(57)【要約】【課題】ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器、及び光信号から電気信号を生成する方法を提供する。【解決手段】光受信回路１ａは、フォトダイオード（ＡＰＤ）１１ａ、パワーノード７、電位差発生回路部１５、電流生成回路部１７、制御部１９を備える。ＡＰＤは、ノード３とノード５との間に設けられている。電位差発生回路部１５は、ノード３とパワーノード７との間に設けられており、パワーノード７とノード３との間に流れる電流に対応した電圧をこれらのノード３、７との間に生成する。電流生成回路部１７は、ノード３とノード５との間に設けられている。制御部１９は、モニタ信号生成部１９ａ及び調整信号発生部１９ｂを有する。モニタ信号生成部は１９ａ、ＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及びＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成する。【選択図】　図１
2004040239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のノードに電気的に接続されカソード及びアノードを有する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のためのパワーを受けるパワーノードと、前記第１のノードと前記パワーノードとの間に設けられ前記第１のノードと前記パワーノードとの間に流れる電流に応じて変化する電圧を前記第１のノードと前記パワーノードとの間に生成する電位差発生回路部と、
前記第１のノードと第２のノードとの間に接続され電流値を変更可能な電流生成回路部と
を備える光受信回路。
【請求項２】
前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成するモニタ信号生成部、並びに前記第１及び第２の信号に応じて前記電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する調整信号発生部を有する制御部を更に備え、
前記電流生成回路部は、前記調整信号を受ける入力を有しており、
前記電流生成回路部の前記電流値は前記調整信号に応じて変化する、
請求項１に記載の光受信回路。
【請求項３】
制御部を更に備え、前記制御部は、
前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成するモニタ信号生成回路部と、
前記第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成するための手段と、
前記第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成するための手段と、
前記第１の基準値に関連する下限値より前記ＡＰＤ電圧の値が小さいことを前記第１の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を増加させるように前記調整信号を生成するための手段と、
前記第２の基準値に関連する上限値より前記ＡＰＤ電圧の値が大きいことを前記第２の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を減少させるように前記調整信号を生成するための手段と、
前記ＡＰＤ電圧の値が前記下限値以上であり前記上限値以下であることを前記第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に前記第２の信号の値を近づけるように前記調整信号を生成するための手段と
有する、請求項１に記載の光受信回路。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１及び第２の基準値、前記所定の関数を規定する一又は複数の値、並びに前記第１及び第２の信号の値を格納する記憶要素を含む記憶手段を備える、請求項２〜３のいずれかに記載の光受信回路。
【請求項５】
前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成するモニタ信号生成部、並びに、前記第１〜第３の信号に応答して前記電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する調整信号発生部を有する制御部を備え、
前記電流生成回路部は、前記調整信号を受ける入力を有しており、
前記電流生成回路部の前記電流値は、前記調整信号に応じて変化する、請求項１に記載の光受信回路。
【請求項６】
制御部を更に備え、前記制御部は、
前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成するモニタ信号生成回路部と、
前記第３の信号に応じて設定された第１の基準値と前記第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成するための手段と、
前記第３の信号に応じて設定された第２の基準値と前記第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成するための手段と、
前記第１の基準値に対応する上限値より前記ＡＰＤ電圧の値が大きいことを前記第１の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を減少させるように前記調整信号を生成するための手段と、
前記第２の基準値に対応する下限値より前記ＡＰＤ電圧の値が小さいことを前記第２の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を増加させるように前記調整信号を生成するための手段と、
前記ＡＰＤ電圧の値が前記下限値以上であり前記上限値以下であることを前記第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に前記第２の信号の値を近づけるように前記調整信号を生成するための手段と、
を有する、請求項１に記載の光受信回路。
【請求項７】
前記制御部は、複数の温度毎に前記第１及び第２の基準値、前記所定の関数を規定する一又は複数の値、並びに前記第１及び第２の信号の値を格納する記憶要素を含む記憶手段を備える、請求項６に記載の光受信回路。
【請求項８】
前記記憶手段は、複数の温度毎に初期値を格納する記憶要素を更に備え、
前記制御部は、前記初期値のうちの最小値に前記調整信号を設定するための手段と、前記第３の信号の値に応じて前記複数の初期値から決定された値に前記調整信号を設定するための手段とを含む、請求項７に記載の光受信回路。
【請求項９】
前記モニタ信号生成部は、前記カソード及びアノードの一方と前記第１のノードとの間に設けられた電流ミラー部と、前記電流ミラー部に接続された負荷部とを有しており、前記電流ミラー部はミラー電流を生成するものであり、前記ミラー電流は前記負荷部を流れ、前記負荷部は、前記ミラー電流に応じて変化する前記第２の信号を提供する、請求項２〜８のいずれかに記載の光受信回路。
【請求項１０】
アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から電気信号を生成する方法であって、
入力及び出力を有しており前記入力から前記出力に流れる電流に対応した電圧を前記入力と前記出力との間に生成する電位差発生回路部を介して、調整電流を生成する電流生成回路部と前記アバランシェフォトダイオードとに電力を加えるステップと、
前記アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応答して変化する第２の信号と、前記アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３の信号とを発生するステップと、
前記第３の信号に応じて第１の基準値を設定するステップと、
前記第３の信号に応じて第２の基準値を設定するステップと、
前記第１の基準値と前記第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成するステップと、
前記第２の基準値と前記第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成するステップと、
前記第１の基準値に対応する下限値より前記ＡＰＤ電圧の値が小さいことを前記第１の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を増加させるように前記調整信号を生成するステップと、
前記第２の基準値に対応する上限値より前記ＡＰＤ電圧の値が大きいことを前記第２の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を減少させるように前記調整信号を生成するステップと、
前記ＡＰＤ電圧の値が前記下限値以上であり前記上限値以下であることを前記第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に前記第２の信号の値を近づけるように前記調整信号を生成するステップと、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信回路、及び光信号から電気信号を生成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を用いる光受信器では、ＡＰＤ電源がアバランシェフォトダイオードに電圧を加えている。このＡＰＤ電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いている。光受信器では、アバランシェフォトダイオードからの出力信号は、可変利得増幅器に入力される。可変利得増幅器からの出力信号は、出力端子に提供されると共に、ピーク検出回路にも提供される。ピーク検出回路の出力信号は、ＡＧＣ回路に与えられる。ＡＧＣ回路の出力信号は、利得の調整のために可変利得増幅器に提供されると共に、ＡＰＤ電源にも与えられる。
ＡＰＤ電源は、ＡＧＣ回路の出力信号を用いて、アバランシェフォトダイオードに加える電圧を調整している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アバランシェフォトダイオードを用いる光受信器では、アバランシェフォトダイオードの増倍率を制御するために、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を変更している。変更された電圧はアバランシェフォトダイオードに加えられて、増倍率が調整される。従来の技術に示したように、ピーク検出器の出力を用いてＤＣ／ＤＣコンバータの出力を可変する方法においては、以下の問題があった。（１）伝送速度が１Ｇｂｐｓ以上の速度の場合、ピーク検出器を構成する部品が非常に高価になる。（２）　ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を可変する際に、アバランシェフォトダイオードの光入力及びアバランシェフォトダイオードのばらつき、温度特性全ての条件の元、伝送特性を最適になるように制御するには非常に広い可変範囲が要求され且つ伝送特性に影響を及ぼさないようその広い範囲でリップルノイズを低く抑えつつ制御するのは非常に困難で且つ実現できたとしても非常に高価なものとなってしまう。そこで、安価に実現できるモニタ手段を元として、ＡＰＤ電圧をアバランシェフォトダイオードのばらつき、温度特性及び光入力条件全てにおいて最適の伝送条件が得られるように、非常に広い可変範囲で安定した制御を行うことが必要であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、ＡＰＤ電圧を安価により広い範囲において可変でき安定した伝送特性を得ることができる光受信器、及び光信号から電気信号を生成する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、光受信回路に係わる。光受信回路は、アバランシェフォトダイオードと、パワーノードと、電位差発生回路部と、電流生成回路部とを備える。アバランシェフォトダイオードは、カソード及びアノードを有しており、第１のノードに電気的に接続されている。パワーノードは、アバランシェフォトダイオードのためのパワーを受けるように設けられている。電位差発生回路部は、第１のノードとパワーノードとの間に設けられており、第１のノードとパワーノードとの間に流れる電流に対応した電圧を第１のノードとパワーノードとの間に生成する。電流生成回路部は、第１のノードと第２のノードとの間に設けられ、電流値を変更可能である。
【０００６】
この光受信回路において、第１のノードに電気的に接続された電流生成回路部の電流を変更することにより、電位差発生回路部の両端の電圧差を変更できる。
この電圧差の変化に応じて第１のノードの電圧を調整できるので、パワーノードに要求される負荷はほぼ一定に保たれるので、安価に構成できるほか、高周波を検出しないので検出回路を安価にできる。
【０００７】
本発明の光受信回路は、制御部を更に備える。制御部は、モニタ信号生成部及び調整信号発生部を有する。モニタ信号生成部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及びアバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成する。調整信号発生部は、第１及び第２の信号に応じて電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する。電流生成回路部は、調整信号を受ける入力を有する。電流生成回路部の電流値は調整信号に応じて変化する。
【０００８】
この光受信回路において、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた電流生成回路部の電流を第１及び第２の信号を用いて調整することにより、電位差発生回路部の両端の電圧を変化させている。この変化に応じて、第１のノードの電圧が調整される。この調整によれば、ＡＰＤ電圧及びＡＰＤ電流に応じてアバランシェフォトダイオードへの印加電圧が調整される。
【０００９】
本発明に係わる光受信回路は、制御部を更に備えることができる。制御部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及びアバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成するモニタ信号生成回路部を含んでいる。また、制御部は、（ａ）第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成するための手段と、（ｂ）第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成するための手段と、（ｃ）第１の基準値に関連する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、第１及び第２の信号に応じてＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号を生成するための手段と、（ｄ）第２の基準値に関連する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、第１及び第２の信号に応じてＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成するための手段と、（ｅ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に第２の信号の値を近づけるように調整信号を生成するための手段とを備えることができる。これらの手段によれば、ＡＰＤ電圧の値に関する信号を利用して、電流生成回路部への信号を生成できる。アバランシェフォトダイオード毎にＡＰＤ電圧の上限値及び下限値は測定すれば、アバランシェフォトダイオードのばらつきに応じて光受信器を調整できる。
【００１０】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、ＡＤ変換手段を含む
ことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電圧に応じて変化する第１のアナログ信号から第１の信号を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２のアナログ信号から第２の信号を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段によれば、ディジタル制御を利用して光受信回路を制御可能になる。
【００１１】
本発明に係わる光受信回路では、制御部は、記憶手段を備えることができる。
記憶手段は、第１及び第２の基準値、並びに所定の関数を規定する一又は複数の値を格納する第１の記憶要素を含む。制御部が記憶手段を含むことは、ディジタル制御に好適である。また、記憶手段は、第１及び第２の信号の値を格納する第２の記憶要素を更に含むことができる。第２の記憶要素は、第１及び第２の信号の値を格納するために利用できる。また、記憶手段は、アバランシェフォトダイオードのばらつきを個々に調整するためのデータを格納するために使用できる。
【００１２】
本発明に係わる光受信回路は、制御部を更に備えることができる。制御部は、モニタ信号生成部及び調整信号発生部を有する。モニタ信号生成部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及びアバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成する。調整信号発生部は、第１〜第３の信号に応答して電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する。
【００１３】
この光受信回路において、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた電流生成回路部の電流を第１〜第３の信号を用いて調整すると、電位差発生回路部の両端に生じる電圧を変化できる。この変化に応じて、第１のノードの電圧が調整される。この調整には、アバランシェフォトダイオードのばらつき及び環境温度が反映される。
【００１４】
本発明に係わる光受信回路では、制御部を更に備えることができる。制御部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及びアバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成するモニタ信号生成回路部を含んでいる。制御部は、（ａ）第３の信号に応じて設定された第１の基準値と第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成するための手段と、（ｂ）第３の信号に応じて設定された第２の基準値と第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成するための手段と、（ｃ）第１の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成するための手段と、（ｄ）第２の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号を生成するための手段と、（ｅ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に第２の信号の値を近づけるように調整信号を生成するための手段と、を備えることができる。
【００１５】
これらの手段によれば、ＡＰＤ電圧の値に関する信号を利用して、電流生成回路部への信号を生成できる。ＡＰＤ電圧の上限値及び下限値はいくつかの温度においてアバランシェフォトダイオードを測定することにより得ることができるので、アバランシェフォトダイオードのばらつき及び環境温度に応じた調整のための判定基準を得ることできる。また、制御部は、第３の信号に応じて第１及び第２の基準値を選択するための手段を更に含むことができる。
【００１６】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、ＡＤ変換手段を含むことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１のアナログ信号から第１の信号を生成することができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２のアナログ信号から第２の信号を生成することができる。
ＡＤ変換手段は、アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３のアナログ信号から第３の信号を生成することができる。ＡＤ変換手段によれば、光受信回路は、ディジタル制御を利用して制御される。
【００１７】
本発明に係わる光受信回路では、制御部は、記憶手段を更に備えることができる。記憶手段は、いくつかの温度毎に第１及び第２の基準値、並びに所定の関数を規定する一又は複数の値を格納する記憶要素を含むことができる。制御部が記憶手段を含むことにより、ディジタル制御に好適な光受信器が提供される。記憶手段は、第１及び第２の信号の値を格納する記憶要素を含むことができる。第２の記憶要素は、第１及び第２の信号の値を格納するために利用できる。
【００１８】
本発明に係わる光受信回路では、記憶手段は、複数の温度毎に初期値を格納する記憶要素を更に備えることができる。制御部は、初期値のうちの最小値に調整信号を設定するための手段を含むことができる。この手段により、調整信号は、環境温度に関する信号を得る前には小さい値に設定されるので、大きな電圧がアバランシェフォトダイオードに加わることを防止できる。制御部は、また、第３の信号の値に応じて複数の初期値から決定された値に調整信号を設定するための手段を含むことができる。この手段により、調整信号に最小の値を設定したのちに、環境温度に応じた初期値を設定できる。
【００１９】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、温度感応素子を含むことができる。温度感応素子は、アバランシェフォトダイオードの温度に応答した信号を発生する。
【００２０】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電流ミラー部及び負荷を有している。電流ミラー部は、ＡＰＤ電流に応じて変化するミラー電流を生成する。このミラー電流は負荷部を流れる。このミラー電流に応じて、負荷部は第２の信号を生成する。電流ミラー回路を用いることにより、ＡＰＤ電流に応じて変化する電流を生成できる。
【００２１】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電圧分割部を有することができる。電圧分割部は、第１のノードと第２のノードとの間に直列に設けられた第１及び第２の抵抗を有することができる。電圧分割部は、第１及び第２の抵抗を用いて第１の信号を生成する。この形態によれば、第１のノードと第２のノードとの間の電圧からＡＰＤ電圧を得ることができる。
【００２２】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電圧分割部を有することができる。電圧分割部は、カソードとアノードとの間に直列して設けられた第１及び第２の抵抗を有することができる。電圧分割部は、第１及び第２の抵抗を用いて第１の信号を生成する。この形態によれば、ＡＰＤ電圧に応じて変化する信号をカソードとアノードとの間の電圧から得ることができる。
【００２３】
本発明の別の側面に係わる発明は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法に係わる。この方法は、（ａ）入力から出力に流れる電流に対応した電圧を入力と出力との間に生成する電位差発生回路を介して、調整電流を生成する電流生成回路部とアバランシェフォトダイオードとに電力を加え、（ｂ）アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応じて変化する第２の信号とを発生し、（ｃ）第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成し、（ｄ）第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成し、（ｅ）第１の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように前記調整信号を生成し、（ｆ）第２の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成し、（ｇ）ＡＰＤ電圧の値が上限値以下であり下限値以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号の値を近づけるように調整信号を生成する、ステップを備える。
【００２４】
この方法では、電流生成回路部及びアバランシェフォトダイオードに電位差発生回路を介して電力を加えているので、電流生成回路部が生成する調整電流を変更することによりＡＰＤ電圧を変化させることができる。
【００２５】
本発明の更なる別の側面の発明は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法に係わる。この方法は、（ａ）入力から出力に流れる電流に対応した電圧を入力と出力との間に生成する電位差発生回路を介して、調整電流を生成する電流生成回路部と前記アバランシェフォトダイオードとに電力を加え、（ｂ）アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応答して変化する第２の信号と、アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３の信号とを発生し、（ｃ）第３の信号に応じて第１の基準値を設定するステップ、（ｄ）第３の信号に応じて第２の基準値を設定し、（ｅ）第１の基準値と第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成し、（ｆ）第２の基準値と第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成し、（ｇ）第１の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号を生成し、（ｈ）第２の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成し、（ｉ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号値を近づけるように調整信号を生成する、ステップを備える。
【００２６】
この方法では、電流生成回路部及びアバランシェフォトダイオードに電位差発生回路を介して電力を加えているので、電流生成回路部が生成する調整電流に応じてＡＰＤ電圧が調整される。また、第１及び第２の基準値を第３の信号に応じて設定しているので、環境温度の変化をＡＰＤ電圧の調整に反映できる。
【００２７】
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。
【００２８】
【発明の実施の形態】
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、本発明の光受信回路に係わ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。
【００２９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本実施の形態に係わる光受信回路を示すブロック図である。光受信回路１ａは、第１のノード３と、第２のノード５と、パワーノード７と、アバランシェフォトダイオード部１１と、電源１３と、電位差発生回路部１５と、電流生成回路部１７とを備える。パワーノード７は、アバランシェフォトダイオード１１ａのためのパワーを電源１３から受ける。電源１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータといった高電圧を提供できる電源回路１３ａを含む。
【００３０】
アバランシェフォトダイオード部１１は、アバランシェフォトダイオード（以下、フォトダイオードと記す）１１ａを含む。フォトダイオード１１ａは、カソード１１ｂ及びアノード１１ｃを有している。フォトダイオード１１ａは、逆方向にバイアスが印加されるように、第１のノード３に電気的に接続されている。
フォトダイオード１１ａは増幅器１１ｄに接続されていてもよい。アバランシェフォトダイオード部１１は出力信号ＳＯＵＴを生成する。フォトダイオード１１ａは、光ファイバといった光導波路２１に光学的に結合されて光導波路２１からの光２１ａを受ける。光２１ａはデータ信号２１ｂに応じて変調されている。
【００３１】
電位差発生回路部１５は、第１のノード３に接続された一端１５ａと、パワーノード７に接続された他端１５ｂとを有する。電位差発生回路部１５は、第１のノード３とパワーノード７との間に流れる電流に対応した電圧を一端１５ａと他端１５ｂとの間に生成する。電位差発生回路部１５は、例えば、第１のノード３とパワーノード７との間に接続された抵抗素子１５ｃを含むことができる。電位差発生回路部１５は、入力１５ａと出力１５ｂとの間に抵抗性インピーダンスＲＥＦＦを提供する電子素子を含むことにより、第１のノード３とパワーノード７との間に流れる電流に対応した電圧を生成できる。
【００３２】
電流生成回路部１７は、第１のノード３に接続された一端１７ａと、第２のノード５に接続された他端１７ｂとを有している。電流生成回路部１７は、電流値を変更可能な電流源１７ｃを含む。電流源１７ｃは、トランジスタにより実現できる。図１（ｂ）を参照すると、電流源１７ｃは電界効果トランジスタ２３を含む。電界効果トランジスタ２３は、ソース２３ａ、ドレイン２３ｂ及びゲート２３ｃを有する。電界効果トランジスタ２３のゲート２３ｃの電圧を変更することにより、電流値を変更できる。或いは、図１（ｃ）を参照すると、電流源１７ｃは、バイポーラトランジスタ２５を含む。バイポーラトランジスタ２５は、エミッタ２５ａ、コレクタ２５ｂ及びベース２５ｃを有する。バイポーラトランジスタ２５のベース２５ｃの電流を変更することにより、電流値を変更できる。
【００３３】
光受信器１ａは、制御部１９を更に備えることができる。電流生成回路部１７は、制御部１９からの調整信号を受ける入力を更に備えており、電流源１７ｃは調整信号に応じて変化する電流を生成する。制御部１９は、モニタ信号生成部１９ａ及び調整信号発生部１９ｂを有する。モニタ信号生成部１９ａは、フォトダイオードのカソードとアノードとの間へ印加されるＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値に応じて変化する第１の信号Ｖ１を生成する電圧モニタ部２７を有する。また、モニタ信号生成部１９ａは、フォトダイオードに流れるＡＰＤ電流ＩＡＰＤの値に応じて変化する第２の信号Ｖ２を生成する電流モニタ部２９を有する。調整信号発生部１９ｂは、第１の信号Ｖ１及び第２の信号Ｖ２に応じて電流生成回路部１７の電流の大きさを調整するための調整信号ＶＣを発生する。調整信号発生部１９ｂは、ＣＰＵ１８ａ及びメモリ１１８ｂといったディジタル制御のための電子デバイスを含むことができる。
【００３４】
この光受信回路１ａにおいて、電源１３が、出力電圧Ｖ０を提供している。第１のノード３と第２のノード５との間に設けられた電流生成回路部１７の電流ＩＣを第１の信号Ｖ１及び第２の信号Ｖ２を用いて調整すると、電位差発生回路部１５の両端に生じる電圧差△Ｖを変化できる。この電圧変化△Ｖに応じて、第１のノード３と第２のノード５との間の電圧ＶＡＰＰが調整される。つまり、
ＶＡＰＰ＝Ｖ０−△Ｖ（Ｉ０、ＩＣ）
△Ｖ（Ｉ０、ＩＣ）＝（Ｉ０＋ＩＣ）・ＲＥＦＦ　
ＩＣ＝ＩＣ（Ｖ１、Ｖ２）
Ｖ１＝Ｖ１（ＶＡＰＤ）
Ｖ２＝Ｖ２（ＩＡＰＤ）
と表される。ＶＡＰＤは、フォトダイオード１１ａに印加される電圧を示す。Ｉ０はフォトダイオード部１１及びモニタ信号生成部１９ａに流れる電流を示す。
【００３５】
この調整によれば、フォトダイオードに印加される電圧をより広い範囲で可変できる。故に、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。また、フォトダイオードの特性のばらつきが大きいときでも、フォトダイオード１１ａに印加される電圧を伝送特性が最適になるように、光入力、温度といった環境下で、調整できる。
【００３６】
図２は、電流モニタ部の回路を示す回路図である。電流モニタ部２９は、電流ミラー回路部３１を含む。電流ミラー回路部３１は、第１〜第４の端子３１ａ〜３１ｄを有しており、第１の端子３１ａと第２の端子３１ｂとの間に第１のトランジスタ３１ｅが接続されており、第３の端子３１ｃと第４の端子３１ｄとの間に第２のトランジスタ３１ｆが接続される。第２の端子３１ｂとノード５との間には、フォトダイオード１１ａが設けられている。負荷部３１ｇは、抵抗性インピーダンスＲ３１ｇを有する。例えば、負荷部３１ｇは、抵抗素子を含むことができる。第４の端子３１ｄとノード５との間には、負荷部３１ｇが設けられている。電流ミラー回路部３１は、ミラー比ｎを有する。第３の端子３１ｃと第４の端子３１ｄとの間に流れるミラー電流ＩＭは、第１の端子３１ａと第２の端子３１ｂとの間に流れる電流ＩＡＰＤのｎ倍（ミラー比倍）により与えられる。ミラー電流ＩＭは負荷部３１ｇに流れる。負荷部３１ｇは、ミラー電流ＩＭに応じて変化する信号Ｖ２を発生する。トランジスタとしては、バイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタが例示される。
【００３７】
図３（ａ）は、電圧モニタ部の回路を示す回路図である。図３（ａ）を参照すると、電圧モニタ部２７ａは、抵抗分割回路部３５を含む。抵抗分割回路部３５は、第１のノード３と第２のノード５との間に設けられており、電流生成回路部１７に並列に接続されている。抵抗分割回路部３５は、第１〜第３の端子３５ａ〜３５ｃを有しており、第１の端子３５ａと第２の端子３５ｂとの間に、直列に接続された第１及び第２の抵抗３５ｄ、３５ｅを備える。第１及び第２の抵抗３５ｄ、３５ｅは、共有ノード３５ｆを有している。共有ノード３５ｆは、第１の端子３５ａと第２の端子３５ｂとの間に印加された電圧の分圧値を提供する。出力３５ｃは、分圧値から生成された第１の信号Ｖ１を提供する。ノード３とノード５との間に印加された電圧は、電流モニタ部２９を介してフォトダイオード１１ａに加えられる。故に、抵抗分割回路部３５によりモニタされる電圧は、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧と関連づけられている。
【００３８】
図３（ｂ）は、電圧モニタ部の別の回路を示す回路図である。図３（ｂ）を参照すると、電圧モニタ部２７ｂは、抵抗分割回路部３７を含む。抵抗分割回路部３７は、電流ミラー部３１と第２のノード５との間に設けられており、フォトダイオード１１ａに並列に接続されている。抵抗分割回路部３７は、第１〜第３の端子３７ａ〜３７ｃを有しており、第１の端子３７ａと第２の端子３７ｂとの間に、直列に接続された第１及び第２の抵抗３７ｄ、３７ｅを備える。第１及び第２の抵抗３７ｄ、３７ｅは、共有ノード３７ｆを有している。共有ノード３７ｆは、第１の端子３７ａと第２の端子３７ｂとの間に印加された電圧の分圧値を提供する。出力３７ｃは、分圧値から生成された第１の信号Ｖ１を提供する。ノード３とノード５との間に印加された電圧は、電流モニタ部２９を介してフォトダイオード１１ａに加えられる。故に、抵抗分割回路部３７によりモニタされる電圧は、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧と関連づけられている。
【００３９】
図４は、フォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。この方法は、例えば、図１に示された光受信器において実現できる。フローチャート１００を参照しながら、光信号から出力信号を生成する方法を説明する。ステップＳ１００において光受信器の電力を与える。ステップＳ１０２では、電流生成回路部１７が相対的に大きな電流ＩＣＭＡＸを生成するように制御部１９の調整信号ＶＣを発生する。この結果、電流生成回路部１７は電流ＩＣＭＡＸを流すので、ノード３の電圧は低くなる。故に、フォトダイオード１１ａに大きな電圧が初期的に加わることがない。ノード３の初期電圧は、ＶＭＩＮ以下であることが好ましい。このステップにおいて、電位差発生回路１７を介して、電流生成回路部と１７フォトダイオード部１１とに電力を加える。ステップＳ１０４において、第１の基準値ＶＭＩＮ及び第２の基準値ＶＭＡＸを設定する。ステップＳ１０６において、フォトダイオード１１ａに光信号２１ａを与えて、この光信号２１ａに対応する出力信号ＳＯＵＴと、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧ＶＡＰＤに応じた第１の信号Ｖ１と、フォトダイオード１１ａに流れるＡＰＤ電流ＩＡＰＤに応じて変化する第２の信号Ｖ２とを発生する。調整信号発生部１９ｂは、モニタ信号生成部１９ａからモニタ信号Ｖ１、Ｖ２を得る。ステップＳ１０８では、第１の信号Ｖ１の値を第１の基準値ＶＭＩＮと比較して第１の比較結果を生成する。ステップＳ１１０において、第１の信号Ｖ１の値を第２の基準値ＶＭＡＸと比較して第２の比較結果を生成する。ステップＳ１０８及びステップＳ１１０を実効する順序は、交換可能である。ステップＳ１１２では、第１の基準値ＶＭＩＮに対応する下限値ＶＬＯＷＥＲよりＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを増加させるように調整信号ＶＣを生成する。好適な実施例として、所定の変化分だけＩＣを変更されるようにしてもよく、また調整信号ＶＣは、ＩＣ＝（Ｖ０−ＶＬＯＷＥＲ）／ＲＥＦＦ−ＩＡＰＤとなるように設定してもよい。ステップＳ１１４では、第２の基準値ＶＭＡＸに対応する上限値ＶＵＰＰＥＲよりＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを減少させるように調整信号ＶＣを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶＣは、所定の変化分だけＩＣを変更されるようにしてもよく、ＩＣ＝（Ｖ０−ＶＵＰＰＥＲ）／ＲＥＦＦ−ＩＡＰＤとなるように設定される。ステップＳ１１６では、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値が上限値ＶＵＰＰＥＲ以下であり下限値ＶＬＯＷＥＲ以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号Ｖ２の値を近づけるように調整信号ＶＣを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶＣは、調整電流ＩＣを一定値Ｉｍｃに近づけるように設定される。ステップＳ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６の後にステップＳ１０６に戻る。
【００４０】
この方法では、電流生成回路部１７及びフォトダイオード１１ａに電位差発生回路１７を介して電力を加えているので、電流生成回路部１７が生成する調整信号ＩＣの変更によりＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを変化させることができる。
【００４１】
図５は、ステップＳ１１６を詳細に示すフローチャートである。フローチャート１１６を参照しながら、ステップＳ１１６を説明する。まず、ステップＳ１２２において、Ｉｍｃを設定する。ステップＳ１２４において、第１の信号Ｖ２がＶｍｃ（例えば、Ｖｍｃ＝Ｉｍｃ×Ｒ３１ｇ）より大きいかを判定して第１の判定結果を生成する。ステップＳ１２６において、ＩＣを小さくするように調整信号ＶＣを設定する。判定結果が否定的である場合、ステップＳ１２８において、第１の信号Ｖ２がＶｍｃ（ＩｍｃとＲ３１ｇとの積）より小さいかを判定して第２の判定結果を生成する。第２の判定結果が肯定的である場合、ステップＳ１３０において、ＩＣを大きくするように調整信号ＶＣを設定する。第１及び第２の判定結果が否定的である場合、ステップＳ１３２において、現調整信号ＶＣを維持する。ステップＳ１２６、Ｓ１３０、Ｓ１３２の後に、ステップ１３４に進み、フローチャート１００に戻る。フローチャート１００及び１１６を繰り返すことにより、及び調整電流ＩＣは徐々に一定値Ｉｍｃに近づいていく。
【００４２】
次に、図６〜図１０を参照しながら、フォトダイオードの増倍率Ｍを制御する光受信器を例示的に説明する。図６は、信号伝送に必要な帯域が得られる増倍率Ｍを示すグラフである。図７は信号伝送に必要な帯域を提供するＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを示すグラフである。図８は信号伝送に必要な帯域を提供するＡＰＤ電流Ｉｍ（ＩＡＰＤ）を示すグラフである。図９は図４及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流ＩＣを示すグラフである。
【００４３】
発明者の実験によれば、信号伝送に必要な帯域は、アバランシェフォトダイオードの増倍率ＭＭＡＸと増倍率ＭＭＩＮとの間において実現される。この結果に基づいて、発明者は、光入力パワーを少なくとも３つの領域ＰＬ、ＰＭ、ＰＨに分けることが好適であると考えている。
【００４４】
図６では、光入力パワーが小さい領域ＰＬでは増倍率ＭＭＡＸを採用し、光入力パワーが大きい領域ＰＭでは増倍率ＭＭＩＮを採用し、中間領域ＰＭでは増倍率ＭＭＡＸとＭＭＩＮとの間の値を採用する。増倍率がＭＭＩＮより小さい場合及び増倍率がＭＭＡＸより大きい場合、所望の帯域が得られないので、信号出力ＳＯＵＴの波形が乱れ、伝送特性が劣化する。
【００４５】
図７では、光入力パワーが小さい領域ＰＬでは、増倍率ＭＭＡＸを提供する最大ＡＰＤ電圧ＶＵＰＰＥＲを用いる。光入力パワーが大きい領域ＰＭでは、増倍率ＭＭＩＮを提供する最小ＡＰＤ電圧ＶＬＯＷＥＲを用いる。中間領域ＰＭでは、ＡＰＤ電圧ＶＵＰＰＥＲとＡＰＤ電圧ＶＬＯＷＥＲとの間の値を用いる。
【００４６】
図８では、中間領域ＰＭにおいて、フォトダイオードにＡＰＤ電圧ＶＵＰＰＥＲを加えると、フォトダイオードは所定値Ｉｍｃよりも大きなＡＰＤ電流Ｉｍを生成する。また、中間領域ＰＭにおいて、フォトダイオードにＡＰＤ電圧ＶＬＯＷＥＲを加えると、フォトダイオードは所定値Ｉｍｃよりも小さいＡＰＤ電流Ｉｍを生成する。中間領域ＰＭにおいては、制御部１９は、ＡＰＤ電流ＩｍをＩｍｃの値に近づけるように動作する。具体的なＩｍｃの値は、伝送特性が最適になるように決定される。
【００４７】
図４、図７及び図８を参照しながら、光受信機の動作を例示的に説明する。光受信器の状態が図７中の点Ａにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１０８からステップＳ１１２へ進み、制御部１９は調整電流ＩＣを増加するように調整信号ＶＣを生成する。光受信器の状態が図７中の点Ｂにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１１０からＳ１１６へ進み、制御部１９は調整電流ＩＣを低減するように調整信号ＶＣを生成する。この調整信号ＶＣハＡＰＤ電圧を大きくする。光受信器が図７中の点Ｃにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１０８からステップＳ１１２へ進み、光受信器の状態は図７及び図８中の点Ｄに移り、更に光受信器の制御はステップＳ１１０を介してステップＳ１０８からＳ１１６へ進む。
【００４８】
図９は、図４に示されたフローチャートを用いて制御された調整電流ＩＣの一例を示すグラフである。したがって、光信号から電気信号を生成する方法において、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる。
【００４９】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。図１０（ａ）を参照すると、制御部１９は、記憶手段５０、信号読み込み手段５２、設定手段５４、第１の比較手段５６、第２の比較手段５８、第１の信号生成手段６０、第２の信号生成手段６２、及び第３の信号生成手段６４を備える。
【００５０】
図１１は、記憶手段５０の構造を示すブロック図である。記憶手段５０は、いくつかの記憶要素５０ａ〜５０ｆを有する。記憶要素５０ａは、第１の基準値ＶＭＡＸを格納する。記憶要素５０ｂは第２の基準値ＶＭＩＮを格納している。記憶要素５０ｃは第３の基準値Ｉｍｃといった所定の関数を規定する値を格納する。記憶要素５０ｄはＩｃｍａｘといった初期値を格納する。記憶要素５０ｅは、最新モニタ電圧値を示す第１の信号値を格納する。記憶要素５０ｆは、最新モニタ電流値を示す第２の信号値を格納する。記憶手段５０をフォトダイオード毎に作製すれば、個々のフォトダイオードのばらつきを調整するために使用できる。記憶手段５０内の値は、モニタ信号生成部１９ａの回路構成を反映するように決定されている。また、記憶手段５０は、電流ミラー回路部３１の構成に応じて、負荷部３１ｇの抵抗性インピーダンスといった値を格納する記憶要素５０ｇを有してもよい。
【００５１】
設定手段５４は、記憶手段５０の記憶要素から所望の値を読み出して、図１１中の手段５６、５８、６０、６２及び６４に提供する。信号読み込み手段５２は、モニタ信号生成部１９ａからの第１及び第２の信号Ｖ１及びＶ２を読み込む。第１の比較手段５６は、第１の信号値Ｖ１を第１の基準値ＶＭＡＸと比較して第１の比較結果を生成するように動作する。第２の比較手段５８は、第１の信号値Ｖ１を第２の基準値ＶＭＩＮと比較して第２の比較結果を生成するように動作する。
【００５２】
第１の信号生成手段６０は、第１の基準値ＶＭＩＮに関連する下限値ＶＬＯＷＥＲよりＡＰＤ電圧の値ＶＡＰＤが小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号ＶＣを生成するように動作する。第２の信号生成手段６２は、第２の基準値ＶＭＡＸに関連する上限値ＶＵＰＰＥＲよりＡＰＤ電圧の値ＶＡＰＤが大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号ＶＣを生成するように動作する。第３の信号生成手段６４は、ＡＰＤ電圧の値ＶＡＰＤが下限値ＶＬＯＷＥＲ以上且つ上限値ＶＵＰＰＥＲ以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定関数により与えられる値（例えば、Ｉｍｃ）に第２の信号の値Ｖ２を近づけるように調整信号ＶＣを生成するように動作する。
【００５３】
制御部１９は、ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８を更に備えることができる。第１の信号Ｖ１、第２の信号Ｖ２及び調整信号ＶＣは、ディジタル値であることができる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８は、これらのディジタル値を提供できる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８は、ＡＤ変換手段６８ａ及びＤＡ変換手段６８ｂを含む。ＡＤ変換手段６８ａは、ＡＰＤ電圧に応じて変化するアナログ信号から第１の信号Ｖ１を生成するように動作可能であり、またＡＰＤ電流の値に応じて変化するアナログ信号から第２の信号Ｖ２を生成するように動作可能である。ＤＡ変換手段６８ｂは、調整信号ＶＣからアナログ信号を生成するように動作する。
【００５４】
制御部１９は、初期値設定手段７０を更に備えてもよい。初期値設定手段７０は、記憶手段５０から読み出した初期値Ｉｃｍａｘから調整信号ＶＣを生成する。
【００５５】
図１１（ｂ）は、第３の信号生成手段の構成を示すブロック図である。図１１（ｂ）を参照すると、第３の信号生成手段６４は、第１の判定手段６４ａ、第２の判定手段６４ｂ、第４の信号生成手段６４ｃ、第５の信号生成手段６４ｄ、第６の信号生成手段６４ｅを備える。第１の判定手段６４ａは、第２の信号の値Ｖ２が第３の基準値Ｉｍｃより大きいか否かを判定して、第１の判定結果を生成するように動作する。第２の判定手段６４ｂは、第２の信号の値Ｖ２が第３の基準値Ｉｍｃより小さいか否かを判定して、第２の判定結果を生成するように動作する。第４の信号生成手段６４ｃは、第１の判定結果が肯定的であるとき、調整電流ＩＣを小さくするように調整信号ＶＣを生成する。第５の信号生成手段６４ｄは、第２の判定結果が肯定的であるとき、調整電流ＩＣを大きくするように調整信号ＶＣを生成する。第６の信号生成手段６４ｅは、第１及び第２の判定結果が否定的であるとき、現在の調整信号ＶＣの値を維持する。
【００５６】
したがって、この制御部によれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図１２は、別の実施の形態の光受信回路を示すブロック図である。光受信回路１ｂは、制御部１９に替えて制御部２０を備えることができる。
【００５８】
制御部２０は、モニタ信号生成部２０ａ及び調整信号発生部２０ｂを有する。モニタ信号生成部２０ａは、フォトダイオードのカソードとアノードとの間に加えられるＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値に応じて変化する第１の信号Ｖ１を生成する電圧モニタ部３０を有しており、またフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流ＩＡＰＤの値に応じて変化する第２の信号Ｖ２を生成する電流モニタ部３２を有しており、さらにフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号Ｖ３を生成する温度モニタ部３４を有する。温度モニタ部３４は、フォトダイオードの温度ＴＡＰＤに応じて変化する信号を発生するサーミスタといった温度感応素子３４ａを含むことができる。調整信号発生部１９ｃは、第１〜第３の信号の信号Ｖ１〜Ｖ３に応じて電流生成回路部１７の電流値を調整するための調整信号ＶＣを発生する。
【００５９】
この光受信回路１ｂは、第１の信号Ｖ１及び第２の信号Ｖ２を加えて、第３の信号Ｖ３を用いて電流生成回路部１７の電流ＩＣを用いて調整する。光受信回路１ａと同様に、電流ＩＣを用いて、第１のノード３と第２のノード５との間の電圧ＶＡＰＰが調整される。つまり、
ＶＡＰＰ＝Ｖ０−△Ｖ（Ｉ０、ＩＣ）
△Ｖ（Ｉ０、ＩＣ）＝（Ｉ０＋ＩＣ）・ＲＥＦＦ
ＩＣ＝ＩＣ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）
Ｖ１＝Ｖ１（ＶＡＰＤ）
Ｖ２＝Ｖ２（ＩＡＰＤ）
Ｖ３＝Ｖ３（ＴＡＰＤ）
と表される。
【００６０】
この調整によれば、フォトダイオードに印加される電圧をより広い範囲で可変できる。故に、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。また、フォトダイオードの特性のばらつきが大きいときでも、フォトダイオードに印加される電圧を調整できる。
【００６１】
図１３は、フォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。この方法は、例えば、図１２に示された光受信器において実現される。フローチャート１４０を参照しながら、光信号から出力信号を生成する方法を説明する。ステップＳ１４０では、光受信器に電源を入れる。次いで、ステップＳ１４２において、最大動作温度ＴＭＡＸにおける最大電流ＩＣＭＡＸ以下の電流を生成するように制御部１９の調整信号ＶＣを発生する。この結果、電流生成回路部１７は、例えば電流ＩＣＭＡＸを流すので、ノード３の電圧は低くなる。故に、フォトダイオード１１ａに大きな電圧が初期的に加わることがない。
続いて、ステップＳ１４４において、フォトダイオード１１ａの温度ＴＡＰＤに関する第３の信号Ｖ３を得る。次いで、ステップＳ１４６では、信号Ｖ３に対応する電流ＩＣＭＡＸを生成するように制御部１９の調整信号ＶＣを発生する。この方法では、環境温度ＴＡＰＤがフォトダイオード１１ａの制御に反映される。
【００６２】
ステップＳ１４８では、フォトダイオード１１ａに光信号２１ａを与えて、この光信号２１ａに対応する出力信号ＩＯＵＴと、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧ＶＡＰＤに応じた第１の信号Ｖ１と、フォトダイオード１１ａに流れるＡＰＤ電流ＩＡＰＤに応じて変化する第２の信号Ｖ２と、温度ＴＡＰＤに関する第３の信号Ｖ３を発生する。調整信号発生部２０ｂは、モニタ信号生成部２０ａからモニタ信号Ｖ１〜Ｖ３を得る。ステップＳ１５０において、第３の信号Ｖ３に応じて第１の基準値ＶＭＩＮを設定すると共に、第３の信号Ｖ３に応じて第２の基準値ＶＭＡＸを設定する。このステップにおいては、第１の基準値ＶＭＩＮ及び第２の基準値ＶＭＡＸは、記憶手段に格納される値から第３の信号Ｖ３に応じて決定されることができる。或いは、第１の基準値ＶＭＩＮ及び第２の基準値ＶＭＡＸは、補間により決定されることができる。補間値は、記憶手段に格納されており第３の信号Ｖ３に近い格納値を用いて、例えば直線補間により求めることができる。
【００６３】
ステップＳ１５２において、第１の信号Ｖ１の値を第１の基準値ＶＭＩＮと比較して第１の比較結果を生成する。ステップＳ１５４において、第１の信号Ｖ１の値を第２の基準値ＶＭＡＸと比較して第２の比較結果を生成する。ステップＳ１５２及びステップＳ１５４の順序は交換可能である。
【００６４】
ステップＳ１５６では、第１の基準値ＶＭＩＮに対応する下限値ＶＬＯＷＥＲよりＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを増加させるように調整信号ＶＣを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶＣは、ＩＣ＝（Ｖ０−ＶＬＯＷＥＲ）／ＲＥＦＦ−ＩＡＰＤとなるように設定される。
【００６５】
ステップＳ１５８では、第２の基準値ＶＭＡＸに対応する上限値ＶＵＰＰＥＲよりＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを減少させるように調整信号ＶＣを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶＣは、ＩＣ＝（Ｖ０−ＶＵＰＰＥＲ）／ＲＥＦＦ−ＩＡＰＤとなるように設定される。
【００６６】
ステップＳ１６０では、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤの値が上限値ＶＵＰＰＥＲ以下且つ下限値ＶＬＯＷＥＲ以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定関数により規定される値に第２の信号Ｖ２の値を近づけるように調整信号ＶＣを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶＣは、調整電流ＩＣを一定値Ｉｍｃに近づける。ステップＳ１５６、Ｓ１５８、Ｓ１６０の後にステップＳ１４８に戻る。
【００６７】
この方法では、調整電流に応じてＡＰＤ電圧が調整される。また、第３の信号に応じて第１及び第２の基準値を設定しているので、環境温度の変化をＡＰＤ電圧の調整に反映できる。
【００６８】
図１４は、別の実施の形態に係わる光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。制御部２０は、記憶手段８０と、信号読み込み手段８２と、設定手段８４と、第１の比較手段８６と、第２の比較手段８８と、第１の信号生成手段９０と、第２の信号生成手段９２と、第３の信号生成手段９４とを備える。
【００６９】
図１５は、記憶手段８０の構造を示すブロック図である。記憶手段８０は、いくつかの記憶要素８０ａ〜８０ｔを有する。記憶要素８０ａ、８０ｆ、８０ｋは、温度に対するインデックスを格納している。記憶要素８０ｂ、８０ｇ、８０ｍは、それぞれの温度水準のための第１の基準値ＶＭＡＸを格納している。記憶要素８０ｃ、８０ｈ、８０ｎは、それぞれの温度水準のための第２の基準値ＶＭＩＮを格納している。記憶要素８０ｄ、８０ｉ、８０ｐは、それぞれの温度水準のための第３の基準値Ｉｍｃといった所定の関数を規定する値を格納している。記憶要素８０ｅ、８０ｊ、８０ｑは、それぞれの温度水準のためのＩｃｍａｘといった初期値を格納している。記憶要素５０ｒ、５０ｓ、５０ｔは、それぞれ、最新のモニタ電圧値を示す第１の信号値、最新のモニタ電流値を示す第２の信号値、最新のモニタ温度値を示す第３の信号値を格納している。記憶手段８０をフォトダイオード毎に作製すれば、個々のフォトダイオードのばらつきを調整するために使用できる。好適な実施例では、Ｉｍｃは温度水準に依存しない値である。記憶手段８０内の値は、モニタ信号生成部１９ａの回路構成を反映するように決定されている。また、記憶手段８０は、電流ミラー回路部３１の構成に応じて、負荷部３１ｇの抵抗性インピーダンスといった値を格納する記憶要素８０ｕを有してもよい。
【００７０】
設定手段８４は、記憶手段８０の記憶要素から所望の値を読み出して、図１１中の手段８６、８８、９０、９２及び９４に提供する。具体的には、設定手段８４は、第３の信号Ｖ３（ＡＰＤ温度）に応じて第１の基準値ＶＭＩＮと第３の信号Ｖ３に応じて第２の基準値ＶＭＡＸとを設定する。第１の基準値ＶＭＩＮ及び第２の基準値ＶＭＡＸは、記憶手段に格納されている値から第３の信号Ｖ３に応じて決定されることができる。或いは、第１の基準値ＶＭＩＮ及び第２の基準値ＶＭＡＸは、補間により決定されることができる。補間値は、記憶手段に格納されており第３の信号Ｖ３に近い２つ格納値を用いて補間により求めることができる。
【００７１】
信号読み込み手段８２は、モニタ信号生成部２０ａからの第１の信号Ｖ１、第２の信号Ｖ２及び第３の信号Ｖ３を読み込むように動作する。第１の比較手段８６は、第１の信号の値Ｖ１を第１の基準値ＶＭＡＸと比較して第１の比較結果を生成するように動作する。第２の比較手段８８は、第１の信号の値Ｖ１を第２の基準値ＶＭＩＮと比較して第２の比較結果を生成するように動作する。
【００７２】
第１の信号生成手段９０が、第１の基準値ＶＭＩＮに関連する下限値ＶＬＯＷＥＲよりＡＰＤ電圧の値ＶＡＰＤが小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号ＶＣを生成するように動作する。第２の信号生成手段９２は、第２の基準値ＶＭＡＸに関連する上限値ＶＵＰＰＥＲよりＡＰＤ電圧ＶＡＰＤが大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号ＶＣを生成するように動作する。第３の信号生成手段９４は、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤが下限値ＶＬＯＷＥＲ以下であり上限値ＶＵＰＰＥＲ以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値（例えば、Ｉｍｃ）に第２の信号Ｖ２を近づけるように調整信号ＶＣを生成するように動作する。
【００７３】
制御部２０は、ＡＤ変換・ＤＡ変換手段９６を更に備えてよい。第１の信号Ｖ１、第２の信号Ｖ２、第３の信号Ｖ３及び調整信号ＶＣは、ディジタル値であることができる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段９６は、ＡＤ変換手段９６ａ及びＤＡ変換手段９６ｂを含む。ＡＤ変換手段９６ａは、ＡＰＤ電圧に応じて変化するアナログ信号から第１の信号Ｖ１を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段９６ａは、ＡＰＤ電流の値に応じて変化するアナログ信号から第２の信号Ｖ２を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ温度に応じて変化するアナログ信号から第３の信号Ｖ３を生成するように働くことができる。ＤＡ変換手段９６ｂは、調整信号ＶＣからアナログ信号を生成するように動作する。
【００７４】
制御部１９は、初期値設定手段７０を更に備えることができる。初期値設定手段７０は、記憶手段８０内に格納されている最大の初期値Ｉｃｍａｘから調整信号ＶＣを生成する。また、初期値設定手段７０は、第３の信号Ｖ３（ＡＰＤ温度）に応じて決定された初期値Ｉｃｍａｘから調整信号ＶＣを生成する。
【００７５】
発明者は、図６に示された増倍率を得るように、いくつかの温度水準において、ＡＰＤ電圧ＶＡＰＤ及び調整電流ＩＣを測定している。図１６は、必要な信号伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを示すグラフである。図１６は、図９の特性線Ｔ１に加えて別の２温度水準の特性線Ｔ２及びＴ３を含む。図１７は、図１３及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流ＩＣを示すグラフである。図１７は、図７と特性線Ｔ４に加えて２温度水準の特性線Ｔ５及びＴ６を含む。図８、図１６及び図１７は、記憶手段に格納される制御値の一例を提供している。これらの値を用いれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲で可変できると共に所望の伝送帯域を有する光受信器が提供される。
【００７６】
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ことは、当業者により認識される。例えば、本実施の形態では、特定のフローチャートに基づく光受信器の制御を説明したが、この光受信器は本実施の形態に開示された特定の制御の実現に限定されるものではない。また、光パワーの中間領域において、ＡＰＤ電流を一定にするように制御しているが、一次式または２次式を用いることもできる。さらに、制御部の構成をある具体例に基づいて説明したけれども、制御部はソフトウエア及び／又はハードウエアを用いて実現できる。すなわち、本実施の形態に示された制御部の構成は例示であり、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。したがって、特許請求の範囲及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。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供され、また、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変しながら光信号から電気信号を生成する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本実施の形態に係わる光受信回路を示すブロック図である。図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、電流源の構成を示す図面である。
【図２】図２は、電流モニタ部の回路を示す回路図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、電圧モニタ部の回路を示す回路図である。
【図４】図４は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図４のフローチャートの部分を詳細に示すフローチャートである。
【図６】図６は、必要な信号伝送帯域が得られる増倍率を示すグラフである。
【図７】図７は必要な信号伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧を示すグラフである。
【図８】図８は、必要な伝送帯域を提供するＡＰＤ電流を示すグラフである。
【図９】図９は、図４及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）及び１０（ｂ）は光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施の形態に係わる記憶手段の構造を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係わる別の光受信回路を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は別の実施の形態の光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、別の実施の形態に係わる記憶手段の構造を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、必要な伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧ＶＡＰＤを示すグラフである。
【図１７】図１７は、図１３及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流ＩＣを示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…光受信回路、３…第１のノード、５…第２のノード、７…パワーノード、１１…アバランシェフォトダイオード部、１３…電源、１５…電位差発生回路部、１７…電流生成回路部、１９、２０…制御部、１９ａ、２０ａ…モニタ信号生成部、１９ｂ、２０ｂ…調整信号発生部、２１…光導波路、５０…記憶手段、５２…信号読み込み手段、５４…設定手段、５６…第１の比較手段、５８…第２の比較手段、６０…第１の信号生成手段、６２…第２の信号生成手段、６４…第３の信号生成手段、８０…記憶手段、８２…信号読み込み手段、８４…設定手段、８６…第１の比較手段、８８…第２の比較手段、９０…第１の信号生成手段、９２…第２の信号生成手段、９４…第３の信号生成手段、９６…補間手段
【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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