本発明は、光伝送装置中に用いられ、活線挿抜に対応し、かつ光伝送装置の小型化、低消費電力化に寄与する光受信器の構成技術に関する。

図１１は光差動位相変調（以下、光ＤＰＳＫと称す。）信号受信器（例えば、非特許文献１参照）の構成を示す図である。 本光ＤＰＳＫ信号受信器は、マッハ−ツェンダ干渉計４００と光受信器５００ら構成されている。 マッハ−ツェンダ干渉計４００は、１ビット遅延器４０１、光信号が入力する光信号入力端子４０２、光信号が出力する光信号出力端子４０３，４０４を有する。 また、光受信器５００はトランスインピーダンス増幅器５０１、フォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４、トランスインピーダンス増幅器５０１の電源端子５０２，５０３、フォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４の電源端子５０４，５０５、出力端子５０６を有する。

本光ＤＰＳＫ信号受信器の光入力端子４０２に位相変調された光信号が入射すると、マッハ−ツェンダ干渉計４００の作用により、１ビット遅延器４０１によって１ビット分の送信時間だけ遅延した光信号の位相と現在の光信号の位相に依存して、位相が同位相の場合には、光出力端子４０３からフォトダイオードＰＤ３にのみ光が入射し、逆位相の場合には光出力端子４０４からフォトダイオードＰＤ４にのみ光が入射する。 フォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４は光入力を電流に変換し、その電流値の差がトランスインピーダンス増幅器５０１に入力される。 トランスインピーダンス増幅器５０１は、フォトダイオードＰＤ３，ＰＤ４の電流出力を増幅し、電圧出力に変換して出力端子５０６に出力する。 こうした各部品の動作により、送信器で送出したデータを、出力端子５０６から得ることができる。

TJPaul,et al.," 3 Gbit/s Optically Preamp1ified Direct Detection DPSK Receiver with 116 photon/bit Sensitivity ",IEE Electoronics letters Vol.29,No.7,pp.614-615,1993

今日の大容量光伝送装置では、波長多重（ＷＤＭ）が行なわれるため、伝送装置中に図１１に示す光ＤＰＳＫ信号受信器が波長多重された通信チャネルの数だけ備え付けられている。 このため、伝送装置に用いられる部品は、一部の通信チャネル用の部品を交換する必要があった場合に、他の通信チャネルの動作を停止することなく、該当する部品の搭載されたボードのみを交換できる、活線挿抜に対応する必要がある。 一般に、１枚のボードには異なる電圧値を設定した複数の電源が供給されているが、活線挿抜時には、いずれの電源から投入され、あるいはいずれの電源から停止されるのか、順番は保証されない。

ところが、図１１に示したような複数の電源端子を有する光ＤＰＳＫ信号受信器がボードに搭載されている場合には、電源投入・停止の順番によっては部品が破壊されることがあるため、ある一定の順番で電源が投入・停止されねばならない。 このため、図１１に示したような複数の電源端子を有する部品を搭載するボードには、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御する、シーケンサを備えることが必要となる。

しかしながら、シーケンサを備えると、ボードが大型化する上、消費電力も増加する。 こうしたボードは、１つの伝送装置にＷＤＭで多重化された通信チャネルの数だけ備えられているので、光伝送装置の小型化・低消費電力化の障害になっている。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、ボード上にシーケンサを必要とせず、単体で活線挿抜に適応可能な光受信器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の光受信器は、第１の電源線に第１の極性端子が接続された第１および第２の光電変換手段と、前記第１の電源線と第２の電源線に接続されて動作し、前記第１の光電変換手段の第２の極性端子が非反転入力端子に接続され、前記第２の光電変換手段の第２の極性端子が反転入力端子に接続された差動トランスインピーダンス増幅器とを備え、前記第１および第２の光電変換手段の両端間に印加する電圧が、前記第１および第２の光電変換手段の推奨動作電圧内にあるようにしたことを特徴とする。
請求項２にかかる発明の光受信器は、第１の電源線に第１の極性端子が接続された第１および第２の光電変換手段と、前記第１の電源線に一端が接続された電圧調整手段と、前記電圧調整手段の他端と第２の電源線に接続されて動作し、前記第１の光電変換手段の第２の極性端子が非反転入力端子に接続され、前記第２の光電変換手段の第２の極性端子が反転入力端子に接続された差動トランスインピーダンス増幅器とを備え、前記第１および第２の光電変換手段の両端間に印加する電圧が、前記第１および第２の光電変換手段の推奨動作電圧内にあるようにしたことを特徴とする。
請求項３にかかる発明の光受信器は、第１の電源線に一端が接続された電圧調整手段と、前記電圧調整手段の他端に第１の極性端子が接続された第１および第２の光電変換手段と、前記第１の電源線と第２の電源線に接続されて動作し、前記第１の光電変換手段の第２の極性端子が非反転入力端子に接続され、前記第２の光電変換手段の第２の極性端子が反転入力端子に接続された差動トランスインピーダンス増幅器とを備え、前記第１および第２の光電変換手段の両端間に印加する電圧が、前記第１および第２の光電変換手段の推奨動作電圧内にあるようにしたことを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載の光受信器において、前記電圧調整手段に代えて、２個の電圧調整手段を用意し、一方の電圧調整手段と前記第１の光電変換手段を直列接続した第１の直列回路および他方の電圧調整手段と前記第２の光電変換手段を直列接続した第２の直列回路をそれぞれ構成し、前記第１の直列回路を前記第１の電源線と前記差動トランスインピーダンス増幅器の前記非反転入力端子との間に接続し、前記第２の直列回路を前記第１の電源線と前記差動トランスインピーダンス増幅器の前記反転入力端子との間に接続したことを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項２、３又は４に記載の光受信器において、前記電圧調整手段が前記差動トランスインピーダンス増幅器と集積化されていることを特徴とする 請求項６にかかる発明は、請求項２、３又は４に記載の光受信器において、前記電圧調整手段が前記第１および第２の光電変換手段と集積化されていることを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、請求項２、３又は４に記載の光受信器において、前記第１および第２の光電変換手段と前記電圧調整手段と前記差動トランスインピーダンス増幅器が集積化されていることを特徴とする。
請求項８にかかる発明は、請求項１に記載の光受信器において、前記第１および第２の光電変換手段と前記差動トランスインピーダンス増幅器が集積化されていることを特徴とする。

本発明によれば、光受信器の単一電源動作が可能になり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化することができる。

[第１の実施例]
図１は、本発明の第１の実施例の光受信器１００Ａを示す図である。 同図において、２００は第１の電源線、３００は第２の電源線、１０１は差動トランスインピーダンス増幅器、１０２Ａ，１０２Ｂは差動出力端子、ＰＤ１,ＰＤ２は第１、第２のフォトダイオード、１０３,１０４は差動トランスインピーダンス増幅器１０１の第１、第２の電源端子、１０５はフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の電源端子を表している。

図７は差動トランスインピーダンス増幅器１０１の回路構成の例を示したものである。 Ｑ１〜Ｑ４はバイポーラトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｉ１〜Ｉ３は電流源、１０１１は差動増幅器、ＩＮＡ、ＩＮＢはフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２に接続される差動入力端子、ＯＵＴＡ，ＯＵＴＢは差動出力端子１０２Ａ，１０２Ｂに接続される差動出力端子である。 同図では、バイポーラトランジスタによる構成例を示したが、電界効果型トランジスタでも同様の回路構成により差動トランスインピーダンス増幅器１０１を構成することができる。

フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は光入力を電流に変換し、それぞれ差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢに入力する。 差動トランスインピーダンス増幅器１０１は、電流入力の差を増幅し、電圧出力に変換して差動出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＢに出力する。

従って、図１１の光受信器５００の構成とは異なり、図１の光受信器１００Ａの構成では、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の同一極性端子が電源端子１０５に接続され、その出力の減算は差動トランスインピーダンス増幅器１０１の内部で行われる。 また、このとき、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位は同一であるため、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の各電源端子は、電源端子１０５に共通化することができる。 更に、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位と電源線２００の電位の差は、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の推奨動作電圧内にあるため、差動トランスインピーダンス増幅器１０１が電源端子１０３を介して直接接続されている電源線２００に、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の電源端子１０５を共通に接続することが可能となる。 本実施例の光受信器１００Ａは、電源線２００と電源線３００のいずれかを光伝送装置の接地に接続し、他方の電源線にある一定の電圧を供給して動作されるため、単一電源で動作することが可能になる。

このように、本実施例の光受信器１００Ａは、単一電源で動作し、２つ以上の電源電圧を必要としないため、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサを光伝送装置に備える必要がなくなり、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。

図２は、本発明の第１の実施例の光受信器１００Ａの変形例の光受信器１００Ｂを示す図である。 符号が図１と共通であるものは説明を省略する。 図１の光受信器器１００Ａでは、フォトダイオードの極性から明らかなように、電源線２００の電位をＶ１、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位をＶ２、電源線３００の電位をＶ３とすると、それらの間に、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３という関係がある。

これに対し、図２の実施例の光受信器１００Ｂは、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１という関係がある場合の構成である。 本実施例の光受信器１００Ｂにおいても、光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。

[第２の実施例]
図３は、本発明の第２の実施例の光受信器１００Ｃを示す図である。 同図において、１０６は電圧調整手段、１０７は電圧調整手段１０６を電源線２００に接続する電源端子であり、その他の符号は図１と共通であるため説明を省略する。 本実施例の光受信器１００Ｃは、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の電源端子１０３を直接に電源線２００に接続するように光受信器を構成すると、その電源線２００と差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位差が、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の推奨動作電圧範囲に満たない場合の構成である。

本実施例の光受信器１００Ｃによれば、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の電源端子１０３と電源線２００との間に電圧調整手段１０６を挿入するので、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位と電源線２００の電位との差を、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の推奨動作電圧内とすることができるため、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の電源端子１０５と電圧調整手段１０６の電源端子１０７を、電源線２００に共通に接続することが可能となる。

本実施例の光受信器１００Ｃにおいても、光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。

なお、電圧調整手段１０６は、単純に抵抗で構成することもできるが、図８に示すようにダイオードＤ１〜Ｄ３による構成、図９に示すようにバイポーラトランジスタＱ５と抵抗Ｒ５，Ｒ６を用いた構成、あるいは図１０に示すように帰還回路を用いた構成などで実現することができる。 図１０において、Ｑ６はバイポーラトランジスタ、Ｒ７〜Ｒ９は抵抗、ＤＺは定電圧ダイオード、１０６１は差動増幅器である。 また、図１０に示すように、電圧調整手段１０６は電源線２００だけではなく、電源線３００への接続があってもよい。

図４は、本発明の第２の実施例の光受信器１００Ｃの変形例の光受信器１００Ｄを示す図である。 同図において、符号が図３と共通であるものは説明を省略する。 図３の実施例の光受信器１００Ｃでは、図１の実施例の光受信器１００Ａと同様に、電源線２００の電位をＶ１、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位をＶ２、電源線３００の電位をＶ３とすると、それらの間に、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３という関係がある場合の構成であるが、図４の実施例は、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１という関係がある場合の構成である。 本実施例の光受信器１００Ｄにおいても、光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。

[第３の実施例]
図５は、本発明の第３の実施例の光受信器１００Ｅを示す図である。 同図において、符号が図３と共通であるものは説明を省略する。 本実施例は、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の電源端子１０３を直接に電源線２００に接続するように光受信器を構成すると、電源線２００と差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位との差が、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の推奨動作電圧範囲を超過する場合の構成である。

本実施例の光受信器１００Ｅによれば、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の電源端子１０５と電源線２００との間に電圧調整手段１０６を挿入するので、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位と電源端子１０５の電位との差を、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の推奨動作電圧範囲内とすることができるため、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の電源端子１０３と電圧調整手段１０６の電源端子１０７を、電源線２００に共通に接続することが可能となる。

本実施例の光受信器１００Ｅにおいても、光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。 なお、本実施例においては、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の共通電源端子１０５と電源線２００との間に電圧調整手段１０６を挿入したが、電圧調整手段を２個用いて、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２のそれぞれに対して電圧調整手段を個々に挿入しても、同じ効果が得られることは明白である。 この場合、フォトダイオードＰＤ１と第１の電圧調整手段の直列回路が電源線２００と差動トランスインピーダンス増幅器１０１の非反転入力端子ＩＮＡとの間に、フォトダイオードＰＤ２と第２の電圧調整手段の直列回路が電源線２００と差動トランスインピーダンス増幅器１０１の反転入力端子ＩＮＢとの間に、それぞれ接続される。

図６は、本発明の第３の実施例の光受信器１００Ｅの変形例の光受信器１００Ｆを示す図である。 同図において、符号が図５と共通であるものは説明を省略する。 図５の実施例の光受信器１００Ｅでは、図１の実施例の光受信器１００Ａと同様に、電源線２００の電位をＶ１、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の差動入力端子ＩＮＡ，ＩＮＢの直流電位をＶ２、電源線３００の電位をＶ３とすると、それらの間に、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３という関係がある場合の構成であるが、図６の実施例の光受信器１００Ｆは、Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１という関係がある場合の構成である。 本実施例の光受信器１００Ｆにおいても、光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。

なお、本実施例においても、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の共通電源端子１０５と電源線２００との間に電圧調整手段１０６を挿入しているが、電圧調整手段を２個用いて、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２のそれぞれに対して電圧調整手段を個々に挿入しても、同じ効果が得られることは明白である。 この場合、フォトダイオードＰＤ１と第１の電圧調整手段の直列回路が電源線２００と差動トランスインピーダンス増幅器１０１の非反転入力端子ＩＮＡとの間に、フォトダイオードＰＤ２と第２の電圧調整手段の直列回路が電源線２００と差動トランスインピーダンス増幅器１０１の反転入力端子ＩＮＢとの間に、それぞれ接続される。

[第４の実施例]
本発明の第４の実施例の光受信器は、第２あるいは第３の実施例の光受信器１００Ｃ〜１００Ｆにおいて、電圧調整手段１０６が差動トランスインピーダンス増幅器１０１と集積化される。 電気的な構成は第２あるいは第３の実施例の光受信器１００Ｃ〜１００Ｆと同一であるので、本実施例の光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。 更に、そうした効果に加え、集積化による小型化・低消費電力化、実装部品点数の減少による低コスト化などの利点がある。

[第５の実施例]
本発明の第５の実施例の光受信器は、第２あるいは第３の実施例の光受信器１００Ｃ〜１００Ｆにおいて、電圧調整手段１０６がフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２と集積化される。 電気的な構成は第２あるいは第３の実施例の光受信器１００Ｃ〜１００Ｆと同一であるので、本実施例の光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。 更に、そうした効果に加え、集積化による小型化・低消費電力化、実装部品点数の減少による低コスト化などの利点がある。 本実施例においては、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２、電圧調整手段１０６が同一チップに集積化されていてもよいし、２個のフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が個別チップとなっている場合には、それぞれに対して電圧調整手段１０６を集積すればよい。

[第６の実施例]
本発明の第６の実施例の光受信器は、第２あるいは第３の実施例の光受信器１００Ｃ〜１００Ｆにおいて、電圧調整手段１０６が２つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２および差動トランスインピーダンス増幅器１０１とともに集積化される。 電気的な構成は第２あるいは第３の実施例の光受信器１００Ｃ〜１００Ｆと同一であるので、本実施例の光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。 更に、そうした効果に加え、集積化による小型化・低消費電力化、実装部品点数の減少による低コスト化等の効果が著しいという利点がある。

[第７の実施例]
本発明の第７の実施例の光受信器は、第１の実施例の光受信器１００Ａ，１００Ｂにおいて、２つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２が差動トランスインピーダンス増幅器１０１とともに集積化される。 電気的な構成は第１の実施例の受信器１００Ａ，１００Ｂと同一であるので、本発明の光受信器が単一電源で動作することは明白であり、活線挿抜時に電源投入・停止の順番を制御するシーケンサが不要となるため、光伝送装置を小型化・低消費電力化する効果が得られる。 更に、そうした効果に加え、集積化による小型化・低消費電力化、実装部品点数の減少による低コスト化等の効果が著しいという利点がある。

[他の実施例]
前記第４〜７の実施例において、電源線２００および電源線３００に接続するための電源端子は、集積回路中で共通になっていてもよいし、共通にせずに個別にボード上の電源線２００および電源線３００に接続しても良い。

また、前記第１〜７の実施例において、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２は、通常使われるＰＩＮ型フォトダイオードに限らず、一般の光電気変換手段と置き換えることができる。 例えば、アバランシェ・フォトダイオードやＭＳＭ受光素子、あるいはフォトトランジスタ等も利用できる。

更に、前記第１〜７の実施例において、差動トランスインピーダンス増幅器１０１は、光受信器に要求される入力範囲において出力振幅が飽和しない線形増幅器でも良いし、出力振幅が飽和するリミツタ増幅器であってもよい。

更に、前記第１〜７の実施例において、差動トランスインピーダンス増幅器１０１の出力端子は、差動出力端子ＯＵＴＡ，ＯＵＴＢの両方を光受信器の出力端子１０２Ａ，１０２Ｂに取り出しているが、いずれか一方を適切に終端し、非反転出力のみ、あるいは反転出力のみを出力する構成にしても良い。

本発明の第１の実施例の光受信器の構成を示すブロック図である。

本発明の第１の実施例の光受信器の変形例の構成を示すブロック図である。

本発明の第２の実施例の光受信器の構成を示すブロック図である。

本発明の第２の実施例の光受信器の変形例の構成を示すブロック図である。

本発明の第３の実施例の光受信器の構成を示すブロック図である。

本発明の第３の実施例の光受信器の変形例の構成を示すブロック図である。

差動トランスインピーダンス増幅器１０１の構成を示す回路図である。

電圧調整手段１０６の構成例を示す回路図である。

電圧調整手段１０６の構成例を示す回路図である。

電圧調整手段１０６の構成例を示す回路図である。

従来の光受信器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００Ａ〜１００Ｆ：光受信器、１０１：差動トランスインピーダンス増幅器、１０２Ａ，１０２Ｂ：差動出力端子、１０３〜１０５：電源端子、１０６：電圧調整手段、１０７：電源端子 ２００：電源線 ３００：電源線 ４００：マッハ−ツェンダ干渉計、４０１：１ビット遅延器、４０２：光入力端子、４０３：４０４：光出力端子 ５００：光受信器、５０１：トランスインピーダンス増幅器、５０２〜５０５：電源端子、５０６：出力端子