(57)【要約】【課題】帯域の変動に対応して低損失な光通信を小規模な回路で実現する光受信回路を提供すること。【解決手段】光トランシーバ１は、入力光信号Ｏｉｎに応じた電流信号Ｉ１を生成するＰＤ６と、電流信号Ｉ１を電圧信号Ｖ１に変換するトランスインピーダンスアンプ７と、トランスインピーダンスアンプ７の出力に分岐して接続されて、電圧信号Ｖ１を所定期間遅延させる遅延回路８と、遅延回路８から出力された電圧信号Ｖ２を増幅或いは減衰させる増幅器１０と、トランスインピーダンスアンプ７の出力に分岐して接続されて、電圧信号Ｖ１のエッジを検出して検出信号Ｔ１を出力するエッジ検出回路９と、エッジ検出回路９からの検出信号Ｔ１を受けて、検出信号Ｔ１に応じて増幅器１０による電圧信号Ｖ２の増幅動作と減衰動作とを切り替える制御回路１１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】
入力光信号に応じた電流信号を生成するフォトダイオードと、
前記電流信号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、
前記トランスインピーダンスアンプの出力に分岐して接続されて、前記電圧信号を所定期間遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路から出力された前記電圧信号を増幅或いは減衰させる増幅器と、
前記トランスインピーダンスアンプの出力に分岐して接続されて、前記電圧信号のエッジを検出して検出信号を出力するエッジ検出回路と、
前記エッジ検出回路からの検出信号を受けて、前記検出信号に応じて前記増幅器による前記電圧信号の増幅動作と減衰動作とを切り替える制御回路と、
を備えることを特徴とする光受信回路。
【請求項２】
前記エッジ検出回路は、クロック信号を受けて、前記クロック信号によって規定される期間での前記エッジを検出して前記検出信号として出力し、
前記制御回路は、前記期間における前記エッジの回数が所定基準で多い判定される場合には前記増幅動作に切り替え、前記期間における前記エッジの回数が所定基準で少ないと判定される場合には前記減衰動作に切り替える、
ことを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
【請求項３】
前記所定期間は、前記エッジ検出回路及び前記制御回路による信号処理時間に略等しい、ことを特徴とする請求項１又は２記載の光受信回路。
【請求項４】
前記トランスインピーダンスアンプと前記増幅器との間にフィルタ回路を更に備える、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項５】
前記トランスインピーダンスアンプと前記エッジ検出回路との間に増幅器を更に備える、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光受信回路。
【請求項６】
前記増幅器は、前記電圧信号の増幅率を可変にする可変利得増幅器である、
ことを特徴にする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光受信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を受信してそれに応じた電気信号を生成する光受信回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載システムを利用した低速の光通信においては、比較的安価な通信システムを利用して狭帯域の光ファイバでの光信号の伝送が行われている。このような通信システムを利用して高速の光通信を行う場合、短距離でも光信号の高周波数成分が減衰し、光信号が歪んでしまう。さらに、温度等の車内の環境条件や接続するコネクタの数によって損失特性や帯域特性が大きく変化する。従って、通信システムにおいてある周波数帯にピークを持つフィルタ回路を利用するだけでは、帯域特性を補償することはできない。
【０００３】
高感度に広帯域な動作を実現できる光受信器としては、同一極性方向に直列に接続された２個のバランスドフォトダイオードとスレシュホールド回路とを備える光受信器が知られている（下記特許文献１参照。）。また、光信号から変換される電気信号における歪を補償するために、光電変換素子のカソード側とアノード側から取り出した信号をそれぞれ増幅し、それぞれの信号を増幅回路を介して合成して出力する光受信回路も知られている（下記特許文献２参照。）。さらに、電気信号におけるオフセットを補償するために、帰還回路が設けられた光受信回路も知られている（下記特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２４７１１号公報
【特許文献２】特開２００５−５１５０４号公報
【特許文献３】特開２００３−１６８９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しなしながら、上記特許文献１記載の光受信器においては、フォトダイオードが２つ必要なために、回路規模が大きくなるうえにコストが上昇する。また、上記特許文献２記載の光受信回路においても、２つのトランスインピーダンスアンプが必要なために、回路規模が大きくなるうえに、消費電流も増大する。また、上記特許文献３記載の光受信回路によれば、損失特性の補償は可能であるが、帯域の補償は困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、帯域の変動に対応して低損失な光通信を小規模な回路で実現する光受信回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の光受信回路は、入力光信号に応じた電流信号を生成するフォトダイオードと、電流信号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、トランスインピーダンスアンプの出力に分岐して接続されて、電圧信号を所定期間遅延させる遅延回路と、遅延回路から出力された電圧信号を増幅或いは減衰させる増幅器と、トランスインピーダンスアンプの出力に分岐して接続されて、電圧信号のエッジを検出して検出信号を出力するエッジ検出回路と、エッジ検出回路からの検出信号を受けて、検出信号に応じて増幅器による電圧信号の増幅動作と減衰動作とを切り替える制御回路とを備える。
【０００８】
このような光受信回路によれば、フォトダイオードにおいて入力光信号に応じて電流信号が生成され、電流信号はトランスインピーダンスアンプによって電圧信号に変換される。さらに、その電圧信号は、遅延回路によって所定期間遅延された後に、増幅器によって増幅或いは減衰される。その一方で、トランスインピーダンスアンプから出力された電圧信号は、エッジ検出回路に分岐して入力されることによりエッジが検出された後に、制御回路によってそのエッジ検出に応じて増幅器による増幅動作と減衰動作とが切り替えられる。これにより、回路の大規模化を要求することなしに、受信信号の帯域に応じて帯域特性を補償することができる光受信回路を実現できる。
【０００９】
ここで、エッジ検出回路は、クロック信号を受けて、クロック信号によって規定される期間でのエッジを検出して検出信号として出力し、制御回路は、期間におけるエッジの回数が所定基準で多い判定される場合には増幅動作に切り替え、期間におけるエッジの回数が所定基準で少ないと判定される場合には減衰動作に切り替えるが好ましい。この場合、受信信号の帯域を正確に判定することができ、その判定結果に応じて効率的に電圧信号の帯域特性を補償することができる。
【００１０】
また、所定期間は、エッジ検出回路及び制御回路による信号処理時間に略等しい、ことも好ましい。こうすれば、受信信号の帯域の判定結果に応じて電圧信号の帯域特性を適切なタイミングで補償することができる。
【００１１】
さらに、トランスインピーダンスアンプと増幅器との間にフィルタ回路を更に備える、ことも好ましい。かかる構成を備えれば、電圧信号の帯域特性を広帯域に補償することができる。
【００１２】
またさらに、トランスインピーダンスアンプとエッジ検出回路との間に増幅器を更に備える、ことも好ましい。かかる増幅器を備えれば、受信信号の帯域をより正確に判定することができる。
【００１３】
さらにまた、増幅器は、電圧信号の増幅率を可変にする可変利得増幅器である、ことも好ましい。かかる増幅器を備えれば、受信信号の帯域に応じた帯域特性の補償を確実に実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光受信回路によれば、帯域の変動に対応して低損失な光通信を小規模な回路で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバ１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光受信回路部３で処理される電圧信号の波形の時間変化の一例を示す図である。
【図３】本発明の変形例にかかる光トランシーバ１０１の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の変形例にかかる光トランシーバ２０１の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光受信回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバ１の構成を示す回路図である。同図に示す光トランシーバ１は、光通信において用いられ、入力データ信号に応じた光信号を生成する光送信回路部２と、光信号を受信してそれに応じた出力データ信号（電圧信号）を出力する光受信回路部３とを具備した装置である。
【００１８】
光送信回路部２は、同図に示すように、外部に伝送する光信号Ｏｏｕｔを生成するレーザダイオード（ＬＤ）４と、ＬＤ４にバイアス電流と外部からのデータ信号Ｅｉｎに応じた変調電流とを供給するＬＤ駆動回路５とを備えている。また、この光送信回路部２には、ＬＤ４から出力される光信号Ｏｏｕｔをモニタして光信号Ｏｏｕｔが所定のパワー及び消光比となるように、ＬＤ駆動回路５を制御する図示しないＡＰＣ（Auto Power Control）回路が含まれていてもよい。
【００１９】
光受信回路部３は、外部から光信号Ｏｉｎを受信してその光信号Ｏｉｎの強度に応じた電流信号Ｉ１を生成するフォトダイオード（ＰＤ）６と、ＰＤ６の出力に接続されて電流信号Ｉ１をその強度に応じた電圧信号Ｖ１に変換するトランスインピーダンスアンプ７とを含んで構成されている。さらに、光受信回路部３は、トランスインピーダンスアンプ７の出力に分岐して接続された遅延回路８及びエッジ検出回路９と、遅延回路８及びエッジ検出回路９の出力にそれぞれ接続された増幅器１０及び制御回路１１とを含んで構成されている。
【００２０】
詳細には、遅延回路８は、電圧信号Ｖ１を所定期間遅延させた電圧信号Ｖ２を生成する。遅延させる所定期間としては、エッジ検出回路９及び制御回路１１における信号処理時間、すなわち、エッジ検出回路９に電圧信号Ｖ１が入力されてから、制御回路１１によってその電圧信号Ｖ１に応じた増幅器１０の制御が開始されるまでの時間と略等しくなるように設定される。
【００２１】
増幅器１０は、遅延回路８によって遅延された電圧信号Ｖ２を増幅或いは減衰させる可変利得増幅器である。すなわち、増幅器１０は、制御回路１１からの制御信号に応じて、電圧信号の増幅率を可変にするように動作し、その増幅率で電圧信号Ｖ２を増幅或いは減衰させた電圧信号Ｅｏｕｔを、外部に出力する。
【００２２】
エッジ検出回路９は、トランスインピーダンスアンプ７から出力された電圧信号Ｖ１の立上りエッジを検出し、立上りエッジの検出タイミングを検出信号Ｔ１として表して出力する。例えば、エッジ検出回路９は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を内蔵し、電圧信号Ｖ１の立上りエッジに同期した電圧パルス信号である検出信号Ｔ１を生成する。このとき、エッジ検出回路９は、光信号Ｏｉｎの伝送レートに対応する周波数の１／３の周波数のクロックＣＬを受けて、このクロックＣＬによって規定される期間の単位で検出信号Ｔ１を生成し、制御回路１１に向けて出力する。
【００２３】
制御回路１１は、検出信号Ｔ１を受けて、検出信号Ｔ１を基に増幅器１０の増幅率を切り替えるように制御する。詳細には、制御回路１１は、クロックＣＬによって規定される期間における立上りエッジの検出回数を検出信号Ｔ１を基に計数し、その検出回数の大小を所定基準で判定する。すなわち、制御回路１１は、立上りエッジの検出回数が所定回数（例えば、“１回”）以上であるか否かを判定し、所定回数以上である場合には、電圧信号Ｖ２を規定の増幅率で増幅するように増幅器１０を制御する。一方、制御回路１１は、立上りエッジの検出回数が所定回数未満である場合には、電圧信号Ｖ２を規定の減衰率で減衰させるように増幅器１０を制御する。このとき、制御回路１１は、増幅器１０の増幅率を、クロックＣＬによって規定される期間、すなわち、エッジ検出回路９による検出信号Ｔ１の生成タイミング毎に切り替えるように制御する。なお、制御回路１１は、立上りエッジの検出回数の大小を多段階で判定して、その判定結果に応じて電圧信号Ｖ２の増幅率を多段階で切り替えてもよい。
【００２４】
ここで、図２（ａ）には、光受信回路部３で処理される電圧信号Ｖ１の波形の時間変化の一例、図２（ｂ）には、光受信回路部３で処理される電圧信号Ｅｏｕｔの波形の時間変化の一例を示している。この場合は、伝送レートに対応する周波数の１／３の周波数のクロックＣＬで挟まれる期間Ｐ１，Ｐ２、すなわち、伝送データの３ｂｉｔ分の期間の単位でエッジの検出回数の大小が判定され、エッジの検出回数が１回以上の場合（図２の期間Ｐ１の場合）は、電圧信号Ｖ１が増幅されて電圧信号Ｅｏｕｔが生成され、エッジの検出回数が１回未満の場合（図２の期間Ｐ２の場合）は、電圧信号Ｖ１が減衰されて電圧信号Ｅｏｕｔが生成される。さらに、エッジの検出回数が２回以上の場合（図２の期間Ｐ３の場合）は、電圧信号Ｖ１が期間Ｐ１よりも大きい増幅率で増幅されて電圧信号Ｅｏｕｔが生成される。
【００２５】
以上説明した光トランシーバ１によれば、ＰＤ６において入力光信号Ｏｉｎに応じて電流信号Ｉ１が生成され、電流信号Ｉ１はトランスインピーダンスアンプ７によって電圧信号Ｖ１に変換される。さらに、その電圧信号Ｖ１は、遅延回路８によって所定期間遅延された後に、増幅器１０によって増幅或いは減衰される。その一方で、トランスインピーダンスアンプ７から出力された電圧信号Ｖ１は、エッジ検出回路９に分岐して入力されることにより立上りエッジが検出された後に、制御回路１１によってそのエッジ検出に応じて増幅器１０による増幅動作と減衰動作とが切り替えられる。これにより、回路の大規模化を要求することなしに、受信信号Ｏｉｎの帯域に応じて帯域特性を補償することができる光受信回路を実現できる。すなわち、高周波の受信信号Ｏｉｎに対しては増幅動作を選択し、低周波の受信信号Ｏｉｎに対しては減衰動作を選択することにより、ある周波数を閾値として高周波成分の振幅を選択的に増幅することができる。その結果、安価な通信システムを利用する場合で高周波成分が減衰しやすい場合であっても、その帯域特性に合わせて通信システムの帯域特性を補償することができる。
【００２６】
ここで、エッジ検出回路９は、クロック信号ＣＬを受けて、クロック信号ＣＬによって規定される期間での立上りエッジを検出して検出信号Ｔ１として出力し、制御回路１１は、その期間における立上りエッジの回数の判定結果に応じて増幅動作と減衰動作とを切り替える。その結果、受信信号Ｏｉｎの帯域を正確に判定することができ、その判定結果に応じて効率的に電圧信号Ｖ１の帯域特性を補償することができる。
【００２７】
また、電圧信号Ｖ１を遅延させる所定期間は、エッジ検出回路９及び制御回路１１による信号処理時間に略等しいので、受信信号Ｏｉｎの帯域の判定結果に応じて電圧信号Ｖ１の帯域特性を適切なタイミングで補償することができる。また、増幅器１０としては可変利得増幅器を採用しているので、受信信号Ｏｉｎの帯域に応じた通信システムの帯域特性の補償を確実に実現することができる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、エッジ検出回路９が立上りエッジを検出して、制御回路１１は立上りエッジの回数の判定結果に応じて増幅動作と減衰動作とを切り替えているが、エッジ検出回路９が立下りエッジを検出して、制御回路１１が立下りエッジの回数の判定結果に応じて増幅動作と減衰動作とを切り替えてもよい。
【００２９】
また、上記実施形態の光受信回路部３は、図１に示す全ての回路部が光トランシーバ１内に設けられているが、一部の回路部（例えば、エッジ検出回路９及び／又は制御回路１１）が、光トランシーバ１に接続される外部の回路基板上に備えられていてもよい。
【００３０】
さらに、図３に示す本発明の変形例にかかる光トランシーバ１０１にように、光受信回路部１０３におけるトランスインピーダンスアンプ７と増幅器１０との間にフィルタ回路１２が更に備えられていてもよい。このようなフィルタ回路１２を備えることにより、電圧信号Ｖ１の帯域特性を広帯域に補償することができる。ここで、フィルタ回路１２は、遅延回路８の前段又は後段に設けられていてもよいし、増幅器１０の後段に設けられていてもよい。
【００３１】
また、図４に示す本発明の変形例にかかる光トランシーバ２０１にように、光受信回路部２０３におけるトランスインピーダンスアンプ７とエッジ検出回路９との間に増幅器１３が更に備えられていてもよい。このような増幅器１３を備えることにより、エッジ検出回路９に入力される電圧信号Ｖ１を増幅することができ、受信信号Ｏｉｎの帯域をより正確に判定することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１，１０１，２０１…光トランシーバ、２…光送信回路部、３，１０３，２０３…光受信回路部、６…フォトダイオード（ＰＤ）、７…トランスインピーダンスアンプ、８…遅延回路、９…エッジ検出回路、１０…増幅器、１１…制御回路、１２…フィルタ回路、１３…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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