JP2848495B2 - 光受信器 - Google Patents
光受信器Info
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- JP2848495B2 JP2848495B2 JP1273601A JP27360189A JP2848495B2 JP 2848495 B2 JP2848495 B2 JP 2848495B2 JP 1273601 A JP1273601 A JP 1273601A JP 27360189 A JP27360189 A JP 27360189A JP 2848495 B2 JP2848495 B2 JP 2848495B2
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- avalanche photodiode
- dark current
- receiving
- optical receiver
- bias voltage
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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、光受信器に関するものであり、特に、光伝
送路を通して伝送される光信号をアバランシェフォトダ
イオードを用いて検出する光受信器に関するものであ
る。
送路を通して伝送される光信号をアバランシェフォトダ
イオードを用いて検出する光受信器に関するものであ
る。
従来の技術 従来、光受信器として、光信号を検出して増倍するた
めにアバランシェフォトダイオードを用いるものがある
が、このアバランシェフォトダイオードは、pinフォト
ダイオードに比較して高感度を得ることができるが、一
方で高バイアス電流を必要とし、しかも所望の増倍率を
得るためには、そのバイアス電圧を精密に制御する必要
がある。この制御方法としては、大別して、次の２つの
方法がある。
めにアバランシェフォトダイオードを用いるものがある
が、このアバランシェフォトダイオードは、pinフォト
ダイオードに比較して高感度を得ることができるが、一
方で高バイアス電流を必要とし、しかも所望の増倍率を
得るためには、そのバイアス電圧を精密に制御する必要
がある。この制御方法としては、大別して、次の２つの
方法がある。
（１）AGC方式：検出した光信号の振巾を一定に保つよ
うに、印加電圧を制御する。
うに、印加電圧を制御する。
（２）参照検知器方式：受信用のアバランシェフォトダ
イオードとは別に参照用として別のアバランシェフォト
ダイオードもしくは通常のダイオードを備え、その参照
用ダイオードのブレークダウン電圧に比例した電圧を受
信用アバランシェフォトダイオードに印加する。
イオードとは別に参照用として別のアバランシェフォト
ダイオードもしくは通常のダイオードを備え、その参照
用ダイオードのブレークダウン電圧に比例した電圧を受
信用アバランシェフォトダイオードに印加する。
前記（１）項のAGC方式は、長距離通信には最も広く
用いられている方式であるが、応答速度に制限があるた
めバースト信号に対応しなければならない用途（光LA
N、コンピュータシステムバス）には不向きである。従
って、ここでは特に採り上げないことにし、前記（２）
項の参照検知器方式について以下詳述する。
用いられている方式であるが、応答速度に制限があるた
めバースト信号に対応しなければならない用途（光LA
N、コンピュータシステムバス）には不向きである。従
って、ここでは特に採り上げないことにし、前記（２）
項の参照検知器方式について以下詳述する。
添付図面の第４図は、この参照検知器方式による光受
信器の構成例を概略的に示している。この第４図に示す
ように、受信用アバランシェフォトダイオード１が設け
られたヒートシンクに参照用アバランシェフォトダイオ
ード２が設けられている。参照用アバランシェフォトダ
イオード２に流れる電流は、電界効果トランジスタ７
と、演算増幅器14と、抵抗17とによって、一定に保たれ
る。この時、参照用アバランシェフォトダイオード２に
は、光信号が入射しないので、暗電流Idのみが流れる
が、このIdを適切に設定すれば、参照用アバランシェフ
ォトダイオード２に印加される電圧は、一定の増倍率を
与えるものとなる。演算増幅器８と電界効果トランジス
タ６とによって、受信用アバランシェフォトダイオード
１の印加電圧は、参照用アバランシェフォトダイオード
２の印加電圧と厳密に同じに調整される。従って、もし
このとき、２つのアバランシェフォトダイオード１およ
び２が同様の特性を持ち（例えば、同一のウエハから取
られた場合）、素子温度が等しければ、受信用アバラン
シェフォトダイオード１の増倍率は、光入力レベルにほ
ぼ無関係に一定に保たれる。言い換えれば、このように
構成された光受信器は、バースト信号に完全に対応でき
る。しかも、例えば、Siアバランシェフォトダイオード
で増倍率を高くした場合（≧500）のように、暗電流対
増幅率の関係が素子温度に強く依存しない場合は、温度
補償をも兼ねることができる。
信器の構成例を概略的に示している。この第４図に示す
ように、受信用アバランシェフォトダイオード１が設け
られたヒートシンクに参照用アバランシェフォトダイオ
ード２が設けられている。参照用アバランシェフォトダ
イオード２に流れる電流は、電界効果トランジスタ７
と、演算増幅器14と、抵抗17とによって、一定に保たれ
る。この時、参照用アバランシェフォトダイオード２に
は、光信号が入射しないので、暗電流Idのみが流れる
が、このIdを適切に設定すれば、参照用アバランシェフ
ォトダイオード２に印加される電圧は、一定の増倍率を
与えるものとなる。演算増幅器８と電界効果トランジス
タ６とによって、受信用アバランシェフォトダイオード
１の印加電圧は、参照用アバランシェフォトダイオード
２の印加電圧と厳密に同じに調整される。従って、もし
このとき、２つのアバランシェフォトダイオード１およ
び２が同様の特性を持ち（例えば、同一のウエハから取
られた場合）、素子温度が等しければ、受信用アバラン
シェフォトダイオード１の増倍率は、光入力レベルにほ
ぼ無関係に一定に保たれる。言い換えれば、このように
構成された光受信器は、バースト信号に完全に対応でき
る。しかも、例えば、Siアバランシェフォトダイオード
で増倍率を高くした場合（≧500）のように、暗電流対
増幅率の関係が素子温度に強く依存しない場合は、温度
補償をも兼ねることができる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、長波長帯（1.3μｍ以上）で、近年主
流となりつつあるInGaAsアバランシェフォトダイオード
においては、光受信器としての最高感度を与える増倍率
は、高々50の程度であり、この増倍率を与える暗電流の
大きさは、温度に無関係ではない。第５図は、この種の
アバランシェフォトダイオードの増倍率対暗電流特性の
温度依存性の一例を示すグラフであり、このグラフから
も前述のことは明らかであろう。言い換えれば、前述し
たような従来の参照検知器方式による光受信器は、InGa
Asアバランシェフォトダイオードに適用した場合、増倍
率の温度依存性という問題を生ずることになる。
流となりつつあるInGaAsアバランシェフォトダイオード
においては、光受信器としての最高感度を与える増倍率
は、高々50の程度であり、この増倍率を与える暗電流の
大きさは、温度に無関係ではない。第５図は、この種の
アバランシェフォトダイオードの増倍率対暗電流特性の
温度依存性の一例を示すグラフであり、このグラフから
も前述のことは明らかであろう。言い換えれば、前述し
たような従来の参照検知器方式による光受信器は、InGa
Asアバランシェフォトダイオードに適用した場合、増倍
率の温度依存性という問題を生ずることになる。
本発明の目的は、前述したような従来の問題点を解消
しうる光受信器を提供することである。
しうる光受信器を提供することである。
課題を解決するための手段 本発明によれば、光信号をアバランシェフォトダイオ
ードを用いて検出する光受信器において、光信号を受け
る受信用アバランシェフォトダイオードと、参照用アバ
ランシェフォトダイオードと、該参照用アバランシェフ
ォトダイオードの暗電流値を設定するための暗電流設定
手段と、該暗電流設定手段によって設定された値の暗電
流が前記参照用アバランシェフォトダイオードに流れる
ようにバイアス電圧をその参照用アバランシェフォトダ
イオードに印加するための第１のバイアス電圧印加手段
と、該第１のバイアス電圧印加手段によって前記参照用
アバランシェフォトダイオードに印加される前記バイア
ス電圧と同じバイアス電圧を前記受信用アバランシェフ
ォトダイオードに印加するための第２のバイアス電圧印
加手段と、前記受信用アバランシェフォトダイオードお
よび参照用アバランシェフォトダイオードの素子温度を
検出するための素子温度検出手段と、該素子温度検出手
段によって検出される素子温度に応じて前記受信用アバ
ランシェフォトダイオードの増倍率が所定値となるよう
に前記暗電流設定手段を制御してその暗電流設定値を制
御するための制御手段とを備えることにより、増倍率を
参照用アバランシェフォトダイオードの暗電流で制御し
且つ暗電流の設定値を素子温度で制御することで、光受
信器の増倍率の温度依存性をなくしている。
ードを用いて検出する光受信器において、光信号を受け
る受信用アバランシェフォトダイオードと、参照用アバ
ランシェフォトダイオードと、該参照用アバランシェフ
ォトダイオードの暗電流値を設定するための暗電流設定
手段と、該暗電流設定手段によって設定された値の暗電
流が前記参照用アバランシェフォトダイオードに流れる
ようにバイアス電圧をその参照用アバランシェフォトダ
イオードに印加するための第１のバイアス電圧印加手段
と、該第１のバイアス電圧印加手段によって前記参照用
アバランシェフォトダイオードに印加される前記バイア
ス電圧と同じバイアス電圧を前記受信用アバランシェフ
ォトダイオードに印加するための第２のバイアス電圧印
加手段と、前記受信用アバランシェフォトダイオードお
よび参照用アバランシェフォトダイオードの素子温度を
検出するための素子温度検出手段と、該素子温度検出手
段によって検出される素子温度に応じて前記受信用アバ
ランシェフォトダイオードの増倍率が所定値となるよう
に前記暗電流設定手段を制御してその暗電流設定値を制
御するための制御手段とを備えることにより、増倍率を
参照用アバランシェフォトダイオードの暗電流で制御し
且つ暗電流の設定値を素子温度で制御することで、光受
信器の増倍率の温度依存性をなくしている。
実施例 次に、添付図面の第１図から第３図に基づいて、本発
明の実施例について本発明をより詳細に説明する。
明の実施例について本発明をより詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例としての光受信器の構成
を概略的に示している。この実施例の光受信器は、後述
することから明らかなように、本発明の原理に従って、
増倍率を参照用アバランシェフォトダイオードの暗電流
で制御し、暗電流の設定値を素子温度で制御することに
より、増倍率の温度依存性をなくしているものである。
本発明者は、この種の光受信器の増倍率の温度依存性を
なくするのに、増倍率を参照用アバランシェフォトダイ
オードの暗電流で制御し、暗電流の設定値を素子温度で
制御することが有効であることの示唆を、第２図に示す
ような実験結果から得て、本発明に至ったのである。す
なわち、第２図のグラフは、製造ロットが異なり降伏電
圧等の諸特性が異なる４つのアバランシェフォトダイオ
ード素子の増倍率対暗電流特性の測定結果を例示してい
る。第２図のグラフから明らかなように、アバランシェ
フォトダイオードAPD−Ａとアバランシェフォトダイオ
ードAPD−Ｂとは、製造ロットが異なり、従ってまた、
その特性（特に、降伏電圧）が大きく異なるにもかかわ
らず、増倍率対暗電流特性の温度依存性はともに非常に
よく似ている。このことは、増倍率を参照用アバランシ
ェフォトダイオードの暗電流で制御し、暗電流の設定値
を素子温度で制御することにより、光受信器の増倍率の
温度依存性をなくすることができることを確信させるも
のであった。
を概略的に示している。この実施例の光受信器は、後述
することから明らかなように、本発明の原理に従って、
増倍率を参照用アバランシェフォトダイオードの暗電流
で制御し、暗電流の設定値を素子温度で制御することに
より、増倍率の温度依存性をなくしているものである。
本発明者は、この種の光受信器の増倍率の温度依存性を
なくするのに、増倍率を参照用アバランシェフォトダイ
オードの暗電流で制御し、暗電流の設定値を素子温度で
制御することが有効であることの示唆を、第２図に示す
ような実験結果から得て、本発明に至ったのである。す
なわち、第２図のグラフは、製造ロットが異なり降伏電
圧等の諸特性が異なる４つのアバランシェフォトダイオ
ード素子の増倍率対暗電流特性の測定結果を例示してい
る。第２図のグラフから明らかなように、アバランシェ
フォトダイオードAPD−Ａとアバランシェフォトダイオ
ードAPD−Ｂとは、製造ロットが異なり、従ってまた、
その特性（特に、降伏電圧）が大きく異なるにもかかわ
らず、増倍率対暗電流特性の温度依存性はともに非常に
よく似ている。このことは、増倍率を参照用アバランシ
ェフォトダイオードの暗電流で制御し、暗電流の設定値
を素子温度で制御することにより、光受信器の増倍率の
温度依存性をなくすることができることを確信させるも
のであった。
第１図に示すように、この実施例では、参照用アバラ
ンシェフォトダイオード２が、受信用アバランシェフォ
トダイオード１と同一のヒートシンクにマウントされて
いる。この参照用アバランシェフォトダイオード２は、
受信用アバランシェフォトダイオード１と特性の揃った
もの（例えば、同一ウエハから取ったもの）を選んでい
る。電界効果トランジスタ７および演算増幅器14によっ
て、参照用アバランシェフォトダイオード２に流れる暗
電流Id2は、抵抗17による電圧降下が、演算増幅器14の
非反転側入力電圧と等しくなるように調整される。この
時、第１図に回路において、参照符号Ａにて示される点
の電位は、高耐圧ボルテージフォロワ５によって検出さ
れ、これと、参照符号Ｂで示される点の電位が等しくな
るように、演算増幅器８、高耐圧ボルテージフォロワ４
および電界効果トランジスタ６からなる回路が調整す
る。受信用アバランシェフォトダイオード１および参照
用アバランシェフォトダイオード２のカソードに供給さ
れる電圧HV＋は、共通であるから、両アバランシェフォ
トダイオードへの印加電圧は等しくなり、従って、受信
用アバランシェフォトダイオード１の増倍率は、光ファ
イバーよりの光入力にかかわりなく、ほぼ一定に保たれ
る。トリマ19および20は、両アバランシェフォトダイオ
ードの特性歪を補正するためのものである。
ンシェフォトダイオード２が、受信用アバランシェフォ
トダイオード１と同一のヒートシンクにマウントされて
いる。この参照用アバランシェフォトダイオード２は、
受信用アバランシェフォトダイオード１と特性の揃った
もの（例えば、同一ウエハから取ったもの）を選んでい
る。電界効果トランジスタ７および演算増幅器14によっ
て、参照用アバランシェフォトダイオード２に流れる暗
電流Id2は、抵抗17による電圧降下が、演算増幅器14の
非反転側入力電圧と等しくなるように調整される。この
時、第１図に回路において、参照符号Ａにて示される点
の電位は、高耐圧ボルテージフォロワ５によって検出さ
れ、これと、参照符号Ｂで示される点の電位が等しくな
るように、演算増幅器８、高耐圧ボルテージフォロワ４
および電界効果トランジスタ６からなる回路が調整す
る。受信用アバランシェフォトダイオード１および参照
用アバランシェフォトダイオード２のカソードに供給さ
れる電圧HV＋は、共通であるから、両アバランシェフォ
トダイオードへの印加電圧は等しくなり、従って、受信
用アバランシェフォトダイオード１の増倍率は、光ファ
イバーよりの光入力にかかわりなく、ほぼ一定に保たれ
る。トリマ19および20は、両アバランシェフォトダイオ
ードの特性歪を補正するためのものである。
サーミスタ３が、受信用アバランシェフォトダイオー
ド１および参照用アバランシェフォトダイオード２と同
一のヒートシンクにマウントされており、このサーミス
タ３は、ヒートシンクにマウントされた受信用アバラン
シェフォトダイオード１および参照用アバランシェフォ
トダイオード２の素子温度の変化に応じてその抵抗を変
化するものであり、このサーミスタ３の抵抗変化を演算
増幅器10によって検出し、その出力を、演算増幅器11、
12および13で構成される関数発生器によって、第３図に
示すような所与の増幅率をその温度において与える暗電
流（に対応する電圧）に変換する。このような動作によ
り、受信用アバランシェフォトダイオード１の増倍率
は、周囲温度の変化や光入力の変化にかかわらず、一定
に保たれることになる。演算増幅器９で検出される抵抗
18の電圧降下は、受信用アバランシェフォトダイオード
１への光入力に正確に比例することとなり、迅速なキャ
リア検出が可能となる。
ド１および参照用アバランシェフォトダイオード２と同
一のヒートシンクにマウントされており、このサーミス
タ３は、ヒートシンクにマウントされた受信用アバラン
シェフォトダイオード１および参照用アバランシェフォ
トダイオード２の素子温度の変化に応じてその抵抗を変
化するものであり、このサーミスタ３の抵抗変化を演算
増幅器10によって検出し、その出力を、演算増幅器11、
12および13で構成される関数発生器によって、第３図に
示すような所与の増幅率をその温度において与える暗電
流（に対応する電圧）に変換する。このような動作によ
り、受信用アバランシェフォトダイオード１の増倍率
は、周囲温度の変化や光入力の変化にかかわらず、一定
に保たれることになる。演算増幅器９で検出される抵抗
18の電圧降下は、受信用アバランシェフォトダイオード
１への光入力に正確に比例することとなり、迅速なキャ
リア検出が可能となる。
発明の効果 前述したように、本発明によれば、アバランシェフォ
トダイオードの増幅率の制御により、ダイナミックレン
ジおよび受信感度の改善を計る光受信器において、入力
光パワーに無関係に増倍率が一定となるよう制御される
ため、光LAN等の応用において重要となるキャリア検出
を精度良く行うことができ、また、暗電流−増幅率の関
係（その温度依存性も含めて）は比較的個々のデバイス
に依存しないため、調整が容易もしくは無調整とできる
等の副次的効果も得られる。
トダイオードの増幅率の制御により、ダイナミックレン
ジおよび受信感度の改善を計る光受信器において、入力
光パワーに無関係に増倍率が一定となるよう制御される
ため、光LAN等の応用において重要となるキャリア検出
を精度良く行うことができ、また、暗電流−増幅率の関
係（その温度依存性も含めて）は比較的個々のデバイス
に依存しないため、調整が容易もしくは無調整とできる
等の副次的効果も得られる。
要するに、本発明によれば、（１）光入力によらず、
増幅率が一定、従ってバースト信号に対応でき、（２）
その増倍率が温度により変動することが小さい、アバラ
ンシェフォトダイオード駆動回路を構成することが可能
となる。また、光入力に正確に比例した光電流が得られ
るため、これを用いて、（３）正確迅速なキャリア検
出、（４）単純な回路によるAGC、が実現できる。
増幅率が一定、従ってバースト信号に対応でき、（２）
その増倍率が温度により変動することが小さい、アバラ
ンシェフォトダイオード駆動回路を構成することが可能
となる。また、光入力に正確に比例した光電流が得られ
るため、これを用いて、（３）正確迅速なキャリア検
出、（４）単純な回路によるAGC、が実現できる。
第１図は、本発明の一実施例としての光受信器の構成を
概略的に示す図、第２図は、製造ロットが異なり降伏電
圧等の諸特性が異なる４つのアバランシェフォトダイオ
ード素子の増倍率対暗電流特性の測定結果を例示する
図、第３図は、第１図の回路におけるサーミスタと関数
発生器による暗電流設定回路の出力例を示す図、第４図
は、参照検知器方式による従来の光受信器の構成例を概
略的に示す図、第５図は、アバランシェフォトダイオー
ドの増倍率対暗電流特性の温度依存性の一例を示す図で
ある。 １……受信用アバランシェフォトダイオード、 ２……参照用アバランシェフォトダイオード、 ３……温度検出用サーミスタ、 ４、５……高耐圧ボルテージフォロワ、 ６、７……電界効果トランジスタ、 ８〜14……演算増幅器、 15、16……ダイオード、17、18……抵抗、 19、20……トリマ。
概略的に示す図、第２図は、製造ロットが異なり降伏電
圧等の諸特性が異なる４つのアバランシェフォトダイオ
ード素子の増倍率対暗電流特性の測定結果を例示する
図、第３図は、第１図の回路におけるサーミスタと関数
発生器による暗電流設定回路の出力例を示す図、第４図
は、参照検知器方式による従来の光受信器の構成例を概
略的に示す図、第５図は、アバランシェフォトダイオー
ドの増倍率対暗電流特性の温度依存性の一例を示す図で
ある。 １……受信用アバランシェフォトダイオード、 ２……参照用アバランシェフォトダイオード、 ３……温度検出用サーミスタ、 ４、５……高耐圧ボルテージフォロワ、 ６、７……電界効果トランジスタ、 ８〜14……演算増幅器、 15、16……ダイオード、17、18……抵抗、 19、20……トリマ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H04B 10/06 H04B 10/158 H04B 10/148
Claims (2)
- 【請求項１】光信号をアバランシェフォトダイオードを
用いて検出する光受信器において、光信号を受ける受信
用アバランシェフォトダイオードと、参照用アバランシ
ェフォトダイオードと、該参照用アバランシェフォトダ
イオードの暗電流値を設定するための暗電流設定手段
と、該暗電流設定手段によって設定された値の暗電流が
前記参照用アバランシェフォトダイオードに流れるよう
にバイアス電圧をその参照用アバランシェフォトダイオ
ードに印加するための第１のバイアス電圧印加手段と、
該第１のバイアス電圧印加手段によって前記参照用アバ
ランシェフォトダイオードに印加される前記バイアス電
圧と同じバイアス電圧を前記受信用アバランシェフォト
ダイオードに印加するための第２のバイアス電圧印加手
段と、前記受信用アバランシェフォトダイオードおよび
参照用アバランシェフォトダイオードの素子温度を検出
するための素子温度検出手段と、該素子温度検出手段に
よって検出される素子温度に応じて前記受信用アバラン
シェフォトダイオードの増倍率が所定値となるように前
記暗電流設定手段を制御してその暗電流設定値を制御す
るための制御手段とを備えることを特徴とする光受信
器。 - 【請求項２】前記受信用アバランシェフォトダイオー
ド、前記参照用アバランシェフォトダイオードおよび前
記素子温度検出手段は、同一のヒートシンクに取り付け
られている請求項（１）記載の光受信器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1273601A JP2848495B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 光受信器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1273601A JP2848495B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 光受信器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03135235A JPH03135235A (ja) | 1991-06-10 |
| JP2848495B2 true JP2848495B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=17530039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1273601A Expired - Fee Related JP2848495B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 光受信器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2848495B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-20 JP JP1273601A patent/JP2848495B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03135235A (ja) | 1991-06-10 |
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