JP2011119855A - Burst optical receiver - Google Patents

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Masaki Noda
雅樹 野田
Masamichi Nogami
正道 野上
Junichi Nakagawa
潤一 中川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a burst optical receiver which obviates the need for an ATC circuit, and excels in reception sensitivity characteristics. <P>SOLUTION: The burst optical receiver 1 includes a light-receiving element 2 for converting optical burst signal to a current signal; a differential-type transformer impedance amplifying circuit 3 for converting the current signal into a voltage signal; a differential-type identifying circuit 4 for identifying the voltage signal, from the differential-type transformer impedance amplifying circuit 3; an inductive element 62, having one end connected to a power source and the other end connected to the cathode of the light-receiving element 2; an inductive element 61, having one end connected to the anode of the light-receiving element 2 and the other end connected to the GND; a capacitive element 52, having one end connected to an connection end between the inductive element 62 and the light reception element 2 and the other end connected to the differential-type transformer impedance amplifying circuit 3; and a capacitive element 51, having one end connected to a connection end between the inductive element 61 and the light-receiving element 2 and the other end connected to the differential-type transformer impedance amplifying circuit 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光通信システムに関するものであり、特に、アクセス系光通信システムの一つの方式であるPON(Passive Optical Network)システムに関するものである。   The present invention relates to an optical communication system, and more particularly, to a PON (Passive Optical Network) system which is one method of an access optical communication system.

従来、光ファイバを用いた公衆回線網を実現する方式として、PON(Passive Optical Network)システムと呼ばれるポイント・トゥ・マルチポイントのアクセス系光通信システムが広く用いられている。   Conventionally, a point-to-multipoint access optical communication system called a PON (Passive Optical Network) system has been widely used as a system for realizing a public network using optical fibers.

PONシステムは、局側装置である1台のOLT(Optical Line Terminal)と、光スターカプラを介して接続される複数の加入者端末装置であるONU(Optical Network Unit)により構成される。多数のONUに対して、OLTと伝送路である光ファイバの大部分は共有できるため運用コストの経済化が期待できることや、受動部品である光スターカプラには給電が必要なく屋外設置が容易であり、信頼性も高いという利点があることから、ブロードバンドネットワークを実現する切り札として近年活発に導入が進められている。   The PON system is composed of one OLT (Optical Line Terminal) which is a station side device and an ONU (Optical Network Unit) which is a plurality of subscriber terminal devices connected via an optical star coupler. For many ONUs, most of the optical fiber, which is the transmission line, can be shared with the OLT, so that the operating cost can be expected to be economical, and the optical star coupler, which is a passive component, does not require power supply and can be installed outdoors. Since it has the advantage of high reliability, it has been actively introduced as a trump card for realizing a broadband network in recent years.

例えば、IEEE802.3ahで規格化されている伝送速度が1.25Gbit/sのGE−PON(Gigabit Ethernet(登録商標)−Passive Optical Network)システムにおいては、OLTからONUへの下り方向は、光波長1480〜1500nm帯を用いた同報通信方式を用い、各ONUは割り当てられたタイムスロットのデータのみ取り出す。一方、各ONUからOLTへの上り方向は、光波長1260〜1360nm帯を用い、各ONUのデータが衝突しないように送出タイミングを制御する時分割多重通信方式を用いている。   For example, in a GE-PON (Gigabit Ethernet (registered trademark) -Passive Optical Network) system with a transmission rate of 1.25 Gbit / s standardized by IEEE802.3ah, the downstream direction from the OLT to the ONU has an optical wavelength of 1480. Using the broadcast communication system using the ˜1500 nm band, each ONU extracts only the data of the assigned time slot. On the other hand, the upstream direction from each ONU to the OLT uses an optical wavelength band of 1260 to 1360 nm and uses a time division multiplex communication system that controls transmission timing so that data of each ONU does not collide.

また、IEEE802.3avで規格化されている伝送速度が10.3Gbit/sの10G−EPONシステムにおいては、OLTからONUへの下り方向は、光波長1574〜1580nm帯を用いた同報通信方式を用い、各ONUは割り当てられたタイムスロットのデータのみ取り出す。一方、各ONUからOLTへの上り方向は、光波長1260〜1280nm帯を用い、各ONUのデータが衝突しないように送出タイミングを制御する時分割多重通信方式を用いている。   Also, in the 10G-EPON system with 10.3 Gbit / s transmission rate standardized by IEEE802.3av, the downlink direction from the OLT to the ONU uses the broadcast communication system using the optical wavelength band of 1574-1580 nm. Each ONU extracts only the data of the assigned time slot. On the other hand, the upstream direction from each ONU to the OLT uses an optical wavelength band of 1260 to 1280 nm and uses a time division multiplex communication system that controls transmission timing so that data of each ONU does not collide.

ここで、上記のようなPONシステムの上り方向の通信においては、各ONUは光スターカプラから異なる距離に位置することから、OLTにおける各ONUの受信レベルは受信パケット毎に異なるため、OLT用バースト光受信器には異なる受光レベルのバースト信号を高速に再生する広ダイナミックレンジ特性が求められる。従って、一般的にOLT用バースト光受信器には、受光レベルに応じて変換利得を変化させるAGC(Automatic Gain Control)回路と、識別再生する際の閾値電圧を生成するATC(Automatic Threshold Control)回路が備えられている。   Here, in the upstream communication of the PON system as described above, since each ONU is located at a different distance from the optical star coupler, the reception level of each ONU in the OLT is different for each received packet. The optical receiver is required to have a wide dynamic range characteristic for reproducing burst signals having different light reception levels at high speed. Accordingly, in general, an OLT burst optical receiver includes an AGC (Automatic Gain Control) circuit that changes a conversion gain in accordance with a received light level, and an ATC (Automatic Threshold Control) circuit that generates a threshold voltage for identification reproduction. Is provided.

PONシステム用バースト光受信器には様々な方式が提案されているが、例えば非特許文献1においては、受光素子とトランスインピーダンスアンプ回路と差動識別回路とによってバースト光受信器が構成されており、受光レベルに応じてパケット毎にトランスインピーダンスアンプ回路の利得を制御するAGC回路と、トランスインピーダンスアンプ回路の出力電圧波形のハイレベルとローレベルとを検出し、その中心電位を閾値電圧とするATC回路を備え、受光レベルが異なる各受信パケットに対して最適な受信特性を得る方式が開示されている。   Various methods have been proposed for burst optical receivers for PON systems. For example, in Non-Patent Document 1, a burst optical receiver is composed of a light receiving element, a transimpedance amplifier circuit, and a differential identification circuit. An AGC circuit that controls the gain of the transimpedance amplifier circuit for each packet according to the received light level, and an ATC that detects the high level and low level of the output voltage waveform of the transimpedance amplifier circuit and uses the center potential as the threshold voltage A system is disclosed that includes a circuit and obtains optimum reception characteristics for each received packet having different light reception levels.

S.Yamashita et al.、“Novel Cell-AGC Technique for Burst-Mode CMOS Preamplifier With Wide Dynamic Range and High Sensitivity for ATM-PON System、”IEEE J.Solid-State Circuits、vol.37、No.7、pp.881-886、July 2002.S. Yamashita et al., “Novel Cell-AGC Technique for Burst-Mode CMOS Preamplifier With Wide Dynamic Range and High Sensitivity for ATM-PON System,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 37, No. 7, pp. .881-886, July 2002.

世界に先駆けて導入された日本のFTTHサービスは、1997年からのSTM−PON(16Mbps)、2002年からのB−PON(622Mbps/156Mbps)を経て、2004年からのGE−PON(1.25Gbps)導入を契機に本格的な普及を遂げており、現在,次世代PONシステムとして10G−EPON(10.3Gbps)に関する研究開発が盛んに行われている。さらに、映像配信を中心とする様々なサービスによって、加入者系光ネットワークの需要は今後一層高まると期待されており、その伝送速度は25Gbpsや100Gbpsが必要になると予測されている。   Japan's first FTTH service introduced in the world is STM-PON (16Mbps) from 1997, B-PON (622Mbps / 156Mbps) from 2002, GE-PON (1.25Gbps) from 2004 With the introduction of the system, it has been in widespread use, and research and development related to 10G-EPON (10.3 Gbps) is being actively conducted as a next-generation PON system. Furthermore, the demand for subscriber optical networks is expected to increase further in the future due to various services centered on video distribution, and the transmission speed is expected to be 25 Gbps or 100 Gbps.

ここで、上記非特許文献1にも示されているように、一般的にバースト光受信器は、受光素子とトランスインピーダンスアンプ回路と差動識別回路とによって構成されている。高感度化のためには、トランスインピーダンスアンプ回路の利得を最大限高くすることが有効であるが、通常、トランスインピーダンスアンプ回路の利得と帯域とはトレードオフの関係にあるため、上記PONシステムの高速化に伴い、トランスインピーダンスアンプ回路の利得を小さくせざるを得ない状況である。バースト光受信器の受信感度特性は、トランスインピーダンスアンプ回路の利得が高い場合には、後段の差動識別回路の識別感度にはほとんど依存しないが、トランスインピーダンスアンプ回路の利得が低い場合には、トランスインピーダンスアンプ回路の出力電圧振幅が小さいため、後段の差動識別回路の識別感度不足が受信感度劣化要因となり得る。従って、特に,将来の25Gbpsや100GbpsのPONシステムを実現するためには、後段の差動識別回路の識別感度にも十分配慮する必要がある。   Here, as also shown in Non-Patent Document 1, a burst optical receiver is generally composed of a light receiving element, a transimpedance amplifier circuit, and a differential identification circuit. In order to increase the sensitivity, it is effective to maximize the gain of the transimpedance amplifier circuit. However, since the gain and the band of the transimpedance amplifier circuit are normally in a trade-off relationship, As the speed increases, the gain of the transimpedance amplifier circuit must be reduced. When the gain of the transimpedance amplifier circuit is high, the reception sensitivity characteristic of the burst optical receiver hardly depends on the identification sensitivity of the differential identification circuit at the subsequent stage, but when the gain of the transimpedance amplifier circuit is low, Since the output voltage amplitude of the transimpedance amplifier circuit is small, insufficient identification sensitivity of the differential identification circuit at the subsequent stage may be a cause of deterioration in reception sensitivity. Therefore, in particular, in order to realize a future 25 Gbps or 100 Gbps PON system, it is necessary to pay sufficient attention to the identification sensitivity of the differential identification circuit at the subsequent stage.

しかしながら、上記非特許文献1に示された技術では、後段の差動識別回路への入力信号は、一方がトランスインピーダンスアンプ回路の出力電圧信号、もう一方がトランスインピーダンスアンプ回路の出力電圧信号から検出したハイレベルとローレベルの中心電位、すなわちDC電圧であり、差動信号が入力される場合と比較すると、入力信号振幅が半減したことと等価となり、受信感度が劣化し易いという問題があった。   However, in the technique disclosed in Non-Patent Document 1, one of the input signals to the subsequent differential identification circuit is detected from the output voltage signal of the transimpedance amplifier circuit and the other is detected from the output voltage signal of the transimpedance amplifier circuit. Compared with the case where the center potential of the high level and the low level, that is, the DC voltage, and the differential signal is input, this is equivalent to halving the amplitude of the input signal, and there is a problem that the reception sensitivity is likely to deteriorate. .

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる受光レベルのバースト信号が時分割多重により混在するPONシステムにおいて、各パケットに対して高速に識別再生するための閾値電圧を生成するATC回路を不要とし、かつ受信感度特性に優れたバースト光受信器を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and in a PON system in which burst signals of different received light levels are mixed by time division multiplexing, an ATC that generates a threshold voltage for identifying and reproducing each packet at high speed An object of the present invention is to obtain a burst optical receiver that does not require a circuit and has excellent reception sensitivity characteristics.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光伝送路を介して複数の加入者側装置から伝送された光バースト信号を受信するバースト光受信器において、受信した光バースト信号を電流信号に変換する受光素子と、前記電流信号を電圧信号に変換する差動型トランスインピーダンスアンプ回路と、前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路からの電圧信号を識別する差動型識別回路と、一端が電源に接続され、他端が前記受光素子のカソードに接続された第1の誘導性素子と、一端が前記受光素子のアノードに接続され、他端がGNDに接続された第2の誘導性素子と、一端が前記第1の誘導性素子の他端と前記受光素子のカソードとの接続端に接続され、他端が前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路の一方の入力端に接続された容量性素子と、一端が前記第2の誘導性素子の一端と前記受光素子のアノードとの接続端に接続され、他端が前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路の他方の入力端に接続された容量性素子と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention relates to a received optical burst in a burst optical receiver that receives optical burst signals transmitted from a plurality of subscriber side devices via an optical transmission line. A light receiving element that converts a signal into a current signal, a differential transimpedance amplifier circuit that converts the current signal into a voltage signal, and a differential identification circuit that identifies a voltage signal from the differential transimpedance amplifier circuit; A first inductive element having one end connected to the power source and the other end connected to the cathode of the light receiving element, and a second inductive element connected to the anode of the light receiving element and the other end connected to GND. One end of the inductive element is connected to the connection end of the other end of the first inductive element and the cathode of the light receiving element, and the other end is one input of the differential transimpedance amplifier circuit. A capacitive element connected to one end, one end connected to one end of the second inductive element and the anode of the light receiving element, and the other end to the other input of the differential transimpedance amplifier circuit And a capacitive element connected to the end.

この発明によれば、ATC回路を不要とし、かつ受信感度特性に優れたバースト光受信器を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to obtain a burst optical receiver that does not require an ATC circuit and has excellent reception sensitivity characteristics.

図1は、本発明の実施の形態1にかかるバースト光受信器の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a burst optical receiver according to a first embodiment of the present invention. 図2に、バースト信号受信時におけるバースト光受信器内各部の過渡応答波形の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a transient response waveform of each part in the burst optical receiver when a burst signal is received. 図3は、本発明の実施の形態2にかかるバースト光受信器の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the burst optical receiver according to the second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態3にかかるバースト光受信器の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a burst optical receiver according to the third embodiment of the present invention.

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかるバースト光受信器の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a burst optical receiver according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるバースト光受信器1の構成を示す図である。図1において、バースト光受信器1は、主たる構成として、受光素子2、差動型トランスインピーダンスアンプ回路(以下単に「TIA回路」と称する)3、差動型識別回路4、容量性素子51、52、および誘導性素子61、62を有して構成されている。受光素子2のカソード端子は、誘導性素子(第1の誘導性素子)62を介して電源に接続され、受光素子2のアノード端子は、誘導性素子61(第2の誘導性素子)を介してGNDに接続されている。同時に受光素子2のカソード端子は、容量性素子52を介して、受光素子2のアノード端子は、容量性素子51を介して、それぞれTIA回路3の入力部に接続されている。すなわち、図1に示されるバースト光受信器1は、一端が電源に接続され他端が受光素子2のカソードに接続された誘導性素子62と、一端が受光素子2のアノードに接続され他端がGNDに接続された誘導性素子61と、一端が誘導性素子62の他端と受光素子2のカソードとの接続端に接続され他端がTIA回路3の一方の入力端に接続された容量性素子52と、一端が誘導性素子61の一端と受光素子2のアノードとの接続端に接続され他端がTIA回路3の他方の入力端に接続された容量性素子51と、を備えている。また、TIA回路3の出力部は、差動型識別回路4の入力部に接続され、差動型識別回路4の出力部がバースト光受信器1の出力部となっている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a burst optical receiver 1 according to the first exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 1, a burst optical receiver 1 includes, as main components, a light receiving element 2, a differential transimpedance amplifier circuit (hereinafter simply referred to as a “TIA circuit”) 3, a differential identification circuit 4, a capacitive element 51, 52, and inductive elements 61 and 62. The cathode terminal of the light receiving element 2 is connected to a power source via an inductive element (first inductive element) 62, and the anode terminal of the light receiving element 2 is connected via an inductive element 61 (second inductive element). Connected to GND. At the same time, the cathode terminal of the light receiving element 2 is connected to the input part of the TIA circuit 3 via the capacitive element 52, and the anode terminal of the light receiving element 2 is connected to the input part of the TIA circuit 3 via the capacitive element 51. That is, the burst optical receiver 1 shown in FIG. 1 has an inductive element 62 having one end connected to the power supply and the other end connected to the cathode of the light receiving element 2, and one end connected to the anode of the light receiving element 2. Is connected to GND, one end is connected to the other end of the inductive element 62 and the cathode of the light receiving element 2, and the other end is connected to one input end of the TIA circuit 3. And a capacitive element 51 having one end connected to the connection end of one end of the inductive element 61 and the anode of the light receiving element 2 and the other end connected to the other input end of the TIA circuit 3. Yes. The output part of the TIA circuit 3 is connected to the input part of the differential type identification circuit 4, and the output part of the differential type identification circuit 4 is the output part of the burst optical receiver 1.

次に動作について説明する。カソード端子が誘導性素子62を介して電源に接続され、アノード端子が誘導性素子61を介してGNDに接続された受光素子2は、DC的に逆バイアスされた状態となり、受信した光信号(光バースト信号)の受光レベルに応じた電流(電流信号)を出力する。受光素子2とTIA回路3とは、容量性素子51、52を介して接続されているため、受光素子2の出力電流の高周波成分がTIA回路3に差動電流信号として入力されることとなり、TIA回路3により差動電圧信号(電圧信号)に変換される。さらに、TIA回路3からの差動電圧信号は、差動型識別回路4によって識別・増幅され、再生された2値信号を出力する。   Next, the operation will be described. The light receiving element 2 whose cathode terminal is connected to the power supply via the inductive element 62 and whose anode terminal is connected to the GND via the inductive element 61 is in a reverse-biased state in terms of DC and receives the received optical signal ( A current (current signal) corresponding to the received light level of the optical burst signal is output. Since the light receiving element 2 and the TIA circuit 3 are connected via the capacitive elements 51 and 52, the high frequency component of the output current of the light receiving element 2 is input to the TIA circuit 3 as a differential current signal. It is converted into a differential voltage signal (voltage signal) by the TIA circuit 3. Further, the differential voltage signal from the TIA circuit 3 is discriminated and amplified by the differential discriminating circuit 4, and a reproduced binary signal is output.

図2に、バースト信号受信時におけるバースト光受信器1内各部の過渡応答波形の模式図である。ここで、図2中に示しているように,受光素子2の電流波形をAと定義し、TIA回路3の出力電圧波形をB、Cと定義し、差動型識別回路4の出力電圧波形をD、Eと定義する。受光素子2は、光を電流に線形変換する素子であるため、電流波形Aは、受信したバースト光信号と同等の波形となる。受光素子2とTIA回路3とは、容量性素子51、52によって容量結合されているため、電圧波形B、およびCは、電流波形Aを微分した波形となる。また、電圧波形D、およびEは、電圧波形B、およびCを増幅した波形となるが、差動型識別回路4においては、所望の電圧振幅以上はリミッティング動作するために、出力振幅一定の波形となる。   FIG. 2 is a schematic diagram of a transient response waveform of each part in the burst optical receiver 1 at the time of burst signal reception. Here, as shown in FIG. 2, the current waveform of the light receiving element 2 is defined as A, the output voltage waveform of the TIA circuit 3 is defined as B and C, and the output voltage waveform of the differential type identification circuit 4 is defined. Are defined as D and E. Since the light receiving element 2 is an element that linearly converts light into current, the current waveform A has a waveform equivalent to the received burst optical signal. Since the light receiving element 2 and the TIA circuit 3 are capacitively coupled by the capacitive elements 51 and 52, the voltage waveforms B and C are waveforms obtained by differentiating the current waveform A. In addition, the voltage waveforms D and E are waveforms obtained by amplifying the voltage waveforms B and C. In the differential type identification circuit 4, the output amplitude is constant because the limiting operation is performed beyond a desired voltage amplitude. It becomes a waveform.

ここで、容量性素子51、52のキャパシタンス値と、誘導性素子61、62のインダクタンス値とは、以下の条件を満足する必要がある。まず、容量性素子51、52のキャパシタンス値に関しては、受光素子2で電流信号に変換されたバースト信号に含まれる必要な周波数成分(所定の周波数成分)を通過させる必要があり、特に低域の成分が通過する所望のキャパシタンス値よりも大きな値とする必要がある。同時に、前記キャパシタンス値と前記微分波形の応答時定数とは比例関係にあり、信号再生する際の高速性を実現するためには、所望のキャパシタンス値よりも小さな値とする必要がある。つまり、容量性素子51、52のキャパシタンス値は、受信信号の必要な周波数成分を通過させるキャパシタンス値よりも大きく、かつ必要な高速応答性を実現するキャパシタンス値よりも小さくする必要がある。   Here, the capacitance values of the capacitive elements 51 and 52 and the inductance values of the inductive elements 61 and 62 need to satisfy the following conditions. First, regarding the capacitance values of the capacitive elements 51 and 52, it is necessary to pass a necessary frequency component (predetermined frequency component) included in the burst signal converted into a current signal by the light receiving element 2, particularly in a low frequency range. The value needs to be larger than the desired capacitance value through which the component passes. At the same time, the capacitance value and the response time constant of the differential waveform are in a proportional relationship, and in order to realize high speed when reproducing a signal, it is necessary to set a value smaller than a desired capacitance value. That is, the capacitance values of the capacitive elements 51 and 52 need to be larger than the capacitance value that passes the necessary frequency component of the received signal and smaller than the capacitance value that realizes the necessary high-speed response.

一方、誘導性素子61、62のインダクタンス値に関しては、受光素子2で電流信号に変換されたバースト信号に含まれる必要な周波数成分(所定の周波数成分)を阻止する必要があり、同時に、受光素子2にDC的に逆バイアスを印加できるよう、DCを含む低周波成分を通過する必要がある。つまり、誘導性素子61、62のインダクタンス値は、受信信号の必要な周波数成分を阻止するインダクタンス値よりも大きくする必要がある。   On the other hand, regarding the inductance values of the inductive elements 61 and 62, it is necessary to block a necessary frequency component (predetermined frequency component) included in the burst signal converted into a current signal by the light receiving element 2, and at the same time, the light receiving element It is necessary to pass a low frequency component including DC so that a reverse bias can be applied to 2 in a DC manner. That is, the inductance value of the inductive elements 61 and 62 needs to be larger than the inductance value that blocks the necessary frequency component of the received signal.

このように、容量性素子51、52のキャパシタンス値は、バースト信号に含まれる所定の周波数成分を通過するキャパシタンス値以上に設定され、誘導性素子61、62のインダクタンス値は、バースト信号に含まれる所定の周波数成分を阻止するインダクタンス値以上に設定されている。   As described above, the capacitance values of the capacitive elements 51 and 52 are set to be equal to or larger than the capacitance value passing through the predetermined frequency component included in the burst signal, and the inductance values of the inductive elements 61 and 62 are included in the burst signal. The inductance value is set to be equal to or higher than the predetermined frequency component.

ここで、受光素子2としては、PINフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどが代表的である。中でもアバランシェフォトダイオードは、半導体のp−n接合部に数十V程度の大きな逆バイアス電圧を印加することにより得られる電流増倍作用を利用する受光素子であり、信号対雑音比を大きく取れる利点を有している。この場合、受光素子2のアノード端子とカソード端子間には数十V程度の電圧が印加されることとなるが、受光素子2とTIA回路3とは容量性素子51、52を介して接続されているため、TIA回路3の入力端子間に数十V程度の電圧が印加されることにはならない。一般的に、高速用半導体集積回路の耐圧は数V程度であるが、上記のように受光素子2としてアバランシェフォトダイオードを適用する場合であっても、受光素子2とTIA回路3とは容量性素子51、52を介して容量結合されているため、すなわちDCカットされているため、受光素子への高逆バイアス電圧印加と半導体集積回路の耐圧とを両立可能である。   Here, as the light receiving element 2, a PIN photodiode, an avalanche photodiode, or the like is representative. In particular, an avalanche photodiode is a light receiving element that uses a current multiplication effect obtained by applying a large reverse bias voltage of about several tens of volts to a pn junction of a semiconductor, and has an advantage that a large signal-to-noise ratio can be obtained. have. In this case, a voltage of about several tens of volts is applied between the anode terminal and the cathode terminal of the light receiving element 2, but the light receiving element 2 and the TIA circuit 3 are connected via the capacitive elements 51 and 52. Therefore, a voltage of about several tens of volts is not applied between the input terminals of the TIA circuit 3. In general, the breakdown voltage of a high-speed semiconductor integrated circuit is about several volts, but even when an avalanche photodiode is applied as the light receiving element 2 as described above, the light receiving element 2 and the TIA circuit 3 are capacitive. Since the capacitors 51 and 52 are capacitively coupled, that is, they are DC cut, it is possible to achieve both high reverse bias voltage application to the light receiving element and the breakdown voltage of the semiconductor integrated circuit.

また、受光素子2の両端子がTIA回路3と高周波的に接続されているため、差動信号がTIA回路3に入力されていることとなり、従来例で単相信号を差動信号に変換するために必要であったATC回路は不要となる。   In addition, since both terminals of the light receiving element 2 are connected to the TIA circuit 3 at a high frequency, a differential signal is input to the TIA circuit 3, and a single-phase signal is converted into a differential signal in the conventional example. Therefore, the ATC circuit which is necessary for this is not necessary.

同時に、受光素子2の吐き出し電流のみならず、吸い込み電流をもTIA回路3で増幅できるため、受信感度特性に優れたバースト光受信器1を得ることができる。   At the same time, not only the discharge current of the light receiving element 2 but also the sink current can be amplified by the TIA circuit 3, so that the burst optical receiver 1 having excellent reception sensitivity characteristics can be obtained.

さらに、差動型識別回路4には、自ずと差動信号が入力されることとなるため、入力の片側がDC電圧である従来例と比較して、入力信号振幅が倍増したことと等価となり、受信感度特性に優れたバースト光受信器1を得ることができる。   Furthermore, since the differential signal is naturally input to the differential type identification circuit 4, it is equivalent to the input signal amplitude being doubled as compared with the conventional example in which one side of the input is a DC voltage, The burst optical receiver 1 having excellent reception sensitivity characteristics can be obtained.

このように、本実施の形態にかかるバースト光受信器1においては、受光素子22の両端子がTIA回路3に容量結合され、受光素子2にDC的に逆バイアスを印加し、かつ受信信号に含まれる周波数成分は後段のTIA回路3にのみ流れるよう誘導性素子61、62を備え、さらに、TIA回路3と差動型識別回路4とは、差動型増幅回路で構成されている。従って、従来例と比較して、受信感度特性に優れ、かつATC回路が不要な経済的なバースト光受信器1を実現できる。   Thus, in the burst optical receiver 1 according to the present embodiment, both terminals of the light receiving element 22 are capacitively coupled to the TIA circuit 3, a reverse bias is applied to the light receiving element 2 in a DC manner, and the received signal is converted into a received signal. Inductive elements 61 and 62 are provided so that the included frequency components flow only in the TIA circuit 3 at the subsequent stage, and the TIA circuit 3 and the differential type identification circuit 4 are configured by a differential type amplifier circuit. Therefore, it is possible to realize an economical burst optical receiver 1 that has excellent reception sensitivity characteristics and does not require an ATC circuit as compared with the conventional example.

実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2にかかるバースト光受信器1の構成を示す図である。図3において、1〜4、51、52、61、62は、実施の形態1による図1に示すものと同様であり、TIA回路3は、同一回路、同一レイアウトのペアリングに優れた一対の単相型トランスインピーダンスアンプ回路(以下単に「単相型TIA回路」と称する)31、32により構成されている。
Embodiment 2.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the burst optical receiver 1 according to the second exemplary embodiment of the present invention. 3, 1-4, 51, 52, 61, and 62 are the same as those shown in FIG. 1 according to the first embodiment, and the TIA circuit 3 is a pair of the same circuit and the same layout that is excellent in pairing. It is composed of single-phase transimpedance amplifier circuits (hereinafter simply referred to as “single-phase TIA circuits”) 31, 32.

一般的に、半導体集積回路においては、同一回路であっても、集積回路製造プロセスにおける製造条件の揺らぎに伴う特性ばらつきが生じる。この特性ばらつきは、同一ウェハ内の近接した場所に、同一レイアウトで対称配置とすることにより、軽減することが可能であり、前記一対の単相型TIA回路31、32は、同一回路、同一レイアウトのペアリングに優れたことを特徴としている。より具体的に説明すると、差動型増幅回路においては、入力される正相信号と逆相信号との間にオフセットが生じると感度劣化が懸念されるが、TIA回路3を、同一回路、同一レイアウトのペアリングに優れた一対の単相型TIA回路31、32により構成することにより、入力ならびに出力バイアスのオフセットを抑圧することが可能である。つまり、TIA回路3の入力バイアスオフセット、ならびに差動型識別回路4の入力バイアスオフセットを極力低減することができ、差動型増幅回路における感度劣化の懸念を払拭できる。   In general, in a semiconductor integrated circuit, even if the same circuit is used, characteristic variations occur due to fluctuations in manufacturing conditions in an integrated circuit manufacturing process. This variation in characteristics can be reduced by arranging symmetrically in the same layout at close locations in the same wafer. The pair of single-phase TIA circuits 31 and 32 has the same circuit and the same layout. It is characterized by excellent pairing. More specifically, in the differential amplifier circuit, if an offset occurs between the input normal phase signal and the negative phase signal, there is a concern about sensitivity degradation. However, the TIA circuit 3 is the same circuit and the same circuit. By comprising the pair of single-phase TIA circuits 31 and 32 excellent in layout pairing, it is possible to suppress the offset of the input and output biases. That is, the input bias offset of the TIA circuit 3 and the input bias offset of the differential type identification circuit 4 can be reduced as much as possible, and the fear of sensitivity deterioration in the differential type amplifier circuit can be eliminated.

このように、本実施の形態にかかるバースト光受信器1においては、TIA回路3を、同一回路、同一レイアウトのペアリングに優れた一対の単相型TIA回路31、32により構成しているため、実施の形態1で得られる効果に加えて、さらに受信感度特性に優れたバースト光受信器1を実現できる。   As described above, in the burst optical receiver 1 according to the present embodiment, the TIA circuit 3 is composed of a pair of single-phase TIA circuits 31 and 32 excellent in pairing with the same circuit and the same layout. In addition to the effects obtained in the first embodiment, it is possible to realize the burst optical receiver 1 having further excellent reception sensitivity characteristics.

実施の形態3.
図4は、本発明の実施の形態3にかかるバースト光受信器1の構成を示す図である。図4において、1〜4、51、52、61、62は、実施の形態1による図1に示すものと同様であり、TIA回路3は、差動型リミッティング増幅回路33により構成されている。
Embodiment 3.
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the burst optical receiver 1 according to the third embodiment of the present invention. 4, 1-4, 51, 52, 61, and 62 are the same as those shown in FIG. 1 according to the first embodiment, and the TIA circuit 3 includes a differential limiting amplifier circuit 33. .

差動型リミッティング増幅回路33は、入力信号の振幅が小さい場合には線形増幅し、所望の振幅以上の入力信号に対しては、一定振幅を出力するよう動作する。   The differential limiting amplifier circuit 33 operates to linearly amplify when the amplitude of the input signal is small, and to output a constant amplitude for an input signal having a desired amplitude or higher.

非特許文献1にも示されているように、通常、PONシステムで用いられるバースト光受信器1には、広ダイナミックレンジ化を実現するためにAGC回路が備えられている。一般的な単相型TIA回路においては、帰還抵抗値によりその利得が決まるが、帰還抵抗値と入力電流振幅値との積で決まる出力電圧振幅値が、ある一定値以上となる領域では、回路的に飽和するために正常に増幅動作しなくなる。これを回避するために、入力電流振幅、ないしは出力電圧振幅を検出し、その検出結果を基に帰還抵抗値を可変制御するAGC回路を用いることが一般的である。   As shown in Non-Patent Document 1, the burst optical receiver 1 that is normally used in the PON system is provided with an AGC circuit in order to realize a wide dynamic range. In a general single-phase TIA circuit, the gain is determined by the feedback resistance value, but in a region where the output voltage amplitude value determined by the product of the feedback resistance value and the input current amplitude value exceeds a certain value, the circuit Because of saturation, the amplification operation does not work normally. In order to avoid this, it is common to use an AGC circuit that detects the input current amplitude or the output voltage amplitude and variably controls the feedback resistance value based on the detection result.

一方、一般的な差動型リミッティング増幅回路は、正相、逆相にそれぞれ配設された一対のトランジスタのON/OFF動作により、固定電流値の分岐比を切り替えるよう動作する。所望の振幅以上の信号が入力された場合には、その分岐比は0%対100%、ないしは100%対0%と完全にスイッチング動作するが、特に回路的に飽和する要素はなく、正常に一定振幅を出力する。   On the other hand, a general differential limiting amplifier circuit operates so as to switch the branch ratio of a fixed current value by ON / OFF operation of a pair of transistors arranged in the positive phase and the reverse phase, respectively. When a signal with a desired amplitude or more is input, the branching ratio is completely switched between 0% to 100% or 100% to 0%. Outputs a constant amplitude.

従って、TIA回路3を、差動型リミッティング増幅回路33により構成する場合には、従来のようなAGC回路を特段設けることなく広ダイナミックレンジ化を実現できる。   Therefore, when the TIA circuit 3 is constituted by the differential limiting amplifier circuit 33, a wide dynamic range can be realized without providing a conventional AGC circuit.

このように、本実施の形態にかかるバースト光受信器1においては、TIA回路3を、差動型リミッティング増幅回路33により構成しているため、従来必要であったAGC回路が不要となり、実施の形態1で得られる効果に加えて、さらに経済性に優れたバースト光受信器1を実現できる。   As described above, in the burst optical receiver 1 according to the present embodiment, the TIA circuit 3 is configured by the differential limiting amplifier circuit 33, so that the AGC circuit that has been conventionally required is not necessary and can be implemented. In addition to the effects obtained in the first embodiment, the burst optical receiver 1 that is more economical can be realized.

以上のように、本発明は、アクセス系光通信システムの一つの方式であるPONシステムに適用可能であり、特に、ATC回路を不要とし、かつ受信感度特性に優れたバースト光受信器を得ることができる発明として有用である。   As described above, the present invention can be applied to a PON system that is one method of an access optical communication system, and in particular, to obtain a burst optical receiver that does not require an ATC circuit and has excellent reception sensitivity characteristics. It is useful as an invention that can

1 バースト光受信器
2 受光素子
3 差動型トランスインピーダンスアンプ回路
4 差動型識別回路
31,32 単相型トランスインピーダンスアンプ回路
33 差動型リミッティング増幅回路
51,52 容量性素子
61 誘導性素子(第2の誘導性素子)
62 誘導性素子(第1の誘導性素子)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Burst light receiver 2 Light receiving element 3 Differential type transimpedance amplifier circuit 4 Differential type identification circuit 31, 32 Single phase type transimpedance amplifier circuit 33 Differential type limiting amplifier circuit 51, 52 Capacitive element 61 Inductive element (Second inductive element)
62 Inductive element (first inductive element)

Claims (4)

光伝送路を介して複数の加入者側装置から伝送された光バースト信号を受信するバースト光受信器において、
受信した光バースト信号を電流信号に変換する受光素子と、
前記電流信号を電圧信号に変換する差動型トランスインピーダンスアンプ回路と、
前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路からの電圧信号を識別する差動型識別回路と、
一端が電源に接続され、他端が前記受光素子のカソードに接続された第1の誘導性素子と、
一端が前記受光素子のアノードに接続され、他端がGNDに接続された第2の誘導性素子と、
一端が前記第1の誘導性素子の他端と前記受光素子のカソードとの接続端に接続され、他端が前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路の一方の入力端に接続された容量性素子と、
一端が前記第2の誘導性素子の一端と前記受光素子のアノードとの接続端に接続され、他端が前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路の他方の入力端に接続された容量性素子と、
を備えたことを特徴とするバースト光受信器。
In a burst optical receiver that receives optical burst signals transmitted from a plurality of subscriber side devices via an optical transmission line,
A light receiving element that converts the received optical burst signal into a current signal;
A differential transimpedance amplifier circuit that converts the current signal into a voltage signal;
A differential identification circuit for identifying a voltage signal from the differential transimpedance amplifier circuit;
A first inductive element having one end connected to a power source and the other end connected to the cathode of the light receiving element;
A second inductive element having one end connected to the anode of the light receiving element and the other end connected to GND;
A capacitive element having one end connected to the connecting end of the other end of the first inductive element and the cathode of the light receiving element, and the other end connected to one input end of the differential transimpedance amplifier circuit; ,
A capacitive element having one end connected to a connection end between one end of the second inductive element and the anode of the light receiving element, and the other end connected to the other input end of the differential transimpedance amplifier circuit;
A burst optical receiver.
前記各容量性素子は、前記光バースト信号に含まれる所定の周波数成分を通過するキャパシタンス値以上に設定され、
前記各誘導性素子は、前記所定の周波数成分を阻止するインダクタンス値以上に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のバースト光受信器。
Each capacitive element is set to a capacitance value that passes a predetermined frequency component included in the optical burst signal,
2. The burst optical receiver according to claim 1, wherein each inductive element is set to have an inductance value that is greater than an inductance value that blocks the predetermined frequency component.
前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路は、同一回路、かつ、同一レイアウトのペアリングした一対の単相型トランスインピーダンスアンプ回路で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のバースト光受信器。   3. The burst light according to claim 1, wherein the differential transimpedance amplifier circuit includes a pair of single-phase transimpedance amplifier circuits having the same circuit and the same layout. Receiver. 前記差動型トランスインピーダンスアンプ回路は、所望の振幅以上の入力信号に対して一定振幅を出力する差動型リミッティング増幅回路で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のバースト光受信器。   3. The differential transimpedance amplifier circuit includes a differential limiting amplifier circuit that outputs a constant amplitude with respect to an input signal having a desired amplitude or higher. Burst light receiver.
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