JP2004040239A

JP2004040239A - Optical reception circuit, and method for generating electric signal from optical signal

Info

Publication number: JP2004040239A
Application number: JP2002191167A
Authority: JP
Inventors: Kengo Matsumoto; 松元　健悟
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP3767524B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical reception unit capable of varying an APD voltage over a wider range and to provide a method for producing an electric signal from an optical signal. <P>SOLUTION: The optical reception circuit 1a is provided with: a photo diode (APD) 11a; a power node 7; a voltage generating circuit section 15; a current generating circuit section 17; and a control section 19. The APD is provided between nodes 3 and 5. The voltage generating circuit section 15 is provided between the node 3 and the power node 7 to produce a voltage corresponding to a current flowing between the power node 7 and the node 3, the voltage being produced between the nodes 3, 7. The control section 19 has a monitor signal generating section 19a and an adjustment signal generating section 19b. The monitor signal generating section 19a generates a first signal changed in response to the value of the APD voltage and a second signal changed in response to the value of the APD current. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信回路、及び光信号から電気信号を生成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いる光受信器では、ＡＰＤ電源がアバランシェフォトダイオードに電圧を加えている。このＡＰＤ電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いている。光受信器では、アバランシェフォトダイオードからの出力信号は、可変利得増幅器に入力される。可変利得増幅器からの出力信号は、出力端子に提供されると共に、ピーク検出回路にも提供される。ピーク検出回路の出力信号は、ＡＧＣ回路に与えられる。ＡＧＣ回路の出力信号は、利得の調整のために可変利得増幅器に提供されると共に、ＡＰＤ電源にも与えられる。
ＡＰＤ電源は、ＡＧＣ回路の出力信号を用いて、アバランシェフォトダイオードに加える電圧を調整している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アバランシェフォトダイオードを用いる光受信器では、アバランシェフォトダイオードの増倍率を制御するために、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を変更している。変更された電圧はアバランシェフォトダイオードに加えられて、増倍率が調整される。従来の技術に示したように、ピーク検出器の出力を用いてＤＣ／ＤＣコンバータの出力を可変する方法においては、以下の問題があった。（１）伝送速度が１Ｇｂｐｓ以上の速度の場合、ピーク検出器を構成する部品が非常に高価になる。（２）　ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を可変する際に、アバランシェフォトダイオードの光入力及びアバランシェフォトダイオードのばらつき、温度特性全ての条件の元、伝送特性を最適になるように制御するには非常に広い可変範囲が要求され且つ伝送特性に影響を及ぼさないようその広い範囲でリップルノイズを低く抑えつつ制御するのは非常に困難で且つ実現できたとしても非常に高価なものとなってしまう。そこで、安価に実現できるモニタ手段を元として、ＡＰＤ電圧をアバランシェフォトダイオードのばらつき、温度特性及び光入力条件全てにおいて最適の伝送条件が得られるように、非常に広い可変範囲で安定した制御を行うことが必要であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、ＡＰＤ電圧を安価により広い範囲において可変でき安定した伝送特性を得ることができる光受信器、及び光信号から電気信号を生成する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、光受信回路に係わる。光受信回路は、アバランシェフォトダイオードと、パワーノードと、電位差発生回路部と、電流生成回路部とを備える。アバランシェフォトダイオードは、カソード及びアノードを有しており、第１のノードに電気的に接続されている。パワーノードは、アバランシェフォトダイオードのためのパワーを受けるように設けられている。電位差発生回路部は、第１のノードとパワーノードとの間に設けられており、第１のノードとパワーノードとの間に流れる電流に対応した電圧を第１のノードとパワーノードとの間に生成する。電流生成回路部は、第１のノードと第２のノードとの間に設けられ、電流値を変更可能である。
【０００６】
この光受信回路において、第１のノードに電気的に接続された電流生成回路部の電流を変更することにより、電位差発生回路部の両端の電圧差を変更できる。
この電圧差の変化に応じて第１のノードの電圧を調整できるので、パワーノードに要求される負荷はほぼ一定に保たれるので、安価に構成できるほか、高周波を検出しないので検出回路を安価にできる。
【０００７】
本発明の光受信回路は、制御部を更に備える。制御部は、モニタ信号生成部及び調整信号発生部を有する。モニタ信号生成部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及びアバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成する。調整信号発生部は、第１及び第２の信号に応じて電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する。電流生成回路部は、調整信号を受ける入力を有する。電流生成回路部の電流値は調整信号に応じて変化する。
【０００８】
この光受信回路において、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた電流生成回路部の電流を第１及び第２の信号を用いて調整することにより、電位差発生回路部の両端の電圧を変化させている。この変化に応じて、第１のノードの電圧が調整される。この調整によれば、ＡＰＤ電圧及びＡＰＤ電流に応じてアバランシェフォトダイオードへの印加電圧が調整される。
【０００９】
本発明に係わる光受信回路は、制御部を更に備えることができる。制御部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及びアバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成するモニタ信号生成回路部を含んでいる。また、制御部は、（ａ）第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成するための手段と、（ｂ）第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成するための手段と、（ｃ）第１の基準値に関連する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、第１及び第２の信号に応じてＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号を生成するための手段と、（ｄ）第２の基準値に関連する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、第１及び第２の信号に応じてＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成するための手段と、（ｅ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に第２の信号の値を近づけるように調整信号を生成するための手段とを備えることができる。これらの手段によれば、ＡＰＤ電圧の値に関する信号を利用して、電流生成回路部への信号を生成できる。アバランシェフォトダイオード毎にＡＰＤ電圧の上限値及び下限値は測定すれば、アバランシェフォトダイオードのばらつきに応じて光受信器を調整できる。
【００１０】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、ＡＤ変換手段を含む
ことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電圧に応じて変化する第１のアナログ信号から第１の信号を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２のアナログ信号から第２の信号を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段によれば、ディジタル制御を利用して光受信回路を制御可能になる。
【００１１】
本発明に係わる光受信回路では、制御部は、記憶手段を備えることができる。
記憶手段は、第１及び第２の基準値、並びに所定の関数を規定する一又は複数の値を格納する第１の記憶要素を含む。制御部が記憶手段を含むことは、ディジタル制御に好適である。また、記憶手段は、第１及び第２の信号の値を格納する第２の記憶要素を更に含むことができる。第２の記憶要素は、第１及び第２の信号の値を格納するために利用できる。また、記憶手段は、アバランシェフォトダイオードのばらつきを個々に調整するためのデータを格納するために使用できる。
【００１２】
本発明に係わる光受信回路は、制御部を更に備えることができる。制御部は、モニタ信号生成部及び調整信号発生部を有する。モニタ信号生成部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及びアバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成する。調整信号発生部は、第１〜第３の信号に応答して電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する。
【００１３】
この光受信回路において、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた電流生成回路部の電流を第１〜第３の信号を用いて調整すると、電位差発生回路部の両端に生じる電圧を変化できる。この変化に応じて、第１のノードの電圧が調整される。この調整には、アバランシェフォトダイオードのばらつき及び環境温度が反映される。
【００１４】
本発明に係わる光受信回路では、制御部を更に備えることができる。制御部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及びアバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成するモニタ信号生成回路部を含んでいる。制御部は、（ａ）第３の信号に応じて設定された第１の基準値と第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成するための手段と、（ｂ）第３の信号に応じて設定された第２の基準値と第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成するための手段と、（ｃ）第１の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成するための手段と、（ｄ）第２の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号を生成するための手段と、（ｅ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に第２の信号の値を近づけるように調整信号を生成するための手段と、を備えることができる。
【００１５】
これらの手段によれば、ＡＰＤ電圧の値に関する信号を利用して、電流生成回路部への信号を生成できる。ＡＰＤ電圧の上限値及び下限値はいくつかの温度においてアバランシェフォトダイオードを測定することにより得ることができるので、アバランシェフォトダイオードのばらつき及び環境温度に応じた調整のための判定基準を得ることできる。また、制御部は、第３の信号に応じて第１及び第２の基準値を選択するための手段を更に含むことができる。
【００１６】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、ＡＤ変換手段を含むことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１のアナログ信号から第１の信号を生成することができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２のアナログ信号から第２の信号を生成することができる。
ＡＤ変換手段は、アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３のアナログ信号から第３の信号を生成することができる。ＡＤ変換手段によれば、光受信回路は、ディジタル制御を利用して制御される。
【００１７】
本発明に係わる光受信回路では、制御部は、記憶手段を更に備えることができる。記憶手段は、いくつかの温度毎に第１及び第２の基準値、並びに所定の関数を規定する一又は複数の値を格納する記憶要素を含むことができる。制御部が記憶手段を含むことにより、ディジタル制御に好適な光受信器が提供される。記憶手段は、第１及び第２の信号の値を格納する記憶要素を含むことができる。第２の記憶要素は、第１及び第２の信号の値を格納するために利用できる。
【００１８】
本発明に係わる光受信回路では、記憶手段は、複数の温度毎に初期値を格納する記憶要素を更に備えることができる。制御部は、初期値のうちの最小値に調整信号を設定するための手段を含むことができる。この手段により、調整信号は、環境温度に関する信号を得る前には小さい値に設定されるので、大きな電圧がアバランシェフォトダイオードに加わることを防止できる。制御部は、また、第３の信号の値に応じて複数の初期値から決定された値に調整信号を設定するための手段を含むことができる。この手段により、調整信号に最小の値を設定したのちに、環境温度に応じた初期値を設定できる。
【００１９】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、温度感応素子を含むことができる。温度感応素子は、アバランシェフォトダイオードの温度に応答した信号を発生する。
【００２０】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電流ミラー部及び負荷を有している。電流ミラー部は、ＡＰＤ電流に応じて変化するミラー電流を生成する。このミラー電流は負荷部を流れる。このミラー電流に応じて、負荷部は第２の信号を生成する。電流ミラー回路を用いることにより、ＡＰＤ電流に応じて変化する電流を生成できる。
【００２１】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電圧分割部を有することができる。電圧分割部は、第１のノードと第２のノードとの間に直列に設けられた第１及び第２の抵抗を有することができる。電圧分割部は、第１及び第２の抵抗を用いて第１の信号を生成する。この形態によれば、第１のノードと第２のノードとの間の電圧からＡＰＤ電圧を得ることができる。
【００２２】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電圧分割部を有することができる。電圧分割部は、カソードとアノードとの間に直列して設けられた第１及び第２の抵抗を有することができる。電圧分割部は、第１及び第２の抵抗を用いて第１の信号を生成する。この形態によれば、ＡＰＤ電圧に応じて変化する信号をカソードとアノードとの間の電圧から得ることができる。
【００２３】
本発明の別の側面に係わる発明は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法に係わる。この方法は、（ａ）入力から出力に流れる電流に対応した電圧を入力と出力との間に生成する電位差発生回路を介して、調整電流を生成する電流生成回路部とアバランシェフォトダイオードとに電力を加え、（ｂ）アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応じて変化する第２の信号とを発生し、（ｃ）第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成し、（ｄ）第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成し、（ｅ）第１の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように前記調整信号を生成し、（ｆ）第２の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成し、（ｇ）ＡＰＤ電圧の値が上限値以下であり下限値以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号の値を近づけるように調整信号を生成する、ステップを備える。
【００２４】
この方法では、電流生成回路部及びアバランシェフォトダイオードに電位差発生回路を介して電力を加えているので、電流生成回路部が生成する調整電流を変更することによりＡＰＤ電圧を変化させることができる。
【００２５】
本発明の更なる別の側面の発明は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法に係わる。この方法は、（ａ）入力から出力に流れる電流に対応した電圧を入力と出力との間に生成する電位差発生回路を介して、調整電流を生成する電流生成回路部と前記アバランシェフォトダイオードとに電力を加え、（ｂ）アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応答して変化する第２の信号と、アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３の信号とを発生し、（ｃ）第３の信号に応じて第１の基準値を設定するステップ、（ｄ）第３の信号に応じて第２の基準値を設定し、（ｅ）第１の基準値と第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成し、（ｆ）第２の基準値と第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成し、（ｇ）第１の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号を生成し、（ｈ）第２の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成し、（ｉ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号値を近づけるように調整信号を生成する、ステップを備える。
【００２６】
この方法では、電流生成回路部及びアバランシェフォトダイオードに電位差発生回路を介して電力を加えているので、電流生成回路部が生成する調整電流に応じてＡＰＤ電圧が調整される。また、第１及び第２の基準値を第３の信号に応じて設定しているので、環境温度の変化をＡＰＤ電圧の調整に反映できる。
【００２７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光受信回路に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本実施の形態に係わる光受信回路を示すブロック図である。光受信回路１ａは、第１のノード３と、第２のノード５と、パワーノード７と、アバランシェフォトダイオード部１１と、電源１３と、電位差発生回路部１５と、電流生成回路部１７とを備える。パワーノード７は、アバランシェフォトダイオード１１ａのためのパワーを電源１３から受ける。電源１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータといった高電圧を提供できる電源回路１３ａを含む。
【００３０】
アバランシェフォトダイオード部１１は、アバランシェフォトダイオード（以下、フォトダイオードと記す）１１ａを含む。フォトダイオード１１ａは、カソード１１ｂ及びアノード１１ｃを有している。フォトダイオード１１ａは、逆方向にバイアスが印加されるように、第１のノード３に電気的に接続されている。
フォトダイオード１１ａは増幅器１１ｄに接続されていてもよい。アバランシェフォトダイオード部１１は出力信号Ｓ_ＯＵＴを生成する。フォトダイオード１１ａは、光ファイバといった光導波路２１に光学的に結合されて光導波路２１からの光２１ａを受ける。光２１ａはデータ信号２１ｂに応じて変調されている。
【００３１】
電位差発生回路部１５は、第１のノード３に接続された一端１５ａと、パワーノード７に接続された他端１５ｂとを有する。電位差発生回路部１５は、第１のノード３とパワーノード７との間に流れる電流に対応した電圧を一端１５ａと他端１５ｂとの間に生成する。電位差発生回路部１５は、例えば、第１のノード３とパワーノード７との間に接続された抵抗素子１５ｃを含むことができる。電位差発生回路部１５は、入力１５ａと出力１５ｂとの間に抵抗性インピーダンスＲ_ＥＦＦを提供する電子素子を含むことにより、第１のノード３とパワーノード７との間に流れる電流に対応した電圧を生成できる。
【００３２】
電流生成回路部１７は、第１のノード３に接続された一端１７ａと、第２のノード５に接続された他端１７ｂとを有している。電流生成回路部１７は、電流値を変更可能な電流源１７ｃを含む。電流源１７ｃは、トランジスタにより実現できる。図１（ｂ）を参照すると、電流源１７ｃは電界効果トランジスタ２３を含む。電界効果トランジスタ２３は、ソース２３ａ、ドレイン２３ｂ及びゲート２３ｃを有する。電界効果トランジスタ２３のゲート２３ｃの電圧を変更することにより、電流値を変更できる。或いは、図１（ｃ）を参照すると、電流源１７ｃは、バイポーラトランジスタ２５を含む。バイポーラトランジスタ２５は、エミッタ２５ａ、コレクタ２５ｂ及びベース２５ｃを有する。バイポーラトランジスタ２５のベース２５ｃの電流を変更することにより、電流値を変更できる。
【００３３】
光受信器１ａは、制御部１９を更に備えることができる。電流生成回路部１７は、制御部１９からの調整信号を受ける入力を更に備えており、電流源１７ｃは調整信号に応じて変化する電流を生成する。制御部１９は、モニタ信号生成部１９ａ及び調整信号発生部１９ｂを有する。モニタ信号生成部１９ａは、フォトダイオードのカソードとアノードとの間へ印加されるＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値に応じて変化する第１の信号Ｖ_１を生成する電圧モニタ部２７を有する。また、モニタ信号生成部１９ａは、フォトダイオードに流れるＡＰＤ電流Ｉ_ＡＰＤの値に応じて変化する第２の信号Ｖ_２を生成する電流モニタ部２９を有する。調整信号発生部１９ｂは、第１の信号Ｖ_１及び第２の信号Ｖ_２に応じて電流生成回路部１７の電流の大きさを調整するための調整信号Ｖ_Ｃを発生する。調整信号発生部１９ｂは、ＣＰＵ１８ａ及びメモリ１１８ｂといったディジタル制御のための電子デバイスを含むことができる。
【００３４】
この光受信回路１ａにおいて、電源１３が、出力電圧Ｖ_０を提供している。第１のノード３と第２のノード５との間に設けられた電流生成回路部１７の電流Ｉ_Ｃを第１の信号Ｖ_１及び第２の信号Ｖ_２を用いて調整すると、電位差発生回路部１５の両端に生じる電圧差△Ｖを変化できる。この電圧変化△Ｖに応じて、第１のノード３と第２のノード５との間の電圧Ｖ_ＡＰＰが調整される。つまり、
Ｖ_ＡＰＰ＝Ｖ_０−△Ｖ（Ｉ_０、Ｉ_Ｃ）
△Ｖ（Ｉ_０、Ｉ_Ｃ）＝（Ｉ_０＋Ｉ_Ｃ）・Ｒ_ＥＦＦ
Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｃ（Ｖ_１、Ｖ_２）
Ｖ_１＝Ｖ_１（Ｖ_ＡＰＤ）
Ｖ_２＝Ｖ_２（Ｉ_ＡＰＤ）
と表される。Ｖ_ＡＰＤは、フォトダイオード１１ａに印加される電圧を示す。Ｉ_０はフォトダイオード部１１及びモニタ信号生成部１９ａに流れる電流を示す。
【００３５】
この調整によれば、フォトダイオードに印加される電圧をより広い範囲で可変できる。故に、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。また、フォトダイオードの特性のばらつきが大きいときでも、フォトダイオード１１ａに印加される電圧を伝送特性が最適になるように、光入力、温度といった環境下で、調整できる。
【００３６】
図２は、電流モニタ部の回路を示す回路図である。電流モニタ部２９は、電流ミラー回路部３１を含む。電流ミラー回路部３１は、第１〜第４の端子３１ａ〜３１ｄを有しており、第１の端子３１ａと第２の端子３１ｂとの間に第１のトランジスタ３１ｅが接続されており、第３の端子３１ｃと第４の端子３１ｄとの間に第２のトランジスタ３１ｆが接続される。第２の端子３１ｂとノード５との間には、フォトダイオード１１ａが設けられている。負荷部３１ｇは、抵抗性インピーダンスＲ３１ｇを有する。例えば、負荷部３１ｇは、抵抗素子を含むことができる。第４の端子３１ｄとノード５との間には、負荷部３１ｇが設けられている。電流ミラー回路部３１は、ミラー比ｎを有する。第３の端子３１ｃと第４の端子３１ｄとの間に流れるミラー電流Ｉ_Ｍは、第１の端子３１ａと第２の端子３１ｂとの間に流れる電流Ｉ_ＡＰＤのｎ倍（ミラー比倍）により与えられる。ミラー電流Ｉ_Ｍは負荷部３１ｇに流れる。負荷部３１ｇは、ミラー電流Ｉ_Ｍに応じて変化する信号Ｖ_２を発生する。トランジスタとしては、バイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタが例示される。
【００３７】
図３（ａ）は、電圧モニタ部の回路を示す回路図である。図３（ａ）を参照すると、電圧モニタ部２７ａは、抵抗分割回路部３５を含む。抵抗分割回路部３５は、第１のノード３と第２のノード５との間に設けられており、電流生成回路部１７に並列に接続されている。抵抗分割回路部３５は、第１〜第３の端子３５ａ〜３５ｃを有しており、第１の端子３５ａと第２の端子３５ｂとの間に、直列に接続された第１及び第２の抵抗３５ｄ、３５ｅを備える。第１及び第２の抵抗３５ｄ、３５ｅは、共有ノード３５ｆを有している。共有ノード３５ｆは、第１の端子３５ａと第２の端子３５ｂとの間に印加された電圧の分圧値を提供する。出力３５ｃは、分圧値から生成された第１の信号Ｖ_１を提供する。ノード３とノード５との間に印加された電圧は、電流モニタ部２９を介してフォトダイオード１１ａに加えられる。故に、抵抗分割回路部３５によりモニタされる電圧は、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧と関連づけられている。
【００３８】
図３（ｂ）は、電圧モニタ部の別の回路を示す回路図である。図３（ｂ）を参照すると、電圧モニタ部２７ｂは、抵抗分割回路部３７を含む。抵抗分割回路部３７は、電流ミラー部３１と第２のノード５との間に設けられており、フォトダイオード１１ａに並列に接続されている。抵抗分割回路部３７は、第１〜第３の端子３７ａ〜３７ｃを有しており、第１の端子３７ａと第２の端子３７ｂとの間に、直列に接続された第１及び第２の抵抗３７ｄ、３７ｅを備える。第１及び第２の抵抗３７ｄ、３７ｅは、共有ノード３７ｆを有している。共有ノード３７ｆは、第１の端子３７ａと第２の端子３７ｂとの間に印加された電圧の分圧値を提供する。出力３７ｃは、分圧値から生成された第１の信号Ｖ_１を提供する。ノード３とノード５との間に印加された電圧は、電流モニタ部２９を介してフォトダイオード１１ａに加えられる。故に、抵抗分割回路部３７によりモニタされる電圧は、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧と関連づけられている。
【００３９】
図４は、フォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。この方法は、例えば、図１に示された光受信器において実現できる。フローチャート１００を参照しながら、光信号から出力信号を生成する方法を説明する。ステップＳ１００において光受信器の電力を与える。ステップＳ１０２では、電流生成回路部１７が相対的に大きな電流Ｉ_ＣＭＡＸを生成するように制御部１９の調整信号Ｖ_Ｃを発生する。この結果、電流生成回路部１７は電流Ｉ_ＣＭＡＸを流すので、ノード３の電圧は低くなる。故に、フォトダイオード１１ａに大きな電圧が初期的に加わることがない。ノード３の初期電圧は、Ｖ_ＭＩＮ以下であることが好ましい。このステップにおいて、電位差発生回路１７を介して、電流生成回路部と１７フォトダイオード部１１とに電力を加える。ステップＳ１０４において、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮ及び第２の基準値Ｖ_ＭＡＸを設定する。ステップＳ１０６において、フォトダイオード１１ａに光信号２１ａを与えて、この光信号２１ａに対応する出力信号Ｓ_ＯＵＴと、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤに応じた第１の信号Ｖ_１と、フォトダイオード１１ａに流れるＡＰＤ電流Ｉ_ＡＰＤに応じて変化する第２の信号Ｖ_２とを発生する。調整信号発生部１９ｂは、モニタ信号生成部１９ａからモニタ信号Ｖ_１、Ｖ_２を得る。ステップＳ１０８では、第１の信号Ｖ_１の値を第１の基準値Ｖ_ＭＩＮと比較して第１の比較結果を生成する。ステップＳ１１０において、第１の信号Ｖ_１の値を第２の基準値Ｖ_ＭＡＸと比較して第２の比較結果を生成する。ステップＳ１０８及びステップＳ１１０を実効する順序は、交換可能である。ステップＳ１１２では、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮに対応する下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}よりＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを増加させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。好適な実施例として、所定の変化分だけＩ_Ｃを変更されるようにしてもよく、また調整信号Ｖ_Ｃは、Ｉ_Ｃ＝（Ｖ_０−Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}）／Ｒ_ＥＦＦ−Ｉ_ＡＰＤとなるように設定してもよい。ステップＳ１１４では、第２の基準値Ｖ_ＭＡＸに対応する上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}よりＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを減少させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。好適な実施例として、調整信号Ｖ_Ｃは、所定の変化分だけＩ_Ｃを変更されるようにしてもよく、Ｉ_Ｃ＝（Ｖ_０−Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}）／Ｒ_ＥＦＦ−Ｉ_ＡＰＤとなるように設定される。ステップＳ１１６では、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値が上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}以下であり下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号Ｖ_２の値を近づけるように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。好適な実施例として、調整信号Ｖ_Ｃは、調整電流Ｉ_Ｃを一定値Ｉｍｃに近づけるように設定される。ステップＳ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６の後にステップＳ１０６に戻る。
【００４０】
この方法では、電流生成回路部１７及びフォトダイオード１１ａに電位差発生回路１７を介して電力を加えているので、電流生成回路部１７が生成する調整信号Ｉ_Ｃの変更によりＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを変化させることができる。
【００４１】
図５は、ステップＳ１１６を詳細に示すフローチャートである。フローチャート１１６を参照しながら、ステップＳ１１６を説明する。まず、ステップＳ１２２において、Ｉｍｃを設定する。ステップＳ１２４において、第１の信号Ｖ_２がＶｍｃ（例えば、Ｖｍｃ＝Ｉｍｃ×Ｒ_３１ｇ）より大きいかを判定して第１の判定結果を生成する。ステップＳ１２６において、Ｉ_Ｃを小さくするように調整信号Ｖ_Ｃを設定する。判定結果が否定的である場合、ステップＳ１２８において、第１の信号Ｖ_２がＶｍｃ（ＩｍｃとＲ_３１ｇとの積）より小さいかを判定して第２の判定結果を生成する。第２の判定結果が肯定的である場合、ステップＳ１３０において、Ｉ_Ｃを大きくするように調整信号Ｖ_Ｃを設定する。第１及び第２の判定結果が否定的である場合、ステップＳ１３２において、現調整信号Ｖ_Ｃを維持する。ステップＳ１２６、Ｓ１３０、Ｓ１３２の後に、ステップ１３４に進み、フローチャート１００に戻る。フローチャート１００及び１１６を繰り返すことにより、及び調整電流Ｉ_Ｃは徐々に一定値Ｉｍｃに近づいていく。
【００４２】
次に、図６〜図１０を参照しながら、フォトダイオードの増倍率Ｍを制御する光受信器を例示的に説明する。図６は、信号伝送に必要な帯域が得られる増倍率Ｍを示すグラフである。図７は信号伝送に必要な帯域を提供するＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを示すグラフである。図８は信号伝送に必要な帯域を提供するＡＰＤ電流Ｉｍ（Ｉ_ＡＰＤ）を示すグラフである。図９は図４及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流Ｉ_Ｃを示すグラフである。
【００４３】
発明者の実験によれば、信号伝送に必要な帯域は、アバランシェフォトダイオードの増倍率Ｍ_ＭＡＸと増倍率Ｍ_ＭＩＮとの間において実現される。この結果に基づいて、発明者は、光入力パワーを少なくとも３つの領域Ｐ_Ｌ、Ｐ_Ｍ、Ｐ_Ｈに分けることが好適であると考えている。
【００４４】
図６では、光入力パワーが小さい領域Ｐ_Ｌでは増倍率Ｍ_ＭＡＸを採用し、光入力パワーが大きい領域Ｐ_Ｍでは増倍率Ｍ_ＭＩＮを採用し、中間領域Ｐ_Ｍでは増倍率Ｍ_ＭＡＸとＭ_ＭＩＮとの間の値を採用する。増倍率がＭ_ＭＩＮより小さい場合及び増倍率がＭ_ＭＡＸより大きい場合、所望の帯域が得られないので、信号出力Ｓ_ＯＵＴの波形が乱れ、伝送特性が劣化する。
【００４５】
図７では、光入力パワーが小さい領域Ｐ_Ｌでは、増倍率Ｍ_ＭＡＸを提供する最大ＡＰＤ電圧Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}を用いる。光入力パワーが大きい領域Ｐ_Ｍでは、増倍率Ｍ_ＭＩＮを提供する最小ＡＰＤ電圧Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}を用いる。中間領域Ｐ_Ｍでは、ＡＰＤ電圧Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}とＡＰＤ電圧Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}との間の値を用いる。
【００４６】
図８では、中間領域Ｐ_Ｍにおいて、フォトダイオードにＡＰＤ電圧Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}を加えると、フォトダイオードは所定値Ｉｍｃよりも大きなＡＰＤ電流Ｉｍを生成する。また、中間領域Ｐ_Ｍにおいて、フォトダイオードにＡＰＤ電圧Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}を加えると、フォトダイオードは所定値Ｉｍｃよりも小さいＡＰＤ電流Ｉｍを生成する。中間領域Ｐ_Ｍにおいては、制御部１９は、ＡＰＤ電流ＩｍをＩｍｃの値に近づけるように動作する。具体的なＩｍｃの値は、伝送特性が最適になるように決定される。
【００４７】
図４、図７及び図８を参照しながら、光受信機の動作を例示的に説明する。光受信器の状態が図７中の点Ａにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１０８からステップＳ１１２へ進み、制御部１９は調整電流Ｉ_Ｃを増加するように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。光受信器の状態が図７中の点Ｂにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１１０からＳ１１６へ進み、制御部１９は調整電流Ｉ_Ｃを低減するように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。この調整信号Ｖ_ＣハＡＰＤ電圧を大きくする。光受信器が図７中の点Ｃにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１０８からステップＳ１１２へ進み、光受信器の状態は図７及び図８中の点Ｄに移り、更に光受信器の制御はステップＳ１１０を介してステップＳ１０８からＳ１１６へ進む。
【００４８】
図９は、図４に示されたフローチャートを用いて制御された調整電流Ｉ_Ｃの一例を示すグラフである。したがって、光信号から電気信号を生成する方法において、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる。
【００４９】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。図１０（ａ）を参照すると、制御部１９は、記憶手段５０、信号読み込み手段５２、設定手段５４、第１の比較手段５６、第２の比較手段５８、第１の信号生成手段６０、第２の信号生成手段６２、及び第３の信号生成手段６４を備える。
【００５０】
図１１は、記憶手段５０の構造を示すブロック図である。記憶手段５０は、いくつかの記憶要素５０ａ〜５０ｆを有する。記憶要素５０ａは、第１の基準値Ｖ_ＭＡＸを格納する。記憶要素５０ｂは第２の基準値Ｖ_ＭＩＮを格納している。記憶要素５０ｃは第３の基準値Ｉｍｃといった所定の関数を規定する値を格納する。記憶要素５０ｄはＩｃｍａｘといった初期値を格納する。記憶要素５０ｅは、最新モニタ電圧値を示す第１の信号値を格納する。記憶要素５０ｆは、最新モニタ電流値を示す第２の信号値を格納する。記憶手段５０をフォトダイオード毎に作製すれば、個々のフォトダイオードのばらつきを調整するために使用できる。記憶手段５０内の値は、モニタ信号生成部１９ａの回路構成を反映するように決定されている。また、記憶手段５０は、電流ミラー回路部３１の構成に応じて、負荷部３１ｇの抵抗性インピーダンスといった値を格納する記憶要素５０ｇを有してもよい。
【００５１】
設定手段５４は、記憶手段５０の記憶要素から所望の値を読み出して、図１１中の手段５６、５８、６０、６２及び６４に提供する。信号読み込み手段５２は、モニタ信号生成部１９ａからの第１及び第２の信号Ｖ_１及びＶ_２を読み込む。第１の比較手段５６は、第１の信号値Ｖ_１を第１の基準値Ｖ_ＭＡＸと比較して第１の比較結果を生成するように動作する。第２の比較手段５８は、第１の信号値Ｖ_１を第２の基準値Ｖ_ＭＩＮと比較して第２の比較結果を生成するように動作する。
【００５２】
第１の信号生成手段６０は、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮに関連する下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}よりＡＰＤ電圧の値Ｖ_ＡＰＤが小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成するように動作する。第２の信号生成手段６２は、第２の基準値Ｖ_ＭＡＸに関連する上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}よりＡＰＤ電圧の値Ｖ_ＡＰＤが大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成するように動作する。第３の信号生成手段６４は、ＡＰＤ電圧の値Ｖ_ＡＰＤが下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}以上且つ上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定関数により与えられる値（例えば、Ｉｍｃ）に第２の信号の値Ｖ_２を近づけるように調整信号Ｖ_Ｃを生成するように動作する。
【００５３】
制御部１９は、ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８を更に備えることができる。第１の信号Ｖ_１、第２の信号Ｖ_２及び調整信号Ｖ_Ｃは、ディジタル値であることができる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８は、これらのディジタル値を提供できる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８は、ＡＤ変換手段６８ａ及びＤＡ変換手段６８ｂを含む。ＡＤ変換手段６８ａは、ＡＰＤ電圧に応じて変化するアナログ信号から第１の信号Ｖ_１を生成するように動作可能であり、またＡＰＤ電流の値に応じて変化するアナログ信号から第２の信号Ｖ_２を生成するように動作可能である。ＤＡ変換手段６８ｂは、調整信号Ｖ_Ｃからアナログ信号を生成するように動作する。
【００５４】
制御部１９は、初期値設定手段７０を更に備えてもよい。初期値設定手段７０は、記憶手段５０から読み出した初期値Ｉｃｍａｘから調整信号Ｖ_Ｃを生成する。
【００５５】
図１１（ｂ）は、第３の信号生成手段の構成を示すブロック図である。図１１（ｂ）を参照すると、第３の信号生成手段６４は、第１の判定手段６４ａ、第２の判定手段６４ｂ、第４の信号生成手段６４ｃ、第５の信号生成手段６４ｄ、第６の信号生成手段６４ｅを備える。第１の判定手段６４ａは、第２の信号の値Ｖ_２が第３の基準値Ｉｍｃより大きいか否かを判定して、第１の判定結果を生成するように動作する。第２の判定手段６４ｂは、第２の信号の値Ｖ_２が第３の基準値Ｉｍｃより小さいか否かを判定して、第２の判定結果を生成するように動作する。第４の信号生成手段６４ｃは、第１の判定結果が肯定的であるとき、調整電流Ｉ_Ｃを小さくするように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。第５の信号生成手段６４ｄは、第２の判定結果が肯定的であるとき、調整電流Ｉ_Ｃを大きくするように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。第６の信号生成手段６４ｅは、第１及び第２の判定結果が否定的であるとき、現在の調整信号Ｖ_Ｃの値を維持する。
【００５６】
したがって、この制御部によれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図１２は、別の実施の形態の光受信回路を示すブロック図である。光受信回路１ｂは、制御部１９に替えて制御部２０を備えることができる。
【００５８】
制御部２０は、モニタ信号生成部２０ａ及び調整信号発生部２０ｂを有する。モニタ信号生成部２０ａは、フォトダイオードのカソードとアノードとの間に加えられるＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値に応じて変化する第１の信号Ｖ_１を生成する電圧モニタ部３０を有しており、またフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流Ｉ_ＡＰＤの値に応じて変化する第２の信号Ｖ_２を生成する電流モニタ部３２を有しており、さらにフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号Ｖ_３を生成する温度モニタ部３４を有する。温度モニタ部３４は、フォトダイオードの温度Ｔ_ＡＰＤに応じて変化する信号を発生するサーミスタといった温度感応素子３４ａを含むことができる。調整信号発生部１９ｃは、第１〜第３の信号の信号Ｖ_１〜Ｖ_３に応じて電流生成回路部１７の電流値を調整するための調整信号Ｖ_Ｃを発生する。
【００５９】
この光受信回路１ｂは、第１の信号Ｖ_１及び第２の信号Ｖ_２を加えて、第３の信号Ｖ_３を用いて電流生成回路部１７の電流Ｉ_Ｃを用いて調整する。光受信回路１ａと同様に、電流Ｉ_Ｃを用いて、第１のノード３と第２のノード５との間の電圧Ｖ_ＡＰＰが調整される。つまり、
Ｖ_ＡＰＰ＝Ｖ_０−△Ｖ（Ｉ_０、Ｉ_Ｃ）
△Ｖ（Ｉ_０、Ｉ_Ｃ）＝（Ｉ_０＋Ｉ_Ｃ）・Ｒ_ＥＦＦ
Ｉ_Ｃ＝Ｉ_Ｃ（Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３）
Ｖ_１＝Ｖ_１（Ｖ_ＡＰＤ）
Ｖ_２＝Ｖ_２（Ｉ_ＡＰＤ）
Ｖ_３＝Ｖ_３（Ｔ_ＡＰＤ）
と表される。
【００６０】
この調整によれば、フォトダイオードに印加される電圧をより広い範囲で可変できる。故に、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。また、フォトダイオードの特性のばらつきが大きいときでも、フォトダイオードに印加される電圧を調整できる。
【００６１】
図１３は、フォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。この方法は、例えば、図１２に示された光受信器において実現される。フローチャート１４０を参照しながら、光信号から出力信号を生成する方法を説明する。ステップＳ１４０では、光受信器に電源を入れる。次いで、ステップＳ１４２において、最大動作温度Ｔ_ＭＡＸにおける最大電流Ｉ_ＣＭＡＸ以下の電流を生成するように制御部１９の調整信号Ｖ_Ｃを発生する。この結果、電流生成回路部１７は、例えば電流Ｉ_ＣＭＡＸを流すので、ノード３の電圧は低くなる。故に、フォトダイオード１１ａに大きな電圧が初期的に加わることがない。
続いて、ステップＳ１４４において、フォトダイオード１１ａの温度Ｔ_ＡＰＤに関する第３の信号Ｖ_３を得る。次いで、ステップＳ１４６では、信号Ｖ_３に対応する電流Ｉ_ＣＭＡＸを生成するように制御部１９の調整信号Ｖ_Ｃを発生する。この方法では、環境温度Ｔ_ＡＰＤがフォトダイオード１１ａの制御に反映される。
【００６２】
ステップＳ１４８では、フォトダイオード１１ａに光信号２１ａを与えて、この光信号２１ａに対応する出力信号Ｉ_ＯＵＴと、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤに応じた第１の信号Ｖ_１と、フォトダイオード１１ａに流れるＡＰＤ電流Ｉ_ＡＰＤに応じて変化する第２の信号Ｖ_２と、温度Ｔ_ＡＰＤに関する第３の信号Ｖ_３を発生する。調整信号発生部２０ｂは、モニタ信号生成部２０ａからモニタ信号Ｖ_１〜Ｖ_３を得る。ステップＳ１５０において、第３の信号Ｖ_３に応じて第１の基準値Ｖ_ＭＩＮを設定すると共に、第３の信号Ｖ_３に応じて第２の基準値Ｖ_ＭＡＸを設定する。このステップにおいては、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮ及び第２の基準値Ｖ_ＭＡＸは、記憶手段に格納される値から第３の信号Ｖ_３に応じて決定されることができる。或いは、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮ及び第２の基準値Ｖ_ＭＡＸは、補間により決定されることができる。補間値は、記憶手段に格納されており第３の信号Ｖ_３に近い格納値を用いて、例えば直線補間により求めることができる。
【００６３】
ステップＳ１５２において、第１の信号Ｖ_１の値を第１の基準値Ｖ_ＭＩＮと比較して第１の比較結果を生成する。ステップＳ１５４において、第１の信号Ｖ_１の値を第２の基準値Ｖ_ＭＡＸと比較して第２の比較結果を生成する。ステップＳ１５２及びステップＳ１５４の順序は交換可能である。
【００６４】
ステップＳ１５６では、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮに対応する下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}よりＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを増加させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。好適な実施例として、調整信号Ｖ_Ｃは、Ｉ_Ｃ＝（Ｖ_０−Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}）／Ｒ_ＥＦＦ−Ｉ_ＡＰＤとなるように設定される。
【００６５】
ステップＳ１５８では、第２の基準値Ｖ_ＭＡＸに対応する上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}よりＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを減少させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。好適な実施例として、調整信号Ｖ_Ｃは、Ｉ_Ｃ＝（Ｖ_０−Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}）／Ｒ_ＥＦＦ−Ｉ_ＡＰＤとなるように設定される。
【００６６】
ステップＳ１６０では、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤの値が上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}以下且つ下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定関数により規定される値に第２の信号Ｖ_２の値を近づけるように調整信号Ｖ_Ｃを生成する。好適な実施例として、調整信号Ｖ_Ｃは、調整電流Ｉ_Ｃを一定値Ｉｍｃに近づける。ステップＳ１５６、Ｓ１５８、Ｓ１６０の後にステップＳ１４８に戻る。
【００６７】
この方法では、調整電流に応じてＡＰＤ電圧が調整される。また、第３の信号に応じて第１及び第２の基準値を設定しているので、環境温度の変化をＡＰＤ電圧の調整に反映できる。
【００６８】
図１４は、別の実施の形態に係わる光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。制御部２０は、記憶手段８０と、信号読み込み手段８２と、設定手段８４と、第１の比較手段８６と、第２の比較手段８８と、第１の信号生成手段９０と、第２の信号生成手段９２と、第３の信号生成手段９４とを備える。
【００６９】
図１５は、記憶手段８０の構造を示すブロック図である。記憶手段８０は、いくつかの記憶要素８０ａ〜８０ｔを有する。記憶要素８０ａ、８０ｆ、８０ｋは、温度に対するインデックスを格納している。記憶要素８０ｂ、８０ｇ、８０ｍは、それぞれの温度水準のための第１の基準値Ｖ_ＭＡＸを格納している。記憶要素８０ｃ、８０ｈ、８０ｎは、それぞれの温度水準のための第２の基準値Ｖ_ＭＩＮを格納している。記憶要素８０ｄ、８０ｉ、８０ｐは、それぞれの温度水準のための第３の基準値Ｉｍｃといった所定の関数を規定する値を格納している。記憶要素８０ｅ、８０ｊ、８０ｑは、それぞれの温度水準のためのＩｃｍａｘといった初期値を格納している。記憶要素５０ｒ、５０ｓ、５０ｔは、それぞれ、最新のモニタ電圧値を示す第１の信号値、最新のモニタ電流値を示す第２の信号値、最新のモニタ温度値を示す第３の信号値を格納している。記憶手段８０をフォトダイオード毎に作製すれば、個々のフォトダイオードのばらつきを調整するために使用できる。好適な実施例では、Ｉｍｃは温度水準に依存しない値である。記憶手段８０内の値は、モニタ信号生成部１９ａの回路構成を反映するように決定されている。また、記憶手段８０は、電流ミラー回路部３１の構成に応じて、負荷部３１ｇの抵抗性インピーダンスといった値を格納する記憶要素８０ｕを有してもよい。
【００７０】
設定手段８４は、記憶手段８０の記憶要素から所望の値を読み出して、図１１中の手段８６、８８、９０、９２及び９４に提供する。具体的には、設定手段８４は、第３の信号Ｖ_３（ＡＰＤ温度）に応じて第１の基準値Ｖ_ＭＩＮと第３の信号Ｖ_３に応じて第２の基準値Ｖ_ＭＡＸとを設定する。第１の基準値Ｖ_ＭＩＮ及び第２の基準値Ｖ_ＭＡＸは、記憶手段に格納されている値から第３の信号Ｖ_３に応じて決定されることができる。或いは、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮ及び第２の基準値Ｖ_ＭＡＸは、補間により決定されることができる。補間値は、記憶手段に格納されており第３の信号Ｖ_３に近い２つ格納値を用いて補間により求めることができる。
【００７１】
信号読み込み手段８２は、モニタ信号生成部２０ａからの第１の信号Ｖ_１、第２の信号Ｖ_２及び第３の信号Ｖ_３を読み込むように動作する。第１の比較手段８６は、第１の信号の値Ｖ_１を第１の基準値Ｖ_ＭＡＸと比較して第１の比較結果を生成するように動作する。第２の比較手段８８は、第１の信号の値Ｖ_１を第２の基準値Ｖ_ＭＩＮと比較して第２の比較結果を生成するように動作する。
【００７２】
第１の信号生成手段９０が、第１の基準値Ｖ_ＭＩＮに関連する下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}よりＡＰＤ電圧の値Ｖ_ＡＰＤが小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成するように動作する。第２の信号生成手段９２は、第２の基準値Ｖ_ＭＡＸに関連する上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}よりＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤが大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号Ｖ_Ｃを生成するように動作する。第３の信号生成手段９４は、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤが下限値Ｖ_{ＬＯＷＥＲ}以下であり上限値Ｖ_{ＵＰＰＥＲ}以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値（例えば、Ｉｍｃ）に第２の信号Ｖ_２を近づけるように調整信号Ｖ_Ｃを生成するように動作する。
【００７３】
制御部２０は、ＡＤ変換・ＤＡ変換手段９６を更に備えてよい。第１の信号Ｖ_１、第２の信号Ｖ_２、第３の信号Ｖ_３及び調整信号Ｖ_Ｃは、ディジタル値であることができる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段９６は、ＡＤ変換手段９６ａ及びＤＡ変換手段９６ｂを含む。ＡＤ変換手段９６ａは、ＡＰＤ電圧に応じて変化するアナログ信号から第１の信号Ｖ_１を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段９６ａは、ＡＰＤ電流の値に応じて変化するアナログ信号から第２の信号Ｖ_２を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ温度に応じて変化するアナログ信号から第３の信号Ｖ_３を生成するように働くことができる。ＤＡ変換手段９６ｂは、調整信号Ｖ_Ｃからアナログ信号を生成するように動作する。
【００７４】
制御部１９は、初期値設定手段７０を更に備えることができる。初期値設定手段７０は、記憶手段８０内に格納されている最大の初期値Ｉｃｍａｘから調整信号Ｖ_Ｃを生成する。また、初期値設定手段７０は、第３の信号Ｖ_３（ＡＰＤ温度）に応じて決定された初期値Ｉｃｍａｘから調整信号Ｖ_Ｃを生成する。
【００７５】
発明者は、図６に示された増倍率を得るように、いくつかの温度水準において、ＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤ及び調整電流Ｉ_Ｃを測定している。図１６は、必要な信号伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを示すグラフである。図１６は、図９の特性線Ｔ_１に加えて別の２温度水準の特性線Ｔ_２及びＴ_３を含む。図１７は、図１３及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流Ｉ_Ｃを示すグラフである。図１７は、図７と特性線Ｔ_４に加えて２温度水準の特性線Ｔ_５及びＴ_６を含む。図８、図１６及び図１７は、記憶手段に格納される制御値の一例を提供している。これらの値を用いれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲で可変できると共に所望の伝送帯域を有する光受信器が提供される。
【００７６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることことは、当業者により認識される。例えば、本実施の形態では、特定のフローチャートに基づく光受信器の制御を説明したが、この光受信器は本実施の形態に開示された特定の制御の実現に限定されるものではない。また、光パワーの中間領域において、ＡＰＤ電流を一定にするように制御しているが、一次式または２次式を用いることもできる。さらに、制御部の構成をある具体例に基づいて説明したけれども、制御部はソフトウエア及び／又はハードウエアを用いて実現できる。すなわち、本実施の形態に示された制御部の構成は例示であり、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供され、また、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変しながら光信号から電気信号を生成する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本実施の形態に係わる光受信回路を示すブロック図である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、電流源の構成を示す図面である。
【図２】図２は、電流モニタ部の回路を示す回路図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、電圧モニタ部の回路を示す回路図である。
【図４】図４は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図４のフローチャートの部分を詳細に示すフローチャートである。
【図６】図６は、必要な信号伝送帯域が得られる増倍率を示すグラフである。
【図７】図７は必要な信号伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧を示すグラフである。
【図８】図８は、必要な伝送帯域を提供するＡＰＤ電流を示すグラフである。
【図９】図９は、図４及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）及び１０（ｂ）は光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施の形態に係わる記憶手段の構造を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係わる別の光受信回路を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は別の実施の形態の光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、別の実施の形態に係わる記憶手段の構造を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、必要な伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧Ｖ_ＡＰＤを示すグラフである。
【図１７】図１７は、図１３及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流Ｉ_Ｃを示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…光受信回路、３…第１のノード、５…第２のノード、７…パワーノード、１１…アバランシェフォトダイオード部、１３…電源、１５…電位差発生回路部、１７…電流生成回路部、１９、２０…制御部、１９ａ、２０ａ…モニタ信号生成部、１９ｂ、２０ｂ…調整信号発生部、２１…光導波路、５０…記憶手段、５２…信号読み込み手段、５４…設定手段、５６…第１の比較手段、５８…第２の比較手段、６０…第１の信号生成手段、６２…第２の信号生成手段、６４…第３の信号生成手段、８０…記憶手段、８２…信号読み込み手段、８４…設定手段、８６…第１の比較手段、８８…第２の比較手段、９０…第１の信号生成手段、９２…第２の信号生成手段、９４…第３の信号生成手段、９６…補間手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical receiving circuit and a method for generating an electric signal from an optical signal.
[0002]
[Prior art]
In an optical receiver using an avalanche photodiode (APD), an APD power supply applies a voltage to the avalanche photodiode. This APD power supply uses a DC / DC converter. In the optical receiver, an output signal from the avalanche photodiode is input to a variable gain amplifier. The output signal from the variable gain amplifier is provided to an output terminal and also to a peak detection circuit. The output signal of the peak detection circuit is provided to the AGC circuit. The output signal of the AGC circuit is provided to a variable gain amplifier for gain adjustment and also to an APD power supply.
The APD power supply adjusts the voltage applied to the avalanche photodiode using the output signal of the AGC circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In an optical receiver using an avalanche photodiode, the output voltage of a DC / DC converter is changed in order to control the multiplication factor of the avalanche photodiode. The changed voltage is applied to the avalanche photodiode, and the multiplication factor is adjusted. As shown in the prior art, the method of varying the output of the DC / DC converter using the output of the peak detector has the following problems. (1) When the transmission speed is 1 Gbps or higher, the components constituting the peak detector become very expensive. (2) When the output of the DC / DC converter is varied, it is very necessary to control the optical characteristics of the avalanche photodiode, the dispersion of the avalanche photodiode, and the transmission characteristics under all conditions of the temperature characteristics so as to optimize the transmission characteristics. A wide variable range is required and it is very difficult to control the ripple noise in a wide range so as not to affect the transmission characteristics while keeping the ripple noise low, and even if it can be realized, it becomes very expensive. Therefore, based on the monitoring means which can be realized at a low cost, the APD voltage is stably controlled in a very wide variable range so that the optimum transmission conditions can be obtained in all of the variation of the avalanche photodiode, the temperature characteristics and the light input conditions. It was necessary.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical receiver capable of changing the APD voltage in a wide range at low cost and obtaining stable transmission characteristics, and a method of generating an electric signal from an optical signal.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
One embodiment of the present invention relates to an optical receiving circuit. The optical receiving circuit includes an avalanche photodiode, a power node, a potential difference generating circuit, and a current generating circuit. The avalanche photodiode has a cathode and an anode, and is electrically connected to the first node. The power node is provided to receive power for the avalanche photodiode. The potential difference generating circuit portion is provided between the first node and the power node, and applies a voltage corresponding to a current flowing between the first node and the power node between the first node and the power node. To generate. The current generation circuit is provided between the first node and the second node, and can change a current value.
[0006]
In this optical receiving circuit, the voltage difference between both ends of the potential difference generating circuit unit can be changed by changing the current of the current generating circuit unit electrically connected to the first node.
Since the voltage of the first node can be adjusted in accordance with the change in the voltage difference, the load required for the power node can be kept almost constant, so that the configuration can be made inexpensively. Can be.
[0007]
The optical receiving circuit of the present invention further includes a control unit. The control unit has a monitor signal generation unit and an adjustment signal generation unit. The monitor signal generator generates a first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode and a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode. The adjustment signal generation unit generates an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit according to the first and second signals. The current generation circuit has an input for receiving the adjustment signal. The current value of the current generation circuit changes according to the adjustment signal.
[0008]
In this optical receiving circuit, by adjusting the current of the current generating circuit provided between the first node and the second node using the first and second signals, both ends of the potential difference generating circuit are adjusted. Voltage is changed. The voltage of the first node is adjusted according to this change. According to this adjustment, the voltage applied to the avalanche photodiode is adjusted according to the APD voltage and the APD current.
[0009]
The optical receiving circuit according to the present invention can further include a control unit. The control unit generates a first signal that changes according to a value of an APD voltage applied to the avalanche photodiode and a monitor signal generation circuit that generates a second signal that changes according to a value of an APD current flowing through the avalanche photodiode. Includes parts. The control unit may include: (a) means for comparing the value of the first signal with a first reference value to generate a first comparison result; and (b) means for comparing the value of the first signal with a second value. Means for generating a second comparison result by comparing with the reference value of (a), and (c) when the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than a lower limit value related to the first reference value Means for generating an adjustment signal to increase the APD voltage in response to the first and second signals; and (d) determining that the value of the APD voltage is greater than an upper limit value associated with the second reference value. Means for generating an adjustment signal so as to decrease the APD voltage according to the first and second signals when the second comparison result indicates: (e) the value of the APD voltage is equal to or greater than the lower limit and is equal to the upper limit When the first and second comparison results indicate that the value is less than or equal to the second value, It can comprise a means for generating an adjustment signal to approach the value of the item. According to these means, a signal to the current generation circuit unit can be generated by using a signal related to the value of the APD voltage. By measuring the upper and lower limits of the APD voltage for each avalanche photodiode, the optical receiver can be adjusted according to the variation of the avalanche photodiode.
[0010]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the monitor signal generator includes an AD converter.
be able to. The A / D converter can operate to generate a first signal from the first analog signal that changes according to the APD voltage. The A / D converter can operate to generate a second signal from the second analog signal that changes according to the value of the APD current. According to the AD converter, the optical receiving circuit can be controlled using digital control.
[0011]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the control unit can include a storage unit.
The storage means includes a first storage element that stores the first and second reference values and one or more values that define a predetermined function. The fact that the control section includes a storage means is suitable for digital control. Further, the storage means may further include a second storage element for storing the values of the first and second signals. A second storage element is available for storing values of the first and second signals. The storage means can be used to store data for individually adjusting the variation of the avalanche photodiode.
[0012]
The optical receiving circuit according to the present invention can further include a control unit. The control unit has a monitor signal generation unit and an adjustment signal generation unit. The monitor signal generation unit includes a first signal that changes in accordance with a value of an APD voltage applied to the avalanche photodiode, a second signal that changes in accordance with a value of an APD current flowing in the avalanche photodiode, and a signal of the avalanche photodiode. A third signal that changes according to the temperature is generated. The adjustment signal generation unit generates an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit in response to the first to third signals.
[0013]
In this optical receiving circuit, when the current of the current generation circuit provided between the first node and the second node is adjusted using the first to third signals, the current is generated at both ends of the potential difference generation circuit. Voltage can be changed. The voltage of the first node is adjusted according to this change. This adjustment reflects the variation of the avalanche photodiode and the environmental temperature.
[0014]
The optical receiving circuit according to the present invention may further include a control unit. The control unit is configured to control the first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, the second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode, and the temperature of the avalanche photodiode. And a monitor signal generation circuit for generating a third signal that changes in response to the change. The control unit includes: (a) means for comparing a value of the first signal with a first reference value set in accordance with the third signal to generate a first comparison result; Means for comparing the value of the first signal with the second reference value set according to the signal of No. 3 to generate a second comparison result; and (c) an upper limit corresponding to the first reference value. Means for generating an adjustment signal to reduce the APD voltage when the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is greater than the value; and (d) lowering the lower limit value corresponding to the second reference value. Means for generating an adjustment signal so as to increase the APD voltage when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is small; and (e) the value of the APD voltage is equal to or more than the lower limit value and equal to or less than the upper limit value. , The first and second comparison results indicate that the second signal has the value given by the predetermined function. Means for generating an adjustment signal to approach the value may comprise a.
[0015]
According to these means, a signal to the current generation circuit unit can be generated by using a signal related to the value of the APD voltage. Since the upper limit value and the lower limit value of the APD voltage can be obtained by measuring the avalanche photodiode at several temperatures, it is possible to obtain a criterion for adjustment according to the variation of the avalanche photodiode and the environmental temperature. Further, the control unit may further include a unit for selecting the first and second reference values according to the third signal.
[0016]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the monitor signal generator can include an AD converter. The AD converter can generate the first signal from the first analog signal that changes according to the value of the APD voltage. The AD converter can generate the second signal from the second analog signal that changes according to the value of the APD current.
The A / D converter can generate a third signal from the third analog signal that changes in response to the temperature of the avalanche photodiode. According to the AD converter, the light receiving circuit is controlled using digital control.
[0017]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the control unit can further include a storage unit. The storage means may include a storage element for storing first and second reference values for each of several temperatures, and one or more values defining a predetermined function. When the control unit includes the storage unit, an optical receiver suitable for digital control is provided. The storage means may include a storage element for storing the values of the first and second signals. A second storage element is available for storing values of the first and second signals.
[0018]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the storage means may further include a storage element for storing an initial value for each of a plurality of temperatures. The control unit may include means for setting the adjustment signal to a minimum value among the initial values. By this means, the adjustment signal is set to a small value before obtaining the signal relating to the environmental temperature, so that a large voltage can be prevented from being applied to the avalanche photodiode. The control unit can also include means for setting the adjustment signal to a value determined from the plurality of initial values according to the value of the third signal. By this means, after setting the minimum value in the adjustment signal, an initial value according to the environmental temperature can be set.
[0019]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the monitor signal generator may include a temperature sensitive element. The temperature-sensitive element generates a signal responsive to the temperature of the avalanche photodiode.
[0020]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the monitor signal generation unit has a current mirror unit and a load. The current mirror section generates a mirror current that changes according to the APD current. This mirror current flows through the load. The load generates a second signal according to the mirror current. By using the current mirror circuit, a current that changes according to the APD current can be generated.
[0021]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the monitor signal generating unit can include a voltage dividing unit. The voltage divider may include first and second resistors provided in series between the first node and the second node. The voltage divider generates a first signal using the first and second resistors. According to this embodiment, the APD voltage can be obtained from the voltage between the first node and the second node.
[0022]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the monitor signal generating unit can include a voltage dividing unit. The voltage divider may include first and second resistors provided in series between the cathode and the anode. The voltage divider generates a first signal using the first and second resistors. According to this aspect, a signal that changes according to the APD voltage can be obtained from the voltage between the cathode and the anode.
[0023]
The invention according to another aspect of the present invention relates to a method for generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode. According to this method, (a) power is supplied to a current generation circuit unit that generates an adjustment current and an avalanche photodiode via a potential difference generation circuit that generates a voltage corresponding to a current flowing from an input to an output between the input and the output. (B) applying an optical signal to the avalanche photodiode, outputting an output signal corresponding to the optical signal, a first signal corresponding to an APD voltage applied to the avalanche photodiode, and an APD current flowing through the avalanche photodiode. (C) comparing the value of the first signal with a first reference value to generate a first comparison result, and (d) generating a first comparison result. Generating a second comparison result by comparing the value with the second reference value, and (e) when the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than the lower limit value corresponding to the first reference value , APD voltage (F) adjusting the APD voltage to decrease when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is larger than the upper limit value corresponding to the second reference value. Generating a signal, and (g) when the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is equal to or less than the upper limit and equal to or greater than the lower limit, the second signal is set to a value defined by a predetermined function. Generating an adjustment signal so as to approximate the value of
[0024]
In this method, since power is applied to the current generation circuit and the avalanche photodiode via the potential difference generation circuit, the APD voltage can be changed by changing the adjustment current generated by the current generation circuit.
[0025]
The invention according to yet another aspect of the present invention relates to a method for generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode. This method comprises the steps of: (a) connecting an avalanche photodiode to a current generation circuit unit that generates an adjustment current through a potential difference generation circuit that generates a voltage corresponding to a current flowing from an input to an output between the input and the output; And (b) applying an optical signal to the avalanche photodiode, outputting an output signal corresponding to the optical signal, a first signal corresponding to an APD voltage applied to the avalanche photodiode, and an APD flowing through the avalanche photodiode. Generating a second signal that changes in response to the current and a third signal that changes in response to the temperature of the avalanche photodiode, and (c) setting a first reference value in accordance with the third signal (D) setting a second reference value according to the third signal, and (e) comparing the first reference value with the value of the first signal to generate a first comparison result. (F) generating a second comparison result by comparing the second reference value with the value of the first signal; and (g) confirming that the value of the APD voltage is smaller than the lower limit value corresponding to the first reference value. When the first comparison result indicates, the adjustment signal is generated so as to increase the APD voltage, and (h) the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is larger than the upper limit value corresponding to the second reference value. When the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is equal to or more than the lower limit value and equal to or less than the upper limit value, an adjustment signal is generated to decrease the APD voltage. Generating an adjustment signal to bring the second signal value closer to a value defined by the function.
[0026]
In this method, since power is applied to the current generation circuit and the avalanche photodiode via the potential difference generation circuit, the APD voltage is adjusted according to the adjustment current generated by the current generation circuit. Further, since the first and second reference values are set in accordance with the third signal, a change in the environmental temperature can be reflected in the adjustment of the APD voltage.
[0027]
The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The findings of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the optical receiving circuit of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, identical parts are given the same reference numerals.
[0029]
(First Embodiment)
FIG. 1A is a block diagram showing an optical receiving circuit according to the present embodiment. The optical receiving circuit 1a includes a first node 3, a second node 5, a power node 7, an avalanche photodiode unit 11, a power supply 13, a potential difference generating circuit unit 15, and a current generating circuit unit 17. Prepare. Power node 7 receives power for avalanche photodiode 11 a from power supply 13. The power supply 13 includes a power supply circuit 13a that can provide a high voltage, such as a DC / DC converter.
[0030]
The avalanche photodiode unit 11 includes an avalanche photodiode (hereinafter, referred to as a photodiode) 11a. The photodiode 11a has a cathode 11b and an anode 11c. The photodiode 11a is electrically connected to the first node 3 so that a bias is applied in a reverse direction.
The photodiode 11a may be connected to the amplifier 11d. The avalanche photodiode unit 11 outputs the output signal S_OUTGenerate The photodiode 11a is optically coupled to an optical waveguide 21 such as an optical fiber, and receives light 21a from the optical waveguide 21. The light 21a is modulated according to the data signal 21b.
[0031]
The potential difference generating circuit section 15 has one end 15a connected to the first node 3 and the other end 15b connected to the power node 7. The potential difference generating circuit section 15 generates a voltage corresponding to a current flowing between the first node 3 and the power node 7 between one end 15a and the other end 15b. The potential difference generating circuit section 15 can include, for example, a resistance element 15c connected between the first node 3 and the power node 7. The potential difference generating circuit section 15 includes a resistive impedance R between the input 15a and the output 15b._EFF, A voltage corresponding to the current flowing between the first node 3 and the power node 7 can be generated.
[0032]
The current generation circuit unit 17 has one end 17a connected to the first node 3 and the other end 17b connected to the second node 5. The current generation circuit unit 17 includes a current source 17c whose current value can be changed. The current source 17c can be realized by a transistor. Referring to FIG. 1B, the current source 17c includes a field effect transistor 23. The field effect transistor 23 has a source 23a, a drain 23b, and a gate 23c. The current value can be changed by changing the voltage of the gate 23c of the field effect transistor 23. Alternatively, referring to FIG. 1C, the current source 17c includes a bipolar transistor 25. The bipolar transistor 25 has an emitter 25a, a collector 25b, and a base 25c. The current value can be changed by changing the current of the base 25c of the bipolar transistor 25.
[0033]
The optical receiver 1a can further include a control unit 19. The current generation circuit unit 17 further includes an input for receiving an adjustment signal from the control unit 19, and the current source 17c generates a current that changes according to the adjustment signal. The control unit 19 has a monitor signal generation unit 19a and an adjustment signal generation unit 19b. The monitor signal generator 19a is configured to output the APD voltage V applied between the cathode and the anode of the photodiode._APDOf the first signal V that changes according to the value of₁Is generated. Further, the monitor signal generation unit 19a detects the APD current I flowing through the photodiode._APDOf the second signal V that changes according to the value of₂Is generated. The adjustment signal generator 19b outputs the first signal V₁And the second signal V₂Signal V for adjusting the magnitude of the current of current generation circuit 17 in accordance with_CTo occur. The adjustment signal generator 19b can include an electronic device for digital control such as the CPU 18a and the memory 118b.
[0034]
In this optical receiving circuit 1a, the power supply 13 outputs the output voltage V₀Is provided. The current I of the current generation circuit unit 17 provided between the first node 3 and the second node 5_CTo the first signal V₁And the second signal V₂, The voltage difference ΔV generated at both ends of the potential difference generating circuit section 15 can be changed. According to the voltage change ΔV, the voltage V between the first node 3 and the second node 5_APPIs adjusted. That is,
V_APP= V₀− △ V (I₀, I_C)
ΔV (I₀, I_C) = (I₀+ I_C) ・ R_EFF
I_C= I_C(V₁, V₂)
V₁= V₁(V_APD)
V₂= V₂(I_APD)
It is expressed as V_APDIndicates a voltage applied to the photodiode 11a. I₀Indicates a current flowing through the photodiode unit 11 and the monitor signal generation unit 19a.
[0035]
According to this adjustment, the voltage applied to the photodiode can be varied over a wider range. Therefore, an optical receiver capable of changing the APD voltage in a wider range is provided. Further, even when the characteristics of the photodiode vary greatly, the voltage applied to the photodiode 11a can be adjusted under the environment such as light input and temperature so that the transmission characteristics are optimized.
[0036]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit of the current monitor. The current monitor 29 includes a current mirror circuit 31. The current mirror circuit unit 31 has first to fourth terminals 31a to 31d, and a first transistor 31e is connected between the first terminal 31a and the second terminal 31b. The second transistor 31f is connected between the third terminal 31c and the fourth terminal 31d. The photodiode 11a is provided between the second terminal 31b and the node 5. The load section 31g has a resistive impedance R31g. For example, the load unit 31g can include a resistance element. A load unit 31g is provided between the fourth terminal 31d and the node 5. The current mirror circuit section 31 has a mirror ratio n. The mirror current I flowing between the third terminal 31c and the fourth terminal 31d_MIs a current I flowing between the first terminal 31a and the second terminal 31b._APDN times (mirror ratio). Mirror current I_MFlows into the load section 31g. The load unit 31g has a mirror current I_MV that changes according to₂To occur. Examples of the transistor include a bipolar transistor and a field effect transistor.
[0037]
FIG. 3A is a circuit diagram illustrating a circuit of the voltage monitoring unit. Referring to FIG. 3A, the voltage monitoring unit 27a includes a resistance dividing circuit unit 35. The resistance dividing circuit unit 35 is provided between the first node 3 and the second node 5 and is connected to the current generating circuit unit 17 in parallel. The resistance dividing circuit section 35 has first to third terminals 35a to 35c, and first and second terminals connected in series between the first terminal 35a and the second terminal 35b. The resistors 35d and 35e are provided. The first and second resistors 35d and 35e have a shared node 35f. The shared node 35f provides a divided value of the voltage applied between the first terminal 35a and the second terminal 35b. The output 35c is a first signal V generated from the divided voltage value.₁I will provide a. The voltage applied between the node 3 and the node 5 is applied to the photodiode 11a via the current monitor 29. Therefore, the voltage monitored by the resistance dividing circuit unit 35 is related to the APD voltage applied to the photodiode 11a.
[0038]
FIG. 3B is a circuit diagram illustrating another circuit of the voltage monitoring unit. Referring to FIG. 3B, the voltage monitoring unit 27b includes a resistance dividing circuit unit 37. The resistance dividing circuit section 37 is provided between the current mirror section 31 and the second node 5, and is connected in parallel to the photodiode 11a. The resistance dividing circuit section 37 has first to third terminals 37a to 37c, and a first and a second terminal 37a and a second terminal 37b connected in series between the first terminal 37a and the second terminal 37b. The resistors 37d and 37e are provided. The first and second resistors 37d and 37e have a shared node 37f. The sharing node 37f provides a divided voltage value of the voltage applied between the first terminal 37a and the second terminal 37b. The output 37c is a first signal V generated from the divided voltage value.₁I will provide a. The voltage applied between the node 3 and the node 5 is applied to the photodiode 11a via the current monitor 29. Therefore, the voltage monitored by the resistance dividing circuit unit 37 is related to the APD voltage applied to the photodiode 11a.
[0039]
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for generating an output signal from an optical signal using a photodiode. This method can be implemented, for example, in the optical receiver shown in FIG. A method of generating an output signal from an optical signal will be described with reference to a flowchart 100. In step S100, the power of the optical receiver is given. In step S102, the current generation circuit unit 17 determines that the relatively large current I_CMAXIs generated by the control unit 19 so as to generate_CTo occur. As a result, the current generation circuit 17_CMAX, The voltage of the node 3 decreases. Therefore, a large voltage is not initially applied to the photodiode 11a. The initial voltage of node 3 is V_MINThe following is preferred. In this step, power is applied to the current generation circuit unit and the 17 photodiode unit 11 via the potential difference generation circuit 17. In step S104, the first reference value V_MINAnd the second reference value V_MAXSet. In step S106, the optical signal 21a is given to the photodiode 11a, and the output signal S corresponding to the optical signal 21a is given._OUTAnd the APD voltage V applied to the photodiode 11a_APDFirst signal V according to₁And the APD current I flowing through the photodiode 11a_APDSignal V that changes according to₂And generate. The adjustment signal generator 19b receives the monitor signal V from the monitor signal generator 19a.₁, V₂Get. In step S108, the first signal V₁Of the first reference value V_MINTo generate a first comparison result. In step S110, the first signal V₁Of the second reference value V_MAXTo generate a second comparison result. The order in which steps S108 and S110 are performed is interchangeable. In step S112, the first reference value V_MINLower limit value V corresponding to_LOWERAPD voltage V_APDWhen the first comparison result indicates that the value of_APDAdjustment signal V to increase_CGenerate In a preferred embodiment, I_CMay be changed, and the adjustment signal V_CIs I_C= (V₀-V_LOWER) / R_EFF-I_APDYou may set so that it may become. In step S114, the second reference value V_MAXUpper limit value V corresponding to_UPPERAPD voltage V_APDWhen the second comparison result indicates that the value of APD is large, the APD voltage V_APDAdjustment signal V to reduce_CGenerate In a preferred embodiment, the adjustment signal V_CIs a predetermined change I_CMay be changed, and I_C= (V₀-V_UPPER) / R_EFF-I_APDIs set to be In step S116, the APD voltage V_APDIs the upper limit value V_UPPERLess than or equal to lower limit V_LOWERWhen the first and second comparison results indicate that this is the case, the second signal V is set to a value defined by a predetermined function.₂Adjustment signal V so that the value of_CGenerate In a preferred embodiment, the adjustment signal V_CIs the adjustment current I_CIs set to approach a constant value Imc. After steps S112, S114, and S116, the process returns to step S106.
[0040]
In this method, power is applied to the current generation circuit 17 and the photodiode 11a via the potential difference generation circuit 17, so that the adjustment signal I generated by the current generation circuit 17 is generated._CAPD voltage V_APDCan be changed.
[0041]
FIG. 5 is a flowchart showing Step S116 in detail. Step S116 will be described with reference to a flowchart 116. First, in step S122, Imc is set. In step S124, the first signal V₂Is Vmc (for example, Vmc = Imc × R_31g) Is determined to be greater than the first determination result. In step S126, I_CAdjustment signal V so that_CSet. If the determination result is negative, in step S128, the first signal V₂Is Vmc (Imc and R_31gIs determined to be smaller than the second product) to generate a second determination result. If the second determination result is affirmative, in step S130, I_CAdjustment signal V so that_CSet. If the first and second determination results are negative, in step S132, the current adjustment signal V_CTo maintain. After steps S126, S130, and S132, the process proceeds to step 134 and returns to the flowchart 100. By repeating flowcharts 100 and 116, and adjusting current I_CGradually approaches the constant value Imc.
[0042]
Next, an optical receiver for controlling the multiplication factor M of the photodiode will be exemplarily described with reference to FIGS. FIG. 6 is a graph showing a multiplication factor M at which a band necessary for signal transmission is obtained. FIG. 7 shows an APD voltage V that provides a band required for signal transmission._APDFIG. FIG. 8 shows the APD current Im (I_APDFIG. FIG. 9 shows the adjustment current I in the optical receiver controlled using the flow charts shown in FIGS._CFIG.
[0043]
According to the experiment of the inventor, the band required for signal transmission is the multiplication factor M of the avalanche photodiode._MAXAnd multiplication factor M_MINIt is realized between. Based on this result, the inventor reduced the optical input power to at least three regions P_L, P_M, P_HWe think that it is suitable to divide into.
[0044]
In FIG. 6, the region P where the optical input power is small_LThen multiplication factor M_MAXAnd the region P where the optical input power is large_MThen multiplication factor M_MINAnd the intermediate area P_MThen multiplication factor M_MAXAnd M_MINThe value between and is adopted. Multiplication factor is M_MINIf smaller and multiplication factor is M_MAXIf it is larger, the desired band cannot be obtained, and the signal output S_OUTIs disturbed, and the transmission characteristics are degraded.
[0045]
In FIG. 7, the region P where the optical input power is small is shown._LThen, the multiplication factor M_MAXProvides the maximum APD voltage V_UPPERIs used. Area P where optical input power is large_MThen, the multiplication factor M_MINAPD voltage V that provides_LOWERIs used. Middle area P_MThen, the APD voltage V_UPPERAnd APD voltage V_LOWERUse a value between and.
[0046]
In FIG. 8, the intermediate area P_MAt the APD voltage V_UPPER, The photodiode generates an APD current Im larger than the predetermined value Imc. Also, the intermediate area P_MAt the APD voltage V_LOWER, The photodiode generates an APD current Im smaller than the predetermined value Imc. Middle area P_MIn, the control unit 19 operates so that the APD current Im approaches the value of Imc. The specific value of Imc is determined so that the transmission characteristics are optimized.
[0047]
The operation of the optical receiver will be exemplarily described with reference to FIG. 4, FIG. 7, and FIG. When the state of the optical receiver is at the point A in FIG. 7, the control of the optical receiver proceeds from step S108 to step S112, and the control unit 19 outputs the adjustment current I_CAdjustment signal V to increase_CGenerate When the state of the optical receiver is at the point B in FIG. 7, the control of the optical receiver proceeds from step S110 to S116, and the control unit 19 outputs the adjustment current I_CAdjustment signal V to reduce_CGenerate This adjustment signal V_CC Increase the APD voltage. When the optical receiver is at point C in FIG. 7, the control of the optical receiver proceeds from step S108 to step S112, and the state of the optical receiver shifts to point D in FIGS. Control proceeds from step S108 to S116 via step S110.
[0048]
FIG. 9 shows an adjustment current I controlled using the flowchart shown in FIG._C6 is a graph showing an example of the above. Therefore, in the method of generating an electric signal from an optical signal, the APD voltage can be varied in a wider range.
[0049]
FIGS. 10A and 10B are block diagrams illustrating a configuration of a control unit of the optical receiver. Referring to FIG. 10A, the control unit 19 includes a storage unit 50, a signal reading unit 52, a setting unit 54, a first comparison unit 56, a second comparison unit 58, a first signal generation unit 60, A second signal generating means 62 and a third signal generating means 64;
[0050]
FIG. 11 is a block diagram showing the structure of the storage means 50. The storage means 50 has several storage elements 50a to 50f. The storage element 50a stores the first reference value V_MAXIs stored. The storage element 50b stores the second reference value V_MINIs stored. The storage element 50c stores a value defining a predetermined function such as a third reference value Imc. The storage element 50d stores an initial value such as Imax. The storage element 50e stores a first signal value indicating the latest monitor voltage value. The storage element 50f stores a second signal value indicating the latest monitor current value. If the storage means 50 is prepared for each photodiode, it can be used to adjust the variation of each photodiode. The value in the storage means 50 is determined so as to reflect the circuit configuration of the monitor signal generator 19a. Further, the storage unit 50 may include a storage element 50g that stores a value such as a resistive impedance of the load unit 31g according to the configuration of the current mirror circuit unit 31.
[0051]
The setting means 54 reads out a desired value from the storage element of the storage means 50 and provides it to the means 56, 58, 60, 62 and 64 in FIG. The signal reading means 52 receives the first and second signals V from the monitor signal generator 19a.₁And V₂Read. The first comparing means 56 calculates the first signal value V₁To the first reference value V_MAXOperates to generate a first comparison result. The second comparing means 58 calculates the first signal value V₁To the second reference value V_MINOperates to generate a second comparison result.
[0052]
The first signal generation means 60 calculates the first reference value V_MINLower limit value V related to_LOWERAPD voltage value V_APDIs smaller than the adjustment signal V so as to increase the APD voltage._CIt works to generate The second signal generating means 62 outputs the second reference value V_MAXUpper limit value V related to_UPPERAPD voltage value V_APDIs larger, the adjustment signal V is adjusted to decrease the APD voltage._CIt works to generate The third signal generating means 64 calculates the APD voltage value V_APDIs the lower limit value V_LOWERAnd the upper limit value V_UPPERWhen the first and second comparison results indicate that the following is true, the value (for example, Imc) given by the predetermined function is equal to the value of the second signal V₂Adjustment signal V so that_CIt works to generate
[0053]
The control unit 19 can further include an AD conversion / DA conversion unit 68. First signal V₁, The second signal V₂And adjustment signal V_CCan be a digital value. The AD conversion / DA conversion means 68 can provide these digital values. The AD conversion / DA conversion means 68 includes an AD conversion means 68a and a DA conversion means 68b. The AD conversion means 68a converts the analog signal, which changes according to the APD voltage, into a first signal V₁From the analog signal that varies according to the value of the APD current.₂Operable to generate The DA converter 68b outputs the adjustment signal V_COperates to generate an analog signal from.
[0054]
The control unit 19 may further include an initial value setting unit 70. The initial value setting means 70 adjusts the adjustment signal V from the initial value Imax read from the storage means 50._CGenerate
[0055]
FIG. 11B is a block diagram illustrating a configuration of the third signal generation unit. Referring to FIG. 11B, the third signal generation unit 64 includes a first determination unit 64a, a second determination unit 64b, a fourth signal generation unit 64c, a fifth signal generation unit 64d, and a sixth signal generation unit. Is provided. The first judging means 64a calculates the value V of the second signal.₂Is greater than or equal to a third reference value Imc to generate a first determination result. The second determination means 64b calculates the value V of the second signal.₂Is smaller than a third reference value Imc, and operates to generate a second determination result. When the first determination result is affirmative, the fourth signal generation unit 64c outputs the adjustment current I_CAdjustment signal V so that_CGenerate When the second determination result is affirmative, the fifth signal generation unit 64d outputs the adjustment current I_CAdjustment signal V so that_CGenerate When the first and second determination results are negative, the sixth signal generation unit 64e outputs the current adjustment signal V_CMaintain the value of.
[0056]
Therefore, according to this control unit, an optical receiver capable of changing the APD voltage in a wider range is provided.
[0057]
(Second embodiment)
FIG. 12 is a block diagram illustrating an optical receiving circuit according to another embodiment. The optical receiving circuit 1b can include a control unit 20 instead of the control unit 19.
[0058]
The control unit 20 includes a monitor signal generation unit 20a and an adjustment signal generation unit 20b. The monitor signal generation unit 20a detects the APD voltage V applied between the cathode and the anode of the photodiode._APDOf the first signal V that changes according to the value of₁, And an APD current I flowing through the photodiode._APDOf the second signal V that changes according to the value of₂And a third signal V that changes according to the temperature of the photodiode.₃Is generated. The temperature monitoring unit 34 detects the temperature T of the photodiode._APDMay include a temperature sensitive element 34a such as a thermistor that generates a signal that changes according to. The adjustment signal generator 19c outputs the signal V of the first to third signals.₁~ V₃Signal V for adjusting the current value of current generation circuit section 17 in accordance with_CTo occur.
[0059]
The optical receiving circuit 1b is configured to output the first signal V₁And the second signal V₂And the third signal V₃And the current I of the current generation circuit 17_CAdjust using. As with the optical receiving circuit 1a, the current I_C, The voltage V between the first node 3 and the second node 5_APPIs adjusted. That is,
V_APP= V₀− △ V (I₀, I_C)
ΔV (I₀, I_C) = (I₀+ I_C) ・ R_EFF
I_C= I_C(V₁, V₂, V₃)
V₁= V₁(V_APD)
V₂= V₂(I_APD)
V₃= V₃(T_APD)
It is expressed as
[0060]
According to this adjustment, the voltage applied to the photodiode can be varied over a wider range. Therefore, an optical receiver capable of changing the APD voltage in a wider range is provided. Further, even when the characteristics of the photodiode vary greatly, the voltage applied to the photodiode can be adjusted.
[0061]
FIG. 13 is a flowchart illustrating a method for generating an output signal from an optical signal using a photodiode. This method is realized, for example, in the optical receiver shown in FIG. A method of generating an output signal from an optical signal will be described with reference to a flowchart 140. In step S140, the power of the optical receiver is turned on. Next, in step S142, the maximum operating temperature T_MAXCurrent I at_CMAXThe adjustment signal V of the control unit 19 is generated so as to generate the following current._CTo occur. As a result, the current generation circuit 17_CMAX, The voltage of the node 3 decreases. Therefore, a large voltage is not initially applied to the photodiode 11a.
Subsequently, in step S144, the temperature T of the photodiode 11a_APDThe third signal V₃Get. Next, in step S146, the signal V₃Current I corresponding to_CMAXIs generated by the control unit 19 so as to generate_CTo occur. In this method, the environmental temperature T_APDIs reflected in the control of the photodiode 11a.
[0062]
In step S148, the optical signal 21a is given to the photodiode 11a, and the output signal I corresponding to the optical signal 21a is output._OUTAnd the APD voltage V applied to the photodiode 11a_APDFirst signal V according to₁And the APD current I flowing through the photodiode 11a_APDSignal V that changes according to₂And the temperature T_APDThe third signal V₃To occur. The adjustment signal generator 20b receives the monitor signal V from the monitor signal generator 20a.₁~ V₃Get. In step S150, the third signal V₃The first reference value V according to_MINAnd the third signal V₃The second reference value V according to_MAXSet. In this step, the first reference value V_MINAnd the second reference value V_MAXIs the third signal V from the value stored in the storage means.₃Can be determined according to Alternatively, the first reference value V_MINAnd the second reference value V_MAXCan be determined by interpolation. The interpolated value is stored in the storage means, and the third signal V₃Can be obtained, for example, by linear interpolation using a stored value close to.
[0063]
In step S152, the first signal V₁Of the first reference value V_MINTo generate a first comparison result. In step S154, the first signal V₁Of the second reference value V_MAXTo generate a second comparison result. The order of step S152 and step S154 is interchangeable.
[0064]
In step S156, the first reference value V_MINLower limit value V corresponding to_LOWERAPD voltage V_APDWhen the first comparison result indicates that the value of_APDAdjustment signal V to increase_CGenerate In a preferred embodiment, the adjustment signal V_CIs I_C= (V₀-V_LOWER) / R_EFF-I_APDIs set to be
[0065]
In step S158, the second reference value V_MAXUpper limit value V corresponding to_UPPERAPD voltage V_APDWhen the second comparison result indicates that the value of APD is large, the APD voltage V_APDAdjustment signal V to reduce_CGenerate In a preferred embodiment, the adjustment signal V_CIs I_C= (V₀-V_UPPER) / R_EFF-I_APDIs set to be
[0066]
In step S160, the APD voltage V_APDIs the upper limit value V_UPPERBelow and lower limit value V_LOWERWhen the first and second comparison results indicate that this is the case, the second signal V is set to a value defined by a predetermined function.₂Adjustment signal V so that the value of_CGenerate In a preferred embodiment, the adjustment signal V_CIs the adjustment current I_CTo a constant value Imc. After steps S156, S158, and S160, the process returns to step S148.
[0067]
In this method, the APD voltage is adjusted according to the adjustment current. Further, since the first and second reference values are set according to the third signal, a change in the environmental temperature can be reflected in the adjustment of the APD voltage.
[0068]
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit of an optical receiver according to another embodiment. The control unit 20 includes a storage unit 80, a signal reading unit 82, a setting unit 84, a first comparing unit 86, a second comparing unit 88, a first signal generating unit 90, a second signal It has a generating means 92 and a third signal generating means 94.
[0069]
FIG. 15 is a block diagram showing the structure of the storage means 80. The storage means 80 has several storage elements 80a to 80t. The storage elements 80a, 80f, and 80k store indices for temperatures. The storage elements 80b, 80g, 80m store a first reference value V for each temperature level._MAXIs stored. The storage elements 80c, 80h, 80n store a second reference value V for each temperature level._MINIs stored. The storage elements 80d, 80i, and 80p store values that define a predetermined function such as a third reference value Imc for each temperature level. The storage elements 80e, 80j, and 80q store initial values such as Icmax for each temperature level. The storage elements 50r, 50s, and 50t store a first signal value indicating the latest monitor voltage value, a second signal value indicating the latest monitor current value, and a third signal value indicating the latest monitor temperature value, respectively. Stored. If the storage unit 80 is manufactured for each photodiode, it can be used to adjust the variation of each photodiode. In the preferred embodiment, Imc is a value that is independent of temperature level. The values in the storage unit 80 are determined so as to reflect the circuit configuration of the monitor signal generation unit 19a. Further, the storage unit 80 may include a storage element 80u that stores a value such as a resistive impedance of the load unit 31g according to the configuration of the current mirror circuit unit 31.
[0070]
The setting unit 84 reads out a desired value from the storage element of the storage unit 80 and provides it to the units 86, 88, 90, 92 and 94 in FIG. Specifically, the setting means 84 outputs the third signal V₃(APD temperature), the first reference value V_MINAnd the third signal V₃The second reference value V according to_MAXAnd. First reference value V_MINAnd the second reference value V_MAXIs the third signal V from the value stored in the storage means.₃Can be determined according to Alternatively, the first reference value V_MINAnd the second reference value V_MAXCan be determined by interpolation. The interpolated value is stored in the storage means, and the third signal V₃Can be obtained by interpolation using two stored values close to.
[0071]
The signal reading means 82 receives the first signal V from the monitor signal generator 20a.₁, The second signal V₂And the third signal V₃Works to read. The first comparing means 86 calculates the value V of the first signal.₁To the first reference value V_MAXOperates to generate a first comparison result. The second comparing means 88 calculates the value V of the first signal.₁To the second reference value V_MINOperates to generate a second comparison result.
[0072]
The first signal generation means 90 outputs the first reference value V_MINLower limit value V related to_LOWERAPD voltage value V_APDIs smaller than the adjustment signal V so as to increase the APD voltage._CIt works to generate The second signal generation means 92 outputs the second reference value V_MAXUpper limit value V related to_UPPERAPD voltage V_APDIs larger, the adjustment signal V is adjusted to decrease the APD voltage._CIt works to generate The third signal generating means 94 outputs the APD voltage V_APDIs the lower limit value V_LOWERLess than or equal to the upper limit V_UPPERWhen the first and second comparison results indicate that the above is the case, the second signal V is set to a value (for example, Imc) given by a predetermined function.₂Adjustment signal V so that_CIt works to generate
[0073]
The control unit 20 may further include an AD conversion / DA conversion unit 96. First signal V₁, The second signal V₂, The third signal V₃And adjustment signal V_CCan be a digital value. The AD converter / DA converter 96 includes an AD converter 96a and a DA converter 96b. The AD conversion means 96a converts the analog signal that changes according to the APD voltage into the first signal V₁Can work to produce The AD conversion means 96a converts the analog signal that changes according to the value of the APD current from₂Can work to produce The AD conversion means converts the analog signal that changes according to the APD temperature into a third signal V₃Can work to produce The DA converter 96b outputs the adjustment signal V_COperates to generate an analog signal from.
[0074]
The control unit 19 can further include an initial value setting unit 70. The initial value setting means 70 calculates the adjustment signal V from the maximum initial value Imax stored in the storage means 80._CGenerate Further, the initial value setting means 70 outputs the third signal V₃(Adjustment signal V) from initial value Imax determined according to (APD temperature)_CGenerate
[0075]
The inventor has determined that at several temperature levels, the APD voltage V_APDAnd adjustment current I_CIs measured. FIG. 16 shows the APD voltage V providing the required signal transmission band._APDFIG. FIG. 16 shows the characteristic line T of FIG.₁In addition to the characteristic line T for the other two temperature levels₂And T₃including. FIG. 17 shows the adjustment current I in the optical receiver controlled using the flowcharts shown in FIGS._CFIG. FIG. 17 shows FIG. 7 and the characteristic line T₄In addition to the characteristic line T for two temperature levels₅And T₆including. FIGS. 8, 16 and 17 provide examples of control values stored in the storage means. Using these values, an APD voltage can be varied in a wider range and an optical receiver having a desired transmission band is provided.
[0076]
While the principles of the invention have been illustrated and described in preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. For example, in the present embodiment, the control of the optical receiver based on the specific flowchart has been described, but the optical receiver is not limited to the realization of the specific control disclosed in the present embodiment. Further, in the intermediate region of the optical power, the APD current is controlled to be constant. However, a primary expression or a secondary expression may be used. Furthermore, although the configuration of the control unit has been described based on a specific example, the control unit can be realized using software and / or hardware. That is, the configuration of the control unit described in the present embodiment is an exemplification, and is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes coming from the scope of the claims and their spirit.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided an optical receiver capable of varying the APD voltage in a wider range, and a method of generating an electric signal from an optical signal while varying the APD voltage in a wider range. Provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a block diagram showing an optical receiving circuit according to the present embodiment. FIGS. 1B and 1C are diagrams showing the configuration of the current source.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit of a current monitoring unit.
FIGS. 3A and 3B are circuit diagrams illustrating a circuit of a voltage monitoring unit. FIGS.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode.
FIG. 5 is a flowchart showing details of a part of the flowchart in FIG. 4;
FIG. 6 is a graph showing a gain at which a required signal transmission band is obtained.
FIG. 7 is a graph showing an APD voltage providing a required signal transmission band.
FIG. 8 is a graph showing an APD current providing a required transmission band.
FIG. 9 is a graph showing an adjustment current in an optical receiver controlled using the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5;
FIGS. 10A and 10B are block diagrams showing a configuration of a control unit of the optical receiver.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a structure of a storage unit according to the embodiment;
FIG. 12 is a block diagram showing another optical receiving circuit according to the present embodiment.
FIG. 13 is a flowchart illustrating a method for generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode.
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit of an optical receiver according to another embodiment.
FIG. 15 is a block diagram showing a structure of a storage unit according to another embodiment.
FIG. 16 shows an APD voltage V that provides a required transmission band._APDFIG.
FIG. 17 is a diagram showing an adjustment current I in an optical receiver controlled using the flowcharts shown in FIGS. 13 and 5;_CFIG.
[Explanation of symbols]
1a, 1b: optical receiving circuit, 3: first node, 5: second node, 7: power node, 11: avalanche photodiode section, 13: power supply, 15: potential difference generating circuit section, 17: current generating circuit , 19, 20 ... control unit, 19a, 20a ... monitor signal generation unit, 19b, 20b ... adjustment signal generation unit, 21 ... optical waveguide, 50 ... storage means, 52 ... signal reading means, 54 ... setting means, 56 ... First comparing means, 58 second comparing means, 60 first signal generating means, 62 second signal generating means, 64 third signal generating means, 80 storage means, 82 signal reading Means, 84 setting means, 86, first comparing means, 88, second comparing means, 90, first signal generating means, 92, second signal generating means, 94, third signal generating means, 96 ... interpolation means

Claims

An avalanche photodiode electrically connected to the first node and having a cathode and an anode;
A power node receiving power for the avalanche photodiode, and a voltage provided between the first node and the power node, the voltage changing according to a current flowing between the first node and the power node. Is generated between the first node and the power node;
An optical receiving circuit, comprising: a current generating circuit connected between the first node and the second node and capable of changing a current value.

A monitor signal generator that generates a first signal that changes according to the value of an APD voltage applied to the avalanche photodiode, and a second signal that changes according to the value of an APD current flowing through the avalanche photodiode; A control unit having an adjustment signal generation unit that generates an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit according to the first and second signals;
The current generation circuit unit has an input for receiving the adjustment signal,
The current value of the current generation circuit unit changes according to the adjustment signal.
The optical receiving circuit according to claim 1.

Further comprising a control unit, wherein the control unit,
A monitor signal generation circuit unit that generates a first signal that changes according to the value of an APD voltage applied to the avalanche photodiode, and a second signal that changes according to the value of an APD current flowing through the avalanche photodiode; ,
Means for comparing the value of the first signal with a first reference value to generate a first comparison result;
Means for comparing the value of the first signal with a second reference value to generate a second comparison result;
Means for generating the adjustment signal to increase the APD voltage when the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is less than a lower limit value associated with the first reference value;
Means for generating the adjustment signal to reduce the APD voltage when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is greater than an upper limit value associated with the second reference value;
When the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is greater than or equal to the lower limit and less than or equal to the upper limit, the value of the second signal is brought closer to a value given by a predetermined function. 2. The optical receiving circuit according to claim 1, further comprising means for generating the adjustment signal.

The control unit includes a storage unit including a storage element that stores the first and second reference values, one or more values that define the predetermined function, and the values of the first and second signals. An optical receiving circuit according to claim 2.

A first signal that varies according to the value of an APD voltage applied to the avalanche photodiode, a second signal that varies according to the value of an APD current flowing through the avalanche photodiode, and a temperature that varies according to the temperature of the avalanche photodiode A monitor signal generating unit for generating a third signal that changes in response to the change, and an adjustment for generating an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generating circuit unit in response to the first to third signals. A control unit having a signal generation unit,
The current generation circuit unit has an input for receiving the adjustment signal,
The optical receiving circuit according to claim 1, wherein the current value of the current generation circuit changes according to the adjustment signal.

Further comprising a control unit, wherein the control unit,
A first signal that varies according to the value of an APD voltage applied to the avalanche photodiode, a second signal that varies according to the value of an APD current flowing through the avalanche photodiode, and a temperature that varies according to the temperature of the avalanche photodiode A monitor signal generation circuit for generating a third signal that changes
Means for comparing a first reference value set in accordance with the third signal with a value of the first signal to generate a first comparison result;
Means for comparing a second reference value set in accordance with the third signal with a value of the first signal to generate a second comparison result;
Means for generating the adjustment signal to decrease the APD voltage when the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is greater than an upper limit value corresponding to the first reference value;
Means for generating the adjustment signal so as to increase the APD voltage when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than a lower limit value corresponding to the second reference value;
When the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is greater than or equal to the lower limit and less than or equal to the upper limit, the value of the second signal is brought closer to a value given by a predetermined function. Means for generating the adjustment signal as follows:
The optical receiving circuit according to claim 1, comprising:

The control unit includes a storage element that stores the first and second reference values for each of a plurality of temperatures, one or more values that define the predetermined function, and values of the first and second signals. The optical receiving circuit according to claim 6, further comprising a storage unit.

The storage unit further includes a storage element that stores an initial value for each of a plurality of temperatures,
The control unit is means for setting the adjustment signal to a minimum value of the initial values, and sets the adjustment signal to a value determined from the plurality of initial values according to the value of the third signal. The optical receiving circuit according to claim 7, further comprising: means for setting.

The monitor signal generation unit includes a current mirror unit provided between one of the cathode and the anode and the first node, and a load unit connected to the current mirror unit. The mirror of claim 2, wherein the mirror generates a mirror current, wherein the mirror current flows through the load, and the load provides the second signal that changes according to the mirror current. The optical receiving circuit according to any one of the above.

A method for generating an electric signal from an optical signal using an avalanche photodiode,
A current generation circuit unit that has an input and an output and generates an adjustment current through a potential difference generation circuit unit that generates a voltage corresponding to a current flowing from the input to the output between the input and the output; Applying power to the avalanche photodiode;
An optical signal is provided to the avalanche photodiode, and an output signal corresponding to the optical signal, a first signal corresponding to an APD voltage applied to the avalanche photodiode, and an APD current flowing through the avalanche photodiode are responsive. Generating a second signal that changes in response to a change in temperature and a third signal that changes in response to the temperature of the avalanche photodiode;
Setting a first reference value according to the third signal;
Setting a second reference value according to the third signal;
Generating a first comparison result by comparing the first reference value and the value of the first signal;
Generating a second comparison result by comparing the second reference value with the value of the first signal;
Generating the adjustment signal so as to increase the APD voltage when the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than a lower limit value corresponding to the first reference value;
Generating the adjustment signal to decrease the APD voltage when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is greater than an upper limit value corresponding to the second reference value;
When the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is equal to or greater than the lower limit and equal to or less than the upper limit, the value of the second signal is set to a value defined by a predetermined function. Generating the adjustment signal to approximate
A method comprising: