JPH05503820A - 光ファイバー・トランスインピーダンス受信機 - 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】 本発明は、光受信機に関するもので、特に、歪みを導入することなく、動作周波 数でのノイズ・レベルの十分上で、広範囲に変動するエネルギーの光信号を受信 機が線形に動作するレベルの出力電圧へ変換することができる光ファイバー・ト ランスインピーダンス受信機に関する。

特に、本発明は、レーザー送信機から送信される信号が例えば２ｋｍから２０ｋ ｍまで変化する長さの光ファイバを伝搬するような、ＣＡＴＶヘッドエンド又は ハブに近接して又はそこから遠（離れて光受信機が配置されたＣＡＴＶ分配シス テムに使用するのに適している。また、本発明は、広帯域データ伝送システムの ような光ファイバ（この言葉は一般的な光伝送リンクを包含する）を使う広帯域 信号伝送システムにも使用することができる。こうしたデータ伝送システムはｌ ５ＤＮ（統合ディジタル・システム・ネットワーク）の形式を含む。

多チャンネルの、したがって広帯域（５０−５５０ＭＨｚ）のＣＡＴＶ信号は光 フアイバ分配ネットワークを伝送される。光ファイバの端部の受信機は光信号を 対応する電気信号へ変換する。これらの受信機が歪みを導入しないことは極めて 重要である。また、受信機がシステム・ノイズ・レベルよりもかなり上のレベル の出力信号を提供することも必要である。従来の受信機は、分配システム（この システムでは、受信機での光エネルギーは極めて大きく広範囲に変動し、短い光 ファイバの端部では従来のレーザー送信機の２ｍＷに近く、長い光ファイバの端 部では大きく減衰されている）のＣＡＴＶ信号によって占有される広い帯域にわ たって歪み・ノイズ特性を維持することができなかった。光検知器は、光エネル ギーを電気信号へ変換するのに使用されるが、多チャンネルＣＡＴＶ信号によっ て変調された複合ビデオ電流信号を提供する電流源として機能する。光ファイバ が短く、エネルギーが大きいと、この信号電流は受信機の増幅器をオーバードラ イブし、画質に与える影響の故に許容することができない歪みを生じる。十分な 信号電流が利用できない場合、画質はノイズによって制限される。トランスイン ピーダンス増幅器は、電流信号に対応する出力電圧信号を提供するために光受信 機で使用されることが多い。この出力電圧信号はＣＡＴＶ信号を加入者へ分配す る電気的伝送線を駆動する。

入力電流レベルと増幅器の利得とを制御するためにアクティブなデバイスを使用 することは、これらのデバイスがＣＡＴＶ信号のような多チャンネル・ビデオ信 号のダイナミック・レンジ及び広い信号帯域にわたって十分に線形ではないとい う点で適切ではないということがわかっている。こうしたアクティブなデバイス は、増幅器を信号帯域幅内で発振させ、信号利得を制御するのに有効な帯域を有 効に制限してしまうような値の内部容量を持つことが多い。

本発明の主要な目的は、例えば極めて短い又は極めて長い光フアイバ伝送線によ って分配されたときに受信信号の光エネルギーが広い範囲にわたって変動する場 合であっても、テレビジョンの応用分野の要件に合致する歪み・ノイズ特性を持 つトランスインピーダンス増幅器を含み、光エネルギーが変動する広帯域光信号 に応答する改良された光受信機を提供することである。

本発明の他の目的は、光−電圧変換利得を変化させて、受信機で生成される出力 信号の歪み及びノイズを最小にし、異なるエネルギー・レベルの入力信号に適応 することができるようにするトランスインピーダンス増幅器を含む改良されたト ランスインピーダンス受信機を提供することである。

本発明の別の目的は、ＣＡＴＶの分野の要件に合致する歪み・ノイズ特性を有す る改良された光ファイバ・トランスインピーダンス受信機を提供することである 。

簡単に説明すると、本発明に係る光受信機は、光ファイバによって規定される伝 送路により伝送される広帯域な光信号（ここで、広帯域とは、ＣＡＴＶ帯域。

即ち５０−５５０ＭＨｚと少な（とも同等の帯域幅を意味する）に応答する。該 受信機は伝送路を終端する光検知器を備え、光信号の光エネルギーに対応する出 力電流信号を提供する。光エネルギーの大きさは伝送路の長さに依存して変動す る。広い帯域にわたって発振することなく利得を提供するに足る内部容量と相互 コンダクタンス（ｇｍ）とを有するデバイスを含む低容量の広帯域増幅器が使用 される。好ましくは、該デバイスはゲート、ソース及びドレインを有するガリウ ムひ素電界効果トランジスタ（ＧＡＳＦＥＴ）である。受信機は、光信号に対応 する出力電圧を生成するために広い帯域にわたって受信機のトランスインピーダ ンス動作を提供するための手段を含む。増幅器は、光検知器が出力電気信号へ変 換する光信号エネルギーに依存する異なる値の抵抗からなる群から選択された帰 還抵抗を入力と出力との間（ＧＡＳＦＥＴのゲートとソース又はゲートとドレー ンの間）に接続するための手段を含む。増幅器は一定の電圧利得を有する。電流 −電圧変換利得（Ｖｏ／■ｌＮ）はトランスインピーダンス動作に比例するが、 光信号エネルギーに依存して変化する。分配システムにおける種々の光ファイバ ・エンドでの光エネルギーはわかるし、システムに作業する設置者や技術者にと って利用可能なデータもわかるので、所要の値の帰還抵抗を選択し、設置するこ とは容易である。ここて、受信機は出力電圧を電気的伝送線に与え、該伝送線は 、平均的には実質的に一定状態を保ち（いうまでもなく、振幅変調複合ビデオに よって変調されている）、歪みが最小であるが信号レベルがシステム・ノイズ・ レベルの十分上にある線形範囲に置かれた加入者テレビジョン受信機に信号を与 える。

本発明の及びその好適な実施例の上記の及びその他の目的、特徴及び利点は、添 付の図面の関連して以下の説明を読むことから明らかになるであろう。

図１は１本発明を実施する光ファイバ・トランスインピーダンス受信機の概略図 である。

図２は、トランスインピーダンス増幅器段のスペクトル応答（実線）、バッファ 増幅器段のスペクトル応答（点線）及び受信機出力のスペクトル応答（一点鎖線 による実質的な直線）を示す曲線である。

図１を参照すると、多チャンネルＣＡＴ　Ｖ信号をレーザー送信機（Ｌ、　Ｔ、 　）１２に与えるＣ　、Ａ、　Ｔ　￥ヘッド又はハブ１０が示されている。例と して示された光フアイバ伝送線（Ｆ、　Ｏ）１．４はＣＡＴＶ信号を分配システ ム内の場所へ分配する。この場所は、ヘッド・エンド又はハブ１０における最後 の送信機１２から距離的に大きく変動し得る。光ファイバの長さは例えば２ｋｍ 、２０ｋｍ又はその間の任意の値でよい。システム・マツプにより、光ファイバ １４の終端での光エネルギーを識別する。例えば、光ファイバが短ければ、レー ザー送信機１２で生成されたレーザー・エネルギー（例えば２ｍＷ）と同じオー ダーである。

トランスインピーダンス受信機１６は光ファイバ１４の終端に位置する。該受信 機への入力は、光ファイバ１４の終端に光学的に結合されたフォトダイオード光 検知器１８により与えられる。このダイオードは＋１５Ｖ（ボルト）と示された 電流源からの電流により抵抗を介してバイアスされる。ＲＦバイパス・コンデン サ２０はＲＦが電力供給源（１５Ｖ）に入るのを防止する。抵抗２２は、結合コ ンデンサ２４により与えられるＲＦへのインピーダンスよりもはるかに大きな抵 抗値を持つ。したがって、フォトダイオード１８からの電流信号はＧＡＳＦＥＴ デバイス２６の入力に印加される。このデバイスはゲート（Ｇ）、ドレイン（Ｄ ）及びソース（Ｓ及びＳ）の各電極を有する。このデバイスは例えばＮＥＴ２０ ８４である。

ＧＡ、５ＦＥＴは、ＣＡＴＶ帯域において小さな内部容量と適当な利得（７又は ８）を有するので、受信機１６での使用に特に適している。一対の端子２８．３ ０はドレイン及びゲートに接続される。このデバイスは、電源電位を反対にし。

電源に出力と負荷とを接続することにより、ソース接地の代わりにドレイン接地 として動作することに注意すべきである。ソース接地の構成が図示されているの は、現在好ましいからである。

端子２８．３０はそれぞれドレイン及びゲートに接続され、ＲＦ帰還抵抗の接続 を与える。この帰還の構成は、ＧＡＳＦＥＴのトランスインピーダンス増幅器の 動作を与える。抵抗値ＲＩＩＰは、広い帯域にわたって一定のレベル（複合ビデ オが変調されている平均レベル）を維持するために、歪み・ノイズ特性に必要な トランスインピーダンスｚＴにしたがって選択される。ＲＩＩＰは、光ファイバ １４の終端での光エネルギーにしたがって選択された異なる抵抗値の抵抗をプラ グインすることによって変更される。異なる光エネルギーに対するＲＩＩＦの適 切な値及びその結果のトランスインピーダンスは下記の表に示される。

光エネルギー（ｍＷ）　ｈランスインピーダンスＺＴ　帰還Ｒｇｒ　（オーム） １．５　２３０　３００ ０、　５　７００　８２０ ０．２５　８７５　１０００ ＧＡＳＦＥＴ増幅器はバイアス調整回路３２によってＤＣバイアスを印加される 。この回路３２において１分圧器によりトランジスタ３４のベースに基準電圧が 設定される。エミッタは抵抗３６（好ましくは２７０オーム）の両端においてド レイン電圧を感知する。ドレインへの接続は、フェライトビーズ上に巻かれてい ることが好ましいＲ，Ｆインダクタ上２を介して行われる。トランジスタ３４の エミッタは別のインダクタＬ１を介してゲートに接続される。トランジスタ３４ は（コンデンサ４０によってバイパスされる９００オームの抵抗を通って）ゲー トに印加されるバイアス電圧を維持する。インダクタＬ１はフォトダイオードの 内部容量及びＧＡＳＦＥＴ　２６の入力容量を補償する。これにより１図２の実 線で示される応答を生成するように、応答にピークを作る。

ツェナーダイオード４４からなる保護回路はチョークＬ２を介してＧＡＳＦＥＴ のドレインに接続され、　＋１５ｖと表示された電源を接続、切断することによ って受信機をオン、オフするときに生じる過渡現象に対してＧＡＳＦＥＴを保護 する。

出力伝送線（低い７５オームの同軸）が回路の負荷となり、トランスインピーダ ンスＧＡＳＦＥＴ増幅器２６の利得を減少させるのを防止するために、ＧＡＳＦ ＥＴ　２６と同じ形式であり得る別のＧＡＳＦＥＴ　４６を有するバッファ増幅 器がトランスインピーダンス増幅器の出力に（ＧＡＳＦＥＴ　２６のドレインに ）接続される。小型コンデンサ４８（例えば１．５ｐｆ）がＧＡＳＦＥＴ　４６ のドレインとソースとの間に接続され、その段の利得を当該周波数帯域よりも上 で減少するための手段を提供する。これらのＧＡＳＦＥＴは１００ＧＨｚまでか なりの利得を持ち、こうした警戒をしないならば不安定になり得る可能性を有す る。帰還抵抗５５はバイパス・コンデンサ５２を介して接地され、バッファ増幅 器の利得を制御する。ドレインからソースへのＤＣ経路は、＋１５ｖから負荷抵 抗５４．５６を通ってドレインへの経路、及び、帰還抵抗５０とＤＣバイアス・ レベル設定抵抗５８とを通る経路である。コンデンサ４２とツェナーダイオード ４４とを含む回路と同様の保護回路６０は、負荷抵抗５６を介してＧＡＳＦＥＴ ４６のドレインに接続される。コンデンサ４８は、コンデンサ４６の端部とドレ イン及びソースの間に最小の分離を設けるように、ＧＡＳＦＥＴ　４６に近接し て接続されるのが望ましい。

ＲＬＣトリミング回路（図示せず）を、スペクトル応答のトリミングのためにバ ッファ増幅器のソースとアースとの間に接続してもよい。スペクトル応答は。

抵抗６２とコンデンサ６４とＲＦチョークＬ３とからなるＲＬＣ回路により１図 ２の一点鎖線て示されるように、一般的には平坦になされる。この回路網は、結 果の応答を平坦にするための１図２の点線によって示される補償応答を提供する 。

ＧＡＳＦＥＴバッファの出力は結合コンデンサ６６を介して該ＲＬＣ回路網及び 出力伝送線に接続される。

上記の説明から、ＣＡＴＶ分配システムにおける光フアイバ受信機での使用に適 した改良された光受信機が提供されたことは明らかである。ここに記述され本発 明の範囲内の受信機の変形及び修正は、明らかに当業者に対して示唆されている 。したがって、これまでの説明は例示であって限定的な意味ではない。

と／ 要約書 光フアイバ分配システムにおいて受信機が設置されている場所に依存して光検知 器（１８）又は受信機（１６）での光エネルギーが大きく変動するような、長さ が（例えば２ｋｍから２０ｋｍまで）変動し得る光ファイバ（１４）により多チ ャンネルＣＡＴＶ信号又は広帯域データを伝送する。広帯域光信号のためのトラ ンスインピーダンス受信機は、広帯域なデバイス、好ましくはＧＡＳＦＥＴ（２ ６）を利用する。該デバイスの内部容量と利得とのより、広帯域周波数範囲にわ たって発振を起こすことなく増幅を行うことができる。出力電圧は、トランスイ ンピーダンス増幅器（２６）で使われたのと同じデバイスを組込んだバ・ソファ 増幅器（４６）を用いて、低インピーダンス同軸線であり得る電気的伝送線に結 合される。該バッファ増幅器には、広帯域周波数範囲にわたって実質的に平坦で あるように、受信機（１６）のスペクトル応答を制御するための回路網が接続さ れる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＣＡＴＶ帯域（５０−５５０ＭＨｚ）と少なくとも同等の帯域にわたって， 光ファイバのような伝送路に送信される広帯域な光信号に応答する光受信機にお いて， 前記伝送路を終端し，前記伝送路の長さに依存して大きさが変動する前記光信号 の光エネルギーに対応する出力電流を与える光検知器と，前記帯域にわたって発 振のない利得を提供するに足る容量と相互コンダクタンスとを持つデバイスを含 む広帯域・低容量増幅器と，前記増幅器の出力から入力へ，前記光信号の光エネ ルギーに依存する異なる値の抵抗からなる群から選択された帰還抵抗を接続する ための接続手段を含む手段であって，前記帯域にわたって前記増幅器のトランス インピーダンス動作を提供し，前記出力信号に対応する出力信号を生成する手段 とを具備する光受信機。 ２．前記増幅器はゲートとソースとドレインとを有する第１のＧＡＳＦＥＴを含 み，前記帰還抵抗は前記ゲートと前記ソース及びドレインのいずれか一方との間 に接続されている請求項１記載の受信機。 ３．前記出力電圧を受信するために前記増幅器の出力に出力伝送線を接続するた めの手段と， 前記ソース及びドレインのいずれか一方に接続された高インピーダンス入力を持 つバッファ増幅器段と を更に備え，前記出力インピーダンスが前記伝送線のインピーダンスと実質的に 整合している請求項２記載の受信機。 ４．前記バッファ増幅器は， ゲートとソースとドレインとを有する第２のＧＡＳＦＥＴであって，該ゲートが 前記第１のＧＡＳＦＥＴのソース及びドレインのいずれか一方に接続された第２ のＧＡＳＦＥＴと， 前記第１のＧＡＳＦＥＴとそれに接続された回路とによるスペクトル応答の帯域 にわたる一定性からの偏位を一般的に補償する前記帯域にわたるスペクトル応答 を持ち，前記第２のＧＡＳＦＥＴの前記ソース及びドレインのいずれか一方に接 続された回路網と を備える請求項３記載の受信機。 ５．前記第２のＧＡＳＦＥＴの前記ドレインから前記ソースに接続され，前記帯 域の上限よりも高い前記出力電圧の周波数成分をバイパスするためのコンデンサ を更に備える請求項４記載の受信機。 ６．前記伝送路は，前記光ファイバ上の前記光信号が発生されるＣＡＴＶ分配シ ステムのヘッド・エンド又はハブの間の光ファイバによって与えられ，前記光検 知器は前記光ファイバが終端される出力端に位置し，前記終端は前記光検知器に 近接し，前記光エネルギーは前記光ファイバの長さにより変動し，前記帰還抵抗 は前記光ファイバの終端での前記光エネルギーに関係した値を持ち，下記の表に したがって前記光検知器に対してトランスインピーダンス値Ｚｒを呈する請求項 ２記載の受信機。 光エネルギー　トランスインピーダンス　ＲＢＦｍＷ）　Ｚｒ　　（オーム） １．５　２３０　３００ １　　　３５０　４３０ ．５　　７００　８２０ ．２５　８７５　１０００ ７．前記ドレイン及びソースのいずれか一方と前記ゲートとの間に接続され，前 記ゲートに調整されたＤＣバイアスを印加するための手段を更に備える請求項２ 記載の受信機。