JP3299576B2 - 光空間通信装置 - Google Patents
光空間通信装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、屋外使用されるよう
に、本来の信号に用いる情報を含む光以外の背景光の多
いシステムにおいて使用される光空間通信装置に関する
ものである。
に、本来の信号に用いる情報を含む光以外の背景光の多
いシステムにおいて使用される光空間通信装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信における受信器に使用されるアバ
ランシェ・フォトダイオード（以下ＡＰＤと略す）は、
光起電流に対する増倍作用があり、その増倍率Ｍはバイ
アス電圧VBの関数として次式で表され、１〜数１００の
範囲で変化する。 Ｍ＝１／｛１−（VB／Vbr ）N ｝ …(1)
ランシェ・フォトダイオード（以下ＡＰＤと略す）は、
光起電流に対する増倍作用があり、その増倍率Ｍはバイ
アス電圧VBの関数として次式で表され、１〜数１００の
範囲で変化する。 Ｍ＝１／｛１−（VB／Vbr ）N ｝ …(1)
【０００３】ここで、Vbr はブレークダウン電圧、Ｎは
実験的に定まる定数で通常１以下である。
実験的に定まる定数で通常１以下である。
【０００４】図４はＡＰＤのバイアス電圧VBと増倍率Ｍ
の関係を各温度について示したグラフ図であり、ブレー
クダウン電圧Vbr は点線で示されている。また、ＡＰＤ
に受信される光信号のパワーPOに対して、出力される電
気信号のＳＮ比を最大にする最適増倍率MBが存在し、次
式で表される。 MB＝ [４ｋ・Ｆ・Ｔ／ {ｘ・ｑ・RO（IP＋ID＋IB)}] 1/(x+2) …(2)
の関係を各温度について示したグラフ図であり、ブレー
クダウン電圧Vbr は点線で示されている。また、ＡＰＤ
に受信される光信号のパワーPOに対して、出力される電
気信号のＳＮ比を最大にする最適増倍率MBが存在し、次
式で表される。 MB＝ [４ｋ・Ｆ・Ｔ／ {ｘ・ｑ・RO（IP＋ID＋IB)}] 1/(x+2) …(2)
【０００５】ここで、ｋはボルツマンの定数（１．３８
×１０-23 Ｊ／ ゜Ｋ）、Ｆは増幅器の雑音指数（通常２
〜３程度）、Ｔは絶対温度、ｘはＡＰＤの過剰雑音系数
（０．２〜０．３程度）、ｑは電子の電荷（１．６０×
１０-19 Ｃ）、ROはＡＰＤの負荷抵抗、IPは信号光によ
る光電流、IDはＡＰＤの暗電流、IBは信号光以外の背景
光等による光電流を表している。
×１０-23 Ｊ／ ゜Ｋ）、Ｆは増幅器の雑音指数（通常２
〜３程度）、Ｔは絶対温度、ｘはＡＰＤの過剰雑音系数
（０．２〜０．３程度）、ｑは電子の電荷（１．６０×
１０-19 Ｃ）、ROはＡＰＤの負荷抵抗、IPは信号光によ
る光電流、IDはＡＰＤの暗電流、IBは信号光以外の背景
光等による光電流を表している。
【０００６】図５、図６はそれぞれ従来のＡＰＤを用い
た光受信器のブロック回路構成図である。図５でＡＰＤ
１の入力にはバイアス電源２が接続されており、ＡＰＤ
１の出力は接地された抵抗３及び結合コンデンサ４に接
続されている。結合コンデンサ４の出力は前置増幅器５
を介してＡＧＣ増幅器６に接続され、ＡＧＣ(Automatic
Gain Control) 増幅器６の出力はそのまま光受信器の
出力となる他に検波器７に接続されている。検波器７の
出力はＡＧＣ増幅器６及びバイアス制御部８に接続さ
れ、バイアス制御部８の出力はバイアス電源２に接続さ
れている。
た光受信器のブロック回路構成図である。図５でＡＰＤ
１の入力にはバイアス電源２が接続されており、ＡＰＤ
１の出力は接地された抵抗３及び結合コンデンサ４に接
続されている。結合コンデンサ４の出力は前置増幅器５
を介してＡＧＣ増幅器６に接続され、ＡＧＣ(Automatic
Gain Control) 増幅器６の出力はそのまま光受信器の
出力となる他に検波器７に接続されている。検波器７の
出力はＡＧＣ増幅器６及びバイアス制御部８に接続さ
れ、バイアス制御部８の出力はバイアス電源２に接続さ
れている。
【０００７】ＡＰＤ１で受信された光信号はＡＰＤ１で
光電流に変換され、更にＡＰＤ１の負荷抵抗である抵抗
３で電圧に変換される。電圧に変換された信号はこの電
圧の交流信号成分を結合コンデンサ４で取り出され、前
置増幅器５に入力される。前置増幅器５で増幅された信
号はＡＧＣ増幅器６で自動的に利得制御され、ＡＰＤを
用いた光受信器の出力信号となる。また、出力信号はそ
の振幅等を検波器７で検出された後に、ＡＧＣ増幅器６
にフィードバックされ光受信器の出力信号を安定化させ
る他に、バイアス制御部８を介してバイアス電源２にも
フィードバックされ、増倍率Ｍを変化させて光受信器の
出力信号の振幅等を安定化させる。更に、増倍率Ｍが入
力光信号レベルに対して最適値近くになるようにしてい
る。
光電流に変換され、更にＡＰＤ１の負荷抵抗である抵抗
３で電圧に変換される。電圧に変換された信号はこの電
圧の交流信号成分を結合コンデンサ４で取り出され、前
置増幅器５に入力される。前置増幅器５で増幅された信
号はＡＧＣ増幅器６で自動的に利得制御され、ＡＰＤを
用いた光受信器の出力信号となる。また、出力信号はそ
の振幅等を検波器７で検出された後に、ＡＧＣ増幅器６
にフィードバックされ光受信器の出力信号を安定化させ
る他に、バイアス制御部８を介してバイアス電源２にも
フィードバックされ、増倍率Ｍを変化させて光受信器の
出力信号の振幅等を安定化させる。更に、増倍率Ｍが入
力光信号レベルに対して最適値近くになるようにしてい
る。
【０００８】図６でＡＰＤ１の入力にはバイアス電源２
が接続されており、ＡＰＤ１の出力は結合コンデンサ４
及び抵抗３を介してバイアス制御部８に接続されてい
る。結合コンデンサ４の出力は前置増幅器５を介してＡ
ＧＣ増幅器６に接続され、ＡＧＣ増幅器６の出力はその
まま光受信器の出力となる他に検波器７に接続されてい
る。検波器７の出力はＡＧＣ増幅器６及びバイアス制御
部８に接続され、バイアス制御部８の出力はバイアス電
源２に接続されている。抵抗３の出力はバイアス制御部
８に接続されている他に、抵抗９を介して接地されても
いる。
が接続されており、ＡＰＤ１の出力は結合コンデンサ４
及び抵抗３を介してバイアス制御部８に接続されてい
る。結合コンデンサ４の出力は前置増幅器５を介してＡ
ＧＣ増幅器６に接続され、ＡＧＣ増幅器６の出力はその
まま光受信器の出力となる他に検波器７に接続されてい
る。検波器７の出力はＡＧＣ増幅器６及びバイアス制御
部８に接続され、バイアス制御部８の出力はバイアス電
源２に接続されている。抵抗３の出力はバイアス制御部
８に接続されている他に、抵抗９を介して接地されても
いる。
【０００９】図６に示した従来例は、バイアス制御部８
が検波器７で検出された光受信器の出力信号のみなら
ず、ＡＰＤ１に流れる光電流も検出してバイアス電源２
を制御する点が図５に示した従来例と異なっている。
が検波器７で検出された光受信器の出力信号のみなら
ず、ＡＰＤ１に流れる光電流も検出してバイアス電源２
を制御する点が図５に示した従来例と異なっている。
【００１０】このように従来のＡＰＤを用いた光受信器
では、ＡＰＤ１に印加するバイアス電圧VBによる増倍率
Ｍの変化を利用して、入射した光強度に対して利得制御
を行い、出力信号を安定化させたり、また増倍率Ｍが最
適増倍率MBの近傍になるようにバイアス電圧VBの制御を
行ったりする方式が一般的である。
では、ＡＰＤ１に印加するバイアス電圧VBによる増倍率
Ｍの変化を利用して、入射した光強度に対して利得制御
を行い、出力信号を安定化させたり、また増倍率Ｍが最
適増倍率MBの近傍になるようにバイアス電圧VBの制御を
行ったりする方式が一般的である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例の方式は、光ファイバを用いたような背景光を無視
できるシステムでは有効であるが、開放された自由空間
を伝搬する光ビームを通信路とするような光空間システ
ムにおいては、背景光も同時にＡＰＤに入射し、その背
景光の強度が無視できる程度ではないために問題が生ず
る。このＡＰＤに入射する背景光の強度は、気象条件や
時間等の設置環境や受信光学系の構成で異なるが、信号
光の波長近傍の波長のみを通過する干渉フィルタ等の狭
帯域フィルタを用いて、極力背景光を除去した場合でも
晴天時の日中の南向きの場合に、概ね−３０ｄＢｍ程度
のレベルになる。
来例の方式は、光ファイバを用いたような背景光を無視
できるシステムでは有効であるが、開放された自由空間
を伝搬する光ビームを通信路とするような光空間システ
ムにおいては、背景光も同時にＡＰＤに入射し、その背
景光の強度が無視できる程度ではないために問題が生ず
る。このＡＰＤに入射する背景光の強度は、気象条件や
時間等の設置環境や受信光学系の構成で異なるが、信号
光の波長近傍の波長のみを通過する干渉フィルタ等の狭
帯域フィルタを用いて、極力背景光を除去した場合でも
晴天時の日中の南向きの場合に、概ね−３０ｄＢｍ程度
のレベルになる。
【００１２】図７はＡＰＤに入射する信号光レベルと検
出信号のＳＮ比を最大にする最適増倍率MBの関係を、各
背景光レベルについて示したグラフ図である。この図７
から最適増倍率MBを得るためには、背景光のレベルを考
慮した方式でなくてはならないことが分かる。
出信号のＳＮ比を最大にする最適増倍率MBの関係を、各
背景光レベルについて示したグラフ図である。この図７
から最適増倍率MBを得るためには、背景光のレベルを考
慮した方式でなくてはならないことが分かる。
【００１３】ここで、従来例の方式について考察する
と、先ず図５に示した方式では背景光を完全に無視し
て、信号光の強度の情報だけで制御されているため、こ
こで述べているような光空間通信に対しては適切な方式
とは云えない。
と、先ず図５に示した方式では背景光を完全に無視し
て、信号光の強度の情報だけで制御されているため、こ
こで述べているような光空間通信に対しては適切な方式
とは云えない。
【００１４】また図６に示した方式では、検出されるの
は式(2) における（IP＋ID＋IB）に増倍率Ｍを乗じて表
されるＡＰＤ１に流れる光電流である。ここで、光空間
通信では気象条件等で光電流IP、IBが大きく変化し、ま
たバイアス電圧VBに対する増倍率Ｍの値もＡＰＤによっ
てばらつきが大きい。そのため、検出されるＭ(IP ＋ID
＋IB）の値から、増倍率Ｍと（IP＋ID＋IB）の成分を分
離することが難しく、式(2) に示したように（IP＋ID＋
IB）より求められる最適増倍率MBを基に、Ｍ（IP＋ID＋
IB）を制御することが困難である。
は式(2) における（IP＋ID＋IB）に増倍率Ｍを乗じて表
されるＡＰＤ１に流れる光電流である。ここで、光空間
通信では気象条件等で光電流IP、IBが大きく変化し、ま
たバイアス電圧VBに対する増倍率Ｍの値もＡＰＤによっ
てばらつきが大きい。そのため、検出されるＭ(IP ＋ID
＋IB）の値から、増倍率Ｍと（IP＋ID＋IB）の成分を分
離することが難しく、式(2) に示したように（IP＋ID＋
IB）より求められる最適増倍率MBを基に、Ｍ（IP＋ID＋
IB）を制御することが困難である。
【００１５】これを実現可能とするためには複雑な信号
処理回路を必要とし、その回路構成も大規模なものとな
る。また背景光レベルにより、信号光レベルに対する最
適増倍率MBが異なるために、暗電流IDは小さいので無視
するとしても、光電流IP、IBを分離する必要もある。こ
れを実現するためには、図６の点線で示したように、出
力信号の情報もバイアス制御部８に送り、処理を行わな
くてはならず、更に処理の過程と回路構成が複雑化する
ことになる。
処理回路を必要とし、その回路構成も大規模なものとな
る。また背景光レベルにより、信号光レベルに対する最
適増倍率MBが異なるために、暗電流IDは小さいので無視
するとしても、光電流IP、IBを分離する必要もある。こ
れを実現するためには、図６の点線で示したように、出
力信号の情報もバイアス制御部８に送り、処理を行わな
くてはならず、更に処理の過程と回路構成が複雑化する
ことになる。
【００１６】以上は光空間通信の場合の従来例の問題点
についての説明であるが、一般的に図５、図６のような
従来例では、増倍率Ｍを最適増倍率MBに制御する機構
や、出力を安定化する機構の他に、バイアス電力VBがブ
レークダウン電圧Vbr を越えると暗電流IDが急激に増加
してＳＮ比が劣化し、場合によってはＡＰＤが破壊され
るため、バイアス電圧VBがブレークダウン電圧Vbr を越
えないように制御する機構や、ＡＰＤの周波数特性が劣
化しない程度にバイアス電圧VBの下限値を制御する機構
等が必要である。このようなことから信号処理回路によ
る制御では、処理回路の規模が大きくなり、コスト高を
招くという問題点が存在する。
についての説明であるが、一般的に図５、図６のような
従来例では、増倍率Ｍを最適増倍率MBに制御する機構
や、出力を安定化する機構の他に、バイアス電力VBがブ
レークダウン電圧Vbr を越えると暗電流IDが急激に増加
してＳＮ比が劣化し、場合によってはＡＰＤが破壊され
るため、バイアス電圧VBがブレークダウン電圧Vbr を越
えないように制御する機構や、ＡＰＤの周波数特性が劣
化しない程度にバイアス電圧VBの下限値を制御する機構
等が必要である。このようなことから信号処理回路によ
る制御では、処理回路の規模が大きくなり、コスト高を
招くという問題点が存在する。
【００１７】本発明の目的は、信号処理回路を使用せ
ず、構成が簡単で光空間通信のような背景光の大きな受
信状態であっても、常に最適な増倍率が得られる光空間
通信装置を提供することにある。
ず、構成が簡単で光空間通信のような背景光の大きな受
信状態であっても、常に最適な増倍率が得られる光空間
通信装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る光空間通信装置は、アバランシェ・フ
ォトダイオードを光受信素子として使用する光空間通信
装置において、複数のダイオードと、前記アバランシェ
・フォトダイオードの光起電流による電圧降下を発生す
るための第１の抵抗と、前記アバランシェ・フォトダイ
オードのアノードとの直列回路をバイアス電源に接続
し、前記アバランシェ・フォトダイオードのアノードは
コンデンサを介して基準電位にも接続し、前記アバラン
シェ・フォトダイオードのカソードは、前記アバランシ
ェ・フォトダイオードの光起電流を電圧に変換するため
の他端を基準電位に接続した第２の抵抗と増幅器との並
列回路に接続し、前記複数のダイオードの順方向電圧降
下と前記第１の抵抗の電圧降下とを組み合わせて、前記
アバランシェ・フォトダイオードのアノードに印加する
バイアス電圧を制御することにより、前記アバランシェ
・フォトダイオードに入射する背景光及び信号光を有す
る入力光に対して最適なＳＮ比を得る制御回路を備えた
ことを特徴とする。
めの本発明に係る光空間通信装置は、アバランシェ・フ
ォトダイオードを光受信素子として使用する光空間通信
装置において、複数のダイオードと、前記アバランシェ
・フォトダイオードの光起電流による電圧降下を発生す
るための第１の抵抗と、前記アバランシェ・フォトダイ
オードのアノードとの直列回路をバイアス電源に接続
し、前記アバランシェ・フォトダイオードのアノードは
コンデンサを介して基準電位にも接続し、前記アバラン
シェ・フォトダイオードのカソードは、前記アバランシ
ェ・フォトダイオードの光起電流を電圧に変換するため
の他端を基準電位に接続した第２の抵抗と増幅器との並
列回路に接続し、前記複数のダイオードの順方向電圧降
下と前記第１の抵抗の電圧降下とを組み合わせて、前記
アバランシェ・フォトダイオードのアノードに印加する
バイアス電圧を制御することにより、前記アバランシェ
・フォトダイオードに入射する背景光及び信号光を有す
る入力光に対して最適なＳＮ比を得る制御回路を備えた
ことを特徴とする。
【００１９】
【作用】上述の構成を有する光空間通信装置は、複数の
ダイオードと抵抗をバイアス電源の出力に直列に接続
し、ダイオードの順方向電圧降下と抵抗の電圧降下によ
りアバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を制
御する。
ダイオードと抵抗をバイアス電源の出力に直列に接続
し、ダイオードの順方向電圧降下と抵抗の電圧降下によ
りアバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を制
御する。
【００２０】
【実施例】本発明を図１〜図４に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は本発明のＡＰＤのバイアス方
式を光受信器に使用した際の実施例のブロック回路構成
図である。ＡＰＤ１１の出力は接地された抵抗１２及び
結合コンデンサ１３に接続されている。結合コンデンサ
１３の出力は前置増幅器１４を介してＡＧＣ増幅器１５
に接続され、ＡＧＣ増幅器１５の出力の一部はそのまま
光受信器の出力となる他に、検波器１６に接続されてい
る。検波器１６の出力はＡＧＣ増幅器１５に接続されて
いる。
て詳細に説明する。図１は本発明のＡＰＤのバイアス方
式を光受信器に使用した際の実施例のブロック回路構成
図である。ＡＰＤ１１の出力は接地された抵抗１２及び
結合コンデンサ１３に接続されている。結合コンデンサ
１３の出力は前置増幅器１４を介してＡＧＣ増幅器１５
に接続され、ＡＧＣ増幅器１５の出力の一部はそのまま
光受信器の出力となる他に、検波器１６に接続されてい
る。検波器１６の出力はＡＧＣ増幅器１５に接続されて
いる。
【００２１】また、ＡＰＤ１１の図示しないパッケージ
又はパッケージ近傍には、接地されたツェナダイオード
１７が設けられており、ツェナダイオード１７の出力は
差動増幅器１８に接続されている。この差動増幅器１８
の入力には接地された基準電圧源１９も接続されてい
る。差動増幅器１８の出力は抵抗２０を介して加算器２
１に接続されており、加算器２１の出力はバイアス電源
２２に接続されている。加算器２１の入力端には抵抗２
３を介して接地されたバイアス電源用基準電圧源２４も
接続されている。バイアス電源２２の出力はダイオード
２５、抵抗２６を介してＡＰＤ１１に接続されている。
また、ＡＰＤ１１の入力には接地されたバイパスコンデ
ンサ２７も接続されている。
又はパッケージ近傍には、接地されたツェナダイオード
１７が設けられており、ツェナダイオード１７の出力は
差動増幅器１８に接続されている。この差動増幅器１８
の入力には接地された基準電圧源１９も接続されてい
る。差動増幅器１８の出力は抵抗２０を介して加算器２
１に接続されており、加算器２１の出力はバイアス電源
２２に接続されている。加算器２１の入力端には抵抗２
３を介して接地されたバイアス電源用基準電圧源２４も
接続されている。バイアス電源２２の出力はダイオード
２５、抵抗２６を介してＡＰＤ１１に接続されている。
また、ＡＰＤ１１の入力には接地されたバイパスコンデ
ンサ２７も接続されている。
【００２２】ＡＰＤ１１で受信された光信号はＡＰＤ１
１で光電流に変換され、更にＡＰＤ１１の負荷抵抗であ
る抵抗１２で電圧に変換される。電圧に変換された信号
はこの電圧の交流信号成分を結合コンデンサ１３で取り
出され、前置増幅器１４に入力される。前置増幅器１４
で増幅された信号はＡＧＣ増幅器１５で自動的に利得制
御され、光受信器の出力信号となる。また、出力信号は
その振幅等を検波器１６で検出され、ＡＧＣ増幅器１５
にフィードバックされ、光受信器の出力信号を安定化さ
せる。
１で光電流に変換され、更にＡＰＤ１１の負荷抵抗であ
る抵抗１２で電圧に変換される。電圧に変換された信号
はこの電圧の交流信号成分を結合コンデンサ１３で取り
出され、前置増幅器１４に入力される。前置増幅器１４
で増幅された信号はＡＧＣ増幅器１５で自動的に利得制
御され、光受信器の出力信号となる。また、出力信号は
その振幅等を検波器１６で検出され、ＡＧＣ増幅器１５
にフィードバックされ、光受信器の出力信号を安定化さ
せる。
【００２３】ツェナダイオード１７ではＡＰＤ１１の温
度検出を行い、その端子電圧と基準電圧源１９との電位
差を差動増幅器１８で増幅し、更にバイアス電源用基準
電圧源２４の電位と加算器２１で加算して、バイアス電
源２２の入力端子に印加する。これにより、ＡＰＤ１１
の温度に応じてＡＰＤ１１のブレークダウン電圧Vbrに
ほぼ等しい電圧がバイアス電源２２より出力される。バ
イアス電源２２より出力された電圧は、ＡＰＤ１１を流
れる光電流に応じて変化するダイオード２５の順方向電
圧降下及び抵抗２６の電圧降下により制御され、ＡＰＤ
１１のバイアス電圧VBとなる。バイパスコンデンサ２７
はＡＰＤ１１を流れる電流の交流信号成分を通すための
ものである。
度検出を行い、その端子電圧と基準電圧源１９との電位
差を差動増幅器１８で増幅し、更にバイアス電源用基準
電圧源２４の電位と加算器２１で加算して、バイアス電
源２２の入力端子に印加する。これにより、ＡＰＤ１１
の温度に応じてＡＰＤ１１のブレークダウン電圧Vbrに
ほぼ等しい電圧がバイアス電源２２より出力される。バ
イアス電源２２より出力された電圧は、ＡＰＤ１１を流
れる光電流に応じて変化するダイオード２５の順方向電
圧降下及び抵抗２６の電圧降下により制御され、ＡＰＤ
１１のバイアス電圧VBとなる。バイパスコンデンサ２７
はＡＰＤ１１を流れる電流の交流信号成分を通すための
ものである。
【００２４】ＡＰＤ１１に流れる電流をIA、バイアス電
源２２の出力をVO、抵抗２６、１２の抵抗値をそれぞれ
R1、R2とすると、ＡＰＤ１１のバイアス電圧VBは次式で
表される。 VB＝VO−ｎ・VD−IA（R1＋R2） …(3) IA＝Ｍ（IP＋ID＋IB）
源２２の出力をVO、抵抗２６、１２の抵抗値をそれぞれ
R1、R2とすると、ＡＰＤ１１のバイアス電圧VBは次式で
表される。 VB＝VO−ｎ・VD−IA（R1＋R2） …(3) IA＝Ｍ（IP＋ID＋IB）
【００２５】ｎは接続されるダイオード２５の個数（実
施例ではｎ＝６）、VDはダイオード２５の順方向電圧降
下であり、次式で表される。 VD＝（ｋ・Ｔ／ｑ）・ln（Ｉ／IS＋１） …(4)
施例ではｎ＝６）、VDはダイオード２５の順方向電圧降
下であり、次式で表される。 VD＝（ｋ・Ｔ／ｑ）・ln（Ｉ／IS＋１） …(4)
【００２６】ここでISはダイオード２５の逆方向電流
で、一般のシリコンダイオードは概略−１０−１１ Ａ
程度のものである。バイアス電源２２の出力VOはＡＰＤ
１１のブレークダウン電圧Vbr にほぼ等しく、かつそれ
を越えないような値に設定されている。
で、一般のシリコンダイオードは概略−１０−１１ Ａ
程度のものである。バイアス電源２２の出力VOはＡＰＤ
１１のブレークダウン電圧Vbr にほぼ等しく、かつそれ
を越えないような値に設定されている。
【００２７】図２はブレークダウン電圧Vbr が２００Ｖ
のＡＰＤ１１の入力に、２００ｋΩの抵抗２６を接続し
た場合の信号光レベルと増倍率Ｍの関係を各背景光レベ
ルについて示したグラフ図である。この場合に、増倍率
Ｍの値は図２の点線で示す最適増倍率MBに対して信号光
レベルの大きい領域では小さくなる傾向があり、また信
号光レベルの小さい領域では背景光レベルが−４０ｄＢ
ｍ以下の小さい場合を除き、最適増倍率MB値よりも大き
くなる傾向を示している。即ち、信号光レベルが大きい
時は抵抗による電圧降下が過剰であり、逆に信号光レベ
ルが小さい時は抵抗による電圧降下が不足であると云え
る。
のＡＰＤ１１の入力に、２００ｋΩの抵抗２６を接続し
た場合の信号光レベルと増倍率Ｍの関係を各背景光レベ
ルについて示したグラフ図である。この場合に、増倍率
Ｍの値は図２の点線で示す最適増倍率MBに対して信号光
レベルの大きい領域では小さくなる傾向があり、また信
号光レベルの小さい領域では背景光レベルが−４０ｄＢ
ｍ以下の小さい場合を除き、最適増倍率MB値よりも大き
くなる傾向を示している。即ち、信号光レベルが大きい
時は抵抗による電圧降下が過剰であり、逆に信号光レベ
ルが小さい時は抵抗による電圧降下が不足であると云え
る。
【００２８】従って、これを補償するためには信号光レ
ベルが大きい時、即ちＡＰＤを流れる光電流IAが大きい
時に小さな抵抗値を示し、逆に信号光レベルが小さい
時、即ちＡＰＤを流れる光電流IAが小さい時には大きな
抵抗値を示す要素を付加すればよいことになる。これは
実施例のように抵抗２６とダイオード２５の組合わせに
よって実現することができる。ダイオード２５の電流Ｉ
に対する順方向電圧降下VDは式(4) に示す通りであり、
ダイオード２５の実効直流抵抗VD／Ｉは、式(4)より明
らかなように電流値Ｉが増加すると減少するので、ダイ
オード２５と抵抗２６を組合わせることにより、必要な
電流に対する電圧降下特性を得ることができる。
ベルが大きい時、即ちＡＰＤを流れる光電流IAが大きい
時に小さな抵抗値を示し、逆に信号光レベルが小さい
時、即ちＡＰＤを流れる光電流IAが小さい時には大きな
抵抗値を示す要素を付加すればよいことになる。これは
実施例のように抵抗２６とダイオード２５の組合わせに
よって実現することができる。ダイオード２５の電流Ｉ
に対する順方向電圧降下VDは式(4) に示す通りであり、
ダイオード２５の実効直流抵抗VD／Ｉは、式(4)より明
らかなように電流値Ｉが増加すると減少するので、ダイ
オード２５と抵抗２６を組合わせることにより、必要な
電流に対する電圧降下特性を得ることができる。
【００２９】ここで、ダイオード２５による電圧降下は
抵抗２６による電圧降下に比べて小さく、ＡＰＤ１１に
流れる最大電流を考えても高々ダイオード１個当たり
０．５Ｖ程度であり、余り効果がないように思われる
が、実際は入射光レベルが小さい領域ではブレークダウ
ン電圧Vbr に近い条件で使用するので、図４に示すバイ
アス電圧VBと増倍率Ｍの関係を表すグラフ図から分かる
通り、僅かのバイアス電圧VBの変化が増倍率Ｍに大きく
影響を与える。また、抵抗２６による電圧降下について
は、抵抗値をＡＰＤ１１のブレークダウン電圧Vbr ×１
０００Ω程度に選定すると、或る程度の制御効果が得ら
れる。
抵抗２６による電圧降下に比べて小さく、ＡＰＤ１１に
流れる最大電流を考えても高々ダイオード１個当たり
０．５Ｖ程度であり、余り効果がないように思われる
が、実際は入射光レベルが小さい領域ではブレークダウ
ン電圧Vbr に近い条件で使用するので、図４に示すバイ
アス電圧VBと増倍率Ｍの関係を表すグラフ図から分かる
通り、僅かのバイアス電圧VBの変化が増倍率Ｍに大きく
影響を与える。また、抵抗２６による電圧降下について
は、抵抗値をＡＰＤ１１のブレークダウン電圧Vbr ×１
０００Ω程度に選定すると、或る程度の制御効果が得ら
れる。
【００３０】使用するダイオード２５の個数の決定には
或る程度の試行が必要であるが、ダイオード２５の種類
と個数が決まれば、抵抗２６の値は式(1) 〜式(3) と使
用するＡＰＤ１１の特性により決定することができる。
ブレークダウン電圧２００ＶのＡＰＤ１１の例では、ダ
イオード２５に通常のシリコンダイオードを用いた場合
に、個数ｎは５〜１０個、抵抗２６の抵抗値は１００ｋ
〜２００ｋΩの間が適当である。図３は本発明のＡＰＤ
のバイアス方式を適用した場合の信号光レベルと増倍率
Ｍの関係を各背景光レベルについて示したグラフ図であ
り、図２のグラフ図と比較して点線で示した最適増倍率
MBに近い値で制御されていることが分かる。
或る程度の試行が必要であるが、ダイオード２５の種類
と個数が決まれば、抵抗２６の値は式(1) 〜式(3) と使
用するＡＰＤ１１の特性により決定することができる。
ブレークダウン電圧２００ＶのＡＰＤ１１の例では、ダ
イオード２５に通常のシリコンダイオードを用いた場合
に、個数ｎは５〜１０個、抵抗２６の抵抗値は１００ｋ
〜２００ｋΩの間が適当である。図３は本発明のＡＰＤ
のバイアス方式を適用した場合の信号光レベルと増倍率
Ｍの関係を各背景光レベルについて示したグラフ図であ
り、図２のグラフ図と比較して点線で示した最適増倍率
MBに近い値で制御されていることが分かる。
【００３１】以上の説明では、温度変化がなくＡＰＤ１
１のブレークダウン電圧Vbr が一定としたが、実際は図
４の点線で示されているように、ＡＰＤ１１のブレーク
ダウン電圧Vbr は温度特性を持つため、温度補償を行う
必要がある。この温度補償の回路は図１の点線部に示す
ようにＡＰＤ１１に近接して設けられ、ＡＰＤ１１と熱
的に結合しているツェナダイオード１７により温度検出
を行っている。これによりＡＰＤ１１の温度に拘らずＡ
ＰＤ１１のブレークダウン電圧Vbr にほぼ等しい電圧が
バイアス電源２２により出力される。また、この温度補
償の回路はＡＰＤ１１のバイアス電圧VBの制御と独立し
て動作しており、極めて簡単な回路構成で済む。
１のブレークダウン電圧Vbr が一定としたが、実際は図
４の点線で示されているように、ＡＰＤ１１のブレーク
ダウン電圧Vbr は温度特性を持つため、温度補償を行う
必要がある。この温度補償の回路は図１の点線部に示す
ようにＡＰＤ１１に近接して設けられ、ＡＰＤ１１と熱
的に結合しているツェナダイオード１７により温度検出
を行っている。これによりＡＰＤ１１の温度に拘らずＡ
ＰＤ１１のブレークダウン電圧Vbr にほぼ等しい電圧が
バイアス電源２２により出力される。また、この温度補
償の回路はＡＰＤ１１のバイアス電圧VBの制御と独立し
て動作しており、極めて簡単な回路構成で済む。
【００３２】本発明でのＡＰＤのバイアス方式はＳＮ比
を最適にするように制御されるため、出力信号の振幅を
安定化するためには、図１に示すようにＡＧＣ増幅器１
５を設ける必要がある。このＡＧＣ増幅器１５も本発明
のＡＰＤのバイアス方式と独立して動作するもので、複
雑な相互の信号のやりとりが不要であり、全体の構成が
簡単な上に動作も確実なものとなっている。
を最適にするように制御されるため、出力信号の振幅を
安定化するためには、図１に示すようにＡＧＣ増幅器１
５を設ける必要がある。このＡＧＣ増幅器１５も本発明
のＡＰＤのバイアス方式と独立して動作するもので、複
雑な相互の信号のやりとりが不要であり、全体の構成が
簡単な上に動作も確実なものとなっている。
【００３３】上記の実施例の説明では、背景光レベルが
大きいという光空間通信特有の問題に対する効果につい
て説明したが、本発明は光空間通信に限らず光ファイバ
を用いた光通信用にも当然応用することができる。その
場合に、従来例に比べて回路構成の簡単さ、能動素子を
使わずにダイオードと抵抗の電圧降下による自動的なバ
イアス制御の動作の確実性等の点で有効性が高い。
大きいという光空間通信特有の問題に対する効果につい
て説明したが、本発明は光空間通信に限らず光ファイバ
を用いた光通信用にも当然応用することができる。その
場合に、従来例に比べて回路構成の簡単さ、能動素子を
使わずにダイオードと抵抗の電圧降下による自動的なバ
イアス制御の動作の確実性等の点で有効性が高い。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る光空間
通信装置は、制御信号によらず、アバランシェ・フォト
ダイオードに流れる光電流に応じて変化する複数のダイ
オードの順方向電圧降下及び抵抗の電圧降下を用いて、
アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を制御
することにより、簡単な構成であるにも拘らず、光空間
通信のような背景光の大きな光受信状態であっても、常
に最適の増倍率が得られる。
通信装置は、制御信号によらず、アバランシェ・フォト
ダイオードに流れる光電流に応じて変化する複数のダイ
オードの順方向電圧降下及び抵抗の電圧降下を用いて、
アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を制御
することにより、簡単な構成であるにも拘らず、光空間
通信のような背景光の大きな光受信状態であっても、常
に最適の増倍率が得られる。
【図１】実施例のブロック回路構成図である。
【図２】信号光レベルと増倍率の関係のグラフ図であ
る。
る。
【図３】信号光レベルと増倍率の関係のグラフ図であ
る。
る。
【図４】バイアス電圧と増倍率のグラフ図である。
【図５】従来例のブロック回路構成図である。
【図６】従来例のブロック回路構成図である。
【図７】信号光レベルと最適増倍率の関係のグラフ図で
ある。
ある。
１１ アバランシェ・フォトダイオード １２、２０、２３、２６ 抵抗 １３ 結合コンデンサ １４ 前置増幅器 １５ ＡＧＣ増幅器 １６ 検波器 １７ ツェナダイオード １８ 差動増幅器 １９ 基準電圧源 ２１ 加算器 ２２ バイアス電源 ２４ バイアス電源用基準電圧源 ２５ ダイオード ２７ バイパスコンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−101428（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−27608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187672（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 アバランシェ・フォトダイオードを光受
信素子として使用する光空間通信装置において、複数の
ダイオードと、前記アバランシェ・フォトダイオードの
光起電流による電圧降下を発生するための第１の抵抗
と、前記アバランシェ・フォトダイオードのアノードと
の直列回路をバイアス電源に接続し、前記アバランシェ
・フォトダイオードのアノードはコンデンサを介して基
準電位にも接続し、前記アバランシェ・フォトダイオー
ドのカソードは、前記アバランシェ・フォトダイオード
の光起電流を電圧に変換するための他端を基準電位に接
続した第２の抵抗と増幅器との並列回路に接続し、前記
複数のダイオードの順方向電圧降下と前記第１の抵抗の
電圧降下とを組み合わせて、前記アバランシェ・フォト
ダイオードのアノードに印加するバイアス電圧を制御す
ることにより、前記アバランシェ・フォトダイオードに
入射する背景光及び信号光を有する入力光に対して最適
なＳＮ比を得る制御回路を備えたことを特徴とする光空
間通信装置。 - 【請求項２】 前記バイアス電源は制御入力電圧端子か
らの信号により出力電圧を変化させることを可能とし、
前記アバランシェ・フォトダイオードのパッケージの温
度又は該パッケージ近傍の温度を検出し、該検出温度に
よる前記アバランシェ・フォトダイオードのブレークダ
ウン電圧にほぼ等しいか或いは前記ブレークダウン電圧
を越えない電圧を出力するような信号を、前記制御入力
電圧端子から前記バイアス電源に与えるようにした請求
項１に記載の光空間通信装置。 - 【請求項３】 前記増幅器は１個以上のブロックから成
り、少なくともそのうちの１個のブロックは、出力信号
の振幅を一定に保つように制御を行う自動利得制御機能
を持っている請求項１に記載の光空間通信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33657592A JP3299576B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 光空間通信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33657592A JP3299576B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 光空間通信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06164501A JPH06164501A (ja) | 1994-06-10 |
| JP3299576B2 true JP3299576B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=18300567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33657592A Expired - Fee Related JP3299576B2 (ja) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | 光空間通信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3299576B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5209459B2 (ja) * | 2008-12-16 | 2013-06-12 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 受光回路 |
| KR101490810B1 (ko) * | 2012-04-16 | 2015-02-06 | 삼성탈레스 주식회사 | 레이저 거리 측정용 애벌런치 광 다이오드 검출 장치 |
-
1992
- 1992-11-24 JP JP33657592A patent/JP3299576B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06164501A (ja) | 1994-06-10 |
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Legal Events
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