JP6793518B2

JP6793518B2 - 光受信パワーモニタ回路、光送受信器、及び光受信パワーモニタ回路の制御方法

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Publication number: JP6793518B2
Application number: JP2016206704A
Authority: JP
Inventors: 祐太石村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2036-10-21
Also published as: JP2018067866A

Description

本発明は、受信された光信号のパワーをモニタする光受信パワーモニタ回路及びその制御方法、並びに、前記光受信パワーモニタ回路を有する光送受信器に関する。

ＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムは、局側に設置される局側光回線終端装置（ＯＬＴ：ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）と加入者宅内に設置される加入者側光回線終端装置（ＯＮＵ：ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）とを、光スプリッタを介して光ファイバで接続することによって構成される光通信システムである。ＰＯＮシステムでは、１台のＯＬＴに複数のＯＮＵが接続される。伝送速度が最大１０．３１２５Ｇｂｐｓである次世代の１０Ｇ−ＥＰＯＮ（１０−ＧｉｇａｂｉｔＥｔｈｅｒｎｅｔＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムでは、ＯＬＴからＯＮＵへの下り方向の通信には光波長が１４８０ｎｍ〜１５００ｎｍ帯及び１５７４ｎｍ〜１５８０ｎｍ帯の光信号が用いられ、ＯＮＵからＯＬＴへの上り方向の通信には光波長が１２６０ｎｍ〜１２８０ｎｍ帯の光信号が用いられ、波長多重方式（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）によって一芯双方向光通信が行われる。上り方向の通信では、ＯＮＵからのデータが衝突しないようにするため送出タイミングを制御する時分割多重方式（ＴＤＭ：ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が採用される。

ＯＬＴは、ＯＮＵからのバースト状のパケット信号を時分割多重方式で受信する。すなわち、ＯＬＴと複数のＯＮＵとの間の距離は互いに異なるため、ＯＬＴが受信する複数の光信号のパワーは互いに異なる。

ＯＬＴに搭載されている光送受信器には受信した光信号のパワーをモニタする光受信パワーモニタ回路が具備されている。光受信パワーモニタ回路に備えられている光受光素子（ＡＰＤ：ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）は、光受信パワー（以下「光信号レベル」とも言う）が大きい光信号を連続的に受信した場合に、増倍率が低下する特性を持つので、ＰＯＮシステムに特有のバースト光信号を受信した場合には、モニタ精度が低下するおそれがある。光信号レベルが大きい連続光信号を受信したときに光受光素子の増倍率が低下する理由は発熱であり、連続光信号の受信直後においても熱による影響が緩和されるまで光受光素子の増倍率の低下が続く。

光送受信器は、国際規格であるＳＦＦ−８４７２規格に規定されるデジタル診断モニタ（ＤｉｇｉｔａｌＤｉａｇｎｏｓｔｉｃＭｏｎｉｔｏｒ）機能を具備しており、光信号レベルの状況を確認することが可能である。特に、この規格では、光受信パワーは０．１μＷ単位で確認でき、ダイナミックレンジは０〜６．５ｍＷの範囲で確認でき、光受信パワーのモニタ精度は±３ｄＢ以下であることが要求されている。

光送受信器が光受信パワーをモニタする方法として、光受光素子により光受信パワーに応じた電流を生成し、この電流に比例したモニタ電流を生成し、このモニタ電流を抵抗器によってモニタ電圧に変換し、所定のタイミングでサンプルホールド回路にてモニタ電圧を保持し、このモニタ電圧をデジタル値に変換した後、デジタル値のモニタ電圧をマイコンにホールドする方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記方法の場合、モニタ電流をモニタ電圧に変換するための抵抗器の抵抗値は一定値であり、モニタ電流はモニタ電圧に線形的に変換される。光受光素子は、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信した場合に増倍率が低下する特性を有する。従来の光受信パワーモニタ回路では、光受光素子の増倍率の変化を検出することはできないので、光受光素子の増倍率が変化した場合には光受信パワーのモニタ精度は低下する。

高いモニタ精度を確保する方法として、マイコン内に記録されているモニタ電圧（デジタル値）に応じて光受信パワーを計算する関数（フィッティング関数）を調整する方法がある。この関数には、４次関数が用いられ、予め既知の光信号レベルである光信号を受信した際のモニタ電圧（デジタル値）を測定して、その結果より４次関数の係数を決定する。光信号レベルが大きい光信号を断続的に受信した際のモニタ電圧（デジタル値）よりフィッティング関数を決定した場合、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合を除き、光受信パワーのモニタ精度を一定に維持することが可能である。

特開２００８−０１１２９９号公報（段落００１５、図５参照）

しかしながら、従来の光受信パワーモニタ回路では、光受光素子に光信号レベルが大きい光信号を連続的受信した場合に発熱により増倍率（変換率）が低下し、これにより、光受信パワーモニタ回路から出力されるモニタ電圧が低下し、モニタ出力が安定せず、モニタ精度が低下するという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、光受光素子の増倍率の低下があった場合でも一定のモニタ出力を確保することができる光受信パワーモニタ回路及びその制御方法、並びに、前記光受信パワーモニタ回路を有する光送受信器を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光受信パワーモニタ回路は、連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成する光受光素子と、前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換部と、前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換部と、前記第１の電圧を検出し、検出された前記第１の電圧に基づいて前記電流電圧変換部を制御する制御部とを有し、前記制御部は、検出された前記第１の電圧の平均値と予め定められた電圧閾値とを比較し、前記第１の電圧の平均値が前記電圧閾値未満である場合には前記第１の電圧を上げるように前記電流電圧変換部を制御する。

本発明の他の態様に係る光受信パワーモニタ回路は、連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成する光受光素子と、前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換部と、前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換部と、前記第２の電流を検出し、検出された前記第２の電流に基づいて前記電流電圧変換部を制御する制御部とを有し、前記制御部は、検出された前記第２の電流と予め定められた電流閾値とを比較し、前記第２の電流が前記電流閾値以上である場合には前記第２の電流を低下させるように前記電流電圧変換部を制御する。

本発明の他の態様に係る光受信パワーモニタ回路の制御方法は、光受光素子によって連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成するステップと、前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換ステップと、前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換ステップと、を有し、前記電流電圧変換ステップにおいて、前記第１の電圧の平均値と予め定められた電圧閾値とを比較し、前記第１の電圧の平均値が前記電圧閾値未満である場合には前記第１の電圧を上げる。

本発明の他の態様に係る光受信パワーモニタ回路の制御方法は、光受光素子によって連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成するステップと、前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換ステップと、前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換ステップと、を有し、前記電流電圧変換ステップにおいて、前記第２の電流と予め定められた電流閾値とを比較し、前記第２の電流が前記電流閾値より大きい場合には前記第２の電流を低下させる。

本発明によれば、光受光素子の増倍率の低下があった場合でも一定のモニタ出力を確保することができる光受信パワーモニタ回路、光送受信器、及び光受信パワーモニタ回路の制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路の概略的な構成を示す回路図である。（ａ）から（ｆ）は、実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路の動作を示すタイミングチャートである。実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路の動作を示すフローチャートである。比較例に係る光受信パワーモニタ回路の概略的な構成を示す回路図である。（ａ）から（ｆ）は、比較例に係る光受信パワーモニタ回路の動作を示すタイミングチャートである。本発明の実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路の概略的な構成を示す回路図である。（ａ）から（ｅ）は、実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路の動作を示すタイミングチャートである。実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路の動作を示すフローチャートである。

《１》実施の形態１
《１−１》実施の形態１の構成
以下、本発明の実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００について図を参照しながら説明する。実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００は、例えば、上記背景技術として説明したものと同様のＰＯＮシステムにおける光通信装置である局側光回線終端装置（ＯＬＴ）の光送受信器に備えられ、受信した光信号の光受信パワーをモニタするための回路である。なお、以下で説明する光受信パワーモニタ回路１００は、光受信パワーモニタ回路１００の制御方法の発明として捉えることも可能である。

図１は、本発明の実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００の概略的な構成を示す回路図である。図１に示されるように、実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００は、光受光素子１０と、電流変換部としてのカレントミラー回路２０と、電流電圧変換部としての電流電圧変換回路（抵抗器３０及びＭＯＳトランジスタ４０を含む）と、制御部としての平均値検出回路５０とを有する。光受信パワーモニタ回路１００は、サンプルホールド回路６０と、ＡＤ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌ）コンバータ７０と、マイコン（マイクロコンピュータ）８０とを有していてもよい。マイコン８０は、ＣＰＵ（中央演算装置）とメモリとこれらの周辺回路とを、ＬＳＩ（集積回路）チップに集積した回路である。また、図１において、Ｒｅｓｅｔ信号及びＲＳＳＩ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）トリガ信号は、平均値検出回路５０を制御するための制御信号である。実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００は、電流電圧変換回路がＭＯＳトランジスタ４０を含む点、及び、ＭＯＳトランジスタ４０の動作を制御する平均値検出回路５０を有する点において、従来の光受信パワーモニタ回路と相違する。

光受光素子１０は、加入者側光回線終端装置（ＯＮＵ）からバースト通信方式で送信されたバースト光信号λａを受信し、受信したバースト光信号λａの光受信パワー（すなわち、光信号レベル）に応じた電流（第１の電流）Ｉａを生成する。実施の形態１における光受光素子１０は、例えば、フォトダイオードである。フォトダイオードとしては、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）が好適である。ＡＰＤは、アバランシェ増倍と呼ばれる現象（半導体原子の衝突連鎖によって、移動する電子が爆発的に増える現象）を利用して受光感度を上昇させたフォトダイオードである。

カレントミラー回路２０は、光受光素子１０で生成された電流Ｉａを受け取り、受け取った電流Ｉａの値に応じたモニタ電流（第２の電流）Ｉｂを生成する。カレントミラー回路２０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、入力部に流れる電流に比例したモニタ電流を出力部から出力する電流変換回路（電流変換部）である。なお、図において、Ｖａｐｄは、電源電圧を示す。

カレントミラー回路２０によって生成されたモニタ電流Ｉｂは、抵抗器３０とＭＯＳトランジスタ４０とを含む電流電圧変換回路によってモニタ電流Ｉｂの値に応じたモニタ電圧（第１の電圧）Ｖａに変換される。図１に示されるように、ＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）４０は、抵抗器３０に並列に接続されており、平均値検出回路５０によってＯＮ状態（ＯＮ抵抗）又はＯＦＦ状態（ＯＦＦ抵抗）に切り替えられる。

ＭＯＳトランジスタ４０がＯＮ状態に制御（ＯＮ動作）されるときは、ＯＮ状態のＭＯＳトランジスタ４０の抵抗値（ＯＮ抵抗）と抵抗器３０の抵抗値との合成抵抗値は、抵抗器３０の抵抗値よりも小さい値になる。一方、ＭＯＳトランジスタ４０がＯＦＦ状態に制御（ＯＦＦ動作）されるときは、ＯＦＦ状態のＭＯＳトランジスタ４０の抵抗値と抵抗器３０の抵抗値との合成抵抗値は、抵抗器３０の抵抗値と同じとなる。したがって、ＭＯＳトランジスタ４０がＯＮ状態に制御されることにより、ＭＯＳトランジスタ４０と抵抗器３０との合成抵抗値を調整する（下げる）ことができ、モニタ電流Ｉｂから変換されるモニタ電圧Ｖａの値を調整する（下げる）ことができる。また、ＭＯＳトランジスタ４０がＯＦＦ状態に制御されることにより、ＭＯＳトランジスタ４０と抵抗器３０との合成抵抗値を調整する（上げる）ことができ、モニタ電流Ｉｂから変換されるモニタ電圧Ｖａの値を調整する（上げる）ことができる。なお、ＭＯＳトランジスタ４０は、他の種類の電界効果トランジスタであってもよい。また、ＭＯＳトランジスタ４０に代えて、抵抗値を変更可能な他の回路を用いることも可能である。

平均値検出回路５０は、抵抗器３０とＭＯＳトランジスタ４０とを含む電流電圧変換回路によって変換されたモニタ電圧Ｖａの予め定められた期間における平均値を検出し、検出結果であるモニタ電圧（望ましくは平均値）Ｖａと電圧閾値Ｖｔとを比較し、この比較の結果に基づいてＭＯＳトランジスタ４０の制御（ＯＮ制御又はＯＦＦ制御）を決定し、モニタ電流Ｉｂをモニタ電圧Ｖａに変換する電流電圧変換回路における合成抵抗値を調整する。電圧閾値Ｖｔは、平均値検出回路５０に予め記憶されている。以下、平均値検出回路５０による制御の詳細について説明する。

まず、平均値検出回路５０は、Ｒｅｓｅｔ信号が入力されたタイミングでＭＯＳトランジスタ４０をＯＮ状態（ＯＮ抵抗）に制御する。続いて、平均値検出回路５０は、ＲＳＳＩトリガ信号が入力されたタイミングでモニタ電圧Ｖａと電圧閾値Ｖｔを比較し、モニタ電圧Ｖａが電圧閾値Ｖｔ未満を示している場合（Ｖａ＜Ｖｔ）には、ＭＯＳトランジスタ４０がＯＦＦ状態（ＯＦＦ抵抗）になり、モニタ電圧Ｖａが電圧閾値Ｖｔ以上の値を示している場合（Ｖａ≧Ｖｔ）には、ＭＯＳトランジスタ４０がＯＮ状態（ＯＮ抵抗）になるように制御する。電圧閾値Ｖｔは、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合のモニタ電圧Ｖａである第２の電圧Ｖａ２と断続的に受信する場合のモニタ電圧Ｖａである第３の電圧Ｖａ３とをそれぞれ測定し、モニタ電圧Ｖａ２からモニタ電圧Ｖａ３までの範囲内の値で設定する。

モニタ電圧Ｖａは、サンプルホールド回路６０に保持される。サンプルホールド回路６０内にはコンデンサが配置されており、ＲＳＳＩトリガ信号の立ち上がりのタイミングで、モニタ電圧Ｖａは、ＡＤコンバータ７０に入力される。ＡＤコンバータ７０は、サンプルホールド回路から入力されたモニタ電圧Ｖａをアナログ値からデジタル値に変換する。デジタル値に変換されたモニタ電圧Ｖａは、マイコン８０に記録される。

図２（ａ）から（ｆ）は、実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００の動作を示すタイミングチャートである。図２（ａ）は受信したバースト光信号λａの光受信パワー［ｄＢｍ］を示しており、図２（ｂ）は光受光素子１０で生成されるモニタ電流Ｉｂ［Ａ］を示しており、図２（ｃ）はＲｅｓｅｔ信号［Ｖ］を示しており、図２（ｄ）はＲＳＳＩトリガ信号［Ｖ］を示しており、図２（ｅ）は抵抗器３０とＭＯＳトランジスタ４０の合成抵抗値［Ω］を示しており、図２（ｆ）はモニタ電圧Ｖａ［Ｖ］を示している。また、図２（ｂ）における点線は、モニタ電流Ｉｂの上限値及び下限値を示している。図２（ｆ）における一点鎖線は、モニタ電圧Ｖａの電圧閾値Ｖｔを示しており、点線は、モニタ電圧Ｖａの上限値を示している。

図２（ａ）から（ｆ）の横軸には、時間（時間帯）Ｔ_１からＴ_５が示されている。図２（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_１からＴ_４には、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を受信する場合が示されており、図２（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_５には、光受光素子１０が、光信号レベルが小さい光信号を受信する場合が示されている。図２（ａ）から（ｆ）に示されるように、光受光素子１０が光信号を受信すると、光信号の光受信パワーに対応するモニタ電流Ｉｂが生成される（図２（ｆ）参照）。

図２（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_１には、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を断続的に受信する場合が示されている。図２（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_１に示されるように、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を断続的に受信する場合には、モニタ電圧Ｖａは低下せずに一定の電圧が確保されている。

図２（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_２からＴ_４には、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合が示されている。図２（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_２からＴ_４に示されるように、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合には、光受光素子１０が発熱して光受光素子１０の増倍率が低下することにより、時間Ｔ_２の途中からモニタ電流Ｉｂが低下している（図２（ｂ）参照）。しかし、時間Ｔ_３からＭＯＳトランジスタ４０をＯＦＦ状態に制御することにより、抵抗器３０とＭＯＳトランジスタ４０とを含む電流電圧変換回路の合成抵抗値を増加させ（図２（ｅ）参照）、モニタ電流の低下分を補うことにより、モニタ電圧Ｖａを一定に保っている（図２（ｆ）参照）。

図２（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_５に示されるように、光受光素子１０が、光信号レベルが小さい光信号を受信する場合には、光受光素子１０の増倍率の低下は発生しないが、モニタ電圧Ｖａは電圧閾値Ｖｔ未満となるため、ＭＯＳトランジスタ４０はＯＦＦ状態となる。この場合、マイコン８０内に記録するフィッティング関数の決定時（例えば、フィッティング関数の係数の決定時）と実際の運用時（例えば、決定されたフィッティング関数による光受信パワーの算出時）の両方の場合で、ＭＯＳトランジスタ４０はＯＦＦ状態となることから、光受信パワーのモニタ精度が低下することはない。

《１−２》実施の形態１の動作
図３は、実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００の動作を示すフローチャートである。図３に示されるように、光受信パワーモニタ回路１００の動作の開始後に、ステップＳ１において、光受信パワーモニタ回路１００の光受光素子１０によってバースト光信号λａが受信され、受信したバースト光信号λａの光受信パワーに応じた電流Ｉａが生成される。ステップＳ２では、光受光素子１０によって生成された電流Ｉａに応じたモニタ電流Ｉｂが生成される。ステップＳ３では、生成されたモニタ電流Ｉｂが、抵抗器３０とＭＯＳトランジスタ４０とを含む電流電圧変換回路によってモニタ電圧Ｖａに変換される。

ステップＳ４では、平均値検出回路５０によってモニタ電圧Ｖａと電圧閾値Ｖｔとが比較される。モニタ電圧Ｖａが電圧閾値Ｖｔ未満である場合には（ステップＳ４においてＹＥＳ）、処理はステップＳ５に進み、平均値検出回路５０はＭＯＳトランジスタ４０をＯＦＦ状態になるように制御する。モニタ電圧Ｖａが電圧閾値Ｖｔ以上の場合には（ステップＳ４においてＮＯ）、処理はステップＳ６に進み、平均値検出回路５０はＭＯＳトランジスタ４０がＯＮ状態を維持するように制御する。

その後、処理はステップＳ７に進み、モニタ電圧Ｖａがサンプルホールド回路６０に保持される。ステップＳ８では、ＡＤコンバータ７０にて、サンプルホールド回路６０から入力されたモニタ電圧Ｖａがアナログ値からデジタル値に変換される。ステップＳ９では、デジタル値に変換されたモニタ電圧Ｖａが、マイコン８０に記録される。以上に説明した実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００の動作は、ＲＳＳＩトリガ信号の入力に同期して（例えば、周期的に）繰り返される。

《１−３》比較例との対比
図４は、比較例に係る光受信パワーモニタ回路１０１の概略的な構成を示す回路図である。図４において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１に示される符号と同じ符号が付される。図４に示されるように、比較例に係る光受信パワーモニタ回路１０１は、実施の形態１に係るパワーモニタ回路とは異なり、ＭＯＳトランジスタ４０及び平均値検出回路５０を有していない。比較例に係る光受信パワーモニタ回路１０１は、モニタ電流Ｉｂをモニタ電圧Ｖａに変換する抵抗値は一定であるため、光受光素子１０の増倍率低下によるモニタ電流Ｉｂの差分を抵抗値の補正により補償（調整）することができない。

図５（ａ）から（ｆ）は、比較例に係る光受信パワーモニタ回路１０１の動作を示すタイミングチャートである。図５（ａ）は光受信パワー［ｄＢｍ］を示しており、図５（ｂ）は光受光素子１０で生成されるモニタ電流Ｉｂ［Ａ］を示しており、図５（ｃ）はサンプルホールド回路６０に入力されるＲｅｓｅｔ信号［Ｖ］を示しており、図５（ｄ）はＲＳＳＩトリガ信号［Ｖ］を示しており、図５（ｅ）は抵抗器３０の抵抗を示しており、図５（ｆ）はモニタ電圧Ｖａ［Ｖ］を示している。図５（ａ）から（ｆ）の横軸には時間Ｔ_１からＴ_５が示されている。図５（ａ）から（ｆ）に示されるように、光受光素子１０が光信号を受信すると、光受光素子１０が受信した光信号の光受信パワーに対応するモニタ電流が生成される（図５（ｆ）参照）。

図５（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_２からＴ_５には、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合が示されている。図５（ａ）から（ｆ）の時間Ｔ_２からＴ_５に示されるように、比較例に係る光受信パワーモニタ回路１０１では、時間Ｔ_２の途中からモニタ電流Ｉｂが低下し（図５（ｂ）参照）、それに伴いモニタ電圧Ｖａが低下している（図５（ｆ）参照）。このように、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合には、光受光素子１０の増倍率が低下することによりモニタ電流Ｉｂが低下し、一定のモニタ電圧Ｖａを確保することができない。したがって、比較例に係る光受信パワーモニタ回路１０１の回路構成の場合、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合と断続的に受信する場合とで生じるモニタ電流Ｉｂの差を、抵抗値の制御で補正することはできず、モニタ電圧Ｖａに差分が生じ、モニタ出力の精度が低下する。

《１−４》実施の形態１の効果
図４及び図５に示される比較例の光受信パワーモニタ回路１０１とは異なり、実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００によれば、モニタ電流Ｉｂをモニタ電圧Ｖａに変換する抵抗器３０と並列して接続されたＭＯＳトランジスタ４０を有し、平均値検出回路５０によりモニタ電圧Ｖａを検出し、モニタ電圧Ｖａと予め定められた電圧閾値Ｖｔとを比較し、この比較の結果に基づいてモニタ電流Ｉｂをモニタ電圧Ｖａに変換するための合成抵抗値を制御する。これにより、実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００によれば、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合と光信号レベルが大きい光信号を断続的に受信する場合とで生じるモニタ電流Ｉｂの差分を、ＭＯＳトランジスタ４０の抵抗値の制御（ＭＯＳトランジスタ４０のＯＮ又はＯＦＦ）で補償し、出力されるモニタ電圧Ｖａを一定にすることが可能となる。したがって、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信するか、断続的に受信するかによらず、一定のモニタ出力を生成することができる光受信パワーモニタ回路１００を提供することができる。

《２》実施の形態２
《２−１》実施の形態２の構成
以下、本発明の実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００を図に基づいて説明する。実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００は、例えば、上記背景技術として説明したものと同様のＰＯＮシステムにおける光通信装置であるＯＬＴの光送受信器に備えられ、受信した光信号の光受信パワーをモニタするための回路である。なお、以下で説明する光受信パワーモニタ回路２００は、光受信パワーモニタ回路２００の制御方法の発明として捉えることも可能である。図６は、本発明の実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００の概略的な構成を示す回路図である。図６において、図１（実施の形態１）に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１に示される符号と同じ符号が付される。

図６に示されるように、実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００は、光受光素子１０と、カレントミラー回路２０と、抵抗器３０と、平均値検出回路５０ａと、サンプルホールド回路６０と、ＡＤコンバータ７０と、マイコン８０と、ダイオード９０と、ダイオード駆動プリアンプ９１とを有する。ダイオード９０とダイオード駆動プリアンプ９１とは、抵抗器３０に流れる電流を調整する調整回路を構成する。実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００は、平均値検出回路５０ａ、ダイオード９０、及びダイオード駆動プリアンプ９１を有する点、並びに、ＭＯＳトランジスタ４０を有しない点において、実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００と異なる。

実施の形態１に係る光受信パワーモニタ回路１００は、光受信パワーに応じてモニタ電流Ｉｂをモニタ電圧Ｖａに変換するための合成抵抗値を制御していたが、実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００では、光受信パワーに応じてダイオード９０に流れる電流を制御することで、抵抗器３０に流れる電流によって決まるモニタ電圧Ｖａを補正する。

具体的には、平均値検出回路５０ａは、電流閾値Ｉｔを記録する記憶部を有し、ＲＳＳＩトリガ信号が入力したタイミングでモニタ電流Ｉｂと電流閾値Ｉｔとを比較し、光受信パワーが低く、モニタ電流Ｉｂが電流閾値Ｉｔ以下の場合（Ｉｂ≦Ｉｔ）には、ダイオード９０には電流を流さないように、ダイオード駆動プリアンプ９１を制御する。平均値検出回路５０ａは、光受信パワーが高く、モニタ電流Ｉｂが電流閾値Ｉｔより大きい場合（Ｉｂ＞Ｉｔ）には、ダイオード駆動プリアンプ９１の出力バイアスを低下させ、ダイオード９０をＯＮ状態とすることによりダイオード９０に電流を流し、抵抗器３０に流れるモニタ電流Ｉｂを低くする。但し、平均値検出回路５０ａは、光受信パワーが大きいが、増倍率低下によりモニタ電流Ｉｂが下がっている場合には、ダイオード９０には電流を流さないように、ダイオード駆動プリアンプ９１を制御する。

図７（ａ）から（ｅ）は、実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００の動作を示すタイミングチャートである。図７（ａ）は受信したバースト光信号λａの光受信パワー［ｄＢｍ］を示しており、図７（ｂ）は光受光素子１０で生成されるモニタ電流Ｉｂ［Ａ］を示しており、図７（ｃ）はＲｅｓｅｔ信号［Ｖ］を示しており、図７（ｄ）はＲＳＳＩトリガ信号［Ｖ］を示しており、図７（ｅ）はモニタ電圧Ｖａ［Ｖ］を示している。また、図７（ｂ）における一点鎖線は、モニタ電流Ｉｂの電流閾値Ｉｔを示しており、点線は、モニタ電流Ｉｂの下限値を示している。図７（ｅ）における一点鎖線は、モニタ電圧Ｖａの下限値を示しており、点線は、モニタ電圧Ｖａの上限値を示している。

図７（ａ）から（ｅ）の横軸には、時間（時間帯）Ｔ_１からＴ_５が示されている。図７（ａ）から（ｅ）の時間Ｔ_１からＴ_４には、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を受信する場合が示されており、図７（ａ）から（ｅ）の時間Ｔ_５には、光受光素子１０が、光信号レベルが小さい光信号を受信する場合が示されている。図７（ａ）から（ｅ）に示されるように、光受光素子１０が光信号を受信すると、光信号の光受信パワーに対応するモニタ電流Ｉｂが生成される（図７（ｅ）参照）。

図７（ａ）から（ｅ）の時間Ｔ_１には、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を断続的に受信する場合が示されている。実施の形態１で説明したように、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を断続的に受信する場合には、増倍率低下によるモニタ電流Ｉｂの低下は発生しない（図２の時間Ｔ_１参照）。しかし、実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００においては、時間Ｔ_１は、光受信パワーが高く、モニタ電流Ｉｂが電流閾値Ｉｔより大きい場合（Ｉｂ＞Ｉｔ）であるため、平均値検出回路５０ａは、ダイオード駆動プリアンプ９１の出力バイアスを低下させ、ダイオード９０をＯＮ状態とすることによりダイオード９０に電流を流し、抵抗器３０に流れるモニタ電流Ｉｂを低く調整する。したがって、モニタ電圧Ｖａは低い値で安定する（図７（ｅ）参照）。

図７（ａ）から（ｅ）の時間Ｔ_２からＴ_４には、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合が示されている。図７（ａ）から（ｅ）の時間Ｔ_２からＴ_４に示されるように、光受光素子１０が、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信する場合には、光受光素子１０の増倍率が低下することによりモニタ電流Ｉｂが低下している（図７（ｂ）参照）。この場合には、平均値検出回路５０ａは、ダイオード９０に電流を流さずに、モニタ電流Ｉｂが低い値を取るように調整する。したがって、モニタ電圧Ｖａは低い値で安定する（図７（ｅ）参照）。

《２−２》実施の形態２の動作
図８は、実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００の動作を示すフローチャートである。図８に示されるように、光受信パワーモニタ回路２００の動作の開始後に、ステップＳ１１において、光受信パワーモニタ回路２００の光受光素子１０によってバースト光信号λａが受信される。ステップＳ１２では、光受光素子１０によって受信したバースト光信号λａの光受信パワーに応じたモニタ電流Ｉｂが生成される。

ステップＳ１３では、平均値検出回路５０ａによってモニタ電流Ｉｂと電流閾値Ｉｔとが比較される。モニタ電流Ｉｂが電流閾値Ｉｔより大きい場合には（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１４に進み、ダイオード駆動プリアンプ９１の出力バイアスを低下させ、ダイオード９０をＯＮ状態とすることによりダイオード９０に電流を流し、モニタ電流Ｉｂを低く調整する。モニタ電流Ｉｂが電流閾値Ｉｔ以下である場合には（ステップＳ１３においてＮＯ）、処理はステップＳ１５に進み、平均値検出回路５０ａは、ダイオード駆動プリアンプ９１を駆動させず、ダイオード９０に電流は流さない。

その後、処理はステップＳ１６に進み、モニタ電圧Ｖａがサンプルホールド回路６０に保持される。ステップＳ１７では、ＡＤコンバータ７０にて、サンプルホールド回路６０から入力されたモニタ電圧Ｖａがアナログ値からデジタル値に変換される。ステップＳ１８では、デジタル値に変換されたモニタ電圧Ｖａがマイコン８０に記録される。以上に説明した実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００の動作は、ＲＳＳＩトリガ信号の入力に同期して（例えば、周期的に）繰り返される。

《２−３》実施の形態２の効果
以上のように、実施の形態２に係る光受信パワーモニタ回路２００によれば、ダイオード９０及びダイオード駆動プリアンプ９１を有し、光受信パワーに応じてダイオード９０に流す電流を制御することでモニタ電圧Ｖａが一定の値を取るように制御する。これにより、光信号レベルが大きい光信号を連続的に受信するか、断続的に受信するかによらず、一定のモニタ出力を実現する光受信パワーモニタ回路２００を提供することができる。

１０光受光素子、２０カレントミラー回路（電流変換部）、３０抵抗器、４０ＭＯＳトランジスタ、５０，５０ａ平均値検出回路（制御部）、６０サンプルホールド回路、７０ＡＤコンバータ、８０マイコン、９０ダイオード、９１ダイオード駆動プリアンプ（ダイオード駆動回路）、１００，１０１，２００光受信パワーモニタ回路。

Claims

連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成する光受光素子と、
前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換部と、
前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記第１の電圧に基づいて前記電流電圧変換部を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記第１の電圧の平均値と予め定められた電圧閾値とを比較し、前記第１の電圧の平均値が前記電圧閾値未満である場合には前記第１の電圧を上げるように前記電流電圧変換部を制御する
光受信パワーモニタ回路。
連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成する光受光素子と、
前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換部と、
前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記第１の電圧に基づいて前記電流電圧変換部を制御する制御部と
を有し、
前記電流電圧変換部は、抵抗器と、前記抵抗器に並列に接続された電界効果トランジスタとを有し、
前記制御部は、前記第１の電圧と予め定められた電圧閾値とを比較し、前記第１の電圧が前記電圧閾値未満である場合には前記電界効果トランジスタをＯＦＦ動作するように制御し、前記第１の電圧が前記電圧閾値以上である場合には前記電界効果トランジスタをＯＮ動作するように制御する
光受信パワーモニタ回路。
前記電界効果トランジスタは、ＭＯＳトランジスタである
請求項２に記載の光受信パワーモニタ回路。
前記電圧閾値は、前記制御部に予め記憶されている
請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信パワーモニタ回路。
連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成する光受光素子と、
前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換部と、
前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記第２の電流に基づいて前記電流電圧変換部を制御する制御部と
を有し、
前記制御部は、前記第２の電流と予め定められた電流閾値とを比較し、前記第２の電流が前記電流閾値より大きい場合には前記第２の電流を低下させるように前記電流電圧変換部を制御する
光受信パワーモニタ回路。
前記電流電圧変換部は、抵抗器と、前記抵抗器に流れる電流値を調整する調整回路とを有し、
前記制御部による前記電流電圧変換部の前記制御は、前記抵抗器に流す電流値を下げる制御である
請求項５に記載の光受信パワーモニタ回路。
前記調整回路は、
ダイオードと、
前記第２の電流が前記電流閾値以上である場合に前記ダイオードに前記第２の電流の一部を流すダイオード駆動回路と
を有する請求項６に記載の光受信パワーモニタ回路。
前記電流閾値は、前記制御部に予め記憶されている
請求項５から７のいずれか１項に記載の光受信パワーモニタ回路。
前記電流変換部は、カレントミラー回路を有する
請求項１から８のいずれか１項に記載の光受信パワーモニタ回路。
前記光受光素子は、アバランシェフォトダイオードである
請求項１から９のいずれか１項に記載の光受信パワーモニタ回路。
前記第１の電圧を保持するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路に保持された前記第１の電圧をアナログ値からデジタル値に変換するＡＤコンバータと、
前記デジタル値に変換された前記第１の電圧を記録するマイコンと
を更に有する請求項１から１０のいずれか１項に記載の光受信パワーモニタ回路。
前記光信号は、バースト通信方式により受信される請求項１から１１のいずれか１項に記載の光受信パワーモニタ回路。
請求項１から１２のいずれか１項に記載の光受信パワーモニタ回路を有する光送受信器。
光受光素子によって連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成するステップと、
前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換ステップと、
前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換ステップと、
を有し、
前記電流電圧変換ステップにおいて、前記第１の電圧の平均値と予め定められた電圧閾値とを比較し、前記第１の電圧の平均値が前記電圧閾値未満である場合には前記第１の電圧を上げる
光受信パワーモニタ回路の制御方法。
抵抗器と、前記抵抗器に並列に接続された電界効果トランジスタとを有する光受信パワーモニタ回路の制御方法であって、
光受光素子によって連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成するステップと、
前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換ステップと、
前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換ステップと、
を有し、
前記電流電圧変換ステップにおいて、前記第１の電圧と予め定められた電圧閾値とを比較し、前記第１の電圧が前記電圧閾値未満である場合には前記電界効果トランジスタをＯＦＦ動作するように制御し、前記第１の電圧が前記電圧閾値以上である場合には前記電界効果トランジスタをＯＮ動作するように制御する
光受信パワーモニタ回路の制御方法。
光受光素子によって連続的に受信された光信号の強度に応じた第１の電流を生成するステップと、
前記第１の電流に応じた第２の電流を生成する電流変換ステップと、
前記第２の電流を、前記第２の電流に応じた第１の電圧に変換する電流電圧変換ステップと、
を有し、
前記電流電圧変換ステップにおいて、前記第２の電流と予め定められた電流閾値とを比較し、前記第２の電流が前記電流閾値より大きい場合には前記第２の電流を低下させる
光受信パワーモニタ回路の制御方法。