JPH1013358A - 光受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 調整が容易でかつ簡単な構成で、初段増幅器
への入力受光電流が適正範囲となるように制御可能な光
受信機を提供する。 【解決手段】 受光用ダイオード１０と、この受光電流
を増幅するための初段増幅器１２とを含み、受光用ダイ
オード１０とグランドとの間にダイオード２０が設けら
れ、受光用ダイオード１０とダイオード２０との接続点
と初段増幅器１２との間にコンデンサ２４が設けられて
いる。コンデンサ２４と上記接続点との間にはダイオー
ド２０と並列して静電対策用の抵抗２２が接続されてい
る。受光用ダイオード１０での発生受光電流が過大の場
合でも、ダイオード２０への印加電圧（受光電圧信号）
は所定レベル以下に制限され、コンデンサ２４は、上記
受光電圧信号から直流成分を除去し、交流成分のみを初
段増幅器１２に供給する。よって、初段増幅器１２には
常時適切な振幅の交流信号が供給され、増幅歪みが防止
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信における光
受信機、例えばデジタル光伝送方式の光受信機におい
て、特に、受光信号から通信情報を得るために、受光し
て発生した受光電流を処理する受信部の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】光信号による通信システムにおいて用い
られる光受信機では、受光量に応じた受光電流を発生す
る受光用素子として、例えばＰＩＮダイオードが用いら
れている。このような受光用素子が受光して受光電流が
発生すると、受光電流は、初段増幅器の入力端子に供給
されて増幅され、さらに後段の復調回路などに供給さ
れ、伝送された通信情報が再生される。

【０００３】以上のような光受信機において、アナログ
光伝送方式の受信機の場合には、受光信号の波形歪みを
十分小さく抑える必要から、受信部に高性能のダイナミ
ックレンジ拡大のためのＡＧＣ回路が用いられている。
これに対して、デジタル光伝送方式の場合、アナログ伝
送用の光受信機ほどは波形の歪みを小さくすることが要
求されないので高性能のＡＧＣ回路を必要としない。し
かし、デジタル通信においても、受光入力の変動範囲が
例えば４５〜５０ｄＢの場合、これに応じて発生する受
光電流の変動範囲は９０〜１００ｄＢとなり、その変動
範囲は非常に広くなる。従って、光入力のレベルが高い
時に、発生する受光電流をそのまま初段増幅器に供給す
ると、増幅器での歪みが大きくなり、符号誤りが発生す
る可能性がある。

【０００４】そこで、従来より、光受信機において、初
段増幅器に対する入力電流が過大にならないように電流
量調整手段が設けられていた。図５は、このような受光
電流量調整手段を有する光受信機の構成を示している。
図５において、高圧側電源Ｖｃｃには、ＰＩＮ型ダイオ
ードよりなる受光用ダイオード１０が逆接続され、受光
用ダイオード１０のアノードとグランドとの間に、受光
電流を分流させるための分流用トランジスタ３０が設け
られている。

【０００５】また、受光用ダイオード１０と分流用トラ
ンジスタ３０との接続点には、初段増幅器１２の入力端
子が接続されており、受光用ダイオード１０にて発生し
た受光電流がこの初段増幅器１２で増幅されて出力され
る。

【０００６】初段増幅器１２の出力側には、出力レベル
検出回路３４が設けられており、この出力レベル検出回
路３４は初段増幅器１２からの出力レベルを検出して、
レベルに応じた信号を比較器３２に供給する。

【０００７】比較器３２は、出力レベル検出回路３４か
らの出力信号が所定値以上になると、トランジスタ３０
のベースに動作信号、例えば、Ｈレベルの信号を供給す
る。トランジスタ３０は、この動作信号に応じてオン
し、コレクタ−エミッタ間を介して、受光用ダイオード
１０にて発生した受光電流を一部グランドに向けて分流
させる。

【０００８】このように、デジタル伝送用の従来の光受
信機においては、初段増幅器１２からの出力レベルが所
定レベル以上になるとこれに応じて受光電流を分流させ
ることにより、初段増幅器１２への入力受光電流が過大
になることを防止している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の光受信機の構成によって、初段増幅器１２
への入力受光電流が適正な範囲となるように制御可能で
はあるものの、初段増幅器１２の出力レベルを検出し、
さらに検出結果に基づいてトランジスタ３０を制御する
ための回路構成が複雑であるという問題があった。ま
た、出力レベル検出回路３４などの調整が難しいという
問題もあった。

【００１０】本発明は、このような課題を解決するため
になされ、調整が不要でかつ簡単な構成で、初段増幅器
への入力受光電流が適正範囲となるように制御可能な光
受信機を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光受信機は、受光して受光電流を発生する受
光用素子と、この受光電流に応じた入力信号を増幅する
ための増幅器と、を含み、さらに、受光電流に応じて受
光電圧信号を発生するダイオード素子と、受光用素子と
ダイオード素子との接続点と、増幅器との間に設けら
れ、受光電圧信号から直流成分を除去し、この受光電圧
信号の交流成分を入力信号として増幅器に供給するコン
デンサと、を有することを特徴とする。

【００１２】上記ダイオード素子は、受光用素子で発生
した受光電流が過大であっても、その非線形な電圧／電
流特性により、発生する受光電圧信号の電圧は所定レベ
ル以上にはならない。このため、ダイオード素子によっ
て、適正な振幅範囲の受光電圧信号が得られることとな
る。コンデンサは、適正な振幅となった受光電圧信号か
らその直流成分を除去し、交流成分のみを増幅器に供給
する。従って、増幅器（以下の実施形態においては初段
増幅器）には、光入力が過大となった場合であっても、
適切な振幅の信号が供給されることとなり、増幅器のダ
イナミックレンジが最大限利用され、増幅器における増
幅歪みが防止される。

【００１３】また、本発明においては、上記構成に加え
て、前記受光用ダイオード素子と前記ダイオード素子と
の接続点と、前記コンデンサとの間に、他端が接地され
た抵抗素子が接続されていることを特徴とする。このよ
うに、所定の抵抗値の抵抗素子をダイオード素子と並列
接続することにより、光受信機の静電耐性を向上させる
ことが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下実施形態という）について図面を用いて説明す
る。なお、既に説明した図面と対応する部分には同一符
号を付して説明を省略する。

【００１５】［構成］図１は、本実施形態の光受信機の
受信部における概略回路構成例を示している。

【００１６】図１に示すように、高圧側電源Ｖｃｃに受
光用ダイオード１０が逆接続されており、本実施形態の
特徴の一つであるダイオード２０は、そのアノードが上
記受光用ダイオード１０のアノードに接続され、またダ
イオード２０のカソードがグランドに接続されている。
ダイオード２０は、後述するそのダイオード特性に基づ
いて受光用ダイオード１０からの受光電流に応じた受光
電圧信号を発生し、この受光電圧信号の電圧は、受光電
流が過大となった場合においても所定レベル以下に制御
される。なお、光受信機の受信感度を低下させないため
に、ダイオード２０として、浮遊容量（接合容量）ので
きるだけ小さいダイオードを用いることが好適である。
但し、ダイオード２０としては、ダイオード接続された
トランジスタ等も使用可能である。

【００１７】本実施形態のもう一つの特徴であるコンデ
ンサ２４は、後述するように十分な静電容量Ｃを有する
結合コンデンサであり、受光用ダイオード１０のアノー
ドとダイオード２０のアノードとの接続点と、初段増幅
器１２の入力端子と、に各電極が接続されている。コン
デンサ２４は、受光用ダイオード１０とダイオード２０
との接続点から供給される受光電圧信号から、その直流
成分を除去し、所定の振幅の交流成分のみを初段増幅器
１２に供給している。

【００１８】さらに、本実施形態においては、受光用ダ
イオード１０とダイオード２０との接続点と、コンデン
サ２４との間に、上記ダイオード２０と並列して、他端
が接地された高抵抗Ｒｐの抵抗２２が接続されている。
この抵抗２２は、本実施形態において必ずしも必要な構
成ではないが、この抵抗２２を設けることにより受光用
ダイオード１０とダイオード２０との接続点や、初段増
幅器１２への入力経路の電位が静電気によって過大とな
ることが防止される。従って、図１の回路およびさらに
後段の回路が静電気によって破壊されることが防止さ
れ、回路の静電耐性の向上に寄与している。

【００１９】［動作］次に、図１に示す光受信機の動作
について、さらに図２、図３、図４を用いて説明する。
図２は、図１のダイオード２０の入出力特性を示し、図
３は図１の光受信機の回路構成を模式的に示している。
また、図４は図３の各素子における電流または電圧波形
を示している。

【００２０】デジタル光伝送用の光受信機において、受
光して受光用ダイオード１０が発生する受光電流は、図
２の波形Ｂに示すごとき最大値Ｉｐ、最小値０の方形波
となる。なお、本実施形態においては、伝送符号として
一般的なＣＭＩ（Coded MarkInversion ）符号が用い
られ、マーク率が５０％の場合を例にとって示してい
る。但し、符号化形式はこのＣＭＩに限られるものでは
ない。

【００２１】受光用ダイオード１０でこのような受光電
流が発生してこれがダイオード２０に供給されると、ダ
イオード２０には、図２の実線Ａに示すような電圧／電
流特性に基づき、受光電流に対応した方形波の受光電圧
信号が印加される。

【００２２】ここで、ダイオードの電圧／電流特性は、
アノード、カソード間に印加される電圧が増加に伴い、
指数関数的に電流が増幅する特性となっている。そし
て、抵抗２２と並列接続されたダイオード２０も同様に
図２の実線Ａのような特性を示す。従って、受光用ダイ
オード１０で図２の波形Ｂのような受光電流が発生する
と、ダイオード２０に印加される電圧波形、すなわちダ
イオード２０が受光電流に応じて発生する受光電圧信号
は、初段増幅器１２の入力抵抗を無限大と仮定すると図
２の波形Ｃのように最大値Ｖｐ、最小値Ｖ０となる方形
波となる。

【００２３】実際の回路においては、初段増幅器１２の
入力抵抗は有限であるから、受光電圧信号の電圧波形の
交流成分の振幅は、初段増幅器１２の入力抵抗が無限大
の場合の波形（図２の波形Ｃ）に比べると、その振幅は
小さくなる。図２の電圧波形Ｄは、このような実際の回
路におけるダイオード２０への印加電圧（受光電圧信
号）の波形を示しており、最大値Ｖ2 （Ｖ2 ＜Ｖｐ）、
最小値Ｖ1 （Ｖ1 ＞０）の方形波となっている。なお、
初段増幅器１２としてトランスインピーダンス増幅器を
用いる場合、Ｒｆを増幅器の入力端子と出力端子との間
の帰還抵抗値、Ａを増幅器のゲインとすると、増幅器の
入力抵抗はほぼ［Ｒｆ／Ａ］となる。

【００２４】いずれの場合においても、図２の実線Ａに
示されるように、発生した受光電流が過大となっても、
過大な電流はダイオード２０によってグランドに流し出
され、ダイオード２０の発生する受光電圧信号の電圧波
形Ｄは、図２および図４（ｂ）のように、Ｖ2 以下とな
るように制御される。

【００２５】コンデンサ２４は、このようにしてＶ2 以
下に制御された受光電圧信号（波形Ｄ）から直流成分を
除去し、図４（ｃ）のように０Ｖを基準とした振幅±Ｖ
ａの交流成分を抽出する。そして、抽出された交流成分
（電圧波形Ｅ）が、初段増幅器１２の入力端子に供給さ
れ、初段増幅器１２は、その入力端子に供給される交流
成分を増幅して出力し、この出力がさらに後段の復調回
路などに供給され、伝送されたデジタル情報が再生され
る。

【００２６】ところで、ダイオード２０に印加される電
圧波形Ｄの交流成分を減衰させることなくほとんどその
まま初段増幅器１２の入力端子に供給するためには、コ
ンデンサ２４としては、静電容量Ｃが十分大きなコンデ
ンサを用いることが好適である。具体的には、初段増幅
器１２の入力抵抗をＲａ、方形波のパルス幅をＴとする
と、静電容量Ｃが、［Ｃ＞＞Ｔ／Ｒａ］の関係を満足さ
せるものが好ましい。

【００２７】［受光電流と初段増幅器への入力信号の振
幅との関係］次に、受光電流のピーク電流値Ｉｐと、初
段増幅器の入力端子に供給される交流成分の振幅Ｖａと
の関係について説明する。

【００２８】ダイオード２０の電圧／電流特性を［Ｉ＝
ｆ（Ｖ）］とすると、図３に示す回路の回路方程式は、
以下のようになる。

【００２９】

【数１】 Ｉｐ＝ｆ（Ｖ2 ）＋Ｖ2 ／Ｒｐ＋Ｖａ／Ｒａ ・・・・(1)

【数２】 ０＝ｆ（Ｖ1 ）＋Ｖ1 ／Ｒｐ−Ｖａ／Ｒａ ・・・・(2)

【数３】 Ｖ2 −Ｖ1 ＝２Ｖａ ・・・・(3) 上式（１）〜（３）でＶ1 をパラメータとすると、以下
のように振幅Ｖａ、受光電流Ｉｐさらに電圧Ｖ2 は、い
ずれもＶ1 の関数として表すことができる。

【００３０】まず、式（２）より

【数４】 Ｖａ＝Ｒａ｛ｆ（Ｖ1 ）＋Ｖ1 ／Ｒｐ｝ ・・・・(4) が得られ、式（３）より

【数５】 Ｖ2 ＝Ｖ1 ＋２Ｖａ ・・・・(5) が得られる。

【００３１】また、上式（４）、（５）を式（１）に代
入すると次式（６）

【数６】 Ｉｐ＝ｆ(V1+2Va)＋（Ｖ1 ＋２Ｖａ）／Ｒｐ＋ｆ（Ｖ1 ）＋Ｖ1 ／Ｒｐ・(6) が得られる。

【００３２】以上のことから、初段増幅器の入力抵抗値
（入力経路内での抵抗も含む）や、コンデンサ２４の静
電容量値Ｃなどをそれぞれ条件に応じた適切な値に設定
することにより、ダイオード２０における受光電圧信号
の振幅を決めることができ、またコンデンサ２４を介し
て初段増幅器１２に供給される電圧波形の振幅Ｖａを決
めることができる。よって、各回路素子の特性値を所定
のものとすることにより、発生した受光電流に基づいて
初段増幅器に対して適切な振幅の交流電圧波形を形成
し、これを初段増幅器に供給することが可能となる。つ
まり、初段増幅器には、適切な振幅でかつ交流成分のみ
が入力信号として供給されることとなり、初段増幅器
は、そのダイナミックレンジ内で効率的に入力信号を増
幅でき、出力波形に歪みが発生することが防止される。
また、回路素子の特性値は計算により求めることができ
回路の調整は不要である。

【００３３】従って、例えば、光入力が９０〜１００ｄ
Ｂ程度変動しても、初段増幅器への入力端子に供給され
る交流成分の振幅±Ｖａの変動は、ダイオード特性の逆
関数、すなわち対数関数的な変動に留まることとなり、
Ｖａの変動範囲は、４０ｄＢ程度に圧縮される。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光受信機
は、ダイオード素子とコンデンサとを設けるという簡単
な回路構成であり、このような構成により、光入力が大
きいときでも、初段増幅器には、受光電流に応じた入力
信号として、振幅が一定の範囲内に制御されるとともに
交流成分だけからなる信号を供給できる。従って、初段
増幅器は信号波形を歪ませることなく増幅することが可
能となり、歪みによる符号誤りなどを防止することがで
きる。

【００３５】また、受光用ダイオード素子とダイオード
素子との接続点に、さらに抵抗素子をダイオードと並列
して設けることにより、光受信機における静電耐性を格
段に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の光受信機の受信部における概略
回路構成を示す図である。

【図２】 図１のダイオードの入出力特性を示す図であ
る。

【図３】 図１の光受信機の回路構成を模式的に示す図
である。

【図４】 図３の各回路素子における電流または電圧波
形を示す図である。

【図５】 従来の光受信機の受信部における概略回路構
成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 受光用ダイオード、１２ 初段増幅器、２０ ダ
イオード、２２ 抵抗、２４ コンデンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光して受光電流を発生する受光用素子
   と、この受光電流に応じた入力信号を増幅するための増
   幅器と、を含む光受信機であって、 前記受光用素子に接続され、前記受光電流に応じて受光
   電圧信号を発生するダイオード素子と、 前記受光用素子と前記ダイオード素子との接続点と、前
   記増幅器との間に設けられ、前記受光電圧信号から直流
   成分を除去し前記受光電圧信号の交流成分を前記増幅器
   に入力信号として供給するコンデンサと、 を有することを特徴とする光受信機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光受信機において、 さらに、前記受光用素子と前記ダイオード素子との接続
   点と、前記コンデンサとの間に、他端が接地された抵抗
   素子が接続されていることを特徴とする光受信機。