(57)【要約】【課題】光入力のＯＮ／ＯＦＦの応答時に、ピーク検出信号に含まれる不要信号を除去することによって、上位システムに光入力の低下を示すアラーム信号を、不要に出力させない受信器を供給することを目的とする。【解決手段】本発明によれば、光入力がＯＮ−ＯＦＦまたは、ＯＦＦ−ＯＮされる時に、ピーク検出回路の出力信号に不要信号が生じても、それを除去するようにプログラムしたマイコン、またはローパスフィルタを用いることで、不要信号のない正常なアラーム信号を、上位システムに供給することができる。【選択図】                図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光信号を光電変換する受光部と、
前記受光部の出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号のピークレベルと基準レベルとの比較に基づいて、ディジタル信号を出力する比較器と、
前記比較器の出力信号のレベル遷移点から一定時間の処理の不感帯を有して、前記受光信号のレベル変化を通知する検出器と
を備えた光受信器。
【請求項２】
受光信号を光電変換する受光部と、
前記受光部の出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号のピークレベルと基準レベルとの比較に基づいて、ディジタル信号を出力する比較器と、
前記比較器の出力信号のレベル遷移を検出する検出手段と、
前記検出手段によるレベル遷移の検出に応じて、前記比較器の出力信号のレベルを保持する保持手段と、
前記検出手段で検出されたレベル遷移から一定時間経過した後、前記比較器の出力信号のレベルと保持手段の保持するレベルとの比較に基づいて、前記受光信号のレベル変化を通知する通知手段と
を備えた光受信器。
【請求項３】
受光信号を光電変換し、電気信号を出力する受光部と、
前記受光部からの電気信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号のピークレベルと基準レベルとの比較に基づいて、ディジタル信号を出力する比較器と、
前記比較器の出力信号をフィルタリングする低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタの出力信号と閾値との比較結果に基づいて、前記受光信号のレベル変化を通知する検出器と
を備えた光受信器。
【請求項４】
受光部は、受光素子と前置増幅器とを有し、
増幅器は、前記受光部の出力から差動信号を出力する差動増幅器と、前記差動増幅器の正相と逆相の出力信号のオフセットレベルを一定に揃えるＤＣフィードバック回路とを有し、
比較器は、前記差動増幅器の出力信号のピークを検出するピーク検出回路と、前記ピーク検出回路からの検出信号を基準電圧と比較し、比較結果に基づいてディジタル信号を出力するコンパレータとを有したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光受信器。
【請求項５】
受光信号から光電変換された電気信号に基づいて生成されたディジタル信号が入力される入力端子と、
前記入力端子に入力されたディジタル信号におけるレベルの遷移点から一定時間の不感帯を有して、前記受光信号のレベル変化を通知する検出器と
を備えたアラーム発生器。
【請求項６】
受光信号から光電変換された電気信号に基づいて生成された入力ディジタル信号のレベル遷移を検出する検出ステップ、
前記検出ステップによるレベル遷移の検出に応じて、前記入力ディジタル信号のレベルを保持する保持ステップ、
前記入力ディジタル信号のレベル遷移から一定時間経過後に、前記保持ステップで保持されたディジタル信号と入力ディジタル信号のレベル比較に基づいて、前記受光信号のレベル変化を通知する通知ステップとを備えたアラーム発生プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信においてディジタル化された光信号の受信レベルに基づいてアラームを通知する光受信器、アラーム発生器、およびアラーム発生プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光信号を入力し電気信号に変換する光受信器において、光信号の受信レベル（以下、光信号レベル）の低下を検出し、アラーム信号を出力するものが知られている。この種の光受信器では、光信号を電気信号に変換した後、抽出されるクロック信号などの振幅をモニタし、この振幅値が基準レベル以下となったときに、レベル低下や光信号の遮断が発生したことを検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−６９０８３号公報（第２３、２７段落、および図４）
【０００４】
特許文献１に記載された従来の光受信器では、光信号のレベル低下時に相対的に増加するノイズによる誤動作を防止するために、レベル低下した時に入力データ信号に連続的に混入するサージ性ノイズをノイズパルス列として検出し、ノイズパルス列のパルス数のカウント値が所定数カウントに達したときに、レベル低下を報知していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光受信器では、光信号レベルの低下を報知することができるものの、光信号レベルが一旦低下してから再度レベル復帰する際に、光信号レベルが復帰したことを通知する手段がなかった。このため、光信号レベルの復帰を検出する回路を別個に設ける必要があって、回路構成が複雑化した。また、ノイズパルス列のパルス数をカウントするために、光受信器内に逓倍回路やパルス発生回路を設ける必要があり回路構成を更に複雑化させていた。これによって、部品コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００６】
また、光信号のレベル低下時に混入するノイズをカウントしていたため、光ファイバを通じて光受信器に伝送される光信号の、伝送過程で混入するノイズの影響で、光信号のレベル低下がないにも係わらずレベルの低下を誤報知してしまい、アラーム品質の低下を招くという問題があった。
【０００７】
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであり、光信号レベルの低下時と復帰時に、誤りなくアラームを発生するとともに、比較的簡素な部品構成でアラームを発出する光受信器を得ることを目的とする。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
この発明による光受信器は、受光信号を光電変換する受光部と、前記受光部の出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号のピークレベルと基準レベルとの比較に基づいて、ディジタル信号を出力する比較器と、前記比較器の出力信号のレベル遷移点から一定時間の処理の不感帯を有して、前記受光信号のレベル変化を通知する検出器とを備えたものである。
【０００９】
また、受光信号を光電変換し、電気信号を出力する受光部と、前記受光部からの電気信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号のピークレベルと基準レベルとの比較に基づいて、ディジタル信号を出力する比較器と、前記比較器の出力信号をフィルタリングする低域通過フィルタと、前記低域通過フィルタの出力信号と閾値との比較結果に基づいて、前記受光信号のレベル変化を通知する検出器とを備えたものであってもよい。
【００１０】
また、この発明によるアラーム発生プログラムは、受光信号から光電変換された電気信号に基づいて生成された入力ディジタル信号のレベル遷移を検出する検出ステップ、前記検出ステップによるレベル遷移の検出に応じて、前記入力ディジタル信号のレベルを保持する保持ステップ、  前記入力ディジタル信号のレベル遷移から一定時間経過後に、前記保持ステップで保持されたディジタル信号と入力ディジタル信号のレベル比較に基づいて、前記受光信号のレベル変化を通知する通知ステップとを備えたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この実施の形態１による発明は、光信号レベルのピーク検出信号に内在する不要信号の発生に伴なって、コンパレータから出力される不要なアラーム／アラーム解除通知を除去することを主旨としている。
【００１２】
図１は、この発明の実施の形態１に係る光受信器の構成を示すブロック図である。図において、受光素子２は受信した光信号を電流信号に光電変換するものであって、フォトダイオード（ＰＤ）が用いられる。前置増幅器４は、受光素子２より得られた電流信号を電圧信号に変換するとともに増幅し、入力端と出力端間に帰還素子としての抵抗３が接続された前置増幅器であって、トランスインピーダンスアンプなどが用いられている。差動増幅器５は、前置増幅器４からの出力信号を利得増幅するとともに、受信信号の出力端子１７から信号を差動出力する。ＤＣフィードバック回路６は差動増幅器５の正相と逆相の出力電圧差を差動増幅器５の入力に帰還し、正相と逆相の出力信号のオフセット電圧を揃える。
【００１３】
ピーク検出回路７は、差動増幅器５の出力信号をピーク検出する（時間平滑化された最大振幅の検出を行う）。コンパレータ９は、ピーク検出回路７からの検出信号を基準バイアス回路８により任意に生成した基準電圧と比較する。この比較結果に基づいて、コンパレータ９は、受信した光信号レベルが基準電圧以下に減衰した場合にローレベル信号を出力し、基準電圧以上に増幅した場合にハイレベル信号を出力して、アラーム発出用もしくはアラーム解除通知用のディジタル信号として、マイコン１１の入力端子へ出力する。
【００１４】
マイコン１１は、コンパレータ９の出力するディジタル信号に含まれる不要な信号を除去し、光受信器を搭載する上位のシステムへ、正常にアラーム発出またはアラーム解除通知をするための制御処理を行うプログラムが搭載されている。パワーオンリセット（ＰＯＷＥＲ  ＯＮ  ＲＥＳＥＴ）回路１２は、マイコン１１を正しく起動（スタート）させるとともに、電源電圧の変動を検知して一定の電圧以下となった時にマイコンにリセットを掛ける。なお、コンパレータ９、基準バイアス回路８、マイコン１１、およびパワーオンリセット回路１２は、この実施の形態１による不要信号を除去するためのアラーム発生器を構成する。
【００１５】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。
受光素子２に入力された光信号は、光電変換され、前置増幅器４へ電流信号が入力される。前置増幅器４は入力電流信号を電圧信号に変換するとともに増幅する。差動増幅器５は入力された電圧信号を増幅するとともに差動出力する。ＤＣフィードバック回路６は、差動増幅器６の正相と逆相の出力電圧差を差動増幅器６の入力に帰還し正相と逆相のＤＣ電圧を揃える。ピーク検出回路７は差動増幅器５の出力信号のピーク値の検出信号をコンパレータ９へ出力する。コンパレータ９は、ピーク検出回路７の検出信号と、基準バイアス回路により任意に生成した基準電圧とを比較する。光信号レベルがハイレベル（ＯＮ）からローレベル（ＯＦＦ）へ遷移する、あるいはＯＦＦからＯＮへ遷移すると、コンパレータ９は、ピーク検出回路７からの検出信号と基準電圧との比較に基づいてディジタル信号を出力する。マイコン１１は、コンパレータ９の出力するディジタル信号に基づいて、上位システムにアラーム発出、もしくはアラーム解除（復帰）の通知を行う通知信号を出力する。アラーム発出の通知信号は、光信号レベルが低下もしくは光信号が遮断した状態を示すものであり、アラーム解除（復帰）の通知信号は、光信号レベルが増加してアラーム発出状態（光信号レベルが低下もしくは光信号が遮断した状態）から復帰した状態を示すものである。上位システムではこの通知信号を受け取り、受信する光信号レベルの状態を感知することができる。
【００１６】
しかし、入力される光信号がＯＮ又はＯＦＦされる時の偏移時間にバラツキが生じると、ＤＣフィードバック回路６のフィードバック時定数が最適でなくなる。このため、ピーク検出回路７の出力信号に、入力される光信号のＯＮ／ＯＦＦに同期しない不要な信号が混入し、結果として上位システムに、その不要なアラーム／アラーム解除信号がそのまま伝わることになる。この場合、上位システムでは、光信号レベルがアラーム発出／アラーム解除のいずれの状態であるのかを誤認してしまう。したがって、この不要信号を除去し、上位システムに正常なアラーム信号を伝えることが必要となる。このような主旨から、マイコン１１は、コンパレータ９の出力するディジタル信号から、光入力のＯＮ／ＯＦＦ時にピーク検出回路７の検出信号に含まれてくる不要信号を除去するように構成している。
【００１７】
図２は、ピーク検出回路７、コンパレータ９、マイコン１１の出力信号のタイムチャートを示す図である。図２ａはピーク検出回路７の出力する検出信号、図２ｂはコンパレータ９の出力するディジタル信号、図２ｃはマイコン１１の出力する通知信号を示す。
【００１８】
ピーク検出回路７の検出信号は、図２ａに示すような不要な信号を含んだ信号となる。この不要信号を含んだままの状態で、ピーク検出回路７の検出信号がコンパレータ９へ入力されると、この入力信号は閾値となる基準電圧を上下し、図２ｂに示すように不要信号を含んだディジタル信号として出力される。マイコン１１、この不要信号を含んだディジタル信号が入力されると、ディジタル信号の遷移点から一定の期間不感帯を有して、その状態を保持する。その結果、マイコン１１の出力信号は、図２ｃに示すように不要信号を除いたディジタル信号に変換され、正常なアラーム発出／アラーム解除を示す通知信号として、上位システムへ伝えることが出来る。
【００１９】
パワーオンリセット回路１２は、マイコン１１を正しく起動させる。また、マイコン１１の電源電圧の変動があった場合、これを検知して一定の電圧以下となった時にマイコンにリセットを掛けるように動作する。これによって、マイコン１１が起動しなかったり、電源電圧の変動によって誤動作することを防止している。
【００２０】
次に、マイコン１１の制御処理動作について、図３に示す処理フローに沿って説明する。
まず、最初のステップ（ステップＳ１）では、電源投入（スタート）、マイコン１１の初期化、Ｉ／Ｏポートの初期化の順に実行される。次のステップ（ステップＳ２）では、コンパレータ９からマイコン１１へ入力されるディジタル信号の、“Ｈ”（ハイレベル）ｏｒ“Ｌ”（ローレベル）の現在の状態判別を行い、入力状態が“Ｈ”の場合はアラーム検出モードへ移行し、“Ｌ”の場合はアラーム解除モードへ移行される。
【００２１】
次のステップ（ステップＳ３）では、それぞれのモード下にてコンパレータ９からの入力信号の状態を常時監視し、入力信号が変化する（入力されるディジタル信号のレベル遷移を検出する）まで状態待ち受けを続け、この間、マイコン１１の出力状態がレベル遷移前のコンパレータ９の出力レベルで保持される。
【００２２】
先のステップＳ３で、入力状態に変化を生じた場合は、次ステップの状態変化保持時間観測ステップへ移行する（ステップＳ４）。ここでは、状態遷移の発生した時点を起点として、入力信号の状態変化後の保持時間を観測し、変化を生じた信号がアラーム信号なのか、それ以外の不要信号なのかを、任意に定めた基準状態変化保持時間内でのレベル比較によって判定する。判定の結果、基準状態変化保持時間の定めた時間以上、入力状態の遷移後のレベルを保持している場合は、アラームと認識しマイコンの出力を変化させる。また、入力状態の遷移後のレベルが保持できずに変化し、その保持時間が基準状態変化保持時間以下ならば不要信号と認識して、マイコンの出力を状態遷移の発生前のレベルに保持し続ける。マイコンの出力を変化させるまでを１ルーチンとし、上記したマイコンへ入力されるディジタル信号の状態判別処理から繰り返し処理される。
【００２３】
ここで、図３を用いて、ステップＳ４の処理についてより詳細な説明を行う。
まず、ステップＳ３から移行されると、カウンター値Ｘを基準状態保持時間に該当する所定の正の整数値に設定する（ステップＳ４１）。例えば、基準状態保持時間を１０μｓとするに相当する値にカウンター値Ｘを設定する。
【００２４】
次に、ステップＳ４２でコンパレータ９からの入力信号の状態変化の有無を確認する。このとき、ステップ３で保持された出力レベルと、コンパレータ９の出力信号のカレントレベルとを比較し、その一致の有無を調べる。比較の結果一致していなければ、光入力レベルの状態変化の可能性有りと判断し、次にステップＳ４３に移行する。他方、比較の結果一致していれば、光入力レベルの状態変化の可能性無しと判断し、前段のステップＳ３に処理を戻す。
ステップＳ４３では、カウンター値Ｘが０であるかを判断し、０であったらステップＳ４４に移行して、光入力レベルの状態変化が有った旨を通知するための通知信号を発生する。他方、カウンター値Ｘが０でなかった場合は、カウンター値Ｘを１つ減算して、再び前段のステップＳ４２に処理を戻す。
ステップＳ４４では、アラーム検出モード（入力状態が“Ｈ”）であった場合はアラームを発出し、アラーム解除モード（入力状態が“Ｌ”）であった場合はアラーム解除を通知するように処理を行う。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、光入力がＯＮ−ＯＦＦまたは、ＯＦＦ−ＯＮされる時にピーク検出回路の出力信号に不要信号が生じても、それを除去するようにプログラムしたマイコンを用いることで不要信号のない正常なアラーム信号を上位システムに供給する効果を得る。また、マイコンは不要信号の形状によって任意に決定する基準状態保持時間を変更する事で、あらゆる不要信号を除去する効果を得る。さらに入出力がロジックであり比較的小規模のプログラム構成で処理が可能な為、実行処理時間を短くでき、誤動作時のデバックも容易に出来る。さらに、マイコンを用いて不要信号の除去を行えるため、簡素な構成部品で、不要信号による誤りのないアラーム発出／アラーム解除の通知を行うことができる。
【００２６】
実施の形態２
この実施の形態２による発明は、光信号レベルのピーク検出信号に内在する不要信号の発生に伴なって、コンパレータから出力される不要なアラーム／アラーム解除通知を除去することを目的として、実施の形態１とは異なる他の方法を提案することを主旨としている。
【００２７】
図４は本発明の実施の形態２の光受信器を示すブロック図である。
図において、受光素子２は受信した光信号を電流信号に光電変換するものであって、フォトダイオード（ＰＤ）が用いられる。前置増幅器４は、受光素子２より得られた電流信号を電圧信号に変換するとともに増幅し、入力端と出力端間に帰還素子としての抵抗３が接続された前置増幅器であって、トランスインピーダンスアンプなどが用いられている。差動増幅器５は、前置増幅器４からの出力信号を利得増幅するとともに、受信信号の出力端子１７から信号を差動出力する。ＤＣフィードバック回路６は差動増幅器５の正相と逆相の出力電圧差を差動増幅器５の入力に帰還し、正相と逆相の出力信号のオフセット電圧を揃える。
【００２８】
ピーク検出回路７は、差動増幅器５の出力信号をピーク検出する（時間平滑化された最大振幅の検出を行う）。ローパスフィルタ１６は、抵抗１４とコンデンサ１５から形成され、ピーク検出回路７の出力信号の任意の低域の周波数を通過させるとともに、不要信号が持つ周波数成分を遮断する。コンパレータ９は、ローパスフィルタ１６からの検出信号を基準バイアス回路８により任意に生成した基準電圧と比較する。この比較結果に基づいて、コンパレータ９は、受信した光信号レベルが基準電圧以下に減衰した場合にローレベル信号を出力し、基準電圧以上に増幅した場合にハイレベル信号を出力して、アラーム発出もしくはアラーム解除通知用のディジタル信号として出力する。
【００２９】
次に上記のように構成された実施の形態２の動作について説明する。
受光素子２、前置増幅器４、差動増幅器５、ＤＣフィードバック回路６、およびピーク検出回路７の動作は、図１に示した例と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３０】
まず、光入力がＯＮ−ＯＦＦ、ＯＦＦ−ＯＮされると、ピーク検出回路７の出力信号は、例えば図７ａに示すような不要な信号を含んだものとなる。この不要信号が持つ周波数成分は、ローパスフィルタ１６で遮断される。例えば、図７ｂに示すように、不要信号を含む高い周波数領域の信号が遮断される。これによって、後段のコンパレータ９へ不要信号が流出することを阻止できる。
【００３１】
ローパスフィルタ１６の入出力電圧をそれぞれＶｉ、Ｖｏ、とすると、出力の応答状態は次式であらわす事ができる。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
次に、ローパスフィルタ１６でフィルタリングされた出力信号は、コンパレータ９に入力される。コンパレータ９では、基準バイアス回路８から出力される基準電圧に基づいて、図５ｃに示すように不要信号を除いたディジタル信号に変換される。この変換されたディジタル信号は、コンパレータ９からアラーム信号／アラーム解除信号（復帰通知信号）として上位システムへ伝えられることになる。なお、ローパスフィルタ１６、コンパレータ９、および基準バイアス回路８は、この実施の形態２による不要信号を除去するためのアラーム発生器を構成する。
【００３４】
以上によって、この実施の形態２によれば、光入力がＯＮ−ＯＦＦまたは、ＯＦＦ−ＯＮされる時にピーク検出回路の出力信号に不要信号が生じても、それを除去するように調整されたローパスフィルタを用いることで、不要信号のない正常なアラーム信号を上位システムに供給する効果を得る。また、ローパスフィルタの時定数を適度に設定することによって、あらゆる不要信号を除去する効果を得る。さらに、ローパスフィルタを用いた簡素な構成部品で、不要信号による誤りのないアラーム発出／アラーム解除の通知を行うことができる。
【００３５】
実施の形態３．
上記実施の形態１及び２において、受光素子２を構成するフォトダイオードを、なだれ増倍作用により信号出力を増倍する機能を持ったアバランシェフォトダイオードで置き換えた構成をとることも可能である。
【００３６】
実施の形態４．
上記実施の形態１及び２において、前置増幅器４が、入力に大きなバイアス抵抗を有すハイインピーダンス型前置増幅器で置き換えた構成をとることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光入力がＯＮ−ＯＦＦまたは、ＯＦＦ−ＯＮされる時にピーク検出回路の出力信号に不要信号が生じても、それを除去して不要信号のない状態で、正常なアラーム発出信号を上位システムに供給することができる。
また、マイコンやローパスフィルタを用いて不要信号の除去を行えるため、簡素な構成部品で、不要信号による誤りのないアラーム発出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光受信器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光受信器におけるアラーム発出／解除のタイムチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１に係るマイコンの制御フロー図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光受信器の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る光受信器におけるアラーム発出／解除のタイムチャートである。
【符号の説明】
１  直流電源、  ２  受光素子、  ３  抵抗（帰還素子）、  ４  前置増幅器、５  差動増幅器、  ６  ＤＣフィードバック回路、  ７  ピーク検出回路、  ８  基準バイアス回路、  ９  コンパレータ、  １０  アラーム信号出力端子、１１  マイクロコンピュータ、  １２  パワーオンリセット回路、  １３  不要信号除去回路、  １４抵抗、  １５コンデンサ、  １６ローパスフィルタ、  １７受信信号出力端。
【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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