JP2003152460A - 光受信器 - Google Patents

光受信器

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JP2003152460A
JP2003152460A JP2001344540A JP2001344540A JP2003152460A JP 2003152460 A JP2003152460 A JP 2003152460A JP 2001344540 A JP2001344540 A JP 2001344540A JP 2001344540 A JP2001344540 A JP 2001344540A JP 2003152460 A JP2003152460 A JP 2003152460A
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Mitsuaki Kawahara
光章 河原
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】光入力パワーが断となった場合に速やかにアラ
ーム信号を出力し、また、光入力レベルが大きくかつ信
号成分のない直流光が入力された状態であっても、確実
にアラーム信号を出力することのできる光受信器を提供
する。 【解決手段】 受光素子からカレントミラー回路と、第
1の電流電圧変換回路と、その出力電圧を所定の第1の
基準電圧と比較する第1の比較回路と、電流電圧変換回
路の正逆相の電圧信号を受けて差電圧を検出する回路
と、検出信号のピークの包絡線信号を発生する回路と、
この出力信号を所定の第2の基準電圧と比較する第2の
比較回路とを備えていて、第1と第2の比較回路の比較
結果の論理和により光入力断を示すアラーム信号を発生
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光受信器に関
し、詳しくは、ディジタル光通信システムで使用される
光受信器において、光入力信号の入力断を検出してアラ
ーム信号を出力する光入力断検出回路の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、ディジタル光通信システムにお
ける一般的な光受信器の構成図である。図3において、
10は、光受信器であって、フォトダイオード(受光素
子)1と、電流電圧変換回路(プリアンプ(AMP))
2、コンデンサ3,3、メインアンプ4、AGC回路
(AMP)5、ピーク検出回路6、比較回路7、そして
識別回路(データ抽出回路)8等を有している。ここ
で、フォトダイオード1は、伝送路から受信した光パワ
ーに応じてそれを電流に変換する受光素子であって、こ
のフォトダイオード1からの光電流Isを電流電圧変換回
路(プリアンプ)2が電圧に変換し、正相と逆相の2相
の電圧出力信号を発生する。それぞれの出力は、交流結
合のコンデンサ3,3を介してメインアンプ4に送出さ
れる。メインアンプ4は、受けた信号波形を整形して識
別回路8に出力する。ここで、AGC回路5は、メイン
アンプ4の出力信号を受けて出力電圧を検出し、その一
部を入力側に帰還して常に出力が一定振幅となるように
メインアンプの利得制御を行う。識別回路8は、メイン
アンプ4の出力波形から「1」、「0」を判別してディ
ジタル信号を抽出して出力する。
【0003】このような回路において、光受信器10に
対する光入力信号断の検出は、前記のAGC回路5の利
得制御電圧をピーク検出回路6で検出し、それを比較回
路7において任意の基準電圧(参照電圧)Vrefと比較
して、ピーク値が基準電圧を下回るときに、光入力信号
断を示すアラーム信号ALを出力する。光入力パワーが
断、または微弱な場合には、AGC回路5の利得が最大
となり、利得制御回路は飽和する。そのため、光入力断
検出回路は、このAGC回路5から利得制御電圧Sをピ
ーク検出回路6で受けて、ここで検出されたピーク値と
あらかじめめ設定した基準電圧Vrefとを比較回路7で
比較する。また、CLK出力をもつ光受信器では、図示
するように、メインアンプ4の2相出力信号を受けてC
LKを抽出するCLK抽出回路9が別に設けられてい
る。
【0004】このCLK抽出回路9は、入力信号に同期
して発振するPLL回路で構成されている。そこで、こ
れに不確定信号な入力されたときにはCLK抽出回路9
が入力データにロックしなくなるので、図示するよう
に、それを示すモニタ信号Mを得て、これと比較回路7
の出力ALとの論理積をアンドゲート9aで採ってアラ
ーム信号ALARMを出力する。これらは一般的に光受信器
に内蔵されている機能であり、このような光受信器10
を搭載したディジタル光通信システムにおいては、光フ
ァイバ伝送路等に断線などの障害が発生した時に、受信
装置が速やかにエラーを検出できる手段として利用され
ている。その他、前記のような光入力断検出回路の検出
信号は、後段LSIの基準CLK信号の切替え信号(例
えば、光受信器からの再生CLKからオンボードCLK
等への切換)にも使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の光受信
器10のメインアンプ4が交流結合アンプであるため
に、前記のような光入力断検出回路は、光入力信号が断
となった過渡的な間は、交流結合のコンデンサ3,3と
回路のインピーダンスで決まる時定数によって、直ぐに
は応答できない問題がある。さらに、アラーム信号ALAR
Mがメインアンプ4の出力を制御するAGC回路5の利
得電圧をモニタして比較回路7の比較結果で出力される
ために、アラーム信号ALARMには一定の遅延時間が生じ
てしまう欠点がある。この間、出力信号は、図4に示す
ような不安定信号となってしまい、この不安定な区間T
(図4(b)のデータ信号参照)では、CLK抽出回路
9のPLL回路は、非同期状態となり、自走発振するた
めに、光受信器10が再生したCLKで動作する後段の
論理回路やシステムが誤動作する問題がある。
【0006】これとは別に、光入力が断になっていても
デジタル値としての信号成分が含まれていない光信号
(直流光)が入力される場合がある。このとき、光パワー
が比較的弱い場合には問題ないが、強い光パワーが入力
される場合には、受信素子(フォトダイオード1)にお
けるショット雑音の発生や、フォトダイオードと電流電
圧変換回路2との回路間を結ぶ配線パタ−ンのインダク
タンスに起因して共振現象が発生することがある。その
ためAGC回路5が動作して、入力信号ありの動作とな
り、光入力信号断を検出することができず、光入力断検
出回路が誤動作するという問題がある。この発明の目的
は、このような従来技術の問題を未然に防ぐために、光
入力パワーが断となった場合に速やかにアラーム信号を
出力し、また、光入力レベルが大きくかつ信号成分のな
い直流光が入力された状態であっても、確実にアラーム
信号を出力することのできる光受信器を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るこの発明の光受信器の特徴は、光信号を受信する受光
素子からの電流値を受けて正相と逆相の2相の電圧出力
を発生する電流電圧変換回路により2相の電圧信号に変
換して、変換されたこの2相の電圧信号を受けて光信号
により伝送されたデータを抽出し、光信号が実質的に遮
断されたときにアラームを発生する光受信器において、
受光素子からの電流を受けてその電流値に対応する電流
値を出力するカレントミラー回路と、このカレントミラ
ー回路の出力電流値を電圧値に変換する第1の電流電圧
変換回路と、この第1の電流電圧変換回路の出力電圧を
所定の第1の基準電圧と比較する第1の比較回路と、電
流電圧変換回路の正相の電圧信号および逆相の電圧信号
を受けてこれらの差電圧に応じた検出信号を発生する差
電圧検出回路と、検出信号を受けてそのピークの包絡線
信号を発生する包絡線信号発生回路と、この包絡線信号
発生回路の出力信号を所定の第2の基準電圧と比較する
第2の比較回路とを備えていて、第1の比較回路の比較
結果および第2の比較回路の比較結果の論理和により光
入力断を示すアラーム信号を発生するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】この発明では、前記の構成に示す
ように、光入力断の検出として、受光素子から光変換電
流値をカレントミラー回路により受けて光変換電流値と
実質的に等しい電流を生成して、これを電圧レベルに変
換して比較回路で基準電圧と比較して光入力断時の第1
のアラーム信号を発生する。受光素子として、例えば、
フォトダイオードは、応答速度が非常に早く、かつ受光
する光パワーに比例した電流を出力する特性をもってい
るので、1つの電源端子と2つの電流出力端子を備える
カレントミラー回路を用いて光電流をモニタし、電圧レ
ベルに変換したあと比較回路で比較するこで第1のアラ
ーム信号を高速に発生することができる。このようにす
れば、従来のように後段のメインアンプ回路の信号に応
じて光入力断の検出するようなことはしていないので、
検出について遅延時間がほとんど生じない。また、ディ
ジタル光通信システムの光受信器における電流電圧変換
回路では、光信号を受信する受光素子から変換電流値を
受けて正相と逆相の2相の電圧信号を発生するが、光信
号を受信しているときには、正相と逆相の2相の電圧出
力の差は、いずれか一方の信号レベルの2倍となり、光
入力断の時には、そのレベルは、ほとんどゼロに近くな
る。しかも、直流光が入力されたときにもそのレベル
は、ほとんどゼロに近くなる。
【0009】そこで、前記の構成のように、この発明で
は、さらに電流電圧変換回路の正相と逆相の2相の電圧
出力信号の差を増幅して包絡線信号発生回路でピークを
結ぶ包絡線信号を発生させる。このことにより、信号成
分がない状態で直流光が入力される光入力断の時と、通
常の光信号受信時との差を大きく採ることができる。そ
こで、比較回路の光入力断の判定レベル、すなわち、基
準電圧を高く設定できるので、ショット雑音があって
も、また、信号成分が含まれないときに入力断時に強い
光パワーの直流光が入力されても、それぞれに差信号が
ほとんどゼロになり、余裕をもって光入力断の判定がで
き、それを第2のアラーム信号として比較的高速に発生
させることができる。そこで、ここでは、前記第1のア
ラーム信号と第2のアラーム信号との論理和により光入
力断のアラーム信号を発生する。その結果、この発明の
光受信器では、ショット雑音があっても、また、強い光
パワーの直流光が入力されても、それらにほとんど影響
されることなく、信号成分がない光入力断の状態を含め
て、光入力パワーが断となったことを速やかに検出で
き、そのアラーム信号を出力することができる。
【0010】
【実施例】図1は、この発明による実施形態を示す光入
力断検出回路構成の一例である。図3に示した実施形態
と同回路には同じ符号を用いて示してある。図1におい
て、20は、ディジタル光通信システムの光受信器であ
って、光を電流に変換するフォトダイオード(受光素
子)1と、フォトダイオード1からの光電流Isを電圧に
変換する電流電圧変換回路(プリアンプ)2、そして波
形を整形して出力するメインアンプ4と、「1」、
「0」を判別してディジタル信号として出力する識別回
路(データ抽出回路)8を備えている点は従来と変更は
ない。光受信器20は、光入力断検出回路として、アン
ドゲート9aに換えてオアゲート9bとし、新たに、カ
レントミラー回路11と、トランスインピーダンスアン
プ(電流電圧変換回路)12、比較回路13、パルス信
号阻止回路14、差動アンプ15、包絡線検波回路1
6、そしてスイッチ回路17とを有している。なお、比
較回路7等の図3の光入力断検出回路の構成の一部の回
路は残されている。
【0011】カレントミラー回路11は、その入力側の
PNP型トランジスタQ1のコレクタ端子にフォトダイ
オード1を接続して伝送路から光信号を受信し、その出
力側のPNP型トランジスタQ2のコレクタ端子に得ら
れる出力電流をフォトダイオード1が発生する光電流と
してモニタする。なお、トランジスタQ1,Q2のエミッ
タ側は、電源ライン+Vccに接続されている。カレント
ミラー回路11から出力される光電流は、トランスイン
ピーダンスアンプ(電流電圧変換回路として)12に入
力され、ここで電流値が電圧値に変換される。このこと
で、光入力パワーに応じた電圧を取り出すことができ
る。トランスインピーダンスアンプ12の出力電圧レベ
ルを比較回路13に入力して、ここで電圧設定可能な所
定の基準電圧Vrと比較する。なお、基準電圧Vrの値
は、データ信号が存在しないときにおいて強い光パワー
の直流光が入力されたときに発生する光電流を電圧変換
したときの電圧値に対応させるのではなく、直流光の入
力がされていないときの光入力断時の光電流を電圧変換
したときの電圧値より少し高い値に設定される。そこ
で、光入力断の時の変換電圧値が基準電圧Vr以下とな
ったときに、比較回路13によりそれが検出されて、パ
ルス信号阻止回路14のアンドゲート14cを経て、そ
の検出信号A1がオアーゲート9bに加えられる。比較
回路13は、これを光入力断を示す第1の検出信号A1
としてHIGHレベル(以下“H”)の信号を出力す
る。なお、比較回路13は、+入力側に基準電圧Vrを
受け、−入力側にトランスインピーダンスアンプ12の
出力電圧を受ける。ところで、信号成分を含む光入力が
あるときには、光信号のデータが含まれ、その光電流
は、そのデータの“1”,“0”に対応した交流信号と
なる。このとき、比較回路13により検出される第1の
検出信号A1もそれに対応した所定の周波数のパルス信
号となる。このときのパルス信号は、パルス信号阻止回
路14によりその出力が阻止される。
【0012】パルス信号阻止回路14は、リトリガラブ
ルワンショット回路14aとインバータ14b、そして
アンドゲート14cとからなる。リトリガラブルワンシ
ョット回路14aは、比較回路13から出力されるパル
ス信号の周期よりも長い周期のパルスを発生するもので
あって、信号成分を含む正常な光信号が入力されている
ときに比較回路13から出力されるパルス信号によりト
リガーされ、かつ、このパルス信号により周期的にトリ
ガされてリトリガラブルワンショット回路14aが
“H”に維持される。この“H”出力をインバータ14
bを介してアンドゲート14cに送出することで、アン
ドゲート14cにLOWレベル(以下“L”)の信号を
加えてアンドゲート14cを閉じて、パルス信号のオア
ゲート9bへの出力を阻止する。なお、光入力断時には
比較回路13に発生する“H”の第1の検出信号A1が
発生するが、これは“H”レベルに維持されているの
で、トリガラブルワンショット回路14aは、最初に一
定期間“H”になるだけであり、再トリガされないため
にその出力が“L”となり、アンドゲート14cには
“H”が入力されてそのゲートは開いた状態に維持され
るので、第1の検出信号A1がアラーム信号ALARMとして
出力される。また、リトリガラブルワンショット回路1
4aは、パルス信号の周期よりも長い周期のパルスを発
生するワンショット回路を2個設けて、その1つをパル
ス信号の立上がり信号でトリガーし、他の1つを立下が
り信号でトリガーしてこれらワンショット回路を交互に
駆動し、これらワンショット回路のオア出力を得て、パ
ルス信号が発生している期間の“H”を得ることでも可
能である。ところで、フォトダイオード1は、応答速度
が非常に早く、かつ光パワーに比例した電流を出力する
特性をもっている。そこで、ここでは、1つの電源端子
と2つの電流出力端子を備えるカレントミラー回路11
を用いて光電流をモニタし、電圧レベルに変換したあと
比較回路で比較することで、従来のAGC回路5の利得
制御電圧から検出するものに比べて応答時間の遅れを改
善することができる。すなわち、光入力断の時には、第
1の検出信号A1を速やかに発生することができる。
【0013】次に光入力パワーが大きく、かつ信号成分
の無い直流光が入力された場合について説明する。これ
は、上記の追加した回路では検出できないので、電流電
圧変換回路(プリアンプ)2の出力信号から検出する。
そのために、ここでは、比較回路7と電流電圧変換回路
2との間に差動アンプ15と包絡線検波回路16とが設
けられている。差動アンプ15は、差動出力を有する電
流電圧変換回路2の正相出力および逆相出力をそれぞれ
受けてこれらの差電圧を取出す。差動アンプ15のこの
差出力は、包絡線検波回路16に送出され、ここでピー
ク電圧の包絡線信号が出力される。そして、この出力が
比較回路7で所定の基準電圧VREFと比較される。その
結果、比較回路7から第2の検出信号A2として“H”
が出力され、そらがオアーゲート9bに加えられてアラ
ーム信号ALARMとしてオアーゲート9bから出力され
る。なお、比較回路7は、+入力側に基準電圧Vrを受
け、−入力側に包絡線検波回路16の出力電圧を受け
る。ここで、基準電圧VREFの値は、データ信号(光信
号成分)が存在しないときにおいて強い光パワーの直流
光が入力された場合の正相と逆相の電圧信号の差電圧の
検出およびノイズレベルよりも少し高い電圧値に設定さ
れている。この場合、前記の差電圧のレベルは、ゼロに
近くなるので、確実に検出が可能である。なお、この強
い光パワーの直流光の変換電圧レベルは、信号成分がな
い状態にあるので、信号成分を含む正常な光信号入力の
ときの信号のピークレベルよりも低い値であることはも
ちろんである。
【0014】さて、フォトダイオード1には光のパワー
に応じた光電流が流れるので、電流電圧変換回路2で光
電流に比例した電圧信号を取り出すことができる。信号
成分が有(通常入力)の時には、2倍の電圧振幅を取出す
ことができ、信号成分の無い直流光が入力された場合に
は、実質的に0V固定となるので、信号成分が有、無の
識別がそれにより可能となる。よって、ピーク検出を行
なった後、このピーク電圧を比較回路7で所定の基準電
圧VREFと比較し、ピーク電圧が基準電圧VREF以下とな
ったときに、光入力信号断を検出して、その検出信号を
オアーゲート9bに送出してアラーム信号ALARMとして
出力する。ここで、電流電圧変換回路2の出力電圧をモ
ニタする上でS/N比の確保について説明すると、差動
アンプ15を経て検出信号を得る差動構成としたことに
より、電流電圧変換回路2上のノイズはコモンモードノ
イズとして相殺されるため、S/N比を低下させること
なく、電流電圧変換回路2の出力電圧をモニタすること
ができる。
【0015】ところで、光入力信号がない場合には、こ
の実施例では、AGC回路5でノイズ成分が一定振幅で
増幅される。そのため、メインアンプ4から雑音信号
(ホワイトノイズ)が出力される。この雑音信号を遮断
するため、この実施例では、識別回路8の前段にスイッ
チ回路17が挿入されている。通常入力時には、スイッ
チ回路17をONにしておき、メインアンプ4の出力が
スイッチ回路17をスルーするようにし、通常の光入力
断時、および光入力断時の直流光入力時には、オアーゲ
ート9bから得られるアラーム信号ALARMによりスイッ
チ回路17をOFFにして、リセットをかける。スイッ
チ回路17の出力は、このとき、プルダウンされていて
「0」レベルに固定される。このようにすれば、識別回
路8の出力も「0」レベル出力となるので、ホワイトノ
イズが出力しなくなる。
【0016】このように、スイッチ回路17を入れるこ
とにより、光信号入力が断になってもホワイトノイズを
出力しないので、後段LSIの誤動作を未然に防ぐこと
ができる。簡単な回路の組合せで構成しただけであり、
1チップに集積することが可能であり、コストをほとん
ど変えることなく製造できる。なお、ここでは、アラー
ム信号ALARMは、比較回路13と比較回路7の出力の論
理和をとって出力されるが、これにより、後段の論理回
路の誤動作を未然に防ぐことができる。その結果、図2
に示すように光信号入力が断とほぼ同時に、アラーム信
号ALARMを出力することができる。また、信号成分の無
い強い直流光が入力された場合でも、基準電圧Vrefの
選択的な設定により確実に光入力信号断を検出すること
ができる。
【0017】以上説明してきたが、実施例では、電流電
圧変換回路2の出力電圧をモニタして正相側と逆相側の
差信号のレベルを検出する場合に、包絡線検波回路を用
いているが、これは、ピーク追従回路あるいは入力信号
の最大値および最小値の差を検出して一定時間保持する
公知のピーク値検出回路等を用いることができる。要す
るに、光電流を変換した電圧のピークの変化に対応する
包絡線の信号を発生する回路であればどのような回路で
あってもよい。また、実施例では、光信号が正常入力時
に比較回路13から発生するパルス信号を阻止するため
にパルス信号阻止回路を設けているが、これは、正常信
号が入力しているときに比較回路13に発生する検出信
号を無効とするような回路であばどのような回路であっ
てもかまわない。
【0018】
【発明の効果】以上説明してきがた、この発明にあって
は、光入力断の検出として、受光素子から光変換電流値
をカレントミラー回路により受けて光変換電流値と実質
的に等しい電流を生成して、これを電圧レベルに変換し
て比較回路で基準電圧と比較して光入力断時の第1のア
ラーム信号を発生する。さらに電流電圧変換回路の正相
と逆相の2相の電圧出力信号の差を増幅して包絡線信号
発生回路でピークを結ぶ包絡線信号を発生させる。この
ことにより、信号成分がない状態で直流光が入力される
光入力断の時と、通常の光信号受信時との差を大きく採
ることができる。そこで、比較回路の光入力断の判定レ
ベル、すなわち、基準電圧を高く設定できるので、ショ
ット雑音があっても、また、信号成分が含まれないとき
に入力断時に強い光パワーの直流光が入力されても、そ
れぞれに差信号がほとんどゼロになり、余裕をもって光
入力断の判定ができ、それを第2のアラーム信号として
比較的高速に発生させる。そして、第1のアラーム信号
と第2のアラーム信号との論理和により光入力断のアラ
ーム信号を発生する。その結果、この発明の光受信器で
は、ショット雑音があっても、また、強い光パワーの直
流光が入力されても、それらにほとんど影響されること
なく、信号成分がない光入力断の状態を含めて、光入力
パワーが断となったことを速やかに検出でき、そのアラ
ーム信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の実施例による光受信器の構
成を示すブロック図である。
【図2】図2は、この発明の回路における、光信号入力
ON/OFF時のデータ信号とアラーム信号とのタイミ
ングを示す説明図である。
【図3】図3は、従来の光受信器の一例を示すブロック
図である。
【図4】図3における、光信号入力ON/OFF時のデ
ータ信号とアラーム信号のタイミングを示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1…フォトダイオード、2…電流電圧変換回路、3…コ
ンデンサ、4…メインアンプ、5…AGC回路、 6…
ピーク検出回路、7,13……比較回路、8…識別回
路、9…CLK抽出回路、9a…アンドゲート、9b…
オアーゲート、10,20…光受信機、11……カレン
トミラー回路、12…トランスインピーダンスアンプ、
14…パルス信号阻止回路、15…差動アンプ、16…
包絡線検波回路、17…スイッチ回路。
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 10/26 10/28 Fターム(参考) 5J092 AA01 AA56 CA00 FA09 HA19 HA25 HA32 HA38 HA44 KA00 KA02 KA04 KA09 KA11 KA17 KA27 KA33 KA38 KA55 MA11 TA01 TA06 UL02 5J500 AA01 AA56 AC00 AF09 AH19 AH25 AH32 AH38 AH44 AK00 AK02 AK04 AK09 AK11 AK17 AK27 AK33 AK38 AK55 AM11 AT01 AT06 LU02 5K002 AA03 DA05 EA05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光信号を受信する受光素子からの電流値を
    受けて正相と逆相の2相の電圧出力を発生する電流電圧
    変換回路により2相の電圧信号に変換して、変換された
    この2相の電圧信号を受けて前記光信号により伝送され
    たデータを抽出し、前記光信号が実質的に遮断されたと
    きにアラームを発生する光受信器において、 前記受光素子からの電流を受けてその電流値に対応する
    電流値を出力するカレントミラー回路と、このカレント
    ミラー回路の出力電流値を電圧値に変換する第1の電流
    電圧変換回路と、この第1の電流電圧変換回路の出力電
    圧を所定の第1の基準電圧と比較する第1の比較回路
    と、前記電流電圧変換回路の正相の電圧信号および逆相
    の電圧信号を受けてこれらの差電圧に応じた検出信号を
    発生する差電圧検出回路と、前記検出信号を受けてその
    ピークの包絡線信号を発生する包絡線信号発生回路と、
    この包絡線信号発生回路の出力信号を所定の第2の基準
    電圧と比較する第2の比較回路とを備え、前記第1の比
    較回路の比較結果および第2の比較回路の比較結果の論
    理和により光入力断を示すアラーム信号を発生すること
    を特徴とする光受信器。
  2. 【請求項2】前記第1の基準電圧は、前記光信号が実質
    的に遮断されたことを検出するためのレベルに対応して
    いて、前記第2の基準電圧は、前記光信号に信号成分が
    含まれていない直流光が入力されていることを検出する
    ためのレベルに対応している請求項1記載の光受信器。
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