JP2013081064A - 光受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】待機時の消費電力を抑えるとともに、比較的広いダイナミックレンジを確保することができる光受信器を提供する。
【解決手段】受光素子３１のカソードに、カレントミラー回路３３の入力側トランジスタ５１とバイパスコンデンサ３４とを接続し、受光素子３１のアノードに、ＴＩＡ４２の入力端子を接続する。カレントミラー回路３３の出力側トランジスタ５２に、第１抵抗３５とパッシブフィルタ回路３６とを接続し、パッシブフィルタ回路３６に比較器３７の反転入力端子を接続する。比較器３７の非反転入力端子に基準電源４４を接続し、出力端子に第２抵抗３８を介して第１ＦＥＴ４１のゲートを接続する。第１ＦＥＴ４１のドレインに、ＴＩＡ４２の電源端子と第２ＦＥＴ４１のゲートとを接続する。ＬＩＡ４３の電源端子に第２ＦＥＴ４１のドレインを接続し、入力端子にＴＩＡ４２の出力端子を接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光によってデータを伝送する光伝送システムなどに用いられる光受信器に関する。

従来技術の光受信器としては、たとえば特許文献１に開示される光受信回路がある。特許文献１に開示される光受信回路では、受光素子が受光したときに、電源と受光素子のカソードとの間にある抵抗に電流が流れ、電源と受光素子のカソードとの間に電位差が発生する。この電位差を用いてＦＥＴがオンして、前置増幅器および後段増幅器に電源電圧を供給している。

このように特許文献１に開示される光受信回路では、光入力の有無でＦＥＴのオンとオフとを切り替えて、増幅器への電源電圧の供給を切り替えることによって、待機時の消費電力の低減を図っている。

特開２０００−７８０９１号公報

特許文献１に開示される光受信回路において、受光素子には、たとえば−３０ｄＢｍの光が入力される。受光素子の光電変換効率が約１Ａ／Ｗである場合、受光素子に流れる電流は約１μＡである。抵抗にも約１μＡの電流が流れるので、抵抗の両端の電圧、すなわち電源と受光素子のカソードとの間の電位差は、約１μＡ×（抵抗の抵抗値）となる。

受光素子に入力される光が−１０ｄＢｍになると、受光素子に流れる電流は１００倍になる。特許文献１に開示される光受信回路では、抵抗の抵抗値が一意に決まっているので、受光素子に流れる電流が１００倍になっても、抵抗の両端の電圧は１００倍にはならず、電源と受光素子のカソードとの電位差は飽和電圧に到達する。これによって、アイ開口に歪みが発生し、伝送品質が劣化してしまうという問題がある。

このように特許文献１の光受信回路などの従来技術の光受信器は、受光素子に入力可能な光量の範囲が狭い。したがって、受光素子に入力可能な光量の範囲が広く、受信感度が、たとえば２０ｄＢ以上という比較的広いダイナミックレンジを確保することができる光受信器が求められる。

本発明の目的は、待機時の消費電力を抑えるとともに、比較的広いダイナミックレンジを確保することができる光受信器を提供することである。

本発明の光受信器は、光信号を受信して、受信した光信号に対応する電流信号を生成する受光素子と、前記受光素子によって生成される電流信号を電圧信号に変換し、増幅する増幅器と、前記受光素子と第１電源との間に設けられ、前記受光素子に接続される入力側トランジスタと前記入力側トランジスタに接続される出力側トランジスタとで構成されるカレントミラー回路と、前記受光素子と前記カレントミラー回路の入力側トランジスタとの接続点に一端が接続され、他端がグランドに接続されるコンデンサと、前記カレントミラー回路の出力側トランジスタに一端が接続され、他端がグランドに接続される第１抵抗と、前記抵抗と前記カレントミラー回路の出力側トランジスタとの接続点に接続され、入力された信号の高周波成分を除去するフィルタ回路と、前記フィルタ回路の出力端子が反転入力端子に接続され、非反転入力端子に基準電位が与えられる比較器と、前記比較器の出力端子に一端が接続される第２抵抗と、前第２抵抗の他端に接続されて、前記増幅器と第２電源との間に設けられ、前記比較器から出力される出力信号に応じて、前記増幅器への前記第２電源からの電圧の供給と遮断とを切換えるスイッチング素子とを備えることを特徴とする。

本発明の光受信器によれば、受光素子で生成される電流信号に応じた電流がカレントミラー回路で生成され、フィルタ回路を介して比較器に入力される。比較器の出力信号に応じて、スイッチング素子によって、増幅器への第２電源からの電圧の供給と遮断とが切換えられる。これによって、受光素子に光信号の入力がない待機時には、増幅器に流れる消費電流を削減することができるので、待機時の光受信器の消費電力を低減することができる。

また、受光素子に入力される光入力電力が比較的低い場合および比較的高い場合のいずれの場合でも、受光素子への光入力電力の大きさに応じた大きさの電流信号を電圧信号に変換後、増幅器に入力して電圧を一定振幅にすることができる。したがって、待機時の光受信器の消費電力を抑えるとともに、比較的広いダイナミックレンジを確保することができる。

本発明の第１の実施の形態における光受信器１を備える局側装置１０を含むＰＯＮシステム１００の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における光受信器１の構成を示す電気回路図である。 図２に示す光受信器１の動作を示すタイミングチャートである。 図２に示す光受信器１の他の例の構成を示す電気回路図である。 本発明の第２の実施の形態における光受信器３の構成を示す電気回路図である。 図５に示す光受信器３の他の例の構成を示す電気回路図である。 本発明の第３の実施の形態における光受信器５の構成を示す電気回路図である。 図７に示す光受信器５の他の例の構成を示す電気回路図である。 本発明の第４の実施の形態における光受信器７の構成を示す電気回路図である。 図９に示す光受信器７の他の例の構成を示す電気回路図である。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態における光受信器１を備える局側装置１０を含むＰＯＮシステム１００の構成を示すブロック図である。ＰＯＮ（Passive Optical Network）システム１００は、光によってデータを伝送する光伝送システムの一種である。ＰＯＮシステム１００では、時分割多重方式によって、１台の局側装置１０で、複数台の加入者側装置２０との通信を行う。

ＰＯＮシステム１００は、本実施の形態では、１台の局側装置１０と、複数台の加入者側装置２０と、光カプラ２１と、光ファイバ２２，２３とを備えて構成される。局側装置１０は、ＰＯＮシステム１００における親局装置に相当し、たとえば電話局などに設置される。加入者側装置２０は、ＰＯＮシステム１００における子局装置に相当し、たとえば加入者宅などに設置される。

ＰＯＮシステム１００では、局側装置１０はＯＬＴ（Optical Line Terminal）とも称され、加入者側装置２０はＯＮＵ（Optical Network Unit）とも称される。以下の説明では、局側装置１０を「ＯＬＴ１０」といい、加入者側装置２０を「ＯＮＵ２０」という場合がある。光ファイバ２２，２３のうち、ＯＬＴ１０に接続される光ファイバ２２を「ＯＬＴ側光ファイバ２２」といい、ＯＮＵ２０に接続される光ファイバ２３を「ＯＮＵ側光ファイバ２３」という場合がある。

ＯＬＴ１０は、不図示の上位ネットワーク、たとえばインターネットに接続されている。ＯＬＴ１０は、ＯＬＴ側光ファイバ２２を介して、光カプラ２１に接続されている。光カプラ２１は、複数のＯＮＵ側光ファイバ２３と接続されており、ＯＬＴ側光ファイバ２２とＯＮＵ側光ファイバ２３との間を伝送する光信号の分岐および結合を行う光受動素子である。各ＯＮＵ側光ファイバ２３には、ＯＮＵ２０がそれぞれ接続されている。

各ＯＮＵ２０には、不図示の端末装置が接続されている。端末装置は、通信機能を有する装置、たとえばパーソナルコンピュータ（Personal Computer；略称：ＰＣ）である。以上のように、ＯＬＴ１０と複数のＯＮＵ２０とは、光カプラ２１および光ファイバ２２，２３を介して光通信可能に接続されている。

本実施の形態では、図１に示すように、ＰＯＮシステム１００は、１台のＯＬＴ１０を備えるが、ＯＬＴ１０の台数は１台に限定されない。本発明の他の実施の形態では、ＰＯＮシステム１００は、複数台のＯＬＴ１０を備えてもよい。この場合、各ＯＬＴ１０に対して、複数台のＯＮＵ２０が接続される。

ＯＬＴ１０は、インタフェース部１１と、データ処理部１２と、光送受信器１３とを備えて構成される。データ処理部１２は、送信処理部１４と、受信処理部１５とを備える。光送受信器１３は、光送信器１６と、光受信器１とを備える。

光送受信器１３の光受信器１は、ＯＮＵ２０から到来する光信号を受信する。光受信器１は、受信した光信号を電気信号に変換して、データ処理部１２の受信処理部１５に与える。

受信処理部１５は、光受信器１から与えられた電気信号に対して、所定の処理を施す。前記所定の処理は、たとえば、光受信器１から与えられた電気信号を解析して、その電気信号を送信すべき送信先を決定する処理、および前記電気信号を送信先に送信するために送信先のフォーマットに適合した送信フレームを作成する処理である。受信処理部１５は、所定の処理を施した信号をインタフェース部１１に与える。インタフェース部１１は、受信処理部１５から与えられた信号を上位ネットワークへ送信する。

またインタフェース部１１は、上位ネットワークから到来する電気信号を受信し、データ処理部１２の送信処理部１４に与える。送信処理部１４は、インタフェース部１１から与えられた電気信号に対して、所定の処理を施す。前記所定の処理は、たとえば、インタフェース部１１から与えられた電気信号を解析して、その電気信号を送信すべき送信先を決定する処理、および前記電気信号を送信先に送信するために送信先のフォーマットに適合した送信フレームを作成する処理である。

送信処理部１４は、所定の処理を施した電気信号を光送受信器１３の光送信器１６に与える。光送信器１６は、送信処理部１４から与えられた電気信号を光信号に変換し、光カプラ２１および光ファイバ２２，２３を介して、ＯＮＵ２０へ送信する。

ＯＮＵ２０は、ＯＬＴ１０から送信された光信号を受信すると、受信した光信号を電気信号に変換して端末装置に送信する。またＯＮＵ２０は、端末装置から送信された電気信号を受信すると、受信した電気信号を光信号に変換してＯＬＴ１０に向けて送信する。

図２は、本発明の第１の実施の形態における光受信器１の構成を示す電気回路図である。光受信器１は、受光素子３１、第１電源３２、カレントミラー回路３３、バイパスコンデンサ３４、第１抵抗３５、パッシブフィルタ回路３６、比較器３７、第２抵抗３８、第２電源３９、第１電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor；略称：ＦＥＴ）４０、第２ＦＥＴ４１、トランスインピーダンスアンプ（Transimpedance Amplifier；略称：ＴＩＡ）４２、リミッティングアンプ（Limiting Amplifier；略称：ＬＩＡ）４３および基準電源４４を備えて構成される。

カレントミラー回路３３は、受光素子３１と、受光素子用電源である第１電源３２との間に設けられる。カレントミラー回路３３は、直流電流増幅率が同値である一対のＰＮＰ形バイポーラトランジスタ５１，５２で構成される。一対のＰＮＰ形バイポーラトランジスタ５１，５２は、コレクタとベースとの間（以下「コレクタ−ベース間」という場合がある）を短絡したＰＮＰ形バイポーラトランジスタである入力側トランジスタ５１と、入力側トランジスタ５１と実質的に特性の等しいＰＮＰ形バイポーラトランジスタである出力側トランジスタ５２とを備える。パッシブフィルタ回路３６は、フィルタ用抵抗５３およびフィルタ用コンデンサ５４を備えて構成されるＲＣ型ローパスフィルタである。第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１は、Ｐチャンネル形ＦＥＴである。

受光素子３１は、フォトダイオード（Photodiode；略称：ＰＤ）などによって実現される。受光素子３１のアノードは、ＴＩＡ４２の入力端子に接続されている。ＴＩＡ４２の出力端子は、ＬＩＡ４３の入力端子に接続されている。受光素子３１のカソードは、接続点Ｎ１を介して、カレントミラー回路３３を構成する入力側トランジスタ５１のコレクタ、およびバイパスコンデンサ３４の正極端子にそれぞれ接続されている。バイパスコンデンサ３４の負極端子は、グランドに接続されている。

バイパスコンデンサ３４は、伝送データとして受光素子３１に光で入力される電力の交流成分の電圧を受光素子３１のカソードに供給するために、受光素子３１のカソードの近傍に設けられる。

カレントミラー回路３３を構成する入力側トランジスタ５１および出力側トランジスタ５２のベースは、共通に接続され、入力側トランジスタ５１のコレクタに接続されている。入力側トランジスタ５１および出力側トランジスタ５２のエミッタは、いずれも第１電源３２に接続されている。入力側トランジスタ５１および出力側トランジスタ５２は、動作環境が等しくなるように、近接して配置される。

入力側トランジスタ５１のエミッタとコレクタとの間（以下「エミッタ−コレクタ間」という場合がある）に電流Ｉが流れると、出力側トランジスタ５２のベースとエミッタとの間（以下「ベース−エミッタ間」という場合がある）の電圧、および入力側トランジスタ５１のベース−エミッタ間の電圧が等しくなる。これによって、出力側トランジスタ５２のエミッタ−コレクタ間に、入力側トランジスタ５１のエミッタ−コレクタ間に流れる電流Ｉの大きさと同じ大きさの電流が流れる。

入力側トランジスタ５１のコレクタには、接続点Ｎ１を介して、受光素子３１のカソードおよびバイパスコンデンサ３４の正極端子が接続されている。出力側トランジスタ５２のコレクタには、接続点Ｎ２を介して、第１抵抗３５の一端が接続されている。第１抵抗３５の他端は、グランドに接続されている。

出力側トランジスタ５２のコレクタと第１抵抗３５の一端との接続点Ｎ２は、パッシブフィルタ回路３６を構成するフィルタ用抵抗５３の一端に接続されている。フィルタ用抵抗５３の他端は、接続点Ｎ３を介して、パッシブフィルタ回路３６を構成するフィルタ用コンデンサ５４の正極端子に接続されている。フィルタ用コンデンサ５４の負極端子は、グランドに接続されている。

フィルタ用抵抗５３の他端とフィルタ用コンデンサ５４の正極端子との接続点Ｎ３は、比較器３７の反転入力端子に接続されている。比較器３７の非反転入力端子は、基準電位を与える基準電源４４に接続されている。比較器３７の非反転入力端子には、基準電源４４から基準電位が与えられる。これによって、比較器３７に基準電圧が入力される。比較器３７の出力端子は、第２抵抗３８の一端に接続されている。第２抵抗３８の他端は、第１ＦＥＴ４０のゲートに接続されている。

第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１は、スイッチング素子に相当する。第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１は、増幅器であるＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３と、増幅器用電源である第２電源３９との間に設けられる。第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１は、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３への第２電源３９からの電圧の供給と遮断とを切換える。

具体的には、第１ＦＥＴ４０は、第１スイッチング素子に相当する。第１ＦＥＴ４０は、ＴＩＡ４２への第２電源３９からの電圧の供給と遮断とを切換える。第１ＦＥＴ４０のソースは、第２電源３９に接続されている。第１ＦＥＴ４０のドレインは、接続点Ｎ４を介して、ＴＩＡ４２の電源端子、および第２ＦＥＴ４１のゲートにそれぞれ接続されている。

第２ＦＥＴ４１は、第２スイッチング素子に相当する。第２ＦＥＴ４１は、ＬＩＡ４３への第２電源３９からの電圧の供給と遮断とを切換える。第２ＦＥＴ４１のソースは、第１ＦＥＴ４０のソースと共通に接続され、第２電源３９に接続されている。第２ＦＥＴ４１のドレインは、ＬＩＡ４３の電源端子に接続されている。本実施の形態では、第２ＦＥＴ４１のゲートには、前述のように第１ＦＥＴ４０のドレインが接続されている。したがって第２ＦＥＴ４１は、第１ＦＥＴ４０の動作状態に応じて、ＬＩＡ４３への第２電源３９からの電圧の供給と遮断とを切換える。

ＴＩＡ４２は、第１増幅器に相当する。ＴＩＡ４２は、受光素子３１によって生成される電流信号を電圧信号に変換する。ＬＩＡ４３は、第２増幅器に相当する。ＬＩＡ４３は、ＴＩＡ４２から出力される電圧信号を、予め定める振幅になるように増幅する。ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３は、集積回路（Integrated Circuit；略称：ＩＣ）によって実現される。

図３は、図２に示す光受信器１の動作を示すタイミングチャートである。図３では、ＯＮＵ２０から送信されてＯＬＴ１０で受信されたデータである受信データ、受光素子３１への光入力、パッシブフィルタ回路３６の出力、比較器３７の出力、およびＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３を流れる電流のタイミングチャートを示している。

ＯＮＵ２０から送信された光信号は、光カプラ２１および光ファイバ２２，２３を介してＯＬＴ１０に伝送される。ＯＮＵ２０から伝送された光信号に含まれる伝送データがＯＬＴ１０で受信されると、ＯＬＴ１０で受信された受信データに相当する光信号が、受光素子３１に入力される。

受光素子３１に光信号が入力されると、入力された光信号は、受光素子３１によって、入力された光信号に比例した電流信号に変換される。受光素子３１には、光信号として電力が入力される。受光素子３１は、光信号として入力された電力（以下「光入力電力」という場合がある）の大きさに応じた大きさの電流を、電流信号として生成する。この電流信号の直流成分は、第１電源３２からカレントミラー回路３３を介して受光素子３１に流れ込み、前記電流信号の交流成分は、バイパスコンデンサ３４から受光素子３１に流れ込む。

カレントミラー回路３３は、受光素子３１によって生成される電流のモニタ電流を生成する。モニタ電流は、カレントミラー回路３３を構成する出力側トランジスタ５２のコレクタに接続されている第１抵抗３５によって電圧に変換される。

受光素子３１の光電変換効率は約１Ａ／Ｗであるので、受光素子３１に光信号として入力される光入力電力が比較的低い場合、たとえば−３０ｄＢｍすなわち１μＷである場合、約１μＡの電流が受光素子３１に流れる。

カレントミラー回路３３を構成する出力側トランジスタ５２のコレクタに接続されている第１抵抗３５の抵抗値を５００ｋΩとすると、パッシブフィルタ回路３６に電気信号として入力される電圧は、約０．５Ｖになる。

また、受光素子３１に光信号として入力される光入力電力が比較的高い場合、たとえば−１０ｄＢｍすなわち１００μＷである場合、カレントミラー回路３３を構成する出力側トランジスタ５２が飽和するので、モニタ電流は小さくなる。したがって、パッシブフィルタ回路３６に電気信号として入力される電圧は、第１電源３２による電源電圧から出力側トランジスタ５２の飽和電圧を差し引いた電圧となる。

パッシブフィルタ回路３６に入力された信号は、パッシブフィルタ回路３６によって高周波成分が除去されて、比較器３７に入力される。パッシブフィルタ回路３６は、伝送データを追従させずに、低速応答のみ反応させる機能を有している。図３において参照符号６０で示されるパッシブフィルタ回路３６の出力の立ち上がりは、フィルタ用抵抗５３およびフィルタ用コンデンサ５４のＲＣ時定数によって遅くなる。

パッシブフィルタ回路３６の出力の立ち下がりは、フィルタ用コンデンサ５４の放電時間ｔの分、受光素子３１に入力される光入力電力の立ち下がりよりも遅延させることが好ましい。これによって、伝送データの最後尾まで識別することができる。

比較器３７に基準電源４４から入力される基準電圧を、たとえば０．４Ｖと設定する。受光素子３１に入力される光入力電力が−３０ｄＢｍである場合、パッシブフィルタ回路３６に入力される電圧は約０．５Ｖであるので、比較器３７の入力電圧は、基準電圧の値である０．４Ｖよりも高くなる。したがって、比較器３７から出力信号として出力される電圧は、ロー（Ｌｏ）レベル、具体的にはグランド電位になる。

同様に、受光素子３１に入力される光入力電力が−１０ｄＢｍの場合、比較器３７の入力電圧は、基準電圧の値である０．４Ｖよりも高くなるので、比較器３７から出力信号として出力される電圧は、ロー（Ｌｏ）レベルになる。

比較器３７の出力信号が第１ＦＥＴ４０のゲートに入力されるので、第１ＦＥＴ４０がオン（ＯＮ）状態となる。これによって、第１ＦＥＴ４０のドレインに電圧が供給され、ＴＩＡ４２の電源端子および第２ＦＥＴ４１のゲートに電圧が供給される。ＴＩＡ４２の電源端子に電圧が供給されることによって、ＴＩＡ４２の電源がＯＮになる。第２ＦＥＴ４１のゲートに電圧が供給されることによって、第２ＦＥＴ４１がＯＮとなる。これによって、第２ＦＥＴ４１のドレインに電圧が供給され、ＬＩＡ４３の電源端子に電圧が供給されるので、ＬＩＡ４３の電源がＯＮとなる。

このとき、受光素子３１のアノードから流れる電流は、ＴＩＡ４１によって電圧に変換される。この電圧は、電圧信号として次段のＬＩＡ４３に与えられる。ＬＩＡ４３は、ＴＩＡ４２から与えられた電圧信号を一定の振幅値になるように制御する。ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３に電圧を供給する第２電源３９は、第１ＦＥＴ４０のソースとドレインとの間（以下「ソース−ドレイン間」という場合がある）の電圧ドロップ分だけ上昇させる必要がある。

受光素子３１に光信号の入力がないとき、カレントミラー回路３３にはモニタ電流が流れず、比較器３７の入力電圧は、基準電圧よりも低くなる。このとき、比較器３７から出力信号として出力される電圧は、ハイ（Ｈｉ）レベル、具体的には比較器３７の電源電圧になる。したがって、第１ＦＥＴ４０はオフ（ＯＦＦ）状態となり、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源端子には電圧が供給されない。

以上のように本実施の形態によれば、受光素子３１に光信号の入力がない待機時には、使用者が操作することなく、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３などのＩＣに流れる消費電流を削減することができる。したがって、待機時の光受信器１の消費電力を低減することができる。

また本実施の形態では、受光素子３１には、カレントミラー回路３３が接続されるので、ＴＩＡ４２には、受光素子３１によって生成された電流信号が入力される。これによって、受光素子３１に入力される光入力電力が比較的低い場合、たとえば−３０ｄＢｍである場合でも、比較的高い場合、たとえば−１０ｄＢｍである場合でも、受光素子３１への光入力電力の大きさに応じた大きさの電流信号をＴＩＡ４２に入力することができる。

したがって、受光素子３１に入力される光入力電力が比較的低い場合でも高い場合でも、ＴＩＡ４２に入力される信号のアイ開口に歪みが発生することを防ぎ、伝送品質が劣化してしまうことを防ぐことができる。つまり、本実施の形態の光受信器１では、受光素子３１に入力可能な光量の範囲が広く、受信感度が、たとえば２０ｄＢ以上という比較的広いダイナミックレンジを確保することができる。

このように本実施の形態の光受信器１では、待機時の消費電力を抑えるとともに、比較的広いダイナミックレンジを確保することができる。

また本実施の形態では、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３に、別々のＦＥＴ４０，４１で電源電圧を供給している。これによって、ＴＩＡ４２の立ち上がりタイミングとＬＩＡ４３の立ち上がりタイミングとのずれによってＴＩＡ４２から不所望な信号が出力されることを防ぐことができる。

また本実施の形態では、比較器３７と第１ＦＥＴ４０との間には、第２抵抗３８が設けられている。これによって、スイッチング素子である第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１に印加される電圧を、可能な限り小さくすることができる。したがって、第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１に過大な電圧が印加されることを防ぎ、第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１が破壊されることを防ぐことができる。

図４は、図２に示す光受信器１の他の例の構成を示す電気回路図である。前述の図２に示す光受信器１は、ＴＩＡ４２に電源電圧を供給する第１ＦＥＴ４０と、ＬＩＡ４３に電源電圧を供給する第２ＦＥＴ４１とを備えて構成されている。図４に示す光受信器２は、図２に示す光受信器１の構成から第２ＦＥＴ４１を除いた残余の部分によって構成される。図４に示す光受信器２は、第１ＦＥＴ４０が、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される。

図４に示す光受信器２では、第１ＦＥＴ４０のドレインは、接続点Ｎ４を介して、ＴＩＡ４２の電源端子、およびＬＩＡ４３の電源端子にそれぞれ接続されている。したがって、図４に示す光受信器２では、第１ＦＥＴ４０がオン状態になると、第１ＦＥＴ４０のドレインに電圧が供給され、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源端子に電圧が供給されるので、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源がオンになる。

図４に示す光受信器２のように１つのＦＥＴでＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される場合でも、前述の図２に示す光受信器１と同様の効果を得ることができる。

また図４に示す光受信器２のように、１つのＦＥＴでＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成することによって、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３に別々のＦＥＴで電源電圧を供給する場合に比べて、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３を速く立ち上げることができる。

図４に示す光受信器２を備えるＯＬＴおよびそれを含むＰＯＮシステムは、前述の図１に示すＯＬＴ１０およびＰＯＮシステム１００において、第１の実施の形態の光受信器１を、図４に示す光受信器２に置き換えることによって実現することができる。

＜第２の実施の形態＞
図５は、本発明の第２の実施の形態における光受信器３の構成を示す電気回路図である。図５に示す光受信器３の構成および機能は、前述の図２に示す第１の実施の形態の光受信器１の構成および機能と類似しているので、異なる部分についてのみ説明し、対応する部分には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態の光受信器３は、前述の図２に示す第１の実施の形態の光受信器１において、第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１に代えて、第１バイポーラトランジスタ７１および第２バイポーラトランジスタ７２を備える構成である。

具体的には、本実施の形態の光受信器３は、受光素子３１、第１電源３２、カレントミラー回路３３、バイパスコンデンサ３４、第１抵抗３５、パッシブフィルタ回路３６、比較器３７、第２抵抗３８、第２電源３９、ＴＩＡ４２、ＬＩＡ４３、基準電源４４、第１バイポーラトランジスタ７１および第２バイポーラトランジスタ７２を備えて構成される。

第１バイポーラトランジスタ７１および第２バイポーラトランジスタ７２は、ＰＮＰ形バイポーラトランジスタである。第１バイポーラトランジスタ７１および第２バイポーラトランジスタ７２は、スイッチング素子に相当する。

本実施の形態では、第２抵抗３８の他端は、第１バイポーラトランジスタ７１のベースに接続されている。第１バイポーラトランジスタ７１のエミッタは、第２電源３９に接続されている。第１バイポーラトランジスタ７１のコレクタは、接続点Ｎ４を介して、ＴＩＡ４２の電源端子、および第２バイポーラトランジスタ７２のベースにそれぞれ接続されている。

第２バイポーラトランジスタ７２のエミッタは、第１バイポーラトランジスタ７１のエミッタと共通に接続され、第２電源３９に接続されている。第２バイポーラトランジスタ７２のコレクタは、ＬＩＡ４３の電源端子に接続されている。

本実施の形態の光受信器３の動作は、前述の第１の実施の形態における光受信器１の動作と同様であるので、説明を省略する。

ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３などのＩＣに供給する電流が比較的大きく、比較器３７からの出力電流が比較的小さい場合には、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源をオン、オフするためのスイッチング回路として、バイポーラトランジスタ７１，７２を多段にしたダーリントン回路を用いてもよい。

本実施の形態の光受信器３を備えるＯＬＴおよびそれを含むＰＯＮシステムは、前述の図１に示すＯＬＴ１０およびＰＯＮシステム１００において、第１の実施の形態の光受信器１を、本実施の形態の光受信器３に置き換えることによって実現することができる。

図６は、図５に示す光受信器３の他の例の構成を示す電気回路図である。前述の図５に示す光受信器３は、ＴＩＡ４２に電源電圧を供給する第１バイポーラトランジスタ７１と、ＬＩＡ４３に電源電圧を供給する第２バイポーラトランジスタ７２とを備えて構成されている。図６に示す光受信器４は、図５に示す光受信器３の構成から第２バイポーラトランジスタ７２を除いた残余の部分によって構成される。図６に示す光受信器４は、第１バイポーラトランジスタ７１が、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される。

図６に示す光受信器４では、第１バイポーラトランジスタ７１のコレクタは、接続点Ｎ４を介して、ＴＩＡ４２の電源端子、およびＬＩＡ４３の電源端子にそれぞれ接続されている。したがって、第１バイポーラトランジスタ７１がオン状態になると、第１バイポーラトランジスタ７１のコレクタに電圧が供給され、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源端子に電圧が供給されるので、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源がオンになる。

図６に示す光受信器４のように１つのバイポーラトランジスタでＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される場合でも、前述の図５に示す光受信器３と同様の効果を得ることができる。図６に示す光受信器４を備えるＯＬＴおよびそれを含むＰＯＮシステムは、前述の図１に示すＯＬＴ１０およびＰＯＮシステム１００において、第１の実施の形態の光受信器１を、図６に示す光受信器４に置き換えることによって実現することができる。

＜第３の実施の形態＞
図７は、本発明の第３の実施の形態における光受信器５の構成を示す電気回路図である。図７に示す光受信器５の構成および機能は、前述の図２に示す第１の実施の形態の光受信器１の構成および機能と類似しているので、異なる部分についてのみ説明し、対応する部分には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態の光受信器５を備えるＯＬＴおよびそれを含むＰＯＮシステムは、前述の図１に示すＯＬＴ１０およびＰＯＮシステム１００において、第１の実施の形態の光受信器１を、本実施の形態の光受信器５に置き換えることによって実現することができる。

本実施の形態の光受信器５は、前述の図２に示す第１の実施の形態の光受信器１の構成に加えて、セレクタ８０をさらに備える構成である。具体的には、本実施の形態の光受信器５は、受光素子３１、第１電源３２、カレントミラー回路３３、バイパスコンデンサ３４、第１抵抗３５、パッシブフィルタ回路３６、比較器３７、第２抵抗３８、第２電源３９、第１ＦＥＴ４０、第２ＦＥＴ４１、ＴＩＡ４２、ＬＩＡ４３、基準電源４４およびセレクタ８０を備えて構成される。

セレクタ８０は、比較器３７と第２抵抗３８との間に設けられる。本実施の形態では、比較器３７の出力端子は、セレクタ８０の第１入力端子に接続される。これによって、セレクタ８０の第１入力端子に、比較器３７の出力信号である出力電圧が入力される。セレクタ８０の第２入力端子には、制御信号ＣＮＴが入力される。セレクタ８０の第３入力端子には、スリープ信号ＳＬＰが入力される。セレクタ８０の出力端子は、第２抵抗３８に接続される。これによって、セレクタ８０の出力電圧が、第２抵抗３８を介して、第１ＦＥＴ４０のゲートに入力される。

制御信号ＣＮＴは、ＧＥ−ＰＯＮ（Giga bit Ethernet（登録商標）−Passive Optical Network）のＰＯＮシステム１００で使用され、ＯＮＵ２０からの上りの間欠的な光信号であるバースト信号がＯＬＴ１０に入力されるタイミングを通知する信号である。制御信号ＣＮＴは、上位ネットワークからＯＬＴ１０に与えられる。制御信号ＣＮＴは、スイッチング素子である第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１を、オン状態にする信号として機能する。

スリープ信号ＳＬＰは、ＯＮＵ２０が、待機時の消費電力（以下「待機電力」という場合がある）を低減する省電力モードの状態であるときに、ＰＯＮシステム１００において上位ネットワークから通知される信号である。スリープ信号ＳＬＰは、セレクタ８０による選択の基準信号として用いられる。

セレクタ８０は、スリープ信号ＳＬＰの有無に基づいて、比較器３７の出力電圧を出力するか、または制御信号ＣＮＴを出力するかを選択する。換言すれば、セレクタ８０は、スリープ信号ＳＬＰの有無に基づいて、比較器３７の出力電圧と、制御信号ＣＮＴとのいずれを出力信号として出力するかを選択する。

本実施の形態の光受信器５は、以下のように動作する。ＯＮＵ２０とＯＬＴ１０との通信時に、より速い応答速度が要求された場合は、パッシブフィルタ回路３６の遅延によって応答できないことがあるので、事前にセレクタ８０によって制御信号ＣＮＴを選択する。ＯＬＴ１０は、ＯＮＵ２０との通信時には制御信号ＣＮＴをロー（Ｌｏ）レベル、具体的にはグランド（ＧＮＤ）とする。これによって、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０との通信時には、セレクタ８０の出力電圧はロー（Ｌｏ）レベル、具体的にはグランド（ＧＮＤ）となる。このとき、第１ＦＥＴ４０のゲートに電圧が供給され、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３などのＩＣにも電源電圧が供給される。

ＯＮＵ２０が、速い応答速度は要求されないスリープモードである場合、セレクタ８０によって比較器３７からの出力が選択される。このとき、第１の実施の形態と同様にして、第１ＦＥＴ４０のゲートに電圧が供給され、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３などのＩＣにも電源電圧が供給される。

以上のように本実施の形態によれば、セレクタ８０によって、スリープ信号ＳＬＰに基づいて、比較器３７の出力信号または制御信号ＣＮＴが選択されて、第２抵抗３８を介して第１ＦＥＴ４０のゲートに与えられる。これによって、比較的速い制御が必要な場合には制御信号ＣＮＴを第１ＦＥＴ４０のゲートに与えて、第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１のスイッチングを比較的速く制御することが可能である。また比較的速い制御が必要でない場合には、比較器３７の出力信号を第１ＦＥＴ４０のゲートに与えて、受光素子３１の光入力電力に応じて、第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１をスイッチングすることができる。したがって、比較的速い制御が必要でない場合の光受信器７の消費電力を低減することができる。

図８は、図７に示す光受信器５の他の例の構成を示す電気回路図である。前述の図７に示す光受信器５は、ＴＩＡ４２に電源電圧を供給する第１ＦＥＴ４０と、ＬＩＡ４３に電源電圧を供給する第２ＦＥＴ４１とを備えて構成されている。図８に示す光受信器６は、図７に示す光受信器５の構成から第２ＦＥＴ４１を除いた残余の部分によって構成される。図８に示す光受信器６は、前述の図４に光受信器２の構成に加えて、セレクタ８０をさらに備える構成に相当する。図８に示す光受信器５は、第１ＦＥＴ４０が、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される。

図８に示す光受信器６では、第１ＦＥＴ４０のドレインは、ＴＩＡ４２の電源端子、およびＬＩＡ４３の電源端子にそれぞれ接続されている。図８に示す光受信器６では、第１ＦＥＴ４０がオン状態になると、第１ＦＥＴ４０のドレインに電圧が供給され、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源がオンになる。

図８に示す光受信器６のように、１つのＦＥＴでＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される場合でも、前述の図７に示す光受信器５と同様の効果を得ることができる。図８に示す光受信器６を備えるＯＬＴおよびそれを含むＰＯＮシステムは、前述の図１に示すＯＬＴ１０およびＰＯＮシステム１００において、第１の実施の形態の光受信器１を、図８に示す光受信器６に置き換えることによって実現することができる。

＜第４の実施の形態＞
図９は、本発明の第４の実施の形態における光受信器７の構成を示す電気回路図である。図９に示す光受信器７の構成および機能は、前述の図５に示す第２の実施の形態の光受信器３および図７に示す第３の実施の形態の光受信器５の構成および機能と類似しているので、異なる部分についてのみ説明し、対応する部分には同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。

本実施の形態の光受信器７は、前述の図７に示す第３の実施の形態の光受信器５において、第１ＦＥＴ４０および第２ＦＥＴ４１に代えて、第１バイポーラトランジスタ７１および第２バイポーラトランジスタ７２を備える構成である。図９に示す第３の実施の形態の光受信器７は、前述の図５に示す第１の実施の形態の光受信器３の構成に加えて、セレクタ８０をさらに備える構成に相当する。

具体的には、本実施の形態の光受信器７は、受光素子３１、第１電源３２、カレントミラー回路３３、バイパスコンデンサ３４、第１抵抗３５、パッシブフィルタ回路３６、比較器３７、第２抵抗３８、第２電源３９、ＴＩＡ４２、ＬＩＡ４３、基準電源４４、第１バイポーラトランジスタ７１、第２バイポーラトランジスタ７２およびセレクタ８０を備えて構成される。

本実施の形態の光受信器７の動作は、前述の第３の実施の形態の光受信器５と同様であるので、説明を省略する。本実施の形態の光受信器７を備えるＯＬＴおよびそれを含むＰＯＮシステムは、前述の図１に示すＯＬＴ１０およびＰＯＮシステム１００において、第１の実施の形態の光受信器１を、本実施の形態の光受信器８に置き換えることによって実現することができる。

図１０は、図９に示す光受信器７の他の例の構成を示す電気回路図である。前述の図９に示す光受信器７は、ＴＩＡ４２に電源電圧を供給する第１バイポーラトランジスタ７１と、ＬＩＡ４３に電源電圧を供給する第２バイポーラトランジスタ７２とを備えて構成されている。図１０に示す光受信器８は、図９に示す光受信器７の構成から第２バイポーラトランジスタ７２を除いた残余の部分によって構成される。図１０に示す光受信器８は、第１バイポーラトランジスタ７１が、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される。

図１０に示す光受信器８では、第１バイポーラトランジスタ７１のコレクタは、接続点Ｎ４を介して、ＴＩＡ４２の電源端子、およびＬＩＡ４３の電源端子にそれぞれ接続されている。したがって、第１バイポーラトランジスタ７１がオン状態になると、第１バイポーラトランジスタ７１のコレクタに電圧が供給され、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源端子に電圧が供給されるので、ＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の電源がオンになる。

図１０に示す光受信器８のように１つのバイポーラトランジスタでＴＩＡ４２およびＬＩＡ４３の両方に電源電圧を供給するように構成される場合でも、前述の図９に示す光受信器７と同様の効果を得ることができる。図１０に示す光受信器８を備えるＯＬＴおよびそれを含むＰＯＮシステムは、前述の図１に示すＯＬＴ１０およびＰＯＮシステム１００において、第１の実施の形態の光受信器１を、図１０に示す光受信器８に置き換えることによって実現することができる。

以上に述べた各実施の形態では、ローパスフィルタであるパッシブフィルタ回路３６は、フィルタ用抵抗５３とフィルタ用コンデンサ５４とで構成されるＲＣ型ローパスフィルタである。パッシブフィルタ回路３６は、ＲＣ型ローパスフィルタに限定されるものではなく、他の構成のローパスフィルタであってもよい。パッシブフィルタ回路３６は、たとえば、オペアンプを備えて構成されるアクティブローパスフィルタであってもよく、コイルとコンデンサとで構成されるＬＣローパスフィルタであってもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形または省略することが可能である。たとえば、前述の図９に示す第４の実施の形態の光受信器７は、前述の図５に示す第２の実施の形態の光受信器３の構成と、前述の図７に示す第３の実施の形態の光受信器５の構成とを組合せたものである。

１ 光受信器、１０ 局側装置（ＯＬＴ）、２０ 加入者側装置（ＯＮＵ）、２１ 光カプラ、２２，２３ 光ファイバ、３１ 受光素子、３２ 第１電源、３３ カレントミラー回路、３４ バイパスコンデンサ、３５ 第１抵抗、３６ パッシブフィルタ回路、３７ 比較器、３８ 第２抵抗、３９ 第２電源、４０ 第１ＦＥＴ、４１ 第２ＦＥＴ、４２ トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、４３ リミッティングアンプ（ＬＩＡ）、４４ 基準電源、７１ 第１バイポーラトランジスタ、７２ 第２バイポーラトランジスタ、８０ セレクタ、１００ ＰＯＮシステム。

Claims (5)

1. 光信号を受信して、受信した光信号に対応する電流信号を生成する受光素子と、
   前記受光素子によって生成される電流信号を電圧信号に変換し、増幅する増幅器と、
   前記受光素子と第１電源との間に設けられ、前記受光素子に接続される入力側トランジスタと前記入力側トランジスタに接続される出力側トランジスタとで構成されるカレントミラー回路と、
   前記受光素子と前記カレントミラー回路の入力側トランジスタとの接続点に一端が接続され、他端がグランドに接続されるコンデンサと、
   前記カレントミラー回路の出力側トランジスタに一端が接続され、他端がグランドに接続される第１抵抗と、
   前記抵抗と前記カレントミラー回路の出力側トランジスタとの接続点に接続され、入力された信号の高周波成分を除去するフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路の出力端子が反転入力端子に接続され、非反転入力端子に基準電位が与えられる比較器と、
   前記比較器の出力端子に一端が接続される第２抵抗と、
   前第２抵抗の他端に接続されて、前記増幅器と第２電源との間に設けられ、前記比較器から出力される出力信号に応じて、前記増幅器への前記第２電源からの電圧の供給と遮断とを切換えるスイッチング素子とを備えることを特徴とする光受信器。
2. 前記増幅器は、前記受光素子によって生成される電流信号を電圧信号に変換する第１増幅器と、前記第１増幅器から出力される出力信号を増幅する第２増幅器とを含み、
   前記スイッチング素子は、前記第１増幅器の電源端子に接続される第１スイッチング素子と、前記第２増幅器の電源端子に接続される第２スイッチング素子とを含み、
   前記第１スイッチング素子は、前記他の抵抗の他端に接続され、前記比較器から出力される出力信号に応じて、前記第１増幅器の電源端子への前記第２電源からの電圧の供給と遮断とを切換え、
   前記第２スイッチング素子は、前記第１スイッチング素子に接続され、前記第１スイッチング素子の動作状態に応じて、前記第２増幅器への前記第２電源からの電圧の供給と遮断とを切換えることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
3. 前記増幅器は、前記受光素子によって生成される電流信号を電圧信号に変換する第１増幅器と、前記第１増幅器から出力される出力信号を増幅する第２増幅器とを含み、
   前記スイッチング素子は、前記第１増幅器の電源端子および前記第２増幅器の電源端子に接続され、前記比較器から出力される出力信号に応じて、前記第１増幅器の電源端子への前記第２電源からの電圧の供給と遮断とを切換えるとともに、前記第２増幅器への前記第２電源からの電圧の供給と遮断とを切換えることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信器。
4. 前記第１増幅器は、前記受光素子によって生成される電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプであり、
   前記第２増幅器は、前記第１増幅器から出力される電圧信号を、予め定める振幅になるように増幅するリミッティングアンプであることを特徴とする請求項２または３に記載の光受信器。
5. 前記比較器と前記第２抵抗との間に設けられ、前記比較器から出力される出力信号を出力するか、または前記スイッチング素子をオン状態にする制御信号を出力するかを選択するセレクタを備え、
   前記スイッチング素子は、前記セレクタから出力される出力信号に応じて、前記増幅器への前記第２電源からの電圧の供給と遮断とを切換えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光受信器。

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