CN106464358A - 功率监视装置及接收装置 - Google Patents

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Abstract

具备：APD(3)，其将接收的光信号转换为电流信号；电流镜电路(20)，其复制电流信号，输出复制的电流信号作为镜像电流；电阻(5)，其将镜像电流转换为电压；采样保持电路(10)，其在输入触发电压的时刻对转换的电压进行采样，保持采样的电压值；反相器(30)，其连接在电阻(5)与采样保持电路(10)之间；以及电容器(6)，其与反相器(30)的输出侧连接，在触发电压输入至采样保持电路(10)时，反相器(30)使电容器(6)与采样保持电路(10)的输入侧连接，在触发电压未输入至采样保持电路(10)时，反相器(30)使电容器(6)不与采样保持电路(10)的输入侧连接。

Description

功率监视装置及接收装置
技术领域
本发明涉及功率监视装置及接收装置。
背景技术
光通信用接收器具备用于监视接收光的功率的功率监视电路。在用作接入系统网络的PON(Passive Optical Network：无源光网络)的系统中，接收光信号是突发信号。因此，功率监视电路需要能够追随突发信号的高速响应性、和即使在接收功率低的情况下也能高精度地监视的高分辨率。
现有的功率监视电路例如如专利文献1所公开的那样，一般具备电流镜电路和采样保持电路。在这样的接收功率监视电路中，与输入至作为接收元件的APD(AvalanchePhoto Diode)的光信号的强度成比例的电流(APD电流)输入至电流镜电路，电流镜电路输出与APD电流成比例的镜像电流。然后，电压转换电路将镜像电流转换为电压。采样保持电路保持转换后的电压值，对保持的电压进行AD(Analog to Digital)转换而转换为数字值。能够使用该数字值监视接收光的功率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/111286号
发明内容
发明要解决的课题
在突发光通信中，由于错开时间而对功率不同的分组进行复用，接收器必须按照时间单位接收功率不同的信号。在作为接收元件的APD中，流过与信号光功率成比例的电流。功率监视电路检测该电流的大小并求出监视值。但是，如果电流镜电路因内部的晶体管的响应速度或周边的容量而不能完全高速地对突发信号进行响应，则从大功率的信号光转变为小功率的信号光的镜像电流的收敛花费时间。因此，输入至采样保持电路的输入电压也发生拖尾(trailing)。
此外，信号光生成为具有分别与“1”以及“0”的数据值对应的强度，以“1”和“0”的数据值随机重复的模式构成。尤其是，当电流镜电路跟随相同数据值连续的模式时，镜像电流向“1”侧或“0”侧变动。因此，从电流镜电路输出的镜像电流变为相对于一定电流值上下变动的镜像电流。采样保持电路的输入电压也随着镜像电流的变动而变动。
在现有的功率监视电路中，上述那样的瞬态响应(拖尾)或跟随数据值的模式而引起的镜像电流的变动导致输入到采样保持电路的输入电压产生变动，从而存在监视精度变差的问题。关于跟随数据值的模式而导致的镜像电流变动，能够通过与电压转换电路中使用的电阻并联地增加电容器使电压转换电路的输出变得平滑从而抑制采样保持电路的输入电压变动。但是，由于增加电容器，使得突发响应变慢，又会产生收敛时间变长的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于得到能够不使电路的响应速度下降而提高接收光的功率的监视精度的功率监视装置及接收装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，达到目的，本发明的特征在于，具备：光检测器，其将接收的光信号转换为电流信号；电流镜电路，其复制所述电流信号，输出复制的电流信号作为镜像电流；电流电压转换电路，其将所述镜像电流转换为电压；采样保持电路，其在输入触发电压的时刻对由所述电流电压转换电路转换的电压进行采样，保持采样的电压值；连接切换电路，其连接在所述电流电压转换电路与所述采样保持电路之间；以及电容器，其与所述连接切换电路的输出侧连接，在所述触发电压输入至所述采样保持电路时，所述连接切换电路使所述电容器与所述采样保持电路的输入侧连接，在所述触发电压未输入至所述采样保持电路时，所述连接切换电路使所述电容器不与所述采样保持电路的输入侧连接。
发明的效果
本发明的功率监视装置及接收装置获得不使电路的响应速度下降而提高接收光的功率的监视精度的效果。
附图说明
图1是示出本发明的功率监视电路(功率监视装置)的实施方式1的结构例的图。
图2是示出不具备电容器和反相器的比较例的功率监视电路中的输入信号和采样保持电路的输入电压的一例的图。
图3是示出实施方式1的功率监视电路的效果的一例的图。
图4是示出实施方式2的功率监视电路的结构例的图。
图5是用于说明实施方式2的效果的图。
具体实施方式
以下，基于附图来详细说明本发明的功率监视装置及接收装置的实施方式。另外，该发明不限于该实施方式。
实施方式1.
图1是示出本发明的功率监视电路(功率监视装置)的实施方式1的结构例的图。如图1所示，本实施方式的功率监视电路具备电流镜(Current Mirror)电路20、采样保持(Sample and Hold)电路10、APD 3、电阻4、5、电容器6、反相器9、电流电压转换放大器(TIA)11以及反相器30。本实施方式的功率监视电路例如搭载于在PON系统等光通信系统中接收光接收信号的接收装置内的光接收器中。
APD 3是将接收到的光信号转换为电流信号的光检测器。另外，此处，对使用APD作为光检测器的例子进行说明，但也可以使用不是APD的光电二极管。电流镜电路20具备晶体管1、2。晶体管1与晶体管2的基极彼此连接。晶体管2的集电极与APD3的阴极连接。由电流镜电路20和用于使恒电流流过电流镜电路20的电阻4构成电流镜部。在电流镜电路20的输出侧连接有：电阻5，其是用于将电流转换为电压的电流电压转换电路；反相器30，其由p型MOS(Metal Oxide Semiconductor)晶体管(pMOS)7和n型MOS晶体管(nMOS)8形成；电容器6，其与反相器30的输出连接；以及采样保持电路10，其输入由电阻5转换后的电压。采样保持电路10输入表示采样保持的开始和结束的时刻的采样保持触发信号。采样保持触发信号还输入至反相器9。反相器9使输入的采样保持触发信号反转而输入至反相器30。
此处，对不具备电容器6和反相器30的比较例的功率监视电路中的监视值的变动进行说明。图2是示出不具备电容器6和反相器30的比较例的功率监视电路中的输入信号和采样保持电路的输入电压的一例的图。在不具备电容器6和反相器30的情况下，如果电流镜电路因内部的晶体管的响应速度、周边的容量而不能完全高速地对突发信号进行响应，则如图2的上侧的图中采样保持电路的输入电压所示，从大功率的信号光转变为小功率的信号光为止的镜像电流收敛花费时间，采样保持电路的输入电压的收敛也花费时间。
此外，信号光以随机重复“1”和“0”的数据值的模式构成。因此，当电流镜电路跟随相同的数据值连续的模式时，如图2的下侧的图中表示为采样保持电路的输入电压那样，采样保持电路的输入电压也变动。在本实施方式中，为了不使电路的响应速度下降而使接收光的功率的监视精度提高，具备电容器6和反相器30。由此，在输入了突发信号时能够迅速地响应，并且使输入到采样保持电路的输入电压变得平滑。
接下来，对本实施方式的动作进行说明。从APD3输出的与接收到的光信号的功率成比例的电流被电流镜电路20复制而作为镜像电流输出。镜像电流由具有电阻值Rm的电阻5转换为电压VRm，输入至采样保持电路10。当采样保持触发信号为高电平时(输入了触发电压时)，采样保持电路10开始用于保持输入的电压VRm的电压值的动作。具体而言，例如采样保持电路10开始向内部具有的电容器进行电荷的充电。然后，当采样保持触发信号从高电平变为低电平时，结束用于保持输入的电压VRm的电压值的动作，保持在采样保持触发信号为高电平时输入的电压VRm的电压值。由此，在输入了触发电压的时刻，采样保持电路10对输入的电压进行采样并保持。采样保持电路10向ADC(AD转换器)输出保持的电压值。ADC将输入的电压值转换为数字值。该数字值例如输入至运算装置，运算装置能够计算接收的光信号的功率。与电流镜电路20连接的具有电阻值Roff的电阻4是用于使恒定电流流过电流镜电路20的晶体管1、2的电阻。利用电阻4能够使晶体管1、2成为始终动作的状态，因此，能够进行突发响应。
在本实施方式中，在反相器30的输出连接有使电压变动平滑的电容器6。并且，在没有输入采样保持触发时、即采样保持触发信号为低电平时(未输入触发电压的期间)，变为pMOS7截止、采样保持电路10的输入侧未连接电容器6的状态。因此，在输入了突发信号的瞬间，电流镜电路20不受电容器6的容量的影响而高速地响应，能够以较快的收敛时间输出恒定电流值。在输入了采样保持触发(输入了触发电压)时、即采样保持触发信号为高电平时，pMOS7导通，因此，在采样保持电路10的输入侧连接电容器6。通过该效果，采样保持电路10的输入电压被平滑化，变动幅度减小。
图3是示出本实施方式的功率监视电路的效果的一例的图。图3示出：在接收功率大的光信号#1输入至本实施方式的功率监视电路后输入接收功率比光信号#1小的信号光#2时的采样保持电路10的输入电压VRm的时间响应。输入电压101表示具有反相器30的情况，输入电压102表示没有反相器30的情况(电容器6始终与采样保持电路10的输入侧连接)。这样，通过使用反相器30，在接收到较大的接收功率的光信号后，也能够使输入电压VRm高速收敛。
另外，在上述的例子中，使用图1所示的反相器30实施电容器6是否与采样保持电路10的输入侧连接的切换，但进行该切换的连接切换电路不限于图1所示的反相器30。该连接切换电路在输入了采样保持触发时，使电容器6连接在采样保持电路10的输入侧，在未输入采样保持触发时，能够使电容器6从采样保持电路10的输入侧分离，只要是这样的结构，则可以是任意的电路结构。
如上所述，在本实施方式中，这样地使用与反相器30连接的电容器6，仅在输入了采样保持触发的期间，连接电容器6。因此，通过高速对突发信号进行响应，能够减少收敛时间，并同时实现采样保持的时刻的输入电压的平滑化，监视精度提高。
实施方式2.
图4是示出本发明的功率监视电路(功率监视装置)的实施方式2的结构例的图。如图4所示，本实施方式的功率监视电路除了不具备反相器30和反相器9而具备电压跟随器(电路分离部)12以外，与实施方式1的功率监视电路相同。对于具有与实施方式1相同功能的结构要素，标注与实施方式1相同的标号，省略重复的说明。
在本实施方式中，电容器6始终与用于电压转换的电阻5并联连接。在电阻5和电容器6的后级配置有电压跟随器12，在其后级连接有采样保持电路10。
接下来，对本实施方式的动作进行说明。在将由APD3生成的电流转换为电压之前，与实施方式1相同。对在采样保持电路10与电容器6之间配置电压跟随器12的目的进行说明。采样保持电路10在内部具有电容器，通过对该电容器进行充电，来对输入电压进行采样保持。因此，在进行充电并保持恒定电压之前，发生瞬态响应(非稳定状态)。在采样保持电路10的输入侧连接有电阻5或电容器6，则由于电阻5、电容器6与采样保持电路10内部的电容器，时间常数变长，瞬态响应时间延迟。在本实施方式中，具备电压跟随器12，由此，使与电流镜电路20的输出连接的电阻5以及电容器6与采样保持电路10分离，从而缩短时间常数，防止瞬态响应时间延迟。电压跟随器12的输入阻抗非常大，输出阻抗非常小。因此，能够分离前级的电路与后级的电路。
图5是用于说明本实施方式的效果的图。在输入了信号光时，由于瞬态响应，采样保持电路10的输入电压VVF上升，之后，成为恒定电压。在图5中，输入电压103是具有电压跟随器12的情况下的采样保持电路10的输入电压，输入电压104是没有电压跟随器12的情况下的采样保持电路10的输入电压。此外，在图5中，输出电压105是具有电压跟随器12的情况下的采样保持电路10的输出电压，输出电压106是没有电压跟随器12的情况下的采样保持电路10的输出电压。
采样保持电路10的输入电压在具有电压跟随器12和没有电压跟随器12的情况下，上升的时间不同，在具有电压跟随器12的情况下迅速上升，在没有电压跟随器12的情况下上升延迟。此时，在输入了采样保持触发(触发电压)后，采样保持电路10进行工作，在采样保持触发的下降时，保持采样保持电路10的输入电压。在触发宽度短的情况下，如果没有电压跟随器12，则因瞬态响应而在上升的途中保持电压，因此，保持比希望的电压值小的电压。因此，返回比输入的接收功率小的值作为监视值，监视精度变差。
与此相对，在具有电压跟随器12的情况下，由于上升较快，即使触发宽度短，也完成了收敛，因此，返回希望的电压值，能够防止监视精度变差。此外，本实施方式的功率监视电路具有电容器6，因此，能够与实施方式1同样地进行输入电压的平滑化，从而能够提高监视精度。
如上所述，在本实施方式中，在采样保持电路10与电容器6之间配置了电压跟随器12。因此，能够缩短瞬态响应的时间，在触发宽度短的情况下也能够防止监视精度恶化。
工业上的可利用性
如上所述，本发明的功率监视装置及接收装置适用于接收光信号的接收装置。
标号说明
1、2：晶体管；3：APD；4、5：电阻；6：电容器；9、30：反相器；10：采样保持电路；11：TIA；20：电流镜电路；12：电压跟随器。

Claims (5)

1.一种功率监视装置，其特征在于，其具备：
光检测器，其将接收到的光信号转换为电流信号；
电流镜电路，其复制所述电流信号，输出复制的电流信号作为镜像电流；
电流电压转换电路，其将所述镜像电流转换为电压；
采样保持电路，其在输入触发电压的时刻对由所述电流电压转换电路转换的电压进行采样，保持采样的电压值；
连接切换电路，其连接在所述电流电压转换电路与所述采样保持电路之间；以及
电容器，其与所述连接切换电路的输出侧连接，
在所述触发电压输入至所述采样保持电路时，所述连接切换电路使所述电容器与所述采样保持电路的输入侧连接，在所述触发电压未输入至所述采样保持电路时，所述连接切换电路使所述电容器不与所述采样保持电路的输入侧连接。
2.根据权利要求1所述的功率监视装置，其特征在于，
所述连接切换电路是由p型MOS晶体管和n型MOS晶体管构成的反相器。
3.一种功率监视装置，其特征在于，其具备：
光检测器，其将接收到的光信号转换为电流信号；
电流镜电路，其复制所述电流信号，输出复制的电流信号作为镜像电流；
电流电压转换电路，其将所述镜像电流转换为电压；
采样保持电路，其在输入触发电压的时刻对由所述电流电压转换电路转换的电压进行采样，保持采样的电压值；
电容器，其连接在所述电流电压转换电路与所述采样保持电路之间；以及
电压跟随器，其连接在所述电容器与所述采样保持电路之间。
4.一种接收装置，其接收光信号，其特征在于，其具备：
光检测器，其将所述光信号转换为电流信号；
电流镜电路，其复制所述电流信号，输出复制的电流信号作为镜像电流；
电流电压转换电路，其将所述镜像电流转换为电压；
采样保持电路，其在输入触发电压的时刻对由所述电流电压转换电路转换的电压进行采样，保持采样的电压值；
连接切换电路，其连接在所述电流电压转换电路与所述采样保持电路之间；以及
电容器，其与所述连接切换电路的输出侧连接，
在所述触发电压输入至所述采样保持电路时，所述连接切换电路使所述电容器与所述采样保持电路的输入侧连接，在所述触发电压未输入至所述采样保持电路时，所述连接切换电路使所述电容器不与所述采样保持电路的输入侧连接。
5.一种接收装置，其接收光信号，其特征在于，其具备：
光检测器，其将所述光信号转换为电流信号；
电流镜电路，其复制所述电流信号，输出复制的电流信号作为镜像电流；
电流电压转换电路，其将所述镜像电流转换为电压；
采样保持电路，其在输入触发电压的时刻对由所述电流电压转换电路转换的电压进行采样，保持采样的电压值；
电容器，其连接在所述电流电压转换电路与所述采样保持电路之间；以及
电压跟随器，其连接在所述电容器与所述采样保持电路之间。
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