JPH0465933A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は光受信回路に係わり、特に光信号を電気的信
号に変換し出力する光受信回路に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の光受信回路は、例えば特公昭６３−２５
７３８号「光受信器」に示されるような構成をとってい
る。

即ち、第５図に図示するように、ホトダイオード１００
が増幅器１０２の入力端１０４に接続され、増幅器１０
２の出力端１０６は、比較器１０８の正の入力端１１０
に接続されている。又、基準電位発生回路１１２が設け
られており、その出力端１１４は、抵抗Ｒ１００を介し
てピーク値検出回路１１６の負の入力端１１８に接続さ
れるとともに、抵抗Ｒ１０２及びＲ１０４を介して増幅
器１０２の出力端１０６に接続されている。

抵抗Ｒ１０２と、Ｒ１０４との間に存在するノードＷは
、ピーク値検出回路１１６の正の入力端１２０に接続さ
れている。ピーク値検出回路１１６の出力端１２２はダ
イオードＤ１００を介してノードＸに接続され、ここで
定電流源１１００を接続し、さらにノードＹでコンデン
サＣ１００を接続して比較器１０８の負の入力端１２４
に接続される。比較器１０８の出力端１２６は、受信器
の出力端１２８に接続されている。

このような回路構成とすることにより、ホトダイオード
１００に供給される光信号Ｅが変化しても、常にしきい
値を最適なレベルに自動的に設定できるようになる。

ところで、特願平１−１８０７１７号「塩ダイナミック
光受信回路」、特願平１−３１１３３４号「光受信回路
」にあるように、ホトダイオード１００が接続される増
幅器１０２に、正相、逆相の差動の出力を持つ増幅器を
用いることも提案されている。差動の出力を増幅器を用
いると、光信号Ｅの振幅を有効に活用することができ、
広帯域、広ダイナミックな増幅器とすることができる。

しかしながら、このような増幅器は、差動の出力を有す
るがために、前者のような、常にしきい値を最適なレベ
ルに設定できる回路に組み込んでも、正相、あるいは逆
相の出力の一方しか後段の回路に接続できず、得られべ
きゲインが略１／２になってしまい、その効果を充分に
発揮することができない。

即ち、前者の回路は、組み込まれる増幅器１０２を単相
の出力を持つものと前提されたものであり、従って、差
動の出力を持つ増幅器に対応できないものである。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、特公昭６３−２５７３８号「光受信器」
にあるような光受信器の回路構成では、差動の出力を持
つ増幅器を組み込むことに適合しないといった問題があ
った。

この発明は上記のような点に鑑みて為されたもので、差
動の出力を持つ増幅器を組み込むことに適合する光受信
回路の構成を実現し、広帯域、広ダイナミックな増幅器
を備え、かつ光信号が変化しても常にしきい値を最適な
レベルに自動的に設定される光受信回路を提供すること
にある。

Ｅ発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明の光受信回路は、光信号が供給され、該光信号
に応じた受信信号を出力する受光素子と、前記受信信号
が供給され、該受信信号に応じた正相受信信号及び逆相
受信信号を出力する増幅器と、前記正相受信信号及び逆
相受信信号が供給され、両信号のうち少なくとも一方の
信号成分のピーク値を検出し、該ピーク値に応じたピー
ク値信号を出力するピーク値検出回路と、前記ピーク値
信号が供給され、該ピーク値信号に応じた正相ピーク値
信号電流及び逆相ビーク値信号電流を出力する電圧−電
流変換回路と、前記正相受信信号から第１の抵抗を介し
て前記正相ピーク値信号電流に対応した信号成分を差し
引き得られる正相信号、及び前記逆相受信信号から第２
の抵抗を介して前記逆相ビーク値信号電流に対応した信
号成分を差し引き得られる逆相信号が供給され、両信号
を比較して両信号の大小関係に応じた出力信号を出力す
る比較器と、から構成されることを特徴とする。

（作用） 上記のような光受信回路によれば、光信号を受け、その
光信号に応じた受信信号を出力する受光素子と、その受
信信号に応じた正相受信信号及び逆相受信信号を出力す
る増幅器を備える。その正相受信信号及び逆相受信信号
の信号成分のビク値をピーク値検出回路によって検出し
、ピーク値検出回路は、そのピーク値に応じたピーク値
信号を出力する。そして、ピーク値信号に応じた正相ピ
ーク値信号電流及び逆相ピーク値信号電流を出力する電
圧−電流変換回路を備える。そして、正相ピーク値信号
電流及び逆相ピーク値信号電流に対応した信号成分を、
前記正相受信信号及び逆相受信信号から差し引き正相信
号及び逆相信号を得る。

この時、正相信号及び逆相信号は、前記光信号の変動、
即ち、信号振幅分の電圧を生じるように互いにレベルシ
フトされる。比較器は、これらのレベルシフトされた両
信号を比較するように構成される。

これにより、正相信号と逆相信号は、信号振幅分の半分
の箇所で比較器により比較され、比較器からは、例えば
両信号の大小関係に応じた出力信号が出力される。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明する
。

第１図はこの発明の第１の実施例に係わる光受信回路の
構成を示す回路図、第２図は第１の実施例に係わる光受
信回路の動作を示す波形図である。

同図に示すように、ホトダイオード１０のアノードはｖ
ＣＣに接続され、カソードは増幅器１２の入力端１４に
接続されている。増幅器１２は、その正相出力端１６を
ノードＡを介してピーク値検出回路１８の正相入力端２
０に接続し、逆相出力端２２をノードＢを介してピーク
値検出回路１８の逆相入力端２４に接続している。ピー
ク値検出回路１８は、その出力端２６を電圧〜電流変換
回路２８の入力端３０に接続している。電圧−電流変換
回路２８は、その相方端３２をノードＣを介して比較器
３４の正相入力端３６に接続し、逆相出力端３８をノー
ドＤを介して比較器３４の逆相入力端４０に接続してい
る。又、ノードＣは、抵抗Ｒ１０を介してノードＡに接
続され、ノードＤは抵抗Ｒ１２を介してノードＢに接続
されている。比較器３４の出力端４２は光受信回路の出
力端４４に接続されている。

次に、上記構成の光受信回路の動作について、計算式と
ともに説明する。

先ず、光信号Ｅの供給を受け、ホトダイオード１０は受
信信号１１Ｎを出力する。受信信号１１Ｎの供給を受け
た増幅器１２は、受信信号１１Ｎに応じた正相受信信号
Ｖ。十ＶＰ、及び逆相受信信号Ｖ、−ＶＰをそれぞれ出
力する。又、■ｏ＋■Ｐは正相受信信号の電圧値、及び
Ｖ。−ｖＰは逆相受信信号の電圧値も同時に表す。Ｖｏ
は直流電圧成分、■、は信号電圧成分（信号振幅）であ
る。

尚、本明細書中、各種信号を表す参照符号は、その電圧
値、あるいはその電流値と対応させて付す。

正相受信信号Ｖ。＋Ｖｐ、及び逆相受信信号ＶＯ−Ｖ、
の供給を受けたピーク値検出回路１８は、両信号の電圧
のピーク値を検出してピーク値信号Ｖｉを出力する。両
型圧のピークは信号振幅の電圧Ｖｐ　　（絶対値）の、
例えば２倍であり、ピーク値検出回路１８の出力端２６
から出力されるピーク値信号の電圧Ｖｉは、 Ｖ　ｉ　＝２　ｌ　Ｖｐ　　ｌ　　　　　　　−（１）
となる。

ピーク値信号Ｖｉの供給を受けた電圧−電流変換回路２
８は、ピーク値信号の電圧Ｖｉに応じた正相ピーク値信
号ＩＮ、及び逆相ピーク値信号■−を出力する。

ここで、電圧−電流変換回路２８の相互コンダクタンス
をｇｍと仮定する。

この場合、電圧−電流変換回路２８の正相出力端３２か
ら出力される正相ピーク値信号電流Ｉ＋は、 Ｉや−Ｉ。＋ｇｍΦＶｉ −Ｉｏ＋２・ｇｍｌＶｐｌ　　−（２）として出力され
る。

一方、逆相出力端３８から出力される逆相ピーク値信号
電流ｌ−は、 ｌ−−１０−ｇｍψＶｉ ＝　Ｉｏ　　２　・ｇｍ・ｌ　Ｖｐ　　ｌ　　−（３）
として出力される。

尚、Ｉｏはピーク値信号Ｖｉ供給以前に電圧−電流変換
回路２８に流れているであろう初期電流成分である。

この結果、比較器３４の正相入力端３６に入力される正
相信号電圧Ｖ＋は、抵抗ＲＩＯ及びＲ１２をそれぞれＲ
と仮定した場合、 Ｖ　＋　−Ｖ　ｏ十Ｖ　ｐ　　Ｒ１１１＋−Ｖ０−Ｒ・
Ｉｏ　　２ｇｍＲＩ　Ｖｐ　　ｌ　＋Ｖｐ・・・　（４
） となる。

又、逆相入力端４０に人力される逆相信号の電圧■−は
、 Ｖ−−Ｖ。−ＶＰ−Ｒ−１ ＝　Ｖｏ　−Ｒ−１ｏ　＋２ｇａ＋ＲＩ　Ｖｐ　　ｌ　
　Ｖｐ・・・　（５） となる。

ここでｇｍＲを（１／４）となるようにｇｍとＲの値と
を仮定すると、 （４）及び（５）式は、それぞれ Ｖ、　＝Ｖ□　−Ｒ−１ｏ　　（１／２）　　ｌ　Ｖｐ
　Ｉ　＋Ｖｐ・・・　（６） Ｖ−−Ｖ□　　−Ｒ−１ｏ　　＋（１／２）　　ｌ　　
ＶＰ　　Ｉ　　　Ｖｐ・・・　（７） と変形される。

（６）及び（７）式のそれぞれの右辺の第１項、第２項
は直流電圧成分であり等しい。第３項は信号振幅の電圧
ｖＰに応じて変化する直流電圧成分である。第４項は信
号振幅そのものの電圧である。

従って、第２図の波形図に示すように、増幅器１２から
出力される正相受信信号の電圧■。

＋Ｖ’ｐ、及び逆相受信信号の電圧Ｖ。−■、は、比較
器３４の正相入力端３６及び逆相入力端４０において、
それぞれ電圧Ｖ＋を持つ正相信号及び電圧Ｖ−を持つ逆
相信号として信号振幅Ｖ４分の電圧を生じるように互い
にレベルシフトされる。

これにより、第１の実施例による回路では、信号振幅Ｖ
Ｐの大きさによらず、常に、信号振幅ＶＰの半分の電位
の箇所で正相信号Ｖ＋と逆相信号Ｖ−とを比較器３４に
て比較させることができ、例えば両信号の電位の大小関
係が逆転した時、比較器３４は出力信号Ｖ　ＯＵＴを出
力するように構成できる。

次に、第２の実施例に係わる光受信回路について説明す
る。

第３図はこの発明の第２の実施例に係わる光受信回路の
構成を示す回路図、第４図（ａ）乃至（ｄ）は第２の実
施例に係わる光受信回路の動作を示す波形図である。尚
、これらの図面において、第１図及び第２図と同一の部
分については同一の参照符号を付し、異なる部分につい
てのみ説明する。

第３図に示すように、第２の実施例に係わる回路は、増
幅器１２の正相出力端１６をノードＦで分岐し、抵抗Ｒ
１４を介してノードＧに接続する。同様に、逆相出力端
２２をノードＨで分岐し、抵抗Ｒ１６を介してノードＧ
に接続する。そして、例えば抵抗Ｒ１４及びＲ１６を互
いに等しい抵抗値を持つように設定し、ノードＧを、正
相出力端１６〜逆相出力端２２間の電圧の略（１／２）
の電位となるように設定する。ノードＧは、ノードＪを
介して電圧−電流変換回路２８の逆相入力端３１に接続
される。さらに、ノードＪは抵抗Ｒ１８を介してノード
Ｋに接続され、このノードＫを介してピーク値検出回路
１８の逆相入力端２４に接続される。ピーク値検出回路
１８の正相入力端２０は増幅器１２の正相出力端１６に
ノドＡで接続される。ピーク値検出回路１８の出力端２
６はノードＬを介して電圧−電流変換回路２８の正相入
力端３０に接続される。ノードしには、定電流源１１０
が接続され、さらに定電流源１１０はノードＫに接続さ
れる。ノードＫには、さらにコンデンサＣＩＯが接続さ
れる。

次に、上記構成の光受信回路の動作について、計算式と
ともに説明する。

尚、定電流源１１０の電流値をＩｇと仮定する。

又、抵抗Ｒ１４及びＲ１６の抵抗値をそれぞれＲ１、抵
抗Ｒ１８の抵抗値をＲｇと仮定し、これら抵抗値の関係
を １　／　２　（Ｒ１）　＞　＞　Ｒｇ となるように設計するものとする。

又、抵抗ＲＩＤ及びＲ１２の抵抗値をそれぞれＲ１電圧
−電流変換回路２８の相互コンダクタンスをｇｍと仮定
し、これらの関係を Ｒ−ｇｍ−１／２ となるように設計するものとする。

■　光信号Ｅが小信号時、即ち、 Ｖｐｌ≦Ｉｇ−Ｒｇの時、 ピーク値検出回路１８は動作しないため、電圧−電流変
換回路２８の入力電圧Ｖｉは、Ｖｉ−１ｇ−Ｒｇ（一定
）　　　・・・（８）となる。

電圧−電流変換回路２８の出力電流Ｉ。及びＩ−は、 １、−１゜十ｇｍ・Ｖｉ −Ｉ。十ｇｍ−Ｒｇ−１ｇ（一定）・・・（９）１−−
１（、−ｇｍ−Ｖｉ −Ｉｏ−ｇｍ＊Ｒｇ拳１ｇ　（一定）−（１０）となる
。

従って、比較器３４への入力電圧Ｖ＋及びＶ−は、 Ｖ、−Ｖｏ＋ｖ、−１＋　−Ｒ ＝Ｖｏ　　Ｉ　ｏ　−Ｒ（１／２）Ｉ　ｇ−Ｒｇ　＋ｖ
ＰＶ−−Ｖ。−Ｖ、−１−Φ　Ｒ −Ｖ。−Ｉｏ　”　Ｒ＋（１／２）Ｉ　ｇ　”　Ｒｇ−
Ｖｐ・・・　（１２） となる。

（１１）及び（１２）式のそれぞれの右辺の第１項、第
２項は直流電圧成分である。第３項も直流電圧成分であ
るが、■やとＶ−とで互いに極性が逆である。これによ
り、小信号時及び無信号時のガード電圧の役割りを果た
す。

■　光信号Ｅが大信号時、即ち、 Ｖ、ｌ＞Ｉｇ−Ｒｇの時、 ピーク値検出回路１８は動作し始め、電圧−電流変換回
路２８の入力電圧Ｖｉは、 Ｖｉ＝ｌＶｐｌ　　　　　　　　　　・・・（１８）と
なる。

小信号時と同様な計算により、比較器３４への入力電圧
Ｖ＋及びＶ−は、 Ｖ＋−Ｖｏ−Ｉｏ　・Ｒ−（１／２）ｌ　Ｖｐ　　ｌ　
＋Ｖｐ・・・（１４） Ｖ−＝Ｖｏ　　　Ｉｏ　　−Ｒ＋（１／２）ｌＶｐｌ　
　−Ｖｐ・・・　（１５） となる。

（１４）及び（１５）式から判るように、第１の実施例
同様、信号振幅ＶＰの大きさによらず、常に信号振幅ｖ
Ｐの半分の電位、即ち、Ｖｏ−ＩＨの箇所で正相信号Ｖ
、と逆相信号Ｖ−とを比較させることかでき、例えば両
信号の電位の大小関係が逆転した時、比較器３４は出力
信号ｖ　ｏｕｔを出力するように構成できる。

第４図（ａ）乃至（ｂ）に第２の実施例に係わる光受信
回路の動作を示す波形図を示す。

同図（ａ）は１Ｖｐｌ＝０、即ち無信号時の波形を示し
ている。

同図（ｂ）は１ｖＰ　１く１ｇ−Ｒｇである信号時の波
形を示している。

同図（ｃ）はｌＶｐｌ＝Ｉｇ−Ｒｇである信号時の波形
を示している。

同図（ｄ）　はｌＶｐ　ｌ＞Ｉｇ−Ｒｇである信号時の
波形を示している。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、差動の出力を持
つ増幅器を組み込むことに適合する光受信回路の構成が
実現され、広帯域、広ダイナミックな増幅器を備え、か
つ光信号が変化しても常にしきい値を最適なレベルに自
動的に設定できる光受信回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例に係わる光受信回路の
構成を示す回路図、第２図は第１の実施例に係わる光受
信回路の動作を示す波形図、第３図はこの発明の第２の
実施例に係わる光受信回路の構成を示す回路図、第４図
（ａ）乃至（ｄ）は第２の実施例に係わる光受信回路の
動作を示す波形図、第５図は従来の光受信回路の構成を
示す回路図である。 １０・・・ホトダイオード、１２・・・増幅器、１１８
・・・ピーク値検出回路、２８・・・電流−電圧変換回
路、３４・・・比較器〇 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光信号が供給され、該光信号に応じた受信信号を出力す
   る受光素子と、 前記受信信号が供給され、該受信信号に応じた正相受信
   信号及び逆相受信信号を出力する増幅器と、 前記正相受信信号及び逆相受信信号が供給され、両信号
   のうち少なくとも一方の信号成分のピーク値を検出し、
   該ピーク値に応じたピーク値信号を出力するピーク値検
   出回路と、前記ピーク値信号が供給され、該ピーク値信
   号に応じた正相ピーク値信号電流及び逆相ピーク値信号
   電流を出力する電圧−電流変換回路と、前記正相受信信
   号から第１の抵抗を介して前記正相ピーク値信号電流に
   対応した信号成分を差し引き得られる正相信号、及び前
   記逆相受信信号から第２の抵抗を介して前記逆相ピーク
   値信号電流に対応した信号成分を差し引き得られる逆相
   信号が供給され、両信号を比較して両信号の大小関係に
   応じた出力信号を出力する比較器と、 から構成されることを特徴とする光受信回路。