(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源及び接地間に接続された抵抗、コイル及び受光素子の直列回路と、
前記受光素子の両端電圧を増幅する帰還型増幅器と、
前記抵抗及びコイルの接続点の電圧を入力し、前記増幅器の帰還回路に接続されたダイオードの帰還抵抗を制御するトランスインピーダンス調整回路とを備え、
前記増幅器の出力端から出力信号を得ることを特徴とする受光回路。
【請求項２】
前記抵抗及びコイルの接続点と前記トランスインピーダンス調整回路間に前記受光素子による受光電流を検出する受光電流検出回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の受光回路。
【請求項３】
前記増幅器の帰還回路の前記ダイオードとして１対のダイオードを使用し、該１対のダイオードは前記トランスインピーダンス調整回路に対して直列接続され、前記増幅器の帰還回路に並列接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の受光回路。
【請求項４】
前記増幅器はＦＥＴで構成され、該ＦＥＴのゲート及びドレインをそれぞれ入力端及び出力端とし、ソースを接地することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の受光回路。
【請求項５】
電源及び接地間に接続された抵抗、コイル及び受光素子の直列回路と、
該直列回路の前記受光素子の両端電圧を増幅する増幅器と、
該増幅器の入力端と接地間に接続されたダイオードを含む可変抵抗素子と、
前記直列回路の前記抵抗及びコイルの接続点の電圧を入力し、前記ダイオードの抵抗を制御するトランスインピーダンス調整回路とを備えることを特徴とする受光回路。
【請求項６】
前記ダイオードは１対のダイオードよりなり、該１対のダイオードは前記トランスインピーダンス調整回路に対して直列接続され、前記増幅器の入力端と接地間には並列接続されることを特徴とする請求項５に記載の受光回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受光回路に関し、特に発光素子等から伝送される光信号を検出する受光回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を受けて電気信号に変換する受光回路はアナログ光伝送分野等において広く使用されている。
【０００３】
かかる従来の受光回路の一例は、特開平２−２７８９０６号公報に開示されており、図８に示す如き回路構成を有する。即ち、この従来の受光回路８は、光信号を受けて対応する電気信号に変換するフォトトランジスタ等の受光素子９、その出力を増幅する前置増幅器２４、ＡＧＣ（自動利得制御）回路２２及びＡＧＣ制御増幅器２３を含み、出力端子１７から受光信号に対応する電気信号を出力する。
【０００４】
この前置増幅器２４は、正電源端子Ｖｃｃと接地間に直列接続された抵抗１０ｂ、トランジスタ１９ａ及びＭＯＳトランジスタ２０と、同様に正電源端子Ｖｃｃと接地間に直列接続されたトランジスタ１９ｂ、レベルシフト用ダイオード２１ａ、２１ｂ及び抵抗１０ｃを有する。受光素子９は、正電源端子Ｖｃｃとトランジスタ１９ａのベース間に接続する。また、トランジスタ１９ａのベースは帰還抵抗１８を有して前置増幅器２４の出力端、即ち、ダイオード２１ｂと抵抗１０ｃの共通接続点に接続する。また、トランジスタ１９ａのコレクタをトランジスタ１９ｂのベースへ直接接続し、前置増幅器２４は、反転増幅器を構成する入力段と、エミッタフォロワを構成する出力段の２段増幅器である。
【０００５】
前置増幅器２４の出力端と、出力端子１７との間にＡＧＣ回路２２が接続される。また、この出力端子１７にはＡＧＣ制御回路２３が接続され、その出力である制御電圧がＡＧＣ回路２２とＭＯＳトランジスタ２０のゲートに印加されている。
【０００６】
この受光回路８では、従来、デジタル信号伝送系において光入射強度が大きくなった場合に回路内のトランジスタが飽和状態になるために発生する波形歪を防止している。
【０００７】
受光素子９に光信号が入射されると、この受光素子９は光信号を電気信号に変換する。この電気信号は、トランジスタ１９ａのベース、即ち前置増幅器２４により増幅される。更に、この信号はＡＧＣ回路２２とＡＧＣ制御増幅器２３によりＡＧＣ回路２４及びＡＧＣ制御増幅器２３によってＡＧＣ回路２４の出力が一定に保たれるように制御される。
【０００８】
この受光回路８において、光入射強度が増大して前置増幅器２４の出力が増大し，ＡＧＣ回路２２の制御範囲を越すとと，ＡＧＣ制御増幅器２３が作動し、その出力制御電圧を利用してＮ型ＭＯＳトランジスタ２０のオン抵抗ＲONを可変とし、前置増幅器２４の開ループ利得を変化させる。これにより、トランスインピーダンス型前置増幅器２４のトランスインピーダンスを制御して、前置増幅器２４の飽和状態を制御し、光入射強度に対する受光回路８のダイナミックレンジを拡大する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図８に示す従来の受光回路８には次の如き技術的課題を含んでいる。
（Ａ）アナログ光伝送では相互変調（ＩＭ）歪が問題となるが、従来の受光回路では開ループ利得を変化させることでトランスインピーダンスを変化させる回路構成であるために、トランジスタを良好な直線性で使用できず歪特性が劣化する。
（Ｂ）ＡＧＣ回路を用いる制御回路であるために、伝送信号の他にパイロット信号が必要となる。また、ＡＧＣ回路と前置増幅器の開ループ利得を同時に変化するために制御が困難である。
（Ｃ）前置増幅器の飽和状態のみを考慮しており、デバイスの非直線性による相互変調歪で雑音特性を考慮していない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、アナログ光伝送における受光回路に好適であって、上述した従来の受光回路の欠点を克服又は軽減した受光回路を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明による受光回路は、次のような特徴的な構成を備えている。
（１）電源及び接地間に接続された抵抗、コイル及び受光素子の直列回路と、
前記受光素子の両端電圧を増幅する帰還型増幅器と、
前記抵抗及びコイルの接続点の電圧を入力し、前記増幅器の帰還回路に接続されたダイオードの帰還抵抗を制御するトランスインピーダンス調整回路とを備え、
前記増幅器の出力端から出力信号を得る。
【００１２】
（２）前記抵抗及びコイルの接続点と前記トランスインピーダンス調整回路間に前記受光素子による受光電流を検出する受光電流検出回路を備える。
【００１３】
（３）前記増幅器の帰還回路の前記ダイオードとして１対のダイオードを使用し、該１対のダイオードは前記トランスインピーダンス調整回路に対して直列接続され、前記増幅器の帰還回路に並列接続される。
【００１４】
（４）前記増幅器はＦＥＴで構成され、該ＦＥＴのゲート及びドレインをそれぞれ入力端及び出力端とし、ソースを接地する。
【００１５】
（５）電源及び接地間に接続された抵抗、コイル及び受光素子の直列回路と、
該直列回路の前記受光素子の両端電圧を増幅する増幅器と、該増幅器の入力端と接地間に接続されたダイオードを含む可変抵抗素子と、前記直列回路の前記抵抗及びコイルの接続点の電圧を入力し、前記ダイオードの抵抗を制御するトランスインピーダンス調整回路とを備える。
【００１６】
（６）前記ダイオードは１対のダイオードよりなり、該１対のダイオードは前記トランスインピーダンス調整回路に対して直列接続され、前記増幅器の入力端と接地間には並列接続される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による受光回路の好適実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
先ず、図１は本発明の受光回路の好適実施形態の概略回路図である。この受光回路１は、正電圧源Ｖｃｃと接地間に直列接続された抵抗１０ａ、コイル１１ａ、受光素子９を含む。抵抗１０ａとコイル１１ａとの接続点の電圧を受光電流検出回路１２で検出し、その出力をトランスインピーダンス調整回路１３に入力する。この出力は、コイル１１ｂ及びコンデンサ１５ｂを介してＦＥＴ１６のゲートに入力する。このコイル１１ｂとコンデンサ１５ｂとの接続点には、コンデンサ１５ａを介して受光素子９の両端電圧が印加される。ＦＥＴ１６のソースは接地され、ドレインはコイル１１ｃを介して正電圧源Ｖｄｄに接続されると共にコンデンサ１５ａを介して出力端子１７に接続される。また、コイル１１ｂとコンデンサ１５ａ、１５ｂとの接続点間にダイオード１４ａとコンデンサ１５ｃの直列回路が接続され、ダイオード１４ａとコンデンサ１５ｃとの中点はコイル１１ｄを介して接地される。
【００１９】
この受光回路１の動作を説明すると、光信号は、アノードが接地された受光素子９に入力されて電気信号に変換される。この電気信号である受光素子９の両端電圧は、コンデンサ１５ａ、１５ｂの直列回路を介してＦＥＴ１６のゲートに入力される。このＦＥＴ１６への入力信号は、ＦＥＴ１６で増幅され、コンデンサ１５ｄを介して出力端子１７から出力される。
【００２０】
受光電流検出回路１２は、抵抗１０ａとコイル１１ａの接続点の電圧変動（受光電流により変動）を検出して、増幅した後トランスインピーダンス調整回路１３に入力し、コイル１１ｂ、ダイオード１４ａ及びコイル１１ｄを介して接地に流れる電流を出力する。ここで、ＦＥＴ１６のドレインとゲート間にコンデンサ１５ｂ、１５ｃを介して接続されるダイオード１４ａは、ダイオード１４ａに流れる順電流により変化する高周波抵抗によりＦＥＴ１６の可変帰還抵抗となる。
【００２１】
図１の回路構成の受光回路１の３次相互変調歪（ＣＴＢ）と雑音特性（ＣＮＲ）は、それぞれ次の（１）及び（２）式で表される。
ＣＴＢ=１０ｌｏｇ｛１０(A/10)＋１０(B/10)＋１０(C<Pr,Zt>/10)｝ …（１）
ＣＮＲ=１０ｌｏｇ｛Ｄ（Ｐr）／（Ｅ（Ｐr）＋Ｆ（Ｐr）＋Ｇ（Ｚt｝…（２）
ここで、
Ｐr             ：光入射強度（ｄＢｍ）
Ｚt             ：トランスインピーダンス（Ω）
Ａ              ：ＬＤの３次相互変調歪比（ｄＢｃ）
Ｂ              ：ＰＤの３次相互変調歪比（ｄＢｃ）
Ｃ＜Ｐr、Ｚt＞  ：ＦＥＴの３次相互変調歪比（ｄＢｃ）
（光入射強度とトランスインピーダンスが変数）
Ｄ（Ｐr）       ：キャリアレベル（ｄＢｍ）
Ｅ（Ｐr）       ：ＰＤのショット雑音（ｄＢｍ）
Ｆ（Ｐr）       ：相対強度雑音による雑音（ｄＢｍ）
Ｇ（Ｚt）       ：受光回路の熱雑音（ｄＢｍ）
【００２２】
図２及び図３は上記式（１）、（２）の計算結果の一例である。即ち、図２はＣＴＢの絶対値とＣＮＲの光入射強度変動特性をトランスインピーダンス＝５０Ωとして計算した結果である。光入射強度が４．７ｄＢｍのときＣＴＢとＣＮＲ特性が最良であることが判る。また、図３はＣＴＢの絶対値とＣＮＲの光入射強度変動特性をトランスインピーダンス＝５ｋΩとして計算した結果である。光入射強度が−３．２ｄＢｍのとき、ＣＴＢとＣＮＲ特性が最良であることが判る。
【００２３】
これらの計算結果が示す如く、光入射強度の変動に合わせてトランスインピーダンスを変化することにより、ＣＴＢとＣＮＲが改善できる。
【００２４】
図４は、光入射変動時のＣＴＢとＣＮＲの劣化を最小にするトランスインピーダンスの計算結果の一例を示す。受光回路１のトランスインピーダンスが、図４の計算結果になるようにダイオード１４ａに流れる電流を制御することにより、光入射強度変動時の受光回路１のＣＴＢとＣＮＲの劣化量が少なくなる。
【００２５】
次に、図５は、図１に示した発明による受光回路１の歪特性を改善した本発明の受光回路の他の実施形態である。図１の受光回路１と、図５の受光回路５との相違点は、ダイオード１４ａに加えてダイオード１４ｃを付加し、これらダイオード１４ａのアノードと１４ｃのカソード間にコンデンサ１５ｆを接続したこと及びコンデンサ１５ａ、１５ｂ、１５ｆの共通接続点をコイル１１ｆを介して接地した点である。従って、他の回路素子には図１の対応回路素子と同じ参照符号を付している。
【００２６】
図５の受光回路５は、図１の受光回路１と同様に動作するので、詳細説明は省略する。図１の受光回路１において帰還抵抗として用いるダイオード１４ａの非線形特性による歪が出た場合、図５の受光回路５に示す如くトランスインピーダンス調整回路１３の出力端と接地間にコイル１１ｂ、１１ｆ及びダイオード１４ａ、１４ｃを直列接続すると共に、ダイオード１４ａ，１４ｃ間にコンデンサ１５ｆを接続する。両ダイオード１４ａ、１４ｃには同じ電流が流れるために等しい高周波抵抗成分を持つ。ここで、両ダイオード１４ａ、１４ｃは高周波的に逆特性に接続されているために、ダイオードが有する非直線形性が相殺されて歪特性が改善されることになる。
【００２７】
図６及び図７は、本発明の受光回路の他の実施形態であり、特に図７は図６の歪特性を改善する例である。図６の受光回路６と図１の受光回路１との差異はトランスインピーダンス調整回路１３と接地間にコイル１１ｂ、ダイオード１４ｂ及びコンデンサ１５ｅとコイル１１ｅの並列回路を直列接続した点にある。このダイオード１４ｂは，ＦＥＴ１６のゲートと接地間に接続した入力インピーダンスとなる。この受光回路６においても、トランスインピーダンス調整回路１３は、光入射強度が変動したとき、図４に示したトランスインピーダンスになるようにダイオード１４ｂの高周波抵抗成分を変化させることにより、光入射強度変動時の受光回路６のＣＴＢとＣＮＲの劣化量が少なくなる。
【００２８】
また、図７の受光回路７にあっては、トランスインピーダンス調整回路１３の出力端と接地間にコイル１１ｂ、１１ｆとダイオード１４ｂ、１４ｄを直列接続し且つダイオード１４ｂのアノードとダイオード１４ｄのカソード間にコンデンサ１５ｇを接続している。両ダイオード１４ｂ、１４ｄには同じ電流が流れるので、等しい高周波抵抗成分を有し且つ高周波的に逆特性に接続されているためにダイオードの非線形性が相殺されて歪特性が改善される。
【００２９】
以上、本発明の受光回路の好適実施形態を詳述した。この受光回路によると、電源と接地間に抵抗、コイル及び受光素子を直列接続し、受光素子への入射光による光信号を電気信号に変換する。この電気信号はＦＥＴのゲートに入力され増幅されて出力端子に出力される。光入力強度の変化は、抵抗とコイルの接続点に接続された受光電流検出回路で検出され、トランスインピーダンス調整回路からの出力電流を変化させ，ＦＥＴの帰還抵抗に用いるダイオードの高周波抵抗成分を歪特性を雑音特性が最適となるように制御する。ここで、ダイオードの非線形性が問題となる場合には、２個のダイオードを高周波的に逆特性に接続する。
【００３０】
尚、本発明はかかる特定実施形態のみに限定されるべきでなく、必要に応じて種々の変形変更が可能であることが理解できよう。例えばＦＥＴは同様特性を有する他のデバイスに置換可能である。
【００３１】
【発明の効果】
アナログ光伝送において問題となる歪特性と雑音特性は、受光回路の光入射強度により劣化する。この特性劣化を受光回路のトランスインピーダンスを制御することで低減し、光入射強度に対するダイナミックレンジを拡大することが可能になる。従って、本発明はアナログ光伝送系における低歪及び低雑音特性の受光回路に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の受光回路の好適実施形態の回路図である。
【図２】図１の受光回路でトランスインピーダンスを５０Ωとしたときの歪と雑音の受光変動特性例を示す図である。
【図３】図１の受光回路でトランスインピーダンスを５ｋΩとしたときの歪と雑音の受光変動特性例を示す図である。
【図４】図１の受光回路におけるトランスインピーダンス最適値の受光変動特性例を示す図である。
【図５】図１の受光回路の変形例の回路図である。
【図６】本発明の受光回路の他の実施形態の回路図である。
【図７】図７の受光回路の変形例の回路図である。
【図８】従来の受光回路の回路図である。
【符号の説明】
１，５，６，７    受光回路
９                受光素子
１０ａ            抵抗
１１ａ            コイル
１４ａ、１４ｂ、１４ｄ  ダイオード（可変抵抗素子）
１２，１３        トランスインピーダンス調整回路
１６              ＦＥＴ（増幅器）
【図１】
0003761298.tif 000002
【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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