JPH02209029A - 自動利得制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば光中継器等に用いられる自動利得制御
装置に係わる。

（従来の技術） 一般に、光通信の光中継器等の受信系には、入力した光
信号の振幅が劣化することなく送信系へ伝送されるよう
に、電気信号に変換された入力、信号の利得を自動的に
制御する自動利得制御装置が備えられている。

第３図は、従来の自動利得制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。第３図で、（１）は受光素子、例えばアバ
ランシェフォトダイオード（以下ＡＰＤと略記）である
。このＡ　Ｐ　Ｄ　（１）には信号の増倍作用があり、
バイアス電圧の変化により、その増倍率が制御される。

Ａ　Ｐ　Ｄ　（１）より出力された信号は、可変利得増
幅器（２）に入力し、ここで信号の増幅が行われる。

前記可変利得増幅器（２）より出力された信号は、ピー
ク検出回路（３）に入力し、ここで信号の振幅のピーク
値が検出される。ピーク検出回路（３）より出力された
信号は、比較器（４）に入力する。

この比較器（４）では、前記ピーク検出回路（３）より
出力される信号の電圧と、ある基準電圧（Ｅｒ）との比
較が行われる。

例えば、ピーク検出口路（３）より出力される信号の電
圧が、前記基準電圧（Ｅ「）より低い場合は、この比較
器（４）から出力された信号によって電圧制御回路（５
）を介して、Ａ　Ｐ　Ｄ　（１）のバイアス電圧を変化
させることによって、ＡＰＤ（１）の増倍率を制御する
。

同時に、比較器（４）の出力信号によって前記可変利得
増幅器（２）の利得を制御する。上記した制御動作によ
り可変利得増幅器（２）からの出力信号の振幅は、ＡＰ
Ｄ（１）で受光する光入力レベルによらず一定に保たれ
る。

可変利得増幅器における利得は、光入力レベルが低い場
合、例えばピーク検出回路（３）の出力信号の電圧が、
前記基準電圧（Ｅｒ）より低い場合、比較器（４）から
出力される制御信号により、一定値に制御されている。

そして光入力レベルの変動に対しては、主に、増倍率を
変化させて可変利得増・幅器（２）の出力振幅を一定に
している。光入力レベルが上昇した場合、例えば、前記
ピーク検出回路（３）より出力される信号の電圧が、前
記基準電圧（Ｅ「）より高くなった場合、比較器（４）
からの制御信号により、Ａ　Ｐ　Ｄ　（１）での増倍は
停止し、可変利得増幅器（２）の利得を変化させること
により、出力振幅を一定に保つようにする。

第４図は、第３図のような自動利得制御装置で光入力レ
ベルとＡ　Ｐ　Ｄ　（１）の増倍率および可変利得増幅
器（２）の利得との関係の一例を示す図である。

第４図で、実線で示されるグラフは、光入力信号レベル
と増倍率との関係１点線で示されたグラフは光入力信号
レベルと利得との関係を示すものである。

第４図に見られるように、光入力レベルが小さい場合、
利得は一定値であり、光入力レベルの上昇に伴い、増倍
率は低下して一定値となり、利得も低下する。

上記のように増倍率及び利得を制御することにより、可
変利得増幅器の出力信号の振幅は一定に保たれる。

ところで、ＡＰＤは雑音を発生し、その値は増倍率によ
って変化することが知られている。またＡＰＤは固有の
Ｓ／Ｎ比最大となる増倍率（最適増倍率）を有している
。ＡＰＤの増倍率の制御の種類別の光入力レベルと光中
継器の受信系でのＳ／Ｎ比との関係は第５図のようにな
る。

第５図で、実線で示されたグラフは増倍率をＳＺＮ比最
大となるように制御した場合であり、点線で示されたグ
ラフは増倍率をある一定の値で制御した場合、−点鎖線
で示されたグラフは、増倍率を可変に制御した場合のグ
ラフである。

第５図に示すように、Ｓ／Ｎ比は光入力レベルが増大す
ると増倍率を固定にした方が、可変にした場合に比べ向
上することがわかっている。

しかしながら、ＡＰＤの増倍率を常に固定とした場合は
、ＡＰＤで受光する光信号の受信レベルのダイナミック
レンジが制限されてしまい悪化すするという問題があっ
た。

（発明が解決しようとする課題） 前記したように、ＡＰＤは雑音を発生し、光入力信号の
入力レベルが上昇すると受信系のＳ／Ｎ比は、増倍率を
固定にした方が、可変にした場合に比べて向上すること
がわかっている。

しかしながら、ＡＰＤの増倍率を常に固定とした場合、
ＡＰＤで受光する光信号の受信レベルのダイナミックレ
ンジは制限されるので、受光する光入力信号のレベルに
よらずに可変利得増幅器の出力信号の振・幅をある一定
の値にすることが困難となる。

本発明は上記の欠点に鑑みて考えられたもので、受信系
のＳ／Ｎ比を向上させ、受光する光入力信号のダイナミ
ックレンジの悪化を抑える自動利得制御装置を提供する
ことを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決する手段） 本発明の自動利得制御装置では、受光した光信号を増倍
する受光素子と、前記受光素子より出力される信号を増
幅する可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器より出力
される信号の最大振幅を検出するピーク検出回路と、前
記ピーク検出回路より出力される信号の電圧と第１の基
準電圧とを比較して、前記可変利得増幅器の利得を制御
する信号を出力する第１の比較器と、前記第１の比較器
より出力される信号の電圧と互いに相違する値をもつ第
２の基準電圧及び第３の基準電圧とを比較して、前記受
光素子のバイアス電圧を制御するための信号を出力する
第２の比較器と、前記第２の比較器より出力される信号
で、前記受光素子のバイアス電圧を制御する電圧制御回
路とを具備することを特徴とし、光入力レベルが上昇し
た場合でも受信系のＳ／Ｎ比の劣化を防ぎ、ダイナミッ
クレンジの悪化を抑えるように構成されている。

（作用） 光信号を受光する受光素子は、入力した光信号を増倍す
る作用を持つ。この受光素子の増倍率は、受光素子のバ
イアス電圧の変化により制御される。受光素子より出力
された信号は、可変利得増幅器に入力し信号の増幅が行
われる。可変利得増幅器より出力された信号は、ピーク
検出回路で信号の振幅のピークが検出された後、第１の
比較器に入力する。

この第１の比較器では、前記ピーク検出回路より出力さ
れた信号の電圧と第１の基準電圧との比較が行われ、第
１の比較器は、前記可変利得増幅器及び第２の比較器に
信号を供給する。

第２の比較器に人力する信号は、ここで第２の基準電圧
及び第３の基準電圧との比較が行われる。

第２の基準電圧と第３の基準電圧とは値が互いに異なり
、例えば第３の基準電圧は第２の基準電圧より大きいも
のとする。

前記第２の比較器に入力する信号の電圧が前記第２の基
準電圧以下の場合、または第３の基準電圧以上の場合は
、電圧制御回路は増倍率が受信系でのＳ／Ｎ比を最適と
するようにバイアス電圧を制御する。また、前記第２の
比較器に人力する信号の電圧が、第２の基準電圧より大
きく、第３の基準電圧より小さい場合は、電圧制御回路
でＡＰＤのバイアス電圧を変化させ、Ｓ／Ｎ比が劣化し
ないように増倍率を制御する。

一方可変利得増幅器の利得は、光入力レベルに応じて常
に制御されており、光入力レベルが低い場合は、利得が
大きくなるように、またレベルが上昇した場合は利得が
小さくなるよう制御され、上記のような増倍率及び利得
の制御をすることで、可変利得増幅器の出力振幅を一定
に保つようにする。

この結果、光入力レベルが上昇した場合でもＳ／Ｎ比の
劣化をふせぐことかでき、光入力信号のダイナミックレ
ンジの悪化を抑えることができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明に係る自動利得制御装置の実施例を示
すブロック図である。第１図で（１）は受光素子９例え
ばアバランシェフォトダイオード（以下ＡＰＤと略記。

）である。Ａ　Ｐ　Ｄ　（１）は、受光した光信号を電
気信号に変換する。このＡＰＤ　（１）には信号の増倍
作用があり、バイアス電圧の変化によりその増倍率が制
御される。ＡＰＤ（１）より出力された信号は、可変利
得増幅器（２）に人力されて信号の増幅が行われる。

前記可変利得増幅器（２）より出力された信号は、ピー
ク検出回路（３）に人力され、ここで信号の振幅のピー
クが検出される。

ピーク検出回路（３）より出力された信号は、第１の比
較器である比較器（４）に入力される。

この比較器（４）では、前記ピーク検出回路（３）より
出力された信号の電圧と第１の基準電圧との比較が行わ
れる。この比較器（４）では、例えば前記ピーク検出回
路（３）より出力された信号と前記第１の基準電圧との
差がとられる。

比較器（４）から出力された信号は、可変利得増幅器（
２）及び第２の比較器である比較、器（６）に入力する
。

比較器（６）に入力する信号は、ここで互いに値が相違
する第２の基準電圧及び第３の基準電圧との比較が行わ
れる。いま比較器（４）より比較器（６）に供給される
信号の電圧をＥｍ、前記第３の基準電圧をＥａ、第２の
基準電圧をＥｂとする。またＥａとＥｂはＥａ＞Ｅｂな
る関係にあるものとする。

比較器（６）では、例えばＥｍがＥｓ≦Ｅｂなる関係に
あった場合は、比較器（８）より出力される信号により
、電圧制御回路（５）は光中継器の受信系のＳ／Ｎ比を
最大にする最適増倍率になるようＡ　Ｐ　Ｄ　（１）の
バイアス電圧を制御する。このときの増倍率をＭｂとす
る。

次にＥａがＥｂ　＜Ｅｍ　＜Ｅａの関係にあった場合は
、比較器（６）より出力される信号により、電圧制御回
路（５）はＡ　Ｐ　Ｄ　（１）のバイアス電圧を変化さ
せてＳ／Ｎ比が劣化しないよう制御する。

そ°してＥＩがＥ■≧Ｅａの関係にあつた場合は、Ｅｍ
≦Ｅｂの場合と同様比較器（６）より出力される信号に
より、電圧制御回路（５）は、光中継器の受信系のＳ／
Ｎ比を最大にする最適増倍率になるようＡ　Ｐ　Ｄ　（
１）のバイアス電圧を制御する。このときの増倍率をＭ
ａとする。

一方、可変利得増幅器（２）の利得は、ＡＰＤ（１）で
受光する光信号の光入力レベルの大きさに応じて制御さ
れる。ピーク検出回路（３）より出力される信号電圧が
低い場合、即ち光入力レベルが低い場合は、比較器（４
）より出力される信号により可変利得増幅器（２）の利
得は大きくなるように制御される。また光入力レベルが
上昇した場合は、利得が小さくなるよう制御され、前記
ＡＰＤでの増倍とあわせて可変利得増幅器（１）より出
力される信号の振幅を一定にするよう制御される。

上記したように自動利得制御装置を構成した場合の光入
力レベルと可変利得増幅器の利得及びＡＰＤの増倍率と
の関係は第２図のようになる。

第２図で、Ａ　Ｐ　Ｄ　（１）で受光する光入力信号の
光入力レベルをＰとし、前記比較器（４）からの出力信
号の電圧ＥがＥａとなる光入力レベルをＰａ。

ＥがＥｂとなる光入力レベルをｐｂとする。

そして光入力レベルがＰａのときの可変利得増幅器の利
得をＧａ、同じ＜ｐｂのときの利得をＧｂとする。

第２図にみられるように、光入力信号のレベルＰがＰａ
以下の場合の増倍率はＳ／Ｎ比を最大にする最適増倍率
Ｍａで一定となり、可変利得増幅器の利得はＰの大きさ
に応じて変化する。

次にＰがＰａ＜Ｐ＜Ｐｂの関係にある場合は、Ｐの上昇
に伴ってＡＰＤの増倍率はＳ／Ｎ比が劣化しないように
ＭａからＭｂに変化し、可変利得増幅器の利得もＧａか
らＧｂに変化する。

またＰがｐｂ以上の場合は、増倍率はＳ／Ｎ比を最大に
する最適増倍率Ｍｂで一定となり、可変利得増幅器の利
得もＰの上昇に伴い大幅に小さくなる。

従って、光入力レベルが低い場合は、増倍率が最適増倍
率になっているのでＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことができる
。一方可変利得増幅器の利得は大きくなっているので、
光入力レベルの大きさによらずに出力振幅を一定にでき
る。

光入力レベルが上昇するに伴って、入力レベルのある区
間では増倍率は可変となるのでダイナミックレンジは広
がる。

さらに光入力レベルが上昇した場合は、増倍率は最適増
倍率となりＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことができる。一方可
変利得増幅器の利得は入力レベルにあわせ小さくなって
いるので出力振幅を一定にすることができる。

［発明の効果］ 以上詳述して６たように、本発明の自動利得制御装置に
よれば、光入力信号のダイナミックレンジの悪化を抑え
、光入力レベルが上昇した場合でも光中継器の受信系で
のＳ／Ｎの劣化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動利得制御装置の一実施例の構
成を示すブロック図、第２図は、本発明の実施例におけ
る光入力レベルと増倍率及び利得の関係を示す図、１２
１３図は従来の自動利得制御装置の構成を示すブロワ〉
図、第４図は従来例における光入力レベルと増倍率及び
利得の関係を示す図、第５図は増倍率の制御の種類別に
よる光入力レベルとＳ／Ｎ比との関係を示す図である。 １．ＡＰＤ ２、可変利得増幅器 ３、ピーク検出回路 ４、比較器 ５、電圧制御回路 ６、比較器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光した光信号を増倍する受光素子と、前記受光素子よ
   り出力される信号を増幅する可変利得増幅器と、前記可
   変利得増幅器より出力される信号の最大振幅を検出する
   ピーク検出回路と、前記ピーク検出回路より出力される
   信号の電圧と第１の基準電圧を比較して、前記可変利得
   増幅器の利得を制御する信号を出力する第１の比較器と
   、前記第１の比較器より出力される信号の電圧と互いに
   相違する値をもつ第２の基準電圧及び第３の基準電圧と
   を比較して、前記受光素子のバイアス電圧を制御するた
   めの信号を出力する第２の比較器と、前記第２の比較器
   より出力される信号で前記受光素子のバイアス電圧を制
   御する電圧制御回路とを具備することを特徴とする自動
   利得制御装置。