JPH0575544A - 自動利得調整回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 自動利得調整増幅器の増幅度の安定性を維持
し、かつ、その増幅度変化の応答速度を改善する。 【構成】 バースト型伝送を行う光通信回路において、
１局もしくは複数の局から発せられる未知の送光レベル
の信号に対し、最適な利得で受光信号を増幅するための
自動利得調整増幅器Ａ１，Ａ２と、次局からの信号を受
光するまでの短時間に前記自動利得調整増幅器の利得抑
制信号をリセットするリセットスイッチ回路３とを備え
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バースト型通信を行う
光通信ネットワークにおいて使用されるリセット機能付
き自動利得調整（ＡＧＣ）回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信回路、特にスターカプラを用いた
光通信回路においては、各受信局の受光レベルは、［送
信局の送光レベル］を［スターカプラの分岐損失×光フ
ァイバの伝送距離に比例する損失］で除したものとな
る。従って、送信局の送光レベルが一定であれば、受信
局の受光レベルはスターカプラの局数や局間の距離に応
じて異なったものとなる。

【０００３】１対１の通信では、無信号時でもキャリア
を送出していれば通常の自動利得調整回路を用いて安定
な受光が可能であるが、多数の局が同一伝送路に信号を
送出する場合はバースト型通信とせざるを得ない。ま
た、伝送のスループットを上げるためには、局間の無信
号時間を極力短くする必要がある。通常、自動利得調整
増幅器は利得の安定性を確保するため、入力信号レベル
に対する利得適応の応答速度は極めて遅い。そのため、
バースト型通信においては自動利得調整回路の採用は困
難で、通常は、固定ゲインの受信回路が採用されてい
る。

【０００４】しかしながら、固定ゲインの受信回路を採
用した場合、受信局の感度が一定であるため、送信局側
でスターカプラの局数、伝送距離を考慮した送光レベル
に設定する必要があった。また、多数の局が存在する場
合には、遠い局からの受光レベルと近い局からの受光レ
ベルを一定にするため、各種発光レベルの送信局を用意
する、ダミーファイバーを用いて距離を一定にする、あ
るいはアッテネータを挿入する等の処置が必要で、頻雑
なため受光範囲の広い自動利得調整回路を採用した受光
回路が望まれていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術を用いた自
動利得調整回路とその作動を図４，図５に示す。これら
を用いて従来技術の問題点を明確にする。

【０００６】図４において、Ｒ１はフォトダイオードＰ
Ｄ１にバイアスを与えるための抵抗、Ａ１はフォトダイ
オードＰＤ１の受光信号を増幅する自動利得調整増幅器
であり、利得抑制用の入力端子を持っている（なお、自
動利得調整増幅器Ａ１はその利得抑制用入力端子に正の
電圧が印加されると増幅度が低下するものとして、以下
説明する）。自動利得調整増幅器Ａ１の出力の一部は整
流回路１に入力され、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ２，Ｒ３
からなる時定数回路２において、Ｃ１−Ｒ２，Ｒ３で規
定される時定数で積分され、保持される。

【０００７】Ａ２はレベル変換機能を持ったバッフア増
幅器であり、前記時定数回路２の保持電圧を自動利得調
整増幅器Ａ１の利得抑制用入力端子の入力仕様に合せて
レベル変換する。

【０００８】図５は、図４の回路における各部の状態を
示すタイムチャートであり、ａはフォトダイオードＰＤ
１の受光信号、ｂは自動利得調整増幅器Ａ１の出力信
号、ｃは時定数回路２の出力、そしてｄはバッフア増幅
器Ａ２の出力、すなわち自動利得調整増幅器Ａ１への利
得抑制用電圧である。

【０００９】初期状態において、時定数回路２の出力電
位ｃは最少値をとり、自動利得調整増幅器Ａ１の利得は
最大状態にある。そこに入力信号が入ると自動利得調整
増幅器Ａ１の出力ｂは飽和し、時定数回路２の電位ｃが
上昇し、自動利得調整増幅器Ａ１の利得は低下する。そ
して、ｃ点の電位が上昇し、整流回路１の出力がｃ点の
電位を上昇させなくなった時点で、この回路の利得は安
定する。

【００１０】抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１で構成される時
定数で入力に対する応答速度が決定され、抵抗Ｒ３とコ
ンデンサＣ１で構成される時定数で入力信号が無くなっ
てから次の受光準備ができるまでの時間が決定される。
バースト信号に対する応答を速めるにはＲ２×Ｃ１の積
分時定数を小さくすれば良いが、自動利得調整動作を安
定にさせるためにはＲ３×Ｃ１の放電時定数はＲ２×Ｃ
１より十分大きくとらなければならない。つまり、図６
（ａ）に示すように受光レベルの大きな局の信号Ｓ１を
受けた後しばらくは、同図（ｂ）の破線ｆで示したＡＧ
Ｃ電圧応答特性により、自動利得調整増幅器Ａ１の利得
は小さくなっているため、この直後に受光レベルの小さ
な局Ｓ２の信号が入力されても、感度不足で信号を受信
することができない。

【００１１】本発明は、上記不都合を除去すべくなされ
たものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の自動利得調整増
幅器は、バースト型伝送を行う光通信回路において、１
局もしくは複数の局から発せられる未知の送光レベルの
信号に対し、最適な利得で受光信号を増幅するための自
動利得調整増幅器と、次局からの信号を受光するまでの
短時間に前記自動利得調整増幅器の利得抑制信号をリセ
ットするリセットスイッチ回路とを備えることを特徴と
する。

【００１３】

【作用】本発明によれば、自動利得調整増幅器の増幅度
の安定性は従来と同一としつつ、その増幅度変化の応答
速度を改善することによって、バースト型通信において
自動利得調整増幅器を使用することができる。

【００１４】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１５】図１は本発明回路の実施例を示す。図４に
示した従来の回路と異なる点は時定数回路２の抵抗Ｒ３
が無くなり、代わりに自動利得調整電圧放電用のリセッ
トスイッチ回路３とパルス発生器４が付加された点であ
り、他の構成は同じである。パルス発生器４は自動利得
調整増幅器Ａ１の出力ｂが無くなってから一定時間経過
後にリセットスイッチ回路３を動作させるものである。

【００１６】図２は、図１の回路における各部の状態を
示すタイムチャートであり、ａはフォトダイオードＰＤ
１の受光信号、ｂは自動利得調整増幅器Ａ１の出力信
号、ｃは時定数回路２の出力、ｄはバッフア増幅器Ａ２
の出力、すなわち自動利得調整増幅器Ａ１への利得抑制
用電圧、そしてｅはパルス発生回路４の出力である。

【００１７】初期状態において、リセットスイッチ回路
３は開放状態にあり、時定数回路２の出力電位ｃは最少
値をとり、自動利得調整増幅器Ａ１の利得は最大状態に
ある。そこに入力信号が入ると、自動利得調整増幅器Ａ
１の出力ｂは飽和し、時定数回路２の電位ｃが上昇し、
自動利得調整増幅器Ａ１の利得は低下する。そして、ｃ
点の電位が上昇し、整流回路１の出力がｃ点の電位を上
昇させなくなった時点で、この回路の利得は安定する。
抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１で構成される時定数で入力に
対する応答速度が決定される。

【００１８】上述のように、フォトダイオードＰＤ１で
信号を受光したとき、そのレベルが高いと自動利得調整
増幅器Ａ１の出力は飽和し、その出力は整流回路１を通
して時定数回路のＲ２×Ｃ１の時定数で積分され、自動
利得調整増幅器Ａ１の利得を抑制する。その出力があら
かじめ決められたレベルを下回った時点でコンデンサＣ
１への充電が終了し、自動利得調整増幅器Ａ１の利得抑
制は終了する。

【００１９】一方、１局のバースト信号の終了時には、
パルス発生器４は、入力されるパルス列がある一定時間
途絶えた時に、図２のｅに示すように、幅の狭いパルス
を発生する。このパルスを受けてリセットスィッチ回路
３が動作し、コンデンサＣ１の両端を短絡させ、電荷を
放電させる。その結果、自動利得調整増幅器Ａ１の利得
は最大に戻り、次の局の信号受信準備状態に復帰する。

【００２０】この回路ではコンデンサＣ１の電荷を放電
させる抵抗（図４のＲ３）は原理上必要としない。この
ため自動利得調整増幅器の利得安定度は極めて高い状態
にある。

【００２１】図３に本発明の回路の具体的構成例を示
す。この構成例では、図１における整流回路１、リセッ
トスイッチ回路３およびパルス発生器４の部分が具体化
されている。

【００２２】整流回路１はダイオードＤ１，Ｄ２と、直
流カット用のコンデンサＣ２より構成される。ダイオー
ドＤ１，Ｄ２は入力信号の周期、パルス幅が変化しても
コンデンサＣ２への充電が安定に行なえるようにするダ
イオードポンプ回路を構成している。

【００２３】リセットスイッチ回路３はスイッチング用
のトランジスタＱ１と、抵抗Ｒ４，Ｒ５より構成され
る。抵抗Ｒ４，Ｒ５はトランジスタＱ１の動作を安定に
するためのバイアス用抵抗である。

【００２４】パルス発生回路４は２個の単安定マルチバ
イブレータＸ１，Ｘ２より構成されている。１段目の単
安定マルチバイブレータＸ１はリトリカブル型であり、
入力のパルスの間隔が決められた時間以内に連続すると
出力は常にアクティブな状態を保つ。２段目の単安定マ
ルチバイブレータＸ２は１段目の出力がアクティブから
インアクティブに遷移したときにパルスを発生する。

【００２５】この例では、パルス発生回路４とリセット
スイッチ回路３との間にＯＲ回路５が介挿され、パルス
発生回路４からの信号以外に電源投入時にも初期化のた
めのリセットを行えるように構成されている。また、コ
ンデンサＣ１には、抵抗Ｒ６が並列に接続されている。
この抵抗Ｒ６は回路の漏れ電流等でコンデンサＣ１に異
常な電荷が充電されることを防ぐものである。

【００２６】このような構成の本発明回路において、初
期状態の電源投入時には、パワーオンリセット回路から
のパルスによりリセットスイッチ回路３が動作し、トラ
ンジスタＱ１が所定時間だけ導通して自動利得調整電圧
保持用のコンデンサＣ１を放電させ、自動利得調整増幅
器Ａ１は最大感度の状態にある。この状態で受光信号が
あれば、受光信号はフォトダイオードＰＤ１により微弱
な電気信号に変換されて自動利得調整増幅器Ａ１に入力
される。

【００２７】この時、自動利得調整増幅器Ａ１の利得は
最大状態にあるので、入力信号レベルが自動利得調整増
幅器Ａ１の最少入力レベル以上であれば（当然この信号
レベル以下の信号は受信できない）、その出力には回路
の動作として望ましい電圧以上の振幅のパルスが出力さ
れる。すると整流回路１が動作し、時定数回路２のＣ１
×Ｒ２の時定数でコンデンサＣ１に電荷が充電され、そ
の電圧がレベル変換用バッファアンプＡ２により自動利
得調整増幅器Ａ１の利得抑制電圧に見合った値に変換さ
れ、自動利得調整増幅器Ａ１の利得抑制用入力端子に加
えられる。これにより自動利得調整増幅器Ａ１の利得は
低下して行き、その出力が望ましいレベルに落ちついと
き（ここでは、Ｄ１，Ｄ２のダイオードポンプ回路が動
作しない出力振幅を望ましい出力レベルとみなす）、コ
ンデンサＣ１への充電は完了し、自動利得調整増幅器Ａ
１の利得は安定する。

【００２８】自動利得調整増幅器Ａ１の出力は整流回路
１のみならずパルス発生回路４にも供給される。

【００２９】自動利得調整増幅器Ａ１の出力があれば、
パルス発生回路４の１段目の単安定マルチバイブレータ
Ｘ１をトリガする。パルス信号伝送においては、パルス
列は連続して到来するので、１段目の単安定マルチバイ
ブレータＸ１の出力幅を伝送レートとパルスコーディッ
ク法で決められる最大パルス間隔より長く設定しておけ
ば、その出力は到来パルス（１局分の受信データ）が無
くなるまで連続してアクティブな状態にあり、最後のパ
ルスが到来してからこの単安定マルチバイブレータＸ１
で決められた時間の経過後に初めてその出力はインアク
ティブになる。２段目の単安定マルチバイブレータＸ２
は、１段目の単安定マルチバイブレータＸ１の出力がア
クティブからインアクティブに遷移した時に、一定幅の
パルス（コンデンサＣ１をリセットするのに十分で、か
つ極力短い幅に設定される）を発生し、リセットスイッ
チ回路３を動作させ、コンデンサＣ１の充電電荷を放電
させることにより自動利得調整増幅器Ａ１の利得を再び
最大状態に復帰させ、次の受信に備える。

【００３０】図６は入力光とそれに対するＡＧＣ電圧の
応答特性を示すもので、受光レベルの大きな局の信号Ｓ
１を受けた直後であっても、本発明による場合、実線ｇ
に示すように自動利得調整増幅器Ａ１の利得は小さくな
っているため、この直ぐ後に受光レベルの小さな局の信
号Ｓ２が入力された場合であっても、受信することがで
きる。

【００３１】なお、図３の回路では、コンデンサＣ１の
電荷放電用の抵抗Ｒ６は本来的には不要であるが、この
抵抗はトランジスタＱ１や，レベル変換用バッファアン
プＡ２等からのリーク電流によりコンデンサＣ１に誤っ
た電荷が充電されるのを防ぐために設置されたものであ
る。これらのリーク電流は極めて小さい値をとるため、
通常放電用に用いる抵抗値よりもかなり大きな値に設定
することが可能であり、自動利得調整増幅器Ａ１の利得
安定性に及ぼす影響は殆ど無視できる。

【００３２】上記のように、フォトダイオードＰＤ１に
より受光された信号は自動利得調整増幅器Ａ１に入力さ
れるが、初期状態における自動利得調整増幅器の増幅率
は極めて大きく、また入力信号が大きい場合でも自動利
得調整帰還により常に自動利得調整増幅器Ａ１の出力レ
ベルは一定に保たれる。バースト型の受光信号が無くな
った後は、パルス発生器４により極めて短い時間内に自
動利得調整増幅器Ａ１の利得抑制用信号が取除かれるた
め、次の局からの信号に対して迅速に対応できる。ま
た、本実施例では抵抗Ｒ６とＯＲ回路５により、電源立
ち上がり時用のリセット機能を有しているため、本回路
のＡＧＣ電圧発生・保持部のようなピークホールド型回
路の電源投入時等の不安定さを取除くことができる。

【００３３】なお、図３の具体例では、ＡＧＣ電圧発生
・保持回路にピークホールド型の回路を用いたが、サン
プル・ホールド回路を採用しても、同様の機能を発揮さ
せることができる。また図３の例では自動利得調整電圧
の発生用に自動利得調整増幅器Ａ１の出力信号そのもの
を整流してコンデンサＣ１に充電する例を示したが、自
動利得調整増幅器Ａ１の出力レベルをコンパレータで比
較し、その出力を用いて他の電流源からの電流を積分す
る／しないをコントロールし、自動利得調整用電圧を発
生させて利用することも可能である。

【００３４】上述のように、本発明によれば、従来適用
が困難とされていたバースト型通信用受光回路へ自動利
得調整増幅器を適用することが可能となる。

【００３５】即ちバースト型通信においては、その受光
回路部に自動利得調整増幅器を適用することで受光回路
のダイナミックレンジを約４０ｄＢ以上拡大することが
出来る。バースト型通信において、受光回路に要求され
るダイナミックレンジは、スターカプラを用いた場合、
スターカプラによる分岐損失が６４ポートで２０ｄＢ程
度発生し、伝送路の損失は、短波長の場合で、１ｋｍあ
たり約３ｄＢ発生する。したがって、伝送距離１ｍで分
岐無し・１対１の場合と、伝送距離１ｋｍで６４分岐の
場合を比較すると、送光側の発光強度が一定の場合、受
光レベルは２３ｄＢ変化する。

【００３６】一般にはコネクタでの結合損失、受信回路
のマージン等で１０ｄＢ〜１５ｄＢを見込む必要がある
ため、その受光回路のダイナミックレンジは約４０ｄＢ
必要となる。通常の固定利得型の受光回路ではそのダイ
ナミックレンジは２０ｄＢ程度であるため１０ｄＢオー
バーラップして使用したとしても、その受光回路あるい
は送光回路をそのレベル別に３種類用意する必要があ
る。これに対して、自動利得調整増幅器では固定利得型
の増幅器のダイナミックレンジを更に４０ｄＢ以上拡大
できるため、単一の受光回路で全てをカバーすることに
なる。

【００３７】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、従来適
用が困難とされていたバースト型通信用受光回路へ自動
利得調整増幅器を適用することが可能となる。本発明の
効果を製造側からみた場合、製造品種を少なくすること
が出来るため製造コストの低減が図れ、また使用者側か
らみた場合には、伝送距離やスターカプラの分岐数（局
数）が変わっても、常に同一のものを使用可能となるた
め、システム設計が容易になりまたミスの低減も可能と
なる。そして「従来の技術」で述べたようなダミーファ
イバや光アッテネータは不要となり、コストの低減を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明回路の基本的構成例を示す回路図であ
る。

【図２】図１の回路の作動を示すタイムチャートであ
る。

【図３】本発明回路の具体的構成例を示す回路図であ
る。

【図４】従来の自動利得調整回路の構成例を示す回路図
である。

【図５】図４の回路の作動を示すタイムチャートであ
る。

【図６】入力光に対するＡＧＣ電圧の変化の様子を例示
する応答特性図である。

【符号の説明】

１………整流回路 ２………時定数回路 ３………リセットスイッチ回路 ４………パルス発生器 ５………ＯＲ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バースト型伝送を行う光通信回路におい
   て、１局もしくは複数の局から発せられる未知の送光レ
   ベルの信号に対し、最適な利得で受光信号を増幅するた
   めの自動利得調整増幅器と、次局からの信号を受光する
   までの短時間に前記自動利得調整増幅器の利得抑制信号
   をリセットするリセットスイッチ回路とを備えることを
   特徴とする自動利得調整増幅器。