(57)【要約】【課題】光入力が強い時にもＡＰＤの自己破壊を防ぎ、さらに消費電力を抑えることが可能な、ＡＰＤを備える光受信増幅装置を提供する。【解決手段】高電圧発生回路１１，ＡＰＤバイアス電圧制御回路１２，電流検出回路１３，ＡＰＤ１４，電流降下回路１５を備える。高電圧発生回路１１は、ＡＰＤ１４に所定のバイアス電圧を印加しバイアス電流を供給する。ＡＰＤバイアス電圧制御回路１２は、少なくともＡＰＤの受光レベル範囲で、ＡＰＤバイアス電圧を適正に保持して、ＡＰＤ１４の内部増幅率を制御する。電流検出回路１３は、ＡＰＤ１４に流れる電流を検出する。電圧降下回路１５は、電流検出回路１３で検出した電流値に基づいて、ＡＰＤ１４の受光レベルが最大受光レベルを超えた場合に、高電圧発生回路１１の出力電圧を、バイアス電圧がＡＰＤ１４の増幅不能電圧になるまで降下させる。【選択図】        図１
2004336320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信において受信する光信号を光電変換するためのＡＰＤと、該ＡＰＤにバイアス電流を供給する電圧発生回路と、前記ＡＰＤに流れる電流を検出する電流検出回路と、少なくとも前記ＡＰＤの受光レベル範囲で、該ＡＰＤのバイアス電圧を適正に保持して、前記ＡＰＤの内部増幅率を制御するＡＰＤバイアス電圧制御回路と、前記電流検出回路で検出した電流値に基づいて、前記ＡＰＤの受光レベルが最大受光レベルを超えた場合に、前記電圧発生回路の出力電圧を、前記バイアス電圧が前記ＡＰＤの増幅不能電圧になるまで降下させる電圧降下回路と、を有することを特徴とする光受信増幅装置。
【請求項２】
前記ＡＰＤの出力信号を増幅し、電圧信号に変換する増幅回路と、前記ＡＰＤに流れる電流に応じて該増幅回路における増倍率を制御する出力電圧制御回路と、を有し、前記ＡＰＤの受光レベル範囲では、前記出力電圧制御回路によって当該光受信増幅装置の出力電圧を一定に保持することを特徴とする請求項１に記載の光受信増幅装置。
【請求項３】
前記電流検出回路は、前記ＡＰＤと直列に設けた抵抗と、該抵抗の両端の電圧を比較するコンパレータと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信増幅装置。
【請求項４】
前記電流検出回路は、前記ＡＰＤに流れる電流を前記電圧降下回路側の電流で検出するカレントミラー回路を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信増幅装置。
【請求項５】
前記電圧降下回路は、前記電流検出回路で検出した前記ＡＰＤに流れる電流の検出結果を、前記電圧発生回路の所定の参照電位に帰還する回路であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光受信増幅装置。
【請求項６】
前記電圧降下回路は、前記帰還した状態を保持する保持回路と、該保持回路で保持した状態を元の状態に戻すリセット回路と、を有することを特徴とする請求項５に記載の光受信増幅装置。
【請求項７】
前記ＡＰＤバイアス電圧制御回路は、前記ＡＰＤと直列に設けられた電流帰還用の抵抗を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光受信増幅装置。
【請求項８】
前記ＡＰＤバイアス電圧制御回路は、前記電流帰還用の抵抗に並列にツェナーダイオードを接続したことを特徴とする請求項７に記載の光受信増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信増幅装置に関し、より詳細には、アナログ光ＣＡＴＶシステム及びディジタル光伝送システム等の分野に利用するための、アバランシュフォトダイオード（以下、ＡＰＤと略す）を備えた光受信増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から光伝送システムにおいては、光電気変換素子としてＡＰＤを使用し、ＡＰＤに可変利得増幅回路を接続して出力信号を負帰還することにより、ＡＰＤと可変利得増幅回路の利得とを制御し、受信光パワーの大小に依存することなく出力振幅を一定に保つ形式の光受信増幅装置が使用されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来技術による光受信増幅装置の一構成例を示すブロック図で、図９は、図８の光受信増幅装置における、入力光パワーに対するＡＰＤの増倍率と可変利得増幅回路の利得との関係を示す図である。図８で例示する光受信増幅装置は、特許文献１に記載の光受信増幅装置であり、ＡＰＤに入射する光信号の有無を判定可能にした装置である。図８中、６は光受信増幅装置、６１は差動増幅器、６２は電圧制御回路、６３は利得検出回路、６４はＡＰＤ、６５は抵抗、６６はＡＮＤゲート、６７は可変利得増幅回路、６８はピーク検出回路、６９は信号遮断回路である。また、図９中、Ｐ１，Ｐ２は、受光レベルがＡＰＤの出力レベルを一定に保ち、帯域・歪特性を劣化させない範囲の下限，上限をそれぞれ示しており、また、Ｐ３は最大受光レベルを示している。
【０００４】
ＡＰＤ６４は光伝送システムにおいて光信号を電気信号に変換するための素子である。また、可変利得増幅回路６７はＡＰＤ６４の出力信号を増幅する回路、ピーク検出回路６８はＡＰＤ６４の出力信号のピークを検出する回路、電圧制御回路６２はピーク検出回路６８によってＡＰＤ６４の出力信号の振幅が一定になるようにＡＰＤ６４と可変利得増幅回路６７に負帰還をかけて制御する回路、信号遮断回路６９はＡＰＤ６４の出力信号が切断された時に出力を遮断する回路である。
【０００５】
図８で例示する光受信増幅装置６においては、ＡＰＤ６４に入射する光信号の有無を判定可能とするために、光入力によって生ずるＡＰＤ６４の出力電流を検出するための抵抗６５と、抵抗６５の端子電圧を差動入力する差動増幅回路６１とにより無信号検出手段を構成し、無信号時にＡＰＤ６４に流れる暗電流の大きさを検出している。利得検出回路６３は、可変利得増幅回路６７の利得設定値を検出するための回路で、ＡＮＤゲート６６は差動増幅回路６１の出力と利得検出回路６３の出力とに対して論理積を求め、これを信号遮断回路６９に信号遮断指示信号として加えるためのものである。
【０００６】
図８において、入力光パワーに対するＡＰＤ６４の内部増幅率と可変利得増幅回路６７の利得との関係を図９に示している。ＡＰＤ６４に光入力が全くなされていない場合、或いは光入力パワーが図９のＰ２より小さい場合には、負帰還作用により可変利得増幅回路６７の利得は最大の値に設定される。このときＡＰＤ６４への印加電圧は電圧制御回路６２により降伏電圧近くまで上昇し、ＡＰＤ６４の出力電流は所定値以上に増加し、差動増幅回路６１でそれが検出される。また、光入力パワーが図９のＰ３より大きい場合にも、ＡＰＤ６４の出力電流が所定値以上であることが差動増幅回路６１で検出される。差動増幅回路６１にてＡＰＤ６４の出力電流が所定値以上であった場合、無信号であると判断し、出力端にある信号遮断回路６９を切断状態にする。
【０００７】
ＡＰＤは、半導体の雪崩現象を利用してキャリアを増幅して感度を高くしているが、強い信号光が入射した場合、ＡＰＤの内部増幅率を一定にして、可変利得増幅回路の制御によって出力信号を一定にしているため、自身で発生した光電流が増幅され過大電流が流れて、自己破壊を起してしまう。このような自己破壊を防止するために、一般にＡＰＤに直列に抵抗を挿入し、この抵抗による電流帰還作用を利用してＡＰＤに印加されるバイアス電圧を低減している。すなわち、受光レベルに応じた保護機構が動作して内部増幅率を低下せしめ、ＡＰＤ及び可変利得増幅回路の破壊を防止しようとしている。
【０００８】
しかしながら、上述の光受信増幅装置では、ＡＰＤの出力信号に対して帰還を行っているので、帰還のディレイ時間があり帯域が追い付かず、特に信号光が弱いときに帯域・歪特性が劣化してしまう。加えて、信号光が弱いときには、ＡＰＤに過大電圧が加わり破壊する虞れがある。反対に、信号光が強いときには、ＡＰＤの内部増幅率を一定にして可変利得増幅回路の制御によって出力信号を一定にしようとしているが、抵抗による電流帰還作用を利用しても、ＡＰＤの内部増幅率が一定値である（結果としてキャリアを増やしていく）ため、ＡＰＤに過大電流が流れることになり、ＡＰＤ自身を破壊する虞れがある。
【０００９】
上述した信号光が弱い時の課題を解決するために、帯域・歪特性の劣化しないダイナミックレンジの広い光受信増幅装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
図１０は、従来技術による光受信増幅装置の他の構成例を示すブロック図で、図１１は、図１０の光受信増幅装置における入力光パワーに対する内部増幅率と可変利得増幅回路の利得との関係を示す図である。図１０で例示する光受信増幅装置は、特許文献２に記載の光受信回路であり、帯域・歪特性の劣化しないダイナミックレンジの広い光受信を可能とした装置である。図１０中、７は光受信増幅装置、７１は高電圧発生回路、７２は電圧制御回路、７３は平均電流検出回路、７４はＡＰＤ、７５は増幅器、７６は保護回路、７７は可変利得増幅回路、７８はピーク検出回路である。また、図１１中、Ｐ１，Ｐ２は、受光レベルがＡＰＤの出力レベルを一定に保ち、帯域・歪特性を劣化させない範囲の下限，上限をそれぞれ示しており、また、Ｐ３は最大受光レベルを示している。
【００１１】
高電圧発生回路７１はＡＰＤ７４にバイアス電流を供給するための回路、電圧制御回路７２はＡＰＤ７４に印加する電圧を変え増倍率を変化させるための回路、平均電流検出回路７３はＡＰＤ７４に流れる平均電流を検出するための回路、増幅器７５及び保護回路７６はその平均電流を電圧制御回路７２に負帰還するための回路、可変利得増幅回路７７はその出力信号を負帰還することによって利得を変化させる回路、ピーク検出回路７８は可変利得増幅回路７７の出力振幅を検出するため回路である。
【００１２】
入力光パワーに対するＡＰＤ７４の内部増幅率と可変利得増幅回路７７の利得との関係を図１１に示す。ここで、受光レベルがＡＰＤ７４の出力レベルを一定に保ち、且つ、帯域・歪特性を劣化させない範囲の上限Ｐ２から下限Ｐ１については電圧制御回路７２によって内部増幅率が制御される。このとき、可変利得増幅回路７７の利得は一定である。ＡＰＤ７４が帯域・歪特性を補償する上限Ｐ２から最大受光レベルＰ３の範囲は電圧制御回路７２によって内部増幅率は一定に保持され、可変利得増幅回路７７によって歪のない一定の出力レベルが得られる。また、ＡＰＤ７４が帯域・歪特性を補償する下限Ｐ１以下の受光レベルでは、保護回路７６が動作して増倍率を一定に保持し、ＡＰＤ７４の破壊を防止している。さらに、最大受光レベルＰ３以上の光入力の時は、保護回路７６が動作して内部増幅率を低下せしめ、ＡＰＤ７４の破壊を防止しようとしている。
【００１３】
図１２は、図１０の光受信増幅装置における光入力パワーに対する内部増幅率の実験結果を示す図である。図１２中の、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は図１１中のそれと同様である。
図１２において、光入力レベルが−２１．５［ｄＢｍ］（Ｐ１）以下のときは保護回路７６が動作し、電圧制御回路７２によってＡＰＤ７４の内部増幅率は一定値「９（５６［Ｖ］）」に保たれ、高電圧によるＡＰＤ７４の破壊を防ぐ。また、光入力レベルが−１５〜−２１．５［ｄＢｍ］（Ｐ１〜Ｐ２）のときは、ＡＰＤ７４の出力が一定になるよう内部増幅率が「３」〜「９」の範囲で変化し、帯域・歪特性の劣化はない。−３〜−１５［ｄＢｍ］（Ｐ２〜Ｐ３）は、負帰還増幅器７５と電圧制御回路７２によってＡＰＤ７４の内部増幅率を一定に保持し、一方、可変利得増幅回路７７の利得の変化によって帯域・歪特性の劣化しない一定の出力レベルを保つようにしている。さらに、−３［ｄＢｍ］（Ｐ３）以上の光入力の時は保護回路７６が動作して内部増幅率を低下させ、過電流によるＡＰＤ７４の破壊を防ぐようにしている。
【００１４】
【特許文献１】
特開昭５９−１７６９３８号公報
【特許文献２】
特開平６−１３９８２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ＡＰＤの出力信号が切断された無信号時に光受信増幅装置の出力を遮断する回路は具備されているものの、あくまでＡＰＤの出力信号を扱っているため、ＡＰＤの自己破壊を防止し切ることはできない。
【００１６】
さらに、特許文献２に記載の構成であっても、最大受光レベルＰ３以上の光入力の時は、保護回路７６が動作して内部増幅率を低下せしめ、ＡＰＤ７４の破壊を防止しようとしているが、図１２からも解るように内部増幅率を低下させてもＡＰＤ７４はその機能として有意な値（内部増幅率が１より大きな値）までの低下しかできず、且つ、図１１からも解るように高電圧発生回路７１で発生させる電圧を一定値と想定しているため、キャリアの増幅は止らずＡＰＤ７４の自己破壊を防止できない。
【００１７】
また、特許文献２に記載の構成では、図１１からも解るように、高電圧発生回路７１の出力が一定値となっている。従って、図１２のように光入力レベルが−２５〜−１５［ｄＢｍ］で変化する範囲で増幅率をコントロールするには、高電圧発生回路に直列に１００［ｋΩ］程度の抵抗を接続する必要がある。しかし、光入力レベルが０［ｄＢｍ］付近になると、ＡＰＤ電流は少なくとも２［ｍＡ］となり、直列抵抗１００［ｋΩ］での消費電力は０．４［Ｗ］となり、例えば１６０８チップ抵抗が３つ必要になる。これは、光受信増幅装置の小型化の障害になるだけでなく、受光レベルがＰ３以上の大入力時にも電流が流れ、電力が消費されることとなる。
【００１８】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、光入力が強い時にもＡＰＤの自己破壊を防ぎ、さらに消費電力を抑えることが可能な、ＡＰＤを備える光受信増幅装置を提供することをその目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による光受信増幅装置は、光通信において受信する光信号を光電変換するためのＡＰＤと、ＡＰＤにバイアス電流を供給する電圧発生回路と、ＡＰＤに流れる電流を検出する電流検出回路と、少なくともＡＰＤの受光レベル範囲で、ＡＰＤのバイアス電圧を適正に保持して、ＡＰＤの内部増幅率を制御するＡＰＤバイアス電圧制御回路と、電流検出回路で検出した電流値に基づいて、ＡＰＤの受光レベルが最大受光レベルを超えた場合に、電圧発生回路の出力電圧を、ＡＰＤのバイアス電圧がＡＰＤの増幅不能電圧になるまで降下させる電圧降下回路と、を有することを特徴としており、ＡＰＤの電流を検出し、最大光入力以上の電流を検知した場合に、直接、電圧発生回路の発生電圧を低減させるように制御することで、消費電力の増加なしに受光レベルが大きい時のＡＰＤの保護や、その後段に通常設けられる増幅器の入力部の保護を可能としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る光受信増幅装置を示すブロック図である。図中、１は光受信増幅装置、１１は高電圧発生回路、１２はＡＰＤバイアス電圧制御回路、１３は電流検出回路、１４はＡＰＤ、１５は電流降下回路、１６は増幅器である。光受信増幅装置１は、高電圧発生回路１１，ＡＰＤバイアス電圧制御回路１２，電流検出回路１３，ＡＰＤ１４，電圧降下回路１５を少なくとも備えるものとし、単に光受信回路ともいえる。図１では、光受信増幅装置１としてＡＰＤ１４の出力を一定値に増幅する増幅器１６を備えた例を示している。
【００２１】
ＡＰＤ１４は、光通信において受信する光信号を光電変換するための素子である。高電圧発生回路１１は、ＡＰＤ１４に所定の電圧を印加し、バイアス電流を供給する電圧発生回路であり、ここでは、実際にＡＰＤ１４に印加されるバイアス電圧より高い電圧を発生させる。
【００２２】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御回路１２は、少なくともＡＰＤ１４の受光レベル範囲で、ＡＰＤバイアス電圧を適正に保持して、ＡＰＤ１４の内部増幅率を制御する回路である。適正値の保持は、例えば図１１及び図１２を参照すると、Ｐ１以下では内部増幅率を一定にし、Ｐ１〜Ｐ２の間では内部増幅率をＡＰＤ１４に流れる電流が一定になるようにするとよい。一方、Ｐ２以上での適正値の保持は、内部増幅率を一定にして、後段の増幅器１６（この場合は可変利得増幅器）を併用して行うことも可能である。この場合には、電流検出回路１３又は別途設けた電流検出回路（平均値を検出する回路が好ましい）などのＡＰＤ電流検出結果により、増幅器１６での増倍率を決めるとよい。
【００２３】
増幅器１６としては、増幅回路及び出力電圧制御回路を備えてもよい（図示せず）。増幅回路では、ＡＰＤ１４の出力信号を増幅し、電圧信号に変換する。また、出力電圧制御回路では、ＡＰＤ１４に流れる電流に応じて増幅回路における増倍率を制御するようにすればよい。ここで、出力電圧制御回路により、ＡＰＤの受光レベル範囲では光受信増幅装置１の出力電圧を一定に保持するようにすればよい。
【００２４】
電流検出回路１３は、ＡＰＤ１４に流れる電流を検出する回路であるが、ＡＰＤ１４に流れ込む電流のピーク値を検出する回路、或いはその平均電流を検出する平均電流検出回路であってもよい。電流降下回路１５は、電流検出回路１３で検出した電流値に基づいて、ＡＰＤ１４の受光レベルが最大受光レベルを超えた場合に、高電圧発生回路１１の出力電圧を、所定の電圧からＡＰＤ１４の増幅不能電圧に相当する電圧（途中の電圧降下分を考慮）まで降下させる。すなわち、電流降下回路１５は、最大受光レベルを超えた場合に、ＡＰＤバイアス電圧をＡＰＤ１４の増幅不能電圧にまで降下させる。さらに換言すると、ＡＰＤ１４とＡＰＤ１４のバイアス電源（高電圧発生回路１１に相当）とで構成される光受信増幅装置で、ＡＰＤ１４に流れる光電流が規定値以上の領域でＡＰＤバイアス電源の出力電圧を遮断するに値するようにする。
【００２５】
図２は、ＡＰＤのバイアス電圧と内部増幅率の関係の一例を示す図である。
図２に図１のＡＰＤ１４のバイアス電圧（ＡＰＤ１４に直接かかっている電圧を指す）と内部増幅率との関係の一例を示すが、ここで例示するＡＰＤ１４は、そのバイアス電圧ＶＡＰＤを、約１１［Ｖ］（増幅不能電圧Ｖ０に相当）以下にすることでＡＰＤ電流が殆ど流れないことが分かる。さらに、内部増幅率１を与えるバイアス電圧ＶＡＰＤの範囲が、約１１〜２７［Ｖ］と広くなっている。従来技術では、電圧降下を大きくするために直列抵抗を増加するなどしていたが、この従来の方法では、利得がＡＰＤの機能として有意な値（内部増幅率１より大きい値）で残るため、ＡＰＤの破壊の面から好ましくない。そこで、最大受光レベル（図１１及び図１２におけるＰ３）を越えた領域で利得を１以下にする必要がある。
【００２６】
増幅不能電圧まで降下した電圧を印加されたＡＰＤ１４は、内部増幅率が１以下であり、キャリアを増幅することがないので、結果として、図１１及び図１２におけるＰ３以上の領域でＡＰＤ電流が流れなくなり、その分の電力を節約できるだけでなく、ＡＰＤ１４及びその後段の増幅器１６の破壊を防止することができる。また、ＡＰＤ１４を保護する回路の小型化が可能となる。
【００２７】
図３は、図１の光受信増幅装置の主要部の一構成例を示す論理ブロック図で、図４は、本発明に係るＡＰＤの入射パワーと内部増幅率の関係の一例を示す図である。図３中、２１はＤＣ／ＤＣコンバータ、２２はＡＰＤバイアス電圧制御回路、２３は電流検出回路、２４はＡＰＤ、２５は電圧降下回路、Ａｍｐは増幅器、Ｃｏｍはコンパレータ、Ｄはツェナーダイオード、ＲＦ，ＲＳ，Ｒ１，Ｒ２は抵抗、Ｔｒはトランジスタである。
【００２８】
図３で例示する光受信増幅装置においては、図１の高電圧発生回路１１として電源（ＤＣｉｎ）の入力を同じ直流に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２１を備え、接地された抵抗Ｒ２にＤＣ／ＤＣコンバータ２１の入力部を接続し、さらに抵抗Ｒ２とＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力端との間に直列に抵抗Ｒ１を設けている。そして、コンパレータＣｏｍの出力を、抵抗Ｒ１の両端を接点とするトランジスタＴｒで受けるようにしている。さらに、抵抗ＲＦ及びツェナーダイオードＤを、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力端と抵抗ＲＳとの間に設けている。なお、増幅器Ａｍｐは図１の増幅器１６に相当する回路である。
【００２９】
ＡＰＤ２４（図１のＡＰＤ１４に相当）に光の入射がないときには、ダイオードを逆バイアスしているのでＡＰＤ２４には電流が流れない。しかし、ＡＰＤバイアス電圧制御回路２２（図１のＡＰＤバイアス電圧制御回路１２に相当）を設けているので光の入射があるときは異なる。ＡＰＤバイアス電圧制御回路２２の一部として、ＡＰＤ２４の前段に直列に電流帰還用の抵抗（フィードバック抵抗）ＲＦを設けており、この抵抗ＲＦは、光入力が小さい領域（図４のＰより小さい領域）では、ＡＰＤ２４で増幅された光電流に応じてバイアス電圧ＶＡＰＤを小さくするＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を持っている。通常、ＡＰＤ２４に光の入射がある時には光電流が流れるので、抵抗ＲＦでの電圧降下により、ＡＰＤ２４へ印加されるバイアス電圧ＶＡＰＤが下がり、バイアス電圧ＶＡＰＤが下がるとＡＰＤ２４の内部増幅率も下がることとなる。このように、ＡＰＤ２４は、まず抵抗ＲＦとの電流帰還作用により自動的にゲインが調整できるようになっている。
【００３０】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御回路２２は、電流帰還用の抵抗ＲＦに並列に、ツェナー電位ＶＺのツェナーダイオードＤを接続している。これは、強い光が入射した時、ＡＰＤ２４が自身で作った電流により自身に印加されるバイアス電圧ＶＡＰＤを低下させていくが、あまりにもバイアス電圧ＶＡＰＤが低下してしまうとゲインも下がってしまう、といったことを防止するためである。ツェナーダイオードＤにより、ＲＦ×ＩＡＰＤ≧ＶＺの領域では、抵抗ＲＦによる電圧降下（電流帰還作用）に起因する抵抗ＲＦの両端電位差がＶＺにクランプされるので、バイアス電圧ＶＡＰＤが必要以上に低下しないで済む。すなわち、いくら強い光が入射してもＡＰＤバイアス電圧制御回路２２での電圧降下の最大値はツェナー電位ＶＺにクランプされるので、ゲインを必要以上にさげることはなくなる。
【００３１】
しかしながら、抵抗ＲＦ及びクランプ素子としてのツェナーダイオードＤを回路に組み込んだが為に不具合が生じる。すなわち、電圧降下はツェナー電位ＶＺで決まるが、さらに強い光が入射してきた時にはＡＰＤ２４が益々光電流を生じさせ、電流帰還が効かないので、ＡＰＤ２４のバイアス電圧ＶＡＰＤが低下しなくなる。そして、ＡＰＤ２４は、自身が作り出したキャリアにより自身を破壊してしまうこととなる。すなわち、抵抗ＲＦ及びツェナーダイオードＤを具備するだけでは、光入力がさらに増大してＡＰＤ２４に流れる光電流ＩＡＰＤが大きくなった場合、ＡＰＤ２４が破壊してしまう。
【００３２】
本発明では、ＡＰＤ保護機能に関連し、クランプ素子等をもつＡＰＤバイアス電圧制御回路２２に加えて、もう１つ、ＡＰＤ２４に流れている電流をチェックするための素子を回路に組み込んでいる。図３の例では、クランプ素子での電圧降下よりも大きいところで検知する素子として、センシング抵抗ＲＳ及びコンパレータＣｏｍを回路に組み込んでいる。センシング抵抗ＲＳ及びコンパレータＣｏｍは、図１の電流検出回路１３に対応する回路であり、電流検出回路２３で図示している。抵抗ＲＳはＡＰＤ２４の前段に直列に設けた抵抗で、コンパレータＣｏｍは抵抗ＲＳの両端の電圧を比較する比較器である。この例では、ＡＰＤ２４に流れる電流の検出を、ＡＰＤ２４に直列に挿入したセンシング抵抗ＲＳ一本で実現できるので回路の小型化が可能となる。
【００３３】
ここで、ＡＰＤ２４に流れる電流を検出し、その検出結果に基づいてバイアス電圧ＶＡＰＤを強制的にドロップ（シャント）させて、ＡＰＤ２４を保護するようにする。図３で例示する光受信増幅装置においては、電圧降下回路２５が、電流検出回路２３で検出したＡＰＤ２４に流れる電流の検出結果を、高電圧発生回路１１（バイアス電源）の所定の参照電位Ｖｒｅｆに帰還する回路となっている。
【００３４】
上述のごとき回路構成により、ＡＰＤ電流が閾値を越えると、抵抗ＲＳでの電圧降下（ＩＡＰＤ×ＲＳ）が所定値（制御電圧）以上になって、コンパレータＣｏｍがオンしてトランジスタＴｒ（ここではＦＥＴ）がオンになり、抵抗Ｒ１をショートすることになる。高電圧発生回路（ここでは電源に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ２１）の出力ＤＣｏｕｔは下式で表されるので、このように抵抗Ｒ１が見かけ上０［Ω］になると、出力ＤＣｏｕｔは低下し参照電位Ｖｒｅｆになる。なお、ここでは帰還により参照電位Ｖｒｅｆを入れているが、切り離して参照電位Ｖｒｅｆを入れるようにしてもよい。
ＤＣｏｕｔ＝（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２）Ｖｒｅｆ
【００３５】
なお、抵抗ＲＦが１００［ｋΩ］であるのに対して抵抗ＲＳが１００［ｋΩ］であると、抵抗ＲＦに対していくらクランプしたとしても、抵抗ＲＳで電流帰還が働き、クランプした意味が無くなる。従って、抵抗ＲＳを電流帰還として働かせないように抵抗ＲＦに対する抵抗ＲＳの抵抗値を考慮しておく必要がある。そのために、センシング抵抗ＲＳをフィードバック抵抗ＲＦに比べて十分小さい値にしておくとよい。例えば、抵抗ＲＦが１００［ｋΩ］であるとすると、抵抗ＲＳを１０［ｋΩ］などに設定しておく。実際には、抵抗ＲＦで電流帰還が働くが、これをトランジスタＴｒで受けているので、１００［ｋΩ］に対して１［ｋΩ］ぐらいにしておけば抵抗ＲＳによる電流帰還が気にならない程度（通常の動作については無視できる程度）の回路動作ができる。その代わりとして、アンプＡｍｐのゲインを大きくし、電流に対してセンシティブにしておくことで、全体の回路動作では問題なくなる。
【００３６】
ＡＰＤ２４の入射パワーと内部増幅率の関係の一例を示した図４を参照して説明すると、従来技術においては、入力光の強度がＰ′以上の領域であってもＡＰＤの利得（内部増幅率Ｍ）が有意の値を示すよう構成されていたが、本発明では、ＡＰＤ２４の利得を入力光の強度がＰ′以上の領域で実質的に０としている。入射パワーに対するＡＰＤ２４の保護をみていくと、まず、入射パワーがＰより小さい時には、抵抗ＲＦの電流帰還作用が働き、バイアス電圧ＶＡＰＤは抵抗ＲＦ分だけ減少させる。また、入射パワーがＰ〜Ｐ′の時にはバイアス電圧ＶＡＰＤの降下はツェナーダイオードＤによりツェナー電位ＶＺにクランプされる。さらに、入射パワーがＰ′より大きい時には、ＡＰＤ保護用の回路を働かせ、バイアス電圧ＶＡＰＤを強制的にドロップする。ここで、例えばＰ′は−３［ｄＢｍ］程度でよい。
【００３７】
図５は、図１の光受信増幅装置の主要部の他の構成例を示す論理ブロック図である。図５中、２６はカレントミラー回路、Ｖｓは比較電位、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３はトランジスタであり、その他、図３と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略している。図５で例示する光受信増幅装置は、図３で例示する光受信増幅回路と電流センシングの箇所を異ならせている。そして、比較電位Ｖｓとして定電圧を供給している。また、抵抗ＲＳとカレントミラー回路２６との間の電位と、電位ＶｓとをコンパレータＣｏｍで比較し、コンパレータＣｏｍの出力をトランジスタＴｒ３を介して抵抗Ｒ１の両端に接続している。
【００３８】
図５で例示する光受信増幅装置は、図１の電流検出回路１３の一部として、ＡＰＤ２４に流れる電流を電圧降下回路側の電流で検出するカレントミラー回路２６を備えている。カレントミラー回路を用いることで、抵抗Ｒ２での電流センシングの精度が良くなる上に、任意の規定電流値の設定が可能となり、センシング信号の処理回路も簡単になる。
【００３９】
図６は、図１の光受信増幅装置の主要部の他の構成例を示す論理ブロック図である。図６においては、図５と同様の構成要素に同じ符号を付し、その説明を省略している。図６を参照して説明する電流センシングも、図５を参照して説明した方法と同じく、流れる電流検出をカレントミラー回路２６で行うが、カレントミラー回路２６とＡＰＤバイアス電圧制御回路２２の位置を入れ替えている。
【００４０】
図７は、図１の光受信増幅装置の主要部の他の構成例を示す論理ブロック図である。図７中、２７は保持回路、２８はリセット回路、ＲＹは抵抗であり、その他、図５及び図６と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略している。
【００４１】
図３，図５，図６で上述した各構成例の回路は、その回路構成が簡単であるが、ＡＰＤ保護用の回路が働いて安全になっても、安全になったが故にまた電流を流すようになってしまう、といったループを繰り返すことになるので、リセットＳＷなどを設けてそのループをストップさせ、そして電流帰還を再開させる必要がある。このように、その状態を記録しておかないと元の状態に戻ってしまうので、実際には帰還ループ内の何処かに記憶手段が必要となるので、図７で例示した電圧降下回路２５では、こうしたループから脱するために保持回路２７及びリセット回路２８を設けている。保持回路２７では参照電位Ｖｒｅｆへ帰還した状態（保護状態）を保持し、リセット回路２８では保持回路で保持した状態を元の状態に戻すようにする。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、ＡＰＤを備える光受信増幅装置において、光入力が強い時にもＡＰＤの自己破壊を防ぎ、さらに消費電力を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光受信増幅装置を示すブロック図である。
【図２】ＡＰＤのバイアス電圧と内部増幅率の関係の一例を示す図である。
【図３】図１の光受信増幅装置の主要部の一構成例を示す論理ブロック図である。
【図４】本発明に係るＡＰＤの入射パワーと内部増倍率の関係の一例を示す図である。
【図５】図１の光受信増幅装置の主要部の他の構成例を示す論理ブロック図である。
【図６】図１の光受信増幅装置の主要部の他の構成例を示す論理ブロック図である。
【図７】図１の光受信増幅装置の主要部の他の構成例を示す論理ブロック図である。
【図８】従来技術による光受信増幅装置の一構成例を示すブロック図である。
【図９】図８の光受信増幅装置における、入力光パワーに対するＡＰＤの内部増幅率と可変利得増幅回路の利得との関係を示す図である。
【図１０】従来技術による光受信増幅装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１０の光受信増幅装置における入力光パワーに対する内部増幅率と可変利得増幅回路の利得との関係を示す図である。
【図１２】図１０の光受信増幅装置における光入力パワーに対する内部増幅率の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１…光受信増幅装置、１１…高電圧発生回路、１２，２２…ＡＰＤバイアス電圧制御回路、１３，２３…電流検出回路、１４，２４…ＡＰＤ、１５，２５…電圧降下回路、１６，Ａｍｐ…増幅器、２１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２６…カレントミラー回路、２７…保持回路、２８…リセット回路。
【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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