(57)【要約】本発明は、開ループの自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路を含む光受信器に向けられたものである。光受信器によって受信された光信号は、フォトダイオードを介して電気信号に変換される。次いで、電気信号は、入力および出力増幅段を介して、増幅される。次いで、さらなる伝送のために、増幅された信号は、ＲＦ信号に変換され、出力ポートに提供される。同時に、ＡＧＣ回路は、入力フォトダイオードにおける入力光学電力レベルを検知する。入力光学出力レベルが基準電圧と比較され、それによって差電圧が提供される。一定の出力電力レベルを確保するために電気信号を補正するために、差電圧が入力および出力増幅段に印加される。
2006527545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受信する光受信器であって、該光受信器は、入力光学電力レベルを有する電気信号を提供するフォトダイオードと、該電気信号を増幅する入力増幅段および出力増幅段とを含み、該電気信号はゲインレベルを有し、該光受信器は、
該入力増幅段と該出力増幅段との間に配置された開ループの自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路であって、該入力光学電力レベルを検知し、該検知に従って該増幅された電気信号の該ゲインレベルを調節する、ＡＧＣ回路を備え、
それによって、該入力光学電力レベルのすべての変動が、一定の出力電力レベルを確保する該ＡＧＣによって補正される、光受信器。
【請求項２】
前記ＡＧＣ回路が、
入力光学電圧を提供する、前記フォトダイオードに結合された抵抗器と、
基準電圧と該入力光学電圧とを比較し、差電圧を提供する比較器と
をさらに備え、
該差電圧が、前記電気信号を減衰させるために前記入力増幅段および前記出力増幅段の各々に印加される、請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記ＡＧＣ回路がブリッジＴ型回路を備え、前記差電圧が前記入力増幅段と前記出力増幅段とに等しく印加される、請求項２に記載の光受信器。
【請求項４】
前記ＡＧＣが、前記ブリッジＴ型回路に２つの変化する電圧を提供するために前記比較器に結合されたゲートをさらに備える、請求項３に記載の光受信器。
【請求項５】
前記ブリッジＴ型回路が、
前記２つの変化する電圧のうちの１つの電圧を受け取る２つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、
該２つの変化する電圧の第２の電圧を受け取る第３のＦＥＴと
を備える、請求項４に記載の光受信器。
【請求項６】
前記減衰された電気信号を、一定の出力電力レベルを有するＲＦ信号に変換する出力変圧器をさらに備える、請求項１に記載の光受信器。
【請求項７】
光信号を受信する光受信器であって、該光受信器は、入力光学電力レベルを有する電気信号を提供するフォトダイオードと、該電気信号を増幅する入力増幅段および出力増幅段とを含み、該電気信号はゲインレベルを有し、該光受信器は一定の出力電力レベルを有し、
該光受信器は、
該入力増幅段と該出力増幅段との間に配置された開ループの自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路であって、該入力光学電力レベルを検知し、該検知に従って該増幅された電気信号の該ゲインレベルを調節する、ＡＧＣ回路を備え、
該ＡＧＣ回路は、該入力増幅段と該出力増幅段との間に変化する減衰比を印加し、
それによって、該入力光学電力レベルのすべての変動が、一定の出力電力レベルを確保する該ＡＧＣによって補正される、光受信器。
【請求項８】
前記ＡＧＣ回路が、
入力光学電圧を提供する、前記フォトダイオードに結合された抵抗器と、
基準電圧と該入力光学電圧とを比較し、差電圧を提供する比較器と
をさらに備え、該差電圧が、前記電気信号を減衰させるために前記入力増幅段および前記出力増幅段の各々に印加される、請求項７に記載の光受信器。
【請求項９】
前記ＡＧＣ回路が、前記比較器に結合された電圧制御ネットワークをさらに含み、該電圧制御ネットワークが、
前記入力増幅段の前記調節ゲインレベルを変化させる入力抵抗器ネットワークと、
前記出力増幅段の前記調節ゲインレベルを変化させる出力抵抗器ネットワークと
を備える、請求項７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、概して、ブロードバンド通信システム（例えば、ケーブルテレビネットワーク）に関し、より詳しくは、ブロードバンド通信システムにおける使用に適した光受信器であって、その光受信器に一定の出力レベルを確保するための開ループのゲイン制御回路を備えている、光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来型のリング型のブロードバンド通信システム（例えば、双方向ハイブリッドファイバー／同軸（ＨＦＣ）ネットワーク）の一例を示すブロック図である。別のネットワーク（例えば、スター型ネットワーク）が存在することは理解され得る。これらのネットワークは様々なシステム（数個例を挙げると、ケーバウルテレビネットワーク、音声転送ネットワーク、データ転送ネットワーク）において用いられ得る。ネットワーク上を伝送するブロードバンド信号には、ビデオ、音声、オーディオおよびデータなどの複数の情報信号が含まれ、各々は異なった周波数を有する。ヘッドエンド設備部１０５に含まれるヘッドエンド装置は、様々な供給源（例えば、有線放送信号源、マイクロ波信号源、ローカル発生源、および衛星信号源）からの入来情報信号を受信し、かつ／または、設備部１０５において、オリジナルの情報信号を生成する。ヘッドエンド１０５は、供給源からのそれらの信号を処理し、複数の加入者装置１１０に転送される順方向ブロードキャスト信号または逆方向ブロードキャスト信号を生成する。ブロードキャスト信号は、デジタルまたはアナログ信号であり得、まず、任意選択された移送方法（例えば、ＳＯＮＥＴ、ギガビット（Ｇ）イーサネット（登録商標）、１０Ｇイーサネット（登録商標）、または別の独自のデジタル移送方法）を用いて光ファイバ１１５を介して移送される。ブロードキャスト信号は、通常、順方向バンド幅において提供され、そのバンド幅は、例えば４５ＭＨｚ〜８７０ＭＨｚの範囲であり得る。この情報信号は、情報を伝える特定のバンド幅（例えば６ＭＨｚ）のチャネルに分割され得る。この情報は、チャネルのビデオ、色およびオーディオ要素を含む従来のテレビ信号を伝送するキャリア信号の形式である。電話、すなわち音声信号およびデータ信号も、順方向バンド幅において伝送され得る。
【０００３】
光送信器（図示せず）は、通常ヘッドエンド設備部１０５に配置され、ブロードキャスト用電気信号をブロードキャスト用光信号に変換する。大抵のネットワークでは、第１の通信媒体１１５は、信号（この信号は、典型的には１５５０ナノメートル（ｎｍ）レンジの波長を有する）を移送するロングホール部分（ｌｏｎｇ  ｈａｕｌ  ｓｅｇｍｅｎｔ）である。第１の通信媒体１１５は、ブロードキャスト用光信号をハブ１２０に伝える。ハブ１２０は、ルータまたはスイッチを含み得、それによって、関連したヘッダ情報を用いて、情報信号を適切な目的地（例えば、加入者位置、またはネットワーク経路）へのルーティングを容易にする。次いで、第２の通信媒体１２５上において、光信号が伝送される。大抵のネットワークでは、第２の通信媒体１２５は、主として短距離用に設計された光ファイバであり、それは、第２の光学波長（例えば、１３１０ｎｍレンジ）で光信号を移送する。
【０００４】
信号は、ハブ１２０から、光受信器と逆光伝送器（図示せず）とを含む光ノード１３０に伝送される。光受信器は、光信号を、分散型ネットワークを介した伝送用の電気または無線周波数（ＲＦ）信号に変換する。次いで、ＲＦ信号は、第３の通信媒体１３５（例えば、同軸ケーブル）に沿って伝送され、必要に応じて、通信媒体１３５に沿って配置された１つ以上の分散型増幅器１４０によってその信号は増幅され分割される。タップ（図示せず）は、ブロードキャストＲＦ信号を加入者装置１１０（例えば、セットトップ端末、コンピュータ、電話機、ハンドセット、モデム、テレビ）に提供するために、順方向ＲＦ信号をさらに分割する。簡略化のために１つのみの加入者位置１１０が示されているが、各分散ブランチは、５００ほどまたは２５００ほどの加入者位置を有し得る、ということは理解され得る。さらに、大抵のネットワークが、ヘッドエンド設備部１０５に、複数の追加のハブ、光ノード、増幅器および加入者装置を接続する複数の異なったブランチを含むということは、当業者には理解され得る。さらに、ＦＴＴＨ（ｆｉｂｅｒ−ｔｏ−ｔｈｅ−ｈｏｍｅ）ネットワーク１４５は、システムに含まれ得る。この場合において、光ファイバは、カーブ（ｃｕｒｂ）または直接加入者位置へと引かれ、光信号は、従来のＲＦ分散型ネットワークを介しては伝送されない。
【０００５】
双方向ネットワークでは、加入者装置１１０は、逆ＲＦ信号を生成し、その信号（ビデオ信号、電子メール、ネットサーフィン、ペイパービュー、ビデオオンデマンド、電話および管理信号を含む信号）は、様々な目的のために生成され得る。それらの逆ＲＦ信号は、通常、ヘッドエンド設備部１０５への逆経路を介して、アメリカ合衆国での典型的には５ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲において上流へと伝送される変調されたＲＦキャリアの形式である。様々な加入者位置からの逆ＲＦ信号は、タップと受動電気コンバイナ（図示せず）を介して、別の加入者装置１１０からの別の逆信号と結合される。
【０００６】
通信システム（例えば、ケーブルテレビシステム）に対する好適な仕様は、増幅器の入力部または加入者装置の入力部において一定のＲＦ出力レベルを有することである。不利なことに、様々な要素（例えば、送信器の出力ドリフトまたはコネクタ損失の変化）は、ＲＦ出力レベルにマイナスに寄与し、従って、信号の質を低下させ、一定のレベルを阻止する。従って、ＲＦ出力レベルに変動を生じさせるこれらマイナス要因に順応するために、通信装置は、補正回路を含む。従って、本発明は、図１の通信システムにおける使用に適した光受信器において一定のＲＦ出力レベルを確保することに向けられた回路である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
添付の図面を参照して、以下に、本発明についてより完全に説明する。その図面では、複数の図面にわたって類似の数字は類似の要素を表し、本発明の例示的な実施形態が示されている。しかし、本発明は、多くの異なった形態で具体化され得、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして構成されるべきではない。むしろ、その実施形態は、本開示が詳細かつ完全であり当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供されるものである。以下に、本発明についてより完全に説明する。
【０００８】
具体的には、本発明は、光受信器における使用に適した開ループの自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路に向けられたものである。簡潔には、その光受信器は、受信した光信号をＲＦ電気信号に変換するフォトダイオード（例えばＰＩＮダイオード）を含む。その光受信器は増幅回路をさらに含み、増幅回路には、例えば、通信システムを介してさらに伝送する電気信号を増幅するプッシュプル・トランスインピーダンス増幅器が含まれる。特に、本発明による光受信器は、さらなる下流に位置する装置に必要とされる一定のＲＦ出力レベルを確保する開ループ回路を含む。
【０００９】
図２は、光信号を受信し電気信号を提供するヘッドエンド設備部１０５とノード１３０における使用に適した従来の光受信器２００の概略図である。光受信器２００には、本明細書に従った光信号を受信し電気信号を提供するフォトダイオード２０５が含まれる。増幅段２４０は、複数の電気信号を単一のＲＦ電気信号に結合する前において複数の電気信号を増幅する。増幅段２４０は、例えば、２つのプッシュプル（Ｐ−Ｐ）トランスインピーダンス増幅器２１０および２１５を含み得る。トランスインピーダンス増幅器は、カスケード形式に配置されたＧａＡｓ  ＰＨＥＭＴに構成され得るが、これに限定されない。Ｐ−Ｐ増幅器２１０および２１５は、ダイオード２０５の両端から作動的に駆動される。２つの電源装置２１６および２１７（例えば、１２ボルト（Ｖ）の電源装置）があり、各電源装置は、増幅器２１０および２１５の１つに電力を供給する。最後に、通常、平衡−非平衡変圧器（すなわち、バラン２２０）または別の結合手段を用いることによって、結合されたＲＦ電気信号が提供される。増幅段２４０が異なった様式で設計され得る（例えば、Ｐ−Ｐ増幅器を用いる代わりに単一の末端増幅器が用いられ得る）、ということは理解され得る。増幅段２４０は、プリント回路基板上に組み立てられた個別部品であり得、または、好ましくは例えばモノリシックなガリウム砒素（ＧａＡｓ）チップもしくはシリコンゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）マイクロ電子のモノリシック回路に含まれ得るということも、理解され得る。
【００１０】
不利なことに、図２の光受信器２００は、システムからの幅の広い取り得る入力光学電力レベルを補償するゲイン制御回路を含まない。図３は、光受信器の出力レベルをモニターする従来の閉ループのゲイン制御回路を含む光受信器を示す。各々が電気信号を増幅する入力増幅段３１０と出力増幅段３１５も含まれる。閉ループのゲイン制御回路は、比較器３１７を用いて、出力増幅段３１５からの出力ＲＦ電力レベルと、基準電圧３１８（所望の出力ＲＦ電力レベル）を比較する。次いで、可変減衰器３１９を用いて中間段のＲＦ電力レベルを減衰させることによって、全ての検知された変動が調節される。従って、ＲＦ出力電力レベル３２０は、一定のレベルに調節される。しかし、閉ループのゲイン制御回路が、例えば受信セットトップ装置の処理精度に影響を及ぼすシステム内の損失を引き起こす、ということは理解され得る。別の従来のゲイン制御回路は、別個のステップにおいて中間段の電力レベルを減衰させる段階的な減衰器（図示せず）を備え得る。ゲイン制御回路が光受信器に含まれない場合、一部の補正設計が増幅器または下流に位置したセットトップ装置に含まれるべきである。
【００１１】
図４は、本発明による開ループの自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路４０５を含む光受信器のブロック図である。図３のような従来の閉ループのゲイン制御回路と対照的に、本発明のＡＧＣ回路４０５は、光受信器の出力ＲＦ電力レベルを調節することによって、出力増幅段３１５（図３）の後に損失を加えずに一定の出力レベルを確保する。本発明によると、光入力電力は、光学電力に比例した電圧を発生する抵抗器４２０を用いて検知される。次いで、電圧レベル（換言すると、入力光学電力レベル）が、比較器４２５を介して所望の基準電圧と比較される。本発明によると、比較器４２５の出力部において、差電圧ＶｃがＡＧＣ回路４０５に提供される。
【００１２】
図５は、本発明によるＡＧＣ回路４０５の好適な実施形態のブロック図である。ＡＧＣ回路４０５は、ブリッジされたＴ型ネットワークを用いたＲＦ減衰器を備えた無線周波数（ＲＦ）部を含む。ブリッジされたＴ型ネットワークの減衰器は、電圧Ｖ１およびＶ２を用いる。図６を参照すると、Ｖｃは、反対の向きに変化する２つの電圧Ｖ１とＶ２とに変換される。次いで、Ｖ１およびＶ２は、入力増幅段３１０によって提供されたＲＦ電圧を減衰させる３つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に提供される。次いで、出力増幅段３１５は、減衰後の電圧を増幅する。ＲＦネットワークを用いた電圧を減衰させる別の方法（例えば、ＡＧＣ回路４０５内において可変ゲイン増幅器を用いること）がある、ということは理解され得る。従って、説明した好適な実施形態は本発明を制限することを意図したものではない。
【００１３】
図７は、開ループのＡＧＣ回路４０５（図４）の第２の実施形態の概略図を示す。比較器４２５は、制御電圧を供給することによって、抵抗性ネットワークＲ１１、Ｒ１２、Ｒ２１およびＲ２２を介して増幅段７０５および７１０へのゲインを変える。増幅段７０５および７１０は、可変ゲイン段であり、その段では、内部のダミー負荷７１５および７２０に供給されるＲＦ電流の量が比較器４２５からのゲイン制御信号によって制御される。各増幅段７０５および７１０によって生じた減衰の量は、それぞれ、Ｒ１１とＲ１２の抵抗比およびＲ２１とＲ２２の抵抗比によって修正され得る、ということは理解され得る。例えば、入力増幅段７０５が２０％減衰され得、出力増幅段７１０は８０％減衰され得る。重要なことに、ノイズおよびゆがみの寄与に対して光受信器７００を最適化しながら、複数のゲインにより制御されたネットワークを使用することによって、ゲインが増加する。変化する減衰比を用いることの利点は、入力および出力レベルの全動作範囲にわたってノイズおよびゆがみの性能を最適化することである。
【００１４】
要約すると、本発明による図４および図７の自動ゲイン制御回路は、さらなる損失を示すことなく一定の出力レベルを確保するために光受信器に含まれる。従って、数個例を挙げるとネットワークの配置の変化またはレーザードリフトのために、ＲＦ出力信号は、変動しない。注目に値すべきことに、本発明は、受信された信号を適切に処理することを助ける。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来のリング型のブロードバンド通信システム（例えば、双方向ハイブリッドファイバー／同軸（ＨＦＣ）ネットワーク）の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、光信号を受信し電気信号を提供する、ヘッドエンド設備部と光ノードにおける使用に適した従来型の光受信器および／またはＦＴＴＨ受信器の概略図である。
【図３】図３は、光受信器の出力レベルをモニターする閉ループのゲイン制御回路を含む光受信器を示す。
【図４】図４は、本発明による開ループの自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路を含む光受信器のブロック図である。
【図５】図５は、図４の光受信器における使用に適した本発明によるＡＧＣ回路の概略図である。
【図６】図６は、供給された差電圧からの２つの変化する電圧の提供する際の使用に適した回路であり、その２つの変化する電圧は、図５の回路に供給されている。
【図７】図７は、図４の開ループのＡＧＣ回路の第２の実施形態を示す。
【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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【国際調査報告】
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