跨导放大器

摘要

一种增益切换判定电路(250)，采用第一磁滞特性比较/判定来自级间缓冲电路(230)的比较输入电压(Vc)，并根据比较/判定结果来将增益切换信号(SEL)输出到第一和第二跨导放大器核心电路(210，220)，从而切换核心电路的增益。这样，能避免将具有长的响应时间的比较输入电压保持在用于增益切换判定的电平保持电路中，从而实现瞬时增益切换判定和与脉冲数据相应的瞬时响应。

权利要求

1.一种跨导放大器，其特征在于包括：

第一跨导放大器核心电路，包括输入端和输出端，以所需的增益将输入到输入端的电流放大，并从输出端将该信号作为电压信号输出；

第二跨导放大器核心电路，具有与采用开路输入端的所述第一跨导放大器核心电路的配置相同的配置；

级间缓冲电路，对从所述第一跨导放大器核心电路和所述第二跨导放大器核心电路输出的电压信号进行差分放大，并将该信号作为差分输出信号输出；和增益切换判定电路，接收从所述级间缓冲电路作为比较输入电压输出的差分输出信号，并根据通过采用第一磁滞特性来比较/判定比较输入电压所得到的结果，将用来切换所述第一跨导放大器核心电路和所述第二跨导放大器核心电路的增益的增益切换信号输出，其中，所述第一跨导放大器核心电路和所述第二跨导放大器核心电路根据从所述增益切换判定电路输出的增益切换信号来切换增益。

2.根据权利要求1的跨导放大器，其特征在于，所述第一跨导放大器核心电路还包括：增益切换电路，根据从所述增益切换判定电路输出的增益切换信号来切换反馈电阻值，和放大电路，与所述增益切换电路并联连接，以由所述增益切换电路的电阻值确定的增益放大输入到输入端的电流，并从输出端将该电流作为电压信号输出。

3.根据权利要求2的跨导放大器，其特征在于，所述增益切换电路包括作为开关的MOS晶体管，所述开关用来切换反馈电阻值。

4.根据权利要求3的跨导放大器，其特征在于，MOS晶体管包括NMOS晶体管，将该NMOS晶体管的衬底端子接地，其中，接地电势低于源极电势。

5.根据权利要求2的跨导放大器，其特征在于，所述第一跨导放大器核心电路还包括：开环增益切换电路，在切换所述增益切换电路的反馈电阻值时切换开环增益。

6.根据权利要求1的跨导放大器，其特征在于，所述增益切换判定电路包括重置电路，根据外部控制信号来将来自所述增益切换判定电路的输出初始化。

7.根据权利要求1的跨导放大器，其特征在于，所述第二跨导放大器核心电路还包括：滤波器电路，将从所述第二跨导放大器核心电路输出的电压信号的高频分量衰减。

8.根据权利要求7的跨导放大器，其特征在于，所述滤波器电路包括电容元件。

9.根据权利要求7的跨导放大器，其特征在于，所述第一跨导放大器核心电路还包括：增益切换电路，根据从所述增益切换判定电路输出的增益切换信号来切换反馈电阻值，和放大电路，包括连接到输入端的信号输入端和连接到输出端的信号输出端，该放大电路与所述增益切换电路并联连接，以由所述增益切换电路的反馈电阻值确定的增益放大输入到信号输入端的电流，并将该电流作为电压信号从信号输出端输出，和所述滤波器电路包括电容元件，所述电容元件包括两个连接端，所述两个连接端中的至少一个连接到所述第二跨导放大器核心电路的放大电路。

10.根据权利要求9的跨导放大器，其特征在于，将电容元件连接在放大电路的信号输入端和信号输出端之间。

11.根据权利要求9的跨导放大器，其特征在于，将电容元件连接在放大电路的信号输入端和预定电源电势之间。

12.根据权利要求9的跨导放大器，其特征在于，将电容元件连接在放大电路的信号输出端和预定电源电势之间。

13.根据权利要求9的跨导放大器，其特征在于，滤波器电路还包括开关，根据从所述增益切换判定电路输出的增益切换信号来使电容元件的至少一个连接端开路。

14.根据权利要求9的跨导放大器，其特征在于，滤波器电路还包括开关，除了所述增益切换电路选择使所述第二跨导放大器核心电路的增益最大化的反馈电阻值时以外，使电容元件的至少一个连接端开路。

15.根据权利要求13的跨导放大器，其特征在于，开关包括MOS晶体管。

16.根据权利要求1的跨导放大器，其特征在于，所述增益切换判定电路包括：增益切换比较器，根据通过采用第一磁滞特性来比较/判定比较输入电压所得到的结果，通过输出增益切换信号来切换所述第一跨导放大器核心电路和所述第二跨导放大器核心电路的增益，和增益固定电路，根据通过采用低于第一磁滞特性的第二磁滞特性来比较/判定比较输入电压所得到的结果，通过停止增益切换比较器的增益切换操作来固定所述第一跨导放大器核心电路和所述第二跨导放大器核心电路的增益。

17.根据权利要求16的跨导放大器，其特征在于：

增益固定电路包括：

数据检测比较器，根据通过采用第二磁滞特性来比较/判定比较输入电压所得到的结果来输出数据检测信号，和延时电路，通过将从数据检测比较器输出的数据检测信号延迟预定时间，来命令停止增益切换比较器的增益切换操作，和增益切换比较器包括输出固定电路，根据从延时电路输出的增益固定信号，通过停止增益切换操作来固定增益切换信号。

18.根据权利要求17的跨导放大器，其特征在于：

增益切换比较器包括重置电路，根据外部控制信号来将来自增益切换比较器的输出初始化，和数据检测比较器，包括重置电路，根据外部控制信号来将来自数据检测比较器的输出初始化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种跨导放大器，它接收通过采用光接收元件进行光电转换而得到的电流信号，并在光接收电路中将该信号转换/放大为电压信号，具体来讲，本发明涉及一种能处理具有较大动态范围的输入电流的跨导放大器。

背景技术

在光传输系统、光互连接、无源光网络(以下称作PON(无源光网络))系统等能执行高速数据传输的光传输电路中，将光信号转换为电信号的光接收电路采用跨导放大器。
跨导放大器接收通过采用光接收元件对所接收的光信号进行光电转换而得到的输入电流Iin，通过采用与反馈电阻器的值成比例的跨导增益来将电流转换为输出电压Vout，并输出该电压。
在这种类型的跨导放大器中，随着输入电流Iin的增大，输出电压Vout的幅度饱和，导致波形失真。因此，为了满足高灵敏度和宽动态范围特性二者的要求，通过随着输入电流Iin的增大而减小反馈电阻器的值，传统的跨导放大器减小了跨导增益，从而即使在接收到较大电流时，也能得到具有较小失真的输出电压Vout。
在参考文献1(Saruwatari，Sugawara，和Ibe，“Optical ReceiverCompatible with 156-Mbps Burst Signal”，IEICE transactions，1997，B-10-128)中披露了一种传统的跨导放大器。如图33所示，跨导放大器300是包括放大电路311和增益切换电路312的电路，并通过对从光接收元件100输出的输入电流Iin执行电压转换和信号放大而得到输出电压Vout。配置增益切换电路312以便使反馈电阻器RF与二极管D1并联连接。
在跨导放大器300中，随着输入电流Iin增大，在放大器电路311的输入端和输出端之间的电压差增大，并且与反馈电阻器RF并联插入的二极管D1导通。采用该操作，由于反馈电阻器的值等效减小，所以跨导增益减小。这使得即使输入较大电流的情况下，也能避免输出电压Vout的饱和。
另外，参考文献2(日本专利未审公开No.2000-252774)披露了另一种传统的跨导放大器，它被配置为不仅通过使二极管导通/截止来切换一个反馈电阻器RF的值而且切换/连接多个反馈电阻器的增益切换电路。如图34所示，跨导放大器400包括跨导放大器核心电路410和增益切换判定电路420。跨导放大器核电路410包括放大电路411和增益切换电路412，并且执行用于从光接收元件100输出的输入电流Iin的电压转换和信号放大。增益切换判定电路420根据来自跨导放大器核心电路410的输出电压Vout通过增益切换电路412来控制增益切换。
具体来讲，增益切换电路412包括其开关串连连接的多个反馈电阻器。增益切换判定电路420通过监控来自放大电路411的输出电压Vout的DC电平来得到增益切换信号SEL，并根据该增益切换信号SEL来开启/关闭增益切换电路412的开关，从而切换反馈电阻器的值。
在图34所示的情况下，增益切换判定电路420包括高电平保持电路、低电平保持电路和比较器423.在这种情况下，高电平保持电路包括运算放大器421、电容器C1和二极管D2，并且将来自跨导放大器400的输出电压Vout保持在高电平.低电平保持电路包括运算放大器422、电容器C2和二极管D3，并将输出电压Vout保持在低电平.比较器423通过确定两个保持电路保持的输出电压Vout的高电平和低电平之间的电势差为预定值或更大来执行切换判定.

发明内容

本发明要解决的问题
一种能执行高速数据传输的光传输系统，具体来讲，PON系统一般必须具有高灵敏度、宽的输入动态范围和脉冲(burst)响应特性。
参考图35，PON系统包括一个OLT(光线路终端)501和多个ONU(光网络单元)511到51n。光线路终端501通过例如光耦合器502和光纤503的无源器件与光网络单元511到51n连接。来自光网络单元511到51n的上行(从ONU到OLT)数据，即数据包521到52n，由于各自的路线之间的不同而在到达光线路终端501时的光功率不同。为此，用在光线路终端501的光接收电路的TIA(跨导放大器)必须具有宽的动态范围。
在图35的PON系统中，当给定的光网络单元传输数据包(数据包间隔)时，另一个光网络单元不能传输任何数据包。为了提高传输效率，有必要缩短数据包之间的时间。
如图36所示，称为前同步(preamble)的特定位531准备用于数据包520的标头(head)。光线路终端501采用用于数据包同步的前同步531。采用短的前同步531来执行数据包同步和接收随后的有效负载532使提高传输效率成为可能。
如上所述，由于在到达光线路终端501时的数据包之间的光功率的差Pd而使数据包520的信号幅度不同。为了提高传输效率，有必要执行具有短的前同步531的数据包同步并接收随后的有效负载532。这就使得采用能利用短的前同步531来瞬时切换增益的光接收电路成为必要。为此，光接收电路需要能瞬时响应并具有宽的动态范围的跨导放大器。
但是，根据上述传统技术，例如参考图33描述的传统跨导放大器300，由于二极管D1与反馈电阻器RF并联插入，当输入电流Iin增大时，输出电源Vout的DC传输特性大大失真，导致输出电压Vout波形的负载(duty)特性恶化。随着负载特性的恶化，数字误差导致传输特性的恶化。
参考图34所描述的传统的跨导放大器400能解决DC传输特性失真的问题。当增益切换判定电路420判定增益切换时，需要保持来自跨导放大器400的输出电压Vout的高电平和低电平，并且因此花费较多的时间来保持该电平，导致瞬时响应特性的恶化。也就是说，为了保证保持特性，有必要使电容器C1和C2具有大的电容。在这种情况下，由于对电容器C1和C2充电需要较多时间，因此瞬时响应很难实现。另外，在LSI中并入电容器C1和C2会增大布局面积。
为了实现具有高灵敏度的宽的动态范围，当增益切换电路412的反馈电阻器的数量增加两个或更多时，有必要通过采用增益切换判定算法来获知增益状态。随着电路配置复杂程度的提高，瞬时响应特性恶化。作为用来获知增益状态的电路的示例，例如，已知图37所示的保持电路430，其通过采用SR锁存电路431和432以及AND电路433的逻辑电路来保持状态。
另外，跨导放大器需要高速执行增益切换并在增益切换操作中具有稳定性。
图34所示的增益切换判定电路420总是通过采用运算放大器421、二极管D2、运算放大器422和二极管D3来将来自跨导放大器400的输出电压Vout的幅度与一基准值进行比较，并根据比较结果来控制增益切换电路412的切换。
为此，根据传统跨导放大器400，例如，当噪声与输入电路Iin混合时，增益切换电路由于噪声而误操作并执行增益切换，导致不稳定的输出幅度。特别是，在图36所示的数据包520的前同步531之后的有效负载532的间隔中，当由于噪声而发生增益切换时，尽管在输入电流Iin不改变，由于发生增益切换，因此输出电压Vout改变。这有时会导致不能正常接收有效负载532的数据位。
如上所述，所设计的达到具有高灵敏度的宽的输入动态范围的传统跨导放大器具有不能实现与脉冲数据相应的瞬时响应的问题。
另外，这种跨导放大器具有很难获得增益切换操作中的稳定性的问题，具体来讲，这种跨导放大器具有很难获得关于噪声的操作稳定性的问题。
解决问题的手段
完成了本发明以解决上述问题，本发明的目的是提供一种能实现高灵敏度和宽的动态范围并能实现与脉冲数据相对应的瞬时响应的跨导放大器。
本发明的另一目的是提供一种能实现增益切换操作的稳定性的跨导放大器，具体来讲，提供一种能实现关于噪声的操作稳定性的跨导放大器。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明，提供一种跨导放大器，其特征在于，包括：第一跨导放大器核心电路，包括输入端和输出端，以所需增益放大输入到输入端的电流，从输出端输出该信号作为电压信号；第二跨导放大器核心电路，具有与采用开路输入端的第一跨导放大器核心电路相同的配置；级间缓冲电路，对从第一跨导放大器核心电路和第二跨导放大器核心电路输出的电压信号进行差分放大，并将该信号作为差分输出信号输出；以及增益切换判定电路，接收从级间缓冲电路作为比较输入电压而输出的差分输出信号，并根据通过采用第一磁滞特性来比较/判定比较输入电压而得到的结果，输出用于第一跨导放大器核心电路和第二跨导放大器核心电路的切换增益的增益切换信号，其中，第一跨导放大器核心电路和第二跨导放大器核心电路根据从增益切换判定电路输出的增益切换信号来切换增益。
本发明的效果
根据本发明，根据通过采用第一磁滞特性比较/判定从级间缓冲电路作为差分输出信号而输出的比较输入电压所得到的结果，将增益切换信号输出到第一和第二跨导放大器核心电路，从而执行切换各个电路的增益的增益切换操作。本发明采用用来根据比较输入电压来判定是否有必要切换增益的磁滞特性，因此通过采用具有慢的响应时间的电平保持电路而不需要保持用于增益切换判定的比较输入电压。这使得能根据随着输入电流改变的比较输入电压来瞬时执行增益切换判定，并能实现与脉冲数据相对应的瞬时响应。

附图说明

图1是表示根据本发明的第一实施例的跨导放大器的配置的方框图；
图2是表示增益切换判定电路的配置的方框图；
图3是表示第一跨导放大器核心电路的配置的电路图；
图4是表示第二跨导放大器核心电路的配置的电路图；
图5A是表示输入电流的波形的示例的时序图；
图5B是表示来自第一跨导放大器核心电路的输出电压的波形的示例的时序图；
图5C是表示来自级间缓冲电路的反相输出电压和非反相输出电压的波形的示例的时序图；
图5D是表示增益切换比较器的比较输入电压的波形的示例的时序图；
图6是表示增益切换比较器具有的磁滞特性的示例的曲线图；
图7A是说明增益切换比较器的操作特性和表示输入电流和比较输入电压之间的关系的曲线图；
图7B是说明增益切换比较器的操作特性和表示增益切换信号的逻辑电平变化的曲线图；
图8A是表示图1所示的跨导放大器的操作的示例和输入电流随时间的改变的时序图；
图8B是表示图1所示的跨导放大器的操作的示例和比较输入电压随时间的改变的时序图；
图8C是表示图1所示的跨导放大器的操作的示例和增益切换信号的逻辑电平随时间的改变的时序图；
图9是表示根据本发明的第二实施例用于跨导放大器的增益切换判定电路的配置的电路图；
图10是表示根据本发明的第二实施例用于跨导放大器的第一跨导放大器核心电路的配置的示例的电路图；
图11是表示根据本发明的第二实施例用于跨导放大器的第二跨导放大器核心电路的配置的示例的电路图；
图12A是说明增益切换比较器的操作特性和表示输入电流和比较输入电压之间的关系的曲线图；
图12B是说明增益切换比较器的操作特性和表示第一增益切换信号的逻辑电平的变化的曲线图；
图12C是说明增益切换比较器的操作特性和表示开关253的状态变化的曲线图；
图12D是说明增益切换比较器的操作特性和表示第二增益切换信号的逻辑电平的变化的曲线图；
图12E是说明增益切换比较器的操作特性和表示开关SW1的状态变化的曲线图；
图12F是说明增益切换比较器的操作特性和表示开关SW2的状态变化的曲线图；
图12G是说明增益切换比较器的操作特性和表示第一和第二跨导放大器核心电路的增益变化的曲线图；
图13A是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明输入电流随时间变化的时序图；
图13B是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明比较输入电压随时间变化的时序图；
图13C是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明第一增益切换信号的逻辑电平随时间变化的时序图；
图13D是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明开关253的状态随时间变化的时序图；
图13E是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明第二增益切换信号的逻辑电平随时间变化的时序图；
图13F是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明开关SW1的状态随时间变化的时序图；
图13G是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明开关SW2的状态随时间变化的时序图；
图13H是表示根据本发明的第二实施例的跨导放大器的操作的示例和说明第一和第二跨导放大器核心电路的增益随时间变化的时序图；
图14是表示根据本发明的第三实施例的用于跨导放大器的跨导放大器核心电路的主要部件的配置的示例的电路图；
图15是表示根据本发明的第三实施例的用于跨导放大器的跨导放大器核心电路的主要部件的配置的另一示例的电路图；
图16是用来说明对跨导放大器核心电路进行增益切换控制的示图；
图17是表示根据本发明的第四实施例的用于跨导放大器的增益切换判定电路的增益切换比较器的配置的示例的电路图；
图18是表示根据本发明的第五实施例的跨导放大器的配置的方框图；
图19是表示第二跨导放大器核心电路的配置的电路图；
图20是表示根据本发明的第六实施例的用于跨导放大器的第二跨导放大器核心电路的配置的示例的电路图；
图21A是说明增益切换比较器的操作特性和表示输入电流和比较输入电压之间的关系的曲线图；
图21B是说明增益切换比较器的操作特性和表示第一增益切换信号的逻辑电平的变化的曲线图；
图21C是说明增益切换比较器的操作特性和表示开关253的状态变化的曲线图；
图21D是说明增益切换比较器的操作特性和表示第二增益切换信号的逻辑电平的变化的曲线图；
图21E是说明增益切换比较器的操作特性和表示开关SW1的状态变化的曲线图；
图21F是说明增益切换比较器的操作特性和表示开关SW2的状态变化的曲线图；
图21G是说明增益切换比较器的操作特性和表示开关SWc的状态变化的曲线图；
图21H是说明增益切换比较器的操作特性和表示第一和第二跨导放大器核心电路的增益的变化的曲线图；
图22A是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明输入电流随时间变化的时序图；
图22B是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明比较输入电压随时间变化的时序图；
图22C是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明第一增益切换信号的逻辑电平随时间变化的时序图；
图22D是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明开关253的状态随时间变化的时序图；
图22E是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明第二增益切换信号的逻辑电平随时间变化的时序图；
图22F是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明开关SW1的状态随时间变化的时序图；
图22G是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明开关SW2的状态随时间变化的时序图；
图22H是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明开关SWc的状态随时间变化的时序图；
图22I是表示根据本发明的第六实施例的跨导放大器的操作的示例和说明第一和第二跨导放大器核心电路的增益随时间变化的时序图；
图23是表示根据本发明的第七实施例的用于跨导放大器的第二夸大放大器核心电路的主要部件的配置的示例的电路图；
图24是表示根据本发明的第七实施例的用于跨导放大器的增益切换判定电路的配置的方框图；
图25是表示延时电路的具体示例的电路图；
图26A是表示输入电流的波形的示例的时序图；
图26B是表示来自第一和第二跨导放大器核心电路的输出电压的波形的示例的时序图；
图26C是表示来自级间缓冲电路的反相输出电压和非反相输出电压的波形的示例的时序图；
图26D是表示增益切换比较器的比较输入电压的波形的示例的时序图；
图27A是表示增益切换比较器具有的磁滞特性的示例的曲线图；
图27B是表示数据检测比较器具有的磁滞特性的示例的曲线图；
图28A是说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示输入电流和比较输入电压之间的关系的曲线图；
图28B是说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示数据检测信号的逻辑电平变化的曲线图；
图28C是说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示增益切换信号的逻辑电平变化的曲线图；
图29A表示根据本发明的第八实施例的跨导放大器的操作的示例和输入电流随时间改变的时序图；
图29B是表示根据本发明的第八实施例的跨导放大器的操作的示例和说明比较输入电压随时间变化的时序图；
图29C是表示根据本发明的第八实施例的跨导放大器的操作的示例和说明数据检测信号的逻辑电平随时间变化的时序图；
图29D是表示根据本发明的第八实施例的跨导放大器的操作的示例和增益固定信号的逻辑电平随时间变化的时序图；
图29E是表示根据本发明的第八实施例的跨导放大器的操作的示例和说明增益切换信号的逻辑电平随时间变化的时序图；
图30是表示根据本发明的第九实施例的用于跨导放大器的增益切换判定电路的配置的方框图；
图31A是说明说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示输入电流和比较输入电压之间的关系的曲线图；
图31B是说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示第一数据检测信号的逻辑电平变化的曲线图；
图31C是说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示第一增益切换信号的逻辑电平变化的曲线图；
图31D是说明说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示开关253的状态的变化的曲线图；
图31E是说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示第二数据检测信号的逻辑电平变化的曲线图；
图31F是说明增益切换比较器和数据检测比较器的操作特性和表示第二增益切换信号的逻辑电平变化的曲线图；
图32是表示本发明的第十实施例的用于跨导放大器的增益切换判定电路的增益切换比较器的配置的示例的电路图；
图33是表示传统跨导放大器的基本配置的电路图；
图34是表示另一个传统跨导放大器的基本配置的电路图；
图35表示常用的PON系统的配置的方框图；
图36是表示在常用的PON系统中作为上行数据传输的数据包的配置的示例的示图；和
图37是表示传统跨导放大器采用的保持电路的配置的示例的电路图。

具体实施方式

以下将参考附图来描述本发明的实施例。
[第一实施例]
将参考附图1和2来描述根据本发明的第一实施例的跨导放大器的配置。
在能执行高速数据传输的诸如光传输系统、光互连接或者无源光网络(OPN)系统等的光传输电路中，将由光接收元件100接收并通过光纤发送的光信号转换为电信号的光接收电路采用图1所示的跨导放大器200。
如图1所示，跨导放大器200主要包括第一跨导放大器核心电路210、第二跨导放大器核心电路220、级间缓冲电路230、输出缓冲电路240和增益切换判定电路250。
第一跨导放大器核心电路210包括放大电路211、增益切换电路212、输入端213和输出端214.输入端213与光接收元件100的输出端连接.放大电路211是执行用于从光接收元件100输入到输入端213的输入电流Iin的电压转换和信号放大，并将根据输入电流Iin改变的输出电压V1输出到输出端214.增益切换电路212是在输入端213和输出端214之间与放大电路211并联连接的电路，并根据来自增益切换判定电路250的增益切换信号SEL来切换放大电路211的跨导增益.
与第一跨导放大器核心电路210相同，第二跨导核心电路220包括放大电路221、增益切换电路222、输入端223和输出端224。但是，输入端223是开路的(open)，并且作为用于输出电压V1的基准电压，放大电路221从输出端224输出不随输入电流Iin变化的恒定输出电压V2。增益切换电路222第一跨导放大器核心电路210的增益切换电路212相同。
级间缓冲电路230是包括差分输入端的缓冲电路，其中，第一和第二跨导放大器核心电路210和220与级间缓冲电路230的差分输入端连接，该缓冲电路差分放大(例如，采用增益＝1)输入到差分输入端的输出电压V1和V2，并根据来自差分输出端的输出电压V3(非反相输出)和输出电压V4(反相输出)来输出作为差分输出信号的放大电压。
输出缓冲电路240是包括差分输入端的缓冲电路，其中，级间缓冲电路230的差分输出端与输出缓冲电路240的差分输入端连接，该缓冲电路差分放大输入到差分输入端的输出电压V3和V4，并输出作为来自跨导放大器200的输出电压Vout的输出电压Voutp(非反相输出)和Voutn(反相输出)。
增益切换判定电路250是包括图2所示的增益切换比较器251的判定电路。增益切换比较器251是根据来自级间缓冲电路230的输出电压V3和V4来接收比较输入电压Vc(＝V4-V3)的电路，并根据通过比较/判定具有第一磁滞特性的比较输入电压而得到的结果来将增益切换信号SEL输出到第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益切换电路212和222。增益切换信号SEL切换第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益。
在该实施例中，增益切换判定电路250根据通过比较/判定作为来自级间缓冲电路230的差分输出信号的比较输入电压Vc来输出增益切换信号，从而执行切换第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益的增益切换操作。
接下来将参考附图3和4来进一步描述根据该实施例的用于跨导放大器200的第一和第二跨导放大器核心电路210和220。
如图3所示，第一跨导放大器核心电路210包括放大电路211、增益切换电路212、输入端213和输出端214。
放大电路211是包括与输入端213连接的信号输入端211A和与输出端214连接的输出端211B的放大电路，该放大电路将具有由增益切换电路212的反馈电阻值确定的增益的输入电流Iin输入到信号输入端211A放大，并从信号输出端211B输出作为电压信号的放大电流。
增益切换电路212是与在放大电路211的信号输入端211A和信号输出端211B之间的放大电路211并行连接的电路，并根据来自增益切换判定电路250的增益切换信号SEL切换反馈电阻值。参考图3，增益切换电路212包括电阻元件RFa和电阻元件RFb(电阻值：Rfa＞RFb)的并联连接电路，并且根据与电阻元件RFb串连连接的增益切换信号SEL来开启/关闭开关SW1。
开关SW1包括例如NMOS晶体管，当输入到栅极端子的增益切换信号SEL设置为低电平时，该晶体管变得不导通(关).结果，增益切换电路212的整个反馈电阻值为电阻元件RFa的电阻值.相反，当输入到栅极端子的增益切换信号SEL设置为高电平时，该晶体管变为导通(开)，并且电阻元件RFa与电阻元件RFb并联连接.结果，增益切换电路212的整个反馈电阻值为电阻元件RFa和电阻元件RFb的并联连接的电阻值.因此，由于当增益切换信号SEL设置为低电平时，反馈电阻值较大，因此第一跨导放大器核心电路210的增益变高.由于当增益切换信号SEL设置为高电平时，反馈电阻值较小，因此第一跨导放大器核心电路210的增益变低.
如图4所示，第二跨导放大器核心电路220包括放大电路221、增益切换电路222、输入端223和输出端224。
放大电路221是包括与输入端223连接的信号输入端221A和与输出端224连接的输出端221B的放大电路，该放大电路将具有由增益切换电路212的反馈电阻值确定的增益的输入电流Iin输入到信号输入端221A放大，并从信号输出端221B输出作为电压信号的放大电流。在第二跨导放大器核心电路220的情况下，由于输入端223是开路的，因此，从信号输出端221B输出当输入电流为0(没有输入)时设置的输出电压V2(DC电压)。
增益切换电路222是与在放大电路221的信号输入端221A和信号输出端221B之间的放大电路221并行连接的电路，并根据来自增益切换判定电路250的增益切换信号SEL切换反馈电阻值。参考图4，增益切换电路222包括电阻元件RFa和电阻元件RFb的并联连接电路，并且根据与电阻元件RFb串连连接的增益切换信号SEL来开启/关闭开关SW1。注意：增益切换电路222的操作与上述增益切换电路212的操作相同，在此省略其描述。
接下来将参来图5A到5D、6、7A、7B和8A到8C来描述根据该实施例的跨导放大器200的操作。
首先参考图5A导5C来描述第一跨导放大器核心电路210、第二跨导放大器核心电路220、级间缓冲放大电路230和输出缓冲电路240。
光线路终端(OLT)的WDM(波分复用)电路分离通过光纤到达光线路终端的来自光网络单元(ONU)的光信号。光接收电路的光接收元件100光电转换得到的信号，并将得到的电流作为输入电流Iin输入到跨导放大器200(见图5A)。
跨导放大器200的第一跨导放大器核心电路210通过采用放大电路211来执行对输入电流Iin的电压转换和信号放大，并将随输入电流Iin变化的输出电压V1输出。另一方面，第二跨导放大器核心电路220总是输出作为输出电压V1的基准电压的不随输入电流Iin变化的恒定输出电压V2(见图5B)。
级间缓冲电路230接收来自第一跨导放大器核心电路210的输出电压V1和来自第二跨导放大器核心电路220的输出电压V2，并得到差分输出信号，其中，输出电压V3和V4之间的电势差(V4-V3)随着输入电流的增大而增大。电压V3和V4具有幅度相对于预定中心电势V0垂直对称的信号波形(见图5C)。
级间缓冲电路230将差分输出信号输入到输出缓冲电路240，其依次输出作为包括输出电压Voutp(非反相输出)和Voutn(反相输出)的跨导放大器200的输出电压Vout的信号。
接下来将参考图5D、6、7A和7B以及8A到8C来描述增益切换判定电路250的操作。
级间缓冲电路230将差分输出信号作为比较输入电压Vc(＝V4-V3)提供给增益切换判定电路250并将其输入到增益切换判定电路250的增益切换比较器251(见图5D)。
增益切换比较器251具有磁滞特性(第一磁滞特性)。当比较输入电压Vc高于第一电压电平时，该磁滞特性上升，而当比较输入电压Vc低于第二电压电平(小于第一电压电平)时，该磁滞特性下降。将用于第一和第二电压电平的基准电压称作基准电压Vn。
图6表示磁滞特性的示例。通过当输入电流Iin为零时将比较输入电压Vc(＝0)设置为基准电压Vn来得到该磁滞特性。因此，磁滞特性上升的第一电压电平为正，而磁滞特性下降的第二电压电平为负。在这种情况下，分别将磁滞特性上升的第一电压电平和磁滞特性下降的第二电压电平称作电压检测电平Vh和电压检测电平-Vh。
根据该实施例的跨导放大器200的配置，由于总是从光接收元件100输入输入电流Iin，输出电压V2＞输出电压V1，并且比较输入电压Vc(＝V4-V3)＞0。接收作为差分输入的比较输入电压Vc的增益切换比较器251将比较输入电压Vc与电压检测电平Vh进行比较。因此，当比较输入电压Vc超过电压检测电平Vh时，磁滞特性上升，并且切换从增益切换比较器251输出的逻辑电平，即增益切换信号SEL的逻辑电平。
当使输出逻辑电平反转(invert)一次时，不重置输出逻辑电平，除非比较输入电压Vc改变为磁滞特性下降的电压检测电平-Vh。在该实施例中，由于比较输入电压Vc＞0，比较输入电压Vc不改变为电压检测电平-Vh。结果，保持反转一次的输出逻辑电平。
如上所述，图6所示的具有磁滞特性的增益切换比较器251只采用针对高于基准电压Vn的比较输入电压Vc的滞后特性(上升操作区域)。
该实施例在接收数据包之前将增益切换信号SEL的逻辑电平初始化为“高增益”，并随着增益切换比较器251的磁滞特性的上升操作，将增益切换信号SEL的逻辑电平从“高增益”切换为“低增益”。
注意，对于增益切换信号SEL的初始化，增益切换比较器251可以引入一个开关(MOS晶体管)，它根据外部重置信号来强制恢复在增益切换比较器251中的磁滞比较器的比较电势。该实施例通过采用已知技术来检测与来自网络端的数据包一起发送的重置信号，可以得到外部重置信号。
如图7A所示，如果当输入电流Iin达到电流值I1时，比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh，那么增益切换比较器251上升，而增益切换信号SEL的逻辑电平从“高增益”切换为“低增益”，如图7B所示。这降低了第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益。因此，来自跨导放大器的输出电压Vout和比较输入电压Vc减小。
假设当在时间T1开始接收数据包时，输入电流Iin增大，如图8A所示，并且比较输入电压Vc在时间T2达到电压检测电平Vh，如图8B所示。因此，在这种情况下，如图8C所示，将来自增益切换比较器251的增益切换信号SEL从“高增益”切换为“低增益”。这降低了第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益。
即使由于增益减小，比较输入电压Vc随后变得低于电压检测电平Vh，增益切换比较器251也不下降，除非由于增益切换比较器251的磁滞特性Vc＜-Vh，并且增益切换信号SEL不从“高增益”切换为“低增益”。这使得在增益切换信号SEL从“高增益”切换为“低增益”后，即使出现增益减小并且出现输入电流Iin也减小，还可以保持第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益并输出稳定的输出电压Vout。
在该实施例中，增益切换判定电路250根据通过采用第一磁滞特性来比较/判定作为来自级间缓冲电路230的差分输出信号的比较输入电压Vc而得到的结果，来执行输出增益切换信号SEL的增益切换操作，并切换第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益。因此，采用磁滞特性来根据比较输入电压Vc判定是否有必要切换增益，使得不必要通过采用具有慢的响应时间的电平保持电路来保持用于增益切换判定的比较输入电压Vc。这使得根据随着输入电流Iin变化的比较输入电压Vc来瞬时执行增益切换判定成为可能，从而实现响应脉冲数据的瞬时响应。
在该实施例中采用的增益切换比较器251具有在输入电压即比较输入电压Vc变化的范围内执行上升操作，而在该范围外执行下降操作的磁滞特性。但是，本发明不限于此，并且该实施例也能采用具有在输入电压即比较输入电压Vc变化的范围内执行下降操作，而在该范围外执行上升操作的磁滞特性的增益切换比较器。在这种情况下，该实施例可以配置为在接收数据包前使增益切换信号SEL的逻辑电平初始化为“高增益”，并根据增益切换比较器的磁滞特性的下降操作来将增益切换信号SEL的逻辑电平从“高增益”切换为“低增益”。因此，该实施例能采用具有在输入电压即比较输入电压Vc变化的范围内执行上升操作或下降操作的磁滞特性的增益切换比较器。
[第二实施例]
接下来将参考图9到11来描述根据本发明的第二实施例的跨导放大器的配置。在图9到11中，与图2到4中相同的附图标记表示相同的部件。
第一实施例中已经举例说明了通过一步来在“高增益”和“低增益”之间切换跨导放大器的核心电路210和220的增益的情况。第二实施例将举例说明通过多个步骤来切换增益的情况，具体来讲，通过两步来在“高增益”、“中间增益”和“低增益”之间切换跨导放大器的核心电路210和220的增益的情况。注意，根据该实施例的跨导放大器的组成元件除了增益切换判定电路和第一和第二跨导放大器核心电路之外，与在第一实施例的组成元件相同，在此省略其详细描述。
如图9所示，与在第一实施例中描述的增益切换判定电路250相比，在第二实施例中的增益切换判定电路250A除了包括上述增益切换比较器251之外，还包括增益切换比较器252和开关253。但是，注意，增益切换比较器251是这样的磁滞比较器，它根据通过采用磁滞特性来比较/判定比较输入电压Vc而得到的结果、通过输出第一增益切换信号SEL1来执行从“高增益”到“低增益”切换跨导放大器核心电路210和220的增益的增益切换操作。
开关253是提供在级间缓冲电路230的差分输出端和增益切换比较器252的差分输入端之间的开关电路。增益切换比较器251的输出端与开关253的切换控制输入端连接。当从增益切换比较器251输出的第一增益切换信号SEL1的逻辑电平从“高增益”切换为“低增益”时，开关253从“关闭”到“开启”操作，并将比较输入电压Vc提供给增益切换比较器252。
增益切换比较器252与增益切换比较器251相同.具体来讲，增益切换比较器252是具有通过开关253与级间缓冲电路230的差分输出端连接的差分输入端的磁滞比较器，采用磁滞特性来比较/判定输入到差分输入端的比较输入电压Vc，并根据比较/判定结果从输出端输出第二增益切换信号SEL2.第二增益切换信号SEL2将第一和第二跨导放大器核心电路210和220从“中间增益”切换为“低增益”.
如图10所示，与第一实施例中描述的第一跨导放大器核心电路210相比，在第二实施例中采用的第一跨导放大器核心电路210A包括代替增益切换电路212的增益切换电路212A。
通过增加与增益切换电路212的电阻元件RFa并联的电阻元件RFc(电阻值：Rfa＞RFb＞RFc)和开关SW2的串联连接电路来得到增益切换电路212A。根据第一增益切换信号SEL1的逻辑电平来操作开关SW1，和根据第二增益切换信号SEL2的逻辑电平来操作开关SW2。当关闭开关SW1和SW2时，反馈电阻值变大并设置为“高增益”。顺序开启开关SW1和SW2将逐步减小反馈电阻值并使增益按如下转变：“高增益”→“中间增益”→“低增益”。
如图11所示，与第一实施例中描述的第二跨导放大器核心电路220相比，在第二实施例中采用的第二跨导放大器核心电路220A包括代替增益切换电路222的增益切换电路222A。增益切换电路222A具有与增益切换电路212A相同的配置。顺序开启开关SW1和SW2将逐步减小反馈电阻值并使增益按如下转变：“高增益”→“中间增益”→“低增益”。
接下来将参考图12A到12G和13A到13H来描述根据该实施例的跨导放大器的操作。
如图12A到12G所示，在输入电流Iin增大并达到电流值I1即初始状态的间隔中，由于比较输入电压Vc低于电压检测电平Vh，所以第一增益切换信号SEL1表示与“高增益”相应的逻辑电平。据此，将开关253控制在关闭状态，并且不向增益切换比较器252提供比较输入电压Vc。因此，第二增益切换信号SEL2表示与“中间增益”相对应的逻辑电平。结果，关闭增益切换电路212A和222A的开关SW1和SW2来选择“高增益”。
当输入电流Iin增大并达到电流值I1时，比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh。结果，增益切换比较器251上升到将第一增益切换信号SEL1的逻辑电平从“高增益”切换为“中间增益”。这样，将增益切换电路212A和222A的开关SW1控制在开启状态，以便减小反馈电阻值并选择“中间增益”。
当第一增益切换信号SEL1的逻辑电平从“高增益”切换为“中间增益”时，开启开关253以便向增益切换比较器252提供比较输入电压Vc。在这种情况下，由于将第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益控制为如上所述的“中间增益”，来自跨导放大器的输出电压Vout和比较输入电压Vc因此减小。由于该原因，在增益切换比较器252中，比较输入电压Vc不会达到电压检测电平Vh，从而第二增益切换信号SEL2的逻辑电平仍为“中间增益”。
随后，输入电流Iin进一步增大，并达到电流值I2，比较输入电压Vc又达到电压检测电平Vh。结果，增益切换比较器252上升到将第二增益切换信号SEL2的逻辑电平从“中间增益”切换为“低增益”。这样，将增益切换电路212A和222A的开关SW2控制在开启状态。反馈电阻值进一步减小以便选择“低增益”。
因此，如图13A到13H所示，在时间T11开始接收数据包的时刻和比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh的时刻之间的间隔中，来自增益切换比较器251的第一增益切换信号SEL1表示“高增益”，并且第二增益切换信号SEL2表示“中间增益”。结果，关闭开关SW1和SW2，并且第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益变为“高增益”。
随后，当输入电流Iin进一步增大，并在时间T12比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh.来自增益切换比较器251的第一增益切换信号SEL1从“高增益”切换为“中间增益”.结果，开启开关SW1，并且第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益变为“中间增益”，从而减小比较输入电压Vc.
当输入电流Iin增大，并在时间T13比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh，来自增益切换比较器252的第二增益切换信号SEL2从“中间增益”切换为“低增益”。结果，开启开关SW2，并且第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益变为“低增益”。
如上所述，除了在第一实施例中组成增益切换判定电路250的增益切换比较器251之外，该实施例还包括相同的增益切换比较器251，当切换从增益切换比较器251输出的第一增益切换信号SEL1的逻辑电平时，使开关253从“关闭”到“开启”操作，并将比较输入电压Vc提供给增益切换比较器252的差分输入端。这样，可以得到与第一实施例相同的功能和效果，并在多个步骤中切换第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益。
一旦切换增益切换比较器251和252的输出逻辑电平，不重置该输出逻辑电平，除非比较输入电压Vc改变为磁滞特性下降的电压检测电平-Vh。在该实施例中，由于比较输入电压Vc＞0，比较输入电压Vc不改变为电压检测电平-Vh。结果，保持一次切换的输出逻辑电平。因此，该实施例即使当采用多个步骤来执行增益切换时，也能实现增益切换判定功能和状态保持功能。
尽管该实施例已经举例说明了在“高增益”、“中间增益”和“低增益”之间执行两步切换的情况，但是本发明并不局限于此。当以三个步骤或更多个步骤来执行切换时，根据从在前增益切换比较器输出的增益切换信号来通过开启/关闭控制每个开关来串联连接必要数量的增益切换比较器就足够了。
另外，该实施例举例说明了每个增益切换比较器采用相同的磁滞特性即相同的电压检测电平的情况，本发明不局限于此。各个比较器可以采用不同的磁滞特性即不同的电压检测电平。
[第三实施例]
接下来将参考图14到16来描述根据本发明的第三实施例的在跨导放大器中采用的跨导放大器核心电路。
图14中的每个跨导放大器核心电路210B和220B包括切换跨导增益的跨导增益切换电路281和开环增益切换电路282，该开环增益切换电路282与以两步在“高增益”、“中间增益”和“低增益”之间切换增益的每个增益切换电路212B和222B相同的方式切换开环增益。
跨导增益切换电路281包括确定跨导增益的反馈电阻RF1、RF2和RF3和作为开关操作的NMOS晶体管MN1和MN2。开环增益切换电路282包括确定开环增益的负载电阻RL1、RL2和RL3和作为开关操作的NMOS晶体管MN3和MN4。NMOS晶体管MN1到MN4与反馈电阻RF2和RF3和负载电阻RL2和RL3连接或断开，以便切换为所需的反馈电阻值和所需的负载电阻值。注意，如果反转每个增益切换信号的逻辑电平，PMOS晶体管也能实现切换反馈电阻值和负载电阻值的开关。
通过采用开环增益切换电路282A来替换图14的开环增益切换电路282来得到图15中的跨导放大器核心电路210和220.在开环增益切换电路282A中，NMOS晶体管MN4的源极与NMOS晶体管MN3的漏极连接来代替与其源极连接.这样，在最大负载电阻应用时，能减小NMOS晶体管MN4的寄生电容的影响.
图16表示增益切换信号和NMOS晶体管MN1到MN4的栅极电势(H＝高电平和L＝低电平)之间的关系。在这种情况下，跨导增益切换电路281的NMOS晶体管MN1和MN3的栅极端子接收由图9所示的增益切换判定电路250A产生的第一增益切换信号SEL1，和开环增益切换电路282和282A的NMOS晶体管MN2到MN4的栅极端子接收第二增益切换信号SEL2。采用该操作，与反馈电阻RF2和RF3连接和断开相同，根据反馈电阻值的切换来连接和断开负载电阻RL2和RL3，从而切换负载电阻值。这样，能在“高增益”、“中间增益”和“低增益”之间切换增益，从而自动选择适合于所选的跨导增益的开环增益。
参考图14和15，将用作切换反馈电阻值的开关的NMOS晶体管MN1和MN2的衬底端子T连接到接地电势(GND)，代替连接到源极，这样，将衬底电势设置为低于源极电势的电势。这样，能通过延伸耗尽层和减小每个NMOS晶体管的漏极和源极之间的寄生电容来提高跨导放大器的带宽，从而允许高速操作。
[第四实施例]
接下来参考图17来描述根据本发明的第四实施例的跨导放大器中所采用的增益切换判定电路的具体示例。在该实施例中将详细描述在增益切换判定电路250和250A中用作增益切换比较器251和252的磁滞比较器的重置功能。
与在上述实施例中所描述的相同，由于每个增益切换判定电路250和250A的增益切换比较器251和252只使用磁滞特性的上升操作，所以当接收下一数据包时，有必要初始化每个磁滞比较器的操作状态。如图17所示，在该实施例中，每个增益切换比较器251A和252A包括根据外部输入的重置信号(外部控制信号)RESET来初始化操作状态的重置电路270。
在每个增益切换比较器251A和252A中，附图标记R1到R6表示电阻、Q3到Q8表示NPN晶体管；MP1和MP2表示PMOS晶体管；和Ia及Ib表示电流源。在这些部件中，PMOS晶体管MP1和MP2构成重置电路270。PMOS晶体管MP1的栅极端子连接到重置端，重置信号RESET输入到该重置端。该晶体管将电源电势VCC应用到构成比较电路的NPN晶体管Q3的集电极端子。PMOS晶体管MP2的栅极端子连接到重置端，该晶体管使将电流源电阻R4短路到构成比较电路的NPN晶体管Q4。外部提供的重置信号RESET导通PMOS晶体管MP1和MP2，以便强制将晶体管Q3和Q4的集电极电势恢复为初始值。这样，使增益切换比较器251A和252A的操作状态初始化。
注意，如果反转重置信号RESET的逻辑电平，NMOS晶体管可以代替PMOS晶体管MP1和MP2。
在用作增益切换比较器的磁滞比较器中，当在反相输入端IN的电压V4超过相对于非反相输入端IP的电压V3的预定电势差时，非反相输出端OP将高电压输出到反相输出端ON。相反，当在非反相输入端IP的电压V3超过相对于在反相输入端IN的电压V4的给定电势差时，反相输出端ON将高电压输出到非反相输出端OP。
与在第一实施例中所描述的相同，由于来自级间缓冲电路239的差分输出信号不反转(Vc＞0)，所以没有机会根据差分输出信号的反转来将在反相输出端ON的电压自动恢复到相对于非反相输出端OP的高电压(初始状态)。
该实施例另外包括接收重置端的重置信号RESET的重置电路(PMOS晶体管MP1和MP2)270，以便应用内电压来强制设置反相输出端ON的电压高于非反相输出端OP的电压.这样，可以将两个输出端OP和ON的电压恢复到初始状态.
在PON系统中，由于数据包信号幅度不同，有必要根据每个数据包的幅度来频繁切换跨导放大器核心电路210和220的增益。为此，增益切换判定电路250和250A的增益切换比较器251和252需要对每个数据包执行初始化。但是，由于输入到每个增益切换比较器251和252的磁滞比较器的比较输入电压Vc不反转，因此比较器不能执行初始化。相反，该实施例中的重置电路270通过采用外部重置信号RESET，能强制将磁滞比较器恢复到初始状态并执行初始化。注意，通过采用现有技术来检测从网络侧为每个数据包发送的重置信号来获得重置信号RESET。
[第五实施例]
接下来将参考图18来描述根据本发明的第五实施例的跨导放大器的配置。该实施例使第二跨导放大器核心电路输出高频分量衰减的输出电压V2。注意，在图18中，与图1中相同的附图标记表示相同的部件。
如图18所示，与根据第一实施例的跨导放大器相比，根据第五实施例的跨导放大器200A包括代替第二跨导放大器核心电路220的第二跨导放大器核心电路220D。
除了以上已经描述的放大电路221、增益切换电路222、输入端223和输出端224之外，第二跨导放大器核心电路220D还包括使从放大电路221输出的输出电压V2的高频分量衰减的滤波器电路225。
图19表示包括连接在放大电路221的信号输入端221A和信号输出端221B之间的电容元件C。滤波器电路225与放大电路221和增益切换电路222一起构成具有低通滤波功能的放大电路。
滤波器电路225的位置不限于放大电路221的信号输入端221A和信号输出端221B之间。可以将电容元件的两个连接端的至少之一连接到放大电路221。
例如，滤波器电路225X包括连接在放大电路221的信号输入端221A和接地电势之间的电容元件C。滤波器电路225X的电容元件C衰减输入到放大电路221的输入信号的高频分量。因此，第二跨导放大核心电路220输出低噪声输出电压V2。
滤波器电路225Y是包括连接在放大电路221的信号输出端221B和接地电势之间的电容元件C的一个示例。滤波器电路225Y的电容元件C衰减从放大电路221输出的输出电压V2的高频分量。因此，第二跨导放大核心电路220输出低噪声输出电压V2。
注意，在每个滤波器电路225X和225Y中，连接到电容元件C的一端的接地电势只要其具有低阻抗，就可以是任意电源电势。
在该实施例中，由于第二跨导放大器核心电路220D包括滤波器电路225，以便输出具有衰减的高频分量的输出电压V2，可以减小作为基准电压的输出电压V2的信号带宽，从而获得足够低的噪声特性。
例如，与在第一实施例中相同，包括两个跨导放大器核心电路(即用作放大来自光接收元件100的输入电流Iin的主核的第一跨导放大器核心电路210和用作产生基准电势的伪核(dummy core)的第二跨导放大器核心电路220)的跨导放大器200采用用于噪声减小的主核和伪核的相同的电路配置。
该配置可以获得高瞬时响应特性.但是，由于伪核和主核具有同样的宽的频率特性，高频分量倾向于出现在由于噪声的只需要DC分量的基准电压中，导致噪声特性恶化.
在该实施例中，与该伪核相应的第二跨导放大器核心电路220D包括滤波器电路225，以便减小第二跨导放大器核心电路220D的频率特性的高频带宽。这样，可以减小基准电压即输出电压V2的噪声带宽，从而获得足够低的噪声特性。
因此，即使重要性在于瞬时响应特性，但是，该实施例能抑制噪声，并获得操作稳定性，从而实现具有瞬时响应特性和操作稳定性的跨导放大器200A。
[第六实施例]
接下来将参考图20来描述根据本发明第六实施例的跨导放大器的配置。注意，在图20中，图11中的相同的附图标记表示相同或等同的部件。
第五实施例已经举例描述了每个跨导放大器核心电路210和220D以一个步骤来在“高增益”和“低增益”之间执行增益切换的情况。第六实施例将举例说明以多个步骤来执行增益切换的情况，具体来讲，每个跨导放大器核心电路以两个步骤来在“高增益”、“中间增益”和“低增益”之间执行增益切换。注意，根据该实施例的跨导放大器的组成元件除了第二跨导放大器核心电路外，与第二实施例的组成元件相同，在此将省略其详细描述。
如图20所示，与第五实施例中的第二跨导放大器核心电路220D相比，在第六实施例中采用的第二跨导放大器核心电路220E包括代替增益切换电路222的增益切换电路222A，并且还包括代替滤波器电路225的滤波器电路225A。
增益切换电路222A与在第二实施例中描述的第一跨导放大器核心电路220A采用的增益切换电路212A的配置相同。根据第一增益切换信号SEL1和第二增益切换信号SEL2顺序开启开关SW1和SW2将逐步减小反馈电阻值，从而使增益切换按如下进行：“高增益”→“中间增益”→“低增益”。
滤波器电路225A包括电容元件C和开关SWc的串联连接电路。根据随第一和第二增益切换信号SEL1和SEL2的逻辑电平切换的第二跨导放大器核心电路220E的增益，开关SWc将电容元件C的一个接线端和放大电路221的信号输入端221A连接/断开。注意，可以配置开关SWc来使连接电容元件C的至少一个接线端和放大电路221连接/断开。
在第二实施例中描述的增益切换判定电路250A(见图9)将第一和第二增益切换信号SEL1和SEL2输入到第二跨导放大器核心电路220E。
接下来，将参考图21A到21H和22A到22I来描述根据该实施例的跨导放大器的操作。以下将描述只有当每个第一和第二跨导放大器核心电路210A和220E的增益最大时滤波器电路225A工作的情况，以及当该增益不是最大时滤波器电路225A就不工作的情况。
如图21A到21H所示，在输入电流Iin增大并达到电流值I1即初始状态的间隔中，由于比较输入电压Vc低于电压检测电平Vh，所以第一增益切换信号SEL1表示与“高增益”相应的逻辑电平。据该逻辑电平，将开关253控制在关闭状态，并且增益切换比较器252不接收比较输入电压Vc。因此，第二增益切换信号SEL2表示与“中间增益”相应的逻辑电平。结果，关闭增益切换电路212A和222A的开关SW1和SW2来选择“高增益”。
另外，当第一增益切换信号SEL1开启开关SWc时，电容元件C连接在放大电路221的信号输入端221A和信号输出端221B之间，并且滤波器电路225A工作。当选择“高增益”时，第二跨导放大器核心电路220E的频率特性的高频带宽减小，并且基准电压即输出电压V2的信号带宽减小，从而实现具有低噪声特性的跨导放大器。
随后，当输入电流Iin增大并达到电流值I1时，比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh。然后，增益切换比较器251上升以便将第一增益切换信号SEL1的逻辑电平从“高增益”切换为“中间增益”。这样，将增益切换电路212A和222A的开关SW1控制在开启状态，以便减小反馈电阻值，从而选择“中间增益”。
另外，增益切换信号SEL1关闭开关SWc，以便断开放大电路221的信号输入端221A和信号输出端221B之间的电容C。结果，滤波器电路225A设置为关闭状态。采用该操作，当选择不同于“高增益”的增益时，将不会降低第二跨导放大器核心电路220E的频率特性。
随后，当输入电流Iin增大并达到电流值I2时，比较输入电压Vc再次达到电压检测电平Vh。然后，增益切换比较器252上升以便将第二增益切换信号SEL1的逻辑电平从“中间增益”切换为“低增益”。这样，将每个增益切换电路212A和222A的开关SW2控制在开启状态，以便进一步减小反馈电阻值，从而选择“低增益”。
另外，增益切换信号SEL1保持开关SWc处于关闭状态，以便断开放大电路221的信号输入端221A和信号输出端221B之间的电容C，从而保持滤波器电路225A处于关闭状态。采用该操作，当选择不同于“高增益”的增益时，将不会降低第二跨导放大器核心电路220E的频率特性。
因此，如图22A到22I所示，在时间T11开始接收数据包的时刻和比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh的时刻之间的间隔中，来自增益切换比较器251的第一增益切换信号SEL1表示“高增益”，并且第二增益切换信号SEL2表示“中间增益”。因此，关闭开关SW1和SW2，并且将第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益设置为“高增益”。另外，关闭开关SWc以连接滤波器电路225A，从而降低第二跨导放大器核心电路220E的频率特性。
随后，当输入电流Iin增大，并在时间T12比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh时，来自增益切换比较器251的第一增益切换信号SEL1从“高增益”切换为“中间增益”。结果，开启开关SW1，并且将第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益设置为“中间增益”。因此，比较输入电压Vc减小。另外，关闭开关SWc以断开滤波器电路225A，从而不会降低第二跨导放大器核心电路220E的频率特性。
随后，当输入电流Iin增大，并且比较输入电压在时间T13达到电压检测电平Vh时，来自增益切换比较器252的第二增益切换信号SEL2从“中间增益”切换为“低增益”。结果，开启开关SW2，并且将第一和第二跨导放大器核心电路210A和220E的增益设置为“低增益”。另外，关闭开关SWc以断开滤波器电路225A。因此，不会降低第二跨导放大器核心电路220E的频率特性。
如上所述，该实施例通过采用第一增益切换信号SEL1来控制跨导放大器核心电路220E的滤波器电路225A的开关SWc，以便只有当增益切换电路222A已经选择“高增益”时，使滤波器电路225A工作。因此，只有当增益最大时，可以减小第二跨导放大器核心电路220E的频率特性的高频带宽。这样，能保持基准电压即输出电压V2的跟随(follow-up)特性，并且保持跨导放大器的瞬时响应特性。
与在第五实施例中相同，产生基准电压的伪核即第二跨导放大器核心电路220D还包括滤波器电路225，以减小伪核的频率特性的高频带宽，并减小基准电压即输出电压V2的信号带宽，从而实现具有低噪声特性的跨导放大器.
在与该实施例相同的设计为以多个步骤来切换第一和第二跨导放大器核心电路210A和220E的增益的配置中，基准电压的DC电势也根据增益切换而改变。
因此，当在该配置中使滤波器电路一直工作时，在增益切换时的基准电压的改变根据滤波器电路的电容元件C和反馈电阻的时间常数而延时。因此，相对于输入到跨导放大器的输入电流Iin的改变，输出电压Vout的跟随特性恶化。
在该实施例中，只有当第一和第二跨导放大器核心电路210A和220D的增益最大时，滤波器电路225A工作。因此，当执行增益切换时，滤波器电路225A的电容元件C断开，在增益切换时基准电压的改变中未出现延时。这样，可以改进输出电压Vout相对于输入到跨导放大器的输入电流Iin的改变的跟随特性，并保持跨导放大器的瞬时响应特性。
当增益为高时，在基准电压中由于噪声产生的高频分量尤其显著。因此，只有当增益最大时使滤波器电路工作能获得足够的低噪声特性。
注意，该实施例已经举例说明了考虑到当增益不是最大增益时，第一增益信号SEL1表示“中间增益”的事实所设计的通过采用第一增益切换信号SEL1来控制滤波器电路225A的开关SWc。但是，当采用当增益不是最大增益时设计为使第一增益切换信号SEL1表示“高增益”的配置时，通过采用逻辑电路，足够用来产生表示来自每个增益切换信号的最大增益的信号，并根据该信号来控制开关SWc。
[第七实施例]
将参考图23来描述根据本发明的第七实施例的用于跨导放大器的第二跨导放大器核心电路的具体示例。
图23的跨导放大器核心电路220F包括确定跨导增益的反馈电阻RF1、RF2和RF3和确定开环增益的负载电阻RL1、RL2和RL3，其组成设计用来以两个步骤来在“高增益”、“中间增益”和“低增益”之间执行增益切换的增益切换电路220D。NMOS晶体管MN1到MN4使反馈电阻RF2和RF3以及负载电阻RL2和RL3连接或断开，以便开关所需的反馈电阻值和所需的负载电阻值。注意，如果反转每个增益切换信号的逻辑电平，PMOS晶体管也能实现切换反馈电阻值和负载电阻值的开关。
第二跨导放大器核心电路220F还包括滤波器电路225B。滤波器电路225B包括电容元件C和相应于开关SWc的PMOS晶体管MP5的串联连接电路。PMOS晶体管MP5用作连接/断开电容元件C的开关。如果增益切换信号的逻辑电平反转，NMOS晶体管也能实现该开关。
注意，与第三实施例相同，可以将用于切换反馈电阻值的开关的NMOS晶体管MN1和MN2的衬底端子连接到接地电势(GND)来代替连接到源极，并且衬底电势可以低于源极电势。
[第八实施例]
接下来将参考图24和25来描述本发明的第八实施例的跨导放大器的配置。注意，在图24中，与图2中相同的附图标记表示相同的部件。
与根据第一实施例的跨导放大器200相比，根据第八实施例的跨导放大器包括图24所示的代替增益切换判定电路250的增益切换判定电路250B。
增益切换判定电路250B接收包括来自级间缓冲电路230的输出电压V3和V4的比较输入电压Vc(＝V4-V3)，并通过在采用第一磁滞特性来比较/判定比较输入电压Vc而得到的结果的基础上、而将增益切换信号SEL输出到第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益切换电路212和222、根据来自光接收元件100的输入电流Iin来执行切换第一和第二跨导放大核心电路210和220的增益的增益切换操作.另外，增益切换判定电路250B通过采用检测电压低于第一磁滞特性的检测电压的第二磁滞特性来比较/判定比较输入电压Vc而得到的结果的基础上停止增益切换操作来固定第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益.
具体来讲，增益切换判定电路250B包括增益切换比较器251和增益固定电路254。
增益切换比较器251与第一实施例所描述的增益切换比较器251(见图2)等同。也就是说，增益切换比较器251是具有差分输入端的磁滞比较器，级间缓冲电路230的差分输出端与磁滞比较器的差分输入端连接，并执行采用第一磁滞特性来比较/判定输入到差分输入端的比较输入电压Vc(＝V4-V3)的增益切换操作，并且通过根据比较/判定结果来从输出端输出增益切换信号SEL，以便切换跨导放大器核心电路210和220的增益。
第一固定电路254是具有输入端的电路，级间缓冲电路230的差分输入端与该电路的输入端连接，采用第二磁滞特性来比较/判定输入到输入端的比较输入电压Vc，根据比较/判定结果来停止增益切换比较器251的增益切换操作，从而固定第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益。
增益固定电路254还包括数据检测比较器255和延时电路256。
数据检测比较器255是具有差分输入端的磁滞比较器，级间缓冲电路230的差分输出端与磁滞比较器的差分输入端连接，采用第二磁滞特性来比较/判定输入到差分输入端的比较输入电压Vc，并且通过从输出端输出与比较/判定结果相应的数据检测信号DET来检测是否接收到了数据。
延时电路256是包括输入端的电路，数据检测比较器255的输出端与该延时电路的输入端连接，并从该延时电路的输出端输出增益固定信号HOLD，增益固定信号HOLD用于通过将输入到延时电路的输入端的来自数据检测比较器255的数据检测信号DET延迟延时Td来命令停止增益切换比较器251的增益切换操作。作为延时Td，采用与来自光网络单元的位于上行(从ONU到OLT)数据包的标头的前同步相应的时长，使得可以只在前同步允许增益切换而在后续有效负载禁止增益切换。
例如，如图25所示，延时电路256可以包括积分电路，该积分电路包括电阻元件R和电容元件C和与积分电路的输入和输出端连接的门电路(缓冲门和反相器)。注意，延时电路的配置不局限于图25所示的配置，可以采用任何现有技术。
接下来参考图26A到26D、27A和27B、28A到28C、以及29A到29E来描述根据该实施例的跨导放大器的操作。从图26A到26D显而易见，第一跨导放大器核心电路210、第二跨导放大器核心电路220、级间缓冲电路230和输出缓冲电路240的操作与第一实施例的上述电路相同，因此在此省略其描述。
接下来将参考图27A和27B、28A到28C以及29A到29E来描述增益切换判定电路250B的操作。
级间缓冲电路230将作为比较输入电压Vc的差分输入信号提供给增益切换判定电路250B并将该信号输入到增益切换比较器251和增益切换判定电路250B的数据检测比较器255.
如图27A所示，增益切换比较器251具有磁滞特性(第一磁滞特性)，该磁滞特性当输入到差分输入端的输入电压即比较输入电压Vc超过预定电压检测电平Vh1时上升，并且当比较输入电压低于电压检测电平-Vh1时下降。如图27B所示，数据检测比较器255具有磁滞特性(第二磁滞特性)，该磁滞特性当输入到差分输入端的输入电压即比较输入电压Vc超过预定电压检测电平Vh2时上升，并且当比较输入电压低于电压检测电平-Vh2时下降。在这种情况下，Vh1＜Vh2。
在根据该实施例的跨导放大器的配置中，由于总是从光接收元件100输入输入电流，输出电压V2＞输出电压V1，并且比较输入电压Vc(V4-V3)＞0。
接收作为差分输入的比较输入电压Vc的增益切换比较器251将比较输入电压Vc和电压检测电平Vh1进行比较。因此，当比较输入电压Vc超过电压检测电平Vh1时，反转来自增益切换比较器251的输出的逻辑电平即增益切换信号SEL的逻辑电平。由于比较输入电压Vc＞0并且不改变为-Vh1，保持反转一次的增益切换信号SEL的逻辑电平。如上所述，采用当输入电流Iin为零时设置的比较输入电压Vc作为基准电压Vn的增益切换比较器251只采用针对高于基准电压Vn的比较输入电压Vc基准电压Vn的磁滞特性(上升区域)。
该实施例在接收数据包之前，将增益切换信号SEL的逻辑电平初始化为“高增益”，并根据在增益切换比较器251的磁滞特性中的上升操作来将增益切换信号SEL的逻辑电平从“高增益”切换为“低增益”。注意，通过稍后描述的重置功能，足够用来初始化增益切换信号SEL。
数据检测比较器255将比较输入电压Vc与电压检测电平Vh2进行比较。与在增益切换比较器251中相同，当比较输入电压Vc超过电压检测电平Vh2时，反转来自数据检测比较器255的输出的逻辑电平即数据检测信号DET的逻辑电平。数据检测比较器255还只采用关于高于基准电压Vn的比较输入电压Vc的磁滞特性(上升区域)。
该实施例在接收数据包之前，将数据检测信号DET的逻辑电平初始化为“无数据”，并根据数据检测比较器255的磁滞特性来将数据检测信号DET的逻辑电平从“无数据”切换为“有数据”。通过稍后描述的重置功能，足够用来初始化数据检测信号。
如图27A和27B所示，该实施例将数据检测比较器255的电压检测电平Vh2设置为低于增益切换比较器251的电压检测电平Vh1的电压。
在未接收数据包的间隔中，由于输入电流Iin较小，比较输入电压Vc的电压值也较小。随着开始接收数据包时输入电流Iin的增大，比较输入电压Vc的电压值也增大。
因此，如图28A到28C所示，当输入电流Iin达到电流值I1时，比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh2，并且数据检测比较器255上升到将数据检测信号DET的逻辑电平从“无数据”切换为“有数据”。当输入电流Iin进一步增大并随后达到电流值I2时，比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh1，并且增益切换比较器251上升到将增益切换信号SEL的逻辑电平从“高增益”切换为“低增益”。这减少了第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益。因此，来自跨导放大器的输出电压Vout和比较输入电压Vc减小。
因此，如图29A到29E所示，当随着开始接收数据包输入电流Iin增大并且比较输入电压Vc在时间T1达到电压检测电平Vh2，将来自数据检测比较器255的数据检测信号DET从“无数据”反转为“有数据”.数据检测比较器255将数据检测信号DET输入到延时电路256，该延时电路通过延迟时间Td来使信号延时，并在时间T3将其作为增益固定信号HOLD输入到增益切换比较器251.这使增益切换比较器251的增益切换操作停止.随后，即使当比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh1时，也不反转增益切换信号SEL.
当输入电流Iin在时间T1后进一步增大并且在时间T3之前比较输入电压Vc在时间T2达到电压检测电平Vh1时，将来自增益切换比较器251的增益切换信号SEL从“高增益”切换为“低增益”。这使第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益减小。
相反，当在时间T3之后比较输入电压Vc在时间T4达到电压检测电平Vh1时，由于增益切换比较器251在时间T3已经接收增益固定信号HOLD，增益切换信号SEL不从“高增益”切换为“低增益”。采用该操作，即使输入电流在时间T3之后增大，也保持第一和第二跨导放大器核心电路210和220的增益，从而输出稳定的输出电压Vout。
如上所述，通过采用电压检测电平比第一磁滞特性低的第二磁滞特性，该实施例判定是否有必要固定增益，并且因此可以在判定是否有必要切换增益之前，根据需要固定第一和第二跨导放大器核心电路210的增益，从而得到增益切换的稳定性。
另外，延时电路256将数据检测信号DET延时预定时间Td来输出用于命令停止增益切换操作的增益固定信号HOLD。因此，调整延时Td可以实现在从接收的数据包数据的开始(即，前同步标头)的任意期间的时间过去后的时间点将增益固定。作为延时Td，采用在来自每个光网络单元的上行(从ONU到OLT)数据包的标头来设置与前同步相应的时间长度，尤其是，可以只在前同步允许增益切换而在后续的有效负载禁止增益切换。
[第九实施例]
接下来将参考图3来描述根据本发明的第九实施例的跨导放大器。在图30中，与图2、9和24中相同的附图标记表示相同的部件。
第八实施例已经举例说明了跨导放大器核心电路210和220以一个步骤来在“高增益”和“低增益”之间执行增益切换的情况。第九实施例将举例说明跨导放大器核心电路210A和220A以多个步骤(具体来讲，在“高增益”、“中间增益”和“低增益”之间的两个步骤)来执行增益切换的情况。
与在第八实施例中描述的增益切换判定电路250B相比，在该实施例中所采用的增益切换判定电路250C除了包括个别判定电路261之外，还包括个别(individual)判定电路262和开关253，所述个别判定电路261包含增益切换比较器251和增益固定电路254，所述个别判定电路262包含增益切换比较器252和增益固定电路257。在这些元件中，个别判定电路262与个别判定电路261相同。
开关253是在级间缓冲电路230的差分输出端、增益切换比较器252的差分输入端和与其并联连接的数据检测比较器258的差分输入端之间提供的开关电路。将增益切换比较器251的输出端与开关253的切换控制输入端连接。当从增益切换比较器251输出的第一增益切换信号SEL1的逻辑电平从“高增益”反转为“低增益”时，将开关253从“关闭状态”操作为“开启状态”，从而将比较输入电压Vc提供给增益切换比较器252和数据检测比较器258的差分输入端。
增益切换比较器252是具有差分输入端的磁滞比较器，级间缓冲电路230与该差分输入端连接，采用第一磁滞特性来比较/判定输入到差分输入端的比较输入电压Vc，并通过输出与比较/判定结果相应的第二增益切换信号SEL2来执行使跨导放大器核心电路210A和220A的增益从“中间增益”切换为“低增益”的切换操作.
增益判定电路257是具有输入端的电路，级间缓冲电路230的差分输出端与该输入端连接，采用第二磁滞特性来比较/判定输入到输入端的比较输入电压Vc，并根据比较/判定结果来停止增益切换比较器252的增益切换操作，从而使跨导放大器核心电路210A和220A的增益固定。
增益固定电路257还包括数据检测比较器258和延时电路259。
数据检测比较器258是包括差分输入端的磁滞比较器，级间缓冲电路230的差分输出端通过开关253与该差分输入端连接，采用第一磁滞特性来比较/判定输入到差分输入端的比较输入电压Vc，并通过输出与比较/判定结果相应的第二数据检测信号DET2来检测是否有必要停止增益切换比较器252的增益切换操作。
延时电路259是包括输入端的电路，数据检测比较器258的输出端与该输入端连接，并从延时电路259的输出端输出第二增益固定信号HOLD2，用于通过将来自输入到延时电路的输入端的数据检测比较器258的第二数据检测信号DET2由延时Td2延时来命令停止增益切换比较器252的增益切换操作。作为延时电路259的具体示例，可以采用诸如图25所示的配置的任何现有技术。
作为延时Td2，采用与设置在来自每个光网络单元的上行(从ONU到OLT)数据包的标头的前同步相应的时间长度，使得可以只在前同步允许增益切换而在后续的有效负载禁止增益切换。
接下来将参考图31A到31F来描述根据该实施例的跨导放大器的操作。
如图31A到31F所示，当输入电流Iin达到电流值I1时，比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh2。然后，数据检测比较器255上升到将第一数据检测信号DET1的逻辑电平从“无数据”切换为“有数据”。当输入电流Iin进一步增大并随后达到电流值I2时，比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh1。然后，增益切换比较器251上升到将增益切换信号SEL1的逻辑电平从“高增益”切换为“中间增益”。
这减小了第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益。因此，来自跨导放大器的输出电压Vout或比较输入电压Vc减小。
当第一增益切换信号SEL1的逻辑电平从“高增益”切换为“低增益”时，开启开关253以便将比较输入电压Vc提供给增益切换比较器252和数据检测比较器258。
当输入电流Iin进一步增大并随后达到电流值I3时，比较输入电压Vc又达到电压检测电平Vh2。数据检测比较器258上升到将第二数据检测信号DET2的逻辑电平从“无数据”切换为“有数据”。当输入电流Iin进一步增大并随后达到电流值I4时，比较输入电压Vc又达到电压检测电平Vh1。然后，增益切换比较器252上升到将第二增益切换信号SEL2的逻辑电平从“中间增益”切换为“低增益”。
这进一步减小了第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益。因此，使来自跨导放大器的输出电压Vout或比较输入电压Vc进一步减小。
实际上，延时电路256和259根据来自数据检测信号DET1和DET2的逻辑电平的反转而使信号延迟延时Td1和Td2，来将增益固定信号HOLD1和HOLD2输出到增益切换比较器251和252.因此，当增益切换比较器251和252在比较输入电压Vc达到电压检测电平Vh2之前接收增益固定信号HOLD1和HOLD2，停止增益切换比较器251和252的增益切换操作.该操作固定增益切换信号SEL1和SEL2的逻辑电平并固定第一和第二跨导放大器核心电路210A和220A的增益.
如上所述，除了第八实施例的增益切换比较器251、数据检测比较器255和包含增益切换判定电路250B的延时电路256之外，第九实施例还包括与第八实施例的上述器件等同的增益切换比较器252、数据检测比较器258和延时电路259。当从增益切换比较器251输出的第一增益切换信号SEL1的逻辑电平反转时，开关253从“关闭”操作为“开启”，以便将比较输入电压Vc提供给增益切换比较器252和数据检测比较器的58的差分输入端。这使得可以获得与第八实施例相同的功能和效果并以多个步骤切换第一和第二跨导放大器的增益。
尽管该实施例已经举例说明了以两个步骤来切换“高增益”、“中间增益”和“低增益”的情况，但是本发明并不局限于此。当以三个步骤或多个步骤来执行切换时，根据从在前个别判定电路输出的增益切换信号，通过开关和开启/关闭控制每个开关来将必要数量的单独判定电路串联连接就足够了。
另外，该实施例已经举例说明了单独判定电路261和262采用相同的磁滞特性即相同的电压检测电平的情况。然而，本发明并不局限于此。各个单独判定电路可以采用不同的磁滞特性即不同的电压检测电平。
[第十实施例]
接下来将参考图32来描述根据本发明的第十实施例的跨导放大器中采用的增益切换判定电路的具体示例。在该实施例中，将详细描述在每个增益切换判定电路250B和250C中的用作增益切换比较器的每个磁滞比较器的重置功能和输出固定功能。
首先描述每个增益切换比较器的重置功能。
在图32的每个增益切换比较器251B和252B中，附图标记R1到R6表示电阻；Q3到Q8表示NPN晶体管；MP1和MP2表示PMOS晶体管；和Ia和Ib表示电流源。在这些部件中，PMOS晶体管MP1和MP2构成重置电路270。该重置电路270与第四实施例中所描述的重置电路270相同，其通过重置信号RESET而开启，用来强制将晶体管Q3和Q4的集电极电势恢复至初始值。这样，将增益切换比较器251B和252B的操作状态初始化。
接下来将描述每个增益切换比较器的输出固定功能。
增益切换判定电路250B和250C的增益切换比较器251和252需要根据比较输入电压Vc来停止增益切换操作，并且在来自延时电路256和257的增益固定信号HOLD的基础上来固定增益切换信号。在该实施例中，这些增益切换比较器中的每一个包括输出固定电路271，该输出固定电路271停止比较操作并根据外部输入的增益固定信号HOLD来将输出固定。
在图32的每个增益切换比较器251B和252B中，输出固定电路271包括具有栅极端子与输入增益固定信号HOLD的保持端连接的PMOS晶体管MP3和MP4，并使电流源电阻R1和R2与晶体管Q3和Q4短路。通过外部提供的增益固定信号HOLD来开启PMOS晶体管MP3和MP4，从而固定晶体管Q3和Q4的集电极电势并停止比较操作。注意，反转增益固定信号的逻辑电平使得可以采用NMOS晶体管代替PMOS晶体管MP3和MP4。
如上所述，在该实施例中的输出固定电路271通过采用外部提供的增益固定信号HOLD，可以强制停止磁滞比较器的比较操作.因此，即使比较输入电压Vc随着输入电流Iin的变化而改变，该实施例能停止与比较输入电压Vc相应的增益切换比较器251B和252B的增益切换操作，并固定增益切换信号SEL，从而获得增益切换的稳定性.
注意，重置电路270和输出固定电路271的具体配置可以不限于图32所示的配置，并且可以采用其它电路配置。
另外，每个数据检测比较器255和258通过采用重置信号RESET，可以包括将输出初始化的重置电路270，并包括与每个增益切换比较器251A和252A的电路配置(见图17)等同的电路配置。但是，注意，必须实现具有低于电压检测电平Vh1的电压检测电平Vh2的第二磁滞特性。
工业实用性
根据本发明的跨导放大器适用于在允许高速数据传输的诸如光传输系统、光互连接、无源光网络系统等光传输电路中将光信号转变为电信号的光接收电路。