JPH05129857A - Gain control method for avalanche photodiode - Google Patents

Gain control method for avalanche photodiode

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JPH05129857A
JPH05129857A JP3291226A JP29122691A JPH05129857A JP H05129857 A JPH05129857 A JP H05129857A JP 3291226 A JP3291226 A JP 3291226A JP 29122691 A JP29122691 A JP 29122691A JP H05129857 A JPH05129857 A JP H05129857A
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JP
Japan
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output
voltage
light receiving
avalanche photodiode
bias voltage
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JP3291226A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Noma
隆嗣 野間
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To keep an avalanche photodiode at an optimum gain (maximum gain) regardless of the change of a surrounding temperature or the change of each characteristic. CONSTITUTION:This method is provided with a DC DC converter 3 to impress a reverse bias to an avalanche photodiode 1, comparator A provided at the output of an amplifier 10 of the diode 1 reference voltage generating means A' to set the noise level of a maximum S/N to this comparator A, and MPU 14 to decide a controlled voltage to the DC/DC converter 3 based on the output of the comparator A, while stopping photodetection, a set voltage value is compared with the noise level of the avalanche photodiode 1, and the controlled voltage is increased/decreased so as to make a bias voltage maximum in a range so that the noise level can not exceed the set voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、周囲温度の変化やア
バランシェホトダイオードの特性のばらつきに係わら
ず、アバランシェホトダイオード受光部の利得を最適
(最大)に保つアバランシェホトダイオードの利得制御
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gain control method for an avalanche photodiode, which keeps the gain of an avalanche photodiode light receiving portion at an optimum (maximum) regardless of changes in ambient temperature and variations in characteristics of the avalanche photodiode.

【0002】[0002]

【従来の技術】アバランシェホトダイオード(以下AP
Dとする)は、光によって生じたキャリアの増幅を、逆
バイアスを印加したダイオードの電子雪崩現象を利用し
行なうもので、入射光に対する高い増倍率と高速応答特
性とを合せ持つ。このため、光ファイバー通信や微弱な
光信号を検出する際しばしば用いられる。
2. Description of the Related Art Avalanche photodiodes (hereinafter referred to as AP
D) performs the amplification of carriers generated by light by utilizing the electron avalanche phenomenon of a diode to which a reverse bias is applied, and has both a high multiplication factor for incident light and a high-speed response characteristic. For this reason, it is often used for optical fiber communication and for detecting weak optical signals.

【0003】このAPDの増倍率Mは、ダイオードのブ
レーク電圧をVb 、バイアス電圧をVとすると、
[0003] The multiplication factor M of the APD is a break voltage of the diode V b, when the bias voltage is V,

【0004】[0004]

【数1】 [Equation 1]

【0005】という簡単な関数で示される。上式からも
明らかなように、高い増倍率Mを得るためには、バイア
ス電圧Vをブレーク電圧Vb 近くで使用するのが最もよ
く、通常そのようにして使用されている。
It is shown by the simple function As is clear from the above equation, in order to obtain a high multiplication factor M, it is best to use the bias voltage V near the break voltage Vb , and it is usually used in that way.

【0006】ところが、APDのブレーク電圧Vb は、
例えばシリコンの場合+0.5V/℃程度の温度係数を
有しており、一定のバイアス電圧では周囲温度の変化に
共なって増倍率が変動する。したがって、増倍率を一定
に保つため、ブレーク電圧Vb の変化に合せてバイアス
電圧Vを変更する必要がある。
However, the break voltage V b of the APD is
For example, silicon has a temperature coefficient of about +0.5 V / ° C., and at a constant bias voltage, the multiplication factor varies with changes in the ambient temperature. Therefore, in order to keep the multiplication factor constant, it is necessary to change the bias voltage V according to the change in the break voltage V b .

【0007】このため、従来、図6に示すように、受光
回路にAGC回路2を設け、そのAGC回路2によって
高電圧制御電源3を制御し、APD1に印加されるバイ
アス電圧Vを変えて出力レベルを一定に保つ方法や、図
7に示すように、順電圧の温度係数が等しいダイオード
5あるいはバリスタ等を用いた温度補償回路6を設け、
前記同様高電圧電源3を制御してバイアス電圧Vを補正
し、温度による利得の変動を低減する方法が用いられて
いる。
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 6, an AGC circuit 2 is provided in the light receiving circuit, the high voltage control power supply 3 is controlled by the AGC circuit 2, and the bias voltage V applied to the APD 1 is changed and output. A method of keeping the level constant, or a temperature compensation circuit 6 using a diode 5 or a varistor having the same temperature coefficient of forward voltage as shown in FIG.
Similar to the above, a method is used in which the high voltage power supply 3 is controlled to correct the bias voltage V to reduce the gain variation due to temperature.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記両
方法を、例えば、間欠的にダイナミックレンジの広いバ
ースト状の光パルスが入射される光パルスを用いた距離
または、速度の測定用受光器や光パルスを光ファイバー
に入射し、ファイバーの温度分布の測定用の受光器に用
いた場合、各方法において、以下に示す問題を生じる。
However, both of the above methods are applied to, for example, a receiver or an optical device for measuring a distance or velocity using an optical pulse to which a burst-shaped optical pulse having a wide dynamic range is intermittently incident. When the pulse is incident on the optical fiber and is used for the photodetector for measuring the temperature distribution of the fiber, the following problems occur in each method.

【0009】まず、AGC回路を用いたものでは、AG
C回路の時定数をバースト入力のパルス幅に比して大き
く設定した場合、利得はバースト入力の無い受光休止期
間に最大になり、前記受光休止期間後に受光されるダイ
ナミックレンジの広いバースト入力に追従できない。こ
のため、時定数をバースト入力のパルス幅に比して小さ
く設定すると、今度は、バースト波入力中に利得変化を
生じて出力波形が歪む。さらに、前記利得も温度、AP
Dの特性のばらつきにより絶えず変化する。
First, in the case of using the AGC circuit, the AG
When the time constant of the C circuit is set to be larger than the pulse width of the burst input, the gain becomes maximum during the light receiving pause period when there is no burst input, and follows the burst input having a wide dynamic range received after the light receiving pause period. Can not. Therefore, if the time constant is set smaller than the pulse width of the burst input, the output waveform is distorted due to a gain change during the burst wave input. Further, the gain is also temperature, AP
It constantly changes due to variations in the characteristics of D.

【0010】次に、温度補償回路により、利得の変動を
低減させる方法では、利得が固定となるため、入射光の
強度によりダイナミックレンジが不足する場合がある。
また、温度補償回路に用いられる部品の定数は、APD
個々の特性のばらつきにより、変更しなければならない
ため、調整作業が必要となる。
Next, in the method of reducing the fluctuation of the gain by the temperature compensation circuit, the gain is fixed, so that the dynamic range may be insufficient due to the intensity of the incident light.
Also, the constants of the components used in the temperature compensation circuit are APD
Adjustment work is required because it must be changed due to variations in individual characteristics.

【0011】そこでこの発明の課題は、APDの特性の
ばらつき及び周囲温度やその変化に対して無頓着に、A
PDの最大利得が得られるようにすることである。
Therefore, an object of the present invention is to pay attention to variations in the characteristics of the APD, ambient temperature, and changes in the APD.
The maximum gain of PD is to be obtained.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め制御入力で出力電圧が可変されるバイアス電圧制御電
源により、逆バイアス電圧をアバランシェホトダイオー
ドに印加し、そのアバランシェホトダイオードへ間欠的
に入射する受光入力を増幅器を介して出力する受光部
に、前記受光部出力と第1の基準電圧発生手段から出力
される第1の設定電圧とを比較する第1の比較手段と、
前記比較手段の出力に基づき前記バイアス電圧制御電源
への制御入力を決定する制御手段とを備え、受光休止期
間ごとに前記設定電圧と受光部出力とをくり返し比較
し、その受光部出力に含まれるノイズ成分が前記設定電
圧レベルを超えない範囲で前記バイアス電圧を最大とな
るよう制御入力を増加あるいは減少させる方法を用いた
のである。
In order to solve the above problems, a reverse bias voltage is applied to an avalanche photodiode by a bias voltage control power supply whose output voltage is varied by a control input, and the avalanche photodiode is intermittently injected. First comparing means for comparing the light receiving portion output with a first set voltage output from the first reference voltage generating means to a light receiving portion for outputting a light receiving input through an amplifier;
And a control unit that determines a control input to the bias voltage control power supply based on the output of the comparison unit, and repeatedly compares the set voltage and the light receiving unit output for each light receiving suspension period, and includes the light receiving unit output. The control input is increased or decreased so that the bias voltage is maximized within a range in which the noise component does not exceed the set voltage level.

【0013】また、このとき上記受光部に、受光部の受
光中の出力と、第2の基準電圧発生手段から出力される
第2の設定電圧とを比較する第2の比較手段とを備え、
前記受光部出力が前記設定電圧を超えた際、上記バイア
ス電圧を減少し、受光部出力を前記第2の設定電圧以下
にする方法を用いることもできる。
Further, at this time, the light receiving section is provided with second comparing means for comparing the output of the light receiving section during the light reception with the second set voltage output from the second reference voltage generating means,
It is also possible to use a method of decreasing the bias voltage so that the output of the light receiving unit is equal to or lower than the second set voltage when the output of the light receiving unit exceeds the set voltage.

【0014】なお、上記第1の設定電圧は、APDがブ
レークダウンしていない時のノイズレベルの2〜10倍
程度の電圧となるよう設定するのが望ましい。
The first set voltage is preferably set to a voltage which is about 2 to 10 times the noise level when the APD is not broken down.

【0015】また、第2の設定電圧は、例えばAPDの
出力を増幅する増幅器の飽和電圧より少し小さい電圧に
設定する。
Further, the second set voltage is set to a voltage slightly smaller than the saturation voltage of the amplifier for amplifying the output of the APD, for example.

【0016】[0016]

【作用】このようなAPDの利得制御方法では、APD
の増倍率をSN比を最大とする最適増倍率(利得最大)
あるいは任意の増倍率に設定する。
With such a gain control method for the APD, the APD
The optimum multiplication factor that maximizes the S / N ratio (maximum gain)
Alternatively, set an arbitrary multiplication factor.

【0017】すなわち、APDはバイアス電圧を増加し
ていくとそれにつれて増倍率も増加し、あるバイアス電
圧において出力にインパルス状のノイズが現われる。こ
のノイズはバイアス電圧の増加と共に急激に増大する。
上記ノイズは、主にAPDの光−電気変換におけるショ
ット雑音と電流増倍における利得のゆらぎとに起因し、
増倍率を過大にすると上記ノイズも増加し、信号電力以
上に増大してSN比を低下させる。
That is, as the bias voltage of the APD increases, the multiplication factor also increases, and impulse noise appears at the output at a certain bias voltage. This noise increases rapidly with increasing bias voltage.
The noise is mainly due to shot noise in the opto-electrical conversion of the APD and gain fluctuation in current multiplication,
If the multiplication factor is made excessively large, the noise also increases, and the noise is increased beyond the signal power to reduce the SN ratio.

【0018】したがって、本制御方法では、上記ノイズ
レベルを検出し、このノイズレベルを、SN比を最大と
する最適増倍率となるようあらかじめ設定したノイズレ
ベルと比較し、この設定したノイズレベルに、前記検出
したノイズレベルを近づけるようにバイアス電圧を制御
し、特性のばらつき等に無関係に、APDを最適増倍率
にコントロールする。このとき、上記設定レベルを変更
するとAPDを任意の増倍率へ設定することもできる。
Therefore, in this control method, the noise level is detected, this noise level is compared with a noise level preset so as to obtain the optimum multiplication factor that maximizes the SN ratio, and the noise level set is The bias voltage is controlled so as to bring the detected noise levels closer to each other, and the APD is controlled to the optimum multiplication factor regardless of variations in characteristics. At this time, the APD can be set to an arbitrary multiplication factor by changing the setting level.

【0019】そして、このノイズレベルの検出及び増倍
率のコントロールとは、APDへの入射光のない受光中
の受光休止期間にくり返し行なって、増倍率を設定仕直
し、この間の周囲温度の変化によるAPDの最適増倍率
への影響を補正して、常に利得最大となるようAPDの
最適増倍率を保つ。
The detection of the noise level and the control of the multiplication factor are repeated during the light-reception pause period during the reception of no light into the APD, and the multiplication factor is set again. The influence of the APD on the optimum multiplication factor is corrected, and the optimum multiplication factor of the APD is maintained so that the gain is always maximized.

【0020】さらに、第2の比較手段と第2の基準電圧
発生手段とを備えたものでは、増幅器の飽和を検出する
と、バイアス電圧を下げてAPDの増倍率を下げ、入射
光感度を下げて入射光のダイナミックレンジを広げる。
Further, in the device provided with the second comparing means and the second reference voltage generating means, when the saturation of the amplifier is detected, the bias voltage is lowered to lower the multiplication factor of the APD to lower the incident light sensitivity. Widen the dynamic range of incident light.

【0021】[0021]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1に示すように、本実施例の受光器は、
バイアス電圧制御電源としてDC−DCコンバータ3を
APD1のカソードに接続し、そのAPD1のアノード
に増幅器10を接続した受光部Rと、その受光部Rの増
幅器10出力に接続され、増幅器10出力と基準電圧発
生手段A’、B’の設定電圧VA 、VB とを比較する比
較手段としてのコンパレータA、Bと、前記コンパレー
タA、Bと接続され、かつD/Aコンバータ13を介し
てDC−DCコンバータ3と接続された制御手段として
のマイクロプロセッサ(以下MPUとする)14とから
なっている。
As shown in FIG. 1, the optical receiver of this embodiment is
The DC-DC converter 3 is connected to the cathode of the APD 1 as a bias voltage control power supply, and the light receiving unit R in which the amplifier 10 is connected to the anode of the APD 1 and the amplifier 10 output of the light receiving unit R are connected to the amplifier 10 output and the reference. The comparators A and B as comparing means for comparing the set voltages V A and V B of the voltage generating means A ′ and B ′ with the comparators A and B, and DC-via the D / A converter 13 It comprises a DC converter 3 and a microprocessor (hereinafter referred to as MPU) 14 as a control means connected to the DC converter 3.

【0023】受光部RのDC−DCコンバータ3は、受
光器内の低電圧源から、APD1の逆バイアス用の高電
圧を発生するもので、その発生電圧は、制御入力へ加え
られる直流電圧で可変される。
The DC-DC converter 3 of the light receiving section R is for generating a high voltage for reverse biasing the APD 1 from a low voltage source in the light receiver, and the generated voltage is a DC voltage applied to the control input. It is variable.

【0024】また増幅器10は、電流−電圧変換回路を
有し、APD1が出力する光電流を電圧に変換し、増幅
して出力する。
Further, the amplifier 10 has a current-voltage conversion circuit, converts the photocurrent output from the APD 1 into a voltage, amplifies and outputs the voltage.

【0025】コンパレータAは、例えば片電源動作用コ
ンパレータIC等が用いられ、そのコンパレータAの反
転入力に前記増幅器10出力が接続され、非反転入力に
は基準電圧発生手段A’が接続される。基準電圧発生手
段A’は、その出力電圧を本実施例では、APD1がブ
レークダウンしていない時のノイズレベルの2〜10倍
程度の電圧となるように設定する。また、コンパレータ
Aの出力は、ラッチ15を介してMPU14のI/O入
力あるいはデータバスと接続され、増幅器10出力が基
準電圧発生手段A’の設定電圧VA を上回ったときに出
力が立ち下がる(負論理)。その立ち下がりはラッチさ
れMPU14に読み込まれる。
As the comparator A, for example, a comparator IC for single power source operation is used, the output of the amplifier 10 is connected to the inverting input of the comparator A, and the reference voltage generating means A'is connected to the non-inverting input. In the present embodiment, the reference voltage generating means A'sets its output voltage to be about 2 to 10 times the noise level when the APD 1 is not broken down. The output of the comparator A is connected to the I / O input of the MPU 14 or the data bus via the latch 15, and the output falls when the output of the amplifier 10 exceeds the set voltage V A of the reference voltage generating means A ′. (Negative logic). The falling edge is latched and read by the MPU 14.

【0026】コンパレータBは、前記コンパレータAと
同様、反転入力に増幅器10出力が接続され、非反転入
力には、基準電圧発生手段B’が接続されている。基準
電圧発生手段B’は、本実施例では、増幅器10の飽和
出力電圧よりやや小さな設定電圧VB に設定する。ま
た、コンパレータBの出力は、MPU14の例えばデー
タバスあるいはインターラプト端子に接続され、増幅器
10出力が設定電圧VB を上回ると出力が立ち下がり、
増幅器10の飽和をMPU14へ知らせる。
Similar to the comparator A, the comparator B has the inverting input connected to the output of the amplifier 10 and the non-inverting input connected to the reference voltage generating means B '. In the present embodiment, the reference voltage generating means B ′ is set to a set voltage V B which is slightly smaller than the saturated output voltage of the amplifier 10. The output of the comparator B is connected to, for example, the data bus or the interrupt terminal of the MPU 14, and when the output of the amplifier 10 exceeds the set voltage V B , the output falls,
The MPU 14 is notified of the saturation of the amplifier 10.

【0027】MPU14は、前記各コンパレータA、B
からの出力に基づき内蔵処理プログラムに従って、出力
データを増減し出力する。このデータは、D/Aコンバ
ータ13により、アナログ出力に変換されてDC−DC
コンバータ3の制御入力に加えられ、出力電圧をコント
ロールする。
The MPU 14 includes the comparators A and B.
Output data is increased / decreased and output according to the built-in processing program based on the output from. This data is converted into an analog output by the D / A converter 13 and is converted into DC-DC.
It is applied to the control input of the converter 3 and controls the output voltage.

【0028】この実施例は、以上のように構成され、い
ま、この受光器を例えば、光バースト波を用いる距離測
定システムに使用した際の本制御方法を図2のフローチ
ャートに従って説明する。
This embodiment is configured as described above. Now, the present control method when this photodetector is used in, for example, a distance measuring system using an optical burst wave will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0029】距離測定システムは、測定対象物に例えば
レーザ発振器から間欠的にレーザパルスバースト波を射
出し、その反射光の反射時間を測定してその測定時間か
ら対象物までの距離を算出するものと、反射光の反射角
を測定し、いわゆる三角測量により対象物までの距離を
算出するものとがあるが、何れの場合であっても対象物
からの反射光を受光器により検出する。
The distance measuring system is one in which a laser pulse burst wave is intermittently emitted from a laser oscillator to the object to be measured, the reflection time of the reflected light is measured, and the distance from the measurement time to the object is calculated. In some cases, the reflection angle of the reflected light is measured and the distance to the object is calculated by so-called triangulation. In any case, the reflected light from the object is detected by the light receiver.

【0030】まず、測定器からの測定用レーザパルスバ
ースト波の射出に先立ち、受光器のMPU14は、バイ
アス電圧設定処理を開始する(「処理」100以下「処
理」は省略する)。
First, prior to the emission of the measurement laser pulse burst wave from the measuring device, the MPU 14 of the photodetector starts the bias voltage setting process (“process” 100 and subsequent “process” are omitted).

【0031】MPU14は、電圧データをD/Aコンバ
ータ13へ出力し、DC−DCコンバータ3の出力デー
タをXvステップで増加し(101)、増加するごとに
コンパレータAの出力を読み込んで、コンパレータAの
出力が立ち下がるまでバイアス電圧Vを漸増する(10
2)。
The MPU 14 outputs the voltage data to the D / A converter 13, increases the output data of the DC-DC converter 3 in Xv steps (101), reads the output of the comparator A each time it increases, and the comparator A reads the output. The bias voltage V is gradually increased until the output of (10) falls (10
2).

【0032】このとき、バイアス電圧Vを増加していく
と、図3(a)に示すようにインパルス状のノイズNが
現れ、このノイズNはバイアス電圧の増加と共に、同図
(b)に示すように急激に増大し、コンパレータAの設
定電圧Va を上回る。この状態をここでは便宜上「降
伏」と呼ぶことにする。このような「降伏」状態を検出
したMPU14はバイアス電圧VをYv(Y<X)ステ
ップで漸減し(103)、「降伏」が検出されないレベ
ルまでバイアス電圧を低下させる。すなわち、コンパレ
ータAの出力が常にハイレベルを出力するようになるま
でバイアス電圧Vを低下させる(104)。このとき、
Y=0.1〜2Vとして、最適利得時のバイアス電圧V
が降伏時のバイアス電圧Vより、0.1〜2V低くなる
ようにするとよい。
At this time, as the bias voltage V is increased, an impulse noise N appears as shown in FIG. 3A, and this noise N is shown in FIG. 3B as the bias voltage increases. As described above, the voltage rapidly increases and exceeds the set voltage V a of the comparator A. This state will be referred to as “yield” here for convenience. The MPU 14, which has detected such a “breakdown” state, gradually reduces the bias voltage V in Yv (Y <X) steps (103), and reduces the bias voltage to a level at which the “breakdown” is not detected. That is, the bias voltage V is lowered until the output of the comparator A always outputs a high level (104). At this time,
Bias voltage V at the optimum gain when Y = 0.1 to 2V
Is preferably 0.1 to 2 V lower than the bias voltage V at breakdown.

【0033】またこのとき、レーザパルスの射出命令が
なければ(105)、上記処理をくり返す(101〜1
05)。一方、レーザパルスの射出命令が有る場合は
(105)、射出されたレーザパルス(106)の反射
光を受光する(107)。すなわち、受光した光バース
ト波はAPD1により、光電流に変換され、次段の増幅
器10により電圧に変換された後、増幅されて出力され
る。この出力は、コンパレータBにより設定電圧Vb
比較され(108)、増幅器10の飽和が判別される。
At this time, if there is no laser pulse emission command (105), the above process is repeated (101 to 1).
05). On the other hand, if there is a laser pulse emission command (105), the reflected light of the emitted laser pulse (106) is received (107). That is, the received optical burst wave is converted into a photocurrent by the APD 1, converted into a voltage by the amplifier 10 in the next stage, and then amplified and output. This output is compared with the set voltage Vb by the comparator B (108), and the saturation of the amplifier 10 is determined.

【0034】このとき、増幅器10の飽和、すなわち、
コンパレータBが立ち下がると(108)、MPU14
はバイアス電圧をZvステップで下げていき(10
9)、再度レーザパルスを射出させ(106)、コンパ
レータBの出力がハイレベルとなるまでバイアス電圧V
を下げる。
At this time, the saturation of the amplifier 10, that is,
When the comparator B falls (108), the MPU14
Lowers the bias voltage in Zv steps (10
9) The laser pulse is emitted again (106), and the bias voltage V is applied until the output of the comparator B becomes high level.
Lower.

【0035】一方、受光時に増幅器10出力が飽和しな
い場合、すなわち、コンパレータB出力がハイレベル状
態にある場合は、受光完了(110)となる(11
2)。この後、計測継続の場合は、上記処理(101〜
111)をくり返す。
On the other hand, when the output of the amplifier 10 is not saturated during light reception, that is, when the output of the comparator B is in the high level state, the light reception is completed (110) (11).
2). After this, in the case of continuing the measurement, the above processing (101 to
Repeat 111).

【0036】このようにして利得制御を行なった結果、
例えば、InGaAs−APDを当フローチャートに従
って制御した場合、利得−周囲温度特性は、図4に示す
ように、周囲温度の比較的広い範囲で利得をほぼ一定に
保つことができた。
As a result of performing the gain control in this way,
For example, when the InGaAs-APD is controlled according to this flowchart, the gain-ambient temperature characteristic can maintain the gain substantially constant over a relatively wide range of the ambient temperature as shown in FIG.

【0037】すなわち、APD1は、利得特性の温度依
存が大きく、図5に示すようにブレーク電圧も温度によ
り大きく変化し、また、同じ温度でもAPD1の個々の
特性のばらつきによりブレーク電圧も異なるが、上記の
方法で受光休止期間にバイアス電圧Vの設定をくり返し
行なうと、周囲温度や特性のばらつきが補正されて、A
PD1を常に最適利得(利得最大)にコントロールする
ことができる。
That is, in the APD 1, the gain characteristic has a large temperature dependency, and the break voltage also largely changes with temperature as shown in FIG. 5, and the break voltage is different even at the same temperature due to variations in individual characteristics of the APD 1. When the setting of the bias voltage V is repeated during the light receiving pause period by the above method, variations in ambient temperature and characteristics are corrected and A
PD1 can always be controlled to the optimum gain (gain maximum).

【0038】さらに、上記設定電圧のバイアス電圧から
一定値を減ずることでAPDの種類や特性の違いにかか
わらず、複数の受光器の利得を一定の任意利得を得るよ
うにすることもできる。
Further, by subtracting a constant value from the bias voltage of the set voltage, it is possible to obtain a constant arbitrary gain for a plurality of light receivers regardless of the type and characteristics of the APD.

【0039】また、本方法では、原理的には、受光器出
力のノイズは、Vav以下となるので回路のノイズ管理
も容易になる。
Further, in principle, in this method, the noise of the photo detector output becomes Vav or less, so that the noise management of the circuit becomes easy.

【0040】なお、本発明の利得制御方法は、光バース
ト波を用いた距離や速度測定用の受光器に用いるばかり
でなく、上記方法を例えば、通信中にインターバル期間
を設けるようにして、光ファイバー通信用の受光器に採
用することも考えられる。
The gain control method of the present invention is not only applied to a photodetector for distance and speed measurement using an optical burst wave, but the above method may be used, for example, by providing an interval period during communication to obtain an optical fiber. It can be considered to be used as a light receiver for communication.

【0041】[0041]

【効果】この発明は、以上の方法により、以下に示す効
果を奏する。
The present invention has the following effects by the above method.

【0042】 APDの特性のばらつき、周囲温度及
びその変化に対し、無頓着にAPDの最適利得(利得最
大)点を得ることができる。
The optimum gain (maximum gain) point of the APD can be obtained carelessly with respect to variations in the characteristics of the APD, ambient temperature, and changes in the ambient temperature.

【0043】 受光器の出力ノイズを設定電圧Vav
以下に管理できる。
The output noise of the light receiver is set to the set voltage Vav.
It can be managed below.

【0044】 APD利得は例えば、制御手段にMP
Uを使用した場合、プログラムの書き替えで利得を容易
に変更でき、入射光のダイナミックレンジも大きくする
ことができる。
The APD gain is, for example, MP in the control means.
When U is used, the gain can be easily changed by rewriting the program, and the dynamic range of incident light can be increased.

【0045】 MPUを搭載している受光器であれ
ば、D/Aコンバータ、ラッチ、コンパレータ等を追加
するのみで安価に回路を構成できる。
If the light receiver is equipped with an MPU, the circuit can be constructed at low cost simply by adding a D / A converter, a latch, a comparator, and the like.

【0046】 特に、本方式は、光バースト波を用い
て距離、速度を測定する受光器に用いると効果的であ
る。
In particular, this method is effective when used in a photodetector that measures a distance and a velocity using an optical burst wave.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment.

【図2】実施例のフローチャートFIG. 2 is a flowchart of an embodiment.

【図3】作用図[Fig. 3] Action diagram

【図4】同上[Fig. 4] Same as above

【図5】同上[FIG. 5] Same as above

【図6】従来例を示すブロック図FIG. 6 is a block diagram showing a conventional example.

【図7】従来例を示すブロック図FIG. 7 is a block diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 APD 3 DC−DCコンバータ 10 増幅器 13 D/Aコンバータ 14 MPU A 第1のコンパレータ A’ 第1の基準電圧発生手段 B 第2のコンパレータ B’ 第2の基準電圧発生手段 R 受光部 VA 第1の設定電圧(「降伏レベル」) VB 第2の設定電圧(増幅器の飽和レベル)1 APD 3 DC-DC converter 10 Amplifier 13 D / A converter 14 MPU A 1st comparator A'1st reference voltage generation means B 2nd comparator B'2nd reference voltage generation means R Light receiving part VA A 1 set voltage (“breakdown level”) V B 2nd set voltage (saturation level of amplifier)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御入力で出力電圧が可変されるバイア
ス電圧制御電源により、逆バイアス電圧をアバランシェ
ホトダイオードに印加し、そのアバランシェホトダイオ
ードへ間欠的に入射する受光入力を増幅器を介して出力
する受光部に、 前記受光部出力と第1の基準電圧発生手段から出力され
る第1の設定電圧とを比較する第1の比較手段と、 前記比較手段の出力に基づき前記バイアス電圧制御電源
への制御入力を決定する制御手段とを備え、 受光休止期間ごとに前記設定電圧と受光部出力とをくり
返し比較し、その受光部出力に含まれるノイズ成分が前
記設定電圧レベルを超えない範囲で前記バイアス電圧を
最大となるよう制御入力を増加あるいは減少させること
を特徴とするアバランシェホトダイオードの利得制御方
法。
1. A light receiving section for applying a reverse bias voltage to an avalanche photodiode by a bias voltage control power supply whose output voltage is varied by a control input, and outputting a light receiving input intermittently incident on the avalanche photodiode through an amplifier. A first comparing means for comparing the output of the light receiving section with a first set voltage output from the first reference voltage generating means; and a control input to the bias voltage control power supply based on the output of the comparing means. And a control unit for determining the bias voltage within a range in which the noise component contained in the light receiving unit output does not exceed the set voltage level. A gain control method for an avalanche photodiode, which is characterized by increasing or decreasing a control input so as to maximize the gain.
【請求項2】 請求項1記載のアバランシェホトダイオ
ードの利得制御方法において、上記受光部に、受光部の
受光中の出力と、第2の基準電圧発生手段から出力され
る第2の設定電圧とを比較する第2の比較手段と備え、 前記受光部出力が前記第2の設定電圧を超えた際、上記
バイアス電圧を減少し、受光部出力を前記設定電圧以下
にすることを特徴とするアバランシェホトダイオードの
利得制御方法。
2. A gain control method for an avalanche photodiode according to claim 1, wherein the light receiving section is provided with an output while the light receiving section is receiving light and a second set voltage output from the second reference voltage generating means. An avalanche photodiode comprising a second comparing means for comparing, wherein when the output of the light receiving unit exceeds the second set voltage, the bias voltage is reduced and the output of the light receiving unit is set to the set voltage or less. Gain control method.
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