JPH0637348A - Apd増倍率一定保持回路 - Google Patents

Apd増倍率一定保持回路

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JPH0637348A
JPH0637348A JP18821592A JP18821592A JPH0637348A JP H0637348 A JPH0637348 A JP H0637348A JP 18821592 A JP18821592 A JP 18821592A JP 18821592 A JP18821592 A JP 18821592A JP H0637348 A JPH0637348 A JP H0637348A
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JP
Japan
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apd
circuit
constant
low frequency
multiplication factor
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Application number
JP18821592A
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English (en)
Inventor
Yukihiro Ozeki
幸宏 尾関
Hideaki Sato
秀暁 佐藤
秀樹 ▲高▼木
Hideki Takagi
Takahiro Sakiya
隆裕 櫻木谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 APDのM(増倍率)を、環境変化や経年変
化によるAPDの電流の増減にかかわりなく常に一定に
保持する。 【構成】 APD1に印加する直流バイアス電圧を高電
圧制御回路9で制御してその増倍率を一定に保持するA
PD増倍率一定保持回路において、低周波を発生して前
記直流バイアス電圧に重畳する発振回路11と、APD
1を流れる電流の直流成分と前記低周波に対応する低周
波成分とを検出してその除算を行う回路2〜7とを備
え、高電圧制御回路9は前記除算の結果が一定になるよ
うに前記直流バイアス電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバー通信に
おける光信号受信部のAPD(Avalanche P
hoto Diode)のM(増倍率)を一定に保持す
る回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】APDは信号光電流の増幅作用をもって
おり、微弱な光信号を扱う光ファイバー通信の受光素子
としては必要不可欠である。
【0003】APDの信号光電流の増幅作用は、通常M
(増倍率)によって表わされる。
【0004】またAPDを効果的に使用するためには数
十〜百V程度の直流バイアス電圧をかけてやる必要があ
る。
【0005】そして、M(増倍率)と直流バイアス電圧
の間には密接な関係があり、従来直流バイアス電圧のか
けかたとしてM値固定方式とM値変動方式とがあった。
【0006】M値固定方式はツェナーダイオード等を利
用してAPDの直流バイアス電圧を安定化してMを一定
にしておく方法であり、M値変動方式はFULL AG
C(Automatic Gain Control)
をかけてAPDの直流バイアス電圧を最適値に制御する
方法(Mは可変)である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、M値固
定方式では、APD印加電圧を一定としても周囲の温度
や受光電力などの環境変化に対して各パラメータにばら
つきが存在し動作点がずれて受信感度劣化を生ずる。ま
た、それらの精密な補正は困難である等の問題点があっ
た。
【0008】また、M値変動方式では、現在の光ファイ
バ通信の中心である長波長用のAPD(λ=1.31〜
1.55μm)は過剰雑音指数xが大きいためにM値固
定方式に較べS/N比が劣化するという問題点があっ
た。
【0009】この発明は、以上述べた周囲温度や受光電
力などの環境変化および素子の経年変化に対しAPDの
M値が一定になるよう制御をかけることによって光受信
装置が使用されるあらゆる条件において高S/N比で安
定した受信信号を得ることのできるAPD増倍率一定保
持回路を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、APDに印加する直流バイアス電圧を高電
圧制御回路で制御してその増倍率を一定に保持するAP
D増倍率一定保持回路において、低周波を発生して前記
直流バイアス電圧に重畳する発振回路と、前記APDを
流れる電流の直流成分と前記低周波に対応する低周波成
分とを検出してその除算を行う回路とを備え、前記高電
圧制御回路は前記除算の結果が一定になるように前記直
流バイアス電圧を制御するものである。
【0011】
【作用】APDを流れる電流の直流成分と低周波成分と
の除算の結果が一定になるように直流バイアス電圧を制
御すれば、前記直流バイアス電圧に重畳する低周波の成
分が一定である限り、APDの増倍率は一定に保持され
る。
【0012】また、この増倍率は前記低周波の振幅を調
整することにより所定値に設定することができる。
【0013】
【実施例】図1はこの発明の実施例のブロック図であ
る。
【0014】まずこのブロック図の接続、配置について
説明する。
【0015】APD1のアノード側はAPD直列抵抗R
1の一端に接続され、カソード側は交流結合コンデンサ
C1およびモニタ抵抗R2の一端に接続されると共に、
低域通過フィルタ2および高域通過フィルタ3の入力端
子に接続されている。交流結合コンデンサC1の他端は
受信信号を増幅する受信回路のプリアンプへ接続される
が、このプリアンプは本実施例とは直接関係がないため
以降の説明は省略する。一方、低域通過フィルタ2の出
力はM(直流分)検出部4の入力に接続されており、同
様に高域通過フィルタ3の出力はΔM(微小変動分)検
出部(検波回路)5の入力に接続されている。また、モ
ニタ抵抗R2の他端は接地されている。ΔM(微小変動
分)検出部(検波回路)5の出力は積分回路6の入力に
接続されており、M(直流分)検出部4の出力および積
分回路6の出力はアナログ除算器7の入力端子Xin,Z
inにそれぞれ接続されている。アナログ除算器7の出力
は、アンプ+積分回路8の入力に接続されており、アン
プ+積分回路8の出力および高電圧発生回路10の出力
は高電圧制御回路9の入力に接続されている。発振回路
11の出力は交流結合コンデンサC2の一端に接続され
ており、高電圧制御回路9の出力および交流結合コンデ
ンサC2の他端はAPD直列抵抗R1の他端に接続され
ている。
【0016】次に各ブロックの動作について説明する。
【0017】APD1は受光素子であり受光電流の増幅
作用を持つ。交流結合コンデンサC1は直流成分をカッ
トして高周波の信号成分のみを通過させる高域通過フィ
ルタとして動作している。モニタ抵抗R2は、APD1
で増幅された受光電流を電圧に変換する。これにより受
光電流をモニタ抵抗R2の端子間電圧としてとりだせ
る。低域通過フィルタ2は、APD1で増倍された電流
の直流成分のみを取り出し、M(直流分)検出部4に出
力する。M(直流分)検出部4では、低域通過フィルタ
2より入力した直流成分を非反転増幅し、アナログ除算
器7に出力する。また同時に、高域通過フィルタ3は、
APD1で増倍された電流の低周波成分のみを取り出
し、ΔM(微小変動分)検出部(検波回路)5に出力す
る。ΔM(微小変動分)検出部(検波回路)5では、高
域通過フィルタ3より入力した低周波成分を整流(検
波)し、積分回路6へと出力する。積分回路6では、Δ
M(微小変動分)検出部(検波回路)5より入力した脈
流を積分して直流のレベル信号に変換し、アナログ除算
器7に出力する。
【0018】アナログ除算器7では、M(直流分)検出
部4からの信号電圧VX と、積分回路からの信号電圧V
Z の2つの入力電圧に対し10VZ /VX の演算が行わ
れ、その値を電圧レベルとして、アンプ+積分回路8に
出力する。アンプ+積分回路8では、アナログ除算器7
からの入力レベルに応じて反転増幅した出力を、高電圧
制御回路9に出力する。またこのアンプに時定数を持た
せてあり制御ループ全体の時定数をここで決定してい
る。高電圧発生回路10ではDC100Vの直流高電圧
を発生し、高電圧制御回路9へ出力している。高電圧制
御回路9では、アンプ+積分回路8からの入力レベルに
応じて、高電圧発生回路10からの高電圧をコントロー
ルして、APD直列抵抗R1へと出力している。発振回
路11はAPD1で受信する主信号に影響を与えない帯
域の低周波(本実施例では3kHzを使用)を振幅を可
変して出力できる。この低周波を、交流結合コンデンサ
C2を介してAPD直列抵抗R1へと出力している。
【0019】次に回路全体の動作を説明する。
【0020】APD1のM(増倍率)は式(1)に示す
経験式で表わすことができる(例えば、米津宏雄著「光
通信素子工学−発光・受光素子−」工学図書株式会社昭
和61−12−15)。
【0021】
【数1】
【0022】V:APDジャンクション電圧 VB :APDブレークダウン電圧 γ:定数 式(1)をVで微分すると(ただしVB は定数と見な
す)、
【0023】
【数2】
【0024】となる。V/VB ≒1であるから式(2)
は、
【0025】
【数3】
【0026】となる。式(3)の絶対値をとると、
【0027】
【数4】
【0028】となり、γはもともと定数であるから、|
ΔM/M|、ΔVを一定にすればMVB -1は一定とな
る。
【0029】VB が温度変化等により変化するとMは反
比例して変化するが、VB の変動は0〜60℃において
数%程度と考えられるため、Mの変動も同様に数%程度
で抑えられるはずである。従って、ΔVが一定の場合、
|ΔM/M|を一定となるように制御しておけば常にM
は一定となる。
【0030】また、ΔVの増減に比例してMが変化する
ことを利用してMを任意に設定することができる。
【0031】さらに受光電力には無関係であるため光入
力パワーの変化にはMは常に一定となる。
【0032】図1に示す回路は以上に説明した原理に基
づき、|ΔM/M|を一定に制御することによりMを一
定に保持するものであり、以下にその動作を具体的に説
明する。
【0033】APD1に印加している直流バイアス電
圧に、交流結合コンデンサC2を介して発振回路11か
ら低周波(3kHz正弦波)を重畳する。
【0034】APD1によって増倍された低周波成分
と光電流の直流成分を、モニタ抵抗R2の端子電圧とし
てモニタする。
【0035】さらに、この端子電圧を、低域通過フィ
ルタ2と、高域通過フィルタ3にそれぞれ通し直流成分
と低周波成分とに分離する。
【0036】直流成分を、M(直流分)検出部4を介
してアナログ除算器7のXin入力にVX (M成分)とし
て入力する。
【0037】低周波成分を、ΔM(微小変動分)検出
部(検波回路)5で整流し、積分回路6を通し平滑化し
た後(直流レベル換算後)、アナログ除算器7のZin
力にVZ (ΔM成分)として入力する。
【0038】アナログ除算器7ではこの2つの入力に
対し10VZ /VX の演算を行い、その結果を電圧とし
て出力する。
【0039】アンプ+積分回路8ではアナログ除算器
7からの入力レベルに応じて反転増幅した出力を高電圧
制御回路9に出力すると共に、制御ループ全体の時定数
を決定する(本実施では1.5×10-6(F)×1×1
6 (Ω)=1.5(S))。
【0040】高電圧制御回路9はアンプ+積分回路8
の出力レベルに応じて高電圧発生回路10からの直流高
電圧をコントロールし、|ΔM/M|が一定になるよう
にAPD1の直流バイアス電圧を制御する。
【0041】すなわち、図1に示す回路は上記〜を
繰り返すことによって|ΔM/M|を常に一定に保持し
ている。
【0042】なお、すでに説明したように、Mの大きさ
は発振回路11から出力する低周波(3kHz正弦波)
の振幅を変えることにより所定の値に調整することがで
きる。
【0043】図2は本実施例における実験結果の一例で
あって、受光電力の変化に対するM値の変化をグラフと
して示したものである。これによると光入力が−20〜
−35dBmにおいてほぼ一定のM値を示しており、か
つM値が任意に設定可能であることもわかる。
【0044】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、光受信信号に干渉しない周波数帯域の信号(低周
波成分)を内蔵の発振器より供給してAPDの直流バイ
アス電圧に重畳させ、APDを流れる電流について低周
波成分(ΔM)と直流成分(M)の除算を行いその値が
常に一定となるように制御をかけているので、周囲温度
や受光電力などの環境変化および素子の経年変化等によ
ってAPDに流れる電流が増減した場合でも自動制御さ
れ、M値は常に一定となる。
【0045】また、前記低周波成分の信号の振幅を調整
することによってM値が任意に設定できる。
【0046】さらに、今回の実施例としては3元(In
GaAs)APDを使用したが、Ge,SiなどのAP
Dにおいても流用可能であるので、さまざまな光波長、
伝送速度域の光通信に適用が可能である。
【0047】また、IC化が可能な回路構成となってい
るため、今後のIC化によってさらに小型化、コストダ
ウン、回路特性の均一化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すM(増倍率)一定保持回
路のブロック図である。
【図2】光入力−M(増倍率)特性を示す図である。
【符号の説明】
1 APD 2 低域通過フィルタ 3 高域通過フィルタ 4 M(直流分)検出部 5 ΔM(微小変動分)検出部(検出回路) 6 積分回路 7 アナログ除算器 8 アンプ+積分回路 9 高電圧制御回路 10 高電圧発生回路 11 発振回路
───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者 櫻木谷 隆裕 愛知県名古屋市中区丸ノ内3丁目22番21号 株式会社沖テック内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 APDに印加する直流バイアス電圧を高
    電圧制御回路で制御してその増倍率を一定に保持するA
    PD増倍率一定保持回路において、 低周波を発生して前記直流バイアス電圧に重畳する発振
    回路と、 前記APDを流れる電流の直流成分と前記低周波に対応
    する低周波成分とを検出してその除算を行う回路とを備
    え、前記高電圧制御回路は前記除算の結果が一定になる
    ように前記直流バイアス電圧を制御することを特徴とす
    るAPD増倍率一定保持回路。
  2. 【請求項2】 前記発振回路が、出力する低周波の振幅
    を調整する手段を有することによりAPD増倍率が設定
    可能な請求項1記載のAPD増倍率一定保持回路。
JP18821592A 1992-07-15 1992-07-15 Apd増倍率一定保持回路 Pending JPH0637348A (ja)

Priority Applications (1)

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JP18821592A JPH0637348A (ja) 1992-07-15 1992-07-15 Apd増倍率一定保持回路

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JP18821592A JPH0637348A (ja) 1992-07-15 1992-07-15 Apd増倍率一定保持回路

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JPH0637348A true JPH0637348A (ja) 1994-02-10

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015106784A (ja) * 2013-11-29 2015-06-08 住友電気工業株式会社 光通信モジュール、光通信装置および光通信方法
US9617983B2 (en) 2011-08-12 2017-04-11 Mcalister Technologies, Llc Systems and methods for providing supplemental aqueous thermal energy

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