(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受け、当該光信号に対応する信号を出力する光受信器であって、
前記光信号を電流信号に変換する受光素子と、
前記受光素子に接続され、前記電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流信号の大きさに応じて前記電流電圧変換回路の変換利得を切り替える利得制御回路と、
前記光受信器の外部から制御信号を入力するための入力端子と
を備え、
前記電流電圧変換回路が、帰還抵抗部を有するトランスインピーダンス型電流電圧変換回路であり、
前記帰還抵抗部が、
互いに並列に接続された第１及び第２の抵抗と、
前記第１及び第２の抵抗のうちいずれか一方の前記抵抗と直列に接続され、前記利得制御回路からの出力信号に応じて導通が制御される第１のスイッチと、
前記第１及び第２の抵抗と並列に接続された第３の抵抗と、
前記第３の抵抗と直列に接続され、前記制御信号に応じて導通が制御される第２のスイッチと
を含み、
前記制御信号が前記光信号の通信レートに対応しており、
前記利得制御回路は、前記通信レートにかかわらず一定のヒステリシス特性を前記変換利得に与えることを特徴とする、光受信器。
【請求項２】
前記電流信号のフィルタ回路を更に備え、
前記利得制御回路が、前記フィルタ回路の出力により前記変換利得を切り替え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】
前記利得制御回路が、前記電流信号と所定の閾値との大小関係に基づく比較信号を生成する比較器を有し、前記比較信号により前記変換利得を切り替えることを特徴とする、請求項１または２に記載の光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムにおいては、例えば光信号の伝送距離がパケット毎に異なる場合等に、信号光強度が大きく変動する。従って、光受信器において受光素子からの光電流を電圧信号に変換するための電流電圧変換回路（トランスインピーダンスアンプ：ＴＩＡ）には、微弱な光電流を精度よく電圧信号に変換すると同時に、大きな光電流を飽和することなく電圧信号に変換することが望まれる。例えば、特許文献１に開示された光受信装置では、ＴＩＡ回路における変換利得を可変とし、電流電圧変換後の電圧信号の大きさに応じて変換利得を切り替えることによって、このような性能を実現しようとしている。
【０００３】
また、光受信器に要求される受信可能な信号光強度の範囲は、光信号の信号周波数（通信レート）によっても異なる。すなわち、通信レートが低速である場合には、比較的弱い光信号を受信可能であることが求められる。逆に、通信レートが高速である場合には、比較的強い光信号を受信可能であることが求められる。従って、一つの光受信器を様々な通信レートに対応させたい場合、ＴＩＡ回路には、低速レートの場合に高い変換利得を有し、高速レートの場合に低い変換利得を有するような特性が求められる。なお、特許文献２に開示された光受信器では、電流電圧変換後の電圧信号から信号周波数を検出し、その検出結果を利用してイコライザ回路における増幅周波数を制御することにより、光信号の通信レートに応じた利得で電圧信号を増幅しようとしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６０３９６号公報
【特許文献２】特許第３０５５６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＴＩＡ回路において通信レートに応じた利得制御がなされる場合、さらに信号光強度に応じた利得の切り替えを行おうとすると、次の問題が生じる。すなわち、電流電圧変換後の電圧信号に基づいて変換利得を切り替える構成（例えば特許文献１）では、通信レートによってＴＩＡ回路の変換利得が異なると、電圧信号レベルが同じであっても通信レートによって信号光強度が異なる。従って、変換利得を切り替える際の信号光強度が通信レートに応じて変化してしまう。
【０００６】
なお、特許文献２に記載された光受信器では、ＴＩＡ回路の後段で電圧信号を増幅している。従って、受信可能な信号光強度の範囲を拡大していることにはならない。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、通信レートに応じてＴＩＡ回路の変換利得が制御される光受信器において、該変換利得を信号光強度に応じて切り替えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の光受信器は、光信号を受け、当該光信号に対応する信号を出力する光受信器であって、光信号を電流信号に変換する受光素子と、受光素子に接続され、電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電流信号の大きさに応じて電流電圧変換回路の変換利得を切り替える利得制御回路と、光受信器の外部から制御信号を入力するための入力端子とを備え、電流電圧変換回路が、帰還抵抗部を有するトランスインピーダンス型電流電圧変換回路であり、帰還抵抗部が、互いに並列に接続された第１及び第２の抵抗と、第１及び第２の抵抗のうちいずれか一方の抵抗と直列に接続され、利得制御回路からの出力信号に応じて導通が制御される第１のスイッチと、第１及び第２の抵抗と並列に接続された第３の抵抗と、第３の抵抗と直列に接続され、制御信号に応じて導通が制御される第２のスイッチとを含み、制御信号が光信号の通信レートに対応しており、利得制御回路は、通信レートにかかわらず一定のヒステリシス特性を変換利得に与えることを特徴とする。
【０００９】
上記した光受信器においては、利得制御回路が、電流信号の大きさに応じて電流電圧変換回路（ＴＩＡ回路）の変換利得を切り替えている。受光素子によって生成される電流信号の大きさは、信号光の強度に依存する。従って、この光受信器によれば、通信レートに応じてＴＩＡ回路の変換利得が制御される場合でも、変換利得を切り替える際の信号光強度を通信レートに関わらず一定にできるので、変換利得を信号光強度に応じて切り替えることができる。
また、上記光受信器を高速レートに対応させたい場合には、第２のスイッチが導通するように制御信号を入力するとよい。これにより、ＴＩＡ回路の帰還抵抗値は、第１〜第３の抵抗による並列抵抗値（または、第１及び第２の抵抗の何れか一方と第３の抵抗との並列抵抗値）となる。逆に、低速レートに対応させたい場合には、第２のスイッチが非導通状態となるように制御信号を入力するとよい。これにより、ＴＩＡ回路の帰還抵抗値は、第１及び第２の抵抗による並列抵抗値（または、第１及び第２の抵抗のうち何れか一方の抵抗値）となる。このように、上記光受信器によれば、通信レートに応じてＴＩＡ回路の変換利得（帰還抵抗値）を切り替えることができる。
【００１０】
また、光受信器は、電流信号の平均電流を生成するフィルタ回路を更に備え、利得制御回路が、フィルタ回路の出力により変換利得を切り替えてもよい。このように、電流信号を平均化することにより、変換利得を切り替える際の安定性を向上することができる。
【００１１】
また、光受信器は、利得制御回路が、電流信号と所定の閾値との大小関係に基づく比較信号を生成する比較器を有し、比較信号により変換利得を切り替えることを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、通信レートに応じてＴＩＡ回路の変換利得が制御される光受信器において、該変換利得を信号光強度に応じて切り替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光受信器の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又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る光受信器の基本構成として、光受信器１ａの構成を示す回路図である。同図に示す光受信器１ａは、入力された光信号Ｐｉｎに対応する差動信号Ｓｉｎ＋，Ｓｉｎ−を外部（例えば、光受信装置など）に提供する装置である。光受信器１ａは、信号処理部１０、フォトダイオード（以下ＰＤとする）１４、及びフィルタ回路１５を備える。ＰＤ１４は、光信号Ｐｉｎに対応した電流信号Ｉを生成する受光素子であり、ＰＩＮ−ＰＤやＡＰＤ等が用いられる。ＰＤ１４のカソードは信号処理部１０の端子１０ｆと接続されており、ＰＤ１４のアノードは信号処理部１０の端子１０ｇと接続されている。なお、端子１０ｆは、端子１０ａを介して光受信器１ａのリード端子１６ａに接続されており、このリード端子１６ａにはＰＤ用の電源電圧Ｖｐｄが供給され、ＰＤ１４には電源電圧Ｖｐｄの逆バイアス電圧が印加される。
【００１９】
フィルタ回路１５は、コンデンサ１５ａ及び抵抗１５ｂからなるローパスフィルタである。抵抗１５ｂの一端はリード端子１６ａに接続されており、他端はＰＤ１４のカソードに接続されている。このフィルタ回路１５により、ＰＤ１４で生成した電流信号Ｉは、平均電流Ｉａとなる。なお、図１に示す光受信器１ａにおいては抵抗１５ｂが信号処理部１０の内部に配置されているが、同図のように信号処理部１０の内部に抵抗１５ｂを集積することが可能である。抵抗値を可変としたい場合等には、抵抗１５ｂを信号処理部１０の外部に配置してもよい。
【００２０】
信号処理部１０は、ＴＩＡ回路２ａ、利得制御回路７、及び差動回路８を備える。
【００２１】
ＴＩＡ回路２ａは、ＰＤ１４のアノードから電流信号Ｉを受け、この電流信号Ｉを電圧信号である受信信号Ｓに変換するトランスインピーダンス型の電流電圧変換回路である。ＴＩＡ回路２ａは、例えば増幅器２１と、電流信号Ｉを受信信号Ｓに変換する際の変換利得を決定する帰還抵抗部である帰還回路３とを有する。増幅器２１は、信号処理部１０の端子１０ｇに接続された入力端２１ａと、後述する差動回路８に接続された出力端２１ｂとを有する。また、帰還回路３は、その一端３ａ及び他端３ｂのそれぞれが増幅器２１の入力端２１ａ及び出力端２１ｂに接続されている。
【００２２】
また、ＴＩＡ回路２ａは、その変換利得が可変となるように（すなわち、帰還回路３の抵抗値が可変となるように）構成されている。すなわち、帰還回路３は、一端３ａ及び他端３ｂの間で互いに並列に接続された抵抗３１（第１の抵抗）及び抵抗３２（第２の抵抗）と、抵抗３１及び３２のうちいずれか一方（図１に示す光受信器１ａでは、抵抗３２）と直列に接続されたスイッチ３３（第１のスイッチ）とを含んで構成されている。スイッチ３３は、後述する利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１に応じて導通が制御される。従って、帰還回路３の抵抗値（すなわちＴＩＡ回路２ａの変換利得）は、利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１に応じて切り替えられる。このようなスイッチ３３は、例えばトランジスタ（特にＦＥＴ）によって実現される。
【００２３】
利得制御回路７は、ＴＩＡ回路２ａの変換利得を切り替えるための信号Ｓｃ１を生成するための回路である。利得制御回路７は、フィルタ回路１５によって生成された平均電流Ｉａの電流量を検知し、該電流量に基づいてＴＩＡ回路２ａの変換利得を切り替える。図１に示す光受信器１ａにおける具体的な構成は次のとおりである。信号処理部１０の内部において、電源電圧Ｖｐｄが供給される端子１０ａとＰＤ１４のカソードが接続される端子１０ｆとは、抵抗１９ａを介して接続されている。従って、抵抗１９ａの両端間には、平均電流Ｉａの電流量に応じた電位差が現れる。利得制御回路７は、この抵抗１９ａの両端間の電位差に基づいて、平均電流Ｉａの電流量を検知する。なお、図１に示す光受信器１ａではフィルタ回路１５の抵抗１５ｂと電流量を検知するための抵抗１９ａとを別個に設けているが、一つの抵抗でもって平均化と電流量検知とを行っても良い。
【００２４】
利得制御回路７は、ヒステリシス機能付きのコンパレータ（比較器）７１を含んで構成されており、コンパレータ７１から出力された比較信号を出力信号Ｓｃ１としてＴＩＡ回路２ａへ提供する。コンパレータ７１は二つの差動入力端を有しており、これら差動入力端は、抵抗１９ａの両端にそれぞれ接続されている。また、コンパレータ７１の出力端は、帰還回路３のスイッチ３３の制御入力端（例えば、ＦＥＴのゲート端子）と接続されている。
【００２５】
例えば、コンパレータ７１は、抵抗１９ａの両端間の電圧値が第１の閾値電圧を超えて上昇した場合には、この電圧値が第２の閾値電圧よりも小さくならない限り、比較信号としてＨレベルを出力する。逆に、抵抗１９ａの両端間の電圧値が第２の閾値電圧よりも小さくなった場合には、この電圧値が第１の閾値電圧を超えて上昇しない限り、比較信号としてＬレベルを出力する。このとき、スイッチ３３は、利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１がＨレベルである場合に導通し、Ｌレベルである場合に非導通状態となる。スイッチ３３が導通状態にあるときには帰還回路３の抵抗値は抵抗３１及び３２による並列抵抗値に保持される。また、スイッチ３３が非導通状態にあるときには、帰還回路３の抵抗値は抵抗３１のみによる抵抗値に保持される。
【００２６】
差動回路８は、ＴＩＡ回路２ａからの信号Ｓを差動信号Ｓｉｎ＋（正相），Ｓｉｎ−（逆相）に変換するための回路である。差動回路８は、入力端子８ａと、出力端子８ｂ及び８ｃとを有する。入力端子８ａは、増幅器２１の出力端２１ｂに接続されている。出力端子８ｂ及び８ｃそれぞれは、信号処理部１０の端子１０ｃ及び１０ｄを介して光受信器１ａのリード端子１６ｃ及び１６ｄに接続されている。差動回路８において生成された差動信号Ｓｉｎ＋，Ｓｉｎ−は、リード端子１６ｃ及び１６ｄから光受信器１ａの外部へ出力される。
【００２７】
なお、図１に示す光受信器１ａにおいては、リード端子１６ｂ及び端子１０ｂを介して電源電圧Ｖｃｃが信号処理部１０に供給されており、差動回路８の出力端子８ｂ及び８ｃは、それぞれプルアップ抵抗１９ｃ及び１９ｄを介して電源電圧Ｖｃｃの配線に接続されている。また、信号処理部１０の接地電位（ＧＮＤ）については、リード端子１６ｅ及び端子１０ｅを介して外部の接地電位に接続されている。
【００２８】
以上の構成を備える光受信器１ａの動作は次のとおりである。光受信器１ａが光信号Ｐｉｎを受信すると、光信号Ｐｉｎに応じた電流信号ＩがＰＤ１４で生成される。この電流信号Ｉは、ＴＩＡ回路２ａにおいて電圧信号Ｓに変換される。信号Ｓは、差動回路８によって差動信号Ｓｉｎ＋，Ｓｉｎ−に変換される。差動信号Ｓｉｎ＋，Ｓｉｎ−は、リード端子１６ｃ及び１６ｄから光受信器１ａの外部へ出力される。
【００２９】
このとき、信号処理部１０の端子１０ａと端子１０ｆとの間には、フィルタ回路１５のフィルタ作用により、電流信号Ｉに基づく平均電流Ｉａが流れる。そして、抵抗１９ａの両端には平均電流Ｉａにより電位降下が生ずる。利得制御回路７は、この電位差と第１，第２の閾値電圧との大小関係に基づいてスイッチ３３の導通を制御することにより、光信号Ｐｉｎの大きさに応じた電流／電圧変換利得の制御を行う。
【００３０】
次に、上述した光受信器１ａの構成を、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能を備える光受信器に適用した場合について説明する。図２は、電流信号Ｉの平均電流に応じた変換利得の切り替え機能と、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能とを兼備する光受信器１ｂの構成を示す回路図である。
【００３１】
図２に示す光受信器１ｂは、信号処理部１１、ＰＤ１４、及びフィルタ回路１５を備える。これらのうち、ＰＤ１４及びフィルタ回路１５の構成については、図１に示した光受信器１ａと同様なので詳細な説明を省略する。また、信号処理部１１は、ＴＩＡ回路２ｂ、利得制御回路７、差動回路８、及び通信レート対応回路１７を備える。これらのうち、利得制御回路７及び差動回路８の構成については、上述した光受信器１ａの信号処理部１０と同様である。
【００３２】
ＴＩＡ回路２ｂの帰還回路（帰還抵抗部）３０は、互いに並列に接続された複数（図２では二つ）の抵抗ユニット３４ａ及び３４ｂを含んでいる。抵抗ユニット３４ａは、互いに並列に接続された抵抗３１ａ（第１の抵抗）及び抵抗３２ａ（第２の抵抗）と、抵抗３１ａ及び３２ａのうちいずれか一方（図２に示す光受信器１ｂでは、抵抗３２ａ）と直列に接続されたスイッチ３３ａ（第１のスイッチ）とを有する。抵抗ユニット３４ｂも、同様の接続形態を有する二つの抵抗３１ｂ（第１の抵抗）、３２ｂ（第２の抵抗）とスイッチ３３ｂ（第１のスイッチ）とを有する。
【００３３】
抵抗ユニット３４ａ及び３４ｂのスイッチ３３ａ及び３３ｂは、利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１に応じて導通が制御される。従って、各抵抗ユニット３４ａ及び３４ｂの抵抗値は、利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１に応じて切り替えられる。抵抗３１ａ及び抵抗３１ｂの抵抗値は互いに異なっており、以下の説明においては、抵抗３１ａが抵抗３１ｂよりも大きい抵抗値を有するものとする。また、抵抗３２ａ及び抵抗３２ｂの抵抗値は、互いに異なっていてもよく、同じであってもよい。
【００３４】
また、帰還回路３０は、複数（図２では二つ）のスイッチ３５ａ及び３５ｂ（第２のスイッチ）を更に含んでいる。スイッチ３５ａ及び３５ｂは、例えばトランジスタ（特にＦＥＴ）により実現される。スイッチ３５ａ及び３５ｂは、それぞれ抵抗ユニット３４ａ及び３４ｂと直列に接続されている。また、スイッチ３５ａ及び３５ｂは、光受信器１ｂの外部から入力される制御信号Ｓｒに応じて（具体的には、制御信号Ｓｒに基づいて生成される制御信号Ｓｃａ及びＳｃｂに応じて）その導通状態が制御される。光受信器１ｂは、外部から制御信号Ｓｒを入力するためのリード端子（入力端子）１６ｆを更に備える。制御信号Ｓｒは、リード端子１６ｆを介して信号処理部１１の端子１０ｆに入力される。
【００３５】
通信レート対応回路１７は、制御信号Ｓｒに基づいて、スイッチ３５ａ及び３５ｂを制御するための信号Ｓｃａ，Ｓｃｂを生成する。例えば、制御信号ＳｒがＨレベルのとき、制御信号ＳｃａをＨレベルとしてスイッチ３５ａを導通させ、制御信号ＳｃｂをＬレベルとしてスイッチ３５ｂを非導通状態とする。一方、制御信号ＳｒがＬレベルのとき、制御信号ＳｃｂをＨレベルとしてスイッチ３５ｂを導通させ、制御信号ＳｃａをＬレベルとしてスイッチ３５ａを非導通状態とする。
【００３６】
例えば、比較的遅い通信レートの場合、制御信号ＳｒとしてＨレベルが入力される。このとき、制御信号ＳｃａがＨレベルとなり、スイッチ３５ａが導通する。他方、制御信号ＳｃｂがＬレベルとなり、スイッチ３５ｂが非導通状態となる。この場合、抵抗ユニット３４ａの抵抗値が、ＴＩＡ回路２ｂにおける帰還抵抗値（トランスインピーダンス）となり、ＴＩＡ回路２ｂにおける変換利得を規定する。抵抗３１ａが抵抗３１ｂよりも大きい抵抗値を有するので、高い変換利得が選択されたこととなり、遅い通信レートの光信号Ｐｉｎに応じた電流信号Ｉは、この高い変換利得でもって電圧信号Ｓに変換される。
【００３７】
逆に、比較的速い通信レートの場合には、制御信号ＳｒとしてＬレベルが入力される。このとき、制御信号ＳｃａがＬレベルとなり、スイッチ３５ａが非導通状態となる。また、制御信号ＳｃｂがＨレベルとなり、スイッチ３５ｂが導通する。この場合、抵抗ユニット３４ｂの抵抗値が、ＴＩＡ回路２ｂにおける帰還抵抗値（トランスインピーダンス）となり、ＴＩＡ回路２ｂにおける変換利得を規定する。抵抗３１ｂは抵抗３１ａよりも抵抗値が小さいので、変換利得として低い利得が選択されたこととなり、速い通信レートの光信号Ｐｉｎに応じた電流信号Ｉは、この低い変換利得でもって電圧信号Ｓに変換される。
【００３８】
以上の構成を備える光受信器１ｂの動作は次のとおりである。まず、通信レートに応じた制御信号Ｓｒが光受信器１ｂの外部からリード端子１６ｆへ入力される。通信レートが比較的遅い場合、通信レート対応回路１７は、上述したようにスイッチ３５ａを導通させて抵抗ユニット３４ａを選択する。また、通信レートが比較的速い場合、通信レート対応回路１７は、スイッチ３５ｂを導通させて抵抗ユニット３４ｂを選択する。
【００３９】
光受信器１ｂが光信号Ｐｉｎを受信すると、光信号Ｐｉｎに応じた電流信号ＩがＰＤ１４において生成される。このとき、利得制御回路７は、平均電流Ｉａに応じて抵抗１９ａの両端に現れた電位差と、所定の第１，第２の閾値電圧との大小関係に基づいてスイッチ３３ａ及び３３ｂの導通を制御する。
【００４０】
ここで、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、通信レートが比較的遅い場合（図３（ａ））、及び比較的速い場合（図３（ｂ））における、光信号Ｐｉｎの光強度とＴＩＡ回路２ｂの変換利得との相関を示すグラフである。まず、通信レートが比較的遅い場合（図３（ａ））について説明する。光信号Ｐｉｎの光強度が小さい場合には抵抗ユニット３４ａのスイッチ３３ａが非導通状態となっているので、抵抗ユニット３４ａの抵抗値（すなわちＴＩＡ回路２ｂの帰還抵抗値）は抵抗３１ａによって定まる。なお、図３（ａ）においては、このときの変換利得をＧ１としている。そして、光信号Ｐｉｎの光強度がＰ１（Ｐ１：コンパレータ７１の第１の閾値電圧に対応する光強度）を超えると、スイッチ３３ａが導通するので、抵抗ユニット３４ａの抵抗値は抵抗３１ａ及び３２ａによる並列抵抗値となる。従って、この場合、ＴＩＡ回路２ｂの変換利得がＧ２（＜Ｇ１）へ切り替わることとなる。
【００４１】
また、光信号Ｐｉｎの光強度が、比較的大きな光強度から光強度Ｐ２（Ｐ２：コンパレータ７１の第２の閾値電圧に対応する光強度）を下回って小さくなった場合、スイッチ３３ａが再び非導通状態となり、抵抗ユニット３４ａの抵抗値は抵抗３１ａのみの抵抗値となる。従って、この場合、ＴＩＡ回路２ｂの変換利得がＧ１へ再び切り替わることとなる。
【００４２】
通信レートが比較的速い場合（図３（ｂ））についても、光強度が小さい場合には抵抗ユニット３４ｂのスイッチ３３ｂが非導通状態となっているので、帰還抵抗値は抵抗３１ｂによって定まる。また、抵抗３１ｂは抵抗３１ａよりも小さい抵抗値を有するので、変換利得Ｇ３は、図３（ａ）のＧ１よりも小さな値となる。そして、光強度がＰ１を超えると、スイッチ３３ｂが導通し、抵抗ユニット３４ｂの抵抗値は抵抗３１ｂ及び３２ｂによる並列抵抗値となる。従って、この場合、ＴＩＡ回路２ｂの変換利得がＧ４（但し、Ｇ４＜Ｇ３且つＧ４≦Ｇ２）へ切り替わることとなる。
【００４３】
また、光信号Ｐｉｎの光強度が、比較的大きな光強度からＰ２よりも小さくなった場合、スイッチ３３ｂが再び非導通状態となり、抵抗ユニット３４ｂの抵抗値は抵抗３１ｂのみの抵抗値となる。従って、この場合、ＴＩＡ回路２ｂの変換利得がＧ３へ再び切り替わることとなる。
【００４４】
光受信器１ａ，１ｂにおいては、利得制御回路７が、電流信号Ｉ（詳細には平均電流Ｉａ）に基づいて、ＴＩＡ回路２ａの変換利得を切り替えている。平均電流Ｉａは、光信号Ｐｉｎの平均光強度により決定される。従って、本実施形態の光受信器１ａによれば、通信レートに応じてＴＩＡ回路の変換利得が制御される場合でも、変換利得を切り替える際の基準となる信号光強度を通信レートに関わらず一定にできる。
【００４５】
また、信号光強度に応じた変換利得の切り替えがヒステリシスを伴う場合、更に次のような効果が得られる。図４（ａ），図４（ｂ）は、本実施形態の光受信器１ｂにおける、光信号Ｐｉｎの光強度と受信信号Ｓの大きさとの相関を示すグラフである。なお、図４（ａ）は通信レートが遅い場合（すなわち、抵抗ユニット３４ａが選択されたとき）を示しており、一方、図４（ｂ）は通信レートが速い場合（すなわち、抵抗ユニット３４ｂが選択されたとき）を示している。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、直線Ｃ１〜Ｃ４の傾きは変換利得を示している。直線Ｃ１及びＣ２の傾きは、スイッチ３３ａ，３３ｂが非導通状態とされた場合の高い変換利得を示しており、直線Ｃ３及びＣ４の傾きは、スイッチ３３ａ，３３ｂが導通した場合の低い変換利得を示している。
【００４６】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、本実施形態の光受信器１ａ，１ｂにおいては、通信レートに応じた変換利得の選択に関係なく、常に一定の光強度Ｐ１，Ｐ２を閾値として変換利得が切り替わる。従って、ヒステリシス幅ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を一定の値に保つことが可能となる。
【００４７】
これに対し、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能を備える従来の光受信器において、電流電圧変換後の電圧信号（本実施形態の電圧信号Ｓに相当）の大きさに基づいて利得制御を行う場合の、光強度と電圧信号との関係を示すグラフである。なお、図５（ａ）は通信レートが遅い場合（すなわち、高い帰還抵抗値が選択されたとき）を示しており，図５（ｂ）は通信レートが速い場合（すなわち、低い帰還抵抗値が選択されたとき）を示している。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、電圧Ｖ１は、電圧信号が上昇する際に参照される閾値電圧であり、電圧Ｖ２は、電圧信号が下降する際に参照される閾値電圧である。また、直線Ｃ１〜Ｃ４の傾きは、前述した図４（ａ），（ｂ）と同様である。
【００４８】
電流電圧変換後の電圧信号の大きさに基づいて利得制御を行った場合、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、ヒステリシスΔＰが通信レートによって大きく変動してしまう。すなわち、通信レートが遅い場合（図５（ａ））においては、信号光強度が小さいときの変換利得（Ｃ１の傾き）が大きいので、比較的小さな光強度Ｐ３で電圧信号レベルが閾値電圧Ｖ１に達し、変換利得がＣ３へ切り替わる。従って、ヒステリシス幅ΔＰが小さくなるおそれがある。ヒステリシス幅ΔＰが小さくなると、変換利得の切り替えが不安定となってしまう。逆に、通信レートが速い場合（図５（ｂ））においては、信号光強度が小さいときの変換利得（Ｃ２の傾き）が小さいので、大きな光強度Ｐ４まで電圧信号が増加しないと閾値電圧Ｖ１に達しない。従って、ヒステリシス幅ΔＰが過度に大きくなるおそれがある。
【００４９】
本実施形態の光受信器１ａ，１ｂによれば、図５（ａ），（ｂ）に示したような通信レートの切り替えによるヒステリシス幅ΔＰの変動を抑え、図４（ａ），（ｂ）に示したようにヒステリシス幅ΔＰを一定の値に保つことができる。
【００５０】
また、電流信号Ｉを平均化することにより、利得制御回路７が参照する電流値が安定する。なお、フィルタ回路１５に代えて例えば電流信号Ｉのピーク値を検出する回路により利得制御回路７の参照信号を安定化してもよい。
【００５１】
なお、通信レート対応回路１７は、例えば制御信号ＳｒがＨレベルのとき、制御信号Ｓｃａ及びＳｃｂを共にＨレベルとしてスイッチ３５ａ及び３５ｂを導通させてもよい。この場合、通信レート対応回路１７は、制御信号ＳｒがＬレベルのとき、制御信号Ｓｃａ及びＳｃｂのうちいずれか一方をＨレベルとし、他方をＬレベルとして、スイッチ３５ａ及び３５ｂのうち何れか一方のみを導通させる。通信レート対応回路１７は、このような動作によっても、変換利得の切り替えを行うことができる。
【００５２】
（第１の変形例）
図６は、上記実施形態に係る光受信器１ｂの第１変形例として、光受信器１ｃの構成を示す回路図である。本変形例の光受信器１ｃも、平均電流Ｉａに応じた変換利得の切り替え機能と、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能とを兼ね備える。
【００５３】
図６を参照すると、本変形例の帰還回路（帰還抵抗部）３６は、４つの抵抗３７ａ〜３７ｄ及びスイッチ３８ａ〜３８ｄを含んでいる。抵抗３７ａ〜３７ｄは、本変形例における第３の抵抗であり、抵抗３１及び３２と並列に接続されている。抵抗３７ａ〜３７ｄの各抵抗値は、それぞれ異なる値である。なお、以下の説明においては、抵抗３７ａの抵抗値が最も大きく、抵抗３７ｂの抵抗値がその次に大きく、抵抗３７ｄの抵抗値が最も小さいものとする。
【００５４】
また、スイッチ３８ａ〜３８ｄは、本変形例における第２のスイッチである。スイッチ３８ａ〜３８ｄは、抵抗３７ａ〜３７ｄと直列に接続されている。スイッチ３８ａ〜３８ｄは、光受信器１ｃの外部から入力される制御信号Ｓｒに応じて（具体的には、制御信号Ｓｒに基づいて生成される制御信号Ｓｃｃ〜Ｓｃｆに応じて）導通が制御される。
【００５５】
制御信号Ｓｒは、光信号Ｐｉｎの通信レートに応じて入力される。例えば、５段階の通信レートのうち最も遅い通信レートの場合、制御信号Ｓｒは、スイッチ３８ａ〜３８ｄのいずれも導通しないように入力される。この場合、抵抗３１の抵抗値が帰還抵抗値となり、変換利得を規定する。次に遅い通信レートの場合、制御信号Ｓｃａを介してスイッチ３８ａのみが導通し、他のスイッチ３８ｂ〜３８ｄが非導通状態となる。この場合、抵抗３１及び３７ａによる並列抵抗値が帰還抵抗値となる。このように、本変形例では、通信レートに応じて、スイッチ３８ａ〜３８ｄの何れも導通しないか、或いは何れかが導通するように制御信号Ｓｒが入力される。抵抗３７ａ〜３７ｄはこの順に抵抗値が小さくなっているので、ＴＩＡ回路２ｂの変換利得は、抵抗３７ａ〜３７ｄの順に低くなる。従って、光信号Ｐｉｎの通信レートが遅い（速い）ほど、抵抗値が高い（低い）抵抗が選択される。
【００５６】
ここで、図７は、光信号Ｐｉｎの光強度とＴＩＡ回路２ｃの変換利得との関係を示すグラフである。図７において、変換利得Ｇ５〜Ｇ９（Ｇ５＞Ｇ６＞Ｇ７＞Ｇ８＞Ｇ９）のそれぞれは、５段階の通信レートそれぞれに対応する変換利得であり、光信号Ｐｉｎの光強度が小さい場合に何れかが選択される。変換利得Ｇ５は、最も遅い通信レートの場合に、スイッチ３８ａ〜３８ｄの全てを非導通状態として（すなわち、帰還抵抗を抵抗３１のみとして）実現される。また、変換利得Ｇ６〜Ｇ９それぞれは、スイッチ３８ａ〜３８ｄそれぞれを通信レートに応じて導通状態とすることにより（すなわち、抵抗３７ａ〜３７ｄのいずれか一つと抵抗３１との並列抵抗として）実現される。また、変換利得Ｇ１０は、光信号Ｐｉｎの光強度が大きいときに、利得制御回路７がスイッチ３３を導通状態とすることにより実現される。なお、光信号Ｐｉｎの光強度が、大きな光強度から光強度Ｐ２（Ｐ２：コンパレータ７１の第２の閾値電圧に対応する光強度）を下回った場合、スイッチ３３が再び非導通状態とされ、ＴＩＡ回路２ｃの変換利得は、Ｇ５〜Ｇ９の何れかに再び切り替わることとなる。
【００５７】
なお、本変形例の光受信器１ｃは第３の抵抗として複数の抵抗３７ａ〜３７ｄを備えているが、第３の抵抗は一つでもよい。また、本変形例の光受信器１ｃのように、光信号Ｐｉｎの光強度が大きい場合の変換利得を一つのみ（図７に示した変換利得Ｇ１０）とすれば、抵抗数を削減し、回路規模を小さくできる。
【００５８】
（第２の変形例）
図８は、上記実施形態に係る光受信器１ａの第２変形例として、光受信器１ｄの構成を示す回路図である。本変形例の信号処理部１３は、一次遅れ回路１８を備える。また、本変形例のＴＩＡ回路２ｄは、図１の抵抗３３に代えて可変抵抗４０を備える。
【００５９】
一次遅れ回路１８は、利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１の時間変化率を緩和するための回路である。一次遅れ回路１８は、利得制御回路７とＴＩＡ回路２ｄとの間（具体的には、コンパレータ７１の出力端と可変抵抗４０の制御端子との間）に接続されている。一次遅れ回路１８は、抵抗１８ａ及びコンデンサ１８ｂからなるフィルタ回路として構成される。
【００６０】
図９は、本変形例におけるＴＩＡ回路２ｄの変換利得の時間変化の一例を示すグラフである。なお、図９において、変換利得Ｇ１１は小さな信号光強度に対応する変換利得であり、変換利得Ｇ１２は大きな信号光強度に対応する変換利得である。また、図９は、光信号Ｐｉｎの光強度が、時刻ｔ１において光強度Ｐ１（図３参照）を超えた場合を示している。
【００６１】
光信号Ｐｉｎの光強度が比較的小さな光強度より増大して光強度Ｐ１を超えると、利得制御回路７から出力信号Ｓｃ１としてＨレベルが出力される（時刻ｔ１）。しかし、出力信号Ｓｃ１は、一次遅れ回路１８によってその時間変化率が緩和されるので、時刻ｔ２にかけて次第にＨレベルに遷移する。従って、可変抵抗４０における抵抗値も徐々に変化するので、ＴＩＡ回路２ｄの変換利得は、時刻ｔ１から時刻ｔ２に亘ってＧ１１からＧ１２へなだらかに変化することとなる。
【００６２】
本変形例のように、ＴＩＡ回路２ｄは、変換利得に寄与するとともに利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１に応じて抵抗値が変化する可変抵抗４０を含んでもよい。このような構成によっても、利得制御回路７からの出力信号Ｓｃ１に応じてＴＩＡ回路２ｄの変換利得（帰還抵抗値）を切り替えることができる。勿論、図２におけるスイッチ３３ａ，３３ｂ及び図６におけるスイッチ３３を、本変形例のように可変抵抗４０に置き換えてもよい。
【００６３】
本発明による光受信器は、上記した実施形態及び各変形例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例において、通信レートに応じて変換利得を選択可能な構成の例を２つ（図２及び図６）示したが、本発明は、通信レートに応じて変換利得を選択可能な他の様々な構成に対して適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光受信器の基本構成を示す回路図である。
【図２】図２は、平均電流に応じた変換利得の切り替え機能と、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能とを兼備する光受信器の構成を示す回路図である。
【図３】図３（ａ）は、通信レートが比較的遅い場合における、信号光強度とＴＩＡ回路の変換利得との相関を示すグラフである。図３（ｂ）は、通信レートが比較的速い場合における、信号光強度とＴＩＡ回路の変換利得との相関を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は、通信レートが遅い場合における信号光強度と受信信号の大きさとの相関を示すグラフである。図４（ｂ）は、通信レートが速い場合における信号光強度と受信信号の大きさとの相関を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能を備える従来の光受信器において、電流電圧変換後の電圧信号の大きさに基づいて利得制御を行う場合の、信号光強度と電圧信号の大きさとの関係を示すグラフである。図５（ａ）は通信レートが遅い場合を示しており，図５（ｂ）は通信レートが速い場合を示している。
【図６】図６は、光受信器の第１変形例の構成を示す回路図である。
【図７】図７は、第１変形例における信号光強度とＴＩＡ回路の変換利得との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、光受信器の第２変形例の構成を示す回路図である。
【図９】図９は、第２変形例におけるＴＩＡ回路の変換利得の時間変化の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１ａ〜１ｄ…光受信器、２ａ〜２ｄ…ＴＩＡ回路、３，３０，３６，３９…帰還回路、７…利得制御回路、８…差動回路、１０〜１３…信号処理部、１４…フォトダイオード、１５…フィルタ回路、１７，２０…通信レート対応回路、１８…一次遅れ回路、２１…増幅器、３４ａ，３４ｂ…抵抗ユニット、３３，３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ，３８ａ〜３８ｄ…スイッチ、４０…可変抵抗、７１…コンパレータ、Ｉ…電流信号、Ｉａ…平均電流、Ｐｉｎ…光信号、Ｓ…受信信号、Ｓｒ…制御信号。
【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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