(57)【要約】【課題】光信号の過大入力からＡＰＤモジュールを保護する。【解決手段】ＡＰＤモジュール１にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部３と、ＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電流に応じたモニタ電流を出力するＡＰＤ電流モニタ部４と、ＡＰＤ電流モニタ部４により出力されるモニタ電流に応じて、バイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）モジュールにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、
前記ＡＰＤモジュールにより発生されるＡＰＤ電流に応じたモニタ電流を出力するＡＰＤ電流モニタ部と、
前記ＡＰＤ電流モニタ部により出力されるモニタ電流に応じて、前記バイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部と
を備えるＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【請求項２】
前記バイアス電圧制御部は、前記モニタ電流から、前記ＡＰＤモジュールに前記光信号が入力されていないと判断した場合、前記バイアス電圧を規定値より低く設定することを特徴とする請求項１記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【請求項３】
前記バイアス電圧制御部は、前記モニタ電流から、前記ＡＰＤモジュールに前記光信号が定常的に増大して過大入力されていると判断した場合、前記バイアス電圧を規定値より低く設定することを特徴とする請求項１記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、光信号の過大入力からＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）モジュールを保護するＡＰＤバイアス電圧制御回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの受信モジュールとして、ＡＰＤ素子を使用したＡＰＤモジュールが知られている。このＡＰＤモジュールは、ＡＰＤ素子に約３０Ｖという高いバイアス電圧を印加して使用することで、光信号が入力された際に、電子雪崩現象を発生し、印加したバイアス電圧によって決まる増倍率に応じたＡＰＤ電流が流れるため、微小強度の光信号が入力される際でも十分な電流を発生させることができる。
【０００３】
このＡＰＤモジュールに印加するバイアス電圧を制御するためのＡＰＤバイアス電圧制御回路では、光信号の入力パワーによって印加するバイアス電圧を変化させ、光信号の入力パワーが弱い程、バイアス電圧を高くして増倍率を上げるように制御し、光信号の入力パワーが強い程、バイアス電圧を低くして増倍率を下げるように制御する。これにより、光信号の入力パワーの変動に対応して増倍率を制御することができ、ＡＰＤモジュールにより出力される電気信号の出力レベルを一定に維持することができる。
【０００４】
しかしながら、従来のＡＰＤバイアス電圧制御回路では、光信号の入力がない状態から光ファイバが接続された場合や送信側・受信側モジュールの電源投入時等において光信号の入力が急峻に増加した場合など、光信号の入力がない状態から数ｍｓ〜数１００ｍｓという短時間に光信号の入力パワーが上昇した場合、増倍率に寄与するバイアス電圧の制御が光信号の入力パワーに追随できず、ＡＰＤモジュールにより発生するＡＰＤ電流が最大定格を超えてしまい、ＡＰＤモジュールが損傷する恐れがあるという課題がある。
【０００５】
また、光信号が定常的に増大して過大入力される場合では、バイアス電圧が低下し、増倍率は低下するが、ある領域以下には下がらない下げ止まりの領域があり、増倍率がこの下げ止まりの状態において光信号が過大入力されると、ＡＰＤモジュールにより発生するＡＰＤ電流が最大定格を超えて上昇することになり、ＡＰＤモジュールが損傷する恐れがあるという課題がある。
【０００６】
それに対して、本来の性能を劣化させることなく、光増幅器の過渡的な応答に起因して発生する瞬時的な過大電流を制限し、過大電流から受光素子や前置増幅器を保護するＡＰＤバイアス電圧制御回路が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、光信号の入力パワーの急変時においてもＡＰＤモジュールを保護するＡＰＤバイアス電圧制御回路が存在する（例えば、特許文献２参照）。また、ＡＰＤモジュールの受光レベルが最大受光レベルを超えた場合に、高電圧発生回路の出力電圧を、バイアス電圧がＡＰＤモジュールの増幅不能電圧になるまで降下させるＡＰＤバイアス電圧制御回路が存在する（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−９３２０３号公報
【特許文献２】特開２０００−２４４４１９号公報
【特許文献３】特開２００４−３３６３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されるＡＰＤバイアス電圧制御回路は、電圧比較器と引き算器とを用いて電圧源からの電圧を制御するものであり、自己バイアス抵抗を用いたＡＰＤモジュールに適用することはできないという課題がある。
【００１０】
また、特許文献２に開示されるＡＰＤバイアス電圧制御回路は、光信号の瞬時的な過大入力に対する保護に関するものであり、光信号の定常的な過大入力に対してはＡＰＤモジュールを保護することができないという課題がある。一方、特許文献３に開示されるＡＰＤバイアス電圧制御回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用した高電圧発生回路の出力電圧を直接変化させる方式であり、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成している周辺回路部品の時定数により電圧の変化に時間を要し、その程度によっては瞬時的な光信号の過大入力に追随してＡＰＤモジュールを保護できない可能性があるという課題がある。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光信号の過大入力からＡＰＤモジュールを保護することができ、自己バイアス抵抗方式に適用可能なＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るＡＰＤバイアス制御回路は、ＡＰＤモジュールにバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加部と、ＡＰＤモジュールにより発生されるＡＰＤ電流に応じたモニタ電流を出力するＡＰＤ電流モニタ部と、ＡＰＤ電流モニタ部により出力されるモニタ電流に応じて、バイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、上記のように構成したので、ＡＰＤモジュールにより発生されるＡＰＤ電流が最大定格を超えることはなくなり、光信号の過大入力からＡＰＤモジュールを保護することができ、また、自己バイアス抵抗方式に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るＡＰＤバイアス電圧制御回路の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における光信号の変化によるバイアス電圧、増倍率及びＡＰＤ電流の変化を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２における光信号の変化によるバイアス電圧、増倍率及びＡＰＤ電流の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るＡＰＤバイアス電圧制御回路の構成を示す図である。
ＡＰＤバイアス電圧制御回路は、図１に示すように、バイアス電圧Ｖｂが印加された状態で光信号Ｐｉｎが入力されることにより、ＡＰＤ電流Ｉａｐｄを発生するＡＰＤモジュール１と、バイアス電圧Ｖｂを印加するために必要な高電圧Ｖｈｖを供給する定電圧源２と、定電圧源２により供給される高電圧Ｖｈｖからバイアス電圧Ｖｂを発生してＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧印加部３と、ＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄに応じた電圧降下を引き起こし、ＡＰＤモジュール１に印加されるバイアス電圧Ｖｂを変化させる自己バイアス抵抗Ｒ１と、ＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄに応じたモニタ電流Ｉｍｏｎを出力するＡＰＤ電流モニタ部４と、ＡＰＤ電流モニタ部４により出力されるモニタ電流Ｉｍｏｎを電圧に変換し、モニタ信号Ｖｍｏｎとして出力する抵抗Ｒ２と、抵抗Ｒ２により出力されるモニタ信号Ｖｍｏｎから、バイアス指令電圧Ｖｓｅｔをバイアス電圧印加部３に送ることによりバイアス電圧Ｖｂを制御するバイアス電圧制御部５とから構成される。
【００１６】
ここで、ＡＰＤモジュール１は、図１に示すように、バイアス電圧Ｖｂが印加された状態で光信号Ｐｉｎが入力されることにより、電子雪崩現象を発生し、印加されたバイアス電圧Ｖｂによって決まる増倍率Ｍに応じたＡＰＤ電流Ｉａｐｄを発生するＡＰＤ素子６と、ＡＰＤ素子６により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄを電圧に変換し、出力電気信号Ｖｏｕｔとして出力するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）７とから構成される。
【００１７】
次に、上記のように構成されるＡＰＤバイアス電圧制御回路の動作について説明する。
まず、定電圧源２は、バイアス電圧Ｖｂを発生させるために必要な高電圧Ｖｈｖをバイアス電圧印加部３に供給する。次いで、バイアス電圧印加部３は、バイアス電圧制御部５から送られるバイアス電圧Ｖｂを制御するためのバイアス指令電圧Ｖｓｅｔに基づいて、定電圧源２から供給される高電圧Ｖｈｖからバイアス電圧Ｖｂを発生し、ＡＰＤモジュール１に印加する。
【００１８】
次いで、ＡＰＤモジュール１のＡＰＤ素子６は、バイアス電圧印加部３から自己バイアス抵抗Ｒ１を介して送られるバイアス電圧Ｖｂが印加された状態で光信号Ｐｉｎが入力されることにより、電子雪崩現象を発生し、印加されたバイアス電圧Ｖｂによって決まる増倍率Ｍに応じたＡＰＤ電流Ｉａｐｄを発生させる。次いで、ＡＰＤモジュール１のＴＩＡ７は、ＡＰＤ素子６により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄを電圧に変換し、出力電気信号Ｖｏｕｔとして外部に出力する。
【００１９】
一方、ＡＰＤ電流モニタ部４は、ＡＰＤモジュール１のＡＰＤ素子６により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄに応じたモニタ電流Ｉｍｏｎを出力する。次いで、抵抗Ｒ２は、ＡＰＤ電流モニタ部４により出力されるモニタ電流Ｉｍｏｎを電圧に変換し、モニタ信号Ｖｍｏｎとして出力する。
【００２０】
次いで、バイアス電圧制御部５は、抵抗Ｒ２により出力されるモニタ信号Ｖｍｏｎから、バイアス電圧Ｖｂを制御するためのバイアス指令電圧Ｖｓｅｔをバイアス電圧印加部３に送ることにより、バイアス電圧Ｖｂを制御する。
【００２１】
次に、バイアス電圧制御部５によるバイアス電圧Ｖｂの制御について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における光信号Ｐｉｎの変化によるバイアス電圧Ｖｂ、増倍率Ｍ及びＡＰＤ電流Ｉａｐｄの変化を示す図であり、図２（ａ）は光信号Ｐｉｎの変化を示す図であり、図２（ｂ）はバイアス電圧Ｖｂの変化を示す図であり、図２（ｃ）は増倍率Ｍの変化を示す図であり、図２（ｄ）はＡＰＤ電流Ｉａｐｄの変化を示す図である。ここで、図２の点線は従来のＡＰＤバイアス電圧制御回路での各変化を示し、実線はこの発明の実施の形態１に係るＡＰＤバイアス電圧制御回路での各変化を示している。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎの入力がほとんどない場合では、図２（ｄ）に示すように、ＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄはほとんど流れない状態となる。そのため、ＡＰＤ電流モニタ部４を介して抵抗Ｒ２により出力されるモニタ信号Ｖｍｏｎについてもほとんど出力されず、バイアス電圧制御部５はこのモニタ信号ＶｍｏｎからＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎが入力されていないことを判断することができる。
【００２３】
このようにしてバイアス電圧制御部５は、モニタ信号Ｖｍｏｎから、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎが入力されていないと判断した場合、次いで、バイアス電圧印加部３に対して、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを通常使用する際の規定値よりも低い値に設定することを示すバイアス指令電圧Ｖｓｅｔを送る。
【００２４】
次いで、バイアス電圧印加部３は、バイアス電圧制御部５から送られるバイアス指令電圧Ｖｓｅｔに基づいて、図２（ｂ）に示すように、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを規定値よりも低い値に低下させる。これに伴って、図２（ｃ）に示すように、増倍率Ｍも低下する。
【００２５】
この状態において、図２（ａ）に示すように、従来のＡＰＤバイアス電圧制御回路では最大定格を超えるＡＰＤ電流Ｉａｐｄが流れてしまうような、短時間での急峻な立ち上がり特性を持った強い光信号ＰｉｎがＡＰＤモジュール１に入力される場合であっても、バイアス電圧Ｖｂを規定値よりも低い値に設定して増倍率Ｍが低くなるようにしたため、図２（ｄ）に示すように、ＡＰＤモジュール１により発生するＡＰＤ電流Ｉａｐｄを最大定格内に収めることができ、ＡＰＤモジュール１を保護することができる。
【００２６】
その後、バイアス電圧制御部５は、モニタ信号Ｖｍｏｎから、光信号Ｐｉｎの急峻な立ち上がりがなくなり、増倍率Ｍを上げてもＡＰＤモジュール１により発生するＡＰＤ電流Ｉａｐｄが最大定格を超えないと判断した場合、次いで、バイアス電圧印加部３に対して、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを通常使用する際の規定値まで上げることを示すバイアス指令電圧Ｖｓｅｔを送る。
【００２７】
次いで、バイアス電圧印加部３は、バイアス電圧制御部５から送られるバイアス指令電圧Ｖｓｅｔに基づいて、図２（ｂ）に示すように、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを規定値まで上げる。
【００２８】
以上のように、この実施の形態１によれば、ＡＰＤ電流Ｉａｐｄをバイアス電圧制御部５によりモニタし、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎが入力されていない場合には、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを下げ、光信号Ｐｉｎの入力を検知した後にバイアス電圧Ｖｂを規定値まで上げるような制御を行うように構成したので、ＡＰＤモジュール１により発生するＡＰＤ電流Ｉａｐｄが最大定格を超えることはなく、光信号Ｐｉｎの瞬時的な過大入力からＡＰＤモジュール１を保護することができ、また、自己バイアス抵抗方式に適用することができる。
【００２９】
実施の形態２．
この発明の実施の形態１に係るＡＰＤバイアス制御回路では、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎの入力がない場合に、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを下げるように構成したものであるが、この発明の実施の形態２に係るＡＰＤバイアス制御回路は、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎが定常的に増大して過大入力される場合に、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを下げるように構成したものである。
この発明の実施の形態２に係るＡＰＤバイアス制御回路は、図１に示す、この発明の実施の形態１に係るＡＰＤバイアス制御回路の構成と同一であり、以下、図１を参照しながら説明を行う。
【００３０】
次に、バイアス電圧制御部５によるバイアス電圧の制御について説明する。
図３はこの発明の実施の形態２における光信号の変化によるバイアス電圧、増倍率及びＡＰＤ電流の変化を示す図であり、図３（ａ）は光信号Ｐｉｎの変化を示す図であり、図３（ｂ）はバイアス電圧Ｖｂの変化を示す図であり、図３（ｃ）は増倍率Ｍの変化を示す図であり、図３（ｄ）はＡＰＤ電流Ｉａｐｄの変化を示す図である。ここで、図３の点線は従来のＡＰＤバイアス電圧制御回路での各変化を示し、実線はこの発明の実施の形態２に係るＡＰＤバイアス電圧制御回路での各変化を示している。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎが定常的に増大して過大入力される場合では、図３（ｄ）に示すように、ＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電圧Ｉａｐｄも増加するため、ＡＰＤモジュール１に印加されるバイアス電圧Ｖｂが自己バイアス抵抗Ｒ１により低下することにより、図３（ｃ）に示すように、増倍率Ｍは低下する。
【００３２】
しかしながら、図３（ｃ）に点線で示すように、増倍率Ｍはある領域まで低下すると、それ以下には低下しない下げ止まり状態となる。増倍率Ｍがこの下げ止まり状態において、ＡＰＤモジュール１にさらに光信号Ｐｉｎが過大入力されると、ＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄはさらに増加する。バイアス電圧制御部５は、モニタ信号Ｖｍｏｎから、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎが定常的に増加して過大入力され、このＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄが最大定格を超える恐れがあると判断すると、バイアス電圧印加部３に対して、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを通常使用する際の規定値より低い値に設定することを示すバイアス指令電圧Ｖｓｅｔを送る。
【００３３】
次いで、バイアス電圧印加部３は、バイアス電圧制御部５から送られるバイアス指令電圧Ｖｓｅｔに基づいて、図３（ｂ）に示すように、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを規定値よりも低い値に低下させる。これにより、ＡＰＤモジュール１に印加されるバイアス電圧Ｖｂが低下し、図３（ｃ）に示すように、増倍率Ｍも通常では下がらない領域まで下げることができるため、従来のＡＰＤバイアス電圧制御回路ではＡＰＤ電流Ｉａｐｄが最大定格を超えるような定常的に増加する強い光信号ＰｉｎがＡＰＤモジュール１に入力される場合であっても、ＡＰＤモジュール１により発生されるＡＰＤ電流Ｉａｐｄを最大定格内に収めることができ、ＡＰＤモジュール１を保護することができる。
【００３４】
以上のように、この実施の形態２によれば、ＡＰＤ電流Ｉａｐｄをバイアス電圧制御部５によりモニタし、ＡＰＤモジュール１に光信号Ｐｉｎが定常的に増大して過大入力される場合には、ＡＰＤモジュール１に印加するバイアス電圧Ｖｂを下げるような制御を行うように構成したので、また、ＡＰＤモジュール１により発生するＡＰＤ電流Ｉａｐｄが最大定格を超えることはなく、光信号Ｐｉｎの定常的な過大入力からＡＰＤモジュール１を保護することができ、また、自己バイアス抵抗方式に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＡＰＤモジュール、２  定電圧源、３  バイアス電圧印加部、４  ＡＰＤ電流モニタ部、５  バイアス電圧制御部、６  ＡＰＤ素子、７  ＴＩＡ。
【図１】
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【図２】
2010287947.tif 000004
【図３】
2010287947.tif 000005