JP6075547B2

JP6075547B2 - 光パワーモニタ用回路、光モジュール、局側装置及び光パワーモニタ方法

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Publication number: JP6075547B2
Application number: JP2013126759A
Authority: JP
Inventors: 晋庵原; 聡吉間; 雅樹野田; 正道野上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: JP2015002473A

Description

本発明は、受信する光信号の光パワーをモニタするための光パワーモニタ用回路、光モジュール、局側装置及び光パワーモニタ方法に関する。

近年、マルチメディアサービス（Multimedia Service）を各家庭に提供するためのアクセス系ネットワーク（Access Network）では、光ファイバを用いた公衆回路網で実現する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（Point to Multi-point）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：光加入者線終端装置）と、光スターカプラ（Star Coupler）を介して接続される複数の加入者側端末装置であるＯＮＵ（Optical Network Unit：光ネットワーク装置）により構成される。ＯＬＴは、全ＯＮＵに対して連続信号を送信する。一方、各ＯＮＵから送信するパケット信号は、時分割多重されてＯＬＴで受信される。このため、ＯＬＴに備える光受信器は、パケット信号を瞬時に電気再生するバースト受信機能を必要とする。

ＯＬＴで使用される光送受信器は仕様が標準化されつつあり、ＸＦＰ（10 Gigabit Small Form Factor Pluggable）、ＳＦＰ＋（Small Form Factor Pluggable Plus）等の仕様で定められた機能や外形を有する光モジュールが普及している。ＸＦＰやＳＦＰ＋の光モジュールには、受信しているパケットの光強度を監視するためのモニタ用の信号を出力することが要求されている。このモニタ用の信号は、例えば、ＭＡＣ−ＩＣ（Media Access Control - Integrated Circuit：メディアアクセス制御集積回路)からのＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indication：受信信号強度指標）トリガ信号が入力されてから数１００ｎｓ後に計測される。

モニタ用の信号を出力する方法として、光を電流に変換するデバイスであるＰＤ（Photodiode：フォトダイオード）の電源電圧供給部にカレントミラー回路を設ける方法が一般的である。カレントミラー回路は、２以上のバイポーラトランジスタが並列に接続された構成を有しており、ＰＤを接続する入力部に流れる電流に比例した電流を出力部から出力することができる。この電流を電圧に変換して受光パワーを示すモニタ用の信号を取得することができる。

このようなカレントミラー回路は電流が流れていない状態から電流を流そうとしたとき、応答が遅くなることが知られている。ＯＬＴの光受信器は、時分割多重されたパケット信号を受信するため、パケット信号が全く入力されないガードタイムと呼ばれる区間が存在する。この区間では全く光入力が無いため、ＰＤに電流がほとんど流れないが、この区間の後にパケット信号が入力したとき、カレントミラー回路の出力電流が遅れて流れ始める。光入力のタイミングに対して、数１００ｎｓ程度の遅れが生じる場合もあり、ＯＬＴの光受信器が、パケット長が数１００ｎｓ程度のパケット信号を受信する際に、カレントミラー回路の応答の遅れにより正確なパワーモニタができないという問題がある。

これに対して、カレントミラー回路の、ＰＤを接続する入力部にオフセット電流を常時流しておくことにより、カレントミラー回路の応答を改善させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の光受信器は、カレントミラー回路の入力部に、ＰＤと並列に負荷抵抗を接続し、負荷抵抗を流れるオフセット電流を入力部に流すように構成している。また、カレントミラー回路の出力部におけるモニタ電流に比例したモニタ電位と、オフセット電流に比例したオフセット電位との電位差をモニタ信号として出力する。これにより、パケット信号が入力される際のカレントミラー回路の出力応答を改善することができる共に、抵抗値の温度変動等によるオフセット電流の変動を差し引くことが可能になると説明されている。

特開２０１０−２７３２２１号公報

ＯＬＴに光ファイバやスターカプラを介して接続される各ＯＮＵはＯＬＴから異なる距離に位置するため、各ＯＮＵが送信した光信号のＯＬＴの光受信器における受光レベルは受信パケット毎に大きく異なる。受光レベルが小さい場合には、数ｕＡ程度のＰＤの出力電流をモニタする必要がある。

特許文献１に記載の光受信器は、オフセット電圧を差し引いた電圧をモニタ信号として出力するため、ＰＤの出力電流が数ｕＡ程度である場合には、オフセット電圧を非常に小さく、かつ、オフセット電圧の変動を非常に小さくする必要がある。このため、温度や電源電圧に対して性能の変化が非常に小さい部品等が必要となる。

また、オフセット電流を流す負荷抵抗とモニタ電流を流す負荷抵抗は、抵抗値や温度変動が高い精度で等しいものを使用する必要がある。これらの要求から部品の選択肢が限られ、低コスト化の阻害要因になるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成からなる、光パワーを高精度で表す信号を出力することが可能な光パワーモニタ用回路等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光パワーモニタ用回路は、受光パワーに応じた電流を出力する受光素子を入力部に接続し、入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー部と、受光素子の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定部と、受光素子と並列に接続された負荷抵抗と、受光素子と並列かつ負荷抵抗と直列に接続されたスイッチ部を備える。スイッチ部は、パケット検出判定部がパケット信号を検出していると判定する時はＯＦＦし、パケット信号を検出していないと判定する時はＯＮする。

本発明によれば、簡易な回路構成で、光パワーを高精度で表す信号を出力することが可能となる。

実施の形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る光受信器と信号処理部の構成を示す図である。光受信器における各信号のタイミングを説明するための図である。実施の形態２に係る光受信器と信号処理部の構成を示す図である。実施の形態３に係る光受信器と信号処理部の構成を示す図である。シミュレーションに用いた信号のパケット構成を示した図である。モニタ電圧の応答についてのシミュレーション結果を示した図である。モニタパワーとＰＤの受光パワーの差についてのシミュレーション結果を示した図である。他の構成の光受信器と信号処理部の構成を示す図である。

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。

実施の形態１に係る光通信システム１は、ポイント・トゥ・マルチポイント（Point to Multi-point）の形式を採ったＰＯＮ（Passive Optical Network）システムである。

光通信システム１は、図１に示すように、局側装置である１台のＯＬＴ（Optical Line Terminal：光加入者線終端装置）１０と、複数の加入者側端末装置であるＯＮＵ（Optical Network Unit：光ネットワーク装置）２０と、光信号を受動的に分岐・合流する光スターカプラ３０と、を備えている。全てのＯＮＵ２０は、１以上の光スターカプラ３０と、光ファイバ３２を介して、ＯＬＴ１０に接続されている。

ＯＬＴ１０は、光受信器１１、光送信器１２、波長多重カプラ１３、信号処理部１４を備える。光受信器１１、光送信機１２、波長多重カプラ１３は、図１に示すように１つの光モジュール１００内に含むように構成しても良い。波長多重カプラ１３は、光波長の異なる上り信号と下り信号を所定の方向に出力するためのものである。ＯＮＵ２０から出力され光ファイバ３２を伝送してきた光信号を光受信器１１側に出力し、光送信器１２から出力される光信号を、ＯＮＵ２０が接続されている光ファイバ３２側に出力している。

光送信器１２は、半導体レーザなどの発光素子が発光する光を、信号処理部１４から入力される送信信号で変調する。変調された光信号は下り信号として波長多重カプラ１３を介して出力され、光ファイバ３２を伝送し、各ＯＮＵ２０で受光される。

ＯＮＵ２０から送信され光ファイバ３２を伝送してきた上り信号の光信号は波長多重カプラ１３を介して光受信器１１に入力される。光受信器１１は、入力された光信号を光電変換し、電圧信号の受信信号に復調し、信号処理部１４に出力する。

ここで、各ＯＮＵ２０から送信される光信号は、バースト（burst）状のパケット信号であり、それらを時分割多重した光信号がＯＬＴ１０に入力される。

各ＯＮＵ２０は、任意の長さの光ファイバ３２と、任意の個数の光スターカプラ３０を介してＯＬＴ１０に接続されているため、ＯＬＴ１０の光受信器１１が受光する光信号の強度はパケット信号毎に大きく異なる。つまり、このような光信号から安定して受信信号を得るためには、光受信器１１が、広幅なダイナミックレンジに対応可能な構成である必要がある。

ＯＬＴ１０の光受信器１１は、図２に示すように、受信した光信号を電流信号に変換するＰＤ（photodiode：フォトダイオード）１１０と、ＰＤ１１０の電源であるＰＤ電源１１１と、ＰＤ１１０を接続した入力部１１２１を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路１１２と、ＰＤ１１０と並列に接続された負荷抵抗（Ｒ１）１１５と、カレントミラー回路の出力部１１２２に接続された負荷抵抗（Ｒ２）１１６と、を備える。

さらに、光受信器１１は、ＰＤ１１０に流れる電流信号からパケット信号を検出する機能を有するパケット検出回路１１３と、パケット検出回路１１３がパケット信号を検出しているか否かに応じてＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチ１１４と、を備える。スイッチ１１４は、ＰＤ１１０と並列かつ負荷抵抗１１５と直列に接続されている。

ＯＬＴ１０の信号処理部１４は、図２に示すように、送受信信号の処理を行うＭＡＣ−ＩＣ（Media Access Control - Integrated Circuit：メディアアクセス制御集積回路)１４１と、光受信器１１が受信する光信号の光強度を示すモニタ信号を生成するモニタ信号生成部１４２と、を備える。

より詳細には、光受信器１１のＰＤ１１０は、受光パワーに応じた電流を出力する受光素子であり、例えば、ＰＩＮ−ＰＤ（p-i-n Photodiode）やＡＰＤ（Avalanche Photodiode）である。ＰＤ電源１１１は、ＰＤ１１０の種類によって電源電圧が異なる。

カレントミラー回路１１２は、２つのバイポーラトランジスタが並列に接続され、それぞれのベースとエミッタが接続されて等電位になっている。ＰＤ１１０を接続する入力側のバイポーラトランジスタのベースとコレクタが接続されていることで、２つのバイポーラトランジスタのコレクタ電流は同一になる。このため、ＰＤ１１０を接続する入力部１１２１に流れる電流に比例した電流を出力部１１２２に流すことができる。

パケット検出回路１１３は、ＰＤ１１０の出力電流からパケット信号を検出し、検出結果に応じたＬＯＳ（Loss of Signal）信号を出力する。パケット検出回路１１３は、例えば、ＰＤ１１０の出力電流を電流電圧変換した電圧値の平均値が閾値を超えているときにパケット信号を検出する。ＬＯＳ信号は、パケット信号を検出していない時はＨｉｇｈの電圧であり、パケット信号を検出している時はＬｏｗの電圧である。つまり、パケット検出回路１１３は、ＰＤ１１０の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定部として機能し、ＬＯＳ信号を判定結果として出力する。

また、パケット検出回路１１３は、ＰＤ１１０が出力する電流信号を電圧信号に変換して予め定めた範囲内の強度に増幅して受信信号として信号処理部１４のＭＡＣ−ＩＣ１４１に出力する。

スイッチ１１４は、パケット検出回路１１３から出力されるＬＯＳ信号によりＯＮ／ＯＦＦの切替を行う電圧制御スイッチである。ＬＯＳ信号がＨｉｇｈのときスイッチはＯＮとなり、ＬＯＳ信号がＬｏｗのときスイッチはＯＦＦとなる。ここでは、スイッチ１１４は、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１と負荷抵抗１１５の間に接続されている。

負荷抵抗１１５は、スイッチ１１４とグランドの間に接続されている。負荷抵抗１１５には、スイッチ１１４がＯＮのときに一定のオフセット電流が流れる。つまり、ＰＤ１１０にパケット入力がなく電流が流れないときに、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にオフセット電流が流れる。このため、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１には常に電流が流れるため、パケット信号が入力されたときのカレントミラー回路１１２の出力応答の遅れを解消している。

一方、スイッチ１１４がＯＦＦのときにはオフセット電流が流れず、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１には、ＰＤ１１０に流れる電流のみが流れることとなる。

負荷抵抗１１６は、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２とグランドの間に接続されている。これにより、出力部１１２２を流れるモニタ電流が負荷抵抗１１６を流れるため、出力部１１２２の電圧は、出力部１１２２を流れるモニタ電流に比例する値となる。出力部１１２２の電圧はモニタ電圧として、信号処理部１４のモニタ信号生成部１４２に入力される。

信号処理部１４のＭＡＣ−ＩＣ１４１は、インターネットなどの外部ネットワーク４０から入力されたベースバンド信号に基づいて送信信号を生成して光送信器１２に対して出力する。また、ＭＡＣ−ＩＣ１４１は、光受信器１１から入力された受信信号をベースバンド信号に変換し、外部ネットワーク４０に出力する。

また、ＭＡＣ−ＩＣ１４１は、モニタ電圧を測定するタイミングを図るためのＲＳＳＩ (Received Signal Strength Indication：受信信号強度指標）トリガ信号をモニタ信号生成部１４２に出力する。ＲＳＳＩトリガ信号（RSSI Trigger）は、パケット信号を検出開始した以後に開始する信号である。また、ＲＳＳＩトリガ信号の信号長は、ＰＤ１１０が受信するパケット信号のパケット長より十分に短い。

モニタ信号生成部１４２は、光通信システム１における光伝送の監視制御のために、ＯＮＵ２０から送信される上り信号の光受信器１１における受光パワーをモニタする機能を有する。モニタ信号生成部１４２は、光受信器１１から出力されるモニタ電圧に基づいて、受信信号の光強度を示すモニタ信号を生成する。

具体的には、モニタ信号生成部１４２は、ＭＡＣ−ＩＣ１４１から入力されるＲＳＳＩトリガ信号をトリガとして、モニタ電圧を測定し、受光パワーに対応するモニタ信号Ｐｍを出力する。ＲＳＳＩトリガ信号がＨｉｇｈからＬｏｗに立ち下がるタイミングでモニタ電圧を測定する。この時、スイッチ１１４はＯＦＦとなっており、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にはＰＤ１１０の出力電流しか流れていないため、ＰＤ１１０の出力電流のみに比例するモニタ電圧を測定することができる。

以上のように構成された光受信器１１と信号処理部１４におけるパワー検出の動作を、図３のタイミングチャートを用いて説明する。

図３に示すように、ＰＤ１１０が光パケット信号（１）を受信し終わり、ＰＤ１１０の出力電流（PD Current）が約０となったとき、パケット検出回路１１３はパケット信号の入力の検出を終了する。これにより、パケット検出回路１１３が出力するＬＯＳ信号（LOS）は、検出終了時からＬＯＳ応答時間経過後に立ち上がり、Ｈｉｇｈの電圧を出力する。

ＬＯＳ信号がＨｉｇｈとなると、スイッチ１１４がＯＮとなり、負荷抵抗１１５にオフセット電流が流れる。つまり、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にオフセット電流が入力され、出力部１１２２には、オフセット電流に比例するモニタ電流（Monitor Current）が出力される。

ＰＤ１１０が光パケット信号（２）を受信開始すると、パケット検出回路１１３はパケット信号を検出する。これにより、パケット検出回路１１３が出力するＬＯＳ信号は、検出開始からＬＯＳ応答時間経過後に立ち下がり、Ｌｏｗの電圧を出力する。

ＬＯＳ信号がＬｏｗとなると、スイッチ１１４がＯＦＦとなり、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１には、ＰＤ１１０の出力電流のみが入力される。よって、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２には、ＰＤ１１０の出力電流に比例するモニタ電流が出力される。

パケット検出回路から受信信号がＭＡＣ−ＩＣ１４１に入力されると、ＭＡＣ−ＩＣ１４１が出力するＲＳＳＩトリガ信号（RSSI Trigger）がＨｉｇｈに立ち上がる。ＲＳＳＩトリガ信号は、予め定めた時間後にＬｏｗとなる。ＲＳＳＩトリガ信号の信号長は、ＰＤ１１０に入力される光パケット信号のパケット長よりも十分に短く、３５０ｎｓ〜６００ｎｓ程度が望ましい。つまり、ＲＳＳＩトリガ信号の立ち下がりのタイミングは、ＰＤ１１０にパケット信号が入力されている間のタイミングである。

モニタ信号生成部１４２は、ＲＳＳＩトリガ信号の立ち下がりをトリガとして、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２のモニタ電流に比例するモニタ電圧を測定する。ＲＳＳＩトリガ信号の立ち下がりのタイミングにおいて、モニタ電圧は、ＰＤ１１０の出力電流に比例する電圧であるため、正確に受光パワーの情報を取得することができる。

モニタ信号生成部１４２は、測定したモニタ電圧に基づいて、受光パワーを示すモニタ信号を出力する。例えば、測定したモニタ電圧の値を保持してＡＤ変換器でＡＤ変換して得られる受光パワーを示すデータを出力する。あるいは、サンプルアンドホールド回路で一定時間モニタ電圧が収束するまで待機し、収束した値をＡＤ変換器でＡＤ変換して得られる受光パワーを示すデータを出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＰＤ１１０をカレントミラー回路１１２の入力部１１２１に接続し、ＰＤ１１０と並列にスイッチ１１４と負荷抵抗１１５を接続する。スイッチ１１４は、パケット検出回路１１３がパケット信号を検出している時はＯＦＦにし、パケット信号を検出していない時はＯＮにする。モニタ信号生成部１４２は、ＭＡＣ−ＩＣ１４１が出力するＲＳＳＩトリガ信号をトリガとして、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２のモニタ電圧を測定し、測定結果に基づいて受光パワーを示すモニタ信号を出力する。

これにより、パケット信号入力が無いときは、カレントミラー回路にオフセット電流を流し、パケット信号入力があるときは、オフセット電流を流さない状態でモニタ電圧の測定をするため、オフセット電流の影響を受けずに光パワーを高精度でモニタすることが可能となる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２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２における光通信システム１、ＯＬＴ１０の構成は、実施の形態１と同様である。ＯＬＴ１０の光受信器１５と信号処理部１４の内部構成について、図４を用いて説明する。

ＯＬＴ１０の光受信器１５は、図４に示すように、受信した光信号を電流信号に変換するＰＤ１１０と、ＰＤ１１０の電源であるＰＤ電源１１１と、ＰＤ１１０を接続した入力部１１２１を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路１１２と、ＰＤ１１０に流れる電流信号を電流電圧変換するプリアンプ１５１と、プリアンプ１５１から出力される電圧を増幅するリミッティングアンプ１５２と、ＰＤ１１０に並列に接続された負荷抵抗１１５と、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２に接続された負荷抵抗１１６と、を備える。

さらに、光受信器１５は、リミッティングアンプ１５２から出力されるＬＯＳ信号に応じて出力電流を変化させるバイポーラトランジスタ１５３を備える。バイポーラトランジスタ１５３は、ＰＤ１１０と並列かつ負荷抵抗１１５と直列に接続されている。

ＰＤ１１０、ＰＤ電源１１１、カレントミラー回路１１２、負荷抵抗１１５、負荷抵抗１１６の構成及び機能は実施の形態１と同様である。

ＯＬＴ１０の信号処理部１４は、図４に示すように、送受信信号の処理を行うＭＡＣ−ＩＣ１４１と、光受信器１１が受信する光信号の光強度を示すモニタ信号を生成するモニタ信号生成部１４２と、を備える。ＭＡＣ−ＩＣ１４１とモニタ信号生成部１４２の構成は実施の形態１と同様である。

ＰＤ１１０の出力電流は、プリアンプ１５１で電圧信号に変換され、リミッティングアンプ１５２で、予め定められた範囲内の信号強度まで増幅されて、受信信号として信号処理部１４のＭＡＣ−ＩＣ１４１に出力される。

リミッティングアンプ１５２は、出力電圧の平均値が閾値を超えているか否かで判定した、パケット信号を検出しているか否かを示すＬＯＳ信号を出力する。ＬＯＳ信号は、パケット信号を検出していないときはＨｉｇｈの電圧であり、パケット信号を検出しているときはＬｏｗの電圧である。つまり、リミッティングアンプ１５２は、ＰＤ１１０の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定部として機能し、ＬＯＳ信号を判定結果として出力する。

リミッティングアンプ１５２から出力されたＬＯＳ信号は、バイポーラトランジスタ１５３のベース端子に入力される。バイポーラトランジスタ１５３は、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１と負荷抵抗１１５の間に接続されており、ＬＯＳ信号がＨｉｇｈのときエミッタ−コレクタ間に略一定の電流を流し、ＬＯＳ信号がＬｏｗのときエミッタ−コレクタ間の電流をＯＦＦする。つまり、バイポーラトランジスタ１５３は、ＬＯＳ信号に応じてＯＮ／ＯＦＦの切替を行うスイッチ部として機能する。バイポーラトランジスタ１５３は、ＬＯＳ信号に対する応答が早いほうが望ましく、例えば、２０ｎｓ程度の応答のものを用いる。

ＬＯＳ信号がＨｉｇｈのとき負荷抵抗１１５に一定の電流が流れる。そして、ＬＯＳ信号がＬｏｗのとき負荷抵抗１１５には電流が流れないため、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１には、ＰＤ１１０の出力電流のみが流れる。

ＭＡＣ−ＩＣ１４１は、モニタ電圧を測定するタイミングを図るためのＲＳＳＩトリガ信号（RSSI Trigger）をモニタ信号生成部１４２に出力する。ＲＳＳＩトリガ信号は、パケット信号を検出開始した以後に開始する信号である。また、ＲＳＳＩトリガ信号の信号長は、ＰＤ１１０が受信するパケット信号のパケット長より十分に短い３５０ｎｓ〜６００ｎｓ程度である。

モニタ信号生成部１４２はＭＡＣ−ＩＣ１４１から入力されるＲＳＳＩトリガ信号をトリガとして、モニタ電圧を測定し、受光パワーに対応するモニタ信号Ｐｍを出力する。ＲＳＳＩトリガ信号がＨｉｇｈからＬｏｗに立ち下がるタイミングでモニタ電圧を測定する。この時、バイポーラトランジスタ１５３はＯＦＦとなっており、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にはＰＤ１１０の出力電流しか流れていないため、ＰＤ１１０の出力電流のみに比例するモニタ電圧を測定することができ、正確に受光パワーの情報を取得することができる。

モニタ信号生成部１４２は、例えば、測定したモニタ電圧の値を保持してＡＤ変換器でＡＤ変換して得られる受光パワーを示すデータを出力する。あるいは、サンプルアンドホールド回路で一定時間モニタ電圧が収束するまで待機し、収束した値をＡＤ変換器でＡＤ変換して得られる受光パワーを示すデータを出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＰＤ１１０をカレントミラー回路１１２の入力部１１２１に接続し、ＰＤ１１０と並列にバイポーラトランジスタ１５３と負荷抵抗１１５を接続する。バイポーラトランジスタ１５３は、リミッティングアンプ１５２が出力するＬＯＳ信号に基づいて、パケット信号を検出している時は電流を流さず、パケット信号を検出していない時は電流を流す。モニタ信号生成部１４２は、カレントミラー回路１１２が出力するモニタ電圧を、ＲＳＳＩトリガ信号をトリガとして測定し、測定結果に基づいて受光パワーを示す信号を出力する。

これにより、パケット信号入力が無いときは、バイポーラトランジスタ１５３がオフセット電流を流し、パケット信号入力があるときは、オフセット電流を流さない状態でモニタ電圧の測定をするため、オフセット電流の影響を受けずに光パワーを高精度でモニタすることが可能となる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３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２における光通信システム１、ＯＬＴ１０の構成は、実施の形態１と同様である。ＯＬＴ１０の光受信器１１と信号処理部１６の内部構成について、図５を用いて説明する。

ＯＬＴ１０の光受信器１１の内部構成及び機能は実施の形態１と同様であるが、パケット検出回路が出力するＬＯＳ信号が、スイッチ１１４だけでなく信号処理部１６に対しても出力されている点が異なる。

ＯＬＴ１０の信号処理部１６は、図５に示すように、送受信信号の処理を行うＭＡＣ−ＩＣ１６１と、光受信器１１が受信する光信号の光強度を示すモニタ信号を生成するモニタ信号生成部１６２と、ＲＳＳＩトリガ信号を生成するトリガ信号生成部１６３と、を備える。

信号処理部１４のＭＡＣ−ＩＣ１６１は、インターネットなどの外部ネットワーク４０から入力されたベースバンド信号に基づいて送信信号を生成して光送信器１２に対して出力する。また、ＭＡＣ−ＩＣ１６１は、光受信器１１から入力された受信信号をベースバンド信号に変換し、外部ネットワーク４０に出力する。

トリガ信号生成部１６３は、モニタ電圧を測定するタイミングを図るためのＲＳＳＩトリガ信号（RSSI Trigger）を生成しモニタ信号生成部１６２に出力する。ＲＳＳＩトリガ信号は、パケット信号を検出開始した以後に開始する信号であり、光受信器１１から入力されるＬＯＳ信号に基づいて生成される。

光受信器１１のパケット検出回路１１３からＬＯＳ信号がトリガ信号生成部１６３に入力されると、トリガ信号生成部１６３が生成するＲＳＳＩトリガ信号（RSSI Trigger）はＨｉｇｈに立ち上がる。ＲＳＳＩトリガ信号は、予め定めた時間後にＬｏｗとなる。ＲＳＳＩトリガ信号の信号長は、ＰＤ１１０に入力される光パケット信号のパケット長よりも十分に短く、３５０ｎｓ〜６００ｎｓ程度が望ましい。つまり、ＲＳＳＩトリガ信号の立ち下がりのタイミングは、ＰＤ１１０にパケット信号が入力されている間のタイミングである。

モニタ信号生成部１６２は、トリガ信号生成部１６３から入力されるＲＳＳＩトリガ信号をトリガとして、光受信器１１のカレントミラー回路１１２から出力されるモニタ電圧を測定し、受光パワーに対応するモニタ信号Ｐｍを出力する。モニタ電圧の測定はＲＳＳＩトリガ信号がＨｉｇｈからＬｏｗに立ち下がるタイミングで行う。この時、スイッチ１１４はＯＦＦとなっており、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にはＰＤ１１０の出力電流しか流れていないため、ＰＤ１１０の出力電流のみに比例するモニタ電圧を測定することができる。

モニタ信号生成部１６２は、例えば、測定したモニタ電圧の値を保持してＡＤ変換器でＡＤ変換して得られる受光パワーを示すデータを出力する。あるいは、サンプルアンドホールド回路で一定時間モニタ電圧が収束するまで待機し、収束した値をＡＤ変換器でＡＤ変換して得られる受光パワーを示すデータを出力する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、信号処理部１６のトリガ信号生成部１６３が光受信器１１のパケット検出回路１１３から入力されるＬＯＳ信号に基づいて、ＲＳＳＩトリガ信号を生成し、モニタ信号生成部１６２は、ＲＳＳＩトリガ信号をトリガとしてモニタ電圧を測定し、測定結果に基づいて受光パワーを示す信号を出力する。これにより、ＲＳＳＩトリガ信号の生成動作を単純化でき、より適切なタイミングでモニタ電圧の測定ができ、光パワーを高精度でモニタすることが可能となる。

＜実施例＞
本発明の構成（１）と従来構成（２）について、モニタ電圧のシミュレーションを行った。本発明の構成（１）は、実施の形態２の構成を用いた。また、従来構成（２）は、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にオフセット電流を流し続ける構成を用いた。いずれのシミュレーション構成でもＰＤ１１０としてＡＰＤを用いている。ＡＰＤから出力する電流信号は、図６に示すように、信号強度２ｍＡのパケット信号からなる。ここで、ＬＯＳ信号の応答時間は約２０〜３５ｎｓとしてシミュレーションした。

シミュレーションの結果を図７に示す。実施の形態２の構成のモニタ電圧（実線）は、従来構成の構成のモニタ電圧（破線）と同等の応答速度であった。

次に、本発明の構成（１）と従来構成（２）について、オフセット電流が６％変動したときのモニタ電圧のシミュレーションを行った。本発明の構成（１）は、実施の形態２の構成を用いた。また、従来構成（２）は、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にオフセット電流を流し続けてオフセット電流分を差し引く構成を用いた。図８は、入力パワーを変化させたときのモニタ電圧から換算したモニタパワーとＰＤの受光パワーの差を示している。

従来構成（２）は、オフセット電流の変動によりモニタパワーの精度が２ｄＢ以上劣化したのに対し、実施の形態２の構成（２）は、オフセット電流の変動による影響を受けることなく、モニタパワーの精度の劣化を回避することができた。

このように本発明は、入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路の入力部に、受光素子と並列に、負荷抵抗とスイッチ部を互いに直列に接続し、受光素子の出力電流からパケット信号を検出していると判定する時はスイッチ部をＯＦＦし、パケット信号を検出していないと判定する時はスイッチ部をＯＮすることとした。これにより、簡易な回路構成で、光パワーを高精度で表す信号を出力することが可能となる。

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、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にスイッチ１１４又はバイポーラトランジスタ１５３を接続し、スイッチ１１４又はバイポーラトランジスタ１５３のグランド側に負荷抵抗１１５を接続するように示しているが、入力部１１２１と、スイッチ１１４又はバイポーラトランジスタ１５３との間に負荷抵抗１１５を接続するようにしてもよい。

また、スイッチ１１４に入力するＬＯＳ信号を出力するパケット検出回路１１３は、実施の形態２のリミッティングアンプ１５２の他、パケット信号入力を検出可能な任意の回路から構成されてもよい。例えば、ＰＤ１１０の出力電流を電流電圧変換するプリアンプ１５１から構成されてもよい。また、光受信器１１、１５の外部からＬＯＳ信号を入力するようにしてもよい。例えば、図９に示すように、信号処理部１４のＭＡＣ−ＩＣ１４１からＬＯＳ信号を出力するようにしてもよい。この場合、ＭＡＣ−ＩＣ１４１からＬＯＳ信号を取得する信号入力部が、ＰＤ１１０の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定部として機能する。

また、モニタ信号生成部１４２、１６２に入力するＲＳＳＩトリガ信号は、ＭＡＣ−ＩＣ１４１又はトリガ信号生成部１６３から出力するようにしたが、パケット信号入力のタイミングを検出可能な任意の部分から出力してもよい。例えば、光受信器１１のパケット検出回路１１３からＲＳＳＩトリガ信号を出力するようにしてもよい。

また、光受信器１１又は信号処理部１４、１６内で生成したＲＳＳＩトリガ信号をトリガとして、光受信器１１内部でモニタ電圧を測定し、モニタ信号を生成、出力するようにしてもよい。

１光通信システム、１０ＯＬＴ、２０ＯＮＵ、３０光スターカプラ、３２光ファイバ、４０外部ネットワーク、１００光モジュール、１１，１５光受信器、１１０ＰＤ、１１１ＰＤ電源、１１２カレントミラー回路、１１２１入力部、１１２２出力部、１１３パケット検出回路、１１４スイッチ、１１５負荷抵抗、１１６負荷抵抗、１２光送信器、１３波長多重カプラ、１４，１６信号処理部、１４１，１６１ＭＡＣ−ＩＣ、１４２，１６２モニタ信号生成部、１５１プリアンプ、１５２リミッティングアンプ、１５３バイポーラトランジスタ、１６３トリガ信号生成部

Claims

受光パワーに応じた電流を出力する受光素子を入力部に接続し、前記入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー部と、
前記受光素子の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定部と、
前記受光素子と並列に接続された負荷抵抗と、
前記受光素子と並列かつ前記負荷抵抗と直列に接続され、前記パケット検出判定部が前記パケット信号を検出していると判定する時はＯＦＦし、前記パケット信号を検出していないと判定する時はＯＮするスイッチ部と、を備える、
光パワーモニタ用回路。
前記スイッチ部は、バイポーラトランジスタからなり、
前記パケット検出判定部は、前記パケット信号を検出していると判定する時は、前記バイポーラトランジスタのベース電極にＬｏｗ信号を入力し、前記パケット信号を検出していないと判定する時は、前記バイポーラトランジスタの前記ベース電極にＨｉｇｈ信号を入力する、
請求項１に記載の光パワーモニタ用回路。
前記パケット検出判定部は、前記受光素子の出力電流を電流電圧変換するプリアンプ、又は、前記プリアンプの出力電圧を増幅するリミッティングアンプからなる、
請求項１又は２に記載の光パワーモニタ用回路。
受光パワーに応じた電流を出力する受光素子と、
前記受光素子を入力部に接続し、前記入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー部と、
前記受光素子の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定部と、
前記受光素子と並列に接続された負荷抵抗と、
前記受光素子と並列かつ前記負荷抵抗と直列に接続され、前記パケット検出判定部が前記パケット信号を検出していると判定する時はＯＦＦし、前記パケット信号を検出していないと判定する時はＯＮするスイッチ部と、を備える、
光モジュール。
前記スイッチ部は、バイポーラトランジスタからなり、
前記パケット検出判定部は、前記パケット信号を検出していると判定する時は、前記バイポーラトランジスタのベース電極にＬｏｗ信号を入力し、前記パケット信号を検出していないと判定する時は、前記バイポーラトランジスタの前記ベース電極にＨｉｇｈ信号を入力する、
請求項４に記載の光モジュール。
前記パケット検出判定部は、前記受光素子の出力電流を電流電圧変換するプリアンプ、又は、前記プリアンプの出力電圧を増幅するリミッティングアンプからなる、
請求項４又は５に記載の光モジュール。
受光パワーに応じた電流を出力する受光素子と、
前記受光素子を入力部に接続し、前記入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー部と、
前記受光素子の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定部と、
前記受光素子と並列に接続された負荷抵抗と、
前記受光素子と並列かつ前記負荷抵抗と直列に接続され、前記パケット検出判定部が前記パケット信号を検出していると判定する時はＯＦＦし、前記パケット信号を検出していないと判定する時はＯＮするスイッチ部と、
前記パケット検出判定部が前記パケット信号を検出していると判定する間の前記モニタ電流に基づいて、モニタ信号を生成するモニタ信号生成部と、を備える、
局側装置。
前記スイッチ部は、バイポーラトランジスタからなり、
前記パケット検出判定部は、前記パケット信号を検出していると判定する時は、前記バイポーラトランジスタのベース電極にＬｏｗ信号を入力し、前記パケット信号を検出していないと判定する時は、前記バイポーラトランジスタの前記ベース電極にＨｉｇｈ信号を入力する、
請求項７に記載の局側装置。
前記パケット検出判定部が、前記パケット信号を検出していると判定開始した以降に開始する信号であって、前記パケット信号のパケット長より短い信号長を有するトリガ信号を生成するトリガ信号生成部をさらに有し、
前記モニタ信号生成部は、前記トリガ信号生成部が生成するトリガ信号の終了時点で前記モニタ電流に比例するモニタ電圧の測定を行い、前記モニタ電圧に基づいて前記モニタ信号を生成する、
請求項７又は８に記載の局側装置。
前記パケット検出判定部は、前記受光素子の出力電流を電流電圧変換するプリアンプ、又は、前記プリアンプの出力電圧を増幅するリミッティングアンプからなる、
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の局側装置。
受光パワーに応じた電流を出力する受光素子を入力部に接続し、前記入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー部と、前記受光素子と並列に接続された負荷抵抗と、前記受光素子と並列かつ前記負荷抵抗と直列に接続されたスイッチ部と、を備えた光パワーモニタ回路を用いた光パワーモニタ方法であって、
前記受光素子の出力電流からパケット信号を検出しているか否かを判定するパケット検出判定ステップと、
前記パケット検出判定ステップで、前記パケット信号を検出していると判定する時は前記スイッチ部をＯＦＦし、前記パケット信号を検出していないと判定する時は前記スイッチ部をＯＮするスイッチ部切り替えステップと、
前記パケット検出判定ステップで前記パケットの入力を検出していると判定する間の前記モニタ電流に基づいて、モニタ信号を生成するモニタ信号生成ステップと、を有する
光パワーモニタ方法。