JP2006229540A - バースト信号受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バーストパケット検出のシグナルディテクト出力を得ることができ、バースト信号等価増幅用ＩＣの入力ダイナミックレンジを向上させることができる光バースト信号受信装置を提供する。
【解決手段】 光モジュール１０から入力されるバースト信号の逆相を２分岐し、一方をピーク検出回路３３に入力した出力と、２分岐した他方とを、増幅するゲインバッファ３４に入力して正相信号を出力する。これをコンデンサと抵抗が接続されコンデンサに電荷を蓄えることによって前記ゲインバッファの出力のピーク値を維持するピーク検出回路３５に入力し、その出力とリファレンス４２の出力とをコンパレータ３６に入力してバーストパケット検出信号を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レベルの異なる信号列がある区間ごとに並んでいるバーストパケットの検出信号を生成するバースト信号受信装置に関する。

現在、FTTH(Fiber To The Home)、FTTB/C(Fiber To The Building/Curb)、FTTCab(Fiber To The Cabinet)サービスのネットワーク構成とアクセス回路の方式にPON(Passive Optical Network)方式が採用されることが多い。PON方式は局側終端装置のOLT(Optical Line Terminal)とユーザ側終端装置のONU(Optical Network Unit)で光通信網を設ける。ここで、ONUからOLTへの光伝送信号の形式はバースト信号であり、OLTは光バースト信号受信装置としての機能を持たなければならない。PON方式にはATM(Asynchronous Transfer Mode)-PON方式、B(Broadband)-PON方式、E(Ethernet(登録商標))-PON方式等の様々な方式があるが、OLTの受信信号は全てにおいてバースト信号である。

このようなバースト信号を構成するレベルの異なる信号列のうち１つの信号列をここではバーストパケットと呼ぶ。このようなバーストパケット間の無信号部分にはノイズが生じるため、バースト信号を受信して再生する装置においてはバーストパケットが入力されたときに検知信号を出力し、そうでないときには検知信号を出力しない機能が望まれていた。従来は、入力信号をＩＣ内部の固定リファレンス又は逆相信号を閾値として大きなゲインを持つ増幅器へ入力することにより、その出力をバーストパケット検出信号として利用してきた。
なお、従来技術として特許文献１が知られている。
特開平１０−１６３８２８号公報

バーストパケットの検出においては、バースト信号受信装置での再生可能なバースト信号が入力されているにもかかわらず、バーストパケット検出信号が出力されないことがないようにマージンをとる必要がある。実用的には、再生可能な入力の最小値よりさらに−３ｄＢｍ小さいバーストパケットを検出できるようにする必要がある。片相信号を両相信号に変換する際に生じるオフセットや無信号部に生じるノイズ、リセットを使用して信号再生を行った信号を用いる場合にはそのリセットに起因したノイズが原因でバーストパケットの誤検出をしてしまうため、バーストパケットの検出信号の生成が困難であった。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、バーストパケット検出信号であるシグナルディテクト出力を得ることができ、バースト信号等価増幅用ＩＣの入力ダイナミックレンジを向上させることができるバースト信号受信装置を提供することである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、本発明は、バーストパケット信号を入力し該信号レベルのピーク値を維持して出力する第１のピーク検出回路と、前記バーストパケット信号と前記第１のピーク検出回路の出力とを入力し増幅した信号を出力するゲインバッファと、からなる信号増幅手段と、前記信号増幅手段のゲインバッファからの信号を入力し、前記入力信号のピーク値を出力する回路であって、前記入力信号の立ち下りにおける出力を接続されるコンデンサと抵抗から定まる立ち下り時間において減少して出力する第２のピーク検出回路と、所定の閾値と前記第２のピーク検出回路を入力し、該入力信号の比較結果を出力するコンパレータと、を含むことを特徴とするバースト信号受信装置である。
これにより、バーストパケット信号が入力された際、コンパレータからの出力であるシグナルディテクト出力を得ることができる。さらに、1組のバースパケット信号において、０信号が連続した場合においても、１組のバーストパケット信号の範囲においてシグナルディテクト信号であるバーストパケット検出信号を立てたままにしておくことができる。

上記のバースト信号受信装置は、好ましくは、リセットパルスが入力されたときに前記コンデンサから電荷を引き抜き抜くカレントスイッチをさらに含む。
これにより、バーストパケット信号が連増する場合、バーストパケット信号間の無信号部分において、第２のピーク検出回路からの出力の減少を、リセットパルスを契機にその入力タイミングで強制的に立ち下げることが可能となる。

また、上記のバースト信号受信装置は、好ましくは、複数の前記信号増幅回路を備え、前記信号増幅手段が直列に接続され、初段の信号増幅回路に前記バーストパケット信号が入力され、最終段の信号増幅回路のゲインバッファの出力が、前記第２のピーク検出回路に入力される。
これにより、所望の高い増幅率が必要となる際に、各信号増幅回路における増幅率を所望の高い増幅率に対し低くすることができ、結果として、第１のピーク検出回路における検出誤差により生じる誤差の増幅を抑えることができる。

また、上記のバースト信号受信装置は、前記最終段の信号増幅手段のゲインバッファは、他の信号増幅手段のゲインバッファより増幅率を小さくとる。
これにより、最終段の信号増幅手段の前の段における信号増幅手段における誤差の増幅に対するキャンセル効率を高めることができる。

また、上記のバースト信号受信装置は、好ましくは、信号レベルを調整するインプットバッファをさらに具備し、前記インプットバッファを介して、前記バーストパケット信号が前記信号増幅手段に入力される。
これにより、信号増幅手段のゲインバッファに対し、このゲインバッファに適した電圧に調整されたバーストパケット信号を与えることができる。なお、信号増幅手段が複数直列に接続されている場合、ゲインバッファからの出力は、初段の信号増幅手段に入力される。

また、本発明は、バーストパケット信号を第１のピーク検出回路に入力し、該第１のピーク検出回路より該信号レベルのピーク値を維持して出力する過程と、前記バーストパケット信号と前記第１のピーク検出回路の出力とをゲインバッファに入力し、該ゲインバッファより増幅した信号を出力する過程と、前記ゲインバッファからの信号を入力し、前記入力信号のピーク値を出力する第２のピーク検出回路において、前記入力信号の立ち下りにおける該第２のピーク検出回路からの出力を該第２のピーク検出回路に接続されるコンデンサと抵抗から定まる立ち下り時間において減少して出力する過程と、所定の閾値と前記第２のピーク検出回路をコンパレータに入力し、該コンパレータより該入力信号の比較結果を出力する過程と、を含むことを特徴とするバースト信号受信方法である。

本発明によれば、シグナルディテクト出力を得ることができ、バースト信号等価増幅用ＩＣの入力ダイナミックレンジを向上させることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。以下の実施例は本発明を限定するものではなく、また、実施例中で説明されている特徴のすべての組み合わせが発明の解決手段に必須のものとは限らない。図１はこの実施の形態における光バースト信号受信装置における光モジュール１０、及び、バースト信号等価増幅用ＩＣ（集積回路）（以下、ＡＴＣ−ＩＣという）であるＡＴＣ−ＩＣ・３０のバーストパケット検出部の構成を示すブロック図である。なお、この光バースト信号受信装置は、図示しないリセットパルス発生回路を有する。リセットパルス発生回路は、光バースト信号受信装置の信号再生において把握されるタイミングを利用して、一定の間隔で、かつ、光信号が入力される所定時間前（例えば１０ナノ秒前）に、リセットパルスを入力端子３７に入力する。

光モジュール１０は光信号が入力されると、これを電気信号に変換して増幅し出力端子１３から出力する。すなわち、フォトダイオード１１に光信号が入力されたときに生じる電流の変化がプリアンプ１２で大きな電圧の信号に変換される。プリアンプ１２においてはクランプ方式で入力信号が増幅されて、光入力信号とは逆相の電気信号が出力端子１３から出力される。
光モジュール１０を構成するプリアンプ１２を含むＯＥ変換器（光電気変換器）は、クランプ方式を用いて光信号を電気信号に変換する。

ここでクランプ方式とは、図７、図８に示すように、入力パワーのレベルによって増幅率が変化し、入力パワーのレベルが低いときは増幅率が高く、一方、入力パワーのレベルが高いと増幅率が低くなる増幅の方式である。図７、図８は光モジュール１０の入力信号と出力信号の一例を示す。例えば、前述のＡＴＭ−ＰＯＮ方式のシステムにおいては、信号の入力前及び入力中にこのバイアス成分が入力される。入力信号にバイアス成分がない、あるいは、入力信号の消光比が大きくバイアス成分がほとんど影響しない場合は、出力信号は図７に示すように入力信号を反転した波形となるが、一般に消光比が小さいと言われる１５ｄB以下の信号が入力された場合は、例えば、図８に示すような大きさのバイアス成分を持って入力される。これを入力としてクランプ方式による増幅が行われると、図８に示す通り入力パワーがあるレベル以上になると増幅率が変化するため、図８の入力信号のバイアス成分が大きく増幅された逆相信号となる。

なお、クランプ方式により高い倍率で増幅を行う場合、例えば、０Ｖから１Ｖの範囲の信号を３倍に増幅する場合には、信号全体を３倍に増幅すると信号のスイングが大きくなり過ぎるため、７００ｍＶから１Ｖの間の３００ｍＶの領域を３倍し、０ｖから７００ｍＶの間の７００ｍＶの領域を残りの領域に収めた上で全体を３倍する手法がよく用いられる。すなわち、増幅の倍率が高いほど増幅された信号のバイアス成分は大きな比率を占めるようになる。
このような出力信号が光モジュール１０の出力端子１３から出力され、ＡＴＣ−ＩＣ３０の入力端子３１に入力される。

ＡＴＣ−ＩＣ・３０のバーストパケット検出部は、入力端子３１へ入力される電気バースト信号と入力端子３７へ入力されるリセット信号に基づいて、コンパレータ３６からバーストパケット検出信号を出力する。また、このバーストパケット検出部には、外部部品として端子４１にコンデンサ５１と抵抗５２の一端が接続される。端子４２にはリファレンス５３の一端が接続されている。コンデンサ５１と抵抗５２の他端、及び、リファレンス５３の他端は接地されている。なお、コンデンサ５１と抵抗５２は、ピーク検出回路３５に対して、立ち下り時間調整回路として機能する。

このバーストパケット検出部は、次のように構成されている。入力端子３１からの入力信号は、インプットバッファ３２においてゲインバッファ３４への入力に適した電圧に調整して出力される。この出力は２分岐され、一方はピーク検出回路３３へ出力される。ピーク検出回路３３は信号レベルのピーク値を維持して出力する。ピーク検出回路３３の出力と、インプットバッファ３２の出力が２分岐された他方は、ゲインバッファ３４に入力され、２つの入力信号における電圧の差分が増幅され、ピーク検出回路３５へ出力される。ゲインバッファ３４においては高い増幅率、例えば５０倍の増幅率で増幅する。ここで、ピーク検出回路３３およびゲインバッファ３４により信号増幅回路が構成される。

ピーク検出回路３５は信号レベルのピーク値をコンパレータ３６へ出力する。また、ピーク検出回路３５はカレントスイッチ３９及び端子４１に接続されている。図２に示すように端子４１を介してピーク検出回路３５に接続されたコンデンサ５１、抵抗器５２は、ピーク検出回路３５が出力するピーク値の立ち下がり時間を調整して、この立ち下がり時間において０を示す信号レベルに徐々に立ち下げる。Ｆ点の電圧をＶ（Ｆ）、立ち下がる電圧をΔＶ、コンデンサ５１の容量をＣ、抵抗５２の抵抗値をＲとすると、Ｆ点の電流ｉは下記の式１、立ち下がり時間ΔＴは下記の式２で表される。
ｉ＝Ｖ（Ｆ）／Ｒ・・・式１
ΔＴ＝（Ｃ×Ｒ×ΔＶ）／Ｖ（Ｆ）・・・式２
このとき、ピーク検出回路３５に入力されるＤ点の波形と、ピーク検出回路３５から出力されるＦ点の波形は図３のようになる。

カレントスイッチ３９は、リセットパルスの入力によりコンデンサ５１に蓄積された電荷を引き抜くことで、ピーク検出回路３５の出力を、強制的に０を示す信号レベルに戻す。すなわち、図示しないリセット信号発生回路が出力するリセットパルスが入力端子３７からインプットバッファ３８を介してカレントスイッチ３９に入力されると、そのタイミングで、電荷を引き抜きぬくことで、ピーク検出回路３５からの立ち下がり出力を、強制的に０を示す信号レベルに戻す。

コンパレータ３６には、ピーク検出回路３５と端子４２を介してリファレンス５３が接続され、リファレンス５３の電圧を閾値としてピーク検出回路３５の出力に応じて、出力をハイレベルとローレベルの間で反転させる。なお、前述のようにピーク検出回路３５が出力する波形の立ち下がり時間を調整するためコンデンサ５１と抵抗５２をピーク検出回路３５に接続したが、この立ち下がり時間はリファレンス５３の電圧を上下させることにより、コンパレータ３６が出力する波形の立ち下がりを調整することができる。

次に、図１における各部の信号の波形を、図４を参照して説明する。図８を参照して説明したように、光モジュール１０の出力端子１３から図４（ａ）のような１つのバーストパケットが出力され、図示しないリセットパルス発生回路によって生成された図４（ｂ）のようなリセットパルスが入力端子３７に入力されたとする。このとき、ピーク検出回路３３の出力であるＣ点の波形、及び、インプットバッファ３２の出力であるＢ点の波形は図４（ｃ）の通りである。このＢ点及びＣ点の波形を入力としてゲインバッファ３４において高い増幅率で増幅されると、図８を参照して説明したのと同様にバイアス成分に対応する領域が大きく増幅され、信号に対応する領域が小さく増幅され信号レベルの最大値付近に張り付く状態となるため、Ｄ点の波形は図４（ｄ）の実線のようになる。

図４（ｄ）に示すＦ点の波形は、図３を参照して説明した通りである。図４（ｅ）に示すＥ点の波形は、図１のリファレンス５３の電圧を示し、一定値である。Ｅ点及びＦ点の波形の信号を入力とするコンパレータ３６の出力波形は図４（ｆ）の通りである。これをバーストパケット検出信号として用いる。
このようにバーストパケット検出信号の終了を遅れさせる理由は次の通りである。バーストパケット間は規格により最も短くて８ビットと規定されているが、最も長い場合の規定はない。次にバーストパケットの開始前にはリセットパルスが入力される。したがって、０が連続した場合にバーストパケットの終了の判別が問題となる。すなわち、０が連続したときに終了と判断してバーストパケット検出信号を立ち下げてしまうと、バースト信号が再生されなくなる。そこで、０の連続は最大７２ビットとされていることに基づき、７２ビット分を目安にバーストパケット検出信号を立てたままにしておく必要がある。バーストパケット検出信号を立てたままにしておく信号の長さは、信号の送信レートおよび０が連続する最大ビット数を考慮して、上記の立ち下がり時間ΔＴの調整により行う。

図５は、（ａ）に示すように連続するバーストパケットが入力され、それぞれのバーストパケットの入力前に図示しないリセットパルス発生回路から入力端子３７に（ｂ）に示すようなリセットパルスが入力された場合の各部の波形を示す。なお、図５は、紙面の都合上、２つのバーストパケットを示しているが、２つ以上のバーストパケットが入力される場合も同様である。（ａ）に示す第２のバーストパケットは信号レベルが低くバイアス成分が無視できるぐらい小さいため、（ｃ）に示すＣ点及びＢ点の波形の信号をゲインバッファ３４に入力し、増幅しても（ｄ）に示す第１のバーストパケットに対してゲインバッファ３４が出力する波形と比較して、第２のバーストパケットに対してはゲインバッファ３４により信号部分が大きく増幅されている。Ｆ点の波形が緩やかに立ち下がる途中で入力端子３７にリセットパルスが入力され、図１のカレントスイッチ３９によってコンデンサ５１から電荷が引き抜かれることにより、図５（ｄ）の点線に示すように波形が急激に立ち下がっている。図５（ｅ）、（ｆ）に示す信号は、図４（ｅ）、（ｆ）に示す信号と同様であることから説明を省略する。

図６は、本発明の第２の実施形態におけるＡＴＣ−ＩＣ・４０のバーストパケット検出部である。図１のゲインバッファ３４で大きなゲイン、例えば５０倍のゲインをとると、ピーク検出回路３５において検出したピーク値の誤差やゲインバッファ３４に寄生したオフセットが増大することになる。これを解決するため、図１のピーク検出回路３３とゲインバッファ３４をそれぞれ備えた信号増幅回路が１つで、１つのゲインバッファ３４で例えば５０倍のゲインをとっていたものを２つに分散して行うものである。例えば、図６に示すように、ピーク検出回路とゲインバッファとから構成される信号増幅回路を２つ備え、これら信号増幅回路を直列に接続し、ゲインバッファ３４ａで例えば２５倍のゲインをとり、ゲインバッファ３４ｂで例えば２倍のゲインをとる。

この例においては、例えば１回のピーク検出の誤差を仮に１０ｍＶとすると、図１においてはピーク検出回路３３において１０ｍＶの誤差が発生し、ゲインバッファ３４においてこの誤差が５０倍に増幅され５００ｍＶとなる。一方、図６に示すようにピーク検出と増幅を２回に分けて行うと、上記の例ではピーク検出回路３３ａで発生した１０ｍＶの誤差はゲインバッファ３４ａで２５倍に増幅され２５０ｍＶとなるが、ピーク検出回路３３ｂでピーク検出を行ってゲインバッファ３４ｂに入力させると増幅された誤差はキャンセルされ１０ｍＶの誤差がゲインバッファ３４ｂで２倍に増幅されることになる。従って図１のバーストパケット検出部より誤差の少ない検出信号を得ることができる。

なお、第２の実施形態において、信号増幅回路が２段に直列に接続されている例を示したが、３以上の信号増幅回路が直列に接続される構成としてもよい。この場合、直列接続された信号増幅回路の最終段の信号増幅回路、すなわち、ピーク検出回路３５への入力信号を与える信号増幅回路におけるゲインバッファの増幅率を他の信号増幅回路のゲインバッファの増幅率より低くすることが、誤差の増幅を抑える点で好ましい。例えば、最終段の信号増幅回路の増幅率は、１から５倍の範囲で、２倍とすることが好ましい。
なお、本実施の形態において、バースト信号受信装置は、光バーストパケット信号を処理するものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、バースト信号受信装置に入力される信号は、光バーストパケット信号ではなく、電気バーストパケット信号であってよい。

本発明は、光バースト信号受信装置に用いられる。

本発明の第１の実施形態による光バースト信号受信装置の構成を示すブロック図である。 ピーク検出回路３５が出力する波形の立ち下がりを調整する回路を示す図である。 ピーク検出回路３５が出力する波形の立ち下がりを示す図である。 第１の実施形態において１つのバーストパケットが入力されたときの各部の波形を示す図である。 第１の実施形態において２つのバーストパケットが入力されたときの各部の波形を示す図である。 本発明の第２の実施形態による光バースト信号受信装置の構成を示すブロック図である。 光モジュール入力信号にバイアス成分がない場合の光モジュール出力信号の例である。 光モジュール入力信号にバイアス成分がある場合の光モジュール出力信号の例である。

符号の説明

１０…光モジュール
１１…フォトダイオード
１２…プリアンプ
１３…出力端子
３０、１３０…ＡＴＣ−ＩＣ
３１、３７…入力端子
３２、３８…インプットバッファ
３３、３３ａ、３３ｂ、３５…ピーク検出回路
３４、３４ａ、３４ｂ…ゲインバッファ
３６…コンパレータ
３９…カレントスイッチ
４１、４２…端子
５１…コンデンサ
５２…抵抗
５３…リファレンス

Claims (6)

1. バーストパケット信号を入力し該信号レベルのピーク値を維持して出力する第１のピーク検出回路と、前記バーストパケット信号と前記第１のピーク検出回路の出力とを入力し増幅した信号を出力するゲインバッファと、からなる信号増幅手段と、
   前記信号増幅手段のゲインバッファからの信号を入力し、前記入力信号のピーク値を出力する回路であって、前記入力信号の立ち下りにおける出力を接続されるコンデンサと抵抗から定まる立ち下り時間において減少して出力する第２のピーク検出回路と、
   所定の閾値と前記第２のピーク検出回路を入力し、該入力信号の比較結果を出力するコンパレータと、
   を含むことを特徴とするバースト信号受信装置。
2. リセットパルスが入力されたときに前記コンデンサから電荷を引き抜くカレントスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のバースト信号受信装置。
3. 複数の前記信号増幅回路を備え、
   前記信号増幅手段が直列に接続され、
   初段の信号増幅回路に前記バーストパケット信号が入力され、
   最終段の信号増幅回路のゲインバッファの出力が、前記第２のピーク検出回路に入力される
   ことを特徴とする請求項１に記載のバースト信号受信装置。
4. 前記最終段の信号増幅手段のゲインバッファは、他の信号増幅手段のゲインバッファより増幅率を小さくとることを特徴とする請求項３に記載のバースト信号受信装置。
5. 信号レベルを調整するインプットバッファをさらに具備し、
   前記インプットバッファを介して、前記バーストパケット信号が前記信号増幅手段に入力される
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載のバースト信号受信装置。
6. バーストパケット信号を第１のピーク検出回路に入力し、該第１のピーク検出回路より該信号レベルのピーク値を維持して出力する過程と、
   前記バーストパケット信号と前記第１のピーク検出回路の出力とをゲインバッファに入力し、該ゲインバッファより増幅した信号を出力する過程と、
   前記ゲインバッファからの信号を入力し、前記入力信号のピーク値を出力する第２のピーク検出回路において、前記入力信号の立ち下りにおける該第２のピーク検出回路からの出力を該第２のピーク検出回路に接続されるコンデンサと抵抗から定まる立ち下り時間において減少して出力する過程と、
   所定の閾値と前記第２のピーク検出回路をコンパレータに入力し、該コンパレータより該入力信号の比較結果を出力する過程と、
   を含むことを特徴とするバースト信号受信方法。
   
   

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