JP3816895B2

JP3816895B2 - 信号レベル検出装置を備えるバーストモード光受信機

Info

Publication number: JP3816895B2
Application number: JP2003124440A
Authority: JP
Inventors: 希贊都; 吉龍朴; 信喜元; 潤濟呉; 泰誠朴; 鉉哲奇
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: US20030202803A1; KR100703428B1; KR20030084371A; EP1357685A2; DE60331204D1; EP1357685B1; US7206521B2; EP1357685A3; JP2003332989A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーストモード光受信機に係り、特に、入力の有無信号を判別してパケット間ピリオドで、初期化するリセット信号を発生するためのバーストモード光受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代通信では、加入者に多くの情報をより迅速に伝送するために、各家庭まで光ファイバを引き込むネットワーク構造として知られているＦＴＴＨ（Fiber To The Home：ＦＴＴＨ)システムが要求されている。しかしながら、従来のＦＴＴＨシステムは、既存の銅線で構成された加入者ネットワークを置換するのに高いコストがかかるという問題がある。この点に関しては、低いコストのＦＴＴＨシステムを構築するために受動型光通信ネットワーク(Passive Optical Network：ＰＯＮ)が考慮されている。
【０００３】
その受動型光通信ネットワークシステムを図１に示す。受動型光通信ネットワークは、図１に示すように、概略的に、中央集中局(Central office)内の光加入者線局内装置(Optical Line Termination：ＯＬＴ)、１×Ｎ受動型光スプリッタ(Optical Splitter)、加入者(Subscribers)内の光加入者ネットワーク端末装置(Optical Network Unit：ＯＮＵ)などから構成されている。
【０００４】
一般的に、図１に示した受動型光通信ネットワークのような光多重接続ネットワークでは、各ノードが、前もって定められたタイムスロット(time slot)を利用して、他のノードにデータやパケットを伝送する。このような光多重ネットワークが従来のポイントツーポイント(Point-to-Point)リンクと異なる点は、それぞれ他の伝送経路で生じる光損失により、受信したデータやパケットの振幅及び位相がそれぞれ異なるバーストモードデータを生じることである。すなわち、多数の加入者が時分割多重化を行って一つの光ファイバを経由して送信する場合、受信側ＯＬＴにとっては、あたかも各加入者が任意の時間にデータを伝送するかのように認識する。さらに、着信データパケットは、各加入者間の異なる経路によって振幅が一定していない。
【０００５】
その結果、最近では振幅及び位相が各パケット別に相互に異なるデータを受信すると、そのパケットの振幅及び位相を同一になるように復元するバーストモード光受信機(burst mode receiver)が使用されている。
【０００６】
このようなバーストモード光受信機は、一般的な受信機のＡＣカップリング方式で用いられているＤＣブロックキャパシタを除去して、キャパシタの充／放電時間によるバーストデータの損失を防止し、データ判別のための基準信号として判別しきい値(detection threshold)を受信バーストパケットごとに抽出する。また、この抽出した判別しきい値を中心に対称的に増幅することにより、データを復元する機能を提供する。
【０００７】
図２は、従来技術によるバーストモード光受信機の構成を示す概略図であって、光検出部１、前置増幅部（transimpedance amplifier：ＴＩＡ）２、判別しきい値制御部(automatic threshold controller：ＡＴＣ)３、制限増幅部４で構成される。
【０００８】
光検出部１は、入力された光信号を電流信号に変換するように機能する。ＴＩＡ２は光検出部１から入力された電流信号を電圧信号に変換する。入力電流対出力電圧の比であるトランスインピーダンスは、ＴＩＡ２の入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗器(ＲＦ)により決定される。バーストモード光受信機のＴＩＡ２は、ＤＣカップリング方式で使用される。入力信号はＴＩＡ２により増幅され、その後、２つの信号に分けられる。一つの信号はＡＴＣ３に入力され、そこで受信パケットの判別しきい値が抽出される。他の信号は制限増幅部４にＤＣカップリングされて入力される。また、パケットの振幅にしたがって自動的に変わる判別しきい値は、制限増幅部４のＶｒｅｆに入力される。制限増幅部４は入力された信号の各増幅差を増幅して一定振幅を持つ信号に復元するよう機能する。
【０００９】
しかしながら、前述した従来のバーストモード光受信機は、パケット間ピリオドで、初期化するリセット(reset)信号を外部の付加的回路を使用して入力するようにしたため、受信機の回路構成が複雑になり、また、受信機のサイズが大きくなるといった問題があった。そこで、回路構成が簡単で且つ高信い頼性のある光受信機の開発が要求されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、入力信号を判別して初期リセット信号を発生することができるバーストモード光受信機の信号レベル検出装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、トランジスタのターンオン電圧発生特性を利用して入力されるＤＣレベルに関わらず信号有無を判別できる光受信機を提供することにある。
【００１２】
本発明のさらなる他の目的は、ハードウェアまたはソフトウェア的に具現化してもよく、特別な使用において適用するためにハードウェアとソフトウェアとを組み合わせて具現化してもよい光受信機を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明の光受信機は、光検出部から出力される電流信号を電圧信号に変換する前置増幅部と、該前置増幅部からの出力信号の信号レベルを検出する信号レベル検出装置とを含み、信号レベル検出装置は、ベースがコレクタに接続され、エミッタがキャパシタを介して前置増幅部の出力端に接続された第１トランジスタ及びベースがコレクタに接続され、コレクタがキャパシタを介して増幅部の出力端に接続された第２トランジスタと、第１トランジスタのコレクタに接続され、電圧シフト用トランジスタを介して接続されたコレクタ及び第２トランジスタのエミッタに接続され、電圧シフト用トランジスタを介して接続されたエミッタを有する第３トランジスタと、第３トランジスタのエミッタおよびコレクタにそれぞれ接続された一対のバイアス抵抗器と、から構成された信号検出回路（共通エミッタ回路部）を備え、当該信号検出回路は、第３トランジスタのコレクタ電圧に基づいて前置増幅部からの出力信号の信号レベルを検出し、検出された信号レベルに基づいて出力信号の存在の有無を判別することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明の光受信機の信号レベル検出装置は、信号検出回路の第３トランジスタのコレクタに接続され、信号検出回路において出力信号が存在すると判別された場合にターンオンする第４トランジスタと、第４トランジスタのコレクタに接続されて、該第４トランジスタがターンオンした場合に一定電圧を充電するキャパシタと、第４トランジスタのコレクタにベースが接続されて、該第４トランジスタがターンオンした場合にロー信号を出力する第５トランジスタとをさらに備える。
【００１５】
そしてまた、この発明の光受信機の信号レベル検出装置は、信号検出回路の第３トランジスタのコレクタに接続され、信号検出回路において出力信号が存在しないと判別された場合にターンオフする第６トランジスタと、第６トランジスタのコレクタに接続されて、当該第６トランジスタがターンオフした場合に一定電圧を放電するキャパシタと、第６トランジスタのコレクタにベースが接続されて、当該第６トランジスタがターンオフした場合にハイ信号を出力する第７トランジスタとをさらに備える。
【００１６】
また、この発明の光受信機の信号レベル検出装置の第１トランジスタ及び第２トランジスタのそれぞれのエミッタ及びコレクタは、ダイオードとして動作するようにお互いに接続されている。
【００１７】
また、本発明のバーストモード光受信機は、受信したパケットに基づくバースト光信号を電流信号に変換する光検出部と、光検出部から出力された電流信号を電圧信号に変換する増幅部と、増幅部から出力された出力信号の信号レベルを検出する信号レベル検出部と、信号レベル検出部の検出結果に基づいたパルス信号を出力するパルス発生器とを備えたバーストモード光受信機であって、信号レベル検出部は、ベースがコレクタに接続され、エミッタがキャパシタを介して増幅部の出力端に接続された第１トランジスタ及びベースがコレクタに接続され、コレクタがキャパシタを介して増幅部の出力端に接続された第２トランジスタと、ベースが第１トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが第２トランジスタのエミッタに接続された第３トランジスタと、第３トランジスタのエミッタおよびコレクタにそれぞれ接続された一対のバイアス抵抗器と、から構成された信号検出回路（共通エミッタ回路部）を備え、信号検出回路は、第３トランジスタのコレクタ電圧に基づいて増幅部からの出力信号の信号レベルを検出し、検出された信号レベルに基づいて出力信号の存在の有無を判別するとともに、パルス発生器は、信号検出回路にて判別された出力信号の存在の有無に対応したパルス信号を出力することを特徴とする。
【００１８】
そして、また、この発明のバーストモード光受信機は、パルス発生器の出力を受信するために接続されてＬＯＳ信号を提供するインバータをさらに備える。
【００１９】
また、この発明のバーストモード光受信機の増幅部は、トランスインピーダンス増幅部である。
【００２０】
また、この発明のバーストモード光受信機の信号レベル検出部は、キャパシタによってカップリングされ、電圧信号のＤＣレベルに係わらず検出した電圧信号レベルを得ることができる。
【００２２】
また、この発明のバーストモード光受信機の信号レベル検出部の第１トランジスタ及び第２トランジスタのそれぞれのエミッタ及びコレクタは、ダイオードとして動作するようにお互いに接続されている。
【００２３】
また、この発明のバーストモード光受信機の信号レベル検出部は、信号検出回路の第３トランジスタのコレクタに接続され、信号検出回路において出力信号が存在すると判別された場合にターンオンする第４トランジスタと、該第４トランジスタのコレクタに接続され、該第４トランジスタがターンオンした場合に一定電圧を充電するキャパシタと、第４トランジスタのコレクタに接続されて、該第４トランジスタがターンオンした場合にロー信号を出力する第５トランジスタとをさらに備える。
【００２４】
そしてまた、この発明のバーストモード光受信機の信号レベル検出部は、信号検出回路の第３トランジスタのコレクタに接続されて、信号検出回路において出力信号が存在しないと判別された場合にターンオフする第６トランジスタと、該第６トランジスタのコレクタに接続されて、第６トランジスタがターンオフした場合に一定電圧を放電するキャパシタと、第６トランジスタのコレクタに接続されて、第６トランジスタがターンオフした場合にハイ信号を出力する第７トランジスタとを備える。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好的な一実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。図面において各構成要素の参照符号は同一構成に限り極力同一の符号を付す。また、周知技術については適宜説明を省略するものとする。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態によるバーストモード光受信機の構成を示す図であって、光検出部１００、ＴＩＡ２００、信号レベル検出部３００、パルス発生器４００およびインバータ５００で構成される。
【００２７】
光検出部１００は、入力されたバースト光信号を入力光信号の強さに基づいて電流信号に変換する。ＴＩＡ２００は光検出部１００から出力される出力信号に対する利得と帯域幅を決定し、光検出部１００から出力される電流信号を電圧信号に変換して信号レベル検出部(power level detector)３００に出力する。また、信号レベル検出部３００に入力されるＴＩＡ２００の出力信号は、キャパシタでカップリングされることによって入力信号のＤＣレベルに係わらず信号レベルを検出できるようにする。
【００２８】
信号レベル検出部３００はＴＩＡ２００の出力信号を受けて、そのレベルを検出することによってパケット間ピリオドを判別する。信号レベル検出部３００は２つの出力信号を提供する。その信号のうち一つの信号は前述したＬＯＳ信号を発生するためにパルス発生器４００とインバータ５００を通過し、他の信号はリセット信号を発生するため回路の入力端に印加される。
【００２９】
パルス発生器４００は、パケットの開始、パケットの終了およびパケット間ピリオドを知らせる一連のパルスを発生する。パルス発生器４００は信号レベル検出部３００の出力を受けてそれに対応するパルス信号を出力する。また、パルス発生器４００はインバータ５００を介してパルス信号を反転した後、ＬＯＳ信号を発生する。
【００３０】
図４の回路図は、本発明の一実施形態による信号レベル検出部３００の詳細回路図であり、図５の特性図は、ＴＩＡ２００の出力信号に対する信号レベル検出部３００の回路における各端（図４参照）の出力特性を示した波形である。図４の各端に付した参照符号は、図５に示した出力波形に対応する。つまり、参照符号が付された各端は、図５に示した波形を出力する。
【００３１】
図４および図５に示したように、信号レベル検出部３００は、ＴＩＡ２００から出力された出力信号(ＶＥ２)のレベルを検出することによって、信号の有無およびパケット間ピリオドを判別して知らせる。このため、本発明の一実施形態による信号レベル検出部３００は、ＴＩＡ２００の出力信号が入力される入力端側にキャパシタＣ１が接続されている。したがって、ＴＩＡ２００から出力される出力信号(ＶＥ２)は常にキャパシタＣ１でカップリングされ、ＤＣレベルに係わらず信号レベル検出部３００が信号のレベルを検出できるようにした。
【００３２】
ＴＩＡ２００の出力信号は、図４に示した信号検出回路３０２に入力される。図４に波線で示した回路が本発明の一実施形態による信号検出回路３０２に相当する。信号検出回路３０２の入力端はキャパシタＣ２に接続されており、該キャパシタＣ２を介して信号が入力される。また、信号検出回路３０２の入力端は、トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のコレクタに接続されている。トランジスタＱ１のエミッタとＱ２のコレクタは互いに接続されていることからダイオードとして動作する。したがって、トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のコレクタ間の電圧は、キャパシタＣ２から入力される信号のレベルが０Ｖの場合、２倍のダイオードターンオン電圧となる。この電圧は、ダイオードターンオン電圧としてレベルシフト用トランジスタを介してレベルシフトされ、抵抗器Ｒ１、トランジスタＱ３および抵抗器Ｒ２で構成された回路のバイアス電圧として印加される。このとき、トランジスタＱ３はターンオンされてコレクタ電圧が低くなる。この状態は入力された信号が極めて小さいことを示す。
【００３３】
一方、キャパシタＣ１を介して信号が入力された場合、トランジスタＱ１のコレクタ電圧はその入力信号の最小値で低くなり、トランジスタＱ２のエミッタ電圧は入力信号の最大値で高くなることから、Ｑ１のエミッタとＱ２のコレクタ間の電圧は、(約２倍のダイオードターンオン電圧)−(入力信号のスイング幅)となり、入力信号のレベルが高くなるほど小さくなる。つまり、入力信号のレベルが高くなるほどトランジスタＱ３のコレクタ電圧が高くなる。したがって、トランジスタＱ３のコレクタに現れる電圧により入力信号レベルの大きさが検出できる。
【００３４】
信号検出回路３０２が、抵抗器Ｒ１、トランジスタＱ３および抵抗器Ｒ２とトランジスタＭＰ１を介して出力信号Ｎ(ＳＯ２)が存在すると判断すると、トランジスタＱ４のベース電圧をハイ(high)に保ってトランジスタＱ４をターンオンし、これによりキャパシタＣ３はダイオードターンオン電圧よりも３倍大きい所定電圧で充電される。この場合、トランジスタＱ５のコレクタ電圧はロー(low)になり、ＥｎｄＰＫ端に信号が存在することを示す。このＥｎｄＰＫ端の出力信号はリセット信号を発生するために回路に印加される。
【００３５】
一方、信号検出回路３０２がＴＩＡ２００の出力信号(ＶＥ２)が存在しないと判断すると、トランジスタＱ６のベース電圧をロー(low)に切り換えてＱ７をターンオフする。そして、キャパシタＣ４はダイオードターンオン電圧の３倍の電圧で放電し始める。また、キャパシタＣ４と抵抗器Ｒ３の時定数によって決定された放電時間が経過すると、引き続きトランジスタＱ６はターンオフされ、トランジスタＱ７のコレクタ電圧はハイ(high)に切り換わって信号が存在しないことを示す信号となる。この信号が外部に対してパケットの終了を示す信号(ＮｏＳｉｇＢ)となる。
【００３６】
図６は、図４に示したＴＩＡ２００の出力信号に対する本発明の一実施形態に従う信号レベル検出部３００の最終出力信号を示した波形である。図６に示したように、ＴＩＡ２００の出力信号が存在する区間における最終出力(ＮｏＳｉｇＢ)信号はハイ(high)状態にあり、ＴＩＡ２００の出力信号が存在しない区間における最終出力(ＮｏＳｉｇＢ)信号はロー(low)状態にある。図７は、本発明の一実施形態による信号レベル検出部３００の出力(ＮｏＳｉｇＢ)によるパルス発生器(pulse generator)４００の出力波形を示す。
【００３７】
信号レベル検出部３００の出力信号(ＮｏＳｉｇＢ)がハイ状態からロー状態に切り換わると、パルス発生器４００はその出力信号値をパルス間隔に対応させて変換する。このパルス発生器４００からの出力は、インバータ５００に印加されて反転された後、最終的にＬＯＳ信号として出力される。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ＴＩＡ２００の出力信号レベルを検出してパケット間ピリオドで、初期化するリセット信号を発生することができるようにしたので、リセット信号を発生するための付加的回路を構成する必要がなくなり受信機部分のサイズを小型化することができる。また、本発明の一実施形態による信号レベル検出部３００は、ＴＩＡに入力されるＤＣレベルに係わらず信号を検出することができる。
【００３９】
本発明の詳細な説明では具体的な一実施形態について説明してきたが、本発明の思想を外れない範囲内で様々な変形が可能なことは勿論である。従って、本発明の範囲は、前述した一実施形態によって定められるものではなく、特許請求の範囲とそれに均等なものによって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】受動型光通信ネットワークシステムを示す図。
【図２】従来技術によるバーストモード光受信機の構成を示す図。
【図３】本発明である一実施形態によるバーストモード光受信機の構成を示す図。
【図４】本発明である信号レベル検出部の詳細回路図。
【図５】信号レベル検出部の回路各端の出力特性を示す波形。
【図６】図４に示したＴＩＡの出力信号に対する本発明である信号レベル検出部の最終出力信号を示す波形。
【図７】本発明である信号レベル検出部の出力(ＮｏＳｉｇＢ)によるパルス発生器の出力波形を示す波形。
【符号の説明】
１００光検出部
２００ＴＩＡ
３００信号レベル検出部
３０２信号検出回路
４００パルス発生器
５００インバータ

Claims

光検出部から出力される電流信号を電圧信号に変換する前置増幅部と、該前置増幅部からの出力信号の信号レベルを検出する信号レベル検出装置とを含む光受信機であって、
前記信号レベル検出装置は、
ベースがコレクタに接続され、エミッタがキャパシタを介して前記前置増幅部の出力端に接続された第１トランジスタ及びベースがコレクタに接続され、コレクタが前記キャパシタを介して前記前置増幅部の前記出力端に接続された第２トランジスタと、前記第１トランジスタのコレクタに接続され、電圧シフト用トランジスタを介して接続されたコレクタ及び前記第２トランジスタのエミッタに接続され、電圧シフト用トランジスタを介して接続されたエミッタを有する第３トランジスタと、前記第３トランジスタのエミッタおよびコレクタにそれぞれ接続された一対のバイアス抵抗器と、から構成された信号検出回路を備え、
前記信号検出回路は、前記第３トランジスタのコレクタ電圧に基づいて前記前置増幅部からの出力信号の信号レベルを検出し、検出された信号レベルに基づいて前記出力信号の存在の有無を判別することを特徴とする光受信機。
前記信号レベル検出装置は、
前記信号検出回路の前記第３トランジスタのコレクタに接続され、前記信号検出回路において前記出力信号が存在すると判別された場合にターンオンする第４トランジスタと、
前記第４トランジスタのコレクタに接続されて、該第４トランジスタがターンオンした場合に一定電圧を充電するキャパシタと、
前記第４トランジスタのコレクタにベースが接続されて、該第４トランジスタがターンオンした場合にロー信号を出力する第５トランジスタとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
前記信号レベル検出装置は、
前記信号検出回路の前記第３トランジスタのコレクタに接続され、前記信号検出回路において前記出力信号が存在しないと判別された場合にターンオフする第６トランジスタと、
前記第６トランジスタのコレクタに接続されて、当該第６トランジスタがターンオフした場合に一定電圧を放電するキャパシタと、
前記第６トランジスタのコレクタにベースが接続されて、当該第６トランジスタがターンオフした場合にハイ信号を出力する第７トランジスタとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
第１トランジスタ及び第２トランジスタのそれぞれのエミッタ及びコレクタは、ダイオードとして動作するようにお互いに接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信機。
受信したパケットに基づくバースト光信号を電流信号に変換する光検出部と、前記光検出部から出力された前記電流信号を電圧信号に変換する増幅部と、前記増幅部から出力された出力信号の信号レベルを検出する信号レベル検出部と、前記信号レベル検出部の検出結果に基づいたパルス信号を出力するパルス発生器とを備えたバーストモード光受信機であって、
前記信号レベル検出部は、
ベースがコレクタに接続され、エミッタがキャパシタを介して前記増幅部の出力端に接続された第１トランジスタ及びベースがコレクタに接続され、コレクタが前記キャパシタを介して前記増幅部の前記出力端に接続された第２トランジスタと、ベースが前記第１トランジスタのコレクタに接続され、エミッタが前記第２トランジスタのエミッタに接続された第３トランジスタと、前記第３トランジスタのエミッタおよびコレクタにそれぞれ接続された一対のバイアス抵抗器と、から構成された信号検出回路を備え、
前記信号検出回路は、前記第３トランジスタのコレクタ電圧に基づいて前記増幅部からの出力信号の信号レベルを検出し、検出された信号レベルに基づいて前記出力信号の存在の有無を判別するとともに、
前記パルス発生器は、前記信号検出回路にて判別された前記出力信号の存在の有無に対応したパルス信号を出力することを特徴とするバーストモード光受信機。
前記増幅部は、トランスインピーダンス増幅部であることを特徴とする請求項５に記載のバーストモード光受信機。
前記信号レベル検出部は、キャパシタによってカップリングされ、電圧信号のＤＣレベルに係わらず検出した電圧信号レベルを得ることができることを特徴とする請求項５に記載のバーストモード光受信機。
前記第１、第２トランジスタのそれぞれのエミッタ及びコレクタはダイオードとして動作するようにお互いに接続されていることを特徴とする請求項５に記載のバーストモード光受信機。
前記信号レベル検出部は、前記信号検出回路の第３トランジスタのコレクタに接続され、前記信号検出回路において前記出力信号が存在すると判別された場合にターンオンする第４トランジスタと、
該第４トランジスタのコレクタに接続され、該第４トランジスタがターンオンした場合に一定電圧を充電するキャパシタと、
前記第４トランジスタのコレクタに接続されて、該第４トランジスタがターンオンした場合にロー信号を出力する第５トランジスタと、をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のバーストモード光受信機。
前記信号レベル検出部は、前記信号検出回路の前記第３トランジスタのコレクタに接続されて、前記信号検出回路において前記出力信号が存在しないと判別された場合にターンオフする第６トランジスタと、
該第６トランジスタのコレクタに接続されて、前記第６トランジスタがターンオフした場合に一定電圧を放電するキャパシタと、
前記第６トランジスタのコレクタに接続されて、前記第６トランジスタがターンオフした場合にハイ信号を出力する第７トランジスタと、を備えることを特徴とする請求項５に記載のバーストモード光受信機。