JP2010212900A - 受光パワーモニタ回路、受信器、トランシーバ、受光パワーモニタ回路の制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】暗電流や電気回路の漏れ電流によるオフセットを補正し、受光パワーモニタの精度向上を図ることができる受光パワーモニタ回路、受信器、トランシーバ、受光パワーモニタ回路の制御方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定する第１のＡ／Ｄ変換器と、アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、第２のＡ／Ｄ変換器からの測定値の最小値を記憶する記憶手段と、第１のＡ／Ｄ変換器からの測定結果と最小値との差分に基づいてオフセットを補正する制御演算回路と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光パワーモニタ回路、受信器、トランシーバ、受光パワーモニタ回路の制御方法、及びプログラムに関する。

受光パワーをモニタする受光パワーモニタ回路の一般的な回路を図７に示す。
受信機能を有する光モジュールは、フォトダイオードＰＤ１、トランスインピーダンス回路ＴＩＡ２、ＬＩＭ３、カレントミラー回路４、電流→電圧変換回路５、ＡＤコンバータ６および制御演算回路８で構成される。

受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）１１は、光を電流信号に変換する。プリアンプ（前置増幅器）としてのトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）２１は、ＰＤ１１からの電流信号を入力し、帰還抵抗Ｒの値に比例する利得で増幅して電圧信号に変換する。ポストアンプとしてのリミッティングアンプ（ＬＩＭ）３１は、ＴＩＡ出力を規定の振幅まで増幅して主信号出力に変換する。

受信した光はＰＤ１で電流に変換され、カレントミラー回路４により、ＰＤ１に流れる電流に応じた電流が電流→電圧変換回路５に入力される。電流→電圧変換回路５にて電圧に変換され、ＡＤコンバータ６に入力される。ＡＤコンバータ６は制御演算回路８に入力される制御信号により測定対象となるバーストセルを特定し、ＡＤ変換した結果をメモリ内の指定の領域に取り込む。

一般にバーストセルの周期に対して、制御回路の動作およびメモリに取り込まれた値の外部取り出しにかかる時間が長いため、このように外部からの制御信号により測定するバーストセルを特定する方式を用いる。メモリ内に取り込まれた結果は、メモリアクセス入出力端子より取り出す。

本構成ではオフセットを測定することができないため、ＡＤコンバータ６で取得した値に含まれるオフセットを補正することができない。そのため、図２に示すように受光パワーが小さいときにおいてその誤差は顕著になり、受光パワーモニタ機能の精度劣化の原因となる。

具体的な例として、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４．２で規定されているＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｏｗｏｒｋ）のＡｍｅｎｄｍｅｎｔ ２の規定では、ＯＬＴは−３４ｄＢｍまで受光レベルを測定できなければならない。この仕様では受光素子にはＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いるのが一般的であり、ＡＰＤの増倍率を１０、受光モジュールの変換効率を１．０Ａ／Ｗと仮定した場合、−３４ｄＢｍの受光レベルは４ｕＡのＡＰＤ出力電流に変換される。

図８は、本発明に関連する受光パワーモニタ回路の他のブロック図である。
図８に示すようにカレントミラー回路４の応答性を高めるため意図的に電流負荷９を組み込む場合がある。

また、本発明に関連する技術が特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載の発明は、受信装置に関する発明である。具体的には、アナログの受信信号を増幅する可変増幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力するディジタル信号から元のデータを復調する復調回路とを備えた受信装置の発明である。この受信装置は、直流オフセット検出手段と、減算手段と、増幅度調整手段とを備え、減算手段の出力するディジタル信号を復調回路に入力してなることを特徴とする。

直流オフセット検出手段は、伝送路上に搬送波が存在しない無信号期間におけるＡ／Ｄ変換器の出力信号に含まれた直流成分を検出する。減算手段は、Ａ／Ｄ変換器の出力信号から直流オフセット検出手段で検出した直流成分を減算する。増幅度調整手段は、減算手段で直流成分が減算されたディジタル信号の信号レベルを検出し当該検出値と所定の基準値との差分を補償するように可変増幅器の増幅度を調整する。
この受信装置によれば、無信号期間におけるＡ／Ｄ変換器の出力信号に含まれた直流成分を検出し、Ａ／Ｄ変換器の出力信号から直流成分を減算するので、従来例のようにトレーニング信号の伝送を行わずに直流成分を検出して除去することができるとしている。

特開２００７−２５９１３２号公報

図７に示した受光パワーモニタ回路において、ＡＰＤの暗電流は温度によって変動し、特に高温で大きくなる。暗電流は素子の組成や出来栄えによってばらつくが、１μＡと仮定するとカレントミラー回路４に流れる電流は４μＡ＋１μＡ＝５μＡとなる。その他のオフセット要因を無視したとしても暗電流のみで２５％の変動であり精度劣化として無視できない。

図８に示す受光パワーモニタ回路の場合も上術した暗電流と同様にオフセットが発生し、精度劣化の要因となる。さらにカレントミラー回路の耐圧を保護する目的で保護用ダイオード１０を用いる場合がある。保護用ダイオードは若干漏れ電流を発生するため、この場合も精度劣化の要因となる。

そこで本発明の目的は、暗電流や電気回路の漏れ電流によるオフセットを補正し、受光パワーモニタの精度向上を図ることができる受光パワーモニタ回路、受信器、トランシーバ、受光パワーモニタ回路の制御方法、及びプログラムを提供することにある。

本発明の受光パワーモニタ回路は、アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定する第１のＡ／Ｄ変換器と、前記アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、前記第２のＡ／Ｄ変換器からの測定値の最小値を記憶する記憶手段と、前記第１のＡ／Ｄ変換器からの測定結果と前記最小値との差分に基づいてオフセットを補正する制御演算回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明の受信器は、本発明の受光パワーモニタ回路を用いたことを特徴とする。

本発明のトランシーバは、本発明の受光パワーモニタ回路を用いたことを特徴とする。

本発明の受光パワーモニタ回路の制御方法は、アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定し、前記アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換し、測定値の最小値を記憶し、測定結果と前記最小値との差分に基づいてオフセットを補正することを特徴とする。

本発明のプログラムは、コンピュータに、第１のＡ／Ｄ変換器が、アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定する手順、第２のＡ／Ｄ変換器が、前記アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換する手順、記憶手段が、前記第２のＡ／Ｄ変換器からの測定値の最小値を記憶する手順、制御演算回路が、前記第１のＡ／Ｄ変換器からの測定結果と前記最小値との差分に基づいてオフセットを補正する手順、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、暗電流や電気回路の漏れ電流によるオフセットを補正し、受光パワーモニタの精度向上を図ることができる。

本発明に係る受光パワーモニタ回路の一実施の形態を示すブロック図である。 ＰＤ１に入力される光とＡＤコンバータ入力部との関係を示す特性図である。 ＡＤコンバータ６およびＡＤコンバータ７のタイミングチャートを示す。 本発明に係る受光パワーモニタ回路の他の実施例を示すブロック図である。 図４に示した受光パワーモニタ回路のタイミングチャートの一例を示す。 本発明に係る受光パワーモニタ回路の他の実施例を示すブロック図である。 受光パワーをモニタする受光パワーモニタ回路の一般的な回路である。 本発明に関連する受光パワーモニタ回路の他のブロック図である。

＜発明の特徴＞
本発明によるバースト受光パワーモニタ回路は、受信機能を有する光モジュールにおいて、バースト伝送されたバーストセルについて受光パワーを測定する際に発生するオフセットを簡易に補正することを実現する回路である。

特にアクセス系光通信システムであるＰＯＮの局舎装置（ＯＬＴ；Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）において、微小パワーの測定が要求されることからオフセットの影響が無視できなくなる。本発明は発生するオフセットを簡易に補正することができる。

＜構 成＞
図１は、本発明に係る受光パワーモニタ回路の一実施の形態を示すブロック図である。
図１において、受信機能を有する光モジュールは、ＰＤ１、ＴＩＡ２、ＬＩＭ３、カレントミラー回路４、電流→電圧変換回路５、ＡＤコンバータ６、ＡＤコンバータ７、及び制御演算回路８で構成される。

受信した光は、ＰＤ１で電流に変換され、カレントミラー回路４により、ＰＤ１に流れる電流に応じた電流が電流→電圧変換回路５に入力される。電流→電圧変換回路５にて電圧に変換され、ＡＤコンバータ６およびＡＤコンバータ７に入力される。ＡＤコンバータ６は制御演算回路８に入力される制御信号により測定対象となるバーストセルを特定し、ＡＤ変換した結果をメモリ内の指定の領域に取り込む。

一般にバーストセルの周期に対して、制御回路の動作およびメモリに取り込まれた値の外部取り出しにかかる時間が長いため、このように外部からの制御信号により測定するバーストセルを特定する方式を用いる。

一方、ＡＤコンバータ７は制御演算回路８に入力される制御信号に無関係に継続的にＡＤ変換を行い、その結果をメモリ内の指定の領域に取り込み、その最小値を記憶する。この最小値がオフセットに相当するため、ＡＤコンバータ６から読み出した結果とＡＤコンバータ７から読み出した結果の最小値の差分をとることにより、光からＡＤコンバータ入力部までに発生したオフセットを補正することができる。補正された結果は、メモリアクセス入出力端子より取り出す。

すなわち、オフセット検出用のＡＤコンバータを追加することにより、光からＡＤコンバータ入力部までのオフセットが検出でき、制御回路内のメモリに取り込んだ読み取り値を演算することによりオフセット補正することができる。

このような光パワーモニタ回路を用いて受信器やトランシーバを構成した場合においてもオフセット補正することができる。

＜プログラム及び記憶媒体＞
以上で説明した本発明にかかる受光パワーモニタ回路は、コンピュータで処理を実行させるプログラムによって実現されている。コンピュータとしては、例えばマイクロプロセッサなどの汎用的なものが挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。よって、一例として、プログラムにより本発明を実現する場合の説明を以下で行う。

コンピュータに、
（１）第１のＡ／Ｄ変換器が、アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定する手順、
（２）第２のＡ／Ｄ変換器が、アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換する手順、
（３）記憶手段が、第２のＡ／Ｄ変換器からの測定値の最小値を記憶する手順、
（４）制御演算回路が、第１のＡ／Ｄ変換器からの測定結果と最小値との差分に基づいてオフセットを補正する手順、
を実行させるプログラムが挙げられる。

これにより、プログラムが実行可能なコンピュータ環境さえあれば、どこにおいても本発明にかかる受光パワーモニタ回路を実現することができる。
このようなプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記憶されていてもよい。
ここで、記憶媒体としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（CD Recordable）などのコンピュータで読み取り可能な記憶媒体、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＦｅＲＡＭ（強誘電体メモリ）等の半導体メモリやＨＤＤ（Hard Disc Drive）が挙げられる。

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
例えば、本発明は、上述した光パワーモニタ回路を用いて受信器やトランシーバを構成してもよい。

＜構 成＞
本発明のバースト受光パワーモニタのオフセット補正回路を図１に示す。
受信機能を有する光モジュールは、ＰＤ１、ＴＩＡ２、ＬＩＭ３、カレントミラー回路４、電流→電圧変換回路５、ＡＤコンバータ６、ＡＤコンバータ７、および制御演算回路８で構成される。

受信した光はＰＤ１で電流に変換され、カレントミラー回路４により、ＰＤ１に流れる電流に応じた電流が電流→電圧変換回路５に入力される。電流→電圧変換回路５にて電圧に変換され、ＡＤコンバータ６およびＡＤコンバータ７に入力される。ＡＤコンバータ６は制御演算回路８に入力される制御信号により測定対象となるバーストセルを特定し、ＡＤ変換した結果をメモリ内の指定の領域に取り込む。

一般にバーストセルの周期に対して、制御回路の動作およびメモリに取り込まれた値の外部取り出しにかかる時間が長いため、このように外部からの制御信号により測定するバーストセルを特定する方式を用いる。

一方、ＡＤコンバータ７は制御演算回路８に入力される制御信号に無関係に継続的にＡＤ変換を行い、その結果をメモリ内の指定の領域に取り込み、その最小値を記憶する。これがオフセットに相当するため、ＡＤコンバータ６から読み出した結果とＡＤコンバータ７から読み出した結果の最小値の差分をとることにより、光からＡＤコンバータ入力部までに発生したオフセットを補正することができる。補正された結果は、メモリアクセス入出力端子より取り出す。

＜動作の説明＞
動作を説明する。
図１において、受信した光はＰＤ１で電流に変換される。ＰＤ１に流れる電流はカレントミラー回路４により、ＰＤ１の受光パワーに応じた電流を生成し、電流→電圧回路５に入力される。電流→電圧回路５で電流は信号光モニタ電圧に変換され、ＡＤコンバータ６およびＡＤコンバータ７に入力される。

図２は、ＰＤ１に入力される光とＡＤコンバータ入力部との関係を示す特性図である。
図２において、横軸は受光パワーを示し、縦軸は電気出力を示す。
ＡＤコンバータ入力までの光→電気変換過程において、いくつかの要因によりオフセットが発生する。第一にＰＤ１には、無入力のときでも暗電流と呼ばれる若干の電流が流れてしまう特性がある。第二にカレントミラー回路４からＡＤコンバータ入力までの漏れ電流が発生する。これらの要因により図２に示すように受光パワーが小さいときにオフセットによる変換誤差が発生する。

図３は、ＡＤコンバータ６およびＡＤコンバータ７のタイミングチャートを示す。
ＡＤコンバータ６は受光したバーストセルの受光レベルを取得するために用いられる。制御演算回路８に入力される外部制御信号をトリガとし、ＡＤコンバータ６に入力された電圧をホールドする。ホールドした値Ｐｐは後段の制御演算回路８に取り込まれる。

一般にバーストセルの周期に対して、制御演算回路８の処理能力が遅いことやメモリに取りこまれた値を外部に取り出す信号の周期が遅いことから、このように外部制御信号を用いて、測定するバーストセルを特定する方式が用いられる。

一方、ＡＤコンバータ７はオフセットを取得するために用いられる。継続的にＡＤコンバータ７に入力された電圧を制御演算回路８へ読み出す。このとき、最小値Ｐｏがオフセットとなるため、Ｐｏを記憶する。ＰｐとＰｏとの差分がオフセット補正をかけた値となる。
オフセット補正値＝Ｐｐ−Ｐｏ

一方、ＰＤ１で受信された光はＴＩＡ２およびＬＩＭ３により電気信号に復調される。これは光モジュールの基本機能であり、本発明においては重要ではない。
本回路により光電気変換過程におけるオフセット補正を実現できる。

＜効果の説明＞
本発明の第１の効果は、受光素子の暗電流によるオフセットを補正することで受光パワーモニタ精度を向上できることである。
本発明の第２の効果は、電気回路の漏れ電流によるオフセットを補正することで受光パワーモニタ精度を向上できることである。

図４は、本発明に係る受光パワーモニタ回路の他の実施例を示すブロック図である。
制御演算回路８に制御信号Ｂを入力する。制御信号ＢはＡＤコンバータ７のトリガとなる信号である。

図５に、図４に示した受光パワーモニタ回路のタイミングチャートの一例を示す。
制御信号Ｂをトリガとし、ＡＤコンバータ７がオフセットレベルＰｏを取得するものである。

図６は、本発明に係る受光パワーモニタ回路の他の実施例を示すブロック図である。
図１では、ＰＤ１の電流を、カレントミラー回路４を用いて測定する構成であったが、本構成はＴＩＡ２の出力をモニタする構成である。受光した光はＰＤ１により電流に変換され、ＴＩＡ２によって電圧変換されて出力される。ＴＩＡ２の出力はアンプ９およびＬＩＭ３に入力される。アンプ９の出力はＡＤコンバータ６およびＡＤコンバータ７に入力される。これ以降の動作は本発明の説明と同じであり、ＡＤコンバータ６で特定のバーストレベルを取得し、ＡＤコンバータ７でオフセットレベルを取得する。

＜特許文献１に記載の発明と本願発明との相違点＞
特許文献１に記載の発明は、一つのＡＤコンバータで主信号とオフセット信号との両方を受けている。これは、アナログ波形をディジタル波形に変換するため、アナログ波形の周期よりも十分に速いサンプリングを行っているものと推測される。
一方、本願発明は、二つのＡＤコンバータを用いている点で特許文献１に記載の発明と相違する。すなわち、本願発明は、一方のＡＤコンバータで主信号を測定し、他方のＡＤコンバータでオフセットを測定する。
この構成の背景は、ＰＯＮ用バースト受信機のパワーモニタ機能を実現するためには、測定するバーストセルを特定する必要がある。そのため、ＡＤコンバータを二つ用意し、一方は特定のバーストセルをサンプリングするためだけに用いる。無信号区間を測定して、オフセットを検出するという思想は同一である。但し、本発明では特許文献１に記載の発明にように、サンプリング周波数が無信号区間に対して十分に速い必要はない。

また、特許文献１では平均値を求めるために測定値を記憶するが、本願発明では最小値を記憶するためオフセット検出の方法が異なる。オフセットは、無信号のレベルのことであり、無信号区間を測定すること自体は当然と考える。本願発明の要点は、バースト受光システムにおいて、バーストセルの受光パワーをモニタする際に発生するオフセットを検出する方法として特別な構成であると考える。

本発明は、受光パワーモニタ回路、受信器、トランシーバに利用できる。

１ ＰＤ
２ ＴＩＡ
３ ＬＩＭ
４ カレントミラー回路
５ 電流→電圧変換回路
６、７ ＡＤコンバータ
８ 制御演算回路

Claims (7)

1. アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定する第１のＡ／Ｄ変換器と、
   前記アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
   前記第２のＡ／Ｄ変換器からの測定値の最小値を記憶する記憶手段と、
   前記第１のＡ／Ｄ変換器からの測定結果と前記最小値との差分に基づいてオフセットを補正する制御演算回路と、を備えたことを特徴とする受光パワーモニタ回路。
2. 前記第２のＡ／Ｄ変換器は、前記制御演算回路を制御する制御信号以外の他の制御信号をトリガとして作動することを特徴とする請求項１記載の受光パワーモニタ回路。
3. 前記アナログ受信信号は、プリアンプにより受光素子からの電流信号を入力し、帰還抵抗の値に比例する利得で増幅して電圧信号に変換した信号であることを特徴とする請求項１記載の受光パワーモニタ回路。
4. 請求項１から３の何れか一項記載の受光パワーモニタ回路を用いたことを特徴とする受信器。
5. 請求項４記載の受信器を用いたトランシーバ。
6. アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定し、
   前記アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換し、
   測定値の最小値を記憶し、
   測定結果と前記最小値との差分に基づいてオフセットを補正することを特徴とする受光パワーモニタ回路の制御方法。
7. コンピュータに、
   第１のＡ／Ｄ変換器が、アナログ受信信号から測定対象となるバーストセルを特定する手順、
   第２のＡ／Ｄ変換器が、前記アナログ受信信号を継続的にＡ／Ｄ変換する手順、
   記憶手段が、前記第２のＡ／Ｄ変換器からの測定値の最小値を記憶する手順、
   制御演算回路が、前記第１のＡ／Ｄ変換器からの測定結果と前記最小値との差分に基づいてオフセットを補正する手順、
   を実行させることを特徴とするプログラム。

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