JPS6326041A - 衝突検知機能付光受信回路 - 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、光通信システムにおける光受信回路の新規な
構成に関する。より詳細には、イーサネットシステムの
ようにＣ３ＭＡ／ＣＤ方式を採る通信システムにおいて
、ひとつの伝送路上で２群以上のデータ群が衝突したこ
とを、各ステーションが検知する機能を備える必要のあ
るシステムに好適に適用し得る新規な衝突検知機能付加
型光受信回路の構成に関する。

従来の技術 近年の光通信技術の進歩を具現するものとして、データ
通信システムとしての実用化が図られているものにイー
サネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　）システムがある。

このイーサネットシステムは、情報をディジタル信号と
して送受信することのできるワードプロセッサ、ミニコ
ンピユータ、インテリジェントワークステーション等の
端末機器を単一の伝送路に複数接続し、１０Ｍｂ／ｓ程
度の伝送速度で情報を伝送する光通信システムである。

この方式の構成を第１０図に概略的に示す。、各ステー
ションにおいて、送受信器がタップ部を介して伝送路に
結合され、且つ、その送受信器は、ホストコンピュータ
やインテリジェント端末に付属しているＩ１０コントロ
ーラに結合されている。

更に、そのコントローラがネットワーク内のデータ転送
を制御し、また、各端末機器間のデータの授受はパケッ
ト（バースト信号形式）として行なわれる。

このシステムにおいて、１本の伝送路に対して複数の端
末機器が同時に送信を開始した場合には、競合する端末
機器はパケットの衝突を検知して、ランダムなあるいは
所定の時間、情報の送信動作を保留した後、改めて送信
を試みるように構成されている（Ｃ３ＭＡ／ＣＤ　（キ
ャリア検出多重アクセス衝突検出）方式と呼ばれる〕。

従って、このようなシステムにおけるコントローラには
、伝送路上での信号（パケット）の衝突を検知する機能
が必要であり、このような機能の一般的な方式として、
従来は、以下に示すような方式が採用されていた。

即ち、端末機器の受信部において、衝突検知レベルとし
て所定の入力レベルを設定する。そして、ある端末機器
Ａから送信された信号と、池の端末機器Ｂから送信され
た信号とが伝送路上で競合すると、その競合（衡突）に
よって伝送路上で信号が重なり信号振幅が大きく増加す
る。そこで、伝送路に結合した入力端子での入力信号レ
ベルが、前記の衝突検知レベルを越えた場合に、これを
信号（パケット）の衝突として認識するのである。

第１１図（ａ）およびら）は、このような動作を図解し
た波形図であり、第１Ｉ図（ａ）に実線で示されたある
端末機器からの信号Ａと第１１図ら）に鎖線で示された
池の端末機器からの信号Ｂとが伝送路上で衝突すると、
伝送路上には第１１図（Ｃ）に示すような信号が発生す
る。この信号は、通常は、信号ＡおよびＢの何れの最大
振幅よりも大きな振幅をもつので、第１１図（Ｃ）に示
すように、単一の信号の最大振幅レベルよりも大きな信
号衝突検出レベル■、を設定し、伝送路上の信号振幅が
これを越えたときを信号の衝突として検知する。

発明が解決しようとする問題点 さて、上述のような信号の衝突検知方式については、既
にいくつかの問題点が指摘されている。

即ち、衝突検知レベルの設定の問題がある。というのは
、各端末機器に設定された衝突検知レベルは、従来の方
式ではある所定の固定レベルである。ところが、光通信
を行なう場合、衝突を検知すべき各信号の振幅レベルが
それぞれ異なるため、衝突検知レベルの設定が難しく、
更に、衝突検知レベルを一旦固定すると、受信器の信号
受信可能なダイナミックレンジを制限することになる。

また、このレベルを決定するための要素は極めて多くの
範囲に及び、また、その要素は各機器の実際の設置状況
によって大きく変化するので、衝突検知レベルを設定す
るためには、現地調整が必要となる。従って、実際のシ
ステムの構築作業に非常に煩雑な調整作業が伴うことに
なる。

そこで、本発明は、様々な光信号レベルに自動的に対応
し得る光信号の衝突検知機能を備えた光受信器を実現す
ることを目的としている。即ち、本発明は、衝突検知レ
ベルの調整が不要で、且つ、衝突判定を含めた光受信器
のダイナミックレンジを大きく設定することが可能な衝
突検知機能付光受信器をか提供することを目的としてい
る。更に、本発明は、このような受信囲路の大規模なシ
ステムの端末機器としての適用を考慮して、回路構成を
複雑にすることなく、小型かつ安価に製造し得る光受信
回路を提供することも目的としている。

問題点を解決するための手段 即ち、本発明に従い、光信号を受ける受光素子と、該受
光素子により光電気変換された入力信号を受けるピーク
ホールド回路と、前記入力信号と前記ピークホールド回
路の出力とを受けて比較し、前記入力信号が前記ピーク
ホールド回路の出力レベルを越えたとき衝突検知信号を
出力する比較器とを備えることを特徴とする衝突検知機
能付加型光受信回路が提供される。

作用 第１図は、本発明に従う光受信回路において、伝送路上
での信号の衝突を検出する機能を司る回路の基本的構成
を示すものである。

即ち、本発明に従う光受信器においては、受光素子１に
よって電気信号に変換された光信号が、ピークホールド
回路２に入力され、そのピークホールド回路２の入力信
号と出力信号とを比較器３において比較することによっ
て信号の衝突検出を実施する。

前述のように、伝送路上で信号が衝突すると、入力信号
の振幅が大きく増大する。ピークホールド回路に入力さ
れる信号の振幅が増大すれば、ピークホールド回路の出
力レベルもそれに応じて轟然大きくなるが、実港にはピ
ークホールド回路の応答時間によって、ピークホールド
回路の出力の変動が入力信号の変動に追従するには所定
の時間が必要である。従って、ピークホールド回路の前
後での信号電圧を比較す“ると、入力信号レベルがピー
クホールド回路の出力レベル越えるときがあるので、こ
れを信号衝突として検出することができる。

第３図は、伝送路上で２つの信号が衝突した状態を詳細
に示すものである。但し、同図においては、負信号とし
て表示している。点線で示されたある信号Ｐと他の信号
Ｑとが伝送路上で衝突すると、受信器に対する入力信号
が、−点鎖線で示されるようなに大きな振幅を持つ波形
となることを示している。

一方、第２図は、上述のような状況における信号の負ピ
ークと包絡線レベルの変化を示したものである。即ち、
即ちレベル〔Ａ〕は単一の信号の最大振幅レベルであり
、レベルＣＡ＋Ｂ）は複数の信号が伝送路上にある場合
の合成信号の最大振幅レベルである。いま、入力信号レ
ベルが時刻Ｔに（Ａ）から［Ａ＋Ｂ）に変化したとする
と、ピークホールド回路の出力の変化は図中に実線で示
されたように変化する。従って、図中の期間ΔＴは信号
振幅レベルがピークホールド回路の出力レベルを越える
ので、これを比較すれば、伝送路上での信号の衝突を検
出することができる。

尚、衝突検出可能な時間ΔＴは、ピークホールド回路を
構成する素子の容量を変化することによって広範囲にで
設定することができる。

ところで、光受信回路の入力部に今や不可欠の回路とし
て、ＡＴＣ回路がある。

このＡＴＣ回路は、入力信号の信号レベルの変化に応じ
て適正なしきい値を出力するものであり、その構成は第
４図に示すように、減衰器とピークホールド回路から成
っている。一般的には、この減衰器は入力信号の信号振
幅をＺに圧縮し、これを受けるピークホールド回路は、
第５図に示すように、常に原入力信号の信号振幅の約％
のしきい値Ｖｔｈを出力するように構成したものである
。従って、この第４図に示したＡＴＣ回路を、第６図に
示すように、受光素子の出力を受ける増幅器の出力に接
続し、そのＡＴＣ回路の出力と増幅器の出力とをそれぞ
れ比較器４に入力することによって、入力信号のレベル
変動に関わりなく常に明瞭な（信号検出を実施すること
ができる。

一方、前述の本発明に従う光受信回路の衝突検知動作は
、ピークホールド回路の前後で信号振幅レベルを比較す
ることにより行われ、信号振幅の絶対レベルとは関わり
なく動作する。そこで、本発明に従う光受信回路の構成
として、前述の信号衝突検知回路のピークホールド回路
をＡＴＣ回路のピークホールド回路としても機能するよ
うに構成することができる。

このように光受信回路を構成することにより、少ない部
品点数で、衝突検知機能とＡＴＣ機能を実現することが
でき、なお且つ（針突検知回路は、その衝突検出レベル
を調整することなく、また、光受信器のダイナミックレ
ンジを制限することなく動作する。

実施例 以下に、本発明の好ましい態様を挙げて、本発明の構成
についてより具体的に説明するが、以下に示されるもの
は本発明の一実施例にすぎず、本発明の技術的範囲を何
ら限定するものではない。

第７図は、本発明に従う光受信回路の構成を示すもので
ある。

受光素子１１によって電気信号に変換された入力信号は
、増幅器１２によって電圧増幅されて、比較器１５の入
力の一つに供給される。増幅器１２の出力は更に′／２
減衰器１３に供給されて、振幅を２にされた後、ピーク
ホールド回路１４に入力される。このピークホールド回
路１４の出力が比較器１５の他方の入力端子に接続され
る。

また、ピークホールド回路１４の入力と出力とから取り
出された信号は、それぞれ比較器１６の入力端子に接続
される。比較器１６の出力にはラッチ回路１７が接続さ
れ、このラッチ回路１７の出力が衝突検出信号出力とな
る。

この受信回路においては、ピークホールド回路１４とし
ては、第８図に示すような負のピークホールド回路を用
いた。即ち、入力信号■１．．を一方の入力に受ける比
較器２１を有しており、この比較器２１の出力と他方の
入力とにトランジスタ２２のペースおよびコレクタがそ
れぞれ接続されている。また、トランジスタ２２のコレ
クタにはホールドコンデンサ２３の一端が接続されると
共に回路出力■。０゜接続されている。更に、このホー
ルドコンデンサ２３の一端は抵抗２４を介して定電流電
源Ｖ　ｅ　Ｃに接続されている。

第７図に示したように構成された光受信回路の動作につ
いて、第９図に回路内での信号波形の変遷を示し、これ
を参照しながら説明する。

第７図に示した受信回路において、図中で点線Ａによっ
て包囲される部分はＡＴＣ回路として動作する。即ち、
入力信号は減衰器１３によってその振幅レベルを２にさ
れた後ピークホールド回路１４に入力される。ピークホ
ールド回路１４は、この％の振幅の信号の負のピークレ
ベルをしきい値として出力する。比較器１５は、このし
きい値と増幅器１２の出力との比較を行い、伝送信号を
整形して出力する。

第９図において、点線で示されている曲線■は増幅器１
２から出力された入力信号の波形であり、実線で示され
ている曲線■は減衰器１３を出力された信号波形である
。また、■いはピークホールド回路１４を出力されたし
きい値であり、比較器１５はこのしきい値■いと曲線■
を比較し、伝送信号■を出力する。

一方、第７図において点線已によって包囲されている回
路が衝突検出機能を司る。即ち、ピークホールド回路１
４の入力と出力における信号波形を比較することによっ
て、伝送路上での信号の衝突を検出するのである。

第９図に示されるように、単一スチージョンからの信号
のみを受信している状態（区間Ｔ、）では、スレッショ
ルドレベル■いはピークホールド回路により振幅２の信
号のピークレベル（曲線■）をホールドしている。この
とき、別の信号が受信器に入力されたとすると（区間Ｔ
２）、受信信号の振幅は重ね合わされて大きくなる。こ
の時のＶＩｈと信号Ｖ　ｓｇｎ’との信号振幅を比較す
ることにより、衝突が検知できる。

ピークホールド回路１４の出力信号■いは、入力信号の
信号レベルに応じて変化するが、前述のように、期間Δ
Ｔに限っては、ピークホールド回路１４の入力側の信号
■の振幅レベルがピークホールド回路１４の出力信号で
あるしきい値■いのレベルを越えるので、比較器１６の
出力■は、図示の如く反転し、この反転状態は次段ラッ
チ回路によりラッチされる。従って、このラッチ回路の
出力を第９図に■で示す如き衝突検知信号として取り出
すことができる。

受光素子１１として変換効率０．５Ａ／ｗの光電変換素
子（フォトダイオード）を使用し、増幅器１２としてト
ランスインピーダンス１００　ＫΩの広帯域増幅器を使
用して構成した第７図に示した回路に、信号Ａとして光
入力パワー１μＷ（ピーク値）の光信号を入力した場合
、スレッショルドレベルＶｔｈは、■い＝　１　ｘｌｏ
−６Ｘｏ、５Ｘ　１００ｘｌＯ３／　２　＝２５〔ｍ■
〕となる。

いま、信号Ａを受信中に、同じ光入力パワーの信号Ｂが
重なると、ピークホールド回路入力信号は、衝突発生前
のレベルよりも２５ｍＶ大きな振幅となる。この電圧レ
ベルの変動は市販の比較器により容易に検知することが
できるレベルであり、衝突検知回路を容易かつ廉価に実
現することができる。

従って、例えばイーサネットシステムの受信器にこれを
適用した場合には、このラッチ回路１７の出力をパケッ
トの衝突検出兼送信待機信号として用いることができる
。このラッチの解除は、所定の時Ｍ経過後に外部よりリ
セットすることにより行うことができ、その時点で再送
信を試みることができる。

発明の効果 以上詳述のように、本発明に従う光受信回路は、まず、
常に安定に衝突を検出し得る信号衝突検出機能を備えて
いる。即ち、この衝突検出機能は、光受信器のダイナミ
ックレンジを制限することがなく、また、衝突検出レベ
ルの設定等の調整作業が不要であり、取り扱いが極めて
簡便でありながら、常に安定した衝突検知動作が保証さ
れている。

また、この衝突検知回路は、ＡＴＣ回路の構成要素と多
くの部材を共用しており、この機能を付加することによ
り、光受信回路が大型化あるいは複雑化することもない
。

このように、多くの機能を集約化かつ簡素化した光受信
回路は、光ＬＡＮシステム等の光通信システムに好適に
適用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う光受信回路の備える衝突検知回
路の基本的構成を示すブロック図であり、第２図は、第
１図に示された回路に適用されるピークホールド回路の
動作を説明する波形図であり、 第３図は、１本の伝送路上で２つの信号が衝突した場合
の光受信器の入力信号波形の変化を示す波形図であり、 第４図は、ＡＴＣ回路の基本的構成を示すブロック図で
あり、 第５図は、第４図に示したＡ　Ｔ　Ｃ回路におけるピー
クホールド回路の動作を説明する波形図であり、 第６図は、第４図に示したＡＴＣ回路を光受信回路に組
み込んだ場合の構成を示すブロック図であり、 第７図は、本発明に従う光受信回路の構成の一実施例の
ブロック図であり、 第８図は、第７図に示した回路に適用したピークホール
ド回路の具体的構成を示す回路図であり、第９図は、第
７図に示した回路の各要素での信号波形の一例を示す波
形図であり、 第１０図は、イーサネットシステムの構成を説明するブ
ロック図であり、 第１１図は、伝送路上で信号が衝突した場合に、その伝
送路上での信号振幅が増大する様子を模式％式％ ２１４　・・・ピークホールド回路、 ３．４．１５．１６・・・比較器、 １２・・・増幅器、 １３・・・減衰器、 １７・・・ラッチ回路、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光信号を受けて光電気変換する受光素子と、該受
   光素子からの入力信号を受けるピークホールド回路と、
   前記入力信号と前記ピークホールド回路の出力とを受け
   て比較し、前記入力信号が前記ピークホールド回路の出
   力レベルを越えたとき衝突検知信号を出力する比較器と
   を備えることを特徴とする衝突検知機能付光受信回路。
2. （２）前記入力信号は、１／２減衰器を介して前記ピー
   クホールド回路に入力されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の衝突検知機能付光受信回路。
3. （３）前記比較器には、前記ピークホールド回路の入力
   と出力とが入力され前記比較器の出力はラッチ回路に入
   力され、該ラッチ回路が前記衝突検知信号を出力するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の衝突検知機能付光受信回路。