JP4940988B2

JP4940988B2 - 光受信装置

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Publication number: JP4940988B2
Application number: JP2007037432A
Authority: JP
Inventors: 克彦箱守; 雅和堀下
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-02-19
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Description

この発明は、光信号の入力断を検出する検出回路を備える光受信装置に関する。

従来、光通信システムにおいて、イーサネットやＳＯＮＥＴ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＯｐｔｉｃａｌＮＥＴｗｏｒｋ）などの異なる規格の光信号はそれぞれ別のシステムによって伝送されていた。これに対し、近年、システム内で光信号の規格やビットレートが光スイッチなどによってリアルタイムに変化しても特性を維持することができる伝送装置が求められている。

たとえば、１２５Ｍｂｐｓ（１００ＢＡＳＥ）などの低速の光信号と、ＳＯＮＥＴ２．７Ｇｂｐｓ（ＦＥＣ付ＯＣ４８）などの高速の光信号と、を常に同一の光モジュールで伝送することが求められている。また、たとえば回線障害の発生時に回線切り替えを行うために、光信号の入力断を検出する検出回路が伝送装置に設けられている（たとえば、下記特許文献１参照。）。

図１２は、従来の光通信システムの構成を示すブロック図である。伝送路１２１０は、光通信システム１２００における双方向の基幹伝送路である。伝送路１２１０においては、光アンプ１２２０によって光信号が適宜増幅される。また、伝送路１２１０に設けられた分波部１２３０は、伝送路１２１０を通過する光信号の一部を分波して波長選択スイッチ（ＳＷ）１２４０へ出力する。波長選択スイッチ１２４０は、分波部１２３０から出力された光信号を、波長に応じて受信装置１２４１または受信装置１２４２へ出力する。

送信装置１２５１および送信装置１２５２は、それぞれ異なる波長の光信号を波長選択スイッチ１２５０へ出力する。波長選択スイッチ１２５０は、送信装置１２５１および送信装置１２５２から出力された光信号を波長多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）して合波部１２６０へ出力する。合波部１２６０は、伝送路１２１０を通過する光信号と波長選択スイッチ１２５０から出力された光信号とを合波する。

図１３は、従来の光受信装置の構成を示すブロック図である。図１３に示すように、光受信装置１３００は、光電変換素子１３１０およびプリアンプ１３２０からなる光電変換部と、メインアンプ１３３０と、検出回路１３４０と、コンデンサ１３５０と、抵抗１３６０と、を備えている。光受信装置１３００は、たとえば図１２に示した受信装置１２４１である。光電変換素子１３１０は、波長選択スイッチ１２４０から出力された光信号を電気信号に変換し、プリアンプ１３２０へ出力する。

プリアンプ１３２０は、光電変換素子１３１０から出力された電気信号を増幅してメインアンプ１３３０へ出力する。プリアンプ１３２０は、出力する電気信号の振幅を自動的に一定に調節するＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）回路を内蔵している。ここでは、プリアンプ１３２０は、非反転信号と反転信号とからなる差動信号として電気信号を出力する差動増幅回路（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。

メインアンプ１３３０は、プリアンプ１３２０から出力された電気信号を増幅する。検出回路１３４０は、メインアンプ１３３０が増幅した電気信号に基づいて、光受信装置１３００が受信した光信号の入力断を検出する。プリアンプ１３２０とメインアンプ１３３０との間にはコンデンサ１３５０および抵抗１３６０が設けられている。コンデンサ１３５０は、電気信号の直流成分を遮断するカップリングコンデンサ１３５０である。抵抗１３６０は、インピーダンス整合のための終端抵抗である。

光受信装置１３００が備えるコンデンサ１３５０と抵抗１３６０とは時定数回路を構成している。時定数回路の時定数τは、コンデンサ１３５０の容量Ｃと抵抗１３６０の抵抗値Ｒとの積ＣＲで示される。また、メインアンプ１３３０の低域特性である低域遮断周波数は、約１／（２πＣＲ）で示される。

図１４は、従来の光受信装置の帯域を示す特性図である。図１４において、横軸は、メインアンプ１３３０が増幅する電気信号の周波数を示している。縦軸は、メインアンプ１３３０による電気信号の利得を示している。特性１４１０は、コンデンサ１３５０の容量を大きくすることで低域遮断周波数１４１１を小さく設定した場合のメインアンプ１３３０の帯域特性を示している。

特性１４２０は、コンデンサ１３５０の容量を小さくすることで低域遮断周波数１４２１を大きく設定した場合のメインアンプ１３３０の帯域特性を示している。１２５Ｍｂｐｓの電気信号について十分な利得を得るためには、メインアンプ１３３０の低域遮断周波数を約１．５ＫＨｚ以下まで確保する必要があることが実験的に求められている。ここでは、特性１４１０のように、コンデンサ１３５０の容量を大きくすることによって低域遮断周波数を１．５ＫＨｚまで確保している。

図１５は、従来の光受信装置が受信する光信号のアイパターンを示す図である。図１５に示すように、伝送路１２１０中で光アンプ１２２０によって増幅された光信号１５００には、自然放出光（ＡＳＥ：ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ）１５１０が雑音として付加される。ＡＳＥ１５１０を含む光信号１５００を電気信号に変換した場合、電気信号の値を判定するためのしきい値に対して電気信号が偏り、符号誤り率（ＢＥＲ：ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）が劣化する。

図１６は、従来の光受信装置の構成の変形例を示すブロック図である。図１６において、図１３に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。上述したＡＳＥ１５１０の問題に対して、従来、図１６に示すように、光受信装置１３００にオフセット回路１６１０が設けられていた。オフセット回路１６１０は、プリアンプ１３２０からメインアンプ１３３０へ出力される電気信号に直流オフセットを印加することで、ＡＳＥ１５１０によって生じたしきい値に対する電気信号の偏りを補償する。

特開平９−２８４２２２号公報

しかしながら、上述した従来技術では、プリアンプ１３２０の光断時の出力は、単純な一次時定数ではなく、プリアンプ１３２０が内蔵するＡＧＣ回路のフィードバックループによって過渡振動しながら収束する場合がある。また、低域遮断周波数を確保するためにコンデンサ１３５０の容量を大きくすると、検出回路１３４０における時定数が大きくなる。このため、検出回路１３４０がプリアンプ１３２０の過渡振動を信号と判断してばたつきを起こし、検出回路１３４０が誤動作するという問題がある。

図１７は、光信号の入力断によるプリアンプの出力を示す図である。図１７において、横軸は時間軸を示している。符号１７１０は、プリアンプ１３２０から出力される非反転信号を示している。符号１７２０は、プリアンプ１３２０から出力される反転信号を示している。符号１７３０は、検出回路１３４０から出力される光信号の入力断の検出信号を示している。

符号１７４０は、検出回路１３４０が光信号の入力断を検出するためのしきい範囲である。検出回路１３４０は、プリアンプ１３２０から出力される電気信号の電圧がしきい範囲１７４０外である場合には光信号が入力されていると判断し、検出信号１７３０をＬＯＷにする。検出回路１３４０は、プリアンプ１３２０から出力される電気信号の電圧がしきい範囲１７４０内である場合には光信号の入力断と判断し、検出信号１７３０をＨＩＧＨにする。

符号１７５０は、光信号の入力断が発生した時間を示している。符号１７５０に示すように光信号の入力断が発生すると、非反転信号１７１０および反転信号１７２０はしきい範囲１７４０に向かって収束を始め、一度しきい範囲１７４０内に入った後再度しきい範囲１７４０外に出る過渡振動を何度か繰り返す。このため、検出信号１７３０は、過渡振動の度にＬＯＷとＨＩＧＨの状態が切り替わり、ばたつきを起こす。

また、回線障害などで光信号が入力断になった場合の回線切り替えを高速で行うために、たとえばＳＯＮＥＴにおいては、光入力断から光入力断検出までの断検出時間が２．３μｓ〜１００μｓ、光入力復帰から光入力復帰検出までの復帰検出時間が１２５μｓ〜２５０μｓ、と規定されている。

低域遮断周波数を確保するためにコンデンサ１３５０の容量を大きくすると、検出回路１３４０における時定数が大きくなり、光入力断から光入力断検出までの断検出時間が長くなるという問題がある。たとえば、１２５Ｍｂｐｓなどの低速信号を安定して受信するための低域遮断周波数は約１．５ｋＨｚである。

この場合の時定数は１００μｓ以上となり、ＳＯＮＥＴに規定されている断検出時間を満たさない。また、低域遮断周波数を確保するためにコンデンサ１３５０の容量を大きくした場合、上述した検出回路１３４０のばたつきが発生すると、断検出時間がさらに長くなるという問題がある。

一方、上述した問題を解決するために、コンデンサ１３５０の容量を小さくすることで時定数を小さく（低域遮断周波数を高く）設定した場合、低速の光信号で同符号が連続すると、供給電圧が一時的に低下するサグが大きくなる。このため、電気信号を復調する際に符号誤りが多くなり、ＢＥＲが低下するという問題がある。

図１８は、検出回路による断検出時間を示す図（コンデンサ容量大）である。図１９は、検出回路による断検出時間を示す図（コンデンサ容量小）である。図１８および図１９において、図１７に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。符号１８１０は、光信号において同じ符号「１」が連続したことによって発生したサグを示している。

コンデンサ１３５０の容量を大きくすることで時定数を大きく設定した場合、図１８に示すようにサグ１８１０が小さくなる。このため、同符号が連続した場合でも、符号誤りが少ない。これに対して、コンデンサ１３５０の容量を小さくすることで時定数を小さく設定した場合、図１９に示すようにサグ１８１０が大きくなる。このため、同符号が連続した場合、符号誤りが多くなる。特に、低速の光信号がＡＳＥを含む場合、さらに符号誤りが多くなるという問題がある。

図２０は、ＡＳＥを含んだ光信号を変換した電気信号のサグを示す波形図である。符号２０００は、ＡＳＥを含んだ光信号を変換した電気信号を示している。符号２００１は、電気信号に含まれるＡＳＥを示している。符号２０１０は、光信号において符号「０」が連続したことによって発生したサグを示している。符号２０２０は、光信号において符号「１」が連続したことによって発生したサグを示している。符号２０３０は、符号判定のためのしきい値を示している。

たとえばサグ２０２０が発生すると、電気信号２０００がしきい値２０３０に近づき、符号が「１」であるにもかかわらずしきい値２０３０を超えてしまう場合がある。さらに、信号にＡＳＥ２００１が含まれている場合は、符号が「１」であるにもかかわらずしきい値２０３０を超えてしまう場合が多くなり、符号誤りが多くなる。

また、プリアンプ１３２０からメインアンプ１３３０へ出力される電気信号に直流オフセットを印加するオフセット回路１６１０を光受信装置１３００に設けた場合、光受信装置１３００が受信する光信号の信号レベルが小さいと、直流オフセットが支障となって検出回路１３４０が動作しなくなるという問題がある。

この発明は、上述した問題点を解消するものであり、広い帯域特性を維持しつつ入力断検出特性を向上させることができる光受信装置を提供することを目的とする。

この発明にかかる光受信装置は、受光した光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段によって変換された電気信号を増幅する第１増幅器と、前記第１増幅器によって増幅された電気信号を分岐する分岐手段と、前記分岐手段によって分岐された一方の電気信号を増幅する第２増幅器と、前記分岐手段によって分岐された他方の電気信号に基づいて前記光信号の入力断を検出し、前記第２増幅器よりも入力時定数が小さい検出回路と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、分岐手段によって電気信号を分岐させることで、第２増幅器側における低域遮断周波数を十分に確保しつつ、検出回路側における時定数を小さくすることができる。

この発明によれば、広い帯域特性を維持しつつ入力断検出特性を向上させることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光受信装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる光受信装置１００は、ＴＩＡ１１０と、分岐部１２０と、受信部１３０と、検出部１４０と、コンデンサ１５１と、抵抗１５２と、コンデンサ１６１と、抵抗１６２と、オフセット回路１７０と、遅延回路１８０と、を備えている。光受信装置１００は、複数種類の通信規格または複数種類のビットレートによって送信される光信号を受信する光受信装置である。

ＴＩＡ（ＴｒａｎｓＩｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）１１０は、ＰＤ１１１（光電変換手段）とプリアンプ１１２（第１増幅器）とを備えている。ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｅｔｅｃｔｏｒ）１１１は、ネットワークから受光した光信号を電気信号に変換する光電変換素子である。ここでは、ネットワークから受光する光信号はＮＲＺ（ＮｏｎＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）信号であるとする。ＰＤ１１１は、変換した電気信号をプリアンプ１１２へ出力する。

プリアンプ１１２は、ＰＤ１１１から出力された電気信号の電流を電圧に変換する。プリアンプ１１２は、変換した電気信号を分岐部１２０へ出力する。ここでは、プリアンプ１１２は、非反転信号と反転信号とからなる差動信号として電気信号を出力する差動増幅回路である。分岐部１２０は、ＴＩＡ１１０から出力された電気信号を分岐する。分岐部１２０によって分岐された電気信号の一方は主信号として受信部１３０へ出力され、他方は検出用信号として検出部１４０へ出力される。

受信部１３０はメインアンプ１３１（第２増幅器）を備えている。メインアンプ１３１は、分岐部１２０から主信号として出力された電気信号を適宜増幅する。受信部１３０は、増幅した電気信号を外部へ出力する。なお、受信部１３０は、メインアンプ１３１が増幅した電気信号を復調する復調回路などを備えていてもよい。

検出部１４０は、アンプ１４１と検出回路１４２とを備えている。アンプ１４１は、分岐部１２０から検出用信号として出力された電気信号を適宜増幅し、増幅した電気信号を検出回路１４２へ出力する。検出回路１４２は、アンプ１４１から出力された電気信号に基づいて、ＴＩＡ１１０が受光した光信号の入力断を検出する。また、検出回路１４２は、ＴＩＡ１１０が受光する光信号の入力断状態からの復帰を検出する。検出回路１４２は、検出結果を示す検出信号を遅延回路１８０へ出力する。

コンデンサ１５１は、ＴＩＡ１１０と受信部１３０との間に設けられている。コンデンサ１５１は、ＴＩＡ１１０から受信部１３０へ出力される電気信号の直流成分を遮断するカップリングコンデンサである。ここでは、コンデンサ１５１は、ＴＩＡ１１０と分岐部１２０との間に設けられている。コンデンサ１５１は、非反転信号および反転信号の両方の信号路に設けられている。

抵抗１５２は、ＴＩＡ１１０と受信部１３０との間に設けられている。抵抗１５２は、ＴＩＡ１１０から受信部１３０へ出力される電気信号の反射を防ぐ、インピーダンス整合のための終端抵抗である。抵抗１５２の抵抗値は、経路のインピーダンスに応じた抵抗値とする。ここでは、抵抗１５２は、分岐部１２０と受信部１３０との間に設けられている。抵抗１５２は、非反転信号および反転信号の両方の信号路に設けられている。

コンデンサ１５１と抵抗１５２とは時定数回路１５０（第１時定数回路）を形成している。時定数回路１５０は、受信部１３０が十分な低域遮断周波数を得られる時定数に設定されている。たとえば、光受信装置１００が受信する光信号の最小ビットレートが１２５Ｍｂｐｓである場合、時定数回路１５０は、受信部１３０の低域遮断周波数が１．５ｋＨｚ以下となる時定数に設定される。

コンデンサ１６１は、分岐部１２０と検出部１４０との間に設けられている。コンデンサ１６１は、分岐部１２０から検出部１４０へ出力される電気信号の直流成分を遮断するカップリングコンデンサである。コンデンサ１６１は、非反転信号および反転信号の両方の信号路に設けられている。

抵抗１６２は、分岐部１２０と検出部１４０との間に設けられている。抵抗１６２は、分岐部１２０から検出部１４０へ出力される電気信号の反射を防ぐ、インピーダンス整合のための終端抵抗である。抵抗１６２の抵抗値は、経路のインピーダンスに応じた抵抗値とする。ここでは、抵抗１６２は、コンデンサ１６１と検出部１４０との間に設けられている。抵抗１６２は、非反転信号および反転信号の両方の信号路に設けられている。

コンデンサ１６１と抵抗１６２とは時定数回路１６０（第２時定数回路）を形成している。検出部１４０の前段に設けられた時定数回路１６０は、受信部１３０の前段に設けられた時定数回路１５０よりも時定数が小さく設定されている。たとえば、時定数回路１５０の抵抗１５２と時定数回路１６０の抵抗１６２とを同じ抵抗値とし、時定数回路１５０のコンデンサ１５１の容量を時定数回路１６０のコンデンサ１６１の容量よりも大きくする。

オフセット回路１７０は、受信部１３０の前段に設けられている。ここでは、オフセット回路１７０は、分岐部１２０と抵抗１５２との間に設けられている。オフセット回路１７０は、受信部１３０へ出力される電気信号に対して、光受信装置１００が受信する光信号に含まれるＡＳＥに応じた直流オフセットを印加する。遅延回路１８０は、検出部１４０から出力された検出信号を適宜遅延させる。

図２は、実施の形態１にかかる光受信装置の低域特性を示す特性図である。図２において、横軸は、電気信号の周波数を示している。縦軸は、メインアンプ１３１およびアンプ１４１による電気信号の利得を示している。特性２１０は、メインアンプ１３１における低域特性を示している。特性２２０は、アンプ１４１における低域特性を示している。

時定数回路１５０の時定数は時定数回路１６０の時定数よりも大きく設定されているため、メインアンプ１３１の低域遮断周波数２１１はアンプ１４１の低域遮断周波数２２１よりも低くなる。ここでは、メインアンプ１３１の低域遮断周波数２１１は１．５ｋＨｚである。このため、メインアンプ１３１は、たとえば１２５Ｍｂｐｓの低速の電気信号に対しても十分な利得を与えることができる。

図３は、実施の形態１にかかる光受信装置による直流オフセットの印加を示す図である。図３において、符号３１１は、ＴＩＡ１１０から受信部１３０へ出力される非反転信号を示している。符号３１２は、ＴＩＡ１１０から受信部１３０へ出力される反転信号を示している。符号３２１は、オフセット回路１７０によって直流オフセットが印加された非反転信号を示している。

符号３２２は、オフセット回路１７０によって直流オフセットが印加された反転信号を示している。符号３０１は、各信号に含まれるＡＳＥを示している。オフセット回路１７０は、光受信装置１００が受信する光信号に含まれるＡＳＥに応じた直流オフセットを非反転信号３１１および反転信号３１２に印加する。

また、オフセット回路１７０は、非反転信号３１１に対してはプラスの直流オフセットを印加し、反転信号３１２に対してはマイナスの直流オフセットを印加する。これにより、ＡＳＥ３０１によって生じた、しきい値３３０に対する非反転信号３１１および反転信号３１２の偏りを補償する。このため、メインアンプ１３１が増幅した電気信号を復調する際のＢＥＲを最適化することができる。

また、オフセット回路１７０と検出部１４０とは、コンデンサ１６１によって分離されている。これにより、検出部１４０の検出回路１４２は、オフセット回路１７０から出力される直流オフセットの影響を受けない。このため、光受信装置１００が受信する光信号の信号レベルが低くても、検出回路１４２を安定して動作させることができる。

図４は、実施の形態１にかかる光受信装置における電気信号を示す波形図である。図４において、横軸は時間軸を示している。電気信号４１０は、分岐部１２０から検出部１４０へ出力される電気信号である。電気信号４２０は、検出部１４０から遅延回路１８０へ出力される検出信号である。電気信号４３０は、遅延回路１８０によって遅延した検出信号である。

符号４１１は、スイッチの切替などによる電気信号４１０の瞬断を示している。このとき、検出回路１４２は電気信号４１０の瞬断に応答し、電気信号４２０は、符号４２１に示すように瞬間的にＨＩＧＨとなる。一方、電気信号４３０は、遅延回路１８０による遅延によって、符号４３１に示すように電気信号４１０の瞬断に応答せず、ＬＯＷのままとなる。

符号４１２は、光受信装置１００が受信する光信号の入力断による、電気信号４１０の瞬間的でない入力断を示している。このとき、検出回路１４２は電気信号４１０の入力断に応答し、電気信号４２０は、符号４２２に示すように電気信号４１０の入力断が発生している期間４２３ＨＩＧＨとなる。一方、電気信号４３０は、遅延回路１８０による遅延により、符号４３２に示すように期間４３３だけ遅れて、電気信号４１０の入力断が発生した時間ＨＩＧＨとなる。

これにより、スイッチの切替などによって検出回路１４２が誤動作することを防止することができる。また、たとえばＳＯＮＥＴに規定された、光入力断から光入力断検出までの断検出時間が２．３μｓ以上、光入力復帰から光入力復帰検出までの復帰検出時間が１２５μｓ以上という条件を満たすことができる。

このように、実施の形態１にかかる光受信装置１００によれば、分岐部１２０によって電気信号を分岐させることで、メインアンプ１３１側における低域遮断周波数を十分に確保しつつ、検出回路１４２側における時定数を小さくすることができる。メインアンプ１３１側における低域遮断周波数を十分に確保することで、光信号の規格やビットレートが変化してもＢＥＲが低下しない。

また、検出回路１４２側における時定数を小さくすることで、検出回路１４２のばたつきを抑え、検出回路１４２の誤動作を防止することができる。また、検出回路１４２側における時定数を小さくすることで、光入力断から光入力断検出までの断検出時間を短くすることができる。このため、実施の形態１にかかる光受信装置１００によれば、広い帯域特性を維持しつつ入力断検出特性を向上させることができる。

また、実施の形態１にかかる光受信装置１００によれば、分岐部１２０によって電気信号を分岐させ、オフセット回路１７０と検出部１４０とをコンデンサ１６１によって分離することができる。これにより、検出部１４０の検出回路１４２は、オフセット回路１７０から出力される直流オフセットの影響を受けない。このため、光受信装置１００が受信する光信号の信号レベルが低くても、検出回路１４２を安定して動作させることができる。

また、実施の形態１にかかる光受信装置１００によれば、検出回路１４０から出力される検出信号を遅延回路１８０によって適宜遅延させることができる。このため、実施の形態１にかかる光受信装置１００によれば、スイッチの切替などによって検出回路１４２が誤動作することを防止することができる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。図５において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、実施の形態２にかかる光受信装置５００は、実施の形態１にかかる光受信装置１００の構成に加えて、検出部１４０の前段にバッファ増幅部５１０を備えている。ここでは、バッファ増幅部５１０は、分岐部１２０と時定数回路１６０との間に設けられている。

バッファ増幅部５１０は、エミッタフォロア回路によって構成されている。バッファ増幅部５１０は、ｎｐｎ型のトランジスタ５２０と、電源５３０と、抵抗５４０と、接地５５０と、を備えている。分岐部１２０から出力された電気信号は、トランジスタ５２０のベースへ入力される。トランジスタ５２０のコレクタには電源（Ｖｃｃ）５３０が接続されている。トランジスタ５２０のエミッタには抵抗５４０が接続されている。

抵抗５４０は接地５５０に接続されている。トランジスタ５２０のベースへ入力された電気信号は、トランジスタ５２０のエミッタから検出部１４０へ出力される。このエミッタフォロア回路は、非反転信号および反転信号の両方の信号路に設けられている。エミッタフォロア回路は、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低い。また、エミッタフォロア回路は、大きな電流利得を有する。

このため、バッファ増幅部５１０は、受信部１３０側から検出部１４０側へ流れる電気信号を増幅しつつ通過させる一方、検出部１４０側から受信部１３０側へ流れる電気信号を遮断するバッファ増幅機能を有する。これにより、時定数回路１６０または検出部１４０の動作が、時定数回路１５０または受信部１３０の動作に影響を与えることを防止することができる。

図６は、実施の形態２にかかる光受信装置のオフセット回路の構成の具体例を示すブロック図である。図６において、図５に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図６に示すように、上述したオフセット回路１７０は、オペアンプ６１１、抵抗６１２〜６１４、電源６１５、接地６１６、抵抗６１７、オペアンプ６２１、抵抗６２２〜６２４、電源６２５、接地６２６、抵抗６２７および電圧調整部６３０から構成されている。

オペアンプ６１１の反転入力には抵抗６１２が接続されている。オペアンプ６１１の反転入力および出力間には抵抗６１３が接続されている。オペアンプ６１１の非反転入力には抵抗６１４が接続されている。抵抗６１４は電源（基準電圧）６１５に接続されている。電源６１５は接地６１６に接続されている。オペアンプ６１１の出力は抵抗６１７に接続されている。抵抗６１７は、分岐部１２０と受信部１３０との間（反転信号側）に接続されている。抵抗６１２は、電圧調整部６３０に接続されている。

オペアンプ６２１の反転入力には抵抗６２２が接続されている。オペアンプ６２１の反転入力および出力間には抵抗６２３が接続されている。オペアンプ６２１の非反転入力には抵抗６２４が接続されている。抵抗６２４は電源（基準電圧）６２５に接続されている。電源６２５は接地６２６に接続されている。オペアンプ６２１の出力は抵抗６２７に接続されている。抵抗６２７は、分岐部１２０と受信部１３０との間（非反転信号側）に接続されている。抵抗６２２は、オペアンプ６１１の出力に接続されている。

図７は、オフセット回路が出力する直流オフセットの特性を示す特性図である。図７において、横軸は、オフセット回路１７０の電圧調整部６３０による電圧調整量を示している。縦軸は、オフセット回路１７０が出力する直流オフセットの電圧を示している。特性７１０は、オペアンプ６１１が出力する直流オフセットの特性である。特性７２０は、オペアンプ６２１が出力する直流オフセットの特性である。

図７に示すように、電圧調整部６３０によって電圧をかけると、オペアンプ６１１およびオペアンプ６２１は、互いに反転した直流オフセットを出力する。また、電圧調整部６３０の電圧を変化させると、オペアンプ６１１およびオペアンプ６２１の直流オフセットの電圧が変化する。

これにより、電圧調整部６３０の電圧を変化させることで、光受信装置５００が受信する光信号に含まれるＡＳＥによって生じた、しきい値に対する非反転信号および反転信号の偏りを補償することができる。このため、メインアンプ１３１が増幅した電気信号を復調する際のＢＥＲを最適化することができる。なお、ここで説明したオフセット回路１７０の構成は、実施の形態１にかかる光受信装置１００にも適用可能である。

図８は、実施の形態２にかかる光受信装置の遅延回路の構成の具体例を示すブロック図である。図８において、図５に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図８に示すように、遅延回路１８０は、オペアンプ１８１と、抵抗１８２と、ダイオード１８３と、コンデンサ１８４と、接地１８５と、バッファ１８６と、から構成されている。オペアンプ１８１は、２つの入力を有しており、一方の入力には検出部１４０から出力された検出信号が入力される。

オペアンプ１８１の出力は、オペアンプ１８１の他方の入力および抵抗１８２に接続されている。オペアンプ１８１はバッファの機能を有する。ダイオード１８３は、抵抗１８２に並列に接続されている。抵抗１８２は、バッファ１８６およびコンデンサ１８４に接続されている。コンデンサ１８４は接地１８５に接続されている。抵抗１８２またはダイオード１８３と、コンデンサ１８４とは、時定数回路１８７を構成する。

図９は、遅延回路によって遅延した検出信号を示す波形図である。図９において、横軸は時間軸を示している。符号９１０は、光受信装置５００が受信する光信号を示している。符号９２０は、検出回路１４０が出力した検出信号を示している。符号９３０は、遅延回路１８０によって遅延した検出信号を示している。符号９１１は、光受信装置５００が受信する光信号の入力断を示している。符号９１２は、光受信装置５００が受信する光信号の、入力断の状態からの復帰を示している。

光信号の入力断が発生すると、検出信号９２０はＬＯＷからＨＩＧＨとなる。このとき、抵抗１８２の影響がなくなり、ダイオード１８３に対して順方向の電流が流れるため、時定数回路１８７の時定数は小さくなる。このため、検出信号９３０は、光信号の入力断が発生したときは比較的小さな遅延９３１が与えられる。

光信号が入力断から復帰すると、検出信号９２０はＨＩＧＨからＬＯＷとなる。このとき、ダイオード１８３に対して逆方向の電流が流れるため、時定数回路１８７の時定数は大きくなる。このため、検出信号９３０は、光信号が入力断から復帰したときは比較的大きな遅延９３２が与えられる。

遅延９３１は、たとえば２．３μｓ程度である。また、遅延９３２は、たとえば１２５μｓ程度である。これにより、ＳＯＮＥＴに規定された、光入力断から光入力断検出までの断検出時間が２．３μｓ以上、光入力復帰から光入力復帰検出までの復帰検出時間が１２５μｓ以上という条件を満たすことができる。

このように、実施の形態２にかかる光受信装置５００によれば、検出部１４０の前段にバッファ増幅部５１０を設けることで、時定数回路１６０または検出部１４０の動作が、時定数回路１５０または受信部１３０の動作に影響を与えることを防止することができる。このため、実施の形態２にかかる光受信装置５００によれば、メインアンプ１３１をより安定して動作させることができる。

また、オフセット回路１７０において、電圧調整部６３０の電圧を変化させることで、光受信装置５００が受信する光信号に含まれるＡＳＥによって生じた、しきい値に対する非反転信号および反転信号の偏りを補償することができる。このため、実施の形態２にかかる光受信装置５００によれば、メインアンプ１３１が増幅した電気信号を復調する際のＢＥＲを最適化することができる。

また、遅延回路１８０において、時定数回路１８７を構成する抵抗１８２にダイオード１８３を並列に接続することで、光信号の入力断のときと、光信号の入力断から復帰したときと、における時定数回路１８７の時定数を変化させることができる。このため、実施の形態２にかかる光受信装置５００によれば、たとえばＳＯＮＥＴに規定された断検出時間および復帰検出時間の条件を満たすことができる。

図１０は、受信部へ出力される電気信号の一例を示す波形図である。図１０において、横軸は時間軸を示している。符号１０１０は、光受信装置５００が受信する光信号を示している。符号１０２０は、分岐部１２０から受信部１３０へ出力される電気信号を示している。符号１０３０は、光信号１０１０の入力断を示している。図１０に示すように、光信号１０１０の入力断が発生しても、受信部１３０側の時定数が大きいため、電気信号１０２０はフィードバックループによって過渡振動しながら収束する。

図１１は、検出部へ出力される電気信号の一例を示す波形図である。図１１において、図１０に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１１において、符号１１１０は、分岐部１２０から検出部１４０へ出力される電気信号を示している。図１１に示すように、光信号１０１０の入力断が発生した場合、検出部１４０側の時定数が小さいため、電気信号１１１０は過渡振動を起こすことなく瞬時に収束する。

以上説明したように、この発明にかかる光受信装置によれば、分岐部によって電気信号を分岐させることで、メインアンプ側における低域遮断周波数を十分に確保しつつ、検出回路側における時定数を小さくすることができる。このため、この発明にかかる光受信装置によれば、広い帯域特性を維持しつつ入力断検出特性を向上させることができる。

また、この発明にかかる光受信装置によれば、広い帯域特性を維持することができるため、システム内で光信号の規格やビットレートが光スイッチなどによってリアルタイムに変化してもＢＥＲを劣化させることなく、特性を維持することができる。

（付記１）受光した光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された電気信号を増幅する第１増幅器と、
前記第１増幅器によって増幅された電気信号を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段によって分岐された一方の電気信号を増幅する第２増幅器と、
前記分岐手段によって分岐された他方の電気信号に基づいて前記光信号の入力断を検出し、前記第２増幅器よりも入力時定数が小さい検出回路と、
を備えることを特徴とする光受信装置。

（付記２）前記第２増幅器の前段に設けられる第１時定数回路と、
前記検出回路の前段に設けられ、前記第１時定数回路よりも時定数が小さい第２時定数回路と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の光受信装置。

（付記３）前記他方の電気信号に対して、前記光信号に含まれるＡＳＥに応じた直流オフセットを与えるオフセット回路をさらに備えることを特徴とする付記２に記載の光受信装置。

（付記４）前記第１時定数回路および前記第２時定数回路の少なくとも一方はコンデンサを含んでおり、前記オフセット回路と前記検出回路とは前記コンデンサによって分離されることを特徴とする付記３に記載の光受信装置。

（付記５）前記検出回路が出力する検出信号を遅延させる遅延回路をさらに備えることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記６）前記遅延回路は、抵抗と、当該抵抗に並列に接続されたダイオードと、コンデンサと、から構成されていることを特徴とする付記５に記載の光受信装置。

（付記７）前記検出回路の前段に設けられるバッファ増幅部をさらに備えることを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記８）前記バッファ増幅部はエミッタフォロア回路によって構成されることを特徴とする付記７に記載の光受信装置。

（付記９）前記第１時定数回路および前記第２時定数回路は、直流成分を遮断するカップリングコンデンサと、インピーダンスを整合する終端抵抗と、からそれぞれ構成されることを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記１０）複数種類の規格の前記光信号を受信することを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記１１）複数種類のビットレートの前記光信号を受信することを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記１２）前記第１時定数回路の時定数は、前記複数種類のビットレートのうち最も低いビットレートの光信号に応じた時定数であることを特徴とする付記１〜１１のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記１３）前記光信号はＮＲＺ信号であり、前記第１増幅器は差動増幅回路であることを特徴とする付記１〜１２のいずれか一つに記載の光受信装置。

以上のように、この発明にかかる光受信装置は、光信号の入力断の検出に有用であり、特に、受信する光信号の規格やビットレートが変化する場合に適している。

実施の形態１にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１にかかる光受信装置の低域特性を示す特性図である。実施の形態１にかかる光受信装置による直流オフセットの印加を示す図である。実施の形態１にかかる光受信装置における電気信号を示す波形図である。実施の形態２にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２にかかる光受信装置のオフセット回路の構成の具体例を示すブロック図である。オフセット回路が出力する直流オフセットの特性を示す特性図である。実施の形態２にかかる光受信装置の遅延回路の構成の具体例を示すブロック図である。遅延回路によって遅延した検出信号を示す波形図である。受信部へ出力される電気信号の一例を示す波形図である。検出部へ出力される電気信号の一例を示す波形図である。従来の光通信システムの構成を示すブロック図である。従来の光受信装置の構成を示すブロック図である。従来の光受信装置の帯域を示す特性図である。従来の光受信装置が受信する光信号のアイパターンを示す図である。従来の光受信装置の構成の変形例を示すブロック図である。光信号の入力断によるプリアンプの出力を示す図である。検出回路による断検出時間を示す図（コンデンサ容量大）である。検出回路による断検出時間を示す図（コンデンサ容量小）である。ＡＳＥを含んだ光信号を変換した電気信号のサグを示す波形図である。

符号の説明

１００，５００光受信装置
１１０ＴＩＡ
１１１ＰＤ
１１２プリアンプ
１２０分岐部
１３０受信部
１３１メインアンプ
１４０検出部
１４１アンプ
１４２検出回路
１５０，１６０時定数回路
１５１，１６１，１８４コンデンサ
１５２，１６２，１８２抵抗
１７０オフセット回路
１８０遅延回路
１８３ダイオード
２１１，２２１低域遮断周波数
３１１，３２１非反転信号
３１２，３２２反転信号
３０１ＡＳＥ
５１０バッファ増幅部
５２０トランジスタ

Claims

受光した光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段によって変換された電気信号を増幅する第１増幅器と、
前記第１増幅器によって増幅された電気信号を分岐する分岐手段と、
前記分岐手段によって分岐された一方の電気信号を増幅する第２増幅器と、
前記分岐手段によって分岐された他方の電気信号に基づいて前記光信号の入力断を検出し、前記第２増幅器よりも入力時定数が小さい検出回路と、
前記分岐手段と前記第２増幅器の間に設けられる第１時定数回路と、
前記分岐手段と前記検出回路の間に設けられ、前記第１時定数回路よりも時定数が小さい第２時定数回路と、
前記分岐手段と前記第２増幅器の間に設けられ、前記一方の電気信号に対して、前記光信号に含まれるＡＳＥに応じた直流オフセットを与えるオフセット回路と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
前記第２時定数回路は、前記分岐手段と前記検出回路の間に設けられたコンデンサを含んでおり、前記オフセット回路と前記検出回路とは前記コンデンサによって分離されることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
前記検出回路が出力する検出信号を遅延させる遅延回路をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光受信装置。
前記遅延回路は、前記検出回路が出力する検出信号を通過させる抵抗と、当該抵抗に並列に接続されたダイオードと、一端が前記抵抗に接続され他端が接地されたコンデンサと、から構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光受信装置。
前記分岐手段と前記第２時定数回路の間に設けられるバッファ増幅部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光受信装置。
前記バッファ増幅部はエミッタフォロア回路によって構成されることを特徴とする請求項５に記載の光受信装置。
前記第１時定数回路および前記第２時定数回路は、直流成分を遮断するカップリングコンデンサと、インピーダンスを整合する終端抵抗と、からそれぞれ構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光受信装置。
規格が変化する前記光信号を受信することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光受信装置。
ビットレートが変化する前記光信号を受信することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光受信装置。
前記第１時定数回路の時定数は、変化する前記ビットレートのうち最も低いビットレートの光信号に応じた時定数であることを特徴とする請求項９に記載の光受信装置。
前記光信号はＮＲＺ信号であり、前記第１増幅器は差動増幅回路であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光受信装置。