(57)【要約】【課題】  前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるようにすることを目的としている。【解決手段】  前置増幅器において、受光信号を電流信号に変換する受光素子からの前記電流信号を電圧信号に変換する増幅器と、前記増幅器の入力と出力とに並列に接続された可変抵抗器と、前記増幅器の出力に直列に接続された可変等化フィルターと、前記電圧信号の伝送速度を検出し、この検出した伝送速度に基づいて前記可変抵抗器の抵抗値と前記可変等化フィルターの帯域値とを制御する制御部と、を備えた。【選択図】  図１
2007005875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光信号を電流信号に変換する受光素子からの前記電流信号を電圧信号に変換する増幅器と、
前記増幅器の入力と出力とに並列に接続された可変抵抗器と、
前記増幅器の出力に直列に接続された可変等化フィルターと、
前記電圧信号の伝送速度を検出し、この検出した伝送速度に基づいて前記可変抵抗器の抵抗値と前記可変等化フィルターの帯域値とを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする前置増幅器。
【請求項２】
前記制御部は、前記可変等化フィルターの帯域値を伝送速度×０．６〜伝送速度×０．８の範囲内に制御することを特徴とする請求項１に記載の前置増幅器。
【請求項３】
前記可変等化フィルターは、前記増幅器の出力に直列に接続された抵抗と、この抵抗の他端と接地電位とに直列に接続された可変容量とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の前置増幅器。
【請求項４】
前記可変等化フィルターは、前記増幅器の出力に直列に接続されたインダクタンスと、このインダクタンスの他端と接地電位とに直列に接続された可変容量とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の前置増幅器。
【請求項５】
前記可変等化フィルターの前記可変容量は、バラクタダイオードであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の前置増幅器。
【請求項６】
前記可変等化フィルターは、前記抵抗と前記可変容量との組み合わせ、または前記インダクタンスと前記可変容量との組み合わせを多段接続したことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の前置増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信等で用いられる光受信器に搭載される前置増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
受光信号の伝送速度に応じて光受信器の高感度化を実現するマルチレート光受信器に搭載される前置増幅器が、例えば特許文献１に開示されている。この従来の前置増幅器は、光信号を電流信号に変換する受光素子からの電流信号を電圧信号に変換する増幅回路と、この増幅回路の入力と出力とをつなぐ帰還抵抗と、電圧信号の伝送速度に応じて帰還抵抗の抵抗値を制御する制御回路とを有し、回路を交換することなく伝送速度にあわせて帰還抵抗の抵抗値を変更するようにしたものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７４１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された従来の前置増幅器は、帰還抵抗の抵抗値を変更するだけでは、増幅回路の周波数帯域と入力換算雑音電流値とをそれぞれ個別に最適化することができないため、最小の受信感度が得られないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る前置増幅器は、受光信号を電流信号に変換する受光素子からの前記電流信号を電圧信号に変換する増幅器と、前記増幅器の入力と出力とに並列に接続された可変抵抗器と、前記増幅器の出力に直列に接続された可変等化フィルターと、前記電圧信号の伝送速度を検出し、この検出した伝送速度に基づいて前記可変抵抗器の抵抗値と前記可変等化フィルターの帯域値とを制御する制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１による前置増幅器は、反転増幅器と可変抵抗器により構成されるトランスインピーダンスアンプの後段に可変等化フィルターを配置し、可変等化フィルターの出力側から検出した伝送速度に応じて可変抵抗器の抵抗値を変更するとともに、伝送速度×０．６〜伝送速度×０．８の範囲内に帯域制限を行えるように構成したので、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるようにすることができるものである。
【０００９】
図１は、この発明の実施の形態１による前置増幅器を示す構成図である。また、図２〜図４は、この発明の実施の形態１による前置増幅器を説明するための説明図である。
図１において、１は受光素子、２は受光素子１からの電流信号を電圧信号に変換する増幅器としての反転増幅器、３は可変抵抗器としての帰還抵抗、４は可変等化フィルター、５は可変等化フィルター４の損失を補償するための増幅器、６は制御部としての伝送速度検出／制御回路である。
【００１０】
次に動作について説明する。
受光素子１により受光された光信号は、電流信号に変換された後、反転増幅器２と帰還抵抗３により構成されるトランスインピーダンスアンプ（以下ＴＩＡと略称する）によって電圧信号に変換増幅される。その後、この電圧信号は、可変等化フィルター４を通過後、前置増幅器の出力信号として出力する。一方、この出力信号を分岐し、可変等化フィルター４の損失を補償するために、増幅器５により増幅した後、伝送速度検出／制御回路６へ入力し、伝送速度に対応した制御用電圧信号に変換する。この制御用電圧信号で伝送速度検出／制御回路６が帰還抵抗３の抵抗値を制御することにより、伝送速度に応じたＴＩＡの周波数帯域と雑音特性に設定される。さらに、この制御用電圧信号で伝送速度検出／制御回路６が可変等化フィルター４の周波数帯域を制御することにより、最小受信感度を実現する。
【００１１】
次にＴＩＡの動作について説明する。
まず、ＴＩＡの周波数帯域と帰還抵抗の関係を式１に示す。
fc＝|Gopn|/(2πRf Ct)                                  （式１）
ここで、fc：ＴＩＡの-3dB帯域（周波数帯域）、Gopn：ＴＩＡのオープンループ利得、Ct：ＴＩＡの入力に接続される全容量値、Rf：帰還抵抗３の抵抗値、である。式１によりＴＩＡの-3dB帯域fcは、Gopn、Ctが一定であるため、帰還抵抗３の抵抗値Rfにより変化することがわかる。また、ＴＩＡの変換利得|Zt|はRfと等価であり、一般に増幅器のGB積は一定であることから、ＴＩＡの-3dB帯域fcとＴＩＡの変換利得|Zt|の関係が決まる。
【００１２】
また、受信感度を決定するＴＩＡの雑音特性は、式２により表わされる。
Inoise＝{∫0fc[(4KT/Rf)＋(Γ4KT(2πf)2Ct2/gm)]df}1/2      （式２）
ここで、Inoise：ＴＩＡの入力換算雑音電流密度、K：ボルツマン乗数、T：温度、Γ：ＴＩＡ増幅段FET(Field Effect Transistor)乗数、f：周波数、gm：ＴＩＡ増幅段FETのトランスコンダクタンスである。式２によりＴＩＡの入力換算雑音電流密度Inoiseが帰還抵抗３の抵抗値Rfに依存することがわかる。
【００１３】
図２に入力換算雑音電流密度Inoiseの周波数特性を示す。図２において、Rfを大きくすると、式２の第２項による雑音の立ち上がり（増大）の周波数が下がり、立ち上がる前の雑音電力は小さくなり、また、図示していないＴＩＡの周波数帯域は狭くなる。逆にRfを小さくすると、雑音の立ち上がりの周波数が上がり、立ち上がる前の雑音電力は大きくなり、また、図示していないＴＩＡの周波数帯域は広くなる。そこで、伝送速度に応じて帰還抵抗を設定することにより、伝送速度に応じて高感度化が図れる。しかし、帰還抵抗の抵抗値を変更するだけでは、ＴＩＡの-3dB帯域fcと入力換算雑音電流値Inoiseとをそれぞれ個別に最適化することができないため、最小の受信感度は得られない。このため、可変等化フィルター４を用いた帯域制限により受信感度を最適化するようにしている。
【００１４】
次に可変等化フィルター４の動作について説明する。
図３に可変等化フィルター４の帯域制限による感度改善の計算結果を示す。図３は、ＴＩＡの後段において低域通過形フィルターとしての-3dB帯域（等化帯域）を伝送速度×０．６〜伝送速度×０．８の範囲内に制御することにより、感度劣化が十分に抑えられ、最適な受信感度が得られることを示している。図３において、可変等化フィルター４の等化帯域を伝送速度に対応する帯域より狭くすることで受信感度は改善する。これは、図２の低域通過形フィルターとしてのフィルター透過率の周波数特性に示すように、ＴＩＡの入力換算雑音電流密度Inoiseを表す式２の第２項が立ち上がる前に雑音が制限され、つまり増大した雑音成分がカットされるためである。しかし、伝送速度×０．６以下の帯域制限は逆に感度劣化を発生させる。これは、図４（ａ）、（ｂ）のアイパターンに示すように、等化帯域を大から小にしていくと、帯域制限に起因したパターン効果により速い周波数成分の信号振幅が減衰するためである。このように、上述のように帰還抵抗３に伝送速度に応じた抵抗値を設定しつつ、可変等化フィルター４を用いた帯域制限を最適に行うことで、Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）を改善できる。
【００１５】
以上のように、この発明の実施の形態１による前置増幅器においては、反転増幅器と可変抵抗器により構成されるトランスインピーダンスアンプの後段に可変等化フィルターを配置し、可変等化フィルターの出力側から検出した伝送速度に応じて可変抵抗器の抵抗値を変更するとともに、伝送速度×０．６〜伝送速度×０．８の範囲内に帯域制限を行えるようにしている。これにより、前置増幅器を搭載したマルチレート光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるという効果を奏する。
【００１６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による前置増幅器は、可変等化フィルターの入力側から伝送速度を検出するようにしたものである。
【００１７】
図５は、この発明の実施の形態２による前置増幅器を示す構成図である。
図５において、１〜４は実施の形態１による図１に示すものと同様であり、６ａは可変等化フィルター４の入力端に接続された制御部としての伝送速度検出／制御回路であり、また、実施の形態１による図１に示した増幅器５を省略している。
【００１８】
次に動作について説明する。
前置増幅器としての動作は実施の形態１と同様であるが、図５に示す実施の形態２による前置増幅器においては、反転増幅器２と帰還抵抗３により構成されるＴＩＡの出力電圧信号が分岐されて伝送速度検出／制御回路６ａに入力され、伝送速度に対応した制御用電圧信号に変換され、この制御用電圧信号で伝送速度検出／制御回路６ａが可変等化フィルター４の帯域値を制御するようにしている。これにより、実施の形態１と同様に伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるとともに、さらに、可変等化フィルター４の損失を補償するための増幅器５を省略することで回路の小型化が図れる。
【００１９】
以上のように、この発明の実施の形態２による前置増幅器においては、可変等化フィルターの入力側から伝送速度を検出することにより、前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるとともに、さらに回路の小型化が図れるという効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３は、実施の形態１の図１または実施の形態２の図５に示した可変等化フィルター４の詳細な構成に関するものであり、この可変等化フィルターは、抵抗と電圧可変容量とを有するようにしたものである。
【００２１】
図６は、この発明の実施の形態３による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図である。
図６において、４−１は可変等化フィルター、７は抵抗、８は可変容量としての電圧可変容量である。
【００２２】
次に、動作について説明する。
可変等化フィルター４−１のInポートに入力された信号は、抵抗７と電圧可変容量８とからなる低域通過形フィルター構成によりフィルターされてOutポートから出力される。ここで、電圧可変容量８はVcontポートに入力された電圧で容量値が制御されるものである。この容量値を伝送速度に対応した制御用電圧信号で変更することにより、伝送速度に応じて等化帯域を変更することが可能となる。ここで電圧可変容量８は例えばバラクタダイオードの適用により実現可能である。
【００２３】
以上のように、この発明の実施の形態３による前置増幅器の可変等化フィルターにおいては、抵抗と電圧可変容量とを有し、電圧で容量値を変更することにより等化帯域を変更できる。これにより、この可変等化フィルターをもつ前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるという効果を奏する。
【００２４】
なお、上述の実施の形態３においては、抵抗と電圧可変容量との組み合わせの１段構成による低域通過形フィルターを示したが、抵抗と前記電圧可変容量との組み合わせを多段接続するようにしても良い。例えば、図７において、可変等化フィルター４−１を２段構成としている。これにより、フィルターの特性を急峻にすることが可能となる。
【００２５】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４は、実施の形態１の図１または実施の形態２の図５に示した可変等化フィルター４の詳細な構成に関するものであり、この可変等化フィルターは、インダクタンスと電圧可変容量とを有するようにしたものである。
【００２６】
図８は、この発明の実施の形態４による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図である。
図８において、４−２は可変等化フィルター、８は電圧可変容量、９はインダクタンスである。
【００２７】
次に、動作について説明する。
可変等化フィルター４−２のInポートに入力された信号はインダクタンス９と電圧可変容量８とからなる低域通過形フィルター構成によりフィルターされてOutポートから出力される。ここで、電圧可変容量８はVcontポートに入力された電圧で容量値が制御されるものである。この容量値を伝送速度に対応した制御用電圧信号で変更することにより、伝送速度に応じて等化帯域を変更することが可能となる。ここで電圧可変容量８は例えばバラクタダイオードの適用により実現可能である。
【００２８】
以上のように、この発明の実施の形態４による前置増幅器の可変等化フィルターにおいては、インダクタンスと電圧可変容量とを有し、電圧で容量値を変更することにより等化帯域を変更できる。これにより、この可変等化フィルターをもつ前置増幅器を搭載した光受信器において、伝送速度に応じて最適な受信感度が得られるという効果を得ることができる。
【００２９】
なお、上述の実施の形態４においては、インダクタンスと電圧可変容量との組み合わせの１段構成による低域通過形フィルターを示したが、インダクタンスと前記電圧可変容量との組み合わせを多段接続するようにしても良い。例えば、図９において、可変等化フィルター４−２を２段構成としている。これにより、フィルターの特性を急峻にすることが可能となる。
【００３０】
また、この発明に係る前置増幅器を搭載した光受信器は、光通信システムへの適用に有用であるが、用途はこれに限られるものではない。例えば、光ディスクを記録媒体に用いた外部記憶装置等にも適用可能性のあるものである。
【００３１】
また、伝送速度検出／制御回路６等の制御手段は回路として説明したが、これらはソフトウエア処理により実現しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１による前置増幅器を示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１による前置増幅器を説明するための説明図
【図３】この発明の実施の形態１による前置増幅器を説明するための説明図
【図４】この発明の実施の形態１による前置増幅器を説明するための説明図
【図５】この発明の実施の形態２による前置増幅器を示す構成図
【図６】この発明の実施の形態３による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図
【図７】この発明の実施の形態３による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図
【図８】この発明の実施の形態４による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図
【図９】この発明の実施の形態４による前置増幅器の可変等化フィルターを示す構成図
【符号の説明】
【００３３】
１  受光素子
２  反転増幅器
３  帰還抵抗
４、４−１、４−２  可変等化フィルター
６、６ａ  伝送速度検出／制御回路
７  抵抗
８  電圧可変容量
９  インダクタンス
【図１】
2007005875.tif 000003
【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】
2007005875.tif 000008
【図７】
2007005875.tif 000009
【図８】
2007005875.tif 000010
【図９】
2007005875.tif 000011