JP4501612B2 - バイアス制御回路 - Google Patents

Description

この発明は、アバランシェフォトダイオード用のバイアス制御回路に関する。

光受信器内のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）にバイアス電圧を印加するバイアス制御回路が開示されている（例えば、特許文献１、２を参照）。これらのバイアス制御回路では、過大なバイアス電圧がフォトダイオードに印加されないように、バイアス電圧源とＡＰＤの間に直列抵抗が接続されている。光入力に応じてＡＰＤが生成する光電流は直列抵抗を流れ、電圧降下を生じさせる。バイアス電圧源の出力電圧はその電圧降下分だけ減少してからＡＰＤに印加されるので、ＡＰＤのバイアス電圧は光電流の増加に伴って減少する。この結果、大きな光入力に対してＡＰＤの光電変換の増倍率を抑え、大電流によるＡＰＤの破損を防止することができる。
特開平１１−２８４４４５号公報 特開２００４−７１８９２号公報

しかし、直列抵抗による電圧降下を利用してバイアス電圧に光入力依存性を与える手法では、光電流の増加に応じて直列抵抗で消費される電力も増加するため、消費電力を削減することは容易ではない。そこで、本発明は、消費電力の削減が容易なバイアス制御回路を提供することを課題とする。

本発明は、アバランシェフォトダイオード用のバイアス制御回路に関する。このバイアス制御回路は、アバランシェフォトダイオードに印加する可変の直流電圧を生成する電圧源と、アバランシェフォトダイオードにより生成される光電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段により検出された光電流に応じて制御される分圧比で上記の直流電圧を分圧する分圧回路と、分圧回路の出力に応じて電圧源を制御する制御回路とを備えている。制御回路は、分圧回路の出力を所定の基準電圧に保つように直流電圧を調整する。分圧回路は、直流電圧を所定の比率で分圧する互いに直列に接続された第１および第２の抵抗を含む。電流検出手段は、光電流に対応した検出電流を生成し、その検出電流が分圧回路の所定の比率を調整するように電流検出手段が分圧回路に結合されて分圧回路の出力は前記検出電流及び前記直流電圧の双方に依存する。

アバランシェフォトダイオードの光電変換の増倍率は、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧に応じて変化する。このバイアス電圧は、電圧源によって生成される直流電圧に依存する。光電流の増加が検出されたときに直流電圧を低減するように制御回路が電圧源を制御すれば、これに応じてアバランシェフォトダイオードの増倍率も低下する。この結果、アバランシェフォトダイオードへの光入力強度が高いときに増倍率が抑えられ、過大な光電流によるアバランシェフォトダイオードの破損が防止される。光電流に応じて直流電圧が調整されるので、消費電力を容易に削減することが可能となる。

電圧制御手段は、分圧回路の出力を所定の基準電圧に保つように直流電圧を調整してもよい。

分圧回路は、直流電圧を所定の比率で分圧する互いに直列に接続された第１および第２の抵抗を含んでいてもよい。電流検出手段は、光電流に対応した検出電流を生成してもよい。前記電流検出手段は、その検出電流が電圧検出部の所定の比率を調整するように分圧回路に結合されていてもよい。

電流検出手段は、光電流に応じたミラー電流を生成するカレントミラー回路であってもよい。カレントミラー回路を使用することにより、バイアス制御回路の構成が簡易になるとともに、バイアス電圧をミラー電流比によって容易に調整することが可能になる。

第１または第２の抵抗は、アバランシェフォトダイオードの温度特性を補償する温度特性を有していてもよい。この場合、第１および第２の抵抗間に生成されるノード電圧がフォトダイオードの温度を反映するので、フォトダイオードの温度特性を補償することが可能になる。さらに、光入力強度に応じたバイアス電圧の調整を、温度に応じた調整と独立に実行することができる。

本発明のバイアス制御回路は、アバランシェフォトダイオードに印加する電圧を生成する電圧源を光入力強度に応じて制御するので、過大な光電流によるアバランシェフォトダイオードの破損を防止するだけでなく、消費電力を容易に削減することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第１実施形態
図１は、本実施形態のバイアス制御回路の概略を示すブロック図であり、図２は、同じバイアス制御回路の回路図である。バイアス制御回路１０は光受信器１００内に設置されている。光受信器１００は、バイアス制御回路１０に加えて、アバランシェフォトダイオード（以下、「ＡＰＤ」と表記する）１２と前置増幅器１４を有する。バイアス制御回路１０は、ＡＰＤ１２に逆バイアス電圧Ｖａｐｄを印加してＡＰＤ１２を駆動する。ＡＰＤ１２は、その駆動中、光入力信号を検出し、その光入力信号をある増倍率で光電流Ｉａｐｄに変換する。ＡＰＤ１２の増幅率は、バイアス電圧Ｖａｐｄに依存する。光電流Ｉａｐｄは、光入力信号に応じて変調されている。ＡＰＤ１２のアノードには前置増幅器１４が接続されている。前置増幅器１４は、光電流Ｉａｐｄを適当な増幅率で電気出力信号Ｖｏｕｔに変換する。

図２に示されるように、本実施形態では、前置増幅器１４は、反転増幅器３０および帰還抵抗器３２を含むトランスインピーダンスアンプである。ただし、前置増幅器１４は、トランスインピーダンスアンプに限られるものではなく、例えば、ＡＰＤ１２のアノードに接続された負荷抵抗と、その負荷抵抗の両端の電圧を増幅する電圧増幅器から構成されていてもよい。

バイアス制御回路１０は、高電圧発生回路１６、電流検出回路１８、分圧回路２０および制御回路２２を含んでいる。以下では、これらの構成要素を順次に説明する。

高電圧発生回路１６は、直流の出力電圧Ｖｈを生成し、それをＡＰＤ１２に対して逆方向に印加する電圧源である。高電圧発生回路１６の一例は、ＤＣ−ＤＣコンバータである。高電圧発生回路１６の入力端子４１は外部電源に接続されている。外部電源から入力端子４１に正の直流電圧Ｖｃｃが供給されると、高電圧発生回路１６は電圧Ｖｃｃを昇圧し、正の直流電圧Ｖｈを出力端子４２に生成する。

高電圧発生回路１６の出力端子４２は、バイアスライン１５を介してＡＰＤ１２のカソードに接続されている。バイアスライン１５上には、ＡＰＤ１２によって生成された光電流Ｉａｐｄを検出するための電流検出回路１８が設けられている。電流検出回路１８は、光電流Ｉａｐｄに応じた検出電流Ｉｄを生成し、その検出電流Ｉｄを分圧回路２０に供給する。バイアスライン１５上において高電圧発生回路１６の出力端子４２と電流検出回路１８との間にはノード２６が設けられている。ノード２６には、分圧回路２０の一端が接続されている。

分圧回路２０および制御回路２２は、電圧制御回路２４を構成している。電圧制御回路２４は、電流検出回路１８によって生成された検出電流Ｉｄに応じて高電圧発生回路１６を制御し、直流電圧Ｖｈを調整する。

分圧回路２０は、検出電流Ｉｄおよび直流電圧Ｖｈに応じた検出電圧を出力する電圧検出部として機能する。分圧回路２０は、互いに直列に接続された第１抵抗５１および第２抵抗５２を有する。抵抗５１、５２の各々は、単一の抵抗素子から構成されていてもよいし、複数の抵抗素子の合成抵抗であってもよい。分圧回路２０は、抵抗５１および５２の両端に直流電圧Ｖｈが印加されるように高電圧発生回路１６に接続されている。具体的に述べると、第１抵抗５１の一端は、バイアスライン１５上のノード２６を介して高電圧発生回路１６の出力端子４２に接続されており、他端は第２抵抗５２の一端に接続されている。第２抵抗５２の他端は接地されている。

抵抗５１および５２の間にはノード２８が設けられている。ノード２８には電流検出回路１８が接続されており、検出電流Ｉｄがノード２８に流れ込むようになっている。分圧回路２０は、直流電圧Ｖｈを分圧し、ノード２８に検出電圧としてノード電圧Ｖｆｂを生成する。後述するように、このノード電圧Ｖｆｂは、直流電圧Ｖｈと検出電流Ｉｄの双方に依存する。

ノード２８には制御回路２２の入力端子４３も接続されており、ノード電圧Ｖｆｂが制御回路２２に入力されるようになっている。制御回路２２の出力端子４４は高電圧発生回路１６に接続されている。制御回路２２は、制御信号Ｓｃを高電圧発生回路１６に供給することにより高電圧発生回路１６を制御し、直流出力電圧Ｖｈを調整する。制御回路２２は、ノード電圧Ｖｆｂを所定の基準電圧に保つように直流電圧Ｖｈを調整するというクローズドループのフィードバック制御を実行する。より具体的には、制御回路２２は、ノード電圧Ｖｆｂを基準電圧と比較し、ノード電圧Ｖｆｂが基準電圧より低いときには直流電圧Ｖｈを上昇させ、ノード電圧Ｖｆｂが基準電圧より高いときには直流電圧Ｖｈを下降させる。ノード電圧Ｖｆｂは検出電流Ｉｄを反映し、検出電流Ｉｄは光電流Ｉａｐｄを反映するから、制御回路２２は光電流Ｉａｐｄに応じて直流電圧Ｖｈを調整することになる。

更に、本実施形態では、ＡＰＤ１２の温度特性を補償するため、第２抵抗５２に、ＡＰＤ１２の温度に対する依存性を持たせている。つまり、第２抵抗５２は、ＡＰＤ１２の温度に応じて変化する可変抵抗である。なお、第２抵抗５２の代わりに、第１抵抗５１ｂに温度依存性を持たせてもよい。この温度依存性のため、ＡＰＤ１２の温度に応じてノード電圧Ｖｆｂが変化する。制御回路２２はノード電圧Ｖｆｂを一定にするように直流電圧Ｖｈを調整するので、ＡＰＤ１２の温度が変化すれば、それに応じて直流電圧Ｖｈも変化することになる。したがって、第２抵抗５２の温度依存性を適切に設定すれば、ＡＰＤ１２の温度特性を補償することができる。

抵抗の温度依存性は、様々な公知の手法を用いて実現することができる。例えば、光受信器１００内にサーミスタなどの温度センサが設置されていて、温度センサによって測定された温度に応じて第２抵抗５２の値が変更されてもよい。あるいは、第２抵抗５２は感温抵抗や温度制御の可能なディジタル抵抗であってもよい。このほかに、温度制御が可能なＤＡＣを用いることで第２抵抗５２の温度依存性を等価的に実現してもよい。さらに、これらの手法を任意に組み合わせてもよい。

図２に示されるように、本実施形態では、電流検出回路１８は、ｐｎｐトランジスタ３３、３４および抵抗３５、３６からなるカレントミラー回路である。抵抗３５の一端はバイアスライン１５に接続され、他端はトランジスタ３３のエミッタに接続されている。トランジスタ３３のコレクタは分圧回路２０中のノード２８に接続されている。抵抗３６とトランジスタ３４はバイアスライン１５上に配置されている。抵抗３６の一端はバイアスライン１５に接続され、他端はトランジスタ３４のエミッタに接続されている。トランジスタ３４のコレクタはＡＰＤ１２のカソードに接続されている。トランジスタ３３のベースはトランジスタ３４のベースに接続されている。

抵抗３６およびトランジスタ３４を光電流Ｉａｐｄが流れると、光電流Ｉａｄｐに応じたミラー電流が生成され、抵抗３５およびトランジスタ３３を流れる。このミラー電流が上述した検出電流Ｉｄである。検出電流Ｉｄは光電流Ｉａｄｐに比例する。Ｉａｄｐに対するＩｄの比はミラー電流比と呼ばれ、抵抗３５、３６の値に応じて決まる。抵抗３５、３６の値をそれぞれＲｅ１、Ｒｅ２と表すと、ミラー電流比ｍはＲｅ２／Ｒｅ１と表される。したがって、
Ｉｄ＝ｍ・Ｉａｐｄ＝（Ｒｅ２／Ｒｅ１）・Ｉａｄｐ （１）
である。

分圧回路２０中の抵抗５１、５２の値をそれぞれＲ１、Ｒ２、抵抗５１、５２を流れる電流をそれぞれＩ１、Ｉ２とすると、
Ｉ２＝Ｉ１＋Ｉｄ （２）
Ｖｈ＝Ｉ１・Ｒ１＋Ｉ２・Ｒ２ （３）
Ｖｆｂ＝Ｉ２・Ｒ２ （４）
が成り立つ。

本実施形態では、室温（２５℃）においてＲ１＝５９０ｋΩ、Ｒ２＝１０ｋΩである。上述のように、制御回路２２は、ノード２８における電圧Ｖｆｂを所定の基準電圧に保つように直流電圧Ｖｈを調整する。本実施形態では、この基準電圧は約１．０Ｖである。ＡＰＤ１２が光信号を受信していないとき、高電圧発生回路１６によって生成される直流電圧Ｖｈは６０．０Ｖである。電流検出回路１８中のトランジスタ３４で約０．５Ｖ程度の電圧低下があるため、ＡＰＤ１２が光信号を受信していないときは、ＡＰＤ１２に５９．５Ｖ程度の逆バイアス電圧Ｖａｐｄが印加される。このときのＡＰＤ１２の増倍率は約９．５であり、したがって、光信号が光受信器１００に入力されても良好な受信感度を得ることができる。

ＡＰＤ１２が光信号を受信すると光電流Ｉａｐｄが生成され、それに応じて電流検出回路１８が検出電流Ｉｄを生成する。検出電流Ｉｄは、トランジスタ３３のコレクタから分圧回路２０中のノード２８に注入される。本実施形態では、電流検出回路１８のミラー電流比ｍが約１／２０となるように、Ｒｅ１＝５．１ｋΩ、Ｒｅ２＝２５０Ωとされている。したがって、（１）式に示されるように、ノード２８には光電流Ｉａｐｄの約１／２０の電流Ｉｄが注入されることになる。例えば、光電流Ｉａｐｄが３００μＡのとき、検出電流Ｉｄは１５μＡ程度となる。

（４）式によれば、ノード２８のノード電圧Ｖｆｂを基準電圧である１．０Ｖに保つためには、第２抵抗５２を流れる電流Ｉ２が１００μＡとなる必要がある。このとき、（２）式によれば、第１抵抗５１を流れる電流Ｉ１がＩ２−Ｉｄ＝８５μＡとなる必要がある。したがって、（３）式によれば、直流電圧Ｖｈは８５μＡ・５９０ｋΩ＋１００μＡ・１０ｋΩ＝５１．１５Ｖとなる。つまり、制御回路２２は、高電圧発生回路１６を制御して、直流電圧Ｖｈを５１．１５Ｖに調整することになる。これは、光入力がない場合と比べて、直流電圧Ｖｈが８．８５Ｖ低下することを意味する。

（１）〜（４）式から明らかなように、光入力強度が上昇して光電流Ｉａｐｄおよび検出電流Ｉｄが増加すると、第２抵抗５２を流れる電流Ｉ２も増加して、ノード電圧Ｖｆｂが増加する。しかし、制御回路２２が、その増加分を打ち消すように高電圧発生回路１６の直流出力電圧Ｖｈを低減し、ノード電圧Ｖｆｂを基準電圧に保つ。したがって、出力電圧Ｖｈは、光入力強度の上昇とそれに伴う光電流Ｉａｄｐおよび検出電流Ｉｄの増加に応じて低下する。逆に、光入力強度が低下して光電流Ｉａｐｄおよび検出電流Ｉｄが減少すると、制御回路２２は出力電圧Ｖｈを上昇させる。

このように、高電圧発生回路１６の出力電圧Ｖｈは光入力強度の増加に伴って低下し、それに応じてＡＰＤ１２に印加される逆バイアス電圧Ｖａｐｄも減少する。ＡＰＤ１２の光電変換の増倍率は、逆バイアス電圧Ｖａｐｄの減少に応じて低下する。したがって、光入力強度の増加に伴ってＡＰＤ１２の増倍率が低減されることになる。この結果、光入力強度が高いときにも、ＡＰＤ１２を流れる光電流Ｉａｄｐの大きさを抑えて、ＡＰＤ１２の破損を防止することができる。

なお、検出電流Ｉｄは、光信号の非受信時に第１抵抗５１を流れる電流Ｉ１_０を超えることはできない。光信号の非受信時はＩｄ＝０だから、Ｖｆｂ＝Ｉ１_０・Ｒ２が成り立つ。また、光信号の受信時は、Ｖｆｂ＝（Ｉ１＋Ｉｄ）・Ｒ２である。したがって、ＩｄがＩ１_０を超えると、ＶｆｂがＩ１_０・Ｒ２を超えてしまい、Ｖｆｂを一定に保つことができない。検出電流ＩｄがＩ１_０を超えられないという制限をうまく利用すれば、光電流Ｉａｐｄに電流リミットをかけることが可能である。本実施形態では、光信号の非受信時に第１抵抗５１を流れる電流Ｉ１_０は１００μＡであり、カレントミラー回路１８のミラー電流比ｍは１／２０である。また、Ｉｄ＝ｍ・Ｉａｐｄである。したがって、検出電流ＩｄはＩ１_０を超えることができないため、光電流Ｉａｐｄは、１００μＡの２０倍に達する前に電流リミットがかかることになる。

ＡＰＤのバイアスレベルの調整は、特開平１１−２８４４４５号公報や特開２００４−７１８９２号公報に開示されるように、バイアスライン中に直列抵抗を配置し、光電流に応じた電圧降下を高電圧発生回路の出力電圧に与えることによって実現することもできる。しかし、この手法では、光電流に応じた高電圧発生回路の出力電圧の調整は行わないので、消費電力の削減は難しい。これに対して、本実施形態では、光電流Ｉａｐｄの増加に応じて高電圧発生回路１６の出力電圧Ｖｈが低減されるので、バイアス制御回路１０の消費電力を容易に削減できるという更なる利点が得られる。

図３は、本実施形態および従来例（特開２００４−７１８９２号）のバイアス制御回路の双方について室温での消費電力を示すグラフである。光入力強度が増大するにつれて消費電力が大きくなる傾向が双方のバイアス制御回路において見られるものの、本実施形態のバイアス制御回路の方が消費電力が抑えられている。図４および図５は、従来例に対する本実施形態の消費電力の削減量および削減率をそれぞれ示すグラフである。本実施形態のバイアス制御回路１０では、光入力強度が約−７ｄＢｍ程度のときに消費電力が３０ｍＷ削減され、削減率にして２９％もの消費電力削減が達成される。なお、図３〜図５に示されるデータは、室温で光信号を受信しないときのバイアス電圧の最適値が６０ＶのＡＰＤを用いて測定されたものであり、ＡＰＤの個体差により多少の変動が生じる可能性がある。

また、本実施形態では、電流検出回路１８としてカレントミラー回路を使用しているので、バイアス制御回路１０の構成が簡易になるとともに、バイアス電圧Ｖａｐｄの減少量をミラー電流比によって容易に調整することが可能になる。

さらに、本実施形態では、光入力強度を反映する検出電流Ｉｄを用いてバイアス電圧Ｖａｐｄに光入力強度依存性を与えるととともに、ＡＰＤ１２の温度を反映する第２抵抗５２を用いてバイアス電圧Ｖａｐｄに温度依存性を与える。これにより、光入力強度に応じたバイアス電圧Ｖａｐｄの調整を、温度に応じた調整と独立に実行することができる。

第２実施形態
以下では、本発明の第２の実施形態を説明する。図６は、本実施形態の光受信器２００およびバイアス制御回路１０ａを示す回路図である。バイアス制御回路１０ａは、第１実施形態のバイアス制御回路１０において電流検出回路１８を電流検出回路１８ａで置き換えた構成を有する。

電流検出回路１８ａは、トランジスタ３３、３４および抵抗３５、３６からなるカレントミラー回路に加えて、ｐｎｐトランジスタ３７および抵抗３８を有している。抵抗３８の一端はバイアスライン１５に接続され、他端はトランジスタ３７のエミッタに接続されている。トランジスタ３７のコレクタは抵抗３９の一端に接続されており、抵抗３９の他端は接地されている。トランジスタ３７のベースは、トランジスタ３４のベースに接続されている。

トランジスタ３７および抵抗３８はトランジスタ３４および抵抗３６とともにカレントミラー回路を構成する。したがって、光電流Ｉａｄｐが発生すると、それに応じてミラー電流Ｉｄ_０がトランジスタ３７のコレクタから流出する。抵抗３６、３８の値をそれぞれＲｅ２、Ｒｅ３と表すと、ミラー電流比（Ｉｄ_０／Ｉａｐｄ）はＲｅ２／Ｒｅ３と表される。ミラー電流Ｉｄ_０は抵抗３９を流れて電圧降下を生じさせる。トランジスタ３７のコレクタと抵抗３９との間にはノード４５が設けられている。ノード４５には、抵抗３９での電圧降下量に相当する電圧が発生する。

ノード４５は、図示しない電流モニタに接続される。電流モニタはバイアス制御回路１０ａの内部に配置されていてもよいし、外部に配置されていてもよい。電流モニタは、ノード４５の電圧に基づいて光電流Ｉａｐｄの有無を検出する。これにより、ＡＰＤ１２の動作異常を検出することが可能になる。このように、バイアス制御回路１０ａは、第１実施形態の利点に加えて、光電流Ｉａｐｄの有無を他のデバイスに通知することができるという利点を有している。

第３実施形態
以下では、本発明の第３の実施形態を説明する。図７は、本実施形態の光受信器３００およびバイアス制御回路１０ｂを示す回路図である。バイアス制御回路１０ｂは、第１実施形態のバイアス制御回路１０において電流検出回路１８を電流検出回路１８ｂで置き換えた構成を有する。

電流検出回路１８ｂは、ｐｎｐトランジスタ３３、３４および抵抗３５、３６からなるカレントミラー回路４８ａに加えて、ｎｐｎトランジスタ５３、５４および抵抗５５、５６からなるカレントミラー回路４８ｂと、ｐｎｐトランジスタ６３、６４および抵抗６５、６６からなるカレントミラー回路４８ｃを有する。カレントミラー回路４８ａ〜４８ｃは、ミラー電流を相互間でリレーするように接続されている。すなわち、前段のカレントミラー回路によって生成されたミラー電流は次段のカレントミラー回路に流入し、そこでそのミラー電流を反映した新たなミラー電流が生成される。この詳細は後述する。

カレントミラー回路４８ｂ中のトランジスタ５４のコレクタは、カレントミラー回路４８ａ中のトランジスタ３３のコレクタに接続されている。トランジスタ５４のエミッタは抵抗５６の一端に接続されており、抵抗５６の他端は接地されている。トランジスタ５４のベースは、トランジスタ５３のベースに接続されている。トランジスタ５３のエミッタは抵抗５５の一端に接続されており、抵抗５５の他端は接地されている。トランジスタ５３のコレクタは、カレントミラー回路４８ｃ中のトランジスタ６４のコレクタに接続されている。トランジスタ６４のエミッタには抵抗６６の一端が接続されている。抵抗６６の他端は外部電源に接続され、正の電源電圧Ｖｃｃが印加される。トランジスタ６４のベースは、トランジスタ６３のベースに接続されている。トランジスタ６３のエミッタは抵抗６５の一端に接続されている。抵抗６５の他端は外部電源に接続され、正の電源電圧Ｖｃｃが印加される。

光電流Ｉａｐｄが発生すると、カレントミラー回路４８ａは、光電流Ｉａｐｄに応じたミラー電流Ｉｄ_１を生成する。第１実施形態で述べたように、カレントミラー回路４８ａのミラー電流比（Ｉｄ_１／Ｉａｐｄ）は、抵抗３５、３６の値に応じて決まる。ミラー電流Ｉｄ_１は、トランジスタ３３のコレクタからカレントミラー回路４８ｂ中のトランジスタ５４のコレクタに流入する。これに応じて、カレントミラー回路４８ｂはミラー電流Ｉｄ_２を生成する。カレントミラー回路４８ｂのミラー電流比（Ｉｄ_２／Ｉｄ_１）は、抵抗５５、５６の値に応じて決まる。

ミラー電流Ｉｄ_２は、カレントミラー回路４８ｃ中のトランジスタ６４のコレクタからトランジスタ５３のコレクタに吸い込まれる。これに応じて、カレントミラー回路４８ｃは、ミラー電流Ｉｄを生成する。カレントミラー回路４８ｃのミラー電流比（Ｉｄ／Ｉｄ_２）は、抵抗６５、６６の値に応じて決まる。

結果として、電流検出回路１８ｂは、光電流Ｉａｐｄに比例するミラー電流Ｉｄを生成する。全体のミラー電流比（Ｉｄ／Ｉａｐｄ）は、抵抗３３、３４、５５、５６、６５および６６の値に応じて決まる。したがって、バイアスライン１５から分離された抵抗５５、５６を調整することによりミラー電流比を調節できる。バイアスライン１５には比較的高い電圧が加わるので、バイアスライン１５に接続された抵抗３３、３４を調整するよりも抵抗５５、５６を調整する方が安全である。

また、第１および第２実施形態では、制御回路２２の入力端子４３がトランジスタ３３および抵抗３５を介してバイアスライン１５に接続されている。通常、抵抗３５での電圧降下はあまり大きくないので、トランジスタ３３が破損すると、制御回路２２に大きな電圧が加わり、制御回路２２までもが破損するおそれがある。これに対し、本実施形態では、トランジスタ３３と制御回路２２との間にカレントミラー回路４８ｂ、４８ｃが設けられているので、一つのトランジスタが破損しただけでは制御回路２２に大電圧は加わらない。このように、バイアス制御回路１０ｂは、第１実施形態の利点に加えて、安全性が高いという利点を有している。

第４実施形態
以下では、本発明の第４の実施形態を説明する。図８は、本実施形態の光受信器４００およびバイアス制御回路１０ｃを示す回路図である。バイアス制御回路１０ｃは、第３実施形態のバイアス制御回路１０ｂにおいて電流検出回路１８ｂを電流検出回路１８ｃで置き換えた構成を有する。

電流検出回路１８ｃは、カレントミラー回路４８ｂに代えて、抵抗５５、５６およびオペアンプ（演算増幅器）７０からなるカレントミラー回路４８ｄを有する。オペアンプ７０の逆相入力端子は、カレントミラー回路４８ａ中のトランジスタ３３のコレクタに接続されている。逆相入力端子およびトランジスタ３３間のノード７６は抵抗５６の一端に接続されている。抵抗５６にはカレントミラー回路４８ａのミラー電流Ｉｄ_１が流れる。オペアンプ７０の正相入力端子は、カレントミラー回路４８ｃ中のトランジスタ６４のコレクタに接続されている。正相入力端子およびトランジスタ６４間のノード７５は、抵抗５５の一端に接続されている。抵抗５５にはトランジスタ６４のコレクタ電流Ｉｄ_２が流れる。この電流Ｉｄ_２がカレントミラー回路４８ｄによって生成されるミラー電流である。オペアンプ７０の出力端子は、トランジスタ６３および６４のベース間のノード６８に接続されている。

オペアンプ７０の二つの入力端子間の電圧はほぼ０Ｖであるため、抵抗５５、５６には同じ電圧が印加される。このため、抵抗５５、５６の値をそれぞれＲｃ１、Ｒｃ２と表すと、
Ｉｄ_２＝（Ｒｃ２／Ｒｃ１）・Ｉｄ_１ （５）
が成り立つ。このように、カレントミラー回路４８ｄは、ミラー電流Ｉｄ_１に応じたミラー電流Ｉｄ_２をカレントミラー回路４８ｃ中のトランジスタ６４から吸い込む。カレントミラー回路４８ｄのミラー電流比（Ｉｄ_２／Ｉｄ_１）は、抵抗５５、５６の値に応じて決まる。オペアンプ７０を利用することで、ミラー電流比をより正確に定めることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態ではｐｎｐトランジスタおよびｎｐｎトランジスタを用いてカレントミラー回路を構成しているが、代わりにＭＯＳトランジスタ、Ｊ−ＦＥＴ、ＭＥＳＦＥＴなど、他の電子デバイスを使用してもよい。また、電流検出回路内のカレントミラー回路のミラー電流比は任意である。

図１は第１実施形態のバイアス制御回路を示す概略図である。 図２は第１実施形態のバイアス制御回路を示す回路図である。 図３は本実施形態および従来例の消費電力を示すグラフである。 図４は従来例に対する本実施形態の消費電力の削減量を示すグラフである。 図５は従来例に対する本実施形態の消費電力の削減率を示すグラフである。 図６は第２実施形態のバイアス制御回路を示す回路図である。 図７は第３実施形態のバイアス制御回路を示す回路図である。 図８は第４実施形態のバイアス制御回路を示す回路図である。

符号の説明

１０…バイアス制御回路、１２…アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、１４…前置増幅器、１５…バイアスライン、１６…高電圧発生回路、１８…電流検出回路、２０…分圧回路、２２…制御回路、２４…電圧制御回路、２６、２８…ノード、５１、５２…抵抗、１００…光受信器

Claims (4)

1. アバランシェフォトダイオード用のバイアス制御回路であって、
   前記アバランシェフォトダイオードに印加する可変の直流電圧を生成する電圧源と、
   前記アバランシェフォトダイオードにより生成される光電流を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段により検出された光電流に応じて制御される分圧比で前記直流電圧を分圧する分圧回路と、
   前記分圧回路の出力に応じて前記電圧源を制御する制御回路と
   を備え、
   前記制御回路は、前記分圧回路の出力を所定の基準電圧に保つように前記直流電圧を調整し、
   前記分圧回路は、前記直流電圧を所定の比率で分圧する互いに直列に接続された第１および第２の抵抗を含み、
   前記電流検出手段は、前記光電流に対応した検出電流を生成し、その検出電流が前記分圧回路の前記所定の比率を調整するように前記電流検出手段が前記分圧回路に結合されて、前記分圧回路の出力は前記検出電流及び前記直流電圧の双方に依存する、バイアス制御回路。
2. 前記電流検出手段は、前記光電流に応じたミラー電流を生成するカレントミラー回路である、請求項１に記載のバイアス制御回路。
3. 前記第１または第２の抵抗は、前記アバランシェフォトダイオードの温度特性を補償する温度特性を有している、請求項１又は請求項２に記載のバイアス制御回路。
4. 前記分圧回路の前記第１の抵抗には、電流Ｉ１が流れ、
   前記分圧回路の前記第２の抵抗には、前記電流Ｉ１及び前記検出電流が流れる、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のバイアス制御回路。
   

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