專利名稱：光接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可正確地檢測(cè)出光輸入信號(hào)的有無(wú)的光接收器。
背景技術(shù)：
光接收器具有將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)并加以輸出的功能。光 接收器的輸入信號(hào)是例如聲音、電子郵件或以互聯(lián)網(wǎng)為代表的包含文 字、圖像信息的電子數(shù)據(jù)等信息。這些信息通過(guò)按照特定通信協(xié)議決
定的幀(frame)方式祐Jt字化、編碼化。
在此，在將響應(yīng)速度高速化的光接收器中，需要使光接收器的初 級(jí)放大部的增益小。但是初級(jí)放大部的增益小時(shí)光接收器的S/N比(信 噪比Signal to Noise Ratio )也會(huì)降低。因此，以不惡化S/N比為前 提進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以在將響應(yīng)速度高速化的同時(shí)提高光接收器的最小接收 靈敏度。
一般為了提高最小接收靈敏度，在光電變換電路中采用雪崩光電 二極管(Avalanche Photo Diode ，下面稱為APD) 。 APD指的是利用 以下作用的光電二極管，即利用根據(jù)光輸入信號(hào)而發(fā)生的電子-空穴 對(duì)在耗盡層內(nèi)被高電場(chǎng)加速，與晶格原子沖撞并以雪崩方式生成電子 -空穴對(duì)的倍增作用。如上所述，APD需要由高電場(chǎng)來(lái)加速載流子， 因此它的驅(qū)動(dòng)電壓較高。
另一方面，對(duì)于一部分上包含光接收器的光傳輸裝置，近年開(kāi)展 了裝置的小型化及低耗電化，用于向光接收器供電的電源有低電壓化 趨勢(shì)。又，光電變換電路具有上述APD的場(chǎng)合，光傳輸裝置的電源 電壓有小于APD的驅(qū)動(dòng)電壓的情形。在這種情況下，應(yīng)對(duì)方式是在 光接收器內(nèi)部配置高電壓發(fā)生電路，將利用該高電壓發(fā)生電路來(lái)升壓后的電壓施加在APD。
APD生成的電信號(hào)經(jīng)放大及直流變換后與規(guī)定閾值即警報(bào)發(fā)出 閾值被比較。與警報(bào)發(fā)出閾值的比較是由稱為信號(hào)丟失檢測(cè)電路的部 分來(lái)實(shí)施的。即，在信號(hào)丟失檢測(cè)電路中通過(guò)所述電信號(hào)與警報(bào)發(fā)出 閾值的比較，進(jìn)行有無(wú)光輸入信號(hào)的信號(hào)丟失檢測(cè)的判定。信號(hào)丟失 檢測(cè)功能是通知光接收器或包含該光接收器的光傳輸裝置的異常的 發(fā)出警報(bào)的功能，因此最好沒(méi)有檢測(cè)誤差而高精度且穩(wěn)定地發(fā)揮其作 用。還有，在專利文獻(xiàn)1-4中有如何提高與確保光接收器穩(wěn)定動(dòng)作 等相關(guān)的特性的記載。
專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平1 - 245725號(hào)>^報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)昭58 - 124339號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2005 - 354548號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2005 - 304022號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)5.'日本特開(kāi)平7- 162369號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)6:國(guó)際公開(kāi)號(hào)；WO 2004/010613
借助圖14~16說(shuō)明本申請(qǐng)的課題。圖14是針對(duì)典型的光接收器 的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。在圖14中，首先通過(guò)光纖100的光輸入信號(hào)輸入 到光電變換電路102。在光電變換電路102中，光輸入信號(hào)通過(guò)接受 來(lái)自高電壓發(fā)生電路104的供給電壓而驅(qū)動(dòng)的APD變換為電信號(hào)。
接著，光電變換電路102的輸出即電信號(hào)傳輸至電放大器106。 然后在電放大器106放大的電信號(hào)輸入至直流信號(hào)變換電路108，變 換為直流信號(hào)。在直流信號(hào)變換電路108中變換的電信號(hào)輸入至信號(hào) 丟失檢測(cè)電路110，與規(guī)定闊值電壓作比較。信號(hào)丟失檢測(cè)電路110 在比較結(jié)果檢測(cè)出信號(hào)丟失時(shí)將警報(bào)信號(hào)輸出至外部的輸出端116。
光輸入信號(hào)通過(guò)由高電壓發(fā)生電路的輸出電壓驅(qū)動(dòng)的APD來(lái)變 換為電信號(hào)，在基于該電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)丟失檢測(cè)的光接收器中，為了 穩(wěn)定動(dòng)作而施加到APD的電壓最好恒定。即，需要將高電壓發(fā)生電 路的輸出電壓大致保持恒定，從而保障APD的穩(wěn)定動(dòng)作。
5但是，光輸入信號(hào)被截?cái)嗟囊凰查g，高電壓發(fā)生電路的輸出電流 (稱為lout)非常接近零值，有可能因控制誤差而出現(xiàn)使高電壓發(fā)生 電^各的輸出電壓(稱為V OUt)上升的反^f動(dòng)作。又，上升的V out
放大APD的暗電流，盡管沒(méi)有光輸入信號(hào)，但向信號(hào)丟失檢測(cè)電路
供給閾值以上的電信號(hào)，因此有信號(hào)丟失檢測(cè)誤動(dòng)作的問(wèn)題。
對(duì)于該問(wèn)題，利用圖16所示的電流/電壓波形進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖 16中光輸入信號(hào)Pin被截?cái)嗟膱?chǎng)合，APD的輸出電流Iapd降低，因 此I out也非常接近零值。
在此，高電壓發(fā)生電路有時(shí)通過(guò)PWM (脈寬調(diào)制Pulse Width Modulation)控制來(lái)進(jìn)行使輸出電壓Vout保持恒定的控制的情形。為 了不依賴干擾噪聲而得到穩(wěn)定的Vout， PWM控制回路的典型的結(jié)束 時(shí)間設(shè)定為10msec以上這種較長(zhǎng)的時(shí)間。
號(hào)且如圖15所示Iout被截?cái)嗟膱?chǎng)合，產(chǎn)生控制誤差，會(huì)發(fā)生使Vout 瞬間上升的反饋動(dòng)作。然后，使保持恒定的Vout并放大APD的暗電 流。即，若Vout上升則暗電流祐J文大，因此正在降低的Iapd再次上 升。結(jié)果，在直流信號(hào)變換電路108中盡管沒(méi)有光輸入信號(hào)，但電信 號(hào)(信號(hào)電平輸出)也會(huì)如圖16中由信號(hào)電平輸出V peak所表示超 過(guò)閾值電壓VTH。又，如虛線所示，出現(xiàn)在信號(hào)丟失輸出Vlos中發(fā) 生信號(hào)丟失檢測(cè)誤差的問(wèn)題。
還有，這樣動(dòng)作的光接收器的在沒(méi)有光輸入信號(hào)時(shí)的lout由下式 1所示。
<formula>formula see original document page 6</formula>
在此，iN 是散粒噪聲，q是電子的電荷量，Id是光接收器的暗電 流，B是帶通寬度，M是倍增系數(shù)。此外X是APD的過(guò)剩噪聲指數(shù)。 又，從式1可知散粒噪聲中倍增系數(shù)M的貢獻(xiàn)大。倍增系數(shù)M由以 下式2所表示。1 — ( 6 )"似
V
在此，Vb是APD的反向電壓，VB是APD的擊穿電壓。由式l、 2可知散粒噪聲iN^及倍增系數(shù)M是Vb越接近Vb就越増加。因而在 沒(méi)有光輸入信號(hào)的場(chǎng)合，為了減小I叩d而必須減小APD的反向電壓， 即抑制Vout的上升。可是，由于產(chǎn)生上述的控制誤差，Vout瞬間上 升，因此Vapd也上升，結(jié)果出現(xiàn)產(chǎn)生信號(hào)丟失檢測(cè)誤差的問(wèn)題。
此外，在專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了在沒(méi)有光輸入信號(hào)的狀態(tài)即APD 的待機(jī)狀態(tài)下防止APD上被施加過(guò)大的反向電壓的方法。更具體地 說(shuō)，響應(yīng)信號(hào)丟失檢測(cè)電路(專利文獻(xiàn)2中峰檢測(cè)電路)的輸出，向 APD施加適合的V apd。用框圖概括專利文獻(xiàn)2的發(fā)明，則如圖15 所示。在此，圖15中所標(biāo)記的符號(hào)與圖14的符號(hào)相同的部分表示與 圖14中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)相同。依據(jù)將信號(hào)丟失檢測(cè)電路110的輸出反饋 至高電壓發(fā)生電路104的輸出決定的專利文獻(xiàn)2的方法，可避免光輸 入信號(hào)丟失時(shí)的V out的上升。
但是，在基于專利文獻(xiàn)2方法的V out的控制方法中，將高電壓 發(fā)生電路穩(wěn)定化的時(shí)間常數(shù)占支配地位，難以按充分早的響應(yīng)時(shí)間響 應(yīng)。因而存在將光輸入信號(hào)丟失時(shí)產(chǎn)生的過(guò)渡響應(yīng)即上述的"V out 的上升"抑制、穩(wěn)定化的概率低，且確實(shí)的信號(hào)丟失誤檢測(cè)的抑制并 不充分的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決諸如上述的課題構(gòu)思而成，其目的在于提供信號(hào) 丟失檢測(cè)電路沒(méi)有信號(hào)丟失的檢測(cè)誤差而動(dòng)作的光接收器。
本發(fā)明的光接收器具備將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的光電變換 電路；將該電信號(hào)變換為直流信號(hào)的直流信號(hào)變換電路；向該光電變 換電路供給電壓的高電壓發(fā)生電路；以及吸收該高電壓發(fā)生電路的一 部分輸出電流的電流宿電路。又，以該直流信號(hào)變換電路的輸出信號(hào)越是降低，該電流宿電路就越增加從該高電壓發(fā)生電路的輸出電流吸 收的電流為特征。
本發(fā)明的光接收器具備將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的光電變換 電路；將該電信號(hào)變換為直流信號(hào)的直流信號(hào)變換電路；向該光電變 換電路供給電壓的高電壓發(fā)生電路；以及將該直流信號(hào)變換電路的輸 出信號(hào)的電壓值與閾值電壓進(jìn)行比較，；險(xiǎn)測(cè)該光輸入信號(hào)有無(wú)被截?cái)?的信號(hào)丟失檢測(cè)電路。而且，以具備電流宿電路的特征，該電流宿電 路在該信號(hào)丟失檢測(cè)電路被截?cái)嘣摴廨斎胄盘?hào)時(shí)若輸出信號(hào)丟失，則 吸收該高電壓發(fā)生電^各的一部分輸出電流。
本發(fā)明的光接收器具備將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的光電變換 電路；向該光電變換電路供給電壓的高電壓發(fā)生電路；檢測(cè)從該高電 壓發(fā)生電路流入該光電變換電路的光電流的光電流檢測(cè)電路；以及吸 收該高電壓發(fā)生電路的一部分輸出電流的電流宿電路。其特征在于 該光電流檢測(cè)電路檢測(cè)出的該光電流越是降低，該電流宿電路就越增 加從該高電壓發(fā)生電路的輸出電流吸收的電流。
通過(guò)本發(fā)明能夠沒(méi)有檢測(cè)誤差且穩(wěn)定地進(jìn)行光輸入信號(hào)的丟失 檢測(cè)。


圖1是實(shí)施方式1的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是實(shí)施方式1的光電變換電路的電路圖。
圖3是實(shí)施方式1的電流宿電路的電路圖。
圖4是高電壓發(fā)生電路的電路圖。
圖5是高電壓發(fā)生電路各連接部上的電流/電壓波形。
圖6是光接收器各構(gòu)成部分的電流/電壓波形。
圖7是I apd的斜率和ISINK的電流變化率(斜率)的說(shuō)明圖。
圖8是實(shí)施方式2的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是實(shí)施方式2的電流宿電路的電路圖。圖10是針對(duì)實(shí)施方式2的反向電流Iswjc的說(shuō)明圖。 圖11是實(shí)施方式3的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是針對(duì)光電流檢測(cè)電路的說(shuō)明圖。
圖13是針對(duì)I麵K的調(diào)整的說(shuō)明圖。
圖14是說(shuō)明課題的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。 圖15是說(shuō)明其它課題的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。 圖16是針對(duì)課題電流/電壓波形的說(shuō)明圖。 (符號(hào)說(shuō)明)
12 光電變換電路；14 高電壓發(fā)生電路；18 直流信號(hào)變換電 路；20 電流宿電路；22 信號(hào)丟失檢測(cè)電路；36 反相放大電路； 38 晶體管；50 電流宿電路；70 光電流;險(xiǎn)測(cè)電^s 72 電流宿電 路。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施方式1
圖1示出本實(shí)施方式的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。以下參照?qǐng)D1就本實(shí) 施方式的光接收器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式的光接收器具備光電 變換電路12。光電變換電路12是將從光纖IO導(dǎo)入的光輸入信號(hào)變換 為電信號(hào)的部分，在本實(shí)施方式中采用APD。
而且本實(shí)施方式的光接收器具備用于向上述APD供給驅(qū)動(dòng)電壓 的高電壓發(fā)生電路14。高電壓發(fā)生電路14內(nèi)裝了升壓電路，供給APD 的驅(qū)動(dòng)電壓。以下，將高電壓發(fā)生電路14的輸出電流稱為I out、輸 出電壓稱為Vout。
從高電壓發(fā)生電路14接受電壓供給而將光輸入信號(hào)變換為電信 號(hào)的光電變換電路12,將電信號(hào)輸出至電放大器16。在電放大器16 中進(jìn)行放大，以使上述電信號(hào)的振幅成為在光接收器的后級(jí)即電放大 器16以后可識(shí)別的信號(hào)振幅。被;改大的電信號(hào)輸入至直流信號(hào)變換 電路18。在直流信號(hào)變換電路18中，以電放大器16的電振幅作為輸
9入源，將表示信號(hào)電平的交流電壓分量變換為直流電壓分量。即，直 流信號(hào)變換電路18指的是通過(guò)變換至直流電壓分量來(lái)檢測(cè)出光輸入 信號(hào)電平的部分。
而且，本實(shí)施方式的光接收器具備信號(hào)丟失檢測(cè)電路22。信號(hào)丟 失檢測(cè)電路22將上述變換為直流電壓分量的電信號(hào)與規(guī)定閾值電壓 (警報(bào)發(fā)出閾值)作比較，檢測(cè)有無(wú)光輸入信號(hào)的丟失。即，信號(hào)丟 失檢測(cè)電路22在輸入至信號(hào)丟失檢測(cè)電路22的輸入電信號(hào)為閾值電 壓以下的場(chǎng)合向外部輸出該情況。信號(hào)丟失檢測(cè)電路的輸出被稱為警 報(bào)信號(hào)。該警報(bào)信號(hào)是在沒(méi)有檢測(cè)出信號(hào)丟失時(shí)輸出0,而當(dāng)檢測(cè)到 信號(hào)丟失時(shí)輸出1的數(shù)字信號(hào)。還有，信號(hào)丟失檢測(cè)電路22可為與 高電壓發(fā)生電路14等獨(dú)立的其它基板即"外加電路"。
而且本實(shí)施方式的光接收器具備電流宿電路20。電流宿電路20 是基于來(lái)自用于監(jiān)視光輸入信號(hào)的振幅的直流信號(hào)變換電路18的輸 出，調(diào)整疊加至高電壓發(fā)生電路14的負(fù)載的部分。即，電流宿電路 20吸收高電壓發(fā)生電路的一部分輸出電流，以在直流信號(hào)變換電路 18的輸出電壓在降低前后使所述高電壓發(fā)生電路的輸出電流保持恒 定。
電流宿電路20是本實(shí)施方式的一個(gè)特征部分，按照從直流信號(hào)變 換電路18輸出的光輸入信號(hào)電平，調(diào)整負(fù)載，以使高電壓發(fā)生電路 14的輸出電流(I out)保持恒定。在后面就電流宿電路20的電路結(jié) 構(gòu)進(jìn)4亍詳細(xì)i兌明。
本實(shí)施方式的光接收器的大致結(jié)構(gòu)與上述相同。以下借助電路圖 就本實(shí)施方式的光電變換電路12、電流宿電路20及高電壓發(fā)生電路 14進(jìn)4亍詳細(xì)i兌明。
參照?qǐng)D2就光電變換電路12進(jìn)行說(shuō)明。光電變換電路12具備受 光元件140、電流電壓變換放大器(傳輸阻抗放大器，TIA) 141、及 電阻142。光電變換電路12通過(guò)端子143連接到高電壓發(fā)生電路14。 此外，光電變換電路12通過(guò)端子144連接到電放大器16。在此，電阻142串聯(lián)連接在高電壓發(fā)生電路14和受光元件140
之間，根據(jù)光電流的變化被動(dòng)地控制施加到受光元件的電壓和倍增率
M。即，當(dāng)光電流增大時(shí)通過(guò)降低施加到受光元件140的施加電壓來(lái) 降低受光元件140的倍增率M,當(dāng)光電流減少時(shí)通過(guò)提升施加到受光 元件的施加電壓來(lái)提高倍增率M。因此，當(dāng)光輸入信號(hào)丟失而光電流 減少時(shí)不具有降低施加到受光元件的施加電壓的作用。還有，電阻142 未必是必需的，可不使用電阻142而直接連接高電壓發(fā)生電路14和 受光元件140。
接著，借助圖3，對(duì)電流宿電路20的電路圖進(jìn)行說(shuō)明。電流宿電 路20具備反相放大電路(運(yùn)算放大器)36。反相放大電路36的反相 輸入是直流信號(hào)變換電路18的輸出，在圖3中用符號(hào)30來(lái)表示。一 個(gè)非反相輸入是基準(zhǔn)電位Vr。反相放大電路36的反相輸入側(cè)連接了 用于控制放大率的電阻32。在此，設(shè)電阻32的電阻值為Rl。此外用 電阻值R2來(lái)表示的電阻34連接在反相i文大電路36的反相輸入和輸 出之間。
反相放大電路36的輸出輸入至晶體管38的基極電位。晶體管38 的發(fā)射極與低電壓電位44連接。還有，在發(fā)射極與低電壓電位44之 間串聯(lián)連接電阻40。電阻40的電阻值為R3。 一個(gè)晶體管38的集電 極與電流宿電路20的輸出48連接。在輸出48和上述集電極之間串 聯(lián)連接電阻42。電阻42的電阻值為R4。此外，/人集電極和電阻42 之間的支點(diǎn)47開(kāi)始分支，連接了低電壓電位45。在分支點(diǎn)47和低電 壓電位45之間串聯(lián)連接電阻46。電阻46的電阻值為R5。低電壓電 位44、 45保持在比高電壓發(fā)生電路14的輸出電壓V out低的電位， 也可為GND電位。
電流宿電路20的輸出48連接在相連高電壓發(fā)生電路14和光電變 換電路12的布線上。即，如果電流宿電路20的晶體管38處于導(dǎo)通 狀態(tài)，電流會(huì)從高電壓發(fā)生電路14流入電流宿電路20。
接著，參照?qǐng)D4，對(duì)本實(shí)施方式的高電壓發(fā)生電路14的電路圖進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施方式的高電壓發(fā)生電路14具備FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管Field Effect Transistor) 124。當(dāng)FET124處于截止(OFF)動(dòng)作時(shí)，(在圖 4中用126來(lái)表示)與輸入電壓Vin相等的電壓值施加到電容器128， 電容器128被充電。然后，若FET124從截止(OFF )切換到導(dǎo)通(ON )， 則線圏130中與線圏130的電感L和Vin之比成比例的電流di/dt從輸 入電位Vin向GND電位流動(dòng)。即，di/dt由下式3來(lái)表示。
di/dt = VL/L ...式3
還有，當(dāng)FET124處于導(dǎo)通(ON)動(dòng)作時(shí)二極管132連接到電容 器128前級(jí)，因此充電在電容器128中的電荷不會(huì)向FET124側(cè)放電。
然后，若FET124從導(dǎo)通(ON)切換至截止(OFF)動(dòng)作，則線 圏130中流動(dòng)的電流作為正電流而流入二極管132,因此電容器128 中電荷-波充電，輸出電壓Vout上升。Vout由式4表示。
V out = V in + L ■ di/dt …式4
在此，若V out持續(xù)上升，則在線圏130中流過(guò)從二極管132的 陽(yáng)極電位向輸入電位126的反向電流，在線圏130中流過(guò)的開(kāi)關(guān)電流 保持平衡狀態(tài)。
若考慮隨著FET124的開(kāi)關(guān)動(dòng)作而流過(guò)線圈130的平均電流值為 零的情況，則下式5成立。
在式5中D指的是DUTY比，如式6那樣定義。 D = ton/ (ton + toff) …式6
此外，t on指的是FET124的導(dǎo)通(ON )時(shí)間，t off指的是FET124 的截止(OFF)時(shí)間。又，本實(shí)施方式的高電壓發(fā)生裝置14通過(guò)調(diào)整 DUTY比D來(lái)控制V out,使之保持恒定。即，獲取將輸出電壓Vout 電阻分割時(shí)的取樣電壓和基準(zhǔn)電壓V ref的差分，比較差分量和振蕩 器121的輸出，輸出驅(qū)動(dòng)FET124的柵極電壓的數(shù)字信號(hào)分量。這種數(shù)字信號(hào)的輸出由運(yùn)算放大器120、 122來(lái)進(jìn)行。然后，通過(guò)調(diào)整數(shù) 字信號(hào)的脈寬，控制輸出電壓的分割電壓值相對(duì)基準(zhǔn)電壓成為恒定。
這種控制方法是一般稱為PWM (脈寬調(diào)制)的控制方式。PWM 控制回路為了不受干擾噪聲的影響而得到穩(wěn)定的輸出電壓，往往具有 較長(zhǎng)的結(jié)束時(shí)間。此外，本實(shí)施方式中的PWM控制回路的結(jié)束時(shí)間 為10mse左右。
本實(shí)施方式的高電壓發(fā)生電路14的結(jié)構(gòu)具備上述結(jié)構(gòu)，在圖4 中說(shuō)明的電路圖的各連接部上的電流/電壓波形如圖5所示。
參照?qǐng)D6的電流/電壓波形，說(shuō)明具備上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施方式的光 接收器的動(dòng)作及特征。首先，隨著光輸入信號(hào)Pin的截?cái)?，APD電流 Iapd降低，光電變換電路12輸出的電信號(hào)輸出Vapdout也降低。根 據(jù)降低的電信號(hào)輸出Vapdout，直流信號(hào)變換電路18的輸出即信號(hào)電 平輸出Vpeak也成為閾值電壓VTH以下。
輸入這種V peak值的電流宿電路20通過(guò)反相放大電路36來(lái)使V peak的值極性反相，向晶體管38的基極輸入。晶體管38根據(jù)基極電 位改變發(fā)射極電位，最終使由發(fā)射極電位和低電壓電位44之間的電 位差和電阻R3來(lái)確定的電流值Isink從電流宿電路20的輸出48流入
低電壓電位44側(cè)。IsjNK的值由下式7來(lái)表示。
。 P P
在此，Vr是反相放大電路36的基準(zhǔn)電位，Vin表示Vpeak， VE
是晶體管38的發(fā)射極電位，Vs是基極電位，VBE是基極發(fā)射極電位。
由式7可知V in減少時(shí)IsiNK增加。即，若V in的減少以光輸入信號(hào) 減少(包含截?cái)?為前提，則IsiNK的值以補(bǔ)充I apd減少分量的方式 增大。若圖示該情況則如圖6中的高電壓發(fā)生電路14的輸出電流I out 所示。如此當(dāng)存在光輸入信號(hào)的輸入時(shí)，I out幾乎由APD電流I apd構(gòu)成。另一方面，若光輸入信號(hào)被截?cái)啵瑒tIout主要由導(dǎo)入電流宿電 路20的電流即Is^K來(lái)構(gòu)成，在光輸入信號(hào)的截?cái)嗲昂髮 OUt的值大
致保持恒定。即Iout是Iapd和I麵K之和，如式8所示。 I out = I apd + ISINK .式8 此外，Iapd如式9所示。 Iapd = PinxRexM …式9
在此，P in是輸入光接收器的平均光功率[mW]， Re是光接收器 的光電變換效率[A/W]， M是式2所示的倍增系數(shù)。在此，設(shè)M的值 (稱為M值)為固定，則I apd與P in成比例地增減。又，通過(guò)將ISINK 的絕對(duì)值與I apd —致并且反轉(zhuǎn)其極性進(jìn)行控制，可將I out在光輸入 信號(hào)截?cái)嗲昂蟠笾卤３趾愣ā?br> 本實(shí)施方式的特征就是能夠這樣將I out維持恒定。該效果是為了 使高電壓發(fā)生電路14的負(fù)載狀態(tài)不依賴光輸入信號(hào)而保持恒定而通 過(guò)電流宿電路20來(lái)獲得的。又，在出現(xiàn)光輸入信號(hào)的截?cái)嗟膱?chǎng)合， 也不會(huì)使高電壓發(fā)生電路14的輸出電壓V out上升且放大暗電流，可 避免信號(hào)丟失檢測(cè)誤差。
此外，電流宿電^各20的輸出響應(yīng)遠(yuǎn)比高電壓發(fā)生電^各14的響應(yīng) 時(shí)間快。在本實(shí)施方式中包含一般的反相放大電路(運(yùn)算放大器)36 及晶體管38的反饋控制的響應(yīng)時(shí)間為數(shù)百微秒。與W目比，高電壓 發(fā)生電路14的響應(yīng)時(shí)間為數(shù)毫秒，因此在高電壓發(fā)生電路14響應(yīng)之 前進(jìn)行基于電流宿電路20的負(fù)載重疊，以使I out保持恒定。
可是，與本實(shí)施方式的高電壓發(fā)生電路不同的高電壓發(fā)生電路中， 為了使輸出狀態(tài)穩(wěn)定，通常設(shè)置恒定的電流負(fù)載。在這種情況下，電 流消耗增加且光接收器發(fā)熱，因此存在電路的動(dòng)作狀態(tài)處于惡劣環(huán)境 的問(wèn)題。但是，本實(shí)施方式的電流宿電路20根據(jù)來(lái)自直流信號(hào)變換 電路18的光輸入信號(hào)，改變負(fù)載使Iout大致恒定。因而可抑制耗電 的增大且不會(huì)無(wú)故增加發(fā)熱量。
而且，本實(shí)施方式的Iout適當(dāng)追力口來(lái)自電流宿電路的反向電流，會(huì)形成與APD的光電流(電信號(hào))相獨(dú)立的控制回路。因此，依據(jù) 本實(shí)施方式，在不改變APD的反向電壓的情況下能夠使高電壓發(fā)生 電路14的輸出電壓穩(wěn)定，因此APD的M值不會(huì)改變而不會(huì)影響通常 的接收靈壽丈度性能。用于解決例如在直接控制高電壓發(fā)生電路的輸出 電壓時(shí)M值變動(dòng)且無(wú)法避免對(duì)接收靈敏度性能的影響的問(wèn)題。
此外，因APD的制造容差而Re及M值變動(dòng)，認(rèn)為有時(shí)難以將I
out維持恒定。但是，在本實(shí)施方式中根據(jù)Re調(diào)整Is!NK的電流變化率 (斜率)，從而使Iout大致恒定。具體地說(shuō)，R2/R!比成為控制增益 分量，可用這些值適當(dāng)調(diào)整131服的電流變化率(斜率)。圖7是Iapd 的斜率和k腿的電流變化率(斜率)的說(shuō)明圖。如圖7所示，能夠進(jìn)
行補(bǔ)償因APD的制造容差而產(chǎn)生的Re及M值的變動(dòng)的調(diào)整，因此 可使Iout大致恒定。
此外，在圖3中說(shuō)明的電阻42、 46是晶體管38的集電極發(fā)射極 間的耐電壓(稱為VCE)在考慮延遲時(shí)不是充分的值的情況而設(shè)置的。 即可通過(guò)電阻42、 46來(lái)補(bǔ)償VcE的耐電壓不足。尤其在使用APD的 場(chǎng)合，Vout變大，但是因晶體管38的安裝區(qū)域的限制而采用小型部 件等情況下會(huì)出現(xiàn)耐電壓不足，因此設(shè)置電阻42、 46是有意義的。 另一方面，如果與APD的驅(qū)動(dòng)電壓相比，晶體管38的耐電壓有充分 的富余，就不需要電阻42、 46。
在本實(shí)施方式中，晶體管38記載為雙極性晶體管，但是只要能進(jìn) 行使Iout大致恒定的電流控制，就電流控制元件也可，因此并不限定 于晶體管。
實(shí)施方式2
在圖8中示出本實(shí)施方式的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。在圖8中采用與 圖1相同的符號(hào)的構(gòu)成要素與圖l相同，因此在本實(shí)施方式中省略說(shuō) 明。本實(shí)施方式的光接收器的特征在于電流宿電^各50。本實(shí)施方式的 電流宿電路50的輸入為信號(hào)丟失檢測(cè)電路22的輸出。如在實(shí)施方式 1中說(shuō)明的那樣，信號(hào)丟失檢測(cè)電路22的輸出是(設(shè)檢測(cè)出信號(hào)丟失
15時(shí)為1 ) 0或1的數(shù)字信號(hào)。
在本實(shí)施方式中隨著該數(shù)字信號(hào)使電流宿電路50的反向電流變 動(dòng)，從高電壓發(fā)生電路14的輸出部吸收電流，以在光輸入信號(hào)過(guò)渡 響應(yīng)時(shí)抑制高電壓發(fā)生電路14的輸出電流I out的變動(dòng)。
基于電流宿電路50的負(fù)載重疊，即電流的吸收方法如圖10所示。 還有，電流宿電路50從Iout吸收的電流為ISINK，通過(guò)光電變換電路 12中光輸入信號(hào)的變換來(lái)生成的電流為Iapd。與實(shí)施方式1同樣地， I out的值通過(guò)ISINK和APD電流I apd之和來(lái)求出。
由圖IO可知，在Iapd充分大的區(qū)域中信號(hào)丟失檢測(cè)電路的輸出 為0, I,K維持在小值。這時(shí)I out對(duì)I apd的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。另一 方面，光輸入信號(hào)小且Iapd小，即在直流信號(hào)變換電路18的信號(hào)電 平輸出V peak小于警報(bào)發(fā)生鬧值電壓VTH的區(qū)域中，信號(hào)丟失檢測(cè) 電路的輸出為l， IsiNK增加。這時(shí)Iout對(duì)I測(cè)K的貢獻(xiàn)占主導(dǎo)地位。
通過(guò)采用這種數(shù)字信號(hào)即信號(hào)丟失檢測(cè)電路22的輸出，即使從光 輸入信號(hào)變換的電信號(hào)為小信號(hào)，也能確保噪聲耐量。此外，還有可 通過(guò)固定Is脆來(lái)不做調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。
此外，不像實(shí)施方式1那樣根據(jù)信號(hào)電平輸出連續(xù)改變電流宿電 路50的輸出電流，但可在光輸入信號(hào)丟失前后的過(guò)渡狀態(tài)中將I out 的變動(dòng)抑制在最小范圍內(nèi)，因此能夠抑制導(dǎo)致信號(hào)丟失檢測(cè)的高電壓 發(fā)生裝置14的輸出電壓上升。即與實(shí)施方式1同樣地，在短的響應(yīng) 時(shí)間內(nèi)進(jìn)行基于電流宿電路50的負(fù)載重疊，以在高電壓發(fā)生電路14 響應(yīng)光輸入信號(hào)截?cái)嘀熬徍虸 out的變動(dòng)，因此APD上不會(huì)施加高 電壓。因而可解決信號(hào)丟失的檢測(cè)誤差的問(wèn)題。此外，這樣僅在光信 號(hào)輸入截?cái)嗲倚枰獜母唠妷喊l(fā)生電路14吸收電流的場(chǎng)合，電流宿電 路50使負(fù)載重疊(吸收電流)，因此也可抑制發(fā)熱量的增加。而且 不會(huì)改變APD的M值，因此不會(huì)影響光接收器的接收靈敏度性能。
此外，在圖9中示出本實(shí)施方式的電流宿電路50的電路圖。電流 宿電路50具備被輸入信號(hào)丟失檢測(cè)電路22的輸出的輸入端52。該輸入端52與晶體管54的基極連接。晶體管54的發(fā)射極與低電壓電位 56連接。另一方面，晶體管54的集電極與電流宿電路的輸出64連接。 在發(fā)射極和低電壓電位56之間串聯(lián)連接電阻61。又，在集電極和輸 出端64之間串聯(lián)連接電阻58。而且從集電極和電阻58之間的分支點(diǎn) 開(kāi)始分支而連接了低電壓電位62，在該低電壓電位62和該分支點(diǎn)之 間串聯(lián)連接電阻60。還有，可省略電阻61,直接連接發(fā)射極和低電 壓電位56。
接著，對(duì)這種結(jié)構(gòu)的電流宿電路的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)信號(hào)丟失檢 測(cè)電路22檢測(cè)出信號(hào)丟失并將輸出設(shè)為"1"時(shí)，輸入端52上被施 加使晶體管54導(dǎo)通(ON)的信號(hào)。這時(shí)電流宿電^各50從高電壓發(fā)生 電路14導(dǎo)入的電流增大。另一方面，當(dāng)信號(hào)丟失檢測(cè)電路檢測(cè)出信 號(hào)并將輸出設(shè)為"0"時(shí)，輸入端52上被施加使晶體管54截止(OFF) 的信號(hào)。這時(shí)電流宿電路50從高電壓發(fā)生電^各14導(dǎo)入的電流減少。 這種電流宿電路的結(jié)構(gòu)比實(shí)施方式1的電流宿電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可將 電流宿電路的部件數(shù)目抑制在最小范圍內(nèi)。
在本實(shí)施方式中，可將信號(hào)丟失檢測(cè)電路的輸出和電流宿電路的 反向電流I則K設(shè)定為相反極性。即，設(shè)信號(hào)丟失檢測(cè)電路22的輸出 在警報(bào)發(fā)出時(shí)為0輸出，警報(bào)非發(fā)出時(shí)為l輸出的邏輯時(shí)，如果成為
相反極性的信號(hào)丟失檢測(cè)電路22的輸出在1輸出時(shí)使IsiNK減小，在
O輸出時(shí)使IstNK上升，就可進(jìn)行與上述控制相等的控制。這種調(diào)整可 通過(guò)適當(dāng)改變晶體管的導(dǎo)電型等來(lái)進(jìn)行。因而即使進(jìn)行這樣反轉(zhuǎn)極性 的控制也能得到本發(fā)明的效果。
在本實(shí)施方式中，晶體管54記載為雙極性晶體管，但是只要能進(jìn) 行緩和Iout的變動(dòng)的電流控制，就電流控制元件也可，因此并不限定 于晶體管。
實(shí)施方式3
在圖11中示出本實(shí)施方式的光接收器的結(jié)構(gòu)圖。在圖11中采用 與圖1相同的符號(hào)的構(gòu)成要素與圖l相同，因此在本實(shí)施方式中省略說(shuō)明。本實(shí)施方式的光接收器具備光電流檢測(cè)電路70。光電流檢測(cè)電路70是本實(shí)施方式的成為特征的構(gòu)成要素，因此在下面借助圖12進(jìn) 4亍詳細(xì)i兌明。光電流檢測(cè)電路70具備連接到高電壓發(fā)生電路14的高電壓發(fā)生 電路連接點(diǎn)74和連接到光電變換電路12的光電變換電路連接點(diǎn)78。 高電壓發(fā)生電路連接點(diǎn)74和光電變換電路連接點(diǎn)78經(jīng)由電阻76相 連接。電阻76的電阻值為R8。而且具備從電阻76的兩端得到輸入的反相放大電路(運(yùn)算放大 器)84。反相放大電路84的反相輸入與電阻76的高電壓發(fā)生電路連 接點(diǎn)74側(cè)連接。另 一方面，反相》文大電路84的非反相輸入與電阻76 的光電變換電路連接點(diǎn)78側(cè)連接。在反相輸入和電阻76之間串聯(lián)連接電阻80，在非反相輸入和電 阻76之間串聯(lián)連接電阻82。電阻80、電阻82的電阻值分別為R10、 R9。而且，在連接電阻80和反相輸入之間和反相放大電路84的輸出 的布線上串聯(lián)地配置電阻86。電阻86的電阻值為Rn。反相放大電鴻、 84的輸出為光電流^r測(cè)電路70的輸出，在圖12中表示為輸出88。 輸出88的值為V。。 V。由下式10表示。
<formula>formula see original document page 18</formula> …式10在此，V out是高電壓發(fā)生電路14的輸出電壓。此外I apd指的 是APD的電流值。由式10可知Iapd增加時(shí)V。減少。又，本實(shí)施方式的電流宿電路72以V。的值為輸入值，設(shè)計(jì)成該值越低反向電流IsiNK越減小(例如，可為圖9所示的向符號(hào)52輸入V。的結(jié)構(gòu))。在本實(shí)施方式中通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，在APD電流Iapd較大時(shí)，由于 V。降低而電流宿電路72的輸出電流ISINK降低。另 一方面，當(dāng)I apd 較小時(shí)，即光輸入信號(hào)截?cái)鄷r(shí)，由于V。上升而I,K增加。因而由Iapd 和IsiNK之和求出的高電壓發(fā)生電路14的輸出電流I out,因高電壓發(fā)生電路的負(fù)載狀態(tài)不依賴I apd而能夠保持恒定，因此可解決信號(hào)丟 失檢測(cè)誤差的問(wèn)題。此外也同樣獲得實(shí)施方式1中記載的其它效果。 此外，不經(jīng)由直流信號(hào)變換電路18或信號(hào)丟失檢測(cè)電路22而直接用 光電流檢測(cè)電路70檢測(cè)APD電流I apd,因此可比實(shí)施的方式1和2 更加高速地進(jìn)行電流宿電路的輸出響應(yīng)，可進(jìn)一步提高信號(hào)丟失檢測(cè) 的精度。此外，在光電流沖企測(cè)電路70中，R11/R10比即電阻86/電阻80的比成為控制增益分量，可控制Is!NK的斜率分量。此外通過(guò)調(diào)整電阻 分量R8，可控制IsiNK的偏置分量。又，圖13是表示將Is!NK調(diào)整為能夠吸收I apd的制造容差(APD的光電變換效率和M值的容差)的圖。 本實(shí)施方式的特征在于根據(jù)光電流檢測(cè)電路70檢測(cè)出的光輸入 信號(hào)電平(輸出88)，使電流宿電路72對(duì)高電壓發(fā)生電路14疊加負(fù) 載即吸收電流，以使Iout大致保持恒定。因而，本實(shí)施方式的電流宿 電路72可為如實(shí)施方式2中的電流宿電路即圖9那樣的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有 特別的限定。也可省略圖9的電阻61,直接連接發(fā)射極和低電壓電位 56。此外，在實(shí)施方式1~3中說(shuō)明的本發(fā)明的特征在于采用電流宿 電路使高電壓發(fā)生電路14的輸出電流大致恒定，并抑制信號(hào)丟失檢 測(cè)誤差。因而，在不超出本發(fā)明范圍的范圍中可進(jìn)行各式各樣的變形， 并不局限于實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種光接收器，其特征在于具備將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的光電變換電路；將所述電信號(hào)變換為直流信號(hào)的直流信號(hào)變換電路；向所述光電變換電路供給電壓的高電壓發(fā)生電路；以及吸收所述高電壓發(fā)生電路的一部分輸出電流的電流宿電路，所述直流信號(hào)變換電路的輸出信號(hào)越是降低，所述電流宿電路就越增加從所述高電壓發(fā)生電路的輸出電流吸收的電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的光接收器，其特征在于所述電流宿電路 具備.-將所述直流信號(hào)變換電路的輸出信號(hào)的電壓值反相放大的反相 i丈大電^各；將所述反相放大電路的輸出作為基極的輸入的晶體管；以及 在所述晶體管的主電流路徑上所述高電壓發(fā)生電路和低電壓電位之間串聯(lián)連接的電阻，所述晶體管與所述高電壓發(fā)生電路的輸出連接，以使所述晶體管的主電流承擔(dān)所述高電壓發(fā)生電路的一部分輸出電流。
3. —種光接收器，其特征在于具備 將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的光電變換電路； 將所述電信號(hào)變換為直流信號(hào)的直流信號(hào)變換電路； 向所述光電變換電路供給電壓的高電壓發(fā)生電路；以及 將所述直流信號(hào)變換電路的輸出信號(hào)的電壓值與閾值電壓作比較，檢測(cè)有無(wú)所述光輸入信號(hào)的截?cái)嗟男盘?hào)丟失檢測(cè)電路；所述信號(hào)丟失檢測(cè)電路具備在進(jìn)行所述光輸入信號(hào)截?cái)鄷r(shí)輸出 的信號(hào)丟失輸出時(shí)，吸收所述高電壓發(fā)生電路的一部分輸出電流的電 流宿電^各。
4. 如權(quán)利要求3所述的光接收器，其特征在于所述電流宿電路具備在所述高電壓發(fā)生電路和低電壓電位之間串聯(lián)連接的電阻；以及 對(duì)所述電阻串聯(lián)連接，并通過(guò)所述信號(hào)丟失檢測(cè)電路的輸出來(lái)切 換導(dǎo)通/截止的電流控制元件。
5. —種光接收器，其特征在于具備 將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的光電變換電路； 向所述光電變換電路供給電壓的高電壓發(fā)生電路； 才企測(cè),人所述高電壓發(fā)生電5各流入所述光電變換電i 各的光電流的光電流4企測(cè)電3各；以及吸收所述高電壓發(fā)生電路的一部分輸出電流的電流宿電路， 所述光電流檢測(cè)電路檢測(cè)的所述光電流越是降低，所述電流宿電路就越增加從所述高電壓發(fā)生電路的輸出電流吸收的電流。
6. 如權(quán)利要求5所述的光接收器，其特征在于所述光電流檢測(cè) 電路具備在所述高電壓發(fā)生電路和光電變換電路之間串聯(lián)連接的光電流 才企測(cè)用電阻；以及輸出與所述光電流檢測(cè)用電阻中流動(dòng)的電流對(duì)應(yīng)的電壓的反相 放大器。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的光接收器，其特征在于所述電流宿 電路具備將所述光電流檢測(cè)電路的所述輸出電壓輸入至基極的晶體管；以及在所述晶體管的主電流路徑上所述高電壓發(fā)生電路和低電壓電 位之間串聯(lián)連接的電阻，所述晶體管被連接成使所述晶體管的主電流承擔(dān)所述高電壓發(fā) 生電路的一部分輸出電流。
8. 如權(quán)利要求1所述的光接收器，其特征在于 所述光電變換電路為雪崩光電二極管。
全文摘要
本發(fā)明提供沒(méi)有信號(hào)丟失的檢測(cè)誤差而穩(wěn)定地進(jìn)行信號(hào)丟失檢測(cè)的光接收器。該光接收器具備將光輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的光電變換電路；將該電信號(hào)變換為直流信號(hào)的直流信號(hào)變換電路；向該光電變換電路供給電壓的高電壓發(fā)生電路；以及吸收該高電壓發(fā)生電路的輸出電流的一部分的電流宿電路。該直流信號(hào)變換電路的輸出信號(hào)越是降低，該電流宿電路就越增加從該高電壓發(fā)生電路的輸出電流吸收的電流。
文檔編號(hào)G02B6/42GK101630044SQ20091012967
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者宇藤健一 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社