(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した光信号を電流信号に変換する光検出器と、
前記電流信号を複製し、複製した電流信号をミラー電流として出力するカレントミラー回路と、
前記ミラー電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路により変換された電圧をトリガー電圧が入力されたタイミングでサンプルし、サンプルした電圧値を保持するサンプルアンドホールド回路と、
前記電流電圧変換回路と前記サンプルアンドホールド回路との間に接続された接続切替回路と、
前記接続切替回路の出力側に接続されたコンデンサと、
を備え、
前記接続切替回路は、前記サンプルアンドホールド回路に前記トリガー電圧が入力されているときに前記コンデンサを前記サンプルアンドホールド回路の入力側に接続し、前記サンプルアンドホールド回路に前記トリガー電圧が入力されていないときに前記コンデンサを前記サンプルアンドホールド回路の入力側に接続しないことを特徴とするパワーモニタ装置。
【請求項２】
前記接続切替回路は、ｐ型ＭＯＳトランジスタとｎ型ＭＯＳトランジスタで構成されるインバータであることを特徴とする請求項１に記載のパワーモニタ装置。
【請求項３】
光信号を受信する受信装置であって、
前記光信号を電流信号に変換する光検出器と、
前記電流信号を複製し、複製した電流信号をミラー電流として出力するカレントミラー回路と、
前記ミラー電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流電圧変換回路により変換された電圧をトリガー電圧が入力されたタイミングでサンプルし、サンプルした電圧値を保持するサンプルアンドホールド回路と、
前記電流電圧変換回路と前記サンプルアンドホールド回路との間に接続された接続切替回路と、
前記接続切替回路の出力側に接続されたコンデンサと、
を備え、
前記接続切替回路は、前記サンプルアンドホールド回路に前記トリガー電圧が入力されているときに前記コンデンサを前記サンプルアンドホールド回路の入力側に接続し、前記サンプルアンドホールド回路に前記トリガー電圧が入力されていないときに前記コンデンサを前記サンプルアンドホールド回路の入力側に接続しないことを特徴とする受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモニタ装置および受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信用の受信器は、受信光のパワーをモニタするためのパワーモニタ回路を備えている。アクセス系ネットワークとして用いられるＰＯＮ（Passive  Optical  Network）のようなシステムでは、受信光信号はバースト信号である。したがって、パワーモニタ回路は、バースト信号に追従できる高速な応答性と受信パワーの低い場合でも精度よくモニタできる高分解能性とが必要とされる。【０００３】
従来のパワーモニタ回路は、例えば特許文献１に開示されているように、一般的に、カレントミラー回路とサンプルアンドホールド回路を備える。このような受信パワーモニタ回路では、受光素子であるＡＰＤ（Avalanche  Photo  Diode）に入力された光信号の強度に比例した電流（ＡＰＤ電流）がカレントミラー回路に入力され、カレントミラー回路はＡＰＤ電流に比例したミラー電流を出力される。そして、電圧変換回路がミラー電流を電圧に変換する。サンプルアンドホールド回路は、変換された電圧値を保持し、保持した電圧をＡＤ（Analog  to  Digital）変換してデジタル値に変換する。このデジタル値を用いて受信光のパワーをモニタすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１１１２８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バースト光通信では、パワーの異なるパケットが時間をずらして多重されるため、受信器は時間的にパワーの異なる信号を受信しなければならない。受光素子であるＡＰＤでは信号光パワーに比例した電流が流れる。パワーモニタ回路は、この電流の大きさを検出してモニタ値を求める。しかしながら、カレントミラー回路が、内部のトランジスタの応答速度や周辺の容量によってバースト信号に対して高速に応答しきれないと、大きなパワーの信号光から小さな信号光へ遷移するまでのミラー電流の収束に時間が掛かかる。そのため、サンプルアンドホールド回路への入力電圧にも裾引きが発生する。【０００６】
また、信号光は“１”と“０”のデータ値にそれぞれ対応した強度を有するよう生成され、“１”と“０”のデータ値がランダムに繰り返されるパターンで構成されている。特に同じデータ値が連続するパターンに対してカレントミラー回路が追従すると、ミラー電流が“１”側や“０”側に変動する。このため、カレントミラー回路から出力されるミラー電流は一定電流値から上下に変動したミラー電流となる。ミラー電流の変動を受けてサンプルアンドホールド回路の入力電圧も変動する。【０００７】
従来のパワーモニタ回路では、上記のような過渡応答（裾引き）やデータ値のパターンに追従することによるミラー電流の変動によるサンプルアンドホールド回路への入力電圧に変動が生じることにより、モニタ精度が悪くなってしまうという問題があった。データ値のパターンに追従することによるミラー電流の変動に対しては、電圧変換回路に用いられている抵抗に並列にコンデンサを追加することにより電圧変換回路の出力を平滑化し、サンプルアンドホールド回路の入力電圧の変動を抑圧することが可能である。しかし、コンデンサを追加することによってバースト応答が遅くなるため、収束時間が長くなってしまうという問題が新たに発生する。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路の応答速度を低下させずに受信光のパワーのモニタ精度を向上させることができるパワーモニタ装置および受信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信した光信号を電流信号に変換する光検出器と、前記電流信号を複製し、複製した電流信号をミラー電流として出力するカレントミラー回路と、前記ミラー電流を電圧に変換する電流電圧変換回路と、前記電流電圧変換回路により変換された電圧をトリガー電圧が入力されたタイミングでサンプルし、サンプルした電圧値を保持するサンプルアンドホールド回路と、前記電流電圧変換回路と前記サンプルアンドホールド回路との間に接続された接続切替回路と、前記接続切替回路の出力側に接続されたコンデンサと、を備え、前記接続切替回路は、前記サンプルアンドホールド回路に前記トリガー電圧が入力されているときに前記コンデンサを前記サンプルアンドホールド回路の入力側に接続し、前記サンプルアンドホールド回路に前記トリガー電圧が入力されていないときに前記コンデンサを前記サンプルアンドホールド回路の入力側に接続しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかるパワーモニタ装置および受信装置は、回路の応答速度を低下させずに受信光のパワーのモニタ精度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明にかかるパワーモニタ回路（パワーモニタ装置）の実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２】図２は、コンデンサおよびインバータを備えない比較例のパワーモニタ回路における入力信号とサンプルアンドホールド回路の入力電圧の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１のパワーモニタ回路における効果の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２のパワーモニタ回路の構成例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかるパワーモニタ装置および受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるパワーモニタ回路（パワーモニタ装置）の実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のパワーモニタ回路は、カレントミラー（Current  Mirror）回路２０、サンプルアンドホールド（Sample  and  Hold）回路１０と、ＡＰＤ３と、抵抗４，５と、コンデンサ６と、インバータ９と、電流電圧変換増幅器（ＴＩＡ）１１と、インバータ３０と、を備える。本実施の形態のパワーモニタ回路は、例えば、ＰＯＮシステム等の光通信システムにおいて光受信信号を受信する受信装置内の光受信器に搭載される。
【００１４】
ＡＰＤ３は、受信した光信号を電流信号に変換する光検出器である。なお、ここでは、光検出器としてＡＰＤを用いる例について説明するが、ＡＰＤではないフォトダイオードを用いてもよい。カレントミラー回路２０は、トランジスタ１，２を備える。トランジスタ１とトランジスタ２はベース同士が接続される。トランジスタ２のコレクタはＡＰＤ３のカソードに接続される。カレントミラー回路２０とカレントミラー回路２０に定電流を流すための抵抗４とでカレントミラー部が構成される。カレントミラー回路２０の出力側には、電流を電圧に変換するための電流電圧変換回路である抵抗５と、ｐ型ＭＯＳ（Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタ（ｐＭＯＳ）７とｎ型ＭＯＳトランジスタ（ｎＭＯＳ）８で形成されたインバータ３０とインバータ３０の出力に接続されたコンデンサ６と抵抗５により変換された電圧が入力されるサンプルアンドホールド回路１０とが接続される。サンプルアンドホールド回路１０には、サンプルアンドホールドの開始と終了のタイミングを示すサンプルアンドホールドトリガー信号が入力される。サンプルアンドホールドトリガー信号は、インバータ９にも入力される。インバータ９は、入力されたサンプルアンドホールドトリガー信号を反転してインバータ３０に入力する。
【００１５】
ここで、コンデンサ６およびインバータ３０を備えない比較例のパワーモニタ回路におけるモニタ値の変動について説明する。図２は、コンデンサ６およびインバータ３０を備えない比較例のパワーモニタ回路における入力信号とサンプルアンドホールド回路の入力電圧の一例を示す図である。コンデンサ６およびインバータ３０を備えない場合、カレントミラー回路が内部のトランジスタの応答速度や周辺の容量によってバースト信号に対して高速に応答しきれないと、図２の上側の図でサンプルアンドホールド回路の入力電圧に示すように、大きなパワーの信号光から小さな信号光へ遷移するまでのミラー電流の収束に時間が掛かかり、サンプルアンドホールド回路の入力電圧も収束に時間が掛かる。
【００１６】
また、信号光は、“１”と“０”のデータ値がランダムに繰り返されるパターンで構成されている。したがって、同じデータ値が連続するパターンに対してカレントミラー回路が追従すると、図２の下側の図でサンプルアンドホールド回路の入力電圧として示したように、サンプルアンドホールド回路の入力電圧も変動する。本実施の形態では、回路の応答速度を低下させずに受信光のパワーのモニタ精度を向上させるために、コンデンサ６およびインバータ３０を備える。これにより、バースト信号が入力された際に速やかに応答できるようにしつつ、サンプルアンドホールド回路への入力電圧を平滑化する。
【００１７】
次に、本実施の形態の動作について説明する。ＡＰＤ３から出力される受信した光信号のパワーに比例した電流は、カレントミラー回路２０によって複製されミラー電流として出力される。ミラー電流は抵抗値Rmを有する抵抗５により電圧VRmに変換されサンプルアンドホールド回路１０に入力される。サンプルアンドホールド回路１０は、サンプルアンドホールドトリガー信号がHighになると（トリガー電圧が入力されると）、入力される電圧VRmの電圧値の保持するための動作を開始する。具体的には、例えば、サンプルアンドホールド回路１０は内部に有するコンデンサへの電荷のチャージを開始する。そして、サンプルアンドホールドトリガー信号がHighからLowとなると入力される電圧VRmの電圧値を保持するための動作を終了し、サンプルアンドホールドトリガー信号がHighのときに入力された電圧VRmの電圧値を保持する。このようにして、サンプルアンドホールド回路１０は、入力された電圧をトリガー電圧の入力されたタイミングでサンプルして保持する。サンプルアンドホールド回路１０は、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）に保持した電圧値を出力する。ＡＤＣは、入力された電圧値をデジタル値に変換する。このデジタル値は、例えば、演算装置に入力され、演算装置により受信した光信号のパワーを算出することができる。カレントミラー回路２０に接続された抵抗値Roffを有する抵抗４はカレントミラー回路２０のトランジスタ１，２に一定電流を流すための抵抗である。抵抗４により、トランジスタ１，２を常に動作した状態にできるためバースト応答が可能である。
【００１８】
本実施の形態では、インバータ３０の出力に電圧変動を平滑化するコンデンサ６が接続される。そして、サンプルアンドホールドトリガーが入っていない時、すなわちサンプルアンドホールドトリガー信号がLowの時（トリガー電圧が入力されていない間）には、ｐＭＯＳ７はＯＦＦとなっておりサンプルアンドホールド回路１０の入力側にはコンデンサ６が接続されていない状態となる。そのため、バースト信号が入力された瞬間にはカレントミラー回路２０はコンデンサ６の容量の影響を受けずに高速に応答し、早い収束時間で一定電流値を出力する。サンプルアンドホールドトリガーが入力されている（トリガー電圧が入力されている）時、すなわちサンプルアンドホールドトリガー信号がHighの時には、ｐＭＯＳ７がＯＮとなるためサンプルアンドホールド回路１０の入力側にコンデンサ６が接続される。この効果によりサンプルアンドホールド回路１０の入力電圧は平滑化され変動幅が小さくなる。
【００１９】
図３は、本実施の形態のパワーモニタ回路における効果の一例を示す図である。図３は、受信パワーの大きな光信号＃１が本実施の形態のパワーモニタ回路に入力された後に、光信号＃１より受信パワーの小さな信号光＃２が入力されたときのサンプルアンドホールド回路１０の入力電圧VRmの時間応答を示している。入力電圧１０１はインバータ３０がある場合であり、入力電圧１０２はインバータ３０が無い場合（コンデンサ６が常時サンプルアンドホールド回路１０の入力側に接続）を示している。このように、インバータ３０を用いることにより、大きな受信パワーの光信号を受信した後にも、入力電圧VRmを高速に収束させることができる。
【００２０】
なお、上記の例では、コンデンサ６がサンプルアンドホールド回路１０の入力側に接続されるか否かの切替えを図１に示したインバータ３０を用いて実施したが、この切替えを行う接続切替え回路は、図１に示すインバータ３０に限定されない。この接続切替回路は、サンプルアンドホールドトリガーが入力されている時にサンプルアンドホールド回路１０の入力側にコンデンサ６を接続し、サンプルアンドホールドトリガーが入力されていないときにサンプルアンドホールド回路１０の入力側からコンデンサ６を切り離すことが可能な構成であれば、どのような回路構成であってもよい。
【００２１】
以上のように、本実施の形態では、このようにインバータ３０に接続されたコンデンサ６を用いて、サンプルアンドホールドトリガーの入っている間だけコンデンサ６が接続されるようにするようにした。このため、バースト信号に対して高速に応答することにより収束時間を低減しつつ、サンプルアンドホールドするタイミングでの入力電圧の平滑化を両立することが可能となり、モニタ精度が向上する。
【００２２】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかるパワーモニタ回路（パワーモニタ装置）の実施の形態２の構成例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態のパワーモニタ回路は、インバータ３０およびインバータ９を備えず、ボルテージフォロア（回路分離部）１２を備える以外は、実施の形態１のパワーモニタ回路と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２３】
本実施の形態では、コンデンサ６は、常に電圧変換のための抵抗５に並列に接続されている。抵抗５とコンデンサ６の後段にボルテージフォロア１２が配置され、その後段にサンプルアンドホールド回路１０が接続されている。
【００２４】
次に、本実施の形態の動作について説明する。ＡＰＤ３によって生成された電流を電圧に変換するまでは実施の形態１と同様である。サンプルアンドホールド回路１０とコンデンサ６との間にボルテージフォロア１２を配置した目的について説明する。サンプルアンドホールド回路１０は内部にコンデンサを有しており、このコンデンサに電荷をチャージすることで入力電圧をサンプルアンドホールドする。そのため電荷をチャージして一定電圧を保持するまでに過渡応答（非定常状態）が発生する。サンプルアンドホールド回路１０の入力側に抵抗５やコンデンサ６が接続されていると、抵抗５やコンデンサ６とサンプルアンドホールド回路１０内部のコンデンサとにより時定数が長くなり、過渡応答時間が遅くなる。本実施の形態では、ボルテージフォロア１２を備えることにより、カレントミラー回路２０の出力に接続された抵抗５とコンデンサ６をサンプルアンドホールド回路１０と切り離すことで、時定数を短くして過渡応答時間が遅くなるのを防止する。ボルテージフォロア１２は、入力インピーダンスは非常に大きく、出力インピーダンスは非常に小さい。このため、前段の回路と後段の回路を切り離すことができる。
【００２５】
図５は、本実施の形態の効果を説明するための図である。信号光が入力されるとサンプルアンドホールド回路１０の入力電圧VVFは過渡応答により立ち上がり、その後一定電圧となる。図５において、入力電圧１０３は、ボルテージフォロア１２がある場合のサンプルアンドホールド回路１０の入力電圧であり、入力電圧１０４は、ボルテージフォロア１２が無い場合のサンプルアンドホールド回路１０の入力電圧である。また、図５において、出力電圧１０５はボルテージフォロア１２がある場合のサンプルアンドホールド回路１０の出力電圧であり、出力電圧１０６は、ボルテージフォロア１２が無い場合のサンプルアンドホールド回路１０の出力電圧である。
【００２６】
サンプルアンドホールド回路１０の入力電圧は、ボルテージフォロア１２がある場合とない場合とで立ち上がりの時間が異なり、ボルテージフォロア１２がある場合は早く立ち上がり、ない場合には立ち上がりが遅くなる。この時、サンプルアンドホールドトリガー（トリガー電圧）が入力されるとサンプルアンドホールド回路１０が動作し、サンプルアンドホールドトリガーの立下りの時にサンプルアンドホールド回路１０の入力電圧を保持する。トリガー幅が短い場合、ボルテージフォロア１２がないと、過渡応答によって立ち上がりの途中で電圧を保持することになるため、所望の電圧値よりも小さい電圧を保持してしまう。このため、モニタ値として入力された受信パワーよりも小さい値を返してしまうことになりモニタ精度が悪くなる。
【００２７】
これに対し、ボルテージフォロア１２がある場合には立ち上がりが早いためトリガー幅が短い場合でも収束が完了しているため所望の電圧値を返すためモニタ精度が悪くなるのを防止できる。また、本実施の形態のパワーモニタ回路は、コンデンサ６を有しているため、実施の形態１と同様に入力電圧の平滑化を行うことができモニタ精度を向上させることができる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態では、サンプルアンドホールド回路１０とコンデンサ６との間にボルテージフォロア１２を配置した。このため、過渡応答の時間を短くすることができ、トリガー幅が短い場合でもモニタ精度が悪化するのを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上のように、本発明にかかるパワーモニタ装置および受信装置は、光信号を受信する受信装置に有用である。
【符号の説明】
【００３０】
１，２  トランジスタ、３  ＡＰＤ、４，５  抵抗、６  コンデンサ、９，３０  インバータ、１０  サンプルアンドホールド回路、１１  ＴＩＡ、２０  カレントミラー回路、１２  ボルテージフォロア。
【図１】
0005964001.tif 000002
【図２】
0005964001.tif 000003
【図３】
0005964001.tif 000004
【図４】
0005964001.tif 000005
【図５】
0005964001.tif 000006