(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、
前記電圧信号を増幅およびリミッティングするリミッティングアンプと、
前記電圧信号の直流電圧成分を除去する交流結合容量と、
前記前置増幅器と前記リミッティングアンプとの間を、前記交流結合容量を介して接続する伝送線路と、
前記伝送線路に接続され、切り替え信号によって、第１の抵抗値、または前記第１の抵抗値より抵抗値が高い第２の抵抗値に切り替える終端回路と、
前記伝送線路に接続され、前記電圧信号の低周波領域ではオープンになり、前記電圧信号の高周波領域では前記前置増幅器および前記伝送線路とインピーダンス整合が可能な抵抗値になる交流負荷と、
を備え、
前記終端回路と前記交流負荷とが電気的に並列に接続されていることを特徴とする光受信器。
【請求項２】
前記終端回路は、
前記切り替え信号によりオンおよびオフを切り替えるスイッチと、
前記リミッティングアンプの入力端子と電源端子またはグランド端子との間に、前記スイッチと直列に接続された低終端抵抗と、
前記スイッチおよび前記低終端抵抗と並列に接続された、前記低終端抵抗より抵抗値が高い高終端抵抗と、
を備え、
前記入力光信号の受信を開始して前記リミッティングアンプでの前記電圧信号の再生時に前記電圧信号の直流電圧変動の影響が無くなるバースト受信時間までは前記スイッチのオンによって前記第１の抵抗値、前記バースト受信時間以降では前記スイッチのオフによって前記第２の抵抗値に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記切り替え信号は、前記光受信器の外部または内部で生成され、
前記スイッチは、前記切り替え信号によって、１つ前の入力光信号のペイロード区間の受信完了後、または現在の入力光信号のプリアンブル区間の受信開始のタイミングでオンに切り替え、オンに切り替え後、前記切り替え信号によって、前記バースト受信時間から現在の入力光信号のペイロード区間の受信開始までの間に、オフに切り替える、
ことを特徴とする請求項２に記載の光受信器。
【請求項４】
前記交流負荷は、
前置増幅器の出力インピーダンスとインピーダンス整合がとれる１つ以上の抵抗と、
前記電圧信号の低周波領域のときにオープンまたは高いインピーダンスになる１つ以上の容量と、
を備え、
前記抵抗および前記容量は直列に接続され、両端が前記リミッティングアンプの各入力端子にそれぞれ接続される、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光受信器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の光受信器を備えることを特徴とする光終端装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光終端装置を備えることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を受信する光受信器、この光受信器を備える光終端装置、およびこの光終端装置を備える光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マルチメディアサービスを各家庭に提供するためのアクセス系ネットワークでは、光ファイバを用いた公衆回路網で実現するＰＯＮ（Passive  Optical  Network）システムと呼ばれるポイントトゥマルチポイントのアクセス系光通信システムが広く用いられている。ＰＯＮシステムは、局側装置の光終端装置である１台の光加入者線終端装置（以下、ＯＬＴ（Optical  Line  Terminal）と称する）と、光スターカプラを介してＯＬＴに接続される複数の加入者側端末装置である光ネットワーク装置（以下、ＯＮＵ（Optical  Network  Unit）と称する）と、から構成される。ＯＬＴが各ＯＮＵから受信する光信号の受光レベルは、光信号の送信元のＯＮＵとＯＬＴとの距離に依存するが、ＯＬＴと各ＯＮＵとの距離は一般的にＯＮＵ毎に異なる。このため、ＯＬＴに用いられる光受信器には、異なる受光レベルのパケットを安定して再生することが求められる。【０００３】
ＯＮＵから送信されるパケットの先頭部分には、同期に使用されるプリアンブルと呼ばれる特定ビットが格納されている。ＰＯＮシステムでは、あるＯＮＵがパケットを送信している間は他のＯＮＵはパケットを送信できないため、伝送効率を高めるには短いプリアンブルで同期して後続のペイロードを受信しなければならない。従って、ＯＬＴに用いられる光受信器には、短いプリアンブルで高速に信号を再生可能な状態とする高速バースト受信特性が求められる。さらに、ＯＬＴに用いられる光受信器には、ペイロード内に存在する同符号の連続ビットを安定して受信可能な高い同符号連続耐力も求められる。しかしながら、バースト受信特性と同符号連続耐力とはトレードオフの関係にある。【０００４】
特許文献１には、バースト信号受信回路において、増幅器とコンパレータとの間の伝送路に通過低域遮断周波数の異なるコンデンサを並列に配置し、増幅器からの出力を、バースト信号のプリアンブル区間では通過低域遮断周波数の高いコンデンサを通過させ、バースト信号のペイロード区間では通過低域遮断周波数の低いコンデンサを通過させることで、高速バースト受信特性および高い同符号連続耐力を得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３４２３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、伝送路間にスイッチを挿入して伝送路を切り替えている。そのため、１０Ｇｂｐｓ級の高周波信号の伝送を想定した場合、スイッチに起因する反射損失および挿入損失によって高周波信号の波形品質が劣化する、という問題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信号の波形品質の劣化を抑制しつつ、良好なバースト受信特性および同符号連続耐力が得られる光受信器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光受信器は、入力光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、電圧信号を増幅およびリミッティングするリミッティングアンプと、電圧信号の直流電圧成分を除去する交流結合容量と、前置増幅器とリミッティングアンプとの間を、交流結合容量を介して接続する伝送線路と、を備える。また、光受信器は、伝送線路に接続され、切り替え信号によって、第１の抵抗値、または第１の抵抗値より抵抗値が高い第２の抵抗値に切り替える終端回路、を備える。また、光受信器は、伝送線路に接続され、電圧信号の低周波領域ではオープンになり、電圧信号の高周波領域では前置増幅器および伝送線路とインピーダンス整合が可能な抵抗値になる交流負荷、を備える。光受信器は、終端回路と交流負荷とが電気的に並列に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる光受信器は、信号の波形品質の劣化を抑制しつつ、良好なバースト受信特性および同符号連続耐力が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１にかかる光通信システムの構成例を示す図
【図２】実施の形態１にかかる光受信器の構成例を示すブロック図
【図３】実施の形態１にかかる光受信器の動作を示すタイミングチャート
【図４】実施の形態２にかかる光受信器の構成例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる光受信器、光終端装置および光通信システム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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光通信システム１００の構成例を示す図である。光通信システム１００は、ＯＬＴ２００と、ＯＮＵ３００，３０１，３０２と、を備える。ＯＬＴ２００は、伝送路、具体的には光スターカプラおよび光ファイバを介して、ＯＮＵ３００〜３０２と接続している。図１では、ＯＮＵの数を３つとしているが、一例であり、これに限定されるものではない。光終端装置であるＯＬＴ２００は、光受信器２０１を備える。ＯＬＴ２００は、光受信器２０１が、後述する低域遮断周波数を切り替える動作を行うことにより、異なる距離に位置しているＯＮＵ３００〜３０２からの光信号の受信において、信号の波形品質を劣化させない良好な高周波特性を実現しつつ、かつ、高速バースト受信特性および高い同符号連続耐力を両立することができる。
【００１３】
光受信器２０１は、ＯＬＴ２００に搭載され、ＯＬＴ２００と共に光通信システム１００を構成するＯＮＵ３００〜３０２からの光信号を受信する。光受信器２０１の構成および動作について説明する。図２は、実施の形態１にかかる光受信器２０１の構成例を示すブロック図である。光受信器２０１は、受光素子１と、前置増幅器２と、振幅制限増幅器（以下、ＬＩＡ（LImiting  Amplifier）と称する）３と、伝送線路４と、ＡＣ（Alternating  Current）結合容量５と、終端回路６、ＡＣ負荷１０と、を備える。終端回路６は、スイッチ７と、２つの低終端抵抗８と、２つの高終端抵抗９と、を備える。ＡＣ負荷１０は、２つの抵抗１１と、２つの容量１２と、を備える。光受信器２０１では、終端回路６およびＡＣ負荷１０が、電気的に並列に接続されている。
【００１４】
受光素子１は、ＯＮＵ３００〜３０２から受信した光信号を電流信号に変換する。前置増幅器２は、受光素子１から出力された電流信号を電圧信号に変換する。前置増幅器２は、電圧信号を伝送線路４に出力する。本実施の形態では、一例として、前置増幅器２の出力インピーダンスを５０Ωとする。ＬＩＡ３は、電圧信号を一定振幅となるように増幅およびリミッティングすなわち振幅を制限するリミッティングアンプである。
【００１５】
伝送線路４は、前置増幅器２とＬＩＡ３との間を接続する。本実施の形態では、一例として、伝送線路４の特性インピーダンスは５０Ωに調整されているものとする。ＡＣ結合容量５は、伝送線路４の間または伝送線路４の端に挿入されたコンデンサである。図２の例ではＡＣ結合容量５は伝送線路４の間に挿入されているが、一例であり、ＡＣ結合容量５は伝送線路４の端に挿入されていてもよい。伝送線路４の端とは、例えば、ＬＩＡ３の手前である。ＡＣ結合方式において、光受信器２０１では、ＡＣ結合容量５が前置増幅器２から出力された電圧信号のＤＣ電圧成分を除去し、ＬＩＡ３の入力側で決められたＤＣ電圧に再設定することで、ＬＩＡ３の正確な信号再生を可能とする。ＡＣ結合容量５については、交流結合容量と称することがある。
【００１６】
終端回路６は、伝送線路４に接続され、前置増幅器２から出力された電圧信号を反射などによって損失させずにＬＩＡ３に伝送させるため、伝送線路４においてインピーダンス整合を考慮した抵抗である。スイッチ７は、終端回路６を構成するスイッチであり、外部からの切り替え信号によってオンまたはオフを切り替える。なお、図２では１つのスイッチとしているが、一例であり、低終端抵抗８毎に独立したスイッチを備えてもよい。低終端抵抗８は、終端回路６を構成する抵抗であり、ＬＩＡ３の入力端子と、電源端子またはＧＮＤ（以下、グランドと称する）端子との間にスイッチ７と直列に接続された抵抗である。高終端抵抗９は、終端回路６を構成する抵抗であり、スイッチ７および低終端抵抗８と並列に接続された抵抗である。高終端抵抗９は、低終端抵抗８よりも抵抗値の高い抵抗である。
【００１７】
ＡＣ負荷１０は、伝送線路４に接続され、ＬＩＡ３の入力端子と、グランド端子または電源端子との間に接続された、インピーダンス整合のための交流負荷である。ＡＣ負荷１０は、電圧信号の低周波領域ではオープンになり、電圧信号の高周波領域では前置増幅器２および伝送線路４とインピーダンス整合が可能な抵抗値になる。抵抗１１は、ＡＣ負荷１０を構成する抵抗であり、本実施の形態では、前置増幅器２の出力インピーダンスおよび伝送線路４の特性インピーダンスとインピーダンス整合が可能な５０Ωの抵抗である。容量１２は、ＡＣ負荷１０を構成するコンデンサであり、抵抗１１と直列接続されている。容量１２は、電圧信号の低周波領域のときにオープンまたは高いインピーダンスになる。ＡＣ負荷１０では、図２に示すように、抵抗１１および容量１２は直列に接続され、直列接続された抵抗１１および容量１２からなる回路の両端は、ＬＩＡ３の各入力端子にそれぞれ接続される。
【００１８】
光受信器２０１では、１０Ｇｂｐｓ級の電圧信号の波形品質を劣化させずに後段回路に伝送させるには、反射などによる損失を抑えるため、送信側すなわち前置増幅器２の出力インピーダンス、伝送線路４の特性インピーダンス、および受信側すなわちＬＩＡ３の入力インピーダンスをそれぞれ合わせるインピーダンス整合を行う必要がある。伝送線路４の特性インピーダンスは、現在５０Ω系が広く用いられている。そのため、光受信器２０１では、送信側の出力インピーダンス、および受信側の入力インピーダンスについても、伝送線路４と同様の５０Ωに調整する。
【００１９】
ここで、光受信器２０１では、ＡＣ結合容量５、終端回路６およびＡＣ負荷１０によって、ハイパスフィルタが構成される。ハイパスフィルタの低域遮断周波数は、「１／（２π×ＡＣ結合容量５の容量値×終端回路６およびＡＣ負荷１０による抵抗値）」となる。この低域遮断周波数が、バースト受信特性と同符号連続耐力との間のトレードオフを発生させる原因の１つとなる。
【００２０】
なお、図２に示す光受信器２０１の構成は一例であり、これに限定されるものではない。終端回路６およびＡＣ負荷１０は、ＬＩＡ３の外部で構成されているが、一部または全ての構成がＬＩＡ３内に内蔵されていてもよい。また、ＡＣ結合容量５は、伝送線路４の線間に配置されているが、前述のように伝送線路４の端に配置されていてもよい。また、前置増幅器２の出力インピーダンス、伝送線路４の特性インピーダンス、およびＡＣ負荷１０を構成する抵抗１１を５０Ωとしているが、これはインピーダンス整合を行うための一例であり、具体的な抵抗値は、これに限定されるものではない。終端回路６およびＡＣ負荷１０は、伝送線路４と、電源端子またはグランド端子との間にそれぞれ接続されているが、一例であり、これに限定されるものではない。
【００２１】
つづいて、光受信器２０１の動作について説明する。図３は、実施の形態１にかかる光受信器２０１の動作を示すタイミングチャートである。図３において、１段目は受光素子１へ光信号として入力される入力光信号を示し、２段目はスイッチ７のオンおよびオフを制御する切り替え信号を示し、３段目は前置増幅器２から出力される電圧信号の低周波領域での出力インピーダンスを示し、４段目は前置増幅器２から出力される電圧信号の高周波領域での出力インピーダンスを示し、５段目はＬＩＡ３から出力される差分信号のうち正相出力信号を示す。また、図３において、横軸は時間を示す。
【００２２】
まず、入力光信号の先頭部分、すなわち入力光信号の受信を開始してプリアンブル区間の範囲内のバースト受信時間では、スイッチ７は、切り替え信号を受けてオンとなる。これにより、終端回路６では、低終端抵抗８および高終端抵抗９が並列接続となる。このとき、ＡＣ負荷１０の抵抗値は、前置増幅器２から出力される電圧信号の低周波領域では、容量１２がオープンになりインピーダンスが非常に高く見えるため、高抵抗となる。そのため、光受信器２０１では、低周波領域での出力インピーダンスは、低終端抵抗８および高終端抵抗９の並列接続となる。光受信器２０１では、低終端抵抗８の抵抗値と比較して高終端抵抗９の抵抗値が十分に大きい、例えば１００倍程度大きい場合、低終端抵抗８の抵抗値が主となり低抵抗となる。これにより、光受信器２０１は、ＡＣ結合容量５および出力インピーダンスにより決まるハイパスフィルタの低域遮断周波数は高い値となり、高速バースト受信特性、すなわち短いバースト受信時間が可能となる。バースト受信時間とは、ＡＣ結合容量５によって、ＬＩＡ３での電圧信号の再生時、前置増幅器２から出力された電圧信号のＤＣ（Direct  Current）電圧変動による影響が無くなるまでの時間である。バースト受信時間は、ハイパスフィルタの低域遮断周波数に依存する。
【００２３】
一方、前置増幅器２から出力される電圧信号の高周波領域では、容量１２のインピーダンスが非常に低くほぼショートとなるため、ＡＣ負荷１０の抵抗値は、抵抗１１の抵抗値である５０Ωとなる。そのため、光受信器２０１では、高周波領域での出力インピーダンスは、並列接続の関係にある５０Ωの抵抗１１および低終端抵抗８から求めることができる。光受信器２０１は、高周波領域ではインピーダンスが不整合であるため、信号の波形品質は劣化する。しかしながら、プリアンブル区間の信号であるため、光受信器２０１において問題にはならない。スイッチ７がオン時の終端回路６の抵抗値を第１の抵抗値とする。
【００２４】
つぎに、バースト受信時間となり、ＬＩＡ３において正確な信号再生が可能な状態になると、スイッチ７は、切り替え信号を受けてオフとなる。これにより、終端回路６では、低終端抵抗８がオープンとなり、高終端抵抗９のみが伝送線路４と接続する。
【００２５】
そのため、光受信器２０１では、前置増幅器２から出力される電圧信号の低周波領域での出力インピーダンスは、高終端抵抗９が主となり高い抵抗値となる。これにより、光受信器２０１は、ＡＣ結合容量５および出力インピーダンスにより決まるハイパスフィルタの低域遮断周波数は低い値となり、高い同符号連続耐力が可能となる。
【００２６】
一方、光受信器２０１では、前置増幅器２から出力される電圧信号の高周波領域での出力インピーダンスは、並列接続の関係にある５０Ωの抵抗１１および高終端抵抗９から求めることができるが、ほぼ５０Ωとなる。これにより、光受信器２０１は、高周波領域ではインピーダンス整合が可能となり、良好な波形品質を実現することが可能となる。スイッチ７がオフ時の終端回路６の抵抗値を第２の抵抗値とする。なお、第１の抵抗値＜第２の抵抗値である。
【００２７】
なお、図３において、切り替え信号がＨｉｇｈのときにスイッチ７がオン、切り替え信号がＬｏｗのときにオフとしたが、一例であり、これに限定されるものではない。スイッチ７を所望通りに切り替えられれば、ＨｉｇｈおよびＬｏｗと、オンおよびオフとの組み合わせはこれらに限定されない。
【００２８】
ここで、光受信器２０１では、スイッチ７は、切り替え信号によって、１つ前の入力光信号のペイロード区間の受信完了後、または現在の入力光信号のプリアンブル区間の受信開始のタイミングでオンに切り替える。また、光受信器２０１では、スイッチ７は、オンに切り替え後、切り替え信号によって、バースト受信時間から現在の入力光信号のペイロード区間の受信開始までの間にオフに切り替える。
【００２９】
前述のタイミングでスイッチ７のオンおよびオフが切り替わるように制御できれば、光受信器２０１では、外部から切り替え信号が入力される構成であってもよい。例えば、光受信器２０１を搭載するＯＬＴ２００の制御基板などで切り替え信号を生成し、ＯＬＴ２００の制御基板が切り替え信号を光受信器２０１に出力してもよい。
【００３０】
また、前述のタイミングで切り替わるように制御できれば、光受信器２０１の内部で切り替え信号を生成してもよい。例えば、光受信器２０１は、図２では図示していない内部で生成するＳＤ（Signal  Detect）信号、またはＬＯＳ（Loss  Of  Signal）信号に基づいて切り替え信号を生成してもよく、これらに限定されるものではない。このように、切り替え信号は、光受信器２０１の外部で生成されてもよいし、光受信器２０１の内部で生成されてもよい。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光受信器２０１は、伝送線路４に終端回路６およびＡＣ負荷１０を電気的に並列に接続し、入力光信号のプリアンブル区間では終端回路６の抵抗値を第１の抵抗値に切り替え、入力光信号のペイロード区間では終端回路６の抵抗値を第１の抵抗値よりも抵抗値の高い第２の抵抗値に切り替えることとした。これにより、光受信器２０１は、信号の波形品質の劣化を抑制しつつ、入力光信号のプリアンブル区間では良好なバースト受信特性を得ることができ、入力光信号のペイロード区間では良好な同符号連続耐力を得ることができる。このように、光受信器２０１は、信号の波形品質の劣化を抑制しつつ、高速バースト受信特性および高い同符号連続耐力を両立することができる。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態２では、ＡＣ負荷の構成が実施の形態１と異なる場合について説明する。
【００３３】
図４は、実施の形態２にかかる光受信器２０１ａの構成例を示すブロック図である。光受信器２０１ａは、光受信器２０１に対して、ＡＣ負荷１０をＡＣ負荷１３に置き換えたものである。なお、図示は省略するが、ＯＬＴ２００は、図１に示す光受信器２０１に替えて、光受信器２０１ａを備えることが可能である。
【００３４】
ＡＣ負荷１３は、ＬＩＡ３の入力端子と、グランド端子または電源端子との間に接続された、インピーダンス整合のための交流負荷である。抵抗１４は、ＡＣ負荷１３を構成する抵抗であり、前置増幅器２の出力インピーダンスおよび伝送線路４の特性インピーダンスとインピーダンス整合が可能であり、各差動信号の伝送線路４と接続される５０Ωの抵抗である。容量１５は、ＡＣ負荷１３を構成するコンデンサであり、２つの抵抗１４の間に挿入されている。容量１５は、電圧信号の低周波領域のときにオープンまたは高いインピーダンスになる。ＡＣ負荷１３では、図４に示すように、抵抗１４および容量１５は直列に接続され、直列接続された抵抗１４および容量１５からなる回路の両端は、ＬＩＡ３の各入力端子にそれぞれ接続される。
【００３５】
このような構成により、ＡＣ負荷１３は、容量１５が低周波領域ではオープンとなり、高周波領域ではショートに見える。さらに、ＡＣ負荷１３は、高周波領域では差動信号間で１００Ωとなるためインピーダンス整合を行うことができる。このように、光受信器２０１ａは、実施の形態１の光受信器２０１と同様の動作が可能であり、光受信器２０１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
なお、図４に示す光受信器２０１ａの構成は一例であり、これに限定されるものではない。抵抗１４の抵抗値を５０Ωとしているが、これは前置増幅器２の出力インピーダンス、および伝送線路４の特性インピーダンスとインピーダンス整合を行うための一例であり、これに限定されるものではない。また、光受信器２０１ａでは、２つの抵抗１４および１つの容量１５でＡＣ負荷１３を構成していたが、一例であり、これに限定されるものではない。光受信器２０１ａは、例えば、２つの容量の間に１００Ωの抵抗１つを直列接続してＡＣ負荷１３を構成してもよいし、１００Ωの抵抗１つと１つの容量とを直列接続してＡＣ負荷１３を構成してもよい。
【００３７】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  受光素子、２  前置増幅器、３  ＬＩＡ、４  伝送線路、５  ＡＣ結合容量、６  終端回路、７  スイッチ、８  低終端抵抗、９  高終端抵抗、１０，１３  ＡＣ負荷、１１，１４  抵抗、１２，１５  容量、１００  光通信システム、２００  ＯＬＴ、２０１，２０１ａ  光受信器、３００〜３０２  ＯＮＵ。
【図１】
0006664544.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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