(57)【要約】【課題】  過大な光信号の入力時にフォトダイオードが破壊されることを防止すると共に、後続する増幅器に過大な信号レベルの受信信号が入力されることを防止する。【解決手段】  電源Ｖｃｃとアースとの間に電流制限回路１０とコイルＬ１とＰＤ１２と抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。ＰＤ１２には光ファイバ１１により光信号が入力されており、ＰＤ１２には入力された光信号の強度に応じた逆方向電流が流れる。過大な光信号がＰＤ１２に入力されても、ＰＤ１２に流れる逆方向電流は電流制限回路１０により定められる電流値に制限される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された光信号に応じた電気信号を出力するフォトダイオードを備える光受信回路であって、
前記フォトダイオードに過大な光信号が入力された際に、前記フォトダイオードに絶対最大定格電流を超えない逆方向電流が流れるように制限する電流制限手段が、前記フォトダイオードに直列に接続されていることを特徴とする光受信回路。
【請求項２】
前記電流制限手段が、ゲートとソースとを接続したジャンクション型の電界効果トランジスタにより構成されてい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】
前記電流制限手段が、出力端子とアース端子との間に抵抗が接続された３端子レギュレータ素子により構成されていることを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
【請求項４】
前記電流制限手段が、コレクタとベース間に抵抗を接続した第１トランジスタと、ベースとエミッタ間に抵抗を接続した第２トランジスタとを備え、第１トランジスタのベースと第２トランジスタのコレクタとが接続されると共に、第１トランジスタのエミッタと第２トランジスタのベースとが接続された回路とされていることを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
【請求項５】
前記電流制限手段が、定電流ダイオードにより構成されていることを特徴とする請求項１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、変調された光信号を受信して電気信号を出力する光受信回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のテレビ信号を周波数配列したサブキャリアにより光のキャリアを変調することでテレビ信号を伝送する光ＳＣＭ（Sub Carrier Multiplexing）によるＦＴＴＨ（Fiber To The Home）システムにおける受信側の端末機器は光受信器を有している。また、ＣＡＴＶ網のネットワーク構成方法の一つで、光ファイバーと同軸のケーブルを組み合わせたＨＦＣ（Hybrid Fiber Coax）システムやその他の光信号を伝送するシステムにおいても光受信器を有している。このような光受信器においては、光信号を電気信号に変換（Ｏ／Ｅ変換）する素子としてフォトダイオードを用いるのが一般的とされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の光受信器に備えられる光受信回路の一例を図６に示す。
図６に示す光受信回路１００は、電源Ｖｃｃとアースとの間にコイルＬ１０１とフォトダイオード（ＰＤ）１１１と抵抗Ｒ１０１とが直列に接続して構成されている。また、コイルＬ１０１とＰＤ１１１のカソードとの接続点とアース間にバイパスコンデンサＣ１０２が接続されており、ＰＤ１１１と抵抗Ｒ１０１との接続点が結合コンデンサＣ１０１を介して増幅器（ＡＭＰ）１１２の入力側に接続されている。このＰＤ１１１には光ファイバ１１０により光信号が入力されており、ＰＤ１１１には入力された光信号の強度に応じた逆方向電流が流れるようになる。これにより、抵抗Ｒ１０１の両端に光信号を電気信号に変換した受信信号が現れ、この受信信号がＡＭＰ１１２により増幅されて出力ＯＵＴから出力される。
【０００４】
また、従来の光受信器に備えられる光受信回路の他の例を図７に示す。
図７に示す光受信回路２００は、電源Ｖｃｃとアースとの間に抵抗Ｒ２０１とフォトダイオード（ＰＤ）２１１とトランスＴ２０１の一次コイルとが直列に接続されている。また、抵抗Ｒ２０１とＰＤ２１１のカソードとの接続点とアース間にバイパスコンデンサＣ２０２が接続されており、一端がアースされたトランスＴ２０１の二次コイルの他端が結合コンデンサＣ２０１を介して増幅器（ＡＭＰ）２１２の入力側に接続されている。このＰＤ２１１には光ファイバ２１０により光信号が入力されており、ＰＤ２１１には入力された光信号の強度に応じた逆方向電流が流れるようになる。これにより、トランスＴ２０１の二次側のコイルに光信号を電気信号に変換した受信信号がトランスＴ２０１の一時側のコイルから誘起され、この受信信号がＡＭＰ２１２により増幅されて出力ＯＵＴから出力される。
【０００５】
図６や図７に示す光受信回路におけるフォトダイオードに流せる逆方向電流の最大値は絶対最大定格電流として規定されているが、フォトダイオードに過大な光信号が入力された場合に、絶対最大定格電流を超えた逆方向電流が流れてフォトダイオードが破壊されてしまう場合がある。これを防止するために、従来は、フォトダイオードに直列に接続されている抵抗の値を調節することにより絶対最大定格電流を超えた逆方向電流が流れないようにしたり、光信号のレベルを検出してそのレベルが大きくなった際に、アラームランプを点灯させることにより、光信号の過入力状態をユーザに報知することが行われていた。
【０００６】
しかしながら、フォトダイオードに直列に接続されている抵抗の値を調節することによりフォトダイオードが破壊されてしまうことを防止しようとすると、過大な光信号が入力された際にフォトダイオードから出力される受信信号を増幅する増幅器に過大な信号レベルの受信信号が入力された際に増幅器が損傷してしまうという問題点が生じる。また、光信号の過入力状態をユーザに報知することによりフォトダイオードが破壊されてしまうことを防止する場合は、過大な光信号が入力されてフォトダイオードが破壊されてしまう場合が生じるという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明はフォトダイオードに過大な光信号が入力されてもフォトダイオードが破壊されてしまうことを防止することができると共に、フォトダイオードから出力される受信信号を増幅する増幅器に過大な信号レベルの受信信号が入力されることを防止することができる光受信回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光受信回路は、フォトダイオードに過大な光信号が入力された際に、フォトダイオードに絶対最大定格電流を超えない逆方向電流が流れるように制限する電流制限手段が、フォトダイオードに直列に接続されていることを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、フォトダイオードに過大な光信号が入力された際に、フォトダイオードに絶対最大定格電流を超えない逆方向電流が流れるように制限する電流制限手段が、フォトダイオードに直列に接続されていることから、フォトダイオードに過大な光信号が入力されてもフォトダイオードに流れる逆方向電流は絶対最大定格電流を超えない電流値に制限される。これにより、フォトダイオードが破壊されてしまうことを防止することができる。また、フォトダイオードに流れる逆方向電流が制限された際には、光信号を変換した電気信号も出力されないようになり、フォトダイオードから出力される受信信号を増幅する増幅器に過大な信号レベルの受信信号が入力されること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】
【００１０】
本発明の実施例の光受信回路の構成を示す回路図を図１に示す。
図１に示す光受信回路１は、電源Ｖｃｃとアースとの間に電流制限回路１０と高周波の信号を阻止するコイルＬ１とフォトダイオード（ＰＤ）１２と抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。また、コイルＬ１とＰＤ１２のカソードとの接続点とアース間にバイパスコンデンサＣ２が接続されており、ＰＤ１２のアノードと抵抗Ｒ１との接続点が結合コンデンサＣ１を介して増幅器（ＡＭＰ）１３の入力側に接続されている。このＰＤ１２には光ファイバ１１により光信号が入力側（ＩＮ）から入力されており、ＰＤ１２には入力された光信号の強度に応じた逆方向電流Ｉｒが流れるようになる。これにより、抵抗Ｒ１の両端に光信号を電気信号に変換した高周波の受信信号が現れ、この受信信号がＡＭＰ１３により増幅されて出力側（ＯＵＴ）から受信信号が出力される。
【００１１】
電流制限回路１０は、コイルＬ１−ＰＤ１２−抵抗Ｒ１の直列回路に流れる逆方向電流Ｉｒがある電流値以上にならないよう制限する回路であり、制限する電流値は少なくともＰＤ１２の絶対最大定格の逆方向電流値未満の電流値とされる。これにより、光ファイバ１１を介して過大な光信号がＰＤ１２に入力されても、ＰＤ１２に流れる逆方向電流Ｉｒは電流制限回路１０により定められる電流値に制限されることから、絶対最大定格電流以上の逆方向電流ＩｒがＰＤ１２に流れてＰＤ１２が破壊されることを防止することができる。また、過大な光信号によりＰＤ１２に流れる逆方向電流値が制限されると、光信号のレベルが変化しても逆方向電流値が制限値以下になるまで逆方向電流値がほぼ変化しなくなることから光信号を変換した電気信号である高周波の受信信号が抵抗Ｒ１の両端にほぼ生じないようになる。これにより、コンデンサＣ１を介してＡＭＰ１３に過大なレベルの受信信号が入力されることを防止することができる。
【００１２】
ＰＤ１２は入力された光信号のレベルに応じて逆方向電流Ｉｒが流れるが、一般にＰＤ１２の光信号から電気信号への光電変換効率は約０．９Ａ／Ｗ程度ある。これは光信号の入力レベルに対してＰＤ１２に流れる電流の関係を表している。例えば、０ｄＢｍの光信号の入力レベルがあれば０．９×１ｍＷ（０ｄＢｍ）＝０．９ｍＡとなり約０．９ｍＡの逆方向電流ＩｒがＰＤ１２に流れることになる。そして、例えばＰＤ１２の絶対最大定格の逆方向電流Ｉｒが５ｍＡとされていた場合は、この値を超えるとＰＤ１２が破壊される危険がある。そこで、電流制限回路１０に設定する電流値をマージンをみて半分の約２．５ｍＡに設定すればＰＤ１２が破壊される危険がないと考えられる。この時の光信号のレベルは２．５ｍＡ÷０．９≒２．７７ｍＷとなり約４．４ｄＢｍとなる。ここで、電流制限回路１０に設定する電流値を約２．５ｍＡとした際の光信号の光入力レベルに対するＰＤ１２に流れる逆方向電流ＩｒであるＰＤ電流の電気特性を図２に示す。なお、図２には電流制限回路１０を有していない図６に示す従来の光受信回路１００において光入力レベルに対するＰＤ１１１に流れるＰＤ電流の電気特性を対比して示している。図２を参照すると、光入力レベルが約４．４ｄＢｍまでは電流制限回路１０による逆方向電流の制限は行われず、光入力レベルが約４．４ｄＢｍを超えていくと逆方向電流Ｉｒが制限されて約２．５ｍＡ以上流れなくなることが分かる。これに対して、電流制限回路１０を有していない従来の光受信回路１００の場合は光入力レベルが約４．４ｄＢｍを超えていった際に逆方向電流が指数関数的に上昇してＰＤが破壊される危険があることがわかる。
【００１３】
次に、電流制限回路１０の具体的な回路を図３ないし図５に示す。
図３に示す電流制限回路１０は、ジャンクション型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１４を用い、ＦＥＴ１４のゲートとソースとを短絡接続して構成されている。このように構成された電流制限回路１０では、ＦＥＴ１４のゲートとソースとを短絡接続することによりドレイン−ソース間に流れるＩDSS電流の電流値に制限される。ＩDSS電流の電流値はＦＥＴの品種等により異なっており、その中から所望の電流値のものを選択する。なお、図３に示す記号ａ、ｂは図１に示す記号ａ、ｂに対応する。
【００１４】
図４に示す電流制限回路１０は、３端子レギュレータＩＣ２０の出力端子ＯＵＴとアース端子Ｅとの間に制限される電流値を定める抵抗Ｒ１１を接続して構成されている。３端子レギュレータＩＣ２０は、出力端子ＯＵＴとアース端子Ｅとの間に定電圧を出力するＩＣ（集積回路）であり、この出力電圧をＥｏとすると抵抗Ｒ１１に流れる電流ＩｏはＥｏ／Ｒ１１となる。このように、図４に示す電流制限回路１０では電流Ｉｏに制限され、抵抗Ｒ１１の抵抗値により制限される電流値Ｉｏを定めることができる。なお、図３に示す記号ａ、ｂは図１に示す記号ａ、ｂに対応する。
【００１５】
図５に示す電流制限回路１０は、第１トランジスタＴｒ１のコレクタ−ベース間に第１抵抗Ｒ１２が接続され、第２トランジスタＴｒ２のベース−エミッタ間に第２抵抗Ｒ１３が接続されている。そして、第１トランジスタＴｒ１のエミッタは第２トランジスタＴｒ２のベースに接続され、第１トランジスタＴｒ１のベースは第２トランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。このように構成された電流制限回路１０において電流が制限される原理は次の通りである。ａからｂへ流れる電流が増加しようとすると、第２抵抗Ｒ１３の電圧降下が大きくなり、第１トランジスタＴｒ１のベース電位が相対的に低下すると共に、第２トランジスタＴｒ２のベース電位が上昇してそのコレクタ−エミッタ間の電圧が下降することにより、さらに第１トランジスタＴｒ１のベース電位が低下してベースバイアスが浅くなる。これにより、第１トランジスタＴｒ１のコレクタ−エミッタ間の電圧が上昇してａからｂへ流れる電流の上昇が制限されることになる。制限される電流値は第２抵抗Ｒ１３の抵抗値により定めることができる。なお、図３に示す記号ａ、ｂは図１に示す記号ａ、ｂに対応する。
【００１６】
また、本発明の光受信回路１における電流制限回路１０として定電流ダイオード（ＣＲＤ：Current Regulative Diode）を用いるようにしてもよい。この場合はＣＲＤのアノードが電流制限回路１０のａとされて電源Ｖｃｃに接続され、ＣＲＤのカソードがｂとされてコイルＬ１の一端に接続される。このようにＣＲＤを電流制限回路１０として用いると、ＰＤ１２に流れる電流が一定の値に達した際に電流値が一定の値に制限されるようになる。制限される電流値はＣＲＤの品種により異なっており、一般に、定電流値が１００μＡから１５ｍＡの品種が揃えられている。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
以上の説明では、電流制限回路１０に設定する電流値をマージンをみて絶対最大定格の逆方向電流の半分に設定したが、本発明はこれに限ることはなく絶対最大定格を超えない電流値であれば任意の電流値に設定することができる。
また、フォトダイオードの種類にはＰＮフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ショットキフォトダイオードがあり、いずれのフォトダイオードを用いても本発明を適用することができる。
なお、以上説明した電流を制限できる回路や素子に加えて、他の定電流回路や定電流素子を本発明の光受信回路における電流制限回路として用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例の光受信回路の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の実施例の光受信回路において、電流制限回路があるときとないときの光入力レベルに対する逆方向電流であるＰＤ電流の電気特性を示す図である。
【図３】本発明の実施例の光受信回路における電流制限回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施例の光受信回路における電流制限回路の具体的な他の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施例の光受信回路における電流制限回路の具体的なさらに他の構成を示す回路図である。
【図６】従来の光受信回路の構成を示す回路図である。
【図７】従来の光受信回路の他の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  光受信回路、１０  電流制限回路、１１  光ファイバ、１２  ＰＤ、１３  増幅器、１４  ＦＥＴ、２０  端子レギュレータＩＣ、１００  光受信回路、１１０  光ファイバ、１１１  ＰＤ、１１２  増幅器、２００  光受信回路、２１０  光ファイバ、２１１  ＰＤ、２１２  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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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