(57)【要約】【課題】電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することが可能な光通信モジュール、光通信装置および光通信方法を提供する。【解決手段】光通信モジュールは、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。【選択図】図４
2015106784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える、光通信モジュール。
【請求項２】
前記比較基準は、
前記電気信号の周波数成分が前記受光素子の増倍率の変化に対して略一定となる領域における前記電気信号の周波数成分、
前記電気信号の直流成分、または、
前記電気信号のすべての周波数成分、である、請求項１に記載の光通信モジュール。
【請求項３】
前記調整部は、前記比較結果が所定値になるように前記増倍率を調整し、
前記所定値は、前記受光素子の増倍率の目標値に基づいて設定される、請求項１または請求項２に記載の光通信モジュール。
【請求項４】
前記光通信モジュールは、さらに、
前記調整部による前記増倍率の調整を制限する制限部を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光通信モジュール。
【請求項５】
他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える、光通信装置。
【請求項６】
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、
比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含む、光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信モジュール、光通信装置および光通信方法に関し、特に、電流増幅作用を有する受光素子を備える光通信モジュール、光通信装置および光通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットが広く普及しており、利用者は世界各地で運営されているサイトの様々な情報にアクセスし、その情報を入手することが可能である。これに伴って、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）およびＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）等のブロードバンドアクセスが可能な装置も急速に普及してきている。
【０００３】
ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．３ａｈ（登録商標）−２００４（非特許文献１）には、複数の宅側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）が光通信回線を共有して局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）とのデータ伝送を行なう媒体共有形通信である受動的光ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の１つの方式が開示されている。すなわち、ＰＯＮを通過するユーザ情報およびＰＯＮを管理運用するための制御情報を含め、すべての情報がイーサネット（登録商標）フレームの形式で通信されるＥＰＯＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  ＰＯＮ）と、ＥＰＯＮのアクセス制御プロトコル（ＭＰＣＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））およびＯＡＭ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）プロトコルとが規定されている。局側装置と宅側装置との間でＭＰＣＰフレームをやりとりすることによって、宅側装置の加入、離脱、および上りアクセス多重制御などが行なわれる。また、非特許文献１では、ＭＰＣＰメッセージによる、新規宅側装置の登録方法、帯域割り当て要求を示すレポート、および送信指示を示すゲートについて記載されている。
【０００４】
なお、１ギガビット／秒の通信速度を実現するＥＰＯＮであるＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａ  Ｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）の次世代の技術として、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖ（登録商標）−２００９として標準化が行なわれた１０Ｇ−ＥＰＯＮすなわち通信速度が１０ギガビット／秒相当のＥＰＯＮにおいても、アクセス制御プロトコルはＭＰＣＰが前提となっている。
【０００５】
ところで、ＰＯＮシステム等において長距離光伝送を実現するために、たとえば受光感度の高いアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が受光素子として使用される。ＡＰＤは、電流増幅作用を有する受光素子であり、ＡＰＤにおいて、高い温度依存性を有するキャリア増倍係数すなわち増倍率を精度良く維持するためには、ＡＰＤへの逆バイアス電圧を、ＡＰＤの温度に応じて調整する必要がある。
【０００６】
ＡＰＤの増倍率を調整するための技術として、たとえば、特開２００５−１３５９９４号公報（特許文献１）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光受信器における受光素子は、第１の面および第２の面を有する基板と、前記基板の前記第１の面上に設けられた受光層および拡散領域を有するＰＩＮフォトダイオード部と、前記基板の前記第２の面上に設けられた受光層、増倍層および拡散領域を有するアバランシェフォトダイオード部と、を備え、前記基板は、受けた信号光を透過させる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  Ｓｔｄ  ８０２．３ａｈ（登録商標）−２００４
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１３５９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ＡＰＤの他にＰＩＮフォトダイオードが必要となり、また、信号光を透過させる基板を設ける必要があるため、製造コストが高くなってしまう。
【００１０】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することが可能な光通信モジュール、光通信装置および光通信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光通信モジュールは、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。
【００１２】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光通信装置は、他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。
【００１３】
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光通信方法は、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含む。
【００１４】
本発明は、このような特徴的な処理部を備える光通信モジュールとして実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現することができる。また、光通信モジュールの一部又は全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＯＮシステムの構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＯＮシステムにおけるＯＮＵの構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係るＯＮＵにおける光通信モジュールの構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の電流増倍特性の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子への逆バイアス電圧および通信品質の関係の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率とカットオフ周波数との関係の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施の形態に係るバイアス制御部におけるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率調整方法の手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＯＮシステムにおける光通信モジュールが受信する下り光信号を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す下り光信号に対してＦＦＴ演算を行なった結果を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光信号の伝達特性を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるフィードバック制限部の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールの変形例におけるバイアス制御部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１８】
（１）本発明の実施の形態に係る光通信モジュールは、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。
【００１９】
このように、受光素子の増倍率のフィードバック制御を行なう構成により、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率を安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、ＰＩＮフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。したがって、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。
【００２０】
（２）好ましくは、前記比較基準は、前記電気信号の周波数成分が前記受光素子の増倍率の変化に対して略一定となる領域における前記電気信号の周波数成分、前記電気信号の直流成分、または、前記電気信号のすべての周波数成分、である。
【００２１】
このような構成により、上記３つの成分のうちのいずれかを比較基準として、比較結果として適切な値を算出することができる。
【００２２】
（３）好ましくは、前記調整部は、前記比較結果が所定値になるように前記増倍率を調整し、前記所定値は、前記受光素子の増倍率の目標値に基づいて設定される。
【００２３】
このような構成により、比較結果と所定値との比較による簡易な演算処理で、受光素子の増倍率が目標値になるような逆バイアス電圧の調整を行なうことができる。すなわち、増倍率を、受光素子の温度変化によらず一定値に制御することができる。
【００２４】
（４）好ましくは、前記光通信モジュールは、さらに、前記調整部による前記増倍率の調整を制限する制限部を備える。
【００２５】
このような構成により、たとえば光通信モジュールへの入力光が微小であり、取得部の測定精度に関し一定水準を確保することができない場合でも、逆バイアス電圧が誤った値に設定されることを防ぐことができる。
【００２６】
（５）本発明の実施の形態に係る光通信装置は、他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備える。
【００２７】
このように、受光素子の増倍率のフィードバック制御を行なう構成により、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率を安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、ＰＩＮフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。したがって、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。
【００２８】
（６）本発明の実施の形態に係る光通信方法は、受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含む。
【００２９】
このように、受光素子の増倍率のフィードバック制御を行なうことにより、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率を安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、ＰＩＮフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。したがって、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【００３１】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＯＮシステムの構成を示す図である。
【００３２】
図１を参照して、ＰＯＮシステム３０１は、たとえば１０Ｇ−ＥＰＯＮであり、ＯＮＵ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃと、上位ネットワークに接続された局側装置２０１と、スプリッタＳＰとを備える。ＯＮＵ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃと局側装置２０１とは、スプリッタＳＰおよび光ファイバＯＰＴＦを介して接続され、互いに光信号を送受信する。
【００３３】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＯＮシステムにおけるＯＮＵの構成を示す図である。
【００３４】
図２を参照して、ＯＮＵ２０２は、光通信モジュール１０１と、ＰＯＮ受信処理部９２と、バッファメモリ９３と、ＵＮ送信処理部９４と、ＵＮＩ（Ｕｓｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート９５と、ＵＮ受信処理部９６と、バッファメモリ９７と、ＰＯＮ送信処理部９８と、制御部９９とを備える。
【００３５】
光通信モジュール１０１は、ＯＮＵ２０２に対して脱着可能である。光通信モジュール１０１は、局側装置２０１から送信される下り光信号を受信し、電気信号に変換して出力する。
【００３６】
ＰＯＮ受信処理部９２は、光通信モジュール１０１から受けた電気信号からフレームを再構成するとともに、フレームの種別に応じて制御部９９またはＵＮ送信処理部９４にフレームを振り分ける。具体的には、ＰＯＮ受信処理部９２は、データフレームをバッファメモリ９３経由でＵＮ送信処理部９４へ出力し、制御フレームを制御部９９へ出力する。
【００３７】
制御部９９は、各種制御情報を含む制御フレームを生成し、ＵＮ送信処理部９４へ出力する。
【００３８】
ＵＮ送信処理部９４は、ＰＯＮ受信処理部９２から受けたデータフレームおよび制御部９９から受けた制御フレームをＵＮＩポート９５経由で図示しないパーソナルコンピュータ等のユーザ端末へ送信する。
【００３９】
ＵＮ受信処理部９６は、ＵＮＩポート９５経由でユーザ端末から受信したデータフレームをバッファメモリ９７経由でＰＯＮ送信処理部９８へ出力し、ＵＮＩポート９５経由でユーザ端末から受信した制御フレームを制御部９９へ出力する。
【００４０】
制御部９９は、ＭＰＣＰおよびＯＡＭ等、局側装置２０１およびＯＮＵ２０２間のＰＯＮ回線の制御および管理に関する宅側処理を行なう。すなわち、ＰＯＮ回線に接続されている局側装置２０１とＭＰＣＰメッセージおよびＯＡＭメッセージをやりとりすることによって、アクセス制御等の各種制御を行なう。制御部９９は、各種制御情報を含む制御フレームを生成し、ＰＯＮ送信処理部９８へ出力する。また、制御部９９は、ＯＮＵ２０２における各ユニットの各種設定処理を行なう。
【００４１】
ＰＯＮ送信処理部９８は、ＵＮ受信処理部９６から受けたデータフレームおよび制御部９９から受けた制御フレームを光通信モジュール１０１へ出力する。
【００４２】
光通信モジュール１０１は、ＰＯＮ送信処理部９８から受けた電気信号であるデータフレームおよび制御フレームを光信号に変換し、局側装置２０１へ送信する。
【００４３】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るＯＮＵにおける光通信モジュールの構成を示す図である。
【００４４】
図３を参照して、光通信モジュール１０１は、バースト送信部１５１と、受信部１５２とを含む。バースト送信部１５１は、プリアンプ８６と、出力バッファ回路（変調電流供給回路）８７と、バイアス電流供給回路８８と、発光回路８９とを含む。発光回路８９は、発光素子ＬＤと、インダクタＬ１，Ｌ２とを含む。受信部１５２は、受光素子ＰＤと、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）８１と、ＬＩＡ（制限アンプ）８２と、バイアス制御部８３と、出力バッファ８５とを含む。
【００４５】
バースト送信部１５１において、プリアンプ８６は、ＵＮ受信処理部９６からのデータフレームおよび制御部９９からの制御フレームである送信データを受けて、当該送信データを増幅して出力する。たとえば、プリアンプ８６は、当該送信データを、信号線ＩＮＰ，ＩＮＮから差動信号として受ける。
【００４６】
出力バッファ回路８７は、プリアンプ８６から受けた送信データに基づいて、発光回路８９に変調電流を供給する。この変調電流は、局側装置２０１へ送信すべきデータの論理値に応じた大きさの電流である。
【００４７】
発光回路８９は、上り光信号を局側装置２０１へ送信する。発光回路８９において、発光素子ＬＤは、固定電圧たとえば電源電圧Ｖｃｃの供給される電源ノードにインダクタＬ１を介して接続され、また、バイアス電流供給回路８８にインダクタＬ２を介して接続されている。発光素子ＬＤは、バイアス電流供給回路８８から供給されたバイアス電流、および出力バッファ回路８７から供給された変調電流に基づいて発光し、かつ発光強度を変更する。
【００４８】
受信部１５２において、受光素子ＰＤは、たとえばアバランシェフォトダイオードである。受光素子ＰＤは、局側装置２０１から受信した光信号を電気信号たとえば電流に変換して出力する。
【００４９】
ＴＩＡ８１は、受光素子ＰＤから受けた電流を電圧に変換し、変換した電圧すなわち電気信号をＬＩＡ８２へ出力する。
【００５０】
ＬＩＡ８２は、ＴＩＡ８１から受けた電圧のレベルを２値化し、受信データとして出力する。
【００５１】
出力バッファ８５は、ＬＩＡ８２から受けた受信データを増幅してＰＯＮ受信処理部９２へ出力する。たとえば、出力バッファ８５は、当該受信データを、差動信号として信号線ＯＵＴＰ，ＯＵＴＮから出力する。
【００５２】
バイアス制御部８３は、固定電圧たとえば電源電圧Ｖｃｃの供給される電源ノードに接続され、受光素子ＰＤにバイアス電圧を供給する。バイアス制御部８３は、バイアス電圧の調整機能を有する。
【００５３】
また、たとえば、発光素子ＬＤは、アセンブリされた発光モジュール（以下、ＴＯＳＡ：Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙとも称する。）に内蔵されている。また、受光素子ＰＤおよびＴＩＡ８１、ならびにバイアス制御部８３の一部は、アセンブリされた受光モジュール（以下、ＲＯＳＡ：Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙとも称する。）に内蔵されている。
【００５４】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。
【００５５】
図４を参照して、バイアス制御部８３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（基準作成部）１１と、ＣＰＵ（演算部および調整部）１２と、抵抗１４，１５と、対象作成部５２とを含む。対象作成部５２は、振幅検知回路４３と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）４４とを含む。抵抗１４，１５の抵抗値は、それぞれＲａ，Ｒｂである。なお、抵抗１４，１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に含まれていてもよい。また、光通信モジュール１０１における受信部１５２は、さらに、キャパシタ４５，４６を含む。
【００５６】
受光素子ＰＤは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に接続されたカソードと、ＴＩＡ８１の入力端に接続されたアノードとを有する。抵抗１４は、ＣＰＵ１２の出力端およびＤＣ／ＤＣコンバータ１１の入力端に接続された第１端と、接地ノードに接続された第２端とを有する。抵抗１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力端およびＣＰＵ１２の入力端に接続された第１端と、接地ノードに接続された第２端とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、ＴＩＡ８１およびＬＩＡ８２に電源電圧Ｖｃｃが供給されている。
【００５７】
また、キャパシタ４５は、ＴＩＡ８１の差動出力の一方に接続された第１端と、ＬＩＡ８２の差動入力の一方に接続された第２端とを有する。キャパシタ４６は、ＴＩＡ８１の差動出力の他方に接続された第１端と、ＬＩＡ８２の差動入力の他方に接続された第２端とを有する。
【００５８】
受光素子ＰＤは、局側装置２０１から光ファイバＯＰＴＦ経由で受信した光信号Ｐｉｎの強度に応じた電流ＩａｐｄをＴＩＡ８１へ出力する。また、受光素子ＰＤは、逆バイアス電圧Ｖａｐｄによる増倍率Ｍの変更が可能である。
【００５９】
キャパシタ４５，４６は、ＴＩＡ８１およびＬＩＡ８２間のＡＣ結合用に設けられている。キャパシタ４５，４６により、ＴＩＡ８１からＬＩＡ８２への信号の直流成分が遮断される。たとえば、キャパシタ４５，４６の容量値は０．１マイクロファラッドである。
【００６０】
ＢＰＦ４４は、キャパシタ４５，４６の第２端に接続され、ＴＩＡ８１からキャパシタ４５，４６経由で受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる。
【００６１】
振幅検知回路４３は、ＢＰＦ４４を通過した電気信号の振幅を検知し、検知した振幅の大きさを示す電圧Ｖｆ２をＣＰＵ１２へ出力する。
【００６２】
ここで、ＴＩＡ８１およびＬＩＡ８２間の信号ラインから振幅検知回路４３までの経路の長さは、当該経路がスタブとして機能する可能性があることから、できるだけ短くすることが好ましい。
【００６３】
ＣＰＵ１２は、内蔵するＡ／Ｄコンバータによって電圧Ｖｆ２のデジタル値を取得する。このように、ＣＰＵ１２の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール１０１における部品点数を削減することができる。
【００６４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、受光素子ＰＤの出力電流Ｉａｐｄに対応する電流Ｉｒｓｓｉを出力する。この電流Ｉｒｓｓｉは、電流Ｉａｐｄよりも周波数帯域の低い電流である。
【００６５】
電流Ｉｒｓｓｉは、抵抗１５によって電圧Ｖｒｓｓｉに変換され、ＣＰＵ１２に供給される。ＣＰＵ１２は、内蔵するＡ／Ｄコンバータによって電圧Ｖｒｓｓｉのデジタル値を取得する。このように、ＣＰＵ１２の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール１０１における部品点数を削減することができる。
【００６６】
ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２に基づいて受光素子ＰＤへの逆バイアス電圧Ｖａｐｄを調整する。
【００６７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、ＣＰＵ１２による逆バイアス電圧Ｖａｐｄの調整に従って、受光素子ＰＤに逆バイアス電圧Ｖａｐｄを供給する。
【００６８】
より詳細には、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２に基づいて電流Ｉｃｔｒｌを生成して出力する。電流Ｉｃｔｒｌは、抵抗１４によって電圧Ｖｃｔｒｌに変換され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に供給される。
【００６９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、ＣＰＵ１２から受けた電圧Ｖｃｔｒｌに基づいて、受光素子ＰＤに逆バイアス電圧Ｖａｐｄを供給する。
【００７０】
具体的には、逆バイアス電圧Ｖａｐｄは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の回路構成で定まる係数Ｋ１，Ｋ２、および電圧Ｖｃｔｒｌを用いて、以下の式（Ｂ１）で表される。
Ｖａｐｄ＝Ｋ１×Ｖｃｔｒｌ＋Ｋ２  ・・・（Ｂ１）
【００７１】
また、抵抗１４の抵抗値をＲａとすると、電圧Ｖｃｔｒｌは、ＣＰＵ１２の出力電流Ｉｃｔｒｌを用いて、以下の式（Ｂ２）で表される。
Ｖｃｔｒｌ＝Ｉｃｔｒｌ×Ｒａ  ・・・（Ｂ２）
【００７２】
式（Ｂ１）および式（Ｂ２）より、受光素子ＰＤへの逆バイアス電圧Ｖａｐｄは、ＣＰＵ１２の出力電流Ｉｃｔｒｌによって変更されることが分かる。
【００７３】
たとえば、ＣＰＵ１２は、内蔵するＤ／Ａコンバータによって制御デジタル値から電流Ｉｃｔｒｌへの変換を行なう。このように、ＣＰＵ１２の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール１０１における部品点数を削減することができる。
【００７４】
また、受光素子ＰＤの増倍率をＭとし、受光素子ＰＤの受光感度をＲＳ［Ａ／Ｗ］とし、受光素子ＰＤの受光強度をＰｉｎ［Ｗ］とすると、受光素子ＰＤの出力電流Ｉａｐｄ［Ａ］は、以下の式（Ｃ１）で表される。
Ｉａｐｄ＝Ｍ×ＲＳ×Ｐｉｎ  ・・・（Ｃ１）
【００７５】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の電流増倍特性の一例を示す図である。図５において、横軸は逆バイアス電圧Ｖａｐｄであり、縦軸は出力電流Ｉａｐｄである。
【００７６】
図５を参照して、受光素子ＰＤへの逆バイアス電圧Ｖａｐｄを大きくするほど、出力電流Ｉａｐｄは大きくなる。すなわち、増倍率Ｍは大きくなる。
【００７７】
より詳細には、受光素子ＰＤの増倍率Ｍは、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが小さいとき、逆バイアス電圧Ｖａｐｄをある一定の範囲で変化させてもアバランシェ増倍が発生せず、一定となる。このときの増倍率Ｍを１とする。
【００７８】
そして、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが、上記範囲に含まれるＶ１から上昇してＶ２になると、逆バイアス電圧ＶａｐｄがＶ１のときと比べて出力電流Ｉａｐｄは１０倍となる。すなわち、逆バイアス電圧ＶａｐｄがＶ２のとき、増倍率Ｍは１０である。
【００７９】
また、受光素子ＰＤの増倍率Ｍは強い温度特性を有し、図５に示すように、受光素子ＰＤの温度が上昇すると出力電流Ｉａｐｄが小さくなり、受光素子ＰＤの温度が下降すると出力電流Ｉａｐｄが大きくなる。すなわち、受光素子ＰＤの温度が上昇すると、逆バイアス電圧Ｖａｐｄに対する増倍率Ｍが小さくなり、受光素子ＰＤの温度が下降すると、逆バイアス電圧Ｖａｐｄに対する増倍率Ｍが大きくなる。
【００８０】
図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子への逆バイアス電圧および通信品質の関係の一例を示す図である。図６において、横軸は逆バイアス電圧Ｖａｐｄであり、縦軸はビットエラーレートである。
【００８１】
図６を参照して、増倍率Ｍが１０となるような逆バイアス電圧Ｖａｐｄを設定した状態から、逆バイアス電圧Ｖａｐｄを大きくして増倍率Ｍを大きくすると、受光素子ＰＤの周波数帯域が低下し、また、ノイズが増大することにより、Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）比が劣化し、ビットエラーレートが上昇する。
【００８２】
一方、増倍率Ｍが１０となるような逆バイアス電圧Ｖａｐｄを設定した状態から、逆バイアス電圧Ｖａｐｄを小さくして増倍率Ｍを小さくすると、受光素子ＰＤの受光感度が小さくなり、より強度の小さい光信号を受信することが困難となるため、Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）比が劣化し、ビットエラーレートが上昇する。
【００８３】
このように、増倍率Ｍには最適値が存在し、たとえば、１０前後が最適値である。また、図５で説明したように増倍率Ｍは温度特性を有することから、受光素子ＰＤの温度に応じて増倍率Ｍを調整し、最適値を維持する必要がある。
【００８４】
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率とカットオフ周波数との関係の一例を示す図である。
【００８５】
図７において、横軸は受光素子ＰＤの増倍率Ｍであり、ログスケールである。縦軸はカットオフ周波数、すなわち受光素子ＰＤによって光信号Ｐｉｎから変換される電気信号のゲインが低周波と比べて所定値たとえば３ｄＢ低下する周波数である。Ｇ１は、光信号Ｐｉｎの強度を一定値とした状態における受光素子ＰＤの増倍率に対するカットオフ周波数の測定結果をプロットしたグラフである。Ｇ２は、受光素子ＰＤのＧＢ積すなわち増倍率およびカットオフ周波数の積が一定値となる特性を示すグラフである。グラフＧ２は、一定値として１０×４ＧＨｚ＝４０ＧＨｚのＧＢ積を示している。
【００８６】
図７を参照して、本願発明者は、種々の実験を行なうことにより、光通信モジュール１０１が受信する光信号Ｐｉｎのビットエラーレートが良好な値となる増倍率Ｍの条件下において、ＧＢ積が略一定となることを発見した。具体的には、本願発明者は、ビットエラーレートが良好な値となるおおよそ８〜１３の増倍率Ｍの区間において、ＧＢ積がおおよそ４０ＧＨｚで略一定となることを発見した。
【００８７】
この現象を利用して、光通信モジュール１０１では、増倍率Ｍが８〜１３の間である状態において、受光素子ＰＤの出力電流に基づく電気信号である受光信号のカットオフ周波数を監視し、カットオフ周波数が小さくなった場合には増倍率Ｍが大きくなったと判断して増倍率Ｍを減少させ、カットオフ周波数が大きくなった場合には増倍率Ｍが小さくなったと判断して増倍率Ｍを増加させる。
【００８８】
具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、比較基準として、受光素子ＰＤの出力電流に基づく電気信号である受光信号の直流成分を作成する、すなわち受光信号から電圧Ｖｒｓｓｉを作成する。
【００８９】
対象作成部５２は、受光信号のカットオフ周波数が受光素子ＰＤの増倍率Ｍに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を上記比較基準より多く含む比較対象を作成する。すなわち、当該比較対象は、受光信号のカットオフ周波数が受光素子ＰＤの増倍率Ｍに略反比例する周波数領域を主とするものであり、他の周波数領域の成分を含んでいてもよい。
【００９０】
たとえば、ＢＰＦ４４の通過周波数帯域を、図７において増倍率Ｍの最適値である１０に対応するカットオフ周波数である４ＧＨｚに設定する。この場合、振幅検知回路４３の出力電圧Ｖｆ２は、受光信号における４ＧＨｚの周波数成分の大きさを示す。そして、光信号Ｐｉｎの強度に対する振幅検知回路４３の出力電圧Ｖｆ２の比が小さくなった場合には逆バイアス電圧Ｖａｐｄを小さくして増倍率Ｍを減少させ、光信号Ｐｉｎの強度に対する出力電圧Ｖｆ２の比が大きくなった場合には逆バイアス電圧Ｖａｐｄを大きくして増倍率Ｍを増加させる。光通信モジュール１０１では、たとえば、増倍率Ｍに依存しない電圧Ｖｒｓｓｉを光信号Ｐｉｎの強度の指標値として監視する。
【００９１】
なお、ＢＰＦ４４の通過周波数帯域は、４ＧＨｚから多少前後した値に設定してもよい。また、ＢＰＦの通過周波数帯域は、一般に、中心周波数からある程度の幅を持った領域となるが、ＢＰＦ４４では、通過周波数帯域が狭いほど好ましい。
【００９２】
光通信モジュール１０１におけるバイアス制御部８３は、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２を監視し、監視結果に基づいて、増倍率Ｍが目標値となるようにＣＰＵ１２の出力電流Ｉｃｔｒｌを調整する。
【００９３】
より詳細には、ＣＰＵ１２は、対象作成部５２によって作成された比較対象に対する、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１によって作成された比較基準すなわち受光信号の直流成分の割合を算出する。そして、ＣＰＵ１２は、算出した割合に基づいて、受光素子ＰＤの増倍率Ｍを調整する。
【００９４】
具体的には、たとえば、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ２に対する電圧Ｖｒｓｓｉの割合を算出し、当該割合が所定値になるように逆バイアス電圧Ｖａｐｄを調整する。上記所定値は、たとえば、受光素子ＰＤの増倍率Ｍの目標値に基づいて設定される。
【００９５】
図８は、本発明の第１の実施の形態に係るバイアス制御部におけるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す図である。
【００９６】
図８を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、差動アンプ２１と、コンパレータ２２と、ＰＷＭ制御回路２３と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２４と、インダクタ２５と、ショットキーダイオード２６と、カレントミラー回路２７と、抵抗１４，２８〜３０と、キャパシタ３１〜３３と、フィルタ回路３５とを含む。フィルタ回路３５は、抵抗１５と、キャパシタ３４とを含む。
【００９７】
差動アンプ２１は、抵抗１４の第１端およびＣＰＵ１２の出力端に接続された非反転入力端子と、反転入力端子と、抵抗２８の第１端に接続された出力端子とを有する。キャパシタ３１は、抵抗２８の第２端に接続された第１端と、接地ノードに接続された第２端とを有する。コンパレータ２２は、差動アンプ２１の出力端子およびＰＷＭ制御回路２３の入力端に接続された反転入力端子と、ＰＷＭ制御回路２３の出力端に接続された非反転入力端子と、出力端子とを有する。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４は、コンパレータ２２の出力端子に接続されたゲートと、インダクタ２５の第１端に接続されたドレインと、接地ノードに接続されたソースとを有する。インダクタ２５の第２端が、電源電圧Ｖｃｃの供給される電源ノードに接続されている。ショットキーダイオード２６は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のドレインに接続されたアノードと、キャパシタ３２の第１端、抵抗２９の第１端、キャパシタ３３の第１端およびカレントミラー回路２７の入力端に接続されたカソードとを有する。抵抗２９の第２端、キャパシタ３３の第２端および抵抗３０の第１端が、差動アンプ２１の反転入力端子に接続されている。カレントミラー回路２７のミラー電流出力側が抵抗１５の第１端、キャパシタ３４の第１端およびＣＰＵ１２の入力端に接続されている。カレントミラー回路２７の参照電流出力側が受光素子ＰＤに接続されている。キャパシタ３２，３４および抵抗１４，１５，３０の第２端が接地ノードに接続されている。
【００９８】
たとえば、インダクタ２５のインダクタンスは４．７マイクロヘンリーであり、抵抗２９の抵抗値は１メガオームであり、抵抗３０の抵抗値は２０キロオームであり、抵抗１５の抵抗値は２キロオームであり、キャパシタ３２〜３４の容量値は０．１マイクロファラッドである。
【００９９】
また、ショットキーダイオード２６のカソードおよびカレントミラー回路２７の入力端の接続ノードの電圧は、受光素子ＰＤへの逆バイアス電圧Ｖａｐｄに相当する。
【０１００】
キャパシタ３３により、逆バイアス電圧Ｖａｐｄの位相補償がなされ、発振が抑制される。
【０１０１】
差動アンプ２１は、ＣＰＵ１２の出力電流Ｉｃｔｒｌが変換された電圧Ｖｃｔｒｌを非反転入力端子において受けるとともに、受光素子ＰＤへの逆バイアス電圧Ｖａｐｄに基づくフィードバック電圧ＦＢを反転入力端子において受ける。そして、差動アンプ２１は、電圧Ｖｃｔｒｌおよびフィードバック電圧ＦＢの差に応じた電圧を出力する。このフィードバック電圧ＦＢは、抵抗２９および抵抗３０の抵抗比により、Ｖａｐｄ／５０となる。
【０１０２】
抵抗２８およびキャパシタ３１の直列回路により、差動アンプ２１の出力電圧の位相補償がなされ、発振が抑制される。
【０１０３】
コンパレータ２２は、反転入力端子において受けた差動アンプ２１の出力電圧と反転入力端子において受けたＰＷＭ制御回路２３からのランプ波とを比較し、比較結果に応じて論理ハイレベルまたは論理ローレベルの信号をＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のゲートへ出力する。
【０１０４】
ＰＷＭ制御回路２３は、ランプ波をコンパレータ２２の非反転入力端子へ出力する。ＰＷＭ制御回路２３は、差動アンプ２１の出力電圧に応じてランプ波を調整することにより、コンパレータ２２の出力電圧の周波数を調整する。
【０１０５】
具体的には、フィードバック電圧ＦＢが電圧Ｖｃｔｒｌよりも小さい場合、すなわち逆バイアス電圧Ｖａｐｄが小さい場合、差動アンプ２１は、正電圧を出力する。そして、ＰＷＭ制御回路２３は、この正電圧を受けて、コンパレータ２２の出力信号の周波数が大きくなるようにランプ波を調整する。これにより、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン電圧が上昇し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが上昇する。
【０１０６】
一方、フィードバック電圧ＦＢが電圧Ｖｃｔｒｌよりも大きい場合、すなわち逆バイアス電圧Ｖａｐｄが大きい場合、差動アンプ２１は、負電圧を出力する。そして、ＰＷＭ制御回路２３は、この負電圧を受けて、コンパレータ２２の出力信号の周波数が小さくなるようにランプ波を調整する。これにより、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のドレイン電圧が下降し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが下降する。
【０１０７】
したがって、電圧Ｖｃｔｒｌを調整することにより、逆バイアス電圧Ｖａｐｄを調整することができる。逆バイアス電圧Ｖａｐｄは、カレントミラー回路２７を介して受光素子ＰＤに供給される。
【０１０８】
カレントミラー回路２７は、受光素子ＰＤと電気的に接続され、受光素子ＰＤの出力電流Ｉａｐｄを参照電流とし、当該参照電流に対応するミラー電流Ｉ２を出力する。
【０１０９】
具体的には、カレントミラー回路２７は、参照電流Ｉ３に対応する電流であって、ミラー比に応じた大きさの電流であるミラー電流Ｉ２を出力する。参照電流Ｉ３は、受光素子ＰＤの出力電流Ｉａｐｄに相当する、たとえば１０ギガビット／秒の電流信号である。
【０１１０】
カレントミラー回路２７への入力電流をＩ１とすると、以下の式が成り立つ。
Ｉ１＝Ｉ２＋Ｉ３  ・・・（Ｄ１）
【０１１１】
フィルタ回路３５は、カレントミラー回路２７から出力されるミラー電流Ｉ２の周波数成分のうち、所定の周波数以上の成分を減衰させ、電流ＩｒｓｓｉとしてＣＰＵ１２へ出力する。
【０１１２】
具体的には、キャパシタ３４および抵抗１５により、ミラー電流Ｉ２が平均化され、また、平均化されたミラー電流Ｉ２が電圧Ｖｒｓｓｉに変換されてＣＰＵ１２へ出力される。キャパシタ３４および抵抗１５の時定数は、たとえば２［キロ］×０．１［マイクロ］＝０．２ミリ秒である。
【０１１３】
ここで、ＣＰＵ１２が、電圧Ｖｒｓｓｉを受けるＡ／Ｄコンバータの出力値を参照する速度はたとえば１００Ｈｚである。すなわち、ＣＰＵ１２における電圧Ｖｒｓｓｉのサンプリング周期は１０ミリ秒である。
【０１１４】
すなわち、フィルタ回路３５の時定数は、光信号のビットレートの逆数よりも大きく、かつＣＰＵ１２におけるミラー電流Ｉ２すなわち電圧Ｖｒｓｓｉのサンプリング周期よりも小さい。
【０１１５】
このように、光通信モジュール１０１では、電流Ｉｒｓｓｉを生成するフィルタ回路の時定数を、光信号の周期よりも短く、ＣＰＵ１２のサンプリング周期より長く設定する。これにより、出力電流Ｉａｐｄを平均化して測定を容易かつ適切にしながら、ＣＰＵ１２による電圧Ｖｒｓｓｉの測定を光信号の強度変動に追随させることができる。
【０１１６】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率の調整処理について図面を用いて説明する。
【０１１７】
ＰＯＮシステム３０１における各装置およびその構成部品は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のフローチャートおよびシーケンスの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。これら複数の装置およびその構成部品のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置およびその構成部品のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。
【０１１８】
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図９は、受光素子ＰＤのバイアス電圧調整における、フィードバック制御の目標値の設定方法の一例を示している。
【０１１９】
図９を参照して、まず、受光素子ＰＤへの光の強度を一定値とした状態、たとえば光通信モジュール１０１への光信号の平均強度を一定値とした状態において、ＣＰＵ１２は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値となるように、出力電流Ｉｃｔｒｌを調整し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄを設定する（ステップＳ１）。
【０１２０】
次に、設定した逆バイアス電圧Ｖａｐｄを受光素子ＰＤに供給している状態において、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２を測定する（ステップＳ２）。
【０１２１】
次に、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ２に対する電圧Ｖｒｓｓｉの割合の目標値を算出する。具体的には、ＣＰＵ１２は、Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２を算出する（ステップＳ３）。
【０１２２】
次に、ＣＰＵ１２は、算出した値を、光通信モジュール１０１の実動作におけるＶｒｓｓｉ／Ｖｆ２の目標値Ａとして設定し、記憶する（ステップＳ４）。
【０１２３】
なお、ＣＰＵ１２は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値となる状態における電圧Ｖｒｓｓｉを測定する構成に限らず、たとえば受光素子ＰＤの増倍率Ｍが１となる状態における電圧Ｖｒｓｓｉを測定し、上記のようにして測定した電圧Ｖｆ２に対する、電圧Ｖｒｓｓｉに増倍率Ｍの目標値を乗じた値の割合を目標値Ａとする構成であってもよい。ここで、受光素子ＰＤの増倍率が１となる状態は、前述のように、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが小さく、逆バイアス電圧Ｖａｐｄをある一定の範囲で変化させても受光素子ＰＤにおいてアバランシェ増倍が発生しない状態である。ただし、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値となる状態における電圧Ｖｒｓｓｉを用いる構成は、電圧Ｖｆ２の測定条件と同じになる点から、後述する逆バイアス電圧Ｖａｐｄの調整において好ましい。
【０１２４】
また、光通信モジュール１０１を製造する際、目標値Ａを、光通信モジュール１０１ごとに設定してもよいし、複数の光通信モジュール１０１について目標値Ａを算出し、これらの平均値等を代表値として各光通信モジュール１０１に設定してもよい。
【０１２５】
また、増倍率Ｍの目標値は、１０等に固定する方法に限らず、光通信モジュール１０１ごとに、当該光通信モジュール１０１が受信する光信号Ｐｉｎのビットエラーレートが最小になる増倍率Ｍを目標値としてもよい。
【０１２６】
図１０は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図１０は、実動作において受光素子ＰＤの増倍率Ｍを目標値に収束させるための、受光素子ＰＤへのバイアス電圧調整方法を示している。
【０１２７】
図１０を参照して、まず、ＣＰＵ１２は、光通信モジュール１０１の実動作、たとえば局側装置２０１から送信される下り光信号を光通信モジュール１０１が受信している状態において、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２を測定する。この測定の間隔は、ＣＰＵ１２におけるサンプリング周期に相当する（ステップＳ１１）。
【０１２８】
次に、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ２に対する電圧Ｖｒｓｓｉの割合Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２を算出し、記憶している目標値Ａとの比較を行なう（ステップＳ１２）。
【０１２９】
ＣＰＵ１２は、Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２が目標値Ａより大きい場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値より大きくなっていると判断し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが小さくなるように電流Ｉｃｔｒｌを調整する。たとえば、ＣＰＵ１２は、電流Ｉｃｔｒｌを小さくすることにより、図８に示すＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチング周波数を小さくして逆バイアス電圧Ｖａｐｄを小さくする（ステップＳ１３）。
【０１３０】
一方、ＣＰＵ１２は、Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２が目標値Ａより小さい場合（ステップＳ１２でＮＯかつステップＳ１４でＹＥＳ）、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値より小さくなっていると判断し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが大きくなるように電流Ｉｃｔｒｌを調整する。たとえば、ＣＰＵ１２は、電流Ｉｃｔｒｌを大きくすることにより、図８に示すＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチング周波数を大きくして逆バイアス電圧Ｖａｐｄを大きくする（ステップＳ１５）。
【０１３１】
また、ＣＰＵ１２は、Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２が目標値Ａと等しい場合（ステップＳ１２でＮＯかつステップＳ１４でＮＯ）、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値になっていると判断し、電流Ｉｃｔｒｌを現状の値に維持する。
【０１３２】
このように、ＣＰＵ１２は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値に近づくように、各電圧の測定、測定値を用いた演算および電流Ｉｃｔｒｌの調整を繰り返す。
【０１３３】
なお、ＣＰＵ１２は、電流Ｉｃｔｒｌの制御幅を変えてもよい。具体的には、たとえば、ＣＰＵ１２は、Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２と目標値Ａとの差が大きい場合に電流Ｉｃｔｒｌの変更幅を大きくし、Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２と目標値Ａとの差が小さい場合に電流Ｉｃｔｒｌの変更幅を小さくする。
【０１３４】
また、光通信モジュール１０１では、上記比較対象に対する上記比較基準の割合であるＶｒｓｓｉ／Ｖｆ２が算出されるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、ＣＰＵ１２が、上記比較基準に対する上記比較対象の割合であるＶｆ２／Ｖｒｓｓｉを算出する構成であってもよい。ＣＰＵ１２は、上記比較基準の大きさと上記比較対象の大きさとの相対比較を行い、比較結果に基づいて受光素子ＰＤの増倍率Ｍを調整する構成であればよい。すなわち、上記比較結果は、割合に限らず、たとえば、比であってもよいし、比率であってもよい。
【０１３５】
図１１は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子の増倍率調整方法の手順を示すフローチャートである。
【０１３６】
図１１を参照して、まず、ＣＰＵ１２は、たとえば局側装置２０１から送信される下り光信号を光通信モジュール１０１が受信している状態において、電圧Ｖｒｓｓｉを測定することにより、受光素子ＰＤの出力電流Ｉａｐｄに基づく電気信号である受光信号の直流成分を比較基準として検出する（ステップＳ２１）。
【０１３７】
次に、対象作成部５２は、電圧Ｖｆ２を測定することにより、受光素子ＰＤのＧＢ積が略一定となる周波数成分、すなわち受光信号のカットオフ周波数が増倍率Ｍに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を比較基準より多く含む比較対象を作成する（ステップＳ２２）。
【０１３８】
次に、ＣＰＵ１２は、比較対象の大きさと比較基準の大きさとの相対比較を行う、たとえば、上記比較対象に対する上記比較基準の割合であるＶｒｓｓｉ／Ｖｆ２を算出する（ステップＳ２３）。
【０１３９】
次に、ＣＰＵ１２は、比較結果が所定値たとえば目標値Ａになるように受光素子ＰＤの増倍率Ｍを調整する。この所定値は、たとえば増倍率Ｍの目標値に基づいて設定される（ステップＳ２４）。
【０１４０】
図１２は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＯＮシステムにおける光通信モジュールが受信する下り光信号を示す図である。図１２において、横軸は時間であり、縦軸は光信号Ｐｉｎのレベルである。
【０１４１】
図１２を参照して、光通信モジュール１０１の受信する光信号Ｐｉｎは、たとえば局側装置２０１において強度変調された連続信号であり、理想的には、図１２に示すように一定レベルの２値のデジタル波形を有する。
【０１４２】
光信号Ｐｉｎの論理値が「０」および「１」のときの信号レベルをそれぞれＰ０およびＰ１とすると、光信号Ｐｉｎの振幅は（Ｐ１−Ｐ０）であり、一定値である。
【０１４３】
また、光信号Ｐｉｎの強度すなわちＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）であるＰａｖｅは、以下の式で表される。
Ｐａｖｅ＝（Ｐ０＋Ｐ１）／２
【０１４４】
図１３は、図１２に示す下り光信号に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を行なった結果を示す図である。図１３において、横軸は周波数であり、縦軸は光信号Ｐｉｎのレベルである。
【０１４５】
図１３を参照して、光信号Ｐｉｎは、たとえば、ＰＲＢＳ（Pseudo Random Bit Stream）に従う１０．３１２５Ｇｂｐｓのデータパターンを有し、１０．３１２５ＧＨｚのｎ倍（ｎは自然数）の周波数においてレベルがゼロとなる。
【０１４６】
図１４は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光信号の伝達特性を示す図である。図１４において、横軸は周波数であり、縦軸はゲインである。Ｇ１〜Ｇ５は、伝達特性を示すグラフであり、グラフＧ５からグラフＧ１への順番に増倍率Ｍが大きい状態となる。Ｇ１０は、受光素子ＰＤのＧＢ積すなわち増倍率およびカットオフ周波数の積が一定値となる特性を示すグラフである。
【０１４７】
図１４を参照して、グラフＧ１〜Ｇ４において、増倍率Ｍが小さい場合はゲインが小さくなる一方で高周波領域まである程度の大きさのゲインが維持され、逆に、増倍率Ｍが大きい場合はゲインが大きくなる一方で高周波領域においてゲインの低下が大きくなる。
【０１４８】
また、グラフＧ１〜Ｇ５において、直流〜低周波領域のゲインは、キャパシタ４５，４６の影響によって低下しており、この範囲より高周波側において、周波数の大小に依存せずゲインが略一定となる低周波の範囲Ｆ１が存在する。
【０１４９】
また、グラフＧ１〜Ｇ４において、範囲Ｆ１より高周波側に、受光素子ＰＤのＧＢ積が一定値となるラインＸと重なる周波数ｆ２が存在する。一方、グラフＧ５では、増倍率が小さいために受光素子ＰＤのＧＢ積が一定値とならない。
【０１５０】
本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールでは、図１４において、受光信号のカットオフ周波数を示す値、具体的には、周波数ｆ２における受光信号の大きさを示す電圧Ｖｆ２に対する範囲Ｆ１における周波数ｆ１の受光信号の大きさを示す電圧Ｖｒｓｓｉの割合に基づいて、受光素子ＰＤの増倍率Ｍを良好に調整する。
【０１５１】
以上のように、光通信モジュール１０１では、Ｖｒｓｓｉ／Ｖｆ２が一定値となるように逆バイアス電圧Ｖａｐｄすなわち増倍率Ｍのフィードバック制御が行なわれる。
【０１５２】
しかしながら、ＣＰＵ１２におけるＡ／Ｄコンバータの線形性およびオフセット特性を鑑みると、光通信モジュール１０１への入力光量によっては正しくフィードバック制御ができなくなる恐れがある。
【０１５３】
たとえば、光通信モジュール１０１への入力光が微小である場合、ＣＰＵ１２における上記Ａ／Ｄコンバータの出力値が微小となり、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２の測定精度に関し一定水準を確保することが困難となる。
【０１５４】
また、光通信モジュール１０１の動作中に、光ファイバＯＰＴＦと光通信モジュール１０１とを接続する光コネクタが抜かれたとき、あるいは、光通信モジュール１０１の動作中に光コネクタを着脱したときのように、光通信モジュール１０１への入力光量について過渡状態であるときも、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２の測定精度に関し一定水準を確保することが困難となる。
【０１５５】
そして、このような要因で測定精度が劣化すると、意図しないフィードバック制御が行なわれて増倍率Ｍを大幅に上昇させてしまう、すなわち逆バイアス電圧Ｖａｐｄを大幅に上昇させてしまうことにより、受光素子ＰＤが破損してしまう恐れがある。
【０１５６】
そこで、光通信モジュール１０１では、たとえば、さらに、ＣＰＵ１２による増倍率Ｍの調整を制限するフィードバック制限部を備える。
【０１５７】
たとえば、光通信モジュール１０１では、増倍率Ｍが所定値を超えないように制限するフィードバック制限部３６を、ＣＰＵ１２あるいは基板上に設ける。たとえば、フィードバック制限部３６は、受光素子ＰＤに供給される逆バイアス電圧Ｖａｐｄを、たとえば受光素子ＰＤに関する設計上の許容範囲に制限する。
【０１５８】
より詳細には、たとえば、フィードバック制限部３６は、電圧Ｖｒｓｓｉが所定の閾値以下である場合、逆バイアス電圧Ｖａｐｄを所定値に固定する。この所定値としては、たとえば、受光素子ＰＤにとって典型的なバイアス電圧値が設定される。
【０１５９】
具体的には、ＣＰＵ１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１１におけるエラーアンプすなわち
差動アンプ２１への電圧Ｖｃｔｒｌ、すなわち電流Ｉｃｔｒｌに上限を設けるソフトウェア的な制限方法が考えられる。たとえば、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｒｓｓｉが所定の閾値以下である場合、電流Ｉｃｔｒｌを所定値に固定する。この所定値は、たとえば、受光素子ＰＤにとって典型的な大きさの逆バイアス電圧Ｖａｐｄが得られる値である。
【０１６０】
あるいは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に逆バイアス電圧Ｖａｐｄの制限回路を設けるハードウェア的な制限方法が考えられる。
【０１６１】
図１５は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるフィードバック制限部の一例を示す図である。
【０１６２】
図１５を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、図８に示す構成と比べて、さらに、フィードバック制限部３６を含む。
【０１６３】
フィードバック制限部３６は、ＣＰＵ１２および抵抗１４の接続ノードと差動アンプ２１の非反転入力端子との間に接続されている。フィードバック制限部３６は、電圧Ｖｃｔｒｌの大きさが所定値を超える場合、電圧Ｖｃｔｒｌを当該所定値に制限して差動アンプ２１へ出力する。たとえば、この所定値は、受光素子ＰＤに関する設計上の許容範囲に含まれる大きさの逆バイアス電圧Ｖａｐｄ、が得られる値である。
【０１６４】
また、上記のような要因で測定精度が劣化すると、意図しないフィードバック制御が行なわれて増倍率Ｍを下降させてしまう、すなわち逆バイアス電圧Ｖａｐｄを下降させてしまうことにより、受光素子ＰＤのＧＢ積が一定となる範囲から外れてしまう場合がある。
【０１６５】
そこで、光通信モジュール１０１では、増倍率Ｍが所定値を下回らないように制限するフィードバック制限部３７を、ＣＰＵ１２あるいは基板上に設ける。たとえば、フィードバック制限部３７は、受光素子ＰＤに供給される逆バイアス電圧Ｖａｐｄを、たとえば受光素子ＰＤのＧＢ積が一定となる範囲に制限する。
【０１６６】
より詳細には、たとえば、フィードバック制限部３７は、電圧Ｖｆ２が所定の閾値以上である場合、逆バイアス電圧Ｖａｐｄを所定値に固定する。この所定値としては、たとえば、受光素子ＰＤのＧＢ積が一定となる範囲の増倍率Ｍの下限に対応するバイアス電圧値が設定される。
【０１６７】
具体的には、ＣＰＵ１２からＤＣ／ＤＣコンバータ１１におけるエラーアンプすなわち
差動アンプ２１への電圧Ｖｃｔｒｌ、すなわち電流Ｉｃｔｒｌに下限を設けるソフトウェア的な制限方法が考えられる。たとえば、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ２が所定の閾値以上である場合、電流Ｉｃｔｒｌを所定値に固定する。この所定値は、たとえば、受光素子ＰＤのＧＢ積が一定となる範囲の増倍率Ｍの下限に対応する大きさの逆バイアス電圧Ｖａｐｄが得られる値である。
【０１６８】
あるいは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１に逆バイアス電圧Ｖａｐｄの制限回路を設けるハードウェア的な制限方法が考えられる。
【０１６９】
すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、図８に示す構成と比べて、さらに、フィードバック制限部３７を含む。
【０１７０】
図示はしないが、図１５に示すフィードバック制限部３６と同様に、フィードバック制限部３７は、ＣＰＵ１２および抵抗１４の接続ノードと差動アンプ２１の非反転入力端子との間に接続されている。フィードバック制限部３７は、電圧Ｖｃｔｒｌの大きさが所定値を下回る場合、電圧Ｖｃｔｒｌを当該所定値に制限して差動アンプ２１へ出力する。たとえば、この所定値は、受光素子ＰＤのＧＢ積が一定となる範囲の増倍率Ｍの下限に対応する大きさの逆バイアス電圧Ｖａｐｄ、が得られる値である。
【０１７１】
ところで、特許文献１に記載の構成では、ＡＰＤの他にＰＩＮフォトダイオードが必要となり、また、信号光を透過させる基板を設ける必要があるため、製造コストが高くなってしまう。
【０１７２】
これに対して、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、受光信号から比較基準を作成する。対象作成部５２は、受光素子ＰＤの出力電流に基づく電気信号である受光信号のカットオフ周波数が受光素子ＰＤの増倍率Ｍに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を上記比較基準より多く含む比較対象を作成する。ＣＰＵ１２は、上記比較基準の大きさと上記比較対象の大きさとを相対比較する。そして、ＣＰＵ１２は、比較結果に基づいて、受光素子ＰＤの増倍率Ｍを調整する。
【０１７３】
このように、受光素子ＰＤの増倍率Ｍのフィードバック制御を行なう構成により、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率Ｍを安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、ＰＩＮフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。
【０１７４】
したがって、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールでは、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。
【０１７５】
また、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、比較基準として、受光信号の直流成分を作成する。
【０１７６】
このような構成により、受光信号の直流成分を比較基準として、比較結果として適切な値を算出することができる。
【０１７７】
また、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールでは、ＣＰＵ１２は、当該比較結果が所定値になるように増倍率Ｍを調整する。当該所定値は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍの目標値に基づいて設定される。
【０１７８】
このような構成により、比較結果と所定値との比較による簡易な演算処理で、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値になるような逆バイアス電圧Ｖａｐｄの調整を行なうことができる。すなわち、増倍率Ｍを、受光素子ＰＤの温度変化によらず一定値に制御することができる。
【０１７９】
また、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールでは、フィードバック制限部３６，３７は、ＣＰＵ１２による増倍率Ｍの調整を制限する。
【０１８０】
このような構成により、たとえば光通信モジュール１０１への入力光が微小であり、電圧Ｖｒｓｓｉおよび電圧Ｖｆ２の測定精度に関し一定水準を確保することができない場合でも、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが誤った値に設定されることを防ぐことができる。
【０１８１】
また、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールにおける光通信方法では、まず、受光素子ＰＤの出力電流に基づく電気信号である受光信号から比較基準を作成する。次に、受光信号のカットオフ周波数が受光素子ＰＤの増倍率Ｍに略反比例する領域における受光信号の周波数成分を上記比較基準より多く含む比較対象を作成する。次に、上記比較基準の大きさと上記比較対象の大きさとを相対比較する。次に、比較した結果に基づいて、受光素子ＰＤの増倍率Ｍを調整する。
【０１８２】
このように、受光素子ＰＤの増倍率Ｍのフィードバック制御を行なうことにより、通常動作時に温度変動が生じても、増倍率Ｍを安定させ、ビットエラーレートの増大等の通信品質の劣化を防ぐことができる。そして、ＰＩＮフォトダイオード等のモニタ用受光素子が不要となり、モニタ用受光素子を用いるための周辺回路および構造が不要となるため、一定レベルの通信品質を維持しながら、低コストで容易な製造が可能となる。また、このような構成を光通信モジュールとして集積化することにより、実現容易性を高めることができる。
【０１８３】
したがって、本発明の第１の実施の形態に係る光通信方法では、電流増幅作用を有する受光素子を備える構成において、低コストで当該受光素子の増倍率を良好に調整することができる。
【０１８４】
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【０１８５】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る光通信モジュールと比べて光信号の強度の指標を変更した光通信モジュールに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る光通信モジュールと同様である。
【０１８６】
図１６は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールにおけるバイアス制御部の構成を示す図である。
【０１８７】
図１６を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュール１０２における受信部１５２は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュール１０１と比べて、さらに、基準作成部５１を含む。基準作成部５１は、振幅検知回路４１と、ＢＰＦ４２とを含む。
【０１８８】
光通信モジュール１０２は、光通信モジュール１０１と比べて、バイアス制御部８３の代わりにバイアス制御部７３を備える。バイアス制御部７３は、バイアス制御部８３と比べて、電圧Ｖｒｓｓｉを生成せず、電圧Ｖｒｓｓｉを生成するための、抵抗１５、ならびにＤＣ／ＤＣコンバータ１１におけるカレントミラー回路２７およびフィルタ回路３５等を含まない。
【０１８９】
基準作成部５１は、受光信号の周波数成分が受光素子ＰＤの増倍率Ｍの変化に対して略一定となる領域における受光信号の周波数成分を比較基準として作成する。
【０１９０】
より詳細には、基準作成部５１において、ＢＰＦ４２は、キャパシタ４５，４６の第２端に接続され、ＴＩＡ８１からキャパシタ４５，４６経由で受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる。
【０１９１】
振幅検知回路４１は、ＢＰＦ４２を通過した電気信号の振幅を検知し、検知した振幅の大きさを示す電圧Ｖｆ１をＣＰＵ１２へ出力する。
【０１９２】
ここで、ＴＩＡ８１およびＬＩＡ８２間の信号ラインから振幅検知回路４３までの経路の長さは、当該経路がスタブとして機能する可能性があることから、できるだけ短くすることが好ましい。
【０１９３】
ＣＰＵ１２は、内蔵するＡ／Ｄコンバータによって電圧Ｖｆ１のデジタル値を取得する。このように、ＣＰＵ１２の内蔵部品を利用することにより、光通信モジュール１０２における部品点数を削減することができる。
【０１９４】
光通信モジュール１０２では、電圧Ｖｒｓｓｉの代わりに、電圧Ｖｆ１を光信号Ｐｉｎの強度の指標値として監視する。
【０１９５】
具体的には、ＢＰＦ４２の通過周波数帯域を、受光素子ＰＤの出力電流に基づく電気信号である受光信号が増倍率Ｍの変化に対して略一定となる低周波たとえば１００ＭＨｚに設定し、受光信号における１００ＭＨｚの周波数成分の大きさを示す振幅検知回路４１の出力電圧Ｖｆ１を、光信号Ｐｉｎの強度の指標値とする。
【０１９６】
なお、ＢＰＦ４２の通過周波数帯域は、ＢＰＦ４２から受光信号が増倍率Ｍの変化に対して略一定となる周波数から多少前後した値を設定してもよい。
【０１９７】
また、ＢＰＦ４２の通過周波数帯域は、ＣＰＵ１２への出力信号の振幅が増倍率Ｍの変化に対して略一定となればよく、たとえばＢＰＦ４２の代わりにＬＰＦを用いてもよい。
【０１９８】
ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ２に対する電圧Ｖｆ１の割合が所定値になるように逆バイアス電圧Ｖａｐｄを調整する。上記所定値は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍの目標値に基づいて設定される。
【０１９９】
図１７は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図１７は、受光素子ＰＤのバイアス電圧調整における、フィードバック制御の目標値の設定方法の一例を示している。
【０２００】
図１７を参照して、まず、受光素子ＰＤへの光の強度を一定値とした状態、たとえば光通信モジュール１０２への光信号の平均強度を一定値とした状態において、ＣＰＵ１２は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値となるように、出力電流Ｉｃｔｒｌを調整し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄを設定する（ステップＳ３１）。
【０２０１】
次に、設定した逆バイアス電圧Ｖａｐｄを受光素子ＰＤに供給している状態において、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ１および電圧Ｖｆ２を測定する（ステップＳ３２）。
【０２０２】
次に、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ２に対する電圧Ｖｆ１の割合の目標値を算出する。具体的には、ＣＰＵ１２は、Ｖｆ１／Ｖｆ２を算出する（ステップＳ３３）。
【０２０３】
次に、ＣＰＵ１２は、算出した値を、光通信モジュール１０２の実動作におけるＶｆ１／Ｖｆ２の目標値Ｂとして設定し、記憶する（ステップＳ３４）。
【０２０４】
なお、ＣＰＵ１２は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値となる状態における電圧Ｖｆ１を測定する構成に限らず、たとえば受光素子ＰＤの増倍率Ｍが１となる状態における電圧Ｖｆ１を測定し、上記のようにして測定した電圧Ｖｆ２に対する、電圧Ｖｆ１に増倍率Ｍの目標値を乗じた値の割合を目標値Ｂとする構成であってもよい。ただし、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値となる状態における電圧Ｖｆ１を用いる構成は、電圧Ｖｆ２の測定条件と同じになる点から、後述する逆バイアス電圧Ｖａｐｄの調整において好ましい。
【０２０５】
また、光通信モジュール１０２を製造する際、目標値Ｂを、光通信モジュール１０２ごとに設定してもよいし、複数の光通信モジュール１０２について目標値Ｂを算出し、これらの平均値等を代表値として各光通信モジュール１０２に設定してもよい。
【０２０６】
また、増倍率Ｍの目標値は、１０等に固定する方法に限らず、光通信モジュール１０２ごとに、当該光通信モジュール１０２が受信する光信号Ｐｉｎのビットエラーレートが最小になる増倍率Ｍを目標値としてもよい。
【０２０７】
図１８は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールにおける受光素子のバイアス電圧調整方法の手順の一部を示すフローチャートである。図１８は、実動作において受光素子ＰＤの増倍率Ｍを目標値に収束させるための、受光素子ＰＤへのバイアス電圧調整方法を示している。
【０２０８】
図１８を参照して、まず、ＣＰＵ１２は、光通信モジュール１０２の実動作、たとえば局側装置２０１から送信される下り光信号を光通信モジュール１０２が受信している状態において、電圧Ｖｆ１および電圧Ｖｆ２を測定する。この測定の間隔は、ＣＰＵ１２におけるサンプリング周期に相当する（ステップＳ４１）。
【０２０９】
次に、ＣＰＵ１２は、電圧Ｖｆ２に対する電圧Ｖｆ１の割合Ｖｆ１／Ｖｆ２を算出し、記憶している目標値Ｂとの比較を行なう（ステップＳ４２）。
【０２１０】
ＣＰＵ１２は、Ｖｆ１／Ｖｆ２が目標値Ｂより大きい場合（ステップＳ４２でＹＥＳ）、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値より大きくなっていると判断し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが小さくなるように電流Ｉｃｔｒｌを調整する。たとえば、ＣＰＵ１２は、電流Ｉｃｔｒｌを小さくすることにより、図８に示すＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチング周波数を小さくして逆バイアス電圧Ｖａｐｄを小さくする（ステップＳ４３）。
【０２１１】
一方、ＣＰＵ１２は、Ｖｆ１／Ｖｆ２が目標値Ｂより小さい場合（ステップＳ４２でＮＯかつステップＳ４４でＹＥＳ）、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値より小さくなっていると判断し、逆バイアス電圧Ｖａｐｄが大きくなるように電流Ｉｃｔｒｌを調整する。たとえば、ＣＰＵ１２は、電流Ｉｃｔｒｌを大きくすることにより、図８に示すＮチャネルＭＯＳＦＥＴ２４のスイッチング周波数を大きくして逆バイアス電圧Ｖａｐｄを大きくする（ステップＳ４５）。
【０２１２】
また、ＣＰＵ１２は、Ｖｆ１／Ｖｆ２が目標値Ｂと等しい場合（ステップＳ４２でＮＯかつステップＳ４４でＮＯ）、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値になっていると判断し、電流Ｉｃｔｒｌを現状の値に維持する。
【０２１３】
このように、ＣＰＵ１２は、受光素子ＰＤの増倍率Ｍが目標値に近づくように、各電圧の測定、測定値を用いた演算および電流Ｉｃｔｒｌの調整を繰り返す。
【０２１４】
なお、ＣＰＵ１２は、電流Ｉｃｔｒｌの制御幅を変えてもよい。具体的には、たとえば、ＣＰＵ１２は、Ｖｆ１／Ｖｆ２と目標値Ｂとの差が大きい場合に電流Ｉｃｔｒｌの変更幅を大きくし、Ｖｆ１／Ｖｆ２と目標値Ｂとの差が小さい場合に電流Ｉｃｔｒｌの変更幅を小さくする。
【０２１５】
また、受光信号における一部の周波数成分が比較基準として作成される構成に限らず、受光信号のすべての周波数成分が比較基準として作成される構成であってもよい。
【０２１６】
図１９は、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールの変形例におけるバイアス制御部の構成を示す図である。
【０２１７】
図１９を参照して、光通信モジュール１０２の変形例における受信部１５２は、図１６に示す構成と比べて、基準作成部５１および対象作成部５２の代わりにＦＦＴ処理部（基準作成部および対象作成部）５３を含む。
【０２１８】
ＦＦＴ処理部５３は、ＴＩＡ８１からキャパシタ４５，４６経由で受けた電気信号に対してＦＦＴ演算を行なうことにより、当該電気信号の周波数スペクトラムを取得し、当該周波数スペクトラムからたとえば当該電気信号の４ＧＨｚにおける周波数成分の大きさを測定し、測定結果を示す電圧Ｖｆ２をＣＰＵ１２へ出力する。また、ＦＦＴ処理部５３は、上記周波数スペクトラムからたとえば上記電気信号の１００ＭＨｚにおける周波数成分の大きさを測定し、測定結果を示す電圧Ｖｆ１をＣＰＵ１２へ出力する。
【０２１９】
なお、ＦＦＴ処理部５３がＴＩＡ８１からの電気信号の１００ＭＨｚにおける周波数成分を光信号Ｐｉｎの強度の指標値として監視する構成に限らず、上記周波数スペクトラムから当該電気信号のすべての周波数成分の大きさを測定して上記指標値としてもよいし、パーセバルの定理に従い、ＴＩＡ８１からの電気信号のレベルを時間領域で積分処理する等により、時間領域において当該電気信号のすべての周波数成分の大きさを測定して上記指標値としてもよい。
【０２２０】
また、この変形例は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信モジュールに適用することも可能である。この場合、ＦＦＴ処理部５３が電圧Ｖｆ１を出力する代わりに、電圧Ｖｒｓｓｉが用いられる。
【０２２１】
以上のように、本発明の第２の実施の形態に係る光通信モジュールでは、基準作成部５１は、受光信号の周波数成分が受光素子ＰＤの増倍率Ｍの変化に対して略一定となる領域における受光信号の周波数成分を比較基準として作成する。あるいは、ＦＦＴ処理部５３は、受光信号のすべての周波数成分を比較基準として作成する。
【０２２２】
このような構成により、上記２つの成分のうちのいずれかを比較基準として、比較結果として適切な値を算出することができる。
【０２２３】
その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る光通信モジュールと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【０２２４】
なお、上記各実施の形態における図４および図１６において、ＢＰＦ４２およびＢＰＦ４４の少なくともいずれか一方が、キャパシタ４５，４６の第１端に接続され、ＴＩＡ８１からキャパシタ４５，４６を経由せずに受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる構成であってもよい。また、第２の実施の形態における図１９において、ＦＦＴ処理部５３が、キャパシタ４５，４６の第１端に接続され、ＴＩＡ８１からキャパシタ４５，４６を経由せずに受けた電気信号に対してＦＦＴ演算を行なう構成であってもよい。
【０２２５】
また、ＬＩＡ８２は、入力信号の電圧レベルが低い場合には電圧レベルを制限することなく出力することから、光通信モジュール１０１または１０２においてＴＩＡ８１の出力電圧レベルが低い場合、ＢＰＦ４２およびＢＰＦ４４の少なくともいずれか一方が、ＬＩＡ８２の出力端に接続され、ＬＩＡ８２から受けた電気信号の周波数成分のうち、所定の周波数帯域外の成分を減衰させる構成であってもよい。
【０２２６】
また、ＢＰＦ４２およびＢＰＦ４４の少なくともいずれか一方が、ＴＩＡ８１またはＬＩＡ８２からの差動信号のいずれか一方の信号のみを受ける構成であってもよい。
【０２２７】
また、ＢＰＦ４２およびＢＰＦ４４の少なくともいずれか一方が、通過周波数帯域を設定変更可能な構成であってもよい。これにより、ＧＢ積の異なる受光素子を用いる場合でも、ＢＰＦの交換が不要となる。
【０２２８】
また、上記各実施の形態では、光通信モジュール１０１を備えるＯＮＵ２０２を例示したが、本発明は、光通信装置に広く適用可能である。また、本発明は、連続的な信号を受信する光通信装置に用いると好適である。特に、製造の際は同じ仕様に従って多数製造され、実使用の際は設置場所の環境に応じて個々に受光素子の増倍率が異なることとなる、ＰＯＮシステムにおける宅側装置に用いるとより効果的である。
【０２２９】
また、本発明は、バースト信号を受信する通信装置に用いることも可能である。この場合、たとえば、ＣＰＵ１２は、バースト信号の受信期間において電圧Ｖｆ２等による増倍率Ｍのフィードバック制御を有効とし、当該受信期間以外において当該フィードバック制御を無効とする。
【０２３０】
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０２３１】
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
【０２３２】
［付記１］
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備え、
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
ＰＯＮシステムにおいて用いられる、光通信モジュール。
【０２３３】
［付記２］
他の光通信装置と光信号を送受信するための光通信装置であって、
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子と、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成する基準作成部と、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成する対象作成部と、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較する演算部と、
前記演算部による比較結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整する調整部とを備え、
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
ＰＯＮシステムにおいて用いられる、光通信装置。
【０２３４】
［付記３］
受信した光信号の強度に応じた電流を出力し、かつ増倍率の変更が可能な受光素子を備える光通信モジュールにおける光通信方法であって、
前記受光素子の出力電流に基づく電気信号から比較基準を作成するステップと、
前記電気信号のカットオフ周波数が前記受光素子の増倍率に略反比例する領域における前記電気信号の周波数成分を前記比較基準より多く含む比較対象を作成するステップと、
前記比較基準の大きさと前記比較対象の大きさとを相対比較するステップと、
比較した結果に基づいて、前記受光素子の増倍率を調整するステップとを含み、
前記受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
ＰＯＮシステムにおいて用いられる、光通信方法。
【符号の説明】
【０２３５】
１１  ＤＣ／ＤＣコンバータ（基準作成部）
１２  ＣＰＵ（演算部および調整部）
１４，１５，２８〜３０  抵抗
２１  差動アンプ
２２  コンパレータ
２３  ＰＷＭ制御回路
２４  ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
２５  インダクタ
２６  ショットキーダイオード
２７  カレントミラー回路
３１〜３４  キャパシタ
３５  フィルタ回路
３６  フィードバック制限部
４１，４３  振幅検知回路
４２，４４  ＢＰＦ
４５，４６  キャパシタ
５１  基準作成部
５２  対象作成部
５３  ＦＦＴ処理部（基準作成部および対象作成部）
８１  ＴＩＡ
８２  ＬＩＡ
７３，８３  バイアス制御部
８５  出力バッファ
８６  プリアンプ
８７  出力バッファ回路（変調電流供給回路）
８８  バイアス電流供給回路
８９  発光回路
９２  ＰＯＮ受信処理部
９３  バッファメモリ
９４  ＵＮ送信処理部
９５  ＵＮＩポート
９６  ＵＮ受信処理部
９７  バッファメモリ
９８  ＰＯＮ送信処理部
９９  制御部
１０１，１０２  光通信モジュール
１５１  バースト送信部
１５２  受信部
２０１  局側装置
２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ  ＯＮＵ
３０１  ＰＯＮシステム
ＳＰ  スプリッタ
ＯＰＴＦ  光ファイバ
ＬＤ  発光素子
Ｌ１，Ｌ２  インダクタ
ＰＤ  受光素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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