JPH02168125A - 受光された光出力の検出回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、請求項１の上位概念に記載の、光出力の検出
回路装置に関する。

従来の技術 Ｅ、ＢｒａｕｎおよびＢ、Ｓｔｕｍｍｅｒ著”　Ｄｉｇ
ｉＬａｌｓｉｇｎａｌｕｔｒａｇｕｎｇ　ａｕｆ　Ｌｉ
ｃｈｔｖｅｌｌｅｎｌｅ＋ｔｅｒ　１ｍＦｅｒｎｎｅｔ
ｚ　、　Ｔｅｌｃｏｍ　Ｒｅｐｏｒｒ　１０　（１９８
７）　５ｐｅｚｉａｌ“Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ−ｕｎｄ　
　ＬｅｉＬｕｎｇｓｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇｅｎ　　、
　　第９４頁ないし第９８頁から、線路端末装置および
光送信器と光受信器とを備えた中間再生器を含んでいる
、光導波体ケーブルへのデジタル信号伝送装置が既に公
知である。

発明が解決しようとする問題点 この形式の光通信伝送装置、殊に大きなダイナミック特
性を有するこの種の装置では、受光出力を測定すること
が望ましい。

従って本発明の課題は、受光器において、有利には簡単
な電圧計を用いて丁度その特販り出し可能な光出力をｉ
ｌｌ＋定することができる接続部、殊に測定端子を使用
することができるようにすることである。

アバランシホトダイオードのバイアス電圧を調整する調
整装置を含んでいるアバランシホトダイオードを備えた
受光器において、アバランシホトダイオードのバイアス
電圧を受光された光出力を指示するために用いることか
できる。

その際この特性曲線の勾配は著しく相異しているので、
特性曲線をセグメント形成によって直線化しなければな
らない。更にこの特性曲線は大きな逓倍係数において非
常に大きな勾配を有している。これにより、小さな光出
力において光出力指示の要求される精度に応えることは
殆ど不可能になる。更にこの特性曲線の評価は、状態°
″光なしパを指示するためにそのままでは適しない。

問題点を解決するための手段 本発明によれはこの課題は冒頭に述べた形式の回路装置
において、請求項１の特徴部分に記載の構成により解決
される。その際ホトダイオードのバイアス電圧の変化か
測定される。従ってこの測定はホトダイオードそのもの
の特性曲線ではなくて、特性曲線の微分商に基づいてい
る。微分商の評価によって指示はＳＮ比に殆ど無関係に
なり、それ故に有利にも状態′光なし″ないし非常に小
さな光出力の指示のためにも用いることができる。回路
装置は種々のタイプのホトダイオード、例えばゲルマニ
ウムアバランシホトダイオードまたはＳＡＭ−アバラン
ンホトダイオードまたは４個から成るアバランシホトダ
イオードに対しても同様適している。殊に本発明の回路
装置は、アバランシホトダイオードにおいて設定された
逓倍係数Ｍを評価することができる。

請求項２に記載の本発明の実施例では特性曲線の微分商
の対数が基準となるので、指示電圧と光出力との間の対
数関係が得られる。

請求項１にて特定された、ダイオード電流の、低周波電
流による変調のためｊ二種々の可能性がある。

請求項３に記載の実施例では変調器としてホトダイオー
ドに直列に設けられた電流加算器が用いられ、この電流
加算器はダイオード電流に比較的低い周波数の安定化さ
れた電流を重畳する。

受光器が、ダイオード電流を閉ループ調整回路の限界周
波数によって前厄て決められた周波数領域において一定
に保持する調整回路を有していれば、ダイオード電流の
変調は有利には請求項４に記載の手段を用いて行われる
。

ホトダイオードがアバランシホトダイオードであれば、
請求項５に記載の構成が有利であるアバランシホトダイ
オードが使用される場合には更に、回路装置に後続の調
整回路、殊に増幅度調整のためのような調整回路と考慮
して、請求項６に記載の手段が有利であることが認めら
れている。その際後続の調整回路が障害を受けずかつ測
定回路が制限を受けないようにすることになる。

請求項７に記載のように低周波バイアス電圧変化を検出
するための整流器回路として同期整流器が用いられる。

請求項８に記載の手段によれば３つの測定領域に対して
その都度最適な形式の測定が実現される。

比較的大きな光出力も指示すべきであるとき、対数化器
を２３１に利用することができる、請求項９に記載の本
発明の実施例が有利である。

請求項１Ｏに記載されたインピーダンス変換器によれば
、インピーダンス比がホトダイオードから測定回路によ
って実際に何ら変化されないことが保証される。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

以下の説明において使用される変数および定数は次の意
味を有している ！　　　ホトダイオードにおける電流 １　　　１次ホト電流 定数 光出力／ホト電流の変換係数 入射光出力 ホトダイオードの乗算係数 ホトダイオードの降伏電圧 ホトダイオードにおける電圧 Ｕ　　　指示電圧 第１図はホトダイオードに直列に接続された、低周波電
圧を重畳するための電流加算器を備えｔ二回路装置を示
す。第１図の回路装置において受光ダイオードとして用
いられるホトダイオード６の電流ＩＤに一定の振幅の低
周波電流ｌ　　が重畳される。その結果上じる、ホトダ
Ｆ イオード６のカソードに現れるバイアス電ＥＵの変化は
整流器回路９を用いて整流され、対数化器３において対
数化されかつ測定端子Ｍに接続されたリニヤな電圧計を
用いて測定される。

電流夏　　バイアス電圧Ｕと光出力ＰＬとのＤ’ 間に次の関係がある： ＰＬ−ｂ畢！Ｓ その際ａおよびｂは定数である。

Ｕについて解くと次の式が成り立つ 微分方程式として次の式が成り立、つ ｄＵ　　　　　ＵＢｒ １Ｓ Ｂｒ Ｌ ΔＴ−７０°（−１０℃ないし＋６０℃）に経験的な近
似化方法を用いてこの式を次の関係に書き換えることが
できる。

電圧ｄＵを対数化すると、ｄＢで表される光出力と指示
電圧Ｕ　との間にリニヤな関係が得られる。

アバランンホトダイオードの乗算係数Ｍを、Ｍ・■　＝
ＩＤが一定に保持されるように調整すれば、一定のΔ■
を流すとき、指示電圧Ｕａを次のように表すことがでさ
る： Ｕ８　＝　　　ＩＯｇ（ＩＪＢ、−Ｃ）　　十　ｌｏｇ
　　ｐＬ　＝　　　Ｋ＋ｌｏｇ　　ＰＬ簡単な補償によ
って製品のばらつきに依存する定数Ｋを指示において考
慮することができるこの定数の温度依存性により無視で
きる程度の指示誤差しか生じない。

ＵＢｒ　”　ＵＢｒ２５’Ｃ（ｌ＋６６丁）ただしε−
０，１５％／　’Ｃおいて降伏電圧の１０％の変化が生
じ、これにより１ｄＢ未満の誤指示が生じる。

第１図は、ホトダイオード６によって受光された光出力
を求めるための回路装置を示している。ホトダイオード
６は、光電変換器に対応して設けられている高周波増幅
器７の入力側に接続されている。ホトダイオード６のバ
イアス電圧Ｕはバイアス電圧発生回路ｌから供給される
この回路１は、ホトダイオード６が受光した光出力に依
存してホトダイオード６のバイアス電圧を調整する調整
回路に属している。このようにして高周波有効信号電流
のピーク値が一定の値に調整される。調整回路は、高周
波増幅器７の出力側に接続されているピーク値整流器１
３および調整器１４を含んでいる。調整器１４はその実
際値入力側がピーク整流器１３の出力側に接続されてお
りかつ設定値入力側が設定値発生器１６に接続されてい
る。調整器１４の出力側はバイアス電圧発生回路ｌの制
御入力側１ａに導かれている。

二のようにしてＭ−１＝ＩＤが一定に保持される。

場合によって既存の変調回路を使用することができる。

バイアス電圧発生回路ｌとホトダイオード６との間に電
流測定回路２と電流加算器４との直列接続が設けられて
いる。低周波発生器５の出力側に接続されている電流加
算器４は、高周波有効信号電流に一定の振幅の低周波電
流を加算する。低周波電流の振幅は、有効信号対雑音比
ないしビット誤り率が実際に劣化しないように、小さく
選択されている。

バイアス電圧を導く、ホトダイオード６のカソードにイ
ンピーダンス変換器８が接続されている。インピーダン
ス変換器の出力側は整流器回路９の入力側に導かれてい
る。整流器回路９の出力側に電圧／を流度換器１０が後
置接続されている。電流測定回路２の出力側および電圧
／電流変換器１０の出力側は共通に対数化器３の入力側
に導かれている。回路装置の出力側〜１は対数化器３に
後置接続されているｔ流／電圧変換器１７の出力側に接
続されている。

低周波の電流の重畳により生じる測定すべき低周波の差
電圧ｄＵは、有利には同期整流器ないし乗算器である整
流器回路９において整流される。

整流器回路９が同期整流器によって形成されている特別
な実施例では、低周波補助信号が供給される、整流器回
路９の付加的な入力側は低周波発生器５に接続されてい
る。この実施例は整流器回路９と低周波発生器５との破
線で示された接続によって図示されている。

後続の調整回路に障害作用を及ぼさずかつ制限効果を測
定回路が受けないようにするためｌこ、変調は有利には
調節可能な乗算係数Ｍに基づいて、例えば値Ｍ＜１．１
に対して遮断されている。後続の調整回路として、殊に
増幅度の調整のために高周波増幅器７内に設けられてい
る調整回路を考慮することができる。比較的高い光出力
を指示するＩ；めに、乗算係数Ｍ−１から電流測定回路
２を用いて直接ダイオード電流１Ｄが測定される。この
電流は数デイケードを含んでいるので、この電流の対数
化された値が指示される。このために必要な電流対数化
器はバイアス電圧変化ｄＵを電圧／′Ｎ、ｖＬ変換器！
０を用いて相応の電流に変換しかつ電流対数化器３に供
給することによって２重に利用される入力電流の対数を
形成する適当な対数化器は例えば、Ｊ、Ｇ、Ｇｒａｅｍ
ｅ、　Ｇ、Ｅ、Ｔｏｂｅｙおよびり、Ｐ、Ｈｕｅｌｓｍ
ａｎ著の“０ｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅ
ｒｓ、　Ｍｅ　ＧＲＡＷ−ＨＩＬＬ　ＢｏｏにＣＯＭＰ
ＡＮＹ、　　１９７１年、第２６頁なしい第２６３頁　
から公知である。

第２図は調整器の設定値に低周波電圧か重畳されるホト
ダイオードの回路装置を示す。第２図に図示の回路装置
は第１図の回路装置とほぼ一致している。異なっている
のは、設定値発生器１６から供給される設定電圧が低周
波発生器１５の出力電圧に重畳されることである。低周
波発生器１５の周波数は、それが調整器限界周波数以下
にあるように選択されている。それ故に生じたバイアス
電圧変化は調整によって抑圧することができない。この
ようにして、調整電圧の目標値に低周波電圧を加算する
ことによって簡単に、低周波電流！。の重畳が行われる
。

この種の方法の利点は、ホトダイオードの高電圧側に作
用を与える必要がないということにある。

それ故に第１図とは異なって電流加算器４に代わって通
し接続線が設けられている。

付加的に比較器１２が設けられている。この比較器１２
はインピーダンス変換器８と共に、ホトダイオード６の
カソードに接続されている。比較器１２はホトダイオー
ド６に現れる電圧を入力側１２ｂに供給される遮断電圧
と比較しかつ比較器の出力側は低周波発生器１５の制御
入力側１５ａに導かれている。

乗算係数Ｍ＞１の値に対して電流測定回路２は適しない
。その理由はホト電流のオーダにある暗電流が乗算され
るからである。乗算係数がＭ　）　１であれば、比較器
１２は低周波発生器１５を作動接続する。

第１図およびｖｇ２図の回路装置ではそれぞれＭ・ｌ５
＝ＩＰか一定に保持される。

Ｍ・Ｉ　ｓ−１ｐを一定に保持せず、どんな光出力でも
最適な乗算係数Ｍを設定調整する回路装置では、同じく
生じる指示誤差は無視することができる。殊にそこにお
いて指示電圧は簡単に調整回路から取り出すことができ
る。

詳細が図示されている第３図に図示の回路装置は第２図
の回路装置とほぼ一致している。電流ＩＤはバイアス電
圧発生回路１１からホトダイオード６および高周波増幅
＠７０入力抵抗を介してアースに流れかつそこから対数
化器３の入力側に接続されているダイオードを介して回
路１１の接続端子ｔｔｂに戻る。回路ＩＩの接続端子１
１ｂは別の基準電位に接続されている０バイアス電圧を
導く、回路１１の接続端子と端子１１ｂとの間に抵抗２
１および２３から成る分圧器が設けられている。それ故
にこの分圧器を流れる電流は対数化器３を流れる電流■
。

の測定に影響することがない。

遮断回路１８は、抵抗２１および２３から成る、ホトダ
イオード６に直列に設けられているダイオード電流が流
れる分圧器を含んでいる。分圧器の、ホトダイオードと
は反対側に設けられている抵抗２１に並列に、コンデン
サ２２か設けられている。分圧器にホトダイオード６の
バイアス電圧が加わる。抵抗２１は調整抵抗として形成
されているので、分圧比が調整される。分圧器のタップ
は演算増幅器２５のマイナス入力側に導かれており、一
方プラス入力側は、設定電圧に接続されている別の分圧
器２４のタップに接続されている。抵抗２６を用いてシ
ュミント・トリガに構成されている比較器２５の出力側
は、低周波発生器１５に含まれているタイマー２０の制
御入力側２０ａに導かれている。ホトダイオードのバイ
アス電圧が前厄て決められた値を下回ると（Ｍ＜１．１
）、タイマ−２０は停止しかつ調整器１４ａ、１４ｂに
は低周波は供給されない。

タイマー２０は制御入力側２０ａを有しかつ制御入力側
２０ａに加わる遮断信号を用いて停止させることができ
る。

インピーダンス変換器８は、高域フィルタ２７．２８お
よび演算増幅器２９から成るチェーン回路を含んでいる
。演算増幅器２９は高域フィルタのコンデンサ２７を介
してホトダイオード６のカソードに接続されている。従
ってホトダイオード６のカソードに加えられている、比
較的高いバイアス電圧は演算増幅器２９の入力側に作用
しないようになっている。高域フィルタは直列分岐にコ
ンデンサ２７およびこれに統〈並列分路に高抵抗の抵抗
２８を含んでいる。

高域フィルタは、低周波発生器１５から到来する低周波
が通るように回路定数が定められている。

エミッタホロワとして作動する演算増幅器２９はその入
力側に比較的高い抵抗を有しかつその出力側に比較的低
い抵抗を有している。これによりインピーダンス変換器
８は、ホトダイオード６におけるインピーダンス比が整
流器回路９によって実際に影響されないことを保証する
インピーダンス変換器８の出力側に接続されているコン
デンサ３０に整流器回路９が接続されている。

整流器回路９は、能動的な全波整流器として形成されて
いるピーク値整流回路３１を含んでいる。ピーク値整流
回路３Ｉに、能動低域フィルタとして低周波をろ波する
ろ波回路３２が接続されている。この回路３２に続く電
圧／電流変換器１０は演算項４ｇ器３３を用いて構成さ
れている。能動電圧／Ｗ流変換器１０の出力側に接続さ
れているダイオード３４は減結合作用をしかつ対数化器
３の入力側に接続されている回路点ａに導かれている。

この回路点にて、電流測定回路２から到来するＴＩＬ流
および電圧／’を流度換器ＩＯから到来する電流が加算
される。

調整６１４は、設定値入力測子が共通の設定値発生器１
６に接続されておりかつ、ＲＣ直列接続１９を介してタ
イマー２０の出力側に接続されている２つの調整増幅器
を含んでいる。調整増幅器＋４ａおよび＋４ｂの設定値
入力側は共通にピーク値検波器１３の出力側に接続され
ている。調整増幅器１４ａはホトダイオード６のバイア
ス電圧の調整のために用いられる。調整増幅器１４ｂは
高周波増幅器７の増幅度を制御する。その際発生される
調整電圧は高周波増幅器７の制御入力側に対して付加的
ｌコ、電圧／電流変換器３７を介して対数化器３の出力
側にも導かれている。ホトダイオード６のバイアス電圧
および増幅器７の増幅度の調整は、光出力の小さい場合
まずバイアス電圧が調整されかつ光出力が増大する際に
（Ｍ＜１．１）増幅器７の高周波増幅度が調整されるよ
うに、行われる。後者の場合低周波発生器Ｉ５は遮断さ
れている。

回路点すにおいて、対数化器３の出力電流。

電圧／電流変換器３７の出力電流および定ＴＩＬｖＬ０
１３５の出力電流か加算されＯ０ 光出力が小さい場合−殊に乗算係数〜１＜　１．ｔの場
合−光出力は回路手段８．９およびＩＯを用いて測定さ
れる。受信される光出力のこの領域において、ホトダイ
オード６を流れる電流自体は対数化器３の入力側におい
て無視することかできる。定電流源３５から回路点すに
供給される電流は対数化器３の出力？を流に対して反対
の極性を有し、その結果対数化器３の出力電流から一定
の値か減算される。これにより、対数化器３の入力電流
を、それがホト電流より著しく大きいが、回路点ａにお
いてそれ自体加算されるホト電流が影響を受けないよう
に選択することができるようになる。

回路手段８．９およびｌＯを用いて特性曲線の勾配が求
められるので、光出力の指示は比較的小さな値でも系の
最小の感度として評価することかできる。殊に状態光な
し゛を指示することができる。

説明した下側の電流領域に、高周波増幅器７に供給され
る調整電圧の測定が行われる真ん中の電流領域が続く。

この調整電圧は実際に回路点すにおいてのみ作用する。

その理由はこの測定領域（Ｍ＜　１．１　）において定
電流源３５および低周波発生器１５が遮断されているか
らである。

光出力の上側の測定領域において電圧／電流変換器３７
から回路点すに供給される電流は一定である。というの
は高周波増幅器７において調整領域の限界値に達してい
るからである。それ故に対数化器３に供給されるダイオ
ード電流Ｉｏのみが作用する。高周波増幅器７の調整領
域の限界値に達すると、出力側Ｍにおける出力電圧ＵＡ
は受光された光出力の増大とともに更に増大する。その
理由はその時回路点すに対数化器３の出力電圧の上昇が
相応に生じるからである。

第４図はアバランシホトダイオードの特性曲線の典型的
な経過を示している。アバランシホトダイオードの特性
曲線は比較的大きなばらつきを有している。その際この
特性曲線は電圧Ｕ　　に従って電圧軸の方向に平行に推
移するｒ この偏差は数ボルトに及ぶことがある。特性曲線の経過
は維持されかつ電圧軸の方向における位置のみが異なっ
ているので、特性曲線の勾配に基づいている測定結果は
有利にも特性曲線の上述の推移に無関係である。

発明の効果 本発明によればホトダイオードのバイアス電圧の変化が
測定されるので、測定はホトダイオード自体の特性曲線
にではなくて、特性曲線の微分商に基づいて行われる。

微分商の評価によって指示はＳＮ比には殆ど無関係であ
り、従って“光なし′の状態ないし非常に小さな光出力
の指示のためにも用いることかでさるという特長を有し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ホトダイオードに直列に設けられている、低
周波電圧を重畳するための電流加算器を備えた回路装置
のブロック回路図であり、第２図は、調整器の目標値に
低周波電圧が重畳されるホトダイオードを備えた回路装
置のブロック回路図であり、第３図は、第２図の回路装
置の詳細な回路図であり、第４図は、ホトダイオードの
特性曲線を示す線図である。 ｌ・・・調整回路、３・・・対数化器、５，１５・・・
低周波発生器、６・・・ホトダイオード、８・・・イン
ピダンス変換器、９・・・整流器回路、ｌＯ・・・電圧
／Ｗ流変換器、１２・・・比較器、１４・・・調整器Ｎ
Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ホトダイオードのバイアス電圧が調整回路（１）を
   用いて受光された光出力に依存して調整される、受光器
   のホトダイオード（６）によって受光された光出力の検
   出回路装置において、 該検出回路装置は変調回路を含んでおり、 該変調回路を用いてホトダイオード（６）のホト電流に
   一定の振幅の低周波電流が重畳されかつ前記ホトダイオ
   ード（６）に整流器回路（９）が接続されており、該整
   流器回路は重畳された低周波電流から結果的に生じる低
   周波電圧を整流しかつ該整流器回路の出力側は指示回路
   を接続するための測定出力側（Ｍ）に導かれていること
   を特徴とする光出力の検出回路装置。 ２、整流器回路（９）と測定出力側（Ｍ）との間に対数
   化器（３）が設けられていることを特徴とする請求項１
   記載の光出力の検出回路装置。 ３、ホトダオード（６）のホト電流は、低周波発生器に
   接続されている電流加算器を介して導かれていることを
   特徴とする請求項１記載の光出力の検出回路装置。 ４、調整回路が設けられており、該調整回路はホトダオ
   ード（６）のホト電流を一定に保持しかつ前記調整回路
   （調整器１４）の設定値入力側に供給される設定値に低
   周波電圧が供給され、該低周波電圧の周波数は閉ループ
   調整回路の限界周波数より小さいことを特徴とする請求
   項１または２記載の光出力の検出回路装置。 ５、ホトダオード（６）はアバランシホトダオードによ
   って形成されておりかつ変調回路がその都度最適の乗算
   係数を設定するための調整回路に属していることを特徴
   とする請求項１記載の光出力の検出回路装置。 ６、ホトダオード（６）はアバランシホトダオードによ
   って形成されておりかつ前記アバランシホトダオードの
   乗算係数の前以て決められた値を下回った際にダイオー
   ド電流の変調を遮断するための遮断回路（比較器１２）
   が設けられていることを特徴とする請求項１から４まで
   のいずれか１項記載の光出力の検出回路装置。 ７、整流器回路（９）は同期整流器によって形成されて
   おり、該同期整流器はホトダイオード（６）および低周
   波発生器（５、１５）に接続されていることを特徴とす
   る請求項１から６までのいずれか１項記載の光出力の検
   出回路装置。 ８、検出すべき光出力の真ん中の領域に対して、受光器
   の調整素子に供給される調整量を測定する回路が設けら
   れていることを特徴とする請求項２から７までのいずれ
   か１項記載の光出力の検出回路装置。 ９、ホトダイオード（６）に直列に、対数化器（３）に
   安定化された電流を供給する電流測定回路が設けられて
   おり、かつ整流器回路（９）と対数化器との間に電圧／
   電流変換器（１０）が設けられていることを特徴とする
   請求項１から９までのいずれか１項記載の光出力の検出
   回路装置。 １０、ホトダイオード（６）と整流器回路（９）との間
   にインピーダンス変換器（８）が設けられていることを
   特徴とする請求項１から９までのいずれか１項記載の光
   出力の検出回路装置。