JP4588592B2 - バースト信号受信装置及びバースト信号検出方法 - Google Patents

バースト信号受信装置及びバースト信号検出方法 Download PDF

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本発明は、信号列がある区間ごとに並んでいるバースト信号を検出するバースト信号受信装置及びバースト信号検出方法に関する。
現在、FTTH(Fiber To The Home)、FTTB/C(Fiber To The Building/Curb)、FTTCab(Fiber To The Cabinet)サービスのネットワーク構成とアクセス回線の方式にPON(Passive Optical Network)方式が採用されることが多い。PON方式は局側終端装置のOLT(Optical Line Terminal)とユーザ側終端装置のONU(Optical Network Unit)で光通信網を設ける。ここで、ONUからOLTへの光伝送信号の形式はバースト信号であり、OLTは光バースト信号受信装置としての機能を持たなければならない。PON方式にはATM(Asynchronous Transfer Mode)-PON方式、B(Broadband)-PON方式、E(Ethernet(登録商標))-PON方式等の様々な方式があるが、OLTの受信信号は全てにおいてバースト信号である。
従来、特許文献1及び特許文献2に記載されているように、バースト信号受信装置におけるバースト信号の検出は、ピーク検出回路を用いて入力信号のピーク検出を行い、その充放電時定数によってバースト信号を検出した際のアサート時間、バースト信号が終了した際のデアサート時間を決定していた。
図8は従来のバースト信号検出回路の一例を示す図である。ピーク検出回路90aは、差動増幅器91、ダイオード92、コンデンサ93から構成される。差動増幅器91の非反転入力端子は入力端子94に接続され、電気信号に変換されたバースト信号が入力される。差動増幅器91の出力信号はダイオード92に入力される。ダイオード92の出力端子は比較器70、コンデンサ93、差動増幅器91の反転入力端子に接続され、コンデンサ93の他端はグランド電圧に接続される。比較器70の一方の入力端子にはピーク検出回路90aの出力信号が入力され、他方の入力端子には閾値電圧に入力され、これらの電圧の比較結果をシグナルディテクト信号として出力端子71へ出力する。すなわち、比較器70はピーク検出回路90aからの入力信号の電圧が閾値電圧より高い場合はハイレベル、そうでない場合はローレベルの信号を出力端子71へ出力する。
図9は、図8のバースト信号検出回路の各部における信号の波形を示す図である。(a)の実線は入力端子94に入力されるバースト信号の波形を示す。この波形は、最初にローレベルからハイレベルへ遷移したところからバースト信号が開始し、ハイレベルからローレベルへ3回目に遷移したところでバースト信号が終了することを示す。(b)の破線はピーク検出回路90aから出力され比較器70に入力される信号の波形を示し、実線は比較器70に入力される閾値電圧を示す。比較器70はこれら入力信号の電圧を比較し、(c)の実線に示す波形のシグナルディテクト信号を出力する。なお、(c)の破線は、シグナルディテクト信号の逆相信号の波形を示す。このように図8のバースト信号検出回路によれば、コンデンサ93が放電しないので、入力端子94に入力されるバースト信号の波形がハイレベルからローレベルへ遷移してもピーク値が維持されるが、バースト信号が終了してもシグナルディテクト信号が終了せず、ハイレベルに維持されたままとなる。
このため、図10に示すピーク検出回路90bのように電荷を保持するコンデンサ93と並列に、例えば放電用抵抗95のような電荷を放電させる素子が接続される。そして、コンデンサ93の容量と放電用抵抗95の抵抗値による放電時定数を短い時間に設定することにより、バースト信号終了後に早い時間でシグナルディテクト信号を終了させることができる。
特開2003−264504号公報 特開2004−72710号公報
しかし、図10に示すように構成した場合、バースト信号検出回路の各部における信号は図11に示すような波形となる。すなわち、(a)の実線に示すバースト信号の途中であってもバースト信号の波形がハイレベルからローレベルへ遷移したときにピーク値が維持されずに下降し、ピーク検出回路90bの出力信号は(b)の破線に示すような波形となる。この波形がバースト信号の途中で(b)の実線に示す閾値電圧を横断すると比較器70の出力信号が反転し、(c)の実線に示すような波形となる。このようにバースト信号が継続しているのにシグナルディテクト信号が一定に維持されないのでバースト信号の誤検出が起こる。
また、バイアス成分をもつ光バースト信号が入力されと、光入力信号を電流に変換するPIN−PD(不純物密度の小さいi層を高濃度のp型とn型の半導体で挟んだpin構造のフォトダイオード)又はAPD(アバランシェフォトダイオード)の特性に起因するTail Current(裾引き電流)が発生し、この電流を電圧に変換したときに低周波成分が誘起される。
図12に、バイアス成分をもつバースト信号及び図10に示す従来のバースト信号検出回路の各部における信号の波形を示す。なお、図11を参照して説明したバースト信号の途中のピーク値の下降は、ここでは省略している。(a)の細線はピーク検出回路90b(図10)に入力される電気信号に変換されたバースト信号の波形を示し、太線はピーク検出回路90bの出力信号の波形を示す。ここでTail Currentの長さはばらつきが大きいが、長いものでマイクロ秒オーダである。比較器70(図10)は(b)の太線に示すピーク検出回路90bの出力信号の電圧と細線に示す閾値電圧とを比較して、(c)に示すシグナルディテクト信号を出力する。このように、バースト信号終了後のTail Currentによる低周波成分がノイズとして出力され、シグナルディテクト信号のデアサート時間が長くなる結果となる。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、シグナルディテクト信号のデアサート時間を短くするとともに安定したバースト信号検出を行うことができるバースト信号受信装置及びバースト信号検出方法を提供することである。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、光バースト信号を入力し電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を出力する光バースト信号受信器もしくは電気バースト信号を入力し正相信号及び逆相信号を出力するバースト信号発生器と、前記電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を入力し、それぞれの電圧の変化に応じた信号を正相信号及び逆相信号として出力する微分回路と、前記微分回路が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する差動増幅器と、前記差動増幅器が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力するアナログOR回路と、前記アナログOR回路の出力端子に接続され、前記アナログOR回路の出力信号を平滑化する容量素子と、を具備することを特徴とするバースト信号受信装置である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のバースト信号受信装置において、前記微分回路は、前記電気バースト信号の正相信号が入力される入力端子及び前記差動増幅器へ正相信号を出力する出力端子に両端が接続された第1の容量素子と、一端が該出力端子に接続され他端が電源に接続された第1の抵抗と、前記電気バースト信号の逆相信号が入力される入力端子及び前記差動増幅器へ逆相信号を出力する出力端子に両端が接続された第2の容量素子と、一端が該出力端子に接続され他端が前記電源に接続された第2の抵抗とを具備することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、光バースト信号を入力し電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を出力する光バースト信号受信器もしくは電気バースト信号を入力し正相信号及び逆相信号を出力するバースト信号発生器と、前記電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を入力し、それぞれの信号を等価増幅した正相信号及び逆相信号を出力するレベル識別部と、前記レベル識別部が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する差動増幅器と、前記差動増幅器が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力するアナログOR回路と、前記アナログOR回路の出力端子に接続され、前記アナログOR回路の出力信号を平滑化する容量素子と、を具備することを特徴とするバースト信号受信装置である。
請求項4に記載の発明は、光バースト信号受信器もしくはバースト信号発生器が出力する電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を微分回路に入力し、それぞれの電圧の変化に応じた信号を正相信号及び逆相信号として出力する過程と、前記微分回路が出力する正相信号及び逆相信号を差動増幅器に入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する過程と、前記差動増幅器の正相信号及び逆相信号をアナログOR回路に入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力する過程と、前記アナログOR回路が出力する信号を前記アナログOR回路の出力端子に接続された容量素子により平滑化する過程と、を有することを特徴とするバースト信号検出方法である。
請求項5に記載の発明は、光バースト信号受信器もしくはバースト信号発生器が出力する電気バースト信号の正相信号及び逆相信号をレベル識別部に入力し、それぞれの信号を等価増幅した正相信号及び逆相信号を出力する過程と、前記レベル識別部が出力する正相信号及び逆相信号を差動増幅器に入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する過程と、前記差動増幅器の正相信号及び逆相信号をアナログOR回路に入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力する過程と、前記アナログOR回路が出力する信号を前記アナログOR回路の出力端子に接続された容量素子により平滑化する過程と、を有することを特徴とするバースト信号検出方法である。
本発明によれば、バースト信号検出においてアナログOR回路を用いることにより、ハイレベルの信号を安定して出力することができる。また、コンデンサの容量によりシグナルディテクト信号のアサート時間、デアサート時間を容易に設定することができる。また、微分回路を用いることで、バースト信号終了後に生じるTail Currentに起因する低周波成分を除去してバースト信号を検出することができ、また、バイアス成分をもつバースト信号も正しく検出することができる。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図2は、光バースト信号受信装置1の構成を示すブロック図である。光バースト信号受信器10は、入力される光バースト信号を電気信号に変換し増幅して電気バースト信号を出力する。すなわち、フォトダイオード11に光バースト信号が入力されるとその強度に応じた電流が発生し、この電流がプリアンプ12で電圧に変換され増幅されて、正相及び逆相の電気バースト信号が出力される。
なお、光バースト信号受信器10は、バースト信号発生器で置き換えてもよい。このバースト信号発生器は、信号列がある区間ごとに並んでいる電気バースト信号が入力されると、この信号を増幅し、正相及び逆相の電気バースト信号を出力する。
レベル識別回路20には、上記の電気バースト信号の正相信号が入力され、この信号を等価増幅してセレクタ80へ出力する。微分回路30には上記の電気バースト信号の正相信号及び逆相信号が入力される。この微分回路30とバースト信号検出回路100から構成されるシグナルディテクト信号生成回路200は、バースト信号を検出したときにハイレベル、それ以外はローレベルのシグナルディテクト信号を生成してセレクタ80へ出力する。
セレクタ80には、レベル識別回路20の出力信号、ローレベル発生回路81が出力するローレベルの信号、シグナルディテクト信号生成回路200が出力するシグナルディテクト信号が入力される。そして、シグナルディテクト信号がハイレベルのときはレベル識別回路20から入力される信号を出力端子82へ出力し、シグナルディテクト信号がローレベルのときはローレベル発生回路81から入力されるローレベルの信号を出力端子82へ出力する。このように構成することにより、バースト信号が検出されたときのみ、レベル識別回路20から入力される信号を出力端子82へ出力することができる。
次に、上述した光バースト信号受信装置1において本発明の特徴を有する部分であるシグナルディテクト信号生成回路200の構成を説明する。図1は、シグナルディテクト信号生成回路200の構成を示すブロック図である。このシグナルディテクト信号生成回路200は、微分回路30及びバースト信号検出回路100から構成され、バースト信号検出回路100はピーク検出回路90及び比較器70から構成される。
微分回路30には、電気バースト信号の正相信号及び逆相信号が入力される。微分回路30は、入力される正相信号及び逆相信号のそれぞれの電圧の変化に応じた信号を正相信号及び逆相信号としてピーク検出回路90の差動増幅器40へ出力する。差動増幅器40は入力信号の電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号をアナログOR回路50へ出力する。アナログOR回路50は、入力信号の電圧の論理和をとった信号を出力する。
アナログOR回路50の出力端子には平滑用コンデンサ60及び比較器70が接続されている。平滑用コンデンサ60の他端はグランド電圧に接続され、比較器70の他端は閾値電圧に接続されている。これらの構成によりアナログOR回路50の出力信号は平滑用コンデンサ60によって平滑化されて比較器70へ入力され、比較器70はこの入力信号の電圧と閾値電圧とを比較し、その結果をシグナルディテクト信号として出力端子71へ出力する。
以下、シグナルディテクト信号生成回路200を構成する微分回路30、差動増幅器40、アナログOR回路50の構成例を図3、図4を参照して説明する。図3は、微分回路30の構成例を示す図である。微分回路30は、2つの容量素子であるコンデンサ31a、31b、及び、2つの抵抗32a、32bから構成される。入力端子33a、33bにはそれぞれ電気バースト信号の正相信号、逆相信号が入力される。コンデンサ31aの一端は入力端子33aに接続され、他端は抵抗32a及び出力端子34aに接続される。抵抗32aの他端は電圧VTの電源に接続される。同様に、コンデンサ31bの一端は入力端子33bに接続され、他端は抵抗32b及び出力端子34bに接続される。抵抗32bの他端は電圧VTの電源に接続される。
図4は、差動増幅器40及びアナログOR回路50の構成例を示す図である。入力端子46及び47には、微分回路30が出力する正相信号及び逆相信号が入力される。差動増幅器40は、トランジスタ41、42、定電流回路43、抵抗44、45から構成される。トランジスタ41のベース端子は入力端子46に接続され、コレクタ端子は抵抗44及びアナログOR回路50のトランジスタ52のベース端子に接続され、エミッタ端子は定電流回路43に接続される。また、トランジスタ42のベース端子は入力端子47に接続され、コレクタ端子は抵抗45及びアナログOR回路50のトランジスタ51のベース端子に接続され、エミッタ端子は定電流回路43に接続される。抵抗44、45の他端は正電源端子に接続される。
アナログOR回路50は、トランジスタ51、52、定電流回路53から構成される。トランジスタ51のベース端子は差動増幅器40のトランジスタ42のコレクタ端子及び抵抗45に接続され、コレクタ端子は正電源端子に接続され、エミッタ端子は定電流回路53、平滑用コンデンサ60、出力端子61に接続される。また、トランジスタ52のベース端子は差動増幅器40のトランジスタ41のコレクタ端子及び抵抗44に接続され、コレクタ端子は正電源端子に接続され、エミッタ端子は定電流回路53、平滑用コンデンサ60、出力端子61に接続される。平滑用コンデンサ60の他端はグランド電圧に接続される。出力端子61は比較器70に接続される。
次に、図5を参照して、シグナルディテクト信号生成回路200(図1)に電気バースト信号が入力されてからシグナルディテクト信号が生成されるまでの各部の信号の波形を説明する。(a)は、光バースト信号受信器10(図2)が出力する信号の正相信号(実線)と逆相信号(破線)を示す。これらの信号が微分回路30(図1)に入力されると、(b)に示す正相信号(実線)と逆相信号(破線)が出力される。(a)と(b)の波形の関係を説明すると次の通りである。(a)に示すように正相信号が増加を始めると、微分回路30の正相信号はその増加の傾きに応じた電圧まで上昇する。(a)の正相信号が増加した後に一定値となると増加の傾きは0となるので微分回路30の正相信号は0まで減少する。(a)の正相信号が一定値から減少を始めると、微分回路30の正相信号はその減少の傾きに応じた電圧まで下降する。(a)の正相信号が減少した後に一定値となると減少の傾きは0となるので微分回路30の正相信号は0まで増加する。以下、同様に繰り返す。(b)の逆相信号についても同様である。
微分回路30が出力する正相信号と逆相信号が差動増幅器40に入力されるとこれらの電圧の差が増幅して出力され、(c)に示す正相信号(実線)とその逆相信号(破線)が出力される。
差動増幅器40が出力する正相信号と逆相信号がアナログOR回路50に入力されると、これらの信号のうち常に電圧の高い方の値が検出されるが、アナログOR回路50の出力電圧は入力電圧に対してわずかに遅延して追随するので、(d)の太線に示す波形となる。
アナログOR回路50が出力する信号は平滑用コンデンサ60により平滑化され、(e)に示す波形となる。この波形のローレベルからハイレベルへの遷移時間であるアサート時間、ハイレベルからローレベルへの遷移時間であるデアサート時間は平滑用コンデンサ60の容量によって設定することができる。平滑用コンデンサ60の容量を小さくすれば、アサート時間、デアサート時間を短くして早い反応を示すことができ、かつ、平滑用コンデンサ60の容量を小さくしたとしても、アナログOR回路50を用いているので常に電圧の高い方の値が出力されハイレベルに落ち着くことになる。すなわち、図10を参照して説明したピーク検出回路90bの放電時定数によりアサート時間、デアサート時間を決定するより、格段に安定したバースト信号検出を行うことができる。
また、光バースト信号受信器10から図6(a)に示すようなバイアス成分をもつ電気バースト信号で、信号終了後に主にPIN−PDやAPDで生じるTail Currentに起因する低周波成分を有する電気バースト信号が入力された場合は、これを微分回路30に入力すると図6(b)に示す波形の信号が出力される。これにより、Tail Currentに起因する低周波成分がカットされるので、シグナルディテクト信号のデアサート時間の遅延を防ぐことができる。
図7は上述したシグナルディテクト信号生成回路200の各部における信号の波形のシミュレーション結果を示す。図7(a)は入力される電気バースト信号の正相信号と逆相信号、(b)は微分回路30が出力する正相信号と逆相信号、(c)はアナログOR回路50の出力信号と比較器70に入力される閾値電圧、(d)はシグナルディテクト信号を示す。図7(a)、(b)は、それぞれ図5(a)、(b)に対応し、図7(c)においてローレベルからハイレベルに遷移してハイレベルを維持した後、緩やかにローレベルに遷移する信号は、図5(d)の太線に対応する。
なお、図2を参照して説明した構成とは異なり、微分回路30を設けずにレベル識別回路20の出力信号を分岐してバースト信号検出回路100に入力し、シグナルディテクト信号を生成してもよい。この場合、レベル識別回路20には光バースト信号受信器10が出力する電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を入力し、それぞれの信号を等価増幅した正相信号及び逆相信号を出力し、これらをバースト信号検出回路100に入力する構成とする。このとき図1及び図4の差動増幅器40の入力端子には、レベル識別回路20が出力する正相信号及び逆相信号を入力する。
本発明は、バースト信号受信装置に用いられる。
本発明の実施形態によるシグナルディテクト信号生成回路200の構成を示すブロック図である。 光バースト信号受信装置1の構成を示すブロック図である。 微分回路30の構成例を示す図である。 差動増幅器40及びアナログOR回路50の構成例を示す図である。 シグナルディテクト信号生成回路200の各部における信号の波形を示す図である。 バイアス成分をもつ電気バースト信号及び微分回路30の出力信号の波形を示す図である。 シグナルディテクト信号生成回路200の各部における信号の波形のシミュレーション結果を示す。 従来のバースト信号検出回路の一例を示す図である。 図8のバースト信号検出回路の各部における信号の波形を示す図である。 放電用抵抗を有する従来のバースト信号検出回路の一例を示す図である。 図10のバースト信号検出回路の各部における信号の波形を示す図である。 バイアス成分をもつバースト信号及び従来のバースト信号検出回路の各部における信号の波形を示す図である。
符号の説明
1…光バースト信号受信装置
10…光バースト信号受信器
11…フォトダイオード
12…プリアンプ
20…レベル識別回路
30…微分回路
31a、31b…コンデンサ
32a、32b…抵抗
33a、33b…入力端子
34a、34b…出力端子
40…差動増幅器
41、42、51、52…トランジスタ
43、53…定電流回路
44、45…抵抗
46、47…入力端子
50…アナログOR回路
60…平滑用コンデンサ
61…出力端子
70…比較器
71…出力端子
80…セレクタ
81…ローレベル発生回路
82…出力端子
90、90a、90b…ピーク検出回路
91…差動増幅器
92…ダイオード
93…コンデンサ
94…入力端子
95…放電用抵抗
100…バースト信号検出回路
200…シグナルディテクト信号生成回路

Claims (5)

  1. 光バースト信号を入力し電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を出力する光バースト信号受信器もしくは電気バースト信号を入力し正相信号及び逆相信号を出力するバースト信号発生器と、
    前記電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を入力し、それぞれの電圧の変化に応じた信号を正相信号及び逆相信号として出力する微分回路と、
    前記微分回路が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する差動増幅器と、
    前記差動増幅器が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力するアナログOR回路と、
    前記アナログOR回路の出力端子に接続され、前記アナログOR回路の出力信号を平滑化する容量素子と、
    を具備することを特徴とするバースト信号受信装置。
  2. 前記微分回路は、前記電気バースト信号の正相信号が入力される入力端子及び前記差動増幅器へ正相信号を出力する出力端子に両端が接続された第1の容量素子と、一端が該出力端子に接続され他端が電源に接続された第1の抵抗と、前記電気バースト信号の逆相信号が入力される入力端子及び前記差動増幅器へ逆相信号を出力する出力端子に両端が接続された第2の容量素子と、一端が該出力端子に接続され他端が前記電源に接続された第2の抵抗とを具備することを特徴とする請求項1に記載のバースト信号受信装置。
  3. 光バースト信号を入力し電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を出力する光バースト信号受信器もしくは電気バースト信号を入力し正相信号及び逆相信号を出力するバースト信号発生器と、
    前記電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を入力し、それぞれの信号を等価増幅した正相信号及び逆相信号を出力するレベル識別部と、
    前記レベル識別部が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する差動増幅器と、
    前記差動増幅器が出力する正相信号及び逆相信号を入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力するアナログOR回路と、
    前記アナログOR回路の出力端子に接続され、前記アナログOR回路の出力信号を平滑化する容量素子と、
    を具備することを特徴とするバースト信号受信装置。
  4. 光バースト信号受信器もしくはバースト信号発生器が出力する電気バースト信号の正相信号及び逆相信号を微分回路に入力し、それぞれの電圧の変化に応じた信号を正相信号及び逆相信号として出力する過程と、
    前記微分回路が出力する正相信号及び逆相信号を差動増幅器に入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する過程と、
    前記差動増幅器の正相信号及び逆相信号をアナログOR回路に入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力する過程と、
    前記アナログOR回路が出力する信号を前記アナログOR回路の出力端子に接続された容量素子により平滑化する過程と、
    を有することを特徴とするバースト信号検出方法。
  5. 光バースト信号受信器もしくはバースト信号発生器が出力する電気バースト信号の正相信号及び逆相信号をレベル識別部に入力し、それぞれの信号を等価増幅した正相信号及び逆相信号を出力する過程と、
    前記レベル識別部が出力する正相信号及び逆相信号を差動増幅器に入力し、これらの電圧の差分を増幅した正相信号及び逆相信号を出力する過程と、
    前記差動増幅器の正相信号及び逆相信号をアナログOR回路に入力し、これらの電圧の論理和をとった信号を出力する過程と、
    前記アナログOR回路が出力する信号を前記アナログOR回路の出力端子に接続された容量素子により平滑化する過程と、
    を有することを特徴とするバースト信号検出方法。

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