JPH04207644A - 光受信器 - 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］ 本発明は、広い受光電力範囲を有する光受信器に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、光受信器の最大受光電力は、光受信器の初段の増
幅回路のダイナミックレンジにより定まり、それよりも
大きい受光電力の際は、（１）光減衰器を受光素子の前
に挿入することにより、受光素子への入力される光電力
を制限する、或いは、（２）初段増幅回路あるいは更に
後段の増幅回路の出力信号を検出し、その振幅が一定位
置になるように連続的に利得を変化させる、ことにより
対処している。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、光減衰器を受光素子の前に挿入する形態では、
予め木刀する光電力を測定することが一必要となり、光
伝送経路の変更などにより受光電力が大きく変化した場
合には、その減衰量を設定し直すことが必要となる。

また、初段増幅回路の利得を変化させる形態では、特に
高速信号伝送の場合、増幅回路の利得を変化させるとそ
の動作が不安定となり易いため、増幅回路の安定化が難
しく、増幅回路の設計が複雑となってしまう、また、受
光素子には光入力信号がそのまま入力されるため、大受
光電力の際には受光素子の許容入力を越え、初段増幅回
路へ入力される電気信号が歪む場合もある。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、広
い受光電力範囲において動作することのできる光受信器
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の光受信器の第１の形態は、受光素子と、該受光
素子に接続される外部信号によりそのトランスインピー
ダンスを２値以上に切り替えることのできるトランスイ
ンピーダンス型増幅回路と、該増幅回路の出力信号の振
幅を検出する回路と、該信号振幅検出回路の検出信号を
予め設定した基準信号と比較するヒステリシス特性を有
する比較回路と、該比較回路出力により上記増幅回路の
トランスインピーダンスを切り替えるトランスインピー
ダンス制御回路とを有する構成のものである。

第２の形態は、光入力信号を２個以上の光減衰器に切り
替える第１の光スイッチと、該光スイッチに接続された
２個以上の光減衰器と、この光減衰器のなかで第１の光
スイッチが接続されている光減衰器を選択する第２の光
スイッチと、該第２の光スイッチの出力を受信する受光
素子と、受光素子の受光電力を検出する受光電力検出回
路と、該受光電力検出回路の検出信号を予め設定した基
準信号と比較するヒステリシス特性を有する比較器と、
その比較結果により第１及び第２の比較スイッチを切り
替える光スイッチ制御回路を有する構成のものである。

この場合において、第１及び第２の光スイッチと光減衰
器とを光集積回路により構成したり、更には、その光集
積回路部分をガラス導波路素子により構成することがで
きる。

［作用コ 本発明の第１の形態では、受光素子へ入力する光電力を
一定の範囲に制限し、更にその結果として初段増幅回路
への入力信号範囲を制限する。

また第２の形態でも、初段増幅回路の出力信号振幅を検
出して、受光素子の前に光減衰器を自動的に挿入するこ
とにより、受光素子へ入力する光電力を一定の範囲に制
限し、更にその結果として初段増幅回路への入力信号範
囲を制限する。

Ｅ実施例コ 以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の形態の実施例であり、受光素子
２と、該受光素子に接続され外部信号によりそのトラン
スインピーダンスを２値以上に切り替えることのできる
トランスインピーダンス型増幅回路８と、該増幅回路の
出力信号の振幅を検出する信号振幅検出回路１０と、該
信号振幅検出回路の検出信号を予め設定した基準信号と
比較するヒステリシス特性を有する比較回路１１と、該
比較回路出力により上記増幅回路のトランスインピーダ
ンスを切り替えるトランスインピーダンス制御回路とを
有する。このトランスインピーダンス制御回路は、トラ
ンスインピーダンス型増幅回路８の帰還抵抗５に抵抗６
及び外部電圧制御スイッチ７の直列回路を並列に接続し
て成る。

光入力１は、電源端子２と増幅回路８との間に接続した
受光素子３により光電変換され電気信号となる。この実
施例では、受光素子３にホトダイオードを用いているの
で、この信号は電流信号である。この電流信号はトラン
スインピーダンス型増幅回路８により電圧信号に変換さ
れ、出力電圧信号２１となり、出力端子９から出力され
る。信号振幅検出回路１０は出力信号２１から信号振幅
を検出し、振幅検出信号２２を出力する。比較器１１は
、この信号２２を比較基準電圧２３と比較し、比較出力
信号２４を出力する。

比較基準電圧２３の電圧値Ｖ２３は、抵抗１３゜１４の
値Ｒ１３，Ｒ１４及びそのときの比較出力信号２４の電
圧値Ｖ２４と基準電圧１２の電圧値Ｖ１２により、次式
で表される。

（Ｖ２４ＸＲ１４＋Ｖ１２ＸＲ＋３＞ （Ｒ１３＋　Ｒ１４＞ 比較出力信号２４をスイッチ制御信号として用い、外部
電圧制御スイッチ７へ入力する。

このときの動作を第２図を用いて説明する。この図で比
較器１１がヒステリシス動作を行う受光電力をＰＩ、Ｒ
２（ＰＬ＜Ｒ２＞とする。

先ず、受光電力Ｐｒが非常に小さい場合から徐々に大き
くして行く場合を考える。Ｐｒ＜Ｒ２のときＶ　２　ｓ
　＜　Ｖ　２４となっており、比較出力零力１ｖ２４は
ハイレベルｖＨであり、スイッチ７はオフの状態にある
。このときトランスインピーダンス型増幅回路８の負帰
還抵抗は抵抗５たけであり、そのトランスインピーダン
スはほぼ抵抗５の値Ｒ９に等しくなっている。このとき
の比較基準電圧２３の値をｖＴ、４とする。

受光電力Ｐｒを大きくして行き、ＰｒがＲ２より大きく
なった瞬間、即ちＶ２□〉ｖ２３となった瞬間、比較出
力信号２４はロウレベルｖＬとなり、スイッチ７はオフ
からオンに切り替わる。その結果、トランスインピーダ
ンス型増幅回路８の負帰還抵抗は抵抗５と抵抗６の並列
接続値となり、トランスインピーダンスは、はぼこの値 Ｒｓ　Ｘ　Ｒｓ　／　（Ｒｓ　＋　Ｒ４）に等しくなる
。従って、信号振幅検出信号２２の値■２□はスイッチ
がオフのときと比較してＲ６／（Ｒ５＋Ｒ６）倍となっ
ている。このときの比較基準電圧２３の値をＶＴＬとす
る。このときの信号振幅検出電圧２２の値がＶ２□〉Ｖ
ＴＬとなるように、抵抗１３．１４により比較器１１に
ヒステリシスを設定することにより、比較出力電圧がハ
イレベルに戻ることはない。

光信号が更に大きくなっても、この状況は変化しない。

次に、上記の状況とは逆に、光入力１が大きい場合から
小さくなっていく状況を考える。Ｐｒ＜Ｐｌとなり、振
幅検出信号２２の値Ｖ２２が比較基準電圧２３の値ｖ２
３より小さくなると、比較回路１１の出力はロウレベル
となりスイッチ７はオフ状態に変化する。このとき、ト
ランスインピーダンスの値はＲ５となり、信号振幅は（
Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ，倍となる。このとき比較基準電圧２
３の値はｖＴＨとなっており、再び受光電力ＰｒがＲ２
より大きくならないと比較器１１は動作しない。

上記回路〈第１図）は、受光素子を除く部分を全て１チ
ツプのモノシックＩＣ化することができる。

第３図は本発明の第２の形態の実施例を示したもので、
光入力信号を２個の光減衰器に切り替える第１の光スイ
ッチ１６と、該光スイッチに接続された２個の光減衰器
１７．１８と、この光減衰器のなかで第１の光スイッチ
１６が接続されている光減衰器を選択する第２の光スイ
ッチ１つと、該第２の光スイッチの出力を受信する受光
素子３と、受光素子の受光電力を検出する受光電力検出
回路としての信号振幅検出回路１０と、該検出回路の検
出信号を予め設定した基準信号と比較するヒステリシス
特性を有する比較器１１と、その比較結果により第１及
び第２の比較スイッチ１６゜１９を切り替える光スイッ
チ制御回路（比較スイッチ１６．１９への矢印部）を有
する。

光フィバ１５に接続された光スイッチ１６の出力及び光
スイッチ１９の入力は、２種類の光減衰器１７．１８の
いずれか一方に光の経路を形成している。ここでは光減
衰器１７につながっているときの光スイッチ１６の状態
をＡ、逆の経路につながっているときはＢとする。光ス
イッチ１９についても同じく光減衰器１７につなつがて
いるときをＡ、光減衰器１８につながっているときをＢ
とする。また、光減衰器１７及び１８の光減衰量はそれ
ぞれり、　、Ｌ、とし、Ｌ、＜Ｌ、の関係にあるものと
する。

光ファイバ１５から、２個の光スイッチ１６及び１９と
光減衰器１７又は１８を経た後、光ファイバ２０により
受光素子３に入力される。受光素子３に入力された光信
号は、この受光素子３により光電変換され、電気信号と
なる。この実施例では、受光素子にホトダイオードを用
いているのでこの信号は電流信号である。この電流信号
は、光受信用初段増幅回路４により電圧信号に変換され
、出力電圧信号２１となり、出力端子９から出力される
。

信号増幅検出回路１０は出力信号２１から信号振幅を検
出し、振幅出力信号２２を出力する。比較器１１はこの
信号２２を比較基準電圧２３と比較し、比較出力信号２
４を出力する。比較基準電圧２３の電圧値Ｖ２３は、第
１図の場合と同様に、抵抗１３．１４の値Ｒ１３＋　Ｒ
，４及びそのときの比較出力信号２４の電圧値Ｖ２４と
基準電圧１２の電圧値Ｖ１□により、次式で表される。

（Ｖ　２４Ｘ　Ｒ１４＋　Ｖ　１□ＸＲＩ））ｖ２３： （Ｒ１ｓ＋　Ｒ１４） 比較出力信号２４をスイッチ制御信号として用い、光ス
イッチ１６および１９を制御する。

このときの動作を第４図を用いて説明する。この図でＰ
ｉ＜Ｐ２とする。

先ず、光ファイバ１５から入力される受光電力Ｐｒが非
常に小さい場合から徐々に大きくして行く場合を考える
。Ｐ　ｒ　＜　Ｐ　２のとき、Ｖ　２３＜　Ｖ、　２４
となっており、比較出力電力値Ｖ２４はハイレベルＶＨ
である。スイッチ１６．１９はＡの状態にあり、光ファ
イバ１５から入力された光信号は減衰量の少ない光減衰
器１７側の経路を経て受光素子３へ入力される。このと
きの比較基準電圧２３の値をＶＴＲとする。

受光電力を大きくして行き、ＰｒがＰ２より大きくなっ
た瞬間、即ちｖ２□〉ｖ２３となった瞬間、比較出力信
号２４はロウレベルＶＬとなり、スイッチ１６及び１９
はＡからＢに切り替わる。その結果、受光素子へ入力さ
れる光電力はスイッチの状態が変化しない場合と比較し
てり、／Ｌ、倍となっている。このときの比較基準電圧
２３の値をＶ７Ｌとする。このときの信号振幅検出電圧
２２の値が■２２〉ｖＴＬとなるように抵抗１３．１４
により比較器１１にヒステリシスを設定することにより
、比較出力電圧がハイレベルに戻ることはなくスイッチ
の状態はＢのままである。

光信号が更に大きくなっても、この状況は変化しない。

次に、上記の状況とは逆に、光入力１が大きい場合から
小さくなっていく状況を考える。Ｐｒ＜Ｐｌとなり、振
幅検出信号２２の値Ｖ２２が比較基準電圧２３の値Ｖ２
３より小さくなると、比較回路１１の出力はロウレベル
となり、スイッチ１６゜１９はＢからＡの状態に変化す
る。このとき、受光素子への入力はその直前のり、／Ｌ
、倍となり、信号振幅は同じ倍率だけ大きくなる。この
とき比較基準電圧２３の値はＶＴＨとなっており、再び
受光電力ＰｒがＰ２より大きくならないと比較器は動作
しない。

上記構成において、光スイッチ１９と受光素子３とを接
続する光ファイバ２０は必ずしも必要ではなく、受光素
子３を光スイッチ１９の出力部に隣接して配置すること
により省略できる。

また、第３図の構成要素の全てを１個のパッケージ内に
収納し小型化することも可能である。更に、２個の光ス
イッチ１６．１９及び２個の光減衰器１７．１８をガラ
ス導波路により形成することにより、これらを光集積回
路化することが可能である。

第３図では２個の光減衰器１７．１８を用いたが、光減
衰器の種類を３個以上に増やし、それぞれに、選択して
光の経路を形成することのできる光スイッチを組み合わ
せて、同様の光受信器を構成することもできる。

ニ発明の効果： 以上述べたように、本発明の第１の形態の光受信器によ
れば、受光電力か大きい場合にはトランスインピータン
スを小さく、また、受光電力が小さい場合にはトランス
インピータンスを大きくなるように自動的に切り替える
ことかでき、光受信回路が広い受光電力の範囲にわたっ
て動作することが可能となる。

また、第２の形態の光受信器によれば、受光電力が大き
い場合には受光素子への経路の光減衰量を大きく、また
、受光電力か小さい場合には光減衰量が小さくなるよう
に切り替えることができ、光受信回路が広い受光電力の
範囲にわたって動作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の形態の実施例を示す回路図、第
２図はその動作の説明図、第３図は本発明の第２の形態
の実施例を示す回路図、第４図はその動作の説明図であ
る。 図中、１は光信号入力、２は受光素子用電源端子、３は
受光素子、４は反転増幅回路、５，６は負帰還抵抗、７
は外部電圧制御スイッチ、８はトランスインピーダンス
型増幅回路、９は出力端子、１０は信号振幅検出回路、
１１は比較回路、１２は基準電圧、１３．１４はビステ
リシス用抵抗、１５は光ファイバ、１６は第１の光スイ
ッチ、１７．１８は光減衰器、１９は第２の光スイッチ
、２０は光ファイバ、２１は出力信号、２２は信号振幅
検出信号、２３は比較基準電圧、２４は比較出力信号（
スイッチ制御信号）を示す。 特許出願人　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　絹　谷　信　雄 釆ｌ肋Ｐｒ 第２図 第３図 郵ＩすＰ「 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、受光素子と、該受光素子に接続され外部信号により
   そのトランスインピーダンスを２値以上に切り替えるこ
   とのできるトランスインピーダンス型増幅回路と、該増
   幅回路の出力信号の振幅を検出する回路と、該信号振幅
   検出回路の検出信号を予め設定した基準信号と比較する
   ヒステリシス特性を有する比較回路と、該比較回路出力
   により上記増幅回路のトランスインピーダンスを切り替
   えるトランスインピーダンス制御回路とを有することを
   特徴とする光受信器。 ２、光入力信号を２個以上の光減衰器に切り替える第１
   の光スイッチと、この光スイッチに接続された２個以上
   の光減衰器と、この光減衰器のなかで第１の光スイッチ
   が接続されている光減衰器を選択する第２の光スイッチ
   と、該第２の光スイッチの出力を受信する受光素子と、
   受光素子の受光電力を検出する受光電力検出回路と、該
   受光電力検出回路の検出信号を予め設定した基準信号と
   比較するヒステリシス特性を有する比較器と、その比較
   結果により第１及び第２の比較スイッチを切り替える光
   スイッチ制御回路を有することを特徴とする光受信器。 ３、請求項２記載の光受信器において、第１及び第２の
   光スイッチと光減衰器とを光集積回路により構成するこ
   とを特徴とする光受信器。 ４、請求項３記載の光受信器の光集積回路部分をガラス
   導波路素子により構成することを特徴とする光受信器。