JP2008270624A - 光出力制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のように、入力する光信号と同一のマーク率を有する電気信号を用いずに、電源電圧変動に対して安定な光出力制御電圧を得る。
【解決手段】フォトダイオード109に入力される光信号は光−電流変換、および電流−電圧変換され、さらにピーク検出回路101によって光信号の振幅に比例した直流電圧を得る。ピーク検出回路101の出力電圧とトランジスタ104のコレクタ電圧を差動増幅器102により比較し、その差電圧を増幅する。差電圧は、光信号の振幅が所望の値のときの零となるように抵抗器108の抵抗値が調整される。光信号の振幅値に反比例した光出力制御電圧を出力端子電圧110に得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信を行う光送信器の光出力を制御する光出力制御回路に関する。

光送信器の一般的な構成を図６に示す。光送信信号はレーザダイオード駆動回路604が入力端子605から入力される電気信号を受け、レーザダイオード603を発光させることにより得られる。この光送信信号は光出力振幅を一定に保つための光出力制御がなされる。光出力制御は光送信信号を受光するフォトダイオード602と光出力制御回路601を用い、光送信信号の光出力振幅の増減に対応した光出力制御電圧をレーザ駆動回路604に帰還させ、光出力振幅の調整を行うことによってなされる。

従来の光出力制御回路は、レーザダイオードの出射光をフォトダイオードで受光して生じた電流を光出力レベル検出電圧に変換する電流−電圧変換回路と、入力される電気信号のマーク率を検出し、検出されたマーク率に比例したマーク率検出電圧を生成するマーク率検出回路を備え、光出力レベル検出電圧とマーク率検出電圧とに応答し、光出力の平均値を所定値に制御するようにレーザ駆動回路を自動的に制御する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

次に、この光出力制御回路は、例えば、図４のように構成されるであろう。図６における入力端子605の電気信号を入力端子311に供給し、マーク率検出回路301により電気信号のマーク率に比例した平均値直流電圧を得て、これを基準電圧として差動増幅器302の逆相入力端子に導く。

一方、フォトダイオード309は受光した光信号を電流に変換し、この電流はトランジスタ303を流れる。トランジスタ304は、トランジスタ303および抵抗器308と共にカレントミラー型回路を構成し、トランジスタ303を流れる電流に比例した電流I31を流し、電流I31は抵抗器308によって電流−電圧変換される。この結果、光信号の振幅に比例した電圧信号V32が差動増幅器302の正相入力端子に導かれる。

図５は、図４に示した光出力制御回路の要所の動作波形を示す。図（a）に示す光信号がフォトダイオード309に光信号が入力されると、光−電気変換されることにより図５（ｂ）に示すような電流I31が生じる。この電流I31はカレントミラー型回路によって電流−電圧変換された結果、図５（ｃ）に示すように光信号の振幅に比例した電圧信号V31となる。さらに、平均値整流回路305により整流した結果、平均値整流回路305の出力には、光信号の強度に比例した平均直流電圧V32が得られる。

以上のようにして、マーク率検出回路301と平均値整流回路305から得られた各々の平均直流電圧を差動増幅器302で比較し増幅することで、信号のマーク率に依存せず、光信号の強度に反比例する制御電圧を出力端子310に得ることができる。

特開平１１−３５４８６６号（第３頁−第４頁、図１）

しかしながら、上述した従来の光出力制御回路では、光送信器の光出力制御電圧から信号のマーク率依存性を排除するために、光信号と同一のマーク率を有する電気信号のマーク率検出結果を基準電圧として用いることとしたので、回路構成が繁雑になるという第１の問題点がある。

さらに、マーク率検出回路の出力する平均直流電圧と平均値整流回路が出力する平均直流電圧の電源変動特性を同一にすることが困難であるため、光出力制御電圧の電源電圧依存性が大きいという第２の問題点がある。

そこで、本発明の目的は、電源電圧依存性が無いと共に光信号と同一のマーク率を有する電気信号入力を必要とすることなく、単純な回路構成で光送信器の光出力制御を可能とする光出力制御回路を提供することにある。

本発明の光出力制御回路は、入力する光信号に応答して発生する電圧のピーク値と、所望の振幅の光信号に対して同電位となりピーク値の電圧と同じ回路で発生する一定の基準電圧を差動増幅器において比較、その差電圧を増幅し、光信号を出射するレーザダイオードに対する光出力制御とすることを特徴とする。

より詳しくは、本発明の光出力制御回路は、エミッタが同値の電流を流す第１のトランジスタ，第２のトランジスタ（図１の105，106）と、第１のトランジスタ，第２のトランジスタのコレクタと定電圧源の間に挿入された第１の抵抗器，第２の抵抗器（図１の107，108）と、アノードが第１のトランジスタのエミッタ、カソードが定電圧源に接続されてレーザダイオードの出射光を受光するフォトダイオード（図１の109）と、第１のトランジスタのコレクタが入力端子に接続されたピーク検出回路（図１の101）と、ピーク値検出回路の出力端子が逆相入力端子、第２のトランジスタのコレクタが正相入力端子に接続され、入力電圧を比較し、その差電圧を増幅する差動増幅器（図１の102）とで構成され、フォトダイオードへ入力する光信号の振幅値が所望の値のときに差電圧が零となるように第２の抵抗器の抵抗値を調整したことを特徴とする。

更に、第１のトランジスタ，第２のトランジスタのベースが共に接続された定電圧源（図１の112）と、第１のトランジスタ，第２のトランジスタのエミッタがそれぞれが接続され同値の電流を流す定電流源（図１の105，106）を設けてもよく、第１のトランジスタ，第２のトランジスタのエミッタとＧＮＤの間に接続された第３の抵抗器，第２の抵抗器（図２の205，206）と、正相入力端子が定電圧源、逆相入力端子が第４の抵抗器、正相出力端子が第１のトランジスタおよび第２のトランジスタのベースに接続された電圧増幅回路（図２の216）を設けて、ボルテージフォロアを構成してもよい。

［効果をもたらす手段の働き］
本発明の光出力制御回路では、第一の定電流源（図１の105）の電流（図１のI13）とフォトダイオード（図１の109）に光信号が入力されることにより生じる電流（図１のI11）との差電流（図１のI12）と第一の抵抗器（図１の107）の積により生じる電圧信号（図１のV11）について、ピーク検出回路（図１の101）によりピーク電圧値（図１のV13）を検出する。

一方、第二の定電流源（図１の106）の電流（図１のI14）と第二の抵抗器（図１の108）の積により生じる直流電圧値（図１のV12）が、所望の光信号振幅が入力したときのピーク電圧値と等しくなるように第二の抵抗器の値を調整する。

このようにして得られる直流電圧値V12とピーク電圧値V13を電圧増幅器（図１の102）で比較、その差電圧を増幅し、光出力制御電圧とする。

本発明の第１の効果は、従来のように光信号と同一のマーク率を有する電気信号を入力する回路を設けることなく、光信号のマーク率に依存しない光出力制御電圧を発生させることができるので回路構成が単純化するということである。その理由は、基準電圧を発生する回路と同一の回路において光信号の振幅値に比例するピーク電圧値を発生させ、基準電圧値とピーク電圧値の差電圧を光出力制御に用いる構成とするからである。ここで得られるピーク電圧値は光信号の振幅値にのみ比例するものであるため、電気信号のマーク率が変化してもピーク電圧値は変化しない。

また、第２の効果は、電源電圧に依存しない光出力制御電圧が得られるということである。その理由は、ピーク電圧値を発生させるための電源電圧を基準にして、所望の光信号振幅のときにピーク電圧値と同電位となる基準電圧を発生させることで光出力制御電圧を得る構成としたためである。

本発明の光出力制御回路は、所望の振幅の光信号に対して同電位となる同一回路の異なる節からの電圧を差動増幅器へ入力して、その出力を光出力制御のために使用するようにしている。一つの電圧は一定の基準電圧であって差動増幅器の正相入力端子へ導かれ、他の電圧は光信号に応答して変動する電圧のピーク値であって差動増幅器の逆相入力端子へ導かれて、差動増幅器は、上記２つの電圧を比較し、その差電圧を増幅し、出力をレーザダイオードに対する光出力制御とする。以下、本発明の光出力制御回路につき図面を参照しながら詳細に説明する。

［構成の説明］
図１は、本発明の光出力制御回路の実施例１を示す回路図である。図１において、ベースが共に定電圧源112に接続され、エミッタが定電流源106，105に接続された２つのトランジスタ104，103のコレクタが差動増幅器102の正相入力端子，ピーク検出回路101の入力に接続され、トランジスタ104，103のコレクタは、抵抗器108，107を介して定電圧源111に接続されている。トランジスタ103のエミッタに、レーザダイオード（図示省略）の出射光を受光するフォトダイオード109のアノードが接続され、カソードは定電圧源111に接続されている。

定電流源の電流値を等しくしておき、所望の振幅の光信号を入力する。この時、差動増幅器102の正相入力電圧V12をピーク検出回路101の出力電圧V13と等しくなるよう抵抗器108の抵抗値を調整し、これを基準電圧とする。差動増幅器102は、ピーク検出回路101の出力電圧V13と基準電圧V12を比較、その差電圧を増幅し、出力端子110の電圧を光出力制御電圧とする。

このようにして、光信号のマーク率に依存しない、光信号の出力制御回路を得ることができる。また、光入力信号の増減比較を行うための２値、つまり、光信号振幅値に比例するピーク電圧値と基準電圧値は共に電源電圧，定電流及び抵抗値で決定されるため電源変動に対し安定な動作が可能である。
［動作の説明］
次に、図３に示す回路要所の動作波形を用いて本光出力制御回路の動作について説明する。レーザダイオードからフォトダイオード109に図３（ａ）のような光信号が入力されると、光−電流変換され図４（ｂ）に示す信号電流I11が定電流源105に流入する。図３では、実線が弱信号、点線が強信号を表している。トランジスタ103のエミッタ電流とコレクタ電流はベース電流を無視すると等しいので、抵抗器107に流れる信号電流I12は定電流源105の定電流からフォトダイオード109により得られる信号電流を差し引いたものとなり、その波形は図４（ｃ）に示す如くとなる。

従って、抵抗器107に生じる信号電圧V11は図４（ｄ）に示すように、光入力信号の振幅値に比例してピーク値が変化する波形となる。光入力信号の振幅値が増大した場合、フォトダイオード109が流す信号電流I11は増大するため、抵抗器107に流れる信号電流I12は減少し、抵抗器107での電圧降下は減少するので信号電圧V11は上昇する。逆に、光入力信号の振幅値が減少した場合は、信号電圧V11は下降する。

この電圧信号V11のピーク値をピーク検出回路101で検出する。ピーク検出回路101の出力電圧V13は、信号電圧V11に比例して上昇または下降する。出力電圧V13と基準電圧V12が差動増幅器102で比較され、その差電圧が増幅される。

従って、光入力信号の振幅値が増大した場合は出力端子110の電圧は下降し、レーザダイオードの出射光を弱めるように作用する。光入力信号の振幅値が減少した場合は上昇する。逆に、光入力信号の振幅値が減少した場合は出力端子110の電圧は上昇し、レーザダイオードの出射光を強めるように作用する。

図２は、本発明の光出力制御回路の実施例２を示す回路図である。実施例１における、定電流源106，105、トランジスタ104，103および定電圧源114による構成部分は、本実施例ではトランジスタ204，203、抵抗器206，205、増幅器216および定電圧源212によって構成し、定電流源を用いない構成としたものである。

増幅器216、トランジスタ204、抵抗器206によりボルテージフォロアが構成されるので、トランジスタ204のエミッタ電圧は定電圧源212の電圧と等しくなり定電圧となる。従って、トランジスタ204には定電流が流れる。また、トランジスタ204に流れる電流とトランジスタ203に流れる電流を等しくすれば、トランジスタ203のエミッタ電圧はトランジスタ204のエミッタ電圧と等しくなるため、定電圧源212の電圧と等しくなる。従って、トランジスタ203には定電流が流れる。このために、この実施例２においても実施例１と同様な動作が可能となる。

本発明の光出力制御回路の実施例１を示す回路図 本発明の光出力制御回路の実施例２を示す回路図 本発明の従来の光出力制御回路動作波形図 従来の光出力制御回路の一例を示す回路図 図４に示した従来の光出力制御回路の動作波形図 光送信器の一般的な構成を示す図

符号の説明

101,201 ピーク検出回路
102,202,216,302 電圧増幅回路
103,104,203,204,303,304 トランジスタ
105,106 定電流源
107,108,205〜208,308 抵抗器
109,209,309,602 フォトダイオード
110,210,310 出力端子
111,112,211,212,306 定電圧源
113〜115,213〜215,307,312 ＧＮＤ
301 マーク率検出回路
305 平均値整流回路
311,605 入力端子
601 光出力制御回路
603 レーザダイオード
604 レーザダイオード駆動回路

Claims (4)

1. 入力する光信号に応答して発生する電圧のピーク値と、所望の振幅の前記光信号に対して同電位となり前記ピーク値の電圧と同じ回路で発生する一定の基準電圧を差動増幅器において比較、その差電圧を増幅し、前記光信号を出射するレーザダイオードに対する光出力制御とすることを特徴とする光出力制御回路。
2. エミッタが同値の電流を流す第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、
   前記第１のトランジスタ，第２のトランジスタのコレクタと定電圧源の間に挿入された第１の抵抗器および第２の抵抗器と、
   アノードが前記第１のトランジスタのエミッタ、カソードが前記定電圧源に接続されてレーザダイオードの出射光を受光するフォトダイオードと、
   前記第１のトランジスタのコレクタが入力端子に接続されたピーク値検出回路と、
   前記ピーク値検出回路の出力端子が逆相入力端子、前記第２のトランジスタのコレクタが正相入力端子に接続され、入力電圧を比較し、その差電圧を増幅する差動増幅器とで構成され、
   前記フォトダイオードへ入力する光信号の振幅値が所望の値のときに前記差電圧が零となるように前記第２の抵抗器の抵抗値を調整したことを特徴とする光出力制御回路。
3. 前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタのベースが共に接続された定電圧源と、
   前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタのエミッタがそれぞれが接続され同値の電流を流す定電流源を設けたことを特徴とする請求項２記載の光出力制御回路。
4. 前記第１のトランジスタ，第２のトランジスタのエミッタとＧＮＤの間に接続された第３の抵抗器，第２の抵抗器と、
   正相入力端子が定電圧源、逆相入力端子が前記第４の抵抗器、正相出力端子が前記第１のトランジスタおよび第２のトランジスタのベースに接続された電圧増幅回路を設けて、ボルテージフォロアを構成したことを特徴とする請求項２記載の光出力制御回路。

Images