JP2004186849A

JP2004186849A - 光入力断検出回路

Info

Publication number: JP2004186849A
Application number: JP2002349422A
Authority: JP
Inventors: Minoru Okamoto; 稔岡本
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP4056373B2

Abstract

【課題】光入力信号量の多少に関わらず短時間でアラーム信号を出力する。
【解決手段】前置増幅器２は受光素子に接続され電流信号を電圧信号に変換する。リミット増幅器３は前置増幅器の出力信号を増幅し、折返し回路４はリミット増幅器の出力差動信号を合成する。第１平均電圧生成回路５は折返し回路の出力信号から平均値電圧を抽出し、第２平均電圧生成回路６は前置増幅器の出力信号の平均値電圧を抽出する。第１コンパレータ７，第２コンパレータ８は第１平均電圧生成回路，第２平均電圧生成回路からの出力信号が第１設定レベル以下，第２設定レベル以下に低下したことを検出する。電圧保持回路９は第２コンパレータからの逆相信号を保持する。選択回路１０は電圧保持回路の出力信号を選択信号として、光入力信号の量が多い場合は第２コンパレータの出力、光入力信号の量が少ない場合は第１コンパレータの出力をアラーム信号として選択する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号伝送システムにおける光信号の遮断を迅速に検出できる光入力断検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の光入力断検出回路としては図１０に示されるような回路が知られている（例えば、特開平９−１３０３３０参照）。この光入力断検出回路は光受信機におけるものであって、受光素子２１にて受光された光信号は電流信号に変換された後、プリアンプ２２により電圧信号に変換される。この電圧信号はメインアンプ２３により一定の倍率で増幅された後、リミッタ２４で一定の振幅を持つ電圧信号に増幅される。リミッタ２４の出力信号は識別再生回路２５によって識別されてデータ信号とクロック信号として出力される。
【０００３】
一方、メインアンプ２３の出力の一部は可変増幅器３３に入力されて増幅され、ピーク検波器２８にてその振幅値が検出される。検出されたピーク検波電圧はコンパレータ２９に入力され、直流電源３２によって与えられる閾値電圧と比較される。その結果、閾値電圧に満たない場合には光信号が遮断されているとしてアラーム信号が出力される。
【０００４】
ところで、光信号が急に遮断された場合、ピーク検波器２８の出力電圧は、遮断される前のメインアンプ２３の出力から、コンデンサ２７の容量値とコンパレータ２９の入力抵抗との積で定まる時定数にしたがって減少するので、コンパレータ２９のアラーム信号の出力はコンデンサ２７の放電時間に依存して遅れる。したがって、光入力が遮断される以前の光入力が大きい場合、光が遮断されてから，それを告げるアラーム信号が出力されるまでに時間がかかることになる。
【０００５】
図１１は図１０の回路において、大きな光入力信号が急に遮断された場合の各部の出力波形を示している。図１１において、時刻ｔｎ１が遮断された時刻を示す。いま、可変増幅器３３が設けられていないとした場合、ピーク検波器２８への入力信号（図１１（Ｂ））は、遮断前の光入力信号（図１１（Ａ））に比例して大きくなり、ピーク検波器２８の出力（図１１（Ｃ））も同様に大きくなる。振幅ＶＡは可変増幅器３３がない場合の入力振幅であって、ピーク検波器２８によってピーク検波され振幅ＶＡの電圧信号が出力される。
【０００６】
図１１（Ｃ）において，振幅ＶＡの電圧によって蓄えられた電荷が時刻ｔｎ１から放電され始める。ピーク検波器２８の出力がコンパレータ２９の閾値レベルＶＴＨまで減少する時間は、コンパレータ２９の入力抵抗とコンデンサ２７の容量値の積によって定まり、結局、アラーム信号は時刻ｔｎ２になるまで出力されないことになる。
【０００７】
そこで、電流検出器３１を受光素子２１と直流電圧源３０の間に接続し、電流検出器３１によって受光素子２１で変換された電流信号を検出し、その検出電圧により可変増幅器３３の増幅率を光入力信号量に反比例するように制御する。図１１（Ｂ）に示すように、ピーク検波器２８の入力信号の振幅がＶＡより小さいＶＢになるように制御すると、ピーク検波器２８の出力が閾値レベルＶＴＨまで減少する時刻はｔｎ３となる。この結果、アラーム信号は、図１１（Ｄ）に示すように時刻ｔｎ３で出力されるので、入力振幅が制御されない場合と比べて大幅（ｔｎ２−ｔｎ３）に短縮される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１３０３３０（第１−第４頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光入力断検出回路では、受光素子で変換された電流信号を電流検出器によって検出し、その検出電流により可変増幅器の増幅率を光入力信号量に反比例するように制御するので、光入力信号量が小さい場合には、アラーム信号の検出時間は、制御しない構成と比較して大きくなるという第１の問題点がある。
【００１０】
また、受光素子と直流電源の間に電流検出器を接続するように構成されているので、光受信回路としての規模を大きくするという第２の問題点がある。
【００１１】
更に、数μＡから数ｍＡまでの広範囲な電流を検出するためには、精度の良い電流検出器が必要となるという第３の問題点もある。
【００１２】
本発明の第１の目的は、光入力信号量の多少に関わらず検出時間の安定したアラーム信号を出力する光入力断回路を提供することにある。
【００１３】
本発明の第２の目的は、小規模の光受信回路を実現できる小型の光入力断検出回路を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の光入力断検出回路は、光入力信号から得られる電圧信号を増幅するリミット増幅器の出力と入力に２つの異なる閾値レベルを持った第１コンパレータと第２コンパレータを設け、光入力信号量が多い場合は第２コンパレータの出力信号、光入力信号量が少ない場合は第１コンパレータの出力信号を選択回路で選択しアラーム信号として外部へ出力することを特徴とする。
【００１５】
このような構成により、本発明は、信号量の多い光入力信号が遮断した場合はより早く閾値レベルに減少する第２コンパレータの出力信号を選択することにより、一方、信号量の少ない光入力信号が遮断した場合は認識可能な第１コンパレータの出力信号を選択することによって、光入力信号量の多少に関わらず光入力断検出時間を大幅に削減した光入力断検出回路が得られるようになる。後者の場合、第１コンパレータの出力信号自体の振幅が小さいので、閾値レベルへの減少は短時間となる。
【００１６】
より詳しくは、本発明の光入力断検出回路は、光入力信号量に応じた電流信号を出力する受光素子（図１の１）と、受光素子に接続され電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器（図１の２）と、前置増幅器の出力信号を所望の振幅に増幅するリミット増幅器（図１の３）と、リミット増幅器の出力差動信号を合成する折返し回路（図１の４）と、折返し回路の出力信号から平均値電圧を抽出する第１平均電圧生成回路（図１の５）と、第１平均電圧生成回路からの出力信号が第１設定レベル以下に低下したことを検出する第１コンパレータ（図１の７）と、前置増幅器の出力信号の平均値電圧を抽出する第２平均電圧生成回路（図１の６）と、第２平均電圧生成回路からの出力信号が第２設定レベル以下に低下したことを検出する第２コンパレータ（図１の８）と、第２コンパレータからの逆相信号を保持する電圧保持回路（図１の９）と、第１コンパレータからの出力と第２コンパレータからの出力を入力とし、電圧保持回路の出力信号を選択信号とした選択回路（図１の１０）とを備え、選択回路は光入力信号の量が多い場合は第２コンパレータの出力、光入力信号の量が少ない場合は第１コンパレータの出力をアラーム信号として選択することを特徴とする。
【００１７】
選択回路１０は、半導体差動対によって第１コンパレータの正相信号と第２コンパレータの正相信号を選択するように構成してもよい。
【００１８】
また、折返し回路４は、リミット増幅器から出力される正相信号と逆相信号の排他的論理和を出力するように構成してもよい。
【００１９】
また、リミット増幅器３は、多段接続された差動増幅器と、最終段の差動増幅器の２つの出力端子から初段の差動増幅器の２つの入力端子へ、たすきがけで帰還する抵抗とコンデンサから成る積分回路と、両積分回路の出力と入力端子の間に設けられた差動増幅器とで構成するようにしてもよい。
【００２０】
このように、選択回路は簡易な半導体差動対によって構成され得、また、受光素子を除く他の構成要素も半導体集積回路により構成可能なため、光入力断検出回路、ひいては光受信機の小型化が実現できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
【構成の説明】
図１は、本発明を適用した光入力断検出回路の一実施例の構成を示す。この光入力断検出回路は、前置増幅器２，差動増幅器が多段接続されたリミット増幅器３，折返し回路４，第１平均電圧生成回路５，第２平均電圧生成回路６，第１コンパレータ７，第２コンパレータ８，電圧保持回路９，選択回路１０、第１直流電圧源１１および第２直流電圧源１２から構成されている。入力端子１４には受光素子１、外部コンデンサ接続用端子１８には外部コンデンサ１３がそれぞれ接続される。なお、参照番号１１，１２は、便宜上、第１直流電圧源１１，第２直流電圧源１２によって出力される第１直流電圧，第２直流電圧の参照番号としても使用する。
【００２３】
受光素子１は受光した光信号を電流信号に変換する。前置増幅器２は、この電流信号を入力端子１４から受けると電圧信号に変換する。第２平均電圧生成回路６は、前置増幅器２で変換された電圧信号の平均値である第２平均電圧を生成する。
【００２４】
リミット増幅器３は、第２平均電圧生成回路６で生成された第２平均電圧を基準電圧として、前置増幅器２で変換された電圧信号を一定の振幅を持つ電圧信号に増幅して、正相信号を正相出力端子１５、逆相信号を逆相出力端子１６にそれぞれ出力する。
【００２５】
折返し回路４はリミット増幅器３からの正相信号と逆相信号の排他的論理和を出力する。第１平均電圧生成回路５は、折返し回路４が出力する電圧の平均値である第１平均電圧を生成する。
【００２６】
第１コンパレータ７は、第１平均電圧を第１直流電圧１１と比較することによって第１平均値電圧のレベルを検出する。光入力信号が遮断されると、第１平均電圧は初期値（振幅）から回路時定数にしたがって減少していく。第１コンパレータ７は、比較の結果、第１平均電圧のレベルが第１直流電圧１１未満になるとハイレベルを出力する。
【００２７】
一方、第２コンパレータ８は、第２平均電圧を第２直流電圧１２と比較することによって第２平均電圧のレベルを検出する。光入力信号が遮断されると、第２平均電圧も初期値から回路時定数にしたがって減少していく。第２コンパレータ８は、比較の結果により、第２平均電圧が第２直流電圧１２未満になるとハイレベルを出力する。
【００２８】
電圧保持回路９は第２コンパレータ８の逆相信号を保持する。したがって、第２平均電圧の初期値が第２直流電圧１２以上となる程に光入力信号の量が多い場合には、電圧保持回路９は、第２平均電圧が第２直流電圧源１２の電圧以下になる時刻より早い時間帯ではハイレベル、遅い時間帯ではロウレベルを保持する。電圧保持回路９が保持する電圧は選択回路１０に選択信号として供給され、この場合は上記時刻から回路時定数にしたがって減少していく。一方、第２平均電圧の初期値が第２直流電圧１２未満となる程に光入力信号の量が少ない場合には、電圧保持回路９は、常時、ロウレベルを保持する。
【００２９】
選択回路１０は、第１コンパレータ７の差動出力と第２コンパレータ８の差動出力を入力とし、選択信号のレベルが内蔵する選択レベル以上の場合は第２コンパレータ８の差動出力、また、選択信号のレベルが内蔵する選択レベル未満の場合は第１コンパレータ７の差動出力をそれぞれアラーム信号として出力端子１７から外部へ出力する。
【００３０】
これにより、光入力信号の量が多い場合には、第２コンパレータ８の差動出力のレベル遷移によりアラーム信号が出力される。第２コンパレータ８の差動出力のレベル遷移は、多くの回路を経由する第１コンパレータ７の差動出力のレベル遷移より早いため、より早くアラーム信号を得ることができる。
【００３１】
一方、光入力信号の量が少ない場合には、第１コンパレータ７の差動出力のレベル遷移によりアラーム信号が出力される。この場合、第１コンパレータ７の差動出力は上記の場合よりも多くの回路を経由するが、光入力信号自体の量が少なく初期値も小さいため、その減少は速くなるので、早くにアラーム信号を得ることができる。
【００３２】
図２は、図１における選択回路１０と電圧保持回路９の具体的な回路構成例を第１コンパレータ７および第２コンパレータ８と共に示した図である。
【００３３】
選択回路１０は、トランジスタ１０１〜トランジスタ１０８，抵抗１０９〜１１４および定電流源１１７で構成された３組の半導体差動対を主な構成としている。電圧保持回路９は、抵抗１１５とコンデンサ１１６とで構成される積分回路であって、第２コンパレータ８の逆相信号を保持してトランジスタ１０７のベースに供給している。
【００３４】
電圧保持回路９からの選択信号は、トランジスタ１０７と抵抗１１１で構成されるレベルシフト回路を介してトランジスタ１０５のベースに供給される。一方、選択信号に対する設定レベルは、直流電源１１８に対して抵抗１１３と１１４で構成される抵抗分圧器による基準電圧で生成され、トランジスタ１０８と抵抗１１２で構成されるレベルシフト回路を介して、トランジスタ１０５と差動対となるトランジスタ１０６のベースに供給される。トランジスタ１０５，１０６は、共通エミッタに定電流原１１７が接続された差動増幅器を構成する。
【００３５】
第１コンパレータ７の正相信号は入力端子１１９を介してトランジスタ１０１のベース、逆相信号は入力端子１２０を介してトランジスタ１０２のベースに供給されている。トランジスタ１０１、１０２は、それぞれ抵抗１０９，１１０を負荷抵抗とする差動増幅器を構成し、その共通エミッタはトランジスタ１０５のコレクタに接続されている。
【００３６】
また、第２コンパレータ７の正相信号は入力端子１２０を介してトランジスタ１０３のベース、逆相信号は入力端子１２１を介してトランジスタ１０４のベースに供給されている。トランジスタ１０３，１０４は、それぞれ抵抗１０９，１１０を負荷抵抗とする差動増幅器を構成し、その共通エミッタはトランジスタ１０６のコレクタに接続されている。
【００３７】
いま、選択信号が基準電圧より高くて、したがってトランジスタ１０５のベース（Ａ点）の電位がトランジスタ１０６のベース（Ｂ点）の電位よりも高い場合、トランジスタ１０５がオン状態、トランジスタ１０６がオフ状態となり、トランジスタ１０１，１０２に電流が流れる。この場合、第１コンパレータ７からの入力が選択され出力端子１２３には入力端子１１９と同相の出力が得られる。
【００３８】
逆に、Ｂ点の電位がＡ点の電位よりも高い場合、トランジスタ１０６がオン状態、トランジスタ１０５がオフ状態となり、差動増幅器のトランジスタ１０３，１０４に電流が流る。この場合、第２コンパレータ８からの入力が選択され出力端子１２３には入力端子１２１と同相の出力が得られる。
【００３９】
図３は前置増幅器２の構成例を示している。トランジスタ２０４と抵抗２０６で反転増幅器を、トランジスタ２０５と抵抗２０７で出力バッファ回路をそれぞれ構成している。抵抗２０１により出力端子２０３から入力端子２０２に電流帰還を行い、入力電流の増減を打ち消す方向に機能することにより回路の平衡が保たれている。
【００４０】
図４は、図３の前置増幅器２における入力電流に対する出力電圧の平均値、および出力電圧の出力振幅の特性を示している。入力電流ｙ点までが線形増幅動作となり、入力電流ｚ点ではトランジスタ２０４が飽和する。このため、ｙ点からｚ点にかけて、出力電圧の平均値は緩やかに減少し、出力電圧の出力振幅は緩やかに増加していく。
【００４１】
図５はリミット増幅器３の詳細例を示す。図５において、リミット増幅器３は、３つの差動増幅器３０１，３０２および３０３が多段接続され、最終段の差動増幅器３０３の出力端子３１１から初段の差動増幅器３０１の入力端子３１０へ抵抗３０５とコンデンサ３０７から成る積分回路を介して、たすきがけで帰還している。また、最終段の差動増幅器３０３の出力端子３１２から初段の差動増幅器３０１の入力端子３０９へ抵抗３０６とコンデンサ３０８から成る積分回路を介して、たすきがけで帰還している。両積分回路の出力と入力端子３０９，３１０の間には差動増幅器３０４が設けられている。
【００４２】
このような構成によって、リミット増幅器３の出力における直流オフセットをなくすようにオフセット補償を行う。直流オフセットの発生要因は、前置増幅回路２の出力と第２平均電圧生成回路６が生成する基準電圧との直流オフセットと、半導体製造時のバラツキ，温度等の環境変動である。
【００４３】
コンデンサ３０７，３０８は差動増幅器３０４の入力と出力の間に接続された形になるため、ミラー容量として入力から見たコンデンサ３０７，３０８の等価容量値は、固有の容量値に対して利得倍される。したがって、直流のオフセット補償を行うために時定数を大きくするには、差動増幅器３０４の利得を大きくすればよいので、コンデンサ３０７，３０８の固有の容量値は小さな値でよく、結果として半導体集積回路内での占有面積を小さくできる利点がある。
【００４４】
【動作の説明】
以下、本実施例の動作について説明する。
【００４５】
図１において、受光素子１にて受光された光信号は受光素子１で電流信号に変換された後、前置増幅器２により電圧信号に変換される。この電圧信号は、リミット増幅器３で一定の振幅を持つ電圧信号に増幅される。このときのリミット増幅器３における基準電圧は、前置増幅手段２の出力を第２平均電圧生成回路６で平均することによって生成される。
【００４６】
リミット増幅器３の正相信号および逆相信号は、折返し回路４により合成され、第１平均電圧生成回路５により第１平均電圧が生成される。この第１平均電圧に対して、第１コンパレータ７で第１直流電圧１１と比較することによってレベル検出を行う。
【００４７】
また、リミット増幅器３の入力である第２平均電圧生成回路６が生成した第２平均電圧に対して、第２コンパレータ８で第２直流電圧１２と比較することによってレベル検出を行う。
【００４８】
次に、図６および図７に示すタイムチャートを参照して、本光入力断検出回路の動作を説明する。図６は受光素子１への光入力信号量が大きい場合のタイムチャートであり、図７は受光素子１への光入力信号量が小さい場合のタイムチャートである。
【００４９】
図６において、受光素子１への光入力信号量が大きく、図６（Ａ）に示すように時刻ｔ１で光入力信号が急に遮断された場合、図６（Ｂ）に点線で示すように、リミット増幅器３の基準電位である第２平均電圧は、第２平均電圧生成回路６に蓄えられた電荷が放電され、時刻ｔ２でローレベルとなる。
【００５０】
ここで、図８を参照して、この場合の放電時間を求める。図８（Ａ）は一般的なＲＣ直列回路を示し、図８（Ｂ）はコンデンサＣの放電特性を示している。入力ｖｉ（ｔ）をＶ・ｕ（ｔ）と表すと、出力ｖｏ（ｔ）は、電気磁気学の教えるところにより、
ｖｏ（ｔ）＝Ｖ・ｅｘｐ（−ｔ／τ）（１）
τ＝Ｃ・Ｒ（２）
となり、出力電位が１００％のｔｓ０から略０％のｔｓ１になるまでの時間は、
ｔｓ１≒５τ （３）
となる。したがって、例えば第２コンパレータ８においてレベル検出を１００μｓ以内に行うようにする場合、時定数の最大値は、
ｔ２−ｔ１＝５τ＝１００μｓ（４）
となる。
【００５１】
ところで、リミット増幅器３の入力は低域のカットオフ周波数特性を決定している。低域のカットオフ周波数ｆｃｌは、第２平均電圧生成回路６を図８（Ａ）で示す抵抗ＲとコンデンサＣから構成されるとし、図１の外部コンデンサ接続用端子１８に接続される外部コンデンサ１３をＣｏとすると、
ｆｃｌ＝１／２π（Ｒ・（Ｃ＋Ｃｏ））（５）
となる。
【００５２】
ここで、リミット増幅器３の入力である前置増幅器２の出力の中心電圧と第２平均電圧生成回路６の出力電圧の直流オフセット量を約１００ｍＶ以下に設定するためには、リミット増幅器３の入力におけるトランジスタのベース電流を数μＡとすると、第２平均電圧生成回路６の抵抗Ｒは１０ｋΩ以下となる。光通信システムの低域のカットオフ周波数ｆｃｌは約１００ｋＨｚ以下が要求されているため、第２平均電圧生成回路６のコンデンサＣの値を半導体素子で生成可能な１００ｐＦとすると外部コンデンサＣｏの値は約１５００ｐＦ以上となる。
【００５３】
したがって、時刻ｔ２の最小は式（２）と式（３）から
５・（１００ｐ＋１５００ｐ）・１０ｋ＝８０μｓ（６）
となり、第２コンパレータ８においてレベル検出を１００μｓ以内に行うことが可能となる。
【００５４】
図６（Ｃ）はリミット増幅器３から出力される正相信号の波形、図６（Ｄ）は逆相信号の波形をそれぞれ示す。
【００５５】
時刻ｔ３付近までは、図６（Ｂ）に示したように第２平均電圧生成回路６の上記放電特性により第２平均電圧が残存するため、リミット増幅器３の入力端子３０９と３１０間には電位差が生じている。このためリミット増幅器３は無信号状態で動作し、オフセット補償回路も同時に動作するので、完全にリミット増幅器３の出力が中心電圧になるには時刻ｔ５までかかる。
【００５６】
これは、時刻ｔ３で第２平均電圧は約０にまで低下するため、図６（Ｄ）に示すように逆相信号は急低下し、このレベル遷移がリミット増幅器３の出力端子３１２から入力端子３０９へ帰還されるので、ｔ３からｔ４の間は正相信号が出力され、この出力がｔ４からｔ５にかけて収拾されてくることによる。
【００５７】
このような動作によって、時刻ｔ３と時刻ｔ４に変化が生じる。したがって、折返し回路４の出力波形は図３（Ｅ）に示すようになる。折返し回路４の出力波形の生成根拠については、前述の正相信号と逆相信号に対する演算を想起されたい。第１平均電圧生成回路５は、折返し回路４の出力について平均をとり、図６（Ｆ）に出力波形を示す第１平均電圧を第１コンパレータ７へ出力する。
【００５８】
第１コンパレータ７は、第１平均電圧を閾値レベルとなる第１直流電圧１１と比較し、図６（Ｇ）に示すように、第１平均電圧が第１直流電圧１１以下となる時刻ｔ６で第１コンパレータから正相信号を出力する。ここで、折返し回路４の出力における時刻ｔ３の変化点は、第１平均値生成回路５の時定数により変化し、時定数が小さい場合に急峻となる。この場合、第１直流電圧１１によっては第１コンパレータ出力を誤って発生する可能性がある。したがって、第１平均電圧生成回路５の時定数はある程度大きくなければならず、第１コンパレータ７でのレベル検出は時刻ｔ６まで遅れる。
【００５９】
これに対して、第２平均電圧は、図６（Ｂ）の点線曲線をコピーして示す図６（Ｈ）において、時刻ｔ３で第２直流電圧１２以下となるので、第２コンパレータ８はこれを検出し、図６（Ｉ）で示すように時刻ｔ３において正相信号を出力する。図３（Ｊ）は、第２コンパレータ８からの逆相信号を示す。第２コンパレータ８の逆相信号は、光入力時にハイレベルを維持し、時刻ｔ３でロウレベルとなって電圧保持回路９に入力する。
【００６０】
電圧保持回路９の出力は、時刻ｔ３で入力がロウレベルに遷移すると、図３（Ｋ）に示すように時定数にしたがって減少していく。この時定数は、第１コンパレータ７でのレベル検出時刻ｔ６以上の時刻ｔ７までは、電圧保持回路９の出力、すなわち選択回路１０の選択信号が選択レベルに対してハイレベルとするように定める。
【００６１】
これにより、図６（ｌ）に示す選択回路１０の出力（アラーム信号）は、時刻ｔ１で光入力が遮断された場合、時刻ｔ７までは第２コンパレータ８の出力が選択される。したがって、光入力断のアラーム検出は時刻ｔ７に比べて時刻ｔ３で検出されるため大幅に短縮される（図６（Ｌ））。なお、時刻ｔ７以降は第１コンパレータ７の出力が選択される。
【００６２】
次に、図７を参照して、受光素子１への光入力信号量が小さく、時刻ｔ１で光入力信号が急に遮断された場合の動作について説明する。
【００６３】
この場合は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように前置増幅器２の出力振幅が小さいため、第２平均電圧生成回路６の出力が第２コンパレータ８の設定レベルである第２直流電圧１２よりも低くなるので（図７（Ｈ））、第２コンパレータ８からの正相信号はハイレベル固定、逆相信号はロウレベル固定となる（図７（Ｉ），（Ｊ））。この場合、選択回路１０の選択信号には、選択レベルよりも低いローレベルの電圧が入力されるので（図７（Ｋ））、選択回路１０は常に第１コンパレータ７の出力を選択する（図７（Ｌ））。
【００６４】
また、リミット増幅器３および折返し回路４の出力振幅も小さくなるので（図７（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ））、光入力信号遮断時からの第１平均電圧生成回路５の出力の減少時間も短くなる。このため、第１コンパレータ７のレベル検出は、光入力信号遮断時刻ｔ１から短い時刻ｔ９で行われ（図７（Ｆ））、第１コンパレータの出力も時刻ｔ９で発生する（図７（Ｇ））。したがって、第１コンパレータ７の出力が選択されても、アラーム信号は早い時刻に出力されるのである。
【００６５】
図９は、図１における前置増幅器２の入力電流に対する、選択回路１０の光入力断検出時間と第１コンパレータ７のレベル検出時間の一実測値をグラフ表示する。入力電流が５０μＡ未満では、選択回路１０の光入力断検出時間は最大５０μｓであって第１コンパレータ７のレベル検出が選択される。入力電流が５０μＡ以上では、第１コンパレータ７のレベル検出時間は増加を続けるが、第２コンパレータ８のレベル検出が選択されるため１００μｓ以内になっている。
【００６６】
以上のように、図１の光入力断検出回路によれば、受光素子１への光入力信号量が小さい場合は、前置増幅器２およびリミット増幅器３により振幅を大きくし、折返し回路４から第１コンパレータ７までのレベル検出部で光入力断のアラーム信号を検出する。一方、光入力信号量が大きい場合は、前置増幅器２のみの出力振幅に対して、第２コンパレータ８により光入力断のアラーム信号を検出することとなり、広範囲な光入力信号量に対して安定にアラーム信号を検出することが可能となる。
【００６７】
ここで、直流電圧源１１および直流電圧源１２は半導体回路で実現されるが、大きい閾値レベルを生成する直流電圧源１１はともかく、小さい閾値レベルを生成する直流電圧源１２はノイズ対策を講じる必要があるので、あまりに閾値レベルが小さいとその実現に苦慮する。しかし、図９の前置増幅器２の入力電流に対する選択回路１０の光入力断検出時間と、図４の前置増幅器２の入力電流と出力振幅の特性から、出力振幅が約５００ｍＶ以上で第２コンパレータ８がレベル検出を行うように直流電圧源１２の値を設定すればよいことになるので、直流電圧源１２は簡易な回路構成で実現できることとなる。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光入力信号から得られる電圧信号を増幅するリミット増幅器の入力と出力に２つの異なる閾値レベルを持ったコンパレータを設け、その出力信号を光入力信号量の多少によって選択回路で選択しアラーム信号を出力する構成としたため、光入力信号量の多少に関わらず光入力断検出時間を大幅に削減した光入力断検出回路が得られるという特有の効果がある。
【００６９】
また、受光素子を除く構成要素は簡易な半導体集積回路により構成可能なため、光入力断検出回路の小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光入力断検出回路の一実施例を示すブロック図
【図２】図１に示した光入力断検出回路における選択回路の構成を示す回路図
【図３】図１に示した光入力断検出回路における前置増幅器の構成を示す回路図
【図４】図３に示した前置増幅器の入力電流に対する出力電圧と出力振幅を示した図
【図５】図１に示した光入力断検出回路におけるリミット増幅器の構成を示した回路図
【図６】図１に示した光入力断検出回路における光入力信号量が大きい場合のタイムチャート
【図７】図１に示した光入力断検出回路における光入力信号量が小さい場合のタイムチャート
【図８】ＲＣ直列回路における放電特性を説明するための図
【図９】前置増幅器の入力電流に対する選択回路の光入力断検出時間と第１コンパレータにおけるレベル検出時間を示す図
【図１０】従来の光入力断検出回路のブロック図
【図１１】図１０に示した光入力断検出回路におけるタイムチャート
【符号の説明】
１受光素子
２前置増幅器
３リミット増幅器
４折返し回路
５第１平均電圧生成回路
６第２平均電圧生成回路
７第１コンパレータ
８第２コンパレータ
９電圧保持回路
１０選択回路
１１第１直流電圧源
１２第２直流電圧源
１３外部コンデンサ
１４入力端子
１５正相出力端子
１６逆相出力端子
１７出力端子
１８外部コンデンサ接続用端子

Claims

光入力信号から得られる電圧信号を増幅するリミット増幅器の出力と入力に２つの異なる閾値レベルを持った第１コンパレータと第２コンパレータを設け、光入力信号量が多い場合は前記第１コンパレータの出力信号、光入力信号量が少ない場合は前記第２コンパレータの出力信号を選択回路で選択しアラーム信号として外部へ出力することを特徴とする光入力断検出回路。
光入力信号量に応じた電流信号を出力する受光素子と、
前記受光素子に接続され前記電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、
前記前置増幅器の出力信号を所望の振幅に増幅するリミット増幅器と、
前記リミット増幅器の出力差動信号を合成する折返し回路と、
前記折返し回路の出力信号から平均値電圧を抽出する第１平均電圧生成回路と、
前記第１平均電圧生成回路からの出力信号が第１設定レベル以下に低下したことを検出する第１コンパレータと、
前記前置増幅器の出力信号の平均値電圧を抽出する第２平均電圧生成回路と、
前記第２平均電圧生成回路からの出力信号が第２設定レベル以下に低下したことを検出する第２コンパレータと、
前記第２コンパレータからの逆相信号を保持する電圧保持回路と、
前記第１コンパレータからの出力と前記第２コンパレータからの出力を入力とし、前記電圧保持回路の出力信号を選択信号とした選択回路とを備え、
前記選択回路は前記光入力信号の量が多い場合は前記第２コンパレータの出力、前記光入力信号の量が少ない場合は前記第１コンパレータの出力をアラーム信号として選択することを特徴とする光入力断検出回路。
前記選択回路は、半導体差動対によって前記第１コンパレータの正相信号と前記第２コンパレータの正相信号を選択するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光入力断検出回路。
前記折返し回路は、前記リミット増幅器から出力される正相信号と逆相信号の排他的論理和を出力することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光入力断検出回路。
前記リミット増幅器は、多段接続された差動増幅器と、最終段の差動増幅器の２つの出力端子から初段の差動増幅器の２つの入力端子へ、たすきがけで帰還する抵抗とコンデンサから成る積分回路と、両積分回路の出力と入力端子の間に設けられた差動増幅器とで構成することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の光入力断検出回路。