特許 7573783 光受信器、親局装置および光通信システム

(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】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】光受信器、親局装置および光通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/69 20130101AFI20241018BHJP

   H04B 10/27 20130101ALN20241018BHJP

【ＦＩ】

H04B10/69 130

H04B10/69 150

H04B10/27

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024506553

(86)(22)【出願日】2022-05-13

(86)【国際出願番号】 JP2022020159

(87)【国際公開番号】W WO2023218623

(87)【国際公開日】2023-11-16

【審査請求日】2024-02-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】川中 啓敬

【審査官】対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－１２２１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９３２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５８１１９５５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２００１－０２４５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０３５３７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－３１８６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】KAWANAKA T. et al.，A dual-rate burst-mode receiver with rapid response and high CID tolerance for XGS PON，ELECTRONICS LETTERS，The Institution of Engineering and Technology，2021年09月，Vol. 57 No. 19，pages 738-740

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光伝送路を介して接続される複数の子局装置から時分割多重方式で光信号を受信する親局装置に実装される光受信器であって、
前記光信号を電流信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子からの電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換する前置増幅器と、
前記前置増幅器からの前記電圧信号をさらに増幅するとともに、前記電圧信号の振幅を予め定められた範囲に制限するリミッティングアンプと、
前記光信号を受信するタイミングに合わせて、リセット信号を前記前置増幅器に出力する上位システムと、
を備え、
前記前置増幅器は、
前記電流信号を増幅するコア増幅回路と、
第１の調整値を調整することによって前記コア増幅回路の変換利得を変化させる自動利得制御回路と、
前記コア増幅回路が出力する単相信号を差動信号に変換する単相差動変換回路と、
第２の調整値を調整することによって前記単相差動変換回路の閾値を変化させる自動閾値制御回路と、
前記自動利得制御回路が前記コア増幅回路の出力に基づいて調整した前記第１の調整値と、前記自動閾値制御回路が前記コア増幅回路の出力に基づいて調整した前記第２の調整値とを、前記上位システムから受け取る前記子局装置の識別情報と対応づけて記憶部に記憶させる処理装置と、
を有し、
前記自動利得制御回路は、前記リセット信号に合わせたタイミングで、前記記憶部に記憶された前記第１の調整値を用いて前記変換利得を変化させ、
前記自動閾値制御回路は、前記リセット信号に合わせたタイミングで、前記記憶部に記憶された前記第２の調整値を用いて前記閾値を変化させることを特徴とする光受信器。

【請求項2】

前記処理装置は、前記リセット信号に合わせたタイミングで、受信する光信号の送信元である前記子局装置に対応付けて前記記憶部に記憶された前記第１の調整値および前記第２の調整値を前記自動利得制御回路および前記自動閾値制御回路のそれぞれに供給することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。

【請求項3】

光伝送路を介して接続される複数の子局装置から時分割多重方式で光信号を受信する親局装置に実装される光受信器であって、
前記光信号を電流信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子からの電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換する前置増幅器と、
前記前置増幅器からの前記電圧信号をさらに増幅するとともに、前記電圧信号の振幅を予め定められた範囲に制限するリミッティングアンプと、
前記光信号を受信するタイミングに合わせて、リセット信号を前記前置増幅器に出力する上位システムと、
を備え、
前記前置増幅器は、
前記電流信号を増幅するコア増幅回路と、
第１の調整値を調整することによって前記コア増幅回路の変換利得を変化させる自動利得制御回路と、
前記コア増幅回路が出力する単相信号を差動信号に変換する単相差動変換回路と、
第２の調整値を調整することによって前記単相差動変換回路の閾値を変化させる自動閾値制御回路と、
前記自動利得制御回路が前記コア増幅回路の出力に基づいて調整した前記第１の調整値と、前記自動閾値制御回路が前記コア増幅回路の出力に基づいて調整した前記第２の調整値とを、前記上位システムから受け取る前記子局装置の識別情報と対応づけて記憶部に記憶させる処理装置と、
前記光電変換素子からの前記電流信号を増幅する調整用コア増幅回路と、
前記調整用コア増幅回路の出力に基づいて第３の調整値を調整することによって前記調整用コア増幅回路の変換利得を変化させる調整用自動利得制御回路と、
前記調整用コア増幅回路の出力に基づいて第４の調整値を調整する調整用自動閾値制御回路と、
を有し、
前記第３の調整値を用いて前記記憶部に記憶された前記第１の調整値を更新し、
前記第４の調整値を用いて前記記憶部に記憶された前記第２の調整値を更新し、
前記自動利得制御回路は、前記リセット信号に合わせたタイミングで、前記記憶部に記憶された前記第１の調整値を用いて前記変換利得を変化させ、
前記自動閾値制御回路は、前記リセット信号に合わせたタイミングで、前記記憶部に記憶された前記第２の調整値を用いて前記閾値を変化させることを特徴とする光受信器。

【請求項4】

光伝送路を介して接続される複数の子局装置から時分割多重方式で光信号を受信する親局装置に実装される光受信器であって、
前記光信号を電流信号に変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子からの電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換する前置増幅器と、
前記前置増幅器からの前記電圧信号をさらに増幅するとともに、前記電圧信号の振幅を予め定められた範囲に制限するリミッティングアンプと、
前記光信号を受信するタイミングに合わせて、リセット信号を前記前置増幅器に出力する上位システムと、
を備え、
前記前置増幅器は、
前記電流信号を増幅するコア増幅回路と、
第１の調整値を調整することによって前記コア増幅回路の変換利得を変化させる自動利得制御回路と、
前記コア増幅回路が出力する単相信号を差動信号に変換する単相差動変換回路と、
第２の調整値を調整することによって前記単相差動変換回路の閾値を変化させる自動閾値制御回路と、
前記自動利得制御回路が前記コア増幅回路の出力に基づいて調整した前記第１の調整値と、前記自動閾値制御回路が前記コア増幅回路の出力に基づいて調整した前記第２の調整値とを、前記上位システムから受け取る前記子局装置の識別情報と対応づけて記憶部に記憶させる処理装置と、
前記コア増幅回路の出力に含まれる信号を検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路の信号検出結果に基づいて、前記自動閾値制御回路の出力を、前記単相差動変換回路の差動入力に接続する第１の状態と、前記単相差動変換回路の単相入力に接続する第２の状態とを切り替え可能なセレクタと、
を有し、
前記セレクタは、前記リセット信号に応じて前記自動閾値制御回路が前記第２の調整値を用いて閾値を変化させてから前記信号検出回路が信号を検出するまでの間は前記第１の状態とし、前記信号検出回路が信号を検出した後は前記第２の状態とし、
前記自動利得制御回路は、前記リセット信号に合わせたタイミングで、前記記憶部に記憶された前記第１の調整値を用いて前記変換利得を変化させ、
前記自動閾値制御回路は、前記リセット信号に合わせたタイミングで、前記記憶部に記憶された前記第２の調整値を用いて前記閾値を変化させることを特徴とする光受信器。

【請求項5】

前記光電変換素子は、アバランシェフォトダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の光受信器を備えることを特徴とする親局装置。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか１項に記載の光受信器を有する親局装置と、
前記親局装置と光伝送路を介して接続される複数の子局装置と、
を備えることを特徴とする光通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光通信システムで用いられる光受信器、親局装置および光通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、１本の光ファイバを複数の利用者で共有できるＰＯＮ（Passive Optical Network）システムと呼ばれるアクセス系光通信システムが広く普及している。ＰＯＮシステムは、親局装置である１台のＯＬＴ（Optical Line Terminal）と、複数の加入者側の端末装置であり子局装置とも呼ばれるＯＮＵ（Optical Network Unit）とから構成される。ＯＬＴとＯＮＵとの間は、電源を必要としない受動素子であって光信号を分岐する光分岐器である光スターカプラを介して接続される。

【0003】

ＰＯＮシステムにおいて、ＯＬＴがＯＮＵに対して送信時期および送信データ量についての許可を与える時分割多重方式がＯＮＵからＯＬＴへの上り通信で用いられる。ＯＮＵは、ＯＬＴから許可されたタイミングで、許可された送信データ量にて上り通信を行う。

【0004】

ＯＬＴとＯＮＵとの間の距離はＯＮＵの設置場所によって異なるため、ＯＬＴが受信する上り光信号の強度は一定ではない。このため、ＯＬＴには、複数のＯＮＵから様々な強度の上り信号が間欠的に届くことになる。ＯＬＴが受信する光信号の強度の範囲は、標準規格などで定められるためある程度制限されるが、例えば、－３０ｄＢｍ程度の弱信号から－１０ｄＢｍ程度の強信号までの範囲となる。このようにＯＬＴは１００倍以上も異なる強度の光信号を受信しなければならない。

【0005】

ＯＬＴは、受信した光信号の強度が弱い場合、クロックデータリカバリなどの処理のために、高い変換利得で信号増幅しなければならない。このため高い変換利得を持ち、かつ受光素子からの電流信号を電圧信号に変換することができる前置増幅器が広く用いられる。しかしながら、強度が弱い光信号と同じ変換利得で強度が強い光信号を受信すると、増幅器で波形のひずみが生じる。このため、光信号を受信した後に、増幅器の変換利得を調整する方法が広く用いられる。なお、前置増幅器は、後段の増幅器への入力を差動信号とするために、単相差動変換回路を備えており、変換利得を調整した場合、単相差動変換回路の閾値も調整する必要がある。光信号を受信した後に、変換利得および閾値を調整する方法では、光信号の受信を開始してから調整が完了するまでの収束時間の間は、前置増幅器が正常な波形を出力することができない。このため、収束時間は短い方が好ましい。

【0006】

収束時間を短くするために、特許文献１では、変換利得を調整するための自動利得調整回路、および、閾値を調整するための自動閾値制御回路の時定数を信号検出結果に応じて切り替える方法が提案されている。以下、自動利得調整回路のことをＡＧＣ（Automatic Gain Control）と称し、自動閾値制御回路のことをＡＴＣ（Automatic Threshold Control）と称する。この方法では、調整期間にはＡＧＣおよびＡＴＣの時定数を小さくし、調整完了後はＡＧＣおよびＡＴＣの時定数を大きくする。これにより、収束時間を短縮することが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第５８１１９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記従来の技術によれば収束時間を短縮することは可能であるが、依然として収束時間は残存しており、さらなる収束時間の短縮が望まれていた。

【0009】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、光信号の受信開始から変換利得および閾値の調整完了までにかかる時間である収束時間をさらに短縮することが可能な光受信器を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる光受信器は、光伝送路を介して接続される複数の子局装置から時分割多重方式で光信号を受信する親局装置に実装される光受信器であって、光信号を電流信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子からの電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換する前置増幅器と、前置増幅器からの電圧信号をさらに増幅するとともに、電圧信号の振幅を予め定められた範囲に制限するリミッティングアンプと、光信号を受信するタイミングに合わせて、リセット信号を前置増幅器に出力する上位システムと、を備え、前置増幅器は、電流信号を増幅するコア増幅回路と、第１の調整値を調整することによってコア増幅回路の変換利得を変化させる自動利得制御回路と、コア増幅回路が出力する単相信号を差動信号に変換する単相差動変換回路と、第２の調整値を調整することによって単相差動変換回路の閾値を変化させる自動閾値制御回路と、自動利得制御回路がコア増幅回路の出力に基づいて調整した第１の調整値と、自動閾値制御回路がコア増幅回路の出力に基づいて調整した第２の調整値とを、上位システムから受け取る子局装置の識別情報と対応づけて記憶部に記憶させる処理装置と、を有し、自動利得制御回路は、リセット信号に合わせたタイミングで、記憶部に記憶された第１の調整値を用いて変換利得を変化させ、自動閾値制御回路は、リセット信号に合わせたタイミングで、記憶部に記憶された第２の調整値を用いて閾値を変化させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本開示にかかる光受信器は、光信号の受信開始から変換利得および閾値の調整完了までにかかる時間である収束時間をさらに短縮することが可能であるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施の形態１にかかる光通信システムの構成を示す図

【図2】図１に示す光受信器の構成を示す図

【図3】図２に示す前置増幅器中の観測点を示す図

【図4】図３に示す観測点における時間波形の一例を簡略化して示す図

【図5】図２に示す光受信器による第１の調整値および第２の調整値の登録処理についての説明図

【図6】実施の形態２にかかる光受信器の構成を示す図

【図7】実施の形態３にかかる光受信器の構成を示す図

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本開示の実施の形態にかかる光受信器、親局装置および光通信システムを図面に基づいて詳細に説明する。

【0014】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる光通信システム５の構成を示す図である。光通信システム５は、ＯＬＴ１と、複数のＯＮＵ２－１～２－３とを有するＰＯＮシステムである。ＯＬＴ１は、親局装置とも呼ばれ、光伝送路を分岐させる光分岐器３と、光ファイバ４とを用いて、複数のＯＮＵ２－１～２－３に接続されている。なお、複数のＯＮＵ２－１～２－３のそれぞれを区別する必要がない場合、単にＯＮＵ２と称する。ＯＮＵ２は、子局装置とも呼ばれる。ここでは１台のＯＬＴ１が３台のＯＮＵ２に接続されているが、１台のＯＬＴ１に接続されるＯＮＵ２の台数は３台に限らない。１台のＯＬＴ１に接続されるＯＮＵ２の台数は、２台であってもよいし、４台以上であってもよい。

【0015】

光通信システム５において、ＯＬＴ１が複数のＯＮＵ２のそれぞれに対して送信時期および送信データ量についての許可を与える時分割多重方式が、ＯＮＵ２からＯＬＴ１への上り通信で用いられる。したがって、ＯＬＴ１は、受信した光信号の送信元であるＯＮＵ２がＯＮＵ２－１～２－３のうちどのＯＮＵ２であるかを予め把握している。ＯＬＴ１は、光信号を受信する光受信器１０を有している。

【0016】

図２は、図１に示す光受信器１０の構成を示す図である。光受信器１０は、光信号を電流信号に変換する光電変換素子であるＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）１００と、ＡＰＤ１００からの電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換する前置増幅器２００と、前置増幅器２００からの電圧信号をさらに増幅すると共に電圧信号の振幅を予め定められた範囲に制限するリミッティングアンプ３００と、リミッティングアンプ３００からの信号からクロックおよびデータを抽出して再生するクロックデータリカバリ機能を有する上位システム４００とを有する。上位システム４００は、さらに、前置増幅器２００およびリミッティングアンプ３００のそれぞれにリセット信号を供給したり、前置増幅器２００にＯＮＵ情報を供給したり、複数のＯＮＵ２のそれぞれからの信号到達時間およびＯＮＵ２の識別情報を管理したりする。ＯＮＵ情報は、例えば、次に受信する光信号の送信元であるＯＮＵ２の識別情報を含む。

【0017】

ＡＰＤ１００は、受信した光信号を電流信号に変換して前置増幅器２００に出力する。前置増幅器２００は、ＡＰＤ１００が出力した電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換してリミッティングアンプ３００に出力する。リミッティングアンプ３００は、前置増幅器２００が出力する電圧信号をさらに増幅すると共に、電圧信号の振幅を予め定められた範囲に制限して上位システム４００に出力する。上位システム４００は、リミッティングアンプ３００が出力する信号からクロックおよびデータを抽出して再生する。また、詳細については後述するが、前置増幅器２００は、上位システム４００が出力するリセット信号と、ＯＮＵ２の識別情報を含むＯＮＵ情報とに基づいて前置増幅器２００の動作を制御する。

【0018】

前置増幅器２００は、コア増幅回路２０１と、自動利得制御回路であるＡＧＣ２０２と、自動閾値制御回路であるＡＴＣ２０３と、単相差動変換回路２０４と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）２０５と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）２０６と、記憶部２０７と、処理装置２０８とを有する。

【0019】

コア増幅回路２０１は、ＡＰＤ１００からの電流信号を増幅する。コア増幅回路２０１の変換利得は、ＡＧＣ２０２によって調整される。コア増幅回路２０１の出力は、ＡＧＣ２０２、ＡＴＣ２０３および単相差動変換回路２０４のそれぞれに接続される。

【0020】

ＡＧＣ２０２は、コア増幅回路２０１の変換利得を調整する機能を有する。ＡＧＣ２０２は、コア増幅回路２０１に出力する第１の調整値の値を調整することによって、コア増幅回路２０１の変換利得を変化させることができる。ＡＧＣ２０２は、コア増幅回路２０１の出力に基づいて、コア増幅回路２０１の出力が予め定められたレベルとなるように第１の調整値を調整し、変換利得を調整する機能を有する。また、ＡＧＣ２０２は、ＤＡＣ２０６から第１の調整値を受け取ると、ＤＡＣ２０６から受け取った第１の調整値をコア増幅回路２０１に出力することによって変換利得を変化させる機能も有する。第１の調整値は、電圧値であり、コア増幅回路２０１の帰還抵抗部（不図示）に供給される。帰還抵抗部は、一般的に抵抗とＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）の並列回路である。第１の調整値は、コア増幅回路２０１の帰還抵抗部を構成するＭＯＳＦＥＴのゲート電圧として作用する。第１の調整値の値を調整することによって、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧が変化し、帰還抵抗部の抵抗値が変化することで結果としてコア増幅回路２０１の信号増幅利得が変化する。帰還抵抗部の抵抗値が高いほど利得は高く、抵抗値が低いほど利得は低下する。

【0021】

ＡＴＣ２０３は、単相差動変換回路２０４の閾値を調整する機能を有する。ＡＴＣ２０３は、単相差動変換回路２０４に出力する第２の調整値を調整することによって、単相差動変換回路２０４に入力する閾値を変化させることができる。ＡＴＣ２０３は、コア増幅回路２０１の出力に基づいて、第２の調整値を調整し、単相差動変換回路２０４の閾値を調整する機能を有する。また、ＡＴＣ２０３は、ＤＡＣ２０６から第２の調整値を受け取ると、ＤＡＣ２０６から受け取った第２の調整値を単相差動変換回路２０４に出力することによって閾値を調整する機能も有する。第２の調整値は、電圧値であり、単相差動変換回路２０４を構成する差動増幅回路の２つの入力のうちの一方の入力電圧となる。

【0022】

単相差動変換回路２０４は、コア増幅回路２０１の出力と、ＡＴＣ２０３の出力である閾値とを入力として、単相信号を差動信号に変換する。例えば、単相差動変換回路２０４の正相入力をコア増幅回路２０１の出力とし、単相差動変換回路２０４の逆相入力をＡＴＣ２０３の出力である閾値とすることができる。単相差動変換回路２０４を構成する差動増幅回路は、一般的なＭＯＳＦＥＴベースのＣＭＬ（Current Model Logic）回路、バイポーラトランジスタベースのＥＣＬ（Emitter Coupled Logic）などである。単相差動変換回路２０４がＣＭＬ回路を用いて構成される場合、第２の調整値は、ＣＭＬ回路を構成するＭＯＳＦＥＴのゲート電圧として作用する。単相差動変換回路２０４がＥＣＬを用いて構成される場合、第２の調整値は、ＥＣＬを構成するバイポーラトランジスタのベース電圧として作用する。ここで、単相差動変換回路２０４の正相入力信号中心をＤＣ１とし、逆相入力信号中心をＤＣ２とする。この場合、ＤＣオフセット「ＤＣ１－ＤＣ２」の値は、高い増幅率と歪みのない出力差動信号を得るためには、０ｍＶとなることが理想的である。歪みのない信号は、例えば、デューティ比５０％の正弦波などが挙げられる。ここで「ＤＣ１－ＤＣ２」の値が０ｍＶとならない場合、単相差動変換回路２０４の増幅率は下がり、出力差動信号の信号波形に歪みが生じる。つまり、コア増幅回路２０１の出力電圧の振幅が一定であっても、「ＤＣ１－ＤＣ２」の値が０ｍＶからずれるほど単相差動変換回路２０４の出力電圧振幅は低下し、デューティ比も５０％からずれる。このため、光受信器１０では、「ＤＣ１－ＤＣ２」の値を０ｍＶに近づけるため、ＤＣ２の値をＤＣ１に近づけるように制御している。ＤＣ２の値は、ＡＴＣ２０３の出力つまり第２の調整値であり、単相差動変換回路２０４の閾値となる。したがって、受信器１０は、第２の調整値がＤＣ１の値つまりコア増幅回路２０１の出力信号中心に近づくように制御している。単相差動変換回路２０４が出力する差動信号は、リミッティングアンプ３００に入力される。

【0023】

ＡＤＣ２０５は、アナログ値をデジタル値に変換する。ＡＤＣ２０５は、ＡＧＣ２０２およびＡＴＣ２０３が出力するアナログ値である第１の調整値および第２の調整値をデジタル値に変換し、変換後のデジタル値を記憶部２０７に出力することができる。

【0024】

ＤＡＣ２０６は、デジタル値をアナログ値に変換する。ＤＡＣ２０６は、記憶部２０７に記憶された第１の調整値をデジタル値からアナログ値に変換し、変換後のアナログ値である第１の調整値をＡＧＣ２０２に出力することができる。またＤＡＣ２０６は、記憶部２０７に記憶された第２の調整値をデジタル値からアナログ値に変換し、変換後のアナログ値である第２の調整値をＡＴＣ２０３に出力することができる。

【0025】

記憶部２０７は、ＡＤＣ２０５が出力するデジタル値である第１の調整値および第２の調整値を保持する機能を有する。記憶部２０７は、処理装置２０８からの指示に応じて、保持している第１の調整値および第２の調整値をＤＡＣ２０６に出力することができる。

【0026】

処理装置２０８は、前置増幅器２００の動作を制御する簡易的な回路である。処理装置２０８は、上位システム４００からリセット信号とＯＮＵ情報とを受け付け、上位システム４００から受け付ける情報に基づいて、前置増幅器２００の動作を制御することができる。処理装置２０８が行う制御の詳細については、後述する。

【0027】

図３は、図２に示す前置増幅器２００中の観測点を示す図である。図４は、図３に示す観測点における時間波形の一例を簡略化して示す図である。まず図３に示す観測点について説明する。観測点ＡはＡＰＤ１００への入力点であり、ＡＰＤ１００へ入力する光信号が観測される。観測点Ｂはコア増幅回路２０１の出力点であり、コア増幅回路２０１にて増幅された後の信号が観測される。観測点ＣはＡＧＣ２０２からコア増幅回路２０１への出力点であり、第１の調整値が観測される。観測点ＤはＡＴＣ２０３の出力点であり、第２の調整値が観測される。観測点Ｅは上位システム４００から処理装置２０８への入力点であり、リセット信号が観測される。

【0028】

観測点Ａにて観測されるように、時刻ＴにおいてＯＮＵ２からの光信号を受信する。このとき、ＯＮＵ２からの光信号の到来タイミングは既知であるため、時刻Ｔの光信号の到来に合わせて、観測点Ｅにて観測されるようにリセット信号が供給される。光信号を受信した後、コア増幅回路２０１は反転増幅を行うため、観測点Ｂにて観測されるようにコア増幅回路２０１の出力は大きくＤＣ（Direct Current）レベルを下げる。観測点Ｂのグラフに破線で示したラインは、適切な変換利得となった場合のコア増幅回路２０１の出力レベルを表している。

【0029】

従来通り、ＡＧＣ２０２およびＡＴＣ２０３のそれぞれが、コア増幅回路２０１の出力に基づいて第１の調整値および第２の調整値の値を調整することによって、変換利得および閾値を調整したときの観測点Ｃおよび観測点Ｄの時間波形は、一点鎖線で示されている。

【0030】

まずＡＧＣ２０２は、光信号を受信した後に、コア増幅回路２０１の出力が適切なレベルよりも高いか低いかを判定し、図４に示すように変換利得が適切な値よりも大きく、そのためコア増幅回路２０１の出力が適切なレベルよりも低いと判定した場合、変換利得を下げるように第１の調整値を調整する。なお、ここでは観測点Ｃで観測される第１の調整値の値が大きいほど変換利得が下がることとしているが、逆に、第１の調整値の値が小さいほど変換利得が下がることとしてもよい。ここでＡＧＣ２０２の調整にかかる時間をｔ１とする。ｔ１は、高速なものでは数１０ｎｓ程度となる。

【0031】

続いてＡＴＣ２０３は、コア増幅回路２０１の出力を追従するように設計されることが多い。この場合、観測点Ｄは観測点Ｂに似た挙動を示す。ただし、回路の設計次第ではこの限りではない。観測点Ｄにて観測される第２の調整値は、観測点Ｂにて観測されるコア増幅回路２０１の出力のＤＣレベルに合わせた値とすることが好ましいため、ローパスフィルタなどを用いて観測点Ｂの波形から高周波成分を落とすことにより第２の調整値を生成してもよい。この場合、観測点Ｄの波形は時間的に緩やかに変動する。ＡＴＣ２０３をコア増幅回路２０１の出力に追従させる場合、ＡＧＣ２０２の調整完了後にＡＴＣ２０３の調整が完了する。ＡＴＣ２０３の調整にかかる時間をｔ２とした場合、ｔ２はｔ１よりも大きくなる。

【0032】

続いて、本実施の形態の光受信器１０が光信号を受信したときに行う第１の調整値および第２の調整値の調整方法について説明する。光受信器１０は、記憶部２０７に、予め登録された第１の調整値および第２の調整値をＯＮＵ２ごとに保持している。光受信器１０において、各ＯＮＵ２から光信号が到達するタイミングは既知である。このため、光受信器１０は、光信号の到来に合わせて、予め登録された第１の調整値および第２の調整値を使用して変換利得および閾値を変化させることで、調整にかかる時間を短縮することが可能である。この場合の図４の観測点Ｃおよび観測点Ｄの時間波形は、破線で表される。調整にかかる時間ｔ１およびｔ２は、理論的にはゼロとすることができる。具体的な動作を説明する。光受信器１０の上位システム４００は、既知の信号受信タイミングに合わせてリセット信号を前置増幅器２００に出力し、前置増幅器２００の処理装置２０８は、リセット信号に合わせたタイミングで、記憶部２０７に記憶された第１の調整値および第２の調整値をＡＧＣ２０２およびＡＴＣ２０３のそれぞれに供給する。ＡＧＣ２０２は供給された第１の調整値を使用して変換利得を変化させ、ＡＴＣ２０３は供給された第２の調整値を使用して閾値を変化させる。

【0033】

なお、上述のように第１の調整値および第２の調整値の調整を光信号の到来に合わせて瞬時に行うためには、予め、使用する第１の調整値および第２の調整値を登録しておく必要がある。以下、第１の調整値および第２の調整値の登録について説明する。

【0034】

図５は、図２に示す光受信器１０による第１の調整値および第２の調整値の登録処理についての説明図である。図５には、ＯＬＴ１の受信信号、ＯＬＴ１の送信信号、ＯＬＴ１の内部信号、ＯＬＴ１の前置増幅器２００におけるＡＧＣ２０２の出力、前置増幅器２００の状態と、ＯＮＵ２の受信信号、ＯＮＵ２の送信信号が表されている。ＯＬＴ１の内部信号は、ＯＬＴ１の内部で、例えば、上位システム４００と前置増幅器２００との間でやり取りされる信号を指す。ＯＮＵ２は、図１に示すＯＮＵ２－１～２－３のいずれかである。

【0035】

図５は、ネットワークに初めてＯＮＵ２が接続された時刻から始まる。ＯＬＴ１は、新規に接続されたＯＮＵ２がネットワークに存在するかを確認するためGate信号を送信する（ステップＳ１）。ＯＮＵ２に送信されるGate信号と同期して、内部信号としてGate信号が前置増幅器２００に供給される（ステップＳ２）。ここで、前置増幅器２００にGate信号を供給する電気経路は、図２に示すリセット信号が供給される信号線路であってもよいし、図２に示すＯＮＵ情報が供給される信号線路であってもよいし、これらの信号線路とは異なる新規の信号線路が設けられてもよい。

【0036】

前置増幅器２００は、Gate信号を受信すると、第１の調整値および第２の調整値の登録処理を行う「Reg.stand-by」状態に移行する。なお、以下の説明中において、第１の調整値および第２の調整値のことを、単に調整値と称することがある。ＯＮＵ２は、Gate信号を受信すると、ＯＬＴ１に対して自身をネットワークに登録するために必要な情報を含む登録要求を送信する（ステップＳ３）。

【0037】

ＯＬＴ１は、ＯＮＵ２からの登録要求を受信すると、この段階では、このＯＮＵ２に適した調整値は不明であるため、従来通りに、コア増幅回路２０１の出力に基づいた調整値の調整処理が行われる。調整値の調整が完了すると、ＯＬＴ１はＯＮＵ２からの信号を受領したことを示すリセット信号を内部信号として前置増幅器２００に供給する（ステップＳ４）。前置増幅器２００は、このリセット信号を受領した段階の調整値をデジタル信号に変換し、記憶部２０７へ登録する。この段階では、登録された調整値は、ＯＮＵ２の識別情報と対応づけられていない。さらにリセット信号が内部信号として供給されると（ステップＳ５）、前置増幅器２００は調整値登録状態を解除する。

【0038】

登録要求後にＯＬＴ１は、ＯＮＵ２の送信タイミングおよび送信データ量を決定すると、これらの割当情報を含む信号であってＯＮＵ２への登録確認信号である「Register+gate」信号を送信する（ステップＳ６）。このとき、ＯＬＴ１は内部信号で、ＯＮＵ２の識別情報を含むデータ列を前置増幅器２００に対して供給する（ステップＳ７）。前置増幅器２００は、この識別情報を受信すると、すでに記憶部２０７に保持した調整値と受信した識別情報とを対応づけて登録する。例えば、前置増幅器２００は、ＯＮＵ２の識別情報とレジスタアドレスとを対応させることによって、調整値と識別情報とを対応づけることができる。

【0039】

ＯＮＵ２は、「Register+gate」信号を受信すると、受信できたことを確認するためのＡｃｋ信号を送信する（ステップＳ８）。この段階では、ＯＮＵ２からの信号到達タイミングは既知であるため、ＯＬＴ１は、Ａｃｋ信号の受信タイミングに合わせて、リセット信号と、受信する信号の送信元であるＯＮＵ２を識別する識別情報とを内部信号として供給する（ステップＳ９）。

【0040】

前置増幅器２００は、既に調整値の登録が済んでいるため、供給された識別情報に対応づけて記憶部２０７に記憶された調整値をリセット信号に合わせて呼び出し、ＡＧＣ２０２およびＡＴＣ２０３のそれぞれに供給することによって、瞬時に調整値の調整を完了する。調整値が調整されることで、変換利得および閾値が調整されることになる。ＯＮＵ２からの信号が終了すると、ＯＬＴ１はリセット信号を内部信号として前置増幅器２００に供給する（ステップＳ１０）。前置増幅器２００は、このリセット信号に合わせたタイミングで、調整値呼び出し状態を解除する。

【0041】

以上説明したように、実施の形態１にかかる光受信器１０は、光伝送路を介して複数の子局装置であるＯＮＵ２と接続され、複数のＯＮＵ２から時分割多重方式で光信号を受信する親局装置であるＯＬＴ１に実装される光受信器１０であって、光信号を電流信号に変換する光電変換素子であるＡＰＤ１００と、ＡＰＤ１００からの電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換する前置増幅器２００と、前置増幅器２００からの電圧信号をさらに増幅するとともに、電圧信号の振幅を予め定められた範囲に制限するリミッティングアンプ３００と、光信号を受信するタイミングに合わせて、リセット信号を前置増幅器２００に出力する上位システム４００と、を備え、前置増幅器２００は、コア増幅回路２０１と、第１の調整値を調整することによってコア増幅回路の変換利得を変化させる自動利得制御回路であるＡＧＣ２０２と、コア増幅回路２０１が出力する単相信号を差動信号に変換する単相差動変換回路２０４と、第２の調整値を調整することによって単相差動変換回路２０４の閾値を変化させる自動閾値制御回路であるＡＴＣ２０３と、ＡＧＣ２０２がコア増幅回路２０１の出力に基づいて調整した第１の調整値と、ＡＴＣ２０３がコア増幅回路２０１の出力に基づいて調整した第２の調整値とを、上位システム４００から受け取るＯＮＵ２の識別情報と対応づけて記憶部２０７に記憶させる処理装置２０８と、を有する。処理装置２０８が識別情報と第１の調整値および第２の調整値とを対応付けて記憶させる処理は、例えば、ＯＮＵ２が初めてネットワークに接続されたときに、初期登録処理の一部として行われる。

【0042】

かかる構成により、各ＯＮＵ２からの光信号を受信するときに適切な第１の調整値および第２の調整値をＯＮＵ２の識別情報と対応づけて保持することが可能になるため、コア増幅回路２０１の変換利得および単相差動変換回路２０４の閾値を調整する際に、予め保持された調整値を使用することによって、調整にかかる時間を短縮することが可能になる。

【0043】

ＡＧＣ２０２は、リセット信号に合わせたタイミングで、記憶部２０７に記憶された第１の調整値を用いてコア増幅回路２０１の変換利得を変化させ、ＡＴＣ２０３は、リセット信号に合わせたタイミングで、記憶部２０７に記憶された第２の調整値を用いて閾値を変化させる。このように、既知の受信タイミングに合わせて供給されるリセット信号に合わせたタイミングで変換利得および閾値の調整を完了することができるため、前置増幅器２００が最初から正常な波形を出力することが可能になる。

【0044】

実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかる光受信器１０Ａの構成を示す図である。光受信器１０Ａは、ＯＬＴ１に備わる。光受信器１０Ａは、ＡＰＤ１００と、前置増幅器２００Ａと、リミッティングアンプ３００と、上位システム４００とを有し、光受信器１０の前置増幅器２００の代わりに、前置増幅器２００Ａを有する。以下、実施の形態１にかかる光受信器１０と異なる部分について主に説明し、共通する部分については詳細な説明を省略する。

【0045】

前置増幅器２００Ａは、前置増幅器２００の構成に加えて、ＡＰＤ１００からの電流信号を増幅する調整用コア増幅回路２０９と、調整用コア増幅回路２０９の出力に基づいて第３の調整値を調整することによって調整用コア増幅回路２０９の変換利得を変化させる調整用自動利得制御回路であるＡＧＣ２１０と、調整用コア増幅回路２０９の出力に基づいて第４の調整値を調整する調整用自動閾値制御回路であるＡＴＣ２１１とをさらに有する。処理装置２０８は、ＡＧＣ２１０による調整後の第３の調整値とＡＴＣ２１１による調整後の第４の調整値とをＡＤＣ２０５でデジタル値に変換させて、変換後の第３の調整値を用いて、記憶部２０７に記憶された第１の調整値を更新し、ＡＴＣ２１１による調整後の第４の調整値を用いて、記憶部２０７に記憶された第２の調整値を更新することができる。ここで、処理装置２０８は、第３の調整値および第４の調整値の調整時に使用されていた第１の調整値および第２の調整値を更新する。

【0046】

これにより、光受信器１０Ａは、記憶部２０７に一度登録された第１の調整値および第２の調整値を、更新することができる。したがって、環境変化、経年劣化などによって適切な調整値が変化した場合であっても、このような変化に対して追従することが可能になる。

【0047】

実施の形態３．
図７は、実施の形態３にかかる光受信器１０Ｂの構成を示す図である。光受信器１０Ｂは、ＯＬＴ１に備わる。光受信器１０Ｂは、ＡＰＤ１００と、前置増幅器２００Ｂと、リミッティングアンプ３００と、上位システム４００とを有し、光受信器１０の前置増幅器２００の代わりに、前置増幅器２００Ｂを有する。以下、実施の形態１にかかる光受信器１０と異なる部分について主に説明し、共通する部分については詳細な説明を省略する。

【0048】

前置増幅器２００Ｂは、前置増幅器２００の構成に加えて、コア増幅回路２０１の出力に含まれる信号を検出する信号検出回路２１２と、信号検出回路２１２の信号検出結果に基づいて、単相差動変換回路２０４の入力端子への接続を切り替えるセレクタ２１３とを有する。セレクタ２１３は、ＡＴＣ２０３の出力を、単相差動変換回路２０４の差動入力に接続する第１の状態と、単相差動変換回路２０４の単相入力に接続する第２の状態とを切り替え可能である。第２の状態では、単相差動変換回路２０４の単相入力の片入力にＡＴＣ２０３の出力が接続され、もう一方の片入力にコア増幅回路２０１の出力が接続されることになる。セレクタ２１３は、コア増幅回路２０１の変換利得および単相差動変換回路２０４の閾値の調整が完了してから、信号検出回路２１２が信号を検出するまでの間は第１の状態とし、信号検出回路２１２が信号を検出した後は第２の状態とする。これにより、リセット信号が入力された後の無信号区間で前置増幅器２００Ｂの差動出力間にＤＣオフセットが生じることを抑制することができる。前置増幅器２００Ｂの差動出力間にＤＣオフセットが生じた場合、つまり、上述の「ＤＣ１－ＤＣ２」の値が０ｍＶでない場合、単相差動変換回路２０４の増幅率が下がり、単相差動変換回路２０４の出力波形で歪みが生じるといった状態が生じ得る。また、ＤＣオフセットが大きく、単相差動変換回路２０４の入出力範囲を逸脱すると、単相差動変換回路２０４から波形が出力されないといった状態が生じ得る。ＤＣオフセットを抑制することによって、このような状態を回避することが可能になり、ＯＬＴ１が安定した動作を継続することが可能になる。

【0049】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【0050】

例えば、上記の実施の形態では、光電変換素子の一例としてアバランシェフォトダイオードを挙げたが、光電変換素子はアバランシェフォトダイオード以外の光電変換素子であってもよい。例えば、光電変換素子は、ＰＩＮ接合型のフォトダイオードであってもよい。

【0051】

また、上記の実施の形態では、単相差動変換回路２０４の正相入力をコア増幅回路２０１の出力とし、単相差動変換回路２０４の逆相入力をＡＴＣ２０３の出力である閾値としたが、単相差動変換回路２０４の正相入力をＡＴＣ２０３の出力である閾値とし、単相差動変換回路２０４の逆相入力をコア増幅回路２０１の出力としてもよい。

【符号の説明】

【0052】

１ ＯＬＴ、２，２－１～２－３ ＯＮＵ、３ 光分岐器、４ 光ファイバ、５ 光通信システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ 光受信器、１００ ＡＰＤ、２００，２００Ａ，２００Ｂ 前置増幅器、２０１ コア増幅回路、２０２，２１０ ＡＧＣ、２０３，２１１ ＡＴＣ、２０４ 単相差動変換回路、２０５ ＡＤＣ、２０６ ＤＡＣ、２０７ 記憶部、２０８ 処理装置、２０９ 調整用コア増幅回路、２１２ 信号検出回路、２１３ セレクタ、３００ リミッティングアンプ、４００ 上位システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】