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JP4072232B2 - Optical receiver circuit - Google Patents

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JP4072232B2
JP4072232B2 JP06081798A JP6081798A JP4072232B2 JP 4072232 B2 JP4072232 B2 JP 4072232B2 JP 06081798 A JP06081798 A JP 06081798A JP 6081798 A JP6081798 A JP 6081798A JP 4072232 B2 JP4072232 B2 JP 4072232B2
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勝由 鷲尾
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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に関するもので、特に入力される信号の変化に対し、高感度かつ広ダイナミックレンジで信号処理を行うに適した振幅調整機能を有する光受信回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
基幹伝送用(伝送距離は例えば最大数100km)の光通信システムで使用される光受信回路の一般的な構成を図2に示す。図2の構成の光受信回路による光信号の識別動作の一例を、図17を参照して説明する。光信号は、1ビット(bit)の信号伝送量に対してΔt毎に"1"、"0"に相当する光のオン・オフの矩形状パターンを形成して光受信回路に備えられた受光器(アバランシェフォトダイオ−ド:APD)に入射される(即ち、図17は6ビット分の光信号を示す)。APD内部では光信号により発生した電子、正孔対がアバランシェ増倍を起こし、信号電流が増幅される。このため、微弱な光信号でも検出することができる。APDから出力された電流信号は、さらに前置増幅器で電圧信号VPREに変換される。VPREはAGC増幅器(Automatic-gain-control amplifier:自動利得制御増幅器又は利得調整増幅器とも称される)によりさらに増幅され、識別回路DECに入力される。ここで、例えば、図に破線で示すように、光信号の強度が弱い場合でも、AGC増幅器の自動利得制御機能により、AGC増幅器の出力VAGCの振幅はほぼ一定に保たれる。これにより、識別回路での識別動作がより安定に行なわれる。識別回路DECでは、クロック信号CLKに同期して、AGC増幅器の出力信号VAGCがしきい値電位VTH(DECにて設定されるため、以下VTH(DEC)と表記)よりも高ければ"1"、低ければ"0"と判定してデータを出力する。なお、クロック信号CLKはAGC増幅器の出力信号VAGCからクロック抽出回路CEXTにより作られる。
【0003】
上述のAGC増幅器の一例は、アイ・イー・イー・イー ジャーナル オブ ソリッドステート サーキッツ,第29巻第7号(1994年)815−822頁(IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.29,No.7(1994) pp.815-822:以下、文献1と記す)に開示されている(図15参照)。文献1のAGC増幅器の特徴は、前置増幅器PREからの電圧信号VPREを利得可変型の増幅器A1,A2と利得固定型の増幅器A3の3段で増幅するところにある。まず、増幅器A3から出力される振幅VA3の信号は、ピーク検出回路PDに入力される。ピーク検出回路PDは、これに付設されたキャパシタCPDにより振幅VA3に基づく直流電圧V3を発生する。一方、参照回路REFでは、独自にピーク電圧の公称値VN(the Nominal value of the peak voltage:以下、標準振幅電圧と呼ぶ)が発生される。このVNは、参照回路REFに接続された可変電圧源Pにより調整されるものである。利得制御回路ではV3とVNとの比較が行われ、その差、即ち標準振幅電圧値からの信号振幅のずれに応じて増幅器A1,A2の利得を制御する電圧VGC1,VGC2が設定される。文献1が開示するAGC増幅器の特徴は、増幅器A1,A2の回路構成の相違により、入力信号VPREの振幅変化に対するVAGCのばらつきを抑えた、望ましくは振幅の均一な信号を発生させるところにある。
【0004】
文献1のAGC増幅器によれば、振幅10mV及び300mVのいずれの入力信号も13Gb(ギガ・ビット)/s(秒)の速度において振幅500mVの電圧信号VAGCが出力される。これらの出力信号は、2つのアウト・プット・バッファOBから出力されて、その一方は図2の識別回路DECに、もう一方はクロック抽出回路CEXTに夫々入力される。
【0005】
なお、文献1のAGC増幅器には増幅器A1,A2,A3のオフセットを制御するためのオフセット制御回路OC(外部キャパシタCOC付)も設けられている。
【0006】
さて、AGC増幅器からの出力信号に対し、識別回路DECでは出力信号の振幅電圧の上端と下端との間の或る電位をしきい値電位VTH(DEC)としてVAGCから"1"、"0"を判別する。ところで、光ファイバ等の光伝送路から伝送される"1"又は"0"の光信号が光受信回路の前置増幅器PREで電圧信号に変換される様子を図16に示す。横軸は信号電圧値を、縦軸は所定の電圧値の信号が発生する頻度を夫々示す。"1"及び"0"の信号を光信号のオン、オフで授受すると、光電変換素子及び前置増幅器PREで発生する雑音により、例えば図16の実線のような分布を示す。この時、識別回路DECで設定されるしきい値電位は、例えば"1"の信号の平均電圧値V1と"0"の信号の平均電圧値V0との中間値なるVth(A)に設定される。
【0007】
しかし、"1"信号が"0"信号より広い電圧分布を示す場合がある。即ち、"1"信号の電圧分布は図16(a)の実線で示したものを縦軸方向に潰した形状(破線で示したもの)になる。これは、受光素子(光電変換素子)としてAPD、又はエルビウムドープ光ファイバ増幅器(EDFA)とPIN接合型受光素子(PINダイオード)とを組み合わせて使用する場合に特に顕著となる。この現象の詳細については、例えば、「光ファイバ通信技術」(日刊工業新聞社)を参照されたい。この場合、しきい値電位Vth(A)以下の電圧信号は"1"信号でも"0"と判定される。このような誤った判定がなされる確率を誤り率と呼ぶ。しきい値電位Vth(A)の場合、破線で示す"1"信号の電圧分布曲線が囲む領域の全面積に対する一点破線より低電位側に仕切られた領域の面積の比率として誤り率は定義される。
【0008】
誤り率は、1信号の電圧分布曲線(破線)と0信号の電圧分布曲線(実線)が重複する場合、0とすることはできない。但し、しきい値電位をV0側にある程度シフトさせると、誤り率を低減することはできる。例えば、1信号の電圧分布曲線と0信号の電圧分布曲線とが交わるにしきい値電位Vth(B)のを設定する。その結果、0信号が1信号と誤認される可能性は残るものの、誤り率は図16に斜線で示す領域といずれかの電圧分布曲線が囲む領域との面積比まで低減できる。しきい値電位Vth(B)下において、真の0信号の幾つか(Vth(B)より強度の大きいもの)は識別回路において1信号と判定されるものの、このような誤認が生じる割合はしきい値電位Vth(A)下に比べて可成り低減される。
【0009】
通常、信号電圧の分布は、信号の大きさ(V1−V0)よりも大きく広がっており、しきい値電位をどこに設定しても、誤り率を完全に0にすることはできない。従って、光受信回路では非常に小さい或る一定の誤り率(例えば、10-12)を許容し、その誤り率を達成できる範囲にしきい値電位を設定する。なお、この場合、非常に小さい確率で発生する伝送誤りは、誤り訂正符号等により検出され且つ訂正される。
【0010】
図3は、受光素子としてAPD、又はEDFAとPINダイオードとを組み合わせて使用する場合のある誤り率の下でのしきい値電位の設定範囲と光信号強度の関係を模式的に示したものである。上述のように、"1"信号が"0"信号より広い電圧分布を示すため、しきい値電位の設定範囲は"0"信号側に偏っている。また、光信号強度が小さくなると、しきい値電位の設定範囲は徐々に狭くなり、ついには、所望の誤り率を達成することができなくなる。この時の光信号強度(図中のPmin0)を最小受信感度と呼ぶ。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
短距離から長距離に亘る様々な距離で伝送された光信号を一つの受信器でカバーするために、基幹伝送用受信器でも受信信号強度に対する広いダイナミックレンジが要求されている。即ち、伝送距離が短い場合には、光ファイバでの信号の減衰は小さいため、強い光信号が受信器に入力される。一方、伝送距離が長い場合には、受信器に入力される光信号は非常に弱くなる。光受信器は、これら2種類の信号をともに扱わねばならない。
【0012】
ところで、図2の構成の受信器に強い光信号が入力された場合には、以下に述べる前置増幅器のスルーレート(Slew Rate)に起因する問題が発生する。図18に強い光信号が入力された場合の受信器の応答波形を示す。光信号の強度が強いと受光素子の出力電流も多くなり、前置増幅器の出力振幅も大きくなる。しかし、前置増幅器の出力振幅が大きくなり過ぎると、同図に示すように、出力信号が定常値に達する前に次の光信号入力に因る出力信号変化が起こり、出力波形が三角波となる部分が生じる。これは、前置増幅器の出力VPREの変化の速度に上限があるためで、この上限の速度(dV/dt)をスルーレートと呼ぶ。AGC増幅器のスルーレートが前置増幅器のそれよりも充分大きければ、AGC増幅器の出力信号はVPREと相似形の波形となる。
【0013】
図に示した例では、しきい値電位VTH(DEC)をどこに設定しても、第1番目(図18左端の光信号強度0)のビット及び第5番目(図18右から2番目の光信号強度1)のビットの少なくとも一方は、誤って識別される。なぜなら、上記第1番目のビットを0と識別するにはしきい値電位VTH(DEC)を上記第5番目のビットを1と認識するに高過ぎる値に設定せざるを得ず、また、当該第5番目のビットを1と識別するにはVTH(DEC)を当該第1番目のビットを0と認識するに低過ぎる値に設定せざるを得ないからである。また前置増幅器の出力VPREの振幅が大きくなるため、前置増幅器の出力段のトランジスタに掛かる電圧が増加し、高耐圧のトランジスタを使用する必要がある。一般に、高耐圧のトランジスタの動作速度は耐圧の低いものに比べて遅いため、高速な光受信器には使用できないという問題もあった。従って、図2の従来技術では、強度の強い光信号を受信することは非常に難しかった。
【0014】
一方、上記のスルーレートに起因する問題を避けることができる光受信器としては、例えば、アイ イー イー イー ジャーナル オブ ソリッドステートサーキッツ,第30巻第9号(1995年)991−997頁(IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol.30,No.9(1995), pp.991-997:以下、文献2と記す)に記載されたものがある。図4に、文献2が開示する光受信回路の構成を示す。この回路は、ローカルエリアネットワーク(LAN)等で用いられるもので、伝送距離は最大でも数km程度と短い。このため、APDの代わりにPINフォトダイオードPINを用いている。また、AGC増幅器の代わりにリミット増幅器LAを用いている。
【0015】
AGC増幅器では利得を制御して出力信号の振幅を一定に保つのに対し、リミット増幅器(リミットアンプ)は利得を非常に大きく設定しておき、出力振幅が所望の値以上になる場合は出力をクランプして(所定の出力電圧に抑えて)振幅を制限する。即ち、しきい値電位VTH(LA)を入力信号の高電位(例えば、1に相当)と低電位(例えば、0に相当)のちょうど真中になるように、しきい値電位制御回路VCNTにより制御しておき、入力信号とVTH(LA)を比較し、VTH(LA)よりも高ければ、入力信号の振幅によらず一定の電位VLA(0)を出力する。
【0016】
この文献の例では、リミット増幅器LAの利得を約60dBに設定してあり、入力信号の振幅が数mVから1V程度の広い範囲で、一定振幅の出力信号が得られる。このような構成では、リミットアンプの利得が非常に高いので、前置増幅器の利得(出力電圧と入力電流の比:トランスインピーダンスと呼ぶ)を余り高くする必要がない。従って、強度の強い光信号が入力された場合でも、前置増幅器の出力VPREの振幅は上記の構成ほど大きくはならないので、図18のように波形が歪んで三角波になることがない。このため、スルーレートに起因する問題は発生しない。
【0017】
しかし、この構成の回路において伝送距離を延ばすため、受光素子をPINフォトダイオードからAPD、又はEDFAとPINダイオードとを組み合わせた検出器に取り替えると、受信器の最小受信感度が劣化するという問題がある。以下、この理由を図5を用いて説明する。図5は前置増幅器出力VPREにおけるリミット増幅器のしきい値電位VTH(LA)の設定範囲を示したものである。増幅作用がある受光素子を使用するため、"1"信号が"0"信号より広い電圧分布を示し、しきい値電位の設定範囲は"0"信号側に偏っている。リミット増幅器の出力(VLA)は、VPREからVTH(LA)±数mVの信号を取り出し、増幅したものとなる(2重線のグラフはこの数mVの電圧幅を示す)。VTH(LA)はVPRE(0)とVPRE(1)のちょうど真中に設定されるので、VTH(LA)は光信号強度がPmin1以下の領域ではしきい値の設定範囲からはずれてしまうことがわかる。従って、最小受信感度はPmin1となり、図2の構成よりも最小受信感度が劣化する。
【0018】
なお、ここで注意すべきことは、上述の最小受信感度の劣化は、文献2の構成では発生しないということである。これは、文献2の構成では、受光素子としてPINダイオードを使用しているためである。PINダイオードは増幅作用はないため、"1"信号は"0"信号と同じ電圧分布を示し、VTH(LA)がVPRE(0)とVPRE(1)のちょうど真中に設定されていても、上述の問題は発生しない。
【0019】
この問題を避ける方法として、リミット増幅器のしきい値電位VTH(LA)をVPREの中心ではなく、"0"レベル側に調整する方法が考えられる。しかし、調整対象とする光信号の強度は弱く(特にPmin1未満の範囲)、VPREの振幅が小さい条件下で、高精度でしきい値電位VTH(LA)を調整することが要請されるため、実現は困難を極める。また、送信器や光ファイバの特性の経年変動により、光信号の強度は変動するので、定期的にしきい値VTH(LA)の再調整を行なう必要が生じる。このように、文献2が開示するLAN用の広ダイナミックレンジ受信回路をそのまま長距離伝送用広ダイナミックレンジ受信器に適用することはできなかった。
【0020】
光受信回路の受信強度に対するダイナミックレンジを拡げる技術としては、識別回路の参照電位の設定を改良する技術が特開平5-259752号に、所謂前置増幅器の利得設定を改良する技術が特開平8-139526号、特開平7-193437号、特開平7-38342号及び特開平5-67930号に開示されているが、いずれも伝送周波数100MHzの光通信システムへの適用を意図したものであった。即ち、これらの技術は10ns(ナノ秒:10-9秒)の間隔で受信される光パルスに対する応答特性は期待できるものの、例えば10GHzの幹線用光通信システムにて100ps(ピコ秒:10-12秒)の間隔で受信される光信号には実用上応答できなかった。
【0021】
また、特開平9-246879号及び特開平5-218758号に開示される光受信回路に於ける電圧パルス幅の劣化を抑止する技術からも、上記先行技術の問題を解決する技術を見出せなかった。
【0022】
本発明の目的は、高感度かつ広ダイナミックレンジの光受信回路を提供することにある。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光信号を受けて電気信号に変換し且つこれを出力する光受信回路において、光信号を電流信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の出力電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、該前置増幅器の出力電圧信号を受ける増幅器であって、入力信号と参照電位との差が所定の電圧よりも小さい場合は線型増幅し且つ所定の電圧よりも大きい場合はリミット増幅するリミット機能付き増幅器と、該リミット機能付き増幅器の出力信号を増幅して一定振幅の信号を出力する自動利得増幅器を含むことを特徴とする。
【0024】
上記リミット機能付き増幅器がリミット増幅を始める所定の電圧は、上記前置増幅器の最小受信感度における出力信号電圧と上記参照電位との差よりも大きく設定されることが望ましい。上記最小受信感度における前置増幅器の出力信号電圧は、上記光電変換部と上記前置増幅器とで決まり、その値は上記光受信回路に所望される誤り率に依存する。
【0025】
さらに、該光信号の所望のダイナミックレンジの範囲内で、次の式1で規定される関係を満たすように該リミット機能付き増幅器の出力信号振幅を制限することが望ましい。
【0026】
【数1】
ΔVAWL<Rs・Δt …(式1)
式1において、ΔVAWLは該リミット機能付き増幅器の出力信号振幅、Δtは1ビットの光信号が占める時間、Rsは該リミット機能付き増幅器のスルーレートを夫々示す。
【0027】
また、該光電変換部はアバランシェフォトダイオードあるいはエルビウムドープ光ファイバ増幅器とPINフォトダイオードで構成すると、最小受信感度を改善することができる。
【0028】
本発明の光受信回路は、光信号が弱い場合は、これから生じた電圧信号VPREをリミット機能付き増幅器及びその次段のAGC増幅器で線型増幅し、当該AGC回路からの出力電圧VAGCを後段の識別回路に入力する。識別回路は、これに入力された電圧信号VAGCの1と0とを識別するためのしきい値電位を当該VAGCの信号振幅(1と0との信号電圧差)に応じて設定する。従って、上記リミット機能付き増幅器及びAGC増幅器による電圧信号の線型増幅により、上記識別回路は微弱な光信号に対しても適切なしきい値電位を設定することができる。一方、光信号強度が強い場合には、リミット機能付き増幅器は出力信号VAWLの振幅を抑えることで、上記前置増幅器の出力信号の歪を防ぎ且つ誤り率の増加を抑制する。
【0029】
本発明の要旨を、ある限定された一局面で捉えれば、光電変換部(受光素子)、当該光電変換部から出力される電流信号を電圧信号に変換する第1の増幅回路(前置増幅器)、当該前置増幅部から出力される電圧信号の振幅ばらつきを低減する第2の増幅回路(利得調整増幅器又はAGC増幅器)からなる光受信回路、又はこれに第2の増幅回路から出力される電圧信号の処理(識別)を行う識別回路と組み合わせて構成した光伝送端末装置もしくは光伝送システムにおいて、第1の増幅回路と第2の増幅回路との間に次の機能を有する第3の増幅回路を設けることにある。上記第3の増幅回路に要請される第1の機能は、その出力信号振幅ΔVAWLをその(当該第3の増幅器の)スルーレートRsと1ビットの光信号が占める時間Δtで規定されるRs・Δtより小さくすることである。
【0030】
一方、第3の増幅回路に要請される第2の機能は、上記第1の増幅回路から当該第3の増幅回路に入力される電圧信号を所定の電圧振幅以下の振幅に線形増幅を行うことである。この機能は、当該第1の増幅回路から第3の増幅回路へ入力される電圧信号の振幅が特に微小な場合、この信号検出において重要である。このため、第3の増幅回路による線形増幅範囲は従来のリミット増幅器に比べ広く設定される。一般に線形増幅範囲を広くすると利得が低下するが、第3の増幅回路が後段の第2の増幅回路と組み合わせて利用されるために実用的な問題を生じない。
【0031】
以上に概要を説明した本発明の回路構成によれば、光信号強度が弱い場合には、リミット機能付き増幅器が線形増幅動作しているので、次段のAGC増幅器でさらに線形増幅を行なうことにより、識別回路のしきい値を最適点に設定することができる。また、光信号強度が強い場合には、リミット機能付き増幅器がリミット動作し、前置増幅器の出力信号振幅が歪んで、誤り率が増大するのを防止する。これにより、高感度、広ダイナミックレンジの光受信回路を実現することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳しく説明する。
【0033】
図1は本発明の基本構成を示した図である。図2の従来技術(文献1)とは、前置増幅器PREと利得調整増幅器(以下、AGC増幅器とも記す)AGCの間にリミット機能付き増幅器AWL及び参照電位発生回路VRGが挿入されている点が異なる。一方、図4の従来技術(文献2)とは、前置増幅器PREからの入力信号に基づき参照電位を発生する参照電位発生回路VRGと、参照電位が入力されるリミット機能付き増幅器AWLを組み合わせる点で一見類似するが、リミット機能付き増幅器の電圧増幅利得に大きな差があり、従来技術(文献2)が開示するリミット増幅器LAには微弱な振幅を有する入力信号を線形増幅する配慮がなされていない点が本発明のリミット機能付き増幅器AWLと大きく異なる。即ち、本発明のリミット機能付き増幅器AWLは基本的には線形増幅器であり、出力振幅が一定値を超えた場合のみリミット機能により、出力振幅をその回路構成で定められた値に略一定に保つよう働く。
【0034】
本発明の光受信回路の上述の基本構成に特徴づけられる機能について、図6を参照しながら説明する。図6は前置増幅器出力VPREに対するしきい値電位の設定範囲を示したものである。
【0035】
リミット機能付き増幅器AWLの参照電位Vrefは前置増幅器出力信号VPRE0(0)とVPRE(1)(ともに破線グラフで示す)とのちょうど中心に設定され、AWLの線形増幅範囲(太い斜め線グラフに挟まれた縦軸方向の幅)は従来のリミット増幅器よりもはるかに広い(数100mV)。このため、図6に示すように、光信号強度が最小受信感度Pmin0の場合は、線形増幅動作してVAWLを出力し、且つ図2の従来技術と同じように次段のAGC増幅器でさらに線形増幅を行なうことにより、識別回路のしきい値を最適点(光信号強度に対し決まる図6の斜線部内の電圧値VPRE)に設定することができる。一方、光信号強度が大きい場合には、リミット機能付き増幅器の出力信号振幅が過大にならないようにVAWLの出力値をリミットする(VPREの大きさに係わらず所定の値に抑える)ので、スルーレートの起因する波形歪を抑えて、受信器としてのダイナミックレンジを広くできる。
【0036】
本発明の機能的特徴を、図22を参照して文献2の従来技術と比較してみる。光信号強度は図5のPmin1とPmin0の間とする。同図(a)は文献2の従来技術の光電変換素子をAPD或いはEDFA及びPINダイオードに替えた場合における光信号、前置増幅器出力及びリミット増幅器出力を模式的に示したものである。図中の信号に重畳している雑音は、図16の信号分布に対応するものであり、光電変換部をAPDあるいはエルビウムドープ光ファイバ増幅器とPINフォトダイオードで構成するため、"1"信号に重畳する雑音のほうが"0"信号のそれより大きくなっている。
【0037】
従来技術においては、リミット増幅器のしきい値電位VTH(LA)は前置増幅器出力の"1"信号出力の平均電位と"0"信号出力の平均電位のちょうど真ん中に設定される。また、当該リミット増幅器の利得は非常に大きく設定されるので、線形増幅範囲は高々数mVしかない。即ち、図の線形増幅範囲と示された2本の太線で挟まれた部分の信号だけが線形に増幅され、その外側に位置する信号がもつ情報は無視され、一定電位が出力される。その結果、リミット増幅器出力VLAは図に示すような波形となり、"0"信号の場合には正常に識別できるが、"1"信号の場合には雑音に埋もれて識別できないことがわかる。
【0038】
一方、本発明の場合は(図22(b)参照)、参照電位は従来のVTH(LA)と同じ電位に設定されるが、線形増幅範囲が数100mVと広いため、前置増幅器出力VPREがそのまま線形増幅され、AGC増幅器出さらに線形増幅され、所望の振幅を有する信号(VAGC)となる。このため、AGC増幅器の出力は光信号波形をほぼ忠実に再現したもの、すなわち、光信号が持つ情報を取りこぼすことなく忠実に電気信号に変換したものとなる(ただし、前置増幅器、リミット機能付き増幅器、AGC増幅器で発生する若干の雑音が付加される)。従って、VAGCに対して、若干"0"信号よりにVTH(DEC)を設定すれば、正常に信号を識別することが可能になる。
【0039】
次に、図6で紹介した本発明の光受信回路の具体的な回路構成の例を図19に示す。図1に対して図19が開示する回路構成では、受光素子APD(但し、アバランシェ・フォトダイオードに限定されず)、識別回路DEC及びクロック信号抽出回路の構成は省かれている。
【0040】
但し、前置増幅器PREの回路に備えられたIIN端子には受光素子APDからの信号電流が入力され、AGC増幅器の回路に備えられたVAGC端子は識別回路DECの電圧信号入力端子及びクロック抽出回路CEXTの電圧信号入力端子に、夫々電気的に接続される。図19に示す光受信回路を構成する各回路構成は、後述の実施例の欄において前置増幅器PREは図10を、リミット機能付き増幅器AWLは図7を、参照電位発生回路VRGは図13を、利得調整増幅器AGCは図12を、夫々参照して説明される。
【0041】
本発明の光受信回路は図19に示す回路構成に限定されず、各回路の構成要素は例えば以下の実施例1乃至4で紹介する種々の態様を取り得るものである。そこで、本発明の光受信回路の構成要素たるリミット機能付き増幅器AWL、前置増幅器PRE、利得調整増幅器AGC、及び参照電位発生回路VRGの夫々の詳細について、関連図面を参照して詳しく説明する。
【0042】
<実施例1>
図7は本発明のリミット機能付き増幅器(以下、リミット増幅部AWLと略記もする)の実施例であり、バイポーラトランジスタで構成した差動増幅器を使用した例である。図7の端子INに入力される入力信号が参照電位Vrefに近いときは、線形増幅回路として動作し、その利得Aは概ね次の式2で表せる。
【0043】
【数2】
A= RC/((2VT/IA)+RE) …(式2)
式2において、RCは負荷抵抗RC0の抵抗値、REはエミッタ抵抗RE0の抵抗値、VT=q/kT、IAは差動増幅器のバイアス電流である(但し、qは電子の電荷量、kはボルツマン定数、Tは温度を夫々示す)。図7に示す差動増幅回路には、接地電位(図の上部)から定電流源IAに到る左側の回路(RC0,QA0,RE0及びCE0からなる)と右側の回路(RC1,QA1,RE1及びCE1からなる)とを対称的に構成することが要請される。実用上、左右の回路に於ける夫々の回路要素のパラメータ(抵抗値、容量等)間には最大3%の誤差が許容されるが、回路設計においては、この誤差を除去することが要請される。即ち、回路設計上、上記RCはRC1にも且つ上記REはRE1にも夫々等しく設定されるものである。また、線形増幅範囲VLRは概ね次の式3で表せられる。
【0044】
【数3】
VLR=2RE・IA …(式3)
容量CE0,CE1はピーキング容量であり、高周波での利得を上げ帯域を向上させる働きを持っている。
【0045】
図8はリミット機能付き増幅器の別の実施例であり、カスコード接続を使用した差動増幅器の例を示している。図7の実施例とはトランジスタQA0,QA1のコレクタにカスコード・トランジスタQCS0,QCS1を接続した点だけが異なる。利得及び線形増幅範囲は図7の実施例と同様に式2及び式3で表わされる。カスコードトランジスタを接続したことで、トランジスタQA0のミラー容量を低減することができ、図7の実施例よりも帯域を延ばすことができる。
【0046】
図9はリミット機能付き増幅器の別の実施例であり、負荷回路として抵抗の代わりにトランスインピーダンス回路を用いた例を示している。トランジスタQF0,QF1,抵抗RF0,RF1,RC2,RC3及び電流源IFはトランスインピーダンス回路を構成しており、トランジスタQA0,QA1のコレクタから見た入力インピーダンスを下げ、ミラー容量を低減する働きがある。これにより、図7の実施例よりも広帯域化を図ることができる。本回路の利得Aは概ね次の式4で表せる。
【0047】
【数4】
A=RF/((2VT/IA)+RE) …(式4)
式4において、RFは帰還抵抗RF0の抵抗値である。
【0048】
図9に示す差動増幅回路においても、図7のそれと同様、接地電位(図の上部)から定電流源IAに到る左右の回路を対称的に構成することが要請される。従って、RF0とRF1との抵抗値の間には実用上、最大3%の誤差が許容されるが、回路設計においては、RF0とRF1とを等しくすることが要請される。また、線形増幅範囲は式3で表わされる。
【0049】
なお、図7から図9の実施例では、差動増幅器から直接出力を取り出す例を示しているが、必要に応じてエミッタホロワ等のバッファ回路を介して出力を取り出してもよい。
【0050】
<実施例2>
図10は本発明の前置増幅器(前置増幅部PRE)の実施例を示したもので、トランスインピーダンス増幅回路を使用した例である。本回路のトランスインピーダンスZTはほぼRF2の抵抗値に等しい。その理由は、トランスインピーダンスZTを定義する次の式5に基づき、以下のように説明される。
【0051】
【数5】
T=(RF2・A0)/(1+A0) …(式5)
式5において、A0は図10に於けるトランジスタQP0と負荷抵抗RLからなる回路の利得を、RF2は図10に於けるRF2の抵抗値を夫々示す。図10の回路は、利得A0が非常に大きくなるように構成されるため、次の近似式6が成り立つ。
【0052】
【数6】
0/(1+A0)=1 …(式6)
式6の関係より、上記トランスインピーダンスはRF2の抵抗値で近似できることは明らかである。
【0053】
一方、前置増幅器の帯域は入力部の容量(前置増幅器の入力容量とフォトダイオードの容量)Cinと前置増幅器の入力抵抗Zinの積で決まる極に支配される。極は、時定数τ(τ=抵抗×容量)により「−2π/τ」として定義される。そして、極が大きいほど(時定数が小さいほど)、前置増幅器は受信される光信号パルスに対し高速で応答できる。換言すれば、極が大きいほど、より短いパルス間隔(より高い周波数)で送信される光信号の受信が可能となる。入力抵抗Zinはおよそ次の式7で表わされる。
【0054】
【数7】
Zin=ZT/AE=RF2/AE …(式7)
式7において、AEはエミッタ接地増幅器のオープンループ利得を示す。上記Zinを小さく設定した高周波領域でもオープンループ利得を大きく保てるため、受信できる光信号の広帯域化を図ることができる。
【0055】
図11は前置増幅器の別の実施例を示したもので、カスコード接続を使用した場合を示している。図10の実施例とはトランジスタQP0のコレクタにカスコードトランジスタQCS2を接続した点だけが異なる。カスコードトランジスタを接続することで、トランジスタQP0のミラー容量を低減することができるので、前置増幅器の入力容量を低減できる。従って、図10の実施例よりも広帯域化が図れる。ただし、フィードバック・ループの位相余裕が減少するため、周波数特性の平坦性に注意して設計する必要がある。
【0056】
なお、図10及び図11の実施例では、エミッタホロワ1段を介して出力する例を示しているが、必要に応じてエミッタホロワの段数を増やしてもよい。
【0057】
<実施例3>
図12は本発明の光受信回路に好適なAGC増幅器の一例を示したものである。ここでは、負荷回路としてトランスインピーダンス回路を使用した場合を示しているが、負荷回路は抵抗でも構成できる。
【0058】
図12の回路に於いて、入力端子IN0には図7乃至9の出力端子VAWL0が、入力端子IN1には図7乃至9の出力端子VAWL1が夫々接続される。制御信号VCNT0,VCNT1の電位差を大きくすると、AGC増幅器の利得は増加し、電位差を小さくすると利得は減少する。本回路1段では利得が不足する場合には複数段縦続接続してもよい。また、この制御信号VCNT0,VCNT1の制御は、例えばVAGCの振幅を検知して公称電圧VNと比較して設定する上述の文献1に記載されたピーク検出回路PD、参照回路REF及び利得制御回路GCを組み合わせた技術を利用するとよい。
【0059】
なお、この実施例では、AGC増幅器から直接出力を取り出す例を示しているが、必要に応じてエミッタホロワ等のバッファ回路を介して出力を取り出してもよい。
【0060】
<実施例4>
図13は参照電位発生回路(参照電位発生部VRG)の実施例を示したものであり、低域通過フィルタで構成した例である。低域通過フィルタは抵抗RLPと容量CLPで構成する。なお、容量CLPは半導体チップの内部に設けてもよいし、外部に接続しても構わない。前置増幅器出力VPREを低域通過フィルタを通して直流成分を取り出すことで、VPREの中心電位が得られる。
【0061】
図14は参照電位発生回路の別の実施例を示したものである。本回路は前置増幅器出力VPREの高電位を検出する回路THと低電位を検出する回路BH及び抵抗RA1,RA2からなる。抵抗RA1,RA2の抵抗値は等しく設定する。前置増幅器出力が高電位になったときには、トランジスタQTHにより容量CTHがVPRE(H)−VBEの電位まで充電される(VBEはトランジスタQTHのベース・エミッタ間のバイアス電圧)。また、前置増幅器出力が低電位になったときには、ダイオードDBHにより容量CBHがVPRE(L)+VBEの電位まで放電される。これら2つの電位を抵抗RA1,RA2で分割すれば、前置増幅器出力VPREの高電位と低電位のちょうど中心の電位が得られる。
【0062】
<実施例5>
本実施例では、図19の構成に代わる光受信回路を紹介する。本実施例の光受信回路の概要は図20に示される。図1に対して図20が開示する構成では、受光素子APD(但し、アバランシェ・フォトダイオードに限定されず)、AGC増幅器、識別回路DEC、及びクロック信号抽出回路の構成は省かれている。但し、前置増幅器PREの回路に備えられたIIN端子には受光素子APDからの信号電流が入力され、リミット機能付き増幅器AWLの回路に備えられたVAWL端子はAGC増幅器の電圧信号入力端子に電気的に接続される。
【0063】
図20が示す光受信回路は、10Gb/s(ギガ・ビット/秒)で伝送される光信号により光電変換素子で発生する信号電流IINを最大2mAの振幅電流値に至る広いダイナミック・レンジで受信する機能を有するものである。この光受信回路は、広いダイナミックレンジの入力電流信号IINを高いトランス・インピーダンス利得で受信するために、前置増幅部PREからなるトランス・インピーダンス増幅段、リミット増幅部AWLからなるリミット増幅段、及びリミット増幅部AWLに参照電圧Vrefを供給する参照電位発生部VRGを備えて構成される。なお、本実施例においてリミット増幅段と記述される回路段は、上述の説明にあるリミット機能付き増幅器の機能を示す回路段を略称するものである。
【0064】
前置増幅部PREには、これにバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給部Vbiasが接続されている。各部分には、電源電圧VCC及びVEE(但し、VEE<VCC)の端子が設けられ、トランジスタのエミッタ側には定電流源(矢印を円で囲む記号で表示)が設けられている。
【0065】
外部キャパシタCEXTを有する低域通過フィルタを含めて構成される参照電位発生部は、トランス・インピーダンス増幅段による出力振幅電圧の中間値を参照電圧Vrefとして出力する。リミット増幅部AWLにて差動増幅器を構成する一方のトランジスタT4のベースには前置増幅部の出力電圧VPREが、他方のトランジスタT5のベースには参照電圧Vrefが夫々印加される。これにより、信号電流IINに対するトランス・インピーダンス増幅段とリミット増幅段による増幅において、IIN値が小さい場合には双方の増幅段で線形増幅が行なわれて高いインピーダンス利得が得られ、またIIN値が大きい場合にはリミット増幅段がリミット増幅機能を示すことでインピーダンス利得は所望の値に抑えられる。
【0066】
即ち、図21に示すように、リミット増幅段は、この回路構成により予め定められた約400μA以下の小さいIINに対して線形増幅機能を示し、且つ400μAより大きいIINに対しては、その値に係わらず予めリミット増幅部AWLの回路構成で定められたVAWLの値(400mV)を出力する所謂リミット機能を示すように構成される。これにより、リミット増幅段においては、微弱な信号IINを取りこぼすことなくAGC増幅部(図示せず)に伝達でき、且つIINのダイナミック・レンジが数μAから2mAに亘っても出力信号波形の歪みを抑制できる。その結果、識別回路部DEC(図示せず)に於ける"1"−"0"の信号識別精度は維持され且つ向上され得るのである。
【0067】
図20に於いて、前置増幅部PREはトランジスタT1と抵抗R2を有するエミッタ接地増幅器とトランジスタT2、ダイオードD1及び抵抗R1を配列して成るシャント・フィードバック・ループ(Shunt Feedback Loop)から構成される。リミット増幅部AWLは広帯域差動増幅器と出力バッファから構成される。また、双方の増幅部の周波数応答特性を向上させるため、前置増幅部PREにはバイアス電圧供給部Vbiasが、リミット増幅部AWLにはピーキング・ネットワーク(Peaking Network)が夫々接続されている。
【0068】
前置増幅部PREに於いて、周波数応答に対するトランス・インピーダンス変動を抑えてアイ・ダイヤグラム(Eye-Diagram)の揺らぎを低減するために抵抗R2に印加されるバイアス電圧を安定化させる必要がある。前置増幅部PREを構成するエミッタ・コモン増幅器はトランジスタT1の電流変動の影響を受けやすく且つ前置増幅部の周波数応答特性を決めてしまうため、上述のバイアス電圧を安定化するためには、これがVCCの変動の影響を受けないようにする必要がある。図20に示すバイアス電圧供給部Vbiasから供給されるバイアス電圧は接地電位と回路構成素子により決まるため、VCCの変動から独立している。
【0069】
一方、リミット増幅部AWLには前置増幅部PRE以上に広い周波数帯域に応答できる特性が要請されるため、抵抗R3,R4とキャパシタCPからなるピーキング・ネットワークが接続されている。トランジスタT6,T7と抵抗R5,R6からなる負荷回路は、R5,R6を介したフィードバックにより低い入力インピーダンスを示すため、差動入力回路を構成するトランジスタ対T4,T5のミラー効果は抑制され、リミット増幅部AWLの広い周波数帯域での応答が実現できる。
【0070】
リミット増幅部AWLの出力バッファは、ノード出力の高速化とトランス・インピーダンス変動の低減のために、2段のエミッタ・フォロア(トランジスタT8−T10又はT9−T11)とダンピング抵抗(R10、R11)を備えている。前置増幅部PREの出力信号はエミッタ・フォロアのトランジスタT12により分岐され、参照電位発生部VRGに入力される。参照電位発生部VRGは、抵抗R14、及びキャパシタCLP、CEXTを有する低域通過フィルタとエミッタ・フォロアトランジスタT13とを含めて構成され、その出力電圧Vrefは前置増幅部PREの出力電圧VPREの中間値を示す。
【0071】
<実施例6>
以上の実施例では、全てバイポーラトランジスタを用いたが、これをMOSFET、MESFET等の電界効果形トランジスタに置き換えても本発明の光受信回路を実現できることは言うまでもない。
【0072】
図23は、図19に示した本発明の光受信回路のバイポーラトランジスタを全てMOS型の電界効果トランジスタに置き換えた構成を示す。
【0073】
図19においては、前置増幅部PREのトランジスタQP0,QEF、、リミット増幅部(リミット機能付き増幅器)AWLのトランジスタQA0,QA1、及びAGC増幅部AGCのトランジスタQIN(0),QIN(1),QAMP(1),QAMP(2),QAMP(3),QAMP(4),QF0並びにQF(1)の全てをNPN型のバイポーラトランジスタ(N型のコレクタ及びエミッタとP型のベースを有する)で構成したが、図23では、これら全てをNチャネル型の電界効果トランジスタに置き換えてある。
【0074】
Nチャネル型の電界効果トランジスタは、P型の半導体層中にN型のドース領域及びドレイン領域を離間して形成し、この2つの領域に挟まれた上記P型半導体層上に酸化膜(絶縁膜)を介してゲート電極を形成したものである。信号処理速度に関しては、バイポーラトランジスタが優るものの、電界効果トランジスタは各々の素子間の分離が容易にできるため、本発明の光受信回路を同一の半導体基板上に集積化する上でバイポーラトランジスタより優るものである。
【0075】
図23に示したNチャネル型の電界効果型トランジスタは、N型のソース及びドレイン間に挟まれたP型半導体層の電位を低電位側(ドレイン電位)に設定してあるが、P型半導体層の電位の設定は、この実施態様に限定されないものである。
【0076】
<実施例7>
本発明の光受信回路を応用した光通信システムの一例を、図24に示す。
【0077】
本発明による光通信システムの概念を明らかにするため、図24にTS(A),TS(B)及びTS(C)として示される電話局A,B,Cには光ファイバケーブルLINE A, LINE B, LINE Cによる電話局R(TS(R))への光信号送信機能のみを示す。また、電話局Rには、電話局A,B,Cからの光受信機能のみを示す。図24において、USERS(A), (B), (C), 又は(R)として示した電話機及びコンピュータは、夫々の電話局の回線加入者(Subscriber)を示す。
【0078】
USERS(A), (B)及び(C)からの情報をUSERS(R)に送信する例で、本発明による光通信システムを説明する。前者の各加入者からの情報は、夫々の電話局(Telephone Station)において波長1.3乃至1.6μmの光信号に置き換えられ、電話局Rに通じる光ファイバケーブルLINE A, LINE B又はLINE Cに入力される。このときの、光信号強度(Intensity of Opt. Sig.)の時間軸方向に対するスペクトルを各電話局毎に図示する。各電話局から伝送される情報は、強度Itrsの光パルスからなる1信号と光パルスのない0信号からなるディジタル情報に符号化(encode)される。
【0079】
時刻ta0からta1の間に電話局Aから送信される光信号、時刻tb0からtb1の間に電話局Bから送信される光信号、及び時刻tc0からtc1の間に電話局Cから送信される光信号は全て、電話局R又はこれに到る幹線系伝送路(Trunk Line)に設けられた合波器(Star Coupler等のOptical Coupler)CLを経て、電話局Rの光受信回路に設けられた受光素子PDに光学的に接続された光ファイバへ入る。そして、各電話局から受信した光信号は、電話局Rにおいて送信局毎に宛われた時間に応じてシリアルに伝送情報に復号化(decode)される。伝送情報を複合化する装置は、電話局に備えられた識別回路DECの後段に配置され、伝送形態に応じ、電話局R内又は加入者の端末(Terminal)に備えられる。
【0080】
図24に於いて、電話局A,B,Cと電話局Rとの距離AR,BR,CRを20km,100km,500kmに夫々設定した場合を考える。このとき、電話局Rで受信した光信号は、前置増幅器PREにより図25(a)に示す電圧信号に変換される。図25(a)の縦軸は、前置増幅器PREからの出力信号の電圧値VPREを示す。この出力信号が、電圧振幅VDETを越えると後段のAGC増幅器で信号波形の劣化が生じ、誤り率が実用上許容されるレベルを越える。電話局Rに近い電話局Aから時刻ta0からta1の間に送信された光信号は、光ファイバ伝播中に於いて殆ど損失しないため、前置増幅器PREによりVDETを越える電圧振幅Vaの強い電圧パルスVPREに変換されている。
【0081】
これに対し、本発明では、リミット機能付き増幅器AWLを前置増幅器PREとAGC増幅器との間に配置し、その回路をVPREの電圧振幅が第1の電位V1以上となるとき、出力VAWLを電圧振幅V1にリミットするように構成する(図25(b)参照)。これにより、電話局Aから送信されたディジタル情報は、AGC増幅器での信号波形の劣化を殆ど受けることなく、電圧信号VAGCとして識別回路に送られる(図25(c)参照)。
【0082】
一方、電話局Rにおける識別回路DECのしきい値電圧VTH(DEC)は、上記第1の電位とゼロ電位との間に人為的に設定される。その電圧は、例えば、第1の電位の半分に設定される。これに対し、AGC増幅器は、これに入力される電圧信号に応じて、増幅利得を自動的に調整することができる。AGC増幅器における実用上の自動利得調整は、電話局A,B,Cの各々から送信すべき情報を載せた光信号の前に伝送されるダミー光信号により生成される電圧振幅(図示せず)に基づいて行われる。しかし、AGC増幅器の自動利得調整機能は完全とはいえない。なぜなら、AGC増幅器は、これに入力される電圧パルスが所定の電位(例えば、第2の電位V2)以下の場合、その電圧振幅をVTH(DEC)以上に増幅することが不可能となる。
【0083】
電話局Rから500km離れた電話局Cより時刻tc0からtc1の間に送信された光信号は、光ファイバ伝播中に於ける損失により大きく減衰されるため、前置増幅器PREで増幅してもV2未満の電圧振幅Vcの弱い電圧パルスVPREにしか変換できない(図25(a)参照)。この問題を解決するためには、識別回路DECにおけるVTH(DEC)を入力される電圧信号に応じて変動させるように設定しなければならない。しかし、この手法では非常に短いパルス間隔で供給される電圧信号を識別する応答性に限界がある。
【0084】
これに対し、本発明では、上記リミット機能付き増幅器AWLによる線形増幅で電圧振幅Vcの電圧パルスを電圧振幅V2以上に増幅できる(図25(b)参照)。このため、増幅後の電圧振幅が上記VTH(DEC)に到らなくとも、その後段のAGC増幅器で更に増幅することにより、識別回路DECで識別するに十分な(VTH(DEC)以上の)電圧振幅を有するパルスに変換される(図25(c)参照)。
【0085】
以上のように、本発明による光通信システムは、前置増幅器PREとAGC増幅器AGCとの間にAGC増幅器を補助する線形増幅器を挿入する構成し、上記線形増幅器の動作をこれに入力される電圧信号の振幅に応じて制限する。即ち、前置増幅器からAGC増幅器に到る電圧信号の伝送過程で、少なくとも上述のVDET以上の電圧振幅を有する電圧信号を所定の電圧振幅に抑え且つこれ以外の電圧信号を選択的に増幅する。このため、特に電圧信号の伝送速度を制限する前置増幅器PREの利得調整や識別回路のしきい値電位調整を行うことなく、光信号の受信強度のダイナミックレンジを拡大することができる。
【0086】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高感度かつ広ダイナミックレンジの光受信回路及び光通信システムを提供することができる。従って、特に光ファイバにより長距離の光信号伝送を行う幹線系の光通信システムにおいて、受信される光信号の処理("1"−"0"判定)を低い誤り率で行うことができる。また、伝送距離の異なる光ファイバからの光信号に対しても信号処理の誤り率を格段に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示した図。
【図2】従来技術(文献1に開示)を示した図。
【図3】従来技術(文献1に開示)の動作を説明した図。
【図4】別の従来技術(文献2に開示)を示した図。
【図5】別の従来技術(文献2に開示)の動作を説明した図。
【図6】本発明の動作を説明した図。
【図7】本発明に使用する増幅器の例を示した図。
【図8】本発明に使用する増幅器の例を示した図。
【図9】本発明に使用する増幅器の例を示した図。
【図10】本発明に使用する前置増幅器の例を示した図。
【図11】本発明に使用する前置増幅器の例を示した図。
【図12】本発明に使用するAGC増幅器の例を示した図。
【図13】本発明に使用する参照電位発生回路の例を示した図。
【図14】本発明に使用する参照電位発生回路の例を示した図。
【図15】文献1に開示されたAGC増幅器の回路を示した図。
【図16】 "1"−"0"信号識別の誤り率を説明するための図。
【図17】光信号入力と前置増幅器及びAGC増幅器の電圧出力の対応を説明するための図。
【図18】スルーレートに起因する波形歪を説明する図。
【図19】本発明による光受信回路の望ましき一実施形態を示す図。
【図20】本発明による光受信回路の望ましき別の実施形態(実施例5)を示す図。
【図21】図20の回路における光電変換素子からの入力電流に対する出力信号振幅の関係を示した図。
【図22】従来技術(文献2に開示)と本発明の動作を比較した説明図。
【図23】本発明による光受信回路の望ましき別の実施形態(実施例6)を示す図。
【図24】本発明による光受信回路の応用した光通信システムの一実施形態を示す図。
【図25】図24の光通信システムの電話局Rに採用された光受信回路における電圧信号の波形の変化を示す図。(a)は前置増幅器から、(b)はリミット機能付き増幅器から、(c)はAGC増幅器から夫々出力された電圧波形を模式的に示す。
【符号の説明】
APD…アバランシェフォトダイオード、PRE…前置増幅器、AWL…リミット機能付き増幅器、AGC…AGC増幅器、DEC…識別回路、CEXT…クロック抽出回路、VRG…参照電位発生回路。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical receiver circuit, and more particularly to an optical receiver circuit having an amplitude adjustment function suitable for performing signal processing with high sensitivity and a wide dynamic range with respect to changes in an input signal.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 shows a general configuration of an optical receiving circuit used in an optical communication system for basic transmission (the transmission distance is, for example, a maximum of several hundred km). An example of the optical signal identification operation by the optical receiver circuit having the configuration of FIG. 2 will be described with reference to FIG. The optical signal forms a light-on / off rectangular pattern corresponding to “1” and “0” for each Δt with respect to a 1-bit signal transmission amount, and is provided in the optical receiving circuit. (That is, FIG. 17 shows an optical signal for 6 bits). Inside the APD, electron and hole pairs generated by the optical signal cause avalanche multiplication, and the signal current is amplified. For this reason, even a weak optical signal can be detected. The current signal output from the APD is further converted into a voltage signal VPRE by a preamplifier. The VPRE is further amplified by an AGC amplifier (also referred to as an automatic gain control amplifier or gain adjustment amplifier) and input to the identification circuit DEC. Here, for example, as shown by a broken line in the figure, even when the intensity of the optical signal is weak, the amplitude of the output VAGC of the AGC amplifier is kept almost constant by the automatic gain control function of the AGC amplifier. Thereby, the discrimination operation in the discrimination circuit is performed more stably. In the identification circuit DEC, in synchronization with the clock signal CLK, the output signal VAGC of the AGC amplifier is “1” if it is higher than the threshold potential VTH (hereinafter referred to as VTH (DEC)). If it is low, it is judged as “0” and data is output. The clock signal CLK is generated from the output signal VAGC of the AGC amplifier by the clock extraction circuit CEXT.
[0003]
An example of the above-described AGC amplifier is described in IE Journal of Solid-State Circuits, vol. 29, No. 29, Vol. 29, No. 7 (1994), pages 815-822. 7 (1994) pp.815-822: hereinafter referred to as Document 1) (see FIG. 15). The feature of the AGC amplifier in Document 1 is that the voltage signal VPRE from the preamplifier PRE is amplified in three stages, ie, variable gain type amplifiers A1 and A2 and fixed gain type amplifier A3. First, the signal with the amplitude VA3 output from the amplifier A3 is input to the peak detection circuit PD. The peak detection circuit PD generates a DC voltage V3 based on the amplitude VA3 by a capacitor CPD attached thereto. On the other hand, the reference circuit REF independently generates a nominal value VN (the nominal value of the peak voltage: hereinafter referred to as a standard amplitude voltage). This VN is adjusted by the variable voltage source P connected to the reference circuit REF. In the gain control circuit, V3 and VN are compared, and voltages VGC1 and VGC2 for controlling the gains of the amplifiers A1 and A2 are set according to the difference, that is, the deviation of the signal amplitude from the standard amplitude voltage value. The feature of the AGC amplifier disclosed in Document 1 is that a signal with desirably uniform amplitude, in which variation in VAGC with respect to amplitude change of the input signal VPRE is suppressed, is generated due to the difference in the circuit configuration of the amplifiers A1 and A2.
[0004]
According to the AGC amplifier of Literature 1, a voltage signal VAGC having an amplitude of 500 mV is output at a speed of 13 Gb (gigabit) / s (seconds) for both input signals having an amplitude of 10 mV and 300 mV. These output signals are output from two output buffers OB, one of which is input to the identification circuit DEC of FIG. 2 and the other is input to the clock extraction circuit CEXT.
[0005]
The AGC amplifier of Document 1 is also provided with an offset control circuit OC (with an external capacitor COC) for controlling the offsets of the amplifiers A1, A2, and A3.
[0006]
Now, with respect to the output signal from the AGC amplifier, the identification circuit DEC uses a certain potential between the upper end and the lower end of the amplitude voltage of the output signal as a threshold potential VTH (DEC) from VAGC to “1”, “0”. Is determined. FIG. 16 shows a state where an optical signal “1” or “0” transmitted from an optical transmission line such as an optical fiber is converted into a voltage signal by the preamplifier PRE of the optical receiving circuit. The horizontal axis indicates the signal voltage value, and the vertical axis indicates the frequency with which a signal having a predetermined voltage value is generated. When signals of “1” and “0” are transmitted / received when the optical signal is turned on / off, for example, a distribution shown by a solid line in FIG. 16 is shown due to noise generated in the photoelectric conversion element and the preamplifier PRE. At this time, the threshold potential set by the identification circuit DEC is set to, for example, Vth (A) which is an intermediate value between the average voltage value V1 of the signal “1” and the average voltage value V0 of the signal “0”. The
[0007]
However, the “1” signal may exhibit a wider voltage distribution than the “0” signal. That is, the voltage distribution of the “1” signal has a shape (shown by a broken line) obtained by squashing the one shown by the solid line in FIG. This is particularly noticeable when an APD or erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) and a PIN junction type light receiving element (PIN diode) are used in combination as the light receiving element (photoelectric conversion element). For details of this phenomenon, refer to, for example, “Optical Fiber Communication Technology” (Nikkan Kogyo Shimbun). In this case, a voltage signal equal to or lower than the threshold potential Vth (A) is determined to be “0” even if the signal is “1”. The probability that such an erroneous determination is made is called an error rate. In the case of the threshold potential Vth (A), the error rate is defined as the ratio of the area of the region partitioned by the dashed line to the lower potential side with respect to the total area of the region surrounded by the voltage distribution curve of the “1” signal indicated by the broken line. The
[0008]
The error rate cannot be 0 when the voltage distribution curve for one signal (broken line) and the voltage distribution curve for zero signal (solid line) overlap. However, the threshold potential is V 0 The error rate can be reduced by shifting it to some extent. For example, when the voltage distribution curve of 1 signal intersects the voltage distribution curve of 0 signal, the threshold potential V th (B) Set up. As a result, although there is a possibility that the 0 signal is mistaken as the 1 signal, the error rate can be reduced to the area ratio between the area shown by hatching in FIG. 16 and the area surrounded by one of the voltage distribution curves. Under the threshold potential Vth (B), some of the true zero signals (those having an intensity greater than Vth (B)) are determined as one signal in the discrimination circuit, but the rate at which such misperception occurs is low. Compared to the threshold voltage Vth (A), the voltage is considerably reduced.
[0009]
Normally, the signal voltage distribution is wider than the signal magnitude (V1-V0), and the error rate cannot be completely reduced to 0 regardless of the threshold potential. Therefore, a certain error rate (for example, 10) which is very small in the optical receiving circuit. -12 ) And the threshold potential is set within a range where the error rate can be achieved. In this case, transmission errors that occur with a very small probability are detected and corrected by an error correction code or the like.
[0010]
FIG. 3 schematically shows the relationship between the threshold potential setting range and the optical signal intensity under a certain error rate when an APD or EDFA and a PIN diode are used in combination as a light receiving element. is there. As described above, since the “1” signal has a wider voltage distribution than the “0” signal, the threshold potential setting range is biased toward the “0” signal. Also, as the optical signal intensity decreases, the threshold potential setting range gradually decreases, and eventually a desired error rate cannot be achieved. The optical signal intensity at this time (Pmin0 in the figure) is called the minimum receiving sensitivity.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In order to cover an optical signal transmitted at various distances from a short distance to a long distance with a single receiver, a wide dynamic range with respect to the received signal strength is required even in a receiver for basic transmission. That is, when the transmission distance is short, the attenuation of the signal in the optical fiber is small, so that a strong optical signal is input to the receiver. On the other hand, when the transmission distance is long, the optical signal input to the receiver becomes very weak. An optical receiver must handle both of these two types of signals.
[0012]
By the way, when a strong optical signal is input to the receiver having the configuration shown in FIG. 2, a problem due to the slew rate of the preamplifier described below occurs. FIG. 18 shows a response waveform of the receiver when a strong optical signal is input. When the intensity of the optical signal is strong, the output current of the light receiving element increases and the output amplitude of the preamplifier increases. However, if the output amplitude of the preamplifier becomes too large, as shown in the figure, the output signal changes due to the next optical signal input before the output signal reaches the steady value, and the output waveform becomes a triangular wave. A part arises. This is because there is an upper limit to the rate of change of the output VPRE of the preamplifier, and this upper limit rate (dV / dt) is called a slew rate. If the slew rate of the AGC amplifier is sufficiently larger than that of the preamplifier, the output signal of the AGC amplifier has a waveform similar to VPRE.
[0013]
In the example shown in the drawing, the first bit (the optical signal intensity 0 at the left end of FIG. 18) and the fifth bit (the second light from the right in FIG. 18), regardless of where the threshold potential VTH (DEC) is set. At least one of the bits of signal strength 1) is erroneously identified. This is because the threshold potential VTH (DEC) must be set too high to recognize the fifth bit as 1 in order to identify the first bit as 0, and This is because in order to identify the fifth bit as 1, VTH (DEC) must be set to a value that is too low to recognize the first bit as 0. In addition, since the amplitude of the output VPRE of the preamplifier increases, the voltage applied to the transistor in the output stage of the preamplifier increases, and it is necessary to use a high breakdown voltage transistor. In general, the operation speed of a high breakdown voltage transistor is slower than that of a low breakdown voltage transistor, so that there is a problem that it cannot be used for a high-speed optical receiver. Therefore, it is very difficult to receive a strong optical signal with the prior art of FIG.
[0014]
On the other hand, as an optical receiver capable of avoiding the problems due to the above slew rate, for example, IEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 30, No. 9 (1995), pages 991-997 (IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 30, No. 9 (1995), pp. 991-997: hereinafter referred to as Reference 2). FIG. 4 shows the configuration of the optical receiver circuit disclosed in Document 2. This circuit is used in a local area network (LAN) or the like, and has a short transmission distance of about several kilometers at the maximum. For this reason, a PIN photodiode PIN is used instead of the APD. Further, a limit amplifier LA is used instead of the AGC amplifier.
[0015]
In the AGC amplifier, the gain is controlled to keep the amplitude of the output signal constant, whereas in the limit amplifier (limit amplifier), the gain is set to be very large, and the output is output when the output amplitude exceeds a desired value. Clamping (suppressing to a predetermined output voltage) limits the amplitude. That is, the threshold potential VTH (LA) is controlled by the threshold potential control circuit VCNT so that it is exactly in the middle between the high potential (for example, 1) and the low potential (for example, 0) of the input signal. The input signal is compared with VTH (LA), and if it is higher than VTH (LA), a constant potential VLA (0) is output regardless of the amplitude of the input signal.
[0016]
In the example of this document, the gain of the limit amplifier LA is set to about 60 dB, and an output signal having a constant amplitude can be obtained in a wide range where the amplitude of the input signal is about several mV to 1V. In such a configuration, since the gain of the limit amplifier is very high, it is not necessary to increase the gain of the preamplifier (ratio of output voltage and input current: referred to as transimpedance). Therefore, even when a strong optical signal is input, the amplitude of the output VPRE of the preamplifier does not become as large as the above configuration, so that the waveform is not distorted as shown in FIG. For this reason, the problem resulting from a slew rate does not occur.
[0017]
However, in order to extend the transmission distance in the circuit having this configuration, there is a problem that the minimum receiving sensitivity of the receiver is deteriorated when the light receiving element is replaced with a detector combining a PIN photodiode with an APD or an EDFA and a PIN diode. . Hereinafter, this reason will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the setting range of the threshold voltage VTH (LA) of the limit amplifier at the preamplifier output VPRE. Since a light receiving element having an amplifying function is used, the “1” signal shows a wider voltage distribution than the “0” signal, and the threshold potential setting range is biased toward the “0” signal. The output (VLA) of the limit amplifier is obtained by extracting and amplifying a signal of VTH (LA) ± several mV from VPRE (the double line graph indicates the voltage width of this several mV). Since VTH (LA) is set to the middle of VPRE (0) and VPRE (1), it can be seen that VTH (LA) deviates from the threshold setting range in the region where the optical signal intensity is Pmin1 or less. . Therefore, the minimum reception sensitivity is Pmin1, and the minimum reception sensitivity is deteriorated as compared with the configuration of FIG.
[0018]
It should be noted that the above-described degradation of the minimum reception sensitivity does not occur in the configuration of Document 2. This is because the configuration of Document 2 uses a PIN diode as the light receiving element. Since the PIN diode has no amplification effect, the “1” signal shows the same voltage distribution as the “0” signal, and even if VTH (LA) is set to exactly the middle between VPRE (0) and VPRE (1), The problem does not occur.
[0019]
As a method of avoiding this problem, a method of adjusting the threshold potential VTH (LA) of the limit amplifier to the “0” level side instead of the center of VPRE is conceivable. However, since the intensity of the optical signal to be adjusted is weak (particularly in a range less than Pmin1) and the amplitude of VPRE is small, it is required to adjust the threshold potential VTH (LA) with high accuracy. Realization is extremely difficult. Further, since the intensity of the optical signal fluctuates due to the aging of the characteristics of the transmitter and the optical fiber, it is necessary to periodically readjust the threshold value VTH (LA). As described above, the wide dynamic range receiver circuit for LAN disclosed in Document 2 cannot be applied to the wide dynamic range receiver for long-distance transmission as it is.
[0020]
As a technique for expanding the dynamic range with respect to the reception intensity of the optical receiving circuit, a technique for improving the reference potential setting of the discrimination circuit is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-259752, and a technique for improving the gain setting of a so-called preamplifier is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 8- -139526, JP-A-7-193437, JP-A-7-38342 and JP-A-5-67930, all of which were intended for application to an optical communication system with a transmission frequency of 100 MHz. . That is, these technologies are 10 ns (nanosecond: 10 -9 Although response characteristics to optical pulses received at intervals of seconds can be expected, for example, 100 ps (picoseconds: 10) in a 10 GHz trunk optical communication system -12 The optical signal received at intervals of 2 seconds) could not be practically responded.
[0021]
Further, from the technology for suppressing the deterioration of the voltage pulse width in the optical receiver circuit disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-246879 and 5-218758, no technology for solving the above-described problems of the prior art has been found. .
[0022]
An object of the present invention is to provide an optical receiver circuit having high sensitivity and a wide dynamic range.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in an optical receiving circuit that receives an optical signal, converts it into an electrical signal, and outputs it, a photoelectric conversion unit that converts the optical signal into a current signal, A preamplifier for converting an output current signal into a voltage signal, and an amplifier for receiving the output voltage signal of the preamplifier, wherein if the difference between the input signal and the reference potential is smaller than a predetermined voltage, linear amplification and It includes an amplifier with a limit function that performs limit amplification when the voltage is higher than a predetermined voltage, and an automatic gain amplifier that amplifies the output signal of the amplifier with limit function and outputs a signal having a constant amplitude.
[0024]
The predetermined voltage at which the amplifier with limit function starts limit amplification is preferably set to be larger than the difference between the output signal voltage and the reference potential at the minimum receiving sensitivity of the preamplifier. The output signal voltage of the preamplifier at the minimum reception sensitivity is determined by the photoelectric converter and the preamplifier, and the value depends on the error rate desired for the optical receiver circuit.
[0025]
Furthermore, it is desirable to limit the output signal amplitude of the amplifier with a limit function so as to satisfy the relationship defined by the following expression 1 within the desired dynamic range of the optical signal.
[0026]
[Expression 1]
ΔVAWL <Rs · Δt (Formula 1)
In Equation 1, ΔVAWL is the output signal amplitude of the amplifier with limit function, Δt is the time occupied by a 1-bit optical signal, and Rs is the slew rate of the amplifier with limit function.
[0027]
Further, when the photoelectric conversion unit is composed of an avalanche photodiode or an erbium-doped optical fiber amplifier and a PIN photodiode, the minimum receiving sensitivity can be improved.
[0028]
When the optical signal is weak, the optical receiver circuit of the present invention linearly amplifies the voltage signal VPRE generated therefrom by the amplifier with limit function and the AGC amplifier at the next stage, and identifies the output voltage VAGC from the AGC circuit at the subsequent stage. Input to the circuit. The identification circuit sets a threshold potential for identifying 1 and 0 of the voltage signal VAGC input thereto according to the signal amplitude of the VAGC (signal voltage difference between 1 and 0). Therefore, the discrimination circuit can set an appropriate threshold potential even for a weak optical signal by linear amplification of the voltage signal by the amplifier with limit function and the AGC amplifier. On the other hand, when the optical signal intensity is strong, the amplifier with a limit function suppresses the amplitude of the output signal VAWL, thereby preventing distortion of the output signal of the preamplifier and suppressing an increase in error rate.
[0029]
If the gist of the present invention is grasped in one limited aspect, a photoelectric conversion unit (light receiving element), a first amplifier circuit (preamplifier) that converts a current signal output from the photoelectric conversion unit into a voltage signal. , An optical receiver circuit comprising a second amplifier circuit (gain adjusting amplifier or AGC amplifier) for reducing variation in amplitude of the voltage signal output from the preamplifier, or a voltage output from the second amplifier circuit In an optical transmission terminal device or optical transmission system configured in combination with an identification circuit that performs signal processing (identification), a third amplification circuit having the following function between the first amplification circuit and the second amplification circuit It is in providing. The first function required for the third amplifier circuit is that the output signal amplitude ΔVAWL is defined by the slew rate Rs (of the third amplifier) and the time Δt occupied by the 1-bit optical signal. It is to make it smaller than Δt.
[0030]
On the other hand, the second function required of the third amplifier circuit is to linearly amplify the voltage signal input from the first amplifier circuit to the third amplifier circuit to an amplitude equal to or lower than a predetermined voltage amplitude. It is. This function is important in signal detection when the amplitude of the voltage signal input from the first amplifier circuit to the third amplifier circuit is particularly small. For this reason, the linear amplification range by the third amplifier circuit is set wider than that of the conventional limit amplifier. In general, when the linear amplification range is widened, the gain is lowered. However, since the third amplifier circuit is used in combination with the second amplifier circuit at the subsequent stage, there is no practical problem.
[0031]
According to the circuit configuration of the present invention outlined above, when the optical signal intensity is weak, the amplifier with a limit function is performing linear amplification operation. Therefore, by performing further linear amplification with the AGC amplifier at the next stage. The threshold value of the discrimination circuit can be set to the optimum point. Also, when the optical signal intensity is strong, the limit function amplifier performs a limit operation, and the output signal amplitude of the preamplifier is distorted to prevent the error rate from increasing. As a result, an optical receiver circuit with high sensitivity and wide dynamic range can be realized.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0033]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention. The prior art (reference 1) of FIG. 2 is that an amplifier AWL with a limit function and a reference potential generation circuit VRG are inserted between a preamplifier PRE and a gain adjustment amplifier (hereinafter also referred to as an AGC amplifier) AGC. Different. On the other hand, the prior art (reference 2) in FIG. 4 is a combination of a reference potential generation circuit VRG that generates a reference potential based on an input signal from the preamplifier PRE and an amplifier AWL with a limit function to which the reference potential is input. However, there is a large difference in the voltage amplification gain of the amplifier with a limit function, and the limit amplifier LA disclosed in the prior art (Document 2) does not consider linear amplification of an input signal having a weak amplitude. The point is greatly different from the amplifier AWL with limit function of the present invention. In other words, the amplifier AWL with limit function of the present invention is basically a linear amplifier, and the output amplitude is kept substantially constant at a value determined by the circuit configuration by the limit function only when the output amplitude exceeds a certain value. Work like that.
[0034]
The functions characterized by the above-described basic configuration of the optical receiver circuit of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows the setting range of the threshold potential for the preamplifier output VPRE.
[0035]
The reference potential Vref of the amplifier AWL with limit function is set at the exact center of the preamplifier output signals VPRE0 (0) and VPRE (1) (both are shown by broken line graphs), and the linear amplification range of AWL (in the thick diagonal line graph) The width of the sandwiched vertical axis) is much wider than the conventional limit amplifier (several hundred mV). Therefore, as shown in FIG. 6, when the optical signal intensity is the minimum reception sensitivity Pmin0, linear amplification operation is performed and VAWL is output, and, as in the conventional technique of FIG. By performing amplification, the threshold value of the identification circuit can be set to the optimum point (voltage value VPRE in the shaded portion in FIG. 6 determined with respect to the optical signal intensity). On the other hand, when the optical signal intensity is large, the output value of the VAWL is limited so that the output signal amplitude of the amplifier with a limit function does not become excessive (it is suppressed to a predetermined value regardless of the magnitude of VPRE), so the slew rate This suppresses the waveform distortion caused by the above and widens the dynamic range as a receiver.
[0036]
The functional characteristics of the present invention will be compared with the prior art of Document 2 with reference to FIG. The optical signal intensity is between Pmin1 and Pmin0 in FIG. FIG. 6A schematically shows an optical signal, a preamplifier output, and a limit amplifier output when the photoelectric conversion element of the prior art in Document 2 is replaced with an APD or EDFA and a PIN diode. The noise superimposed on the signal in the figure corresponds to the signal distribution in FIG. 16, and the photoelectric conversion unit is composed of an APD or an erbium-doped optical fiber amplifier and a PIN photodiode, so it is superimposed on the “1” signal. The noise that is generated is larger than that of the “0” signal.
[0037]
In the prior art, the threshold potential VTH (LA) of the limit amplifier is set to the middle between the average potential of the “1” signal output of the preamplifier output and the average potential of the “0” signal output. Further, since the gain of the limit amplifier is set to be very large, the linear amplification range is only several mV at most. That is, only the signal between the two thick lines shown as the linear amplification range in the figure is linearly amplified, the information held by the signal located outside the signal is ignored, and a constant potential is output. As a result, the limit amplifier output VLA has a waveform as shown in the figure. It can be seen that when the signal is “0”, it can be normally identified, but when the signal is “1”, it is buried in noise and cannot be identified.
[0038]
On the other hand, in the case of the present invention (see FIG. 22B), the reference potential is set to the same potential as the conventional VTH (LA). However, since the linear amplification range is as wide as several hundred mV, the preamplifier output VPRE is The signal is linearly amplified as it is and output from the AGC amplifier and further linearly amplified to obtain a signal (VAGC) having a desired amplitude. For this reason, the output of the AGC amplifier is a faithful reproduction of the optical signal waveform, that is, a signal that is faithfully converted into an electrical signal without losing the information of the optical signal (however, the preamplifier and the limit function) (Some noise generated by the attached amplifier and AGC amplifier is added.) Therefore, if VTH (DEC) is set slightly to the VAGC rather than the “0” signal, the signal can be normally identified.
[0039]
Next, FIG. 19 shows an example of a specific circuit configuration of the optical receiver circuit of the present invention introduced in FIG. In the circuit configuration disclosed in FIG. 19 with respect to FIG. 1, the configurations of the light receiving element APD (but not limited to the avalanche photodiode), the identification circuit DEC, and the clock signal extraction circuit are omitted.
[0040]
However, I provided in the circuit of the preamplifier PRE IN The signal current from the light receiving element APD is input to the terminal, and the VAGC terminal provided in the circuit of the AGC amplifier is electrically connected to the voltage signal input terminal of the identification circuit DEC and the voltage signal input terminal of the clock extraction circuit CEXT, respectively. Is done. Each circuit configuration of the optical receiver circuit shown in FIG. 19 is shown in FIG. 10 for the preamplifier PRE, FIG. 7 for the amplifier AWL with a limit function, and FIG. The gain adjustment amplifier AGC will be described with reference to FIG.
[0041]
The optical receiving circuit of the present invention is not limited to the circuit configuration shown in FIG. 19, and the components of each circuit can take various modes introduced in the following first to fourth embodiments, for example. Therefore, details of each of the amplifier AWL with limit function, the preamplifier PRE, the gain adjustment amplifier AGC, and the reference potential generation circuit VRG, which are components of the optical receiver circuit of the present invention, will be described in detail with reference to the related drawings.
[0042]
<Example 1>
FIG. 7 shows an embodiment of an amplifier with a limit function (hereinafter also abbreviated as a limit amplification unit AWL) according to the present invention, which is an example using a differential amplifier composed of bipolar transistors. When the input signal input to the terminal IN in FIG. 7 is close to the reference potential Vref, it operates as a linear amplifier circuit, and its gain A can be generally expressed by the following equation 2.
[0043]
[Expression 2]
A = RC / ((2VT / IA) + RE) (Formula 2)
In Equation 2, RC is the resistance value of the load resistor RC0, RE is the resistance value of the emitter resistor RE0, VT = q / kT, and IA is the bias current of the differential amplifier (where q is the amount of charge of electrons, and k is Boltzmann constant, T represents temperature). The differential amplifier circuit shown in FIG. 7 includes a left circuit (consisting of RC0, QA0, RE0 and CE0) and a right circuit (RC1, QA1, RE1) from the ground potential (upper part of the figure) to the constant current source IA. And CE1) are required to be symmetrically configured. In practice, an error of up to 3% is allowed between the parameters (resistance value, capacitance, etc.) of each circuit element in the left and right circuits, but it is required to remove this error in circuit design. The That is, in the circuit design, the RC is set equal to RC1 and the RE is set equal to RE1. The linear amplification range VLR is generally expressed by the following equation 3.
[0044]
[Equation 3]
VLR = 2RE · IA (Formula 3)
The capacitors CE0 and CE1 are peaking capacitors, and have a function of increasing the gain at high frequencies and improving the band.
[0045]
FIG. 8 shows another embodiment of an amplifier with a limit function, and shows an example of a differential amplifier using a cascode connection. 7 differs from the embodiment of FIG. 7 only in that the cascode transistors QCS0 and QCS1 are connected to the collectors of the transistors QA0 and QA1. The gain and the linear amplification range are expressed by Equation 2 and Equation 3 as in the embodiment of FIG. By connecting the cascode transistor, the mirror capacitance of the transistor QA0 can be reduced, and the band can be extended as compared with the embodiment of FIG.
[0046]
FIG. 9 shows another embodiment of an amplifier with a limit function, and shows an example in which a transimpedance circuit is used instead of a resistor as a load circuit. Transistors QF0, QF1, resistors RF0, RF1, RC2, RC3 and a current source IF constitute a transimpedance circuit, which has a function of lowering the input impedance viewed from the collectors of the transistors QA0, QA1 and reducing the mirror capacitance. Thereby, it is possible to achieve a wider band than the embodiment of FIG. The gain A of this circuit can be generally expressed by the following equation 4.
[0047]
[Expression 4]
A = RF / ((2VT / IA) + RE) (Formula 4)
In Equation 4, RF is the resistance value of the feedback resistor RF0.
[0048]
Also in the differential amplifier circuit shown in FIG. 9, it is required to symmetrically configure the left and right circuits from the ground potential (upper part of the drawing) to the constant current source IA, similar to that of FIG. Therefore, an error of 3% at maximum is allowed in practice between the resistance values of RF0 and RF1, but it is required to make RF0 and RF1 equal in circuit design. The linear amplification range is expressed by Equation 3.
[0049]
7 to 9 show an example in which the output is directly taken out from the differential amplifier, but the output may be taken out through a buffer circuit such as an emitter follower if necessary.
[0050]
<Example 2>
FIG. 10 shows an embodiment of the preamplifier (preamplifier unit PRE) of the present invention, which is an example using a transimpedance amplifier circuit. Transimpedance Z of this circuit T Is approximately equal to the resistance value of RF2. The reason is transimpedance Z T Based on the following formula 5 that defines
[0051]
[Equation 5]
Z T = (RF2 · A 0 ) / (1 + A 0 ... (Formula 5)
In Equation 5, A 0 Represents the gain of the circuit comprising the transistor QP0 and the load resistor RL in FIG. 10, and RF2 represents the resistance value of RF2 in FIG. The circuit of FIG. 0 Therefore, the following approximate expression 6 is established.
[0052]
[Formula 6]
A 0 / (1 + A 0 ) = 1 (Formula 6)
From the relationship of Equation 6, it is clear that the transimpedance can be approximated by the resistance value of RF2.
[0053]
On the other hand, the bandwidth of the preamplifier is governed by the pole determined by the product of the capacitance of the input section (input capacitance of the preamplifier and the capacitance of the photodiode) Cin and the input resistance Zin of the preamplifier. The pole is defined as “−2π / τ” by the time constant τ (τ = resistance × capacitance). The larger the pole (the smaller the time constant), the faster the preamplifier can respond to the received optical signal pulse. In other words, as the pole becomes larger, it becomes possible to receive an optical signal transmitted at a shorter pulse interval (higher frequency). The input resistance Zin is approximately expressed by the following equation 7.
[0054]
[Expression 7]
Zin = Z T / AE = RF2 / AE (Expression 7)
In Equation 7, AE represents the open loop gain of the grounded emitter amplifier. Since the open loop gain can be kept large even in the high frequency region where Zin is set to be small, it is possible to increase the bandwidth of the optical signal that can be received.
[0055]
FIG. 11 shows another embodiment of the preamplifier, and shows a case where a cascode connection is used. 10 differs from the embodiment of FIG. 10 only in that a cascode transistor QCS2 is connected to the collector of the transistor QP0. By connecting the cascode transistor, the mirror capacitance of the transistor QP0 can be reduced, so that the input capacitance of the preamplifier can be reduced. Therefore, a wider band can be achieved than in the embodiment of FIG. However, since the phase margin of the feedback loop is reduced, it is necessary to design with attention to the flatness of the frequency characteristics.
[0056]
10 and 11 show an example of output via one emitter follower, the number of emitter followers may be increased as necessary.
[0057]
<Example 3>
FIG. 12 shows an example of an AGC amplifier suitable for the optical receiver circuit of the present invention. Although the case where a transimpedance circuit is used as the load circuit is shown here, the load circuit can also be configured by a resistor.
[0058]
In the circuit of FIG. 12, the output terminal VAWL0 of FIGS. 7 to 9 is connected to the input terminal IN0, and the output terminal VAWL1 of FIGS. 7 to 9 is connected to the input terminal IN1. When the potential difference between the control signals VCNT0 and VCNT1 is increased, the gain of the AGC amplifier is increased, and when the potential difference is decreased, the gain is decreased. If the gain of one stage of this circuit is insufficient, a plurality of stages may be connected in cascade. The control signals VCNT0 and VCNT1 are controlled by, for example, detecting the amplitude of VAGC and setting it by comparing with the nominal voltage VN, the peak detection circuit PD, the reference circuit REF, and the gain control circuit GC described in the above-mentioned document 1. It is better to use a technology that combines
[0059]
In this embodiment, the output is directly taken out from the AGC amplifier. However, the output may be taken out through a buffer circuit such as an emitter follower if necessary.
[0060]
<Example 4>
FIG. 13 shows an embodiment of the reference potential generation circuit (reference potential generation section VRG), which is an example constituted by a low-pass filter. The low-pass filter is composed of a resistor RLP and a capacitor CLP. Note that the capacitor CLP may be provided inside the semiconductor chip or connected to the outside. By extracting a DC component from the preamplifier output VPRE through a low-pass filter, the center potential of VPRE can be obtained.
[0061]
FIG. 14 shows another embodiment of the reference potential generating circuit. This circuit includes a circuit TH for detecting a high potential of the preamplifier output VPRE, a circuit BH for detecting a low potential, and resistors RA1 and RA2. The resistance values of the resistors RA1 and RA2 are set equal. When the preamplifier output becomes a high potential, the capacitor CTH is charged by the transistor QTH to the potential of VPRE (H) -VBE (VBE is a bias voltage between the base and the emitter of the transistor QTH). Further, when the preamplifier output becomes a low potential, the capacitor CBH is discharged to the potential of VPRE (L) + VBE by the diode DBH. If these two potentials are divided by the resistors RA1 and RA2, the center potential between the high potential and the low potential of the preamplifier output VPRE can be obtained.
[0062]
<Example 5>
In the present embodiment, an optical receiver circuit instead of the configuration of FIG. 19 is introduced. An outline of the optical receiving circuit of this embodiment is shown in FIG. In the configuration disclosed in FIG. 20 with respect to FIG. 1, the configurations of the light receiving element APD (but not limited to the avalanche photodiode), the AGC amplifier, the identification circuit DEC, and the clock signal extraction circuit are omitted. However, I provided in the circuit of the preamplifier PRE IN A signal current from the light receiving element APD is input to the terminal, and the VAWL terminal provided in the circuit of the amplifier AWL with limit function is electrically connected to the voltage signal input terminal of the AGC amplifier.
[0063]
The optical receiver circuit shown in FIG. 20 has a signal current I generated in the photoelectric conversion element by an optical signal transmitted at 10 Gb / s (gigabit / second). IN Is received in a wide dynamic range up to an amplitude current value of 2 mA at maximum. This optical receiver circuit receives a wide dynamic range input current signal IIN with a high transformer impedance gain, a trans-impedance amplification stage comprising a preamplifier PRE, a limit amplification stage comprising a limit amplification part AWL, and The reference potential generator VRG is configured to supply a reference voltage Vref to the limit amplifier AWL. In the present embodiment, the circuit stage described as the limit amplification stage is an abbreviation for the circuit stage indicating the function of the amplifier with limit function described above.
[0064]
The preamplifier PRE is connected to a bias voltage supply Vbias that supplies a bias voltage thereto. Each part is provided with terminals of power supply voltages VCC and VEE (where VEE <VCC), and a constant current source (indicated by a symbol enclosing an arrow in a circle) is provided on the emitter side of the transistor.
[0065]
A reference potential generator configured to include a low-pass filter having an external capacitor CEXT outputs an intermediate value of the output amplitude voltage by the transformer / impedance amplification stage as a reference voltage Vref. The output voltage VPRE of the preamplifier is applied to the base of one transistor T4 constituting a differential amplifier in the limit amplifier AWL, and the reference voltage Vref is applied to the base of the other transistor T5. Thereby, the signal current I IN In the amplification by the trans-impedance amplification stage and the limit amplification stage for IN When the value is small, linear amplification is performed in both amplification stages to obtain a high impedance gain, and I IN When the value is large, the limit gain stage exhibits a limit amplification function, so that the impedance gain can be suppressed to a desired value.
[0066]
That is, as shown in FIG. 21, the limit amplification stage has a small I of about 400 μA or less predetermined by this circuit configuration. IN Exhibits a linear amplification function and an I greater than 400 μA IN Is configured to show a so-called limit function that outputs a value of VAWL (400 mV) determined in advance by the circuit configuration of the limit amplifier AWL regardless of the value. Thereby, in the limit amplification stage, the weak signal I IN Can be transmitted to an AGC amplification unit (not shown) without losing IN The distortion of the output signal waveform can be suppressed even when the dynamic range is from several μA to 2 mA. As a result, the signal identification accuracy of “1”-“0” in the identification circuit unit DEC (not shown) can be maintained and improved.
[0067]
In FIG. 20, the preamplifier PRE is composed of a grounded-emitter amplifier having a transistor T1 and a resistor R2, and a shunt feedback loop comprising a transistor T2, a diode D1, and a resistor R1. . The limit amplifier AWL is composed of a wideband differential amplifier and an output buffer. In addition, in order to improve the frequency response characteristics of both amplification units, a bias voltage supply unit Vbias is connected to the preamplification unit PRE, and a peaking network is connected to the limit amplification unit AWL.
[0068]
In the preamplifier PRE, it is necessary to stabilize the bias voltage applied to the resistor R2 in order to suppress the fluctuation of the transformer impedance with respect to the frequency response and reduce the fluctuation of the eye diagram (Eye-Diagram). Since the emitter common amplifier constituting the preamplifier PRE is susceptible to the current fluctuation of the transistor T1 and determines the frequency response characteristic of the preamplifier, in order to stabilize the bias voltage, It is necessary to prevent this from being affected by fluctuations in VCC. Since the bias voltage supplied from the bias voltage supply unit Vbias shown in FIG. 20 is determined by the ground potential and the circuit components, it is independent of the fluctuation of VCC.
[0069]
On the other hand, the limit amplifying unit AWL is required to have characteristics capable of responding to a wider frequency band than the preamplifying unit PRE, and therefore, a peaking network including resistors R3 and R4 and a capacitor CP is connected. Since the load circuit composed of the transistors T6 and T7 and the resistors R5 and R6 exhibits a low input impedance by feedback via the R5 and R6, the mirror effect of the transistor pair T4 and T5 constituting the differential input circuit is suppressed, and the limit A response in a wide frequency band of the amplification unit AWL can be realized.
[0070]
The output buffer of the limit amplifier AWL includes a two-stage emitter follower (transistor T8-T10 or T9-T11) and a damping resistor (R10, R11) in order to increase the node output speed and reduce the transformer impedance fluctuation. I have. The output signal of the preamplifier PRE is branched by the emitter-follower transistor T12 and input to the reference potential generator VRG. The reference potential generator VRG includes a resistor R14, a low-pass filter having capacitors CLP and CEXT, and an emitter-follower transistor T13. The output voltage Vref is intermediate between the output voltage VPRE of the preamplifier PRE. Indicates the value.
[0071]
<Example 6>
In the above embodiments, all bipolar transistors are used, but it goes without saying that the optical receiver circuit of the present invention can be realized by replacing them with field effect transistors such as MOSFETs and MESFETs.
[0072]
FIG. 23 shows a configuration in which all the bipolar transistors of the optical receiver circuit of the present invention shown in FIG. 19 are replaced with MOS type field effect transistors.
[0073]
In FIG. 19, the transistors QP0 and QEF of the preamplifier PRE, the transistors QA0 and QA1 of the limit amplifier (amplifier with limit function) AWL, and the transistor Q of the AGC amplifier AGC IN (0), Q IN (1), Q AMP (1), Q AMP (2), Q AMP (3), Q AMP (4), QF0 and QF (1) are all composed of NPN-type bipolar transistors (having an N-type collector and emitter and a P-type base). In FIG. It has been replaced with an effect transistor.
[0074]
An N-channel field effect transistor is formed by separating an N-type dose region and a drain region in a P-type semiconductor layer, and an oxide film (insulating) on the P-type semiconductor layer sandwiched between the two regions. A gate electrode is formed through a film. Although the bipolar transistor is superior in terms of signal processing speed, the field effect transistor can be easily separated from each other, so that the optical receiver circuit of the present invention is superior to the bipolar transistor when integrated on the same semiconductor substrate. Is.
[0075]
In the N-channel field effect transistor shown in FIG. 23, the potential of the P-type semiconductor layer sandwiched between the N-type source and drain is set to the low potential side (drain potential). The setting of the potential of the layer is not limited to this embodiment.
[0076]
<Example 7>
An example of an optical communication system to which the optical receiver circuit of the present invention is applied is shown in FIG.
[0077]
In order to clarify the concept of the optical communication system according to the present invention, optical fiber cables LINE A, LINE are provided for telephone stations A, B, C shown as TS (A), TS (B) and TS (C) in FIG. B, only the optical signal transmission function to the telephone station R (TS (R)) by LINE C is shown. Also, the telephone station R shows only the optical reception function from the telephone stations A, B, and C. In FIG. 24, telephones and computers indicated as USERS (A), (B), (C), or (R) indicate subscribers of respective telephone stations.
[0078]
The optical communication system according to the present invention will be described using an example in which information from USERS (A), (B), and (C) is transmitted to USERS (R). Information from each former subscriber is replaced with an optical signal having a wavelength of 1.3 to 1.6 μm at each telephone station and input to the optical fiber cable LINE A, LINE B or LINE C leading to the telephone station R. The The spectrum of the optical signal intensity (Intensity of Opt. Sig.) With respect to the time axis direction at this time is shown for each telephone station. Information transmitted from each telephone office is encoded into digital information consisting of one signal composed of optical pulses of intensity Itrs and zero signal without optical pulses.
[0079]
Time t a0 To t a1 Optical signal transmitted from the central office A during the time t b0 To t b1 Optical signal transmitted from the telephone station B during c0 To t c1 All the optical signals transmitted from the telephone station C during this period pass through a multiplexer (an optical coupler such as a Star Coupler) CL provided in the telephone station R or a trunk transmission line (Trunk Line) leading to the central office R, The light enters the optical fiber optically connected to the light receiving element PD provided in the optical receiving circuit of the telephone station R. The optical signal received from each telephone station is serially decoded into transmission information in accordance with the time addressed to each transmitting station in the telephone station R. A device for combining transmission information is arranged at the subsequent stage of the identification circuit DEC provided in the telephone station, and is provided in the telephone station R or in a subscriber's terminal (Terminal) according to the transmission form.
[0080]
In FIG. 24, consider the case where distances AR, BR and CR between telephone stations A, B and C and telephone station R are set to 20 km, 100 km and 500 km, respectively. At this time, the optical signal received by the telephone station R is converted into a voltage signal shown in FIG. 25A by the preamplifier PRE. The vertical axis in FIG. 25A represents the voltage value V of the output signal from the preamplifier PRE. PRE Indicates. This output signal is the voltage amplitude V DET When the value exceeds, the signal waveform deteriorates in the AGC amplifier at the subsequent stage, and the error rate exceeds the level that is practically acceptable. Time t from telephone station A near telephone station R a0 To t a1 Since the optical signal transmitted during the period is almost lost in the propagation of the optical fiber, the preamplifier PRE DET Voltage amplitude over V a Strong voltage pulse V PRE Has been converted.
[0081]
On the other hand, in the present invention, the amplifier AWL with a limit function is arranged between the preamplifier PRE and the AGC amplifier, and the circuit is connected to the V amplifier. PRE Voltage amplitude of the first potential V 1 Output V when AWL Voltage amplitude V 1 (See FIG. 25B). As a result, the digital information transmitted from the central office A is almost free from the deterioration of the signal waveform at the AGC amplifier, and the voltage signal V AGC To the identification circuit (see FIG. 25C).
[0082]
On the other hand, the threshold voltage V of the identification circuit DEC in the telephone station R TH (DEC) is artificially set between the first potential and the zero potential. The voltage is set to, for example, half of the first potential. On the other hand, the AGC amplifier can automatically adjust the amplification gain according to the voltage signal input thereto. A practical automatic gain adjustment in the AGC amplifier is a voltage amplitude (not shown) generated by a dummy optical signal transmitted before an optical signal carrying information to be transmitted from each of the telephone stations A, B, and C. Based on. However, the automatic gain adjustment function of the AGC amplifier is not perfect. This is because the AGC amplifier has a voltage pulse input thereto having a predetermined potential (for example, the second potential V 2 ) In the following cases, the voltage amplitude is V TH Amplification beyond (DEC) becomes impossible.
[0083]
Time t from telephone station C, 500 km away from telephone station R c0 To t c1 Since the optical signal transmitted during the period is greatly attenuated due to the loss during the propagation of the optical fiber, the signal is amplified by the preamplifier PRE. 2 Voltage amplitude less than V c Weak voltage pulse V PRE (See FIG. 25 (a)). In order to solve this problem, V in the identification circuit DEC TH (DEC) must be set to vary according to the input voltage signal. However, this method has a limit in responsiveness for identifying a voltage signal supplied at a very short pulse interval.
[0084]
On the other hand, in the present invention, the voltage amplitude V is obtained by linear amplification by the amplifier AWL with limit function. c Voltage amplitude V 2 It can be amplified as described above (see FIG. 25B). Therefore, the amplified voltage amplitude is V TH Even if it does not reach (DEC), it is further amplified by the AGC amplifier at the subsequent stage, so that it is sufficient to be identified by the identification circuit DEC (V TH It is converted into a pulse having a voltage amplitude (above (DEC)) (see FIG. 25C).
[0085]
As described above, in the optical communication system according to the present invention, the linear amplifier for assisting the AGC amplifier is inserted between the preamplifier PRE and the AGC amplifier AGC, and the operation of the linear amplifier is input to the voltage. Limit according to the amplitude of the signal. That is, in the process of transmitting the voltage signal from the preamplifier to the AGC amplifier, at least the above-mentioned V DET The voltage signal having the above voltage amplitude is suppressed to a predetermined voltage amplitude, and other voltage signals are selectively amplified. For this reason, the dynamic range of the received intensity of the optical signal can be expanded without performing the gain adjustment of the preamplifier PRE that limits the transmission speed of the voltage signal and the threshold potential adjustment of the identification circuit.
[0086]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical receiver circuit and an optical communication system with high sensitivity and a wide dynamic range. Therefore, particularly in a trunk optical communication system that performs long-distance optical signal transmission using an optical fiber, it is possible to perform processing of received optical signals (“1”-“0” determination) with a low error rate. Also, the signal processing error rate can be significantly reduced for optical signals from optical fibers having different transmission distances.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a conventional technique (disclosed in Document 1).
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the prior art (disclosed in Document 1).
FIG. 4 is a diagram showing another conventional technique (disclosed in Document 2).
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of another prior art (disclosed in Document 2).
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of an amplifier used in the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of an amplifier used in the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing an example of an amplifier used in the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a preamplifier used in the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a preamplifier used in the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an example of an AGC amplifier used in the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing an example of a reference potential generation circuit used in the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a reference potential generation circuit used in the present invention.
15 is a diagram showing a circuit of an AGC amplifier disclosed in Document 1. FIG.
FIG. 16 is a diagram for explaining an error rate of “1”-“0” signal identification;
FIG. 17 is a diagram for explaining the correspondence between the optical signal input and the voltage output of the preamplifier and the AGC amplifier.
FIG. 18 is a diagram for explaining waveform distortion caused by a slew rate.
FIG. 19 is a diagram showing a preferred embodiment of an optical receiver circuit according to the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing another preferred embodiment (Example 5) of the optical receiver circuit according to the present invention;
21 is a graph showing the relationship of the output signal amplitude with respect to the input current from the photoelectric conversion element in the circuit of FIG.
22 is an explanatory diagram comparing the operation of the prior art (disclosed in Document 2) and the present invention. FIG.
FIG. 23 is a diagram showing another desired embodiment (Example 6) of the optical receiver circuit according to the present invention;
FIG. 24 is a diagram showing an embodiment of an optical communication system to which an optical receiver circuit according to the present invention is applied.
25 is a diagram showing a change in the waveform of a voltage signal in the optical receiver circuit employed in the telephone station R of the optical communication system in FIG. 24. FIG. (A) schematically shows voltage waveforms output from the preamplifier, (b) from the amplifier with limit function, and (c) from the AGC amplifier.
[Explanation of symbols]
APD: avalanche photodiode, PRE: preamplifier, AWL: amplifier with limit function, AGC: AGC amplifier, DEC: identification circuit, CEXT: clock extraction circuit, VRG: reference potential generation circuit

Claims (6)

信号を電流信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の出力電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、該前置増幅器の出力電圧信号を受ける増幅器であって、入力信号と参照電位の差が所定の電圧よりも小さい場合は線形増幅し、所定の電圧よりも大きい場合はリミット増幅するリミット機能付き増幅器と、該リミット機能付き増幅器の出力電圧信号を増幅して一定振幅の信号を出力する自動利得制御増幅器を含む、光信号を受けて電気信号に変換し出力する光受信回路を有する光受信器において、
該光信号の所望のダイナミックレンジの範囲内で、
ΔVAWL<Rs・Δt
(ここで、ΔVAWLは該リミット機能付き増幅器の出力信号振幅、Δtは1ビットの光信号が占める時間、Rsは該リミット機能付き増幅器のスルーレート)を満たすように該リミット機能付き増幅器の出力信号振幅を制限することを特徴とした光受信
A photoelectric converter that converts an optical signal into a current signal; a preamplifier that converts an output current signal of the photoelectric converter into a voltage signal; and an amplifier that receives an output voltage signal of the preamplifier, the input signal; When the difference between the reference potentials is smaller than a predetermined voltage, linear amplification is performed. In an optical receiver having an optical receiving circuit that receives an optical signal, converts the optical signal into an electrical signal, and includes an automatic gain control amplifier that outputs the signal,
Within the desired dynamic range of the optical signal,
ΔVAWL <Rs · Δt
(Where ΔVAWL is the output signal amplitude of the amplifier with limit function, Δt is the time occupied by the 1-bit optical signal, and Rs is the slew rate of the amplifier with limit function) so that the output signal of the amplifier with limit function optical receiver which is characterized by limiting the amplitude.
上記請求項1の光受信器において、該光電変換部はアバランシェフォトダイオードで構成されたことを特徴とする光受信器。  2. The optical receiver according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit is composed of an avalanche photodiode. 上記請求項1の光受信器において、該光電変換部は光ファイバ増幅器とPINフォトダイオードで構成されたことを特徴とする光受信器。  2. The optical receiver according to claim 1, wherein the photoelectric conversion unit includes an optical fiber amplifier and a PIN photodiode. 光信号を電流信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の出力電流信号を電圧信号に変換する前置増幅器と、該前置増幅器の出力電圧信号を受ける増幅器であって、入力信号と参照電位の差が所定の電圧よりも小さい場合は線形増幅し、所定の電圧よりも大きい場合はリミット増幅するリミット機能付き増幅器と、該リミット機能付き増幅器の出力電圧信号を増幅して一定振幅の信号を出力する自動利得制御増幅器を含む、光信号を受けて電気信号に変換し出力する光受信回路を有する光受信器において、
該リミット機能付き増幅器がリミット増幅を始める所定の電圧は、所望の誤り率の下での該光電変換部及び該前置増幅回路で決まる最小受信感度における該前置増幅回路の出力信号と該参照電位の差よりも大きく設定されており、
該光信号の所望のダイナミックレンジの範囲内で、
ΔVAWL<Rs・Δt
(ここで、ΔVAWLは該リミット機能付き増幅器の出力信号振幅、Δtは1ビットの光信号が占める時間、Rsは該リミット機能付き増幅器のスルーレート)を満たすように該リミット機能付き増幅器の出力信号振幅を制限することを特徴とした光受信器。
A photoelectric converter that converts an optical signal into a current signal; a preamplifier that converts an output current signal of the photoelectric converter into a voltage signal; and an amplifier that receives an output voltage signal of the preamplifier, the input signal; When the difference between the reference potentials is smaller than a predetermined voltage, linear amplification is performed. In an optical receiver having an optical receiving circuit that receives an optical signal, converts the optical signal into an electrical signal, and includes an automatic gain control amplifier that outputs the signal,
The predetermined voltage at which the amplifier with the limit function starts limit amplification is the output signal of the preamplifier circuit and the reference at the minimum reception sensitivity determined by the photoelectric conversion unit and the preamplifier circuit under a desired error rate. It is set larger than the potential difference,
Within the desired dynamic range of the optical signal,
ΔVAWL <Rs · Δt
(Where ΔVAWL is the output signal amplitude of the amplifier with limit function, Δt is the time occupied by the 1-bit optical signal, and Rs is the slew rate of the amplifier with limit function) so that the output signal of the amplifier with limit function An optical receiver characterized by limiting the amplitude.
上記請求項4の光受信器において、該光電変換部はアバランシェフォトダイオードで構成されたことを特徴とする光受信器。  5. The optical receiver according to claim 4, wherein the photoelectric conversion unit is composed of an avalanche photodiode. 上記請求項4の光受信器において、該光電変換部は光ファイバ増幅器とPINフォトダイオードで構成されたことを特徴とする光受信器。5. The optical receiver according to claim 4, wherein the photoelectric conversion unit includes an optical fiber amplifier and a PIN photodiode.
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