JPS61222330A - 光受信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光通信システム等に用いられる光受信回路に関
するものである。

（従来技術とその問題点） 光通信システムにおいて光受信感度を高め、中継距離を
拡大することを目標として、低雑音光受信回路の開発が
進められている。特に仁の低雑音化のために、受光素子
と増幅素子を一体化して構成するＰＩＮ−ＦＥＴ、ＡＰ
Ｄ−ＦＥＴ形受信回路の検討が各所でなされて砂る。（
例えば、松田他１モノリシック集積化したＧａＡｓ　ｐ
ｉｎ　ＰＤ／ＦＥＴ受光器”昭和５９年度電子通信学会
光・電波部門全国大会論文集５０９）これは、受光素子
と増幅素子を一体化することＫよ゛シ受光素り増幅素子
のパッケージを取り除き、さらに浮遊容量を低減して、
フロントエンド部分での全容量を低減し、光受信回路で
の信号対雑音比を向上しようというものである。

第２図（＆）に従来のＰＩＮ−ＦＥＴフロントエンド回
路、第２図（ｂ）にその等価回路を示す。第２図からも
明らかなようにこの回路の場合、高周波では、容量の影
響で等測的な入力インピーダンスが小さくなる。このた
め、電流源と見なされる光検出器１１からの信号電流が
電圧に変換されるときのトランスインピーダンスが小さ
くなシ、高周波では、信号対雑音比を大きくとることが
できない。これは高周波で等値入力雑音電流が大きいと
いうことに対応している。すなわち現在用いられている
光受信回路は、直流で４つとも信号対雑音比が大きくと
れ、高周波になるほど信号対雑音比が悪くなる回路であ
るとい−〉ことができる。この光受信回路は低域にスペ
クトルのピークを持つリターン・トウ・ゼロ（ＲＺ）符
号やノンリターン・トウ・ゼロ（ＮＲＺ）符号によるデ
ィジタル伝送には適した回路である。これに対し、マン
チェスタ符号によるディジタル伝送や、ＶＨＦアナログ
伝送等の場合にはスペクトルのピークはベースバンドに
ないので、従来の光受信回路が最も高い信号対雑音比を
実現する回路とは限らない。従って従来の光受信回路で
は、すべての伝送方式において最も高い光受信感度が実
現されるわけではないという問題点があった。

また、従来の光受信回路で応答速度が十分ではない受光
素子を用いる場合、受光素子の応答を補償するため光受
信回路の増幅器部分で高域をもちあげていた。しかし、
前述したように光受信回路の等値入力雑音電流は高周波
はど大きい。従って高周波成分をもちあげた場合、出力
での信号対雑音比が一層悪くなるという問題もあった。

（発明の目的） 本発明の目的は以上の問題点を克服し新たな構成を用い
るととＫよシ、伝送符号のスペクトル形状や使用素子の
特性に見合った雑音特性、あるいは帯域特性を有する光
受信回路を実現することにある。

る増幅素子を含むフロントエンド部と、前置増幅回路と
、主増幅回路と、等化回路とを含む光受信回路において
フロントエンド部が受光素子と増幅素子の結合部に、受
光素子の接合容量および増幅素子の入力容量と並列共振
するインダクタンスを付加した回路からなシ、さらに、
等化回路に少なくともフロントエンド部の低域特性を補
償する特性を持たせることによシ実現される。

（季発明の作用・原理） 以下、伝送符号としてマンチェスタ符号を用いた場合を
例にとって本発明の詳細な説明する。

第３図はマンチェスタ符号のスペクトルを示し先回、第
４図は本発明のフロントエンド部を示した図である。マ
ンチェスタ符号はマーク信号伝送時に′″１０”を、ス
ペース信号伝送時に＠０１”を送る符号である。従って
各タイムスロットには必ず符号反転が含まれるととＫな
る。このため第３図にも示されるように、マンチェスタ
符号のスペクトルには低周波成分かあまシなく、そのピ
ークは信号の１タイムスロツ）Ｔの逆数に相当する周波
数であるｆ”７近くに存在する。このように、ＤＣ以外
の部分にスペクトルのピークを持つような信号に対する
最適な光受信回路は、スペクトルのピーク部分で信号対
雑音比が最大になるような回路である。これを実現する
回路形式が本発明にもとづくもので、第４図のような回
路構成である。

との回路では、フロントエンド部分の全容量と付加され
たインダクタンス１２が並列共振し、この共振周波数で
入力インピーダンスが最大になる。

従って、所望の周波数で信号対雑音比を最大にするため
Ｋは、その周波数と共振周波数が一致するようにインダ
クタンスの値を調整すればよい。ここで入力容量が大き
いほど共振はするどくなシ、とれる帯域は狭く−なる。

従ってこの回路形式の場合も入力容量の低減の大め受光
素子１１と増幅素子１３の一体化が必要であるが、さら
に帯域特性を補償するための等化回路も必要である。こ
の場合の等化回路には、低域特性を補償するために低域
を持ちあげる特性を持たす必要がある。

また、この回路を一体化する場合にはインダクタンスは
細いパターンで構成することができるので、高インピー
ダンスの抵抗を用いて構成する通常のＰＩＮ−ＦＥＴ　
回路に比べ、浮遊容量を小さく押えることができるとい
う実装上の利点もある。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのブロッ
ク図である。

本実施例において、フロントエンド部１は例えば素子の
ハイブリッド構成にて実現されているものとする。また
、光検出器１１としては例えば接合容量０．２ｐＦのｐ
ｌｎ　７オトダイオードを用いる。

更に増幅素子１３としてはＧａＡｓ　　ＦＩＴを用いる
ものとし、その入力容量は０．５９Ｆ、相互コンダクタ
ンスは５０ｍ５であるとする。また、インダクタンス１
２はＧａＡ１　ＦＥＴのゲートとｐｉｎフォトダイオー
ドとの接続点とアースとの間に形成されたスパイラルイ
ンダクタンス１２であシ、そのインダクタンス値はフロ
ントエンド入力部の容量と並列共振すべく設定される。

ここでフロントエンド入力部の全容量は浮遊容量を含め
て０．８９Ｆであるものとする。

本実施例における光検出器１１に入射する信号光２とし
て例えば４００Ｍｂ／ｓのマンチェスタ符号で変調され
た信号を想定する。４００Ｍｂ／ｓのマンチェスタ符号
のスペクトルはａ　ｏ　ｏＭＨｚ付近にビークを持つ。

そこでフロントエンド部ｌでの共振周波数をこれに合わ
せるために１インダクタンス１２の値は０．３５μＨに
設定されることになる。

フロントエンド部１の出力は前置増幅回路３および主増
幅回路４により６０４増幅されたのち等化回路５によ多
波形整形される。ここで等化回路５はフロントエンド部
ｌの周波数特性の逆特性を持つバンドエリミネーシヨン
フィルタ５１　を含ミ、フロントエンド部１における帯
域特性を補償している。さらに等化回路５には復調時の
信号対雑音比を向上させるために帯域５００ＭＨｚのロ
ーパスフィルタ５２が付加されている。実際にこの光受
信回路で４００Ｍｂ／ｓマンチェスター符号に対する平
均光受信感度を測定したところ誤シ率１０１で一４２ａ
ｍという値が得られた。これははぼ同様の特性をもつ素
子で構成した通常のｐｉｎ　−ＦＥＴ　回路による感度
をＩａ以上うわまわるものであった。

第５図は本発明の第２の実施例を説明するためのブロッ
ク図、第６図は本発明の゛第２の実施例の光受信回路の
帯域特性を示した図である。

本実施例では２Ｇｂ／ｓ、ＲＺ符号の検出を行なってい
る。

本実施例のフロントエンド部ｌの光検出器１１としては
、アバランシトフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いるも
のとする。こむでＡＰＤの増倍率を例えば２０に設定す
れば、このＡＰＤのもつ帯域は８００ＭＨｚ　　となる
。２Ｇｂ／ｓ、ＲＺ符号に対しては、１５ＧＨｚ程度の
帯域が必要であるが、現在入手可能なＡＰＤは帯域が十
分ではないので通常の使用法でＡＰＤを用いた場合波形
劣化を生じ易い。そとで本実施例では、ＡＰＤの帯域特
性の補償を行なうことを主目的としている。即ち、本実
施例においてはフロントエンド部ｌの共振周波数を１．
２ＧＨｚとすべくインダクタンス１２の値を２２ｎＨと
設定する。さらに共振のＱ値を落とすため、インダクタ
ンス１２に並列に５００Ω抵抗１５を付加する。これＫ
よシフロントエンド部ｌの共振の帯域は８００ＭＨｚか
ら１．６ＧＴ（ｚとなる。

これとＡＰＤの応答を合わせると、フロントエンド部ｌ
全体での帯域特性は第６図（ａ）のようになる。

ζこで等化回路５にカットオフ５　ＭＨｚのローパスフ
ィルタ特性をもたせることによシ、光受信回路全体での
帯域特性は第６図（ｂ）のようＫなる。なお、その他の
部分の構成は第１の実施例と同様である。

実際に、この光受信回路で２Ｇｂ／ｓ　ＲＺ符号を受信
したところ、ＡＰＤ帯域特性が不十分にもかかわらず波
形歪のほとんどない復調波形が得られた。この場合、光
受信回路の等価入力雑音電流はＡＰＤの帯域を補償した
高周波域で最も小さい。

従ってＡＰＤの帯域補償による信号対雑音比の劣化も小
さく、この回路でも応答速度が十分はやいＡＰＤを用い
た場合とほぼ同等の光受信感度を実現することができた
。

本発明には、以上の実施例の他にも様々な変形例が可能
である。たとえば光検出器１１としては、光導電検出器
や光電子増倍管等の利用が可能である。また増幅素子１
３としてはＦＥＴの他にバイポーラトランジスタ等の利
用が考えられる。パイポーラトランジスタの場合はトラ
ンジスタの持つ入力抵抗が小さいので共撮時にも比較的
帯域が広くとれるという利点がある。

また本発明の光受信回路は、ＶＨＦアナログ伝送やコヒ
ーレント伝送にも応用することができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば伝送符号、方式。

使用素子の特性を考慮した上で、最適な雑音特性あるい
は帯域特性を有する光受信回路を構成する仁とができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのプロｙ
り図、第２図（ａ）　、　ｔｂ）ａ従来のＰＩＮ−ＦＩ
Ｔフロントエンド回路およびその等価回路を示した図、
第３図はマンチェスタ符号のスペクトルを示した図、第
４図は本発明のフロントエンド部を示した図、第５図は
本発明の第２の実施例を説明するためのブロック図、第
６図（ａ）　、　（ｂａａ本発明の第２の実施例の光受
信回路の帯域特性を示した図である。 図において、 １：フロントエンド部、３：前置増幅回路、４：主増幅
回路、５：等化回路、ｌｌ：光検出器、１２：インダク
タンス、１３：増幅素子である。 Ｖか、弁理士内厚　晋 Ｉ　：　フロントエンドａｔｓ　　　　　ｓ：答化睡口
畜（ｎ　：　ｌｔＭ世葛　　　　１２：　インダクタン
ス１３：」寥４Ｉ６ギＥ） 半　　２　　起 （ａ） （ｂ） １５：ｉ４号源ｉｔｉ　、　ｊｓ　：　’ｊｌｅ　３１
Ｐ−鼠 亭　　４　　図 亭　　５　　起 Ｌ　　　　　　　Ｉ枳 一へ一 ６　　　　　　　　ｔ５．Ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光素子とその受光素子に結合する増幅素子とを含むフ
   ロントエンド部と、このフロントエンド部からの信号を
   増幅する前置増幅回路と、前置増幅回路に接続した主増
   幅回路と主増幅回路からの信号を補償する等化回路を含
   む光受信回路において、前記フロントエンド部は、前記
   受光素子と前記増幅素子の結合部に前記受光素子の接合
   容量および前記増幅素子の入力容量と並列共振するイン
   ダクタンスが付加されていることを特徴とし、さらに、
   前記等化回路は少なくとも前記フロントエンド部の低減
   特性を補償する特性を有することを特徴とする光受信回
   路。