JPH04283971A - 光受信回路 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光受信回路に関し、特
にアバランシェ・フォト・ダイオードを利用した光受信
回路に関するものである。

【０００２】光ファイバ通信等においては、光信号の受
光レベルは変動するので、光受信回路の出力レベルを一
定にしてダイナミックレンジを広くとるためにＡＧＣ回
路（自動利得制御回路）が採用されているが、この場合
、ＡＧＣ動作をより正確に実現するためには、ＡＧＣ増
幅器を用いて電気信号の利得制御を行う電気ＡＧＣルー
プに加えて、電子なだれ増倍作用による電流増幅作用を
持ったアバランシェ・フォト・ダイオード（Ａｖａｌａ
ｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ：以下、ＡＰＤと呼
称する）の電流増倍率を制御して利得制御を行う光ＡＧ
Ｃループを設けることが必要になっている。

【０００３】

【従来の技術】図４は、このようなＡＧＣ動作を行う従
来の光受信回路（例えば、特開昭５９−２２８１３２号
公報）を示しており、１は光信号入力を電気信号に変換
・増幅するＡＰＤ、２はＡＰＤ１からの電気信号を増幅
する増幅器、３は増幅器２の出力信号の振幅を検出する
振幅検出回路、４は振幅検出回路３の検出振幅に対応し
たＡＧＣ電圧を電気ＡＧＣループにおいて発生し、増幅
器２に与えるＡＧＣ増幅器、そして５はＡＧＣ電圧に対
応したバイアス電圧を光ＡＧＣループにおいて発生し、
ＡＰＤ１に与えるＤＣ／ＤＣコンバータ、をそれぞれ示
している。

【０００４】次に、この従来例における動作を説明する
と、まず、光ファイバ等からの光信号入力はＡＰＤ１で
受光されて電気信号に変換されると同時にＡＰＤ１の電
流増倍作用によって増幅され、更に増幅器２で増幅され
た後、振幅検出回路３でピーク−ピークの振幅が検出さ
れる。

【０００５】そしてＡＧＣ増幅器４では、振幅検出回路
３で検出された振幅レベルに対応して、基準電圧（図示
せず）とこの入力振幅レベルとの差分電圧を反転増幅す
ることにより発生させたＡＧＣ直流電圧を増幅器２へ供
給する。

【０００６】これにより、増幅器２は出力振幅に反比例
したＡＧＣ電圧が供給されて、その利得を加減するよう
に制御し、出力振幅を一定に保つようにする。

【０００７】また、このＡＧＣ電圧はＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５にも供給されており、このＡＧＣ電圧に対応して
負極性の直流高電圧値に変換してから、図２のＡＰＤ特
性図に示されるような範囲のバイアス電圧としてＡＰＤ
１に供給している。

【０００８】これにより、例えば光信号入力が小さくな
ると、増幅器２の出力が減少してＡＧＣ電圧が大きくな
るにつれ、ＡＰＤ１に供給されるバイアス電圧は同図に
示す降伏電圧（ブレークダウン電圧）ＶＢＤ近傍迄、増
大することになってＡＰＤ１における電流増倍率が増大
され、出力を一定にするように光ＡＧＣ制御が行われる
ことになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の光受
信回路では、増幅器２に対してはＡＧＣ電圧の印加によ
る利得制御、ＡＰＤ１に対してはバイアス電圧印加によ
る電流増倍率の制御という２つのＡＧＣループによって
、入力光レベルが変動しても光受信回路の出力レベルを
一定に保つように構成している為、光信号入力が“断”
状態又は異常に低下した場合でも、このＡＧＣループの
動作によってＡＰＤ１及び増幅器２の利得を増大するよ
うに制御が行われる。

【００１０】このため、ＡＰＤ１へのバイアス電圧がど
んどん増大して図２に示すような降伏電圧ＶＢＤを越え
るまでになってしまい、ＡＰＤ電流（暗電流）が急激に
負方向に増加して、ついにはＡＰＤ１が完全な降伏状態
となってしまう。

【００１１】このような降伏状態に陥った場合、ＡＰＤ
１は大きなショットノイズを発生し、このノイズは復調
出力雑音として、通常の信号振幅の２〜３倍の振幅とな
って現れる為、本光受信回路の後段に接続された発光素
子等を用いたモニタ回路等に悪影響を及ぼし、場合によ
ってはこれらを破壊又は劣化させる虞れがあると言う問
題があった。

【００１２】従って、本発明では、光入力信号を電気信
号に変換・増幅するＡＰＤと、該電気信号を増幅する増
幅器と、該増幅器の出力振幅を検出する回路と、検出さ
れた振幅に対応して該増幅器に利得を制御する為のＡＧ
Ｃ　電圧を与えて該増幅器の出力振幅を一定にする利得
制御回路と、該ＡＧＣ　電圧を受けて該ＡＰＤに電流増
倍率を制御するバイアス電圧を与えるバイアス電圧発生
回路とを備えた光受信回路において、光信号入力が“断
”状態又は異常に低下した場合でも、ＡＰＤがショット
ノイズを発生しないような光受信回路を実現することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑みると、
光受信回路に入力する光信号が“断”状態又は異常に低
下した場合に発生するＡＰＤのショットノイズによる悪
影響を無くす為には、ＡＰＤがショットノイズを発生し
たことを検出して、逆にＡＰＤがノイズを発生しなくな
るように、ＡＰＤにバイアス電圧を小さくするようなフ
ィードバックをかければ良いことに本発明者は着眼した
。

【００１４】そこで、上記の目的を達成するための本発
明に係る光受信回路では、図１に原理的に示すように、
光入力信号を電気信号に変換・増幅するＡＰＤ１と、該
電気信号を増幅する増幅器２と、該増幅器２の出力振幅
を検出する回路３と、該検出された振幅に対応して該増
幅器２に利得を制御する為のＡＧＣ　電圧を与えて該増
幅器２の出力振幅を一定にする利得制御回路４と、該Ａ
ＧＣ電圧を受けて該ＡＰＤ１に電流増倍率を制御するバ
イアス電圧を与えるバイアス電圧発生回路５とを備えた
従来の光受信回路において、該増幅器２の出力側にノイ
ズ検出回路６を設けると共に該利得制御回路４と該バイ
アス電圧発生回路５との間に切替器７を設け、該ノイズ
検出回路６が、該増幅器２からのノイズ出力を検出した
時、該切替器７を切り替えて該バイアス電圧発生回路５
に該ノイズ出力レベルに対応した制御電圧を与えること
により該ＡＰＤ１からノイズを発生させないようにして
いる。

【００１５】

【作用】図１に示した本発明による光受信回路の動作に
おいては、まず、ＡＰＤ１に入力する光信号入力のレベ
ルが正常の場合、即ち、ＡＰＤ１からノイズが発生して
いない状態では、切換器７は、図示のような位置に在り
、この場合には、図４に示した従来例と同じ電気ＡＧＣ
ループと光ＡＧＣループを構成して出力振幅が一定にな
るように制御している。

【００１６】一方、光信号入力が“断”状態又は異常に
低下して前述したように降伏状態のＡＰＤ１からノイズ
が発生した状態では、増幅器２の出力側に新たに設けた
ノイズ検出回路６で、増幅器２からのノイズ出力を検出
して切替器７を利得制御回路４からノイズ検出回路６の
出力側に切り替える。

【００１７】そしてノイズ検出回路６は、検出したノイ
ズレベルに対応した制御電圧（直流電圧）を発生してバ
イアス電圧発生回路５に供給し、バイアス電圧発生回路
５はこの制御電圧をＡＰＤ１にバイアス電圧として与え
る。

【００１８】このバイアス電圧は図２に示すように、降
伏電圧ＶＢＤ以内において、ノイズレベルに対応して、
ノイズレベルが小さい時にはバイアス電圧が高く（絶対
値が大きく）、逆の場合にはバイアス電圧が低く（絶対
値が小さく）なるようにＡＰＤ１からノイズを発生させ
ないレベルの直流電圧であるので、ＡＰＤ１からはノイ
ズが発生されず、従って、この光受信回路の後続回路に
対するノイズの悪影響を取り除くことが出来る。

【００１９】

【実施例】図１に示した本発明による光受信回路の実施
例としては、利得制御回路４としてＡＧＣ増幅器及びバ
イアス電圧発生回路５としてＤＣ／ＤＣコンバータをそ
れぞれ用いることができ、また切換器７としてはアナロ
グスイッチを用いることができる。

【００２０】図３は、図１に示したノイズ検出回路６の
一実施例を示されており、この実施例では、増幅器２の
出力のノイズ成分が通過するローパスフィルタ（ＬＰＦ
）６１、ローパスフィルタ６１の通過出力のピーク検出
を行うダイオード６２とキャパシタ６３、そして抵抗ｒ
１，ｒ２による分圧回路の基準電圧とキャパシタ６３の
ピーク検出出力電圧の差分電圧を増幅する差動増幅器６
４、とで構成されている。

【００２１】次に、このノイズ検出回路６の動作におい
ては、まず、ＡＰＤ１への光信号入力が通常状態の正常
レベルの場合には、増幅器２の信号出力は低周波成分が
少ない為、ローパスフィルタ６１の出力は僅かであり、
差動増幅器６４においては基準電圧を越えないため、そ
の出力信号は正極性であるため、アナログスイッチ７は
図１に示すように接点ａ側に接続されている。

【００２２】一方、光信号入力が“断”状態又は異常に
低下して降伏状態のＡＰＤ１からノイズが発生している
場合は、ノイズは全ての周波数成分を含むため、その低
周波成分がローパスフィルタ６１を通過してダイオード
６２とキャパシタ６３とでピーク検出され、差動増幅器
６４に供給される。

【００２３】このピーク検出出力電圧は基準電圧を越え
る程のレベルになると、差動増幅器６４の出力信号は負
極性となってアナログスイッチ７を切り替える。

【００２４】即ち、増幅器２の出力が通常状態のノイズ
レベルが殆ど発生していないか又は非常に低い場合には
、この負の直流電圧値（の絶対値）も非常に小さい為、
アナログスイッチ７は接点ａ側に接続されているが、ノ
イズが多く発生している状態では、この直流電圧値（の
絶対値）は大きくなる為、或る電圧閾値（＝基準電圧）
を境として破線で図示するように接点ｂ側に切り替えら
れる。

【００２５】従って、差動増幅器６４からの制御電圧は
アナログスイッチ７を経由してＤＣ／ＤＣコンバータ５
に供給される。

【００２６】ＤＣ／ＤＣコンバータ５はこの制御電圧を
降伏電圧ＶＢＤよりも（絶対値が）小さな範囲の直流電
圧に変換して出力する。この場合、コンバータ５はノイ
ズが大きくて負入力の絶対値が大きい時には絶対値が小
さなバイアス電圧を出力する。

【００２７】そしてＡＰＤ１はこの負の直流電圧をバイ
アス電圧として受けることにより、今の降伏状態から抜
け出し、図２に示すような暗電流を発生するのみとなり
、増幅器２の出力がノイズレベルが殆ど発生していない
か又は非常に低い状態に戻ることになる。

【００２８】尚、このような状態が続くと、ノイズ検出
回路６はノイズを検出しなくなる為、アナログスイッチ
７は再び元の接点ａ側に切り替えられ、一連のＡＧＣル
ープによりＡＰＤ１からノイズが同様に発生するが、前
述の処理を繰り返すことにより，増幅器２からはノイズ
が抑制されることとなる。

【００２９】また、ノイズ検出時にアナログスイッチ７
を開放状態にしないのは、何らかのバイアス電圧をＡＰ
Ｄ１に与えていないと光入力が再開した時に直ちに動作
が出来ないからである。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による光受
信回路では、電気ＡＧＣループと光ＡＧＣループの動作
によって利得制御が行われ増幅器の出力が一定に保たれ
る光受信回路において、光信号入力が“断”状態又は異
常に低下した場合にＡＰＤがノイズを発生したことを検
出して、ＡＰＤにバイアス電圧を小さくするような制御
電圧を印加するように構成したので、ＡＰＤ１が大振幅
のショットノイズを発生しなくなり、その結果、本光受
信回路の後段に接続された各種の回路等に破壊又は劣化
等の悪影響を及ぼさず、本光受信回路の各種光通信シス
テムへの適用範囲が拡大することとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光受信回路の原理構成ブロック図
である。

【図２】ＡＰＤにおけるバイアス電圧と光電流との関係
を示したグラフ図である。

【図３】本発明に係る光受信回路に用いるノイズ検出回
路の一実施例を示す図である。

【図４】従来例を示す構成ブロック図である。

【符号の説明】

１　　アバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）２
　　増幅器 ３　　振幅検出回路 ４　　利得制御回路 ５　　バイアス電圧発生回路 ６　　ノイズ検出回路 ７　　切替器 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光入力信号を電気信号に変換・増幅す
   るアバランシェ・フォト・ダイオード（１）　と、該電
   気信号を増幅する増幅器（２）　と、該増幅器（２）　
   の出力振幅を検出する回路（３）　と、該検出された振
   幅に対応して該増幅器（２）　に利得を制御する為のＡ
   ＧＣ　電圧を与えて該増幅器（２）　の出力振幅を一定
   にする利得制御回路（４）　と、該ＡＧＣ　電圧を受け
   て該ダイオード（１）　に電流増倍率を制御するバイア
   ス電圧を与えるバイアス電圧発生回路（５）　とを備え
   た光受信回路において、該増幅器（２）　の出力側にノ
   イズ検出回路（６）　を設けると共に該利得制御回路（
   ４）　と該バイアス電圧発生回路（５）　との間に切替
   器（７）　を設け、該ノイズ検出回路（６）　が、該増
   幅器（２）　からのノイズ出力を検出した時、該切替器
   （７）　を切り替えて該バイアス電圧発生回路（５）　
   に該ノイズ出力レベルに対応した制御電圧を与えること
   により該ダイオード（１）　からノイズを発生させない
   ようにしたことを特徴とする光受信回路。