JP5339088B2 - 光受信回路および信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、光受信回路に係わり、特に変調符号としてゼロ復帰符号（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ：ＲＺ）の差動位相シフトキーイング（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＤＰＳＫ）やゼロ復帰符号（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ：ＲＺ）の差動四相位相シフトキーイング（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＱＰＳＫ）の光信号を受信して復調する光受信回路に関するものである。

長距離光伝送システムでは、１本の光ファイバー中に複数の波長の光信号を多重化して伝送するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送技術を適用し、経済的に、かつ大容量の情報伝送を実現している。ＷＤＭ伝送装置では、装置コスト低減のために波長当たりの伝送速度の高速化が検討されており、現在は波長当たり１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度が実用化され、さらに４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送が検討されている。
伝送速度を１０Ｇｂｉｔ／ｓから４０Ｇｂｉｔ／ｓに高度化するにあたっての主要な課題として、光雑音に対する耐力（ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ：Ｓ／Ｎ比）の向上があげられる。長距離伝送では、伝送路及び光送受信器において用いられる光増幅器で発生する光雑音により伝送距離が制限される。同じ変復調方式を用いた場合の雑音耐力は、伝送速度４０Ｇｂｉｔ／ｓの場合には伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓの１／４になってしまう。このため、伝送速度４０Ｇｂｉｔ／ｓでは光雑音耐力の高い変復調方式が検討されている。変復調にＲＺ−ＤＰＳＫを用い、受信側で遅延干渉計を用いたバランスド受信器を用いる構成が、その代表的な方式となっている。
図１０に、ＲＺ−ＤＰＳＫ信号を復調する光受信回路の一例を示す。図１０において、１ビット遅延干渉計１０２は、１組の導波路の一方に１ビット遅延素子を備えており、互いに隣接するビット間の位相差に応じた１組の２つの光信号１０３，１０３を出力する。２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４は、干渉計１０２から出力される２つの光信号１０３，１０３を強度変調信号に変換する。この２つのＰＤ１０４，１０４のアノードとカソードを接続させることにより、２つの信号の差分を出力してＲＺ−ＤＰＳＫ信号を復調する。復調された出力信号は、負帰還（帰還抵抗１０６）を持つトランスインピーダンスアンプ１００−１によって、電流信号から電圧信号に変換され、増幅される。
またＲＺ−ＤＰＳＫ信号を復調する別の構成を、図１１に示す。図１１では２つのＰＤ１０４，１０４を直接、トランスインピーダンスアンプ１００−２の差動アンプに接続し、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００−２で信号の差分を出力してＲＺ−ＤＰＳＫ信号を復調している。
光信号の受信回路に関連する先行特許文献として特許文献１乃至３がある。特許文献１（特開２００６−５０１４６号公報）や特許文献２（特開２００７−１５８６００号公報）には、ＲＺ−ＤＰＳＫ信号の光受信回路が開示されている。これらの光受信回路は、その構成は異なるが、基本的には図１０に示す回路に相当する回路である。特許文献３（特開平８−３３１０６４号公報）には、振幅の中点で交差するようにオフセットを調整する光受信回路が開示されている。特許文献３の方法は、本発明の負帰還閉ループのレベルを調整する方法とは全く異なるものである。上記したように先行特許文献に開示された光受信回路には、本発明の技術は開示されておらず、本発明は上記先行特許文献から容易に類推できるものではない。

上述したＲＺ−ＤＰＳＫ変調の光受信回路においては、復調されるまでに２つの信号に１ビットの位相差が精度良く保たれることや信号の強度が同じであることが必要である。しかしながら、実際には光信号が干渉計やレンズを透してＰＤに入力されるまでの２つの光信号の強度や光路差、また２つのＰＤの変換効率の差によって、２つの信号の受信強度や位相が保持されないことがある。これらの信号の受信強度の違いや位相のズレは、復調後の波形の乱れやジッタの増加を生じさせ、ひいては位相余裕度や受信感度を悪化させる。また、これらの光路差や光の受信強度を高精度に制御することは困難である。
図１２Ａ及び図１２Ｂに、ＲＺ−ＤＰＳＫ信号の復調前の２つの信号に強度差が生じた場合の信号波形及び復調後の信号波形の例を示す。図１２Ａは復調前の２つの信号の波形であり、図１２Ｂは復調後の正相および逆相の信号波形である。このように復調信号では、“１”の振幅（Ｖ１）と“０”の振幅（Ｖ０）とでは、Ｖ１＞Ｖ０となり、その振幅レベルが違ってくる。そのため光受信回路の余裕度や受信感度を悪化させるという問題がある。
本発明は、上記の様な問題点を解消するためになされたもので、光路差や光の受信強度の差を、補正できる光受信回路および信号処理方法を提供するものである。
本発明の一形態による光受信回路は、１ビット遅延干渉計と、２つのフォトダイオードと、そのフォトダイオードの電流信号を電圧に変換してゼロ復帰符号の差動シフトキーイングにより変調された信号を復調する復調回路とを備え、復調回路を構成する差動型のトランスインピーダンスアンプに、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整する機能を有するレベル調整回路を備えたことを特徴とする。
本発明の他の形態による信号処理方法は、入力された正相および逆相信号のレベルを増幅し、その増幅した正相および逆相信号の信号振幅レベルを調整し、その振幅を調整した正相および逆相信号を入力に帰還させ、復調された正相および逆相信号を出力することを特徴とする。
本発明においては、ＲＺ−ＤＰＳＫ信号の復調までに生じる２つの信号の位相ズレや光の受光強度の差を、復調時のトランスインピーダンスアンプの２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することで補正する。レベルを調整し、波形補正を行うことにより、受信感度や位相余裕度の向上した光受信回路および信号処理方法が得られる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光受信回路のブロック図である。
図２は、図１の光受信回路の回路構成例を示す回路図である。
図３は、図１の光受信回路に用いられる差動アンプの入力ＤＣレベルに差を生じさせた場合の利得の周波数依存性を示すグラフである。
図４Ａは、図１の光受信回路におけるＰＤからの電流信号の一例を示す波形図である。
図４Ｂは、帰還信号のレベルを調整しない場合の、図１の光受信回路の出力信号の一例を示す波形図である。
図４Ｃは、帰還信号のレベルを調整した場合の、図１の光受信回路の出力信号の一例を示す波形図である。
図５は、本発明の第２の実施形態に係わる光受信回路のブロック図である。
図６Ａは、図５の光受信回路に用いられる差動型トランスインピーダンスアンプの正相および逆相の出力信号の波形図である。
図６Ｂは、図５の光受信回路に用いられる差動型トランスインピーダンスアンプの正相および逆相の出力信号のアイパターンを示す図である。
図６Ｃは、図５の光受信回路（ＤＣレベル補正回路）の正相および逆相の出力信号の波形図である。
図６Ｄは、図５の光受信回路（ＤＣレベル補正回路）の正相および逆相の出力信号のアイパターンを示す図である。
図７は、本発明の第３の実施形態に係わる光受信回路の回路図である。
図８は、本発明の第４の実施形態に係わる光受信回路の回路図である。
図９は、本発明の第５の実施形態に係わる光受信回路の回路図である。
図１０は、従来の第１の光受信回路を示す回路図である。
図１１は、従来の第２の光受信回路を示す回路図である。
図１２Ａは、従来の光受信回路におけるＲＺ−ＤＰＳＫ信号の復調前の２つの信号に強度差が生じた場合の信号波形の例を示す図である。
図１２Ｂは、図１２Ａの信号波形を持つ２つの信号を復調した場合の信号波形を示す図である。

以下に本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図４Ｃを参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態における光受信回路のブロック図である。図２は、その回路構成例を示す回路図である。図３は、ＲＺ−ＤＰＳＫ復調前後の利得の周波数依存性、図４Ａ〜４ＣはＲＺ−ＤＰＳＫ復調前後の信号波形をそれぞれ示す。
図１に示す光受信回路は、１ビット遅延干渉計１０２と、互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つ光信号１０３，１０３を受光する２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４と、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００で構成される。トランスインピーダンスアンプ１００は、２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４からの２つ光信号１０３，１０３を入力される差動アンプ１０５と、レベル調整回路１０７と、そのレベル調整回路１０７の出力を差動アンプ１０５の入力に帰還させる帰還抵抗１０６，１０６を備える。レベル調整回路１０７は、負帰還の正相及び逆相信号のレベルを調整する回路である。ここでの差動型のトランスインピーダンスアンプ１００は復調回路であり、変調波形を入力され、復調波形を出力する回路である。
ＲＺ−ＤＰＳＫ変調された１組の光信号１０１が１ビット遅延干渉計１０２に入力される。１ビット遅延干渉計１０２にて互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つの光信号１０３，１０３が出力され、２つのＰＤ１０４，１０４に入力される。２つのＰＤ１０４，１０４で光−電気変換を行い電流の強度変調信号に変換される。変換された電流信号は、負帰還を持つ差動型のトランスインピーダンスアンプ１００において、電圧信号に変換される。同時に２つの入力信号の差分を出力して復調され、復調された正相および逆相の２つのＲＺ−ＤＰＳＫ復調信号（ＯＵＴ１１４、ＯＵＴＢ１１５）が出力される。この場合、復調前の２つの信号の強度の差は、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の内部に構成されたレベル調整回路１０７によって調整される。レベル調整回路１０７により２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整し、レベルが補正された復調信号が出力される。
ここで、差動型トランスインピーダンスアンプ１００における２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することによって、復調前の２つの信号の強度差を補正できる機能を説明する。図２には、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００を構成する回路例を示す。トランスインピーダンスアンプ１００は、ＰＤ１０４，１０４からの信号を差動入力とする差動アンプ１０５と、その出力をそれぞれ入力とする２つのエミッタフォロワ回路１１３，１１３と、エミッタフォロワ回路１１３，１１３の出力と差動アンプ１０５の入力間に接続された２つの帰還抵抗１０６，１０６と、差動アンプ１０５のそれぞれの出力に接続された２つの定電流源からなるレベル調整回路１０７から構成される。
２つのエミッタフォロワ回路１１３，１１３からは、それぞれ正相および逆相信号として復調されたＯＵＴ１１４およびＯＵＴＢ１１５が出力される。ここではトランジスタをバイポーラトランジスタで構成したが、ＭＯＳ等のＦＥＴで構成することもできる。例えばＭＯＳ等のＦＥＴで構成する場合には、エミッタフォロワ回路１１３はソースフォロワ回路として構成できる。
差動アンプ１０５の出力は、それぞれ２つのエミッタフォロワ回路１１３，１１３の入力に接続され、そのエミッタフォロワ回路１１３，１１３の出力を差動アンプ１０５の入力端子に帰還させている。ここで差動アンプ１０５の出力に接続された定電流源の値を調整し、例えば異ならせることで、エミッタフォロワ回路１１３，１１３の出力レベルを調整することができる。この調整したエミッタフォロワ回路１１３，１１３の出力を帰還抵抗１０６，１０６により、差動アンプ１０５の入力に帰還させている。この帰還閉ループにより正相および逆相信号のレベルを調整することができる。
この回路１００は、帰還抵抗１０６により出力が入力に負帰還された回路になっている。通常は差動の２つの帰還閉ループの正相および逆相の信号ラインは、同じ電圧レベルに設定されるので、正相および逆相出力では全く同じ利得や周波数特性を示す。しかしながら、正相および逆相でその設定レベルを変えると入力のレベルも変化し周波数特性に変化が生じる。図３に差動アンプ１０５の入力ＤＣレベルに差を生じさせた場合の周波数特性を示す。図３においては、例えばラインＡは正相、ラインＢは逆相の利得の周波数特性を示す。図３を見ると分かるように、高い周波数で正相と逆相において、利得の差が生じている。これは、初段のトランジスタの入力バイアスが異なることで、トランジスタの高周波特性のバイアス依存性により生じる。したがって入力レベルを変えることにより増幅率を変えることができ、入力の信号の強度差に応じて増幅率を変えることにより、補正出来る。これはＲＺ信号の特性を活かしている。
図４Ａに２つの信号の強度に差が有る場合のＰＤ１０４，１０４からの２つの電流信号の波形、図４Ｂ及び図４Ｃに差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の復調波形（正相及び逆相信号）をそれぞれ示す。ここでは、分かりやすくするために復調前の２つの信号が“０”の場合を示す。実際には２つとも“０”の場合は無いが、復調後は“１”と“０”の中心レベルになる。差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の負帰還の正相および逆相信号の設定レベルが同じである場合、図４Ｂに示すように復調後には“１”と“０”の信号の振幅は異なっている（Ｖ１＜Ｖ０）。しかしながら、図４Ｃに示すように、設定レベルを変えると、“１”と“０”の中心レベルが変化し、“１”と“０”の信号の振幅を同じにすることができる（Ｖ１＝Ｖ０）。
したがって、入力信号の強度差に応じて、差動型アンプ１００の中心レベルを変えることによって、復調後の波形の大きさを補正出来る。この現象は、ＤＰＳＫ信号の特性を活かしている。また、トランスインピーダンスアンプ１００の正相および逆相の出力は、レベル調整回路でレベル調整することで信号振幅は等しいが、後述するようにＤＣレベルが異なる場合がある。そのため図１及び図２に示すように復調後の正相および逆相の出力ＯＵＴ１１４、ＯＵＴＢ１１５にＤＣを通さないコンデンサ１１６，１１６を備え、次段とＡＣ結合により接続する構成としても良い。
以上説明したように、差動型トランスインピーダンスアンプ１００において、レベル調整回路１０７によりエミッタフォロワ回路１１３，１１３の出力レベルを調整し、そのレベルを差動アンプ１０５に帰還する。この負帰還閉ループにより正相および逆相信号のレベルを調整することができる。復調前の２つの信号の強度差を補正し、“１”と“０”の信号振幅を同じ大きさにする。このように正相および逆相信号のレベルを調整し、信号振幅を同じにすることで、受信感度や位相余裕度の向上した光受信回路が得られる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を、図５及び図６Ａ〜図６Ｄを参照して説明する。図５に第２の実施形態に係るＲＺ−ＤＰＳＫ信号の光受信回路のブロック図を示す。図６Ａ〜図６Ｄに本発明の光受信回路の効果を示すＤＣレベル調整前後の信号波形を示す。本実施形態の光受信回路は、第１の実施形態の光受信回路の後段に、メインアンプ１０８と、ＤＣレベル差を補正するＤＣレベル補正回路１０９が追加されている。
詳述すると、図５の光受信回路は、１ビット遅延干渉計１０２と、２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４と、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００と、メインアンプ１０８と、ＤＣレベル補正回路１０９から構成されている。１ビット遅延干渉計１０２は光信号１０１を入力され、互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つ光信号１０３，１０３を出力する。２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４は、その光信号１０３，１０３を受光し、電流信号に変換する。
トランスインピーダンスアンプ１００は、２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４からの信号を入力される差動アンプ１０５と、レベル調整回路１０７と、レベル調整回路１０７の出力を差動アンプ１０５の入力に帰還させる帰還抵抗１０６，１０６を備える。レベル調整回路１０７は、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整する。さらにトランスインピーダンスアンプ１００の後段にはメインアンプ１０８とＤＣレベル補正回路１０９が設けられている。メインアンプ１０８はトランスインピーダンスアンプ１００からの復調された正相および逆相信号を増幅し、ＤＣレベル補正回路１０９はその正相および逆相信号のＤＣレベル差を補正する。
ＲＺ−ＤＰＳＫ変調された１組の光信号１０１が１ビット遅延干渉計１０２に入力される。１ビット遅延干渉計１０２にて互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つの光信号１０３，１０３が出力され、２つのＰＤ１０４，１０４に入力される。２つのＰＤ１０４，１０４で光−電気変換を行い、電流の強度変調信号に変換される。変換された電流信号は、負帰還を持つ差動型のトランスインピーダンスアンプ１００において、電圧信号に変換される。同時に、２つの入力信号の差分を出力して復調され、正相および逆相の２つのＲＺ−ＤＰＳＫ復調信号を得る。この場合、復調前の２つの信号の強度の差は、レベル調整回路１０７によって２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルが調整され、補正された正相および逆相信号として出力される。
差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の出力は、メインアンプ１０８で増幅される。この差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の出力は、レベル調整回路１０７により調整されることから、復調信号の中心ＤＣレベルが正相および逆相信号で異なる場合がある。そこで、ＤＣレベル補正回路１０９によって復調信号の正相および逆相波形のＤＣレベルを補正する。
図６Ａ及び図６Ｂに差動型トランスインピーダンスアンプ１００の正相および逆相の出力波形とアイ出力波形を、それぞれ示す。図６Ｃ及び図６ＤにＤＣレベル補正回路１０９によりＤＣレベルを補正した後の出力波形及びアイ出力波形を、それぞれ示す。これらの図においては、正相および逆相は一方を実線、他方を破線で示している。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、レベル調整回路１０７によって２つの信号の強度差を調整された復調信号は、正相および逆相信号では、“１”、“０”の振幅は等しいが、そのＤＣレベルは異なっている。しかしながら図６Ｃ及び図６Ｄに示すように、さらにＤＣレベル補正回路１０９によってＤＣレベルを補正することでＤＣレベルを等しくし、全く同じ振幅及び中心レベルを持つ正相および逆相信号波形が得られる。
アイ出力波形を示す図６Ｂと図６Ｄとを比較する。図６Ｂに示すアイ出力波形は、そのレベルが調整され正相および逆相における“１”、“０”の振幅（レベル）は等しくなっている。しかし正相および逆相における“１”、“０”の中心レベルであるＤＣレベルが異なり、ＤＣレベルがずれたアイ出力波形となっている。しかし図６Ｄに示すアイ出力波形はレベルおよびＤＣレベルが調整され、正相および逆相における“１”、“０”の振幅（レベル）およびＤＣレベルとも同じである。そのため正相および逆相のアイ出力波形は、重なって同じ波形として出力されている。
以上、説明したように差動型トランスインピーダンスアンプ１００における２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを、レベル調整回路１０７により調整する。復調前の２つの信号の強度差を補正して、復調後の正相および逆相信号の信号振幅を同じ大きさにする。さらに、レベル補正回路１０９によって、復調後に生じるＤＣレベルの差を補正する。このようにして、復調後の正相および逆相信号波形を同じ（対称）にすることができる。復調後の正相および逆相信号波形を同じにすることで、受信感度や位相余裕度の向上した光受信回路が得られる。
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態を、図７を参照して説明する。図７に第３の実施形態にかかるＲＺ−ＤＰＳＫ信号の光受信回路の回路図を示す。本実施形態の光受信回路は、第１の実施形態の光受信回路と同じ機能を有する光受信回路の他の回路構成例である。
図７の光受信回路は、１ビット遅延干渉計１０２と、互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つ光信号１０３，１０３を受光する２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４と、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００と、出力アンプ１１０で構成される。差動型のトランスインピーダンスアンプ１００は、２つのＰＤ１０４，１０４が入力に接続された差動アンプ１０５と、差動アンプ１０５の正相および逆相の出力に接続されたトランジスタと抵抗からなる２つのエミッタフォロワ回路１１３，１１３と、それぞれのトランジスタのエミッタ端子から差動アンプ１０５の入力に接続された２つの帰還抵抗１０６，１０６から構成されている。２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整するレベル調整回路１０７は、差動回路で構成されている。この差動回路の２つの出力は、差動アンプ１０５の出力と２つのエミッタフォロワ回路１１３の入力の間に接続されている。
レベル調整回路１０７を構成する差動回路の差動トランジスタの入力は入力端子１１１，１１１を備え、差動トランジスタに流れる電流を制御することで、その出力レベルを制御する。レベル調整回路１０７は、差動トランジスタの出力（コレクタ）レベルを制御することにより、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整する。復調前の２つの信号に強度差がない場合には、差動回路の入力端子１１１，１１１に同じ電位を与え、差動トランジスタのレベルを同じくする。そのため、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルは同じになり、そのまま復調し増幅される。
復調前の２つの信号に強度差が生じた場合には、差動回路の入力端子１１１，１１１に異なる電位を与え、差動トランジスタの出力レベルを異ならせる。レベル調整回路１０７の差動トランジスタのレベルを調整し異ならせることで、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することができる。その結果復調後の波形としては、２つの信号に強度差の影響を補正して出力される。トランスインピーダンスアンプ１００からの出力は、出力アンプ１１０で増幅されＯＵＴ１１４、ＯＵＴＢ１１５として出力される。
本実施形態では、入力端子１１１，１１１により２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベル調整を外部から調整した。しかし、一方を例えば抵抗を用いて回路内部で構成し、他方を外部で調整することもできる。また、トランジスタをバイポーラトランジスタで構成したが、ＭＯＳ等のＦＥＴで構成しても良い。またトランスインピーダンスアンプ１００と出力アンプ１１０との接続はＤＣ的な接続の代わりに、ＡＣ接続とすることもできる。例えば、図において引き出し線（矢印）で示すように、復調後の正相および逆相の出力にＤＣを通さないコンデンサ１１６，１１６を備え、ＡＣ結合により次段の出力アンプと接続する構成としても良い。
以上説明したように、差動型トランスインピーダンスアンプ１００において、レベル調整回路１０７の差動トランジスタの入力を外部から制御し、その出力レベルを調整する。レベル調整回路１０７によりエミッタフォロワ回路１１３，１１３の出力レベルを調整し、そのレベルを差動アンプ１０５に帰還する。この負帰還閉ループにより正相および逆相信号のレベルを調整することができる。復調前の２つの信号の強度差を補正し、復調後の“１”と“０”の信号振幅を同じ大きさにする。このように正相および逆相信号のレベルを調整し、信号振幅を同じにすることで、受信感度や位相余裕度の向上した光受信回路が得られる。
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態を、図８を参照して説明する。図８に第４の実施形態にかかるＲＺ−ＤＰＳＫ信号の光受信回路の回路図を示す。本実施形態の光受信回路は、第１の実施形態の光受信回路と同じ機能を有する光受信回路のさらに他の回路構成例である。本実施形態は、レベル調整回路１０７とエミッタフォロワ回路１１３，１１３を合体した回路構成である。以下の説明では、レベル調整回路１０７とエミッタフォロワ回路１１３，１１３とをまとめて、レベル調整回路１０７として記載する。
図８の光受信回路は、１ビット遅延干渉計１０２と、互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つ光信号１０３，１０３を受光する２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４と、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００と、出力アンプ１１０で構成される。差動型のトランスインピーダンスアンプ１００は、２つのＰＤ１０４，１０４が入力に接続された差動アンプ１０５と、エミッタフォロワ回路からなるレベル調整回路１０７と、エミッタフォロワ回路の出力と差動アンプ１０５の入力間に接続された２つの帰還抵抗１０６，１０６から構成されている。
レベル調整回路１０７は、差動アンプ１０５からの出力または外部からのレベル調整端子１１１，１１１からの電位が入力される２つのトランジスタが電源間に縦続接続されている。この回路１０７では、外部からのレベル調整端子１１１，１１１からの電位が入力されるトランジスタが可変抵抗となり、エミタフォロワ回路を構成する。レベル調整端子１１１，１１１からの入力電位により、トランジスタを流れる電流を制御することで、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを制御する。差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の後段に接続された出力アンプ１１０は、補正された出力ＯＵＴ１１４，ＯＵＴＢ１１５を出力する。
２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベル調整は、レベル調整端子１１１，１１１からの電位によりエミッタフォロワ回路に流れる電流を調整することで可能となる。復調前の２つの信号に強度差がない場合には、エミッタフォロワ回路を構成するトランジスタのレベル調整端子に、同じ入力電位を与える。このときは、負帰還の正相および逆相の２つの信号のレベルは同じになり、そのまま復調し増幅される。復調前の２つの信号に強度差が生じた場合には、エミッタフォロワ回路のトランジスタのレベル調整端子１１１，１１１に異なる入力電位を与える。エミッタフォロワ回路に流れる電流を調整することで、負帰還の正相および逆相の２つの信号のレベルを調整することができる。復調後の波形としては、２つの信号に強度差の影響を補正して出力される。
本実施形態においては、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベル調整をエミッタフォロワ回路のトランジスタの入力端子からの外部入力により調整している。しかしこれらに限定されることなく、例えばカレントミラー回路を構成しても良い。さらに一方を例えば抵抗を用いて回路内部で構成し、他方を外部からの入力により調整しても良い。また、トランジスタをバイポーラトランジスタで構成したが、ＭＯＳ等のＦＥＴで構成しても良い。またトランスインピーダンスアンプ１００と出力アンプ１１０との接続は、ＤＣ的な接続の代わりに、ＡＣ接続とすることもできる。例えば、図において引き出し線（矢印）で示すように、復調後の正相および逆相の出力にＤＣを通さないコンデンサ１１６を備え、ＡＣ結合により次段の出力アンプと接続する構成としても良い。
以上説明したように、差動型トランスインピーダンスアンプ１００において、レベル調整回路１０７のエミッタフォロワ回路に流れる電流を制御する。レベル調整回路１０７によりエミッタフォロワ回路の出力レベルを調整し、そのレベルを差動アンプ１０５に帰還する。この負帰還閉ループにより正相および逆相信号のレベルを調整することができる。復調前の２つの信号の強度差を補正し、復調後の“１”と“０”の信号振幅を同じ大きさにする。このように正相および逆相信号のレベルを調整し、信号振幅を同じにすることで、受信感度や位相余裕度の向上した光受信回路が得られる。
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施形態を、図９を参照して説明する。図９に第５の実施形態にかかるＲＺ−ＤＰＳＫ信号の光受信回路の回路図を示す。本実施形態の光受信回路は、第２の実施形態の光受信回路の回路構成例である。
図９の光受信回路は、１ビット遅延干渉計１０２と、互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つ光信号１０３，１０３を受光する２つのフォトダイオード（ＰＤ）１０４，１０４と、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００と、メインアンプ１０８と、ＤＣレベル補正回路１０９と、出力アンプ１１０から構成されている。
差動型のトランスインピーダンスアンプ１００は、２つのＰＤ１０４，１０４が入力に接続された差動アンプ（１０５）と、レベル調整回路１０７と、差動アンプからの正相および逆相出力に接続されたトランジスタと抵抗からなる２つのエミッタフォロワ（１１３，１１３）と、エミッタフォロワの出力と差動アンプの入力間に接続された２つの帰還抵抗１０６，１０６から構成されている。レベル調整回路１０７はレベル調整端子１１１，１１１を備えた差動回路で構成され、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整する。レベル調整回路１０７を構成する差動回路の出力は、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の差動アンプの出力と２つのエミッタフォロワ回路の入力間の接続線に接続されている。このトランスインピーダンスアンプ１００の構成は、第３実施形態のトランスインピーダンスアンプ１００と同じである。
メインアンプ１０８は差動アンプから構成され、トランスインピーダンスアンプ１００からの復調された信号を入力され、ＤＣレベル補正回路１０９と出力アンプ１１０に出力する。ＤＣレベル補正回路１０９はＤＣレベル補正端子１１２，１１２を備えた差動回路構成である。ＤＣレベル補正回路１０９は、その出力がメインアンプ１０８の正相および逆相信号出力と出力アンプ１１０の入力間の接続線に接続され、ＤＣレベル差を補正する。出力アンプ１１０は、メインアンプ１０８からの出力を入力とするエミッタフォロワ回路と、そのエミッタフォロワ回路からの出力を入力とする差動アンプから構成され、ＯＵＴ１１４およびＯＵＴＢ１１５を出力する。
ＲＺ−ＤＰＳＫ変調された１組の光信号１０１が１ビット遅延干渉計１０２に入力される。１ビット遅延干渉計１０２にて互いに隣接するビット間の位相差に応じた２つの光信号１０３，１０３が出力され、２つのＰＤ１０４，１０４に入力される。２つのＰＤ１０４，１０４で光−電気変換を行い、電流の強度変調信号に変換される。変換された電流信号は、負帰還を持つ差動型のトランスインピーダンスアンプ１００において、電圧信号に変換される。同時に、２つの入力信号の差分を出力して復調され、正相および逆相のＲＺ−ＤＰＳＫ復調信号が得られる。
この場合、復調前の２つの信号の強度の差は、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の内部に構成されたレベル調整回路１０７によって調整される。２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することで、信号の強度の差は補正されて出力される。差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の出力はメインアンプ１０８で増幅される。しかしレベル調整回路１０７によりレベルが調整されることで、差動型のトランスインピーダンスアンプ１００の出力は、その正相および逆相の復調信号の中心レベルが異なる場合がある。そこで、ＤＣレベル補正回路１０９によって復調信号の正相および逆相の波形のＤＣレベルを補正する。
第２の実施の形態の場合と同様に（図６Ａ乃至図６Ｄを参照して説明したように）、レベル調整回路１０７によって復調された正相および逆相信号のＤＣレベルが異なっていても、ＤＣレベル補正回路１０９によってＤＣレベルを補正することで、全く同じ補正された信号波形（対称性を持つ信号波形）が得られる。
本実施形態では、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベル調整や、メインアンプの正相および逆相信号のＤＣレベル補正を外部から調整した。しかし一方を例えば抵抗を用いて回路内部で構成し、他方を外部で調整しても良い。また、トランジスタをバイポーラトランジスタで構成したが、ＭＯＳ等のＦＥＴで構成しても良い。
以上、説明したように差動型トランスインピーダンスアンプ１００における２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを、レベル調整回路１０７により調整する。復調前の２つの信号の強度差を補正して、正相および逆相信号の信号振幅を同じ大きさにする。さらに、ＤＣレベル補正回路１０９によって、復調後に生じるＤＣレベルの差を補正することで、正相および逆相信号波形を同じ（対称）にすることができる。正相および逆相信号波形を同じにすることで、受信感度や位相余裕度の向上した光受信回路が得られる。
以下に本発明の光受信回路の特徴を記載する。本発明の光受信回路は、１ビット遅延干渉計と、２つのフォトダイオードと、そのフォトダイオードの電流信号を電圧に変換してゼロ復帰符号の差動シフトキーイングにより変調された信号を復調する復調回路とを備え、復調回路を構成する差動型のトランスインピーダンスアンプに、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整する機能を有するレベル調整回路を備えたことを特徴とする。また、さらに差動型のトランスインピーダンスアンプによって生じる復調された正相および逆相信号のＤＣレベル差を補正する機能を有するＤＣレベル補正回路を差動型のトランスインピーダンスアンプの後段に設けることもできる。
また本発明の光受信回路は、前記差動型のトランスインピーダンスアンプが、２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続された差動アンプと、前記差動アンプの２つの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路と、前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の出力と前記差動アンプの入力間にそれぞれ接続された２つの帰還抵抗と、前記レベル調整回路から構成され、前記レベル調整回路は差動回路から構成され、前記差動回路の２つの出力は前記差動アンプの出力と前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の入力間の接続線にそれぞれ接続され、前記差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することもできる。
また本発明の光受信回路は、前記差動型のトランスインピーダンスアンプが、２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続された差動アンプと、前記レベル調整回路と、前記レベル調整回路の出力と前記差動アンプの入力にそれぞれ接続された２つの帰還抵抗とから構成され、前記レベル調整回路は前記差動アンプの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路から構成され、前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路に流れる電流を調整することで、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することもできる。
また本発明の光受信回路は、前記差動型のトランスインピーダンスアンプが、２つのフォトダイオードが２つの入力に接続された差動アンプと、前記差動アンプの２つの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路と、前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の出力と前記差動アンプの入力間にそれぞれ接続された２つの帰還抵抗と、前記レベル調整回路とから構成され、前記レベル調整回路は第１の差動回路から構成され、前記第１の差動回路の２つの出力は前記差動アンプの出力と前記２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の入力間の接続線にそれぞれ接続され、前記差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整し、さらに前記差動型のトランスインピーダンスアンプの後段に設けられたＤＣレベル補正回路が第２の差動回路から構成され、前記第２の差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで復調された正相および逆相信号のＤＣレベル差を補正することもできる。
また本発明の光受信回路は、前記差動型のトランスインピーダンスアンプが、２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続された差動アンプと、前記レベル調整回路と、前記レベル調整回路の出力と前記差動アンプの入力とにそれぞれ接続された２つの帰還抵抗から構成され、前記レベル調整回路は前記差動アンプの２つの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路から構成され、前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路に流れる電流を調整することで、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整し、さらに前記差動型のトランスインピーダンスアンプの後段に設けられたＤＣレベル補正回路が差動回路から構成され、前記差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで復調された正相および逆相信号のＤＣレベル差を補正することもできる。
また本発明の光受信回路において、ＤＣレベル補正回路でＤＣレベルを補正しないで、レベル調整回路でレベル調整した出力を次段に接続する場合にはコンデンサを備え、ＡＣ結合により接続することもできる。
本発明の信号処理方法は、入力された正相および逆相信号のレベルを増幅し、その増幅した正相および逆相信号の信号振幅レベルを調整し、その振幅を調整した正相および逆相信号を入力に帰還させ、復調された正相および逆相信号を出力することを特徴とする。さらに前記復調された正相および逆相信号のＤＣレベルを補正し、そのＤＣレベルを補正された復調後の正相および逆相信号を出力するようにすることもできる。
また、本発明の光受信回路は、一対のフォトダイオードと、該フォトダイオードに２つの入力がそれぞれ接続される差動アンプと、差動アンプからの２つの出力信号のレベルを調整するレベル調整回路と、レベル調整された信号を前記差動アンプに帰還させる２つの帰還抵抗と、を備えるものであってよい。また、この光受信回路は、さらに、前記レベル調整された信号のＤＣレベルを補正するＤＣレベル補正回路を備えるものであってよい。
以上、いくつかの実施の形態に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本願の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができ、これらの変更例も本願に含まれることはいうまでもない。
この出願は、２００７年１１月３０日に出願された日本出願特願２００７−３１０７３７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (13)

1. １ビット遅延干渉計と、２つのフォトダイオードと、前記フォトダイオードの電流信号を電圧に変換してゼロ復帰符号の差動シフトキーイングにより変調された信号を復調する復調回路と、を備え、
   前記復調回路を構成する差動型のトランスインピーダンスアンプに、２つの帰還閉ループの正相および逆相信号の振幅を等しくするように前記正相および逆送信号のレベルを調整する機能を有するレベル調整回路を備えたことを特徴とする光受信回路。
2. 請求項１に記載の光受信回路において、さらに前記差動型のトランスインピーダンスアンプによって生じる復調された正相および逆相信号のＤＣレベル差を補正する機能を有するＤＣレベル補正回路を前記差動型のトランスインピーダンスアンプの後段に設けたことを特徴とする光受信回路。
3. 請求項１に記載の光受信回路において、
   前記差動型のトランスインピーダンスアンプは、前記２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続される差動アンプと、前記差動アンプの２つの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路と、前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の出力と前記差動アンプの入力間にそれぞれ接続された２つの帰還抵抗と、前記レベル調整回路と、から構成され、
   前記レベル調整回路は差動回路から構成され、
   前記差動回路の２つの出力は前記差動アンプの出力と前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の入力間の接続線にそれぞれ接続され、
   前記差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで、前記２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することを特徴とする光受信回路。
4. 請求項１に記載の光受信回路において、
   前記差動型のトランスインピーダンスアンプは、前記２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続された差動アンプと、前記レベル調整回路と、前記レベル調整回路の出力と前記差動アンプの入力とにそれぞれ接続された２つの帰還抵抗と、から構成され、
   前記レベル調整回路は前記差動アンプの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路から構成され、
   前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路に流れる電流を調整することで、前記２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整することを特徴とする光受信回路。
5. 請求項２に記載の光受信回路において、
   前記差動型のトランスインピーダンスアンプは、前記２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続された差動アンプと、前記差動アンプの２つの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路と、前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の出力と前記差動アンプの入力間にそれぞれ接続された２つの帰還抵抗と、前記レベル調整回路と、から構成され、
   前記レベル調整回路は第１の差動回路から構成され、
   前記第１の差動回路の２つの出力は前記差動アンプの出力と前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路の入力間の接続線にそれぞれ接続され、
   前記第１の差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで、前記２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整し、
   さらに前記差動型のトランスインピーダンスアンプの後段に設けられたＤＣレベル補正回路は第２の差動回路から構成され、
   前記第２の差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで、復調された正相および逆相信号のＤＣレベル差を補正することを特徴とする光受信回路。
6. 請求項２に記載の光受信回路において、
   前記差動型のトランスインピーダンスアンプは、前記２つのフォトダイオードが２つの入力にそれぞれ接続された差動アンプと、前記レベル調整回路と、前記レベル調整回路の出力と前記差動アンプの入力とにそれぞれ接続された２つの帰還抵抗から構成され、
   前記レベル調整回路は前記差動アンプの２つの出力にそれぞれ接続された２つのエミッタフォロワまたはソースフォロワ回路から構成され、
   前記エミッタフォロワまたはソースフォロワ回路に流れる電流を調整することで、前記２つの帰還閉ループの正相および逆相信号のレベルを調整し、
   さらに前記差動型のトランスインピーダンスアンプの後段に設けられたＤＣレベル補正回路は差動回路から構成され、
   前記差動回路の差動トランジスタの入力電圧を調整することで復調された正相および逆相信号のＤＣレベル差を補正することを特徴とする光受信回路。
7. 請求項１に記載の光受信回路において、前記差動型のトランスインピーダンスアンプの出力にコンデンサを備え、次段とＡＣ結合により接続されることを特徴とする光受信回路。
8. 請求項３に記載の光受信回路において、前記差動型のトランスインピーダンスアンプの出力にコンデンサを備え、次段の出力アンプとＡＣ結合により接続されることを特徴とする光受信回路。
9. 請求項４に記載の光受信回路において、前記差動型のトランスインピーダンスアンプの出力にコンデンサを備え、次段の出力アンプとＡＣ結合により接続されることを特徴とする光受信回路。
10. 入力された正相および逆相信号のレベルを増幅し、その増幅した正相および逆相信号の信号振幅レベルを等しくするように前記正相および逆送信号の信号振幅レベルを調整し、その振幅を調整した正相および逆相信号を入力に帰還させ、復調された正相および逆相信号を出力することを特徴とする信号処理方法。
11. 請求項１０に記載の信号処理方法において、さらに前記復調された正相および逆相信号のＤＣレベルを補正し、そのＤＣレベルを補正された復調後の正相および逆相信号を出力することを特徴とする信号処理方法。
12. 一対のフォトダイオードと、該フォトダイオードに２つの入力がそれぞれ接続される差動アンプと、差動アンプからの２つの出力信号の振幅を等しくするように前記正相および逆送信号のレベルを調整するレベル調整回路と、レベル調整された信号を前記差動アンプに帰還させる２つの帰還抵抗と、を備えることを特徴とする光受信回路。
13. 前記レベル調整された信号のＤＣレベルを補正するＤＣレベル補正回路を備えることを特徴とする請求項１２の光受信回路。

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