JP4286423B2

JP4286423B2 - 光受信装置

Info

Publication number: JP4286423B2
Application number: JP2000072711A
Authority: JP
Inventors: 宏明田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001267854A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光信号を受信して、その光信号のレベルを識別する光受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の光受信装置を示す構成図であり、図において、１は“１”又は“０”レベルからなる光信号を受信すると、その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という）、２はＡＰＤ１のアノードに接続され、ＡＰＤ１が出力する電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器、３は前置増幅器２が出力する電圧信号を等化増幅する等化増幅器、４は等化増幅器３における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬを求め、その中点電圧ＭＬと電源電圧Ｖｃｃから閾値電圧ＶＴＨを生成する閾値電圧生成回路、５，６は抵抗値Ｒの抵抗、７は電源電圧Ｖｃｃを出力する電源、８は抵抗値Ｒ１の抵抗、９は抵抗値Ｒ２の抵抗、１０は等化増幅器３における正相出力と閾値電圧生成回路４により生成された閾値電圧ＶＴＨを比較して、光信号のレベルを識別する識別再生部である。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、ＡＰＤ１が“１”又は“０”レベルからなる光信号を受信して、その光信号を電流信号に変換すると、前置増幅器２は、ＡＰＤ１が出力する電流信号を電圧信号に変換する。
【０００４】
等化増幅器３は、前置増幅器２が電流信号を電圧信号に変換すると、その電圧信号における符号間干渉を防止するように、前置増幅器２が出力する電圧信号を等化増幅する。
なお、光信号のレベルが“１”のとき、ショットノイズなどにより、光信号に含まれるノイズ成分が特に増加する。この例では、等化増幅器３が出力する２つの電圧信号（正相出力、逆相出力）において、正相出力のＬレベルがＨレベルに比べて、ノイズレベルが大きくなるように等化増幅器３が設計されている（図８を参照）。また、逆相出力のＨレベルがＬレベルに比べて、ノイズレベルが大きくなるように等化増幅器３が設計されている。
【０００５】
閾値電圧生成回路４は、識別再生部１０の識別処理に用いる閾値電圧ＶＴＨを生成する。
即ち、閾値電圧生成回路４は、等化増幅器３における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬを求め、その中点電圧ＭＬと電源電圧Ｖｃｃと抵抗８，９の抵抗比から閾値電圧ＶＴＨを生成する。
ＶＴＨ＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））・（ＭＬ＋（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｃｃ）
【０００６】
なお、閾値電圧ＶＴＨは、中点電圧ＭＬからノイズの小さいレベル側にオフセットが加えられた電圧になるので、ノイズの影響が小さくなり、最小受信感度の最小化に寄与する閾値電圧となる。
【０００７】
識別再生部１０は、閾値電圧生成回路４が閾値電圧ＶＴＨを生成すると、等化増幅器３における正相出力と閾値電圧ＶＴＨを比較して、光信号のレベルを識別する。
即ち、ＡＰＤ１により受信された光信号のレベルが“１”であるのか、“０”であるのかを識別する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光受信装置は以上のように構成されているので、抵抗８，９等を適正に設定して、最小受信感度を得る最適な閾値電圧ＶＴＨが生成できれば、光信号の識別精度を高めることができるが、等化増幅器３又は電源７の特性が変化すると、その閾値電圧ＶＴＨが最小受信感度を得る最適な閾値電圧ではなくなり、光信号の識別精度が劣化する課題があった。
【０００９】
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、等化増幅器の特性が変化しても、最小受信感度を得る最適な閾値電圧を生成することができる光受信装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光受信装置は、ＬレベルがＨレベルに比べてノイズレベルが大きい正相信号を出力するとともに、ＨレベルがＬレベルに比べてノイズレベルが大きい逆相信号を出力するものであって、光電変換手段から出力された電気信号を等化増幅し、等化増幅後の電気信号である上記正相信号と上記逆相信号を出力する等化増幅手段と、諸条件が変化しても一定の電圧を出力するレギュレータと、そのレギュレータから出力される一定の電圧に比例する電圧を等化増幅手段から出力された正相信号と逆相信号の中点電圧に加算して閾値電圧を生成するアナログ演算回路と、等化増幅手段から出力された正相信号とアナログ演算回路により生成された閾値電圧を比較して、光信号のレベルを識別する識別手段とを設けたものである。
【００１３】
この発明に係る光受信装置は、レギュレータから出力される一定の電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償する温度制御部を実装し、その温度制御部による補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰを、等化増幅手段から出力された正相信号と逆相信号の中点電圧ＭＬに加算して閾値電圧ＶＴＨを生成するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る光受信装置は、ＨレベルがＬレベルに比べてノイズレベルが大きい逆相信号を出力するとともに、ＬレベルがＨレベルに比べてノイズレベルが大きい正相信号を出力するものであって、光電変換手段から出力された電気信号を等化増幅し、等化増幅後の電気信号である上記逆相信号と上記正相信号を出力する等化増幅手段と、諸条件が変化しても一定の電圧を出力するレギュレータと、等化増幅手段から出力された逆相信号と正相信号の中点電圧からレギュレータより出力される一定の電圧に比例する電圧を減算して閾値電圧を生成するアナログ演算回路と、等化増幅手段から出力された逆相信号とアナログ演算回路により生成された閾値電圧を比較して、光信号のレベルを識別する識別手段とを設けたものである。
【００１７】
この発明に係る光受信装置は、レギュレータから出力される一定の電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償する温度制御部を実装し、等化増幅手段から出力された逆相信号と正相信号の中点電圧ＭＬから、その温度制御部による補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰを減算して閾値電圧ＶＴＨを生成するようにしたものである。
【００１８】
【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による光受信装置を示す構成図であり、図において、１１は“１”又は“０”レベルからなる光信号を受信すると、その光信号を電流信号に変換するＡＰＤ（光電変換手段）、１２はＡＰＤ１１のアノードに接続され、ＡＰＤ１１が出力する電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器、１３は前置増幅器１２が出力する電圧信号を等化増幅して正相出力を識別再生部２３に与える等化増幅器である。なお、前置増幅器１２及び等化増幅器１３から等化増幅手段が構成されている。
【００１９】
１４は一定電圧ＶＲＥＧを出力するレギュレータ、１５は等化増幅器１３における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬを求め、その中点電圧ＭＬに対して一定のオフセット電圧（レギュレータ１４が出力する一定電圧ＶＲＥＧに比例する電圧）を加算して、閾値電圧ＶＴＨを生成するアナログ演算回路である。なお、レギュレータ１４及びアナログ演算回路１５から閾値電圧生成手段が構成されている。
【００２０】
１６，１７は抵抗値Ｒの抵抗、１８は抵抗値Ｒ１の抵抗、１９は抵抗値Ｒ２の抵抗、２０は抵抗値Ｒ１の抵抗、２１は抵抗値Ｒ２の抵抗、２２はオペアンプ、２３は等化増幅器１３における正相出力とアナログ演算回路１５により生成された閾値電圧ＶＴＨを比較して、光信号のレベルを識別する識別再生部（識別手段）である。
【００２１】
次に動作について説明する。
まず、ＡＰＤ１１が“１”又は“０”レベルからなる光信号を受信して、その光信号を電流信号に変換すると、前置増幅器１２は、ＡＰＤ１１が出力する電流信号を電圧信号に変換する。
【００２２】
等化増幅器１３は、前置増幅器１２が電流信号を電圧信号に変換すると、その電圧信号における符号間干渉を防止するため、前置増幅器１２が出力する電圧信号を等化増幅する。
なお、光信号のレベルが“１”のとき、ショットノイズなどにより、光信号に含まれるノイズ成分が特に増加する。この例では、等化増幅器１３が出力する２つの電圧信号（正相出力（正相信号）、逆相出力（逆相信号））において、正相出力のＬレベルがＨレベルに比べて、ノイズレベルが大きくなるように等化増幅器１３が設計されている（図２を参照）。また、逆相出力のＨレベルがＬレベルに比べて、ノイズレベルが大きくなるように等化増幅器１３が設計されている。
【００２３】
アナログ演算回路１５は、等化増幅器１３の特性を考慮して、識別再生部２３の識別処理に用いる閾値電圧ＶＴＨを生成する。
即ち、アナログ演算回路１５は、レギュレータ１４が一定電圧ＶＲＥＧを出力すると（レギュレータ１４は諸条件が変化しても常に一定の電圧を出力する）、等化増幅器１３における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬを求め、その中点電圧ＭＬと一定電圧ＶＲＥＧと抵抗値Ｒ１，Ｒ２から閾値電圧ＶＴＨを生成する。
ＶＴＨ＝ＭＬ＋（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＲＥＧ
【００２４】
なお、閾値電圧ＶＴＨは、中点電圧ＭＬからノイズの小さいレベル側にオフセットが加えられた電圧になるので、ノイズの影響が小さくなり、最小受信感度の最小化に寄与する閾値電圧となる。
また、中点電圧ＭＬに対するオフセット電圧、即ち、（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＲＥＧは、一定値であって変動することはないので、等化増幅器１３の特性が変化して、中点電圧ＭＬが変化しても、中点電圧ＭＬに対するオフセット電圧が変化することはない。
【００２５】
識別再生部２３は、アナログ演算回路１５が閾値電圧ＶＴＨを生成すると、等化増幅器１３における正相出力と閾値電圧ＶＴＨを比較して、光信号のレベルを識別する。
即ち、ＡＰＤ１１により受信された光信号のレベルが“１”であるのか、“０”であるのかを識別する。
【００２６】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、等化増幅器１３における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬに対して、一定電圧ＶＲＥＧに比例する電圧を加算して閾値電圧ＶＴＨを生成するように構成したので、等化増幅器１３の特性が変化しても、最小受信感度を得る最適な閾値電圧ＶＴＨを生成することができるようになり、その結果、光信号の識別精度を高めることができる効果を奏する。
【００２８】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による光受信装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
３１は前置増幅器１２が出力する電圧信号を等化増幅して逆相出力を識別再生部２３に与える等化増幅器（等化増幅手段）、３２は等化増幅器３１における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬを求め、その中点電圧ＭＬから一定のオフセット電圧（レギュレータ１４が出力する一定電圧ＶＲＥＧに比例する電圧）を減算して閾値電圧ＶＴＨを生成するアナログ演算回路（閾値電圧生成手段）である。
【００２９】
次に動作について説明する。
まず、ＡＰＤ１１が“１”又は“０”レベルからなる光信号を受信して、その光信号を電流信号に変換すると、前置増幅器１２は、ＡＰＤ１１が出力する電流信号を電圧信号に変換する。
【００３０】
等化増幅器３１は、前置増幅器１２が電流信号を電圧信号に変換すると、その電圧信号における符号間干渉を防止するため、前置増幅器１２が出力する電圧信号を等化増幅する。
なお、光信号のレベルが“１”のとき、ショットノイズなどにより、光信号に含まれるノイズ成分が特に増加する。この例では、等化増幅器３１が出力する２つの電圧信号（正相出力（正相信号）、逆相出力（逆相信号））において、逆相出力のＨレベルがＬレベルに比べて、ノイズレベルが大きくなるように等化増幅器３１が設計されている（図４を参照）。また、正相出力のＬレベルがＨレベルに比べて、ノイズレベルが大きくなるように等化増幅器３１が設計されている。
【００３１】
アナログ演算回路３２は、等化増幅器３１の特性を考慮して、識別再生部２３の識別処理に用いる閾値電圧ＶＴＨを生成する。
即ち、アナログ演算回路３２は、レギュレータ１４が一定電圧ＶＲＥＧを出力すると（レギュレータ１４は諸条件が変化しても常に一定の電圧を出力する）、等化増幅器３１における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬを求め、その中点電圧ＭＬと一定電圧ＶＲＥＧと抵抗値Ｒ１，Ｒ２から閾値電圧ＶＴＨを生成する。
ＶＴＨ＝ＭＬ−（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＲＥＧ
【００３２】
なお、閾値電圧ＶＴＨは、中点電圧ＭＬからノイズの小さいレベル側にオフセットが加えられた電圧になるので、ノイズの影響が小さくなり、最小受信感度の最小化に寄与する閾値電圧となる。
また、中点電圧ＭＬに対するオフセット電圧、即ち、（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＲＥＧは、一定値であって変動することはないので、等化増幅器３１の特性が変化して、中点電圧ＭＬが変化しても、中点電圧ＭＬに対するオフセット電圧が変化することはない。
【００３３】
識別再生部２３は、アナログ演算回路３２が閾値電圧ＶＴＨを生成すると、等化増幅器３１における逆相出力と閾値電圧ＶＴＨを比較して、光信号のレベルを識別する。
即ち、ＡＰＤ１１により受信された光信号のレベルが“１”であるのか、“０”であるのかを識別する。
【００３４】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、等化増幅器３１における正相出力と逆相出力の中点電圧ＭＬから一定電圧ＶＲＥＧに比例する電圧を減算して閾値電圧ＶＴＨを生成するように構成したので、等化増幅器３１の特性が変化しても、最小受信感度を得る最適な閾値電圧ＶＴＨを生成することができるようになり、その結果、光信号の識別精度を高めることができる効果を奏する。
【００３６】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による光受信装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
４１はレギュレータ１４が出力する一定電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償し、補償後の電圧ＶＴＭＰを出力する温度制御部である。
【００３７】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、レギュレータ１４が出力する一定電圧ＶＲＥＧに比例する電圧を中点電圧ＭＬに加算して閾値電圧ＶＴＨを生成するものについて示したが、サーミスタなどの温度制御部４１が一定電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償し、補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧を中点電圧ＭＬに加算して閾値電圧ＶＴＨを生成するようにしてもよい。
【００３８】
ＶＴＨ＝ＭＬ＋（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰ
ＶＴＭＰ＝α・ＶＲＥＧ
ただし、αは比例定数である。
【００３９】
これにより、周囲温度の変化に対応する閾値電圧ＶＴＨが得られるため、さらに光信号の識別精度を高めることができる効果を奏する。
【００４０】
実施の形態４．
上記実施の形態２では、レギュレータ１４が出力する一定電圧ＶＲＥＧに比例する電圧を中点電圧ＭＬから減算して閾値電圧ＶＴＨを生成するものについて示したが、図６に示すように、サーミスタなどの温度制御部４１が一定電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償し、補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧を中点電圧ＭＬから減算して閾値電圧ＶＴＨを生成するようにしてもよい。
【００４１】
ＶＴＨ＝ＭＬ−（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰ
ＶＴＭＰ＝α・ＶＲＥＧ
ただし、αは比例定数である。
【００４２】
これにより、周囲温度の変化に対応する閾値電圧ＶＴＨが得られるため、さらに光信号の識別精度を高めることができる効果を奏する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＬレベルがＨレベルに比べてノイズレベルが大きい正相信号を出力するとともに、ＨレベルがＬレベルに比べてノイズレベルが大きい逆相信号を出力するものであって、光電変換手段から出力された電気信号を等化増幅し、等化増幅後の電気信号である上記正相信号と上記逆相信号を出力する等化増幅手段と、諸条件が変化しても一定の電圧を出力するレギュレータと、そのレギュレータから出力される一定の電圧に比例する電圧を等化増幅手段から出力された正相信号と逆相信号の中点電圧に加算して閾値電圧を生成するアナログ演算回路とを設け、識別手段が等化増幅手段から出力された正相信号とアナログ演算回路により生成された閾値電圧を比較して、光信号のレベルを識別するように構成したので、等化増幅手段の特性が変化しても、最小受信感度を得る最適な閾値電圧を生成することができるようになり、その結果、光信号の識別精度を高めることができる効果がある。
【００４６】
この発明によれば、レギュレータから出力される一定の電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償する温度制御部を実装し、その温度制御部による補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰを、等化増幅手段から出力された正相信号と逆相信号の中点電圧ＭＬに加算して閾値電圧ＶＴＨを生成するように構成したので、周囲温度の変化に対応する閾値電圧が得られる結果、さらに光信号の識別精度を高めることができる効果がある。
【００４７】
この発明によれば、ＨレベルがＬレベルに比べてノイズレベルが大きい逆相信号を出力するとともに、ＬレベルがＨレベルに比べてノイズレベルが大きい正相信号を出力するものであって、光電変換手段から出力された電気信号を等化増幅し、等化増幅後の電気信号である上記逆相信号と上記正相信号を出力する等化増幅手段と、諸条件が変化しても一定の電圧を出力するレギュレータと、等化増幅手段から出力された逆相信号と正相信号の中点電圧からレギュレータより出力される一定の電圧に比例する電圧を減算して閾値電圧を生成するアナログ演算回路とを設け、識別手段が等化増幅手段から出力された逆相信号とアナログ演算回路により生成された閾値電圧を比較して、光信号のレベルを識別するように構成したので、等化増幅手段の特性が変化しても、最小受信感度を得る最適な閾値電圧を生成することができるようになり、その結果、光信号の識別精度を高めることができる効果がある。
【００５０】
この発明によれば、レギュレータから出力される一定の電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償する温度制御部を実装し、等化増幅手段から出力された逆相信号と正相信号の中点電圧ＭＬから、その温度制御部による補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰを減算して閾値電圧ＶＴＨを生成するように構成したので、周囲温度の変化に対応する閾値電圧が得られる結果、さらに光信号の識別精度を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光受信装置を示す構成図である。
【図２】各種信号間の対応関係を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２による光受信装置を示す構成図である。
【図４】各種信号間の対応関係を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態３による光受信装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による光受信装置を示す構成図である。
【図７】従来の光受信装置を示す構成図である。
【図８】各種信号間の対応関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ＡＰＤ（光電変換手段）、１２前置増幅器（等化増幅手段）、１３等化増幅器（等化増幅手段）、１４レギュレータ（閾値電圧生成手段）、１５アナログ演算回路（閾値電圧生成手段）、１６〜２１抵抗、２２オペアンプ、２３識別再生部（識別手段）、３１等化増幅器（等化増幅手段）、３２アナログ演算回路（閾値電圧生成手段）、４１温度制御部。

Claims

光信号を受信すると、その光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、ＬレベルがＨレベルに比べてノイズレベルが大きい正相信号を出力するとともに、ＨレベルがＬレベルに比べてノイズレベルが大きい逆相信号を出力するものであって、上記光電変換手段から出力された電気信号を等化増幅し、等化増幅後の電気信号である上記正相信号と上記逆相信号を出力する等化増幅手段と、諸条件が変化しても一定の電圧を出力するレギュレータと、上記レギュレータから出力される一定の電圧に比例する電圧を上記等化増幅手段から出力された正相信号と逆相信号の中点電圧に加算して閾値電圧を生成するアナログ演算回路と、上記等化増幅手段から出力された正相信号と上記アナログ演算回路により生成された閾値電圧を比較して、上記光信号のレベルを識別する識別手段とを備えた光受信装置。
アナログ演算回路は、レギュレータから出力される一定の電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償する温度制御部を実装し、上記温度制御部による補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰを、等化増幅手段から出力された正相信号と逆相信号の中点電圧ＭＬに加算して閾値電圧ＶＴＨを生成することを特徴とする請求項１記載の光受信装置。
光信号を受信すると、その光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、ＨレベルがＬレベルに比べてノイズレベルが大きい逆相信号を出力するとともに、ＬレベルがＨレベルに比べてノイズレベルが大きい正相信号を出力するものであって、上記光電変換手段から出力された電気信号を等化増幅し、等化増幅後の電気信号である上記逆相信号と上記正相信号を出力する等化増幅手段と、諸条件が変化しても一定の電圧を出力するレギュレータと、上記等化増幅手段から出力された逆相信号と正相信号の中点電圧から上記レギュレータより出力される一定の電圧に比例する電圧を減算して閾値電圧を生成するアナログ演算回路と、上記等化増幅手段から出力された逆相信号と上記アナログ演算回路により生成された閾値電圧を比較して、上記光信号のレベルを識別する識別手段とを備えた光受信装置。
アナログ演算回路は、レギュレータから出力される一定の電圧ＶＲＥＧを周囲温度に応じて補償する温度制御部を実装し、等化増幅手段から出力された逆相信号と正相信号の中点電圧ＭＬから、上記温度制御部による補償後の電圧ＶＴＭＰに比例する電圧（Ｒ２／Ｒ１）・ＶＴＭＰを減算して閾値電圧ＶＴＨを生成することを特徴とする請求項３記載の光受信装置。