JPWO2021028984A1 - 光受信器および局側装置 - Google Patents

Abstract

光受信器は、光信号を受光する受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換し、変換を行うときの変換利得が可変であるトランスインピーダンスアンプ（１２）と、トランスインピーダンスアンプ（１２）が出力する電圧信号のボトム電圧を検出し、この検出結果に基づいてトランスインピーダンスアンプ（１２）の変換利得を制御する利得制御回路（１３）と、光信号を受信しているか否かの信号検出結果を示す信号検出信号を出力する信号検出回路（１６）と、を備え、利得制御回路（１３）は、信号検出信号が、光信号を受信していない状態である非受信状態から光信号を受信している状態である受信状態に遷移したことを示した場合、変換利得の制御を終了し、変換利得の制御を終了した時点の変換利得の値を保持する。

Description

本発明は、光通信システムの局側装置において光信号を受信する光受信器、および局側装置に関する。

近年、一本の光ファイバを複数の利用者で共有できるＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムと呼ばれる一対多数のアクセス系光通信システムが広く用いられている。ＰＯＮシステムは、局側装置である１台のＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ：光加入者線終端装置）と、複数の加入者側端末装置であるＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ：光ネットワーク装置）と、ＯＬＴとＯＮＵとを接続する受動素子である光スターカプラと、ＯＬＴ、ＯＮＵ、および光スターカプラを接続する光ファイバとで構成される。

このようなＰＯＮシステムにおいて、各ＯＮＵはＯＬＴからの距離が異なる位置に設置されるため、各ＯＮＵが送信した光信号のＯＬＴにおける受光レベルは、各ＯＮＵからＯＬＴが受信する受信パケット毎に異なる。よって、ＯＬＴの光受信器には異なる受光レベルのパケットを安定、かつ、高速に再生する広ダイナミックレンジ特性（Ｗｉｄｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ）が求められる。このため、ＯＬＴの光受信器には、受光素子から出力される光電流を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプの変換利得を受光レベルに応じた適切な利得に高速変化させるＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動利得調整）回路が備えられている。

ＡＧＣ回路は、パケット信号の受信開始に伴い変換利得の調整を開始してから変換利得が収束するまでの時定数を有している。そのため、ＯＬＴ用の光受信器は、パケット信号の受信を開始してから安定的にデータ再生を行うようになるまでに所定の時間を必要とする。ここで、変換利得が収束するまでに要する時間には、システムの伝送速度に応じた制限がある。例えば、ＩＴＵ-Ｔ Ｇ．９８４シリーズで規格化されている上り１．２５Ｇｂｉｔ／ｓのＧ−ＰＯＮシステム、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８７シリーズで規格化されている上り２．５Ｇｂｉｔ／ｓのＸＧ−ＰＯＮシステム、および、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８０７シリーズで規格化されている上り１０Ｇｂｉｔ／ｓのＸＧＳ−ＰＯＮシステムの場合には、数十ｎｓ以下で変換利得を収束させる必要があり、高速のＡＧＣ機能が要求される。

ここで、各パケット信号は、オーバヘッド領域とデータ領域とによって構成され、オーバヘッド領域は“０１”交番の固定符号列、データ領域はランダムな符号列である。ＯＬＴ用の光受信器のＡＧＣ機能は、オーバヘッド領域で高速に収束し、かつ、データ領域では固定の利得を保持することが理想的な動作である。本機能を実現するＡＧＣ機能は様々な方式が提案されている。例えば、特許文献１に記載の発明は、トランスインピーダンスアンプが出力する電圧信号のボトム電圧に基づいて変換利得を制御する利得制御回路と、利得制御回路が収束状態であるかを判定する収束判定回路とを備え、収束判定回路が収束状態への遷移を検出すると、利得制御回路は、収束状態に遷移したときの変換利得を保持する。

特許第６０５８１４０号公報

特許文献１に記載の発明では、トランスインピーダンスアンプが出力する電圧信号のボトム電圧を検出する回路を構成するオペアンプの出力電圧、すなわち、オペアンプの出力端子に接続されているダイオードのカソード側の電圧が、ＡＧＣの収束に伴い上昇したことを検出すると、収束状態に遷移したと判断してオペアンプの動作を停止し、これに伴い変換利得の制御が停止する。

しかしながら、温度および電源電圧といった動作条件、トランスインピーダンスアンプの出力電圧とバイアス電圧との組合せによっては、オペアンプの利得が下がり、ＡＧＣ回路が動作しているにも関わらずオペアンプの出力電圧が増加しない場合がありうる。この場合、収束判定回路が収束状態への遷移を検出できないため、データ領域で同符号が連続して光受信器に入力すると、ＡＧＣ回路が不要に動作して変換利得を変更してしまい、その結果、符号誤り率が増加する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、トランスインピーダンスアンプの変換利得の調整が終了した後にトランスインピーダンスアンプの変換利得を不要に変更するのを防止可能な光受信器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光受信器は、光信号を受光する受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換し、変換を行うときの変換利得が可変であるトランスインピーダンスアンプと、トランスインピーダンスアンプが出力する電圧信号のボトム電圧を検出し、この検出結果に基づいてトランスインピーダンスアンプの変換利得を制御する利得制御回路と、光信号を受信しているか否かの信号検出結果を示す信号検出信号を出力する信号検出回路と、を備える。利得制御回路は、信号検出信号が、光信号を受信していない状態である非受信状態から光信号を受信している状態である受信状態に遷移したことを示した場合、変換利得の制御を終了し、変換利得の制御を終了した時点の変換利得の値を保持する。

本発明にかかる光受信器は、トランスインピーダンスアンプの変換利得の調整が終了した後にトランスインピーダンスアンプの変換利得を不要に変更するのを防止できる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる光受信器を適用して実現される光通信システムの構成例を示す図 実施の形態１にかかる光受信器の構成例を示す図 実施の形態１にかかる光受信器の動作例を示すタイミングチャート 実施の形態２にかかる光受信器の構成例を示す図 実施の形態２にかかる光受信器の動作例を示すタイミングチャート 実施の形態３にかかる光受信器の構成例を示す図 実施の形態３にかかる光受信器の第１の動作例を示すタイミングチャート 実施の形態３にかかる光受信器の第２の動作例を示すタイミングチャート 実施の形態４にかかる光受信器の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる光受信器および局側装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光受信器を適用して実現される光通信システムの構成例を示す図である。

本実施の形態にかかる光通信システム３００は、１対多光通信の形式を採ったＰＯＮシステムである。光通信システム３００は、図１に示すように、局側装置である１台のＯＬＴ１００と、複数の加入者側端末装置であるＯＮＵ２００と、光信号を受動的に分岐および合流する光スターカプラ３と、を備えている。なお、局側装置は親局装置とも呼ばれ、加入者側端末装置は子局装置とも呼ばれる。全てのＯＮＵ２００は、光スターカプラ３と、光ファイバ２とを介して、ＯＬＴ１００に接続されている。各ＯＮＵ２００とＯＬＴ１００との距離はそれぞれ異なる。なお、図１ではＯＬＴ１００と各ＯＮＵ２００との間に１つの光スターカプラ３が存在する構成例としているが、ＯＬＴ１００と一部のＯＮＵ２００またはすべてのＯＮＵ２００との間に２つ以上の光スターカプラ３が存在する構成の場合もある。

ＯＬＴ１００は、光受信器１を備える。図１ではＯＬＴ１００の光受信器１以外の構成要素については記載を省略している。

光通信システム３００において、各ＯＮＵ２００からＯＬＴ１００に向けた上り方向の通信は時分割多重方式で行われる。すなわち、ＯＬＴ１００は、各ＯＮＵ２００が送信を予定しているデータのデータ量などに基づいて、各ＯＮＵ２００が送信する光信号が衝突しないように、各ＯＮＵ２００にデータ送信を許可する時間を割り当て、各ＯＮＵ２００は割り当てられた時間にデータ送信を行う。

図２は、実施の形態１にかかる光受信器１の構成例を示す図である。光受信器１は、受光した光の強度に対応する電流信号を出力する受光素子であるアバランシェフォトダイオード１１と、アバランシェフォトダイオード１１が出力する電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｃｅ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１２と、トランスインピーダンスアンプ１２が電流信号を電圧信号に変換する際の変換利得を受信パケットごとに決定する利得制御回路１３と、外部から入力されるリセット信号（Ｒｅｓｅｔ）および後述する信号検出信号に基づいて利得制御回路１３の動作停止を決定する判定回路１４と、トランスインピーダンスアンプ１２が出力する電圧信号を増幅する後段アンプ１５と、後段アンプ１５内に流れる信号に基づいて信号検出信号を生成する信号検出（ＳＤ：Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｔｅｃｔ）回路１６とを備える。なお、図２では信号検出回路１６が後段アンプ１５内の信号を用いて信号を検出する構成を示したが、トランスインピーダンスアンプ１２の出力信号を用いて信号を検出してもよいし、後段アンプ１５の出力信号を用いて信号を検出してもよい。信号検出信号は、光受信器１が光信号を受信している状態か否かを示す信号であり、例えば、光信号を受信していると信号検出回路１６が判定した場合にＨｉｇｈ電圧となる。

トランスインピーダンスアンプ１２は、オペアンプ１２１、固定抵抗１２２および抵抗可変素子１２３で構成される。トランスインピーダンスアンプ１２では、オペアンプ１２１に対して並列に接続された固定抵抗１２２および抵抗可変素子１２３の抵抗値によって、電流信号を電圧信号に変換する際の変換利得が決まる。抵抗可変素子１２３は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成され、入力電圧により抵抗値を制御することが可能な回路素子である。抵抗可変素子１２３には、利得制御回路１３が電圧信号のボトム電圧に基づいて生成した利得制御信号が入力される。これにより、トランスインピーダンスアンプ１２は、ボトム電圧に基づいて制御された変換利得で電流電圧変換された電圧信号を出力することができる。

利得制御回路１３は、オペアンプ１３１と、オペアンプ１３１の出力端子にカソード端子が接続されたダイオード１３２と、ダイオード１３２のアノード端子に一端が接続されたキャパシタ１３３と、キャパシタ１３３に並列に接続されたスイッチ１３４と、を備える。オペアンプ１３１の非反転入力端子にはトランスインピーダンスアンプ１２の出力端子が接続され、オペアンプ１３１の反転入力端子にはダイオード１３２のアノード端子が接続される。キャパシタ１３３は、ダイオード１３２のアノード端子の電圧により充電される。スイッチ１３４は、外部から入力するリセット信号（以下、外部リセット信号と称する）の状態に応じて動作し、キャパシタ１３３に充電された電荷を放電する。ここで、外部リセット信号は、パケット信号の終わりを検出する任意の回路から出力されるパルス信号であり、パケット信号の終わりが検出されるとスイッチ１３４にパルス信号が入力する。外部リセット信号は、パケット信号の入力が終了したことを示す信号である。スイッチ１３４は、外部リセット信号の入力があると、すなわち、パケット信号の入力が終了すると、ＯＮ状態となり、キャパシタ１３３に充電されている電荷を放電させる。

信号検出回路１６は、受信パケット信号が存在する場合にＨｉｇｈ電圧を、存在しない場合にＬｏｗ電圧を信号検出信号として出力する回路である。信号検出回路１６は、例えば、入力信号の振幅が予め定められた値になると、受信パケット信号が存在すると判断する。このとき、誤検出を防止するため、信号検出回路１６は、振幅が定められた値となった状態が一定時間継続した場合に受信パケットが存在すると判断してもよいし、瞬時的な信号検出を実現するために振幅が定められた値となった状態に一度でも遷移すると受信パケットが存在すると判断してもよい。なお、信号検出回路１６は、Ｈｉｇｈ電圧の出力を開始後、受信パケット信号が存在しなくなってもリセット信号が入力されるまではＨｉｇｈ信号を出力しつづけるような回路であってもよい。この場合、光受信器１は、外部リセット信号が信号検出回路１６にも入力される構成とする。また、信号検出回路１６は、出力電圧のＨｉｇｈとＬｏｗの関係が入れ替わっていても、すなわち、受信パケット信号が存在する場合にＬｏｗ電圧を出力するものであっても、後段の判定回路１４が後述の動作をするのであれば問題ない。

判定回路１４は、外部リセット信号の立ち上がりエッジでＬｏｗ電圧の出力を開始し、信号検出信号の立ち上がりエッジでＨｉｇｈ電圧の出力を開始する。すなわち、判定回路１４は、信号検出回路１６が信号を検出するとＨｉｇｈ電圧となり、外部リセット信号の立ち上がりエッジを検出するとＬｏｗ電圧となる信号を出力するロジック回路である。なお、ここでのＬｏｗ電圧とはオペアンプ１３１の動作開始信号を意味し、Ｈｉｇｈ電圧とはオペアンプ１３１の動作停止信号を意味する。判定回路１４が出力する信号はオペアンプ１３１のシャットダウン端子に入力される。これ以降の説明では、判定回路１４が出力する信号を収束判定信号と称する。なお、信号検出回路１６が受信パケットの存在時にＬｏｗ電圧を出力する構成の場合、判定回路１４は、信号検出信号の立ち下がりエッジでＨｉｇｈ電圧の出力を開始するように動作する。

利得制御回路１３は、判定回路１４から入力される収束判定信号に基づいて、非収束状態時には、すなわち、収束判定信号がＬｏｗ電圧の場合には、入力電圧波形に追従してボトム電圧を検出するように動作する。一方、収束状態時には、すなわち、収束判定信号がＨｉｇｈ電圧の場合には、利得制御回路１３は、入力電圧波形の追従動作を停止して、入力電圧波形によらず、非収束状態から収束状態へ遷移した時点のトランスインピーダンスアンプ１２の変換利得を保持するよう動作する。

以上のように構成された光受信器１の各部の動作について、図３のタイミングチャートを用いて説明する。図３は、実施の形態１にかかる光受信器１の動作例を示すタイミングチャートである。図３において、（ａ）は光受信器１への入力パケット信号を示し、（ｂ）は外部リセット信号を示す。（ｃ）は図２に示すＡ〜Ｃ点の電圧を示す。（ｃ）では、ＡがＡ点の電圧を、ＢがＢ点の電圧を、ＣがＣ点の電圧をそれぞれ示す。また、（ｄ）は図２に示すＤ点の電圧を示し、（ｅ）は図２に示すＥ点の電圧を示す。

光受信器１が受信するパケット信号は、図３（ａ）に示すように、“０１”交番の固定符号列から成るプリアンブル領域と、同符号連続パターンを含むランダムパターンから成るデータ領域とで構成されている。

各ＯＮＵ２００からＯＬＴ１００に入力されるパケット信号は時分割多重によりそれぞれが衝突しないよう送信されるが、図３（ｂ）に示すような外部リセット信号がそれぞれのパケット信号間に挿入される。この外部リセット信号により、利得制御回路１３のスイッチ１３４がＯＮ状態となり、キャパシタ１３３に充電された電荷が放電される。これにより、図３（ｃ）に示すように、利得制御回路１３の出力電圧であるＣ点の電圧は初期化されてＨｉｇｈとなり、この結果、トランスインピーダンスアンプ１２の抵抗可変素子１２３の抵抗値は最大となる。つまり、光受信器１は、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が最大利得の状態で、次に入力されるパケット信号に備える。

光受信器１が次のパケット信号を受光すると、図３（ｃ）に示すように、プリアンブル領域の先頭では、反転アンプであるトランスインピーダンスアンプ１２が出力する電圧を示すＡ点の電圧は、最大利得で増幅された電圧となる。すなわち、トランスインピーダンスアンプ１２は、最大利得で増幅された電圧信号を出力する。同時に、利得制御回路１３が出力する電圧、すなわちＣ点の電圧は下がり始め、Ａ点の電圧波形のボトム電圧と同一電圧になるように利得制御回路１３はＡＧＣ動作を開始する。

Ｃ点の電圧が下がると、抵抗可変素子１２３の抵抗値が下がり、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得も低下するため、Ａ点における電圧波形の振幅は過渡的に小さくなるよう動作する。Ｃ点の電圧がＡ点のボトム電圧と同等になると、ダイオード１３２に電流が流れずに利得制御回路１３のキャパシタ１３３に電荷が充電されなくなるため、Ｃ点の電圧はそれ以上下がらなくなる。

また、ダイオード１３２のアノード端子がオペアンプ１３１の反転入力端子に接続されている。すなわち、Ｃ点の電圧がオペアンプ１３１の反転入力端子に入力する。そのため、オペアンプ１３１が出力する電圧を示すＢ点の電圧は、Ｃ点の電圧と同様にパケット信号受光後に低下する。そして、Ｃ点の電圧とＡ点のボトム電圧値とが同等になると、オペアンプ１３１が通常通りの動作をしていればＢ点の電圧は上昇を始める。しかしながら、温度および電源電圧といった動作条件、トランスインピーダンスアンプ１２の出力電圧とバイアス電圧との組合せによっては、図３（ｃ）に示すようにオペアンプ１３１の利得が下がり、Ｃ点の電圧とＡ点のボトム電圧値が同等になったにも関わらず、Ｂ点の電圧が上昇しないという場合がある。

一方、信号検出回路１６はトランスインピーダンスアンプ１２の出力信号の振幅、または、トランスインピーダンスアンプ１２の出力信号が増幅された後の振幅に基づいて、信号が存在するか否かを判定し、信号が存在すると判定すると、Ｈｉｇｈ電圧を出力する。例えば、信号検出回路１６は、上記信号の振幅が予め定められた値になり、その状態が定められた時間にわたって継続すると、信号が存在すると判定してＨｉｇｈ電圧を出力する。図３（ｄ）に示すように信号検出回路１６がプリアンブル領域中でＨｉｇｈ電圧を出力すれば、図３（ｅ）に示すように判定回路１４がオペアンプ１３１の動作を停止するＨｉｇｈ電圧を出力するため、利得制御回路１３によるＡＧＣ動作を強制停止できる。

以上のように、本実施の形態にかかる光受信器１は、トランスインピーダンスアンプ１２が出力する信号に基づいて、所望の振幅の信号が存在するかを判定し、信号が存在する場合、利得制御回路１３によるトランスインピーダンスアンプ１２の変換利得の調整動作を停止し、その時点の変換利得をトランスインピーダンスアンプ１２が使用し続けるようにする。これにより、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得の制御が収束した後も利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧が上昇しない条件下での動作となった場合でも、利得制御回路１３の動作を停止させることができる。よって、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得の制御が収束した後に変換利得が不要に変更されるのを防止でき、その結果、符号誤り率が増加するのを防止できる。

実施の形態２．
以上の実施の形態１では、信号検出回路１６の出力信号の立ち上がりエッジを検出すると利得制御回路１３の動作を停止する光受信器１について説明したが、次に、信号検出回路１６の出力信号を適切な時間だけ遅延させることでＡＧＣ動作終了前に信号が検出されたとしても実施の形態１と同様の効果が得られる光受信器について説明する。

図４は、実施の形態２にかかる光受信器の構成例を示す図である。図４に示すように、実施の形態２にかかる光受信器１ａは、図２に示した実施の形態１にかかる光受信器１の信号検出回路１６と判定回路１４との間に遅延回路１７を追加した構成である。すなわち、光受信器１ａは、実施の形態１で説明した光受信器１に遅延回路１７を追加し、信号検出回路１６が出力する信号検出信号に遅延回路１７が遅延を与えることで、判定回路１４への信号検出信号の入力タイミングを遅延させる構成である。遅延回路１７以外の構成は実施の形態１と同じであるため、遅延回路１７以外の構成については説明を省略する。

図５は、実施の形態２にかかる光受信器１ａの動作例を示すタイミングチャートである。図５において、（ａ）〜（ｃ）は図３の（ａ）〜（ｃ）と同じ信号を示す。また、（ｄ）は図４に示すＤ点の電圧を示し、（ｅ）は図４に示すＦ点の電圧を示す。（ｆ）は図４に示すＥ点の電圧を示す。

図５（ｄ）に示すように信号検出回路１６がＡＧＣ動作の終了前、すなわち図５（ｃ）に示すＣ点の電圧が完全にＡ点の電圧のボトム値と同一になる前にＨｉｇｈ電圧を出力してしまう場合を考える。この場合、実施の形態１の光受信器１ではトランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が適切ではない位置でＡＧＣ強制停止状態へと遷移してしまう。

これを回避するために、信号検出回路１６が出力する信号検出信号の立ち上がりのタイミングおよび立ち下がりのタイミングを遅延させる遅延回路１７を加えることで、図５（ｅ）に示す通りＦ点の電圧の立ち上がりのタイミングを利得制御回路１３の動作後、すなわち、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得の制御が収束した後とすることができる。

遅延回路１７は、例えば、抵抗およびキャパシタからなるＲＣフィルタと、その出力端子に接続されるバッファ回路によって構成できる。これにより、ＲＣフィルタで入力信号の立ち上がりの波形および立ち下がりの波形がなまる時間分だけ、信号検出信号の立ち上がりのタイミングおよび立ち下がりのタイミングを遅延させることができる。また、一段のＲＣフィルタおよびバッファ回路では所望の遅延量を実現できないときは、この回路を複数段縦列接続することで遅延量を増加して所望の遅延量を実現すればよい。また、遅延量を固定とせずに、遅延量がそれぞれ異なる複数の遅延回路を並列に準備し、スイッチなどで選択することで可変とすることも出来る。

このように、本実施の形態にかかる光受信器１ａは、信号検出回路１６が出力する信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジを遅延させて判定回路１４に入力する遅延回路１７を備えることとした。これにより、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得の制御が収束した後に利得制御回路１３によるＡＧＣ動作を停止させることができ、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が不適切な値で固定されてしまうのを防止できる。

実施の形態３．
以上の実施の形態１および実施の形態２では、信号検出信号のみをトリガとして利得制御回路１３の動作を停止する構成について示したが、利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧または信号検出回路１６の出力電圧のいずれかをトリガとして実施の形態１と同様の効果が得られる光受信器について説明する。

図６は、実施の形態３にかかる光受信器の構成例を示す図である。図６に示すように、実施の形態３にかかる光受信器１ｂは、図２に示した実施の形態１にかかる光受信器１に収束判定回路１８を追加した構成である。収束判定回路１８以外の構成は実施の形態１と同じであるため、収束判定回路１８以外の構成については説明を省略する。

収束判定回路１８は、利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧と予め設定しておいた閾値電圧である収束判定閾値とを比較して、比較結果をＨｉｇｈまたはＬｏｗの電圧で出力する比較器１８１と、比較器１８１の出力信号および外部リセット信号に基づいて収束判定信号を生成するロジック回路１８２と、信号検出回路１６が出力する信号の立ち上がりエッジまたはロジック回路１８２が出力する信号の立ち上がりエッジを検出するとオペアンプ１３１の動作を停止させる判定回路１８３とを備える。

ロジック回路１８２は、外部リセット信号の立ち上がりエッジでＬｏｗ電圧の出力を開始し、比較器１８１の出力信号の立ち上がりエッジでＨｉｇｈ電圧の出力を開始する。すなわち、ロジック回路１８２は、利得制御回路１３による変換利得の制御が収束し、これに伴いオペアンプ１３１の出力電圧が閾値電圧を超えたことを比較器１８１が検出するとＨｉｇｈ電圧となり、外部リセット信号の立ち上がりエッジを検出するとＬｏｗ電圧となる信号を出力する。

実施の形態３にかかる光受信器１ｂの動作について図７および図８のタイミングチャートを用いて説明する。図７は、実施の形態３にかかる光受信器１ｂの第１の動作例を示すタイミングチャート、図８は、実施の形態３にかかる光受信器１ｂの第２の動作例を示すタイミングチャートである。

まず、図７に示す第１の動作例について説明する。第１の動作例は、利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧が、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が収束した後も増加しない場合の動作例である。図７において、（ａ）、（ｂ）および（ｄ）は図３の（ａ）、（ｂ）および（ｄ）と同じ信号を示す。また、（ｃ）は図６に示すＡ〜Ｃ点およびＧ点の電圧を示す。図７の（ｃ）は図３の（ｃ）にＧ点の電圧を追記したものでありＡ〜Ｃ点の電圧は図３の（ｃ）に示したものと同一である。ＧがＧ点の電圧を示す。（ｅ）は図６に示すＨ点の電圧を示す。（ｆ）は図６に示すＩ点の電圧を示す。（ｇ）は図６に示すＥ点の電圧を示す。

図７の（ｃ）および（ｅ）に示すように、Ｂ点の電圧がＧ点の電圧を下回ると比較器１８１がＬｏｗ信号を出力する。すなわち、Ｈ点の電圧がＬｏｗとなる。この第１の動作例では、図７の（ｃ）、（ｅ）および（ｆ）に示す通り、利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧を示すＢ点の電圧が、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が収束した後に増加しない。この場合、Ｈ点の電圧がＬｏｗに遷移した後はＨｉｇｈに遷移しないため、外部リセット信号の立ち上がりエッジの検出に伴いＬｏｗに遷移したＩ点の電圧は、Ｌｏｗの状態を維持しつづける。

一方、図７の（ｄ）および（ｇ）に示すように、信号検出回路１６が出力する信号検出信号の状態を示すＤ点の電圧は、信号検出回路１６が信号を検出するとＨｉｇｈに遷移する。この結果、Ｅ点の電圧がプリアンブル領域でＨｉｇｈに遷移し、利得制御回路１３のオペアンプ１３１が動作を停止する。すなわち、光受信器１ｂは、利得制御回路１３によるＡＧＣ動作を強制的に停止させることができる。

次に、図８に示す第２の動作例について説明する。第２の動作例は、利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧が、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が収束した後は通常通りに増加する場合の動作例である。図８の（ａ）〜（ｇ）は、図７の（ａ）〜（ｇ）と同じ信号を示す。

図８では、（ｃ）に示すＢ点の電圧、すなわち、オペアンプ１３１の出力電圧が、プリアンブル途中でトランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が収束した後に増加している。そのため、図８の（ｃ）および（ｅ）に示す通り、Ｈ点の電圧は、Ｂ点の電圧がＧ点の電圧を下回ったタイミングでＬｏｗに遷移し、次にＧ点の電圧を上回ったタイミングでＨｉｇｈに再び遷移する。このとき、図８の（ｂ）および（ｅ）〜（ｇ）に示す通り、Ｉ点の電圧は、外部リセット信号の立ち上がりエッジの検出に伴いＬｏｗに遷移し、その後、Ｈ点の電圧がＬｏｗに遷移し再びＨｉｇｈに遷移するタイミングでＨｉｇｈに遷移する。この結果、Ｅ点の電圧がプリアンブル領域でＨｉｇｈに遷移し、利得制御回路１３のオペアンプ１３１が動作を停止する。すなわち、光受信器１ｂは、利得制御回路１３によるＡＧＣ動作を強制的に停止させることができる。

このように、本実施の形態にかかる光受信器１ｂは、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が収束して利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧が上昇するか、信号検出回路１６が出力する信号検出信号の立ち上がりエッジを検出した場合に利得制御回路１３のオペアンプ１３１の動作を停止させる収束判定回路１８を備える。これにより、トランスインピーダンスアンプ１２の変換利得が収束した後に利得制御回路１３のオペアンプ１３１の出力電圧が増加しない場合であっても、利得制御回路１３によるＡＧＣ動作を停止させることができる。

実施の形態４．
以上の実施の形態３では、信号検出回路１６が出力する信号検出信号の立ち上がりエッジ、および、収束判定信号の立ち上がりエッジをトリガとして利得制御回路１３のオペアンプ１３１の動作を停止する光受信器１ｂを示したが、本実施の形態では、信号検出信号の立ち上がりエッジを遅延させて、遅延後の信号検出信号の立ち上がりエッジ、または、収束判定信号の立ち上がりエッジのいずれかを検出した場合にオペアンプ１３１の動作を停止する光受信器について説明する。

図９は、実施の形態４にかかる光受信器の構成例を示す図である。図９に示すように、実施の形態４にかかる光受信器１ｃは、図６に示した実施の形態３にかかる光受信器１ｂの信号検出回路１６と収束判定回路１８との間に遅延回路１７を追加した構成である。すなわち、光受信器１ｃは、実施の形態３で説明した光受信器１ｂに遅延回路１７を加えることで、収束判定回路１８への信号検出信号の入力タイミングを遅延させる構成である。遅延回路１７は、実施の形態２にかかる光受信器１ａが備える遅延回路１７と同様の回路である。

光受信器１ｃの動作は、遅延回路１７が収束判定回路１８への信号検出信号の入力タイミングを遅延させる以外は実施の形態３にかかる光受信器１ｂと同様である。

本実施の形態にかかる光受信器１ｃによれば、実施の形態２にかかる光受信器１ａと同様に、Ｆ点の電圧が立ち上がるタイミングを利得制御回路１３によるトランスインピーダンスアンプ１２の変換利得の調整動作が終了した後とすることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 光受信器、２ 光ファイバ、３ 光スターカプラ、１１ アバランシェフォトダイオード、１２ トランスインピーダンスアンプ、１３ 利得制御回路、１４，１８３ 判定回路、１５ 後段アンプ、１６ 信号検出回路、１７ 遅延回路、１８ 収束判定回路、１００ ＯＬＴ、１２１，１３１ オペアンプ、１２２ 固定抵抗、１２３ 抵抗可変素子、１３２ ダイオード、１３３ キャパシタ、１３４ スイッチ、１８１ 比較器、１８２ ロジック回路、２００ ＯＮＵ、３００ 光通信システム。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光受信器は、光信号を受光する受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換し、変換を行うときの変換利得が可変であるトランスインピーダンスアンプと、トランスインピーダンスアンプが出力する電圧信号のボトム電圧を検出し、この検出結果に基づいてトランスインピーダンスアンプの変換利得を制御する利得制御回路と、光信号を受信しているか否かの信号検出結果を示す信号検出信号を出力する信号検出回路と、を備える。利得制御回路は、ボトム電圧の検出に用いるオペアンプを備え、信号検出信号が、光信号を受信していない状態である非受信状態から光信号を受信している状態である受信状態に遷移したことを示した場合、変換利得の制御を終了し、変換利得の制御を終了した時点の変換利得の値を保持する。オペアンプは、信号検出信号が非受信状態を示すときに入力される電圧信号に基づいて動作し、信号検出信号が受信状態を示すときは出力電圧を一定に保持する。

Claims (6)

1. 光信号を受光する受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換し、前記変換を行うときの変換利得が可変であるトランスインピーダンスアンプと、
   前記トランスインピーダンスアンプが出力する前記電圧信号のボトム電圧を検出し、この検出結果に基づいて前記トランスインピーダンスアンプの前記変換利得を制御する利得制御回路と、
   光信号を受信しているか否かの信号検出結果を示す信号検出信号を出力する信号検出回路と、
   を備え、
   前記利得制御回路は、前記信号検出信号が、光信号を受信していない状態である非受信状態から光信号を受信している状態である受信状態に遷移したことを示した場合、前記変換利得の制御を終了し、前記変換利得の制御を終了した時点の前記変換利得の値を保持する、
   ことを特徴とする光受信器。
2. 光信号を受光する受光素子が出力する電流信号を電圧信号に変換し、前記変換を行うときの変換利得が可変であるトランスインピーダンスアンプと、
   前記トランスインピーダンスアンプが出力する前記電圧信号のボトム電圧を検出し、この検出結果に基づいて前記トランスインピーダンスアンプの前記変換利得を制御する利得制御回路と、
   光信号を受信しているか否かの信号検出結果を示す信号検出信号を出力する信号検出回路と、
   前記利得制御回路による前記変換利得の制御が収束状態であるか非収束状態であるかを判定する収束判定回路と、
   を備え、
   前記利得制御回路は、前記信号検出信号が、光信号を受信していない状態である非受信状態から光信号を受信している状態である受信状態に遷移したことを示した場合、または、前記変換利得の制御が収束状態であると前記収束判定回路が判定した場合、前記変換利得の制御を終了し、前記変換利得の制御を終了した時点の前記変換利得の値を保持する、
   ことを特徴とする光受信器。
3. 前記利得制御回路は、前記ボトム電圧の検出に用いるオペアンプを備え、
   前記オペアンプは、前記信号検出信号が前記非受信状態を示すときに入力される前記電圧信号に基づいて動作し、前記信号検出信号が前記受信状態を示すときは出力電圧を一定に保持する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光受信器。
4. 前記オペアンプは、パケット信号の入力が終了したことを示すリセット信号の入力があると、前記変換利得の値を保持する状態から前記変換利得を光受信信号の強度に応じて変更する状態へと変化する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光受信器。
5. 前記信号検出回路が出力する前記信号検出信号に遅延を与える遅延回路、
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の光受信器。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の光受信器を備えることを特徴とする局側装置。

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