JP2004236259A - Optical receiver - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイロット信号を用いることなく安定したゲインコントロールを行える光受信機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光伝送システムにおいて光受信機の受光レベルが変化すると、光受信機から出力される電気信号のレベルが変化するようになる。しかし、光伝送システムにおいては、光受信機における受光レベルが変化しても出力される電気信号が一定の出力レベルになっていることが求められている。これを達成するために、光信号にパイロット信号を付加して送信し、光受信機において抽出されたパイロット信号のレベルを一定になるようにゲインコントロールすることにより、光受信機における受光レベルが変化しても出力される電気信号が一定となるようにしていた。
【0003】
しかしながら、送信機においてはパイロット信号を送信信号に重畳して送信するパイロット信号送出手段を別に設けなければならないと共に、受信機においてはパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出手段が必要になるという問題点があった。さらに、パイロット信号を用いることのできないシステムもあり、このようなシステムにおいてはゲインコントロールをすることができないという問題点があった。
そこで、これを解決するために受光素子で受光される光信号のレベルを、受光素子に設けられたモニタ端子でモニタし、このモニタ端子からのモニタ信号により、受光素子から出力される電気信号のレベルをコントロールすることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−56200号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
受光素子で受光される光信号のレベルを検出し、この検出信号により受光素子から出力される電気信号をゲインコントロールする従来の光受信機の回路例を図7に示す。
図7において、光ファイバー等から入力された光信号はフォトダイオードPDで受光される。フォトダイオードPDには抵抗R101および抵抗R100により、電源(+Vcc)からバイアスが印加されている。すると、フォトダイオードPDに流れる光電流が光信号の強度に応じた大きさとなり、光信号が電気信号に変換されるようになる。この電気信号は、信号成分だけを抽出するコンデンサC100を介して第1の増幅部110に供給され所定の増幅度で増幅される。増幅された電気信号は、可変減衰部111を介して第2の増幅部113に供給され所定の増幅度で増幅される。また、フォトダイオードPDにより変換された電気信号は制御部112に供給されて、光信号の強度が検出される。制御部112は、検出した光信号の強度に応じて、可変減衰部111の減衰量を制御することにより、可変減衰部111から出力される電気信号のレベルが一定になるようにしている。
【0006】
ここで、フォトダイオードPDの光入力電力〔dBm〕に対するフォトダイオードPDに流れる光電流Ipd〔mA〕の特性を図8に示す。図8を参照すると、光電流Ipdは光入力電力に対して指数関数的に上昇する非直線特性となっている。また、可変減衰部111においてはPINダイオードにより通過量を制御していることから、可変減衰部111は制御量に対して対数関数的に減衰量が変化する非直線特性となっている。このように、フォトダイオードPDが受光する光信号電力に対して、制御部112が出力する制御量が指数関数的な非直線になっても、制御量に対して可変減衰部111の減衰量が対数関数的な非直線に変化することから、ゲインコントロールしても出力を一定にすることが困難になると云う問題点があった。すなわち、図7に示す受信機における出力レベルの周波数特性を図9に示すが、図9に示す出力レベルの周波数特性はフォトダイオードPDの光入力電力が+1dBmと−5dBmとの特性であり、図9を参照すると、光入力電力が−5dBmから+1dBmに上昇した際に、出力レベルも4〜5dBも上昇してしまい、出力レベルが一定にゲインコントロールされていないことがわかる。
【0007】
そこで、本発明はパイロット信号を用いることなく安定したゲインコントロールを行える光受信機を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光受信機は、フォトダイオードにバイアスを印加する電圧−電流特性が非直線特性を示すダイオード手段と、前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号が入力される制御手段と、該制御手段からの制御信号により、前記フォトダイオードから出力された受信信号のレベルを一定とするように制御する非直線特性のレベル可変手段とを備えるようにしている。
【0009】
また、上記本発明の光受信機において、前記ダイオードがツェナーダイオードとされ、該ツェナーダイオードの非直線特性を利用して、前記フォトダイオードにバイアスが印加されるようにしてもよい。
さらに、上記本発明の光受信機において、前記制御手段はノイズ除去手段を有しており、該ノイズ除去手段により前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号に含まれるノイズを除去するようにしてもよい。
さらにまた、上記本発明の光受信機において、前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号を、前記ダイオード手段の温度補償を行う温度補償手段を介して前記制御手段へ入力するようにしてもよい。
【0010】
このような本発明によれば、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段によりフォトダイオードにバイアスを印加するようにしたので、出力レベルを一定とすることのできるゲインコントロールを行えるようになる。また、制御手段が有するノイズ除去手段により、光入力の大きさに応じて変化する電気信号に含まれるノイズを除去しているので、ダイオード手段等から生じるノイズの影響を防止することができる。さらに、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段の温度補償を行うようにすることにより、温度の変化に対するレベル変動を抑制したゲインコントロールを行えるようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の光受信機の回路構成を図1に示す。
図1において、電源(+Vcc)とアース間にツェナーダイオードZDとフォトダイオードPDおよび抵抗Rの直列回路が接続されて、フォトダイオードPDにツェナーダイオードZDによりバイアスが印加されている。光ファイバー等から入力された光信号はフォトダイオードPDで受光される。すると、フォトダイオードPDに流れる光電流が光信号の強度に応じた大きさとなり、光信号が電気信号に変換されるようになる。この電気信号は、信号成分だけを抽出するコンデンサCを介して第1の増幅部10に供給され所定の増幅度で増幅される。増幅された電気信号は、可変減衰部11においてゲインコントールされて第2の増幅部13に供給され所定の増幅度で増幅される。また、フォトダイオードPDにより変換された電気信号は制御部12に供給されて、光信号の強度が検出される。
【0012】
制御部12は、検出した光信号の強度に応じて、可変減衰部11の減衰量を制御することにより、可変減衰部11から出力される電気信号のレベルが一定になるようにゲインコントロールしている。ここで、ツェナーダイオードZDに逆方向電圧を印加した際の電圧−電流特性の一例を図3に示す。図3に示すように、ツェナーダイオードZDに逆方向電圧を印加した際には電流Idが変化しても電圧Vdはほぼ一定となる対数関数特性となる。従って、光信号を受光するフォトダイオードPDに流れる光電流Ipdが光信号電力に応じて変化した際に、フォトダイオードPDのバイアス電圧Vdは対数関数特性で変化するようになる。このことから、フォトダイオードPDにツェナーダイオードZDによりバイアスを印加すると、ツェナーダイオードZDの非直線特性によりフォトダイオードPDにおいて変換された電気信号は、光入力電力に対して対数関数特性で変化するようになる。
【0013】
このような電気信号が、コンデンサCを介して増幅部10に供給されると共に、制御部12に供給されるようになる。そして、制御部12で検出された光強度に応じて可変減衰部11が制御されるようになる。可変減衰部11は、例えばPINダイオードを用いて構成されており、制御量に対して可変減衰部11の減衰量は対数関数的な非直線に変化している。そして、上記したように光入力電力に対して対数関数特性で変化する電気信号は、増幅部10により増幅されて可変減衰部11に供給されることから、減衰量が対数関数的に変化する可変減衰部11からは、ほぼ一定レベルとされた電気信号が出力されるようになる。
ここで、図1に示す本発明の光受信機における光入力電力が変化した際の出力レベルの周波数特性を図4に示す。図4に示す出力レベルの周波数特性はフォトダイオードPDの光入力電力が+1dBmと−5dBmとの場合の周波数特性であり、図4を参照すると、光入力電力が−5dBmから+1dBmに上昇しても、出力レベルの偏差は約1dB以内となり、出力レベルが一定になるようにゲインコントロールされていることがわかる。
【0014】
また、図示していないがフォトダイオードPDとコンデンサCとの接続点とツェナーダイオードとの間にローパスフィルタが設けられており、このローパスフィルタによりツェナーダイオードZDで発生したノイズが重畳された電気信号が、増幅部10に入力されることを防止している。さらに、フォトダイオードPDにより変換された電気信号をローパスフィルタを介して制御部12に供給するようにして、ツェナーダイオードZDで発生したノイズによる影響を防止するようにしても良い。
【0015】
ところで、ツェナーダイオードZDにおける電圧−電流特性は温度の関数となっており、周囲温度に応じて変化するようになる。そこで、図1に示す回路の光受信機において周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を図5に示す。図5に示す出力レベルの周波数特性は周囲温度が−10℃、20℃、50℃の場合の周波数特性である。図5を参照すると、周囲温度が−10℃から20℃になると出力レベルの偏差は約1.5dBとなり、周囲温度が−10℃から50℃になると出力レベルの偏差は約3dBに拡大するようになり、出力レベルが一定になるようにゲインコントロールされないことになる。
【0016】
そこで、これを解決することのできる本発明の実施の形態の光受信機の他の回路構成を図2に示す。
図2に示す光受信機は、図1に示す光受信機において温度補償部20を備えるようにしたものである。そこで、温度補償部20について説明すると、電源(+Vcc)とアース間にはサーミスタTHと抵抗R2との並列回路に抵抗R3が直列接続されている。この並列回路と抵抗R3との接続点が増幅部14の反転入力端子に接続されており、増幅部14の非反転入力端子にはツェナーダイオードZDとフォトダイオードPDとの接続点が接続されている。これにより、増幅部14から両入力端子への入力の差分に基づく出力が得られるようになる。この出力はサーミスタTHの抵抗が温度が高くなると低下することから、周囲温度が高くなると小さな出力となる。この出力に応じて可変減衰部11が制御されることから、周囲温度が高くなると制御部12から出力される制御量が小さくなり、可変減衰部11の減衰量が大きくなるように制御されることになる。
【0017】
一方、周囲温度が低い場合はこの逆となり、制御部12から出力される制御量が大きくなり、可変減衰部11の減衰量が小さくなるように制御されることになる。これにより、周囲温度の変化によらず可変減衰部11からの出力レベルが一定となるようにゲインコントロールされるようになる。ここで、図2に示す回路の光受信機において周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を図6に示す。図6に示す出力レベルの周波数特性は周囲温度が−10℃、20℃、50℃の場合の周波数特性である。図6を参照すると、周囲温度が−10℃から20℃になっても出力レベルの偏差は約0.5dB程度であり、周囲温度が−10℃から50℃になっても出力レベルの偏差は約1dB以内であり、出力レベルが一定になるようにゲインコントロールされるようになる。なお、サーミスタTHに並列に接続されている抵抗R2は、サーミスタTHの温度特性を調整する抵抗である。
【0018】
また、ツェナーダイオードZDはノイズを発生することから、制御部12においてノイズを除去している。すなわち、制御部12における増幅部14の出力端子と反転入力端子との間にコンデンサC2を接続することにより、非反転入力端子に接続されている抵抗R5との作用によりローパスフィルタが構成される。このローパスフィルタによりノイズの除去された制御信号が制御部12から出力されるようになり、可変減衰部11に供給される制御信号からノイズが除去されるようになる。さらに、図示していないがフォトダイオードPDとコンデンサCとの接続点とツェナーダイオードとの間にローパスフィルタが設けられており、このローパスフィルタによりツェナーダイオードZDで発生したノイズが重畳された電気信号が、増幅部10に入力されることを防止している。
なお、図1に示す制御部12の回路構成は、図2に示す制御部12の回路構成と同様とされているが抵抗R5の入力端はアースされ、図1に示す制御部12においてもノイズ除去が行われている。
【0019】
以上の説明では、フォトダイオードPDにツェナーダイオードZDを用いてバイアスを印加することにより、安定したゲインコントロールができるようにしていたが、本発明はこれに限るものではなく、ツェナーダイオードZDに替えて一般的なダイオードを1つあるいは複数個直列接続してもよく、フォトダイオードPDの非直線性を補正できる特性の半導体素子をツェナーダイオードZDに替えて用いることができるものである。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段によりフォトダイオードにバイアスを印加するようにしたので、出力レベルを一定とすることのできるゲインコントロールを行えるようになる。また、制御手段が有するノイズ除去手段により、光入力の大きさに応じて変化する電気信号に含まれるノイズを除去しているので、ダイオード手段等から生じるノイズの影響を防止することができる。さらに、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段の温度補償を行うようにすることにより、温度の変化に対するレベル変動を抑制したゲインコントロールを行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の光受信機の回路構成を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態の光受信機の他の回路構成を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態の光受信機におけるツェナーダイオードの電圧−電流特性を示す図である。
【図4】本発明の光受信機における光入力電力が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【図5】本発明の光受信機における周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【図6】本発明の温度補償部を備えた光受信機における周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【図7】従来の光受信機の回路構成の一例を示す図である。
【図8】フォトダイオードの光入力電力に対するフォトダイオードPDに流れる光電流の特性を示す図である。
【図9】従来の光受信機における光入力電力が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
10 増幅部、11 可変減衰部、12 制御部、13 増幅部、14 増幅部、20 温度補償部、110 増幅部、111 可変減衰部、112 制御部、113 増幅部、C コンデンサ、C2 コンデンサ、C100 コンデンサ、PD フォトダイオード、R 抵抗、R2 抵抗、R3 抵抗、R4 抵抗、R5 抵抗、R100 抵抗、R101 抵抗、TH サーミスタ、ZD ツェナーダイオード[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical receiver that can perform stable gain control without using a pilot signal.
[0002]
[Prior art]
When the light receiving level of the optical receiver changes in the optical transmission system, the level of the electric signal output from the optical receiver changes. However, in the optical transmission system, it is required that the output electric signal has a constant output level even when the light receiving level in the optical receiver changes. To achieve this, a pilot signal is added to the optical signal and transmitted, and the gain control is performed so that the level of the pilot signal extracted in the optical receiver is constant. Even so, the output electric signal is kept constant.
[0003]
However, the transmitter has a problem that a pilot signal transmitting means for superimposing a pilot signal on a transmission signal and transmitting the signal must be provided separately, and a pilot signal extracting means for extracting the pilot signal is required in the receiver. there were. Further, there is a system that cannot use a pilot signal, and there is a problem that gain control cannot be performed in such a system.
In order to solve this problem, the level of an optical signal received by the light receiving element is monitored by a monitor terminal provided on the light receiving element, and the monitor signal from the monitor terminal allows the electric signal output from the light receiving element to be monitored. It has been proposed to control the level (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-56200
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 7 shows a circuit example of a conventional optical receiver that detects the level of an optical signal received by a light receiving element and controls the gain of an electric signal output from the light receiving element based on the detected signal.
In FIG. 7, an optical signal input from an optical fiber or the like is received by a photodiode PD. A bias is applied to the photodiode PD from a power supply (+ Vcc) by the resistors R101 and R100. Then, the photocurrent flowing through the photodiode PD has a magnitude corresponding to the intensity of the optical signal, and the optical signal is converted into an electric signal. This electric signal is supplied to the first amplifying unit 110 via the capacitor C100 that extracts only the signal component, and is amplified at a predetermined amplification degree. The amplified electric signal is supplied to the second amplifying unit 113 via the variable attenuating
[0006]
Here, FIG. 8 shows the characteristic of the photocurrent Ipd [mA] flowing through the photodiode PD with respect to the optical input power [dBm] of the photodiode PD. Referring to FIG. 8, the photocurrent Ipd has non-linear characteristics that increase exponentially with respect to the optical input power. Further, since the
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical receiver capable of performing stable gain control without using a pilot signal.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical receiver according to the present invention comprises a diode means for applying a bias to a photodiode, the voltage-current characteristic of which exhibits a non-linear characteristic, and an optical input taken out from one end of the photodiode. A control unit to which an electric signal that changes according to the magnitude is input, and a level of a non-linear characteristic that controls a level of a reception signal output from the photodiode by a control signal from the control unit. Variable means.
[0009]
Further, in the optical receiver according to the present invention, the diode may be a Zener diode, and a bias may be applied to the photodiode by using a non-linear characteristic of the Zener diode.
Further, in the above-mentioned optical receiver of the present invention, the control means has a noise removing means, and the electricity removed from one end of the photodiode by the noise removing means changes according to the magnitude of the optical input. The noise included in the signal may be removed.
Further, in the optical receiver according to the present invention, the electric signal extracted from one end of the photodiode and changing according to the magnitude of the optical input is transmitted through the temperature compensating means for performing temperature compensation of the diode means. You may make it input into the said control means.
[0010]
According to the present invention, the bias is applied to the photodiode by the diode means having a non-linear voltage-current characteristic, so that the gain control that can keep the output level constant can be performed. Become. Further, since the noise included in the electric signal which changes according to the magnitude of the light input is removed by the noise removing means included in the control means, it is possible to prevent the influence of the noise generated from the diode means and the like. Further, by performing temperature compensation of the diode means having a non-linear voltage-current characteristic, it is possible to perform gain control in which a level change with respect to a temperature change is suppressed.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a circuit configuration of an optical receiver according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a series circuit of a Zener diode ZD, a photodiode PD, and a resistor R is connected between a power supply (+ Vcc) and the ground, and a bias is applied to the photodiode PD by the Zener diode ZD. An optical signal input from an optical fiber or the like is received by the photodiode PD. Then, the photocurrent flowing through the photodiode PD has a magnitude corresponding to the intensity of the optical signal, and the optical signal is converted into an electric signal. This electric signal is supplied to the first amplifying
[0012]
The
[0013]
Such an electric signal is supplied to the amplifying
Here, FIG. 4 shows the frequency characteristics of the output level when the optical input power changes in the optical receiver of the present invention shown in FIG. The frequency characteristic of the output level shown in FIG. 4 is a frequency characteristic when the optical input power of the photodiode PD is +1 dBm and -5 dBm. Referring to FIG. 4, even if the optical input power increases from -5 dBm to +1 dBm. It can be seen that the deviation of the output level is within about 1 dB, and that the gain is controlled so that the output level becomes constant.
[0014]
Although not shown, a low-pass filter is provided between the connection point between the photodiode PD and the capacitor C and the Zener diode, and an electric signal on which noise generated in the Zener diode ZD is superimposed by the low-pass filter. , Are not input to the amplifying
[0015]
Incidentally, the voltage-current characteristic of the Zener diode ZD is a function of temperature, and changes according to the ambient temperature. Therefore, FIG. 5 shows the frequency characteristics of the output level when the ambient temperature changes in the optical receiver of the circuit shown in FIG. The frequency characteristics of the output level shown in FIG. 5 are the frequency characteristics when the ambient temperature is −10 ° C., 20 ° C., and 50 ° C. Referring to FIG. 5, when the ambient temperature changes from −10 ° C. to 20 ° C., the output level deviation becomes about 1.5 dB, and when the ambient temperature changes from −10 ° C. to 50 ° C., the output level deviation expands to about 3 dB. And the gain is not controlled so that the output level becomes constant.
[0016]
FIG. 2 shows another circuit configuration of the optical receiver according to the embodiment of the present invention which can solve this problem.
The optical receiver shown in FIG. 2 includes the
[0017]
On the other hand, when the ambient temperature is low, the control is performed in such a manner that the control amount output from the
[0018]
In addition, since the zener diode ZD generates noise, the
The circuit configuration of the
[0019]
In the above description, a stable gain control is performed by applying a bias to the photodiode PD using the Zener diode ZD. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. One or more general diodes may be connected in series, and a semiconductor element having characteristics capable of correcting the nonlinearity of the photodiode PD can be used instead of the Zener diode ZD.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the bias is applied to the photodiode by the diode means having a non-linear voltage-current characteristic, so that the gain control that can keep the output level constant can be performed. Become. Further, since the noise included in the electric signal which changes according to the magnitude of the light input is removed by the noise removing means included in the control means, it is possible to prevent the influence of the noise generated from the diode means and the like. Further, by performing temperature compensation of the diode means having a non-linear voltage-current characteristic, it is possible to perform gain control in which a level change with respect to a temperature change is suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of an optical receiver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating another circuit configuration of the optical receiver according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating voltage-current characteristics of a Zener diode in the optical receiver according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a frequency characteristic of an output level when the optical input power changes in the optical receiver of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a frequency characteristic of an output level when an ambient temperature changes in the optical receiver of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a frequency characteristic of an output level when an ambient temperature changes in an optical receiver including a temperature compensating unit according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a conventional optical receiver.
FIG. 8 is a diagram showing characteristics of a photocurrent flowing through the photodiode PD with respect to an optical input power of the photodiode.
FIG. 9 is a diagram showing a frequency characteristic of an output level in a conventional optical receiver when optical input power changes.
[Explanation of symbols]
Claims (4)
前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号が入力される制御手段と、
該制御手段からの制御信号により、前記フォトダイオードから出力された受信信号のレベルを一定とするように制御する非直線特性のレベル可変手段と、
を備えることを特徴とする光受信機。Diode means for applying a bias to the photodiode, wherein the voltage-current characteristic exhibits a non-linear characteristic;
A control unit to which an electric signal which is taken out from one end of the photodiode and changes according to the magnitude of the light input is inputted;
By a control signal from the control means, a non-linear characteristic level variable means for controlling the level of the received signal output from the photodiode to be constant,
An optical receiver comprising:
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