JP2008022249A

JP2008022249A - 増幅器

Info

Publication number: JP2008022249A
Application number: JP2006191821A
Authority: JP
Inventors: Showa Nishimura; 将和西村
Original assignee: DX Antenna Co Ltd
Current assignee: DX Antenna Co Ltd
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】簡単な構成で、雑音指数と歪み特性とを改善する。
【解決手段】フォトダイオード２が光信号を受けて、受光信号を発生する。この受光信号は、増幅段１６に供給される。増幅段１６は、バイポーラトンジスタ１８を備え、ベースに受光信号が供給される。バイポーラトンジスタ１８のコレクタ、ベース及びエミッタには、抵抗器２０、２２、２６等によってバイアスが供給されている。受光信号のレベルをレベル監視部３８が監視し、その監視結果に従って、高周波阻止コイル３４を介してトランジスタ１８のコレクタに供給する電圧を制御する。前記受光信号のレベルが小さいとき、コレクタに供給される電圧が小さく、雑音指数が改善され、受光信号のレベルが大きいとき、コレクタに供給される電圧が大きく、歪み特性が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器に関し、特に受光素子が光信号を受けて発生した受光信号を増幅する増幅器に関する。

受光信号を増幅する増幅器は、例えば光ファイバを用いた共同受信システムにおいて使用されることがある。このような増幅器の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、入力された光信号を光電気変換回路で電気信号に変換する。この電気信号は、可変減衰器と増幅回路からなるｎ段の縦続接続された可変利得増幅器で増幅される。各可変利得増幅器には、それぞれ制御回路が設けられている。最終段の可変利得増幅器の出力レベルがピーク検波回路で検出され、このピーク検波回路の出力が比較器で基準値と比較される。各制御回路では、これらにそれぞれ設定された比較レベルと比較器の出力とが比較される。その比較結果に応じて、各制御回路は、対応する可変利得増幅器を制御する。各制御回路は、光電気変換回路の直近の１段目の可変利得増幅器の減衰器の減衰量増加を最後にして、２段目以降の可変利得増幅器の減衰器から順に減衰量制御を行い、第１段目の可変利得増幅器の可変減衰器の減衰量が最後まで各段中の最小となるように制御している。従って、受信入力信号レベルを上げて高いＣ／Ｎ比を維持しながら、出力レベルに応じて後段の可変利得制御回路の利得を制御でき、出力レベルを安定に保ちながら、歪み特性を改善できる。

特開平９−４６１４０号公報

しかし、このような構成では、ｎ段の増幅器を全て、可変減衰器と制御回路とを備えた可変利得増幅器に構成しなければならず、構成が複雑になる。しかも、第１段目の可変利得増幅器の利得は、受信入力信号レベルが小さいときには大きくされているので、雑音指数を改善することができない。

本発明は、簡単な構成で、雑音指数と歪み特性とを改善することができる増幅器を提供することを目的とする。

本発明の一態様の増幅器は、受光手段を有している。受光手段は、光信号を受けて、電気信号である受光信号を発生する。受光手段としては、フォトダイオードやフォトトランジスタを使用することができる。光信号は、例えば光ファイバを伝送される共同受信システム用のものとすることができる。この増幅器には、増幅手段も設けられている。この増幅手段は、半導体能動素子を備え、前記受光信号を受けて、半導体能動素子で増幅して、出力する。半導体能動素子としては、例えばバイポーラトンジスタやＦＥＴを使用することができる。これら半導体能動素子には、バイアス回路によってバイアスが与えられる。前記受光信号のレベルを監視し、その監視結果に従って、前記半導体能動素子に流れる電流を制御手段が制御する。なお、この増幅器の出力信号は、後段に設けた固定利得の増幅器によって増幅することがある。受光信号のレベルに応じて、半導体能動素子に供給される電流が制御手段によって制御される。受光信号のレベルが小さいときには、半導体能動素子に流れる電流が減少させられ、受光信号のレベルが大きいときには、半導体能動素子に流れる電流が増加させられる。

このように構成した増幅器では、上述したように受光信号のレベルが小さいときには、半導体能動素子に流れる電流が小さくされるので、雑音指数を改善することができる。また、受光信号のレベルが大きいときには、半導体能動素子に流れる電流を大きくして、歪み特性を改善する。しかも、１段の増幅器に含まれる半導体能動素子に流れる電流のみを制御しているので、増幅器の構成を簡略化することができる。なお、半導体能動素子に流れる電流の調整は、例えば半導体能動素子に対するバイアスを変化させることによって行える。バイアスを与えるために設けたバイアス回路に供給する電流や電圧の値は一定として、バイアス回路の構成要素の値を変化させることもできるし、バイアス回路の構成要素の値は一定として、バイアス回路に供給する電圧または電流を変化させることもできる。

制御手段は、前記受光信号のレベルが小さい第１の状態から、前記受光信号のレベルが大きい第２の状態まで、前記受光信号が変化するとき、前記半導体能動素子に流れる電流を増加させるように構成することもできる。

このように構成すると、受光信号のレベルの増加に従って半導体能動素子に流れる電流を増加させることができ、受光信号のレベルが小さいときには雑音指数の改善を図れ、受光信号のレベルが大きいときには歪み特性の改善を図ることができる。

前記半導体能動素子は、出力電極と、共通電極と、制御電極とを、有するものとできる。この場合、前記制御電極に前記受光信号が供給され、前記制御手段が、前記出力電極と前記共通電極との間に流す電流を制御する。このように出力電極と共通電極との間に流す電流を制御しているので、例えばバイアス回路の構成要素の値を変化させるよりも、増幅器の構成を簡略化することができる。

以上のように、本発明によれば、簡単な構成で、雑音指数を改善することができる上に、歪み特性も改善することができる。

本発明の１実施形態の増幅器は、例えば光ファイバを用いた共同受信システムにおいて、光ファイバ伝送路の中途に設けられる中継増幅器に使用されたり、光ファイバ伝送路の端末に設けられる光−電気変換装置に設けられる増幅器として使用されたりする。

この増幅器は、図１に示すように、受光手段、例えばフォトダイオード２を有している。このフォトダイオード２のカソードは、バイアス用抵抗器４を介してバイアス用電源端子６に接続されている。フォトダイオード２のアノードは、高周波阻止コイル８、レベル検出用兼バイアス用抵抗器１０の直列回路を介して基準電位点、例えば接地電位点に接続されている。符号１２で示すのは、バイパス用コンデンサである。

フォトダイオード２のアノードは、直流カットコンデンサ１４を介して、増幅段１６に含まれる半導体能動素子、例えばＮＰＮバイポーラトンジスタ１８の制御電極、例えばベースに接続されている。即ち、高周波阻止コイル８とレベル検出用兼バイアス用抵抗器１０の直列回路の両端間電圧が、ベースと共通電極、例えばエミッタとの間に供給されている。

バイポーラトンジスタ１８には、バイアス回路によってバイアスが与えられている。このバイアス回路では、バイポーラトランジスタ１８のベースと接地電位点との間に抵抗器２０が接続されている。更にエミッタと接地電位点との間に抵抗器２２も接続されている。この抵抗器２２に並列にバイパスコンデンサ２４が接続されている。バイポーラトンジスタ１８の出力電極、例えばコレクタとベースとの間には抵抗器２６が接続されている。この抵抗器２６と並列に、コンデンサ２８、抵抗器３０及びコイル３２の直列回路も接続されている。コレクタには、高周波阻止コイル３４を介して電圧が供給されている。この電圧によってバイポーラトランジスタ１８のコレクタ−エミッタ間電圧が決定され、抵抗器２０、２２、２６等によってバイポーラトランジスタ１８のバイアス電圧が決定される。

バイポーラトンジスタ１８のコレクタの出力信号は、直流阻止コンデンサ４６を介して出力端子４８に供給され、ここから図示しない固定利得の増幅段に供給される。

高周波阻止コイル３４を介して供給されるバイアス用電圧が、バイアス可変回路３６によって可変される。バイアス可変回路３６では、レベル検出用兼バイアス用抵抗器１０の両端間に、フォトダイオード２が受光した光信号の大きさ、即ち受光量に比例して電圧が発生している。この電圧が制御手段、例えばレベル監視部３８に供給される。

レベル監視部３８は、例えばＣＰＵ及びメモリによって構成されている。監視部３８内のメモリには、例えば図２に示すような様々な受光量に対応して、高周波阻止コイル３４を介して供給する適切な電圧値との関係が記憶されている。この両者の関係は、受光量が増加する程、供給電圧が増加、例えば非線形に増加するものである。これは、バイポーラトンジスタ１８の特性に応じて決定されている。レベル監視部３８は、供給されたレベル検出用兼バイアス用抵抗器１０の両端間電圧をデジタル化し、デジタル受光量信号に変換する。このデジタル受光量信号に対応する電圧値が、メモリから読み出され、Ｄ／Ａ変換器４０でアナログ電圧に変換され、バッファアンプ４２から高周波阻止コイル３４に供給される。これによって、上述したバイアス可変回路３６及びバイポーラトランジスタ１８のコレクタに供給される電圧の値が変化する。

この増幅器では、例えばフォトダイオード２での光信号の受光量が少ないと、レベル監視部３８から出力されたデジタル電圧値に基づいてＤ／Ａ変換器４０から出力されたアナログ電圧値は小さい。そのため、バイポーラトンジスタ１８のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧が小さく、またベースに印加されるバイアス電圧も小さくなる。その結果、バイポーラトランジスタ１８のコレクタ−エミッタ間を流れる電流も小さくなり、雑音指数が改善される。

また、フォトダイオード２での光信号の受光量が大きいと、レベル監視部３８から出力されたデジタル電圧値に基づいてＤ／Ａ変換器４０から出力されたアナログ電圧値は大きい。そのため、バイポーラトランジスタ１８のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧が大きくなり、また、ベースに印加されるバイアス電圧も大きくなる。その結果、バイポーラトランジスタ１８のコレクタ−エミッタ間を流れる電流が大きくなり、歪み特性が改善される。

このようなバイアス等の調整は、この増幅段１６のバイポーラトランジスタ１８のみに行われ、後段の図示しない増幅段では行われていないので、増幅器の構成が簡略化される。

上記の実施形態では、増幅段１６の半導体能動素子として、バイポーラトランジスタ１８を使用したが、これに代えてＦＥＴ等を使用することもできる。また、上記の実施形態では、バイアス回路に供給する電圧を変化させたが、例えば抵抗器２０、２６を可変抵抗素子によって構成し、バッファアンプ４２の出力信号によって、これら可変抵抗素子の抵抗値を変化させて、バイアスを変化させるようにしてもよい。この場合、高周波阻止コイル３４には一定の電圧が供給される。上記の実施形態では、抵抗器１０の両端間電圧をレベル監視部３８でデジタル化し、このデジタル値に対応する電圧値をメモリから読み出し、それをＤ／Ａ変換器４０によってアナログ電圧に変換したが、例えばＤ／Ａ変換器４０に代えて可変電圧発生器を設け、レベル監視部３８からの電圧値に応じて可変電圧発生器がアナログ電圧を発生するように構成することもできる。上記の実施形態では、光ファイバを用いて共同受信システムの増幅器に本発明による増幅器を実施したが、これに限ったものではなく、光信号を電気信号に変換した受光信号を増幅する増幅器であれば、種々のものに使用することができる。

本発明の１実施形態の増幅器のブロック図である。図１の増幅器のレベル監視部での入力受光量と出力電圧との関係を示す図である。

符号の説明

２フォトダイオード（受光手段）
１６増幅段
１８バイポーラトランジスタ（半導体能動素子）
２０２２２６３０抵抗器（バイアス回路）
２４、２８コンデンサ（バイアス回路）
３２コイル（バイアス回路）
３４高周波阻止コイル（バイアス回路）
３８レベル監視部（制御手段）
４０Ｄ／Ａ変換器（制御手段）

Claims

光信号を受けて、電気信号である受光信号を発生する受光手段と、
半導体能動素子を備え、前記受光信号を受けて、前記半導体能動素子で増幅して、出力する増幅手段と、
前記受光信号のレベルを監視し、その監視結果に従って、前記半導体能動素子に流れる電流を制御する制御手段とを、
具備し、前記制御手段は、前記受光信号のレベルが小さいとき、前記半導体能動素子に流れる電流を減少させ、前記受光信号のレベルが大きいとき、前記半導体能動素子に流れる電流を増加させる増幅器。
請求項１記載の増幅器において、前記制御手段は、前記受光信号のレベルが小さい第１の状態から、前記受光信号のレベルが大きい第２の状態まで、前記受光信号が変化するとき、前記半導体能動素子に流れる電流を増加させる増幅器。
請求項１記載の増幅器において、前記半導体能動素子は、出力電極と、共通電極と、制御電極とを、有し、前記制御電極に前記受光信号が供給され、前記制御手段が、前記出力電極と前記共通電極との間に流す電流を制御する増幅器。