JP2008177722A

JP2008177722A - 自動利得制御回路

Info

Publication number: JP2008177722A
Application number: JP2007007676A
Authority: JP
Inventors: Jun Okabe; 純岡部; Makoto Wada; 信和田
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2007-01-17
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP4838154B2

Abstract

【課題】光信号を受信処理する自動利得制御回路に関し、バースト光信号入力に対しても安定動作を可能とする。
【解決手段】光信号を入力するＡＰＤ１と、前置増幅器２と、可変利得増幅器３と、この可変利得増幅器３の出力信号振幅を検出する振幅検出回路５とを含み、振幅検出回路５による検出値を基に、ＡＰＤ１と前置増幅器２と可変利得増幅器３とを制御し、ＡＰＤ１に印加する逆バイアス電圧と入力光信号とに応じて流れる電流を検出するＡＰＤ電流検出器１９と、これをバイパスするか否かを制御するアナログスイッチ２１と、このアナログスイッチ２１を前記光信号の入力検出によりオンとし、前記光信号の入力断検出によりオフとし、このオフとした時のＡＰＤ１の電流増倍率を所定の初期応答特性となるように選択した逆バイアス電圧を、ＡＰＤ電流検出器１９を介してＡＰＤに印加する制御を行うＡＰＤ電流検出制御回路２２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号を受信して電気信号に変換し、所望の信号レベルで出力する為の自動利得制御回路に関する。

受信した光信号を電気信号に変換し、その電気信号を所定のレベルに増幅して出力する光受信回路は、出力レベルを安定化する為の自動利得制御回路を含むものである。又光信号を電気信号に変換する受光素子は、高速信号を処理する場合、ＩｎＧａＡｓ３元半導体化合物によるアバランシェ・フォトダイオード（以下ＡＰＤ（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）と略称する）が用いられている。このＡＰＤを受光素子として用いた光受信回路の自動利得制御回路は、例えば、図５に示す構成が知られている。同図に於いて、３８はＡＰＤ、３９は前置増幅器、４０は可変利得増幅器、４１はリミッタ、４２はＤＣ／ＤＣコンバータ、４３は振幅検出回路、４４は比較器、４５は利得制御部を示す。

光信号を入力するＡＰＤ３８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から逆バイアス電圧として、所定の一定電圧を印加する場合を示し、ＡＰＤ３８の出力信号を前置増幅器３９により増幅し、可変利得増幅器４０により増幅し、リミッタ４１により所定の振幅に制限して、受信出力信号とする。又振幅検出回路４３により、可変利得増幅器４０の出力信号振幅を検出し、比較器４４に於いて基準値と比較し、その比較出力信号を利得制御部４５に入力し、利得制御部４５により可変利得増幅器４０の利得を制御して、入力された光信号のレベルが変動しても、所定の出力信号振幅となるように制御するものである。

又受光素子としてのＡＰＤ３８は、逆バイアス電圧により電流増倍率を制御できるものであるから、図６に示す構成が知られている。同図に於いて、図５の各部の符号と同一符号は同一名称部分を示し、ＡＰＤ逆バイアス電圧制御部４６を設けて、比較器４４による出力信号振幅値と基準値との比較結果を所定の比率で利得制御部４５とＡＰＤ逆バイアス電圧制御部４６とに分配し、ＡＰＤ逆バイアス電圧制御部４６によりＤＣ／ＤＣコンバータ４２を制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２からＡＰＤ３８に印加する逆バイアス電圧を制御して、ＡＰＤ３８の電流増倍率と、可変利得増幅器４０の増幅利得とを制御することにより、所定の出力信号振幅となるように制御するものである。

又図６に示す構成に於いて、ＡＰＤ３８の電流増倍率の制御と、可変利得増幅器４０の増幅利得と共に、前置増幅器３９の増幅利得を制御する構成を設け、出力信号のピーク検出値に従って、ＡＰＤ３８と、可変利得増幅器４０とを制御し、出力信号の直流成分検出値に従って、前置増幅器３９を制御し、それぞれの制御ループの応答速度をサンプリング周波数の選択により相違させた可変利得制御回路も知られている(例えば、特許文献１参照)。

又ＡＰＤは、電流増倍率を所定値以下に低下させると、帯域が急激に減少して、高速な光信号を電気信号に変換することができなくなる。そこで、出力電気信号の中の高周波成分のピーク値を検出してＡＰＤに印加する逆バイアス電圧を制御すると共に、この逆バイアス電圧と電流増倍率との関係から、電流増倍率が所定値以下に低下しないように逆バイアス電圧を制限する光受信回路も知られている(例えば、特許文献２参照)。又このようなＡＰＤの逆バイアス電圧の制御と共に可変利得増幅器により出力信号レベルを一定化する回路構成も知られている(例えば、特許文献３参照)。

又ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧の制御と，可変利得増幅器の利得制御とを、検出した出力信号レベルが所定値以下の時に、可変利得増幅器の利得制御を行い、出力信号レベルが所定値より大きくなった時に、ＡＰＤの逆バイアス電圧を制御し、且つ可変利得増幅器の利得を制御する制御電圧が所定の判定値より大きくなった時に、入力光信号断とする構成も知られている(例えば、特許文献４参照)。又ＡＰＤは，温度によって電流増倍率が変化するから、ＡＰＤの温度を検出し、そのＡＰＤの温度に対する逆バイアス電圧と電流増倍率との関係をメモリから読み出して、その関係に従って逆バイアス電圧を制御する制御ループと、可変利得増幅器の利得を制御する制御ループとを設けた光受信回路も知られている(例えば、特許文献５参照)。

又ＡＰＤと前置増幅器と可変利得増幅器とを、温度検出値に対応して制御することにより、光信号をＡＰＤにより電気信号に変換し、所望のレベルの電気信号として出力できる自動利得制御回路を先に提案した（特許文献６参照）。この自動利得制御回路は、例えば、図７に一例を示すもので、５１は受光素子としてのＡＰＤ、５２は前置増幅器、５３は可変利得増幅器、５４はリミッタ、５５は振幅検出回路、５６，６１はＡ／Ｄコンバータ、５７は比較器、５８はディジタルフィルタ、５９はレジスタ、６０はメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、６２は温度検出回路、６３，６４，６５，６７はＤ／Ａコンバータ、６６は光信号入力断検出回路、６８はサンプリング周波数発生回路を示す。

光信号を入力するＡＰＤ５１と、前置増幅器５２と、可変利得増幅器５３と、リミッタ５４とについては、図５及び図６に示す構成と同様である。又ＡＰＤ５１の逆バイアス電圧の制御と、前置増幅器５２の電流−電圧変換利得制御と、可変利得増幅器５３の増幅利得制御とは、それぞれディジタル処理により行って、Ｄ／Ａコンバータ６３，６４，６５によりアナログ値に変換して行う構成を備えている。又前置増幅器５２は、トランスインピーダンス型増幅器を適用することができるもので、このトランスインピーダンス型増幅器は、広帯域特性を有する利点があり、既に知られている各種の構成を適用することができる。

又振幅検出回路５５は、可変利得増幅器５３の出力信号の振幅レベルを検出し、Ａ／Ｄコンバータ５６によりディジタル値に変換して比較器７に入力する。このＡ／Ｄコンバータ５６は、サンプリング周波数発生回路６８からのサンプリング信号に従って振幅検出回路５５の出力信号をサンプリングしてディジタル値に変換するものであり、この場合のサンプリング周波数を高くすることにより、振幅検出回路５５の出力信号の変化の検出速度を早くすることができるから、利得制御ループの応答速度を向上することが可能である。しかし、それぞれの特性を考慮して選択することが好適である。又比較器５７は、Ａ／Ｄコンバータ５６による振幅検出信号のディジタル値と、レジスタ５９から読み出した基準値とを比較し、この比較出力を、ディジタルフィルタ５８を介してレジスタ５９のアドレスとする。このディジタルフィルタ５８は、ローパスフィルタ特性とする場合が一般的であり、例えば、ディジタル積算回路の機能を適用して構成することができる。従って、振幅検出信号が増加傾向又は減少傾向の場合の同一極性の比較出力が所定回数連続すると、レジスタ５９に入力するアドレスを変化させる構成とすることができる。

又温度検出回路６２によりＡＰＤ５１の温度或いはその周辺温度を検出し、Ａ／Ｄコンバータ６１によりディジタル値に変換してメモリ６０のアドレスとする。このメモリ６０は、電気的に消去可能なプログラマブルメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を用いた場合を示す。このメモリ６０に、温度対応のＡＰＤ５１の複数種類の逆バイアス電圧と、前置増幅器５２の複数種類の電流−電圧変換利得値（トランスインピーダンス）と、可変利得増幅器５３の複数種類の増幅利得値とのデータを含む利得テーブルを格納する。この利得テーブルから読み出した温度対応のデータをレジスタ５９に書込み、ディジタルフィルタ５８の出力信号をアドレスとして、逆バイアス電圧と電流−電圧変換利得値と増幅利得値とを読み出して、それぞれＤ／Ａコンバータ６３，６４，６５によりアナログ値に変換し、ＡＰＤ５１に印加する逆バイアス電圧、前置増幅器５２に加える制御電圧、可変利得増幅器５３に加える利得制御電圧とする。

又光信号入力断検出回路６６は、レジスタ５９に対するアドレス信号を基に光信号の入力断を検出するものであり、光信号入力断は、光信号レベルの低下に相当するから、ＡＰＤ５１の逆バイアス電圧と前置増幅器５２のトランスインピーダンスと可変利得増幅器５３の増幅利得とを増大させるようなレジスタ５９に対するアドレス信号となる。そのアドレス信号と、検出温度等に対応した比較アドレスとにより、光信号断を検出する。又レジスタ５９に対するアドレス信号は、光信号の入力レベルと温度等の環境情報とに従って変化するものであるから、そのアドレス信号をモニタ用ディジタル出力信号とし、又Ｄ／Ａコンバータ６７によりアナログ値に変換して、モニタ用アナログ信号とする。

光信号を入力するＡＰＤ５１は、ＧａＩｎＡｓ３元化合物のアバランシェフォトダイオードが一般的に採用されており、図８の（Ａ），（Ｂ）に示すような特性を有するものである。同図の（Ａ）は逆バイアス電圧Ｖ_Ｒ［Ｖ］と電流増倍率Ｍとの関係を、温度をパラメータとして示すもので、逆バイアス電圧を増加することにより、電流増倍率Ｍを大きくすることができるが、同一の逆バイアス電圧でも、温度が上昇すると、電流増倍率Ｍが低下することになる。従って、温度が上昇した場合は、逆バイアス電圧を上昇させることが必要となる。又同図の（Ｂ）は電流増倍率Ｍと遮断周波数ｆｃ［ＧＨｚ］との関係を示すもので、電流増倍率Ｍがほぼ２〜１０程度の範囲内であると、２〜５ＧＨｚ程度の範囲の帯域で動作可能となる。

そこで、図７に於けるメモリ６０に格納した利得テーブルは、例えば、図９にその一部を示すように、温度対応に、ＡＰＤ５１に対する逆バイアス電圧［Ｖ］と、前置増幅器５２に対する電流−電圧変換利得値としてのトランスインピーダンス［ｋΩ］と、可変利得増幅器５３に対する増幅利得制御値としての電圧利得［ｄＢ］との組み合わせを、アドレス１，２，３，・・・の領域に保持して構成し、温度検出回路６２による検出温度をＡ／Ｄコンバータ６１によりディジタル値に変換して、温度対応のアドレスとする。従って、検出温度が例えば２５℃の場合、その２５℃の領域内の全データがレジスタ５９に書込まれる。又利得制御過程に於いて温度が変化すると、その温度対応の利得テーブルの温度領域の全データが、メモリ６０から読み出されて、レジスタ５９に設定される。又各温度領域のアドレスは、１〜１０の場合を示しているが、更に細かく設定する場合は、例えば、１〜２５６とすることができる。
特開平５−４８３５９号公報特開平５−１０２７４４号公報特開平６−３１４８１５号公報特公平７−３６５００号公報特開２０００−２０１０３１号公報特開２００５−３５４４８５号公報

受光素子としてのＡＰＤに印加する逆バイアス電圧を、従来例の図５に示すように、固定値とすると、制御回路は簡単となるが、温度変動によるＡＰＤの電流増倍率の変化によって受光出力信号レベルが変化し、逆バイアス電圧の設定は、最小受信感度とダイナミックレンジとのトレードオフとなり、両方を満足するように最適化することが困難である問題がある。そこで、従来例の図６に示すように、ＡＰＤの逆バイアス電圧を制御する構成により、温度変動による電流増倍率の変化に対しても或る程度追従して制御することができ、ダイナミックレンジの拡大が容易となるが、利得制御部４５に対する制御とＡＰＤ逆バイアス電圧制御部４６に対する制御との配分比率の最適化が容易でなく、又高速応答化が容易でない問題がある。

又ＡＰＤと前置増幅器と可変利得増幅器とをそれぞれ制御する制御ループを、サンプリング周波数の選択により、それぞれ独立的に応答速度の制御を行う従来例の構成(前記特許文献１参照)は、各制御ループ間の調整が容易でない問題と、温度によりＡＰＤの特性が大きく変化する問題がある。そこで、ＡＰＤの逆バイアス電圧と電流増倍率との関係を温度対応に記憶したメモリを設けて、検出温度に対応した逆バイアス電圧をＡＰＤに印加する従来例(前記特許文献５参照)が提案されており、前置増幅器の出力信号の高周波成分のピーク値を検出して、逆バイアス電圧制御を行って、ＡＰＤの高域側の低下を防止するものであるが、前置増幅器と可変利得増幅器とを含めた連携制御が行われていないので、安定性に問題がある。

又先に提案した特許文献６の自動利得制御回路は、温度変化に対応して安定なフィードバック制御により、各部を安定に制御可能としている。又光信号伝送システムに於いては、連続的なデータの“１”，“０”に対応して光信号のオン、オフを対応させ、オン時の光信号レベルとオフ時の光信号レベルとの差を示す消光比を、受信側で光信号レベル識別が可能となるように制御するものであり、これに対してバースト的にデータを伝送する為のバースト光信号伝送システムに於いては、光信号を送信しない期間が生じて、受信側で入力光信号断の状態が発生する。この入力光信号断検出により、ＡＰＤと前置増幅器と可変利得増幅器とによる増幅利得が異常に上昇して、ノイズ光成分のみを増幅出力することになるが、これを回避する為に、ＡＰＤの電流増倍率と前置増幅器及び可変利得増幅器の増幅率とを最小値に制御する手段が知られている。その場合、入力光信号断状態からの入力されるバースト光信号のレベルは、零レベルから所定のレベルに上昇して定常状態のデータ伝送が行われるが、フィードバック制御ループの応答特性が、通常は定常状態に於ける安定動作を保証できるように設定されている場合が一般的である。従って、バースト光信号入力に対しては、光信号入力立ち上がりから、安定動作となるまでの時間が長く、バースト光信号の安定な受信処理が困難である問題もある。

本発明は、前述の問題点を解決するもので、連続的光信号入力に対しても、又バースト光信号入力に対しても、高速応答特性と安定動作特性とが得られる構成を提供することを目的とする。

本発明の自動利得制御回路は、光信号を入力する受光素子としてのＡＰＤと、前置増幅器と、可変利得増幅器と、この可変利得増幅器の出力信号振幅を検出する振幅検出回路とを含み、振幅検出回路による検出値を基に、ＡＰＤと前置増幅器と可変利得増幅器とを制御する自動利得制御回路に於いて、ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧と入力光信号とに応じて流れる電流を検出するＡＰＤ電流検出器と、このＡＰＤ電流検出器と並列に接続して、このＡＰＤ電流検出器をバイパスするか否かを制御するアナログスイッチと、このアナログスイッチを前記光信号の入力検出によりオンとし、前記光信号の入力断検出により、アナログスイッチをオフとし、このアナログスイッチをオフとした時のＡＰＤの電流増倍率を所定の初期応答特性となるように選択した逆バイアス電圧を、ＡＰＤ電流検出器を介してＡＰＤに印加する制御を行うＡＰＤ電流検出制御回路とを備えている。

又温度対応のＡＰＤの逆バイアス電圧と、前置増幅器の利得と、可変利得増幅器の利得とを制御する制御データを設定した利得テーブルと、検出温度に従って利得テーブルの温度対応領域の制御データを読出して設定するレジスタと、可変利得増幅器の出力振幅値を検出して、この出力振幅値が所定値となるように、レジスタから制御データを読出して、ＡＰＤの逆バイアス電圧と、前置増幅器の利得と、可変利得増幅器の利得とを制御し、且つ光信号の入力断検出時の温度に対応し、且つＡＰＤの電流増倍率が光信号入力を検出可能とする最低の固定値となる制御データをレジスタから読出し、この制御データに従った逆バイアス電圧を、ＡＰＤ電流検出器を介して印加する制御構成を備えている。

又ＡＰＤ電流検出制御回路は、光信号の入力開始によるＡＰＤの逆バイアス電圧と光信号のレベルとに対応して、ＡＰＤに流れる電流をＡＰＤ電流検出器により検出した検出信号を基に、利得テーブルからＡＰＤの電流増倍率と前置増幅器及び可変利得増幅器の利得とを初期値とする制御データを読出して制御し、且つアナログスイッチをオンに制御する構成を備えている。

又ＡＰＤ電流検出制御回路は、光信号の入力開始時に、ＡＰＤの逆バイアス電圧によるＡＰＤに流れる電流を、ＡＰＤ電流検出器により検出して所定時間経過した後に、ＡＰＤ電流検出器と並列に接続したアナログスイッチをオンに制御する構成を備えている。

光信号断状態に於いては、ＡＰＤの電流増倍率Ｍを、例えば、Ｍ＝２等の最低の所定値となるように、レジスタから制御データを読出して、その電流増倍率Ｍとなる逆バイアス電圧を、ＡＰＤ電流検出器を介して印加し、バースト光信号入力時点に於いては、ＡＰＤ電流検出器に流れるＡＰＤの電流を検出することにより、バースト光信号入力を迅速に検出可能とし、その結果により、ＡＰＤ電流検出器をバイパスして逆バイアス電圧をＡＰＤに印加し、ＡＰＤの電流増倍率を制御すると共に、前置増幅器及び可変利得増幅器の利得とを、バースト光信号入力レベルに対応して制御することにより、安定なバースト光信号の受信処理を行うことが可能となる。

本発明の自動利得制御回路は、図１を参照して説明すると、光信号を入力する受光素子としてのＡＰＤ１と、前置増幅器２と、可変利得増幅器３と、この可変利得増幅器３の出力信号振幅を検出する振幅検出回路５とを含み、振幅検出回路５による検出値を基に、ＡＰＤ１と前置増幅器２と可変利得増幅器３とを制御する自動利得制御回路であって、ＡＰＤ１に印加する逆バイアス電圧と入力光信号とに応じて流れる電流を検出するＡＰＤ電流検出器１９と、このＡＰＤ電流検出器１９と並列に接続して、このＡＰＤ電流検出器１９をバイパスするか否かを制御するアナログスイッチ２１と、このアナログスイッチ２１を前記光信号の入力検出によりオンとし、前記光信号の入力断検出により、アナログスイッチ２１をオフとし、このアナログスイッチ２１をオフとした時のＡＰＤ１の電流増倍率を所定の初期応答特性となるように選択した逆バイアス電圧を、ＡＰＤ電流検出器１９を介してＡＰＤに印加する制御を行うＡＰＤ電流検出制御回路２２とを備えている。

図１は、本発明の実施例１の説明図であり、１は受光素子としてのＡＰＤ、２は前置増幅器、３は可変利得増幅器、４はリミッタ、５は振幅検出回路、６，１１，２０はＡ／Ｄコンバータ、７は比較器、８はディジタルフィルタ、９はレジスタ、１０は利得テーブルを形成したメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、１２は温度検出回路、１３，１４，１５，１７はＤ／Ａコンバータ、１６は光信号入力断検出用比較器、１８はサンプリング周波数発生回路、１９はＡＰＤ電流検出器、２１はアナログスイッチ、２２はＡＰＤ電流検出制御回路を示す。

光信号を入力するＡＰＤ１の出力信号を、前置増幅器２と可変利得増幅器３とにより増幅し、リミッタ４により２値化して出力する為の基本的な構成は、図７に示す従来例と同様であるが、この実施例１に於いては、ＡＰＤ電流検出器１９とＡ／Ｄコンバータ２０とアナログスイッチ２１とＡＰＤ電流検出制御回路２２とを設け、ＡＰＤ電流検出器１９に並列に接続したアナログスイッチ２１のオン、オフをＡＰＤ電流検出制御回路２２により制御し、アナログスイッチ２１をオンとすると、ＡＰＤ電流検出器１９をバイパスし、ＡＰＤ１に、Ｄ／Ａコンバータ１３とアナログスイッチ２１とを介して逆バイアス電圧を印加する状態となり、反対にアナログスイッチ２１をオフとすると、ＡＰＤ電流検出器１９を介してＡＰＤ１に逆バイアス電圧を印加し、ＡＰＤ１に流れる電流を検出する動作状態となる。ＡＰＤ電流検出器１９の電流検出値をＡ／Ｄコンバータ２０によりディジタル信号に変換して、ＡＰＤ電流検出制御回路２２に入力する。

ＡＰＤ電流検出制御回路２２は、光信号入力断検出用比較器１６からの光入力断検出出力信号、又は図示を省略した検出手段による光入力断検出出力信号を入力すると、アナログスイッチ２１をオフに制御し、レジスタ１０からＡＰＤ１の電流増倍率をその時点の温度に対応した所定の最低値となる制御データを読出して、Ｄ／Ａコンバータ１３とＡＰＤ電流検出器１９とを介して、ＡＰＤ１に逆バイアス電圧として印加する。この場合のＡＰＤ１の電流増倍率をＭとすると、例えば、所定の最低値を、Ｍ＝２とする制御データをレジスタ９から読出してＡＰＤ１の逆バイアス電圧とする。この逆バイアス電圧は、バースト光信号入力時に、ＡＰＤ１に流れる電流をＡＰＤ電流検出器１９により検出可能とする値に選定する。又光信号入力断の状態に於ける前置増幅器２と可変利得増幅器３との利得は、バースト光信号入力時に、振幅検出回路５に於いて振幅検出が可能となる値となるように、レジスタ９から読出される制御データに従って制御される。

バースト光信号の入力により、ＡＰＤ１は、そのバースト光信号のレベルと、逆バイアス電圧とに対応した電流が流れ、その電流をＡＰＤ電流検出器１９により検出し、Ａ／Ｄコンバータ２０によりディジタル信号に変換して、ＡＰＤ電流検出制御回路２２に入力する。ＡＰＤ電流検出回路２２は、ＡＰＤ電流検出により直ちに、或いは、内部のタイマ等による所定時間後に、アナログスイッチ２１をオンとし、且つレジスタ９から、振幅検出回路５とＡ／Ｄコンバータ６と比較器７とディジタルフィルタ８とを介した経路でアドレス制御して制御データを読出し、ＡＰＤ１の電流増倍率と、前置増幅器２及び可変利得増幅器３の利得とを制御する。

又ＡＰＤ１の逆バイアス電圧の制御と、前置増幅器２の電流−電圧変換利得制御と、可変利得増幅器３の増幅利得制御とは、それぞれディジタル処理により行って、レジスタ９から読出した制御データをＤ／Ａコンバータ３，４，５によりアナログ値に変換して行うものであり、ＡＰＤ１は、例えば、ＩｎＧａＡｓ三元化合物半導体により形成されたアバランシェフォトダイオードとすることができる。又前置増幅器２は、例えば、トランスインピーダンス型増幅器を適用することができる。このトランスインピーダンス型増幅器は、広帯域特性を有することから、既に各種の構成が知られており、所望の構成を適用することができる。又ＡＰＤ電流検出器１９は抵抗により構成し、その抵抗の両端の電圧を電流値として検出する構成とすることができる。又アナログスイッチ２１はトランジスタ等の半導体スイッチング素子により構成することができる。

又各部について簡単に説明すると、振幅検出回路５は、可変利得増幅器３の出力信号の振幅レベルを検出し、Ａ／Ｄコンバータ６によりディジタル値に変換して比較器７に入力する。このＡ／Ｄコンバータ６は、サンプリング周波数発生回路８からのサンプリング信号に従って振幅検出回路５の出力信号をサンプリングしてディジタル値に変換するものであって、サンプリング周波数を高くすることにより、利得制御ループの応答速度を早くすることが可能となるが、他の制御ループ等の特性を考慮して選択したサンプリング周波数とするものである。又比較器７は、Ａ／Ｄコンバータ６による振幅検出信号のディジタル値と、レジスタ９から読出した基準値とを比較し、この比較出力を、ディジタルフィルタ８を介してレジスタ９のアドレスとするものであり、ディジタルフィルタ８は、ローパスフィルタ特性とする場合が一般的であって、例えば、ディジタル積算回路の機能を適用した構成することができる。このような構成の場合、振幅検出信号が増加傾向又は減少傾向が継続した時に、同一極性の比較出力が所定回数連続することになるから、積算値が変化して、レジスタ９に入力するアドレスを変化させることになる。

又温度検出回路１２によりＡＰＤ１の温度或いはその周辺温度を検出し、Ａ／Ｄコンバータ１１によりディジタル値に変換してメモリ１０に形成した利得テーブルのアドレスとするもので、メモリ１０は、電気的に消去可能なプログラマブルメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を用いた場合を示す。このメモリ１０に形成した利得テーブルは、温度対応のＡＰＤ１の複数種類の逆バイアス電圧と、前置増幅器２の複数種類の電流−電圧変換利得値（トランスインピーダンス）と、可変利得増幅器３の複数種類の増幅利得値との制御データを含むテーブルである。この利得テーブルから読出した温度対応のデータをレジスタ９に書込み、ディジタルフィルタ８の出力信号をアドレスとして、逆バイアス電圧と電流−電圧変換利得値と増幅利得値との制御データを読出して、それぞれＤ／Ａコンバータ１３，１４，１５によりアナログ値に変換し、ＡＰＤ１に印加する逆バイアス電圧、前置増幅器２に加える制御電圧、可変利得増幅器３に加える利得制御電圧とする。

又光信号入力断検出用比較器１６は、光信号レベル低下に伴う振幅検出回路５の出力信号のサンプル値が連続的に低下することによるレジスタ９に対するアドレス信号の変化を基に光信号の入力断を検出する構成の場合を示す。なお、他の構成により、光信号入力断検出を行う構成を適用することも可能であり、光入力断検出出力信号を、ＡＰＤ電流検出制御回路２２にも入力する。この光信号入力断検出信号により、ＡＰＤ電流検出制御回路２２は、アナログスイッチ２１をオフとし、且つレジスタ９からその時点の温度に対応し、且つ固定のＡＰＤ電流増倍率となる逆バイアス電圧を、Ｄ／Ａコンバータ１３とＡＰＤ電流検出器１９を介してＡＰＤ１に印加する。この場合のＡＰＤ電流増倍率は、前述のように、光信号が入力された時に検出可能の最低値とする。

この状態に於いてバースト光信号がＡＰＤ１に入力されると、その時の逆バイアス電圧に応じたＡＰＤ電流増倍率に従ってＡＰＤ電流が流れるから、そのＡＰＤ電流をＡＰＤ電流検出器１９により検出し、Ａ／Ｄコンバータ２０によりディジタル信号に変換して、ＡＰＤ電流検出制御回路２２に入力する。ＡＰＤ電流検出制御回路２２は、直ちに又はタイマ等による所定時間後に、アナログスイッチ２１をオンに制御し、又レジスタ９からはディジタルフィルタ８を介して入力されるアドレス信号に従った制御データを読出して、Ｄ／Ａコンバータ１３，１４，１５によりアナログ信号に変換し、ＡＰＤ１の逆バイアス電圧、前置増幅器２の利得制御電圧、可変利得増幅器３の利得制御電圧とする。即ち、バースト光信号入力時点では、ＡＰＤ１の制御ループはオフ状態であり、その時のＡＰＤ１の電流増倍率は、バースト光信号入力時点の光信号検出可能の所定の最低値に維持されていることにより、迅速に光信号を検出することが可能となる。光信号検出後は、ＡＰＤ１の制御ループはオン状態とするものであるから、安定な光信号受信処理が可能となる。

図２は、ＡＰＤ制御特性説明図であり、（Ａ）は図８の（Ａ）と同様のＡＰＤの逆バイアス電圧と電流増倍率とを、温度をパラメータとして示すＡＰＤ特性説明図であり、縦軸は電流増倍率Ｍ、横軸は逆バイアス電圧Ｖ_Ｒを示し、光信号断時のＡＰＤ電流増倍率Ｍを例えば、所定の最低値のＭ＝２とした場合を示す。又図２の（Ｂ）は、電流増倍率Ｍ＝２とした場合の温度と逆バイアス電圧との関係の一例を示し、温度検出回路１２により検出した温度に対応した逆バイアス電圧のデータを、メモリ１０に形成した利得テーブル読出して、レジスタ９に設定しておくことにより、光信号断時の温度に対応した逆バイアス電圧をレジスタ９から読出して、ＡＰＤ１の逆バイアス電圧とし、その時の電流増倍率を設定最低値のＭ＝２とすることができる。

図３は、ＡＰＤの制御構成の要部のみを示すもので、ＡＰＤ１と、逆バイアス電圧供給用のＤ／Ａコンバータ１３と、例えば、１００ｋΩの抵抗として、１μＡの電流を検出可能としたＡＰＤ電流検出器１９と、ＡＰＤ電流検出用のＡ／Ｄコンバータ２０と、トランジスタ等の半導体スイッチ素子により構成したアナログスイッチ２１とを示し、ＡＰＤ電流検出用のＡ／Ｄコンバータ２０は、抵抗からなるＡＰＤ電流検出器１９の両端の電圧を、ＡＰＤ電流として検出し、図１に於けるＡＰＤ電流検出制御回路２２に入力する。

図４は、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ１０に形成した利得テーブルの一例の要部を示すもので、メモリ１０のアドレス（利得テーブルのアドレス）対応に、ＡＰＤ１の逆バイアス電圧〔Ｖ〕と、前置増幅器２の電流−電圧変換利得としてのトランスインピーダンス〔ｋΩ〕と、可変利得増幅器３の増幅利得値としての電圧利得〔ｄＢ〕との組み合わせを示すもので、温度検出回路１２により検出した温度をＡ／Ｄコンバータ１１によりディジタル信号に変換して、メモリ１０のアドレス（利得テーブルのアドレス）とし、温度対応の領域内のデータを読出してレジスタ９に設定する。この場合、検出温度が２５度であると、アドレス１〜１０の範囲の逆バイアス電圧３０〜３９と、トランスインピーダンス１〜９と、電圧利得１〜９とを読出して、レジスタ９に設定する。それにより、例えば、ディジタルフィルタ８を介したアドレスが３の場合、そのアドレス３の逆バイアス電圧３２と、トランスインピーダンス３と、電圧利得３とをそれぞれ読出して、Ｄ／Ａコンバータ１３，１４，１５に入力することになる。なお、メモリ１０に形成した利得テーブルは、アドレスを更に多数の例えば１〜２５６として、それぞれのアドレス対応に制御データを設定することも可能である。

又光信号入力断検出時は、ＡＰＤ電流検出制御回路２２からレジスタ９をアクセスして、その時の温度に対応し、且つＡＰＤ１の電流増倍率Ｍ＝２となる逆バイアス電圧を示す制御データが読出されることになり、且つアナログスイッチ２１はオフに制御されるから、バースト光信号入力時には、ＡＰＤ１は過大な電流増倍率となることはなく、且つ迅速にＡＰＤ電流検出器１９により検出し、アナログスイッチ２１を直ちに或いは所定時間後にオンとし、通常の制御ループにより光信号の安定な受信処理を行うことができる。即ち、光信号入力開始時点のシステム対応の最適応答時間が存在する場合、それに対応して、アナログスイッチ２１のオン制御タイミングを設定可能とすることができる。

本発明の実施例１の説明図である。本発明の実施例１のＡＰＤ制御特性説明図である。本発明の実施例１の要部説明図である。本発明の実施例１のメモリ内の利得テーブルの要部説明図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。ＡＰＤ特性説明図である。

符号の説明

１ＡＰＤ
２前置増幅器
３可変利得増幅器
４リミッタ
５振幅検出回路
６，１１，２０Ａ／Ｄコンバータ
７比較器
８ディジタルフィルタ
９レジスタ
１０メモリ
１１Ａ／Ｄコンバータ
１２温度検出回路
１３，１４，１５，１７Ｄ／Ａコンバータ
１６光信号入力断検出用比較器
１８サンプリング周波数発生回路
１９ＡＰＤ電流検出器
２１アナログスイッチ
２２ＡＰＤ電流検出制御回路

Claims

光信号を入力する受光素子としてのＡＰＤと、前置増幅器と、可変利得増幅器と、該可変利得増幅器の出力信号振幅を検出する振幅検出回路とを含み、該振幅検出回路による検出値を基に、前記ＡＰＤと前記前置増幅器と前記可変利得増幅器とを制御する自動利得制御回路に於いて、
前記ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧と入力光信号とに応じて流れる電流を検出するＡＰＤ電流検出器と、
該ＡＰＤ電流検出器と並列に接続して該ＡＰＤ電流検出器をバイパスするか否かを制御するアナログスイッチと、
該アナログスイッチを前記光信号の入力検出によりオンとし、前記光信号の入力断検出により該アナログスイッチをオフとし、該アナログスイッチをオフとした時の前記ＡＰＤの電流増倍率を所定の初期応答特性となるように選択した逆バイアス電圧を、前記ＡＰＤ電流検出器を介して前記ＡＰＤに印加する制御を行うＡＰＤ電流検出制御回路と
を備えたことを特徴とする自動利得制御回路。
温度対応の前記ＡＰＤの逆バイアス電圧と、前記前置増幅器の利得と、前記可変利得増幅器の利得とを制御する制御データを設定した利得テーブルと、検出温度に従って前記利得テーブルの温度対応領域の制御データを読出して設定するレジスタと、前記可変利得増幅器の出力振幅値を検出して該出力振幅値が所定値となるように前記レジスタから前記制御データを読出して、前記ＡＰＤの逆バイアス電圧と、前記前置増幅器の利得と、前記可変利得増幅器の利得とを制御し、且つ前記光信号の入力断検出時の温度に対応し、且つ前記ＡＰＤの電流増倍率が光信号入力を検出可能とする最低の固定値となる制御データを前記レジスタから読出し、該制御データに従った逆バイアス電圧を、前記ＡＰＤ電流検出器を介して印加する制御構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動利得制御回路。
前記ＡＰＤ電流検出制御回路は、前記光信号の入力開始による前記ＡＰＤの逆バイアス電圧と前記光信号のレベルとに対応して前記ＡＰＤに流れる電流を前記ＡＰＤ電流検出器により検出した検出信号を基に、前記利得テーブルから前記ＡＰＤの電流増倍率と前記前置増幅器及び前記可変利得増幅器の利得とを初期値とする制御データを読出して制御し、且つ前記アナログスイッチをオンに制御する構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動利得制御回路。
前記ＡＰＤ電流検出制御回路は、前記光信号の入力開始時に前記ＡＰＤの逆バイアス電圧による前記ＡＰＤに流れる電流を、前記ＡＰＤ電流検出器により検出して所定時間経過した後に、前記ＡＰＤ電流検出器と並列に接続した前記アナログスイッチをオンに制御する構成を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動利得制御回路。