JPS6047783B2 - 自動利得制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光通信システムの受信系に於いて、受信光信
号レベルが変動しても受信出力レベルを一定になるよう
に制御する自動利得制御方式に関するものである。

光通信システムに於いても、一般の電気信号による通信
システムと同様に、種々の原因によつて受信レベルが変
動することになり、利得制御により受信出力レベルを一
定にすることが採用されている。

例えば第１図に示すように、利得可変受光素子例えばア
バランシエフオトグイオード（以下ＡＰＤと略称する）
１により受信光信号を電気信号に変換し、増幅器２によ
つて増幅する。この増幅器２の出力は識別回路５とピー
ク検出器３とに加えられ、識別回路５に於いては、所定
の閾値で識別してその出力を後段の図示しない信号処理
回路に加えられ、又ピーク検出器３のピーク検出出力は
比較器４に於いて基準電圧Ｅｓと比較され、その比較出
力てトランジスタ７が電圧発生回路６の出力を制御し、
それによつてＡＰＤＩのバイアス電圧を制御する。即ち
増幅器２の出力レベルがＪ−定になるように、ＡＰＤ１
のバイアス電圧が制御されることになる。しかし、この
従来の自動利得制御方式は、その制御範囲がＡＰＤの電
流増倍率の変化だけで決まるので、数１０Ｍｂ／ｓ程度
のディジタル伝送方式に於いては、高々２０ｃ１Ｂ程度
しかとれないものとなり、例えば大幅な中継区間長の調
整に伴なう大幅な受信光信号レベルの変動を吸収できな
い欠点がある。

又第２図に示す従来例に於いては、可変利得増幅器を併
用した方式てあり、ＡＰＤｌの出力は可変利得増幅器２
Ａに加えられ、その出力は識別回路５とピーク検出器３
とに加えられる。

ピーク検出器３のピーク検出出力は比較器４Ａ，４Ｂに
加えられ、基準電源９，１０からのそれぞれ異なる基準
電圧Ｅｓｄ，Ｅｓｂと比較される。この楊合Ｅｓａ〉Ｅ
ｓｂの関係に選定されているものである。比較器４Ｂの
比較出力により電圧可変回路８が制御されてＡＰＤｌの
バイアス電圧が制御され、比較器４Ａの比較出力により
可変利得増幅器２Ａの利得制御が行なわれる。例えば受
信光信号レベルが比較的低い場合、ピーク検出器３の出
力信号ＥＰがＥｓａ＞ＥＰ＞Ｅｓｂの関係であると、可
変利得増幅器２Ａは予め定められた一定の増幅率で動作
し、又比較器４Ｂの比較出力によつて電圧可変回路８が
制御され、受信出力レベルが一定になるようにバイアス
電圧が制御される。受信光信号レベルが比較的大きい場
合、ピーク検出器３の出力信号ＥＰがＥｓａ＜ＥＰとな
ると、比一較器４Ａの比較出力により可変利得増幅器２
Ａの増幅率が小さくなるように制御される。

その場合、可変電圧回路８は比較器４Ｂの比較出力によ
りバイアス電圧は、受信光信号レベルが大きくなるに伴
なつて小さくなるものである。このように、受信光信号
レベルが或る程度低い場合は、バイアス電圧の制御によ
りＡＰＤｌの電流増倍率を制御し、更に受信光信号レベ
ルが大きくなると、可変利得増幅器２Ａの制御により受
信出力レベルを一定にするものであるが、その為に５そ
れぞれ異なる大きさの基準電圧Ｅｓａ，Ｅｓｂが必要で
あり、且つＥｓａ＞Ｅｓｂの関係に選定しなければなら
ないので、それらの基準電圧の差に対応して受信出力レ
ベルが変動することになる。又ＡＰＤのバイアス電圧と
電流増倍率との関係４は第３図に示すように、バイアス
電圧が小さくなるに従つて電流増倍率が小さくなり、バ
イアス電圧が２０Ｖ程度以下では電流増倍率はほぼ１に
なる。

又バイアス電圧と出力容量との関係は、第４図に示すよ
うに、、バイアス電圧が小さくなるに従つて急激に出力
容量が増大する。このようλＭＤの特性から、受信光信
号レベルが増大したとき、ＡＰＤに加わるバイアス電圧
が小さくはり、その結果ＡＰＤの出力容量が著しく大き
くなる。

この為、Ｍ弔の出力容量どＭＤの負荷抵坑とによつて定
まる高域遮断周波数が低下することになり、それによつ
て受信係の周波数特性が劣化する欠点があつた。） 本
発明は、前述の如き従来の欠点を改善したもので、その
目的は、受信係の周波数特性を劣化させることなく、簡
単な構成により自動利得制御範囲を拡大し、且つ安定な
制御を行なわせることにある。

以下実施例について詳細に説明する。第５図は本発明の
ブロック線図であり、１１は光ファイバを介して伝送さ
れた光信号を電気信号に変換するＡＰＤｌｌ２は可変利
得増幅器、１３はピーク検出器、１４は比較器、１５は
識別回路、１６はバイアス電圧をＭ弔に印加する電圧制
御回路、１７は比較器、１８は比較器１７の基準電圧を
加える端子、１９は比較器１４に於いてピーク検出出力
を比較する為の基準電源てある。ＡＰＤｌｌの出力を可
変利得増幅器１２で増幅し、識別回路１５及びピーク検
出器１３に増幅出力を加える構成及ひ動作は第２図に示
す従来例と同様てある。本発明に於いては、ピーク検出
出力を比較する為の基準電源１９は１個であると共に、
電圧制御回路１６はその出力電圧の下限値が予め定めら
れており、比較器１４の出力により電圧制御回路１６が
制御され、その出力電圧がＡＰＤｌｌのバイアス電圧と
なる制御ループと、比較器１４の出力が所定値以上にな
ると、比較器１７の出力により可変利得増幅器１２が制
御される制御ループとが自動的に切換えられて、受信出
力レベルが一定になるように制御されるものである。電
圧制御回路１６は、受信光信号レベルの増大に伴なう比
較器１４の出力の増大に従つてＭ弔１１の電流増倍率を
低下させるように出力電圧が低下するものであるが、そ
の出力電圧の下限値が例えば第４図の出力容量特性曲線
図に於ける出力容量が急激に大きくなる前のバイアス電
圧の値に設定されるものである。

このような構成は、例えは電圧制御回路１６の出力側に
下限値の出力電圧を保持し得るクランプ回路を設けるか
、或は電圧制御回路１６の入力側に比較器１４の出力を
或る値でカットするりミッタ回路を設けることにより容
易に実現することができる。又比較器１７は、ＡＰＤｌ
ｌの電流増倍率を制．御する第１の制御ループが電圧制
御回路１６の出力電圧の下限値により制御動作を停止し
た状態となつたとき、可変利得増幅器１２の制御による
第２の制御ループを動作状態とする為のものであり、端
子１８に加える基準電圧は、電圧制御回路，１６の出力
電圧が下限値となる比較器１４の出力電圧の値に選定す
ることにより前述の制御ループの切換えを行なわせるこ
とができる。

なお比較器１４の出力が、（ピーク検出出力）く（基準
電圧）の関係のとき負てあつて、その反対のときは正と
なる構成とし、可変利得増幅器１２は負極性比較出力電
て利得制御が行なわれ、又電圧制御回路１６は正極性比
較出力電圧を昇圧する構成とすることにより、比較器１
７を省略しても、制御ループを自動的に切換えることが
できる。

受信光信号レベルが小さいときは、前述の如き構成によ
り可変利得増幅器１２は利得最大の状態となつており、
又比較器１４の出力により電圧制御回路１６から所定の
受信出力レベルとなるようにＡＰＤｌｌにバイアス電圧
が印加される。

受信光信号レベルの増大に伴なつて電圧制御回路１６の
出力電圧が低下して、バイアス電圧の低下によるＡＰＤ
ｌｌの電流増倍率の低下が行なわれる。更に受信光信号
レベルが増大すると、電圧制御回路１６の出力電圧は下
限値に低下することになり、受信光信号レベルがそれ以
上増大しても電圧制御回路１６からは下限値の出力電圧
が出力されるので、ＡＰＤｌｌはその下限値に対応した
電流増倍率となる。しかし、電圧制御回路１６の出力電
圧が下限値となるような受信光信号レベルとなると、可
変利得増幅器１２の利得制御が行なわれるので、受信出
力レベルは一定となる。このように．ＡＰＤｌｌの電流
増倍率制御と可変利得増幅器１２の利得制御とが自動的
に切換えられ、ＡＰＤｌｌのバイアス電圧は、周波数特
性の劣化が生じないように下限値が設定されるので、光
信号を安定に受信することができる。

又受信出力レベルを決定する為の基準電源１９は１個で
あるので、前述の如き制御ループの切換えが行なわれて
も、自動利得制御範囲内では受信出力レベルを一定とす
ることができることになり、且つ構成が簡単となる。更
にＡＰＤｌｌの電流増倍率制御と可変利得増幅器の利得
制御とを組合せているので、自動利得制御範囲を拡大す
ることができる。又電流増倍率制御の第１の制御ループ
と可変利得増幅器の利得制御の第２の制御ループが同時
に動作することがないので、制御ループの設計が容易で
あると共に、動作が安定になる利点がある。又電圧制御
回路１６を昇圧器としたとき、この昇圧器からの電流は
ＡＰＤに流れる電流で決定され、これは数１０ＵＡ程度
てあるので消費電力が少ない利点がある。これに対して
第１図に示す従来例の如く、外部からＡＰＤバイアス電
圧を供給する為に、バイアス電圧制御用のトランジスタ
を設けた場合、このトランジスタを動作させる為の例え
ば５ｎ１Ａ程度の電流を必要とすることになるので、消
費電力が本発明に比較して多いものてある。以上説明し
たように、本発明は、ＡＰＤ等の可変利得受光素子の利
得を制御する第１の制御ループと、可変利得受光素子の
出力を増幅する可変利得増幅器の利得を制御する第２の
制御ループとを備え、第１の制御ループの利得制御下限
値により第２の制御ループによる利得制御を行なわせる
もので、前記下限値の設定により可変利得受光素子の特
性の安定限界内て動作させることができ、又第１の制御
ループと第２の制御ループとが同時にノ動作しないこと
により、安定な動作を行なわせると共に、自動利得制御
範囲を大きくすることかてきる等種々の利点を有するも
のである。

従つて光通信システムの受信係に適用して実用上の効果
は非常に大きいものである。７図面の簡単な説明 第１図及び第２図は従来の光信号の受信係の自動利得制
御方式のブロック線図、第３図はＭ弔のバイアス電圧に
対する電流増倍率特性曲線図、第４図はＡＰＤのバイア
ス電圧に対する出力容量９特性曲線図、第５図は本発明
の実施例のブロック線図である。

１１はＡＰＤｌｌ２は可変利得増幅器、１３（ょピーク
検出器、１４は比較器、１５は識別回路、１６は電圧制
御回路、１７は比較器、１９は基準電源である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変利得受光素子の出力を可変利得増幅器により増
   幅し、且つ増幅出力振幅が一定になるように制御する自
   動利得制御方式に於いて、前記可変利得増幅器の出力振
   幅を基準値と比較する比較器と、該比較器の出力により
   前記可変利得受光素子の利得を制御し、且つ該利得制御
   の下限値を有する第１の制御ループと、前記比較器の出
   力により前記可変利得増幅器の利得を制御し、且つ該第
   １の制御ループが下限値に達したことを判定する判定手
   段を有する第２の制御ループとを備え、該第１の制御ル
   ープが下限値に達すると該可変利得受光素子の利得制御
   を停止し、該判定手段により、該第２の制御ループによ
   る該可変利得増幅器の利得制御に切換えるとを特徴とす
   る自動利得制御方式。 ２ 前記下限値は、前記可変利得受光素子の出力容量が
   急激に大きくなる以前の該可変利得受光素子に与えられ
   るバイアス電圧の値に設定されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の自動利得制御方式。