JP5096507B2 - 振幅制限増幅回路および光受信器 - Google Patents

Description

本発明は、光通信技術に関し、特に光信号を光電変換して得られた電気信号を一定振幅に増幅する際の省電力技術に関する。

高速広帯域光伝送方式としてＦＴＴＨ（Fiber To The Home）システムに採用されているＰＯＮ（Passive Optical Network）方式では、局側で複数ユーザを収容するＯＬＴ（Optical Line Terminal）とユーザ側で光加入者線を終端するＯＮＵ（Optical Network Unit）との間が光ファイバで結ばれ、信号が双方向伝送される。

図１１は、従来の光受信器の構成を示すブロック図である。
このようなＯＬＴの光受信器において、フォトダイオードＰＤで受光された光信号Ｐｉｎは光電流信号Ｉｉｎに光電変換されて、プリアンプであるトランスインピーダンスアンプＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）によって増幅される。このトランスインピーダンスアンプＴＩＡで得られた電気信号Ｔｏｕｔは、ポストアンプである振幅制限増幅回路ＬＡ（Limiting Amplifier：振幅制限増幅回路）に入力され、異なる強度の光信号Ｐｉｎが一定振幅の電気信号となるように増幅され、増幅出力Ｒｏｕｔとして出力される。

この際、振幅制限増幅回路ＬＡでは、増幅回路またはエミッタフォロワ回路からなる初段増幅回路５１で電気信号Ｔｏｕｔを増幅した後、主増幅回路５２で一定振幅の増幅出力Ｒｏｕｔに増幅する。また、光信号断検出回路５４で、初段増幅回路５１からの電気信号Ｔｏｕｔに基づき光信号Ｐｉｎの信号断を示す光信号断検出信号ＬＯＳ（Loss Of Signal）を生成し、この光信号断検出信号ＬＯＳに基づいて、スケルチ回路５３で増幅出力Ｒｏｕｔの出力制御を行う。

振幅制限増幅回路ＬＡの初段増幅回路５１、主増幅回路５２、およびスケルチ回路５３は、それぞれ初段電流源回路６１、主電流源回路６２、スケルチ電流源回路６３を備えている。例えば、差動増幅回路、比較回路、エミッタフォロワ回路には、通常、電流を供給する電流源回路が用いられ、基準電位ＶＣＳによってその電流量が調整される。この基準電位ＶＣＳは１種類ではなく、それぞれの回路ブロックで必要となる電流量に応じた電圧値が用いられる場合もある。また、基準電位ＶＣＳの電圧源は同一ＩＣチップに搭載されたバンドギャップリファレンス（ＢＧＲ：Band Gap Reference）回路の出力であったり、ＩＣチップの外部から供給される制御電圧であったりする。

光信号断検出回路５４では、図１１に示したように、初段増幅回路５１からの電気信号Ｔｏｕｔに基づいて、光信号Ｐｉｎの入力有無を検出する方法のほか、光信号Ｐｉｎを受信するフォトダイオードＰＤからの光電流信号Ｉｉｎをカレントミラー回路によって転写し、その電流の大小で光信号Ｐｉｎの有無を検出する方法がある。
また、光信号断検出回路５４の光信号断検出信号ＬＯＳは、後段回路への信号断表示に用いられるほか、自身のスケルチ回路の開閉に用いられることもある。また、光信号断検出回路５４は、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）と呼ばれる回路で代用されることもある。一般的に、光信号断検出信号ＬＯＳは光信号の有無をデジタル論理レベルで表示し、ＲＳＳＩは光受信強度に応じたアナログレベルを表示する。

"MAX3264/MAX3265/MAX3268/MAX3269/MAX3765"、ＭＡＸＩＭ・振幅制限増幅回路・データシート、マキシム・ジャパン株式会社、2001

しかしながら、このような従来技術では、振幅制限増幅回路ＬＡの主増幅回路５２に設けられた主電流源回路６２において、光信号Ｐｉｎの入力有無に関係なく、それぞれ電流を供給し続けるため、振幅制限増幅回路ＬＡでの消費電力が大きいという問題点があった。
すなわち、主電流源回路６２は、電流を供給するための回路であるから、基本的には、振幅制限増幅回路ＬＡに入力される信号の有無によって電流が増減することはない。このため、光信号Ｐｉｎが入力されておらず、増幅動作を行う必要がないにもかかわらず、主電流源回路６２に対して常に電流が供給されているため、無駄な電力が消費されていることになる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、少ない消費電力で動作させることができる振幅制限増幅回路の省電力技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる振幅制限増幅回路は、光信号を光電変換して得られた電気信号に含まれる各パルスを一定振幅に増幅する主増幅回路と、電気信号に基づいて光信号の信号断を示す光信号断検出信号を生成する光信号断検出回路と、主増幅回路の動作に用いる電流を当該主増幅回路へ供給するとともに、光信号断検出信号に基づいて当該電流の供給制御を行う主電流源回路とを備えている。

これに加えて、主電流源回路は、コレクタ端子が主増幅回路に接続され、エミッタ端子が抵抗素子を介して接地電位に接続されたトランジスタからなる電流源と、光信号断検出信号に応じて、当該トランジスタのベース−エミッタ間に閾値電圧を与える電圧より高い基準電位と、当該ベース−エミッタ間電圧より低く、かつ接地電位よりも高い待機電位とのうち、いずれか一方の電位を切り替えて当該トランジスタのベース端子へ印加するスイッチとを含むことを特徴としている。

また、増幅回路またはエミッタフォロワ回路からなり、電気信号を入力して主増幅回路へ出力する初段増幅回路を備え、光信号断検出回路は、初段増幅回路から出力された電気信号に基づいて光信号断検出信号を生成するようにしてもよい。

また、光信号断検出信号に基づいて、主増幅回路で得られた増幅出力の通過または遮断を制御するスケルチ回路をさらに備えてもよい。

また、本発明にかかる振幅制限増幅回路は、光信号を光電変換して得られた電気信号に対して並列的に設けられ、電気信号に含まれる各パルスをそれぞれ一定振幅に増幅する複数の主増幅回路と、これら主増幅回路ごとに設けられて、当該主増幅回路で得られた増幅出力の通過または遮断を制御する複数のスケルチ回路と、スケルチ回路のうち、外部から入力された選択信号と対応するいずれか１つのスケルチ回路を増幅出力の通過状態に制御するとともに、他のスケルチ回路を増幅出力の遮断状態に制御する選択回路と、電気信号に基づいて光信号の信号断を示す光信号断検出信号を生成する光信号断検出回路と、主増幅回路ごとに設けられて、当該主増幅回路の動作に用いる電流を当該主増幅回路へ供給するとともに、当該電流の供給制御を行う主電流源回路とを備え、主電流源回路に、コレクタ端子が主増幅回路に接続され、エミッタ端子が抵抗素子を介して接地電位に接続されたトランジスタからなる電流源と、光信号断検出信号に応じて、当該トランジスタのベース−エミッタ間電圧に閾値電圧を与える電圧より高い基準電位と、当該ベース−エミッタ間電圧より低く、かつ接地電位よりも高い待機電位とのうち、いずれか一方の電位を切り替えて当該トランジスタのベース端子へ印加するスイッチとを含み、選択回路で、光信号断検出信号が光信号の信号断を示す場合には、すべての主電流源回路に対して当該電流の遮断または削減を指示し、光信号断検出信号が光信号の信号ありを示す場合には、選択信号で選択されている主増幅回路と対応する主電流源回路に対して、当該電流の供給を指示するとともに、選択信号で選択されていない残りの主増幅回路と対応する主電流源回路に対して、当該電流の遮断または削減を指示するようにしたものである。

この際、選択回路は、主電流源ごとに設けられて、選択信号と光信号断検出信号との論理積出力に基づいて、主電流源回路での電流の供給制御を指示するようにしてもよい。

また、本発明にかかる光受信器は、パルス列からなる光信号を光電流信号に光電変換して出力する光電変換素子と、光電流信号を増幅して電気信号を出力するトランスインピーダンスアンプと、電気信号に含まれるパルス列の各パルスを一定振幅に増幅して出力する、前述のしたいずれか１つの振幅制限増幅回路とを備えている。

本発明によれば、光信号の入力有無に応じて、主増幅回路に供給される電流の大きさを制御することができる。したがって、光信号が入力されていない信号断状態において、主増幅回路に供給される電流を削減することができるとともに、光信号が入力された時点で、増幅動作に必要となる十分な電流を供給することができる。このため、全体して、少ない消費電力で振幅制限増幅回路を動作させることができ、振幅制限増幅回路の省電力を実現することが可能となる。

第１の実施の形態にかかる光受信器および振幅制限増幅回路の構成を示すブロック図である。 初段電流源回路の構成例を示す回路部である。 第１の実施の形態にかかる主電流源回路の構成例を示す回路部である。 第１の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の動作を示す信号波形図である。 第２の実施の形態にかかる主電流源回路の構成例を示す回路図である。 第３の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の構成を示すブロック図である。 選択回路の構成例である。 選択回路で用いる各信号の論理を示す説明図である。 選択回路の動作を示す真理値表である。 第３の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の動作を示す説明図である。 従来の光受信器の構成を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる光受信器および振幅制限増幅回路について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる光受信器および振幅制限増幅回路の構成を示すブロック図である。

この光受信器１００は、光ファイバを介して受信した光信号を電気信号に変換して出力する通信装置であり、例えばＦＴＴＨシステムに採用されているＰＯＮ方式において、局側で複数ユーザを収容するＯＬＴで用いられる。
光受信器１００には、主な回路構成として、フォトダイオードＰＤ、トランスインピーダンスアンプＴＩＡ、および振幅制限増幅回路（リミッティングアンプ）ＬＡが設けられている。

光ファイバを介して到達した光信号Ｐｉｎは、フォトダイオードＰＤで受信されて光電流信号Ｉｉｎに変換され、プリアンプであるトランスインピーダンスアンプＴＩＡによって増幅される。このトランスインピーダンスアンプＴＩＡの電気信号Ｔｏｕｔは、ポストアンプである振幅制限増幅回路ＬＡに入力され、異なる強度の光信号Ｐｉｎが一定振幅の電気信号となるように増幅され、増幅出力Ｒｏｕｔとして出力される。なお、図１では省略してあるが、振幅制限増幅回路ＬＡの後段には、通常、ＣＤＲなどの波形整形回路やタイミング調整回路が設けられており、データ信号からクロック信号が抽出されデジタル信号として扱いやすい波形に整形される。

本実施の形態では、振幅制限増幅回路ＬＡにおいて、主増幅回路で、光信号を光電変換して得られた電気信号に含まれる各パルスを一定振幅に増幅し、光信号断検出回路で、電気信号に基づいて光信号の信号断を示す光信号断検出信号を生成し、主電流源回路で、主増幅回路の動作に用いる電流を当該主増幅回路へ供給するとともに、光信号断検出信号に基づいて当該電流の供給制御を行うようにしたものである。

次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の構成について詳細に説明する。
振幅制限増幅回路ＬＡには、主な回路部として、初段増幅回路１１、主増幅回路１２、スケルチ回路１３、光信号断検出回路１４、初段電流源回路２１、主電流源回路２２、およびスケルチ電流源回路２３が設けられている。

初段増幅回路１１は、増幅回路またはエミッタフォロワ回路からなり、結合素子Ｃを用いたＡＣ結合を介してトランスインピーダンスアンプＴＩＡから入力された電気信号Ｔｏｕｔを、主増幅回路１２へ出力する機能を有している。
主増幅回路１２は、増幅回路からなり、初段増幅回路１１から出力された電気信号Ｐｏｕｔに含まれる各パルスを一定振幅に増幅する機能を有している。

スケルチ回路１３は、光信号断検出信号ＬＯＳに基づいて、主増幅回路１２で得られた増幅出力Ｒｏｕｔの通過または遮断を制御する機能を有している。
光信号断検出回路１４は、初段増幅回路１１から出力された電気信号Ｐｏｕｔに基づいて、光信号Ｐｉｎの信号断を示す光信号断検出信号ＬＯＳ（Loss Of Signal）を生成する機能を有している。

これら初段増幅回路１１、主増幅回路１２、スケルチ回路１３、および光信号断検出回路１４については、それぞれ公知の回路構成を用いればよい。また、本実施の形態では、初段増幅回路１１と主増幅回路１２とがＡＣ結合されている場合を例として説明するが、初段増幅回路１１と主増幅回路１２とを、直接接続してもよい。また、電気信号Ｔｏｕｔ、Ｐｏｕｔ、および増幅出力Ｒｏｕｔとしては、差動信号が用いられているものとする。

初段電流源回路２１は、基準電位ＶＣＳに基づき動作する電流源Ｉ１を含み、初段増幅回路１１へ電流Ｉｓ１を供給する機能を有している。
スケルチ電流源回路２３は、基準電位ＶＣＳに基づき動作する電流源Ｉ３を含み、スケルチ回路１３へ電流Ｉｓ３を供給する機能を有している。

図２は、初段電流源回路の構成例を示す回路部である。なお、スケルチ電流源回路２３も初段電流源回路２１と同様の回路構成を持つ。
この初段電流源回路２１は、コレクタ端子が初段増幅回路１１に接続され、エミッタ端子が抵抗素子Ｒ１を介して接地電位ＧＮＤに接続されたトランジスタＱ１からなる電流源Ｉ１を含み、トランジスタＱ１のベース端子に基準電位ＶＣＳが印加されている。
基準電位ＶＣＳは、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧より高い電圧を有しているため、抵抗素子Ｒ１には、ＶＣＳ−Ｖｂｅ分の一定電圧が発生する。これにより、抵抗素子Ｒ１には一定の電流、すなわちＩｓ１＝（ＶＣＳ−Ｖｂｅ）／Ｒ１の電流が流れる。

主電流源回路２２は、光信号断検出信号ＬＯＳに基づき基準電位ＶＣＳまたは抵抗素子Ｒを介して供給される接地電位ＧＮＤを出力するスイッチＳＷを含み、このスイッチＳＷの出力電位で動作する電流源Ｉ２により、主増幅回路１２へ電流Ｉｓ２を供給する機能を有している。スイッチＳＷについては、一般的なトランスファーゲートなどのスイッチ回路をオンチップで形成してもよい。あるいは、トランジスタＱ１のベース端子を振幅制限増幅回路ＬＡのＩＣチップ外部へ引き出して、外付けのスイッチ回路で実現してもよい。

図３は、第１の実施の形態にかかる主電流源回路の構成例を示す回路部である。
この主電流源回路２２は、コレクタ端子が主増幅回路１２に接続され、エミッタ端子が抵抗素子Ｒ２を介して接地電位ＧＮＤに接続されたトランジスタＱ２からなる電流源Ｉ２を含み、光信号断検出信号ＬＯＳで切替制御されるスイッチＳＷを介して、基準電位ＶＣＳ、または抵抗素子Ｒを介して供給される接地電位ＧＮＤのいずれか一方が、トランジスタＱ２のベース端子へ印加されている。

この際、光信号断検出信号ＬＯＳは、光信号を検出したバースト信号区間においてＬｏｗレベルとなり、光信号Ｐｉｎの信号断区間でＨｉｇｈレベルとなるＤＣ信号である。したがって、光信号Ｐｉｎの信号断区間では、トランジスタＱ２のベース端子に基準電位ＶＣＳが印加されるため、初段電流源回路２１と同様にして、抵抗素子Ｒ２には一定の電流、すなわちＩｓ２＝（ＶＣＳ−Ｖｂｅ）／Ｒ２の電流が流れる。
一方、光信号Ｐｉｎの信号断区間では、トランジスタＱ２のベース端子に接地電位ＧＮＤが供給されるため、抵抗素子Ｒ２には電圧が発生しない。このため、抵抗素子Ｒ２を流れる電流Ｉｓ２が遮断される。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の動作を示す信号波形図である。

ここでは、振幅制限増幅回路ＬＡを含む光受信器１００が適用されるシステムとして、１０Ｇ−ＥＰＯＮを想定しており、１０Ｇｂｐｓのデータレートで振幅２００ｍＶのバースト信号を１０２４ｂｉｔ分受信し、続いて振幅２ｍＶ以下の無信号区間が時間にして２０４８ｂｉｔ分継続し、その後再び２００ｍＶ振幅のバースト信号を１０２４ｂｉｔ分受信した場合が例として示されている。
なお、グラフは単層表示になっているが、入力、出力ともに差動信号であり、反転側の表示を省略している。また、データパタンはＰＲＢＳ（擬似ランダムパタン）１０−７である。

時刻Ｔ０において、バースト信号が終了した場合、光信号断検出回路１４において光信号Ｐｉｎの信号断状態が検出され、時刻Ｔ０より数１０ｎｓ遅れた時刻Ｔ１に、光信号断検出回路１４から、光信号断状態を示すＨｉｇｈレベルの光信号断検出信号ＬＯＳが出力される。
この光信号断検出信号ＬＯＳの反転に応じて、それまで開いていたスケルチ回路１３が直ちに閉じられて、主増幅回路１２からの増幅出力Ｒｏｕｔが遮断される。

また、この光信号断検出信号ＬＯＳの反転に応じて、主電流源回路２２のスイッチＳＷが、基準電位ＶＣＳ側から抵抗素子Ｒ側へ切り替えられる。
これにより、時刻Ｔ１から僅かに後の時刻Ｔ２に、基準電位ＶＣＳに代えて、抵抗素子Ｒを介した接地電位ＧＮＤが電流源Ｉ２に供給され、トランジスタＱ２のベース端子の端子電位ＶＢは、約１．５Ｖの基準電位ＶＣＳから接地電位ＧＮＤまで低下する。

このため、電流源Ｉ２により主増幅回路１２へ供給されていた電流Ｉｓ２は、５５ｍＡから１０ｍＡまで低下し、約４５ｍＡ程度削減される。この場合、主増幅回路１２で用いている電源電位は３．３Ｖであるので、電流Ｉｓ２の上記削減により、約１５０ｍＷの消費電力が削減され、通常動作時に比べて約８２％の省電力効果が得られたことになる。

この後、時刻Ｔ３に、バースト信号を再び受信すると、その後の時刻Ｔ４に光信号断検出信号ＬＯＳが、光信号Ｐｉｎの信号ありを示すＬｏｗレベルへ反転する。
これにより、その後の時刻Ｔ５にスケルチ回路１３が開かれて、主増幅回路１２からの増幅出力Ｒｏｕｔの出力が再開される。

また、この光信号断検出信号ＬＯＳの反転に応じて、主電流源回路２２のスイッチＳＷが、抵抗素子Ｒ側から基準電位ＶＣＳ側へ切り替えられる。
これにより、基準電位ＶＣＳが電流源Ｉ２に供給され、その後の時刻Ｔ５にトランジスタＱ２のベース端子の端子電位ＶＢが基準電位ＶＣＳまで上昇する。このため、電流源Ｉ２により主増幅回路１２へ供給される電流Ｉｓ２が、約５５ｍＡまで増加し、増幅動作に必要な十分な電流が供給される。

振幅制限増幅回路ＬＡを構成する回路部のうち、電気信号を処理する初段増幅回路１１と主増幅回路１２については、同一ＩＣチップ上に形成されているが、他の回路部については、同一ＩＣチップにオンチップで構成してもよく、ＩＣチップに対して外部接続で構成してもよい。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、振幅制限増幅回路ＬＡにおいて、主増幅回路１２で、光信号Ｐｉｎを光電変換して得られた電気信号Ｐｏｕｔに含まれる各パルスを一定振幅に増幅し、光信号断検出回路１４で、電気信号Ｐｏｕｔに基づいて光信号Ｐｉｎの信号断を示す光信号断検出信号ＬＯＳを生成し、主電流源回路２２で、主増幅回路１２の動作に用いる電流Ｉｓ２を当該主増幅回路１２へ供給するとともに、光信号断検出信号ＬＯＳに基づいて当該電流Ｉｓ２の供給制御を行うようにしたので、光信号Ｐｉｎの入力有無に応じて、主増幅回路１２に供給される電流Ｉｓ２の大きさを制御することができる。

したがって、光信号Ｐｉｎが入力されていない信号断状態において、主増幅回路１２に供給される電流Ｉｓ２を削減することができるとともに、光信号Ｐｉｎが入力された時点で、増幅動作に必要となる十分な電流Ｉｓ２を供給することができる。このため、全体して、少ない消費電力で振幅制限増幅回路ＬＡを動作させることができ、振幅制限増幅回路ＬＡの省電力を実現することが可能となる。

また、本実施の形態では、必要な回路を動作させたまま、主増幅回路を停止するように構成している。具体的には、供給される電流が光信号断検出信号ＬＯＳに応じて制御されるのは主増幅回路１２であり、初段増幅回路１１、スケルチ回路１３および光信号断検出回路１４については、制御の対象外としている。このうち、初段増幅回路１１と光信号断検出回路１４は、光信号Ｐｉｎの入力有無を検出するために必要であり、スケルチ回路１３は、無信号時に予め決められたレベルに増幅出力Ｒｏｕｔを固定してノイズが出力されることを防ぐために必要だからである。

したがって、振幅制限増幅回路ＬＡの外部に設けられている電源回路において、光信号断検出信号ＬＯＳに基づき、振幅制限増幅回路ＬＡ全体の供給電源を制御する場合と比較して、安定した増幅動作を維持しつつ、省電力制御として極めて高い応答性能が得られるため、ＦＴＴＨなどの高速広帯域光伝送方式で用いる光受信器にも適用できる。

また、本実施の形態では、振幅制限増幅回路ＬＡのうち、初段増幅回路１１、主増幅回路１２、スケルチ回路１３、初段電流源回路２１、主電流源回路２２、およびスケルチ電流源回路２３が形成されるＩＣチップと同一チップに、光信号断検出回路１４を形成してもよい。これにより、光信号断検出回路１４を外付け回路とする場合と比較して、電気信号Ｐｏｕｔの配線長を短縮でき、高い周波数特性を得ることができる。

また、本実施の形態では、光信号断検出回路１４の接続点、すなわち初段増幅回路１１の出力より後段の増幅回路に対する供給電流を制御するようにしたので、光信号断検出回路１４の安定動作を確保することができる。なお、光信号断検出回路１４の接続点より前段については、トランスインピーダンスアンプＴＩＡや主増幅回路１２における増幅率に応じて、初段増幅回路１１として、例えば数段の増幅回路やエミッタフォロア回路を具備すればよく、不要であれば初段増幅回路１１を削除して、トランスインピーダンスアンプＴＩＡからの電気信号Ｔｏｕｔを、主増幅回路１２および光信号断検出回路１４へ、直接入力するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、電流源をバイポーラトランジスタで構成した場合を例として説明したが、ＭＯＳＦＥＴで構成してもよい。また、例えばＮＭＯＳＦＥＴで電流源を構成した場合、待機電位ＶＳＬとして、直接、接地電位ＧＮＤを用いてもよい。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる主電流源回路の構成例を示す回路図である。

第１の実施の形態では、主電流源回路２２において、スイッチＳＷを介して、基準電位ＶＣＳ、または抵抗素子Ｒを介して供給される接地電位ＧＮＤのいずれか一方を、トランジスタＱ２のベース端子へ印加する場合を例として説明した。本実施の形態では、スイッチＳＷを介して、基準電位ＶＣＳ、または待機電位ＶＳＬのいずれか一方を、トランジスタＱ２のベース端子へ印加する場合について説明する。なお、本実施の形態にかかる振幅制限増幅回路ＬＡのうち、主電流源回路２２以外の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

本実施の形態の形態にかかる主電流源回路２２は、図５に示すように、コレクタ端子が主増幅回路１２に接続され、エミッタ端子が抵抗素子Ｒ２を介して接地電位ＧＮＤに接続されたトランジスタＱ２からなる電流源Ｉ２を含み、光信号断検出信号ＬＯＳで切替制御されるスイッチＳＷを介して、基準電位ＶＣＳ、または待機電位ＶＳＬのいずれか一方が、トランジスタＱ２のベース端子へ印加されている。

この待機電位ＶＳＬは、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧より低く、接地電位ＧＮＤより高い直流電位である。一般に、トランジスタのベース電位がベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧を下回ると、そのコレクタ電流は指数関数的に減少する特性を有している。したがって、光信号Ｐｉｎの信号断が検出された場合、トランジスタＱ２のベース端子には、ベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧より低い電位を印加すれば、接地電位ＧＮＤまで低下させなくても、主増幅回路１２へ供給される電流Ｉｓ２を削減できる。

一方、光信号断検出回路１４におけるバースト信号の検出には、ある程度の時間を要するため、光信号Ｐｉｎの入力ありを示すＬｏｗレベルの光信号断検出信号ＬＯＳが出力された時点で、すでにバースト信号が主増幅回路１２へ入力されている状態となる。このため、主電流源回路２２では、光信号断検出信号ＬＯＳがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ反転した時点から遅れることなく、主増幅回路１２に対して増幅動作に必要な大きさの電流Ｉｓ２を供給開始することが求められる。

ここで、主電流源回路２２の電流供給開始時における応答速度は、トランジスタＱ２のターンオン時間に左右され、トランジスタＱ２に印加されるベース電位の変化量が少ないほど応答速度が速い。
本実施の形態では、光信号Ｐｉｎの信号断区間において、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧より低く、接地電位ＧＮＤより高い待機電位ＶＳＬがトランジスタＱ２のベース端子に印加される。このため、トランジスタＱ２は完全にオフ状態とはならず、いわゆる待機状態に維持される。したがって、トランジスタＱ２のターンオン時間が短縮されて、主電流源回路２２の応答速度が改善されて、光信号Ｐｉｎの入力ありを示す光信号断検出信号ＬＯＳから増幅動作までに要する時間が短縮される。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、主電流源回路２２に、コレクタ端子が主増幅回路１２に接続され、エミッタ端子が抵抗素子Ｒ２を介して接地電位ＧＮＤに接続されたトランジスタＱ２からなる電流源Ｉ２設け、光信号断検出信号ＬＯＳに応じて切替動作するスイッチＳＷで、当該トランジスタＱ２のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧より高い基準電位ＶＣＳと、当該ベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧より低い待機電位ＶＳＬとのうち、いずれか一方の電位を切り替えて当該トランジスタＱ２のベース端子へ印加するようにしたので、主電流源回路２２の電流供給開始時における応答速度を速くすることができる。

したがって、一定の電流削減量が得られるのであれば、待機電位ＶＳＬとして、ベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅに閾値電圧を与える電圧により近い電位を選択することにより、高い応答速度を得ることができる。このため、結果として、光信号Ｐｉｎの入力開始から、少ない遅れ時間で振幅制限増幅回路ＬＡから増幅出力を出力することが可能となる。

また、本実施の形態では、電流源をバイポーラトランジスタで構成した場合を例として説明したが、ＭＯＳＦＥＴで構成してもよい。また、例えばＮＭＯＳＦＥＴで電流源を構成した場合、待機電位ＶＳＬとして、ＮＭＯＳＦＥＴの閾値近傍の電位を用いればよい。

［第３の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路について説明する。図６は、第３の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の構成を示すブロック図である。

第１の実施の形態では、電気信号Ｐｏｕｔを増幅する回路系統が１つの場合を例として説明した。本実施の形態では、入力された電気信号Ｔｏｕｔを増幅する回路系統が複数設けられている場合について説明する。

例えばＦＴＴＨシステムに採用されているＰＯＮ方式では、１Ｇｂｐｓ以上のビットレートを持つ光信号Ｐｉｎを用いるため、このような周波数の極めて高い光信号Ｐｉｎを増幅する振幅制限増幅回路ＬＡでは、増幅する光信号Ｐｉｎのビットレートを考慮した回路構成を用いる必要がある。このため、複数のビットレートに対応した光受信器を構成するには、それぞれのビットレートに最適化された増幅回路をそれぞれ持つ回路系統を複数並列的に備える構成が必要となる。

図６に示すように、本実施の形態にかかる振幅制限増幅回路ＬＡには、系統Ａと系統Ｂの２つ回路系統が、電気信号Ｐｏｕｔに対して並列的に設けられており、これら系統Ａと系統Ｂのいずれか一方を選択制御する選択回路１５が設けられている。

系統Ａには、主な回路部として、主増幅回路１２Ａ、スケルチ回路１３Ａ、主電流源回路２２Ａ、およびスケルチ電流源回路２３Ａが設けられており、これら回路部は、１Ｇｂｐｓの光信号Ｐｉｎに最適化されている。
系統Ｂには、主な回路部として、主増幅回路１２Ｂ、スケルチ回路１３Ｂ、主電流源回路２２Ｂ、およびスケルチ電流源回路２３Ｂが設けられており、これら回路部は、１０Ｇｂｐｓの光信号Ｐｉｎに最適化されている。

主増幅回路１２Ａは、増幅回路からなり、初段増幅回路１１から出力された電気信号Ｐｏｕｔに含まれる各パルスを一定振幅に増幅する機能を有している。
スケルチ回路１３Ａは、選択回路１５からの駆動制御信号ＣＡに基づいて、主増幅回路１２Ａで得られた増幅出力ＲｏｕｔＡの通過または遮断を制御する機能を有している。
主電流源回路２２Ａは、選択回路１５からの駆動制御信号ＣＡに基づいて、主増幅回路１２Ａへ供給する電流Ｉｓ２Ａを制御する機能を有している。
スケルチ電流源回路２３Ａは、スケルチ回路１３Ａへ電流Ｉｓ３Ａを供給する機能を有している。

主増幅回路１２Ｂは、増幅回路からなり、初段増幅回路１１から出力された電気信号Ｐｏｕｔに含まれる各パルスを一定振幅に増幅する機能を有している。
スケルチ回路１３Ｂは、選択回路１５からの駆動制御信号ＣＢに基づいて、主増幅回路１２Ｂで得られた増幅出力ＲｏｕｔＢの通過または遮断を制御する機能を有している。
主電流源回路２２Ｂは、選択回路１５からの駆動制御信号ＣＢに基づいて、主増幅回路１２Ｂへ供給する電流Ｉｓ２Ｂを制御する機能を有している。
スケルチ電流源回路２３Ｂは、スケルチ回路１３Ｂへ電流Ｉｓ３Ｂを供給する機能を有している。

選択回路１５は、複数のゲート回路からなり、振幅制限増幅回路ＬＡの上位装置から出力された選択信号ＲＳ（Rate Select）と光信号断検出回路１４からの光信号断検出信号ＬＯＳとの論理積出力に基づいて、駆動制御信号ＣＡ，ＣＢを生成して主電流源回路２２Ａ，２２Ｂへ出力することにより、系統Ａと系統Ｂのうち、いずれか一方の系統を動作状態に制御する機能を有している。
図７は、選択回路の構成例である。ここでは、主回路部として、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２と、ＮＡＮＤ回路ＮＡＮＤ１，ＮＡＮＤ２が設けられている。

選択信号ＲＳは、ＩＮＶ１により論理が反転されてＮＡＮＤ１の一方の入力端子に入力されている。また、選択信号ＲＳは、反転されることなく、ＮＡＮＤ２の一方の入力端子にも入力されている。一方、光信号断検出信号ＬＯＳは、ＩＮＶ２により論理が反転されて、ＮＡＮＤ１の他方の入力端子と、ＮＡＮＤ２の他方の入力端子へ入力されている。
そして、ＮＡＮＤ１の出力が駆動制御信号ＣＡとして、Ａ系統の主電流源回路２２Ａおよびスケルチ回路１３Ａへ出力されている。また、ＮＡＮＤ２の出力が駆動制御信号ＣＢとして、Ｂ系統の主電流源回路２２Ａおよびスケルチ回路１３Ａへ出力されている。

図８は、選択回路で用いる各信号の論理を示す説明図である。
本実施の形態において、選択信号ＲＳは、系統Ａを選択指示するＤＣ信号である。値「０」すなわちＬｏｗレベルのときに、系統Ａを選択指示する状態、すなわち選択信号ＲＳの有意を表示し、値「１」すなわちＨｉｇｈレベルのときに、系統Ｂを選択指示する状態を表示する。

また、光信号断検出回路１４から出力される光信号断検出信号ＬＯＳは、十分な信号強度の光信号Ｐｉｎが入力されていない信号断状態を示すＤＣ信号である。値「１」すなわちＨｉｇｈレベルのときに、十分な信号強度の光信号Ｐｉｎが入力されていない信号断状態、すなわち光信号断検出信号ＬＯＳの有意を表示し、値「０」すなわちＬｏｗレベルのときに、十分な信号強度の光信号Ｐｉｎが入力されている信号あり状態を表示する。

また、駆動制御信号ＣＡは、系統Ａを駆動指示するＤＣ信号である。値「０」すなわちＬｏｗレベルのときに、系統Ａの駆動を指示する状態、すなわち駆動制御信号ＣＡの有意を表示し、値「１」すなわちＨｉｇｈレベルのときに、系統Ａの駆動停止を指示する状態を表示する。
また、駆動制御信号ＣＢは、系統Ｂの駆動を指示すＤＣ信号である。値「０」すなわちＬｏｗレベルのときに、系統Ｂを駆動指示する状態、すなわち駆動制御信号ＣＢの有意を表示し、値「１」すなわちＨｉｇｈレベルのときに、系統Ｂの駆動停止を指示する状態を表示する。

［第３の実施の形態の動作］
次に、図９を参照して、本実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の動作について説明する。図９は、選択回路の動作を示す真理値表である。

図９に示すように、選択信号ＲＳがＬｏｗレベルの場合、ＩＮＶ１で負論理に反転されてＮＡＮＤ１へＨｉｇｈレベルが入力されるため、光信号断検出信号ＬＯＳと等しいレベルの駆動制御信号ＣＡがＮＡＮＤ１から出力される。また、ＮＡＮＤ２にはＬｏｗの選択信号ＲＳが直接入力されるため、光信号断検出信号ＬＯＳのレベルにかかわらず、Ｈｉｇｈレベルの駆動制御信号ＣＢがＮＡＮＤ２から出力される。

一方、選択信号ＲＳがＨｉｇｈレベルの場合、ＩＮＶ１で負論理に反転されてＮＡＮＤ１へＬｏｗレベルが入力されるため、光信号断検出信号ＬＯＳのレベルにかかわらず、Ｈｉｇｈレベルの駆動制御信号ＣＡがＮＡＮＤ１から出力される。また、ＮＡＮＤ２にはＨｉｇｈの選択信号ＲＳが直接入力されるため、光信号断検出信号ＬＯＳと等しいレベルの駆動制御信号ＣＢがＮＡＮＤ２から出力される。

したがって、選択回路１５は、光信号断検出信号ＬＯＳが光信号Ｐｉｎの信号断を示す場合には、各主電流源回路２２Ａ，２２Ｂに対して、電流Ｉｓ２Ａ，Ｉｓ２Ｂの遮断または削減を指示する。また、光信号断検出信号ＬＯＳが光信号Ｐｉｎの信号ありを示す場合には、例えば、選択信号ＲＳで選択されている主増幅回路１２Ａと対応する主電流源回路２２Ａに対して、電流Ｉｓ２Ａの供給を指示するとともに、選択信号ＲＳで選択されていない残りの主増幅回路１２Ｂと対応する主電流源回路２２Ｂに対して、電流Ｉｓ２Ｂの遮断または削減を指示する。

図１０は、第３の実施の形態にかかる振幅制限増幅回路の動作を示す説明図である。
まず、選択信号ＲＳにより系統Ａが選択されている際、光信号断検出信号ＬＯＳが光信号Ｐｉｎの信号断を示す場合には、駆動制御信号ＣＡ，ＣＢともＨｉｇｈレベルとなる。このため、スケルチ回路１３Ａ，１３Ｂの両方が閉じて、増幅出力ＲｏｕｔＡ，ＲｏｕｔＢの出力がともに遮断される。また、主電流源回路２２Ａ，２２Ｂの両方で、主増幅回路１２Ａ，１２Ｂへ供給される電流Ｉｓ２Ａ，Ｉｓ２Ｂが共に制限または停止され、主増幅回路１２Ａ，１２Ｂでの電力消費が削減されて省電力状態となる。

一方、光信号断検出信号ＬＯＳにより光信号Ｐｉｎの入力が検出された場合、駆動制御信号ＣＡのみがＬｏｗレベルとなる。これにより、スケルチ回路１３Ａのみが開いて、増幅出力ＲｏｕｔＡが出力される。また、主電流源回路２２Ａのみで、主増幅回路１２Ａへ十分な電流Ｉｓ２Ａが供給され、主増幅回路１２Ａのみが増幅動作を行う通常状態となる。

また、選択信号ＲＳにより系統Ｂが選択されている際、光信号断検出信号ＬＯＳが光信号Ｐｉｎの信号断を示す場合には、駆動制御信号ＣＡ，ＣＢともＨｉｇｈレベルとなる。このため、スケルチ回路１３Ａ，１３Ｂの両方が閉じて、増幅出力ＲｏｕｔＡ，ＲｏｕｔＢの出力がともに遮断される。また、主電流源回路２２Ａ，２２Ｂの両方で、主増幅回路１２Ａ，１２Ｂへ供給される電流Ｉｓ２Ａ，Ｉｓ２Ｂが共に制限または停止され、主増幅回路１２Ａ，１２Ｂでの電力消費が削減されて省電力状態となる。

一方、光信号断検出信号ＬＯＳにより光信号Ｐｉｎの入力が検出された場合、駆動制御信号ＣＢのみがＬｏｗレベルとなる。これにより、スケルチ回路１３Ｂのみが開いて、増幅出力ＲｏｕｔＢが出力される。また、主電流源回路２２Ｂのみで、主増幅回路１２Ｂへ十分な電流Ｉｓ２Ｂが供給され、主増幅回路１２Ｂのみが増幅動作を行う通常状態となる。

［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、選択回路１５において、光信号断検出信号ＬＯＳが光信号Ｐｉｎの信号断を示す場合には、すべての主電流源回路２２に対して、当該電流の遮断または削減を指示し、光信号断検出信号ＬＯＳが光信号Ｐｉｎの信号ありを示す場合には、選択信号ＲＳで選択されている主増幅回路１２と対応する主電流源回路２２に対して、当該電流の供給を指示するとともに、選択信号ＲＳで選択されていない残りの主増幅回路１２と対応する主電流源回路２２に対して、当該電流の遮断または削減を指示するようにしている。

これにより、入力された電気信号Ｔｏｕｔを増幅する回路系統が複数設けられている場合には、選択された系統の主増幅回路に対してのみ電流が供給されるため、他の系統の主増幅回路での消費電力を削減できるのに加え、選択された系統の主増幅回路については、光信号Ｐｉｎの入力が検出された場合にのみ電流が供給されるため、極めて大きな省電力を実現することが可能となる。

また、選択された系統の主増幅回路のみを駆動するようにしたので、他の系統の主増幅回路で発生しうるクロストークを完全に抑止することができ、高いノイズ耐性を得ることができる。
また、光信号Ｐｉｎの入力有無に応じて主増幅回路への電流供給を制御するようにしたので、バースト信号ごとに自律的な省電力モードへの移行および復帰を実現できる。このため、プロトコルベースの省電力制御が不要となり、振幅制限増幅回路として高い汎用性が得られる。

また、図７に示した回路図は、選択回路１５の一構成例であり、これに限定されるものではなく、インバータやゲート回路を組み合わせて同様の真理値表が得られる回路を構成してもよい。また、選択信号ＲＳ、光信号断検出信号ＬＯＳ、駆動制御信号ＣＡ，ＣＢ、主電流源回路２２、スケルチ回路１３などの制御論理に応じて、適宜、回路構成を変更してもよい。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１００…光受信器、ＰＤ…フォトダイオード、ＴＩＡ…トランスインピーダンスアンプ、ＬＡ…振幅制限増幅回路、１１…初段増幅回路、１２，１２Ａ，１２Ｂ…主増幅回路、１３，１３Ａ，１３Ｂ…スケルチ回路、１４…光信号断検出回路、１５…選択回路、２１，２１Ａ，２１Ｂ…初段電流源回路、２２，２２Ａ，２２Ｂ…主電流源回路、２３，２３Ａ，２３Ｂ…スケルチ電流源回路、Ｃ…容量素子、Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３…電流源、Ｑ１，Ｑ２…トランジスタ、Ｒ，Ｒ１，Ｒ２…抵抗素子、ＳＷ…スイッチ、ＩＮＶ１，ＩＮＶ２…インバータ、ＮＡＮＤ１，ＮＡＮＤ２…ＮＡＮＤ回路、Ｐｉｎ…光信号、Ｉｉｎ…光電流信号、Ｔｏｕｔ，Ｐｏｕｔ…電気信号、Ｒｏｕｔ…増幅出力、ＬＯＳ…光信号断検出信号、ＲＳ…選択信号、ＣＡ，ＣＢ…駆動制御信号、ＶＣＳ…基準電位、ＶＳＬ…待機電位、Ｖｂｅ…ベース−エミッタ間電圧、ＶＢ…ベース電位、ＧＮＤ…接地電位。

Claims (6)

1. 光信号を光電変換して得られた電気信号に含まれる各パルスを一定振幅に増幅する主増幅回路と、
   前記電気信号に基づいて前記光信号の信号断を示す光信号断検出信号を生成する光信号断検出回路と、
   前記主増幅回路の動作に用いる電流を当該主増幅回路へ供給するとともに、前記光信号断検出信号に基づいて当該電流の供給制御を行う主電流源回路とを備え、
   前記主電流源回路は、コレクタ端子が前記主増幅回路に接続され、エミッタ端子が抵抗素子を介して接地電位に接続されたトランジスタからなる電流源と、前記光信号断検出信号に応じて、当該トランジスタのベース−エミッタ間電圧に閾値電圧を与える電圧より高い基準電位と、当該ベース−エミッタ間電圧より低く、かつ接地電位よりも高い待機電位とのうち、いずれか一方の電位を切り替えて当該トランジスタのベース端子へ印加するスイッチとを含む
   ことを特徴とする振幅制限増幅回路。
2. 請求項１に記載の振幅制限増幅回路において、
   増幅回路またはエミッタフォロワ回路からなり、前記電気信号を入力して前記主増幅回路へ出力する初段増幅回路を備え、
   前記光信号断検出回路は、前記初段増幅回路から出力された電気信号に基づいて前記光信号断検出信号を生成することを特徴とする振幅制限増幅回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の振幅制限増幅回路において、
   前記光信号断検出信号に基づいて、前記主増幅回路で得られた増幅出力の通過または遮断を制御するスケルチ回路をさらに備えることを特徴とする振幅制限増幅回路。
4. 光信号を光電変換して得られた電気信号に対して並列的に設けられ、前記電気信号に含まれる各パルスをそれぞれ一定振幅に増幅する複数の主増幅回路と、
   これら主増幅回路ごとに設けられて、当該主増幅回路で得られた増幅出力の通過または遮断を制御する複数のスケルチ回路と、
   前記スケルチ回路のうち、外部から入力された選択信号と対応するいずれか１つのスケルチ回路を前記増幅出力の通過状態に制御するとともに、他のスケルチ回路を前記増幅出力の遮断状態に制御する選択回路と、
   前記電気信号に基づいて前記光信号の信号断を示す光信号断検出信号を生成する光信号断検出回路と、
   前記主増幅回路ごとに設けられて、当該主増幅回路の動作に用いる電流を当該主増幅回路へ供給するとともに、当該電流の供給制御を行う主電流源回路と
   を備え、
   前記主電流源回路は、コレクタ端子が前記主増幅回路に接続され、エミッタ端子が抵抗素子を介して接地電位に接続されたトランジスタからなる電流源と、前記光信号断検出信号に応じて、当該トランジスタのベース−エミッタ間電圧に閾値電圧を与える電圧より高い基準電位と、当該ベース−エミッタ間電圧より低く、かつ接地電位よりも高い待機電位とのうち、いずれか一方の電位を切り替えて当該トランジスタのベース端子へ印加するスイッチとを含み、
   前記選択回路は、前記光信号断検出信号が前記光信号の信号断を示す場合には、すべての前記主電流源回路に対して当該電流の遮断または削減を指示し、前記光信号断検出信号が前記光信号の信号ありを示す場合には、前記選択信号で選択されている前記主増幅回路と対応する前記主電流源回路に対して、当該電流の供給を指示するとともに、前記選択信号で選択されていない残りの前記主増幅回路と対応する前記主電流源回路に対して、当該電流の遮断または削減を指示する
   ことを特徴とする振幅制限増幅回路。
5. 請求項４に記載の振幅制限増幅回路において、
   前記選択回路は、前記主電流源ごとに設けられて、前記選択信号と前記光信号断検出信号との論理積出力に基づいて、前記主電流源回路での前記電流の供給制御を指示することを特徴とする振幅制限増幅回路。
6. パルス列からなる光信号を光電流信号に光電変換して出力する光電変換素子と、
   前記光電流信号を増幅して電気信号を出力するトランスインピーダンスアンプと、
   前記電気信号に含まれる前記パルス列の各パルスを一定振幅に増幅して出力する請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載した振幅制限増幅回路と
   を備えることを特徴とする光受信器。

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