JP3767524B2 - Optical receiving circuit and method for generating electrical signal from optical signal - Google Patents

Optical receiving circuit and method for generating electrical signal from optical signal Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信回路、及び光信号から電気信号を生成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アバランシェフォトダイオード(ＡＰＤ)を用いる光受信器では、ＡＰＤ電源がアバランシェフォトダイオードに電圧を加えている。このＡＰＤ電源は、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いている。光受信器では、アバランシェフォトダイオードからの出力信号は、可変利得増幅器に入力される。可変利得増幅器からの出力信号は、出力端子に提供されると共に、ピーク検出回路にも提供される。ピーク検出回路の出力信号は、ＡＧＣ回路に与えられる。ＡＧＣ回路の出力信号は、利得の調整のために可変利得増幅器に提供されると共に、ＡＰＤ電源にも与えられる。ＡＰＤ電源は、ＡＧＣ回路の出力信号を用いて、アバランシェフォトダイオードに加える電圧を調整している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
アバランシェフォトダイオードを用いる光受信器では、アバランシェフォトダイオードの増倍率を制御するために、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を変更している。変更された電圧はアバランシェフォトダイオードに加えられて、増倍率が調整される。従来の技術に示したように、ピーク検出器の出力を用いてＤＣ／ＤＣコンバータの出力を可変する方法においては、以下の問題があった。(１)伝送速度が１Ｇｂｐｓ以上の速度の場合、ピーク検出器を構成する部品が非常に高価になる。(２) ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を可変する際に、アバランシェフォトダイオードの光入力及びアバランシェフォトダイオードのばらつき、温度特性全ての条件の元、伝送特性を最適になるように制御するには非常に広い可変範囲が要求され且つ伝送特性に影響を及ぼさないようその広い範囲でリップルノイズを低く抑えつつ制御するのは非常に困難で且つ実現できたとしても非常に高価なものとなってしまう。そこで、安価に実現できるモニタ手段を元として、ＡＰＤ電圧をアバランシェフォトダイオードのばらつき、温度特性及び光入力条件全てにおいて最適の伝送条件が得られるように、非常に広い可変範囲で安定した制御を行うことが必要であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、ＡＰＤ電圧を安価により広い範囲において可変でき安定した伝送特性を得ることができる光受信器、及び光信号から電気信号を生成する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面は、光受信回路に係わる。光受信回路は、アバランシェフォトダイオードと、パワーノードと、電位差発生回路部と、電流生成回路部とを備える。アバランシェフォトダイオードは、カソード及びアノードを有しており、第１のノードに電気的に接続されている。パワーノードは、アバランシェフォトダイオードのためのパワーを受けるために、出力電圧Ｖ ０ を提供する電源に接続されるように設けられている。電位差発生回路部は、第１のノードとパワーノードとの間に設けられており、抵抗性インピーダンスを提供する電子素子を含むことにより、第１のノードとパワーノードとの間に流れる電流Ｉに応じて変化する電位差△Ｖを第１のノードとパワーノードとの間に生成する。電流生成回路部は、第１のノードと第２のノードとの間に設けられ、第１のノードの電圧Ｖ ＡＰＰ を調整するための変更可能な電流Ｉ Ｃ を生成する。電流Ｉは電流Ｉ Ｃ に応じて変化する。電圧Ｖ ＡＰＰ はＶ ０ −△Ｖに従って変化する。
【０００６】
この光受信回路において、第１のノードに電気的に接続された電流生成回路部の電流を変更することにより、電位差発生回路部の両端の電圧差を変更できる。この電圧差の変化に応じて第１のノードの電圧を調整できるので、パワーノードに要求される負荷はほぼ一定に保たれるので、安価に構成できるほか、高周波を検出しないので検出回路を安価にできる。
【０００７】
本発明の光受信回路は、制御部を更に備える。制御部は、モニタ信号生成部及び調整信号発生部を有する。モニタ信号生成部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及びアバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成する。調整信号発生部は、第１及び第２の信号に応じて電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する。電流生成回路部は、調整信号を受ける入力を有する。電流生成回路部の電流値は調整信号に応じて変化する。
【０００８】
この光受信回路において、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた電流生成回路部の電流を第１及び第２の信号を用いて調整することにより、電位差発生回路部の両端の電圧を変化させている。この変化に応じて、第１のノードの電圧が調整される。この調整によれば、ＡＰＤ電圧及びＡＰＤ電流に応じてアバランシェフォトダイオードへの印加電圧が調整される。
【０００９】
本発明に係わる光受信回路は、制御部を更に備えることができる。制御部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及びアバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成するモニタ信号生成部を含んでいる。また、制御部は、（ａ）第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成するための手段と、（ｂ）第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成するための手段と、（ｃ）第１の基準値に関連する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、第１及び第２の信号に応じてＡＰＤ電圧を増加させるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段と、（ｄ）第２の基準値に関連する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、第１及び第２の信号に応じてＡＰＤ電圧を減少させるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段と、（ｅ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に第２の信号の値を近づけるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段とを備えることができる。これらの手段によれば、ＡＰＤ電圧の値に関する信号を利用して、電流生成回路部への信号を生成できる。アバランシェフォトダイオード毎にＡＰＤ電圧の上限値及び下限値は測定すれば、アバランシェフォトダイオードのばらつきに応じて光受信器を調整できる。
【００１０】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、ＡＤ変換手段を含む
ことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電圧に応じて変化する第１のアナログ信号から第１の信号を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２のアナログ信号から第２の信号を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段によれば、ディジタル制御を利用して光受信回路を制御可能になる。
【００１１】
本発明に係わる光受信回路では、制御部は、記憶手段を備えることができる。記憶手段は、第１及び第２の基準値、並びに所定の関数を規定する一又は複数の値を格納する第１の記憶要素を含む。制御部が記憶手段を含むことは、ディジタル制御に好適である。また、記憶手段は、第１及び第２の信号の値を格納する第２の記憶要素を更に含むことができる。第２の記憶要素は、第１及び第２の信号の値を格納するために利用できる。また、記憶手段は、アバランシェフォトダイオードのばらつきを個々に調整するためのデータを格納するために使用できる。
【００１２】
本発明に係わる光受信回路は、制御部を更に備えることができる。制御部は、モニタ信号生成部及び調整信号発生部を有する。モニタ信号生成部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及びアバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成する。調整信号発生部は、第１〜第３の信号に応答して電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する。
【００１３】
この光受信回路において、第１のノードと第２のノードとの間に設けられた電流生成回路部の電流を第１〜第３の信号を用いて調整すると、電位差発生回路部の両端に生じる電圧を変化できる。この変化に応じて、第１のノードの電圧が調整される。この調整には、アバランシェフォトダイオードのばらつき及び環境温度が反映される。
【００１４】
本発明に係わる光受信回路では、制御部を更に備えることができる。制御部は、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及びアバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成するモニタ信号生成部を含んでいる。制御部は、（ａ）第３の信号に応じて設定された第１の基準値と第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成するための手段と、（ｂ）第３の信号に応じて設定された第２の基準値と第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成するための手段と、（ｃ）第１の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段と、（ｄ）第２の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段と、（ｅ）ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に第２の信号の値を近づけるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段と、を備えることができる。
【００１５】
これらの手段によれば、ＡＰＤ電圧の値に関する信号を利用して、電流生成回路部への信号を生成できる。ＡＰＤ電圧の上限値及び下限値はいくつかの温度においてアバランシェフォトダイオードを測定することにより得ることができるので、アバランシェフォトダイオードのばらつき及び環境温度に応じた調整のための判定基準を得ることできる。また、制御部は、第３の信号に応じて第１及び第２の基準値を選択するための手段を更に含むことができる。
【００１６】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、ＡＤ変換手段を含むことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１のアナログ信号から第１の信号を生成することができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２のアナログ信号から第２の信号を生成することができる。ＡＤ変換手段は、アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３のアナログ信号から第３の信号を生成することができる。ＡＤ変換手段によれば、光受信回路は、ディジタル制御を利用して制御される。
【００１７】
本発明に係わる光受信回路では、制御部は、記憶手段を更に備えることができる。記憶手段は、いくつかの温度毎に第１及び第２の基準値、並びに所定の関数を規定する一又は複数の値を格納する記憶要素を含むことができる。制御部が記憶手段を含むことにより、ディジタル制御に好適な光受信器が提供される。記憶手段は、第１及び第２の信号の値を格納する記憶要素を含むことができる。第２の記憶要素は、第１及び第２の信号の値を格納するために利用できる。
【００１８】
本発明に係わる光受信回路では、記憶手段は、複数の温度毎に初期値を格納する記憶要素を更に備えることができる。制御部は、初期値のうちの最小値に調整信号を設定するための手段を含むことができる。この手段により、調整信号は、環境温度に関する信号を得る前には小さい値に設定されるので、大きな電圧がアバランシェフォトダイオードに加わることを防止できる。制御部は、また、第３の信号の値に応じて複数の初期値から決定された値に調整信号を設定するための手段を含むことができる。この手段により、調整信号に最小の値を設定したのちに、環境温度に応じた初期値を設定できる。
【００１９】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、温度感応素子を含むことができる。温度感応素子は、アバランシェフォトダイオードの温度に応答した信号を発生する。
【００２０】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電流ミラー部及び負荷を有している。電流ミラー部は、ＡＰＤ電流に応じて変化するミラー電流を生成する。このミラー電流は負荷部を流れる。このミラー電流に応じて、負荷部は第２の信号を生成する。電流ミラー回路を用いることにより、ＡＰＤ電流に応じて変化する電流を生成できる。
【００２１】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電圧分割部を有することができる。電圧分割部は、第１のノードと第２のノードとの間に直列に設けられた第１及び第２の抵抗を有することができる。電圧分割部は、第１及び第２の抵抗を用いて第１の信号を生成する。この形態によれば、第１のノードと第２のノードとの間の電圧からＡＰＤ電圧を得ることができる。
【００２２】
本発明に係わる光受信回路では、モニタ信号生成部は、電圧分割部を有することができる。電圧分割部は、カソードとアノードとの間に直列して設けられた第１及び第２の抵抗を有することができる。電圧分割部は、第１及び第２の抵抗を用いて第１の信号を生成する。この形態によれば、ＡＰＤ電圧に応じて変化する信号をカソードとアノードとの間の電圧から得ることができる。
【００２３】
本発明の別の側面に係わる発明は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法に係わる。この方法は、（ａ）入力から出力に流れる電流に対応した電圧を入力と出力との間に生成する電位差発生回路を介して、調整電流を生成する電流生成回路部とアバランシェフォトダイオードとに電力を加え、（ｂ）アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応じて変化する第２の信号とを発生し、（ｃ）第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成し、（ｄ）第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成し、（ｅ）第１の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成し、（ｆ）第２の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成し、（ｇ）ＡＰＤ電圧の値が上限値以下であり下限値以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号の値を近づけるように電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成する、ステップを備える。
【００２４】
この方法では、電流生成回路部及びアバランシェフォトダイオードに電位差発生回路を介して電力を加えているので、電流生成回路部が生成する調整電流を変更することによりＡＰＤ電圧を変化させることができる。
【００２５】
本発明の更なる別の側面の発明は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法に係わる。この方法は、(ａ)入力から出力に流れる電流に対応した電圧を入力と出力との間に生成する電位差発生回路を介して、調整電流を生成する電流生成回路部と前記アバランシェフォトダイオードとに電力を加え、(ｂ)アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応答して変化する第２の信号と、アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３の信号とを発生し、(ｃ)第３の信号に応じて第１の基準値を設定するステップ、(ｄ)第３の信号に応じて第２の基準値を設定し、(ｅ)第１の基準値と第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成し、(ｆ)第２の基準値と第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成し、(ｇ)第１の基準値に対応する下限値よりＡＰＤ電圧の値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号を生成し、(ｈ)第２の基準値に対応する上限値よりＡＰＤ電圧の値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号を生成し、(ｉ)ＡＰＤ電圧の値が下限値以上であり上限値以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号値を近づけるように調整信号を生成する、ステップを備える。
【００２６】
この方法では、電流生成回路部及びアバランシェフォトダイオードに電位差発生回路を介して電力を加えているので、電流生成回路部が生成する調整電流に応じてＡＰＤ電圧が調整される。また、第１及び第２の基準値を第３の信号に応じて設定しているので、環境温度の変化をＡＰＤ電圧の調整に反映できる。
【００２７】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光受信回路に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２９】
(第１の実施の形態)
図１(ａ)は、本実施の形態に係わる光受信回路を示すブロック図である。光受信回路１ａは、第１のノード３と、第２のノード５と、パワーノード７と、アバランシェフォトダイオード部１１と、電源１３と、電位差発生回路部１５と、電流生成回路部１７とを備える。パワーノード７は、アバランシェフォトダイオード１１ａのためのパワーを電源１３から受ける。電源１３は、ＤＣ／ＤＣコンバータといった高電圧を提供できる電源回路１３ａを含む。
【００３０】
アバランシェフォトダイオード部１１は、アバランシェフォトダイオード(以下、フォトダイオードと記す)１１ａを含む。フォトダイオード１１ａは、カソード１１ｂ及びアノード１１ｃを有している。フォトダイオード１１ａは、逆方向にバイアスが印加されるように、第１のノード３に電気的に接続されている。フォトダイオード１１ａは増幅器１１ｄに接続されていてもよい。アバランシェフォトダイオード部１１は出力信号ＳOUTを生成する。フォトダイオード１１ａは、光ファイバといった光導波路２１に光学的に結合されて光導波路２１からの光２１ａを受ける。光２１ａはデータ信号２１ｂに応じて変調されている。
【００３１】
電位差発生回路部１５は、第１のノード３に接続された一端１５ａと、パワーノード７に接続された他端１５ｂとを有する。電位差発生回路部１５は、第１のノード３とパワーノード７との間に流れる電流に対応した電圧を一端１５ａと他端１５ｂとの間に生成する。電位差発生回路部１５は、例えば、第１のノード３とパワーノード７との間に接続された抵抗素子１５ｃを含むことができる。電位差発生回路部１５は、入力１５ａと出力１５ｂとの間に抵抗性インピーダンスＲEFFを提供する電子素子を含むことにより、第１のノード３とパワーノード７との間に流れる電流に対応した電圧を生成できる。
【００３２】
電流生成回路部１７は、第１のノード３に接続された一端１７ａと、第２のノード５に接続された他端１７ｂとを有している。電流生成回路部１７は、電流値を変更可能な電流源１７ｃを含む。電流源１７ｃは、トランジスタにより実現できる。図１(ｂ)を参照すると、電流源１７ｃは電界効果トランジスタ２３を含む。電界効果トランジスタ２３は、ソース２３ａ、ドレイン２３ｂ及びゲート２３ｃを有する。電界効果トランジスタ２３のゲート２３ｃの電圧を変更することにより、電流値を変更できる。或いは、図１(ｃ)を参照すると、電流源１７ｃは、バイポーラトランジスタ２５を含む。バイポーラトランジスタ２５は、エミッタ２５ａ、コレクタ２５ｂ及びベース２５ｃを有する。バイポーラトランジスタ２５のベース２５ｃの電流を変更することにより、電流値を変更できる。
【００３３】
光受信器１ａは、制御部１９を更に備えることができる。電流生成回路部１７は、制御部１９からの調整信号を受ける入力を更に備えており、電流源１７ｃは調整信号に応じて変化する電流を生成する。制御部１９は、モニタ信号生成部１９ａ及び調整信号発生部１９ｂを有する。モニタ信号生成部１９ａは、フォトダイオードのカソードとアノードとの間へ印加されるＡＰＤ電圧ＶAPDの値に応じて変化する第１の信号Ｖ1を生成する電圧モニタ部２７を有する。また、モニタ信号生成部１９ａは、フォトダイオードに流れるＡＰＤ電流ＩAPDの値に応じて変化する第２の信号Ｖ2を生成する電流モニタ部２９を有する。調整信号発生部１９ｂは、第１の信号Ｖ1及び第２の信号Ｖ2に応じて電流生成回路部１７の電流の大きさを調整するための調整信号ＶCを発生する。調整信号発生部１９ｂは、ＣＰＵ１８ａ及びメモリ１１８ｂといったディジタル制御のための電子デバイスを含むことができる。
【００３４】
この光受信回路１ａにおいて、電源１３が、出力電圧Ｖ0を提供している。第１のノード３と第２のノード５との間に設けられた電流生成回路部１７の電流ＩCを第１の信号Ｖ1及び第２の信号Ｖ2を用いて調整すると、電位差発生回路部１５の両端に生じる電圧差△Ｖを変化できる。この電圧変化△Ｖに応じて、第１のノード３と第２のノード５との間の電圧ＶAPPが調整される。つまり、
ＶAPP＝Ｖ0−△Ｖ(Ｉ0、ＩC)
△Ｖ(Ｉ0、ＩC)＝(Ｉ0＋ＩC)・ＲEFF
ＩC＝ＩC(Ｖ1、Ｖ2)
Ｖ1＝Ｖ1(ＶAPD)
Ｖ2＝Ｖ2(ＩAPD)
と表される。ＶAPDは、フォトダイオード１１ａに印加される電圧を示す。Ｉ0はフォトダイオード部１１及びモニタ信号生成部１９ａに流れる電流を示す。
【００３５】
この調整によれば、フォトダイオードに印加される電圧をより広い範囲で可変できる。故に、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。また、フォトダイオードの特性のばらつきが大きいときでも、フォトダイオード１１ａに印加される電圧を伝送特性が最適になるように、光入力、温度といった環境下で、調整できる。
【００３６】
図２は、電流モニタ部の回路を示す回路図である。電流モニタ部２９は、電流ミラー回路部３１を含む。電流ミラー回路部３１は、第１〜第４の端子３１ａ〜３１ｄを有しており、第１の端子３１ａと第２の端子３１ｂとの間に第１のトランジスタ３１ｅが接続されており、第３の端子３１ｃと第４の端子３１ｄとの間に第２のトランジスタ３１ｆが接続される。第２の端子３１ｂとノード５との間には、フォトダイオード１１ａが設けられている。負荷部３１ｇは、抵抗性インピーダンスＲ３１ｇを有する。例えば、負荷部３１ｇは、抵抗素子を含むことができる。第４の端子３１ｄとノード５との間には、負荷部３１ｇが設けられている。電流ミラー回路部３１は、ミラー比ｎを有する。第３の端子３１ｃと第４の端子３１ｄとの間に流れるミラー電流ＩMは、第１の端子３１ａと第２の端子３１ｂとの間に流れる電流ＩAPDのｎ倍(ミラー比倍)により与えられる。ミラー電流ＩMは負荷部３１ｇに流れる。負荷部３１ｇは、ミラー電流ＩMに応じて変化する信号Ｖ2を発生する。トランジスタとしては、バイポーラトランジスタ及び電界効果トランジスタが例示される。
【００３７】
図３(ａ)は、電圧モニタ部の回路を示す回路図である。図３(ａ)を参照すると、電圧モニタ部２７ａは、抵抗分割回路部３５を含む。抵抗分割回路部３５は、第１のノード３と第２のノード５との間に設けられており、電流生成回路部１７に並列に接続されている。抵抗分割回路部３５は、第１〜第３の端子３５ａ〜３５ｃを有しており、第１の端子３５ａと第２の端子３５ｂとの間に、直列に接続された第１及び第２の抵抗３５ｄ、３５ｅを備える。第１及び第２の抵抗３５ｄ、３５ｅは、共有ノード３５ｆを有している。共有ノード３５ｆは、第１の端子３５ａと第２の端子３５ｂとの間に印加された電圧の分圧値を提供する。出力３５ｃは、分圧値から生成された第１の信号Ｖ1を提供する。ノード３とノード５との間に印加された電圧は、電流モニタ部２９を介してフォトダイオード１１ａに加えられる。故に、抵抗分割回路部３５によりモニタされる電圧は、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧と関連づけられている。
【００３８】
図３(ｂ)は、電圧モニタ部の別の回路を示す回路図である。図３(ｂ)を参照すると、電圧モニタ部２７ｂは、抵抗分割回路部３７を含む。抵抗分割回路部３７は、電流ミラー部３１と第２のノード５との間に設けられており、フォトダイオード１１ａに並列に接続されている。抵抗分割回路部３７は、第１〜第３の端子３７ａ〜３７ｃを有しており、第１の端子３７ａと第２の端子３７ｂとの間に、直列に接続された第１及び第２の抵抗３７ｄ、３７ｅを備える。第１及び第２の抵抗３７ｄ、３７ｅは、共有ノード３７ｆを有している。共有ノード３７ｆは、第１の端子３７ａと第２の端子３７ｂとの間に印加された電圧の分圧値を提供する。出力３７ｃは、分圧値から生成された第１の信号Ｖ1を提供する。ノード３とノード５との間に印加された電圧は、電流モニタ部２９を介してフォトダイオード１１ａに加えられる。故に、抵抗分割回路部３７によりモニタされる電圧は、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧と関連づけられている。
【００３９】
図４は、フォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。この方法は、例えば、図１に示された光受信器において実現できる。フローチャート１００を参照しながら、光信号から出力信号を生成する方法を説明する。ステップＳ１００において光受信器の電力を与える。ステップＳ１０２では、電流生成回路部１７が相対的に大きな電流ＩCMAXを生成するように制御部１９の調整信号ＶCを発生する。この結果、電流生成回路部１７は電流ＩCMAXを流すので、ノード３の電圧は低くなる。故に、フォトダイオード１１ａに大きな電圧が初期的に加わることがない。ノード３の初期電圧は、ＶMIN以下であることが好ましい。このステップにおいて、電位差発生回路１７を介して、電流生成回路部と１７フォトダイオード部１１とに電力を加える。ステップＳ１０４において、第１の基準値ＶMIN及び第２の基準値ＶMAXを設定する。ステップＳ１０６において、フォトダイオード１１ａに光信号２１ａを与えて、この光信号２１ａに対応する出力信号ＳOUTと、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧ＶAPDに応じた第１の信号Ｖ1と、フォトダイオード１１ａに流れるＡＰＤ電流ＩAPDに応じて変化する第２の信号Ｖ2とを発生する。調整信号発生部１９ｂは、モニタ信号生成部１９ａからモニタ信号Ｖ1、Ｖ2を得る。ステップＳ１０８では、第１の信号Ｖ1の値を第１の基準値ＶMINと比較して第１の比較結果を生成する。ステップＳ１１０において、第１の信号Ｖ1の値を第２の基準値ＶMAXと比較して第２の比較結果を生成する。ステップＳ１０８及びステップＳ１１０を実効する順序は、交換可能である。ステップＳ１１２では、第１の基準値ＶMINに対応する下限値ＶLOWERよりＡＰＤ電圧ＶAPDの値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶAPDを増加させるように調整信号ＶCを生成する。好適な実施例として、所定の変化分だけＩCを変更されるようにしてもよく、また調整信号ＶCは、ＩC＝(Ｖ0−ＶLOWER)／ＲEFF−ＩAPDとなるように設定してもよい。ステップＳ１１４では、第２の基準値ＶMAXに対応する上限値ＶUPPERよりＡＰＤ電圧ＶAPDの値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶAPDを減少させるように調整信号ＶCを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶCは、所定の変化分だけＩCを変更されるようにしてもよく、ＩC＝(Ｖ0−ＶUPPER)／ＲEFF−ＩAPDとなるように設定される。ステップＳ１１６では、ＡＰＤ電圧ＶAPDの値が上限値ＶUPPER以下であり下限値ＶLOWER以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に第２の信号Ｖ2の値を近づけるように調整信号ＶCを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶCは、調整電流ＩCを一定値Ｉｍｃに近づけるように設定される。ステップＳ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１６の後にステップＳ１０６に戻る。
【００４０】
この方法では、電流生成回路部１７及びフォトダイオード１１ａに電位差発生回路１７を介して電力を加えているので、電流生成回路部１７が生成する調整信号ＩCの変更によりＡＰＤ電圧ＶAPDを変化させることができる。
【００４１】
図５は、ステップＳ１１６を詳細に示すフローチャートである。フローチャート１１６を参照しながら、ステップＳ１１６を説明する。まず、ステップＳ１２２において、Ｉｍｃを設定する。ステップＳ１２４において、第１の信号Ｖ2がＶｍｃ(例えば、Ｖｍｃ＝Ｉｍｃ×Ｒ31g)より大きいかを判定して第１の判定結果を生成する。ステップＳ１２６において、ＩCを小さくするように調整信号ＶCを設定する。判定結果が否定的である場合、ステップＳ１２８において、第１の信号Ｖ2がＶｍｃ(ＩｍｃとＲ31gとの積)より小さいかを判定して第２の判定結果を生成する。第２の判定結果が肯定的である場合、ステップＳ１３０において、ＩCを大きくするように調整信号ＶCを設定する。第１及び第２の判定結果が否定的である場合、ステップＳ１３２において、現調整信号ＶCを維持する。ステップＳ１２６、Ｓ１３０、Ｓ１３２の後に、ステップ１３４に進み、フローチャート１００に戻る。フローチャート１００及び１１６を繰り返すことにより、及び調整電流ＩCは徐々に一定値Ｉｍｃに近づいていく。
【００４２】
次に、図６〜図１０を参照しながら、フォトダイオードの増倍率Ｍを制御する光受信器を例示的に説明する。図６は、信号伝送に必要な帯域が得られる増倍率Ｍを示すグラフである。図７は信号伝送に必要な帯域を提供するＡＰＤ電圧ＶAPDを示すグラフである。図８は信号伝送に必要な帯域を提供するＡＰＤ電流Ｉｍ(ＩAPD)を示すグラフである。図９は図４及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流ＩCを示すグラフである。
【００４３】
発明者の実験によれば、信号伝送に必要な帯域は、アバランシェフォトダイオードの増倍率ＭMAXと増倍率ＭMINとの間において実現される。この結果に基づいて、発明者は、光入力パワーを少なくとも３つの領域ＰL、ＰM、ＰHに分けることが好適であると考えている。
【００４４】
図６では、光入力パワーが小さい領域ＰLでは増倍率ＭMAXを採用し、光入力パワーが大きい領域ＰMでは増倍率ＭMINを採用し、中間領域ＰMでは増倍率ＭMAXとＭMINとの間の値を採用する。増倍率がＭMINより小さい場合及び増倍率がＭMAXより大きい場合、所望の帯域が得られないので、信号出力ＳOUTの波形が乱れ、伝送特性が劣化する。
【００４５】
図７では、光入力パワーが小さい領域ＰLでは、増倍率ＭMAXを提供する最大ＡＰＤ電圧ＶUPPERを用いる。光入力パワーが大きい領域ＰMでは、増倍率ＭMINを提供する最小ＡＰＤ電圧ＶLOWERを用いる。中間領域ＰMでは、ＡＰＤ電圧ＶUPPERとＡＰＤ電圧ＶLOWERとの間の値を用いる。
【００４６】
図８では、中間領域ＰMにおいて、フォトダイオードにＡＰＤ電圧ＶUPPERを加えると、フォトダイオードは所定値Ｉｍｃよりも大きなＡＰＤ電流Ｉｍを生成する。また、中間領域ＰMにおいて、フォトダイオードにＡＰＤ電圧ＶLOWERを加えると、フォトダイオードは所定値Ｉｍｃよりも小さいＡＰＤ電流Ｉｍを生成する。中間領域ＰMにおいては、制御部１９は、ＡＰＤ電流ＩｍをＩｍｃの値に近づけるように動作する。具体的なＩｍｃの値は、伝送特性が最適になるように決定される。
【００４７】
図４、図７及び図８を参照しながら、光受信機の動作を例示的に説明する。光受信器の状態が図７中の点Ａにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１０８からステップＳ１１２へ進み、制御部１９は調整電流ＩCを増加するように調整信号ＶCを生成する。光受信器の状態が図７中の点Ｂにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１１０からＳ１１６へ進み、制御部１９は調整電流ＩCを低減するように調整信号ＶCを生成する。この調整信号ＶCハＡＰＤ電圧を大きくする。光受信器が図７中の点Ｃにあるとき、光受信器の制御はステップＳ１０８からステップＳ１１２へ進み、光受信器の状態は図７及び図８中の点Ｄに移り、更に光受信器の制御はステップＳ１１０を介してステップＳ１０８からＳ１１６へ進む。
【００４８】
図９は、図４に示されたフローチャートを用いて制御された調整電流ＩCの一例を示すグラフである。したがって、光信号から電気信号を生成する方法において、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる。
【００４９】
図１０(ａ)及び図１０(ｂ)は、光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。図１０(ａ)を参照すると、制御部１９は、記憶手段５０、信号読み込み手段５２、設定手段５４、第１の比較手段５６、第２の比較手段５８、第１の信号生成手段６０、第２の信号生成手段６２、及び第３の信号生成手段６４を備える。
【００５０】
図１１は、記憶手段５０の構造を示すブロック図である。記憶手段５０は、いくつかの記憶要素５０ａ〜５０ｆを有する。記憶要素５０ａは、第１の基準値ＶMAXを格納する。記憶要素５０ｂは第２の基準値ＶMINを格納している。記憶要素５０ｃは第３の基準値Ｉｍｃといった所定の関数を規定する値を格納する。記憶要素５０ｄはＩｃｍａｘといった初期値を格納する。記憶要素５０ｅは、最新モニタ電圧値を示す第１の信号値を格納する。記憶要素５０ｆは、最新モニタ電流値を示す第２の信号値を格納する。記憶手段５０をフォトダイオード毎に作製すれば、個々のフォトダイオードのばらつきを調整するために使用できる。記憶手段５０内の値は、モニタ信号生成部１９ａの回路構成を反映するように決定されている。また、記憶手段５０は、電流ミラー回路部３１の構成に応じて、負荷部３１ｇの抵抗性インピーダンスといった値を格納する記憶要素５０ｇを有してもよい。
【００５１】
設定手段５４は、記憶手段５０の記憶要素から所望の値を読み出して、図１１中の手段５６、５８、６０、６２及び６４に提供する。信号読み込み手段５２は、モニタ信号生成部１９ａからの第１及び第２の信号Ｖ1及びＶ2を読み込む。第１の比較手段５６は、第１の信号値Ｖ1を第１の基準値ＶMAXと比較して第１の比較結果を生成するように動作する。第２の比較手段５８は、第１の信号値Ｖ1を第２の基準値ＶMINと比較して第２の比較結果を生成するように動作する。
【００５２】
第１の信号生成手段６０は、第１の基準値ＶMINに関連する下限値ＶLOWERよりＡＰＤ電圧の値ＶAPDが小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号ＶCを生成するように動作する。第２の信号生成手段６２は、第２の基準値ＶMAXに関連する上限値ＶUPPERよりＡＰＤ電圧の値ＶAPDが大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号ＶCを生成するように動作する。第３の信号生成手段６４は、ＡＰＤ電圧の値ＶAPDが下限値ＶLOWER以上且つ上限値ＶUPPER以下であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定関数により与えられる値(例えば、Ｉｍｃ)に第２の信号の値Ｖ2を近づけるように調整信号ＶCを生成するように動作する。
【００５３】
制御部１９は、ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８を更に備えることができる。第１の信号Ｖ1、第２の信号Ｖ2及び調整信号ＶCは、ディジタル値であることができる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８は、これらのディジタル値を提供できる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段６８は、ＡＤ変換手段６８ａ及びＤＡ変換手段６８ｂを含む。ＡＤ変換手段６８ａは、ＡＰＤ電圧に応じて変化するアナログ信号から第１の信号Ｖ1を生成するように動作可能であり、またＡＰＤ電流の値に応じて変化するアナログ信号から第２の信号Ｖ2を生成するように動作可能である。ＤＡ変換手段６８ｂは、調整信号ＶCからアナログ信号を生成するように動作する。
【００５４】
制御部１９は、初期値設定手段７０を更に備えてもよい。初期値設定手段７０は、記憶手段５０から読み出した初期値Ｉｃmaxから調整信号ＶCを生成する。
【００５５】
図１１(ｂ)は、第３の信号生成手段の構成を示すブロック図である。図１１(ｂ)を参照すると、第３の信号生成手段６４は、第１の判定手段６４ａ、第２の判定手段６４ｂ、第４の信号生成手段６４ｃ、第５の信号生成手段６４ｄ、第６の信号生成手段６４ｅを備える。第１の判定手段６４ａは、第２の信号の値Ｖ2が第３の基準値Ｉｍｃより大きいか否かを判定して、第１の判定結果を生成するように動作する。第２の判定手段６４ｂは、第２の信号の値Ｖ2が第３の基準値Ｉｍｃより小さいか否かを判定して、第２の判定結果を生成するように動作する。第４の信号生成手段６４ｃは、第１の判定結果が肯定的であるとき、調整電流ＩCを小さくするように調整信号ＶCを生成する。第５の信号生成手段６４ｄは、第２の判定結果が肯定的であるとき、調整電流ＩCを大きくするように調整信号ＶCを生成する。第６の信号生成手段６４ｅは、第１及び第２の判定結果が否定的であるとき、現在の調整信号ＶCの値を維持する。
【００５６】
したがって、この制御部によれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。
【００５７】
(第２の実施の形態)
図１２は、別の実施の形態の光受信回路を示すブロック図である。光受信回路１ｂは、制御部１９に替えて制御部２０を備えることができる。
【００５８】
制御部２０は、モニタ信号生成部２０ａ及び調整信号発生部２０ｂを有する。モニタ信号生成部２０ａは、フォトダイオードのカソードとアノードとの間に加えられるＡＰＤ電圧ＶAPDの値に応じて変化する第１の信号Ｖ1を生成する電圧モニタ部３０を有しており、またフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流ＩAPDの値に応じて変化する第２の信号Ｖ2を生成する電流モニタ部３２を有しており、さらにフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号Ｖ3を生成する温度モニタ部３４を有する。温度モニタ部３４は、フォトダイオードの温度ＴAPDに応じて変化する信号を発生するサーミスタといった温度感応素子３４ａを含むことができる。調整信号発生部１９ｃは、第１〜第３の信号の信号Ｖ1〜Ｖ3に応じて電流生成回路部１７の電流値を調整するための調整信号ＶCを発生する。
【００５９】
この光受信回路１ｂは、第１の信号Ｖ1及び第２の信号Ｖ2を加えて、第３の信号Ｖ3を用いて電流生成回路部１７の電流ＩCを用いて調整する。光受信回路１aと同様に、電流ＩCを用いて、第１のノード３と第２のノード５との間の電圧ＶAPPが調整される。つまり、
ＶAPP＝Ｖ0−△Ｖ(Ｉ0、ＩC)
△Ｖ(Ｉ0、ＩC)＝(Ｉ0＋ＩC)・ＲEFF
ＩC＝ＩC(Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3)
Ｖ1＝Ｖ1(ＶAPD)
Ｖ2＝Ｖ2(ＩAPD)
Ｖ3＝Ｖ3(ＴAPD)
と表される。
【００６０】
この調整によれば、フォトダイオードに印加される電圧をより広い範囲で可変できる。故に、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供される。また、フォトダイオードの特性のばらつきが大きいときでも、フォトダイオードに印加される電圧を調整できる。
【００６１】
図１３は、フォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。この方法は、例えば、図１２に示された光受信器において実現される。フローチャート１４０を参照しながら、光信号から出力信号を生成する方法を説明する。ステップＳ１４０では、光受信器に電源を入れる。次いで、ステップＳ１４２において、最大動作温度ＴMAXにおける最大電流ＩCMAX以下の電流を生成するように制御部１９の調整信号ＶCを発生する。この結果、電流生成回路部１７は、例えば電流ＩCMAXを流すので、ノード３の電圧は低くなる。故に、フォトダイオード１１ａに大きな電圧が初期的に加わることがない。続いて、ステップＳ１４４において、フォトダイオード１１ａの温度ＴAPDに関する第３の信号Ｖ3を得る。次いで、ステップＳ１４６では、信号Ｖ3に対応する電流ＩCMAXを生成するように制御部１９の調整信号ＶCを発生する。この方法では、環境温度ＴAPDがフォトダイオード１１ａの制御に反映される。
【００６２】
ステップＳ１４８では、フォトダイオード１１ａに光信号２１ａを与えて、この光信号２１ａに対応する出力信号ＩOUTと、フォトダイオード１１ａに加えられるＡＰＤ電圧ＶAPDに応じた第１の信号Ｖ1と、フォトダイオード１１ａに流れるＡＰＤ電流ＩAPDに応じて変化する第２の信号Ｖ2と、温度ＴAPDに関する第３の信号Ｖ3を発生する。調整信号発生部２０ｂは、モニタ信号生成部２０ａからモニタ信号Ｖ1〜Ｖ3を得る。ステップＳ１５０において、第３の信号Ｖ3に応じて第１の基準値ＶMINを設定すると共に、第３の信号Ｖ3に応じて第２の基準値ＶMAXを設定する。このステップにおいては、第１の基準値ＶMIN及び第２の基準値ＶMAXは、記憶手段に格納される値から第３の信号Ｖ3に応じて決定されることができる。或いは、第１の基準値ＶMIN及び第２の基準値ＶMAXは、補間により決定されることができる。補間値は、記憶手段に格納されており第３の信号Ｖ3に近い格納値を用いて、例えば直線補間により求めることができる。
【００６３】
ステップＳ１５２において、第１の信号Ｖ1の値を第１の基準値ＶMINと比較して第１の比較結果を生成する。ステップＳ１５４において、第１の信号Ｖ1の値を第２の基準値ＶMAXと比較して第２の比較結果を生成する。ステップＳ１５２及びステップＳ１５４の順序は交換可能である。
【００６４】
ステップＳ１５６では、第１の基準値ＶMINに対応する下限値ＶLOWERよりＡＰＤ電圧ＶAPDの値が小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶAPDを増加させるように調整信号ＶCを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶCは、ＩC＝(Ｖ0−ＶLOWER)／ＲEFF−ＩAPDとなるように設定される。
【００６５】
ステップＳ１５８では、第２の基準値ＶMAXに対応する上限値ＶUPPERよりＡＰＤ電圧ＶAPDの値が大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧ＶAPDを減少させるように調整信号ＶCを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶCは、ＩC＝(Ｖ0−ＶUPPER)／ＲEFF−ＩAPDとなるように設定される。
【００６６】
ステップＳ１６０では、ＡＰＤ電圧ＶAPDの値が上限値ＶUPPER以下且つ下限値ＶLOWER以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定関数により規定される値に第２の信号Ｖ2の値を近づけるように調整信号ＶCを生成する。好適な実施例として、調整信号ＶCは、調整電流ＩCを一定値Ｉｍｃに近づける。ステップＳ１５６、Ｓ１５８、Ｓ１６０の後にステップＳ１４８に戻る。
【００６７】
この方法では、調整電流に応じてＡＰＤ電圧が調整される。また、第３の信号に応じて第１及び第２の基準値を設定しているので、環境温度の変化をＡＰＤ電圧の調整に反映できる。
【００６８】
図１４は、別の実施の形態に係わる光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。制御部２０は、記憶手段８０と、信号読み込み手段８２と、設定手段８４と、第１の比較手段８６と、第２の比較手段８８と、第１の信号生成手段９０と、第２の信号生成手段９２と、第３の信号生成手段９４とを備える。
【００６９】
図１５は、記憶手段８０の構造を示すブロック図である。記憶手段８０は、いくつかの記憶要素８０ａ〜８０ｔを有する。記憶要素８０ａ、８０ｆ、８０ｋは、温度に対するインデックスを格納している。記憶要素８０ｂ、８０ｇ、８０ｍは、それぞれの温度水準のための第１の基準値ＶMAXを格納している。記憶要素８０ｃ、８０ｈ、８０ｎは、それぞれの温度水準のための第２の基準値ＶMINを格納している。記憶要素８０ｄ、８０ｉ、８０ｐは、それぞれの温度水準のための第３の基準値Ｉｍｃといった所定の関数を規定する値を格納している。記憶要素８０ｅ、８０ｊ、８０ｑは、それぞれの温度水準のためのＩｃｍａｘといった初期値を格納している。記憶要素５０ｒ、５０ｓ、５０ｔは、それぞれ、最新のモニタ電圧値を示す第１の信号値、最新のモニタ電流値を示す第２の信号値、最新のモニタ温度値を示す第３の信号値を格納している。記憶手段８０をフォトダイオード毎に作製すれば、個々のフォトダイオードのばらつきを調整するために使用できる。好適な実施例では、Ｉｍｃは温度水準に依存しない値である。記憶手段８０内の値は、モニタ信号生成部１９ａの回路構成を反映するように決定されている。また、記憶手段８０は、電流ミラー回路部３１の構成に応じて、負荷部３１ｇの抵抗性インピーダンスといった値を格納する記憶要素８０ｕを有してもよい。
【００７０】
設定手段８４は、記憶手段８０の記憶要素から所望の値を読み出して、図１１中の手段８６、８８、９０、９２及び９４に提供する。具体的には、設定手段８４は、第３の信号Ｖ3(ＡＰＤ温度)に応じて第１の基準値ＶMINと第３の信号Ｖ3に応じて第２の基準値ＶMAXとを設定する。第１の基準値ＶMIN及び第２の基準値ＶMAXは、記憶手段に格納されている値から第３の信号Ｖ3に応じて決定されることができる。或いは、第１の基準値ＶMIN及び第２の基準値ＶMAXは、補間により決定されることができる。補間値は、記憶手段に格納されており第３の信号Ｖ3に近い２つ格納値を用いて補間により求めることができる。
【００７１】
信号読み込み手段８２は、モニタ信号生成部２０ａからの第１の信号Ｖ1、第２の信号Ｖ2及び第３の信号Ｖ3を読み込むように動作する。第１の比較手段８６は、第１の信号の値Ｖ1を第１の基準値ＶMAXと比較して第１の比較結果を生成するように動作する。第２の比較手段８８は、第１の信号の値Ｖ1を第２の基準値ＶMINと比較して第２の比較結果を生成するように動作する。
【００７２】
第１の信号生成手段９０が、第１の基準値ＶMINに関連する下限値ＶLOWERよりＡＰＤ電圧の値ＶAPDが小さいことを第１の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を増加させるように調整信号ＶCを生成するように動作する。第２の信号生成手段９２は、第２の基準値ＶMAXに関連する上限値ＶUPPERよりＡＰＤ電圧ＶAPDが大きいことを第２の比較結果が示すとき、ＡＰＤ電圧を減少させるように調整信号ＶCを生成するように動作する。第３の信号生成手段９４は、ＡＰＤ電圧ＶAPDが下限値ＶLOWER以下であり上限値ＶUPPER以上であることを第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値(例えば、Ｉｍｃ)に第２の信号Ｖ2を近づけるように調整信号ＶCを生成するように動作する。
【００７３】
制御部２０は、ＡＤ変換・ＤＡ変換手段９６を更に備えてよい。第１の信号Ｖ1、第２の信号Ｖ2、第３の信号Ｖ3及び調整信号ＶCは、ディジタル値であることができる。ＡＤ変換・ＤＡ変換手段９６は、ＡＤ変換手段９６ａ及びＤＡ変換手段９６ｂを含む。ＡＤ変換手段９６ａは、ＡＰＤ電圧に応じて変化するアナログ信号から第１の信号Ｖ1を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段９６ａは、ＡＰＤ電流の値に応じて変化するアナログ信号から第２の信号Ｖ2を生成するように働くことができる。ＡＤ変換手段は、ＡＰＤ温度に応じて変化するアナログ信号から第３の信号Ｖ3を生成するように働くことができる。ＤＡ変換手段９６ｂは、調整信号ＶCからアナログ信号を生成するように動作する。
【００７４】
制御部１９は、初期値設定手段７０を更に備えることができる。初期値設定手段７０は、記憶手段８０内に格納されている最大の初期値Ｉｃmaxから調整信号ＶCを生成する。また、初期値設定手段７０は、第３の信号Ｖ3(ＡＰＤ温度)に応じて決定された初期値Ｉｃmaxから調整信号ＶCを生成する。
【００７５】
発明者は、図６に示された増倍率を得るように、いくつかの温度水準において、ＡＰＤ電圧ＶAPD及び調整電流ＩCを測定している。図１６は、必要な信号伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧ＶAPDを示すグラフである。図１６は、図９の特性線Ｔ1に加えて別の２温度水準の特性線Ｔ2及びＴ3を含む。図１７は、図１３及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流ＩCを示すグラフである。図１７は、図７と特性線Ｔ4に加えて２温度水準の特性線Ｔ5及びＴ6を含む。図８、図１６及び図１７は、記憶手段に格納される制御値の一例を提供している。これらの値を用いれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲で可変できると共に所望の伝送帯域を有する光受信器が提供される。
【００７６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることことは、当業者により認識される。例えば、本実施の形態では、特定のフローチャートに基づく光受信器の制御を説明したが、この光受信器は本実施の形態に開示された特定の制御の実現に限定されるものではない。また、光パワーの中間領域において、ＡＰＤ電流を一定にするように制御しているが、一次式または２次式を用いることもできる。さらに、制御部の構成をある具体例に基づいて説明したけれども、制御部はソフトウエア及び／又はハードウエアを用いて実現できる。すなわち、本実施の形態に示された制御部の構成は例示であり、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変できる光受信器が提供され、また、ＡＰＤ電圧をより広い範囲において可変しながら光信号から電気信号を生成する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(ａ)は、本実施の形態に係わる光受信回路を示すブロック図である。図１(ｂ)及び図１(ｃ)は、電流源の構成を示す図面である。
【図２】図２は、電流モニタ部の回路を示す回路図である。
【図３】図３(ａ)及び図３(ｂ)は、電圧モニタ部の回路を示す回路図である。
【図４】図４は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、図４のフローチャートの部分を詳細に示すフローチャートである。
【図６】図６は、必要な信号伝送帯域が得られる増倍率を示すグラフである。
【図７】図７は必要な信号伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧を示すグラフである。
【図８】図８は、必要な伝送帯域を提供するＡＰＤ電流を示すグラフである。
【図９】図９は、図４及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流を示すグラフである。
【図１０】図１０(ａ)及び１０(ｂ)は光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施の形態に係わる記憶手段の構造を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係わる別の光受信回路を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から出力信号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は別の実施の形態の光受信器の制御部の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、別の実施の形態に係わる記憶手段の構造を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、必要な伝送帯域を提供するＡＰＤ電圧ＶAPDを示すグラフである。
【図１７】図１７は、図１３及び図５に示されたフローチャートを用いて制御された光受信器における調整電流ＩCを示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…光受信回路、３…第１のノード、５…第２のノード、７…パワーノード、１１…アバランシェフォトダイオード部、１３…電源、１５…電位差発生回路部、１７…電流生成回路部、１９、２０…制御部、１９ａ、２０ａ…モニタ信号生成部、１９ｂ、２０ｂ…調整信号発生部、２１…光導波路、５０…記憶手段、５２…信号読み込み手段、５４…設定手段、５６…第１の比較手段、５８…第２の比較手段、６０…第１の信号生成手段、６２…第２の信号生成手段、６４…第３の信号生成手段、８０…記憶手段、８２…信号読み込み手段、８４…設定手段、８６…第１の比較手段、８８…第２の比較手段、９０…第１の信号生成手段、９２…第２の信号生成手段、９４…第３の信号生成手段、９６…補間手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical receiver circuit and a method for generating an electrical signal from an optical signal.
[0002]
[Prior art]
In an optical receiver using an avalanche photodiode (APD), an APD power source applies a voltage to the avalanche photodiode. This APD power source uses a DC / DC converter. In the optical receiver, the output signal from the avalanche photodiode is input to the variable gain amplifier. The output signal from the variable gain amplifier is provided to the output terminal and also to the peak detection circuit. The output signal of the peak detection circuit is given to the AGC circuit. The output signal of the AGC circuit is provided to the variable gain amplifier for gain adjustment, and is also supplied to the APD power source. The APD power supply adjusts the voltage applied to the avalanche photodiode using the output signal of the AGC circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In an optical receiver using an avalanche photodiode, the output voltage of the DC / DC converter is changed in order to control the multiplication factor of the avalanche photodiode. The changed voltage is applied to the avalanche photodiode to adjust the multiplication factor. As shown in the prior art, the method of varying the output of the DC / DC converter using the output of the peak detector has the following problems. (1) When the transmission speed is 1 Gbps or higher, the parts constituting the peak detector are very expensive. (2) When changing the output of the DC / DC converter, it is very important to control the optical characteristics of the avalanche photodiode, the variation of the avalanche photodiode, the temperature characteristics, and the transmission characteristics to be optimized. A wide variable range is required, and it is very difficult to control the ripple noise in a wide range so as not to affect the transmission characteristics, and even if it can be realized, it becomes very expensive. Therefore, based on monitoring means that can be realized at low cost, the APD voltage is stably controlled in a very wide variable range so that optimum transmission conditions can be obtained in all of the variations of avalanche photodiodes, temperature characteristics, and optical input conditions. It was necessary.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical receiver that can vary the APD voltage in a wide range at a low cost and obtain a stable transmission characteristic, and a method for generating an electrical signal from the optical signal.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
One aspect of the present invention relates to an optical receiver circuit. The optical receiver circuit includes an avalanche photodiode, a power node, a potential difference generation circuit unit, and a current generation circuit unit. The avalanche photodiode has a cathode and an anode and is electrically connected to the first node. Power node receives power for avalanche photodiodeOutput voltage V 0 Provide power to be connectedIt is provided as follows. The potential difference generation circuit unit is provided between the first node and the power node.By including electronic elements that provide resistive impedance, The current flowing between the first node and the power nodeIInVarying potential difference ΔVIs generated between the first node and the power node. The current generation circuit unit is provided between the first node and the second node,First node voltage V APP Variable current I for adjusting C Generate. The current I isCurrent I C It changes according to. Voltage V APP Is V 0 -V varies according to VThe
[0006]
In this optical receiver circuit, the voltage difference between both ends of the potential difference generating circuit unit can be changed by changing the current of the current generating circuit unit electrically connected to the first node. Since the voltage at the first node can be adjusted according to the change in the voltage difference, the load required for the power node can be kept almost constant, so that it can be configured at low cost and the detection circuit is inexpensive because it does not detect high frequencies. Can be.
[0007]
The optical receiver circuit of the present invention further includes a control unit. The control unit includes a monitor signal generation unit and an adjustment signal generation unit. The monitor signal generation unit generates a first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, and a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode. The adjustment signal generation unit generates an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit according to the first and second signals. The current generation circuit unit has an input for receiving an adjustment signal. The current value of the current generation circuit unit changes according to the adjustment signal.
[0008]
In this optical receiver circuit, both ends of the potential difference generating circuit unit are adjusted by adjusting the current of the current generating circuit unit provided between the first node and the second node by using the first and second signals. The voltage of is changed. In response to this change, the voltage of the first node is adjusted. According to this adjustment, the voltage applied to the avalanche photodiode is adjusted according to the APD voltage and the APD current.
[0009]
The optical receiver circuit according to the present invention may further include a control unit. The control unit generates a first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode and a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode. Is included. The control unit includes (a) means for comparing the value of the first signal with the first reference value to generate a first comparison result, and (b) setting the value of the first signal to the second value. Means for generating a second comparison result relative to a reference value of (c), and (c) when the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than a lower limit value related to the first reference value Increase the APD voltage in response to the first and second signalsFor adjusting the current magnitude of the current generator circuitMeans for generating an adjustment signal; and (d) when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is greater than an upper limit value associated with the second reference value, depending on the first and second signals. To reduce the APD voltageFor adjusting the current magnitude of the current generator circuitMeans for generating an adjustment signal; and (e) when the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is greater than or equal to a lower limit value and less than or equal to an upper limit value, to a value given by a predetermined function To bring the value of the second signal closerFor adjusting the current magnitude of the current generator circuitMeans for generating an adjustment signal. According to these means, it is possible to generate a signal to the current generation circuit unit using a signal related to the value of the APD voltage. If the upper limit value and the lower limit value of the APD voltage are measured for each avalanche photodiode, the optical receiver can be adjusted according to the variation of the avalanche photodiode.
[0010]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the monitor signal generator includes AD conversion means.
be able to. The AD conversion means can serve to generate a first signal from a first analog signal that varies according to the APD voltage. The AD conversion means can serve to generate a second signal from a second analog signal that varies according to the value of the APD current. According to the AD conversion means, the optical receiving circuit can be controlled using digital control.
[0011]
In the optical receiving circuit according to the present invention, the control unit can include a storage unit. The storage means includes a first storage element that stores first and second reference values and one or more values that define a predetermined function. It is suitable for digital control that a control part contains a memory | storage means. The storage means may further include a second storage element that stores the values of the first and second signals. The second storage element can be used to store the values of the first and second signals. The storage means can be used to store data for individually adjusting the variation of the avalanche photodiode.
[0012]
The optical receiver circuit according to the present invention may further include a control unit. The control unit includes a monitor signal generation unit and an adjustment signal generation unit. The monitor signal generation unit includes a first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode, and the avalanche photodiode A third signal that varies with temperature is generated. The adjustment signal generation unit generates an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit in response to the first to third signals.
[0013]
In this optical receiver circuit, when the current of the current generation circuit unit provided between the first node and the second node is adjusted using the first to third signals, it is generated at both ends of the potential difference generation circuit unit. The voltage can be changed. In response to this change, the voltage of the first node is adjusted. This adjustment reflects the variation of the avalanche photodiode and the environmental temperature.
[0014]
The optical receiving circuit according to the present invention may further include a control unit. The control unit sets the first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, the second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode, and the temperature of the avalanche photodiode. A monitor signal generation unit that generates a third signal that changes in response is included. The control unit includes (a) a means for comparing the first reference value set in accordance with the third signal and the value of the first signal to generate a first comparison result, and (b) the first Means for comparing the second reference value set according to the signal 3 and the value of the first signal to generate a second comparison result; and (c) an upper limit corresponding to the first reference value. When the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is larger than the value, the APD voltage is decreased.For adjusting the current magnitude of the current generator circuitMeans for generating the adjustment signal; and (d) when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than the lower limit value corresponding to the second reference value, the APD voltage is increased.For adjusting the current magnitude of the current generator circuitMeans for generating an adjustment signal; and (e) when the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is greater than or equal to a lower limit value and less than or equal to an upper limit value, to a value given by a predetermined function To bring the value of the second signal closerFor adjusting the current magnitude of the current generator circuitMeans for generating an adjustment signal.
[0015]
According to these means, it is possible to generate a signal to the current generation circuit unit using a signal related to the value of the APD voltage. Since the upper limit value and the lower limit value of the APD voltage can be obtained by measuring the avalanche photodiode at several temperatures, it is possible to obtain a criterion for adjustment according to the variation of the avalanche photodiode and the environmental temperature. The controller may further include means for selecting the first and second reference values according to the third signal.
[0016]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the monitor signal generation unit can include AD conversion means. The AD conversion means can generate the first signal from the first analog signal that changes according to the value of the APD voltage. The AD conversion means can generate the second signal from the second analog signal that changes in accordance with the value of the APD current. The AD conversion means can generate the third signal from the third analog signal that changes in response to the temperature of the avalanche photodiode. According to the AD conversion means, the optical receiving circuit is controlled using digital control.
[0017]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the control unit may further include a storage unit. The storage means may include a storage element that stores first and second reference values for each of several temperatures and one or more values defining a predetermined function. An optical receiver suitable for digital control is provided by including a storage means in the control unit. The storage means can include a storage element that stores the values of the first and second signals. The second storage element can be used to store the values of the first and second signals.
[0018]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the storage means may further include a storage element that stores an initial value for each of a plurality of temperatures. The control unit may include means for setting the adjustment signal to the minimum value among the initial values. By this means, since the adjustment signal is set to a small value before obtaining the signal related to the environmental temperature, it is possible to prevent a large voltage from being applied to the avalanche photodiode. The control unit can also include means for setting the adjustment signal to a value determined from a plurality of initial values according to the value of the third signal. By this means, an initial value corresponding to the environmental temperature can be set after setting the minimum value in the adjustment signal.
[0019]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the monitor signal generation unit may include a temperature sensitive element. The temperature sensitive element generates a signal in response to the temperature of the avalanche photodiode.
[0020]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the monitor signal generation unit includes a current mirror unit and a load. The current mirror unit generates a mirror current that changes according to the APD current. This mirror current flows through the load section. In response to the mirror current, the load unit generates a second signal. By using the current mirror circuit, it is possible to generate a current that changes according to the APD current.
[0021]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the monitor signal generating unit can include a voltage dividing unit. The voltage divider may include first and second resistors provided in series between the first node and the second node. The voltage dividing unit generates a first signal using the first and second resistors. According to this aspect, the APD voltage can be obtained from the voltage between the first node and the second node.
[0022]
In the optical receiver circuit according to the present invention, the monitor signal generating unit can include a voltage dividing unit. The voltage divider may have first and second resistors provided in series between the cathode and the anode. The voltage dividing unit generates a first signal using the first and second resistors. According to this embodiment, a signal that changes in accordance with the APD voltage can be obtained from the voltage between the cathode and the anode.
[0023]
The invention according to another aspect of the present invention relates to a method for generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode. In this method, (a) power is supplied to a current generation circuit unit that generates an adjustment current and an avalanche photodiode via a potential difference generation circuit that generates a voltage corresponding to a current flowing from the input to the output between the input and the output. (B) An optical signal is given to the avalanche photodiode, an output signal corresponding to the optical signal, a first signal corresponding to the APD voltage applied to the avalanche photodiode, and an APD current flowing through the avalanche photodiode And (c) comparing the value of the first signal with the first reference value to generate a first comparison result, and (d) the first signal A value is compared with a second reference value to generate a second comparison result, and (e) the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than the lower limit value corresponding to the first reference value. APD voltage So as to pressureFor adjusting the current magnitude of the current generator circuitAn adjustment signal is generated, and (f) when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is larger than the upper limit value corresponding to the second reference value, the APD voltage is decreased.For adjusting the current magnitude of the current generator circuitAn adjustment signal is generated, and (g) when the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is equal to or lower than the upper limit value and equal to or higher than the lower limit value, the second value is set to a value defined by a predetermined function. To get closer to the signal valueFor adjusting the current magnitude of the current generator circuitGenerating an adjustment signal;
[0024]
In this method, since electric power is applied to the current generation circuit unit and the avalanche photodiode via the potential difference generation circuit, the APD voltage can be changed by changing the adjustment current generated by the current generation circuit unit.
[0025]
The invention of still another aspect of the present invention relates to a method of generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode. In this method, (a) a current corresponding to a current flowing from an input to an output is generated between the input and the output via a potential difference generating circuit, and a current generation circuit unit that generates an adjustment current and the avalanche photodiode are connected to each other. (B) An optical signal is applied to the avalanche photodiode, and an output signal corresponding to the optical signal, a first signal corresponding to the APD voltage applied to the avalanche photodiode, and the APD flowing through the avalanche photodiode are applied. A second signal that changes in response to the current and a third signal that changes in response to the temperature of the avalanche photodiode are generated, and (c) a first reference value is set according to the third signal. (D) setting a second reference value according to the third signal, (e) comparing the first reference value and the value of the first signal to generate a first comparison result; (f) Second group A second comparison result is generated by comparing the value with the value of the first signal, and (g) the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than the lower limit value corresponding to the first reference value. When the adjustment signal is generated to increase the APD voltage, and (h) the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is larger than the upper limit value corresponding to the second reference value, the APD voltage is decreased. And (i) when the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is not less than the lower limit and not more than the upper limit, the value is defined by a predetermined function. A step of generating an adjustment signal to bring the second signal value closer to each other;
[0026]
In this method, since electric power is applied to the current generation circuit unit and the avalanche photodiode via the potential difference generation circuit, the APD voltage is adjusted according to the adjustment current generated by the current generation circuit unit. Further, since the first and second reference values are set according to the third signal, changes in the environmental temperature can be reflected in the adjustment of the APD voltage.
[0027]
The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the optical receiver circuit of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
[0029]
(First embodiment)
FIG. 1A is a block diagram showing an optical receiver circuit according to this embodiment. The optical receiver circuit 1a includes a first node 3, a second node 5, a power node 7, an avalanche photodiode unit 11, a power source 13, a potential difference generation circuit unit 15, and a current generation circuit unit 17. Prepare. The power node 7 receives power for the avalanche photodiode 11 a from the power supply 13. The power supply 13 includes a power supply circuit 13a such as a DC / DC converter that can provide a high voltage.
[0030]
The avalanche photodiode unit 11 includes an avalanche photodiode (hereinafter referred to as a photodiode) 11a. The photodiode 11a has a cathode 11b and an anode 11c. The photodiode 11a is electrically connected to the first node 3 so that a bias is applied in the reverse direction. The photodiode 11a may be connected to the amplifier 11d. The avalanche photodiode unit 11 outputs the output signal SOUTIs generated. The photodiode 11 a is optically coupled to an optical waveguide 21 such as an optical fiber and receives light 21 a from the optical waveguide 21. The light 21a is modulated according to the data signal 21b.
[0031]
The potential difference generation circuit unit 15 has one end 15 a connected to the first node 3 and the other end 15 b connected to the power node 7. The potential difference generation circuit unit 15 generates a voltage corresponding to the current flowing between the first node 3 and the power node 7 between the one end 15a and the other end 15b. The potential difference generation circuit unit 15 can include, for example, a resistance element 15 c connected between the first node 3 and the power node 7. The potential difference generation circuit unit 15 has a resistive impedance R between the input 15a and the output 15b.EFFBy including the electronic device that provides the voltage, a voltage corresponding to the current flowing between the first node 3 and the power node 7 can be generated.
[0032]
The current generation circuit unit 17 has one end 17 a connected to the first node 3 and the other end 17 b connected to the second node 5. The current generation circuit unit 17 includes a current source 17c capable of changing a current value. The current source 17c can be realized by a transistor. Referring to FIG. 1B, the current source 17 c includes a field effect transistor 23. The field effect transistor 23 has a source 23a, a drain 23b, and a gate 23c. By changing the voltage of the gate 23c of the field effect transistor 23, the current value can be changed. Alternatively, referring to FIG. 1C, the current source 17 c includes a bipolar transistor 25. The bipolar transistor 25 has an emitter 25a, a collector 25b, and a base 25c. By changing the current of the base 25c of the bipolar transistor 25, the current value can be changed.
[0033]
The optical receiver 1 a can further include a control unit 19. The current generation circuit unit 17 further includes an input for receiving an adjustment signal from the control unit 19, and the current source 17c generates a current that changes in accordance with the adjustment signal. The control unit 19 includes a monitor signal generation unit 19a and an adjustment signal generation unit 19b. The monitor signal generator 19a generates an APD voltage V applied between the cathode and anode of the photodiode.APDThe first signal V that changes according to the value of1The voltage monitor unit 27 for generating In addition, the monitor signal generator 19a generates an APD current I flowing through the photodiode.APDThe second signal V that changes according to the value of2A current monitor unit 29 for generating The adjustment signal generator 19b generates the first signal V1And the second signal V2The adjustment signal V for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit 17 according toCIs generated. The adjustment signal generator 19b can include electronic devices for digital control, such as a CPU 18a and a memory 118b.
[0034]
In this optical receiver circuit 1a, the power supply 13 is connected to the output voltage V0Is provided. The current I of the current generation circuit unit 17 provided between the first node 3 and the second node 5CTo the first signal V1And the second signal V2By adjusting the voltage difference, the voltage difference ΔV generated at both ends of the potential difference generating circuit section 15 can be changed. In response to this voltage change ΔV, the voltage V between the first node 3 and the second node 5APPIs adjusted. That means
VAPP= V0-△ V (I0, IC)
△ V (I0, IC) = (I0+ IC) ・ REFF
IC= IC(V1, V2)
V1= V1(VAPD)
V2= V2(IAPD)
It is expressed. VAPDIndicates the voltage applied to the photodiode 11a. I0Indicates the current flowing through the photodiode unit 11 and the monitor signal generation unit 19a.
[0035]
According to this adjustment, the voltage applied to the photodiode can be varied in a wider range. Therefore, an optical receiver capable of varying the APD voltage in a wider range is provided. Even when the characteristics of the photodiodes vary greatly, the voltage applied to the photodiode 11a can be adjusted in an environment such as light input and temperature so that the transmission characteristics are optimized.
[0036]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit of the current monitor unit. The current monitor unit 29 includes a current mirror circuit unit 31. The current mirror circuit unit 31 includes first to fourth terminals 31a to 31d, and a first transistor 31e is connected between the first terminal 31a and the second terminal 31b. The second transistor 31f is connected between the third terminal 31c and the fourth terminal 31d. A photodiode 11 a is provided between the second terminal 31 b and the node 5. The load unit 31g has a resistive impedance R31g. For example, the load unit 31g can include a resistance element. A load unit 31 g is provided between the fourth terminal 31 d and the node 5. The current mirror circuit unit 31 has a mirror ratio n. Mirror current I flowing between the third terminal 31c and the fourth terminal 31dMIs the current I flowing between the first terminal 31a and the second terminal 31b.APDN times (mirror ratio times). Mirror current IMFlows to the load portion 31g. The load unit 31g has a mirror current IMThe signal V changes according to2Is generated. Examples of the transistor include a bipolar transistor and a field effect transistor.
[0037]
FIG. 3A is a circuit diagram showing a circuit of the voltage monitor unit. Referring to FIG. 3A, the voltage monitor unit 27 a includes a resistance dividing circuit unit 35. The resistance dividing circuit unit 35 is provided between the first node 3 and the second node 5, and is connected in parallel to the current generation circuit unit 17. The resistance divider circuit unit 35 includes first to third terminals 35a to 35c, and the first and second terminals connected in series between the first terminal 35a and the second terminal 35b. Resistors 35d and 35e are provided. The first and second resistors 35d and 35e have a shared node 35f. The shared node 35f provides a divided value of a voltage applied between the first terminal 35a and the second terminal 35b. The output 35c is a first signal V generated from the divided voltage value.1I will provide a. The voltage applied between the node 3 and the node 5 is applied to the photodiode 11 a through the current monitor unit 29. Therefore, the voltage monitored by the resistance divider circuit unit 35 is associated with the APD voltage applied to the photodiode 11a.
[0038]
FIG. 3B is a circuit diagram showing another circuit of the voltage monitor unit. Referring to FIG. 3B, the voltage monitor unit 27 b includes a resistance dividing circuit unit 37. The resistive divider circuit unit 37 is provided between the current mirror unit 31 and the second node 5 and is connected in parallel to the photodiode 11a. The resistance divider circuit unit 37 includes first to third terminals 37a to 37c, and the first and second terminals connected in series between the first terminal 37a and the second terminal 37b. Resistors 37d and 37e are provided. The first and second resistors 37d and 37e have a shared node 37f. The shared node 37f provides a divided value of a voltage applied between the first terminal 37a and the second terminal 37b. The output 37c is a first signal V generated from the divided voltage value.1I will provide a. The voltage applied between the node 3 and the node 5 is applied to the photodiode 11 a through the current monitor unit 29. Therefore, the voltage monitored by the resistance divider circuit unit 37 is associated with the APD voltage applied to the photodiode 11a.
[0039]
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for generating an output signal from an optical signal using a photodiode. This method can be realized, for example, in the optical receiver shown in FIG. A method for generating an output signal from an optical signal will be described with reference to the flowchart 100. In step S100, power of the optical receiver is applied. In step S102, the current generation circuit unit 17 performs a relatively large current I.CMAXThe adjustment signal V of the control unit 19 so as to generateCIs generated. As a result, the current generation circuit unit 17 has a current ICMAXTherefore, the voltage of the node 3 becomes low. Therefore, a large voltage is not initially applied to the photodiode 11a. The initial voltage at node 3 is VMINThe following is preferable. In this step, power is applied to the current generation circuit unit and the 17 photodiode unit 11 via the potential difference generation circuit 17. In step S104, the first reference value VMINAnd the second reference value VMAXSet. In step S106, an optical signal 21a is given to the photodiode 11a, and an output signal S corresponding to the optical signal 21a.OUTAnd the APD voltage V applied to the photodiode 11a.APDThe first signal V according to1And the APD current I flowing through the photodiode 11a.APDThe second signal V that changes according to2And generate. The adjustment signal generator 19b receives the monitor signal V from the monitor signal generator 19a.1, V2Get. In step S108, the first signal V1Is the first reference value VMINTo generate a first comparison result. In step S110, the first signal V1Is the second reference value VMAXTo generate a second comparison result. The order in which step S108 and step S110 are executed can be exchanged. In step S112, the first reference value VMINLower limit V corresponding toLOWERAPD voltage VAPDWhen the first comparison result indicates that the value of APD is small, the APD voltage VAPDAdjustment signal V so as to increaseCIs generated. As a preferred embodiment, the predetermined change amount is ICThe adjustment signal V may be changed.CIC= (V0-VLOWER) / REFF-IAPDYou may set so that. In step S114, the second reference value VMAXUpper limit V corresponding toUPPERAPD voltage VAPDWhen the second comparison result indicates that the value of APD is large, the APD voltage VAPDAdjustment signal V so as to reduceCIs generated. As a preferred embodiment, the adjustment signal VCIs a predetermined change ICMay be changed, IC= (V0-VUPPER) / REFF-IAPDIs set to be In step S116, the APD voltage VAPDIs the upper limit VUPPERBelow is the lower limit VLOWERWhen the first and second comparison results indicate that the above is true, the second signal V is set to a value defined by a predetermined function.2Adjustment signal V so that the value ofCIs generated. As a preferred embodiment, the adjustment signal VCIs the adjustment current ICIs set to be close to a certain value Imc. After steps S112, S114, and S116, the process returns to step S106.
[0040]
In this method, since electric power is applied to the current generation circuit unit 17 and the photodiode 11a via the potential difference generation circuit 17, the adjustment signal I generated by the current generation circuit unit 17 is applied.CChanges the APD voltage VAPDCan be changed.
[0041]
FIG. 5 is a flowchart showing step S116 in detail. Step S116 will be described with reference to the flowchart 116. First, in step S122, Imc is set. In step S124, the first signal V2Vmc (for example, Vmc = Imc × R31g) To determine whether it is greater than the first determination result. In step S126, ICAdjustment signal V to reduceCSet. If the determination result is negative, in step S128, the first signal V2Vmc (Imc and R31gAnd the second determination result is generated. If the second determination result is affirmative, in step S130, ICAdjustment signal V to increaseCSet. If the first and second determination results are negative, in step S132, the current adjustment signal VCTo maintain. After steps S126, S130, and S132, the process proceeds to step 134 and returns to the flowchart 100. By repeating the flowcharts 100 and 116 and the adjustment current ICGradually approaches a constant value Imc.
[0042]
Next, an optical receiver that controls the multiplication factor M of the photodiode will be exemplarily described with reference to FIGS. FIG. 6 is a graph showing a multiplication factor M that provides a band necessary for signal transmission. FIG. 7 shows an APD voltage V that provides a band necessary for signal transmission.APDIt is a graph which shows. FIG. 8 shows the APD current Im (IAPD). FIG. 9 shows the regulated current I in the optical receiver controlled using the flowcharts shown in FIGS.CIt is a graph which shows.
[0043]
According to the inventor's experiment, the bandwidth required for signal transmission is the multiplication factor M of the avalanche photodiode.MAXAnd multiplication factor MMINRealized between. Based on this result, the inventor determines that the optical input power is at least three regions P.L, PM, PHI think that it is suitable to divide.
[0044]
In FIG. 6, the region P where the optical input power is small.LThen, multiplication factor MMAXThe area P where the optical input power is largeMThen, multiplication factor MMINThe intermediate region PMThen, multiplication factor MMAXAnd MMINA value between is adopted. Gain is MMINIf smaller and the multiplication factor is MMAXIf it is larger, the desired band cannot be obtained, so the signal output SOUTThe waveform is disturbed and the transmission characteristics deteriorate.
[0045]
In FIG. 7, the region P where the optical input power is small.LThen, multiplication factor MMAXProvides maximum APD voltage VUPPERIs used. Region P where optical input power is largeMThen, multiplication factor MMINProvides the minimum APD voltage VLOWERIs used. Intermediate area PMThen, APD voltage VUPPERAnd APD voltage VLOWERA value between is used.
[0046]
In FIG. 8, the intermediate area PMIn the photodiode, the APD voltage VUPPERIs added, the photodiode generates an APD current Im larger than a predetermined value Imc. Further, the intermediate area PMIn the photodiode, the APD voltage VLOWER, The photodiode generates an APD current Im smaller than a predetermined value Imc. Intermediate area PMIn, the control unit 19 operates so that the APD current Im approaches the value of Imc. A specific value of Imc is determined so that transmission characteristics are optimized.
[0047]
The operation of the optical receiver will be exemplarily described with reference to FIGS. 4, 7, and 8. When the state of the optical receiver is at point A in FIG. 7, the control of the optical receiver proceeds from step S108 to step S112, and the control unit 19 controls the adjustment current I.CAdjustment signal V so as to increaseCIs generated. When the state of the optical receiver is at point B in FIG. 7, the control of the optical receiver proceeds from step S110 to S116, and the control unit 19 adjusts the adjustment current I.CAdjustment signal V to reduceCIs generated. This adjustment signal VCC Increase the APD voltage. When the optical receiver is at point C in FIG. 7, the control of the optical receiver proceeds from step S108 to step S112, the state of the optical receiver moves to point D in FIG. 7 and FIG. The control proceeds from step S108 to step S116 via step S110.
[0048]
FIG. 9 shows the regulated current I controlled using the flowchart shown in FIG.CIt is a graph which shows an example. Therefore, in the method of generating an electrical signal from an optical signal, the APD voltage can be varied in a wider range.
[0049]
FIGS. 10A and 10B are block diagrams showing the configuration of the control unit of the optical receiver. Referring to FIG. 10A, the control unit 19 includes a storage means 50, a signal reading means 52, a setting means 54, a first comparison means 56, a second comparison means 58, a first signal generation means 60, a first signal generation means 60, and a first signal generation means 60. 2 signal generating means 62 and third signal generating means 64.
[0050]
FIG. 11 is a block diagram showing the structure of the storage means 50. The storage means 50 includes several storage elements 50a to 50f. The storage element 50a stores the first reference value VMAXIs stored. The storage element 50b stores the second reference value VMINIs stored. The storage element 50c stores a value that defines a predetermined function such as the third reference value Imc. The storage element 50d stores an initial value such as Icmax. The storage element 50e stores a first signal value indicating the latest monitor voltage value. The storage element 50f stores a second signal value indicating the latest monitor current value. If the memory means 50 is produced for each photodiode, it can be used to adjust the variation of individual photodiodes. The value in the storage means 50 is determined so as to reflect the circuit configuration of the monitor signal generator 19a. Further, the storage unit 50 may include a storage element 50 g that stores a value such as a resistive impedance of the load unit 31 g according to the configuration of the current mirror circuit unit 31.
[0051]
The setting means 54 reads out a desired value from the storage element of the storage means 50 and provides it to the means 56, 58, 60, 62 and 64 in FIG. The signal reading means 52 is connected to the first and second signals V from the monitor signal generator 19a.1And V2Is read. The first comparing means 56 uses the first signal value V1To the first reference value VMAXTo generate a first comparison result. The second comparison means 58 uses the first signal value V1To the second reference value VMINTo generate a second comparison result.
[0052]
The first signal generating means 60 has a first reference value VMINLower limit V related toLOWERAPD voltage value VAPDWhen the first comparison result indicates that the APD voltage is small, the adjustment signal V is increased so as to increase the APD voltage.CWorks to generate The second signal generating means 62 has a second reference value VMAXUpper limit V related toUPPERAPD voltage value VAPDWhen the second comparison result indicates that the APD voltage is large, the adjustment signal V is set so as to decrease the APD voltage.CWorks to generate The third signal generating means 64 generates the APD voltage value VAPDIs the lower limit VLOWERAbove and upper limit VUPPERWhen the first and second comparison results indicate that the value is equal to or less than the value (eg, Imc) given by the predetermined function, the second signal value V2Adjustment signal VCWorks to generate
[0053]
The control unit 19 can further include AD conversion / DA conversion means 68. First signal V1, Second signal V2And adjustment signal VCCan be a digital value. The AD conversion / DA conversion means 68 can provide these digital values. The AD conversion / DA conversion means 68 includes an AD conversion means 68a and a DA conversion means 68b. The AD conversion means 68a receives the first signal V from the analog signal that changes according to the APD voltage.1From the analog signal that varies according to the value of the APD current to the second signal V.2Is operable to generate The DA conversion means 68b receives the adjustment signal VCTo generate an analog signal.
[0054]
The control unit 19 may further include initial value setting means 70. The initial value setting means 70 adjusts the adjustment signal V from the initial value Icmax read from the storage means 50.CIs generated.
[0055]
FIG. 11B is a block diagram showing the configuration of the third signal generating means. Referring to FIG. 11B, the third signal generation means 64 includes a first determination means 64a, a second determination means 64b, a fourth signal generation means 64c, a fifth signal generation means 64d, and a sixth signal generation means. The signal generation means 64e is provided. The first determination means 64a determines the value V of the second signal2It is determined whether or not is larger than the third reference value Imc, and the first determination result is generated. The second determination means 64b determines the value V of the second signal.2It is determined whether or not is smaller than the third reference value Imc, and the second determination result is generated. When the first determination result is affirmative, the fourth signal generator 64c adjusts the adjustment current ICAdjustment signal V to reduceCIs generated. When the second determination result is affirmative, the fifth signal generator 64d adjusts the adjustment current ICAdjustment signal V to increaseCIs generated. The sixth signal generation means 64e determines that the current adjustment signal Ve when the first and second determination results are negative.CMaintain the value of.
[0056]
Therefore, according to this control unit, an optical receiver capable of varying the APD voltage in a wider range is provided.
[0057]
(Second embodiment)
FIG. 12 is a block diagram illustrating an optical receiver circuit according to another embodiment. The optical receiving circuit 1 b can include a control unit 20 instead of the control unit 19.
[0058]
The control unit 20 includes a monitor signal generation unit 20a and an adjustment signal generation unit 20b. The monitor signal generation unit 20a generates an APD voltage V applied between the cathode and anode of the photodiode.APDThe first signal V that changes according to the value of1Voltage monitor unit 30 for generating APD current APD current I flowing in the photodiodeAPDThe second signal V that changes according to the value of2And a third signal V that changes according to the temperature of the photodiode.ThreeThe temperature monitor unit 34 for generating The temperature monitor unit 34 is connected to the temperature T of the photodiode.APDA temperature sensitive element 34a such as a thermistor that generates a signal that changes in response to the temperature can be included. The adjustment signal generator 19c generates the signal V of the first to third signals.1~ VThreeThe adjustment signal V for adjusting the current value of the current generation circuit unit 17 according toCIs generated.
[0059]
The optical receiving circuit 1b is connected to the first signal V1And the second signal V2And the third signal VThreeThe current I of the current generation circuit unit 17 isCUse to adjust. Similar to the optical receiver circuit 1a, the current IC, The voltage V between the first node 3 and the second node 5APPIs adjusted. That means
VAPP= V0-△ V (I0, IC)
△ V (I0, IC) = (I0+ IC) ・ REFF
IC= IC(V1, V2, VThree)
V1= V1(VAPD)
V2= V2(IAPD)
VThree= VThree(TAPD)
It is expressed.
[0060]
According to this adjustment, the voltage applied to the photodiode can be varied in a wider range. Therefore, an optical receiver capable of varying the APD voltage in a wider range is provided. Further, the voltage applied to the photodiode can be adjusted even when the characteristics of the photodiode vary greatly.
[0061]
FIG. 13 is a flowchart illustrating a method for generating an output signal from an optical signal using a photodiode. This method is realized, for example, in the optical receiver shown in FIG. A method for generating an output signal from an optical signal will be described with reference to the flowchart 140. In step S140, the optical receiver is turned on. Next, in step S142, the maximum operating temperature TMAXMaximum current ICMAXThe adjustment signal V of the control unit 19 so as to generate the following currentCIs generated. As a result, the current generation circuit unit 17 has, for example, a current ICMAXTherefore, the voltage of the node 3 becomes low. Therefore, a large voltage is not initially applied to the photodiode 11a. Subsequently, in step S144, the temperature T of the photodiode 11a.APDThe third signal V with respect toThreeGet. Next, in step S146, the signal VThreeCurrent I corresponding toCMAXThe adjustment signal V of the control unit 19 so as to generateCIs generated. In this method, the ambient temperature TAPDIs reflected in the control of the photodiode 11a.
[0062]
In step S148, the optical signal 21a is given to the photodiode 11a, and the output signal I corresponding to the optical signal 21a is given.OUTAnd the APD voltage V applied to the photodiode 11a.APDThe first signal V according to1And the APD current I flowing through the photodiode 11a.APDThe second signal V that changes according to2And temperature TAPDThe third signal V with respect toThreeIs generated. The adjustment signal generator 20b receives the monitor signal V from the monitor signal generator 20a.1~ VThreeGet. In step S150, the third signal VThreeAccording to the first reference value VMINAnd the third signal VThreeAccording to the second reference value VMAXSet. In this step, the first reference value VMINAnd the second reference value VMAXIs the third signal V from the value stored in the storage meansThreeCan be determined according to Alternatively, the first reference value VMINAnd the second reference value VMAXCan be determined by interpolation. The interpolation value is stored in the storage means and the third signal VThreeFor example, it can be obtained by linear interpolation using a stored value close to.
[0063]
In step S152, the first signal V1Is the first reference value VMINTo generate a first comparison result. In step S154, the first signal V1Is the second reference value VMAXTo generate a second comparison result. The order of step S152 and step S154 can be exchanged.
[0064]
In step S156, the first reference value VMINLower limit V corresponding toLOWERAPD voltage VAPDWhen the first comparison result indicates that the value of APD is small, the APD voltage VAPDAdjustment signal V so as to increaseCIs generated. As a preferred embodiment, the adjustment signal VCIC= (V0-VLOWER) / REFF-IAPDIs set to be
[0065]
In step S158, the second reference value VMAXUpper limit V corresponding toUPPERAPD voltage VAPDWhen the second comparison result indicates that the value of APD is large, the APD voltage VAPDAdjustment signal V so as to reduceCIs generated. As a preferred embodiment, the adjustment signal VCIC= (V0-VUPPER) / REFF-IAPDIs set to be
[0066]
In step S160, the APD voltage VAPDIs the upper limit VUPPERBelow and lower limit VLOWERWhen the first and second comparison results indicate that the above is true, the second signal V is set to a value defined by a predetermined function.2Adjustment signal V so that the value ofCIs generated. As a preferred embodiment, the adjustment signal VCIs the adjustment current ICIs brought close to a constant value Imc. After steps S156, S158, and S160, the process returns to step S148.
[0067]
In this method, the APD voltage is adjusted according to the adjustment current. In addition, since the first and second reference values are set according to the third signal, changes in the environmental temperature can be reflected in the adjustment of the APD voltage.
[0068]
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit of an optical receiver according to another embodiment. The control unit 20 includes a storage unit 80, a signal reading unit 82, a setting unit 84, a first comparison unit 86, a second comparison unit 88, a first signal generation unit 90, and a second signal. A generation unit 92 and a third signal generation unit 94 are provided.
[0069]
FIG. 15 is a block diagram showing the structure of the storage unit 80. The storage means 80 has several storage elements 80a to 80t. The storage elements 80a, 80f, and 80k store an index for temperature. The storage elements 80b, 80g, 80m have a first reference value V for the respective temperature level.MAXIs stored. The storage elements 80c, 80h, 80n have a second reference value V for their respective temperature level.MINIs stored. The storage elements 80d, 80i, and 80p store values that define a predetermined function such as a third reference value Imc for each temperature level. The storage elements 80e, 80j, and 80q store initial values such as Icmax for each temperature level. The storage elements 50r, 50s, and 50t respectively have a first signal value indicating the latest monitor voltage value, a second signal value indicating the latest monitor current value, and a third signal value indicating the latest monitor temperature value. Storing. If the memory means 80 is produced for each photodiode, it can be used to adjust the variation of individual photodiodes. In the preferred embodiment, Imc is a temperature level independent value. The value in the storage means 80 is determined so as to reflect the circuit configuration of the monitor signal generator 19a. The storage unit 80 may include a storage element 80 u that stores a value such as a resistive impedance of the load unit 31 g according to the configuration of the current mirror circuit unit 31.
[0070]
The setting means 84 reads a desired value from the storage element of the storage means 80 and provides it to the means 86, 88, 90, 92 and 94 in FIG. Specifically, the setting means 84 uses the third signal VThree1st reference value V according to (APD temperature)MINAnd the third signal VThreeAccording to the second reference value VMAXAnd set. First reference value VMINAnd the second reference value VMAXIs the third signal V from the value stored in the storage meansThreeCan be determined according to Alternatively, the first reference value VMINAnd the second reference value VMAXCan be determined by interpolation. The interpolation value is stored in the storage means and the third signal VThreeCan be obtained by interpolation using two stored values close to.
[0071]
The signal reading means 82 receives the first signal V from the monitor signal generator 20a.1, Second signal V2And the third signal VThreeWorks to read. The first comparison means 86 calculates the value V of the first signal.1To the first reference value VMAXTo generate a first comparison result. The second comparison means 88 calculates the value V of the first signal.1To the second reference value VMINTo generate a second comparison result.
[0072]
The first signal generation means 90 has a first reference value VMINLower limit V related toLOWERAPD voltage value VAPDWhen the first comparison result indicates that the APD voltage is small, the adjustment signal V is increased so as to increase the APD voltage.CWorks to generate The second signal generation unit 92 generates a second reference value VMAXUpper limit V related toUPPERAPD voltage VAPDWhen the second comparison result indicates that the APD voltage is large, the adjustment signal V is set so as to decrease the APD voltage.CWorks to generate The third signal generating means 94 is connected to the APD voltage VAPDIs the lower limit VLOWERThe upper limit VUPPERWhen the first and second comparison results indicate the above, the second signal V is set to a value (for example, Imc) given by a predetermined function.2Adjustment signal VCWorks to generate
[0073]
The control unit 20 may further include AD conversion / DA conversion means 96. First signal V1, Second signal V2, Third signal VThreeAnd adjustment signal VCCan be a digital value. The AD conversion / DA conversion means 96 includes an AD conversion means 96a and a DA conversion means 96b. The AD conversion unit 96a generates a first signal V from an analog signal that changes according to the APD voltage.1Can work to produce. The AD conversion means 96a generates a second signal V from an analog signal that changes according to the value of the APD current.2Can work to produce. The AD conversion means generates a third signal V from an analog signal that changes according to the APD temperature.ThreeCan work to produce. The DA conversion means 96b receives the adjustment signal VCTo generate an analog signal.
[0074]
The control unit 19 can further include initial value setting means 70. The initial value setting unit 70 calculates the adjustment signal Vc from the maximum initial value Icmax stored in the storage unit 80.CIs generated. Further, the initial value setting means 70 receives the third signal VThreeFrom the initial value Icmax determined according to (APD temperature), the adjustment signal VCIs generated.
[0075]
The inventor has obtained the APD voltage V at several temperature levels so as to obtain the multiplication factor shown in FIG.APDAnd adjustment current ICIs measuring. FIG. 16 shows the APD voltage V that provides the required signal transmission bandwidth.APDIt is a graph which shows. FIG. 16 shows the characteristic line T of FIG.1In addition to the characteristic line T of another two temperature levels2And TThreeincluding. FIG. 17 shows the adjustment current I in the optical receiver controlled using the flowcharts shown in FIGS.CIt is a graph which shows. FIG. 17 shows the characteristic line T with FIG.FourIn addition to the two temperature level characteristic line TFiveAnd T6including. 8, 16 and 17 provide examples of control values stored in the storage means. By using these values, it is possible to provide an optical receiver that can vary the APD voltage in a wider range and has a desired transmission band.
[0076]
While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiment, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. For example, in the present embodiment, the control of the optical receiver based on the specific flowchart has been described. However, the optical receiver is not limited to the realization of the specific control disclosed in the present embodiment. Further, although the APD current is controlled to be constant in the intermediate region of the optical power, a primary expression or a secondary expression can also be used. Furthermore, although the configuration of the control unit has been described based on a specific example, the control unit can be realized using software and / or hardware. That is, the configuration of the control unit shown in the present embodiment is an exemplification, and is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an optical receiver capable of varying the APD voltage in a wider range is provided, and a method for generating an electrical signal from an optical signal while varying the APD voltage in a wider range is provided. Provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a block diagram showing an optical receiver circuit according to the present embodiment. FIG. 1B and FIG. 1C are diagrams showing the configuration of a current source.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a circuit of a current monitoring unit.
FIGS. 3A and 3B are circuit diagrams illustrating a circuit of a voltage monitoring unit.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode.
FIG. 5 is a flowchart showing in detail a part of the flowchart of FIG. 4;
FIG. 6 is a graph showing a multiplication factor for obtaining a necessary signal transmission band.
FIG. 7 is a graph showing an APD voltage providing a necessary signal transmission band.
FIG. 8 is a graph showing APD current providing the required transmission bandwidth.
FIG. 9 is a graph showing the adjustment current in the optical receiver controlled using the flowcharts shown in FIGS. 4 and 5;
FIGS. 10A and 10B are block diagrams illustrating the configuration of a control unit of the optical receiver.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a structure of a storage unit according to the embodiment.
FIG. 12 is a block diagram showing another optical receiver circuit according to the present embodiment.
FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of generating an output signal from an optical signal using an avalanche photodiode.
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit of an optical receiver according to another embodiment;
FIG. 15 is a block diagram illustrating a structure of a storage unit according to another embodiment.
FIG. 16 shows an APD voltage V that provides the required transmission bandwidth.APDIt is a graph which shows.
FIG. 17 is a diagram illustrating regulated current I in an optical receiver controlled using the flowcharts shown in FIGS. 13 and 5;CIt is a graph which shows.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Optical receiving circuit, 3 ... 1st node, 5 ... 2nd node, 7 ... Power node, 11 ... Avalanche photodiode part, 13 ... Power supply, 15 ... Potential difference generation circuit part, 17 ... Current generation circuit , 19, 20 ... control unit, 19a, 20a ... monitor signal generation unit, 19b, 20b ... adjustment signal generation unit, 21 ... optical waveguide, 50 ... storage means, 52 ... signal reading means, 54 ... setting means, 56 ... First comparing means, 58 ... second comparing means, 60 ... first signal generating means, 62 ... second signal generating means, 64 ... third signal generating means, 80 ... storage means, 82 ... signal reading 84, setting means, 86 ... first comparison means, 88 ... second comparison means, 90 ... first signal generation means, 92 ... second signal generation means, 94 ... third signal generation means, 96. Interpolation means

Claims (10)

第１のノードに電気的に接続されカソード及びアノードを有するアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードのためのパワーを受けるために、出力電圧Ｖ０を提供する電源に接続されるように設けられたパワーノードと、
前記第１のノードと前記パワーノードとの間に設けられ、抵抗性インピーダンスを提供する電子素子を含むことにより前記第１のノードと前記パワーノードとの間に流れる電流Ｉに応じて変化する電位差△Ｖを前記第１のノードと前記パワーノードとの間に生成するための電位差発生回路部と、
前記第１のノードと第２のノードとの間に接続され、前記第１のノードの電圧ＶＡＰＰを調整するための変更可能な電流ＩＣを生成するための電流生成回路部と
を備え、
前記電流Ｉは前記電流ＩＣに応じて変化し、
前記電圧ＶＡＰＰはＶ０−△Ｖに従って変化する、光受信回路。An avalanche photodiode electrically connected to the first node and having a cathode and an anode;
A power node provided to be connected to a power supply providing an output voltage V 0 to receive power for the avalanche photodiode;
A potential difference that varies depending on a current I flowing between the first node and the power node by including an electronic element provided between the first node and the power node and providing a resistive impedance. A potential difference generating circuit unit for generating ΔV between the first node and the power node;
A current generation circuit unit connected between the first node and the second node for generating a changeable current I C for adjusting the voltage V APP of the first node;
The current I varies in accordance with the current I C,
The optical receiver circuit, wherein the voltage V APP changes according to V 0 -ΔV. 前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成するモニタ信号生成部、並びに前記第１及び第２の信号に応じて前記電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する調整信号発生部を有する制御部を更に備え、
前記電流生成回路部は、前記調整信号を受ける入力を有しており、
前記電流生成回路部の前記電流は前記調整信号に応じて変化する、
請求項１に記載の光受信回路。A monitor signal generator that generates a first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, and a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode; A control unit having an adjustment signal generation unit for generating an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit according to the first and second signals;
The current generation circuit unit has an input for receiving the adjustment signal;
The current of the current generating circuit section is changed in response to the adjustment signal,
The optical receiver circuit according to claim 1. 制御部を更に備え、前記制御部は、
前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号を生成するモニタ信号生成部と、
前記第１の信号の値を第１の基準値と比較して第１の比較結果を生成するための手段と、
前記第１の信号の値を第２の基準値と比較して第２の比較結果を生成するための手段と、
前記第１の基準値に関連する下限値より前記ＡＰＤ電圧の値が小さいことを前記第１の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を増加させるように前記電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段と、
前記第２の基準値に関連する上限値より前記ＡＰＤ電圧の値が大きいことを前記第２の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を減少させるように前記調整信号を生成するための手段と、
前記ＡＰＤ電圧の値が前記下限値以上であり前記上限値以下であることを前記第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に前記第２の信号の値を近づけるように前記調整信号を生成するための手段と
有しており、
前記電流生成回路部は、前記調整信号を受ける入力を有しており、
前記電流生成回路部の前記電流は前記調整信号に応じて変化する、請求項１に記載の光受信回路。And further comprising a controller, wherein the controller is
A monitor signal generating unit that generates a first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, and a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode;
Means for comparing the value of the first signal with a first reference value to generate a first comparison result;
Means for comparing the value of the first signal with a second reference value to generate a second comparison result;
When the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than a lower limit value related to the first reference value, the current generation circuit unit is configured to increase the current value so that the APD voltage is increased. Means for generating an adjustment signal for adjustment;
Means for generating the adjustment signal to decrease the APD voltage when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is greater than an upper limit value associated with the second reference value;
When the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is greater than or equal to the lower limit value and less than or equal to the upper limit value, the value of the second signal is brought closer to a value given by a predetermined function. wherein and possess a means for generating an adjustment signal as,
The current generation circuit unit has an input for receiving the adjustment signal;
The optical receiver circuit according to claim 1, wherein the current of the current generation circuit unit changes according to the adjustment signal . 前記制御部は、前記第１及び第２の基準値、前記所定の関数を規定する一又は複数の値、並びに前記第１及び第２の信号の値を格納する記憶要素を含む記憶手段を備える、請求項３に記載の光受信回路。The control unit includes storage means including storage elements that store the first and second reference values, one or more values that define the predetermined function, and values of the first and second signals. The optical receiver circuit according to claim 3. 前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成するモニタ信号生成部、並びに、前記第１〜第３の信号に応答して前記電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を発生する調整信号発生部を有する制御部を備え、
前記電流生成回路部は、前記調整信号を受ける入力を有しており、
前記電流生成回路部の前記電流は、前記調整信号に応じて変化する、請求項１に記載の光受信回路。A first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode, and a temperature of the avalanche photodiode A monitor signal generation unit that generates a third signal that changes in response to the first and third signals, and an adjustment signal that generates an adjustment signal for adjusting the magnitude of the current of the current generation circuit unit in response to the first to third signals A control unit having a signal generation unit;
The current generation circuit unit has an input for receiving the adjustment signal;
The current of the current generating circuit section is changed in response to the adjustment signal, an optical receiver circuit according to claim 1. 制御部を更に備え、前記制御部は、
前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧の値に応じて変化する第１の信号、前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流の値に応じて変化する第２の信号、及び前記アバランシェフォトダイオードの温度に応じて変化する第３の信号を生成するモニタ信号生成部と、
前記第３の信号に応じて設定された第１の基準値と前記第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成するための手段と、
前記第３の信号に応じて設定された第２の基準値と前記第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成するための手段と、
前記第１の基準値に対応する上限値より前記ＡＰＤ電圧の値が大きいことを前記第１の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を減少させるように前記電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するための手段と、
前記第２の基準値に対応する下限値より前記ＡＰＤ電圧の値が小さいことを前記第２の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を増加させるように前記調整信号を生成するための手段と、
前記ＡＰＤ電圧の値が前記下限値以上であり前記上限値以下であることを前記第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により与えられる値に前記第２の信号の値を近づけるように前記調整信号を生成するための手段と、
を有しており、
前記電流生成回路部は、前記調整信号を受ける入力を有しており、
前記電流生成回路部の前記電流は前記調整信号に応じて変化する、請求項１に記載の光受信回路。And further comprising a controller, wherein the controller is
A first signal that changes according to the value of the APD voltage applied to the avalanche photodiode, a second signal that changes according to the value of the APD current flowing through the avalanche photodiode, and the temperature of the avalanche photodiode A monitor signal generator for generating a third signal that changes
Means for comparing a first reference value set in accordance with the third signal and a value of the first signal to generate a first comparison result;
Means for comparing a second reference value set in accordance with the third signal with a value of the first signal to generate a second comparison result;
When the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is larger than the upper limit value corresponding to the first reference value, the current generation circuit unit is configured to reduce the APD voltage. Means for generating an adjustment signal for adjustment;
Means for generating the adjustment signal to increase the APD voltage when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than a lower limit corresponding to the second reference value;
When the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is greater than or equal to the lower limit value and less than or equal to the upper limit value, the value of the second signal is brought closer to a value given by a predetermined function. Means for generating said adjustment signal,
And have a,
The current generation circuit unit has an input for receiving the adjustment signal;
The optical receiver circuit according to claim 1, wherein the current of the current generation circuit unit changes according to the adjustment signal . 前記制御部は、複数の温度毎に前記第１及び第２の基準値、前記所定の関数を規定する一又は複数の値、並びに前記第１及び第２の信号の値を格納する記憶要素を含む記憶手段を備える、請求項６に記載の光受信回路。The control unit includes storage elements for storing the first and second reference values, one or more values defining the predetermined function, and values of the first and second signals for each of a plurality of temperatures. The optical receiving circuit according to claim 6, further comprising storage means. 前記記憶手段は、複数の温度毎に初期値を格納する記憶要素を更に備え、
前記制御部は、前記初期値のうちの最小値に前記調整信号を設定するための手段と、前記第３の信号の値に応じて前記複数の初期値から決定された値に前記調整信号を設定するための手段とを含む、請求項７に記載の光受信回路。The storage means further comprises a storage element for storing an initial value for each of a plurality of temperatures,
The control unit sets the adjustment signal to a value determined from the plurality of initial values according to a means for setting the adjustment signal to a minimum value of the initial values and a value of the third signal. The optical receiving circuit according to claim 7, comprising means for setting. 前記モニタ信号生成部は、前記カソード及びアノードの一方と前記第１のノードとの間に設けられた電流ミラー部と、前記電流ミラー部に接続された負荷部とを有しており、前記電流ミラー部はミラー電流を生成するものであり、前記ミラー電流は前記負荷部を流れ、前記負荷部は、前記ミラー電流に応じて変化する前記第２の信号を提供する、請求項２〜８のいずれかに記載の光受信回路。The monitor signal generation unit includes a current mirror unit provided between one of the cathode and the anode and the first node, and a load unit connected to the current mirror unit. The mirror unit generates a mirror current, the mirror current flows through the load unit, and the load unit provides the second signal that changes according to the mirror current. The optical receiver circuit according to any one of the above. アバランシェフォトダイオードを用いて光信号から電気信号を生成する方法であって、
入力及び出力を有しており前記入力から前記出力に流れる電流に対応した電圧を前記入力と前記出力との間に生成する電位差発生回路部を介して、調整電流を生成する電流生成回路部と前記アバランシェフォトダイオードとに電力を加えるステップと、
前記アバランシェフォトダイオードに光信号を与えて、この光信号に対応する出力信号と、前記アバランシェフォトダイオードに加えられるＡＰＤ電圧に応じた第１の信号と、前記アバランシェフォトダイオードに流れるＡＰＤ電流に応答して変化する第２の信号と、前記アバランシェフォトダイオードの温度に応答して変化する第３の信号とを発生するステップと、
前記第３の信号に応じて第１の基準値を設定するステップと、
前記第３の信号に応じて第２の基準値を設定するステップと、
前記第１の基準値と前記第１の信号の値を比較して第１の比較結果を生成するステップと、
前記第２の基準値と前記第１の信号の値を比較して第２の比較結果を生成するステップと、
前記第１の基準値に対応する下限値より前記ＡＰＤ電圧の値が小さいことを前記第１の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を増加させるように前記電流生成回路部の電流の大きさを調整するための調整信号を生成するステップと、
前記第２の基準値に対応する上限値より前記ＡＰＤ電圧の値が大きいことを前記第２の比較結果が示すとき、前記ＡＰＤ電圧を減少させるように前記調整信号を生成するステップと、
前記ＡＰＤ電圧の値が前記下限値以上であり前記上限値以下であることを前記第１及び第２の比較結果が示すとき、所定の関数により規定される値に前記第２の信号の値を近づけるように前記調整信号を生成するステップと、
を備える、方法。A method of generating an electrical signal from an optical signal using an avalanche photodiode,
A current generation circuit section that has an input and an output, and generates a regulated current via a potential difference generation circuit section that generates a voltage corresponding to a current flowing from the input to the output between the input and the output; Applying power to the avalanche photodiode;
An optical signal is applied to the avalanche photodiode, and an output signal corresponding to the optical signal, a first signal corresponding to an APD voltage applied to the avalanche photodiode, and an APD current flowing through the avalanche photodiode are responded to. Generating a second signal that varies in response to a temperature of the avalanche photodiode; and a third signal that varies in response to the temperature of the avalanche photodiode;
Setting a first reference value in response to the third signal;
Setting a second reference value in response to the third signal;
Comparing the first reference value with the value of the first signal to generate a first comparison result;
Comparing the second reference value with the value of the first signal to generate a second comparison result;
When the first comparison result indicates that the value of the APD voltage is smaller than a lower limit value corresponding to the first reference value, the magnitude of the current of the current generation circuit unit is set so as to increase the APD voltage. Generating an adjustment signal for adjustment;
Generating the adjustment signal to decrease the APD voltage when the second comparison result indicates that the value of the APD voltage is larger than an upper limit value corresponding to the second reference value;
When the first and second comparison results indicate that the value of the APD voltage is not less than the lower limit value and not more than the upper limit value, the value of the second signal is set to a value defined by a predetermined function. Generating the adjustment signal to approach,
A method comprising:
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