(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力する光バーストセル信号を電気バーストセル信号に変換するＡＰＤと、該電気バーストセル信号のレベルを検出して受信光強度を判定するレベル検出回路と、該レベル検出回路で判定された受信光強度に応じて前記ＡＰＤに印加するバイアス電圧を切り替えるＡＰＤ駆動回路とを具備し、
前記ＡＰＤ駆動回路は、前記レベル検出回路で判定された受信光強度が高いときはオンし、低いときはオフするスイッチ手段と、該スイッチ手段がオンするときは低いバイアス電圧を出力し、オフするときは高いバイアス電圧を出力する分圧回路とを具備することを特徴とする光バーストセル信号受信回路。
【請求項２】
請求項１に記載の光バーストセル信号受信回路において、
前記ＡＰＤ駆動回路を、初期状態で前記ＡＰＤに印加するバイアス電圧を高電圧に切り替え、前記レベル検出回路で判定された受信光強度が高いとき低電圧に切り替え、低くなくなったとき高電圧に切り替えるＡＰＤ駆動回路に置き換えたことを特徴とする光バーストセル信号受信回路。
【請求項３】
請求項２に記載の光バーストセル信号受信回路において、
前記ＡＰＤ駆動回路は、前記レベル検出回路で判定された受信光強度を示す信号を微分して前記バーストセル信号の開始時点と終了時点で微分パルスを発生するハイパスフィルタと、初期状態でリセットされ、前記ハイパスフィルタの前記開始時点を示す微分パルスが第１の基準値を超えるときセットされ、前記終了時点を示す微分パルスが第２の基準値を下回るときリセットされるラッチ回路と、該ラッチ回路がリセットされると前記ＡＰＤに印加するバイアス電圧を高電圧に切り替え、前記ラッチ回路がセットされると低電圧に切り替えるスイッチ手段とを備えることを特徴とする光バーストセル信号受信回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network：受動光ネットワーク）システムの上り信号受信器におけるＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を用いた光バーストセル信号受信回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＯＮシステムは、光ファイバ伝送路及び局装置を複数のユーザで共有する費用効率の高いシステムである。ＰＯＮサービス加入者が急激に増加しており、伝送効率の向上や高速化に関する研究が盛んに行われている（例えば、非特許文献１参照）。今後、都市部だけでなく郊外エリアにもＰＯＮシステムのサービスエリアが拡大し、ユーザ数の増加や新たなサービスの登場による伝送速度の高速化が必要になると考えられる。従って伝送距離の延長や分岐数の増加によるＰＯＮ区間の光損失の増加や高速化による受信感度劣化が問題となる。
【０００３】
図４(a)はこのＰＯＮシステムの構成を示す図で、３１は局側のＯＬＴ(Optical Line Terminal）、３２はユーザ側のＯＮＵ（Optical Ntework Unit）、３３は光スプリッタ、３４は光ファイバ伝送路である。ＯＮＵ３２は光スプリッタ３３を介して複数がＯＬＴ３１に対して接続される。このＰＯＮシステムでは、ＯＬＴ３１からＯＮＵ３２への送信（下り）信号は連続光であるが、ＯＬＴ３１とＯＮＵ３２との間の距離がユーザによって異なるため、ＯＮＵ３２からＯＬＴ３１への送信（上り）信号は、図４(b)に示すように、ユーザによって光強度の異なる光バーストセル信号となる。従って、ＯＬＴ３１側の受信器には高感度化と異強度光バーストセル信号を受信できる広ダイナミックレンジ化が求められる。
【０００４】
受信感度改善の有効な手段として増倍作用を持っＡＰＤを用いる方法がある。しかし、この場合、ＡＰＤ駆動回路の瞬時応答性に起因する後記する「すそひき」が発生し、特に強い光バーストセル受信時に、次に続く弱いバーストセル信号の受信を妨げるという問題があった。
【０００５】
そこで、この問題に対して、光バーストセル信号の強度にあわせてＡＰＤ増倍率を設定することで、高感度化と広ダイナミックレンジ化を実現する光バーストセル信号受信回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図５はこの光バーストセル信号受信回路を示す図であり、ＡＰＤ１、ＡＰＤ駆動回路９、プリアンプ３、レベル検出回路４、ＡＧＣ（Automatic Gain Control)回路５、識別タイミング抽出回路６、バイパス回路７、スイッチＳＷ１，ＳＷ２からなる切替器８で構成されている。
【０００７】
この光バーストセル信号受信回路では、入力された光強度の異なる光バーストセル信号はＡＰＤ１で電気バーストセル信号に光電変換されプリアンプ３に出力される。プリンアンプ３の出力はレベル検出回路４に入力され、受信光電力レベルが閾値判定された後、ＡＰＤ駆動回路９に出力される。ＡＰＤ駆動回路９ではレベル検出回路４の出力に基づき、ＡＰＤバイアス電圧を変更しＡＰＤ１の増倍率を制御する。切替器８は「すそひき」の影響を除去するための回路である。「すそひき」は強バーストセル信号の直後に弱バーストセル信号を受信する時、その影響が弱バーストセル信号に干渉し、受信感度を劣化させる現象である。
【０００８】
切替器８はこの「すそひき」が識別タイミング抽出回路６に入力されないように、「すそひき」が発生している間、切替器８のスイッチＳＷ２をオフし、スイッチＳＷ１をバイパス回路７に接続する。そして、「すそひき」の影響が現れない時間では再度スイッチＳＷ１をオフし、スイッチＳＷ２をオンして、ＡＰＤ１で変換した電気バーストセル信号を識別タイミング抽出回路６に入力する。以上により、「すそひき」の影響を排除し、高感度かつ広ダイナミックレンジ化を実現している。
【非特許文献１】Xing-Zhi Qiu,Peter Ossieur,Johan Bauwelinck,Yanchun Yi,Dieter Verhulst,Jan Vandewege,Benoit De Vos,and Paolo Solina,"Development of GPON Upstream Physical-Media-Dependent Prototypes",JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.22,NO.11,NOVEMBER 2004,p2498-2508.
【特許文献１】特開平１１−３５５２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように特許文献１では、「すそひき」が発生している期間だけＡＰＤ１を切替器８を用いてバイパス回路７に接続することで、ＡＰＤ１の「すそひき」の影響を排除していたが、この方法は切替器８やバイパス回路７が必要であり、その構成や切替制御が複雑になるという問題があった。また、切替器８が持つ大きな寄生容量成分の影響により、プリアンプに入力される雑音電流密度が大きくなる問題もあった。
【００１０】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、瞬時にバイアス電圧を変更可能とする回路を用いてＡＰＤ増倍率を制御し、高感度化および広ダイナミックレンジ化を達成するとともに、「すそひき」の影響を除去するための特別な回路を必要としない、光バーストセル信号受信回路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】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明の光バーストセル信号受信回路は、入力する光バーストセル信号を電気バーストセル信号に変換するＡＰＤと、該電気バーストセル信号のレベルを検出して受信光強度を判定するレベル検出回路と、該レベル検出回路で判定された受信光強度に応じて前記ＡＰＤに印加するバイアス電圧を切り替えるＡＰＤ駆動回路とを具備し、前記ＡＰＤ駆動回路は、前記レベル検出回路で判定された受信光強度が高いときはオンし、低いときはオフするスイッチ手段と、該スイッチ手段がオンするときは低いバイアス電圧を出力し、オフするときは高いバイアス電圧を出力する分圧回路とを具備することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の光バーストセル信号受信回路において、前記ＡＰＤ駆動回路を、初期状態で前記ＡＰＤに印加するバイアス電圧を高電圧に切り替え、前記レベル検出回路で判定された受信光強度が高いとき低電圧に切り替え、低くなくなったとき高電圧に切り替えるＡＰＤ駆動回路に置き換えたことを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の光バーストセル信号受信回路において、前記ＡＰＤ駆動回路は、前記レベル検出回路で判定された受信光強度を示す信号を微分して前記バーストセル信号の開始時点と終了時点で微分パルスを発生するハイパスフィルタと、初期状態でリセットされ、前記ハイパスフィルタの前記開始時点を示す微分パルスが第１の基準値を超えるときセットされ、前記終了時点を示す微分パルスが第２の基準値を下回るときリセットされるラッチ回路と、該ラッチ回路がリセットされると前記ＡＰＤに印加するバイアス電圧を高電圧に切り替え、前記ラッチ回路がセットされると低電圧に切り替えるスイッチ手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＡＰＤの増倍率を決定するバイアス電圧の変更を瞬時に行うことが可能となるため、「すそひき」の影響をバイパスする切替器が不要となる。また、切替器が持つ大きな寄生容量成分の除去により、プリアンプに入力される雑音電流密度が低減し、受信系全体の受信感度向上効果も同時に得られる。従って高受信感度化および広ダイナミックレンジ化を同時に実現し、ＰＯＮフレームオーバヘッドの増加が不要な高効率伝送が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
[第１実施例]
図１は本発明の第１実施例の光バーストセル信号受信回路の構成を示すブロック図であり、１は光バーストセル信号を電気バーストセル信号に変換するＡＰＤ、２はＡＰＤ１にバイアス電圧を与えるＡＰＤ駆動回路、３はプリアンプ、４は電気バーストセル信号を入力して閾値と比較し光強度の高低を判定するレベル検出回路、５は電気バーストセル信号を一定のレベルに増幅するＡＧＣ（Automatic Gain Control)回路、６は電気バーストセル信号を入力してクロック抽出とデータ識別を行う識別タイミング抽出回路である。
【００１４】
図２は図１におけるＡＰＤ駆動回路２の具体的な構成部分を含むブロック図である。ＡＰＤ駆動回路２は、レベル検出回路４からのパルス信号を一定レベルに増幅する増幅器２１と、その増幅器２１の出力をうけてオン／オフ動作を行うＮＭＯＳトランジスタＭ１（スイッチ手段）と、高増倍率時のバイアス電圧ＶＨを与えるＶＨ出力回路２２と、トランジスタＭ１のオン時にその電圧ＶＨを分圧する抵抗Ｒ１，Ｒ２と、バイアス電圧ＶＨ安定化のための容量Ｃ１から構成されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続点がバイアス電圧出力点としてＡＰＤ１のカソードに接続されている。
【００１５】
さて、ＡＰＤ１で受信され電気信号に変換されたバーストセル信号は、プリアンプ３で増幅されレベル検出回路４に入力される。レベル検出回路４では閾値判定が行われ、受信光強度が強いと判断されれば光バーストセル信号の時間に相当するパルス幅のパルス信号が出力され、適正値と判断すればパルス信号は出力されない。このレベル検出回路４の出力信号がＡＰＤ駆動回路２内の増幅器２１に入力されると、レベル検出回路４のパルス出力がないとき、つまり受信光強度が適正値の場合は、増幅器２１の出力は低レベルとなり、トランジスタＭ１はオフとなる。このときは、ＶＨ出力回路２２から出力する電圧ＶＨが抵抗Ｒ１を経由してＡＰＤ１にバイアス電圧として印加する。このとき、ＡＰＤ１は高増倍率に設定される。
【００１６】
一方、レベル検出回路４からパルス信号が出力するとき、すなわち受信光強度が強い場合は、増幅器２１の出力は高レベルとなり、トランジスタＭ１はオンとなる。このときのバイアス電圧は、電圧ＶＨを抵抗Ｒ１とＲ２で分圧した低い電圧となるため、ＡＰＤ１は低増倍率に設定される。
【００１７】
以上により、ＡＰＤ１に印加するバイアス電圧は、受信した光バーストセル信号の強度が低ければ高電圧、高ければ低電圧に瞬時に切り替えられ、高感度化および広ダイナミックレンジ化を実現でき、且つ「すそひき」の影響を防止することができる。
【００１８】
[第２実施例]
図３は第２実施例のＡＰＤ駆動回路２の具体的な構成部分を含むブロック図である。ＡＰＤ駆動回路２は、容量Ｃ２と抵抗Ｒ３，Ｒ４からなりレベル検出回路４から出力するパルス信号を微分するハイパスフィルタ２３と、基準電圧Ｖａと比較器ＣＰ１からなりハイパスフィルタ２３の出力パルス信号が電圧Ｖａより高いとき低増倍率設定指令を出す低増倍率設定回路２４と、基準電圧Ｖｂと比較器ＣＰ２からなりハイパスフィルタ２３の出力パルス信号が電圧Ｖｂを下回るとき高増倍率設定指令を出す高増倍率設定回路２５と、それら設定回路２４，２５の出力信号（高レベルへの立上り）によりセット／リセットを行うラッチ回路２６と、高増倍率用のバイアス電圧ＶＨを与えるＶＨ出力回路２７と、低増倍率用のバイアス電圧ＶＬを与えるＶＬ出力回路２８と、ＣＭＯＳ接続されラッチ回路２６の出力を受けるＰＭＯＳトランジスタＭ２およびＮＭＯＳトランジスタＭ３（スイッチ手段）とから構成されている。
【００１９】
さて、図２の実施例と同様の動作により、レベル検出回路４に入力された信号はそこで閾値判定され、受信光バーストセル信号の強度が高い場合はパルス信号が出力してＡＰＤ駆動回路２に入力する。ＡＰＤ駆動回路２では、このパルス信号がハイパスフィルタ２３において微分され、そのパルス信号開始時と終了時に大きな振幅をもつ波形の微分パルス信号が生成され、低増倍率設定回路２４と高増倍率設定回路２５に入力される。低増倍率設定回路２４では電圧Ｖａを上回るレベルのパルス信号が入力されると高レベル信号が立上り、高増倍得率設定回路２５では電圧Ｖｂを下回るレベルの信号が入力されると高レベル信号が立ち上がるので、ハイパスフィルタ２３の出力電圧ＶｏがＶｂ＜Ｖｏ＜Ｖａであれば、低増倍率設定回路２４と高増倍率設定回路２５の出力は高レベルにならず、ラッチ回路２６はセット端子Ｓ、リセット端子Ｒのいずれにも高レベルの立上り信号は入力せず、現在の状態を維持する。
【００２０】
このラッチ回路２６の出力Ｑが高レベルのときは、トランジスタＭ２がオフ、Ｍ３がオンとなって低増倍率をあたえるバイアス電圧ＶＬが出力し、低レベルのときはトランジスタＭ２がオン、Ｍ３がオフとなって高増倍率を与えるバイアス電圧ＶＨが出力する。初期状態は高増倍率を与えるバイアス電圧ＶＨが出力されるよう、ラッチ回路２６がリセット状態に設定されている。このラッチ回路２６は新たな入力があるまで以前の状態を記憶する。
【００２１】
ＡＰＤ１に高強度の光バーストセル信号が入力されると、その初頭部分でハイパスフィルタ２３の出力微分パルスのレベルが電圧Ｖａを上回るため、低増倍率設定回路２４の出力が高レベルとなり、ラッチ回路２６の出力Ｑが高レベルとなり、トランジスタＭ３がオンとなって、ＡＰＤ１にはバイアス電圧ＶＬが印加され、低増倍率に設定される。このときは、この後にハイパスフィルタ２３の出力微分パルスのレベルがＶｂを下回るので、高増倍率設定回路２５の出力が高レベルとなりラッチ回路２６がリセットされ、その出力Ｑが低レベルとなって、トランジスタＭ３がオフ、トランジスタＭ２がオンとなり、高倍率を与えるバイアス電圧ＶＨが出力する。つまり、初期状態にリセットされる。
【００２２】
このように、本実施例でも、ＡＰＤ１に印加するバイアス電圧は、受信した光バーストセル信号の強度が低ければ高電圧、高ければ低電圧に瞬時に切り替えられ、高感度化および広ダイナミックレンジ化を実現でき、且つ「すそひき」の影響を防止することができる。さらに本実施例では、初期では高いバイアス電圧ＶＨに設定されているが、高強度の光バーストセル信号が入力したときは低いバイアス電圧ＶＬが設定され、その光バーストセル信号が終了するとき、高いバイアス電圧ＶＨに再設定されて次の光バーストセル信号の受信に備える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施例の光バーストセル信号受信回路の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例のＡＰＤ駆動回路部分を含む光バーストセル信号受信回路の要部のブロック図である。
【図３】第２実施例のＡＰＤ駆動回路部分を含む光バーストセル信号受信回路の要部のブロック図である。
【図４】(a)はＰＯＮシステムの概略説明図、(b)はＰＯＮ上りバーストセル信号を示す波形図である。
【図５】従来の光バーストセル信号受信回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２４】
１：ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）
２：ＡＰＤ駆動回路、２１：増幅器、２２：ＶＨ出力回路、２３：ハイパスフィルタ、２４：低増倍率設定回路、２５：高増倍率設定回路、２６：ラッチ回路、２７：ＶＨ出力回路、２８：ＶＬ出力回路
３：プリアンプ
４：レベル検出回路
５：ＡＧＣ回路
６：識別タイミング抽出回路
７：バイパス回路
８：切替器
９：ＡＰＤ駆動回路
【図１】
0004548669.tif 000002
【図２】
0004548669.tif 000003
【図３】
0004548669.tif 000004
【図４】
0004548669.tif 000005
【図５】
0004548669.tif 000006