JPS6362140B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フルAGCを用いた光／電気変換を
行う受信回路において、周囲温度の変化に拘らず
Ｓ／Ｎを常に最良の状態に保つことができる温度
補償方式に関するものである。

光通信システムの中継器等においては、アバラ
ンシエ・フオト・ダイオード（APD）を受光素
子として用いて、受信光を光／電気変換しさらに
増幅して、電気信号からなる受信信号を発生す
る、受信回路が用いられる。周知のごとくAPD
には信号の増倍作用があり、そのためこのような
受信回路においては、APDに対する光AGCと増
幅系に対する電気AGCとを併用する、フルAGC
が用いられることが多い。

第１図はAPDを用いた受信回路の構成例を示
すブロツク図である。同図において、１はAPD、
２は増幅器、３はピーク検出回路、４は光AGC
回路、５は電気AGC回路である。

第１図において、APD１は光信号入力を受け
てこれを光／電気変換して変換された電気信号を
発生し、発生した電気信号は増幅器２において増
幅されて出力を発生する。増幅器２の出力はピー
ク検出回路３においてそのピーク値を検出され
る。ピーク検出回路３の出力によつて光AGC回
路４を介してAPD１のバイアス電圧を変化させ
ることによつてAPD１の増倍率Ｍを制御し、同
時にピーク検出回路３の出力によつて電気AGC
回路５を介して増幅器２の利得を制御することに
よつてフルAGCが行われて、増幅器２の出力に
おける信号振幅は、光入力レベルの変化に拘らず
一定に保たれる。この際増幅器２における利得
は、通常の光入力レベルにおいては最大の一定値
に制御され、光入力レベルの変動に対しては、主
として光AGC回路４を介してAPD１の増倍率Ｍ
を変化させることによつて、AGC作用が行われ
る。光入力レベルが上昇してAPD１の増倍率変
化によるAGCの限界を超えたときは、電気AGC
回路４を介して増幅器２の利得を変化させて、出
力信号振幅を一定に保つ。

第２図は、第１図の受信回路における光入力レ
ベルとAPDの増倍率Ｍおよび増幅器の利得Ｇと
の関係の一例を示している。同図にみられるごと
く、光入力レベルが小さいときは利得Ｇはゼロに
近い一定値であり、光入力レベルが上昇するに伴
つて増倍率Ｍが低下する。光入力レベルが大きい
ときは、増倍率Ｍは一定値１となり、光入力レベ
ルがさらに上昇するに伴つて利得Ｇが負の値をと
つて低下する。このようなAGCが行われる結果、
第１図の受信回路においては、光入力レベルの変
化に拘らず、増幅回路２における出力信号振幅は
一定に保たれる。

一方、APDは雑音（暗電流）を発生し、その
値は増倍率Ｍによつて変化することが知られてい
る。すなわちAPDは個有のＳ／Ｎ最大となる増
倍率（最適増倍率Mopt）を有する。例えば長波
長（波長1.3μ程度）のゲルマニウムAPDにおけ
るMoptは10〜20である。従つて第１図に示され
たごとき受信回路においては、APD１の増倍率
ＭのAGC動作における中心値は、一般に、標準
となる動作状態において最適増倍率Moptに等し
くなるようにとられる。

しかしながらAPDの最適増倍率Moptは、温度
によつても変化する。例えば前述の長波長ゲルマ
ニウムAPDにおいては、常温で最適増倍率Mopt
を設定した場合、温度が上昇するに伴つて最適増
倍率Moptは低下し、温度が低下すれば逆に上昇
する。従来は受信回路におけるAPDの増倍率Ｍ
の中心値は、周囲温度の変化に拘らず一定にとら
れていた。そのため周囲温度が標準状態から変化
した場合、APDの増倍率Ｍの中心値が、最適増
倍率Moptと異なる状態になる欠点があつた。

本発明はこのような従来技術の欠点を除去しよ
うとするものであつて、その目的は、周囲温度が
変化しても受光素子としてのAPDの増倍率Ｍの
中心値を、常にその温度における最適増倍率
Moptに保つことができ、従つて受信回路を常に
その温度におけるＳ／Ｎ最良の状態に維持するこ
とができる方式を提供することにある。

本発明の温度補償方式は、周囲温度の変動によ
つてAPDの最適増倍率Moptが変化した場合、増
幅器の利得を変化させることによつて、出力信号
振幅を一定に保つとともにAPDの増倍率の中心
値が常にその温度における最適増倍率Moptにな
るように制御するものである。

以下、実施例について本発明を詳細に説明す
る。

第３図は、本発明の温度補償方式の一実施例を
示し、第１図に示された受信回路において、増幅
器２に含まれる一部の増幅用トランジスタの利得
を変化させて温度補償を行う場合を示し、増幅器
２を除くAPD１，ピーク検出回路３，光AGC回
路４，電気AGC回路５の構成，動作は第１図の
場合と同様である。

第３図において、１１は第１図に示された増幅
器２を構成する増幅用トランジスタ中の一段のト
ランジスタであつて、ベースから前段の信号入力
を受けてコレクタから増幅された出力を次段に出
力する。１２，１３はサーミスタ、１４，１５は
抵抗である。サーミスタ１２，１３は受光素子と
して使用されるAPDの特性に応じて、いずれか
一方のみを使用してもよい。例えば前述の長波長
ゲルマニウムAPDの場合は、サーミスタ１２を
使用せずその部分を短絡し、サーミスタ１３のみ
を使用する。

第３図において、信号はトランジスタ１１のベ
ースに入力され、コレクタから出力される。周囲
温度が変化するとサーミスタ１２，１３の内部抵
抗が変化し、従つて第３図の回路における入力と
出力との間の利得が変化して、コレクタにおける
出力レベルが変化する。周囲温度の変化に対する
第３図の回路における利得変化が、周囲温度の変
化に基づくAPDの最適増倍率Moptの変化を補償
するように、第３図の回路におけるサーミスタ１
２，１３の特性およびその他の部品定数を選んで
おくことによつて、周囲温度の変化によつて
APDの最適増倍率Moptの値が変化しても、
APDにおける増倍率の中心値が常にその温度に
おける最適増倍率Moptであり、かつ増幅器の出
力信号振幅が一定に保たれるように、第１図の受
信回路におけるAGC動作を行わせることができ
る。

第４図は本発明の温度補償方式の他の実施例を
示し、第１図において、電気AGC回路５から入
力される制御電圧ａに対して温度補償を施して、
増幅器２における利得制御を行う場合を示し、増
幅器２を除くAPD１，ピーク検出回路３，光
AGC回路４，電気AGC回路５の構成，動作は第
１図の場合と同様である。第４図において、２１
は制御電圧入力端子、２２，２３，２４，２５は
サーミスタまたはダイオード、２６はトランジス
タ、２７はバリオロツサ、２８，２９，３０，３
１，３２は抵抗、３３は信号入力端子、３４は信
号出力端子である。バリオロツサ２７は増幅器２
内における信号経路の一部をなし、入力端子３３
から入力された信号に対して、制御電圧ａに基づ
くその抵抗の変化によつて可変損失を与えて出力
端子３４に出力することによつて、増幅器２の利
得を変化させる作用を行う。サーミスタ２２，２
３，２４，２５は受光素子として使用される
APDの特性に応じて、いずれか１個所または２
個所を使用する。例えば前述の長波長ゲルマニウ
ムダイオードの場合は、サーミスタ２２のみを用
いて他の部分は短絡するか、またはサーミスタ２
４のみを使用して他の部分を短絡する。またはサ
ーミスタ２２，２４を組合わせて用いることもで
きる。なお第４図において、サーミスタの代りに
感温性のダイオードを使用してもよい。

第４図において、端子２１から入力した制御電
圧ａは、抵抗２８，サーミスタ２２，抵抗２９，
サーミスタ２３からなる分圧器で分圧される。分
圧された電圧はトランジスタ２６のベースに加え
られ、これによつてトランジスタ２６の内部抵抗
が変化し、従つて電源Vccから抵抗３２，バリオ
ロツサ２７，サーミスタ２５，抵抗３１，トラン
ジスタ２６，抵抗３０，サーミスタ２４を経て接
地に流れる電流値が変化する。バリオロツサ２７
はそれに流れる電流によつて抵抗値が大幅に変化
する。従つて端子３３から入力して端子３４に出
力する信号に対して与えられる損失が変化して、
第１図について説明したようなAGC動作が行わ
れる。この際、サーミスタ２２，２３，２４，２
５は周囲温度によつてその抵抗値が変化し、従つ
て第４図の回路における利得（損失）は温度によ
つて変化する。周囲温度の変化に対する第４図の
回路における利得変化が、周囲温度の変化に基づ
くAPDの最適増倍率Moptの変化を補償するよう
に、第４図の回路におけるサーミスタ２２，２
３，２４，２５の特性およびその他の部品定数を
選んでおくことによつて、第１図の受信回路にお
いて、所要の温度補償を施してAGC動作を行わ
せることができる。

第３図，第４図によるAPD１の増倍率Ｍと増
幅器２の利得Ｇとの関係について、第５図により
説明する。

第５図においてａ，ｂ，ｃはいずれも、光入力
レベルが一定であるとした場合である。

第５図ａに示すように、光入力レベルが一定の
場合APDの最適増倍率Moptは常温を中心とし
て、温度が上昇した場合は低下し、逆に温度が低
下した場合は上昇する。従来は、点線で示すよう
に、光入力レベルが一定である限りは、APDの
増倍率Ｍは一定であつたため、低温、高温の状態
では、増倍率Ｍは最適増倍率Moptからかけ離れ
てしまう。

そこで本発明では、第５図ｂの如く低温の状態
では、増幅器２の利得Ｇを下げることにより、増
幅器２の出力レベルを低下させる（矢印）逆
に、高温の状態では増幅器２の利得Ｇを上げるこ
とにより、増幅器２の出力レベルを上昇させる。
（矢印） このように、増幅器２の利得Ｇを制御すること
により、増幅器２の出力レベルは、第５図ａに示
すAPD１の最適増倍率Moptと逆特性を示すよう
にする。ピーク検出回路３は、第５図ｂに示す逆
特性の増幅器２の出力レベルを検出し、これを光
AGC回路４に入力する。

光AGC回路４は、第５図ｃに示すように低温
では一点鎖線で示す増幅器２の出力レベルを点線
で示す一定値とするため、増倍率Ｍを点線で示す
一定値から上昇させ、増幅器２への入力レベルを
上昇させる。（矢印′） 逆に、高温では、増倍率Ｍを低下させ増幅器２
への入力レベルを低下させる。（矢印′） つまり、増幅器２の利得の増減と相反するよう
に増幅器２への入力レベル、（APD１の出力レベ
ル）を制御すべくAPD１の増倍率Ｍは、光AGC
回路４により制御される。

従つて、APD１の増倍率Ｍは第５図ａに示す
ような最適増倍率Moptに近似した値を取るよう
になる。

さて、以上の動作を実現するためには、第３図
においてサーミスタ１３の抵抗値が温度に逆比例
するように設定しておけば、トランジスタ１１の
コレクタ出力電圧は温度に比例する。従つて、コ
レクタ出力電圧は、第５図ｂの温度特性を有する
ようになる。

また第４図においては、例えばサーミスタ２２
を用いる場合には、サーミスタ２２の抵抗値が温
度に逆比例するように設定しておけば、トランジ
スタ２６のベース電圧は第５図ｂに示す温度特性
を有することとなり、その利得も第５図ｂに示す
温度特性を有することになる。

以上説明したように本発明の温度補償方式によ
れば、周囲温度が変化しても、受光素子である
APDの増倍率Ｍの中心値を常にその温度におけ
る最適増倍率Moptに保つてAGC動作を行わせる
ことができる。従つて本発明の方式によれば、受
信回路を常にその温度におけるＳ／Ｎ最良の状態
で動作させることができるので、回線品質向上の
ために極めて効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光受信回路の構成例を示すブロツク
図、第２図は光入力レベルと増倍率Ｍおよび利得
Ｇとの関係の一例を示す図、第３図および第４図
はそれぞれ本発明の温度補償方式の一実施例の構
成を示す回路図、第５図はAPDの増倍率と増幅
器の利得との関係を説明する図である。 １…アバランシエ・フオト・ダイオード
（APD）、２…増幅器、３…ピーク検出回路、４
…光AGC回路、５…電気AGC回路、１１…トラ
ンジスタ、１２，１３…サーミスタ、１４，１５
…抵抗、２１…制御入力端子、２２，２３，２
４，２５…サーミスタまたはダイオード、２６…
トランジスタ、２７…バリオロツサ、２８，２
９，３０，３１，３２…抵抗、３３…信号入力端
子、３４…信号出力端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 受光素子としてアバランシエ・フオト・ダイ
   オードを用い受光素子の増倍率を制御する光
   AGCと増幅器の利得を制御する電気AGCとを併
   用して出力信号振幅を一定にする光受信回路にお
   いて、増幅器の利得を周囲温度に応じて変化させ
   る手段を設け、受光素子における増倍率の中心値
   を周囲温度の変動に拘らず該受光素子のその温度
   における最適増倍率に保つようにしたことを特徴
   とする温度補償方式。