(57)【要約】【課題】  ＡＧＣ回路を用いることなく、光伝送路の分散に起因する光信号波形歪による受信感度の低下、および、光入力強度による受信感度の低下を低減する。【解決手段】  本実施の形態の光受信器は、受光部と、検出部と、制御部と、調整部と、識別部とを備える。受光部は、光信号を受ける半導体受光素子からの光電流に応じて相補信号を発生する。識別部は、受光部の出力に容量素子を介して接続された入力を持つ差動増幅器を有する。検出部は、光電流に応じた強度信号を発生する。制御部は、光伝送路の分散および距離に対応する分散信号および距離信号、並びに強度信号に応じて第１の信号を生成する。調整部は、第１の信号に応じて差動増幅器の入力間のオフセット電圧を調整するための第２の信号を生成し、調整部の出力は、該第２の信号を提供するために差動増幅器の一方の入力に接続されている。【選択図】  図１
2007074397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受けるための光受信器であって、
前記光信号を受ける半導体受光素子からの光電流に応じて一対の相補信号を発生し、該一対の相補信号を提供するための一対の出力を有する受光部と、
前記受光部の前記一対の出力にそれぞれ容量素子を介して接続された一対の入力を持つ差動増幅器を有する識別部と、
前記半導体受光素子のための電源と前記受光部との間に接続されており、前記光電流に応じた強度信号を発生する検出部と、
前記光信号を伝播するための光伝送路の分散に対応する分散信号、該光伝送路の距離に対応する距離信号、および前記強度信号に応じて、第１の信号を生成する制御部と、
前記第１の信号に応じて前記差動増幅器の前記入力間のオフセット電圧を調整するための第２の信号を生成し、該第２の信号を提供するために前記差動増幅器の一方の前記入力に接続されている出力を有する調整部と、
を備える、
光受信器。
【請求項２】
前記制御部は、
前記分散信号および前記距離信号を受けて、前記分散信号に応じた分散ディジタル信号および前記距離信号に応じた距離ディジタル信号を生成するインターフェース部と、
前記強度信号に応じた強度ディジタル信号を生成するアナログディジタル変換器と、
前記インターフェース部および前記アナログディジタル変換器に接続されており、分散値、伝送距離値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、前記分散ディジタル信号、前記距離ディジタル信号および前記強度ディジタル信号に対応した第１のディジタル信号を提供する第１の記憶部と、
前記第１の記憶部に接続されており、前記第１のディジタル信号に応じて前記第１の信号を生成する第１のディジタルアナログ変換器と、
を有する、
請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記制御部は、
前記光信号の伝送レートに対応する伝送レート信号、前記分散信号および前記距離信号を受けて、該伝送レート信号に応じた伝送レートディジタル信号、前記分散信号に応じた分散ディジタル信号、および、前記距離信号に応じた距離ディジタル信号を生成するインターフェース部と、
前記強度信号に応じた強度ディジタル信号を生成するアナログディジタル変換器と、
前記インターフェース部および前記アナログディジタル変換器に接続されており、分散値、伝送距離値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、前記分散ディジタル信号、前記距離ディジタル信号および前記強度ディジタル信号に対応した第１のディジタル信号を提供する第１の記憶部と、
前記インターフェース部および前記アナログディジタル変換器に接続されており、伝送レート値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、前記伝送レートディジタル信号および前記強度ディジタル信号に対応した第２のディジタル信号を提供する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部に接続されており、前記第１のディジタル信号に応じて前記第１の信号を生成する第１のディジタルアナログ変換器と、
前記第２の記憶部に接続されており、前記第２のディジタル信号に応じて第３の信号を生成する第２のディジタルアナログ変換器と、
を有し、
前記半導体受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
前記電源は、前記第３の信号に応じて前記アバランシェフォトダイオードに供給するバイアス電圧値を変更する、
請求項１に記載の光受信器。
【請求項４】
感温素子を含み、前記半導体受光素子の温度に応じた温度信号を生成する温度センサを更に備え、
前記温度信号は、ディジタル値を示す温度ディジタル信号であり、
前記制御部は、
前記光信号の伝送レートに対応する伝送レート信号、前記分散信号および前記距離信号を受けて、該伝送レート信号に応じた伝送レートディジタル信号、前記分散信号に応じた分散ディジタル信号、および、前記距離信号に応じた距離ディジタル信号を生成するインターフェース部と、
前記強度信号に応じた強度ディジタル信号を生成するアナログディジタル変換器と、
前記インターフェース部および前記アナログディジタル変換器に接続されており、分散値、伝送距離値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、前記分散ディジタル信号、前記距離ディジタル信号および前記強度ディジタル信号に対応した第１のディジタル信号を提供する第１の記憶部と、
前記温度センサ、前記インターフェース部および前記アナログディジタル変換器に接続されており、温度値、伝送レート値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、前記温度ディジタル信号、前記伝送レートディジタル信号および前記強度ディジタル信号に対応した第２のディジタル信号を提供する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部に接続されており、前記第１のディジタル信号に応じて前記第１の信号を生成する第１のディジタルアナログ変換器と、
前記第２の記憶部に接続されており、前記第２のディジタル信号に応じて第３の信号を生成する第２のディジタルアナログ変換器と、
を有し、
前記半導体受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、
前記電源は、前記第３の信号に応じて前記アバランシェフォトダイオードに供給するバイアス電圧値を変更する、
請求項１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】
光受信器は、ＰＩＮ型フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）といった受光素子によって受信した光信号を電気信号に変換し、この電気信号を参照電圧と比較することによって電気信号を識別する。このような光受信器では、光信号波形が歪んでいる場合、電気信号波形のクロスポイントが参照電圧値からずれてしまい、受信感度が低下してしまう。
【０００３】
特許文献１に記載の光受信器は、緩和振動などによって光送信器からの光信号波形にオーバーシュートが生じても、すなわち光信号波形が歪んでも、識別のためのしきい値（参照電圧）を変更することによって受信感度の低下を低減している。
【０００４】
また、特許文献２に記載の光受信器は、光送信器のレーザ光源の発光側がぼやける特性によって光信号波形に歪が生じても、識別器に入力される信号波形のクロスポイントを変更することによって受信感度の低下を低減している。
【特許文献１】特開平１１−３４６１９４号公報
【特許文献２】特開２０００−１３４１６０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、特許文献１に記載の光受信器は、受信感度の低下を低減するための対策の一つとしてＡＧＣ回路を用いているので、光受信器自身が大きなってしまう。また、消費電力が大きい。
【０００６】
また、長距離光通信の場合、光信号波形の歪の主要因は、光送信器の特性ではなく、光伝送路の分散である。特許文献１および２に記載の光受信器は、受信感度の低下を低減するために光入力強度を検出しているが、それだけでは光伝送路の分散に起因する光信号波形歪による受信感度の低下を低減することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、光伝送路の分散に起因する光信号波形歪による受信感度の低下を低減することができ、かつ、ＡＧＣ回路を用いることなく光入力強度の変化による受信感度の低下を低減することができる光受信器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光受信器は、光信号を受けるための光受信器であって、受光部と、識別部と、検出部と、制御部と、調整部とを備える。受光部は、光信号を受ける半導体受光素子からの光電流に応じて一対の相補信号を発生し、該一対の相補信号を提供するための一対の出力を有する。識別部は、受光部の一対の出力にそれぞれ容量素子を介して接続された一対の入力を持つ差動増幅器を有する。検出部は、半導体受光素子のための電源と受光部との間に接続されており、光電流に応じた強度信号を発生する。制御部は、光信号を伝播するための光伝送路の分散に対応する分散信号、該光伝送路の距離に対応する距離信号、および強度信号に応じて、第１の信号を生成する。調整部は、第１の信号に応じて差動増幅器の入力間のオフセット電圧を調整するための第２の信号を生成し、該第２の信号を提供するために差動増幅器の一方の入力に接続されている出力を有する。
【０００９】
この光受信器では、制御部が、分散信号および距離信号、並びに強度信号に応じて第１の信号を生成し、調整部が、第１の信号に応じて第２の信号を調整する。この第２の信号に応じて、識別部の差動増幅器の入力間のオフセット電圧が調整されるので、一対の相補信号波形のクロスポイントが変更される。識別部は差動増幅器から構成されているので、この相補信号波形のクロスポイントにおいて相補信号の識別を行っている。したがって、この光受信器によれば、光伝送路の分散および伝送距離によって光信号波形に歪が生じていても、この光伝送路の分散および伝送距離に応じて一対の相補信号波形のクロスポイントが変更され、その結果、識別レベルが変更される。また、この光受信器によれば、光信号強度の変化に応じて一対の相補信号波形のクロスポイントが変更され、その結果、識別レベルが変更される。
【００１０】
制御部は、分散信号および距離信号を受けて、分散信号に応じた分散ディジタル信号および距離信号に応じた距離ディジタル信号を生成するインターフェース部と、強度信号に応じた強度ディジタル信号を生成するアナログディジタル変換器と、インターフェース部およびアナログディジタル変換器に接続されており、分散値、伝送距離値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、分散ディジタル信号、距離ディジタル信号および強度ディジタル信号に対応した第１のディジタル信号を提供する第１の記憶部と、第１の記憶部に接続されており、第１のディジタル信号に応じて第１の信号を生成する第１のディジタルアナログ変換器とを有していることが好ましい。
【００１１】
また、制御部は、光信号の伝送レートに対応する伝送レート信号、分散信号および距離信号を受けて、該伝送レート信号に応じた伝送レートディジタル信号、分散信号に応じた分散ディジタル信号、および、距離信号に応じた距離ディジタル信号を生成するインターフェース部と、強度信号に応じた強度ディジタル信号を生成するアナログディジタル変換器と、インターフェース部およびアナログディジタル変換器に接続されており、分散値、伝送距離値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、分散ディジタル信号、距離ディジタル信号および強度ディジタル信号に対応した第１のディジタル信号を提供する第１の記憶部と、インターフェース部およびアナログディジタル変換器に接続されており、伝送レート値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、伝送レートディジタル信号および強度ディジタル信号に対応した第２のディジタル信号を提供する第２の記憶部と、第１の記憶部に接続されており、第１のディジタル信号に応じて第１の信号を生成する第１のディジタルアナログ変換器と、第２の記憶部に接続されており、第２のディジタル信号に応じて第３の信号を生成する第２のディジタルアナログ変換器とを有していてもよい。このとき、半導体受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、電源は、第３の信号に応じてアバランシェフォトダイオードに供給するバイアス電圧値を変更する。
【００１２】
光信号の伝送レートが低くなると、光信号波形および識別部が受けるデータ波形の位相余裕が大きくなるので、受信感度が上昇し、光受信器は必要以上の受信感度を得ることとなる。そこで、この光受信器では、伝送レート信号に応じてアバランシェフォトダイオードのバイアス電圧、すなわち増倍率が変更されるので、光信号の伝送レートに対して受信感度をほぼ一定に保つように、光信号の伝送レートが低下したときにはアバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を低下させることができる。したがって、この光受信器によれば、光信号の伝送レートが低いときに、消費電力を低減することができる。
【００１３】
また、この光受信器では、強度信号に応じてアバランシェフォトダイオードのバイアス電圧、すなわち増倍率が変更されるので、信号光の強度が上昇したときにはアバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を低下することができる。したがって、この光受信器によれば、信号光の強度が高いときに、消費電力を低減することができる。
【００１４】
また、本発明の光受信器は、感温素子を含み、半導体受光素子の温度に応じた温度信号を生成する温度センサを更に備えており、温度信号は、ディジタル値を示す温度ディジタル信号であってもよい。また、制御部は、光信号の伝送レートに対応する伝送レート信号、分散信号および距離信号を受けて、該伝送レート信号に応じた伝送レートディジタル信号、分散信号に応じた分散ディジタル信号、および、距離信号に応じた距離ディジタル信号を生成するインターフェース部と、強度信号に応じた強度ディジタル信号を生成するアナログディジタル変換器と、インターフェース部およびアナログディジタル変換器に接続されており、分散値、伝送距離値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、分散ディジタル信号、距離ディジタル信号および強度ディジタル信号に対応した第１のディジタル信号を提供する第１の記憶部と、温度センサ、インターフェース部およびアナログディジタル変換器に接続されており、温度値、伝送レート値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられた複数の値を記憶しており、温度ディジタル信号、伝送レートディジタル信号および強度ディジタル信号に対応した第２のディジタル信号を提供する第２の記憶部と、第１の記憶部に接続されており、第１のディジタル信号に応じて第１の信号を生成する第１のディジタルアナログ変換器と、第２の記憶部に接続されており、第２のディジタル信号に応じて第３の信号を生成する第２のディジタルアナログ変換器とを有していてもよい。このとき、半導体受光素子はアバランシェフォトダイオードであり、電源は、第３の信号に応じてアバランシェフォトダイオードに供給するバイアス電圧値を変更する。
【００１５】
この光受信器によれば、上記の光受信器の利点に加えて、温度信号に応じてアバランシェフォトダイオードのバイアス電圧、すなわち増倍率が変更されるので、アバランシェフォトダイオードの温度が変動しても、受信感度が最小となるようにアバランシェフォトダイオードの増倍率が補正される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光伝送路の分散に起因する光信号波形歪による受信感度の低下を低減することができ、かつ、ＡＧＣ回路を用いることなく光入力強度の変化による受信感度の低下を低減することができる光受信器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光受信器の構成を示す回路図である。光受信器１０は、電源１２、受光部１４、検出部１６、制御部１８、調整部２０、識別部２２、および、容量素子２４、２４ｘを備えている。
【００１９】
電源１２は、出力１２ｏに直流電圧を生成する。この出力１２ｏは、検出部１６を介して受光部１４内の半導体受光素子３０のカソードに接続されている。半導体受光素子３０は、本実施の形態ではアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）である。電源１２は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータであり、受光部１４内のＡＰＤ３０にバイアス電圧を供給する。
【００２０】
受光部１４は、光信号を受けて、この光信号に応じて、一対の相補電圧信号をそれぞれ出力１４ａ、１４ｂに発生する。そのために、受光部１４は、ＡＰＤ３０と、トランスインピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡという）３２と、増幅器３４とを有する。ＡＰＤ３０は、光信号を受けるとこの光信号に応じた光電流を生成する。ＡＰＤ３０のアノードはＴＩＡ３２の入力に接続されている。ＴＩＡ３２は、ＯＰアンプ３５と、ＯＰアンプ３５の入力と出力との間に接続された抵抗３６とを有しており、光電流を電圧に変換する。ＴＩＡ３２の出力は増幅器３４の入力に接続されており、ＴＩＡ３２の出力電圧は増幅器３４によって増幅される。増幅器３４は、一対の出力を有しており、一対の相補電圧信号を出力する。増幅器３４の一対の出力は、それぞれ受光部１４の出力１４ａ、１４ｂに接続されている。
【００２１】
これらの電源１２と受光部１４との間には、検出部１６が設けられている。検出部１６は、ＡＰＤ３０によって生成された光電流の大きさ（例えば、平均値）を検出し、この光電流の大きさに応じた強度信号Ｓｉを生成する。そのために、検出部１６は、カレントミラー回路と検出抵抗４２とを有する。カレントミラー回路は、ｐｎｐトランジスタ４０、４１を含んでいる。トランジスタ４０は電源１２と受光部１４との間に設けられている。トランジスタ４０のエミッタは、電源１２の出力１２ｏに接続されており、トランジスタ４０のコレクタは、ＡＰＤ３０のカソードに接続されている。トランジスタ４０のベースは、トランジスタ４０のコレクタとトランジスタ４１のベースの双方に接続されている。トランジスタ４１のエミッタは、電源１２の出力１２ｏに接続されており、トランジスタ４１のコレクタは検出抵抗４２の一端に接続されている。検出抵抗４２の他端は電源ライン（例えば、接地ライン）４４に接続されている。
【００２２】
トランジスタ４０に光電流が流れると、光電流に応じたミラー電流がトランジスタ４１を流れる。このミラー電流が検出抵抗４２を流れると、検出抵抗４２の両端に電圧差が生じ、ミラー電流に応じた強度信号Ｓｉが検出抵抗４２の一端に生成される。したがって、強度信号Ｓｉは信号光の強度に応じたレベルの信号である。検出抵抗４２の一端は制御部１８に接続されている。
【００２３】
制御部１８は、検出部１６からの強度信号Ｓｉに加えて、分散信号Ｓｄおよび距離信号Ｓｌを受けて、これら強度信号Ｓｉ、分散信号Ｓｄおよび距離信号Ｓｌに応じて第１の信号Ｓ１を生成する。分散信号Ｓｄは、光信号が伝播してきた光伝送路の分散量を表す信号であり、例えば、光受信器敷設時に明らかとなる光伝送路の単位長あたりの分散量に対応した信号である。距離信号Ｓｌは、光信号の伝播距離を表す信号であり、例えば、この光伝送路の全長に対応した信号である。これら分散信号Ｓｄおよび距離信号Ｓｌは、例えば、光受信器設置時に任意の値に設定され、ホスト装置から入力される。なお、光伝送路は、例えば光ファイバである。
【００２４】
具体的には、制御部１８は、アナログ／ディジタル変換器（以下、ＡＤＣという）５０と、インターフェース部５２と、第１の記憶部５４と、第１のディジタル／アナログ変換器（以下、ＤＡＣという）５６とを有する。
【００２５】
ＡＤＣ５０の入力には、検出部１６からの強度信号Ｓｉが入力され、強度信号Ｓｉのレベルに応じた強度ディジタル信号Ｄｉを生成する。ＡＤＣ５０の出力は、第１の記憶部５４に接続されている。
【００２６】
インターフェース部５２は、ホスト装置から分散信号Ｓｄおよび距離信号Ｓｌを受けて、分散信号Ｓｄに応じた分散ディジタル信号Ｄｄおよび距離信号Ｓｌに応じた距離ディジタル信号Ｄｌを生成する。インターフェース部５２の出力は、第１の記憶部５４に接続されている。
【００２７】
第１の記憶部５４は、強度ディジタル信号Ｄｉ、分散ディジタル信号Ｄｄ、および、距離ディジタル信号Ｄｌに応答して第１のディジタル信号Ｄ１を出力する。そのために、第１の記憶部５４は、受信感度が最小となるように、識別部２２に入力される相補電圧信号波形のクロスポイントを変更するための複数の値を第１のルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」という）として記憶している。これらの値は、分散値、伝送距離値および信号光強度値からなる複数の組の各々に対応付けられている。すなわち、これらの値は、第１のディジタル信号Ｄ１の値に対応しており、また、強度ディジタル信号Ｄｉの値、分散ディジタル信号Ｄｄの値および距離ディジタル信号Ｄｌの値に対応付けて第１の記憶部５４に格納されている。
【００２８】
図２は、第１のＬＵＴの一例を示す図である。例えば、距離ディジタル信号Ｄｌの値がＤｌ２であり、分散ディジタル信号Ｄｄの値がＤｄ３であり、強度ディジタル信号Ｄｉの値がＤｉ２であれば、第１のディジタル信号Ｄ１は一つの値Ｄ１２３２に定まる。このような第１のＬＵＴは、例えば、予め測定された実験結果から設定されてもよいし、出荷時に個々に測定された結果から設定されてもよい。また、第１のＬＵＴは、例えばシミュレーション結果から設定されてもよい。第１のＬＵＴの設定方法の詳細は後述する。
【００２９】
第１の記憶部５４は第１のＤＡＣ５６の入力に接続されており、第１のＤＡＣ５６の入力には、第１のディジタル信号Ｄ１が入力されている。第１のＤＡＣ５６は、第１のディジタル信号Ｄ１に応じたレベルの第１の信号Ｓ１を生成する。第１のＤＡＣ５６の出力は、調整部２０に接続されている。
【００３０】
調整部２０は、第１の信号に応じて、識別部２２の入力間のオフセット電圧を調整するための第２の信号を出力２０ｏに発生する。そのために、調整部２０は、第１の増幅器６０と、第２の増幅器６１と、抵抗６２、６３、６４、６５、６６とを有する。第１の増幅器６０の第１の入力（例えば、プラス入力）は、抵抗６２を介して識別部２２のノードＮ１に接続されている。また、第１の増幅器６０の第１の入力には、抵抗６３を介して基準電圧Ｖｒｅｆが入力されている。第１の増幅器６０の第２の入力（例えば、マイナス入力）は、抵抗６４を介してノードＮ２に接続されている。第１の増幅器６０の第２の入力と出力との間には、抵抗６５が接続されている。第１の増幅器６０の出力は、第２の増幅器６１の第２の入力（例えば、マイナス入力）に接続されている。第２の増幅器６１の第１の入力（例えば、プラス入力）には、第１の信号Ｓ１が入力されており、第２の増幅器の出力は、抵抗６６を介してノードＮ２に接続されている。
【００３１】
このようにして、調整部２０は、ノードＮ１に基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。また、第１の増幅器６０はノードＮ１とノードＮ２との電圧の差分を増幅し、第２の増幅器６１は第１の増幅器６０の出力電圧に第１の信号Ｓ１を加えて第２の信号Ｓ２を生成する。この第２の信号Ｓ２はノードＮ２にフィードバックされる。このようにして、調整部２０は、ノードＮ２に第２の信号Ｓ２のレベルに応じた直流電圧を供給する。
【００３２】
例えば、第１の信号Ｓ１の値が基準電圧Ｖｒｅｆの値と等しければ、識別部２２のノードＮ１の直流電圧値とノードＮ２の直流電圧値とが等しくなり、第１の信号Ｓ１の値が基準電圧Ｖｒｅｆの値と異なれば、識別部２２のノードＮ１の直流電圧値とノードＮ２の直流電圧値とに電位差が生じる。
【００３３】
識別部２２の入力２２ａは、容量素子２４を介して受光部１４の出力１４ａに接続されており、識別部２２の入力２２ｂは、容量素子２４ｘを介して受光部１４の出力１４ｂに接続されている。このようにして、識別部２２は、受光部１４から相補電圧信号の高周波成分、すなわち相補データ信号を受ける。識別部２２は、相補データ信号を互いに比較することによって相補データ信号に含まれるデータを識別する。そのために、識別部２２は、第１のリミッタアンプ７０と、第２のリミッタアンプ７１と、容量素子７２と、抵抗７３，７４，７５，７６とを有する。
【００３４】
第１のリミッタアンプ７０は、差動増幅回路を構成する。第１のリミッタアンプ７０の第１の入力は容量素子２４に接続されており、第１のリミッタアンプ７０の第２の入力は容量素子２４ｘに接続されている。このようにして、第１のリミッタアンプ７０は相補データ信号を受ける。また、第１のリミッタアンプ７０の第１の入力は抵抗７３を介してノードＮ１に接続されており、第１のリミッタアンプ７０の第２の入力は抵抗７４を介してノードＮ２に接続されている。ノードＮ１とノードＮ２との間には、容量素子７２が接続されている。このようにして、第１のリミッタアンプ７０の入力にバイアス電圧が供給される。また、第２の信号Ｓ２に応じて、第１のリミッタアンプ７０の入力間にオフセット電圧が発生する。
【００３５】
第１のリミッタアンプ７０の正相出力は抵抗７６を介してノードＮ２に接続されており、第１のリミッタアンプ７０の相補出力は抵抗７５を介してノードＮ１に接続されている。このようにして、第１のリミッタアンプ７０の出力は、第１のリミッタアンプ７０の入力に帰還されている。
【００３６】
第１のリミッタアンプ７０は、高利得を有するので、相補データ信号のハイレベルとローレベルとの中心レベル付近を選択的に増幅して出力する。また、第１のリミッタアンプ７０は、高利得を有することによってコンパレータとして機能することができるので、相補データ信号に含まれるデータを識別することができる。具体的には、第１のリミッタアンプ７０は、相補データ信号が交差する点、すなわち相補データ信号波形のクロスポイントにおいてデータの反転を検出することによって、データを識別する。このように、第１のリミッタアンプ７０では、相補データ信号波形のクロスポイントのレベルが識別レベルとなる。したがって、第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧が調整されると、相補データ信号波形のクロスポイントのレベルが変更されるので、識別レベルが変更されることとなる。
【００３７】
第１のリミッタアンプ７０の正相出力は、第２のリミッタアンプ７１の第１の入力に接続されており、第１のリミッタアンプ７０の相補出力は、第２のリミッタアンプ７１の第２の入力に接続されている。第２のリミッタアンプ７１は、差動増幅回路を構成しており、第１のリミッタアンプ７０の出力信号を更に増幅する。
【００３８】
次に、図２に示される第１のＬＵＴの設定方法の一例を詳細に説明する。まず、第１のＤＡＣ５６と増幅器６１との接続、および、ＡＤＣ５０と第１の記憶部５４との接続を切り離す。次に、本実施の形態の光受信器１０と標準光送信器とを接続する光伝送路の伝送距離および分散量、並びに標準光送信器の出力信号光の強度を設定する。この伝送距離を距離信号Ｓｌの値とし、この分散量から求められる単位長あたりの分散量を分散信号Ｓｄの値とする。次に、第２の増幅器６１の第１の入力に電圧を入力し、この電圧を変化させて、本実施の形態の光受信器１０の受信感度が最小となる電圧を測定する。この電圧を第１の信号Ｓ１の値とする。このようにして求められた第１の信号Ｓ１、分散信号Ｓｄ、および、距離信号Ｓｌから、第１のＤＡＣ５６およびインターフェース部５２を考慮して、第１のディジタル信号Ｄ１、分散ディジタル信号Ｄｄ、および、距離ディジタル信号Ｄｌを求める。また、ＡＤＣ５０の出力を強度ディジタル信号Ｄｉとする。
【００３９】
次に、光伝送路の伝送距離および分散量、並びに標準光送信器の出力信号光の強度のうちいずれか一つを変更して、同様に、第１のディジタル信号Ｄ１、強度ディジタル信号Ｄｉ、分散ディジタル信号Ｄｄ、および、距離ディジタル信号Ｄｌを求める。この測定を繰り返すことによって、図２に示されるような第１のＬＵＴが設定される。
【００４０】
なお、光伝送路の分散量の変化範囲が０ｐｓ／ｎｍ〜２７００ｐｓ／ｎｍ程度であるなら、第１の信号Ｓ１の値の変化間隔は０．１Ｖ程度で十分である。
【００４１】
次に、光受信器１０の動作を説明する。電源１２によってＡＰＤ３０にバイアス電圧が供給されているときに、ＡＰＤ３０が光信号を受信すると、光信号に応じた光電流が生成され、この光電流が電圧に変換されて、一対の相補電圧信号が生成される。識別部２２は、容量素子２４、２４ｘを介して、これら相補電圧信号の高周波成分、すなわち相補データ信号を受ける。
【００４２】
また、検出部１６によって、光電流の大きさに応じた、すなわち信号光の強度に応じた強度信号Ｓｉが生成され、この強度信号Ｓｉがディジタル信号に変換されて強度ディジタル信号Ｄｉが生成される。また、インターフェース部５２によって、ホスト装置から分散信号Ｓｄおよび距離信号Ｓｌを受けて、分散信号Ｓｄに応じた分散ディジタル信号Ｄｄおよび距離信号Ｓｌに応じた距離ディジタル信号Ｄｌが生成される。
【００４３】
これら強度ディジタル信号Ｄｉの値、分散ディジタル信号Ｄｄの値、および、距離ディジタル信号Ｄｌの値に対応した第１のディジタル信号Ｄ１が記憶部５４の第１のＬＵＴから読み出され、第１のディジタル信号Ｄ１がアナログ信号に変換されて第１の信号Ｓ１が生成される。
【００４４】
第１の信号Ｓ１に応じて第２の信号Ｓ２が生成され、基準電圧Ｖｒｅｆと第２の信号Ｓ２とに応じて識別部２２内の第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧が調整される。これによって、相補データ信号波形のクロスポイントのレベルが変更され、その結果、相補データ信号のための識別レベルが変更される。識別部２２内の第１のリミッタアンプ７０は、変更された相補データ信号波形のクロスポイントにおいて、すなわち変更された識別レベルにおいて、相補データ信号に含まれるデータを識別する。
【００４５】
ここで、光受信器が受信する光信号の波形は、光伝送路の分散によって歪んでおり、通信距離が長いほど光信号波形の歪の度合いが大きい。図３（ａ）は、光送信器の出力光信号のアイパターンの一例を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す光信号が光伝送路を伝送した後のアイパターンの一例を示す図である。図３（ｂ）に示す例では、光伝送路の分散によって、光信号波形の立ち上がりが急峻になり、光信号波形の立ち下がりが緩やかになっている。その結果、光信号のアイパターンのクロスポイントがローレベル側に移動していることがわかる。そのために、識別部に入力される相補データ信号波形のクロスポイントがローレベル側に移動する。
【００４６】
本実施の形態の識別部２２は、高利得を有するリミッタアンプで構成されているので、識別レベルであるクロスポイントのレベルがハイレベルとローレベルとの中心レベルからずれると、受信感度が低下してしまう。
【００４７】
しかしながら、本実施の形態の光受信器１０によれば、分散信号Ｓｄおよび距離信号Ｓｌに応じて、すなわち光伝送路の分散量および伝送距離に応じて、受信感度が最小となるように識別部２２内の第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧が調整されるので、相補データ信号のクロスポイント、すなわち、識別レベルがハイレベルとローレベルとの中心レベル付近に変更される。このように、本実施の形態の光受信器１０によれば、光伝送路の分散量および伝送距離に応じて識別レベルが補正されるので、受信感度の低下が低減される。
【００４８】
また、光信号に歪みが生じている場合、信号光の強度が変化すると信号振幅が変化するので、光信号波形のクロスポイントのレベルが変動する。しかしながら、本発明の光受信器１０によれば、強度信号Ｓｉに応じて、すなわち信号光の強度に応じて、受信感度が最小となるように識別部２２内の第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧が調整されるので、相補データ信号のクロスポイント、すなわち、識別レベルがハイレベルとローレベルとの中心レベル付近に変更される。このように、本実施の形態の光受信器１０によれば、信号光の強度に応じて識別レベルが補正されるので、受信感度の低下が低減される。
【００４９】
なお、相補データ信号のハイレベルおよびローレベルに重畳される雑音の非対称性の影響によって、適切な識別レベルがハイレベルとローレベルとの中心レベル付近からずれることがあるが、雑音の非対称性の影響が小さい場合、識別部２２内の第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧と光信号の信号振幅との比率を固定にしてもよい。すなわち、雑音の非対称性の影響が小さい場合、上記のように、信号光の強度に応じて識別レベルを補正する程度で十分である。
【００５０】
図４は、伝送距離に対する受信感度のシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、この伝送距離に応じて分散量も変化しており、光送信器からの出力信号光の強度は一定である。識別部２２内の第１のリミッタアンプ７０の入力データ信号のローレベルを０％とし、ハイレベルを１００％とした場合、曲線８０は第１のリミッタアンプ７０のスライスレベルを５０％とした場合の受信感度特性であり、曲線８１は第１のリミッタアンプ７０のスライスレベルを４５％とした場合の受信感度特性である。また、曲線８２は第１のリミッタアンプ７０のスライスレベルを４０％とした場合の受信感度特性である。なお、スライスレベルとは、第１のリミッタアンプ７０が選択的に増幅する入力データ信号振幅範囲の中心レベルである。
【００５１】
すなわち、曲線８０は第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧を入力データ信号振幅の０％としたときの受信感度特性であり、曲線８１は第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧を入力データ信号振幅の１０％としたときの受信感度特性である。また、曲線８２は第１のリミッタアンプ７０の入力間のオフセット電圧を入力データ信号振幅の２０％としたときの受信感度特性である。
【００５２】
このように、伝送距離（および光伝送路の分散量）に応じて、受信感度が最小となるスライスレベルがローレベル側にシフトすることがわかる。したがって、伝送距離（および光伝送路の分散量）に応じて、ローレベル側にずれたスライスレベルを、すなわち相補データ信号波形のクロスポイントをデータ信号波形の中心に変更することによって、その伝送距離（および光伝送路の分散量）における受信感度の低下を低減できることがわかる。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態の光受信器によれば、ＡＧＣ回路を用いることなく、光入力強度および光伝送路の分散に起因する波形歪みによる受信感度の低下を低減することができる。故に、本実施の形態の光受信器によれば、小型化や低消費電力化が可能である。
【００５４】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光受信器の構成を示す回路図である。光受信器１０ａは、制御部１８に代えて制御部１８ａを備える構成において、第１の実施の形態の光受信器１０と異なっている。また、光受信器１０ａは、温度センサ２６を更に備える構成においても、光受信器１０と異なっている。光受信器１０ａのその他の構成は、光受信器１０と同様である。
【００５５】
温度センサ２６は、例えばサーミスタといった感温素子を含んでおり、ＡＰＤ３０の表面温度、または周囲温度をモニタする。温度センサ２６は、ＡＰＤ３０の表面温度、または周囲温度に応じたレベルの温度ディジタル信号Ｄｔを生成する。温度センサ２６は、この温度ディジタル信号Ｄｔを制御部１８ａへ出力する。
【００５６】
制御部１８ａは、インターフェース部５２に代えてインターフェース部５２ａを有している点において制御部１８と異なっている。また、制御部１８ａは、第２の記憶部５８と第２のディジタル／アナログ変換器（以下、ＤＡＣという）５９とを更に備えている点において制御部１８と異なっている。制御部１８ａのその他の構成は、制御部１８と同様である。
【００５７】
インターフェース部５２ａは、ホスト装置から分散信号Ｓｄおよび距離信号Ｓｌ、並びに伝送レート信号Ｓｒを受けて、分散信号Ｓｄに応じた分散ディジタル信号Ｄｄおよび距離信号Ｓｌに応じた距離ディジタル信号Ｄｌ、並びに伝送レート信号Ｓｒに応じた伝送レートディジタル信号Ｄｒを生成する。この伝送レート信号Ｓｒは、光信号のデータビットレートに応じて変化する信号である。インターフェース部５２の出力は、第１の記憶部５４および第２の記憶部５８に接続されている。インターフェース部５２は、第１の記憶部５４へ分散ディジタル信号Ｄｄおよび距離ディジタル信号Ｄｌを出力し、第２の記憶部５８へ伝送レートディジタル信号Ｄｒを出力する。
【００５８】
第２の記憶部５８は、ＡＤＣ５０および温度センサ２６にも接続されており、強度ディジタル信号Ｄｉおよび温度ディジタル信号Ｄｔも入力されている。第２の記憶部５８は、伝送レートディジタル信号Ｄｒ、強度ディジタル信号Ｄｉおよび温度ディジタル信号Ｄｔに応答して第２のディジタル信号Ｄ２を出力する。そのために、第２の記憶部５８は、ＡＰＤ３０のバイアス電圧を変更するための複数の値を第２のルックアップテーブル（以下、「ＬＵＴ」という）として記憶している。これらの値は、伝送レート値、信号光強度値および温度値からなる複数の組の各々に対応付けられている。すなわち、これらの値は、第２のディジタル信号Ｄ２の値に対応しており、また、伝送レートディジタル信号Ｄｒの値、強度ディジタル信号Ｄｉの値および温度ディジタル信号Ｄｔの値に対応付けて第２の記憶部５８に格納されている。
【００５９】
図６は、第２のＬＵＴの一例を示す図である。例えば、温度ディジタル信号Ｄｔの値がＤｔ1であり、伝送レートディジタル信号Ｄｒの値がＤｒ２であり、強度ディジタル信号Ｄｉの値がＤｉ２であれば、第２のディジタル信号Ｄ２は一つの値Ｄ２１２２に定まる。
【００６０】
第２のディジタル信号Ｄ２は、伝送レートが低下してもほぼ一定の受信感度となるような信号である。また、第２のディジタル信号Ｄ２は、信号光の強度が小さい最小受信レベル時に、受信感度が最小となるようにＡＰＤ３０の増倍率を設定するための信号であり、信号光の強度の上昇に伴ってＡＰＤ３０の増倍率を低下させる信号である。また、第２のディジタル信号Ｄ２は、信号光の強度が小さい最小受信レベル時に、ＡＰＤ３０の温度が変化しても、受信感度が最小となるようにＡＰＤ３０の増倍率を設定するための信号である。
【００６１】
ここで、ＡＰＤの増倍率Ｍは、
Ｍ＝１／（１−（ＶＡＰＤ／ＶＢ）ｎ）
ＶＢ＝ＶＢ０×（１＋ΔＴ×β）
ＶＡＰＤ：バイアス電圧
ＶＢ：降伏電圧
ＶＢ０：ダイオードに依存する定数
ｎ：ダイオードに依存する定数
β：温度係数（０．１％／℃〜０．３％／℃程度）
で表される。このように、ＡＰＤの増倍率Ｍは、ＡＰＤの温度ΔＴに依存する。したがって、信号光の強度が小さい最小受信レベル時に、受信感度が最小となるようにＡＰＤ３０の増倍率Ｍを得るためには、温度ΔＴの変化に応じてバイアス電圧ＶＡＰＤを変更する必要がある。
【００６２】
なお、このような第２のＬＵＴは、例えば、予め測定された実験結果から設定されてもよいし、出荷時に個々に測定された結果から設定されてもよい。また、第２のＬＵＴは、例えばシミュレーション結果から設定されてもよい。
【００６３】
第２の記憶部５８は第２のＤＡＣ５９の入力に接続されており、第２のＤＡＣ５９の入力には、第２のディジタル信号Ｄ２が入力されている。第２のＤＡＣ５９は、第２のディジタル信号Ｄ２に応じたレベルの第３の信号Ｓ３を生成する。第２のＤＡＣ５９の出力は、電源１２の制御端子１２ｉに接続されている。
【００６４】
電源１２は、この第３の信号Ｓ３のレベルに応じて、出力電圧の大きさを変更する。すなわち、ＡＰＤ３０のバイアス電圧が、伝送レート、信号光強度およびＡＰＤ３０の温度に応じて変更される。
【００６５】
図７は、信号光強度に対する誤り率のシミュレーション結果の一例を示す図である。曲線８５は、光信号の伝送レートが２．４８ＧＨｚのときの光受信器の誤り率特性であり、曲線８６は、光信号の伝送レートが６２２ＭＨｚのときの光受信器の誤り率特性である。また、曲線８７は、光信号の伝送レートが１５５ＭＨｚのときの光受信器の誤り率特性である。このように、光信号の伝送レートが低くなると、光信号波形および識別部２２が受けるデータ信号波形の位相余裕が大きくなるので、受信感度が上昇し、光受信器は必要以上の受信感度を得ることとなる。
【００６６】
本実施の形態の光受信器では、伝送レート信号Ｓｒに応じてＡＰＤ３０のバイアス電圧、すなわち増倍率が変更されるので、光信号の伝送レートに対して受信感度をほぼ一定に保つように、光信号の伝送レートが低下したときにＡＰＤ３０のバイアス電圧を低下させることができる。したがって、本実施の形態の光受信器によれば、第１の実施の形態の光受信器の利点に加えて、光信号の伝送レートが低いときに消費電力を低減することができる。
【００６７】
図８は、信号光の強度に対する消費電流のシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図８に示す結果は、消費電流が大きい高温時の特性である。曲線９０は、伝送レート２．５Ｇｂｐｓの光信号を受信したときの消費電流特性である。また、曲線９１は、伝送レート１５５Ｍｂｐｓの光信号を受信したときの消費電流特性であって、その受信感度が伝送レート２．５Ｇｂｐｓの光信号を受信したときの受信感度と同程度となるように、ＡＰＤ３０のバイアス電圧を低下したときの特性である。図８によれば、消費電流が大きい最大信号光強度−５ｄＢｍにおいて、消費電流が約６ｍＡ削減されていることがわかる。
【００６８】
また、本実施の形態の光受信器では、強度信号Ｓｉに応じてＡＰＤ３０のバイアス電圧、すなわち増倍率が変更されるので、信号光の強度が上昇したときにはアバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を低下することができる。したがって、本実施の形態の光受信器によれば、信号光の強度が高いときに消費電力を低減することができる。
【００６９】
また、本実施の形態の光受信器によれば、温度ディジタル信号Ｄｔに応じてＡＰＤ３０のバイアス電圧、すなわち増倍率が変更されるので、ＡＰＤ３０の温度が変動しても、受信感度が最小になるようにＡＰＤ３０の増倍率が補正される。特に、本実施の形態の光受信器では、信号光の強度が低いときに、ＡＰＤ３０の温度が変動しても、受信感度が最小となるようにＡＰＤ３０の増倍率が補正されるという利点を有している。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した本実施の形態に限定されることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光受信器の構成を示す回路図である。
【図２】第１のＬＵＴの一例を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、光送信器の出力光信号のアイパターンの一例を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す光信号が光伝送路を伝送した後のアイパターンの一例を示す図である。
【図４】伝送距離に対する受信感度のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る光受信器の構成を示す回路図である。
【図６】第２のＬＵＴの一例を示す図である。
【図７】信号光強度に対する誤り率のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】信号光強度に対する消費電流のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０…光受信器、１２…電源、１４…受光部、１６…検出部、１８…制御部、２０…調整部、２２…識別部、２４、２４ｘ…容量素子、３０…半導体受光素子（アバランシェフォトダイオード：ＡＰＤ）、３２…トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、５０…アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）、５２…インターフェース部、５４…第１の記憶部、５６…第１のディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）、７０、７１…リミッタアンプ、Ｓ１…第１の信号、Ｓ２…第２の信号、Ｓｉ…強度信号、Ｓｄ…分散信号、Ｓｌ…距離信号、Ｄ１…第１のディジタル信号、Ｄｉ…強度ディジタル信号、Ｄｄ…分散ディジタル信号、Ｄｌ…距離ディジタル信号。
【図１】
2007074397.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】
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【図７】
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【図８】
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