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WO2013111286A1 - 光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法 - Google Patents

光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法 Download PDF

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WO2013111286A1
WO2013111286A1 PCT/JP2012/051548 JP2012051548W WO2013111286A1 WO 2013111286 A1 WO2013111286 A1 WO 2013111286A1 JP 2012051548 W JP2012051548 W JP 2012051548W WO 2013111286 A1 WO2013111286 A1 WO 2013111286A1
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WO
WIPO (PCT)
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current
circuit
transistor
voltage
digital
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/051548
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English (en)
French (fr)
Inventor
正道 野上
聡 吉間
雅樹 野田
中川 潤一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Priority to PCT/JP2012/051548 priority patent/WO2013111286A1/ja
Priority to CN201280067177.2A priority patent/CN104054185B/zh
Priority to US14/354,293 priority patent/US9252887B2/en
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F3/04Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
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    • HELECTRICITY
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B10/075Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00Optical multiplex systems
    • H04J14/08Time-division multiplex systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical receiver, a station-side optical terminator, and a received light level monitoring method in an optical communication system.
  • PON Passive Optical Network
  • the PON system is composed of one OLT (Optical Line Terminal) which is a station side device and ONU (Optical Network Unit) which is a plurality of subscriber terminal devices connected to the OLT via an optical star coupler.
  • OLT Optical Line Terminal
  • ONU Optical Network Unit
  • the PON system can share most of the optical fiber, which is the transmission line, with the OLT for a large number of ONUs, so it can be expected to reduce the operating cost
  • the optical star coupler which is a passive component, does not require power supply and can be used outdoors. Since it has the advantages of easy installation and high reliability, it has been actively introduced as a trump card for realizing a broadband network in recent years.
  • 10G-EPON 10Gigabit-Ethernet (registered trademark) Passive Optical Network) capable of communication at a transmission rate of 10 Gbit / s standardized by IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.3av
  • PLT In the downstream communication from the network to the ONU, a broadcast communication system using the 1.58 ⁇ m band is used.
  • Each ONU divides the transmission rate by a WDM (Wavelength Division Multiplexing) filter that performs wavelength division multiplexing, and extracts only the data addressed to the own station in the assigned time slot.
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • upstream communication from each ONU to the OLT uses a time-division multiplex communication system that uses an optical wavelength band of 1.27 ⁇ m and controls transmission timing so that data from each ONU does not collide.
  • the optical receiver of the OLT receives a burst optical signal.
  • detecting the light reception level of each burst optical signal has the effect of improving the quality of the upstream communication of the PON, such as monitoring the communication status and the presence or absence of the burst optical signal. It needs to be detected.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 propose a technique for detecting a light reception level in a point-to-point system.
  • a burst optical signal from each ONU is input to the light receiving element so as not to collide, and a burst electric signal is instantaneously generated from the burst optical signal by a current-voltage conversion amplifier and a data clock recovery circuit.
  • the current mirror circuit has a pair of transistors whose bases are connected to each other, and the collector of one transistor (reference current side transistor) of the pair of transistors is connected to the cathode of the light receiving element.
  • the input current Ipdm proportional to the current flowing through the light receiving element is output from the collector of the other transistor (mirror current side transistor) of the current mirror circuit.
  • the input current Ipdm is converted into a voltage and input to the microcomputer as an input optical signal intensity monitor output Vm2.
  • the input optical signal intensity monitor output Vm2 is output from the microcomputer.
  • the received light level is monitored by the input optical signal intensity monitor output Vm2.
  • Patent Document 1 when a bursty optical signal is input to the light receiving element, a current Ipd flows from the reference current side transistor of the current mirror circuit. However, since the current flowing through the reference current side transistor starts to flow from 0 A, the response of the current Ipdm output from the mirror current side transistor is delayed. Therefore, the input optical signal intensity monitor output Vm2 has a waveform similar to that of Ipdm, and the input optical signal intensity cannot be measured accurately.
  • Patent Document 2 there is a problem that the input optical signal intensity varies depending on the sample timing when analog-digital conversion is performed on the input optical signal intensity monitor output after voltage conversion.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain an optical receiver, a station-side optical terminal device, and a received light level monitoring method capable of accurately measuring the input optical signal intensity.
  • the present invention includes a light receiving element that converts an input optical signal into a current, a reference current side transistor, and a mirror current side transistor
  • the reference current side transistor includes: A current mirror circuit connected to the light receiving element; a current-voltage conversion circuit that converts an output current from the mirror current side transistor into a voltage and outputs the voltage as a light reception level monitor voltage; and the reference current side transistor; And a current sink circuit for supplying a predetermined current to the reference current side transistor.
  • the optical receiver, the station side optical terminal device, and the received light level monitoring method according to the present invention have an effect that the input optical signal intensity can be accurately measured.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a PON system including an OLT including an optical receiver.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of each output in the conventional light reception level monitoring method.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of each output in the received light level monitoring method according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of each output in the received light level monitoring method of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a PON system including an OLT including an optical receiver.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of each output in the received light level monitoring method according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of each output in the received light level monitoring method according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the fifth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the sixth embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the seventh embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of an optical receiver according to the present invention.
  • the optical receiver of the present embodiment is mounted on, for example, an OLT (station side optical terminal device) in a PON system.
  • OLT station side optical terminal device
  • the optical receiver according to the present embodiment is not limited to the OLT, and may be applied to any device as long as the device is required to monitor the light reception level.
  • an example of mounting on the OLT of the PON system will be described.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a PON system including an OLT including the optical receiver according to the present embodiment.
  • the PON system includes an OLT 100 and ONUs 200-1 to 200-n (n is an integer of 1 or more).
  • the OLT 1 and the ONUs 200-1 to 200-n are connected by an optical fiber via a star coupler.
  • downlink communication (communication in the direction from the OLT 100 to the ONUs 200-1 to 200-n) and upstream communication (communication in the direction from the ONUs 200-1 to 200-n to the OLT 100) use different optical wavelengths
  • the downlink communication uses a broadcast communication method
  • the uplink communication uses a time division multiplex communication method.
  • the OLT 100 assigns a transmission permission time zone to each ONU 200-1 to 200-n so that signals transmitted from each ONU 200-1 to 200-n do not collide.
  • data transmitted from each of the ONUs 200-1 to 200-n is received by the OLT 100 as burst optical signals in different time zones.
  • the optical receiver of the present embodiment is an optical receiver that receives an optical signal in the OLT 100 of FIG. 2, for example, and receives burst optical signals transmitted from the ONUs 200-1 to 200-n.
  • the optical receiver according to the present embodiment includes a light receiving element 1 such as a PD (Photodiode) or an APD (Avalanche Photodiode), a current mirror circuit 2, a current-voltage conversion circuit 3, and a current-voltage conversion.
  • An amplifier (TIA) 4 a data clock recovery circuit 5, and a current sink circuit 6 are provided.
  • the current mirror circuit 2 includes a transistor 21 and a transistor 22, and the bases of the transistor 21 and the transistor 22 are connected to each other.
  • the collector of the transistor 22 is connected to the cathode of the light receiving element 1.
  • the input burst light signal is converted into a current by the light receiving element 1.
  • the current-voltage conversion amplifier 4 and the data / clock recovery circuit 5 generate data and a clock based on the current flowing through the light receiving element 1.
  • a current Ipd flows from the light receiving element 1 to the transistor 21 of the current mirror circuit 2 in accordance with the intensity of the burst light signal (input signal intensity, that is, the light receiving level).
  • a current Ipdm proportional to the current flowing through the light receiving element 1 is output from the collector of the transistor 22.
  • the current-voltage conversion circuit 3 converts the current Ipdm into a voltage Vm2, and outputs it as a light reception level monitor voltage (input signal intensity) of the light receiving element 1.
  • the received light level is monitored by a configuration in which the current sink circuit 6 is removed from the optical receiver of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of each output in the conventional light reception level monitoring method.
  • a bursty optical signal as shown in the first stage of FIG. 3 is input to the light receiving element 1
  • a current having a waveform as shown in the second stage of FIG. Ipd flows from the transistor 21 of the current mirror circuit 2.
  • a current Ipdm proportional to the current flowing through the light receiving element 1 is output from the collector of the transistor 22.
  • the response of the current Ipdm output from the transistor 21 is delayed, resulting in the current waveform shown in the third stage of FIG.
  • the response waveform of the current Ipdm when actually operated is also shown on the side of the third row in FIG.
  • the output Vm2 of the current-voltage conversion circuit 3 shown in the fourth stage also has the same waveform as the current Ipdm, and the input optical signal intensity cannot be measured accurately.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of each output in the received light level monitoring method of the present embodiment.
  • a current waveform as shown in the figure flows from the light receiving element 1
  • the current mirror circuit 2 uses the reference current side transistor.
  • a current Ipd flows from a certain transistor 21.
  • the first burst optical signal in FIG. 4 and the current Ipd in the second stage are the same as those in the first and second stages in FIG.
  • the constant current is caused to flow to the transistor 21 by the current sink circuit 6 so that the transistor 21 starts to flow the current Ipd from the operating state.
  • Ipdm has a faster response than the conventional example.
  • the response waveform in the case of actual operation is shown on the left side of the third row in FIG.
  • the voltage Vm2 output from the current-voltage conversion circuit 3 has a value obtained by multiplying the current Ipdm by a constant, that is, a waveform similar to the current Ipdm. It is possible to output an accurate input optical signal intensity that is closer to the waveform of the current Ipd than in the past.
  • the constant current is caused to flow to the transistor 21 constantly by the current sink circuit 6 so that when receiving the burst optical signal, the transistor 21 starts to flow the optical signal current Ipd from the operating state. .
  • the response of the current Ipdm flowing out from the transistor 22 becomes faster, and an accurate input optical signal intensity can be output compared to the conventional case.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a second embodiment of the optical receiver according to the present invention.
  • This embodiment is the same as the optical receiver of the first embodiment except that a second current sink circuit (mirror-side current sink circuit) 7 is added to the optical receiver of the first embodiment.
  • the current sink circuit of the first embodiment is a first current sink circuit 6.
  • Components having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of each output in the received light level monitoring method of the present embodiment.
  • the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
  • the first and second stages of FIG. 6 show the burst optical signal and current Ipd that are input, and are the same as the first and second stages of FIGS. 3 and 4 of the first embodiment.
  • the current Ipdm has an offset Ib corresponding to the current sucked by the current sink circuit 6, and the voltage Vm2 has an offset Ib * K (K is a constant). ) Occurs.
  • the present embodiment as shown in the third and fourth stages of FIG.
  • the second current sink circuit 7 generates a current Ib2 substantially equal to Ib1 with respect to the output current from the transistor 22. By sucking in, it becomes possible to cancel the offset by the first current sink 6 generated in Ipdm and Vm2.
  • the operations of the present embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment.
  • the second current sink circuit 7 cancels the offset caused by the sink current by the first current sink circuit 6. For this reason, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the offset generated in the first embodiment can be canceled.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a third embodiment of the optical receiver according to the present invention.
  • the optical receiver of the first embodiment includes a voltage detection circuit 8, a sample and hold circuit (S / H) 9, an arithmetic circuit (microcomputer) 10, and analog-digital conversion circuits (ADC) 11 and 12. Further, a temperature detector 13, a digital-analog conversion circuit (DAC) 14 (first digital-analog conversion circuit), and a high voltage generator (voltage generator) 15 are added.
  • DAC digital-analog conversion circuit
  • DAC digital-analog conversion circuit
  • high voltage generator voltage generator
  • the operation until the voltage Vm2 is output as the input optical signal intensity is the same as that of the first embodiment, but the Vm2 synchronized with the S / H signal (control signal) by the sample and hold circuit 9
  • the value can be sampled, converted into digital data by the ADC 12 (second analog-digital conversion circuit), and taken into the microcomputer 10.
  • the high voltage generator 15 applies a voltage to the current mirror circuit 2 so as to give an appropriate multiplication factor to the light receiving element 1.
  • the voltage detection circuit 8 detects the applied voltage Vapd applied to the light receiving element 1, and the ADC 11 (first analog-digital conversion circuit) converts the detected applied voltage Vapd into a digital signal and inputs the digital signal to the microcomputer 10. .
  • the microcomputer 10 can take in the voltage Vm2 and the applied voltage Vapd of the light receiving element 1, and the microcomputer 10 can perform an operation on the voltage Vm2.
  • the applied voltage Vapd changes depending on the temperature.
  • the voltage Vm2 does not change linearly with respect to the actual input signal intensity, and the characteristic representing the relationship between the voltage Vm2 and the input signal intensity depends on the temperature of the light receiving element 1.
  • the ambient temperature of the light receiving element 1 is detected by the temperature detector 13 and the voltage applied by the high voltage generator 15 is controlled.
  • the microcomputer 10 performs calculation such as correction using the temperature of the light receiving element 1 on the voltage Vm2 based on the output voltage from the voltage detection circuit 8 and the temperature detected by the detector 13.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a monitoring result obtained by the light reception level monitoring method of the present embodiment.
  • the first stage, the second stage, the third stage, and the fourth stage of FIG. 8 respectively show the input burst optical signal, the current Iapd that flows through the light receiving element 1, the current Iapdm that flows out from the transistor 22, and the voltage Vm2.
  • the fifth stage in FIG. 8 shows the S / H signal
  • the sixth stage shows the output from the microcomputer 10.
  • the present embodiment includes the current sink circuit 6 as in the first embodiment, samples the voltage Vm2 synchronized with the S / H signal by the sample-and-hold circuit 9 and samples the ADC 12 Converted to digital data. For this reason, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and Vm2 can be taken into the microcomputer 10 to perform an operation on Vm2.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the fourth embodiment of the present invention.
  • This embodiment is the same as the optical receiver of the third embodiment except that a DAC 16 (second digital-analog conversion circuit) is added to the optical receiver of the third embodiment.
  • Components having the same functions as those of the third embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and redundant description is omitted.
  • the microcomputer 10 changes the amount of current sucked by the current sink circuit 6 and sets the optimum amount of current for the sampling timing of the S / H signal.
  • the DAC 16 converts the current sink amount of the current sink circuit 6 output from the microcomputer 10 into an analog signal and inputs the analog signal to the current sink circuit 6. As the amount of current sink 6 increases, the response speed to the burst optical signal increases. On the other hand, since the offset amount increases when the current suction circuit 6 has an excessive suction amount, the microcomputer 10 sets an optimum current amount for the sampling timing in the current suction circuit 6.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a monitoring result obtained by the light reception level monitoring method of the present embodiment.
  • the first stage of FIG. 10 shows an example of the input burst optical signal, and the second stage shows the voltage Vm2 obtained in the same manner as in the third embodiment.
  • the voltage Vm2 has three types of patterns with different response speeds (different current sink amounts of the current sink circuit 6).
  • the third row shows an example of the S / H signal.
  • three types of outputs from the microcomputer 10 corresponding to three types of Vm2 are shown.
  • the value output from the microcomputer 10 differs depending on the sampling timing and the response speed. For this reason, at this sampling timing, the current sink amount is set so as to be Vm2 having a fast response speed in the voltage Vm2.
  • the operations of the present embodiment other than those described above are the same as those of the third embodiment.
  • the microcomputer 10 sets the optimum current amount for the current sink circuit 6 in accordance with the sampling timing of the S / H signal. For this reason, the same effects as those of the third embodiment can be obtained, and more accurate input optical signal intensity monitoring can be performed.
  • FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a fifth embodiment of the optical receiver according to the present invention.
  • a second current sink circuit 7 is added to the optical receiver of the fourth embodiment as in the second embodiment.
  • Components having the same functions as those of the second or fourth embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the second or fourth embodiment, and redundant description is omitted.
  • the microcomputer 10 sets an optimum sink current for the sampling timing of the S / H signal in the first sink current circuit 6 as in the fourth embodiment, and the second sink Similarly, an optimum sink current is set for the current circuit 7 as well.
  • the operations of the present embodiment other than those described above are the same as those of the second and fourth embodiments. In the present embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained, and the offset generated in the voltage Vm2 can be canceled.
  • FIG. FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of the optical receiver according to the sixth embodiment of the present invention.
  • an example of the configuration of the first current sink circuit 6 and the voltage detection circuit 8 of the optical receiver of the fifth embodiment is shown.
  • Components having the same functions as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the fifth embodiment, and redundant description is omitted.
  • the first current sink circuit 6 includes a transistor 61, a resistor 62, and an operational amplifier 63.
  • the second current sink circuit 7 has the same configuration as the first current sink circuit 6.
  • the voltage detection circuit 8 includes resistors 81 and 82.
  • the circuit configuration example of the first current sink circuit 6 and the voltage detection circuit 8 is shown.
  • the effect of the present embodiment is the same as the effect of the fifth embodiment.
  • FIG. FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of an optical receiver according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the first current sink circuit 6 of the optical receiver of the fifth embodiment is provided in the voltage detection circuit 8a.
  • Components having the same functions as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the fifth embodiment, and redundant description is omitted.
  • the voltage detection circuit 8a (integrated circuit) of the present embodiment is obtained by integrating the first current sink circuit 6 and the voltage detection circuit 8 of the fifth embodiment.
  • the resistor 81 and the first current sink circuit 6 are integrated.
  • the first current sink circuit 6 in the voltage detection circuit 8 a includes a transistor 83.
  • the resistor 81 is connected to the connection point between the reference current side of the current mirror circuit 2 and the light receiving element 1, and the other of the resistor 81 is connected to the collector of the transistor 83 which is an NPN transistor.
  • the output of the collector of the transistor 83 is input to the ADC 11, the emitter of the transistor 83 is set to GND (grounded), and the base of the transistor 83 is connected to the output of the DAC 16.
  • Vapd is the applied voltage of the light receiving element 1
  • Vbr is the breakdown voltage of the light receiving element 1
  • n is a coefficient determined by the device of the light receiving element 1.
  • the first current sink circuit 6 is provided in the voltage detection circuit 8a. For this reason, the same effect as in the sixth embodiment can be obtained, and the fluctuation of the offset of the input signal intensity due to the temperature can be reduced.
  • the optical receiver, the station side optical terminator, and the received light level monitoring method according to the present invention are useful for the PON system, and are particularly suitable for a system that accurately measures the received light level.

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Description

光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法
 本発明は、光通信システムにおける光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法に関する。
 従来、光ファイバを用いた公衆回線網を実現する方式として、PON(Passive Optical Network)システムと呼ばれるポイント・トゥ・マルチポイントのアクセス系光通信システムが広く用いられている。
 PONシステムは、局側装置である1台のOLT(Optical Line Terminal)と、光スターカプラを介してOLTに接続される複数の加入者端末装置であるONU(Optical Network Unit)と、により構成される。PONシステムは、多数のONUに対して、OLTと伝送路である光ファイバの大部分を共有できるため運用コストの経済化が期待できることや、受動部品である光スターカプラには給電が必要なく屋外設置が容易であり、信頼性も高いという利点があることから、ブロードバンドネットワークを実現する切り札として近年活発に導入が進められている。
 例えば、IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)802.3avで規格化されている10Gbit/sの伝送速度の通信が可能な10G-EPON(10Gigabit-Ethernet(登録商標) Passive Optical Network)においては、PLTからONUへの下り通信では、1.58μm帯による同報通信方式を用いている。各ONUは波長分割多重を行うWDM(Wavelength Division Multiplexing)フィルタにより伝送速度を分割すると共に、割り当てられたタイムスロットの自局宛データのみ取り出す。一方、各ONUからOLTへの上り通信は、光波長1.27μm帯を用い、各ONUからのデータが衝突しないように送出タイミングを制御する時分割多重通信方式を用いている。
 上記のようなPONシステムの上り通信においては、OLTの光受信部は、バースト光信号を受信している。OLTでは、各バースト光信号の受光レベルを検出する事により、例えば通信状態監視やバースト光信号の有無などPONの上り通信の品質を向上できる効果があることから、各バースト光信号の受光レベルを検出する必要がある。例えば特許文献1および特許文献2では、ポイントツーポイントシステムにおける受光レベルを検出する技術が提案されている。
特開平11-40840号公報 特開2004-289206号公報
 しかしながら、上記特許文献1および特許文献2に示された技術では、カレントミラー回路が各バースト光信号によって受光素子より発生する電流の変化に高速に追従できないため、正確な受光レベル(入力信号強度)をモニタできないという問題があった。
 具体的には、特許文献1では、受光素子には、各ONUからのバースト光信号が衝突しないように入力され、電流電圧変換増幅器およびデータ・クロック再生回路により、バースト光信号から瞬時にバースト電気信号のデータとクロックを生成する。また、カレントミラー回路はベース同士を接続した1対のトランジスタを有し、この1対のトランジスタのうちの一方のトランジスタ(基準電流側トランジスタ)のコレクタを受光素子のカソードに接続する。これにより、カレントミラー回路の他方のトランジスタ(ミラー電流側トランジスタ)のコレクタから、受光素子に流れる電流に比例した入力電流Ipdmを出力する。そして入力電流Ipdmは電圧に変換され入力光信号強度モニタ出力Vm2としてマイコンに入力される。入力光信号強度モニタ出力Vm2はマイコンより出力される。特許文献1では、入力光信号強度モニタ出力Vm2により受光レベルをモニタしている。
 特許文献1では、受光素子にバースト的な光信号が入力されると、カレントミラー回路の基準電流側トランジスタから電流Ipdが流れる。しかし、基準電流側トランジスタに流れる電流は0Aから流れ始めるため、ミラー電流側トランジスタから出力される電流Ipdmの応答は遅くなる。従って、入力光信号強度モニタ出力Vm2もIpdmと同様な波形となり、正確に入力光信号強度を測定することができない。
 また、特許文献2では、電圧変換後の入力光信号強度モニタ出力をアナログデジタル変換する際のサンプルタイミングにより入力光信号強度が異なるという問題がある。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入力光信号強度を正確に測定することができる光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入力光信号を電流に変換する受光素子と、基準電流側トランジスタとミラー電流側トランジスタとを有し、前記基準電流側トランジスタが前記受光素子と接続されるカレントミラー回路と、前記ミラー電流側トランジスタからの出力電流を電圧に変換して前記受光素子の受光レベルモニタ電圧として出力する電流電圧変換回路と、前記基準電流側トランジスタと接続され、前記基準電流側トランジスタに所定の電流を流す電流吸い込み回路と、を備えることを特徴とする。
 本発明にかかる光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法は、入力光信号強度を正確に測定することができるという効果を奏する。
図1は、実施の形態1の光受信器の構成例を示す図である。 図2は、光受信器を備えるOLTを含むPONシステムの構成例を示す図である。 図3は、従来の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。 図4は、実施の形態1の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。 図5は、実施の形態2の光受信器の構成例を示す図である。 図6は、実施の形態2の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。 図7は、実施の形態3の光受信器の構成例を示す図である。 図8は、実施の形態3の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。 図9は、実施の形態4の光受信器の構成例を示す図である。 図10は、実施の形態4の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。 図11は、実施の形態5の光受信器の構成例を示す図である。 図12は、実施の形態6の光受信器の構成例を示す図である。 図13は、実施の形態7の光受信器の構成例を示す図である。
 以下に、本発明にかかる光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法は、入力光信号強度の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
 図1は、本発明にかかる光受信器の実施の形態1の構成例を示す図である。本実施の形態の光受信器は、例えば、PONシステムにおけるOLT(局側光終端装置)に搭載される。なお、本実施の形態の光受信器は、OLTに限らず受光レベルのモニタを要求される装置であればどのような装置に適用してもよい。ここでは、PONシステムのOLTに搭載される例を説明する。
 図2は、本実施の形態の光受信器を備えるOLTを含むPONシステムの構成例を示す図である。図2に示すように、このPONシステムは、OLT100と、ONU200-1~200-n(nは1以上の整数)と、で構成される。OLT1とONU200-1~200-nは、スターカプラを介して光ファイバにより接続される。
 PONシステムにおいては、下り通信(OLT100からONU200-1~200-nへの方向の通信))と上り通信(ONU200-1~200-nからOLT100への方向の通信)では異なる光波長を用い、下り通信は同報通信方式を用い、上り通信では時分割多重通信方式を用いている。上り通信では、各ONU200-1~200-nから送信された信号が衝突しないよう、OLT100が各ONU200-1~200-nに対して送信許可時間帯を割当てる。これにより、各ONU200-1~200-nから送信されるデータは、互いに異なる時間帯でバースト光信号としてOLT100で受信される。図2では、ONU#i(i=1,2,…n)からの送信データをONU#iと模式的に示している。
 本実施の形態の光受信器は、例えば図2のOLT100において光信号を受信する光受信器であり、各ONU200-1~200-nから送信されたバースト光信号を受信する。図1に示すように本実施の形態の光受信器は、PD(Photodiode)やAPD(Avalanche Photodiode)等である受光素子1と、カレントミラー回路2と、電流電圧変換回路3と、電流電圧変換増幅器(TIA)4と、データ・クロック再生回路5と、電流吸い込み回路6と、を備える。カレントミラー回路2は、トランジスタ21と、トランジスタ22と、を備え、トランジスタ21とトランジスタ22はベース同士が接続されている。また、トランジスタ22のコレクタは受光素子1のカソードに接続されている。
 入力されたバースト光信号は受光素子1により電流に変換される。電流電圧変換増幅器4およびデータ・クロック再生回路5は、受光素子1に流れる電流に基づいてデータとクロックを生成する。
 受光素子1にバースト光信号が入力されると、バースト光信号の強度(入力信号強度、すなわち受光レベル)に応じて受光素子1からカレントミラー回路2のトランジスタ21へ電流Ipdが流れる。トランジスタ22のコレクタからは受光素子1に流れる電流に比例した電流Ipdmが出力される。電流電圧変換回路3は、電流Ipdmを電圧Vm2に変換し、受光素子1の受光レベルモニタ電圧(入力信号強度)として出力する。
 ここで、従来の光受信器の受光レベルモニタ方法について説明する。従来の光受信器の受光レベルモニタ方法では、例えば、図1の光受信器から電流吸い込み回路6を除いた構成により受光レベルをモニタしている。
 図3は、従来の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。従来の受光レベルモニタ方法では、受光素子1に図3の1段目に示すようなバースト的な光信号が入力されると、受光素子1から図3の2段目に示す様な波形の電流Ipdが、カレントミラー回路2のトランジスタ21から流れる。トランジスタ22のコレクタからは受光素子1に流れる電流に比例した電流Ipdmが出力される。しかし、トランジスタ21に流れる電流は0Aから流れ始めるため、トランジスタ21から出力される電流Ipdmの応答は遅くなり、図3の3段目に示す電流波形となる。図3の3段目の横に、実際に動作させた場合の電流Ipdmの応答波形も示す。4段目に示す電流電圧変換回路3の出力Vm2も電流Ipdmと同様な波形となり、正確に入力光信号強度を測定することができない。
 これに対し、本実施の形態では、電流吸い込み回路6により定常的に定電流をトランジスタ21に流すことにより、バースト光信号を受信するとトランジスタ21は動作状態から光信号電流Ipdを流し始める。
 図4は、本実施の形態の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。本実施の形態では、従来例と同様に受光素子1にバースト的な光信号が入力されると、受光素子1から図に示す様な電流波形が流れ、カレントミラー回路2の基準電流側トランジスタであるトランジスタ21から電流Ipdが流れる。図4の1段目のバースト的な光信号と、2段目の電流Ipdは図3の1段目、2段目と同様である。しかし、本実施の形態では、電流吸い込み回路6により定常的に定電流をトランジスタ21に流すことにより、トランジスタ21は動作状態から電流Ipdを流し始めるため、ミラー電流側トランジスタであるトランジスタ22から流れ出す電流Ipdmは図4の3段目に示すように、従来例より応答が速くなる。図4の3段目の左側に実際に動作させた場合の応答波形を示している。
 従って、電流電圧変換回路3が十分な周波数応答を有していれば、電流電圧変換回路3から出力される電圧Vm2は電流Ipdmに定数を乗算した値となり、すなわち電流Ipdmと同様な波形となり、従来に比べ電流Ipdの波形に近い正確な入力光信号強度を出力することができる。
 このように、本実施の形態では、電流吸い込み回路6により定常的に定電流をトランジスタ21に流すことにより、バースト光信号を受信するとトランジスタ21は動作状態から光信号電流Ipdを流し始めるようにした。このため、トランジスタ22から流れ出す電流Ipdmの応答が速くなり、従来に比べ正確な入力光信号強度を出力することができる。
実施の形態2.
 図5は、本発明にかかる光受信器の実施の形態2の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態1の光受信器に第2の電流吸い込み回路(ミラー側電流吸い込み回路)7を追加する以外は、実施の形態1の光受信器と同様である。本実施の形態では、実施の形態1の電流吸い込み回路を第1の電流吸い込み回路6としている。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
 図6は、本実施の形態の受光レベルモニタ方法における各出力の一例を示す図である。図6を用いて本実施の形態の動作を説明する。図6の1段目、2段目は、入力されるバースト光信号、電流Ipdを示しており、実施の形態1の図3、4の1段目、2段目と同様である。本実施の形態1では、図4に示すように、電流Ipdmには、電流吸い込み回路6により吸い込む電流に対応したオフセットIbが生じ、電圧Vm2にはこれに応じてオフセットIb*K(Kは定数)が生じる。これに対し、本実施の形態では、図6の3段目および4段目に示すように、第2の電流吸い込み回路7によってトランジスタ22からの出力電流に対してIb1と略同値の電流Ib2を吸い込む事により、IpdmおよびVm2に発生する第1の電流吸い込み回路6によるオフセットをキャンセルする事が可能となる。以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態1と同様である。
 このように、本実施の形態では、第2の電流吸い込み回路7により第1の電流吸い込み回路6による吸い込み電流により生じるオフセットをキャンセルするようにした。このため、実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、実施の形態1で生じたオフセットをキャンセルすることができる。
実施の形態3.
 図7は、本発明にかかる光受信器の実施の形態3の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態1の光受信器に、電圧検出回路8、サンプル&ホールド回路(S/H)9、演算回路(マイコン)10、アナログデジタル変換回路(ADC)11,12は、温度検出器13、デジタルアナログ変換回路(DAC)14(第1のデジタルアナログ変換回路)、および高電圧発生器(電圧発生器)15を追加している。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
 本実施の形態では、入力光信号強度として電圧Vm2を出力するまでの動作は、実施の形態1と同様であるが、サンプル&ホールド回路9によりS/H信号(制御信号)に同期したVm2の値をサンプルして、ADC12(第2のアナログデジタル変換回路)によりデジタルデータに変換してマイコン10に取り込むことができる。高電圧発生器15は、受光素子1に適切な増倍率を与えるようカレントミラー回路2に対して電圧を印加する。電圧検出回路8は、受光素子1に印加される印加電圧Vapdを検出し、ADC11(第1のアナログデジタル変換回路)は、検出された印加電圧Vapdをデジタル信号に変換してマイコン10に入力する。これにより、マイコン10に電圧Vm2および受光素子1の印加電圧Vapdを取り込むことができ、マイコン10により電圧Vm2に対して演算を行うことができる。
 例えば、受光素子1としてAPDを用いる場合等には、印加電圧Vapdは温度に依存して変化する。また、電圧Vm2は実際の入力信号強度に対して線形に変化せず、電圧Vm2と入力信号強度との関係を表す特性は受光素子1の温度に依存する。このため、温度検出器13により受光素子1の環境温度を検出し、高電圧発生器15により印加する電圧を制御する。また、マイコン10は、電圧検出回路8からの出力電圧と検出器13が検出した温度とに基づいて、マイコン10が電圧Vm2に対して受光素子1の温度を用いた補正等の演算を行って入力光信号強度(受光レベルモニタ信号)として出力することにより、特性が温度に依存する場合等でも、正確な入力光信号強度を出力することができる。
 図8は、本実施の形態の受光レベルモニタ方法によるモニタ結果の一例を示す図である。図8の1段目、2段目、3段目、4段目は、入力されるバースト光信号、受光素子1を流れる電流Iapd、トランジスタ22から流れ出す電流Iapdm、電圧Vm2をそれぞれ示しており、図3、4の1段目のバースト光信号、2段目電流Ipd、3段目のIpdm、4段目の電圧Vm2とそれぞれ同様である。図8の5段目には、S/H信号を示し、6段目にはマイコン10からの出力を示している。
 以上のように、本実施の形態では、実施の形態1と同様に電流吸い込み回路6を備え、電圧Vm2をサンプル&ホールド回路9によりS/H信号に同期したVm2の値をサンプルして、ADC12によりディタルデータに変換するようにした。このため、実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、Vm2をマイコン10に取り込むことができVm2に対する演算を行うことができる。
実施の形態4.
 図9は、本発明にかかる光受信器の実施の形態4の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態3の光受信器にDAC16(第2のデジタルアナログ変換回路)を追加する以外は実施の形態3の光受信器と同様である。実施の形態3と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
 本実施の形態では、マイコン10が、電流吸い込み回路6が吸い込む電流量を変化させて、S/H信号のサンプリングタイミングに対して最適な電流量を設定する。DAC16は、マイコン10から出力される電流吸い込み回路6の電流吸い込み量をアナログ信号に変換して電流吸い込み回路6へ入力する。電流吸い込み回路6の吸い込み量が多くなるとバースト光信号に対する応答速度が速くなる。一方、電流吸い込み回路6の吸い込み量が多くなりすぎるとオフセット量が増えるため、マイコン10は、サンプリングタイミングに対して最適な電流量を電流吸い込み回路6に対して設定する。
 図10は、本実施の形態の受光レベルモニタ方法によるモニタ結果の一例を示す図である。図10の1段目には、入力されるバースト光信号の一例を示しており、2段目は実施の形態3と同様にして得られる電圧Vm2を示している。電圧Vm2は、応答速度の異なる(電流吸い込み回路6の電流吸い込み量の異なる)3種類のパターンが示されている。3段目は、S/H信号の一例を示している。4段目は、3種類のVm2に対応するマイコン10からの出力が3種類示されている。このように、サンプリングタイミングと応答速度に依存してマイコン10から出力される値は異なってしまう。このため、このサンプリングタイミングでは、電圧Vm2のうち応答速度の速いVm2となるよう電流吸い込み量を設定する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態3と同様である。
 このように、本実施の形態では、マイコン10が電流吸い込み回路6に対してS/H信号のサンプリングタイミングに応じて最適な電流量を設定するようにした。このため、実施の形態3と同様の効果が得られるとともに、より正確な入力光信号強度モニタを可能とする。
実施の形態5.
 図11は、本発明にかかる光受信器の実施の形態5の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態4の光受信器に、実施の形態2と同様に第2の電流吸い込み回路7を追加している。実施の形態2または4と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態2または4と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
 本実施の形態では、マイコン10が、実施の形態4と同様に第1の吸い込み電流回路6に対してS/H信号のサンプリングタイミングに対して最適な吸い込み電流を設定するとともに、第2の吸い込み電流回路7に対しても同様に最適な吸い込み電流を設定する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態2、実施の形態4と同様である。本実施の形態では、実施の形態4と同様の効果が得られるとともに、電圧Vm2に生じるオフセットをキャンセルすることができる。
実施の形態6.
 図12は、本発明にかかる光受信器の実施の形態6の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態5の光受信器の第1の電流吸い込み回路6および電圧検出回路8の構成の一例を示している。実施の形態5と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態5と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
 第1の電流吸い込み回路6は、トランジスタ61、抵抗62およびオペアンプ63で構成される。第2の電流吸い込み回路7も第1の電流吸い込み回路6と同様の構成である。また、電圧検出回路8は、抵抗81、82で構成される。
 本実施の形態では、第1の電流吸い込み回路6および電圧検出回路8の回路構成例を示した。本実施の形態の効果は実施の形態5の効果と同様である。
実施の形態7.
 図13は、本発明にかかる光受信器の実施の形態7の構成例を示す図である。本実施の形態では、実施の形態5の光受信器の第1の電流吸い込み回路6を電圧検出回路8a内に設ける例を示している。実施の形態5と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態5と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
 本実施の形態の電圧検出回路8a(一体回路)は、実施の形態5の第1の電流吸い込み回路6と電圧検出回路8を一体化したものであり、抵抗81と第1の電流吸い込み回路6とを備える。電圧検出回路8a内の第1の電流吸い込み回路6は、トランジスタ83を備える。抵抗81は、カレントミラー回路2の基準電流側と受光素子1との接続点と接続し、抵抗81の他方は、NPNトランジスタであるトランジスタ83のコレクタと接続する。そして、トランジスタ83のコレクタの出力をADC11へ入力し、トランジスタ83のエミッタをGNDとし(接地し)、トランジスタ83のベースをDAC16の出力へ接続する。
 受光素子1としてAPDを用いる場合、受光素子1の特性は環境温度に依存して変化するため、環境温度(温度検出器13の測定値)に応じて増倍率Mを一定に制御するために、以下の式(1)に示すように各温度でVapdを変化させる必要がある。なお、Tは環境温度、Vapdは受光素子1の印加電圧、Vbrは受光素子1のブレークダウン電圧、nは受光素子1のデバイスにより決まる係数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 実施の形態6の構成の場合、抵抗81、82の両端の電位差がVm1=Vapdであるので、抵抗81を流れる電流は温度によって変化する。このため、入力信号強度のオフセットが温度により変動する問題がある。
 これに対し、本実施の形態では、電圧検出回路8a内の第1の電流吸い込み回路6に対してマイコン10から電流吸い込み量を設定することによりS/H信号タイミングに最適な電流を流すとともに、温度による入力信号強度のオフセットの変動を発生させずに電圧検出回路8aの出力電圧を得ることが可能となる。
 このように、本実施の形態では、電圧検出回路8a内に第1の電流吸い込み回路6を設けるようにした。このため、実施の形態6と同様の効果が得られるとともに、温度による入力信号強度のオフセットの変動を低減することができる。
 以上のように、本発明にかかる光受信器、局側光終端装置および受光レベルモニタ方法は、PONシステムに有用であり、特に、受光レベルを正確に測定するシステムに適している。
 1 受光素子
 2 カレントミラー回路
 3 電流電圧変換回路
 4 電流電圧変換増幅器(TIA)
 5 データ・クロック再生回路
 6 電流吸い込み回路,第1の電流吸い込み回路
 7 第2の電流吸い込み回路
 8,8a 電圧検出回路
 9 サンプル&ホールド回路(S/H)
 10 演算回路(マイコン)
 11,12 アナログデジタル変換回路(ADC)
 13 温度検出器
 14,16 デジタルアナログ変換回路(DAC)
 15 高電圧発生器
 21,22,61,83 トランジスタ
 62,81,82 抵抗
 63 オペアンプ
 100 OLT
 200-1~200-n ONU

Claims (8)

  1.  入力光信号を電流に変換する受光素子と、
     基準電流側トランジスタとミラー電流側トランジスタとを有し、前記基準電流側トランジスタが前記受光素子と接続されるカレントミラー回路と、
     前記ミラー電流側トランジスタからの出力電流を電圧に変換して前記受光素子の受光レベルモニタ電圧として出力する電流電圧変換回路と、
     前記基準電流側トランジスタと接続され、前記基準電流側トランジスタに所定の電流を流す電流吸い込み回路と、
     を備えることを特徴とする光受信器。
  2.  前記ミラー電流側トランジスタに接続され、前記ミラー電流側トランジスタからの出力電流に対して前記所定の電流と略等しい量の電流を吸い込むミラー側電流吸い込み回路、
     をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の光受信器。
  3.  前記受光素子に印加される印加電圧を検出する電圧検出回路と、
     前記電圧検出回路が検出した前記印加電圧をデジタル信号に変換する第1のアナログデジタル変換回路と、
     前記受光レベルモニタ電圧に対して制御信号に基づいてサンプリングおよびホールドを行うサンプルホールド回路と、
     前記サンプルホールド回路からの出力をデジタル信号へ変換する第2のアナログデジタル変換回路と、
     前記カレントミラー回路へ電圧を供給する電圧発生器と、
     前記受光素子の環境温度を検出する温度検出器と、
     前記第1のアナログデジタル変換回路から出力されるデジタル信号と前記温度検出器が検出した前記環境温度とに基づいて前記電圧発生器により供給される電圧を指示する指示信号を生成し、前記第2のアナログデジタルから出力されるデジタル信号に対して所定の演算を実施して受光レベルモニタ信号として出力する演算回路と、
     前記指示信号をデジタル信号に変換して前記カレントミラー回路へ入力するデジタルアナログ変換回路と、
     を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光受信器。
  4.  前記デジタルアナログ変換回路を第1のアナログ変換回路とし、
     入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して前記電流吸い込み回路へ入力する第2のデジタルアナログ変換回路、
     をさらに備え、
     前記演算回路は、前記制御信号のサンプリングタイミングに応じて前記所定の電流を決定し、決定した前記所定の電流をデジタル信号として前記第2のデジタルアナログ変換回路へ入力することを特徴とする請求項3に記載の光受信器。
  5.  前記電流吸い込み回路は、
     トランジスタと、
     前記トランジスタのベースに接続されたオペアンプと、
     一端が前記トランジスタのエミッタに接続され、他端が接地された抵抗と、
     を備えることを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の光受信器。
  6.  前記電流吸い込み回路と前記電圧検出回路とを一体化して一体回路とし、
     前記一体回路は、トランジスタと抵抗とを備え、
     前記抵抗は、一端がカレントミラー回路の基準電流側と前記受光素子との接続点に接続され、他端が前記トランジスタのコレクタに接続され、
     前記トランジスタのコレクタを前記第1のアナログデジタル変換回路への入力とし、前記トランジスタのエミッタを接地し、前記トランジスタのベースを前記第2のデジタルアナログ変換回路の出力に接続することを特徴とする請求項3または4に記載の光受信器。
  7.  加入者側光終端装置と接続され、前記加入者側光終端装置とPONシステムを構成する局側光終端装置であって、
     請求項1~6のいずれか1つに記載の光受信器を備えることを特徴とする局側光終端装置。
  8.  入力光信号を電流に変換する受光素子と、基準電流側トランジスタとミラー電流側トランジスタとを有し、前記基準電流側トランジスタが前記受光素子と接続されるカレントミラー回路と、を備える光受信器の受光レベルをモニタする受光レベルモニタ方法であって、
     前記基準電流側トランジスタに所定の電流を流す電流吸い込みステップと、
     前記ミラー電流側トランジスタからの出力電流を電圧に変換して前記受光素子の受光レベルモニタ電圧として出力する電流電圧変換ステップと、
     を含むことを特徴とする受光レベルモニタ方法。
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