KR900001589B1

KR900001589B1 - Bias circuit of avalanche photo diode for optical communication

Info

Publication number: KR900001589B1
Application number: KR1019860008896A
Authority: KR
Inventors: 장종진
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 안시환
Priority date: 1986-10-23
Filing date: 1986-10-23
Publication date: 1990-03-15
Also published as: KR880005469A

Abstract

The circuit comprises an amplifier (100) amplifying the DC signal from an amplifier (900) for covering the range of reverse bias voltage of APD, a rectifier (200) for halfwave rectifying of AC signal from the amplifier (200) and for transmitting DC voltage whose value is the same as the peak value of the halfwave rectified signal, a comparator (300) for transmitting low DC level when the peak DC level is higher than a reference voltage and high DC level in the opposite case, an AGC checker (400) for checking and displaying the operation of the APD, and a high voltage biasing unit (500) for adjusting the reverse bias voltage by upgrading and degrading the multiplication factor according to the output signal of the comparator.

Description

Avalanche Photodiode Bias Circuit for Optical Communications

제1도는 본 발명의 블럭도.1 is a block diagram of the present invention.

제2도는 제1도의 애버랜취 포토 다이오드(APD) 바이어스부의 구체회로도.FIG. 2 is a specific circuit diagram of the averbatch photodiode (APD) bias unit of FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

900 : 프리 및 메인증폭기 100 : 증폭기900: pre and main amplifier 100: amplifier

200 : 피크검파 정류회로 300 : 비교기200: peak detection rectifier circuit 300: comparator

400 : AGC검사부 500 : 고전압 바이어스부400: AGC inspection unit 500: high voltage bias unit

본 발명은 광통신용 애버랜취 포토 다이오드(Avalanche Photo Diode : 이하 ＂APD＂라 한다)의 바이어스회로에 관한 것이다. 일반적인 광통신용 수신장치 또는 중계장치에서는 광섬유를 통해 전송된 광신호를 전기신호로 바꾸어 원래의 정보로 되돌린다.The present invention relates to a bias circuit of an Avalanche Photo Diode (hereinafter referred to as "APD") for optical communication. In a general optical communication receiver or relay device, an optical signal transmitted through an optical fiber is converted into an electrical signal and returned to original information.

통상적으로 이와 같은 수신장치에서는 전송되어온 광신호를 전기신호로 바꾸는 수광소자가 사용되어 진다. 현재 일반적으로 사용되는 수광소자는 핀다이오드와 APD가 있지만 장거리의 펄스 전송방식에 있어서는 레이저 다이오드를 광원으로 하고 APD를 수광소자로 사용하는 방식이 바람직하다. 상기와 같이 수신장치의 광전변환부에 사용되는 APD는 애버랜취 증배(Avalanche multiplication)에 의한 증중배작용이 있어 고전압의 역바이어스 전압에 의해 APD 내부의 증중배계수(Multipliocation Factor)값이 1-1000배까지 변환한다. 그러나 역 바이어스 전압이 너무 높으면 APD내부의 증배계수가 너무 높아지고 급속한 증배에 따라 쇼트노이즈(Shot noise), 열노이트(Thermal noise), 양자화 노이즈가 증가하는 문제가 발생된다. 한편 역 바이어스 전압이 너무 낮으면 역 바이어스 전압을 조정한다 해도 증배계수를 조절할 수 없게 되어 APD가 고속, 고감도 동작을 할 수 없게 되는 문제가 있게 된다.Typically, such a receiving device is used a light receiving element for converting the transmitted optical signal into an electrical signal. Currently, the light-receiving elements generally used include a pin diode and an APD, but in a long-distance pulse transmission method, a laser diode is used as a light source and an APD is used as a light receiving element. As described above, the APD used in the photoelectric conversion unit of the receiver has a multiplication action by Avalanche multiplication, so that the multipliocation factor value in the APD is 1-1000 due to the high reverse bias voltage. Convert up to 2x. However, if the reverse bias voltage is too high, the multiplication factor inside the APD becomes too high, and as a result of rapid multiplication, shot noise, thermal noise, and quantization noise increase. On the other hand, if the reverse bias voltage is too low, even if the reverse bias voltage is adjusted, the multiplication factor cannot be adjusted, which causes a problem that the APD cannot operate at high speed and high sensitivity.

이런 문제점을 감안하여 APD에 바이어스를 거는 종래의 방식은 수광되는 광신호의 레벨변동에 의한 APD의 광전류가 변하더라도 신호전류를 일정히 유지하는 방식이 사용되어 왔다. 이와 같은 방식은 APD에서 검출된 전기신호로 증폭하고 피크검파한 후 기준레벨과 비교하여 APD의 출력신호 레벨을 일정히 유지하도록 고전압 바이어스 공급원을 조정하는 방식이었다.In view of this problem, the conventional method of biasing the APD has been used to maintain the signal current even when the photoelectric current of the APD changes due to the level change of the received optical signal. In this method, the high voltage bias source was adjusted to amplify the electrical signal detected by the APD, peak detection, and then maintain the output signal level of the APD constant compared to the reference level.

그러나 이와 같은 궤환 AGC(Automatic Gain Control)에 의한 APD 바이어스 방식에 있어서 문제가 되는 것은 APD에 의한 광전변환 교류신호의 레벨이 극히 낮고 상기 APD 후단에 있는 프리 및 메인 증폭기에서 증폭할 수 있는 증폭레벨도 상기 APD의 잡음을 감안하여 크게 할 수 없는 문제점이 있게 된다.However, the problem in the APD bias method by the feedback AGC (Automatic Gain Control) is that the level of the photoelectric conversion AC signal by the APD is extremely low, and the amplification level that can be amplified by the pre and main amplifiers in the rear of the APD is also a problem. In consideration of the noise of the APD, there is a problem that cannot be increased.

따라서 상기 프리 및 메인 증폭기에서 출력하는 교류신호를 피크 검파하여 이 피크 검파된 직류레벨과 기준 레벨과의 비교에 의한 비교의 출력마진을 상기 피크검파된 직류레벨의 변화폭이 좁기 때문에 작게된다. 그러므로 상기 비교기의 출력에 의한 고전압 바이어스 공급원이 출력이 APD출력 교류신호를 충분히 일정하게 조정할 수 없는 문제점이 있게된다.Therefore, the peak detection of the AC signal output from the pre and main amplifiers is performed, and the output margin of the comparison between the peak-detected DC level and the reference level is reduced because the change width of the peak-detected DC level is small. Therefore, there is a problem that the high voltage bias supply source by the output of the comparator cannot adjust the APD output AC signal sufficiently constant.

또한 종래의 궤환 AGC에 의한 APD의 바이어스회로에는 상기 궤환 AGC가 정상동작을 하고 있는지의 여부를 알 수가 없어 감시자는 고장시 일일이 체크를 해야하는 문제점이 있었을뿐만 아니라 상기 APD의 최대역 바이어스 전압의 한계값을 설정하지 못하여 역 바이어스 전압이 너무 높음으로 인한 잡음이 커지는 문제가 있게 되었다.In addition, in the conventional bias circuit of the APD by the feedback AGC, it is not possible to know whether the feedback AGC is in normal operation. Therefore, the supervisor has a problem in that, in case of a failure, the monitor has to check the error and the limit value of the maximum reverse bias voltage of the APD. Because of this problem, the noise caused by the reverse bias voltage is too high.

따라서 본 발명의 목적은 APD고속, 고감도를 동작할 수 있는 APD바이어스 회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an APD bias circuit capable of operating APD high speed and high sensitivity.

본 발명의 또 다른 목적은 APD바이어스 회로의 동작상태를 감시자가 용이하게 인식할 수 있는 회로를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a circuit in which a monitor can easily recognize an operation state of an APD bias circuit.

본 발명의 또 다른 목적은 APD의 최대 역 바이어스 공급을 제한하는 회로를 제공에 있다.Another object of the present invention is to provide a circuit for limiting the maximum reverse bias supply of the APD.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

제1도는 본 발명에 따른 APD바이어스 회로의 블럭도로서, 광통신용 수광소자인 APD(600)와 상기 APD(600)에 의해 광전변환된 전기신호를 증폭하는 프리 및 메인증폭기(900)를 구비한 광신호 수신장치에 있어서, 상기 프리 및 메인증폭기(900)에서 출력하는 교류신호를 상기APD(600)의 역 바이어스 공급범위를 충분히 포함할 수 있도록 소정의 이득레벨로 증폭하는(100)와, 상기 증폭기(100)의 증폭된 교류신호를 반파 정류하고 피크치를 검출하여 상기 교류신호의 피크치와 동일한 직류전압을 출력하는 피크 검파 정류회로(200)와, 상기 피크검파된 직류전압과 미리 설정된 기준전압과을 비교하여 상기 피크 검파된 직류전압이 기준전압보다 클때는 낮은 직류전압을 출력하고 그 반대이면 높은 직류전압을 출력하기 위한 비교기(300)와, 상기 비교기(300)와, 상기 비교기(300)의 출력전압을 입력하여 상기 APD(600)의 동작상태를 감시하여 정상동작 여부를 표시하는 AGC검사부(400)와, 상기 비교기(300)의 출력을 입력하여 상기 비교기(300)의 출력이 높은 직류전압일 때는 높은 고전압을 출력하여 상기APD(600)의 증배계수를 높이며 반대일때는 낮은 고전압을 출력하여 증배계수를 낮추도록 역 바이어스를 조정하는 고전압 바이어스부(500)로 구성된다.1 is a block diagram of an APD bias circuit according to the present invention, which includes an APD 600, which is an optical communication light receiving element, and a pre and main amplifier 900 for amplifying an electrical signal photoelectrically converted by the APD 600. In the optical signal receiving apparatus, the AC signal output from the pre and main amplifier 900 is amplified to a predetermined gain level (100) to sufficiently include the reverse bias supply range of the APD (600), and A peak detection rectification circuit 200 for half-wave rectifying the amplified AC signal of the amplifier 100 and detecting a peak value and outputting a DC voltage equal to the peak value of the AC signal, and the peak detected DC voltage and a predetermined reference voltage The comparator 300, the comparator 300, and the comparator 3 for outputting a low DC voltage when the peak-detected DC voltage is greater than the reference voltage and vice versa when the peak detected DC voltage is larger than the reference voltage. 00 to output the output of the comparator 300 by inputting the output of the comparator 300 and the AGC inspection unit 400 to monitor the operating state of the APD 600 by inputting the output voltage of the input; When the high DC voltage outputs a high high voltage to increase the multiplication coefficient of the APD (600), in the opposite case is configured as a high voltage bias unit 500 for adjusting the reverse bias to reduce the multiplication coefficient by outputting a low high voltage.

상기 제1도의 구성중 APD(600)는 도시하지 않는 광섬유를 통해 전송된 광신호를 전기적인 신호로 변환하는 수광소자로써 이때 변환되는 전기적신호로 APD(600)의 역 바이어스 전압에 따라 변하게 된다. 이 역 바이어스를 너무 크게 하면 APD의 증배계수가 커져 변환되는 전기적 신호는 크게되지만 이에 비례하여 잡음도 크게되므로 역 바이어스 전압에 한계가 있게된다.In the configuration of FIG. 1, the APD 600 is a light receiving element that converts an optical signal transmitted through an optical fiber (not shown) into an electrical signal. The APD 600 changes according to the reverse bias voltage of the APD 600. If the reverse bias is too large, the multiplication factor of the APD is increased, so that the converted electrical signal is large, but the noise is also proportional to this, thereby limiting the reverse bias voltage.

또한 작게하면 잡음에 대한 면역은 좋아지지만 수신감도가 떨어지는 문제점이 있게된다.In addition, the smaller the immunity to noise is better, but there is a problem of poor reception sensitivity.

프리 및 메인증폭기(900)에서는 상기 APD(600)에서 출력하는 광전변환된 신호를 증폭한다. 여기서 증폭하는 이득은 상기 APD의 잡음을 감안하여 상기 APD의 출력신호는 상당히 작기때문에 통상 30~400Bm 정도로 한다.The pre and main amplifiers 900 amplify the photoelectrically converted signals output from the APD 600. In this case, the gain to be amplified is about 30 to 400 Bm because the output signal of the APD is considerably small in consideration of the noise of the APD.

상기 프리 및 메인증폭기(900)에서 증폭된 광전 변환된 교류신호는 증폭기(100)에서 충분히 증폭을 하여 비교기(300)의 출력마진을 충분히 크게할 수 있도록 증폭한다. 또한 상기 증폭기(100)는 상기 프리 및 메인증폭기(900)에서 출력하는 신호를 입력신호로 사용하고 있으므로 상기 증폭기(100)의 출력은 APD(600)의 잡음과 관련한 상기 APD(600)의 출력신호와는 무관하게 증폭을 할 수 있게된다. 따라서 상기 증폭기(100)에서 증폭된 교류신호는 피크검파정류회로(200)에서 반파정류되고 피크치의 검출을 하여 상기 교류신호에 대응하는 직류신호로 변환된다. 이 피크 검출된 직류신호는 비교기(300)에 입력하여 미리 프리세트시킨 기준전압과 비교되고 기준전압이 크면 높은 전압을 출력하고 기준전압이 작으면 낮은 전압을 출력한다.The photoelectrically converted AC signal amplified by the pre and main amplifiers 900 is amplified by the amplifier 100 to sufficiently increase the output margin of the comparator 300. In addition, since the amplifier 100 uses signals output from the pre and main amplifiers 900 as input signals, the output of the amplifier 100 is an output signal of the APD 600 in relation to the noise of the APD 600. You can amplify regardless of. Therefore, the AC signal amplified by the amplifier 100 is half-wave rectified by the peak detection rectifier circuit 200 and detects a peak value and is converted into a DC signal corresponding to the AC signal. The peak detected DC signal is input to the comparator 300 and compared with a preset reference voltage. When the reference voltage is large, a high voltage is output, and when the reference voltage is small, a low voltage is output.

따라서 이 비교기(300)의 출력 직류전압의 마진을 크게하여 APD(600)의 역 바이어스의 동작범위를 충분히 선정하기 위해서는 상기 비교기(300)로 입력하는 피크 검출전압의 크기를 충분히 높히지 않으면 안된다. 따라서 상기 증폭기(100)와 피크검파정류회로(200) 및 비교기(300)로 구성된 부분이 AGC부(700)가 된다.Therefore, in order to sufficiently select the operating range of the reverse bias of the APD 600 by increasing the margin of the output DC voltage of the comparator 300, the magnitude of the peak detection voltage input to the comparator 300 must be sufficiently increased. Therefore, the AGC unit 700 includes the amplifier 100, the peak detection rectifier circuit 200, and the comparator 300.

AGC부(700)의 비교기(300)의 출력은 AGC검사부(400) 및 직류-직류번환기인 고전압 바이어스부(500)로 입력한다. 따라서 AGC검사부(400)에서는 비교기(300)의 출력을 입력하여 상기 AGC(700)의 동작이 정상동작을 하고 있는지의 여부를 감시자가 인식할 수 있도록 표시한다. 또한 고전압 바이어스부(500)에서는 상기 비교기(300)의 출력전압에 따라 APD(600)에 역 바이어스를 가변 공급하는 역할을 한다.The output of the comparator 300 of the AGC unit 700 is input to the AGC inspection unit 400 and the high voltage bias unit 500 which is a DC-DC converter. Accordingly, the AGC inspection unit 400 inputs the output of the comparator 300 to display whether the monitor can recognize whether the operation of the AGC 700 is operating normally. In addition, the high voltage bias unit 500 serves to variably supply the reverse bias to the APD 600 according to the output voltage of the comparator 300.

즉, 수광되는 광 신호의 레벨이 작게되어 APD(600)에서 광전변환된 교류신호가 작아지면 상기 비교기(300)의 출력직류 전압이 커지게된다. 그러므로 고전압 바이어스부(500)에 입력되는 직류전압이 커지게 되므로 상기 고전압 바이어스부(500)에서 출력되는 고전압도 높아져서 APD(600)에 높은 역 바이어스를 공급한다. 이때 APD(600)에 공급되는 역 바이어스가 높아짐에 따라 상기 APD(600)의 증비계수도 높아지게 되어 수광되는 광신호의 레벨이 작아진다해도 APD(600)에서 광전변화되어 출력되는 교류신호는 작아지지 않게 된다.That is, when the level of the received optical signal is small and the AC signal photoelectrically converted by the APD 600 is small, the output DC voltage of the comparator 300 becomes large. Therefore, since the DC voltage input to the high voltage bias unit 500 is increased, the high voltage output from the high voltage bias unit 500 is also increased to supply a high reverse bias to the APD 600. At this time, as the reverse bias supplied to the APD 600 increases, the increase factor of the APD 600 also increases, so that the AC signal that is photoelectrically changed in the APD 600 does not decrease even if the level of the received optical signal decreases. Will not.

또한 수광되는 광신호의 레벨이 커져서 APD(600)에서 광전변환된 교류신호가 커지면 상기 비교기(300)의 출력직류 전압이 작아지게 된다. 그러므로 고전압 바이어스부(500)에 입력되는 직류전압이 작아지게 되므로 상기 고전압 바이어스부(500)에서 출력되는 고전압도 낮아져서 APD(600)에 낮은 역 바이어스를 공급한다. 이때 APD(600)에 공급되는 역 바이어스가 낮아짐에 따라 상기 APD(600)의 증배계수도 낮아지게 되어 수광되는 광신호의 레벨이 커진다 해도 APD(600)에서 광전변환되어 출력되는 교류신호는 커지지 않게 된다. 따라서 수광되는 광 신호의 레벨이 변동된다 해도 상기 APD(600)에서 광전변환되어 출력되는 교류신호의 레벨은 일정하게 유지된다.In addition, when the level of the received optical signal is increased and the AC signal photoelectrically converted by the APD 600 is increased, the output DC voltage of the comparator 300 is reduced. Therefore, since the DC voltage input to the high voltage bias unit 500 is reduced, the high voltage output from the high voltage bias unit 500 is also lowered to supply a low reverse bias to the APD 600. At this time, as the reverse bias supplied to the APD 600 is lowered, the multiplication factor of the APD 600 is also lowered so that the AC signal output by photoelectric conversion from the APD 600 is not increased even if the level of the received optical signal is increased. do. Therefore, even if the level of the received optical signal varies, the level of the AC signal photoelectrically converted by the APD 600 is maintained constant.

제2도는 제1도의 블럭도중 APD바이어스부(800)의 구체회로도로서, 증폭기(100)와 피크검파 정류회로(200)와 비교기(300)와 AGC검사부(400)와 고전압 바이어스부(500)로 구성된다.FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the APD bias unit 800 in the block diagram of FIG. 1, and includes the amplifier 100, the peak detection rectifier circuit 200, the comparator 300, the AGC inspection unit 400, and the high voltage bias unit 500. It is composed.

상기 제2도의 구성중 증폭기(100)는 제1도의 프리 및 메인증폭기(900)에서 출력하는 신호를 입력단자(50)로 입력하여 직류성분을 차단하는 캐패시터 C1와, 직류성분이 차단된 교류성분의 신호만을 저항 R3를 통해 베이스로 입력하는 증폭용 트랜지스터 Q1와, 상기 트랜지스터 Q1에 바이어스 전압을 공급해주는 저항 R1-R3 및 상기 트랜지스터 Q1의 콜렉터와 전원공급 전압 +Vcc사이에 접속된 부하저항 R4와, 상기 트랜지스터 Q1의 콜랙터에서 출력되는 신호를 베이스로 입력하여 증폭함으로써 상기 트랜지스터 Q1와 2단 증폭기를 구성하는 트랜지스터 Q2와, 상기 트랜지스터 Q1-Q2의 보호저항 및 부하저항이 되는 R5-R6와 및 캐패시터 C2로 구성된다.In the configuration of FIG. 2, the amplifier 100 inputs the signals output from the pre and main amplifiers 900 of FIG. 1 to the input terminal 50 to block the capacitor C1 and the AC component of which the DC component is blocked. An amplifying transistor Q1 for inputting only the signal of the signal to the base through the resistor R3, a resistor R1-R3 for supplying a bias voltage to the transistor Q1, and a load resistor R4 connected between the collector of the transistor Q1 and the power supply voltage + Vcc. A transistor Q2 constituting the transistor Q1 and a two-stage amplifier by amplifying by inputting and amplifying a signal output from the collector of the transistor Q1; and R5-R6 serving as a protection resistance and a load resistance of the transistors Q1-Q2; It consists of capacitor C2.

피크검파 정류회로(200)는 상기 트랜지스터 Q2의 콜렉터에서 출력되는 신호의 직류성분을 제거하는 캐패서터 C3와, 상기 캐패시터 C3에서 직류성분이 제거된 신호를 반파정류하는 다이오드 D1-D2와, 반파정류된 신호를 RC시정수에 의해 피크치 검파하는 캐패시터 C4와 저항 R7으로 구성된다.The peak detection rectifier circuit 200 includes a capacitor C3 for removing the direct current component of the signal output from the collector of the transistor Q2, a diode D1-D2 for half-wave rectifying the signal for which the direct current component is removed from the capacitor C3, and the half wave. It consists of a capacitor C4 and a resistor R7 for peak-detecting the rectified signal by RC time constant.

비교기(300)는 상기 피크검파 정류회로(200)에서 출력되는 피크검파된 직류전압을 저항 R8을 통해 반전단자(-)로 입력하여 비반전단자(+)로 입력되는 기준전압과 비교하여 상기 피크검파된 직류전압이 기준전압보다 클때는 낮은 직류전압을 출력하고 기준전압보다 작으면 높은 전압을 출력하는 연산증폭기(10)와, 전원공급 전압 +Vcc와 -Vcc사이에 접속되어 상기 연산증폭기(10)의 기준전압을 설정하는 가변저항 VR1과 다이오드 D3,D4 및 저항 R9와, 캐패시터 C5 및 저항 R10으로 구성된다.The comparator 300 inputs the peak-detected DC voltage output from the peak detection rectifier circuit 200 to the inverting terminal (-) through the resistor R8 and compares the peak voltage with the reference voltage input to the non-inverting terminal (+). The operational amplifier 10 outputs a low DC voltage when the detected DC voltage is greater than the reference voltage, and outputs a high voltage when the detected DC voltage is less than the reference voltage. The operational amplifier 10 is connected between a power supply voltage + Vcc and -Vcc. ) Is composed of a variable resistor VR1 for setting the reference voltage), a diode D3, D4, and a resistor R9, a capacitor C5, and a resistor R10.

AGC검사부(400)는 상기 비교기(300)에서 출력되는 직류전압을 분압하는 저항 R11-R12와, 상기 저항 R11-R12에 의해 분압된 전압을 반전단자(-)로 입력하여 비반전단자(+)로 입력되는 전압과 비교하여 상기 비교기(300)의 출력이 있을때 양의 직류전압을 출력하는 연산증폭기(20)와, 상기 비교기(300)에서 출력되는 직류전압을 분압하여 상기 연산증폭기(20)의 비반전단자(+)에 입력하는 저항 R13 및 가변저항 VR2와, 상기 연산증폭기(20)의 출력단에 접속되는 저항R14와, 상기 연산증폭기(20)의 출력을 저항 R14를 통하여 베이스에 입력하여 상기 연산증폭기(20)의 직류전압 레벨에 따라 구동하는 트랜지스터 Q3와, 상기 트랜지스터 Q3의 온/오프에 따라 점등 및 소등을 하는 발광다이오드 D5와, 저항 R15-R16으로 구성된다.The AGC inspection unit 400 inputs the resistors R11-R12 for dividing the DC voltage output from the comparator 300 and the voltage divided by the resistors R11-R12 as the inverting terminal (-) and the non-inverting terminal (+). The operational amplifier 20 outputs a positive DC voltage when the output of the comparator 300 is compared with the voltage input to the voltage and the DC voltage output from the comparator 300 by dividing the operational amplifier 20. The resistor R13 and the variable resistor VR2 input to the non-inverting terminal (+), the resistor R14 connected to the output terminal of the operational amplifier 20, and the output of the operational amplifier 20 are input to the base through the resistor R14. Transistor Q3 for driving according to the DC voltage level of the operational amplifier 20, a light emitting diode D5 for turning on and off in accordance with the on / off of the transistor Q3, and resistors R15-R16.

고전압 바이어스부(500)는 접지단(GND)이 접지되고 전원공급 전압+Vcc을 입력단(Input)으로 입력하여 일정한 직류전압을 출력단(Output)으로 출력하는 전압레귤레이터(40)와, 평활용 필터로서 구성되어 상기 전압레귤레이터(40)에서 출력되는 일정한 직류전압을 평활하게 하는 캐패시터 C6-C8 및 쵸오크 코일 L1과, 접지단(GND)이 접지되고 상기 평활용 필터에서 평활된 일정 직류전압을 전원단(Vcc)에 입력하며 상기 비교기(300)에서 출력되는 직류전압을 입력단(Vin)으로 입력하여 상기 비교기(300)의 출력직류 전압의 증감에 비례한 고전압을 출력단(Vout)로 제1도의 APD(60)의 역 바이어스로서 출력하는 고전압 공급원(30)과, 상기 고전압 공급원(30)의 입력단(Vin)에 캐소우드가 접속되고 애노드가 접지되어 상기 고전압 공급원(30)의 입력단(Vin)에 입력되는 상기 비교기(300)의 출력 직류전압의 상한값을 제한하여 상기 고전압 공급원(30)에서 출력되는 고전압이 상기 APD(600)의 최대 역 바이어스 전압보다 커지는 것을 방지하는 제너다이오드 D6와, 상기 전압 레귤레이터(40)의 출력단(Output)에 접속되는 교류성분 바이패스용 캐패시터 C9와, 상기 고전압 공급원(30)의 출력단(Vout)에서 출력되는 고전압을 분압하는 저항 R17,R18과, 저항 R19 및 교류성분 바이패스용 캐패시터 C10으로 구성된다.The high voltage bias unit 500 includes a voltage regulator 40 for grounding the ground terminal GND and inputting a power supply voltage + Vcc to an input terminal and outputting a constant DC voltage to the output terminal. And a capacitor C6-C8 and a choke coil L1 configured to smooth a constant DC voltage output from the voltage regulator 40, and a ground terminal GND is grounded and a constant DC voltage smoothed by the smoothing filter. A high voltage proportional to the increase and decrease of the output DC voltage of the comparator 300 is input to the input terminal Vin by inputting the DC voltage output from the comparator 300 to the output terminal Vout. A high voltage source 30 outputting as a reverse bias of 60, and a cathode is connected to an input terminal Vin of the high voltage source 30, and an anode is grounded and input to an input terminal Vin of the high voltage source 30. Of the comparator 300 Zener diode D6 for limiting an upper limit value of the output DC voltage to prevent the high voltage output from the high voltage supply source 30 from becoming larger than the maximum reverse bias voltage of the APD 600, and an output terminal of the voltage regulator 40. An AC component bypass capacitor C9 connected to the resistor, resistors R17 and R18 for dividing the high voltage output from the output terminal Vout of the high voltage supply source 30, and a resistor R19 and a capacitor C10 for AC component bypass.

한편 상기 제2도의 구성중 전압 레귤레이터(40)는 MC7805를 사용한 실시예이며 고전압 공급원 일본국 Matsusada사의 OPTON-0.15NX를 사용한 실시예이다.On the other hand, the voltage regulator 40 in the configuration of FIG. 2 is an embodiment using MC7805 and an embodiment using OPTON-0.15NX manufactured by Matsusada, a high voltage source in Japan.

이하 본 발명에 따른 제2도의 작동관계를 상세히 설명한다. 제1도의 프리 및 메인증폭기(900)에서 출력하는 신호가 증폭기(100)의 입력단자(50)로 입력되면, 캐패시터 C1를 통해 직류전압은 차단되고 교류성분의 신호만이 저항 R3를 통해 트랜지스터 Q1의 베이스로 입력된다. 이때 증폭용 트랜지스터 Q1을 구동하기 위해 저항 R1-R3로 바이어스 전압을 공급해준다. 한편 트랜지스터 Q1의 콜렉터와 전원공급 전압 +Vcc사이에 접속된 저항 R4는 부하저항이다.Hereinafter, the operation relationship of FIG. 2 according to the present invention will be described in detail. When the signals output from the pre- and main amplifiers 900 of FIG. 1 are input to the input terminal 50 of the amplifier 100, the DC voltage is interrupted through the capacitor C1, and only the signal of the AC component is transmitted through the resistor R3. It is entered as the base of. At this time, a bias voltage is supplied to the resistors R1-R3 to drive the amplifying transistor Q1. On the other hand, the resistor R4 connected between the collector of transistor Q1 and the power supply voltage + Vcc is a load resistor.

따라서 트랜지스터 Q1의 베이스로 입력하는 교류신호는 트랜지스터 Q1의 콜렉터를 통해 증폭용 트랜지스터 Q2의 베이스로 입력 증폭되어 트랜지스터 Q2의 콜렉터로 출력된다.Therefore, the AC signal input to the base of the transistor Q1 is input and amplified to the base of the amplifying transistor Q2 through the collector of the transistor Q1 and output to the collector of the transistor Q2.

여기서 저항 R5와 R6은 보하저항 및 부하저항이 된다. 증폭용 트랜지스터 Q2의 콜렉터에서 출력된 증폭된 신호는 캐패시터 C3를 통해 직류성분이 제거되고, 직류성분이 제거된 교류신호가 다이오드 D1에 의해 양의 반파만이 정류되고 이 반파의 교류신호는 다이오드 D2를 통해 캐패시터 C4와 저항 R7로 이루어지는 RC시정수에 의한 충방전을 통해 피크치 검파된다.Here, resistors R5 and R6 become the load resistance and the load resistance. The amplified signal output from the collector of the amplifying transistor Q2 is removed from the DC component through the capacitor C3, and the AC signal from which the DC component is removed is rectified only by the positive half wave by the diode D1. The peak value is detected by charging and discharging by the RC time constant consisting of the capacitor C4 and the resistor R7.

따라서 피크검파 정류회로(200)의 출력에서는 교류신호의 피크치와 동일한 직류전압을 얻게된다. 이 피크 검파된 직류전압은 저항 R8을 통해 연산증폭기(10)의 반전단자(-)로 입력되고 가변저항 VR1과 다이오드 D3,D4 및 저항 R9로 기준전압이 정해져 비반전단자(+)에 입력된다.Therefore, the DC voltage equal to the peak value of the AC signal is obtained at the output of the peak detection rectifier circuit 200. The peak-detected DC voltage is input to the inverting terminal (-) of the operational amplifier 10 through the resistor R8, and the reference voltage is set to the variable resistor VR1, the diodes D3, D4, and the resistor R9, and is input to the non-inverting terminal (+). .

따라서 비교기(300)에서는 상기 피크 검파된 직류전압과 상기 기준전압과 비교하여 기준전압이 크면 높은 전압을 기준전압이 작으면 낮은 전압을 출력한다. 따라서 비교기(300)의 비반전단자(-)로 입력하는 피크검파된 직류전압을 충분히 높게[증폭기(100)에서의 충분한 증폭]함으로써 비교기(300)의 출력직류 전압이 APD(600)의 광전변환 전기신호의 레벨의 변동을 조정할 수 있는 충분한 마진을 가지게 된다. 또한 비교기(300)의 출력은 저항 R10을 통해 AGC검사부(400)의 연산증폭기(20)로 입력된다. 이때 저항 R11과 R12에 의해 분압된 전압은 상기 연산증폭기(20)의 반전단자(-)로 입력되고 저항 R13과 가변저항 VR2에 의해 분압된 전압은 비반전단자(+)로 입력된다.Therefore, the comparator 300 outputs a high voltage when the reference voltage is large and a low voltage when the reference voltage is small compared with the peak detected DC voltage and the reference voltage. Therefore, the peak-detected DC voltage input to the non-inverting terminal (-) of the comparator 300 is sufficiently high (sufficient amplification in the amplifier 100) so that the output DC voltage of the comparator 300 is converted into photoelectric conversion of the APD 600. There is enough margin to adjust the fluctuations in the level of the electrical signal. In addition, the output of the comparator 300 is input to the operational amplifier 20 of the AGC inspection unit 400 through the resistor R10. At this time, the voltage divided by the resistors R11 and R12 is input to the inverting terminal (−) of the operational amplifier 20 and the voltage divided by the resistor R13 and the variable resistor VR2 is input to the non-inverting terminal (+).

따라서 비교기(300)가 동작을 하지 않게되면 연산증폭기(20)의 출력은 없게되고 따라서 트랜지스터 Q3은 오프상태가 되어 표시용 발광다이오드 D5는 소등상태에 있게된다. 반대로 비교기(300)가 동작을 하면 가변저항 VR2에 의해 연산증폭기(20)의 비반전단자(+)에 입력하는 전압레벨이 반전단자(-)의 전압레벨보다 높게되어 상기 연산증폭기(20)의 출력 직류전압은 양의 전압이 출력되므로 이 전압은 저항 R14을 거쳐 트랜지스터 Q3의 베이스에 인가되고 상기 트랜지스터 Q3는 온상태가 되며 표시용 발광다이오드 D5는 점등상태가 되게 된다.Therefore, when the comparator 300 does not operate, the output of the operational amplifier 20 is lost, and thus the transistor Q3 is turned off so that the display LED D5 is turned off. On the contrary, when the comparator 300 operates, the voltage level input to the non-inverting terminal (+) of the operational amplifier 20 by the variable resistor VR2 becomes higher than the voltage level of the inverting terminal (-). Since the output DC voltage is outputted with a positive voltage, this voltage is applied to the base of the transistor Q3 via the resistor R14, and the transistor Q3 is turned on and the display LED D5 is turned on.

한편 고전압 바이어스부(500)의 전압 레귤레이터(40)와 고전압 공급원(30)은 공지의 회로이다. 전압 레귤레이터(40)는 전원공급 전압 +Vcc를 입력단(Input)으로 입력하여 일정한 직류전압을 출력단(Output)으로 출력한다. 또한 상기 일정 직류전압은 캐패시터 C6-C8과 쵸오크 코일 L1으로 구성되는 평활용 필터에 의해 평활되어 고전압 공급원(30)의 전원단(Vcc)에 입력된다. 그러므로 고전압 공급원(30)은 전원공급전압 +Vcc의 변동에 대해 안정된 동작을 하게된다.Meanwhile, the voltage regulator 40 and the high voltage source 30 of the high voltage bias unit 500 are well known circuits. The voltage regulator 40 inputs a power supply voltage + Vcc to an input terminal and outputs a constant DC voltage to an output terminal. In addition, the constant DC voltage is smoothed by a smoothing filter composed of capacitors C6-C8 and choke coil L1 and input to the power supply terminal Vcc of the high voltage supply source 30. Therefore, the high voltage source 30 has a stable operation against the fluctuation of the power supply voltage + Vcc.

또한 비교기(300)의 출력은 제너다이오드 D6에 의해 전압이 제한되어 고전압 공급원(30)의 출력전압을 가변하게 된다. 여기서 제너다이오드 D6을 사용한 것은 APD(600)의 최대 역 바이어스 전압을 제한하기 위한 사용한 것이다. 즉, 비교기(300)의 출력직류 전압에 의해 고전압 공급원(30)에서 출력하는 APD(600) 역 바이어스 전압이 상기 최대 역 바이어스 전압보다 커지는 것을 방지하기 위해 고전압 공급원(30)의 입력전압을 상기 제너다이오드 D6로 제한시킨 것이다.In addition, the output of the comparator 300 has a voltage limited by the zener diode D6 to vary the output voltage of the high voltage supply source 30. The zener diode D6 is used here to limit the maximum reverse bias voltage of the APD 600. That is, in order to prevent the APD 600 reverse bias voltage output from the high voltage source 30 by the output DC voltage of the comparator 300 from becoming larger than the maximum reverse bias voltage, the input voltage of the high voltage source 30 may be increased. Limited to diode D6.

따라서 상기 비교기(300)의 출력 직류 전압에 상응하는 고전압이 상기 고전압 공급원(30)에서 출력하여 저항 R17, R19를 통해 출력단자(60)로 출력하여 제1도의 APD(600)에 역 바이어스로 전원이 공급되게 된다. 여기서 캐패시터 C10과 C9는 교류성분 바이패스용 캐패시터이이다. 그러므로 APD(600)에 큰 광신호가 인가될 경우 프리 및 메인증폭기(900)에는 큰 교류신호가 나타내게 되며 증폭기(100)에서 증폭기하여 피크검파 정류회로(200)에서 높은 직류전압을 비교기(300)에 입력하므로서 이 비교기(300)의 기준전압보다 높아지게 되므로 상기 비교기(300)의 출력에는 낮은 전압을 출력하게 된다. 이 낮은 전압을 입력하는 고전압 바이어스부(500)에는 낮은 전압을 APD(600)에 공급하여 증배계수를 낮게 한다. 그러므로 상기 APD(600)에 큰 광신호가 인가되었다 해도 APD(600)에서 출력되는 교류신호는 커지지 않게 된다.Therefore, a high voltage corresponding to the output DC voltage of the comparator 300 is output from the high voltage source 30 and output to the output terminal 60 through the resistors R17 and R19 to supply power with a reverse bias to the APD 600 of FIG. Will be supplied. Here, capacitors C10 and C9 are capacitors for the AC component bypass. Therefore, when a large optical signal is applied to the APD 600, a large AC signal is displayed in the pre and main amplifiers 900, and the high voltage is applied to the comparator 300 by amplifying the amplifier 100 in the peak detection rectifier circuit 200. Since the input voltage is higher than the reference voltage of the comparator 300, a low voltage is output to the output of the comparator 300. The high voltage bias unit 500 for inputting the low voltage is supplied with the low voltage to the APD 600 to lower the multiplication factor. Therefore, even when a large optical signal is applied to the APD 600, the AC signal output from the APD 600 does not become large.

또한 반대인 경우에는 비교기(300)에서 높은 전압이 고전압 바이어스부(500)에 인가되어 높은 전압을 APD(600)에 공급하여 증배계수를 높게 만든다.In the opposite case, a high voltage is applied from the comparator 300 to the high voltage bias unit 500 to supply a high voltage to the APD 600 to increase the multiplication factor.

그러므로 상기 APD(600)에 인가되는 광신호가 작아졌다 해도 APD(600)에서 출력되는 교류신호는 작아지지 않게 된다.Therefore, even if the optical signal applied to the APD 600 is small, the AC signal output from the APD 600 does not become small.

따라서 APD(600)의 출력신호는 거의 일정한 레벨을 유지하게 된다. 또한 제너다이이오드 D6에 의해 상기 고전압 공급원(30)에서 출력되는 고전압이 상기 APD(600)의 최대 역 바이어스 전압보다 커지는 것을 방지하므로 상기 APD(600)의 증배계수가 너무 높아짐에 따른 잡음증가를 억제하여 S/N비를 개선할 수 있다.Therefore, the output signal of the APD 600 is maintained at a substantially constant level. In addition, since the high voltage output from the high voltage source 30 by the zener diode D6 is prevented from becoming larger than the maximum reverse bias voltage of the APD 600, the increase in the multiplication factor of the APD 600 is suppressed, thereby suppressing the noise increase. S / N ratio can be improved.

상술한 바와 같이 본 발명은 광통신용 APD바이어스 회로에 있어서, APD에 공급되는 역 바이어스 전압을 최대역 바이어스 전압이하의 충분한 범위에서 조정하여 APD의 출력교류 신호의 레벨을 일정하게 하는 회로로서 증배계수가 너무 높아짐에 따른 잡음 증가를 억제하여 S/N를 개선시킬 수 있으며 APD가 항상 고속, 고감도 동작을 하게 할 수 있다.As described above, the present invention is an optical communication APD bias circuit, in which a multiplier coefficient is adjusted to adjust the reverse bias voltage supplied to the APD within a sufficient range below the maximum reverse bias voltage to make the level of the output alternating signal of the APD constant. S / N can be improved by suppressing noise increase as it gets too high and APD can always operate at high speed and sensitivity.

또한 APD바이어스 회로의 동작상태를 표시함으로서 감시자가 정상동작 여부를 용이하게 인식할 수 있다.In addition, by displaying the operating state of the APD bias circuit, the monitor can easily recognize whether the normal operation.

Claims

An optical signal receiver comprising a pre-amplifier and a main amplifier (900) for amplifying an electric signal photoelectrically converted by an aberrant photodiode (600) and an aberrant photodiode (600). And an amplifier 100 for amplifying the AC signal output from the main amplifier 900 to a predetermined gain level so as to sufficiently include the reverse bias supply range of the avalanche photodiode 600, and the amplifier 100. The peak detection rectification circuit 200 for half-wave rectifying an amplifier AC signal and detecting a peak value to output a DC voltage equal to the peak value of the AC signal, and compares the peak-detected DC voltage with a preset reference voltage to detect the peak. When the DC voltage is greater than the reference voltage, the comparator 300 for outputting a low DC voltage and vice versa and for outputting a high DC voltage, and the comparator 300 The output of the comparator 300 is input by inputting an output voltage to the AGC inspection unit 400 for monitoring the operation state of the aberrant photodiode 600 and indicating whether it is in normal operation and the output of the comparator 300. When the high DC voltage outputs a high high voltage to increase the multiplication coefficient of the Avalanche photodiode 600, the high voltage bias unit 500 for adjusting the reverse bias to output a low high voltage to lower the multiplication coefficient An avalanche photodiode bias circuit for optical communication.

The avalanche photodiode bias circuit for optical communication according to claim 1, wherein the amplifier (100) is composed of two stage amplifiers of an emitter ground amplifying NPN transistor (Q1) and a PNP transistor (Q2).

The inverting terminal (-) and the non-inverting terminal (+) are divided by the AGC inspection unit 400 by dividing the output of the comparator 300 into the resistors R11 and R12 and the resistors and the variable resistors R13 and VR2. The amplifier 20, the transistor Q3 driven according to the DC voltage level of the operational amplifier 20, and the light-emitting diode D5 which is turned on or off in accordance with the on / off of the transistor Q3. Avalanche photodiode bias circuit for optical communication, characterized in that consisting of).

The voltage regulator 40 of claim 1, wherein the high voltage bias unit 500 has a ground terminal GND grounded and inputs a power supply voltage to an input terminal, thereby outputting a constant DC voltage to an output terminal. Capacitor C6-C8 and choke coil L1 constituted as a smoothing filter for smoothing a constant DC voltage output from the voltage regulator 40, and a constant direct current with the ground terminal GND grounded and smoothed in the smoothing filter. Input the voltage to the power supply terminal (Vcc) to input the DC voltage output from the comparator 300 to the input terminal (Vin) to output a high voltage proportional to the increase and decrease of the output DC voltage of the comparator 300 to the output terminal (Vout) A high voltage source 30 outputting as a reverse bias of the aberrant photodiode 600, a cathode is connected to an input terminal Vin of the high voltage source 30, and an anode is grounded so that an input terminal of the high voltage source 30 is provided. Zener for limiting the upper limit of the output DC voltage of the comparator 300 input to (Vin) to prevent the high voltage output to the high voltage supply source 30 is greater than the maximum reverse bias voltage of the Avalanche photodiode 600 A diode D6, an AC component bypass capacitor C9 connected to an output terminal of the voltage regulator 40, and resistors R17, R18 for dividing the high voltage output from the output terminal Vout of the high voltage supply source 30; An aberrant photodiode bias circuit for optical communications, comprising a resistor R19 and a capacitor C10 for AC component bypass.