JP3785035B2 - Ａｐｄバイアス電圧制御回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送装置に適用されるＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を使用した光受信器のＡＰＤバイアス電圧制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送信号を電気信号に変換する部分には、ＡＰＤの降伏電圧近傍での増倍作用を利用した回路が用いられる。ＡＰＤバイアス電圧制御に関して、従来の方式を以下に示す。
【０００３】
▲１▼増倍率固定方式（固定バイアス方式）
図５は増倍率固定方式の概念図である。ここで、印加電圧が小さい状態では通常のフォトダイオードに流れる電流とほぼ等しい小さい電流が流れ、印加電圧が大きくなって降伏電圧近傍では、ＡＰＤには大量の電流が流れる。この大電流と小電流との比率を増倍率Ｍという。
【０００４】
図５において、５１はＡＰＤに直流電圧を逆バイアスで印加する直流電圧源である。ＡＰＤのアノード側にはＩ／Ｖ変換用の負荷抵抗Ｒ０が接続されている。この負荷抵抗Ｒ０とＡＰＤとの接続点の電位は、前置増幅器（プリアンプ）５２に与えられる。
【０００５】
この回路では、ＡＰＤに印加される直流電圧は入力光の大小に関わらず、バイアス電圧が一定であるため、入力光が大きくなると、前置増幅器２が飽和するおそれがある。
【０００６】
▲２▼ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式
図６はＦＵＬＬ ＡＧＣ方式の概念図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。この方式は、等化増幅器５３の出力振幅が一定となるように直流電圧源５１を制御している。光入力の増加に伴い、ＡＰＤバイアス電圧（ＡＰＤの両端にかかる電圧）Ｖapdが小さくなり、最大受信レベル付近では、増倍率Ｍはほぼ１となるため、受信レベルのダイナミックレンジを広くとることができる。
【０００７】
一方、最小受信レベル付近では、光入力に対して増倍率Ｍが負の傾斜を持つため、光入力が増加してもＳ／Ｎ比が一定となり、エラーフロア（誤り率曲線の曲がり）が生じるという問題がある。また、負帰還回路を構成するため、回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００８】
また、公知例（特開平６−１６４４９５号公報）では、図９に示すように、ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式により光受信回路を構成し、メモリに格納したＡＰＤの特性データ、感温素子による温度検出データ、信号レベル検出データを基に、出力信号レベルが一定となるようにＡＰＤの駆動電圧を制御することにより、素子ばらつき等に対応して高い精度での細かいＡＰＤの温度補償を可能にしている。
【０００９】
図９に示す方式においては、１は全体としての光空間伝送装置を示し、所定の情報信号でレーザダイオード２を駆動し、このレーザダイオード２から所定偏波面の送信光ビームＬ１を射出する。更に、光空間伝送装置１においては、この送信光ビームＬ１をレンズ４で平行光線に変換した後、偏向ビームスプリッタ６を透過させてレンズ８に導く。ここで、レンズ８は、送信光ビームＬ１を収束光に変換して出射し、大口径レンズ１０はこの収束光を略平行光線に変換して射出する。
【００１０】
これにより、光空間伝送装置１においては、伝送対象に所定偏波面の送信光ビームＬ１を介して情報信号を伝送する。更に、光空間伝送装置１においては、所望の伝送対象から到来する受信光ビームＬ２を大口径レンズ１０で受光し、レンズ８を介して偏向ビームスプリッタ６に導く。ここで、受信光ビームＬ２は、送信光ビームＬ１に対して偏波面が直交するように伝送対象から送出され、これにより光空間伝送装置１においては、この受信光ビームＬ２を偏向ビームスプリッタ６で反射してビームスプリッタ１２に導く。ビームスプリッタ１２は、この受信光ビームＬ２の一部を透過してレンズ１４に射出し、レンズ１４はこの透過光をＡＰＤ１６に集光する。
【００１１】
光空間伝送装置１においては、このＡＰＤ１６の出力信号を所定の信号処理回路に出力して処理し、これにより受信光ビームＬ２を介して伝送対象の情報信号を受信する。更に、ビームスプリッタ１２は、この受信光ビームＬ２の一部を反射してレンズ１８に送出し、レンズ１８はこの反射光Ｌ３をポジショニングセンサ２０で集光する。ここで、ポジショニングセンサ２０は、反射光Ｌ３の集光位置に応じて出力信号が変化する位置検出用受光素子で、この実施例においては、このポジショニングセンサ２０の出力信号を位置検出回路２２に出力して反射光Ｌ３の集光位置を検出する。
【００１２】
更に、この実施例において、光空間伝送装置１は、ビームスプリッタ１２及びレンズ１４間に偏向ビームスプリッタ２６を挿入し、偏向ビームスプリッタ２６の光軸を中心にして偏向ビームスプリッタ２６を所定角度回転させることにより、この偏向ビームスプリッタ２６を光減衰器として使用し、アバランシェフォトダイオード１６の入射光量を一定値に維持するようになっている。
【００１３】
ＡＰＤ１６で検出された信号は、プリアンプ３６で増幅された後、ＡＧＣ回路３８で更に増幅される。ＡＧＣ回路３８の出力はＡ／Ｄ変換器４０によりディジタルデータに変換され、システム制御部３０に与えられる。該システム制御部３０は、受信したディジタル信号をＤ／Ａ変換器４２でアナログ信号に変換し、高圧電源４４に与えられる。該高圧電源４４の出力は、ＡＰＤ１６に印加される。以上のループによりフィードバック回路が形成され、ＡＰＤ１６から検出される光信号が一定となるようにすることができる。
【００１４】
しかしながら、この方式も、出力信号レベル一定の制御を行なう限り、光入力レベルが小さい場合のエラーフロアの問題は解決されない。
▲３▼自己バイアス方式
図７は自己バイアス方式の概念図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【００１５】
本方式では、図７に示すように、直流電圧源５１とＡＰＤカソード間にバイアス電圧制御抵抗Ｒ１を設置し、この電圧降下を用いて光入力の増加に対してＡＰＤバイアス電圧Ｖapdが小さくなるように制御する。
【００１６】
図８はＰｉｎ−Ｉapd特性の一例を示す図である。縦軸はＩapd［μＡ］、横軸は光入力パワー［ｄＢｍ］である。図に示すように最小受信レベル付近ではＩapdが小さいため、ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式に比較してこの付近での光入力に対する増倍率の変化は小さい。ＡＰＤに接続されているＣはノイズ除去用コンデンサである。
【００１７】
また、抵抗値をある程度大きくすれば、電圧降下により最大受信レベル付近で増倍率Ｍをほぼ１にすることができる。このように、最小受信レベルで最適増倍率となるように直流電圧源５１を設定し、バイアス電圧制御抵抗を適切な値にすることにより、前述した▲１▼、▲２▼の最小受信レベル、最大受信レベル付近の問題を解決することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
（ａ）自己バイアス方式における直流電圧源、バイアス電圧制御抵抗の調整
前述した自己バイアス方式は、増倍率Ｍ固定方式、ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式の上記の問題点を解決することができるが、ＡＰＤのブレイクダウン電圧の個別ばらつき、温度特性に対して直流電圧源を調整、温度補償する必要があり、更にバイアス電圧制御抵抗についても、個々に抵抗値を設定する必要があるという問題がある。
【００１９】
▲１▼直流電圧源の調整、温度補償
ＡＰＤの増倍率Ｍは、下式の通り、ブレイクダウン電圧ＶｂとＡＰＤバイアス電圧（ＡＰＤの両端にかかる電圧）Ｖapdとの関係で決まる。
【００２０】
Ｍ＝１／｛１−（Ｖapd／Ｖｂ）n｝ （１）
ここで、ｎは素子の材料、構造で決まる係数である。Ｖｂは、個別ばらつきが大きく、また温度に対してある傾斜Γで変化する。増倍率は、ＡＰＤバイアス電圧が小さい時のＩapdと、ＡＰＤバイアス電圧が十分に大きい時のＩapdの比で求められる。
【００２１】
このため、自己バイアス方式において、個々のＡＰＤに対して、増倍率が最小受信レベル付近で最適となるように直流電圧源５１の出力電圧Ｖddを調整する必要がある。更に、温度変動に対して増倍率Ｍが一定となるように個々のＡＰＤの温度特性Γに対して直流電圧源５１出力の電圧Ｖddを温度補償する必要がある。
【００２２】
▲２▼バイアス電圧制御抵抗の設定
次に、上記のように直流電圧源５１を調整、温度補償した状態で、光入力を最小受信レベル付近より大きくしていった場合、ＡＰＤ電流Ｉapdの増加に伴い、バイアス電圧制御抵抗Ｒ１での電圧降下のためＶapdは小さくなる。ある光入力ＰinにおけるＩapd、Ｖapdは、以下の式より求めることができる。
【００２３】
Ｉapd＝Ｓ・Ｍ・Ｐin （２）
ここで、ＳはＡＰＤ受光感度［Ａ／Ｗ ］
Ｖapd＝Ｖdd−（Ｒ１＋Ｒ０）・Ｉapd （３）
ここで、図７の自己バイアス方式のバイアス電圧制御抵抗Ｒ１が大きい場合、最大受信レベル付近でのＶapdが過小となり、ＡＰＤの周波数帯域劣化が生じる。逆に、Ｒ１の抵抗値が小さい場合、最大受信レベルでのＭが十分に小さくならないため、Ｉapdが前置増幅器５２の入力電流の許容最大値を越え、前置増幅器５２が飽和し、波形劣化が生じる。
【００２４】
図１０はＰｉｎ−Ｖａｐｄ特性の一例を示す図であり、（ａ）が全体特性を、（ｂ）が拡大図を示す。（ｂ）は（ａ）の破線で囲った領域Ａの拡大を示す。縦軸はＶａｐｄを、横軸は光入力パワーＰｉｎを示す。Ｒ１が大きい場合、光入力パワーＰｉｎが大きくなるほど、ＡＰＤにかかる電圧Ｖａｐｄは小さくなっている。（ｂ）において、領域ＢはＡＰＤ帯域劣化限界領域を示す。
【００２５】
図１１は、Ｐｉｎ−Ｍ特性の一例を示す図である。縦軸は増倍率Ｍ、横軸は光入力パワーＰｉｎである。（ａ）が全体を、（ｂ）は（ａ）の破線で囲った領域Ｃの拡大図を示す。Ｒ１の抵抗値が小さい場合、最大受信レベル付近でのＭが十分に小さくならないため、Ｉａｐｄが前記前置増幅器５２の入力電流の許容最大値を越え、前置増幅器５２の出力に波形劣化が生じる。なお、図７の負荷抵抗Ｒ０については、ＡＰＤの容量と、要求される周波数帯域により最大値が求まる。
【００２６】
以上のように、自己バイアス方式では、ＡＰＤのブレイクダウン電圧の個別ばらつき、温度特性が原因で、光受信モジュール（光受信部）の調整の簡素化、及び構成部品の共通化、一般化が困難になっている。
【００２７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、光受信モジュールとＡＰＤバイアス電圧制御部との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
（１）図１は本発明の原理ブロック図である。図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、６０は光信号（Ｏｐｔ Ｉｎ）を受けて、電気信号に変換し、出力データを出力する光受信部（光受信モジュール）、７０は該光受信部６０のＡＰＤに最適なバイアス電圧を与えるＡＰＤバイアス電圧制御部である。光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、それぞれ別々に構成されている。
【００２９】
ＡＰＤバイアス電圧制御部７０において、７１はその出力電圧を制御可能な直流電圧源、Ｒ１０は該直流電圧源７１に接続され、制御信号によりその抵抗値が可変されるバイアス電圧制御用可変抵抗（以下、単に可変抵抗という）、７２は各種制御を行なうＣＰＵである。該ＣＰＵ７２は、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０に制御信号を与える。
【００３０】
光受信部６０において、６１はブレイクダウン電圧とその温度傾斜が記憶されているメモリである。該メモリ６１から読み出されたブレイクダウン電圧Ｖｂと温度傾斜ΓはＣＰＵ７２に与えられるようになっている。光受信部６０は、温度センサ６２を備え、ＡＰＤの周囲温度を出力する。
【００３１】
このように構成すれば、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信モジュールとＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信部６０の小型化、更にはＰＩＮ素子光受信部６０の構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００３２】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、それと組み合わせられる光受信部６０の個別情報を基に自動的に制御されるため、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０の任意の組み合わせが可能になり、またＡＰＤのブレイク電圧の個別的なばらつき、温度特性に対して、光受信部６０を個々に調整することなく、最適な受信特性を得ることができる。また、バイアス電圧制御に必要な周囲温度データＴとその時のブレイクダウン電圧ＶｂをＣＰＵ７２に与えることができ、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３３】
（２）請求項２記載の発明は、前記温度センサは、前記ＡＰＤと熱的に離れた箇所に設置され、前記ＡＰＤバイアス電圧制御部のＣＰＵは、この温度検出データを前記ＡＰＤ素子温度に換算し、この値と前記光受信部から読み込んだＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データを基に、前記光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧値、及び前記バイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を算出し、これらの値に前記直流電圧源、前記バイアス電圧制御用可変抵抗を制御することを特徴とする。
【００３４】
このように構成すれば、温度センサをＡＰＤから離して設置しても、ＡＰＤ素子温度に換算し、その時のブレイクダウン電圧Ｖｂから、ＣＰＵはＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３７】
この発明において、前記光受信部とＡＰＤバイアス電圧制御部との構成において、ＣＰＵとバイアス電圧制御用可変抵抗は光受信部に設置され、このＣＰＵは、予めメモリ記憶させたＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データと、温度センサによるＡＰＤ素子温度の検出データを基に、光受信部の受信特性が最適となるようにバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を自動的に設定し、また光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値を出力し、一方、ＡＰＤバイアス電圧制御部では、この値に直流電圧源を自動的に制御すれば、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３８】
また、この発明において、ＡＰＤのブレイクダウン電圧とその温度特性、温度センサの検出出力、直流電圧源制御信号、バイアス電圧制御用可変抵抗設定信号が、離散的なディジタル信号であるようにすれば、ＣＰＵ７２はこれらディジタル信号に基づいてＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施の形態例を示すブロック図である。図１、図６、図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。光受信部（光受信モジュール）６０において、６１は温度特性データと対応するブレイクダウン電圧が記憶されたメモリ、６２はＡＰＤの周囲に設けられた温度センサである。ＣはＡＰＤのカソード側に設けられたノイズ除去用コンデンサである。ＡＰＤのカソード側には、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の可変抵抗Ｒ１０が接続され、アノード側には抵抗Ｒ０が接続されている。
【００４０】
５２はＡＰＤのアノード側と接続された前置増幅器、５３は該前置増幅器５２の出力を受ける等化増幅器、５４は該等化増幅器５３の出力からデータとクロックを抽出して外部に出力する識別再生器である。６１は温度特性データとブレイクダウン電圧の関係が記憶されたメモリで、該メモリ６１には温度特性データΓとブレイクダウン電圧Ｖｂが設定できるようになっている。該メモリ６１の出力は、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０のＣＰＵ７２に入っている。６２はＡＰＤの周囲に配置された温度センサで、その出力はＣＰＵ７２に入っている。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４１】
光受信部６０に内蔵されたメモリ６１に、搭載されているＡＰＤの個別情報（温度特性Γ、ブレイクダウン電圧Ｖｂ）を書き込む。ＡＰＤを購入する際に、個別情報は、ＡＰＤ毎に添付されてくるので、その情報を書き込めばよい。これら温度特性Γとブレイクダウン電圧Ｖｂは、ＣＰＵ７２に与えられる。一方、温度センサ６２は、ＡＰＤの温度Ｔapdを検出してＣＰＵ７２に与える。
【００４２】
ＡＰＤバイアス電圧制御部７０では、光受信部６０のメモリ６１から出力されるΓ、ＶｂとＡＰＤの周囲温度Ｔapdを受けて、ＣＰＵ７２が最適なＶddの電圧値と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を算出し、直流電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、バイアス電圧制御抵抗設定信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔを出力して、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を制御する。
【００４３】
この結果、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００４４】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、それと組み合わせられる光受信部６０の個別情報を基に自動的に制御されるため、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０の任意の組み合わせが可能になり、またＡＰＤのブレイク電圧の個別的なばらつき、温度特性に対して、光受信部６０を個々に調整することなく、最適な受信特性を得ることができる。
【００４５】
図３は本発明の第２の実施の形態例を示すブロック図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例では、温度センサ６２が光受信部６０ではなく、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０側に移動している。その他の構成は、図２と同じである。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４６】
温度センサ６２がＡＰＤバイアス電圧制御部７０に移動した時、ＣＰＵ７２は温度センサ６２の出力Ｔａと実際のＡＰＤ素子温度Ｔapdとの温度差を予め算出し、これを基にＴａからＴapdを換算してＶddの温度補償を行なう。Ｔapdが算出されたら、後は図２に示す実施の形態例と同じである。
【００４７】
即ち、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０では、メモリ６１から出力される光受信部６０からのΓ、Ｖｂを受けて、ＣＰＵ７２が、ＴapdとΓとＶｂとから最適なＶddの電圧値と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を算出し、直流電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、バイアス電圧制御抵抗設定信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔを出力して、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を制御する。
【００４８】
この結果、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００４９】
図４は本発明の第３の実施の形態例を示すブロック図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例は、図２に示す実施の形態例と比較して、可変抵抗Ｒ１０とＣＰＵ７２が光受信部６０側に設けられたものである。ＡＰＤの周囲に設けられた温度センサ６２の出力は、ＣＰＵ７２に入り、メモリ６１に記憶されている温度特性Γとブレイクダウン電圧Ｖｂが読み出されてメモリ６１に入る。その他の構成は、図２と同じである。この実施の形態例では、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、直流電圧源７１のみとなり、光受信部６０からの電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔを受ける。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００５０】
光受信部６０に内蔵されたメモリ６１に、搭載されているＡＰＤの個別情報（温度特性Γ、ブレイクダウン電圧Ｖｂ）を書き込む。これら温度特性Γとブレイクダウン電圧Ｖｂは、ＣＰＵ７２に与えられる。一方、温度センサ６２は、ＡＰＤの温度Ｔapdを検出してＣＰＵ７２に与える。
【００５１】
メモリ６１から出力される温度特性Γ、ブレイクダウン電圧ＶｂとＡＰＤの周囲温度Ｔapdを受けて、ＣＰＵ７２が最適なＶddの電圧値と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を算出し、直流電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、バイアス電圧制御抵抗設定信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔを出力して、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を制御する。
【００５２】
この結果、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００５３】
上述の実施の形態例では、ブレイクダウン電圧Ｖｂ、ＡＰＤの温度Ｔapd、温度センサ６２の出力Ｔａ、直流電圧源制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、可変抵抗制御信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔは、ディジタル値であってもよく、また電圧値のようなアナログ値であってもよい。
【００５４】
また、上述のメモリ６１はＥＥＰＲＯＭであっても、ＦＬＡＳＨメモリであってもよい。
また、上述の可変抵抗Ｒ１０は、電子ボリュームであっても、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。
【００５５】
また、温度センサ６２はダイオードであっても、サーミスタであってもよい。本発明によれば、ＡＰＤバイアス電圧制御部を制御することにより、光受信モジュールと、ＡＰＤバイアス電圧制御部との汎用的な組み合わせが可能になり、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付け化による光受信部（光受信モジュール）の小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールとの構造の共通化が可能となる。また、従来の自己バイアス方式では、ＡＰＤのブレイクダウン電圧の個別ばらつき、温度特性に対して直流電圧源を調整、温度補償するだけでなく、バイアス電圧制御抵抗についても、個々に抵抗値を設定する必要があったが、本発明により、これらの自動調整が可能になり、光受信モジュールの調整を大幅に簡素化することができる。
【００５６】
（付記１） 自己バイアス方式によりアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のバイアス電圧を制御するＡＰＤバイアス電圧制御回路において、
光信号入力を受けて、電気信号に変換し、出力データを出力する光受信部と、
該光受信部のＡＰＤに最適なバイアス電圧を与えるＡＰＤバイアス電圧制御部とを別々に構成し、
前記ＡＰＤバイアス電圧制御部は、
その出力電圧を制御可能な直流電圧源と、
前記直流電圧源に接続され、外部信号によりその抵抗値が可変されるバイアス電圧制御用の可変抵抗と、
各種制御を行なうＣＰＵとから構成され、
前記ＣＰＵは、光受信部のメモリに記憶されているＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データとを読み出し、光受信部の受信特性が最適となるように、前記直流電源とバイアス電圧制御用可変抵抗の制御を行なうことを特徴とするＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００５７】
（付記２） 前記光受信部は、
前記バイアス電圧制御用可変抵抗と接続されるＡＰＤと、
ＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データが記憶されるメモリと、
ＡＰＤの周囲の温度を検出する温度センサと、
前記ＡＰＤに発生した電気信号を増幅する増幅器と、
該増幅器の出力からデータとクロックを出力する識別再生器、
とから構成されることを特徴とする付記１記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００５８】
（付記３） 前記温度センサは、ＡＰＤと熱的に離れた箇所に設置され、ＡＰＤバイアス電圧制御部のＣＰＵは、この温度検出データをＡＰＤ素子温度に換算し、この値と光受信部から読み込んだＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データを基に、光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値、及びバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を算出し、これらの値に直流電圧源、バイアス電圧制御用可変抵抗を制御することを特徴とする付記２記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００５９】
（付記４） 前記光受信部とＡＰＤバイアス電圧制御部との構成において、ＣＰＵとバイアス電圧制御用可変抵抗は光受信部に設置され、このＣＰＵは、予めメモリ記憶させたＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データと、温度センサによるＡＰＤ素子温度の検出データを基に、光受信部の受信特性が最適となるようにバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を自動的に設定し、また光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値を出力し、一方、ＡＰＤバイアス電圧制御部では、この値に直流電圧源を自動的に制御することを特徴とする付記１記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００６０】
（付記５） ＡＰＤのブレイクダウン電圧とその温度特性、温度センサの検出出力、直流電圧源制御信号、バイアス電圧制御用可変抵抗設定信号が、離散的なディジタル信号であることを特徴とする付記１乃至４の何れかに記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）請求項１記載の発明によれば、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付けによる光受信部の小型化、更にはＰＩＮ素子光受信部の構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００６２】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御部は、それと組み合わせられる光受信部の個別情報を基に自動的に制御されるため、光受信部とＡＰＤバイアス電圧制御部の任意の組み合わせが可能になり、またＡＰＤのブレイク電圧の個別的なばらつき、温度特性に対して、光受信部を個々に調整することなく、最適な受信特性を得ることができる。また、バイアス電圧制御に必要な周囲温度データＴとその時のブレイクダウン電圧ＶｂをＣＰＵに与えることができ、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６３】
（２）請求項２記載の発明によれば、温度センサをＡＰＤから離して設置しても、ＡＰＤ素子温度に換算し、その時のブレイクダウン電圧Ｖｂから、ＣＰＵはＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６５】
この発明において、予めメモリ記憶させたＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データと、温度センサによるＡＰＤ素子温度の検出データを基に、光受信部の受信特性が最適となるようにバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を自動的に設定し、また光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値を出力し、一方、ＡＰＤバイアス電圧制御部では、この値に直流電圧源を自動的に制御すれば、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６６】
また、この発明において、ＡＰＤのブレイクダウン電圧とその温度特性、温度センサの検出出力、直流電圧源制御信号、バイアス電圧制御用可変抵抗設定信号が、離散的なディジタル信号であるようにすれば、ＣＰＵはこれらディジタル信号に基づいてＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６７】
このように、本発明によれば、光受信モジュールとＡＰＤバイアス電圧制御部との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態例を示すブロック図である。
【図５】増倍率Ｍ固定方式の概念図である。
【図６】ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式の概念図である。
【図７】自己バイアス方式の概念図である。
【図８】Ｐｉｎ−Ｉapd特性の一例を示す図である。
【図９】光空間伝送装置の公知例を示す図である。
【図１０】Ｐｉｎ−Ｖapd特性の一例を示す図である。
【図１１】Ｐｉｎ−Ｍ特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
６０ 光受信部
６１ メモリ
７０ ＡＰＤバイアス電圧制御部
７１ 直流電圧源
７２ ＣＰＵ
Ｒ１０ バイアス電圧制御抵抗（可変抵抗）
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送装置に適用されるＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を使用した光受信器のＡＰＤバイアス電圧制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送信号を電気信号に変換する部分には、ＡＰＤの降伏電圧近傍での増倍作用を利用した回路が用いられる。ＡＰＤバイアス電圧制御に関して、従来の方式を以下に示す。
【０００３】
▲１▼増倍率固定方式（固定バイアス方式）
図５は増倍率固定方式の概念図である。ここで、印加電圧が小さい状態では通常のフォトダイオードに流れる電流とほぼ等しい小さい電流が流れ、印加電圧が大きくなって降伏電圧近傍では、ＡＰＤには大量の電流が流れる。この大電流と小電流との比率を増倍率Ｍという。
【０００４】
図５において、５１はＡＰＤに直流電圧を逆バイアスで印加する直流電圧源である。ＡＰＤのアノード側にはＩ／Ｖ変換用の負荷抵抗Ｒ０が接続されている。この負荷抵抗Ｒ０とＡＰＤとの接続点の電位は、前置増幅器（プリアンプ）５２に与えられる。
【０００５】
この回路では、ＡＰＤに印加される直流電圧は入力光の大小に関わらず、バイアス電圧が一定であるため、入力光が大きくなると、前置増幅器２が飽和するおそれがある。
【０００６】
▲２▼ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式
図６はＦＵＬＬ ＡＧＣ方式の概念図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。この方式は、等化増幅器５３の出力振幅が一定となるように直流電圧源５１を制御している。光入力の増加に伴い、ＡＰＤバイアス電圧（ＡＰＤの両端にかかる電圧）Ｖapdが小さくなり、最大受信レベル付近では、増倍率Ｍはほぼ１となるため、受信レベルのダイナミックレンジを広くとることができる。
【０００７】
一方、最小受信レベル付近では、光入力に対して増倍率Ｍが負の傾斜を持つため、光入力が増加してもＳ／Ｎ比が一定となり、エラーフロア（誤り率曲線の曲がり）が生じるという問題がある。また、負帰還回路を構成するため、回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００８】
また、公知例（特開平６−１６４４９５号公報）では、図９に示すように、ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式により光受信回路を構成し、メモリに格納したＡＰＤの特性データ、感温素子による温度検出データ、信号レベル検出データを基に、出力信号レベルが一定となるようにＡＰＤの駆動電圧を制御することにより、素子ばらつき等に対応して高い精度での細かいＡＰＤの温度補償を可能にしている。
【０００９】
図９に示す方式においては、１は全体としての光空間伝送装置を示し、所定の情報信号でレーザダイオード２を駆動し、このレーザダイオード２から所定偏波面の送信光ビームＬ１を射出する。更に、光空間伝送装置１においては、この送信光ビームＬ１をレンズ４で平行光線に変換した後、偏向ビームスプリッタ６を透過させてレンズ８に導く。ここで、レンズ８は、送信光ビームＬ１を収束光に変換して出射し、大口径レンズ１０はこの収束光を略平行光線に変換して射出する。
【００１０】
これにより、光空間伝送装置１においては、伝送対象に所定偏波面の送信光ビームＬ１を介して情報信号を伝送する。更に、光空間伝送装置１においては、所望の伝送対象から到来する受信光ビームＬ２を大口径レンズ１０で受光し、レンズ８を介して偏向ビームスプリッタ６に導く。ここで、受信光ビームＬ２は、送信光ビームＬ１に対して偏波面が直交するように伝送対象から送出され、これにより光空間伝送装置１においては、この受信光ビームＬ２を偏向ビームスプリッタ６で反射してビームスプリッタ１２に導く。ビームスプリッタ１２は、この受信光ビームＬ２の一部を透過してレンズ１４に射出し、レンズ１４はこの透過光をＡＰＤ１６に集光する。
【００１１】
光空間伝送装置１においては、このＡＰＤ１６の出力信号を所定の信号処理回路に出力して処理し、これにより受信光ビームＬ２を介して伝送対象の情報信号を受信する。更に、ビームスプリッタ１２は、この受信光ビームＬ２の一部を反射してレンズ１８に送出し、レンズ１８はこの反射光Ｌ３をポジショニングセンサ２０で集光する。ここで、ポジショニングセンサ２０は、反射光Ｌ３の集光位置に応じて出力信号が変化する位置検出用受光素子で、この実施例においては、このポジショニングセンサ２０の出力信号を位置検出回路２２に出力して反射光Ｌ３の集光位置を検出する。
【００１２】
更に、この実施例において、光空間伝送装置１は、ビームスプリッタ１２及びレンズ１４間に偏向ビームスプリッタ２６を挿入し、偏向ビームスプリッタ２６の光軸を中心にして偏向ビームスプリッタ２６を所定角度回転させることにより、この偏向ビームスプリッタ２６を光減衰器として使用し、アバランシェフォトダイオード１６の入射光量を一定値に維持するようになっている。
【００１３】
ＡＰＤ１６で検出された信号は、プリアンプ３６で増幅された後、ＡＧＣ回路３８で更に増幅される。ＡＧＣ回路３８の出力はＡ／Ｄ変換器４０によりディジタルデータに変換され、システム制御部３０に与えられる。該システム制御部３０は、受信したディジタル信号をＤ／Ａ変換器４２でアナログ信号に変換し、高圧電源４４に与えられる。該高圧電源４４の出力は、ＡＰＤ１６に印加される。以上のループによりフィードバック回路が形成され、ＡＰＤ１６から検出される光信号が一定となるようにすることができる。
【００１４】
しかしながら、この方式も、出力信号レベル一定の制御を行なう限り、光入力レベルが小さい場合のエラーフロアの問題は解決されない。
▲３▼自己バイアス方式
図７は自己バイアス方式の概念図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【００１５】
本方式では、図７に示すように、直流電圧源５１とＡＰＤカソード間にバイアス電圧制御抵抗Ｒ１を設置し、この電圧降下を用いて光入力の増加に対してＡＰＤバイアス電圧Ｖapdが小さくなるように制御する。
【００１６】
図８はＰｉｎ−Ｉapd特性の一例を示す図である。縦軸はＩapd［μＡ］、横軸は光入力パワー［ｄＢｍ］である。図に示すように最小受信レベル付近ではＩapdが小さいため、ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式に比較してこの付近での光入力に対する増倍率の変化は小さい。ＡＰＤに接続されているＣはノイズ除去用コンデンサである。
【００１７】
また、抵抗値をある程度大きくすれば、電圧降下により最大受信レベル付近で増倍率Ｍをほぼ１にすることができる。このように、最小受信レベルで最適増倍率となるように直流電圧源５１を設定し、バイアス電圧制御抵抗を適切な値にすることにより、前述した▲１▼、▲２▼の最小受信レベル、最大受信レベル付近の問題を解決することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
（ａ）自己バイアス方式における直流電圧源、バイアス電圧制御抵抗の調整
前述した自己バイアス方式は、増倍率Ｍ固定方式、ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式の上記の問題点を解決することができるが、ＡＰＤのブレイクダウン電圧の個別ばらつき、温度特性に対して直流電圧源を調整、温度補償する必要があり、更にバイアス電圧制御抵抗についても、個々に抵抗値を設定する必要があるという問題がある。
【００１９】
▲１▼直流電圧源の調整、温度補償
ＡＰＤの増倍率Ｍは、下式の通り、ブレイクダウン電圧ＶｂとＡＰＤバイアス電圧（ＡＰＤの両端にかかる電圧）Ｖapdとの関係で決まる。
【００２０】
Ｍ＝１／｛１−（Ｖapd／Ｖｂ）n｝ （１）
ここで、ｎは素子の材料、構造で決まる係数である。Ｖｂは、個別ばらつきが大きく、また温度に対してある傾斜Γで変化する。増倍率は、ＡＰＤバイアス電圧が小さい時のＩapdと、ＡＰＤバイアス電圧が十分に大きい時のＩapdの比で求められる。
【００２１】
このため、自己バイアス方式において、個々のＡＰＤに対して、増倍率が最小受信レベル付近で最適となるように直流電圧源５１の出力電圧Ｖddを調整する必要がある。更に、温度変動に対して増倍率Ｍが一定となるように個々のＡＰＤの温度特性Γに対して直流電圧源５１出力の電圧Ｖddを温度補償する必要がある。
【００２２】
▲２▼バイアス電圧制御抵抗の設定
次に、上記のように直流電圧源５１を調整、温度補償した状態で、光入力を最小受信レベル付近より大きくしていった場合、ＡＰＤ電流Ｉapdの増加に伴い、バイアス電圧制御抵抗Ｒ１での電圧降下のためＶapdは小さくなる。ある光入力ＰinにおけるＩapd、Ｖapdは、以下の式より求めることができる。
【００２３】
Ｉapd＝Ｓ・Ｍ・Ｐin （２）
ここで、ＳはＡＰＤ受光感度［Ａ／Ｗ ］
Ｖapd＝Ｖdd−（Ｒ１＋Ｒ０）・Ｉapd （３）
ここで、図７の自己バイアス方式のバイアス電圧制御抵抗Ｒ１が大きい場合、最大受信レベル付近でのＶapdが過小となり、ＡＰＤの周波数帯域劣化が生じる。逆に、Ｒ１の抵抗値が小さい場合、最大受信レベルでのＭが十分に小さくならないため、Ｉapdが前置増幅器５２の入力電流の許容最大値を越え、前置増幅器５２が飽和し、波形劣化が生じる。
【００２４】
図１０はＰｉｎ−Ｖａｐｄ特性の一例を示す図であり、（ａ）が全体特性を、（ｂ）が拡大図を示す。（ｂ）は（ａ）の破線で囲った領域Ａの拡大を示す。縦軸はＶａｐｄを、横軸は光入力パワーＰｉｎを示す。Ｒ１が大きい場合、光入力パワーＰｉｎが大きくなるほど、ＡＰＤにかかる電圧Ｖａｐｄは小さくなっている。（ｂ）において、領域ＢはＡＰＤ帯域劣化限界領域を示す。
【００２５】
図１１は、Ｐｉｎ−Ｍ特性の一例を示す図である。縦軸は増倍率Ｍ、横軸は光入力パワーＰｉｎである。（ａ）が全体を、（ｂ）は（ａ）の破線で囲った領域Ｃの拡大図を示す。Ｒ１の抵抗値が小さい場合、最大受信レベル付近でのＭが十分に小さくならないため、Ｉａｐｄが前記前置増幅器５２の入力電流の許容最大値を越え、前置増幅器５２の出力に波形劣化が生じる。なお、図７の負荷抵抗Ｒ０については、ＡＰＤの容量と、要求される周波数帯域により最大値が求まる。
【００２６】
以上のように、自己バイアス方式では、ＡＰＤのブレイクダウン電圧の個別ばらつき、温度特性が原因で、光受信モジュール（光受信部）の調整の簡素化、及び構成部品の共通化、一般化が困難になっている。
【００２７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、光受信モジュールとＡＰＤバイアス電圧制御部との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
（１）図１は本発明の原理ブロック図である。図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、６０は光信号（Ｏｐｔ Ｉｎ）を受けて、電気信号に変換し、出力データを出力する光受信部（光受信モジュール）、７０は該光受信部６０のＡＰＤに最適なバイアス電圧を与えるＡＰＤバイアス電圧制御部である。光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、それぞれ別々に構成されている。
【００２９】
ＡＰＤバイアス電圧制御部７０において、７１はその出力電圧を制御可能な直流電圧源、Ｒ１０は該直流電圧源７１に接続され、制御信号によりその抵抗値が可変されるバイアス電圧制御用可変抵抗（以下、単に可変抵抗という）、７２は各種制御を行なうＣＰＵである。該ＣＰＵ７２は、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０に制御信号を与える。
【００３０】
光受信部６０において、６１はブレイクダウン電圧とその温度傾斜が記憶されているメモリである。該メモリ６１から読み出されたブレイクダウン電圧Ｖｂと温度傾斜ΓはＣＰＵ７２に与えられるようになっている。光受信部６０は、温度センサ６２を備え、ＡＰＤの周囲温度を出力する。
【００３１】
このように構成すれば、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信モジュールとＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信部６０の小型化、更にはＰＩＮ素子光受信部６０の構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００３２】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、それと組み合わせられる光受信部６０の個別情報を基に自動的に制御されるため、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０の任意の組み合わせが可能になり、またＡＰＤのブレイク電圧の個別的なばらつき、温度特性に対して、光受信部６０を個々に調整することなく、最適な受信特性を得ることができる。また、バイアス電圧制御に必要な周囲温度データＴとその時のブレイクダウン電圧ＶｂをＣＰＵ７２に与えることができ、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３３】
（２）請求項２記載の発明は、前記温度センサは、前記ＡＰＤと熱的に離れた箇所に設置され、前記ＡＰＤバイアス電圧制御部のＣＰＵは、この温度検出データを前記ＡＰＤ素子温度に換算し、この値と前記光受信部から読み込んだＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データを基に、前記光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧値、及び前記バイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を算出し、これらの値に前記直流電圧源、前記バイアス電圧制御用可変抵抗を制御することを特徴とする。
【００３４】
このように構成すれば、温度センサをＡＰＤから離して設置しても、ＡＰＤ素子温度に換算し、その時のブレイクダウン電圧Ｖｂから、ＣＰＵはＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３７】
この発明において、前記光受信部とＡＰＤバイアス電圧制御部との構成において、ＣＰＵとバイアス電圧制御用可変抵抗は光受信部に設置され、このＣＰＵは、予めメモリ記憶させたＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データと、温度センサによるＡＰＤ素子温度の検出データを基に、光受信部の受信特性が最適となるようにバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を自動的に設定し、また光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値を出力し、一方、ＡＰＤバイアス電圧制御部では、この値に直流電圧源を自動的に制御すれば、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３８】
また、この発明において、ＡＰＤのブレイクダウン電圧とその温度特性、温度センサの検出出力、直流電圧源制御信号、バイアス電圧制御用可変抵抗設定信号が、離散的なディジタル信号であるようにすれば、ＣＰＵ７２はこれらディジタル信号に基づいてＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の第１の実施の形態例を示すブロック図である。図１、図６、図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。光受信部（光受信モジュール）６０において、６１は温度特性データと対応するブレイクダウン電圧が記憶されたメモリ、６２はＡＰＤの周囲に設けられた温度センサである。ＣはＡＰＤのカソード側に設けられたノイズ除去用コンデンサである。ＡＰＤのカソード側には、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の可変抵抗Ｒ１０が接続され、アノード側には抵抗Ｒ０が接続されている。
【００４０】
５２はＡＰＤのアノード側と接続された前置増幅器、５３は該前置増幅器５２の出力を受ける等化増幅器、５４は該等化増幅器５３の出力からデータとクロックを抽出して外部に出力する識別再生器である。６１は温度特性データとブレイクダウン電圧の関係が記憶されたメモリで、該メモリ６１には温度特性データΓとブレイクダウン電圧Ｖｂが設定できるようになっている。該メモリ６１の出力は、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０のＣＰＵ７２に入っている。６２はＡＰＤの周囲に配置された温度センサで、その出力はＣＰＵ７２に入っている。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４１】
光受信部６０に内蔵されたメモリ６１に、搭載されているＡＰＤの個別情報（温度特性Γ、ブレイクダウン電圧Ｖｂ）を書き込む。ＡＰＤを購入する際に、個別情報は、ＡＰＤ毎に添付されてくるので、その情報を書き込めばよい。これら温度特性Γとブレイクダウン電圧Ｖｂは、ＣＰＵ７２に与えられる。一方、温度センサ６２は、ＡＰＤの温度Ｔapdを検出してＣＰＵ７２に与える。
【００４２】
ＡＰＤバイアス電圧制御部７０では、光受信部６０のメモリ６１から出力されるΓ、ＶｂとＡＰＤの周囲温度Ｔapdを受けて、ＣＰＵ７２が最適なＶddの電圧値と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を算出し、直流電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、バイアス電圧制御抵抗設定信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔを出力して、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を制御する。
【００４３】
この結果、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００４４】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、それと組み合わせられる光受信部６０の個別情報を基に自動的に制御されるため、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０の任意の組み合わせが可能になり、またＡＰＤのブレイク電圧の個別的なばらつき、温度特性に対して、光受信部６０を個々に調整することなく、最適な受信特性を得ることができる。
【００４５】
図３は本発明の第２の実施の形態例を示すブロック図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例では、温度センサ６２が光受信部６０ではなく、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０側に移動している。その他の構成は、図２と同じである。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４６】
温度センサ６２がＡＰＤバイアス電圧制御部７０に移動した時、ＣＰＵ７２は温度センサ６２の出力Ｔａと実際のＡＰＤ素子温度Ｔapdとの温度差を予め算出し、これを基にＴａからＴapdを換算してＶddの温度補償を行なう。Ｔapdが算出されたら、後は図２に示す実施の形態例と同じである。
【００４７】
即ち、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０では、メモリ６１から出力される光受信部６０からのΓ、Ｖｂを受けて、ＣＰＵ７２が、ＴapdとΓとＶｂとから最適なＶddの電圧値と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を算出し、直流電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、バイアス電圧制御抵抗設定信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔを出力して、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を制御する。
【００４８】
この結果、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００４９】
図４は本発明の第３の実施の形態例を示すブロック図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例は、図２に示す実施の形態例と比較して、可変抵抗Ｒ１０とＣＰＵ７２が光受信部６０側に設けられたものである。ＡＰＤの周囲に設けられた温度センサ６２の出力は、ＣＰＵ７２に入り、メモリ６１に記憶されている温度特性Γとブレイクダウン電圧Ｖｂが読み出されてメモリ６１に入る。その他の構成は、図２と同じである。この実施の形態例では、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０は、直流電圧源７１のみとなり、光受信部６０からの電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔを受ける。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００５０】
光受信部６０に内蔵されたメモリ６１に、搭載されているＡＰＤの個別情報（温度特性Γ、ブレイクダウン電圧Ｖｂ）を書き込む。これら温度特性Γとブレイクダウン電圧Ｖｂは、ＣＰＵ７２に与えられる。一方、温度センサ６２は、ＡＰＤの温度Ｔapdを検出してＣＰＵ７２に与える。
【００５１】
メモリ６１から出力される温度特性Γ、ブレイクダウン電圧ＶｂとＡＰＤの周囲温度Ｔapdを受けて、ＣＰＵ７２が最適なＶddの電圧値と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を算出し、直流電圧制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、バイアス電圧制御抵抗設定信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔを出力して、直流電圧源７１と、可変抵抗Ｒ１０の抵抗値を制御する。
【００５２】
この結果、ＣＰＵ７２は、周囲温度とその時のＡＰＤのブレイクダウン電圧に基づいて、受信特性が最適となり、かつ温度変動に対しても増倍率Ｍが一定となるように補償された電圧値に直流電圧源７１を制御し、更に最大受信レベル付近でＭとＶapdが最適となるような抵抗値に可変抵抗Ｒ１０を設定するので、光受信部６０とＡＰＤバイアス電圧制御部７０との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部７０の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００５３】
上述の実施の形態例では、ブレイクダウン電圧Ｖｂ、ＡＰＤの温度Ｔapd、温度センサ６２の出力Ｔａ、直流電圧源制御信号Ｖdd Ｃｏｎｔ、可変抵抗制御信号Ｒ１０ Ｃｏｎｔは、ディジタル値であってもよく、また電圧値のようなアナログ値であってもよい。
【００５４】
また、上述のメモリ６１はＥＥＰＲＯＭであっても、ＦＬＡＳＨメモリであってもよい。
また、上述の可変抵抗Ｒ１０は、電子ボリュームであっても、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。
【００５５】
また、温度センサ６２はダイオードであっても、サーミスタであってもよい。本発明によれば、ＡＰＤバイアス電圧制御部を制御することにより、光受信モジュールと、ＡＰＤバイアス電圧制御部との汎用的な組み合わせが可能になり、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付け化による光受信部（光受信モジュール）の小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールとの構造の共通化が可能となる。また、従来の自己バイアス方式では、ＡＰＤのブレイクダウン電圧の個別ばらつき、温度特性に対して直流電圧源を調整、温度補償するだけでなく、バイアス電圧制御抵抗についても、個々に抵抗値を設定する必要があったが、本発明により、これらの自動調整が可能になり、光受信モジュールの調整を大幅に簡素化することができる。
【００５６】
（付記１） 自己バイアス方式によりアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のバイアス電圧を制御するＡＰＤバイアス電圧制御回路において、
光信号入力を受けて、電気信号に変換し、出力データを出力する光受信部と、
該光受信部のＡＰＤに最適なバイアス電圧を与えるＡＰＤバイアス電圧制御部とを別々に構成し、
前記ＡＰＤバイアス電圧制御部は、
その出力電圧を制御可能な直流電圧源と、
前記直流電圧源に接続され、外部信号によりその抵抗値が可変されるバイアス電圧制御用の可変抵抗と、
各種制御を行なうＣＰＵとから構成され、
前記ＣＰＵは、光受信部のメモリに記憶されているＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データとを読み出し、光受信部の受信特性が最適となるように、前記直流電源とバイアス電圧制御用可変抵抗の制御を行なうことを特徴とするＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００５７】
（付記２） 前記光受信部は、
前記バイアス電圧制御用可変抵抗と接続されるＡＰＤと、
ＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データが記憶されるメモリと、
ＡＰＤの周囲の温度を検出する温度センサと、
前記ＡＰＤに発生した電気信号を増幅する増幅器と、
該増幅器の出力からデータとクロックを出力する識別再生器、
とから構成されることを特徴とする付記１記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００５８】
（付記３） 前記温度センサは、ＡＰＤと熱的に離れた箇所に設置され、ＡＰＤバイアス電圧制御部のＣＰＵは、この温度検出データをＡＰＤ素子温度に換算し、この値と光受信部から読み込んだＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データを基に、光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値、及びバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を算出し、これらの値に直流電圧源、バイアス電圧制御用可変抵抗を制御することを特徴とする付記２記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００５９】
（付記４） 前記光受信部とＡＰＤバイアス電圧制御部との構成において、ＣＰＵとバイアス電圧制御用可変抵抗は光受信部に設置され、このＣＰＵは、予めメモリ記憶させたＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データと、温度センサによるＡＰＤ素子温度の検出データを基に、光受信部の受信特性が最適となるようにバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を自動的に設定し、また光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値を出力し、一方、ＡＰＤバイアス電圧制御部では、この値に直流電圧源を自動的に制御することを特徴とする付記１記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００６０】
（付記５） ＡＰＤのブレイクダウン電圧とその温度特性、温度センサの検出出力、直流電圧源制御信号、バイアス電圧制御用可変抵抗設定信号が、離散的なディジタル信号であることを特徴とする付記１乃至４の何れかに記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）請求項１記載の発明によれば、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付けによる光受信部の小型化、更にはＰＩＮ素子光受信部の構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【００６２】
また、ＡＰＤバイアス電圧制御部は、それと組み合わせられる光受信部の個別情報を基に自動的に制御されるため、光受信部とＡＰＤバイアス電圧制御部の任意の組み合わせが可能になり、またＡＰＤのブレイク電圧の個別的なばらつき、温度特性に対して、光受信部を個々に調整することなく、最適な受信特性を得ることができる。また、バイアス電圧制御に必要な周囲温度データＴとその時のブレイクダウン電圧ＶｂをＣＰＵに与えることができ、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６３】
（２）請求項２記載の発明によれば、温度センサをＡＰＤから離して設置しても、ＡＰＤ素子温度に換算し、その時のブレイクダウン電圧Ｖｂから、ＣＰＵはＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６５】
この発明において、予めメモリ記憶させたＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データと、温度センサによるＡＰＤ素子温度の検出データを基に、光受信部の受信特性が最適となるようにバイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を自動的に設定し、また光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧の電圧値を出力し、一方、ＡＰＤバイアス電圧制御部では、この値に直流電圧源を自動的に制御すれば、ＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６６】
また、この発明において、ＡＰＤのブレイクダウン電圧とその温度特性、温度センサの検出出力、直流電圧源制御信号、バイアス電圧制御用可変抵抗設定信号が、離散的なディジタル信号であるようにすれば、ＣＰＵはこれらディジタル信号に基づいてＡＰＤのバイアス電圧を最適に設定することができる。
【００６７】
このように、本発明によれば、光受信モジュールとＡＰＤバイアス電圧制御部との汎用的な組み合わせが可能で、ＡＰＤバイアス電圧制御部の外付けによる光受信モジュールの小型化、更にはＰＩＮ素子光受信モジュールの構造の共通化が可能となるＡＰＤバイアス電圧制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態例を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態例を示すブロック図である。
【図５】増倍率Ｍ固定方式の概念図である。
【図６】ＦＵＬＬ ＡＧＣ方式の概念図である。
【図７】自己バイアス方式の概念図である。
【図８】Ｐｉｎ−Ｉapd特性の一例を示す図である。
【図９】光空間伝送装置の公知例を示す図である。
【図１０】Ｐｉｎ−Ｖapd特性の一例を示す図である。
【図１１】Ｐｉｎ−Ｍ特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
６０ 光受信部
６１ メモリ
７０ ＡＰＤバイアス電圧制御部
７１ 直流電圧源
７２ ＣＰＵ
Ｒ１０ バイアス電圧制御抵抗（可変抵抗）
Claims (2)
- 自己バイアス方式によりアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のバイアス電圧を制御するＡＰＤバイアス電圧制御回路において、
光信号入力を受けて、電気信号に変換し、出力データを出力する光受信部と、
該光受信部のＡＰＤに最適なバイアス電圧を与えるＡＰＤバイアス電圧制御部とを別々に構成し、
前記ＡＰＤバイアス電圧制御部は、
その出力電圧を制御可能な直流電圧源と、
該直流電圧源に接続され、制御信号によりその抵抗値が可変されるバイアス電圧制御用可変抵抗と、
各種制御を行なうＣＰＵとから構成され、
前記光受信部は、
前記バイアス電圧制御用可変抵抗と接続されるＡＰＤと、
該ＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データが記憶されるメモリと、
該ＡＰＤの出力信号を増幅してデータとクロックに分けて出力する識別再生回路と、
該ＡＰＤの周囲の温度を検出する温度センサとから構成され、
前記ＣＰＵは、前記光受信部の前記メモリに記憶されているＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データを読み出し、前記光受信部の受信特性が最適となるように、前記直流電圧源と前記バイアス電圧制御用可変抵抗の制御を行なうことを特徴とするＡＰＤバイアス電圧制御回路。 - 前記温度センサは、前記ＡＰＤと熱的に離れた箇所に設置され、前記ＡＰＤバイアス電圧制御部のＣＰＵは、この温度検出データを前記ＡＰＤ素子温度に換算し、この値と前記光受信部から読み込んだＡＰＤのブレイクダウン電圧値とその温度特性データを基に、前記光受信部の受信特性が最適となるＡＰＤバイアス電圧値、及び前記バイアス電圧制御用可変抵抗の抵抗値を算出し、これらの値に前記直流電圧源、前記バイアス電圧制御用可変抵抗を制御することを特徴とする請求項１記載のＡＰＤバイアス電圧制御回路。
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