JPH09264785A

JPH09264785A - 光受信回路

Info

Publication number: JPH09264785A
Application number: JP8099190A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Masuda; 宏増田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-10-07
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: JP2791550B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１つのフォトダイオードで、広帯域且つ広い
ダイナミックレンジが得られ、その受光信号を安価に２
系統に同時出力できるようにする。【解決手段】反転入力端子に流れる電流に比例した電
圧を出力する負帰還差動型の第１、第２の直流増幅回路
２２、２６の一方の直流増幅回路２２の反転入力端子に
フォトダイオード２１のカソードＫを直流的に直結接続
し、アノードＡを他方の直流増幅回路２６の反転入力端
子に直流的に直結接続し、直流増幅回路２０の内部の非
反転入力端子にバイアス電源回路２４から印加される正
の電圧Ｖａをその反転入力端子を介してカソードＫに与
え、直流増幅回路２６の非反転入力端子にバイアス電源
回路３０から印加される負の電圧Ｖｂをその反転入力端
子を介してアノードＡに与えて、フォトダイオード２１
を常時一定の逆バイアス状態で動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速変調された光
を受光して、その受光信号を出力する光受信回路に関
し、その受光信号を２系統に同時出力するための技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、高速ディジタル変調された光信
号の誤り測定を行なう場合、入力される光の強度と誤り
率との相関を調べる必要がある。

【０００３】このため、従来では、図７に示すように被
測定光を伝送する光ファイバー１を、光受信回路２に接
続しそのフォトダイオード２ａの受光信号を誤り測定器
３へ出力して誤り測定を行い、その光ファイバー１を光
受信回路２から光パワー計４側に差し替えてそのフォト
ダイオード４ａの受光信号で強度測定を行なう方法や、
図８に示すように、光ファイバー１から出力される光を
光カプラ５によって分岐し、その一方を光受信回路３に
入力し、他方を光パワー計４に入力して、誤り率と強度
とを同時に測定する方法が取られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように、光ファイバー１を差し替えて測定する方法で
は、光ファイバー１の接続状態にバラツキが生じて、正
確な測定が行なえないという問題があった。

【０００５】また、光ファイバー１からの光を光カプラ
ー５で分岐する方法では、光受信回路２と光パワー計５
に入力される光の強度が、分岐によって大きく低下し、
Ｓ／Ｎが小さくなり強度の弱い光の測定が正確に行なえ
ないという問題があった。また、いずれの方法でも２組
の光受信回路が必要になり、測定システム全体として高
価になるという問題もある。

【０００６】これを解決するために、１つのフォトダイ
オードの受光信号を増幅して、その増幅出力を２系統に
分岐する方法も考えられるが、この方法では、高速なデ
ィジタル変調信号に対応した高速応答性と、広い入力範
囲でパワー測定ができるような広いダイナミックレンジ
とを備えた非常に高価な増幅回路が必要になってしま
う。

【０００７】本発明は、この問題を解決し、１つのフォ
トダイオードを用いた構成でありながら、広帯域で且つ
広いダイナミックレンジが得られ、その受光信号を２系
統に同時出力できる安価な光受信回路を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の光受信回路は、反転入力端子に流れる電流
に比例した電圧を出力する負帰還差動型の第１、第２の
直流増幅回路（２２、２６）と、前記第１、第２の直流
増幅回路の一方の直流増幅回路の反転入力端子にアノー
ドが直流的に直結接続され、他方の直流増幅回路の反転
入力端子にカソードが直流的に直結接続され、入力光に
応じた受光電流を前記カソード側からアノード側へ流す
フォトダイオード（２１）と、前記フォトダイオードの
カソード電位がアノード電位より高くなるように、前記
第１、第２の直流増幅回路の少なくとも一方の直流増幅
回路の非反転入力端子にバイアス電圧を印加するバイア
ス電源回路（２４、３０）とを具備している。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施形態を説明する。図１は、一実施形態の光受信回路
２０を示している。

【００１０】この光受信回路２０は、前記した誤り測定
と強度測定とを同時に行なうために、高速ディジタル変
調された光信号を光ファイバー１を介して受けて、これ
を電気信号に変換し、ディジタル信号と強度信号とを出
力するように構成されたものであり、その強度を指示す
る機能を有している。

【００１１】即ち、光ファイバー１から入力される光
は、ファイバーコネクタ２０ａおよび図示しない集光用
の光学系を介してフォトダイオード２１に入力される。
フォトダイオード２１は、応答が高速なＰＩＮフォトダ
イオードあるいはアバランシェフォトダイオードによっ
て構成されており、入力した光信号に対応する受光電流
をカソードＫ側からアノードＡ側に流す。

【００１２】フォトダイオード２１のカソードＫは、フ
ォトダイオード２１に流れる受光電流Ｉを増幅する広帯
域な第１の直流増幅回路２２の入力端子２２ａに直結接
続されている。

【００１３】この第１の直流増幅回路２２は、１つの入
力端子２２ａと出力端子２２ｂとを有する電流吐き出し
型のトランスインピーダンス増幅素子により構成されて
いる。トランスインピーダンス増幅素子内部は、入力端
子２２ａ側を反転入力としその反転入力側に帰還抵抗Ｒ
ｆが接続された負帰還差動型増幅回路２３と、その非反
転入力側に一定の正のバイアス電圧Ｖａを印加するバイ
アス電源回路２４とで構成されており、入力端子２２ａ
から流れ出す電流に比例した電圧を出力端子２２ｂへ増
幅出力する。

【００１４】このような負帰還差動型増幅回路２３の反
転入力側の電圧は、非反転入力側に印加される電圧と同
電位になることが知られている。したがって、この第１
の直流増幅回路２２の入力端子２２ａの電圧は、内部の
バイアス電源回路２４の電圧Ｖａに等しくなる。なお、
ここでは、第１の直流増幅器２２の電源電圧を５Ｖとし
たとき、入力端子２２ａには＋１Ｖ程度のバイアス電圧
が印加される。

【００１５】一方、フォトダイオード２１のアノードＡ
は、フィルタ回路２５を介して第２の直流増幅回路２６
の反転入力端子２６ａに接続されている。フィルタ回路
２５は、コンデンサＣとコイルＬからなるコンデンサ入
力型のローパスフィルタを多段接続（一段であってもよ
い）したものであり、フォトダイオード２１の受光電流
の直流分を第２の直流増幅回路２６に入力させる。

【００１６】第２の直流増幅回路２６は、演算増幅素子
２７と、演算増幅素子２７の反転入力端子２７ａに一端
側が接続された複数（図では２つ）の帰還抵抗２８ａ、
２８ｂ、…と、複数の帰還抵抗２８ａ、２８ｂ、…の他
端側と演算増幅素子２７の出力端子２７ｃとの間を選択
的に接続するレンジ切換スイッチ２９ａ、２９ｂとによ
って負帰還差動型に構成され、演算増幅素子２７の反転
入力端子２７ａに流れ込む電流に比例した電圧を出力端
子２７ｃから増幅出力する。この演算増幅素子２７には
正負の電源（図示せず）が供給されている。

【００１７】演算増幅素子２７の非反転入力端子２７ｂ
には、バイアス電源回路３０から負のバイアス電圧Ｖｂ
が与えられている。このため、第２の直流増幅回路２６
の入力端子（反転入力端子２７ａ）は、バイアス電圧Ｖ
ｂと同電位になっている。

【００１８】なお、バイアス電源回路３０は、演算増幅
素子２７に供給される負側の電源から電圧Ｖｂを発生さ
せている。

【００１９】したがって、フォトダイオード２１のカソ
ードＫには、第１の直流増幅回路２２の入力端子２２ａ
側から正の電圧Ｖａが印加され、アノードＡには、第２
の直流増幅回路２６の演算増幅素子２７の反転入力端子
２７ａ側から負の電圧Ｖｂが印加されることになり、フ
ォトダイオード２１は（Ｖａ−Ｖｂ）の電圧で逆バイア
スされることになる。

【００２０】この逆バイアスによって、フォトダイオー
ド２１内の空乏層間容量が微小となるので、フォトダイ
オード２１はきわめて高速なディジタル変調光に対応し
た受光電流を流すことができる。

【００２１】フォトダイオード２１の受光電流Ｉは、第
１の直流増幅回路２２によって電圧変換増幅され、この
増幅信号からクロック抽出回路３４によって抽出したク
ロック信号とともに、誤り測定器３５に入力されて誤り
測定を受ける。

【００２２】一方、フォトダイオード２１の受光電流Ｉ
の直流成分は、第２の直流増幅回路２６で電圧変換増幅
され、その増幅信号は、バイアス電源回路３０の出力と
ともに電圧計３３に入力される。電圧計３３は、バイア
ス電圧Ｖｂに対する増幅信号のレベルに対応する光パワ
ーの大きさを指示する。なお、この電圧計３３は、増幅
信号のレベルが指示範囲に入るように、スイッチ２９
ａ、２９ｂの切換制御を行なう。

【００２３】この光受信回路２０のフォトダイオード２
１に対する逆バイアスの印加方法は、フォトダイオード
２１のアノードＡおよびカソードＫに直流的に反転入力
端子側が直結接続されている第１、第２の直流増幅回路
２２、２６の各非反転入力端子側に印加されるバイアス
電圧によって印加しているので、図２のように逆バイア
ス用の独立した電源ＶｃおよびＥを負荷抵抗Ｒを介して
フォトダイオード２１に印加する方法に比べて格段に高
性能である。

【００２４】即ち、図２の回路では、フォトダイオード
の受光電流Ｉが負荷抵抗Ｒに流れることによって生じる
電圧降下でフォトダイオード２１の逆バイアス電圧が小
さくなり、強い光が入力するとフォトダイオードの高域
応答特性が劣化してしまうが、この光受信回路２０で
は、負帰還差動型の直流増幅回路の反転入力端子の電位
が被反転入力端子側に印加される電位と同電位になるこ
とを利用して、負荷抵抗を介さずにフォトダイオードに
逆バイアスを印加しているから、入力光の強度変動の影
響を受けずにフォトダイオード自体の広帯域な応答特性
を有効に利用することができる。また、各直流増幅回路
の入力動作点電圧でフォトダイオードの両端に逆バイア
ス電圧を印加しているので、各増幅回路の入力端子とフ
ォトダイオードとを直流的に直結接続しても増幅回路自
体の動作に影響がない。よって図２のようにコンデンサ
Ｃａ、Ｃｋで直流成分を遮断する必要がなく、直流から
の増幅が可能になる。

【００２５】なお、この光受信回路２０では、フォトダ
イオード２１のカソードＫを電流吐き出し式のトランス
インピーダンス増幅素子による第１の直流増幅回路２２
に接続し、アノードＡを演算増幅素子２７による第２の
直流増幅器２６に接続して、フォトダイオード２１に逆
バイアス電圧を印加していたが、フォトダイオード２１
の極性を逆にするとともに、第１の直流増幅回路２２を
電流吸い込み式のトランスインピーダンス増幅素子と
し、そのトランスインピーダンス増幅素子内のバイアス
電源の電圧より高い正の電圧を、バイアス電源回路３０
から第２の直流増幅回路２６の演算増幅素子２７の非反
転入力端子に印加して、フォトダイオード２１に逆バイ
アス電圧を印加するようにしてもよい。

【００２６】

【他の実施の形態】前記実施形態では、第１の直流増幅
回路として、バイアス電源が内蔵され高速応答特性が得
られるトランスインピーダンス増幅素子を用いていた
が、図３に示す光受信回路４０のように、第１の直流増
幅回路２２′を、第２の直流増幅回路２６と同様に、演
算増幅素子２７と帰還抵抗２８とで構成してもよい。こ
の場合には、図３のように、第１の直流増幅回路２２′
側の演算増幅素子２７の非反転入力端子２７ｂを接地す
れば、第２の直流増幅回路２６側のバイアス電源回路３
０の電圧Ｖｂのみがフォトダイオード２１に逆バイアス
電圧として印加されることになる。

【００２７】また、第１の直流増幅回路２２′側の演算
増幅素子２７の非反転入力端子２７ｂに正のバイアス電
圧を印加してもよく、この場合には、第２の直流増幅回
路２６側の演算増幅素子２７の非反転入力端子を接地し
てもよい。

【００２８】なお、このように第１、第２の直流増幅回
路を演算増幅素子で構成して、前記実施形態のようにそ
の一方から高速ディジタル変調信号を出力し、他方から
強度信号を出力する場合には、高速応答性が得られる演
算増幅素子を一方側に用いるとともに、他方側の直流増
幅回路を、前記フィルタ回路２５を介してフォトダイオ
ード２１に接続すればよい。

【００２９】また、高速変調された光の変調成分だけを
２系統に同時出力する場合には、図４に示す光受信回路
５０のように、第２の直流増幅回路２６′として、電流
吸い込み型のトランスインピーダンス増幅素子を、その
入力端子の電圧が負となるように電源を供給して用いれ
ばよい。

【００３０】また、図５に示すように、２系統の受光信
号出力の一方を用いて、アバランシェフォトダイオード
（以下ＡＰＤと記す）の増倍率を制御し、そのダイミッ
クレンジを広げることもできる。

【００３１】即ち、ＡＰＤ２１′は、図６に示すよう
に、逆バイアス電圧が大きい程、入力光に対する受光電
流の比（増倍率）が大きくなる特性を有している。

【００３２】図５の光受信回路６０は、この特性を積極
的に利用したものであり、第２の直流増幅回路２６のバ
イアス電源回路３０を、負の基準電圧Ｖｒを出力する定
電圧回路３１と、演算増幅素子２７の出力電圧Ｖｅと基
準電圧Ｖｒを比較しその比較信号を演算増幅素子２７の
非反転入力端子２７ｂに入力するコンパレータ３２とに
よって構成し、演算増幅素子２７の出力電圧Ｖｅが常に
基準電圧Ｖｒに等しくなるように、ＡＰＤ２１′に対す
る逆バイアス電圧を制御する。なお、この制御による逆
バイアス電圧の可変は、ＡＤＰ２１′の高域応答性を低
下させない範囲で行なうことが望ましい。

【００３３】このような制御を行なうことにより、入力
光の強度が小さいときには、ＡＰＤ２１′の増倍率が大
きくなり、入力光の強度が大きいときには、ＡＰＤ２
１′の増倍率が小さくなり、ＡＰＤの入力光に対するダ
イナミックレンジを大幅に広げることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光受信回
路は、反転入力端子に流れる電流に比例した電圧を出力
する負帰還差動型の第１、第２の直流増幅回路の一方の
直流増幅回路の反転入力端子にフォトダイオードのアノ
ードを直流的に直結接続し、他方の直流増幅回路の反転
入力端子にフォトダイオードのカソードを直流的に直結
接続し、少なくとも一方の直流増幅回路の非反転入力端
子にバイアス電源回路からバイアス電圧を印加して、そ
の直流増幅回路の反転入力端子の電圧をこのバイアス電
圧と同電位にし、フォトダイオードのカソード電圧をア
ノード電圧より高くするようにしている。

【００３５】このため、安価な構成で、入力光を少ない
損失で且つ広いダイナミックレンジで広帯域に受光し、
その受光信号を２系統に同時出力することができる。し
たがって、誤り測定や強度測定等のように、同時測定が
必要で信号の処理方法の異なる２つの光信号の測定を正
確に且つ効率的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の回路図

【図２】負荷抵抗を介してフォトダイオードに逆バイア
スを与えるための回路図

【図３】本発明の他の実施形態の回路図

【図４】本発明の他の実施形態の回路図

【図５】本発明の他の実施形態の回路図

【図６】アバランシェフォトダイオードの逆バイアス電
圧対増倍率の変化特性図

【図７】従来の光受信回路を用いた測定システムを示す
図

【図８】従来の光受信回路を用いた測定システムを示す
図

【符号の説明】

２０光受信回路２１フォトダイオード２２第１の直流増幅回路２４バイアス電源回路２５フィルタ回路２６第２の直流増幅回路２７演算増幅素子３０バイアス電源回路３３電圧計

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【手続補正書】

【提出日】平成８年５月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【図４】

【図６】

【図７】

【図１】

【図３】

【図５】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/14 10/04 10/06 10/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反転入力端子に流れる電流に比例した電圧
を出力する負帰還差動型の第１、第２の直流増幅回路
（２２、２６）と、前記第１、第２の直流増幅回路の一方の直流増幅回路の
反転入力端子にアノードが直流的に直結接続され、他方
の直流増幅回路の反転入力端子にカソードが直流的に直
結接続され、入力光に応じた受光電流を前記カソード側
からアノード側へ流すフォトダイオード（２１）と、前記フォトダイオードのカソード電位がアノード電位よ
り高くなるように、前記第１、第２の直流増幅回路の少
なくとも一方の直流増幅回路の非反転入力端子にバイア
ス電圧を印加するバイアス電源回路（２４、３０）とを
具備した光受信回路。