光接收機的製作方法
2023-09-12 17:42:50 1
專利名稱：光接收機的製作方法
技術領域：
本發明涉及將光信號轉換成電信號的光接收機。
背景技術：
作為用於將光信號轉換成電信號的光接收機，特別是，作為音樂用而廣泛普及於一般家庭中的光纖鏈路，在CD、MD、DVD播放器和放大器等中使用輸入輸出光數位訊號的光纖鏈路中用的光收發設備。近年來，由於作為在筆記本型電腦、手機、MP3播放器等可攜式設備中傳送音樂信號的用途已經普及起來，所以為了使電池使用壽命更長，在光纖鏈路使用的設備中也需要低功耗。
而且，光纖重量輕，抗噪性能也很好，MOST(Mddia Oriented SystemsTransport面向媒體的系統傳送)、IDB1394這類的面向車載的光纖鏈路正處於實用階段，也需要低的功耗。
圖7、圖8示出了檢測有無輸入光信號，在動作模式和待機模式之間進行切換方式的現有光接收機。
圖7的現有光接收機設有專門檢測光信號的光接收元件PD1和放大電路AMP1，根據判斷AMP1的輸出電平的比較器COMP1的輸出信號，電源電路103打開/關閉向信號處理用的AMP2和COMP2供電的電源。即，如果有入射的光信號，那麼檢測入射光用的接收電路(光信號檢測電路)101就將處理信號用的接收電路(光信號檢測電路)102從待機模式切換到動作模式。
圖8是具有關閉功能的光接收機的另外一個現有的例子，如果向光電二極體入射光信號，電壓就會由R1而下降，所以通過該電壓下降，P溝道MOSFET的MP1、MP2就打開，從而通過向放大電路AMP1和波形整形電路COMP1供給電源而將接收電路切換到動作模式。在此情況下，有這樣的缺點，即，不能用於光電二極體陽極連接到GND類型的接收電路。
作為現有文獻，有日本公開特許公報[特開2002-280971號公報(
公開日2002年9月27日)]和日本公開特許公報[特開2000-078091號公報(
公開日2000年3月14)]。
但是，在圖7的結構中，在沒有光信號入射的時候，因為也需要運行檢測光用的放大電路AMP1和COPM1，所以在待機時電流也流動。
另外，還存在這樣的缺點，即，由於還需要將檢測光信號用的光電二極體用作其它用途，所以會增加零件的數量，從而，在使用OPIC(光學IC)的情況中，會增加晶片的面積。
發明內容
本發明的目的提供了一種能夠減少在待機時流動的電流的光接收機。
為了實現上述目的，在具備輸出處理在光接收元件中接收的數據的信號處理電路的光接收機中，本發明的光接收機的特徵在於，設置有分離在上述光接收元件中產生的電流信號的低頻電流和高頻電流的濾波電路、將所述低頻電流變換成電壓的電流-電壓變換電路和通過所述電流-電壓變換電路的輸出起動信號處理電路的偏置電路。
通過上述結構，分離在所述光接收元件中產生的電流信號的低頻電流和高頻電流，將低頻電流變換成電壓，由其輸出起動信號處理電路。另外，低頻電流變換成電壓的結果是，如果低於某一電平，則就將信號處理電路移向待機模式。因此，由於能夠基於光接收元件中產生的電流信號的低頻電流的大小來起動信號處理電路，所以與現有技術不同，在待機模式時，不需要在用於檢測光的電路中時常預先流動著電流那樣的結構。因此，起到了這樣的效果，即，可以實現能夠在待機時減少流動電流的光接收機和光纖鏈路用光接收機。
另外，通過上述結構，基於由信號處理用的光接收元件接收光的這樣的事實本身來判斷光的有無。從而，在待機模式時用於檢測光的元件，即，檢測光信號用的光電二極體可以不必再用作其它用途。因此，在使用OPIC(光IC)的情況下，可以起到抑制晶片面積的增加的效果。
另外，根據本發明的光接收機，在上述的結構基礎上，其特徵在於，在所述濾波電路中，所述光接收元件與電阻和電容連接，並通過所述電容將所述光接收元件連接到所述的信號處理電路，在所述電容和信號處理電路之間，可以連接通過上述偏置電路切換的接地用的開關元件以待機模式時接地。
通過上述結構，在所述濾波電路中，所述光接收元件與電阻和電容連接。從而，在由上述結構產生的效果之外，在簡單的結構中，還可以起到能夠分離由光接收元件產生的電流信號的低頻電流和高頻電流的效果。
另外，根據本發明的光接收機，在上述的結構基礎上，其特徵在於，所述信號處理電路具有初段電流-電壓變換電路和接續在其後的後段電流-電壓變換電路，從而，在所述信號處理電路的初段電流-電壓變換電路起動時輸入阻抗變低。
通過上述結構，在所述信號處理電路的初段電流-電壓變換電路起動時，輸入阻抗變低。從而，在動作模式時，與待機模式時一樣，所述的電容也接地。因此，在上述的結構基礎上的效果，在待機模式時和動作模式時，可以起到能夠減少濾波電路和截止頻率數等的特性變化的效果。
另外，根據本發明的光接收機，在上述的結構基礎上，其特徵在於，壓縮電路與連接所述光接收元件的電阻並聯連接。
通過上述結構，壓縮電路可以與連接所述光接收元件的電阻並聯連接。
因此，既便在輸入大光量的光信號的時候，也能夠防止連接到所述光接收元件的電阻的電壓下降變大。從而，在由上述結構產生的效果之外，還可以起到能夠防止由於所述光接收元件的偏置電壓降低而使得光接收元件的寄生電容增加而導致速度降低的效果。
另外，根據本發明的光接收機，在上述的結構基礎上，其特徵在於，雙向壓縮電路與所述信號處理電路的初段電流-電壓變換電路的反饋電阻並聯連接。
利用上述結構，雙向壓縮電路可以與所述信號處理電路的初段電流-電壓變換電路的反饋電阻並聯連接。
因此，在由上述結構產生的效果之外，還可以起到能夠抑止輸入大光量光信號時輸出脈衝幅度失真的增加。
另外，通過上述結構，可以在兩個方向上進行壓縮。因此，閾值能夠正好達到信號的50％。所以，在由上述結構產生的效果之外，還可以起到能夠減少輸出脈衝幅度失真的效果。
另外，根據本發明的光接收機，其特徵在於，在上述的結構基礎上，在電流-電壓變換電路中，設置有放大電流的電流反射鏡；變換電壓用的電阻；和一旦上述電壓變換用的電阻兩端的電壓在一電壓以上時，就相對於偏置電路，輸出指示以使所述信號處理電路切換到動作模式的比較器。
通過上述結構，放大使用電流反射鏡的電流，由電阻進行電壓變換，並連接比較器，從而，如果電阻兩端的電壓在某一電壓以上時，那麼就相對於偏置電路，指示將上述信號處理電路切換到動作模式。從而，在由上述結構產生的效果之外，在簡單的結構中，還可以起到根據光信號的有無將信號處理電路切換到動作模式的效果。
另外，根據本發明的光接收機，其特徵在於，在上述的結構基礎上，將所述比較器的輸出作為狀態信號向外部取出。
通過上述結構，可以將所述比較器的輸出作為狀態信號從外部取出。從而，在上述的結構基礎上，可以起到這樣的效果，即，能夠添加恰當地延遲所述比較器輸出等的處理，並能夠提高通用性。
另外，根據本發明的光接收機，其特徵在於，在上述的結構基礎上，通過具有比所述信號處理電路穩定所需時間更長的時間常數的延遲電路，將所述比較器的輸出作為上述狀態信號向外部取出。
通過上述結構，比較器的輸出通過具有比信號處理電路穩定的時間更長規定時間常數的延遲電路，可以作為狀態信號向外部取出。因此，可以起到這樣的效果，即，在信號處理電路的非常穩定之後，通過輸出作為起動連接到後段的微計算機(控制器)的信號的狀態信號，能夠使得系統更穩定。
另外，根據本發明的光接收機，在上述的結構基礎上，其特徵在於，在上述信號處理電路的輸出和上述信號輸出端子之間，設置有輸出控制電路，其只有在上述信號處理電路輸出的佔空比和頻率為「輸入的光信號為設定希望的正確調製信號時，上述信號處理電路輸出的佔空比和頻率」的時候，才將來自所述信號處理電路的信號輸出到上述信號輸出端子輸出。
通過上述結構，在信號處理電路的輸出和上述信號輸出端子之間，設置輸出控制電路，只在信號處理電路輸出的佔空比和頻率為「輸入光信號為設定希望的正確調製信號時，上述信號處理電路輸出的佔空比和頻率」時，輸出控制電路才打開，並向信號輸出端子輸出信號。從而，只有在輸入的光信號被設定為所希望的正確調製信號時，才能夠從信號輸出端子輸出輸出信號。因此，在由上述結構產生的效果之外，還起到了這樣的效果，即，能夠省略不必要的輸出，並能夠提高效率。
另外，根據本發明的光接收機，其特徵在於，在上述的結構基礎上，並通過多段連接電流反射鏡和電阻，包括監視入射到光接收元件上的光強度的監視器端子。
通過上述結構，監視入射到光接收元件上的光信號的強度。從而，在由上述結構產生的效果之外，還可以起到這樣的效果，即，能夠恰當地添加進行延遲所述比較器輸出等的處理，並能夠提高通用性。
本發明的其它目的、特點和優點通過下面的描述將更加明了。另外，本發明的好處通過下面參照附圖的說明，將變得明顯。
圖1是表示根據本發明的光接收機的一個結構例子的框圖。
圖2是表示光接收元件的光電流波形的圖。
圖3是表示根據本發明的光接收機的一個結構例子的電路圖。
圖4是表示根據本發明的光接收機的一個結構例子的電路圖。
圖5是表示根據本發明的光接收機的一個結構例子的電路圖。
圖6是表示根據本發明的光接收機的一個結構例子的電路圖。
圖7是表示現有光接收機的一個結構例子的電路圖。
圖8是表示現有光接收機的一個結構例子的電路圖。
具體實施例方式
(實施例1)圖1是表示本實施例的光接收機1的框圖。光接收元件11將通過光纖纜等從外部發送來的光信號變換成電流信號。光接收元件的電流信號通過低頻、高頻電流分離濾波器電路(濾波器電路)12，分離成近似電流信號DC成分的低頻電流成分和包括數據序列的高頻電流成分。
低頻電流成分經過電流-電壓變換電路13進行電流-電壓變換輸入到比較器14，然後輸入到偏置電路15。
使用圖2來更詳細說明光接收元件的電流成分。圖2的光接收元件的電流波形是在數字音頻光纖鏈路和車載MOST等中使用的二相符號調製的光信號入射到光接收元件時的波形。圖2的波形是數據序列為[1001101011]的情況。
該光接收元件的電流波形通過使用濾波器電路被分離為低頻電流成分和高頻電流成分。即，原本相對於高電平和低電平(零)的二個值的波形，為了殘留絕對值相同而極性相反的2值波形的高頻電流成分(電流波形B)，而去除DC電流成分(低頻電流成分)(電流波形A)。從而，知道該光接收元件的電流波形可以是電流波形A和電流波形B的和。電流波形A為低頻電流成分並在數據序列很長的情況下成為DC電流成分。電流波形B為高頻電流成分，並且是包含數據序列信息的信號。
光信號輸入到光接收元件上，如果產生如圖2所示的光接收元件的電流波形，那麼相當於電流波形A的低頻電流就被通過上述電流-電壓變換電路13變換成電壓，並且如果該電壓處於某一定電平之上，則就反轉比較器14的輸出，將偏置電路15從待機模式切換到動作模式。從而，通過向前置放大器16、後置放大器17、比較器18提供偏置電流來開始運行信號處理電路20。
一方面，包括數據序列的高頻電流在前置放大器16中進行了電流-電壓變換，在後置放大器17中被進一步放大，通過比較器18進行波形整形，作為數位訊號向信號輸出端子19輸出。
如果光信號沒有到達光接收元件，那麼就沒有如上圖2所示的光接收元件的電流波形。這樣，使用濾波器電路將其分成低頻電流成分和高頻電流成分的結果就成為任意值「通常為零」。因此，如果低頻電流成分被電流-電壓變換電路13變換成電壓，那麼其電壓通常變為零，並且不再滿足上述「處於某一定電平之上」的條件。這樣，不通過反轉比較器14的輸出，就可以將偏置電路15的從動作模式切換到待機模式。從而，不再給前置放大器16、後置放大器17、比較器18供給偏置電流，信號處理電路停止操作，進入待機模式。如此，偏置電路15在待機模式時停止向各信號處理電路模塊供給偏置電流，具有關閉的功能。即，在待機模式時，在輸出相當於數據序列的信號(高頻電流成分)的部分中，電流不能夠流動。更正確地說，能夠抑制設備的電流洩漏程度。
這樣，通過檢測傳送信號的低頻電流成分，在光信號入射到光接收元件時進入動作模式，通過在不能輸入光信號的時候切換到待機模式，從而能夠實現適於電池低電流消耗動作的光接收機。由於光接收元件和光接收機可以作為OPIC在1個晶片上形成單片，所以有利於接收機的小型化。
(實施例2)如圖3所示，被調製的光信號通過光接收元件PD1被變換成電流信號。在光接收機待機時，N溝道MOSFET(MN1)的柵極電壓變為高電平，由於MN1被接通，所以電容C1的單方電極接地到GND電平。通過由電阻R1和通過MN1接通而接地的電容C1構成的濾波器電路，在光接收元件中流動的電流的低頻成分流過電阻R1，高頻成分流過電容C1。具體來說，流過電阻R1的電流fc＝1/{2π·(R1+Vt/IDC_PD)·C1}(其中，Vtk·T/qk玻爾茲曼常數T絕對溫度q元電荷IDC_PD流過光接收元件PD1的DC電流成分)成為通過具有截止頻率的低通濾波器的電流信號，而流過電容C1的電流成為通過具有上述截止頻率fc的高通濾波器的電流信號。
在數字音頻使用的光纖鏈路和車載光纖MOST規格等的光纖通信中經常使用的二相符號調製的信號由於可以保持50％的佔空比，所以通過上述濾波電路，可以分離成DC電流成分和AC電流成分(在25Mbps二相信號的情況下，50MHz和25MHz的AC電流成分)。
流過電阻R1的DC電流，通過由PNP電晶體QP1和QP2構成的電流反射鏡來改變電流的方向，並通過電阻R3變化成電壓。
入射光較弱時(通過R1的電壓下降較低時)，由於光接收元件PD1的偏置電壓VR可以設定為高的Vcc-Vbe(例如，Vcc＝5V時，如果QP1的Vbe為0.6V，那麼VR＝4.4V)，在光接收元件為光電二極體的情況下，由於寄生電容變小，所以有利於光接收機的高速化和低噪聲化。
另外，通過使得QP1和QP2的發射極面積比為1∶N，可以通過電流反射鏡使電流放大N倍。如果電阻R3兩端的電壓超過比較器COMP1的閾值，那麼比較器COMP1的輸出就從高電平變為低電平，從而起動偏置電路15。偏置電路15一旦起動，就向作為信號處理電路20的AMP1、AMP2、AMP3、COMP2供給偏置電流，從而起動信號處理電路20(變化到動作模式)。另外，通過N溝道MOS FET(MN1)的柵極電壓變為低電平，MN1關閉，從而，包含在電容C1中流動的調製信號的AC電流成分被輸入到由AMP1、Rf1、Cf1構成的電流-電壓變換放大器即電流-電壓變換電路中。
另外，在AMP1起動的時候，由於電流-電壓變換放大器的輸入阻抗變低，所以既使關閉MN1，通過使電容C1接地，也具有使得由電阻R1、電容C1構成的濾波器電路在待機模式時和動作模式時的截止頻率等的特性變化減少的好處。
而且，光接收元件PD2是具有與光接收元件PD1相同面積的假光接收元件，通過使用其陰極進行遮光，可以起到除去電磁噪聲和電源線噪聲的同相成分的噪聲等的效果。在假光接收元件PD2中，也通過連接與光接收元件PD1連接的相同常數的元件(R2＝R1，C2＝C1，MN2＝MN1，AMP2＝AMP1，Rf2＝Rf1，Cf2＝Cf1)，能夠實現抗電源噪聲和外界幹擾噪聲的強的光接收機。
由AMP1變換成電壓的信號，通過電容C3輸入到AMP3。電阻R ref1、R ref2通過恆壓源V ref連接到放大電路AMP3的輸入端，用於決定AMP3輸入動作點的電阻。上述信號通過AMP3進行放大，由比較器COMP2進行波形整形，從而作為數位訊號輸出到輸出端子。
另外，從COMP1的輸出從由高電平變到低電平的瞬間到偏置電路和信號處理電路起動為止的時間內，存在延時。因此，在COMP1的輸出中，設置了裝配了延遲電路25的STATUS端子，通過將延遲電路25的時間常數設定為比信號處理電路的輸出為穩定所需的時間更長，從而，在輸入光信號之後輸出十分穩定的時候，反轉STATUS端子。因此，還能夠使用作為連接到後段的微計算機等的起動信號。
另外，如圖3的括號內所示的那樣，在輸出被反轉時，電流就不能再流向比較器COMP1，通過兩段連接CMOS的施密特觸發器和反相器二段接續，從而還可以使得在沒有光信號入射時光接收機的電流消耗幾乎為零。
(實施例3)如圖4所示，在圖3的結構之上，在光接收元件PD1中的流動的低頻電流被PNP電晶體QP1和QP4構成的電流反射鏡放大，由電阻R mon進行電壓變換，從而通過緩衝器B輸出到監視器(MON ITOR)端子。從而，可以監視入射到光接收元件PD1的光信號強度。另外，通過多段接續電流反射鏡，由於組合了窗口比較器，所以只有入射光接收元件的光信號處於某一定範圍時，接收機才可以進入動作模式。
(實施例4)如圖5所示，在圖3的結構之上，在光接收元件中設置由二極體D1、電阻R4構成的壓縮電路。從而，既使在輸入大光量的光信號時，也能夠防止電阻R1的電壓降增大，從而能夠防止光接收元件PD1的偏置電壓降低。通常，電阻R4設定為電阻R1的1/10左右。
另外，通過在由AMP1、Rf1、Cf1構成的電流-電壓變換放大器中設置由Df1、Df2、Rf3、Cf3構成的壓縮電路，可以抑制輸入大光量光信號時輸出脈衝失真的增加。
特別地，由於在用於車載光纖MOST規格中，光輸入範圍為-2dBm～-23dBm與現有數字音頻用的光纖鏈路的光輸入範圍-14dBm～-24dBm的比較範圍變寬，所以壓縮電路的設置起到了擴大動態範圍的效果。
另外，由於通過C1輸入與AC結合，所以佔空比為50％的二相調製信號可以由Df1、Df2雙向壓縮，從而閾值正好達到信號的50％。因此，具有減少輸出偏置失真的好處。
(實施例5)如圖6所示，在圖3的結構的比較器COMP2和輸出OUT端之間，設置了控制是否輸出的輸出控制電路27，並設置了檢測比較器COMP2的輸出佔空比的佔空比檢測電路28和檢測比較器COMP2的輸出頻率的頻率檢測電路29。而且，由AND1對前述2個檢測電路(28，29)的輸出和通過延遲電路25的偏置電路15的起動信號進行AND運算的信號被作為狀態STATUS端子輸出，並將其作為輸出控制電路27的控制信號。
在前述2個檢測電路(28，29)中，當輸入的光信號是所設定希望的正確調製信號時，分別存儲、設定比較器COMP2的輸出佔空比和頻率。前述2個檢測電路(28，29)檢測輸入的比較器COMP2的輸出佔空比和頻率是否與設定的佔空比和頻率一致，只有在一致的時候，前述2個檢測電路(28，29)才判斷輸入的光信號為設定的調製信號，並輸出真(高)信號。
從而，在被輸入的光信號僅在為設定的調製信號時，才可以從信號輸出端子輸出輸出信號。
這樣，本發明基於在發光元件中產生的電流信號的低頻電流的大小來起動信號處理電路。即，本發明通過檢測光接收元件的DC電流成分(低頻電流成分)，在作為待機模式的關閉模式和動作模式之間切換接收機電路，可以使得在沒有入射光信號時的光接收機的電流消耗幾乎為零(設備的洩漏電流程度)。
另外，由於無需來自外部的關閉控制信號，所以能夠實現對低電能消耗有利的光接收機。
本發明還能適用於像能夠減少待機時流動電流的光接收機那樣的用途。
另外，自始至終，在發明的詳細說明中以具體實施形態或實施例來說明對本發明的技術內容，不應該僅限定為這樣的具體例子來狹義地進行解釋，在本發明的精神和下面記載的權利要求的範圍內，可以進行各種變更來實施。
權利要求
1.一種光接收機，其包括輸出處理由光接收元件接收的數據的信號處理電路，其特徵在於，設置有分離由上述光接收元件產生的電流信號的低頻電流和高頻電流的濾波電路；和將上述低頻電流變換成電壓的電流-電壓變換電路；和通過上述電流-電壓變換電路的輸出起動信號處理電路的偏置電路。
2.根據權利要求1所述的光接收機，其特徵在於，在上述濾波器電路中，電阻和電容連接到上述光接收元件上，上述光接收元件通過上述電容連接到上述信號處理電路，在上述電容和信號處理電路之間連接了接地用開關元件，該接地用開關元件在待機模式時通過上述偏置電路切換成接地。
3.根據權利要求2所述的光接收機，其特徵在於，上述信號處理電路包括初段電流-電壓變換電路和在其之後的後段電流-電壓變換電路，當上述信號處理電路的初段電流-電壓變換電路起動時，輸入阻抗變低。
4.根據權利要求3所述的光接收機，其特徵在於，在連接到上述光接收元件的電阻上並聯連接了壓縮電路。
5.根據權利要求3所述的光接收機，其特徵在於，在上述信號處理電路的初段電流-電壓變換電路的反饋電阻上並聯連接了雙向壓縮電路。
6.根據權利要求1所述的光接收機，其特徵在於，上述電流-電壓變換電路包括放大電流的電流反射鏡；和電壓變換用的電阻；一旦進行上述電壓變換用的電阻的兩端的電壓超過某一電壓時，相對於偏置電路，輸出將上述信號處理電路切換到動作模式的指示的比較器。
7.根據權利要求6所述的光接收機，其特徵在於，將上述比較器輸出作為狀態信號向外部取出。
8.根據權利要求7所述的光接收機，其特徵在於，通過具有比上述信號處理電路穩定時間長的時間常數延遲電路，將上述比較器電路的輸出作為上述狀態信號向外部取出。
9.根據權利要求7所述的光接收機，其特徵在於，在上述信號處理電路的輸出和上述信號輸出端子之間包括輸出控制電路，其只有在上述信號處理電路的輸出佔空比和頻率為「輸入的光信號為設定的希望的正確調製信號時的、上述信號處理電路的輸出的佔空比和頻率」的時候，才從上述信號處理電路向上述信號輸出端子輸出信號。
10.根據權利要求6所所述的光接收機，其特徵在於，還包括的監視器端子，其通過多段連接電流反射鏡和電阻來監視入射到光接收元件上的光強度。
全文摘要
一種光接收機，其設置有分離光接收元件產生的電流信號的低頻電流成分和高頻電流成分的低頻、高頻電流分離濾波器電路，將低頻電流成分變換成電壓的電流－電壓變換電路和通過電流－電壓變換電路的輸出起動信號處理電路的偏置電路。因而，可以使得在沒有輸入光信號時的光接收機的電流消耗(設備的洩漏電流程度)幾乎為零。另外，不需要來自外部的關閉控制信號就可以實現低電能消耗的有利的光接收機。因此，能夠實現減少待機時流動電流的光接收機。
文檔編號H02H3/00GK1691549SQ20051007832
公開日2005年11月2日 申請日期2005年3月29日 優先權日2004年3月29日
發明者清水隆行 申請人:夏普株式會社