JP2011082743A - Optical signal receiving circuit, and method for controlling the optical signal receiving circuit - Google Patents

Optical signal receiving circuit, and method for controlling the optical signal receiving circuit Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce power consumption of an optical signal receiving circuit, while maintaining communication quality. <P>SOLUTION: The optical signal receiving circuit includes a light detection means for converting a received optical signal into an electrical signal to be output with receiving sensitivity, according to bias voltage applied by a control means; a comparison signal generation means for generating a signal with the same period as that of the electrical signal output by the optical detection means and at a voltage increase and decrease process with the timing of transition of the electrical signal as a comparison signal to be compared with the electric signal; and a control means for calculating the variation of the voltage of the comparison signal, when a result obtained by comparing the voltage of the electrical signal output by the light detection means with the voltage of the comparison signal generated by the comparison signal generation means changes as a jitter amount of the electrical signal, and controlling the bias voltage to the light detection means so that the jitter amount becomes equal to or more than an upper limit value and equal to or less than a lower limit value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光信号受信回路において光信号を検出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for detecting an optical signal in an optical signal receiving circuit.

昨今、地球温暖化やエネルギー問題への対応として、電子機器の低消費電力化が望まれている。また、世の中のIT(Information Technology)化が進み光ファイバ通信の需要が高まっており、光ファイバが通信網に使用されることが多い。この光通信網に設けられる光受信器においても、消費電力が低減されることが望ましい。   In recent years, as a response to global warming and energy problems, low power consumption of electronic devices is desired. In addition, the demand for optical fiber communication is increasing with the progress of IT (Information Technology) in the world, and optical fibers are often used for communication networks. Also in the optical receiver provided in this optical communication network, it is desirable to reduce power consumption.

光受信器では、受信感度が高いAPD(avalanche photo diode)がよく使用される。   In an optical receiver, an APD (avalanche photo diode) having high reception sensitivity is often used.

例えば、特許文献1に記載された光受信器は、図11に示すように、APDのバイアスと信号誤り率の関係を予め測定して記憶装置に格納しておき、周囲温度に対して信号誤り率が最小になるバイアス電圧をAPDに印加する。この方式によれば、光受信器は、周囲温度に関わらず、常に受信感度を最大に保つことができる。   For example, as shown in FIG. 11, the optical receiver described in Patent Document 1 measures the relationship between the APD bias and the signal error rate in advance and stores it in a storage device. A bias voltage that minimizes the rate is applied to the APD. According to this method, the optical receiver can always keep the reception sensitivity at the maximum regardless of the ambient temperature.

また、特許文献2に記載された光受信器は、図12に示すように、バイアス電圧発生回路とAPDとの間に抵抗器を設け、抵抗器に発生する電圧降下を利用してAPDに印加されるバイアス電圧を制御する。受信光信号の電力が高い場合には抵抗器による電圧降下が大きくなり、APDに印加されるバイアス電圧が低下する。この方式によれば、光受信器は、受信光信号電力に応じてAPDに印加されるバイアス電圧を調整するので、所望の受信感度を確保しつつ、APDに流れる負荷電流を制限し、消費電力を低減することができる。   In addition, as shown in FIG. 12, the optical receiver described in Patent Document 2 is provided with a resistor between the bias voltage generation circuit and the APD, and applied to the APD using a voltage drop generated in the resistor. To control the bias voltage. When the power of the received optical signal is high, the voltage drop due to the resistor increases, and the bias voltage applied to the APD decreases. According to this method, since the optical receiver adjusts the bias voltage applied to the APD according to the received optical signal power, the load current flowing through the APD is limited and power consumption is ensured while ensuring the desired reception sensitivity. Can be reduced.

特許文献3に記載された光受信器はD−FF(Delay Flip Flop)を内蔵し、2値化等化データ信号と、その信号に対して90度位相をずらしたクロック信号とをD−FFに入力する。2値化等化データ信号のジッタの幅がクロック信号のパルス幅を超えると、D−FFの出力が1から0に変化する。このため、光受信器は、D−FFの出力から、所定値以上の量のジッタを検出することができる。光受信器は、検出したジッタが最小となるように、APDのバイアス電圧を制御する。   The optical receiver described in Patent Document 3 incorporates a D-FF (Delay Flip Flop), and outputs a binarized equalized data signal and a clock signal whose phase is shifted by 90 degrees with respect to the signal. To enter. When the jitter width of the binarized equalized data signal exceeds the pulse width of the clock signal, the output of the D-FF changes from 1 to 0. For this reason, the optical receiver can detect the amount of jitter more than a predetermined value from the output of the D-FF. The optical receiver controls the bias voltage of the APD so that the detected jitter is minimized.

特開2008−148068号公報JP 2008-148068 A 特開2000−171295号公報JP 2000-171295 A 特開2003−258924号公報JP 2003-258924 A

しかし、特許文献1〜3に記載された光受信器(光信号受信回路)では、通信品質を維持しつつ、消費電力を低減させることが困難であった。   However, in the optical receivers (optical signal receiving circuits) described in Patent Documents 1 to 3, it is difficult to reduce power consumption while maintaining communication quality.

特許文献1に記載された光受信器は、受信感度が常に最大となるように、バイアス電圧を制御している。受信感度を上げるにはバイアス電圧を上昇させる必要があるので、光受信器は、バイアス電圧を高く設定することとなる。ところが、通信距離が比較的短い場合、光受信器の受信感度は必ずしも高くなくてよい。ある程度の受信感度があれば、十分な通信品質を維持できるからである。そして、必要以上にバイアス電圧を上げれば電力が無駄に消費されることになる。   The optical receiver described in Patent Document 1 controls the bias voltage so that the reception sensitivity is always maximized. Since it is necessary to increase the bias voltage in order to increase the receiving sensitivity, the optical receiver sets the bias voltage high. However, when the communication distance is relatively short, the reception sensitivity of the optical receiver is not necessarily high. This is because sufficient communication quality can be maintained if there is a certain level of reception sensitivity. If the bias voltage is increased more than necessary, power is wasted.

特許文献2に記載された光受信器は、抵抗器による損失をバイアス電圧制御に利用しているため、その分の電力が無駄に消費されるという問題があった。   The optical receiver described in Patent Document 2 uses the loss due to the resistor for bias voltage control, and thus there is a problem in that the power corresponding to that is wasted.

特許文献3に記載された光受信器は、常にジッタ量が最小となるようにバイアス電圧を制御している。ジッタ量を小さくするにはバイアス電圧を高くしなければならない。ところが、必要とされる通信品質が低い回線では、それほどジッタ量を小さくしなくてもよい場合がある。そのような場合であっても、この光受信器は、ジッタ量を最小にするように、高いバイアス電圧を印加するので、必要以上に大きなバイアス電圧の印加により、電力が無駄に消費されてしまうことがあった。   The optical receiver described in Patent Document 3 controls the bias voltage so that the jitter amount is always minimized. In order to reduce the amount of jitter, the bias voltage must be increased. However, it may not be necessary to reduce the amount of jitter so much on a line with low required communication quality. Even in such a case, since this optical receiver applies a high bias voltage so as to minimize the amount of jitter, power is wasted due to the application of a bias voltage larger than necessary. There was a thing.

消費電力を低減するには、バイアス電圧を下げればよいが、それでは通信品質を維持できなくなることがあった。   In order to reduce the power consumption, the bias voltage may be lowered. However, in some cases, communication quality may not be maintained.

このように、特許文献1〜3に記載された光信号受信回路では、通信品質を維持しつつ、消費電力を低減することが困難であった。   As described above, in the optical signal receiving circuits described in Patent Documents 1 to 3, it is difficult to reduce power consumption while maintaining communication quality.

本発明は、通信品質を維持しつつ、光信号受信回路の消費電力を低減することを目的とする。   An object of the present invention is to reduce power consumption of an optical signal receiving circuit while maintaining communication quality.

上記目的を達成するために、本発明の光信号受信回路は、光信号受信回路は、制御手段により印加されたバイアス電圧に応じた受信感度で、受信した光信号を電気信号に変換して出力する光検出手段と、前記光検出手段により出力された前記電気信号と周期が同一で、該電気信号の遷移のタイミングにおいて電圧が増減過程にある信号を、該電気信号と比較するための比較用信号として生成する比較用信号生成手段と、前記光検出手段により出力された前記電気信号の電圧と、前記比較用信号生成手段により生成された前記比較用信号の電圧とを比較した結果が変化した時点における、該比較用信号の電圧の変動量を該電気信号のジッタ量として算出し、該ジッタ量が上限値以上で且つ下限値以下となるように、前記光検出手段へのバイアス電圧を制御する制御手段と、を有する。   In order to achieve the above object, the optical signal receiving circuit of the present invention converts the received optical signal into an electrical signal and outputs it with a receiving sensitivity corresponding to the bias voltage applied by the control means. And a signal for which the period is the same as that of the electric signal output by the light detecting means and whose voltage is increasing or decreasing at the timing of transition of the electric signal, for comparison with the electric signal. The result of comparing the voltage of the comparison signal generation means generated as a signal, the voltage of the electrical signal output by the light detection means, and the voltage of the comparison signal generated by the comparison signal generation means has changed. The amount of fluctuation of the voltage of the comparison signal at the time is calculated as the jitter amount of the electrical signal, and the bias to the light detection means is set so that the jitter amount is not less than the upper limit value and not more than the lower limit value. A control means for controlling the pressure, the.

本発明の光信号受信回路の制御方法は、光検出手段が、印加されたバイアス電圧に応じた受信感度で、受信した光信号を電気信号に変換して出力し、前記電気信号と周期が同一で、該電気信号の遷移のタイミングにおいて電圧が増減過程にある信号を、該電気信号と比較するための比較用信号として生成し、前記電気信号の電圧と、前記比較用信号の電圧とを比較した結果が変化した時点における、該比較用信号の電圧の変動量を該電気信号のジッタ量として算出し、該ジッタ量が上限値以上で且つ下限値以下となるように、前記光検出手段へのバイアス電圧を制御する、光信号受信回路の制御方法である。   According to the control method of the optical signal receiving circuit of the present invention, the light detecting means converts the received optical signal into an electric signal with a receiving sensitivity according to the applied bias voltage and outputs the electric signal, and the cycle is the same as the electric signal. Then, a signal whose voltage is increasing or decreasing at the transition timing of the electrical signal is generated as a comparison signal for comparison with the electrical signal, and the voltage of the electrical signal is compared with the voltage of the comparison signal. The fluctuation amount of the voltage of the comparison signal at the time when the result is changed is calculated as the jitter amount of the electrical signal, and the jitter amount is not less than the upper limit value and not more than the lower limit value. This is a method for controlling an optical signal receiving circuit for controlling the bias voltage of the optical signal receiving circuit.

本発明によれば、光信号受信回路は、受信電圧信号と周期が同一で遷移タイミングにおいて電圧が増減過程にある比較用信号を生成し、受信電圧信号の電圧と比較用信号の電圧との比較結果が変化した時点の、該比較用信号の電圧の変動量、すなわちジッタ量が下限値以上、上限値以下となるように、バイアス電圧を印加する。ジッタ量に下限値を設けるので、必要以上に高いバイアス電圧が印加されることがなくなる。また、ジッタ量に上限値を設けるので通信品質が維持される。この結果、光信号受信回路は、通信品質を維持しつつ、消費電力を低減できる。   According to the present invention, the optical signal receiving circuit generates a comparison signal whose period is the same as that of the received voltage signal and whose voltage is increasing or decreasing at the transition timing, and compares the voltage of the received voltage signal with the voltage of the comparison signal. A bias voltage is applied so that the amount of fluctuation of the voltage of the comparison signal, that is, the jitter amount at the time when the result changes, is not less than the lower limit and not more than the upper limit. Since a lower limit is provided for the jitter amount, a bias voltage higher than necessary is not applied. Further, since the upper limit value is set for the jitter amount, the communication quality is maintained. As a result, the optical signal receiving circuit can reduce power consumption while maintaining communication quality.

本発明の光信号受信回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the optical signal receiving circuit of this invention. 本発明のジッタ検出回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of the jitter detection circuit of this invention. 本発明の増倍率とバイアス電圧との関係を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the relationship between the multiplication factor and bias voltage of this invention. 本発明のSNRと増倍率との関係を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the relationship between SNR and multiplication factor of this invention. 本発明のジッタ量とSNRとの関係を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the relationship between the jitter amount of this invention, and SNR. (a)本発明の出力ジッタ波形の一例を示す図である。(b)本発明の出力ジッタ波形の一例を示す図である。(A) It is a figure which shows an example of the output jitter waveform of this invention. (B) It is a figure which shows an example of the output jitter waveform of this invention. 本発明の信号誤り率とSNRとの関係を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the relationship between the signal error rate of this invention, and SNR. (a)本発明の受信データ信号の波形を示す図である。(b)本発明のクロック信号の波形を示す図である。(c)本発明の受信データ信号の波形の一例を示す図である。(d)本発明のランプ信号の波形の一例を示す図である。(e)本発明のホールド信号の波形の一例を示す図である。(A) It is a figure which shows the waveform of the received data signal of this invention. (B) It is a figure which shows the waveform of the clock signal of this invention. (C) It is a figure which shows an example of the waveform of the received data signal of this invention. (D) It is a figure which shows an example of the waveform of the ramp signal of this invention. (E) It is a figure which shows an example of the waveform of the hold signal of this invention. (a)本発明の受信データ信号の波形を示す図である。(b)本発明のクロック信号の波形を示す図である。(c)本発明の受信データ信号の波形の一例を示す図である。(d)本発明のランプ信号の波形の一例を示す図である。(e)本発明のホールド信号の波形の一例を示す図である。(A) It is a figure which shows the waveform of the received data signal of this invention. (B) It is a figure which shows the waveform of the clock signal of this invention. (C) It is a figure which shows an example of the waveform of the received data signal of this invention. (D) It is a figure which shows an example of the waveform of the ramp signal of this invention. (E) It is a figure which shows an example of the waveform of the hold signal of this invention. 本発明の演算回路の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the arithmetic circuit of this invention. 一般的な光信号受信回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of a general optical signal receiving circuit. 一般的な光信号受信回路の一構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows one structural example of a general optical signal receiving circuit.

本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の光信号受信回路1の一構成例を示す回路図である。光信号受信回路1は、光信号を受信し、その光信号を電気信号に変換して処理する回路である。同図を参照すると、光信号受信回路1は、バイアス電圧発生回路10と、APD11と、前置増幅器12と、リミットアンプ13と、クロック検出回路14と、ジッタ検出回路15と、バイアス電圧制御回路16とを有する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an optical signal receiving circuit 1 of the present invention. The optical signal receiving circuit 1 is a circuit that receives an optical signal and converts the optical signal into an electric signal for processing. Referring to the figure, the optical signal receiving circuit 1 includes a bias voltage generation circuit 10, an APD 11, a preamplifier 12, a limit amplifier 13, a clock detection circuit 14, a jitter detection circuit 15, and a bias voltage control circuit. 16.

バイアス電圧発生回路10は、低電圧電源から電源供給を受けて生成したバイアス電圧をAPD11に印加する。バイアス電圧発生回路10は、バイアス電圧制御回路16の制御に従って、印加するバイアス電圧を変化させる。例えば、バイアス電圧発生回路10としてスイッチングレギュレータが使用される。   The bias voltage generation circuit 10 applies a bias voltage generated by receiving power from a low voltage power supply to the APD 11. The bias voltage generation circuit 10 changes the bias voltage to be applied under the control of the bias voltage control circuit 16. For example, a switching regulator is used as the bias voltage generation circuit 10.

APD11は光信号を受信して電気信号に変換する。APD11は、受信した光信号の光パワーに対応する受信電流信号を前置増幅器12へ出力する。また、APD11は、ブレークダウン電圧以上のバイアス電圧が印加されたとき、アバランシェ効果により、バイアス電圧に応じた増倍率で受信電流信号を内部で増幅する。バイアス電圧が大きくなるほど、増倍率は高い値となる。   The APD 11 receives the optical signal and converts it into an electrical signal. The APD 11 outputs a received current signal corresponding to the optical power of the received optical signal to the preamplifier 12. Further, when a bias voltage equal to or higher than the breakdown voltage is applied, the APD 11 internally amplifies the received current signal with a multiplication factor corresponding to the bias voltage due to the avalanche effect. The higher the bias voltage, the higher the multiplication factor.

バイアス電圧を高くするほど、増倍率が高くなり、受光感度が上昇するが、光信号受信回路1の消費電力が増加してしまう。逆に、バイアス電圧を低くするほど、消費電力は低下する。例えば、バイアス電圧発生回路10の電力変換効率が50%、低電圧電源の電圧が3.3Vであった場合について考える。   The higher the bias voltage, the higher the multiplication factor and the higher the light receiving sensitivity, but the power consumption of the optical signal receiving circuit 1 increases. Conversely, the lower the bias voltage, the lower the power consumption. For example, consider the case where the power conversion efficiency of the bias voltage generation circuit 10 is 50% and the voltage of the low voltage power supply is 3.3V.

バイアス電圧発生回路10が50Vのバイアス電圧を印加し、APD11が1mAの電流を生成したとき、バイアス電圧発生回路10のニ次側、すなわち低電圧電源側の消費電流は、約30mAとなる。バイアス電圧発生回路10がバイアス電圧を25Vに低減すると、前述したように増倍率が低下するので、APD11が生成する電流は100μAとなる。このとき、バイアス電圧発生回路10のニ次側の消費電流は、約1.5mAとなる。このように、バイアス電圧を下げることにより、消費電力が低減する。   When the bias voltage generation circuit 10 applies a bias voltage of 50 V and the APD 11 generates a current of 1 mA, the current consumption on the secondary side of the bias voltage generation circuit 10, that is, the low voltage power supply side is about 30 mA. When the bias voltage generation circuit 10 reduces the bias voltage to 25 V, the multiplication factor is reduced as described above, and thus the current generated by the APD 11 is 100 μA. At this time, the current consumption on the secondary side of the bias voltage generation circuit 10 is about 1.5 mA. Thus, the power consumption is reduced by lowering the bias voltage.

前置増幅器12は、APD11からの受信電流信号を受信電圧信号に変換してリミットアンプ13へ出力する。光信号受信回路1の信号誤り率は、この受信電圧信号のSNRによって決まる。   The preamplifier 12 converts the received current signal from the APD 11 into a received voltage signal and outputs it to the limit amplifier 13. The signal error rate of the optical signal receiving circuit 1 is determined by the SNR of the received voltage signal.

リミットアンプ13は、前置増幅器12からの受信電圧信号を増幅し、所定の電圧値でリミットすることにより、2値デジタル信号に変換する。このとき、2値デジタル信号には、受信電圧信号のSNRに対応したジッタが重畳される。リミットアンプ13は、その2値デジタル信号をクロック検出回路14、ジッタ検出回路15、および光信号受信回路1の外部へ出力する。   The limit amplifier 13 amplifies the received voltage signal from the preamplifier 12 and converts it to a binary digital signal by limiting it with a predetermined voltage value. At this time, jitter corresponding to the SNR of the received voltage signal is superimposed on the binary digital signal. The limit amplifier 13 outputs the binary digital signal to the outside of the clock detection circuit 14, the jitter detection circuit 15, and the optical signal reception circuit 1.

クロック検出回路14は、2値デジタル信号からクロック信号を抽出し、ジッタ検出回路15へ出力する。   The clock detection circuit 14 extracts a clock signal from the binary digital signal and outputs it to the jitter detection circuit 15.

ジッタ検出回路15は、クロック検出回路14からのクロック信号を使用して、2値データ信号のジッタを検出する。そして、ジッタ検出回路15は、検出したジッタのジッタ量に応じて、バイアス電圧を制御するための制御信号をバイアス電圧制御回路16へ出力する。ジッタの検出方法の詳細については、後で図2を参照して説明する。   The jitter detection circuit 15 uses the clock signal from the clock detection circuit 14 to detect the jitter of the binary data signal. Then, the jitter detection circuit 15 outputs a control signal for controlling the bias voltage to the bias voltage control circuit 16 according to the jitter amount of the detected jitter. Details of the jitter detection method will be described later with reference to FIG.

バイアス電圧制御回路16は、バイアス電圧発生回路10に印加するバイアス電圧を、ジッタ検出回路15からの制御信号に基づいて変化させる。   The bias voltage control circuit 16 changes the bias voltage applied to the bias voltage generation circuit 10 based on a control signal from the jitter detection circuit 15.

ジッタ検出回路15の構成について、詳細に説明する。図2は、ジッタ検出回路15の一構成例を示すブロック図である。同図を参照すると、ジッタ検出回路15は、ランプ波形発生回路151、コンパレータ152、サンプルホールド回路153、および演算回路154を有する。   The configuration of the jitter detection circuit 15 will be described in detail. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the jitter detection circuit 15. Referring to the figure, the jitter detection circuit 15 includes a ramp waveform generation circuit 151, a comparator 152, a sample hold circuit 153, and an arithmetic circuit 154.

ランプ波形発生回路151には、クロック検出回路14からのクロック信号が入力される。ランプ波形発生回路151は、クロック信号に同期した、鋸波状のランプ信号を生成し、コンパレータ152およびサンプルホールド回路153へ出力する。   The ramp waveform generation circuit 151 receives the clock signal from the clock detection circuit 14. The ramp waveform generation circuit 151 generates a sawtooth ramp signal synchronized with the clock signal and outputs the ramp signal to the comparator 152 and the sample hold circuit 153.

コンパレータ152の一方の入力端子には、リミットアンプ13からの2値デジタル信号が入力され、他方の入力端子には、ランプ波形発生回路151からのランプ信号が入力される。コンパレータ152は、2値デジタル信号の電圧と、ランプ信号の電圧とを比較し、比較結果を示すコンパレータ出力信号をサンプルホールド回路153へ出力する。   A binary digital signal from the limit amplifier 13 is input to one input terminal of the comparator 152, and a ramp signal from the ramp waveform generation circuit 151 is input to the other input terminal. The comparator 152 compares the voltage of the binary digital signal with the voltage of the ramp signal, and outputs a comparator output signal indicating the comparison result to the sample hold circuit 153.

サンプルホールド回路153は、コンパレータ152からのコンパレータ出力信号の立ち上がり、または立下り、もしくはその両方のタイミングで、ランプ信号をサンプリングし、一定時間保持する。そして、サンプルホールド回路153は、保持した信号をホールド信号として演算回路154へ出力する。   The sample hold circuit 153 samples the ramp signal at the rising or falling timing of the comparator output signal from the comparator 152, or both, and holds it for a predetermined time. Then, the sample hold circuit 153 outputs the held signal to the arithmetic circuit 154 as a hold signal.

演算回路154は、ホールド信号の電圧の変動を統計処理して、2値デジタル信号のジッタ量を測定する。   The arithmetic circuit 154 statistically processes the fluctuation of the voltage of the hold signal and measures the jitter amount of the binary digital signal.

2値デジタル信号においてジッタ量が大きいと、2値デジタル信号の立ち上がり等の遷移のタイミングと、クロック信号の遷移のタイミングとの間のずれが統計上、大きくなる。このため、2値デジタル信号およびランプ信号の比較結果を示すコンパレータ出力信号の遷移のタイミングと、クロック信号の遷移のタイミングとの間のずれも統計上、大きくなる。   If the amount of jitter is large in the binary digital signal, the difference between the transition timing such as the rise of the binary digital signal and the transition timing of the clock signal is statistically large. For this reason, the deviation between the transition timing of the comparator output signal indicating the comparison result of the binary digital signal and the ramp signal and the transition timing of the clock signal is also statistically large.

この結果、コンパレータ出力信号の遷移のタイミングでサンプリングされたランプ信号の電圧、すなわちホールド信号の電圧の変動が大きくなる。逆に、ジッタ量が少なければ、ホールド信号の電圧のばらつきは小さくなる。   As a result, the fluctuation of the voltage of the ramp signal sampled at the transition timing of the comparator output signal, that is, the voltage of the hold signal increases. Conversely, if the amount of jitter is small, the variation in the voltage of the hold signal is small.

従って、演算回路154は、ホールド信号の電圧の統計量から、2値デジタル信号のジッタ量を計測することができる。統計量は、例えば、分散値である。   Therefore, the arithmetic circuit 154 can measure the jitter amount of the binary digital signal from the statistical amount of the voltage of the hold signal. The statistic is, for example, a variance value.

演算回路154は、ジッタ量が所定の範囲内になるように、バイアス電圧を制御するための制御信号をバイアス電圧制御回路16へ出力する。例えば、演算回路154には、通信回線に必要とされる信号誤り率に応じて、ジッタ量の下限値、上限値が予め設定されている。そして、演算回路154は、ジッタ量が下限値以上、且つ上限値以内になるようにバイアス電圧を制御する。   The arithmetic circuit 154 outputs a control signal for controlling the bias voltage to the bias voltage control circuit 16 so that the jitter amount falls within a predetermined range. For example, in the arithmetic circuit 154, a lower limit value and an upper limit value of the jitter amount are set in advance according to the signal error rate required for the communication line. Then, the arithmetic circuit 154 controls the bias voltage so that the jitter amount is not less than the lower limit value and not more than the upper limit value.

より、具体的には、ジッタ量が上限値より大きい場合、ジッタ量が下限値未満になるまで演算回路154は、バイアス電圧を所定値ずつ徐々に上げてゆく。また、ジッタ量が下限値より小さい場合、演算回路154は、ジッタ量が上限値より大きくなるまでバイアス電圧を所定値ずつ徐々に下げてゆく。   More specifically, when the jitter amount is larger than the upper limit value, the arithmetic circuit 154 gradually increases the bias voltage by a predetermined value until the jitter amount becomes smaller than the lower limit value. When the jitter amount is smaller than the lower limit value, the arithmetic circuit 154 gradually decreases the bias voltage by a predetermined value until the jitter amount becomes larger than the upper limit value.

ここで、上述したようにバイアス電圧を増減する根拠について、図3〜図6を参照して説明する。   Here, the grounds for increasing or decreasing the bias voltage as described above will be described with reference to FIGS.

図3は、バイアス電圧と増倍率との間の関係を示すグラフの一例である。同図における縦軸は、APD11の増倍率Mである。横軸は、APD11に印加されるバイアス電圧Vh(V)である。同図を参照すると、バイアス電圧Vhが50Vの場合、増倍率Mは20であり、バイアス電圧Vhが25Vの場合、増倍率Mは2である。このように、バイアス電圧が大きくなるほど、APD11の増倍率は高くなる。   FIG. 3 is an example of a graph showing the relationship between the bias voltage and the multiplication factor. The vertical axis in the figure is the multiplication factor M of the APD 11. The horizontal axis represents the bias voltage Vh (V) applied to the APD 11. Referring to the figure, when the bias voltage Vh is 50V, the multiplication factor M is 20, and when the bias voltage Vh is 25V, the multiplication factor M is 2. Thus, as the bias voltage increases, the multiplication factor of the APD 11 increases.

例えば、バイアス電圧Vhが50Vのときに、APD11が1mAの電流を生じた場合について考える。バイアス電圧を25Vに低下させると、増倍率Mは、20から2へ1/10に減少する。この結果、APD11に生じる電流は、1/10の100μAとなる。   For example, consider a case where the APD 11 generates a current of 1 mA when the bias voltage Vh is 50V. When the bias voltage is lowered to 25 V, the multiplication factor M decreases from 20 to 2 to 1/10. As a result, the current generated in the APD 11 is 1/10, 100 μA.

図4は、受信電圧信号のSNR(Signal to Noise Ratio)とAPD11の増倍率Mとの間の関係を示すグラフの一例である。同図における「○」は、1mWを基準とする光パワーPrが−35(dB)の場合に、算出された値をプロットしたものである。「△」は、1mWを基準とする光パワーPrが−32(dB)の場合に、算出された値をプロットしたものである。「□」は、1mWを基準とする光パワーPrがー29(dB)の場合に、算出された値をプロットしたものである。   FIG. 4 is an example of a graph showing the relationship between the SNR (Signal to Noise Ratio) of the received voltage signal and the multiplication factor M of the APD 11. In the figure, “◯” is a plot of the calculated values when the optical power Pr based on 1 mW is −35 (dB). “Δ” is a plot of the calculated values when the optical power Pr based on 1 mW is −32 (dB). “□” is a plot of the calculated values when the optical power Pr based on 1 mW is −29 (dB).

このグラフは、下記の式により、各Mについて算出されたSNRをプロットしたものである。   This graph plots the SNR calculated for each M by the following equation.

上記(式1)において、「受信信号電力」は、APD11が受信した光信号の光パワーである。「M」は、APD11の増倍率、「Ip」は、APD11の受信電流信号のピーク値[A]である。「Ir」は、APD11の受信電流信号の平均値[A]である。「Id」は、APD11に光信号の入力がない場合に流れる暗電流[A]である。「e」は、電気素量[C]である。「B」は、光信号受信回路1の周波数帯域[Hz]である。「x」は過剰雑音指数である。「K」はボルツマン定数[J/K]である。「T」は温度[K]である。「N」は、前置増幅器12の雑音指数である。「R」は、前置増幅器12の帰還抵抗値[Ω]である。 In the above (Formula 1), “reception signal power” is the optical power of the optical signal received by the APD 11. “M” is the multiplication factor of the APD 11, and “Ip” is the peak value [A] of the received current signal of the APD 11. “Ir” is the average value [A] of the received current signal of the APD 11. “Id” is a dark current [A] that flows when an optical signal is not input to the APD 11. “E” is the elementary charge [C]. “B” is the frequency band [Hz] of the optical signal receiving circuit 1. “X” is the excess noise figure. “K” is the Boltzmann constant [J / K]. “T” is the temperature [K]. “N” is the noise figure of the preamplifier 12. “R” is the feedback resistance value [Ω] of the preamplifier 12.

上記(式1)より、増倍率Mを大きくするほど、受信信号電力が大きくなり、SNRは増加する。しかし、増倍率Mを、ある値より大きくすると、ショット雑音電力が増加するためSNRは低下する。また、受信信号電力が大きくなるほど、同じ増倍率MでもSNRが高くなる。   From the above (Equation 1), as the multiplication factor M is increased, the received signal power is increased and the SNR is increased. However, if the multiplication factor M is larger than a certain value, the shot noise power increases, so the SNR decreases. Further, as the received signal power increases, the SNR increases even at the same multiplication factor M.

例えば、受信信号電力、すなわち光パワーが−35dBの場合、SNRは、Mが20のときに最大値、23(dB)となる。受信信号電力がー29dBの場合、Mが20のときのSNRは26(dB)となる。受信信号電力がー29dBの場合に、23(dB)以上のSNRを得るには、Mは2以上であればよい。   For example, when the received signal power, that is, the optical power is −35 dB, the SNR is a maximum value of 23 (dB) when M is 20. When the received signal power is -29 dB, the SNR when M is 20 is 26 (dB). In order to obtain an SNR of 23 (dB) or more when the received signal power is -29 dB, M may be 2 or more.

つまり、受信信号電力が大きい場合は、低い場合と比較して、増倍率Mの値はそれほど高くなくてよい。   That is, when the received signal power is large, the value of the multiplication factor M does not have to be so high as compared with the case where the received signal power is low.

図5は、2値デジタル信号のジッタ量とSNRとの関係を示すグラフの一例である。同図に示すように、SNRが大きいほど、ジッタ量は小さくなる。   FIG. 5 is an example of a graph showing the relationship between the jitter amount of the binary digital signal and the SNR. As shown in the figure, the larger the SNR, the smaller the jitter amount.

図6(a)は、SNRが23(dB)の場合の、2値デジタル信号の波形の一例である。このときのジッタ量は、150(Ulpp)である。図6(b)は、SNRが20(dB)の場合の、2値デジタル信号の波形の一例である。このときのジッタ量は、200(Ulpp)である。同図(a)、(b)における矢印の幅は、波形の変動量、すなわちジッタ量の大きさに相当する。同図(a)、(b)に示すように、SNRを大きくするほど、ジッタ量は低減する。   FIG. 6A is an example of a binary digital signal waveform when the SNR is 23 (dB). The jitter amount at this time is 150 (Ulpp). FIG. 6B is an example of a binary digital signal waveform when the SNR is 20 (dB). The jitter amount at this time is 200 (Ulpp). The widths of the arrows in FIGS. 9A and 9B correspond to the amount of waveform fluctuation, that is, the amount of jitter. As shown in FIGS. 9A and 9B, the amount of jitter decreases as the SNR increases.

まとめると、図3から、バイアス電圧を大きくするほど増倍率Mは高くなる。図4から、増倍率Mを高くするほど、SNRは大きくなる。図5、図6から、SNRを大きくするほど、ジッタ量は小さくなる。   In summary, from FIG. 3, the multiplication factor M increases as the bias voltage increases. From FIG. 4, the SNR increases as the multiplication factor M increases. From FIG. 5 and FIG. 6, the larger the SNR, the smaller the jitter amount.

従って、バイアス電圧を大きくするほど、増倍率Mは高く、SNRは大きくなり、ジッタ量が低減する。逆に、バイアス電圧を小さくするほど、増倍率Mは低く、SNRは小さくなり、ジッタ量が増大する。   Accordingly, as the bias voltage is increased, the multiplication factor M is increased, the SNR is increased, and the amount of jitter is reduced. Conversely, as the bias voltage is decreased, the multiplication factor M is decreased, the SNR is decreased, and the jitter amount is increased.

このため、演算回路154は、ジッタ量を低減したい場合、バイアス電圧を上げ、ジッタ量を増大したい場合、バイアス電圧を下げればよい。   For this reason, the arithmetic circuit 154 may increase the bias voltage when it is desired to reduce the jitter amount, and lower the bias voltage when it is desired to increase the jitter amount.

次に、ジッタ量の上限値、下限値の決め方について、図7等を参照して説明する。   Next, how to determine the upper limit value and the lower limit value of the jitter amount will be described with reference to FIG.

図7は、信号誤り率と2値デジタル信号のSNRとの関係を示すグラフの一例である。同図における縦軸が信号誤り率、横軸がSNRである。同図に示すように、信号誤り率と、SNRとの間には、一意の関係があり、SNRを大きくするほど、信号誤り率は低下する。   FIG. 7 is an example of a graph showing the relationship between the signal error rate and the SNR of the binary digital signal. In the figure, the vertical axis represents the signal error rate, and the horizontal axis represents the SNR. As shown in the figure, there is a unique relationship between the signal error rate and the SNR, and the signal error rate decreases as the SNR increases.

例えば、信号誤り率をe-12以下にするには、SNRを25(dB)以上に保つ必要がある。 For example, in order to reduce the signal error rate to e -12 or less, it is necessary to keep the SNR at 25 (dB) or more.

図7から、通信回線に必要な信号誤り率を維持するために必要なSNRの下限値が求められる。そして図5から、そのSNRの下限値に対応するジッタ量の上限値が求められる。   From FIG. 7, the lower limit value of the SNR necessary for maintaining the signal error rate necessary for the communication line is obtained. From FIG. 5, the upper limit value of the jitter amount corresponding to the lower limit value of the SNR is obtained.

ジッタ量の下限値について説明する。図4から、受信信号電力に応じたSNRの最大値が求められる。図5から、SNRの最大値に対応するジッタ量の値を求め、求めた値以上で、且つジッタ量の上限値未満の値をジッタ量の下限値とすればよい。   The lower limit value of the jitter amount will be described. From FIG. 4, the maximum value of SNR corresponding to the received signal power is obtained. From FIG. 5, the value of the jitter amount corresponding to the maximum value of the SNR is obtained, and a value that is not less than the obtained value and less than the upper limit value of the jitter amount may be set as the lower limit value of the jitter amount.

続いて、図8、図9を参照してホールド信号の電圧の変動と、ジッタ量との関係について説明する。   Next, the relationship between the fluctuation of the hold signal voltage and the jitter amount will be described with reference to FIGS.

ジッタ量が少ない場合について説明する。図8(a)は、ジッタ量が少ない場合における、2値デジタル信号Sの波形図である。同図(b)は、2値デジタル信号から抽出されたクロック信号の波形図である。同図(c)は、同図(a)の2値デジタル信号の、ある時期における波形図の一例である。同図(d)は、クロック信号と同期したランプ信号の波形図である。同図(e)は、同図(c)の2値デジタル信号と、同図(d)のランプ信号との比較結果を示すコンパレータ出力信号の波形図の一例である。同図(a)〜(e)において、縦軸は信号の電圧であり、横軸は時間である。   A case where the amount of jitter is small will be described. FIG. 8A is a waveform diagram of the binary digital signal S when the jitter amount is small. FIG. 4B is a waveform diagram of the clock signal extracted from the binary digital signal. FIG. 2C is an example of a waveform diagram at a certain time of the binary digital signal of FIG. FIG. 4D is a waveform diagram of the ramp signal synchronized with the clock signal. FIG. 4E is an example of a waveform diagram of a comparator output signal showing a comparison result between the binary digital signal of FIG. 4C and the ramp signal of FIG. In FIGS. 4A to 4E, the vertical axis represents the signal voltage, and the horizontal axis represents time.

図8(c)に示すように、クロック信号の立ち上がりのタイミングで、ハイレベルになる2値デジタル信号が入力された場合について考える。   As shown in FIG. 8C, consider a case where a binary digital signal that is at a high level is input at the rising timing of the clock signal.

図8(a)、(b)に示すように、ジッタ量が少ない場合、2値デジタル信号の立ち上がり、または立下りのタイミングと、クロック信号の立ち上がりのタイミングとの間のずれは、統計的上、少ない。   As shown in FIGS. 8A and 8B, when the amount of jitter is small, the deviation between the rising or falling timing of the binary digital signal and the rising timing of the clock signal is statistically ,Few.

このため、コンパレータ出力信号は、図8(e)に示すように、ほぼクロック信号の立ち上がりのタイミングで、ハイレベルになる。同図(d)に示すように、このコンパレータ出力信号の立ち上がりのタイミングにおけるランプ信号の電圧Raが保持され、ホールド信号として出力される。このように、ジッタ量が少ない場合、クロック信号の遷移のタイミングと、2値デジタル信号の遷移のタイミングと間のずれが少ないので、ホールド信号の電圧(Raなど)は、ばらつきが少なくなる。   For this reason, as shown in FIG. 8E, the comparator output signal becomes high level almost at the rising timing of the clock signal. As shown in FIG. 4D, the voltage Ra of the ramp signal at the rising timing of the comparator output signal is held and output as a hold signal. As described above, when the amount of jitter is small, the shift between the clock signal transition timing and the binary digital signal transition timing is small, so that the hold signal voltage (Ra and the like) is less varied.

ジッタ量が多い場合について説明する。図9(a)は、ジッタ量が多い場合における、2値デジタル信号Sの波形図である。同図(b)は、2値デジタル信号から抽出されたクロック信号の波形図である。同図(c)は、同図(a)の2値デジタル信号の、ある時期における波形図の一例である。同図(d)は、クロック信号と同期したランプ信号の波形図である。同図(e)は、同図(c)の2値デジタル信号と、同図(d)のランプ信号との比較結果を示すコンパレータ出力信号の波形図の一例である。同図(a)〜(e)において、縦軸は信号の電圧であり、横軸は時間である。   A case where the amount of jitter is large will be described. FIG. 9A is a waveform diagram of the binary digital signal S when the amount of jitter is large. FIG. 4B is a waveform diagram of the clock signal extracted from the binary digital signal. FIG. 2C is an example of a waveform diagram at a certain time of the binary digital signal of FIG. FIG. 4D is a waveform diagram of the ramp signal synchronized with the clock signal. FIG. 4E is an example of a waveform diagram of a comparator output signal showing a comparison result between the binary digital signal of FIG. 4C and the ramp signal of FIG. In FIGS. 4A to 4E, the vertical axis represents the signal voltage, and the horizontal axis represents time.

図9(c)に示すように、クロック信号の立ち上がりのタイミングで、ハイレベルにすべき2値デジタル信号が何度か入力された場合について考える。   As shown in FIG. 9C, consider a case where a binary digital signal that should be at a high level is input several times at the rising timing of the clock signal.

図9(a)、(b)に示すように、ジッタ量が多い場合、2値デジタル信号の立ち上がり、または立下りのタイミングと、クロック信号の立ち上がりのタイミングとの間のずれは、統計的上、多くなる。   As shown in FIGS. 9A and 9B, when the amount of jitter is large, the deviation between the rising or falling timing of the binary digital signal and the rising timing of the clock signal is statistically And more.

このため、コンパレータ出力信号は、図9(e)に示すように、クロック信号の立ち上がりのタイミングで、ハイレベルになるとは限らない。同図(d)に示すように、このコンパレータ出力信号の立ち上がりにおけるランプ信号の電圧は、サンプリングのタイミングが異なるため、Ra、Rb、Rcのようにばらつきが多くなる。   For this reason, as shown in FIG. 9E, the comparator output signal does not always become high level at the rising timing of the clock signal. As shown in FIG. 4D, the ramp signal voltage at the rising edge of the comparator output signal has a large variation such as Ra, Rb, and Rc because the sampling timing is different.

図8に示すように、ジッタ量が少ないほど、ホールド信号の電圧のばらつきは小さくなり、図9に示すように、ホールド信号の電圧のばらつきはジッタ量に比例する。このため、演算回路154は、ホールド信号の電圧の分散などの統計量を算出することにより、ジッタ量を推定できる。   As shown in FIG. 8, the smaller the jitter amount, the smaller the variation in the hold signal voltage. As shown in FIG. 9, the hold signal voltage variation is proportional to the jitter amount. Therefore, the arithmetic circuit 154 can estimate the jitter amount by calculating a statistic such as the dispersion of the voltage of the hold signal.

図10を参照して、演算回路154の動作について説明する。同図は、演算回路154の動作を示すフローチャートである。この動作は、光信号受信回路1に電源が投入されたときに開始する。   The operation of the arithmetic circuit 154 will be described with reference to FIG. This figure is a flowchart showing the operation of the arithmetic circuit 154. This operation starts when the optical signal receiving circuit 1 is turned on.

演算回路154は、バイアス電圧を所定値ΔVだけ上昇させるための制御信号を出力する(ステップS1)。この結果、増倍率Mは高く、SNRは大きくなり、ジッタ量が低減する。   The arithmetic circuit 154 outputs a control signal for increasing the bias voltage by a predetermined value ΔV (step S1). As a result, the multiplication factor M is high, the SNR is increased, and the jitter amount is reduced.

演算回路154は、ホールド信号の電圧の変動から、ジッタ量を計測する(ステップS2)。演算回路154は、ジッタ量が下限値より小さいか否かを判断する(ステップS3)。   The arithmetic circuit 154 measures the jitter amount from the fluctuation of the voltage of the hold signal (step S2). The arithmetic circuit 154 determines whether or not the jitter amount is smaller than the lower limit value (step S3).

ジッタ量が下限値以上であれば(ステップS3:NO)、演算回路154はステップS1に戻る。   If the jitter amount is greater than or equal to the lower limit (step S3: NO), the arithmetic circuit 154 returns to step S1.

ジッタ量が下限値より小さければ(ステップS3:YES)、演算回路154は、バイアス電圧を所定値ΔVだけ低下させるための制御信号を出力する(ステップS4)。この結果、増倍率Mは低く、SNRは小さくなり、ジッタ量が増加する。   If the jitter amount is smaller than the lower limit (step S3: YES), the arithmetic circuit 154 outputs a control signal for reducing the bias voltage by a predetermined value ΔV (step S4). As a result, the multiplication factor M is low, the SNR becomes small, and the jitter amount increases.

演算回路154は、ホールド信号の電圧の変動から、ジッタ量を計測する(ステップS5)。演算回路154は、ジッタ量が上限値より大きいか否かを判断する(ステップS6)。   The arithmetic circuit 154 measures the jitter amount from the fluctuation of the voltage of the hold signal (step S5). The arithmetic circuit 154 determines whether or not the jitter amount is larger than the upper limit value (step S6).

ジッタ量が上限値以下であれば(ステップS6:NO)、演算回路154はステップS4に戻る。ジッタ量が上限値より大きければ(ステップS6:YES)、演算回路154はステップS1に戻る。   If the jitter amount is less than or equal to the upper limit value (step S6: NO), the arithmetic circuit 154 returns to step S4. If the jitter amount is larger than the upper limit value (step S6: YES), the arithmetic circuit 154 returns to step S1.

なお、本実施形態では、光信号受信回路はAPDで光信号を受信しているが、光信号の受信感度を制御できるデバイスであれば、APD以外のデバイスを光信号の受信に使用することもできる。   In this embodiment, the optical signal receiving circuit receives an optical signal by APD. However, a device other than the APD may be used for receiving an optical signal as long as the device can control the optical signal reception sensitivity. it can.

例えば、光信号受信回路は、APDの代わりに光電子増倍管で光信号を受信してもよい。また、APDの代わりに、光アンプなどの増幅デバイスを前段に、PINフォトダイオードなどの増倍効果を持たないフォトダイオードを後段に配置し、光信号受信回路が、この光アンプの増倍率を変更する構成としてもよい。   For example, the optical signal receiving circuit may receive an optical signal with a photomultiplier tube instead of the APD. Also, instead of APD, an amplification device such as an optical amplifier is placed in the previous stage, and a photodiode without a multiplication effect such as a PIN photodiode is placed in the subsequent stage, and the optical signal receiving circuit changes the multiplication factor of this optical amplifier. It is good also as composition to do.

また、本実施形態では、コンパレータ152、およびサンプルホールド回路153で、2値デジタル信号、およびランプ信号の比較結果に変化が生じたタイミングにおけるランプ信号の電圧を求めている。しかし、そのタイミングにおけるランプ信号の電圧を検出できるのであれば、コンパレータ152、およびサンプルホールド回路153以外の回路を用いてもよいのは勿論である。   In the present embodiment, the comparator 152 and the sample hold circuit 153 obtain the voltage of the ramp signal at the timing when the comparison result of the binary digital signal and the ramp signal changes. However, it is needless to say that a circuit other than the comparator 152 and the sample hold circuit 153 may be used as long as the voltage of the ramp signal at the timing can be detected.

本実施形態では、光信号受信回路1がランプ信号を生成して、2値電圧信号と電圧を比較しているが、2値電圧信号と比較する信号は、ランプ信号に限らない。2値デジタル信号と周期が同一であり、2値デジタル信号の立ち上がりまたは立下りの遷移タイミングにおいて、電圧が増加中または減少中の増減過程にある信号であればよい。例えば、ランプ信号の代わりに、三角波や正弦波の波形の信号を比較対象としてもよい。   In the present embodiment, the optical signal receiving circuit 1 generates the ramp signal and compares the voltage with the binary voltage signal. However, the signal to be compared with the binary voltage signal is not limited to the ramp signal. Any signal may be used as long as it has the same period as the binary digital signal and is in an increasing / decreasing process while the voltage is increasing or decreasing at the transition timing of rising or falling of the binary digital signal. For example, instead of the ramp signal, a triangular or sine wave signal may be used as a comparison target.

本実施形態のAPD11、前置増幅器12、リミットアンプ13が、本発明の光検出手段に該当する。本実施形態の受信電圧信号は、本発明の電気信号に相当する。本実施形態のランプ信号は、本発明の比較用信号の一例である。本実施形態のクロック検出回路14およびランプ波形発生回路151が、本発明の比較用信号発生手段に相当する。本実施形態のコンパレータ152、サンプルホールド回路153、演算回路154、バイアス電圧制御回路16、およびバイアス電圧発生回路10が本発明の制御手段に相当する。   The APD 11, the preamplifier 12, and the limit amplifier 13 of this embodiment correspond to the light detection means of the present invention. The received voltage signal of this embodiment corresponds to the electrical signal of the present invention. The ramp signal of this embodiment is an example of the comparison signal of the present invention. The clock detection circuit 14 and the ramp waveform generation circuit 151 of the present embodiment correspond to the comparison signal generation means of the present invention. The comparator 152, sample hold circuit 153, arithmetic circuit 154, bias voltage control circuit 16, and bias voltage generation circuit 10 of this embodiment correspond to the control means of the present invention.

以上説明したように、本実施形態によれば、光信号受信回路1は、受信電圧信号と周期が同一で遷移タイミングにおける電圧が異なる比較用信号を生成し、受信電圧信号の電圧と比較用信号の電圧との比較結果が変化した時点の、該比較用信号の電圧の変動量、すなわちジッタ量が下限値以上、上限値以下となるように、バイアス電圧を印加する。ジッタ量に下限値を設けるので、必要以上に高いバイアス電圧が印加されることがなくなる。また、ジッタ量に上限値を設けるので通信品質が維持される。この結果、光信号受信回路1は、通信品質を維持しつつ、消費電力を低減できる。   As described above, according to the present embodiment, the optical signal reception circuit 1 generates a comparison signal having the same period as the reception voltage signal but having a different voltage at the transition timing, and the voltage of the reception voltage signal and the comparison signal The bias voltage is applied so that the amount of fluctuation of the voltage of the comparison signal, that is, the jitter amount is not less than the lower limit value and not more than the upper limit value at the time when the comparison result with this voltage changes. Since a lower limit is provided for the jitter amount, a bias voltage higher than necessary is not applied. Further, since the upper limit value is set for the jitter amount, the communication quality is maintained. As a result, the optical signal receiving circuit 1 can reduce power consumption while maintaining communication quality.

また、実際の光通信回線に求められる通信品質に応じてバイアス電圧が自動的に調整されるため、人手に頼ったバイアス電圧の調整が不要となる。   Also, since the bias voltage is automatically adjusted according to the communication quality required for the actual optical communication line, it is not necessary to manually adjust the bias voltage.

1 光信号受信回路
10 バイアス電圧発生回路
11 APD
12 前値増幅器
13 リミットアンプ
14 クロック検出回路
15 ジッタ検出回路
16 バイアス電圧制御回路
151 ランプ波形発生回路
152 コンパレータ
153 サンプルホールド回路
154 演算回路
1 Optical signal reception circuit 10 Bias voltage generation circuit 11 APD
12 Preamplifier 13 Limit amplifier 14 Clock detection circuit 15 Jitter detection circuit 16 Bias voltage control circuit 151 Ramp waveform generation circuit 152 Comparator 153 Sample hold circuit 154 Arithmetic circuit

Claims (8)

制御手段により印加されたバイアス電圧に応じた受信感度で、受信した光信号を電気信号に変換して出力する光検出手段と、
前記光検出手段により出力された前記電気信号と周期が同一で、該電気信号の遷移のタイミングにおいて電圧が増減過程にある信号を、該電気信号と比較するための比較用信号として生成する比較用信号生成手段と、
前記光検出手段により出力された前記電気信号の電圧と、前記比較用信号生成手段により生成された前記比較用信号の電圧とを比較した結果が変化した時点における、該比較用信号の電圧の変動量を該電気信号のジッタ量として算出し、該ジッタ量が上限値以上で且つ下限値以下となるように、前記光検出手段へのバイアス電圧を制御する制御手段と、
を有する光信号受信回路。
Photodetection means for converting the received optical signal into an electrical signal and outputting it with a reception sensitivity corresponding to the bias voltage applied by the control means;
A comparison signal for generating a signal having the same cycle as that of the electrical signal output by the light detection means and having a voltage increasing or decreasing process at the transition timing of the electrical signal as a comparison signal for comparison with the electrical signal. Signal generating means;
Fluctuation of the voltage of the comparison signal at the time when the result of comparing the voltage of the electrical signal output by the light detection means and the voltage of the comparison signal generated by the comparison signal generation means changes A control unit that calculates a quantity as a jitter amount of the electrical signal, and controls a bias voltage to the light detection unit so that the jitter amount is not less than an upper limit value and not more than a lower limit value;
An optical signal receiving circuit.
前記電気信号にはクロック信号が重畳されており、
前記比較用信号生成手段は、
前記光検出手段により出力された前記電気信号に重畳された前記クロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、
前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号と周期が同一で、該クロック信号の遷移のタイミングにおいて電圧が増減過程にある信号を、前記比較用信号として生成する比較用信号生成回路と、
を有する請求項1に記載の光信号受信回路。
A clock signal is superimposed on the electrical signal,
The comparison signal generating means includes
A clock signal extraction circuit for extracting the clock signal superimposed on the electrical signal output by the light detection means;
A comparison signal generation circuit that generates, as the comparison signal, a signal that has the same period as the clock signal extracted by the clock signal extraction circuit and whose voltage is increasing or decreasing at the transition timing of the clock signal;
The optical signal receiving circuit according to claim 1, comprising:
前記制御手段は、
前記光検出手段により出力された前記電気信号の電圧と、前記比較用信号生成手段により生成された前記比較用信号の電圧とを比較し、該比較の結果を示すコンパレータ出力信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータにより出力された前記コンパレータ出力信号が遷移した時点における、前記比較用信号の電圧の変動量を前記電気信号のジッタ量として算出し、該ジッタ量が下限値以上で、且つ該ジッタ量が上限値以下となるように前記光検出手段にバイアス電圧を印加する制御回路と、
を有する、請求項1又は2に記載の光信号受信回路。
The control means includes
A comparator that compares the voltage of the electrical signal output by the light detection means with the voltage of the comparison signal generated by the comparison signal generation means and outputs a comparator output signal indicating the result of the comparison; ,
A fluctuation amount of the voltage of the comparison signal at the time when the comparator output signal output by the comparator makes a transition is calculated as a jitter amount of the electrical signal, the jitter amount is equal to or greater than a lower limit value, and the jitter amount is A control circuit for applying a bias voltage to the light detection means so as to be equal to or lower than an upper limit value;
The optical signal receiving circuit according to claim 1, comprising:
前記制御手段は、
前記コンパレータにより前記コンパレータ出力信号が出力されたとき、前記比較用信号を保持し、該比較用信号をホールド信号として出力するサンプルホールド回路を更に有し、
前記制御回路は、前記サンプルホールド回路により出力された前記ホールド信号の電圧の変動量を算出する、請求項3に記載の光信号受信回路。
The control means includes
When the comparator output signal is output by the comparator, the comparator further includes a sample hold circuit that holds the comparison signal and outputs the comparison signal as a hold signal;
The optical signal receiving circuit according to claim 3, wherein the control circuit calculates a fluctuation amount of a voltage of the hold signal output by the sample and hold circuit.
前記バイアス電圧が上昇するほど前記変動量が低下し、該バイアス電圧が上昇するほど該変動量は増加する関係にあり、
前記制御手段は、前記ジッタ量が前記下限値未満である場合、前記バイアス電圧を所定値だけ低下させ、該ジッタ量が上限値より大きい場合、該バイアス電圧を所定値だけ上昇させる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光信号受信回路。
The variation amount decreases as the bias voltage increases, and the variation amount increases as the bias voltage increases.
The control means reduces the bias voltage by a predetermined value when the jitter amount is less than the lower limit value, and increases the bias voltage by a predetermined value when the jitter amount is larger than the upper limit value. 5. The optical signal receiving circuit according to any one of items 1 to 4.
前記比較用信号は、ランプ信号である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光信号受信回路。   The optical signal receiving circuit according to claim 1, wherein the comparison signal is a ramp signal. 前記光検出手段は、APDを有する、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光信号受信回路。   The optical signal receiving circuit according to claim 1, wherein the light detection unit includes an APD. 光検出手段が、印加されたバイアス電圧に応じた受信感度で、受信した光信号を電気信号に変換して出力し、
前記電気信号と周期が同一で、該電気信号の遷移のタイミングにおいて電圧が増減過程にある信号を、該電気信号と比較するための比較用信号として生成し、
前記電気信号の電圧と、前記比較用信号の電圧とを比較した結果が変化した時点における、該比較用信号の電圧の変動量を該電気信号のジッタ量として算出し、該ジッタ量が上限値以上で且つ下限値以下となるように、前記光検出手段へのバイアス電圧を制御する、光信号受信回路の制御方法。
The light detection means converts the received optical signal into an electrical signal and outputs it with a reception sensitivity corresponding to the applied bias voltage,
A signal having the same period as that of the electric signal and having a voltage increasing / decreasing process at the transition timing of the electric signal is generated as a comparison signal for comparison with the electric signal,
The fluctuation amount of the voltage of the comparison signal at the time when the result of comparing the voltage of the electrical signal and the voltage of the comparison signal changes is calculated as the jitter amount of the electrical signal, and the jitter amount is an upper limit value. A method for controlling an optical signal receiving circuit, wherein the bias voltage to the photodetecting means is controlled so as to be above and below the lower limit value.
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