JPH06232647A - 光受信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広帯域な光受信感度を持ちしかも信号対雑音
比特性の良好な光受信回路を提供する。 【構成】 ホトダイオード２１は光信号を光電流に変換
する。このホトダイオード２１に生じる光電流はコイル
２２に与えられ、ホトダイオード２１の容量分とコイル
２２の誘導分とにより所定の高い周波数ｆ₀ で共振す
る。このコイル２２を介して入力される光電流は高い周
波数成分を含む広い周波数帯域にわたって増幅器２３に
よって増幅される。この広帯域増幅器２３はパッケージ
内に構成されており、その周波数応答特性は周波数特性
補正回路２４によって平坦化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入力される光信号を広い
周波数にわたって電気信号に変換する光受信回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の光受信回路として例えば
図４に示される回路がある。ホトダイオード１に光信号
を受けることにより、ホトダイオード１には入力光信号
に比例したリニアな光電流が生じる。この光電流は、負
荷抵抗２に流れることにより電圧信号に変換される。こ
の電圧信号は広帯域増幅器３に入力され、必要な電圧に
増幅されて出力される。

【０００３】また、図５に示される光受信回路も実用化
されている。この光受信回路では、ホトダイオード４に
生じた光電流は、広帯域増幅器５および負荷抵抗６を用
いて負帰還増幅される。

【０００４】また、図６に示される、特公平１−３７０
１５号公報に開示された光受信回路もある。この光受信
回路では、ホトダイオード７に生じた光電流は抵抗８に
よって電圧に変換され、結合コンデンサ９を介するプリ
アンプ１０によって増幅される。このプリアンプ１０の
出力は結合コンデンサ１１を介して可変減衰器１２に与
えられ、電流分配されて減衰される。この減衰された受
信信号は結合コンデンサ１３を介してメインアンプ１４
に入力され、必要な電圧にまで増幅されて出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４に示される上記従
来の光受信回路では、ホトダイオード１の負荷素子に抵
抗２が用いられているが、コイルやコンデンサ等が用い
られることもある。多くの場合、光受信回路の周波数特
性を平坦化させやすい抵抗が図示のように用いられる。
しかしながら、ホトダイオードの負荷素子に抵抗を用い
ると、周波数特性は平坦になるが、リニアに受信信号を
復調することの出来る周波数範囲は狭くなり、光受信回
路の周波数特性を広帯域化することは困難であった。こ
れは、ホトダイオードの寄生容量によって受信信号の高
周波成分が漏れてしまうことに起因する。また、ホトダ
イオードの負荷素子にコンデンサを用いると、周波数に
対する受信感度変化を示す周波数応答特性は積分特性と
なり、これを平坦化させるために後段回路に微分回路が
必要となる。従って、入力信号強度は積分されて微分さ
れることによって減衰し、光受信回路は大入力信号に対
してリニアに復調を行えなくなり、大きな光信号入力に
対する復調は不利な条件下で行われる。このため、光受
信回路の信号対雑音比特性は向上されない。

【０００６】また、図５に示される上記従来の光受信回
路においては受信信号を負帰還増幅しているため、広帯
域増幅器５には受信信号周波数よりもより広い周波数応
答を持つ増幅特性が必要とされる。しかし、この受信信
号周波数は極めて広いため、より広い周波数特性を持つ
広帯域増幅器を構成することは困難であった。従って、
図５に示される従来回路によっては、光受信回路の周波
数応答特性を広げることは難しかった。

【０００７】また、図６に示される光受信回路において
はプリアンプ１０、メインアンプ１４といった広帯域の
増幅器を２段に構成する必要がある。また、プリアンプ
１０の出力インピーダンスは高くてもよいが、メインア
ンプ１４は出力インピーダンスが十分に低い広帯域の増
幅器でなくてはならない。すなわち、電流分配する可変
減衰器１２を使用した光受信回路の回路構成は大きくま
た煩雑になり、また、用いる増幅器の特性に課される条
件は多い。従って、図６に示される光受信回路によって
は広い受信周波数を持つ回路を簡易な構成で容易に提供
することは困難であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解消するためになされたもので、光信号を電気信号に
変換する光電変換素子と、この光電変換素子に生じる電
気信号が与えられ光電変換素子の容量分と所定の高い周
波数で共振する誘導素子と、この誘導素子を介して入力
される電気信号を所定の高い周波数成分を含む広い周波
数帯域にわたって増幅する広帯域増幅器と、この広帯域
増幅器の周波数応答特性を平坦化する補正回路とを備え
たものである。

【０００９】また、広帯域増幅器はパッケージ内に構成
され、抵抗性または誘導性の低入力インピーダンスに設
定されているものである。

【００１０】

【作用】誘導素子は高周波電気信号に対して高いインピ
ーダンスを有するため、光電変換素子によって変換され
た電気信号は、光電変換素子の容量分と誘導素子の誘導
分とによって所定の高い周波数で共振し、大きな信号強
度を持つ受信信号に変換される。従って、光受信回路は
高周波信号に対しても感度を有するようになる。

【００１１】また、共振により大きな信号強度に変換さ
れた高周波信号成分はさらに広帯域増幅器によって増幅
された後、補正回路によって雑音成分と共に減衰される
ため、所定の高い周波数帯域において信号成分に対する
雑音成分の比は小さくなる。

【００１２】また、誘導素子は低周波電気信号に対して
はインピーダンスが低くなるため、広帯域増幅器がパッ
ケージ内に構成されて低入力インピーダンスに設定され
ていると、光電変換素子によって変換された電気信号は
低い周波数帯域において広帯域増幅器内の入力インピー
ダンスによって電圧変換される。従って、外部雑音の影
響が少なくなり、低い周波数帯域においても信号成分に
対する雑音成分の比は小さくなる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例による光受信回路の
構成を示す回路図である。

【００１４】光電変換素子としてホトダイオード２１が
用いられており、このホトダイオード２１に直列にコイ
ル２２が接続されている。このコイル２２の誘導分は、
光受信回路に要求される最大受信周波数ｆ₀ 付近でホト
ダイオード２１の寄生容量と共振する値に設定されてい
る。さらに、このコイル２２には３０ＭＨｚ〜１０００
ＭＨｚ程度の信号周波数に対して増幅能力を持つ市販の
広帯域増幅器２３が接続されている。この広帯域増幅器
２３は金属パッケージ内に構成されており、その入力イ
ンピーダンスＺは、５０Ωまたは７５Ωの抵抗性または
誘導性の低インピーダンスに設定されている。広帯域増
幅器２３の出力には周波数特性補正回路（等化回路）２
４が接続されている。この補正回路２４はコイルやコン
デンサといった単純な受動素子からなる共振回路を用い
てボン（ＢＯＮ）回路態様に構成されており、広帯域増
幅器２３の周波数応答特性はこの補正回路２４によって
比較的容易に補正され、平坦化される。

【００１５】また、ホトダイオード２１の容量分とコイ
ル２２の誘導分とによる共振周波数ｆ₀ は、広帯域増幅
器２３の増幅可能な最大周波数より少し小さい周波数に
設定されている。また、補正回路２４での周波数補正用
の共振周波数は、周波数ｆ_０付近の受信間感度が減衰す
るように設定されている。

【００１６】このような構成において、受信された光信
号は、ホトダイオード２１によって入力光に比例した光
電流に変換される。この光電流はコイル２２を介して広
帯域増幅器２３に与えられて増幅される。図２（ａ）の
グラフはこの広帯域増幅器２３の出力点Ａにおける受信
信号の周波数応答特性を示しており、同グラフの横軸は
周波数、縦軸は信号強度を表している。コイル２２は高
周波電気信号に対して高いインピーダンスを有するた
め、ホトダイオード２１に生じた光電流は、ホトダイオ
ード２１の容量分とコイル２２の誘導分とによって周波
数ｆ_０ 付近で共振し、大きな信号強度を持つ受信信号
に変換される。広帯域増幅器２３はこのように変換され
た受信信号を広帯域にわたって増幅するため、広帯域増
幅器２３の出力は同グラフに示すように、周波数ｆ₀ 付
近でピークを有する。このため、光受信回路は高い周波
数で光電変換効率が向上し、高周波信号に対しても感度
を有するようになり、光受信回路の周波数特性は広帯域
化される。

【００１７】また、受信信号は広帯域増幅器２３によっ
て増幅された後、周波数特性補正回路２４に与えられ
る。図２（ｂ）のグラフはこの補正回路２４の出力点Ｂ
における受信信号の周波数応答特性を示しており、同グ
ラフの横軸は周波数、縦軸は信号強度を表している。同
図（ａ）に示す単一ピークを有する周波数応答はこの補
正回路２４によって補正され、同ピーク部分は減衰され
る。従って、光受信回路の周波数応答特性は、同図
（ｂ）に示すように全周波数帯域にわたって平坦化され
る。つまり、コイル２２を用いた共振により大きな信号
強度に変換された受信信号の高周波信号成分は、さらに
広帯域増幅器２３によって増幅された後、補正回路２４
において雑音成分と共に減衰される。すなわち、周波数
ｆ₀ 付近の高周波帯域においては共振によって信号成分
は増大され、雑音成分は変わらないため、後に補正回路
２４によって信号成分および雑音成分が同様に減衰され
ると信号成分に対する雑音成分の比は極めて小さくな
る。この結果、高周波帯域における信号対雑音比特性は
大きく改善される。

【００１８】図３は上記本実施例による光受信回路の信
号対雑音比特性の改善例を示すグラフであり、同グラフ
の縦軸は光受信回路の入力に換算した雑音電流［ｐＡ／
Ｈｚ^1/2］を示し、横軸は周波数［ＧＨｚ］を示してい
る。また、黒丸でプロットされた特性線３１は図４に示
す従来の光受信回路の特性を示し、白枠でプロットされ
た特性線３２は本実施例による光受信回路の特性を示し
ている。同グラフに示されるように、本実施例による光
受信回路の入力換算雑音電流は全周波数帯域にわたって
低くなっており、特に高い周波数において雑音電流は低
減され、信号対雑音比特性は大きく改善されている。低
い周波数においても雑音電流が低減しているのは、低周
波数においてはコイル２２のインピーダンスが低くな
り、ホトダイオード２１に生じた光電流のほとんどは、
広帯域増幅器２３の入力インピーダンスＺによって電圧
変換されるからである。すなわち、この入力インピーダ
ンスＺは広帯域増幅器２３の金属パッケージ内に構成さ
れ、外部雑音の影響が少なくなっているからである。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、誘
導素子は高周波電気信号に対して高いインピーダンスを
有するため、光電変換素子によって変換された電気信号
は、光電変換素子の容量分と誘導素子の誘導分とによっ
て所定の高い周波数で共振し、大きな信号強度を持つ受
信信号に変換される。従って、光受信回路は高周波信号
に対しても感度を有するようになる。また、共振により
大きな信号強度に変換された高周波信号成分はさらに広
帯域増幅器によって増幅された後、補正回路によって雑
音成分と共に減衰されるため、所定の高い周波数帯域に
おいて信号成分に対する雑音成分の比は小さくなる。

【００２０】また、誘導素子は低周波電気信号に対して
はインピーダンスが低くなるため、広帯域増幅器がパッ
ケージ内に構成されて低入力インピーダンスに設定され
ていると、光電変換素子によって変換された電気信号は
低い周波数帯域において広帯域増幅器内の入力インピー
ダンスによって電圧変換される。従って、外部雑音の影
響が少なくなり、低い周波数帯域においても信号成分に
対する雑音成分の比は小さくなる。

【００２１】このため、本発明によれば、光受信回路の
受信周波数帯域は広域化し、しかも、広い周波数帯域に
わたって信号対雑音比特性は向上する。

【００２２】従って、本発明は光ファイバを用いてアナ
ログ信号を光伝送する際に適用すれば特に効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による光受信回路の構成を示
す回路図である。

【図２】本実施例による光受信回路における信号強度の
周波数応答特性を示すグラフである。

【図３】本実施例による光受信回路と従来の光受信回路
との各信号対雑音比特性を比較するグラフである。

【図４】従来の第１の光受信回路の構成を示す回路図で
ある。

【図５】従来の第２の光受信回路の構成を示す回路図で
ある。

【図６】従来の第３の光受信回路の構成を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

２１…ホトダイオード、２２…コイル、２３…広帯域増
幅器、２４…周波数特性補正回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号を電気信号に変換する光電変換素
   子と、この光電変換素子に生じる前記電気信号が与えら
   れ前記光電変換素子の容量分と所定の高い周波数で共振
   する誘導素子と、この誘導素子を介して入力される前記
   電気信号を前記所定の高い周波数成分を含む広い周波数
   帯域にわたって増幅する広帯域増幅器と、この広帯域増
   幅器の周波数応答特性を平坦化する補正回路とを備えた
   ことを特徴とする光受信回路。
2. 【請求項２】 前記広帯域増幅器はパッケージ内に構成
   され、抵抗性または誘導性の低入力インピーダンスに設
   定されていることを特徴とする請求項１記載の光受信回
   路。