特許 5940513 低速の受光素子を利用して具現された高速光受信器及び高速光受信器の具現方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5940513

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】低速の受光素子を利用して具現された高速光受信器及び高速光受信器の具現方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/69 20130101AFI20160616BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   H04B9/00 690

   H01L31/10 G

【請求項の数】17

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-244759(P2013-244759)

(22)【出願日】2013年11月27日

(65)【公開番号】特開2014-107871(P2014-107871A)

(43)【公開日】2014年6月9日

【審査請求日】2013年11月27日

(31)【優先権主張番号】13/686,882

(32)【優先日】2012年11月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513299535

【氏名又は名称】オーイー・ソリューションズ・アメリカ・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】ソ，ワンソク

(72)【発明者】

【氏名】クヮク，ボンシン

(72)【発明者】

【氏名】パク，ムンス

【審査官】 川口 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０８６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１２７１１６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−２５２３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２４４８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２２０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２４３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０２０４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５７９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２５７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１４１１２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 Dongmyung Lee et al.，An 8.5Gb/s CMOS OEIC with on-chip photodiode for short-distance optical communications，2010 IEEE International Solid-State Circuits Conference Digest of Technical Papers (ISSCC)，２０１０年 ２月，p.362-363

【文献】 Jin-Sung Youn et al.，10-Gb/s 850-nm CMOS OEIC Receiver With a Silicon Avalanche Photodetector，IEEE Journal of Quantum Electronics，２０１１年１０月，Volume 48, Issue 2，p.229-236

【文献】 Woo-Young Choi et al.，Si integrated photoreceivers，2010 IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting (BCTM)，２０１０年１０月，p.77-81

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １０／００ − １０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００ − １４／０８

Ｈ０１Ｌ ３１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高いデータ伝送速度に対応可能な高速光受信器において、
光を受光して電流信号に変換し、低いデータ伝送速度用の受光素子と；
前記電流信号を受信して低雑音増幅する第１の増幅器と；
前記高いデータ伝送速度に対応し、前記受光素子および前記第１の増幅器の周波数特性を合わせた周波数特性を補償するように、前記高速の光受信器の周波数特性を補償する周波数特性補償回路と；
を含み、
前記第１の増幅器の周波数帯域幅は、前記受光素子の周波数帯域幅よりも広く、
前記受光素子の利得は、前記第１の増幅器の利得よりも大きく、
前記周波数特性補償回路によって補償された周波数特性における利得は、前記受光素子の利得よりも小さく、かつ前記第１の増幅器の利得よりも大きく、
前記周波数特性補償回路によって補償された周波数特性の周波数帯域幅は、前記受光素子の前記周波数帯域幅よりも大きく、
前記高速の光受信器の周波数帯域幅は、前記周波数特性補償回路による前記周波数特性の補償と前記受光素子のバイアス電圧の調整に基づいて決定される
ことを特徴とする高速光受信器。

【請求項2】

前記周波数特性補償回路により補償された電流信号を受信し増幅するように構成された第２の増幅器をさらに備え、
前記周波数特性補償回路は、前記受光素子から受信した電流信号を低雑音増幅するための前記第１の増幅器と、デジタル信号として利用できるように前記電流信号を増幅するための前記第２の増幅器との間に別途の回路として配置されるか、前記第１の増幅器の一部として配置されるか、または前記第２の増幅器の一部として配置されることを特徴とする請求項１に記載の高速光受信器。

【請求項3】

前記周波数特性補償回路は、周波数補償程度を調節するために制御プログラムと連動するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の高速光受信器。

【請求項4】

前記第１の増幅器は、１０Ｇｂ／ｓのデータ伝送速度に対応する周波数帯域幅を有することを特徴とする請求項１に記載の高速光受信器。

【請求項5】

高いデータ伝送速度に対応可能で、低いデータ伝送速度用の受光素子を備えた高速光受信器を具現する方法において、
光を受光し、電流信号に変換する前記受光素子と、前記受光素子から前記電流信号を受信し、前記電流信号を低雑音増幅する第１の増幅器とを含む回路を利用して利得と周波数特性を測定する段階と；
前記高いデータ伝送速度に対応するように、前記回路の測定された利得と周波数特性に基づいて、周波数特性補償回路を介して、前記高速光受信器の周波数特性を補償する段階と；
を備え、
前記高いデータ伝送速度に対応するように、周波数特性補償回路を介して、前記高速光受信器の周波数特性を補償する段階は、前記受光素子のバイアス電圧の調整をさらに含み、
前記周波数特性補償回路によって補償された周波数特性における利得は、前記受光素子の利得よりも小さく、かつ前記第１の増幅器の利得よりも大きく、
前記周波数特性補償回路によって補償された周波数特性の周波数帯域幅は、前記受光素子の前記周波数帯域幅よりも大きい
高速光受信器を具現する方法。

【請求項6】

前記回路は、デジタル素子によって使用するために、信号を増幅する第２の増幅器をさらに備え、
前記周波数特性補償回路は、前記受光素子から受信した電流信号を低雑音増幅するための前記第１の増幅器と、前記電流信号を増幅するための前記第２の増幅器との間に別途の回路として配置されるか、前記第１の増幅器の一部として配置されるか、または前記第２の増幅器の一部として配置されることを特徴とする請求項５に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項7】

高速光受信器を具現する方法は、前記高速光受信器が連続的な光信号を受け入れる連続受信モードで作動するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項8】

高速光受信器を具現する方法は、光受信器をＰＯＮに使用するためにＯＬＴのバーストモードで作動するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項9】

前記受光素子の前記低いデータ伝送速度は、２．５Ｇｂ／ｓである請求項５に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項10】

前記受光素子は、ＡＰＤまたは、ＰＩＮ受光素子を備える請求項５に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項11】

前記第１の増幅器は、ＴＩＡを備える請求項１０に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項12】

前記第１の増幅器は、１０Ｇｂ／ｓのデータ伝送速度に対応可能な周波数帯域幅を有する請求項１０に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項13】

前記高速光受信器の前記高いデータ伝送速度は、５Ｇｂ／ｓから１０Ｇｂ／ｓの速度である請求項９に記載の高速光受信器を具現する方法。

【請求項14】

前記受光素子は、ＡＰＤまたは、ＰＩＮ受光素子を備える請求項１に記載の高速光受信器。

【請求項15】

前記受光素子の前記低いデータ伝送速度は、２．５Ｇｂ／ｓである請求項１に記載の高速光受信器。

【請求項16】

前記第１の増幅器は、ＴＩＡを備える請求項１に記載の高速光受信器。

【請求項17】

前記高速光受信器の前記高いデータ伝送速度は、５Ｇｂ／ｓから１０Ｇｂ／ｓの速度である請求項１５に記載の高速光受信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＡＰＤと、ＡＰＤバイアス制御回路と、ＡＰＤで受信した信号を低雑音増幅するＴＩＡ（ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）及び主増幅器（ｐｏｓｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で構成される光受信器においてＡＰＤとともに構成されている受信器回路を使用して帯域幅を拡張し、通常ＡＰＤを使用して受信することができる伝送速度よりもさらに高い伝送速度の光信号を受信するように構成される低速の受光素子を利用して具現された高速光受信器及び高速光受信器の具現方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在まで伝送システムに使用されるＡＰＤを使用する光受信器は、受信器の受信感度を最も良好にするための努力を傾けて来た。そして、使用されるＡＰＤは、必要なＡＰＤ利得（ｇａｉｎ）と帯域幅を充分に確保しているものを使用した。それで、ＡＰＤ光受信器を製作するとき、ＡＰＤの帯域幅を心配する必要はなかった。したがって、従来の発明は、どのようにすればＡＰＤの特性を最大限発揮することができるように構成するかに焦点が合わせられている。

【0003】

例えば、従来技術は、ＡＰＤの利得を制御するためのＡＰＤバイアス制御に関する技術または受光された信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を良好にするためのＡＰＤバイアスに関する技術が開示されている（米国登録特許ＵＳ５，０１５，８３９号）。

【0004】

また、他の従来技術は、温度による最適ＡＰＤバイアスを作るための補償回路に関する技術と最適ＡＰＤ電圧をＲＯＭに格納するか、またはサーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ）を利用してＡＰＤバイアスを制御する技術を開示している。また、さらに他の従来技術は、ＡＰＤが光電変換時に利得があるので、多量の光がＡＰＤに入力されたとき、ＡＰＤが損傷されることを防止するＡＰＤバイアス回路を開示している。

【0005】

最近、光伝送システムの伝送速度が１０Ｇｂ／ｓ以上に上がり、スマート機器の爆発的な増加に伴い、光伝送ネットワークもトラフィック増加速度に従うためにその伝送容量や伝送速度が続いて増加している。

【0006】

光通信システムには、伝送されてきた光信号を受信するために必然的に光受信器が使用される。このような光受信器は、長距離伝送が必要な場合、または大きい光リンクマージンが必要な場合、光電変換した信号を増幅し、特性を良好にするＡＰＤを使用するようになる。このような光受信器は、所要の伝送速度に合う帯域幅が十分なＡＰＤを使用しなければならない。

【0007】

しかし、最近、次第に増加する伝送速度を処理することができる超高速ＡＰＤを製作しにくいという問題がある。したがって、このような問題を解決することができる光通信システム及び高速の光信号を受信することができる光受信器の開発が必要な実情である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、従来技術の問題点を克服するために、ＥＰＯＮやＧＰＯＮで使用されている低速（例えば２．５Ｇｂ／ｓ）伝送に使用されるＡＰＤを使用して周波数特性補償回路を追加し、高速の１０Ｇｂ／ｓの光受信器を提供することにある。

【0009】

本発明が解決しようとする他の課題は、周波数特性補償回路追加及びＡＰＤのバイアス電圧を調節し、１０Ｇｂ／ｓ ＰＯＮ用光受信器で要求される受信感度規格を満足させる高速光受信器を提供することにある。

【0010】

本発明が解決しようとするさらに他の課題は、周波数特性補償回路追加、ＡＰＤのバイアス電圧調節及びソフトウェア的な最適調整手段などを付加し、受信感度規格を満足させる高速光受信器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の課題解決手段は、２．５Ｇｂ／ｓで伝送された光を受光する受光素子であるＡＰＤと、受光素子であるＡＰＤによって変換された電流を低雑音増幅するＴＩＡと、高速で伝送される信号を受信することができるように周波数帯域幅を広げる周波数特性補償回路と、デジタル素子で使用することができるサイズの信号に増幅するための主増幅器とで構成される高速の光受信器を具現することにある。

【0012】

本発明の他の課題解決手段は、２．５Ｇｂ／ｓで伝送された光を受光する受光素子であるＡＰＤと、受光素子であるＡＰＤまたはＰＩＮ次の段に位置し、変換された電流を低雑音増幅するＴＩＡと、デジタル素子で使用することができるサイズの信号に増幅するための主増幅器とで構成される回路から利得と周波数特性を測定する段階と、測定された利得及び周波数特性に基づいて補償する場合、１０Ｇｂ／ｓでデータ伝送することができる利得と周波数帯域有する周波数特性補償回路を付加する段階とを含む２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを利用した高速光受信器を具現する方法を提供することにある。

【0013】

本発明のさらに他の課題解決手段は、ＡＰＤバイアス電圧と周波数特性補償回路の周波数帯域幅を調節し、最適の利得と帯域幅を有する高速光受信器を具現することにある。

【0014】

本発明のさらに他の課題解決手段は、周波数特性補償回路を付加し、且つＡＰＤで受光した信号を低雑音増幅するＴＩＡと、デジタル信号に使用することができるように信号を増幅する主増幅器との間に別途の回路を構成して位置させることが好ましく、ＴＩＡ後端に含ませて構成するか、または主増幅器の前端に含ませて高速で光信号を受信する高速光受信器を具現することにある。

【発明の効果】

【0015】

本発明は、従来技術の問題点を克服するために、ＥＰＯＮやＧＰＯＮで使用されている低速の、例えば２．５Ｇｂ／ｓ伝送に使用されるＡＰＤを使用して周波数特性補償回路を追加し、高速の１０Ｇｂ／ｓの光受信器を提供することができる有利な効果がある。

【0016】

本発明の他の効果は、周波数特性補償回路追加及びＡＰＤのバイアス電圧を調節し、１０Ｇｂ／ｓ ＰＯＮ用光受信器で要求される受信感度規格を満足させる高速光受信器を提供することにある。

【0017】

本発明のさらに他の効果は、周波数特性補償回路追加、ＡＰＤのバイアス電圧調節及びソフトウェア的な最適調整手段を付加し、受信感度規格を満足させる最適の高速光受信器を提供することにある。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、一般的なＡＰＤを使用する光受信器を示すブロック図である。

【図2】図２は、１０Ｇｂ／ｓ用回路に２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを適用したとき、周波数特性を示す。

【図3】図３は、１０Ｇｂ／ｓ用回路に２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを適用したとき、周波数特性（１０、２０、３０、４０）；周波数特性拡張のための周波数特性補償回路（７０、８０）；周波数特性補償後、最終の周波数特性（９０、４１）をそれぞれ示す。

【図4】図４は、周波数特性補償回路を含む光受信器を示すブロック図である。

【図5】図５は、ＡＰＤのバイアース電圧を利用して周波数特性を補償する方法を示す。

【図6】図６は、受信感度測定のための基準光送信機の光特性を示す。

【図7】図７は、２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤと１０Ｇｂ／ｓ ＴＩＡ及び周波数特性補償回路が含まれた主増幅器を使用した１０Ｇｂ／ｓ光受信器のＢＥＲ特性を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の実施のための具体的な内容を説明する。
一般的にＡＰＤを使用する光受信器は、受信感度を良好にするために使用されて来た。そして、従来伝送システムは、伝送速度が相対的に低い。最近、伝送システムは、１０Ｇｂ／ｓの伝送速度が大部分である。

【0020】

最近、スマート機器によるトラフィックの増加に伴い、４０Ｇｂ／ｓまたは１００Ｇｂ／ｓ伝送システムが開発されている。しかし、ユーザ（ｃｌｉｅｎｔ）側の４０Ｇｂ／ｓまたは１００Ｇｂ／ｓ伝送システムに使用される光伝送方式は、１０Ｇｂ／ｓ伝送速度が基本になるものが大部分なので、光受信器に実際使用される受光素子は、１０Ｇｂ／ｓの光信号を受信する。 １００Ｇｂ／ｓライン側（ｌｉｎｅ ｓｉｄｅ）、すなわち長距離伝送用は、ｃｏｈｅｒｅｎｔ方式を採択しているので、ＡＰＤのような素子を使用する必要がない。そして、現在まで商用化されたＡＰＤは、１０Ｇｂ／ｓ用が最高速である。

【0021】

すべての従来技術の発明は、すべてＡＰＤの帯域幅が充分に広いものを使用して必要とする伝送速度でＡＰＤの帯域幅が回路設計に影響を与えないものを使用した。これが可能なことは、従来の伝送装備では、最高の性能を発揮するのにすべての設計の焦点が合わせられたからである。

【0022】

しかし、光伝送技術の発達に伴い、光伝送技術が光加入者応用のようなネットワークの縦端まで使用されることによって、受光素子の価格が装置で占める比重が次第に高くなっていて、１０Ｇｂ／ｓ ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のような装備は、ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）に入る光素子のコストが高くて、１０Ｇｂ／ｓ ＰＯＮが全般的に導入されるのに障害になっている。

【0023】

したがって、低価の光素子を使用して１０Ｇｂ／ｓ ＰＯＮ用に使用することができる光受信器の機能を具現し、コストを低減することができる場合、高速の大容量ＰＯＮシステムの導入を早期に実現するのに役に立つことができる。

【0024】

一方、従来のＧＰＯＮやＥＰＯＮなどは、もう全世界的に使用されており、光素子の価格も、多くの量の素子が既に使用されたから、非常に低くなった状態である。また、他の１つは、１０Ｇｂ／ｓ伝送用ＡＰＤの特徴のうち注目べきことは、ＡＰＤが加入者端末機に使用されるためには、ＡＰＤの動作温度範囲が工業用動作温度範囲である−４０℃から＋８５℃まで動作をしなければならない場合が多い。しかし、１０Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤの動作温度特性は、克服されているが、１０Ｇｂ／ｓ ＰＯＮネットワークに使用することができる程度に大量で収率良く１０Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤを生産することは容易ではないものと知られている。このような問題が価格を低めることができない原因として作用している。

【0025】

本発明では、このような問題を克服するためにＥＰＯＮやＧＰＯＮで使用されている低速（例えば２．５Ｇｂ／ｓ）伝送に使用されるＡＰＤを使用して、高速（例えば１０Ｇｂ／ｓ）伝送が可能な高速光受信器を具現した。

【0026】

本発明によって製作された光受信器は、１０Ｇｂ／ｓ ＰＯＮ用光受信器で要求される受信感度規格を満足させることを実験的に証明した。本発明の具体的な実施例を説明する。

【0027】

〈実施例〉
本発明の具体的な実施例をよく見る。
図１は、従来通常的に使用されている光受信器を示すブロック図である。

【0028】

図１で、先に伝送されて来た光信号が受光素子であるＡＰＤ ２００に入射されれば、入った光は、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）２００で電流に変換
される。この電流は、入射された信号に収納されているデジタル信号のような’１’と
’０’のビットで構成される。

【0029】

今までの大部分の従来技術は、ＡＰＤの場合、特に入った光が電流に変換されるとき、ＡＰＤに印加される電圧によって最適の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を維持しながら最も利得が大きいように設計した。

【0030】

ＴＩＡ（Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）３００は、ＡＰＤ ２００で変換された電流を低雑音増幅する機能をする増幅器である。ＴＩＡの出力は、主増幅器（ｐｏｓｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４００によりさらに増幅され、出力５００がラインカードのＳＥＲＤＥＳ（ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｄｅｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ）のようなデジタル素子に印加されるので、出力５００は、デジタル信号のサイズに増幅されなければならない。ＡＰＤバイアス回路１００でＡＰＤが利得を有するようにするためには、受信器の電源電圧よりも非常に高い３０〜７０ボルト（Ｖ）程度の電圧を印加する場合、正常に動作させることができる。したがって、ＡＰＤバイアス回路１００は、光受信器の電源電圧を通常３．３ボルト（Ｖ）程度の電圧でＤＣ−ＤＣ変換器を介して所要の電圧までアップさせる役目をする。以上、光受信器の各構成要素がどんな役目をするかを説明した。

【0031】

伝送特性の観点で考察するために、光受信器の周波数特性について考慮することにする。ＡＰＤ ２００、ＴＩＡ ３００及び主増幅器４００で構成される受信器の増幅器部分が入力される光信号の伝送速度に良好に従うようにするためには、全体増幅器の周波数特性が伝送速度の７０〜７５％程度の帯域幅を有するように通常設計されなければならない。

【0032】

ＡＰＤ ２００、ＴＩＡ ３００及び主増幅器４００が連続的に連結されているので、それぞれの周波数特性が前記７０〜７５％の周波数特性よりもさらに広い場合、すべて合わせて連結されるとき、所要の周波数帯域幅が得られる。

【0033】

前述したように、１０Ｇｂ／ｓの伝送に必要な十分な帯域幅を得るためには、ＡＰＤ ２００も少なくとも７〜８ＧＨｚ以上の帯域幅を有している場合、１０Ｇｂ／ｓ光受信器に使用することができる。１０Ｇｂ／ｓ用のような超高速ＡＰＤは、製作の困難性などに起因してまだ充分にコストを低める準備になっていない。

【0034】

以下、充分に低価のＡＰＤを使用してさらに速い伝送速度を有する受信器に使用することができる技術的構成を提供することが必要であり、その方法に対する原理を説明することにする。

【0035】

さらに速い伝送速度に使用するために、帯域幅が制限されたＡＰＤの帯域幅を広げる方法は、２つとして解決することができる。

【0036】

一番目は、図２、図３及び図４を使用して原理を説明する。図２は、１０Ｇｂ／ｓに使用されるＴＩＡ ３００及び主増幅器４００と２．５Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤ ２００を結合したときの周波数特性を示すものである。

【0037】

ここで、図１のグラフ１０、２０及び６０で構成される２．５Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤの周波数特性と、グラフ３０、４０及び５０で構成されるＴＩＡ及び主増幅器の周波数特性を示す。全体の周波数特性は、図１で２つの周波数特性のグラフを合わせたグラフ１０、２０、３０及び４０になる。

【0038】

１０Ｇｂ／ｓ伝送に使用するためには、全体光受信器の周波数特性は、図２、図３及び図５でｆ_c2程度の帯域幅を有しなければならないが、低速のＡＰＤの周波数特性によって、グラフ２０のような傾きが現われ、このため、全体の周波数特性が平坦ではなくなる。このような周波数特性を有するグラフを、十分な利得を有しながら平坦な周波数特性を有するようにすることは、図３のグラフ７０と８０で構成される周波数特性を有する周波数特性補償回路を追加して具現することによって可能になる。

【0039】

グラフ７０と８０の周波数特性を追加して得られる最終の周波数特性は、グラフ９０と４１で構成され、この周波数特性の帯域幅はｆ_c2程度になる。

【0040】

理論的に計算すれば、最終帯域幅がｆ_c2よりも少し小さいが、主増幅器の帯域幅が少し大きいものを使用する場合、所望の帯域幅を得ることができる。実際に具現するときは、ｆ_c2の値が少しの変動があっても、光受信器の使用には全然問題にならない。

【0041】

図４の光受信器のブロック図は、図１の通常的な光受信器の回路に周波数特性補償回路を追加したものである。図４で、周波数特性を補償する周波数特性補償回路６００は、ＴＩＡ ３００と主増幅器４００との間にその機能を入れたが、その理由は、次のように説明することができる。

【0042】

低雑音増幅器であるＴＩＡ ３００は、ＡＰＤ ２００で変換された微細な電流を低雑音増幅する場合、受信感度を良好にすることができ、また、主増幅器４００は、ＴＩＡの出力信号のサイズをロジッグレベルにアップさせる役目をするので、周波数特性を補償する回路は、ＴＩＡ ３００と主増幅器４００との間に設けることが最も好ましい。

【0043】

このような機能を有する構成を具現する方法は、ＴＩＡ ３００の一部として含んでＴＩＡ３００を開発するとき、一緒にその機能を具現することもできる。それとも、主増幅器４００の一部分として主増幅器４００の前方部にその機能を入れて具現することも可能である。

【0044】

また、他の１つ方法は、周波数特性補償回路６００をＴＩＡ ３００と主増幅器４００とは独立的な回路として別に具現してもよい。これは、光受信器を具現しようとする人の回路設計によって決定される。

【0045】

窮極的には、受光素子であるＡＰＤ ２００から始まって、ＴＩＡ ３００、周波数特性補償回路６００及び主増幅器４００が連結され、１つの増幅器として作動するので、すべて合わせて１つの増幅器を光受信器として見なすことができる。

【0046】

二番目の方法は、ＡＰＤ ２００の利得と帯域幅の関係を利用する方法である。通常、ＡＰＤの利得（Ｇａｉｎ：Ｇ）と帯域幅（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ：ＢＷ）の積は、一定であると知られている。これを式で表現すれば、式（１）の通りである。

【0047】

ＧｘＢＷ＝一定−−−−−−−−−−−−−−（１）

【0048】

例えば、２．５Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤの場合、式（１）が３０ＧＨｚ程度であり、１０Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤの場合、その値が１００ＧＨｚ程度であると仮定する。そして、通常２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤおよび１０Ｇｂ／ｓ ＡＰＤがそれぞれの伝送速度で最適の受信感度を出す利得が１０程度なら、それぞれの場合、２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤの帯域幅は、２．５ＧＨｚであり、１０Ｇｂ／ｓ ＡＰＤの帯域幅は、１０ＧＨｚ程度である。

【0049】

ＡＰＤのバイアス電圧を最適値からますます低めるようになれば、ＡＰＤの利得は、ますます少なくなり、その帯域幅は、ますます増加するようになる。例えば２．５Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤの場合、利得を５程度に低めると、帯域幅は、５ＧＨｚであり、１０Ｇｂ／ｓ ＡＰＤの場合、利得を５に低めたら、２０ＧＨｚの帯域幅を有するようになる。

【0050】

図５のグラフ１０、１１、１２は、ますます少なくなる利得を示し、図５のグラフ２０、２１、２２は、これによってで帯域幅がますます増加することを示す。このようにしてＡＰＤのバイアスを調整すれば、利得は低くなるが、帯域幅を大きくなるようにすることができ、低い伝送速度に最適化されたＡＰＤを速い伝送速度で受信することができる光受信器として使用することができる。

【0051】

このような技術的構成は、帯域幅を大きくして、速い伝送速度に合う光受信器として使用することはできるが、利得が減少するので、受信感度はますます悪くなる傾向を示すようになる。したがって、このような技術的構成は、ある程度の利点はあるが、低速に最適化されたＡＰＤを使用して速い伝送速度に最適の受信感度を示すようにするには適していない。

【0052】

他の１つの考慮すべき点がある。式（１）と図５によってＡＰＤバイアスを低くして帯域幅を増加させる方法が、実際には、式（１）に正確に従うことなく、バイアスを低めれば、ＡＰＤのキャパシタ成分の増加によって帯域幅が増加する効果が減少する。そして、ＴＩＡ ２００入力に現われるキャパシタンス成分の増加によって雑音が増加し、受信感度が悪くなる傾向がある。一般的に、雑音は、ＴＩＡ ２００の入力端に等価的に現われるキャパシタンス成分の二乗に比例して雑音電力が増加する。したがって、ＡＰＤバイアスのみを低減し、帯域幅を増加させる方式は、最適の結果を与えない。

【0053】

最適の受信感度を有するようにする方法は、前述した一番目の方法で低速に最適化されたＡＰＤ ２００をバイアス電圧を印加したそのままにし、周波数特性補償回路を使用して全体受信器の周波数特性を所要の高速の伝送速度に合う周波数帯域を有するように補償するものである。このような技術的構成を使用するためには、周波数特性補償回路にプログラムをすることができる機能を付与し、光受信器を実際に製作するとき、適切な値で容易に補償することができるように構成することが好ましい。このようにすれば、ＡＰＤ自体が有している特性が少し異なる場合に、微細調整を行うことができるという長所がある。

【0054】

他の技術的構成を考えれることができるものは、周波数特性補償回路を適切な値を有するように固定しておいて、ＡＰＤのバイアスを少し調節し、最終周波数特性を有するようにすることもできる。

【0055】

実際に製品として生産する場合を考慮すれば、周波数特性をプログラムし、周波数特性を可変することができるようにする設計製作する方法と、ＡＰＤのバイアスを調節し、帯域幅を調整する２つの方法をすべて使用することが最も良い結果を与える。

【0056】

〈実施例１〉
実際に前述した原理が作動するかどうかを確認するために実験を通じて確認した。２．５Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤを使用して１０Ｇｂ／ｓ光受信器を製作した。図４でＡＰＤ ２００は、２．５Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤを使用し、ＴＩＡ ３００は、１０Ｇｂ／ｓ用ＴＩＡ、周波数特性補償回路６００と主増幅器４００は、２つの機能が一緒に集積された素子を使用した。そして、集積された周波数特性補償回路は、プログラムと連動するように構成し、周波数補償程度を微細に調節することができる機能及び手段を付与した。

【0057】

このように構成した光受信器を１０Ｇｂ／ｓで最適の受信感度が出るようにするために、ＡＰＤは、２．５Ｇｂ／ｓで最適の受信感度が出るバイアス電圧を印加した。次に、プログラム可能な周波数特性補償回路を使用して周波数を補償した。

【0058】

このような方式で補償した回路をまず１０Ｇｂ／ｓ光信号を受信可能であるかを確認した。一旦、１０Ｇｂ／ｓ光信号を受信可能であることを確認した後、補償程度を変えながら最適の受信感度が出るように周波数特性補償回路を微細調整した。その後、ＡＰＤバイアスをさらに微細調整し、最適の周波数補償が行われるようにした。

【0059】

製作した光受信器の特性を確認するために使用された基準光送信機の波形は、図６のような結果を示した。使用した光送信機の消光比は、１１．３ｄＢであり、伝送速度は、１０．３Ｇｂ／ｓである。

【0060】

図７は、基準光送信機を使用して測定した１０Ｇｂ／ｓ光受信器の特性を示す。図７で、グラフａ）、ｂ）及びｃ）は、周波数特性補償回路の補償程度によってＢＥＲ（ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ）特性が相異に現われることを例示する。グラフｃ）は、最適の周波数補償状態でのＢＥＲグラフであり、ＢＥＲが１０^-12であるとき、受信感度は、−２５ｄＢｍより良好であることが分かる。この性能は、通常、１０Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤを使用する光受信器の特性と同様の水準である。そして、１０Ｇ ＰＯＮでは、受信感度の規格を１０^-3ＢＥＲで−２８ｄＢｍと規定している。このように規定したことは、１０Ｇ ＰＯＮでは、ＦＥＣ（ｆｏｒｗａｒｄ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）機能を使用するからである。図７を参照すれば、グラフａ）、ｂ）及びｃ）は、いずれも性能を満足することが分かる。参照として前記の構成で２．５Ｇｂｓ／光送信機を使用して２．５Ｇｂ／ｓ伝送速度で受信感度を測定したとき、受信感度が−２９ｄＢｍより良好な結果を示すことを確認した。

【0061】

図７に示されたように、２．５Ｇｂ／ｓ用ＡＰＤと１０Ｇｂ／ｓ用電子回路及び周波数特性補償回路を使用して１０Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを使用する程度の受信感度を出す光受信器を具現することができることを示した。

【0062】

前述した周波数特性補償回路を使用した光送信機の原理は、１０Ｇ ＰＯＮに使用されるＯＬＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）用受信器として使用し、１．２５Ｇｂ／ｓ、２．５Ｇｂ／ｓ及び１０Ｇｂ／ｓのｂｕｒｓｔ光データを同時に受信するのに使用することもできる。

【0063】

そして、前記原理は、ＡＰＤを使用する光受信器だけでなく、ＰＩＮ受光素子にも適用可能である。

【0064】

すなわち、ＰＩＮ受光素子に対しても前述したＡＰＤと同一の技術的構成で低速の低価のＰＩＮを利用して高速の光受信器を具現することができる。

【0065】

本発明による光受信器の構成を大きく要約して説明する。
データを光に受信する光受信器は、２．５Ｇｂ／ｓで伝送された光を受光する受光素子であるＡＰＤまたはＰＩＮと、受光素子であるＡＰＤまたはＰＩＮ次の段に位置し、変換された電流を低雑音増幅するＴＩＡと、高速で伝送される信号を受信することができるように周波数帯域幅を広げるための周波数特性補償回路と、周波数特性補償回路を経て出た信号をデジタル素子で使用することができるサイズの信号に増幅するための主増幅器とで構成することができる。

【0066】

これに基づいて多様な変形と応用が可能であり、そのような変形及び応用も本発明の保護範囲に属する。

【0067】

〈実施例２〉
本発明による実施例２は、実施例１の光受信器を具現する方法に関する。すなわち、２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを利用した高速光受信器を具現する方法である。

【0068】

より具体的に、２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを利用した高速光受信器を具現する方法は、２．５Ｇｂ／ｓで伝送された光を受光する受光素子であるＡＰＤまたはＰＩＮと、受光素子であるＡＰＤまたはＰＩＮ次の段に位置し、変換された電流を低雑音増幅するＴＩＡと、デジタル素子で使用することができるサイズの信号に増幅するための主増幅器とで構成される回路から利得と周波数特性を測定する段階と、測定された利得及び周波数特性に基づいて補償する場合、１０Ｇｂ／ｓでデータ伝送すことができる利得と周波数帯域有する周波数特性補償回路を付加する段階とを含む。

【0069】

２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを利用した高速光受信器を具現する方法において周波数特性補償回路は、ＡＰＤまたはＰＩＮで受光した信号を低雑音増幅するＴＩＡと、デジタル信号として使用することができるように信号を増幅する主増幅器との間に別途の回路を構成して位置させるか、またはＴＩＡ後端に含ませて構成するか、主増幅器の前端に含ませて構成することができる。

【0070】

２．５Ｇｂ／ｓ ＡＰＤを利用した高速光受信器を具現する方法において高速光受信器は、周波数補償を周波数特性補償回路を利用した周波数帯域幅調整及びＡＰＤまたはＰＩＮのバイアス電圧調整を一緒に行い、周波数帯域を調整することができるように構成することができる。

【0071】

高速光受信器を具現する方法は、光受信器が連続的な光信号を受け入れる連続受信モードで作動するように構成することができる。

【0072】

高速光受信器を具現する方法は、光受信器をＰＯＮに使用するためにＯＬＴのバーストモードで作動するように構成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、ＡＰＤと、ＡＰＤバイアス制御回路と、ＡＰＤで受信した信号を低雑音増幅するＴＩＡ（ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）及び主増幅器（ｐｏｓｔ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で構成される光受信器においてＡＰＤとともに構成されている受信器回路を使用して帯域幅を拡張し、通常ＡＰＤを使用して受信することができる伝送速度よりもさらに高い伝送速度の光信号を受信するようにする光受信器を構成する方法を低費用で高い伝送速度を提供することができるので、産業上利用可能性が非常に高い。

【符号の説明】

【0074】

１００ ＡＰＤバイアス回路
２００ ＡＰＤ
３００ ＴＩＡ
４００ 主増幅器
５００ 出力
６００ 周波数特性補償回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】