JP2010258858A

JP2010258858A - フィードフォワード型ａｇｃ回路

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Publication number: JP2010258858A
Application number: JP2009107571A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Sogabe; 秀幸曽我部; Masato Ishino; 正人石野; Hideji Aoyama; 秀次青山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】フィードフォワード型ＡＧＣ回路において、制御電圧発生回路のトランジスタで生成した逆ＬＯＧ電圧と、可変減衰回路のＰＩＮダイオードのＬＯＧ特性とが一致し難い。
【解決手段】本発明のフィードフォワード型ＡＧＣ回路は、π型アッテネータをＰＩＮダイオードで構成し、ＲＦ信号の減衰量を調整する可変減衰回路１４と、光電変換電圧を生成する光電流検出兼電圧補正回路１６と、前記ＰＩＮダイオードと同じＰＩＮダイオードを用いて、前記ＰＩＮダイオードが有するＬＯＧ特性と逆のＬＯＧ特性を有する電圧を光電変換電圧から生成し、減衰量をリニアに制御する逆ＬＯＧ制御電圧生成回路１７と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光受信装置に搭載されるフィードフォワード型ＡＧＣ回路に関するものである。

アクセス系ネットワークシステムにおいて、従来ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）ケーブル、ケーブルテレビ用の同軸ケーブル、ＩＳＤＮ（総合サービスデジタル網）やＡＤＳＬ（非対称デジタル加入者線）用の電話線等により構築された端末網が光ファイバで
置き換えられる動き、すなわちＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）化が加速している。メディアコンバータやＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）のようなベースバンドのデジタルを用いたインターネットを中心とする高速データ伝送を可能とするＦＴＴＨが急速に普及する中、ＲＦ多重信号が主体の映像系のＦＴＴＨも同時に普及しつつある。このような光伝送システムに用いられる光受信装置では、一般的に受信端の受光レベルが機器の運用時に変動する際に光受信装置の利得を変化させてＲＦ出力レベルの安定化を実現している。

通常ＲＦ出力レベルを安定化する手段として、伝送しようとする周波数帯域以外の周波数帯にパイロット信号を設定して受信側でパイロット信号を一定にする様に減衰度を制御する方法が良く知られている。この方法では送信側にパイロット信号を付加する装置と受信側にパイロット信号のみを周波数弁別する急峻な選択度特性を持つＢＰＦ（ＢａｎｄＰａｔｈＦｉｌｔｅｒ）が必要であるために設備或いは機器の大型化とコストアップが避けられなかった。そのため映像系のＦＴＴＨに用いられる光受信装置では、パイロット信号を用いない方法により小型化と低価格化を目的としたフィードフォワード型のＡＧＣ（ＡｕｔｏＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）回路が使用されている。

従来のフィードフォワード型ＡＧＣ回路は、受信した平均光電流を検出してフィードフォワードの形で検出電圧に応じた利得制御電圧を発生させている（例えば非特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら、従来のフィードフォワード型ＡＧＣ回路について説明する。

図５は、従来の光受信装置１０のシステムブロック図である。

図６、図７は、従来の光受信装置１０のフィードフォワード型ＡＧＣ回路の一構成要素である可変減衰回路とその減衰特性図、図８、図９は、従来の光受信装置１０のフィードフォワード型ＡＧＣ回路の一構成要素である制御電圧発生回路とその制御電圧特性を示すものである。

従来の光受信装置１０は、光受信部１１、インピーダンス整合回路１２、プリアンプ１３、可変減衰回路１４、ポストアンプ１５、光電流検出兼電圧補正回路１６、制御電圧発生回路２７により構成される。

プリアンプ１３、ポストアンプ１５は通常ＳｉもしくはＧａＡｓのトランジスタから成り、可変減衰回路１４は複数個のＰＩＮダイオードで構成される。

光受信部１１は、ＰＤ（フォトダイオード）を含み、アナログ変調されたＲＦ信号が多重化され重畳された光信号を受信すると、ＰＤにはＲＦ多重信号が重畳された光電流が流れ、光電変換された後、インピーダンス整合回路１２及び光電流検出兼電圧補正回路１６に出力される。

インピーダンス整合回路１２は、光受信部１１とプリアンプ１３のインピーダンス整合を行う。

プリアンプ１３は、光受信部１１で光電変換されてインピーダンス整合回路１２でインピーダンス整合されたＲＦ信号を増幅する。

可変減衰回路１４は、プリアンプ１３から出力されるＲＦ信号のレベルを調整する。

ポストアンプ１５は、可変減衰回路１４から出力されるＲＦ信号を増幅し、後段の分配回路やチューナ回路等（図示せず）に出力する。

光電流検出兼電圧補正回路１６は、光受信部１１のＰＤに流れる光電流のＤＣ成分を検出し、ある任意の電圧に補正を行った後、制御電圧発生回路２７に当該補正した電圧（光電変換電圧）を与える。

制御電圧発生回路２７は、光電変換電圧を逆ＬＯＧ特性（逆ＬＯＧ電圧）に変換して制御電圧とし、可変減衰回路１４の減衰量を制御する。

図６は、従来の光受信装置１０のフィードフォワード型ＡＧＣ回路の一構成要素である可変減衰回路１４の具体的な構成を示すブロック図である。

可変減衰回路１４は、一般的なπ型アッテネータの抵抗部をＰＩＮダイオード２０１〜２０４に置き換えた構成を基本としている。

ＰＩＮダイオード２０１、２０２側には定電圧Ｖｃｃ２が印加され、ＰＩＮダイオード２０３、２０４側には制御電圧Ｖｇｃ１が印加されることにより、４つのＰＩＮダイオード２０１〜２０４に流れる順方向電流を変化させてインピーダンスを可変することで入力端子２０５から入力されたＲＦ信号のレベルを調整して出力端子２０６から次段のポストアンプ１５に供給することで光受信装置１０の利得制御を行っている。

ここで、バイアス抵抗２１１〜２１５はＰＩＮダイオード２０１〜２０４のバイアス電流決定用、バイパスコンデンサ２２１〜２２４は高周波成分除去用、チョークコイル２３１〜２３３はＲＦ信号の漏れ防止用である。

ところで、ＰＩＮダイオードの順方向電流に対するインピーダンスは大電流バイアスで小さく、小電流バイアスで大きくなり、その依存性はインピーダンスの対数と比例関係にある。

制御電圧Ｖｇｃ１が高くなるに従い、ＰＩＮダイオード２０１、２０２は小電流バイアス状態となってインピーダンスが大きくなるのに対し、ＰＩＮダイオード２０３、２０４は大電流バイアス状態になってインピーダンスが小さくなり、その結果ＲＦ信号の減衰量も小さくなる。

逆に制御電圧Ｖｇｃ１が低くなるに従い、ＰＩＮダイオード２０１、２０２は大電流バイアス状態となってインピーダンスが小さくなるのに対し、ＰＩＮダイオード２０３、２０４は小電流バイアス状態となってインピーダンスが大きくなり、その結果としてＲＦ信号の減衰量が大きくなる。

また制御電圧Ｖｇｃ１に対するＲＦ信号の減衰量の変化は指数関数的に増大するため、制御電圧Ｖｇｃ１が入力されたＲＦ信号に応じてリニアに増加または減少した場合、当該制御電圧Ｖｇｃ１に対するＲＦ信号の減衰量の変化特性は大きな非直線性を有することになる。

図７は、入力されたＲＦ信号に応じてリニアに増加または減少する制御電圧Ｖｇｃ１に対するＲＦ信号の減衰量を示したものであり、可変減衰回路１４の減衰特性はＬＯＧカーブを有している。

次に、図８は、従来の光受信装置１０のフィードフォワード型ＡＧＣ回路の一構成要素である制御電圧発生回路２７の具体的な構成を示すブロック図である。

制御電圧発生回路２７は、オペアンプ３０１、トランジスタ３２１で逆ＬＯＧ電圧を発生させ、オペアンプ３０２、トランジスタ３２２でトランジスタ３２１側の温度補償を行い、抵抗３１５、可変抵抗３１６で逆ＬＯＧ電圧の倍率を決定している。定電圧Ｖｃｃ３、Ｖｃｃ４はオペアンプ３０１、３０２の正負の駆動用電源である。

制御電圧発生回路２７は、可変減衰回路１４の減衰特性がＬＯＧカーブを有していることから、可変減衰回路１４の制御信号として逆ＬＯＧ電圧を生成し、可変減衰回路１４の減衰特性のＬＯＧカーブをリニアに補正するためのものである。

図９は、制御電圧発生回路２７で生成する光電変換電圧に対する逆ＬＯＧ電圧の制御電圧特性を示している。

この制御電圧特性により光信号の変化に対する可変減衰回路１４の減衰特性が良好な直線性を有する関係になり、この簡易な構成は光電流検知のフィードフォワードＡＧＣ回路として、多くのＶ−ＯＮＵ機器で用いられている。

発明協会公開技報公技番号２００４−５０１３１７号

しかしながら前記従来の光受信装置１０のフィードフォワード型ＡＧＣ回路の構成では、その一構成要素である制御電圧発生回路２７は、使用しているトランジスタのベースエミッタ電圧とコレクタ電流がＬＯＧ特性を有していることを利用しているため、逆ＬＯＧ電圧を発生するための構成要素であるトランジスタ３２１のＬＯＧ特性と可変減衰回路２７に使用されるＰＩＮダイオード２０１〜２０４の順方向電圧対順方向電流の関係であるＬＯＧ特性とが一致し難いという課題を有していた。
また、同一特性を有する2つのトランジスタを確保しにくにため、２つのトランジスタ３２１、３２２間の温度による変動を抑制することが難しいという課題を有していた。
また、オペアンプ３０１、３０２の駆動用電源が正負両方（Ｖｃｃ３、Ｖｃｃ４）必要なために回路規模が大きくなるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードの順方向電圧対順方向電流がＬＯＧ特性を有することを利用するもので、ＰＩＮダイオードのＬＯＧ特性と逆カーブとなる逆ＬＯＧ特性を有する電圧を可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードと同じＰＩＮダイオードを用いて生成し可変減衰回路の制御電圧に用いることで、ＲＦ信号のレベルを直線性良く調整することが出来るとともに単一電源による動作が可能となり、良好な直線性を持ったＲＦ信号の減衰特性を得ることができるとともに回路の小型化を実現することができるフィードフォワード型ＡＧＣ回路を提供することを目的とする。

また、可変減衰回路の制御電圧の生成に用いるＰＩＮダイオードにデュアルタイプを用いることで、温度変動に対しても精度良くＲＦ信号の減衰特性を補償することができるフィードフォワード型ＡＧＣ回路を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のフィードフォワード型ＡＧＣ回路は、π型アッテネータをＰＩＮダイオードで構成し、ＲＦ信号のレベルを調整する可変減衰回路と、光電変換電圧を生成する光電流検出兼電圧補正回路と、前記ＰＩＮダイオードと同じＰＩＮダイオードを用いて、前記ＰＩＮダイオードが有するＬＯＧ特性と逆のＬＯＧ特性を有する電圧を前記光電変換電圧から生成し、前記減衰量をリニアに制御する逆ＬＯＧ制御電圧生成回路と、を備える。

本発明のフィードフォワード型ＡＧＣ回路によれば、可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードの順方向電圧対順方向電流がＬＯＧ特性を有することを利用するもので、ＰＩＮダイオードのＬＯＧ特性と逆カーブとなる逆ＬＯＧ特性を有する電圧を可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードと同じＰＩＮダイオードを用いて生成し可変減衰回路の制御電圧に用いることで、ＲＦ信号のレベルを直線性良く調整することが出来るとともに単一電源による動作が可能となり、良好な直線性を持ったＲＦ信号の減衰特性を得ることができるとともに回路の小型化を実現することができる。

また、可変減衰回路の制御電圧の生成に用いるＰＩＮダイオードにデュアルタイプを用いることで、温度変動に対しても精度良くＲＦ信号の減衰特性を補償することができる。

また、可変減衰回路の制御電圧の生成に用いるＰＩＮダイオードの両端電圧を２つの抵抗で分圧しオペアンプのマイナス入力端子にフィードバックすることにより抵抗の比率に応じてオペアンプの増幅度の微調整ができるので、可変減衰回路においてＲＦ信号のレベルをより直線性良く調整することが可能となり、フィードフォワード型ＡＧＣ回路はより良好な直線性を持ったＲＦ信号の減衰特性を得ることが出来る。

本発明の実施例１における光受信装置のシステムブロック図本発明の実施例１におけるフィードフォワード型ＡＧＣ回路における逆ＬＯＧ制御電圧発生回路のブロック図本発明の実施例１における光信号、光電変換電圧を反転増幅した電圧、逆ＬＯＧ特性を有する電圧と時間との関係を示す図本発明の実施例２におけるフィードフォワード型ＡＧＣ回路における逆ＬＯＧ制御電圧発生回路のブロック図従来の光受信装置のシステムブロック図従来のフィードフォワード型ＡＧＣ回路における可変減衰回路図従来の可変減衰回路の減衰特性図従来のフィードフォワード型ＡＧＣ回路における制御電圧発生回路図従来の制御電圧発生回路の光電変換電圧に対する逆ＬＯＧ電圧の制御電圧特性図

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係わる光受信装置１のシステムブロック図である。逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７（後述）以外は、従来の光受信装置１０と同様の構成であるため、詳細な説明は割愛する。

図２は、本発明の実施例１に係わる光受信装置１のフィードフォワード型ＡＧＣ回路の一構成要素である逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７の具体的な構成を示すブロック図である。

図２において、オペアンプ１１３は、光電流検出兼電圧補正回路１６から出力された光電変換電圧を反転増幅し、オペアンプ１１１のプラス端子に出力する。

ＰＩＮダイオード１０１は、１０１ａと１０１ｂの２つのＰＩＮダイオードで構成され、可変減衰回路１４で使用するＰＩＮダイオード２０１〜２０４と同じＰＩＮダイオードである。

オペアンプ１１１とＰＩＮダイオード１０１ａ、抵抗１２１〜１２４は可変減衰回路１４を制御するための逆ＬＯＧ特性を有する電圧の生成用、オペアンプ１１２とＰＩＮダイオード１０１ｂ、抵抗１２５、基準端子Ｖｒｅｆ１はＰＩＮダイオード１０１ａ側の温度補償用、バイパスコンデンサ１３０は高周波成分除去用である。

以上のように構成されたフィードフォワード型ＡＧＣ回路の一構成要素である逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７の動作について、図３のタイムチャート（ａ）〜（ｃ）を用いて以下にその動作を説明する。

図３（ａ）は、光受信部１１に入力される光信号の一例を示すタイムチャートである。

図３（ｂ）は、光電流検出兼電圧補正回路１６が出力した光電変換電圧をオペアンプ１１３で反転増幅させた電圧のタイムチャートである。

図３（ｃ）は、逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７が出力する逆ＬＯＧ特性を有する電圧のタイムチャートである。

受信部１１に入力される光信号が例えば、（ａ）に示した様に変化したとする。

受信部１１に入力された光信号は、光電流検出兼電圧補正回路１６で、光受信部１１のＰＤに流れる光電流のＤＣ成分が検出され、ある任意の電圧に補正が行われた光電変換電圧が逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７に与えられる。

逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７に与えられた光電変換電圧は、オペアンプ１１３で反転増幅され、（ｂ）に示す電圧がオペアンプ１１１のプラス入力端子に印加される。

オペアンプ１１１の出力には（ｂ）に示す電圧と同じ形の電圧が現れるが、ここでオペアンプ１１１の出力に接続されたＰＩＮダイオード１０１ａの両端電圧をオペアンプ１１１のマイナス入力端子にフィードバックすると、ＰＩＮダイオード１０１ａに流れる順方向電流と順方向電圧の関係はＬＯＧ特性を示すため、オペアンプ１１１の出力をフィードバック制御した場合、オペアンプ１１１の出力には（ｃ）に示す逆ＬＯＧ特性を示す電圧が現れ、制御電圧Ｖｇｃ１として可変減衰回路１４に入力される。この電圧はＰＩＮダイオード１０１ａのＬＯＧ特性の逆カーブになっている。

ここで、４つのＰＩＮダイオード２０１〜２０４から成る可変減衰回路１４は、ＰＩＮダイオードに流れる順方向電流とＰＩＮダイオードのインピーダンスが反比例することを利用しており、プリアンプ１３から入力されるＲＦ信号の減衰量と制御電圧の関係はＬＯＧ特性が成立している。

従って前述の逆ＬＯＧ特性を有する電圧（ｃ）を可変減衰回路の制御電圧Ｖｇｃ１として使えば、可変減衰回路１４の減衰特性をリニアに補正することが可能となる。

また、逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７によって生成された逆ＬＯＧ特性を有する電圧は、可変減衰回路１４に使用しているＰＩＮダイオード２０１〜２０４と同じ素子を用いて逆特性のカーブを取得しているため、ＲＦ信号の減衰特性は、制御電圧発生回路２７にトランジスタ３２１を用いる場合に比べ、より良好な直線性を得ることが可能となる。

また、逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７のＰＩＮダイオード１０１ａは、デュアルタイプの一方を使用しているため、もう一方のＰＩＮダイオード１０１ｂと温度特性は一致し、且つ温度結合も同一パッケージ内であるため理想的と言え、二つのＰＩＮダイオード１０１ａと１０１ｂのバイアスを調整してやることで温度補償が良好に機能する。

また、トランジスタ３２１の代わりにＰＩＮダイオード１０１ａを用いることで、単一電源での回路構成が可能となる。

本実施例１に係わるフィードフォワード型ＡＧＣ回路によれば、可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードの順方向電圧対順方向電流がＬＯＧ特性を有することを利用するもので、ＰＩＮダイオードのＬＯＧ特性と逆カーブとなる逆ＬＯＧ特性を有する電圧を可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードと同じＰＩＮダイオードを用いて生成し可変減衰回路の制御電圧に用いることで、ＲＦ信号のレベルを直線性良く調整することが出来るとともに単一電源による動作が可能となり、良好な直線性を持ったＲＦ信号の減衰特性を得ることが出来るとともに回路の小型化を実現することができる。

また、可変減衰回路の制御電圧の生成に用いるＰＩＮダイオードにデュアルタイプを用いることで、温度変動に対しても精度良く減衰特性を補償することができる。

図４は、本発明の実施例２の逆ＬＯＧ制御電圧発生回路１７の具体的な構成を示すブロック図である。

図４において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図４において、抵抗１２８は抵抗１２２とでＰＩＮダイオード１０１ａの両端電圧を分圧してオペアンプ１１１のマイナス入力端子にフィードバックする構成をしている。そのため抵抗１２２／抵抗１２８の比率に応じてオペアンプ１１１の増幅度の微調整を行うことが出来る。

これにより、可変減衰回路においてＲＦ信号のレベルをより直線性良く調整することが可能となり、フィードフォワード型ＡＧＣ回路は、より良好な直線性を持ったＲＦ信号の減衰特性を得ることが出来る。

本実施例２に係わるフィードフォワード型ＡＧＣ回路によれば、可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードの順方向電圧対順方向電流がＬＯＧ特性を有することを利用するもので、ＰＩＮダイオードのＬＯＧ特性と逆カーブとなる逆ＬＯＧ特性を有する電圧を可変減衰回路に使用するＰＩＮダイオードと同じＰＩＮダイオードを用いて生成し可変減衰回路の制御電圧に用いることで、ＲＦ信号のレベルを直線性良く調整することが出来るとともに単一電源による動作が可能となり、良好な直線性を持ったＲＦ信号の減衰特性を得ることが出来るとともに回路の小型化を実現することができる。

本発明のフィードフォワード型ＡＧＣ回路は、簡単な回路構成で直線性の良好なＲＦ信号の減衰特性を得ることが可能になるので、光受信装置等に有用である。

１、１０光受信装置
１１光受信部
１２インピーダンス整合回路
１３プリアンプ
１４可変減衰回路
１５ポストアンプ
１６光電流検出兼電圧補正回路
１７逆ＬＯＧ制御電圧発生回路
２７制御電圧発生回路
１０１、２０１〜２０４ＰＩＮダイオード
１１１〜１１３、３０１、３０２オペアンプ
１２１〜１２８、２１１〜２１５、３１１〜３１５抵抗
１３０、２２１〜２２４バイパスコンデンサ
２０５入力端子
２０６出力端子
２３１〜２３３チョークコイル
３１６可変抵抗
３２１、３２２トランジスタ

Claims

光受信装置において、光電流を検出し前記光電流を光電変換した電圧でＲＦ信号の減衰量をリニアに制御するフィードフォワード型ＡＧＣ回路において、
π型アッテネータをＰＩＮダイオードで構成し、前記ＲＦ信号の減衰量を調整する可変減衰回路と、
前記光電変換電圧を生成する光電流検出兼電圧補正回路と、
前記ＰＩＮダイオードと同じＰＩＮダイオードを用いて、前記ＰＩＮダイオードが有するＬＯＧ特性と逆のＬＯＧ特性を有する電圧を前記光電変換電圧から生成し、前記ＲＦ信号の減衰量をリニアに制御する逆ＬＯＧ制御電圧生成回路と、
を備えるフィードフォワード型ＡＧＣ回路。
前記逆ＬＯＧ制御電圧生成回路は、
前記光電変換電圧をプラス入力端子に入力するオペアンプと、
前記オペアンプに直列に接続されたＰＩＮダイオード及び抵抗と、
を備え、
前記オペアンプに直列に接続されたＰＩＮダイオードの両端に発生する電圧を前記オペアンプのマイナス入力端子にフィードバックすることを特徴とする請求項１記載のフィードフォワード型ＡＧＣ回路。
前記オペアンプに直列に接続されたＰＩＮダイオードは、デュアルタイプのＰＩＮダイオードであることを特徴とする請求項２記載のフィードフォワード型ＡＧＣ回路。
前記オペアンプに直列に接続されたＰＩＮダイオードの両端に発生する電圧を分圧して前記オペアンプのマイナス入力端子にフィードバックすることを特徴とする請求項１記載のフィードフォワード型ＡＧＣ回路。