JPH0522075A - Bias circuit for avalanche photodiode - Google Patents

Bias circuit for avalanche photodiode

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JPH0522075A
JPH0522075A JP3173748A JP17374891A JPH0522075A JP H0522075 A JPH0522075 A JP H0522075A JP 3173748 A JP3173748 A JP 3173748A JP 17374891 A JP17374891 A JP 17374891A JP H0522075 A JPH0522075 A JP H0522075A
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義則 須永
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Abstract

PURPOSE:To unnecessitate control and to enable a stable operation over a wide temperature range by connecting a constant current circuit and a constant voltage circuit through a switching means to an avalanche photodiode (APD). CONSTITUTION:A bias circuit 1 for the APD is equipped with a constant current circuit 20 and a constant voltage circuit 30, and the constant current circuit 20 and the constant voltage circuit 30 are connected through a switching means 40 to the APD 10. When optical input signal power does not satisfy a set value arbitrarily decided in advance, the switching means 40 is operated to connect the constant current circuit 20 and the APD 10. Therefore, a constant current bias is impressed to the APD 10 and at that time, the merit of using the low current bias is effectively utilized. Namely, the circuit of feedback control or temperature compensation is unnecessitated, an excess breakdown current caused by the dispersion of elements or a temperature change or the considerable deviation of an amplification factor M is eliminated, and control is unnecessitated.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光受信装置における新
規なアバランシェフォトダイオ−ド(以下APDと呼
ぶ)のバイアス回路に係り、特に、調整を必要とせず、
温度補償なしで広い温度範囲で安定動作し、経年変化に
よる受信性能劣化が小さく、且つダイナミックレンジの
広いAPDのバイアス回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel avalanche photo diode (hereinafter referred to as APD) bias circuit in an optical receiver, which does not require adjustment.
The present invention relates to a bias circuit for an APD that operates stably in a wide temperature range without temperature compensation, has little deterioration in reception performance due to aging, and has a wide dynamic range.

【0002】[0002]

【従来の技術】APDは受光電流Ipを増倍する作用が
あるため、高感度な光受信器に用いられる。増倍率Mは
APDに印加されるバイアス電圧Vによって変化する。
高感度を得るには、バイアス電圧を高くしてAPDのブ
レ−クダウン電圧Vb 近くに設定し、増倍率Mを大きく
すると共に最適増倍率MOPT にする。しかし、増倍率M
が大きくなるような高バイアス電圧の下ではバイアス電
圧の変化に対する増倍率Mの変化が急峻であるため、A
PDを最適増倍率MOPT に保って高感度を実現するため
には、一般に、印加するバイアス電圧Vを正確に制御す
る必要がある。また、APDの特性は温度に依存し、ブ
レ−クダウン電圧及びバイアス電圧に対応する増倍率M
が温度によっても変化することになる。このため、AP
Dのバイアス回路は多くの場合温度補償手段を必要とす
る。さらに、APDの特性は経年変化するものである。
2. Description of the Related Art APDs are used for high-sensitivity optical receivers because they have a function of multiplying a received light current Ip. The multiplication factor M changes depending on the bias voltage V applied to the APD.
In order to obtain high sensitivity, the bias voltage is increased to set it near the breakdown voltage Vb of the APD, the multiplication factor M is increased and the optimum multiplication factor MOPT is set. However, the multiplication factor M
Under a high bias voltage such that A becomes large, the change of the multiplication factor M with respect to the change of the bias voltage is sharp.
In order to maintain PD at the optimum multiplication factor MOPT and realize high sensitivity, it is generally necessary to accurately control the applied bias voltage V. Further, the characteristics of the APD depend on the temperature, and the multiplication factor M corresponding to the breakdown voltage and the bias voltage.
Will also change with temperature. Therefore, AP
Bias circuits in D often require temperature compensation means. Furthermore, the properties of APDs change over time.

【0003】以上のような性質を有するAPDを用いた
光受信装置のバイアス回路には、従来、定電圧バイアス
回路或いは定電流バイアス回路が採用されている。これ
ら定電圧バイアス回路及び定電流バイアス回路について
以下説明する。
Conventionally, a constant voltage bias circuit or a constant current bias circuit has been adopted as the bias circuit of the optical receiving device using the APD having the above-mentioned properties. The constant voltage bias circuit and the constant current bias circuit will be described below.

【0004】図2は従来の定電圧バイアス回路の一例で
ある。定電圧バイアス回路2においては、APD10に
定電圧回路30が接続され、定電圧回路30に電圧制御
回路90が接続されている。高圧電源50より高電圧を
定電圧回路30に供給してAPDのバイアス電圧を定電
圧駆動する。APD10の受信出力は前置増幅器80を
経由しAGC(Automatic Gain Con
trol)増幅器81に入力され、AGC増幅器81の
出力が定電圧バイアス回路2の出力として取り出され
る。AGC増幅器81の働きにより出力信号振幅は一定
に保たれる。また、AGC増幅器81においては、入力
信号レベルが検出され、その結果が電圧制御回路90に
入力される。電圧制御回路90はこの入力信号レベルに
応じてAPD10の増倍率Mをフィ−ドバック制御す
る。この時、バイアス電圧は、光入力電力の変化に対応
して、増倍率Mが予め設定した目標値となるように決定
される。また、温度検出回路100が設けられ、ここで
得られた温度情報が電圧制御回路90に送られる。電圧
制御回路90は温度変化によるAPD10の特性の変化
によらず増倍率Mが目標値になるようにバイアス電圧を
制御する。
FIG. 2 shows an example of a conventional constant voltage bias circuit. In the constant voltage bias circuit 2, the constant voltage circuit 30 is connected to the APD 10, and the voltage control circuit 90 is connected to the constant voltage circuit 30. A high voltage is supplied from the high voltage power supply 50 to the constant voltage circuit 30 to drive the bias voltage of the APD at a constant voltage. The reception output of the APD 10 is passed through a preamplifier 80 and an AGC (Automatic Gain Con).
control) amplifier 81, and the output of the AGC amplifier 81 is taken out as the output of the constant voltage bias circuit 2. The output signal amplitude is kept constant by the action of the AGC amplifier 81. Further, the AGC amplifier 81 detects the input signal level, and the result is input to the voltage control circuit 90. The voltage control circuit 90 feedback controls the multiplication factor M of the APD 10 according to the input signal level. At this time, the bias voltage is determined so that the multiplication factor M becomes a preset target value in accordance with the change in the optical input power. Further, a temperature detection circuit 100 is provided, and the temperature information obtained here is sent to the voltage control circuit 90. The voltage control circuit 90 controls the bias voltage so that the multiplication factor M reaches the target value regardless of the change in the characteristics of the APD 10 due to the temperature change.

【0005】以上のように、定電圧回路を用いた図2の
バイアス回路2は、光入力信号の電力に対応して増倍率
Mが最適になるようフィ−ドバックしているため、高い
受信感度と広いダイナミックレンジを両立させることが
できる。また、温度検出回路100と電圧制御回路90
内の温度補償回路によって、周囲温度に従ってバイアス
電圧の補償を行い、温度変化によらず光受信器の受信性
能を維持することができる。
As described above, since the bias circuit 2 of FIG. 2 using the constant voltage circuit is fed back so that the multiplication factor M is optimized corresponding to the power of the optical input signal, the high receiving sensitivity is obtained. And a wide dynamic range can be achieved at the same time. In addition, the temperature detection circuit 100 and the voltage control circuit 90
The internal temperature compensating circuit compensates the bias voltage according to the ambient temperature and can maintain the receiving performance of the optical receiver regardless of the temperature change.

【0006】次に、従来の定電流バイアス回路の例を図
3を用いて説明する。定電流バイアス回路3において
は、高圧電源50が定電流回路20に接続され、定電流
回路20にAPD10が接続されている。APD10に
は高周波領域におけるインピ−ダンスを下げるため、コ
ンデンサ60が接続されている。定電流回路20により
APD10に流れる平均電流Isは一定に保たれる。A
PD10の光信号出力は前置増幅器80において増幅さ
れる。定電流回路20の電流出力値Isは、目標とする
最小受信電力PMIN においてM=MOPT となるように下
式に従って設定する。
Next, an example of a conventional constant current bias circuit will be described with reference to FIG. In the constant current bias circuit 3, the high voltage power supply 50 is connected to the constant current circuit 20, and the constant current circuit 20 is connected to the APD 10. A capacitor 60 is connected to the APD 10 to reduce the impedance in the high frequency region. The constant current circuit 20 keeps the average current Is flowing through the APD 10 constant. A
The optical signal output of the PD 10 is amplified by the preamplifier 80. The current output value Is of the constant current circuit 20 is set according to the following equation so that M = MOPT at the target minimum received power PMIN.

【0007】ここで、Ipは受光電流、Sは受信感度で
ある。
Here, Ip is a light receiving current, and S is a receiving sensitivity.

【0008】Is=MOPT ・S・PMIN 光入力がない場合、APD10はブレ−クダウン状態で
ある。目標とした最小受信電力PMIN が入力した場合、
M=MOPT となる。光受信電力が大きくなるに従い、A
PD10のインピ−ダンスが下がるため、APDバイア
ス電圧は下がり、増倍率Mは光入力電力に反比例して低
下する。受光電流Ip=IsとなったときM=1とな
る。光入力電力の変化に対してAPD10の平均電流I
sは一定であるため、光信号のマ−ク率が一定の場合、
光受光信号電流の振幅も変化しない。このため、自動的
にAGC動作が行われる。周囲温度が変化してAPD1
0のブレ−クダウン電圧等の特性が変化した場合でも、
APD10を流れる平均電流値は常に一定に保たれる。
このため、暗電流が特に大きくならない限り、温度変化
によって増倍率Mは変化しない。
Is = MOPT.S.PMIN When there is no light input, the APD 10 is in a break down state. When the target minimum received power PMIN is input,
M = MOPT. As the optical power received increases, A
Since the impedance of the PD 10 decreases, the APD bias voltage decreases, and the multiplication factor M decreases in inverse proportion to the optical input power. When the light receiving current Ip = Is, M = 1. Average current I of the APD 10 with respect to changes in optical input power
Since s is constant, if the mark rate of the optical signal is constant,
The amplitude of the light receiving signal current does not change, either. Therefore, the AGC operation is automatically performed. Ambient temperature changes and APD1
Even if the characteristics such as the breakdown voltage of 0 change,
The average current value flowing through the APD 10 is always kept constant.
Therefore, unless the dark current becomes particularly large, the multiplication factor M does not change due to the temperature change.

【0009】以上のように、定電流回路を用いたAPD
のバイアス回路3においては、フィ−ドバック制御を必
要としないため、回路が単純化される。温度変化に伴う
APD特性の変化によらず、バイアス電流値Isによっ
てのみ増倍率Mが決まるため温度補償回路も必要とせ
ず、回路は更に簡素化できる。また、AGC増幅回路を
必要としない。定電流回路の電流値の誤差による回路特
性への影響は比較的小さいため、電流値を精密に設定す
る必要はなく、回路の無調整化が可能である。加えて、
APDの特性、例えばブレ−クダウン電圧が経年変化し
ても受信性能への影響は小さい。
As described above, the APD using the constant current circuit
Since the bias circuit 3 does not require feedback control, the circuit is simplified. Since the multiplication factor M is determined only by the bias current value Is regardless of the change of the APD characteristic due to the temperature change, the temperature compensating circuit is not required, and the circuit can be further simplified. Also, no AGC amplifier circuit is required. Since the influence of the error in the current value of the constant current circuit on the circuit characteristics is relatively small, it is not necessary to set the current value precisely and the circuit can be adjusted. in addition,
Even if the characteristics of the APD, such as the breakdown voltage, change over time, the influence on the reception performance is small.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、定電圧バイ
アス回路2においては、高バイアス電圧の下ではバイア
ス電圧の変化に対する増倍率Mの変化が急峻であるた
め、増倍率Mを安定させるためにはバイアス電圧を正確
に制御しなければならない。これにはAPDや他の素子
のばらつきに対応するために調整をすることが不可欠で
ある。また、APDが温度依存することから温度補償が
必要になるが、温度補償を閉ル−プで行うので正確な温
度補償を行うためには、APDの温度特性のばらつきに
応じて調整を行う必要がある。特に、APDの増倍率M
が高い領域、つまり光入力信号の小さい領域では、印加
バイアス電圧の変化による増倍率Mの変化が急峻である
ため、極めて高精度な電圧制御が要求されることになる
ので上記ばらつきに対応する調整は極めて困難である。
更にAPD特性は経年変化するものであり、増倍率Mを
安定に保つためにこの経年変化に対応して電圧を変化さ
せることは困難である。以上のような理由から、定電圧
回路を用いたAPDのバイアス回路2により光入力信号
の小さい領域では、安定してバイアスをかけることは難
しい。
In the constant voltage bias circuit 2, the change of the multiplication factor M with respect to the change of the bias voltage is sharp under a high bias voltage. Therefore, in order to stabilize the multiplication factor M, The bias voltage must be controlled accurately. For this, it is indispensable to make adjustments in order to cope with variations in APD and other elements. Further, since the APD depends on the temperature, temperature compensation is necessary. However, since the temperature compensation is performed in a closed loop, it is necessary to adjust according to the variation in the temperature characteristic of the APD in order to perform the accurate temperature compensation. There is. Especially, the multiplication factor M of APD
In a region where the input optical signal is high, that is, in a region where the optical input signal is small, the change of the multiplication factor M due to the change of the applied bias voltage is abrupt, so that extremely accurate voltage control is required. Is extremely difficult.
Further, the APD characteristics change with time, and it is difficult to change the voltage in response to the change with time in order to keep the multiplication factor M stable. For the above reasons, it is difficult to stably apply the bias in the region where the optical input signal is small by the bias circuit 2 of the APD using the constant voltage circuit.

【0011】一方、定電流バイアス回路3にあっては、
定電圧バイアス回路2と異なり、無調整で安定に動作
し、非常に簡単な回路で実現できるほか、AGC回路も
必要としない。しかし、定電流バイアス回路3には以下
述べる光入力電力のダイナミックレンジが狭いという欠
点がある。即ち、増倍率Mが2未満では光電変換の応答
速度が急激に低下するという特性を有しているので、増
倍率Mが2未満になるような高い光入力電力下では高速
信号の光受信が不可能になる。また、定電流バイアス回
路3を用いると光入力電力に反比例して増倍率Mが変化
するため、低い光入力電力下では光入力電力の変化に対
する増倍率Mの変化が大きい。そこで、増倍率Mの上限
を例えば40として考えるならば、増倍率Mが2〜40
の範囲で受信可能ということになる。この範囲に対応す
る光入力電力のダイナミックレンジは略13dBという
ことになり、大変に狭い。定電流バイアス回路3は光入
力電力のダイナミックレンジが狭いという欠点があり、
この欠点の主な要因は光入力電力が高い時に高速信号の
光受信が不可能になることである。このように、定電流
バイアス回路3は定電圧バイアス回路2とは逆に光入力
信号の大きい領域で問題を有している。
On the other hand, in the constant current bias circuit 3,
Unlike the constant voltage bias circuit 2, it operates stably without adjustment, can be realized by a very simple circuit, and does not require an AGC circuit. However, the constant current bias circuit 3 has a drawback that the dynamic range of the optical input power described below is narrow. That is, when the multiplication factor M is less than 2, the response speed of photoelectric conversion is drastically reduced. Therefore, under high optical input power such that the multiplication factor M is less than 2, optical reception of high-speed signals is not possible. It will be impossible. Further, when the constant current bias circuit 3 is used, the multiplication factor M changes in inverse proportion to the optical input power, so that the variation of the multiplication factor M with respect to the change of the optical input power is large under a low optical input power. Therefore, if the upper limit of the multiplication factor M is set to 40, for example, the multiplication factor M is 2 to 40.
It means that it is possible to receive in the range of. The dynamic range of the optical input power corresponding to this range is about 13 dB, which is extremely narrow. The constant current bias circuit 3 has a drawback that the dynamic range of optical input power is narrow,
The main cause of this drawback is that optical reception of high-speed signals becomes impossible when the optical input power is high. In this way, the constant current bias circuit 3 has a problem in the region where the optical input signal is large, contrary to the constant voltage bias circuit 2.

【0012】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、調整を必要とせず、温度補償なしで広い温度範囲で
安定動作し、経年変化による受信性能劣化が小さく、且
つダイナミックレンジの広いAPDのバイアス回路を提
供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems, to perform stable operation in a wide temperature range without requiring adjustment, without temperature compensation, with little deterioration in receiving performance due to aging, and with a wide dynamic range. To provide a bias circuit for the.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第一の発明は、光信号を電気信号に変換する光受信
装置におけるAPDのバイアス回路において、定電流回
路と定電圧回路とを具備し、これら定電流回路と定電圧
回路とが上記APDに切替手段を介して接続された。
In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is to provide a constant current circuit and a constant voltage circuit in a bias circuit of an APD in an optical receiver for converting an optical signal into an electric signal. The constant current circuit and the constant voltage circuit are connected to the APD via the switching means.

【0014】また、第二の発明は、上記切替手段が光入
力信号電力が予め任意に決定した設定値に満たないとき
には定電流回路とAPDとを接続してバイアスをかけ、
光入力信号電力が設定値以上のときには定電圧回路とA
PDとを接続してバイアスをかけるように構成した。
A second aspect of the invention is to connect the constant current circuit and the APD to apply a bias when the switching means does not reach a preset value arbitrarily determined in advance.
When the optical input signal power is above the set value, the constant voltage circuit and A
It was configured to be connected to the PD and biased.

【0015】また、第三の発明は、上記切替手段がダイ
オ−ドによって構成された。
Further, in the third invention, the switching means is constituted by a diode.

【0016】また、第四の発明は、上記定電圧回路と上
記上記アバランシェフォトダイオ−ドとの間に抵抗器を
備えた。
The fourth invention includes a resistor between the constant voltage circuit and the avalanche photodiode.

【0017】[0017]

【作用】上記構成により、光入力信号電力が予め任意に
決定した設定値に満たないときには切替手段が働いて、
定電流回路とAPDとを接続する。従って、APDに定
電流バイアスが印加されることになる。APDに定電流
バイアスが印加される時、低電流バイアスを使用する時
の利点が生かされることになる。即ち、フィ−ドバック
制御や温度補償の回路が必要なく、素子のばらつきや温
度変化に起因する過大なブレ−クダウン電流や増倍率M
の大幅なずれがなくなり、調整も必要でない。また、定
電流回路には高い精度が必要でないので、簡単な回路構
成で実現できる。さらに、APDの特性の経年変化によ
っても大きな影響を受けない。
With the above structure, the switching means operates when the optical input signal power does not reach the preset value arbitrarily determined in advance,
The constant current circuit and the APD are connected. Therefore, the constant current bias is applied to the APD. When a constant current bias is applied to the APD, the advantages of using a low current bias will be taken advantage of. That is, there is no need for a feedback control or temperature compensation circuit, and an excessive break-down current or multiplication factor M caused by element variations or temperature changes.
There is no significant shift in the number, and no adjustment is required. Further, since the constant current circuit does not require high accuracy, it can be realized with a simple circuit configuration. Furthermore, it is not significantly affected by the secular change in the characteristics of APD.

【0018】一方、光入力信号電力が予め任意に決定し
た設定値以上のときには切替手段が働いて、定電圧回路
とAPDとを接続する。従って、APDに定電圧バイア
スが印加されることになる。APDに定電圧バイアスが
印加される時、低電圧バイアスを使用する時の利点が生
かされることになる。即ち、光入力電力の変化に関わら
ず増倍率Mを略一定に保つことができるので、光入力電
力がある程度大きくても光受信装置は作動することにな
り、ダイナミックレンジが広がることになる。また、増
倍率Mが2乃至3と比較的小さい領域では、バイアス電
圧の変化に対する増倍率Mの変化が小さいのでバイアス
電圧の設定は高い精度を必要としない。従って、定電圧
回路は簡単に構成できることになる。
On the other hand, when the optical input signal power is equal to or greater than the preset value arbitrarily determined, the switching means operates to connect the constant voltage circuit and the APD. Therefore, the constant voltage bias is applied to the APD. When a constant voltage bias is applied to the APD, the advantages of using a low voltage bias will be taken advantage of. That is, since the multiplication factor M can be kept substantially constant regardless of the change in the optical input power, the optical receiving device operates even if the optical input power is large to some extent, and the dynamic range is expanded. Further, in a region where the multiplication factor M is relatively small, such as 2 to 3, the change in the multiplication factor M with respect to the change in the bias voltage is small, so that the setting of the bias voltage does not require high accuracy. Therefore, the constant voltage circuit can be easily constructed.

【0019】また、切替手段はダイオ−ドによって構成
されるので簡単である。
Further, the switching means is simple because it is constituted by a diode.

【0020】以上述べたように、簡単な構成による低電
流回路と簡単な構成による定電圧回路を用いてダイナミ
ックレンジの広い光受信装置が構成できることになる。
この光受信装置は、調整を必要とせず、温度に対して安
定であり、APDの特性の経年変化の影響が小さい。
As described above, an optical receiver having a wide dynamic range can be constructed by using a low current circuit having a simple structure and a constant voltage circuit having a simple structure.
This optical receiving device requires no adjustment, is stable with respect to temperature, and has little influence of aging of the characteristics of the APD.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0022】図1に示すように、APD10を用いて光
信号を電気信号に変換する光受信装置1には、APD1
0に定電流バイアスをかけるための定電流回路20とA
PD10に定電圧バイアスをかけるための定電圧回路3
0とが備えられている。これら定電流回路20及び定電
圧回路30は、共に従来一般に知られているなかでも極
めて簡単な回路で構成されている。光受信装置1には、
高い電圧を発生する高電圧発生回路50が設けられ、こ
の出力が定電流回路20と定電圧回路30とにそれぞれ
接続されて電源を供給すべく構成されている。定電流回
路20の出力は直接切替手段40の定電流側端子42に
接続され、一方、定電圧回路30の出力は抵抗70を介
して切替手段40の定電圧側端子43に接続されてい
る。
As shown in FIG. 1, the optical receiving device 1 for converting an optical signal into an electric signal using the APD 10 includes an APD 1
Constant current circuit 20 and A for applying constant current bias to 0
Constant voltage circuit 3 for applying constant voltage bias to PD10
0 and are provided. Both the constant current circuit 20 and the constant voltage circuit 30 are composed of extremely simple circuits, which are generally known in the past. In the optical receiver 1,
A high voltage generating circuit 50 for generating a high voltage is provided, and its outputs are connected to the constant current circuit 20 and the constant voltage circuit 30, respectively, and are configured to supply power. The output of the constant current circuit 20 is directly connected to the constant current side terminal 42 of the switching means 40, while the output of the constant voltage circuit 30 is connected to the constant voltage side terminal 43 of the switching means 40 via the resistor 70.

【0023】切替手段40は本実施例にあっては、ダイ
オ−ド41のみで構成されている。切替手段40の定電
流側端子42は直接切替手段40の出力端子44に接続
されている。切替手段40の定電圧側端子43はダイオ
−ド41のアノ−ド側に接続され、ダイオ−ド41のカ
ソ−ド側は切替手段40の出力端子44に接続されてい
る。即ち、定電流側端子42の電圧より定電圧側端子4
3の電圧が高いときのみ、ダイオ−ド41が導通するよ
うに構成されている。
In this embodiment, the switching means 40 is composed of only the diode 41. The constant current side terminal 42 of the switching means 40 is directly connected to the output terminal 44 of the switching means 40. The constant voltage side terminal 43 of the switching means 40 is connected to the anode side of the diode 41, and the cathode side of the diode 41 is connected to the output terminal 44 of the switching means 40. That is, from the voltage of the constant current side terminal 42 to the constant voltage side terminal 4
The diode 41 is configured to conduct only when the voltage of 3 is high.

【0024】切替手段40の出力端子44はAPD10
のカソ−ド側に接続され、高周波領域のインピ−ダンス
を下げるためのコンデンサ60に接続されている。AP
D10のアノ−ド側は電流を制限するための抵抗61を
介して接地されていると共にAPD10から得られる小
信号を増幅する前置増幅器80に入力されている。前置
増幅器80の出力は増幅率を自動調整して後段の回路に
適切な振幅の信号を伝えるためのAGC増幅器81に入
力されている。AGC増幅器81の出力が光受信装置1
の出力となる。
The output terminal 44 of the switching means 40 is the APD 10
Is connected to the cathode side of the capacitor and is connected to a capacitor 60 for reducing the impedance in the high frequency region. AP
The anode side of D10 is grounded via a resistor 61 for limiting the current and is also input to a preamplifier 80 for amplifying a small signal obtained from the APD10. The output of the preamplifier 80 is input to an AGC amplifier 81 for automatically adjusting the amplification factor and transmitting a signal having an appropriate amplitude to the circuit in the subsequent stage. The output of the AGC amplifier 81 is the optical receiver 1.
Will be output.

【0025】上記抵抗70にあっては、ダイオ−ド41
が導通する時、定電圧回路30の出力をAPD10に供
給すべく、定電圧回路30とAPD10との間に備えら
れている。
In the resistor 70, the diode 41 is used.
Is provided between the constant voltage circuit 30 and the APD 10 in order to supply the output of the constant voltage circuit 30 to the APD 10 when the power is turned on.

【0026】ここで、APD10のバイアス回路側とグ
ランドとの間の電圧をV、定電圧回路の電圧出力をVs
とする。
Here, the voltage between the bias circuit side of the APD 10 and the ground is V, and the voltage output of the constant voltage circuit is Vs.
And

【0027】次に、実施例の作用を述べる。Next, the operation of the embodiment will be described.

【0028】まず、APD10に光入力がない場合、電
圧Vは最も高くなり、APD10はブレ−クダウン状態
にある。また、電圧Vが定電圧回路30の電圧出力Vs
より高いので、切替手段40を構成するダイオ−ド41
は遮断されてAPD10には定電流回路20より定電流
バイアスが印加されることになる。APD10に光入力
が入った場合、コンデンサ60によって高周波領域のイ
ンピ−ダンスが下げられているため、光入力信号に対応
して電流が変化する。しかし、平均の電流値は定電流回
路20によって、一定値に制御されているため、APD
10の増倍率Mは次式で表される。
First, when there is no light input to the APD 10, the voltage V becomes the highest and the APD 10 is in the break down state. Further, the voltage V is the voltage output Vs of the constant voltage circuit 30.
Since it is higher, a diode 41 that constitutes the switching means 40 is used.
Is blocked and a constant current bias is applied to the APD 10 from the constant current circuit 20. When an optical input is input to the APD 10, the capacitor 60 lowers the impedance in the high frequency region, so that the current changes according to the optical input signal. However, since the average current value is controlled to a constant value by the constant current circuit 20, the APD
The multiplication factor M of 10 is expressed by the following equation.

【0029】M=Is/Ip=Is/(P・S) ここで、Isはバイアス電流、Ipは平均受光電流、S
は受光感度、Pは平均受光電力である。
M = Is / Ip = Is / (P · S) where Is is the bias current, Ip is the average light receiving current, and S
Is the light receiving sensitivity, and P is the average light receiving power.

【0030】光入力電力が増えるに従い、平均受光電力
Pが増大し増倍率Mはこれに反比例して小さくなり、次
第に電圧Vも下がる。この間、APD10の出力信号の
振幅は一定である。周囲温度が変化してAPD10の特
性が変化しても一定である。このようにして、光入力電
力が小さいとき、定電流回路20より定電流バイアスが
印加され、APD10の出力信号が安定に得られること
になる。
As the optical input power increases, the average received light power P increases, the multiplication factor M decreases in inverse proportion to this, and the voltage V also gradually decreases. During this time, the amplitude of the output signal of the APD 10 is constant. It is constant even if the ambient temperature changes and the characteristics of the APD 10 change. In this way, when the optical input power is small, the constant current bias is applied from the constant current circuit 20, and the output signal of the APD 10 is stably obtained.

【0031】次に、光入力電力がさらに増加して平均受
光電力Pが増大すると、増倍率Mは減少し電圧Vが低下
する。電圧Vが定電圧回路の電圧出力Vs以下になる
と、切替手段40を構成するダイオ−ド41が導通し
て、抵抗器70を介して電圧Vを一定に与えることにな
る。即ち、APD10に定電圧バイアスが印加されるこ
とになる。以後、光入力が増えても電圧Vは一定に保た
れ、従って増倍率Mも一定に保たれることになる。増倍
率Mが著しく小さくなることがないので、光電変換の応
答速度が急激に低下することがない。また、定電圧バイ
アス電圧が充分に小さいことから、定電圧回路30の精
度が高くなくても安定な動作が得られることになる。こ
の時は、APD10の出力信号の振幅は光入力の振幅に
略比例して大きくなるため、AGC増幅器81が働いて
光受信装置1の出力が安定に得られる。このようにし
て、光入力電力が大きいとき定電圧回路30より定電圧
バイアスが印加され、APD10の出力信号が安定に得
られることになる。
Next, when the optical input power further increases and the average received power P increases, the multiplication factor M decreases and the voltage V decreases. When the voltage V becomes equal to or lower than the voltage output Vs of the constant voltage circuit, the diode 41 forming the switching means 40 becomes conductive and the voltage V is constantly applied via the resistor 70. That is, a constant voltage bias is applied to the APD 10. After that, the voltage V is kept constant even when the optical input is increased, and thus the multiplication factor M is also kept constant. Since the multiplication factor M is not remarkably reduced, the response speed of photoelectric conversion does not suddenly decrease. Further, since the constant voltage bias voltage is sufficiently small, stable operation can be obtained even if the accuracy of the constant voltage circuit 30 is not high. At this time, the amplitude of the output signal of the APD 10 increases substantially in proportion to the amplitude of the optical input, so that the AGC amplifier 81 operates and the output of the optical receiver 1 is stably obtained. In this way, a constant voltage bias is applied from the constant voltage circuit 30 when the optical input power is large, and the output signal of the APD 10 is stably obtained.

【0032】過大な光入力が入った時は、接地された抵
抗61によって電流が制限されてAPD10が過電流に
よる破壊から守られる。
When an excessive optical input is input, the current is limited by the grounded resistor 61 to protect the APD 10 from damage due to overcurrent.

【0033】以上説明したように、本発明によれば、定
電圧バイアス回路の利点と定電流バイアス回路の利点と
を兼ね備えたAPDのバイアス回路を構成することがで
きる。また、これら定電圧バイアス回路と定電流バイア
ス回路とを切替えるために設けた切替手段がダイオ−ド
1個のみで実現されている。即ち、調整を必要とせず、
温度補償なしで広い温度範囲で安定動作し、経年変化に
よる受信性能劣化が小さく、且つダイナミックレンジの
広いAPDのバイアス回路が簡単な回路で実現できるこ
とになる。このようなAPDのバイアス回路は、光入力
信号のマ−ク率が一定となるデジタル光信号の受信機に
おいて特に有効である。
As described above, according to the present invention, it is possible to configure the bias circuit of the APD having both the advantages of the constant voltage bias circuit and the advantages of the constant current bias circuit. Further, the switching means provided for switching between the constant voltage bias circuit and the constant current bias circuit is realized by only one diode. That is, no adjustment is required,
A bias circuit for an APD that operates stably in a wide temperature range without temperature compensation, has little deterioration in receiving performance due to aging, and has a wide dynamic range can be realized with a simple circuit. Such an APD bias circuit is particularly effective in a digital optical signal receiver in which the mark ratio of the optical input signal is constant.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明は以下の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0035】(1)調整が必要ない。(1) No adjustment is necessary.

【0036】(2)広い温度範囲で安定動作する。(2) Stable operation over a wide temperature range.

【0037】(3)APDの経年変化の影響が少ない。(3) The influence of aging of APD is small.

【0038】(4)ダイナミックレンジが広い。(4) Wide dynamic range.

【0039】(5)高精度の部品を必要としない。(5) No high precision parts are required.

【0040】(6)回路構成が簡単である。(6) The circuit structure is simple.

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

【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来の定電圧バイアス回路の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional constant voltage bias circuit.

【図3】従来の定電流バイアス回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional constant current bias circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光受信装置 10 アバランシェフォトダイオ−ド(APD) 20 定電流回路 30 定電圧回路 40 切替手段 41 ダイオ−ド 70 抵抗器 1 Optical receiver 10 Avalanche Photodiode (APD) 20 constant current circuit 30 constant voltage circuit 40 switching means 41 diode 70 resistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/06 8426−5K H04B 9/00 Y ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H04B 10/06 8426-5K H04B 9/00 Y

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光信号を電気信号に変換する光受信装置
におけるアバランシェフォトダイオ−ドのバイアス回路
において、定電流回路と定電圧回路とを具備し、これら
定電流回路と定電圧回路とが上記アバランシェフォトダ
イオ−ドに切替手段を介して接続されることを特徴とす
るアバランシェフォトダイオ−ドのバイアス回路。
1. A bias circuit of an avalanche photo diode in an optical receiving device for converting an optical signal into an electric signal, comprising a constant current circuit and a constant voltage circuit, and these constant current circuit and constant voltage circuit are the above-mentioned. A bias circuit for an avalanche photo diode, which is connected to the avalanche photo diode through a switching means.
【請求項2】 上記切替手段が光入力信号電力が予め任
意に決定した設定値に満たないときには定電流回路とア
バランシェフォトダイオ−ドとを接続してバイアスをか
け、光入力信号電力が設定値以上のときには定電圧回路
とアバランシェフォトダイオ−ドとを接続してバイアス
をかけるように構成したことを特徴とする請求項1記載
のアバランシェフォトダイオ−ドのバイアス回路。
2. The switching means connects the constant current circuit and an avalanche photodiode to bias the optical input signal power when the optical input signal power is less than a preset value, and the optical input signal power is set to the preset value. 2. A bias circuit for an avalanche photo diode according to claim 1, wherein in the above case, the constant voltage circuit and the avalanche photo diode are connected to each other for biasing.
【請求項3】 上記切替手段がダイオ−ドによって構成
されたことを特徴とする請求項1乃至2記載のアバラン
シェフォトダイオ−ドのバイアス回路。
3. A bias circuit for an avalanche photodiode according to claim 1, wherein the switching means is composed of a diode.
【請求項4】 上記定電圧回路と上記上記アバランシェ
フォトダイオ−ドとの間に抵抗器を備えることを特徴と
する請求項1記載のアバランシェフォトダイオ−ドのバ
イアス回路。
4. A bias circuit for an avalanche photodiode according to claim 1, further comprising a resistor between the constant voltage circuit and the avalanche photodiode.
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