JP2010178383A

JP2010178383A - 光受信器

Info

Publication number: JP2010178383A
Application number: JP2010106471A
Authority: JP
Inventors: Yuji Kato; 祐司加藤; Masamichi Nogami; 正道野上; Masaki Noda; 雅樹野田; Junichi Nakagawa; 潤一中川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2010-05-06
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP5368370B2

Abstract

【課題】ＡＰＤを備えた光受信器において、ＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御すること。
【解決手段】入力光強度に対応した電流を出力するＡＰＤ１と、ＡＰＤ１の出力電流を増幅・電圧変換する前置増幅器６と、ＡＰＤ１に高電圧を印加する高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２の出力電圧から雑音を除去するローパスフィルタ５と、ＡＰＤ１に流れる電流を検出する電流検出回路７と、電流検出回路７が検出した電流値に基づいて高電圧発生回路２の出力電圧を制御する制御回路８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光受信器に関するものであり、特に、光通信システムなどに使用される光受信器に関するものである。

近年、インターネットが産業・経済および社会生活を支えるインフラストラクチャーとなりつつあるなかで、ＣＡＴＶ、ディジタル放送の普及などによって、情報量の増加や、アプリケーションの多様化が進展している。このような状況において、これらの通信を支える通信システムを迅速かつ効率的に整備することが急務であり、そのためには、大容量性と、低コスト性とを兼ね備えた光通信システムの適用が必要不可欠となる。

一方、大容量性と、低コスト性とを兼ね備えた光通信システムとして期待されているのが、時分割多重方式によって一台の局側装置で複数の加入者装置との通信を行うためのポンイト・マルチポイント伝送を実現できるＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）形態のシステムである（以下「ＰＯＮシステム」と呼称する）。なお、このＰＯＮシステムとしては、例えば、ＡＴＭ−ＰＯＮシステムや、Ｂ−ＰＯＮシステムなどが代表的であるが、これらは、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ９８３．１およびＧ９８３．３として、それぞれ国際標準化されている。

一方、このようなＰＯＮシステムに用いられる光受信器としては、下記特許文献１に開示された光受信回路などを一般的な構成として挙げることができる。具体的には、この光受信回路は、光信号を電流信号に変換するためのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）と、ＡＰＤに高電圧を印加するための高電圧発生回路と、高電圧発生回路の出力電圧の雑音を除去するための抵抗およびコンデンサから構成されるローパスフィルタと、ＡＰＤで変換された電流信号を電圧信号に変換・増幅するための前置増幅器とを備えている。

特開平１１−２７５７７５号公報

しかしながら、上述のような加入者装置から局側装置への信号が時分割多重されているＰＯＮシステムでは、加入者装置と局側装置との間は、加入者ごとに異なる距離で接続されるので、局側装置の受信装置では、信号強度変化の大きいパケット信号の受信を余儀なくされることになる。したがって、上述のような従来の光受信器を、このようなＰＯＮシステムに適用した場合には、以下に示すような種々の問題点があった。

ＰＯＮシステムに光強度の大きいパケットが入力すると、ＡＰＤに大きな電流が流れることによりローパスフィルタを構成している抵抗での電圧降下が大きくなり、ＡＰＤに印加される電圧が低下するとともに、ＡＰＤの特性値である増倍率（Ｍ値）も減少する。一方、ＡＰＤの印加電圧は、パケットの終了とともに低下した値が瞬時に上昇するようなことはなく、ローパスフィルタの時定数を経て徐々に戻るように動作する。したがって、光強度の大きいパケットの直後に、光強度の小さいパケットが入力された場合には、ＡＰＤの印加電圧の低下に起因して、光強度が小さいパケットに対する十分なＭ値が得られないという問題点があった。

また、光強度が大きなパケットでは、信号対雑音比が良好なためＭ値が低下しても受信感度の劣化が生じないが、光強度が小さなパケットでは、信号対雑音比が低下しているため、Ｍ値の低下により受信感度の劣化が生ずることになる。したがって、この種の光受信器をＰＯＮシステムに適用すると、所望の受信感度を得るための入力光強度の範囲が狭小化されるという問題点があった。

上述のような問題点に対して、例えば、光強度の大きなパケットの入力によってローパスフィルタの抵抗で電圧降下が発生しても、光強度の小さなパケットが十分大きなＭ値を受けられるように、予め高電圧発生回路の出力電圧を抵抗で発生する電圧降下分だけ大きくしておくという手法をとることも考えられる。しかしながら、その手法では、大きな光強度のパケットが入力したときに、ＡＰＤや、前置増幅器に過剰の電流が流れてしまい、光受信器が破損する可能性があるという問題点があった。

さらに、大きな光強度のパケットが入力したときには、抵抗の電圧降下でＡＰＤに印加される電圧が低下するとともにＭ値も減少するが、そのＭ値の減少量が不十分なために、ＡＰＤや、前置増幅器に過剰な電流が流れ、その結果、ＡＰＤ、あるいは前置増幅器が破損するという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入力される光信号の光強度に応じてＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御する機能を有する光受信器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる光受信器は、入力光強度に対応した電流を出力するＡＰＤ（アバランシェ・フォト・ダイオード）と、前記ＡＰＤの出力電流を増幅・電圧変換する前置増幅手段と、前記ＡＰＤに高電圧を印加する電圧発生手段と、前記電圧発生手段の出力電圧から雑音を除去するフィルタ手段と、前記ＡＰＤに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流値に基づいて前記電圧発生手段の出力電圧を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる光受信器によれば、光強度の異なる信号が入力された場合であっても、入力される光信号の光強度に応じてＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御することができ、光受信器の破損を防止することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。一般的なＰＯＮシステムの構成を示す図である。図２に示した光受信器１０２に光強度の異なる各パケットが入力された場合のＡＰＤの電流特性や電圧特性を示すタイムチャートである。図１に示した光受信器を構成する主要部の動作特性を示すタイムチャートである。図１に示した実施の形態１の光受信器における電流検出回路７の回路構成例（第１の回路構成）を示す図である。図１に示した光受信器における電流検出回路７の他の回路構成例（第２の回路構成）を示す図である。図１に示した光受信器における電流検出回路７の他の回路構成例（第３の回路構成）を示す図である。本発明の実施の形態２にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。図８に示した光受信器を構成する主要部の動作特性を示すタイムチャートである。図９と異なる制御手法を用いて制御した場合の動作特性を示すタイムチャートである。図８に示した実施の形態２の光受信器における電流検出回路７および電流源９の回路構成例を示す図である。本発明の実施の形態３にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。図１２に示した実施の形態３の光受信器における電流検出回路７および電流源９の回路構成例を示す図である。本発明の実施の形態４にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。図１４に示した光受信器を構成する主要部の動作特性を示すタイムチャートである。

以下に、本発明にかかる光受信器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。同図に示す光受信器は、光信号を電流信号に増幅・変換するためのＡＰＤ１と、ＡＰＤ１に高電圧を印加するための高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２の出力電圧から雑音を除去するための抵抗３およびコンデンサ４を具備するローパスフィルタ５と、ＡＰＤ１に流れる電流の電流変化を検出するための電流検出回路７と、電流検出回路７で検出した電流値に基づいて高電圧発生回路２の出力電圧を制御する制御回路８と、ＡＰＤ１で生成された電流信号を電圧信号に変換・増幅する前置増幅器６とを備えるように構成している。なお、ＡＰＤ１には、光信号を電流信号に変換するだけではなく光信号を増倍させる特性も有している。また、ＡＰＤ１に印加される電圧が大きいほど増倍効果が大となり、このような増倍効果を表す指標である増倍率をＭ値と呼んでいる。

ところで、上記では、従来の光受信器をＰＯＮシステムに適用した場合に、光強度の大きいパケットに続いて、光強度の小さいパケットが入力されると、種々の問題点が生ずることについて説明した。つぎに、光強度の異なる信号が入力された場合に、ＡＰＤに流れる電流の変化や、ＡＰＤに印加される印加電圧の変化などについて説明する。

図２は、一般的なＰＯＮシステムの構成を示す図である。図２において、局１０１には従来技術にかかる光受信器１０２が備えられ、光受信器１０２は、光合波器１０６を介して複数の加入者１０３〜１０５と接続されている。ＰＯＮシステムでは、加入者から局に対する通信方向である上り系では、アクセス方式が時分割多重方式と規定されているので、加入者１０３〜１０５から局１０１には、パケット１０７〜１０９が間欠的に送出される。また、加入者１０３〜１０５から送出されるタイミングは、各加入者のパケット１０７〜１０９が局側１０１の光受信器１０２で重ならないように調整されている。なお、局１０１から各加入者１０３〜１０５までの距離が異なるため、局１０１の光受信器１０２が受信する各パケット１０７〜１０９の光強度は異なるものとなる。

図３は、図２に示した光受信器１０２に光強度の異なる各パケットが入力された場合のＡＰＤの電流特性や電圧特性を示すタイムチャートである。図３において、パケット１を、例えば加入者１０３から送出された加入者１のパケット１０７であるとし、パケット２を、例えば加入者１０５から送出された加入者３のパケット１０９であるとする。このとき、光受信器１０２内のＡＰＤ（図示省略）が受光する受光強度は、同図（ａ）に示すように、パケット１が大きく、パケット２が小さくなる。すると、パケット１によってＡＰＤには大きな電流（Ｉａｐｄ）が流れる（同図（ｂ））。ただし、この電流に伴う電圧降下は、所定の時定数（例えば、ローパスフィルタの時定数）に基づいて徐々に減少するように変化するので、ＡＰＤのカソード端子電位であるＡＰＤバイアス（Ｖａｐｄ）は、ＡＰＤ電流が殆ど流れないときのカソード端子電位から、パケット１によるＡＰＤ電流が流れたときのカソード端子電位に向かって、徐々に減少する同図（ｃ）に示すような波形となる。その結果、増倍率（Ｍ値）は、ＡＰＤバイアスと同様な変化特性を呈する同図（ｄ）に示すような波形となる。

一方、パケット１に続いて、パケット１より光強度の小さなパケット２が入力されると（同図（ａ））、ＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）が小さくなるので、ＡＰＤ電流が流れない場合と同様な特性となり、ＡＰＤバイアス（Ｖａｐｄ）は、パケット１によるＡＰＤ電流が流れたときのカソード端子電位から、パケット２によるＡＰＤ電流が流れたときのカソード端子電位に向かって、徐々に増加する同図（ｃ）に示すような波形となる。その結果、増倍率（Ｍ値）は、パケット１のときと同様に、ＡＰＤバイアスと同様な変化特性を呈する同図（ｄ）に示すような波形となる。

つぎに、図１に示した実施の形態１の光受信器の回路動作について図４を用いて説明する。なお、図４は、図１に示した光受信器を構成する主要部の動作特性を示すタイムチャートである。図４において、パケットが入力される前では、高電圧発生回路２の出力電圧は所定値（比較的大きな値）に設定されている。いま、光強度が大きいパケットがＡＰＤ１に入力すると、電流検出回路７は、ＡＰＤ１に流れるＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）の増加を検出する。制御回路８は、電流検出回路７が検出した電流増加成分に基づいて高電圧発生回路２を制御する。例えば、電流検出回路７が電流増加を検出したときには、制御回路８は高電圧発生回路２の出力電圧を小さくするように制御するので、ＡＰＤ１のカソード端子電位は小さくなり、ＡＰＤ１のＭ値は低下する。一方、光強度の小さいパケットがＡＰＤ１に入力するときには、電流検出回路７は、ＡＰＤ１に流れるＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）の減少を検出する。制御回路８は、その検出結果に基づいて高電圧発生回路２の出力電圧を大きくするように制御するので、ＡＰＤ１のカソード端子電位は大きくなり、ＡＰＤ１のＭ値は増大する。

すなわち、図１に示す光受信器によれば、大きな光強度のパケットが入力したときには、ＡＰＤ１のＭ値が減少するのでＡＰＤ１、あるいは前置増幅器６に過剰な電流が流れることを防止することができる。一方、小さな光強度のパケットが入力したときには、ＡＰＤ１のＭ値が増大するので、小さな光強度のパケットはＡＰＤ１から十分大きな増倍効果を得ることができる。

図５は、図１に示した実施の形態１の光受信器における電流検出回路７の回路構成例（第１の回路構成）を示す図である。同図において、電流検出回路７は、抵抗３と、抵抗３の両端の電位差を検出・増幅するための差動増幅回路１１と、を備えている。また、制御回路８には、所定の基準電圧を付与するための基準電圧源１０を接続させている。なお、ローパスフィルタ５には、高電圧発生回路２とＡＰＤ１とを接続する抵抗３がすでに備えられているので、差動増幅回路１１に入力させる電位差を検出するための抵抗を兼用させている。なお、その他の光受信器の各構成部ついては図１と同一であり、同一部分には同一符号を付して示している。

つぎに、図５に示した光受信器の回路動作について説明する。同図において、ＡＰＤ１に流れる電流は抵抗３の両端の電位差として現れるので、差動増幅回路１１は、その電位差を検出・増幅する。ＡＰＤ１に流れる電流が大きくなると抵抗３の両端の電位差が大きくなるので、差動増幅回路１１の出力電圧も大きくなる。このとき、差動増幅回路１１の出力電圧が基準電圧源１０の基準電圧よりも大きくなると、制御回路８は、高電圧発生回路２の出力電圧が小さくなるように高電圧発生回路２を制御する。一方、ＡＰＤ１に流れる電流が小さくなると、差動増幅回路１１の出力電圧が基準電圧よりも小さくなるので、制御回路８は、高電圧発生回路２の出力電圧を大きくなるように高電圧発生回路２を制御する。

図６は、図１に示した光受信器における電流検出回路７の他の回路構成例（第２の回路構成）を示す図である。図１や、図５などに示した高電圧発生回路２から出力される電圧は、一般的に数１０Ｖ程度の電圧に達する。このため、差動増幅回路１１の入力端子にもこの数１０Ｖの電圧が印加される。一方、差動増幅回路１１としてオペアンプを使用した回路構成が採用される場合もある。ところが、オペアンプを使用した場合に、数１０Ｖの電圧を入力させると、差動増幅回路１１が破損する可能性がある。そこで、図６に示す電流検出回路７では、抵抗３と差動増幅回路１１の間に減衰器２４、２５を挿入することにより、差動増幅回路１１に入力される電圧を数Ｖまで低下させ、差動増幅回路１１の破損を防止するように構成したものである。なお、基本的な動作は、図５に示した光受信器と同等であるため、その動作説明は省略する。

図７は、図１に示した光受信器における電流検出回路７の他の回路構成例（第３の回路構成）を示す図である。同図に示す電流検出回路７は、図５、あるいは図６に示した差動増幅回路の構成に代えて、カレントミラー回路で構成したところに特徴がある。すなわち、図７において、電流検出回路７は、抵抗３に流れる電流を検出するためのカレントミラー回路を構成する一対のトランジスタ１４および１５と、抵抗３に流れる電流値を電圧値に変換する抵抗１７と、抵抗１７に流れる電流を制限する抵抗１６とを備えている。なお、その他の光受信器の各構成部ついては図５、６などと同一であり、同一部分には同一符号を付して示している。

つぎに、図７に示した光受信器の回路動作について説明する。上述しているように、電流検出回路７はカレントミラー構成になっているので、トランジスタ１５には、トランジスタ１４に流れる電流を抵抗３と抵抗１６との比率で比率倍した電流（Ｉｍｏｎ）が流れる。いま、ＡＰＤ１に電流が流れ、抵抗１７で変換された変換電圧が基準電圧よりも大きくなったときには、制御回路８は、高電圧発生回路２の出力電圧が小さくなるように高電圧発生回路２を制御する。一方、ＡＰＤ１に流れる電流の減少とともに、抵抗１７の出力電圧が小さくなったときには、制御回路８は、高電圧発生回路２の出力電圧を大きくするように高電圧発生回路２を制御する。

このように、図５〜７に示す光受信器によれば、大きな光強度のパケットが入力したときには、高電圧発生回路２の出力電圧が低下してＡＰＤ１のカソード電位が降下し、ＡＰＤ１のＭ値が減少するので、ＡＰＤ１、あるいは前置増幅器６に過剰な電流が流れることを防止することができる。一方、小さな光強度のパケットが入力したときには、高電圧発生回路２の出力電圧が増大下してＡＰＤ１のカソード電位が上昇し、ＡＰＤ１のＭ値が増大するので、ＡＰＤ１から十分大きな増倍効果を得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態の光受信器によれば、電流検出回路にて電圧変換された検出電圧が、所定の基準電圧と略同一になるように高電圧発生回路の出力電圧を制御するようにしているので、入力される光信号の光強度に応じてＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御することができ、ＡＰＤ、あるいは前置増幅器の破損を防止することができる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。同図に示す光受信器は、光信号を電流信号に増幅・変換するためのＡＰＤ１と、ＡＰＤ１に高電圧を印加するための高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２の出力電圧から雑音を除去するための抵抗３およびコンデンサ４を具備するローパスフィルタ５と、ＡＰＤ１に流れる電流の電流変化を検出するための電流検出回路７と、ＡＰＤ１のカソード側から電流を引き抜くための電流引き抜き回路として機能する電流源９と、電流検出回路７が検出した電流値に基づいて電流源９の電流引き抜き量を制御するための制御回路８と、ＡＰＤ１で変換された電流信号を電圧信号に変換・増幅するための前置増幅器６とを備えるように構成している。

つぎに、図８に示した光受信器の回路動作について図９を用いて説明する。なお、図９は、図８に示した光受信器を構成する主要部の動作特性を示すタイムチャートである。同図において、ＡＰＤ１にパケットが入力されていないときには、電流検出回路７は、ＡＰＤ１に電流が流れていないことを検出し、制御回路８は、所定の電流が引き抜かれるように電流源９を制御する。

光強度の大きいパケットが入力すると、ＡＰＤ１に流れるＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）が増大し、電流検出回路７は、このＡＰＤ１の電流増加に基づく電流増加成分を検出する。制御回路８は、電流検出回路７が検出したＡＰＤ１の電流増加成分に基づいて電流源９を制御する。例えば、電流検出回路７が電流増加を検出したときには、電流引き抜き回路としての電流源９による引き抜き電流（Ｉｃｏｎｔ）が小さくなるように制御する。

一方、光強度の大きいパケットの入力後、光強度の小さなパケットが入力すると、ＡＰＤ１に流れるＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）が減少する。電流検出回路７は、このＡＰＤ１の電流減少に基づく電流減少成分を検出する。制御回路８は、電流検出回路７が検出したＡＰＤ１の電流減少成分に基づいて電流源９を制御する。例えば、電流検出回路７が電流減少を検出したときには、電流引き抜き回路としての電流源９による引き抜き電流（Ｉｃｏｎｔ）が大きくなるように制御する。

以上のような制御が行われる結果、パケットの光強度が大きい場合には、ＡＰＤ電流の増加による抵抗３における電圧降下分の増大を、引き抜き電流（Ｉｃｏｎｔ）を減少させることで引き抜き電流による抵抗３における電圧降下を減少させることができ、また、パケットの光強度が小さい場合には、ＡＰＤ電流の減少による抵抗３における電圧降下分の減少を、引き抜き電流（Ｉｃｏｎｔ）を増大させることで引き抜き電流による抵抗３における電圧降下分を増大させることができる。換言すれば、パケットの光強度に関わらず（すなわち、ＡＰＤ電流に依存することなく）、抵抗３に流れる電流を一定とすることができるので、ＡＰＤ１のカソード電位を一定に保持させることができる。

また、図１０は、図９と異なる制御手法を用いて制御した場合の動作特性を示すタイムチャートである。図９に示す制御手法では、光強度の大きいパケットが入力したときには、電流源９による引き抜き電流が小さくなるように制御し、光強度の大きいパケットが入力したときには、電流源９による引き抜き電流が大きくなるように制御していた。一方、図１０に示す制御手法では、光強度が大きいパケットが入力したときには、Ｍ値を小さくするために、電流源９の引き抜き電流を増加させ、ＡＰＤ１に印加される電圧を低下させるようにしてもよい。このような制御を行うことで、光強度が大きいパケットが入力したときであっても、ＡＰＤのＭ値を十分小さくすることができ、ＡＰＤ１、あるいは前置増幅器６に過剰な電流が流れることを防止することができる。

図１１は、図８に示した実施の形態２の光受信器における電流検出回路７および電流源９の回路構成例を示す図である。同図において、電流検出回路７は、ローパスフィルタに備えられた抵抗３を利用し、当該抵抗３の両端の電位差を検出・増幅するための差動増幅回路１１を備えている。また、電流検出回路７には、抵抗１２とトランジスタ１３から成る電流源９が設けられており、電流検出回路７から電流を引き抜くことができるような構成としている。さらに、制御回路８には、実施の形態１と同様に、所定の基準電圧を付与するための基準電圧源１０を接続させている。なお、その他の光受信器の各構成部ついては図８と同一であり、同一部分には同一符号を付して示している。

つぎに、図１１に示した光受信器の回路動作について説明する。同図において、ＡＰＤ１および電流源９に流れる電流は抵抗３の両端の電位差として現れるので、差動増幅回路１１は、その電位差を検出・増幅した検出出力を制御回路８に出力する。また、制御回路８は、基準電圧源１０の基準電圧と、差動増幅回路１１の検出出力に基づいて、電流源９が引き抜く引き抜き電流を制御する。なお、電流源９に使用されているトランジスタ１３は、バイポーラ型でもＦＥＴ型でもよい。また、電流検出回路７は、図７に示したような、カレントミラー回路であってもよい。

以上説明したように、この実施の形態の光受信器によれば、電流検出回路にて電圧変換された検出電圧が、所定の基準電圧と略同一になるように電流引き抜き回路の引き抜き電流を制御するようにしているので、入力される光信号の光強度に応じてＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御することができ、ＡＰＤ、あるいは前置増幅器の破損を防止することができる。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。同図に示す光受信器は、光信号を電流信号に増幅・変換するためのＡＰＤ１と、ＡＰＤ１に高電圧を印加するための高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２の出力電圧から雑音を除去するための抵抗３およびコンデンサ４を具備するローパスフィルタ５と、ＡＰＤ１に流れる電流の電流変化を検出するための電流検出回路７と、電流検出回路７に電流を送り出すための電流送出回路として機能する電流源９と、電流検出回路７が検出した電流値に基づいて電流源９の電流送出量を制御するための制御回路８と、ＡＰＤ１で変換された電流信号を電圧信号に変換・増幅するための前置増幅器６とを備えるように構成している。

この実施の形態の光受信器の動作タイムチャートは図９と同一である。同図において、ＡＰＤ１にパケットが入力されていないときには、電流検出回路７は、ＡＰＤ１に電流が流れていないことを検出し、制御回路８は、所定の電流が送出されるように電流源９を制御する。

光強度の大きいパケットが入力すると、ＡＰＤ１に流れるＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）が増大し、電流検出回路７は、このＡＰＤ１の電流増加に基づく電流増加成分を検出する。制御回路８は、電流検出回路７が検出したＡＰＤ１の電流増加成分に基づいて電流源９を制御する。例えば、電流検出回路７が電流増加を検出したときには、電流送出回路としての電流源９が送出する電流を小さくするように制御する。

一方、光強度の大きいパケットの入力後、光強度の小さなパケットが入力すると、ＡＰＤ１に流れるＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）が減少する。電流検出回路７は、このＡＰＤ１の電流減少に基づく電流減少成分を検出する。制御回路８は、電流検出回路７が検出したＡＰＤ１の電流減少成分に基づいて電流源９を制御する。例えば、電流検出回路７が電流減少を検出したときには、電流送出回路としての電流源９が送出する電流を大きくするように制御する。

以上のような制御が行われる結果、パケットの光強度に関わらず（すなわち、ＡＰＤ電流に依存することなく）、抵抗３に流れる電流を一定とすることができるので、ＡＰＤ１のカソード電位を一定に保持させることができる。

図１３は、図１２に示した実施の形態３の光受信器における電流検出回路７および電流源９の回路構成例を示す図である。同図において、電流検出回路７は、ローパスフィルタに備えられた抵抗３を利用し、当該抵抗３の両端の電位差を検出・増幅するための差動増幅回路１１を備えている。また、電流検出回路７には、抵抗１８とトランジスタ１９から成る電流源９が設けられており、電流検出回路７に電流を送出できるような構成としている。さらに、制御回路８には、実施の形態１，２と同様に、所定の基準電圧を付与するための基準電圧源１０を接続させている。なお、その他の光受信器の各構成部ついては図１２と同一であり、同一部分には同一符号を付して示している。

つぎに、図１３に示した光受信器の回路動作について説明する。同図において、ＡＰＤ１および電流源９に流れる電流は抵抗３の両端の電位差として現れるので、差動増幅回路１１は、その電位差を検出・増幅した検出出力を制御回路８に出力する。また、制御回路８は、基準電圧源１０の基準電圧と、差動増幅回路１１の検出出力に基づいて、電流源９が抵抗３に送出する電流を制御する。なお、電流源９に使用されているトランジスタ１３は、バイポーラ型でもＦＥＴ型でもよい。また、電流検出回路７は、図７に示したような、カレントミラー回路であってもよい。

以上説明したように、この実施の形態の光受信器によれば、電流検出手段にて電圧変換された検出電圧が、所定の基準電圧と略同一になるように前記電流送出手段の送出電流を制御するようにしているので、入力される光信号の光強度に応じてＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御することができ、ＡＰＤ、あるいは前置増幅器の破損を防止することができる。

実施の形態４．
図１４は、本発明の実施の形態４にかかる光受信器の構成を示すブロック図である。同図に示す光受信器は、光信号を電流信号に増幅・変換するためのＡＰＤ１と、ＡＰＤ１に高電圧を印加するための高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２の出力電圧から雑音を除去するための抵抗３およびコンデンサ４を具備するローパスフィルタ５と、ＡＰＤ１に流れる電流の電流変化を検出するための電流検出回路７と、ＡＰＤ１の電流により抵抗３で発生した電圧降下を補償するための電圧源２１と、ローパスフィルタ５の出力電圧と電圧源２１の出力電圧を加算するための加算器２２と、電流検出回路７が検出した電流値に基づいて電圧源２１の出力電圧を制御するための制御回路８と、ＡＰＤ１で変換された電流信号を電圧信号に変換・増幅するための前置増幅器６とを備えるように構成している。なお、電圧源２１および加算器２２の両者は、上述のように電圧調整手段として機能する。

つぎに、図１４に示した光受信器の回路動作について図１５を用いて説明する。なお、図１５は、図１４に示した光受信器を構成する主要部の動作特性を示すタイムチャートである。同図において、光強度の大きいパケットが入力すると、ＡＰＤ１に流れるＡＰＤ電流（Ｉａｐｄ）が増大し、抵抗３で発生する電圧降下が増大する。電流検出回路７は、ＡＰＤ１の電流増加成分を検出する。制御回路８は、電流検出回路７が検出したＡＰＤ１の電流増加成分に基づいて電圧源２１の出力電圧を大きくするように制御する。なお、電圧源２１から出力される出力電圧の増加分は、ＡＰＤ１の電流により抵抗３で発生した電圧降下の増加分と同等のものでよい。加算器２２は、例えば、同図（ｃ）に示すようなローパスフィルタ５の出力電圧を補償するために、例えば、同図（ｄ）に示すような電圧源２１の出力電圧とを加算する。その結果、加算器２２で加算された出力は、同図（ｅ）に示すような一定電圧となり、ＡＰＤ１には一定のカソード電位が付与される。なお、光強度の小さいパケットが入力した場合も、上記と逆の制御が行われる。その結果、パケットの光強度に関わらず（すなわち、ＡＰＤ電流に依存することなく）、ＡＰＤ１のカソード電位を一定に保持させることができる。

以上説明したように、この実施の形態の光受信器によれば、電流検出手段にて電圧変換された検出電圧が、所定の基準電圧と略同一になるように前記電圧調整手段の出力電圧を制御するようにしているので、入力される光信号の光強度に応じてＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御することができ、ＡＰＤ、あるいは前置増幅器の破損を防止することができる。

以上のように、本発明にかかる光受信器は、国際標準化されたＡＴＭ−ＰＯＮシステム、Ｂ−ＰＯＮシステムなどに適用される光受信器として有用である。

２高電圧発生回路
３，１２，１６，１７，１８抵抗
４コンデンサ
５ローパスフィルタ
６前置増幅器
７電流検出回路
８制御回路
９電流源
１０基準電圧源
１１差動増幅回路
１３，１４，１５，１９トランジスタ
２１電圧源
２２加算器
２４，２５減衰器
１０１局
１０２光受信器
１０３，１０４，１０５加入者
１０６光合波器
１０７，１０８，１０９パケット

Claims

入力光強度に対応した電流を出力するＡＰＤ（アバランシェ・フォト・ダイオード）と、
前記ＡＰＤの出力電流を増幅・電圧変換する前置増幅手段と、
前記ＡＰＤに高電圧を印加する電圧発生手段と、
前記電圧発生手段の出力電圧から雑音を除去するフィルタ手段と、
前記ＡＰＤに流れる電流を電圧値に変換して検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段にて電圧変換された検出電圧が所定の基準電圧と略同一になるように該電流検出手段に流れる電流を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする光受信器。
前記制御手段は、前記ＡＰＤのカソード側から所定の電流を引き抜くことで前記電流検出手段に流れる電流を制御する電流引き抜き手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記制御手段は、前記電流検出手段に電流を送出することで該電流検出手段に流れる電流を制御する電流送出手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記制御手段は、
前記ＡＰＤのカソード側に印加される電圧を調整することで前記電流検出手段に流れる電流を制御する電圧調整手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。