JP2005184658A

JP2005184658A - 光受信回路

Info

Publication number: JP2005184658A
Application number: JP2003425208A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kan; 昌一韓
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムのようにパケット長が可変長であって、しかも無信号区間が長い場合でも、正しい閾値を生成して、正確にパケットを再生できるようにする。
【解決手段】プリアンプ回路２により変換された電圧信号の平均電位が閾値電圧設定回路８により設定された閾値電圧と一致するように、その電圧信号にバイアス電圧を印加するバイアス回路５を設けるとともに、そのバイアス回路５がプリアンプ回路２により変換された電圧信号にバイアス電圧を印加する際に生じる電圧信号の歪み区間が、パケットのプレアンブル長より短くなるように、ＡＣ結合用コンデンサ４とバイアス回路５の時定数τを設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムの光送信装置からバースト送信されるパケットの光信号を検出して、そのパケットを再生する光受信回路に関するものである。

従来の光受信回路は、フォトダイオードが光送信装置からバースト送信されるパケットの光信号を検出すると、プリアンプ回路がフォトダイオードにより検出された光信号を電圧信号に変換して出力するとともに、その電圧信号のピーク値を検出して出力する。
そして、ボトム値検出回路がプリアンプ回路から出力された電圧信号のボトム値を検出し、中間レベル生成回路がプリアンプ回路から出力された電圧信号のピーク値とボトム値検出回路により検出されたボトム値との中間値を求め、その中間値を閾値としてリミットアンプに出力する。
リミットアンプは、プリアンプ回路から出力された電圧信号と中間レベル生成回路から出力された閾値を比較し、その比較結果を示す信号（パケットの再生信号）を出力端子に出力する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１３３６１号公報（段落番号［００１６］から［００１７］、図１）

従来の光受信回路は以上のように構成されているので、パケットのパケット長が一定であって、無信号区間が短ければ、閾値を正確に生成することができる。しかし、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムのようにパケット長が可変長であって、しかも無信号区間が長い場合、電圧信号のピーク値やボトム値を保持する中間レベル生成回路やボトム値検出回路のコンデンサが放電してしまうため、電圧信号のピーク値やボトム値を保持することができなくなって、正しい閾値を生成することができなくなり、正確にパケットを再生することができなくなる課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムのようにパケット長が可変長であって、しかも無信号区間が長い場合でも、正しい閾値を生成して、正確にパケットを再生することができる光受信回路を得ることを目的とする。

この発明に係る光受信回路は、光電変換手段により変換された電気信号の平均電位が閾値電圧設定手段により設定された閾値電圧と一致するように、その電気信号にバイアス電圧を印加するバイアス手段を設けるとともに、そのバイアス手段がバイアス電圧を印加する際に生じる電気信号の歪み区間が、そのパケットのプレアンブル長より短くなるように、そのバイアス手段の時定数を設定するようにしたものである。

この発明によれば、光電変換手段により変換された電気信号の平均電位が閾値電圧設定手段により設定された閾値電圧と一致するように、その電気信号にバイアス電圧を印加するバイアス手段を設けるとともに、そのバイアス手段がバイアス電圧を印加する際に生じる電気信号の歪み区間が、そのパケットのプレアンブル長より短くなるように、そのバイアス手段の時定数を設定するように構成したので、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムのようにパケット長が可変長であって、しかも無信号区間が長い場合でも、正しい閾値を生成して、正確にパケットを再生することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光受信回路を示す構成図であり、図において、フォトダイオード１は例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムの光送信装置からバースト送信されるパケットの光信号を検出する。プリアンプ回路２はフォトダイオード１により検出されたパケットの光信号を電圧信号（電気信号）に変換して出力する。なお、フォトダイオード１及びプリアンプ回路２から光電変換手段が構成されている。
振幅等化回路３はプリアンプ回路２により変換された電圧信号からパケットを再生し、その再生信号を出力する。

ＡＣ結合用コンデンサ４はバイアス回路５と共にバイアス手段を構成しており、定常状態において、パケットのデューティー比が５０％になるように機能する。
バイアス回路５はバイアス抵抗６，７から構成され、プリアンプ回路２により変換された電圧信号の平均電位が閾値電圧設定回路８により設定された閾値電圧と一致するように、その電圧信号にバイアス電圧を印加する。
なお、ＡＣ結合用コンデンサ４の容量値と、バイアス回路５のバイアス抵抗６，７の合成抵抗値とからなる時定数τは、バイアス電圧を印加する際に生じる電圧信号の歪み区間が、パケットのプレアンブル長より短くなるように設定される。

閾値電圧設定回路８はバイアス抵抗９，１０から構成され、閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段を構成している。
リミッタアンプ１１はバイアス回路５によりバイアス電圧が印加された電圧信号と閾値電圧設定回路８により設定された閾値電圧を比較して、その比較結果を示す信号を再生信号として出力する比較手段を構成している。

次に動作について説明する。
まず、フォトダイオード１は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムの光送信装置からバースト送信されるパケットの光信号を検出する。
なお、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムにおけるパケットは、図２（ａ）に示すように、プレアンブルと制御信号が含まれているＰＯＮオーバーヘッドが比較的長く、ＰＯＮオーバーヘッドの後ろにペイロードが付加されている。
プリアンプ回路２は、フォトダイオード１がパケットの光信号を検出すると、そのパケットの光信号を電圧信号に変換して出力する。

プリアンプ回路２から出力された電圧信号が振幅等化回路３に入力されると、その電圧信号は、振幅等化回路３のＡＣ結合用コンデンサ４とバイアス回路５によりバイアス電圧が印加され、その電圧信号の平均電位が閾値電圧設定回路８により設定された閾値電圧と一致するようになるが、その際、ＡＣ結合用コンデンサ４の容量値と、バイアス回路５のバイアス抵抗６，７の合成抵抗値とからなる時定数τによって、図２（ｂ）に示すような波形歪みが生じる。

図２（ｂ）の例では、電圧信号の歪み区間がパケットのプレアンブル長より短いため、パケットのプレアンブルの一部は歪んでいるが、パケットの制御信号とペイロードには歪みが生じていない。
図２（ｂ）の例のように、パケットの制御信号とペイロードに歪みが生じていなければ、パケットのバースト受信が可能であるので、この実施の形態１では、パケットのプレアンブル長を考慮して時定数τを設定するようにしている。

例えば、１００ＭｂｐｓのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムでは、４Ｂ／５Ｂの符号変換を実施するので、光伝送速度は１２５Ｍｂｐｓとなり、同符号連続耐力は５ｂｉｔ、即ち、５ｂｉｔ／１２５Ｍｂｐｓ＝４０ｎｓ以上が必要となる。
同符号連続後のデューティー比歪みを例えば１０％以内に抑える場合、時定数τは次のように算出することができる。
τ＝−ｔ／ｌｏｇ（Ｖ_ｔ＝４０／Ｖｏ）
＝−４０／（−０．１０５）
≒３８０ｎｓ
ただし、Ｖｏは初期電圧値、Ｖ_ｔ＝４０はｔ＝４０ｎｓ後の電圧値である。

一方、時定数τが３８０ｎｓのとき、プレアンブルの波形歪みが１０％以下になる時間ｔは次のようになる。
ｔ＝τ×ｌｏｇ（１−Ｖ_α＝１０／Ｖｏ）
＝３８０×２．３
≒８８０ｎｓ
ただし、Ｖ_α＝１０はプレアンブルの信号歪みが１０％以下になる時の電圧値である。

このようにプレアンブルの波形歪みが１０％以下になる時間ｔが８８０ｎｓ（＝１１０ｂｉｔに相当）であれば、プレアンブルの歪み区間を１１０ｂｉｔ以下に抑えられれば、信号の歪みを１０％以下で再生することができる。
因みに、ＡＣ結合用コンデンサ４の容量値Ｃを１８０ｐＦ、バイアス回路５のバイアス抵抗６，７の抵抗値Ｒを４．３ＫΩに設定すると、時定数τは３８７ｎｓになる。

リミッタアンプ１１は、上記のようにして、バイアス回路５がプリアンプ回路２により変換された電圧信号にバイアス電圧を印加すると、その電圧信号と閾値電圧設定回路８により設定された閾値電圧を比較して、その比較結果を示す信号を再生信号として出力端子ＤＯＵＴに出力する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、プリアンプ回路２により変換された電圧信号の平均電位が閾値電圧設定回路８により設定された閾値電圧と一致するように、その電圧信号にバイアス電圧を印加するバイアス回路５を設けるとともに、そのバイアス回路５がプリアンプ回路２により変換された電圧信号にバイアス電圧を印加する際に生じる電圧信号の歪み区間が、パケットのプレアンブル長より短くなるように、ＡＣ結合用コンデンサ４とバイアス回路５の時定数τを設定するように構成したので、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮシステムのようにパケット長が可変長であって、しかも無信号区間が長い場合でも、正しい閾値を生成して、正確にパケットを再生することができる効果を奏する。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による光受信回路を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
スイッチング回路１２は抵抗１３とトランジスタ１４から構成され、パケットの光信号が検出されていない区間では、パケットの光信号が検出されている区間よりも閾値電圧を下げる閾値電圧設定手段を構成している。

上記実施の形態１では、閾値電圧設定回路８がバイアス抵抗９，１０の抵抗値から決定される固定の閾値電圧をリミッタアンプ１１に出力するものについて示したが、パケットの光信号の検出の有無に応じて、その閾値電圧を変更するようにしてもよい。
即ち、スイッチング回路１２のトランジスタ１４は、パケットの光信号が検出されたことを示す制御信号を受けているときはオフになり、閾値電圧設定回路８から出力される閾値電圧をそのままリミッタアンプ１１に出力させる。
しかし、スイッチング回路１２のトランジスタ１４は、パケットの光信号が検出されていないことを示す制御信号を受けているときはオンになり、閾値電圧設定回路８から出力される閾値電圧を下げてリミッタアンプ１１に出力させる。トランジスタ１４がオンになると、抵抗１３に電流が流れるので、その電流分だけ閾値電圧が低下する。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、パケットの光信号が検出されていない区間では、パケットの光信号が検出されている区間よりも閾値電圧を下げるように構成したので、パケットの光信号が検出されていないときに、リミッタアンプ１１から出力される不要な雑音を低減することができる効果を奏する。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による光受信回路を示す構成図であり、図において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ロジック回路１５はリミッタアンプ１１から出力される再生信号を監視して、パケットの光信号の検出の有無を判定し、その判定結果を示す制御信号をトランジスタ１４のベースに出力する。なお、ロジック回路１５は閾値電圧設定手段を構成している。

上記実施の形態２では、スイッチング回路１２のトランジスタ１４が、パケットの光信号が検出されたことを示す制御信号を受けているときはオフになり、パケットの光信号が検出されていないことを示す制御信号を受けているときはオンになるものについて示したが、ロジック回路１５がリミッタアンプ１１から出力される再生信号を監視して、パケットの光信号の検出の有無を判定し、その判定結果を示す制御信号をトランジスタ１４のベースに出力するようにしてもよい。

ロジック回路１５は、例えば、リミッタアンプ１１から出力される再生信号の信号レベルが一定期間以上、所定レベル以下である場合には、パケットの光信号が検出されていないと判断する。
あるいは、リミッタアンプ１１から出力される再生信号のＩＤＬＥパターンと、予め用意されているパケット終了ＩＤＬＥパターンとを比較して、両者が一致している場合には、パケットが終了であり、一定時間後はパケットの光信号が検出されていないと判断する。

スイッチング回路１２のトランジスタ１４は、ロジック回路１５からパケットの光信号が検出されていることを示す制御信号を受けているときはオフになり、閾値電圧設定回路８から出力される閾値電圧をそのままリミッタアンプ１１に出力させる。
一方、ロジック回路１５からパケットの光信号が検出されていないことを示す制御信号を受けているときはオンになり、閾値電圧設定回路８から出力される閾値電圧を下げてリミッタアンプ１１に出力させる。

これにより、この実施の形態３の場合も、上記実施の形態２と同様に、パケットの光信号が検出されていないときに、リミッタアンプ１１から出力される不要な雑音を低減することができる効果を奏する。

この発明の実施の形態１による光受信回路を示す構成図である。パケットの歪みを示す説明図である。この発明の実施の形態２による光受信回路を示す構成図である。この発明の実施の形態３による光受信回路を示す構成図である。

符号の説明

１フォトダイオード（光電変換手段）、２プリアンプ回路（光電変換手段）、３振幅等化回路、４ＡＣ結合用コンデンサ（バイアス手段）、５バイアス回路（バイアス手段）、６，７バイアス抵抗、８閾値電圧設定回路（閾値電圧設定手段）、９，１０バイアス抵抗、１１リミッタアンプ（比較手段）、１２スイッチング回路（閾値電圧設定手段）、１３抵抗、１４トランジスタ、１５ロジック回路（閾値電圧設定手段）。

Claims

バースト送信されるパケットの光信号を検出し、その光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、閾値電圧を設定する閾値電圧設定手段と、上記光電変換手段により変換された電気信号の平均電位が上記閾値電圧設定手段により設定された閾値電圧と一致するように、その電気信号にバイアス電圧を印加するバイアス手段と、上記バイアス手段によりバイアス電圧が印加された電気信号と上記閾値電圧設定手段により設定された閾値電圧を比較して、その比較結果を出力する比較手段とを備えた光受信回路において、上記バイアス手段がバイアス電圧を印加する際に生じる電気信号の歪み区間が、そのパケットのプレアンブル長より短くなるように、上記バイアス手段の時定数を設定していることを特徴とする光受信回路。
バイアス手段がコンデンサとバイアス抵抗から構成されていることを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
閾値電圧設定手段は、パケットの光信号が検出されていない区間では、パケットの光信号が検出されている区間よりも閾値電圧を下げることを特徴とする請求項１記載の光受信回路。
閾値電圧設定手段は、比較手段から出力された比較結果を参照して、パケットの光信号の検出の有無を判定することを特徴とする請求項３記載の光受信回路。