光接收器、站侧光终端装置以及受光等级监视方法

摘要

本发明的光接收器具备：受光元件(1)，将输入光信号变换为电流；电流镜电路(2)，具有基准电流侧的晶体管(21)和镜电流侧晶体管(22)，晶体管(21)与受光元件(1)连接；电流电压变换电路(3)，将来自晶体管(22)的输出电流变换为电压，作为受光元件(1)的受光等级监视电压而输出；以及电流吸入电路(6)，与晶体管(21)连接，使电流流过晶体管(21)。

说明书

技术领域

本发明涉及光通信系统中的光接收器、站侧光终端装置以及受光 等级监视方法。

背景技术

以往，作为实现使用了光纤的公共线路网的方式，广泛使用被称 为PON(Passive Optical Network:无源光网络)系统的点到多点的接 入系光通信系统。

PON系统包括作为站侧装置的1台OLT(Optical Line  Terminal：光线路终端)、和经由光星形耦合器与OLT连接的多个 作为加入者终端装置的ONU(Optical Network Unit：光网络单元)。 PON系统能够针对许多ONU共享作为与OLT的传送路的光纤的大 部分，所以具有能够期待运用成本的经济化、无需对作为无源部件的 光星形耦合器供电且室外设置容易、可靠性也高这样的优点，所以近 年来被活跃地引入而作为实现宽带网络的王牌。

例如，在以IEEE(Institute of Electrical and Electronic  Engineers：美国电气和电子工程师协会)802.3av标准化了的能够实 现10Gbit/s的传送速度的通信的10G-EPON(10Gigabit-Ethernet(注 册商标)Passive Optical Network)中，在从PLT向ONU的下行通 信中，使用了基于1.58μm频带的多播通信方式。各ONU通过进行波 分复用的WDM(Wavelength Division Multiplexing：波分复用)滤 波器分享传送速度，并且仅取出所分配的时隙的发往本站的数据。另 一方面，在从各ONU向OLT的上行通信中，使用了时分复用通信方 式，该时分复用通信方式使用光波长1.27μm频带，控制送出定时以 避免来自各ONU的数据冲突。

在上述那样的PON系统的上行通信中，OLT的光接收部接收突 发光信号。在OLT中，通过检测各突发光信号的受光等级，例如通 信状态监视、有无突发光信号等，具有能够提高PON的上行通信的 质量的效果，所以需要检测各突发光信号的受光等级。在例如专利文 献1以及专利文献2中，提出了检测点到点系统中的受光等级的技术。

专利文献1：日本特开平11-40840号公报

专利文献2：日本特开2004-289206号公报

发明内容

但是，在上述专利文献1以及专利文献2所示的技术中，存在电 流镜电路无法高速地追踪由于各突发光信号而从受光元件发生的电 流的变化，所以无法监视正确的受光等级(输入信号强度)这样的问 题。

具体而言，在专利文献1中，对受光元件，以不冲突的方式输入 来自各ONU的突发光信号，通过电流电压变换放大器以及数据/时钟 再生电路，根据突发光信号瞬时地生成突发电信号的数据和时钟。另 外，电流镜电路具有将基极彼此连接了的1对晶体管，将该1对晶体 管中的一个晶体管(基准电流侧晶体管)的集电极连接到受光元件的 阴极。由此，从电流镜电路的另一个晶体管(镜电流侧晶体管)的集 电极输出与在受光元件中流过的电流成比例的输入电流Ipdm。然后， 将输入电流Ipdm变换为电压，作为输入光信号强度监视输出Vm2， 输入到微型计算机。从微型计算机输出输入光信号强度监视输出 Vm2。在专利文献1中，通过输入光信号强度监视输出Vm2，监视受 光等级。

在专利文献1中，如果对受光元件输入了突发性的光信号，则从 电流镜电路的基准电流侧晶体管流过电流Ipd。但是，基准电流侧晶 体管中流过的电流从0A开始流动，所以从镜电流侧晶体管输出的电 流Ipdm的响应变慢。因此，输入光信号强度监视输出Vm2也成为与 Ipdm同样的波形，无法正确地测定输入光信号强度。

另外，在专利文献2中，存在由于对电压变换后的输入光信号强 度监视输出进行模拟数字变换时的采样定时而输入光信号强度不同 这样的问题。

本发明是鉴于上述而完成的，目的在于得到一种能够正确地测定 输入光信号强度的光接收器、站侧光终端装置以及受光等级监视方 法。

为了解决上述课题并达成目的，本发明的特征在于，具备：受光 元件，将输入光信号变换为电流；电流镜电路，具有基准电流侧晶体 管和镜电流侧晶体管，所述基准电流侧晶体管与所述受光元件连接； 电流电压变换电路，将来自所述镜电流侧晶体管的输出电流变换为电 压，作为所述受光元件的受光等级监视电压而输出；以及电流吸入电 路，与所述基准电流侧晶体管连接，使规定的电流流过所述基准电流 侧晶体管。

本发明的光接收器、站侧光终端装置以及受光等级监视方法起到 能够正确地测定输入光信号强度这样的效果。

附图说明

图1是示出实施方式1的光接收器的结构例的图。

图2是示出包括具备光接收器的OLT的PON系统的结构例的 图。

图3是示出以往的受光等级监视方法中的各输出的一个例子的 图。

图4是示出实施方式1的受光等级监视方法中的各输出的一个例 子的图。

图5是示出实施方式2的光接收器的结构例的图。

图6是示出实施方式2的受光等级监视方法中的各输出的一个例 子的图。

图7是示出实施方式3的光接收器的结构例的图。

图8是示出实施方式3的受光等级监视方法中的各输出的一个例 子的图。

图9是示出实施方式4的光接收器的结构例的图。

图10是示出实施方式4的受光等级监视方法中的各输出的一个 例子的图。

图11是示出实施方式5的光接收器的结构例的图。

图12是示出实施方式6的光接收器的结构例的图。

图13是示出实施方式7的光接收器的结构例的图。

符号说明

1：受光元件；2：电流镜电路；3：电流电压变换电路；4：电流 电压变换放大器(TIA)；5：数据/时钟再生电路；6：电流吸入电路、 第1电流吸入电路；7：第2电流吸入电路；8、8a：电压检测电路； 9：采样&保持电路(S/H)；10：运算电路(微型计算机)；11、12： 模拟数字变换电路(ADC)；13：温度检测器；14、16：数字模拟变 换电路(DAC)；15：高电压发生器；21、22、61、83：晶体管；62、 81、82：电阻；63：运算放大器；100：OLT；200-1～200-n：ONU。

具体实施方式

以下，关于本发明的光接收器、站侧光终端装置以及受光等级监 视方法，根据附图，详细说明输入光信号强度的实施方式。另外，本 发明不限于该实施方式。

实施方式1.

图1是示出本发明的光接收器的实施方式1的结构例的图。本实 施方式的光接收器搭载于例如PON系统中的OLT(站侧光终端装 置)。另外，本实施方式的光接收器不限于OLT，只要是要求受光等 级的监视的装置，可以应用于任意的装置。此处，说明搭载在PON 系统的OLT的例子。

图2是示出包括具备本实施方式的光接收器的OLT的PON系 统的结构例的图。如图2所示，该PON系统包括OLT100、和 ONU200-1～200-n(n是1以上的整数)。OLT1和ONU200-1～200-n 经由星形耦合器通过光纤连接。

在PON系统中，在下行通信(从OLT100向ONU200-1～200-n 的方向的通信))和上行通信(从ONU200-1～200-n向OLT100的方 向的通信)中使用不同的光波长，在下行通信中使用多播通信方式， 在上行通信中使用时分复用通信方式。在上行通信中，OLT100对各 ONU200-1～200-n分配发送许可时间段，以避免从各ONU200-1～200-n 发送的信号冲突。由此，在相互不同的时间段中，通过OLT100接收 从各ONU200-1～200-n发送的数据，作为突发光信号。在图2中，将 来自ONU#i(i＝1，2，…n)的发送数据示意地表示为ONU#i。

本实施方式的光接收器是在例如图2的OLT100中接收光信号的 光接收器，接收从各ONU200-1～200-n发送的突发光信号。如图1所 示，本实施方式的光接收器具备作为PD(Photodiode：光电二极管)、 APD(Avalanche Photodiode：雪崩光电二极管)等的受光元件1、电 流镜电路2、电流电压变换电路3、电流电压变换放大器(TIA)4、 数据/时钟再生电路5以及电流吸入电路6。电流镜电路2具备晶体管 21和晶体管22，晶体管21和晶体管22的基极彼此被连接。另外， 晶体管22的集电极与受光元件1的阴极连接。

通过受光元件1将所输入的突发光信号变换为电流。电流电压变 换放大器4以及数据/时钟再生电路5根据在受光元件1中流过的电流 而生成数据和时钟。

如果对受光元件1输入了突发光信号，则根据突发光信号的强度 (输入信号强度、即受光等级)，从受光元件1向电流镜电路2的晶 体管21流过电流Ipd。从晶体管22的集电极输出与受光元件1中流 过的电流成比例的电流Ipdm。电流电压变换电路3将电流Ipdm变换 为电压Vm2，作为受光元件1的受光等级监视电压(输入信号强度) 而输出。

此处，说明以往的光接收器的受光等级监视方法。在以往的光接 收器的受光等级监视方法中，例如，通过从图1的光接收器去掉了电 流吸入电路6的结构来监视受光等级。

图3是示出以往的受光等级监视方法中的各输出的一个例子的 图。在以往的受光等级监视方法中，如果对受光元件1输入了图3的 第1段所示的突发性的光信号，则从受光元件1，从电流镜电路2的 晶体管21流过图3的第2段所示那样的波形的电流Ipd。从晶体管 22的集电极输出与受光元件1中流过的电流成比例的电流Ipdm。但 是，在晶体管21中流过的电流从0A开始流动，所以从晶体管21输 出的电流Ipdm的响应变慢，成为在图3的第3段中示出的电流波形。 在图3的第3段的旁边还示出实际动作时的电流Ipdm的响应波形。 第4段所示的电流电压变换电路3的输出Vm2也成为与电流Ipdm同 样的波形，无法正确地测定输入光信号强度。

相对于此，在本实施方式中，利用电流吸入电路6在晶体管21 中稳定地流过恒定电流，从而如果接收到突发光信号，则晶体管21 从动作状态开始流过光信号电流Ipd。

图4是示出本实施方式的受光等级监视方法中的各输出的一个 例子的图。在本实施方式中，与以往例同样地，如果对受光元件1输 入了突发性的光信号，则从受光元件1流过如图所示那样的电流波形， 从作为电流镜电路2的基准电流侧晶体管的晶体管21流过电流Ipd。 图4的第1段的突发性的光信号和第2段的电流Ipd与图3的第1段、 第2段相同。但是，在本实施方式中，利用电流吸入电路6在晶体管 21中稳定地流过恒定电流，从而晶体管21从动作状态开始流过电流 Ipd，所以从作为镜电流侧晶体管的晶体管22流出的电流Ipdm，如 图4的第3段所示，相比于以往例，响应更快。在图4的第3段的左 侧示出了实际动作时的响应波形。

因此，如果电流电压变换电路3具有充分的频率响应，则从电流 电压变换电路3输出的电压Vm2成为对电流Ipdm乘以常数而得到的 值、即成为与电流Ipdm同样的波形，能够输出比以往更接近电流Ipd 的波形的正确的输入光信号强度。

这样，在本实施方式中，设为利用电流吸入电路6稳定地在晶体 管21中流过恒定电流，从而如果接收了突发光信号，则晶体管21从 动作状态开始流过光信号电流Ipd。因此，从晶体管22流出的电流 Ipdm的响应变快，与以往相比能够输出更正确的输入光信号强度。

实施方式2.

图5是示出本发明的光接收器的实施方式2的结构例的图。在本 实施方式中，除了在实施方式1的光接收器中追加第2电流吸入电路 (镜侧电流吸入电路)7以外，与实施方式1的光接收器相同。在本 实施方式中，将实施方式1的电流吸入电路作为第1电流吸入电路6。 对具有与实施方式1同样的功能的构成要素，附加与实施方式1相同 的符号，省略重复的说明。

图6是示出本实施方式的受光等级监视方法中的各输出的一个 例子的图。使用图6来说明本实施方式的动作。图6的第1段、第2 段示出输入的突发光信号、电流Ipd，与实施方式1的图3、4的第1 段、第2段相同。在本实施方式1中，如图4所示，在电流Ipdm中 产生与通过电流吸入电路6吸入的电流对应的偏置Ib，在电压Vm2 中，与其对应地产生偏置Ib×K(K是常数)。相对于此，在本实施 方式中，如图6的第3段以及第4段所示，通过第2电流吸入电路7 针对来自晶体管22的输出电流，吸入与Ib1大致相同的值的电流Ib2， 从而能够消除在Ipdm以及Vm2中发生的由第1电流吸入电路6引起 的偏置。除以上叙述以外的本实施方式的动作与实施方式1相同。

这样，在本实施方式中，设为通过第2电流吸入电路7消除由第 1电流吸入电路6的吸入电流产生的偏置。因此，得到与实施方式1 同样的效果，并且能够消除在实施方式1中产生的偏置。

实施方式3.

图7是示出本发明的光接收器的实施方式3的结构例的图。在本 实施方式中，对实施方式1的光接收器追加有电压检测电路8、采样 &保持电路(S/H)9、运算电路(微型计算机)10、模拟数字变换电 路(ADC)11、12、温度检测器13、数字模拟变换电路(DAC)14 (第1数字模拟变换电路)以及高电压发生器(电压发生器)15。对 具有与实施方式1同样的功能的构成要素，附加与实施方式1相同的 符号，省略重复的说明。

在本实施方式中，直至作为输入光信号强度而输出电压Vm2的 动作与实施方式1相同，但能够通过采样&保持电路9对与S/H信号 (控制信号)同步的Vm2的值进行采样，通过ADC12(第2模拟数 字变换电路)变换为数字数据而取入到微型计算机10。高电压发生器 15对电流镜电路2施加电压，以提供适合于受光元件1的倍增率。电 压检测电路8检测对受光元件1施加的施加电压Vapd，ADC11(第 1模拟数字变换电路)将检测出的施加电压Vapd变换为数字信号， 输入到微型计算机10。由此，能够将电压Vm2以及受光元件1的施 加电压Vapd取入到微型计算机10中，能够通过微型计算机10对电 压Vm2进行运算。

例如，在作为受光元件1而使用APD的情况等下，施加电压Vapd 依赖于温度而变化。另外，电压Vm2相对实际的输入信号强度并不 线性地变化，表示电压Vm2与输入信号强度的关系的特性依赖于受 光元件1的温度。因此，通过温度检测器13检测受光元件1的环境 温度，控制通过高电压发生器15施加的电压。另外，在微型计算机 10中，根据来自电压检测电路8的输出电压和检测器13检测出的温 度，微型计算机10对电压Vm2进行使用了受光元件1的温度的校正 等运算，作为输入光信号强度(受光等级监视信号)而输出，从而即 使在特性依赖于温度的情况下等，也能够输出正确的输入光信号强 度。

图8是示出利用本实施方式的受光等级监视方法的监视结果的 一个例子的图。图8的第1段、第2段、第3段、第4段分别示出输 入的突发光信号、受光元件1中流过的电流Iapd、从晶体管22流出 的电流Iapdm、电压Vm2，与图3、4的第1段的突发光信号、第2 段的电流Ipd、第3段的Ipdm、第4段的电压Vm2分别相同。在图 8的第5段中示出了S/H信号，在第6段中示出了来自微型计算机10 的输出。

如以上那样，在本实施方式中，设为与实施方式1同样地具备电 流吸入电路6，针对电压Vm2，通过采样&保持电路9对与S/H信号 同步的Vm2的值进行采样，通过ADC12变换为数字数据。因此，得 到与实施方式1同样的效果，并且能够将Vm2取入到微型计算机10 中，并且能够进行针对Vm2的运算。

实施方式4.

图9是示出本发明的光接收器的实施方式4的结构例的图。在本 实施方式中，除了对实施方式3的光接收器追加有DAC16(第2数字 模拟变换电路)以外，与实施方式3的光接收器相同。对具有与实施 方式3同样的功能的构成要素，附加与实施方式1相同的符号，省略 重复的说明。

在本实施方式中，微型计算机10使电流吸入电路6吸入的电流 量变化，设定针对S/H信号的采样定时最佳的电流量。DAC16将从 微型计算机10输出的电流吸入电路6的电流吸入量变换为模拟信号， 输入到电流吸入电路6。如果电流吸入电路6的吸入量变多，则针对 突发光信号的响应速度变快。另一方面，如果电流吸入电路6的吸入 量变得过多，则偏置量增加，所以微型计算机10对电流吸入电路6 设定针对采样定时最佳的电流量。

图10是示出利用本实施方式的受光等级监视方法的监视结果的 一个例子的图。在图10的第1段示出输入的突发光信号的一个例子， 第2段示出与实施方式3同样地得到的电压Vm2。电压Vm2示出响 应速度不同(电流吸入电路6的电流吸入量不同)的3种图案。第3 段示出S/H信号的一个例子。第4段示出与3种Vm2对应的来自微 型计算机10的3种输出。这样，依赖于采样定时和响应速度，从微 型计算机10输出的值不同。因此，在该采样定时，以成为电压Vm2 中的响应速度快的Vm2的方式设定电流吸入量。除了以上叙述以外 的本实施方式的动作与实施方式3相同。

这样，在本实施方式中，设为微型计算机10根据S/H信号的采 样定时对电流吸入电路6设定最佳的电流量。因此，得到与实施方式 3同样的效果，并且能够实现更正确的输入光信号强度监视。

实施方式5.

图11是示出本发明的光接收器的实施方式5的结构例的图。在 本实施方式中，对实施方式4的光接收器，与实施方式2同样地追加 有第2电流吸入电路7。对具有与实施方式2或者4同样的功能的构 成要素，附加与实施方式2或者4相同的符号，省略重复的说明。

在本实施方式中，微型计算机10与实施方式4同样地，对第1 吸入电流电路6设定针对S/H信号的采样定时最佳的吸入电流，并且 对第2吸入电流电路7也同样地设定最佳的吸入电流。除了以上叙述 以外的本实施方式的动作与实施方式2、实施方式4相同。在本实施 方式中，得到与实施方式4同样的效果，并且能够消除在电压Vm2 中产生的偏置。

实施方式6.

图12是示出本发明的光接收器的实施方式6的结构例的图。在 本实施方式中，示出实施方式5的光接收器的第1电流吸入电路6以 及电压检测电路8的结构的一个例子。对具有与实施方式5同样的功 能的构成要素，附加与实施方式5相同的符号，省略重复的说明。

第1电流吸入电路6由晶体管61、电阻62以及运算放大器63 构成。第2电流吸入电路7也是与第1电流吸入电路6同样的结构。 另外，电压检测电路8由电阻81、82构成。

在本实施方式中，示出了第1电流吸入电路6以及电压检测电路 8的电路结构例。本实施方式的效果与实施方式5的效果相同。

实施方式7.

图13是示出本发明的光接收器的实施方式7的结构例的图。在 本实施方式中，示出将实施方式5的光接收器的第1电流吸入电路6 设置于电压检测电路8a内的例子。对具有与实施方式5同样的功能 的构成要素，附加与实施方式5相同的符号，省略重复的说明。

本实施方式的电压检测电路8a(一体电路)是将实施方式5的 第1电流吸入电路6和电压检测电路8一体化而得到的结构，具备电 阻81和第1电流吸入电路6。电压检测电路8a内的第1电流吸入电 路6具备晶体管83。电阻81连接到电流镜电路2的基准电流侧与受 光元件1的连接点，电阻81的另一方与作为NPN晶体管的晶体管83 的集电极连接。于是，将晶体管83的集电极的输出输入到ADC11， 将晶体管83的发射极设为GND(接地)，将晶体管83的基极连接 到DAC16的输出。

在作为受光元件1使用APD的情况下，受光元件1的特性依赖 于环境温度而变化，所以为了根据环境温度(温度检测器13的测定 值)而将倍增率M控制为恒定，需要如以下的式(1)所示地使Vapd 在各温度下变化。另外，T是环境温度、Vapd是受光元件1的施加 电压、Vbr是受光元件1的击穿电压、n是由受光元件1的器件决定 的系数。

[式1]

$M=\frac{1}{1-{\left(\frac{\mathrm{Vapd}\left(T\right)}{\mathrm{Vbr}\left(T\right)}\right)}^n}...\left(1\right)$

在实施方式6的结构的情况下，电阻81、82的两端的电位差是 Vm1＝Vapd，所以流过电阻81的电流根据温度而变化。因此，存在 输入信号强度的偏置由于温度而变动的问题。

相对于此，在本实施方式中，通过从微型计算机10对电压检测 电路8a内的第1电流吸入电路6设定电流吸入量，能够流过对S/H 信号定时最佳的电流，并且不会发生温度所致的输入信号强度的偏置 的变动，能够得到电压检测电路8a的输出电压。

这样，在本实施方式中，将第1电流吸入电路6设置在电压检测 电路8a内。因此，得到与实施方式6同样的效果，并且能够降低温 度所致的输入信号强度的偏置的变动。

产业上的可利用性

如以上那样，本发明的光接收器、站侧光终端装置以及受光等级 监视方法对PON系统有用，特别适用于正确地测定受光等级的系统。