JPH06252661A - 光信号強度モニタ装置 - Google Patents

光信号強度モニタ装置

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JPH06252661A
JPH06252661A JP6017720A JP1772094A JPH06252661A JP H06252661 A JPH06252661 A JP H06252661A JP 6017720 A JP6017720 A JP 6017720A JP 1772094 A JP1772094 A JP 1772094A JP H06252661 A JPH06252661 A JP H06252661A
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JP
Japan
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amplifier
output
photodiode
optical signal
square law
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JP6017720A
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English (en)
Inventor
James G Roberts
グレゴリ− ロバ−ツ ジェイムス
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/087—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with IC amplifier blocks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電圧下で高光信号レベル時に光レシーバが
利用可能なヘッドルームを実質的に低下させることなく
幅広いパワーレベルにわたって動作しうる受信光強度モ
ニタ回路を提供する。 【構成】 本発明は、光データレシーバ１のフォトダイ
オード２の光強度をモニタする回路（４）である。非線
型フィードバック７を有するトランスコンダクタンス増
幅器６がフォトダイオード２の電流を受信した光強度の
対数を表す電圧に変換する。この値は、標準強度と比較
することによってデシベル（ｄＢｍ）に変換される。当
該回路は広いダイナミックレンジを有しており、処理及
び温度補償を実現するためにマッチングのとらたデバイ
ス７、９を用いている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光レシーバに関し、特
に、レシーバにおいて受信した光強度を測定するモニタ
回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】良く知られているように、受信したデジ
タル信号をデコードする際のエラーレートは受信した信
号の強度に反比例する。信号が弱ければ弱いほど、受信
した信号が”１”であるか”０”であるかに関して誤っ
た決定がなされ易くなる。よって、与えられた通信チャ
ネルにおいて受信した信号の強度（パワー）をモニタす
ることが可能であることは、当該チャネルの性能の”健
康度”が直ちに確認可能となりかつあらゆる問題点が当
該チャネルがフェールする以前に解決されるという観点
から、有利である。
【０００３】光通信システムにおいては、受信した信号
の強度は、ＰＩＮフォトダイオードなどの光／電気コン
バータ（レシーバ）において受信された光パワーの量で
ある。ＰＩＮフォトダイオードによって受信された光パ
ワーの平均値を測定する一つの簡便な方法は、ダイオー
ドを貫通して流れる平均電流（バイアス電流）を測定す
ることである。しかしながら、ＰＩＮフォトダイオード
が取り扱うことが可能な光信号強度がある限られた範囲
になることから、バイアス電流の変化範囲がモニタ回路
のダイナミックレンジを超過してしまうことが有り得
る。さらに、今日用いられているような低電源電圧下
（通常５Ｖ）で、ＰＩＮダイオードのバイアス電流の大
きな変化を許容する目的でモニタ回路を適応させること
は、ＰＩＮダイオードが利用可能なヘッドルーム（ダイ
オードにおける電圧降下）が小さくなり、よって大きな
信号レベルにおいてはＰＩＮダイオードが飽和してしま
い、システムが動作不能となってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】よって、低電圧下で高
光信号レベル時に光レシーバが利用可能なヘッドルーム
を実質的に低下させることなく幅広いパワーレベルにわ
たって動作しうる受信光強度モニタ回路に対する要求が
存在する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、フォトダイオ
ードによって受信された光強度を測定する装置に係るも
のである。本発明に係る装置は、反転入力及び出力を有
し、その反転入力と出力との間に非線型素子が接続され
たトランスコンダクタンス増幅器によって特徴付けられ
る。フォトダイオードは当該増幅器の反転入力に接続さ
れている。当該増幅器の出力は、受信された光強度の対
数に比例した電圧を有する。
【０００６】
【実施例】図１には、ＰＩＮフォトダイオード２、信号
増幅器３、及び光強度モニタ４を有する光レシーバ１が
模式的に示されている。光強度モニタ４の出力（ＯＵ
Ｔ）は、受信した光強度の対数に対応する低周波信号で
ある。この出力は、以下に説明するように、標準パワー
レベルと呼称されるデシベル（ｄＢｍ）に較正されう
る。概略を述べれば、光強度モニタ４は、出力を反転入
力にフィードバックするための非線型素子としてダーリ
ントン接続されたトランジスタ対７を有するトランスコ
ンダクタンス増幅器６によって構成されている。ダーリ
ントン対７のエミッタは、増幅器６の反転入力に接続さ
れているとともに、ＰＩＮフォトダイオード２に対して
バイアス電流（ＩD）を供給するためにフォトダイオー
ド２に対しても接続されている。ノード８の電圧は、フ
ォトダイオード２によって受信された光強度の対数に比
例する。
【０００７】より詳細に述べれば、フォトダイオード２
によって受信された供給された光信号（図示せず）は、
２つの成分より成り立っている。そのうちの一方はデー
タ部分（高周波数で時間的に変化している）であり、他
方はフォトダイオード２によって受信された強度を表す
平均（低周波数）部分である。通常トランスインピーダ
ンス増幅器を含む信号増幅器３は、クロック抽出及びデ
ータ決定などのさらなる処理を行なうためにデータ信号
部分を増幅する。強度モニタ４は、受信した信号の平均
部分を測定して受信した光強度の対数に対応する出力
（ＯＵＴ）を、通常デシベルで測定して提供する。この
出力信号はさらなる処理のためにＤ／Ａコンバータ（図
示せず）によってデジタイズされ、及び／あるいは信号
損失アラームを実現するスレッショルドデテクタ（図示
せず）に接続される。
【０００８】前述されているように、ダーリントン接続
されたトランジスタ対７は、トランスコンダクタンスオ
ペアンプ６に対する非線型フィードバックループとして
機能するとともにフォトダイオード２に対してバイアス
（動作）電流ＩDを供給する。ダーリントン対７は２乗
則デバイスとして機能し、フォトダイオード２を貫通す
る電流が、電流ＩDの対数に比例したノード８（増幅器
６の出力）上の電圧に変換される。よって、ノード８に
現れる電圧は、フォトダイオード２に入射した受信され
た光信号強度の対数に比例する。本発明に従って、ノー
ド８に現れる電圧がフォトダイオード２を貫通して流れ
る電流の対数であるため、フォトダイオード電流の大き
な変化に対してわずかの電圧変化が生ずるだけである。
よって、電圧変化の低減により光信号強度が大きく変化
した場合においてもフォトダイオード２に対する電圧
（ヘッドルーム）の変化を制限し、そのためにレシーバ
１が広範な光信号強度レベルを扱うことが可能になる。
【０００９】第二のダーリントン接続トランジスタ対９
は、ダーリントン接続トランジスタ対７と増幅器６とか
らなる閉ループ接続におけるトランジスタ対７に対する
温度変化及び処理変化に関する補償を行なう。このトラ
ンジスタ対９とトランジスタ対７とは単一のチップに組
み合わせられていることが望ましい。適切な補償を実現
するために、各々のトランジスタ対７及び９における対
応するトランジスタは、実質的に同一の電流を有する、
あるいは、実質的に同一の電流密度を有するような大き
さにされている、マッチングが取られたデバイスであ
る。
【００１０】電圧デバイダ１０は、第二のトランスコン
ダクタンスオペアンプ１１が飽和することを防止するた
めに、第二のダーリントン接続トランジスタ対９からの
電圧を低減する。トランスコンダクタンスオペアンプ１
１からの出力電流は、抵抗１２によって電圧に変換さ
れ、オペアンプ１３によって増幅される。抵抗１４は、
以下に説明されているように、較正目的でオペアンプ１
３の利得をセットする。
【００１１】回路１５は、光信号が全く受信されていな
い場合のフォトダイオード２を貫通して流れるリーク電
流を補償するための電流ＩL（通常１μＡ）を供給す
る。リーク電流がダイオードの温度に比例するため、回
路１５がダイオードの温度と共に変化するＩLを供給す
るように適合されていることに留意されたい。
【００１２】可変電流源１６は、所定の受信光強度レベ
ルにおいて出力ＯＵＴを所定の電圧に”ゼロ合わせ”す
る、すなわちセットすることを可能にしている。電流源
１６からの電流を調節し、かつ抵抗１４を調節して増幅
器１３の利得をセットすることにより、出力ＯＵＴに現
れる電圧が受信光強度に直接関連するようにすることが
出来る。例えば、強度レベルの１００：１の変化がある
場合、０ボルトが最小利用可能強度レベル（−３５ｄＢ
ｍ）に対応し、２．５ボルトが最大利用可能強度レベル
（−１５ｄＢｍ）に対応するようにすることが出来る。
【００１３】キャパシタ２０は高周波数信号（データ）
に関してフォトダイオード２をバイパスし、平均受信光
強度を表す（ほとんどＤＣの）低周波数信号をモニタ４
に対して供給する。同様に、キャパシタ２１及び２２
は、モニタ４内の高周波信号及び雑音をバイパスする。
【００１４】増幅器６、１１及びトランジスタ対７、９
は、例えばナショナルセミコンダクタ（National Semic
onductor）社（カリフォルニア州サンタクララ）から市
販されているＬＭ１３６００等のように、同一の集積回
路に形成されていることが望ましい。増幅器１３は通常
のオペアンプである。増幅器６及び１１のトランスコン
ダクタンスは、各々例えば３０μｍｈｏである。固定さ
れた参照電圧ＶRは、この実施例においてはほぼ２．５
ボルトである。
【００１５】ＰＩＮフォトダイオード以外の、例えば通
常のＰＮ接合フォトダイオード等の他の光デテクタ２も
用いられうる。
【００１６】尚、特許請求の範囲に記載した参照番号
は、発明の容易なる理解の為のもので、その権利解釈に
影響を与えるものではないと理解されたい。また、以上
の説明は、本発明の一実施例に関するもので，この技術
分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考え得
るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含され
る。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、低
電圧下で幅広いパワーレベルにわたって動作しうる受信
光強度モニタ回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に従う、ＰＩＮフォトダイオ
ード及び受信した光強度モニタを有する光受信器を示す
模式的なブロック図。
【符号の説明】
２ フォトダイオード ３ 信号増幅器 ４ 光強度モニタ回路 ６、１１ トランスコンダクタンスオペアンプ ７、９ ダーリントン接続トランジスタ対 ８ ノード １０、１２、１４ 抵抗 １３ オペアンプ １５ 回路 １６ 電流源 ２０、２１、２２ キャパシタ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光レシーバ（１）のフォトダイオード
    （２）によって受信した光信号の強度をモニタする装置
    （４）において、 前記フォトダイオード（２）が接続される反転入力と出
    力を有する第一のトランスコンダクタンス増幅器（６）
    と、 前記トランスコンダクタンス増幅器の前記反転入力と前
    記出力との間を接続する第一の非線型素子（７）と、 からなり、 前記増幅器（６）が、前記受信した光信号強度の対数に
    比例する電圧を生成することを特徴とする光信号強度モ
    ニタ装置。
  2. 【請求項２】 前記増幅器（６）の前記出力に接続さ
    れ、前記第一の非線型素子（７）の変動を補償する第二
    の非線型素子（９）を更に有することを特徴とする請求
    項第１項の装置。
  3. 【請求項３】 前記非線型素子（７，９）が、２乗則デ
    バイスであることを特徴とする請求項第２項に記載の装
    置。
  4. 【請求項４】 前記フォトダイオードが、ＰＩＮフォト
    ダイオードであることを特徴とする請求項第３項に記載
    の装置。
  5. 【請求項５】 前記第二の非線型素子（９）の出力に接
    続された入力及び出力を有する第二のトランスコンダク
    タンス増幅器（１１）と、 前記第二のトランスコンダクタンス増幅器（１１）の入
    力に接続され、前記第二の増幅器（１１）の出力を所定
    の光強度を受信した際に所望の値にセットする可変電流
    源（１６）と更にを有することを特徴とする請求項第２
    項に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記２乗則デバイスの各々（７，９）
    が、対応するトランジスタが各々マッチングがとられた
    ものであるようなダーリントン接続バイポーラトランジ
    スタ対であることを特徴とする請求項第５項に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 前記第一の増幅器（６）の前記反転入力
    に接続され、前記フォトダイオード（２）を貫通して流
    れるリーク電流を補償する電流を供給する回路手段（１
    ５）を更に有することを特徴とする請求項第１項に記載
    の装置。
  8. 【請求項８】 前記２乗則デバイスの各々（７，９）
    が、対応するトランジスタが各々マッチングがとられた
    ものであるようなダーリントン接続バイポーラトランジ
    スタ対であることを特徴とする請求項第７項に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 光レシーバ（１）のフォトダイオード
    （２）によって受信した光信号の強度をモニタする装置
    において、 反転入力と出力を有する第一のトランスコンダクタンス
    増幅器（６）と、 前記トランスコンダクタンス増幅器（６）の前記反転入
    力と前記出力との間を接続する第一の２乗則デバイス
    （７）と、 前記第一の増幅器（６）の前記出力に接続され、前記第
    一の２乗則デバイスの変動を補償する第二の２乗則デバ
    イス（９）と、 出力及び入力を有し、その入力が前記第二の２乗則デバ
    イス（９）を介して前記第一のトランスコンダクタンス
    増幅器（６）の出力に接続された第二のトランスコンダ
    クタンス増幅器（１１）と、 前記第二のトランスコンダクタンス増幅器（１１）の入
    力に接続され、前記第二のトランスコンダクタンス増幅
    器（１１）の前記出力を所定の光強度を受信した際に希
    望する値にセットする可変電流源（１６）と、 を有しており、 前記フォトダイオード（２）が前記第一の増幅器（６）
    の前記反転入力に接続され、 前記増幅器（１１）の出力が、前記受信した光信号強度
    の対数に比例する電圧を与えることを特徴とする光信号
    強度モニタ装置。
  10. 【請求項１０】 前記第一の増幅器（６）の前記反転入
    力に接続され、前記フォトダイオード（２）を貫通して
    流れるリーク電流を補償する電流を供給する回路手段
    （１５）を更に有することを特徴とする請求項第９項に
    記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記２乗則デバイスの各々（７、９）
    が、対応するトランジスタが各々マッチングがとられて
    いるようなダーリントン接続バイポーラトランジスタ対
    であることを特徴とする請求項第１０項に記載の装置。
JP6017720A 1993-01-28 1994-01-19 光信号強度モニタ装置 Pending JPH06252661A (ja)

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US08/010,376 US5286969A (en) 1993-01-28 1993-01-28 Apparatus for measuring optical power in an optical receiver with a non-linear element and a transconductance amplifier
US010376 1993-01-28

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JPH06252661A true JPH06252661A (ja) 1994-09-09

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EP (1) EP0609018B1 (ja)
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HK (1) HK1008763A1 (ja)

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