JPH11127122A

JPH11127122A - 光受信器

Info

Publication number: JPH11127122A
Application number: JP9306358A
Authority: JP
Inventors: Mizumasa Atozawa; 瑞征後澤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】無変調光の入力や信号光の無入力の場合に生
じるアバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）の電流増加
により、受信器各部が劣化することを防止する。【解決手段】ＡＰＤ１からの電流出力を前置増幅器２
により電圧信号とし可変利得増幅器３により利得を調整
して出力信号振幅を一定に維持する。可変利得増幅器３
は、利得が所定値以上になっても所定の出力信号振幅が
得られないないとき高電圧発生回路７を制御して出力信
号振幅が一定になるようにＡＰＤ１の増倍率を調整する
制御電圧を制御回路６に出力する。また、タイミング抽
出回路５は出力からクロック周波数成分を検出できると
きは十分高い電圧を、検出できないときはＡＰＤのブレ
ークダウン電圧以下の制御電圧を制御回路６に出力す
る。制御回路６は、両制御電圧のうち低い方で高電圧発
生回路７を制御してＡＰＤに過電圧が印加されることを
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に使用され
る受光素子として、例えばアバランシェホトダイオード
を用いた光受信器に関し、特に、特性の劣化を防止する
ことが可能な光受信器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光信号を電気信号に変換するため
の受光素子として、印加する電圧により増倍率を可変で
きるアバランシェダイオード（以下「ＡＰＤ」ともい
う。）等を用い、更に、ＡＰＤの光電流を電圧に変換す
るための前置増幅器と、前記前置増幅器の出力を一定の
振幅まで増幅する可変利得増幅器とを有する光受信器が
利用されている。

【０００３】通常、このような光受信器は、可変利得増
幅器の利得制御によって可変利得増幅器の出力信号振幅
を所定の値に保てる場合には、ＡＰＤに印加する電圧を
一定に保ち可変利得増幅器の利得制御を行い、可変利得
増幅器の利得が最大となっても、可変利得増幅器の出力
振幅が所定の値に達しない場合には、ＡＰＤに印加する
電圧を調整することによりＡＰＤの増倍率を制御し、可
変利得増幅器の出力信号振幅を所定の値にすることが行
われている。

【０００４】図７は、このような光受信器を示すブロッ
ク図である。入力信号光は、ＡＰＤ１により電流に変換
されて前置増幅器２に入力される。前置増幅器２は、入
力された電流を電圧に変換して可変利得増幅器３に出力
する。可変利得増幅器３は、利得が制御され入力された
電圧信号を所定の振幅に増幅してタイミング抽出回路５
と識別回路４に出力する。

【０００５】ここで、可変利得増幅器３の利得を最大に
しても出力振幅が所定の振幅に達しない場合は、可変利
得増幅器３はＡＰＤ１に電圧を印加している高電圧発生
回路７の制御回路３１に制御信号を出力して、ＡＰＤ１
に印加する電圧を調整することで可変利得増幅器３の出
力振幅が所定の値となるようにＡＰＤ１の増倍率を制御
する。可変利得増幅器３から入力される信号により、タ
イミング抽出回路５はクロックを再生し、識別回路４
は、タイミング抽出回路５からの再生クロックにより信
号のリタイミングを行い信号を識別しデータを出力す
る。

【０００６】また、ＡＰＤの増倍率を制御する光受信器
の他の従来例としては、例えば、特開平３−１３６４１
９号公報記載のものが知られている。この光受信器で
は、ＡＰＤとＡＰＤに電圧を印加する高電圧発生回路の
間にＡＰＤに流れる平均電流を検出する回路を設け、Ａ
ＰＤに流れる電流により高電圧発生回路の出力電圧を制
御するように構成したものである。

【０００７】図８は、この光受信器の一例を示すブロッ
ク図である。ＡＰＤ１を流れる平均電流を平均電流検出
回路４２で検出し、この検出信号を制御回路４４を介し
て高電圧発生回路４３に入力する。高電圧発生回路４３
は検出信号によりＡＰＤ１に印加する電圧を調整し、Ａ
ＰＤ１の増倍率を制御する。このようにして、制御され
たＡＰＤ１からの出力信号は、前置増幅器２、可変利得
増幅器４１で所定の値まで増幅された後、識別回路４及
びタイミング抽出回路５に出力される。識別回路４は、
タイミング抽出回路５で再生されたクロックにより信号
をリタイミングして識別しデータを出力する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図７で説明した一般的
な光受信器の例では、受信器に連続光（無変調光）が入
力された場合、可変利得増幅器から出力される信号振幅
が得られないために、ＡＰＤ等の受光素子は増倍率を増
大するように制御され過大な光電流が受光素子に流れる
ことになる。この結果、受光素子や前置増幅器の劣化が
生じる可能性がある。また、信号光が無入力になると可
変利得増幅器から出力される振幅が小さくなるため、受
光素子には、ブレークダウンを生じるような過大電圧
（ＶＢ）が印加される。受光素子にブレークダウン電圧
が印加されると過大な電流（暗電流）が生じるので、同
様に受光素子や前置増幅器の劣化が生じる可能性があ
る。

【０００９】また、図８で説明した光受信器の例では、
受光素子には高電圧を印加する必要があるため、受光素
子の電流を検出するには高電圧に耐えられる特殊な部品
を用いる必要がある。また、信号光が無入力になると、
受光素子に流れる電流は受光素子の動作電圧（図２、Ｖ
Ｂ参照）付近で急激に増大するので制御が非常に困難に
なる。

【００１０】（発明の目的）本発明の目的は、連続光
（無変調光）が入力された場合や信号光が無入力状態に
なった場合でも、アバランシェホトダイオード等の受光
素子の電流増加による受信器各部の劣化を防止すること
ができる簡単な構成の光受信器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光受信器は、光
信号を電気信号に変換する受光素子として光電気変換効
率が変化する受光素子を用い、前記受光素子の出力信号
を増幅し利得を調整することにより出力の信号振幅を一
定にする増幅器を備える光受信器において、前記増幅器
の利得が所定値以上になったとき、前記受光素子に印加
する電圧を制御して受光素子の増倍率を調整して前記増
幅器が出力する信号振幅が一定になるように制御する手
段と、前記増幅器の出力から特定の周波数成分が検出さ
れない場合に前記受光素子に印加する電圧を所定電圧以
上とならないように制限する手段とを有する。

【００１２】具体的には、光信号を電気信号に変換する
アバランシェホトダイオードと、前記アバランシェホト
ダイオードの出力信号を電圧に変換する前置増幅器と、
前記前置増幅器の出力を増幅し利得を調整することによ
り出力の信号振幅を一定に維持する増幅器とを備える光
受信器において、前記増幅器の利得が所定値以上になっ
たとき、前記アバランシェホトダイオードに印加する電
圧を制御してアバランシェホトダイオードの増倍率を調
整して、前記増幅器が出力する信号振幅が一定になるよ
うに制御する手段と、前記増幅器の出力から特定の周波
数成分が検出されない場合にアバランシェホトダイオー
ドに印加する電圧をブレークダウン電圧より低い所定電
圧が上限となるように制限する手段とを有する。

【００１３】また、前記光受信器において、アバランシ
ェホトダイオードのブレークダウン電圧より低い前記所
定電圧は温度補償された電圧とし、更に、前記特定の周
波数成分は、受信信号の伝送速度のクロック成分又は信
号フォーマットにおけるフレーム周波数成分とすること
ができる。

【００１４】（作用）光受信器の利得制御用の増幅器の
出力から抽出されるクロック周波数成分や伝送信号中の
特定の周波数成分の有無により、光受信器への信号光の
状態を判断して無信号光や信号光の無入力時に受光素子
に過大バイアス電圧が印加されることを回避できるよう
にし、アバランシェホトダイオード等の受光素子及び増
幅器等の特性劣化を防止する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、光受信器の受光素子とし
てアバランシェホトダイオードを使用した本発明の第一
の実施の形態を示すブロック図である。

【００１６】本実施の形態は、アバランシェホトダイオ
ードＡＰＤ１に対するバイアス電圧を発生する高電圧発
生回路７と、信号光を受光するアバランシェホトダイオ
ード１と、その電流出力を入力とする前置増幅器２と、
前置増幅器２の出力を入力とする可変利得増幅器３とを
備える光受信器において、高電圧発生回路７を制御する
制御回路６を設け、該制御回路６を可変利得増幅器３か
らの制御出力とタイミング抽出回路６からの制御出力に
より制御する構成を有する。

【００１７】入力された信号光は、ＡＰＤ１により電流
信号に変換される。ＡＰＤ１により変換された電流信号
は、前置増幅器２によりＡＰＤ１の出力する光電流に比
例した電圧に変換されて可変利得増幅器３に出力され
る。

【００１８】可変利得増幅器３では、利得制御によって
出力信号の信号振幅を所定の値に保てる場合には、可変
利得増幅器内における自動利得制御動作が行われ出力の
信号振幅が一定に保たれる。また、このときＡＰＤ１に
印加する電圧は一定に保つように利得制御が行われる。
また、可変利得増幅器３の利得が十分大又は最大となっ
ても出力信号振幅が所定の値に達しない場合には、ＡＰ
Ｄ１に印加する電圧を調整してＡＰＤ１の増倍率を制御
して可変利得増幅器３の出力の信号振幅を所定の値にな
るように制御する。可変利得増幅器３により増幅された
信号は、タイミング抽出回路５と識別回路４にそれぞれ
出力される。

【００１９】タイミング抽出回路５は、入力される信号
から、信号の伝送速度に応じたクロックを再生し、識別
回路４は、タイミング抽出回路５からのクロックにより
可変利得増幅器３からの信号をリタイミングして識別す
る。

【００２０】更に、本実施の態様においては、タイミン
グ抽出回路５は、入力される信号から伝送速度に応じた
クロックを抽出できている場合は、高い制御電圧Ｖ１を
制御回路６に出力し、また、クロックを抽出できない場
合には、低い制御電圧Ｖ２（＜Ｖ１）を制御回路６に出
力する機能を有する。ここで、高い制御電圧Ｖ１とは、
ＡＰＤ１のブレークダウン電圧以上の電圧であり、ま
た、低い制御電圧Ｖ２とは、ＡＰＤ１のブレークダウン
電圧以下の電圧又は該ブレークダウン電圧近くの適正動
作を可能とする電圧である。

【００２１】制御回路６は、可変利得増幅器３から入力
される制御電圧とタイミング抽出回路５から入力される
制御電圧とのうち低い方の制御電圧を選択して高電圧発
生回路７に出力する。つまり、タイミング抽出回路５が
制御電圧Ｖ１を出力しているときは、可変利得増幅器３
から出力されるブレークダウン電圧以下のアバランシェ
ホトダイオードの適正動作を可能とする一定の電圧が出
力され、タイミング抽出回路５が制御電圧Ｖ２を出力し
ているときは、当該制御電圧Ｖ２が出力される。

【００２２】図２は、高電圧発生回路７の入力の制御電
圧Ｖｃと出力電圧Ｖｏとの関係を示す特性図である。高
電圧発生回路７は、図２に示す特性に従い制御回路６か
らの制御電圧Ｖｃに応じた出力電圧ＶｏをＡＰＤ１に供
給する。ここで、ＶＢ（ＶＢ’）は、ＡＰＤ１のブレー
クダウン電圧を表している。

【００２３】従って、光受信器に正常な強度範囲の信号
光が受信されている場合には可変利得増幅器は上述のよ
うな通常の利得制御動作が行われ、タイミング抽出回路
５は正常にクロックを再生し、識別回路４は該クロック
により復調データを出力する。

【００２４】一方、受光素子に連続光（無変調光）が入
力された場合や無入力状態になった場合には、可変利得
増幅器３は所望の信号振幅を出力できないため、可変利
得増幅器３から制御回路６に出力される制御電圧は過大
に上昇する。

【００２５】このとき、タイミング抽出回路５では、所
定の振幅の信号が入力されないのでクロックを再生でき
ず、このためタイミング抽出回路５からは図２に示され
る低い制御電圧Ｖ２が制御回路６に出力される。

【００２６】この結果、制御回路６は、タイミング抽出
回路５から入力される低い制御電圧Ｖ２を選択して高電
圧発生回路７に出力するため、高電圧発生回路７からは
対応する低いバイアス電圧が出力され、ＡＰＤ１にはブ
レークダウン電圧以下の電圧が印加され、ＡＰＤ１に過
大な電流が流れることが防止される。

【００２７】このようにして、受光素子に連続光（無変
調光）が入力された場合や無入力状態になった場合に、
受光素子の増倍率を高めるための過大な電圧が印加され
ることによる受光素子及び増幅器等の特性の劣化が防止
される。

【００２８】図３は、本発明の第二の実施の態様を示す
図である。第二の実施の態様を図４に示すＡＰＤの特性
図を参照して説明する。

【００２９】本実施の態様の光受信器は、タイミング抽
出回路５が出力する低い制御電圧Ｖ２をＡＰＤのブレー
クダウン電圧付近の値としたものであり、タイミング抽
出回路５と制御回路６との間に制御電圧Ｖ２に対する温
度補償回路１１を設けた構成を有する。

【００３０】一般に、ＡＰＤは図４に示されるようにＡ
ＰＤの周囲温度によりブレークダウン電圧ＶＢが変化す
る。このため周囲温度変化によりＡＰＤ１のバイアス電
圧の設定又は制御が困難になる。

【００３１】本実施の態様では、タイミング抽出回路５
から出力される制御電圧Ｖ２を温度補償回路１１により
温度の上昇又は下降に応じて増減するように温度補償を
行い、制御回路６に出力する。このような温度補償を行
うことにより、高電圧発生回路７の出力によるＡＰＤ１
のバイアス状態を温度変動に対し常に良好な状態に設定
することを可能とする。このようにすることにより、光
受信器が連続光（無変調光）の入力状態や無入力状態か
ら正常な信号光に戻った場合に直ちに適正な動作状態に
回復することができる。

【００３２】図５は、本発明の第三の実施の態様を示す
図である。本実施の形態は受信器に入力される信号光を
ＳＴＭ−Ｎ信号とするようにした例である。可変利得増
幅器３から出力される信号には、ＳＴＭ−Ｎ信号のフレ
ーム周波数である８ｋＨｚに輝線のスペクトルを有す
る。

【００３３】本実施の態様では、可変利得増幅器３から
出力される信号からこの周波数成分を抽出するための８
ｋＨｚのバンドパスフィルタ２２と、バンドパスフィル
タ２２の出力を検出する検出器２３とを有する。

【００３４】検出器２３は、８ｋＨｚの周波数成分を検
出できている場合は図２に示すような制御電圧Ｖ１を制
御回路６に出力し、検出できない場合には図２に示すよ
うな制御電圧Ｖ２を制御回路６に出力する。

【００３５】本実施の態様においても、可変利得増幅器
３から正常振幅の信号が出力されるか否かにより高電圧
発生回路７の出力電圧を制御することが可能であり、Ａ
ＰＤ１に過大な電流が流れるのを防止することができ
る。

【００３６】図６は、本発明の第四の実施の態様を示す
図である。本実施の態様は、検出器２３と制御回路６と
の間に温度補償回路１１を設けた構成を有する。

【００３７】検出器２３から出力される低い制御電圧Ｖ
２をＡＰＤのブレークダウン電圧近くに設定するととも
に、該制御電圧に対する検出器２３から出力される制御
電圧は、温度補償回路１１において温度の上下変動に応
じて調節され制御回路６に出力されることでＡＰＤのバ
イアス状態を温度変動に対して安定化することを可能と
する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光受信器
は、ＡＰＤ等の受光素子に連続光が入力された場合や無
入力状態になった場合でも、受光素子に印加されるバイ
アス電圧を受光素子のブレークダウン電圧よりも低く制
御することが可能であるため、受光素子の劣化や前置増
幅器の劣化を防止することが可能である。

【００３９】また、本発明の光受信器は、受光素子に連
続光が入力された場合や無入力になった場合、受光素子
に印加するバイアス電圧を受光素子のブレークダウン電
圧よりも僅かに低く設定するとともに、そのときのバイ
アス電圧に温度補償を行うことから最適なバイアス電圧
を供給することができ、バイアス電圧に対する制御を容
易に行うことが可能である。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の態様を示すブロック図で
ある。

【図２】高電圧発生回路の制御電圧と出力電圧の関係を
示す図である。

【図３】本発明の第二の実施の態様を示すブロック図で
ある。

【図４】光無入力時のＡＰＤの電圧と電流の関係を示す
図である。

【図５】本発明の第三の実施の態様を示すブロック図で
ある。

【図６】本発明の第四の実施の態様を示すブロック図で
ある。

【図７】第一の従来例を示すブロック図である。

【図８】第二の従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１アバランシェホトダイオード（ＡＰＤ）２前置増幅器３可変利得増幅器４識別回路５タイミング抽出回路６制御回路７高電圧発生回路１１温度補償回路２１可変利得増幅器２２バンドパスフィルタ２３検出器３１制御回路４１可変利得増幅器４２平均電流検出回路４３高電圧発生回路４４制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０３Ｆ 3/08 Ｈ０３Ｇ 3/30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光信号を電気信号に変換する受光素子と
して光電気変換効率が変化する受光素子を用い、前記受
光素子の出力信号を増幅し利得を調整することにより出
力の信号振幅を一定にする増幅器を備える光受信器にお
いて、前記増幅器の利得が所定値以上になったとき、前記受光
素子に印加する電圧を制御して受光素子の増倍率を調整
して前記増幅器が出力する信号振幅が一定になるように
制御する手段と、前記増幅器の出力から特定の周波数成
分が検出されない場合に前記受光素子に印加する電圧を
所定電圧以上とならないように制限する手段とを有する
ことを特徴とする光受信器。
【請求項２】光信号を電気信号に変換するアバランシ
ェホトダイオードと、前記アバランシェホトダイオード
の出力信号を電圧に変換する前置増幅器と、前記前置増
幅器の出力を増幅し利得を調整することにより出力の信
号振幅を一定に維持する増幅器とを備える光受信器にお
いて、前記増幅器の利得が所定値以上になったとき、前記アバ
ランシェホトダイオードに印加する電圧を制御してアバ
ランシェホトダイオードの増倍率を調整して、前記増幅
器が出力する信号振幅が一定になるように制御する手段
と、前記増幅器の出力から特定の周波数成分が検出され
ない場合にアバランシェホトダイオードに印加する電圧
をブレークダウン電圧より低い所定電圧が上限となるよ
うに制限する手段とを有することを特徴とする光受信
器。
【請求項３】アバランシェホトダイオードのブレーク
ダウン電圧より低い前記所定電圧は温度補償された電圧
であることを特徴とする請求項２記載の光受信器。
【請求項４】前記特定の周波数成分は、受信信号の伝
送速度のクロック成分であることを特徴とする請求項２
又は３記載の光受信器。
【請求項５】前記特定の周波数成分は、受信信号のフ
レーム周波数成分であることを特徴とする請求項２又は
３記載の光受信器。