(57)【要約】【課題】  光受信器を構成するプリアンプの利得および周波数帯域特性を制御する。【解決手段】  制御回路１１は、光受信器１の外部から受信した所定の制御信号に基づいて、フォトダイオード１３およびプリアンプ１４にバイアス信号を送信する。フォトダイオード１３には、制御回路１１から出力されたバイアス信号が、逆バイアスとして印可される。可変利得／帯域アンプであるプリアンプ１４は、制御回路１１から出力されたバイアス信号に基づいて利得および周波数帯域を変更する。メインアンプ１５は、プリアンプ１４から出力された電圧信号を増幅する。このように構成される光受信器１では、バイアス信号の内容に応じてプリアンプ１４の利得および周波数帯域特性を制御することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を電流信号に変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードにより出力される前記電流信号を電圧信号に変換するとともに、利得または周波数帯域を変更する前置増幅器とを備え、
前記フォトダイオードおよび前記前置増幅器は、当該フォトダイオードに対するバイアス信号を受信し、
前記前置増幅器は、前記バイアス信号に基づいて利得および周波数帯域を変更する
ことを特徴とする光受信器。
【請求項２】
リードピンを有する光通信用受光モジュールをさらに備え、
前記フォトダイオードおよび前記前置増幅器は、前記光通信用受光モジュール内に配置されるとともに、当該光通信用受光モジュールに備えられた一のリードピンを通して前記バイアス信号を受信する
ことを特徴とする請求項１記載の光受信器。
【請求項３】
前記フォトダイオードおよび前記前置増幅器に前記バイアス信号を出力する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記光通信用受光モジュール外に配置されるとともに、外部から受信した所定の制御信号に基づいて前記バイアス信号を出力することを特徴とする請求項２記載の光受信器。
【請求項４】
前記制御回路は、出力電流監視手段を含んで構成され、
前記出力電流監視手段は、前記制御回路から前記フォトダイオードに出力される電流をモニターする
ことを特徴とする請求項３記載の光受信器。
【請求項５】
前記制御回路により出力される前記バイアス信号を受信する高入力インピーダンスのバッファ回路をさらに備え、
前記バッファ回路は、前記光通信用受光モジュール内に配置され、
前記前置増幅器は、前記バッファ回路により出力される信号に基づいて利得および周波数帯域を変更する
ことを特徴とする請求項４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】
下記特許文献１，２には、フォトダイオードおよび増幅器（プリアンプ、メインアンプ）を主要部として備える光受信器が開示されている。この様な従来の光受信器においては、一般に、固定された信号伝送速度が用いられていた。したがって、従来の光受信器は、対象となる信号伝送速度において最適な動作が行えるように設計されていた。
【０００３】
近年、光送受信機のモジュール化が進み、ＳＦＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）のようにプラガブルなモジュールが求められている。このような標準化された光送信モジュールは、単一のアプリケーションでのみ使用されるのではなく、複数のアプリケーションで使用されている。そのため、保守性、将来の拡張性等を考慮すれば、複数のアプリケーション、つまり複数の伝送速度で動作する光受信器が必要となってきている。このような複数の伝送速度で動作する光受信器としては、予め高速の信号に対応する広帯域増幅器を備え、この増幅器の後段に設けられた複数の帯域フィルタから最適な帯域フィルタを選択することにより、光受信器を複数の伝送速度で動作させているものがある（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平０９−２６０９６１号公報
【特許文献２】特開平０９−２３２８７７号公報
【特許文献３】特開平１０−１５０４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に、増幅器においては、利得帯域幅（Gain-Bandwidth : GB）積は一定となる。したがって、上述した特許文献３に記載された光受信器のように予め広帯域に対応する増幅器を備える場合には、この増幅器の利得を制限せざるを得ない。それ故に、増幅器の用途が限定されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した課題を解決するために、光受信器を構成する増幅器のうち、特にプリアンプの利得および周波数帯域特性を制御することができる光受信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光受信器は、光信号を電流信号に変換するフォトダイオードと、フォトダイオードにより出力される電流信号を電圧信号に変換するとともに、利得または周波数帯域を変更する機能を有する前置増幅器とを備え、フォトダイオードおよび前置増幅器は、当該フォトダイオードに対するバイアス信号を受信し、前置増幅器は、受信したバイアス信号に基づいて利得および周波数帯域を変更することを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、フォトダイオードに出力されるバイアス信号が、前置増幅器にも出力され、この前置増幅器が、バイアス信号に基づいて利得および周波数帯域を変更するため、バイアス信号の内容に応じて前置増幅器の利得および帯域特性を制御することが可能となる。また、フォトダイオードと前置増幅器の双方に同一のバイアス信号が出力されるため、フォトダイオードへのバイアス信号と前置増幅器への利得／帯域制御信号を共通化することができ、より少ない信号経路で構成することができる。
【０００８】
本発明の光受信器において、リードピンを有する光通信用受光モジュールをさらに備え、フォトダイオードおよび前置増幅器は、光通信用受光モジュール内に配置されるとともに、当該光通信用受光モジュールに備えられた一のリードピンを通してバイアス信号を受信することを特徴とする。これにより、フォトダイオードおよび前置増幅器は、光通信用受光モジュールに備えられた一のリードピンを通してバイアス信号を受信することができるため、限られたリードピンのみを備える光通信用受光モジュールにおいて、リードピンの本数を増やすことなく、フォトダイオードと前置増幅器に対してバイアス信号と利得／帯域制御信号を付与することができる。
【０００９】
本発明の光受信器において、フォトダイオードおよび前置増幅器にバイアス信号を出力する制御回路をさらに備え、制御回路は、光通信用受光モジュール外に配置されるとともに、外部から受信した所定の制御信号に基づいてバイアス信号を出力することが好ましい。このようにすれば、所定の制御信号に、例えば、伝送速度に関する情報を含むことが可能となり、伝送速度に応じたバイアス信号を出力させることができる。これにより、広範囲な伝送速度に対応した最適な制御を行うことが可能となる。
【００１０】
また、本発明の光受信器において、上記制御回路は出力電流監視手段を含んで構成され、出力電流監視手段は、制御回路からフォトダイオードに出力される電流をモニターすることが好ましい。このようにすれば、フォトダイオードに流れる電流のモニター結果に応じて、光受信器全体の利得制御を行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の光受信器において、上記制御回路により出力されるバイアス信号を受信する高入力インピーダンスのバッファ回路をさらに備え、バッファ回路は、光通信用受光モジュール内に配置され、前置増幅器は、バッファ回路により出力される信号に基づいて利得および周波数帯域を変更することが好ましい。このように高入力インピーダンスのバッファ回路をさらに備えることにより、モニターの対象となるフォトダイオードに流れる電流に、前置増幅器に流れる電流が混入してしまうことを防止することが可能となる。すなわち、出力電流のモニター精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る光受信器によれば、光受信器を構成する増幅器のうち、特にプリアンプの利得および周波数帯域特性を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る光受信器の各実施形態を図面に基づき説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
[第１実施形態]
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態における光受信器の概略構成を例示する図である。図１に示すように、光受信器１は、制御回路１１と、光伝送路１２と、フォトダイオード１３と、プリアンプ（前置増幅器）１４と、メインアンプ（主増幅器）１５とを有する。
【００１５】
制御回路１１は、光受信器１の外部から受信した所定の制御信号に基づいて、フォトダイオード１３およびプリアンプ１４にバイアス信号を送信する。ここで、所定の制御信号としては、例えば、光受信器が、ＳＦＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）等のようにセンターＣＰＵとのインターフェースを有する場合には、このセンターＣＰＵから出力される制御信号が該当する。また、所定の制御信号には、例えば、伝送速度に関する情報が含まれる。これにより、制御回路１１は、伝送速度に応じたバイアス信号を出力させることができる。したがって、広範囲な伝送速度に対応した最適な制御を行うことが可能となる。
【００１６】
光伝送路１２としては、例えば、光ファイバが該当する。フォトダイオード１３は、光伝送路１２からの出力光を受光し、光信号を電流（電気）信号に変換する。フォトダイオード１３には、制御回路１１から出力されたバイアス信号が、逆バイアスとして印可される。ここで、フォトダイオード１３は、逆バイアスが印可されていない状態であっても光信号に対して応答（光信号を電流信号に変換）することができる。しかしながら、フォトダイオード１３に逆バイアスを印可することにより、フォトダイオード１３の接合容量を減らすことが可能となる。これにより、フォトダイオード１３の応答速度を向上させることができる。
【００１７】
また、プリアンプ１４は、フォトダイオード１３から出力された電流信号を電圧信号に変換する。本実施形態におけるプリアンプ１４は、可変利得／帯域アンプであり、制御回路１１から出力されたバイアス信号に基づいて利得および周波数帯域を変更する。メインアンプ１５は、プリアンプ１４から出力された電圧信号を増幅する。
【００１８】
ここで、図２を参照して、可変利得／帯域アンプであるプリアンプ１４の具体的な回路構成について説明する。図２に示すように、プリアンプ１４は、閉ループ回路として構成されており、その帰還ループ上には、帰還抵抗Ｒｆ（トランスインピーダンス）が備えられている。ＦＥＴＱｆは、帰還抵抗Ｒｆに並列に接続されており、ＦＥＴＱｆのドレイン端子とソース端子との間に帰還抵抗Ｒｆが接続されている。ＦＥＴＱｆのゲート端子には、制御回路１１から出力されたバイアス信号が入力される。また、プリアンプ１４の増幅部は、３個のＦＥＴＱ１、Ｑ２、Ｑ３が直列に接続されて構成されている。受光用のフォトダイオード１３の出力側は、ＦＥＴＱ１のゲート端子側に接続されている。ＦＥＴＱ１のドレイン端子とＦＥＴＱ３のソース端子との間には、ＦＥＴＱ２が接続されている。ＦＥＴＱ２のゲート端子は接地されている。ＦＥＴＱ３のソース端子側には、ＦＥＴＱ５〜Ｑ８により構成される回路が接続されている。
【００１９】
また、上述した光伝送路１２、フォトダイオード１３およびプリアンプ１４は、光通信用受光モジュールであるＲＯＳＡ（Receiving Optical Sub-Assembly）１０内に配置される。
【００２０】
ここで、図３を参照して、ＲＯＳＡ１０の基本的な構成について説明する。図３に示すＲＯＳＡ１０は、同軸型（ＴＯ型）のパッケージとして構成されている。フォトダイオード１３は、ＲＯＳＡ１０の中央部に配置されている。プリアンプ１４は、フォトダイオード１３のすぐそば（図２紙面上の上側）に配置される。このように、プリアンプ１４をフォトダイオード１３の直近に配置するのは、フォトダイオード１３から出力される電流信号が、微少であり外部の電磁界の影響を受けやすいため、耐雑音特性を向上させる必要があるからである。また、光伝送路１２は、ＲＯＳＡ１０の蓋（不図示）の中央部に備えられ、当該光伝送路１２の先端から出射される光がレンズ（不図示）を通してフォトダイオード１３に照射されるように配置される。また、ＲＯＳＡ１０には、ＲＯＳＡ１０の外部と信号の授受を行うためのリードピンＬＰが備えられている。これらのリードピンＬＰは、例えば、フォトダイオード１３へのバイアス供給用、フォトダイオード１３への電源供給用、プリアンプ１４への電源供給用、プリアンプ１４からの出力用として使用される。
【００２１】
なお、上述したパッケージの経は４〜６ｍｍ程度が一般的であるが、昨今のモジュールの小型化により、経が３ｍｍ程のパッケージが要求されるようになってきた。したがって、ＲＯＳＡ１０に備えられるリードピンＬＰの本数にも必然的に限界が設けられ、より少ないリードピンＬＰによりＲＯＳＡ１０を構成する必要がある。
【００２２】
このような構成からなる光受信器１において、制御回路１１から出力されるバイアス信号（電圧）を大きくすると、フォトダイオード１３への逆バイアスが大きくなる。これにより、フォトダイオード１３の接合容量が減少し、ｐｎ接合界面の電圧が強くなり、フォトダイオード１３の応答速度が向上する。すなわち、フォトダイオード１３から出力される電流信号の帯域を広がる方向に作用させることができる。
【００２３】
また、制御回路１１から出力されるバイアス信号を大きくすると、プリアンプ１４のＦＥＴＱｆへのゲートバイアスが大きくなる。これにより、ＦＥＴＱｆのドレイン端子とソース端子との間に流れるドレイン電流が増大するため、等価抵抗（帰還抵抗）が小さくなる。プリアンプ１４の帰還抵抗が小さくなると、プリアンプ１４の閉ループ利得が小さくなり、周波数帯域が広がる。これらのことから、制御回路１１から出力されるバイアス信号を大きくすると、プリアンプ１４を含むＲＯＳＡ１０全体としての光／電気信号変換利得は小さくなるが、周波数帯域は広帯域まで伸びるという特性が得られる。一方、制御回路１１から出力されるバイアス信号を小さくすると、プリアンプ１４を含むＲＯＳＡ１０全体としての光／電気信号変換利得は大きくなるが、周波数帯域は狭くなるという特性が得られることとなる。したがって、制御回路１１から出力されるバイアス信号の内容に応じて前置増幅器の利得および帯域特性を制御することが可能となる。
【００２４】
このように、第１実施形態における光受信器１によれば、フォトダイオード１３に出力されるバイアス信号が、プリアンプ１４にも出力され、このプリアンプ１４により、バイアス信号に基づいて利得および周波数帯域が変更される。したがって、バイアス信号の内容に応じてプリアンプ１４の利得および帯域特性を制御することが可能となる。また、ＲＯＳＡ１０内に備えられたフォトダイオード１３とプリアンプ１４の双方に共通のバイアス信号が出力されるため、フォトダイオード１３へのバイアス信号とプリアンプ１４への利得／帯域制御信号を共通化して一のリードピンを通して付与することができ、より少ないリードピン（信号経路）でＲＯＳＡ１０を構成することができる。
【００２５】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。まず、図４を参照して第２実施形態における光受信器の概略構成を説明する。図２に示すように、第２実施形態における光受信器２は、メインアンプ１５ａが可変帯域アンプであり、制御回路１１ａが周波数帯域を制御するための帯域制御信号をメインアンプ１５ａに送信する点で第１実施形態における光受信器１と異なる。したがって、それ以外の構成および機能は、第１実施形態における光受信器１の構成および機能と同様であるため、各構成要素には同一の符合を付しその説明は省略すると共に、以下において第１実施形態との相違点について詳述する。
【００２６】
メインアンプ１５ａとしては、例えば、リミットアンプを用いることができる。リミットアンプは、増幅利得を大きく設定するとともに、信号振幅にリミッタを持たせて入力信号の大小にかかわらず出力信号の振幅を一定にする増幅回路である。この増幅利得を大きく設定する回路としては、例えば、差動増幅回路の負荷を大きくし、この差動増幅回路を複数段直列に接続する方法がある。一方、信号振幅にリミッタを持たせる回路としては、例えば、差動増幅回路の共通エミッタ端子（ソース端子）に接続される低電流源により出力幅を一定にする方法がある。
【００２７】
ここで、図５を参照して帯域制御信号により帯域を制御するメインアンプ１５ａ（リミットアンプ）の回路構成例を説明する。図５に示すようにメインアンプ１５ａは、差動増幅回路Ｄ１，Ｄ２と、スイッチＳ１〜Ｓ４と、コンデンサＣ１〜Ｃ４とを有する。差動増幅回路Ｄ１と差動増幅回路Ｄ２は直列に接続されている。このようなメインアンプ１５ａでは、後段の差動増幅回路Ｄ２における信号振幅が比較的大きな値となる。差動増幅回路Ｄ１と差動増幅回路Ｄ２間の信号経路には複数のスイッチＳ１〜Ｓ４が挿入され、このスイッチとＧＮＤとの間には互いに異なる容量のコンデンサＣ１〜Ｃ４が接続されてＲＣフィルタ回路が構成されている。このように構成されたメインアンプ１５ａでは、制御回路１１ａから出力された帯域制御信号に基づいて、いずれかのコンデンサＣ１〜Ｃ４が選択される。これにより、メインアンプ１５ａの周波数帯域が制御される。なお、スイッチＳ１〜Ｓ４としては、例えば、ＦＥＴスイッチを用いることができる。
【００２８】
このように、第２実施形態における光受信器２によれば、上述した第１実施形態における光受信器１による効果に加えて、帯域制御信号の内容に応じてメインアンプ１５ａの周波数帯域を変更させることができる。
【００２９】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態について説明する。まず、図６を参照して第３実施形態における光受信器の概略構成を説明する。図６に示すように、第３実施形態における光受信器３は、バッファ回路１６を備え、制御回路１１ｂが出力電流を監視する機能を有する点で第１実施形態における光受信器１と異なる。また、メインアンプ１５ａが可変帯域アンプであり、制御回路１１ｂが帯域制御信号をメインアンプ１５ａに送信する点についても第１実施形態における光受信器１と異なるが、この相違点については、上述した第２実施形態における相違点と同様であるため、その説明は省略する。さらに、これら以外の構成および機能は、第１実施形態における光受信器１の構成および機能と同様であるため、各構成要素には同一の符合を付し、その説明を省略する。以下において第１実施形態との相違点について詳述する。
【００３０】
図７を参照して制御回路１１ｂの機能構成について説明する。制御回路１１ｂは、制御部ｂ１と、Ｄ／Ａ変換部ｂ２と、出力電流モニター部（出力電流監視手段）ｂ３と、Ａ／Ｄ変換部ｂ４とを有する。制御部ｂ１は、第１実施形態および第２実施形態において説明したバイアス信号や帯域制御信号を、光受信器の外部から受信した所定の制御信号に基づいて生成する。また、Ｄ／Ａ変換部ｂ２は、制御部ｂ１において生成されたバイアス信号や帯域制御信号をＤ／Ａ変換して出力する。また、出力電流モニター部ｂ３は、制御回路１１ｂからフォトダイオード１３に出力される電流をモニターし、この電流の平均値を取得する。なお、出力電流モニター部ｂ３としては、例えば、カレントミラー回路を用いることができる。
【００３１】
ここで、図８を参照して出力電流モニター部ｂ３（カレントミラー回路）を実現するための回路構成例について説明する。出力電流モニター部ｂ３は、トランジスタＴ１，Ｔ２と、抵抗Ｒとを有する。トランジスタＴ１のベース端子とトランジスタＴ２のベース端子Ｔ２は、それぞれが互いに接続されている。トランジスタＴ１およびＴ２のエミッタ端子は、Ｄ／Ａ変換部ｂ２側に接続されている。トランジスタＴ１のコレクタ端子は、フォトダイオード１３側に接続され、トランジスタＴ２のコレクタ端子は、抵抗ＲおよびＡ／Ｄ変換部ｂ４側に接続されている。このような、出力電流モニター部ｂ３を有する光受信器では、制御回路１１ｂからフォトダイオード１３に流れる電流が、トランジスタＴ１を介してフォトダイオード１３に供給される。また、トランジスタＴ２には、トランジスタＴ１を介して供給される電流と等価な電流が流れる。出力電流モニター部ｂ３は、トランジスタＴ２に流れる電流の電流値と抵抗Ｒの抵抗値とを乗算して電圧値を算出する。Ａ／Ｄ変換部ｂ４は、出力電流モニター部ｂ３により算出された電圧値をＡ／Ｄ変換する。制御部ｂ１は、外部制御信号により光受信器３全体の利得制御を行うが、Ａ／Ｄ変換部ｂ４によりＡ／Ｄ変換された信号に基づいて光受信器３全体の利得制御を行ってもよい。なお、トランジスタＴ２に流れる電流は、トランジスタＴ１およびＴ２のエミッタサイズが等しい場合には、トランジスタＴ１と等しい電流が流れ、トランジスタＴ１およびＴ２のエミッタサイズが異なる場合には、そのサイズ比に対応する電流が流れる。また、トランジスタＴ１，Ｔ２は、ＦＥＴであってもよく、この場合においてトランジスタＴ２に流れる電流は、ＦＥＴのゲート幅により決まる。
【００３２】
バッファ回路１６は、高入力インピーダンスのバッファ回路であり、制御回路１１ｂから出力されたバイアス信号の信号レベルを変換してプリアンプ１４に出力する。このように、高入力インピーダンスのバッファ回路１６を備えることにより、モニターの対象となるフォトダイオード１３に出力される電流に、制御回路１１ｂからプリアンプ１４に出力される電流が混入してしまうことを防止することが可能となる。すなわち、モニター信号（出力電流信号）の精度を高めることができる。また、バッファ回路１６を備えることにより、フォトダイオード１３に出力されるバイアス信号およびプリアンプ１４に出力されるバイアス信号のいずれか一方に生じた電位レベルの変動が、他方に影響を与えることを防止することができる。また、プリアンプ１４に出力されるバイアス信号の電位レベルを変換することも可能となる。なお、バッファ回路１６としては、例えば、エミッタフォロワ（ソースフォロワ）を用いることができる。
【００３３】
このように、第３実施形態における光受信器３によれば、上述した第１実施形態における光受信器１および第２実施形態における光受信器２による効果に加えて、フォトダイオード１３に流れる電流のモニター結果に応じて、光受信器３への光パワーの監視や、光受信器３全体の利得制御を行うことが可能となる。また、高入力インピーダンスのバッファ回路１６を備えることにより、モニターの対象となるフォトダイオード１３に流れる電流に、プリアンプ１４に流れる電流が混入してしまうことを防止することができ、出力電流のモニター精度を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態における光受信器の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すプリアンプの回路構成を示す図である。
【図３】図１に示すＲＯＳＡの回路構成を示す図である。
【図４】第２実施形態における光受信器の概略構成を示す図である。
【図５】図４に示すメインアンプの回路構成を示す図である。
【図６】第３実施形態における光受信器の概略構成を示す図である。
【図７】図６に示す制御回路の機能構成を示す図である。
【図８】図７に示す出力電流モニター部の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，２，３・・・光受信器、１０，１０ａ・・・ＲＯＳＡ、１１，１１ａ，１１ｂ・・・制御回路、１２・・・光伝送路、１３・・・フォトダイオード、１４・・・プリアンプ、１５，１５ａ・・・メインアンプ、１６・・・バッファ回路、ｂ１・・・制御部、ｂ２・・・Ｄ／Ａ変換部、ｂ３・・・出力電流モニター部、ｂ４・・・Ａ／Ｄ変換部。
【図１】
2005124085.tif 000003
【図２】
2005124085.tif 000004
【図３】
2005124085.tif 000005
【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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