JP5238303B2 - 光受信装置 - Google Patents
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Description
前置増幅器210は、受光素子としてのフォトダイオード211と、帰還抵抗Rt及び増幅器200からなるトランスインピーダンスアンプ212と、差動増幅器213とを有している。
前置増幅器210に出力は、カップリングコンデンサC10、C11を介してリミッティング増幅器220に入力されるようになっている。225は、レベル検出器223の検出レベルを外部から設定する設定入力端子、230、231は、データ出力端子(DOUT,DOUTB)、232は、アラーム出力用端子(ALM)である。
差動増幅器213により差動増幅された電気信号(データ)リミッティング増幅器220により必要な論理レベルまで増幅され、データ出力端子DOUT,DOUTBより出力される。
VOUT(VP−P)=I0(AP−P)×Zt(Ω)…(1)
しかし、前置増幅器210の出力電圧VOUTの信号レベルが、リミッティング増幅器220の最小入力振幅Vinより低い場合には、例え前置増幅器210のS/N比が良くても、リミッティング増幅器220の増幅性能の限界により光受信装置において受信エラーが発生してしまうという問題が有る。
すなわち、図8に示すように、前置増幅器210とリミッティング増幅器220との間に減衰器240を挿入することにより、ゲインを下げることはできるが、上げることはできない。
BW∝(1/√(Rt))×(その他のファクタ)…(2)
となる。したがって、図9に示すように前置増幅器210の帯域幅BWが帰還抵抗Rtの抵抗値の平方根に反比例するために帰還抵抗Rtの値を大きくすると、必然的に帯域幅BWも狭くなる。このことから、帯域幅BWの大きい前置増幅器を使用すると、必然的に帰還抵抗Rtも小さくなり、結果的に前置増幅器210のゲインZtも小さくなる。そのため、このゲインZtで、低速ビットレートで動作させると、最小受光感度が悪化する。
具体的には、図10に示すように、差動増幅器221、222間の信号伝送路における信号レベルを検出するレベル検出器223を有し、このレベル検出器223が信号レベルの検出結果に基づいてバッファ224を介してアラームをアラーム出力用端子232に出力するようになっている。
したがって、前置増幅器として、高速ビットレート用の前置増幅器を使用し、かつノイズ帯域を削減するローパスフィルタを使用することにより、低速ビットレートから高速ビットレートにわたって、高感度で信号を受信することができる。
リミッティング増幅器のレベル検出部の検出レベルの設定範囲は設計段階で制限され、数十mVの範囲内であるが、前記増幅手段によりゲインを適宜設定することにより、上記検出レベルの設定範囲の下限以下のレベルの信号が入力されても、リミッティング増幅器の最小受信振幅を十分超える、レベルまで増幅することができる。
これにより、上記レベル検出部の検出レベル設定範囲内で入力信号の有無を検出することが可能となる。
前置増幅器4は、受光素子により電気信号に変換された電流を電圧に変換する、帰還抵抗Rt及び増幅器41からなるトランスインピーダンスアンプと、トランスインピーダンスアンプの出力を差動増幅する差動増幅器42とを有している。
ローパスフィルタ5、8はノイズ成分を除去するように帯域制限をする機能を有している。
反転増幅器6、7は同一のゲインを有しており、反転増幅器6は、オペアンプOP1と、入力抵抗Riと、帰還抵抗R0とからなり、反転増幅器7は、OP2と、入力抵抗Riと、帰還抵抗R0とからなる。オペアンプOP1、OP2の非反転入力端子には基準電圧Vrが印加されている。
このゲインは、前置増幅器4に入力される電気信号(データ)のビットレートに応じて光受信装置1全体で補充が必要な値に設定される。すなわち、このゲインは、最小受光感度の仕様に合致するように入力抵抗Riと帰還抵抗R0の抵抗値が選択される。
反転増幅器6の出力端は、カップリングコンデンサC3、ローパスフィルタ5を介してリミッティング増幅器9の一方の入力端に、また、反転増幅器7の出力端は、カップリングコンデンサC4、ローパスフィルタ5を介してリミッティング増幅器9の他方の入力端に、それぞれ接続されている。
96は、レベル検出器93の検出レベルを外部から設定する設定入力端子、97、98は、データ出力端子(DOUT,DOUTB)、99は、アラーム出力用端子(ALM)である。
前置増幅器4では、上記電流信号I0は、帰還抵抗Rt及び増幅器41からなるトランスインピーダンスアンプにより電圧信号に変換され、該電圧信号は、差動増幅器42により差動増幅され、正相、逆相の2つの電圧信号を出力する。
反転増幅器6、7のゲインをGとすると、前置増幅器4の出力VOUTは、反転増幅器6、7によりそれぞれ、極性が反転され、かつG×VOUTに増幅された電圧信号がリミッティング増幅器9に入力される。
また、レベル検出器93は、差動増幅器91の出力を検出し、該出力がレベル設定部95により設定された検出レベルの範囲内に無い場合に、光受信装置に入力信号が存在しないと判定し、バッファ94を介してアラーム出力用端子99(ALM)にアラームを出力する。
本発明の実施形態では、反転増幅器6、7のゲインを、光受信装置全体のゲインに付加することができる。
X=Zt+Av+G…(3)
となる。ここで、反転増幅器6、7のゲインを入力抵抗Riと帰還抵抗R0を選択することにより自由に設定できる。これにより最小受光感度の仕様に合致させるように光受信装置のゲインを補充することができる。
また、矢印Bで示すように、反転増幅器6、7を設けたことにより、光受信装置全体のゲインが向上している。
しかし、本発明の実施形態に係る光受信装置では、反転増幅器6,7のゲインGを例えば、G=100に設定することにより、500μVP−P×100(倍)=50mVP−Pとなり、信号検出が可能となる。
これにより、本発明の光受信装置によれば、低速ビットレートから高速ビットレートにわたって高感度で信号を受信することができる。
これにより、最小受光感度仕様に合致するように光受信装置のゲインを補充することができる。
したがって、前置増幅器として、高速ビットレート用の前置増幅器を使用し、かつノイズ帯域を削減するローパスフィルタを使用することにより、低速ビットレートから高速ビットレートにわたって、高感度で信号を受信することができる。
上記構成の本発明の実施形態に係る光受信装置では、リミッティング増幅器9のレベル検出器93の検出レベルの設定範囲は設計段階で制限され、数十mVの範囲内であるが、前記増幅手段によりゲインを適宜設定することにより、上記検出レベルの設定範囲の下限以下のレベルの信号が入力されても、リミッティング増幅器の最小受信振幅を十分超える、レベルまで増幅することができる。
これにより、上記レベル検出器の検出レベル設定範囲内で入力信号の有無を検出することが可能となる
また、中継局110は、分波器111と、光増幅器112と、合波器113とを有している。
さらに、受信局120は、分波器121と、WDM分波器122と、監視信号受信部123とを有している。
一方、監視信号送信部102からは、監視用の光信号(以下、監視信号と記す。)が光ファイバ伝送路131に出力され、合波器103でWDM合波器101の波長多重された光信号と、監視信号とが合波され、光ファイバ伝送路130に出力される。
合波器113では、増幅され波長多重された波長λ1,λ2、…、λnの光信号と、監視信号を合波し、光ファイバ伝送路130に受信局120に向けて出力する。
監視信号受信部123は、監視信号を受信する。
ここで、この光通信システムでは、波長多重された波長λ1,λ2、…、λnの光信号については、光増幅器112により増幅しているが、監視信号受信部123に本発明の実施形態に係る光受信装置を適用することにより、監視信号については光増幅器を用いずに長距離伝送することができる。
このように、従来の長距離伝送を行う光通信システムでは、制御用光信号の伝送に光増幅器が必要であったが、本発明により不要となる。
光受信器153に、本発明の実施形態に係る高感度の光受信装置を適用することにより、レーザダイオード151として安価な低出力のレーザダイオードを使用することが可能となり、光ディスク記録再生システムのコストの削減が図れる。
Claims (3)
- 入力された光信号を電気信号に変換する受光素子と、変換された該電気信号を所定のレベルに増幅する前置増幅器と、前記前置増幅器の出力信号を所定の論理レベルまで増幅するリミッティング増幅器とを有する光受信装置において、
前記前置増幅器と前記リミッティング増幅器との間に、前記前置増幅器に入力される前記電気信号のビットレートに応じて補充が必要なゲインを有する増幅手段を有し、
前記前置増幅器は、第1のビットレートの前記電気信号と、前記第1のビットレートよりも高速の第2のビットレートの前記電気信号とのいずれにも対応した帯域幅を有する前置増幅器であり、
前記増幅手段は、前記前置増幅器から出力される正相及び逆相の出力信号のそれぞれを増幅するゲインの等しい第1、第2の反転増幅器を含んで構成され、
入力される前記電気信号のビットレートが前記第1のビットレートである場合の前記増幅手段のゲインが、入力される前記電気信号のビットレートが前記第2のビットレートである場合の前記増幅手段のゲインに対して大きく設定されるように、前記第1、第2の反転増幅器のそれぞれに設けられた入力抵抗と帰還抵抗との抵抗値の比が設定されることを特徴とする光受信装置。 - 入力される前記電気信号のビットレートに応じた必要帯域外のノイズ成分を除去するローパスフィルタを前記前置増幅器と前記リミッティング増幅器との間に有し、
前記ローパスフィルタは、前記第1のビットレートと前記第2のビットレートとのいずれかに応じた前記必要帯域外のノイズ成分を除去するように設定されることを特徴とする請求項1に記載の光受信装置。 - 前記リミッティング増幅器は、
信号の有無を検出するレベル検出部と、該レベル検出部の検出レベルを設定するレベル設定手段とを有することを特徴とする請求項1または2に記載の光受信装置。
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