特許 6208615 トランスインピーダンス増幅器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6208615

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】トランスインピーダンス増幅器

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/08 20060101AFI20170925BHJP

   H03G 3/20 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H03F3/08

   H03G3/20 D

【請求項の数】11

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-87955(P2014-87955)

(22)【出願日】2014年4月22日

(65)【公開番号】特開2015-207923(P2015-207923A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2016年7月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591230295

【氏名又は名称】ＮＴＴエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(72)【発明者】

【氏名】福山 裕之

(72)【発明者】

【氏名】野坂 秀之

(72)【発明者】

【氏名】十林 正俊

【審査官】 及川 尚人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２２３２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２８４５２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１０９８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０７６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３１０９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８８７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６０４５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｆ １／００−３／７２

Ｈ０３Ｇ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力するトランスインピーダンスコア回路と、
トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、
トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、
前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、
前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、
前記トランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、
ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、
一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された負荷抵抗と、
第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項2】

入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力するトランスインピーダンスコア回路と、
トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、
トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、
前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、
前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、
前記トランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、
ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、
一端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された第１の負荷抵抗と、
一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続された第２の負荷抵抗と、
第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項3】

非反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に出力する第１のトランスインピーダンスコア回路と、
反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に出力する第２のトランスインピーダンスコア回路と、
トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、
トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、
前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の差動非反転出力端子および反転出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、
前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、
前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、
ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、
一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された負荷抵抗と、
第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項4】

非反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に出力する第１のトランスインピーダンスコア回路と、
反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に出力する第２のトランスインピーダンスコア回路と、
トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、
トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、
前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の差動非反転出力端子および反転出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、
前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、
前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、
ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、
一端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された第１の負荷抵抗と、
一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続された第２の負荷抵抗と、
第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトランスインピーダンス増幅器において、
さらに、前記第１のトランジスタのコレクタ端子とトランスインピーダンス増幅器の出力端子との間に設けられた第１のバッファ増幅器を備えることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項6】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載のトランスインピーダンス増幅器において、
さらに、前記直流電圧参照電圧を発生する直流電圧参照電圧発生回路を備え、
前記直流電圧参照電圧発生回路は、
ベース端子が前記第１のトランジスタのベース端子に接続され、コレクタ端子が直流電圧参照電圧発生回路の出力端子に接続された第３のトランジスタと、
一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第３のトランジスタのコレクタ端子に接続された抵抗と、
第１の端子が前記第３のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続された定電流源とからなり、
前記直流電圧参照電圧発生回路の出力端子が前記第１の帰還増幅器の反転入力端子に接続されることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項7】

請求項５記載のトランスインピーダンス増幅器において、
さらに、前記直流電圧参照電圧を発生する直流電圧参照電圧発生回路を備え、
前記直流電圧参照電圧発生回路は、
ベース端子が前記第１のトランジスタのベース端子に接続された第３のトランジスタと、
一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第３のトランジスタのコレクタ端子に接続された抵抗と、
第１の端子が前記第３のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続された定電流源と、
前記第３のトランジスタのコレクタ端子と直流電圧参照電圧発生回路の出力端子との間に設けられた第２のバッファ増幅器とからなり、
前記直流電圧参照電圧発生回路の出力端子が前記第１の帰還増幅器の反転入力端子に接続されることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載のトランスインピーダンス増幅器において、
前記トランスインピーダンスコア回路の前記第２のトランジスタのサイズが前記第１のトランジスタのサイズよりも大きいことを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか１項に記載のトランスインピーダンス増幅器において、
さらに、前記トランスインピーダンスコア回路の出力端子および前記平均電圧検出回路の入力端子と、前記トランスインピーダンス増幅器の出力端子および前記振幅電圧検出回路の入力端子との間に設けられた線形増幅器を備えることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項10】

請求項９記載のトランスインピーダンス増幅器において、
前記線形増幅器は、可変利得の増幅器であり、
さらに、前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧と前記振幅電圧参照電圧とが一致するように前記線形増幅器の利得を制御する制御電圧バッファを備えることを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のトランスインピーダンス増幅器において、
前記第１の帰還増幅器の時定数は、前記第２の帰還増幅器の時定数よりも短いことを特徴とするトランスインピーダンス増幅器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光通信システムの受信器において広く用いられているトランスインピーダンス増幅器に関し、特に直流入力耐性の大きなトランスインピーダンス増幅器の構成方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

光通信システムの受信器は、受信した光信号を電圧信号に変換する。この機能を実現するための構成として、受信した光信号をフォトダイオードによって電流信号に変換し、更に得られた電流信号をトランスインピーダンス増幅器によって電圧信号に変換する構成が広く採用されている。トランスインピーダンス増幅器の回路構成としては、例えば、非特許文献１に記載されている図１４のような回路構成、あるいは、非特許文献２に記載されている図１５のような回路構成が知られている。

【0003】

図１４の回路構成のトランスインピーダンス増幅器は、トランジスタＱ１Ｅと抵抗Ｒ１Ｅとからなるエミッタ接地増幅器による構成である。図１４の回路構成のトランスインピーダンス増幅器によれば、入力端子に入力された電流信号Ｉｉｎは抵抗ＲＦ１Ｅを流れる。トランジスタＱ１Ｅは、入力された電流信号Ｉｉｎが抵抗ＲＦ１Ｅを流れることによって入力端子に発生した電圧を増幅し、トランジスタＱ２１Ｅのベースに出力する。トランジスタＱ２１Ｅは、電流源Ｉ２１Ｅとの組み合わせによりバッファ増幅器として機能しており、トランジスタＱ１Ｅと抵抗Ｒ１Ｅとからなるエミッタ接地増幅器が増幅した電圧信号Ｖｏｕｔを出力端子に出力する。

【0004】

図１５の回路構成のトランスインピーダンス増幅器は、トランジスタＱ１と抵抗Ｒ１とからなるベース接地増幅器による構成である。図１５の回路構成のトランスインピーダンス増幅器によれば、入力端子に入力された電流信号ＩｉｎはトランジスタＱ１のエミッタに入力され、その大部分は負荷抵抗Ｒ１を流れる。このため、トランジスタＱ２１のベースには、入力された電流信号ＩｉｎをＲ１倍した電圧が出力される。トランジスタＱ２１は、電流源Ｉ２１との組み合わせによりバッファ増幅器として機能しており、トランジスタＱ１と抵抗Ｒ１とからなるベース接地増幅器が増幅した電圧信号Ｖｏｕｔを出力端子に出力する。トランジスタＱ１のベース電圧は、一定の電圧値ＶＢＢに固定されている。また、トランジスタＱ１を流れる直流電流値は、必要な電圧利得値と帯域が得られるよう、電流源Ｉ１によってある一定値に固定されている。

【0005】

また、光通信システムによっては、光の位相変調信号を利用して送受信を行っている場合がある。その場合、受信器内部の光復調器により、受信した光信号を２つの相補的な光の強度変調信号に変換したのち、更に、フォトダイオードとトランスインピーダンス増幅器によって、光の強度変調信号を相補的な電圧信号に変換している。このとき、図１４や図１５のようなトランスインピーダンス増幅器を２並列用意し、その出力を差動増幅器で増幅して差動電圧信号を得ることもできるが、非特許文献３に記載されている図１６のよな差動トランスインピーダンス増幅器を用いて差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮを得ることもできる。この回路構成は、図１４のエミッタ接地増幅器を差動化したものである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】H.Fukuyama，et al.，“InPhGaAs DHBT PARALLEL FEEDBACK AMPLIFIER WITH 14-dB GAJN AND 91-GHz BANDWIDTH”，2004 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials，pp.659-662，2004

【非特許文献2】J.Martinez-Castillo，et al.，“Transimpedance Amplifiers for Optical Fiber Systems Based on Common-Base Transistors”，Proceedings of the 1999 IEEE International Symposium on Circuits and Systems，Volume 6，pp.85-88，1999

【非特許文献3】H.Fukuyama，et al.，“Two-channel InP HBT Differential Automaticgain-controlled Transimpedance Amplifier IC for 43-Gbit/s DQPSK photoreceiver”，Compound Semiconductor IC Symposium 2008，H.2，pp.145-148，Oct.2008

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

通信システムの仕様により、入力電流振幅に大きなダイナミックレンジが要求される場合がある。エミッタ接地増幅器によるトランスインピーダンス増幅器の場合には、一般に、高感度化のために大きな利得を有するよう設計されているため、大きな電流振幅を持つ信号が入力されると出力が飽和する。出力が飽和しないように利得を下げて設計すると、今度は小さい電流振幅を持つ信号に対する感度が悪化するという問題がある。また、直流電流を吸収するためには、入力に電流引き抜き回路を設ける必要が生じ、雑音特性が悪化して更に感度が悪化する。

【0008】

ベース接地増幅器によるトランスインピーダンス増幅器の場合にも、電流源Ｉ１によるバイアス電流値を上回る電流信号が入力された場合、出力が飽和する。この出力飽和を防止するためには、バイアス電流値を、入力されうる最大の電流入力値以上に設定する必要があるが、この場合は消費電力の増大を招く。バイアス電流値を入力されうる最大の電流入力値以上に設定し、入力信号が小さい条件で動作させ続けると、無駄な電力を消費していることになる。更に、ベース接地増幅器の出力信号Ｖｏｕｔの電圧値は入力信号Ｉｉｎの直流値に依存して変化する。これにより、トランスインピーダンス増幅器に接続される次段増幅器の入力端子の直流電圧も変動してしまい、次段増幅器を最適なバイアス点で動作させることができなくなる。

【0009】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、消費電力増大させることなく広い線形動作領域を得ることができるトランスインピーダンス増幅器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のトランスインピーダンス増幅器は、入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力するトランスインピーダンスコア回路と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、前記トランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された負荷抵抗と、第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするものである。

【0011】

また、本発明のトランスインピーダンス増幅器は、入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力するトランスインピーダンスコア回路と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記トランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、前記トランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、一端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された第１の負荷抵抗と、一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続された第２の負荷抵抗と、第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするものである。

【0012】

また、本発明のトランスインピーダンス増幅器は、非反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に出力する第１のトランスインピーダンスコア回路と、反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に出力する第２のトランスインピーダンスコア回路と、トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の差動非反転出力端子および反転出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された負荷抵抗と、第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするものである。

【0013】

また、本発明のトランスインピーダンス増幅器は、非反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に出力する第１のトランスインピーダンスコア回路と、反転入力端子に入力された電流信号を増幅すると同時に電圧信号に変換してトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に出力する第２のトランスインピーダンスコア回路と、トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路と、トランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子に出力される電圧信号の振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路と、前記平均電圧検出回路が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の差動非反転出力端子および反転出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける第１の帰還増幅器と、前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子および反転出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧との差電圧を増幅し、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける第２の帰還増幅器とを備え、前記第１のトランスインピーダンスコア回路および前記第２のトランスインピーダンスコア回路は、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第１のトランジスタと、ベース端子が前記第２の帰還増幅器の非反転出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続された第２のトランジスタと、一端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続され、他端が前記第１のトランジスタのコレクタ端子に接続された第１の負荷抵抗と、一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第２のトランジスタのコレクタ端子に接続された第２の負荷抵抗と、第１の端子が前記第１、第２のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続され、電流制御端子が前記第１の帰還増幅器の非反転出力端子に接続された可変電流源とからなることを特徴とするものである。

【0014】

また、本発明のトランスインピーダンス増幅器の１構成例は、さらに、前記第１のトランジスタのコレクタ端子とトランスインピーダンス増幅器の出力端子との間に設けられた第１のバッファ増幅器を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のトランスインピーダンス増幅器の１構成例は、さらに、前記直流電圧参照電圧を発生する直流電圧参照電圧発生回路を備え、前記直流電圧参照電圧発生回路は、ベース端子が前記第１のトランジスタのベース端子に接続され、コレクタ端子が直流電圧参照電圧発生回路の出力端子に接続された第３のトランジスタと、一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第３のトランジスタのコレクタ端子に接続された抵抗と、第１の端子が前記第３のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続された定電流源とからなり、前記直流電圧参照電圧発生回路の出力端子が前記第１の帰還増幅器の反転入力端子に接続されることを特徴とするものである。

【0015】

また、本発明のトランスインピーダンス増幅器の１構成例は、さらに、前記直流電圧参照電圧を発生する直流電圧参照電圧発生回路を備え、前記直流電圧参照電圧発生回路は、ベース端子が前記第１のトランジスタのベース端子に接続された第３のトランジスタと、一端が正側電源電圧に接続され、他端が前記第３のトランジスタのコレクタ端子に接続された抵抗と、第１の端子が前記第３のトランジスタのエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧に接続された定電流源と、前記第３のトランジスタのコレクタ端子と直流電圧参照電圧発生回路の出力端子との間に設けられた第２のバッファ増幅器とからなり、前記直流電圧参照電圧発生回路の出力端子が前記第１の帰還増幅器の反転入力端子に接続されることを特徴とするものである。
また、本発明のトランスインピーダンス増幅器の１構成例は、前記トランスインピーダンスコア回路の前記第２のトランジスタのサイズが前記第１のトランジスタのサイズよりも大きいことを特徴とするものである。
また、本発明のトランスインピーダンス増幅器の１構成例は、さらに、前記トランスインピーダンスコア回路の出力端子および前記平均電圧検出回路の入力端子と、前記トランスインピーダンス増幅器の出力端子および前記振幅電圧検出回路の入力端子との間に設けられた線形増幅器を備えることを特徴とするものである。
また、本発明のトランスインピーダンス増幅器の１構成例は、さらに、前記振幅電圧検出回路が検出した振幅電圧と前記振幅電圧参照電圧とが一致するように前記線形増幅器の利得を制御する制御電圧バッファを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のトランスインピーダンス増幅器の１構成例において、前記第１の帰還増幅器の時定数は、前記第２の帰還増幅器の時定数よりも短いことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、トランスインピーダンスコア回路と平均電圧検出回路と振幅電圧検出回路と第１、第２の帰還増幅器とを設け、トランスインピーダンスコア回路を第１、第２のトランジスタと負荷抵抗と可変電流源とから構成することにより、トランスインピーダンスコア回路の出力振幅が歪むことなく線形性を保つことができ、トランスインピーダンス増幅器に接続される次段増幅器の入力端子の直流電圧を最適な一定値に保つことができる。それに加え、本発明では、トランスインピーダンス増幅器の入力端子に入力される電流信号が小さい場合には、トランスインピーダンスコア回路の可変電流源による引き抜き電流量も電流信号に応じた小さい値に制御されるため、トランスインピーダンス増幅器の消費電力を削減することができる。

【0017】

また、本発明では、トランスインピーダンスコア回路の第１のトランジスタの負荷抵抗を２つに分割することにより、トランスインピーダンスコア回路の最小利得時の歪特性を良好な特性にすることができる。

【0018】

また、本発明では、第１のトランジスタのコレクタ端子とトランスインピーダンス増幅器の出力端子との間に設けられた第１のバッファ増幅器を設けることにより、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続される後段回路に対する駆動力を増加させることができると共に、後段回路からの影響がトランスインピーダンスコア回路の出力に及ぶことを防止することができる。

【0019】

また、本発明では、直流電圧参照電圧発生回路を、第３のトランジスタと抵抗と定電流源とから構成することにより、直流電圧参照電圧発生回路から出力する直流電圧参照電圧を、トランスインピーダンス増幅器の入力電流値に依存せず一定の値に保つことができる。

【0020】

また、本発明では、トランスインピーダンスコア回路の第２のトランジスタのサイズを第１のトランジスタのサイズよりも大きくすることにより、トランスインピーダンス増幅器の許容する最大入力電流振幅を大きくすることができ、トランスインピーダンス増幅器のダイナミックレンジを拡大することができる。

【0021】

また、本発明では、トランスインピーダンスコア回路の出力端子および平均電圧検出回路の入力端子と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子および振幅電圧検出回路の入力端子との間に線形増幅器を設けることにより、トランスインピーダンス増幅器のダイナミックレンジを拡大することができる。

【0022】

また、本発明では、線形増幅器を可変利得の増幅器とすることにより、トランスインピーダンス増幅器のダイナミックレンジを更に拡大することができる。

【0023】

また、本発明では、第１の帰還増幅器の時定数を、第２の帰還増幅器の時定数よりも短くすることにより、第１のトランジスタの負荷抵抗を流れる電流成分が変更される過程において、この負荷抵抗を流れる直流電流成分の変化分が可変電流源によって速やかに補償されるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図2】本発明の第２の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図3】本発明の第１、第２の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の効果を説明する図である。

【図4】本発明の第３の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図5】本発明の第４の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図6】本発明の第５の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図7】本発明の第６の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図8】本発明の第７の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図9】本発明の第７の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の別の構成を示す回路図である。

【図10】本発明の第８の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図11】本発明の第９の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図12】本発明の第１０の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図13】本発明の第１１の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図14】従来のトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。

【図15】従来のトランスインピーダンス増幅器の別の構成を示す回路図である。

【図16】従来のトランスインピーダンス増幅器の別の構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図である。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、入力端子に入力された電流信号Ｉｉｎを増幅すると同時に電圧信号Ｖｏｕｔに変換するトランスインピーダンスコア回路１と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号Ｖｏｕｔの平均直流電圧を検出する平均電圧検出回路２と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号Ｖｏｕｔの振幅電圧を検出する振幅電圧検出回路３と、平均電圧検出回路２が検出した平均直流電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の直流電位を示す直流電圧参照電圧Ｖｒｅｆ１との差電圧を増幅し、トランスインピーダンスコア回路１のトランジスタに流れる電流量を調整するよう負帰還をかける帰還増幅器４と、振幅電圧検出回路３が検出した振幅電圧とトランスインピーダンス増幅器の出力端子における所望の信号振幅を示す振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２との差電圧を増幅し、トランスインピーダンスコア回路１のトランジスタのベース電圧を調整するよう負帰還をかける帰還増幅器５とから構成される。

【0026】

トランスインピーダンスコア回路１は、ベース端子が帰還増幅器５の反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続されたトランジスタＱ１と、ベース端子が帰還増幅器５の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の入力端子に接続されたトランジスタＱ２と、一端が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、他端がトランジスタＱ１のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ１と、第１の端子がトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続され、電流制御端子が帰還増幅器４の非反転出力端子に接続された可変電流源Ｉ１とから構成される。

【0027】

本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器では、トランスインピーダンスコア回路１のトランジスタＱ１，Ｑ２の回路構成により、入力端子に入力された電流信号Ｉｉｎは、トランジスタＱ１，Ｑ２のベース端子に入力される制御電圧の差電圧（帰還増幅器５の非反転出力電圧と反転出力電圧との差電圧）に依存して、トランジスタＱ１を流れる電流とトランジスタＱ２を流れる電流に分離される。このうち、負荷抵抗Ｒ１によって電圧信号Ｖｏｕｔに変換される電流成分は、トランジスタＱ１を流れる電流信号のみとなる。

【0028】

負荷抵抗Ｒ１によって得られた電圧信号Ｖｏｕｔの振幅電圧は、振幅電圧検出回路３によって検出される。帰還増幅器５は、振幅電圧検出回路３によって検出された振幅電圧と所定の振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２との差電圧を増幅して、トランジスタＱ１，Ｑ２のベース端子に負帰還をかける。これにより、振幅電圧検出回路３が検出した振幅電圧と振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２とが一致するように、トランジスタＱ１を流れる電流とトランジスタＱ２を流れる電流との分流比が調整される。こうして、電圧信号Ｖｏｕｔのピーク値が正側電源電圧ＶＣＣと電圧信号Ｖｏｕｔの平均値との間に来るように、電圧信号Ｖｏｕｔの振幅をある一定の値に保つことができる。

【0029】

また、電圧信号Ｖｏｕｔの平均電圧、すなわち直流電圧は、平均電圧検出回路２によって検出される。帰還増幅器４は、平均電圧検出回路２によって検出された直流電圧と所定の直流電圧参照電圧Ｖｒｅｆ１との差電圧を増幅して、可変電流源１の電流値を調整するよう負帰還をかける。これにより、トランスインピーダンスコア回路１におけるトランジスタＱ１を流れる電流とトランジスタＱ２を流れる電流との分流比の変化を加味した上で、負荷抵抗Ｒ１を流れる直流電流値が一定に保たれる。その結果、トランスインピーダンス増幅器の出力端子の直流電位は一定に保たれる。つまり、トランジスタＱ１，Ｑ２のベース端子に入力される制御電圧の調整過程において、トランスインピーダンス増幅器の入力端子に入力された電流信号Ｉｉｎの直流成分のうち、負荷抵抗Ｒ１を流れる電流成分は変化するが、変化分は可変電流源Ｉ１によって補償され、負荷抵抗Ｒ１を流れる直流電流成分は一定値に保たれ続ける。こうして、平均電圧検出回路２が検出した平均直流電圧と直流電圧参照電圧Ｖｒｅｆ１とが一致するように制御される。逆に、帰還増幅器４による負帰還がなく、可変電流源Ｉ１の電流値が一定の場合には、帰還増幅器５による負帰還により、トランスインピーダンスコア回路１におけるトランジスタＱ１を流れる電流とトランジスタＱ２を流れる電流との分流比の変化により、トランスインピーダンス増幅器の出力端子の直流電位は一定に保てなくなる。

【0030】

以上のように、本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器によれば、トランスインピーダンスコア回路１の出力振幅が歪むことなく線形性を保つことができ、トランスインピーダンス増幅器に接続される次段増幅器の入力端子の直流電圧を最適な一定値に保つことができる。それに加え、トランスインピーダンス増幅器の入力端子に入力される電流信号Ｉｉｎが小さい場合には、可変電流源Ｉ１による引き抜き電流量も電流信号Ｉｉｎに応じた小さい値に制御されるため、トランスインピーダンス増幅器の消費電力も削減される。

【0031】

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、第１の実施の形態のトランスインピーダンス増幅器において、トランスインピーダンスコア回路１の出力端子（トランジスタＱ１のコレクタ端子と負荷抵抗Ｒ１との接続点）と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子並びに平均電圧検出回路２および振幅電圧検出回路３の入力端子との間にバッファ増幅器６を設けたものである。

【0032】

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、さらにバッファ増幅器６を設けることにより、トランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続される後段回路に対する駆動力を増加させることができると共に、後段回路からの影響がトランスインピーダンスコア回路１の出力に及ぶことを防止することができる。

【0033】

図３は、第１、第２の実施の形態の効果を確認するために、図２の回路構成を差動化した場合にトランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号Ｖｏｕｔの全高調波歪と、図１５に示した従来の回路構成を差動化した場合にトランスインピーダンス増幅器の出力端子に出力される電圧信号Ｖｏｕｔの全高調波歪とを比較した図である。図３における３０は図１５の従来の回路構成を差動化したトランスインピーダンス増幅器の全高調波歪を示し、３１は本実施の形態の回路構成を差動化したトランスインピーダンス増幅器の全高調波歪を示している。

【0034】

従来例の回路構成によれば、差動入力電流振幅が０．５ｍＡｐｐｄを超えると、５％程度以上の全高調波歪が出力波形に現れるのに対して、本実施の形態の回路構成によれば、差動入力電流振幅が０．５ｍＡｐｐｄを超えても、全高調波歪の顕著な悪化は発生せず、なおかつ３ｍＡｐｐｄを超える差動入力電流振幅であっても、全高調波歪が０．２％程度に抑圧されている。

【0035】

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は本発明の第３の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、第１の実施の形態のトランスインピーダンス増幅器において、トランスインピーダンスコア回路１の出力端子（トランジスタＱ１のコレクタ端子と負荷抵抗Ｒ１との接続点）および平均電圧検出回路２の入力端子と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子および振幅電圧検出回路３の入力端子との間に線形増幅器７を設けたものである。

【0036】

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができ、さらに線形増幅器７を設けることにより、線形増幅器７が無い場合と比較してトランスインピーダンスコア回路１の利得を下げることができるので、トランスインピーダンス増幅器のダイナミックレンジを拡大することができる。

【0037】

なお、本実施の形態では、１つの線形増幅器７を設けているが、トランスインピーダンスコア回路１の出力端子および平均電圧検出回路２の入力端子と、トランスインピーダンス増幅器の出力端子および振幅電圧検出回路３の入力端子との間に、縦続接続した複数の線形増幅器７を設けるようにしてもよい。
また、本実施の形態では、線形増幅器７を第１の実施の形態に適用した例を示しているが、これに限るものではなく、第２、第３の実施の形態および後述する第４の実施の形態に適用してもよい。

【0038】

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図５は本発明の第４の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、第１の実施の形態のトランスインピーダンス増幅器において、トランスインピーダンスコア回路１の代わりにトランスインピーダンスコア回路１ａを設けたものである。

【0039】

トランスインピーダンスコア回路１ａは、トランジスタＱ１，Ｑ２と、可変電流源Ｉ１と、一端がトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続され、他端がトランジスタＱ１のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ１Ａと、一端が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、他端がトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ１Ｂとから構成される。このように、本実施の形態では、トランジスタＱ１の負荷抵抗をＲ１Ａ，Ｒ１Ｂの２つに分割し、Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂの接続点にトランジスタＱ２のコレクタ端子を接続するようにしている。

【0040】

第１の実施の形態では、トランスインピーダンスコア回路１の単体トランスインピーダンス利得を０〜Ｒ１の範囲で変化させることができる。これに対して、本実施の形態のトランスインピーダンスコア回路１ａでは、単体トランスインピーダンス利得をＲ１Ｂ〜（Ｒ１Ａ＋Ｒ１Ｂ）の範囲でしか変化できなくなり、最小利得値に制約が生じる。しかし、本実施の形態のトランスインピーダンスコア回路１ａの最小利得時の歪特性は、第１の実施の形態のトランスインピーダンスコア回路１の同じトランスインピーダンス利得時の歪特性に比べて、良好な特性を示すという利点がある。

【0041】

なお、本実施の形態では、トランスインピーダンスコア回路１ａを第１の実施の形態に適用した例を示しているが、これに限るものではなく、第２、第３の実施の形態に適用してもよい。

【0042】

また、第１〜第４の実施の形態では、振幅電圧検出回路３の出力端子を帰還増幅器５の非反転入力端子に接続し、振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２を帰還増幅器５の反転入力端子に入力しているが、このような接続の仕方は１例であって、これに限るものではなく、トランスインピーダンス増幅器の出力端子における電圧信号Ｖｏｕｔの振幅電圧と振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２とが一致するように負帰還をかけることができれば、別の接続の仕方であってもよい。例えば振幅電圧検出回路でトランスインピーダンス増幅器の出力端子におけるピーク電圧と出力端子における平均電圧とを別々に検出して帰還増幅器５に別々に入力し、帰還増幅器５の内部でトランスインピーダンス増幅器の出力端子における振幅電圧が算出されるようにしてもよい。別の接続の仕方については以下の実施の形態で説明する。

【0043】

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図６は本発明の第５の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第１の実施の形態の回路構成を具体化した例を示すものである。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、トランスインピーダンスコア回路１と、平均電圧検出回路２と、振幅電圧検出回路３と、帰還増幅器４，５と、直流電圧参照電圧発生回路８と、振幅電圧参照電圧発生回路９とから構成される。

【0044】

トランスインピーダンスコア回路１の構成は第１の実施の形態で説明したとおりであるが、本実施の形態では、可変電流源Ｉ１として、ベース端子（可変電流源Ｉ１の電流制御端子）が帰還増幅器４の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ端子に接続されたトランジスタＱ１０と、一端がトランジスタＱ１０のエミッタ端子に接続され、他端が負側電源電圧ＶＥＥに接続された抵抗Ｒ１０とからなるものを使用している。なお、可変電流源Ｉ１として、他の既知の電圧制御電流源を利用してもよい。

【0045】

平均電圧検出回路２は、一端（平均電圧検出回路２の入力端子）がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続された抵抗Ｒ３１と、一端が抵抗Ｒ３１の他端に接続され、他端が負側電源電圧ＶＥＥに接続されたコンデンサＣ３０とから構成される。平均電圧検出回路２の出力端子（抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３０との接続点）は、帰還増幅器４の非反転入力端子に接続される。ここでは、平均電圧検出回路２をＲＣフィルタにより構成しているが、他の既知の低域フィルタ回路を利用してもよい。

【0046】

直流電圧参照電圧発生回路８は、ベース端子が帰還増幅器５の反転出力端子に接続されたトランジスタＱ５１と、一端が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、他端がトランジスタＱ５１のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ５１と、第１の端子がトランジスタＱ５１のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ５１とから構成される。直流電圧参照電圧発生回路８の出力端子（トランジスタＱ５１のコレクタ端子と負荷抵抗Ｒ５１との接続点）は、帰還増幅器４の反転入力端子に接続される。

【0047】

直流電圧参照電圧Ｖｒｅｆ１は既知の定電圧発生回路を利用して発生させてもよいが、本実施の形態では、直流電圧参照電圧発生回路８として、トランジスタＱ１と同一の回路定数を有するトランジスタＱ５１と、負荷抵抗Ｒ１と同一の回路定数を有する負荷抵抗Ｒ５１と、定電流源Ｉ５１とからなるベース接地回路を用いる。このベース接地回路は、トランジスタＱ１と負荷抵抗Ｒ１とからなるベース接地増幅器の複製回路となる。定電流源Ｉ５１の電流値は、例えばトランスインピーダンス増幅器の入力端子への信号入力が無入力状態のときの可変電流源Ｉ１の電流値に合わせておく。直流電圧参照電圧発生回路８としてベース接地増幅器の複製回路を利用すると、直流電圧参照電圧発生回路８の出力端子の電圧、すなわち直流電圧参照電圧Ｖｒｅｆ１を、トランスインピーダンス増幅器の入力電流値に依存せず一定の値に保つことができるという利点がある。

【0048】

振幅電圧検出回路３は、ベース端子（振幅電圧検出回路３の第１の入力端子）がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４１と、ベース端子がトランジスタＱ４１のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４３と、ベース端子（振幅電圧検出回路３の第２の入力端子）が平均電圧検出回路２の出力端子（抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３０との接続点）に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４４と、ベース端子がトランジスタＱ４４のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４５と、一端がトランジスタＱ４１のエミッタ端子に接続され、他端が負側電源電圧ＶＥＥに接続されたコンデンサＣ４１と、第１の端子がトランジスタＱ４５のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ４２とから構成される。振幅電圧検出回路３の出力端子（トランジスタＱ４５のエミッタ端子と定電流源Ｉ４２との接続点）は、帰還増幅器５の反転入力端子に接続される。

【0049】

振幅電圧参照電圧発生回路９は、一端がトランジスタＱ４３のエミッタ端子に接続された抵抗Ｒ４１と、第１の端子が抵抗Ｒ４１の他端に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ４１とから構成される。振幅電圧参照電圧発生回路９の出力端子（抵抗Ｒ４１と定電流源Ｉ４１との接続点）は、帰還増幅器５の非反転入力端子に接続される。

【0050】

トランジスタＱ４１とコンデンサＣ４１とは、トランスインピーダンス増幅器の出力端子における電圧信号Ｖｏｕｔのピーク電圧を検出するピーク検出回路を構成している。本実施の形態では、振幅電圧検出回路３においても電圧信号Ｖｏｕｔの平均電圧を必要とするため、平均電圧検出回路２の出力を振幅電圧検出回路３の第２の入力としている。トランジスタＱ４１とコンデンサＣ４１とからなるピーク検出回路はトランジスタＱ４１のベース−エミッタ間ダイオード特性を利用する動作原理のため、トランジスタＱ４１のエミッタ端子の直流電位は、抵抗Ｒ３１とコンデンサＣ３０とからなる平均電圧検出回路２の出力端子の直流電位よりもトランジスタＱ４１のベース−エミッタ間電圧分低い値となっている。このため、トランジスタＱ４４を平均電圧検出回路２の出力に付加して、電圧信号Ｖｏｕｔの平均電圧よりもベース−エミッタ間電圧分低い電圧を生成することにより、ピーク検出回路の出力の直流電位と平均電圧検出回路２の出力の直流電位とを揃えている。

【0051】

トランジスタＱ４３と定電流源Ｉ４１とは、エミッタフォロアを利用したバッファとなっており、同様にトランジスタＱ４５と定電流源Ｉ４２とは、エミッタフォロアを利用したバッファとなっている。トランジスタＱ４３のエミッタ端子と定電流源Ｉ４１との間には抵抗Ｒ４１が挿入されており、トランジスタＱ４３のエミッタ端子電圧よりも（Ｒ４１の抵抗値×定電流源Ｉ４１の電流値）だけ低い電圧が帰還増幅器５の非反転入力端子に入力される。このため、帰還増幅器５は、（電圧信号Ｖｏｕｔのピーク電圧）−（電圧信号Ｖｏｕｔの平均電圧）−（Ｒ４１の抵抗値×定電流源Ｉ４１の電流値）の電圧を増幅することになる。

【0052】

電圧信号Ｖｏｕｔのピーク電圧から電圧信号Ｖｏｕｔの平均電圧を引いた値は電圧信号Ｖｏｕｔの振幅であるから、（Ｒ４１の抵抗値×定電流源Ｉ４１の電流値）の値が電圧信号Ｖｏｕｔの所望の振幅を示す振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２になるように、抵抗Ｒ４１と定電流源Ｉ４１を設定すると、帰還増幅器５は電圧信号Ｖｏｕｔの振幅と振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２との差を増幅することになる。
帰還増幅器４，５としては、既知の差動増幅器を利用すればよい。

【0053】

こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態のトランスインピーダンス増幅器の具体的な回路構成を実現することができ、第１の実施の形態で説明した効果を得ることができる。

【0054】

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図７は本発明の第６の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１、図６と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第２の実施の形態の回路構成を具体化した例を示すものである。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、トランスインピーダンスコア回路１と、平均電圧検出回路２と、振幅電圧検出回路３と、帰還増幅器４，５と、バッファ増幅器６と、直流電圧参照電圧発生回路８ａと、振幅電圧参照電圧発生回路９とから構成される。

【0055】

バッファ増幅器６は、ベース端子（バッファ増幅器６の入力端子）がトランスインピーダンスコア回路１の出力端子（トランジスタＱ１のコレクタ端子と負荷抵抗Ｒ１との接続点）に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、エミッタ端子（バッファ増幅器６の出力端子）がトランスインピーダンス増幅器の出力端子に接続されたトランジスタＱ２１と、第１の端子がトランジスタＱ２１のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ２１とから構成される。このように、本実施の形態では、バッファ増幅器６としてエミッタフォロア回路を用いている。

【0056】

こうして、本実施の形態では、第２の実施の形態のトランスインピーダンス増幅器の具体的な回路構成を実現することができ、第２の実施の形態で説明した効果を得ることができる。

【0057】

なお、トランスインピーダンス増幅器の出力端子の直流電位は、第１の実施の形態と比較してトランジスタＱ２１のベース−エミッタ間電圧分低い値となる。そこで、本実施の形態では、直流電圧参照電圧発生回路８ａにバッファ増幅器６と同様のバッファ増幅器（エミッタフォロア回路）を設けている。具体的には、このバッファ増幅器は、ベース端子がトランジスタＱ５１のコレクタ端子と負荷抵抗Ｒ５１との接続点（直流電圧参照電圧発生回路８の出力端子）に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ５２と、第１の端子がトランジスタＱ５２のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ５２とから構成される。直流電圧参照電圧発生回路８ａの出力端子（トランジスタＱ５２のエミッタ端子と定電流源Ｉ５２との接続点）は、帰還増幅器４の反転入力端子に接続される。

【0058】

［第７の実施の形態］
第５、第６の実施の形態の構成では、トランスインピーダンスコア回路１のトランジスタＱ１，Ｑ２のベース電圧を、帰還増幅器５の差動出力により制御しているが、本発明で意図した作用は、トランジスタＱ１，Ｑ２のベース電圧の差電圧に負帰還がかかりさえすれば得ることができる。このため、図８に示すように、トランジスタＱ１，Ｑ５１のベース端子に一定の制御基準電圧Ｖｒｅｆ３を与えるようにしてもよい。この場合、帰還増幅器５は、制御基準電圧Ｖｒｅｆ３に対して、必要な差電圧が生じるよう、非反転出力端子に単相出力電圧を発生する。

【0059】

また、図９に示すように、トランジスタＱ２のベース端子に一定の制御基準電圧Ｖｒｅｆ３を与えるようにしてもよい。図９に示した構成の場合、帰還増幅器５は、制御基準電圧Ｖｒｅｆ３に対して、必要な差電圧が生じるよう、反転出力端子に単相出力電圧を発生する。

【0060】

制御基準電圧Ｖｒｅｆ３は、トランスインピーダンス増幅器の出力端子の直流電位が所望の値であるときに、トランジスタＱ１，Ｑ２のうち制御基準電圧Ｖｒｅｆ３が入力されない方のトランジスタのベース端子に帰還増幅器５から入力される直流電位と等しくなるように設定すればよい。制御基準電圧Ｖｒｅｆ３を発生する回路（不図示）としては、既知の定電圧発生回路を利用すればよい。

【0061】

なお、本実施の形態では、第６の実施の形態の構成においてトランジスタＱ１またはＱ２に制御基準電圧Ｖｒｅｆ３を与えているが、図６に示した第５の実施の形態の構成においてトランジスタＱ１またはＱ２に制御基準電圧Ｖｒｅｆ３を与えてもよいことは言うまでもない。

【0062】

［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。図１０は本発明の第８の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１、図６、図７と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第２の実施の形態に第４の実施の形態を適用した回路構成を具体化した例を示すものである。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、トランスインピーダンスコア回路１ａと、平均電圧検出回路２と、振幅電圧検出回路３と、帰還増幅器４，５と、バッファ増幅器６と、直流電圧参照電圧発生回路８ａと、振幅電圧参照電圧発生回路９とから構成される。
トランスインピーダンスコア回路１ａの特徴は第４の実施の形態で説明したとおりである。その他の回路構成は第６の実施の形態で説明したとおりである。

【0063】

［第９の実施の形態］
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。図１１は本発明の第９の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１、図６、図７と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、差動電流入力が可能となるように、第６の実施の形態の回路構成を変更したものである。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、トランスインピーダンスコア回路１ｂと、平均電圧検出回路２ｂと、振幅電圧検出回路３ｂと、帰還増幅器４，５と、バッファ増幅器６ｂと、直流電圧参照電圧発生回路８ａと、振幅電圧参照電圧発生回路９とから構成される。

【0064】

トランスインピーダンスコア回路１ｂは、ベース端子が帰還増幅器５の反転出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の非反転入力端子に接続されたトランジスタＱ１と、ベース端子が帰還増幅器５の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の非反転入力端子に接続されたトランジスタＱ２と、ベース端子が帰還増幅器５の反転出力端子に接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の反転入力端子に接続されたトランジスタＱ３と、ベース端子が帰還増幅器５の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、エミッタ端子がトランスインピーダンス増幅器の反転入力端子に接続されたトランジスタＱ４と、一端が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、他端がトランジスタＱ１のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ１と、一端が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、他端がトランジスタＱ３のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ２と、第１の端子がトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続され、電流制御端子が帰還増幅器４の非反転出力端子に接続された可変電流源Ｉ１と、第１の端子がトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続され、電流制御端子が帰還増幅器４の非反転出力端子に接続された可変電流源Ｉ２とから構成される。トランスインピーダンス増幅器の入力端子には、差動入力電流信号ＩｉｎＰ，ＩｉｎＮが入力される。

【0065】

第５の実施の形態で説明したとおり、可変電流源Ｉ１はトランジスタＱ１０と抵抗Ｒ１０とから構成される。
可変電流源Ｉ２は、ベース端子（可変電流源Ｉ２の電流制御端子）が帰還増幅器４の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子がトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタ端子に接続されたトランジスタＱ１１と、一端がトランジスタＱ１１のエミッタ端子に接続され、他端が負側電源電圧ＶＥＥに接続された抵抗Ｒ１１とから構成される。

【0066】

バッファ増幅器６ｂは、ベース端子（バッファ増幅器６ｂの非反転入力端子）がトランスインピーダンスコア回路１ｂの非反転出力端子（トランジスタＱ１のコレクタ端子と負荷抵抗Ｒ１との接続点）に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、エミッタ端子（バッファ増幅器６ｂの非反転出力端子）がトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に接続されたトランジスタＱ２１と、第１の端子がトランジスタＱ２１のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ２１と、ベース端子（バッファ増幅器６ｂの反転入力端子）がトランスインピーダンスコア回路１ｂの反転出力端子（トランジスタＱ３のコレクタ端子と負荷抵抗Ｒ２との接続点）に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、エミッタ端子（バッファ増幅器６ｂの反転出力端子）がトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に接続されたトランジスタＱ２２と、第１の端子がトランジスタＱ２２のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ２２とから構成される。このように、バッファ増幅器６ｂは、トランジスタＱ２１と定電流源Ｉ２１とからなるエミッタフォロア回路と、トランジスタＱ２２と定電流源Ｉ２２とからなるエミッタフォロア回路を有する。

【0067】

平均電圧検出回路２ｂは、一端（平均電圧検出回路２ｂの第１の入力端子）がトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に接続された抵抗Ｒ３１と、一端（平均電圧検出回路２ｂの第２の入力端子）がトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に接続された抵抗Ｒ３２と、一端が抵抗Ｒ３１，Ｒ３２の他端に接続され、他端が負側電源電圧ＶＥＥに接続されたコンデンサＣ３０とから構成される。平均電圧検出回路２ｂの出力端子（抵抗Ｒ３１，Ｒ３２とコンデンサＣ３０との接続点）は、帰還増幅器４の非反転入力端子に接続される。
直流電圧参照電圧発生回路８ａの構成は第５、第６の実施の形態で説明したとおりである。

【0068】

振幅電圧検出回路３ｂは、ベース端子（振幅電圧検出回路３ｂの第１の入力端子）がトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４１と、ベース端子（振幅電圧検出回路３ｂの第２の入力端子）がトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４２と、ベース端子がトランジスタＱ４１，Ｑ４２のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４３と、ベース端子（振幅電圧検出回路３ｂの第３の入力端子）が平均電圧検出回路２ｂの出力端子（抵抗Ｒ３１，Ｒ３２とコンデンサＣ３０との接続点）に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４４と、ベース端子がトランジスタＱ４４のエミッタ端子に接続され、コレクタ端子が正側電源電圧ＶＣＣに接続されたトランジスタＱ４５と、一端がトランジスタＱ４１，Ｑ４２のエミッタ端子に接続され、他端が負側電源電圧ＶＥＥに接続されたコンデンサＣ４１と、第１の端子がトランジスタＱ４５のエミッタ端子に接続され、第２の端子が負側電源電圧ＶＥＥに接続された定電流源Ｉ４２とから構成される。振幅電圧検出回路３ｂの出力端子（トランジスタＱ４５のエミッタ端子と定電流源Ｉ４２との接続点）は、帰還増幅器５の反転入力端子に接続される。振幅電圧検出回路３ｂのうちトランジスタＱ４１，Ｑ４２とコンデンサＣ４１とは、差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮのピーク電圧を検出するピーク検出回路を構成している。

【0069】

振幅電圧参照電圧発生回路９の構成は第５の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第６の実施の形態の回路構成を差動化したトランスインピーダンス増幅器を実現することができる。本実施の形態では、平均電圧検出回路２ｂと振幅電圧検出回路３ｂとが、相補的な差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮを同時にモニタし、非反転入力信号と反転入力信号に対して同一の制御電圧を発生しているので、非反転入力信号に対する増幅作用と反転入力信号に対する増幅作用の対称性が良好に保てるという利点がある。また、本実施の形態では、平均電圧検出回路２ｂと振幅電圧検出回路３ｂ内のピーク検出回路とが相補的な差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮを入力としているので、平均電圧検出回路２ｂとピーク検出回路の出力電圧の収束が早いという利点がある。

【0070】

［第１０の実施の形態］
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。図１２は本発明の第１０の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１、図６、図７、図１０と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、差動電流入力が可能となるように、第８の実施の形態の回路構成を変更したものである。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、トランスインピーダンスコア回路１ｃと、平均電圧検出回路２ｂと、振幅電圧検出回路３ｂと、帰還増幅器４，５と、バッファ増幅器６ｂと、直流電圧参照電圧発生回路８ａと、振幅電圧参照電圧発生回路９とから構成される。

【0071】

トランスインピーダンスコア回路１ｃは、トランジスタＱ１〜Ｑ４と、可変電流源Ｉ１，Ｉ２と、一端がトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続され、他端がトランジスタＱ１のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ１Ａと、一端が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、他端がトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ１Ｂと、一端がトランジスタＱ４のコレクタ端子に接続され、他端がトランジスタＱ３のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ２Ａと、一端が正側電源電圧ＶＣＣに接続され、他端がトランジスタＱ４のコレクタ端子に接続された負荷抵抗Ｒ２Ｂとから構成される。

【0072】

その他の構成は第９の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態では、第８の実施の形態の回路構成を差動化したトランスインピーダンス増幅器を実現することができる。

【0073】

［第１１の実施の形態］
次に、本発明の第１１の実施の形態について説明する。図１３は本発明の第１１の実施の形態に係るトランスインピーダンス増幅器の構成を示す回路図であり、図１、図６、図７、図１０、図１１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、第９の実施の形態の回路構成において、バッファ増幅器６ｂの出力端子とトランスインピーダンス増幅器の出力端子との間に線形増幅器７を設けたものである。本実施の形態のトランスインピーダンス増幅器は、トランスインピーダンスコア回路１ｂと、平均電圧検出回路２ｂと、振幅電圧検出回路３ｃと、帰還増幅器４，５と、バッファ増幅器６ｂと、直流電圧参照電圧発生回路８ａと、振幅電圧参照電圧発生回路９と、制御電圧バッファ１０，１１とから構成される。

【0074】

トランスインピーダンスコア回路１ｂ、平均電圧検出回路２ｂ、帰還増幅器４，５、バッファ増幅器６ｂ、直流電圧参照電圧発生回路８ａ、振幅電圧参照電圧発生回路９については第９の実施の形態で説明したとおりである。

【0075】

線形増幅器７の非反転入力端子はバッファ増幅器６ｂの非反転出力端子（トランジスタＱ２１のエミッタ端子）に接続され、反転入力端子はバッファ増幅器６ｂの反転出力端子（トランジスタＱ２２のエミッタ端子）に接続されている。線形増幅器７の非反転出力端子はトランスインピーダンス増幅器の非反転出力端子に接続され、反転出力端子はトランスインピーダンス増幅器の反転出力端子に接続されている。

【0076】

本実施の形態では、線形増幅器７として可変利得の線形増幅器を用いており、制御電圧バッファ１０から出力される制御電圧により線形増幅器７の利得が制御される。制御電圧バッファ１０の非反転入力端子は帰還増幅器５の非反転出力端子に接続され、反転入力端子は帰還増幅器５の反転出力端子に接続されている。制御電圧バッファ１０は、差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮの振幅電圧が（Ｒ４１の抵抗値×定電流源Ｉ４１の電流値）で決定される振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きくなると、線形増幅器７の利得を下げるように制御電圧を出力し、差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮの振幅電圧が振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さくなると、線形増幅器７の利得を上げるように制御電圧を出力する。これにより、差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮの振幅電圧が振幅電圧参照電圧Ｖｒｅｆ２と一致するよう制御される。こうして、トランジスタＱ１を流れる電流とトランジスタＱ２を流れる電流との分流比の調整およびトランジスタＱ３を流れる電流とトランジスタＱ４を流れる電流との分流比の調整と相俟って、差動出力電圧信号ＶｏｕｔＰ，ＶｏｕｔＮの振幅を一定の値に保つことができる。

【0077】

制御電圧バッファ１１の非反転入力端子は帰還増幅器５の非反転出力端子に接続され、反転入力端子は帰還増幅器５の反転出力端子に接続されている。制御電圧バッファ１１の非反転出力端子はトランジスタＱ２，Ｑ４のベース端子に接続され、反転出力端子はトランジスタＱ１，Ｑ３のベース端子に接続されている。

【0078】

振幅電圧検出回路３ｃは、トランジスタＱ４１〜Ｑ４５と、コンデンサＣ４１と、定電流源Ｉ４２と、一端がバッファ増幅器６ｂの非反転出力端子（トランジスタＱ２１のエミッタ端子）に接続された抵抗Ｒ４２と、一端がバッファ増幅器６ｂの反転出力端子（トランジスタＱ２２のエミッタ端子）に接続された抵抗Ｒ４３と、一端が抵抗Ｒ４２，Ｒ４３の他端に接続され、他端が負側電源電圧ＶＥＥに接続されたコンデンサＣ４２とから構成される。

【0079】

本実施の形態では、平均電圧検出回路２ｂがバッファ増幅器６ｂの出力で平均電圧を検出しているのに対し、振幅電圧検出回路３ｃはトランスインピーダンス増幅器の出力の振幅電圧を検出しているため、平均電圧検出回路２ｂの検出結果を振幅電圧検出回路３ｃで利用することができない。そこで、振幅電圧検出回路３ｃ内に抵抗Ｒ４２，Ｒ４３とコンデンサＣ４２とからなる平均電圧検出回路を新設している。この平均電圧検出回路の出力端子（抵抗Ｒ４２，Ｒ４３とコンデンサＣ４２との接続点）をトランジスタＱ４４のベース端子に接続している。

【0080】

なお、線形増幅器７は本実施の形態のみではなく、他の実施の形態においても設けることができる。線形増幅器７は、固定利得のものでも、本実施の形態のように可変利得のものでもよい。特に、線形増幅器が利得可変であると、トランスインピーダンス増幅器の入力端子における入力電流振幅のダイナミックレンジを、トランスインピーダンスコア回路と線形増幅器の２つの増幅器で吸収することができるようになるので、トランスインピーダンス増幅器のダイナミックレンジを更に拡大できるという利点がある。

【0081】

なお、第１〜第１１の実施の形態において、トランジスタＱ２のサイズは、トランジスタＱ１のサイズと同一である必要はない。むしろ、トランジスタＱ２のサイズを、トランジスタＱ１より大きく設定すると、より大きなダイナミックレンジが得られるという利点が生じる。すなわち、トランジスタＱ２のサイズが、トランジスタＱ１のサイズのＮ倍である場合、トランジスタＱ２が許容できる最大直流電流値も、トランジスタＱ１の許容できる最大電流値のＮ倍となる。このため、トランジスタＱ２のサイズがトランジスタＱ１のサイズのＮ倍である場合と、トランジスタＱ２のサイズがトランジスタＱ１のサイズに等しい場合とで、トランスインピーダンス増幅器の許容する最大入力電流振幅を比較すると、トランジスタＱ２のサイズがトランジスタＱ１のサイズのＮ倍の場合、トランジスタＱ２のサイズがトランジスタＱ１のサイズに等しい場合と比較して概ね（Ｎ＋１）／２倍の大きさの入力電流振幅が許容できるようになる。同様に、トランジスタＱ４のサイズを、トランジスタＱ３より大きく設定すると、より大きなダイナミックレンジが得られるという利点が生じる。トランジスタのサイズを変更する方法としては、文字通りエミッタサイズの異なるトランジスタを使用することでも実現できるが、トランジスタを並列に接続することによっても実効的なトランジスタサイズを変更することができる。

【0082】

また、第１〜第１１の実施の形態において、帰還増幅器４の時定数は、帰還増幅器５の時定数よりも短く設定する必要がある。その理由は、振幅電圧検出回路３，３ｂ，３ｃの出力を受けて、トランジスタＱ１〜Ｑ４のベース端子に入力される制御電圧が調整され、トランスインピーダンス増幅器の入力端子に入力された電流信号のうち、抵抗Ｒ１，Ｒ３を流れる電流成分が変更される過程において、抵抗Ｒ１，Ｒ３を流れる直流電流成分の変化分が可変電流源Ｉ１，Ｉ２によって速やかに補償されるようにするためである。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明は、トランスインピーダンス増幅器に適用することができる。

【符号の説明】

【0084】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…トランスインピーダンスコア回路、２，２ｂ…平均電圧検出回路、３，３ｂ，３ｃ…振幅電圧検出回路、４，５…帰還増幅器、６，６ｂ…バッファ増幅器、７…線形増幅器、８，８ａ…直流電圧参照電圧発生回路、９…振幅電圧参照電圧発生回路、１０，１１…制御電圧バッファ、Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ１０，Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ４１，Ｑ４２，Ｑ４３〜Ｑ４５，Ｑ５１，Ｑ５２…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ１Ａ，Ｒ１Ｂ，Ｒ２，Ｒ２Ａ，Ｒ２Ｂ，Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３，Ｒ５１…抵抗、Ｃ３０，Ｃ４１，Ｃ４２…コンデンサ、Ｉ１，Ｉ２…可変電流源、Ｉ２１，Ｉ２２，Ｉ４１，Ｉ４２，Ｉ５１，Ｉ５２…定電流源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】