(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受けた光信号を電気的なデータ信号に変換し、前記光信号の強度に関連付けられた電気的な強度信号を発生する強度検出部を有する変換回路と、
前記光信号の強度に関連して変更されるデータ識別レベルに基づいて、前記データ信号が示すデータ値を識別するデータ識別回路と、
前記強度信号に関連して前記データ識別レベルを調整するための識別レベル信号を発生するレベル調整回路とを備え、
前記データ識別レベルは、前記光信号の強度に関する第１の領域において、前記光信号の平均された強度に対して単調に変化する特性を有し、前記第１の領域よりも光信号の強度が大きい第２の領域において、ほぼ一定である光受信器であって、
前記識別レベル信号は、前記光信号の強度が第１の所定値より小さい信号強度の領域において前記光信号の強度に対して前記データ識別レベルを単調に変化させ、
前記レベル調整回路は、前記光信号の強度に対して前記データ識別レベルが単調に変化する変化の単調性を調整する第１の制御部を有する、
光受信器。
【請求項２】
前記レベル調整回路は、前記光信号の強度が第１の所定値より大きい信号強度の領域において前記データ識別レベルをほぼ一定にするための第２の制御部を有する、請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
前記レベル調整回路は、前記光信号の強度が第２の所定値より小さい信号強度の領域において前記光信号の強度とは独立した前記データ識別レベルを調整するための第３の制御部を有する、請求項１または２に記載の光受信器。
【請求項４】
前記レベル調整回路及び前記データ識別回路の間に結合され、前記識別レベル信号の低周波成分を通過させ前記識別レベル信号を平均化するフィルタ回路を更に備える請求項１〜３のいずれかに記載の光受信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信器および光信号の受信方法に関し、特に良好な受信性能を有する光受信器および光信号の受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信の伝送容量の増大化に伴い、高速長距離のわたるＷＤＭ伝送システムが実用段階になりつつある。このようなシステムは、それぞれが異なる発振波長を所定の波長領域に有する複数のレーザ光源を備える光送信器と、この光送信器に一端が接続された光ファイバを有する光伝送路と、この光伝送路の他端に接続され複数の波長毎に設けられた光受信器とを備える。また、このような光伝送システムでは、長距離伝送を可能にするために光ファイバ増幅器が光伝送路内に設けられている。光受信器は、光送信器によって送出され光伝送路を介して伝送された光信号を受信するために、光信号を電流信号に変換する受光素子、この電流信号から電圧信号へ変換するプリアンプ回路、この電圧信号からデータ値を判定するデータ識別回路、を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、このようなＷＤＭ伝送システムにおいて、長距離伝送を実現するために伝送実験を行ってきた。そして、２．４８８３２Ｇｂ／ｓの強度変調された光信号を４００ｋｍ伝送するという伝送実験の際に、光信号の伝送誤り率特性を調査した。この結果を図７に示す。図７は、光信号の伝送誤り率特性を示した特性図をである。図７は、横軸に光信号の強度（本技術分野では、光入力パワー、光入力レベルともいう）をｄＢｍ単位で示し、縦軸にビット誤り率を対数目盛で示した特性図である。なお、本願においては、ビット誤り率は、ＮＲＺ ＰＲＢ ２23−１入力パターンを用いて測定されている。
【０００４】
図７を参照すると、光信号の強度が増加するとビット誤り率も低下していく右下がりの特性を示すけれども、その傾きの絶対値は光信号の強度が増加するにつれて徐々に小さくなっている。このため、ビット誤り率は光信号強度の増加するにつれて直線的に低くならずに、ビット誤り率の特性を示す特性線は曲がり、ビット誤り率特性にいわゆる「裾引き」が見られる。
【０００５】
本発明の目的は、ビット誤り特性における「裾引き」が低減され、受信性能が改善された光受信器、および改善された受信性能を達成できる光信号の受信方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
誤り率特性における「裾引き」の原因を調査するために、発明者は、光信号の波形特性を調べた。すると、光ファイバの波長分散およびレーザ光源のチャープ特性の影響によって光伝送波形が歪むと共に、特に信号の発光側のぼやける特性を示すことが分かった。
【０００７】
さらに、原因を究明するために、発明者は、このような光信号を受信したときの光受信器の動作を解析した。この結果、次の２点が新たな知見として得られた。まず、伝送波形が歪んでいるので、光受信器のデータ識別回路内においてデータ値を識別するために使用されるデータ識別レベルが、受信した光信号の各強度においてビット誤り率を最小にしうるデータ識別レベルと異なっている可能性がある点である。次に、光信号の発光側がぼやけるような特性を伝送信号が示すので、受信した光信号の各強度において受信感度を最も良くようなデータ識別レベルが、実際の回路のデータ識別レベルと比べて片寄ったものとなっていることが予想される点である。
【０００８】
このような知見に基づいて、発明者は、光受信器のデータ識別回路のデータ識別レベルと、ビット誤り率との関係を調査した。この結果を図８に示す。図８は、データ識別レベルの光信号強度依存性を示した特性図である。図８では、横軸は光信号の強度をｄＢｍ単位で示し、縦軸はデータ識別回路のデータ識別レベルの特性を白丸印（○）を用いて示す。図８は、また、各ビット誤り率を達成するためのデータ識別レベルのオフセット電圧を、発光側を示すデータ値に対しては、誤り率１×１０-10、１×１０-12、１×１０-13、１×１０-14、１×１０-15、１×１０-18に関して、また、反対側のデータ値に対しては、誤り率１×１０-10、１×１０-11、１×１０-15、１×１０-18に関して、破線にてｍＶ単位でそれぞれ示している。ビット誤り率の指数は、図中の各特性曲線の近傍に示された２桁の整数で表される。
【０００９】
図８を参照すると、例えば、ビット誤り率１×１０-13を示す折れ線と、データ識別レベルを示す線とが、光信号の強度−１５ｄＢｍにおいて交差している。これは、図７において、ビット誤り率に裾引きが見られることと一致する。
【００１０】
したがって、発光側がぼやけるような特性の入力光信号に対して、データ識別回路のデータ識別レベルを入力光信号の各強度において適切に設定することが必要となる。このような受信器を実現するために、発明者は更に試行錯誤を行い、本発明を以下のような構成とした。
【００１１】
本発明に係わる光受信器は、受けた光信号を電気的なデータ信号に変換し、光信号の強度に関連付けられた電気的な強度信号を発生する強度検出部を有する変換回路と、光信号の強度に関連して変更されるデータ識別レベルに基づいて、データ信号が示すデータ値を識別するデータ識別回路と、強度信号に関連してデータ識別レベルを調整するための識別レベル信号を発生するレベル調整回路とを備え、データ識別レベルは、光信号の強度に関する第１の領域において、光信号の平均された強度に対して単調に変化する特性を有し、第１の領域よりも光信号の強度が大きい第２の領域において、ほぼ一定であって、識別レベル信号は、光信号の強度が第１の所定値より小さい信号強度の領域において光信号の強度に対して前記データ識別レベルを単調に変化させ、レベル調整回路は、光信号の強度に対して前記データ識別レベルが単調に変化する変化の単調性を調整する第１の制御部を有する。
【００１２】
このように、変換回路において光信号から光電変換されたデータ信号をデータ識別レベルに基づいてデータ識別回路において識別する光受信器において、データ識別回路のデータ識別レベルが、受けた光信号の強度に応じて変更されるようにした。このため、受ける光信号の強度の変化に対応して変更されたデータ識別レベルに基づいてデータ値が識別される。
【００１３】
本発明に係わる光受信器では、データ識別レベルは、光信号の強度に関する第１の領域において、光信号の平均された強度に対して単調に変化するという特性を有し、第１の領域よりも光信号の強度が大きい第２の領域において、ほぼ一定であるという特性を有するようにしてもよい。
【００１４】
このように、第１の領域において、データ識別レベルが単調に変化するようにしたので、光信号の強度が増加するにつれてデータ識別回路のデータ識別レベルが単調に増加し又は減少する。このため、信号強度が第２の領域に相対して小さい領域においては、光信号の平均強度が変化すると、この信号強度の変化に対応して調整されたデータ識別レベルに基づいてデータ値が識別される。また、第２の領域において、データ識別レベルが光信号の強度の値に実質的に依存しないようにしたので、光信号の強度に変化してもデータ識別レベルが一定に保たれる。このため、第１の領域に相対して信号強度が大きい領域においては、データ信号が十分に増幅され飽和した振幅を有するので、信号強度が変化しても信号強度に依存しないデータ識別レベルに基づいてデータ値が識別される。
【００１５】
本発明に係わる光受信器では、変換回路は、光信号の強度に関連付けられた電気的な強度信号を発生する強度検出部を有し、データ識別レベルは、強度検出部からの強度信号に関連して変更されるようにしてもよい。
【００１６】
このように、光信号の強度に関連付けられた電気的な強度信号が強度検出部において発生されるようにした。このため、データ識別回路のデータ識別レベルを変更するために必要とされる強度信号を強度検出部から得ることができる。この強度信号に関連して、データ識別レベルが調整される。
【００１７】
本発明に係わる光受信器では、データ識別レベルを調整するための識別レベル信号を発生するレベル調整回路を更に備え、識別レベル信号は強度信号に関連して変更されるようにしてもよい。
【００１８】
このように、レベル調整回路において、識別レベル信号が強度信号に関連して変更されるようにした。このため、データ識別回路のデータ識別レベルを変更するために必要とされる識別レベル信号がレベル調整回路から得られる。この識別レベル信号に関連して、データ識別レベルが調整される。
【００１９】
本発明に係わる光受信器では、識別レベル信号は、光信号の強度が第１の所定値より小さい信号強度の領域において光信号の強度に対してデータ識別レベルを単調に変化させ、レベル調整回路は、光信号の強度に対してデータ識別レベルが単調に変化する変化の単調性を調整するための第１の制御部を有するようにしてもよい。
【００２０】
このように、第１の制御部をレベル調整回路に設けたので、光信号強度が第１の所定値より小さい信号強度の領域において、光信号の強度に対してデータ識別レベルが単調に変化する変化率を調整できる。このため、受けた光信号の特性に応じてデータ識別レベルの変化特性を設定することを可能になる。
【００２１】
本発明に係わる光受信器では、レベル調整回路は、光信号の強度が第１の所定値より大きい信号強度の領域においてデータ識別レベルをほぼ一定にするための第２の制御部を有するようにしてもよい。
【００２２】
このように、第２の制御部をレベル調整回路に設けるようにしたので、光信号の強度が第１の所定値より大きい信号強度の領域において、データ識別レベルが光信号の強度値に実質的に依存しないように識別レベル信号が調整される。この領域では、光受信器においてデータ信号は十分に増幅され飽和した振幅を有するので、信号強度が変化してもほぼ一定のデータ識別レベルが設定される。
【００２３】
本発明に係わる光受信器では、レベル調整回路は、光信号の強度が第２の所定値より小さい信号強度の領域において光信号の強度とは独立したデータ識別レベルを調整するための第３の制御部を有するようにしてもよい。
【００２４】
このようにレベル調整回路に第３の制御部を設けたので、光信号の強度が第２の所定値より小さい信号強度の領域におけるデータ識別レベルを調整するための識別レベル信号が得られる。この領域においては、信号強度と独立したデータ識別レベルが設定される。
【００２５】
本発明に係わる光受信器では、レベル調整回路およびデータ識別回路の間に結合され、識別レベル信号の低周波成分を通過させ識別レベル信号を平均化するためのフィルタ回路を、更に備えるようにしてもよい。
【００２６】
このように、フィルタ回路を設けてデータ識別レベル信号の低い周波数成分のみが通過するようにしたので、受けた光信号の平均された強度に関連した電気信号が発生される。故に、データ識別回路には、平均化された識別レベル信号が加えられる。この平均化識別レベル信号に関連してデータ識別レベルが調整される。
【００２７】
本発明に係わる光受信器では、受けた光信号を電気信号に変換して、この電気信号に基づいて第１のデータ信号とこの第１のデータ信号に相補の第２のデータ信号とを発生する変換回路と、光信号の強度に関連付けられた電気的な強度信号を発生する検出回路と、第１のデータ信号および第２のデータ信号をそれぞれ受ける第１および第２の入力を有し、第１のデータ信号および第２のデータ信号を比較することによってデータ値を識別する差動増幅部を有するデータ識別回路と、データ識別回路の第１および第２の入力のいずれか一方にバイアスを加えるためのバイアス信号を発生するバイアス回路と、を備え、バイアス信号は、強度信号に関連して変更される。
【００２８】
このように、変換回路において光信号から変換された電気信号を、第１のデータ信号およびこの相補信号である第２のデータ信号として、データ識別回路の第１および第２の入力に加えて、この第１および第２のデータ信号に基づいてこれらのデータ信号が示すデータ値を差動増幅部において識別するようにした。このため、当該光受信器の耐雑音特性が向上される。また、検出回路において光信号の強度に関連付けて発生された強度信号をバイアス回路に加えて、この強度信号に関連して発生されたバイアス信号をデータ識別回路の第１および第２の入力の少なくとも一方に加えるようにした。このため、光信号の強度の変化に関連して調整されたデータ識別レベルに基づいて、データ値が差動増幅部において識別される。
【００２９】
本発明に係わる光信号の受信方法は、受けた光信号が有するデータを識別する光信号の受信方法であって、光信号を電気的なデータ信号に変換する変換ステップと、光信号の強度に関連付けられた電気的な強度信号を発生する発生ステップと、データ信号が有するデータ値を識別するためのデータ識別レベルを強度信号に関連して変更する変更ステップと、変更ステップにおいて変更されたデータ識別レベルに基づいてデータ信号が有するデータ値を識別する識別ステップと、を備える。
【００３０】
このように、データ値を識別するためのデータ識別レベルに基づいて、光信号から変換された電気的なデータ信号が有するデータ値を識別する際に、光信号の強度に関連付けられた強度信号を発生して、強度信号に関連付けてデータ識別レベルを調整するようにした。このため、光信号の強度の変化に関連してデータ値が識別される。
【００３１】
本発明に係わる光信号の受信方法では、変更ステップでは、光信号の強度に関する第１の領域において、光信号の平均された強度に対して単調に変化するデータ識別レベルが提供され、且つ第１の領域よりも光信号の強度が大きい第２の領域において、光信号の強度の値に実質的に依存しないデータ識別レベルが提供されるようにしてもよい。
【００３２】
このように、データ識別レベルが第１の領域において単調に変化するようにしたので、データ値を識別するためのデータ識別レベルが、光信号の強度が増加するにつれて単調に増加し叉は減少する。このため、信号強度が第２の領域に相対して小さい領域においては、光信号の平均強度の変化に関連して調整されたデータ識別レベルに基づいてデータ値が識別される。また、データ識別レベルが第２の領域において光信号の強度の値に実質的に依存しないようにしたので、光信号の強度に変化しても、かかるデータ識別レベルは一定に保たれる。このため、信号強度が第１の領域に相対して大きい領域において、光受信器においてデータ信号が十分に増幅され飽和した振幅を有するので、信号強度が変化してもほぼ一定のデータ識別レベルに基づいてデータ値が識別される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。可能な場合には同一の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
（第１の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る光受信器を図１を用いて説明する。図１は、本発明に従う一実施の形態の光受信器の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、光受信器１０は、変換回路１２と、レベル調整回路１４と、フィルタ回路１６と、データ識別回路１８と、を備える。なお、以下の第１の実施の形態において現れる信号は、物理的に複数の信号線を単一の信号名にて表すものもある。それぞれの信号がいくつの信号線によって構成されるかは、実際の光受信器がどのような技術を用いて実現されるかに依存する。
【００３５】
変換回路１２は、入力端子２０に光学的に結合された光通信路２２から光信号２１を受けて、この光信号２１を電気的なデータ信号３０に変換して、この信号３０を出力端子２６に出力する光電変換部２４を有する。出力端子２６は、データ識別回路１８の入力端子２８に接続されている。光電変換部２４では、下流側の回路に入力されて処理されるために十分な強度まで増幅されたデータ信号３０が提供されることが好ましい。このため、光電変換部２４は、光信号２１から変換された電気信号を増幅するプリアンプ、プリアンプからの電気信号を更に増幅するメインアンプを備えることが好ましい。
【００３６】
変換回路１２は、光信号２１の強度に関連付けられた電気的な信号を強度信号３２として発生する強度検出部３４を更に有することができる。強度信号３２は、光信号２１の強度に関する情報を電流値叉は電圧値として表した信号であり、変換回路１２の出力端子３６に出力される。出力端子３６は、レベル調整回路１４の入力端子３８に接続されている。
【００３７】
データ識別回路１８は、変換回路１２から受けたデータ信号３０をデータ識別レベルに基づいて識別して、識別されたデータ値は電気的な信号３５として出力端子３４に出力される。
【００３８】
データ識別回路１８のデータ識別レベルは、光信号２１の平均された強度に関する所定の領域（以下、第１の領域という）において、この強度に対して単調に変化する特性を示す。この第１の領域は第１の所定値に比較して信号強度が小さい領域である。このような単調に変化する特性とは、光信号の強度が増加するにつれて、データ識別レベルが単調に増加し叉は単調に減少することを意味する。また、データ識別レベルは、光信号２１の平均強度の変化に対応して調整される。
【００３９】
データ識別回路１８では、データ識別レベルに基づいて変換回路１２からのデータ信号３０のデータ値が決定される。このデータ識別レベルは、光信号２１の平均強度に対して好適に設定される。そのレベルは、例えば、データ信号が２値信号の場合には、データ値０とデータ値１との間に設定され、また更に好ましくは、それぞれのデータ値に対して所定のビット誤り率を達成する両識別レベルのほぼ中央に設定される。このようにデータ識別レベルを設定すると、光信号２１の強度に対応してデータ識別レベルの大きさが調整される。このため、光受信器１０では、光信号強度が大きくなるにつれて受信データ誤り率が低下するような特性が実現される。なお、このような識別レベルの特性を実現するためには、データ識別回路１８において使用されるデータ識別レベルは、強度検出部３２からの強度信号３２に関連して変更されることが好ましい。
【００４０】
データ識別回路１８のデータ識別レベルは、また、第１の領域よりも光信号２１の強度が大きい第２の領域において、光信号２１の信号強度の値に実質的に依存しない特性を示す。第２の領域において、このような特性を有すると、信号強度が変化してもデータ識別レベルが一定に保たれる。そして、データ信号３０がデータ識別レベルに基づいて比較されて、この結果に基づいてデータ値が識別される。光信号２１の強度が第２の領域にある場合には、データ信号３０は変換回路において増幅され十分な振幅または飽和した振幅を有するので、信号強度が変化しても信号強度に依存しないようにデータ識別レベルを設定する方が、データ信号が有するデータ値を識別することに関して好適である。そのレベルは、例えば、２値信号の場合には、データ値０とデータ値１との間に設定され、更に好ましくは、それぞれのデータ値に対して所定のビット誤り率を達成する両識別レベルのほぼ中央に設定される。このため、光信号２１の強度に関連してデータ識別レベルの大きさが調整される。したがって、光受信器１０では、光信号強度が大きくなるにつれて受信データ誤り率が低下するような特性を示す。
【００４１】
レベル調整回路１４は、レベル調整部４０を有する。レベル調整部４０は、入力端子３８に受けた強度信号３２から識別レベル信号４２を発生して、この信号４２を出力端子５０に出力する。この出力端子５０は、データ識別回路１８の入力端子５６に電気的に結合されている。詳述すれば、出力端子５０は、フィルタ回路１６の入力端子５２に接続され、フィルタ回路１６の出力端子５４がデータ識別回路１８の入力端子５６に接続される。識別レベル信号４２は、データ識別レベルを変更するための信号であり、この信号は、受けた光信号２１の強度を示す電気的な強度信号３２に関連して変更される。
【００４２】
このように、レベル調整回路１４を備えるようにしたので、データ識別回路１８のデータ識別レベルを変更するために必要とされる識別レベル信号４２がレベル調整回路１４、つまりレベル調整部４０から得られる。このため、データ識別回路１８のデータ識別レベルが、識別レベル信号４２に対応して変更されることができる。
【００４３】
また、レベル調整回路１４は、第１の制御部４４を有することができる。第１の制御部４４は、データ識別レベルが光信号２１の強度に対して単調に変化する変化の特性を調整可能にする。このための手段を例示すれば、第１の制御部４４において、入力端子３８に受けた強度信号３２に応じて発生される電圧信号または電流信号の値を単調に変化させ、これを識別レベル信号４２として出力すればよい。光信号２１の強度に応じてデータ識別レベルの変化の特性を調整できるようにすると、この割合を光受信器１０毎に個別に設定することを可能になる。
【００４４】
更に、レベル調整回路１４は、第２の制御部４６を有することができる。第２の制御部４６は、光信号２１の強度が第１の所定値より大きい信号強度の領域において、光信号２１の強度の値に実質的に依存しない識別レベル信号４２を発生する。このための手段を例示すれば、第２の制御部４６において、強度信号３２が変化しても、データ識別レベル信号の大きさを上限値または下限値に制限すればよい。具体的に言えば、第２の制御部４６は、入力端子３８に受けた強度信号３２が変化しても、識別レベル信号４２としての電圧信号または電流信号がほぼ一定になるように調整される。このため、この領域においては、データ識別回路１８では、光信号２１の強度が変化してもほぼ一定のデータ識別レベルに基づいて、データ信号３０のデータ値が識別される。
【００４５】
第１の所定値は、第１の領域と第２の領域との間に設定される。そして、光信号２１の強度が第１の所定値より大きい領域（第２の領域）では、光信号の強度が変化してもその強度に依存しないデータ識別レベルが設定されるので、第２の制御部４６が識別レベル信号を主に制御している。一方、強度が第１の所定値より小さい光信号２１の領域（第１の領域）では、光信号の強度が単調に変化するにつれて、この変化に対応して変更されるデータ識別レベルが設定され、この単調性は第１の制御部４４が主に制御している。
【００４６】
加えて、レベル調整回路１４は、第３の制御部４８を有することができる。第３の制御部４８は、光信号２１の強度が第２の所定値より小さい信号強度の領域（以下、第３の領域という）におけるデータ識別レベルを調整するための電気信号を発生する。第３の制御部４８では、データ識別レベル信号４２は、入力端子３８に受けた強度信号３２とは独立して設定される。これは、第３の制御部４８において、例えば、電圧信号または電流信号として実現される識別レベル信号４２が、一定の値を有するように発生される。第２の所定値は光信号の強度に関する値であって、第３の制御部４８によって発生される識別レベル信号の大きさが、第１の制御部４４によって発生される識別レベル信号の平均化された大きさに等しくなる点に対応する。第３の領域においては、光信号２１の強度と独立して設定されたデータ識別レベルに基づいて、データ信号が識別される。なお、第２の所定値は、第１の所定値より小さい。
【００４７】
レベル調整回路１４が、第１の制御部４４、第２の制御部４６、及び第３の制御部４８を備えるものとして説明したけれども、レベル調整回路１４は、全ての制御部４４、４６、４８を備えることができ、または、第１の制御部４４、第２の制御部４６、及び第３の制御部４８の少なくとも１つを備えることもできる。
【００４８】
本実施の形態に従う光受信器では、フィルタ回路１６を更に備えることができる。フィルタ回路１６は、識別レベル信号４２の低周波成分を通過させることによって、データ識別レベルを変更するための平均化された識別レベル信号５８を発生する。この信号５８は、データ識別回路１８へ加えられる。このため、フィルタ回路１６は、低域通過フィルタとしての機能を有する。フィルタ回路１６の入力端子５２はレベル調整回路１４の出力端子５０に接続され、またフィルタ回路１６の出力端子５４は、データ識別回路１８の入力端子５６に接続される。
【００４９】
このように、フィルタ回路１６は、識別レベル信号４２の低い周波数領域の信号が主に通過できるので、平均化された識別レベル信号５８が識別レベル信号４２から生成され、データ識別回路１８では、光信号２１の平均された強度に応じてデータ識別レベルが変更される。
【００５０】
（第２の実施の形態）
引き続いて、図２を参照しながら本発明の別の実施の形態について説明する。図２は、本実施の形態に係わる光受信器の主要部の回路を示した回路図である。本実施の形態では、バイポーラトランジスタを使用する場合について説明するけれども、本発明はこれに制限されるものではない。バイポーラトランジスタ（以下、トランジスタという）に代わって、ＭＯＳ型またはＭＥＳ型電界効果トランジスタ等が使用できる。
【００５１】
図２を参照すると、光受信器の主要部１００が示されている。このような光受信器では、主要部の多くの部分は光モジュール（光通信デバイス）の形式で組立体内に含まれるけれども、本実施の形態において、二重丸（◎）で示された端子は、この組立体の外部と電気的な接続を可能にするために設けられた組立体のリードピンに接続されることを示す。このような構成にすることによって、以下に示される抵抗器ＶＲ１〜ＶＲ３を組立体の外部に配置するようにしている。
【００５２】
光受信器の主要部１００は、レベル調整回路１４ａと、データ識別回路１８と、光電変換部２４と、強度検出部３４と、を備える。図２に特に示されていないが、光電変換部２４および強度検出部３４は、変換回路１２を構成する。
【００５３】
光電変換部２４は、光電変換素子１０２、プリアンプ回路１０４、メインアンプ回路１０６、および帰還抵抗器１０８を含む。
【００５４】
光電変換素子１０２は、受けた光を電気信号に変換する素子である。光電変換素子１０２の一方の端子は光電変化部２４の端子１１０に接続され、光電変換素子１０２の他方の端子は、ノード１１２に接続されている。この素子１０２は、光受信器の小型化を図ることができるので、半導体光電変換素子を使用することが好ましい。半導体光電変換素子としては、フォトダイオードを使用することができ、例示すればアパランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＰＩＮフォトダイオードがあり、発生されたキャリアの増倍特性の有無およびＳ／Ｎ特性等を考慮した上で選択される。以下、ＡＰＤを使用する場合について説明する。ＡＰＤ１０２は、受けた光信号の強度に応じた電流を発生する。本実施の形態では、ＡＰＤ１０２のカソードは光電変化部２４の端子１１０に接続され、アノードはノード１１２に接続されている。
【００５５】
プリアンプ回路１０４は増幅回路であり、例えばソース接地型増幅器を使用することができる。プリアンプ回路１０４の入力は、ノード１１２に接続され、出力がノード１１４に接続されている。また、プリアンプ回路１０４の入力および出力の間には、帰還抵抗器１０８が接続されている。つまり、帰還抵抗器は、一端がノード１１２に、他端がノード１１４に接続される。このため、帰還抵抗器１０８が接続されたプリアンプ回路１０４は、トランスインピーダンス型の増幅器を構成し、これにより、ＡＰＤ１０２からの電流信号を入力に受けて、これを電圧信号に変換する電流電圧変換機能と、後段での信号処理に必要なレベルまで入力信号を増幅する機能を有する。プリアンプ回路１０４は差動出力段を有し、差動出力をメインアンプ回路１０６に供給することが好ましい。
【００５６】
メインアンプ回路１０６は増幅回路であり、入力がノード１１４に接続され、正の出力端子が端子１１６に接続され、負の出力端子が端子１１８に接続されている。メインアンプ回路１０６は、プリアンプ回路１０２からの電圧信号を増幅して、増幅された信号をデータ信号として正の出力端子に出力し、またデータ信号の相補信号として負の出力端子に出力する。なお、端子１１６、１１８は、光電変換部２４の出力端子であり、これらの端子１１６、１１８にデータ信号３０ａ、３０ｂがそれぞれ出力される。メインアンプ回路１０６は、プリアンプ回路１０４から一対の差動信号を受けるときは、差動増幅入力段を備え、データ識別回路１８に差動出力を提供することが好ましい。
【００５７】
強度検出部３４は、一対のＰＮＰ型トランジスタ１２２、１２４を含む。トランジスタ１２２のエミッタは、端子１２８に接続され、またベースおよびコレクタは、共にノード１２６に接続され、且つ端子１２０にも接続される。トランジスタ１２４のエミッタは端子１３０に接続され、ベースはノード１２６に接続され、コレクタは端子１３２に接続される。端子１２８、１３０は、強度検出部３４の外側において電源Ｖａｐｄに接続される。このように接続すると、トランジスタ１２４のエミッタからコレクタには、トランジスタ１２２のエミッタからコレクタに流れる電流に比例する電流が流れる。つまり、一対のトランジスタ１２２、１２４は電流ミラーユニットを構成する。電流ミラーユニットでは、端子１２８から端子１２０へ流れる電流に比例する電流が端子１３０から端子１３２へ流れる。比例係数は、トランジスタ１２２とトランジスタ１２４とのエミッタ比によって決定される。以下、このミラー比が１の場合について説明する。トランジスタ１２２のエミッタからコレクタから流れる電流は、端子１２８から端子１２０へ流れ、更にこの電流はＡＰＤ１０２のカソードに流れ込む。トランジスタ１２４のエミッタからコレクタに流れる電流は、端子１３０から端子１３２へ流れ、更にこの電流はレベル調整回路１４ａの端子１３４に流れ込む。なお、電流ミラーユニットにおいて、実際にはトランジスタ１２４にもベース電流が流れるので理論的に完全な比例関係にはないけれども、一般にベース電流は非常に小さいので、実用上、比例関係があるとしても不都合がない。
【００５８】
レベル調整回路１４ａは、端子１３２において強度検出部３４からの強度信号３２を受ける。ＡＰＤ１０２に流れる電流に等しい電流が、強度信号３２としてレベル調整回路１４ａに加えられる。
【００５９】
レベル調整回路１４ａは、ＮＰＮ型トランジスタ１３６、１３８、１４０から構成される第１の電流ミラーユニットと、ＰＮＰ型トランジスタ１６０、１６２から構成される第２の電流ミラーユニットと、第１および第２の抵抗器１５４、１５６と、第１〜第３の可変抵抗器１５８（ＶＲ１）、１６８（ＶＲ２）、１７３（ＶＲ３）を含む。
【００６０】
トランジスタ１３６のコレクタおよびベースは、端子１３４に接続され、またエミッタは、ノード１４４に接続される。トランジスタ１３８のコレクタはノード１４６に接続され、ベースはノード１４２に接続され、エミッタは端子１４８に接続される。また、トランジスタ１４０のベースはノード１４２に接続され、エミッタはノード１５０に接続され、コレクタは端子１５２を介してレベル調整回路１４ａの外側で電源Ｖｐｄｍに接続される。トランジスタ１３８および１４０の各々が持つエミッタは、それぞれノード１４４、１５０を介して抵抗器１５４、１５６の一端が接続される。抵抗器１５４、１５６の他端は、別個の電源に、好ましくは接地に接続される。抵抗器１５４、１５６の値は、本実施の形態においては、それぞれ２．４ｋΩである。トランジスタ１３６と、トランジスタ１３８および１４０とは、それぞれ第１の電流ミラーユニットを構成する。トランジスタ１３８、１４０のコレクタからエミッタに流れる電流は、トランジスタ１３６のコレクタからエミッタに流れる電流に比例する。つまり、第１の電流ミラーユニットでは、端子１３４に流れる電流に比例する電流が、端子１５２、およびノード１４６に流れることができ、それらの比例係数は一般には異なる。比例係数は、トランジスタ１３６とトランジスタ１４０とのエミッタ比、およびトランジスタ１３６とトランジスタ１３８とのエミッタ比、によって、それぞれ決定される。以下、これらのミラー比が１の場合について説明する。Ｖｐｄｍ電源は、ＡＰＤ１０２に流れる電流に等しい電流を供給するので、光受信器の外部において、この光電流の監視（モニタ）ができる。
【００６１】
トランジスタ１３８のエミッタは、端子１４８を介して抵抗器１５８に接続され、抵抗器１５８の他端は、別個の電源に接続され、好ましくは接地に接続される。第１の制御部４４は、抵抗器１５８を含む。このように、トランジスタ１３６、１３８、１４０のエミッタに抵抗器１５４、１５８、１５６をそれぞれ接続すると、トランジスタ１３６、１３８、１４０のコレクタからエミッタに流れる電流に応じて、それぞれトランジスタ１３６、１３８、１４０に自己バイアスを加えることができる。そして、抵抗器１５４の抵抗値と異なる値に抵抗器１５８の抵抗値を設定すれば、トランジスタ１３６と異なる自己バイアスがトランジスタ１３８に加えられる。このため、ＡＰＤ１０２に流れる電流に応じてトランジスタ１３６のコレクタからエミッタに流れる電流がある割合で変化すると、トランジスタ１３８にも電流が流れ、この電流はトランジスタ１３８と異なる自己バイアスをトランジスタ１３８に加える。このため、トランジスタ１３８のコレクタからエミッタに流れる電流は、トランジスタ１３６に流れる電流とは異なる割合で変化する。故に、抵抗器１５８の抵抗値を適切に設定すれば、データ識別回路１８のデータ識別レベルが光信号２１の強度に対して変化する変化率を所望の値に変更できる。抵抗器１５８には、可変抵抗器、または半固定抵抗器を使用することが好ましい。このようにすると、この変化率を光信号の状態、使用環境に応じて調整することができる。この調整は、当該光受信器の製造後においても実行されることができる。なお、図２に示された実施の形態の場合に、抵抗器１５８は、最大抵抗値１０ｋΩの可変抵抗器を用いて、例えば抵抗値を、５ｋΩに設定した。
【００６２】
トランジスタ１６０のコレクタおよびベースは、ノード１４６に接続され、またエミッタは、端子１６６を介して電源Ｖｃｃに接続される。トランジスタ１６２のコレクタはノード１６４に接続され、ベースはノード１４６に接続され、エミッタは端子１６６を介して電源Ｖｃｃに接続される。トランジスタ１６０およびトランジスタ１６２は、第２の電流ミラーユニットを構成する。トランジスタ１６２のエミッタからコレクタに流れる電流は、トランジスタ１６０のエミッタからコレクタに流れる電流に比例する。つまり、第２の電流ミラーユニットでは、ノード１４６に流れ込む電流に比例する電流が、端子１６４に流れ込むことができる。比例係数は、トランジスタ１６０とトランジスタ１６２とのエミッタ比によって決定される。以下、ミラー比が１の場合について説明する。このため、所定の光信号強度の範囲において、トランジスタ１６０およびトランジスタ１６２には、それぞれＡＰＤ１０２に流れる電流に比例した電流が流れる。
【００６３】
第２の制御部４６は、抵抗器１６８を含む。抵抗器１６８の一端はノード１６４に接続され、他端は端子１７０に接続される。端子１７０は、フィルタ回路１６の入力端子１７２ａ（ＣＡＰ１Ｂ）および出力端子１８０ａを介して、データ識別回路１８の一方の入力端子１８４ａに電気的に接続される。
【００６４】
第２の制御部４６には、トランジスタ１６２のエミッタ−コレクタ間に流れる電流が流れる。抵抗器１６８の両端には、この電流値に応じて電位差が生じる。光信号の強度が第１の所定値に比較して小さい領域（第１の領域）においては、第２の制御部４６に流れる電流値は、ＡＰＤ１０２に流れる電流値に比例する。レベル調整回路１４ａは、ＡＰＤ１０２に流れる電流値に応じた電流をデータ識別レベル信号４２ａとして提供する。
【００６５】
一方、光信号の強度が強くなると、トランジスタ１６２に流れる電流も大きくなり、また抵抗器１６８の両端の電位差も大きくなる。この電位差が更に大きくなり、トランジスタ１６２の動作が能動動作から飽和動作に変化すると、もはや第２の制御部４６にはＡＰＤ１０２に流れる電流値に等しい電流は流れない。トランジスタ１６２のベース電流は、ＡＰＤ１０２に流れる電流に応じて変化するが、コレクタ−エミッタ間に流れる電流は、ほぼ一定に保たれる。すなわち、ＡＰＤ１０２に流れる電流にかかわらず、レベル調整回路１４ａは、データ識別レベル信号４２ａとしてほぼ一定の電流を供給する。このため、光信号２１の強度が第１の所定値より大きい信号強度の領域（第２の領域）において、データ識別回路１８のデータ識別レベルが光信号２１の強度の値に実質的に依存しない、つまり、ほぼ一定のデータ識別レベル信号４２ａを発生する。
【００６６】
抵抗器１６８には、可変抵抗器、または半固定抵抗器を使用することが好ましい。このようにすると、光信号の状態、使用環境に応じて第１の所定値を調整することができる。なお、図２に示された実施の形態の場合に、抵抗器１６８は、最大抵抗値１００ｋΩの可変抵抗器を用いて、例えば抵抗値を、５０ｋΩに設定した。
【００６７】
第３の制御部４８は、抵抗器１７３を含む。抵抗器１７３の一端は端子１７４に接続され、他端は端子１７６を介して電源Ｖｃｃに接続される。端子１７４は、フィルタ回路１６の入力端子１７２ｂおよび出力端子１８０ｂを介してデータ識別回路１８の一入力端子１８４ｂに電気的に接続される。
【００６８】
第３の制御部４８には、ＡＰＤ１０２に流れる電流値とは独立した値に設定された電流が流れる。この制御部４８は、抵抗器１７３の抵抗値に応じた電流値をデータ識別レベル信号４２ｂとして提供する。識別レベル信号４２ｂは、光信号２１の強度が第２の所定値より小さい信号強度の領域におけるデータ識別レベルを変更するために調整される。
【００６９】
抵抗器１７３には、可変抵抗器、または半固定抵抗器を使用することが好ましい。このようにすると、光信号の状態、光受信器の使用環境に応じて、識別レベル信号４２ｂを調整できる。図２に示された実施の形態の場合に、例示すれば、抵抗器１７３は、最大抵抗値１ＭΩの可変抵抗器を用いて、例えば抵抗値を、９００ｋΩに設定した。
【００７０】
上記の説明において、レベル調整部４０は、明示的に説明されていないけれども、レベル調整回路１４において第１〜第３の制御部（４４，４６，４８）に含まれない回路部分である。
【００７１】
フィルタ回路１６は、一対の入力端子１７２ａ（以下、ＣＡＰ１Ｂ端子ともいう）及び１７２ｂ（以下、ＣＡＰ１端子ともいう）、一対の出力端子１８０ａ及び１８０ｂを有する。入力端子１７２ａおよび出力端子１８０ａ、入力端子１７２ｂおよび出力端子１８０ｂは、それぞれ導電線にて接続され、これらの導電線間には、各キャパシタ１７８ａ、１７８ｂのそれぞれの端子が接続される。このキャパシタ１７８ａ、１７８ｂは、バイパスコンデンサの機能を有する。本実施の形態では、それらの値は０．１μＦと１００ｐＦである。レベル調整回路からの識別レベル信号４２ａは、光信号の強度に応じて変化するとともに、光信号自身が有する個々のデータ値に応じても変化する。つまり、識別レベル信号４２ａは、データの伝送レートおよびデータ波形に応じた周波数を含むので、この周波数に対応した時間的な変化を有する。バイパスコンデンサ１７８ａ、１７８ｂは、識別レベル信号４２ａの主に低周波成分を通過させ、高周波成分を通過させないので、伝送レートおよび個々のデータ値に対応する周波数成分は除かれる。このため、識別レベル信号４２ａが、低域通過フィルタを通過した後にデータ識別回路１８へ加えられれば、平均化された識別レベル信号に基づいてデータ識別レベルが調整される。フィルタ回路１６の出力１８０ａ、１８０ｂは、それぞれ抵抗１９６ａ、１９６ｂを介してデータ識別回路１８の一対の入力端子１８４ａ、１８４ｂに接続される。
【００７２】
また、各バイパスコンデンサ１７８ａ、１７８ｂの両端間には、データ識別回路１８の一対の差動入力端子間に維持されるべき電位差が保持される。この電位差が、データ識別回路１８の入力１８４ａと入力１８４ｂに加えられ、入力信号が有するデータ値を判定するためのしきい値であるデータ識別レベルを変化させる。既に行われた説明から明らかなように、この電位差は、それぞれの入力１８４ａと入力１８４ｂにバイアス電圧に差（ズレ）を発生させる。
【００７３】
なお、フィルタ回路１６は、更に一対の入力端子１８２ａ、１８２ｂを備える。入力端子１８２ａおよび出力端子１８０ａ、入力端子１８２ｂおよび出力端子１８０ｂは、それぞれ導電線にて接続され、これらの導電線間には、結果として、キャパシタ１７８ａ、１７８ｂのそれぞれの端子が接続される。この入力端子１８２ａ、１８２ｂは、それぞれ抵抗１９８ａ、１９８ｂを介してデータ識別回路１８の端子１９２ａ、１９２ｂにそれぞれ接続される。
【００７４】
データ識別回路１８は、コンパレータ１８８及びリミッティングアンプ１９０を備える。コンパレータ１８８は、入力段が一対のバイポーラトランジスタを含む差動増幅段の構成を有し、差動対のトランジスタのエミッタは、共通に接続されて且つ定電流源を介して一の電圧源、好ましくは接地に接続される。それぞれのコレクタは、別個の電圧源に負荷を介して接続される。差動入力段の各入力は端子１８４ａ、１８４ｂに接続され、差動出力段の出力はコレクタと負荷とのそれぞれの接続点から取り出される。この出力は、正の信号と、この正の信号に相補の負の信号とからなる一対の信号である。この一対の出力は、直接に端子１９２ａ、１９２ｂに接続されるようにしてもよく、また一段以上の増幅段を経た後に端子１９２ａ、１９２ｂに接続されるようにしてもよい。リミッティングアンプ１９０は、入力段が一対のバイポーラトランジスタを含む差動増幅段を有し、入力段の各入力は、端子１９２ａ、１９２ｂに接続される。リミッティングアンプ１９０は、正の信号と、この正の信号に相補の負の信号とからなる一対の出力を有し、この一対の出力は、それぞれ端子１９４ａ、１９４ｂに接続される。リミッティングアンプ１９０は、コンパレータ回路によって識別された信号をさらに増幅する。端子１９２ａ、１９２ｂは、抵抗体１９８ａ、１９８ｂを介してフィルタ回路１６の入力端子１８２ａ、１８２ｂに接続され、フィードバックループを構成する。このフィードバックループによって、コンパレータ１８８の出力の一部は、コンパレータ１８８の入力に帰還される。
【００７５】
データ識別回路１８の入力端子１８４ａ、１８４ｂは、それぞれカップリングコンデンサ１８６ａ、１８６ｂを介して、変換回路２４の出力端子１１６、１１８に接続される。このため、変換回路２４からのデータ信号３０ａ、３０ｂの直流信号成分が除かれ、交流信号成分のみが、データ識別回路１８に入力される。
【００７６】
既に説明したように、データ識別回路１８の入力端子１８４ａ、１８４ｂには、それぞれ値５０Ωの抵抗１９６ａ、１９６ｂを介してバイアス電圧が加えられる。このバイアス電圧の端子間差△Ｖは、バイパスコンデンサ１７８ａ、１７８ｂの両端間の電位差によって決定される。一対の信号がカップリングコンデンサ１８６ａ、１８６ｂを介して変換回路２４から入力差動部の一対の入力に加えられると、この入力差動部の入力端子が上記の電位差にほぼ一致する電圧差ちを有するようにバイアスされた状態で、この一対の信号が比較される。この点に関しては、図３を参照しながら後ほど詳述する。
【００７７】
以上、詳細に説明したように本発明に係わる光受信器では、変換回路１２において、受けた光信号２１を電気信号に変換して、この信号を一対の差動信号として端子１１６、１１８から出力する。この一対の差動信号は、第１の信号３０ａ、この第１の信号と相補の第２の信号３０ｂから成る。データ識別回路１６は、第１の信号３０ａおよび第２の信号３０ｂをそれぞれ差動入力として受ける第１の入力１８４ａおよび第２の入力１８４ｂを有し、これらの入力１８４ａ、１８４ｂは、データ識別回路１８の差動入力段に接続される。このため、第１の信号３０ａおよび第２の信号３０ｂに基づいてデータ値が差動入力段において識別されて、この結果が端子１９４ａおよび１９４ｂに出力される。このため、当該光受信器の耐雑音特性が向上する。検出回路３４は、この光信号２１の強度に関連付けられた電気的な強度信号３２を発生する。バイアス回路１４ａでは、強度信号３２に関連付けられ、データ識別回路１６の第１の入力１８４ａおよび第２の入力１８４ｂにバイアスを加えるためのバイアス信号４２ａ、４２ｂを発生する。このため、データ識別回路１８におけるデータ判定のためのデータ識別レベルは、光信号２１の信号強度が変化すると、これに応じて変更される。
【００７８】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、データ識別レベルと信号波形との関係を示した波形図である。図３（ａ）は、オフセットが加えられていなときのデータ識別レベルによって識別される信号波形を示し、図３（ｂ）は、適切なオフセットが加えられたときのデータ識別レベルによって識別される信号波形を示す。
【００７９】
本実施の形態に係わる光受信器においては、光電変換された一対の強度信号３０ａ、３０ｂは、光電変換部２４の一対の差動出力端子１１６、１１８から、一対のカップリングコンデンサ１８６ａ、１８６ｂを介して、データ識別回路１８の一対の差動入力端子１８４ａ、１８４ｂに加えられる。このため、これらの入力が交差する点において、データの反転が検出される。
【００８０】
図３（ａ）に示される例では、データ値１の判定する場合、またデータ値０の判定する場合の各々に対して、データ波形とデータ判定レベルとの差であるノイズ余裕を変更するようにしていない。このため、図３（ａ）は、発光側がぼやける特性を持つ信号とデータ識別レベルとの差、つまりノイズ余裕が発光側（データ値１）に対して少なくなっていることを示している。
【００８１】
図３（ｂ）に示される例では、非反転入力端子１８４ａには反転入力端子１８４ｂに対して△Ｖの余分なバイアス電圧が加えられているので、非反転入力の波形が反転入力の波形に相対的に△Ｖに応じた量だけ移動する。特に、図３（ｂ）の例では、非反転入力の波形が高電位側に移動している。故に、一対の入力波形が交差する点は、図３（ａ）に示される場合と比べると移動している。このため、データ値１の判定する場合、またデータ値０の判定する場合の各々に対して、データ波形とデータ判定レベルと差であるノイズ余裕もまた変更される。したがって、図３（ｂ）は、消光時（データ値０）の信号を識別する時のノイズ余裕が発光側（データ値１）に比べて小さくなっていることを示している一方で、ぼやける特性を持つ発光側の信号に対してはそのノイズ余裕が大きくなっていることを示している。消光時の信号がばらつく可能性は少ないので、非反転入力を反転入力に対して△Ｖだけシフトすると、ビット誤り率を低減するという結果になる。
【００８２】
さらに、△Ｖの値は、光信号強度に応じて適切に変更される。つまり、光入力強度が第１の所定値より小さく、且つ第２の所定値より大きい領域では、光入力強度が大きくなるにつれて大きくなる△Ｖがデータ識別回路１８に加えられ、また光信号強度が第１の所定値より大きい領域では、光入力強度が強くなり光受信器内での信号振幅が飽和するので、ほぼ一定の△Ｖがデータ識別回路１８に加えられる。このため、受信波形がぼやける特性を持つ発光側の光信号を受ける場合においても、光信号強度の広い範囲において適切なノイズ余裕をとることができる。このため、ビット誤り率が低減される。
【００８３】
なお、光受信器を構成するに当たり、トランジスタ１３８（Ｔｒ５）、トランジスタ１６０（Ｔｒ４）、およびトランジスタ１６２（Ｔｒ７）は、トランジスタ１２２（Ｔｒ６）、トランジスタ１２４（Ｔｒ３）、トランジスタ１３６（Ｔｒ２）、およびトランジスタ１４０（Ｔｒ１）から構成される回路と一緒に光受信モジュールに内蔵されることが好ましい。このようにすれば、光受信器が小型化される。また、これらのトランジスタ（Ｔｒ３〜Ｔｒ５）は、光電流を監視する回路ブロックと同一の半導体集積回路に内蔵されることが好ましい。このようにすれば、特性の揃ったトランジスタを用いてレベル調整回路が構成される。この場合に外部と接続のされることが必要とされる端子は、光受信モジュールのリードピン（例えば、図２の二重丸（◎）端子）を通してパッケージ外の部品と接続される。抵抗器１５８（ＶＲ１）、１６８（ＶＲ２）、および１７３（ＶＲ３）は、光受信器を構成する半導体装置と同一のボード上に実装される。このため、ＶＲ１〜ＶＲ３を容易に調整することができ、また必要な場合には、適切な抵抗値を有するものに交換できる。このような構成にすると、光信号の伝送距離および送信器内の光源のチャープ特性が変わったため、光受信器のデータ識別レベル特性を変更する場合にも適用可能となる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
引き続いて、図４を参照しながら本発明の別の実施の形態について説明する。図４は、本実施の形態に係わる光受信器の主要部２００の回路の回路図である。
【００８５】
図４を参照すると、光受信器の主要部２００が示されている。
【００８６】
光受信器の主要部２００は、レベル調整回路１４ｂと、データ識別回路１８と、光電変換部２４と、強度検出部３４と、を備える。図４に特に示されていないが、光電変換部２４および強度検出部３４は、変換回路１２を構成する。データ識別回路１８、光電変換部２４、および強度検出部３４は、図２の光受信器の構成と同様なので、その説明を省略するけれども、これらの部分に図２の光受信器の構成と異なる構成を採用することもできる。
【００８７】
レベル調整回路１４ｂは、端子２０２において強度検出部３４からの強度信号３２を受ける。ＡＰＤ１０２に流れる電流に等しい電流が、強度信号３２としてレベル調整回路１４ｂに加えられる。レベル調整回路１４ｂは、ＮＰＮ型トランジスタ２０４、２０６から構成される第３の電流ミラーユニットと、ＰＮＰ型トランジスタ２０８、２１０から構成される第４の電流ミラーユニットと、ＮＰＮ型トランジスタ２１２、２１４から構成される第５の電流ミラーユニットと、ＰＮＰ型トランジスタ２１６、２１８から構成される第６の電流ミラーユニットと、第３〜第５の抵抗器２２０、２２２、２２４と、第４〜第６の抵抗器２２６（ＶＲ１）、２２８（ＶＲ２）、２３０（ＶＲ３）を含む。
【００８８】
トランジスタ２０４のコレクタおよびベースは、端子２０２に接続され、エミッタはノード２３６に接続される。トランジスタ２０６のコレクタはノード２３２（Ｖｐｄｍ）に接続され、ベースはノード２３４に接続され、エミッタはノード２３８に接続される。トランジスタ２０４および２０６の各々のエミッタは、それぞれノード２３６、２３８を介して第１および第２の抵抗器２２０、２２２の一端に接続される。第１および第２の抵抗器２２０、２２２の他端は、別個の電源に、好ましくは接地に接続される。第１および第２の抵抗器２２０、２２２の値は、それぞれ２．４ｋΩである。トランジスタ２０４およびトランジスタ２０６は、第３の電流ミラーユニットを構成する。このために、トランジスタ２０６のコレクタからエミッタに流れる電流は、トランジスタ２０４のコレクタからエミッタに流れる電流に比例する。つまり、第３の電流ミラーユニットでは、端子２０２に流れる電流に比例する電流が、ノード２３２に流れる。比例係数は、トランジスタ２０４とトランジスタ２０６のエミッタ比によって決定される。以下、特に、エミッタ比が１の場合について説明する。
【００８９】
トランジスタ２０８のコレクタおよびベースはノード２３２に接続され、エミッタは端子２４０に接続される。トランジスタ２１０のコレクタはノード２４２に接続され、ベースはノード２３２に接続され、エミッタは端子２４０に接続される。トランジスタ２０８およびトランジスタ２１０の各々のエミッタは、電源Ｖｐｄｍ’に接続される。トランジスタ２０８およびトランジスタ２１０は、第４の電流ミラーユニットを構成する。このために、トランジスタ２１０のエミッタからコレクタに流れる電流は、トランジスタ２０８のコレクタからエミッタに流れる電流に比例する。つまり、第４の電流ミラーユニットでは、ノード２３２に流れる電流に比例する電流が、ノード２４２に流れる。以下、特に、エミッタ比が１の場合について説明する。このため、Ｖｐｄｍ’電源には、ＡＰＤ１０２に流れる電流の約２倍の電流が流れるので、これから光電流をモニタできる。
【００９０】
トランジスタ２１２のコレクタおよびベースは、ノード２４２に接続され、エミッタはノード２４２に接続される。トランジスタ２１４のコレクタはノード２４８に接続され、ベースはノード２４２に接続され、エミッタはノード２４６に接続される。トランジスタ２１２のエミッタは、ノード２４２を介して第３の抵抗器２２４の一端に接続される。第３の抵抗器２２４の他端は、別個の電源に、好ましくは接地に接続される。第３の抵抗器２２４の値は、例えば２．４ｋΩである。トランジスタ２１４のエミッタは、ノード２４６を介して第４の抵抗器２２８の一端が接続される。第４の抵抗器２２８の他端は、別個の電源に、好ましくは接地に接続される。第４の抵抗器２２８には、可変抵抗器または半固定抵抗器を使用することができ、本実施の形態では第４の抵抗器２２８は、最大抵抗値１０ｋΩの可変抵抗器である（以下、第１の可変抵抗器ともよぶ）。トランジスタ２１２及びトランジスタ２１４は、第５の電流ミラーユニットを構成する。このために、第１の可変抵抗器２２８の値が第３の抵抗器２２４の値に等しいとき、トランジスタ２１４のコレクタからエミッタに流れる電流は、トランジスタ２１２のコレクタからエミッタに流れる電流に比例する。つまり、第５の電流ミラーユニットでは、ノード２４２に流れる電流に比例する電流が、ノード２４８に流れる。比例係数は、トランジスタ２１２とトランジスタ２１４とのエミッタ比および第３の抵抗器２２４と第４の抵抗器２２８との抵抗比によって決定される。以下、エミッタ比が１の場合について説明する。
【００９１】
第４の抵抗器（第１の可変抵抗器）２２８は、第１の制御部４４を構成する。レベル調整回路４２ｂは、単調な変化の特性が変更するための識別レベル信号４２ｃを発生する。図２の回路図と同様に、トランジスタ２１４のエミッタに第１の可変抵抗器２２８を接続すると、トランジスタ２１４のコレクタからエミッタに流れる電流に応じてトランジスタ２１４には自己バイアスが加えられる。第４の抵抗器２２８の抵抗値を第３の抵抗器２２４の抵抗値に異なるようにすると、データ識別レベル４２ｃが光信号強度に対して変化する変化率を光信号強度に対して強度信号３２が変化する変化率と異なる値にすることができる。第４の抵抗器２２８の抵抗値と第３の抵抗器２２４の抵抗値の差を適切に設定すると、識別レベル信号４２ｃの変化率を光信号の状態、使用環境等に応じて調整できる。
【００９２】
トランジスタ２１６のコレクタ及びベースはノード２４８に接続され、エミッタは端子２５０に接続される。トランジスタ２１８のコレクタはノード２５２に接続され、ベースはノード２４８に接続され、エミッタは端子２５０に接続される。トランジスタ２１６及びトランジスタ２１８の各々のエミッタは、電源Ｖｃｃに接続される。トランジスタ２１６及びトランジスタ２１８は、第６の電流ミラーユニットを構成する。故に、トランジスタ２１４のコレクタからエミッタに流れる電流は、トランジスタ２１６のエミッタからコレクタに流れる電流に比例する。つまり、第６の電流ミラーユニットでは、ノード２４８に流れる電流に比例する電流が、ノード２５２に流れる。以下、エミッタ比が１の場合について説明する。
【００９３】
第２の制御部４６は、第５の抵抗器２２６を含む。第５の抵抗器２２６の一端はノード２５２に接続され、他端は端子２５４に接続される。端子２５４は、フィルタ回路１６の入力端子１７２ａ（ＣＡＰ１Ｂ）を介してデータ識別回路１８の一入力端子１８４ａに電気的に結合される。
【００９４】
第２の制御部４６には、トランジスタ２１８のコレクタ−エミッタ間に流れる電流が流れる。光信号の強度が第１の所定値に比較して小さい場合には、第２の制御部４６に流れる電流値は、ＡＰＤ１０２に流れる電流値に等しい。抵抗器２２６の両端には、この電流値に対応した電位差が生じる。この時、レベル調整回路１４ｂ、つまり第２の制御部４６は、ＡＰＤ１０２に流れる電流に応じた電流を識別レベル信号４２ｃとしてデータ識別回路１８に提供する。
【００９５】
一方、光信号の強度が強くなると、トランジスタ２１８のコレクタ−エミッタ間に流れる電流も大きくなり、また抵抗器２２６の両端の電位差も大きくなる。この電位差が更に大きくなり、トランジスタ２１８の動作が能動動作から飽和動作に変化すると、もはや第２の制御部４６にはＡＰＤ１０２に流れる電流値に等しい電流は流れない。トランジスタ２１８のベース電流は、ＡＰＤ１０２に流れる電流に応じて変化するが、エミッタ−コレクタ間に流れる電流は、ほぼ一定に保たれる。すなわち、ＡＰＤ１０２に流れる電流にかかわらず、レベル調整回路１４ｂは、データ識別レベル信号４２ｃとして一定の電流を供給する。このため、光信号２１の強度が第１の所定値より大きい信号強度の領域では、第２の制御部４６は、データ識別回路１８のデータ識別レベルが光信号２１の強度の値に実質的に依存しないデータ識別レベル信号４２ｃを発生する。第１の所定値は、第１および第３〜第６の電流ミラーユニットにおけるミラー比に応じてＡＰＤ１０２からの電流が増幅された割合と、抵抗器２２６の値とによって決定される。適切に決定されたこれらの値を用いると、第１の所定値より信号強度が強くなると、トランジスタ２１８のコレクタ電流がベース電流に応じて変化しなくなるような動作が実現される。
【００９６】
本実施の形態の第２の制御部４６の動作は、第１の実施の形態と同様である。抵抗器２２６には、可変抵抗器、または半固定抵抗器を使用することが好ましい。このようにすると、光信号の状態、光受信器の使用環境に応じて第１の所定値を調整できる。なお、図４に示された実施の形態の場合に、抵抗器２２６は、最大抵抗値１００ｋΩの可変抵抗器を用いて、例えば抵抗値を、５０ｋΩに設定した。
【００９７】
第３の制御部４８は、第６の抵抗器２３０を含む。第６の抵抗器２３０の一端は端子２３２に接続され、他端は端子２３４を介して電源Ｖｃｃに接続される。図４に示された実施の形態の場合に、例示すれば、抵抗器２３０は、最大抵抗値１ＭΩの可変抵抗器を用いて、例えば抵抗値を９００ｋΩに設定した。端子２３２は、フィルタ回路１６の入力端子１７２ｂおよび出力端子１８０ｂを介してデータ識別回路１８の一入力端子１８４ｂに電気的に結合され、識別レベル信号４２ｄを供給する。なお、第３の制御部４８の動作は、図２を参照した説明と同じなので詳細な説明を省略する。
【００９８】
なお、レベル調整部４０は、第２の実施の形態と同じように決定される。
【００９９】
この光受信器では、以下に示される光信号の受信方法に従ってデータ値の識別を行っている。その方法は、光信号２１を電気的なデータ信号３０ａ、３０ｂに変換する変換ステップと、光信号２１の強度に関連した電気的な強度信号３２を発生する発生ステップと、発生ステップにおいて発生された強度信号３２に関連してデータ信号３０ａ、３０ｂが有するデータ値を識別するためのデータ識別レベルを変更する変更ステップと、変更ステップにおいて変更されたデータ識別レベルに基づいてデータ信号３０ａ、３０ｂを識別する識別ステップとを備える。
【０１００】
また、この方法では、変更ステップは、光信号の強度に関する第１の領域において光信号の平均強度に対して所定の変化率で変更されるデータ識別レベルを提供し、第１の領域よりも光信号の強度が大きい第２の領域において光信号の強度の値に実質的に依存しないデータ識別レベルを提供するようにしてもよい。
【０１０１】
このように、光信号強度が第１の所定値より小さく第２の所定値より大きい領域において、データ識別レベルが光信号強度に対して所定の変化率で変化するようにした。このため、受ける光信号の強度の変化に対応してデータ識別レベルが変更される。受ける光信号強度が変化すると、この変化に対応したデータ識別レベルに基づいてデータ値が識別される。また、光信号強度が第１の所定値より大きい領域において、データ識別レベルが光信号強度に依存しないようにしたので、光信号の強度に変化しても、データ識別レベルは一定に保たれる。このため、信号強度が変化しても信号強度に依存しないデータ識別レベルが設定される。更に、光信号強度が第２の所定値より小さい領域においては、データ識別レベルが光信号強度に依存しないようにしたので、光信号の強度に変化しても、データ識別レベルは一定に保たれる。このため、信号強度が変化しても信号強度に依存しないデータ識別レベルが設定される。
【０１０２】
本実施の形態に好適な構成を以下に示す。トランジスタ１２２（Ｔｒ４）、トランジスタ１２４（Ｔｒ３）、トランジスタ２３６（Ｔｒ２）、およびトランジスタ２３８（Ｔｒ１）は、モニタピン（Ｖｐｄｍ）において光電流を監視するための回路を構成する部分である。光電流を取り出すためのモニタピン（Ｖｐｄｍ）に以下の回路を接続することができる。その回路は、トランジスタ２０８（Ｔｒ６）およびトランジスタ２１０（Ｔｒ７）、トランジスタ２１２（Ｔｒ８）およびトランジスタ２１４（Ｔｒ９）、並びにトランジスタ２１６（Ｔｒ１０）およびトランジスタ２１８（Ｔｒ１１）からなる複数の電流ミラーユニットを含む。この回路を含むレベル調整回路において識別レベル信号を生成して、これをデータ識別回路１８に加えると、所定の光入力強度の領域において、光信号強度に比例したデータ識別レベルの変化が生じる。光電流は、Ｖｐｄｍ’端子から実際の約２倍の電流として取り出される電流を利用して監視される。
【０１０３】
以上詳細に説明したように、第２の実施の形態および第３の実施の形態では、光信号強度が低い領域においては、電流ミラーユニットを用いて光電流に比例した電流をデータ識別回路１８の入力に注入して、データ識別回路１８の入力直流レベルにオフセット電圧を発生させている。また、光信号強度が大きくなり光受信器内の信号振幅が飽和する領域では、電流ミラーユニットを構成するトランジスタの一対の電流ノード間の電圧（バイポーラトランジスタの場合には、Ｖｃｅ電圧）を減少させることによって一定のオフセット電圧を発生させている。
【０１０４】
（第４の実施の形態）
図５および図６を参照しながら、図２および図４に示された光受信器の主要部を備える光受信器の特性に関して説明する。
【０１０５】
図５は、データ識別レベルの光信号強度依存性を示した特性図である。図５では、横軸は光信号の強度をｄＢｍ単位で示し、縦軸はデータ識別回路のデータ識別レベルの特性を白三角印（△）にてｍＶ単位で示している。また、図５には、比較のために従来の光受信器のデータ識別レベル特性が白丸印（○）を用いて示されている。図５は、また、各ビット誤り率を達成するためのデータ識別レベルのオフセット電圧をデータ値０、１のそれぞれに対してｍＶ単位で示していて、破線を用いて、発光側を示すデータ値に対しては、誤り率１×１０-10、１×１０-12、１×１０-13、１×１０-14、１×１０-15、１×１０-18に対する特性が示され、反対側のデータ値に対しては、誤り率１×１０-10、１×１０-11、１×１０-15、１×１０-18に対する特性が示されている。ビット誤り率の指数は、特性図中の各特性曲線の近傍に記入されている２桁の整数で表される。
【０１０６】
図１、図２、および図４に示されたデータ識別回路１８のデータ識別レベルの特性とは、レベル調整回路（１４、１４ａ、１４ｂ）からのデータ識別レベル信号（４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ，４２ｄ）によってデータ識別回路１８の入力に加えられるデータ識別レベルのオフセット量（オフセット電圧）Ｖoffset＝Ｖcap1b−Ｖcap1を意味する。Ｖcap1bは、端子１８４ａに加えられるバイアス電圧を表し、Ｖcap1は、端子１８４ｂに加えられるバイアス電圧を表す。なお、Ｖcap1−Ｖcap1bを採用すれば、データ識別レベルの光信号強度の対する傾きの符号が逆になる。
【０１０７】
図５に参照すると、光信号強度が第２の所定値より大きく且つ第１の所定値より小さい領域（例えば、−２５ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍの領域）では、データ識別レベルに光入力強度に比例するオフセット電圧が加えられる。この領域の比例係数は、図２及び図４の可変抵抗器ＶＲ１を用いて調整される。
【０１０８】
一方、光入力強度が第１の所定値より大きい領域（例えば、−１５ｄＢｍを越えて大きい領域）では、光受信器内においては信号振幅が飽和、又はほぼ飽和し、一定のオフセット電圧がデータ識別レベルに加えられている。この領域における信号強度の値は、図２および図４の可変抵抗器ＶＲ２と、レベル調整回路および検出回路に採用されている電流ミラーユニットのミラー比とに基づいて調整される。
【０１０９】
また、光信号の信号強度の十分に低い、あるいは信号入力がない領域、つまり第２の所定値より光信号強度が小さい領域（例えば、−２５ｄＢｍを越えて小さい領域）では、データ識別レベルは光入力強度とは無関係であり、図５に示した例では、オフセット電圧はゼロである。この領域における信号強度の値は、図２および図４の可変抵抗器ＶＲ３を用いて調整される。
【０１１０】
このようにデータ識別レベルを変化させるようにしたので、データ識別回路１８のデータ識別レベルと、データ識別の誤り率を最小にするデータ識別レベルとの間の大きなズレ、及び、受信した光信号の各強度において受信感度を低下させるデータ識別レベルの片寄り、を矯正することができる。故に、ビット誤り率特性における曲がり、いわゆる「裾引き」が低減され、または解消される。
【０１１１】
図６を参照すると、この「裾引き」が低減されていることを示す。図６は、ビット誤り率が示された特性図であり、横軸に光信号強度をｄＢｍ単位で示し、縦軸にビット誤り率を対数目盛で示している。図６には、光信号の強度が増加するとビット誤り率も低下していく本実施の形態の光受信器の特性が示され、比較のために、「裾引き」が見られる従来の光受信器の特性も示されている。
【０１１２】
図６は、光入力強度が−３５ｄＢｍより大きい領域においても、ビット誤り率はほぼ直線的に低くなっていることを示している。したがって、受信特性が改善された光受信器、および受信特性を改善できる光信号の受信方法を提供された。
【０１１３】
以上詳細に説明したように実施の形態においては、データ識別回路のデータ識別レベルと、ビット誤り率を最小にするデータ識別レベルとの間に大きなズレ（オフセット）、及び、受信した光信号の各強度において受信感度を低下させるデータ識別レベルの片寄り、を矯正することによって、ビット誤り特性の曲がり、つまり裾引きが低減される。データ識別レベルのオフセット量としては、光入力強度は比較的低い領域では光入力強度に比例する電流を電流ミラーユニットを用いてデータ識別回路に加え、一方、光入力強度が強くなり光受信器内でのい信号の振幅が飽和する領域では一定のオフセット電流を加えるように設定している。このようにすれば、光信号強度の広い範囲において、ビット誤り率を小さくするようにデータ識別レベルを変化させることができる。
【０１１４】
本実施の形態においては、差動回路を用いて構成したため、非反転信号および反転信号は、相互にデータ識別レベルを判定するためにしきい値を提供する信号としも作用している。
【０１１５】
また、本発明は、差動回路を使用することなく構成することもできる。
【０１１６】
更に、第２の実施の形態および第３の実施の形態の光受信器の主要部において、電気的な極性を反転する構成も採用できる。
【０１１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わる光受信器では、変換回路において光信号から変換されたデータ信号をデータ識別回路においてデータ識別レベルに基づいて識別する光受信器において、データ識別レベルが、受けた光信号の強度に応じて変更されるようにした。
【０１１８】
このため、受ける光信号の強度の変化に対応して、データ識別回路のデータ識別レベルが適切に調整される。
【０１１９】
したがって、ビット誤り特性における裾引きを低減され、光信号強度の広い範囲において受信性能が改善された光受信器が提供される。
【０１２０】
また、本発明に係わる光信号の受信方法では、光信号から電気信号へ変換されたデータ信号をデータ識別レベルに基づいて識別する際に、光信号の強度に関連した強度信号を発生して、この強度信号に関連付けてデータ識別レベルを調整するようにした。
【０１２１】
このため、受ける光信号の強度の変化に対応したデータ識別レベルに基づいてデータ値が識別される。
【０１２２】
したがって、ビット誤り特性における裾引きが低減された光信号の受信方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係わる光受信器のブロックを示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明に光受信器の主要部の回路を示す回路図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、データ識別レベルと信号波形との関係を示した波形図である。
【図４】図４は、本発明に係わる光受信器の主要部の回路を示す回路図である。
【図５】図５は、データ識別レベルのオフセット値を示した特性図である。
【図６】図６は、ビット誤り率が示された特性図である。
【図７】図７は、従来技術における光信号の伝送誤り率特性を示した特性図をである。
【図８】図８は、従来技術におけるビット誤り率を示した特性図である。
【符号の説明】
１０…光受信器、１２…変換回路、１４…レベル調整回路、１６…フィルタ回路、１８…データ識別回路、２１…光信号、２２…光通信路、２４…光電変換部、３０…データ信号、３２…出力電気信号、３４…強度検出部、４０…レベル調整部、４２…データ識別レベル信号、４４…第１の制御部、４６…第２の制御部、４８…第３の制御部、５８…、１００，２００…光受信器の主要部、１０２…光電変換素子、１０４…プリアンプ回路、１０６…メインアンプ回路、１０８…帰還抵抗器
【図１】
0004032531.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004032531.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004032531.tif 000008
【図８】
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