JP2000232418A

JP2000232418A - 光バースト送受信回路

Info

Publication number: JP2000232418A
Application number: JP3022099A
Authority: JP
Inventors: Naoki Nakase; 直樹中瀬
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの親局とｎ個の子局が光スターカプラを
介して接続されたＰＯＮシステムの子局が受ける受信レ
ベル差による受信感度特性の影響を緩和する光バースト
送受信回路を提供する。【解決手段】受信素子２の出力を増幅する増幅器３の
出力における受信レベルを基準電圧源８，１０と比較す
る比較器１２、１３を含む最小レベル及び最大レベル監
視回路を介して発行素子２３の駆動電流源２０用の駆動
電流制御回路１９及び／又は発光素子２３の発光出力を
光スイッチ２７，２９と光固定減衰器２８で制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光送受信回路、特
に光加入者システムにおける親局と子局が１対ｎ（複
数）構成で光スターカプラを介して接続されているＰＯ
Ｎシステムで使用される光送受信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】１つの親局と光スターカプラを介して接
続されるｎ個の子局で構成するＰＯＮシステム用光通信
回路において、親局の受信レベルは各子局と親局間のカ
プラの分岐損失と光ファイバーの伝送路損失を送出レベ
ルから除いたレベルとなり、局間のカプラ数と伝送距離
により異なる。

【０００３】図９に従来のＰＯＮシステム構成の一例
を、図１０に従来の信号伝送状態を示す。ここで、各子
局（子局１〜子局３）と親局の距離関係は、子局１＞＞
子局２＞＞子局３の関係にあると仮定する。各子局の受
信入力部では、下り信号として表すように、距離に応じ
て、レベルの異なる信号を受けることになる。これに対
して各子局の送信出力は、上り信号として表すように、
同一レベルの信号を送り出す。従って、親局の受信入力
部では、大小のレベル差をもつバースト信号となる。こ
こで最大の光信号振幅をＬ３とし、最小の光信号振幅を
Ｌ１とすると、親局の受信回路は、Ｌ３からＬ１のレベ
ル差を持つ信号に対して、高速に応答しなければならな
いこととなる。

【０００４】この親局と子局間で生じる信号レベル差に
対し応答する手段として、受信ダイナミックレンジが広
い光受信回路を用いるか、又は何らかの方法で受信信号
レベル差を小さくする工夫が必要となる。

【０００５】従来、この種の光バースト送受信回路は、
例えば、特願平０８−３１８３３３号の明細書に開示す
る如く、子局側で親局側からの光受信レベルの上限を監
視して、子局側の光送出レベルを下げる制御を行う。ま
た、親局側の受信信号レベル差を小さくし、大小様々な
光バースト信号を受信する親局に対して高速応答性を持
たせることを目的としていた。

【０００６】図１１は、従来の光バースト送受信回路の
一例を示すブロック図である。ディジタル光信号を電気
信号変換するフォトダイオードＰＤ２のカソード電極に
正電源１を接続し、ＰＤ２のアノード電極を前置増幅回
路３の入力と帰還抵抗回路４の端子に接続し、前置増幅
回路３の正極出力をＡＴＣ増幅回路５の入力に接続し、
前置増幅回路３の負極出力を帰還抵抗回路４の他の端子
に接続し、ＡＴＣ増幅回路５の出力をＬＩＭ（制限）増
幅回路６の入力に接続し、ＬＩＭ増幅回路６の出力をＴ
ＩＭ回路７の入力に接続し、ＴＩＭ回路７の出力をデー
タ出力端子２５に接続して光バースト受信回路を構成す
る。

【０００７】更に、前置増幅回路３の正電極出力を比較
器１２の正極入力に接続し、比較器１２の負極入力を基
準電圧源８に接続し、比較器１２の出力をＲＳフリップ
フロップ回路１５のセット（Ｓ）入力に接続し、パワー
オンリセット回路１４の出力をＲＳフリップフロップ回
路１５のリセット（Ｒ）入力に接続し、ＲＳフリップフ
ロップ回路１５の出力をレベル変換回路１７の入力に接
続する。レベル変換回路１７の出力を駆動電流制御回路
１９の入力に接続して光受信部を構成する。ディジタル
電気信号を光信号に変換するレーザダイオードＬＤ２３
のアノード電極に正電源２４を接続し、ＬＤ２３のカソ
ード電極をＬＤ駆動回路２１の出力に接続し、ＬＤ駆動
回路２１接地間に可変電流源２０を接続し、駆動電流制
御回路１９の出力を可変電流源２０の制御入力に接続し
て光送信部を構成する。

【０００８】図９のＰＯＮシステム構成と図１０の信号
伝送状態及び図１２の従来の送受信回路のタイムチャー
ト（子局３）と図１３の従来の送受信回路のタイムチャ
ート（子局１）を参照して従来技術の動作を説明する。

【０００９】まず、図９と図１０において、上述と同様
に、各子局（子局１〜子局３）と親局の距離関係は、子
局１＞＞子局２＞＞子局３の関係にあると仮定する。こ
こで、初期状態で子局３の送出レベルがＬ３になってお
り、子局３と親局の距離が最短距離にあり、親局で受け
る受信レベルもＬ３になっているものと仮定する。次に
子局１は最長距離にあり、親局で受ける受信レベルが、
最小の光信号振幅Ｌ１になっていると設定する。また、
親局の受信可能な信号レベル範囲は、最小レベルがＬ
１、最大レベルがＬ２（Ｌ２＜Ｌ３）になっているとも
のとする。

【００１０】図１２において、子局３の受信部は信号レ
ベルＬ３をもつ信号が入力されると前置増幅回路３によ
り固定倍率で増幅される。

【００１１】ここで、増幅された前置増幅回路の正極出
力振幅に対して、比較器１２により予め、信号レベルＬ
２を識別できる様に基準電圧源８を設定しておく（ここ
で基準電圧をＶｄ１と設定する）ことで、電源投入時に
リセット状態にある次段ＲＳフリップフロップ回路１５
はセット状態になる（この時のＲＳフリップフロップ回
路１５の出力振幅をＶｄ２とする）。これを受け、レベ
ル変換回路１７は、次段の駆動電流制御回路１９が許容
できる小振幅（Ｖｄ３）信号にレベル変換を行い、駆動
電流制御回路１９を動作させ、可変電流源２０によりＬ
Ｄ駆動回路２１から出力するＬＤ駆動電流は制限され
る。これにより、子局３の光送信出力振幅はＬ２に抑え
られる。

【００１２】図１３において、子局１の動作を説明す
る。子局１では親局と距離が離れている為、受信信号振
幅Ｌ１をもつ信号が入力される。入力信号は、他の受信
部と同様に前置増幅回路３により固定倍率で増幅される
が、予め、信号レベルＬ２を識別できる様に基準電圧源
８を設定されている為、基準電圧Ｖｄ１を越えず、比較
器１２以降の制御系は動作しない。電源投入時にリセッ
ト状態にある次段ＲＳフリップフロップ回路１５はリセ
ット状態を保持し、駆動電流制御回路１９も動作せず、
ＬＤ駆動回路は、通常のＬＤ駆動電流を流し、光送出振
幅はＬ３の状態で親局に送られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光バー
スト送受信回路は、次のような問題点または課題を有す
る。すなわち、従来の問題点は、最小受光感度特性を得
る為の回路が複雑であり、設計が困難である、というこ
とである。その理由は、近端接続されている子局からの
信号レベルを下げることで、従来に比べ、受信ダイナミ
ックレンジは狭く設定でき、ガードタイム（バースト信
号間の無信号領域）中での大小異なるレベル差のある信
号を識別しやすくなり、高速応答性は、従来と比較する
と優れた。しかし、遠端接続された場合の最小受光感度
特性を得る為に必要となる前置増幅回路の設計の複雑さ
は変わらない。

【００１４】そこで、本発明の目的は、親局側で受信ダ
イナミックレンジを確保する回路構成をとらず、更に遠
距離間接続による微小なレベルの光信号入力に対する高
速応答性を確保する回路構成をとらない光バースト送受
信回路を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による光バースト送受信回路は、次のような
特徴的な構成を採用している。

【００１６】（１）受光素子及び該受光素子の出力を増
幅する増幅器を有する受信回路と、発光素子、該発光素
子の駆動回路、可変電流源及び起動電流制御回路を有す
る送信回路とを備える光バースト送受信回路において、
前記受信回路の前記増幅器の出力における受信レベルの
最小レベル及び最大レベルを監視するレベル監視回路を
設け、該レベル監視回路の出力で前記送信回路の前記駆
動電流制御回路を制御する光バースト送受信回路。

【００１７】（２）前記レベル監視回路は、夫々基準電
圧源に接続された１対の比較器、該比較器の出力で動作
するフリップフロッブ回路及び該フリップフロップ回路
の出力レベルを変換するレベル変換回路により構成する
上記（１）の光バースト送受信回路。

【００１８】（３）前記可変電流源は、トランジスタと
抵抗とによるミラー回路で構成する上記（１）又は
（２）の光バースト送受信回路。

【００１９】（４）前記駆動電流制御回路は、前記ミラ
ー回路の電流を切り替えるスイッチングトランジスタを
含む上記（３）の光バースト送受信回路。

【００２０】（５）前記レベル監視回路の出力により、
前記発光素子の発光出力を光スイッチ及び光減衰器を用
いて制御する上記（１）の光バースト送受信回路。

【００２１】（６）１つの親局とｎ個の子局が光スター
カプラを介して接続されたＰＯＮシステム用光通信回路
に使用される上記（１）乃至（５）のいずれかの光バー
スト送受信回路。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による光バースト送
受信回路の好適実施形態例を添付図を参照して詳細に説
明する。図１は、本発明による光バースト送受信回路の
実施形態例のブロック図を示す。尚、図１１の従来技術
を対応する素子には同じ参照符号を使用する。

【００２３】図１を参照すると、バースト光送受信回路
の受信部は、入力されたディジタル光信号を電気信号に
変換し所定の増幅率に増幅するカソード電極を正電源１
に接続したフォトダイオードＰＤ２と、このＰＤ２のア
ノード電極に接続された前置増幅回路３及び帰還抵抗回
路４を有し、増幅された信号の正極信号を最適なしきい
値を基に識別するＡＴＣ増幅回路５と、スライスし波形
を補正するＬＩＭ増幅回路６とリタイミングし、次段の
インターフェースに合ったレベルの信号をデータ出力端
子２５に出力するＴＩＭ回路７とを有する。また、前置
増幅回路３の正電極信号を基準電圧源８及び基準電圧源
１０に対して比較を行う１対の比較器１２及び１３を有
する。

【００２４】比較した結果を用いて動作させる電源投入
時にリセットされているＲＳフリップフロップ回路１５
及び１６を有する。これらＲＳフリップフロップ回路１
５、１６のセット出力信号から駆動制御回路１９を動作
させる所定のレベルに変換するレベル変換回路１７及び
１８を有する。送信部は、駆動電流制御回路１９から得
る制御信号を基にＬＤ駆動回路２１に与える電流を可変
する電流源２０を有する。アノード電極に正電源２４を
接続し、可変電流源２０により可変された電流に伴った
光信号を出力するレーザダイオードＬＤ２３を有する。

【００２５】図２にＰＯＮシステム構成を示し、図３に
図２の信号伝送状態を示す。ここで、各子局（子局０〜
子局３）と親局の距離関係は、子局０＞＞子局１＞＞子
局２＞＞子局３の関係にあると設定する。各子局０〜３
の受信入力部では、下り信号として表すように、距離に
応じて、レベルの異なる信号を受けることになる。これ
に対して各子局０〜３の送信出力は、上り信号として表
すように、同一レベルの信号を送り出す。従って、親局
の受信入力部では、大小のレベル差をもつバースト信号
となる。ここで、最大の光信号振幅をＬ３とし、最小の
光信号振幅をＬ０とすると、親局の受信回路は、Ｌ３か
らＬ０のレベル差を持つ信号に対して、高速に応答しな
ければならない。

【００２６】図２のＰＯＮシステム構成と図３に示す図
２の信号伝送状態及び図４の送受信回路のタイムチャー
ト（子局０）と図４の送受信回路のタイムチャート（子
局２）を参照して動作を説明する。

【００２７】先ず、図２及び図３において、初期状態で
子局３の送出レベルがＬ３になっており、子局３と親局
の距離が最短距離にあり、親局で受ける受信レベルもＬ
３になっているものと仮定する。次に、子局０は最長距
離にあり、親局で受ける受信レベルが、最小の光信号振
幅Ｌ０になっていると仮定する。また、親局の受信可能
な信号レベル範囲は、最小レベルがＬ１（Ｌ０＜Ｌ
１）、最大レベルがＬ２（Ｌ２＜Ｌ３）になっていると
ものとする。更に、子局０と子局１の距離は約１ｋｍ離
れているものと仮定し、光伝送路１ｋｍの損失は０．６
５ｄＢと仮定する。

【００２８】図４において、子局０の受信部は信号レベ
ルＬ０の信号が入力されると前置増幅回路３により固定
倍率で増幅される。ここで、増幅された前置増幅回路
３の正極出力振幅に対して、比較器１３により予め、信
号レベルＬ１を識別できるように基準電圧源１０を設定
しておく（ここで基準電圧をＶｕ４と設定する）こと
で、入力信号レベルがＬ１より低いことが確認される。

【００２９】これにより、電源投入時にリセット状態に
ある次段ＲＳフリップフロップ回路１６はセット状態に
なる（この時のＲＳフリップフロップ回路１６の出力振
幅をＶｕ５とする）。これを受け、レベル変換回路１８
は、次段の駆動電流制御回路１９が許容できる小振幅
（Ｖｕ６）信号にレベル変換を行い、駆動電流制御回路
１９を動作させ、可変電流源２０によりＬＤ駆動回路２
１から出力するＬＤ駆動電流は増加される。これによ
り、子局０の光送信出力振幅はＬｕ３に増加する。ま
た、前値増幅回路３の正極出力振幅に対して、比較器１
２により予め、信号レベルＬ２を越えた場合に識別出来
るように基準電圧源８を設定しておくが、入力信号レベ
ルが充分小さく、基準電圧源８の電圧値を越えない為、
比較器１２以降の制御系は動作しない。従って、駆動電
流を抑圧する制御は働かない。

【００３０】ここで、制御前のＬＤ２３の駆動電流を３
０（ｍＡ）、しきい値電流を１５（ｍＡ）、微分量子効
率を０．１５（Ａ／Ｗ）と設定した場合、光出力電力Ｐ
ｆは３．７５（ｍＷ）と算出でき、５．７４（ｄＢｍ）
となる。

【００３１】従って、０．６５ｄＢの線路損失に対し
て、６．３９（ｄＢｍ）の光電力が必要となる。ＬＤ２
３の同一条件化にて、逆算し駆動電流増加分を求める
と、４．１（ｍＡ）の増加が必要となる。通常、伝送路
間のレベル規程に対して、光出力電力の規程は測定誤
差、測定器差を考慮して、±１ｄＢのマージンをもって
おり、ここで増加分と考える０．５ｄＢ程度のレベル増
加は許容範囲である。

【００３２】図５において、子局２の動作を説明する。
子局２では親局と距離が子局１に比べ近くにある為、受
信信号振幅Ｌ２をもつ信号が入力される。入力信号は、
他の受信部と同様に前置増幅回路３により固定倍率で増
幅されるが、予め、入力信号レベルが信号レベルＬ１よ
り低い場合に識別できるように基準電圧源１０を設定さ
れている為、基準電圧Ｖｕ４を越えた場合、比較器１３
以降の制御系は動作しない。電源投入時にリセット状態
にある次段ＲＳフリップフロップ回路１６はリセット状
態を保持し、駆動電流制御回路１９も動作しない。

【００３３】ＬＤ駆動回路２１は、通常のＬＤ駆動電流
を流し、光送出振幅はＬ３の状態で親局に送られる。ま
た、前値増幅回路３の正極出力振幅に対して、比較器１
２により予め、信号レベルＬ２を越えた場合に識別でき
るように基準電圧源８を設定しておく。この場合、基準
電圧源８の電圧値を越えない為、比較器１２以降の制御
系は動作しない。従って、駆動電流を増加させる制御及
び駆動電流を抑圧する制御は働かない。

【００３４】子局３の動作を説明する。子局３では親局
と距離が一番近くにある為、受信信号振幅Ｌ３を持つ信
号が入力される。上述した従来回路動作と同様に前値増
幅回路３により固定倍率に増幅され、予め設定しておい
た基準電圧源８の設定電圧値を越える為、比較器１２以
降の駆動電流を抑圧する制御系が動作し、ＬＤ駆動電流
は制限され、光送出振幅はＬ２に抑えられる。また、受
信信号振幅Ｌ３は、基準電圧源１０で予め設定した電圧
より充分に大きい為、比較器１３以降の制御系は動作し
ない。

【００３５】一例として、図６に本発明の前置増幅回路
３と帰還抵抗回路４について、具体例の詳細図を示す。
前置増幅回路３は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ３
１、３５、抵抗３２、３６、整流素子３３、３７からな
るエミッタ接地増幅回路にて形成し、トランジスタ４
２、電流素子４３及び抵抗４４を含む反転増幅出力に帰
還抵抗回路４を接続して構成する。この前置増幅回路３
は、フォトダイオードＰＤ２より入力される受信電流
を、固定倍率にて増幅する。

【００３６】図７に本発明の駆動電流制御回路１９と可
変電流源２０の詳細図を示す。駆動電流制御回路１９
は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５６、５７、６
０、６１と抵抗５８、６２、６３、６４よりスイッチン
グ回路を形成し、ＲＳフリップフロップ回路１５又はＲ
Ｓフリップフロップ回路１６がセット状態になったと
き、各々のレベル変換された信号を受け、ＮＰＮ型バイ
ポーラトランジスタ５６と５７を各々動作させ、抵抗４
９、５３、５５、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ５
１、５４からなる電流源に流れる電流を制御する。

【００３７】可変電流源２０は、ＮＰＮ型バイポーラト
ランジスタ５０、５１、５４と抵抗４８、４９、５２、
５３、５５により、ミラー回路を形成する。これは、駆
動電流制御回路１９により制御され、ＮＰＮ型バイポー
ラトランジスタ５１を流れる電流と同一の電流をＮＰＮ
トランジスタ５０に流し、次段のＬＤ駆動回路２１を動
作させる。

【００３８】次に、本発明による第２の実施の形態につ
いて図８を参照して詳細に説明する。この第２の実施形
態例は、第１の実施形態例と同じ回路を多数使用するの
で、対応回路には同じ参照符号を附し、相違点を中心に
説明する。

【００３９】図８の光バースト送受信回路は、光スイッ
チ２７、２９、光固定減衰器２８及び光送信出力端子３
０を有する。受信入力振幅が大きい場合（Ｌ３）に、駆
動電流を制御せずに、送信側の光伝送路に設けられた光
スイッチ２７、２９を切替え、光固定減衰器２８が付加
されている伝送路に信号を通過させることで、送信出力
にロス（損失）を持たせる。前置増幅回路３の固定倍率
で増幅された信号振幅が、比較器１２にて基準電圧源８
を越えなければ、光スイッチ２７、２９にて、固定減衰
器を付加していない伝送路が選ばれ、所定の送出振幅
（Ｌ３）にて信号が送られる。

【００４０】光スイッチ２７、２９と光固定減衰器２８
を用いて、光伝送路を切替えることで、送信部分と受信
部分の電気的なパスがなくなり、制御時に起こるスイッ
チングノイズの送受信間のノイズの回り込みは抑制でき
る。しかし、光固定減衰器２８の減衰量のバラツキ精
度、光スイッチ２７、２９通過による損失分の追加等
を考慮しなければならない。

【００４１】以上、本発明による光バースト送受信回路
の好適実施形態例を詳述した。しかし、本発明は斯かる
特定例のみに限定されるべきではなく、特定用途に応じ
て種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に
理解できよう。

【００４２】

【発明の効果】上述の如く、本発明の光バースト送受信
回路によれば以下のような顕著な効果が得られる。

【００４３】第１の効果は、遠距離間伝送により必要と
なる親局側の最小受信感度特性を緩和できる。その理由
は、子局側で親局側からくる最小レベル付近の受信レベ
ルを監視し、子局側から送出するレベルを増加する制御
を行うことが可能となるからである。

【００４４】第２の効果は、親局の受信回路にて、最小
受信感度特性を得る為の回路の複雑さを緩和できる。そ
の理由は、上述した第１の理由と同様に、子局側で親局
側から来る最小レベル付近の受信レレベルを監視し、子
局側から送出するレベルを増化する制御を行うことが可
能となるからである。

【００４５】また、第３の効果は、親局側で受信ダイナ
ミックレンジを狭く設定することが可能となる。その理
由は、子局側で親局から来る信号レベルの最小レベルと
最大レベルを夫々監視し、子局側から送出するレベルを
増加及び制御する制御を行うことが可能となるからであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光バースト送受信回路の第１実施
形態例のブロック図である。

【図２】本発明の動作を説明する為のＰＯＮシステム構
成例である。

【図３】図２のＰＯＮシステムの信号伝送状態説明図で
ある。

【図４】図２のＰＯＮシステムの子局０のタイムチャー
トである。

【図５】図２のＰＯＮシステムの子局２のタイムチャー
トである。

【図６】図１の前置増幅回路と帰還抵抗回路の回路側で
ある。

【図７】図１の駆動電流制御回路と可変電流源の回路例
である。

【図８】本発明による光バースト送受信回路の第２実施
形態例のブロック図である。

【図９】一般的なＰＯＮシステム構成図である。

【図１０】図９のＰＯＮシステムの信号伝送状態説明図
である。

【図１１】従来の光バースト送受信回路のブロック図で
ある。

【図１２】図９のＰＯＮシステムの子局３のタイムチャ
ートである。

【図１３】図９のＰＯＮシステムの子局１のタイムチャ
ートである。

【符号の説明】

２受光素子（フォトダイオード）３前置増幅回路８、１０基準電圧源１２、１３比較器１５、１６フリップフロップ回路１７、１８レベル変換回路１９駆動電流制御回路２０可変電流源２１発行素子駆動回路２３発光素子（レーザダイオード）２７、２９光スイッチ２８光固定減衰器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/20 17/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光素子及び該受光素子の出力を増幅する
増幅器を有する受信回路と、発光素子、該発光素子の駆
動回路、可変電流源及び起動電流制御回路を有する送信
回路とを備える光バースト送受信回路において、前記受信回路の前記増幅器の出力における受信レベルの
最小レベル及び最大レベルを監視するレベル監視回路を
設け、該レベル監視回路の出力で前記送信回路の前記駆
動電流制御回路を制御することを特徴とする光バースト
送受信回路。
【請求項２】前記レベル監視回路は、夫々基準電圧源に
接続された１対の比較器、該比較器の出力で動作するフ
リップフロッブ回路及び該フリップフロップ回路の出力
レベルを変換するレベル変換回路により構成することを
特徴とする請求項１に記載の光バースト送受信回路。
【請求項３】前記可変電流源は、トランジスタと抵抗と
によるミラー回路で構成することを特徴とする請求項１
又は２に記載の光バースト送受信回路。
【請求項４】前記駆動電流制御回路は、前記ミラー回路
の電流を切り替えるスイッチングトランジスタを含むこ
とを特徴とする請求項３に記載の光バースト送受信回
路。
【請求項５】前記レベル監視回路の出力により、前記発
光素子の発光出力を光スイッチ及び光減衰器を用いて制
御することを特徴とする請求項１に記載の光バースト送
受信回路。
【請求項６】１つの親局とｎ個の子局が光スターカプラ
を介して接続されたＰＯＮシステム用光通信回路に使用
されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
載の光バースト送受信回路。