JPH098744A - アバランシェ・フォトダイオードのバイアス方式 - Google Patents
アバランシェ・フォトダイオードのバイアス方式Info
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- JPH098744A JPH098744A JP7176836A JP17683695A JPH098744A JP H098744 A JPH098744 A JP H098744A JP 7176836 A JP7176836 A JP 7176836A JP 17683695 A JP17683695 A JP 17683695A JP H098744 A JPH098744 A JP H098744A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光入力パワーの値に拘わらず、最適のバイア
ス電圧で動作する。 【構成】 ＡＰＤ３１で受信された光信号はＡＧＣ増幅
器３５で自動的に利得制御され、光受信器の出力信号と
なる。また、出力信号はフィードバックされ、光受信器
の出力信号を安定化させる。ツェナダイオード３７では
ＡＰＤ３１の温度検出を行い、温度に応じてブレークダ
ウン電圧Vbr にほぼ等しい電圧が第１のバイアス電源４
２より出力され、ＡＰＤ３１のバイアス電圧VBとなる。
ＡＰＤ３１の光入力が大きくなり、抵抗４５による電圧
降下でＡＰＤ３１のカソードの電位が第２のバイアス電
源４９の出力電圧以下になると、ダイオード４７が導通
し、ＡＰＤ３１のバイアス電圧VBは第２のバイアス電源
４９より供給される。第２のバイアス電源４９の出力電
圧値と抵抗４８の値は、ＡＰＤ３１が飽和せず、かつ大
きな光電流が流れて熱破壊を起こさないような値に選
ぶ。
ス電圧で動作する。 【構成】 ＡＰＤ３１で受信された光信号はＡＧＣ増幅
器３５で自動的に利得制御され、光受信器の出力信号と
なる。また、出力信号はフィードバックされ、光受信器
の出力信号を安定化させる。ツェナダイオード３７では
ＡＰＤ３１の温度検出を行い、温度に応じてブレークダ
ウン電圧Vbr にほぼ等しい電圧が第１のバイアス電源４
２より出力され、ＡＰＤ３１のバイアス電圧VBとなる。
ＡＰＤ３１の光入力が大きくなり、抵抗４５による電圧
降下でＡＰＤ３１のカソードの電位が第２のバイアス電
源４９の出力電圧以下になると、ダイオード４７が導通
し、ＡＰＤ３１のバイアス電圧VBは第２のバイアス電源
４９より供給される。第２のバイアス電源４９の出力電
圧値と抵抗４８の値は、ＡＰＤ３１が飽和せず、かつ大
きな光電流が流れて熱破壊を起こさないような値に選
ぶ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、屋外で使用される光空
間通信のように、受信光強度の変動範囲が広く、本来の
信号に用いる情報を含む光以外の背景光の多いシステム
における光受信器に使用されるアバランシェ・フォトダ
イオードのバイアス方式に関するものである。
間通信のように、受信光強度の変動範囲が広く、本来の
信号に用いる情報を含む光以外の背景光の多いシステム
における光受信器に使用されるアバランシェ・フォトダ
イオードのバイアス方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信における受信器に使用されるアバ
ランシェ・フォトダイオード（以下ＡＰＤと略す）は、
光起電流に対する増倍作用があり、その増倍率Ｍはバイ
アス電圧VBの関数として次式で表され、１〜数１００の
範囲で変化する。 Ｍ＝１／｛１−（VB／Vbr)N}
ランシェ・フォトダイオード（以下ＡＰＤと略す）は、
光起電流に対する増倍作用があり、その増倍率Ｍはバイ
アス電圧VBの関数として次式で表され、１〜数１００の
範囲で変化する。 Ｍ＝１／｛１−（VB／Vbr)N}
【０００３】ここで、Vbr はブレークダウン電圧、Ｎは
実験的に定まる定数で通常１以下であり、このブレーク
ダウン電圧Vbr は温度により変化する。
実験的に定まる定数で通常１以下であり、このブレーク
ダウン電圧Vbr は温度により変化する。
【０００４】ＡＰＤの制御には、増倍率Ｍを最適増倍率
MBに制御する機構や、出力を安定化する機構の他に、バ
イアス電圧VBがブレークダウン電圧Vbr を越えると暗電
流IDが急激に増加してＳ／Ｎ比が劣化し、場合によって
はＡＰＤが破壊されるため、バイアス電圧VBがブレーク
ダウン電圧Vbr を越えないように制御する機構が必要と
なる。
MBに制御する機構や、出力を安定化する機構の他に、バ
イアス電圧VBがブレークダウン電圧Vbr を越えると暗電
流IDが急激に増加してＳ／Ｎ比が劣化し、場合によって
はＡＰＤが破壊されるため、バイアス電圧VBがブレーク
ダウン電圧Vbr を越えないように制御する機構が必要と
なる。
【０００５】図７はＡＰＤのバイアス方式を光受信器に
使用した際の従来例のブロック回路構成図である。ＡＰ
Ｄ１の出力は接地された抵抗２及び結合コンデンサ３に
接続されている。結合コンデンサ３の出力は前置増幅器
４を介してＡＧＣ増幅器５に接続され、ＡＧＣ増幅器５
の出力の一部はそのまま光受信器の出力となる他に、検
波器６に接続されている。検波器６の出力はＡＧＣ増幅
器５に接続されている。
使用した際の従来例のブロック回路構成図である。ＡＰ
Ｄ１の出力は接地された抵抗２及び結合コンデンサ３に
接続されている。結合コンデンサ３の出力は前置増幅器
４を介してＡＧＣ増幅器５に接続され、ＡＧＣ増幅器５
の出力の一部はそのまま光受信器の出力となる他に、検
波器６に接続されている。検波器６の出力はＡＧＣ増幅
器５に接続されている。
【０００６】また、ＡＰＤ１の図示しないパッケージ又
はその近傍には、接地された温度測定用のツェナダイオ
ード７が設けられており、このツェナダイオード７の出
力は差動増幅器８に接続されており、この差動増幅器８
の入力には接地された基準電圧源９も接続されている。
差動増幅器８の出力は抵抗１０を介して加算器１１に接
続されており、加算器１１の出力はバイアス電源１２に
接続されている。加算器１１の入力端には抵抗１３を介
して接地されたバイアス電源用基準電圧源１４も接続さ
れている。バイアス電源１２の出力は抵抗１５を介して
ＡＰＤ１に接続され、ＡＰＤ１の入力には接地されたバ
イアスコンデンサ１６も接続されている。
はその近傍には、接地された温度測定用のツェナダイオ
ード７が設けられており、このツェナダイオード７の出
力は差動増幅器８に接続されており、この差動増幅器８
の入力には接地された基準電圧源９も接続されている。
差動増幅器８の出力は抵抗１０を介して加算器１１に接
続されており、加算器１１の出力はバイアス電源１２に
接続されている。加算器１１の入力端には抵抗１３を介
して接地されたバイアス電源用基準電圧源１４も接続さ
れている。バイアス電源１２の出力は抵抗１５を介して
ＡＰＤ１に接続され、ＡＰＤ１の入力には接地されたバ
イアスコンデンサ１６も接続されている。
【０００７】ＡＰＤ１で受信された光信号は光電流に変
換され、更にＡＰＤ１の負荷抵抗である抵抗２で電圧に
変換される。電圧に変換された信号はこの電圧の交流信
号成分を結合コンデンサ３で取り出され、前置増幅器４
に入力される。前置増幅器４で増幅された信号はＡＧＣ
増幅器５で自動的に利得制御され、光受信器の出力信号
となる。また、出力信号はその振幅等を検波器６で検出
され、ＡＧＣ増幅器５にフィードバックされ、光受信器
の出力信号を安定化させる。更に、増倍率Ｍが入力光信
号レベルに対して最適増倍率MBの近くになるようにして
いる。
換され、更にＡＰＤ１の負荷抵抗である抵抗２で電圧に
変換される。電圧に変換された信号はこの電圧の交流信
号成分を結合コンデンサ３で取り出され、前置増幅器４
に入力される。前置増幅器４で増幅された信号はＡＧＣ
増幅器５で自動的に利得制御され、光受信器の出力信号
となる。また、出力信号はその振幅等を検波器６で検出
され、ＡＧＣ増幅器５にフィードバックされ、光受信器
の出力信号を安定化させる。更に、増倍率Ｍが入力光信
号レベルに対して最適増倍率MBの近くになるようにして
いる。
【０００８】ツェナダイオード７はＡＰＤ１の温度検出
を行い、その端子電圧と基準電圧源９との電位差を差動
増幅器８で増幅し、更にバイアス電源用基準電圧源１４
の電位と加算器１１で加算して、バイアス電源１２の入
力端子に印加する。これにより、ＡＰＤ１の温度に応じ
てＡＰＤ１のブレークダウン電圧Vbr にほぼ等しい電圧
がバイアス電源１２より出力される。バイアス電源１２
から出力された電圧は、ＡＰＤ１を流れる光電流に応じ
て変化する抵抗１５の電圧降下により制御され、ＡＰＤ
１のバイアス電圧VBとなる。バイアスコンデンサ１６は
ＡＰＤ１を流れる電流の交流信号成分を通すためのもの
である。
を行い、その端子電圧と基準電圧源９との電位差を差動
増幅器８で増幅し、更にバイアス電源用基準電圧源１４
の電位と加算器１１で加算して、バイアス電源１２の入
力端子に印加する。これにより、ＡＰＤ１の温度に応じ
てＡＰＤ１のブレークダウン電圧Vbr にほぼ等しい電圧
がバイアス電源１２より出力される。バイアス電源１２
から出力された電圧は、ＡＰＤ１を流れる光電流に応じ
て変化する抵抗１５の電圧降下により制御され、ＡＰＤ
１のバイアス電圧VBとなる。バイアスコンデンサ１６は
ＡＰＤ１を流れる電流の交流信号成分を通すためのもの
である。
【０００９】図８はブレークダウン電圧Vbr が２００Ｖ
のＡＰＤ１の入力に、２００ｋΩの抵抗１５を接続した
場合の信号光レベルと増倍率Ｍの関係を、各背景光レベ
ルについて示したグラフ図である。背景光は信号光以外
のＡＰＤ１の周辺から入射する自然光であり、気象条件
や設置環境により異なる。点線はＡＤＰ１に受信される
信号光レベル及び背景光レベルの光信号のパワーに対し
て、出力される電気信号のＳ／Ｎ比を最大にする最適増
倍率MBを示し、ＡＰＤ１の増倍率Ｍはほぼ光入力に対す
る最適倍増率MBの近くに制御されている。
のＡＰＤ１の入力に、２００ｋΩの抵抗１５を接続した
場合の信号光レベルと増倍率Ｍの関係を、各背景光レベ
ルについて示したグラフ図である。背景光は信号光以外
のＡＰＤ１の周辺から入射する自然光であり、気象条件
や設置環境により異なる。点線はＡＤＰ１に受信される
信号光レベル及び背景光レベルの光信号のパワーに対し
て、出力される電気信号のＳ／Ｎ比を最大にする最適増
倍率MBを示し、ＡＰＤ１の増倍率Ｍはほぼ光入力に対す
る最適倍増率MBの近くに制御されている。
【００１０】図９は他の従来例のブロック回路構成図で
あり、図７に示した従来例とほぼ同様の構成図である
が、バイアス電源１２と抵抗１５との間にダイオード１
７が接続されている。
あり、図７に示した従来例とほぼ同様の構成図である
が、バイアス電源１２と抵抗１５との間にダイオード１
７が接続されている。
【００１１】図１０は信号光レベルと増幅率Ｍの関係を
各背景光レベルについて示したグラフ図であり、点線は
最適増倍率MBを示している。ダイオード１７の電流−電
圧特性の非直線性により、ＡＤＰ１の特性が図８に示し
たＡＤＰ１の特性よりも更に最適増倍率MBの近くになっ
ている。
各背景光レベルについて示したグラフ図であり、点線は
最適増倍率MBを示している。ダイオード１７の電流−電
圧特性の非直線性により、ＡＤＰ１の特性が図８に示し
たＡＤＰ１の特性よりも更に最適増倍率MBの近くになっ
ている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例の方式は、信号光レベルが１ｍＷ以下での使用条件
下では良好な制御特性が得られるが、開放された自由空
間を伝搬する光ビームを通信路とするような光空間通信
においては、伝送路の減衰量が雨や霧等の気象条件によ
り大きく変化する。また、伝送距離も数１０００ｍ〜数
１０ｍまで範囲が広いため、光受信器は入力光レベルに
対して広いダイナミックレンジを持たせる必要がある。
来例の方式は、信号光レベルが１ｍＷ以下での使用条件
下では良好な制御特性が得られるが、開放された自由空
間を伝搬する光ビームを通信路とするような光空間通信
においては、伝送路の減衰量が雨や霧等の気象条件によ
り大きく変化する。また、伝送距離も数１０００ｍ〜数
１０ｍまで範囲が広いため、光受信器は入力光レベルに
対して広いダイナミックレンジを持たせる必要がある。
【００１３】そこで伝送距離を長くして、かつ気象条件
の悪い場合でも使用できるように光送信機の出力を大き
くすると、大気の減衰の少ない気象条件下や伝送距離が
短い場合には、光受信器に大きなレベルの受信光が入力
し、ダイナミックレンジを十分に大きく取っておかない
と、光受信器への入力が過大で飽和し、信号を正常に検
出することができない。また、信号光レベルが適度であ
っても、背景光レベルが例えば太陽光のように非常に強
い光であれば、それによる光起電流のために光受信器が
飽和する可能性がある。
の悪い場合でも使用できるように光送信機の出力を大き
くすると、大気の減衰の少ない気象条件下や伝送距離が
短い場合には、光受信器に大きなレベルの受信光が入力
し、ダイナミックレンジを十分に大きく取っておかない
と、光受信器への入力が過大で飽和し、信号を正常に検
出することができない。また、信号光レベルが適度であ
っても、背景光レベルが例えば太陽光のように非常に強
い光であれば、それによる光起電流のために光受信器が
飽和する可能性がある。
【００１４】図１１はＡＤＰのバイアス電圧に対する特
性を測定するために用いた光送信器及び光受信器の実験
系の構成図であり、信号源２１が接続された光送信器２
２に対向して、レンズ２３、可変光減衰器２４、レンズ
２５、図７、図９に示すＡＤＰ１が順次に配列されてい
る。このＡＤＰ１の出力には、図７、図９に示す接地さ
れた抵抗２、結合コンデンサ３、バイアス電圧VBが接続
され、結合コンデンサ３の出力は前置増幅器４を介して
光受信器の出力となる。
性を測定するために用いた光送信器及び光受信器の実験
系の構成図であり、信号源２１が接続された光送信器２
２に対向して、レンズ２３、可変光減衰器２４、レンズ
２５、図７、図９に示すＡＤＰ１が順次に配列されてい
る。このＡＤＰ１の出力には、図７、図９に示す接地さ
れた抵抗２、結合コンデンサ３、バイアス電圧VBが接続
され、結合コンデンサ３の出力は前置増幅器４を介して
光受信器の出力となる。
【００１５】図１２はＡＰＤ１に入力した光入力パワー
に対する信号の出力レベルのグラフ図であり、ＡＰＤ１
に対するバイアス電圧VBが零の場合は、１．５ｍＷ程度
の入力で飽和して出力が急激に低下するが、バイアス電
圧VBが１Ｖの場合は、飽和する光入力パワーは５ｍＷま
で増加する。
に対する信号の出力レベルのグラフ図であり、ＡＰＤ１
に対するバイアス電圧VBが零の場合は、１．５ｍＷ程度
の入力で飽和して出力が急激に低下するが、バイアス電
圧VBが１Ｖの場合は、飽和する光入力パワーは５ｍＷま
で増加する。
【００１６】図７、図９に示した従来例では、ＡＰＤ１
のバイアス特性を最適増倍率MBの特性に近付けるため、
抵抗１５には大きな抵抗値のものを使用しており、ＡＰ
Ｄ１に対する光の入力が大きくなると、光電流による電
圧下降も大きくなり、ＡＰＤ１に加わるバイアス電圧VB
は小さくなる。例えば、バイアス電源１２の出力電圧を
２００Ｖ、抵抗１５の値を２００ＫΩ、ＡＰＤ１の感度
を０．５Ａ／Ｗとすると、光入力パワーが２ｍＷの場合
にはＡＰＤ１の光電流は１ｍＡとなり、図７に示した実
施例では抵抗１５による電圧効果が２００Ｖに達し、Ａ
ＰＤ１に対するバイアス電圧VBは０Ｖとなる。
のバイアス特性を最適増倍率MBの特性に近付けるため、
抵抗１５には大きな抵抗値のものを使用しており、ＡＰ
Ｄ１に対する光の入力が大きくなると、光電流による電
圧下降も大きくなり、ＡＰＤ１に加わるバイアス電圧VB
は小さくなる。例えば、バイアス電源１２の出力電圧を
２００Ｖ、抵抗１５の値を２００ＫΩ、ＡＰＤ１の感度
を０．５Ａ／Ｗとすると、光入力パワーが２ｍＷの場合
にはＡＰＤ１の光電流は１ｍＡとなり、図７に示した実
施例では抵抗１５による電圧効果が２００Ｖに達し、Ａ
ＰＤ１に対するバイアス電圧VBは０Ｖとなる。
【００１７】このとき、図１２からこの光入力パワーで
はＡＰＤ１は飽和して出力が低下し、図９に示した他の
従来例では、ダイオード１７による電圧降下の分だけ、
更に飽和する光入力が小さくなる。このように、従来の
ＡＰＤのバイアス方式では、光入力パワーの大きな領域
ではＡＰＤが飽和し易く、信号の出力が低下するという
問題点がある。
はＡＰＤ１は飽和して出力が低下し、図９に示した他の
従来例では、ダイオード１７による電圧降下の分だけ、
更に飽和する光入力が小さくなる。このように、従来の
ＡＰＤのバイアス方式では、光入力パワーの大きな領域
ではＡＰＤが飽和し易く、信号の出力が低下するという
問題点がある。
【００１８】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
光入力が大きな場合でもＡＰＤのバイアス電圧が低下し
て検出信号の出力が低下することを防止し、光信号及び
背景光の入力パワーの値に拘わらず常に最適のバイアス
電圧で動作し、広い入力パワーに対するダイナミックレ
ンジを確保できるアバランシェ・フォトダイオードのバ
イアス方式を提供することにある。
光入力が大きな場合でもＡＰＤのバイアス電圧が低下し
て検出信号の出力が低下することを防止し、光信号及び
背景光の入力パワーの値に拘わらず常に最適のバイアス
電圧で動作し、広い入力パワーに対するダイナミックレ
ンジを確保できるアバランシェ・フォトダイオードのバ
イアス方式を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係るアバランシェ・フォトダイオードのバ
イアス方式は、第１のバイアス電源に抵抗又は該抵抗と
少なくとも１個のダイオードとの直列回路を接続した第
１のバイアス回路と、前記第１のバイアス電源よりも出
力電圧の低い第２のバイアス電源にダイオード又は該ダ
イオードと抵抗との直列回路を接続した第２のバイアス
回路とを備え、前記第１、第２のバイアス回路を直接又
は抵抗を介してアバランシェ・フォトダイオードのカソ
ードに接続し、該アバランシェ・フォトダイオードのア
ノードを直接又は抵抗を介して基準電位に接続すること
を特徴とする。
めの本発明に係るアバランシェ・フォトダイオードのバ
イアス方式は、第１のバイアス電源に抵抗又は該抵抗と
少なくとも１個のダイオードとの直列回路を接続した第
１のバイアス回路と、前記第１のバイアス電源よりも出
力電圧の低い第２のバイアス電源にダイオード又は該ダ
イオードと抵抗との直列回路を接続した第２のバイアス
回路とを備え、前記第１、第２のバイアス回路を直接又
は抵抗を介してアバランシェ・フォトダイオードのカソ
ードに接続し、該アバランシェ・フォトダイオードのア
ノードを直接又は抵抗を介して基準電位に接続すること
を特徴とする。
【００２０】
【作用】上述の構成を有するアバランシェ・フォトダイ
オードのバイアス方式は、第１のバイアス電源の他に、
第１のバイアス電源よりも出力電圧の低い第２のバイア
ス電源を設け、光入力パワーが小さいときは第１のバイ
アス電源よりバイアス電圧を供給し、光入力パワーが大
きいときは第１のバイアス電源に接続したバイアス電圧
制御用の抵抗による電圧降下が大きくなり、第２のバイ
アス電源よりバイアス電圧を供給する。
オードのバイアス方式は、第１のバイアス電源の他に、
第１のバイアス電源よりも出力電圧の低い第２のバイア
ス電源を設け、光入力パワーが小さいときは第１のバイ
アス電源よりバイアス電圧を供給し、光入力パワーが大
きいときは第１のバイアス電源に接続したバイアス電圧
制御用の抵抗による電圧降下が大きくなり、第２のバイ
アス電源よりバイアス電圧を供給する。
【００２１】
【実施例】本発明を図１〜図６の実施例に基づいて詳細
に説明する。図１は実施例のブロック回路構成図であ
り、ＡＰＤ３１の出力は接地された抵抗３２及び結合コ
ンデンサ３３に接続されている。結合コンデンサ３３の
出力は前置増幅器３４を介してＡＧＣ増幅器３５に接続
され、ＡＧＣ増幅器３５の出力の一部はそのまま光受信
器の出力となる他に、検波器３６に接続されている。検
波器３６の出力はＡＧＣ増幅器３５に接続されている。
に説明する。図１は実施例のブロック回路構成図であ
り、ＡＰＤ３１の出力は接地された抵抗３２及び結合コ
ンデンサ３３に接続されている。結合コンデンサ３３の
出力は前置増幅器３４を介してＡＧＣ増幅器３５に接続
され、ＡＧＣ増幅器３５の出力の一部はそのまま光受信
器の出力となる他に、検波器３６に接続されている。検
波器３６の出力はＡＧＣ増幅器３５に接続されている。
【００２２】また、ＡＰＤ３１の図示しないパッケージ
又はその近傍には、接地されたツェナダイオード３７が
設けられており、ツェナダイオード３７の出力は差動増
幅器３８に接続されている。この差動増幅器３８の入力
には接地された基準電圧源３９も接続されている。差動
増幅器３８の出力は抵抗４０を介して加算器４１に接続
されており、加算器４１の出力は第１のバイアス電源４
２に接続されている。加算器４１の入力端には、抵抗４
３を介して接地されたバイアス電源用基準電圧源４４も
接続されている。第１のバイアス電源４２の出力は、増
倍率制御用の抵抗４５を介してＡＰＤ３１に接続され、
ＡＰＤ３１の入力には接地されたバイアスコンデンサ４
６も接続されている。
又はその近傍には、接地されたツェナダイオード３７が
設けられており、ツェナダイオード３７の出力は差動増
幅器３８に接続されている。この差動増幅器３８の入力
には接地された基準電圧源３９も接続されている。差動
増幅器３８の出力は抵抗４０を介して加算器４１に接続
されており、加算器４１の出力は第１のバイアス電源４
２に接続されている。加算器４１の入力端には、抵抗４
３を介して接地されたバイアス電源用基準電圧源４４も
接続されている。第１のバイアス電源４２の出力は、増
倍率制御用の抵抗４５を介してＡＰＤ３１に接続され、
ＡＰＤ３１の入力には接地されたバイアスコンデンサ４
６も接続されている。
【００２３】更に、ＡＰＤ３１のカソードにはダイオー
ド４７、抵抗４８、第２のバイアス電源４９が順次に接
続されている。なお、第２のバイアス電源４９の出力電
圧は、第１のバイアス電源４２の出力電圧に比べてかな
り小さく設定され、抵抗４８の値も抵抗４５の値に比べ
てかなり小さい。
ド４７、抵抗４８、第２のバイアス電源４９が順次に接
続されている。なお、第２のバイアス電源４９の出力電
圧は、第１のバイアス電源４２の出力電圧に比べてかな
り小さく設定され、抵抗４８の値も抵抗４５の値に比べ
てかなり小さい。
【００２４】ＡＰＤ３１で受信された光信号はＡＰＤ３
１で光電流に変換され、更にＡＰＤ３１の負荷抵抗であ
る抵抗３２で電圧に変換される。電圧に変換された信号
はこの電圧の交流信号成分を結合コンデンサ３３で取り
出され、前置増幅器３４に入力される。前置増幅器３４
で増幅された信号はＡＧＣ増幅器３５で自動的に利得制
御され、光受信器の出力信号となる。また、出力信号は
その振幅等を検波器３６で検出され、ＡＧＣ増幅器３５
にフィードバックされ、光受信器の出力信号を安定化さ
せる。更に、増倍率Ｍが入力光信号レベルに対して最適
増倍率MBの近くになるようにしている。
１で光電流に変換され、更にＡＰＤ３１の負荷抵抗であ
る抵抗３２で電圧に変換される。電圧に変換された信号
はこの電圧の交流信号成分を結合コンデンサ３３で取り
出され、前置増幅器３４に入力される。前置増幅器３４
で増幅された信号はＡＧＣ増幅器３５で自動的に利得制
御され、光受信器の出力信号となる。また、出力信号は
その振幅等を検波器３６で検出され、ＡＧＣ増幅器３５
にフィードバックされ、光受信器の出力信号を安定化さ
せる。更に、増倍率Ｍが入力光信号レベルに対して最適
増倍率MBの近くになるようにしている。
【００２５】ツェナダイオード３７ではＡＰＤ３１の温
度検出を行い、その端子電圧と基準電圧源３９との電位
差を差動増幅器３８で増幅し、更にバイアス電源用基準
電圧源４４の電位と加算器４１で加算して、第１のバイ
アス電源４２の入力端子に印加する。これにより、ＡＰ
Ｄ３１の温度に応じてＡＰＤ３１のブレークダウン電圧
Vbr にほぼ等しい電圧が、第１のバイアス電源４２より
出力される。第１のバイアス電源４２から出力された電
圧は、ＡＰＤ３１を流れる光電流に応じて変化する抵抗
４５の電圧降下により制御され、ＡＰＤ３１のバイアス
電圧VBとなる。バイアスコンデンサ４６はＡＰＤ３１を
流れる電流の交流信号成分を通すためのものである。
度検出を行い、その端子電圧と基準電圧源３９との電位
差を差動増幅器３８で増幅し、更にバイアス電源用基準
電圧源４４の電位と加算器４１で加算して、第１のバイ
アス電源４２の入力端子に印加する。これにより、ＡＰ
Ｄ３１の温度に応じてＡＰＤ３１のブレークダウン電圧
Vbr にほぼ等しい電圧が、第１のバイアス電源４２より
出力される。第１のバイアス電源４２から出力された電
圧は、ＡＰＤ３１を流れる光電流に応じて変化する抵抗
４５の電圧降下により制御され、ＡＰＤ３１のバイアス
電圧VBとなる。バイアスコンデンサ４６はＡＰＤ３１を
流れる電流の交流信号成分を通すためのものである。
【００２６】ＡＰＤ３１の光入力が小さいときは、抵抗
４５の光電流による電圧降下が小さく、ＡＰＤ３１のカ
ソードの電位は第２のバイアス電源４９の出力電圧より
も高いのでダイオード４７は導通しない。そのため、第
２のバイアス電源４９からバイアス電圧VBは供給されな
い。
４５の光電流による電圧降下が小さく、ＡＰＤ３１のカ
ソードの電位は第２のバイアス電源４９の出力電圧より
も高いのでダイオード４７は導通しない。そのため、第
２のバイアス電源４９からバイアス電圧VBは供給されな
い。
【００２７】ＡＰＤ３１の光入力が大きくなり、抵抗４
５による電圧降下でＡＰＤ３１のカソードの電位が第２
のバイアス電源４９の出力電圧以下になるとダイオード
４７が導通し、ＡＰＤ３１のバイアス電圧VBは第２のバ
イアス電源４９より供給される。
５による電圧降下でＡＰＤ３１のカソードの電位が第２
のバイアス電源４９の出力電圧以下になるとダイオード
４７が導通し、ＡＰＤ３１のバイアス電圧VBは第２のバ
イアス電源４９より供給される。
【００２８】第２のバイアス電源４９の出力電圧値と抵
抗４８の値は、検出可能な光入力パワーの大きさに対す
る要求で決定され、第２のバイアス電源４９の出力電圧
から抵抗３２、４８、ダイオード４７による電圧降下を
差し引いた電圧が、必要とする光パワーに対してＡＰＤ
３１が飽和しないようなバイアス電圧VBとなり、かつＡ
ＰＤ３１に大きな光電流が流れてＡＰＤ３１の熱破壊を
起こさないような値に選ぶ。なお、第２のバイアス電源
４９の出力電圧と抵抗３２の値次第で、ＡＰＤ３１に過
大電流が流れる可能性がなければ、抵抗４８を設けなく
ともよい。
抗４８の値は、検出可能な光入力パワーの大きさに対す
る要求で決定され、第２のバイアス電源４９の出力電圧
から抵抗３２、４８、ダイオード４７による電圧降下を
差し引いた電圧が、必要とする光パワーに対してＡＰＤ
３１が飽和しないようなバイアス電圧VBとなり、かつＡ
ＰＤ３１に大きな光電流が流れてＡＰＤ３１の熱破壊を
起こさないような値に選ぶ。なお、第２のバイアス電源
４９の出力電圧と抵抗３２の値次第で、ＡＰＤ３１に過
大電流が流れる可能性がなければ、抵抗４８を設けなく
ともよい。
【００２９】図２はＡＰＤ３１に入力した光入力パワー
に対する信号の出力レベルのグラフ図であり、実線は本
実施例における２００ＫΩの抵抗４５、１ＫΩの抵抗４
８、１２Ｖの第２のバイアス電源４９を接続した場合を
示し、点線は従来例の場合を示している。これらを比較
すると、ＡＰＤ３１が飽和して信号レベルが低下する光
入力パワーが、ダイオード４７、抵抗４８、第２のバイ
アス電源４９を設けない場合よりも１０倍近く大きくな
って、光入力パワーの大きな領域でのダイナミックレン
ジが広くなっている。
に対する信号の出力レベルのグラフ図であり、実線は本
実施例における２００ＫΩの抵抗４５、１ＫΩの抵抗４
８、１２Ｖの第２のバイアス電源４９を接続した場合を
示し、点線は従来例の場合を示している。これらを比較
すると、ＡＰＤ３１が飽和して信号レベルが低下する光
入力パワーが、ダイオード４７、抵抗４８、第２のバイ
アス電源４９を設けない場合よりも１０倍近く大きくな
って、光入力パワーの大きな領域でのダイナミックレン
ジが広くなっている。
【００３０】本実施例では、第２のバイアス電源４９に
より、光入力パワーの大きな領域では、バイアス電圧値
が検出信号のＳ／Ｎ比を最大にする最適バイアス条件か
ら外れることになるが、これだけ光入力の大きな領域で
は信号のＳ／Ｎ比が十分大きいため、最適バイアス条件
から少々外れても問題にならない。
より、光入力パワーの大きな領域では、バイアス電圧値
が検出信号のＳ／Ｎ比を最大にする最適バイアス条件か
ら外れることになるが、これだけ光入力の大きな領域で
は信号のＳ／Ｎ比が十分大きいため、最適バイアス条件
から少々外れても問題にならない。
【００３１】図３は他の実施例のブロック回路構成図で
あり、図１とほぼ同様の構成であるが、第１のバイアス
電源４２と抵抗４５との間にダイオード５０が接続され
ている。このとき、光入力パワーが大きい領域での動作
は、図１に示す実施例と同様であるが、光入力パワーが
小さい領域では、図１に示す実施例よりも最適増倍率MB
に近い増倍率制御をすることができる。
あり、図１とほぼ同様の構成であるが、第１のバイアス
電源４２と抵抗４５との間にダイオード５０が接続され
ている。このとき、光入力パワーが大きい領域での動作
は、図１に示す実施例と同様であるが、光入力パワーが
小さい領域では、図１に示す実施例よりも最適増倍率MB
に近い増倍率制御をすることができる。
【００３２】図４は図１、図３に示すＡＰＤ３１のカソ
ードと抵抗４５との間に、電流制御用の抵抗５１を設け
た場合のブロック回路構成図である。抵抗４５、５１の
抵抗値をそれぞれR1、R2としたとき、R1≫R2とすると、
図１、図３に示す実施例と同等の特性が得られる。
ードと抵抗４５との間に、電流制御用の抵抗５１を設け
た場合のブロック回路構成図である。抵抗４５、５１の
抵抗値をそれぞれR1、R2としたとき、R1≫R2とすると、
図１、図３に示す実施例と同等の特性が得られる。
【００３３】図５は図１、図３に示すＡＰＤ３１のアノ
ードに抵抗３２を設ける代りに、ＡＰＤ３１のカソード
に抵抗５２を設けた場合のブロック回路構成図である。
また、図６も同様に図４に示すＡＰＤ３１のアノードに
抵抗３２を設ける代りに、ＡＰＤ３１のカソードに抵抗
５２を設けた場合のブロック回路構成図である。これら
は信号の取り出し方が異なるだけで、バイアスの動作は
図１、図３、図４に示す実施例と同じである。
ードに抵抗３２を設ける代りに、ＡＰＤ３１のカソード
に抵抗５２を設けた場合のブロック回路構成図である。
また、図６も同様に図４に示すＡＰＤ３１のアノードに
抵抗３２を設ける代りに、ＡＰＤ３１のカソードに抵抗
５２を設けた場合のブロック回路構成図である。これら
は信号の取り出し方が異なるだけで、バイアスの動作は
図１、図３、図４に示す実施例と同じである。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るアバラ
ンシェ・フォトダイオードのバイアス方式は、電圧の異
なる２種類のバイアス電源を用いてアバランシェ・フォ
トダイオードの増倍率を制御するもので、光入力パワー
が比較的小さいときは第１のバイアス電源と抵抗によ
り、アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧が
最適増倍率を与えるように制御され、光入力パワーが大
きいときは第２のバイアス電源によりアバランシェ・フ
ォトダイオードのバイアス電圧を保持してアバランシェ
・フォトダイオードの飽和を防ぐため、空間伝搬の光通
信のような使用環境により光信号入力レベルや背景光入
力レベルの変化の大きなシステムにおいても、最適バイ
アス条件での制御と広いダイナミックレンジの確保が可
能となる。
ンシェ・フォトダイオードのバイアス方式は、電圧の異
なる２種類のバイアス電源を用いてアバランシェ・フォ
トダイオードの増倍率を制御するもので、光入力パワー
が比較的小さいときは第１のバイアス電源と抵抗によ
り、アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧が
最適増倍率を与えるように制御され、光入力パワーが大
きいときは第２のバイアス電源によりアバランシェ・フ
ォトダイオードのバイアス電圧を保持してアバランシェ
・フォトダイオードの飽和を防ぐため、空間伝搬の光通
信のような使用環境により光信号入力レベルや背景光入
力レベルの変化の大きなシステムにおいても、最適バイ
アス条件での制御と広いダイナミックレンジの確保が可
能となる。
【図１】実施例のブロック回路構成図である。
【図２】光入力パワーに対するアバランシェ・フォトダ
イオードの出力応答特性のグラフ図である。
イオードの出力応答特性のグラフ図である。
【図３】他の実施例のブロック回路構成図である。
【図４】アバランシェ・フォトダイオードのカソードに
新たに抵抗を設けた場合のブロック回路構成図である。
新たに抵抗を設けた場合のブロック回路構成図である。
【図５】アバランシェ・フォトダイオードの抵抗をカソ
ードに設けた場合のブロック回路構成図である。
ードに設けた場合のブロック回路構成図である。
【図６】アバランシェ・フォトダイオードの抵抗をカソ
ードに設けた場合のブロック回路構成図である。
ードに設けた場合のブロック回路構成図である。
【図７】従来例のブロック回路構成図である。
【図８】信号光レベルと最適増倍率の関係のグラフ図で
ある。
ある。
【図９】他の従来例のブロック回路構成図である。
【図１０】信号光レベルと最適増倍率の関係のグラフ図
である。
である。
【図１１】光送信器及び光受信器の構成図である。
【図１２】光入力パワーに対するアバランシェ・フォト
ダイオードの出力応答特性のグラフ図である。
ダイオードの出力応答特性のグラフ図である。
３１ アバランシェ・フォトダイオード ３３ 結合コンデンサ ３４ 前置増幅器 ３５ ＡＧＣ増幅器 ３６ 検波器 ３７ ツェナダイオード ３８ 差動増幅器 ３９ 基準電圧源 ４１ 加算器 ４２ 第１のバイアス電源 ４４ バイアス電源用基準電圧源 ４６ バイアスコンデンサ ４７、５０ ダイオード ４９ 第２のバイアス電源
Claims (2)
- 【請求項１】 第１のバイアス電源に抵抗又は該抵抗と
少なくとも１個のダイオードとの直列回路を接続した第
１のバイアス回路と、前記第１のバイアス電源よりも出
力電圧の低い第２のバイアス電源にダイオード又は該ダ
イオードと抵抗との直列回路を接続した第２のバイアス
回路とを備え、前記第１、第２のバイアス回路を直接又
は抵抗を介してアバランシェ・フォトダイオードのカソ
ードに接続し、該アバランシェ・フォトダイオードのア
ノードを直接又は抵抗を介して基準電位に接続すること
を特徴とするアバランシェ・フォトダイオードのバイア
ス方式。 - 【請求項２】 前記第１のバイアス電源は制御入力電圧
により出力電圧を変化させることができるものであり、
前記制御入力電圧端子には、前記アバランシェ・フォト
ダイオードのパッケージ又はその近傍の温度を検出し、
該検出信号を基に前記アバランシェ・フォトダイオード
のブレークダウン電圧の温度による変化に追従して検出
された前記パッケージ又は近傍の温度における前記アバ
ランシェ・フォトダイオードのブレークダウン電圧にほ
ぼ等しいか又はブレークダウン電圧を越えない電圧を出
力するような信号を与えるようにした請求項１に記載の
アバランシェ・フォトダイオードのバイアス方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7176836A JPH098744A (ja) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | アバランシェ・フォトダイオードのバイアス方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7176836A JPH098744A (ja) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | アバランシェ・フォトダイオードのバイアス方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH098744A true JPH098744A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=16020690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7176836A Pending JPH098744A (ja) | 1995-06-19 | 1995-06-19 | アバランシェ・フォトダイオードのバイアス方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH098744A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7115963B2 (en) | 2002-12-09 | 2006-10-03 | Quantum Semiconductor Llc | Circuitry for image sensors with avalanche photodiodes |
| JP2006303524A (ja) * | 2006-06-08 | 2006-11-02 | Oki Comtec Ltd | アバランシェフォトダイオード用バイアス電圧制御回路およびその調整方法 |
| KR101490810B1 (ko) * | 2012-04-16 | 2015-02-06 | 삼성탈레스 주식회사 | 레이저 거리 측정용 애벌런치 광 다이오드 검출 장치 |
| CN110597341A (zh) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 苏州玖物互通智能科技有限公司 | 基于fpga芯片的电流式开环随温调节系统 |
-
1995
- 1995-06-19 JP JP7176836A patent/JPH098744A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7115963B2 (en) | 2002-12-09 | 2006-10-03 | Quantum Semiconductor Llc | Circuitry for image sensors with avalanche photodiodes |
| JP2006303524A (ja) * | 2006-06-08 | 2006-11-02 | Oki Comtec Ltd | アバランシェフォトダイオード用バイアス電圧制御回路およびその調整方法 |
| KR101490810B1 (ko) * | 2012-04-16 | 2015-02-06 | 삼성탈레스 주식회사 | 레이저 거리 측정용 애벌런치 광 다이오드 검출 장치 |
| CN110597341A (zh) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 苏州玖物互通智能科技有限公司 | 基于fpga芯片的电流式开环随温调节系统 |
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