JPH0514086A - 光・電気変換回路の利得制御回路 - Google Patents

光・電気変換回路の利得制御回路

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JPH0514086A
JPH0514086A JP18694291A JP18694291A JPH0514086A JP H0514086 A JPH0514086 A JP H0514086A JP 18694291 A JP18694291 A JP 18694291A JP 18694291 A JP18694291 A JP 18694291A JP H0514086 A JPH0514086 A JP H0514086A
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JP
Japan
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output
control circuit
apd
optical input
multiplication factor
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JP18694291A
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English (en)
Inventor
Koju Yanagisawa
幸樹 柳沢
Kensuke Takabe
健介 高部
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Ando Electric Co Ltd
Original Assignee
Ando Electric Co Ltd
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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 APD3の帰還ループと自動利得増幅器6の
帰還ループを別々に設け、光入力10が上限と下限のと
き、APD3のバイアス電圧を最適値に設定する。 【構成】 電源1の出力とフォトカプラ2のLED2A
とAPD3を直列に接続し、APD3に光入力10を加
え、フォトカプラ2の出力を増倍率制御回路4に加え、
光入力10の大小により増倍率制御回路4の出力を制御
し、増倍率制御回路4の出力を電源1の入力に帰還し、
APD3の信号出力を自動利得制御増幅器6に加え、自
動利得制御増幅器6の出力を利得制御回路9から自動利
得制御増幅器6に帰還させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、アバランシェフォト
ダイオード(以下、APDという。)を使用する光・電
気変換回路の利得制御回路についてのものである。
【0002】
【従来の技術】次に、従来技術による光・電気変換回路
の利得制御回路を図4により説明する。図4の3はAP
D、5は前段増幅器、6は自動利得増幅器、7は後段増
幅器、8は検出器、10は光入力、11は電源、12は
利得制御回路である。電源11はDCーDCコンバータ
で構成されており、入力電圧が変わると出力電圧が変わ
る。電源11はAPD3にバイアスを供給する。光入力
10がAPD3に加えられると、APD3の信号出力が
前段増幅器5に供給される。前段増幅器5の出力は自動
利得増幅器6に加えられ、自動利得増幅器6の出力は後
段増幅器7に供給される。後段増幅器7の出力は信号出
力として取り出されるとともに、一部は検出器8から利
得制御回路12に導かれる。
【0003】次に、利得制御回路12の回路を図5によ
り説明する。図4の検出器8の出力は端子12Aに加え
られ、増幅器12Bで増幅された後、増幅器12Cと増
幅器12Dに分岐される。増幅器12Cの出力は電源1
1の入力に帰還され、増幅器12Dの出力は、自動利得
増幅器6に帰還される。端子12Eには電源11に対す
るオフセット電圧を加えるための基準電圧が加えられ、
端子12Fには自動利得増幅器6にオフセット電圧を加
えるための基準電圧が加えられる。
【0004】次に、APD3に対する光入力と増倍度の
関係を図6により説明する。図6の横軸はAPD3に加
えられる光入力10であり、縦軸はAPD3の増倍度で
ある。APD3には素子感度とアバランシェ効果によ
り、その感度を増倍する増幅度がある。すなわち、光入
力10のレベルL1を加えたとき、APD3に流れる電
流を「1」とすると、光入力10をレベル2に下げたと
き、APD3の増倍度は増える方向にある。いいかえる
と、レベルL1よりレベルL2の方が増倍率が大きいの
で、光入力10の下げ幅より増倍度の上げ幅の方が大き
ければ、逆にAPD3の電流は増えるようになる。そう
なったとき、ヒステリシスがなかった場合、APD3の
増倍度を下げるように動く。
【0005】次に、APD3に対するバイアスと増倍度
の関係を図7により説明する。図7の横軸はAPD3に
供給されるバイアス電圧であり、縦軸はAPD3の増倍
度である。曲線Pは温度0°Cのときの特性であり、曲
線Qは温度50°Cのときの特性である。増倍度を補正す
るには、自動利得増幅器6の利得を固定し、光入力10
の入力レベルに応じて増倍率が一定になるように検出器
8の検出信号により制御する。
【0006】次に、図4のAPD3と自動利得増幅器6
の特性を図8により説明する。図8の曲線AがAPD3
の増倍率であり、曲線Bが自動利得増幅器6の利得であ
る。図8の横軸は光入力10の入力レベルを表し、曲線
Aは光入力10が小でPaの付近では直線で下降し、光
入力10が大でPbの付近では低い増倍率で飽和する。
例えば、Pは−30dBmであり、Pbは−8dBm程度
である。曲線Bは光入力10がPaの付近では高い利得
で飽和し、光入力10がPbの付近では直線で下降す
る。図8のような特性にするのは、光入力10がPaの
付近ではAPD3の増倍率が最適値でSNがよくなるよ
うにし、光入力がPbの付近ではAPD3の増倍率が最
適値になるようにするためである。なお、APD3の増
倍率と自動利得増幅器6の利得を調節する技術は、例え
ば1991年電子情報通信学会春季全国大会講演論文集のB
ー946にも記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図4の構成では、AP
D3の利得制御回路を自動利得増幅器6のループと共用
にしているので、最適値の設定が困難である。図8の光
入力10がPa付近ではAPD3の増倍率の温度変動を
吸収させるため、自動利得増幅器6の利得を飽和させ、
APD3の増倍率を変えて総合の利得を調整している
が、APD3への光入力10の信号速度が早くなるにつ
れ、SN比の影響でAPD3の最適増倍率の範囲が狭ま
くなり、自動利得増幅器6の利得変動などを吸収するこ
とができなくなる。このため、光受信回路のダイナミッ
クレンジを広くする妨げになっている。この発明は、A
PD3の帰還ループと自動利得増幅器6の帰還ループを
別々に設け、光入力10が上限と下限のとき、APD3
のバイアス電圧を最適値に設定することができる光・電
気変換回路の利得制御回路の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明では、DCーDCコンバータで構成される
電源1の出力とフォトカプラ2のLED2AとAPD3
を直列に接続し、APD3に光入力10を加え、APD
3に流れる平均電流でフォトカプラ2のLED2Aを発
光させ、フォトカプラ2のフォトトランジスタ2Bの出
力を増倍率制御回路4に加え、光入力10の大小により
増倍率制御回路4の出力を制御し、増倍率制御回路4の
出力を電源1の入力に帰還し、電源1の出力電圧を上限
電圧Vaと下限電圧Vbの間で変え、APD3の増倍率
を上限電圧Vaに対応する光入力の低いPa付近では高
い増倍率で飽和させ、下限電圧Vbに対応する光入力の
高いPb付近では低い増倍率で飽和させ、APD3に光
入力10を加え、APD3の信号出力を自動利得制御増
幅器6に加え、自動利得制御増幅器6の出力を利得制御
回路9から自動利得制御増幅器6に帰還させ、自動利得
制御増幅器6の利得をPa付近からPb付近にかけて信
号出力が一定の特性にする。
【0009】
【作用】次に、この発明による光・電気変換回路の利得
制御回路の構成を図1により説明する。図1の1は電
源、2はフォトカプラ、4は増倍率制御回路、9は利得
制御回路であり、その他は図4と同じものである。すな
わち、図1は図4の電源11と利得制御回路12の代わ
りに、電源1、フォトカプラ2、増倍率制御回路4及び
利得制御回路9を採用し、APD3の利得制御回路を自
動利得増幅器6の利得制御回路から分離したものであ
る。
【0010】次に、図1の電源1、フォトカプラ2、A
PD3、増倍率制御回路4の回路図を図2により説明す
る。増倍率制御回路4は増幅器4Aと増幅器4Bで構成
される。電源1の出力とフォトカプラ2のLED2Aと
APD3は直列に接続される。APD3に光入力10を
加えると、光入力10に応じたAPD3の平均電流でフ
ォトカプラ2のLED2Aが発光する。LED2Aの発
光はフォトトランジスタ2Bの出力に変換され、増倍率
制御回路4に供給される。増倍率制御回路4の出力は電
源1の入力に帰還される。増幅器4Bは、入力電圧がオ
フセット電圧4Cより大きい場合は出力が0V方向に下
がり、入力電圧がオフセット電圧4Cより小さい場合は
出力が電源電圧方向に上がる。
【0011】電源1は、増倍率制御回路4の出力により
APD3のバイアス電圧を変えるが、光入力10が小さ
い場合はSN比のよい最適値になるようにし、光入力1
0が大きい場合は周波数特性が劣化せず、かつ増倍率が
最小となるように調整される。
【0012】次に、図1によるAPD3の増倍率と自動
利得増幅器6の特性を図3により説明する。図3の横軸
と縦軸の関係は図8と同じである。曲線AはAPD3の
増倍率の特性であり、曲線Bは自動利得増幅器6の特性
である。図3では、光入力10の大小に応じて増倍率制
御回路4の出力を制御し、APD3の増倍率を上限電圧
Vaに対応する光入力の低いPa付近では飽和させ、下
限電圧Vbに対応する光入力10の高いPb付近では飽
和させる。光入力10の中央部分に対しては、曲線Aは
両側の飽和部分を結び信号出力が一定の特性になるよう
な線にする。電源1はDCーDCコンバータで構成され
ており、入力電圧を増減することにより上限電圧Vaと
下限電圧Vbの間で出力電圧を変える。例えば、上限電
圧Va=50V、下限電圧Vb=30Vにする。曲線Bは図
1の利得制御回路9で制御され、PaとPbの部分を信
号出力が一定の特性になるような線にする。利得制御回
路9は図5の増幅器12Cを取り除いたものである。
【0013】次に、図1の数値例を示す。電源1の出力
電圧が30〜50Vであり、光入力10が−10〜−30dBm
の範囲で変化する場合、光入力10が−20dBmのと
き、電源1の出力が40Vになるように、増幅器4Bのオ
フセット電圧を調整する。例えば、光入力10が−20d
Bmのとき、LED2Aには0.05mAの電流が流れる。
フォトカプラ2の効率を30%とすると、フォトトランジ
スタ2Bの出力電流は、0.015mAとなる。このときの
増幅器4Aの出力が1Vになるように、増幅器4Aの利
得を調整する。増幅器4Bの利得を10とすると、入力が
−1Vのときの出力が4Vになるように、オフセット電
圧4Cを調整する。これにより、光入力10が−20dB
m以下のときは増幅器4Bの出力が上り、電源1の出力
が増え、最大で50Vになる。光入力10が−20dBm以
上のときは増幅器4Bの出力が下がり、電源1の出力が
低くなり、最小で30Vになる。
【0014】
【発明の効果】この発明によれば、APDの帰還ループ
と自動利得増幅器の帰還ループを別々に設けているの
で、光入力が上限と下限のとき、APDのバイアス電圧
を最適値に設定することができる。これにより、従来技
術による光入力のダイナミックレンジが−10〜29dBm
程度に対し、−8〜−30dBm程度することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による光・電気変換回路の利得制御回
路の構成図である。
【図2】図1の部分回路図でる。
【図3】図1によるAPD3の増倍率と自動利得増幅器
6の特性図である。
【図4】従来技術による光・電気変換回路の利得制御回
路図である。
【図5】利得制御回路12の回路図である。
【図6】APD3に対する光入力と増倍度の関係図であ
る。
【図7】APD3に対するバイアスと増倍度の関係図で
ある。
【図8】図4のAPD3と自動利得増幅器6の特性図で
ある。
【符号の説明】
1 電源 2 フォトカプラ 2A LED 2B フォトトランジスタ 3 APD(アバランシェフォトダイオード) 4 増倍率制御回路 6 自動利得増幅器 9 利得制御回路 10 光入力

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 DCーDCコンバータで構成される電源
    (1) の出力とフォトカプラ(2) のLED(2A)とアバラン
    シェフォトダイオード(3) を直列に接続し、 アバランシェフォトダイオード(3) に光入力(10)を加
    え、アバランシェフォトダイオード(3) に流れる平均電
    流でフォトカプラ(2) のLED(2A)を発光させ、フォト
    カプラ(2) のフォトトランジスタ(2B)の出力を増倍率制
    御回路(4) に加え、光入力(10)の大小により増倍率制御
    回路(4) の出力を制御し、増倍率制御回路(4) の出力を
    電源(1) の入力に帰還し、電源(1) の出力電圧を上限電
    圧Vaと下限電圧Vbの間で変え、アバランシェフォト
    ダイオード(3) の増倍率を上限電圧Vaに対応する光入
    力の低いPa付近では高い増倍率で飽和させ、下限電圧
    Vbに対応する光入力の高いPb付近では低い増倍率で
    飽和させ、 アバランシェフォトダイオード(3) に光入力(10)を加
    え、アバランシェフォトダイオード(3) の信号出力を自
    動利得制御増幅器(6) に加え、自動利得制御増幅器(6)
    の出力を利得制御回路(9)から自動利得制御増幅器(6)
    に帰還させ、自動利得制御増幅器(6) の利得をPa付近
    からPb付近にかけて信号出力が一定の特性にすること
    を特徴とする光・電気変換回路の利得制御回路。
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