本发明涉及光接收装置，特别是适合光通信系统的接收系统使用的光接收装置。更具体地，本发明涉及适合于进行连续传输的光通信系统的接收系统使用的光接收装置。

在一般的光通信系统中，由图11所示这样的光接收装置100接收通过形成传输线的光纤传输的光信号。在光接收装置100中，光电转换元件101接收通过传输线传输的光信号，并将其转换成电流信号，再由前置放大器102转换并放大成电压信号。然后，主放大器103进一步放大该电压信号，再输出给时钟和数据恢复(CDR)电路104，以再现时钟信号和数据信号。
此时，主放大器103利用预定的判定电平A将来自前置放大器102的电压信号转换成另一个矩形波电压信号(其电压电平表示相对于判定电平A的大小)，并将该矩形波电压信号输出到CDR104。换句话说，主放大器103能够检测基本为矩形波电压信号的调制数据。
为了实现连续传输(其中连续地输入由数据调制的光信号)，利用AC(交流电)耦合形成光接收装置100。更具体地，在前置放大器102内或者在前置放大器102和主放大器103之间设置用于去除直流电的电容元件，从而可以去除包含在接收信号中的DC成分。CDR104基于去除了DC成分的信号波形来再现数据信号和时钟信号。
应该指出，虽然由光电转换元件101转换而得的电信号在去除DC成分之后表现为在信号幅值中心附近基本上为0电平的AC信号波形，如图12所示，但在去除DC成分之前，表现为如图13所示的在信号幅值底部附近基本上为0电平而且电平对应于发光/不发光的信号波形。
另一方面，为了实现突发传输(其中间歇地输入由数据调制的光信号)，因为需要接收不同高低电平的信号，且占空比不等于1/2，所以利用DC(直流电)耦合形成光接收装置100。具体而言，在上述光接收装置100中，不在前置放大器102内或前置放大器102和主放大器103之间设置用于去除直流电的电容元件，而是根据以上参照图13所述的具有与光的开/关相对应的电平的信号波形，使用光电转换元件101对光信号进行光电转换而得到的电信号来再现数据信号和时钟信号。
顺便提及，作为光接收装置的特性的一个重要指标是接收灵敏度特性。具体而言，该重要指标为最小接收侧的最小接收灵敏度和最大接收侧的OSNR(光信噪比)容限。例如，如图14所示，最小接收灵敏度是在OSNR固定的情况下，当接收电平相对较低的一侧的信号时，使BER(比特误差率)满足所要求的规格的最小接收功率。同时，OSNR容差是在接收电平相对较高的一侧的信号时，使BER(比特误差率)满足所要求的规格的最小OSNR。
应该指出，在图14中示出的对应于接收功率的BER的直线F和在图15中示出的对应于OSNR的BER的直线G被称为误差直线。
使用DC耦合的突发传输是用于接入式光网络的传输系统，且不需要考虑OSNR容限，因为传输距离短，所以OSNR不会下降。然而，因为应用AC耦合的一般的连续传输被用于主干传输网络或城域网络的长距离传输，OSNR的劣化就成为重要的问题，并且需要考虑OSNR的最优判定电平控制。众所周知，在信号的传号(mark)侧经常会出现由OSNR下降引起的光噪声。
此外，虽然已知有多种与光通信系统的接收系统相关的技术，而日本特开昭60-197051号公报(以下称为专利文献1)，特开2003-018140号公报(以下称为专利文献2)和特开平9-270755号公报(以下称为专利文献3)中公开的那些技术是与本申请的发明相关的技术。
专利文献1和专利文献2中公开的技术以BER的检测和判定电平的反馈控制为前提。同时，根据专利文献3中公开的技术，如果具有DC耦合结构的光接收器接收到的数据的幅值在前置放大器的非线性范围内，则把主放大器的阈值电压变化为高于接收数据的幅值中心的值，以修正占空比。
然而，根据以上专利文献1和专利文献2中所公布的技术，由于为了检测BER需要大规模电路，所以一个有待解决的课题是实际上很难把它搭载到光接收装置中。
同时，对于专利文献3中公开的光接收器，因为它不具有AC耦合的电路结构，所以它也就不具备在连续传输时改善光接收装置的接收特性的结构。

本发明的目的是提供一种可以改善光接收系统的接收特性的光接收装置。
为实现上述目的，根据本发明，提供了一种光接收装置，包括：光电转换元件，用于接收光信号并进行光信号的光电转换；数据检测部，其利用针对光电转换元件所接收的光信号的判定电平来检测光信号中包含的调制数据；以及判定电平控制部，基于接收到的光信号的电平对数据检测部使用的判定电平进行前馈控制。
判定电平控制部可包括：监视部，用于监视由光电转换元件进行光电转换而得到的电信号的电平；以及判定电平输出部，用于根据监视部的监视结果确定判定电平，并把判定电平输出到数据检测部。
判定电平输出部可以进一步包括：存储部，用于预先存储与监视部的不同监视结果相对应的多个判定电平；以及判定电平取出部，用于根据监视部的监视结果，从存储部中取出相应的一个判定电平，并将该判定电平输出到数据检测部。
监视部可以监视从光电转换元件中输出的阴极电信号的电平，作为光电转换元件进行光电转换所得到的电信号的电平，或可以与数据检测部构成整体。
数据检测部可以首先去除光电转换元件输出的作为光电转换结果的电流信号中的DC成分，从而获得AC电信号，并且基于AC电信号相对于受判定电平控制部控制的判定电平的大小来检测数据。
数据检测部可包括：电流/电压转换部，其能够从光电转换部输出的作为光电转换结果的电信号中去除DC成分，还能将所得到的电流信号转换成电压信号；以及检测信号输出部，其能够基于电流/电压转换部输出的电压信号相对于来自判定电平控制部的判定电平的大小来输出数据的检测信号。
在这种情况下，检测信号输出部可以由放大器构成，当电流/电压转换部输出的电压信号高于判定电平时，该放大器输出高电平信号，而当电流/电压转换部输出的电压信号低于判定电平时，该放大器输出低电平信号。
电流/电压转换部可由以固定的增益放大电流信号的第一放大器构成，而检测信号输出部则由第二放大器构成。
电流/电压转换部可以是与第一放大器集成在一起的p-本征-n(PIN)光电二极管或雪崩光电二极管。
电流/电压转换部和检测信号输出部可以由一个公共的放大器构成。
在第一次提及的光接收装置中，光电转换元件可以由p-本征-n光电二极管或雪崩光电二极管构成。
对于该光接收装置，因为可以由判定电平控制部根据接收到的光信号的电平对数据检测部使用的判定电平进行前馈控制，所以其优点在于可以提高光接收系统的接收特性，同时简化结构。
通过以下的说明和所附的权利要求书，结合附图，可以更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和优点。在附图中用相似的标号标示相似的部件或要素。

图1的框图示出了根据本发明一个实施例的光接收装置；
图2示出了该光接收装置的电流/电压转换部的操作；图3示出了电流/电压转换部的不同操作；图4示出了电流/电压转换部的操作；图5(a)至5(c)示出了电流/电压转换部的不同操作；图6示出了光接收装置的判定电平控制部对判定电平的控制；图7(a)-7(c)，8(a)-8(c)和9示出了光接收装置的判定电平控制部对判定电平的不同控制；图10的框图示出了作为本实施例的改进例的光接收装置的部分结构；图11的框图示出了普通光通信系统的光接收装置；图12示出了光电转换元件转换得到的电信号在去除DC成分之后的情况；图13类似地示出了光电转换元件转换得到的电信号在去除DC成分之前的情况；图14示出了最小接收灵敏度；图15示出了OSNR容限。

下面参照附图说明本发明的一个优选实施例。
应该指出，虽然本发明的目的是提供一种能提高光接收系统的接收性能的光接收装置，但这并不影响采用能由本说明书中公开的技术来解决的技术课题作为本发明解决的课题，也不影响提供与该课题的解决技术相关的事物或方法作为本发明的目的。
[a]本发明一个实施例的说明图1的框图示出了根据本发明一个实施例的光接收装置。参照图1，所示的光接收装置10能够接收通过构成传输线的光纤传输的光信号，并将接收到的光信号转换成电信号，以再现数据信号和时钟信号。
[结构]
图1中示出的光接收装置10包括光电转换元件1、数据检测部2和判定电平控制部3。光电转换元件1接收通过作为传输线的光纤传输来的光信号，并对该光信号进行光电转换。光电转换元件1可由，例如，PIN-PD(PIN光电二极管)或APD(雪崩光电二极管)构成。
数据检测部2利用判定电平，从光电转换元件1接收到的光信号中检测出其中包含的调制数据(用于调制光信号的数据)，并且将检测到的调制数据作为检测信号输出到CDR11。数据检测部2包括后面说明的电流/电压转换部2A、电容2B和检测信号输出部2C。同时，判定电平控制部3基于光电转换元件1接收到的光信号的电平，对将用于数据检测部2的判定电平进行前馈控制。判定电平控制部3包括以下将要说明的监视部3A和判定电平输出部3B。
电流/电压转换部2A能从光电转换元件1输出的作为光电转换结果的电流信号中去除DC成分，并且将所得到的电流信号转换成电压信号。电流/电压转换部2A包括第一放大部2c和第二放大部2f，其中第一放大部2c又包括放大器2a和反馈电阻2b，而第二放大部2f包括平均值检测电路2d和放大器2e。
第一放大部2c以固定的增益放大作为光电转换元件1的光电转换结果的电流信号，将电流信号转换成电压信号，并输出该电压信号。
第二放大部2f中的平均值检测电路2d检测从放大器2a输出的作为第一放大部2c的输出的电压信号的平均值。放大器2e接收由第一放大部2c输出的电压信号作为一个输入，且接收由平均值检测电路2d检测的平均值作为另一个输入。放大器2e利用接收到的平均值作为判定值来放大电压信号与平均值之间的差值，并且输出放大后的差值作为第二放大部2f的输出。因为相对于平均值对电压信号进行差分放大，所以第二放大部2f的输出信号基本围绕在0V的左右。换句话说，放大器2e具备放大来自第一放大部2c的电压信号并从电压信号中除去DC成分的功能。应该指出，放大器2e将其放大结果输出为两路相互反向的信号(Q和Qbar)。
因此，电流/电压转换部2A作为前置放大部，放大光电转换元件1输出的作为光电转换结果的电流信号，并且输出两路相互反向的电流信号。
电容2B介于电流/电压转换部2A与检测信号输出部2C之间，用于去除残留在放大器2e的输出信号中的DC误差成分(DC偏移)。换句话说，上述的放大器2e和电容2B相互协作来去除由光电转换元件1通过光电转换得到的信号中包含的DC成分。
检测信号输出部2C由，例如，放大器组成，且作为主放大部。检测信号输出部2C通过电容2B接收电流/电压转换部2A输出的电压信号作为输入，并且可以根据接收到的电压信号和来自判定电平控制部3的判定电平之间的大小关系，输出光电转换元件1接收到的光信号中包含的调制数据的检测信号。
更具体地，当电流/电压转换部2A输出的电压信号高于判定电平控制部3的判定电平时，由放大器构成的检测信号输出部2C输出高电平信号，而当电流/电压转换部2A输出的电压信号低于判定电平时，输出低电平信号。
从而，在数据检测部2中，电流/电压转换部2A和电容2B从光电转换元件1输出的作为光电转换结果的电流信号中去除DC成分，从而形成AC电流信号，然后检测信号输出部2C可以根据AC电信号相对于由判定电平控制部3控制的判定电平的大小，检测包含在光信号中的调制数据。
判定电平控制部3的监视部3A监视由光电转换元件1进行光电转换得到的电信号的电平。在本实施例中，监视部3A由电流监视器构成，该电流监视器监视从光电转换元件1输出的阴极电信号的平均值电平，作为光电转换元件1进行光电转换而得到的电信号的电平。
判定电平控制部3的判定电平输出部3B基于监视部3A的监视结果来确定上面提到的判定电平，并将该判定电平输出到数据检测部2的检测信号输出部2C。在本实施例中，判定电平输出部3B包括微计算机3C和运算放大器3D。
微计算机3C包括模拟/数字(A/D)转换部3a、微处理单元(MPU)3b、存储部3c和数字/模拟(D/A)转换部3d。A/D转换部3a将监视部3A的监视结果从模拟电信号转换成数字电信号。
存储部3c预先存储了要根据监视部3A的监视结果而设定的最优判定电平。当MPU3b通过A/D转换部3a接收到监视部3A的作为数字信号的监视结果时，它可以从存储部3c中取出一个与所接收到的数字信号的值相对应的判定电平(数字值)。
D/A转换部3d将MPU3b取出的判定电平从数字信号转换成模拟信号，并把该模拟信号输出到下一级的运算放大器3D。运算放大器3D放大来自D/A转换部3d的判定电平信号，并将放大后的判定电平信号提供给检测信号输出部2C。
应该指出，作为如上所述的响应于监视结果而存储于存储部3c中的判定电平，通过在装置投入运行之前进行BER试验，从而确定使BER值相应于监视结果而表现为最佳值的判定电平，并对应于不同的监视结果值写入这些判定电平。
[操作]在根据本发明实施例的具有上述结构的光接收装置10中，当光电转换元件1接收到沿作为传输线的光纤传输的光信号时，光电转换元件1进行光电转换，将光信号转换成幅值与接收光功率相对应的电流信号，并将所得到的电流信号(阳极信号)输出到数据检测部2。
此时，数据检测部2中的电流/电压转换部2A放大来自光电转换元件1的电流信号，并通过电容2B将放大后的信号以电压信号的形式输出到检测信号输出部2C。检测信号输出部2C生成表示来自电流/电压转换部2A的电压信号相对于由判定电平控制部3进行前馈控制的判定电平的大小的信号，并输出该信号作为用于在接收到的光信号中检测调制数据的信号。
判定电平控制部3的监视部3A利用光电转换元件1的阴极电流平均值来监视接收到的光信号的功率，且判定电平输出部3B响应于监视结果而设定最优判定电平。因此，如下所述，即使输入的光信号的光能级使得光放大器2e的增益饱和，也可以抑制OSNR容限的劣化。
以下将描述抑制OSNR容限劣化。
当如图2(a)所示构成电流/电压转换部2A的第一放大部2c所输出的电压信号具有较高的幅值(大信号S1)时，与图2(b)所示的电压信号具有较低幅值(小信号S2)的情况相比，平均值检测电路2d检测到的平均值也比较高。换句话说，大信号S1的平均值AV1高于小信号S2的平均值AV2。对于第一放大部2c输出的电压信号与平均值检测电路2d的平均值之间的差值的绝对值而言，大信号S1的差值绝对值也大于小信号S2的差值绝对值。
如上所述，放大器2e接收来自放大器2a的电压信号和电压信号的平均值作为输入，放大它们之间的差值电压。因为小信号S2的差值相对较低，当输入了这样的小信号时，信号的功率属于如图4所示的放大器2e的线性特性的功率范围内。因此，可以对该差值电压进行线性放大。图3中的信号SA1表示由放大器2e放大的小信号。
另一方面，由于大信号S1的差值相对较高，当输入了这样的大信号时，信号的功率有时属于如图4所示的放大器2e的非线性特性的功率范围内。在这种情况下，放大器2e的增益饱和，输出信号的幅值A2低于利用原始线性特性的增益进行放大所得到的幅值A1(见图3所示的信号SA1)。换句话说，幅值A1可以当作作为电路的放大器2e的输出幅值的极限。
此外，由于放大器2a利用固定的增益进行工作，输入到放大器2e中的电压信号的幅值与光电转换元件1接收到的光信号的光功率成比例地增加。换句话说，作为光接收装置10的规格而要求的可接收功率范围包括使得放大器2e的增益饱和的输入功率。
可以发现，如果输入信号的幅值能使增益饱和，即如果接收到的光信号的接收电平接近可接收范围内的最大接收电平时，放大器2e输出的占空比将随光信号的幅值提高或降低。
特别地，当接收电平高时，放大器2e呈现出波动的动作，即它输出如图5(a)所示的占空比高于50％的信号SA11，或输出如图5(b)所示的占空比约等于50％的信号SA12，或输出如图5(c)所示的占空比低于50％的信号SA13。
应该指出，在图5(a)-5(c)中分别用斜线部分SS11-SS13示出了以理想增益对输入信号进行放大时的波形和信号SA11-SA13的幅值之间的对比。
如果输入了电平接近于可接收范围内的最大接收电平的信号时放大器2e的输出信号的占空比以这种方式波动，则因为后一级的检测信号输出部2C的最优判定电平也发生波动，BER劣化。这是在最大接收电平附近OSNR容限显著下降的原因。在这种情况下，不能仅仅通过将检测信号输出部2C中的判定电平改变为高于接收数据的接收电平中心的第二个值来满足作为光接收装置的规格而要求的OSNR容限。
在本实施例中，因为判定电平控制部3被配置为可以响应于监视部3A监视到的接收光的功率而进行前馈控制，从而向检测信号输出部2C提供能够获得最优BER的判定电平，所以通过由判定电平控制部3控制检测信号输出部2C中的判定电平，即使接收到使放大器2e的增益饱和的光信号，仍可以提高BER，从而改善最大接收电平附近的OSNR容限。
更具体地，当接收到电平处于如图6所示的可接收范围内的最小接收电平附近的光信号C1时，即当输入信号的幅值能使放大器2e以固定增益进行放大时，由于电流/电压转换部2A的输出信号D1的占空比大约为50％，判定电平控制部3进行前馈控制以向检测信号输出部2C提供传号侧电平和空号(space)侧电平大致各占一半(约50％)的电平作为判定电平L1。因此，检测信号输出部2C输出的检测信号E1的占空比也可以被设置为50％。
另一方面，如果光信号的另一个电平接近如图7(a)-7(c)所示的可接收范围内的最大接收电平，即如果输入信号的幅值使放大器2e的增益饱和，那么电流/电压转换部2A的输出信号的占空比就不稳定，在高于50％(参考图7(a)所示的信号D2)的值、基本上等于50％(参考图7(b)所示的信号D3)的值和基本上低于50％(参考图7(c)所示的信号D4)的值之间变化。
在这种情况下，判定电平控制部3根据监视部3A的监视结果进行前馈控制，将判定电平提供给检测信号输出部2C。具体而言，如果监视结果是放大器2e输出了占空比如图7(a)所示的信号D2，则判定电平控制部3对检测信号输出部2C进行前馈控制，从而考虑到传号侧分布的噪声的影响，如图8(a)所示，可以把判定电平L2设定为接近交点所在的传号的位置下侧的值[在图8(a)的情况下，传号和空号之间的中点附近的电平]。
另一方面，如果监视结果是放大器2e输出了占空比如图7(b)所示的信号D3，则判定电平控制部3对检测信号输出部2C进行前馈控制，可以考虑到传号侧分布的噪声的影响，如图8(b)所示，把判定电平L3设定为稍低于交点所在的传号和空号之间的中间点的值。
另外，如果监视结果是放大器2e输出了占空比如图7(c)所示的信号D4，则判定电平控制部3对检测信号输出部2C进行前馈控制，可以考虑到传号侧分布的噪声的影响，如图8(c)所示，把判定电平L4设定为比接近交点所在的空号的位置更低的值。
应该指出，如上所述，如果接收到如图9所示的电平接近于最大接收电平的光信号，则通过事先在存储部3c中存储要由判定电平控制部3进行前馈控制而提供的判定电平，使得检测信号输出部2C作为检测信号输出的信号的占空比应略高于50％，能有效地消除噪声的影响。
这样，对于根据本发明实施例的光接收装置10，由于判定电平控制部3可以根据接收到的光信号的电平对数据检测部2中使用的判定电平进行前馈控制，所以具有可以提高光接收系统的接收特性同时简化结构的优点。
[b]其它本发明可以在不脱离其精神和范围的情况下以多种形式实施，而不仅限于上述的实施例。
具体而言，在上述实施例中的存储部3c中预先存储要响应于监视部3A的监视结果而设定的最优判定电平，但也可以在存储部3c中存储算术运算函数，用于根据作为监视结果而得到的值来求得最优判定电平。
在这种情况下，MPU 3b读出该算术运算函数，并对从A/D转换部3a输入的监视结果执行此算术运算函数的算术运算，然后将算术运算的结果作为最优判定电平输出到D/A转换部3d。同样在这种情况下，在装置投入运行之前通过BER试验来确定该算术运算函数，并预先存储在存储部3c中。
此外，上述的微计算机3C被配置为除了MPU 3b和存储部3c外还包括A/D转换部3a和D/A转换部3d，但是也可以适当地从微计算机3C中排除A/D转换部3a和D/A转换部3d。例如，可以把微计算机配置为除了MPU 3b和判定电平控制部3外还包括A/D转换部3a和D/A转换部3d中的一个、或仅包括MPU 3b和存储部3c。
此外，在上述实施例中，判定电平输出部3B包括微计算机3C和运算放大器3D，但是它也可以由模拟电路构成，该模拟电路对监视部3A作为监视结果而输出的电压信号进行模拟处理，从而输出最优判定电平的电信号。
此外，在上述实施例中，判定电平控制部3的监视部3A监视从光电转换元件1中输出的阴极电信号的电平的平均值，作为该光电转换元件进行光电转换得到的电信号的电平，但是，根据本发明，例如图10所示，可以在放大器中构建用于监视从光电转换元件1输入到数据检测部2的电流信号的电平的监视部作为检测部，与数据检测部2集成为一体。
另外，上述实施例在数据检测部2的电流/电压转换部2A和检测信号输出部2C中使用了3个放大器，但是，根据本发明，可以共用这3个放大器的功能，这样可以使用少于三个的放大器来构成电路。另外，这样共用的放大器可以具备上述监视部的功能作为内建功能。
另外，可以根据上述实施例制造本发明的装置。