JP3576290B2 - 光バランスド受信器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＴＤＲ（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎｅ ｒｅｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒ）等に用いられる光ヘテロダイン検波方式による光バランスド受信器（ｏｐｔｉｃａｌ ｂａｌａｎｃｅｄ ｒｅｃｅｖｅｒ）において、同相雑音成分を除去する光バランスド受信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による光ヘテロダイン検波方式の光バランスド受信器は、図４に示すように光カプラ１とピンフォトダイオードＰＤ２１及びピンフォトダイオードＰＤ２２とＯＰアンプ２０とによって構成されており、光カプラ１の光学結合を変えたり、ピンフォトダイオードＰＤ２１、ＰＤ２２両素子個別の感度差を部品交換によりバランスを取る等して、入力光Ｐｉｎ２、Ｐｉｎ３の同相雑音成分を除去するものようにしていた。
【０００３】
つまり、入力光Ｐｉｎ２、Ｐｉｎ３の同相雑音成分を、より高い同相雑音成分除去比を達成するようにバランスさせる手法であった。このために、従来技術においては、光カプラ１の分岐比と、２つのピンフォトダイオードＰＤ２１及びピンフォトダイオードＰＤ２２との受光感度に直接依存する為に、これらのバランスを正確に合致させる必要があった。
【０００４】
しかし、光カプラ１と２つのピンフォトダイオードＰＤ２１及びピンフォトダイオードＰＤ２２とは全てがディスクリート部品なので、光カプラ１の分岐比或いは２つ使用するピンフォトダイオードの受光感度を個々に調整することができない。
【０００５】
従って、より高い同相雑音成分比を持つ光ヘテロダイン検波方式による光バランスド受信器を得るためには、その回路を構成する個々のディスクリート部品の特性について、１つづつ確認しながら選別することで、光カプラ１の分岐比が高くてかつ２つ使用されるピンフォトダイオードの受光感度がベストである組み合わせを求める選別作業が必要である。その為に、特性の確認、選別作業に多大の工数を要するのみならず、選別してベストなもの以外は使用出来ないという難点もあった。この為、所望の部品を得るためには歩留まりも悪くなり、高価なディスクリート部品である光カプラ１やピンフォトダイオードを必要以上に入手せねばならない、という問題点を有していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明が解決する課題は、光カプラ等光学系のアンバランスや、２個の光電変換素子（ピンフォトダイオード）の素子自体の検出感度がアンバランスであっても、容易にバランス調整可能にして、高い同相雑音成分除去比の光バランスド受信器を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の構成では、２個の光電変換素子に各々負荷抵抗を設けて回路グランドに接続し、各々の光電変換素子と負荷抵抗の接続点の両接続点間の電圧を調整可能な可変抵抗により分圧して光バランスド受信器検出信号出力とする可変抵抗手段を設ける構成手段とする。
これにより、２個の光電変換素子を使用して同相雑音成分を除去する光バランスド受信部において、２個の光電変換素子（ピンフォトダイオード等）の検出レベルがアンバランスであっても、容易にバランス調整できて、高い同相雑音成分除去比の光バランスド受信器を実現する。
【０００８】
本発明では２個の光電変換素子の光学的結合効率の差と素子自身の受光感度差の影響による相対感度比αのアンバランスを可変抵抗手段で調整してバランスさせて同相雑音成分を除去出力する。
【０００９】
より具体的には、２個のピンフォトダイオードＰＤ５、６に各々負荷抵抗Ｒ７、Ｒ８を設けて回路グランドに接続し、各々のピンフォトダイオードＰＤ５、６と負荷抵抗Ｒ７、Ｒ８の接続点の両接続点間の電圧を抵抗Ｒ９と、調整可能な可変抵抗Ｒ１０とにより分圧して光バランスド受信器検出信号出力とする抵抗Ｒ９と可変抵抗Ｒ１０による可変抵抗手段を設け、２個のピンフォトダイオードＰＤ５、６の光学的結合効率の差と素子自身の受光感度差である相対感度比αのアンバランスを可変抵抗手段で調整してバランスさせて出力する構成手段にする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実施例と共に詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明の実施例の概念を示す光バランスド受信部の回路構成図である。本実施例では、説明を容易とする為に、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８の値を同一抵抗値Ｒ０とし、抵抗Ｒ９は固定抵抗とし、抵抗Ｒ１０は可変抵抗とした場合の一例で以下に説明する。
ＯＰアンプ４は、入力端である抵抗Ｒ９、Ｒ１０の接続点が０ｖとなるように動作する。即ち、抵抗Ｒ９、Ｒ１０の接続点の電位は、ＯＰアンプ４により仮想接地を形成している。
【００１２】
図１に示すように、光カプラ１の一端に同相雑音成分を含んだ入力光Ｐｉｎ２、Ｐｉｎ３が入力されたと仮定する。ここで、光カプラ１のピンフォトダイオードＰＤ５への光学的な結合効率をｋａ、ピンフォトダイオードＰＤ６への光学的な結合効率をＫｂとおき、またピンフォトダイオードＰＤ５の素子自体の受光感度をＳａ、ピンフォトダイオードＰＤ６の素子自体の受光感度をＳｂとおく。
【００１３】
これによってピンフォトダイオードＰＤ５側に流れる電流Ｉ１１は、Ｉ１１＝Ｐｉｎ２×ｋａ×Ｓａの関係式になり、またピンフォトダイオードＰＤ６側に流れる電流をＩ１２とおくと、Ｉ１２＝Ｐｉｎ３×Ｋｂ×Ｓｂの関係式になる。
ここで、２個のピンフォトダイオードに流れる電流Ｉ１２に対する電流Ｉ１１の相対感度比をαとおくと、Ｉ１１＝α×Ｉ１２と表せる。この相対感度比αは、上記関係式を代入するとα＝｛（ｋａ×Ｓａ）／（Ｋｂ×Ｓｂ）｝でもある。又、抵抗Ｒ９に対する抵抗Ｒ１０の比率をβとおくと、Ｒ１０＝β×Ｒ９と表せる。
【００１４】
次に同相雑音成分が除去された理想状態に可変抵抗Ｒ１０が調整されたものと仮定すると、抵抗Ｒ９、Ｒ１０の接続点の電位は、同相雑音成分のみの入力光線においては全く変動を受けず常に０ｖ電位である。
【００１５】
このとき、抵抗Ｒ７、Ｒ８の接続点から回路グランドへ流れるグランド電流Ｉｇｎｄは、両ダイオードの差分電流であるから、Ｉｇｎｄ＝Ｉ１１−Ｉ１２＝α×Ｉ１２−Ｉ１２＝（α−１）×Ｉ１２＝（ｉ１４−ｉ１５）＋（ｉ１６−ｉ１７）である。ここで理想状態に調整されていて出力変動しないからＯＰアンプ４側には流れず、ｉ１４＝ｉ１５と見なせ、結局Ｉｇｎｄ＝ｉ１６−ｉ１７である。
【００１６】
ここで、抵抗Ｒ７の電流ｉ１６は、抵抗Ｒ９、Ｒ１０の接続点の電位も０ｖであるから、電流Ｉ１４で表現でき、単純に電流ｉ１６＝（Ｒ９／Ｒ７）×Ｉ１４＝（Ｒ９／Ｒ０）×Ｉ１４で表せる。同様に、抵抗Ｒ８の電流ｉ１７は、電流Ｉ１５で表現でき、電流ｉ１７＝（Ｒ１０／Ｒ８）×Ｉ１５＝（Ｒ１０／Ｒ０）×Ｉ１５＝（β×Ｒ９／Ｒ０）×Ｉ１５で表せる。ここで本実施例では、上述したように抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８は、同一抵抗値Ｒ０を使用している。
【００１７】
しかも上記で理想状態においてはｉ１４＝ｉ１５と見なせたことから、これらを代入すると、グランド電流Ｉｇｎｄは、
Ｉｇｎｄ＝（α−１）×Ｉ１２＝ｉ１６−ｉ１７＝（Ｒ９／Ｒ０）×Ｉ１４−（β×Ｒ９／Ｒ０）×Ｉ１５＝（１−β）（Ｒ９／Ｒ０）×Ｉ１４になる。
【００１８】
即ち、Ｉｇｎｄ＝（α−１）×Ｉ１２＝（１−β）（Ｒ９／Ｒ０）×Ｉ１４である。この式を見ると、光学的結合効率と素子自体の受光感度の差の影響で生じる相対感度比αの変動は、抵抗の比率βを調整することにより相殺することができることを意味している。このβは可変抵抗Ｒ１０により調整可能な要素である。よって、抵抗Ｒ９、Ｒ１０の接続点（ＯＰアンプ４の入力端でもある）を０ｖ、即ちＯＰアンプ４の出力電圧が０ｖとなるように調整すればバランスが取れた状態に調整されたことになる。
【００１９】
この結果、相対感度の異なる２個のピンフォトダイオードを用いたり、あるいは光学結合効率の異なる光カプラ１を使用しても、本回路により、この感度のばらつきを相殺するように抵抗の比率βを調整する手段とすることで、同相雑音成分を含んだ光の影響を受けない光バランスド受信器回路を実現できることとなる。
【００２０】
上記実施例において、説明を容易とする為に、抵抗Ｒ７、Ｒ８を同一抵抗値Ｒ０の例で説明していたが、同一で無くても良い。
【００２１】
上記実施例の説明では、４個の固定抵抗Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０を用いた回路例で説明していたが、この代わりに図２の回路構成図に示すように、２個の可変抵抗Ｒ１８、Ｒ１９を使用して一方の可変抵抗の中点を回路グランドに接続し、他方の可変抵抗の中点をＯＰアンプ４の入力端に接続する回路構成としても良く、同様にして実施できることは明らかである。
【００２２】
また、図３の回路構成図に示すように、一方を固定抵抗Ｒ７、Ｒ８とし、他方を可変抵抗Ｒ１９としても良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
光バランスド受信部の２個のピンフォトダイオード（光電変換素子）に各々に負荷抵抗を設けて回路グランドに接続し、各々のピンフォトダイオードと負荷抵抗の接続点間から、結合効率差と受光感度差の影響で生じるアンバランスな相対感度比αに対応した所望の抵抗分割点から分圧信号をＯＰアンプへ供給する可変抵抗による調整機能を設けることで、相対感度比αのばらつきを相殺してバランスの良い光バランスド受信器を実現できる効果が得られる。
この結果、２個のピンフォトダイオードの素子を選別交換したり、入力光の光学系を調整したりして両ピンフォトダイオードの検出レベルを一致させる難点が解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の光バランスド受信部の回路構成図である。
【図２】本発明の第２の光バランスド受信部の回路構成図である。
【図３】本発明の第３の光バランスド受信部の回路構成図である。
【図４】従来技術による光ヘテロダイン検波方式の光バランスド受信部の回路構成概念図である。
【符号の説明】
１ 光カプラ
２、３ 入力光Ｐｉｎ
４、２０ ＯＰアンプ
５、６、２１、２２ ピンフォトダイオードＰＤ
Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０ 抵抗
Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１４、Ｉ１５、ｉ１６、ｉ１７ 電流
Ｒ１８、Ｒ１９ 可変抵抗
α 相対感度比

Claims (3)

1. ２個の光電変換素子を使用して同相雑音成分を除去する光バランスド受信部において、
   ２個の光電変換素子に各々負荷抵抗を設けて回路グランドに接続し、
   各々の光電変換素子と負荷抵抗の接続点の両接続点間の電圧を調整可能な可変抵抗により分圧して光バランスド受信器検出信号出力とする可変抵抗手段を設け、
   以上を具備することを特徴とした光バランスド受信器。
2. ２個の光電変換素子を使用して同相雑音成分を除去する光バランスド受信部において、
   ２個の光電変換素子に各々負荷抵抗を設けて回路グランドに接続し、
   各々の光電変換素子と負荷抵抗の接続点の両接続点間の電圧を調整可能な可変抵抗により分圧して光バランスド受信器検出信号出力とする可変抵抗手段を設け、
   ２個の光電変換素子の光学的結合効率の差と素子自身の受光感度の影響による相対感度比（α）のアンバランスを該可変抵抗手段で調整してバランスさせ、同相雑音成分を除去して出力することを特徴とした光バランスド受信器。
3. ２個の光電変換素子であるピンフォトダイオードＰＤ（５、６）を使用して同相雑音成分を除去する光バランスド受信部において、
   ２個のピンフォトダイオードＰＤ（５、６）に各々負荷抵抗（Ｒ７、Ｒ８）を設けて回路グランドに接続し、
   各々のピンフォトダイオードＰＤ（５、６）と負荷抵抗（Ｒ７、Ｒ８）の接続点の両接続点間の電圧を抵抗（Ｒ９）と可変抵抗（Ｒ１０）とにより分圧して光バランスド受信器検出信号出力とする抵抗（Ｒ９）と可変抵抗（Ｒ１０）による可変抵抗手段を設け、
   ２個のピンフォトダイオードＰＤ（５、６）の光学的結合効率の差と素子自身の受光感度の影響による相対感度比（α）のアンバランスを該可変抵抗手段で調整してバランスさせ、同相雑音成分を除去して出力することを特徴とした光バランスド受信器。

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