JP2004072324A

JP2004072324A - 光受信器、光送受信器及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004072324A
Application number: JP2002227443A
Authority: JP
Inventors: Naoki Nishiyama; 西山　直樹
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】バイアス電圧の温度特性を自由に設定できる光受信器、光送受信器、を提供する。
【解決手段】本発明に係る光受信器は、ＡＰＤ１と、ＡＰＤ１と接続され、ＡＰＤ１に印加する電圧を発生させる高電圧発生回路２と、第１の入力端子４_１と第２の入力端子４_２とを有し、第１の入力端子４_１及び第２の入力端子４_２に入力された電圧値に基づいて、高電圧発生回路２が発生させる電圧を制御する電圧比較制御回路４と、高電圧発生回路２の出力端子２_２と電圧比較制御回路４の第１の入力端子４_１とに接続され、高電圧発生回路２の出力電圧に関する電圧値を電圧比較制御回路４に入力する電圧検出回路３と、周辺の温度を検出する温度検出手段と、電圧比較制御回路４の第２の入力端子４_２に接続されると共に、検出された温度に基づいて決定された基準電圧値のデジタル設定値をアナログ信号に変換して第２の入力端子４_２に入力するＤ／Ａコンバータ５と、を備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：以下「ＡＰＤ」という）を有する光受信器、光送受信器、及びその製造方法に関し、特にＡＰＤに印加するバイアス電圧を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムにおいては、受光素子としてＡＰＤを用いた光受信器が用いられる。ＡＰＤは、信号光電流の増幅作用を有し、微弱な光信号を扱う光ファイバ通信システムの受光素子として必要不可欠である。
【０００３】
ところで、ＡＰＤは温度特性を有し、温度変動によって増倍率が変化する。従来の光受信器においては、温度変動による増倍率の変化を抑えるため、温度変動に合わせてバイアス電圧を変化させる技術が特開平１１−２８４４４５号公報に開示されている。この公報に記載された増倍率制御回路４０は、トランジスタやダイオード等の従来から温度特性を有することが知られているデバイスを用いて構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した増倍率制御回路４０は、温度によりデバイスの特性が変わることを利用したオープンループ制御方式であり、温度そのものを検出する方式ではないため、温度特性が増倍率制御回路４０を構成するデバイスの特性に依存することとなり、バイアス電圧を自由に設定できないという問題があった。また、ＡＰＤの温度特性は個体ごとに異なるので、この個体差を調整するために手動の可変抵抗が用いられているが、調整を簡単に行うことができないという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決し、バイアス電圧の温度特性を自由に設定できる光受信器、光送受信器、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光受信器は、アバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードと接続され、アバランシェフォトダイオードに印加する電圧を発生させる電圧発生回路と、第１の入力端子と第２の入力端子とを有し、第１の入力端子及び第２の入力端子に入力された電圧値に基づいて、電圧発生回路が発生させる電圧を制御する電圧制御回路と、電圧発生回路の出力端子と電圧制御回路の第１の入力端子とに接続され、電圧発生回路の出力電圧に関する電圧値を電圧制御回路に入力する電圧検出回路と、周辺の温度を検出する温度検出手段と、電圧制御回路の第２の入力端子に接続されると共に、温度検出手段によって検出された温度に基づいて決定された基準電圧値のデジタル設定値をアナログ信号に変換して第２の入力端子に入力する基準電圧発生手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光受信器は、電圧制御回路が入力された基準電圧に基づいて電圧発生回路が出力する電圧を制御するが、電圧制御回路の第２の入力端子に接続された基準電圧発生手段は、温度検出手段によって検出された温度に基づいて基準電圧値を決定し、決定された電圧値のデジタル設定値をアナログ信号に変換して第２の入力端子に入力する。このように温度検出手段によって検出された温度に基づいて基準電圧発生手段が基準電圧値を決定しているので、アバランシェフォトダイオードに印加するバイアス電圧の温度特性を自由に設定することができる。
【０００８】
上記光受信器において、基準電圧発生手段と温度検出手段とは一体であることを特徴としても良い。
【０００９】
温度検出手段を有する基準電圧発生手段を用いることにより、回路構成、回路設計、及び電圧コントロールが容易となる。
【００１０】
上記光受信器において、電圧検出回路は、直列に接続された第１の抵抗手段と第２の抵抗手段とを有し、第１の抵抗手段と第２の抵抗手段との接続点は電圧制御回路の第１の入力端子に接続され、第１の抵抗手段は電圧発生回路の出力端子に接続され、第２の抵抗手段は接地されていることを特徴としても良い。
【００１１】
このように電圧発生回路の出力端子における電圧値を第１の抵抗手段と第２の抵抗手段とによって分圧し、電圧制御回路の第１の入力端子に入力することにより、電圧制御回路の第２の入力端子に入力する基準電圧を電圧発生回路からの出力電圧ほど高くしなくても電圧制御回路による制御を行うことができ、基準電圧発生手段に過大な電圧値がかかることがないので好適である。
【００１２】
上記光受信器において、基準電圧発生手段は、温度ごとにあらかじめ定められた設定値を有し、基準電圧発生手段は温度検出手段によって検出された温度に基づいて設定値を参照して基準電圧値を決定することを特徴としても良い。
【００１３】
このような構成を採用することにより、温度ごとの基準電圧値を容易に設定することができる。
【００１４】
上記光受信器は、基準電圧発生手段の設定値を外部から変更するためのデジタルインターフェースをさらに備えることを特徴としても良い。
【００１５】
このような構成を採用することにより、基準電圧値の設定を容易に調整することができ、基準電圧発生手段の設定に汎用性を持たせることができる。また、小型の光受信器に用いられる場合には、光受信器を開いてドライバなどによって基準電圧発生手段の設定値を変更することは困難であるため、デジタルインターフェースを有することが特に有効である。
【００１６】
本発明に係る光送受信器は、上記光受信器を有することを特徴とする。
【００１７】
上記した光送信器を有する光送受信器は、温度の変動によらずＡＰＤの増倍率を一定にした光送受信器を実現することができる。
【００１８】
本発明に係る光受信器の製造方法は、上記光受信器を製造する製造方法であって、アバランシェフォトダイオードの増倍率が温度によらず一定となるように基準電圧発生手段の温度ごとの設定値を決定する設定値決定工程を有することを特徴とする。
【００１９】
このようにＡＰＤの増倍率が温度によらず一定となるように基準電圧発生手段の設定値を決定する設定値決定工程を有することにより、上記した光受信器を製造することができる。設定値決定工程は、（１）実際にアバランシェフォトダイオードに光を入射してアバランシェフォトダイオードから出力される信号をモニタして、アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、複数の所定温度における基準電圧発生手段の設定値を決定する工程と、上記工程において決定された複数の所定温度における設定値に基づいて、所定温度以外の温度における設定値を近似する関数を求め、その関数によってすべての温度における設定値を決定する工程と、を有する方法でも良いし、（２）設定値決定工程は、適用されるアバランシェフォトダイオードの温度特性に基づいて、アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、基準電圧発生手段の設定値を算出して決定する方法でも良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明に係る光受信器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る光受信器１０の構成を示す図である。光受信器１０は、光を受光するＡＰＤ１と、ＡＰＤ１に印加するバイアス電圧を発生させる高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２に電力を供給するモジュール電源６と、高電圧発生回路２を制御する電圧比較制御回路４と、高電圧発生回路２によって発生された電圧をモニタする電圧検出回路３と、電圧比較制御回路４に入力される基準電圧を発生させる基準電圧発生手段としての機能を有するＤ／Ａコンバータ５と、ＡＰＤ１によって変換された電気信号を増幅する前置増幅器７とを備えている。
【００２２】
モジュール電源６は、高電圧発生回路２の入力端子２_１に接続されている。高電圧発生回路２の出力端子２_２はＡＰＤ１に接続され、高電圧発生回路２によって発生された電圧はＡＰＤ１を駆動させるバイアス電圧としてＡＰＤ１に印加される。電圧検出回路３は、入力端子３_１が高電圧発生回路２の出力端子２_２に接続され、出力端子３_２が電圧比較制御回路４の第１の入力端子４_１に接続されている。
【００２３】
Ｄ／Ａコンバータ５は、図示しない温度検出手段と、温度ごとの基準電圧値の設定値を格納したレジスタとを有し、温度検出手段によって検出された温度に基づいて、レジスタに設定された設定値を参照して基準電圧値を決定し、決定されたデジタル設定値をアナログ信号に変換して基準電圧を発生させる機能を有する。このようなＤ／Ａコンバータ５の例としては、Ｄｕａｌ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ＮＶ　Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ　ＤＳ１８５１　（Ｄａｌｌａｓ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）がある。本実施形態において用いられるＤ／Ａコンバータ５は、８ビットで出力電圧をコントロールし、レジスタ値Ｒｇ＝０で２．５００Ｖ、レジスタ値Ｒｇ＝２５５で１．５００Ｖの電圧を出力する。レジスタに設定される基準電圧値の情報は、ＡＰＤ１の増倍率が温度によらず一定となるようなバイアス電圧を印加するように電圧比較制御回路４を制御するための基準電圧値である。設定値の具体的な決定方法は、次に光受信器１０の製造方法を説明する際に述べる。Ｄ／Ａコンバータ５の出力端子５_１は、電圧比較制御回路４の第２の入力端子４_２に接続され、Ｄ／Ａコンバータ５で発生された基準電圧は電圧比較制御回路４に入力される。なお、Ｄ／Ａコンバータ５は、レジスタの設定値を外部から変更することができるデジタルインターフェースを有していることが好ましい。これにより、設定値の微調整を容易に行うことができる。
【００２４】
電圧比較制御回路４は、第１の入力端子４_１と第２の入力端子４_２のそれぞれに入力された電圧値を比較し、比較結果に基づいて高電圧発生回路２から出力される電圧を制御する機能を有する。具体的には、第１の入力端子４_１に入力された電圧値が、第２の入力端子４_２に入力された基準電圧値より低い場合には、高電圧発生回路２から出力される電圧を高くし、第１の入力端子４_１に入力された電圧値が、第２の入力端子４_２に入力された基準電圧値より高い場合には、高電圧発生回路２から出力される電圧を低くする制御を行う。
【００２５】
このような構成により、光受信器１０は、高電圧発生回路２によって発生されたバイアス電圧の電圧値を電圧検出回路３によって検出し、検出された電圧値に基づく電圧値を電圧比較制御回路４に入力し、電圧比較制御回路４が高電圧発生回路２を制御するというクローズドループのフィードバック制御を実現している。
【００２６】
電圧検出回路３は、第１の抵抗手段３ａと第２の抵抗手段３ｂとが直列に接続されて構成されている。第１の抵抗手段３ａは高電圧発生回路２の入力端子２_１と接続され、第２の抵抗手段３ｂは接地されている。そして、第１の抵抗手段３ａと第２の抵抗手段３ｂとの接続点３_３が電圧検出回路３の出力端子３_２とされ、電圧比較制御回路４の第１の入力端子４_１に接続されている。ここで、第１の抵抗手段３ａの抵抗値Ｒ_３ａは６２０ｋΩ、第２の抵抗手段３ｂの抵抗値Ｒ_３ｂは２０ｋΩである。
【００２７】
続いて、実施形態に係る光受信器１０の製造方法について説明する。高電圧発生回路２、電圧比較制御回路４、電圧検出回路３、Ｄ／Ａコンバータ５、及びＡＰＤ１を接続する回路の製造は、従来と同じ方法で行われる。実施形態に係る光受信器１０の製造方法は、Ｄ／Ａコンバータ５にＡＰＤ１の温度特性に合わせた設定値を設定する工程を有する。ここで、Ｄ／Ａコンバータ５の設定値の決定方法について説明する。
【００２８】
ここでは、Ｄ／Ａコンバータ５の設定値を決定する方法として、２つの方法について説明する。
【００２９】
第１の方法では、製造された光受信器１０に実際にＡＰＤ１に一定量の光を受光させ、そのときＡＰＤ１によって変換され出力される電気信号をモニタする。次に、受光量を一定に保った状態で、ＡＰＤ１の温度を変化させる。この際、ＡＰＤ１から出力される電気信号が一定となるようにＡＰＤ１に印加するバイアス電圧を調整する。バイアス電圧の調整は、Ｄ／Ａコンバータ５が出力する基準電圧値を変化させることによって行う。例えば、ＡＰＤ１への光入力強度を−２８ｄＢｍとし、このときＡＰＤ１に流れる電流が１３μＡとなるようにＤ／Ａコンバータ５が出力する基準電圧値を調整する。そして、温度を７０℃、−５℃としたときのＤ／Ａコンバータ５の基準電圧値を測定する。
【００３０】
次に、測定された所定温度におけるＤ／Ａコンバータ５の基準電圧値から、温度を任意に変化させたときに出力すべき基準電圧値を近似する関数を算出する。上記の測定の結果、７０℃のときバイアス電圧が６２．９Ｖ、基準電圧が１．９６７Ｖ（レジスタ値Ｒｇ＝１３６）、−５℃のときバイアス電圧が５５．５Ｖ、基準電圧が１．７３５Ｖ（Ｒｇ＝１９５）であったとすると、例えば、Ｄ／Ａコンバータ５が出力する基準電圧のレジスタ値を近似する関数として、
Ｒｇ＝１９１．０９−０．７８７Ｔ
が求められる。そして、この関数に基づいて、−４０℃〜９０℃の範囲において４℃刻みでＤ／Ａコンバータ５が出力すべき基準電圧値（設定値）を算出する。上記例では、２点においてＤ／Ａコンバータ５の基準電圧値を測定しているが、測定ポイントを増やせば、より正確な関数を決定することができる。
【００３１】
第２の方法は、光受信器１０を構成するＡＰＤ１の特性から基準電圧値を計算によって算出する方法である。ここでは、ＡＰＤ１への光入力強度を−２８ｄＢｍとし、このときＡＰＤ１に流れる電流が１３μＡとなるようにするＡＰＤ１へのバイアス電圧が、
Ｖａｐｄ＝５６．０＋０．１Ｔ（Ｔ：ジャンクション温度、単位：摂氏）…（１）
で表される温度特性を有するＡＰＤ１を用いた場合を例として、設定値の決定方法を説明する。
【００３２】
図１に示される回路から、ＡＰＤ１のバイアス電圧は、Ｄ／Ａコンバータ５が出力する基準電圧をＶｒｅｆとすれば、
Ｖａｐｄ＝Ｖｒｅｆ×（Ｒ_３ａ＋Ｒ_３ｂ）／Ｒ_３ｂ…（２）
Ｖｒｅｆ＝２．５−Ｒｇ／２５５…（３）
である。上記した式（１）〜（３）より、
５６．０＋０．１Ｔ＝（２．５−Ｒｇ／２５５）×（Ｒ_３ａ＋Ｒ_３ｂ）／Ｒ_３ｂ
という式を解くと、Ｄ／Ａコンバータ５の各温度におけるレジスタ値を求めることができる。この場合は、
Ｒｇ＝１９１．２５−０．７９７Ｔ（Ｔ：ジャンクション温度、単位：摂氏）
が得られる。そして、この関数に基づいて、−４０℃〜９０℃の範囲において４℃刻みでＤ／Ａコンバータ５のレジスタ値Ｒｇを算出する。
【００３３】
本実施形態に係る光受信器１０は、高電圧発生回路２から出力される電圧検出回路３と、電圧検出回路３から入力された電圧値及び基準電圧値に基づいて高電圧発生回路２を制御する電圧比較制御回路４とを有し、基準電圧値は温度検出手段を有するＤ／Ａコンバータ５から電圧比較制御回路４に入力される構成により、温度検出手段によって検出された温度に基づいて基準電圧値を変化させることができる。これにより、ＡＰＤ１の温度特性に合わせてバイアス電圧を変えることができ、ＡＰＤ１の増倍率を温度によらず一定に保つことができる。
【００３４】
また、本実施形態に係る製造方法によれば、温度変化によらず、増倍率を一定に保つことができる光受信器１０を製造することができる。
【００３５】
以上、本発明に係る光受信器１０及びその方法について、実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００３６】
上記実施形態においては、Ｄ／Ａコンバータ５が温度検出手段を有しているが、Ｄ／Ａコンバータ５と温度検出手段とを別々に構成し、温度検出手段によって検出した温度の情報をＤ／Ａコンバータ５に伝えることとしても良い。
【００３７】
また、上記実施形態では、光受信器１０を例として説明したが、本発明を光送受信器及びその製造方法に適用することとしても良い。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、光受信器は、電圧制御回路の第２の入力端子に接続された基準電圧発生手段を有し、基準電圧発生手段は温度検出手段によって検出された温度に基づいて基準電圧値のデジタル設定値を決定し、決定された電圧値のデジタル設定値をアナログ信号に変換して第２の入力端子に入力する。このように温度検出手段によって検出された温度に基づいて基準電圧発生手段が基準電圧を決定しているので、アバランシェフォトダイオードに印加するバイアス電圧の温度特性を自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ＡＰＤ、２…高電圧発生回路、３…電圧検出回路、４…電圧比較制御回路、５…Ｄ／Ａコンバータ、６…モジュール電源、７…前置増幅器。

Claims

アバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードと接続され、前記アバランシェフォトダイオードに印加する電圧を発生させる電圧発生回路と、
第１の入力端子と第２の入力端子とを有し、前記第１の入力端子及び前記第２の入力端子に入力された電圧値に基づいて、前記電圧発生回路が発生させる電圧を制御する電圧制御回路と、
前記電圧発生回路の出力端子と前記電圧制御回路の第１の入力端子とに接続され、前記電圧発生回路の出力電圧に関する電圧値を前記電圧制御回路に入力する電圧検出回路と、
周辺の温度を検出する温度検出手段と、
前記電圧制御回路の第２の入力端子に接続されると共に、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて決定された基準電圧値のデジタル設定値をアナログ信号に変換して前記第２の入力端子に入力する基準電圧発生手段と、
を備えることを特徴とする光受信器。
前記基準電圧発生手段と前記温度検出手段とは一体であることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記電圧検出回路は、直列に接続された第１の抵抗手段と第２の抵抗手段とを有し、
前記第１の抵抗手段と前記第２の抵抗手段との接続点は前記電圧制御回路の第１の入力端子に接続され、前記第１の抵抗手段は前記電圧発生回路の出力端子に接続され、前記第２の抵抗手段は接地されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信器。
前記基準電圧発生手段は、温度ごとにあらかじめ定められた設定値を有し、前記基準電圧発生手段は前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記設定値を参照して基準電圧値を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信器。
前記基準電圧発生手段の設定値を外部から変更するためのデジタルインターフェースをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の光受信器。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光受信器を有することを特徴とする光送受信器。
請求項４又は５に記載の光受信器を製造する製造方法であって、
前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が温度によらず一定となるように前記基準電圧発生手段の温度ごとの設定値を決定する設定値決定工程を有することを特徴とする光受信器の製造方法。
前記設定値決定工程は、
実際に前記アバランシェフォトダイオードに光を入射して前記アバランシェフォトダイオードから出力される信号をモニタして、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、複数の所定温度における前記基準電圧発生手段の設定値を決定する工程と、
前記工程において決定された複数の所定温度における設定値に基づいて、前記所定温度以外の温度における設定値を近似する関数を求め、その関数によってすべての温度における設定値を決定する工程と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の光受信器の製造方法。
前記設定値決定工程は、適用される前記アバランシェフォトダイオードの温度特性に基づいて、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、前記基準電圧発生手段の設定値を算出して決定することを特徴とする請求項７に記載の光受信器の製造方法。