JPH02288709A - 受光増幅器 - 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） この発明は、光伝送系における光受信装置の受光増幅器
に関するものである。

（従来の技術） 第２図は、例えば「＾ｎ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｒｅｐｅａ
ｔｅｒ　ｗｉｔｈＨｉｇｈ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　Ｉｎ
ｐｕｔ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」（Ｔｈｅ　ＢｅｌｌＳｙ
ｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ、Ｖｏ
ｌ、８３．Ｎｏ、４．Ａｐｒｉ１１９７４、Ｂｙ　Ｊ、
Ｅ、ＧＯＥＬＬ　）に示された従来の受光増幅器の回路
構成を示す図である。図において、（１）はフォトダイ
オード（以下ＰＤと略記する）、（２）はバイアス抵抗
、（３）は増幅器、（４）は微分回路、（５）は抵抗、
（６）はコンデンサ、（７）は抵抗である。

第３図は、第２図に示す受光増幅器においてＰＤ（１）
を等価回路にした図である。図において、（２）はバイ
アス抵抗、（３）は増幅器、（４）は微分回路、（５）
は抵抗、（６）はコンデンサ、（７）は抵抗、（１３）
はＰ　Ｄ　（１）の等価電流源、（１４）はＰＤ接合容
量である。

次に、上記第２図に示す従来の受光増幅器の勤作につい
て、第３図を参照して説明する。受信された光信号はＰ
　Ｄ　（１）により電流信号に変換され、バイアス抵抗
（２）　により電圧信号に変換され増幅器（３）に入力
される。増幅器（３）　はバイアス抵抗（２）　により
変換された電圧信号を増幅し、微分回路（４）　に入力
する。この微分回路（４）にて出力信号をもとの入力信
号と等価なものにし、受信データとして出力する。

さて、第３図にＰＤ接合容量（１４）、バイアス抵抗（
２）、抵抗（５）　　コンデンサ（６）、抵抗（７）の
値を、それぞれＣｐｏ　（Ｆ）　、Ｒｈ　（Ω）、Ｒｔ
（Ω）、ＣＩ（Ｆ）　　Ｒ２（Ω）とする。Ｐ　Ｄ　（
１）の等価電流源（１３）の電流を■、増幅器（３）の
利得特性Ａを（ｊω）とすると、増幅器（３）の出力電
圧ｖＡは、１＋ｊ　　ω　Ｒｂ　　ｃｐ。

・・・（１−１） 微分回路の伝達間数Ｈ（ｊω）　　（＝ｖｏｕＴ／ｖＡ
）は、 ・・・（１−２） 従って、受光増幅器の電流・電圧変換利得Ｚ（ｊω）は
、 Ｒｈ ここで、（Ｒｂ　Ｃｐｏ”Ｒｔ　ＣＩ　）　　　　　　
　・・・（１−３）そして、例えば周波数帯域をＢとす
ると、Ｒ２、ＣＩは、 ２　π　ｕｓ　　ｃｔ 従って、周波数特性Ｚ（ｊω）は、 となり、増幅器（３）　とほぼ同等の周波数帯域を有す
る。

次に、第２図に示す受光増幅器の最大受光電力を考える
。ＰＤ（１）のバイアスが小さく成るとＰＤの周波数特
性、感度ａ（＾／Ｗ）は、共に著しく劣化する。最大受
光電力１’ａａｘ（Ｗ）を、Ｐ　Ｄ　（１）のバイアス
が０（ｖ）　と成る受光電力で規定すると、ａ−Ｒ。

ここで、電源電圧ｖｃｃ　ｓ感度ａ１バイアス抵抗Ｒｂ
ノ値を、５（Ｖ）、０．８（Ａ／Ｗ）　　　１０（ＫΩ
）とすると、最大受光電力Ｐｍａｘ（Ｗ）は、Ｐ□、＝
　０．４１２５（ｍＷ）である。

上記の最大受光電力Ｐ１６１１に以上の光入力は、原理
的に不可能である。

（発明が解決しようとする課題　） 従来の受光増幅器は、以上のように構成されているので
、（１−３）式より明らかなように、バイアス抵抗Ｒｈ
の抵抗値を大ぎくとり、電流・電圧変換利得Ｚ（ｊω）
を大きくして受光増幅器の高感度化を図ると、（１−５
）式に示す最大受光電力Ｐｍａｘ（”ｖｃｃ　／ａ−ｔ
ｔｂ　）は、Ｒｈの高抵抗化により小さくなるといった
問題点があった。

本発明は係る問題点を解決するためになされたもので、
高感度な受信特性を保ちつつ、最大受光電力の大きな、
受光増幅器を得ることを目的とする。

（Ｒ１題を解決するための手段） この発明に係る受光増幅器は、一方の電極を電源側へ、
他方の電極をバイアス抵抗を通して接地側へ接続した受
光素子と、上記受光素子と上記バイアス抵抗の接続点に
入力が接続される増幅器と、増幅器の出力に接続された
抵抗及びコンデンサから成る微分回路と、上記受光素子
の受光レベルを検出し制御信号を出力する光レベル検出
器と、上記バイアス抵抗の両端に並列接続され、上記バ
イアス抵抗より小さい第一の抵抗及び上記光レベル検出
器の制御信号により低抵抗状態、高抵抗状態となる第１
のスイッチからなる直列回路と、上記微分回路の両端に
並列接続され、第２の抵抗と上記光レベル検出器の制御
信号により低抵抗状態、高抵抗状態となる第２のスイッ
チからなる直列回路を備えたものである。

〔作用〕

本発明による受光増幅器は、光レベル検出器により受信
レベルが大きいことを検出した場合には第１のスイッチ
及び第２のスイッチをＯＮ（低抵抗状態）として、受光
素子のバイアス抵抗を下げることにより、受光素子のバ
イアス電圧を確保し、最大受光電力を大きくするととも
に、増幅器入力部の時定数と微分回路の時定数を一致さ
せることにより、良好な受光増幅器出力が得られるよう
にしたものである。

（実施例） 図１はこの発明の一実施例である受光増幅器の回路構成
を示す図で、第２図に示す従来例と同−又は相当部分は
同一符号を用いて表示してあり、その詳細な説明は省略
する。図において、（８）は光レベル検出器、（９）は
第１の抵抗、（ｌＯ）は光レベル検出器（８）の制御信
号により低抵抗状態、高抵抗状態となる第１のスイッチ
、（１１）は第２の抵抗、（１２）は第１スイツチ（ｌ
Ｏ）のスイッチと同一の動作をする第２のスイッチであ
る。

次に、本実施例の受光増幅器の動作について説明する。

この受光増幅器は、第２図に示す従来例に光レベル検出
器（８）、第１の抵抗（９）、光レベル検出器（８）の
制御信号により低抵抗状態、高抵抗状態となる第１のス
イッチ（ｌＯ）、第２の抵抗（１１）、第１のスイッチ
（１０）と同一の動作をする第２スイツチ（１２）を付
加したものであり、その他の部分は上記従来例と同様の
動作を行なう。今、Ｐ　Ｄ　（１）に多量な光が人力し
光レベル検出器（８）から制御信号が出力された場合、
第１のスイッチ（１０）及び第２のスイッチ（１２）は
低抵抗状態となる。ここで第１の抵抗（９）、第２の抵
抗（１１）をそれぞれＲｂ′（Ω）、Ｒ１’（Ω）とし
、第１のスイッチ（１０）及び第２のスイッチ（１２）
の抵抗は無視で縫るとすると、制御信号を受けてスイッ
チ（１０）が低抵抗状態となった場合の最大受光電力Ｐ
□８（Ｗ）は、 （（Ｒｂ／／Ｒｂ’）Ｃｐｏ　　”　（Ｒ１／／Ｒ１’
）ｃ＋）　　　・・・　（１−９）、この時のＺ（ｊω
）は、 Ｒ。

ここで、Ｒｈ’　≦Ｒ５とすると（Ｒｈ／／Ｒｈ’）≦
Ｒ１であるから、 ａ−Ｒ１゜ 従って、最大受光電力が大きくなる。

また、制御信号を受けて第２のスイッチ（１２）が低抵
抗状態となった場合の変換利得Ｚ’　　（ｊω）は、 となる。

ここで、Ｒ８°　は次式を満たすように設定する、・・
・（１−１０） ここで、Ｈ，ｌ　＜Ｒ，、Ｒｂ’　＜Ｒｂとなり、制御
信号を受けて第２のスイッチ（１２）が低抵抗状態とな
フた場合にも上記（１−４）式で示すような従来例と同
一の周波数特性が得られ、良好な出力波形が得られる。

なお、上記実施例では、受光素子としてＰＤを用いた場
合を示したが、アバランシェフォトダイオードを用いた
場合にも同様の問題が発生する。

従って、この発明はアバランシェフォトダイオードを用
いた受光増幅器においても、上記実施例と同様の効果を
奏する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、受光増幅器において、
光レベル検出器により受光電力が大きいことを検出した
場合には第１のスイッチ及び第２のスイッチを低抵抗状
態とし、バイアス抵抗Ｒｂを抵抗Ｒｂｌの並列抵抗とす
ることにより、受光素子のバイアス電圧を確保して最大
受光電力を大きくするとともに、増幅器（３）の入力部
の時定数と微分回路の時定数を一致させることにより、
高感度な受信特性を保ちつつ最大受光電力の大きな受光
増幅器が得られるという優れた効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である受光増幅器の回路構
成を示す図、第２図は従来の受光増幅器の回路構成を示
す図、第３図は、第２図に示す受光増幅器におけるＰＤ
を等価回路とした回路を示す図である。 図において、（１）・・・フォトダイオード（ＰＤ）、
（２）・・・バイアス抵抗、（３）・・・増幅器、（４
）・・・微分回路、（５）・・・抵抗、（６）・・・コ
ンデンサ、（７）・・・抵抗、（８）、・・・光レベル
検出器、（９）　、（１１）・・・第１、および第２の
抵抗、（１０）　、　（１２）・・・第１、および第２
のスイッチ、（１３）・・・ＰＤ等価電流源、（１４）
・・・ＰＤ接合容量である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方の電極を電源側へ、他方の電極をバイアス抵抗を通
   して接地側へ接続した受光素子と、上記受光素子と上記
   バイアス抵抗の接続点に入力が接続される増幅器と、増
   幅器の出力に接続された抵抗及びコンデンサから成る微
   分回路を備えた受光増幅器において、上記受光素子の受
   光レベルを検出し制御信号を出力する光レベル検出器と
   、上記バイアス抵抗の両端に並列接続され、上記バイア
   ス抵抗より小さい第一の抵抗及び上記光レベル検出器の
   制御信号により低抵抗状態、高抵抗状態となる第１のス
   イッチからなる直列回路と、上記微分回路の両端に並列
   接続され、第２の抵抗と上記光レベル検出器の制御信号
   により低抵抗状態、高抵抗状態となる第２のスイッチか
   らなる直列回路を備えたことを特徴とする受光増幅器。