JPH10163973A - 自動光出力制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 第１フレームのフレーム長以内に光出力が設
定値まで立ち上り、第２フレーム以降は第１フレームで
立ち上がった光出力を保持したまま先頭ビットから定光
出力を得るようにされたＡＰＣ回路及びそのＡＰＣ回路
を備えたＴＤＭＡ方式の光通信システムを提供する。 【解決手段】 ＰＤ３３のモニタ電流を電圧Ｖｐに変換
して第１のピーク値ホールド回路３５によりホールドす
るとともに、外部入力信号を変換してなる定電圧レベル
Ｖｒｅｆの信号を、第１のピーク値ホールド回路３５と
同じ立上り時定数及び放電時定数を有する第２のピーク
値ホールド回路３７によりホールドし、それら２つのピ
ーク値ホールド回路３５，３７の各ホールド値の放電に
よるそれぞれの変動分ΔＶを差動増幅回路３８により相
殺してＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃを生成し、そのＶａｐｃ
によりＬＤ３０の駆動信号を変調するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時分割多元接続
（Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃ
ｃｅｓｓ、以下ＴＤＭＡと略記する）方式の光通信に好
適なＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ）回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光結合器を用いたポイント−マルチポイ
ント光伝送方式の一つに、複数の通信装置を共通の伝送
路に、その伝送路の使用時間として割り付けられたそれ
ぞれの周期的なタイムスロット間だけ接続させることに
より多重化を行うＴＤＭＡ方式がある。

【０００３】ＴＤＭＡ方式は、一つの中継器に複数の通
信装置が同一の搬送波で時間的に互いの信号が重ならな
いように送信し、相互に通信を行うものであって、基本
周期となるフレーム内に割り当てられた一対の時間位置
（タイムスロット）を用いて相手装置と通信を行う。Ｔ
ＤＭＡ方式では、各通信装置が送出した信号が他の信号
に衝突しないように、その時間位置制御（バースト同期
制御）を行っており、これがＴＤＭＡ方式の大きな特徴
となっている。

【０００４】図５には、ＴＤＭＡ方式による通信システ
ムの概略を示す図である。このＴＤＭＡ方式による通信
システム１では、例えば４個（＃１〜＃４）の従装置１
０，１１，１２，１３はそれぞれの光ファイバー等の伝
送路１４，１４，…を介して光結合器１５に接続され、
その光結合器１５が主装置１７に単一の光ファイバー等
の伝送路１６を介して接続されている。従装置１０，１
１，１２，１３の各光送信器は、バースト周期ｔ１内に
それぞれ割り当てられたタイムスロットにおいて、フレ
ーム長ｔ２のバースト光信号を出力する。従装置１０，
１１，１２，１３から出力された各光信号は光結合器１
５により加算されて主装置１７に伝送される。

【０００５】ところで、光通信に使用される発光素子の
一つであるレーザダイオード（以下、ＬＤと称する）に
は、一定電流に対する光出力が温度変動や長期動作によ
る劣化等により大きく変化するという特性がある。従っ
て、一般にＬＤを用いた光送信器では一定の光出力（定
光出力）を得るために自動光出力制御（ＡＰＣ）回路が
設けられている。

【０００６】図６には、従来のＡＰＣ回路を備えた光送
信器の概略が示されている。従来の光送信器２は、ＬＤ
２０、外部から入力された電気信号に基づいてＬＤ２０
を駆動するＬＤ駆動回路２１、ＬＤ２０の光出力Ｐｆに
基づいてＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃを生成してＬＤ駆動回
路２１に出力するＡＰＣ回路部２２からなる。ＬＤ駆動
回路２１に入力された電気信号はＡＰＣ出力電圧Ｖａｐ
ｃに基づいて調節され、それによってＬＤ２０の光出力
Ｐｆが常時一定となるように制御されている。

【０００７】ＡＰＣ回路部２２は、ＬＤ２０の背面光を
受光してモニタするフォトダイオード（以下、ＰＤと称
する）２３、ＰＤ２３の出力電流を電圧に変換する電流
−電圧変換回路２４、電流−電圧変換回路２４の出力電
圧を平均化する平均化回路２５、基準電圧Ｖｒｅｆを出
力する基準電圧源２６、平均化回路２５から出力された
光出力レベル平均値に比例した直流電圧Ｖｐと基準電圧
源２６から出力された基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して負
帰還ループを形成する差動増幅回路２７、差動増幅回路
２７の出力電圧の高周波成分を除去してＬＤ駆動回路２
１にＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃを出力するローパスフィル
タ（以下、ＬＰＦと称する）２８とで構成されている。

【０００８】送信信号がない間は、基準電圧源２６に外
部からリセット信号が入力されることによって基準電圧
Ｖｒｅｆがリセットされ、ＬＤ２０の光出力ＰｆがＯＦ
Ｆ状態となる。光出力ＰｆがＯＦＦ状態の時に、ＬＤ駆
動回路２１に外部から電気信号が入力されかつ基準電圧
源２６のリセットが解除される（これをＡＰＣ起動とい
う）と、図７に示す波形図のように、光出力Ｐｆは遅延
時間ｔ３の経過後ＯＦＦ状態から徐々に立ち上がり、ｔ
ａｐｃの遅延時間（これをＡＰＣ立上り時間という）経
過後に設定値である光出力最終値Ｐｆ（ｆｉｎ）とな
る。

【０００９】図７示した光出力Ｐｆの立上りの様子につ
いて、図６の構成をモデル化した図８の構成に基づき定
式化して説明する。なお、図８（Ａ）において、Ｖｒｅ
ｆ、Ｖｐ及びＶａｐｃはそれぞれ基準電圧、平均化回路
２５から出力された直流電圧及びＡＰＣ出力電圧であ
る。Ｐｆは光出力レベル（ピーク値）である。Ｋは差動
増幅回路２７の利得、ｘはＶａｐｃ−Ｐｆの変換係数、
βはＰｆ−Ｖｐの変換係数である。

【００１０】Ｐｆ−Ｖｐ変換係数βは、信号マーク率
（光出力ＰｆがＯＮ状態になっている割合）をｍ、光出
力レベルＰｆとモニタ用のＰＤ２３に流れる電流との変
換効率をＬ及び電流−電圧変換回路２４の変換係数（ト
ランスインピーダンス）をＲｔとすると、次の（１）式
で表される。

【００１１】

【数１】 なお、上記（１）式では、ＬＰＦ２８は直流の増幅もし
くは減衰をしないものとした。

【００１２】光出力最終値Ｐｆ（ｆｉｎ）は次の（２）
式で表される。

【００１３】

【数２】 この（２）式において、ｘ・Ｋ・βが１よりも十分に大
きいとすれば、ＬＤ２０の特性変動すなわちＶａｐｃ−
Ｐｆ変換係数ｘの変動によらず、光出力最終値Ｐｆ（ｆ
ｉｎ）はＶｒｅｆ／βに略等しくなり、定光出力が得ら
れることがわかる。

【００１４】次に、ＡＰＣ起動時の光出力応答について
説明する。ＬＰＦ２８として図８（Ｂ）に示すような１
次のＲＣフィルタを用い、またＶａｐｃ−Ｐｆ変換係数
ｘを定数とし、ユニットステップ関数１（ｔ）を用いて
Ｖｒｅｆ（ｔ）をＶｒｅｆ・１（ｔ）としてそれに対す
る光出力の応答Ｐｆ（ｔ）を求めると、次の（３）式が
得られる。

【００１５】

【数３】 なお、上記（３）式では、平均化回路２５の時定数はＬ
ＰＦ２８の時定数よりも小さく、無視し得るものとし
た。この（３）式より、ＡＰＣ起動後、光出力ＰｆはＲ
・Ｃ／（１＋ｘ・Ｋ・β）の時定数で光出力最終値Ｐｆ
（ｆｉｎ）まで徐々に立ち上がることがわかる。なお、
実際には図９に示すようにＶａｐｃ−Ｐｆ変換係数ｘが
定数にはならないことと、リセット時のＶａｐｃの初期
値等によって、光出力Ｐｆはｔ３の遅延時間を生じた後
同様の波形で立ち上がる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ＴＤＭＡ方式による通
信システム１の各光送信器の発光素子としてＬＤ２０を
用いた場合には、各従装置１０，１１，１２，１３から
出力される光信号がバースト信号であり、また図１０に
示すように他の従装置１０，１１，１３の通信中に呼毎
起動された従装置１２が光出力を開始するため、従装置
１２に割り当てられたフレーム長ｔ２以内に光出力Ｐｆ
が光出力最終値Ｐｆ（ｆｉｎ）まで立ち上り、第２フレ
ーム以降は第１フレームで立ち上がった光出力Ｐｆを保
持したまま、先頭ビットから定光出力を得る必要があ
る。

【００１７】しかし、各従装置１０，１１，１２，１３
の伝送容量すなわちフレーム長ｔ２が可変であり、信号
マーク率ｍが一定でないので、図６に示した従来の光送
信器２はＴＤＭＡ方式の通信システム１には不適であ
る。

【００１８】そこで、図６に示した光送信器２におい
て、平均化回路２５の代わりに、電流−電圧変換回路２
４の出力電圧のピーク値をホールドするピーク値ホール
ド回路を設けることが考えられる。

【００１９】しかしながら、図６の構成において平均化
回路２５をピーク値ホールド回路に置き換えただけで
は、以下のような問題点があることが分かった。すなわ
ち、図１１に示すように、ＡＰＣ立上り後、バースト周
期ｔ１の間にピーク値ホールド回路が放電してＶｐがピ
ーク時点に比べて低下するため、Ｖｒｅｆとの差が広が
り、Ｖａｐｃが増大する。同図に示すように次のバース
トが到来した際にＶｐが［Ｖｐ−ΔＶ］に変動していた
とすると、光出力Ｐｆが［Ｐｆ＋ｘ・Ｋ・ΔＶ］に変動
してしまうだけでなく、その光出力Ｐｆの変動によって
ピーク値ホールド回路が［（Ｐｆ＋ｘ・Ｋ・ΔＶ）／
β］をホールドしてしまい、ますます定光出力が得られ
難くなってしまう。これを回避するには、ｘ・Ｋの値を
小さくすればよいが、そうすると上記（２）式において
Ｖａｐｃ−Ｐｆ変換係数ｘの変動に対する光出力Ｐｆの
補正能力が低下してしまう。

【００２０】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、第１フレームのフレーム長以内に光出力が設定値ま
で立ち上り、第２フレーム以降は第１フレームで立ち上
がった光出力を保持したまま先頭ビットから定光出力を
得るようにされたＡＰＣ回路及びそのようなＡＰＣ回路
を備えたＴＤＭＡ方式による光通信システムを提供する
ことを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＡＰＣ回路
は、発光素子であるＬＤの背面光をＰＤで受光してＬＤ
の発光量Ｐｆをモニタし、そのＰＤのモニタ電流を電流
−電圧変換回路により電圧Ｖｐに変換し、そのＶｐのピ
ーク値を第１のピーク値ホールド回路によりホールドす
るとともに、外部入力信号をレベル変換回路により定電
圧レベルの信号に変換して第２のピーク値ホールド回路
によりホールドし、前記２つのピーク値ホールド回路の
それぞれの出力信号を差動増幅回路に入力させて両入力
信号の差に基づくＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃを生成し、そ
のＡＰＣ出力電圧ＶａｐｃをＬＤ駆動回路に入力してＬ
Ｄの駆動信号を調節するようにしたものであり、２つの
ピーク値ホールド回路が同一の立上り時定数及び同一の
放電時定数を有するようにしたものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図示した一実施形態に基づ
いて本発明を詳細に説明する。図１には、本発明に係る
ＡＰＣ回路を備えた光送信器の概略が示されている。こ
の光送信器３は、発光素子であるＬＤ３０、外部から入
力された電気信号に基づいてＬＤ３０を駆動するＬＤ駆
動回路３１、ＬＤ３０の光出力Ｐｆに基づいてＡＰＣ出
力電圧Ｖａｐｃを生成してＬＤ駆動回路３１に出力する
ＡＰＣ回路部３２からなる。ＬＤ駆動回路３１に入力さ
れた電気信号はＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃに基づいて調節
され、それによってＬＤ３０の光出力Ｐｆが常時一定と
なるように制御されている。

【００２３】ＡＰＣ回路部３２は、ＬＤ３０の背面光を
受光してモニタするＰＤ３３、ＰＤ３３の出力電流を電
圧に変換して出力する電流−電圧変換回路３４、電流−
電圧変換回路３４の出力電圧Ｖｐのピーク値をホールド
して光出力レベルピーク値に比例した電圧を出力する第
１のピーク値ホールド回路３５、外部から入力された前
記電気信号を定電圧レベル（Ｖｒｅｆ）の信号に変換す
るレベル変換回路３６、そのレベル変換回路３６の出力
信号のピーク値をホールドする第２のピーク値ホールド
回路３７、第１のピーク値ホールド回路３５及び第２の
ピーク値ホールド回路３７からそれぞれ出力される２つ
の信号Ｖｐ’，Ｖｒｅｆ’を比較して負帰還ループを形
成し、ＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃを生成して出力する差動
増幅回路３８を備えている。

【００２４】なお、ＰＤ３３及び電流−電圧変換回路３
４は発光量検出手段としての機能を有しており、レベル
変換回路３６は定電位信号出力手段としての機能を有し
ている。

【００２５】図２には、第１のピーク値ホールド回路３
５及び第２のピーク値ホールド回路３７の実施例が示さ
れている。それらピーク値ホールド回路３５，３７は特
に同一の構成である必要はないが、例えば本実施例では
同じ構成のものであり、それぞれダイオードＤと２個の
抵抗Ｒ１，Ｒ２（ただし、Ｒ１はＲ２よりも十分に小さ
いとする）と容量Ｃとから構成されている。そして、２
つのピーク値ホールド回路３５，３７は同じ立上り時定
数及び放電時定数を有している。ステップ入力に対する
立上り時定数は抵抗Ｒ１と容量Ｃとの積Ｒ１・Ｃにより
決まる。

【００２６】次に、ＡＰＣ回路部３２の作用について、
図１の構成をモデル化した図３の構成に基づいて定式化
して説明する。なお、図３において、Ｖｒｅｆ、Ｖｒｅ
ｆ’、Ｖｐ、Ｖｐ’及びＶａｐｃはそれぞれレベル変換
回路３６の出力電圧、第２のピーク値ホールド回路３７
の出力電圧、電流−電圧変換回路３４の出力電圧、第１
のピーク値ホールド回路３５の出力電圧及びＡＰＣ出力
電圧である。Ｐｆは光出力レベル（ピーク値）である。
Ｋは差動増幅回路３８の利得、ｘはＶａｐｃ−Ｐｆの変
換係数、βはＰｆ−Ｖｐの変換係数である。

【００２７】Ｐｆ−Ｖｐ変換係数βは、光出力レベルＰ
ｆとモニタ用のＰＤ３３に流れる電流との変換効率をＬ
及び電流−電圧変換回路３４の変換係数（トランスイン
ピーダンス）をＲｔとすると、次の（４）式で表され
る。

【００２８】

【数４】 光出力最終値Ｐｆ（ｆｉｎ）は次の（５）式で表され
る。

【００２９】

【数５】 なお、上記（４）式及び（５）式では、第１のピーク値
ホールド回路３５及び第２のピーク値ホールド回路３７
は何れも直流の増幅もしくは減衰をしないものとした。
この（５）式において、ｘ・Ｋ・βが１よりも十分に大
きいとすれば、ＬＤ３０の特性変動すなわちＶａｐｃ−
Ｐｆ変換係数ｘの変動によらず、光出力最終値Ｐｆ（ｆ
ｉｎ）はＶｒｅｆ／βに略等しくなり、定光出力が得ら
れることがわかる。

【００３０】次に、ＡＰＣ起動時の光出力応答について
説明する。Ｖａｐｃ−Ｐｆ変換係数ｘを定数とし、ユニ
ットステップ関数１（ｔ）を用いてＶｒｅｆ（ｔ）をＶ
ｒｅｆ・１（ｔ）としてそれに対する光出力の応答Ｐｆ
（ｔ）を求めると、次の（６）式が得られる。

【００３１】

【数６】 ここで、信号マーク率ｍ’のフレーム中の信号でＡＰＣ
起動が行なわれた場合には、第１のピーク値ホールド回
路３５及び第２のピーク値ホールド回路３７の立上り時
定数は何れもｍ’・Ｒ１・Ｃとなるので、上記（６）式
は次の（７）式のようになる。

【００３２】

【数７】 （７）式より、ＡＰＣ起動後、光出力Ｐｆはｍ’・Ｒ１
・Ｃ／（１＋ｘ・Ｋ・β）の時定数で光出力最終値Ｐｆ
（ｆｉｎ）まで徐々に立ち上がることがわかる。なお、
実際には図９に示すようにＶａｐｃ−Ｐｆ変換係数ｘが
定数にはならないことと、リセット時のＶａｐｃび初期
値等によって、光出力Ｐｆはｔ３の遅延時間を生じた後
立ち上がる。

【００３３】一旦立ち上がった後には、ＡＰＣ出力電圧
Ｖａｐｃは、第１のピーク値ホールド回路３５の出力電
圧Ｖｐ’、第２のピーク値ホールド回路３７の出力電圧
Ｖｒｅｆ’及び差動増幅回路３８の利得Ｋを用いて次の
ように表される。

【００３４】

【数８】 第１のピーク値ホールド回路３５及び第２のピーク値ホ
ールド回路３７は放電時定数が等しいため、バースト周
期ｔ１の間のそれらの放電量（ΔＶとする）は同じであ
る。すなわち、図４に示すように、バースト周期ｔ１の
間に、第１のピーク値ホールド回路３５の出力電圧Ｖ
ｐ’は［Ｖｐ’−ΔＶ］に変動するとともに、第２のピ
ーク値ホールド回路３７の出力電圧Ｖｒｅｆ’は［Ｖｒ
ｅｆ’−ΔＶ］に変動する。従って、上記（８）式よ
り、第１のピーク値ホールド回路３５及び第２のピーク
値ホールド回路３７の放電後のＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃ
は、放電前と同じであることがわかる。つまり、一旦立
ち上がった後には、ＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃが常時一定
となるので、光出力Ｐｆも一定となる。

【００３５】上記実施例によれば、ＰＤ３３のモニタ電
流を電圧Ｖｐに変換してそのピーク値を第１のピーク値
ホールド回路３５によりホールドするとともに、外部入
力信号を変換してなる定電圧レベルＶｒｅｆの信号を、
第１のピーク値ホールド回路３５と同じ立上り時定数及
び放電時定数を有する第２のピーク値ホールド回路３７
によりホールドし、それら２つのピーク値ホールド回路
３５，３７の各ホールド値Ｖｐ’，Ｖｒｅｆ’の放電に
よるそれぞれの変動分ΔＶを差動増幅回路３８により相
殺してＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃを生成し、そのＡＰＣ出
力電圧ＶａｐｃをＬＤ駆動回路３１に入力させてＬＤ３
０の駆動信号を変調するようにしたため、第１フレーム
のフレーム長ｔ２以内に光出力Ｐｆが設定値まで立ち上
り、第２フレーム以降は第１フレームで立ち上がった光
出力Ｐｆを保持したまま先頭ビットから定光出力を得る
ことができるので、このＡＰＣ回路部３２を有する光送
信器３はＴＤＭＡ方式の通信システムに使用可能であ
る。従って、ＴＤＭＡ方式による光通信システムを構築
することができる。

【００３６】なお、第１のピーク値ホールド回路３５及
び第２のピーク値ホールド回路３７は、上記実施例の構
成のものに限らず、それら２つのピーク値ホールド回路
３５，３７の立上り時定数及び放電時定数がそれぞれ等
しければ、種々変更可能である。

【００３７】また、発光量検出手段は、ＰＤ３３及び電
流−電圧変換回路３４からなる構成に限らず、発光素子
の発光量を測定することができれば、如何ように構成さ
れていてもよい。

【００３８】さらに、定電位信号出力手段は、定電位レ
ベルの信号を内部で生成して第２のピーク値ホールド回
路３７に出力するようになっていてもよい。

【００３９】さらにまた、上記実施例においては、本発
明に係るＡＰＣ回路をＴＤＭＡ方式の光通信システムに
適用した場合について説明したが、本発明のＡＰＣ回路
はＴＤＭＡ方式以外の多重方式にも適用可能であるのは
勿論である。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係るＡＰＣ回路を備えた光送信
器にあっては、第１フレームのフレーム長以内に光出力
が設定値まで立ち上り、第２フレーム以降は第１フレー
ムで立ち上がった光出力を保持したまま先頭ビットから
定光出力を得ることができるので、本発明に係るＡＰＣ
回路はＴＤＭＡ方式の通信システムに使用して好適であ
り、該ＡＰＣ回路を備えることによってＴＤＭＡ方式に
よる光通信システムを構築できるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＡＰＣ回路の構成の一例を示す概
略図である。

【図２】そのＡＰＣ回路におけるピーク値ホールド回路
の実施例を示す回路図である。

【図３】図１に示すＡＰＣ回路の構成をモデル化して示
す概略図である。

【図４】図３に示すＡＰＣ回路のＡＰＣ起動時の波形図
である。

【図５】ＴＤＭＡ方式による通信システムを示す概略図
である。

【図６】従来のＡＰＣ回路の構成を示す概略図である。

【図７】従来のＡＰＣ回路のＡＰＣ起動時の波形図であ
る。

【図８】図６に示すＡＰＣ回路の構成をモデル化して示
す概略図である。

【図９】ＡＰＣ出力電圧Ｖａｐｃと光出力Ｐｆとの関係
を表す特性図である。

【図１０】ＴＤＭＡ方式による通信システムの発光素子
としてＬＤを用いた場合の光信号の波形図である。

【図１１】従来のＡＰＣ回路において平均化回路をピー
ク値ホールド回路に置き換えた場合のＡＰＣ起動時の波
形図である。

【符号の説明】

３０ レーザダイオード（発光素子） ３２ ＡＰＣ回路部 ３３ フォトダイオード（発光量検出手段） ３４ 電流−電圧変換回路（発光量検出手段） ３５ 第１のピーク値ホールド回路（第１のピーク値ホ
ールド手段） ３６ レベル変換回路（定電位信号出力手段） ３７ 第２のピーク値ホールド回路（第２のピーク値ホ
ールド手段） ３８ 差動増幅回路（差動増幅手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｊ 14/08 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ Ｈ０４Ｂ 10/28 10/26 Ｈ０４Ｊ 3/00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から入力された電気信号に基づいて
   発光する発光素子の発光量を検出する発光量検出手段
   と、 該発光量検出手段から出力された検出信号のピーク値を
   ホールドする第１のピーク値ホールド手段と、 一定の電圧レベルの信号を出力する定電位信号出力手段
   と、 立上り時定数及び放電時定数が、前記第１のピーク値ホ
   ールド手段とほぼ同一であり、かつ前記定電位信号出力
   手段の出力信号のピーク値をホールドする第２のピーク
   値ホールド手段と、 前記第１のピーク値ホールド手段の出力信号と前記第２
   のピーク値ホールド手段の出力信号との差に基づいて、
   前記発光素子の駆動信号を調整する信号を生成する差動
   増幅手段と、を備えていることを特徴とする自動光出力
   制御回路。