JPH04291977A - 光送信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信方式に係わり、
特にデーター信号波のレベル変動等に依存しない光出力
波形を得るための光送信方式に関する。

【０００２】今日の通信用光ファイバーの伝送帯域は極
めて広帯域なものが実現しており、光通信方式における
帯域制限あるいは波形劣化の要因は主としてレーザーダ
イオード駆動回路を含む電気系によるものである。

【０００３】超高速レーザーダイオード駆動回路におい
ては、他の超高速デジタル回路と同様にアナログ的動作
に近づくために、データー信号のレベル変動、使用素子
のばらつき等による出力波形への影響が大きい。このた
め、データー信号波のレベル変動のような外的要因に対
処した自動調整手段を内蔵する光送信回路を実現する必
要がある。

【０００４】

【従来の技術】超高速光通信回路においては、光出力波
形は入力信号波形に大きく依存するため、入力信号レベ
ルがＥＣＬ、ＴＴＬ等のロジックレベルで規定されてい
る場合でも、入力信号振幅、直流レベルの変動に対して
充分な変動耐力を取ることは難しい。このため、従来は
、図１０のようにインターフェース回路３０としてＦ／
Ｆ回路等を設けて、クロック入力端子３２からのクロッ
クを用いて、信号入力端子３１からの入力振幅変動に依
存しない信号を作り、後段で光出力波形を整形する方式
がとられていた。

【０００５】この場合において、図４に示すようなレー
ザーダイオード（ＬＤ）の量子効率の温度依存性、即ち
電流対光出力特性の温度特性、に起因して加わる光出力
波形のピーク値の変動に関しては、光出力が一定値とな
るようにＬＤ駆動回路の定電流源を温度によって変化さ
せるような補償を行うことにより除去している。しかし
、ＬＤ駆動回路２の前段に位置する回路（例えば図１０
のインターフェース回路等）の素子のばらつき等に起因
する出力波形の立上り部および立下り部の波形の不均一
については、個々の完成品の温度特性をみて、動作余裕
が最大となる一点にリファレンス電圧を固定するといっ
た微妙な調整を実施することにより対処していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】今日、光モジュールに
は、ロジック回路としてのインターフェースで、かつク
ロックを入力しない方式が要求されている。そのため、
従来の如くＦ／Ｆ回路等を設けて、クロックを用いて、
信号入力端子３１からの入力振幅変動に依存しない信号
を作る一種の波形再生を行うことが出来なくなった。そ
のため、上述の如く、入力信号振幅、直流レベルの変動
に対して充分な変動耐力を取ることは難しく、これらの
変動はそのまま光出力波形の変動となって現れ、上述の
個々の完成品の温度特性をみて、動作余裕が最大となる
一点にリファレンス電圧を固定するといった微妙な調整
を実施することによっては対処しきれないという問題が
在った。

【０００７】本発明は、入力信号の中心値電圧に対応し
て、レーザーダイオード駆動回路のリファレンス電圧レ
ベルを、自動的に変化させることにより、入力信号のレ
ベルの変動に対して最適な光出力波形を得る方式を提供
する事を目的とする。

【０００８】特に、入力信号のマーク率が変化する場合
には、入力信号の平均値電圧が変動するので、入力信号
の中心値電圧を得るために、入力信号のマーク率に依る
補正を加える方式を提供する事を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
図である。図中、１はレーザーダイオードで、電気信号
を一定波長の光の信号に変換するもの、２はＬＤ駆動回
路で、レーザーダイオードを電気信号で駆動するもの、
３は入力信号分岐手段で、入力信号を複数の出力に分岐
するもの、４はリファレンス電圧発生手段で、入力信号
の平均値から、ＬＤ出力波形の変動を予知して、該変動
を軽減するようなリファレンス電圧を発生し、ＬＤ駆動
回路のリファレンス電圧入力端子に供給するものである
。

【００１０】

【作用】ＬＤの光出力の電流依存性は図４に示す如く温
度上昇と共に傾斜が緩くなる、即ち量子効率が低下する
。一方図５に示す差動対回路においては、電源が定電流
源の場合には、負荷（ＲＬ１、ＲＬ２）に流れる電流（
Ｉ１　、Ｉ２　）の最大値は定電流源の電流値（ＩＯ　
）に制限される。このため差動対回路をＬＤ駆動回路と
して用いる場合は、定電流源の電流値（ＩＯ　）を温度
で制御することにより、ＬＤの量子効率（η）の温度変
動に対応している。差動対回路の利得が低い場合には、
図６に示す如く負荷に流れる電流の切り替わる電圧の幅
Ｖａ　が大きくなる。Ｖａ　の範囲内では電流はほぼ線
形に変化する事になる。そのため、図７に示すように、
レファレンス電圧ＶＲＥＦ　が入力信号の中心電圧から
ずれた場合、負荷に流れる電流の最大値の変化はないが
、負荷電流の変化領域ではアナログ的に変化する為時間
領域で見た波形は大きく変化する。即ち出力のデューテ
ィデシオの変化、立上り、立下りのジッタの変化、立上
り時間（ｔｒ　）、立下り時間（ｔｆ　）の変化が生じ
る可能性がある。ＬＤ駆動回路では光出力波形がアナロ
グ的であるため、ｔｒ　、ｔｆ　やジッタ量などを総合
的に調整する必要がある。高速回路ではＶＲＥＦの余裕
が非常に小さくなっている。そのため、差動対回路では
入力波形の変化にともない、ＶＲＥＦ　を追従させる必
要がある。

【００１１】通常入力波形のデューティレシオが変化せ
ず、振幅および直流電圧が変化する場合が多い。そこで
本発明では、入力波形の振幅および直流成分に追従する
ＶＲＥＦ　を発生させる事で問題の解決を図っている。

【００１２】図２は、入力信号のマーク率が２分の１に
保証される場合の実施例を示す。入力信号のマーク率が
一定の場合、入力信号の平均直流電圧の変化は、入力信
号のデューティレシオの変化及び直流レベルの変化に対
応する。すなわち、入力信号の平均電圧を検出し、その
変化に対応してリファレンス電圧を変化させることによ
り、最適な光出力波形を得ることができる。

【００１３】図３に入力信号のマーク率が変化する場合
の実施例を示す。通常の通信で用いられるデーターがＮ
ＲＺ符号の場合、マーク率は信号の立上りから立下り迄
の経過時間の和の一定周期に対する比として得られる。 そこで入力信号の平均電圧とマーク率を検出し、マーク
率補償を行うことで、マーク率が変化する場合において
も、入力信号のデューティレシオの変化及び直流レベル
の変化に対応した最適なリファレンス電圧を与えること
ができる。

【００１４】

【実施例】本発明では、図１の如く信号入力端子３１よ
りのデーター信号を入力信号分岐手段３で分岐し、一方
をＬＤ駆動回路２へ送り、他方をリファレンス電圧発生
手段４へ送り、適当なリファレンス電圧をＬＤ駆動回路
２のリファレンス電圧端子２１へ送る。

【００１５】分岐手段３は、入力信号をＬＤ駆動回路２
とリファレンス電圧端子２１に分岐すると共に、信号源
とＬＤ駆動回路等の回路との電気的干渉を防止するため
に設けるものである。

【００１６】ＬＤ駆動回路２は主信号入力端子２２とリ
ファレンス電圧入力端子２１を差動入力とする差動対回
路で、リファレンス電圧入力端子２１の電圧を調整する
事によりＬＤ駆動電流を調整する。ＬＤ駆動回路２につ
いて以下に説明を加える。

【００１７】図８はＬＤ駆動回路の構成例であり、図９
はＬＤの駆動波形と光出力エンベロープの例である。Ｔ
ｒ１とＴｒ２とは差動対を形成し、Ｔｒ３およびＴｒ４
はそれぞれパルス電流の電流源およびバイアス電流の電
流源を構成する。即ち、端子２２からの入力信号（ＶＳ
　）　に依るレーザー光出力（ＰＤ　）は、その最大振
幅（ピーク）（ＰＯ　）が端子２３の設定電圧で（ＶＯ
　）、最低振幅（ＰＢ　）が端子２４の設定電圧（ＶＢ
　）で、中心値（ＰＲ）が端子２１のリファレンス電圧
（ＶＲＥＦ　）でそれぞれ決定される。レーザー光出力
（ＰＤ　）の値ＰＯ　ＰＢ　ＰＲ　に対応するレーザー
ダイオード電流（ＩＤ　）の値はそれぞれＩＯ　ＩＢ　
ＩＲ　である。端子２３の設定電圧はＬＤ量子効率の温
度特性を補償するために温度情報を含む電圧であり、端
子２４の設定電圧は、周囲温度が変化してもＬＤのスレ
ッシュホールド電流付近にバイアスが設定されるように
温度情報を含めた電圧である。端子２１のリファレンス
電圧は、以下に示すように、入力信号のマーク率が一定
の場合及び入力信号のマーク率が一定でない場合につい
て異なる方式によって印加される。

【００１８】図２は入力信号のマーク率が一定の場合に
使用する方式で、リファレンス電圧発生手段として平均
値検出回路と電圧調整手段より構成される。この場合は
、平均値電圧と中心値電圧が一致するため、平均値検出
回路出力が入力信号の中心値電圧に比例した電圧として
得られる。図中、４２は平均値検出回路で、入力信号の
平均値電圧を検出し、４１は演算増幅器で、該平均値電
圧に比例した電圧に所定のレベルシフトを施してリファ
レンス電圧を出力する。

【００１９】図３は入力信号のマーク率が一定でない場
合に使用する方式で、マーク率検出回路を追加した構成
ある。この場合は、平均値電圧と中心値電圧が一致しな
いので、平均値電圧にマーク率による補正を加えて中心
値電圧を発生させる方式である。

【００２０】ＮＲＺ信号の平均電圧は中心電圧の２倍に
マーク率を掛けて得られる。従ってマーク率が変化する
場合、中心電圧を知るには平均値電圧とマーク率を検出
し、それらの積を回路的に実現すればよい。平均値電圧
の検出は前記の通りである。マーク率の検出は、信号の
立上りから立下り迄の経過時間の和の一定周期に対する
比として得られる。これを図中に示す立上り検出回路４
３、立下り検出回路４３、およびマーク率検出回路４５
で行う。平均値検出回路４２の出力とマーク率との積を
平均値マーク率補償回路４６で得られる。平均値検出回
路はアナログ変調器で実現可能である。平均値検出回路
の出力の扱いについては上記図２の場合と同じである。

【００２１】以上により、入力信号のレベルの変動があ
っても、ほぼ一定の光出力波形を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】入力信号の中心値電圧からレーザーダイ
オード駆動回路のリファレンス電圧を作り、入力信号の
変動に自動的に追随する波形補償を行うことにより、入
力信号振幅、直流レベルの変動に対して充分な変動耐力
を有し、今日要求されているロジック回路としてのイン
ターフェースで、かつクロックを入力しない方式の光モ
ジュールが実現し、超高速光通信の発展に極めて有益で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理構成を説明するための、基本構成
図である。

【図２】平均値検出回路を使用した構成例である。

【図３】マーク率検出回路を使用した構成例である。

【図４】レーザーダイオードの温度特性の例である。

【図５】レーザー駆動回路の原理構成図である。

【図６】レーザー駆動回路の静特性の例である。

【図７】リファレンス電圧の波形への影響の例である。

【図８】レーザー駆動回路の構成例である。

【図９】レーザー駆動波形と光出力エンベロープの例で
ある。

【図１０】従来の構成例である。

【符号の説明】

１　　レーザーダイオード（ＬＤ） ２　　ＬＤ駆動回路 ３　　入力信号分岐手段 ４　　リファレンス電圧発生回路 ２１　　リファレンス電圧入力端子 ２２　　主信号入力端子 ２３　　ＬＤ量子効率温度特性補償電圧入力端子２４　
　ＬＤスレッシュホールド電流温度特性補償電圧入力端
子 ３０　　インターフェース回路 ３１　　信号入力端子 ３２　　クロック入力端子 ４１　　演算増幅器 ４２　　平均値検出回路 ４３　　立上り検出回路 ４４　　立下り検出回路 ４５　　マーク率検出回路 ４６　　平均値マーク率補償回路 ２０１、２０２、２０３、２０４　　トランジスタ４１
１　　調整電圧入力端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　データー信号により変調されたレーザ
   ーダイオード光出力波形の中心値をリファレンス電圧で
   調整する光送信方式において、データー信号から抽出し
   た平均値によりリファレンス電圧を発生させるリファレ
   ンス電圧発生手段（４）を設け、レーザーダイオード光
   出力波形をデーター信号の変動に依らず一定範囲の波形
   に保てるようにリファレンス電圧を自動的に調整するこ
   とを特徴とする光送信方式。
2. 【請求項２】　　請求項１におけるリファレンス電圧発
   生手段について、データー信号の平均値を検出すると共
   に、データー信号の立上り及びデーター信号の立下りか
   ら入力信号のマーク率を検出し、該マーク率を用いてデ
   ーター信号の平均値に補正を加えることにより入力信号
   の中心値電圧を作り、該中心値電圧よりリファレンス電
   圧を発生させることを特徴とする光送信方式。