JPH05259772A - 分離型ａｇｃ方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印加電圧に応じて電流利得を変える受光素子
の出力を受けて一定振幅のパルス信号を出力するように
する分離型ＡＧＣ方式に関し、ＡＧＣ回路の最小利得Ｇ
min が変動してもＡＰＤの最大受光レベルが低下しない
ようにすることを目的とする。 【構成】 入力光信号レベルが所定値以下のときには、
利得制御ループ手段２が作動して、出力電圧が一定にな
るように利得を帰還制御する。一方、入力光信号レベル
が前記所定値を越えるときには、受光素子制御ループ手
段３が作動して、受光素子１の出力電流を一定になるよ
うに帰還制御する。特に、受光素子制御ループ手段３が
利得制御ループ手段２とは別の構成のループであるた
め、利得制御ループ手段２における最小利得Ｇmin の変
動に、受光素子制御ループ手段３の作動が何ら影響を受
けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は分離型ＡＧＣ方式に関
し、特に印加電圧に応じて電流利得を変える受光素子の
出力を受けて一定振幅のパルス信号を出力するようにす
る光通信用の分離型ＡＧＣ方式に関する。

【０００２】一般に、光通信システムの受信側において
光電変換を行うための受光素子としてはＡＰＤ（Avalan
che Photo Diode)がよく用いられる。この素子は数百ボ
ルトの逆電圧が印加されたときにアバランシェ効果を発
生するが、その際に、印加電圧に応じて電子の増倍率Ｍ
が異なってくる。これによる電流利得の変化を利用し
て、入力光信号レベル（すなわち、パルス信号の振幅
値）が変動しても一定振幅の出力信号が出力されるよう
にしている。ただし、入力光信号レベルのダイナミック
レンジが広いため、自動利得調整（ＡＧＣ）回路が併用
されている。

【０００３】

【従来の技術】図３は、従来の光通信用ＡＧＣ方式の回
路を示すブロック図である。図中、受光素子であるＡＰ
ＤにはＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「Ｄ／Ｄコンバー
タ」と呼ぶ）３１が、ＡＰＤに逆電圧を印加するように
接続される。ＡＰＤには光送信回路からダイナミックレ
ンジの非常に広い（例えば６０ｄＢに及ぶ）光パルス信
号が入力し、ＡＰＤは、所定の範囲の逆電圧が印加され
ていれば、入力した光信号に応じた電気信号を、適切な
Ｓ／Ｎ値で出力する。

【０００４】ＡＰＤの出力はプリアンプ３２を介してＡ
ＧＣ回路３３に出力される。ＡＧＣ回路３３の出力は出
力端子３８に出力されるとともに、ピーク検出器３４に
出力される。ピーク検出器３４は、パルス信号であるＡ
ＧＣ回路３３の出力の振幅値を検出し、比較器３５に出
力する。また、比較器３５には基準電圧発生器３６から
基準電圧が入力する。この基準電圧は、出力端子３８に
出力されるパルス信号の振幅値の所望の一定値と同じ値
に設定される。比較器３５は、ピーク検出器３４からの
振幅値とこの基準電圧との差に応じた出力電圧をスイッ
チ回路３７に出力する。スイッチ回路３７は、比較器３
５からの入力電圧が所定の切替電圧値以下のときは、比
較器３５からの入力電圧をＡＧＣ回路３３に出力する。
これにより、ＡＧＣ回路３３、ピーク検出器３４、比較
器３５、およびスイッチ回路３７からなる第１の制御ル
ープが構成される。

【０００５】ＡＧＣ回路３３では、スイッチ回路３７か
らの入力電圧に応じて利得を可変しながら、プリアンプ
３２からの入力信号を増幅する。この利得の可変はスイ
ッチ回路３７からの入力電圧が「０」Ｖになるように制
御される。したがって、第１の制御ループによる帰還制
御の結果、出力端子３８に出力されるパルス信号の振幅
は、ＡＧＣ回路３３に入力する信号のレベルが所定範囲
にある限り、所望の一定値に制御される。

【０００６】しかし、入力光信号レベルが増大し、ＡＧ
Ｃ回路３３に入力する信号のレベルが所定範囲を越える
と、ＡＧＣ回路３３の出力信号の振幅は上記所望の一定
値よりも大きくなる。これは、ＡＧＣ回路３３が利得を
可変できる範囲に限度があり、特にＡＧＣ回路３３の利
得が最小利得Ｇmin になると、さらに大きな入力信号に
対して利得が変化せず、最小利得Ｇmin を維持するだけ
となる。そのため、ＡＧＣ回路３３の出力信号の振幅は
所望の一定値よりも大きな値となる。この結果、スイッ
チ回路３７に入力する比較器３５からの電圧が所定の切
替電圧値を越え、これに伴い、スイッチ回路３７は、比
較器３５からの出力電圧をＤ／Ｄコンバータ３１に出力
する。なお、スイッチ回路３７の上記所定の切替電圧値
は、「０」Ｖより僅か大きい値に設定される。

【０００７】Ｄ／Ｄコンバータ３１は、スイッチ回路３
７を経て比較器３５からの出力電圧が供給されていない
間は、所定の範囲内にある一定の逆電圧をＡＰＤに出力
している。一方、スイッチ回路３７を経て比較器３５か
ら出力電圧が供給されると、その出力電圧に応じた値だ
け、上記一定の逆電圧を低下させた電圧値をＡＰＤに出
力する。すなわち、入力光信号レベルが、ＡＧＣ回路３
３で制御できない程増大したときには、ＡＰＤに供給す
るアバランシェ効果用の逆電圧を低下させて電子の増倍
率Ｍを低下させ、これによりＡＰＤからの出力電流量を
低下させている。したがって、ＡＰＤ、プリアンプ３
２、ＡＧＣ回路３３、ピーク検出器３４、比較器３５、
スイッチ回路３７、およびＤ／Ｄコンバータ３１からな
る第２の制御ループが構成され、この帰還制御ループに
より、入力光信号レベルが更に増大した場合でも、ＡＧ
Ｃ回路３３の出力信号の振幅が所望の一定値に維持され
ることとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＡＧＣ回路３
３の上記最小利得Ｇmin は、周囲温度や電源電圧が変化
したときに変動する性質がある。この最小利得Ｇmin の
変動に起因してＡＰＤの最大受光レベルが低下し、ＡＰ
Ｄが高い入力光信号レベルに対して適切な出力信号を出
力できなくなるという問題点があった。これを、図４お
よび図５を参照して説明する。

【０００９】図４は、入力光信号レベルに対するＡＧＣ
回路３３の利得ＧおよびＡＰＤの増倍率Ｍの変化を示す
グラフである。すなわち、入力光信号レベルが低い間
は、第１の制御ループが作動して、ＡＰＤに印加される
逆電圧は一定で、増倍率Ｍ（実線で表示）が一定値を維
持している一方、ＡＧＣ回路３３の利得Ｇ（破線で表
示）は、入力光信号レベルが大きくなるに従い低下し
て、ＡＧＣ回路３３の出力信号の振幅を所望の一定値に
維持する。そして、ＡＧＣ回路３３の利得Ｇが、これ以
上低下できない最小利得Ｇmin に達すると、スイッチ回
路３７の作用により、第２の制御ループが作動して、Ａ
ＰＤの増倍率Ｍが低下して、ＡＧＣ回路３３の出力信号
の振幅を所望の一定値に維持する。図４は、ＡＧＣ回路
３３の最小利得Ｇmin が変動しない場合を示している。

【００１０】つぎに、図５は、ＡＧＣ回路３３の最小利
得Ｇmin が変動した場合の入力光信号レベルに対するＡ
ＧＣ回路３３の利得ＧおよびＡＰＤの増倍率Ｍの変化を
示すグラフである。グラフの中では、最小利得Ｇmin が
通常の最小利得Ｇmin0であるとき、利得Ｇおよび増倍率
Ｍの変化を実線で示し、最小利得Ｇmin が変動して大き
な値の最小利得Ｇmin1になったとき、それらを破線で示
し、また、最小利得Ｇmin が小さな値の最小利得Ｇmin2
になったとき、それらを一点鎖線で示している。

【００１１】まず、ＡＰＤの増倍率Ｍには帯域制限があ
り、その下限値は２〜３である。ハッチング部５１はそ
の制限域を示し、ハッチング部５１以下に増倍率Ｍを低
下させることはできない。したがって、最小利得Ｇmin
が通常の最小利得Ｇmin0であるとき、増倍率Ｍを低下で
きるのは点５３までである。点５３の入力光信号レベル
５４がＡＰＤの最大受光レベルとなり、このレベル以上
の入力光信号に対してはＡＰＤは適切な出力信号を出力
できない。

【００１２】最小利得Ｇmin が変動して大きな値の最小
利得Ｇmin1になった場合には、図５に示すように、ＡＰ
Ｄの増倍率Ｍ（破線）は、入力光信号レベルが通常より
も小さい値のときから低下を開始する。その結果、増倍
率Ｍは点５５においてハッチング部５１に達してしま
い、この点５５が相当する最大受光レベルは通常の最大
受光レベル５４よりも低く、したがって、最小利得Ｇmi
n が大きな値に変化した場合には最大受光レベルは低下
する。

【００１３】ところで、ＡＰＤの出力を増幅するプリア
ンプ３２は、ＡＰＤからの入力信号が大きくなりすぎる
と飽和して動作できなくなってしまう。つまり、そうし
た飽和が発生する領域が、ＡＰＤの増倍率Ｍが大きく、
かつ入力信号レベルが大きいところに存在する。ハッチ
ング部５２はそうした飽和が発生する領域を示してい
る。

【００１４】最小利得Ｇmin が変動して小さな値の最小
利得Ｇmin2になった場合には、図５に示すように、入力
光信号レベルが通常よりも大きな値になるまで、ＡＰＤ
の増倍率Ｍ（一点鎖線）が一定値に保持される。この
間、入力光信号レベルが増大するから、ＡＰＤの出力値
は大幅に増大する。その結果、第２の制御ループに切り
替わった時には、増倍率Ｍがハッチング部５２内に入っ
ていて、プリアンプ３２が飽和して動作ができないこと
となる。つまり、この場合の最大受光レベルは、増倍率
Ｍがハッチング部５２に突入する点５６に対応する入力
光信号レベルとなり、これは通常の最大受光レベル５４
よりも大幅に低下する。

【００１５】以上のように、ＡＧＣ回路３３の最小利得
Ｇmin が変動することによってＡＰＤの最大受光レベル
が低下する。したがって、ＡＰＤが高い入力光信号レベ
ルに対して適切な出力信号を出力できなくなる。なお、
最小利得Ｇmin を安定化することは非常にむずかしい。

【００１６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、ＡＧＣ回路の最小利得Ｇmin が変動してもＡ
ＰＤの最大受光レベルが低下しない光通信用ＡＧＣ方式
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は、上記目的を達成
するために提案された本発明の原理を説明する図であ
る。本発明の分離型ＡＧＣ方式は、入力光信号レベルが
所定値以下のときに、自身の出力電圧を帰還して出力電
圧が一定になるように利得を制御する利得制御ループ手
段２と、利得制御ループ手段２とは別の構成のループで
あり、入力光信号レベルが前記所定値を越えるときに、
受光素子１に加える印加電圧を受光素子１の出力電流に
応じて帰還制御する受光素子制御ループ手段３とを有す
る。

【００１８】

【作用】上記構成により、入力光信号レベルが所定値以
下のときには、利得制御ループ手段２が作動して、出力
電圧が一定になるように利得を帰還制御する。

【００１９】一方、入力光信号レベルが前記所定値を越
えるときには、受光素子制御ループ手段３が作動して、
受光素子１の出力電流を一定になるように帰還制御す
る。特に、受光素子制御ループ手段３が利得制御ループ
手段２とは別の構成のループであるため、利得制御ルー
プ手段２における最小利得Ｇmin の変動に、受光素子制
御ループ手段３の作動が何ら影響を受けない。したがっ
て、受光素子制御ループ手段３でループ構成される受光
素子１の最大受光レベルの低下を招くことがない。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は、本発明に係る分離型ＡＧＣ方式の回路
を示すブロック図である。図中、受光素子であるＡＰＤ
にはＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「Ｄ／Ｄコンバー
タ」と呼ぶ）１１が、ＡＰＤに逆電圧を印加するように
接続される。

【００２１】ＡＰＤの出力はプリアンプ１２を介してＡ
ＧＣ回路１３に出力される。ＡＧＣ回路１３の出力は出
力端子１４に出力されるとともに、ピーク検出器１５に
出力される。ピーク検出器１５は、パルス信号であるＡ
ＧＣ回路１３の出力の振幅値を検出し、比較器１６に出
力する。また、比較器１６には基準電圧発生器１７から
基準電圧が入力する。この基準電圧は、出力端子１４に
出力されるパルス信号の振幅値の所望の一定値と同じ値
に設定される。比較器１６は、ピーク検出器１５からの
振幅値とこの基準電圧との差に応じた出力電圧をＡＧＣ
回路１３に出力する。これにより、ＡＧＣ回路１３、ピ
ーク検出器１５、および比較器１６からなる利得制御ル
ープが構成される。

【００２２】ＡＧＣ回路１３では、比較器１６からの入
力電圧に応じて利得を可変しながら、プリアンプ１２か
らの入力信号を増幅する。この利得の可変は比較器１６
からの入力電圧が「０」Ｖになるように制御される。し
たがって、利得制御ループによる帰還制御の結果、出力
端子１４に出力されるパルス信号の振幅は、ＡＧＣ回路
１３に入力する信号のレベルが所定範囲にある限り、所
望の一定値に制御される。

【００２３】一方、利得制御ループとは別の構成である
受光素子制御ループが構成される。すなわち、ＡＰＤの
出力はプリアンプ１２を介してピーク検出器１８にも出
力される。ピーク検出器１８は、パルス信号であるプリ
アンプ１２の出力の振幅値を検出し、比較器１９に出力
する。また、比較器１９には基準電圧発生器２０から基
準電圧が入力する。比較器１９は、ピーク検出器１８か
らの振幅値が基準電圧発生器２０からの基準電圧よりも
小さいとき、所定の電圧（以降、これを「所定の切替え
電圧」と呼ぶ）より大きい電圧を出力し、また、ピーク
検出器１８からの振幅値が基準電圧発生器２０からの基
準電圧以上のとき、所定の切替え電圧以下で、かつ、ピ
ーク検出器１８からの振幅値が大きくなるに従い低下す
る電圧を出力する。所定の切替え電圧の大きさについて
は後述する。

【００２４】基準電圧発生器２０からの基準電圧は、プ
リアンプ１２からの出力が大きくなってＡＧＣ回路１３
の利得が最小利得Ｇmin に達したときに、そのプリアン
プ１２の出力に対してピーク検出器１８が検出するだろ
う振幅値よりも少し小さい値に設定される。上記ＡＧＣ
回路１３の最小利得Ｇmin は変動を考慮して、変動範囲
の上限値を用いる。

【００２５】比較器１９の出力端子はダイオードＤ１の
カソードに接続され、ダイオードＤ１のアノードは、可
変抵抗器ＲＶ１と抵抗器Ｒ１との接続点に接続されると
ともに、その接続点がＤ／Ｄコンバータ１１の入力端に
接続されてループを構成する。

【００２６】可変抵抗器ＲＶ１の他端は＋電源に接続さ
れ、また抵抗器Ｒ１の他端は接地される。したがって、
ダイオードＤ１がオフ状態であるときは、電源電圧が可
変抵抗器ＲＶ１と抵抗器Ｒ１とで分割された一定の所定
電圧がＤ／Ｄコンバータ１１に入力され、これにより、
Ｄ／Ｄコンバータ１１は、アバランシェ効果を発生する
に適した一定の逆電圧をＡＰＤに出力する。なお、上記
比較器１９の作動の説明で用いた所定の切替え電圧の大
きさとは、この可変抵抗器ＲＶ１と抵抗器Ｒ１とで分割
された一定の所定電圧値である。

【００２７】つぎに、この受光素子制御ループの作動に
ついて説明する。入力光信号レベルが小さい間は、利得
制御ループの帰還制御が十分に作動する一方、比較器１
９の出力は所定の切替え電圧より大きい電圧となり、ダ
イオード１はオフ状態となる。したがって、受光素子制
御ループは成立せず、ＡＰＤに一定の逆電圧が印加され
る。この場合には、利得制御ループが作動するので、出
力端子１４に出力されるパルス信号の振幅は一定に維持
される。

【００２８】入力光信号レベルが大きくなるに従い、Ａ
ＧＣ回路１３の利得が低下するが、ＡＧＣ回路１３の利
得が最小利得Ｇmin （変動したときは変動範囲の上限
値）に達する少し前に、比較器１９の出力は所定の切替
え電圧以下の電圧に転じる。これにより、ダイオードＤ
１がオン状態になり、可変抵抗器ＲＶ１と抵抗器Ｒ１と
接続点電圧、即ちＤ／Ｄコンバータ１１の入力は、比較
器１９の出力に応じて低下する。したがって、ＡＰＤに
印加される逆電圧が低下し、同一の入力光信号レベルに
対して、ＡＰＤの出力電流は減少する。この帰還制御に
より、ピーク検出器１８から比較器１９へ入力する振幅
値が、基準電圧発生器２０からの基準電圧に一致するよ
うになる。すなわち、入力光信号レベルが大きくなって
も、ＡＧＣ回路１３に入力する信号は常時、ＡＧＣ回路
１３の利得が最小利得Ｇmin （変動したときは変動範囲
の上限値）に達する少し前の状態を維持できる程度の値
に保持されることになる。

【００２９】なお、ＡＧＣ回路１３の最小利得Ｇmin が
変動した場合でも、ＡＧＣ回路１３の利得が最小利得Ｇ
min に至る前に受光素子制御ループが作動を開始するの
で、最小利得Ｇmin の変動の影響を受けることがない。

【００３０】以上のように、入力光信号レベルが大きく
なっても、かつ、ＡＧＣ回路１３の最小利得Ｇmin が変
動しても、出力端子１４に出力されるパルス信号の振幅
は一定に維持される。これは、言い換えれば、ＡＰＤの
最大受光レベルが、ＡＧＣ回路１３の最小利得Ｇmin の
変動の影響を受けないことを示している。

【００３１】なお、入力光信号レベルが小さい間は、利
得制御ループを作動させ、ＡＰＤの増倍率Ｍについて
は、それを一定にしているが、この増倍率Ｍの一定値は
可変抵抗器ＲＶ１の調整で設定が可能であり、可変抵抗
器ＲＶ１を調整して、Ｓ／Ｎ値が優れた最適増倍率（Ｍ
ｏｐｔと称する）に設定している。したがって、入力光
信号レベルが小さいときに、受光素子制御ループよりも
利得制御ループを作動させることにより、ＡＰＤを最適
増倍率で作動させた状態で、ＡＧＣ回路１３を十分に活
用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、入力光
信号レベルが所定値以下のときに作動する利得制御ルー
プ手段と、このループ手段とは別の構成のループであ
り、入力光信号レベルが前記所定値を越えるときに作動
する受光素子制御ループ手段とを設けるようにしたの
で、利得制御ループ手段のＡＧＣ回路の最小利得Ｇmin
が変動しても受光素子制御ループ手段の受光素子の最大
受光レベルが低下しない分離型ＡＧＣ方式を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明に係る分離型ＡＧＣ方式の回路を示すブ
ロック図である。

【図３】従来の光通信用ＡＧＣ方式の回路を示すブロッ
ク図である。

【図４】入力光信号レベルに対するＡＧＣ回路の利得Ｇ
およびＡＰＤの増倍率Ｍの変化を示すグラフである。

【図５】ＡＧＣ回路の最小利得Ｇmin が変動した場合の
入力光信号レベルに対するＡＧＣ回路の利得ＧおよびＡ
ＰＤの増倍率Ｍの変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 受光素子 ２ 利得制御ループ手段 ３ 受光素子制御ループ手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加電圧に応じて電流利得を変える受光
   素子（１）の出力を受けて一定振幅のパルス信号を出力
   するようにする分離型ＡＧＣ方式において、 入力光信号レベルが所定値以下のときに、自身の出力電
   圧を帰還して前記出力電圧が一定になるように利得を制
   御する利得制御ループ手段（２）と、 前記利得制御ループ手段（２）とは別の構成のループで
   あり、入力光信号レベルが前記所定値を越えるときに、
   前記受光素子（１）に加える印加電圧を前記受光素子
   （１）の出力電流に応じて帰還制御する受光素子制御ル
   ープ手段（３）と、 を有することを特徴とする分離型ＡＧＣ方式。
2. 【請求項２】 前記受光素子制御ループ手段（３）は、
   入力光信号レベルが前記所定値以下のときには一定値の
   所定印加電圧を前記受光素子に加えることを特徴とする
   請求項１記載の分離型ＡＧＣ方式。
3. 【請求項３】 前記利得制御ループ手段（２）は、入力
   光信号レベルが前記所定値を越えるときには最低利得を
   維持することを特徴とする請求項１記載の分離型ＡＧＣ
   方式。