JP5885467B2 - 受光レベル取得装置、光受信器、光通信システム、受光レベル取得方法及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、受光レベル取得装置、光受信器、光通信システム、受光レベル取得方法及びプログラムに関する。
光ファイバを用いたアクセス系光通信システムとしてＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが広く用いられている。ＰＯＮシステムでは、局側装置である１台のＯＬＴ（Optical Line Terminal）と、複数の加入者宅に設置される加入者端末装置であるＯＮＵ（Optical Network Unit）とが、光スターカプラ、光ファイバ網を介して接続されている。ＯＬＴから光スターカプラまでは１本の光ファイバで接続されており、光スターカプラから各ＯＮＵまでは、それぞれ別個の光ファイバで接続されている。
ＰＯＮシステムの一例として、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈで規格化されている、伝送速度が１．２５Ｇｂｉｔ／ｓのＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet（登録商標） - Passive Optical Network）システムがある。ＧＥ−ＰＯＮシステムにおいて、ＯＬＴからＯＮＵへの下り方向は、光波長１４８０〜１５００ｎｍ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への上り方向は、光波長１２６０〜１３６０ｎｍ帯を用い、各ＯＮＵのデータ信号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。つまり、各ＯＮＵから送信される光信号は光バースト信号である。
また、ＰＯＮシステムの他の例として、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖで規格化されている、伝送速度が１０．３Ｇｂｉｔ／ｓの１０ＧＥ−ＰＯＮシステムがある。１０ＧＥ−ＰＯＮシステムにおいても、ＧＥ−ＰＯＮシステムと同様に、ＯＬＴからＯＮＵへの下り方向は、同報通信方式を用い、各ＯＮＵからＯＬＴへの上り方向は、時分割多重通信方式を用いている。但し、キャリア光の波長が、ＧＥ−ＰＯＮシステムと異なり、下りが１５７４〜１５８０ｎｍ帯であり、上りが、１２６０〜１２８０ｎｍ帯である。
上記のようなＰＯＮシステムでは、各ＯＮＵから送信される光バースト信号が光スターカプラを経由して光ファイバを伝送するが、各ＯＮＵが光スターカプラから異なる距離に位置するため、各ＯＮＵからＯＬＴまで、光バースト信号が伝送する光ファイバ長が異なる。光ファイバを伝送する光信号の強度は伝送距離に比例する減衰量で減衰するため、各ＯＮＵから送信される光信号をＯＬＴで受信したときの光信号の強度レベル、つまり受光レベルは、光信号を送信するＯＮＵ毎に異なる。
ここで、ＰＯＮシステムを安定して運用していくためには、光受信器やその周辺回路、及び伝送路等に対する保守も重要である。ＯＬＴ用光受信器において、各ＯＮＵから送信される光バースト信号の受光レベルを測定し、受光レベルの変動を監視することで、光受信器の故障や、伝送路の障害等を検出することができ、優れた保守運用性を得ることができる。
光受信器において、受光レベルを取得する様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、フォトダイオードの受光電流をカレントミラー回路によりミラーリングした電流を検出する方法が開示されている。
特許文献１に示された技術では、カレントミラー回路によりミラーリングして検出した受光電流を、電流電圧変換回路により電圧に変換し、さらにＡＤ変換する。ＡＤ変換して得られたデジタル信号が示す電圧値を受光レベルに換算することにより、受光レベルを取得している。
ＰＯＮシステムにおいて光受信器の高感度化実現のために、受光素子にはカソード端子に３０〜７０Ｖ程度の高電圧を印加する必要のあるＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）を適用することが多い。ＡＰＤを備える光受信器において特許文献１に記載の方法を使用する場合、カレントミラー回路や電流電圧変換回路に、３０〜７０Ｖ程度の電圧に耐え得る高耐圧デバイスが必要となる。一般的に、高耐圧デバイスはスイッチング速度が遅いため、回路の応答速度が遅く、高速に受光レベルを取得する必要がある光受信器には適さないという問題がある。また、一般的に、高耐圧デバイスは高価であり、経済性が要求されるＰＯＮシステム用光受信器には適さないという問題がある。
さらに、受光レベルがパケット毎に異なる光バースト信号を受信するＰＯＮシステム用光受信器においては、受光レベル取得装置の広ダイナミックレンジ特性が要求される。しかしながら、上記特許文献１に示された技術では、例えば、カレントミラー回路の倍率や電流電圧変換回路の利得が高い場合には、低受光レベルの光信号受信時には精度良く取得できるものの、高受光レベルの光信号受信時には取得する電流が飽和することにより精度が劣化する可能性がある。一方、カレントミラー回路の倍率や電流電圧変換回路の利得が低い場合には、高受光レベルの光信号受信時には精度良く取得できるものの、低受光レベルの光信号受信時にはＳ／Ｎ比が悪くなることにより精度が劣化する可能性があるという問題を有している。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高速、かつ高精度に受光レベルを取得可能な特性を有し、かつ、経済性に優れた受光レベル取得装置等を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するため、本発明の受光レベル取得装置は、
受信した光信号を電流信号に変換する受光素子と、受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとを有する光受信器において受光レベルを取得する受光レベル取得装置であって、
トランスインピーダンスアンプ内の、受光素子から出力される電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成する電流生成手段と、
電流生成手段が生成した電流に基づいて受光レベルを取得する受光レベル取得手段と、
を備え、
トランスインピーダンスアンプは、受光素子が出力する電流信号が入力されるエミッタ接地アンプ回路と、エミッタ接地アンプ回路の出力信号が入力される電流源負荷型エミッタフォロア回路を備え、エミッタ接地アンプ回路の入力と電流源負荷型エミッタフォロア回路の出力とが抵抗を介して接続されており、
電流源負荷型エミッタフォロア回路を構成するトランジスタのエミッタ端子又はコレクタ端子に定電流源が接続されており、
電流生成手段は、エミッタ端子とコレクタ端子のうち定電流源が接続されていない方の端子に流れる電流と等価の電流を生成することを特徴とする。
受信した光信号を電流信号に変換する受光素子と、受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとを有する光受信器において受光レベルを取得する受光レベル取得装置であって、
トランスインピーダンスアンプ内の、受光素子から出力される電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成する電流生成手段と、
電流生成手段が生成した電流に基づいて受光レベルを取得する受光レベル取得手段と、
を備え、
トランスインピーダンスアンプは、受光素子が出力する電流信号が入力されるエミッタ接地アンプ回路と、エミッタ接地アンプ回路の出力信号が入力される電流源負荷型エミッタフォロア回路を備え、エミッタ接地アンプ回路の入力と電流源負荷型エミッタフォロア回路の出力とが抵抗を介して接続されており、
電流源負荷型エミッタフォロア回路を構成するトランジスタのエミッタ端子又はコレクタ端子に定電流源が接続されており、
電流生成手段は、エミッタ端子とコレクタ端子のうち定電流源が接続されていない方の端子に流れる電流と等価の電流を生成することを特徴とする。
本発明によれば、経済性に優れた受光レベル取得装置等で、高速、かつ高精度に受光レベルを取得することができる。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係る受動光ネットワークシステム（Passive Optical Network System：以下ＰＯＮシステムと呼ぶ）１は、局側の装置である１台の光終端装置（Optical Line Terminal：以下ＯＬＴと呼ぶ）１０と、複数の加入者側端末装置である光ネットワークユニット（Optical Network Unit：以下ＯＮＵと呼ぶ）２０とが、光スターカプラ３０及び光ファイバ網３１を介して接続されている。
ＯＬＴ１０は、波長分割多重方式カプラ（Wavelength Division Multiplexing coupler:以下ＷＤＭカプラと呼ぶ）１１と、光受信器１００と、光送信器１３０を備える。ここで、ＷＤＭカプラ１１は、光送信器１３０からＷＤＭカプラ１１に入力された下り信号を、光ファイバ網３１側ポートに出力し、光ファイバ網３１からＷＤＭ１１に入力された上り信号を、光受信器１００側のポートに出力する。また、より多くのＯＮＵへの伝送を可能とするために光送信器１１０とＷＤＭカプラ１１の間に、光増幅器を備え、光送信器１１０の出力を増幅させる場合もある。
一方、ＯＮＵ２０は、ＷＤＭカプラ２１と、光受信器２００と、光送信器２３０を備える。ＯＮＵ２０の光送信器２１０から出力される上りの光バースト信号はＷＤＭカプラ２１、光ファイバ網３１、光スターカプラ３０を介してＯＬＴ１０に入力される。ＯＬＴ１０に入力された上りの光バースト信号は、ＷＤＭカプラ１１を介して光受信器１００に入力される。
ここで、各加入者宅に設置されるＯＮＵ２０は、光スターカプラ３０から異なる距離に位置するため、各ＯＮＵ２０からＯＬＴ１０まで、光バースト信号が伝送する光ファイバ長が異なる。光ファイバを伝送する光信号の強度は伝送距離に比例する減衰量で減衰するため、ＯＬＴ１０の光受信器１００で受光する光バースト信号の強度レベル（以下、受光レベルと呼ぶ）は、その光バースト信号を送信するＯＮＵ２０の位置によって異なる。よって、ＯＬＴ１０の光受信器１００は、異なる受光レベルの光バースト信号を安定、かつ、高速に再生する広ダイナミックレンジ特性を有する光受信器から構成される。
ＯＬＴ１０の光受信器１００は、広ダイナミックレンジのトランスインピーダンスアンプ１０２とリミッティングアンプ１０３を使用することで、広範囲の受光レベルの光バースト信号に対して高精度な再生を可能としている。また、優れた保守運用性を得るために、各ＯＬＴ１０が受信する光バースト信号の受光レベルを取得する受光レベル取得機能を有している。
以下、光受信器１００の構成と受光レベル取得機能について図２、３を用いて詳細に説明する。
光受信器１００は、図２に示すように、受光素子１０１、トランスインピーダンスアンプ１０２、リミッティングアンプ１０３、電流電圧変換回路１０８、ＡＤコンバータ１０９、制御部１１０と、を備える。この構成のうち、トランスインピーダンスアンプ１０２に含まれる電流生成回路１０７と、電流電圧変換回路１０８と、ＡＤコンバータ１０９と、制御部１１０と、が受光レベル取得装置１１５を構成し、受光レベル取得装置１１５が受光レベル取得機能を実現する。
受光素子１０１は、受光素子１０１に入力された光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子であり、光信号強度に比例する電流を出力する。受光素子１０１の出力電流を受光電流と呼ぶ。
ここで、受光素子１０１が受光する光信号は、例えば、光波長１２６０〜１３６０ｎｍ帯のキャリア信号に対して、振幅変調、ＦＭ変調等の任意の変調方式で変調した光信号である。このため、受光素子１０１が出力する受光電流の平均は、無変調時のキャリア信号を受光素子１０１で光電変換して得られた電流値である。
受光素子１０１は、高感度化実現のために、例えば、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）から構成される。ＡＰＤの駆動電源は７０Ｖ程度の専用電源ＶＤＤ１０１１である。一方、トランスインピーダンスアンプ１０２以降の各素子の駆動電源は３．３Ｖ又は５ＶのＶＣＣ１０２１であり、ＡＰＤの駆動電源ＶＤＤ１０１１とは別の電源を使用する。
トランスインピーダンスアンプ１０２は、受光素子１０１が出力する受光電流を電圧に変換し増幅する。トランスインピーダンスアンプ１０２は、図２に示すように、入力段のエミッタ接地アンプ回路１０４と、エミッタ接地アンプ１０４の出力バッファである電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５と、電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５の出力をエミッタ接地アンプ回路１０４の入力に帰還する帰還抵抗１０６と、電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５を構成するトランジスタ１０５２のコレクタ電流と等価な電流を生成する電流生成回路１０７と、から構成される。
エミッタ接地アンプ１０４は、ＮＰＮ型トランジスタ１０４１と、電源ＶＣＣ１０２１とトランジスタ１０４１のコレクタ端子との間に位置するコレクタ抵抗１０４２と、トランジスタ１０４１のエミッタ端子とＧＮＤとの間に位置するエミッタ抵抗１０４３から構成される。エミッタ接地アンプ１０４の入力端子である、トランジスタ１０４１のベース端子は、受光素子１０１の出力端子に接続されている。エミッタ接地アンプ１０４の出力端子は、トランジスタ１０４１のコレクタ端子であり、その出力は、電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５を構成するトランジスタ１０５２のベース端子に入力される。
電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５は、ＮＰＮ型トランジスタ１０５２と、トランジスタ１０５２のエミッタ端子に接続され一定の電流を流す定電流源１０５１から構成される。電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５の出力端子は、トランジスタ１０５２のエミッタ端子であり、リミッティングアンプ１０３に入力されると共に、帰還抵抗１０６に接続されている。帰還抵抗１０６の他方の端子は、エミッタ接地アンプ１０４の入力端子、すなわちトランジスタ１０４１のベース端子に接続されている。
電流生成回路１０７は、トランジスタ１０５２のコレクタ電流と等価な電流を生成して出力する。例えば、カレントミラー回路で、電源ＶＣＣ１０２１からトランジスタ１０５２のコレクタ端子に流れこむコレクタ電流をミラーリングして、コレクタ電流と等価の電流を生成する。前述したように、ここでのカレントミラー回路の電源ＶＣＣ１０２１は、３．３Ｖ等の低電圧源であるため、カレントミラー回路を構成する回路素子に高耐圧性などは要求されない。
リミッティングアンプ１０３は、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号を増幅する増幅回路である。その増幅率は、受光レベルによらず振幅が一定となるように制御されている。リミッティングアンプ１０３の出力が受信データ信号として受信データ信号出力端子１４４から出力され、その後段の信号処理部で、受信データの復号等の信号処理がなされる。
電流電圧変換回路１０８は、トランスインピーダンスアンプ１０２の電流生成回路１０７から出力される電流信号を電圧信号に変換する。ＡＤコンバータ１０９は、電流電圧変換回路１０８から出力される電圧信号を量子化して、電圧値を示すデジタル信号に変換する。
制御部１１０はマイコン等から構成され、ＡＤコンバータ１０９の出力値を記憶するメモリ部１１１と、メモリ部１１１に記憶されたＡＤコンバータ１０９の出力値を受光素子１０１が受光した光信号の強度である受光レベルに換算する受光レベル換算部１１２を備える。
制御部１１０の受光レベル換算部１１２で換算された受光レベルは、受光レベル出力端子１１３から出力される。出力された受光レベルを示す信号は、光伝送路設計により予め設定しておいた標準値と比較するなどして、受信器１００の故障や、伝送路上の障害などによる受光レベルの低下を検知する。そして、検知した情報に基づいて、警告を発して、管理者に修理を促すなど、ＰＯＮシステム１の保守に利用する。
次に上記のように構成されたＯＬＴ１０の光受信器１００において受光レベルを取得するまでの光受信器１００の各構成部の動作について説明する。
まず、受光素子１０１に入力する入力光信号に対する、トランスインピーダンスアンプ１０２の各部の電流応答について説明する。図３は、入力光信号の強度波形に対する各部の電流応答波形の例を示したものである。
ＯＬＴ１０の光受信器１００に入力された光は、受光素子１０１により光電変換され、光信号強度に比例する受光電流が出力される。図３（ａ）のように時刻ｔ０から立ちあがる入力光信号強度Ｐｉｎの光信号が入力されたときには、図３（ｂ）の受光電流Ｉｐｄのように、時刻ｔ０から立ちあがる受光電流が出力される。
受光素子１０１から出力された受光電流Ｉｐｄは、帰還抵抗６を経由して電流源負荷型エミッタフォロア回路５のエミッタ側の定電流源１０５１に流れ込む。
図３（ｂ）の例における時刻ｔ０以前のように、ＯＬＴの光受信器１００が光信号を受信していない時は、帰還抵抗６側から定電流源１０５１に流れ込む受光電流Ｉｐｄはほぼ０であるため、電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５のエミッタ電流Ｉｅは、エミッタフォロア回路１０５のエミッタに接続された定電流源１０５１の電流Ｉｃと略等しい。一方、図３（ｂ）の例における時刻ｔ０以降のように、光信号を受信している時には、受光電流Ｉｐｄとエミッタフォロア回路１０５のエミッタ電流Ｉｅが定電流源１０５１に流れ込むため、エミッタフォロア回路１０５のエミッタ電流Ｉｅは、定電流源１０５１の電流Ｉｃから受光電流Ｉｐｄを差し引いた電流となる。よって、受光電流Ｉｐｄは、定電流源１０５１の電流Ｉｃと、エミッタフォロア回路１０５のエミッタ電流Ｉｅの差分に相当する。つまり、受光電流に対してエミッタ電流は線形性をもって変化すると言える。
トランスインピーダンスアンプ１０２の電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５において、トランジスタ１０５２の増幅率が十分に大きい場合には、コレクタ電流はベース電流に対して十分に大きいため、コレクタ電流とエミッタ電流は略等しい。よって、コレクタ電流も受光電流に対して線形性をもって変化すると言える。そこで、電流生成回路１０７において、電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５のコレクタ電流と等価の電流を生成し、その電流に基づいて受光レベルを取得する。
電流生成回路１０７が生成し出力した電流源負荷型エミッタフォロア回路１０５のコレクタ電流と等価な電流は、電流電圧変換回路１０８により電圧信号に変換され、ＡＤコンバータ１０９で電圧値を示すデジタル信号に変換され、出力される。
ＡＤコンバータ１０９から出力されるデジタル信号は、制御部１１０のメモリ１１１に記憶される。そして、受光レベル換算部１１２において、メモリ１１１に記憶された電圧値を示すデジタル信号を受光レベルに換算する。換算して求められた受光レベルを示す信号が受光レベル出力端子１１３より出力される。
つまり、例えば、３．３Ｖ等の低電圧電源を電源とするトランスインピーダンスアンプ１０２内において、受光電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成する電流生成回路１０７と、生成した電流を受光レベルに換算して取得する受光レベル取得部により、受光レベルが取得可能となる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、受光レベル取得装置１１５を、トランスインピーダンスアンプ１０２に備える電流生成回路１０７と、電流電圧変換部１０８とＡＤコンバータ１０９と制御部１１０とを備える受光レベル取得部から構成したため、高耐圧デバイスは不要であり、また、低電圧電源の応答の早いデバイスを使用することができるため、異なる受光レベルの光バースト信号に対して、高速に受光レベルを取得可能となる。また、高価な高耐圧のデバイスを使用しないため、経済性に優れた受光レベル取得装置、光受信器等を実現できる。
実施の形態２．
本発明の実施の形態２におけるＰＯＮシステムの構成は、実施の形態１に係るＰＯＮシステム１と同様であり、ＯＬＴ１０の光受信器の受光レベル取得装置１２５の構成が実施の形態１と異なる。以下、本実施の形態２に係る光受信器２００について図４を用いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態２におけるＰＯＮシステムの構成は、実施の形態１に係るＰＯＮシステム１と同様であり、ＯＬＴ１０の光受信器の受光レベル取得装置１２５の構成が実施の形態１と異なる。以下、本実施の形態２に係る光受信器２００について図４を用いて詳細に説明する。
光受信器２００は、図４に示すように、受光素子１０１、トランスインピーダンスアンプ１０２、リミッティングアンプ１０３、電流電圧変換回路２０８、２１８、ＡＤコンバータ２０９、２１９、制御部２１０を備える。
電流電圧変換回路２０８と２１８は電流生成回路１０７の出力に並列に接続され、電流生成回路１０７が出力する電流を二分岐した電流値を電圧値に変換する。ＡＤコンバータ２０９と２１９はそれぞれ電流電圧回路２０８と２０９の出力に接続され、電流電圧変換回路２０８、２０９が出力するアナログ電圧値を量子化して電圧値を示すデジタル信号に変換する。
制御部２１０に備えるメモリ２１１と２２１はそれぞれＡＤコンバータ２０９と２１９に接続され、ＡＤコンバータ２０９、２１９が出力するデジタル信号を記憶する。受光レベル換算部２１２と２２２はそれぞれメモリ部２１１と２２１に接続され、メモリ部２１１と２２１に記憶されている電圧値を示すデジタル信号から受光レベルに換算して受光レベルを示す信号を出力する。選択部２２０は、受光レベル換算部２１２と２２２の出力に接続され、どちらか一方の出力を取捨選択する。
次にこのように構成された光受信器２００の動作について説明する。
光受信器２００に入力された光信号は、受光素子１０１により光電変換され、光信号強度に比例する受光電流が出力される。受光電流に対して線形変化するトランスインピーダンス１０２内の回路電流と等価の電流を、電流生成部２０７により生成される。電流生成方法は実施の形態１と同様である。
電流生成回路１０７で生成された電流は二分岐され、それぞれ電流電圧変換回路２０８、２１８により電圧信号に変換され、ＡＤコンバータ２０９、２１９でそれぞれの電圧値を示すデジタル信号に変換され、出力される。
ＡＤコンバータ２０９、２１９からそれぞれ出力される電圧値を示すデジタル信号は、制御部２１０のメモリ２１１、２２１に記憶される。そして、受光レベル換算部２１２、２２２において、メモリ２１１、２２１に記憶されたデジタル信号をそれぞれ受光レベルに換算する。換算して求められた受光レベルを示す信号のうち、一方の信号が選択部２２０により選択され、受光レベル出力端子１１３より出力される。
ここで、電流電圧変換回路２０８と２１８は互いに異なる変換利得特性を有しており、例えば、電流電圧変換回路２０８は高利得、電流電圧変換回路２１８は低利得の変換効率を有している。この場合、予め定めた閾値より低い受光レベルの光信号受信時には、電流電圧変換回路２０８を通るパスの受光レベル換算値の方が、電流電圧変換回路２１８を通るパスの受光レベル換算値よりもＳ／Ｎ比が高いために高精度に受光レベルを取得可能となる。よって、選択部２２０は、電流電圧変換回路２０８を通るパスの受光レベル換算値を示す信号を選択するのが望ましい。一方、前記閾値より高い受光レベル信号受信時には、電流電圧変換回路２１８を通るパスの受光レベル換算値は、電流電圧変換回路２０８を通るパスの受光レベル換算値よりも回路飽和の影響を受け難いために、高精度に受光レベルを取得可能となる。よって、選択部２２０は、電流電圧変換回路２１８を通るパスの受光レベル換算値を示す信号を選択するのが望ましい。
ここで、選択部２２０による信号選択処理の例について、図５のフローチャートに沿って説明する。まず、受光レベル換算部２２２が出力する受光レベルを取得し（ステップＳ２０１）、その受光レベルが予め定めた閾値以下である場合に（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、受光レベル換算部２１２が出力する受光レベルを取得し（ステップＳ２０３）、受光レベル換算部２１２が出力する受光レベルを受光レベル出力値として（ステップＳ２０４）、受光レベル出力端子１１３から出力する（ステップＳ２０６）。一方、受光レベル換算部２２２が出力する受光レベルが予め定めた閾値よりも高い場合に（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、受光レベル換算部２２２が出力する受光レベルを受光レベル出力値として（ステップＳ２０５）、受光レベル出力端子１１３から出力する（ステップＳ２０６）。
以上説明したように、本実施の形態によれば、電流生成回路１０７で生成した電流を、変換利得の異なる２つの電流電圧変換回路２０８と２１８でそれぞれ電圧に変換し、ＡＤ変換したデジタル信号を受光レベルに換算した受光レベル換算値のうち、低い受光レベルの光信号受信時には高い変換利得特性を有する電流電圧変換回路２１８を通るパスの受光レベル換算値を選択部２２０で選択して出力し、高い受光レベル信号受信時には低い変換利得特性を有する電流電圧変換回路２０８を通るパスの受光レベル換算値を選択部２２０で選択するようにしたため、広範囲の受光レベルの受信信号に対して、高精度に受光レベルを取得することができる。
実施の形態３．
本発明の実施の形態３におけるＯＬＴ１０の光受信器３００の受光レベル取得装置は、実施の形態１の受光レベル取得装置のトランスインピーダンスアンプ１０２と電流電圧変換回路１０８の部分を図６に示す構成に変更したものである。以下実施の形態３に係る受光レベル取得装置を、図６を用いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態３におけるＯＬＴ１０の光受信器３００の受光レベル取得装置は、実施の形態１の受光レベル取得装置のトランスインピーダンスアンプ１０２と電流電圧変換回路１０８の部分を図６に示す構成に変更したものである。以下実施の形態３に係る受光レベル取得装置を、図６を用いて詳細に説明する。
光受信器３００は、トランスインピーダンスアンプ３０２と、実施の形態１と同様の、受光素子１０１、リミッティングアンプ１０３、ＡＤコンバータ１０９、制御部１１０を備える。
トランスインピーダンスアンプ３０２において、エミッタフォロア回路３０５のトランジスタのコレクタ電流をカレントミラー回路３０７によりミラーリングして、コレクタ電流と等価の電流を生成している（図６）。
カレントミラー回路３０７で生成したコレクタ電流と等価の電流を、抵抗素子３０８に流すと、抵抗素子３０８の両端の電圧値は、カレントミラー回路３０７で生成した電流に抵抗素子３０８の抵抗値を積算したものである。抵抗素子３０８のＧＮＤと逆側の端子の電位を出力するように出力端子を設けることで、カレントミラー回路３０７で生成した電流信号を電圧信号に変換して出力したことになる。この出力端子をＡＤコンバータ１０９に接続する。
抵抗素子３０８のＧＮＤと逆側の端子から出力するアナログ電圧信号は、ＡＤコンバータ１０９で電圧値を示すデジタル信号に変換され、得られたデジタル信号は、制御部１１０のメモリ１１１に記憶される。そして、受光レベル換算部１１２において、メモリ１１１に記憶されたデジタル信号を受光レベルに換算する。換算して求められた受光レベルを示す信号が受光レベル出力端子より出力される。
すなわち、本実施の形態においては、エミッタフォロア回路３０５のコレクタ電流と等価の電流が抵抗素子３０８に流れ、電流値と抵抗値の積により電流電圧変換がなされるため、簡易な回路構成によりコレクタ電流と等価の電流の生成と電流電圧変換が可能となる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、トランスインピーダンスアンプ３０２内のエミッタフォロア回路３０５のコレクタ電流をミラーリングするカレントミラー回路３０７と、その電流を電圧に変換するための抵抗素子３０８を備えることにより、実施の形態１の電流生成と電流電圧変換を、簡易な回路構成により実現することが可能となる。従って、より経済性に優れた光受信器および受光レベル取得装置を実現できる。
実施の形態４．
本発明の実施の形態４におけるＯＬＴ１０の光受信器４００の受光レベル取得装置は、実施の形態２の受光レベル取得装置のトランスインピーダンスアンプ１０２と電流電圧変換回路２０８、２１８の部分を図７に示す構成に変更したものである。以下実施の形態４に係る受光レベル取得装置を、図７を用いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態４におけるＯＬＴ１０の光受信器４００の受光レベル取得装置は、実施の形態２の受光レベル取得装置のトランスインピーダンスアンプ１０２と電流電圧変換回路２０８、２１８の部分を図７に示す構成に変更したものである。以下実施の形態４に係る受光レベル取得装置を、図７を用いて詳細に説明する。
光受信器４００は、トランスインピーダンスアンプ４０２と、実施の形態２と同様の、受光素子１０１、リミッティングアンプ１０３、ＡＤコンバータ２０９、２１９、制御部２１０を備える。
トランスインピーダンスアンプ４０２において、エミッタフォロア回路４０５のトランジスタのコレクタ電流をカレントミラー回路４０７によりミラーリングして、コレクタ電流と等価の電流を生成している（図７）。
カレントミラー回路４０７で生成した電流を、互いに直列接続された抵抗素子４０８、４１８に流したとき、抵抗素子４１８のＧＮＤから離れた方の端子の電位はカレントミラー回路４０７で生成した電流に抵抗素子４１８の抵抗値を積算したものとなる。また、抵抗素子４０８のＧＮＤから離れた方の端子の電位は、カレントミラー回路４０７で生成した電流と、抵抗素子４０８と４１８の抵抗値を加算したものとを積算した値となる。抵抗素子４０８、４１８それぞれのＧＮＤから離れた方の端子の電位を出力するように出力端子を設けることで、カレントミラー回路３０７で生成した電流信号を電圧信号に変換して出力することができる。
抵抗素子４０８のＧＮＤから離れた方の端子はＡＤコンバータ２０９に接続し、抵抗素子４１８のＧＮＤから離れた方の端子はＡＤコンバータ２１９に接続する。抵抗素子４０８、４１８のＧＮＤから離れた方の端子から出力するアナログ電圧信号は、ＡＤコンバータ２０９、２１９で電圧値を示すデジタル信号に変換され、得られたデジタル信号は、制御部２１０のメモリ２１１、２２１に記憶される。そして、受光レベル換算部２１２、２２２において、メモリ１１１に記憶されたデジタル信号をそれぞれ受光レベルに換算する。換算して求められた受光レベルを示す信号のうち一方を選択部２２０で選択して、選択された信号を受光レベル出力端子より出力する。
すなわち、本実施の形態においては、エミッタフォロア回路４０５のコレクタ電流と等価な電流が抵抗素子４０８、４１８を流れ、電流値と抵抗値の積により電流電圧変換がなされるため、簡易な回路構成によりコレクタ電流と等価の電流の生成と電流電圧変換が可能となる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、トランスインピーダンスアンプ４０２内のエミッタフォロア回路４０５のコレクタ電流をミラーリングするカレントミラー回路４０７と、その電流を電圧に変換するための抵抗素子４０８、４１８を備えることにより、実施の形態２の電流生成と電流電圧変換を、簡易な回路構成により実現することが可能となる。従って、より高精度で受光レベルを取得可能でかつ、より経済性に優れた光受信器および受光レベル取得装置を実現できる。
このように本発明は、トランスインピーダンスアンプに備える電流生成回路で、受光電流に対して線形に変化する電流を生成し、その電流に基づいて受光レベルを取得するため、高速、かつ高精度に受光レベルを取得可能な特性を有し、かつ、経済性に優れた受光レベル取得装置等を実現できる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。
例えば、上記実施の形態においては、受光レベル取得装置を、ＯＬＴの光受信器に備えるとしたが、例えば、ＯＮＵの光受信器に同様の受光レベル取得装置を備えても良い。加入者宅のＯＮＵの受光レベルを取得することが可能となり、取得された受光レベルをＯＮＵの設定・保守等に利用することができる。
また、上記実施の形態において、トランスインピーダンスアンプに用いるトランジスタはＮＰＮ型のトランジスタを使用した例について説明したが、ＰＮＰ型のトランジスタでも、同様の効果を得ることができる。この場合、電流源負荷型エミッタフォロア回路のトランジスタのコレクタ側に定電流源を設け、エミッタ側に電流生成回路を設け、電流生成回路で生成される電流は、定電流源の電流と受光電流の和であるエミッタ電流であることを用いて、電流生成回路で生成された電流を受光レベルに換算して、受光レベルを取得する。
また、上記実施の形態において、受光素子１０１としてＡＰＤを使用する構成について説明したが、他の種類のフォトダイオードや、フォトトランジスタで構成しても良い。
また、実施の形態２及び４において、電流電圧変換回路、ＡＤコンバータ、メモリ、受光レベル換算部を２つ備え、電流生成回路で生成した電流を２分岐して、２つのパスによる受光レベルをそれぞれ取得するとしたが、電流電圧変換回路等の数は任意であり、３以上のパスによる受光レベルの取得を行っても良い。変換利得効率の異なる電流電圧回路を３以上備えることにより、より精度の高い受光レベルの取得が可能となる。
また、実施の形態２及び４において、メモリを各パス毎にそれぞれ設ける構成としたが、１つのメモリを使用し、メモリのアドレスをパスによって変えることにより、それぞれのパスの電圧値を示すデジタル信号を記憶するようにしてもよい。これにより、構成をより簡易化できる。
また、上記実施の形態２、４において、制御部２１０は、メモリ２１１、２２１に記憶された電圧値を読込み、読み込んだ電圧を受光レベルに換算し、得られた受光レベルのうちいずれかを選択する処理を行うが、この制御部２１０が実行する処理のプログラムは配布可能である。配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＯ（Magneto Optical Disk）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、インターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。
１ ＰＯＮシステム
１０ ＯＬＴ
１１ ＷＤＭカプラ
１００ 光受信器
１３０ 光送信器
２０ ＯＮＵ
２１ ＷＤＭカプラ
２００ 光受信器
２３０ 光送信器
３０ 光スターカプラ
３１ 光ファイバ網
１０１ 受光素子
１０１１ 電源（ＶＤＤ）
１０２、３０２、４０２ トランスインピーダンスアンプ
１０２１ 電源（ＶＣＣ）
１０３ リミッティングアンプ
１０４、３０４、４０４ エミッタ接地アンプ回路
１０４１ トランジスタコレクタ抵抗
１０４２ コレクタ抵抗
１０４３ エミッタ抵抗
１０５、３０５、４０５ 電流源負荷型エミッタフォロア回路
１０５１ 定電流源
１０５２ トランジスタ
１０６、３０６、４０６ 帰還抵抗
１０７ 電流生成回路
１０８、２０８、２１８ 電流電圧変換回路
１０９、２０９、２１９ ＡＤコンバータ
１１０、２１０ 制御部
１１１、２１１、２２１ メモリ
１１２、２１２、２２２ 受光レベル換算部
１１３ 受光レベル出力端子
１１４ 受信データ信号出力端子
１１５、１２５ 受光レベル取得装置
２２０ 選択部
３０７ カレントミラー回路
３０８、４０８、４１８ 抵抗素子
１０ ＯＬＴ
１１ ＷＤＭカプラ
１００ 光受信器
１３０ 光送信器
２０ ＯＮＵ
２１ ＷＤＭカプラ
２００ 光受信器
２３０ 光送信器
３０ 光スターカプラ
３１ 光ファイバ網
１０１ 受光素子
１０１１ 電源（ＶＤＤ）
１０２、３０２、４０２ トランスインピーダンスアンプ
１０２１ 電源（ＶＣＣ）
１０３ リミッティングアンプ
１０４、３０４、４０４ エミッタ接地アンプ回路
１０４１ トランジスタコレクタ抵抗
１０４２ コレクタ抵抗
１０４３ エミッタ抵抗
１０５、３０５、４０５ 電流源負荷型エミッタフォロア回路
１０５１ 定電流源
１０５２ トランジスタ
１０６、３０６、４０６ 帰還抵抗
１０７ 電流生成回路
１０８、２０８、２１８ 電流電圧変換回路
１０９、２０９、２１９ ＡＤコンバータ
１１０、２１０ 制御部
１１１、２１１、２２１ メモリ
１１２、２１２、２２２ 受光レベル換算部
１１３ 受光レベル出力端子
１１４ 受信データ信号出力端子
１１５、１２５ 受光レベル取得装置
２２０ 選択部
３０７ カレントミラー回路
３０８、４０８、４１８ 抵抗素子
Claims (8)
- 受信した光信号を電流信号に変換する受光素子と、前記受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとを有する光受信器において受光レベルを取得する受光レベル取得装置であって、
前記トランスインピーダンスアンプ内の、前記受光素子から出力される電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成する電流生成手段と、
前記電流生成手段が生成した電流に基づいて受光レベルを取得する受光レベル取得手段と、
を備え、
前記トランスインピーダンスアンプは、前記受光素子が出力する電流信号が入力されるエミッタ接地アンプ回路と、前記エミッタ接地アンプ回路の出力信号が入力される電流源負荷型エミッタフォロア回路を備え、前記エミッタ接地アンプ回路の入力と前記電流源負荷型エミッタフォロア回路の出力とが抵抗を介して接続されており、
前記電流源負荷型エミッタフォロア回路を構成するトランジスタのエミッタ端子又はコレクタ端子に定電流源が接続されており、
前記電流生成手段は、前記エミッタ端子と前記コレクタ端子のうち前記定電流源が接続されていない方の端子に流れる電流と等価の電流を生成する、
受光レベル取得装置。 - 前記電流生成手段が生成する電流は、前記定電流源の電流から、前記受光素子が出力する電流を差し引いた電流、又は、前記定電流源の電流に前記受光素子が出力する電流を加算した電流と等価の電流である、
請求項１に記載の受光レベル取得装置。 - 前記電流生成手段から出力する電流信号を予め定めた変換効率で電圧信号に変換する電流電圧変換回路を更に備え、
前記受光レベル取得手段は、前記電流電圧変換回路の出力電圧値に基づいて受光レベルを取得する、
請求項１又は２に記載の受光レベル取得装置。 - 前記電流生成手段から出力する電流信号を分岐したものを、互いに異なる変換効率で電圧信号に変換する複数の電流電圧変換回路と、
前記複数の電流電圧変換回路の出力信号のいずれか１つを選択する信号選択手段と、
を更に備え、
前記受光レベル取得手段は、前記信号選択手段で選択された電流電圧変換回路の出力信号の電圧値に基づいて受光レベルを取得する、
請求項１又は２に記載の受光レベル取得装置。 - 受信した光信号を電流信号に変換する受光素子と、
前記受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
前記トランスインピーダンスアンプ内の、前記受光素子から出力される電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成する電流生成手段と、
前記電流生成手段が生成した電流に基づいて受光レベルを取得する受光レベル取得手段と、
を備え、
前記トランスインピーダンスアンプは、前記受光素子が出力する電流信号が入力されるエミッタ接地アンプ回路と、前記エミッタ接地アンプ回路の出力信号が入力される電流源負荷型エミッタフォロア回路を備え、前記エミッタ接地アンプ回路の入力と前記電流源負荷型エミッタフォロア回路の出力とが抵抗を介して接続されており、
前記電流源負荷型エミッタフォロア回路を構成するトランジスタのエミッタ端子又はコレクタ端子に定電流源が接続されており、
前記電流生成手段は、前記エミッタ端子と前記コレクタ端子のうち前記定電流源が接続されていない方の端子に流れる電流と等価の電流を生成する、
光受信器。 - １つの局側装置と複数の加入者側装置からなる光通信システムであって、
前記局側装置の光受信器が、
受信した光信号を電流信号に変換する受光素子と、
前記受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
前記トランスインピーダンスアンプ内の、前記受光素子から出力される電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成する電流生成手段と、
前記電流生成手段が生成した電流に基づいて受光レベルを取得する受光レベル取得手段と、
を備え、
前記トランスインピーダンスアンプは、前記受光素子が出力する電流信号が入力されるエミッタ接地アンプ回路と、前記エミッタ接地アンプ回路の出力信号が入力される電流源負荷型エミッタフォロア回路を備え、前記エミッタ接地アンプ回路の入力と前記電流源負荷型エミッタフォロア回路の出力とが抵抗を介して接続されており、
前記電流源負荷型エミッタフォロア回路を構成するトランジスタのエミッタ端子又はコレクタ端子に定電流源が接続されており、
前記電流生成手段は、前記エミッタ端子と前記コレクタ端子のうち前記定電流源が接続されていない方の端子に流れる電流と等価の電流を生成する、
光通信システム。 - 受信した光信号を電流信号に変換する受光素子と、前記受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとを有する光受信器において、
前記トランスインピーダンスアンプ内の、前記受光素子から出力される電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成する電流生成ステップと、
前記電流生成ステップで生成した電流に基づいて受光レベルを取得する受光レベル取得ステップと、を含み、
前記トランスインピーダンスアンプは、前記受光素子が出力する電流信号が入力されるエミッタ接地アンプ回路と、前記エミッタ接地アンプ回路の出力信号が入力される電流源負荷型エミッタフォロア回路を備え、前記エミッタ接地アンプ回路の入力と前記電流源負荷型エミッタフォロア回路の出力とが抵抗を介して接続されており、
前記電流源負荷型エミッタフォロア回路を構成するトランジスタのエミッタ端子又はコレクタ端子に定電流源が接続されており、
前記電流生成ステップでは、前記エミッタ端子と前記コレクタ端子のうち前記定電流源が接続されていない方の端子に流れる電流と等価の電流を生成する、
受光レベル取得方法。 - 受信した光信号を電流信号に変換する受光素子と、前記受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプとを有する光受信器を制御するプログラムであって、
コンピュータに、
前記トランスインピーダンスアンプ内の、前記受光素子から出力される電流に対して線形性をもって変化する回路電流と等価の電流を生成して、前記回路電流と等価の電流を２以上に分岐したときの電流値を、利得の異なる２以上の電流電圧変換手段で変換した電圧値を取得する手順と、
前記電流電圧変換手段で変換した電圧値に基づいて受光レベルを取得する手順と、
前記受光素子から出力される電流が予め定めた値以下の場合には、高利得の電流電圧変換手段で変換した電圧値に基づく受光レベルを選択し、前記受光素子から出力される電流が予め定めた値よりも大きい場合には、低利得の電流電圧変換手段で変換した電圧値に基づく受光レベルを選択する手順と、
前記選択された受光レベルを出力する手順と、
を実行させるためのプログラムであって、
前記トランスインピーダンスアンプは、前記受光素子が出力する電流信号が入力されるエミッタ接地アンプ回路と、前記エミッタ接地アンプ回路の出力信号が入力される電流源負荷型エミッタフォロア回路を備え、前記エミッタ接地アンプ回路の入力と前記電流源負荷型エミッタフォロア回路の出力とが抵抗を介して接続されており、
前記電流源負荷型エミッタフォロア回路を構成するトランジスタのエミッタ端子又はコレクタ端子に定電流源が接続されており、
前記電圧値を取得する手順は、前記エミッタ端子と前記コレクタ端子のうち前記定電流源が接続されていない方の端子に流れる電流と等価の電流を生成して、前記等価の電流を２以上に分岐したときの電流値を、利得の異なる２以上の電流電圧変換手段で変換した電圧値を取得する、
プログラム。
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