JP2007124659A - 光受信機における歪み相殺回路 - Google Patents

Abstract

【課題】受信機、及び送受信機のような光ネットワークシステムユニットでの使用のための歪み相殺を持つ光受信機を提供すること。
【解決手段】光通信信号を受信し、それを電気信号に変換するために、光検出器が外部光ファイバに結合され、ＲＦ増幅器が前記光検出器の電気出力に結合され、歪みを持つ出力信号を生成し、及び、前記ＲＦ増幅器によって生み出された出力信号における前記歪みを相殺するために、後歪み回路が前記ＲＦ増幅器の出力に接続されることを特徴とする光受信機、を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、光受信機に関するものであり、特に、非線形動作特性、及び光ファイバ通信リンクで使用されるような光ファイバから光信号を受信するフォトダイオードと電子ネットワーク端末ユニットとの間のインターフェース、を持つＲＦ増幅器に関するものである。

電気信号を光ファイバ内に入射される光信号に変換する光送信部、及び光ファイバから光信号を受信し、それを電気信号に変換する受信部、を含む様々な光通信システムが、この技術分野では知られている。従来より、光受信部分は、光ファイバからの光を光検出器に集束させる、或いは向けるための光学組立品を含み、そして次に、光検出器は、回路基板上の増幅器／リミッタ回路に接続される。光検出器、又はフォトダイオードは、それを過酷な環境条件から保護するために、典型的には、密閉構造のパッケージ内に実装される。フォトダイオードは、典型的には、数百ミクロン〜数ミリメートルの幅、及び１００〜５００ミクロンの厚さの半導体チップである。それらを実装するパッケージは、典型的には、直径３〜６ミリメートル、及び高さ２〜５ミリメートルであり、パッケージから出てくる数個の電気リードを有する。そのとき、これらの電気リードは、増幅器／リミッタ回路、及び電気信号を処理するための他の回路、を収容する回路基板にはんだ付けされる。

長年の間、アナログＣＡＴＶ信号の配信のために、光ファイバ伝送が使用されている。アナログＣＡＴＶ信号のための光受信機は、典型的には、別個に実装された低雑音電子増幅器に電気接続されたパッケージフォトダイオードから成り、通常ＴＯから成るフォトダイオードパッケージは、ボールレンズキャップの光ウィンドウキャップを伴って、光ファイバからの光をフォトダイオードに結合することを可能にすることができる。

上記の機構の不利な点は、別個のフォトダイオード、及び電子増幅器パッケージと関連付けられる、かなりの寄生キャパシタンスが存在するということである。これらの寄生キャパシタンスは、光受信機の性能を制限する役割を果たし、より低い帯域幅、及びより高い雑音という結果になり、特定のターゲット仕様を満たすのに必要なより高い電力消費に寄与する。

アナログＣＡＴＶ信号の配信は、適当な品質を獲得するのに必要な高度な線形性のため、特に大変である。このレベルの低電気ひずみを獲得するために、以前に、２つの手法を用いた。

信号スイングを、利用可能な電流又は電圧のわずかな変位に制限するように、増幅トランジスタを高い零入力電流及び電圧で作動させることは、これらの高い零入力電圧及び電流は、高いＤＣ電力消費につながる。

偶数次の歪み積を相殺するプッシュプル増幅器、又は平衡増幅器の使用もまた、知られている。しかしながら、プッシュプル増幅器はまた、たった１つのシングルエンド増幅器ではなく２つの増幅器を必要とするので、より高い電力消費という犠牲を払い、さらにまた、後のシングルエンド段階に相互接続するために必要な平衡‐非平衡変換器という代償も払って提供される。

ＣＡＴＶシステムで使用されているもう１つの手法は、予歪である。ここで、非線形要素の歪みを相殺するように、非線形要素の前に、電気信号を生成する。これは主に、レーザを線形化するために利用されている。

各顧客の構内にあるアナログ光ＣＡＴＶ受信機を含む、新しいファイバツーザホーム応用例において、システム供給者、及びオペレーティング会社の側では、電力消費を減らし、デバイスコストを下げたい、という強い要望がある。

（本発明の要約）
１．本発明の目的
受信機、及び送受信機のような光ネットワークシステムユニットでの使用のための歪み相殺を持つ光受信機を提供することが、本発明の目的である。

アナログＲＦ送信システム内で使用される非線形増幅器における使用のための歪み相殺回路を提供することも、本発明のまたもう１つの側面である。

２．本発明の特徴
簡単に、かつ一般的な語で言えば、本発明は、光信号をその光信号に対応する変調電気信号に変換するための、ハウジング内のフォトダイオード組立品を含む、光ファイバからの情報を収容する光信号を変換し、結合するための光受信機、及び歪み相殺回路を含む増幅器、を提供する。

以下の詳細な説明を含む本開示、ならびに本発明の実践により、本発明の更なる目的、利点、及び新奇な特徴が、当業者には明らかになるであろう。好ましい実施形態を参照して、以下で本発明を説明する一方で、本発明はそれらに限定されないということを理解すべきである。本出願の教示を利用した当業者は、本出願で開示され、特許請求されたような本発明の技術的範囲内であり、それに関して本発明が役立ち得る、更なる応用例、変更、及び他の技術分野における実施形態がわかるであろう。

添付図面と組合せて考えるとき、以下の詳細な説明を参照することにより、本発明のこれら及び他の特徴を、よりよく理解し、より完全にわかるであろう。

（本発明の詳細な説明）
光受信機の第１の増幅段階は、通常、またＴＩＡとしても知られるインピーダンス変換増幅器から構成され、それにより、受信機の雑音が最小化される。アナログ応用例に要求される高い線形性、及び低い電気歪みを実現するために、信号スイングがわずかな利用可能な電流又は電圧の変位に制限されるように、高い零入力電流及び電圧で、増幅トランジスタを作動させる。これらの高い零入力電圧及び電流は、アナログＴＩＡの高いＤＣ電力消費につながる。

この発明のブロック図を、図１に示す。それは、非線形デバイス（この場合、ＲＦ増幅器であるが、それもまた、光受信機に該当するであろう）から構成され、その後には、前の非線形デバイスからの歪みを相殺するような歪みを生成する後歪み回路が続く。増幅器の場合、これは、低ＤＣ動作電流、及び低電源電圧を持つ、たった１つのトランジスタを持つシングルエンド増幅器とすることができるであろう。光受信機の場合、その回路はまた、低電源電圧で動作するフォトダイオードを含むこともできるであろう。

低い零入力電圧及び／又は電流で動作するとき、増幅トランジスタは歪みを生み出し、それは、実数、及び虚数の両方とすることができる。増幅段階の後、１又は幾つかの後歪み回路を付加して、歪みを相殺することができる。実数歪みは、典型的には、ショットキーダイオードで相殺される。虚数歪みは、典型的には、バラクタダイオードを使用して、或いはショットキーダイオード回路にリアクタンス要素を付加して、相殺される。リアクタンス要素はまた、歪みの周波数依存度を変えるために、後歪み回路に付加することもできる。後歪み回路によって生成される歪みの大きさ、位相、及び周波数成分を整合させるために、増幅トランジスタの零入力電圧及び／又は電流をまた調整することができる。２次歪みを生成する回路は、典型的には、３次歪みも同様に生成する。２次歪み、及び３次歪みの両方とも同時に相殺されるように、回路を設計することができる。そのかわりに、３次歪みを相殺するだけのプッシュプル構成で回路を設計し、別個の回路を設計して、２次歪みを相殺することもできる。

寄生を減らすために、増幅器、及び後歪み回路を、フォトダイオードとともに実装することができる。そのかわりに、後歪み回路、又は増幅器及び後歪み回路の両方、のいずれかを、回路基板上のフォトダイオードパッケージの外側に実装することもできる。

小信号増幅器の歪みを補正するとき、予歪ではなく、後歪みを使用することに、明確な利点が存在する。歪み回路への入力電力がより高いので、低損失で、大きいレベルの補正を実現しやすい。光受信機の場合、入力信号レベルが、予歪が動作するのには低すぎるので、後歪みを使用することしかできない。

図２は、本発明による、ＰＨＥＭＰＴ技術によるＴＩＡの実演を示している。結果は、レーザ変調指数４０％、及び総光入力電力１ｄＢｍで、２つのトーンテストを使った２次歪み（ＩＭＤ２）、及び３次歪み（ＩＭＤ３）を示している。

図３は、本発明による、後歪みを持つ増幅器における歪みを示している。

図４は、本発明による光受信機の実施形態例である。低コスト、及び高性能のために、ＰＨＥＭＴ技術を使って、増幅器、及び後歪み部分の両方をＩＣ内で組合せることができるであろう。

増幅段階を、トランジスタＱ１で表す。この実施形態では、後歪み段階は、ただ単に、ショットキーダイオードとして働くトランジスタＱ２から構成される。望ましくないものとなり得る、後歪み回路によって生成される３次歪みを減らすために、抵抗器Ｒ４を付加する。抵抗器Ｒ２は、その回路によって生成される後歪みの量を制御し、コンデンサＣ２を使用して、歪みの位相を調整する。後歪みバイアス電圧を調整することにより、２次及び３次歪みの量もまた制御される。

図５は、本発明による光受信機のもう１つの実施形態例である。この場合、後歪み回路は、ショットキーダイオード、及びバラクタダイオードから構成され、それにより、前で説明したような実数、及び虚数歪みの柔軟な相殺を提供する。増幅器歪みの実部が負である場合には、図５に示すように、ショットキーダイオードの陰極端子を、主伝送経路に接続すべきである。増幅器歪みの実部が正である場合には、ショットキーダイオードの陽極端子を、主伝送経路に接続すべきである。増幅器歪みの虚部が負である場合には、図５に示すように、バラクタダイオードの陰極端子を、コンデンサＣ２２に接続すべきである。増幅器歪みの虚部が正である場合には、バラクタダイオードの陽極端子を、コンデンサＣ２２に接続すべきである。

図６は、本発明による光受信機のさらにもう１つのブロック図の例である。第１の増幅段階がフォトダイオードの次に続き、後歪みを使って、歪みを補正する、すなわち、補正回路が増幅回路の次に続く。第１の増幅段階、及び後歪み回路は、図４又は５のいずれかに示す回路に、できる限り対応することができるであろう。最後の増幅段階は、予歪を使用する、すなわち、補正回路が増幅回路より前にくる。これらの増幅段階の間に、インピーダンス整合、及び／又は利得制御のための更なる段階が存在し得る。より高い利得のために、予歪、又は後歪みのいずれかと共に、更なる増幅段階を付加することができる。

ＣＡＴＶ、及びＦＴＴＸ用途の状況内で、本発明を説明したが、それは、衛星通信、レーダシステム、及び軍事用途等のような、高線形ＲＦ、及び／又は光電子要素を必要とし得る、多くの他の用途のためになり得るであろう。

本発明による実施形態例における増幅器のブロック図である。 本発明による実施形態例における、単ダイオード歪み相殺回路を持つ光受信機の歪みのグラフである。 本発明による実施形態例における、単ダイオード後歪み相殺回路を持つ増幅器の歪みのグラフである。 ＰＨＥＭＴ技術による集積回路としての、本発明の実施形態例である。 ２つの回路を使用して実数、及び虚数歪みの相殺を実現する、本発明のブロック図である。 増幅の２つの段階を持つ、本発明の実施形態例である。

Claims (12)

1. 光通信信号を受信し、それを電気信号に変換するために、光検出器が外部光ファイバに結合され、
   ＲＦ増幅器が前記光検出器の電気出力に結合され、歪みを持つ出力信号を生成し、
   前記ＲＦ増幅器によって生み出される出力信号における前記歪みを相殺するために、後歪み回路が該ＲＦ増幅器の出力に接続される、
   ことを特徴とする光受信機。
2. 歪みを相殺するための前記回路が、ショットキーダイオード、又はバラクタダイオードを含む
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光受信機。
3. 歪みを相殺するための前記回路が、トランジスタを含む
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光受信機。
4. 前記歪みを調整するために、非線形デバイスのＤＣ動作点を調整するための手段、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光受信機。
5. 前記後歪みが、２次歪み、及び３次歪みの両方を相殺する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の光受信機。
6. 実数、及び虚数歪みを生成する非線形デバイスに結合する入力と、
   前記非線形デバイスによって生み出される前記実数、及び虚数歪みを相殺する歪み相殺回路と、
   を備えることを特徴とする、後歪み回路。
7. 前記歪みの大きさ、位相、及び周波数成分を調整するために、前記回路が、リアクタンス要素を含む
   ことを特徴とする、請求項６に記載の後歪み回路。
8. 歪みを相殺するための前記回路が、単ダイオードである
   ことを特徴とする、請求項６に記載の後歪み回路。
9. 歪みを相殺するための前記回路が、ショットキーダイオードを含む
   ことを特徴とする、請求項６に記載の後歪み回路。
10. 前記相殺回路が、２次歪み、及び３次歪みの両方を相殺する、
    ことを特徴とする、請求項６に記載の後歪み回路。
11. 入力信号を増幅するための低雑音増幅の第１段階と、
    前記第１段階で前記増幅された入力信号内に発生した前記歪みを相殺するための、前記第１段階に接続された後歪み回路の第２段階と、
    を備えることを特徴とする、集積回路。
12. 前記後歪み回路の第２段階が、前記入力信号を生み出すフォトダイオードからの歪みを相殺するようにさらに機能する
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の集積回路。

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