(57)【要約】【課題】  光受信回路において高い光入力によるアバランシェフォトダイオードの破損を防止する。【解決手段】  光受信回路１０内のアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から供給される逆バイアス電圧によって駆動される。抵抗器１４は、可変電流回路１６によって生成される制御電流に応じた電圧降下を逆バイアス電圧に生じさせる。ＡＰＤ２４の逆バイアス電圧および増倍率は、その制御電流に応じて変化する。制御部２２は、制御電流を調整して、ＡＰＤ２４を流れる電流を最大定格電流以下に調節する。これにより、ＡＰＤ２４の破損を防止できる。【選択図】  図１
2006041628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードに逆バイアス電圧を印加するためのバイアスラインと、
前記バイアスライン上に可変の電位差を生成し、前記逆バイアス電圧をその電位差だけ変化させるバイアス調整部と、
前記電位差を調整して、前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流を前記アバランシェフォトダイオードの最大定格電流以下に調節する制御部と
を備える光受信回路。
【請求項２】
前記バイアス調整部は、前記バイアスライン上に配置された抵抗器と、可変の制御電流を生成して前記抵抗器に供給する可変電流回路とを含んでおり、
前記電位差は、前記制御電流に応じた前記抵抗器での電圧降下であり、
前記制御部は、前記可変電流回路を制御して前記制御電流を調整することにより前記電位差を調整する、
請求項１に記載の光受信回路。
【請求項３】
前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流を測定する電流モニタを更に備え、
前記制御部は、前記電流モニタによって測定された電流を、前記最大定格電流以下の所定の上限電流と比較し、前記測定された電流が前記上限電流を超えるときに、前記電位差を変更して、前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流を低減する、
請求項１または２に記載の光受信回路。
【請求項４】
前記アバランシェフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧を測定する電圧モニタを更に備え、
前記制御部は、前記電圧モニタによって測定された電圧を所定の下限電圧および所定の上限電圧と比較し、前記測定された電圧が前記下限電圧未満のときは、前記電位差を変更して前記逆バイアス電圧を増加させ、前記測定された電圧が前記上限電圧を超えるときは、前記電位差を変更して前記逆バイアス電圧を低減し、前記測定された電圧が前記下限電圧以上、上限電圧以下であるときは、前記電位差を調整して、前記アバランシェフォトダイオードを流れる電流を所定の基準電流に近づける、
請求項２または３に記載の光受信回路。
【請求項５】
前記制御部は、前記電流モニタによって測定された電流が前記上限電流以下のときに、前記電圧モニタによって測定された電圧を前記下限電圧および上限電圧と比較し、前記電流モニタによって測定された電流が前記上限電流を超えるときは、前記電圧モニタによって測定された電圧を前記下限電圧および前記上限電圧のいずれとも比較しない、
請求項４に記載の光受信回路。
【請求項６】
前記アバランシェフォトダイオードの周囲の温度を測定する温度モニタを更に備え、
前記制御部は、前記温度モニタによって測定された温度に応じて前記下限電圧、上限電圧および基準電流を決定する、
請求項４または５に記載の光受信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光信号を電気信号に変換する光受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信では、光受信回路を用いて光信号を電気信号に変換する。光受信回路では、光信号の検出にアバランシェフォトダイオードがしばしば使用される。下記の特許文献１には、電流生成回路の電流を調整することにより、アバランシェフォトダイオードに印加される電圧を制御する光受信回路が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−４０２３９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ファイバアンプを含む光通信システム等では、光サージや敷設時の作業ミスによって高い光入力（例えば、０ｄＢｍ）が光受信回路に供給される可能性がある。光受信回路に大きな光入力が供給されると、アバランシェフォトダイオードに過大な電流が流れ、それによってアバランシェフォトダイオードが破損するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、高い光入力を受信したときにアバランシェフォトダイオードの破損を防止することの可能な光受信回路の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光受信回路は、アバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードに逆バイアス電圧を印加するためのバイアスラインと、バイアスライン上に可変の電位差を生成し、逆バイアス電圧をその電位差だけ変化させるバイアス調整部と、その電位差を調整して、アバランシェフォトダイオードを流れる電流をアバランシェフォトダイオードの最大定格電流以下に調節する制御部とを備えている。
【０００６】
アバランシェフォトダイオードを流れる電流の大きさは、光入力レベルと、アバランシェフォトダイオードによる光電変換の増倍率に依存する。増倍率は、アバランシェフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧に応じて変化する。本発明の光受信回路では、バイアスライン上に生成される電位差に応じて逆バイアス電圧が変化する。したがって、その電位差を変更することにより、アバランシェフォトダイオードを流れる電流を調節できる。光受信回路が高い光入力を受信したときでも、アバランシェフォトダイオードを流れる電流が制御部によって最大定格電流以下に調節されるので、アバランシェフォトダイオードの破損が防止される。
【０００７】
バイアス調整部は、バイアスライン上に配置された抵抗器と、可変の制御電流を生成して抵抗器に供給する可変電流回路とを含んでいてもよい。上記の電位差は、その制御電流に応じた抵抗器での電圧降下であってもよい。制御部は、可変電流回路を制御して制御電流を調整することにより電位差を調整してもよい。この場合、バイアス調整部を簡易な構成にすることができる。
【０００８】
光受信回路は、アバランシェフォトダイオードを流れる電流を測定する電流モニタを更に備えていてもよい。制御部は、電流モニタによって測定された電流を、最大定格電流以下の所定の上限電流と比較し、その測定された電流が上限電流を超えるときに、上記の電位差を変更して、アバランシェフォトダイオードを流れる電流を低減してもよい。測定値に基づいて電位差が調整されるので、アバランシェフォトダイオードを流れる電流が正確に調節される。
【０００９】
光受信回路は、アバランシェフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧を測定する電圧モニタを更に備えていてもよい。制御部は、電圧モニタによって測定された電圧を所定の下限電圧および所定の上限電圧と比較し、測定された電圧が下限電圧未満のときは、上記の電位差を変更して逆バイアス電圧を増加させ、測定された電圧が上限電圧を超えるときは、上記の電位差を変更して逆バイアス電圧を低減し、測定された電圧が下限電圧以上、上限電圧以下であるときは、上記の電位差を調整して、アバランシェフォトダイオードを流れる電流を所定の基準電流に近づけてもよい。
【００１０】
逆バイアス電圧に下限および上限を定めることにより、広帯域特性を得ることができる。逆バイアス電圧が下限および上限を超えない限り、アバランシェフォトダイオードを流れる電流が基準電流に近づけられる。このため、基準電流が適切に設定されていれば、光入力レベルに依存することなく、光入力を良好に電気信号に変換できる。
【００１１】
制御部は、電流モニタによって測定された電流が上限電流以下のときに、電圧モニタによって測定された電圧を下限電圧および上限電圧と比較し、電流モニタによって測定された電流が上限電流を超えるときは、電圧モニタによって測定された電圧を下限電圧および上限電圧のいずれとも比較しないようになっていてもよい。アバランシェフォトダイオードを流れる電流が上限電流以下のときにしか逆バイアス電圧に応じた電位差の調整が行われないので、アバランシェフォトダイオードの破損が確実に防止される。
【００１２】
光受信回路は、アバランシェフォトダイオードの周囲の温度を測定する温度モニタを更に備えていてもよい。制御部は、温度モニタによって測定された温度に応じて下限電圧、上限電圧および基準電流を決定してもよい。この場合、周囲温度に応じたアバランシェフォトダイオードの特性の変化を考慮に入れて電位差が調整される。したがって、アバランシェフォトダイオードを流れる電流、および逆バイアス電圧を、より適切に制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光受信回路は、バイアスライン上に生成される電位差を調整することでアバランシェフォトダイオードに過大な電流が流れないようにするので、高い光入力を受信したときにもアバランシェフォトダイオードの破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、理解の容易のため、図面に共通の同一または等価な要素には同様の参照番号を使用し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態の光受信回路の構成を示すブロック図である。光受信回路１０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２、抵抗器１４、可変電流回路１６、フォトダイオードモジュール１８、増幅回路２０、および制御回路２２を有する。以下では、これらの構成要素を順次に説明する。
【００１６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、外部から供給される直流電圧Ｖ０を変圧して、出力端子１２ａに直流の出力電圧Ｖ１を生成する電源回路である。出力電圧Ｖ１は、フォトダイオードモジュール１８中のアバランシェフォトダイオード２４（以下、「ＡＰＤ」と表記する）を駆動するための逆バイアス電圧である。出力端子１２ａとＡＰＤ２４のカソードとの間には、この逆バイアス電圧をＡＰＤ２４に印加するためのバイアスライン１５が電気的に接続されている。
【００１７】
抵抗器１４および可変電流回路１６は、バイアス調整部６０を構成している。バイアス調整部６０は、バイアスライン１５上に可変の電位差を生成し、ＡＰＤ２４に印加される逆バイアス電圧をその電位差だけ変化させる。抵抗器１４の一端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力端子１２ａに接続されており、抵抗器１４の他端は、バイアスライン１５上のノード４２を介して可変電流回路１６に接続されている。抵抗器１４は、抵抗器１４を流れる電流に応じた量の電圧降下を生じさせる。この電圧降下が、上述した可変の電位差である。可変電流回路１６は、可変の制御電流ＩＣを生成して抵抗器１４に供給する。この結果、抵抗器１４の両端には、制御電流ＩＣに応じた電圧降下が生じる。後述するように、制御電流ＩＣの大きさは、制御回路２２から可変電流回路１６に供給される制御電圧信号ＶＣに応じて決まる。
【００１８】
フォトダイオードモジュール１８は、アバランシェフォトダイオード２４および温度モニタ２６を内蔵している。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２が出力電圧Ｖ１を生成すると、それに応じて逆バイアス電圧ＶＡがＡＰＤ２４に印加され、ＡＰＤ２４が駆動される。この逆バイアス電圧ＶＡは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ１から抵抗器１４での電圧降下量を減じたものである。ＡＰＤ２４は、光導波路４４から供給される光入力信号ＯＩＮを受け取り、光入力信号ＯＩＮに応じて変調された電流ＩＡを生成する。温度モニタ２６は、例えばサーミスタである。温度モニタ２６は、ＡＰＤ２４の付近に配置され、ＡＰＤ２４の周囲温度を測定する。温度モニタ２６は、測定した温度を示す温度モニタ信号ＳＴを生成し、それを制御回路２２に送る。
【００１９】
ＡＰＤ２４のアノードには増幅回路２０が接続されている。本実施形態では、増幅回路２０は、演算増幅器３０および帰還抵抗器３２を含むトランスインピーダンスアンプである。このトランスインピーダンスアンプは、ＡＰＤ２４を流れる電流ＩＡを適当な増幅率で電気出力信号ＥＯＵＴに変換する。光入力信号ＯＩＮがデータ４６に応じて変調されていれば、光受信回路１０は、光入力信号ＯＩＮに応答して、データ４６を示す電気出力信号ＥＯＵＴを生成し、出力する。
【００２０】
なお、増幅回路２０は、トランスインピーダンスアンプに限られるものではなく、例えば、ＡＰＤ２４のアノードに接続された負荷抵抗器と、その負荷抵抗器の両端の電圧を増幅する電圧増幅器から構成されていてもよい。
【００２１】
バイアスライン１５上においてノード４２とＡＰＤ２４のカソードとの間には、電流モニタ２７が接続されている。電流モニタ２７は、ＡＰＤ２４を流れる電流ＩＡを測定する回路である。電流モニタ２７は、測定した電流ＩＡを示す電流モニタ信号ＳＩを生成し、それを制御回路２２に送る。電流モニタ２７の一例は、特開２００４−４０２３９号に開示されるように、電流ミラー回路と負荷抵抗器を含む回路である。
【００２２】
ＡＰＤ２４のカソードには電圧モニタ２８も接続されている。電圧モニタ２８は、ＡＰＤ２４に印加される逆バイアス電圧ＶＡを測定する回路である。電圧モニタ２８は、測定した逆バイアス電圧ＶＡを示す電圧モニタ信号ＳＶを生成し、それを制御回路２２に送る。電流モニタ２７の一例は、特開２００４−４０２３９号に開示されるように、直列接続された二つの抵抗器からなる抵抗分割回路である。
【００２３】
制御回路２２は、後述するように、可変電流回路１６を制御して制御電流ＩＣを調整することにより、抵抗器１４での電圧降下量を調節する。この電圧降下量に応じてＡＰＤ２４の逆バイアス電圧ＶＡおよび増倍率が変化する。したがって、制御回路２２は、制御電流ＩＣを調整することによりＡＰＤ２４の特性を制御することができる。制御回路２２は、ＣＰＵ３４に加えて、ＣＰＵ３４に接続されたストレージ部３６、Ａ／Ｄコンバータ３８およびＤ／Ａコンバータ４０を含んでいる。ストレージ部３６は、ＣＰＵ３４による逆バイアス電圧ＶＡの制御に必要なプログラムおよびデータを格納する。制御回路２２は、外部からの駆動電圧ＶＤの印加によって起動される。起動後、ＣＰＵ３４は、ストレージ部３６に格納されたプログラムを実行してＡＰＤ２４の逆バイアス電圧ＶＡを制御する。Ａ／Ｄコンバータ３８は、アナログ信号である温度モニタ信号ＳＴ、電流モニタ信号ＳＩおよび電圧モニタ信号ＳＶをディジタル信号に変換し、ＣＰＵ３４に転送する。Ｄ／Ａコンバータ４０は、ＣＰＵ３４によって生成されたディジタル制御信号をアナログ制御信号ＶＣに変換し、可変電流回路１６に供給する。可変電流回路１６の制御電流ＩＣの大きさは、この制御信号ＶＣに応じて変化する。
【００２４】
図２は、ストレージ部３６の構成を示す概略図である。ストレージ部３６は、ＲＯＭ３６ａとＲＡＭ３６ｂを含んでいる。ＲＯＭ３６ａには、ＡＰＤ２４の特性を制御するためのプログラム５０と、その制御に使用されるＬＵＴ（Look Up Table、参照テーブル）５２が記憶されている。ＲＯＭ３６ａには、さらに他の内容が記憶されていてもよい。ＲＡＭ３６ｂは、ＣＰＵ３４がプログラム５０を実行するために使用する主記憶装置である。光受信回路１０に電源が投入されると、ＣＰＵ３４は、ＲＯＭ３６ａからＲＡＭ３６ｂにプログラム５０を読み込み、実行する。その実行中、ＲＡＭ３６ｂには、温度モニタ２６、電流モニタ２７および電圧モニタ２８によって測定されたモニタ値ＴＡ、ＩＡおよびＶＡが随時、格納される。これらの値は、モニタ信号ＳＴ、ＳＩおよびＳＶをＡ／Ｄコンバータ３８によってディジタル化することにより得られる。つまり、ＴＡ、ＩＡおよびＶＡは、モニタ２６〜２８によって測定されたＡＰＤ２４の周囲温度ＴＡ、ＡＰＤ２４を流れる電流ＩＡおよびＡＰＤ２４に印加される逆バイアス電圧ＶＡをそれぞれ示す。以下では、ＴＡをＡＰＤ温度、ＩＡをＡＰＤ電流、ＶＡをＡＰＤ電圧と呼ぶことにする。
【００２５】
図３は、ＬＵＴ５２の内容を示す概略図である。ＬＵＴ５２には、上限制御電流ＩＣＭＡＸ、下限電圧ＶＭＩＮ、上限電圧ＶＭＡＸおよび基準電流ＩＲＥＦが、いくつかの基準温度の各々に対応付けて格納されている。制御回路２２は、これらの値に従ってＡＰＤ２４の特性を制御する。本実施形態では、三つの基準温度Ｔ１（＝０℃）、Ｔ２（＝２５℃）およびＴ３（＝５０℃）が定められている。図３では、ある一つの基準温度に対応付けられたＩＣＭＡＸ、ＶＭＩＮ、ＶＭＡＸおよびＩＲＥＦに、その基準温度と同じ添字が付されている。上限制御電流ＩＣＭＡＸは、その上限制御電流ＩＣＭＡＸに対応付けられた基準温度の環境下にＡＰＤ２４が配置されたときに許容される最大の制御電流ＩＣを示す。下限電圧ＶＭＩＮおよび上限電圧ＶＭＡＸは、その下限電圧ＶＭＩＮおよび上限電圧ＶＭＡＸに対応付けられた基準温度の環境下にＡＰＤ２４が配置されたときに許容される最小および最大のＡＰＤ電圧ＶＡをそれぞれ示す。基準電流ＩＲＥＦは、その基準電流ＩＲＥＦに対応付けられた基準温度の環境下にＡＰＤ２４が配置されたときにＡＰＤ２４に流れるべき標準的な電流を示す。
【００２６】
再び図１について説明する。抵抗器１４には、ＡＰＤ電流ＩＡに制御電流ＩＣを加えた電流、すなわちＩＡ＋ＩＣが流れる。このため、抵抗Ｒを有する抵抗器１４での電圧降下量ΔＶは、
ΔＶ＝（ＩＡ＋ＩＣ）・Ｒ      …（１）
となる。したがって、電圧降下量ΔＶは制御電流ＩＣに応じて変化する。ＡＰＤ電圧ＶＡは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ１から電圧降下量ΔＶを減じた電圧である。すなわち、
ＶＡ＝Ｖ１−ΔＶ      …（２）
である。したがって、ＡＰＤ電圧ＶＡは制御電流ＩＣに応じて変化する。このため、制御回路２２は、制御信号ＶＣを用いて制御電流ＩＣを調整し、それによってＡＰＤ電圧ＶＡを制御することができる。ＡＰＤ２４を流れる電流はＡＰＤ２４の光電変換の増倍率が上昇するにつれて増加し、増倍率はＡＰＤ電圧ＶＡが増加するにつれて上昇する。したがって、制御電流ＩＣを調整することにより、ＡＰＤ電流ＩＡを制御することができる。
【００２７】
光入力信号ＯＩＮの平均的なパワー、すなわち光入力レベルに応じてＡＰＤ電圧ＶＡを調節し、ＡＰＤ２４の増倍率を適切に制御すれば、広帯域特性と低雑音特性を得ることができる。例えば、１０Ｇｂｐｓの高速光通信で必要とされる約７ＧＨｚ以上の広帯域特性を確保し、さらに低雑音特性を獲得して、−２４ｄＢｍという低い光入力レベルでも誤りなく光通信を行うことが可能となる。また、光入力レベルが極めて高いときにＡＰＤ電圧ＶＡを調整してＡＰＤ２４の増倍率を低減すれば、ＡＰＤ２４に過大な電流が流れることを防止できる。制御回路２２は、制御電流ＩＣを調整することにより、このようなＡＰＤ２４の制御を行う。
【００２８】
以下では、図４〜図８を参照しながら、本実施形態における制御電流ＩＣの調整を説明する。図４は、制御電流ＩＣの調整処理を示すフローチャートである。図５〜図８は、図４の処理によって調整される制御電流ＩＣ、ＡＰＤ電圧ＶＡ、増倍率ＭおよびＡＰＤ電流ＩＡと光入力レベルとの関係の一例をそれぞれ示している。図５では、ＡＰＤ温度ＴＡが上述した基準温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ３に等しいときの制御電流ＩＣをそれぞれ示すグラフ１５１、１５２および１５３が示されている。同様に、図６では、ＡＰＤ温度ＴＡが基準温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ３に等しいときのＡＰＤ電圧ＶＡをそれぞれ示すグラフ１６１、１６２および１６３が示されている。図７および図８では、図面の簡単のため、ある一つのＡＰＤ温度ＴＡのもとでの増倍率ＭおよびＡＰＤ電流ＩＡが描かれている。
【００２９】
図４に示されるように、制御電流ＩＣの調整処理は、光受信回路１０への電源投入によって開始される（ステップＳ４０２）。光受信回路１０の電源が投入されると、制御回路２２に駆動電圧ＶＤが印加され、それによって制御回路２２が起動する。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２にも入力電圧Ｖ０が供給される。
【００３０】
制御回路２２は、まず、電源投入直後にＡＰＤ２４に過大な電圧が印加されないように制御電流ＩＣを調整する（ステップＳ４０４）。ＣＰＵ３４は、ＡＰＤ２４の最大動作温度ＴＭＡＸ（例えば５０℃）での上限制御電流ＩＣＭＡＸ決定し、可変電流回路１６がその上限制御電流ＩＣＭＡＸを生成するように制御信号ＶＣを調整する。温度ＴＭＡＸでの上限制御電流ＩＣＭＡＸは、ＬＵＴ５２に予め格納されていることが好ましい。この場合、ＣＰＵ３４は、その上限制御電流ＩＣＭＡＸをストレージ部３６から単に読み取るだけでよい。温度ＴＭＡＸでの上限制御電流ＩＣＭＡＸがＬＵＴ５２に格納されていない場合は、ＣＰＵ３４は、ＬＵＴ５２に格納された他の温度での上限制御電流ＩＣＭＡＸを用いて温度ＴＭＡＸでの上限制御電流ＩＣＭＡＸを算出する。制御信号ＶＣの調整によって温度ＴＭＡＸでの上限制御電流ＩＣＭＡＸが生成されるようになると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧Ｖ１に比較的大きな電圧降下が生じ、それに応じてＡＰＤ電圧ＶＡが十分に低くなる。この結果、電源投入直後におけるＡＰＤ２４への過大な電圧の印加を防止することができる。
【００３１】
次に、制御回路２２は、温度モニタ２６から温度モニタ信号ＳＴを取得し、ＡＰＤ温度ＴＡを示すディジタルデータに変換して、ＲＡＭ３６ｂのモニタ値格納領域５４に格納する（ステップＳ４０６）。このＡＰＤ温度ＴＡは、温度モニタ２６によって測定されたＡＰＤ２４の最新の周囲温度である。続いて、ＣＰＵ３４は、そのＡＰＤ温度ＴＡのもとでの上限制御電流ＩＣＭＡＸを決定し、可変電流回路１６がその上限制御電流ＩＣＭＡＸを生成するように制御信号ＶＣを調整する（ステップＳ４０８）。ＡＰＤ温度ＴＡでの上限制御電流ＩＣＭＡＸは、ＬＵＴ５２に格納された上限制御電流ＩＣＭＡＸ１〜ＩＣＭＡＸ３の一部または全部、それらの上限制御電流に対応付けられた基準温度、およびステップＳ４０６で取得したＡＰＤ温度ＴＡを用いて、例えば補間法により算出することができる。制御信号ＶＣの調整によってＡＰＤ温度ＴＡでの上限制御電流ＩＣＭＡＸが生成されるようになると、ＡＰＤ電圧ＶＡがＡＰＤ温度ＴＡに応じた所定の下限値に抑えられる。こうして、ＡＰＤの増倍率ＭがＡＰＤ温度ＴＡに応じて適切に制限される。
【００３２】
この後、ＣＰＵ３４は、電流モニタ２７および電圧モニタ２８から電流モニタ信号ＳＩおよび電圧モニタ信号ＳＶを取得し、ＡＰＤ電流ＩＡおよびＡＰＤ電圧ＶＡを示すディジタルデータに変換して、ＲＡＭ３６ｂのモニタ値格納領域５４に格納する（ステップＳ４１０）。ＣＰＵ３４は、こうして取得したＡＰＤ電流ＩＡおよびＡＰＤ電圧ＶＡを用いて、図５〜図８に例示されるようなＡＰＤ２４の制御を実行する。以下では、この制御のための処理を順次に説明する。
【００３３】
ＣＰＵ３４は、まず、ＡＰＤ電流ＩＡを所定の上限電流ＩＡＭＡＸと比較する（ステップＳ４１２）。この上限電流ＩＡＭＡＸの値はＣＰＵ３４が実行するプログラムに含まれていてもよいし、ＲＯＭ３６ａに格納されていてもよい。上限電流ＩＡＭＡＸは、ＡＰＤ２４の破損を防止する観点から定められる。通常、上限電流ＩＡＭＡＸは、ＡＰＤ２４の最大定格電流以下の値、より好ましくは最大定格電流の２分の１以下の値に定められる。
【００３４】
ＣＰＵ３４は、ＩＡがＩＡＭＡＸを超えると判断すると（ステップＳ４１２にてＮＯ）、ＩＡがＩＡＭＡＸに近づくように、制御電流ＩＣを増加させてＩＡを低減する（ステップＳ４１４）。ＣＰＵ３４は、制御電流ＩＣを所定の量だけ増加させてもよいし、あるいは制御電流ＩＣを（Ｖ１−ＶＡ）／Ｒ−ＩＡＭＡＸに変更してもよい。この後、ＣＰＵ３４は、再びＡＰＤ電流ＩＡおよびＡＰＤ電圧ＶＡを取得し（ステップＳ４１０）、ＩＡをＩＡＭＡＸと比較する（ステップＳ４１２）。このように、ＡＰＤ電流ＩＡが上限電流ＩＡＭＡＸ以下になるまで、ステップＳ４１０からステップＳ４１４に至る処理が繰り返される。
【００３５】
ＣＰＵ３４は、ＡＰＤ電流ＩＡが上限電流ＩＡＭＡＸ以下だと判断すると（ステップＳ４１２にてＹＥＳ）、ＡＰＤ電圧ＶＡをＡＰＤ温度ＴＡでの下限電圧ＶＭＩＮと比較する（ステップＳ４１６）。具体的に述べると、ＣＰＵ３４は、温度モニタ２６から温度モニタ信号ＳＴを取得し、ＲＡＭ３６ｂ中のＡＰＤ温度ＴＡを更新する。ＣＰＵ３４は、更新されたＡＰＤ温度ＴＡと、ＬＵＴ５２に格納された下限電圧ＶＭＩＮ１〜ＶＭＩＮ３の一部または全部と、それらの下限電圧に対応付けられた基準温度とを用いて、例えば補間法により温度ＴＡでの下限電圧ＶＭＩＮを算出する。こうして算出された下限電圧ＶＭＩＮがＡＰＤ電圧ＶＡと比較される。
【００３６】
ＣＰＵ３４は、ＶＡが温度ＴＡでのＶＭＩＮ未満だと判断すると（ステップＳ４１６にてＮＯ）、ＶＡがＶＭＩＮに近づくように、制御電流ＩＣを低減してＡＰＤ電圧ＶＡを増加させる（ステップＳ４１８）。ＣＰＵ３４は、制御電流ＩＣを所定の量だけ低減してもよいし、あるいは制御電流ＩＣを（Ｖ１−ＶＭＩＮ）／Ｒ−ＩＡに変更してもよい。この後、ＣＰＵ３４は、再びＡＰＤ電流ＩＡおよびＡＰＤ電圧ＶＡを取得し（ステップＳ４１０）、ステップＳ４１２以降の処理を実行する。このように、ＡＰＤ電流ＩＡが上限電流ＩＡＭＡＸ以下となり、かつＡＰＤ電圧ＶＡが下限電圧ＶＭＩＮ以上となるまで、ステップＳ４１０以降の処理が繰り返される。
【００３７】
ＣＰＵ３４は、ＶＡが温度ＴＡでのＶＭＩＮ以上だと判断すると（ステップＳ４１６にてＹＥＳ）、ＡＰＤ電圧ＶＡをＡＰＤ温度ＴＡでの上限電圧ＶＭＡＸと比較する（ステップＳ４１８）。具体的に述べると、ＣＰＵ３４は、温度モニタ２６から温度モニタ信号ＳＴを取得し、ＲＡＭ３６ｂ中のＡＰＤ温度ＴＡを更新する。ＣＰＵ３４は、更新されたＡＰＤ温度ＴＡと、ＬＵＴ５２に格納された上限電圧ＶＭＡＸ１〜ＶＭＩＮ３の一部または全部と、それらの上限電圧に対応付けられた基準温度とを用いて、例えば補間法により温度ＴＡでの上限電圧ＶＭＡＸを算出する。こうして算出された上限電圧ＶＭＡＸがＡＰＤ電圧ＶＡと比較される。
【００３８】
ＣＰＵ３４は、ＶＡが温度ＴＡでのＶＭＡＸを超えると判断すると（ステップＳ４２０にてＮＯ）、ＶＡがＶＭＡＸに近づくように、制御電流ＩＣを増加させてＡＰＤ電圧ＶＡを低減する（ステップＳ４２２）。ＣＰＵ３４は、制御電流ＩＣを所定の量だけ増加させてもよいし、あるいは制御電流ＩＣを（Ｖ１−ＶＭＡＸ）／Ｒ−ＩＡに変更してもよい。この後、ＣＰＵ３４は、再びＡＰＤ電流ＩＡおよびＡＰＤ電圧ＶＡを取得し（ステップＳ４１０）、ステップＳ４１２以降の処理を実行する。このように、ＩＡがＩＡＭＡＸ以下となり、ＶＡがＶＭＩＮ以上ＶＭＡＸ以下となるまで、ステップＳ４１０以降の処理が繰り返される。
【００３９】
ＣＰＵ３４は、ＶＡが温度ＴＡでのＶＭＡＸ以下だと判断すると（ステップＳ４２０にてＹＥＳ）、ＩＡが温度ＴＡでの基準電流ＩＲＥＦに近づくように制御電流ＩＣを調整する（ステップＳ４２４）。具体的に述べると、ＣＰＵ３４は、温度モニタ２６から温度モニタ信号ＳＴを取得し、ＲＡＭ３６ｂ中のＡＰＤ温度ＴＡを更新する。ＣＰＵ３４は、更新されたＡＰＤ温度ＴＡと、ＬＵＴ５２に格納された基準電流ＩＲＥＦ１〜ＩＲＥＦ３の一部または全部と、それらの基準電流に対応付けられた基準温度とを用いて、例えば補間法により温度ＴＡでの基準電流ＩＲＥＦを算出する。基準電流ＩＲＥＦ１〜ＩＲＥＦ３は、対応する基準温度の環境下にＡＰＤ２４が配置されたときに適切な信号伝送特性が得られるように決定される。ＣＰＵ３４は、こうして算出された基準電流ＩＲＥＦをＡＰＤ電流ＩＡと比較し、その結果に基づいて制御電流ＩＣを調整する。例えば、ＣＰＵ３４は、ＩＡ＞ＩＲＥＦならＩＣを増加させ、ＩＡ＜ＩＲＥＦならＩＣを低減し、ＩＡ＝ＩＲＥＦなら現在のＩＣを維持する。
【００４０】
この後、ステップＳ４１０に処理が戻り、以降の処理が再び実行される。このように、制御回路２２は、ＡＰＤ電流ＩＡをＩＡＭＡＸ以下に調整し、ＡＰＤ電圧ＶＡをＶＭＩＮ以上ＶＭＡＸ以下に調整した後、ＡＰＤ電流ＩＡをＡＰＤ温度ＴＡに応じた基準電流ＩＲＥＦに調整する。
【００４１】
以下では、図５〜図８を参照しながら、制御電流ＩＣの調整について更に説明する。これらの図では、光入力レベルが四つの領域Ａ〜Ｄに分けられている。上述のように、制御回路２２は、ＡＰＤ電流ＩＡに応じて制御電流ＩＣを調整する。ＡＰＤ電流ＩＡは光入力レベルに応じて変化するから、制御電流ＩＣは光入力レベルに応じて様々な値に調整されることになる。ＡＰＤ電流ＩＡが上限電流ＩＡＭＡＸを超えない光入力レベルの領域Ａ〜Ｃでは、光入力信号ＯＩＮを誤りなく電気出力信号ＥＯＵＴに変換するために制御電流ＩＣが調整される。制御回路２２は、ＡＰＤ電圧ＶＡが下限電圧を下回ったり上限電圧を超えたりしない限り、ＡＰＤ電流ＩＡを、適切な信号伝送特性が得られる基準電流ＩＲＥＦに調整する。したがって、図８に示されるように、領域Ｂでは、光入力レベルが変化しても、ＡＰＤ電流ＩＡがＩＲＥＦに維持される。このようなＡＰＤ電流ＩＡを得るため、図５〜図７に示されるように、制御回路２２は、領域Ｂにおいて光入力レベルが上昇するにつれて制御電流ＩＣを増加させ、それによりＡＰＤ電圧ＶＡおよびＡＰＤ２４の増倍率Ｍを低減する。
【００４２】
図６に示されるように、領域Ｂと光入力レベルがより低い領域Ａとの境界では、ＡＰＤ電圧ＶＡが上限電圧ＶＭＡＸに到達する。領域ＡにおいてＩＡ＝ＩＲＥＦを維持するためには、ＡＰＤ電圧ＶＡをさらに増加させる必要がある。その結果、ＡＰＤ電圧ＶＡが上限電圧ＶＭＡＸを上回り、それに応じて増倍率Ｍも上限増倍率ＭＭＡＸを上回ることになる。しかし、増倍率Ｍが過度に高いと、信号伝送に必要な周波数帯域を得ることができなくなる。そこで、上述のように、制御回路２２は、ＶＡがＶＭＡＸを超えると、制御電流ＩＣを増加してＶＡをＶＭＡＸに近づける。この結果、図６および図７に示されるように、領域Ａでは、ＡＰＤ電圧ＶＡが上限電圧ＶＭＡＸに保たれ、増倍率Ｍも上限増倍率ＭＭＡＸに保たれる。このようなＡＰＤ電圧ＶＡおよび増倍率Ｍを得るため、図５に示されるように、制御回路２２は、領域Ａにおいて光入力レベルが低下するにつれて制御電流ＩＣを増加する。この結果、信号伝送に必要な周波数帯域を確保することができる。
【００４３】
上限増倍率ＭＭＡＸは、好ましくは、所定の伝送レートのもとで必要とされる周波数帯域が得られる増倍率Ｍの最大値である。例えば、１０Ｇｂｐｓの伝送レートのもとで必要とされる７ＧＨｚ以上の帯域は、ＡＰＤ２４の増倍率Ｍが約１０以下のときに得られる。この場合、ＭＭＡＸは約１０であることが好ましい。上述した上限電圧ＶＭＡＸは、この上限増倍率ＭＭＡＸに応じて設定される。
【００４４】
再び図６を参照すると、領域Ｂと光入力レベルがより高い領域Ｃとの境界では、ＡＰＤ電圧ＶＡが下限電圧ＶＭＩＮに到達する。領域ＣにおいてＩＡ＝ＩＲＥＦを維持するためには、ＡＰＤ電圧ＶＡをさらに低減する必要がある。その結果、ＡＰＤ電圧ＶＡが下限電圧ＶＭＩＮを下回り、それに応じて増倍率Ｍも下限増倍率ＭＭＩＮを下回ることになる。しかし、増倍率Ｍが過度に低いと、信号伝送に必要な周波数帯域を得ることができなくなる。そこで、上述のように、制御回路２２は、ＶＡがＶＭＩＮ未満になると、制御電流ＩＣを低減してＶＡをＶＭＩＮに近づける。この結果、図６および図７に示されるように、領域Ｃでは、ＡＰＤ電圧ＶＡが下限電圧ＶＭＩＮに保たれ、増倍率Ｍも下限増倍率ＭＭＩＮに保たれる。このようなＡＰＤ電圧ＶＡおよび増倍率Ｍを得るため、図５に示されるように、制御回路２２は、領域Ｃにおいて光入力レベルが上昇するにつれて制御電流ＩＣを低減する。この結果、信号伝送に必要な周波数帯域を確保することができる。
【００４５】
下限増倍率ＭＭＩＮは、好ましくは、所定の伝送レートのもとで必要とされる周波数帯域が得られる増倍率Ｍの最小値である。例えば、１０Ｇｂｐｓの伝送レートのもとでは７ＧＨｚ以上の帯域が必要とされ、その帯域はＡＰＤ２４の増倍率Ｍが約３以上のときに得られる。この場合、ＭＭＩＮは約３であることが好ましい。上述した下限電圧ＶＭＩＮは、この下限増倍率ＭＭＩＮに応じて設定される。
【００４６】
図８に示されるように、領域Ｃでは、光入力パワーの上昇にともなってＡＰＤ電流ＩＡが増加する。領域Ｃと光入力レベルがより高い領域Ｄ（図８では、−５ｄＢｍ以上０ｄＢｍ以下）との境界では、ＡＰＤ電流ＩＡが上限電流ＩＡＭＡＸに到達する。上述のように、制御回路２２は、ＩＡがＩＡＭＡＸを超えると、制御電流ＩＣを増加させてＩＡをＩＡＭＡＸに近づける。この結果、領域Ｄでは、ＡＰＤ電流ＩＡが上限電流ＩＡＭＡＸに保たれる。このようなＡＰＤ電流ＩＡを得るため、図５〜図７に示されるように、制御回路２２は、領域Ｄにおいて光入力レベルが上昇するにつれて制御電流ＩＣを増加させ、それによりＡＰＤ電圧ＶＡおよびＡＰＤ２４の増倍率Ｍを低減する。このような制御によって、最大定格電流を超える電流がＡＰＤ２４を流れないようにすることができる。
【００４７】
以下では、本実施形態の利点を説明する。光受信回路１０は、ＡＰＤ電圧に上限および下限を定めて必要な信号帯域を確保するだけでなく、ＡＰＤ電流に上限を定めることにより、ＡＰＤ２４に過大な電流が流れないようにしてＡＰＤ２４の破損を防止することができる。光入力レベルが極めて高いときにまでＡＰＤ電圧を下限電圧以上に保つと、ＡＰＤ電流が過大になるおそれがある。しかし、本実施形態では、図４に示されるように、ＡＰＤ電流と上限電流との比較（ステップＳ４１２）がＡＰＤ電圧と下限電圧との比較（ステップＳ４１６）に先だって行われるため、ＡＰＤ電流が上限電流以下でない限り、ＡＰＤ電圧を下限電圧以上に保つ処理は行われない。したがって、光入力レベルが極めて高いときにも、ＡＰＤ２４の破損を確実に防止することができる。
【００４８】
ＡＰＤ電圧は、バイアスライン１５に生成される可変の電位差、すなわち抵抗器１４での電圧降下量に従って制御される。電圧降下量は、可変電流回路１６から抵抗器１４に供給される制御電流ＩＣに応じて決定される。したがって、ＡＰＤ２４に印加される逆バイアス電圧を簡易な回路構成で調整できる。
【００４９】
上限電流ＩＡＭＡＸ、下限電圧ＶＭＩＮおよび上限電圧ＶＭＡＸがＡＰＤ温度に応じて決定されるので、ＡＰＤ温度に応じたＡＰＤ２４の特性の変化を考慮に入れて、ＡＰＤ電流およびＡＰＤ電圧を適切に制御することができる。
【００５０】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５１】
上記実施形態では、複数の基準温度に対応付けられたＬＵＴ５２内の制御パラメータを用いて補間法などの計算により、ＡＰＤ温度ＴＡに対応する制御パラメータを決定する。しかし、ＡＰＤ温度に応じた制御パラメータの決定方法は、これに限定されるものではない。例えば、複数の基準温度の各々に対応付けて複数の制御パラメータを記憶装置に格納しておき、ＡＰＤ温度ＴＡに最も近い基準温度に対応付けられた制御パラメータを、そのＡＰＤ温度ＴＡに対応する制御パラメータとみなしてしてもよい。
【００５２】
上記実施形態の光受信回路は、ＡＰＤ電圧を生成してバイアスライン１５に供給する電源回路として、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を含んでいる。しかし、このような電源回路は、光受信回路の外部に配置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は光受信回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図２はストレージ部の構成を示す概略図である。
【図３】図３はＬＵＴの内容を示す概略図である。
【図４】図４は制御電流の調整処理を示すフローチャートである。
【図５】図５は光入力レベルと制御電流との関係の一例を示している。
【図６】図６は光入力レベルと逆バイアス電圧との関係の一例を示している。
【図７】図７は光入力レベルとアバランシェフォトダイオードの増倍率との関係の一例を示している。
【図８】図８は光入力レベルとアバランシェフォトダイオードを流れる電流との関係の一例を示している。
【符号の説明】
【００５４】
１０…光受信回路、１２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、１４…抵抗器、１５…バイアスライン、１６…可変電流回路、１８…フォトダイオードモジュール、２０…増幅部、２２…制御回路、２４…アバランシェフォトダイオード、２６…温度モニタ、２７…電流モニタ、２８…電圧モニタ、３０…演算増幅器、３２…帰還抵抗器、３４…ＣＰＵ、３６…ストレージ部、３８…Ａ／Ｄコンバータ、４０…Ｄ／Ａコンバータ、６０…バイアス調整部。
【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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