(57)【要約】【課題】パイロット信号を用いることなくリニアリティの良いゲインコントロールを行う。【解決手段】フォトダイオードＰＤにツェナーダイオードＺＤによりバイアスを印加する。フォトダイオードＰＤで受光された光信号の強度が制御部１２により検出され、検出信号に基づいて可変減衰部１１により光信号を変換した電気信号のゲインコントロールが行われる。フォトダイオードＰＤの非直線特性がツェナーダイオードＺＤの非直線特性により補正されていることから、可変減衰部１１からほぼ一定の出力が得られるようになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードにバイアスを印加する電圧−電流特性が非直線特性を示すダイオード手段と、
前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号が入力される制御手段と、
該制御手段からの制御信号により、前記フォトダイオードから出力された受信信号のレベルを一定とするように制御する非直線特性のレベル可変手段と、
を備えることを特徴とする光受信機。
【請求項２】
前記ダイオードがツェナーダイオードとされ、該ツェナーダイオードの非直線特性を利用して、前記フォトダイオードにバイアスが印加されていることを特徴とする請求項１記載の光受信機。
【請求項３】
前記制御手段はノイズ除去手段を有しており、該ノイズ除去手段により前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号に含まれるノイズを除去するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光受信機。
【請求項４】
前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号を、前記ダイオード手段の温度補償を行う温度補償手段を介して前記制御手段へ入力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の光受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイロット信号を用いることなく安定したゲインコントロールを行える光受信機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムにおいて光受信機の受光レベルが変化すると、光受信機から出力される電気信号のレベルが変化するようになる。しかし、光伝送システムにおいては、光受信機における受光レベルが変化しても出力される電気信号が一定の出力レベルになっていることが求められている。これを達成するために、光信号にパイロット信号を付加して送信し、光受信機において抽出されたパイロット信号のレベルを一定になるようにゲインコントロールすることにより、光受信機における受光レベルが変化しても出力される電気信号が一定となるようにしていた。
【０００３】
しかしながら、送信機においてはパイロット信号を送信信号に重畳して送信するパイロット信号送出手段を別に設けなければならないと共に、受信機においてはパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出手段が必要になるという問題点があった。さらに、パイロット信号を用いることのできないシステムもあり、このようなシステムにおいてはゲインコントロールをすることができないという問題点があった。
そこで、これを解決するために受光素子で受光される光信号のレベルを、受光素子に設けられたモニタ端子でモニタし、このモニタ端子からのモニタ信号により、受光素子から出力される電気信号のレベルをコントロールすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−５６２００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
受光素子で受光される光信号のレベルを検出し、この検出信号により受光素子から出力される電気信号をゲインコントロールする従来の光受信機の回路例を図７に示す。
図７において、光ファイバー等から入力された光信号はフォトダイオードＰＤで受光される。フォトダイオードＰＤには抵抗Ｒ１０１および抵抗Ｒ１００により、電源（＋Ｖｃｃ）からバイアスが印加されている。すると、フォトダイオードＰＤに流れる光電流が光信号の強度に応じた大きさとなり、光信号が電気信号に変換されるようになる。この電気信号は、信号成分だけを抽出するコンデンサＣ１００を介して第１の増幅部１１０に供給され所定の増幅度で増幅される。増幅された電気信号は、可変減衰部１１１を介して第２の増幅部１１３に供給され所定の増幅度で増幅される。また、フォトダイオードＰＤにより変換された電気信号は制御部１１２に供給されて、光信号の強度が検出される。制御部１１２は、検出した光信号の強度に応じて、可変減衰部１１１の減衰量を制御することにより、可変減衰部１１１から出力される電気信号のレベルが一定になるようにしている。
【０００６】
ここで、フォトダイオードＰＤの光入力電力〔ｄＢｍ〕に対するフォトダイオードＰＤに流れる光電流Ｉｐｄ〔ｍＡ〕の特性を図８に示す。図８を参照すると、光電流Ｉｐｄは光入力電力に対して指数関数的に上昇する非直線特性となっている。また、可変減衰部１１１においてはＰＩＮダイオードにより通過量を制御していることから、可変減衰部１１１は制御量に対して対数関数的に減衰量が変化する非直線特性となっている。このように、フォトダイオードＰＤが受光する光信号電力に対して、制御部１１２が出力する制御量が指数関数的な非直線になっても、制御量に対して可変減衰部１１１の減衰量が対数関数的な非直線に変化することから、ゲインコントロールしても出力を一定にすることが困難になると云う問題点があった。すなわち、図７に示す受信機における出力レベルの周波数特性を図９に示すが、図９に示す出力レベルの周波数特性はフォトダイオードＰＤの光入力電力が＋１ｄＢｍと−５ｄＢｍとの特性であり、図９を参照すると、光入力電力が−５ｄＢｍから＋１ｄＢｍに上昇した際に、出力レベルも４〜５ｄＢも上昇してしまい、出力レベルが一定にゲインコントロールされていないことがわかる。
【０００７】
そこで、本発明はパイロット信号を用いることなく安定したゲインコントロールを行える光受信機を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光受信機は、フォトダイオードにバイアスを印加する電圧−電流特性が非直線特性を示すダイオード手段と、前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号が入力される制御手段と、該制御手段からの制御信号により、前記フォトダイオードから出力された受信信号のレベルを一定とするように制御する非直線特性のレベル可変手段とを備えるようにしている。
【０００９】
また、上記本発明の光受信機において、前記ダイオードがツェナーダイオードとされ、該ツェナーダイオードの非直線特性を利用して、前記フォトダイオードにバイアスが印加されるようにしてもよい。
さらに、上記本発明の光受信機において、前記制御手段はノイズ除去手段を有しており、該ノイズ除去手段により前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号に含まれるノイズを除去するようにしてもよい。
さらにまた、上記本発明の光受信機において、前記フォトダイオードの一端から取り出された、光入力の大きさに応じて変化する電気信号を、前記ダイオード手段の温度補償を行う温度補償手段を介して前記制御手段へ入力するようにしてもよい。
【００１０】
このような本発明によれば、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段によりフォトダイオードにバイアスを印加するようにしたので、出力レベルを一定とすることのできるゲインコントロールを行えるようになる。また、制御手段が有するノイズ除去手段により、光入力の大きさに応じて変化する電気信号に含まれるノイズを除去しているので、ダイオード手段等から生じるノイズの影響を防止することができる。さらに、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段の温度補償を行うようにすることにより、温度の変化に対するレベル変動を抑制したゲインコントロールを行えるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の光受信機の回路構成を図１に示す。
図１において、電源（＋Ｖｃｃ）とアース間にツェナーダイオードＺＤとフォトダイオードＰＤおよび抵抗Ｒの直列回路が接続されて、フォトダイオードＰＤにツェナーダイオードＺＤによりバイアスが印加されている。光ファイバー等から入力された光信号はフォトダイオードＰＤで受光される。すると、フォトダイオードＰＤに流れる光電流が光信号の強度に応じた大きさとなり、光信号が電気信号に変換されるようになる。この電気信号は、信号成分だけを抽出するコンデンサＣを介して第１の増幅部１０に供給され所定の増幅度で増幅される。増幅された電気信号は、可変減衰部１１においてゲインコントールされて第２の増幅部１３に供給され所定の増幅度で増幅される。また、フォトダイオードＰＤにより変換された電気信号は制御部１２に供給されて、光信号の強度が検出される。
【００１２】
制御部１２は、検出した光信号の強度に応じて、可変減衰部１１の減衰量を制御することにより、可変減衰部１１から出力される電気信号のレベルが一定になるようにゲインコントロールしている。ここで、ツェナーダイオードＺＤに逆方向電圧を印加した際の電圧−電流特性の一例を図３に示す。図３に示すように、ツェナーダイオードＺＤに逆方向電圧を印加した際には電流Ｉｄが変化しても電圧Ｖｄはほぼ一定となる対数関数特性となる。従って、光信号を受光するフォトダイオードＰＤに流れる光電流Ｉｐｄが光信号電力に応じて変化した際に、フォトダイオードＰＤのバイアス電圧Ｖｄは対数関数特性で変化するようになる。このことから、フォトダイオードＰＤにツェナーダイオードＺＤによりバイアスを印加すると、ツェナーダイオードＺＤの非直線特性によりフォトダイオードＰＤにおいて変換された電気信号は、光入力電力に対して対数関数特性で変化するようになる。
【００１３】
このような電気信号が、コンデンサＣを介して増幅部１０に供給されると共に、制御部１２に供給されるようになる。そして、制御部１２で検出された光強度に応じて可変減衰部１１が制御されるようになる。可変減衰部１１は、例えばＰＩＮダイオードを用いて構成されており、制御量に対して可変減衰部１１の減衰量は対数関数的な非直線に変化している。そして、上記したように光入力電力に対して対数関数特性で変化する電気信号は、増幅部１０により増幅されて可変減衰部１１に供給されることから、減衰量が対数関数的に変化する可変減衰部１１からは、ほぼ一定レベルとされた電気信号が出力されるようになる。
ここで、図１に示す本発明の光受信機における光入力電力が変化した際の出力レベルの周波数特性を図４に示す。図４に示す出力レベルの周波数特性はフォトダイオードＰＤの光入力電力が＋１ｄＢｍと−５ｄＢｍとの場合の周波数特性であり、図４を参照すると、光入力電力が−５ｄＢｍから＋１ｄＢｍに上昇しても、出力レベルの偏差は約１ｄＢ以内となり、出力レベルが一定になるようにゲインコントロールされていることがわかる。
【００１４】
また、図示していないがフォトダイオードＰＤとコンデンサＣとの接続点とツェナーダイオードとの間にローパスフィルタが設けられており、このローパスフィルタによりツェナーダイオードＺＤで発生したノイズが重畳された電気信号が、増幅部１０に入力されることを防止している。さらに、フォトダイオードＰＤにより変換された電気信号をローパスフィルタを介して制御部１２に供給するようにして、ツェナーダイオードＺＤで発生したノイズによる影響を防止するようにしても良い。
【００１５】
ところで、ツェナーダイオードＺＤにおける電圧−電流特性は温度の関数となっており、周囲温度に応じて変化するようになる。そこで、図１に示す回路の光受信機において周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を図５に示す。図５に示す出力レベルの周波数特性は周囲温度が−１０℃、２０℃、５０℃の場合の周波数特性である。図５を参照すると、周囲温度が−１０℃から２０℃になると出力レベルの偏差は約１．５ｄＢとなり、周囲温度が−１０℃から５０℃になると出力レベルの偏差は約３ｄＢに拡大するようになり、出力レベルが一定になるようにゲインコントロールされないことになる。
【００１６】
そこで、これを解決することのできる本発明の実施の形態の光受信機の他の回路構成を図２に示す。
図２に示す光受信機は、図１に示す光受信機において温度補償部２０を備えるようにしたものである。そこで、温度補償部２０について説明すると、電源（＋Ｖｃｃ）とアース間にはサーミスタＴＨと抵抗Ｒ２との並列回路に抵抗Ｒ３が直列接続されている。この並列回路と抵抗Ｒ３との接続点が増幅部１４の反転入力端子に接続されており、増幅部１４の非反転入力端子にはツェナーダイオードＺＤとフォトダイオードＰＤとの接続点が接続されている。これにより、増幅部１４から両入力端子への入力の差分に基づく出力が得られるようになる。この出力はサーミスタＴＨの抵抗が温度が高くなると低下することから、周囲温度が高くなると小さな出力となる。この出力に応じて可変減衰部１１が制御されることから、周囲温度が高くなると制御部１２から出力される制御量が小さくなり、可変減衰部１１の減衰量が大きくなるように制御されることになる。
【００１７】
一方、周囲温度が低い場合はこの逆となり、制御部１２から出力される制御量が大きくなり、可変減衰部１１の減衰量が小さくなるように制御されることになる。これにより、周囲温度の変化によらず可変減衰部１１からの出力レベルが一定となるようにゲインコントロールされるようになる。ここで、図２に示す回路の光受信機において周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を図６に示す。図６に示す出力レベルの周波数特性は周囲温度が−１０℃、２０℃、５０℃の場合の周波数特性である。図６を参照すると、周囲温度が−１０℃から２０℃になっても出力レベルの偏差は約０．５ｄＢ程度であり、周囲温度が−１０℃から５０℃になっても出力レベルの偏差は約１ｄＢ以内であり、出力レベルが一定になるようにゲインコントロールされるようになる。なお、サーミスタＴＨに並列に接続されている抵抗Ｒ２は、サーミスタＴＨの温度特性を調整する抵抗である。
【００１８】
また、ツェナーダイオードＺＤはノイズを発生することから、制御部１２においてノイズを除去している。すなわち、制御部１２における増幅部１４の出力端子と反転入力端子との間にコンデンサＣ２を接続することにより、非反転入力端子に接続されている抵抗Ｒ５との作用によりローパスフィルタが構成される。このローパスフィルタによりノイズの除去された制御信号が制御部１２から出力されるようになり、可変減衰部１１に供給される制御信号からノイズが除去されるようになる。さらに、図示していないがフォトダイオードＰＤとコンデンサＣとの接続点とツェナーダイオードとの間にローパスフィルタが設けられており、このローパスフィルタによりツェナーダイオードＺＤで発生したノイズが重畳された電気信号が、増幅部１０に入力されることを防止している。
なお、図１に示す制御部１２の回路構成は、図２に示す制御部１２の回路構成と同様とされているが抵抗Ｒ５の入力端はアースされ、図１に示す制御部１２においてもノイズ除去が行われている。
【００１９】
以上の説明では、フォトダイオードＰＤにツェナーダイオードＺＤを用いてバイアスを印加することにより、安定したゲインコントロールができるようにしていたが、本発明はこれに限るものではなく、ツェナーダイオードＺＤに替えて一般的なダイオードを１つあるいは複数個直列接続してもよく、フォトダイオードＰＤの非直線性を補正できる特性の半導体素子をツェナーダイオードＺＤに替えて用いることができるものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段によりフォトダイオードにバイアスを印加するようにしたので、出力レベルを一定とすることのできるゲインコントロールを行えるようになる。また、制御手段が有するノイズ除去手段により、光入力の大きさに応じて変化する電気信号に含まれるノイズを除去しているので、ダイオード手段等から生じるノイズの影響を防止することができる。さらに、電圧−電流特性が非直線とされているダイオード手段の温度補償を行うようにすることにより、温度の変化に対するレベル変動を抑制したゲインコントロールを行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の光受信機の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の光受信機の他の回路構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の光受信機におけるツェナーダイオードの電圧−電流特性を示す図である。
【図４】本発明の光受信機における光入力電力が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【図５】本発明の光受信機における周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の温度補償部を備えた光受信機における周囲温度が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【図７】従来の光受信機の回路構成の一例を示す図である。
【図８】フォトダイオードの光入力電力に対するフォトダイオードＰＤに流れる光電流の特性を示す図である。
【図９】従来の光受信機における光入力電力が変化した際の出力レベルの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１０  増幅部、１１  可変減衰部、１２  制御部、１３  増幅部、１４  増幅部、２０  温度補償部、１１０  増幅部、１１１  可変減衰部、１１２  制御部、１１３  増幅部、Ｃ  コンデンサ、Ｃ２  コンデンサ、Ｃ１００  コンデンサ、ＰＤ  フォトダイオード、Ｒ  抵抗、Ｒ２  抵抗、Ｒ３  抵抗、Ｒ４  抵抗、Ｒ５  抵抗、Ｒ１００  抵抗、Ｒ１０１  抵抗、ＴＨ  サーミスタ、ＺＤ  ツェナーダイオード
【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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