JPH11330878A - 光受信装置 - Google Patents
光受信装置Info
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- JPH11330878A JPH11330878A JP10126052A JP12605298A JPH11330878A JP H11330878 A JPH11330878 A JP H11330878A JP 10126052 A JP10126052 A JP 10126052A JP 12605298 A JP12605298 A JP 12605298A JP H11330878 A JPH11330878 A JP H11330878A
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Abstract
少させた広ダイナミックレンジ化した光受信装置を得
る。 【解決手段】 信号振幅検出器の出力に一端が接続さ
れ、他端が光-電気変換回路の出力に接続された2端子
型可変抵抗器を備えた。
Description
に変換する光受信装置に関するものである。
された従来の光受信装置である。
-電気変換素子、3は増幅器、4は帰還抵抗、5は反転
増幅器、6は信号出力端子、7は信号振幅検出器、8は
反転増幅器、9はダイオード、10はコンデンサ、11
はレベル変換器、12は信号バイアス検出器、13はダ
イオード、14はコンデンサ、15はレベルシフト、1
6はボルテージホロア、17は3端子型可変抵抗器、1
8は基準電圧1である。
ついて説明する。ここでは光-電気変換素子2としてフ
ォト・ダイオード(以下PDと略す)を適用し、3端子型
可変抵抗器17としてフィールド・エフェクト・トラン
ジスタ(以下FETと略す)を適用した場合について説明
する。図5において、 PD2のカソードは高位電源電圧
1に接続され、PD2のアノードは増幅器3の入力端子
と、FET17のドレインに接続されている。増幅器3
の出力は信号出力端子6であるとともに、信号振幅検出
器7の入力と信号バイアス検出器12の入力に接続され
ている。信号振幅検出器7の出力はFET17のゲート
に接続され、信号バイアス検出器12の出力はFET1
7のソースに接続されている。
転増幅器5の入出力端子に接続され、並列帰還反転増幅
回路を構成しているとして説明する。信号振幅検出器7
は、反転増幅器8の入力が増幅器3の出力に接続され、
反転増幅器8の出力がダイオード9のアノードに接続さ
れ、ダイオード9のカソードがコンデンサ10の一端と
レベル変換器11の正相入力端子に接続され、レベル変
換器11の出力が FET17のゲートに接続され、コ
ンデンサ10の他端が接地され、レベル変換器11の逆
相入力端子が基準電圧18に接続されているとして説明
する。信号バイアス検出器12は、ダイオード13のア
ノードが増幅器3の出力に接続され、ダイオード13の
カソードがコンデンサ14の一端とレベルシフト15の
入力に接続され、レベルシフト15の出力がボルテージ
ホロア16の入力に接続され、ボルテージホロア16の
出力が FET17のソースに接続され、コンデンサ1
4の他端が接地されているとして説明する。
ついて説明する。PD2に光信号が入力されていない初期
状態では、FET17は非導通状態であるとして説明す
る。PD2に入力された光信号は電流信号に変換されて、
増幅器3に入力される。光信号電力をP( t ) 、PD2の
感度をSとすると、PD2の出力電流は I ( t ) は次式
で表される。 I ( t ) = Sx P( t ) (1)
より並列帰還反転増幅回路を構成している。帰還抵抗4
の抵抗値を Rf 、光信号が未入力時の反転増幅器5の
出力バイアスをVobias とすると、FET17が非導通
状態である場合の増幅器3の出力電圧 Vo ( t ) は次
式で表される。 Vo ( t ) =Vobias -Rf x I ( t ) =Vobias - Rf x Sx P( t ) (2)
幅器3の出力Vo ( t ) の極性は反転されていることを
表している。また式(2)は、光信号 P( t ) の振幅
が大きくなればなるほど増幅器3の出力 Vo ( t ) が
バイアス電圧 Vobias から低位電圧側に変化すること
を表している。しかし実際の増幅器3では、ある定まっ
た出力電圧範囲を越えると内部回路が飽和し、出力波形
が歪む。この歪みは信号出力端子6の後段に接続される
識別器を誤動作させるため、識別器が正常に動作できる
光信号 P( t ) の最大振幅が、増幅器3の出力電圧範
囲で規定される。
2、FET17は、信号出力端子6の後段に接続される
識別器が正常に動作できる光信号 P( t ) の最大振幅
を拡大する目的で付加されたものである。信号振幅検出
器7は、光信号 P( t ) の信号振幅を検出して、FE
T17のゲート電圧を供給するために構成されている。
増幅器3の出力は反転増幅器8により極性が反転され、
光信号 P( t ) と反転増幅器8の出力は同極性とな
る。光信号が未入力時の反転増幅器8の出力バイアスを
V8bias (Vobias )、反転増幅器8の利得を A8 とす
ると、反転増幅器8の出力 V8o ( t ) は次式で表され
る。 V8o ( t ) = V8bias ( Vobias ) + A8 ( Rf xSx P( t ) ) (3 )
デンサ10でピーク検波される。ダイオード9は理想ダ
イオード特性を有するとし、光信号 P( t ) のピーク
値をPpeak とすると、ダイオード9の出力電圧 V9 は
次式で表される。 V9 = V8bias ( Vobias ) + A8 ( Rf x S x Ppeak ) ( 4)
換器11の正相入力端子に接続され、基準電圧18と比
較されて電圧レベルが変換される。光信号が未入力時の
レベル変換器11の出力バイアスをV11bias ( Vobias
)、レベル変換器11の利得を1とすると、レベル変換
器11の出力 V11 は次式で表される。 V11 = V11bias ( Vobias )+ A8 ( Rf x S x Ppeak ) (5 ) 式(5)よりレベル変換器11の出力 V11 は、光信号
が未入力時のレベル変換器11の出力バイアスに対し
て、光信号 P( t ) のピーク値に比例した電圧だけ電
位が高位電圧側に変動することが判る。
力時の増幅器3の出力バイアスを検出して、FET17
のソース電圧を供給するために構成されている。前述し
た様に、光信号の極性と増幅器3の出力の極性は反転さ
れており、増幅器3の出力は光信号が未入力時のバイア
ス電圧 から、光信号振幅に比例して低位電圧側に変化
する。即ち増幅器3の出力のピーク検波値は、光信号が
未入力時の増幅器3の出力バイアスと等しい。増幅器3
の出力はダイオード13とコンデンサ14でピーク検波
される。ダイオード13は理想ダイオード特性を有する
とすると、ダイオード13の出力電圧V13 は式(2)
から次式で表される。
レベルシフト15の出力 V15 およびボルテージホロア
16の出力 V16 は次式で表される。 V15 = V16 = Vobias + ΔV15 (7) 式(7)よりボルテージホロア16の出力 V16 は、入
力される光信号振幅に関わらず、光信号が未入力時の増
幅器3の出力バイアスから一定電圧レベルシフトした電
圧を出力することが判る。
ゲートに接続され、ボルテージホロア16の出力は F
ET17のソースに接続されている。従ってFET17
のゲート・ソース間電圧 Vgs は式(5)と式(7)か
ら次式で表される。 Vgs = V11 - V16 = A8 ( Rf x S x Ppeak ) + V11bias ( Vobias ) - ( Vobias + Δ V15 ) = A8 x Ppeak + Vgs ( Vobias ) (8) 式(8)よりFET17のゲート・ソース間電圧 Vgs
は、光信号が未入力時のゲート・ソース間電圧 Vgs (
Vobias ) に対して、光信号 P( t ) のピーク値に比
例した電圧だけ増加することが判る。光信号が未入力時
のゲート・ソース間電圧 Vgs ( Vobias ) は、基準電
圧18の電圧値とレベルシフト15のシフト量で設定さ
れる。
ゲート・ソース間電圧を示す。また図7にFET17の
ドレイン・ソース間電圧 対 ドレイン電流 特性の一例
を示す。ここで光信号振幅が0から予め設定されたレベ
ル Pon までは、FET17がカットオフするように基
準電圧18の電圧値 とレベルシフト15のシフト量を
設定する。即ちこの光信号振幅範囲では、PD2が出力す
る信号電流はすべて増幅器3に流れ、信号振幅検出器
7、信号バイアス検出器12、FET17がない場合と
同様の動作をする。
ート・ソース間電圧が光信号振幅に比例して増加して、
予め設定された光信号振幅 Pon 以上ではFET17が
導通状態となる。ここで FET17のドレイン・ソー
ス間電圧は、FET17が飽和領域で導通状態となる様
に、レベルシフト15のシフト量により設定される。F
ET17が飽和領域で導通状態となると、PD2のアノー
ドからFET17のドレインを見たインピーダンスは、
FET17のゲート・ソース間電圧に反比例して減少す
る。この時 PD2が出力する信号電流は、増幅器3とF
ET17のインピーダンス比に従って分流され、PD2か
ら FET17に流れる信号電流量が増加する。したが
って信号振幅検出器7、信号バイアス検出器12、FE
T17がない場合に増幅器3の内部回路が飽和しはじめ
る光信号 の最大入力振幅においても、信号振幅検出器
7、信号バイアス検出器12、FET17を追加した従
来の光受信装置では増幅器3に流れる信号電流量が減少
しているため、光信号の最大入力振幅を更に拡大するこ
とができる。
態となると、 FET17のゲート・ソース間電圧が変
化しても、FET17のドレインを見たインピーダンス
は高インピーダンス領域で大きく変化しない。この場合
FET17のドレインにはゲート・ソース間電圧で定
まる量の直流電流のみが流れ、PD2が出力する信号電流
は増幅器3に入力される。 従って従来の光受信装置が
目的とする光信号 の最大振幅を拡大するには、FET
17が飽和領域で導通状態となる必要がある。
信装置では、3端子型可変抵抗器としてFET17を用
いているので、FET17のソース電圧を供給する信号
バイアス検出器12が必要であり、回路規模が大きくな
る問題点がある。
ためになされたもので、2端子型可変抵抗器を用いて、
回路規模を減少させるすることを目的とする。
信装置は、光信号を電気信号に変換する光-電気変換器
と、光-電気変換器が変換した電気信号を増幅する増幅
器とを有する光受信装置において、上記増幅器が増幅し
た電気信号の振幅を検出する信号振幅検出器と、一端が
該信号振幅検出器の出力に接続され、他端が上記光-電
気変換器の出力に接続された2端子型可変抵抗器を有
し、この2端子型可変抵抗器は端子間電圧によりインピ
ーダンスが変化するものである。
可変抵抗器は、上記信号振幅検出器の出力にカソードが
接続され、上記光-電気変換器の出力にアノードが接続
されたダイオードを有するものである。
子型可変抵抗器は、上記信号振幅検出器の出力によって
電流値が制御される電流源と、該電流源の出力に一端が
接続され、他端が上記光-電気変換器の出力に接続され
た電流制御型可変抵抗器とを有するものである。
型可変抵抗器は、上記電流源の出力にカソードが接続さ
れ、上記光-電気変換器の出力にアノードが接続された
ダイオードと、該ダイオードのカソードに一端が接続さ
れ、他端が交流接地されたコンデンサを有するものであ
る。
態を示す光受信装置の構成図である。図において、20
は2端子型可変抵抗器である。また従来の光受信装置に
較べて信号バイアス検出器12が削除されている。その
他は従来の光受信装置と同様である。ただしレベル変換
器11の逆相入力端子とダイオード9のカソードが接続
されレベル変換器11の正相入力端子に基準電圧18が
入力されている。
説明する。ここで2端子型可変抵抗器20は、端子間電
圧によりインピーダンスが変化する抵抗器であり、端子
間電圧が増大すると低インピーダンス側に変化するとし
て説明する。またPD2に光信号が入力されていない初期
状態では、2端子型可変抵抗器20は高インピーダンス
であるとして説明する。
スである場合の増幅器3の出力電圧Vo ( t ) は、従来
の光受信装置と同様であり、光信号電力を P( t ) 、
光-電気変換素子2の感度を S、光-電気変換素子2の
出力電流を I ( t )、帰還抵抗4の抵抗値を Rf 、光
信号が未入力時の反転増幅器5の出力バイアスを Vobi
as とすると、次式で表される。 Vo ( t ) = Vobias - Rf x I ( t ) = Vobias - Rf x S x P ( t ) (9) 式(9)は、光信号 P( t ) の極性と増幅器3の出力
Vo ( t ) の極性は反転されていることを表している。
また式(9)は、光信号 P( t ) の振幅が大きくなれ
ばなるほど増幅器3の出力 Vo ( t ) がバイアス電圧
Vobias から低位電圧側に変化することを表している。
しかし実際の増幅器3では、ある定まった出力電圧範囲
を越えると内部回路が飽和し、出力波形が歪む。この歪
みは信号出力端子6の後段に接続される識別器を誤動作
させるため、識別器が正常に動作できる光信号 P( t )
の最大振幅が、増幅器3の出力電圧範囲で規定され
る。
べて、レベル変換器11の極性が反転されていることが
異なる。即ち光信号が未入力時のレベル変換器11の出
力バイアスをV11bias ( Vobias )、反転増幅器8の利
得を A8 、帰還抵抗値を Rf、光-電気変換素子2の感
度を S、光信号 P( t ) のピーク値を Ppeakとする
と、レベル変換器11の出力 V11 は次式で表される。 V11 = V11bias ( Vobias ) - A8 ( Rf x S x Ppeak ) (1 0)
値 Ppeak が増大すると、レベル変換器11の出力 V1
1 が低位電圧側に変化することを表している。レベル変
換器11の出力 V11 が低位電圧側に変化すると、2端
子型可変抵抗器20端子間電圧が増大する。この時2端
子型可変抵抗器20が低インピーダンス側に変化し、光
-電気変換素子2が出力する信号電流の一部が FET1
7に流れる。即ち信号振幅検出器7、2端子型可変抵抗
器20がない場合に増幅器3の内部回路が飽和しはじめ
る光信号の最大入力振幅においても、信号振幅検出器
7、2端子型可変抵抗器20を追加した本光受信装置で
は増幅器3に流れる信号電流量が減少する。したがっ
て、増幅器3の内部回路が飽和しはじめる光信号の最大
入力振幅を拡大することができる。
光受信装置の構成図である。図において、21はダイオ
ードである。本光受信装置は、図1に示す実施の形態1
の2端子型可変抵抗器20の具体的な実施の形態とし
て、ダイオード21のアノードを光-電気変換素子2の
出力に接続し、カソードを信号振幅検出器7の出力に接
続した構成である。
する。一般にダイオードの順方向静特性は、順方向電圧
を Vd、順方向電流を Id、逆方向リーク電流を Is、電
荷を e、ボルツマン定数を k、絶対温度を T として、
次式で表される。 Id = Is ( exp ( e x Vd / ( k x T ) ) - 1 ) (11) また図3に、シリコンダイオードの順方向静特性の具体
的な一例を示す。この順方向静特性では、例えば順方向
電圧が0.75Vで抵抗値20Ωであり、順方向電圧が
0.6Vで抵抗値500Ω、順方向電圧が0.5V以下で抵
抗値が無限大となっている。
P( t ) のピーク値 Ppeak が増大すると、レベル変換
器11の出力 V11 が低位電圧側に変化して、ダイオー
ド21の順方向電圧が大きくなる。この時ダイオード2
1が低インピーダンス側に変化し、光-電気変換素子2
が出力する信号電流の一部が FET17に流れる。即
ち信号振幅検出器7、ダイオード21がない場合に増幅
器3の内部回路が飽和しはじめる光信号の最大入力振幅
においても、信号振幅検出器7、ダイオード21を追加
した本光受信装置では増幅器3に流れる信号電流量が減
少する。したがって、増幅器3の内部回路が飽和しはじ
める光信号 の最大入力振幅を拡大することができる。
光受信装置の構成図である。図において、22は電流
源、23は抵抗、24および25はトランジスタ、26
は電流制御型可変抵抗器、27はダイオード、28はコ
ンデンサである。その他は従来の光受信装置と同様であ
る。ここで抵抗23の一端は信号振幅検出器7の出力に
接続され、抵抗23の他端はトランジスタ24のコレク
タ、ベースおよびトランジスタ25のベースに接続され
ている。トランジスタ25のコレクタはコンデンサ28
の一端とダイオード27のカソードに接続され、ダイオ
ード27のアノードは光-電気変換素子2の出力に接続
されている。またトランジスタ24、25のエミッタお
よびコンデンサ28の他端は接地されている。
説明する。なお、電流源22は抵抗23、トランジスタ
24、25から構成されるとし、電流制御型可変抵抗器
26はダイオード27とコンデンサ28から構成される
として説明する。
従来の光受信装置と同様であり、光信号が未入力時のレ
ベル変換器11の出力バイアスをV11bias ( Vobias
)、反転増幅器8の利得を A8 、帰還抵抗器4の値を
Rf、PD2の感度を S、光信号P( t ) のピーク値を
Ppeakとすると、レベル変換器11の出力 V11 は次式
で表される。 V11 = V11bias ( Vobias ) + A8 ( Rf x S x Ppeak ) (1 2) 式(12)は、光信号 P( t ) のピーク値 Ppeak が
増大すると、レベル変換器11の出力 V11 が高位電圧
側に変化することを表している。
抵抗値を R1、トランジスタ24のベース・エミッタ間
電圧を Vbe とすると、次式で表される。 I1 = ( V11 - Vbe ) / R1 (13 ) 従って、光信号 P( t ) の信号振幅が増大すれば、レ
ベル変換器11の出力V11 が高位電圧側に変化し、電
流源22の出力電流 I1が増加する。
く、電流源22の出力を直接光-電気変換素子2の出力
に接続しても、高周波電流信号は電流源22へは流れな
い。電流制御型可変抵抗器26は電流源22の出力イン
ピーダンスを低減するために設けられており、ダイオー
ド27およびコンデンサ28とで構成されている。ダイ
オード27は電流源22の出力電流に対して順方向に接
続されている。図3に示した様に、ダイオード27の抵
抗値は順方向電流が増加すると、低インピーダンス側に
変化する。この時光-電気変換素子2が出力する信号電
流の一部がダイオード27、コンデンサ28を介して流
れる。即ち信号振幅検出器7、電流源22、電流制御型
可変抵抗器26がない場合に増幅器3の内部回路が飽和
しはじめる光信号の最大入力振幅においても、信号振幅
検出器7、電流源22、電流制御型可変抵抗器26を追
加した本光受信装置では増幅器3に流れる信号電流量が
減少する。
じめる光信号の最大入力振幅を拡大することができる。
また上記例では、電流源22が抵抗23、トランジスタ
24、25から構成されるとして説明したが、他の構成
による電流源でもよい。また上記例では、電流制御型可
変抵抗器26がダイオード27とコンデンサ28から構
成されるとして説明したが、他の構成による電流制御型
可変抵抗器でもよい。
明による光受信装置によれば、信号バイアス検出器が不
要となり、従来の光受信装置に較べて回路規模を小さく
することができる。
構成図である。
構成図である。
な一例を示す。
構成図である。
ト・ソース間電圧の関係を示す。
間電圧 対 ドレイン電流特性の一例を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】光信号を電気信号に変換する光-電気変換
器と、 光-電気変換器が変換した電気信号を増幅する増幅器と
を有する光受信装置において、 上記増幅器が増幅した電気信号の振幅を検出する信号振
幅検出器と、 一端が該信号振幅検出器の出力に接続され、他端が上記
光-電気変換器の出力に接続された2端子型可変抵抗器
を有し、この2端子型可変抵抗器は端子間電圧によりイ
ンピーダンスが変化することを特徴とする光受信装置。 - 【請求項2】 上記2端子型可変抵抗器は、 上記信号振幅検出器の出力にカソードが接続され、上記
光-電気変換器の出力にアノードが接続されたダイオー
ドを有することを特徴とする請求項1に記載の光受信装
置。 - 【請求項3】 上記2端子型可変抵抗器は、 上記信号振幅検出器の出力によって電流値が制御される
電流源と、該電流源の出力に一端が接続され、他端が上
記光-電気変換器の出力に接続された電流制御型可変抵
抗器とを有することを特徴とする請求項1に記載の光受
信装置。 - 【請求項4】 上記電流制御型可変抵抗器は、 上記電流源の出力にカソードが接続され、上記光-電気
変換器の出力にアノードが接続されたダイオードと、該
ダイオードのカソードに一端が接続され、他端が交流接
地されたコンデンサを有することを特徴とする請求項3
に記載の光受信装置。
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- 1998-05-08 JP JP12605298A patent/JP3500960B2/ja not_active Expired - Fee Related
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