JP2008245118A - Optical receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力光レベル検出回路有する光受信装置に関し、より詳細には、可変光減衰器の減衰量と受光素子の光電流値を用いた光入力レベル検出回路を有する光受信装置に関する。 The present invention relates to an optical receiver having an input optical level detection circuit, and more particularly to an optical receiver having an optical input level detection circuit using an attenuation amount of a variable optical attenuator and a photocurrent value of a light receiving element.
光受信装置は一般に、APD(Avalanche Photodiode)やPIN−PD(P−Intrinsic−N Photodiode)などの受光素子、トランスインピーダンスアンプ(TIA)、クロックデータ再生(CDR)回路などによって構成される。また、光入力レベルのダイナミックレンジを拡大するなどの目的で、入力段に可変光減衰器(VOA)を搭載するものもある。光受信装置は一般に、光入力が遮断されたことなどを検出して警報を挙げるなどの機能を実現するために、光入力レベルを検出する必要がある。光入力レベル検出方法は、入力光の一部を分岐して主信号用フォトディテクタとは別のモニタ用フォトディテクタで検出する方法や、主信号検出用フォトディテクタの光電流により検出する方法などが使われている。(非特許文献1) In general, an optical receiving apparatus includes a light receiving element such as an APD (Avalanche Photodiode) or PIN-PD (P-Intrinsic-N Photodiode), a transimpedance amplifier (TIA), a clock data reproduction (CDR) circuit, and the like. In some cases, a variable optical attenuator (VOA) is mounted in the input stage for the purpose of expanding the dynamic range of the optical input level. In general, an optical receiving apparatus needs to detect an optical input level in order to realize a function such as detecting an optical input being interrupted and raising an alarm. Optical input level detection methods include a method in which a part of the input light is branched and detected by a monitor photodetector other than the main signal photodetector, or a method in which detection is performed by the photocurrent of the main signal detection photodetector. Yes. (Non-Patent Document 1)
しかしながら、入力光の一部を分岐して主信号用フォトディテクタとは別のモニタ用フォトディテクタで検出する方法は、光レベル検出だけのために光分岐回路とフォトディテクタがさらに必要であり、受信機の複雑化・大型化・高コスト化及び主信号のレベル低下による性能劣化を招くという課題があった。また、主信号検出用フォトディテクタの光電流により検出する方法は、VOA機能を搭載した光受信装置ではフォトディテクタで検出される光電流が光入力レベルのみで決まらず、VOAの光減衰量にも大きく依存するため、光入力レベル検出には事実上適用できないという課題があった。 However, the method of branching a part of the input light and detecting it with a monitor photodetector different from the main signal photodetector further requires an optical branch circuit and a photodetector only for detecting the optical level, which is complicated by the receiver. There has been a problem in that the performance is deteriorated due to the increase in size, the size, the cost, and the lowering of the main signal level. Also, the method of detecting by the photocurrent of the main signal detecting photo detector is not dependent only on the optical input level, but also greatly depends on the optical attenuation of the VOA in an optical receiver equipped with a VOA function. Therefore, there has been a problem that it is practically not applicable to optical input level detection.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、VOA及びフォトディテクタを有する光受信装置において、VOAの駆動状態と主信号用のフォトディテクタに流れる光電流とに基づいて光受信装置に入力する光レベルを検出することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is based on the driving state of the VOA and the photocurrent flowing through the photodetector for the main signal in the optical receiver having the VOA and the photodetector. The purpose is to detect the light level input to the optical receiver.
このような目的を達成するために、請求項1に記載の本発明は、光受信装置において、入力光信号のレベルを調整可能な可変光減衰手段と、前記可変光減衰手段から出力される光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記入力する光信号のレベルを検出することが可能な光入力レベル検出手段と、を備えた光受信装置において、前記光入力レベル検出手段が、前記可変光減衰手段の減衰量と、前記光電変換手段に入力される光レベルから、前記入力光信号のレベルを検出する機能を有することを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention as claimed in claim 1 is an optical receiver, wherein variable optical attenuating means capable of adjusting a level of an input optical signal, and light output from the variable optical attenuating means. An optical receiver comprising: a photoelectric conversion unit that converts a signal into an electric signal; and an optical input level detection unit that is capable of detecting a level of the input optical signal. It has a function of detecting the level of the input optical signal from the attenuation amount of the variable light attenuating means and the light level input to the photoelectric conversion means.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光受信装置において、前記光入力レベル検出手段が、前記可変光減衰手段の駆動電流値もしくは駆動電圧値をモニタする第1のモニタ手段と、前記光電変換手段のバイアス電流値、光電流値もしくはそれらに対応する電圧値をモニタする第2のモニタ手段と、前記第1のモニタ手段の出力と、前記第2のモニタ手段の出力と、を用いて少なくとも光入力レベル値を演算する演算手段と、を備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical receiver according to the first aspect, the optical input level detecting unit includes a first monitoring unit that monitors a driving current value or a driving voltage value of the variable optical attenuating unit. A second monitoring means for monitoring a bias current value, a photocurrent value of the photoelectric conversion means or a voltage value corresponding to them, an output of the first monitoring means, and an output of the second monitoring means, And calculating means for calculating at least a light input level value using the
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の光受信装置において、前記第1のモニタ手段が前記可変光減衰器の減衰量を対数(dB)表示した値に比例するもしくは比例するとみなせる値を出力し、前記第2のモニタ手段が前記光電変換手段に入射される光レベルを対数(dBm)表示した値に比例するもしくは比例するとみなせる値を出力すること、を特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical receiver according to the second aspect, the first monitor means can be considered to be proportional to or proportional to a logarithmic (dB) display value of the attenuation amount of the variable optical attenuator. A value is output, and the second monitor means outputs a value that is proportional to or can be considered to be proportional to a logarithm (dBm) display of the light level incident on the photoelectric conversion means.
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の光受信装置において、前記第1のモニタ手段と第2のモニタ手段の少なくとも一方がログアンプを備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical receiver according to the third aspect, at least one of the first monitor unit and the second monitor unit includes a log amplifier.
請求項5に記載の発明は、請求項2乃至4のいずれかに記載の光受信装置において、前記演算手段が、加算手段もしくは減算手段を備えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical receiver according to any one of the second to fourth aspects, the calculating means includes an adding means or a subtracting means.
請求項6に記載の発明は、請求項2乃至5のいずれかに記載の光受信装置において、前記演算手段が、レベル比較手段を備えたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the optical receiver according to any of the second to fifth aspects, the calculation means includes a level comparison means.
請求項7に記載の発明は、請求項2乃至6のいずれかに記載の光受信装置において、前記演算手段が、前記第1のモニタ手段の出力と前記第2のモニタ手段の出力とをそれぞれアナログ信号からディジタル信号に変換するAD変換手段と、前記AD変換手段から出力されるディジタル信号を入力してディジタル演算を行うディジタル演算手段と、を備えたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the optical receiver according to any one of the second to sixth aspects, the computing means outputs an output of the first monitor means and an output of the second monitor means, respectively. An AD conversion means for converting an analog signal into a digital signal and a digital calculation means for inputting a digital signal output from the AD conversion means and performing a digital calculation are provided.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の光受信装置において、前記演算手段が、前記第1のモニタ手段の出力と前記第2のモニタ手段の出力の少なくとも一方の値を補正するための補正テーブルもしくは補正関数機能を備え、前記ディジタル演算手段が、前記第1のモニタ手段の出力と前記第2のモニタ手段の出力の少なくとも一方の値を、前記補正テーブルもしくは前記補正関数によって補正することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the optical receiver according to the seventh aspect, the calculation unit corrects at least one of the output of the first monitoring unit and the output of the second monitoring unit. A correction table or a correction function, and the digital operation means corrects at least one of the output of the first monitor means and the output of the second monitor means by the correction table or the correction function. It is characterized by doing.
請求項9に記載の発明は、請求項7又は8に記載の光受信装置において、前記演算手段が、前記ディジタル演算手段の出力をディジタル信号からアナログ信号に変換するDA変換手段と、前記DA変換手段の出力で与えられた基準電圧レベルと前記第2のモニタ手段の出力との電圧レベルの比較を行う電圧レベル比較手段と、を備えたことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the optical receiver according to the seventh or eighth aspect, the arithmetic means converts DA output means for converting the output of the digital arithmetic means from a digital signal to an analog signal, and the DA conversion. Voltage level comparing means for comparing the voltage level of the reference voltage level given by the output of the means and the output of the second monitoring means.
請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の光受信装置において、温度検出手段を備え、前記温度検出手段によって検出された温度の値に応じて、前記光入力レベル検出手段で検出される光入力レベルを補正することを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the optical receiver according to any one of the first to ninth aspects, further comprising a temperature detection unit, and the optical input level according to a temperature value detected by the temperature detection unit. The light input level detected by the detecting means is corrected.
請求項11に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の光受信装置において、光波長設定手段を備え、前記光波長設定手段によって設定された波長の値に応じて、前記光入力レベル検出手段で検出される光入力レベルを補正することを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the optical receiver according to any one of the first to ninth aspects, further comprising an optical wavelength setting unit, wherein the light is set in accordance with a wavelength value set by the optical wavelength setting unit. The optical input level detected by the input level detecting means is corrected.
請求項12に記載の発明は、請求項1乃至9のいずれかに記載の光受信装置において、光波長検出手段を備え、前記光波長検出手段によって検出された波長の値に応じて、前記光入力レベル検出手段で検出される光入力レベルを補正することを特徴とする。 A twelfth aspect of the present invention is the optical receiver according to any one of the first to ninth aspects, further comprising an optical wavelength detection unit, wherein the light is detected according to a wavelength value detected by the optical wavelength detection unit. The optical input level detected by the input level detecting means is corrected.
本発明によれば、VOA及びフォトディテクタを有する光受信装置において、VOAの駆動状態と主信号用のフォトディテクタに流れる光電流とに基づいて光受信装置に入力する光レベルを検出することが可能になる。 According to the present invention, in an optical receiver having a VOA and a photodetector, it is possible to detect the optical level input to the optical receiver based on the driving state of the VOA and the photocurrent flowing through the photodetector for main signals. .
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)に従来の光受信装置における光レベル検出方法を示し、図1(b)に本発明の実施形態に係る光受信装置における光レベル検出方法を示す。VOA101とフォトディテクタ102が光学的に接続され、フォトディテクタ102とCDR103が電気的に接続されている。VOA101は、駆動回路104と電気的に接続され、駆動回路104により入力光信号の減衰量を制御されている。フォトディテクタ102は、バイアス印加回路105と電気的に接続され、バイアス印加回路105から逆バイアス電圧を印加されている。
FIG. 1A shows an optical level detection method in a conventional optical receiver, and FIG. 1B shows an optical level detection method in the optical receiver according to the embodiment of the present invention. The VOA 101 and the
従来の光受信装置は、VOA101の手前で入力光信号を分岐し、その分岐光の光レベルをモニタする構成をとる(図1(a))。一方、本発明は、光レベル検出回路100が、VOA101の駆動電流(又は駆動電圧)とフォトディテクタ102に流れるAPD電流をモニタできるように接続されており(図1(b))、VOA101を制御する駆動電流又は駆動電圧とフォトディテクタ102を流れるバイアス電流とから光レベルを検出する構成をとる。すなわち、本発明では、入力光信号の分岐光を用いずに光レベルの測定を行うことができる。
The conventional optical receiver has a configuration in which an input optical signal is branched before the
図2に、本発明の実施形態に係る光レベル検出回路の構成例を示す。VOA101とフォトディテクタ102が光学的に接続され、フォトディテクタ102とCDR103が電気的に接続されている。VOA101は、駆動回路104と電気的に接続され、駆動回路104により入力光信号の減衰量を制御されている。フォトディテクタ102は、バイアス印加回路105と電気的に接続され、バイアス印加回路105から逆バイアス電圧を印加されている。
FIG. 2 shows a configuration example of an optical level detection circuit according to the embodiment of the present invention. The VOA 101 and the
VOA101と駆動回路104との間に電流検出回路106が挿入され、フォトディテクタ102とバイアス印加回路105との間に電流検出回路107が挿入され、電流検出回路106、107は、演算回路108と接続されている。尚、電流検出回路106、107は電圧検出回路としてもよく、その場合には電流検出回路106、107が検出した電流値を電圧値と読み替えるものとする。
A
電流検出回路106、107の出力は、ADコンバータ109a、109bでアナログ信号からディジタル信号に変換され、ディジタル演算を行うマイクロプロセッサ110に入力される。マイクロプロセッサ110では、電流検出回路106、107の出力からVOA101の減衰量及びフォトディテクタ102に入射される光レベルを対数表示した値として扱う。
Outputs of the
マイクロプロセッサ110は、記憶装置111に格納された補正テーブル又は補正関数に基づいて、VOA101の駆動電流値及びフォトディテクタ102の光電流値の少なくともいずれか一方に対して演算を行うことによって対数表示した値に変換する。そして、マイクロプロセッサ110は、単位をそろえられた駆動電流値及び光電流値から光入力レベル値を算出する。尚、補正テーブル又は補正関数によって、個体差によるばらつきの補正を行うこともできる。
The
また、本実施形態では、コンパレータ113が電流検出器107とADコンバータ109bを介さずに接続され、マイクロプロセッサ110とDAコンバータ112を介して接続されている。コンパレータ113は、電流検出器107からの電流値信号とマイクロプロセッサ110が電流検出器106の電流値に基づいて生成した基準レベル信号とを比較し、入力光信号の強度が所定の基準を満たすか否かを速やかに判定する。光入力断による警報発出や、入力回復による警報解除など判定に速度が求められる場合には、アナログ回路を併用する構成の方が望ましい。
Further, in the present embodiment, the
また、このような入力光信号レベルの判定はマイクロプロセッサ110においても可能である。マイクロプロセッサに入力光レベルの判定機能をもたせた、本発明の実施形態に係る光レベル検出回路の構成例を図5に示す。本実施形態ではDAコンバータを用いず、マイクロプロセッサからのディジタル出力で、光入力レベルモニタ、警報発出、警報解除などの機能を実現する。
Such a determination of the input optical signal level can also be made in the
また、電流検出回路106によって検出されるVOA101の減衰量と、電流検出回路107によって検出されるフォトディテクタ102への入力レベルのうち少なくとも一方が線形表示された値である場合、線形表示された値を出力する電流検出回路106と電流検出回路107の少なくとも一方の出力にログアンプを接続することによって、AD変換を行う前に対数表示の値に変換することができる。本実施形態の一構成例を図6に示す。フォトディテクタ102の光電流値は一般に入力光レベルに対して線形な値となるため、電流検出回路107の出力にログアンプ116を挿入することは有効である。電流検出回路106によって検出されるVOA101の減衰量は対数表示の値であると仮定しているため、電流検出回路106の出力にはログアンプ116を挿入していない。本実施形態では、ディジタル演算回路での対数変換は不要となり、ディジタル演算回路の負荷を低減することができる。
In addition, when at least one of the attenuation amount of the
図3に、本発明の実施形態に係る光受信装置が温度検出器を備えた構成を示す。演算回路108に温度検出器114をさらに備えれば、予め調べておいた光受信装置の温度特性に基づいて、検出された温度に応じた光入力レベル値の補正を行うことができ、光入力レベル値の検出精度を高めることができる。
FIG. 3 shows a configuration in which the optical receiver according to the embodiment of the present invention includes a temperature detector. If the
また、温度検出器114に加えて波長設定手段117を備えれば、入力光信号の波長が分かっていれば、波長の値に応じて光入力レベル値の補正を行うことによって、光入力レベル値の検出精度をさらに高めることができる。本実施形態の構成例を図7に示す。温度検出手段を用いず、波長設定手段だけを用いてもよい。 If the wavelength setting means 117 is provided in addition to the temperature detector 114, the optical input level value is corrected by correcting the optical input level value according to the wavelength value if the wavelength of the input optical signal is known. The detection accuracy can be further increased. A configuration example of this embodiment is shown in FIG. Only the wavelength setting means may be used without using the temperature detection means.
図4に、本発明の実施形態に係る光受信装置が波長検出器115を備えた構成を示す。波長設定手段を備えた波長検出器115を備えれば、入力光信号の波長が予め分からなくても、検出された波長の値に応じて補正を行うことができる。本実施形態は、図7に示す実施形態のように温度検出手段を備えてもよい。
FIG. 4 shows a configuration in which the optical receiver according to the embodiment of the present invention includes the
また、別の構成例を図8に示す。これまでの本実施形態では、演算回路108において光入力レベル値を算出する回路としてディジタル回路を用いたが、これを加算回路又は減算回路などを含むアナログ回路118で組んでもよい。
Another configuration example is shown in FIG. In the present embodiment so far, the digital circuit is used as the circuit for calculating the optical input level value in the
100 光入力レベル検出手段
101 VOA
102 フォトディテクタ
103 CDR
104 駆動回路
105 バイアス電圧印加回路
106、107 電流検出回路
108 演算手段
109a、109b ADコンバータ
110 マイクロプロセッサ
111 記憶装置
112 DAコンバータ
113 コンパレータ
114 温度検出器
115 波長検出器
116 ログアンプ
117 波長設定手段
118 加算器又は減算回路などを含むアナログ回路
100 Optical input level detection means 101 VOA
102
104
Claims (12)
前記可変光減衰手段から出力される光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記入力する光信号のレベルを検出することが可能な光入力レベル検出手段と、
を備えた光受信装置において、
前記光入力レベル検出手段が、前記可変光減衰手段の減衰量と、前記光電変換手段に入力される光レベルから、前記入力光信号のレベルを検出する機能を有することを特徴とする光受信装置。 Variable optical attenuation means capable of adjusting the level of the input optical signal;
Photoelectric conversion means for converting an optical signal output from the variable optical attenuation means into an electrical signal;
Optical input level detection means capable of detecting the level of the input optical signal;
In an optical receiver comprising:
The optical receiving device, wherein the optical input level detecting means has a function of detecting the level of the input optical signal from the attenuation amount of the variable optical attenuating means and the optical level input to the photoelectric converting means. .
前記可変光減衰手段の駆動電流値もしくは駆動電圧値をモニタする第1のモニタ手段と、
前記光電変換手段のバイアス電流値、光電流値もしくはそれらに対応する電圧値をモニタする第2のモニタ手段と、
前記第1のモニタ手段の出力と、前記第2のモニタ手段の出力と、を用いて少なくとも光入力レベル値を演算する演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光受信装置。 The optical input level detection means is
First monitoring means for monitoring a driving current value or a driving voltage value of the variable light attenuating means;
Second monitoring means for monitoring a bias current value, a photocurrent value of the photoelectric conversion means, or a voltage value corresponding to them;
A computing means for computing at least a light input level value using the output of the first monitoring means and the output of the second monitoring means;
The optical receiver according to claim 1, further comprising:
前記第1のモニタ手段の出力と前記第2のモニタ手段の出力とをそれぞれアナログ信号からディジタル信号に変換するAD変換手段と、
前記AD変換手段から出力されるディジタル信号を入力してディジタル演算を行うディジタル演算手段と、
を備えたことを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の光受信装置。 The computing means is
AD conversion means for converting the output of the first monitoring means and the output of the second monitoring means from an analog signal to a digital signal, respectively;
Digital operation means for inputting a digital signal output from the AD conversion means and performing digital operation;
The optical receiver according to claim 2, further comprising:
前記ディジタル演算手段が、前記第1のモニタ手段の出力と前記第2のモニタ手段の出力の少なくとも一方の値を、前記補正テーブルもしくは前記補正関数によって補正することを特徴とする請求項7に記載の光受信装置。 The calculation means includes a correction table or a correction function function for correcting at least one value of the output of the first monitor means and the output of the second monitor means,
8. The digital arithmetic means corrects at least one value of the output of the first monitor means and the output of the second monitor means by the correction table or the correction function. Optical receiver.
前記ディジタル演算手段の出力をディジタル信号からアナログ信号に変換するDA変換手段と、
前記DA変換手段の出力で与えられた基準電圧レベルと前記第2のモニタ手段の出力との電圧レベルの比較を行う電圧レベル比較手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7又は8に記載の光受信装置。 The computing means is
DA conversion means for converting the output of the digital operation means from a digital signal to an analog signal;
Voltage level comparison means for comparing the voltage level of the reference voltage level given by the output of the DA conversion means and the output of the second monitoring means;
The optical receiver according to claim 7 or 8, further comprising:
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