JP4137532B2

JP4137532B2 - バーストモードａｐｄ光受信回路

Info

Publication number: JP4137532B2
Application number: JP2002183410A
Authority: JP
Inventors: 宏明田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: JP2004032200A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＡＰＤを用いて高感度化、広ダイナミックレンジ化したバーストモードＡＰＤ光受信回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来のバーストモード光受信回路を示す構成図であり、図において、１は入力される光信号を電流信号に変換するフォトダイオード（以下、ＰＤと言う）、２はＰＤ１のカソードにバイアス電圧を供給する電源である。３は帰還抵抗を切り替え自在にし、ＰＤ１のアノードからの電流信号を電圧信号であるデータ信号に変換する前置増幅回路である。その前置増幅回路３において、３ａは増幅器、Ｒｆ０〜Ｒｆ２は帰還抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２はＮｃｈトランジスタから成るスイッチである。４はバースト光信号先頭部分において、前置増幅回路３からのデータ信号振幅に応じて帰還抵抗Ｒｆ０〜Ｒｆ２を切り替え制御するスイッチ制御回路である。Ｖｒｅｆ０〜Ｖｒｅｆ２は基準電圧である。
図４はバーストモード光受信回路の出力振幅特性を示す特性図である。
【０００３】
次に動作について説明する。
図３において、スイッチ制御回路４は、リセット信号が入力されると、その制御端子Ｃ１，Ｃ２より“Ｌ”レベルの制御信号を出力し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２はオフになる。その後、ＰＤ１に“Ｈ”および“Ｌ”から成るバースト光信号が入力されると、ＰＤ１は、その光信号を電流信号に変換する。前置増幅回路３では、帰還抵抗Ｒｆ０が接続された増幅器３ａによって電流信号を電圧信号であるデータ信号に変換して出力する。
そのデータ信号振幅は、スイッチ制御回路４にフィードバックされ、基準電圧（Ｖｒｅｆ０＜Ｖｒｅｆ１＜Ｖｒｅｆ２）と比較され、データ信号の１番目の“Ｈ”ビットと基準電圧との比較により、スイッチＳＷ２が制御され、データ信号の２番目の“Ｈ”ビットと基準電圧との比較により、スイッチＳＷ１が制御される。すなわち、スイッチ制御回路４では、バースト光信号先頭部分において、スイッチＳＷ２，ＳＷ１を順次制御するような論理機能を有しており、それぞれのスイッチＳＷ２，ＳＷ１をオンまたはオフに保持する。
このように、帰還抵抗が変化することによりデータ信号振幅も変化し、上述のスイッチＳＷ２，ＳＷ１の制御によりデータ信号振幅が一定範囲に収まる。
図４において、出力データ信号振幅が基準電圧Ｖｒｅｆ２となるＰＤ１の受光電力Ｐｒ２でスイッチＳＷ２がオンとなり帰還抵抗が小さく変化し、また、出力データ信号振幅が基準電圧Ｖｒｅｆ１となる受光電力Ｐｒ１でスイッチＳＷ１がオンとなり帰還抵抗が小さく変化し、出力データ信号振幅が一定の範囲内に収まる特性が現れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバーストモード光受信回路は以上のように構成されているので、受光素子としてＰＤ１を使用しており、高感度化および広ダイナミックレンジ化の要求に答えることが困難となるなどの課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、受光素子としてＡＰＤを使用することで、より高感度化および広ダイナミックレンジ化を実現するバーストモードＡＰＤ光受信回路を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るバーストモードＡＰＤ光受信回路は、ＡＰＤのカソードに供給するバイアス電圧を切り替え自在にしたＡＰＤバイアス回路と、帰還抵抗を切り替え自在にし、ＡＰＤのアノードからの電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路と、バースト光信号先頭部分において、前置増幅回路による電圧信号の出力振幅に応じてＡＰＤバイアス回路のバイアス電圧および前置増幅回路の帰還抵抗を同時に切り替え、それらバイアス電圧を変化させると同時に帰還抵抗を変化させるように制御する制御回路とを備えたものである。
【０００７】
この発明に係るバーストモードＡＰＤ光受信回路は、ＡＰＤバイアス回路に、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償する温度補償回路を備えたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるバーストモードＡＰＤ光受信回路を示す構成図であり、図において、１１は入力される光信号を電流信号に変換するアバランシェ・フォトダイオード（以下、ＡＰＤと言う）、１２は高電圧ＤＣ／ＤＣコンバータである。１３はＡＰＤ１１のカソードに供給するバイアス電圧を切り替え自在にしたＡＰＤバイアス回路である。そのＡＰＤバイアス回路１３において、Ｒｂ０〜Ｒｂ２は抵抗、ＳＷ３，ＳＷ４はＮｃｈトランジスタから成るスイッチ、Ｔｒ１〜Ｔｒ３はＮＰＮトランジスタである。また、１４はＡＰＤ１１の増倍率の温度特性を適正に補償する温度補償回路であり、ＮＰＮトランジスタＴｒ３のベースに接続されたものである。
また、３は帰還抵抗を切り替え自在にし、ＡＰＤ１１のアノードからの電流信号を電圧信号であるデータ信号に変換する前置増幅回路である。その前置増幅回路３において、３ａは増幅器、Ｒｆ０〜Ｒｆ２は帰還抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２はＮｃｈトランジスタから成るスイッチである。１５はバースト光信号先頭部分において、前置増幅回路３からのデータ信号振幅に応じてＡＰＤバイアス回路１３のバイアス電圧および前置増幅回路３の帰還抵抗Ｒｆ０〜Ｒｆ２を切り替え制御するスイッチ制御回路（制御回路）である。Ｖｒｅｆ０〜Ｖｒｅｆ２は基準電圧である。
図２はバーストモード光受信回路の出力振幅特性を示す特性図である。
【０００９】
次に動作について説明する。
図１において、スイッチ制御回路１５は、リセット信号が入力されると、その制御端子Ｃ１，Ｃ２より“Ｌ”レベルの制御信号を出力し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２はオフになり、制御端子Ｃ１ｂａｒ，Ｃ２ｂａｒより“Ｈ”レベルの制御信号を出力し、スイッチＳＷ３，ＳＷ４はオンになる。このように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフにすることにより、前置増幅回路３に大きな帰還抵抗Ｒｆ０を接続し、スイッチＳＷ３，ＳＷ４をオンにすることにより、ＡＰＤバイアス回路１３のバイアス電圧を大きくして、ＡＰＤ増倍率を最大にする。
その後、ＡＰＤ１１に“Ｈ”および“Ｌ”から成るバースト光信号が入力されると、ＡＰＤ１１は、その光信号を電流信号に変換する。この実施の形態１では、受光素子としてＡＰＤ１１を使用することで、より高感度化および広ダイナミックレンジ化を実現することができる。前置増幅回路３では、帰還抵抗Ｒｆ０が接続された増幅器３ａによって電流信号を電圧信号であるデータ信号に変換して出力する。
そのデータ信号振幅は、スイッチ制御回路１５にフィードバックされ、基準電圧（Ｖｒｅｆ０＜Ｖｒｅｆ１＜Ｖｒｅｆ２）と比較され、データ信号の１番目の“Ｈ”ビットと基準電圧との比較により、スイッチＳＷ２，ＳＷ４が制御され、データ信号の２番目の“Ｈ”ビットと基準電圧との比較により、スイッチＳＷ１，ＳＷ３が制御される。すなわち、スイッチ制御回路１５では、バースト光信号先頭部分において、スイッチＳＷ２，ＳＷ４、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の順で順次制御するような論理機能を有しており、それぞれのスイッチＳＷ２，ＳＷ４、スイッチＳＷ１，ＳＷ３をオンまたはオフに保持する。
このように、帰還抵抗と共にバイアス電圧による増倍率が変化することによりデータ信号振幅も変化し、上述のスイッチＳＷ２，ＳＷ４、スイッチＳＷ１，ＳＷ３の制御によりデータ信号振幅が一定範囲に収まる。
図２において、出力データ信号振幅が基準電圧Ｖｒｅｆ２となるＡＰＤ１１の受光電力Ｐｒ２でスイッチＳＷ２がオン、スイッチＳＷ４がオフとなり帰還抵抗が小さくなると共にバイアス電圧が低下し、増倍率低下に作用する。また、出力データ信号振幅が基準電圧Ｖｒｅｆ１となる受光電力Ｐｒ１でスイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ３がオフとなり帰還抵抗が小さくなると共にバイアス電圧が低下し、増倍率低下に作用する。その結果、出力データ信号振幅が一定の範囲内に収まる特性が現れることにより適正なデューティ確保に有利に作用させることができる。
また、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償する温度補償回路１４をＡＰＤバイアス回路１３に設けたことにより、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償することが可能となる。
【００１０】
以上のように、この実施の形態１によれば、受光素子としてＡＰＤ１１を使用することで、より高感度化および広ダイナミックレンジ化を実現することができる。また、出力データ信号振幅に応じて帰還抵抗およびバイアス電圧を制御することで、増倍率を大きく変化させ、その結果、出力データ信号振幅が一定の範囲内に収まる特性が現れることにより適正なデューティ確保に有利に作用させることができる。
さらに、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償する温度補償回路１４をＡＰＤバイアス回路１３に設けたことにより、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償することが可能となる。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＡＰＤのカソードに供給するバイアス電圧を切り替え自在にしたＡＰＤバイアス回路と、帰還抵抗を切り替え自在にし、ＡＰＤのアノードからの電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路と、バースト光信号先頭部分において、前置増幅回路による電圧信号の出力振幅に応じてＡＰＤバイアス回路のバイアス電圧および前置増幅回路の帰還抵抗を同時に切り替え、それらバイアス電圧を変化させると同時に帰還抵抗を変化させるように制御する制御回路とを備えるように構成したので、出力振幅が一定の範囲内に収まる特性とすることにより、適正なデューティ確保に有利に作用すると同時に、より高感度化、広ダイナミックレンジ化が可能となる効果がある。
【００１２】
この発明によれば、ＡＰＤバイアス回路に、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償する温度補償回路を備えるように構成したので、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるバーストモードＡＰＤ光受信回路を示す構成図である。
【図２】バーストモード光受信回路の出力振幅特性を示す特性図である。
【図３】従来のバーストモード光受信回路を示す構成図である。
【図４】バーストモード光受信回路の出力振幅特性を示す特性図である。
【符号の説明】
３前置増幅回路、３ａ増幅器、１１アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、１２高電圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３ＡＰＤバイアス回路、１４温度補償回路、１５スイッチ制御回路（制御回路）、Ｒｂ０〜Ｒｂ２抵抗、Ｒｆ０〜Ｒｆ２帰還抵抗、ＳＷ１〜ＳＷ４スイッチ、Ｔｒ１〜Ｔｒ３ＮＰＮトランジスタ、Ｖｒｅｆ０〜Ｖｒｅｆ２基準電圧。

Claims

入力される光信号を電流信号に変換するＡＰＤと、
上記ＡＰＤのカソードに供給するバイアス電圧を切り替え自在にしたＡＰＤバイアス回路と、
帰還抵抗を切り替え自在にし、上記ＡＰＤのアノードからの電流信号を電圧信号に変換する前置増幅回路と、
バースト光信号先頭部分において、上記前置増幅回路による電圧信号の出力振幅に応じて上記ＡＰＤバイアス回路のバイアス電圧および上記前置増幅回路の帰還抵抗を同時に切り替え、それらバイアス電圧を変化させると同時に帰還抵抗を変化させるように制御する制御回路とを備えたバーストモードＡＰＤ光受信回路。
ＡＰＤバイアス回路は、ＡＰＤ増倍率の温度特性を適正に補償する温度補償回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のバーストモードＡＰＤ光受信回路。