JP2004128676A

JP2004128676A - 光受信器

Info

Publication number: JP2004128676A
Application number: JP2002287158A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Komatsuzaki; 小松崎　和宏
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】信号対雑音比を劣化させることなく高密度実装が可能な光受信器を提供する。
【解決手段】光信号を電気信号に変換する１個以上の受光素子１０１と、各受光素子１０１の一方の電極にそれぞれ接続され電気信号を増幅する増幅器１０２とを有する光受信器において、各受光素子１０１の他方の電極に直列にそれぞれ接続され受光素子に流れるフォト電流を所定値以下に調整する調整手段１０３を備える。調整手段１０３に発生する電圧が受光素子１０１に印加される電圧を低下させ、フォト電流が減少する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に使用される光受信器に係り、特に光信号を電気信号に変換する受光素子を有する光受信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光受信器は、光受信回路を１ブロックだけ備えたものや、光受信回路を複数ブロック備えたものが知られている。
【０００３】
図６は光受信回路を１ブロックだけ備えた従来の光受信器の回路図であり、図７は光受信回路を複数ブロック備えた従来の光受信器の回路図である。また、図８は図６の光受信器の変形例を示す回路図である。
【０００４】
図６に示すように、この光受信器は、光信号を電気信号に変換する受光素子２０１と、この受光素子２０１のアノードに入力側が接続され受光素子２０１で変換された電気信号を、光受信器の後段に接続される機器が検出できるレベル以上に増幅する増幅器２０２とからなる光受信回路を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、図７に示す光受信器は、図６に示した光受信回路を複数並列に配置されたものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、図８に示す光受信器は、光信号を電気信号に変換する受光素子２０１と、この受光素子２０１のカソードに入力側が接続され受光素子２０１で変換された電気信号を、光受信器の後段に接続される機器が検出できるレベル以上に増幅する増幅器２０２とからなる光受信回路を備えており、増幅器２０２は、受光素子２０１から流れ出した電流の信号を増幅し、電圧で出力するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
これらの光受信器にあっては、光を伝送する伝送路の損失が光ファイバの種類、敷設状況によって変わるため、入力信号のレベル範囲が広く設計されている。そのため、光受信回路の出力レベルは、入力信号の入力レベルに比例して大きくなる。
【０００８】
ところで、これらの光受信器を小型化するにあたっては、光受信器の実装密度を高める必要があるが、高密度化を図ると、受光素子２０１と増幅器２０２との搭載位置が近接する。
【０００９】
こうなると、図６から図８に示したように、光受信回路に設けられた受光素子２０１によって変換された電気信号は、増幅器２０２により増幅された電気信号と比べて信号レベルが小さいため、その増幅された電気信号が受光素子２０１によって変換された電気信号に干渉を及ぼし、光受信回路の主要な特性である信号対雑音比が劣化する問題がある。
【００１０】
また、複数の光受信回路を持つ光受信器の場合、図７に示したように、受光素子２０１と増幅器２０２とが近接して配置さていると共にこれらが複数アレイ状に形成された部品を使用するため、受光素子２０１により変換された電気信号に、増幅器２０２により増幅された電気信号の他に、他の受光素子２０１で光信号から変換された電気信号や、他の増幅器２０２で増幅された電気信号が干渉し、信号対雑音比が劣化する問題がある。
【００１１】
これらの問題を解決するものとしては、増幅器の入力側に出力固定回路を設け、その増幅器の入力側に所定値以上の電圧が印加されたときに電流の一部を出力固定回路に流し、増幅器に入力される電圧を一定以下に保持するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−７５５４１号公報
【特許文献２】
特開平７−１０７０４６号公報（第２頁、図１）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、出力固定回路を設けるものは、増幅器の入力側に高電圧が印加されたときにその出力固定回路を駆動させる信号を入力するための手段も必要になり、実装スペースが増加してしまうという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、信号対雑音比を劣化させることなく高密度実装が可能な光受信器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、光信号を電気信号に変換する１個以上の受光素子と、各受光素子の一方の電極にそれぞれ接続され電気信号を増幅する増幅器とを有する光受信器において、各受光素子の他方の電極に直列にそれぞれ接続され受光素子に流れるフォト電流を所定値以下に調整する調整手段を備えたものである。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の構成に加え、調整手段は、受光素子に流れる電流を電圧として検出するための電圧検出抵抗器と、この電圧検出抵抗器の両端の電圧を増幅する差動増幅器と、所定の基準電圧を発生する基準電圧源と、この基準電圧源の電圧と差動増幅器の出力電圧とを比較すると共に増幅する比較増幅器と、この比較増幅器の出力電圧に応じて受光素子に流れる電流を調整する電流調整素子とで構成されているものである。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の構成に加え、調整手段は、受光素子に流れるフォト電流を所定値以下に調整できる抵抗値を有する抵抗器からなるものである。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の構成に加え、受光素子はＰＩＮ型フォトダイオードからなるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態を示す光受信器の回路図である。
【００２１】
図１に示すように、光受信器は、光信号を電気信号に変換するＰＩＮ型フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子１０１と、受光素子１０１のアノードに入力側が接続され受光素子１０１で変換された電気信号を増幅する増幅器１０２と、受光素子１０１のカソードに接続されその受光素子１０１に流れ込む電流値を調整する調整手段としての電流制限回路１０３とを備えている。
【００２２】
図２に電流制限回路の一構成例の回路図を示す。
【００２３】
図２に示すように、電流制限回路１０３は、受光素子１０１に流れる電流を電圧として検出するための電圧検出抵抗器１０４ａと、この電圧検出抵抗器１０４ａの両端の電圧を増幅する差動増幅器１０５と、所定の基準電圧を発生する基準電圧源１０６と、この基準電圧源１０６の電圧と差動増幅器１０５の出力電圧とを比較すると共に増幅する比較増幅器１０７と、この比較増幅器１０７の出力電圧に応じて受光素子１０１に流れる電流を調整する電流調整素子１０８とで構成されている。
【００２４】
電流調整素子１０８としては、例えばＭＯＳトランジスタが用いられるが、その他の電界効果トランジスタや、バイポーラトランジスタ等を用いても良い。
【００２５】
また、基準電圧源１０６としては、例えば電池が用いられるが、ツェナーダイオードと抵抗器とを組み合わせたものを用いても良い。
【００２６】
次に、この光受信器の作用を図２を用いて説明する。
【００２７】
図２に示したように、受光素子１０１に光信号が入力されると電源電圧（ＶＣＣ）より受光素子１０１のカソードに電流が流れ、電圧検出抵抗器１０４ａの両端に電圧が発生する。その電圧が差動増幅器１０５で検出され、比較増幅器１０７で基準電圧源１０６と比較される。比較増幅器１０７はその大きさに依存した電圧を電流調整素子１０８（図ではゲート）に加え、電流調整素子１０８の許容電流値（この場合ソース−ドレイン間電流）を変化させる。そして、入力信号の大きさがある閾値以上の時、電流調整素子１０８に印加する電圧が固定されるように調整することにより受光素子１０１に流れる電流を制限できる。
【００２８】
このようにして、受光素子１０１に流れる電流を制限すると、増幅器１０２に流れ込む電流の大きさも小さく抑えられるので、増幅器１０２の出力電圧も小さくなる。
【００２９】
これにより、受光素子１０１を流れる電気信号と増幅器１０２を流れる電気信号との干渉量を小さく抑えることができるので、信号対雑音比の劣化が小さくなり、光受信回路の小型化、高密度化を図ることができる。
【００３０】
さらに、本実施の形態にあっては、受光素子１０１を流れる電流を制限するので消費電流が小さくなり、光受信回路の消費電力を小さく抑えることができる。
次に、図１に示した光受信器の変形例について述べる。
【００３１】
図３は、図１の光受信器の変形例として、複数ブロックの光受信回路を備えた光受信器の回路図である。
【００３２】
図３に示すように、この光受信器は、複数ブロックの光受信回路が並列に配置されており、各光受信回路は、それぞれ、光信号を電気信号に変換するＰＩＮ型フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子１０１と、受光素子１０１のアノードに接続され受光素子１０１で変換された電気信号を増幅する増幅器１０２と、受光素子１０１のカソードに接続されその受光素子１０１に流れ込む電流値を制限する調整手段としての電流制限回路１０３とで構成されたものである。
【００３３】
このように構成しても、各光受信回路の信号レベルが小さくなるので、隣接する光受信回路からの干渉量も小さくなる。
【００３４】
これにより、干渉量が小さなアレイ状の受光素子、増幅器を使用することができるので、部品数を減少できると共に組立工数が削減されるので、製品の低コスト化が図れる。
【００３５】
また、図４は図１の光受信器の変形例を示す回路図である。
【００３６】
図４に示すように、この光受信器は、光信号を電気信号に変換するＰＩＮ型フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子１０１と、受光素子１０１のカソードに接続され受光素子１０１で変換された電気信号を増幅する増幅器１０２と、受光素子１０１のアノードに接続されその受光素子１０１に流れ込む電流値を制限する調整手段としての電流制限回路１０３とを備えている。
【００３７】
このように構成することにより、図２の光受信器と同様に、受光素子１０１から流れ出す電流を電流制限回路１０３で制限している。そのため増幅器１０２に流れ出す電流が小さく抑えられるので、増幅器１０２の出力電圧も小さくなる。
次に、本発明の他の実施の形態について詳述する。
【００３８】
図５は本発明の他の実施の形態を示す光受信器の回路図である。
【００３９】
図５に示すように、この光受信器は、受光素子１０１がアノードとカソードとの間の印加電圧によって光信号を電気信号に変換する係数が変わることを利用したものであり、光信号を電気信号に変換するＰＩＮ型フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子１０１と、受光素子１０１のアノードに入力側が接続され受光素子１０１で変換された電気信号を増幅する増幅器１０２と、受光素子１０１のカソードに接続されその受光素子１０１に流れ込む電流値を制限する調整手段としての電流制限用抵抗器１０４とを備えている。
【００４０】
電流制限用抵抗器１０４は、受光素子１０１を流れるフォト電流による電圧降下が受光素子１０１に印加されるバイアス電圧を低減させるに十分な抵抗値を有する固定抵抗器が用いられている。
【００４１】
この電流制限用抵抗器１０４としては、固定抵抗器と、抵抗値が可変の可変抵抗器とを組み合わせて用いても良い。
【００４２】
このように構成することにより、光信号が無入力の場合、受光素子１０１に殆ど電流が流れない。そのため電流制限用抵抗器１０４での電圧降下は殆ど発生しないため、電流制限用抵抗器１０４に印加されている電源電圧（ＶＣＣ）がそのまま受光素子１０１に印加される。
【００４３】
また、光信号が入力された場合、受光素子１０１に電気信号が流れ、電流制限用抵抗器１０４は電圧降下を発生し、受光素子１０１のアノードとカソードとの間の電圧が小さくなる。そのため受光素子１０１に入力した光信号を電気信号に変換する係数が小さくなり、増幅器１０２に流れる電気信号の大きさが小さくなる。
【００４４】
光信号が大きくなるに従い、電流制限用抵抗１０４での電圧降下も大きくなり、光信号を電気信号に変換する係数も小さくなるが、電流制限用抵抗１０４で発生する電圧降下が大きくなり、受光素子１０１からの順方向電流が増加することになるため、増幅器１０２に流れる電気信号が制限される。
【００４５】
これにより、増幅器１０２の出力電圧を小さく抑えることができ、低コストで信号対雑音比の劣化を防止できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、信号対雑音比を劣化させることなく高密度実装が可能な光受信器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す光受信器の回路図である。
【図２】図１の電流制限回路の一構成例の回路図である。
【図３】図１の光受信器の変形例として、複数ブロックの光受信回路を備えた光受信器の回路図である。
【図４】図１の光受信器の変形例を示す回路図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す光受信器の回路図である。
【図６】光受信回路を１ブロックだけ備えた従来の光受信器の回路図である。
【図７】光受信回路を複数ブロック備えた従来の光受信器の回路図である。
【図８】図６の光受信器の変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
１０１　受光素子
１０２　増幅器
１０３　電流制限回路
１０４　電流制限用抵抗器
１０５　差動増幅器
１０６　基準電圧源
１０７　比較増幅器
１０８　電流調整素子

Claims

光信号を電気信号に変換する１個以上の受光素子と、各受光素子の一方の電極にそれぞれ接続され上記電気信号を増幅する増幅器とを有する光受信器において、各受光素子の他方の電極に直列にそれぞれ接続され上記受光素子に流れるフォト電流を所定値以下に調整する調整手段を備えたことを特徴とする光受信器。
上記調整手段は、上記受光素子に流れる電流を電圧として検出するための電圧検出抵抗器と、該電圧検出抵抗器の両端の電圧を増幅する差動増幅器と、所定の基準電圧を発生する基準電圧源と、該基準電圧源の電圧と上記差動増幅器の出力電圧とを比較すると共に増幅する比較増幅器と、該比較増幅器の出力電圧に応じて上記受光素子に流れる電流を調整する電流調整素子とで構成されている請求項１に記載の光受信器。
上記調整手段は、上記受光素子に流れるフォト電流を所定値以下に調整できる抵抗値を有する抵抗器からなる請求項１に記載の光受信器。
上記受光素子は、ＰＩＮ型フォトダイオードである請求項１から３のいずれかに記載の光受信器。