JP3647966B2 - 光強度制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続あるいはバースト状に入力される、ディジタル電気信号を光信号に変換する際の、光強度を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置としては、例えば図１３に示した光出力装置があげられる。この装置は、電子通信学会技報ＯＣＳ−９３−５３ ｖｏ１．１１．ｐｐ．５５−６０ １９９３に記載された装置である。図において、１はバッファ回路、２は電流切替回路、３は発光素子、４は光ファイバ、５は受光回路、６は、第１のピーク検波回路、７は差動増幅回路、８は第２のピーク検波回路、ピーク検波回路、９は制御回路、１０は光信号断検出回路である。
【０００３】
次に、動作について説明する。
まず、光出力制御動作（以下、ＡＰＣ動作と略す）について説明する。ここで、入力電気信号は、２値化されたディジタル信号であると仮定する。
入力された電気信号は、バッファ回路１によって波形整形された後２分岐され、一方は電流切替回路２へ出力される。電流切替回路２では、入力信号のＯＮ／ＯＦＦに対応してＯＮ／ＯＦＦが切り替わる電流信号が発生する。この電流信号により発光素子３が駆動され、光信号として光ファイバ４より出力される。
発光素子３の光出力の一部は受光回路５によって電気信号に変換され、第２のピーク検波回路８へ入力される。第２のピーク検波回路８では、受光回路５出力のピーク値が検出され、差動増幅回路７へ出力される。
【０００４】
一方、２分岐された入力電気信号の他方は、第１のピーク検波回路６へ入力されてピーク値が検出され、差動増幅回路７へ出力される。差動増幅回路７では、上記２つのピーク検波回路６、８の差分を検出して増幅し、制御回路９へ入力する。制御回路９では、差動増幅回路７の出力が常に一定となるように電流切替回路２の電流振幅を増減する。
入力信号が２値化されたディジタル信号の場合、第２のピーク検波回路８の出力は第２のピーク検波回路８に信号が入力されている間は常に一定となるため、上記の操作により、発光素子３の光出力は常に一定に制御される。
【０００５】
次に、アラーム発生動作について説明する。
上記の説明において、発光素子３の光信号出力のピーク検出を行う、第２のピーク検波回路８の出力は、ＡＰＣ動作のために差動増幅回路７へ入力される以外に、２分岐されて、他方は光信号断検出回路１０へ入力される。光出力断検出回路１０では、第２のピーク検波回路８の検出レベルをある基準レベルと比較し、規定レベル以下に低下した場合に光信号断アラームを発生する。
上記でデータ入力がない状態でデータ比較がされる不具合を避けるために、特開平２−１９３４２６号公報では、データ入力がある場合に、しかもそのデータのマークが全体に占める比率であるマーク率を検出し、このマーク率で警報基準を可変にすることが開示されている。しかし、マーク・レベルはマーク率で変化はしない。
また従来例２として、特開平４−２４９７２１号公報では、データ入力と、発光出力のモニタとのそれぞれを別のピーク検出回路で行い、その結果の論理演算で不具合部分を切り分けている例が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光出力装置は上記のように構成されており、第１、第２のピーク検波回路６、８は、バースト間隔が変動した場合にも安定にピーク値をホールドするため、ピークホールドの時定数が最大バースト間隔以上となるように設計されている。このため、長時間無信号状態が続き、ピーク検波回路が放電し切った後に、次の入力の最初のバースト立ち上がりに対して、第１、第２のピーク検波回路の収束に時間がかかり、光出力の安定に時間を要するという課題があった。
また、従来例によれば、第２のピーク検波回路８の出力レベル変化によってアラームの発生を制御しているため、本来アラームが発生すべきでない、データが入力されていない状態においてもアラームが発生するという課題があった。
また、従来例２の入力と出力の両方の状態を比較して故障部位を特定する場合に、検出用のピーク値検出回路の特性が明確でないが、一般的にはピーク値検出時定数が大きくて追従特性がよくなくて数バースト後に検出されるのが普通で、即応性に欠けるという課題があった。
【０００７】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、入力の立ち上がりに直ちに追従して動作し、しかも入力データのマーク率が大きく変動しても長時間正確に出力レベルを保持する光出力強度制御装置を得ることを目的とする。
また、入力データのスペースのレベルを調整して正確なマークとスペースの両方のレベルを再現する光出力強度制御装置を得ることを目的とする。
また、データのマークの状態で直ちに光装置の不具合を検出する光出力強度制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光強度制御装置は、マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、該入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、このサンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、入力信号がマークの場合にサンプル・モードになって入力信号のレベルに追従し、スペースの場合にホールド・モードになって直前の入力信号値を所定期間保持するバースト検出回路と、このバースト検出回路の出力と上記制御された発光レベルの発光素子の出力とを比較して、光出力動作の異常を検出する光出力断検出回路と、を備えた。
【００２０】
この発明に係る光強度制御装置は、マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、
入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、この入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、上記サンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、上記モニタする受光回路の出力または入力信号によりサンプル・ホールド回路を制御するサンプル・ホールド制御回路と、を備えて、
このサンプル・ホールド制御回路を電流制御スイッチで構成し、上記制御する入力で駆動される差動回路を設けて、上記電流制御スイッチとして上記差動回路の両出力の中点電位を基準電位として動作する、差動の電流制御スイッチとした。
【００２１】
または、マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、
入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、この入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、上記サンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、サンプル・モードの場合は上記入力信号のレベルに追従し、ホールド・モードの場合は直前の入力信号値を保持し、その時定数が入力の２ビットないし２０ビット分である第２のサンプル・ホールド回路と、を備えて、
上記第２のサンプル・ホールド回路の出力を上記増幅器の一方の入力である基準電圧とした。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
次に、本発明の実施の形態１の光強度制御装置を図を用いて説明する。
実施の形態１の装置の構成を図１に示す。図において、図１３と同様の機能を果たす箇所は、同一番号を付し、説明を省略する。図１において、１１は電流／電圧変換回路、１２は第１のサンプル・ホールド回路、１３は基準電圧発生回路、１４は第１の誤差増幅回路、１５は第１のサンプル・ホールド制御回路である。
【００２３】
次に、動作について説明する。
ここでは、サンプル・ホールド制御信号として、発光素子の受光回路出力を２値論理レベルに変換した信号を用いる場合のＡＰＣ動作について説明する。
入力されたディジタルの電気信号は電流切替回路２へ入力され、入力信号のＯＮ／ＯＦＦに対応してＯＮ／ＯＦＦする電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、発光素子３から光信号のＯＮ／ＯＦＦとして光ファイバ４へ出力される。
ここで、発光素子３出力の一部はモニタ用の受光回路５によって電流信号に変換され、電流／電圧変換回路１１において電圧信号に変換される。電流／電圧変換回路１１出力は２分岐され、一方は第１のサンプル・ホールド回路１２に入力されてピーク値が検出される。このピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧との差分を、第１の誤差増幅回路１４において検出し、第１の誤差増幅回路１４は、この差分を打ち消すよう電流切替回路２の電流振幅を調整し、光出力を一定値に保つ。
【００２４】
一方、上記で２分岐された電流／電圧変換回路１１出力の他方は、サンプル・ホールド制御信号として第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５では、例えば、基準電圧と比較することにより、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力がマークで“１”の場合、第１のサンプル・ホールド回路１２から電流を引き込み、第１のサンプル・ホールド回路１２をサンプル・モードとする。つまり、第１のサンプル・ホールド回路１２は急激に入力に追従する。
また、光出力がスペースで“０”の場合は第１のサンプル・ホールド回路１２からの電流引き込みを停止し、第１のサンプル・ホールド回路１２をホールド・モードとする。ホールド・モードでの時定数は任意に選定できるが、一般的には大きな時定数とし、従って長期間第１のサンプル・ホールド回路１２の出力を一定とする。以上の動作により、入力データの各ビット毎にサンプル・ホールド制御が行われ、第１のサンプル・ホールド回路１２が効率良く高速に収束し、ＡＰＣ動作が高速に行われる。
【００２５】
実施の形態２．
次に、サンプル・ホールド制御信号として入力電気信号を用いた場合のＡＰＣ動作について図２を用いて説明する。図２において、１６は分岐回路、１７は第１の遅延回路である。
動作について説明する。
サンプル・ホールドの制御信号が入力側から得られること以外は、上記実施の形態と同様である。即ち、入力電気信号は分岐回路１６によって２分岐され、一方は電流切替回路２へ入力され、入力信号のＯＮ／ＯＦＦに対応してＯＮ／ＯＦＦする電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、発光素子３から光信号のＯＮ／ＯＦＦとして光ファイバ４へ出力される。
ここで、発光素子３出力の一部はモニタ用の受光回路５によって電流信号に変換され、電流／電圧変換回路１１において電圧信号に変換される。電流／電圧変換回路１１出力は第１のサンプル・ホールド回路１２に入力されてピーク値が検出される。このピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧との差分を第１の誤差増幅回路１４において検出し、第１の誤差増幅回路１４は、この差分を打ち消すよう電流切替回路２の電流振幅を調整し、光出力を一定値に保つ。
【００２６】
一方、分岐回路１６出力の他方の出力は、サンプル・ホールド制御信号として第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５では、入力電気信号が有意の場合、つまり光出力が“１”の場合、第１のサンプル・ホールド回路１２をサンプル・モードとし、光出力が“０”の場合は第１のサンプル・ホールド回路１２をホールド・モードとする。
このとき、第１のサンプル・ホールド回路１２入力は発光素子３の発光から、受光回路５の光／電気変換までに遅延を生じるため、サンプル・ホールド制御信号と同位相となるよう、第１の遅延回路１７において、サンプル・ホールド制御信号の遅延調整が行われる。以上の動作により、入力データの各ビット毎にサンプル・ホールド制御が行われ、第１のサンプル・ホールド回路１２が急速に受光信号に追従する。
【００２７】
実施の形態３．
上記実施の形態ではマークのレベルを制御する例を説明した。
本実施の形態ではスペースのレベルを制御して、スペースのレベルを正しく再現する場合を説明する。
本発明の実施の形態３の構成の装置を図３を用いて説明する。図において、１８は第２のサンプル・ホールド回路、１９は第２の誤差増幅回路、２０はバイアス電流発生回路、２１は反転回路、２２は第２のサンプル・ホールド制御回路である。
【００２８】
次に、動作について説明する。サンプル・ホールド制御信号として発光素子の受光回路出力を用いる。
受光信号のサンプル・ホールド動作と帰還動作については実施の形態１と略同様である。但し、サンプル・ホールドの期間が異なる。即ち、入力された電気信号は電流切替回路２へ入力され、入力信号に対応してＯＮ／ＯＦＦの電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、光信号は光ファイバ４へ出力される。
ここで、発光素子３出力の一部は受光回路５で検出され、更に電流／電圧変換回路１１で電圧信号に変換され、第２のサンプル・ホールド回路１８に入力されて、後述するようにスペース・レベルのピーク値が検出される。このスペース・レベルのピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧とを第２の誤差増幅回路１９において比較し、第２の誤差増幅回路１９は、この差分を打ち消すようバイアス電流発生回路２０のバイアス電流を調整し、非発光時のバイアスレベルを一定値に保つ。
一方、上記で２分岐された電流／電圧変換回路１１出力の他方は、反転回路２１にて反転された後、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力がスペースで“０”の場合、第２のサンプル・ホールド回路１８をサンプル・モードとし、光出力がマークで“１”の場合は第２のサンプル・ホールド回路１８をホールド・モードとする。
以上の動作により、データが“０”の場合のピーク検出が行われ、非発光時のバイアスレベルが一定に保たれる。このようにスペース対応のレベルを調整することでも後段に対する光出力の信頼性を高めることができる。
【００２９】
実施の形態４．
次に、サンプル・ホールド制御信号として入力電気信号を用いた場合のバイアス電流制御動作について図４を用いて説明する。つまりスペース・レベルの制御を、実施の形態２の入力によるサンプル・ホールドで行う。図４において、２３は反転出力を備えた分岐回路、２４は第２の遅延回路である。
【００３０】
動作について説明する。
入力電気信号は反転出力を備えた分岐回路２３によって２分岐され、一方は正相のまま電流切替回路２へ入力され、入力信号に対応して電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、発光素子３から光信号のＯＮ／ＯＦＦとして光ファイバ４へ出力される。
発光素子３出力の一部は受光回路５で検出され、電流／電圧変換回路１１において電圧信号に変換され、第２のサンプル・ホールド回路１８に入力されて、スペース・レベルのピーク値が検出される。このスペース・レベルのピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧とが第２の誤差増幅回路１９で比較され、この差分を打ち消すようバイアス電流発生回路２０のバイアス電流が調整され、非発光時のバイアスレベルを一定値に保つ。
一方、２分岐された入力信号の他方の反転出力は、その後実施の形態２と同様、第２の遅延回路２４において、サンプル・ホールド制御信号の遅延調整が行われ、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力が“０”の場合、第２のサンプル・ホールド回路１８をサンプル・モードとし、光出力が“１”の場合は第２のサンプル・ホールド回路１８をホールド・モードとする。
以上の動作により、データが“０”の場合のピーク検出が行われ、非発光時のバイアスレベルが一定に保たれる。
【００３１】
実施の形態５．
実施の形態１と実施の形態３を組み合わせた構成を説明する。こうすることでマークとスペースの両方のレベルが制御され、信頼性の優れた光出力が得られる。
本発明の実施の形態５の構成の装置を図５を用いて説明する。サンプル・ホールド制御信号として発光素子の受光回路出力を用いる。
動作は上記実施の形態と同様である。即ち、入力の電気信号は電流切替回路２へ入力され、電流信号に変換される。その出力電流は発光素子３を駆動し、光信号として光ファイバ４へ出力される。
バイアス電流制御動作について説明する。
発光素子３出力の一部は受光回路５で検出され、電流／電圧変換回路１１で電圧信号に変換される。その出力は分岐回路２３によって４分岐され、一方は正相のまま第２のサンプル・ホールド回路１８に入力されて、後述するようにスペース・レベルのピーク値が検出される。このスペース・レベルのピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧とを第２の誤差増幅回路１９において比較し、第２の誤差増幅回路１９は、この差分を打ち消すようバイアス電流発生回路２０のバイアス電流を調整し、これが加算器２０ａで加算されて、非発光時のバイアスレベルを一定値に保つ。
一方、分岐回路２３出力の他の一方の反転出力は、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力が“０”の場合、第２のサンプル・ホールド回路１８をサンプル・モードとし、光出力が“１”の場合は第２のサンプル・ホールド回路１８をホールド・モードとする。以上の動作により、データが“０”の場合のピーク検出が行われ、非発光時のバイアスレベルが一定に保たれる。
【００３２】
次に、ＡＰＣ動作について説明する。
上述の分岐回路２３の別の１出力は正相で第１のサンプル・ホールド回路１２に入力されてピーク値が検出される。このピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧との差分を、第１の誤差増幅回路１４において検出し、第１の誤差増幅回路１４は、この差分を打ち消すよう電流切替回路２の電流振幅を調整し、光出力を一定値に保つ。
一方、分岐回路２３出力の最後の１出力はサンプル・ホールド制御信号として第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力が“１”の場合、第１のサンプル・ホールド回路１２をサンプル・モードとし、光出力が“０”の場合は第１のサンプル・ホールド回路１２をホールド・モードとする。
以上の動作により、入力データの各ビット毎にサンプル・ホールド制御が行われ、第１のサンプル・ホールド回路１２が急速に受光信号に追従する。また、非発光時にバイアス電流が安定に制御される。
【００３３】
実施の形態６．
次に、バイアス電流制御と、ＡＰＣの複合動作の別の実施の形態について、図６を用いて説明する。ここでは、実施の形態５との相違についてのみ説明する。即ち、サンプル・ホールド制御信号として入力信号を用いる。
図６において、入力信号は分岐回路２３にて３分岐され、一方は正相のまま電流切替回路２へ、他の一方は正相で、遅延調整された後に第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ、最後の１出力は反転して、遅延調整された後に第２のサンプル・ホールド制御回路２２へそれぞれ入力される。
また、受光回路５の出力は電流／電圧変換された後に２分岐され、それぞれ第１、第２のサンプル・ホールド回路１２、１８へ入力される。そして、ピークレベル及びスペース・レベル検出が行われる。その他の動作は実施の形態５と同様で、ＡＰＣ動作及び、バイアス電流制御動作が行われる。
【００３４】
実施の形態７．
サンプル・ホールドの制御期間を入力信号が継続するバースト信号期間に限定した場合を説明する。このことによりバイアス電流制御動作の他の実施の形態を、図７を用いて説明する。図において、２５はバースト信号検出回路、２６は入力信号識別回路である。
バースト信号検出回路２５は、第１のサンプル・ホールド回路１２、または第２のサンプル・ホールド回路１８の回路構成と同様であるが、そのホールド動作時の時定数が少し小さく、従ってある期間以上スペース状態が続くと、”０”レベルとなる。この時定数は任意の数値に設定できるが、例えば１５スペース期間が続くと０になるよう設定すると、これ以内の期間にマーク入力がある間は、バースト信号がある、つまり入力信号があると検出してくれる。
動作について説明する。ここでは、第２のサンプル・ホールド回路制御信号として入力信号を用いる場合についてのみ説明し、発光素子の受光回路出力を用いる場合についての説明は他の実施の形態での説明があるので、ここでは説明を省略する。
入力信号は分岐回路２３にて３分岐され、１正相出力は電流切替回路２へ、１反転出力は第２のサンプル・ホールド回路１８へ入力され、実施の形態４で説明したようにバイアス電流制御が行われる。
一方、入力信号の他の１正相出力は、バースト信号回路２５でピーク値が検出された後、基準電圧と比較されて信号入力識別回路２６にて信号入力の有無が識別される。上記のように、ある期間以上スペースが続くと、入力信号がないと判断する。信号入力識別回路２６出力はバイアス電流発生回路２０へ入力され、長時間無信号の場合にＬＤのバイアス電流をカットする。
【００３５】
実施の形態８．
次に、入力信号があるのに光出力がなくなる不具合を検出する回路を説明する。
本発明の光出力断検出動作の一実施の形態について、図８を用いて説明する。図８において、２７は光出力監視回路、２８は光出力断検出回路である。
第１のサンプル・ホールド回路１２出力は２分岐され、誤差増幅回路１４へ入力されるとともに、光出力監視回路２７へ入力される。光出力監視回路２７では第１のサンプル・ホールド回路１２出力と基準電圧が比較され、ある基準値を以って光出力の有無を判別する。光出力監視回路２７で光出力なしと判別された場合、光出力断検出回路２８は、信号入力識別回路２６によって光送信装置に信号が入力されていると判別された場合に、光出力断アラーム信号を発生する。
【００３６】
以上の動作により、光送信装置の不具合の場合にのみ、光出力断アラームが発生する。逆に言うならば、光送信装置の不具合以外の場合はアラームを発しないため、この発明を用いた光送信装置を搭載したシステムがエラーを検出した場合、従来例２のような、ゲート回路の組み合わせによる複雑なアラーム部位特定を行わずに、不具合箇所を特定することが可能となる。
【００３７】
実施の形態９．
サンプル・ホールド回路は、サンプル・ホールドの制御回路も含めて構成がやや複雑であるが、その入力インピーダンスが高くて元の系に影響を与えないこと、及びその出力特性がサンプル時には内部インピーダンスが高くて追従性がよく、ホールド時には接続される負荷インピーダンスにもよるがサンプル時の電圧を保持する特性がある。サンプル・ホールド回路には種々の形式があるが、本実施例では以下の構成を用いて説明する。
次に、サンプル・ホールド制御信号として、発光素子のモニタ出力を２値論理レベルに変換した信号を用いた場合の、第１のサンプル・ホールド回路１２及び第１のサンプル・ホールド制御回路１５の具体的な回路構成を図９を用いて説明する。図９において、２９はスイッチ回路である。また、回路中のＴｒＸＸ（ＸＸは数字）はトランジスタ、ＣＸＸはコンデンサ、ＲＸＸは抵抗である。
【００３８】
動作について説明する。
本回路の入力となる電流／電圧変換回路１１の出力は２分岐され、一方は第１のサンプル・ホールド回路１２へ入力される。第１のサンプル・ホールド回路１２は、Ｔr1、Ｒ１、Ｃ１によって図のように構成される。ここでＴr1は第１のエミッタフォロワである。電流／電圧変換回路１１の出力の他方は第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５はスイッチ回路２９、基準電圧発生回路１３から構成される。電流／電圧変換回路１１の出力の他方は、レベル変換された後、スイッチ回路２９へ制御入力として入力される。スイッチ回路２９では、この制御入力と、基準電圧を比較し、制御入力（Ｔr3入力）が有意の場合、つまり光出力がマークの場合にＴr3をＯＮにしてサンプル・ホールド回路をサンプル状態にし、Ｃ１の電荷が少ない場合は、Ｃ１をチャージアップする。充電時定数ＴｃはＲ１とＣ１で決定される。
Ｔｃ＝Ｒ１・Ｃ１
Ｃ１の電荷が多く、Ｔr1のエミッタ電位がベース電位より大きい場合は、Ｔr1がＯＦＦ状態のため、Ｔr3はＣ１から電荷を吸い取り、放電させる。放電時定数Ｔd1はＣ１に溜まった電荷Ｑ１とＴr3のコレクタ電流Ｉcollector で決定される。
Ｔd1＝Ｑ１／Ｉcollector
【００３９】
光出力がスペースの場合、Ｔr2がＯＮとなるためＴr3はＯＦＦとなり、サンプル・ホールド回路はホールド・モードになる。このとき、Ｃ１の放電時定数Ｔd2は、Ｃ１に蓄積された電荷Ｑ２と第１のサンプル・ホールド回路１２の出力側に流れる電流Ｉout で決定される。
ｔd2＝Ｑ２／Ｉout
ここで、図９のようにＴｒ１１、Ｔｒ１２でダーリントン回路を構成し、またこのＴｒ１１、Ｔｒ１２とＲ１０でエミッタフォロワを構成してＣ１に接続することによって、Ｉout を通常のエミッタフォロワを接続する場合と比較して１／１００程度に抑えることができる。このとき、Ｉout は数１０ｎＡ程度とすることが可能であり、Ｃ１＝１０００ PＦで０．５Ｖの振幅で充電された場合、Ｃ１の放電時定数は５０ｍｓと大きな値を得ることが可能である。
以上のように、サンプル・モードでの充・放電時定数は伝送する信号の速度に応じて変化させることが可能で、ＡＰＣ動作を高速に収束させることが可能である。また、ホールド・モードでの放電時定数はダーリントン回路によって大きな値に設定できるため、短いバーストが長周期で入力された場合に、一度ＡＰＣが収束すればアイドル時間が長くとも次のバースト先頭での光出力変動を抑圧することが可能である。
【００４０】
実施の形態１０．
次に、データがスペースの場合の光出力のピーク検出を行うための具体的な回路構成の実施の形態について、図１０を用いて説明する。
ここでは、第２のサンプル・ホールド回路１８の入力に反転回路を内蔵し、データのスペース・レベルを検出しやすいよう、マーク・レベルとスペース・レベルを入れ替えている。
基準電圧発生回路１３は内部に固定電圧源３０と、Ｔｒ１０１、Ｔｒ１０２から構成される第２の差動回路を備えている。差動回路によって入力電気信号を反転し、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ出力する。また、基準電圧発生回路１３において、入力電気信号の差動出力の中点を基準電圧として、第２のサンプル・ホールド制御回路へ出力する。基準電圧を差動回路出力の中点から取ることにより、温度変動等によって差動出力レベルが変動した場合、基準電圧も常にデータのＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルの中間をとらえ、追従する。
【００４１】
上記サンプル・ホールド制御信号と基準電圧は第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、制御信号が反転されているため、データがスペースの場合にトランジスタＴｒ３がＯＮとなるため、第２のサンプル・ホールド回路１８がサンプル・モードとなり、コンデンサＣ１がチャージアップされ、スペース・レベルのピーク検出が行われる。データがマークの場合はＴｒ２がＯＮとなるため、Ｔｒ１およびＴｒ３はＯＦＦとなって、ホールド・モードとなり、検出したスペース・レベルのピーク値を保持する。
上記により、発光素子のバイアス電流を、光出力のスペース・レベル（信号が入力されない状態での発光レベル）を検出することによって制御しているため、理想的な送信波形が得られるという効果がある。
以上の動作により、光出力のスペース・レベルのピーク検出が可能となる。
また、マーク・レベルの検出の場合にも、温度変動等による影響を避けるため、Ｔｒ１０１ないしＴｒ１０４で構成される基準電圧発生回路を用いてもよい。その場合には、制御入力はＴｒ１０１側のコレクタ側の出力を用いて同相信号出力をマーク検出信号としてＴr3の入力とする。
【００４２】
実施の形態１１．
次に、データがスペースの場合の光出力のピーク検出を行うための具体的な別の回路構成について、図１１を用いて説明する。
ここでは、基準電圧発生回路１３の入力信号として、光出力のモニタ信号である電流／電圧変換回路１１出力を用いる場合について説明する。
基準電圧発生回路１３内において、電流／電圧変換回路１１出力は第２の差動回路に入力されて信号が反転され、第２のサンプル・ホールド回路１８と、また同時にエミッタフォロワを介して第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。また、前記差動回路の第１と第２の２つの出力の中点は、基準電圧として、他のエミッタフォロワを介して第２の誤差増幅回路へと、またレベル変換して第２のサンプル・ホールド制御回路２２に入力される。
電流電圧変換回路１１出力は、基準電圧発生回路１３でマークとスペースが反転されるために第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、データがスペースの場合にトランジスタＴｒ３がＯＮとなるため、第２のサンプル・ホールド回路１８がサンプル・モードとなり、コンデンサＣ１がチャージアップされ、スペース・レベルのピーク検出が行われる。データがマークの場合はＴｒ２がＯＮとなるため、Ｔｒ１およびＴｒ３はＯＦＦとなって、ホールド・モードとなり、検出したスペース・レベルのピーク値を保持する。
以上の動作により、光出力のスペース・レベルのピーク検出が可能となる。
【００４３】
実施の形態１２．
無信号状態が続いた後、最初に入力信号が到達すると、速応性の高い光強度制御装置とすると、かえって過大な利得に設定されて光出力が大きくなり過ぎる。これを改善して新規な入力信号に対してＡＰＣ利得を抑えた構成を説明する。
上記構成の装置を図１２に示す。図において、３２は第３のサンプル・ホールド回路、３３は第３のサンプル・ホールド制御回路である。
本実施の形態では、バースト先頭において、光出力の設定値よりも大きく光出力が立ち上がるのを抑制したＡＰＣ動作をする。
ここでは、サンプル・ホールド制御信号として、入力電気信号を用いる場合について説明する。第１のサンプル・ホールド回路１２と第１のサンプル・ホールド制御回路１５の動作については前述しているため、説明を省略する。また、第３のサンプル・ホールド回路３２自体の動作についても、第１のサンプル・ホールド回路１２と同様のため、説明を略す。
【００４４】
ＡＰＣ動作について説明する。
入力電気信号は分岐され、一方は第３のサンプル・ホールド回路３２へ入力される。第３のサンプル・ホールド回路３２では、第３のサンプル・ホールド制御回路３３からの制御信号によって、入力電気信号のピーク検出を行う。第１のサンプル・ホールド回路１２では、第１のサンプル・ホールド制御回路１５からの制御信号によって、光出力のピーク検出を行う。
信号が入力されない状態では、第３のサンプル・ホールド回路３２のピーク検出値は零である。光出力が零であることから第１のサンプル・ホールド回路１２のピーク検出値も零であり第１の誤差増幅回路１４の検出結果は０である。このとき、電流切替回路２の電流ゲインは０となる。
【００４５】
信号が入力されると、分岐されて電流切替回路２、第３のサンプル・ホールド回路３２へそれぞれ入力される。ここで、第３のサンプル・ホールド回路３２の充電時定数を入力信号の２ないし２０ビット程度に設定する。こうすることで、第３のサンプル・ホールド回路３２のピーク検出値は徐々に上昇する。このピーク検出値を第１の誤差増幅回路１４に参照電圧として入力することで、電流切替回路２のゲインが徐々に増加し、光出力はバースト先頭から、徐々に立ち上がる。参照電圧が一定値の基準電圧の場合、信号が入力されない状態においては、０ではない基準電圧設定値と０の光出力ピーク値が第１の誤差増幅回路１４で比較されるため、電流切替回路２のゲインは最大となっており、信号が入力された瞬間のバースト先頭では、発光素子３は最大レベルで発光してしまう。本実施の形態はこのバースト先頭での光出力を効果的に抑制している。
【００４６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、入力に対するサンプル・ホールド回路とモニタ受光のバースト信号検出回路と光断検出回路を備えたので、入力に即応してしかも長期間、マーク・レベルまたはスペース・レベルが正しく保たれ、更に、実際に信号入力のあるマーク期間に即応性高く不具合部分の検出ができる効果がある。
【００５３】
以上のように、本発明によれば、サンプル・ホールド回路のサンプル時定数とホールド時定数のコントラストが大きくとることが可能で、高速でピーク検出を行うことができ、しかも検出したピーク値を長時間保持するため、周期の大きなバースト信号に対しても安定にＡＰＣ回路が動作する効果がある。
【００５４】
また、入力信号に対して時定数を大きくして検出し、制御するようにしたので、入力信号の最初の期間での過大な速応制御を抑える効果が付加される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態４の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態５の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態６の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態７の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態８の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図９】 本発明のサンプル・ホールド回路、サンプル・ホールド制御回路の具体的な構成例を示す図である。
【図１０】 本発明の第２のサンプル・ホールド回路と第２のサンプル・ホールド制御回路の具体的な構成例を示す図である。
【図１１】 本発明の第２のサンプル・ホールド回路と第２のサンプル・ホールド制御回路の具体的な他の構成を示す図である。
【図１２】 本発明のＡＰＣ動作をする光強度制御回路の構成図である。
【図１３】 従来例の光増幅装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ バッファ回路、２ 電流切替回路、３ 発光素子、４ 光ファイバ、５ 受光素子、６ ピーク検波回路、７ 差動増幅回路、８ ピーク検波回路、９ 制御回路、１０ 光信号断検出回路、１１ 電流／電圧変換回路、１２ 第１のサンプル・ホールド回路、１３ 基準電圧発生回路、１４ 第１の誤差増幅回路、１５ 第１のサンプル・ホールド制御回路、１６ 分岐回路、１７ 第１の遅延回路、１８ 第２のサンプル・ホールド回路、１９ 第２の誤差増幅回路、２０ バイアス電流発生回路、２０ａ 加算器、２１ 反転回路、２２ 第２のサンプル・ホールド制御回路、２３ 反転回路を備えた分岐回路、２４ 第２の遅延回路、２５ バースト信号検出回路、２６ 入力信号識別回路、２７ 光出力監視回路、２８ 光出力断検出回路、２９ スイッチ回路、３１ 反転回路、３２ 第３のサンプル・ホールド回路、３３ 第３のサンプル・ホールド制御回路、Ｔｒ１ エミッタフォロワ、Ｔｒ１１，Ｔｒ１２ ダーリントン接続エミッタフォロワ、Ｒ１ 抵抗、Ｃ１ コンデンサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続あるいはバースト状に入力される、ディジタル電気信号を光信号に変換する際の、光強度を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置としては、例えば図１３に示した光出力装置があげられる。この装置は、電子通信学会技報ＯＣＳ−９３−５３ ｖｏ１．１１．ｐｐ．５５−６０ １９９３に記載された装置である。図において、１はバッファ回路、２は電流切替回路、３は発光素子、４は光ファイバ、５は受光回路、６は、第１のピーク検波回路、７は差動増幅回路、８は第２のピーク検波回路、ピーク検波回路、９は制御回路、１０は光信号断検出回路である。
【０００３】
次に、動作について説明する。
まず、光出力制御動作（以下、ＡＰＣ動作と略す）について説明する。ここで、入力電気信号は、２値化されたディジタル信号であると仮定する。
入力された電気信号は、バッファ回路１によって波形整形された後２分岐され、一方は電流切替回路２へ出力される。電流切替回路２では、入力信号のＯＮ／ＯＦＦに対応してＯＮ／ＯＦＦが切り替わる電流信号が発生する。この電流信号により発光素子３が駆動され、光信号として光ファイバ４より出力される。
発光素子３の光出力の一部は受光回路５によって電気信号に変換され、第２のピーク検波回路８へ入力される。第２のピーク検波回路８では、受光回路５出力のピーク値が検出され、差動増幅回路７へ出力される。
【０００４】
一方、２分岐された入力電気信号の他方は、第１のピーク検波回路６へ入力されてピーク値が検出され、差動増幅回路７へ出力される。差動増幅回路７では、上記２つのピーク検波回路６、８の差分を検出して増幅し、制御回路９へ入力する。制御回路９では、差動増幅回路７の出力が常に一定となるように電流切替回路２の電流振幅を増減する。
入力信号が２値化されたディジタル信号の場合、第２のピーク検波回路８の出力は第２のピーク検波回路８に信号が入力されている間は常に一定となるため、上記の操作により、発光素子３の光出力は常に一定に制御される。
【０００５】
次に、アラーム発生動作について説明する。
上記の説明において、発光素子３の光信号出力のピーク検出を行う、第２のピーク検波回路８の出力は、ＡＰＣ動作のために差動増幅回路７へ入力される以外に、２分岐されて、他方は光信号断検出回路１０へ入力される。光出力断検出回路１０では、第２のピーク検波回路８の検出レベルをある基準レベルと比較し、規定レベル以下に低下した場合に光信号断アラームを発生する。
上記でデータ入力がない状態でデータ比較がされる不具合を避けるために、特開平２−１９３４２６号公報では、データ入力がある場合に、しかもそのデータのマークが全体に占める比率であるマーク率を検出し、このマーク率で警報基準を可変にすることが開示されている。しかし、マーク・レベルはマーク率で変化はしない。
また従来例２として、特開平４−２４９７２１号公報では、データ入力と、発光出力のモニタとのそれぞれを別のピーク検出回路で行い、その結果の論理演算で不具合部分を切り分けている例が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光出力装置は上記のように構成されており、第１、第２のピーク検波回路６、８は、バースト間隔が変動した場合にも安定にピーク値をホールドするため、ピークホールドの時定数が最大バースト間隔以上となるように設計されている。このため、長時間無信号状態が続き、ピーク検波回路が放電し切った後に、次の入力の最初のバースト立ち上がりに対して、第１、第２のピーク検波回路の収束に時間がかかり、光出力の安定に時間を要するという課題があった。
また、従来例によれば、第２のピーク検波回路８の出力レベル変化によってアラームの発生を制御しているため、本来アラームが発生すべきでない、データが入力されていない状態においてもアラームが発生するという課題があった。
また、従来例２の入力と出力の両方の状態を比較して故障部位を特定する場合に、検出用のピーク値検出回路の特性が明確でないが、一般的にはピーク値検出時定数が大きくて追従特性がよくなくて数バースト後に検出されるのが普通で、即応性に欠けるという課題があった。
【０００７】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、入力の立ち上がりに直ちに追従して動作し、しかも入力データのマーク率が大きく変動しても長時間正確に出力レベルを保持する光出力強度制御装置を得ることを目的とする。
また、入力データのスペースのレベルを調整して正確なマークとスペースの両方のレベルを再現する光出力強度制御装置を得ることを目的とする。
また、データのマークの状態で直ちに光装置の不具合を検出する光出力強度制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光強度制御装置は、マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、該入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、このサンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、入力信号がマークの場合にサンプル・モードになって入力信号のレベルに追従し、スペースの場合にホールド・モードになって直前の入力信号値を所定期間保持するバースト検出回路と、このバースト検出回路の出力と上記制御された発光レベルの発光素子の出力とを比較して、光出力動作の異常を検出する光出力断検出回路と、を備えた。
【００２０】
この発明に係る光強度制御装置は、マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、
入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、この入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、上記サンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、上記モニタする受光回路の出力または入力信号によりサンプル・ホールド回路を制御するサンプル・ホールド制御回路と、を備えて、
このサンプル・ホールド制御回路を電流制御スイッチで構成し、上記制御する入力で駆動される差動回路を設けて、上記電流制御スイッチとして上記差動回路の両出力の中点電位を基準電位として動作する、差動の電流制御スイッチとした。
【００２１】
または、マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、
入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、この入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、上記サンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、サンプル・モードの場合は上記入力信号のレベルに追従し、ホールド・モードの場合は直前の入力信号値を保持し、その時定数が入力の２ビットないし２０ビット分である第２のサンプル・ホールド回路と、を備えて、
上記第２のサンプル・ホールド回路の出力を上記増幅器の一方の入力である基準電圧とした。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
次に、本発明の実施の形態１の光強度制御装置を図を用いて説明する。
実施の形態１の装置の構成を図１に示す。図において、図１３と同様の機能を果たす箇所は、同一番号を付し、説明を省略する。図１において、１１は電流／電圧変換回路、１２は第１のサンプル・ホールド回路、１３は基準電圧発生回路、１４は第１の誤差増幅回路、１５は第１のサンプル・ホールド制御回路である。
【００２３】
次に、動作について説明する。
ここでは、サンプル・ホールド制御信号として、発光素子の受光回路出力を２値論理レベルに変換した信号を用いる場合のＡＰＣ動作について説明する。
入力されたディジタルの電気信号は電流切替回路２へ入力され、入力信号のＯＮ／ＯＦＦに対応してＯＮ／ＯＦＦする電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、発光素子３から光信号のＯＮ／ＯＦＦとして光ファイバ４へ出力される。
ここで、発光素子３出力の一部はモニタ用の受光回路５によって電流信号に変換され、電流／電圧変換回路１１において電圧信号に変換される。電流／電圧変換回路１１出力は２分岐され、一方は第１のサンプル・ホールド回路１２に入力されてピーク値が検出される。このピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧との差分を、第１の誤差増幅回路１４において検出し、第１の誤差増幅回路１４は、この差分を打ち消すよう電流切替回路２の電流振幅を調整し、光出力を一定値に保つ。
【００２４】
一方、上記で２分岐された電流／電圧変換回路１１出力の他方は、サンプル・ホールド制御信号として第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５では、例えば、基準電圧と比較することにより、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力がマークで“１”の場合、第１のサンプル・ホールド回路１２から電流を引き込み、第１のサンプル・ホールド回路１２をサンプル・モードとする。つまり、第１のサンプル・ホールド回路１２は急激に入力に追従する。
また、光出力がスペースで“０”の場合は第１のサンプル・ホールド回路１２からの電流引き込みを停止し、第１のサンプル・ホールド回路１２をホールド・モードとする。ホールド・モードでの時定数は任意に選定できるが、一般的には大きな時定数とし、従って長期間第１のサンプル・ホールド回路１２の出力を一定とする。以上の動作により、入力データの各ビット毎にサンプル・ホールド制御が行われ、第１のサンプル・ホールド回路１２が効率良く高速に収束し、ＡＰＣ動作が高速に行われる。
【００２５】
実施の形態２．
次に、サンプル・ホールド制御信号として入力電気信号を用いた場合のＡＰＣ動作について図２を用いて説明する。図２において、１６は分岐回路、１７は第１の遅延回路である。
動作について説明する。
サンプル・ホールドの制御信号が入力側から得られること以外は、上記実施の形態と同様である。即ち、入力電気信号は分岐回路１６によって２分岐され、一方は電流切替回路２へ入力され、入力信号のＯＮ／ＯＦＦに対応してＯＮ／ＯＦＦする電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、発光素子３から光信号のＯＮ／ＯＦＦとして光ファイバ４へ出力される。
ここで、発光素子３出力の一部はモニタ用の受光回路５によって電流信号に変換され、電流／電圧変換回路１１において電圧信号に変換される。電流／電圧変換回路１１出力は第１のサンプル・ホールド回路１２に入力されてピーク値が検出される。このピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧との差分を第１の誤差増幅回路１４において検出し、第１の誤差増幅回路１４は、この差分を打ち消すよう電流切替回路２の電流振幅を調整し、光出力を一定値に保つ。
【００２６】
一方、分岐回路１６出力の他方の出力は、サンプル・ホールド制御信号として第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５では、入力電気信号が有意の場合、つまり光出力が“１”の場合、第１のサンプル・ホールド回路１２をサンプル・モードとし、光出力が“０”の場合は第１のサンプル・ホールド回路１２をホールド・モードとする。
このとき、第１のサンプル・ホールド回路１２入力は発光素子３の発光から、受光回路５の光／電気変換までに遅延を生じるため、サンプル・ホールド制御信号と同位相となるよう、第１の遅延回路１７において、サンプル・ホールド制御信号の遅延調整が行われる。以上の動作により、入力データの各ビット毎にサンプル・ホールド制御が行われ、第１のサンプル・ホールド回路１２が急速に受光信号に追従する。
【００２７】
実施の形態３．
上記実施の形態ではマークのレベルを制御する例を説明した。
本実施の形態ではスペースのレベルを制御して、スペースのレベルを正しく再現する場合を説明する。
本発明の実施の形態３の構成の装置を図３を用いて説明する。図において、１８は第２のサンプル・ホールド回路、１９は第２の誤差増幅回路、２０はバイアス電流発生回路、２１は反転回路、２２は第２のサンプル・ホールド制御回路である。
【００２８】
次に、動作について説明する。サンプル・ホールド制御信号として発光素子の受光回路出力を用いる。
受光信号のサンプル・ホールド動作と帰還動作については実施の形態１と略同様である。但し、サンプル・ホールドの期間が異なる。即ち、入力された電気信号は電流切替回路２へ入力され、入力信号に対応してＯＮ／ＯＦＦの電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、光信号は光ファイバ４へ出力される。
ここで、発光素子３出力の一部は受光回路５で検出され、更に電流／電圧変換回路１１で電圧信号に変換され、第２のサンプル・ホールド回路１８に入力されて、後述するようにスペース・レベルのピーク値が検出される。このスペース・レベルのピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧とを第２の誤差増幅回路１９において比較し、第２の誤差増幅回路１９は、この差分を打ち消すようバイアス電流発生回路２０のバイアス電流を調整し、非発光時のバイアスレベルを一定値に保つ。
一方、上記で２分岐された電流／電圧変換回路１１出力の他方は、反転回路２１にて反転された後、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力がスペースで“０”の場合、第２のサンプル・ホールド回路１８をサンプル・モードとし、光出力がマークで“１”の場合は第２のサンプル・ホールド回路１８をホールド・モードとする。
以上の動作により、データが“０”の場合のピーク検出が行われ、非発光時のバイアスレベルが一定に保たれる。このようにスペース対応のレベルを調整することでも後段に対する光出力の信頼性を高めることができる。
【００２９】
実施の形態４．
次に、サンプル・ホールド制御信号として入力電気信号を用いた場合のバイアス電流制御動作について図４を用いて説明する。つまりスペース・レベルの制御を、実施の形態２の入力によるサンプル・ホールドで行う。図４において、２３は反転出力を備えた分岐回路、２４は第２の遅延回路である。
【００３０】
動作について説明する。
入力電気信号は反転出力を備えた分岐回路２３によって２分岐され、一方は正相のまま電流切替回路２へ入力され、入力信号に対応して電流信号に変換される。電流切替回路２の出力電流は発光素子３を駆動し、発光素子３から光信号のＯＮ／ＯＦＦとして光ファイバ４へ出力される。
発光素子３出力の一部は受光回路５で検出され、電流／電圧変換回路１１において電圧信号に変換され、第２のサンプル・ホールド回路１８に入力されて、スペース・レベルのピーク値が検出される。このスペース・レベルのピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧とが第２の誤差増幅回路１９で比較され、この差分を打ち消すようバイアス電流発生回路２０のバイアス電流が調整され、非発光時のバイアスレベルを一定値に保つ。
一方、２分岐された入力信号の他方の反転出力は、その後実施の形態２と同様、第２の遅延回路２４において、サンプル・ホールド制御信号の遅延調整が行われ、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力が“０”の場合、第２のサンプル・ホールド回路１８をサンプル・モードとし、光出力が“１”の場合は第２のサンプル・ホールド回路１８をホールド・モードとする。
以上の動作により、データが“０”の場合のピーク検出が行われ、非発光時のバイアスレベルが一定に保たれる。
【００３１】
実施の形態５．
実施の形態１と実施の形態３を組み合わせた構成を説明する。こうすることでマークとスペースの両方のレベルが制御され、信頼性の優れた光出力が得られる。
本発明の実施の形態５の構成の装置を図５を用いて説明する。サンプル・ホールド制御信号として発光素子の受光回路出力を用いる。
動作は上記実施の形態と同様である。即ち、入力の電気信号は電流切替回路２へ入力され、電流信号に変換される。その出力電流は発光素子３を駆動し、光信号として光ファイバ４へ出力される。
バイアス電流制御動作について説明する。
発光素子３出力の一部は受光回路５で検出され、電流／電圧変換回路１１で電圧信号に変換される。その出力は分岐回路２３によって４分岐され、一方は正相のまま第２のサンプル・ホールド回路１８に入力されて、後述するようにスペース・レベルのピーク値が検出される。このスペース・レベルのピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧とを第２の誤差増幅回路１９において比較し、第２の誤差増幅回路１９は、この差分を打ち消すようバイアス電流発生回路２０のバイアス電流を調整し、これが加算器２０ａで加算されて、非発光時のバイアスレベルを一定値に保つ。
一方、分岐回路２３出力の他の一方の反転出力は、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力が“０”の場合、第２のサンプル・ホールド回路１８をサンプル・モードとし、光出力が“１”の場合は第２のサンプル・ホールド回路１８をホールド・モードとする。以上の動作により、データが“０”の場合のピーク検出が行われ、非発光時のバイアスレベルが一定に保たれる。
【００３２】
次に、ＡＰＣ動作について説明する。
上述の分岐回路２３の別の１出力は正相で第１のサンプル・ホールド回路１２に入力されてピーク値が検出される。このピーク値と、基準電圧発生回路１３からの基準電圧との差分を、第１の誤差増幅回路１４において検出し、第１の誤差増幅回路１４は、この差分を打ち消すよう電流切替回路２の電流振幅を調整し、光出力を一定値に保つ。
一方、分岐回路２３出力の最後の１出力はサンプル・ホールド制御信号として第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５では、サンプル・ホールド制御信号が有意の場合、つまり光出力が“１”の場合、第１のサンプル・ホールド回路１２をサンプル・モードとし、光出力が“０”の場合は第１のサンプル・ホールド回路１２をホールド・モードとする。
以上の動作により、入力データの各ビット毎にサンプル・ホールド制御が行われ、第１のサンプル・ホールド回路１２が急速に受光信号に追従する。また、非発光時にバイアス電流が安定に制御される。
【００３３】
実施の形態６．
次に、バイアス電流制御と、ＡＰＣの複合動作の別の実施の形態について、図６を用いて説明する。ここでは、実施の形態５との相違についてのみ説明する。即ち、サンプル・ホールド制御信号として入力信号を用いる。
図６において、入力信号は分岐回路２３にて３分岐され、一方は正相のまま電流切替回路２へ、他の一方は正相で、遅延調整された後に第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ、最後の１出力は反転して、遅延調整された後に第２のサンプル・ホールド制御回路２２へそれぞれ入力される。
また、受光回路５の出力は電流／電圧変換された後に２分岐され、それぞれ第１、第２のサンプル・ホールド回路１２、１８へ入力される。そして、ピークレベル及びスペース・レベル検出が行われる。その他の動作は実施の形態５と同様で、ＡＰＣ動作及び、バイアス電流制御動作が行われる。
【００３４】
実施の形態７．
サンプル・ホールドの制御期間を入力信号が継続するバースト信号期間に限定した場合を説明する。このことによりバイアス電流制御動作の他の実施の形態を、図７を用いて説明する。図において、２５はバースト信号検出回路、２６は入力信号識別回路である。
バースト信号検出回路２５は、第１のサンプル・ホールド回路１２、または第２のサンプル・ホールド回路１８の回路構成と同様であるが、そのホールド動作時の時定数が少し小さく、従ってある期間以上スペース状態が続くと、”０”レベルとなる。この時定数は任意の数値に設定できるが、例えば１５スペース期間が続くと０になるよう設定すると、これ以内の期間にマーク入力がある間は、バースト信号がある、つまり入力信号があると検出してくれる。
動作について説明する。ここでは、第２のサンプル・ホールド回路制御信号として入力信号を用いる場合についてのみ説明し、発光素子の受光回路出力を用いる場合についての説明は他の実施の形態での説明があるので、ここでは説明を省略する。
入力信号は分岐回路２３にて３分岐され、１正相出力は電流切替回路２へ、１反転出力は第２のサンプル・ホールド回路１８へ入力され、実施の形態４で説明したようにバイアス電流制御が行われる。
一方、入力信号の他の１正相出力は、バースト信号回路２５でピーク値が検出された後、基準電圧と比較されて信号入力識別回路２６にて信号入力の有無が識別される。上記のように、ある期間以上スペースが続くと、入力信号がないと判断する。信号入力識別回路２６出力はバイアス電流発生回路２０へ入力され、長時間無信号の場合にＬＤのバイアス電流をカットする。
【００３５】
実施の形態８．
次に、入力信号があるのに光出力がなくなる不具合を検出する回路を説明する。
本発明の光出力断検出動作の一実施の形態について、図８を用いて説明する。図８において、２７は光出力監視回路、２８は光出力断検出回路である。
第１のサンプル・ホールド回路１２出力は２分岐され、誤差増幅回路１４へ入力されるとともに、光出力監視回路２７へ入力される。光出力監視回路２７では第１のサンプル・ホールド回路１２出力と基準電圧が比較され、ある基準値を以って光出力の有無を判別する。光出力監視回路２７で光出力なしと判別された場合、光出力断検出回路２８は、信号入力識別回路２６によって光送信装置に信号が入力されていると判別された場合に、光出力断アラーム信号を発生する。
【００３６】
以上の動作により、光送信装置の不具合の場合にのみ、光出力断アラームが発生する。逆に言うならば、光送信装置の不具合以外の場合はアラームを発しないため、この発明を用いた光送信装置を搭載したシステムがエラーを検出した場合、従来例２のような、ゲート回路の組み合わせによる複雑なアラーム部位特定を行わずに、不具合箇所を特定することが可能となる。
【００３７】
実施の形態９．
サンプル・ホールド回路は、サンプル・ホールドの制御回路も含めて構成がやや複雑であるが、その入力インピーダンスが高くて元の系に影響を与えないこと、及びその出力特性がサンプル時には内部インピーダンスが高くて追従性がよく、ホールド時には接続される負荷インピーダンスにもよるがサンプル時の電圧を保持する特性がある。サンプル・ホールド回路には種々の形式があるが、本実施例では以下の構成を用いて説明する。
次に、サンプル・ホールド制御信号として、発光素子のモニタ出力を２値論理レベルに変換した信号を用いた場合の、第１のサンプル・ホールド回路１２及び第１のサンプル・ホールド制御回路１５の具体的な回路構成を図９を用いて説明する。図９において、２９はスイッチ回路である。また、回路中のＴｒＸＸ（ＸＸは数字）はトランジスタ、ＣＸＸはコンデンサ、ＲＸＸは抵抗である。
【００３８】
動作について説明する。
本回路の入力となる電流／電圧変換回路１１の出力は２分岐され、一方は第１のサンプル・ホールド回路１２へ入力される。第１のサンプル・ホールド回路１２は、Ｔr1、Ｒ１、Ｃ１によって図のように構成される。ここでＴr1は第１のエミッタフォロワである。電流／電圧変換回路１１の出力の他方は第１のサンプル・ホールド制御回路１５へ入力される。第１のサンプル・ホールド制御回路１５はスイッチ回路２９、基準電圧発生回路１３から構成される。電流／電圧変換回路１１の出力の他方は、レベル変換された後、スイッチ回路２９へ制御入力として入力される。スイッチ回路２９では、この制御入力と、基準電圧を比較し、制御入力（Ｔr3入力）が有意の場合、つまり光出力がマークの場合にＴr3をＯＮにしてサンプル・ホールド回路をサンプル状態にし、Ｃ１の電荷が少ない場合は、Ｃ１をチャージアップする。充電時定数ＴｃはＲ１とＣ１で決定される。
Ｔｃ＝Ｒ１・Ｃ１
Ｃ１の電荷が多く、Ｔr1のエミッタ電位がベース電位より大きい場合は、Ｔr1がＯＦＦ状態のため、Ｔr3はＣ１から電荷を吸い取り、放電させる。放電時定数Ｔd1はＣ１に溜まった電荷Ｑ１とＴr3のコレクタ電流Ｉcollector で決定される。
Ｔd1＝Ｑ１／Ｉcollector
【００３９】
光出力がスペースの場合、Ｔr2がＯＮとなるためＴr3はＯＦＦとなり、サンプル・ホールド回路はホールド・モードになる。このとき、Ｃ１の放電時定数Ｔd2は、Ｃ１に蓄積された電荷Ｑ２と第１のサンプル・ホールド回路１２の出力側に流れる電流Ｉout で決定される。
ｔd2＝Ｑ２／Ｉout
ここで、図９のようにＴｒ１１、Ｔｒ１２でダーリントン回路を構成し、またこのＴｒ１１、Ｔｒ１２とＲ１０でエミッタフォロワを構成してＣ１に接続することによって、Ｉout を通常のエミッタフォロワを接続する場合と比較して１／１００程度に抑えることができる。このとき、Ｉout は数１０ｎＡ程度とすることが可能であり、Ｃ１＝１０００ PＦで０．５Ｖの振幅で充電された場合、Ｃ１の放電時定数は５０ｍｓと大きな値を得ることが可能である。
以上のように、サンプル・モードでの充・放電時定数は伝送する信号の速度に応じて変化させることが可能で、ＡＰＣ動作を高速に収束させることが可能である。また、ホールド・モードでの放電時定数はダーリントン回路によって大きな値に設定できるため、短いバーストが長周期で入力された場合に、一度ＡＰＣが収束すればアイドル時間が長くとも次のバースト先頭での光出力変動を抑圧することが可能である。
【００４０】
実施の形態１０．
次に、データがスペースの場合の光出力のピーク検出を行うための具体的な回路構成の実施の形態について、図１０を用いて説明する。
ここでは、第２のサンプル・ホールド回路１８の入力に反転回路を内蔵し、データのスペース・レベルを検出しやすいよう、マーク・レベルとスペース・レベルを入れ替えている。
基準電圧発生回路１３は内部に固定電圧源３０と、Ｔｒ１０１、Ｔｒ１０２から構成される第２の差動回路を備えている。差動回路によって入力電気信号を反転し、サンプル・ホールド制御信号として第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ出力する。また、基準電圧発生回路１３において、入力電気信号の差動出力の中点を基準電圧として、第２のサンプル・ホールド制御回路へ出力する。基準電圧を差動回路出力の中点から取ることにより、温度変動等によって差動出力レベルが変動した場合、基準電圧も常にデータのＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルの中間をとらえ、追従する。
【００４１】
上記サンプル・ホールド制御信号と基準電圧は第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、制御信号が反転されているため、データがスペースの場合にトランジスタＴｒ３がＯＮとなるため、第２のサンプル・ホールド回路１８がサンプル・モードとなり、コンデンサＣ１がチャージアップされ、スペース・レベルのピーク検出が行われる。データがマークの場合はＴｒ２がＯＮとなるため、Ｔｒ１およびＴｒ３はＯＦＦとなって、ホールド・モードとなり、検出したスペース・レベルのピーク値を保持する。
上記により、発光素子のバイアス電流を、光出力のスペース・レベル（信号が入力されない状態での発光レベル）を検出することによって制御しているため、理想的な送信波形が得られるという効果がある。
以上の動作により、光出力のスペース・レベルのピーク検出が可能となる。
また、マーク・レベルの検出の場合にも、温度変動等による影響を避けるため、Ｔｒ１０１ないしＴｒ１０４で構成される基準電圧発生回路を用いてもよい。その場合には、制御入力はＴｒ１０１側のコレクタ側の出力を用いて同相信号出力をマーク検出信号としてＴr3の入力とする。
【００４２】
実施の形態１１．
次に、データがスペースの場合の光出力のピーク検出を行うための具体的な別の回路構成について、図１１を用いて説明する。
ここでは、基準電圧発生回路１３の入力信号として、光出力のモニタ信号である電流／電圧変換回路１１出力を用いる場合について説明する。
基準電圧発生回路１３内において、電流／電圧変換回路１１出力は第２の差動回路に入力されて信号が反転され、第２のサンプル・ホールド回路１８と、また同時にエミッタフォロワを介して第２のサンプル・ホールド制御回路２２へ入力される。また、前記差動回路の第１と第２の２つの出力の中点は、基準電圧として、他のエミッタフォロワを介して第２の誤差増幅回路へと、またレベル変換して第２のサンプル・ホールド制御回路２２に入力される。
電流電圧変換回路１１出力は、基準電圧発生回路１３でマークとスペースが反転されるために第２のサンプル・ホールド制御回路２２では、データがスペースの場合にトランジスタＴｒ３がＯＮとなるため、第２のサンプル・ホールド回路１８がサンプル・モードとなり、コンデンサＣ１がチャージアップされ、スペース・レベルのピーク検出が行われる。データがマークの場合はＴｒ２がＯＮとなるため、Ｔｒ１およびＴｒ３はＯＦＦとなって、ホールド・モードとなり、検出したスペース・レベルのピーク値を保持する。
以上の動作により、光出力のスペース・レベルのピーク検出が可能となる。
【００４３】
実施の形態１２．
無信号状態が続いた後、最初に入力信号が到達すると、速応性の高い光強度制御装置とすると、かえって過大な利得に設定されて光出力が大きくなり過ぎる。これを改善して新規な入力信号に対してＡＰＣ利得を抑えた構成を説明する。
上記構成の装置を図１２に示す。図において、３２は第３のサンプル・ホールド回路、３３は第３のサンプル・ホールド制御回路である。
本実施の形態では、バースト先頭において、光出力の設定値よりも大きく光出力が立ち上がるのを抑制したＡＰＣ動作をする。
ここでは、サンプル・ホールド制御信号として、入力電気信号を用いる場合について説明する。第１のサンプル・ホールド回路１２と第１のサンプル・ホールド制御回路１５の動作については前述しているため、説明を省略する。また、第３のサンプル・ホールド回路３２自体の動作についても、第１のサンプル・ホールド回路１２と同様のため、説明を略す。
【００４４】
ＡＰＣ動作について説明する。
入力電気信号は分岐され、一方は第３のサンプル・ホールド回路３２へ入力される。第３のサンプル・ホールド回路３２では、第３のサンプル・ホールド制御回路３３からの制御信号によって、入力電気信号のピーク検出を行う。第１のサンプル・ホールド回路１２では、第１のサンプル・ホールド制御回路１５からの制御信号によって、光出力のピーク検出を行う。
信号が入力されない状態では、第３のサンプル・ホールド回路３２のピーク検出値は零である。光出力が零であることから第１のサンプル・ホールド回路１２のピーク検出値も零であり第１の誤差増幅回路１４の検出結果は０である。このとき、電流切替回路２の電流ゲインは０となる。
【００４５】
信号が入力されると、分岐されて電流切替回路２、第３のサンプル・ホールド回路３２へそれぞれ入力される。ここで、第３のサンプル・ホールド回路３２の充電時定数を入力信号の２ないし２０ビット程度に設定する。こうすることで、第３のサンプル・ホールド回路３２のピーク検出値は徐々に上昇する。このピーク検出値を第１の誤差増幅回路１４に参照電圧として入力することで、電流切替回路２のゲインが徐々に増加し、光出力はバースト先頭から、徐々に立ち上がる。参照電圧が一定値の基準電圧の場合、信号が入力されない状態においては、０ではない基準電圧設定値と０の光出力ピーク値が第１の誤差増幅回路１４で比較されるため、電流切替回路２のゲインは最大となっており、信号が入力された瞬間のバースト先頭では、発光素子３は最大レベルで発光してしまう。本実施の形態はこのバースト先頭での光出力を効果的に抑制している。
【００４６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、入力に対するサンプル・ホールド回路とモニタ受光のバースト信号検出回路と光断検出回路を備えたので、入力に即応してしかも長期間、マーク・レベルまたはスペース・レベルが正しく保たれ、更に、実際に信号入力のあるマーク期間に即応性高く不具合部分の検出ができる効果がある。
【００５３】
以上のように、本発明によれば、サンプル・ホールド回路のサンプル時定数とホールド時定数のコントラストが大きくとることが可能で、高速でピーク検出を行うことができ、しかも検出したピーク値を長時間保持するため、周期の大きなバースト信号に対しても安定にＡＰＣ回路が動作する効果がある。
【００５４】
また、入力信号に対して時定数を大きくして検出し、制御するようにしたので、入力信号の最初の期間での過大な速応制御を抑える効果が付加される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態４の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態５の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態６の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態７の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態８の光強度制御装置の構成を示す図である。
【図９】 本発明のサンプル・ホールド回路、サンプル・ホールド制御回路の具体的な構成例を示す図である。
【図１０】 本発明の第２のサンプル・ホールド回路と第２のサンプル・ホールド制御回路の具体的な構成例を示す図である。
【図１１】 本発明の第２のサンプル・ホールド回路と第２のサンプル・ホールド制御回路の具体的な他の構成を示す図である。
【図１２】 本発明のＡＰＣ動作をする光強度制御回路の構成図である。
【図１３】 従来例の光増幅装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ バッファ回路、２ 電流切替回路、３ 発光素子、４ 光ファイバ、５ 受光素子、６ ピーク検波回路、７ 差動増幅回路、８ ピーク検波回路、９ 制御回路、１０ 光信号断検出回路、１１ 電流／電圧変換回路、１２ 第１のサンプル・ホールド回路、１３ 基準電圧発生回路、１４ 第１の誤差増幅回路、１５ 第１のサンプル・ホールド制御回路、１６ 分岐回路、１７ 第１の遅延回路、１８ 第２のサンプル・ホールド回路、１９ 第２の誤差増幅回路、２０ バイアス電流発生回路、２０ａ 加算器、２１ 反転回路、２２ 第２のサンプル・ホールド制御回路、２３ 反転回路を備えた分岐回路、２４ 第２の遅延回路、２５ バースト信号検出回路、２６ 入力信号識別回路、２７ 光出力監視回路、２８ 光出力断検出回路、２９ スイッチ回路、３１ 反転回路、３２ 第３のサンプル・ホールド回路、３３ 第３のサンプル・ホールド制御回路、Ｔｒ１ エミッタフォロワ、Ｔｒ１１，Ｔｒ１２ ダーリントン接続エミッタフォロワ、Ｒ１ 抵抗、Ｃ１ コンデンサ。
Claims (3)
- マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、
入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、該入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、
上記サンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、
入力信号がマークの場合にサンプル・モードになって入力信号のレベルに追従し、スペースの場合にホールド・モードになって直前の入力信号値を所定期間保持するバースト検出回路と、
上記バースト検出回路の出力と上記制御された発光レベルの発光素子の出力とを比較して、光出力動作の異常を検出する光出力断検出回路と、を備えたことを特徴とする光強度制御装置。 - マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、
入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、該入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、
上記サンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、
上記モニタする受光回路の出力または入力信号によりサンプル・ホールド回路を制御するサンプル・ホールド制御回路と、を備えて、
該サンプル・ホールド制御回路を電流制御スイッチで構成し、上記制御する入力で駆動される差動回路を設けて、上記電流制御スイッチとして上記差動回路の両出力の中点電位を基準電位として動作する、差動の電流制御スイッチとしたことを特徴とする光強度制御装置。 - マークとスペースのレベルがある入力信号に従って発光する発光素子と、発光素子の出力をモニタする受光回路とを備えて、光強度を監視、制御する光制御装置において、
入力信号が有意の場合はサンプル・モードになって上記モニタする受光回路の出力に追従し、該入力信号が有意でない場合はホールド・モードになってその値を保持するサンプル・ホールド回路と、
上記サンプル・ホールド回路の出力を受け、上記発光素子の、入力のマークまたはスペースに対応する発光レベルを制御する増幅器と、
サンプル・モードの場合は上記入力信号のレベルに追従し、ホールド・モードの場合は直前の入力信号値を保持し、その時定数が入力の２ビットないし２０ビット分である第２のサンプル・ホールド回路と、を備えて、
上記第２のサンプル・ホールド回路の出力を上記増幅器の一方の入力である基準電圧としたことを特徴とする光強度制御装置。
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