JP2007300340A - Optical receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光受信器に関するものである。 The present invention relates to an optical receiver.
光通信システムにおいては、例えば光信号の伝送距離がパケット毎に異なる場合等に、信号光強度が大きく変動する。従って、光受信器において受光素子からの光電流を電圧信号に変換するための電流電圧変換回路(トランスインピーダンスアンプ:TIA)には、微弱な光電流を精度よく電圧信号に変換すると同時に、大きな光電流を飽和することなく電圧信号に変換することが望まれる。例えば、特許文献1に開示された光受信装置では、TIA回路における変換利得を可変とし、電流電圧変換後の電圧信号の大きさに応じて変換利得を切り替えることによって、このような性能を実現しようとしている。
In an optical communication system, for example, when the transmission distance of an optical signal varies from packet to packet, the signal light intensity varies greatly. Therefore, a current-voltage conversion circuit (transimpedance amplifier: TIA) for converting a photocurrent from a light receiving element into a voltage signal in an optical receiver converts a weak photocurrent into a voltage signal with high accuracy and at the same time, It is desirable to convert the current into a voltage signal without saturating. For example, in the optical receiver disclosed in
また、光受信器に要求される受信可能な信号光強度の範囲は、光信号の信号周波数(通信レート)によっても異なる。すなわち、通信レートが低速である場合には、比較的弱い光信号を受信可能であることが求められる。逆に、通信レートが高速である場合には、比較的強い光信号を受信可能であることが求められる。従って、一つの光受信器を様々な通信レートに対応させたい場合、TIA回路には、低速レートの場合に高い変換利得を有し、高速レートの場合に低い変換利得を有するような特性が求められる。なお、特許文献2に開示された光受信器では、電流電圧変換後の電圧信号から信号周波数を検出し、その検出結果を利用してイコライザ回路における増幅周波数を制御することにより、光信号の通信レートに応じた利得で電圧信号を増幅しようとしている。 Further, the receivable signal light intensity range required for the optical receiver varies depending on the signal frequency (communication rate) of the optical signal. That is, when the communication rate is low, it is required that a relatively weak optical signal can be received. Conversely, when the communication rate is high, it is required that a relatively strong optical signal can be received. Therefore, when one optical receiver is desired to support various communication rates, the TIA circuit is required to have characteristics such that it has a high conversion gain at a low rate and a low conversion gain at a high rate. It is done. The optical receiver disclosed in Patent Document 2 detects the signal frequency from the voltage signal after the current-voltage conversion, and uses the detection result to control the amplification frequency in the equalizer circuit, thereby communicating the optical signal. I am trying to amplify a voltage signal with a gain that depends on the rate.
しかしながら、TIA回路において通信レートに応じた利得制御がなされる場合、さらに信号光強度に応じた利得の切り替えを行おうとすると、次の問題が生じる。すなわち、電流電圧変換後の電圧信号に基づいて変換利得を切り替える構成(例えば特許文献1)では、通信レートによってTIA回路の変換利得が異なると、電圧信号レベルが同じであっても通信レートによって信号光強度が異なる。従って、変換利得を切り替える際の信号光強度が通信レートに応じて変化してしまう。 However, when gain control according to the communication rate is performed in the TIA circuit, the following problem occurs when switching the gain according to the signal light intensity. That is, in the configuration in which the conversion gain is switched based on the voltage signal after the current-voltage conversion (for example, Patent Document 1), if the conversion gain of the TIA circuit varies depending on the communication rate, the signal depends on the communication rate even if the voltage signal level is the same The light intensity is different. Accordingly, the signal light intensity when switching the conversion gain changes according to the communication rate.
なお、特許文献2に記載された光受信器では、TIA回路の後段で電圧信号を増幅している。従って、受信可能な信号光強度の範囲を拡大していることにはならない。 In the optical receiver described in Patent Document 2, the voltage signal is amplified after the TIA circuit. Therefore, the range of signal light intensity that can be received is not expanded.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、通信レートに応じてTIA回路の変換利得が制御される光受信器において、該変換利得を信号光強度に応じて切り替えることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to switch the conversion gain according to the signal light intensity in an optical receiver in which the conversion gain of the TIA circuit is controlled according to the communication rate. .
上記課題を解決するため、本発明の光受信器は、光信号を電流信号に変換する受光素子と、受光素子に接続され、電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、電流信号の大きさに応じて電流電圧変換回路の変換利得を切り替える利得制御回路とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical receiver of the present invention includes a light receiving element that converts an optical signal into a current signal, a current-voltage conversion circuit that is connected to the light receiving element and converts a current signal into a voltage signal, And a gain control circuit for switching the conversion gain of the current-voltage conversion circuit according to the size.
上記した光受信器においては、利得制御回路が、電流信号の大きさに応じて電流電圧変換回路(TIA回路)の変換利得を切り替えている。受光素子によって生成される電流信号の大きさは、信号光の強度に依存する。従って、この光受信器によれば、通信レートに応じてTIA回路の変換利得が制御される場合でも、変換利得を切り替える際の信号光強度を通信レートに関わらず一定にできるので、変換利得を信号光強度に応じて切り替えることができる。 In the optical receiver described above, the gain control circuit switches the conversion gain of the current-voltage conversion circuit (TIA circuit) according to the magnitude of the current signal. The magnitude of the current signal generated by the light receiving element depends on the intensity of the signal light. Therefore, according to this optical receiver, even when the conversion gain of the TIA circuit is controlled according to the communication rate, the signal light intensity when switching the conversion gain can be made constant regardless of the communication rate. It can be switched according to the signal light intensity.
また、光受信器は、電流信号の平均電流を生成するフィルタ回路を更に備え、利得制御回路が、フィルタ回路の出力により変換利得を切り替えてもよい。このように、電流信号を平均化することにより、変換利得を切り替える際の安定性を向上することができる。 The optical receiver may further include a filter circuit that generates an average current of the current signal, and the gain control circuit may switch the conversion gain according to the output of the filter circuit. Thus, by averaging the current signal, it is possible to improve the stability when switching the conversion gain.
また、光受信器は、利得制御回路が、電流信号と所定の閾値との大小関係に基づく比較信号を生成する比較器を有し、比較信号により変換利得を切り替えることを特徴としてもよい。 The optical receiver may be characterized in that the gain control circuit has a comparator that generates a comparison signal based on the magnitude relationship between the current signal and a predetermined threshold, and switches the conversion gain by the comparison signal.
また、光受信器は、外部から制御信号を入力するための入力端子を更に備え、電流電圧変換回路が、帰還抵抗部を有するトランスインピーダンス型電流電圧変換回路であり、帰還抵抗部が、互いに並列に接続された第1及び第2の抵抗と、第1及び第2の抵抗のうちいずれか一方の抵抗と直列に接続され、利得制御回路からの出力信号に応じて導通が制御される第1のスイッチと、第1及び第2の抵抗と並列に接続された第3の抵抗と、第3の抵抗と直列に接続され、外部からの制御信号に応じて導通が制御される第2のスイッチとを更に含むことを特徴としてもよい。 The optical receiver further includes an input terminal for inputting a control signal from the outside, the current-voltage conversion circuit is a transimpedance type current-voltage conversion circuit having a feedback resistance unit, and the feedback resistance units are parallel to each other. The first and second resistors connected to the first resistor and one of the first and second resistors are connected in series, and conduction is controlled in accordance with an output signal from the gain control circuit. , A third resistor connected in parallel with the first and second resistors, and a second switch connected in series with the third resistor and whose conduction is controlled in accordance with an external control signal It may be characterized by further including.
この光受信器を高速レートに対応させたい場合には、第2のスイッチが導通するように制御信号を入力するとよい。これにより、TIA回路の帰還抵抗値は、第1〜第3の抵抗による並列抵抗値(または、第1及び第2の抵抗の何れか一方と第3の抵抗との並列抵抗値)となる。逆に、低速レートに対応させたい場合には、第2のスイッチが非導通状態となるように制御信号を入力するとよい。これにより、TIA回路の帰還抵抗値は、第1及び第2の抵抗による並列抵抗値(または、第1及び第2の抵抗のうち何れか一方の抵抗値)となる。このように、上記した光受信器によれば、通信レートに応じてTIA回路の変換利得(帰還抵抗値)を切り替えることができる。 In order to make this optical receiver compatible with a high rate, a control signal may be input so that the second switch is turned on. As a result, the feedback resistance value of the TIA circuit becomes the parallel resistance value of the first to third resistors (or the parallel resistance value of one of the first and second resistors and the third resistor). On the contrary, when it is desired to correspond to the low rate, it is preferable to input a control signal so that the second switch is in a non-conducting state. As a result, the feedback resistance value of the TIA circuit becomes the parallel resistance value (or the resistance value of one of the first and second resistors) by the first and second resistors. As described above, according to the optical receiver described above, the conversion gain (feedback resistance value) of the TIA circuit can be switched in accordance with the communication rate.
また、光受信器は、外部から制御信号を入力するための入力端子を更に備え、電流電圧変換回路が、帰還抵抗部を有するトランスインピーダンス型電流電圧変換回路であり、この帰還抵抗部が、互いに並列に接続された第1及び第2の抵抗、並びに第1及び第2の抵抗のうちいずれか一方の抵抗と直列に接続されて利得制御回路からの出力信号に応じて導通が制御される第1のスイッチを含む複数の抵抗ユニットと、複数の抵抗ユニットのそれぞれと直列に接続され、外部からの制御信号に応じて導通が制御される複数の第2のスイッチとを含むことを特徴としてもよい。 The optical receiver further includes an input terminal for inputting a control signal from the outside, and the current-voltage conversion circuit is a transimpedance type current-voltage conversion circuit having a feedback resistance unit, and the feedback resistance units are mutually connected. The first and second resistors connected in parallel and one of the first and second resistors are connected in series and the conduction is controlled according to the output signal from the gain control circuit. A plurality of resistance units including one switch, and a plurality of second switches connected in series with each of the plurality of resistance units, the conduction of which is controlled according to a control signal from the outside. Good.
この光受信器においては、低い変換利得を指示する信号が利得制御回路から出力されると、第1のスイッチが導通し、各抵抗ユニットの抵抗値は第1及び第2の抵抗による並列抵抗値となる。また、高い変換利得を指示する信号が利得制御回路から出力されると、第1のスイッチが非導通状態となり、各抵抗ユニットの抵抗値は、第1及び第2の抵抗のうち何れか一方のみの抵抗値となる。このように、上記した光受信器によれば、利得制御回路の出力信号に応じてTIA回路の変換利得を切り替えることができる。また、この光受信器においては、通信レートに応じて何れかの第2のスイッチを導通させるように制御信号を入力するとよい。これにより、TIA回路の帰還抵抗値は、複数の抵抗ユニットのうち通信レートに適した抵抗ユニットの抵抗値となる。このように、上記した光受信器によれば、通信レートに応じてTIA回路の変換利得(帰還抵抗値)を切り替えることができる。 In this optical receiver, when a signal indicating a low conversion gain is output from the gain control circuit, the first switch is turned on, and the resistance value of each resistor unit is the parallel resistance value of the first and second resistors. It becomes. Further, when a signal indicating a high conversion gain is output from the gain control circuit, the first switch is turned off, and the resistance value of each resistance unit is only one of the first and second resistors. The resistance value becomes. Thus, according to the optical receiver described above, the conversion gain of the TIA circuit can be switched according to the output signal of the gain control circuit. Further, in this optical receiver, a control signal may be input so that any of the second switches is turned on in accordance with the communication rate. Thereby, the feedback resistance value of the TIA circuit becomes the resistance value of the resistance unit suitable for the communication rate among the plurality of resistance units. As described above, according to the optical receiver described above, the conversion gain (feedback resistance value) of the TIA circuit can be switched in accordance with the communication rate.
本発明によれば、通信レートに応じてTIA回路の変換利得が制御される光受信器において、該変換利得を信号光強度に応じて切り替えることができる。 According to the present invention, in the optical receiver in which the conversion gain of the TIA circuit is controlled according to the communication rate, the conversion gain can be switched according to the signal light intensity.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光受信器の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of an optical receiver according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る光受信器の基本構成として、光受信器1aの構成を示す回路図である。同図に示す光受信器1aは、入力された光信号Pinに対応する差動信号Sin+,Sin−を外部(例えば、光受信装置など)に提供する装置である。光受信器1aは、信号処理部10、フォトダイオード(以下PDとする)14、及びフィルタ回路15を備える。PD14は、光信号Pinに対応した電流信号Iを生成する受光素子であり、PIN−PDやAPD等が用いられる。PD14のカソードは信号処理部10の端子10fと接続されており、PD14のアノードは信号処理部10の端子10gと接続されている。なお、端子10fは、端子10aを介して光受信器1aのリード端子16aに接続されており、このリード端子16aにはPD用の電源電圧Vpdが供給され、PD14には電源電圧Vpdの逆バイアス電圧が印加される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an
フィルタ回路15は、コンデンサ15a及び抵抗15bからなるローパスフィルタである。抵抗15bの一端はリード端子16aに接続されており、他端はPD14のカソードに接続されている。このフィルタ回路15により、PD14で生成した電流信号Iは、平均電流Iaとなる。なお、図1に示す光受信器1aにおいては抵抗15bが信号処理部10の内部に配置されているが、同図のように信号処理部10の内部に抵抗15bを集積することが可能である。抵抗値を可変としたい場合等には、抵抗15bを信号処理部10の外部に配置してもよい。
The
信号処理部10は、TIA回路2a、利得制御回路7、及び差動回路8を備える。
The
TIA回路2aは、PD14のアノードから電流信号Iを受け、この電流信号Iを電圧信号である受信信号Sに変換するトランスインピーダンス型の電流電圧変換回路である。TIA回路2aは、例えば増幅器21と、電流信号Iを受信信号Sに変換する際の変換利得を決定する帰還抵抗部である帰還回路3とを有する。増幅器21は、信号処理部10の端子10gに接続された入力端21aと、後述する差動回路8に接続された出力端21bとを有する。また、帰還回路3は、その一端3a及び他端3bのそれぞれが増幅器21の入力端21a及び出力端21bに接続されている。
The
また、TIA回路2aは、その変換利得が可変となるように(すなわち、帰還回路3の抵抗値が可変となるように)構成されている。すなわち、帰還回路3は、一端3a及び他端3bの間で互いに並列に接続された抵抗31(第1の抵抗)及び抵抗32(第2の抵抗)と、抵抗31及び32のうちいずれか一方(図1に示す光受信器1aでは、抵抗32)と直列に接続されたスイッチ33(第1のスイッチ)とを含んで構成されている。スイッチ33は、後述する利得制御回路7からの出力信号Sc1に応じて導通が制御される。従って、帰還回路3の抵抗値(すなわちTIA回路2aの変換利得)は、利得制御回路7からの出力信号Sc1に応じて切り替えられる。このようなスイッチ33は、例えばトランジスタ(特にFET)によって実現される。
The
利得制御回路7は、TIA回路2aの変換利得を切り替えるための信号Sc1を生成するための回路である。利得制御回路7は、フィルタ回路15によって生成された平均電流Iaの電流量を検知し、該電流量に基づいてTIA回路2aの変換利得を切り替える。図1に示す光受信器1aにおける具体的な構成は次のとおりである。信号処理部10の内部において、電源電圧Vpdが供給される端子10aとPD14のカソードが接続される端子10fとは、抵抗19aを介して接続されている。従って、抵抗19aの両端間には、平均電流Iaの電流量に応じた電位差が現れる。利得制御回路7は、この抵抗19aの両端間の電位差に基づいて、平均電流Iaの電流量を検知する。なお、図1に示す光受信器1aではフィルタ回路15の抵抗15bと電流量を検知するための抵抗19aとを別個に設けているが、一つの抵抗でもって平均化と電流量検知とを行っても良い。
利得制御回路7は、ヒステリシス機能付きのコンパレータ(比較器)71を含んで構成されており、コンパレータ71から出力された比較信号を出力信号Sc1としてTIA回路2aへ提供する。コンパレータ71は二つの差動入力端を有しており、これら差動入力端は、抵抗19aの両端にそれぞれ接続されている。また、コンパレータ71の出力端は、帰還回路3のスイッチ33の制御入力端(例えば、FETのゲート端子)と接続されている。
例えば、コンパレータ71は、抵抗19aの両端間の電圧値が第1の閾値電圧を超えて上昇した場合には、この電圧値が第2の閾値電圧よりも小さくならない限り、比較信号としてHレベルを出力する。逆に、抵抗19aの両端間の電圧値が第2の閾値電圧よりも小さくなった場合には、この電圧値が第1の閾値電圧を超えて上昇しない限り、比較信号としてLレベルを出力する。このとき、スイッチ33は、利得制御回路7からの出力信号Sc1がHレベルである場合に導通し、Lレベルである場合に非導通状態となる。スイッチ33が導通状態にあるときには帰還回路3の抵抗値は抵抗31及び32による並列抵抗値に保持される。また、スイッチ33が非導通状態にあるときには、帰還回路3の抵抗値は抵抗31のみによる抵抗値に保持される。
For example, when the voltage value across the
差動回路8は、TIA回路2aからの信号Sを差動信号Sin+(正相),Sin−(逆相)に変換するための回路である。差動回路8は、入力端子8aと、出力端子8b及び8cとを有する。入力端子8aは、増幅器21の出力端21bに接続されている。出力端子8b及び8cそれぞれは、信号処理部10の端子10c及び10dを介して光受信器1aのリード端子16c及び16dに接続されている。差動回路8において生成された差動信号Sin+,Sin−は、リード端子16c及び16dから光受信器1aの外部へ出力される。
The
なお、図1に示す光受信器1aにおいては、リード端子16b及び端子10bを介して電源電圧Vccが信号処理部10に供給されており、差動回路8の出力端子8b及び8cは、それぞれプルアップ抵抗19c及び19dを介して電源電圧Vccの配線に接続されている。また、信号処理部10の接地電位(GND)については、リード端子16e及び端子10eを介して外部の接地電位に接続されている。
In the
以上の構成を備える光受信器1aの動作は次のとおりである。光受信器1aが光信号Pinを受信すると、光信号Pinに応じた電流信号IがPD14で生成される。この電流信号Iは、TIA回路2aにおいて電圧信号Sに変換される。信号Sは、差動回路8によって差動信号Sin+,Sin−に変換される。差動信号Sin+,Sin−は、リード端子16c及び16dから光受信器1aの外部へ出力される。
The operation of the
このとき、信号処理部10の端子10aと端子10fとの間には、フィルタ回路15のフィルタ作用により、電流信号Iに基づく平均電流Iaが流れる。そして、抵抗19aの両端には平均電流Iaにより電位降下が生ずる。利得制御回路7は、この電位差と第1,第2の閾値電圧との大小関係に基づいてスイッチ33の導通を制御することにより、光信号Pinの大きさに応じた電流/電圧変換利得の制御を行う。
At this time, an average current Ia based on the current signal I flows between the terminal 10 a and the terminal 10 f of the
次に、上述した光受信器1aの構成を、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能を備える光受信器に適用した場合について説明する。図2は、電流信号Iの平均電流に応じた変換利得の切り替え機能と、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能とを兼備する光受信器1bの構成を示す回路図である。
Next, a case where the configuration of the
図2に示す光受信器1bは、信号処理部11、PD14、及びフィルタ回路15を備える。これらのうち、PD14及びフィルタ回路15の構成については、図1に示した光受信器1aと同様なので詳細な説明を省略する。また、信号処理部11は、TIA回路2b、利得制御回路7、差動回路8、及び通信レート対応回路17を備える。これらのうち、利得制御回路7及び差動回路8の構成については、上述した光受信器1aの信号処理部10と同様である。
The
TIA回路2bの帰還回路(帰還抵抗部)30は、互いに並列に接続された複数(図2では二つ)の抵抗ユニット34a及び34bを含んでいる。抵抗ユニット34aは、互いに並列に接続された抵抗31a(第1の抵抗)及び抵抗32a(第2の抵抗)と、抵抗31a及び32aのうちいずれか一方(図2に示す光受信器1bでは、抵抗32a)と直列に接続されたスイッチ33a(第1のスイッチ)とを有する。抵抗ユニット34bも、同様の接続形態を有する二つの抵抗31b(第1の抵抗)、32b(第2の抵抗)とスイッチ33b(第1のスイッチ)とを有する。
The feedback circuit (feedback resistor unit) 30 of the
抵抗ユニット34a及び34bのスイッチ33a及び33bは、利得制御回路7からの出力信号Sc1に応じて導通が制御される。従って、各抵抗ユニット34a及び34bの抵抗値は、利得制御回路7からの出力信号Sc1に応じて切り替えられる。抵抗31a及び抵抗31bの抵抗値は互いに異なっており、以下の説明においては、抵抗31aが抵抗31bよりも大きい抵抗値を有するものとする。また、抵抗32a及び抵抗32bの抵抗値は、互いに異なっていてもよく、同じであってもよい。
また、帰還回路30は、複数(図2では二つ)のスイッチ35a及び35b(第2のスイッチ)を更に含んでいる。スイッチ35a及び35bは、例えばトランジスタ(特にFET)により実現される。スイッチ35a及び35bは、それぞれ抵抗ユニット34a及び34bと直列に接続されている。また、スイッチ35a及び35bは、光受信器1bの外部から入力される制御信号Srに応じて(具体的には、制御信号Srに基づいて生成される制御信号Sca及びScbに応じて)その導通状態が制御される。光受信器1bは、外部から制御信号Srを入力するためのリード端子(入力端子)16fを更に備える。制御信号Srは、リード端子16fを介して信号処理部11の端子10fに入力される。
The
通信レート対応回路17は、制御信号Srに基づいて、スイッチ35a及び35bを制御するための信号Sca,Scbを生成する。例えば、制御信号SrがHレベルのとき、制御信号ScaをHレベルとしてスイッチ35aを導通させ、制御信号ScbをLレベルとしてスイッチ35bを非導通状態とする。一方、制御信号SrがLレベルのとき、制御信号ScbをHレベルとしてスイッチ35bを導通させ、制御信号ScaをLレベルとしてスイッチ35aを非導通状態とする。
The communication
例えば、比較的遅い通信レートの場合、制御信号SrとしてHレベルが入力される。このとき、制御信号ScaがHレベルとなり、スイッチ35aが導通する。他方、制御信号ScbがLレベルとなり、スイッチ35bが非導通状態となる。この場合、抵抗ユニット34aの抵抗値が、TIA回路2bにおける帰還抵抗値(トランスインピーダンス)となり、TIA回路2bにおける変換利得を規定する。抵抗31aが抵抗31bよりも大きい抵抗値を有するので、高い変換利得が選択されたこととなり、遅い通信レートの光信号Pinに応じた電流信号Iは、この高い変換利得でもって電圧信号Sに変換される。
For example, in the case of a relatively slow communication rate, the H level is input as the control signal Sr. At this time, the control signal Sca becomes H level and the
逆に、比較的速い通信レートの場合には、制御信号SrとしてLレベルが入力される。このとき、制御信号ScaがLレベルとなり、スイッチ35aが非導通状態となる。また、制御信号ScbがHレベルとなり、スイッチ35bが導通する。この場合、抵抗ユニット34bの抵抗値が、TIA回路2bにおける帰還抵抗値(トランスインピーダンス)となり、TIA回路2bにおける変換利得を規定する。抵抗31bは抵抗31aよりも抵抗値が小さいので、変換利得として低い利得が選択されたこととなり、速い通信レートの光信号Pinに応じた電流信号Iは、この低い変換利得でもって電圧信号Sに変換される。
Conversely, when the communication rate is relatively fast, the L level is input as the control signal Sr. At this time, the control signal Sca becomes L level, and the
以上の構成を備える光受信器1bの動作は次のとおりである。まず、通信レートに応じた制御信号Srが光受信器1bの外部からリード端子16fへ入力される。通信レートが比較的遅い場合、通信レート対応回路17は、上述したようにスイッチ35aを導通させて抵抗ユニット34aを選択する。また、通信レートが比較的速い場合、通信レート対応回路17は、スイッチ35bを導通させて抵抗ユニット34bを選択する。
The operation of the
光受信器1bが光信号Pinを受信すると、光信号Pinに応じた電流信号IがPD14において生成される。このとき、利得制御回路7は、平均電流Iaに応じて抵抗19aの両端に現れた電位差と、所定の第1,第2の閾値電圧との大小関係に基づいてスイッチ33a及び33bの導通を制御する。
When the
ここで、図3(a)及び図3(b)は、通信レートが比較的遅い場合(図3(a))、及び比較的速い場合(図3(b))における、光信号Pinの光強度とTIA回路2bの変換利得との相関を示すグラフである。まず、通信レートが比較的遅い場合(図3(a))について説明する。光信号Pinの光強度が小さい場合には抵抗ユニット34aのスイッチ33aが非導通状態となっているので、抵抗ユニット34aの抵抗値(すなわちTIA回路2bの帰還抵抗値)は抵抗31aによって定まる。なお、図3(a)においては、このときの変換利得をG1としている。そして、光信号Pinの光強度がP1(P1:コンパレータ71の第1の閾値電圧に対応する光強度)を超えると、スイッチ33aが導通するので、抵抗ユニット34aの抵抗値は抵抗31a及び32aによる並列抵抗値となる。従って、この場合、TIA回路2bの変換利得がG2(<G1)へ切り替わることとなる。
Here, FIGS. 3A and 3B show the light of the optical signal Pin when the communication rate is relatively slow (FIG. 3A) and when the communication rate is relatively fast (FIG. 3B). It is a graph which shows the correlation with intensity | strength and the conversion gain of the
また、光信号Pinの光強度が、比較的大きな光強度から光強度P2(P2:コンパレータ71の第2の閾値電圧に対応する光強度)を下回って小さくなった場合、スイッチ33aが再び非導通状態となり、抵抗ユニット34aの抵抗値は抵抗31aのみの抵抗値となる。従って、この場合、TIA回路2bの変換利得がG1へ再び切り替わることとなる。
Further, when the light intensity of the optical signal Pin decreases from a relatively large light intensity to below the light intensity P 2 (P 2 : light intensity corresponding to the second threshold voltage of the comparator 71), the
通信レートが比較的速い場合(図3(b))についても、光強度が小さい場合には抵抗ユニット34bのスイッチ33bが非導通状態となっているので、帰還抵抗値は抵抗31bによって定まる。また、抵抗31bは抵抗31aよりも小さい抵抗値を有するので、変換利得G3は、図3(a)のG1よりも小さな値となる。そして、光強度がP1を超えると、スイッチ33bが導通し、抵抗ユニット34bの抵抗値は抵抗31b及び32bによる並列抵抗値となる。従って、この場合、TIA回路2bの変換利得がG4(但し、G4<G3且つG4≦G2)へ切り替わることとなる。
Even when the communication rate is relatively fast (FIG. 3B), when the light intensity is low, the
また、光信号Pinの光強度が、比較的大きな光強度からP2よりも小さくなった場合、スイッチ33bが再び非導通状態となり、抵抗ユニット34bの抵抗値は抵抗31bのみの抵抗値となる。従って、この場合、TIA回路2bの変換利得がG3へ再び切り替わることとなる。
Further, when the light intensity of the optical signal Pin becomes smaller than P 2 from a relatively large light intensity, the
光受信器1a,1bにおいては、利得制御回路7が、電流信号I(詳細には平均電流Ia)に基づいて、TIA回路2aの変換利得を切り替えている。平均電流Iaは、光信号Pinの平均光強度により決定される。従って、本実施形態の光受信器1aによれば、通信レートに応じてTIA回路の変換利得が制御される場合でも、変換利得を切り替える際の基準となる信号光強度を通信レートに関わらず一定にできる。
In the
また、信号光強度に応じた変換利得の切り替えがヒステリシスを伴う場合、更に次のような効果が得られる。図4(a),図4(b)は、本実施形態の光受信器1bにおける、光信号Pinの光強度と受信信号Sの大きさとの相関を示すグラフである。なお、図4(a)は通信レートが遅い場合(すなわち、抵抗ユニット34aが選択されたとき)を示しており、一方、図4(b)は通信レートが速い場合(すなわち、抵抗ユニット34bが選択されたとき)を示している。また、図4(a)及び図4(b)において、直線C1〜C4の傾きは変換利得を示している。直線C1及びC2の傾きは、スイッチ33a,33bが非導通状態とされた場合の高い変換利得を示しており、直線C3及びC4の傾きは、スイッチ33a,33bが導通した場合の低い変換利得を示している。
Further, when the conversion gain switching according to the signal light intensity is accompanied by hysteresis, the following effects can be further obtained. 4A and 4B are graphs showing the correlation between the light intensity of the optical signal Pin and the magnitude of the received signal S in the
図4(a)及び図4(b)に示すように、本実施形態の光受信器1a,1bにおいては、通信レートに応じた変換利得の選択に関係なく、常に一定の光強度P1,P2を閾値として変換利得が切り替わる。従って、ヒステリシス幅ΔP(=P1−P2)を一定の値に保つことが可能となる。
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the
これに対し、図5(a)及び図5(b)は、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能を備える従来の光受信器において、電流電圧変換後の電圧信号(本実施形態の電圧信号Sに相当)の大きさに基づいて利得制御を行う場合の、光強度と電圧信号との関係を示すグラフである。なお、図5(a)は通信レートが遅い場合(すなわち、高い帰還抵抗値が選択されたとき)を示しており,図5(b)は通信レートが速い場合(すなわち、低い帰還抵抗値が選択されたとき)を示している。また、図5(a)及び図5(b)において、電圧V1は、電圧信号が上昇する際に参照される閾値電圧であり、電圧V2は、電圧信号が下降する際に参照される閾値電圧である。また、直線C1〜C4の傾きは、前述した図4(a),(b)と同様である。 On the other hand, FIGS. 5A and 5B show a voltage signal (voltage signal of this embodiment) after current-voltage conversion in a conventional optical receiver having a conversion gain switching function according to the communication rate. 6 is a graph showing the relationship between the light intensity and the voltage signal when gain control is performed based on the magnitude of S). 5A shows a case where the communication rate is slow (that is, when a high feedback resistance value is selected), and FIG. 5B shows a case where the communication rate is fast (that is, a low feedback resistance value is shown). When selected). 5A and 5B, the voltage V 1 is a threshold voltage that is referred to when the voltage signal rises, and the voltage V 2 is referenced when the voltage signal falls. It is a threshold voltage. The slopes of the straight lines C 1 to C 4 are the same as those in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
電流電圧変換後の電圧信号の大きさに基づいて利得制御を行った場合、図5(a)及び図5(b)に示すように、ヒステリシスΔPが通信レートによって大きく変動してしまう。すなわち、通信レートが遅い場合(図5(a))においては、信号光強度が小さいときの変換利得(C1の傾き)が大きいので、比較的小さな光強度P3で電圧信号レベルが閾値電圧V1に達し、変換利得がC3へ切り替わる。従って、ヒステリシス幅ΔPが小さくなるおそれがある。ヒステリシス幅ΔPが小さくなると、変換利得の切り替えが不安定となってしまう。逆に、通信レートが速い場合(図5(b))においては、信号光強度が小さいときの変換利得(C2の傾き)が小さいので、大きな光強度P4まで電圧信号が増加しないと閾値電圧V1に達しない。従って、ヒステリシス幅ΔPが過度に大きくなるおそれがある。 When gain control is performed based on the magnitude of the voltage signal after current-voltage conversion, as shown in FIGS. 5A and 5B, the hysteresis ΔP greatly varies depending on the communication rate. That is, when the communication rate is low (FIG. 5 (a)), since the conversion gain when the signal light intensity is low (the inclination of the C 1) is large, a relatively voltage signal level is the threshold voltage with a small light intensity P 3 V 1 is reached and the conversion gain switches to C 3 . Therefore, the hysteresis width ΔP may be reduced. When the hysteresis width ΔP is small, conversion gain switching becomes unstable. Conversely, when the communication rate is high (FIG. 5 (b)), since the conversion gain when the signal light intensity is low (the slope of C 2) is small, the voltage signal does not increase to a large light intensity P 4 when the threshold It does not reach the voltage V 1. Therefore, the hysteresis width ΔP may be excessively increased.
本実施形態の光受信器1a,1bによれば、図5(a),(b)に示したような通信レートの切り替えによるヒステリシス幅ΔPの変動を抑え、図4(a),(b)に示したようにヒステリシス幅ΔPを一定の値に保つことができる。
According to the
また、電流信号Iを平均化することにより、利得制御回路7が参照する電流値が安定する。なお、フィルタ回路15に代えて例えば電流信号Iのピーク値を検出する回路により利得制御回路7の参照信号を安定化してもよい。
Further, by averaging the current signal I, the current value referred to by the
なお、通信レート対応回路17は、例えば制御信号SrがHレベルのとき、制御信号Sca及びScbを共にHレベルとしてスイッチ35a及び35bを導通させてもよい。この場合、通信レート対応回路17は、制御信号SrがLレベルのとき、制御信号Sca及びScbのうちいずれか一方をHレベルとし、他方をLレベルとして、スイッチ35a及び35bのうち何れか一方のみを導通させる。通信レート対応回路17は、このような動作によっても、変換利得の切り替えを行うことができる。
For example, when the control signal Sr is at the H level, the communication
(第1の変形例)
図6は、上記実施形態に係る光受信器1bの第1変形例として、光受信器1cの構成を示す回路図である。本変形例の光受信器1cも、平均電流Iaに応じた変換利得の切り替え機能と、通信レートに応じた変換利得の切り替え機能とを兼ね備える。
(First modification)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of an
図6を参照すると、本変形例の帰還回路(帰還抵抗部)36は、4つの抵抗37a〜37d及びスイッチ38a〜38dを含んでいる。抵抗37a〜37dは、本変形例における第3の抵抗であり、抵抗31及び32と並列に接続されている。抵抗37a〜37dの各抵抗値は、それぞれ異なる値である。なお、以下の説明においては、抵抗37aの抵抗値が最も大きく、抵抗37bの抵抗値がその次に大きく、抵抗37dの抵抗値が最も小さいものとする。
Referring to FIG. 6, the feedback circuit (feedback resistor unit) 36 of the present modification includes four
また、スイッチ38a〜38dは、本変形例における第2のスイッチである。スイッチ38a〜38dは、抵抗37a〜37dと直列に接続されている。スイッチ38a〜38dは、光受信器1cの外部から入力される制御信号Srに応じて(具体的には、制御信号Srに基づいて生成される制御信号Scc〜Scfに応じて)導通が制御される。
The
制御信号Srは、光信号Pinの通信レートに応じて入力される。例えば、5段階の通信レートのうち最も遅い通信レートの場合、制御信号Srは、スイッチ38a〜38dのいずれも導通しないように入力される。この場合、抵抗31の抵抗値が帰還抵抗値となり、変換利得を規定する。次に遅い通信レートの場合、制御信号Scaを介してスイッチ38aのみが導通し、他のスイッチ38b〜38dが非導通状態となる。この場合、抵抗31及び37aによる並列抵抗値が帰還抵抗値となる。このように、本変形例では、通信レートに応じて、スイッチ38a〜38dの何れも導通しないか、或いは何れかが導通するように制御信号Srが入力される。抵抗37a〜37dはこの順に抵抗値が小さくなっているので、TIA回路2bの変換利得は、抵抗37a〜37dの順に低くなる。従って、光信号Pinの通信レートが遅い(速い)ほど、抵抗値が高い(低い)抵抗が選択される。
The control signal Sr is input according to the communication rate of the optical signal Pin. For example, in the case of the slowest communication rate among the five communication rates, the control signal Sr is input so that none of the
ここで、図7は、光信号Pinの光強度とTIA回路2cの変換利得との関係を示すグラフである。図7において、変換利得G5〜G9(G5>G6>G7>G8>G9)のそれぞれは、5段階の通信レートそれぞれに対応する変換利得であり、光信号Pinの光強度が小さい場合に何れかが選択される。変換利得G5は、最も遅い通信レートの場合に、スイッチ38a〜38dの全てを非導通状態として(すなわち、帰還抵抗を抵抗31のみとして)実現される。また、変換利得G6〜G9それぞれは、スイッチ38a〜38dそれぞれを通信レートに応じて導通状態とすることにより(すなわち、抵抗37a〜37dのいずれか一つと抵抗31との並列抵抗として)実現される。また、変換利得G10は、光信号Pinの光強度が大きいときに、利得制御回路7がスイッチ33を導通状態とすることにより実現される。なお、光信号Pinの光強度が、大きな光強度から光強度P2(P2:コンパレータ71の第2の閾値電圧に対応する光強度)を下回った場合、スイッチ33が再び非導通状態とされ、TIA回路2cの変換利得は、G5〜G9の何れかに再び切り替わることとなる。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the light intensity of the optical signal Pin and the conversion gain of the TIA circuit 2c. In FIG. 7, each of conversion gains G 5 to G 9 (G 5 > G 6 > G 7 > G 8 > G 9 ) is a conversion gain corresponding to each of five stages of communication rates, and the light of the optical signal Pin Either is selected when the intensity is small. Conversion gain G 5, in the case of the slowest communication rate, all the
なお、本変形例の光受信器1cは第3の抵抗として複数の抵抗37a〜37dを備えているが、第3の抵抗は一つでもよい。また、本変形例の光受信器1cのように、光信号Pinの光強度が大きい場合の変換利得を一つのみ(図7に示した変換利得G10)とすれば、抵抗数を削減し、回路規模を小さくできる。
Note that the
(第2の変形例)
図8は、上記実施形態に係る光受信器1aの第2変形例として、光受信器1dの構成を示す回路図である。本変形例の信号処理部13は、一次遅れ回路18を備える。また、本変形例のTIA回路2dは、図1の抵抗33に代えて可変抵抗40を備える。
(Second modification)
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of an
一次遅れ回路18は、利得制御回路7からの出力信号Sc1の時間変化率を緩和するための回路である。一次遅れ回路18は、利得制御回路7とTIA回路2dとの間(具体的には、コンパレータ71の出力端と可変抵抗40の制御端子との間)に接続されている。一次遅れ回路18は、抵抗18a及びコンデンサ18bからなるフィルタ回路として構成される。
The first-
図9は、本変形例におけるTIA回路2dの変換利得の時間変化の一例を示すグラフである。なお、図9において、変換利得G11は小さな信号光強度に対応する変換利得であり、変換利得G12は大きな信号光強度に対応する変換利得である。また、図9は、光信号Pinの光強度が、時刻t1において光強度P1(図3参照)を超えた場合を示している。
FIG. 9 is a graph showing an example of the change over time of the conversion gain of the
光信号Pinの光強度が比較的小さな光強度より増大して光強度P1を超えると、利得制御回路7から出力信号Sc1としてHレベルが出力される(時刻t1)。しかし、出力信号Sc1は、一次遅れ回路18によってその時間変化率が緩和されるので、時刻t2にかけて次第にHレベルに遷移する。従って、可変抵抗40における抵抗値も徐々に変化するので、TIA回路2dの変換利得は、時刻t1から時刻t2に亘ってG11からG12へなだらかに変化することとなる。
When the light intensity of the optical signal Pin increases from a relatively small light intensity and exceeds the light intensity P 1 , the
本変形例のように、TIA回路2dは、変換利得に寄与するとともに利得制御回路7からの出力信号Sc1に応じて抵抗値が変化する可変抵抗40を含んでもよい。このような構成によっても、利得制御回路7からの出力信号Sc1に応じてTIA回路2dの変換利得(帰還抵抗値)を切り替えることができる。勿論、図2におけるスイッチ33a,33b及び図6におけるスイッチ33を、本変形例のように可変抵抗40に置き換えてもよい。
As in this modified example,
本発明による光受信器は、上記した実施形態及び各変形例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例において、通信レートに応じて変換利得を選択可能な構成の例を2つ(図2及び図6)示したが、本発明は、通信レートに応じて変換利得を選択可能な他の様々な構成に対して適用できる。 The optical receiver according to the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment and the modification, two examples of the configuration in which the conversion gain can be selected according to the communication rate (FIGS. 2 and 6) are shown. However, the present invention provides the conversion gain according to the communication rate. It can be applied to various other configurations that can be selected.
1a〜1d…光受信器、2a〜2d…TIA回路、3,30,36,39…帰還回路、7…利得制御回路、8…差動回路、10〜13…信号処理部、14…フォトダイオード、15…フィルタ回路、17,20…通信レート対応回路、18…一次遅れ回路、21…増幅器、34a,34b…抵抗ユニット、33,33a,33b,35a,35b,38a〜38d…スイッチ、40…可変抵抗、71…コンパレータ、I…電流信号、Ia…平均電流、Pin…光信号、S…受信信号、Sr…制御信号。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記受光素子に接続され、前記電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換回路と、
前記電流信号の大きさに応じて前記電流電圧変換回路の前記変換利得を切り替える利得制御回路と
を備えることを特徴とする、光受信器。 A light receiving element that converts an optical signal into a current signal;
A current-voltage conversion circuit connected to the light receiving element and converting the current signal into a voltage signal;
An optical receiver comprising: a gain control circuit that switches the conversion gain of the current-voltage conversion circuit according to the magnitude of the current signal.
前記利得制御回路が、前記フィルタ回路の出力により前記変換利得を切り替えることを特徴とする、請求項1に記載の光受信器。 A filter circuit for the current signal;
The optical receiver according to claim 1, wherein the gain control circuit switches the conversion gain according to an output of the filter circuit.
前記電流電圧変換回路が、帰還抵抗部を有するトランスインピーダンス型電流電圧変換回路であり、
前記帰還抵抗部が、
互いに並列に接続された第1及び第2の抵抗と、
前記第1及び第2の抵抗のうちいずれか一方の前記抵抗と直列に接続され、前記利得制御回路からの出力信号に応じて導通が制御される第1のスイッチと、
前記第1及び第2の抵抗と並列に接続された第3の抵抗と、
前記第3の抵抗と直列に接続され、外部からの前記制御信号に応じて導通が制御される第2のスイッチと
を更に含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光受信器。 It further includes an input terminal for inputting a control signal from the outside,
The current-voltage conversion circuit is a transimpedance-type current-voltage conversion circuit having a feedback resistor section;
The feedback resistor section is
First and second resistors connected in parallel to each other;
A first switch connected in series with any one of the first and second resistors, the conduction of which is controlled according to an output signal from the gain control circuit;
A third resistor connected in parallel with the first and second resistors;
4. The switch according to claim 1, further comprising: a second switch connected in series with the third resistor and controlled in accordance with the control signal from the outside. The optical receiver described.
前記電流電圧変換回路が、帰還抵抗部を有するトランスインピーダンス型電流電圧変換回路であり、
前記帰還抵抗部が、
互いに並列に接続された第1及び第2の抵抗、並びに前記第1及び第2の抵抗のうちいずれか一方の抵抗と直列に接続され、前記利得制御回路からの出力信号に応じて導通が制御される第1のスイッチを含む複数の抵抗ユニットと、
前記複数の抵抗ユニットのそれぞれと直列に接続され、外部からの前記制御信号に応じて導通が制御される複数の第2のスイッチと
を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光受信器。
It further includes an input terminal for inputting a control signal from the outside,
The current-voltage conversion circuit is a transimpedance-type current-voltage conversion circuit having a feedback resistor section,
The feedback resistor section is
The first and second resistors connected in parallel to each other and one of the first and second resistors are connected in series, and conduction is controlled according to the output signal from the gain control circuit A plurality of resistance units including a first switch to be operated;
4. A plurality of second switches connected in series with each of the plurality of resistance units and controlled in response to the control signal from the outside. 5. The optical receiver according to one item.
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