(57)【要約】【課題】より広い伝送レートの範囲に使用できる光受信器を提供する。【解決手段】光受信器１１は、信号増幅器１３と、抵抗切替部１５とを備える。信号増幅器１３は、受信ユニット１７からの差動信号Ｓ１およびＳ２をそれぞれ受ける一対の入力１３ａおよび１３ｂと、増幅された差動信号ＳＡ１およびＳＡ２をそれぞれ提供する一対の出力１３ｃおよび１３ｄとを有する。受信ユニット１７は、半導体受光素子１９および前置増幅器２１を含む。抵抗切替部１５は、一対の入力１３ａ、１３ｂ間に接続されている。また、抵抗切替部１５は、受信ユニット１７内の半導体受光素子１９が受ける光信号Ｌの伝送レートを示す切替信号ＳＳＥＬに応じて信号増幅器１３の入力抵抗ＲＩＮを変更する。光受信器１１では、抵抗切替部１５を用いて信号増幅器１３の入力抵抗ＲＩＮを変更して、受信ユニット１７内の半導体受光素子１９が受ける光信号Ｌの伝送レートに応じて信号増幅器１３の帯域を変える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体受光素子および前置増幅器を含む受信ユニットからの差動信号を受ける一対の入力と、増幅された差動信号を提供する一対の出力とを有する信号増幅器と、
前記半導体受光素子が受ける光信号の伝送レートに対応した一または複数の制御信号に応じて、前記一対の入力間に接続された抵抗を変更する抵抗切替部と
を備える光受信器。
【請求項２】
前記抵抗切替部は、前記一対の入力の一方に接続された第１の端子、前記一対の入力の他方に接続された第２の端子、前記第１の端子と前記第２の端子との間にそれぞれ接続された一または複数の抵抗素子と、前記制御信号に応じて該複数の抵抗素子をそれぞれ切り替える一または複数のスイッチとを含むことを特徴とする請求項１に記載された光受信器。
【請求項３】
前記信号増幅器の前記一対の入力と前記信号増幅器の前記一対の出力との間に接続された帰還部を更に備え、
前記帰還部は、一対の入力および一対の出力を有する第１の差動増幅器と、一対の入力および一対の出力を有する第２の差動増幅器と、一対の帰還抵抗とを含み、前記第１の差動増幅器の前記一対の入力は前記信号増幅器の前記一対の出力にそれぞれ接続されており、前記第２の差動増幅器の前記一対の出力は前記信号増幅器の前記一対の入力にそれぞれ接続されており、前記一対の帰還抵抗は、前記第１の差動増幅器の前記一対の出力と前記第２の差動増幅器の前記一対の入力との間にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１には、光受信器が記載されている。光受信器は、光電子デバイスの出力に接続されるとともに該光電子デバイスからの電気信号を増幅する前置増幅器と、該前置増幅器に接続されたディジタルコントローラとを有する。ディジタルコントローラは、外部から入力される制御信号に応答して、前置増幅器の帯域幅を増大させることに対応する第１の値および前置増幅器帯域幅を減少させることに対応する第２の値をとるディジタル帯域幅調整信号を前置増幅器に入力する。光受信器では、入力供給電圧の関数である帯域幅を有する前置増幅器に入力供給電圧を加えるために電圧調整器を使用する。動作時には、まず、光受信器の帯域幅を測定する。帯域幅が小さすぎる場合、電位差計は、電圧調整器により検知される抵抗を変えて、前置増幅器に加えられる入力電圧が増大するように調整される。入力電圧の変化により前置増幅器の帯域幅が増大して、光受信機の３ｄＢカットオフ周波数が上昇する。逆に、受信機の測定された帯域幅が大きすぎる場合、電位差計は、電圧調整器により前置増幅器に加えられる電圧が減少するように調整される。
【０００３】
文献２には、光受信器が記載されている。この光受信器は、主信号が入力されるトランスインピーダンスアンプと、該アンプの帰還抵抗として設けられた帯域調整部とを含む。帯域調整部は、設定電圧信号に応じた電流が流れる構成とされたＰＩＮダイオードを含んで構成され、設定電圧信号に基づいて主信号の帯域調整を行う。設定電圧信号は、ＣＰＵを用いて生成される。ＣＰＵは、ローパスフィルタを用いて重畳信号から抽出された制御監視信号に基づいて主信号の伝送レートを判別し、当該伝送レートに応じた帯域調整用の設定電圧信号を出力する。この光受信器によれば、自動的に伝送レートを判別して当該伝送レートに応じて前置増幅器の帯域調整を行う。
【特許文献１】特開２００１−０５３５６５号公報
【特許文献２】特開２００３−２４４０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
毎秒１ギガビット（Gb/s）を超える信号伝送レートを扱う場合、前置増幅器は、通常、フォトダイオードと同一パッケージ内に配置されており、前置増幅器の出力回路はＣＭＬ（Current Mode Logic）回路が良く用いられる。リミッティングアンプといった後段増幅器が前置増幅器の後段に接続され、後段増幅器の入力抵抗は、伝送路による信号反射を抑えるために、５０オーム（差動信号の場合は１００オーム）に設定される。
【０００５】
一方、毎秒１５５．５２メガビット（Mb/s）程度の低い信号伝送レートでは、伝送路長が短ければ反射の影響は無視できる。しかしながら、後段増幅器の電圧利得が十分ではなく、最良の感度が得られない。このように伝送レートが低い場合、信号の周波数スペクトルも低周波側へシフトしてしまう。後段増幅器の入力抵抗が固定されているので、スペクトルの低周波成分が削られてしまい、この結果、ビットエラー率（BER）に裾引きが生じる。また、伝送信号レートの低下に伴い、信号の周波数スペクトルは低周波領域で増加する。前置増幅器と後段増幅器との間は、通常ＡＣ結合で接続されるため、１００オームの入力抵抗では必要な低域カットオフ周波数が得られない。
【０００６】
そこで、本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、より広い伝送レートの範囲に使用できる光受信器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】
本発明の一側面によれば、光受信器は、（ａ）半導体受光素子および前置増幅器を含む受信ユニットからの差動信号を受ける一対の入力と、増幅された差動信号を提供する一対の出力とを有する信号増幅器と、（ｂ）前記半導体受光素子が受ける光信号の伝送レートに対応した一または複数の制御信号に応じて、前記一対の入力間に接続された抵抗を変更する抵抗切替部とを備える。
【０００８】
この光受信器によれば、抵抗切替部を用いて信号増幅器の入力抵抗を実効的に変更できるので、受信ユニットが受ける光信号の伝送レートに応じて信号増幅器の帯域を変えることができる。
【０００９】
本発明に係る光受信器では、前記抵抗切替部は、（ｂ１）前記一対の入力の一方に接続された第１の端子、（ｂ２）前記一対の入力の他方に接続された第２の端子、（ｂ３）前記第１の端子と前記第２の端子との間にそれぞれ接続された一または複数の抵抗素子と、（ｂ４）前記制御信号に応じて該複数の抵抗素子をそれぞれ切り替える一または複数のスイッチとを含むことができる。
【００１０】
この光受信器によれば、第１の端子と第２の端子との間に接続される抵抗の抵抗値は、制御信号に応じて変更されることができる。信号増幅器の入力抵抗は、第１の端子と第２の端子との間にそれぞれ接続された複数の抵抗素子を用いて等価的に変更される。信号増幅器の等価入力抵抗に応じて、光受信器の帯域が調整される。
【００１１】
本発明に係る光受信器は、（ｄ）前記信号増幅器の前記一対の入力と前記信号増幅器の前記一対の出力との間に接続された帰還部を更に備え、前記帰還部は、（ｄ１）一対の入力および一対の出力を有する第１の差動増幅器と、（ｄ２）一対の入力および一対の出力を有する第２の差動増幅器と、（ｄ３）一対の帰還抵抗とを含み、前記第１の差動増幅器の前記一対の入力は前記信号増幅器の前記一対の出力に接続されており、前記第２の差動増幅器の前記一対の出力は前記信号増幅器の前記一対の入力に接続されており、前記一対の帰還抵抗は、それぞれ、前記第１の差動増幅器の前記一対の出力と前記第２の差動増幅器の前記一対の入力との間に接続されている。この光受信器は、入力信号の伝送レートに応じて信号増幅器の等価入力抵抗を変更できることに加えて、ＤＣ入力オフセットを打ち消すことができる。
【００１２】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、より広い伝送レートの範囲に使用できる光受信器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光受信器に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１５】
図１は、第１の実施の形態に係る光受信器を示すブロック図である。光受信器１１は、信号増幅器１３と、抵抗切替部１５とを備える。信号増幅器１３は、受信ユニット１７からの差動信号Ｓ１およびＳ２をそれぞれ受ける一対の入力１３ａおよび１３ｂと、増幅された差動信号ＳＡ１およびＳＡ２をそれぞれ提供する一対の出力１３ｃおよび１３ｄとを有する。受信ユニット１７は、半導体受光素子１９および前置増幅器２１を含む。前置増幅器２１の入力は、半導体受光素子１９の一端１９ａに接続されており、半導体受光素子１９の他端１９ｂは受光素子のための電源１８に接続されている。抵抗切替部１５は、一対の入力１３ａ、１３ｂ間に接続されている。また、信号増幅器１３は固有の入力抵抗ＲＩＮを有しているけれども、抵抗切替部１５は、受信ユニット１７内の半導体受光素子１９が受ける光信号Ｌの伝送レートを示す切替信号ＳＳＥＬに応じて信号増幅器１３の入力抵抗を等価的に変更することができる。
【００１６】
この光受信器１１によれば、抵抗切替部１５を用いて信号増幅器１３の一対の入力間に接続された抵抗ＲＥＦＦを変更できるので、受信ユニット１７内の半導体受光素子１９が受ける光信号Ｌの伝送レートに応じて信号増幅器１３の帯域を変えることができる。
【００１７】
図２は、光受信器の抵抗切替部の一例を示す図面である。この抵抗切替部２３は、第１の端子２３ａと、第２の端子２３ｂと、一または複数の抵抗素子２５、２７、２９と、一または複数のスイッチ３１、３３、３５とを含むことができる。第１の端子２３ａは、信号増幅器１３の一対の入力のうちの一入力１３ａに接続されている。第２の端子２３ｂは、信号増幅器１３一対の入力のうちの他入力１３ｂに接続されている。抵抗素子２５、２７、２９の各々は、第１の端子２３ａと第２の端子２３ｂとの間にそれぞれ接続されている。また、スイッチ３１、３３、３５の各々は、第１の端子２３ａと第２の端子２３ｂとの間にそれぞれ接続されている。スイッチ３１、３３、３５の各々は、抵抗素子２５、２７、２９のうちの対応する抵抗素子に直列に接続されている。本実施例では、スイッチ３１、３３、３５の各々は、電界効果トランジスタを含む。例えば、スイッチ３１は電界効果トランジスタ３２を含む。電界効果トランジスタ３２のソースおよびドレインの一方の電流端子３２ａは、抵抗２５ａを介して第１の端子２３ａに接続されている。電界効果トランジスタ３２のソースおよびドレインの他方の電流端子３２ｂは、抵抗２５ｂを介して第２の端子２３ａに接続されている。電界効果トランジスタ３２のゲート３２ｃといった制御端子は、抵抗切替部２３の第１の入力２３ｃに接続されている。スイッチ３１と同様に、スイッチ３３および３５は抵抗切替部２３の第２および第３の入力２３ｄ、２３ｅに接続されている。
【００１８】
この光受信器１１によれば、信号増幅器２３の入力抵抗ＲＩＮは、第１の端子２３ａと第２の端子２３ｂとの間にそれぞれ接続された抵抗素子２５、２７、２９を用いて等価的に変更される。第１の端子２３ａと第２の端子２３ｂとの間に接続される抵抗の抵抗値は、切替信号ＳＳＥＬに応じて変更されることができる。故に、信号増幅器の等価入力抵抗が変更される。抵抗値を変更するために、スイッチ３１、３３、３５のいずれか一つを排他的に導通させることができ、或いは、スイッチ３１、３３、３５の少なくとも一つを導通させることができる。
【００１９】
再び図１を参照しながら、光受信器を説明する。光受信器１１では、例えば半導体受光素子１９および前置増幅器２１は同一パッケージ内に実装され受光モジュールが構成される。信号増幅器１３の入力１３ａ、１３ｂは、結合キャパシタ４１、４３を介して受信ユニット１７の出力１７ａ、１７ｂにそれぞれ接続されている。伝送線路４５ａ、４５ｂの一端は受信ユニット１７の出力１７ａ、１７ｂに接続されており、その他端は結合キャパシタ４１、４３の一端にそれぞれ接続されている。また、伝送線路４７ａ、４７ｂの一端は結合キャパシタ４１、４３の他端にそれぞれ接続されており、その他端は信号増幅器１３の入力１３ａ、１３ｂにそれぞれ接続されている。結合キャパシタ４１、４３のキャパシタンスは、例えば０．１〜０．０１マイクロファラッド程度である。伝送線路４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂは、例えばマイクロストリップ線路で構成することができる。
【００２０】
光受信器１１では、受信ユニット１７は光信号Ｌを受けており。この光信号Ｌは、例えば、伝送される情報を表す第１の信号成分とこの光信号の伝送レートの情報を示す第２の信号成分とが重畳されていることが好ましい。レート判別部は、光信号Ｌ中の第２の信号成分の情報から切替信号ＳＳＥＬを発生することができる。光信号Ｌの伝送レートは、毎秒数ギガビット（Gb/s）のオーダーの高速信号から毎秒百メガビット（100Mb/s）程度のオーダーであることができる。抵抗切替部２３は、切替え信号ＳＳＥＬに応じて、スイッチ３１、３３、３５を切り替えて、信号増幅器１３一対の入力間の等価入力抵抗を変更することができる。
【００２１】
図１には、光モジュール１０が破線によって示されている。一実施例では、光モジュール制御部５１は、信号処理部５７に接続されており、帯域調整用の伝送レート信号ＳＲＡＴＥを出力する。信号処理部５７は、伝送レート信号ＳＲＡＴＥを受けて、伝送レート信号ＳＲＡＴＥに応じて切替信号ＳＳＥＬを発生する。
【００２２】
この伝送レート信号ＳＲＡＴＥを生成する信号処理部５７は、１ビットあるいは複数ビット（ｎビット）の信号を生成するシリアルインタフェース（I/F）またはパラレルインタフェースを含むことができる。これらのインタフェースを用いることにより、２のｎ乗個の種類の伝送レートを切り替えることができる。信号増幅器１３の入力１３ａ、１３ｂには抵抗切替部１５が接続されており、終端抵抗（図２の２５，２７、２９）に付随したスイッチ（図２の３１，３３、３５）を用いて伝送レートに応じて、信号増幅器１３の入力抵抗を等価的に変更する。この変更により、前置増幅器２１から見た負荷抵抗が変わり、電圧利得が調整される。例えば、前置増幅器２１が１００オームの差動出力抵抗を有するとき、２キロオームの等価入力抵抗を有する信号増幅器１３の電圧利得は、１００オームの入力抵抗の場合と比較して約６．６ｄＢの利得となる。
【００２３】
好適な実施例における伝送レートおよび等価入力抵抗との関係は以下のようなものである。
伝送レート                抵抗値
１２５Ｍｂ／ｓ          ２キロオーム
１５５．５２Ｍｂ／ｓ    ２キロオーム
６２２．０８Ｍｂ／ｓ    １キロオーム
１．２５Ｇｂ／ｓ        ２００オーム
２．４８８３２Ｇｂ／ｓ  １００オーム
【００２４】
抵抗切替部１５は、切替信号ＳＳＥＬに応じて、複数の抵抗をつなぎ替えることができる。図３は、２種類の入力抵抗の利得・バンド幅を示す図面である。図３では、１００オームの入力抵抗の特性線Ｃ１および２キロオームの入力抵抗の特性線Ｃ２が示されている。前置増幅器２１は、信号増幅器１３とAC結合されるため信号増幅器１３の等価入力抵抗が大きくなれば、低域カットオフ周波数が低くなる。つまり、図３に示されるように、入力抵抗を大きくすることにより低周波数領域の帯域が改善され、利得が増加する。光受信器１１のカットオフ周波数が低くなるので、伝送レートが低く伝送信号のスペクトル成分が低域にシフトしても、帯域不足に伴う伝送特性の異常を引き起こすことない。したがって、安定した伝送特性を有する光受信器を得ることができる。
【００２５】
低域側のカットオフ周波数ｆｃは片相入力抵抗および結合キャパシタンスの積によって決定される。このため、入力インピーダンスを１００オームから２キロオームに切替た場合、低域カットオフ周波数は、１００オームに対応する低域カットオフ周波数の1/20の値になる。特に、サイズおよび耐圧のため、結合キャパシタに大容量キャパシタンスを使うことができない場合には、入力抵抗の切り替えは有効である。
【００２６】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、差動１００オームの入力抵抗および２キロオームの入力抵抗をそれぞれ有する後段増幅器の伝送特性を示す。横軸は光入力パワーを示し、縦軸はビットエラーレートを示す。この伝送特性は、SONET-SDH規格の各伝送レートおよびIEEE規格のGbE(1.25Gb/s)の伝送レートで測定されたものである。図４（Ａ）に示されているOC-48の測定値の場合は、入力抵抗を２キロオームにするとインピーダンス不整合の影響により感度が劣化するが、図４（Ｄ）に示されるGbEの測定値ではほとんど変わらなくなり、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されるOC-3の測定値とOC-12の測定値との間では、顕著に効果が現れる。
【００２７】
光受信器１１では、後段増幅器７１は、信号増幅器１３における出力のDCオフセットをキャンセルする為のフィードバックループを含むことができる。図１に示されるように、光受信器１１は、帰還部６１を含むことができる。帰還部６１は、信号増幅器１３の一対の入力１３ａ、１３ｂと信号増幅器１３の一対の出力１３ｃ、１３ｄとの間に接続されている。図５は、フィードバックループを構成する帰還部を示す図面である。帰還部６１は、第１の差動増幅器６３と、第２の差動増幅器６５と、一対の帰還抵抗６７、６９とを含む。第１の差動増幅器６３は、一対の入力６３ａ、６３ｂおよび一対の出力６３ｃ、６３ｄを有する。第２の差動増幅器６５は、一対の入力６５ａ、６５ｂおよび一対の出力６５ｃ、６５ｄを有する。第１の差動増幅器６３の一対の入力６３ａ、６３ｂは信号増幅器１３の一対の出力１３ｃ、１３ｄにそれぞれ接続されている。第２の差動増幅器６５の一対の出力６５ｃ、６５ｄは、信号増幅器１３の一対の入力１３ａ、１３ｂに接続されている。一対の帰還抵抗６７、６９は、それぞれ、第１の差動増幅器６３の一対の出力６３ｃ、６３ｄと第２の差動増幅器６５の一対の入力６５ａ、６５ｂとの間に接続されている。帰還抵抗６７、６９の値は、それぞれ、１０ｋ〜１００ｋオーム程度である。第２の差動増幅器６５の入力６５ａ、６５ｂには、キャパシタ７３が接続されている。キャパシタ７３のキャパシタンスは０．０１〜１マイクロファラッド程度である。この光受信器１１は、入力信号の伝送レートに応じて信号増幅器の等価入力抵抗を変更できることに加えて、ＤＣ入力オフセットを打ち消すことができる。
【００２８】
以上説明したように、光受信器は、リミッティングアンプといった後段増幅器の入力抵抗を信号伝送レートによって変更して、数Gb/sオーダーの高速信号から100Mb/s程度の低速信号まで、伝送信号が持つスペクトルを維持すると共に最適な感度を達成し、この結果、安定した伝送特性を実現するものである。一方、抵抗切替部を持たない光受信器では、後段増幅部の入力抵抗が伝送レートに合わせて変更されていないので、最良感度を得ることができない。
【００２９】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、電界効果トランジスタといったトランジスタを説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。また、光受信器は、後段増幅器の入力抵抗を伝送レートに応じて変化させるだけでなく、特許文献２に記載されているように前置増幅器のトランス抵抗を変更できる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は第１の実施の形態に係る光受信器を示すブロック図である。
【図２】図２は光受信器の抵抗切替部の一例を示す図面である。
【図３】図３は２種類の入力抵抗の利得・バンド幅を示す図面である。
【図４】図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）および図４（Ｄ）は、差動１００オームの入力抵抗および２キロオームの入力抵抗をそれぞれ有する後段増幅器の伝送特性を示す。
【図５】図５は、フィードバックループを示す図面である。
【符号の説明】
【００３１】
１１…光受信器、１３…信号増幅器、１５…抵抗切替部、１７…受信ユニット、Ｓ１、Ｓ２、ＳＡ１、ＳＡ２…差動信号、１９…半導体受光素子、２１…前置増幅器、Ｌ…光信号、ＳＳＥＬ…切替信号、２３…抵抗切替部、２５、２７、２９…抵抗素子、３１、３３、３５…スイッチ、３２…電界効果トランジスタ、４１、４３…結合キャパシタ、４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂ…伝送線路、５１…光モジュール制御部、ＳＲＡＴＥ…伝送レート信号、６１…帰還部、６３…第１の差動増幅器、６５…第２の差動増幅器、６７、６９…帰還抵抗、７１…後段増幅器、７３…キャパシタ  
【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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