FI106679B - Optical receiver - Google Patents

Optical receiver Download PDF

Info

Publication number
FI106679B
FI106679B FI974536A FI974536A FI106679B FI 106679 B FI106679 B FI 106679B FI 974536 A FI974536 A FI 974536A FI 974536 A FI974536 A FI 974536A FI 106679 B FI106679 B FI 106679B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
input
impedance
voltage
receiver
amplifier
Prior art date
Application number
FI974536A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI974536A (en
FI974536A0 (en
Inventor
Leif Wikberg
Original Assignee
Nokia Networks Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Networks Oy filed Critical Nokia Networks Oy
Priority to FI974536A priority Critical patent/FI106679B/en
Publication of FI974536A0 publication Critical patent/FI974536A0/en
Priority to PCT/FI1998/000989 priority patent/WO1999031830A2/en
Priority to AU16739/99A priority patent/AU1673999A/en
Publication of FI974536A publication Critical patent/FI974536A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI106679B publication Critical patent/FI106679B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/693Arrangements for optimizing the preamplifier in the receiver
    • H04B10/6931Automatic gain control of the preamplifier
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/69Electrical arrangements in the receiver
    • H04B10/691Arrangements for optimizing the photodetector in the receiver
    • H04B10/6911Photodiode bias control, e.g. for compensating temperature variations

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

1 1066791 106679

Optinen vastaanotinOptical receiver

Keksinnön alaField of the Invention

Keksintö liittyy yleisesti optiseen vastaanottimeen. Tarkemmin sa-5 nottuna keksintö koskee optisessa vastaanottimessa käytettävää menetelmää ja piirikytkentää, joiden avulla kasvatetaan tulovahvistimen dynamiikka-aluetta.The invention relates generally to an optical receiver. More particularly, the invention relates to a method and circuitry for use in an optical receiver to increase the dynamic range of an input amplifier.

Tekniikan tausta 10 Optinen siirtojärjestelmä käsittää optisen lähettimen, joka muuttaa lähetettävän sähköisen signaalin optiseen muotoon, (b) optisen kuidun, joka j toimii optisen signaalin johtimena, ja (c) optisen vastaanottimen, joka ilmai see lähetetyn optisen signaalin ja muuttaa sen sähköiseen muotoon.BACKGROUND OF THE INVENTION An optical transmission system comprises an optical transmitter which converts an electrical signal to be transmitted into an optical form, (b) an optical fiber acting as a conductor of an optical signal, and (c) an optical receiver detecting and converting the transmitted optical signal.

Tyypillinen optinen vastaanotin käsittää tuloasteessaan valoilmaisi-15 men ja transimpedanssivahvistimen, jonka tulo on kytketty valoilmaisimelle. Valoilmaisin muuttaa vastaanottamansa optisen signaalin sähkövirraksi, joka syötetään transimpedanssivahvistimelle. Viime mainittu tuottaa lähtöönsä jännitteen, joka on verrannollinen sisään tulevaan virtaan, joten vahvistimen lähdöstä saadaan valoilmaisimen virtaan verrannollinen jännite. Valoilmaisin . .·. 20 on yleensä joko vyöryvalodiodi (APD, Avalanche Photo Diode) tai optinen :·'· PIN-diodi. Vyöryvalodiodilla saavutetaan paremmat suoritusarvot kuin ΡΙΝΙ I diodilla, mutta se on kalliimpi kuin PIN-diodi ja sen käyttö on lisäksi selvästi :*V hankalampaa (johtuen sen vaatimasta suuresta bias-jännitteestä, jota on sää- dettävä lämpötilan mukaan). Transimpedanssivahvistimia käytetään yleisesti : 25 mm. siksi, että niiden avulla saavutetaan suhteellisen yksinkertaisella raken- • « : teella suhteellisen hyvät herkkyysominaisuudet.A typical optical receiver comprises, in its input stage, a light detector 15 and a transimpedance amplifier, the input of which is coupled to a light detector. The light detector converts the optical signal it receives into an electric current that is applied to a transimpedance amplifier. The latter produces a voltage proportional to the incoming current at its output, so that a voltage proportional to the current of the light detector is obtained at the output of the amplifier. Light detector. . ·. The 20 is usually either an Avalanche Photo Diode (APD) or an optical: · '· PIN diode. The spin LED achieves better performance than the ΡΙΝΙ I diode, but is more expensive than the PIN diode and is also clearly: * V more difficult (due to the high bias voltage it requires, which must be temperature-controlled). Transimpedance amplifiers are commonly used: 25 mm. because they achieve relatively good sensitivity properties by a relatively simple structure.

Optisten vastaanotinratkaisujen eräänä ongelmana on niiden riittämätön dynamiikka: hyvä herkkyys merkitsee usein huonoa tehonsietoa ja hyvä tehonsieto puolestaan huonoa herkkyyttä. Huono dynamiikka heikentää puo-30 testaan vastaanottimen käytön joustavuutta; esim. siirryttäessä käyttämään !·:· lyhyempää kuitua on lisättävä ylimääräinen vaimennin lähettimen ja vastaan- • · / · ottimen väliin.One problem with optical receiver solutions is their inadequate dynamics: good sensitivity often means poor power tolerance and good power tolerance in turn means poor sensitivity. Poor dynamics diminishes the flexibility of using the receiver; For example, when switching to! ·: · shorter fiber must be fitted with an extra attenuator between the transmitter and the receiver.

V\ Koska vastaanottimeen tulevan optisen signaalin tehotaso voi käy- tännössä vaihdella huomattavastikin (riippuen siitä, kuinka pitkää kuitua käy-. .· 35 tetään), transimpedanssivahvistimen yhteydessä käytetään tyypillisesti jonkin- 2 106679 laista automaattista vahvistuksen säätöä (AGC), jonka avulla vahvistimen läh-töjännite pidetään oleellisesti vakiona, kun sisään tuleva signaali on ennalta valittua kynnysarvoa suurempi.V \ Because the power level of the optical signal entering the receiver can vary considerably in practice (depending on how long the fiber is used.), A transponder amplifier typically employs some type of automatic gain control (AGC), which allows the amplifier to transmit. the operating voltage is kept substantially constant when the incoming signal is greater than a preselected threshold.

Kun pyritään hyvään herkkyyteen, ovat vahvistimen tulonavassa vai-5 kutiavat hajakapasitanssit oleellisia; jo pienikin kapasitanssi heikentää vastaanottimen herkkyyttä. Näin ollen on myös oleellista, että vahvistimen tulossa vaikuttavat hajasuureet (parasitics) saadaan mahdollisimman pieniksi.When good sensitivity is sought, stray capacitances that operate at the input terminal of the amplifier are essential; even a small capacitance lowers the receiver's sensitivity. Therefore, it is also essential that the parasitics acting on the amplifier input are minimized.

Vastaanottimen dynamiikka-aluetta on yritetty laajentaa käyttämällä säädettävää resistiivistä elementtiä transimpedanssivahvistimen edessä.Attempts have been made to extend the receiver's dynamic range by using an adjustable resistive element in front of the transimpedance amplifier.

10 Elementin resistanssia säädetään vasteena vahvistimelle tulevan signaalin voimakkuuteen siten, että suuremmilla tasoilla resistanssia pienennetään, jolloin vahvistimen tuloon kytketty virta pienenee (osan virrasta kulkiessa re-sistiivisen elementin kautta), eikä vahvistin kyllästy. Tällaisesta perusratkaisusta tunnetaan useita erilaisia variaatioita, joita kuvataan lyhyesti seuraa-15 vassa.The resistance of the element is adjusted in response to the strength of the signal to the amplifier such that at higher levels the resistance is reduced, thereby reducing the current applied to the amplifier input (as part of the current passes through the resistive element). Various variations of such a basic solution are known, and will be briefly described below.

US-patentissa 5,012,202 ja EP-patenttijuikaisussa 433 646-B1 esitetään säätöpiiri, jossa resistiivisenä elementtinä käytetään kanavatran-sistoria (FET). Jotta kanavatransistorin nielun (drain) kapasitanssi ei pienentäisi vahvistimen herkkyyttä, täytyy se kompensoida kanavatransistorin . .· 20 yli olevalla takaisinkytkennällä. Tällainen takaisinkytkentä tekee piiristä kui- • · » :·.· tenkin entistä monimutkaisemman. Lisäksi takaisinkytkentä hankaloittaa » '· * vastaanottimen suunnittelua.U.S. Patent No. 5,012,202 and EP Patent Specification 433,646-B1 disclose a control circuit in which a channel transistor (FET) is used as a resistive element. In order not to decrease the sensitivity of the amplifier, the drain capacitance of the channel transistor must not be compensated by the channel transistor. · With 20 or more feedback. This type of feedback makes the circuit more or less complicated. In addition, feedback makes it difficult to design »'· * the receiver.

» · * » · “V Kanavatransistoria parempi vaihtoehto on käyttää säädettävänä re- sistiivisenä elementtinä diodia, jolla on luonnostaan pieni kapasitanssi. Dio- • » [ 25 diin perustuvia ratkaisuja on useita erilaisia.»· *» · “V A better alternative to a channel transistor is to use a diode of low capacitance as an adjustable resistive element. There are many different solutions based on diode.

GB-patenttihakemuksessa 2 247 798-A on esitetty diodiin perustuva ratkaisu, jossa vastuksen (r, kuvio 1) yli muodostuvan jännitteen perusteella ohjataan kytkintransistoria (TR1, kuvio 1) käyttäen diodin (D, kuvio 1) yli olevaa jännitettä ja näin ollen diodin dynaamista resistanssia. Jotta säätö- ·’·. 30 piiri ei häiritsisi transimpedanssivahvistimen DC-toimintapistettä, on se jou- • ^ .·:· duttu erottamaan kondensaattorilla (C2, kuvio 1) vahvistimesta. Konden- .· * saattorin käyttö aiheuttaa kuitenkin takaisinkytkentäsilmukkaan ylimääräisen • · ’· '· aikavakion, joka hankaloittaa suunnittelua. Lisäksi kondensaattorit ja em.British Patent Application 2,247,798-A discloses a diode-based solution in which a switch transistor (TR1, FIG. 1) is controlled by a voltage across a resistor (r, FIG. 1) using a voltage across the diode (D, FIG. 1) and thus resistance. For adjustment · '·. The circuit 30 would not interfere with the DC operating point of the transimpedance amplifier, it is forced to be separated by a capacitor (C2, Fig. 1) from the amplifier. However, the use of a condenser · * impeller causes an additional time constant in the feedback loop, which • complicates the design. In addition, capacitors and em.

vastus tekevät piirin monimutkaisemmaksi, jolloin myös piirilevyltä vaaditaan * · t « · « · • · · 3 106679 entistä enemmän tilaa. Kaikki lisäkomponentit aiheuttavat myös hajasuureita suurilla taajuuksilla, mikä heikentää vastaanottimen herkkyyttä.the resistor makes the circuit more complex, which also requires * · t «·« · • · 3 106679 more space. All additional components also cause spreads at high frequencies, which reduces the sensitivity of the receiver.

US-patentissa 4,415,803 kuvataan myös diodiin perustuva ratkaisu, jossa käytetään säädössä huipputason ilmaisinpiiriä (peak-hold), joka tark-5 kailee transimpedanssivahvistimen lähdön huippuarvoa. Tämän huippuarvon perusteella säädetään diodin yli olevaa jännitettä niin, että osa vahvistimen tulovirrasta kulkee diodin kautta. Tämän ratkaisun epäkohtana on se, että suurilla siirtonopeuksilla tarkan peak-hold-piirin toteuttaminen on vaikeaa. Suuren tarkkuuden saavuttaminen huippuarvon mittauksessa on vaikeaa ja 10 vaatii lisäksi kalliiden erikoiskomponenttien käyttöä.U.S. Pat. No. 4,415,803 also describes a diode-based solution using a peak-hold detector circuit which controls the peak value of the output of a transimpedance amplifier. Based on this peak value, the voltage across the diode is adjusted so that part of the amplifier input current passes through the diode. The disadvantage of this solution is that at high transfer rates it is difficult to realize an accurate Peak-hold circuit. Achieving high accuracy in peak measurement is difficult and requires the use of expensive special components.

EP-patenttihakemuksesta 402 044-B1 tunnetaan ratkaisu, jossa ilmaisimen virta kulkee vastuksen (R1, kuvat 4a ja 4b) läpi ja aiheuttaa jännitteen diodin (D0, kuvat 4a ja 4b) yli. Kun tämä jännite on riittävän suuri, diodi alkaa johtaa, jolloin se toimii vaimentimena. Tällaisen ratkaisun epä-15 kohtana on mm. se, että vastus aiheuttaa kohinaa, joka puolestaan pienentää vastaanottimen herkkyyttä. Takaisinkytkentä hankaloittaa myös toteutusta, koska sen on oltava stabiili kaikissa olosuhteissa.EP-A-402 044-B1 discloses a solution in which a detector current passes through a resistor (R1, Figures 4a and 4b) and causes a voltage across a diode (D0, Figures 4a and 4b). When this voltage is high enough, the diode begins to conduct, thereby acting as a dampener. The disadvantage of such a solution is e.g. the fact that the resistor causes noise, which in turn reduces the sensitivity of the receiver. Feedback also complicates implementation because it must be stable under all conditions.

Vastaanottimen dynamiikka-aluetta on yritetty laajentaa myös toteuttamalla transimpedanssivahvistimen takaisinkytkentävastus säädettävä-. .· 20 nä. Tällaisella ratkaisulla on kuitenkin samat ongelmat kuin edellä kuvatuilla :*.· ratkaisuilla; säätö aiheuttaa helposti hajakapasitanssia vahvistimen tuloon ja j s, säädössä joudutaan tekemään kompromissi dynamiikan ja herkkyyden suh- *'Y teen.Attempts have also been made to extend the dynamic range of the receiver by providing a variable impedance amplifier feedback resistance. · 20 weeks However, such a solution has the same problems as the ones described above:. the adjustment easily causes a diffuse capacitance at the input of the amplifier, and j, the adjustment has to compromise the dynamics and sensitivity * * Y.

·<·>· • · : ’ 25 Keksinnön lyhyt yhteenveto· Brief Summary of the Invention

Keksinnön tarkoituksena on päästä eroon edellä kuvatuista epäkohdista ja saada aikaan ratkaisu, jonka avulla vastaanottimen dynaamista aluetta pystytään kasvattamaan niin, että piiriratkaisu pysyy mahdollisimman yksinkertaisena ja lisäksi niin, että vastaanottimen herkkyyden heikkenemi- ·’·. 30 nen on minimaalista.It is an object of the invention to overcome the drawbacks described above and to provide a solution that allows the dynamic range of the receiver to be increased so as to keep the circuit solution as simple as possible while also reducing the sensitivity of the receiver. 30 is minimal.

• .·:· Tämä päämäärä saavutetaan ratkaisulla, joka on määritelty itsenäi- ./ · sissä patenttivaatimuksissa.This object is achieved by the solution defined in the independent claims.

*· ’ Keksinnön ajatuksena on suorittaa säätö kokonaan transimpedans- : sivahvistimen tulopuolella säätämällä vahvistimen tuloon kytketyn impedans- ; 35 sielementin impedanssia suoraan vastaanottimeen tulevan optisen tehon pe- t I » t • · 4 106679 rusteella. Toisin sanoen, ajatuksena on suorittaa säätö ilman takaisinkyt-kentää transimpedanssivahvistimen lähdöstä. Koska takaisinkytkentää ei tarvita, vähenee suunnittelu- ja komponenttitarve tältä osin.* · 'The idea of the invention is to perform a complete control on the input side of a transimpedance: side amplifier by adjusting the impedance connected to the input of the amplifier; Impedance of 35 soul elements directly at the receiver by optical power at I »t • · 4 106679. In other words, the idea is to perform an adjustment without a feedback field at the output of the transimpedance amplifier. Because no feedback is required, design and component requirements in this regard are reduced.

Keksinnön mukaisen ratkaisun lisäetuna on, että kytkennässä voi-5 daan käyttää tavanomaisia, taloudellisesti edullisia komponentteja.A further advantage of the solution according to the invention is that conventional economically advantageous components can be used in the coupling.

KuvioluetteloList of figures

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia toteutustapoja kuvataan tarkemmin esimerkinomaisesti viitaten kuvioihin 1-3 oheisessa piirustuksessa, 10 jossa kuvio 1 havainnollistaa keksinnön mukaista ratkaisua yleisellä tasolla, kuvio 2 havainnollistaa kuvion 1 mukaisen piirin toimintaa, ja kuvio 3 esittää kuvion 1 mukaisen piirin erästä yksityiskohtaisempaa toteu-15 tusta.In the following, the invention and its preferred embodiments will be described in more detail by way of example with reference to Figures 1-3 in the accompanying drawing, in which Figure 1 illustrates the solution of the invention in general, Figure 2 illustrates operation of the circuit of Figure 1; FINANCING.

Keksinnön yksityiskohtainen selostusDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Kuviossa 1 on havainnollistettu keksinnön mukaista periaatetta yleisellä tasolla esittämällä optisen vastaanottimen etupäätä, joka käsittää . 20 transimpedanssivahvistimen TA. Kuten tunnettua, transimpedanssivahvistin on invertoiva (180 asteen vaihesiirto) jännitevahvistin, jossa on sisäinen ta-| ! kaisinkytkentävastus (ei esitetty kuvioissa). Optiselta kuidulta OF saapuva (optinen) signaali muutetaan virraksi valoilmaisimessa PD, joka voiperiaat- • · » teessä olla mitä tahansa tunnettua tyyppiä. Tässä esimerkissä oletetaan va- • · ' 25 loilmaisimen olevan optinen PIN-diodi. PIN-diodin anodi on kytketty transim- pedanssivahvistimen tuloon ja katodi biasointijännitteeseen +V1. Keksinnön mukainen säätöyksikkö CU mittaa vastaanottimeen tulevaa optista tehoa ja säätää sen perusteella vahvistimen tulopisteeseen P1 kytketyn impedans- sielementin ZU impedanssia. Tulevan tehon mittaus tapahtuu mittaamalla :*·, 30 diodin läpi kulkevaa virtaa, joka on tässä tapauksessa suoraan verrannolli- * .·:* nen tulevan optisen tehon keskiarvoon. Tehon tunnistus on edullista suorit- / · taa valodiodin katodilta, jotta mittaus ei vaikuta epäedullisesti transimpe- ’· * danssivahvistimen herkkyyteen.Figure 1 illustrates the principle of the invention in general terms by showing a front end of an optical receiver comprising. 20 trans-impedance amplifiers TA. As is known, a transimpedance amplifier is an inverting (180 degree phase shift) voltage amplifier with an internal balance | ! harness coupling resistor (not shown). The (optical) signal coming from the optical fiber OF is converted into a current in the light detector PD, which may be of any known type. In this example, it is assumed that the detector is an optical PIN diode. The anode of the PIN diode is connected to the input of the transimpedance amplifier and the cathode to the bias voltage + V1. The control unit CU according to the invention measures the optical power supplied to the receiver and accordingly adjusts the impedance of the impedance element ZU connected to the amplifier input point P1. The power measurement is done by measuring: * ·, the current through 30 diodes, which in this case is directly proportional to the average of the optical power. It is advantageous to perform power detection at the cathode of the light-emitting diode so that the sensitivity of the transimpedance amplifier is not adversely affected by the measurement.

Keksinnön mukaisen piirin toimintaa on havainnollistettu kuviossa • ♦ . .· 35 2, jossa on pystyakselilla kuvattu optisen tulotehon keskiarvoa ja vaaka-The operation of the circuit according to the invention is illustrated in FIG. · 35 2, which shows the average optical input power and the horizontal axis as the vertical axis

»M»M

5 106679 akselilla transimpedanssivahvistimen tulopisteessä (P1) näkyvää impedanssia. Pienillä tulotasoilla impedanssielementin ZU impedanssi on suuri ja tulo-pisteessä näkyvällä impedanssilla on jokin vastuksen R2 ja transimpedanssivahvistimen tuloimpedanssin rinnankytkennästä riippuva (suuri) arvo (Z1).5 106679 is the impedance at the input (P1) of the transimpedance amplifier on the axis. At low input levels, the impedance of the impedance element ZU is high, and the impedance displayed at the input point has a (high) value (Z1) dependent on the parallel connection of the resistor R2 and the input impedance of the transimpedance amplifier.

5 Kun optinen tuloteho kasvaa tiettyä kynnysarvoa P^ suuremmaksi, impedanssielementin ZU impedanssi alkaa pienentyä. Pieneneminen on joko lineaarista (käyrä C1) tai epälineaarista (käyrä C2), käyrämuoto riippuu käytetyn impedanssielementin ominaisuuksista.5 As the optical input power increases above a certain threshold value P ^, the impedance of the impedance element ZU begins to decrease. The decrease is either linear (curve C1) or non-linear (curve C2), the shape of the curve depends on the properties of the impedance element used.

Kuviossa 3 on esitetty kuvioiden 1 ja 2 mukaisen piirin erästä tar-10 kempaa toteutustapaa, jossa impedanssielementti muodostuu peräkkäin kytketyistä PIN-diodeista D1 ja D2 ja säätöyksikkö differentiaalivahvistinkytken-nästä, jolla ohjataan impedanssielementin läpi kulkevaa virtaa. Mainittakoon vielä selvennykseksi, että diodit ovat suurtaajuusdiodeja (engl. RF PIN diode).Fig. 3 illustrates a further embodiment of the circuit of Figs. 1 and 2, in which the impedance element consists of a series of connected PIN diodes D1 and D2 and a control unit via a differential amplifier circuit for controlling the current through the impedance element. For the sake of clarity, the diodes are high frequency diodes (RF PINs).

15 Kuvion 3 mukaisessa piirissä valoilmaisimen PD anodi on kytketty kondensaattorin C4 kautta transimpedanssivahvistimen TA tuloon ja vastuksen R2 kautta maahan. Kondensaattorin C4 avulla suoritetaan DC-erotus, jolla varmistetaan se, ettei säädöllä vaikuteta transimpedanssivahvistimen DC-toimintapisteeseen. Kondensaattori ei ole keksinnön kannalta oleellinen, . .· 20 ja sen tarve riippuu käytetystä transimpedanssivahvistimesta. Vastus R2 : v (jonka arvo on suuri), määrää yhdessä transimpedanssivahvistimen tuloim- *. /. pedanssin kanssa pisteen P1 impedanssin pienillä tulotasoilla (kun impe- :danssielementin läpi ei kulje virtaa), vrt. Z1 kuviossa 2.In the circuit of Figure 3, the anode of the light detector PD is coupled via capacitor C4 to the input of a transimpedance amplifier TA and through a resistor R2 to ground. Capacitor C4 performs a DC separation to ensure that the DC operating point of the transimpedance amplifier is not affected by the control. The capacitor is not essential to the invention,. · 20 and its need depends on the transimpedance amplifier used. Resistor R2: (high value), together, determines the output of the transimpedance amplifier. /. with the pedal at low input impedance levels of the point P1 (when no current flows through the impedance element), cf. Z1 in Figure 2.

4 040 0

Valoilmaisimen katodi on puolestaan kytketty kondensaattorin C1 * « '· 1 25 kautta maahan ja vastuksen R1 kautta biasointijännitteeseen +V1. Konden- saattori C1 toimii signaalia suodattavana komponenttina, jonka avulla saadaan keskiarvoistettu jännite valoilmaisimen katodille (jännite U1). Vastuksen R1 avulla muodostetaan puolestaan optiseen tulotehoon verrannollinen jännite Um, josta muodostetaan vahvistinkytkennän avulla ohjausjännite (U2) ·1·. 30 impedanssielementtiä varten.The cathode of the light detector, in turn, is connected to ground through capacitor C1 * «'· 1 25 and through resistor R1 to bias voltage + V1. Capacitor C1 acts as a signal filtering component to provide an average voltage to the cathode of the light detector (voltage U1). The resistor R1, in turn, generates a voltage Um proportional to the optical input power, which by means of an amplifier circuit generates a control voltage (U2) · 1 ·. For 30 impedance elements.

.·:1 Vastuksen R1 valoilmaisimen puoleinen napa on kytketty vastuk- . 1· · sen R7 kautta differentiaalivahvistimen A1 ensimmäiseen (ei-invertoivaan) *· ' tuloon, kun taas biasointijännitteen puoleinen napa on kytketty vastuksen R5 *” kautta differentiaalivahvistimen toiseen (invertoivaan) tuloon. Tämä tulonapa • • 0 0 9 0 0 · · 999 9 6 106679 on lisäksi kytketty vastuksen R3 kautta maahan ja takaisinkytkentävastuksen R4 kautta vahvistimen lähtöön.·: 1 The light sensor side of resistor R1 is connected to the resistor. 1 · · through R7 to the first (non-inverting) input of differential amplifier A1, while the bias voltage side terminal is connected via resistor R5 * ”to the second (inverting) input of the differential amplifier. This input terminal • • 0 0 9 0 0 · · 999 9 6 106679 is further connected through ground resistor R3 and through feedback resistor R4 to the output of the amplifier.

PIN-diodit D1 ja D2 muodostavat virtaohjatun impedanssielementin ZU, jonka dynaamista impedanssia ohjaamalla kasvatetaan transimpedans-5 sivahvistimen dynamiikka-aluetta. Diodit on kytketty peräkkäin siten, että diodin D1 anodin ja diodin D2 katodin muodostama yhteinen napa muodostaa transimpedanssivahvistimen tulopisteen P1, joka muodostaa samalla vastuksen R2 ja valoilmaisimen yhteisen navan, joka kytketty kondensaattorin C4 kautta transimpedanssivahvistimen tuloon.The PIN diodes D1 and D2 form a current-controlled impedance element ZU, whose dynamic impedance control increases the dynamic range of the transimpedans-5 side amplifier. The diodes are connected in series such that the common terminal formed by the anode of the diode D1 and the cathode of the diode D2 forms an input point P1 of the transimpedance amplifier, which simultaneously forms a common terminal of resistor R2 and light detector connected via a capacitor C4 to the input of the transimpedance amplifier.

10 Diodin D2 anodi on kytketty esiasetusjännitteeseen Vi ja konden saattorin C3 kautta maahan. Diodin D1 katodi on puolestaan kytketty vastuksen R6 ensimmäiseen napaan ja kondensaattorin C2 kautta maahan. Vastuksen R6 toinen napa on kytketty differentiaalivahvistimen A1 lähtöön. Mainitut kondensaattorit eivät ole varsinaisen keksinnöllisen ajatuksen kannalta 15 oleellisia; C2 ja C3 muodostavat pieni-impedanssisen virtatien maahan, jolloin diodit ovat piirin toiminnan kannalta keskenään rinnakkain pisteestä P1 maahan. Vastus R6 toimii puolestaan rajoittimena, joka rajoittaa impedanssielementin läpi kulkevaa maksimivirtaa.10 The anode of diode D2 is connected to the preset voltage Vi and through the condenser C3 to ground. The cathode of diode D1, in turn, is coupled to the first terminal of resistor R6 and to ground through capacitor C2. The other terminal of resistor R6 is connected to the output of a differential amplifier A1. The capacitors mentioned are not essential to the actual inventive idea; C2 and C3 form a low-impedance current path to ground, so that the diodes are parallel to each other from point P1 to ground for circuit operation. The resistor R6, in turn, acts as a limiter which limits the maximum current through the impedance element.

Kuvion 3 mukainen piiri toimii seuraavasti. Kun optinen tuloteho on . 20 nolla, diodit D1 ja D2 ovat estosuuntaisia ja pisteessä P1 näkyy impedanssi, ;’]1 jonka arvon määrää vastuksen R2 ja transimpedanssivahvistimen tuloimpe- *. /. danssin rinnakkainkytkentä. Kun optista tehoa tulee vastaanottimeen, vas-The circuit of Fig. 3 operates as follows. When the optical input power is. 20, the diodes D1 and D2 are in the reverse direction, and at point P1 the impedance is displayed; '] 1, the value of which is determined by the input impedance of the resistor R2 and the transimpedance amplifier. /. parallel dancing. When optical power comes into the receiver,

* tuksen R1 yli vaikuttava jännite Um on suoraan verrannollinen valodiödiin PD* the voltage Um acting over R1 is directly proportional to the photodiode PD

I · tulevan optisen tehon keskiarvoon. Näin ollen jännite U1 pienenee optisen • % * \ 25 tulotehon kasvaessa. Differentiaalivahvistimen A1 lähtöjännite U2 muuttuu jännitteen U1 funktiona, ja kun U1 on riittävän pieni (verrattuna vastusten R3 ja R5 muodostaman jännitteenjakajan avulla asetettuun kynnysarvoon), myös U2 on riittävän pieni verrattuna esiasetusjännitteeseen Vi, jolloin diodit D1 ja D2 muuttuvat päästösuuntaisiksi ja niiden läpi alkaa kulkea virta.I · the average of the optical power received. Therefore, the voltage U1 decreases as the optical input% • \ 25 increases. The output voltage U2 of the differential amplifier A1 changes as a function of voltage U1, and when U1 is small enough (compared to the threshold set by the voltage divider formed by resistors R3 and R5), U2 is also small enough compared to the preset voltage V1 so that diodes D1 and D2 .

»'·, 30 Diodit D1 ja D2 ovat siis estosuuntaisia optisen tulosignaalin pienillä .1:1 tehotasoilla. Suurilla tehotasoilla diodit ovat päästösuuntaisia ja niiden läpi kulkee virta, joka on verrannollinen (keskimääräiseen) tulotehoon. Toisin sa- « · noen, diodien D1 ja D2 (impedanssielementin ZU) dynaaminen impedanssi pienenee ja transimpedanssivahvistimen tulosignaalin amplitudi pienenee. ; 35 Tämän seurauksena transimpedanssivahvistimen dynamiikka-alue kasvaa.»'·, 30 The diodes D1 and D2 are thus impeded at low .1: 1 power levels of the optical input signal. At high power levels, the diodes are in the direction of emission and pass through a current proportional to the (average) input power. In other words, the dynamic impedance of diodes D1 and D2 (impedance element ZU) decreases and the amplitude of the input signal of the transimpedance amplifier decreases. ; 35 As a result, the dynamic range of the transimpedance amplifier increases.

a » s 1 t » 7 106679a »s 1 t» 7 106679

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Käytännössä vastaavan toiminnallisuuden toteutta-5 vat piiriratkaisut voivat vaihdella monin tavoin. Näin ollen voidaan sekä im-pedanssielementin että säätöpiirin toteutusta vaihdella monin tavoin ilman, että poiketaan edellä kuvatusta periaatteesta. Eräitä variaatioita kuvataan seuraavassa lyhyesti.While the invention has been described above with reference to the examples in the accompanying drawings, it is clear that the invention is not limited thereto but can be modified within the scope of the inventive idea set forth in the appended claims. In practice, the circuitry implementing the corresponding functionality may vary in many ways. Thus, the implementation of both the impedance element and the control circuit can be varied in many ways without departing from the principle described above. Some variations are briefly described below.

Impedanssielementti voi koostua yhdestä tai useammasta kom-10 ponentista, ja elementti voidaan toteuttaa eri tyyppisillä komponenteilla. PIN-diodin käyttö impedanssielementtinä on kuitenkin edullista, koska sillä on luonnostaan pieni kapasitanssi. Edellä esitetty toteutus on sikäli edullinen, että kahden diodin komponentteja on valmiina kaupallisina komponentteina ja ko. komponentille on helppo toteuttaa edellä kuvatun kaltainen jänniteoh-15 jaus. Impedanssielementti voidaan toteuttaa vain yhtä diodia käyttäen, mutta silloin ei yhtä helposti pystytä, hajakapasitanssia aiheuttamatta, syöttämään ohjausvirtaa pisteeseen P1. Säätöpiiri voidaan toteuttaa myös esim. virtapeilillä, joka tuottaa valodiodin läpi menevään virtaan verrannollisen virran, jolla ohjataan impedanssielementin impedanssia. Virtapeili on kuitenkin toteutet-. .·. 20 tava niin, että sillä on tietty kynnysarvo, joka valoilmaisimen virran pitää ylit- ;1·[· tää ennen kuin virtapeili generoi ulostuloonsa virtaa. Impedanssielementti voi • · j I koostua myös usean komponentin muodostamasta verkosta, mutta edellä :2V kuvatuista syistä johtuen on parempi, mitä vähemmän komponentteja tarvi- taan. Esiasetusjännitteellä ei myöskään tarvitse olla etukäteen määrätty va-: *** 25 kioarvo, vaan se voidaan tehdä säädettäväksi, esim. jännitteen U2 perus- ; teella.The impedance element may consist of one or more components and may be implemented with different types of components. However, the use of a PIN diode as an impedance element is advantageous because of its inherently low capacitance. The above implementation is advantageous in that the components of the two diodes are ready-made commercial components and the components of the said diode are commercially available. the component is easy to implement a voltage function as described above. The impedance element can be implemented using only one diode, but then it is not as easily able to supply a control current to point P1 without causing stray capacitance. The control circuit can also be implemented, for example, by a current mirror which produces a current proportional to the current through the photodiode to control the impedance of the impedance element. However, the current mirror is realized. . ·. 20 so that it has a certain threshold value that the light detector current must exceed 1 · [· before the power mirror generates power to its output. The impedance element may also consist of a multi-component network, but for the reasons described above: 2V, the fewer components are required, it is preferable. Also, the preset voltage need not have a predetermined constant value: *** 25, but can be made adjustable, e.g., base U2; basis.

• · • « - · «< • · · • · • · « · 2 « ·• · • «- ·« <• · · • · • · «· 2« ·

Claims (6)

8 1066798 106679 1. Menetelmä optisen vastaanottimen dynamiikka-alueen laajentamiseksi, joka vastaanotin käsittää transimpedanssivahvistimen (TA), joka käsittää tulon ja lähdön, valoilmaisimen (PD) vastaanottimeen tulevan optisen 5 tehon muuttamiseksi sähkövirraksi, jonka valoilmaisimen lähtö on toiminnallisesti kytketty transimpedanssivahvistimen tuloon, ja säädettävän impedanssielementin (ZU), joka on toiminnallisesti kytketty transimpedanssivahvistimen tuloon, jonka menetelmän mukaisesti vastaanottaessa muodostetaan tulevan optisen signaalin tehoon 10 verrannollinen signaali, ja dynamiikka-aluetta laajennetaan impedanssielementin impedanssia säätämällä siten, että impedanssi pienenee keskimääräisen tehon kasvaessa, tunnettu siitä, että 15 impedanssin säätö suoritetaan kokonaan transimpedanssivahvisti men tulopuolella säätämällä impedanssia suoraan mainitun signaalin perusteella.A method of expanding the dynamic range of an optical receiver, the receiver comprising a transimpedance amplifier (TA) comprising an input and an output, converting an optical power input into a light detector (PD) 5 into an electric current whose light detector output is operatively coupled to a transimpedance amplifier input ) operatively coupled to the input of the transimpedance amplifier, which according to its method receives a signal proportional to the power of the incoming optical signal 10, and the dynamic range is expanded by adjusting the impedance of the impedance element so that the impedance on the input side by directly controlling the impedance based on said signal. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että impedanssielementti käsittää PIN-diodin, jonka läpi kulkevaa virtaa sää- 20 detään valoilmaisimen läpi kulkevasta virrasta riippuvan jännitteen (U2) avulla.Method according to Claim 1, characterized in that the impedance element comprises a PIN diode through which the current passing through is controlled by a voltage (U2) dependent on the current passing through the light detector. 3. Optinen vastaanotin, joka käsittää : v. - transimpedanssivahvistimen (TA), joka käsittää tulon ja lähdön, ! ! - valoilmaisimen (PD) vastaanottimeen tulevan optisen tehon muut- 25 tamiseksi sähkövirraksi, jonka valoilmaisimen lähtö on toiminnallisesti kytket- ··· ·//: ty transimpedanssivahvistimen tuloon, ja • · • “ - säädettävän impedanssielementin (ZU), joka on toiminnallisesti • · · ; kytketty transimpedanssivahvistimen tuloon, ja - säätöelimet (CU) impedanssielementin impedanssin säätämiseksi, 30 jotka säätöelimet käsittävät elimet tulevan optisen signaalin tehoon verran- ·***: nollisen ohjaussignaalin muodostamiseksi ja kytkemiseksi impedanssiele- ·« ♦ mentille, ’"·1 tunnettu siitä, että • · · · * » · • · • · 9 106679 säätöelimet on kytketty toiminnallisesti valoilmaisimen ja impedans-sielementin väliin niin, että ne ovat kokonaan transimpedanssivahvistimen tulopuolella.An optical receiver comprising: v. A transimpedance amplifier (TA) comprising an input and an output,! ! - to convert the optical power of the light detector (PD) into the receiver by an electric current whose light detector output is operatively connected to a · · · · · · - an impedance amplifier (ZU) which is functionally • · ·; coupled to the input of a transimpedance amplifier, and - control means (CU) for adjusting the impedance of the impedance element, the control means comprising means for generating and coupling a control signal to the impedance element of the input optical signal, The 106679 actuators are operatively coupled between the light detector and the impedance element so that they are entirely on the input side of the transimpedance amplifier. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, 5 että mainitut elimet käsittävät vastuksen (R1), jolla synnytetään tulotehosta riippuva jännite ja differentiaalivahvistimen (A1), joka synnyttää mainittuun jännitteeseen verrannollisen ohjausjännitteen (U2).A receiver according to claim 3, characterized in that said elements comprise a resistor (R1) for generating a voltage dependent on the input power and a differential amplifier (A1) which generates a control voltage (U2) proportional to said voltage. 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että impedanssielementti käsittää ainakin yhden PIN-diodin.Receiver according to Claim 3, characterized in that the impedance element comprises at least one PIN diode. 6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen vastaanotin, tunnettu siitä, että impedanssielementti käsittää kaksi PIN-diodia, jotka on kytketty keskenään peräkkäin ja joiden yhteinen napa on toiminnallisesti kytketty transimpedanssivahvistimen tuloon, ja että impedanssielementin ensimmäinen napa on kytketty esiasetusjännitteeseen (Vi) ja toiseen napaan on kytketty mainittu 15 ohjausjännite. «< « I < 11· « ·«· • · · · • · • · • · # • · · • · · • · « • » · • · • · Ml 4 · ♦ • · • · · lii • « • · · • · 1 · 10 106679Receiver according to claim 4, characterized in that the impedance element comprises two PIN diodes which are connected in series and whose common terminal is operatively connected to the input of a transimpedance amplifier, and the first terminal of the impedance element is connected to a presetting voltage (Vi) and 15 control voltage. «<« I <11 · «« «• Ml 4 · ♦ • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • · · · · · · · · · · · · · • · · • · 1 · 10 106679
FI974536A 1997-12-16 1997-12-16 Optical receiver FI106679B (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI974536A FI106679B (en) 1997-12-16 1997-12-16 Optical receiver
PCT/FI1998/000989 WO1999031830A2 (en) 1997-12-16 1998-12-16 Optical receiver including a transimpedance amplifier and a photodetector
AU16739/99A AU1673999A (en) 1997-12-16 1998-12-16 Optical receiver including a transimpedance amplifier and a photodetector

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI974536 1997-12-16
FI974536A FI106679B (en) 1997-12-16 1997-12-16 Optical receiver

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI974536A0 FI974536A0 (en) 1997-12-16
FI974536A FI974536A (en) 1999-06-17
FI106679B true FI106679B (en) 2001-03-15

Family

ID=8550148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI974536A FI106679B (en) 1997-12-16 1997-12-16 Optical receiver

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU1673999A (en)
FI (1) FI106679B (en)
WO (1) WO1999031830A2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0006141D0 (en) * 2000-03-14 2000-05-03 Brax Group Ltd Mass labels
GB2530419B (en) * 2014-09-16 2016-05-04 Hilight Semiconductor Ltd Trans-impedance amplifier arrangement and control module
FR3029373B1 (en) * 2014-12-02 2018-01-12 Sunpartner Technologies ELECTRONIC DEVICE ASSOCIATED WITH A PHOTOVOLTAIC MODULE FOR OPTIMIZING THE FLOW OF A VLC TYPE BIDIRECTIONAL TRANSMISSION

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5812413A (en) * 1981-07-15 1983-01-24 Fujitsu Ltd Automatic gain control circuit for optical receiver and amplifier
GB8625409D0 (en) * 1986-10-23 1986-11-26 Rca Corp Switchable mode amplifier
US4805236A (en) * 1986-12-15 1989-02-14 Oy Nokia Ab Method and arrangement for increasing the dynamic range at an input stage of an optical receiver
JP2653018B2 (en) * 1993-11-24 1997-09-10 日本電気株式会社 Transimpedance type amplifier circuit
JP3415986B2 (en) * 1996-03-22 2003-06-09 沖電気工業株式会社 Optical receiver amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
FI974536A (en) 1999-06-17
AU1673999A (en) 1999-07-05
FI974536A0 (en) 1997-12-16
WO1999031830A3 (en) 1999-08-19
WO1999031830A2 (en) 1999-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6242732B1 (en) Optical receiver with a control loop providing wide dynamic range
US4498001A (en) Transimpedance amplifier for optical receivers
US7555228B2 (en) Method and system for facilitating burst-mode optical power measurement
FI91928B (en) Method and arrangement for increasing the dynamic range of the preamplifier of an optical receiver
US9577753B2 (en) Transimpedance amplifier
US5844445A (en) Feedback type pre-amplifier
KR101356862B1 (en) Optical transimpedance amplifier for optical receiver in a optical communication system
US6329881B1 (en) Preamplifier
US20130135054A1 (en) Trans-impedance amplifier with enhanced dynamic range but invariable input impedance
GB2259782A (en) Detecting RF signals
US9503198B2 (en) Receiver and reception method
US4479052A (en) Avalanche photo-diode bias circuit
JP2003198296A (en) Optical receiver
KR20030084382A (en) Automatic gain controller in an optical receiver for receiving burst-mode signal
US8901475B1 (en) Avalanche photodiode biasing system including a current mirror, voltage-to-current converter circuit, and a feedback path sensing an avalanche photodiode voltage
JPH04286215A (en) Optical receiver
US5111324A (en) Optical receivers
EP0433468A1 (en) Current voltage converter
US7050724B1 (en) Optical receiver
FI106679B (en) Optical receiver
US5134309A (en) Preamplifier, and waveform shaping circuit incorporating same
US20030122533A1 (en) Multiple application photodiode bias supply
US8301038B2 (en) Electronic circuit and communication system
US7031621B2 (en) Optical receiving device
US5198658A (en) Transimpedance amplifier-input stage for an optical receiver