし、多段部４ｂを多く備えれば備えるほど、フロントモニタに占める面積の割合が大きくなるので、本実施の形態では初段部４ａに３段の多段部４ｂを備えるようにした。

このように、本実施の形態に係る光受信装置１は、ダミーのフォトダイオードの代わりにコンデンサＣ１と抵抗Ｒ４とで構成される分布定数回路部４とすることで、ダミーのフォトダイオードの面積の１／２０〜１／３０の面積で分布定数回路部４を形成することができる。よって小型化が可能である。

この分布定数回路部４をウェハ上に形成した状態を、図２に基づいて説明する。図２は、図１に示す分布定数回路部４をウェハ上に形成した状態を示す図である。例えば、図１に示すフォトダイオード２が矩形状に形成されていれば、ウェハ上に形成される分布定数回路部４は、図２に示すような配線Ｌ１に沿って矩形状の領域を配置したものとするのが望ましい。この矩形状の領域は、幅Ｗが等幅に形成され、配線Ｌ１が一端辺に配置されている。配線Ｌ１が一端辺に配置されることで、それぞれの領域の間（ＡＢ間，ＢＣ間，ＣＤ間）の配線抵抗が抵抗Ｒ３となり、ＡＢ間，ＢＣ間，ＣＤ間の配線Ｌ１に対する容量がコンデンサＣ１となる。また、配線Ｌ１に接続するコンデンサＣ１には抵抗Ｒ４が分割されたフォトダイオード領域の内部抵抗として直列接続している。このように抵抗Ｒ３、Ｒ４およびコンデンサＣ１で分布定数回路部４を形成することで、よりフォトダイオード２のインピーダンスに近似させることができる。

また、フォトダイオードが円形状に形成されていれば、ウェハ上に形成される分布定数回路部は、同心円状の領域を配置したものとするのが望ましい。そうした場合の光受信装置を図３および図４に基づいて説明する。図３は、本発明の他の実施の形態に係る光受信装置の構成を説明する図である。図４は、図３に示す分布定数回路部をウェハ上に形成した状態を示す図である。なお、図３においては、図１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、本発明の他の実施の形態に係る光受信装置１０は、分布定数回路部１１として、初段部１１ａと、この初段部１１ａに１以上カスケード接続された多段部１１ｂとを備えている。

図４に示すように、フォトダイオード２を円形状に形成したときのウェハ上に形成される分布定数回路部１１は、半径方向を等間隔に配線Ｌ２〜Ｌ５で区画した同心円状の領域を、配線Ｌ６で接続する。

分布定数回路部１１を同心円状に形成することで、コンデンサＣ１４は、ａからｂｃ間の中間位置までを半径とした円形領域の容量であり、抵抗Ｒ４４はこの円形領域の抵抗であり、抵抗Ｒ３３は、配線Ｌ６のａｂ間と、ｂｃ間の中間位置までとの線間抵抗となる。また、コンデンサＣ１３は、ｂｃ間の中間からｃｄ間の中間位置までのドーナツ形状領域の容量となり、抵抗Ｒ４３は、この領域の抵抗となり、抵抗Ｒ３２は、ｂｃ間の中間からｃｄ間の中間位置までの線間抵抗となる。このようにして順次、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３３，Ｒ４１〜Ｒ４４と、コンデンサＣ１１〜Ｃ１４を規定することができる。

このように、コンデンサＣ１１〜Ｃ１４と、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３３と、抵抗Ｒ４１〜Ｒ４３とで、分布定数回路部１１を形成することで、フォトダイオード２のインピーダンスに近似させることができる。

本発明は、並列帰還型差動増幅回路部の帯域劣化を防止しつつ、小型化が可能なので、受光素子からの信号を増幅する並列帰還型差動増幅回路部を有する光受信装置に好適である。

本発明の実施の形態に係る光受信装置の構成を説明する図 図１に示す分布定数回路部をウェハ上に形成した状態を示す図 本発明の他の実施の形態に係る光受信装置の構成を説明する図 図３に示す分布定数回路部をウェハ上に形成した状態を示す図

符号の説明

１，１０ 光受信装置
２ フォトダイオード
３ 並列帰還型差動増幅回路部
３ａ 差動アンプ部
４，１１ 分布定数回路部
４ａ，１１ａ 初段部
４ｂ，１１ｂ 多段部
Ｒ１〜Ｒ４，Ｒ３１〜Ｒ３３，Ｒ４１〜Ｒ４４ 抵抗
Ｃ１，Ｃ１１〜Ｃ１４ コンデンサ
ＩＮ１，ＩＮ２ 入力
ＯＵＴ１，ＯＵＴ２ 出力

Claims (2)

1. 光信号を受信する受光素子部と、
   前記受光素子部の出力を一入力とする並列帰還型差動増幅回路部と、
   前記並列帰還型差動増幅回路部の他入力に設けられ、前記受光素子部に近似したインピーダンスを有する分布定数回路部とを備えたことを特徴とする光受信装置。
2. 前記分布定数回路部は、コンデンサを接地した初段部に、抵抗を介してコンデンサを接地した多段部を１以上カスケード接続したものであることを特徴とする請求項１記載の光受信装置。

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