(57)【要約】【課題】バイアス電圧の温度特性を自由に設定できる光受信器を提供する。【解決手段】本発明に係る光受信器は、ＡＰＤ１と、ＡＰＤ１と接続され、ＡＰＤに印加する電圧を発生させる高電圧発生回路２と、入力された電圧値に基づいて高電圧発生回路２が発生させる電圧を制御する電圧比較制御回路４と、高電圧発生回路２の出力端子と電圧比較制御回路４の入力端子４１とに接続され、高電圧発生回路２の出力電圧に基づく電圧値を電圧比較制御回路４に入力する電圧検出回路３と、周辺の温度を検出する温度検出手段と、を備え、電圧検出回路３はデジタル可変抵抗手段３ａを含み、温度検出手段によって検出された温度に基づいてデジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を変化させて電圧比較制御回路４に入力する電圧値を変化させる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と接続され、前記アバランシェフォトダイオードに印加する電圧を発生させる電圧発生回路と、
入力された電圧値に基づいて前記電圧発生回路が発生させる電圧を制御する電圧制御回路と、
前記電圧発生回路の出力端子と前記電圧制御回路の入力端子とに接続され、前記電圧発生回路の出力電圧に基づく電圧値を前記電圧制御回路に入力する電圧検出回路と、
周辺の温度を検出する温度検出手段と、
を備え、
前記電圧検出回路はデジタル可変抵抗手段を含み、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記デジタル可変抵抗手段の抵抗値を変化させて前記電圧制御回路に入力する電圧値を変化させる、
ことを特徴とする光受信器。
【請求項２】
前記電圧検出回路は、前記デジタル可変抵抗手段に直列に接続された抵抗手段をさらに有し、
前記抵抗手段と前記デジタル可変抵抗手段との接続点は前記電圧制御回路の入力端子に接続され、前記抵抗手段は前記電圧発生回路の出力端子に接続され、前記デジタル可変抵抗手段は接地されてい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】
前記デジタル可変抵抗手段と前記温度検出手段とは一体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信器。
【請求項４】
前記デジタル可変抵抗手段は、温度ごとにあらかじめ定められた設定値を有し、前記デジタル可変抵抗手段は前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて前記設定値を参照して抵抗値を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信器。
【請求項５】
前記デジタル可変抵抗手段の設定値を外部から変更するためのデジタルインターフェースをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の光受信器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光受信器を有することを特徴とする光送受信器。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の光受信器を製造する製造方法であって、
前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が温度によらず一定となるように前記デジタル可変抵抗手段に設定する温度ごとの設定値を決定する設定値決定工程を有することを特徴とする光受信器の製造方法。
【請求項８】
前記設定値決定工程は、
実際に前記アバランシェフォトダイオードに光を入射して前記アバランシェフォトダイオードから出力される信号をモニタして、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、複数の所定温度における前記デジタル可変抵抗手段の設定値を決定する工程と、
前記工程において決定された複数の所定温度における設定値に基づいて、前記所定温度以外の温度における設定値を近似する関数を求め、その関数によってすべての温度における設定値を決定する工程と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の光受信器の製造方法。
【請求項９】
前記設定値決定工程は、適用される前記アバランシェフォトダイオードの温度特性に基づいて、前記アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、前記デジタル可変抵抗手段の設定値を算出して決定することを特徴とする請求項７に記載の光受信器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：以下「ＡＰＤ」という）を有する光受信器、光送受信器、及びその製造方法に関し、特にＡＰＤに印加するバイアス電圧を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信システムにおいては、受光素子としてＡＰＤを用いた光受信器が用いられる。ＡＰＤは、信号光電流の増幅作用を有し、微弱な光信号を扱う光ファイバ通信システムの受光素子として必要不可欠である。
【０００３】
ところで、ＡＰＤは温度特性を有し、温度変動によって増倍率が変化する。従来の光受信器においては、温度変動による増倍率の変化を抑えるため、温度変動に合わせてバイアス電圧を変化させる技術が特開平１１−２０５２４９号公報に開示されている。この公報に記載されたバイアス電圧制御回路は、ブレークダウン温度に注目した基準電圧発生回路４０を有し、電圧可変回路２０の出力端子２８の電圧と基準電圧発生回路４０からの基準電圧との差を電圧制御信号３０ａとして電圧可変回路２０に入力することにより、電圧可変回路２０を制御する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した電圧制御回路においては、基準電圧発生回路４０は、ブレークダウン電圧の温度傾斜にあたる電圧を発生させるための温度補償回路４３を有し、この温度補償回路４３と出力電圧設定回路４１とによって基準電圧４３ａを発生させている。従って、基準電圧発生回路４０によって発生させることができる基準電圧４３ａは、温度補償回路４３を構成するデバイスの特性に依存することとなり、基準電圧４３ａを自由に設定できないという問題があった。また、基準電圧４３ａが温度補償回路４３の特性に依存するので、個体ごとの部品の特性のばらつきによって基準電圧４３ａの温度特性が相違するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決し、バイアス電圧の温度特性を自由に設定できる光受信器、光送受信器、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光受信器は、アバランシェフォトダイオードと、アバランシェフォトダイオードと接続され、アバランシェフォトダイオードに印加する電圧を発生させる電圧発生回路と、入力された電圧値に基づいて電圧発生回路が発生させる電圧を制御する電圧制御回路と、電圧発生回路の出力端子と電圧制御回路の入力端子とに接続され、電圧発生回路の出力電圧に基づく電圧値を電圧制御回路に入力する電圧検出回路と、周辺の温度を検出する温度検出手段と、を備え、電圧検出回路はデジタル可変抵抗手段を含み、温度検出手段によって検出された温度に基づいてデジタル可変抵抗手段の抵抗値を変化させて電圧制御回路に入力する電圧値を変化させる、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る光受信器によれば、電圧発生回路の出力端子に接続された電圧検出回路はデジタル可変抵抗手段を含んでおり、デジタル可変抵抗手段は温度検出手段によって検出された周辺の温度に基づいて抵抗値を変化させ、電圧制御回路に入力する電圧値を変化させる。このように電圧発生回路の出力端子における電圧値（バイアス電圧値）をそのまま電圧制御回路に入力するのではなく、温度によって入力する電圧値を変化させることにより、電圧制御回路は入力された電圧値に基づいてバイアス電圧を変化させることができる。これにより、電圧制御回路はバイアス電圧の温度特性を自由に設定できる。
【０００８】
上記光受信器において、電圧検出回路は、デジタル可変抵抗手段に直列に接続された抵抗手段をさらに有し、抵抗手段とデジタル可変抵抗手段との接続点は電圧制御回路に接続され、抵抗手段は電圧発生回路の出力端子に接続され、デジタル可変抵抗手段は接地されていることを特徴としても良い。
【０００９】
電圧検出回路は直列に接続された抵抗手段とデジタル可変抵抗手段とを有し、抵抗手段が電圧発生回路の出力端子に接続されると共にデジタル可変抵抗手段が接地された構成により、抵抗手段とデジタル可変抵抗手段の接続点における電圧値は分圧される。これにより、デジタル可変抵抗手段の抵抗値を変化させることによって分圧比を変化させ、接続点における電圧値、すなわち電圧制御回路へ入力する電圧値を変化させることができる。また、電圧発生回路の出力端子側に抵抗手段が配置される構成により、デジタル可変抵抗手段に過大な電圧がかかることがないので好適である。さらにデジタル可変抵抗手段は、調整可能範囲を選択するために、直列及び並列に接続された抵抗手段を含んでも良い。
【００１０】
上記光受信器において、デジタル可変抵抗手段と温度検出手段とは一体であることを特徴としても良い。
【００１１】
温度検出手段を有するデジタル可変抵抗手段を用いることにより、回路構成、回路設計、及び電圧コントロールが容易となる。
【００１２】
上記光受信器において、デジタル可変抵抗手段は、温度ごとにあらかじめ定められた設定値を有し、デジタル可変抵抗手段は温度検出手段によって検出された温度に基づいて設定値を参照して抵抗値を決定することを特徴としても良い。
【００１３】
このような構成を採用することにより、温度に基づいて容易に抵抗値を変化させることができる。
【００１４】
上記光受信器において、デジタル可変抵抗手段の設定値を外部から変更するためのデジタルインターフェースをさらに備えることを特徴としても良い。
【００１５】
このような構成を採用することにより、抵抗値の設定を容易に調整することができ、デジタル可変抵抗手段の設定に汎用性を持たせることができる。また、小型の光受信器に用いられる場合には、光受信器を開いてドライバなどによって可変抵抗手段の設定値を変更することは困難であるため、デジタルインターフェースを有することが特に有効である。
【００１６】
本発明に係る光送受信器は、上記光受信器を有することを特徴とする。
【００１７】
上記した光送信器を有する光送受信器は、温度の変動によらずＡＰＤの増倍率を一定にした光送受信器を実現することができる。
【００１８】
本発明に係る光受信器の製造方法は、上記光受信器を製造する製造方法であって、アバランシェフォトダイオードの増倍率が温度によらず一定となるようにデジタル可変抵抗手段に設定する温度ごとの設定値を決定する設定値決定工程を有することを特徴とする。
【００１９】
このようにＡＰＤの増倍率が温度によらず一定となるようにデジタル可変抵抗手段の設定値を決定する設定値決定工程を有することにより、上記した光受信器を製造することができる。設定値決定工程は、（１）実際にアバランシェフォトダイオードに光を入射してアバランシェフォトダイオードから出力される信号をモニタして、アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、複数の所定温度におけるデジタル可変抵抗手段の設定値を決定する工程と、上記工程において決定された複数の所定温度における設定値に基づいて、所定温度以外の温度における設定値を近似する関数を求め、その関数によってすべての温度における設定値を決定する工程と、を有する方法でも良いし、（２）適用されるアバランシェフォトダイオードの温度特性に基づいて、アバランシェフォトダイオードの増倍率が一定となるように、デジタル可変抵抗手段の設定値を算出して決定する方法でも良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明に係る光受信器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る光受信器１０の構成を示す図である。光受信器１０は、光を受光するＡＰＤ１と、ＡＰＤ１に印加するバイアス電圧を発生させる高電圧発生回路２と、高電圧発生回路２に電力を供給するモジュール電源６と、高電圧発生回路２を制御する電圧比較制御回路４と、高電圧発生回路２によって発生された電圧をモニタする電圧検出回路３と、ＡＰＤ１によって変換された電気信号を増幅する前置増幅器７とを備えている。
【００２２】
モジュール電源６は高電圧発生回路２の入力端子２１に接続されている。高電圧発生回路２の出力端子２２はＡＰＤ１に接続され、高電圧発生回路２によって発生された電圧はＡＰＤ１を駆動させるバイアス電圧としてＡＰＤ１に印加される。電圧検出回路３は、入力端子３１が高電圧発生回路２の出力端子２２に接続され、出力端子３２が電圧比較制御回路４に接続されている。
【００２３】
電圧比較制御回路４は、電圧検出回路３から入力された電圧と基準電圧とを比較し、その結果に基づいて高電圧発生回路２から出力される電圧を制御する機能を有する。具体的には、入力された電圧が基準電圧より低い場合には、高電圧発生回路２から出力される電圧を高くし、入力された電圧が基準電圧より高い場合には、高電圧発生回路２から出力される電圧を低くする制御を行う。なお、基準電圧は、電圧比較制御回路４内に有するものとしてもよいし、外部から入力されることとしても良い。
【００２４】
このような構成により、光受信器１０は、高電圧発生回路２によって発生されたバイアス電圧の電圧値を電圧検出回路３によって検出し、検出された電圧値に基づく電圧値を電圧比較制御回路４に入力し、電圧比較制御回路４が高電圧発生回路２を制御するというクローズドループのフィードバック制御を実現している。
【００２５】
電圧検出回路３は、抵抗手段３ｂとデジタル可変抵抗手段３ａとが直列に接続されて構成されている。抵抗手段３ｂは高電圧発生回路２の出力端子２２と接続され、デジタル可変抵抗手段３ａは接地されている。そして、抵抗手段３ｂとデジタル可変抵抗手段３ａとの接続点３３が電圧検出回路３の出力端子３２とされ、電圧比較制御回路４の入力端子４１に接続されている。デジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を変えて抵抗手段３ｂとデジタル可変抵抗手段３ａとの分圧比を変化させることにより、抵抗手段３ｂとデジタル可変抵抗手段３ａとの接続点３３における電圧値、すなわち電圧比較制御回路４に入力される電圧値を変化させ、クローズドループのフィードバックによりＡＰＤ１のバイアス電圧を変化させることができる。デジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を小さくすれば、電圧比較制御回路４に入力される電圧値は小さくなり、その結果ＡＰＤ１のバイアス電圧を大きくするように制御され、デジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を大きくすれば、電圧比較制御回路４に入力される電圧値は大きくなり、その結果ＡＰＤ１のバイアス電圧を小さくするように制御される。
【００２６】
デジタル可変抵抗手段３ａは、デジタル可変抵抗器３ａ１を含んで構成され、デジタル可変抵抗器３ａ１によって全体の抵抗値を変化させることができる回路である。なお、デジタル可変抵抗器３ａ１のみをもってデジタル可変抵抗手段３ａを構成できることは言うまでもない。図２は本実施形態のデジタル可変抵抗手段３ａの構成を詳細に示す図であるが、デジタル可変抵抗手段３ａは、デジタル可変抵抗器３ａ１と抵抗器３ａ２が直列に接続され、これと並列に抵抗器３ａ３が接続されて構成されている。市販のデジタル可変抵抗器は、１０ｋΩや５０ｋΩなどあらかじめ決まった値の範囲での抵抗設定しかできない場合があるが、上記した構成を採用することでデジタル可変抵抗手段３ａは、所望の調整範囲で抵抗を設定することができる。デジタル可変抵抗器３ａ１は、周辺の温度を検出する温度検出手段（図示せず）を有しており、検出された温度に基づいて抵抗値を変化させる機能を有する。このようなデジタル可変抵抗器３ａ１の例としては、Ｄｕａｌ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ＮＶ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｒｅｓｉｓｔｅｒ　＆　Ｍｅｍｏｒｙ　ＤＳ１８４８　（Ｄａｌｌａｓ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）がある。また、デジタル可変抵抗器３ａ１は、温度ごとの抵抗値をあらかじめ設定しておくレジスタを有している。レジスタに設定された抵抗値の情報は、ＡＰＤ１の増倍率が温度によらず一定となるように電圧比較制御回路４にバイアス電圧を制御させるための抵抗値である。ここでは、デジタル可変抵抗器３ａ１は１０ｋΩを８ビットでコントロールするタイプであり、０〜２５５のレジスタ値を有する。レジスタ値０で０Ω、レジスタ値２５５で１０ｋΩである。デジタル可変抵抗器３ａ１は、温度検出手段によって検出された温度に基づいて、レジスタに設定された設定値を参照して、抵抗値を決定する機能を有する。具体的な設定値の決定方法は、次に光受信器１０の製造方法を説明する際に述べる。なお、デジタル可変抵抗器３ａ１は、レジスタの設定値を外部から変更することができるデジタルインターフェースを有していることが好ましい。これにより、設定値の微調整を容易に行うことができる。
【００２７】
続いて、実施形態に係る光受信器１０の製造方法について説明する。高電圧発生回路２、電圧比較制御回路４、電圧検出回路３、及びＡＰＤ１を接続する回路の製造は、従来と同じ方法で行われる。実施形態に係る光受信器１０の製造方法は、電圧検出回路３に組み込まれるデジタル可変抵抗手段３ａのレジスタにＡＰＤ１の温度特性に合せた設定値を設定する工程を有する。ここで、デジタル可変抵抗手段３ａのデジタル可変抵抗器３ａ１に設定される値の決定方法について２つの方法を説明する。
【００２８】
第１の方法では、まず、製造された光受信器１０に実際にＡＰＤ１に一定量の光を受光させ、そのときＡＰＤ１によって変換され出力される電気信号をモニタする。次に、受光量を一定に保った状態で、ＡＰＤ１の温度を変化させる。この際、ＡＰＤ１から出力される電気信号が一定となるようにＡＰＤ１に印加するバイアス電圧を調整する。バイアス電圧の調整は、電圧検出回路３に含まれるデジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を変化させることによって行う。例えば、ＡＰＤ１への光入力強度を−２８ｄＢｍとし、このときＡＰＤ１に流れる電流が１３μＡとなるようにデジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を調節する。そして、温度を７０℃、２５℃、−５℃としたとき、デジタル可変抵抗手段３ａのデジタル可変抵抗器３ａ１の抵抗値を測定する。なお、本実施形態では、抵抗器３ａ２の抵抗値Ｒ３ａ２は１２ｋΩ、抵抗器３ａ３の抵抗値Ｒ３ａ３は８２ｋΩ、抵抗器３ｂの抵抗値Ｒ３ｂは８２０ｋΩである。
【００２９】
次に、測定された所定温度におけるデジタル可変抵抗器３ａ１の抵抗値から、温度を任意に変化させたときの抵抗値を近似する関数を算出する。上記の測定の結果、デジタル可変抵抗器３ａ１の抵抗値が、７０℃のとき３．３ｋΩ（レジスタ値Ｒｇ＝８５）、２５℃のとき４．９ｋΩ（Ｒｇ＝１２５）、−５℃のとき６．２ｋΩ（Ｒｇ＝１５７）であったとすると、この測定結果からレジスタ値を補間する関数として、
Ｒｇ＝１５１．３７―１．１１Ｔ＋０．００２４Ｔ２
を得られる。そして、この関数に基づいて、−４０℃〜９５℃の範囲において２℃刻みでデジタル可変抵抗器３ａ１のレジスタ値を算出する。上記例では、３点においてデジタル可変抵抗器３ａ１の抵抗値を測定しているが、測定ポイントを増やせば、より正確な関数を決定することができる。
【００３０】
第２の方法は、ＡＰＤ１の温度特性に基づいて、デジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を決定する方法である。ここでは、受信器への光入力強度が−２８ｄＢｍのときに、ＡＰＤ１に流れる電流を１３μＡにするバイアス電圧が、
Ｖａｐｄ＝５６．０＋０．１Ｔ（Ｔ：ジャンクション温度）…（１）
で表される温度特性を有するＡＰＤ１を用いた場合を例として、設定値の決定方法を説明する。
【００３１】
ここで、図２に示す回路のそれぞれの抵抗値を抵抗器３ｂ＝８２０ｋΩ、抵抗器３ａ２＝１２ｋΩ、抵抗器３ａ３＝８２ｋΩとすると、ＡＰＤ１のバイアス電圧は、接続点３３における電圧をＶ０とすれば、各抵抗器の抵抗値を「Ｒ」に添字を付して表記して、
Ｖａｐｄ＝（Ｒ３ｂ＋（（Ｒ３ａ２＋Ｒ３ａ１）／／Ｒ３ａ２））Ｖ０／（（Ｒ３ａ２＋Ｒ３ａ１）／／Ｒ３ａ２）…（２）
となる。なお、「／／」は、並列に接続された抵抗器の抵抗値を合成することを意味する記号である。上記した式（１）（２）より、
５６．０＋０．１Ｔ＝（Ｒ３ｂ＋（（Ｒ３ａ２＋Ｒ３ａ１）　／／Ｒ３ａ２））Ｖ０／（（Ｒ３ａ２＋Ｒ３ａ１）／／Ｒ３ａ２）
という式を解くと、デジタル可変抵抗器３ａ１のレジスタ値Ｒｇを求めることができる。上記例で、Ｖ０＝１．０［Ｖ］と設定した場合、デジタル可変抵抗器３ａ１のレジスタ値Ｒｇを補間する関数として、
Ｒｇ＝１５１．３４−１．１２Ｔ＋０．００２５１Ｔ２
が得られる。そして、この関数に基づいて、−４０℃〜９５℃の範囲において２℃刻みでデジタル可変抵抗器３ａ１のレジスタ値Ｒｇを算出する。
【００３２】
本実施形態に係る光受信器１０は、高電圧発生回路２から出力される電圧検出回路３と、電圧検出回路３から入力された電圧値に基づいて高電圧発生回路２を制御する電圧比較制御回路４とを有し、電圧検出回路３が温度検出手段を有するデジタル可変抵抗手段３ａを含む構成により、温度検出手段によって検出された温度に基づいてデジタル可変抵抗手段３ａの抵抗値を変化させ、電圧比較制御回路４に入力する電圧値を変化させることができる。従って、検出されて電圧比較制御回路４に入力される電圧値の温度特性を自由に設定することができる。これにより、ＡＰＤ１の温度特性に合せてバイアス電圧を変えることにより、ＡＰＤ１の増倍率を温度によらず一定に保つことができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る製造方法によれば、温度変化によらず、増倍率を一定に保つことができる光受信器１０を製造することができる。
【００３４】
以上、本発明に係る光受信器１０及びその方法について、実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００３５】
上記実施形態においては、デジタル可変抵抗手段３ａのデジタル可変抵抗器３ａ１が温度検出手段を有しているが、デジタル可変抵抗器３ａ１と温度検出手段とを別々に構成し、温度検出手段によって検出した温度の情報をデジタル可変抵抗器３ａ１に伝えることとしても良い。
【００３６】
また、上記実施形態では、光受信器１０を例として説明したが、本発明を光送受信器及びその製造方法に適用することとしても良い。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、電圧発生回路の出力端子に接続された電圧検出回路はデジタル可変抵抗手段を含んでおり、このデジタル可変抵抗手段は温度検出手段によって検出された周辺の温度に基づいて抵抗値を変化させるので、電圧発生回路の出力端子における電圧値（バイアス電圧値）をそのまま電圧制御回路に入力するのではなく、温度に応じて電圧制御回路に入力する電圧値を変化させることにより、電圧制御回路は入力された電圧値に基づいてバイアス電圧を変化させることができる。これにより、電圧制御回路はバイアス電圧の温度特性を自由に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光受信器の構成を示す図である。
【図２】デジタル可変抵抗手段の詳細な構成を示す図である。
【符号の説明】
１…ＡＰＤ、２…高電圧発生回路、３…電圧検出回路、３ａ…デジタル可変抵抗手段、３ｂ…抵抗手段、４…電圧比較制御回路、６…モジュール電源、７…前置増幅器、１０…光受信器。
【図１】
2004071982.tif 000003
【図２】
2004071982.tif 000004