(57)【要約】【課題】光トランシーバの受信部等に用いられる光受信回路において、電源投入や電源切断時の過渡応答による光素子や受信回路の故障を防ぐ。【解決手段】制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子と、光電変換素子に入射される光量によって光電変換素子の増倍率を制御する増倍率制御回路と、電源から電力が供給され、光電変換素子の出力する電気信号を増幅する増幅回路と、電源の電圧低下を検出したときに増倍率を強制的に低下させる。受光がない状態で電源切断した直後に強い光が入射された状態で電源再投入した場合の故障を防ぐことができる。【選択図】図２
2010199953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子と、
前記光電変換素子に入射される光量によって前記光電変換素子の増倍率を制御する増倍率制御回路と、
電源から電力が供給され、前記光電変換素子の出力する電気信号を増幅する増幅回路と、
前記電源の電圧低下を検出したときに前記増倍率を強制的に低下させる保護回路と、
を含むことを特徴とする光受信回路。
【請求項２】
前記制御電圧を保持する容量をさらに含み、
前記保護回路が、前記電源電圧と前記容量が保持する制御電圧とを比較する電源電圧検出回路と、前記電源電圧検出回路が前記電源電圧の低下を検出したときに、前記容量の電荷を放出する放電回路とを含む保護回路であることを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
【請求項３】
前記保護回路は、前記容量が保持する制御電圧が電源として供給され、前記容量が保持する制御電圧を分圧した電圧と前記電源電圧とを比較することを特徴とする請求項２記載の光受信回路。
【請求項４】
前記容量と前記光電変換素子との間に抵抗が接続されていることを特徴とする請求項２又は３記載の光受信回路。
【請求項５】
前記光電変換素子はアノードが前記増幅回路の入力端子に接続されたアバランシェフォトダイオードであって、
前記アバランシェフォトダイオードのカソードに前記制御電圧を与える高電圧発生回路をさらに含み、
前記倍増率制御回路は一端が前記高電圧発生回路の高電圧出力端子に、他端が前記容量の一端に接続された抵抗であって、
前記容量の他端が接地されていることを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の光受信回路。
【請求項６】
前記保護回路を第１保護回路としたとき、
前記アバランシェフォトダイオードのカソード電圧が前記電源の電圧に対して一定電圧以下に低下しないように制御する第２保護回路を、
さらに含むことを特徴とする請求項５記載の光受信回路。
【請求項７】
前記第２保護回路が前記電源から前記高電圧発生回路の高電圧出力端子への間に順方向にダイオード接続されたトランジスタ又は順方向に接続されたダイオードを含むことを特徴とする請求項６記載の光受信回路。
【請求項８】
前記光電変換素子はアノードが前記増幅回路の入力端子に接続されたフォトダイオードであって、
前記制御電圧が前記フォトダイオードに対する逆バイアス電圧であって、
前記倍増率制御回路は一端が前記電源に、他端が前記容量の一端に接続された抵抗であって、
前記容量の他端が接地されていることを特徴とする請求項２乃至４いずれか１項記載の光受信回路。
【請求項９】
制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子を備えた光受信装置であって、
前記光受信装置の電源切断時において前記制御電圧をグランドにショートさせる第１保護手段と、
前記光受信装置の電源投入時において前記電源電圧の上昇によって前記電源電圧との電位差が一定電圧以上生じないように前記制御電圧を制御する第２保護手段と、
を備えたことを特徴とする光受信装置。
【請求項１０】
制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力する電気信号を増幅する増幅回路と、
前記光電変換素子に制御電圧を与える高電圧発生回路と、
前記制御電圧を保持する容量と、
を含む光受信回路の保護方法であって、
前記光受信回路の電源切断時に前記容量に蓄積された電荷を強制的に放電するステップと、
前記電源切断前における前記光電変換素子の増倍率の如何に係わらず、倍増率が低い状態で前記光受信回路を電源投入するステップと、
を有することを特徴とする光受信回路の保護方法。
【請求項１１】
前記光受信装置を電源投入するステップにおいて、前記電源電圧の上昇につれて前記制御電圧との電位差が一定電圧を越えないよう前記電源電圧と前記制御電圧との電位差を一定電圧以下に保持しつつ電源投入し、
前記電源投入するステップの後で、電源が立ち上がってから前記高電圧発生回路を動作させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の光受信回路の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信回路、光受信装置、及び光受信回路の保護方法に関する。特に、光トランシーバの受光部に用いられる光受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムなどの光通信では、電気信号を光信号に変換して送信する光送信回路と、受信した光信号を電気信号に変換する光受信回路を備えた光トランシーバが用いられる。
【０００３】
図１は、従来の光受信回路１００のブロック図である。アバランシェフォトダイオード１は、光電変換素子として用いられ、入射した光を電流に変換する。高電圧発生回路３は、アバランシェフォトダイオード１のカソードに高電圧を与え、光の入射によってアバランシェフォトダイオードがブレークダウンするように制御する。前置増幅回路２は、アバランシェフォトダイオード１が出力する電流を電圧に変換して増幅する。抵抗Ｒ１と容量Ｃ１は、高電圧発生回路３からの雑音成分を減らして光受信回路の動作を安定させる。
【０００４】
また、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１はローパスフィルタの機能を果たし、アバランシェフォトダイオードに平均的に強い光が入射し、大きな電流が流れるときは、逆バイアス電圧を低下させることによってアバランシェフォトダイオードの増倍率を低下させる。一方、アバランシェフォトダイオードに平均的に弱い光が入射するときは、容量Ｃ１に高電圧発生回路３から供給される電荷が蓄積されることによりアバランシェフォトダイオードの逆バイアス電圧が増加させ、アバランシェフォトダイオードの増倍率を増加させる。
【０００５】
また、特許文献１には、上記図１の光受信回路に、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）に流れる電流を検出する電流検出回路を設け、電流検出回路にて電圧変換された検出電圧が、所定の基準電圧と略同一になるように高電圧発生回路の出力電圧を制御し、入力される光信号の光強度に応じてＡＰＤに印加する電圧を任意に、あるいは一定に制御することにより、ＡＰＤあるいは前置増幅器の破損を防止することが記載されている。
【０００６】
さらに、特許文献２には、強い光信号が入力した場合に、抵抗による電圧降下によりアバランシェフォトダイオードにＤＣバイアスがかからなくなるのを防ぐため、アバランシェフォトダイオードのカソードが一定の電圧以下に下がらないようにするアバランシェフォトダイオードのバイアス回路が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３５４５４８号公報
【特許文献２】実開昭６２−８５０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下の分析は本発明において与えられる。上記光受信器において、電源切断時や電源投入時の過渡応答によって光素子や受信回路の故障が生じる可能性がある。特に、電源切断前に光入射がなかった場合には、容量Ｃ１には大きな電荷が蓄積されており、光電変換素子の増倍率は高い状態にある。電源切断によってもしばらくは、容量Ｃ１の電荷は保持される。その状態で強い光が入射し、その状態で再び電源が投入された場合には、光電変換素子の増倍率が高い状態で強い光を受けることになり、光素子や受信回路の故障が生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの側面による光受信回路は、制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子と、前記光電変換素子に入射される光量によって前記光電変換素子の増倍率を制御する増倍率制御回路と、電源から電力が供給され前記光電変換素子の出力する電気信号を増幅する増幅回路と、前記電源の電圧低下を検出したときに前記増倍率を強制的に低下させる保護回路と、を含む。
【００１０】
また、本発明の他の側面による光受信装置は、制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子を備えた光受信装置であって、前記光受信装置の電源切断時において前記制御電圧をグランドにショートさせる第１保護手段と、前記光受信装置の電源投入時において前記電源電圧の上昇によって前記電源電圧との電位差が一定電圧以上生じないように前記制御電圧を制御する第２保護手段と、を備える。
【００１１】
本発明のさらに別の側面による光受信回路の保護方法は、制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子と、前記光電変換素子の出力する電気信号を増幅する増幅回路と、前記光電変換素子に制御電圧を与える高電圧発生回路と、前記制御電圧を保持する容量と、を含む光受信回路の保護方法であって、前記光受信回路の電源切断時に前記容量に蓄積された電荷を強制的に放電するステップと、前記電源切断前における前記光電変換素子の増倍率の如何に係わらず、倍増率が低い状態で前記光受信回路を電源投入するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電源投入や電源切断時の過渡応答による光素子や受信回路の故障を防ぐことのできる光受信回路が得られる。特に、光入射がない状態で電源切断し、その直後に強い光が入射した状態で電源投入される場合の故障を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の光受信回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例による光受信回路のブロック図である。
【図３】本発明の一実施例による光受信回路の過渡応答を示すタイミング図である。
【図４】比較例となる光受信回路の過渡応答を示すタイミング図である。
【図５】本発明の一実施例による光受信回路の別な過渡応答を示すタイミング図である。
【図６】比較例となる光受信回路の別な過渡応答を示すタイミング図である。
【図７】本発明の別な実施例による光受信回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について、必要に応じて図面を参照して説明する。なお、実施形態の説明において引用する図面及び図面の符号は実施形態の一例として示すものであり、それにより本発明による実施形態のバリエーションを制限するものではない。
【００１５】
本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図２、図７に示すように、制御電圧（カソード電圧）の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子１と、光電変換素子１に入射される光量によって光電変換素子１の増倍率を制御する増倍率制御回路Ｒ１と、電源Ｖｃｃから電力が供給され、光電変換素子１の出力する電気信号を増幅する増幅回路２と、電源Ｖｃｃの電圧低下を検出したときに増倍率を強制的に低下させる保護回路４と、
を含む。保護回路４は電源電圧の低下を検出すると容量Ｃ１の電荷を放電するので、光電変換素子の制御電圧（カソード電圧）を下げ、光電変換素子の増倍率を低下させる。従って、電源切断時には、容量Ｃ１の電荷は放電された状態で電源がオフする。従って、電源投入時に如何に強い光が入射した状態で電源が立ち上がっても、容量Ｃ１の電荷は放電されているので、光電変換素子の増倍率は低く、光素子や受信回路が故障することはない。
【００１６】
また、本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図２、図７に示すように、制御電圧を保持する容量Ｃ１をさらに含み、保護回路４が、電源電圧Ｖｃｃと容量が保持する制御電圧とを比較する電源電圧検出回路４１と、電源電圧検出回路４１が電源電圧Ｖｃｃの低下を検出したときに、容量Ｃ１の電荷を放出する放電回路（４２、Ｒ４）とを含む保護回路４である。すなわち、容量が保持する光電変換素子の制御電圧と電源電圧とを比較して、電源電圧が低下していたら電源電圧より制御電圧が低くなるように制御するので、電源電圧切断時には、容量に保持された制御電圧を低下させた状態で電源切断される。
【００１７】
また、本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図２、図７に示すように、保護回路４は、容量Ｃ１が保持する制御電圧が電源として供給され、容量が保持する制御電圧を分圧した電圧と電源電圧とを比較する。保護回路４には、容量Ｃ１から電源が供給されるので、電源が切断された後も、容量Ｃ１に電荷が残っている限り動作する。したがって、電源切断時に確実に容量Ｃ１の電荷を放電することができる。なお、容量Ｃ１の電荷が完全に放電されなくとも、光電変換素子の増倍率を低くすることができれば、目的は達成される。
【００１８】
また、本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図２、図７に示すように、容量Ｃ１と前記光電変換素子１との間に抵抗Ｒ５が接続されている。抵抗Ｒ５によって放電時に光電変換素子１から放電回路（４２、Ｒ４）に過電流が流れるのを防ぐことができる。
【００１９】
また、本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図２に示すように、光電変換素子１はアノードが増幅回路２の入力端子に接続されたアバランシェフォトダイオード１であって、アバランシェフォトダイオード１のカソードに制御電圧を与える高電圧発生回路３をさらに含み、倍増率制御回路Ｒ１は一端が高電圧発生回路３の高電圧出力端子に、他端が容量Ｃ１の一端に接続された抵抗Ｒ１であって、容量Ｃ１の他端が接地されている。アバランシェフォトダイオードを動作させるためには、カソードに高い逆バイアス電圧を印加させる必要があるので、高電圧発生回路が設けられている。アバランシェフォトダイオードの増倍率は逆バイアス電圧に依存するので、容量Ｃ１を放電すれば、増倍率は低下する。なお、容量Ｃ１の他端が設置されているので、普通に電源投入された場合には、倍増率が低い状態から動作を開始するので問題ない。しかし、上述したように、電源切断前に光入射がない場合には、容量Ｃ１に電荷が蓄積された状態で電源切断されるので、上記構成が必要となる。
【００２０】
また、本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図２に示すように、保護回路４を第１保護回路としたとき、アバランシェフォトダイオード１のカソード電圧が電源の電圧に対して一定電圧以下に低下しないように制御する第２保護回路５を、さらに含む。電源投入時に高電圧発生回路３が動作していなければ、アバランシェフォトダイオード１が順バイアスされ、増幅回路２から容量Ｃ１へ大電流が流れる恐れがある。上記構成によれば、第２保護回路によって、たとえ、高電圧発生回路３が動作していなくとも、第２保護回路５により過剰に順バイアスされるのを防ぐことができる。
【００２１】
また、本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図２に示すように、第２保護回路５が電源Ｖｃｃから高電圧発生回路３の高電圧出力端子への間に順方向にダイオード接続されたトランジスタ又は順方向に接続されたダイオードを含む。順方向にダイオード接続されたトランジスタ又は順方向に接続されたダイオードにより電源電圧Ｖｃｃに対しアバランシェフォトダイオードの制御電圧が一定電圧以下にならないように制御できる。
【００２２】
また、本発明の一実施形態による光受信回路は、例えば図７に示すように、光電変換素子はアノードが増幅回路２の入力端子に接続されたフォトダイオード１であって、制御電圧がフォトダイオードに対する逆バイアス電圧であって、倍増率制御回路は一端が前記電源に、他端が前記容量の一端に接続された抵抗Ｒ１であって、容量Ｃ１の他端が接地されている。
【００２３】
また、本発明の一実施形態による光受信装置は、例えば図２に示すように、制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子を備えた光受信装置１０であって、光受信装置１０の電源切断時において制御電圧をグランドにショートさせる第１保護手段４と、光受信装置１０の電源投入時において電源電圧の上昇によって電源電圧との電位差が一定電圧以上生じないように制御電圧を制御する第２保護手段と、を備える。
【００２４】
また、本発明の一実施形態による光受信回路の保護方法は、例えば図２に示すように、制御電圧の大きさによって増倍率が制御可能な光電変換素子１と、光電変換素子の出力する電気信号を増幅する増幅回路２と、光電変換素子に制御電圧を与える高電圧発生回路３と、制御電圧を保持する容量Ｃ１と、を含む光受信回路１０の保護方法であって、光受信回路１０の電源切断時に容量Ｃ１に蓄積された電荷を強制的に放電するステップと、電源切断前における光電変換素子１の増倍率の如何に係わらず、倍増率が低い状態で光受信回路１０を電源投入するステップと、を有する。
【００２５】
また、本発明の一実施形態による光受信回路１０の保護方法は、例えば図２に示すように、光受信装置を電源投入するステップにおいて、電源電圧の上昇につれて制御電圧との電位差が一定電圧を越えないよう電源電圧と制御電圧との電位差を一定電圧以下に保持しつつ電源投入し、電源投入するステップの後で、電源が立ち上がってから高電圧発生回路３を動作させるステップをさらに含む。電源投入時に高電圧発生回路を後から動作させることにより、電源投入時の突入電流を防ぐことができるが、そのことによって、電源投入時に光電変換素子が順バイアスされてしまう恐れがあるので、電源電圧の上昇につれて制御電圧との電位差が一定電圧を越えないよう電源電圧と制御電圧との電位差を一定電圧以下に保持しつつ電源投入する。以下、実施例について、図面を参照して詳しく説明する。
【実施例１】
【００２６】
図２は、実施例１の光受信回路１０のブロック図である。図２において、図１と構成、動作が同一である部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。図２では、第１保護回路４と第２保護回路５を備えている。
【００２７】
第１保護回路４は、容量Ｃ１（Ａ点）に蓄積されるアバランシェフォトダイオード１の逆バイアス電圧を抵抗分割する抵抗Ｒ２、Ｒ３と電源電圧Ｖｃｃと抵抗Ｒ２、Ｒ３により分割された逆バイアス電圧とを比較し、電源電圧Ｖｃｃの電圧の方が低いときにローレベルの信号を出力する電源電圧検出回路（コンパレータ）４１と、電源電圧検出回路４１の出力信号がローレベルになったときにオンして容量Ｃ１（Ａ点）に蓄積された逆バイアス電圧を放電するＰＮＰトランジスタ４２と、ＰＮＰトランジスタ４２のコレクタ抵抗Ｒ４と、容量Ｃ１（Ａ点）とアバランシェフォトダイオード１のカソードとの間に接続された抵抗Ｒ５を含んで構成される。なお、電源電圧検出回路４１の電源は、容量Ｃ１（Ａ点）に接続され、容量Ｃ１から電源が供給される。抵抗Ｒ４は、ＰＮＰトランジスタ４２がオンしたときの電流を制限し、ＰＮＰトランジスタ４２と抵抗Ｒ４は電源電圧検出回路４１が電源電圧の低下を検出したときに、容量Ｃ１（Ａ点）の電荷を放出する放電回路として機能する。さらに、抵抗Ｒ５は、ＰＮＰトランジスタ４２がオンして、アバランシェフォトダイオード１のカソード電圧が下がったときに、増幅回路２やアバランシェフォトダイオード１から逆流する電流を制限する機能を有している。
【００２８】
なお、抵抗Ｒ２、Ｒ３は、容量Ｃ１の電荷を無駄に放電しないような大きな抵抗値が設定され、かつ、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３で分圧されるＢ点の電位が通常仕様状態において、常に電源電圧Ｖｃｃより小さい電圧になるような抵抗値が設定される。ＰＮＰトランジスタが、通常使用時にはオンせず、電源切断時のオンするようにするためである。
【００２９】
また、第２保護回路５は、ベースとコレクタが電源Ｖｃｃに、エミッタが高電圧発生回路３の出力端子（Ｅ点）に接続されたＮＰＮトランジスタにより構成される。第２保護回路は、Ｅ点の電位が電源電圧Ｖｃｃより一定電圧以上低下しないようにして、高電圧発生回路３が機能していない場合に、アバランシェフォトダイオードが順バイアスされアバランシェフォトダイオード１を介して増幅回路２から容量Ｃ１や高電圧発生回路３に電流が逆流するのを防いでいる。
【００３０】
また、抵抗Ｒ１は、流れる電流による電圧低下によりアバランシェフォトダイオードの制御電圧となるカソードの逆バイアス電圧を制御する。すなわち、アバランシェフォトダイオードに入射する光量が多いときは、アバランシェフォトダイオード１に流れる電流が増加することによって、抵抗Ｒ１による電圧降下が増加し、アバランシェフォトダイオード１に与える逆バイアス電圧が低下し、アバランシェフォトダイオード１の増倍率を低下する。
【００３１】
一方、アバランシェフォトダイオード１光の入射がないときは、アバランシェフォトダイオードには暗電流しか流れないので抵抗Ｒ１の流れる電流は減少し、抵抗Ｒ１による電圧降下も減少するので、逆バイアス電圧が増加し、アバランシェフォトダイオードの増倍率が増加する。すなわち、抵抗Ｒ１は、光量が多いときはアバランシェフォトダイオートの増倍率を減少させ、逆に光量が少ないときは増倍率を増加させることによって、受光する光量によって増倍率を自動的に制御する増倍率制御回路として機能する。
【００３２】
次に、図２に示す実施例１の光受信回路１０の動作について第１保護回路の動作から説明する。図３は、アバランシェフォトダイオード１が受ける光受信パワーの大きさと、電源電圧Ｖｃｃの電圧と、Ａ点〜Ｇ点の電圧を時系列でプロットしたタイミング図である。
【００３３】
図３において、タイミングＴ２で一度電源Ｖｃｃを切断した後、タイミングＴ５で再び電源を投入している。このＴ２からＴ５の電源を切断している最中に入射する光受信パワーがマイナス無限大からＰｒに増大している。光受信パワーがマイナス無限大の状態はアバランシェフォトダイオード１に光信号が入射していない状態であり、光受信パワーがＰｒの状態は、強い光信号を受信している状態である。すなわち、タイミングＴ２で電源を切断する前は、光信号が入射していない状態であったのに対し、電源を切断している最中のタイミングＴ４から強い光信号が入射され、その状態でタイミングＴ５に再び電源が投入されている。このタイミングＴ２からタイミングＴ５までの経過時間は容量Ｃ１が自然に放電する時間より短いものとする。
【００３４】
タイミングＴ２以前は、光信号の入射がないので、アバランシェフォトダイオード１はオンしておらず、高電圧発生回路３が出力する高電圧（Ｅ点、Ｖａｐｄ）は抵抗Ｒ１を介して、容量Ｃ１に蓄積される（Ａ点）。このとき、電源電圧Ｖｃｃが接続されるＣ点の電位よりＡ点の電位を抵抗Ｒ２とＲ３で分割した電位が入力されるＢ点の電位が高くなるので、電源電圧検出回路４１はハイレベルを出力し（Ｄ点）、ＰＮＰトランジスタ４２はオフの状態にある。このときは、アバランシェフォトダイオード１のカソード電圧（Ｆ点）はＥ点の電圧（Ｖａｐｄ）から抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ５による電圧降下分（Ｖｒ１、Ｖｒ５）だけ低下した電位（Ｖａｐｄ−Ｖｒ１−Ｖｒ５）となる。アバランシェフォトダイオード１には、暗電流しか流れていないので、Ｖｒ１、Ｖｒ５はいずれも小さな値となり、Ｆ点には高電圧が印加させるため、アバランシェフォトダイオード１は増倍率が高い状態である。
【００３５】
次にタイミングＴ２に電源Ｖｃｃが切断される。電源Ｖｃｃが切断された直後は、容量Ｃ１のＡ点の電位はその状態を維持する。従って、電源電圧検出回路４１は、電源Ｖｃｃが切断された後も、容量Ｃ１に電荷が残っている限りそのまま動作を継続する。しかし、電源Ｖｃｃに接続されたＣ点の電位が下がるので、電源電圧検出回路４１の出力（Ｄ点）が反転し、ＰＮＰトランジスタ４２がオンし、容量Ｃ１（Ａ点）に蓄積された電荷を放出する。すなわち、このＰＮＰトランジスタ４２が導通して容量Ｃ１の電荷を放出するのは、電源が切断された後である。このＡ点の電位の低下に伴って、Ｅ点、Ｆ点の電位も低下する。
【００３６】
次に、タイミングＴ４から強い光の受信が開始される。ただし、この時点では、光受信回路１０の電源が切断された状態なので、光受信回路１０自体は動作しない。
【００３７】
次に、タイミングＴ５で電源Ｖｃｃが再び投入される。電源Ｖｃｃが投入されるとアバランシェフォトダイオード１、前置増幅回路２はすぐに動作を開始するが、容量Ｃ１（Ａ点）に蓄積されていた電荷は第１保護回路により放電されているので、Ａ点、Ｅ点、Ｆ点の電圧はいずれも低い電圧からスタートすることになる。従って、アバランシェフォトダイオード１の増倍率は低い状態からスタートすることとなり、アバランシェフォトダイオード１に強い光が入射されている状態で電源投入されても、倍増率が低い状態で電源投入されることになるので、光受信回路１０は保護される。
【００３８】
ここで比較のため、図１の光受信回路において、図３と同じ、光入射がない状態で電源切断し、その直後から強い光信号の受信が開始され、その直後に電源が再投入された場合の動作について、図４のタイミング図を用いて説明する。
【００３９】
図４では、図３と同様に光の入射がない状態でタイミングＴ２に電源が切断され、電源切断中のタイミングＴ３から強い光信号の入射が開始され、その直後のタイミングＴ４に電源を再投入した場合のタイミング図である。タイミングＴ２以前の動作は図２と同一である。しかし、図１では、第１保護回路が設けられていないので、タイミングＴ２で電源を切断した後もアバランシェフォトダイオードのカソード（Ｊ点）の電位はしばらく高いまま保持される。従って、タイミングＴ４で電源が再投入された直後は、増倍率が高い状態で強い光を受信する状態からスタートすることになる。したがって、アバランシェフォトダイオード１は、タイミングＴ４の電源再投入直後に容量Ｃ１の電荷を急速に引き抜こうとして動作するため、瞬間的にアバランシェフォトダイオード１や前置増幅回路２へ定格を超えるようなサージ電流を流し、故障に至る恐れがある。
【００４０】
次に、図２の実施例１の光受信回路１０に戻り、第２保護回路５の動作について、図５のタイミング図を用いて説明する。図５は、実施例１の光受信回路１０における電源ＶｃｃとＡ点〜Ｇ点の電圧波形を示すタイミング図である。図５において、電源ＶｃｃはタイミングＴ１にグランドレベル（ＧＮＤ）からＶｃｃに立ち上がっている。この電源投入直後は、高電圧発生回路３は動作を開始していない。高電圧発生回路３は、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの回路を経由して高電圧を発生させる必要があることや、電源投入時に光受信回路１０を含む光トランシーパへの突入電流を防ぐ必要があるためである。
【００４１】
しかし、前置増幅回路２には、電源投入と同時に電源が供給されるため、Ｅ点やＡ点の電圧がグランドレベルであると、アバランシェフォトダイオード１が順方向にバイアスされ、図示しない前置増幅回路２の帰還回路からアバランシェフォトダイオード１を介して容量Ｃ１へ電流が逆流する。容量Ｃ１の容量が大きい場合には、瞬時に流れる電流がアバランシェフォトダイオード１の順電流耐力を超えてアバランシェフォトダイオードの破壊に至る可能性がある。
【００４２】
そこで、第２保護回路５により、タイミングＴ１での電源Ｖｃｃの立ち上りに追従して、Ｅ点の電圧を第２保護回路の電圧ドロップ分Ｖｆだけ低い電圧Ｖｃｃ−Ｖｆに立ち上げている。これにつれてＡ点、Ｆ点の電位も立ち上がる。立ち上がる電圧は、それぞれ抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ５の電圧ドロップを考慮してＶｃｃ−Ｖｆ−Ｖｒ１とＶｃｃ−Ｖｆ−Ｖｒ１−Ｖｒ５だけ低い電圧になる。なお、Ａ点の電位の立ち上げは、抵抗Ｒ１、容量Ｃ１による時定数だけ遅れてタイミングＴ３に立ち上がる。
【００４３】
また、Ｇ点の電位も前置増幅回路２のバイアス電圧によりタイミングＴ２に一定の電圧（Ｖｐｄａ）に立ち上がるが、第２保護回路５によりＡ点、Ｆ点に一定の電圧が与えられるため、アバランシェフォトダイオード１が順方向電流により破壊されるほどの電位差は生じない。なお、Ａ点の電位が立ち上がると第１保護回路が動作を開始するが、第１保護回路のＣ点には電源Ｖｃｃの立ち上がりと同時に電源Ｖｃｃが与えられるので、電源電圧検出回路４１は常にハイレベルをＤ点に出力し、ＰＮＰトランジスタ４２がオンすることはない。
【００４４】
次に、タイミングＴ４になると、高電圧発生回路３が動作を開始し、Ｅ点に第２保護回路５が供給するＶｃｃ−Ｖｆより高い電圧を供給し始める。Ｅ点の電位の上昇につれてＡ点、Ｆ点の電位も上昇する。さらに、一定時間が経過すると高電圧発生回路がＥ点に定常状態の電圧Ｖａｐｄを出力し、それにつれてＡ点、Ｆ点も一定の安定した電圧まで上昇して電源投入動作は完了する。
【００４５】
すなわち、電源投入直後に高電圧発生回路３が動作を開始まで第２保護回路５によりＥ点、Ａ点、Ｆ点に一定の電圧が与えているので、アバランシェフォトダイオード１が順方向にバイアスされ大電流が前置増幅回路２から容量Ｃ１へ流れ、光受信回路１０が破壊されることを防ぐことができる。
【００４６】
ここで比較のため、図１の光受信回路１００において、図５と同一の条件で電源投入を行ったときのタイミング図を図６に示す。図６では、電源ＶｃｃがタイミングＴ１で立ち上がり、タイミングＴ２では、前置増幅回路２が動作を開始し、タイミングＴ２以降、その入力端子であるＫ点に入力バイアス電圧Ｖｐｄａを与えている。このタイミングＴ２では、まだ高電圧発生回路３は高電圧を供給するまでにはいたっていない。ここで、図１では、実施例１の第２保護回路のような高電圧発生回路３が動作していないときに、アバランシェフォトダイオード１のカソード（Ｊ点）に一定の電圧を与える手段は設けられていない。従って、前置増幅回路２が立ち上がってから（タイミングＴ２）から高電圧発生回路３が高電圧を供給することができるようになるまで、アバランシェフォトダイオードが順バイアスされ、破壊する可能性がある。なお、Ｔ３により高電圧発生回路が高電圧を発生するようになった後は、アバランシェフォトダイオードが順方向にバイアスされることはなくなる。
【実施例２】
【００４７】
図７は、実施例２による光受信回路１１のブロック図である。本発明は、アバランシェフォトダイオード以外のＰＩＮフォトダイオードやフォトトランジスタ等の光電変換素子にも適用できる。図７では、アバランシェフォトダイオードに代えて、ＰＩＮフォトダイオードを光電変換素子１として用いている。ＰＩＮフォトダイオードでは、制御電圧（逆バイアス電圧）として高電圧は不要なので、高電圧発生回路３は設けず、電源Ｖｃｃから直接逆バイアス電圧を与えている。従って、高電圧発生回路の電源の立ち上がりの遅れに起因する順方向電流による光電変換素子１の破壊の恐れはないので、第２保護回路は設けていない。その他は実施例１と構成、動作は基本的に同一である。すなわち、光入射がなく、容量Ｃ１、光電変換素子１に大きな電圧が印加された状態で電源を切断し、切断直後から強い光の受信を開始し、さらに、その直後に電源が投入された場合であっても、電源切断後、容量Ｃ１に電荷が残っている状態であれば、容量Ｃ１から電源の供給を受ける第１保護回路４により容量Ｃ１に蓄積されていた電荷が放電される。従って、電源再投入される場合は、光電変換素子１の増倍率は低い状態からスタートするので、光電変換素子１や増幅回路２に電源再投入直後に大電流が流れ、破壊させたりすることを防ぐことができる。
【００４８】
なお、近年、ＰＯＮシステムなどでは、長距離化や接続数を増やすために光トランシーバの高出力化や、最小受光感度特性の向上が必要とされている。その際に、アバランシェフォトダイオードを用いてロスバジェットを拡大する事により、必要な特性を得ることが器可能となるが、同時に高受光パワー時にアバランシェフォトダイオード素子の故障が懸念される。例えば、評価を行う時に局舎側と光例路を直結したり、受光している状態で電源断、再投入などが繰り返されたりするなどの想定外の作業を行う事が発生し得る。このような場合であっても本発明によれば、光トランシーバが故障することを防ぐことができる。
【００４９】
本発明によれば、光トランシーバの受信部において、電源投入及び断時の過渡応答による光素子及び受信回路の故障を防ぐ事ができる。
【００５０】
本発明を適用する事により、過渡応答時に発生する光素子や増幅回路への過電流を防ぎ、例えば評価を行う時に局舎側と光経路を直結したり、受光している状態で電源断、再投入などが繰り返されたりするなどの想定外の作業を行った場合においても故障を防ぐ事が可能となる。
【００５１】
特にアバランシェフォトダイオードを用いた光トランシーバでは、アバランシェフォトダイオードの順電流及び逆電流耐力が低いため、これを保護することができる。
【００５２】
小型化した光トランシーバでは、光モジュール内外からの雑音成分による特性劣化が懸念されるため、電源フィルタのカットオフ周波数をより低くしたい（すなわちコンデンサの容量を大きくしたい）場合があるが、本発明の実施形態を適用しない場合は容量の大きなコンデンサから、サージ電流が流れる可能性があるため、大容量コンデンサは適用できない。
【００５３】
本発明の実施形態を用いれば、大容量コンデンサを接続する事が可能となり、雑音耐力が向上する。
【００５４】
以上、実施例について説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５５】
１：光電変換素子［アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード］
２：増幅回路［前置増幅回路］
３：高電圧発生回路
４：保護回路［第１保護回路］
５：第２保護回路［ＮＰＮトランジスタ］
１０、１１、１００：光受信回路
４１：電源電圧検出回路［コンパレータ］
４２：ＰＮＰトランジスタ
Ｃ１：容量
Ｒ１〜Ｒ５：抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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