JPH087693Y2 - APD bias voltage control circuit - Google Patents

APD bias voltage control circuit

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JPH087693Y2
JPH087693Y2 JP1987084438U JP8443887U JPH087693Y2 JP H087693 Y2 JPH087693 Y2 JP H087693Y2 JP 1987084438 U JP1987084438 U JP 1987084438U JP 8443887 U JP8443887 U JP 8443887U JP H087693 Y2 JPH087693 Y2 JP H087693Y2
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bias voltage
circuit
apd
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conversion circuit
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敏一 小関
忠彦 富樫
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はAPDバイアス電圧制御回路に関し、特にDC/DC
変換回路の出力インピーダンスの影響を低減し光受信部
の最大受光感度を向上する技術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an APD bias voltage control circuit, and in particular to DC / DC.
The present invention relates to a technique for reducing the influence of the output impedance of a conversion circuit and improving the maximum light receiving sensitivity of a light receiving unit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種の光受信器のAPDバイアス電圧制御回路
は第2図に示すようにDC/DC変換回路3を有し、受信し
た微弱な信号を出来る限り大きく、しかも、雑音は小さ
くするようにして最適な電流増倍率が得られるように、
出力信号振幅検出回路14で検出した利得制御電圧をb点
のトランジスタ5のベースに供給し、APDバイアス電圧
を制御している。
Conventionally, the APD bias voltage control circuit of this type of optical receiver has a DC / DC conversion circuit 3 as shown in FIG. 2 so as to make a received weak signal as large as possible and also make noise small. To obtain the optimum current multiplication factor,
The gain control voltage detected by the output signal amplitude detection circuit 14 is supplied to the base of the transistor 5 at the point b to control the APD bias voltage.

上述した従来のAPDバイアス電圧制御回路では、最適
電流増倍率は最小受光感度を得るときに決定され、APD
バイアス電圧は第3図の線1のようになる。
In the conventional APD bias voltage control circuit described above, the optimum current multiplication factor is determined when the minimum photosensitivity is obtained.
The bias voltage is as shown by line 1 in FIG.

最適電流増倍率を得る為の利得制御信号は第2図のb
点のトランジスタ5のベースに入力されDC/DC変換回路
3によって必要なバイアス電圧12をAPD1に与えている。
さらに光受信器は、ダイナミックレンジを大きくするた
めにAPDの増倍係数だけでなく、等化増幅器2の利得も
同時に制御させるようになっている。つまり、光入力パ
ワーが大きい場合も正常に動作させるためにAPDのバイ
アス電圧12と等化増幅器2の利得も下げるようになって
いる。このときb点の利得制御電圧は低くなり過ぎAPD
が必要な応答速度を得るためのバイアス電圧12が、DC/D
C変換回路3から得られなくなってしまうため、第2図
に示す回路では、抵抗器7,可変抵抗器8,ダイオード6,9
で構成されたクランプ回路13によってb点の利得制御電
圧が下がりすぎてもAPDが必要な応答速度を得る為のバ
イアス電圧12が下がらないようになっている。
The gain control signal for obtaining the optimum current multiplication factor is b in FIG.
The bias voltage 12 which is input to the base of the transistor 5 at the point and required by the DC / DC conversion circuit 3 is applied to the APD 1.
Further, the optical receiver controls not only the multiplication factor of the APD but also the gain of the equalizing amplifier 2 in order to increase the dynamic range. In other words, the bias voltage 12 of the APD and the gain of the equalizing amplifier 2 are also lowered in order to operate normally even when the optical input power is large. At this time, the gain control voltage at point b becomes too low and APD
The bias voltage 12 to obtain the required response speed is DC / D
Since it cannot be obtained from the C conversion circuit 3, in the circuit shown in FIG.
Even if the gain control voltage at the point b drops too much, the clamp circuit 13 constituted by means does not lower the bias voltage 12 for obtaining the response speed required by the APD.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、光入力パワーが大きくなった場合、APDの光
電流I1も増大して来る。このとき、DC/DC変換回路3の
出力d点の出力インピーダンスは充分小さくないため、
APDの光電流I1の増大によって起こるd点の電圧降下
が、受光パワーが、弱いときのように無視できなくな
る。また、受光レベルが大きい時は、DC/DC変換回路3
の消費電流も増大するため、ダイオード6、及び可変抵
抗器8を流れる電流も増大し、e点の電位の低下ひいて
はc点電圧の低下がもたらされる。このためDC/DC変換
回路3の出力d点の電位が下がり、APDが必要な応答速
度を得るためのバイアス電圧12が下がってしまい、動作
しなくなる。つまり、光受信器の最大受光レベルは、主
にDC/DC変換回路3の出力インピーダンスと可変抵抗器
8の内部抵抗の影響により、DC/DC変換回路3の入力c
点、つまりダイオード6により構成されたクランプ回路
13の出力電圧が下がるという欠点を有する。
However, when the optical input power increases, the photocurrent I 1 of the APD also increases. At this time, since the output impedance at the output point d of the DC / DC conversion circuit 3 is not sufficiently small,
The voltage drop at the point d caused by the increase in the photocurrent I 1 of the APD cannot be ignored, as when the received light power is weak. When the received light level is high, the DC / DC conversion circuit 3
Since the current consumption of the diode also increases, the current flowing through the diode 6 and the variable resistor 8 also increases, resulting in a decrease in the potential at the point e and a decrease in the voltage at the point c. For this reason, the potential at the output point d of the DC / DC conversion circuit 3 is lowered, and the bias voltage 12 for obtaining the response speed required by the APD is lowered to stop the operation. In other words, the maximum light receiving level of the optical receiver is mainly due to the output impedance of the DC / DC conversion circuit 3 and the internal resistance of the variable resistor 8, and the input c of the DC / DC conversion circuit 3 is affected.
Clamp circuit composed of points, that is, diodes 6
It has the drawback that the output voltage of 13 drops.

第3図に示す受光パワーとAPDバイアス電圧との関係
を用いて以上の欠点を説明する。線1は、APDの最小受
光レベルで、最適電流増倍率を得るAPDバイアス電圧と
受光パワーの関係である。APDバイアス電圧9は、APDが
必要な、応答速度を得るための電圧である。第2図に示
す回路図で、抵抗器7,可変抵抗器8,ダイオード6,9で構
成しているクランプ回路3がない場合の最大受光レベル
は、第3図の6の位置になってしまう。クランプ回路3
がDC/DC変換回路の入力c点の電圧を下げないようにし
ている場合には、APDバイアス電圧は、第3図の線2の
電圧を維持するが、実際には受光パワーが大きくなると
ともに、APD電流I1が増加し、DC/DC変換回路の出力イン
ピーダンスの影響が無視できず、線3のように電圧は降
下してしまい、最大受光レベルが7の位置になってしま
う欠点を有する。点線5は、DC/DC変換回路3の出力イ
ンピーダンスが0のときである。
The above drawbacks will be described using the relationship between the received light power and the APD bias voltage shown in FIG. The line 1 shows the relationship between the APD bias voltage and the received light power for obtaining the optimum current multiplication factor at the minimum received light level of the APD. The APD bias voltage 9 is a voltage for obtaining a response speed required for APD. In the circuit diagram shown in FIG. 2, the maximum light receiving level without the clamp circuit 3 composed of the resistor 7, the variable resistor 8 and the diodes 6 and 9 is the position 6 in FIG. . Clamp circuit 3
Does not lower the voltage at the input point c of the DC / DC conversion circuit, the APD bias voltage maintains the voltage on line 2 in FIG. 3, but actually the received light power increases and , APD current I 1 increases, the influence of the output impedance of the DC / DC conversion circuit cannot be ignored, and the voltage drops as shown by line 3, and the maximum light reception level is at the position of 7. . The dotted line 5 is when the output impedance of the DC / DC conversion circuit 3 is zero.

本考案の目的は第3図の2の特性が得られるよう、す
なわち、光入力パワーが増大しても応答動作するのに必
要なAPDバイアス電圧がある程度確保できるAPDバイアス
電圧制御回路を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an APD bias voltage control circuit which can secure the APD bias voltage required for a response operation to some extent so as to obtain the characteristic 2 in FIG. 3, that is, even when the optical input power increases. It is in.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本考案のAPDバイアス電圧制御回路は、光電気変換素
子としてアバランシェフォトダイオード(以下APDと略
称す)を用いた光信号受信回路において、該APDの電気
出力信号を入力とする等化増幅器の出力信号振幅を検出
する検出回路と、該APDにバイアス電圧を供給するDC/DC
変換回路と、前記検出回路出力をベース入力とする第一
のトランジスタと、可変抵抗器の摺動端子がベースに接
続された第二のトランジスタで構成されるクランプ回路
とを有し、第一のトランジスタと第二のトランジスタの
エミッタどうしが接続され、かつ前記DC/DC変換回路の
入力に接続されることにより構成される。
The APD bias voltage control circuit of the present invention is an optical signal receiving circuit using an avalanche photodiode (hereinafter abbreviated as APD) as a photoelectric conversion element, and an output signal of an equalizing amplifier which receives an electric output signal of the APD as an input. DC / DC that detects amplitude and DC / DC that supplies bias voltage to the APD
A conversion circuit; a first transistor having the detection circuit output as a base input; and a clamp circuit composed of a second transistor having a sliding terminal of the variable resistor connected to the base, The transistor and the emitter of the second transistor are connected to each other and are connected to the input of the DC / DC conversion circuit.

〔実施例〕〔Example〕

次に本考案の実施例について図面を参照して説明す
る。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本考案の一実施例を示す回路である。 FIG. 1 is a circuit showing an embodiment of the present invention.

図において、等化増幅器2と出力信号振幅検出回路14
によって発生した利得制御電圧は、トランジスタ5を介
してDC/DC変換回路3に供給される。DC/DC変換回路3
は、光受信器の最小受光感度でAPD1の最適電流増倍率が
得られるバイアス電圧をAPD1に印加している。つまり、
受光素子APDからの信号は可能な限り大きく、しかも雑
音は、出来るだけ小さくするような一つのクランプ回路
を構成している。このときのAPDバイアス電圧と、光入
力パワーの関係は、第3図の線1のようになる。さら
に、光受信器はダイナミックレンジを大きくするため
に、APDの増倍係数だけでなく、等化増幅器2の利得も
同時に変化させるようになっている。つまり、光入力パ
ワーが、大きい場合にも正常に動作させるために、APD
バイアス電圧12と等化増幅器2の利得が下がるようにな
っている。このとき、APDの増倍率制御入力点bは、低
くなり過ぎ、APDが必要な応答速度を得るためのバイア
ス電圧がDC/DC変換回路3から得られなくなって、最大
受信感度は、第3図で6の位置になってしまう。またこ
こで第3図の9の位置のAPDバイアス電圧をAPDが必要な
応答速度を維持できる最低バイアス電圧とする。そこ
で、本考案では、最大受光感度を向上するために、ダイ
オード9,可変抵抗器8,抵抗器7,トランジスタ11で、構成
されたクランプ回路13によりトランジスタ11のエミッタ
とトランジスタ5のエミッタで、Wired−OR接続し、DC/
DC変換回路3に出力する。つまり、APDバイアス電圧12
が一定電圧(第3図の線2の位置)からAPD電流I1の増
加と、DC/DC変換回路3の出力インピーダンス低下のた
めに降下しようとすると、可変抵抗器8によりトランジ
スタ11のベース電圧を上げるよう設定する。要するに、
光入力パワーが、大きくなった場合、APD電流I1が増加
するとDC/DC変換回路3の出力インピーダンスが充分に
低くないのでAPDバイアス電圧12は、下がろうとする
が、DC/DC変換回路3の入力点cを上げ出力点dの電圧
を上げるクランプ回路13によってAPDバイアス電圧が、D
C/DC変換回路3の出力インピーダンスの影響を受けない
電圧に設定されるので、第3図の線4の位置までDC/DC
変換回路3の出力インピーダンスの影響を低減でき、最
大受光感度は8の位置となり大幅に改善される。
In the figure, the equalization amplifier 2 and the output signal amplitude detection circuit 14
The gain control voltage generated by is supplied to the DC / DC conversion circuit 3 via the transistor 5. DC / DC conversion circuit 3
Applies a bias voltage to APD1 that provides the optimum current multiplication factor of APD1 with the minimum light receiving sensitivity of the optical receiver. That is,
The signal from the light receiving element APD is as large as possible, and noise is made as small as possible. The relationship between the APD bias voltage and the optical input power at this time is as shown by line 1 in FIG. Further, the optical receiver is designed to change not only the multiplication factor of the APD but also the gain of the equalizing amplifier 2 in order to increase the dynamic range. In other words, in order to operate normally even when the optical input power is large, the APD
The bias voltage 12 and the gain of the equalizing amplifier 2 are reduced. At this time, the gain control input point b of the APD becomes too low, the bias voltage for obtaining the response speed required by the APD cannot be obtained from the DC / DC conversion circuit 3, and the maximum reception sensitivity is shown in FIG. It will be 6 position. Further, the APD bias voltage at the position 9 in FIG. 3 is set to the minimum bias voltage capable of maintaining the response speed required by the APD. Therefore, in the present invention, in order to improve the maximum light receiving sensitivity, a clamp circuit 13 composed of a diode 9, a variable resistor 8, a resistor 7, and a transistor 11 is used to connect the emitter of the transistor 11 and the emitter of the transistor 5 to Wired. -OR connection, DC /
Output to the DC conversion circuit 3. That is, the APD bias voltage 12
Is going to drop from a constant voltage (position of line 2 in FIG. 3) due to increase of APD current I 1 and decrease of output impedance of the DC / DC conversion circuit 3, the variable resistor 8 causes the base voltage of the transistor 11 to rise. Set to raise. in short,
When the optical input power becomes large, the output impedance of the DC / DC conversion circuit 3 is not sufficiently low when the APD current I 1 increases, so the APD bias voltage 12 tries to decrease, but the DC / DC conversion circuit 3 The APD bias voltage is increased by the clamp circuit 13 that raises the input point c
Since the voltage is set so that it is not affected by the output impedance of the C / DC conversion circuit 3, DC / DC can be used up to the position of line 4 in Fig. 3.
The influence of the output impedance of the conversion circuit 3 can be reduced, and the maximum light receiving sensitivity is at the position of 8 and is greatly improved.

〔考案の効果〕[Effect of device]

以上説明したように本考案は、APDの電気信号を入力
として接続される等化増幅器の出力信号検出回路出力を
ベース入力とするトランジスタのエミッタと、抵抗器,
可変抵抗器,ダイオード,トランジスタで構成されたク
ランプ回路とを有し、Wired−OR接続によってDC/DC変換
回路の入力に接続されるので、DC/DC変換回路の出力イ
ンピーダンスの影響が低減され、光受信器のダイナミッ
クレンジは大きくなり最大受光感度が大幅に向上する効
果がある。
As described above, the present invention provides a transistor emitter whose base input is an output signal detection circuit output of an equalization amplifier connected with an APD electric signal as an input, a resistor,
It has a variable resistor, a diode, and a clamp circuit composed of a transistor, and since it is connected to the input of the DC / DC conversion circuit by Wired-OR connection, the influence of the output impedance of the DC / DC conversion circuit is reduced, The dynamic range of the optical receiver is increased, and the maximum light receiving sensitivity is significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の実施例を示す回路図、第2図は従来技
術によるバイアス制御回路の回路図、第3図はAPDバイ
アス電圧と光入力パワーの関係を示した図である。 1……アバランシェ・ホトダイオード(APD)、2……
等化増幅器、3……DC/DC変換回路、4……抵抗器、5
……トランジスタ、6……ダイオード、7……抵抗器、
8……可変抵抗器、9……ダイオード、10……コンデン
サ、11……トランジスタ、12……APDバイアス電圧、13
……クランプ回路、14……出力信号振幅検出回路、I1
…APD電流、a……電源電圧端子、b……利得制御電圧
入力点、c……DC/DC変換回路入力点、d……DC/DC変換
回路出力点、 第3図において、 線1:最小受光感度で、APDが、最適電流増倍率が得られ
るときの光入力パワーとAPDバイアス電圧との関係、 線2:従来及び本考案の回路図でAPDバイアス電圧を一定
に保とうとするレベル、 線3:従来の回路図でのAPDバイアス電圧降下レベル、 線4:本考案の回路図でのAPDバイアス電圧降下レベル、 線5:従来及び本考案の回路図でAPDバイアス電圧を一定
に保とうとし、かつDC/DC変換回路の出力インピーダン
スがゼロのときレベル、 6……利得制御回路のみの場合の最大受光感度、7……
従来の回路での最大受光感度、8……本考案の回路での
最大受光感度、9……APDが、必要な応答速度を得るた
めのAPDバイアス電圧最低レベル。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a bias control circuit according to the prior art, and FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an APD bias voltage and an optical input power. 1 ... Avalanche photodiode (APD), 2 ...
Equalizing amplifier, 3 ... DC / DC conversion circuit, 4 ... resistor, 5
... transistor, 6 ... diode, 7 ... resistor,
8 ... Variable resistor, 9 ... Diode, 10 ... Capacitor, 11 ... Transistor, 12 ... APD bias voltage, 13
...... Clamp circuit, 14 …… Output signal amplitude detection circuit, I 1
... APD current, a ... power supply voltage terminal, b ... gain control voltage input point, c ... DC / DC conversion circuit input point, d ... DC / DC conversion circuit output point, in Fig. 3, line 1: The relationship between the optical input power and the APD bias voltage when the APD obtains the optimum current multiplication factor with the minimum photosensitivity, line 2: the level at which the APD bias voltage is kept constant in the circuit diagrams of the conventional and the present invention, Line 3: APD bias voltage drop level in the conventional circuit diagram, Line 4: APD bias voltage drop level in the circuit diagram of the present invention, Line 5: Attempts to keep the APD bias voltage constant in the conventional and inventive circuit diagrams. , And the level when the output impedance of the DC / DC conversion circuit is zero, 6 ... the maximum photosensitivity when only the gain control circuit is used, 7 ...
Maximum light receiving sensitivity in the conventional circuit, 8 ... Maximum light receiving sensitivity in the circuit of the present invention, 9 ... APD is the lowest level of the APD bias voltage to obtain the required response speed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/26 10/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H04B 10/26 10/28

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】光信号を電気信号に変換する光電気変換素
子としてアバランシェフォトダイオードを用いた光信号
受信回路において、 前記アバランシェフォトダイオードの電気出力信号を等
化増幅器の出力信号振幅を検出する検出回路と、 前記アバランシェフォトダイオードにバイアス電圧を供
給するDC/DC変換回路と、 前記検出回路出力をベース入力とする第一のトランジス
タと可変抵抗器の摺動端子がベースに接続された第二の
トランジスタで構成されるクランプ回路とを有し、 前記第一のトランジスタと前記第二のトランジスタのエ
ミッタどうしが接続され、かつ前記DC/DC変換回路の入
力に接続され、 前記光信号の光入力パワーの増大に応じて、前記バイア
ス電圧を下げるとともに、前記等化増幅器の利得を変化
させることを特徴とするアバランシェフォトダイオード
バイアス電圧制御回路。
1. An optical signal receiving circuit using an avalanche photodiode as an optical-electrical conversion element for converting an optical signal into an electric signal, wherein the electric output signal of the avalanche photodiode is detected to detect an output signal amplitude of an equalizing amplifier. A circuit, a DC / DC conversion circuit for supplying a bias voltage to the avalanche photodiode, a first transistor having the detection circuit output as a base input, and a sliding terminal of a variable resistor connected to a second base A clamp circuit composed of a transistor, the emitters of the first transistor and the second transistor are connected to each other, and are connected to the input of the DC / DC conversion circuit, the optical input power of the optical signal The bias voltage is decreased and the gain of the equalizing amplifier is changed according to the increase of Balun Chez photodiode bias voltage control circuit.
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