JP4850919B2

JP4850919B2 - 光受信器

Info

Publication number: JP4850919B2
Application number: JP2008550020A
Authority: JP
Inventors: 雅樹野田; 正道野上; 潤一中川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: JPWO2008075430A1; EP2096754B1; US20100067924A1; WO2008075430A1; CN101563843A; KR101009806B1; TW200828836A; EP2096754A1; TWI337468B; KR20090096495A; US8165478B2; EP2096754A4; CN101563843B

Description

この発明は、光通信システムに関するものであり、特に、アクセス系光通信システムの一つであるＰＯＮ（Passive Optical Network）システムに適用される光受信器に関するものである。

従来、光ファイバを用いた公衆回線網を実現するシステムとして、ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムと呼ばれるポイント・トゥ・マルチポイントのアクセス系光通信システムが広く用いられている。

ＰＯＮシステムは、局側装置である１台のＯＬＴ（Optical Line Terminal）と、光スターカプラを介して接続される複数の加入者端末装置であるＯＮＵ（Optical Network Unit）とにより構成される。多数のＯＮＵに対して、ＯＬＴと伝送路である光ファイバの大部分は共有できるため運用コストの経済化が期待できることや、受動部品である光スターカプラには給電が必要なく屋外設置が容易であり、信頼性も高いという利点があることから、ブロードバンドネットワークを実現する切り札として近年活発に導入が進められている。

例えば、IEEE802.3ahで規格化されている伝送速度が１.25Gbit/sのＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet - Passive Optical Network）においては、ＯＬＴからＯＮＵへの下りは、光波長１．４９μｍ帯を用いた同報通信方式を用い、各ＯＮＵは割り当てられたタイムスロットのデータのみ取り出す。一方、各ＯＮＵからＯＬＴへの上りは、光波長１．３１μｍ帯を用い、各ＯＮＵのデータが衝突しないように送出タイミングを制御する時分割多重通信方式を用いている。

上記のようなＰＯＮシステムの上り方向の通信においては、各ＯＮＵは光スターカプラから異なる距離に位置することから、ＯＬＴにおける各ＯＮＵの受信レベルは受信パケット毎に異なるため、ＯＬＴの受信回路には異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を必要とする。従って、一般的に、ＯＬＴの受信回路には、受光レベルに応じて変換利得を変化させるＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路が備えられており、ＡＧＣの高速応答性と同符号連続耐力との両立が求められている。

ＡＧＣ回路には様々な方式が提案されているが、例えば特許文献１においては、受光レベルに応じて前置増幅器の帰還抵抗値、すなわち変換利得を段階的に切り替えている。また、特許文献１で参照している従来技術である特許文献２においては、受光レベルに応じて前置増幅器の帰還抵抗値、すなわち変換利得をアナログ的に変化させている。

特開２０００−１５１２９０号公報特開平７−３８３４２号公報

上記特許文献１に示された技術では、パケットの先頭数ビットでＡＧＣ動作が完了し、また、ＡＧＣ動作完了後は受信信号のパターン列に依らず常に一定の利得が保たれるため、高速応答性と同符号連続耐力とを両立できる利点を有している。しかしながら、一方では、パケットの先頭ビットの振幅に応じて利得制御する方式であるため、受信するバースト信号が過渡的にレベル変動する場合、特に、過剰発光後に一定レベルに収束するような場合には、誤った変換利得に切り替えてしまうという問題がある。

また、上記特許文献２に示された技術では、高速応答性を実現するためにはＡＧＣループの時定数を短くする必要があるが、この場合、変換利得が受信信号のパターン列に依存しやすくなり、同符号連続耐力が劣化することとなる。すなわち、高速応答性と同符号連続耐力を両立することが困難であるという問題がある。

この発明は上述した点に鑑みてなされたもので、主にアクセス系光通信システムの一つであるＰＯＮシステムにおいて、異なる受光レベルのバースト信号を安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を提供することを目的とするものである。

この発明に係る光受信器は、受信した光信号の受光レベルに応じた電流を出力する受光素子と、前記受光素子からの出力電流信号を電圧信号に変換するプリアンプと、時定数の短い第１のレベル検出部と、前記第１のレベル検出部の時定数よりも長い時定数を有する第２のレベル検出部とを有し、時定数切替信号に基づいて前記第１のレベル検出部または前記第２のレベル検出部のいずれかに切り替えられて、前記プリアンプが出力する出力電圧信号の電圧レベルを検出するレベル検出手段と、前記レベル検出手段の検出結果に基づいて前記プリアンプの変換利得を可変制御する変換利得制御手段と、前記プリアンプからの出力電圧信号に基づいて時定数切替信号を出力する時定数切替制御手段とを備え、前記時定数切替制御手段は、受信されるバースト信号のパケットのビット列の同符号連続数が所定数より小さい場合は前記第１のレベル検出部を選択し、所定数以上の場合に前記第２のレベル検出部を選択すべく、前記レベル検出手段に時定数切替信号を出力する。

この発明によれば、変換利得を変えることが可能なプリアンプと、時定数を切り替えることが可能なレベル検出手段と、受信信号をもとに適切な時定数を選択する時定数切替制御手段とを備え、時定数切替制御手段の時定数切替信号に基づいて、バースト信号のパケット先頭部ではレベル検出手段の時定数が短くなるように制御し、プリアンプのＡＧＣ動作完了後にはレベル検出手段の時定数が長くなるように制御し、さらに、上記のように制御されたレベル検出手段の検出結果に基づいてプリアンプの変換利得を制御するため、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

この発明の実施の形態１に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図１の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態２に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図３に示す収束状態判定回路５１と、時定数切替信号生成ロジック回路５２の具体的な構成例を示すブロック図である。図４の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。図４とは異なる、図３に示す収束状態判定回路５１と、時定数切替信号生成ロジック回路５２の具体的な構成例を示すブロック図である。図６の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態３に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図８の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態４に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図１０の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態５に係る光受信器の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態６に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図１３の各部の信号波形を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態７に係る光受信器の構成を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して、この発明の実施の形態に係る光受信器を詳細に説明する。なお、この発明は実施の形態により限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光受信器の構成を示すブロック図である。受光素子１は、カソードが電源に接続され、アノードがプリアンプ２の入力端に接続され、受信した光信号の受光レベルに応じた電流を出力する。プリアンプ２は、受光素子１から入力された電流を電圧に変換して出力し、かつ、入力される制御電圧により、電流を電圧に変換する変換効率を変化できる。

プリアンプ２から出力される電圧信号は、レベル検出回路３によりその平均値が検出される。このレベル検出回路３は、時定数が短いレベル検出部３１と、レベル検出部３１の時定数よりも長い時定数を有する、時定数が長いレベル検出部３２と、レベル検出回路３の時定数を切り替えるための時定数切り替えスイッチ３３とによって構成される。

レベル検出回路３の出力電圧は、変換利得制御手段としての増幅器４によって所望の制御電圧に増幅され、プリアンプ２の変換利得を制御する。また、時定数切替制御回路５は、プリアンプ２から出力される受信電気信号に基づいて適切な時定数を選択するものであり、受信されるバースト信号のパケットのビット列の同符号連続数が所定数より小さい場合は前記第１のレベル検出部を選択し、所定数以上の場合に前記第２のレベル検出部を選択すべく、時定数切替信号を時定数切り替えスイッチ３３に入力する。

なお、レベル検出回路３の時定数切り替えスイッチ３３は、ＡＧＣ動作中には、時定数が短いレベル検出部３３側と接続し、ＡＧＣ動作完了時には、時定数が長いレベル検出部３３と接続するように動作する。

次に、図２に、図１の各部の信号波形を示すタイミングチャートを示す。（Ａ）は受光素子１の出力電流、（Ｂ）はプリアンプ２の出力電圧、（Ｃ）は常に時定数が短いレベル検出部３１を用いた場合のレベル検出回路３の出力電圧、（Ｄ）は常に時定数が長いレベル検出部３２を用いた場合のレベル検出回路３の出力電圧、（Ｅ）は時定数切替制御回路５の検出結果に基づいて時定数切り替えスイッチ３３を切り替えた場合のレベル検出回路３の出力電圧、（Ｆ）は時定数切替制御回路５から出力される時定数切替信号をそれぞれ示している。なお、図２において、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）については、プリアンプ２の出力電圧との関係を明確化するために、（Ｂ）に重ねて表示している。

この発明の実施の形態１に係る光受信器の動作および特徴について図２を参照して説明する。図２において、（Ｃ）は、常に時定数が短いレベル検出部３１を用いた場合のレベル検出回路３の出力電圧であり、時定数が短いため高速応答性に優れる反面、同符号が連続する場合にはレベル検出誤差が大きくなり、所望の変換利得に一定制御することが困難となる。

一方、図２において、（Ｄ）は、常に時定数が長いレベル検出部３２を用いた場合のレベル検出回路３の出力電圧であり、時定数が長いため同符号が連続する場合であっても精度良くレベル検出でき、所望の変換利得に一定制御可能である反面、高速応答性に難があるため、バースト受信用には不向きである。

図２において、（Ｅ）は、時定数切替制御回路５の出力電圧に基づいて、レベル検出回路３を構成する時定数切り替えスイッチ３３により、レベル検出回路３の時定数を切り替えた場合のレベル検出回路３の出力電圧であり、バースト信号のパケットの先頭でのみ短い時定数で、それ以降は長い時定数でレベル検出を行う。

一般的に、バースト信号のパケットは、送受信器間のデータ伝送で必要な同期を確立するためにパケットの先頭に付加されるプリアンブル部と、実際の通信データを格納するデータ部とで構成されており、それぞれに許容されるビット列の最大同符号連続数は、プリアンブル部よりもデータ部の方が大きい。

従って、パケット先頭のプリアンブル部において、ＡＧＣ動作が完了するまでは短い時定数でレベル検出することにより高速にＡＧＣ動作を完了し、ＡＧＣ動作完了後にレベル検出を長い時定数に切り替えることにより、長い同符号連続ビット列を含むデータ部においても精度良く安定したレベル検出が可能となる。

このように、この発明の実施の形態１に係る光受信器においては、変換利得を変えることが可能なプリアンプ２と、時定数を切り替えることが可能なレベル検出回路３と、受信信号をもとに適切な時定数を選択する時定数切替制御回路５とを備え、時定数切替制御回路５の検出結果に基づいて、バースト信号のパケット先頭部ではレベル検出回路３の時定数が短くなるように制御し、プリアンプ２のＡＧＣ動作完了後にはレベル検出回路３の時定数が長くなるように制御し、さらに、上記のように制御されたレベル検出回路３の検出結果に基づいてプリアンプ２の変換利得を制御するため、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図３に示す実施の形態２の構成において、図１に示す実施の形態１の構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。実施の形態１と異なる点は、時定数切替制御回路５の構成が異なる。図３に示す実施の形態２の構成において、時定数切替制御回路５は、収束状態判定回路５１と、収束状態判定回路５１の判定結果をもとに時定数切替信号を生成する時定数切替信号生成ロジック回路５２により構成されている。

図４は、収束状態判定回路５１と、時定数切替信号生成ロジック回路５２の具体的な構成例を示すブロック図である。収束状態判定回路５１は、入力段に平均値検出回路５１１を備え、その後段に微分回路５１２、さらに差動増幅回路５１３を備えている。また、時定数切替信号生成ロジック回路５２は、収束状態判定回路５１の出力段に備えられる差動増幅回路５１３のそれぞれの出力信号を入力とする二つの比較器５２１、５２２を入力段に備え、比較器５２１と５２２の出力をＡＮＤ論理回路５２３により論理演算し、その結果を出力する。なお、平均値検出回路５１１の時定数は、レベル検出回路３の短いレベル検出部３１の時定数と同等である。

次に、図５に、図４の各部の信号波形を示すタイミングチャートを示す。図５において、（Ａ）は平均値検出回路５１１の入力信号、（Ｂ）は平均値検出回路５１１の出力信号、（Ｃ）は微分回路５１２の出力信号、（Ｄ）は差動増幅回路５１３に入力される基準電圧信号、（Ｅ）と（Ｆ）はそれぞれ差動増幅回路５１３の出力信号、（Ｇ）と（Ｈ）はそれぞれ比較器５２１、５２２の基準電圧信号、（Ｉ）は比較器５２１の出力信号、（Ｊ）は比較器５２２の出力信号、（Ｋ）はＡＮＤ論理回路５２３の出力信号を示している。

図５を用いて、この発明の実施の形態２に係る光受信器の動作および特徴について説明する。

図５において、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）が変化している場合、すわなち、一定電圧に収束していない過渡状態にのみ、微分回路５１２の出力信号（Ｃ）は、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）の時間的な変化率に応じた振幅を出力する。ここで、差動増幅回路５１３の基準電圧信号（Ｄ）の電圧値を、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）が収束している場合の微分回路５１２の出力信号（Ｃ）の出力値と等しくし、差動増幅回路５１３により微分回路５１２の出力信号（Ｃ）を増幅している。また、比較器５２１と５２２の基準電圧信号（Ｇ）と（Ｈ）の電圧値は、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）が収束している場合の差動増幅回路５１３の出力電圧信号（Ｅ）と（Ｆ）の電圧値と等しくしている。

従って、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）が過渡状態であり、かつ減少時には、比較器５２１の出力信号（Ｉ）はHighレベルの信号を出力し、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）が過渡状態であり、かつ増加時には、比較器５２２の出力信号（Ｊ）はHighレベルの信号を出力するよう動作する。比較器５２１と５２２の出力信号（Ｉ）と（Ｊ）をＡＮＤ論理回路５２３によりＡＮＤ演算するため、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）が一定電圧に収束していない過渡状態には、平均値検出回路５１１の出力信号（Ｂ）が減少時、増加時、いずれの状態であっても、時定数切替制御回路５は、Highレベルの信号を出力するよう動作する。

また、図６は、図４とは異なる収束状態判定回路５１と、時定数切替信号生成ロジック回路５２の具体的な構成例を示すブロック図である。なお、時定数切替信号生成ロジック回路５２については、図４に示す例と等しいため説明を割愛する。図６において、収束状態判定回路５１は、入力段に時定数が異なる二つの平均値検出回路５１４と５１５を備え、その後段に差動増幅回路５１６を備えている。ここで、平均値検出回路５１５の時定数は平均値検出回路５１４の時定数よりも短いものとする。また、平均値検出回路５１４の時定数は、レベル検出回路３の短いレベル検出部３１の時定数と同等である。

次に、図７に、図６の各部の信号波形を示すタイミングチャートを示す。図７において、（Ａ）は平均値検出回路５１４および５１５の入力信号、（Ｂ）は平均値検出回路５１４の出力信号、（Ｃ）は平均値検出回路５１５の出力信号、（Ｄ）と（Ｅ）はそれぞれ差動増幅回路５１６の出力信号を示している。

図７を用いて、この発明の実施の形態２に係る光受信器の動作および特徴について説明する。

平均値検出回路５１４の時定数は、平均値検出回路５１５の時定数よりも長いため、図７において、平均値検出回路５１４の出力信号（Ｂ）の収束時間は平均値検出回路５１５の出力信号（Ｃ）の収束時間よりも遅く、タイムラグが生じる。平均値検出回路５１４の出力信号（Ｂ）と平均値検出回路５１５の出力信号（Ｃ）とを入力信号とする差動増幅回路５１６は、平均値検出回路５１４の出力信号（Ｂ）と平均値検出回路５１５の出力信号（Ｃ）に電位差がある場合、すなわち、平均値検出回路５１４の出力信号（Ｂ）が一定電圧に収束していない過渡状態にのみ、平均値検出回路５１４の出力信号（Ｂ）と平均値検出回路５１５の出力信号（Ｃ）の電位差に応じた振幅を出力する。時定数切替信号生成ロジック回路５２は、前述と同様の動作をするため、平均値検出回路５１４の出力信号（Ｂ）が一定電圧に収束していない過渡状態には、平均値検出回路５１４の出力信号（Ｂ）が減少時、増加時、いずれの状態であっても、Highレベルの信号を出力するよう動作する。

このように、この発明の実施の形態２に係る光受信器においては、収束状態判定回路５１により、レベル検出回路３の時定数で決まるＡＧＣ動作の収束状態を判定できるため、ＡＧＣ動作が収束していない場合には短い時定数によるレベル検出、ＡＧＣ動作が収束後は長い時定数によるレベル検出とする切替制御が可能となり、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図８に示す実施の形態３の構成において、図１に示す実施の形態１及び図３に示す実施の形態２の構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図８に示す実施の形態３の構成が実施の形態１及び２と異なる点は、時定数切替制御回路５の構成が異なる。図８に示す実施の形態３の構成において、時定数切替制御回路５は、プリアンプ２から出力される電圧信号と、レベル検出回路３から出力される電圧信号とを入力とする比較器５３と、比較器５３から出力される電圧信号の変化点数をカウントする変化点カウンタ５４により構成される。

次に、図９に、図８の各部の信号波形を示すタイミングチャートを示す。図９において、（Ａ）はプリアンプ２の出力信号、（Ｂ）はレベル検出回路３の出力信号、（Ｃ）は比較器５３の出力信号、（Ｄ）は変化点カウンタ５４の出力信号を示している。

図９を用いて、この発明の実施の形態３に係る光受信器の動作および特徴について説明する。

プリアンプ２の出力信号（Ａ）とレベル検出回路３の出力信号（Ｂ）が比較器５３に入力される。レベル検出回路３の出力信号（Ｂ）はレベル検出回路３の時定数に応じてプリアンプ２の出力信号（Ａ）の平均値に収束するよう変化するため、バースト信号のパケット入力後、レベル検出回路３の出力信号（Ｂ）がプリアンプ２の出力信号（Ａ）の平均値に近付くにつれて、比較器５３の出力信号（Ｃ）は、プリアンプ２の出力信号（Ａ）のパターン列と等しいパターン列の信号を出力するよう動作する。また、変化点カウンタ５４は、所望の変化点数をカウントした場合に、出力信号をローレベル側からハイレベル側、もしくは、ハイレベル側からローレベル側に変化するよう動作する。

ここで、レベル検出回路３の時定数の短いレベル検出部３１によりＡＧＣ動作が収束する時間と、変化点カウンタ５４が所望の変化点数をカウントする時間を等価とすることにより、ＡＧＣ動作が収束後に、レベル検出回路３の時定数を短い時定数から長い時定数に切り替えることが可能となる。

このように、この発明の実施の形態３に係る光受信器においては、プリアンプ２の出力電圧とレベル検出回路３の出力電圧とを入力信号とする比較器５３と、比較器５３の出力信号の変化点をカウントする変化点カウンタ５４とを備え、かつ、レベル検出回路３の時定数の短いレベル検出部３１によりＡＧＣ動作が収束する時間と、変化点カウンタ５４が所望の変化点数をカウントする時間を等価とすることにより、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図１０に示す実施の形態４の構成において、図８に示す実施の形態３の構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図１０に示す実施の形態４の時定数切替制御回路５の構成において、比較器５３と変化点カウンタ５４とを備えている点は実施の形態３と同様であるが、異なる点としては、比較器５３の前段に、プリアンプ２の出力信号とレベル検出回路３の出力信号を入力信号とする差動増幅回路５５をさらに備えており、差動増幅回路５５の正相、逆相どちらか一方の出力信号と、双方の中点電位とを比較器５３の入力信号としている。

次に、図１１に、図１０の各部の信号波形を示すタイミングチャートを示す。図１１において、（Ａ）はプリアンプ２の出力信号、（Ｂ）はレベル検出回路３の出力信号、（Ｃ）は差動増幅回路５５の一方の出力信号、（Ｄ）は差動増幅回路５５の差動出力中点電位、（Ｅ）は比較器５３の出力信号、（Ｆ）は変化点カウンタ５４の出力信号を示している。

基本的な動作は実施の形態３と同様であるが、比較器５３にプリアンプ２の出力信号を直接入力する変わりに、差動増幅回路５５によりプリアンプ２の出力信号（Ａ）とレベル検出回路３の出力信号（Ｂ）を増幅後に、増幅出力を比較器５３に入力し、かつ比較器５３の基準電圧を差動増幅回路５５の差動出力中点電位としている点が異なっている。

受光素子１により受信した光信号の受光レベルが小さい場合には、プリアンプ２の出力振幅も小さいため、実施の形態３の構成では、比較器５３が識別できず誤動作する可能性が考えられる。一方、本実施の形態４の構成においては、比較器５３の前段に差動増幅回路５５を付加することにより、プリアンプ２の出力振幅を増幅後に比較器５３に入力しているため、受光素子１により受信した光信号の受信レベルが小さい場合においても、比較器５３は安定動作する利点を有している。

また、差動増幅回路５５の差動出力中点電位は、受信レベルによらず常に一定電位であり、かつ差動増幅回路５５の出力信号の平均値でもあるため、比較器５３の基準電圧として用いることにより、実施の形態３と同様の比較器５３の出力信号が得られる。

このように、この発明の実施の形態４に係る光受信器においては、時定数切替制御回路５の入力段に差動増幅回路５５を配設しており、プリアンプ２の出力電圧を増幅後に比較器５３に入力しているため、受信レベルが小さい場合にも安定動作可能であり、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図１２に示す実施の形態５の構成において、図１０に示す実施の形態４の構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図１２に示す実施の形態５の時定数切替制御回路５の構成において、差動増幅回路５５と、比較器５３と、変化点カウンタ５４とを備えている点は実施の形態４と同様であるが、差動増幅回路５５の入力段にオフセット生成回路５６をさらに備えている点が異なる。

実施の形態４の場合には、無信号入力時に差動増幅回路５５の入力信号が同電位となるため、特に差動増幅回路５５の利得が高い場合には、差動増幅回路５５の出力信号に雑音を生じる恐れがあり、時定数切替制御回路５が誤動作する可能性がある。本実施の形態５においては、差動増幅回路５５の入力段にオフセット生成回路５６を備えることにより、無信号入力時においても差動増幅回路５５の入力信号間に電位差が生じることとなり、差動増幅回路の出力信号に雑音を発生させることはない。

このように、この発明の実施の形態５に係る光受信器においては、オフセット生成回路５６を備えることにより、時定数切替制御回路５の入力段の差動増幅回路５５の入力信号に常に電位差が生じるよう構成しているため、バースト信号のパケットを受信していない場合など無信号入力時にも安定動作可能であり、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

実施の形態６．
図１３は、この発明の実施の形態６に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図１３に示す実施の形態６の構成において、図１に示す実施の形態１の構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図１３に示す実施の形態６において、時定数切替制御回路５は、キャリア検出回路５７と、キャリア検出回路５７の検出結果をもとに時定数切替信号を生成するための遅延回路５８ａ及びキャリア検出回路５７の出力信号と遅延回路５８ａの出力信号との論理積を得るＡＮＤ論理回路５８ｂを有する時定数切替信号生成ロジック回路５８とにより構成されている。なお、遅延回路５８ａによる遅延時間は、レベル検出回路３の時定数の短いレベル検出部３１の時定数と同等である。

次に、図１４に、図１３の各部の信号波形を示すタイミングチャートを示す。図１４において、（Ａ）はプリアンプ２の出力信号、（Ｂ）はキャリア検出回路５７の出力信号、（Ｃ）はキャリア検出回路５７の出力信号を所望の時間だけ遅延させるための遅延回路５８ａの出力信号、（Ｄ）はキャリア検出回路５７の出力信号（Ｂ）と遅延回路５８ａの出力信号（Ｃ）とをＡＮＤ論理回路５８ｂにより論理演算した出力信号を示している。

ここで、ＡＮＤ論理回路５８ｂの出力信号（Ｄ）の信号がローレベル側の場合には、レベル検出回路３は短い時定数のレベル検出回路３１で、ＡＮＤ論理回路５８ｂの出力信号（Ｄ）の信号がハイレベル側の場合には、レベル検出回路３は長い時定数で動作するよう制御することにより、ＡＧＣ動作が収束していない場合には短い時定数によるレベル検出、ＡＧＣ動作が収束後は長い時定数によるレベル検出とする切替制御が可能となる。

このように、この発明の実施の形態６に係る光受信器においては、キャリア検出回路５７と、レベル検出回路３の短いレベル検出部３１の時定数と同等の遅延量を有する遅延回路５８ａにより時定数切替制御回路５を構成しているため、ＡＧＣ動作が収束していない場合には短い時定数によるレベル検出、ＡＧＣ動作が収束後は長い時定数によるレベル検出とする切替制御が可能となり、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

実施の形態７．
図１５は、この発明の実施の形態７に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図１５に示す実施の形態７の構成において、図１に示す実施の形態１の構成と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図１５に示す実施の形態７において、時定数切替制御回路５は、レベル検出回路３の検出結果を閾値として、リアルタイムに受信信号のビットエラー率を検出するビットエラー率検出回路５９と、ビットエラー率検出回路５９の検出結果をもとに時定数切替信号を生成するための時定数切替信号生成ロジック回路６０とにより構成されている。

バースト信号のパケットの先頭では、レベル検出回路３の出力信号は、プリアンプ２の出力信号のハイレベル側に張り付いており、時間の経過とともに、プリアンプ２の出力信号の平均電圧に到達する。従って、レベル検出回路３の出力信号を閾値としてプリアンプ２の出力信号のビットエラー率を評価する場合、バースト信号のパケットの先頭ではビットエラー率は非常に大きいが、時間の経過とともに最適閾値に近付くことにより、ビットエラー率は非常に小さくなる。つまり、検出されるビットエラー率により、ＡＧＣ動作の収束状態を判断できることとなる。

従って、この発明の実施の形態７に係る光受信器においては、所望のビットエラー率よりも大きい場合には、短い時定数によるレベル検出、所望のビットエラー率よりも小さい場合には、長い時定数によるレベル検出となるよう時定数切替制御回路５によって時定数を制御することにより、異なる受光レベルのパケットを安定に再生する広ダイナミックレンジ特性を有し、かつ高速応答性と同符号連続耐力に優れた光受信器を実現できる。

Claims

受信した光信号の受光レベルに応じた電流を出力する受光素子と、
前記受光素子からの出力電流信号を電圧信号に変換するプリアンプと、
時定数の短い第１のレベル検出部と、前記第１のレベル検出部の時定数よりも長い時定数を有する第２のレベル検出部とを有し、時定数切替信号に基づいて前記第１のレベル検出部または前記第２のレベル検出部のいずれかに切り替えられて、前記プリアンプが出力する出力電圧信号の電圧レベルを検出するレベル検出手段と、
前記レベル検出手段の検出結果に基づいて前記プリアンプの変換利得を可変制御する変換利得制御手段と、
前記プリアンプからの出力電圧信号に基づいて時定数切替信号を出力する時定数切替制御手段と
を備え、
前記時定数切替制御手段は、受信されるバースト信号のパケットのビット列の同符号連続数が所定数より小さい場合は前記第１のレベル検出部を選択し、所定数以上の場合に前記第２のレベル検出部を選択すべく、前記レベル検出手段に時定数切替信号を出力する
ことを特徴とする光受信器。
請求項１に記載の光受信器において、
前記時定数切替制御手段は、前記プリアンプからの出力電圧信号の電圧値が一定電圧に収束しているか否かを判定する収束状態判定回路と、前記収束状態判定回路の判定結果に基づいて時定数切替信号を生成する時定数切替信号生成ロジック回路と有する
ことを特徴とする光受信器。
請求項２に記載の光受信器において、
前記収束状態判定回路は、前記第１のレベル検出部の時定数と同等の時定数を有し、前記プリアンプからの出力電圧信号の平均値を検出する平均値検出回路と、前記平均値検出回路の出力信号を微分する微分回路と、前記微分回路の出力信号と基準電圧との差電圧を検出する差動増幅回路とから構成されている
ことを特徴とする光受信器。
請求項２に記載の光受信器において、
前記収束状態判定回路は、前記第１のレベル検出部の時定数と同等の時定数を有し、前記プリアンプからの出力電圧信号の平均値を検出する第１の平均値検出回路と、前記第１の平均値検出回路の時定数よりも短い時定数を有し、前記プリアンプからの出力電圧信号の平均値を検出する第２の平均値検出回路と、前記第１の平均値検出回路の出力信号と前記第２の平均値検出回路の出力信号との差電圧を検出する差動増幅回路とから構成されている
ことを特徴とする光受信器。
請求項３または４に記載の光受信器において、
前記時定数切替信号生成ロジック回路は、前記差動増幅回路の第１の出力信号と第１の基準電圧信号とを比較する第１の比較器と、前記差動増幅回路の第２の出力信号と第２の基準電圧信号とを比較する第２の比較器と、前記第１の比較器の出力信号と前記第２の比較器の出力信号との論理積に基づいて時定数切替信号を生成するＡＮＤ論理回路とから構成されている
ことを特徴とする光受信器。
請求項２に記載の光受信器において、
前記時定数切替制御手段は、前記プリアンプからの出力電圧信号と前記レベル検出手段の検出結果とを比較する比較器と、前記比較器の比較結果に基づいてパターン列の変化点をカウントし所望の変化点数をカウントした場合に時定数切替信号を出力する変化点カウンタとから構成されている
ことを特徴とする光受信器。
請求項２に記載の光受信器において、
前記時定数切替制御手段は、前記プリアンプからの出力電圧信号と前記レベル検出手段の検出結果との差電圧を検出する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力電圧信号と前記差動増幅回路の出力中点電位とを比較する比較器と、前記比較結果に基づいてパターン列の変化点をカウントし所望の変化点数をカウントした場合に時定数切替信号を出力する変化点カウンタとから構成されている
ことを特徴とする光受信器。
請求項７に記載の光受信器において、
前記差動増幅回路の前記レベル検出手段の検出結果の入力段に、前記差動増幅回路の二つの入力信号がいかなる条件においても電圧差を生じるようにするオフセット生成回路を設けた
ことを特徴とする光受信器。
請求項２に記載の光受信器において、
前記時定数切替制御手段は、前記プリアンプからの出力電圧信号からキャリアを検出するキャリア検出回路と、前記キャリア検出回路の検出結果を所望の時間遅延させる遅延回路及び前記キャリア検出回路の検出結果と前記遅延回路の出力信号との論理積に基づいて時定数切替信号を生成するＡＮＤ論理回路を有する時定数切替信号生成ロジック回路とから構成されている
ことを特徴とする光受信器。
請求項９に記載の光受信器において、
前記遅延回路は、前記第１のレベル検出部の時定数と同等の遅延時間を有する
ことを特徴とする光受信器。
請求項２に記載の光受信器において、
前記時定数切替制御手段は、前記レベル検出手段の検出結果を閾値として、前記プリアンプが出力する出力電圧信号のビットエラー率を検出するビットエラー率検出回路と、前記ビットエラー率検出回路の検出結果に基づいて時定数切替信号を生成する時定数切替信号生成ロジック回路とから構成されている
ことを特徴とする光受信器。