(57)【要約】【課題】  光受信機の信号出力以外の場所に光変調振幅の診断用評価値を提供するための光受信機及び方法が、発明及び開示される。【解決手段】  この方法には、光検出器の出力の表示を第１の信号レベルとこの第１の信号レベルとは異なる第２の信号レベルとの間の差を測定する回路に適用するステップ、及び回路から受け取られた第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差をバッファリングするステップが含まれる。この光受信機は、光検出器、自動利得制御を使用するトランスインピーダンス増幅器、２つの信号値の間の差を測定する回路、及び制限ポストアンプを備えている。この受信機は、周知のビットエラー率に関連する幾つかのしきい値と比較されることができる、又は計算の中で使用されて絶対光変調振幅値を発生することができる診断用評価値を提供する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動利得制御を備えたトランスインピーダンス増幅器を使用する光受信機において、光変調振幅に関する診断用評価値を提供する方法であって、
光検出器の出力の表示を、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差を測定する回路に与えるステップと、
前記回路から受信された前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの間の前記差をバッファリングするステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの間の前記差に、前記トランスインピーダンス増幅器により与えられて利得係数を掛けるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記トランスインピーダンス増幅器の出力を信号制限ポストアンプの入力に与えるステップを、さらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記光検出器からの出力の表示に対応する差動出力を発生するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光検出器の出力に信号ミラーを挿入するステップと、
前記トランスインピーダンス増幅器の入力、及び、前記信号ミラーと前記回路との間に挿入された固定利得増幅器の入力に、前記信号ミラーの第１の出力を与えるステップであって、前記固定利得増幅器が、前記光受信機のダイナミックレンジにわたって制限されない前記光検出器の出力の増幅された表示を提供する、前記信号ミラーの第１の出力を与えるステップと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの間の前記差を測定する前記回路にトランスインピーダンス利得レベルを提供するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの間の前記差をバッファリングするステップが、光変調振幅信号を発生するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記光変調振幅信号を、１つ以上のしきい値と比較する外部装置に前記光変調振幅信号を接続するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
電圧レベルを絶対光変調振幅に関連付ける情報をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
入力の光信号に応じて電流を発生する光検出器に接続された入力と、
トランスインピーダンス増幅器用入力において電流を受け取るようになされると共に、増幅された電圧を発生するように構成されたトランスインピーダンス増幅器と、
前記増幅された電圧を受け取り、第１の信号レベルと前記第１の信号レベルとは異なる第２の信号レベルとの間の差を測定するようになされた回路であって、前記回路が光変調振幅の診断用評価値を前記回路の出力に提供する、回路と
を具備する出力光受信機システム。
【請求項１１】
前記回路の出力に接続されたバッファをさらに備えて、前記バッファが光変調振幅の前記診断用評価値の表示を前記受信機システムの信号出力以外の場所に提供する、請求項１０に記載の光受信機システム。
【請求項１２】
前記トランスインピーダンス増幅器が前記電流に対して自動利得制御を適用する、請求項１０に記載の光受信機システム。
【請求項１３】
前記トランスインピーダンス増幅器が前記電流に適用された利得レベルの表示を前記回路に与える、請求項１２に記載の光受信機システム。
【請求項１４】
前記トランスインピーダンス増幅器から前記増幅された出力を受け取り、そして前記光信号の制限された表示を発生するように構成されたポストアンプをさらに備える、請求項１０に記載の光受信機システム。
【請求項１５】
入力の光信号に応じて電流を発生する光検出器に接続された入力と、
前記電流に接続され、かつ前記電流の第１の表示と第２の表示をそれぞれの出力に転送するように構成された信号ミラーと、
トランスインピーダンス増幅器用入力で前記電流を受け取るようになされ、かつ増幅された電圧を発生するように構成されたトランスインピーダンス増幅器と、
自身の入力部で前記電流を受け取るように構成され、かつ第１の信号レベルの平均と前記第１の信号レベルの平均とは異なる第２の信号レベルの第２の平均との間の差を発生するように構成された回路であって、前記回路が該回路の出力において光変調振幅に関する診断用評価値を提供する、回路と
を具備出力する、光受信機システム。
【請求項１６】
前記回路の出力に接続されたバッファをさらに備えて、前記バッファが光変調振幅の前記診断用評価値の表示を前記受信機システムの信号出力以外の場所に提供する、請求項１５に記載の光受信機システム。
【請求項１７】
前記トランスインピーダンス増幅器が前記電流に対して自動利得制御を適用する、請求項１５に記載の光受信機システム。
【請求項１８】
前記トランスインピーダンス増幅器から前記増幅された出力を受け取り、そして制限された表示の光信号を発生するように構成されたポストアンプをさらに備える、請求項１５に記載の光受信機システム。
【請求項１９】
前記ポストアンプが、差動で、制限された表示の光信号を発生する、請求項１８に記載の光受信機システム。
【請求項２０】
前記信号ミラーと前記回路との間に挿入された固定利得増幅器をさらに備える、請求項１５に記載の光受信機システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来の光通信システムが図１に例示されている。この光通信システム１は、送信機１０、光媒体２０（例えば、光ファイバー、導波路、自由空間、など）、及び受信機３０から構成されている。光通信システム１は、接続部５の入力データを受け取り、接続部３５に与えられた出力データを発生する。送信機１０は、データ入力１２と光出力１４を備えている。受信機３０は、光入力３２とデータ出力３４を備えている。光媒体２０は、光出力１４に接続されている第１の端部２２と、光入力３２に接続されている第２の端部２４を有している。送信機１０は電気的フォーマットでデータを受け取り、光媒体２０上で振幅変調された光表示（optical representation）データと結合している。受信機３０は、振幅変調された光表示データを光媒体２０から受け取り、そのデータを受信されたデータの電気的表現あるいは表示（representation）に変換する。
【０００２】
データ信号の光変調振幅（ＯＭＡ: optical modulation amplitude）は、ディジタル通信システムで使用される光リンクの性能を規定する場合に用いられる重要なパラメータである。所定の受信機の雑音レベル（noise floor）では、ＯＭＡは通信システムのビットエラー率（ＢＥＲ）に直接関係する。
【０００３】
バイポーラの非ゼロ復帰（ＮＲＺ）光信号方式では、わずか２つの別個の光パワーレベル、ハイレベルすなわちＰＨ及びローレベルすなわちＰＬ、しか使用されない。図２は、図１の送信機１０と受信機３０の両方に対する光パワー対時間のプロット２００を示している。図２に例示されているように、ＯＭＡはハイとローのパワーレベル間の差として定義され、これは数学的に下記のように表すことができる。
ＯＭＡ＝ＰＨ−ＰＬ        式１
平均信号パワーは、ハイ及びローのパワーレベルを単純に平均したものである。すなわち、
ＰＡＶＧ＝（ＰＨ＋ＰＬ）／２        式２
消光比（ＥＲ: extinction ratio）は、ハイ及びローのパワーレベル間の比である。
ＥＲ＝ＰＨ／ＰＬ        式３
式１、式２、及び式３から、次の関係式を引き出すことができる。
ＯＭＡ＝２ＰＡＶＧ［（ＥＲ−１）／（ＥＲ＋１）］    式４
【０００４】
ＯＭＡとＥＲは、それらがそれぞれパワーレベルの差と比率を規定するため、それら自身は相対的な数値である。ＯＭＡ又はＥＲから絶対数値を得るためには、ＰＡＶＧ、ＰＨ、又はＰＬなどの付加的な基準点が必要である。式３及び式４によって定義されたそれぞれの関係式は、これらの付加的な基準点の１つに依存する。
【０００５】
例えば、１００μＷのＯＭＡは、ＰＡＶＧ、ＰＨ、又はＰＬに対して無数の可能な値に対応することができる。ＰＨは、ＰＬが０μＷに等しい場合は１００μＷ、又はＰＬが５０μＷの場合は、ＰＨは１５０μＷ、又はＰＬが９９．９ｍＷの場合は、ＰＨは１００ｍＷとすることができる。
【０００６】
ＥＲの代わりの場合には、ＥＲ＝１０を用いる同様の実施例が、ＰＡＶＧ、ＰＨ、又はＰＬに対して無数の可能な値に対応することができる。ＰＬが１０μＷの場合、ＰＨは１００μＷ、又はＰＬが１５μＷの場合、ＰＨは１５０μＷ、又はＰＬが１０ｍＷの場合、ＰＨは１００ｍＷにすることができる。
【０００７】
ＯＭＡ及びＥＲに加えてＰＡＶＧ＝１００μＷの基準点が指定される場合、あいまいさが取り除かれる。ＯＭＡが１００μＷでかつＰＡＶＧ＝１００μＷの場合、ＰＨは１５０μＷ、ＰＬは５０μＷの値しか取ることができない。ＥＲが１０で、かつＰＡＶＧ＝１００μＷの場合、ＰＨは１８２μＷ、ＰＬは１８．２μＷの値しか取ることができない。
【０００８】
ＯＭＡとＥＲはほぼ等価であることが明白のように思えるが、相違が存在する。これらの相違の１つは、信号が光通信システムを通って伝搬するときに、ＯＭＡとＥＲが変化する方法である。光通信システムが２点間で線形の減衰を示すと仮定すると、ＥＲは信号が減衰されるため一定にとどまるが、ＯＭＡは減衰に等しいファクタで変化する。例えば、減衰が０．３ｄＢ／ｋｍで１０ｋｍ以上の光ファイバーの場合、１０ｋｍの全減衰量は３ｄＢであり、これは１／２に相当する。ＰＨが１ｍＷ及びＰＬが０．１ｍＷで開始する光ファイバーを通って送信される信号は、光ファイバーの入力では、ＥＲは１／０．１＝１０であり、ＯＭＡ＝１−０．１＝０．９０ｍＷである。光ファイバーの出力では、ＰＨは０．５ｍＷであり、ＰＬは０．０５ｍＷである（両方とも１／２に減少される）。このため、ＥＲは０．５／０．０５＝１０であり、ＯＭＡ＝０．５−０．０５＝０．４５ｍＷである。従って、ＥＲは同じ値であるが、ＯＭＡは１／２に低減される。一旦ＥＲが分かると、光通信システム内のどこからでも、平均電力を測定することにより、ＰＨ、ＰＬ及びＯＭＡを計算するための十分な情報がもたらされる。他方においては、システム内の任意の点におけるＯＭＡを測定しても、減衰の大きさを知ること又は付加的なパラメータ（ＰＡＶＧ、ＰＨ、又はＰＬなど）を測定することを行わない場合は、システム内の別の点におけるＯＭＡを決定するための十分な情報は提供されない。
【０００９】
光通信リンクのＢＥＲ性能を最適化するためには、ＯＭＡはできるだけ大きくなければならない。光通信リンクでは、ＰＡＶＧとＯＭＡに上限と下限がある。光受信機では、受け取ることができる光パワーには上限がある。受信された光パワーがこの上限を超えると、飽和効果がＢＥＲ性能を劣化することになる。最適な受信機のＢＥＲ性能に関して、ＯＭＡはパワーの上限を避けながら、できるだけ大きいことが必要であり、これはＰＬがゼロで、かつＰＨがパワーの上限の直ぐ下にある場合に発生する。光源にレーザを使用する光送信機に関しては、ＰＬをゼロに低減することは困難である。レーザが完全にオフ状態からオン状態に切り換えられる場合、ターンオン遅延と弛張発振が通信リンクに悪影響を与える。レーザがそのしきい値レベル以上にバイアスされて、それが常にオンである場合、ターンオン遅延と弛張発振の問題は減少される。このため、実際的なレーザ送信機は、ＰＬで幾分かの光パワーを放射する。複雑にする要素は、レーザのしきい値が温度で大きく変化するため、バイアスとしきい値との間の差を一定に維持することが困難になることである。広い温度範囲にわたってバイアス電流を正確に制御することは、光送信機に対して相当な複雑性と費用を加えることになる。
【００１０】
比較的低損失のマルチモード・ファイバーを通信媒体として使用する従来の光通信リンクに対して、送信機におけるＥＲと平均パワーの組合せにより、通信リンクの品質に適切な基準が提供されてきた。コアが大きいファイバー（例えば、ポリマー光ファイバー（ＰＯＦ））を使用する光通信用アプリケーションに対して、送信機におけるＥＲと平均パワーの組合せは、光通信リンクの品質に対して十分な手段を提供していない。ＰＯＦは安価であり、一般的なツールや普通の研磨紙を用いて容易に終端させることができるが、シリカで作られた同じ長さの光ファイバーと比較すると、ＰＯＦは減衰量が大きくかつ帯域幅が狭い。ＰＯＦを用いる通信リンクは、信号速度が高速電気通信用アプリケーションで使用されるものよりも遙かに遅い産業用制御アブレーション、ロボット、及び自動車用アプリケーションで使用されている。単純で安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）ベースの送信機を可能にする比較的遅い信号速度は、ＰＯＦ通信ベースのシステムを市場が受け入れる及び市場に浸透する場合の重要な要因となることが証明されている。しかしながら、産業用オートメーションの用途では、最大長さ５０メートルのＰＯＦリンク及び最大長さ１００メートルのハード・クラッデド・シリカ（ＨＣＳ: hard cladded silica）リンクに対して、ファースト・イーサネット（登録商標）・データ送信プロトコル（Fast Ethernet data transfer protocol）（１００Ｍｂｐｓ）を使用するという要求がある。これらの距離を超える場合、標準的な開口数（ＮＡ: numerical aperture）が０．５のＰＯＦ及びＮＡが０．３７のＨＣＳリンクの帯域幅は、ファースト・イーサネット（登録商標）通信に対応していない。ＰＯＦ及びＨＣＳを用いる通信リンクの帯域幅が限定されているため、望ましい最大の距離においてさえ、送信機におけるＥＲと平均パワーの組合せが、通信リンクの品質の指標（measure）として役に立たないものにされてしまう。これは、受信された平均光パワーは公称値とすることができるが、通信媒体におけるモード分散（modal dispersion）が、受信機におけるハイとローの信号レベル間の差を減少させることがあるためである。ハイとローの信号レベル間の差がそのように減少することにより、通信リンクのＢＥＲ性能がひどく劣化される可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
光受信機システムの実施形態が、受信機の信号出力以外の場所でＯＭＡの診断用評価値（diagnostic measure）を提供する。この光受信機システムは、入力の光信号に対応する電流を発生する光検出器に接続された入力を備えている。光受信機システムは、トランスインピーダンス増幅器及び回路をさらに備えている。このトランスインピーダンス増幅器は電流を受け取り、増幅された電圧を発生する。トランスインピーダンス増幅器は、自動利得制御を用いてトランスインピーダンス増幅器の出力が確実に制限されないようにする。すなわち、この自動利得制御は、トランスインピーダンス増幅器が確実に飽和されないようにする。回路は、トランスインピーダンス増幅器によって与えられた増幅された電圧と利得に関する指示を受け取る。この回路は、トランスインピーダンス増幅器によって与えられた電流と利得の関数として、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差を発生する。この回路は、ＯＭＡの診断用評価値を提供する。
【００１２】
光受信機システムの別の実施形態は、受信機の信号出力以外の場所でＯＭＡに関する診断用評価値を提供する。この光受信機システムは、入力の光信号に対応する電流を発生する光検出器に接続された入力を備えている。この光受信機システムは、信号ミラー（signal mirror）、トランスインピーダンス増幅器及び回路をさらに備えている。信号ミラーは電流に接続され、電流の第１及び第２の表示あるいは表現（representation）を信号ミラーのそれぞれの出力に転送する。トランスインピーダンス増幅器は電流を受信して、増幅された電圧を発生する。回路は、回路の入力で電流の表示を受け取り、第１の信号レベルの平均と第２の信号レベルの第２の平均との間の差を発生する。この差が、回路の出力においてＯＭＡの診断用評価値を提供する。
【００１３】
自動利得制御を利用する光受信機において、ＯＭＡの診断用評価値を提供する方法の実施形態には、光検出器の出力の表示（representation）を、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差を測定する回路に与えるステップ、及び回路から受信された第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差をバッファリングするステップが含まれる。
【００１４】
下記の図面及び詳細な説明は完全なものではない。開示された実施形態は例示されまた説明されて、当業者が光受信機及びＯＭＡの評価値を提供する方法を作りかつ使用することができるようにする。光受信機及び方法の他の実施形態、特徴及び利点は、下記の図面及び詳細な説明を考察すれば、当業者には明らかになるであろう。全てのそのような付加的な実施形態、特徴及び利点は、添付した特許請求の範囲の中で定義されたシステム及び方法の範囲の中に含まれる。
【００１５】
自動利得制御を使用する光受信機においてＯＭＡの診断モニタリングを行うシステム及び方法は、下記の図面を参照することによりより良く理解することができる。図面内の構成要素は、必ずしも寸法どおりではなく、トランスインピーダンス増幅器が飽和することを避けるために、自動利得制御を用いる光受信機の出力において、ＯＭＡの評価値を提供する原理を明確に例示することに重点を置いている。さらに、図面において、同じ参照番号は種々の図面全体を通して対応する部品を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の光通信システムの簡略化された機能ブロック図である。
【図２】図１の光通信システムの送信機と受信機に対する光パワー対時間のプロットの一例である。
【図３】改良された光受信機の実施形態の概略図である。
【図４】改良された光受信機の別の実施形態の概略図である。
【図５】自動利得制御を使用する受像機においてＯＭＡの診断用評価値を提供する方法を例示するフローチャートである。
【図６】自動利得制御を使用する受像機においてＯＭＡの診断用評価値を提供する方法の実施形態のフローチャートである。
【図７】自動利得制御を使用する受像機においてＯＭＡの診断用評価値を提供する方法の別の実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
光受信機は、受信された光信号のＯＭＡを示す電圧をモニタ及び出力する。この電圧は、上流の送信機、光媒体及び光受信機によって定義された光通信リンクの品質の診断用評価値である。この電圧は、通信リンクの品質を特徴付けるために、基準点の１つ以上の測定値や上流の送信機のＥＲを使用する間接的な計算ではなく、信号強度の直接的な測定値を提供する。通信リンクの品質の直接的な測定値は、送信機の立上り／立下り時間の増加、送信機のＥＲの減少及びファイバー媒体の拡散効果の増加などによって引き起こされるシンボル間干渉（ＩＳＩ: inter-symbol interference）による垂直アイクロージャ（vertical eye closure）を追跡する能力を提供する。前述されたように、ＯＭＡに基づいた診断モニタリングは、平均光入力パワーの測定を用いるモニタよりも、光通信リンクのＢＥＲ性能に、より良く相関する。これは特に、帯域幅が限定された送信機、帯域幅が限定された及び／又はポリマー光ファイバー（ＰＯＦ）やハード・クラッデド・シリカ（ＨＣＳ）ファイバーのような損失が比較的高いファイバー媒体を使用する光通信リンクに当てはまる。
【００１８】
光受信機は自動利得制御を使用して、ＰＯＦやＨＣＳ通信媒体のダイナミックレンジをサポートし（１ｍＷ〜１μＷ又は０ｄＢｍ〜−３０ｄＢｍ）、また信号出力以外の場所でＯＭＡの診断用評価値を提供する。２つの実施形態が提示される。第１の実施形態では、実際のトランスインピーダンス利得設定と組み合わせた入力における信号制限増幅器（signal-limiting amplifier）（又は、ポストアンプ（post amplifier））に対する信号スイング（signal swing）に基づいて、ＯＭＡが専用の受信機出力に提供される。低速回路（すなわち、ｋＨｚの範囲以下の速度で動作する回路）がハイ信号ピークの平均とロー信号ピークの平均を記録する。これにより、この低速回路は、入力における信号制限増幅器に対するピークツーピーク信号スイングの大きさを提供する。この低速回路は、ピークツーピーク信号スイングの大きさをトランスインピーダンス増幅器の利得と組み合わせて、受信機におけるＯＭＡの絶対的な評価値を発生する。
【００１９】
例えば、光検出器における光度が極めて低い場合、トランスインピーダンス利得の設定は最大利得の設定になる。これらの動作状態のもとでは、トランスインピーダンス増幅器の出力における信号スイングは光検出器における光信号スイングを示すことになる。光度が増加して、トランスインピーダンス増幅器の自動利得制御が始動し、トランスインピーダンス増幅器の出力が確実に制限を受けない（すなわち、トランスインピーダンス増幅器が飽和されない）ように信号を減衰させる点に達すると、低速回路の出力がトランスインピーダンス増幅器で与えられた利得によって調整されて、光検出器の光信号スイングに正確に追従するようになる。ドライバは、受信機の非データ出力（non-data output）においてアナログ電圧を与える。このアナログ電圧は、リンク品質の評価値に関係付けることができる。このため、特定の受信機に関し、アナログ電圧とＯＭＡスイングとの間の関係を設定することができる。さらに、受信機のノイズレベルの大きさが記録又は特徴付けられると、通信リンクに対するＯＭＡスイングとＢＥＲとの間の関係を提供することができる。
【００２０】
第２の実施形態では、入力におけるトランスインピーダンス増幅器に対する信号スイングによるＯＭＡが、専用の受信機の出力において提供される。信号ミラーすなわち電流ミラーが、光検出器とトランスインピーダンス増幅器との間に挿入される。ここで、トランスインピーダンス増幅器は自動利得制御を利用して、自身の出力が確実に制限されないようにしている。信号ミラーの第１の出力は、トランスインピーダンス増幅器に接続される。信号ミラーの第２の出力は、固定利得増幅器に接続される。この固定利得増幅器は、自身の出力が受信機と平均ピークツーピーク信号スイングを発生する低速回路のダイナミックレンジにわたって飽和しないようにする利得を有している。この第２の実施形態による光受信機は、１つの基板上に成形された信号ミラー、トランスインピーダンス増幅器、固定利得増幅器、低速回路及びバッファから構成されることが好ましい。低速回路は、固定利得増幅器の出力における ピークツーピーク信号スイングの大きさを規定する。低速回路の出力に接続されたドライバは、受信機の非データ出力におけるアナログ電圧を提供する。このアナログ電圧は、リンク品質の評価値に関係付けることができる。
【００２１】
ここで図面に戻ると、同じ参照番号は図面の全体にわたって対応する部品を指定している。図３を参照すると、この図には改良された光受信機３００の実施形態の概略図が示されている。この光受信機３００は、光検出器３１０、プリアンプ３２０、及びポストアンプ（post-amplifier）３３０の一連の配列を備えている。光受信機３００は、光媒体２０の第２の端部すなわち出力端部２４で光信号を受け取り、接続体３３３上でＤＡＴＡと名付けられた第１の電気信号を発生する。この電気信号は、入力３０２で受信された光データ信号の増幅バージョンである。接続体３３３上の第１の電気信号と接続体３３５上の相補信号は、論理ハイ電圧と論理ロー電圧との間に制限すなわちクランプされる。第１及び第２の電気信号に加えて、光受信機３００は接続体３３９（ＯＭＡとラベル表示されている）上に電圧を発生する。この電圧は、入力３０２における光変調振幅の大きさである。
【００２２】
光検出器３１０は、光結合機構３０５を介して入力３０２に接続されている。この光結合機構３０５は、突き合わせ結合、屈折結合、ファイバー・スタブ（fiber stub）などとすることができる。光検出器３１０は、接続体３１５を介してプリアンプ３２０にさらに接続される。この光検出器３１０は、光−電気信号変換器である。すなわち、接続体３１５上の電流は、入力３０２及び光結合機構３０５を介して受け取られた時間変動する光信号に対応する。
【００２３】
トランスインピーダンス増幅器３２２は接続体３１５上の電流を受け取り、この電流をプリアンプ出力接続体３２５上で時間変動する電圧に変換する。この接続体３２５は、ポストアンプ３３０の信号入力に接続される。利得の指示（indication）は、接続体３２３上でポストアンプ３３０に対して与えられる。このプリアンプ３２０は、自動利得制御を備えたトランスインピーダンス増幅器３２２を具備する。プリアンプ３２０は、プリアンプの出力における接続体３２５上の増幅された電圧が、トランスインピーダンス増幅器３２２を飽和させずに、入力３０２における時間変動する光信号スイングを正確に反映することを確実にするように自動利得制御を動的に適合させるように構成される。
【００２４】
信号制限ポストアンプ３３２は接続体３２５上で増幅された電圧を受け取り、ＤＡＴＡと名付けられた第１の電気信号を接続体３３３上に発生し、またその相補信号（すなわち、第２の電気信号）を接続体３３５上に発生する。比較的低速の回路３３６は、増幅された電圧を接続体３２５上で受け取り、またトランスインピーダンス増幅器３２２によって与えられた利得の指示を接続体３２３上で受け取る。低速回路３３６は、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差を発生する。この第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差は、接続体３３７を介して接続体３３９に接続されたドライバすなわちバッファ３３８に転送される。低速回路３３６は、ｋＨｚの範囲以下で動作する。この低速回路３３６は、プリアンプ３２０の出力における平均ハイ信号レベルと平均ロー信号レベルを決定して、これらの平均信号レベルの差をその出力に転送する。光受信機３００の入力３０２における光信号スイングを正確に示すようにするために、低速回路３３６の出力がトランスインピーダンス増幅器３２２で適用された利得によって調整される。例えば、出力電圧が確実に制限されないように、０．１の利得係数がトランスインピーダンス増幅器３２２において適用され、また回路３３６によって測定された平均ピークツーピーク電圧スイングが４０ｍＶの場合、回路３３６は利得の逆数にピークツーピーク電圧スイングを掛けて、接続体３３７上に４００ｍＶの出力信号を発生する。バッファ３３８が設けられて、外部のモニタリング装置が接続体３３９上でＯＭＡの診断用評価値に確実に悪影響を与えないようにする。
【００２５】
図４は、改良された光受信機の別の実施形態の回路図である。光受信機４００は、光検出器３１０、信号ミラー４１０、プリアンプ４２０及びポストアンプ４３０の配列を備えている。この光受信機４００は、光媒体２０の第２の端部すなわち出力端部２４で光信号を受け取り、接続体４３３でＤＡＴＡと名付けられた第１の電気信号を発生する。この第１の電気信号は、入力３０２で受け取られた光データ信号の増幅されたバージョンである。接続体４３３上の第１の電気信号と接続体４３５上の相補信号は、論理ハイ電圧と論理ロー電圧との間に制限すなわちクランプされる。第１及び第２の電気信号に加えて、光受信機４００は接続体４２９（ＯＭＡとラベル表示されている）上に、入力３０２における光変調振幅の大きさの電圧を発生する。
【００２６】
光検出器３１０は、光結合機構３０５を介して入力３０２に接続されている。この光検出器３１０は、接続体３１５を介して信号ミラー４１０にさらに接続される。この光検出器３１０は、光−電気信号変換器である。すなわち、接続体３１５上の電流は、入力３０２及び光結合機構３０５を介して受け取られた時間変動する光信号に対応する。
【００２７】
信号ミラーすなわち電流ミラー４１０は、接続体４１３上に第１のプリアンプ用入力を、接続体４１５上に第２のプリアンプ用入力を提供する。この信号ミラー４１０は、回路の別の能動素子の電流を制御することによって、１つの能動素子を通して電流をコピーするように設計された回路である。信号ミラー４１０は、接続体４１３及び接続体４１５上の出力電流を、プリアンプ及びポストアンプの負荷（例えあるとしても）に関係なく一定に維持する。信号ミラー４１０は、光検出器３１０によって与えられた電流表示（representation）を接続体４１３及び接続体４１５上に提供する。
【００２８】
接続体４１３上の第１のプリアンプ入力はトランスインピーダンス増幅器４２２に接続され、トランスインピーダンス増幅器４２２は接続体４１３上の電流を受け取り、この電流をプリアンプ出力接続体４２３上の時間変動する電圧に変換し、プリアンプ出力接続体４２３はポストアンプ４３０の単一入力に接続される。トランスインピーダンス増幅器４２２は動的に自動利得制御を用いて、プリアンプ４２０の出力における接続体４２３上の増幅された電圧が確実に、トランスインピーダンス増幅器４２２を飽和させることなく、入力３０２において時間変動する光信号スイングを正確に反映するようにする。
【００２９】
プリアンプ４２０内の光信号モニタリング経路は、固定利得増幅器４２４、低速回路４２６、及びドライバすなわちバッファ４２８の配列を備えている。固定利得増幅器４２４は、接続体４１５上で第２のプリアンプ入力を受け取り、時間変動する増幅された電圧を接続体４２５に転送する。この固定利得増幅器４２４は、光受信機４００のダイナミックレンジにわたって制限されない、時間変動する増幅された電圧を提供するように構成される。低速回路は接続体４２５上の増幅された電圧を受け取り、平均ハイ信号レベルと平均ロー信号レベルの差を発生する。この平均ハイ信号レベルと平均ロー信号レベルの差は接続体４２７を経由して、接続体４２７に接続されたバッファ４２８に転送される。低速回路４２６は、ｋＨｚの範囲以下で動作する。バッファ４２８は、光受信機４００の信号出力以外の場所にＯＭＡの評価値を提供する。バッファ４２８はさらに、どのような外部モニタリング装置も接続体４２９上で確実にＯＭＡの診断用評価値に悪影響を与えないようにする。
【００３０】
信号制限ポストアンプ４３２は接続体４２３上で増幅された電圧を受け取り、ＤＡＴＡと名付けられた第１の電気信号を接続体４３３上に及びその相補信号（すなわち、第２の電気信号）を接続体４３５上に発生する。この方法では、ポストアンプ４３０は、入力３０２で受け取られた光信号に対する制限された、すなわちクランプされたバージョンを発生する。接続体４３３及び接続体４３５上の第１及び第２の電気信号は、それぞれ論理ハイ及び論理ローに対応する電圧レベルに制限すなわちクランプされる。
【００３１】
図５は、自動利得制御を使用する光受信機において、ＯＭＡの診断用評価値を提供する方法５００を例示するフローチャートである。この方法５００はブロック５０２で開始する。このブロック５０２では、光検出器の出力の表示が第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差を測定する回路に与えられる。その後、ブロック５０４に示されているように、回路によって与えられた第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差がバッファリングされる。このバッファリングされた第１の信号レベルと第２の信号レベルの差がＯＭＡの診断用評価値である。
【００３２】
図６は、自動利得制御を使用する光受信機において、ＯＭＡの診断用評価値を提供する方法６００の実施形態を例示するフローチャートである。この方法６００は、ブロック６０２で開始する。このブロック６０２では、光検出器の出力が、自動利得制御を用いるトランスインピーダンス増幅器に与えられる。ブロック６０４では、光受信機は、トランスインピーダンス増幅器の出力を第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差を測定する回路に与えることによって、ＯＭＡの評価値を発生する。さらに、この回路は、トランスインピーダンス増幅器で使用された利得と第１の信号レベルと第２の信号レベルとの間の差の関数として、ＯＭＡの評価値を発生する。前述されたように、利得係数と差の積が、受信機の光検出器におけるＯＭＡの評価値である。
【００３３】
その後、ブロック６０６に示されているように、アナログ電圧で示されたＯＭＡがバッファリングされる。ブロック６０８では、バッファリングされたＯＭＡ信号が、バッファに入力されたＯＭＡ信号を１つ以上のしきい値と比較する外部装置に接続される。ブロック６１０では、電圧レベルを絶対ＯＭＡに関連付けるキャリブレーション情報が提供される。
【００３４】
図７は、自動利得制御を使用する光受信機において、ＯＭＡの診断用評価値を提供する方法７００の別の実施形態のフローチャートである。この方法７００は、ブロック７０２に示されるように開始する。このブロック７０２では、光受信機で受け取られた光に対応する電気信号が、第１及び第２の信号ミラー用出力信号を発生する信号ミラーに送られる。ブロック７０４では、第１の信号ミラー用出力信号の第１の表示が、光受信機のダイナミックレンジにわたって飽和されないようにする固定利得増幅器を用いて発生される。ブロック７０６では、第１の信号ミラーの第１の表示の中で、平均ハイ信号レベルと平均ロー信号レベルの差が測定される。この後で、ブロック７０８に示されているように、ＯＭＡの評価値が、平均ハイ信号レベルと平均ロー信号レベルの差をバッファリングすることによって発生される。ブロック７１０では、第２の信号ミラー用出力信号の第２の表示が、自動利得制御を使用するトランスインピーダンス増幅器を用いて発生される。ブロック７１２では、第２の表示を信号制限増幅器に与えることによって、電気信号に対応する差動出力信号が発生される。ブロック７１４では、ＯＭＡの評価値が１つ以上しきい値を使用する外部装置（すなわち、光受信機以外の装置）に接続されて、光通信リンクの品質の評価値を発生する。ブロック７１６では、ＯＭＡの評価値を光受信機における絶対ＯＭＡに関連付けるキャリブレーション情報が提供される。ブロック７０２〜７１２内のステップ又は機能の特定のシーケンスは、例証するために示されている。ブロック７０２〜７１２内のステップ又は機能の順序は、他の任意の適当な順序で実行できることに理解されたい。ブロック７１４及びブロック７１６のステップ又は機能は、選択自由である。
【００３５】
自動利得制御を使用する光受信機においてＯＭＡの評価値を提供する光受信機のシステム及び方法に関する種々の実施形態が説明されたが、本開示内容の範囲に入るさらに多くの実施形態や具体例が考えられることは当業者には明らかであろう。従って、自動利得制御を使用する光受信機においてＯＭＡの診断用評価値を提供する説明された光受信機のシステム及び方法は、添付された特許請求の範囲やそれらと等価なものに照らし合わせる場合を別にすれば、制限されたり限定されることはない。
【符号の説明】
【００３６】
１  光通信システム
５、３５  接続部
１０  送信機
１２  データ入力
１４  光出力
２０  光媒体
２２  第１の端部
２４  第２の端部
３０  受信機
３２  光入力
３４  データ出力
３００  光受信機
３０５  光結合機構
３１０  光検出器
３１５、３２３、３２５、３３３、３３５、３３７、３３９、４１３、４１５、４２５、４２７、４２９、４３３、４３５  接続体
３２０、４２０  プリアンプ
３２２、４２２  トランスインピーダンス増幅器
３３０、４３０  ポストアンプ
３３２、４３２  信号制限ポストアンプ
３３６、４２６  低速回路
３３８、４２８  バッファ
４１０  信号ミラー
４２３  プリアンプ出力接続体
４２４  固定利得増幅器
【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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【外国語明細書】
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