专利名称：光接收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光接收器，特别涉及在作为接入类光通信系统的一个方式的PON(Passive Optical Network,无源光网络)系统中应用的光接收器。
背景技术：
以往，作为实现使用光纤的公用线路网的方式，广泛使用PON (Passive OpticalNetwork，无源光网络)系统。PON系统是点对多点的接入类光通信系统的I种。PON 系统由 I 台 OLT (Optical Line Terminal，光线路终端)和许多 ONU (OpticalNetwork Unit，光网络单元)构成。OLT是局侧装置，ONU是用户终端装置。OLT和各ONU经由光星形I禹合器(optical star coupler)连接。在PON系统中，许多ONU能够共用OLT和传输路径(光纤)的大部分。因此，能够期待运用成本的经济化。此外，由于光星形耦合器是无源部件，所以不需要供电。因此，光星形耦合器容易设置在屋外。此外，光星形耦合器可靠性也高。由于这样的理由，PON系统作为实现宽带网络的王牌，近年来被积极地进行导入。例如，针对GE-P0N (Gigabit Ethernet - Passive Optical Network,千兆以太网无源光网络系统)系统进行说明。在GE-PON中，根据IEEE802.3ah的标准，传输速度是
1.25Gbit/s。在从OLT向ONU的下行方向中，使用利用了光波长148(Tl500nm波段的信号的广播通信方式，各ONU仅取出被分配的时隙的数据。另一方面，在从各ONU向OLT的上行方向中，使用利用了光波长126(Tl360nm波段的信号的广播通信方式，使用以各ONU的数据不冲突的方式控制送出定时的时分复用通信方式。进而，针对 10G-EP0N进行说明。在10G-EP0N中，根据IEEE802.3av的标准，传输速度是10.3Gbit/s。在10G-EP0N系统中，在从OLT向ONU的下行方向中，使用利用了光波长157Γ 580ηπι波段的信号的广播通信方式，各ONU仅取出被分配的时隙的数据。另一方面，在从各ONU向OLT的上行方向中，使用光波长126(Tl280nm波段的信号，使用以各ONU的数据不冲突的方式控制送出定时的时分复用通信方式。在上述那样的PON系统的上行方向的通信中，各ONU位于从光星形耦合器起不同的距离。因此，OLT中的各ONU的接收级别(光接收级别)按每个接收数据包而不同。因此，OLT用突发光接收器需要大的动态范围特性。大动态范围特性是稳定且高速地再生不同的接收级别(receiving level)的突发信号(burst signal)的特性。因此,通常在OLT用突发光接收器中具备AGC (Automatic Gain Control,自动增益控制)电路。AGC电路是用于根据接收级别使变换增益变化成所希望的增益的电路。在上述AGC电路中有在接收突发信号之后到变换增益稳定收敛为止的时间常数。即，在OLT用突发光接收器中，在接收了突发信号后到稳定地进行数据再生为止，需要规定的时间。该规定时间作为接收器稳定时间(Receiver Settling Time)在IEEE802.3ah及IEEE802.3av中被标准化。接收器稳定时间的标准值在IEEE802.3ah (GE-P0N系统)中是400ns，在 IEEE802.3av (10G-EP0N 系统)中是 800ns。
各突发信号由开销区域(overhead area)和数据区域(data area)构成。开销区域具有接收器稳定时间以上的长度。可是，为了使系统整体的通过量(throughput)提高，优选开销区域的长度较短。在这里，因为AGC电路基于接收信号的平均值检测结果进行工作，所以相同代码连续时间和时间常数变成折衷的关系。因此，兼顾相同代码连续耐受力与高速响应性变成课题。再有，相同代码连续时间是在接收信号的代码序列中包含的相同代码连续的时间。为了实现相同代码连续耐受力优越且高速进行响应的AGC电路，提出了各种各样的方式。例如，在专利文献I及专利文献2所述的方法中，仅在接收的突发信号的先头附近使AGC电路的时间常数高速工作。之后，使AGC电路的时间常数低速工作。现有技术文献 专利文献
专利文献1:国际公开第2008/075430号小册子；
专利文献2:日本特开2008-312216号公报。
发明内容
发明要解决的问题
在上述专利文献I中，AGC电路的时间常数在I个突发信号内从高速工作切换成低速工作。因此，能够兼顾开销区域中的高速响应性和数据区域中的相同代码连续耐受力。可是，在上述专利文献I中，在连续的突发信号序列的接收级别差小的情况下，难以判定收敛状态。结果，存在不能在所希望的定时切换时间常数的问题。此外，在上述专利文献2中，与上述专利文献I同样地，由于AGC电路的时间常数在I个突发信号内从高速 工作切换成低速工作，所以能够兼顾开销区域中的高速响应性与数据区域中的相同代码连续耐受力。可是，切换时间常数的定时以重置信号为基准设为固定的时间。因此，在上述专利文献2中，在如上述的GE-PON系统(非同步PON系统)、10G-EP0N系统那样，突发信号的接收定时与重置信号的接收定时相对地摆动那样的情况下，存在不能在所希望的定时切换时间常数的问题。本发明正是为了解决这样的问题而做出的，其目的在于提供一种具备大动态范围特性、高速响应性、以及相同代码连续耐受性，用于实现高通过量特性的光接收器。用于解决课题的方案
本发明的光接收器，其特征在于具备:光接收元件，将光接收信号变换成电流信号；前置放大器，将从所述光接收元件输出的电流信号变换成电压信号；增益控制单元，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压，使用检测出的所述平均电压，控制所述前置放大器的变换增益，使其成为与所述光接收信号的接收级别对应的所希望的增益；收敛判定单元，判定所述增益控制单元是过渡状态还是稳定状态；以及切换信号输出单元，接收插入在所述光接收信号之间的重置信号，基于来自所述收敛判定单元的输出及所述重置信号的任I个，生成用于切换所述增益控制单元的时间常数的时间常数切换信号，所述增益控制单元具备:第I平均电压检测部，具有第I时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压；第2平均电压检测部，具有比所述第I时间常数长的第2时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压；以及切换部，基于所述时间常数切换信号，切换成所述第I平均电压检测部或所述第2平均电压检测部的任I个，所述时间常数切换信号是如下信号，其用于在输入了所述重置信号的情况下选择所述第I平均电压检测部，在所述收敛判定电路判断为所述增益控制电路从过渡状态转移到稳定状态的情况下选择所述第2平均电压检测部。发明的效果
本发明的光接收器，其特征在于具备:光接收元件，将光接收信号变换成电流信号；前置放大器，将从所述光接收元件输出的电流信号变换成电压信号；增益控制单元，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压，使用检测出的所述平均电压，控制所述前置放大器的变换增益，使其成为与所述光接收信号的接收级别对应的所希望的增益；收敛判定单元，判定所述增益控制单元是过渡状态还是稳定状态；以及切换信号输出单元，接收插入在所述光接收信号之间的重置信号，基于来自所述收敛判定单元的输出及所述重置信号的任I个，生成用于切换所述增益控制单元的时间常数的时间常数切换信号，所述增益控制单元具备:第I平均电压检测部，具有第I时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压；第2平均电压检测部，具有比所述第I时间常数长的第2时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压；以及切换部，基于所述时间常数切换信号，切换成所述第I平均电压检测部或所述第2平均电压检测部的任I个，所述时间常数切换信号是如下信号，其用于在输入了所述重置信号的情况下选择所述第I平均电压检测部，在所述收敛判定电路判断为所述增益控制电路从过渡状态转移到稳定状态的情况下选择所述第2平均电压检测部，因此，具备大的动态范围特性，高速响应性以及相同代码连续耐受性，能够实现高通过量特性。
图1是表示本发明的实施方式I的光接收器的结构的结构图。图2是表示本发明的实施方式I的光接收器的各部的信号波形的时间图。
图3是表示本发明的实施方式2的光接收器中的相对于接收级别的可接收范围、增益控制电路的工作范围、以及收敛判定电路的可判定范围的说明图。
具体实施例方式以下参照附图对本发明的光接收器的实施方式详细进行说明。再有，本发明并不被这些实施方式所限定。例如，在这些实施方式中，作为光接收器的例子说明了突发光接收器，但本发明也能够应用于其他种类的接收器。此外，关于电路结构，也能够配合使用目的、使用环境等而适宜变更。实施方式I
图1是表示本发明的实施方式I的光接收器的结构的图。在本实施方式I中，作为光接收器举出应用于PON系统的能够应对突发信号的光接收器为例进行说明。在图1中，I是将接收的光接收信号13 (突发信号序列)变换成电流信号的光接收元件。光接收信号13是由多个连续的突发信号构成的突发信号序列。2是将该电流信号变换成电压信号的前置放大器。9是进行前置放大器2的增益控制(AGC)的增益控制电路。增益控制电路9检测出来自前置放大器2的电压信号的平均电压，基于该平均电压进行控制，以使前置放大器2的变换增益成为与光接收信号13的接收级别对应的所希望的增益。10是控制增益控制电路9的时间常数的收敛判定电路。收敛判定电路10检测出增益控制电路9是过渡状态还是稳定状态，基于该检测结果或重置信号12输出用于切换增益控制电路9的时间常数的时间常数切换信号14。接着，对本发明的实施方式I的光接收器的工作进行说明。当光接收元件I接收到光接收信号13时，将光接收信号13线性变换成电流信号。该电流信号按照增益控制电路9的控制，在前置放大器2中被变换成最适合的电压信号。增益控制电路9基于来自收敛判定电路10的时间常数切换信号，以在最适合的时间常数进行响应的方式而工作。增益控制电路9由时间常数选择型平均值检测电路3和电平变换电路8构成。电平变换电路8将时间常数选择型平均值检测电路3的输出变换成所希望的电压。时间常数选择型平均值检测电路3由高速时间常数部31、低速时间常数部32、和切换开关33构成。高速时间常数部31具有短的时间常数(第I时间常数)，检测来自前置放大器2的电压信号的平均电压(第I平均电压检测部)。低速时间常数部32具有比第I时间常数长的时间常数(第2时间常数)，检测来自前置放大器2的电压信号的平均电压(第2平均电压检测部)。切换开关33按照时间常数切换信号14，选择高速时间常数部31或低速时间常数部32的任I个，将选择的一方检测出的平均电压输入到电平变换电路8。在通过切换开关33选择了高速时间常数部31的情况下，时间常数选择型平均值检测电路3高速地进行响应，另一方面，在通过切换开关33选择了低速时间常数部32的情况下，时间常数选择型平均值检测电路3低速地进行响应。收敛判定电路10由时间常数选择型平均值检测电路4、差电压放大电路5、比较电路6、逻辑电路7、所述的时间常 数选择型平均值检测电路3构成。时间常数选择型平均值检测电路3被增益控制电路9和收敛判定电路10共有。时间常数选择型平均值检测电路4由高速时间常数部41、低速时间常数部42、和切换开关43构成。高速时间常数部41具有比第I时间常数长且比第2时间常数短的时间常数(第3时间常数)，检测来自前置放大器2的电压信号的平均电压(第3平均电压检测部)。低速时间常数部42具有与第2时间常数同等的时间常数(第4时间常数)，检测来自前置放大器2的电压信号的平均电压(第4平均电压检测部)。切换开关43选择高速时间常数部41或低速时间常数部42的任I个，将选择的一方检测出的平均电压输入到差电压放大电路5。在通过切换开关43选择了高速时间常数部41的情况下，时间常数选择型平均值检测电路4高速地进行响应，另一方面，在通过切换开关43选择了低速时间常数部42的情况下，时间常数选择型平均值检测电路4低速地进行响应。差电压放大电路5是用于检测时间常数选择型平均值检测电路3的输出与时间常数选择型平均值检测电路4的输出的差电压的电路，对检测出的差电压进行放大并输出。比较电路6将差电压放大电路5的输出电平与预先设定的规定的阈值电压11进行比较。逻辑电路7基于来自比较电路6的输出信号及从外部输入的重置信号12的至少任I个生成时间常数切换信号，对切换开关33、43输入。再有，时间常数选择型平均值检测电路3的高速时间常数部31的第I时间常数与低速时间常数部32的第2时间常数，以及时间常数选择型平均值检测电路4的高速时间常数部41的第3时间常数和低速时间常数部42的第4时间常数具有以下所示的关系。
第I时间常数<第3时间常数<第2时间常数=第4时间常数
即，高速时间常数部31的第I时间常数最短。高速时间常数部41的第3时间常数比高速时间常数部31的第I时间常数长。低速时间常数部32、42的第2、第4时间常数比高速时间常数部41的第3时间常数长。再有，低速时间常数部32的第2时间常数与低速时间常数部42的第4时间常数相同。接着，使用图2针对图1的各部分的工作进行说明。图2是表示图1的各部分的信号波形的时间图。如图2所示，光接收信号13由连续的突发信号序列构成。但是，在图2中仅记载有I个突发信号13a。各突发信号13a通过时分复用而以不相互冲突的方式被发送，在光接收元件I被接收。从掌管定时控制的PON MAC等发出的重置信号12被插入到各突发信号13a之间。将重置信号12的上升作为触发，逻辑电路7以时间常数选择型平均值检测电路3及时间常数选择型平均值检测电路4的时间常数变为高速的方式，输出时间常数切换信号14。切换开关33、43基于时间常数切换信号14，分别选择高速时间常数部31、41。再有，图2的逻辑电路7的输出信号将高侧作为高速时间常数，将低侧作为低速时间常数进行记载。像这样，收敛判定电路10通过向逻辑电路7的重置信号12的输入，判定为增益控制电路9是过渡状态，选择高速的时间常数。在重置信号12的接收后，当接收到突发信号13a时，由于时间常数选择型平均值检测电路3及时间常数选择型平均值检测电路4的时间常数分别变成高速侧，所以以对于接收的突发信号13a的接收级别成为最优增益的方式高速地进行增益控制。这时，时间常数选择型平均值检测电路4的高速时间常数部41的第3时间常数，比时间常数选择型平均值检测电路3的高速时间常数部31的第I时间常数设定为低速。由此，时间常数选择型平均值检测电路4的高速时间常数部41的输出，比时间常数选择型平均值检测电路3的高速时间常数部31的输出 较迟地进行响应。结果，在时间常数选择型平均值检测电路3的输出与时间常数选择型平均值检测电路4的输出之间产生电位差。该电位差被差电压放大电路5检测出，被放大到所希望的电位差并输出。来自差电压放大电路5的该输出被输入到比较电路6。比较电路6对来自差电压放大电路5的该输出和预先设定的阈值电压11进行比较。比较电路6在该比较中，在来自差电压放大电路5的输出变成阈值电压11以上的定时，输出高侧的信号。之后，通过增益控制电路9，控制前置放大器2的变换增益，随着从过渡状态接近稳定状态，与时间常数选择型平均值检测电路3相比低速的时间常数选择型平均值检测电路4的输出也追随，因此时间常数选择型平均值检测电路3的输出与时间常数选择型平均值检测电路4的输出之间的电位差变小。像这样，比较电路6在来自差电压放大电路5的输出低于阈值电压11的定时，输出低侧的信号。即，比较电路6对于接收的突发信号，以在增益控制工作未完成的状态(过渡状态)中输出高侧的信号，在增益控制工作完成的状态(稳定状态)中输出低侧的信号的方式进行工作。将比较电路6的输出信号的下降作为触发，逻辑电路7以时间常数选择型平均值检测电路3及时间常数选择型平均值检测电路4的时间常数变为低速的方式，输出时间常数切换信号14。切换开关33、43基于该时间常数切换信号14，分别选择低速时间常数部
32、42。像这样，收敛判定电路10在来自差电压放大电路5的输出变得不足阈值电压11的定时，判定为增益控制电路9从过渡状态转移到稳定状态,选择低速的时间常数。之后，时间常数选择型平均值检测电路3及时间常数选择型平均值检测电路4的时间常数到I个突发信号13a的最后尾为止，原样继续保持低速侧。然后，在接收到插入在突发信号间的重置信号12时，再次输出用于使时间常数为高速的时间常数切换信号14，将时间常数选择型平均值检测电路3及时间常数选择型平均值检测电路4的时间常数切换到高速侧，准备下一个突发信号13a。在这里，由于时间常数选择型平均值检测电路3的低速时间常数部32的第2时间常数(低速侧)和时间常数选择型平均值检测电路4的低速时间常数部42的第4时间常数(低速侧)被设为相等，所以彼此不会比另一方延迟。因此，对于相同代码连续的信号，也不会在时间常数选择型平均值检测电路3的输出及时间常数选择型平均值检测电路4的输出中产生电位差，不会发 生错误地再次转移到高速侧的情况。因此，在选择低速时间常数部32及低速时间常数部42时，不需要求取差电压放大电路5的电位差，因此不必特别求取也可。像这样，在本实施方式中，对接收的突发信号，在突发信号的先头部附近通过高速地进行增益控制而实现高速响应性，进而通过在增益控制完成后转移到低速响应状态，从而同时实现相同代码连续耐受力。如上所述，在本发明的实施方式I的光接收器中，具备:前置放大器2，能够根据接收的突发信号的接收级别而改变变换增益；增益控制电路9，能够将时间常数切换成高速或低速；以及收敛判定电路10，根据增益控制电路9的状态(过渡状态或稳定状态)和突发信号间的重置信号来输出时间常数切换信号14，光接收器在适当的定时能够切换增益控制电路9的时间常数。由此，本实施方式I的光接收器具有稳定地再生不同的接收级别的突发信号的大动态范围特性。此外，本实施方式I的光接收器具备高速响应性和相同代码连续耐受力。进而，本实施方式I的光接收器的高通过量特性优越。实施方式2
图3是表示本发明的实施方式2的光接收器中的相对于接收级别的增益控制电路9工作的范围50和收敛判定电路10可判定的范围51的图。在本实施方式2中，如图3所示，以增益控制电路9的范围50成为收敛判定电路10的范围51的范围内的方式，适当地设定阈值电压11的值。再有，阈值电压11如图1所示，输入到比较电路6中。由此，在增益控制电路9进行工作的接收级别，必然收敛判定电路10能够判定。本实施方式2的光接收器的结构和工作与上述的实施方式I相同，因此参照图1及图2，在这里省略其说明。在以下，主要说明与实施方式I的相异点。在通过增益控制实现大动态范围化的光接收器中，为了高灵敏度化，通常在最小接收灵敏度附近不进行增益控制。也就是说，在最小接收灵敏度附近以最大增益进行工作，在接收级别大的情况下为了波形失真的抑制、避免电路饱和，以增益下降的方式进行工作。首先，针对图1的差电压放大电路5的输出最大振幅为不足阈值电压11的情况进行说明。这时，比较电路6的输出电压从I个突发信号的先头到末尾持续保持为低侧。因此，时间常数选择型平均值检测电路3总是以高速的状态进行工作。在增益控制电路9不工作的接收级别(范围50以外的范围)中，即使如上述那样时间常数选择型平均值检测电路3高速持续工作，因为原本就没有进行增益控制，所以在相同代码连续的情况下也不会有问题。
另一方面，在增益控制电路9工作的范围50中，当如上述那样时间常数选择型平均值检测电路3持续高速工作时，在相同代码连续的情况下，由于时间常数选择型平均值检测电路3的输出高速地追随，所以产生大的增益变动，难以稳定地再生突发信号。因此，在本实施方式2中，以在增益控制电路9工作的范围50中收敛判定电路10必然能够判定的方式，适当地对输入到比较电路6的阈值电压进行设定。具体地，在增益控制电路工作的范围50中，将比较电路6的阈值电压11设定为比时间常数选择型平均值检测电路3和时间常数选择型平均值检测电路4的差电压小的值。再有，该阈值电压11的值基于设计阶段的设计值预先设定也可，或者采用基于来自差电压放大电路5的输出而适宜变更的结构也可。如上所述，在本发明的实施方式2的突发光接收器中，获得与上述实施方式I同样的效果。进而，在本实施方式2中，以在增益控制电路9工作的范围50中收敛判定电路10必然能够判定的方式，将阈值电压11设定为适当的值。由此，本实施方式2的突发光接收器具有稳定地再生不同的接收级别的突发信号的大的动态范围特性，并且兼具高速响应性和相同代码连续耐受力，由此能够实现高通过量特性优越的突发光接收器。附图标记说明
I光接收元件；2前置放大器；3、4时间常数选择型平均值检测电路；5差电压放大电路；6比较电路；7逻辑电路；8电平变换电路；9增益控制电路；10收敛判定电路；11阈值电压；12重置信号；31高速时间常数部；32低速时间常数部；33切换开关；41高速时间常数部；42低速 时间常数部；43切换开关。
权利要求
1.一种光接收器，其特征在于具备: 光接收元件，将光接收信号变换成电流信号； 前置放大器，将从所述光接收元件输出的电流信号变换成电压信号； 增益控制单元，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压，使用检测出的所述平均电压，控制所述前置放大器的变换增益，使其成为与所述光接收信号的接收级别对应的所希望的增益； 收敛判定单元，判定所述增益控制单元是过渡状态还是稳定状态；以及切换信号输出单元，接收插入在所述光接收信号之间的重置信号，基于来自所述收敛判定单元的输出及所述重置信号的任I个，生成用于切换所述增益控制单元的时间常数的时间常数切换信号， 所述增益控制单元具备: 第I平均电压检测部，具有第I时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压； 第2平均电压检测部，具有比所述第I时间常数长的第2时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压；以及 切换部，基于所述时间常数切换信号，切换成所述第I平均电压检测部或所述第2平均电压检测部的任I个， 所述时间常数切换信号是如下信号，其用于在输入了所述重置信号的情况下选择所述第I平均电压检测部，在所述收敛判定电路判断为所述增益控制电路从过渡状态转移到稳定状态的情况下选择所述第2平均电压检测部。
2.根据权利要求1所述的光接收器，其特征在于， 所述收敛判定单元具备: 第3平均电压检测部，具有比所述第I平均电压检测部的第I时间常数长且比所述第2平均电压检测部的第2时间常数短的第3时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压； 第4平均电压检测部，具有与所述第2平均电压检测部同等的第4时间常数，检测来自所述前置放大器的电压信号的平均电压； 差电压检测部，求取在所述第I平均电压检测部检测出的平均电压和在所述第3平均电压检测部检测出的平均电压的差电压；以及 比较部，比较所述差电压和规定的阈值电压，基于比较结果，检测所述增益控制电路是过渡状态还是稳定状态， 所述时间常数切换信号是如下信号，其也切换所述收敛判定单元的时间常数，用于在输入了所述重置信号的情况下选择所述第3平均电压检测部，在所述收敛判定电路判断为所述增益控制电路从过渡状态转移到稳定状态的情况下选择所述第4平均电压检测部。
3.根据权利要求1或2所述的光接收器，其特征在于，在所述增益控制电路进行工作的接收级别的范围中，所述比较部的阈值电压是比所述第I平均电压检测部与所述第3平均电压检测部的差电压小的值。
全文摘要
本发明的光接收器具备前置放大器(2)，能够根据接收的突发信号的接收级别而改变变换增益；增益控制电路(9)，能够将时间常数切换成高速或低速；以及收敛判定电路(10)，根据增益控制电路(9)的状态(过渡状态或稳定状态)和突发信号间的重置信号来输出时间常数切换信号(14)。由此，在适当的定时能够切换增益控制电路(9)的时间常数。
文档编号H04B10/69GK103229435SQ20118005770
公开日2013年7月31日 申请日期2011年4月5日 优先权日2011年4月5日
发明者野田雅树, 野上正道, 中川润一 申请人:三菱电机株式会社