JP2016012856A - 光受信回路、光トランシーバ、および受信出力波形のクロスポイント制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな光入力が入力された場合であっても受信出力波形のクロスポイントを所望の範囲内にすることが可能な光受信回路、光トランシーバ、および受信出力波形のクロスポイント制御方法を提供する。
【解決手段】モニタ部８からトランスインピーダンスアンプ５に入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整するようにオフセット調整部９を制御するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光受信回路、光トランシーバ、および受信出力波形のクロスポイント制御方法に関するものである。

光トランシーバ等に備えられる光受信回路として、入力された光信号を電気信号に変換するＰＤ（フォトダイオード）などの光電変換素子と、光電変換素子から入力された電流に応じた電圧を出力するトランスインピーダンスアンプ処理部（以下、ＴＩＡ処理部という）と、を備えた光受信回路が知られている。

一般に、トランスインピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡ）と呼称する際には、電流電圧変換器のみを指す場合と、電流電圧変換器と増幅器等の周辺回路全体を指す場合があるが、本明細書では、電流電圧変換器のみをＴＩＡと呼称し、電流電圧変換器と増幅器等の周辺回路全体をＴＩＡ処理部と呼称する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特開２０１３−１１５５６２号公報

ところで、光受信回路に用いられるＴＩＡ処理部では、良好な受信感度を達成するため、高いトランスインピーダンス、すなわち大きな利得に設定される。

そのため、従来の光受信回路では、受信感度よりもはるかに大きな光入力が入力された場合に、受信出力波形が飽和し、歪むため、受信出力波形のクロスポイントが５０％から大きく逸脱してしまうという問題がある。

より詳細には、ＴＩＡは差動信号を出力するが、大きな光入力が入力された場合、差動信号対のオフセット差が大きくなり、差動信号に歪みが生じて、受信出力波形のクロスポイントが５０％から大きくずれてしまう。なお、クロスポイントとは、デジタルデータのアイパターンにおける交差ポイントの位置（デジタルデータの１を１００％、０を０％としたときの相対的な位置）を表す値である。

なお、ＴＩＡ処理部として、オートマチックゲインコントロール（ＡＧＣ）と呼ばれる機能、すなわち大入力時にＴＩＡ処理部における利得を下げ、受信出力波形の飽和を抑えオーバーロードを改善する機能を有するものも知られている。しかし、このＡＧＣが機能する光入力範囲は限られており、ＡＧＣが機能する光入力範囲が小さい場合、あるいはＡＧＣ機能を有さないＴＩＡ処理部を用いる場合については、受信出力波形のクロスポイントを所望の範囲内に抑えることは困難である。

また、光トランシーバを挿入するイーサネットスイッチ等の機器に搭載されるシリアライザデシリアライザ（ＳｅｒＤｅｒ）には、クロスポイントを補正する機能を有するものもあるが、そのような機能を有さないものもある。よって、機器側でクロスポイントを補正する機能を有さない場合であっても不具合が生じないように、光受信回路にて、受信出力波形のクロスポイントを所望の範囲内に制御することが望まれる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、大きな光入力が入力された場合であっても受信出力波形のクロスポイントを所望の範囲内にすることが可能な光受信回路、光トランシーバ、および受信出力波形のクロスポイント制御方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、入力された光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧を出力するトランスインピーダンスアンプ処理部と、前記トランスインピーダンスアンプ処理部を制御する制御部と、を備え、前記トランスインピーダンスアンプ処理部は、前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧の出力信号を生成するトランスインピーダンスアンプと、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号を増幅する増幅器と、前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流をモニタするためのモニタ部と、前記トランスインピーダンスアンプと前記増幅器との間に設けられ、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号のオフセットレベルを調整して前記増幅器に出力するオフセット調整部と、を備え、前記制御部は、前記モニタ部から前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整するように前記オフセット調整部を制御する光受信回路である。

前記制御部は、前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流値に対し、前記トランスインピーダンスアンプ処理部から出力される信号のクロスポイントが所定の範囲内となるオフセットレベルの関係を予め記憶しておき、当該関係に基づき前記オフセット調整部を制御してもよい。

前記モニタ部が、前記トランスインピーダンスアンプ処理部に搭載されたレシーブドシグナルストレングスインジケータであってもよい。

また、本発明は、本発明の光受信回路を備えた光トランシーバである。

また、本発明は、入力された光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧を出力するトランスインピーダンスアンプ処理部と、前記トランスインピーダンスアンプ処理部を制御する制御部と、を備え、前記トランスインピーダンスアンプ処理部は、前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧の出力信号を生成するトランスインピーダンスアンプと、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号を増幅する増幅器と、前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流をモニタするためのモニタ部と、前記トランスインピーダンスアンプと前記増幅器との間に設けられ、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号のオフセットレベルを調整して前記増幅器に出力するオフセット調整部と、を備えた光受信回路の受信出力波形のクロスポイント制御方法であって、前記制御部にて、前記モニタ部から前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整するように前記オフセット調整部を制御する受信出力波形のクロスポイント制御方法である。

本発明によれば、大きな光入力が入力された場合であっても受信出力波形のクロスポイントを所望の範囲内にすることが可能な光受信回路、光トランシーバ、および受信出力波形のクロスポイント制御方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る光受信回路の概略構成図である。 本発明において測定されるＲＳＳＩレベルとクロスポイントの関係の一例を示すグラフ図である。 本発明において、ＲＳＳＩレベルに対するクロスポイントが５０％となるオフセットレベルの関係の一例を示すグラフ図である。 本発明において、オフセット調整後のＲＳＳＩレベルとクロスポイントの関係の一例を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施形態に係る光受信回路の概略構成図である。

図１に示すように、光受信回路１は、入力された光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてのＰＤ（フォトダイオード）２と、ＰＤ２から入力された電流に応じた電圧を出力するトランスインピーダンスアンプ処理部（以下、ＴＩＡ処理部という）３と、ＴＩＡ処理部３を制御する制御部としてのＭＣＵ（マイクロコントローラ）４と、を備えている。

ＴＩＡ処理部３は、ＰＤ２から入力された電流に応じた電圧の出力信号を生成する電流電圧変換器であるトランスインピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡという）５と、ＴＩＡ５の出力信号を増幅する増幅器（アンプ）６と、増幅器６の後段に設けられたリミッティングアンプ７と、を備えている。なお、ここではＴＩＡ処理部３がリミッティングアンプ７を含んでいる場合を示しているが、これに限らず、ＴＩＡ処理部３がリミッティングアンプ７を含まず、ＴＩＡ処理部３の後段にリミッティングアンプ７を別途設けるようにしてもよい。

本実施形態では、ＴＩＡ処理部３として、さらに、ＴＩＡ５に入力される電流をモニタするためのモニタ部８と、ＴＩＡ５と増幅器６との間に設けられ、ＴＩＡ５の出力信号のオフセットレベル（ＤＣオフセットレベル）を調整して増幅器６に出力するオフセット調整部９と、を備えたものを用いる。

モニタ部８としては、ＴＩＡ処理部３に搭載されたレシーブドシグナルストレングスインジケータ（ＲＳＳＩ）を用いるとよい。

図１では図を簡略化しているが、ＴＩＡ５の出力は差動信号となっており、増幅器６やリミッティングアンプ７としては差動増幅器が用いられている。オフセット調整部９は、差動信号のオフセットレベルの差が０となるようにオフセットレベルを調整するように構成されており、かつ、外部（ここではＭＣＵ４）からの制御により任意にオフセットレベルを調整できるように構成されている。

さて、本実施形態に係る光受信回路１では、制御部であるＭＣＵ４は、モニタ部８からＴＩＡ５に入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整するようにオフセット調整部９を制御する。ＭＣＵ４は、オフセット調整部９に制御信号（例えばＩ２Ｃ方式の制御信号）を出力し、ＴＩＡ処理部３内のマイクロコントローラ（図示せず）のレジスタにオフセットレベルを書き込むことにより、オフセットレベルを調整する。

ＭＣＵ４は、ＴＩＡ５に入力される電流値（モニタ部８でモニタした値、以下ＲＳＳＩレベルという）に対し、ＴＩＡ処理部３から出力される信号のクロスポイントが所定の範囲内となるオフセットレベルの関係を予め記憶しておき、当該関係に基づきオフセット調整部９を制御するように構成される。

具体的には、まず、ＰＤ２への光入力を変化させて、ＲＳＳＩレベルに対するクロスポイントの変化を測定しておく。ここで測定されるＲＳＳＩレベルとクロスポイントの関係の一例を図２に示す。図２に示すように、ＲＳＳＩレベルが小さい（光入力が小さい）ときにはクロスポイントは約５０％となっているが、ＲＳＳＩレベルが大きくなる（光入力が大きくなる）と、クロスポイントが５０％から逸脱する。なお、ここでは、クロスポイントが４５％以上５５％以下の範囲内（図示破線で挟まれた範囲内）となるように制御を行う場合を説明するが、ＲＳＳＩレベルが大きくなる（光入力が大きくなる）と、クロスポイントがこの範囲内からも逸脱していることが分かる。

次に、図２の関係を基に、ＲＳＳＩレベル毎に、クロスポイントが５０％となるオフセットレベルを演算により求める。ＲＳＳＩレベルに対するクロスポイントが５０％となるオフセットレベルの関係の一例を図３に破線で示す。

図３に破線で示した関係をそのままＭＣＵ４に記憶させてもよいが、その場合記憶させるデータ容量が大きくなってしまうので、本実施形態では、図３にａ〜ｄで示す４点のみの関係をＭＣＵ４に記憶させ、４点間は線形補完することとした。なお、ａ点以下のＲＳＳＩレベルではオフセットレベルを０とし（つまりオフセットの調整を行なわず）、ｄ点以上のＲＳＳＩレベルではオフセットレベルをｄ点と等しい一定の値とした。つまり、ＭＣＵ４は、図３に実線で示した関係となるように、オフセット調整部９を制御しオフセットレベルを調整することになる。なお、記憶させるデータの形式、およびデータ間の補完方法はこれに限定されるものではない。

オフセットレベルの調整を行わないときに図２の関係が得られている場合において、図３の関係を用いてオフセットレベルの調整を行ったときのＲＳＳＩレベルに対するクロスポイントの測定結果を図４に示す。図４に示すように、ＲＳＳＩレベルの大小にかかわらずクロスポイントが４５％以上５５％以下の範囲内と所望の範囲内になっていることが分かる。

また、ＭＣＵ４に記憶させるデータ、すなわちＲＳＳＩレベルに対するオフセットレベルの補正値の関係については、光受信回路１毎に求めて記憶させるようにしてもよいし、ＴＩＡ処理部３の特性のばらつきが小さい場合には、複数の光受信回路１に共通の関係を記憶させるようにしてもよい。

本実施形態に係る光トランシーバは、本実施形態に係る光受信回路１と、光送信回路とを備えたものである。

以上説明したように、本実施形態に係る光受信回路１では、モニタ部８からＴＩＡ５に入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整するようにオフセット調整部９を制御している。

これにより、大きな光入力が入力された場合であっても、受信出力波形の飽和を抑制し、受信出力波形のクロスポイントを所望の範囲内に維持することが可能になる。よって、ＴＩＡ処理部３にオートマチックゲインコントロール（ＡＧＣ）の機能が無い場合や、接続先の機器のＳｅｒＤｅｓでクロスポイント補正機能が無い場合であっても、クロスポイントのずれに起因する不具合を抑制することが可能になる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、本実施形態では、モニタ部８からＴＩＡ５に入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整したが、モニタ部８からＴＩＡ５に入力される電流値はＰＤ２への光入力に比例するため、前述の表現は、光入力に応じてオフセットレベルを調整する、と換言することもできる。

１ 光受信回路
２ ＰＤ（光電変換素子）
３ ＴＩＡ処理部（トランスインピーダンスアンプ処理部）
４ ＭＣＵ（制御部）
５ ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）
６ 増幅器
８ モニタ部
９ オフセット調整部

Claims (5)

1. 入力された光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、
   前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧を出力するトランスインピーダンスアンプ処理部と、
   前記トランスインピーダンスアンプ処理部を制御する制御部と、を備え、
   前記トランスインピーダンスアンプ処理部は、
   前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧の出力信号を生成するトランスインピーダンスアンプと、
   前記トランスインピーダンスアンプの出力信号を増幅する増幅器と、
   前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流をモニタするためのモニタ部と、
   前記トランスインピーダンスアンプと前記増幅器との間に設けられ、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号のオフセットレベルを調整して前記増幅器に出力するオフセット調整部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記モニタ部から前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整するように前記オフセット調整部を制御する
   ことを特徴とする光受信回路。
2. 前記制御部は、前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流値に対し、前記トランスインピーダンスアンプ処理部から出力される信号のクロスポイントが所定の範囲内となるオフセットレベルの関係を予め記憶しておき、当該関係に基づき前記オフセット調整部を制御する
   請求項１記載の光受信回路。
3. 前記モニタ部が、前記トランスインピーダンスアンプ処理部に搭載されたレシーブドシグナルストレングスインジケータである
   請求項１または２記載の光受信回路。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の光受信回路を備えた
   ことを特徴とする光トランシーバ。
5. 入力された光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、
   前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧を出力するトランスインピーダンスアンプ処理部と、
   前記トランスインピーダンスアンプ処理部を制御する制御部と、を備え、
   前記トランスインピーダンスアンプ処理部は、
   前記光電変換素子から入力された電流に応じた電圧の出力信号を生成するトランスインピーダンスアンプと、
   前記トランスインピーダンスアンプの出力信号を増幅する増幅器と、
   前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流をモニタするためのモニタ部と、
   前記トランスインピーダンスアンプと前記増幅器との間に設けられ、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号のオフセットレベルを調整して前記増幅器に出力するオフセット調整部と、
   を備えた光受信回路の受信出力波形のクロスポイント制御方法であって、
   前記制御部にて、前記モニタ部から前記トランスインピーダンスアンプに入力される電流値を取得し、当該取得した電流値に応じてオフセットレベルを調整するように前記オフセット調整部を制御する
   ことを特徴とする受信出力波形のクロスポイント制御方法。