JPS6057726B2 - 光信号受信器の利得制御方法 - Google Patents
光信号受信器の利得制御方法Info
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- JPS6057726B2 JPS6057726B2 JP52047866A JP4786677A JPS6057726B2 JP S6057726 B2 JPS6057726 B2 JP S6057726B2 JP 52047866 A JP52047866 A JP 52047866A JP 4786677 A JP4786677 A JP 4786677A JP S6057726 B2 JPS6057726 B2 JP S6057726B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3084—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in receivers or transmitters for electromagnetic waves other than radiowaves, e.g. lightwaves
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
- H04B10/691—Arrangements for optimizing the photodetector in the receiver
- H04B10/6911—Photodiode bias control, e.g. for compensating temperature variations
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- Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光信号受信器に関し、特に、入力光信号のレ
ベル変化に応じて、電気信号の復調もしくは複合特性を
良好ならしめるレベル調整機能をもつた光信号受信器に
関する。
ベル変化に応じて、電気信号の復調もしくは複合特性を
良好ならしめるレベル調整機能をもつた光信号受信器に
関する。
従来の電気信号の伝送系において、入力信号のレベル
変化に対して受信器はＭ℃による利得調整あるいは疑似
線路回路網の挿入等によつて対処する技術が確立してい
る。
変化に対して受信器はＭ℃による利得調整あるいは疑似
線路回路網の挿入等によつて対処する技術が確立してい
る。
最近の光ファイバー伝送方式においても同様に、入力光
信号のレベル変動要因に対処して受信器は設計されなけ
ればならない。損失の大きい領域で作動させるために、
入力部の光電変換素子として、それ自体が電流増倍効果
を有するアバランシエフオトダイオード等が有効である
。このような電流増倍素子は、半導体内部の電子の増殖
でおこるものであり、温度Ｔの変化に対して増倍率Ｍの
変化が大きい。素子に与えるバイアス電圧によつてＭは
制御出来るので、バイアス電圧を温度制御することによ
つてＭを一定にすることが可能であり文献（電子通信学
会雑誌Ｖｏｌ、５６Ｎｏ、７光ファイバ特集号ｐ、１２
７）にも示されている。入力レベル変動に対してＭ℃の
採用も可能であるが、構成の簡易さから従来のＢＯＮ（
疑似回路網）の挿入に相当するような、伝送路長を知つ
てそれに等価な利得に合わせるという方法も必要である
。光受信器は最大伝送損失を大きくとる必要からその総
合利得はきわめて高い。そのような増幅系では、逆に伝
送損失が少ない所で使用するときは増幅器の初段での過
負荷が問題になるため、レベル調整は利得制御方法以前
で行なわれる必要がある。そのために光電変換素子の利
得Ｍを制御すればよいが、先に述べたようにＭは温度で
制御されていて、２重の要因による制御は複雑になり好
ましくない。従つて本発明は光受信器の以上の問題点に
対処することを目的とし、その特徴は光電変換素子の負
荷抵抗値を制御することにより電気信号出力を一定とす
る光受信器の利得制御方法にある。
信号のレベル変動要因に対処して受信器は設計されなけ
ればならない。損失の大きい領域で作動させるために、
入力部の光電変換素子として、それ自体が電流増倍効果
を有するアバランシエフオトダイオード等が有効である
。このような電流増倍素子は、半導体内部の電子の増殖
でおこるものであり、温度Ｔの変化に対して増倍率Ｍの
変化が大きい。素子に与えるバイアス電圧によつてＭは
制御出来るので、バイアス電圧を温度制御することによ
つてＭを一定にすることが可能であり文献（電子通信学
会雑誌Ｖｏｌ、５６Ｎｏ、７光ファイバ特集号ｐ、１２
７）にも示されている。入力レベル変動に対してＭ℃の
採用も可能であるが、構成の簡易さから従来のＢＯＮ（
疑似回路網）の挿入に相当するような、伝送路長を知つ
てそれに等価な利得に合わせるという方法も必要である
。光受信器は最大伝送損失を大きくとる必要からその総
合利得はきわめて高い。そのような増幅系では、逆に伝
送損失が少ない所で使用するときは増幅器の初段での過
負荷が問題になるため、レベル調整は利得制御方法以前
で行なわれる必要がある。そのために光電変換素子の利
得Ｍを制御すればよいが、先に述べたようにＭは温度で
制御されていて、２重の要因による制御は複雑になり好
ましくない。従つて本発明は光受信器の以上の問題点に
対処することを目的とし、その特徴は光電変換素子の負
荷抵抗値を制御することにより電気信号出力を一定とす
る光受信器の利得制御方法にある。
以下実施例を説明する。第１図はアバランシエフオトダ
イオードａによる、光電変換入力部の等価回路である。
イオードａによる、光電変換入力部の等価回路である。
光入力によつて流れる、増倍前の電流をＩ，、電流増倍
率をＭとすると、電気系入力はＩｓＭの定電流源１と考
えることができる。Ｒｂはバイアス抵抗、Ｒｘは調整抵
抗、Ｒｉｎは増幅器の入力抵抗、Ｇは増幅器の電圧利得
である。Ｒしは定電流源から右側を見込んだ合成抵抗で
あり、Ｒ，，ＲＯ，Ｒ７の並列合成値となる。このとき
出力電圧Ｅ。はとなる。
率をＭとすると、電気系入力はＩｓＭの定電流源１と考
えることができる。Ｒｂはバイアス抵抗、Ｒｘは調整抵
抗、Ｒｉｎは増幅器の入力抵抗、Ｇは増幅器の電圧利得
である。Ｒしは定電流源から右側を見込んだ合成抵抗で
あり、Ｒ，，ＲＯ，Ｒ７の並列合成値となる。このとき
出力電圧Ｅ。はとなる。
Ｍ及びＧの値は一定とすると、Ｉ，つまり入力光量の変
化に対してＩ，ＲＬ＝ー定となるように負荷抵抗Ｒしを
制御すればＥ。を一定とすることが出来る。第２図は上
記原理にもとすく本発明の実施例で、ａは光電変換素子
、Ｒｂはバイアス抵抗、Ｌは入射光、Ｂはバイアス電圧
端子、Ｇは増幅器をしめす。
化に対してＩ，ＲＬ＝ー定となるように負荷抵抗Ｒしを
制御すればＥ。を一定とすることが出来る。第２図は上
記原理にもとすく本発明の実施例で、ａは光電変換素子
、Ｒｂはバイアス抵抗、Ｌは入射光、Ｂはバイアス電圧
端子、Ｇは増幅器をしめす。
ここでバイアス抵抗Ｒ，の値を光ファイバの長さのごと
き入力条件に従つて制御すること．により合成負荷抵抗
ＲＬを制御することが出来る。第３図は本発明の別の実
施例をしめし、設定用抵抗Ｒｘを制御することにより合
成負荷抵抗ＲＬを制御するものである。
き入力条件に従つて制御すること．により合成負荷抵抗
ＲＬを制御することが出来る。第３図は本発明の別の実
施例をしめし、設定用抵抗Ｒｘを制御することにより合
成負荷抵抗ＲＬを制御するものである。
これらの抵抗値の設定は光．入力信号の大きさを知つて
個々に設定することも可能であるが、特性の既知の光フ
ァイバの長さに応じて、領域をいくつかに分け、各領域
で最適な抵抗値を定め、設定することにより、ある許容
値内で出力レベルをほぼ一定化して用いることも可一能
である。第４図は増幅器Ｇの出力ピーク値又は平均値に
比例した直流電圧を発生する検出器ｂをもうけ、その出
力によりダイオードの直流電流対微分抵抗特性を利用し
た可変抵抗素子を制御する例をしめす。
個々に設定することも可能であるが、特性の既知の光フ
ァイバの長さに応じて、領域をいくつかに分け、各領域
で最適な抵抗値を定め、設定することにより、ある許容
値内で出力レベルをほぼ一定化して用いることも可一能
である。第４図は増幅器Ｇの出力ピーク値又は平均値に
比例した直流電圧を発生する検出器ｂをもうけ、その出
力によりダイオードの直流電流対微分抵抗特性を利用し
た可変抵抗素子を制御する例をしめす。
これにより出力Ｅ。は自動的に一定に保たれる。
・１次に負荷抵抗ＲＬを変化さ
せたときの信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の変化について説明
する。
・１次に負荷抵抗ＲＬを変化さ
せたときの信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の変化について説明
する。
アバランシエフオトダイオード検出器のＳ／Ｎは次式で
表わされる。
表わされる。
ここでｍは変調度、Ｉ，，ｉ，はそれぞれ増倍前の光電
流と暗電流、Ｍは増倍率、ｘは増倍過程の雑音指数を表
わす指数、Ｂは帯域幅、Ｔは絶対温度、ＲＬは負荷抵抗
、ｅは電荷、Ｋはボルツマン定数である。
流と暗電流、Ｍは増倍率、ｘは増倍過程の雑音指数を表
わす指数、Ｂは帯域幅、Ｔは絶対温度、ＲＬは負荷抵抗
、ｅは電荷、Ｋはボルツマン定数である。
ｘの値は素子によるが典形的な値として、ｘ弓とする。
この関係からＩｓ，Ｒしが決まつた時、Ｓ／Ｎを最適に
するＭの値Ｍ。ｐ，が存在し、それは（２）式から、と
なる。
この関係からＩｓ，Ｒしが決まつた時、Ｓ／Ｎを最適に
するＭの値Ｍ。ｐ，が存在し、それは（２）式から、と
なる。
今１，〉Ｉｄという一般的条件下で、Ｉ，ＲＬ＝ー定と
いう制御を行なつた場合ＭはＭ＝ＭＯｐ，＝ー定値、に
なるように独立に制御することとする。Ｔは絶対温度で
あるから、通常の温度範囲でのＭ。ｐｔの変化は小さい
。ただしＲＬを変化させれば（２）式によりＳ／Ｎは一
様に変化することは明らかでＲＬを小さくすることは一
般的には不利である。今１ｓ＋Ｉｄ：Ｉｓとして、（３
）式を満足するようにＲＬを制御し、ＭＯｐｔを維持し
た場合のＳ／Ｎは、（３）式を（２）式に代人して得ら
れ次式となる。以上の関係からＲＬの変化によつてＳ／
Ｎが変化するのはその１１辣でしか寄与せずＩ，の寄与
は６１礫である。すなわち一例としてＩｓが２倍となり
ＲＬを１１２とすると、Ｉ３の効果でＳ／Ｎは３．６ｄ
Ｂ改善され、ＲＬの効果でＳ／Ｎは０．６ｄＢ劣化し、
都合玄Ｂの改善となる。このようにＩ，ＲＬ＝ー定の制
御はレベル制御方式として、信号が大きくなつたときの
Ｓ／Ｎの改善も充分行なわれており、入力信号レベル制
御方式として優れている。
いう制御を行なつた場合ＭはＭ＝ＭＯｐ，＝ー定値、に
なるように独立に制御することとする。Ｔは絶対温度で
あるから、通常の温度範囲でのＭ。ｐｔの変化は小さい
。ただしＲＬを変化させれば（２）式によりＳ／Ｎは一
様に変化することは明らかでＲＬを小さくすることは一
般的には不利である。今１ｓ＋Ｉｄ：Ｉｓとして、（３
）式を満足するようにＲＬを制御し、ＭＯｐｔを維持し
た場合のＳ／Ｎは、（３）式を（２）式に代人して得ら
れ次式となる。以上の関係からＲＬの変化によつてＳ／
Ｎが変化するのはその１１辣でしか寄与せずＩ，の寄与
は６１礫である。すなわち一例としてＩｓが２倍となり
ＲＬを１１２とすると、Ｉ３の効果でＳ／Ｎは３．６ｄ
Ｂ改善され、ＲＬの効果でＳ／Ｎは０．６ｄＢ劣化し、
都合玄Ｂの改善となる。このようにＩ，ＲＬ＝ー定の制
御はレベル制御方式として、信号が大きくなつたときの
Ｓ／Ｎの改善も充分行なわれており、入力信号レベル制
御方式として優れている。
以上のごとく光信号受信器の構成法として、まず最大損
失（光ファイバの長さ最大時）のときにＳ／Ｎ最大とな
るＭ，ＲＬを決定し、そのＭの値が常に一定となるよう
にバイアス制御を行ない、入力光量の増加（光ファイバ
の長さが短くなつたとき）に対してＲしを、ＩｓＲしが
一定となる関係で制御すれば、信号の品質すなわちＳ／
Ｎは信号の変化に対して一定値以下となることはなく、
かつ出力のレベルは一定に保たれ、同時に増幅器入力過
負荷を避けることができる。
失（光ファイバの長さ最大時）のときにＳ／Ｎ最大とな
るＭ，ＲＬを決定し、そのＭの値が常に一定となるよう
にバイアス制御を行ない、入力光量の増加（光ファイバ
の長さが短くなつたとき）に対してＲしを、ＩｓＲしが
一定となる関係で制御すれば、信号の品質すなわちＳ／
Ｎは信号の変化に対して一定値以下となることはなく、
かつ出力のレベルは一定に保たれ、同時に増幅器入力過
負荷を避けることができる。
さらにバイアス電圧は温度の変化に対してＭが一定とな
るよう制御されていても、Ｉｓが大きくなるとバイアス
抵抗Ｒ，での電位降下が大きくなり、アバランシエフオ
トダイオードにかかる電圧が下がりＭを大きく下げてし
まう領域があるが、このときもＲしを小さくするという
やり方としてＲｂを下げる方式であれば、電位降下が抑
圧されて好ましい結果を得ることができる。以上説明し
たように、本発明によれば、簡単な制御方法により、光
入力量の変化に応じて、電気増幅器入力段の過入力を避
け、電気増幅器の出力レベルを一定値内に納めることが
でき、かつ光電変換素子から発生する過剰雑音を考慮し
た信号対雑音比も、適性な値を得ることができ、これに
よつて、光伝送路の損失値の相異、伝送路長の相異、光
出光信号レベルの変動等に対して、品質劣化の少ない振
幅制限が行なわれ、経済的で広範囲の入力条件に適応し
た光信号受信器の実現が可能になる。
るよう制御されていても、Ｉｓが大きくなるとバイアス
抵抗Ｒ，での電位降下が大きくなり、アバランシエフオ
トダイオードにかかる電圧が下がりＭを大きく下げてし
まう領域があるが、このときもＲしを小さくするという
やり方としてＲｂを下げる方式であれば、電位降下が抑
圧されて好ましい結果を得ることができる。以上説明し
たように、本発明によれば、簡単な制御方法により、光
入力量の変化に応じて、電気増幅器入力段の過入力を避
け、電気増幅器の出力レベルを一定値内に納めることが
でき、かつ光電変換素子から発生する過剰雑音を考慮し
た信号対雑音比も、適性な値を得ることができ、これに
よつて、光伝送路の損失値の相異、伝送路長の相異、光
出光信号レベルの変動等に対して、品質劣化の少ない振
幅制限が行なわれ、経済的で広範囲の入力条件に適応し
た光信号受信器の実現が可能になる。
第１図は光受信人力回路の等価回路、第２図は本発明に
よる光信号受信器の回路例、第３図は本発明による光信
号受信器の別の回路例、第４図は本発明による光信号受
信器の更に別の回路例である。 ａ・・・・・・アバランシエフオトダイオード、Ｇ・・
・・・増幅器（増幅率）、Ｉｓ・・・・・増倍前の電流
、ＲＬ・・・・・負荷抵抗。
よる光信号受信器の回路例、第３図は本発明による光信
号受信器の別の回路例、第４図は本発明による光信号受
信器の更に別の回路例である。 ａ・・・・・・アバランシエフオトダイオード、Ｇ・・
・・・増幅器（増幅率）、Ｉｓ・・・・・増倍前の電流
、ＲＬ・・・・・負荷抵抗。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電流増倍効果を有する光電変換素子とこれに結合す
る負荷抵抗Ｒ＿Ｌを示す増幅器とを有する光信号受信器
において、ｉ＿ＳＲ＿Ｌ＝一定（ｉ＿Ｓは光入力による
増倍前の電流）となるごとく前記光電変換素子の入力に
対応した負荷抵抗Ｒ＿Ｌを設定することにより、該光信
号受信器の利得を制御することを特徴とする光信号受信
器の利得制御方法。 ２ 電流増倍効果を有する光電変換素子とこれに結合す
る負荷抵抗Ｒ＿Ｌを示す増幅器とを有する光信号受信器
において、ｉ＿ＳＲ＿Ｌ＝一定（ｉ＿Ｓは光入力による
増倍前の電流）となるごとく前記増幅器の入力と接地点
の間に接続された設定用抵抗を入力光量に応じた複数の
領域に対応する抵抗値のひとつを選択して設定すること
によりＲ＿Ｌの値の制御が不連続的に行われて前記増幅
器の入力を制御することにより該受信器の利得を制御す
ることを特徴とする光信号受信器の利得制御方法。 ３ 電流増倍効果を有する光電変換素子とこれに結合す
る負荷抵抗Ｒ＿Ｌを示す増幅器とを有する光信号受信器
において、ｉ＿ＳＲ＿Ｌ＝一定（ｉ＿Ｓは光入力による
増倍前の電流）となるごとく前記増幅器の出力ピーク値
又は平均値に比例した直流電圧を発生する検出器と該直
流電圧により抵抗値が変化する可変抵抗素子とを前記増
幅器の入出力間に設けて前記増幅器の出力の帰還により
前記Ｒ＿Ｌの値の制御が連続的に行われることを特徴と
する光信号受信器の利得制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52047866A JPS6057726B2 (ja) | 1977-04-27 | 1977-04-27 | 光信号受信器の利得制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52047866A JPS6057726B2 (ja) | 1977-04-27 | 1977-04-27 | 光信号受信器の利得制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53133304A JPS53133304A (en) | 1978-11-21 |
| JPS6057726B2 true JPS6057726B2 (ja) | 1985-12-17 |
Family
ID=12787286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52047866A Expired JPS6057726B2 (ja) | 1977-04-27 | 1977-04-27 | 光信号受信器の利得制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6057726B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3203828A1 (de) * | 1982-02-04 | 1983-08-11 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur reduzierung der pegeldynamik in einem optischen uebertragungssystems |
| EP0098662B1 (en) * | 1982-07-09 | 1987-10-14 | Motorola, Inc. | Infra-red receiver front end |
| JPS5950632A (ja) * | 1982-09-14 | 1984-03-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光電変換回路 |
| US4805236A (en) * | 1986-12-15 | 1989-02-14 | Oy Nokia Ab | Method and arrangement for increasing the dynamic range at an input stage of an optical receiver |
| JP4796828B2 (ja) * | 2005-12-06 | 2011-10-19 | パナソニック株式会社 | 光伝送システム |
-
1977
- 1977-04-27 JP JP52047866A patent/JPS6057726B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53133304A (en) | 1978-11-21 |
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