JP6315950B2

JP6315950B2 - 光パワーモニタ用回路、光モジュール、局側装置、光パワーモニタ方法及びプログラム

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Publication number: JP6315950B2
Application number: JP2013242100A
Authority: JP
Inventors: 晋庵原; 芦田　哲郎; 哲郎芦田; 雅樹野田; 聡吉間; 正道野上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: JP2015103914A

Description

本発明は、受信する光信号の光パワーをモニタするための光パワーモニタ用回路、光モジュール、局側装置、光パワーモニタ方法及びプログラムに関する。

近年、マルチメディアサービス（Multimedia Service）を各家庭に提供するためのアクセス系ネットワーク（Access Network）では、光ファイバを用いた公衆回路網で実現するＰＯＮ（Passive Optical Network）システムと呼ばれる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：光加入者線終端装置）と、光スターカプラ（Star Coupler）を介して接続される複数の加入者側端末装置であるＯＮＵ（Optical Network Unit：光ネットワーク装置）により構成される。ＯＬＴは、全ＯＮＵに対して連続信号を送信する。一方、各ＯＮＵから送信する光パケット信号は、時分割多重伝送されてＯＬＴで受信される。このため、ＯＬＴに備える光受信器は、光パケット信号を瞬時に電気再生するバースト受信機能を必要とする。

ＯＬＴで使用される光送受信器は仕様が標準化されつつあり、ＸＦＰ（10 Gigabit Small Form Factor Pluggable）、ＳＦＰ＋（Small Form Factor Pluggable Plus）等の仕様で定められた機能や外形を有する光モジュールが普及している。ＸＦＰやＳＦＰ＋の光モジュールは、受信しているパケットの光強度を監視するためのモニタ用の信号を出力することが要求されている。例えば、ＭＡＣ−ＩＣ（Media Access Control - Integrated Circuit：メディアアクセス制御集積回路)からのＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indication：受信信号強度指標）トリガ信号が入力されてから数１００ｎｓ後にモニタ用の信号を出力する。

モニタ用の信号を出力する方法として、光を電流に変換するデバイスであるＰＤ（Photodiode：フォトダイオード）の電源電圧供給部にカレントミラー回路を設ける方法が一般的である。カレントミラー回路は、２以上のバイポーラトランジスタが並列に接続された構成を有しており、ＰＤを接続する入力部に流れる電流に比例した電流を出力部から出力することができる。この電流を電圧に変換して受光パワーを示すモニタ用の信号を出力することができる。

このようなカレントミラー回路は電流が流れていない状態から電流を流そうとしたとき、応答が遅くなることが知られている。ＯＬＴの光受信器は、時分割多重された光パケット信号を受信するため、光パケット信号が全く入力されないガードタイムと呼ばれる区間が存在する。この区間では全く光入力が無いため、ＰＤに電流がほとんど流れないが、この区間の後に光パケット信号が入力したとき、ＰＤに流れる電流より遅れて、カレントミラー回路の出力電流が流れ始める。パケット入力のタイミングに対して数１００ｎｓ程度の遅れが生じる場合もある。ＯＬＴの光受信器が、数１００ｎｓ程度のパケット長を有する光パケット信号を受信する際には、カレントミラー回路の応答の遅れにより正確なパワーモニタができないという問題がある。

これに対して、カレントミラー回路のＰＤを接続する入力部にオフセット電流を常時流しておくことにより、カレントミラー回路の応答を改善させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。この方法において、オフセット電流を流すために入力部に負荷抵抗等を接続するが、温度による抵抗値の変動の影響を受けないようにする必要がある。また、ＰＤがＡＰＤ（Avalanche Photodiode）であった場合、ＡＰＤに印可する電源電圧を温度によって変化させているため、電源電圧の変化による影響も抑制する必要がある。また、オフセット電流自身も電流を制御するオペアンプや抵抗等の熱雑音の影響により、電流値自体が時間的に揺らいでしまうことがある。

特許文献１に記載の光受信器は、カレントミラー回路の入力部に、ＰＤと並列に負荷抵抗を接続し、負荷抵抗を流れるオフセット電流を入力部に流すように構成している。また、カレントミラー回路の出力部におけるモニタ電流に比例したモニタ電位と、オフセット電流に比例したオフセット電位との電位差をモニタ信号として出力する。これにより、光パケット信号が入力される際のカレントミラー回路の出力応答を改善することができると共に、抵抗値の温度変動等によるオフセット電流の変動を差し引くことが可能となると説明されている。

特開２０１０−２７３２２１号公報

ＯＬＴに光ファイバやスターカプラを介して接続される各ＯＮＵはＯＬＴから異なる距離に位置するため、各ＯＮＵが送信した光信号のＯＬＴの光受信器における受光レベルは受信パケット毎に大きく異なる。受光レベルが小さい場合には、数ｕＡ程度のＰＤの出力電流をモニタする必要がある。

特許文献１に記載の光受信器は、オフセット電圧を差し引いた電圧をモニタ信号として出力するため、ＰＤの出力電流が数ｕＡ程度である場合には、オフセット電圧を非常に小さく、かつ、オフセット電圧の変動を非常に小さくする必要がある。このため、温度や電源電圧に対して性能の変化が非常に小さい部品等が必要となる。

また、オフセット電流を流す負荷抵抗とモニタ電流を流す負荷抵抗は、抵抗値や温度変動が高い精度で等しいものを使用する必要がある。これらの要求から部品の選択肢が限られ、低コスト化の阻害要因となるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成からなる、光パワーを高精度で表すモニタ信号を出力することが可能な光パワーモニタ用回路等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光パワーモニタ用回路は、受光パワーに応じた電流を出力するアバランシェフォトダイオードを入力部に接続し、入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路と、アバランシェフォトダイオードの電源電圧を温度に応じて変化させる電源電圧制御部と、カレントミラー回路の入力部に、アバランシェフォトダイオードと並列に接続した第１負荷抵抗と、電源電圧制御部が温度に応じて電源電圧を変化させることによる第１負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する情報であって、電源電圧制御部に対して出力電圧を指示する指示値に対するモニタ値の補償関数である補償情報を記憶する記憶部と、カレントミラー回路の出力部に接続され、モニタ電流をモニタ電圧に変換するための第２負荷抵抗と、モニタ電圧をサンプルしホールドするサンプルアンドホールド部と、電源電圧制御部に対して指示値を出力する指示値出力部を備えた処理部と、を備え、処理部は、サンプルアンドホールド部でサンプルされホールドされたモニタ電圧をアナログ／デジタル変換し、変換されたモニタ電圧と、記憶部に記憶した補償情報である、指示値に対する補償関数と、を用いて補償したモニタ値を算出し出力する。

本発明によれば、簡易な回路構成で、光パワーを高精度で表すモニタ信号を出力することが可能となる。

実施の形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る光受信器の構成を示す図である。実施の形態１に係るモニタ信号出力処理を示すフローチャートである。（ａ）は温度とＡＤＣ値から求めた補正値の例を示す表であり、（ｂ）は温度補償関数を示す図である。実施の形態２に係る光受信器の構成を示す図である。実施の形態２に係るモニタ信号出力処理を示すフローチャートである。（ａ）はＤＡＣ値とＡＤＣ値から求めた補正値の例を示す表であり、（ｂ）はＤＡＣ値補償関数を示す図である。モニタ値と光入力パワーの差についてのシミュレーション結果を示した図である。（ａ）は本発明の構成に基づくシミュレーション結果であり、（ｂ）は従来の構成に基づくシミュレーション結果である。シミュレーションに用いたパケット構成を示す図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１に係る光通信システム１は、ポイント・トゥ・マルチポイント（Point to Multi-point）の形式を採ったＰＯＮ（Passive Optical Network）システムである。

光通信システム１は、図１に示すように、局側装置である１台のＯＬＴ（Optical Line Terminal：光加入者線終端装置）１０と、複数の加入者側端末装置であるＯＮＵ（Optical Network Unit：光ネットワーク装置）２０と、光信号を受動的に分岐・合流する光スターカプラ３０と、を備えている。全てのＯＮＵ２０は、１以上の光スターカプラ３０と、光ファイバ３２を介して、ＯＬＴ１０に接続されている。

ＯＬＴ１０は、光受信器１１、光送信器１２、波長多重カプラ１３、信号処理部１４を備える。図１に示すように、１つの光モジュール１００内に少なくとも光受信器１１、光送信機１２、波長多重カプラ１３を含むように構成しても良い。波長多重カプラ１３は、光波長の異なる上り信号と下り信号を所定の方向に出力するためのものである。ＯＮＵ２０から出力され光ファイバ３２を伝送してきた光信号を光受信器１１側に出力し、光送信器１２から出力される光信号を、ＯＮＵ２０が接続されている光ファイバ３２側に出力している。

信号処理部１４は、送受信信号の処理を行うＭＡＣ−ＩＣ（Media Access Control - Integrated Circuit：メディアアクセス制御集積回路)を備える。信号処理部１４のＭＡＣ−ＩＣは、インターネットなどの外部ネットワーク４０から入力されたベースバンド信号に基づいて送信信号を生成して光送信器１２に対して出力する。また、光受信器１１から入力された受信信号をベースバンド信号に変換し、外部ネットワーク４０に出力する。

光送信器１２は、半導体レーザなどの発光素子が発光する光を、信号処理部１４から入力される送信信号で変調する。変調された光信号は下り信号として波長多重カプラ１３を介して出力され、光ファイバ３２を伝送し、各ＯＮＵ２０で受光される。

ＯＮＵ２０から送信されて光ファイバ３２を伝送してきた上り信号の光信号は、波長多重カプラ１３を介して光受信器１１に入力される。光受信器１１は、入力された光信号をＡＰＤ１１０で光電変換し、後段回路で電圧信号の受信信号に復調し、信号処理部１４に出力する。

ここで、各ＯＮＵ２０から送信される光信号は、バースト（burst）状の光パケット信号であり、それらを時分割多重した光信号がＯＬＴ１０に入力される。

各ＯＮＵ２０は、任意の長さの光ファイバ３２と、任意の個数の光スターカプラ３０を介してＯＬＴ１０に接続されているため、ＯＬＴ１０の光受信器１１が受光する光信号の強度は光パケット信号毎に大きく異なる。光受信器１１が安定して光パケット信号を受信するためには、広幅なダイナミックレンジの光信号の光入力パワーを高速に取得可能なパワーモニタ機能を備える必要がある。

ＯＬＴ１０の光受信器１１は、図２に示すように、受信した光信号を電流信号に変換するＡＰＤ（Avalanche Photodiode：アバランシェフォトダイオード）１１０と、ＡＰＤ１１０の電源であるＡＰＤ電源１１１と、ＡＰＤ電源１１１の電源電圧を制御する電源電圧制御部１１１１と、ＡＰＤ１１０を接続した入力部１１２１を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路１１２を備える。

さらに、光受信器１１は、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にＡＰＤ１１０と並列に接続された第１負荷抵抗（Ｒ１）１１３と、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２に接続された第２負荷抵抗（Ｒ２）１１４と、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２の電圧であるモニタ電圧をサンプルしホールドするサンプルアンドホールド回路（Sample and Hold Integrated Circuit：図中Ｓ／ＨＩＣと表示する）１１５と、サンプルアンドホールド回路１１５の出力電圧に基づいてモニタ信号を生成するＭＣＵ（Micro Controller Unit）１１６と、ＡＰＤ１１０の周辺温度を測定する温度センサ１１７と、を備える。ＭＣＵ１１６の入力部には、ＡＤコンバータ１１６１を備えている。

より詳細には、光受信器１１のＡＰＤ１１０は、光入力パワーに応じた電流を出力する受光素子である。電源電圧制御部１１１１は、ＡＰＤ１１０が一定の増倍率で動作するように、温度によってＡＰＤ電源１１１の電源電圧を変化させている。

カレントミラー回路１１２は、２つのバイポーラトランジスタが並列に接続され、それぞれのベースとエミッタが接続されて等電位になっている。ＡＰＤ１１０を接続する入力側のバイポーラトランジスタのベースとコレクタが接続されていることで、２つのバイポーラトランジスタのコレクタ電流は同一になる。これにより、ＡＰＤ１１０を接続する入力部１１２１に流れる電流に比例したモニタ電流を出力部１１２２に流すことができる。

第１負荷抵抗１１３は、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１に、ＡＰＤ１１０と並列して接続されている。第１負荷抵抗１１３には常に電流が流れるため、ＡＰＤ１１０にパケット入力がなく電流が流れないときでも、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１にオフセット電流Ｉ_{ｏｆｆｓｅｔ}が常に流れることになる。これにより、光パケット信号が入力されたときのカレントミラー回路１１２の出力応答の遅れを解消している。

第２負荷抵抗１１４は、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２とグランドの間に接続されている。第２負荷抵抗１１４には、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１を流れる電流に比例した電流が流れることになる。つまり、ＡＰＤ１１０と第１負荷抵抗１１３を流れる電流の和に比例したモニタ電流が流れる。このモニタ電流が第２負荷抵抗１１４を流れることにより電流電圧変換され、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２の電圧をモニタ電圧として出力する。

サンプルアンドホールド回路１１５は、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２に接続される。サンプルアンドホールド回路１１５は、所定の周波数のサンプルアンドホールド信号（Sample and Hold Input signal：図中Ｓ／ＨＩｎｐｕｔと表示する）に同期して、モニタ電圧をサンプルしてホールドする。

ＭＣＵ１１６は、ＣＰＵ、メモリ等を備えたマイクロプロセッサである。ＭＣＵ１１６は、サンプルアンドホールド回路１１５でホールドされているモニタ電圧を、ＡＤコンバータ１１６１でデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号に基づいてモニタ信号を生成して出力する。

ここで、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２をＭＣＵ１１６のＡＤコンバータ１１６１に直接接続した場合、光受信器１１が受信するパケット長が短く、ＡＤコンバータ１１６１におけるサンプリング時間が十分でない可能性がある。これに対して、本実施形態のように、カレントミラー回路１１２の出力をサンプルアンドホールド回路に入力させてモニタ電圧をホールドすることで、ＡＤコンバータ１１６１でサンプリングを行うのに十分な時間を確保することができる。

ＭＣＵ１１６は、ＡＰＤ１１０の受光レベルに対する光電変換効率の非線形性を考慮して、ＡＤコンバータ１１６１の出力信号からモニタ信号を生成する。具体的には、光トランシーバの規格の一つであるＳＦＦ−８８７２に規定されている式（１）に示す４次関数を用いてモニタ値を計算する。

Rx_PWR (uW) = Rx_PWR(4) * Rx_PWRAD⁴ +
Rx_PWR(3) * Rx_PWRAD³ +
Rx_PWR(2) * Rx_PWRAD² +
Rx_PWR(1) * Rx_PWRAD + Rx_PWR(0) （１）

ここでＲｘ＿ＰＷＲ（４〜０）は４次関数の係数であり、Ｒｘ＿ＰＷＲＡＤはＡＤコンバータ１１６１の出力値に対して補償を行った値（以下、補償ＡＤＣ値と呼ぶ）である。係数Ｒｘ＿ＰＷＲ（４〜０）は標準の評価条件（例えば、Ｔｃ＝２５℃、Ｖｃｃ＝３．３Ｖ）で評価された各光入力パワーでのＡＤコンバータ１１６１の出力値を元に算出される。

また、ＡＰＤ１１０が一定の増倍率になるようにＡＰＤ電源１１１の電源電圧を温度によって変えているため、第１負荷抵抗１１３を流れるオフセット電流Ｉ_{ｏｆｆｓｅｔ}も温度によって変動する。また、第１負荷抵抗１１３等の熱雑音の影響によってもオフセット電流Ｉ_{ｏｆｆｓｅｔ}の電流値自体が時間的に変動することもある。ＭＣＵ１１６は、オフセット電流Ｉ_{ｏｆｆｓｅｔ}の変動の影響も考慮してモニタ値を計算する。

温度センサ１１７は、ＡＰＤ１１０の近傍の温度を測るセンサであり、サーミスタ等から構成される。温度センサ１１７の出力はＭＣＵ１１６に入力され、モニタ値の算出に利用する。

以上のように構成された光受信器１１においてＭＣＵ１１６が実行するモニタ信号出力処理について図３のフローチャートに沿って詳細に説明する。

まず、光受信器１１が通常運転中であるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、通常運転中でなく調整中である場合には（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０２以下の温度補償関数を取得する処理を行う。調整中においては、光パケット信号はＡＰＤ１１０に入力させない。

まず、ＡＰＤ１１０の周囲温度を変化させる。例えば、調整中である光受信器１１を、環境温度を変化することが可能な恒温槽に格納し、光受信器１１の温度を変化させる。温度を変化させながら、光受信器１１の温度センサ１１７の出力値及びＡＤコンバータ１１６１の出力値を取得する（ステップＳ１０２）。この時、ＡＰＤ１１０には電流が流れないため、第１負荷抵抗１１３に流れるオフセット電流のみを流したときのＡＤコンバータ１１６１の出力値（以下、ＡＤＣ値と呼ぶ）を取得することができる。

温度センサ１１７の出力値が示す温度とＡＤＣ値の関係から温度補償関数を取得する（ステップＳ１０３）。具体的には、予め決めた温度におけるＡＤＣ値を基準値として、各温度のＡＤＣ値と基準値との差を補正値として算出する。図４（ａ）に、光パケット信号を入力させずに温度を０〜７０℃の範囲内で変化させたときの温度センサ１１７が示す温度とＡＤＣ値を例示する。ここでは、４０℃のときのＡＤＣ値１００を基準値として、各温度のＡＤＣ値と基準値との差を補正値として算出する。

温度補償関数は、各温度の補正値に対してフィッティングして求める。温度補償関数は、ｎ次関数やＬｏｇ関数等、任意の関数を用いて良い。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した各温度の補正値をプロットしており、これに対して１次関数でフィッティングして温度補償関数を求めた結果（実線）を示している。算出した温度補償関数は、ＭＣＵ１１６のメモリに保存する（ステップＳ１０４）。ここまでを調整時に実施する。

ＭＣＵ１１６は、通常動作時である場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ＡＤＣ値、温度補償関数に基づいてモニタ値を算出して出力する。通常動作時（光信号受信時）においては、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１には、ＡＰＤ１１０で受光した光を光電変換した電流と、第１負荷抵抗１１３に流れるオフセット電流の和が流れる。カレントミラー回路１１２の出力部１１２２には、入力部１１２１に流れる電流に比例するモニタ電流が流れ、第２負荷抵抗１１４により電流電圧変換され、モニタ電圧がサンプルアンドホールド回路１１５に入力される。

サンプルアンドホールド回路１１５では、所定の周波数のサンプルアンドホールド信号に同期して、モニタ電圧をサンプルしてホールドする。ＭＣＵ１１６は、ホールドされたモニタ電圧をＡＤコンバータ１１６１でデジタル信号に変換してＡＤＣ値を取得する（ステップＳ１０５）。ＭＣＵ１１６は、温度センサ１１７が示す温度に対する補正値をメモリから呼出した温度補償関数を用いて算出する。そして、ＡＤＣ値に補正値を加算して補償ＡＤＣ値をもとめる（ステップＳ１０６）。そして、式（１）を用いて補償ＡＤＣ値からモニタ値を算出し、モニタ値を含むモニタ信号を出力する（ステップＳ１０７）。ＭＣＵ１１６はモニタ信号出力処理の終了操作がない限り（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻って処理を継続する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＡＰＤ１１０をカレントミラー回路１１２の入力部１１２１に接続し、ＡＰＤ１１０と並列に第１負荷抵抗１１３を接続し、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２に第２負荷抵抗１１４を接続し、出力部１１２２から出力してサンプルアンドホールド回路１１５でホールドしたモニタ電圧をＡＤコンバータ１１６１でデジタル信号に変換して、そのデジタル信号に基づいてＭＣＵ１１６がモニタ値を算出する。ＭＣＵ１１６のメモリには予め求めておいた温度補償関数を記憶しておき、ＭＣＵ１１６は、ＡＤコンバータ１１６１が出力するデジタル信号の値に対して、温度センサ１１７が示す温度に対応する補正値で補償したモニタ値を算出し、出力する。

これにより、電源電圧の温度変動やオフセット電流自身の変動分を補償した正確なモニタ値を出力することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施の形態２における光通信システム１、ＯＬＴ１０の構成は、実施の形態１と同様である。実施の形態１に係るＯＬＴ１０内の光受信器１１に代えて光受信器１５を備える。光受信器１５の内部構成について、図５を用いて説明する。

図５に示すように、ＯＬＴ１０の光受信器１５は、実施の形態１の光受信器１１と同様の、ＡＰＤ１１０と、カレントミラー回路１１２と、第１負荷抵抗（Ｒ１）１１３と、第２負荷抵抗（Ｒ２）１１４と、サンプルアンドホールド回路１１５と、ＭＣＵ１１６と、温度センサ１１７と、を備える。ＭＣＵ１１６の入力部にはＡＤコンバータ１１６１を備え、出力部にはＤＡコンバータ１１６２を備えている。

ＯＬＴ１０の光受信器１５は、さらに、ＭＣＵ１１６のＤＡコンバータ１１６２から出力される電圧信号に基づいて直流高電圧を発生させ、ＡＰＤ１１０に電源電圧を供給する高電圧発生回路１１８を備えている。

より詳細には、高電圧発生回路１１８は、ＭＣＵ１１６のＤＡコンバータ１１６２から入力される電圧信号に基づいて、出力電圧を変化させる。つまり、ＤＡコンバータ１１６２が出力する電圧信号は、高電圧発生回路１１８に対する指示値に相当する。高電圧発生回路１１８は、ＡＰＤ１１０が一定の増倍率になるように温度によってＡＰＤ１１０に供給する電圧を変化させる必要がある。よって、ＭＣＵ１１６は、高電圧発生回路１１８が温度によって適切な電源電圧をＡＰＤ１１０に供給できるように、温度センサ１１７が示す温度に対応してＤＡコンバータ１１６２の出力電圧を変化させる。

また、ＭＣＵ１１６は、実施の形態１と同様に、ＡＤコンバータ１１６１の出力信号に対してＭＣＵ１１６のメモリに記憶する補償関数で補償を行った値に基づいて、モニタ信号を生成して出力する。

以上のように構成された光受信器１５においてＭＣＵ１１６が実行するモニタ信号出力処理について図６のフローチャートに沿って詳細に説明する。

まず、光受信器１１が通常運転中であるか否かを判定し（ステップＳ２０１）、通常運転中でなく調整中である場合には（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ステップＳ２０２以下のＤＡＣ値補償関数を取得する処理を行う。調整中においては、光パケット信号はＡＰＤ１１０に入力させない。

まず、ＭＣＵ１１６は、ＤＡコンバータ１１６２の出力電圧（以下、ＤＡＣ値と呼ぶ）を変化させつつ、ＡＤコンバータ１１６１の出力値を取得する（ステップＳ２０２）。この時、ＡＰＤ１１０には電流が流れないため、第１負荷抵抗１１３に流れるオフセット電流のみを流したときのＡＤコンバータ１１６１の出力値（以下、ＡＤＣ値と呼ぶ）を取得することができる。

ＤＡＣ値とＡＤＣ値の関係からＤＡＣ値補償関数を取得する（ステップＳ２０３）。具体的には、予め決めたＤＡＣ値におけるＡＤＣ値を基準値として、各ＤＡＣ値に対するＡＤＣ値と基準値との差を補正値として算出する。ここで、ＤＡＣ値の基準値は実施の形態１で基準とした温度（例えば図４の例において４０℃）でのＤＡＣ値を用いる。図７（ａ）に、光パケット信号を入力させずにＤＡＣ値を１２００〜１９００の範囲内で変化させたときのＡＤＣ値を例示する。ここでは、ＤＡＣ値が１５００のときのＡＤＣ値１００を基準値として、各ＤＡＣ値に対してＡＤＣ値と基準値との差を補正値として算出する。

ＤＡＣ値補償関数は、ＤＡＣ値に対する補正値に対してフィッティングして求める。ＤＡＣ値補償関数は、ｎ次関数やＬｏｇ関数等、任意の関数を用いて良い。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示したＤＡＣ値と補正値の関係をプロットしており、これに対して１次関数でフィッティングしてＤＡＣ値補償関数を求めた結果（実線）を示している。算出したＤＡＣ値補償関数は、ＭＣＵ１１６のメモリに保存する（ステップＳ２０４）。ここまでを調整時に実施する。

ＭＣＵ１１６は、通常動作時である場合には（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ＡＤＣ値、ＤＡＣ値補償関数に基づいてモニタ値を算出して出力する。通常動作時（光信号受信時）においては、カレントミラー回路１１２の入力部１１２１には、ＡＰＤ１１０で受光した光を光電変換した電流と、第１負荷抵抗１１３に流れるオフセット電流の和が流れる。カレントミラー回路１１２の出力部１１２２には、入力部１１２１に流れる電流に比例するモニタ電流が流れ、第２負荷抵抗１１４により電流電圧変換され、モニタ電圧がサンプルアンドホールド回路１１５に入力される。

サンプルアンドホールド回路１１５では、所定の周波数のサンプルアンドホールド信号に同期して、モニタ電圧をサンプルしてホールドする。ＭＣＵ１１６は、ホールドされたモニタ電圧をＡＤコンバータ１１６１でデジタル信号に変換したＡＤＣ値を取得する（ステップＳ２０５）。ＭＣＵ１１６は、ＤＡコンバータ１１６２が出力しているＤＡＣ値に対する補正値をメモリから呼出した補償関数を用いて算出する。そして、ＡＤＣ値に補正値を加算して補償ＡＤＣ値をもとめる（ステップＳ２０６）。そして、式（１）を用いて補償ＡＤＣ値からモニタ値を算出し、モニタ値を含むモニタ信号を出力する（ステップＳ２０７）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＡＰＤ１１０をカレントミラー回路１１２の入力部１１２１に接続し、ＡＰＤ１１０と並列に第１負荷抵抗１１３を接続し、カレントミラー回路１１２の出力部１１２２には第２負荷抵抗１１４を接続し、出力部１１２２から出力しサンプルアンドホールド回路１１５でホールドしたモニタ電圧をＡＤコンバータ１１６１でデジタル信号に変換して、そのデジタル信号に基づいてＭＣＵ１１６がモニタ値を算出する。ＭＣＵ１１６のメモリには予め求めておいたＤＡＣ値に対する補償関数を記憶しておき、ＭＣＵ１１６は、ＡＤコンバータ１１６１が出力するデジタル信号の値に対して、ＤＡコンバータ１１６２の出力値に対応する補正値で補償したモニタ値を算出し、出力する。

これにより、温度に応じてＡＰＤ１１０の電源電圧を変動させることによるオフセット電流の変動やオフセット電流自身の変動を補償した正確なモニタ値を出力することができる。

＜実施例＞
本発明の構成と従来構成について、モニタ電圧のシミュレーションを行った。シミュレーションの結果を図８に示す。図８の黒丸のデータはモニタ値の複数回測定時の平均値、その他のデータ（白の菱形）はそれぞれの測定回のモニタ値である。本発明の構成（ａ）は、実施の形態１の構成を用いた。また、従来構成（ｂ）は、カレントミラー回路１１２の出力に対して温度補償を行わない構成を用いた。ＡＰＤ１１０に入力する光信号は、図９に示すように、光入力パワーが−７ｄＢｍの光パケット信号の後に、−７ｄＢｍ〜−２８ｄＢｍの光パケット信号が入力するようにした。

図８から明らかなように、補償関数を適用しなかった従来構成（ｂ）では、オフセット電流変動の影響により、入力光パワーが低い範囲において実際の光入力パワー（実測値）とモニタ値の差が大きく、また個々の測定での測定ばらつきが大きいため、モニタ精度が悪かった。一方、本発明の構成（ａ）はオフセット電流の変動分をＭＣＵ１１６で補償しているため、実際の光入力パワー（実測値）とモニタ値の差が小さくなりモニタ精度が改善した。

このように本発明は、カレントミラー回路の入力部にＡＰＤと第１負荷抵抗を互いに並列に接続し、ＡＰＤの電源電圧を温度に応じて変化させることによる第１負荷抵抗を流れるオフセット電流の変化分を補償する補償情報を予め記憶させておき、ＡＰＤに光入力する際には、カレントミラー回路の出力部を流れるモニタ電流と補償情報に基づいてモニタ値を算出し出力することとした。これにより、簡易な回路構成で、光パワーを高精度で表すモニタ信号を出力することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、上記実施の形態において、温度又はＤＡＣ値に対する補償関数を求めてＭＣＵ１１６のメモリに記憶し、補償時には、補償関数から補正値を算出してモニタ値に加算するとしたが、各温度又はＤＡＣ値に対する補正値をメモリに記憶しておき、補償時には、各温度又はＤＡＣ値の補正値を読み出してモニタ値に加算するようにしてもよい。

また、モニタ信号出力処理を光受信器１１内のＭＣＵ１１６が実行するとしたが、信号処理部１４内の演算処理部で実行するようにしてもよい。

また、実施の形態１において、ＭＣＵ１１６がＡＰＤ１１０の周囲の温度を変動させて、温度に対するＡＤＣ値を取得してそれに基づいて温度補償関数を求めるとしたが、調整時に恒温槽等の温度変化装置を用いて、光受信器１１全体の温度を変化させ、それぞれの温度においてＡＤＣ値を取得した結果に基づいて温度補償関数を調整用のコンピュータで求め、得られた温度補償関数をＭＣＵ１１６のメモリに保存するようにしてもよい。

また、上記実施の形態のＭＣＵ１１６が実行したモニタ信号出力処理のプログラムを、既存の情報端末に適用することで、当該情報端末を本発明に係るＭＣＵ１１６に代替して機能させることも可能である。

このようなプログラムの配布方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto Optical Disc）、メモリカード等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよいし、携帯電話網やインターネット等の通信ネットワークを介して配布してもよい。

１光通信システム、１０ＯＬＴ、２０ＯＮＵ、３０光スターカプラ、３２光ファイバ、４０外部ネットワーク、１１，１５光受信器、１００光モジュール、１１０ＡＰＤ、１１１ＡＰＤ電源、１１１１電源電圧制御部、１１２カレントミラー回路、１１２１入力部、１１２２出力部、１１３第１負荷抵抗、１１４第２負荷抵抗、１１５サンプルアンドホールド回路、１１６ＭＣＵ、１１６１ＡＤコンバータ、１１６２ＤＡコンバータ、１１７温度センサ、１１８高電圧発生回路、１２光送信器、１３波長多重カプラ、１４信号処理部

Claims

受光パワーに応じた電流を出力するアバランシェフォトダイオードを入力部に接続し、前記入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路と、
前記アバランシェフォトダイオードの電源電圧を温度に応じて変化させる電源電圧制御部と、
前記カレントミラー回路の入力部に、前記アバランシェフォトダイオードと並列に接続した第１負荷抵抗と、
前記電源電圧制御部が温度に応じて前記電源電圧を変化させることによる前記第１負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する情報であって、前記電源電圧制御部に対して出力電圧を指示する指示値に対するモニタ値の補償関数である補償情報を記憶する記憶部と、
前記カレントミラー回路の出力部に接続され、前記モニタ電流をモニタ電圧に変換するための第２負荷抵抗と、
前記モニタ電圧をサンプルしホールドするサンプルアンドホールド部と、
前記電源電圧制御部に対して前記指示値を出力する指示値出力部を備えた処理部と、を備え、
前記処理部は、前記サンプルアンドホールド部でサンプルされホールドされたモニタ電圧をアナログ／デジタル変換し、前記変換されたモニタ電圧と、前記記憶部に記憶した前記補償情報である、前記指示値に対する前記補償関数と、を用いて補償したモニタ値を算出し出力する、
光パワーモニタ用回路。
前記補償関数は、前記指示値に対するｎ次関数又は対数関数である、
請求項１に記載の光パワーモニタ用回路。
請求項１又は２に記載の光パワーモニタ用回路を備える、
光モジュール。
請求項１又は２に記載の光パワーモニタ用回路を備える、
局側装置。
受光パワーに応じた電流を出力するアバランシェフォトダイオードを入力部に接続し、前記入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路と、前記アバランシェフォトダイオードの電源電圧を温度に応じて変化させる電源電圧制御部と、前記カレントミラー回路の入力部に、前記アバランシェフォトダイオードと並列に接続した第１負荷抵抗と、を備える光パワーモニタ用回路において、
前記電源電圧制御部が温度に応じて前記電源電圧を変化させることによる前記第１負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する情報であって、前記電源電圧制御部に対して出力電圧を指示する指示値に対するモニタ値の補償関数である補償情報を予め取得する補償情報取得ステップと、
前記電源電圧制御部に対して前記指示値を出力する指示値出力ステップと、
前記モニタ電流をモニタ電圧に変換する電流電圧変換ステップと、
前記モニタ電圧をサンプルしホールドするサンプルアンドホールドステップと、
前記サンプルされホールドされたモニタ電圧をアナログ／デジタル変換するアナログデジタル変換ステップと、
前記変換されたモニタ電圧と、前記予め取得された補償情報である、前記指示値に対するモニタ値の補償関数と、を用いて補償したモニタ値を算出し出力する処理ステップと、を有する、
光パワーモニタ方法。
受光パワーに応じた電流を出力するアバランシェフォトダイオードを入力部に接続し、前記入力部を流れる入力電流に比例するモニタ電流を出力するカレントミラー回路と、前記アバランシェフォトダイオードの電源電圧を温度に応じて変化させる電源電圧制御部と、前記カレントミラー回路の入力部に、前記アバランシェフォトダイオードと並列に接続した第１負荷抵抗と、前記カレントミラー回路の出力部に接続され、前記モニタ電流をモニタ電圧に変換するための第２負荷抵抗と、前記モニタ電圧をサンプルしホールドするサンプルアンドホールド部と、を備える光パワーモニタ用回路を制御するコンピュータであって、前記サンプルアンドホールド部でサンプルされホールドされたモニタ電圧をアナログ／デジタル変換するアナログ／デジタル変換器を備える前記コンピュータを、
前記電源電圧制御部が温度に応じて前記電源電圧を変化させることによる前記第１負荷抵抗を流れる電流の変化分を補償する情報であって、前記電源電圧制御部に対して出力電圧を指示する指示値に対するモニタ値の補償関数である補償情報を予め取得する補償情報取得部、
前記電源電圧制御部に対して前記指示値を出力する指示値出力部、
前記変換されたモニタ電圧と、前記予め取得された補償情報である、前記指示値に対するモニタ値の補償関数と、を用いて補償したモニタ値を算出し出力するモニタ値算出部、として機能させる、
プログラム。