(57)【要約】【課題】広いダイナミックレンジにおいて、精度よく光信号レベルをモニタできるモニタ回路を提供する。【解決手段】定抵抗負荷２０ｄ、２０ｆを有する前段カレントミラー回路２０の出力を、入力端側にダイオード２２ｄによる抵抗負荷を、出力端側に定抵抗負荷２２ｆを有する後段カレントミラー回路２２に入力し、後段カレントミラー回路２２において対数変換をおこなうことによって、後段カレントミラー回路２２の後段側回路である電流電圧変換回路２４及びＡ／Ｄ変換回路２６への接続を容易にするためのレベルシフトを行い、対数変換により光電流モニタのダイナミックレンジを広くする。【選択図】図１
2010239264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受光し電気信号に変換する受光素子と、
定抵抗負荷を介して第１の定電圧源に各々接続された第１のトランジスタと第２のトランジスタとを有し、上記第１のトランジスタ側の第１の接続端と上記第２のトランジスタ側の第２の接続端とをさらに有し、上記第１の接続端が上記受光素子と接続され、上記第２の接続端から上記受光素子の出力に対応した第１のモニタ電流を出力する第１のカレントミラー回路と、
ダイオードを介して上記第１の定電圧源より低い電圧を有する第２の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して上記第２の定電圧源に接続された第２のトランジスタと上記第１のトランジスタ側の第１の接続端と上記第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有し、上記第１の接続端に上記第１のカレントミラー回路からの第１のモニタ電流が入力され、上記第２の接続端から第１のモニタ電流が対数変換された第２のモニタ電流を出力する第２のカレントミラー回路と、
この第２のカレントミラー回路と接続され、第２のカレントミラー回路の出力を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
この電流電圧変換回路と接続され、電流電圧変換回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、
上記受光素子及び上記第２のカレントミラー回路に近接して配設された温度検出部と、
この温度検出部の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、
上記第１および第２のＡ／Ｄ変換回路と接続され、上記第２のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号に基づき、上記第１のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を補正して出力する演算部と、
を備えたモニタ回路。
【請求項２】
ダイオードを介して第１の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して上記第１の定電圧源に接続された第２のトランジスタと上記第１のトランジスタ側の第１の接続端と上記第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有し、上記第１の接続端が上記受光素子と接続され、上記第２の接続端から上記受光素子の出力に対応するとともに対数変換された第１のモニタ電流を出力する第１のカレントミラー回路と、
この第１のカレントミラー回路と接続され、第１のカレントミラー回路の出力を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
この電流電圧変換回路と接続され、電流電圧変換回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、
上記受光素子及び上記第１のカレントミラー回路に近接して配設された温度検出部と、
この温度検出部の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、
上記第１および第２のＡ／Ｄ変換回路と接続され、上記第２のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号に基づき上記第１のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を補正して出力する演算部と、
を備えたモニタ回路。
【請求項３】
ダイオードを介して第１の定電圧源より低い電圧を有する第２の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して上記第２の定電圧源に接続された第２のトランジスタと上記第１のトランジスタ側の第１の接続端と上記第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有する第２のカレントミラー回路をさらに備え、この第２のカレントミラー回路を介して第１のカレントミラー回路が電流電圧変換回路に接続されるとともに、第１のカレントミラー回路から上記第２のカレントミラー回路の第１の接続端に入力された第１のモニタ電流がさらに対数変換され、第２のモニタ電流として上記第２のカレントミラー回路の第２の接続端から電流電圧変換回路に出力されることを特徴とする請求項２記載のモニタ回路。
【請求項４】
演算部に接続され、第２のカレントミラー回路或いは第１のカレントミラー回路或いは第１および第２のカレントミラー回路に配設されたダイオードの温度係数データが格納されたメモリをさらに備え、このメモリの温度係数データを用いて演算し、モニタ電流の電流値が補正されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のモニタ回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモニタ回路と、
このモニタ回路の受光素子の出力電流を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
このトランスインピーダンスアンプの出力信号を増幅して出力する増幅器と、
を備えた光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モニタ回路とこれを用いた光受信器に係り、特に、光通信の光ファイバを伝播した光信号をモニタするモニタ回路とこれを用いた光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信需要量の飛躍的な増加に伴って、通信システムに光ファイバを用いることにより大容量化が図られてきているが、光ファイバを介して情報が確実に伝達されていることを常に確認しておくことが必要である。
光通信の分野においては光ファイバを伝播する光信号を電気信号に変換するために光受信器が用いられている。光ファイバを介して情報が確実に伝達されていることを確認するために、光受信器においては、光ファイバが接続された状態で受信される光信号の電力レベル、即ち光受信レベルが正常の範囲内にあるかどうかを確認するためのモニタ機能を備えていなければならない。
【０００３】
従来の光受信器におけるモニタ回路として次のような方式が開示されている。
すなわち、光受信器においては、まず光受信器の受光素子に電源端子から正電圧を印加し、受光素子により受光された光信号は電流信号に変換された後、トランスインピーダンスアンプにより電圧信号に変換され、増幅器を介して増幅され、データ信号として出力される。
一方、受光素子により受光された光信号の光受信レベルをモニタするモニタ回路として、受光素子に正電圧を印加する電源端子と受光素子との間にカレントミラー回路を介在させ、カレントミラー回路の一端子を受光素子に接続するとともにカレントミラー回路のもう一つの端子から光信号に対応したモニタ電流を出力させ、このモニタ電流に基づき光受信レベルが正常の範囲内にあるかどうかを確認する。
このとき、モニタ回路ではカレントミラー回路からのモニタ電流をモニタ抵抗を介して電圧に変換し、オペアンプで構成した電圧フォロア回路を経てモニタ出力端子に出力させ、この出力電圧を測定することによって光信号入力レベルをモニタするのである。
しかし光受信器に入力される光信号の信号強度が微弱であって、受光素子において充分な電流が生成されない場合には、モニタ抵抗に発生する電位差が０Vに限りなく近づくことになり、オペアンプの動作点も０Vに限りなく近づき、オペアンプの線型動作範囲から逸脱する場合がある。
これを避けるために、電圧フォロア回路のオペアンプ出力と帰還ループの出力との間に
ダイオードを追加し、オペアンプの出力電圧をダイオードの順方向電圧分だけシフトさせて、オペアンプの出力電圧範囲に起因する誤差を低減する構成である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また光パワーメータや照度計などの光強度測定装置において、フォトダイオードの光電変換特性が温度依存性を有するので、温度変化に伴って測定値に誤差を生じるという問題がある。このため受光素子からの電圧信号をデジタル信号に変換し、この受光素子からのデジタル信号を、受光素子近傍に設置された温度検出器の出力電圧に基づくデジタル信号により演算回路で演算することにより補正して、真の光強度を求める例が開示されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
また、コンピュータ用ディスプレイやＴＶのホワイトバランスを測定する光測定器において、光電変換部の光電流をオペアンプにより電圧変換し、この電圧値をＡＤ変換した出力データと、光電変換部の温度を測定する温度センサにより測定した出力電流をオペアンプにより電圧変換し、この電圧値をＡＤ変換した温度データと、予め光変換部の温度特性のデータを記憶したメモリーとを用い、ＣＰＵで光出力の温度補正を行う例が開示されている（例えば、特許文献３  １５８頁左下欄〜右下欄、或いは特許文献４  １８３頁右上欄）。
【０００６】
また、複写機、プリンタなどの印刷機器や、ＦＡ（ファクトリーオートメーション）機器などに用いられる光電変換装置において、フォトダイオードが受光する受光電流を、演算増幅器およびこの演算増幅器の出力端子と演算増幅器の逆相入力端子との間に介在させたダイオードにより構成した対数圧縮部により対数圧縮を行い、フォトダイオードが受光する光が微弱な場合においても光の情報を得るようにしている構成において、フォトダイオードへの入力光のＳＮ比が不十分である場合には、光電流を対数圧縮することによって、ＳＮ比が確保できなくなり、十分な増幅特性を確保できなくなるので、フォトダイオードの受光電流をまず増幅器で増幅し、その後に対数圧縮部に入力する例が開示されている（例えば、特許文献５  段落番号［００２１］−［００２４］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１９８２７９号公報
【特許文献２】実開昭  ６２−１６４３２
【特許文献３】特開平３−４４５２５号公報
【特許文献４】特開平３−２１４０２９号公報
【特許文献５】特開２００６−２９４６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば特許文献１に示されたモニタ回路において、オペアンプの出力電圧をダイオードの順方向電圧分だけシフトさせて、オペアンプの出力電圧範囲に起因する誤差を低減することができたとしても、オペアンプの入力側で発生する入力オフセットに起因する入力電圧と出力電圧との間における誤差を回避することができない場合がある。
一般的にオペアンプにおいては、オペアンプの内部に数ｍＶ程度のオフセット電圧が発生している。このためオペアンプの出力電圧をダイオードの順方向電圧分シフトさせたとしても、オペアンプ内部に発生するオフセット電圧のために、光受信器に入力される光信号の信号強度が微弱であって受光素子において充分な電流が生成されない場合には、光受信レベルが正常の範囲内になるかどうかをモニタする時の精度に限界がある。このため光信号の強度が微弱な場合に精度よく光信号をモニタすることが困難であるという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は簡単な構成で、光信号の信号パワーが微弱な場合からパワーが大きな場合まで、広いダイナミックレンジにおいて、精度よく光信号レベルをモニタできるモニタ回路を提供することであり、第２の目的は上記モニタ回路を備え広いダイナミックレンジにおいて、精度よく光信号レベルをモニタが可能な光受信器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るモニタ回路は、光信号を受光し電気信号に変換する受光素子と、定抵抗負荷を介して第１の定電圧源に各々接続された第１のトランジスタと第２のトランジスタとを有し、第１のトランジスタ側の第１の接続端と第２のトランジスタ側の第２の接続端とをさらに有し、第１の接続端が受光素子と接続され、第２の接続端から受光素子の出力に対応した第１のモニタ電流を出力する第１のカレントミラー回路と、ダイオードを介して第１の定電圧源より低い電圧を有する第２の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して第２の定電圧源に接続された第２のトランジスタと第１のトランジスタ側の第１の接続端と第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有し、第１の接続端に第１のカレントミラー回路からの第１のモニタ電流が入力され、第２の接続端から第１のモニタ電流が対数変換された第２のモニタ電流を出力する第２のカレントミラー回路と、この第２のカレントミラー回路と接続され、第２のカレントミラー回路の出力を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、この電流電圧変換回路と接続され、電流電圧変換回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、受光素子及び第２のカレントミラー回路に近接して配設された温度検出部と、この温度検出部の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、第１および第２のＡ／Ｄ変換回路と接続され、第２のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号に基づき、第１のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を補正して出力する演算部と、を備えたものである。
また、この発明に係る光受信器は、上記のモニタ回路と、このモニタ回路の受光素子の出力電流を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、このトランスインピーダンスアンプの出力信号を増幅して出力する増幅器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係るモニタ回路においては、第１のカレントミラー回路から出力される第１のモニタ電流が第２のカレントミラー回路により対数変換され第２のモニタ電流としてレベルシフトされて出力されるので、電流電圧変換回路および第１のＡ／Ｄ変換回路への接続を容易にするとともに、広いダイナミックレンジにおいて精度よく光受信レベルをモニタすることができる。
またこの発明に係る光受信器においては、広範囲のダイナミックレンジを有するモニタ回路を備えているので、簡単な構成で精度よく光信号レベルをモニタできる光受信器を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るモニタ回路の平均光入力電力に対するモニタ回路のＡ／Ｄ変換器出力を示すグラフである。
【図３】この発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。
【図４】この発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係るモニタ回路の平均光入力電力に対するモニタ回路のＡ／Ｄ変換器出力を示すグラフである。
【図６】この発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。
【図７】この発明に係るモニタ回路の平均光入力電力に対するモニタ電流の関係を示すグラフである。
【図８】この発明に係るモニタ回路の温度特性を示すグラフである。
【図９】この発明に係るモニタ回路の温度特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
光通信の分野においては情報伝達のための信号として１０Ｇｂｐｓの光信号が用いられ、この光信号は光ファイバを通じて伝播される。この光信号の信号処理を行うために電気信号に変換される箇所において、光信号を電気信号に変換するための光受信器が用いられている。
通常光信号から電気信号に変換される箇所においては、データ信号が伝達される主回路と、これとは別に光信号が確実に伝達されていることを確認するために、光ファイバが接続された状態で光受信器に受信される光信号の電力レベル、即ち光受信レベルが正常の範囲内になるかどうかを確認するためのモニタ機能を有するモニタ回路を備えている。
図１はこの発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。なお以下の各図において、同じ符号は同じものかまたは同等のものであることを示す。
図１において、光受信器１０の主回路は、光ファイバ（図示せず）からの光信号Ｌを受ける受光素子としての、例えばアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）１２が光信号Ｌにより光信号電流ＩPDを出力し、この光信号電流ＩPDはトランスインピーダンス回路１４により電圧信号に変換され、さらに増幅器１６により増幅されてデータ信号としてデータ出力端１８から電気回路（図示せず）に出力される。
【００１４】
一方光受信器１０のモニタ回路は次のように構成されている。
第１のカレントミラー回路としての前段カレントミラー回路２０の第１接続端２０ａがＡＰＤ１２のカソードに接続されている。前段カレントミラー回路２０の第２接続端２０ｂは、第２のカレントミラー回路としての後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａに接続されている。後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂは電流電圧変換回路２４に接続され、この電流電圧変換回路２４を介してＡ／Ｄ変換回路２６に接続されている。
前段カレントミラー回路２０では、第１の定電圧源としての定電圧源２０ｃが定抵抗負荷としての定抵抗２０ｄを介して第１のトランジスタとしてのｐｎｐ形の第１バイポーラトランジスタ２０ｅのエミッタに接続され、同様に定電圧源２０ｃが定抵抗負荷としての定抵抗２０ｆを介して第２のトランジスタとしてのｐｎｐ形の第２バイポーラトランジスタ２０ｇのエミッタに接続されている。
この第１バイポーラトランジスタ２０ｅのベースと第２バイポーラトランジスタ２０ｇのベースは相互に接続されるとともに第１バイポーラトランジスタ２０ｅのコレクタとも接続され、前段カレントミラー回路２０の第１接続端２０ａとなってＡＰＤ１２のカソードに接続されている。
また第２バイポーラトランジスタ２０ｇのコレクタが前段カレントミラー回路２０の第２接続端２０ｂに繋がっている。なおこの実施の形態１においては定電圧源２０ｃは、例えば５０Ｖである。
【００１５】
後段カレントミラー回路２２では、第２の定電圧源としての接地端２２ｃがダイオード２２ｄのカソードに接続され、このダイオード２２ｄのアノードが第１のトランジスタとしてのｎｐｎ形の第１バイポーラトランジスタ２２ｅのエミッタに接続され、接地端２２ｃが定抵抗負荷としての定抵抗２２ｆを介して第２のトランジスタとしてのｎｐｎ形の第２バイポーラトランジスタ２２ｇのエミッタに接続されている。
この第１バイポーラトランジスタ２２ｅのベースと第２バイポーラトランジスタ２２ｇのベースは相互に接続されるとともに第１バイポーラトランジスタ２２ｅのコレクタとも接続され、後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａとなって、前段カレントミラー回路２０の第２接続端２０ｂに接続されている。
また第２バイポーラトランジスタ２２ｇのコレクタが後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂと繋がっている。
【００１６】
電流電圧変換回路２４は、例えばこの実施の形態では、定電圧源２４ａとプルアップ抵抗２４ｂとから構成され、後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂはプルアップ抵抗２４ｂを介して定電圧源２４ａに直列に接続され、同時に並列接続のプルアップ抵抗２４ｂを介して公知の構成のＡ／Ｄ変換回路２６に接続されている。
なおこの実施の形態では、定電圧源２４ａの電圧は、例えば３．３Ｖである。
後段カレントミラー回路２２の第２の定電圧源は、この実施の形態１では接地端２２ｃとなっているが、第１の定電圧源である定電圧源２０ｃよりも低い電圧の定電圧源であればよい。但しこの実施の形態１のように電流電圧変換回路２４が定電圧源２４ａとプルアップ抵抗２４ｂとから構成される場合には、後段カレントミラー回路２２の第２の定電圧源は、定電圧源２４ａの電圧よりも低くなければならない。
【００１７】
後段カレントミラー回路２２のダイオード２２ｄは温度特性を有しており、周囲温度により後段カレントミラー回路２２の出力電流が影響されやすい。従って温度補償を行わないと光受信レベルのモニタを精度よく行いにくい場合がある。
このために、後段カレントミラー回路２２の近傍に温度検出部としての温度センサ２８が配設されている。この温度センサとしては、例えばサーミスタなどが使用される。温度センサ２８は第２のＡ／Ｄ変換回路としての、公知の構成のＡ／Ｄ変換回路３０に接続されている。
モニタ信号をデジタル化するためのＡ／Ｄ変換回路２６と温度信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換回路３０とは、演算部としてのマイクロプロセッサ（以下ＭＣＵという）３２に接続され、温度補償が行われた光受信レベルのモニタ値がＭＣＵ３２から出力され、さらにモニタ信号出力端３６から出力される。
通常ＡＰＤ１２はキャンパッケージに封入されている。ＡＰＤ１２を除いて、光受信器１０の主回路を構成するトランスインピーダンス回路１４と増幅器１６、モニタ回路を構成する前段カレントミラー回路２０、後段カレントミラー回路２２、電流電圧変換回路２４、Ａ／Ｄ変換回路２６、温度センサ２８、Ａ／Ｄ変換回路３０およびＭＣＵ３２は、回路基板３４の上に配設されている。
キャンパッケージに封入されたＡＰＤ１２は、キャンパッケージのリード電極により、回路基板３４に設けられたソケットと係合され、回路基板３４側の主回路及びモニタ回路に接続されている。
【００１８】
次に光受信器１０の動作について説明する。
光受信器１０のＡＰＤ１２のカソードに前段カレントミラー回路２０の第１接続端２０ａが接続されていて、ＡＰＤ１２のカソードには前段カレントミラー回路２０の定電圧源２０ｃに基づく正電圧が印加されている。このＡＰＤ１２が光ファイバを伝播した信号光Ｌを受光すると、ＡＰＤ１２は光信号電流ＩPDを出力する。この光信号電流ＩPDはトランスインピーダンス回路１４により電圧信号に変換され、さらに増幅器１６により増幅されてデータ信号としてデータ出力端１８から信号処理のための電気回路（図示せず）に出力される。
【００１９】
一方、前段カレントミラー回路２０の第１接続端２０ａにＡＰＤ１２の光信号電流ＩPDが流れると定抵抗２０ｄ、定抵抗２０ｆの値に応じてレベルシフトし、前段カレントミラー回路２０の第２接続端２０ｂに光信号電流ＩPDに対応してレベルシフトされた第１のモニタ電流Ｉmon1が流れる。
後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａにはこの第１のモニタ電流Ｉmon1が流れる。後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａに入力された第１のモニタ電流Ｉmon1は、ダイオード２２ｄを流れる電流が小さいとＯＮ抵抗が大きくなるという特性により対数変換され、第２バイポーラトランジスタ２２ｇのコレクタに繋がる後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂから対数変換された第２のモニタ電流Ｉmon2として出力される。
この第２のモニタ電流Ｉmon2は、電流電圧変換回路２４のプルアップ抵抗２４ｂにより電圧変換され、電圧変換されたモニタ信号がＡ／Ｄ変換回路２６によりデジタル信号に変換されＭＣＵ３２に入力される。
後段カレントミラー回路２２の近傍の周囲温度は、温度センサ２８により温度信号の電圧値として計測され、この出力がＡ／Ｄ変換回路３０によりデジタル信号に変換され、ＭＣＵ３２に入力される。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換回路２６からＭＣＵ３２に入力されたモニタ信号は、対数変換されたモニタ信号をデジタル化したものであるので、これを演算して光受信レベルを示す物理量として意味のある値に一義的に計算する。次いで温度センサ２８により計測された温度に基づくデジタル信号から一義的に補正値を演算し、この補正値により先に求めた光受信レベルを示す物理量を補正し、光受信レベルのモニタ出力信号としてモニタ信号出力端３６から出力される。
例えば、Ａ／Ｄ変換回路２６から入力されたモニタ信号の値をＸとし、光受信レベルを示す物理量をＹとすると、物理量Ｙは式（１）により示される。
Ｙ＝ＡＸｎ＋ＢＸｎ―１＋ＣＸｎ―２＋・・・・＋ＰＸ２＋ＱＸ＋Ｒ・・・・（１）
ここで、係数Ａ，Ｂ，Ｃ、・・、Ｐ，Ｑ，Ｒは温度の関数である。
式（１）が比較的低次項による関数として使用される場合であって、係数Ａ，Ｂ，Ｃ、・・、Ｐ，Ｑ，Ｒが、定数あるいは簡単な関数で表記される場合には、ＭＣＵ３２が有する内部メモリの中に計算式を格納し、Ｈ／Ｗ（ハードウエア）で信号処理することができる。
【００２１】
図２はこの発明の実施の形態１に係るモニタ回路の平均光入力電力に対するモニタ回路のＡ／Ｄ変換器出力を示すグラフである。
図２において、横軸はＡＰＤ１２の平均光入力電力Ｐinで、ｄＢm値により示されている。縦軸はＡ／Ｄ変換器２６の出力で、１２ｂｉｔ分解能表示のデジタル値で示されており、１０進数で最小値０から最大値４０９５の範囲の値で示されている。また後に示す図５においても縦軸は同様のデジタル値で示されている。
図２において、曲線ａが図１に示された実施の形態１に係るモニタ回路におけるＡ／Ｄ変換器２６の出力である。曲線ｂは比較のために示された曲線で、図１の後段カレントミラー回路２２においてダイオード２２ｄを単なる定抵抗負荷に置き換えた場合のＡ／Ｄ変換器出力である。
【００２２】
実施の形態１に係るモニタ回路のＡ／Ｄ変換器出力である曲線ａは、曲線ｂに比べてより低い平均光入力電力Ｐinから曲線が立ち上がり、ダイナミックレンジが広くなっていることが明らかであり、同時にＡ／Ｄ変換器出力の値も高くなっている。
曲線ａの立ち上がりの起点はＡ／Ｄ変換器２６の識別電圧レベルに依存するが、後段カレントミラー回路２２に対数変換を行ない電流電圧変換回路２４への入力を大きくし、これに伴ってＡ／Ｄ変換器２６への入力が大きくなることにより、平均光入力電力Ｐinが低い場合においても、Ａ／Ｄ変換器２６の識別電圧レベルを越えることを可能にしている。
【００２３】
例えば曲線ｂに示されるように、後段カレントミラー回路２２のダイオード２２ｄを単なる定抵抗負荷に置き換え、対数変換を行わなかった場合においても後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂからの第２のモニタ電流Ｉmon2を大きくすることはできる。
それは前段カレントミラー回路２０の定抵抗２０ｄの抵抗値に対して定抵抗２０ｆの抵抗値を小さくし、また後段カレントミラー回路２２のダイオード２２ｄに置き換えた定抵抗の抵抗値よりも定抵抗２２ｆの抵抗値を小さくすれば、第２のモニタ電流Ｉmon2を大きくすることはできる。しかしそうすれば前段及び後段のカレントミラー回路の消費電力が大きくなる。
このように前段及び後段のカレントミラー回路に対数変換機能を持たせずに、第２のモニタ電流Ｉmon2を大きくした場合には、ＡＰＤ１２の光信号電流ＩPDが大きくなった場合、定電圧源２０ｃからカレントミラー回路２０に流れ込む電流が大きくなり、定電圧源２０ｃの昇圧回路の最大電流を越えてしまう。従ってカレントミラー回路の全ての抵抗負荷として単に定抵抗を使用した場合には、ダイナミックレンジを広くすることはできない。
【００２４】
あるいは、Ａ／Ｄ変換器２６のビット数を増やし、平均光入力電力が小さな領域を読み取らせることも可能ではあるが、そのようなＡ／Ｄ変換器は高価であり、ビット数を増加させたとしても、Ａ／Ｄ変換器への入力が小さい場合には、読み取りの信頼性が安定しない場合がある。
【００２５】
一方実施の形態１に示されるように、後段カレントミラー回路２２のダイオード２２ｄにはＡＰＤ１２の光信号電流ＩPDに対応して、抵抗値が変わる、つまりダイオード２２ｄの両端電圧が変化するという特性があるために、光信号電流ＩPDが小さい領域では増幅率が高くなり、一方光信号電流ＩPDが増えたとしてもカレントミラー回路の消費電力はさほど大きくはならない。従って光受信器１０のモニタ回路では、簡単な回路構成で、Ａ／Ｄ変換器の分解能を上げなくても、低ノイズで、少ない消費電力で、広いダイナミックレンジを有するモニタ回路を実現することができる。
さらに対数変換を行う回路にカレントミラー回路を使用することにより、主回路の方の主信号の通過帯域を高めることが可能となり、光受信器としてより高速な受信動作が可能となる。
【００２６】
以上のように、この発明に係るモニタ回路は、光信号を受光し電気信号に変換する受光素子と、各々が定抵抗負荷を介して第１の定電圧源に接続された第１，第２のトランジスタと第１の接続端と第２の接続端とを有し、第１の接続端が受光素子と接続され、第２の接続端から受光素子の出力に対応した第１のモニタ電流を出力する第１のカレントミラー回路と、ダイオードを介して第１の定電圧源より低い電圧を有する第２の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して第２の定電圧源に接続された第２のトランジスタと第１のトランジスタ側の第１の接続端と第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有し、第１の接続端に第１のカレントミラー回路からの第１のモニタ電流が入力され、第２の接続端から第１のモニタ電流が対数変換された第２のモニタ電流を出力する第２のカレントミラー回路と、この第２のカレントミラー回路と接続され、第２のカレントミラー回路の出力を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、この電流電圧変換回路と接続され、電流電圧変換回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、受光素子及び第２のカレントミラー回路に近接して配設された温度検出部と、この温度検出部の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、第１、第２のＡ／Ｄ変換回路と接続され、第２のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号に基づき、第１のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を補正して出力する演算部と、を備えたものである。
【００２７】
この構成により、第１のカレントミラー回路から出力される第１のモニタ電流が第２のカレントミラー回路により対数変換され第２のモニタ電流としてレベルシフトされて出力されるので、電流電圧変換回路および第１のＡ／Ｄ変換回路への接続を容易にするとともに、温度検出部の温度も考慮して演算部において処理されるので、広いダイナミックレンジにおいて精度よく光受信レベルをモニタすることができる。
延いては、簡単な回路構成で、低ノイズで、消費電力が少なく、広いダイナミックレンジの領域を有し、精度よく光受信レベルのモニタ信号を出力することができるモニタ回路を有し、高速な受信動作が可能な光受信器を構成することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図３はこの発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。
図３において示された光受信器４０が実施の形態１の光受信器１０と相違する点は、光受信器１０においてはカレントミラー回路が２段になっており後段カレントミラー回路２２が対数変換機能を有しているのに対して、光受信器４０ではカレントミラー回路が一段のみで、このカレントミラー回路４２が対数変換機能を有していることである。
このカレントミラー回路４２の第１接続端４２ａがＡＰＤ１２のカソードに接続され、カレントミラー回路４２の第２接続端４２ｂが電流電圧変換回路に接続されるので、出力変換回路４４は一端が接地されたプルダウン抵抗４４ａで構成されていることである。他の構成は図１に示された実施の形態１に係る構成と同じである。
【００２９】
図３において、カレントミラー回路４２では、第１の定電圧源としての定電圧源４２ｃがダイオード４２ｄのアノードに接続され、ダイオード４２ｄのカソードが第１のトランジスタとしてのｐｎｐ形の第１バイポーラトランジスタ４２ｅのエミッタに接続され、一方定電圧源４２ｃが定抵抗負荷としての定抵抗４２ｆを介して第２のトランジスタとしてのｐｎｐ形の第２バイポーラトランジスタ４２ｇのエミッタに接続されている。
この第１バイポーラトランジスタ４２ｅのベースと第２バイポーラトランジスタ４２ｇのベースは相互に接続されるとともに第１バイポーラトランジスタ４２ｅのコレクタとも接続されカレントミラー回路４２の第１接続端４２ａとなって、ＡＰＤ１２のカソードに接続されている。
また第２バイポーラトランジスタ４２ｇのコレクタがカレントミラー回路４２の第２接続端４２ｂに繋がっている。
【００３０】
なおこの実施の形態においては、カレントミラー１段で十分なモニタ利得が得られる場合や、部品実装点数を削減して、省スペース小形回路を実現する場合に効果がある。
ダイオードを使用しない抵抗比だけで構成するカレントミラー回路では電源２０ｃの最大出力電流に限りがあるため、つまり昇圧電圧の場合はせいぜい最大２ｍＡであり、定抵抗２０ｄ、２０ｆの抵抗比は１：１にせざるを得ない。そうすると必然的にモニタ電流の利得を確保するために、２段のカレントミラー回路が必要になる。その点ダイオードを利用したカレントミラー回路方式であれば、１段のカレントミラー回路で効率よく利得を確保することができて、高精度なモニタが可能になる。
なお定電圧源４２ｃは、実施の形態１の場合の５０Ｖよりも低くなっている。
電流電圧変換回路４４は、例えばこの実施の形態では、接地端に接続されたプルダウン抵抗４４ａにより構成されている。カレントミラー回路４２の第２接続端４２ｂはプルダウン抵抗４４ａを介して直列に接地端に接続され、並列接続のプルダウン抵抗を介してＡ／Ｄ変換回路２６に接続されている。
【００３１】
次に光受信器４０の動作について説明する。
光受信器４０のＡＰＤ１２のカソードにカレントミラー回路４２の第１接続端４２ａが接続されていて、ＡＰＤ１２のカソードにはカレントミラー回路４２の定電圧源４２ｃに基づく正電圧が印加されている。
このＡＰＤ１２が光ファイバを伝播した信号光Ｌを受光すると、ＡＰＤ１２は光信号電流ＩPDを出力する。この光信号電流ＩPDはトランスインピーダンス回路１４により電圧信号に変換され、さらに増幅器１６により増幅されてデータ信号としてデータ出力端１８から信号処理のための電気回路（図示せず）に出力される。
【００３２】
一方、カレントミラー回路４２の第１接続端４２ａには光信号電流ＩPDが流れる。第１接続端４２ａにコレクタが接続されている第１バイポーラトランジスタ４２ｅはそのエミッタがダイオード４２ｄのカソードに接続され、このダイオード２２ｄを介して定電圧源４２ｃに接続されており、一方第２バイポーラトランジスタ４２ｇは定抵抗４２ｆを介して定電圧源４２ｃに接続されているので、光信号電流ＩPDの電流値によりダイオード４２ｄの抵抗が変化する、つまりダイオード４２ｄを流れる電流が小さいとＯＮ抵抗が大きくなるという特性により、カレントミラー回路４２の第１接続端４２ａを流れる光信号電流ＩPDに対応して、第２バイポーラトランジスタ４２ｇのコレクタに繋がる第２接続端４２ｂから、光信号電流ＩPDに対応して対数変換された第１のモニタ電流Ｉmon1が出力される。
この第１のモニタ電流Ｉmon1は、電流電圧変換回路４４のプルダウン抵抗４４ｂにより電圧変換され、電圧変換されたモニタ信号がＡ／Ｄ変換回路２６によりデジタル信号に変換されＭＣＵ３２に入力される。
これ以後のモニタ信号の演算及び温度センサにより計測された温度補償は実施の形態１において記載したものと同じ方法により行われる。
【００３３】
また光受信器４０におけるモニタ回路の平均光入力電力に対するモニタ回路のＡ／Ｄ変換器出力の傾向は実施の形態１における図２の曲線ａと同様の傾向を示し、実施の形態１と同様の効果を有する。すなわち光受信器４０のモニタ回路では、簡単な回路構成で、Ａ／Ｄ変換器の分解能を上げなくても、低ノイズで、少ない消費電力で、広いダイナミックレンジを有するモニタ回路を実現することができる。
また主回路の方の主信号の通過帯域を高めることが可能となり、光受信器としてより高速な受信動作が可能となる。
【００３４】
以上のように、この発明に係るモニタ回路は、ダイオードを介して第１の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して第１の定電圧源に接続された第２のトランジスタと第１のトランジスタ側の第１の接続端と第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有し、第１の接続端が受光素子と接続され、第２の接続端から受光素子の出力に対応するとともに対数変換された第１のモニタ電流を出力する第１のカレントミラー回路と、この第１のカレントミラー回路と接続され、第１のカレントミラー回路の出力を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、この電流電圧変換回路と接続され、電流電圧変換回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、受光素子及び第１のカレントミラー回路に近接して配設された温度検出部と、この温度検出部の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、第１、第２のＡ／Ｄ変換回路と接続され、第２のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号に基づき第１のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を補正して出力する演算部と、を備えたものである。
【００３５】
この構成により、受光素子の駆動電圧が比較的低電圧でよい場合に、カレントミラー回路により対数変換され第１のモニタ電流として電流電圧変換回路入力され、第１のＡ／Ｄ変換回路に接続され、温度検出部の温度も考慮して演算部において処理されるので、広いダイナミックレンジにおいて精度よく光受信レベルをモニタすることができる。
延いては、受光素子の駆動電圧が比較的低電圧でよい場合に、簡単な回路構成で、低ノイズで、消費電力が少なく、広いダイナミックレンジの領域を有し、精度よく光受信レベルの信号を出力することができるモニタ回路を有し、高速な受信動作が可能な光受信器を構成することができる。
【００３６】
実施の形態３．
図４はこの発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。
図４において示された光受信器５０は、実施の形態２の光受信器４０のカレントミラー回路４２の出力をさらに実施の形態１において示されたのと同様の対数変換機能を有する後段カレントミラー回路２２に入力する構成となっている。
すなわち、第１のカレントミラー回路としての前段カレントミラー回路４２の第１の接続端４２ａがＡＰＤ１２のカソードに接続されている。前段カレントミラー回路４２の第２接続端４２ｂは、第２のカレントミラー回路としての後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａに接続されている。後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂは電流電圧変換回路２４に接続され、この電流電圧変換回路２４を介してＡ／Ｄ変換回路２６に接続されている。
【００３７】
ただ、光受信器５０の場合、受光素子１２の駆動電圧が後段の電流電圧変換回路２４やＡ／Ｄ変換回路２６に比べて高電圧である場合には、定電圧源４２ｃは実施の形態２よりも高電圧となり、例えば５０Ｖとなる。
また電流電圧変換回路２４は実施の形態２の光受信器５０の場合とは異なり、実施の形態１と同様の、例えば定電圧源２４ａとプルアップ抵抗２４ｂとから構成される。なお定電圧源２４ａの電圧は、例えば３．３Ｖである。
【００３８】
図４において、前段カレントミラー回路４２では、第１の定電圧源としての定電圧源４２ｃがダイオード４２ｄのアノードに接続され、ダイオード４２ｄのカソードが第１のトランジスタとしてのｐｎｐ形の第１バイポーラトランジスタ４２ｅのエミッタに接続され、一方定電圧源４２ｃが定抵抗負荷としての定抵抗４２ｆを介して第２のトランジスタとしてのｐｎｐ形の第２バイポーラトランジスタ４２ｇのエミッタに接続されている。
この第１バイポーラトランジスタ４２ｅのベースと第２バイポーラトランジスタ４２ｇのベースは相互に接続されるとともに第１バイポーラトランジスタ４２ｅのコレクタとも接続され、前段カレントミラー回路４２の第１接続端４２ａとなって、ＡＰＤ１２のカソードに接続されている。また第２バイポーラトランジスタ４２ｇのコレクタが前段カレントミラー回路４２の第２接続端４２ｂと繋がっている。
【００３９】
後段カレントミラー回路２２では、第２の定電圧源としての接地端２２ｃがダイオード２２ｄのカソードに接続され、このダイオード２２ｄのアノードが第１のトランジスタとしてのｎｐｎ形の第１バイポーラトランジスタ２２ｅのエミッタに接続され、第２の定電圧源としての接地端２２ｃが定抵抗負荷としての定抵抗２２ｆを介して第２のトランジスタとしてのｎｐｎ形の第２バイポーラトランジスタ２２ｇのエミッタに接続されている。
この第１バイポーラトランジスタ２２ｅのベースと第２バイポーラトランジスタ２２ｇのベースは相互に接続されるとともに第１バイポーラトランジスタ２２ｅのコレクタとも接続され後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａとなって、前段カレントミラー回路４２の第２接続端４２ｂに接続されている。
また第２バイポーラトランジスタ２２ｇのコレクタが、後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂに繋がっている。
【００４０】
電流電圧変換回路２４は、例えば定電圧源２４ａとプルアップ抵抗２４ｂとから構成され、後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂはプルアップ抵抗２４ｂを介して定電圧源２４ａに直列に接続されるとともに、同時に並列接続のプルアップ抵抗２４ｂを介して公知の構成のＡ／Ｄ変換回路２６に接続されている。
これ以外の構成は実施の形態１の光受信器１０及び実施の形態２の光受信器４０と同様の構成である。
【００４１】
次に光受信器５０の動作について説明する。
光受信器４０のＡＰＤ１２のカソードに前段カレントミラー回路４２の第１接続端４２ａが接続されていて、ＡＰＤ１２のカソードには前段カレントミラー回路４２の定電圧源４２ｃに基づく正電圧が印加されている。
このＡＰＤ１２が光ファイバを伝播した信号光Ｌを受光すると、ＡＰＤ１２は光信号電流ＩPDを出力する。この光信号電流ＩPDはトランスインピーダンス回路１４により電圧信号に変換され、さらに増幅器１６により増幅されてデータ信号としてデータ出力端１８から信号処理のための電気回路（図示せず）に出力される。
【００４２】
一方、前段カレントミラー回路４２の第１接続端４２ａには光信号電流ＩPDが流れる。第１接続端４２ａにコレクタが接続されている第１バイポーラトランジスタ４２ｅはそのエミッタがダイオード４２ｄのカソードに接続され、このダイオード２２ｄを介して定電圧源４２ｃに接続されており、一方第２バイポーラトランジスタ４２ｇは定抵抗４２ｆを介して定電圧源４２ｃに接続されている。
このため光信号電流ＩPDの電流値によりダイオード４２ｄの抵抗が変化する、つまりダイオード４２ｄを流れる電流が小さいとＯＮ抵抗が大きくなるという特性により、前段カレントミラー回路４２の第１接続端４２ａを流れる光信号電流ＩPDに対応して、第２バイポーラトランジスタ４２ｇのコレクタに繋がる第２接続端４２ｂから、第１の光信号電流ＩPDが対数変換された第１のモニタ電流Ｉmon1が出力される。
【００４３】
後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａにはこの第１のモニタ電流Ｉmon1が流れる。第１接続端２２ａに接続されたコレクタが接続されている第１バイポーラトランジスタ２２ｅはそのエミッタがダイオード２２ｄのアノードに接続され、このダイオード２２ｄを介して接地されており、一方第２バイポーラトランジスタ２２ｇは定抵抗２２ｆを介して接地されているので、後段カレントミラー回路２２の第１接続端２２ａに入力された第１のモニタ電流Ｉmon1は、ダイオード２２ｄを流れる電流が小さいとＯＮ抵抗が大きくなるという特性により再度対数変換される。
このため第２バイポーラトランジスタ２２ｇのコレクタに繋がる後段カレントミラー回路２２の第２接続端２２ｂからは、第１のモニタ電流Ｉmon1がさらに対数変換された第２のモニタ電流Ｉmon2が出力される。
この第２のモニタ電流Ｉmon2は、電流電圧変換回路２４のプルアップ抵抗２４ｂにより電圧変換され、電圧変換されたモニタ信号がＡ／Ｄ変換回路２６によりデジタル信号に変換され、ＭＣＵ３２に入力される。
これ以後のモニタ信号の演算及び温度センサにより計測された温度補償は実施の形態１において記載したものと同じ方法により行われる。
【００４４】
図５はこの発明の実施の形態３に係るモニタ回路の平均光入力電力に対するモニタ回路のＡ／Ｄ変換器出力を示すグラフである。
図５において、横軸はＡＰＤ１２の平均光入力電力ＰinでｄＢmにより示されている。縦軸はＡ／Ｄ変換器２６の出力で、単位はｍＶである。
曲線ｃが図４に示された実施の形態３に係る光受信器５０のモニタ回路におけるＡ／Ｄ変換器２６の出力である。曲線ａは比較のために示された実施の形態１の光受信器１０のモニタ回路におけるＡ／Ｄ変換器２６の出力である。
【００４５】
実施の形態１の曲線ａに比べて実施の形態３に係るモニタ回路のＡ／Ｄ変換器出力である曲線ｃは、前段カレントミラー回路４２と後段カレントミラー回路２２の再度の対数変換を受けているので、より低い平均光入力電力Ｐinから曲線が立ち上がり、光受信器５０のモニタ回路は光受信器１０のモニタ回路に比べて、ダイナミックレンジがさらに広くなっていることが明らかであり、同時にＡ／Ｄ変換器出力の値も高くなっている。
従って実施の形態３における光受信器５０のモニタ回路は、実施の形態１の光受信器１０や実施の形態２の光受信器４０の効果に加えて、より広いダイナミックレンジを実現することができる。
なお、この実施の形態３において、後段カレントミラー回路２２のダイオード２２ｄのカソードと接地端との間に所定の抵抗を直列に接続することにより、図５の高い平均光入力電力Ｐinの領域において、曲線ｃのＡ／Ｄ変換器出力が飽和する傾向をより少なくすることができる。
【００４６】
以上のように、この発明に係るモニタ回路は、ダイオードを介して第１の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して第１の定電圧源に接続された第２のトランジスタと第１のトランジスタ側の第１の接続端と第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有し、第１の接続端が受光素子と接続され、第２の接続端から受光素子の出力に対応するとともに対数変換された第１のモニタ電流を出力する第１のカレントミラー回路と、この第１のカレントミラー回路と接続され、第１のカレントミラー回路の出力を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、この電流電圧変換回路と接続され、電流電圧変換回路の出力をデジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換回路と、受光素子及び第１のカレントミラー回路に近接して配設された温度検出部と、この温度検出部の出力をデジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換回路と、第１、第２のＡ／Ｄ変換回路と接続され、第２のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号に基づき第１のＡ／Ｄ変換回路からのデジタル信号を補正して出力する演算部と、を備え、ダイオードを介して第１の定電圧源より低い電圧を有する第２の定電圧源に接続された第１のトランジスタと定抵抗負荷を介して第２の定電圧源に接続された第２のトランジスタと第１のトランジスタ側の第１の接続端と第２のトランジスタ側の第２の接続端とを有する第２のカレントミラー回路をさらに備え、この第２のカレントミラー回路を介して第１のカレントミラー回路が電流電圧変換回路に接続されるとともに、第１のカレントミラー回路から第２のカレントミラー回路の第１の接続端に入力された第１のモニタ電流がさらに対数変換され、第２のモニタ電流として上記第２のカレントミラー回路の第２の接続端から電流電圧変換回路に出力されるものである。
【００４７】
この構成により第１のカレントミラー回路において対数変換され出力される第１のモニタ電流が、第２のカレントミラー回路により再度対数変換され第２のモニタ電流としてレベルシフトされて出力されるので、電流電圧変換回路および第１のＡ／Ｄ変換回路への接続を容易にするとともに、温度検出部の温度も考慮して演算部において処理されるので、広いダイナミックレンジにおいて精度よく光受信レベルをモニタすることができる。
延いては、簡単な回路構成で、低ノイズで、消費電力が少なく、さらに広いダイナミックレンジの領域を有し、精度よく光受信レベルの信号を出力することができるモニタ回路を有し、高速な受信動作が可能な光受信器を構成することができる。
【００４８】
なお、以上の記載した実施の形態１，２，および３において、対数変換機能を有するカレントミラー回路のダイオードと対称の位置にある定抵抗、すなわち実施の形態１の後段カレントミラー回路２２の定抵抗２２ｆ、実施の形態２におけるカレントミラー回路４２の定抵抗４２ｆ、実施の形態３における前段カレントミラー回路４２の定抵抗４２ｆ、および後段カレントミラー回路２２の定抵抗２２ｆの、抵抗負荷の定数を調整可能することにより、光電流モニタの入出力特性の利得、即ち勾配を微調整することが可能な構成とすることができ、これらの抵抗の対称位置にあるダイオード、すなわちダイオード２２ｄ、およびダイオード４２ｄの特性のバラツキを解消することが可能になる。
【００４９】
またこれらの定抵抗にサーミスタやポジスタなど温度係数を有する抵抗を適用することにより、簡易な温度補償をＨ／Ｗ（ハードウエア）だけで実現可能となる。
実施の形態１，２，および３において、それぞれの光受信器の主回路はＡＰＤ１２よりの光信号電流ＩPDをトランスインピーダンス回路１４により電圧信号に変換し、さらに増幅器１６により増幅してデータ信号としてデータ出力端１８から電気回路に出力される。この主回路の増幅器１６に続けてさらにデータ信号とクロック信号とを分離する識別再生回路を設け、光信号電流ＩPDの情報をデータ信号とクロック信号に分離して、データ出力端１８から出力してもよい。
さらにまた、実施の形態１，２，および３において、それぞれの光受信器は回路の規模を小さくでき、デジタル化されるので、エネルギー消費の削減に繋がる。さらに部品点数が減り、消費電力が減るので、製品のライフサイクルにおける各段階での環境負荷が低減される。
【００５０】
実施の形態４．
図６はこの発明の一実施の形態に係る、一部ブロック線図を含む光受信器の回路図である。
図６における光受信器６０は、実施の形態３の光受信器５０におけるＭＣＵ３２にメモリとしての外部メモリ６２を接続したものである。この実施の形態では光受信器５０を例として説明しているが、実施の形態１の光受信器１０や実施の形態２の光受信器４０のＭＣＵ３２にメモリとしての外部メモリ６２を接続する構成でもよい。
外部メモリ６２には予め入力光強度モニタテーブルおよび温度補償テーブルが格納されている。
【００５１】
先に説明したようにＡ／Ｄ変換回路２６から入力されたモニタ信号の値をＸとし、光受信レベルを示す物理量をＹとすると、物理量Ｙは式（１）により示される。
Ｙ＝ＡＸｎ＋ＢＸｎ―１＋ＣＸｎ―２＋・・・・＋ＰＸ２＋ＱＸ＋Ｒ・・・・（１）
ここで、係数Ａ，Ｂ，Ｃ、・・、Ｐ，Ｑ，Ｒは温度の関数である。
より精度高くモニタ信号の処理を行うためには、式（１）は高次の多項式になり、さらに係数Ａ，Ｂ，Ｃ、・・、Ｐ，Ｑ，Ｒの関数も高次の式にならざるを得ない。この場合には、モニタ信号の値をＸに対応する物理量Ｙを入力光強度モニタテーブルとして数値の形式で外部メモリ６２に格納し、処理することが、より簡単であり、処理も迅速に行うことができる。同様に温度補償も温度センサ２８の測定温度に基づく補償値を温度補償テーブルとして予め数値として外部メモリ６２に格納しておき、処理することが簡単であり、処理も迅速に行うことができる。
【００５２】
従ってこの実施の形態に係る光受信器６０においては、先に述べた実施の形態１，２，及び３の光受信器の効果に加えて、周囲温度の影響をより少なくし、高精度な光受信レベルの信号を出力することができる。
すなわち、この実施の形態に係る光受信器においては、その簡単なモニタ回路で、低ノイズで、少ない消費電力で、広いダイナミックレンジの領域で、高精度な光受信レベルの信号を出力することができる。
【００５３】
以上のように、この発明に係るモニタ回路は、既に述べたこの発明に係るモニタ回路の演算部に接続され、第１のカレントミラー回路或い第２のカレントミラー回路或いは第１、第２のカレントミラー回路に配設されたダイオードの温度係数データが格納されたメモリをさらに備え、このメモリの温度係数データを用いて演算し、モニタ電流の電流値が補正されるものである。
この構成により、さらに周囲温度の影響をより少なくし、高精度な光受信レベルの信号を出力することができる。
延いては、簡単な回路構成で、低ノイズで、消費電力が少なく、広いダイナミックレンジの領域を有し、高精度の光受信レベルの信号を出力することができるモニタ回路を有し、高速な受信動作が可能な光受信器を構成することができる。
なお、実施の形態１乃至３について、理論式を用いての説明を加える。
定抵抗を用いたカレントミラー回路の場合、平均光入力電力Ｐｉｎ［ｄＢｍ］、受光素子の光電気変換効率Ｒ「Ａ／Ｗ」、ＡＰＤ使用時の光増倍利得Ｍとすると、光電流Ｉｐｄ［ｍＡ］、１段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ１と２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２［ｍＡ］は、式（２）、式（３）、及び式（４）により示される。
【００５４】
【数１】
2010239264.tif 000003
【００５５】
【数２】
2010239264.tif 000004
【００５６】
【数３】
2010239264.tif 000005
【００５７】
ここで、Ｒ２０ｄ、Ｒ２０ｆはそれぞれ、１段目のカレントミラー回路の抵抗値で、図１の場合には、定抵抗２０ｄ、２０ｆの抵抗値である。またＲ２２ｄ、Ｒ２２ｆはそれぞれ、２段目のカレントミラー回路の抵抗値で、図１の場合には、ダイオード２２ｄ、定抵抗２２ｆの抵抗値である。
ダイオードの場合、ダイオード順方向電圧Ｖｄｉｏｄｅとアノードからカソードに流れる電流Ｉｄｉｏｄｅとの関係は、逆方向電圧印加時の飽和電流Ｉｓ、電子の電荷ｑ（＝１．６×１０―１９［Ｃ］）、ボルツマン定数ＫＢ（＝１．３８×１０―２３［Ｊ／Ｋ］）、及び絶対温度Ｔ［Ｋ］により、式（５）で示される。
【００５８】
【数４】
2010239264.tif 000006
【００５９】
ダイオードの順方向電圧Ｖｄｉｏｄｅは、式（５）を変形して、式（６）で示される。
【００６０】
【数５】
2010239264.tif 000007
【００６１】
実施の形態１における光受信器１０の場合、Ｉｍｏｎ１＝Ｉｄｉｏｄｅとなり、２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２は式（７）で示される。
【００６２】
【数６】
2010239264.tif 000008
【００６３】
そして式（３）と式（７）とを用いて、平均光入力電力Ｐｉｎから、２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２が求められる。
実施の形態２における光受信器４０の場合、Ｉｐｄ＝Ｉｄｉｏｄｅになり、カレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ１は、式（８）で示される。
【００６４】
【数７】
2010239264.tif 000009
【００６５】
そして式（２）と式（８）とを用いて、平均光入力電力Ｐｉｎから、カレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ１が求められる。
また実施の形態３における光受信器５０の場合、式（７）と式（８）とを組み合わせることにより、平均光入力電力Ｐｉｎから、２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２が求められる。
【００６６】
図７はこの発明に係るモニタ回路の平均光入力電力に対するモニタ電流の関係を示すグラフである。
図７において、曲線ａは実施の形態１における光受信器１０の場合の２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２或いは実施の形態２における光受信器４０の場合のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ１で、曲線ｂは実施の形態３における光受信器５０の場合の２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２である。
なお曲線ｃおよび曲線ｄは、曲線ａ及び曲線ｂとの比較のために記載したもので、従来のカレントミラー回路に定抵抗を用いた場合であり、曲線ｃは抵抗比１倍とし、モニタ利得１倍の場合である。曲線ｄは抵抗比１０倍とし、モニタ利得１０倍の場合である。
【００６７】
曲線ａは式（３）と式（７）とを用いて求めた。抵抗比１倍の曲線ｃや抵抗比１０倍の曲線ｄに比べて、広範囲なダイナミックレンジを確保することができる。このためより低い光入力電力まで、モニタを行うことができるとともに、最大光入力側でも駆動限界を超えないようにモニタ電流を抑制することができる。
曲線ｂは式（７）と式（８）とを用いて求めている。ダイオードを用いたカレントミラー回路１段の曲線ａに比べて、さらに広範囲のダイナミックレンジを確保している。したがってより低い光入力電力までモニタを行うことが可能で、最大光入力側でも駆動限界を超えないようにモニタ電流を抑制することができる。
【００６８】
従来の定抵抗を用いた曲線ｃの場合は、式（４）に（Ｒ２０ｄ／Ｒ２０ｆ）＝（Ｒ２２ｄ／Ｒ２２ｆ）＝１を代入して求めた。
また曲線ｄの場合は、式（４）にＲ２０ｄ／Ｒ２０ｆ＝１０或いはＲ２２ｄ／Ｒ２２ｆ＝１０を代入して求めた。
曲線ｄの場合つまり抵抗比を１０倍とした場合には曲線ｃの場合つまり抵抗比を１倍とした場合に比べてより低い平均光入力電力までモニタを行うことができる。
ただ、一般にカレントミラー回路の定電圧源、例えば図１における２０ｃの最大出力電流と、Ａ／Ｄ変換回路２６の入力部が出力可能な最大電流は、数ｍＡ程度で限界である。抵抗比１０倍の場合、光入力電力が最大となる領域ではモニタ電流が増え続けるために、電流不足となり、正しくモニタができなくなる場合がある。
以上のように、実施の形態１〜３に係るダイオードを用いたモニタ回路においては、単に定抵抗の抵抗比だけを利用したカレントミラー回路よりも、より高精度なモニタ回路を実現することができる。
【００６９】
図８はこの発明に係るモニタ回路の温度特性を示すグラフである。
図８は、実施の形態１における光受信器１０の場合の２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２、あるいは実施の形態２における光受信器４０の場合のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ１の温度依存性を示す。
曲線ａは、−４０℃の場合であり、曲線ｂは３０℃の場合であり、曲線ｃは９５℃の場合である。
図９はこの発明に係るモニタ回路の温度特性を示すグラフである。
図９は、実施の形態３における光受信器５０の場合の２段目のカレントミラー回路の出力電流Ｉｍｏｎ２の温度依存性を示す。
曲線ａは、−４０℃の場合であり、曲線ｂは３０℃の場合であり、曲線ｃは９５℃の場合である。
定抵抗の抵抗比だけを利用したカレントミラー回路の場合には温度依存性がほとんどないが、式（５）に示されるように、ダイオードを用いた場合には温度による傾きの変動がある。この温度依存性を、ＭＣＵ３２や外部メモリ６２を用いて補正する。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、この発明に係るモニタ回路と光受信器とは、光ファイバを用いた光通信システムなどの使用に適している。
【符号の説明】
【００７１】
１２  ＡＰＤ、    ２０  前段カレントミラー回路、    ２２  後段カレントミラー回路２２、    ２４  電流電圧変換回路、    ２６  Ａ／Ｄ変換回路、    ２８  温度センサ、    ３０  Ａ／Ｄ変換回路、    ３２  ＭＣＵ、    ４２  カレントミラー回路、    ４４  電流電圧変換回路、    ６２  外部メモリ。
【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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【図８】
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【図９】
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