JP2791230B2 - 受信回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は外部から入力された未知
周波数成分を有した受信信号におけるこの未知周波数分
のみをスイッチト・キャパシタ・フィルタを用いて取出
して検波する受信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、光通信システムにおいて、光フ
ァイバを介して受信した光信号の信号強度を測定する信
号強度測定装置は例えば図７に示すように構成されてい
る。

【０００３】送信装置１内において、信号発生回路２か
ら出力された信号レベルが例えば周波数ｆs でもって変
化するデジタルのデータ信号ａはレーザ装置３へ入力さ
れる。レーザ装置３から光ファイバ４へ送出される光信
号ｂは前記周波数ｆs のデータ信号ａで変調される。

【０００４】光ファイバ４内を伝送された光信号ｂは信
号強度測定装置５内の受光器７へ入力されて、電流信号
に変換される。そして、この電流信号は電流電圧変換回
路８でもって、元のデータ信号ａに対応する電圧信号、
すなわち受信信号ｃに変換される。電流電圧変換回路８
から出力された受信信号ｃは次のＢＰＦ（バンドパスフ
ィルタ）９で雑音等の高周波成分や直流成分等の不要周
波数成分が除去された後、検波回路１０へ入力される。
なお、ＢＰＦ９の通過中心周波数ｆc はデータ信号ａの
周波数ｆs に一致させている（ｆc ＝ｆs ）。

【０００５】検波回路１０は、ＢＰＦ９で不要周波数成
分が除去された周波数ｆs を有する受信信号を全波整流
または半波整流して直流に変換する。検波回路１０で検
波された強度信号は次のレベル計１１でその強度レベル
が測定される。

【０００６】したがって、このように構成された信号強
度測定装置５を用いることによって、光信号ｂの信号強
度を間接的に測定できる。

【０００７】しかし、送信装置１におけるデータ信号ａ
の周波数ｆs が、未知の場合や、複数段に亘って変更さ
れる場合や、変動する場合は、信号強度測定装置５のＢ
ＰＦ９の通過中心周波数ｆc を一義的に定めることは不
可能である。したがって、このような場合には、正確な
光信号ｂの強度を測定できない。

【０００８】このような不都合を解消するために、図８
に示すように、それぞれ異なる通過中心周波数ｆc1，ｆ
c2，……ｆcnを有したｎ多数のＢＰＦ１２を準備して、
信号切換回路１３でもって、データ信号ａの周波数ｆs
に最も近い値の通過中心周波数ｆc を有したＢＰＦ１２
を選択するようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す信号強度測定装置においてもまだ次のような問題が
あった。

【００１０】すなわち、データ信号ａの周波数ｆs の種
類数だけのＢＰＦ１２が必要となる。したがって、ＢＰ
Ｆ１２の数が増大する。また、データ信号ａの周波数ｆ
s に対応するＢＰＦ１２を選択するための信号切換回路
１３が必要である。したがって、構成回路数が増大する
とともに回路構成も複雑化し、装置全体が大型化し、か
つ製造費も大幅に上昇する。

【００１１】さらに、データ信号ａ、すなわち受信信号
ｃの周波数ｆs が不明の場合は、何等かの手法にてその
未知の周波数ｆs を調べて、それに対応するＢＰＦ１２
を選択する必要がある。したがって、操作者の負担が増
大する。

【００１２】さらに、一旦最適の通過中心周波数ｆc を
有するＢＰＦ１２を選択した後に、データ信号ａの周波
数ｆs が変動した場合には、周波数の自動追従機能がな
い。よって、レベル計１１の指示値が変化した場合に、
光信号ｂの信号強度が低下したのか、周波数ｆs が変動
したのかの区別がつかない問題がある。

【００１３】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、スイッチト・キャパシタ・フィルタを用い
ることによって、たとえ受信信号の周波数が変動して
も、ＢＰＦとしての通過中心周波数が受信信号の周波数
に自動追従し、常に正しい検波信号を取出すことができ
る受信回路を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明の受信回路は、入力端子に受信信号が印加さ
れ、通過中心周波数がクロック端子に印加されるクロッ
ク信号の周波数の１／Ｋ（Ｋ：整数）に制御されるスイ
ッチト・キャパシタ・フィルタと、このスイッチト・キ
ャパシタ・フィルタの出力信号を検波する検波回路と、
位相比較器とループフィルタと電圧制御発振器およびこ
の電圧制御発振器から位相比較器へ帰還する帰還路とか
らなり、受信信号の周波数に対応する周波数信号をスイ
ッチト・キャパシタ・フィルタのクロック端子へクロッ
ク信号として送出するＰＬＬ回路と、このＰＬＬ回路の
帰還路に介挿された分周比Ｋを有する分周器とを備えた
ものである。

【００１５】

【作用】スイッチト・キャパシタ・フィルタ（Switched
Capacitor Filter ：以下ＳＣＦと略記する）は、周知
のように、通過中心周波数ｆc がクロック端子に印加さ
れるクロック信号の周波数ｆccの１／Ｋ（Ｋ：整数）に
制御される。したがって、受信信号の周波数ｆsのＫ倍
の周波数（Ｋ・ｆs ）を有するクロック信号をクロック
端子へ印加すると、受信信号の周波数ｆs にＳＣＦの通
過中心周波数ｆcを一致させることが可能となる。

【００１６】そして、この受信信号のＫ倍の周波数を有
するクロック信号を生成するためにＰＬＬ回路と分周比
Ｋの分周器とを用いている。すなわち、位相比較器にお
いては、入力された受信信号の周波数ｆs と分周器で１
／Ｋに分周された周波数ｆs／Ｋとを比較する。その結
果、電圧制御発振器の出力周波数は（Ｋ・ｆs ）とな
る。すなわち、受信信号のＫ倍の周波数信号をクロック
信号としてＳＣＦのクロック端子へ印加できる。

【００１７】よって、受信信号の周波数とＳＣＦの通過
中心周波数とを常に一致させることが可能となり、たと
え、受信信号の周波数が変動したとしても、検波回路の
検波信号は受信信号の信号レベルに常に正確に対応す
る。

【００１８】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１９】図１は実施例の受信回路が組込まれた信号
強度測定装置の概略構成を示すブロック図である。図７
に示す従来装置と同一部分には同一符号が付してある。

【００２０】送信装置１内の信号発生回路２から出力さ
れた周波数ｆs を有するデータ信号ａはレーザ装置３へ
入力される。レーザ装置３から光ファイバ４へ送出され
る光信号ｂは前記周波数ｆs のデータ信号ａで変調さ
れ、光ファイバ４内を伝送されて、信号強度測定装置内
の受光器７へ入力され、電流信号に変換される。電流信
号は電流電圧変換回路８でもって、元のデータ信号ａに
対応する受信信号ｃに変換される。

【００２１】電流電圧変換回路８から出力された受信信
号ｃは受信回路２１内へ入力される。受信回路２１内へ
入力された周波数ｆs の受信信号ｃはコンデンサ２２に
て直流成分が除去された後、ＳＣＦ（スイッチト・キャ
パシタ・フィルタ）２３の入力端子へ入力される。この
ＳＣＦ２３の出力信号ｄはコンデンサ２４を介して検波
回路１０へ入力される。

【００２２】また、受信回路２１内へ入力された周波数
ｆs の受信信号ｃはレベル調整器２５でもってその信号
レベル（振幅）が予め定められた規定レベルに調整され
る。振幅が規定レベルに調整された受信信号ｅはＰＬＬ
回路２６の位相比較器２７の一方の入力端子に入力され
る。この位相比較器２７の他方の入力端子には分周器３
０から出力された分周信号ｇが入力されている。そし
て、位相比較器２７は受信信号ｅと分周信号ｇとの位相
差に比例する位相差信号を次のループフィルタとしての
ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２８へ送出する。ＬＰＦ２
８は位相差信号を直流電圧Ｖに変換して電圧制御発振器
（ＶＣＯ）２９へ印加する。

【００２３】電圧制御発振器２９は、例えば図２に示す
電圧・周波数特性を有しており、入力電圧Ｖに比例する
周波数ｆo を有する周波数信号ｈを出力する。この実施
例においては、入力電圧ＶがＶ1 からＶ2 へ変化する
と、出力周波数ｆo がｆ1 からｆ2 へ直線的に変化す
る。すなわち、この周波数範囲ｆ1 〜ｆ2 がＰＬＬ回路
２６としてのロックレンジとなり、出力周波数信号ｈの
周波数ｆo の入力周波数ｆs に対する追従可能周波数範
囲となる。

【００２４】電圧制御発振器２９から出力される周波数
信号ｈはクロック信号として前記ＳＣＦ２３のクロック
端子へ入力される。

【００２５】さらに、電圧制御発振器２９から出力され
る周波数信号ｈは分周器３０へ入力される。分周器３０
は分周比Ｋp （Ｋp ：整数）を有しており、入力された
周波数信号ｈの周波数ｆo を１／Ｋp に分周して、分周
信号ｇとして位相比較器２７の他方の入力端子へ送出す
る。すなわち、分周器３０はＰＬＬ回路２６の帰還路に
介挿されている。

【００２６】このような構成のＰＬＬ回路２６におい
て、周波数ｆs の受信信号ｅと周波数（ｆo ／Ｋp ）の
分周信号ｇとの位相差が検出され、この位相差に対応す
る電圧ＶがＬＰＦ２８から電圧制御発振器２９へ入力さ
れる。したがって、ＰＬＬ回路２６から出力される周波
数信号ｈの周波数ｆoは、受信信号ｅの周波数ｆs のＫp
倍の値（ｆo ＝Ｋp・ｆs ）に収斂する。よって、ＳＣ
Ｆ２３のクロック端子ＣＫに印加されるクロック信号の
周波数は（Ｋp ・ｆs ）となる。

【００２７】次に、ＳＣＦ２３について説明する。

【００２８】図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はＳＣＦ２３の動
作原理を説明するための模式図である。図示するよう
に、時刻ｔ＝０でスイッチＳを入力端子側に投入すると
コンデンサＣに電荷が充電され、時刻ｔ＝Ｔc でスイッ
チＳを出力側に投入すると、コンデンサＣの電荷が放電
される。このスイッチＳの切換周波数をｆccとすると、
電流ｉはコンデンサの容量Ｃ，電圧差（Ｖa −Ｖb)，お
よび切換周波数ｆccに比例する。

【００２９】そして、図３（ｃ）に示すような、スイッ
チト・キャパシタによる積分器を考えると、入出力端子
間の等価抵抗Ｒeqは［１／（Ｃ1 ｆcc）］となる。した
がって、スイッチＳの切換周波数、すなわちクロック周
波数ｆccを変化させれば、このＳＣＦ２３を通過する信
号の信号レベルは大きく変化する。よって、図４に示す
ように、所定の通過中心周波数ｆc を有する良好なＢＰ
Ｆを構成する。

【００３０】すなわち、ＳＣＦ２３内に内蔵するコンデ
ンサの充電・放電期間（クロック周期）（１／ｆcc）の
間に流れる電流ｉは、容量Ｃ，電圧差，クロック周波数
ｆccに比例し、外付けの抵抗値のみでフィルタの遮断周
波数や中心周波数，帯域，Ｑ値，利得等が決定する。

【００３１】また、結線の方法により、バタワース、チ
ェビシェフ，ベッセル特性などのフィルタ伝送特性やハ
イパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィル
タ、オールパス、バンドエリミネイト（帯域減衰）フィ
ルタ等の各フィルタ特性を構成することができる長所を
有している。

【００３２】そして、実施例回路においては、ＳＣＦ２
３をＢＰＦとして使用している。すなわち、ＳＣＦ２３
のクロック端子ＣＫに印加されるクロック信号のクロッ
ク周波数ｆccとＢＰＦの通過中心周波数ｆc とは(1) 式
の関係を有する。

【００３３】 ｆc ＝（ｆcc／τ）Ｆ（Ｒ） …(1) 但し、τは内部積分器の時定数であり、Ｆ（Ｒ）は外付
け抵抗の関数である。これら、τ，Ｆ（Ｒ）は、回路固
有の値であるので、Ｋを整数として(1) 式を(2)式のよ
うに変形できる。

【００３４】 ｆc ＝（１／Ｋ）ｆcc …(2) したがって、クロック端子ＣＫに印加するクロック信号
のクロック周波数ｆccを変化させることで通過中心周波
数ｆc を可変できる。

【００３５】一方、前述したように、ＰＬＬ回路２６か
らＳＣＦ２３のクロック端子ＣＫへ入力される周波数信
号（クロック信号）ｈの周波数ｆo は受信信号ｅの周波
数ｆs のＫp 倍の周波数である。よって、分周器３０の
分周比Ｋp をＳＣＦ２４の外付け抵抗値等で定まるＫ値
に一致させれば（Ｋp ＝Ｋ）、ＳＣＦ２３の通過中心周
波数ｆc を受信信号ｅの周波数ｆs に一致させることが
可能となる。

【００３６】ＳＣＦ２３の出力信号ｄはコンデンサ２４
を介して検波回路１０へ入力されて全波整流される。検
波回路１０の全波整流信号ｉは次のローパスフィルタ３
１にて直流の強度信号ｊに変換される。強度信号ｊはＡ
／Ｄ変換器３２でデジタル値に変換された後、例えばマ
イクロコンピュータ３３に入力される。

【００３７】図５は受信回路２１の各部に入出力される
信号の波形図である。電流電圧変換回路８から受信回路
２１へ入力される受信信号ｃは図示するように周期１／
ｆsを有した矩形波信号であり、コンデンサ２２によっ
てこの受信信号ｃに含まれる直流成分Ｅ0 が除去された
後ＳＣＦ２３へ入力される。通過中心周波数ｆc が受信
信号ｃの周波数ｆs に等しいＳＣＦ２３の出力信号ｄは
図示するようにサイン波形となる。したがって、このサ
イン波形の全波整流波形をＬＰＦ３１で平滑して強度信
号ｊが得られる。

【００３８】このように構成され受信回路２１によれ
ば、ＢＰＦとして使用するＳＣＦ２３の通過中心周波数
ｆc は、常に受信信号ｃの周波数ｆs に一致している。
したがって、たとえ受信信号ｃの周波数ｆs が変更にな
ったとしても、さらに、周波数ｆs が大きく変動したと
しても、ＳＣＦ２３の中心周波数ｆc は受信信号ｃの周
波数ｆs に自動追従する。

【００３９】したがって、この受信回路２１を組込んだ
信号強度検出装置においては、Ａ／Ｄ変換器３２からマ
イクロコンピュータ３３へ入力される信号強度が変化し
た場合に、この信号強度の変化量から周波数ｆs の変動
または変化に起因する信号強度変動要因を除去できる。
よって、光信号ｂの信号強度のみを確実に検出でき、測
定精度を向上できるとともに装置全体の信頼性を向上で
きる。

【００４０】また、図８で示す従来装置のように多数の
ＢＰＦ１２や信号切換回路１３を設ける必要がないの
で、回路構成を簡素化できる。さらに、操作者が信号切
換回路を操作してＢＰＦ１２を切換える必要がないの
で、操作性を大幅に向上できる。

【００４１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例回路のＳＣＦ２３を１個のＢＰ
Ｆを構成するように構成したが、例えば２次のＢＰＦを
２回路構成するようにして、図６に示すように、各通過
中心周波数ｆa，ｆb を微小周波数だけ離間して設定
し、これらのＢＰＦを直列接続することによって、ＳＣ
Ｆ２３全体として、１個のＢＰＦを構成してもよい。こ
の場合、合成されたＢＰＦの周波数特性は図６に示すよ
うに、通過中心周波数ｆc が(3) 式で示されるほぼ台形
特性となる。

【００４２】 ｆc ＝（ｆa ＋ｆb ）／２ …(3)

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の受信回路
によれば、通過中心周波数がクロック端子に印加される
クロック信号の周波数に応じて可変制御されるスイッチ
ト・キャパシタ・フィルタ、およびこのスイッチト・キ
ャパシタ・フィルタへのクロック信号の周波数を受信信
号の周波数に対応させるＰＬＬ回路を用いている。した
がって、たとえ受信信号の周波数が変動しても、ＢＰＦ
の通過中心周波数が受信信号の周波数に自動追従し、常
に正しい検波信号を取出すことができ、かつ操作性を大
幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わる受信回路が組込ま
れた信号強度測定装置の概略構成を示すブロック図、

【図２】 同実施例回路の電圧制御発振器の電圧・周波
数特性図、

【図３】 ＳＣＦの動作原理を説明するための回路図、

【図４】 ＳＣＦをＢＰＦとして使用した場合の周波数
特性図、

【図５】 実施例回路の動作を示すタイムチャート、

【図６】 本発明の他の実施例の受信回路におけるＳＣ
Ｆの周波数特性図、

【図７】 従来の信号強度測定装置の概略構成を示すブ
ロック図、

【図８】 従来の他の信号強度測定装置の概略構成を示
すブロック図。

【符号の説明】

１…送信装置、４…光ファイバ、５…信号強度測定装
置、７…受光器、８…電流電圧変換回路、１０…検波回
路、２１…受信回路、２３…ＳＣＦ、２５…レベル調整
器、２６…ＰＬＬ回路、２７…位相比較器、２８，３１
…ＬＰＦ、２９…電圧制御発振器、３０…分周器、３２
…Ａ／Ｄ変換器、３３…マイクロコンピュータ、ｃ…受
信信号。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/152

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力端子に受信信号が印加され、通過中
   心周波数がクロック端子に印加されるクロック信号の周
   波数の１／Ｋ（Ｋ：整数）に制御されるスイッチト・キ
   ャパシタ・フィルタ(23)と、このスイッチト・キャパシ
   タ・フィルタの出力信号を検波する検波回路(10)と、位
   相比較器とループフィルタと電圧制御発振器およびこの
   電圧制御発振器から前記位相比較器へ帰還する帰還路と
   からなり、前記受信信号の周波数に対応する周波数信号
   を前記スイッチト・キャパシタ・フィルタのクロック端
   子へクロック信号として送出するＰＬＬ回路(26)と、こ
   のＰＬＬ回路の帰還路に介挿された分周比Ｋを有する分
   周器(30)とを備えた受信回路。