JP2000312182A - 光受信装置 - Google Patents

光受信装置

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JP2000312182A
JP2000312182A JP11120718A JP12071899A JP2000312182A JP 2000312182 A JP2000312182 A JP 2000312182A JP 11120718 A JP11120718 A JP 11120718A JP 12071899 A JP12071899 A JP 12071899A JP 2000312182 A JP2000312182 A JP 2000312182A
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JP
Japan
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output
amplifier
dummy
preamplifier
signal
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JP11120718A
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Inventor
Hirokazu Komatsu
弘和 小松
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造ばらつきや温度変化等によって信号断検
出レベルが変動しない光受信装置を提供する。 【解決手段】 光受信装置に、入射される光信号を電流
に変換して出力する受光素子5と、この受光素子が出力
する電流を増幅し、電圧に変換して出力するアンプ3、
4と、入力に何も接続されていない、前記アンプと同じ
特性をもつダミーアンプ6、7と、このダミーアンプの
出力に、信号断レベルに対応する、調整可能な直流電圧
を加算するレベル調整回路と、このレベル調整回路の出
力と、前記アンプの出力とを比較し、前記アンプの出力
が前記レベル調整回路の出力を下回った場合に、信号断
を示すアラーム信号を出力する比較器とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いられ
る光受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信に用いられる光受信装置は、受光
した光信号を電流信号に変換する光受光素子と、この光
受光素子によって変換された電流信号を電圧信号に変換
するトランスインピーダンス型プリアンプと、等化増
幅、クロック再生、データ識別を行う3R受信回路とで
構成される。
【0003】特に長距離大容量通信が要求される基幹系
光受信装置においては、伝送距離拡大のため、S/Nの
優れた高感度受信器の実現が必要であるとともに、回
線、装置等の異常により信号が遮断したときに、アラー
ム信号を発出する機能を有することが重要となる。この
受信器のS/N特性については、プリアンプで発生する
ノイズが支配的であり、信号断の判定においても微小な
信号を扱うため、このノイズを無視することはできな
い。
【0004】これらノイズ特性の改善には、低ノイズ、
高速動作に優れた半導体集積回路装置での実現が適して
おり、近年の低消費電力、小型、低コスト化の要求に対
しても有利である。近年の高感度、小型化に適した光受
信装置として、図4に示す構成の回路が用いられる。こ
の光受信装置は、プリアンプIC1と、受信IC2との
2チップで構成されており、プリアンプIC1内では、
トランスインピーダンス型のプリアンプ3の後段にポス
トアンプ4が接続されており、高利得化とともに受信I
C2との接続を容易にしている。また、受信IC2は、
信号断検出機能を備えており、信号断レベル調整端子で
信号断レベルの調整が可能となっている。
【0005】この受信装置の特徴は、S/Nの劣化した
微小信号をポストアンプ4で増幅することにより、受信
IC2で信号断検出が可能になった点である。信号断検
出は、プリアンプIC1の出力信号の振幅を、信号断検
出レベル調整値と比較し、この調整値のレベルより小さ
くなったときに信号断と判定する。
【0006】一方、プリアンプIC1の出力信号振幅が
小さくなることは、受信IC2の受信信号のS/Nが劣
化することを意味しており、誤り率の上昇と共に、信号
断の判定を行い、アラームを発出することとなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記回路構成の問題点
は、製造ばらつきや、温度変化等によるプリアンプIC
1の出力信号振幅の変動が大きく、信号断検出レベルの
設定や、プリアンプIC1の設計が困難になる点であ
る。
【0008】本発明は、上記の問題を解決するためにな
されたもので、製造ばらつきや温度変化等によって信号
断検出レベルが変動しない光受信装置を提供するもので
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、入射される光信号を電流に変換して出力する受光素
子と、この受光素子が出力する電流を増幅し、電圧に変
換して出力するアンプと、入力に何も接続されていな
い、前記アンプと同じ特性をもつダミーアンプと、この
ダミーアンプの出力に、信号断レベルに対応する、調整
可能な直流電圧を加算するレベル調整回路と、このレベ
ル調整回路の出力と、前記アンプの出力とを比較し、前
記アンプの出力が前記レベル調整回路の出力を下回った
場合に、信号断を示すアラーム信号を出力する比較器と
を有することを特徴とする光受信装置である。
【0010】請求項2に記載の発明は、前記アンプとダ
ミーアンプとは同一のIC内に形成されていることを特
徴とする請求項1に記載の光受信装置である。請求項3
に記載の発明は、前記レベル調整回路と比較器とは同一
のIC内に形成されていることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の光受信装置である。
【0011】請求項4に記載の発明は、前記アンプは、
プリアンプとポストアンプとで構成され、前記ダミーア
ンプは、ダミープリアンプとダミーポストアンプとで構
成され、前記プリアンプとダミープリアンプとは同一の
回路で構成され、前記ポストアンプとダミーポストアン
プとは同一の利得を有することを特徴とする請求項1に
記載の光受信装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の第1実施形態で
ある光受信装置の構成を示す。5は、入射光を電流に変
換する光受光素子である。この光受光素子5が出力する
電流は、プリアンプIC1に内蔵されているプリアンプ
3に入力される。プリアンプ3の入出力間には、帰還抵
抗3aが接続されている。プリアンプ3の出力は、ポス
トアンプ4に入力されている。ポストアンプ4の出力
は、受信IC2に入力されている。
【0013】プリアンプIC1には、従来の光受信装置
とは異なり、ダミープリアンプ6およびダミーポストア
ンプ7が内蔵されている。ダミープリアンプ6の出力
は、ダミーポストアンプ7の入力に接続され、このダミ
ーポストアンプ7の出力は、信号断検出機能を備えた受
信IC2に接続される。ダミープリアンプ6の入力には
光受光素子が接続されていないため、このダミープリア
ンプ6の出力からは、このダミープリアンプ6内で発生
したノイズ信号だけが出力される。
【0014】さらに、ダミーポストアンプ7で、前記ノ
イズ信号が増幅され、受信IC2に基準ノイズ信号を出
力する。また、ダミープリアンプ6とプリアンプ3とは
同じ回路構成であり、ダミーポストアンプ7とポストア
ンプ4とは利得が等しくなる回路構成となっている。こ
れにより、ポストアンプ4の出力に含まれるノイズ成分
と、ダミーポストアンプ7が出力する基準ノイズ信号と
は、製造ばらつきや、温度変動によらず常に等しい。
【0015】図2に、受信IC2に内蔵された信号断検
出回路を示す。プリアンプIC1に内蔵されたポストア
ンプ4の出力が、受信IC2に内蔵された信号断検出回
路の一部である第1の振幅検出回路8を介して比較器1
1に入力され、ダミーポストアンプ7からの基準ノイズ
信号が、受信IC2内の第2の振幅検出回路9に入力さ
れ、この第2の振幅検出回路9の出力は、レベル調整回
路10を介し、比較器11に入力される。
【0016】第1の振幅検出回路8と第2の振幅検出回
路9とは同一回路構成とし、レベル調整回路10は変動
に依らず一定の利得が得られるアンプあるいはレベルシ
フト回路で構成されている。また、比較器11は、第1
の振幅検出回路8の出力レベルと、レベル調整回路10
の出力レベルとを比較し、第1の振幅検出回路8の出力
レベルが、レベル調整回路10の出力レベルより小さく
なったときに、アラーム出力端子2bから信号断アラー
ムを発出する。
【0017】以上の回路を有する光受信装置を用いるこ
とにより、従来の光受信装置で課題であった信号断検出
レベルの設定は、本回路では、温度変動や製造ばらつき
の補償機能が働くため、設定が容易となる。
【0018】また、ダミーポストアンプ7とポストアン
プ4とは、利得のみが等しいだけでよく、ダミーポスト
アンプ7を追加することによる消費電力の上昇を抑える
ことができる。
【0019】図3に、本発明の第2実施形態である光受
信装置の構成を示す。本光受信装置のプリアンプ回路1
2は、光受光素子5の出力を入力するプリアンプ3と、
このプリアンプ3と同じ回路構成で実現され、入力端子
に光受光素子を接続しないダミープリアンプ6と、前記
プリアンプ3の出力と、フィルタ4aを介したダミープ
リアンプ6からの出力とを入力する差動ポストアンプ4
と、前記ダミープリアンプ6の出力と、フィルタ7aを
介したダミープリアンプ6の出力とが入力される差動ダ
ミーポストアンプ7と、前記プリアンプ3の入出力間に
接続された帰還抵抗3aと、前記ダミープリアンプ6の
入出力間に接続された帰還抵抗6aとで構成される。
【0020】ポストアンプ4の差動出力およびダミーポ
ストアンプ7の出力は、信号断検出回路を有する受信回
路13に入力されている。ポストアンプ4の差動出力
は、振幅検出回路8aを介して比較器11に入力され、
ダミーポストアンプ7の出力は、第2の振幅検出回路
9、レベル調整回路10を介して比較器11に入力さ
れ、比較器11の出力は、アラーム出力端子2bからア
ラーム信号を出力し、信号断時のアラーム発出を行う構
成となっている。
【0021】次に、本実施形態の動作を説明する。入力
光信号パワーを小さくすると、プリアンプ3に入力され
る電流の振幅は減少し、やがてこのプリアンプ3内の雑
音との比が小さくなり、S/N劣化による誤り率がの劣
化が生ずる。いま、プリアンプ3の出力端子での信号振
幅をS1、ノイズ成分の振幅をN1とすると、プリアン
プ3の出力端子では(S1+N1)の振幅が観測され
る。
【0022】一方、ダミープリアンプ6では、入力され
る信号がないため、ノイズ振幅N2のみが、ダミープリ
アンプ6の出力端子で観測される。ポストアンプ4およ
びダミーポストアンプ7の入力端子には、ダミープリア
ンプ6の出力が第1のフィルタ4aおよび第2のフィル
タ7aを介して接続されている。これにより、ノイズ成
分を含まない基準電圧が、ポストアンプ4およびダミー
ポストアンプ7に入力される。この基準電圧により、ポ
ストアンプ4の入力オフセットはほぼ0に抑えられ、広
範囲にわたって線形増幅が可能になる。
【0023】次に、ポストアンプ4で線形増幅された出
力では、このポストアンプ4の利得をG1とすると、G
1・(S1+N1)の振幅が観測される。さらに、ダミ
ーポストアンプ7の利得をG2とすると、このダミーポ
ストアンプ7の出力端子では、G2・N2の振幅が観測
される。
【0024】受信回路13の振幅検出回路8aおよび第
2の振幅検出回路9では、ポストアンプ4およびダミー
ポストアンプ7の出力振幅に等しい信号が検出される。
ダミーポストアンプ7の出力振幅を検出した第2の振幅
検出回路9の出力はレベル調整回路10に入力され、こ
こで信号断レベルの調整がなされる。このレベル調整回
路10には、温度および電源の変動や、製造ばらつきに
依存しない利得をもつアンプが使用される。このアンプ
の利得をGX倍とすると、レベル調整回路10の出力
は、GX・G2・N2となる。
【0025】比較器11では、レベル調整回路10の出
力と、振幅検出回路8aの出力、すなわちポストアンプ
4の出力とが比較される。レベル調整回路10の出力が
振幅検出回路8aの出力より大きくなったときに、アラ
ーム出力端子13cから信号断を示すアラーム信号が発
出される。すなわち、 GX・G2・N2>G1・(S1+N1) … となったときに、アラーム信号が発出される。ここで、
プリアンプ3とダミープアンプ6、ポストアンプ4とダ
ミーポストアンプ7は、それぞれ同じ回路で構成されて
いるため、N1=N2、G1=G2の関係が成り立つ。
従って、前記式は、 S1/N1<GX−1 … と変形できる。
【0026】数値例として、誤り率1e−3でアラーム
発出をかけたいときのS/Nは、正規分布近似よりおお
よそ3となる。このとき、信号断レベル調整の設定で、
GX=4となるような調整をすると、期待する誤り率1
e−3でのアラーム発出が可能となる。
【0027】以上より、本実施形態では、ダミープリア
ンプ6およびダミーポストアンプ7の特性が、それぞれ
プリアンプ3およびポストアンプ4と同様な特性なの
で、温度の変動や製造ばらつきに対しても、一定の誤り
率でアラーム発出が可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、信号断の検出におい
て、温度変動や製造ばらつき等をキャンセルすることが
でき、信号断検出レベルを、温度変動や製造ばらつき等
によらず一定に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態の概略図。
【図2】 受信IC2の内部構成を示す図。
【図3】 本発明の第2実施形態の概略図。
【図4】 従来技術の概略図。
【符号の説明】
1 プリアンプIC 1a プリアンプIC 2 受信IC 2a 信号断レベル調
整端子 2b アラーム出力端子 3 プリアンプ(アン
プ) 3a 帰還抵抗 4 ポストアンプ(ア
ンプ) 4a フィルタ 5 光受光素子(受光
素子) 6 ダミープリアンプ(ダミーアンプ) 6a 帰還抵抗 7 ダミーポストアンプ(ダミーアンプ) 7a フィルタ 8 第1の振幅検出回路 8a 振幅検出回路 9 第2の振幅検出回路 10 レベル調整回路 11 比較器 12 プリアンプ回路 13 受信回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入射される光信号を電流に変換して出力
    する受光素子と、 この受光素子が出力する電流を増幅し、電圧に変換して
    出力するアンプと、 入力に何も接続されていない、前記アンプと同じ特性を
    もつダミーアンプと、 このダミーアンプの出力に、信号断レベルに対応する、
    調整可能な直流電圧を加算するレベル調整回路と、 このレベル調整回路の出力と、前記アンプの出力とを比
    較し、前記アンプの出力が前記レベル調整回路の出力を
    下回った場合に、信号断を示すアラーム信号を出力する
    比較器とを有することを特徴とする光受信装置。
  2. 【請求項2】 前記アンプとダミーアンプとは同一のI
    C内に形成されていることを特徴とする請求項1に記載
    の光受信装置。
  3. 【請求項3】 前記レベル調整回路と比較器とは同一の
    IC内に形成されていることを特徴とする請求項1また
    は2に記載の光受信装置。
  4. 【請求項4】 前記アンプは、プリアンプとポストアン
    プとで構成され、 前記ダミーアンプは、ダミープリアンプとダミーポスト
    アンプとで構成され、 前記プリアンプとダミープリアンプとは同一の回路で構
    成され、前記ポストアンプとダミーポストアンプとは同
    一の利得を有することを特徴とする請求項1に記載の光
    受信装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20021203