JPS6264154A - 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】 産業上の利用分野 本発明は光通信機器等に用いられる光受信回路に関し、
特にバースト状の光信号を受けてパルス信号を出力する
光受信回路において、パルス信号に変換するためのしき
い値の検出回路の改良に関する。

従来の技術 イーサネット通信方式に代表されるバス・ネットワーク
などの光通信においてバースト状の光信号を受信する光
受信器では、受信信号によって伝達される周波数および
位相を正確に読み取らなければならない。そのために、
一般に、受信信号の最大レベルと最小レベルとの平均値
を有するしきい値を設定し、受信信号レベルがこのしき
い値より大きいかあるいは小さいかを判別することによ
って、受信信号と同じ周波数および位相を有するパルス
出力を１等でいた。

第６図に従来例に係わる光受信回路の構成図を示す。こ
の光受信回路は、フォトダイオード１が入力に接続され
た反転増幅器２と、その反転増幅器２の出力に接続され
た分圧回路８と、その分圧回路８の出力に接続された負
のピークホールド回路９と、増幅器２の出力信号および
ピークホールド回路９の出力信号を入力する比較器６と
から構成されている。

次に、第６図に示す回路の動作を第７図（ａ）の信号図
を参照して説明する。まず、フォトダイオード１に入射
した光信号は、ここで電気信号ＳＬに変換され、さらに
増幅器２で増幅される。このとき、増幅器２は通常グラ
ンドレベルＧＮＤを基準レベル■６として、負電圧方向
に信号Ｓ１を増幅する。増幅された電気信号Ｓ２は分圧
回路８で振幅の１７２のレベルに分圧された信号Ｓ３に
変換され、この信号Ｓ３の最小レベルがピークホールド
回路９に保持される。ピークホールド回路９は保持した
最小レベルをしきい値ｖｔｈとして比較器６に出力し、
比較器６は増幅器２から出力された信号Ｓ２のレベルと
ピークホールド回路９から出力されたしきい値ｖｔｈと
を比較する。比較の結果、信号ｓ２のレベルがしきい値
ｖｔｈ以上のときには所定のローレベル（あるいはハイ
レベル）の、シきい値ｖｔｈより小さいときには所定の
ハイレベル（あるいはローレベル）の出力信号Ｓ　ｏｕ
ｔが比較器６から出力される。

このようにして、信号Ｓ２の最大レベルと最小レベルと
の平均値を有するしきい値ｖｔｈが設定されるので、光
受信回路に入力したバースト状の光信号と同じ周波数ふ
よび位相を持つパルス出力信号Ｓ　ｏｕｔが得られる。

発明が解ゞしようとする問題点 第６図の従来例における増幅器２および分圧回路８の詳
細な構成図を第８図に示す。抵抗Ｒ５ふよびＲ２は互い
に等しい抵抗値を有する抵抗であり、これらによって分
圧回路８を構成している。

フォトダイオード１から増幅器２に入力した信号Ｓ１は
、増幅器２内に予め設定されている電圧レベル■。を基
準にして負電圧方向に増幅された後、信号Ｓ２として出
力される。従って、信号Ｓ２の電圧レベル■２は、その
最大値が基準レベル■Ｇに一致し、基準レベル■、から
の信号Ｓ２の変位をＶＳＧＮとして、第９図に示すよう
に、 Ｖ２＝Ｖ。十ＶｓｃＮ（ただし、■、。、≦０）・・・
（１）と表すことができる。一方、分圧回路８の出力信
号Ｓ３は、抵抗Ｒ１およびＲ２によって信号Ｓ２の電圧
レベル■、とグランドレベルＧＮＤとの平均のレベル■
３を有する。すなわち、 Ｖ、＝Ｖ、／２・・・（２） となる。

そこで、第７図（ａ）のように基準レベル■Ｇをグラン
ドレベルに一致させて設定すれば、（１）方よび（２）
式より、 Ｖｌ＝　（Ｖｃ＋Ｖｓｃ、ｌ）／２ ＝Ｖｓｃ、ｌ／２・・・・・・（３） となる。従って、ピークホールド回路９において信号Ｓ
３の負のピーク値を保持して得られるしきい値Ｖ　ｔｈ
は、信号Ｓ２の最大レベル（グランドレベル）と最小レ
ベルとのちょうど平均のレベルとなり、フォトダイオー
ド１に入力した光信号の周波数および位相を良好に再現
する、パルス幅歪みの小さい出力信号Ｓ　ｏｕｔが得ら
れる。

しかしながら、電源電圧の変動あるいは温度の変動等に
伴って、増幅器２の基準電圧レベルＶｃが変化すること
がある。この場合、基準電圧レベル■。がグランドレベ
ルからずれて、 ■、≠０ となるので、（１）および（２）式からＶ３＝ＶＳＩＩ
、Ｎ／２＋ＶＧ／２・・・・（４）となる。この（４）
式かられかるように、信号Ｓ３の電圧レベル■３は、基
準電圧レベル変動前に比べて■Ｇ／２だけレベルがずれ
てしまう。従って、第７図（ｂ）に示すように、ピーク
ホールド回路９から出力されるしきい値ｖｔｈも信号Ｓ
２の平均　゛レベルより■、／２だけずれることになる
。その結果、比較器６からの出力信号Ｓ　ｏｕｔはハイ
レベルとローレベルの時間幅が異なったものとなる。

なふ、増幅器２として非反転増幅器を用い、負のピーク
ホールド回路９０代わりに正のピークホールド回路を用
いた場合にも、増幅器の基準電圧レベルが変動すると全
く同様の問題が生じる。

このように、従来の光受信回路は、電源電圧および温度
等の変動によって、出力のパルス幅歪みが大きくなり、
入力した光信号の周波数および位相を良好に再現できな
いという問題点を有していた。

かくして本発明の目的は、電源電圧あるいは温度等が変
動しても、パルス幅が歪むことなく安定した出力を得る
ことができる光受信回路を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者は、安定度の高い光受信回路を開発すべく種々
研究した結果、光電変換素子からの電気信号を増幅する
第１の増幅回路と同等の温度特性右よび電源電圧特性を
有する補償用の第２の増幅回路を設け、この第２の増幅
回路の出力レベルが所定の値に維持されるように第２の
増幅回路の入力に対して負帰還をかけると同時にこの負
帰還信号を第１の増幅回路にも入力させることにより、
第１の増幅回路の出力の基準電圧レベルを一定とするこ
とが有効であることを見出した。

すなわち、第１の発明による光受信回路は、光信号を電
気信号に変換する光電変換素子と、前記電気信号を増幅
し、これを検出信号として出力する第１の増幅回路と、
該第１の増幅回路と同等の温度特性および電源電圧特性
を有する第２の増幅回路と、該第２の増幅回路の出力レ
ベルと所定値との比較を行い、両者が一致するようなレ
ベルの帰還信号を前記第１および第２の増幅回路に入力
させる帰還回路と、前記検出信号のレベルと前記第２の
増幅回路の出力レベルとの差を分圧して出力する分圧回
路と、該分圧回路から出力された信号のピーク値を検出
且つ保持し、これをしきい値として出力する保持回路と
、該分圧回路から出力された信号のレベルと前記しきい
値とを比較し、前者が後者以上のときには第１のレベル
の、前者が後者より小さいときには前記第１のレベルと
は相反する第２のレベルのデジタル信号を出力する比較
回路とを有することを特徴とする。

第２の発明による光受信回路は、さらに、前記保持回路
バら出力される前記しきい値と前記第２の増幅回路の出
力レベルとを比較し、両者の差が所定値以下のときには
停止信号を、前記所定値より大きいときには駆動信号を
出力する入力信号断状態検出回路を備え、前記比較回路
は停止信号を入力すると停止状態になり、駆動信号を入
力すると作動状態になることを特徴とする。

罫Ｊ このような構成とすることによって、帰還回路により第
２の増幅回路の出力レベルが所定値■。

に維持されると同時に、第１の増幅回路の出力の基準電
圧レベルもまた前記所定値Ｖｃに維持される。従って、
第１および第２の増幅器が反転型である場合には第３図
（ａ）に示すように、第１の増幅器によって負電圧方向
に増幅された検出信号Ｓ２と第２の増幅器の出力である
所定値■。とを分圧した分圧信号Ｓ　ＡＶは、その最大
レベルが検出信号Ｓ２の最大レベルと一致し、検出信号
Ｓ２の１／２の振幅を有する信号となる。そこで保持回
路が分圧信号の最小レベルを検出してこれをしきい値Ｖ
　ｔｈとして出力すれば、このしきい値Ｖｃｈは検出信
号Ｓ２の最大レベルと最小レベルとの平均のレベルに設
定されることになる。一方、第１および第２の増幅器が
非反転型である場合には第３図（ｂ）に示すように、第
１の増幅器によって正電圧方向に増幅された検出信号Ｓ
２と第２の増幅器の出力である所定値Ｖａとを分圧した
分圧信号ＳＡｙは、その最小レベルが検出信号Ｓ２の最
小レベルと一致し、検出信号Ｓ、の１／２の振幅を有す
る信号となる。そこで保持回路が分圧信号の最大レベル
を検出してこれをしきい値ｖｔｈとして出力すれば、こ
のしきい値Ｖｔｈは検出信号Ｓ２の最大レベルと最小レ
ベルとの平均のレベルに設定されることになる。すなわ
ち、電源電圧等の変動によって入力信号レベルが変化し
ても、保持回路から出力されるしきい値■いを用いるこ
とによって最適な入力信号の識別を行うことができる。

その結果、入力信号の周波数および位相を正確に再現し
たパルス信号が比較回路から出力される。

また、第２の発明に基づいて、さらに入力信号断状態検
出回路を設けることによって、所定の基準電圧レベル■
６としきい値Ｖｔｈとの差が所定値以下の場合には、入
力信号断状態検出回路から停止信号を出力して比較回路
を停止させることができる。従って、入力信号が無い場
合（消光状態）あるいは入力信号の振幅が小さくて、例
えば所望のＳ／Ｎ比を得ることができない場合に、ノイ
ズ等によって生じる誤動作を防止することが可能となる
。

なお、第１および第２の増幅回路が全く同等の温度特性
および電源電圧特性を有するならば、帰還回路は不要と
なる。すなわち、例えば、電源電圧が変動することによ
り、第１、第２の増幅器の各基準電圧レベル■、がとも
に同じ大きさだけ変化すると、分圧信号Ｓ　ＡＶはやは
りこの基準電圧レベル■。に接し且つ検出信号Ｓ２の１
／２の振幅を有する曲線を描く。従って、最適なしきい
値Ｖｉｈを検出し出力することができる。

しかしながら、実際には同種の増幅器を製造しても、そ
れらの特性の間にはばらつきが生じてしまう。例えば、
第４図に示す測定回路を用いて、同種の３個の増幅器の
電源電圧を変化させ、各出力電圧を測定したところ、第
５図に示すような結果が得られた。すなわち、電源電圧
の変動が大きくなるほど、各増幅器のばらつきが目立つ
ようになる。

従って、本発明のように帰還回路を設けて、第１および
第２の増幅器の各基準電圧レベルを一定に保つことによ
って、光受信回路としての信頼性がより向上する。

１１男 以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる光受信回路の構成図
である。フォトダイオードｌに直流型の反転増幅器２を
接続する。一方、増幅器２と同等の特性を有する第２の
反転増幅器３の出力端に帰還回路４を接続する。この帰
還回路４は増幅器３の出力レベルが所定の値■。になる
ようなレベルを有する帰還信号ＳＲを増幅器３に帰還す
ると同時に、第１の増幅器２にも入力させる。

帰還回路４は、例えば、比較器から構成され、一方の入
力にグランドレベルを受は他方の入力に増幅器３の出力
を受けて、その差を増幅器３の入力に出力する。次に、
増幅器２および３の各出力端子間に互いに等しい抵抗値
を有する２つの抵抗Ｒ１およびＲ２を直列に接続し、抵
抗Ｒ１とＲ２との接続点Ａに負のピークホールド回路５
を接続する。

これら２つの抵抗Ｒ，およびＲ２により、分圧回、路が
構成されている。さらに、増幅器２および負のピークホ
ールド回路５の各出力を比較器６に入力させ、この比較
器６の出力を本実施例の光受信回路の出力とする。

次に、第３図（ａ）の信号波形図を参照して回路の動作
を説明する。まず、フォトダイオード１に入射した光信
号は、ここで電気信号Ｓ１に変換され、さらに増幅器２
で基準電圧レベル■。から負電圧方向に増幅される。こ
のとき、増幅器２および３の基準電圧レベル■。は帰還
回路４によって一定に維持されている。増幅器２で増幅
された信号Ｓ２のレベルと増幅器３の出力である基準電
圧レベル■６との差を分圧した分圧信号ＳＡｖ　　抵抗
Ｒ＋およびＲ２の接続点Ａに現れる。この分圧信号Ｓ　
ＡＹの最小レベルが負のピークホールド回路５に保持さ
れ、さらにしきい値ｖｔｈとして比較器６へ出力される
。比較器６では、しきい値ｖｔｈと増幅器２の出力信号
Ｓ２のレベルとの比較が行われ、信号Ｓ２のレベルがし
きい値ｖｔｈ以上のときにはローレベル（あるいはハイ
レベル）の、しきい値ｖｔｈより小さいときにはハイレ
ベル（あるいはローレベル）のデジタル信号５ｏｕｔが
出力される。。

第２図は本発明の他の実施例に係わる光受信回路の構成
図である。この実施例は、第１図に示した光受信回路に
おいて、第２の増幅器３とピークホールド回路５の各出
力信号を入力とする入力信号断状態検出回路（以下、検
出回路とする）７を新たに設け、検出回路７の出力信号
によって比較器６の駆動／停止を制御するものである。

検出回路７は、増幅器３から出力される基準電圧レベル
Ｖｃとピークホールド回路５から出力されるしきい値ｖ
ｔｈとを比較し、両者の差■。−Ｖｔｈｓすなわち信号
Ｓ２の振幅が予め設定されている所定値■。より大きい
ときには駆動信号Ｓ８を、所定値■。以下のときには停
止信号Ｓｔをそれぞれ比較器６に出力する。なお、駆動
信号Ｓ。および停止信号ＳＴは、それぞれハイレベルお
よびローレベル、あるいはローレベルおよびハイレベル
というように電圧レベルの違いによって設定することが
できるので、検出回路７と比較器６を結ぶ接続線は１本
で済む。また、比較器６は、駆動信号Ｓ。

を入力しているときには信号Ｓ２のレベルとしきい値ｖ
ｔｈとの比較に基づいてデジタル信号Ｓ　ｏｕｔを出力
し、停止゛出力Ｓ７を入力しているときにはデジタル信
号Ｓ　ｏｕｔの出力を停止する。

このような構成とすることによって、第２図に示す光受
信回路では、フォトダイオードｌに入射する光信号レベ
ルが大きく、増幅器２で増幅された信号Ｓ２の振幅ｃ＝
ｖｃ　−Ｖｔｈ）が所定値■。より大きいときには、検
出回路７から比較器６へ駆動信号Ｓ、１が出力されて、
第１図の光受信回路と全く同様の動作が行われる。一方
、フォトダイオード１に入射する光信号レベルが小さく
、信号Ｓ２の振幅が所定値■０以下になると、検出回路
７から比較器６へ停止信号ＳＴが出力されて、この光受
信回路からデジタル信号３ｏｕｔが出力されなくなる。

従って、検出回路７内の所定値■０を予め増幅後の信号
Ｓ２のノイズレベル程度に設定しておけば、フォトダイ
オード１に入射する光信号が無い場合あるいは光信号レ
ベルがノイズレベル程度で光受信回路として所望のＳ／
Ｎ比が得られない場合には、デジタル信号５ｏｕｔを出
力せず、ノイズ等による誤動作を防止することができる
。

なお、検出回路７が通常の比較器から容易に構成される
ことは言うまでもない。さらに、検出回路７をヒステリ
シス特性を有する比較器から構成して、低レベルから高
レベルに移る場合の所定値Ｖｏと逆の場合の所定値Ｖｏ
とを変化させることにより、雑音余裕度を増すこともで
きる。

また、上記の２つの実施例では増幅器２および３として
反転増幅器を用いたが、非反転増幅器を用いることもで
きる。その場合、第３図（ｂ）に示すように分圧信号Ｓ
ＡＶは、その最小レベルが第２の増幅器３から出力され
る基準電圧レベル■。

に等しくなり、正眠圧方向に変位を有する信号どなるの
で、ピークホールド回路５は分圧信号ＳＡＶの正のピー
ク値を検出且つ保持する必要がある。

さらに、この正のピーク値をしきい値Ｖ　ｔ　ｈとする
ことによって反転増幅器を用いた場合と同じく同様の効
果が得られる。

発明の効果 以上詳細に説明したように本発明によれば、電源電圧や
温度などの変動に左右されずに、バースト状の光信号の
周波数および位相を正確に再現するデジタル信号を得る
ことができる。さらに、入力信号断状態検出回路を設け
ることによって、ノイズ等による誤動作を防止し、信頼
性の高い光受信回路が実現される。

従って、本発明は光イーサネット通信方式などバースト
状の信号を取り扱う光通信分野において極めて有用なも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる光受信回路の構成図
、 第２図は本発明の他の実施例に係わる光受信回路の構成
図、 第３図（ａ）および（ｂ）は本発明による回路の動作を
示す信号波形図、 第４図および第５図は増幅器の特性のばらつきを示すた
めの説明図、 第６図は従来例に係わる光受信回路の構成図、第７図（
ａ）および（ｂ）ないし第９図は従来例の動作および問
題点を示すための説明図である。 （主な参照番号） １・・フォトダイオード ２．３・・増幅器 ４・・帰還回路 ５．９・・ピークホールド回路 ６・・比較器 ７・・入力信号断状態検出回路 ８・・分圧回路 Ｒ，、Ｒ２・・抵抗

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前
   記電気信号を増幅し、これを検出信号として出力する第
   １の増幅回路と、 該第１の増幅回路と同等あるいは類似の温度特性および
   電源電圧特性を有する第２の増幅回路と、該第２の増幅
   回路の出力レベルと所定値との比較を行い、両者が一致
   するようなレベルの帰還信号を前記第１および第２の増
   幅回路に入力させる帰還回路と、 前記検出信号のレベルと前記第２の増幅回路の出力レベ
   ルとの差を分圧して出力する分圧回路と、該分圧回路か
   ら出力された信号のピーク値を検出且つ保持し、これを
   しきい値として出力する保持回路と、 前記入力信号のレベルと前記しきい値とを比較し、前者
   が後者以上のときには第１のレベルの、前者が後者より
   小さいときには前記第１のレベルとは相反する第２のレ
   ベルのデジタル信号を出力する比較回路と を有することを特徴とする光受信回路。
2. （２）前記第１および第２の増幅回路が反転増幅器から
   構成され、且つ前記保持回路が保持する前記ピーク値は
   負のピーク値であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の光受信回路。
3. （３）前記第１および第２の増幅回路が非反転増幅器か
   ら構成され、且つ前記保持回路が保持する前記ピーク値
   は正のピーク値であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の光受信回路。
4. （４）光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、前
   記電気信号を増幅し、これを検出信号として出力する第
   １の増幅回路と、 該第１の増幅回路と同等あるいは類似の温度特性および
   電源電圧特性を有する第２の増幅回路と、該第２の増幅
   回路の出力レベルと所定値との比較を行い、両者が一致
   するようなレベルの帰還信号を前記第１および第２の増
   幅回路に入力させる帰還回路と、 前記検出信号のレベルと前記第２の増幅回路の出力レベ
   ルとの差を分圧して出力する分圧回路と、該分圧回路か
   ら出力された信号のピーク値を検出且つ保持し、これを
   しきい値として出力する保持回路と、 前記保持回路から出力される前記しきい値と前記第２の
   増幅回路の出力レベルとを比較し、両者の差が所定値以
   下のときには停止信号を、前記所定値より大きいときに
   は駆動信号を出力する入力信号断状態検出回路と、 該信号断状態検出回路に制御されて前記停止信号が入力
   されると停止状態になり、前記駆動信号が入力されると
   作動状態になって、前記入力信号のレベルと前記しきい
   値とを比較し、前者が後者以上のときには第１のレベル
   の、前者が後者より小さいときには前記第１のレベルと
   は相反する第２のレベルのデジタル信号を出力する比較
   回路とを有することを特徴とする光受信回路。
5. （５）前記第１および第２の増幅回路が反転増幅器から
   構成され、且つ前記保持回路が保持する前記ピーク値は
   負のピーク値であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の光受信回路。
6. （６）前記第１および第２の増幅回路が非反転増幅器か
   ら構成され、且つ前記保持回路が保持する前記ピーク値
   は正のピーク値であることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項に記載の光受信回路。
7. （７）前記入力信号断状態検出回路はヒステリシス特性
   を有する比較回路からなることを特徴とする特許請求の
   範囲第４項に記載の光受信回路。