JP2015106784A - Optical communication module, optical communication device and optical communication method - Google Patents

Optical communication module, optical communication device and optical communication method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical communication module in which the multiplication factor of a light-receiving element can be adjusted well at a low cost, in a configuration including a light-receiving element having current amplification function, and to provide an optical communication device and an optical communication method.SOLUTION: An optical communication module includes a light-receiving element outputting a current depending on the intensity of an optical signal received, and capable of changing the multiplication factor, a reference generating section for generating a comparison reference from an electric signal based on the output current from the light-receiving element, an object generating section for generating a comparison object containing the frequency components of the electrical signal, in a region where the cut-off frequency of the electrical signal is in substantially inverse proportional to the multiplication factor of the light-receiving element, more than those of the comparison reference, an operating section for relatively comparing the size of the comparison reference and the size of the comparison object, and an adjusting section for adjusting the multiplication factor of the light-receiving element on the basis of the comparison results from the operating section.

Description

本発明は、光通信モジュール、光通信装置および光通信方法に関し、特に、電流増幅作用を有する受光素子を備える光通信モジュール、光通信装置および光通信方法に関する。   The present invention relates to an optical communication module, an optical communication device, and an optical communication method, and more particularly, to an optical communication module, an optical communication device, and an optical communication method that include a light receiving element having a current amplification function.

近年、インターネットが広く普及しており、利用者は世界各地で運営されているサイトの様々な情報にアクセスし、その情報を入手することが可能である。これに伴って、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)およびFTTH(Fiber To The Home)等のブロードバンドアクセスが可能な装置も急速に普及してきている。   In recent years, the Internet has become widespread, and users can access various information on sites operated in various parts of the world and obtain the information. Accordingly, devices capable of broadband access such as ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) and FTTH (Fiber To The Home) are rapidly spreading.

IEEE Std 802.3ah(登録商標)−2004(非特許文献1)には、複数の宅側装置(ONU:Optical Network Unit)が光通信回線を共有して局側装置(OLT:Optical Line Terminal)とのデータ伝送を行なう媒体共有形通信である受動的光ネットワーク(PON:Passive Optical Network)の1つの方式が開示されている。すなわち、PONを通過するユーザ情報およびPONを管理運用するための制御情報を含め、すべての情報がイーサネット(登録商標)フレームの形式で通信されるEPON(Ethernet(登録商標) PON)と、EPONのアクセス制御プロトコル(MPCP(Multi−Point Control Protocol))およびOAM(Operations Administration and Maintenance)プロトコルとが規定されている。局側装置と宅側装置との間でMPCPフレームをやりとりすることによって、宅側装置の加入、離脱、および上りアクセス多重制御などが行なわれる。また、非特許文献1では、MPCPメッセージによる、新規宅側装置の登録方法、帯域割り当て要求を示すレポート、および送信指示を示すゲートについて記載されている。   In IEEE Std 802.3ah (registered trademark) -2004 (Non-patent Document 1), a plurality of home-side devices (ONU: Optical Network Unit) share an optical communication line and a station-side device (OLT: Optical Line Terminal). One method of a passive optical network (PON), which is a medium-sharing communication that performs data transmission with the network, is disclosed. That is, EPON (Ethernet (registered trademark) PON) in which all information is communicated in the form of an Ethernet (registered trademark) frame, including user information passing through the PON and control information for managing and operating the PON, and EPON An access control protocol (MPCP (Multi-Point Control Protocol)) and an OAM (Operations Administration and Maintenance) protocol are defined. By exchanging MPCP frames between the station side device and the home side device, the home side device joins and leaves, and uplink access multiplexing control is performed. Non-Patent Document 1 describes a registration method for a new home device, a report indicating a bandwidth allocation request, and a gate indicating a transmission instruction using an MPCP message.

なお、1ギガビット/秒の通信速度を実現するEPONであるGE−PON(Giga Bit Ethernet(登録商標) Passive Optical Network)の次世代の技術として、IEEE802.3av(登録商標)−2009として標準化が行なわれた10G−EPONすなわち通信速度が10ギガビット/秒相当のEPONにおいても、アクセス制御プロトコルはMPCPが前提となっている。   In addition, GE-PON (Giga Bit Ethernet (registered trademark) Passive Optical Network), which is an EPON realizing a communication speed of 1 gigabit / second, is standardized as IEEE 802.3av (registered trademark) -2009. Even in the 10 G-EPON, that is, the EPON corresponding to a communication speed of 10 gigabits / second, the access control protocol is premised on MPCP.

ところで、PONシステム等において長距離光伝送を実現するために、たとえば受光感度の高いアバランシェフォトダイオード(APD)が受光素子として使用される。APDは、電流増幅作用を有する受光素子であり、APDにおいて、高い温度依存性を有するキャリア増倍係数すなわち増倍率を精度良く維持するためには、APDへの逆バイアス電圧を、APDの温度に応じて調整する必要がある。   By the way, in order to realize long-distance light transmission in a PON system or the like, for example, an avalanche photodiode (APD) having high light receiving sensitivity is used as a light receiving element. The APD is a light receiving element having a current amplifying function. In order to maintain a carrier multiplication coefficient having a high temperature dependency, that is, a multiplication factor with high accuracy, the APD has a reverse bias voltage applied to the APD at the temperature of the APD. It is necessary to adjust accordingly.

APDの増倍率を調整するための技術として、たとえば、特開2005−135994号公報(特許文献1)には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光受信器における受光素子は、第1の面および第2の面を有する基板と、前記基板の前記第1の面上に設けられた受光層および拡散領域を有するPINフォトダイオード部と、前記基板の前記第2の面上に設けられた受光層、増倍層および拡散領域を有するアバランシェフォトダイオード部と、を備え、前記基板は、受けた信号光を透過させる。   As a technique for adjusting the multiplication factor of APD, for example, Japanese Patent Laying-Open No. 2005-135994 (Patent Document 1) discloses the following configuration. That is, the light receiving element in the optical receiver includes a substrate having a first surface and a second surface, a PIN photodiode portion having a light receiving layer and a diffusion region provided on the first surface of the substrate, An avalanche photodiode portion having a light receiving layer, a multiplication layer and a diffusion region provided on the second surface of the substrate, wherein the substrate transmits received signal light.

IEEE Std 802.3ah(登録商標)−2004IEEE Std 802.3ah (registered trademark) -2004

特開2005−135994号公報JP 2005-135994 A

しかしながら、特許文献1に記載の構成では、APDの他にPINフォトダイオードが必要となり、また、信号光を透過させる基板を設ける必要があるため、製造コストが高くなってしまう。   However, in the configuration described in Patent Document 1, a PIN photodiode is required in addition to the APD, and it is necessary to provide a substrate through which signal light is transmitted, which increases the manufacturing cost.

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することが可能な光通信モジュール、光通信装置および光通信方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to satisfactorily adjust the multiplication factor of the light receiving element at a low cost in a configuration including the light receiving element having a current amplification function. An optical communication module, an optical communication device, and an optical communication method are provided.

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光通信モジュールは、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。   In order to solve the above-described problems, an optical communication module according to an aspect of the present invention outputs a current according to the intensity of a received optical signal and can change a multiplication factor. A reference creation unit that creates a comparison reference from an electrical signal based on an output current, and includes more frequency components of the electrical signal in a region where a cutoff frequency of the electrical signal is approximately inversely proportional to a multiplication factor of the light receiving element. A target creation unit that creates a comparison target, a calculation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target, and an adjustment that adjusts the multiplication factor of the light receiving element based on a comparison result by the calculation unit A part.

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光通信装置は、他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。   In order to solve the above problems, an optical communication apparatus according to an aspect of the present invention is an optical communication apparatus for transmitting / receiving an optical signal to / from another optical communication apparatus, and a current corresponding to the intensity of the received optical signal. A light-receiving element that can change the multiplication factor, a reference creation unit that creates a comparison reference from an electric signal based on an output current of the light-receiving element, and a cutoff frequency of the electric signal is increased by the light-receiving element. A target creation unit that creates a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region that is approximately inversely proportional to the magnification; and a calculation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target; An adjustment unit that adjusts a multiplication factor of the light receiving element based on a comparison result by the calculation unit.

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光通信方法は、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含む。   In order to solve the above problems, an optical communication method according to an aspect of the present invention is an optical communication module including a light receiving element that outputs a current corresponding to the intensity of a received optical signal and can change a multiplication factor. An optical communication method comprising: creating a comparison reference from an electric signal based on an output current of the light receiving element; and a step of generating the electric signal in a region where a cutoff frequency of the electric signal is substantially inversely proportional to a multiplication factor of the light receiving element. A step of creating a comparison target including more frequency components than the comparison reference, a step of relatively comparing the size of the comparison reference and the size of the comparison target, and a multiplication factor of the light receiving element based on the comparison result Adjusting.

本発明は、このような特徴的な処理部を備える光通信モジュールとして実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現することができる。また、光通信モジュールの一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。   The present invention can be realized not only as an optical communication module including such a characteristic processing unit, but also as a program for causing a computer to execute such characteristic processing steps. Further, it can be realized as a semiconductor integrated circuit that realizes part or all of the optical communication module.

本発明によれば、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。   According to the present invention, in a configuration including a light receiving element having a current amplifying function, the multiplication factor of the light receiving element can be well adjusted at low cost.

図1は、本発明の第1の実施の形態に係るPONシステムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a PON system according to the first embodiment of the present invention. 図2は、本発明の第1の実施の形態に係るPONシステムにおけるONUの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the ONU in the PON system according to the first embodiment of the present invention. 図3は、本発明の第1の実施の形態に係るONUにおける光通信モジュールの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical communication module in the ONU according to the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a bias control unit in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の電流増倍特性の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a current multiplication characteristic of the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子への逆バイアス電圧および通信品質の関係の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the reverse bias voltage to the light receiving element and the communication quality in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図7は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率とカットオフ周波数との関係の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the multiplication factor of the light receiving element and the cutoff frequency in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図8は、本発明の第1の実施の形態に係るバイアス制御部におけるDC/DCコンバータの構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a DC / DC converter in the bias control unit according to the first embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a part of the procedure of the bias voltage adjustment method for the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing a part of the procedure of the bias voltage adjusting method for the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図11は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率調整方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the gain adjustment method for the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図12は、本発明の第1の実施の形態に係るPONシステムにおける光通信モジュールが受信する下り光信号を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a downstream optical signal received by the optical communication module in the PON system according to the first embodiment of the present invention. 図13は、図12に示す下り光信号に対してFFT演算を行なった結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a result of performing an FFT operation on the downstream optical signal shown in FIG. 図14は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光信号の伝達特性を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating transfer characteristics of a received light signal in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図15は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるフィードバック制限部の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a feedback limiting unit in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. 図16は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a bias control unit in the optical communication module according to the second embodiment of the present invention. 図17は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart showing a part of the procedure of the method for adjusting the bias voltage of the light receiving element in the optical communication module according to the second embodiment of the present invention. 図18は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart showing a part of the procedure of the bias voltage adjusting method for the light receiving element in the optical communication module according to the second embodiment of the present invention. 図19は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールの変形例におけるバイアス制御部の構成を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of a bias control unit in a modification of the optical communication module according to the second embodiment of the present invention.

最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。   First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.

(1)本発明の実施の形態に係る光通信モジュールは、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。   (1) An optical communication module according to an embodiment of the present invention outputs a current according to the intensity of a received optical signal and can change a multiplication factor, and is based on an output current of the light receiving element. A reference creation unit that creates a comparison reference from an electrical signal, and a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the electrical signal is substantially inversely proportional to the multiplication factor of the light receiving element. A target creation unit, a calculation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target, and an adjustment unit that adjusts the multiplication factor of the light receiving element based on a comparison result by the calculation unit. .

このように、受光素子の増倍率のフィードバック制御を行なう構成により、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率を安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、PINフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。したがって、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。   As described above, the configuration for performing feedback control of the multiplication factor of the light receiving element can stabilize the multiplication factor and prevent deterioration in communication quality such as an increase in bit error rate even if temperature fluctuation occurs during normal operation. In addition, a monitor light receiving element such as a PIN photodiode is not required, and a peripheral circuit and structure for using the monitor light receiving element are not required. Therefore, it is possible to easily manufacture at a low cost while maintaining a certain level of communication quality. It becomes possible. Further, by integrating such a configuration as an optical communication module, the ease of realization can be improved. Therefore, in a configuration including a light receiving element having a current amplification function, the multiplication factor of the light receiving element can be adjusted well at low cost.

(2)好ましくは、前記比較基準は、前記電気信号の周波数成分が前記受光素子の増倍率の変化に対して略一定となる領域における前記電気信号の周波数成分、前記電気信号の直流成分、または、前記電気信号のすべての周波数成分、である。   (2) Preferably, the comparison criterion is that the frequency component of the electrical signal in a region where the frequency component of the electrical signal is substantially constant with respect to a change in the multiplication factor of the light receiving element, the DC component of the electrical signal, or , All frequency components of the electrical signal.

このような構成により、上記3つの成分のうちのいずれかを比較基準として、比較結果として適切な値を算出することができる。   With such a configuration, an appropriate value can be calculated as a comparison result using any one of the three components as a comparison reference.

(3)好ましくは、前記調整部は、前記比較結果が所定値になるように前記増倍率を調整し、前記所定値は、前記受光素子の増倍率の目標値に基づいて設定される。   (3) Preferably, the said adjustment part adjusts the said multiplication factor so that the said comparison result may become a predetermined value, and the said predetermined value is set based on the target value of the multiplication factor of the said light receiving element.

このような構成により、比較結果と所定値との比較による簡易な演算処理で、受光素子の増倍率が目標値になるような逆バイアス電圧の調整を行なうことができる。すなわち、増倍率を、受光素子の温度変化によらず一定値に制御することができる。   With such a configuration, the reverse bias voltage can be adjusted so that the multiplication factor of the light receiving element becomes the target value by a simple calculation process by comparing the comparison result with a predetermined value. That is, the multiplication factor can be controlled to a constant value regardless of the temperature change of the light receiving element.

(4)好ましくは、前記光通信モジュールは、さらに、前記調整部による前記増倍率の調整を制限する制限部を備える。   (4) Preferably, the optical communication module further includes a limiting unit that limits the adjustment of the multiplication factor by the adjusting unit.

このような構成により、たとえば光通信モジュールへの入力光が微小であり、取得部の測定精度に関し一定水準を確保することができない場合でも、逆バイアス電圧が誤った値に設定されることを防ぐことができる。   Such a configuration prevents the reverse bias voltage from being set to an incorrect value even when, for example, the input light to the optical communication module is minute and a certain level of measurement accuracy of the acquisition unit cannot be secured. be able to.

(5)本発明の実施の形態に係る光通信装置は、他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。   (5) An optical communication device according to an embodiment of the present invention is an optical communication device for transmitting / receiving an optical signal to / from another optical communication device, and outputs a current corresponding to the intensity of the received optical signal, A light-receiving element capable of changing the multiplication factor, a reference creating unit that creates a comparison reference from an electric signal based on an output current of the light-receiving element, and a cutoff frequency of the electric signal is substantially inversely proportional to the multiplication factor of the light-receiving element An object creation unit that creates a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal in the region to be compared than the comparison reference, a calculation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target, and the calculation unit And an adjustment unit that adjusts the multiplication factor of the light receiving element based on the comparison result.

このように、受光素子の増倍率のフィードバック制御を行なう構成により、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率を安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、PINフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。したがって、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。   As described above, the configuration for performing feedback control of the multiplication factor of the light receiving element can stabilize the multiplication factor and prevent deterioration in communication quality such as an increase in bit error rate even if temperature fluctuation occurs during normal operation. In addition, a monitor light receiving element such as a PIN photodiode is not required, and a peripheral circuit and structure for using the monitor light receiving element are not required. Therefore, it is possible to easily manufacture at a low cost while maintaining a certain level of communication quality. It becomes possible. Further, by integrating such a configuration as an optical communication module, the ease of realization can be improved. Therefore, in a configuration including a light receiving element having a current amplification function, the multiplication factor of the light receiving element can be adjusted well at low cost.

(6)本発明の実施の形態に係る光通信方法は、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含む。   (6) An optical communication method according to an embodiment of the present invention is an optical communication method in an optical communication module that includes a light receiving element that outputs a current corresponding to the intensity of a received optical signal and that can change a multiplication factor. A step of creating a comparison reference from an electric signal based on an output current of the light receiving element, and a frequency component of the electric signal in a region where a cutoff frequency of the electric signal is approximately inversely proportional to a multiplication factor of the light receiving element. Creating a comparison object including more than the comparison reference; comparing the comparison reference size with the comparison target size; and adjusting the multiplication factor of the light receiving element based on the comparison result; including.

このように、受光素子の増倍率のフィードバック制御を行なうことにより、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率を安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、PINフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。したがって、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。   Thus, by performing feedback control of the multiplication factor of the light receiving element, it is possible to stabilize the multiplication factor and prevent deterioration in communication quality such as an increase in bit error rate even if temperature fluctuation occurs during normal operation. In addition, a monitor light receiving element such as a PIN photodiode is not required, and a peripheral circuit and structure for using the monitor light receiving element are not required. Therefore, it is possible to easily manufacture at a low cost while maintaining a certain level of communication quality. It becomes possible. Further, by integrating such a configuration as an optical communication module, the ease of realization can be improved. Therefore, in a configuration including a light receiving element having a current amplification function, the multiplication factor of the light receiving element can be adjusted well at low cost.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. Moreover, you may combine arbitrarily at least one part of embodiment described below.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るPONシステムの構成を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a PON system according to the first embodiment of the present invention.

図1を参照して、PONシステム301は、たとえば10G−EPONであり、ONU202A,202B,202Cと、上位ネットワークに接続された局側装置201と、スプリッタSPとを備える。ONU202A,202B,202Cと局側装置201とは、スプリッタSPおよび光ファイバOPTFを介して接続され、互いに光信号を送受信する。   Referring to FIG. 1, a PON system 301 is, for example, 10G-EPON, and includes ONUs 202A, 202B, and 202C, a station-side device 201 connected to an upper network, and a splitter SP. The ONUs 202A, 202B, 202C and the station side device 201 are connected via the splitter SP and the optical fiber OPTF, and transmit / receive optical signals to / from each other.

図2は、本発明の第1の実施の形態に係るPONシステムにおけるONUの構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the ONU in the PON system according to the first embodiment of the present invention.

図2を参照して、ONU202は、光通信モジュール101と、PON受信処理部92と、バッファメモリ93と、UN送信処理部94と、UNI(User Network Interface)ポート95と、UN受信処理部96と、バッファメモリ97と、PON送信処理部98と、制御部99とを備える。   2, the ONU 202 includes an optical communication module 101, a PON reception processing unit 92, a buffer memory 93, a UN transmission processing unit 94, a UNI (User Network Interface) port 95, and a UN reception processing unit 96. A buffer memory 97, a PON transmission processing unit 98, and a control unit 99.

光通信モジュール101は、ONU202に対して脱着可能である。光通信モジュール101は、局側装置201から送信される下り光信号を受信し、電気信号に変換して出力する。   The optical communication module 101 is detachable from the ONU 202. The optical communication module 101 receives a downstream optical signal transmitted from the station-side device 201, converts it into an electrical signal, and outputs it.

PON受信処理部92は、光通信モジュール101から受けた電気信号からフレームを再構成するとともに、フレームの種別に応じて制御部99またはUN送信処理部94にフレームを振り分ける。具体的には、PON受信処理部92は、データフレームをバッファメモリ93経由でUN送信処理部94へ出力し、制御フレームを制御部99へ出力する。   The PON reception processing unit 92 reconstructs a frame from the electrical signal received from the optical communication module 101 and distributes the frame to the control unit 99 or the UN transmission processing unit 94 according to the type of the frame. Specifically, the PON reception processing unit 92 outputs the data frame to the UN transmission processing unit 94 via the buffer memory 93 and outputs the control frame to the control unit 99.

制御部99は、各種制御情報を含む制御フレームを生成し、UN送信処理部94へ出力する。   The control unit 99 generates a control frame including various control information and outputs it to the UN transmission processing unit 94.

UN送信処理部94は、PON受信処理部92から受けたデータフレームおよび制御部99から受けた制御フレームをUNIポート95経由で図示しないパーソナルコンピュータ等のユーザ端末へ送信する。   The UN transmission processing unit 94 transmits the data frame received from the PON reception processing unit 92 and the control frame received from the control unit 99 to a user terminal such as a personal computer (not shown) via the UNI port 95.

UN受信処理部96は、UNIポート95経由でユーザ端末から受信したデータフレームをバッファメモリ97経由でPON送信処理部98へ出力し、UNIポート95経由でユーザ端末から受信した制御フレームを制御部99へ出力する。   The UN reception processing unit 96 outputs the data frame received from the user terminal via the UNI port 95 to the PON transmission processing unit 98 via the buffer memory 97, and the control frame 99 receives the control frame received from the user terminal via the UNI port 95. Output to.

制御部99は、MPCPおよびOAM等、局側装置201およびONU202間のPON回線の制御および管理に関する宅側処理を行なう。すなわち、PON回線に接続されている局側装置201とMPCPメッセージおよびOAMメッセージをやりとりすることによって、アクセス制御等の各種制御を行なう。制御部99は、各種制御情報を含む制御フレームを生成し、PON送信処理部98へ出力する。また、制御部99は、ONU202における各ユニットの各種設定処理を行なう。   The control unit 99 performs home-side processing relating to control and management of the PON line between the station-side device 201 and the ONU 202, such as MPCP and OAM. That is, various controls such as access control are performed by exchanging MPCP messages and OAM messages with the station-side apparatus 201 connected to the PON line. The control unit 99 generates a control frame including various control information and outputs it to the PON transmission processing unit 98. The control unit 99 performs various setting processes for each unit in the ONU 202.

PON送信処理部98は、UN受信処理部96から受けたデータフレームおよび制御部99から受けた制御フレームを光通信モジュール101へ出力する。   The PON transmission processing unit 98 outputs the data frame received from the UN reception processing unit 96 and the control frame received from the control unit 99 to the optical communication module 101.

光通信モジュール101は、PON送信処理部98から受けた電気信号であるデータフレームおよび制御フレームを光信号に変換し、局側装置201へ送信する。   The optical communication module 101 converts the data frame and the control frame, which are electrical signals received from the PON transmission processing unit 98, into optical signals and transmits them to the station-side apparatus 201.

図3は、本発明の第1の実施の形態に係るONUにおける光通信モジュールの構成を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical communication module in the ONU according to the first embodiment of the present invention.

図3を参照して、光通信モジュール101は、バースト送信部151と、受信部152とを含む。バースト送信部151は、プリアンプ86と、出力バッファ回路(変調電流供給回路)87と、バイアス電流供給回路88と、発光回路89とを含む。発光回路89は、発光素子LDと、インダクタL1,L2とを含む。受信部152は、受光素子PDと、TIA(トランスインピーダンスアンプ)81と、LIA(制限アンプ)82と、バイアス制御部83と、出力バッファ85とを含む。   Referring to FIG. 3, optical communication module 101 includes a burst transmission unit 151 and a reception unit 152. The burst transmission unit 151 includes a preamplifier 86, an output buffer circuit (modulation current supply circuit) 87, a bias current supply circuit 88, and a light emitting circuit 89. The light emitting circuit 89 includes a light emitting element LD and inductors L1 and L2. The receiving unit 152 includes a light receiving element PD, a TIA (transimpedance amplifier) 81, an LIA (limit amplifier) 82, a bias control unit 83, and an output buffer 85.

バースト送信部151において、プリアンプ86は、UN受信処理部96からのデータフレームおよび制御部99からの制御フレームである送信データを受けて、当該送信データを増幅して出力する。たとえば、プリアンプ86は、当該送信データを、信号線INP,INNから差動信号として受ける。   In the burst transmission unit 151, the preamplifier 86 receives the transmission data that is the data frame from the UN reception processing unit 96 and the control frame from the control unit 99, and amplifies and outputs the transmission data. For example, the preamplifier 86 receives the transmission data as a differential signal from the signal lines INP and INN.

出力バッファ回路87は、プリアンプ86から受けた送信データに基づいて、発光回路89に変調電流を供給する。この変調電流は、局側装置201へ送信すべきデータの論理値に応じた大きさの電流である。   The output buffer circuit 87 supplies a modulation current to the light emitting circuit 89 based on the transmission data received from the preamplifier 86. This modulation current is a current having a magnitude corresponding to the logical value of data to be transmitted to the station side device 201.

発光回路89は、上り光信号を局側装置201へ送信する。発光回路89において、発光素子LDは、固定電圧たとえば電源電圧Vccの供給される電源ノードにインダクタL1を介して接続され、また、バイアス電流供給回路88にインダクタL2を介して接続されている。発光素子LDは、バイアス電流供給回路88から供給されたバイアス電流、および出力バッファ回路87から供給された変調電流に基づいて発光し、かつ発光強度を変更する。   The light emitting circuit 89 transmits the upstream optical signal to the station side device 201. In the light emitting circuit 89, the light emitting element LD is connected to a power supply node supplied with a fixed voltage, for example, a power supply voltage Vcc, via an inductor L1, and is connected to a bias current supply circuit 88 via an inductor L2. The light emitting element LD emits light based on the bias current supplied from the bias current supply circuit 88 and the modulation current supplied from the output buffer circuit 87, and changes the light emission intensity.

受信部152において、受光素子PDは、たとえばアバランシェフォトダイオードである。受光素子PDは、局側装置201から受信した光信号を電気信号たとえば電流に変換して出力する。   In the receiving unit 152, the light receiving element PD is, for example, an avalanche photodiode. The light receiving element PD converts the optical signal received from the station side device 201 into an electric signal, for example, an electric current and outputs it.

TIA81は、受光素子PDから受けた電流を電圧に変換し、変換した電圧すなわち電気信号をLIA82へ出力する。   The TIA 81 converts the current received from the light receiving element PD into a voltage, and outputs the converted voltage, that is, an electric signal to the LIA 82.

LIA82は、TIA81から受けた電圧のレベルを2値化し、受信データとして出力する。   The LIA 82 binarizes the voltage level received from the TIA 81 and outputs it as received data.

出力バッファ85は、LIA82から受けた受信データを増幅してPON受信処理部92へ出力する。たとえば、出力バッファ85は、当該受信データを、差動信号として信号線OUTP,OUTNから出力する。   The output buffer 85 amplifies the reception data received from the LIA 82 and outputs the amplified data to the PON reception processing unit 92. For example, the output buffer 85 outputs the received data from the signal lines OUTP and OUTN as a differential signal.

バイアス制御部83は、固定電圧たとえば電源電圧Vccの供給される電源ノードに接続され、受光素子PDにバイアス電圧を供給する。バイアス制御部83は、バイアス電圧の調整機能を有する。   Bias control unit 83 is connected to a power supply node supplied with a fixed voltage, for example, power supply voltage Vcc, and supplies a bias voltage to light receiving element PD. The bias controller 83 has a bias voltage adjustment function.

また、たとえば、発光素子LDは、アセンブリされた発光モジュール(以下、TOSA:Transmitter Optical Sub−Assemblyとも称する。)に内蔵されている。また、受光素子PDおよびTIA81、ならびにバイアス制御部83の一部は、アセンブリされた受光モジュール(以下、ROSA:Receiver Optical Sub−Assemblyとも称する。)に内蔵されている。   Further, for example, the light emitting element LD is built in an assembled light emitting module (hereinafter also referred to as TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly). The light receiving elements PD and TIA 81 and a part of the bias control unit 83 are built in an assembled light receiving module (hereinafter also referred to as ROSA: Receiver Optical Sub-Assembly).

図4は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a bias control unit in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention.

図4を参照して、バイアス制御部83は、DC/DCコンバータ(基準作成部)11と、CPU(演算部および調整部)12と、抵抗14,15と、対象作成部52とを含む。対象作成部52は、振幅検知回路43と、BPF(Band Pass Filter)44とを含む。抵抗14,15の抵抗値は、それぞれRa,Rbである。なお、抵抗14,15は、DC/DCコンバータ11に含まれていてもよい。また、光通信モジュール101における受信部152は、さらに、キャパシタ45,46を含む。   Referring to FIG. 4, bias control unit 83 includes a DC / DC converter (reference creation unit) 11, a CPU (calculation unit and adjustment unit) 12, resistors 14 and 15, and a target creation unit 52. The object creation unit 52 includes an amplitude detection circuit 43 and a BPF (Band Pass Filter) 44. The resistance values of the resistors 14 and 15 are Ra and Rb, respectively. The resistors 14 and 15 may be included in the DC / DC converter 11. The receiving unit 152 in the optical communication module 101 further includes capacitors 45 and 46.

受光素子PDは、DC/DCコンバータ11に接続されたカソードと、TIA81の入力端に接続されたアノードとを有する。抵抗14は、CPU12の出力端およびDC/DCコンバータ11の入力端に接続された第1端と、接地ノードに接続された第2端とを有する。抵抗15は、DC/DCコンバータ11の出力端およびCPU12の入力端に接続された第1端と、接地ノードに接続された第2端とを有する。DC/DCコンバータ11、TIA81およびLIA82に電源電圧Vccが供給されている。   The light receiving element PD has a cathode connected to the DC / DC converter 11 and an anode connected to the input end of the TIA 81. Resistor 14 has a first end connected to the output end of CPU 12 and the input end of DC / DC converter 11, and a second end connected to the ground node. Resistor 15 has a first end connected to the output end of DC / DC converter 11 and the input end of CPU 12, and a second end connected to the ground node. A power supply voltage Vcc is supplied to the DC / DC converter 11, the TIA 81, and the LIA 82.

また、キャパシタ45は、TIA81の差動出力の一方に接続された第1端と、LIA82の差動入力の一方に接続された第2端とを有する。キャパシタ46は、TIA81の差動出力の他方に接続された第1端と、LIA82の差動入力の他方に接続された第2端とを有する。   Capacitor 45 has a first end connected to one of the differential outputs of TIA 81 and a second end connected to one of the differential inputs of LIA 82. Capacitor 46 has a first end connected to the other differential output of TIA 81 and a second end connected to the other differential input of LIA 82.

受光素子PDは、局側装置201から光ファイバOPTF経由で受信した光信号Pinの強度に応じた電流IapdをTIA81へ出力する。また、受光素子PDは、逆バイアス電圧Vapdによる増倍率Mの変更が可能である。   The light receiving element PD outputs a current Iapd corresponding to the intensity of the optical signal Pin received from the station side device 201 via the optical fiber OPTF to the TIA 81. The light receiving element PD can change the multiplication factor M by the reverse bias voltage Vapd.

キャパシタ45,46は、TIA81およびLIA82間のAC結合用に設けられている。キャパシタ45,46により、TIA81からLIA82への信号の直流成分が遮断される。たとえば、キャパシタ45,46の容量値は0.1マイクロファラッドである。   Capacitors 45 and 46 are provided for AC coupling between TIA 81 and LIA 82. Capacitors 45 and 46 block the DC component of the signal from TIA 81 to LIA 82. For example, the capacitance values of the capacitors 45 and 46 are 0.1 microfarad.

BPF44は、キャパシタ45,46の第2端に接続され、TIA81からキャパシタ45,46経由で受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる。   The BPF 44 is connected to the second ends of the capacitors 45 and 46, and attenuates components outside the predetermined frequency band among the frequency components of the electric signal received from the TIA 81 via the capacitors 45 and 46.

振幅検知回路43は、BPF44を通過した電気信号の振幅を検知し、検知した振幅の大きさを示す電圧Vf2をCPU12へ出力する。   The amplitude detection circuit 43 detects the amplitude of the electrical signal that has passed through the BPF 44, and outputs a voltage Vf2 indicating the magnitude of the detected amplitude to the CPU 12.

ここで、TIA81およびLIA82間の信号ラインから振幅検知回路43までの経路の長さは、当該経路がスタブとして機能する可能性があることから、できるだけ短くすることが好ましい。   Here, the length of the path from the signal line between the TIA 81 and the LIA 82 to the amplitude detection circuit 43 is preferably as short as possible because the path may function as a stub.

CPU12は、内蔵するA/Dコンバータによって電圧Vf2のデジタル値を取得する。このように、CPU12の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール101における部品点数を削減することができる。   The CPU 12 obtains a digital value of the voltage Vf2 using a built-in A / D converter. Thus, the number of components in the optical communication module 101 can be reduced by using the built-in components of the CPU 12.

DC/DCコンバータ11は、受光素子PDの出力電流Iapdに対応する電流Irssiを出力する。この電流Irssiは、電流Iapdよりも周波数帯域の低い電流である。   The DC / DC converter 11 outputs a current Irssi corresponding to the output current Iapd of the light receiving element PD. This current Irssi is a current having a frequency band lower than that of the current Iapd.

電流Irssiは、抵抗15によって電圧Vrssiに変換され、CPU12に供給される。CPU12は、内蔵するA/Dコンバータによって電圧Vrssiのデジタル値を取得する。このように、CPU12の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール101における部品点数を削減することができる。   The current Irssi is converted into a voltage Vrssi by the resistor 15 and supplied to the CPU 12. The CPU 12 acquires a digital value of the voltage Vrssi using a built-in A / D converter. Thus, the number of components in the optical communication module 101 can be reduced by using the built-in components of the CPU 12.

CPU12は、電圧Vrssiおよび電圧Vf2に基づいて受光素子PDへの逆バイアス電圧Vapdを調整する。   The CPU 12 adjusts the reverse bias voltage Vapd to the light receiving element PD based on the voltage Vrssi and the voltage Vf2.

DC/DCコンバータ11は、CPU12による逆バイアス電圧Vapdの調整に従って、受光素子PDに逆バイアス電圧Vapdを供給する。   The DC / DC converter 11 supplies the reverse bias voltage Vapd to the light receiving element PD in accordance with the adjustment of the reverse bias voltage Vapd by the CPU 12.

より詳細には、CPU12は、電圧Vrssiおよび電圧Vf2に基づいて電流Ictrlを生成して出力する。電流Ictrlは、抵抗14によって電圧Vctrlに変換され、DC/DCコンバータ11に供給される。   More specifically, the CPU 12 generates and outputs a current Ictrl based on the voltage Vrssi and the voltage Vf2. The current Ictrl is converted into a voltage Vctrl by the resistor 14 and supplied to the DC / DC converter 11.

DC/DCコンバータ11は、CPU12から受けた電圧Vctrlに基づいて、受光素子PDに逆バイアス電圧Vapdを供給する。   The DC / DC converter 11 supplies the reverse bias voltage Vapd to the light receiving element PD based on the voltage Vctrl received from the CPU 12.

具体的には、逆バイアス電圧Vapdは、DC/DCコンバータ11の回路構成で定まる係数K1,K2、および電圧Vctrlを用いて、以下の式(B1)で表される。
Vapd=K1×Vctrl+K2 ・・・(B1)
Specifically, the reverse bias voltage Vapd is expressed by the following equation (B1) using coefficients K1 and K2 determined by the circuit configuration of the DC / DC converter 11 and the voltage Vctrl.
Vapd = K1 × Vctrl + K2 (B1)

また、抵抗14の抵抗値をRaとすると、電圧Vctrlは、CPU12の出力電流Ictrlを用いて、以下の式(B2)で表される。
Vctrl=Ictrl×Ra ・・・(B2)
When the resistance value of the resistor 14 is Ra, the voltage Vctrl is expressed by the following formula (B2) using the output current Ictrl of the CPU 12.
Vctrl = Ictrl × Ra (B2)

式(B1)および式(B2)より、受光素子PDへの逆バイアス電圧Vapdは、CPU12の出力電流Ictrlによって変更されることが分かる。   From the equations (B1) and (B2), it can be seen that the reverse bias voltage Vapd to the light receiving element PD is changed by the output current Ictrl of the CPU 12.

たとえば、CPU12は、内蔵するD/Aコンバータによって制御デジタル値から電流Ictrlへの変換を行なう。このように、CPU12の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール101における部品点数を削減することができる。   For example, the CPU 12 converts the control digital value into the current Ictrl by using a built-in D / A converter. Thus, the number of components in the optical communication module 101 can be reduced by using the built-in components of the CPU 12.

また、受光素子PDの増倍率をMとし、受光素子PDの受光感度をRS[A/W]とし、受光素子PDの受光強度をPin[W]とすると、受光素子PDの出力電流Iapd[A]は、以下の式(C1)で表される。
Iapd=M×RS×Pin ・・・(C1)
Further, if the multiplication factor of the light receiving element PD is M, the light receiving sensitivity of the light receiving element PD is RS [A / W], and the light receiving intensity of the light receiving element PD is Pin [W], the output current Iapd [A of the light receiving element PD ] Is represented by the following formula (C1).
Iapd = M × RS × Pin (C1)

図5は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の電流増倍特性の一例を示す図である。図5において、横軸は逆バイアス電圧Vapdであり、縦軸は出力電流Iapdである。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a current multiplication characteristic of the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 5, the horizontal axis represents the reverse bias voltage Vapd, and the vertical axis represents the output current Iapd.

図5を参照して、受光素子PDへの逆バイアス電圧Vapdを大きくするほど、出力電流Iapdは大きくなる。すなわち、増倍率Mは大きくなる。   Referring to FIG. 5, the output current Iapd increases as the reverse bias voltage Vapd to the light receiving element PD increases. That is, the multiplication factor M increases.

より詳細には、受光素子PDの増倍率Mは、逆バイアス電圧Vapdが小さいとき、逆バイアス電圧Vapdをある一定の範囲で変化させてもアバランシェ増倍が発生せず、一定となる。このときの増倍率Mを1とする。   More specifically, when the reverse bias voltage Vapd is small, the multiplication factor M of the light receiving element PD is constant without causing avalanche multiplication even if the reverse bias voltage Vapd is changed within a certain range. The multiplication factor M at this time is 1.

そして、逆バイアス電圧Vapdが、上記範囲に含まれるV1から上昇してV2になると、逆バイアス電圧VapdがV1のときと比べて出力電流Iapdは10倍となる。すなわち、逆バイアス電圧VapdがV2のとき、増倍率Mは10である。   When the reverse bias voltage Vapd rises from V1 included in the above range to V2, the output current Iapd becomes 10 times that when the reverse bias voltage Vapd is V1. That is, when the reverse bias voltage Vapd is V2, the multiplication factor M is 10.

また、受光素子PDの増倍率Mは強い温度特性を有し、図5に示すように、受光素子PDの温度が上昇すると出力電流Iapdが小さくなり、受光素子PDの温度が下降すると出力電流Iapdが大きくなる。すなわち、受光素子PDの温度が上昇すると、逆バイアス電圧Vapdに対する増倍率Mが小さくなり、受光素子PDの温度が下降すると、逆バイアス電圧Vapdに対する増倍率Mが大きくなる。   Further, the multiplication factor M of the light receiving element PD has a strong temperature characteristic. As shown in FIG. 5, the output current Iapd decreases as the temperature of the light receiving element PD increases, and the output current Iapd decreases as the temperature of the light receiving element PD decreases. Becomes larger. That is, when the temperature of the light receiving element PD increases, the multiplication factor M with respect to the reverse bias voltage Vapd decreases, and when the temperature of the light receiving element PD decreases, the multiplication factor M with respect to the reverse bias voltage Vapd increases.

図6は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子への逆バイアス電圧および通信品質の関係の一例を示す図である。図6において、横軸は逆バイアス電圧Vapdであり、縦軸はビットエラーレートである。   FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the reverse bias voltage to the light receiving element and the communication quality in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 6, the horizontal axis represents the reverse bias voltage Vapd, and the vertical axis represents the bit error rate.

図6を参照して、増倍率Mが10となるような逆バイアス電圧Vapdを設定した状態から、逆バイアス電圧Vapdを大きくして増倍率Mを大きくすると、受光素子PDの周波数帯域が低下し、また、ノイズが増大することにより、S/N(Signal to Noise Ratio)比が劣化し、ビットエラーレートが上昇する。   Referring to FIG. 6, when the reverse bias voltage Vapd is set so that the multiplication factor M becomes 10 and the multiplication factor M is increased by increasing the reverse bias voltage Vapd, the frequency band of the light receiving element PD is lowered. Further, as noise increases, the S / N (Signal to Noise Ratio) ratio deteriorates and the bit error rate increases.

一方、増倍率Mが10となるような逆バイアス電圧Vapdを設定した状態から、逆バイアス電圧Vapdを小さくして増倍率Mを小さくすると、受光素子PDの受光感度が小さくなり、より強度の小さい光信号を受信することが困難となるため、S/N(Signal to Noise Ratio)比が劣化し、ビットエラーレートが上昇する。   On the other hand, when the reverse bias voltage Vapd is set so that the multiplication factor M is 10 and the multiplication factor M is reduced by decreasing the reverse bias voltage Vapd, the light receiving sensitivity of the light receiving element PD is reduced and the intensity is lower. Since it becomes difficult to receive an optical signal, the S / N (Signal to Noise Ratio) ratio deteriorates and the bit error rate increases.

このように、増倍率Mには最適値が存在し、たとえば、10前後が最適値である。また、図5で説明したように増倍率Mは温度特性を有することから、受光素子PDの温度に応じて増倍率Mを調整し、最適値を維持する必要がある。   Thus, there is an optimum value for the multiplication factor M, and for example, around 10 is the optimum value. Further, as described with reference to FIG. 5, the multiplication factor M has temperature characteristics. Therefore, it is necessary to adjust the multiplication factor M according to the temperature of the light receiving element PD and maintain the optimum value.

図7は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率とカットオフ周波数との関係の一例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the multiplication factor of the light receiving element and the cutoff frequency in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention.

図7において、横軸は受光素子PDの増倍率Mであり、ログスケールである。縦軸はカットオフ周波数、すなわち受光素子PDによって光信号Pinから変換される電気信号のゲインが低周波と比べて所定値たとえば3dB低下する周波数である。G1は、光信号Pinの強度を一定値とした状態における受光素子PDの増倍率に対するカットオフ周波数の測定結果をプロットしたグラフである。G2は、受光素子PDのGB積すなわち増倍率およびカットオフ周波数の積が一定値となる特性を示すグラフである。グラフG2は、一定値として10×4GHz=40GHzのGB積を示している。   In FIG. 7, the horizontal axis represents the multiplication factor M of the light receiving element PD, which is a log scale. The vertical axis is a cutoff frequency, that is, a frequency at which the gain of the electrical signal converted from the optical signal Pin by the light receiving element PD is reduced by a predetermined value, for example, 3 dB, compared to the low frequency. G1 is a graph plotting the measurement result of the cutoff frequency with respect to the multiplication factor of the light receiving element PD in a state where the intensity of the optical signal Pin is a constant value. G2 is a graph showing characteristics in which the GB product of the light receiving element PD, that is, the product of the multiplication factor and the cutoff frequency becomes a constant value. The graph G2 shows a GB product of 10 × 4 GHz = 40 GHz as a constant value.

図7を参照して、本願発明者は、種々の実験を行なうことにより、光通信モジュール101が受信する光信号Pinのビットエラーレートが良好な値となる増倍率Mの条件下において、GB積が略一定となることを発見した。具体的には、本願発明者は、ビットエラーレートが良好な値となるおおよそ8〜13の増倍率Mの区間において、GB積がおおよそ40GHzで略一定となることを発見した。   Referring to FIG. 7, the inventor of the present application performs various experiments to obtain a GB product under the condition of multiplication factor M at which the bit error rate of optical signal Pin received by optical communication module 101 becomes a good value. Was found to be almost constant. Specifically, the inventor of the present application has found that the GB product is substantially constant at about 40 GHz in the section of the multiplication factor M of about 8 to 13 where the bit error rate is a good value.

この現象を利用して、光通信モジュール101では、増倍率Mが8〜13の間である状態において、受光素子PDの出力電流に基づく電気信号である受光信号のカットオフ周波数を監視し、カットオフ周波数が小さくなった場合には増倍率Mが大きくなったと判断して増倍率Mを減少させ、カットオフ周波数が大きくなった場合には増倍率Mが小さくなったと判断して増倍率Mを増加させる。   Using this phenomenon, the optical communication module 101 monitors the cutoff frequency of the received light signal, which is an electrical signal based on the output current of the light receiving element PD, in a state where the multiplication factor M is between 8 and 13. When the off frequency decreases, it is determined that the multiplication factor M has increased, and the multiplication factor M is decreased. When the cutoff frequency increases, it is determined that the multiplication factor M has decreased, and the multiplication factor M is determined. increase.

具体的には、DC/DCコンバータ11は、比較基準として、受光素子PDの出力電流に基づく電気信号である受光信号の直流成分を作成する、すなわち受光信号から電圧Vrssiを作成する。   Specifically, the DC / DC converter 11 creates a direct current component of the received light signal that is an electric signal based on the output current of the light receiving element PD as a comparison reference, that is, creates the voltage Vrssi from the received light signal.

対象作成部52は、受光信号のカットオフ周波数が受光素子PDの増倍率Mに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を上記比較基準より多く含む比較対象を作成する。すなわち、当該比較対象は、受光信号のカットオフ周波数が受光素子PDの増倍率Mに略反比例する周波数領域を主とするものであり、他の周波数領域の成分を含んでいてもよい。   The object creation unit 52 creates a comparison object that includes more frequency components of the received light signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the received light signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor M of the light receiving element PD. That is, the comparison target mainly includes a frequency region in which the cutoff frequency of the light receiving signal is substantially inversely proportional to the multiplication factor M of the light receiving element PD, and may include components in other frequency regions.

たとえば、BPF44の通過周波数帯域を、図7において増倍率Mの最適値である10に対応するカットオフ周波数である4GHzに設定する。この場合、振幅検知回路43の出力電圧Vf2は、受光信号における4GHzの周波数成分の大きさを示す。そして、光信号Pinの強度に対する振幅検知回路43の出力電圧Vf2の比が小さくなった場合には逆バイアス電圧Vapdを小さくして増倍率Mを減少させ、光信号Pinの強度に対する出力電圧Vf2の比が大きくなった場合には逆バイアス電圧Vapdを大きくして増倍率Mを増加させる。光通信モジュール101では、たとえば、増倍率Mに依存しない電圧Vrssiを光信号Pinの強度の指標値として監視する。   For example, the pass frequency band of the BPF 44 is set to 4 GHz which is a cutoff frequency corresponding to 10 which is the optimum value of the multiplication factor M in FIG. In this case, the output voltage Vf2 of the amplitude detection circuit 43 indicates the magnitude of the frequency component of 4 GHz in the light reception signal. When the ratio of the output voltage Vf2 of the amplitude detection circuit 43 to the intensity of the optical signal Pin becomes small, the reverse bias voltage Vapd is reduced to decrease the multiplication factor M, and the output voltage Vf2 with respect to the intensity of the optical signal Pin is reduced. When the ratio increases, the reverse bias voltage Vapd is increased to increase the multiplication factor M. In the optical communication module 101, for example, the voltage Vrssi that does not depend on the multiplication factor M is monitored as an index value of the intensity of the optical signal Pin.

なお、BPF44の通過周波数帯域は、4GHzから多少前後した値に設定してもよい。また、BPFの通過周波数帯域は、一般に、中心周波数からある程度の幅を持った領域となるが、BPF44では、通過周波数帯域が狭いほど好ましい。   Note that the pass frequency band of the BPF 44 may be set to a value slightly around 4 GHz. Further, the pass frequency band of the BPF is generally an area having a certain width from the center frequency, but it is preferable that the pass frequency band of the BPF 44 is narrow.

光通信モジュール101におけるバイアス制御部83は、電圧Vrssiおよび電圧Vf2を監視し、監視結果に基づいて、増倍率Mが目標値となるようにCPU12の出力電流Ictrlを調整する。   The bias control unit 83 in the optical communication module 101 monitors the voltage Vrssi and the voltage Vf2, and adjusts the output current Ictrl of the CPU 12 so that the multiplication factor M becomes a target value based on the monitoring result.

より詳細には、CPU12は、対象作成部52によって作成された比較対象に対する、DC/DCコンバータ11によって作成された比較基準すなわち受光信号の直流成分の割合を算出する。そして、CPU12は、算出した割合に基づいて、受光素子PDの増倍率Mを調整する。   More specifically, the CPU 12 calculates the ratio of the comparison reference created by the DC / DC converter 11 with respect to the comparison target created by the target creation unit 52, that is, the direct current component of the received light signal. Then, the CPU 12 adjusts the multiplication factor M of the light receiving element PD based on the calculated ratio.

具体的には、たとえば、CPU12は、電圧Vf2に対する電圧Vrssiの割合を算出し、当該割合が所定値になるように逆バイアス電圧Vapdを調整する。上記所定値は、たとえば、受光素子PDの増倍率Mの目標値に基づいて設定される。   Specifically, for example, the CPU 12 calculates the ratio of the voltage Vrssi to the voltage Vf2, and adjusts the reverse bias voltage Vapd so that the ratio becomes a predetermined value. The predetermined value is set based on, for example, a target value of the multiplication factor M of the light receiving element PD.

図8は、本発明の第1の実施の形態に係るバイアス制御部におけるDC/DCコンバータの構成を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a DC / DC converter in the bias control unit according to the first embodiment of the present invention.

図8を参照して、DC/DCコンバータ11は、差動アンプ21と、コンパレータ22と、PWM制御回路23と、NチャネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)24と、インダクタ25と、ショットキーダイオード26と、カレントミラー回路27と、抵抗14,28〜30と、キャパシタ31〜33と、フィルタ回路35とを含む。フィルタ回路35は、抵抗15と、キャパシタ34とを含む。   Referring to FIG. 8, a DC / DC converter 11 includes a differential amplifier 21, a comparator 22, a PWM control circuit 23, an N-channel MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) 24, an inductor 25, and a Schottky. A diode 26, a current mirror circuit 27, resistors 14 and 28 to 30, capacitors 31 to 33, and a filter circuit 35 are included. Filter circuit 35 includes a resistor 15 and a capacitor 34.

差動アンプ21は、抵抗14の第1端およびCPU12の出力端に接続された非反転入力端子と、反転入力端子と、抵抗28の第1端に接続された出力端子とを有する。キャパシタ31は、抵抗28の第2端に接続された第1端と、接地ノードに接続された第2端とを有する。コンパレータ22は、差動アンプ21の出力端子およびPWM制御回路23の入力端に接続された反転入力端子と、PWM制御回路23の出力端に接続された非反転入力端子と、出力端子とを有する。NチャネルMOSFET24は、コンパレータ22の出力端子に接続されたゲートと、インダクタ25の第1端に接続されたドレインと、接地ノードに接続されたソースとを有する。インダクタ25の第2端が、電源電圧Vccの供給される電源ノードに接続されている。ショットキーダイオード26は、NチャネルMOSFET24のドレインに接続されたアノードと、キャパシタ32の第1端、抵抗29の第1端、キャパシタ33の第1端およびカレントミラー回路27の入力端に接続されたカソードとを有する。抵抗29の第2端、キャパシタ33の第2端および抵抗30の第1端が、差動アンプ21の反転入力端子に接続されている。カレントミラー回路27のミラー電流出力側が抵抗15の第1端、キャパシタ34の第1端およびCPU12の入力端に接続されている。カレントミラー回路27の参照電流出力側が受光素子PDに接続されている。キャパシタ32,34および抵抗14,15,30の第2端が接地ノードに接続されている。   The differential amplifier 21 has a non-inverting input terminal connected to the first end of the resistor 14 and the output end of the CPU 12, an inverting input terminal, and an output terminal connected to the first end of the resistor 28. Capacitor 31 has a first end connected to the second end of resistor 28 and a second end connected to the ground node. Comparator 22 has an inverting input terminal connected to the output terminal of differential amplifier 21 and the input terminal of PWM control circuit 23, a non-inverting input terminal connected to the output terminal of PWM control circuit 23, and an output terminal. . N-channel MOSFET 24 has a gate connected to the output terminal of comparator 22, a drain connected to the first end of inductor 25, and a source connected to the ground node. A second end of the inductor 25 is connected to a power supply node to which the power supply voltage Vcc is supplied. The Schottky diode 26 is connected to the anode connected to the drain of the N-channel MOSFET 24, the first end of the capacitor 32, the first end of the resistor 29, the first end of the capacitor 33, and the input end of the current mirror circuit 27. And a cathode. The second end of the resistor 29, the second end of the capacitor 33, and the first end of the resistor 30 are connected to the inverting input terminal of the differential amplifier 21. The mirror current output side of the current mirror circuit 27 is connected to the first end of the resistor 15, the first end of the capacitor 34 and the input end of the CPU 12. The reference current output side of the current mirror circuit 27 is connected to the light receiving element PD. Capacitors 32, 34 and second ends of resistors 14, 15, 30 are connected to the ground node.

たとえば、インダクタ25のインダクタンスは4.7マイクロヘンリーであり、抵抗29の抵抗値は1メガオームであり、抵抗30の抵抗値は20キロオームであり、抵抗15の抵抗値は2キロオームであり、キャパシタ32〜34の容量値は0.1マイクロファラッドである。   For example, the inductance of the inductor 25 is 4.7 microhenry, the resistance value of the resistor 29 is 1 megohm, the resistance value of the resistor 30 is 20 kohm, the resistance value of the resistor 15 is 2 kohm, and the capacitor 32 The capacitance value of .about.34 is 0.1 microfarad.

また、ショットキーダイオード26のカソードおよびカレントミラー回路27の入力端の接続ノードの電圧は、受光素子PDへの逆バイアス電圧Vapdに相当する。   The voltage at the connection node of the cathode of the Schottky diode 26 and the input end of the current mirror circuit 27 corresponds to the reverse bias voltage Vapd to the light receiving element PD.

キャパシタ33により、逆バイアス電圧Vapdの位相補償がなされ、発振が抑制される。   The capacitor 33 compensates the phase of the reverse bias voltage Vapd and suppresses oscillation.

差動アンプ21は、CPU12の出力電流Ictrlが変換された電圧Vctrlを非反転入力端子において受けるとともに、受光素子PDへの逆バイアス電圧Vapdに基づくフィードバック電圧FBを反転入力端子において受ける。そして、差動アンプ21は、電圧Vctrlおよびフィードバック電圧FBの差に応じた電圧を出力する。このフィードバック電圧FBは、抵抗29および抵抗30の抵抗比により、Vapd/50となる。   The differential amplifier 21 receives the voltage Vctrl obtained by converting the output current Ictrl of the CPU 12 at the non-inverting input terminal, and receives the feedback voltage FB based on the reverse bias voltage Vapd applied to the light receiving element PD at the inverting input terminal. Then, the differential amplifier 21 outputs a voltage according to the difference between the voltage Vctrl and the feedback voltage FB. The feedback voltage FB is Vapd / 50 depending on the resistance ratio of the resistor 29 and the resistor 30.

抵抗28およびキャパシタ31の直列回路により、差動アンプ21の出力電圧の位相補償がなされ、発振が抑制される。   The series circuit of the resistor 28 and the capacitor 31 compensates the phase of the output voltage of the differential amplifier 21 and suppresses oscillation.

コンパレータ22は、反転入力端子において受けた差動アンプ21の出力電圧と反転入力端子において受けたPWM制御回路23からのランプ波とを比較し、比較結果に応じて論理ハイレベルまたは論理ローレベルの信号をNチャネルMOSFET24のゲートへ出力する。   The comparator 22 compares the output voltage of the differential amplifier 21 received at the inverting input terminal with the ramp wave from the PWM control circuit 23 received at the inverting input terminal, and has a logic high level or a logic low level according to the comparison result. A signal is output to the gate of the N-channel MOSFET 24.

PWM制御回路23は、ランプ波をコンパレータ22の非反転入力端子へ出力する。PWM制御回路23は、差動アンプ21の出力電圧に応じてランプ波を調整することにより、コンパレータ22の出力電圧の周波数を調整する。   The PWM control circuit 23 outputs the ramp wave to the non-inverting input terminal of the comparator 22. The PWM control circuit 23 adjusts the frequency of the output voltage of the comparator 22 by adjusting the ramp wave according to the output voltage of the differential amplifier 21.

具体的には、フィードバック電圧FBが電圧Vctrlよりも小さい場合、すなわち逆バイアス電圧Vapdが小さい場合、差動アンプ21は、正電圧を出力する。そして、PWM制御回路23は、この正電圧を受けて、コンパレータ22の出力信号の周波数が大きくなるようにランプ波を調整する。これにより、NチャネルMOSFET24のドレイン電圧が上昇し、逆バイアス電圧Vapdが上昇する。   Specifically, when the feedback voltage FB is smaller than the voltage Vctrl, that is, when the reverse bias voltage Vapd is small, the differential amplifier 21 outputs a positive voltage. The PWM control circuit 23 receives this positive voltage and adjusts the ramp wave so that the frequency of the output signal of the comparator 22 is increased. As a result, the drain voltage of the N-channel MOSFET 24 increases and the reverse bias voltage Vapd increases.

一方、フィードバック電圧FBが電圧Vctrlよりも大きい場合、すなわち逆バイアス電圧Vapdが大きい場合、差動アンプ21は、負電圧を出力する。そして、PWM制御回路23は、この負電圧を受けて、コンパレータ22の出力信号の周波数が小さくなるようにランプ波を調整する。これにより、NチャネルMOSFET24のドレイン電圧が下降し、逆バイアス電圧Vapdが下降する。   On the other hand, when the feedback voltage FB is larger than the voltage Vctrl, that is, when the reverse bias voltage Vapd is large, the differential amplifier 21 outputs a negative voltage. The PWM control circuit 23 receives this negative voltage and adjusts the ramp wave so that the frequency of the output signal of the comparator 22 is reduced. As a result, the drain voltage of the N-channel MOSFET 24 decreases and the reverse bias voltage Vapd decreases.

したがって、電圧Vctrlを調整することにより、逆バイアス電圧Vapdを調整することができる。逆バイアス電圧Vapdは、カレントミラー回路27を介して受光素子PDに供給される。   Therefore, the reverse bias voltage Vapd can be adjusted by adjusting the voltage Vctrl. The reverse bias voltage Vapd is supplied to the light receiving element PD through the current mirror circuit 27.

カレントミラー回路27は、受光素子PDと電気的に接続され、受光素子PDの出力電流Iapdを参照電流とし、当該参照電流に対応するミラー電流I2を出力する。   The current mirror circuit 27 is electrically connected to the light receiving element PD, uses the output current Iapd of the light receiving element PD as a reference current, and outputs a mirror current I2 corresponding to the reference current.

具体的には、カレントミラー回路27は、参照電流I3に対応する電流であって、ミラー比に応じた大きさの電流であるミラー電流I2を出力する。参照電流I3は、受光素子PDの出力電流Iapdに相当する、たとえば10ギガビット/秒の電流信号である。   Specifically, the current mirror circuit 27 outputs a mirror current I2, which is a current corresponding to the reference current I3 and having a magnitude corresponding to the mirror ratio. The reference current I3 is a current signal of 10 gigabits / second, for example, corresponding to the output current Iapd of the light receiving element PD.

カレントミラー回路27への入力電流をI1とすると、以下の式が成り立つ。
I1=I2+I3 ・・・(D1)
When the input current to the current mirror circuit 27 is I1, the following equation is established.
I1 = I2 + I3 (D1)

フィルタ回路35は、カレントミラー回路27から出力されるミラー電流I2の周波数成分のうち、所定の周波数以上の成分を減衰させ、電流IrssiとしてCPU12へ出力する。   The filter circuit 35 attenuates a component equal to or higher than a predetermined frequency among the frequency components of the mirror current I2 output from the current mirror circuit 27, and outputs the attenuated component to the CPU 12 as a current Irssi.

具体的には、キャパシタ34および抵抗15により、ミラー電流I2が平均化され、また、平均化されたミラー電流I2が電圧Vrssiに変換されてCPU12へ出力される。キャパシタ34および抵抗15の時定数は、たとえば2[キロ]×0.1[マイクロ]=0.2ミリ秒である。   Specifically, the mirror current I2 is averaged by the capacitor 34 and the resistor 15, and the averaged mirror current I2 is converted into the voltage Vrssi and output to the CPU 12. The time constant of the capacitor 34 and the resistor 15 is, for example, 2 [kilo] × 0.1 [micro] = 0.2 milliseconds.

ここで、CPU12が、電圧Vrssiを受けるA/Dコンバータの出力値を参照する速度はたとえば100Hzである。すなわち、CPU12における電圧Vrssiのサンプリング周期は10ミリ秒である。   Here, the speed at which the CPU 12 refers to the output value of the A / D converter that receives the voltage Vrssi is, for example, 100 Hz. That is, the sampling period of the voltage Vrssi in the CPU 12 is 10 milliseconds.

すなわち、フィルタ回路35の時定数は、光信号のビットレートの逆数よりも大きく、かつCPU12におけるミラー電流I2すなわち電圧Vrssiのサンプリング周期よりも小さい。   That is, the time constant of the filter circuit 35 is larger than the reciprocal of the bit rate of the optical signal and smaller than the sampling period of the mirror current I2 in the CPU 12, that is, the voltage Vrssi.

このように、光通信モジュール101では、電流Irssiを生成するフィルタ回路の時定数を、光信号の周期よりも短く、CPU12のサンプリング周期より長く設定する。これにより、出力電流Iapdを平均化して測定を容易かつ適切にしながら、CPU12による電圧Vrssiの測定を光信号の強度変動に追随させることができる。   Thus, in the optical communication module 101, the time constant of the filter circuit that generates the current Irssi is set to be shorter than the period of the optical signal and longer than the sampling period of the CPU 12. As a result, the measurement of the voltage Vrssi by the CPU 12 can be made to follow the fluctuation of the intensity of the optical signal while averaging the output current Iapd and making the measurement easy and appropriate.

次に、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率の調整処理について図面を用いて説明する。   Next, the adjustment process of the multiplication factor of the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

PONシステム301における各装置およびその構成部品は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるCPU等の演算処理部は、以下のフローチャートおよびシーケンスの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。これら複数の装置およびその構成部品のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置およびその構成部品のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。   Each device and its components in the PON system 301 include a computer, and an arithmetic processing unit such as a CPU in the computer reads out a program including a part or all of each step of the following flowchart and sequence from a memory (not shown). Run. Each of these plural devices and their component program can be installed from the outside. Each of the programs of the plurality of devices and their component parts is distributed while being stored in a recording medium.

図9は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図9は、受光素子PDのバイアス電圧調整における、フィードバック制御の目標値の設定方法の一例を示している。   FIG. 9 is a flowchart showing a part of the procedure of the bias voltage adjustment method for the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9 shows an example of a method for setting a target value for feedback control in adjusting the bias voltage of the light receiving element PD.

図9を参照して、まず、受光素子PDへの光の強度を一定値とした状態、たとえば光通信モジュール101への光信号の平均強度を一定値とした状態において、CPU12は、受光素子PDの増倍率Mが目標値となるように、出力電流Ictrlを調整し、逆バイアス電圧Vapdを設定する(ステップS1)。   Referring to FIG. 9, first, in a state where the intensity of light to light receiving element PD is a constant value, for example, in a state where the average intensity of the optical signal to optical communication module 101 is a constant value, CPU 12 receives light receiving element PD. The output current Ictrl is adjusted and the reverse bias voltage Vapd is set so that the multiplication factor M becomes the target value (step S1).

次に、設定した逆バイアス電圧Vapdを受光素子PDに供給している状態において、CPU12は、電圧Vrssiおよび電圧Vf2を測定する(ステップS2)。   Next, in a state where the set reverse bias voltage Vapd is being supplied to the light receiving element PD, the CPU 12 measures the voltage Vrssi and the voltage Vf2 (step S2).

次に、CPU12は、電圧Vf2に対する電圧Vrssiの割合の目標値を算出する。具体的には、CPU12は、Vrssi/Vf2を算出する(ステップS3)。   Next, the CPU 12 calculates a target value of the ratio of the voltage Vrssi to the voltage Vf2. Specifically, the CPU 12 calculates Vrssi / Vf2 (step S3).

次に、CPU12は、算出した値を、光通信モジュール101の実動作におけるVrssi/Vf2の目標値Aとして設定し、記憶する(ステップS4)。   Next, the CPU 12 sets and stores the calculated value as the target value A of Vrssi / Vf2 in the actual operation of the optical communication module 101 (step S4).

なお、CPU12は、受光素子PDの増倍率Mが目標値となる状態における電圧Vrssiを測定する構成に限らず、たとえば受光素子PDの増倍率Mが1となる状態における電圧Vrssiを測定し、上記のようにして測定した電圧Vf2に対する、電圧Vrssiに増倍率Mの目標値を乗じた値の割合を目標値Aとする構成であってもよい。ここで、受光素子PDの増倍率が1となる状態は、前述のように、逆バイアス電圧Vapdが小さく、逆バイアス電圧Vapdをある一定の範囲で変化させても受光素子PDにおいてアバランシェ増倍が発生しない状態である。ただし、受光素子PDの増倍率Mが目標値となる状態における電圧Vrssiを用いる構成は、電圧Vf2の測定条件と同じになる点から、後述する逆バイアス電圧Vapdの調整において好ましい。   Note that the CPU 12 is not limited to the configuration that measures the voltage Vrssi in a state where the multiplication factor M of the light receiving element PD is a target value, but measures the voltage Vrssi in the state where the multiplication factor M of the light receiving element PD is 1, for example. The target value A may be a ratio of a value obtained by multiplying the voltage Vrssi by the target value of the multiplication factor M with respect to the voltage Vf2 measured as described above. Here, when the multiplication factor of the light receiving element PD is 1, as described above, the avalanche multiplication is performed in the light receiving element PD even if the reverse bias voltage Vapd is small and the reverse bias voltage Vapd is changed within a certain range. It does not occur. However, the configuration using the voltage Vrssi in a state where the multiplication factor M of the light receiving element PD is the target value is preferable in the adjustment of the reverse bias voltage Vapd described later from the point that the measurement conditions for the voltage Vf2 are the same.

また、光通信モジュール101を製造する際、目標値Aを、光通信モジュール101ごとに設定してもよいし、複数の光通信モジュール101について目標値Aを算出し、これらの平均値等を代表値として各光通信モジュール101に設定してもよい。   Further, when manufacturing the optical communication module 101, the target value A may be set for each optical communication module 101, or the target value A is calculated for a plurality of optical communication modules 101, and the average value thereof is represented. A value may be set for each optical communication module 101.

また、増倍率Mの目標値は、10等に固定する方法に限らず、光通信モジュール101ごとに、当該光通信モジュール101が受信する光信号Pinのビットエラーレートが最小になる増倍率Mを目標値としてもよい。   The target value of the multiplication factor M is not limited to 10 or the like, and for each optical communication module 101, the multiplication factor M that minimizes the bit error rate of the optical signal Pin received by the optical communication module 101 is set. It may be a target value.

図10は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図10は、実動作において受光素子PDの増倍率Mを目標値に収束させるための、受光素子PDへのバイアス電圧調整方法を示している。   FIG. 10 is a flowchart showing a part of the procedure of the bias voltage adjusting method for the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a method of adjusting the bias voltage to the light receiving element PD for converging the multiplication factor M of the light receiving element PD to the target value in actual operation.

図10を参照して、まず、CPU12は、光通信モジュール101の実動作、たとえば局側装置201から送信される下り光信号を光通信モジュール101が受信している状態において、電圧Vrssiおよび電圧Vf2を測定する。この測定の間隔は、CPU12におけるサンプリング周期に相当する(ステップS11)。   Referring to FIG. 10, first, the CPU 12 performs the voltage Vrssi and the voltage Vf2 in an actual operation of the optical communication module 101, for example, in a state where the optical communication module 101 receives a downstream optical signal transmitted from the station side device 201. Measure. This measurement interval corresponds to the sampling period in the CPU 12 (step S11).

次に、CPU12は、電圧Vf2に対する電圧Vrssiの割合Vrssi/Vf2を算出し、記憶している目標値Aとの比較を行なう(ステップS12)。   Next, the CPU 12 calculates the ratio Vrssi / Vf2 of the voltage Vrssi with respect to the voltage Vf2, and compares it with the stored target value A (step S12).

CPU12は、Vrssi/Vf2が目標値Aより大きい場合(ステップS12でYES)、受光素子PDの増倍率Mが目標値より大きくなっていると判断し、逆バイアス電圧Vapdが小さくなるように電流Ictrlを調整する。たとえば、CPU12は、電流Ictrlを小さくすることにより、図8に示すNチャネルMOSFET24のスイッチング周波数を小さくして逆バイアス電圧Vapdを小さくする(ステップS13)。   When Vrssi / Vf2 is larger than the target value A (YES in step S12), the CPU 12 determines that the multiplication factor M of the light receiving element PD is larger than the target value, and the current Ictrl so that the reverse bias voltage Vapd becomes smaller. Adjust. For example, the CPU 12 reduces the reverse bias voltage Vapd by reducing the switching frequency of the N-channel MOSFET 24 shown in FIG. 8 by reducing the current Ictrl (step S13).

一方、CPU12は、Vrssi/Vf2が目標値Aより小さい場合(ステップS12でNOかつステップS14でYES)、受光素子PDの増倍率Mが目標値より小さくなっていると判断し、逆バイアス電圧Vapdが大きくなるように電流Ictrlを調整する。たとえば、CPU12は、電流Ictrlを大きくすることにより、図8に示すNチャネルMOSFET24のスイッチング周波数を大きくして逆バイアス電圧Vapdを大きくする(ステップS15)。   On the other hand, when Vrssi / Vf2 is smaller than the target value A (NO in step S12 and YES in step S14), the CPU 12 determines that the multiplication factor M of the light receiving element PD is smaller than the target value, and reverse bias voltage Vapd. The current Ictrl is adjusted so as to increase. For example, by increasing the current Ictrl, the CPU 12 increases the switching frequency of the N-channel MOSFET 24 shown in FIG. 8 and increases the reverse bias voltage Vapd (step S15).

また、CPU12は、Vrssi/Vf2が目標値Aと等しい場合(ステップS12でNOかつステップS14でNO)、受光素子PDの増倍率Mが目標値になっていると判断し、電流Ictrlを現状の値に維持する。   When Vrssi / Vf2 is equal to the target value A (NO in step S12 and NO in step S14), the CPU 12 determines that the multiplication factor M of the light receiving element PD is the target value, and sets the current Ictrl to the current value. Keep the value.

このように、CPU12は、受光素子PDの増倍率Mが目標値に近づくように、各電圧の測定、測定値を用いた演算および電流Ictrlの調整を繰り返す。   In this manner, the CPU 12 repeats the measurement of each voltage, the calculation using the measurement value, and the adjustment of the current Ictrl so that the multiplication factor M of the light receiving element PD approaches the target value.

なお、CPU12は、電流Ictrlの制御幅を変えてもよい。具体的には、たとえば、CPU12は、Vrssi/Vf2と目標値Aとの差が大きい場合に電流Ictrlの変更幅を大きくし、Vrssi/Vf2と目標値Aとの差が小さい場合に電流Ictrlの変更幅を小さくする。   Note that the CPU 12 may change the control width of the current Ictrl. Specifically, for example, the CPU 12 increases the change width of the current Ictrl when the difference between the Vrssi / Vf2 and the target value A is large, and the current Ictrl when the difference between the Vrssi / Vf2 and the target value A is small. Reduce the change width.

また、光通信モジュール101では、上記比較対象に対する上記比較基準の割合であるVrssi/Vf2が算出されるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、CPU12が、上記比較基準に対する上記比較対象の割合であるVf2/Vrssiを算出する構成であってもよい。CPU12は、上記比較基準の大きさと上記比較対象の大きさとの相対比較を行い、比較結果に基づいて受光素子PDの増倍率Mを調整する構成であればよい。すなわち、上記比較結果は、割合に限らず、たとえば、比であってもよいし、比率であってもよい。   In the optical communication module 101, Vrssi / Vf2, which is the ratio of the comparison reference to the comparison target, is calculated. However, the present invention is not limited to this. For example, the CPU 12 may be configured to calculate Vf2 / Vrssi, which is the ratio of the comparison target with respect to the comparison reference. The CPU 12 may be configured to perform a relative comparison between the size of the comparison reference and the size of the comparison target and adjust the multiplication factor M of the light receiving element PD based on the comparison result. That is, the comparison result is not limited to a ratio, and may be a ratio or a ratio, for example.

図11は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率調整方法の手順を示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart showing the procedure of the gain adjustment method for the light receiving element in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention.

図11を参照して、まず、CPU12は、たとえば局側装置201から送信される下り光信号を光通信モジュール101が受信している状態において、電圧Vrssiを測定することにより、受光素子PDの出力電流Iapdに基づく電気信号である受光信号の直流成分を比較基準として検出する(ステップS21)。   Referring to FIG. 11, first, the CPU 12 measures the voltage Vrssi in a state where the optical communication module 101 receives a downstream optical signal transmitted from the station side device 201, for example, thereby outputting the light receiving element PD. A direct current component of the received light signal, which is an electrical signal based on the current Iapd, is detected as a comparison reference (step S21).

次に、対象作成部52は、電圧Vf2を測定することにより、受光素子PDのGB積が略一定となる周波数成分、すなわち受光信号のカットオフ周波数が増倍率Mに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を比較基準より多く含む比較対象を作成する(ステップS22)。   Next, the object creation unit 52 measures the voltage Vf2 to measure the frequency component in which the GB product of the light receiving element PD is substantially constant, that is, the light reception signal in the region where the cutoff frequency of the light reception signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor M. A comparison target including more frequency components than the comparison reference is created (step S22).

次に、CPU12は、比較対象の大きさと比較基準の大きさとの相対比較を行う、たとえば、上記比較対象に対する上記比較基準の割合であるVrssi/Vf2を算出する(ステップS23)。   Next, the CPU 12 performs a relative comparison between the size of the comparison target and the size of the comparison reference, for example, calculates Vrssi / Vf2, which is a ratio of the comparison reference to the comparison target (step S23).

次に、CPU12は、比較結果が所定値たとえば目標値Aになるように受光素子PDの増倍率Mを調整する。この所定値は、たとえば増倍率Mの目標値に基づいて設定される(ステップS24)。   Next, the CPU 12 adjusts the multiplication factor M of the light receiving element PD so that the comparison result becomes a predetermined value, for example, the target value A. This predetermined value is set, for example, based on the target value of the multiplication factor M (step S24).

図12は、本発明の第1の実施の形態に係るPONシステムにおける光通信モジュールが受信する下り光信号を示す図である。図12において、横軸は時間であり、縦軸は光信号Pinのレベルである。   FIG. 12 is a diagram illustrating a downstream optical signal received by the optical communication module in the PON system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 12, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the level of the optical signal Pin.

図12を参照して、光通信モジュール101の受信する光信号Pinは、たとえば局側装置201において強度変調された連続信号であり、理想的には、図12に示すように一定レベルの2値のデジタル波形を有する。   Referring to FIG. 12, the optical signal Pin received by the optical communication module 101 is, for example, a continuous signal whose intensity is modulated in the station-side apparatus 201. Ideally, a binary signal at a constant level as shown in FIG. With a digital waveform.

光信号Pinの論理値が「0」および「1」のときの信号レベルをそれぞれP0およびP1とすると、光信号Pinの振幅は(P1−P0)であり、一定値である。   If the signal levels when the logical value of the optical signal Pin is “0” and “1” are P0 and P1, respectively, the amplitude of the optical signal Pin is (P1−P0), which is a constant value.

また、光信号Pinの強度すなわちRSSI(Received Signal Strength Indication)であるPaveは、以下の式で表される。
Pave=(P0+P1)/2
The intensity of the optical signal Pin, that is, Pave which is RSSI (Received Signal Strength Indication) is expressed by the following equation.
Pave = (P0 + P1) / 2

図13は、図12に示す下り光信号に対してFFT(Fast Fourie Transform)演算を行なった結果を示す図である。図13において、横軸は周波数であり、縦軸は光信号Pinのレベルである。   FIG. 13 is a diagram illustrating a result of performing FFT (Fast Fourier Transform) on the downstream optical signal illustrated in FIG. In FIG. 13, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents the level of the optical signal Pin.

図13を参照して、光信号Pinは、たとえば、PRBS(Pseudo Random Bit Stream)に従う10.3125Gbpsのデータパターンを有し、10.3125GHzのn倍(nは自然数)の周波数においてレベルがゼロとなる。   Referring to FIG. 13, optical signal Pin has, for example, a 10.3125 Gbps data pattern according to PRBS (Pseudo Random Bit Stream), and the level is zero at a frequency n times (n is a natural number) of 10.3125 GHz. Become.

図14は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光信号の伝達特性を示す図である。図14において、横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。G1〜G5は、伝達特性を示すグラフであり、グラフG5からグラフG1への順番に増倍率Mが大きい状態となる。G10は、受光素子PDのGB積すなわち増倍率およびカットオフ周波数の積が一定値となる特性を示すグラフである。   FIG. 14 is a diagram illustrating transfer characteristics of a received light signal in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 14, the horizontal axis is frequency and the vertical axis is gain. G1 to G5 are graphs showing transfer characteristics, and the multiplication factor M is increased in the order from the graph G5 to the graph G1. G10 is a graph showing characteristics in which the GB product of the light receiving element PD, that is, the product of the multiplication factor and the cutoff frequency becomes a constant value.

図14を参照して、グラフG1〜G4において、増倍率Mが小さい場合はゲインが小さくなる一方で高周波領域まである程度の大きさのゲインが維持され、逆に、増倍率Mが大きい場合はゲインが大きくなる一方で高周波領域においてゲインの低下が大きくなる。   Referring to FIG. 14, in graphs G1 to G4, when the multiplication factor M is small, the gain is small, while a gain of a certain level is maintained up to the high frequency region, and conversely, when the multiplication factor M is large, the gain is reduced. On the other hand, the gain decreases greatly in the high frequency region.

また、グラフG1〜G5において、直流〜低周波領域のゲインは、キャパシタ45,46の影響によって低下しており、この範囲より高周波側において、周波数の大小に依存せずゲインが略一定となる低周波の範囲F1が存在する。   Further, in the graphs G1 to G5, the gain in the direct current to low frequency region is reduced due to the influence of the capacitors 45 and 46, and the gain is substantially constant on the high frequency side from this range regardless of the magnitude of the frequency. There is a frequency range F1.

また、グラフG1〜G4において、範囲F1より高周波側に、受光素子PDのGB積が一定値となるラインXと重なる周波数f2が存在する。一方、グラフG5では、増倍率が小さいために受光素子PDのGB積が一定値とならない。   In the graphs G1 to G4, the frequency f2 that overlaps the line X where the GB product of the light receiving element PD is a constant value exists on the higher frequency side than the range F1. On the other hand, in the graph G5, since the multiplication factor is small, the GB product of the light receiving element PD does not become a constant value.

本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールでは、図14において、受光信号のカットオフ周波数を示す値、具体的には、周波数f2における受光信号の大きさを示す電圧Vf2に対する範囲F1における周波数f1の受光信号の大きさを示す電圧Vrssiの割合に基づいて、受光素子PDの増倍率Mを良好に調整する。   In the optical communication module according to the first embodiment of the present invention, in FIG. 14, a value indicating the cutoff frequency of the received light signal, specifically, a range F1 with respect to the voltage Vf2 indicating the magnitude of the received light signal at the frequency f2. Based on the ratio of the voltage Vrssi indicating the magnitude of the light receiving signal at the frequency f1, the multiplication factor M of the light receiving element PD is adjusted satisfactorily.

以上のように、光通信モジュール101では、Vrssi/Vf2が一定値となるように逆バイアス電圧Vapdすなわち増倍率Mのフィードバック制御が行なわれる。   As described above, in the optical communication module 101, feedback control of the reverse bias voltage Vapd, that is, the multiplication factor M is performed so that Vrssi / Vf2 becomes a constant value.

しかしながら、CPU12におけるA/Dコンバータの線形性およびオフセット特性を鑑みると、光通信モジュール101への入力光量によっては正しくフィードバック制御ができなくなる恐れがある。   However, in view of the linearity and offset characteristics of the A / D converter in the CPU 12, there is a possibility that correct feedback control cannot be performed depending on the amount of light input to the optical communication module 101.

たとえば、光通信モジュール101への入力光が微小である場合、CPU12における上記A/Dコンバータの出力値が微小となり、電圧Vrssiおよび電圧Vf2の測定精度に関し一定水準を確保することが困難となる。   For example, when the input light to the optical communication module 101 is minute, the output value of the A / D converter in the CPU 12 becomes minute, and it becomes difficult to ensure a certain level regarding the measurement accuracy of the voltage Vrssi and the voltage Vf2.

また、光通信モジュール101の動作中に、光ファイバOPTFと光通信モジュール101とを接続する光コネクタが抜かれたとき、あるいは、光通信モジュール101の動作中に光コネクタを着脱したときのように、光通信モジュール101への入力光量について過渡状態であるときも、電圧Vrssiおよび電圧Vf2の測定精度に関し一定水準を確保することが困難となる。   Further, when the optical connector for connecting the optical fiber OPTF and the optical communication module 101 is removed during the operation of the optical communication module 101, or when the optical connector is detached or attached during the operation of the optical communication module 101, Even when the amount of light input to the optical communication module 101 is in a transient state, it is difficult to ensure a certain level regarding the measurement accuracy of the voltage Vrssi and the voltage Vf2.

そして、このような要因で測定精度が劣化すると、意図しないフィードバック制御が行なわれて増倍率Mを大幅に上昇させてしまう、すなわち逆バイアス電圧Vapdを大幅に上昇させてしまうことにより、受光素子PDが破損してしまう恐れがある。   If the measurement accuracy deteriorates due to such factors, unintended feedback control is performed and the multiplication factor M is significantly increased, that is, the reverse bias voltage Vapd is significantly increased, so that the light receiving element PD. May be damaged.

そこで、光通信モジュール101では、たとえば、さらに、CPU12による増倍率Mの調整を制限するフィードバック制限部を備える。   Therefore, the optical communication module 101 further includes, for example, a feedback limiting unit that limits the adjustment of the multiplication factor M by the CPU 12.

たとえば、光通信モジュール101では、増倍率Mが所定値を超えないように制限するフィードバック制限部36を、CPU12あるいは基板上に設ける。たとえば、フィードバック制限部36は、受光素子PDに供給される逆バイアス電圧Vapdを、たとえば受光素子PDに関する設計上の許容範囲に制限する。   For example, in the optical communication module 101, the feedback limiting unit 36 that limits the multiplication factor M so as not to exceed a predetermined value is provided on the CPU 12 or the substrate. For example, the feedback limiting unit 36 limits the reverse bias voltage Vapd supplied to the light receiving element PD to, for example, a design allowable range related to the light receiving element PD.

より詳細には、たとえば、フィードバック制限部36は、電圧Vrssiが所定の閾値以下である場合、逆バイアス電圧Vapdを所定値に固定する。この所定値としては、たとえば、受光素子PDにとって典型的なバイアス電圧値が設定される。   More specifically, for example, when the voltage Vrssi is equal to or lower than a predetermined threshold, the feedback limiting unit 36 fixes the reverse bias voltage Vapd to a predetermined value. As this predetermined value, for example, a bias voltage value typical for the light receiving element PD is set.

具体的には、CPU12からDC/DCコンバータ11におけるエラーアンプすなわち
差動アンプ21への電圧Vctrl、すなわち電流Ictrlに上限を設けるソフトウェア的な制限方法が考えられる。たとえば、CPU12は、電圧Vrssiが所定の閾値以下である場合、電流Ictrlを所定値に固定する。この所定値は、たとえば、受光素子PDにとって典型的な大きさの逆バイアス電圧Vapdが得られる値である。
Specifically, a software limiting method for setting an upper limit on the voltage Vctrl, that is, the current Ictrl from the CPU 12 to the error amplifier, that is, the differential amplifier 21 in the DC / DC converter 11 can be considered. For example, when the voltage Vrssi is equal to or lower than a predetermined threshold, the CPU 12 fixes the current Ictrl to a predetermined value. This predetermined value is, for example, a value that provides a reverse bias voltage Vapd having a magnitude that is typical for the light receiving element PD.

あるいは、DC/DCコンバータ11に逆バイアス電圧Vapdの制限回路を設けるハードウェア的な制限方法が考えられる。   Alternatively, a hardware limiting method in which the DC / DC converter 11 is provided with a limiting circuit for the reverse bias voltage Vapd is conceivable.

図15は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるフィードバック制限部の一例を示す図である。   FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a feedback limiting unit in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention.

図15を参照して、DC/DCコンバータ11は、図8に示す構成と比べて、さらに、フィードバック制限部36を含む。   Referring to FIG. 15, DC / DC converter 11 further includes a feedback limiting unit 36 as compared with the configuration shown in FIG. 8.

フィードバック制限部36は、CPU12および抵抗14の接続ノードと差動アンプ21の非反転入力端子との間に接続されている。フィードバック制限部36は、電圧Vctrlの大きさが所定値を超える場合、電圧Vctrlを当該所定値に制限して差動アンプ21へ出力する。たとえば、この所定値は、受光素子PDに関する設計上の許容範囲に含まれる大きさの逆バイアス電圧Vapd、が得られる値である。   The feedback limiting unit 36 is connected between the connection node of the CPU 12 and the resistor 14 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 21. When the magnitude of the voltage Vctrl exceeds a predetermined value, the feedback limiting unit 36 limits the voltage Vctrl to the predetermined value and outputs it to the differential amplifier 21. For example, the predetermined value is a value for obtaining a reverse bias voltage Vapd having a magnitude included in a design allowable range related to the light receiving element PD.

また、上記のような要因で測定精度が劣化すると、意図しないフィードバック制御が行なわれて増倍率Mを下降させてしまう、すなわち逆バイアス電圧Vapdを下降させてしまうことにより、受光素子PDのGB積が一定となる範囲から外れてしまう場合がある。   If the measurement accuracy deteriorates due to the above factors, unintended feedback control is performed and the multiplication factor M is lowered, that is, the reverse bias voltage Vapd is lowered, so that the GB product of the light receiving element PD is decreased. May deviate from a certain range.

そこで、光通信モジュール101では、増倍率Mが所定値を下回らないように制限するフィードバック制限部37を、CPU12あるいは基板上に設ける。たとえば、フィードバック制限部37は、受光素子PDに供給される逆バイアス電圧Vapdを、たとえば受光素子PDのGB積が一定となる範囲に制限する。   Therefore, in the optical communication module 101, a feedback limiting unit 37 that limits the multiplication factor M so as not to fall below a predetermined value is provided on the CPU 12 or the substrate. For example, the feedback limiting unit 37 limits the reverse bias voltage Vapd supplied to the light receiving element PD to a range in which, for example, the GB product of the light receiving element PD is constant.

より詳細には、たとえば、フィードバック制限部37は、電圧Vf2が所定の閾値以上である場合、逆バイアス電圧Vapdを所定値に固定する。この所定値としては、たとえば、受光素子PDのGB積が一定となる範囲の増倍率Mの下限に対応するバイアス電圧値が設定される。   More specifically, for example, when the voltage Vf2 is equal to or higher than a predetermined threshold, the feedback limiting unit 37 fixes the reverse bias voltage Vapd to a predetermined value. As this predetermined value, for example, a bias voltage value corresponding to the lower limit of the multiplication factor M in a range where the GB product of the light receiving element PD is constant is set.

具体的には、CPU12からDC/DCコンバータ11におけるエラーアンプすなわち
差動アンプ21への電圧Vctrl、すなわち電流Ictrlに下限を設けるソフトウェア的な制限方法が考えられる。たとえば、CPU12は、電圧Vf2が所定の閾値以上である場合、電流Ictrlを所定値に固定する。この所定値は、たとえば、受光素子PDのGB積が一定となる範囲の増倍率Mの下限に対応する大きさの逆バイアス電圧Vapdが得られる値である。
Specifically, a software limiting method is conceivable in which a lower limit is set for the voltage Vctrl, that is, the current Ictrl from the CPU 12 to the error amplifier in the DC / DC converter 11, that is, the differential amplifier 21. For example, when the voltage Vf2 is equal to or higher than a predetermined threshold, the CPU 12 fixes the current Ictrl to a predetermined value. This predetermined value is, for example, a value for obtaining the reverse bias voltage Vapd having a magnitude corresponding to the lower limit of the multiplication factor M in a range where the GB product of the light receiving element PD is constant.

あるいは、DC/DCコンバータ11に逆バイアス電圧Vapdの制限回路を設けるハードウェア的な制限方法が考えられる。   Alternatively, a hardware limiting method in which the DC / DC converter 11 is provided with a limiting circuit for the reverse bias voltage Vapd is conceivable.

すなわち、DC/DCコンバータ11は、図8に示す構成と比べて、さらに、フィードバック制限部37を含む。   That is, the DC / DC converter 11 further includes a feedback limiting unit 37 as compared with the configuration shown in FIG.

図示はしないが、図15に示すフィードバック制限部36と同様に、フィードバック制限部37は、CPU12および抵抗14の接続ノードと差動アンプ21の非反転入力端子との間に接続されている。フィードバック制限部37は、電圧Vctrlの大きさが所定値を下回る場合、電圧Vctrlを当該所定値に制限して差動アンプ21へ出力する。たとえば、この所定値は、受光素子PDのGB積が一定となる範囲の増倍率Mの下限に対応する大きさの逆バイアス電圧Vapd、が得られる値である。   Although not shown, like the feedback limiting unit 36 shown in FIG. 15, the feedback limiting unit 37 is connected between the connection node of the CPU 12 and the resistor 14 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier 21. When the magnitude of the voltage Vctrl is lower than a predetermined value, the feedback limiting unit 37 limits the voltage Vctrl to the predetermined value and outputs it to the differential amplifier 21. For example, the predetermined value is a value for obtaining the reverse bias voltage Vapd having a magnitude corresponding to the lower limit of the multiplication factor M in a range where the GB product of the light receiving element PD is constant.

ところで、特許文献1に記載の構成では、APDの他にPINフォトダイオードが必要となり、また、信号光を透過させる基板を設ける必要があるため、製造コストが高くなってしまう。   By the way, in the structure described in Patent Document 1, a PIN photodiode is required in addition to the APD, and it is necessary to provide a substrate through which signal light is transmitted, which increases the manufacturing cost.

これに対して、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールでは、DC/DCコンバータ11は、受光信号から比較基準を作成する。対象作成部52は、受光素子PDの出力電流に基づく電気信号である受光信号のカットオフ周波数が受光素子PDの増倍率Mに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を上記比較基準より多く含む比較対象を作成する。CPU12は、上記比較基準の大きさと上記比較対象の大きさとを相対比較する。そして、CPU12は、比較結果に基づいて、受光素子PDの増倍率Mを調整する。   On the other hand, in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention, the DC / DC converter 11 creates a comparison reference from the received light signal. The object creating unit 52 includes more frequency components of the received light signal in the region where the cutoff frequency of the received light signal, which is an electrical signal based on the output current of the received light element PD, is approximately inversely proportional to the multiplication factor M of the received light element PD, compared to the comparison reference. Create a comparison target. The CPU 12 performs a relative comparison between the size of the comparison reference and the size of the comparison target. Then, the CPU 12 adjusts the multiplication factor M of the light receiving element PD based on the comparison result.

このように、受光素子PDの増倍率Mのフィードバック制御を行なう構成により、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率Mを安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、PINフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。   As described above, the configuration for performing feedback control of the multiplication factor M of the light receiving element PD stabilizes the multiplication factor M even when temperature fluctuation occurs during normal operation, and prevents deterioration in communication quality such as an increase in bit error rate. Can do. In addition, a monitor light receiving element such as a PIN photodiode is not required, and a peripheral circuit and structure for using the monitor light receiving element are not required. Therefore, it is possible to easily manufacture at a low cost while maintaining a certain level of communication quality. It becomes possible. Further, by integrating such a configuration as an optical communication module, the ease of realization can be improved.

したがって、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールでは、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。   Therefore, in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention, in the configuration including the light receiving element having a current amplification function, the multiplication factor of the light receiving element can be well adjusted at low cost.

また、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールでは、DC/DCコンバータ11は、比較基準として、受光信号の直流成分を作成する。   In the optical communication module according to the first embodiment of the present invention, the DC / DC converter 11 creates a direct current component of the received light signal as a comparison reference.

このような構成により、受光信号の直流成分を比較基準として、比較結果として適切な値を算出することができる。   With such a configuration, an appropriate value can be calculated as a comparison result using the direct current component of the received light signal as a comparison reference.

また、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールでは、CPU12は、当該比較結果が所定値になるように増倍率Mを調整する。当該所定値は、受光素子PDの増倍率Mの目標値に基づいて設定される。   In the optical communication module according to the first embodiment of the present invention, the CPU 12 adjusts the multiplication factor M so that the comparison result becomes a predetermined value. The predetermined value is set based on the target value of the multiplication factor M of the light receiving element PD.

このような構成により、比較結果と所定値との比較による簡易な演算処理で、受光素子PDの増倍率Mが目標値になるような逆バイアス電圧Vapdの調整を行なうことができる。すなわち、増倍率Mを、受光素子PDの温度変化によらず一定値に制御することができる。   With such a configuration, it is possible to adjust the reverse bias voltage Vapd so that the multiplication factor M of the light receiving element PD becomes the target value by a simple calculation process by comparing the comparison result with a predetermined value. That is, the multiplication factor M can be controlled to a constant value regardless of the temperature change of the light receiving element PD.

また、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールでは、フィードバック制限部36,37は、CPU12による増倍率Mの調整を制限する。   In the optical communication module according to the first embodiment of the present invention, the feedback limiting units 36 and 37 limit the adjustment of the multiplication factor M by the CPU 12.

このような構成により、たとえば光通信モジュール101への入力光が微小であり、電圧Vrssiおよび電圧Vf2の測定精度に関し一定水準を確保することができない場合でも、逆バイアス電圧Vapdが誤った値に設定されることを防ぐことができる。   With such a configuration, the reverse bias voltage Vapd is set to an incorrect value even when, for example, the input light to the optical communication module 101 is very small and a certain level of the measurement accuracy of the voltage Vrssi and the voltage Vf2 cannot be secured. Can be prevented.

また、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールにおける光通信方法では、まず、受光素子PDの出力電流に基づく電気信号である受光信号から比較基準を作成する。次に、受光信号のカットオフ周波数が受光素子PDの増倍率Mに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を上記比較基準より多く含む比較対象を作成する。次に、上記比較基準の大きさと上記比較対象の大きさとを相対比較する。次に、比較した結果に基づいて、受光素子PDの増倍率Mを調整する。   In the optical communication method in the optical communication module according to the first embodiment of the present invention, first, a comparison reference is created from a light reception signal that is an electrical signal based on the output current of the light receiving element PD. Next, a comparison target including a frequency component of the received light signal in a region where the cutoff frequency of the received light signal is substantially inversely proportional to the multiplication factor M of the light receiving element PD is created. Next, the comparison reference size is compared with the comparison target size. Next, the multiplication factor M of the light receiving element PD is adjusted based on the comparison result.

このように、受光素子PDの増倍率Mのフィードバック制御を行なうことにより、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率Mを安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、PINフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。   In this way, by performing feedback control of the multiplication factor M of the light receiving element PD, the multiplication factor M is stabilized even when temperature fluctuation occurs during normal operation, and deterioration of communication quality such as an increase in bit error rate is prevented. Can do. In addition, a monitor light receiving element such as a PIN photodiode is not required, and a peripheral circuit and structure for using the monitor light receiving element are not required. Therefore, it is possible to easily manufacture at a low cost while maintaining a certain level of communication quality. It becomes possible. Further, by integrating such a configuration as an optical communication module, the ease of realization can be improved.

したがって、本発明の第1の実施の形態に係る光通信方法では、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。   Therefore, in the optical communication method according to the first embodiment of the present invention, it is possible to satisfactorily adjust the multiplication factor of the light receiving element at a low cost in the configuration including the light receiving element having a current amplification function.

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る光通信モジュールと比べて光信号の強度の指標を変更した光通信モジュールに関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る光通信モジュールと同様である。
<Second Embodiment>
The present embodiment relates to an optical communication module in which an index of the intensity of an optical signal is changed as compared with the optical communication module according to the first embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the optical communication module according to the first embodiment.

図16は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。   FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a bias control unit in the optical communication module according to the second embodiment of the present invention.

図16を参照して、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュール102における受信部152は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュール101と比べて、さらに、基準作成部51を含む。基準作成部51は、振幅検知回路41と、BPF42とを含む。   Referring to FIG. 16, the receiving unit 152 in the optical communication module 102 according to the second embodiment of the present invention is further compared to the optical communication module 101 according to the first embodiment of the present invention. A creation unit 51 is included. The reference creation unit 51 includes an amplitude detection circuit 41 and a BPF 42.

光通信モジュール102は、光通信モジュール101と比べて、バイアス制御部83の代わりにバイアス制御部73を備える。バイアス制御部73は、バイアス制御部83と比べて、電圧Vrssiを生成せず、電圧Vrssiを生成するための、抵抗15、ならびにDC/DCコンバータ11におけるカレントミラー回路27およびフィルタ回路35等を含まない。   The optical communication module 102 includes a bias control unit 73 instead of the bias control unit 83 as compared to the optical communication module 101. Compared with the bias control unit 83, the bias control unit 73 does not generate the voltage Vrssi, but includes the resistor 15, the current mirror circuit 27 in the DC / DC converter 11, the filter circuit 35, and the like for generating the voltage Vrssi. Absent.

基準作成部51は、受光信号の周波数成分が受光素子PDの増倍率Mの変化に対して略一定となる領域における受光信号の周波数成分を比較基準として作成する。   The reference creation unit 51 creates a frequency component of the light reception signal in a region where the frequency component of the light reception signal is substantially constant with respect to the change in the multiplication factor M of the light receiving element PD as a comparison reference.

より詳細には、基準作成部51において、BPF42は、キャパシタ45,46の第2端に接続され、TIA81からキャパシタ45,46経由で受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる。   More specifically, in the reference creation unit 51, the BPF 42 is connected to the second ends of the capacitors 45 and 46, and out of a predetermined frequency band among the frequency components of the electrical signal received from the TIA 81 via the capacitors 45 and 46. Attenuate components.

振幅検知回路41は、BPF42を通過した電気信号の振幅を検知し、検知した振幅の大きさを示す電圧Vf1をCPU12へ出力する。   The amplitude detection circuit 41 detects the amplitude of the electrical signal that has passed through the BPF 42, and outputs a voltage Vf1 indicating the magnitude of the detected amplitude to the CPU 12.

ここで、TIA81およびLIA82間の信号ラインから振幅検知回路43までの経路の長さは、当該経路がスタブとして機能する可能性があることから、できるだけ短くすることが好ましい。   Here, the length of the path from the signal line between the TIA 81 and the LIA 82 to the amplitude detection circuit 43 is preferably as short as possible because the path may function as a stub.

CPU12は、内蔵するA/Dコンバータによって電圧Vf1のデジタル値を取得する。このように、CPU12の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール102における部品点数を削減することができる。   The CPU 12 obtains a digital value of the voltage Vf1 using a built-in A / D converter. Thus, by using the built-in components of the CPU 12, the number of components in the optical communication module 102 can be reduced.

光通信モジュール102では、電圧Vrssiの代わりに、電圧Vf1を光信号Pinの強度の指標値として監視する。   In the optical communication module 102, the voltage Vf1 is monitored as an index value of the intensity of the optical signal Pin instead of the voltage Vrssi.

具体的には、BPF42の通過周波数帯域を、受光素子PDの出力電流に基づく電気信号である受光信号が増倍率Mの変化に対して略一定となる低周波たとえば100MHzに設定し、受光信号における100MHzの周波数成分の大きさを示す振幅検知回路41の出力電圧Vf1を、光信号Pinの強度の指標値とする。   Specifically, the pass frequency band of the BPF 42 is set to a low frequency, for example, 100 MHz, at which the received light signal, which is an electrical signal based on the output current of the light receiving element PD, becomes substantially constant with respect to the change in the multiplication factor M. The output voltage Vf1 of the amplitude detection circuit 41 indicating the magnitude of the frequency component of 100 MHz is used as an index value of the intensity of the optical signal Pin.

なお、BPF42の通過周波数帯域は、BPF42から受光信号が増倍率Mの変化に対して略一定となる周波数から多少前後した値を設定してもよい。   Note that the pass frequency band of the BPF 42 may be set to a value slightly around the frequency at which the light reception signal from the BPF 42 becomes substantially constant with respect to the change in the multiplication factor M.

また、BPF42の通過周波数帯域は、CPU12への出力信号の振幅が増倍率Mの変化に対して略一定となればよく、たとえばBPF42の代わりにLPFを用いてもよい。   Further, the pass frequency band of the BPF 42 only needs to be substantially constant with respect to the change in the multiplication factor M of the output signal to the CPU 12. For example, an LPF may be used instead of the BPF 42.

CPU12は、電圧Vf2に対する電圧Vf1の割合が所定値になるように逆バイアス電圧Vapdを調整する。上記所定値は、受光素子PDの増倍率Mの目標値に基づいて設定される。   The CPU 12 adjusts the reverse bias voltage Vapd so that the ratio of the voltage Vf1 to the voltage Vf2 becomes a predetermined value. The predetermined value is set based on the target value of the multiplication factor M of the light receiving element PD.

図17は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図17は、受光素子PDのバイアス電圧調整における、フィードバック制御の目標値の設定方法の一例を示している。   FIG. 17 is a flowchart showing a part of the procedure of the method for adjusting the bias voltage of the light receiving element in the optical communication module according to the second embodiment of the present invention. FIG. 17 shows an example of a method for setting a target value for feedback control in adjusting the bias voltage of the light receiving element PD.

図17を参照して、まず、受光素子PDへの光の強度を一定値とした状態、たとえば光通信モジュール102への光信号の平均強度を一定値とした状態において、CPU12は、受光素子PDの増倍率Mが目標値となるように、出力電流Ictrlを調整し、逆バイアス電圧Vapdを設定する(ステップS31)。   Referring to FIG. 17, first, in a state where the intensity of light to light receiving element PD is a constant value, for example, in a state where the average intensity of the optical signal to optical communication module 102 is a constant value, CPU 12 The output current Ictrl is adjusted and the reverse bias voltage Vapd is set so that the multiplication factor M becomes the target value (step S31).

次に、設定した逆バイアス電圧Vapdを受光素子PDに供給している状態において、CPU12は、電圧Vf1および電圧Vf2を測定する(ステップS32)。   Next, in a state where the set reverse bias voltage Vapd is supplied to the light receiving element PD, the CPU 12 measures the voltage Vf1 and the voltage Vf2 (step S32).

次に、CPU12は、電圧Vf2に対する電圧Vf1の割合の目標値を算出する。具体的には、CPU12は、Vf1/Vf2を算出する(ステップS33)。   Next, the CPU 12 calculates a target value of the ratio of the voltage Vf1 to the voltage Vf2. Specifically, the CPU 12 calculates Vf1 / Vf2 (step S33).

次に、CPU12は、算出した値を、光通信モジュール102の実動作におけるVf1/Vf2の目標値Bとして設定し、記憶する(ステップS34)。   Next, the CPU 12 sets and stores the calculated value as the target value B of Vf1 / Vf2 in the actual operation of the optical communication module 102 (step S34).

なお、CPU12は、受光素子PDの増倍率Mが目標値となる状態における電圧Vf1を測定する構成に限らず、たとえば受光素子PDの増倍率Mが1となる状態における電圧Vf1を測定し、上記のようにして測定した電圧Vf2に対する、電圧Vf1に増倍率Mの目標値を乗じた値の割合を目標値Bとする構成であってもよい。ただし、受光素子PDの増倍率Mが目標値となる状態における電圧Vf1を用いる構成は、電圧Vf2の測定条件と同じになる点から、後述する逆バイアス電圧Vapdの調整において好ましい。   The CPU 12 is not limited to the configuration that measures the voltage Vf1 in a state where the multiplication factor M of the light receiving element PD is a target value. For example, the CPU 12 measures the voltage Vf1 in a state where the multiplication factor M of the light receiving element PD is 1. The ratio of the value obtained by multiplying the voltage Vf1 by the target value of the multiplication factor M to the voltage Vf2 measured as described above may be the target value B. However, the configuration using the voltage Vf1 in a state where the multiplication factor M of the light receiving element PD is the target value is preferable in the adjustment of the reverse bias voltage Vapd described later from the point that the measurement conditions of the voltage Vf2 are the same.

また、光通信モジュール102を製造する際、目標値Bを、光通信モジュール102ごとに設定してもよいし、複数の光通信モジュール102について目標値Bを算出し、これらの平均値等を代表値として各光通信モジュール102に設定してもよい。   Further, when manufacturing the optical communication module 102, the target value B may be set for each optical communication module 102, or the target value B is calculated for a plurality of optical communication modules 102, and the average value thereof is represented. A value may be set for each optical communication module 102.

また、増倍率Mの目標値は、10等に固定する方法に限らず、光通信モジュール102ごとに、当該光通信モジュール102が受信する光信号Pinのビットエラーレートが最小になる増倍率Mを目標値としてもよい。   Further, the target value of the multiplication factor M is not limited to 10 or the like. For each optical communication module 102, the multiplication factor M that minimizes the bit error rate of the optical signal Pin received by the optical communication module 102 is set. It may be a target value.

図18は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図18は、実動作において受光素子PDの増倍率Mを目標値に収束させるための、受光素子PDへのバイアス電圧調整方法を示している。   FIG. 18 is a flowchart showing a part of the procedure of the bias voltage adjusting method for the light receiving element in the optical communication module according to the second embodiment of the present invention. FIG. 18 shows a method of adjusting the bias voltage to the light receiving element PD for converging the multiplication factor M of the light receiving element PD to the target value in actual operation.

図18を参照して、まず、CPU12は、光通信モジュール102の実動作、たとえば局側装置201から送信される下り光信号を光通信モジュール102が受信している状態において、電圧Vf1および電圧Vf2を測定する。この測定の間隔は、CPU12におけるサンプリング周期に相当する(ステップS41)。   Referring to FIG. 18, first, the CPU 12 performs the operation of the optical communication module 102, for example, the voltage Vf <b> 1 and the voltage Vf <b> 2 in a state where the optical communication module 102 receives a downstream optical signal transmitted from the station side device 201. Measure. This measurement interval corresponds to the sampling period in the CPU 12 (step S41).

次に、CPU12は、電圧Vf2に対する電圧Vf1の割合Vf1/Vf2を算出し、記憶している目標値Bとの比較を行なう(ステップS42)。   Next, the CPU 12 calculates the ratio Vf1 / Vf2 of the voltage Vf1 with respect to the voltage Vf2, and compares it with the stored target value B (step S42).

CPU12は、Vf1/Vf2が目標値Bより大きい場合(ステップS42でYES)、受光素子PDの増倍率Mが目標値より大きくなっていると判断し、逆バイアス電圧Vapdが小さくなるように電流Ictrlを調整する。たとえば、CPU12は、電流Ictrlを小さくすることにより、図8に示すNチャネルMOSFET24のスイッチング周波数を小さくして逆バイアス電圧Vapdを小さくする(ステップS43)。   When Vf1 / Vf2 is larger than the target value B (YES in step S42), the CPU 12 determines that the multiplication factor M of the light receiving element PD is larger than the target value, and the current Ictrl is set so that the reverse bias voltage Vapd becomes smaller. Adjust. For example, the CPU 12 reduces the reverse bias voltage Vapd by reducing the switching frequency of the N-channel MOSFET 24 shown in FIG. 8 by reducing the current Ictrl (step S43).

一方、CPU12は、Vf1/Vf2が目標値Bより小さい場合(ステップS42でNOかつステップS44でYES)、受光素子PDの増倍率Mが目標値より小さくなっていると判断し、逆バイアス電圧Vapdが大きくなるように電流Ictrlを調整する。たとえば、CPU12は、電流Ictrlを大きくすることにより、図8に示すNチャネルMOSFET24のスイッチング周波数を大きくして逆バイアス電圧Vapdを大きくする(ステップS45)。   On the other hand, when Vf1 / Vf2 is smaller than the target value B (NO in step S42 and YES in step S44), the CPU 12 determines that the multiplication factor M of the light receiving element PD is smaller than the target value, and reverse bias voltage Vapd. The current Ictrl is adjusted so as to increase. For example, by increasing the current Ictrl, the CPU 12 increases the switching frequency of the N-channel MOSFET 24 shown in FIG. 8 and increases the reverse bias voltage Vapd (step S45).

また、CPU12は、Vf1/Vf2が目標値Bと等しい場合(ステップS42でNOかつステップS44でNO)、受光素子PDの増倍率Mが目標値になっていると判断し、電流Ictrlを現状の値に維持する。   When Vf1 / Vf2 is equal to the target value B (NO in step S42 and NO in step S44), the CPU 12 determines that the multiplication factor M of the light receiving element PD is the target value, and sets the current Ictrl to the current value. Keep the value.

このように、CPU12は、受光素子PDの増倍率Mが目標値に近づくように、各電圧の測定、測定値を用いた演算および電流Ictrlの調整を繰り返す。   In this manner, the CPU 12 repeats the measurement of each voltage, the calculation using the measurement value, and the adjustment of the current Ictrl so that the multiplication factor M of the light receiving element PD approaches the target value.

なお、CPU12は、電流Ictrlの制御幅を変えてもよい。具体的には、たとえば、CPU12は、Vf1/Vf2と目標値Bとの差が大きい場合に電流Ictrlの変更幅を大きくし、Vf1/Vf2と目標値Bとの差が小さい場合に電流Ictrlの変更幅を小さくする。   Note that the CPU 12 may change the control width of the current Ictrl. Specifically, for example, the CPU 12 increases the change range of the current Ictrl when the difference between Vf1 / Vf2 and the target value B is large, and increases the current Ictrl when the difference between Vf1 / Vf2 and the target value B is small. Reduce the change width.

また、受光信号における一部の周波数成分が比較基準として作成される構成に限らず、受光信号のすべての周波数成分が比較基準として作成される構成であってもよい。   Further, the configuration is not limited to a configuration in which some frequency components in the light reception signal are created as a comparison reference, and a configuration in which all frequency components in the light reception signal are created as a comparison reference may be used.

図19は、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールの変形例におけるバイアス制御部の構成を示す図である。   FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of a bias control unit in a modification of the optical communication module according to the second embodiment of the present invention.

図19を参照して、光通信モジュール102の変形例における受信部152は、図16に示す構成と比べて、基準作成部51および対象作成部52の代わりにFFT処理部(基準作成部および対象作成部)53を含む。   Referring to FIG. 19, the receiving unit 152 in the modification of the optical communication module 102 is different from the configuration shown in FIG. 16 in that an FFT processing unit (a reference creating unit and a target creating unit 52 instead of the reference creating unit 51 and the target creating unit 52). Creating section) 53.

FFT処理部53は、TIA81からキャパシタ45,46経由で受けた電気信号に対してFFT演算を行なうことにより、当該電気信号の周波数スペクトラムを取得し、当該周波数スペクトラムからたとえば当該電気信号の4GHzにおける周波数成分の大きさを測定し、測定結果を示す電圧Vf2をCPU12へ出力する。また、FFT処理部53は、上記周波数スペクトラムからたとえば上記電気信号の100MHzにおける周波数成分の大きさを測定し、測定結果を示す電圧Vf1をCPU12へ出力する。   The FFT processing unit 53 obtains a frequency spectrum of the electric signal by performing an FFT operation on the electric signal received from the TIA 81 via the capacitors 45 and 46, and obtains, for example, a frequency at 4 GHz of the electric signal from the frequency spectrum. The component size is measured, and a voltage Vf2 indicating the measurement result is output to the CPU 12. Further, the FFT processing unit 53 measures the magnitude of the frequency component at 100 MHz of the electrical signal, for example, from the frequency spectrum, and outputs a voltage Vf1 indicating the measurement result to the CPU 12.

なお、FFT処理部53がTIA81からの電気信号の100MHzにおける周波数成分を光信号Pinの強度の指標値として監視する構成に限らず、上記周波数スペクトラムから当該電気信号のすべての周波数成分の大きさを測定して上記指標値としてもよいし、パーセバルの定理に従い、TIA81からの電気信号のレベルを時間領域で積分処理する等により、時間領域において当該電気信号のすべての周波数成分の大きさを測定して上記指標値としてもよい。   The FFT processing unit 53 is not limited to the configuration in which the frequency component at 100 MHz of the electrical signal from the TIA 81 is monitored as an index value of the intensity of the optical signal Pin, but the magnitude of all the frequency components of the electrical signal from the frequency spectrum is determined. The above index value may be measured and the magnitude of all frequency components of the electrical signal in the time domain may be measured in the time domain by, for example, integrating the level of the electrical signal from the TIA 81 in the time domain according to Parseval's theorem. The index value may be used.

また、この変形例は、本発明の第1の実施の形態に係る光通信モジュールに適用することも可能である。この場合、FFT処理部53が電圧Vf1を出力する代わりに、電圧Vrssiが用いられる。   Moreover, this modification can also be applied to the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. In this case, the voltage Vrssi is used instead of the FFT processing unit 53 outputting the voltage Vf1.

以上のように、本発明の第2の実施の形態に係る光通信モジュールでは、基準作成部51は、受光信号の周波数成分が受光素子PDの増倍率Mの変化に対して略一定となる領域における受光信号の周波数成分を比較基準として作成する。あるいは、FFT処理部53は、受光信号のすべての周波数成分を比較基準として作成する。   As described above, in the optical communication module according to the second embodiment of the present invention, the reference creating unit 51 is a region where the frequency component of the light reception signal is substantially constant with respect to the change in the multiplication factor M of the light receiving element PD. The frequency component of the received light signal is created as a reference for comparison. Alternatively, the FFT processing unit 53 creates all frequency components of the received light signal as a comparison reference.

このような構成により、上記2つの成分のうちのいずれかを比較基準として、比較結果として適切な値を算出することができる。   With such a configuration, an appropriate value can be calculated as a comparison result using either one of the two components as a comparison reference.

その他の構成および動作は第1の実施の形態に係る光通信モジュールと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。   Since other configurations and operations are the same as those of the optical communication module according to the first embodiment, detailed description thereof will not be repeated here.

なお、上記各実施の形態における図4および図16において、BPF42およびBPF44の少なくともいずれか一方が、キャパシタ45,46の第1端に接続され、TIA81からキャパシタ45,46を経由せずに受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる構成であってもよい。また、第2の実施の形態における図19において、FFT処理部53が、キャパシタ45,46の第1端に接続され、TIA81からキャパシタ45,46を経由せずに受けた電気信号に対してFFT演算を行なう構成であってもよい。   In FIGS. 4 and 16 in the above embodiments, at least one of BPF 42 and BPF 44 is connected to the first end of capacitors 45 and 46 and received from TIA 81 without passing through capacitors 45 and 46. A configuration in which a component outside a predetermined frequency band is attenuated among the frequency components of the electric signal may be employed. Further, in FIG. 19 in the second embodiment, the FFT processing unit 53 is connected to the first ends of the capacitors 45 and 46, and performs FFT on the electric signal received from the TIA 81 without passing through the capacitors 45 and 46. The structure which performs a calculation may be sufficient.

また、LIA82は、入力信号の電圧レベルが低い場合には電圧レベルを制限することなく出力することから、光通信モジュール101または102においてTIA81の出力電圧レベルが低い場合、BPF42およびBPF44の少なくともいずれか一方が、LIA82の出力端に接続され、LIA82から受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる構成であってもよい。   Further, since the LIA 82 outputs the voltage level without restriction when the voltage level of the input signal is low, when the output voltage level of the TIA 81 is low in the optical communication module 101 or 102, at least one of the BPF 42 and the BPF 44 One of the components may be connected to the output terminal of the LIA 82 and attenuate a component outside a predetermined frequency band among the frequency components of the electrical signal received from the LIA 82.

また、BPF42およびBPF44の少なくともいずれか一方が、TIA81またはLIA82からの差動信号のいずれか一方の信号のみを受ける構成であってもよい。   Further, at least one of the BPF 42 and the BPF 44 may be configured to receive only one of the differential signals from the TIA 81 or the LIA 82.

また、BPF42およびBPF44の少なくともいずれか一方が、通過周波数帯域を設定変更可能な構成であってもよい。これにより、GB積の異なる受光素子を用いる場合でも、BPFの交換が不要となる。   Further, at least one of the BPF 42 and the BPF 44 may be configured to change the setting of the pass frequency band. This eliminates the need to replace the BPF even when using light receiving elements having different GB products.

また、上記各実施の形態では、光通信モジュール101を備えるONU202を例示したが、本発明は、光通信装置に広く適用可能である。また、本発明は、連続的な信号を受信する光通信装置に用いると好適である。特に、製造の際は同じ仕様に従って多数製造され、実使用の際は設置場所の環境に応じて個々に受光素子の増倍率が異なることとなる、PONシステムにおける宅側装置に用いるとより効果的である。   In each of the above embodiments, the ONU 202 including the optical communication module 101 has been exemplified. However, the present invention is widely applicable to optical communication apparatuses. Moreover, the present invention is suitable for use in an optical communication apparatus that receives continuous signals. In particular, it is more effective when used in a home-side device in a PON system, in which many are manufactured according to the same specifications at the time of manufacture, and in actual use, the multiplication factor of the light receiving element will be different depending on the environment of the installation location. It is.

また、本発明は、バースト信号を受信する通信装置に用いることも可能である。この場合、たとえば、CPU12は、バースト信号の受信期間において電圧Vf2等による増倍率Mのフィードバック制御を有効とし、当該受信期間以外において当該フィードバック制御を無効とする。   The present invention can also be used in a communication device that receives a burst signal. In this case, for example, the CPU 12 validates the feedback control of the multiplication factor M by the voltage Vf2 or the like during the burst signal reception period, and invalidates the feedback control outside the reception period.

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。   The above description includes the following features.

[付記1]
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備え、
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
PONシステムにおいて用いられる、光通信モジュール。
[Appendix 1]
A light receiving element that outputs a current according to the intensity of the received optical signal and can change the multiplication factor;
A reference creation unit for creating a comparison reference from an electrical signal based on an output current of the light receiving element;
A target creation unit for creating a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the electrical signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor of the light receiving element;
An operation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target;
An adjustment unit for adjusting a multiplication factor of the light receiving element based on a comparison result by the calculation unit;
The light receiving element is an avalanche photodiode;
An optical communication module used in a PON system.

[付記2]
他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備え、
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
PONシステムにおいて用いられる、光通信装置。
[Appendix 2]
An optical communication device for transmitting / receiving an optical signal to / from another optical communication device,
A light receiving element that outputs a current according to the intensity of the received optical signal and can change the multiplication factor;
A reference creation unit for creating a comparison reference from an electrical signal based on an output current of the light receiving element;
A target creation unit for creating a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the electrical signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor of the light receiving element;
An operation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target;
An adjustment unit for adjusting a multiplication factor of the light receiving element based on a comparison result by the calculation unit;
The light receiving element is an avalanche photodiode;
An optical communication device used in a PON system.

[付記3]
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、
比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含み、
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
PONシステムにおいて用いられる、光通信方法。
[Appendix 3]
An optical communication method in an optical communication module that outputs a current according to the intensity of a received optical signal and includes a light receiving element capable of changing a multiplication factor,
Creating a comparison reference from an electrical signal based on the output current of the light receiving element;
Creating a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the electrical signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor of the light receiving element;
Relatively comparing the size of the comparison reference with the size of the comparison target;
Adjusting the multiplication factor of the light receiving element based on the comparison result,
The light receiving element is an avalanche photodiode;
An optical communication method used in a PON system.

11 DC/DCコンバータ(基準作成部)
12 CPU(演算部および調整部)
14,15,28〜30 抵抗
21 差動アンプ
22 コンパレータ
23 PWM制御回路
24 NチャネルMOSFET
25 インダクタ
26 ショットキーダイオード
27 カレントミラー回路
31〜34 キャパシタ
35 フィルタ回路
36 フィードバック制限部
41,43 振幅検知回路
42,44 BPF
45,46 キャパシタ
51 基準作成部
52 対象作成部
53 FFT処理部(基準作成部および対象作成部)
81 TIA
82 LIA
73,83 バイアス制御部
85 出力バッファ
86 プリアンプ
87 出力バッファ回路(変調電流供給回路)
88 バイアス電流供給回路
89 発光回路
92 PON受信処理部
93 バッファメモリ
94 UN送信処理部
95 UNIポート
96 UN受信処理部
97 バッファメモリ
98 PON送信処理部
99 制御部
101,102 光通信モジュール
151 バースト送信部
152 受信部
201 局側装置
202A,202B,202C ONU
301 PONシステム
SP スプリッタ
OPTF 光ファイバ
LD 発光素子
L1,L2 インダクタ
PD 受光素子
11 DC / DC converter (reference creation part)
12 CPU (calculation unit and adjustment unit)
14, 15, 28-30 Resistor 21 Differential amplifier 22 Comparator 23 PWM control circuit 24 N-channel MOSFET
25 Inductor 26 Schottky Diode 27 Current Mirror Circuit 31-34 Capacitor 35 Filter Circuit 36 Feedback Limiting Unit 41, 43 Amplitude Detection Circuit 42, 44 BPF
45, 46 Capacitor 51 Reference creation unit 52 Target creation unit 53 FFT processing unit (reference creation unit and target creation unit)
81 TIA
82 LIA
73, 83 Bias control unit 85 Output buffer 86 Preamplifier 87 Output buffer circuit (modulation current supply circuit)
88 Bias current supply circuit 89 Light emission circuit 92 PON reception processing unit 93 Buffer memory 94 UN transmission processing unit 95 UNI port 96 UN reception processing unit 97 Buffer memory 98 PON transmission processing unit 99 Control unit 101, 102 Optical communication module 151 Burst transmission unit 152 Receiver 201 Station side device 202A, 202B, 202C ONU
301 PON system SP splitter OPTF optical fiber LD light emitting element L1, L2 inductor PD light receiving element

Claims (6)

受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える、光通信モジュール。
A light receiving element that outputs a current according to the intensity of the received optical signal and can change the multiplication factor;
A reference creation unit for creating a comparison reference from an electrical signal based on an output current of the light receiving element;
A target creation unit for creating a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the electrical signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor of the light receiving element;
An operation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target;
An optical communication module comprising: an adjustment unit that adjusts a multiplication factor of the light receiving element based on a comparison result by the arithmetic unit.
前記比較基準は、
前記電気信号の周波数成分が前記受光素子の増倍率の変化に対して略一定となる領域における前記電気信号の周波数成分、
前記電気信号の直流成分、または、
前記電気信号のすべての周波数成分、である、請求項1に記載の光通信モジュール。
The comparison criteria are:
The frequency component of the electrical signal in a region where the frequency component of the electrical signal is substantially constant with respect to a change in the multiplication factor of the light receiving element,
DC component of the electrical signal, or
The optical communication module according to claim 1, wherein all frequency components of the electrical signal are present.
前記調整部は、前記比較結果が所定値になるように前記増倍率を調整し、
前記所定値は、前記受光素子の増倍率の目標値に基づいて設定される、請求項1または請求項2に記載の光通信モジュール。
The adjustment unit adjusts the multiplication factor so that the comparison result becomes a predetermined value,
The optical communication module according to claim 1, wherein the predetermined value is set based on a target value of a multiplication factor of the light receiving element.
前記光通信モジュールは、さらに、
前記調整部による前記増倍率の調整を制限する制限部を備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光通信モジュール。
The optical communication module further includes:
The optical communication module according to claim 1, further comprising a limiting unit that limits the adjustment of the multiplication factor by the adjusting unit.
他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える、光通信装置。
An optical communication device for transmitting / receiving an optical signal to / from another optical communication device,
A light receiving element that outputs a current according to the intensity of the received optical signal and can change the multiplication factor;
A reference creation unit for creating a comparison reference from an electrical signal based on an output current of the light receiving element;
A target creation unit for creating a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the electrical signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor of the light receiving element;
An operation unit that relatively compares the size of the comparison reference and the size of the comparison target;
An optical communication device comprising: an adjustment unit that adjusts a multiplication factor of the light receiving element based on a comparison result by the arithmetic unit.
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、
比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含む、光通信方法。
An optical communication method in an optical communication module that outputs a current according to the intensity of a received optical signal and includes a light receiving element capable of changing a multiplication factor,
Creating a comparison reference from an electrical signal based on the output current of the light receiving element;
Creating a comparison target that includes more frequency components of the electrical signal than the comparison reference in a region where the cutoff frequency of the electrical signal is approximately inversely proportional to the multiplication factor of the light receiving element;
Relatively comparing the size of the comparison reference with the size of the comparison target;
Adjusting the multiplication factor of the light receiving element based on the comparison result.
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