JPH03101428A

JPH03101428A - 光受信機

Info

Publication number: JPH03101428A
Application number: JP2148460A
Authority: JP
Inventors: Fazlollah R Jahromi; ファズロラー　ルーイザデガン　ジャーロミ
Original assignee: STC PLC
Current assignee: STC PLC
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1991-04-26
Anticipated expiration: 2015-07-10
Also published as: ATE121246T1; EP0402044B1; EP0402044A3; AU5626490A; PT94217A; DE69018516T2; NO902480L; IE901937A1; IE901937L; GB2233525A; FI902702A0; DE69018516D1; JP3062543B2; ZA904247B; NO902480D0; EP0402044A2; US5111324A; GB8913306D0; FI902702A7; GB2233525B

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】本発明は、光フアイバ通信システムに使用される光受信
機に関する。

光学ファイバ通信システムの３つの基本部品は、ｉ、送
信さるべき電気信号を光の形に変換する送信機と、 ■、送信された光信号用の導波管として働く光ファイバ
と、 ■、送信された光信号を検出し、これを電気的な形に変
換する光受信機とである。

典型的な光受信機は光検出器、例えば高インピータンス
増幅器、一般にはトランスインピーダンス増幅器の入力
に接続された逆バイアスアバランシュホトダイオード（
ＡＰＤ）又はＰＩＮダイオードからなる。増幅器の出力
からの帰還回路は、通常光検出器に印加されたバイアス
の自動利得制御を提供するのに用いられる。

実際、光受信機は極めて多様な信号強度を扱わなければ
ならない。強い光信号が検出されると、それらは通常フ
ロンテンド増幅器の過負荷をもたらす。光受信機の最大
の感度と最小の過負荷の点の間の範囲は受信機のダイナ
ミックレンジと呼ばれる。

本発明は、動作範囲内で受信機の感度に影響を与えるこ
となく過負荷の基準を除去することによって光受信機の
ダイナミックレンジを増加させる手段を提供することを
目的とする。

受信された光信号から発生した時間平均直流光電流を調
べると、線形関係が存在することがわかる。しかし、受
信された光パワーが、発生した光電流に関してｄＢｍで
表現されると、第１図に示すような指数関数形の曲線が
得られる。

この曲線は、過負荷の問題の理解の基礎となる。

なぜなら、それはフロンテンド増幅器がその入力で扱わ
なければならない電流変化の種類を示すからである。

半導体ダイオードの特性を調べると、それに亘って現れ
る電圧に関してダイオード間を通る順方向バイアス電流
変化も同様に非線形で、第２図のように、指数形をとる
ことがわかる。

本発明によれば、光検出器のバイアスにおける電圧降下
の増加に応する光検出器の光電流を分岐するように配置
された電圧依存インピーダンスを含む逆バイアスされた
光検出器を有する光受信機が提供される。

本発明の実施例を以下添付図面を参照して説明する。

本発明は、第３ａ及び３ｂ図に示すように光ダイオード
Ｄ６と直列にダイオードＤ。を配置することにより、又
正しいバイアスを印加することにより、光電流は指数的
に変化しうるので、本質的に過負荷の問題の解決を提供
する。

光ダイオードＤ４によって発生した光電流は抵抗Ｒ＊と
ダイオード００間を通るバイアス電流を必要とするため
、第４図のようにダイオードＤ０と並列の抵抗Ｒ１の配
置はダイオードＤ０のバイアスの制御を可能にする。

非常に低い光レベルでは、発生した光電流は非常に小さ
く、マイクロアンペアのオーダである。

この段階では、バイアス電流は抵抗Ｒ１を介して供給さ
れるが、光のレベルが増加するにつれて、Ｒ１を流れる
バイアス電流Ｉｔはその電圧降下をもたらす。

第２図を参照すると、光信号の時間平均レベルによると
、この電圧降下は次第にダイオードをターンオンするダ
イオードＤ。のバイアス電圧Ｖ。

として作用する。

この抵抗の別の利点は、感知する時に、光ダイオードＤ
ａへの多くのバイアス電流は抵抗Ｒ１を通って供給され
ることである。このことは、ダイオードＤＯの雑音寄与
及び信号のＡＣ素子に影響を与える接合コンデンサＣ０
をも最小化する。

これ迄、光信号の時間平均ＤＣ効果だけが考えられてき
た。しかし、増加した光信号レベルと共に増加し、フロ
ンテンド増幅器の過負荷をもたらすＡＣ素子もある。

従って、実用的な解決法は、フロンテンド増幅器の入力
で、最大ＡＣ信号レベルを制限する手段を含まなければ
ならない。しかし、解決法は非常に近い信号レベルでＡ
Ｃ信号に影響すべきではない。

以前にいわれたことから、光ダイオードの最小負荷が起
こる時、最大感度が得られることがわかる。

光ダイオードが係わる限りにおいて、感度を提供するた
めには、ダイオードＤ。は非常に高いインピーダンスを
示さなければならない。ＡＣ信号に対して、このことは
、ダイオードＤＯが非常に小さい素子容量をもっていな
ければならないことを意味する。この要素は、作動周波
数が増加するにつれて、受信機の感度に対してより重要
となる。

半導体ダイオードを調べると、逆バイアス又は七ロバイ
アスの時に、ショットキーダイオードは非常に低い接合
容量を示し、そこでショットキーダイオードを使用しう
ろことがわかる。第５図に示すように、ダイオードが順
方向バイアスされるとダイオードの容量は指数的に増加
することがわかっている。ダイオードによって発生した
光電信号の振幅が増すにつれて、フロンテンド増幅器か
らのＡＣ信号を取り出すことが必要であるので、これは
ちょうど必要なことである。ダイオードＤ。

もかかる経路を提供する。ダイオードの他端に接続され
てた接地コンデンサはＡＣ分岐路を接地させるので、光
ダイオードのＡＣ信号に現れるインピーダンスはその動
作点でのダイオードＤ。のダイナミックインピーダンス
のそれのみである。

第６図の系統図では、光検出器り、が入力を介して受信
機フロンテンド増幅器Ａ７に接続される。

増幅器からの帰還回路は、利得制御信号をバイアス電圧
回路Ｂ７に提供する信号レベル検出器Ｓｅａを含む。バ
イアス電圧Ｖ、は抵抗Ｒ１を介して光検出器に印加され
る。光検出器り、は、コンデンサＣ及び抵抗Ｒ，と直列
のダイオードＤ。によって分岐される。ダイオードＤ。

は抵抗Ｒ０及びダイオードＤ、を介してバイアス源に接
続される。

低い光レベルでは、光検出器り、によって発生した光電
流■、は非常に小さく、従って、Ｒ１及びＤ４を通って
流れることが要求されるバイアス電流Ｉ＋　も極めて小
さい。この段階では、はとんどのバイアス電流はＲ１を
介して供給され、非常に小さい電流しかＤｏには流れず
、Ｄｏのインピーダンスは非常に高くなる。Ｄ４に印加
された光信号レベルが増加するにつれて、光電流Ｉ、も
増加する。このことは、Ｒ１を通って流れるより大きな
電流１１がＲ１の電圧ｖ１を大きくさせるようにする。

従って、Ｖ＋が、■、（Ｄｏの電圧）を加えたＶ、（Ｄ
、とＲ１間の電圧）に近づくにつれ、ダイオードＤＯは
次第にターンオンされる。

ｖ　　＝Ｖ、＋Ｌの時、ダイオードＤ。が順方向バイア
スされ、Ｄ、とＲ１を通る電流Ｉａ・が光検出ＢＤ、に
対する主バイアス電流供給となり始める。この段階では
、Ｄｏのインピーダンスは低下し、Ｄうによって発生し
た光電流のいくらかは、コンデンサＣ及び抵抗Ｒ０を介
して接地して分岐され、増幅器Ａ、に印加された入力信
号の振幅を制限する。インピーダンスの減少は、ダイオ
ードＤｏの非線形動作に因る。一般に、ショットキー素
子が低い接合容量、電流についての低い漏れとダイナミ
ックインピーダンスの適当な変化のため選択される。回
路は内蔵の帰還制御を有するので、Ｄｏを通って流れる
バイアス電流と信号電流へのインピーダンスを制御しな
がら、信号レベルの増加と共にバイアス電圧ｖｌはＶ−
＋Ｖｒ・に等しいままである。

Ｒ１が除去されても第６図の回路は依然として作動する
ことに注意すべきである。感度はわずかに減少するもの
のＤｏに流れる電流が非常に小さいため、それは、やは
り光検出器電流に対し高インピーダンスを示す。

受信機の過負荷には大きく２つの理由がある。

■つめの理由は、光の光学的信号レベルで、光検出器に
印加される十分なバイアス電流が欠如することである。

他の理由はフロンテンド増幅器Ａ。

が大きな入力信号レベルで飽和することである。

第２の理由が制限基準でなければ、コンデンサＣは除去
できる。

本発明の動作原理は第６図の特別な回路を用いた例によ
り説明された。しかし、同様の結果を達成するのに、当
業者にとっては明白である回路の配置が他に多くある。

例えば、第６図のダイオードＤ。によって例示される電
圧依存インピーダンスは、トランジスタによって与えら
れ、信号レベル検出器からの信号によって制御されうる
。

第７図に示す他の回路では、光検出器り、は増幅器Ａ、
の平衡構成で接続され、固定バイアスはＲ１１及びＲ１
２を介して印加される。光電流の分岐は電圧依存ダイオ
ードＤ。１及びり。２を介してなされ、信号電流の両極
を提供する。（実際のダイオードの直列ペアは容量効果
を減少するために使用されることに注意のこと。）。固
定バイアス供給のダイオードＤ１は、光検出器の感度を
向上させるダイナミックインピーダンスを提供する。ダ
イオードＤｓｌは温度不安定によるＤｌの変化を補償す
るために含まれる。ダイオードＤ、１及びＤｌ２はスイ
ッチングダイオードである。Ｄｓ＋及びＤ　Ｉ　２の順
方向バイアス電圧Ｖ、は、過負荷のダイオードがスイッ
チオンする点を制御する。

【図面の簡単な説明】

第１図は半導体光検出器における光電流と光パワーとの
関係を示す図、第２図は順方向バイアス電流の半導体ダイオードに亘る
電圧に関する関係を示す図、第３ａ及び３ｂ図は光受信機において、半導体ダイオー
ドを半導体光検出器と直列に配設した他の配置を示す図
、第４ａ及び４ｂ図はダイオードと並列な抵抗を有する第
３ａ及び３ｂ図の配置の変形例を示す図、第５図は接合
コンデンサとショットキー半導体ダイオードの逆バイア
ス電圧との関係を示す図、第６図は光受信機の回路系統
図、第７図は他の光受信機の回路系統図である。Ｄａ−光ダイオード、Ｄａ、ＤＯ％Ｄｍｌ、Ｄｌ２・ダ
イオード、Ｒ＊、Ｒ２、Ｒｃ・・・抵抗、■、−・・バ
イアス電圧、■１・°・・バイアス電流、ｃ、−゛接合
コンデンサ、Ａｆ・−・・フロンテンド増幅器、Ｂ、°
゛バイアス電圧回路、Ｓｅｔ・−”信号レベル検出器、
Ｃ・−コンデンサ、■、−・−・光電流、Ｖ　ｔ　””
Ｄ　ｏの電圧、■、−・Ｄ、とＲ１間の電圧、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光信号レベルの増加に応じてＡＣ光検出器の光電
流を分岐し、光検出器に対するバイアスを提供するよう
配置された電圧依存インピーダンスを有する逆バイアス
された光検出器を有する光受信機。
（２）光検出器を分岐する前記電圧依存インピーダンス
はコンデンサと直列のダイオードよりなり、受信機は、
光信号レベルの増加に応じて分岐ダイオードを順方向バ
イアスする手段を有する請求項１記載の光受信機。
（３）光検出器を分岐する前記電圧依存インピーダンス
は、光検出器に関する平衡構成で接続された第１及び第
２のダイオードよりなり、該第１及び第２のダイオード
はコンデンサを介して光検出器電流を分岐し、受信機は
、光信号レベルの増加に応じて依存する第１及び第２の
ダイオードを夫々順方向バイアスする手段を含む請求項
１記載の光受信機。
（４）前記電圧依存インピーダンスは信号レベル検出器
からの出力信号によって制御されるトランジスタインピ
ーダンスである請求項１記載の光受信機。
（５）電気的に直列に接続された集積電圧依存インピー
ダンスを有する光検出器。
（６）前記集積インピーダンスは低接合コンデンサを有
するダイオードである請求項５記載の光検出器。