JP2674110B2 - Temperature compensation circuit for avalanche photodiode bias circuit - Google Patents
Temperature compensation circuit for avalanche photodiode bias circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信に係り、特にアバランシエホトダイオ
ードを受光素子とした光受信回路中のアバランシエホト
ダイオードのバイアス回路の温度補償回路に関するもの
である。The present invention relates to optical communication, and more particularly to a temperature compensation circuit for a bias circuit of an avalanche photodiode in an optical receiving circuit using an avalanche photodiode as a light receiving element. .
光デイジタル通信においては、受信した光信号をアバ
ランシエホトダイオードなどで電気信号に変換し、増幅
回路で増幅した後、識別回路で識別して信号を再生して
いる。In optical digital communication, a received optical signal is converted into an electric signal by an avalanche photodiode, amplified by an amplifier circuit, and then discriminated by a discriminating circuit to regenerate the signal.
そして、従来、識別回路への入力信号の振幅を一定に
するために、受信した信号の大きさに応じて増幅回路の
利得やアバランシエホトダイオードの増倍率を制御する
方式が一般的であつた。Conventionally, in order to make the amplitude of the input signal to the identification circuit constant, a general method is to control the gain of the amplifier circuit or the multiplication factor of the avalanche photodiode according to the magnitude of the received signal.
すなわち、増幅回路の出力振幅の変動を検出して負帰
還をかけて増幅回路の利得およびアバランシエホトダイ
オードの増倍率を制御していた。That is, a change in the output amplitude of the amplifier circuit is detected and a negative feedback is applied to control the gain of the amplifier circuit and the multiplication factor of the avalanche photodiode.
これに対し、アバランシエホトダイオードに流れる電
流を検出して、アバランシエホトダイオードにかかる逆
バイアス電圧を制御して増倍率を変え、アバランシエホ
トダイオードに流れる電流を一定にすることにより増幅
回路の出力振幅を一定にする方法が考えられた。そし
て、この方法により増幅回路の出力から直流電圧変換回
路への帰還回路が不要になり、回路が簡単化されるとい
う利点がある。また、増幅回路の代わりにコンパレータ
などのようなリミツタ回路を用いれば増幅回路の利得を
制御する帰還回路も不要になつてさらに簡単化されしか
もダイナミツクレンジも増幅回路の利得やアバランシエ
ホトダイオードの増倍率を制御する方法に比べて同程度
の値が得られる。On the other hand, by detecting the current flowing through the avalanche photodiode, the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode is controlled to change the multiplication factor, and the current flowing through the avalanche photodiode is made constant so that the output amplitude of the amplifier circuit is adjusted. A method to make it constant was considered. Further, this method has an advantage that a feedback circuit from the output of the amplifier circuit to the DC voltage conversion circuit is unnecessary and the circuit is simplified. In addition, if a limiter circuit such as a comparator is used instead of the amplifier circuit, the feedback circuit for controlling the gain of the amplifier circuit becomes unnecessary, and the dynamic range is further simplified.In addition, the gain of the amplifier circuit and the avalanche photodiode are increased. Similar values are obtained as compared with the method of controlling the magnification.
上述したアバランシエホトダイオードに流れる電流を
検出して、その電流が一定になるように制御する回路
は、受光素子としてゲルマニウム−アバランシエホトダ
イオードを使用した場合、以下に述べるような不都合が
生じる。The above-described circuit that detects the current flowing through the avalanche photodiode and controls the current to be constant has the following inconvenience when the germanium-avalanche photodiode is used as the light receiving element.
すなわち、光の長波長（波長1.0〜1.3.μｍ）用の受
光素子として使われるゲルマニウム−アバランシエホト
ダイオードは、短波長（波長0.7μｍ〜0.8μｍ）用の受
光素子として使われるシリコン−アバランシエホトダイ
オードに比べて暗電流（光の強さに関係なく流れる電流
で雑音源となる）が大きくしかも温度上昇に対し指数関
係的に増加するという特徴がある。したがつてゲルマニ
ウム−アバランシエホトダイオードに流れる全電流は、
光信号が電流信号に変換された光信号成分の電流と上記
暗電流の和で表わされる。That is, a germanium-avalanche photodiode used as a light-receiving element for long wavelength light (wavelength 1.0 to 1.3.μm) is a silicon-avalanche photodiode used as a light-receiving element for short wavelength (wavelength 0.7 μm to 0.8 μm). Compared with, dark current (current flowing regardless of light intensity becomes a noise source) is large, and has the characteristic that it increases exponentially with respect to temperature rise. Therefore, the total current flowing through the germanium-avalanche photodiode is
It is represented by the sum of the current of the optical signal component obtained by converting the optical signal into a current signal and the dark current.
したがつて、上述の方法でゲルマニウム−アバランシ
エホトダイオードに流れる電流を安定化した場合、温度
上昇にともなつて暗電流が増加するため光信号成分の電
流が小さくなるように制御がかかる。すなわち、温度が
上昇すれば光信号成分の電流が減少するという課題があ
つた。Therefore, when the current flowing through the germanium-avalanche photodiode is stabilized by the above-described method, the dark current increases as the temperature rises, and therefore control is performed so that the current of the optical signal component becomes small. That is, there is a problem that the current of the optical signal component decreases as the temperature rises.
そして、上述の寸法において、温度変化によらず、ゲ
ルマニウム−アバランシエホトダイオードに流れる信号
成分の電流を一定にするには、ゲルマニウム−アバラン
シエホトダイオードに流れる全電流を暗電流の変化分だ
け増加させるように制御を加えてやればよい。Then, in the above dimensions, in order to make the current of the signal component flowing through the germanium-avalanche photodiode constant regardless of the temperature change, the total current flowing through the germanium-avalanche photodiode should be increased by the change amount of the dark current. You just need to add control to.
本発明のアバランシエホトダイオードのバイアス回路
の温度補償回路は、光信号が入力されない状態で上記直
流電圧変換回路によって逆バイアス電圧が印加されてい
る第２のアバランシェホトダイオードと、一方の端子が
接地されかつ他方の端子が上記第２のアバランシェホト
ダイオードのアノード側に接続されるとともに上記第１
の抵抗の半分の抵抗値を持つ第２の抵抗によって構成さ
れ、この第２のアバランシェホトダイオードに流れる電
流を検出する第２の電流検出回路と、非反転入力端子に
この第２の電流検出回路の出力が接続され、反転入力端
子に基準電圧源が接続され、出力端子が上記第１の増幅
回路の第２の入力端子に接続された演算増幅回路と、上
記出力端子と上記反転入力端子とが第３の抵抗を介して
接続され、上記反転入力端子と上記基準電圧源とが第３
の抵抗と等しい抵抗値の第４の抵抗を介して接続された
第２の増幅回路から構成されるものである。The temperature compensating circuit for the bias circuit of the avalanche photodiode of the present invention includes a second avalanche photodiode to which a reverse bias voltage is applied by the DC voltage converting circuit in the state where no optical signal is input, and one terminal of which is grounded and The other terminal is connected to the anode side of the second avalanche photodiode and the first terminal
A second resistor having a resistance value that is half the resistance of the second avalanche photodiode, and a second current detecting circuit for detecting the current flowing in the second avalanche photodiode, and a non-inverting input terminal of the second current detecting circuit. An operational amplifier circuit having an output connected to it, a reference voltage source connected to the inverting input terminal, and an output terminal connected to the second input terminal of the first amplifier circuit; and the output terminal and the inverting input terminal The inverting input terminal and the reference voltage source are connected to each other via a third resistor.
The second amplifier circuit is connected via a fourth resistor having a resistance value equal to that of the resistor.
本発明においては、アバランシエホトダイオードに流
れる電流を安定化する回路に暗電流増加分を補償する回
路を追加することにより、周囲温度の変化に対してアバ
ランシエホトダイオードに流れる電流を安定化する。In the present invention, a circuit for compensating for an increase in dark current is added to the circuit for stabilizing the current flowing through the avalanche photodiode, thereby stabilizing the current flowing through the avalanche photodiode with respect to changes in ambient temperature.
以下、図面に基づき本発明の実施例を詳細に説明す
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図である。 FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
図において、１は光信号を受信するためのアバランシ
エホトダイオード、２はこのアバランシエホトダイオー
ドに逆バイアス電圧を印加しかつ増倍率を可変とするた
めの直流電圧変換回路、３はアバランシエホトダイオー
ド１に流れる電流を検出する電流検出回路である。そし
て、この電流検出回路３の出力は増幅回路４の一方の入
力端子に接続され、この増幅回路４の出力が直流電圧変
換回路２の入力端子に接続されている。In the figure, 1 is an avalanche photodiode for receiving an optical signal, 2 is a DC voltage conversion circuit for applying a reverse bias voltage to the avalanche photodiode and changing the multiplication factor, and 3 is an avalanche photodiode 1. It is a current detection circuit that detects a flowing current. The output of the current detection circuit 3 is connected to one input terminal of the amplification circuit 4, and the output of the amplification circuit 4 is connected to the input terminal of the DC voltage conversion circuit 2.
５は直流電圧変換回路によつて逆バイアス電圧が印加
されているアバランシエホトダイオード、６はこのアバ
ランシエホトダイオード５に流れる電流を検出する電流
検出回路、７はこの電流検出回路６の出力を一方の入力
端子に接続し他方の入力端子を基準電圧源８に接続しそ
の出力端子が増幅回路４の他方の入力端子に接続された
増幅回路である。Reference numeral 5 is an avalanche photodiode, to which a reverse bias voltage is applied by the DC voltage conversion circuit, 6 is a current detection circuit for detecting the current flowing through the avalanche photodiode 5, and 7 is one of the outputs of the current detection circuit 6. The amplifier circuit is connected to the input terminal, the other input terminal is connected to the reference voltage source 8, and the output terminal is connected to the other input terminal of the amplifier circuit 4.
つぎにこの第１図に示す実施例の動作を説明する。 Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described.
まず、アバランシエホトダイオード１を直流電圧変換
回路２により逆バイアス電圧がかけられている。そし
て、このアバランシエホトダイオード１に流れる電流の
平均値は、電流検出回路３によつて電流に比例した電圧
に変換されて増幅回路４の一方の入力端子に加えられ、
この増幅回路４により、常に増幅回路４の他方の入力端
子の電圧に等しくなるようにアバランシエホトダイオー
ド１の増倍率を制御している。すなわち、光入力信号の
増減に対し、アバランシエホトダイオード１に加わる逆
バイアス電圧を変化させて増倍率を変えることによりア
バランシエホトダイオード１に流れる電流を一定にして
いる。First, a reverse bias voltage is applied to the avalanche photodiode 1 by the DC voltage conversion circuit 2. The average value of the current flowing through the avalanche photodiode 1 is converted into a voltage proportional to the current by the current detection circuit 3 and applied to one input terminal of the amplifier circuit 4,
The amplification circuit 4 controls the multiplication factor of the avalanche photodiode 1 so that it is always equal to the voltage of the other input terminal of the amplification circuit 4. That is, the current flowing through the avalanche photodiode 1 is made constant by changing the reverse bias voltage applied to the avalanche photodiode 1 with respect to the increase or decrease of the optical input signal to change the multiplication factor.
つぎに、アバランシエホトダイオード５は、光信号が
入力されない状態で、直流電圧変換回路２により逆バイ
アス電圧がかけられている。すなわち、このアバランシ
エホトダイオード５には、アバランシエホトダイオード
１に流れる暗電流と同じ値の暗電流のみが流れている。
この暗電流を電流検出回路６で電流値に比例した電圧に
変換し、増幅回路７で増幅して増幅回路４の他方の入力
端子に供給する。Next, the avalanche photodiode 5 is applied with a reverse bias voltage by the DC voltage conversion circuit 2 in a state where no optical signal is input. That is, only the dark current having the same value as the dark current flowing through the avalanche photodiode 1 flows through the avalanche photodiode 5.
This dark current is converted into a voltage proportional to the current value by the current detection circuit 6, amplified by the amplification circuit 7, and supplied to the other input terminal of the amplification circuit 4.
そして、アバランシエホトダイオード１および５の周
囲温度が上昇した場合、アバランシエホトダイオード１
に流れる暗電流が増加する。このとき、もし、増幅回路
４の他方の入力端子に印加する電位が一定ならば、暗電
流の増加分だけ信号電流成分が減少することになる。一
方、アバランシエホトダイオード５に流れる電流も温度
の上昇により暗電流が増加し、その値はアバランシエホ
トダイオード１に流れる暗電流の大きさにほぼ等しい。
そして、アバランシエホトダイオード５に流れる暗電流
は、電流検出回路６によつて、電流値に比例した電圧に
変換され増幅回路７によつて増幅回路４の他方の入力端
子電圧をアバランシエホトダイオード５の暗電流の増加
分だけ上昇させる。このことにより、アバランシエホト
ダイオード１に、暗電流の増加分だけ電流を多く流すこ
とができる。すなわち、周囲温度の変化にかかわらず、
光信号成分の電流を一定にすることができる。When the ambient temperature of the avalanche photodiodes 1 and 5 rises, the avalanche photodiode 1
The dark current that flows through it increases. At this time, if the potential applied to the other input terminal of the amplifier circuit 4 is constant, the signal current component decreases by the increase in dark current. On the other hand, the dark current also increases in the current flowing through the avalanche photodiode 5, and its value is substantially equal to the magnitude of the dark current flowing through the avalanche photodiode 1.
Then, the dark current flowing through the avalanche photodiode 5 is converted into a voltage proportional to the current value by the current detection circuit 6, and the other input terminal voltage of the amplification circuit 4 is converted by the amplification circuit 7 into the voltage of the avalanche photodiode 5. Increase by the increase in dark current. As a result, a large amount of current can be passed through the avalanche photodiode 1 by an amount corresponding to the increase in dark current. That is, regardless of changes in ambient temperature,
The current of the optical signal component can be made constant.
第２図は本発明の実施例の具体的構成を示す回路図で
ある。FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration of the embodiment of the present invention.
この第２図において第１図と同一符号のものは相当部
分を示し、電流検出回路３は抵抗R1とこの抵抗R1に並列
接続されたコンデンサC1によつて構成され、増幅回路４
は演算増幅回路AMP1から構成され、また、電流検出回路
６は抵抗R2によつて構成され、増幅回路７は演算増幅回
路AMP2と抵抗R3,R4によつて構成されている。そして、
電流検出回路３の抵抗R1,コンデンサC1とアバランシエ
ホトダイオード１との接続点は増幅回路４の一方の入力
端子（−端子）に接続され、この増幅回路４の他方の入
力端子（＋端子）には増幅回路７の出力端子が接続され
ている。また、電流検出回路６の抵抗R2とアバランシエ
ホトダイオード５との接続点は増幅回路７の一方の入力
端子（＋端子）に接続され、この増幅回路７の他方の入
力端子（−端子）は抵抗R3を介して出力端子に接続され
るとともに抵抗R4を介して基準電圧源８に接続されてい
る。In FIG. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate corresponding parts, and the current detection circuit 3 is composed of a resistor R 1 and a capacitor C 1 connected in parallel with the resistor R 1 , and an amplifier circuit 4
Is composed of an operational amplifier circuit AMP 1 , the current detection circuit 6 is composed of a resistor R 2 , and the amplifier circuit 7 is composed of an operational amplifier circuit AMP 2 and resistors R 3 and R 4 . And
The connection point between the resistance R 1 and the capacitor C 1 of the current detection circuit 3 and the avalanche photodiode 1 is connected to one input terminal (− terminal) of the amplifier circuit 4, and the other input terminal (+ terminal) of this amplifier circuit 4 is connected. ) Is connected to the output terminal of the amplifier circuit 7. The connection point between the resistor R 2 of the current detection circuit 6 and the avalanche photodiode 5 is connected to one input terminal (+ terminal) of the amplifier circuit 7, and the other input terminal (− terminal) of this amplifier circuit 7 is It is connected to the output terminal via the resistor R 3 and also connected to the reference voltage source 8 via the resistor R 4 .
つぎにこの第２図に示す実施例の動作を説明する。 Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 2 will be described.
増幅回路７の抵抗R3とR4は等しい値が選ばれているの
で、この増幅回路７の利得は２倍である。このため電流
検出回路６の抵抗R2の値を電流検出回路３の抵抗R1の1/
2にすれば、増幅回路４の他方の入力端子（＋端子）に
は、抵抗R2の両端に発生する電圧と等しい電圧が現われ
る。言い換れば、アバランシエホトダイオード１に流れ
る電流が暗電流の増加分だけ多く流すことができる。Since the resistors R 3 and R 4 of the amplifier circuit 7 are selected to have the same value, the gain of the amplifier circuit 7 is double. Therefore, the value of the resistance R 2 of the current detection circuit 6 is 1 / the value of the resistance R 1 of the current detection circuit 3.
If set to 2, a voltage equal to the voltage generated across the resistor R 2 appears at the other input terminal (+ terminal) of the amplifier circuit 4. In other words, the amount of current flowing through the avalanche photodiode 1 can be increased by an increase in dark current.
そして、アバランシエホトダイオード１に流れる電流
のうち、光信号成分の電流値は基準電圧源８における基
準電圧を変えることで自由に設定することができる。The current value of the optical signal component of the current flowing through the avalanche photodiode 1 can be freely set by changing the reference voltage of the reference voltage source 8.
以上説明したように本発明は、アバランシエホトダイ
オードに流れる電流を安定化する回路に暗電流増加分を
補償する回路を追加することにより、周囲温度の変化に
対してアバランシエホトダイオードに流れる電流を安定
化することができるという効果がある。As described above, the present invention stabilizes the current flowing through the avalanche photodiode by adding a circuit that compensates for the increase in dark current to the circuit that stabilizes the current flowing through the avalanche photodiode. The effect is that it can be converted.
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第２図は
本発明の実施例の具体的構成を示す回路図である。 １……アバランシエホトダイオード、２……直流電圧変
換回路、３……電流検出回路、４……増幅回路、５……
アバランシエホトダイオード、６……電流検出回路、７
……増幅回路、８……基準電圧源。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a concrete configuration of the embodiment of the present invention. 1 ... Avalanche photodiode, 2 ... DC voltage conversion circuit, 3 ... Current detection circuit, 4 ... Amplification circuit, 5 ...
Avalanche photodiode, 6 ... Current detection circuit, 7
…… Amplifier circuit, 8 …… Reference voltage source.
Claims (1)
ェホトダイオードと、 この第１のアバランシェホトダイオードに逆バイアス電
圧を印加しかつ増倍率を可変とするための直流電圧変換
回路と、 一方の端子が接地されかつ他方の端子が前記第１のアバ
ランシェホトダイオードのアノード側に接続された第１
の抵抗と、一方の端子が接地されかつ他方の端子が前記
第１のアバランシェホトダイオードのアノード側に接続
されたコンデンサとによって構成され、前記第１のアバ
ランシェホトダイオードに流れる電流を検出する第１の
電流検出回路と、 この第１の電流検出回路の出力を第１の増幅回路の第１
の入力端子に接続しその出力が前記直流電圧変換回路の
入力端子に接続されて構成されるアバランシェホトダイ
オードのバイアス回路において、 光信号が入力されない状態で前記直流電圧変換回路によ
って逆バイアス電圧が印加されている第２のアバランシ
ェホトダイオードと、 一方の端子が接地されかつ他方の端子が前記第２のアバ
ランシェホトダイオードのアノード側に接続されるとと
もに前記第１の抵抗の半分の抵抗値を持つ第２の抵抗に
よって構成され、この第２のアバランシェホトダイオー
ドに流れる電流を検出する第２の電流検出回路と、 非反転入力端子にこの第２の電流検出回路の出力が接続
され、反転入力端子に基準電圧源が接続され、出力端子
が前記第１の増幅回路の第２の入力端子に接続された演
算増幅回路と、前記出力端子と前記反転入力端子とが第
３の抵抗を介して接続され、前記反転入力端子と前記基
準電圧源とが第３の抵抗と等しい抵抗値の第４の抵抗を
介して接続された第２の増幅回路とから構成されること
を特徴とするアバランシェホトダイオードのバイアス回
路の温度補償回路。1. A first avalanche photodiode for receiving an optical signal, a DC voltage conversion circuit for applying a reverse bias voltage to the first avalanche photodiode and varying a multiplication factor, and one terminal thereof. Is grounded and the other terminal is connected to the anode side of the first avalanche photodiode.
And a capacitor having one terminal grounded and the other terminal connected to the anode side of the first avalanche photodiode, and a first current for detecting a current flowing in the first avalanche photodiode. The detection circuit and the output of the first current detection circuit to the first amplifier circuit.
In the bias circuit of the avalanche photodiode, which is connected to the input terminal of the DC voltage conversion circuit and the output of which is connected to the input terminal of the DC voltage conversion circuit, a reverse bias voltage is applied by the DC voltage conversion circuit in the state where no optical signal is input. A second avalanche photodiode, and a second resistor having one terminal grounded and the other terminal connected to the anode side of the second avalanche photodiode and having a resistance value half that of the first resistor. A second current detection circuit configured to detect the current flowing through the second avalanche photodiode, the output of the second current detection circuit is connected to the non-inverting input terminal, and the reference voltage source is connected to the inverting input terminal. An operational amplifier circuit connected to the first amplifier circuit, the output terminal of which is connected to the second input terminal of the first amplifier circuit; Input terminal and the inverting input terminal are connected via a third resistor, and the inverting input terminal and the reference voltage source are connected via a fourth resistor having a resistance value equal to that of the third resistor. A temperature compensation circuit for a bias circuit of an avalanche photodiode, characterized in that the temperature compensation circuit is composed of two amplifier circuits.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63171758A JP2674110B2 (en) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | Temperature compensation circuit for avalanche photodiode bias circuit |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP63171758A JP2674110B2 (en) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | Temperature compensation circuit for avalanche photodiode bias circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0222873A JPH0222873A (en) | 1990-01-25 |
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ID=15929137
Family Applications (1)
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| JP63171758A Expired - Lifetime JP2674110B2 (en) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | Temperature compensation circuit for avalanche photodiode bias circuit |
Country Status (1)
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- 1988-07-12 JP JP63171758A patent/JP2674110B2/en not_active Expired - Lifetime
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