JPH0738504A

JPH0738504A - 光信号の復調方法および光信号送受信回路

Info

Publication number: JPH0738504A
Application number: JP5200238A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Okuhora; 明彦奥洞; Tomoaki Takano; 知明高野; Hidetoshi Kawasaki; 英俊川崎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1995-02-07
Anticipated expiration: 2017-01-07
Also published as: JP3243899B2

Abstract

(57)【要約】【目的】送信側のＡＰＣ回路および受信側のＡＧＣ回
路を不要とし、光信号送受信回路の回路規模の縮小およ
び消費電力の低減を図る。【構成】送信ディジタル信号を正論理におけるＲＺ形
式とし、そのポジティブ・エッジおよびネガティブ・エ
ッジに対応する一対の光パルス信号を一対のレーザダイ
オードにより発生し、受信側に送信する。この一対の光
パルス信号を受信側において一対のフォトディテクタＰ
Ｄ１、ＰＤ２により受光し、それらの出力信号をフリッ
プフロップ回路にトリガ入力することにより、光パルス
信号を復調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光信号の復調方法お
よび光信号送受信回路に関し、特に、システム機器間ま
たはシステム機器内における信号伝送を行う場合に適用
して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】ワークステーションやパーソナルコンピ
ュータなどのシステム機器の高性能化および小型化が将
来に向けて要求されている。また、様々なメディアの出
現により、これらのシステム機器間の高速かつ大容量伝
送の要求も高まってきている。これに呼応して、システ
ム機器間あるいはシステム機器内に、光を用いた信号伝
送技術が導入され始めている。これは、現状の電気的配
線を用いる限り、伝送歪み、伝送損失、相互干渉などの
問題により、信号の超高速伝送化あるいは大容量伝送化
が極めて難しいためである。また、さらに将来において
は、ＬＳＩやＩＣの高性能化や高集積化の進展に伴い電
気的配線が限界に近づくことにより、システム機器内に
搭載される半導体チップ間や回路基板間などへもこれら
の光信号伝送技術が波及していくことが予想され、その
ような観点での研究が既に活発化し始めている。

【０００３】このような近距離での光信号伝送において
は、距離が短くなるほど伝送線の接続本数が増大するた
め、１接続当たりの伝送回路規模の縮小が集積化や消費
電力の低減の観点から不可欠となってくる。

【０００４】図２１は現在最もよく使われている光信号
送受信回路のブロック図を示し、図２１Ａは光信号送信
回路を、図２１Ｂは光信号受信回路を示す。

【０００５】図２１Ａに示すように、この光信号送信回
路においては、送信するディジタル信号が論理回路１０
１に入力され、この論理回路１０１の出力信号がレーザ
ダイオード（ＬＤ）ドライバ１０２に供給される。そし
て、このＬＤドライバ１０２の出力信号によりレーザダ
イオードＬＤが駆動され、光信号としての出力光（ｈ
ν）が得られる。

【０００６】この図２１Ａに示す光信号送信回路におい
ては、発光素子としてのレーザダイオードＬＤの出力光
の安定化を図るために、光出力モニタ用のフォトディテ
クタ（図示せず）による帰還制御を行うＡＰＣ（Automa
tic Power Control)回路１０３が不可欠である。これ
は、一般に発光素子の出力特性は入力電気信号の粗密度
に大きく依存するためである。例えば、この例のように
発光素子がレーザダイオードである場合には、図２２に
示すように、光出力対注入電流特性（いわゆるＬ−Ｉ特
性）は、ＤＣ駆動、すなわちＣＷ駆動する場合とパルス
駆動する場合とで大きく異なる。その原因は、主に、単
位時間当たりの注入電流（電力）の差に基づく、レーザ
ダイオードのｐｎ接合の温度上昇の相違による。特に、
ＣＷ駆動では、図２２にも示したように、発振しきい値
電流の上昇や微分効率の悪化による特性劣化や光出力の
低下が著しい。

【０００７】このような発光素子の基本特性により、送
信するディジタル信号のオンの率が高くなると（すなわ
ち、例えば「１」がずっと続くような信号では）光出力
は自動的に低下し、逆に、オフの率が高くなると（すな
わち、例えば「０」がずっと続くような信号では）光出
力は上昇してしまう。従って、これを防止するためにＡ
ＰＣ回路１０３が不可欠となるのである。

【０００８】以上のことは図２１Ｂに示す光信号受信回
路においても同様であり、送信側での光出力変動や受光
素子自体の温度変化による利得の変動を抑えるため、通
常、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路が用いられ
る。すなわち、図２１Ｂに示すように、この光信号受信
回路においては、図２１Ａに示す光信号送信回路から送
信される光信号（ｈν）がフォトディテクタＰＤで受信
され、このフォトディテクタＰＤから出力される電気信
号が前置増幅回路２０１で増幅された後にＡＧＣ回路２
０２に入力されて利得制御が行われる。このＡＧＣ回路
２０２の出力信号は後段増幅回路２０３に入力されて増
幅される。このようにして得られる等化増幅信号から、
クロック回復回路２０４によりタイミング信号が抽出さ
れ、このタイミング信号の時点で、識別再生回路２０５
においてパルスの有無（「１」、「０」）の判定がなさ
れて識別再生が行われる。これによって、図２１Ａに示
す光信号送信回路に入力された元のディジタル信号が復
調される。

【０００９】上述のようなＡＧＣ回路２０２は、特に、
受光素子、すなわちフォトディテクタＰＤとしてアバラ
ンシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの増倍率が温度
に大きく依存するものを用いる場合には、不可欠であ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
光信号送受信回路においては、発光素子や受光素子の熱
的安定動作を図るためにはＡＰＣ回路やＡＧＣ回路が不
可欠であるので、光信号伝送において多数の接続を行う
場合、伝送回路のコンパクト化や低消費電力化を図る上
で大きな阻害要因となる。

【００１１】一方、光信号伝送回路として、ＣＭＯＳ回
路と発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトトランジスタと
を用いて光パルス伝送を行うことにより低消費電力化を
図ったものが提案されている（Third Optoelectronics
Conference, Technical Digest，July 1990, 12D2-2)。
しかし、この場合には、ＣＭＯＳ、ＬＥＤおよびフォト
トランジスタのそれぞれの周波数帯域が１００ＭＨｚ程
度以下であるため、高速の光パルス伝送は不可能であ
る。また、低消費電力化は十分に図ることができるもの
の、送信側と受信側との双方にＣＲ素子を用いているた
め、コンパクトなハイブリッドまたはモノリシックＩＣ
化は困難である。特に、大きな容量（Ｃ）を得るために
大面積のキャパシタが必要な場合は、高密度化や高集積
化に著しい障害が生じる。

【００１２】従って、この発明の目的は、送信側のＡＰ
Ｃ回路および受信側のＡＧＣ回路が不要となることによ
り、光信号送受信回路の回路規模の縮小および消費電力
の低減を図ることができる光信号の復調方法を提供する
ことにある。

【００１３】この発明の他の目的は、送信側のＡＰＣ回
路および受信側のＡＧＣ回路が不要となることにより、
回路規模の縮小および消費電力の低減を図ることができ
る光信号送受信回路を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による光信号の復調方法は、送信側におい
て送信するリターンゼロ形式またはノンリターンゼロ形
式のディジタル信号のポジティブ・エッジおよびネガテ
ィブ・エッジに対応して一対の発光素子（ＬＤ１、ＬＤ
２）により発生された一対の光パルス信号を受信側にお
いて一対の受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２）により受光し、
一対の受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２）から出力される一対
のパルス信号をフリップフロップ回路（Ｔ１１〜Ｔ１
４、Ｒ₁、Ｒ₂）にトリガ入力することにより光パルス
信号を復調するようにしたものである。

【００１５】この発明による光信号の復調方法の典型的
な一実施形態においては、ディジタル信号には少なくと
もクロック信号が含まれる。

【００１６】この発明による光信号の復調方法の好適な
一実施形態においては、ディジタル信号はクロック信号
であり、クロック信号とともにリターンゼロ形式または
ノンリターンゼロ形式の他のディジタル信号を送信す
る。

【００１７】この好適な一実施形態においては、送信側
において他のディジタル信号のポジティブ・エッジおよ
びネガティブ・エッジのうちのいずれか一方に対応して
発光素子（ＬＤ３１〜ＬＤ３ｎ）により発生された他の
光パルス信号を受信側において受光素子（ＰＤ１）によ
り受光し、受光素子（ＰＤ１）から発生される他のパル
ス信号および受信側において復調されたクロック信号を
用いて作成されるリセットパルスをフリップフロップ回
路（ＦＦ２１〜ＦＦ２ｎ）にトリガ入力することにより
他の光パルス信号を復調する。

【００１８】この発明による光信号送受信回路は、送信
するリターンゼロ形式またはノンリターンゼロ形式のデ
ィジタル信号のポジティブ・エッジおよびネガティブ・
エッジに対応して一対の光パルス信号を発生させるため
の一対の発光素子（ＬＤ１、ＬＤ２）を有する光信号送
信回路と、一対の光パルス信号を受光するための一対の
受光素子（ＰＤ１、ＰＤ２）およびこの一対の受光素子
（ＰＤ１、ＰＤ２）から出力される一対のパルス信号が
トリガ入力されるフリップフロップ回路（Ｔ１１〜Ｔ１
４、Ｒ₁、Ｒ₂）を有する光信号受信回路とを有するも
のである。

【００１９】

【作用】この発明による光信号の復調方法によれば、送
信側においては発光素子がパルス駆動されることにより
発光素子の安定動作を図ることができ、一方、受信側に
おいては一対の光パルス信号によるトリガ入力フリップ
フロップ動作によりしきい値動作が可能になるため動作
マージンの向上を図ることができることから、送信側の
ＡＰＣ回路および受信側のＡＧＣ回路がいずれも不要と
なり、従って光信号送受信回路の回路規模の縮小および
消費電力の低減を図ることができる。

【００２０】この発明による光信号の復調方法の好適な
一実施形態によれば、受信側において復調されたクロッ
ク信号により他のディジタル信号のタイミング調整を行
うことができるので、信号伝送レートが高速になって
も、タイミングミスによる誤動作を防止することができ
る。すなわち、送信側から送信する複数のディジタル信
号の同時性を確保することができるため、十分高速な信
号伝送レートでも、クロックスキューなどの問題を防止
することができる。また、光信号送受信回路の部品点数
を大幅に低減することが可能になり、その結果、光信号
送受信回路の消費電力およびコストの大幅な低減、さら
には動作の信頼性の向上を図ることができる。

【００２１】この発明による光信号送受信回路によれ
ば、送信側のＡＰＣ回路および受信側のＡＧＣ回路が不
要となることにより、回路規模の縮小および消費電力の
低減を図ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。なお、実施例の全図において、同一
または対応する部分には同一の符号を付す。

【００２３】この発明の第１実施例による光信号送受信
回路においては、送信側においてレーザダイオードなど
の発光素子の安定動作化を図るために、送信するディジ
タル信号をリターンゼロ（ＲＺ）形式とし、このＲＺ形
式のディジタル信号をそのポジティブ・エッジ（正論理
における低レベルから高レベルへの立ち上がり）および
ネガティブ・エッジ（正論理における高レベルから低レ
ベルへの立ち下がり）で微分し、その微分信号により発
光素子のパルス駆動を行う。

【００２４】この微分を行うための微分回路には様々な
ものがあるが、簡便な例としてＣＲ微分回路がある。こ
のＣＲ微分回路を用いた光パルス信号発生回路の一例を
図１に示す。図１において、Ｔ１、Ｔ２はトランジスタ
（ＦＥＴ）、Ｒ_L´、Ｒ_Lは抵抗、Ｃ_Lはキャパシタ、
ＬＤ１、ＬＤ２は発光素子としてのレーザダイオードを
示す。また、Ｖ_ddは正極側の電源電圧、Ｖ_ssは負極側の
電源電圧である。

【００２５】この図１に示す光パルス信号発生回路にお
いては、トランジスタＴ１に入力される送信ディジタル
信号Ｄに応じて次段のトランジスタＴ２がオンした時、
レーザダイオードＬＤ１を通してキャパシタＣ_Lに充電
電流が流れ、レーザダイオードＬＤ１が発光する。ま
た、トランジスタＴ２がオフになった瞬間には、レーザ
ダイオードＬＤ２を通してキャパシタＣ_Lから放電電流
が流れるため、レーザダイオードＬＤ２が発光する。こ
の時の充放電のＣＲ時定数は、レーザダイオードＬＤ
１、ＬＤ２のオン抵抗をＲ_Oとすると、Ｔ＝Ｃ_LＲ_Oで
与えられる。典型的な例としてＲ_O＝２０Ωとすると、
１ＧＨｚ程度の信号の伝送のためには、最低でもＴ＜１
ｎｓが必要であり、この時には、Ｃ_L＜５０ｐＦとな
る。この程度のＣ_Lの値は、ちょうど薄膜キャパシタに
より得ることが可能な値であり、送信側のレーザダイオ
ード駆動用のドライバＩＣにモノリシックに組み込むこ
とが可能である。

【００２６】この第１実施例による光信号送受信回路に
おいては、受信側において、ディジタル信号の復調を行
うために、光入力フリップフロップ回路が用いられる。
この光入力フリップフロップ回路の一例を図２に示し、
その等価回路を図３に示す。図２において、Ｔ１１、Ｔ
１２、Ｔ１３、Ｔ１４はフリップフロップ回路を構成す
るトランジスタ（ＦＥＴ）、ＰＤ１、ＰＤ２は受光素子
としてのフォトディテクタ、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄は
抵抗を示す。Ｖ_PDはフォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２の
正極側の電源電圧である。

【００２７】今、この図２に示す光入力フリップフロッ
プ回路において、フォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２に、
例えば図４Ａに示すようなＲＺ形式の送信ディジタル信
号Ｄのポジティブ・エッジ及びネガティブ・エッジに対
応してレーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２により発生され
た、図４Ｂおよび図４Ｃに示すような光パルス信号が入
力されたとする。この場合、フォトディテクタＰＤ１に
光パルス信号が入力された瞬間、トランジスタＴ１１は
オンとなり、それによってトランジスタＴ１３はオフ、
トランジスタＴ１２はオンとなる。この状態は、フォト
ディテクタＰＤ１への光パルス信号入力がなくなってト
ランジスタＴ１１がオフになっても、トランジスタＴ１
２、Ｔ１３により保持される。この時、フリップフロッ
プ回路の出力Ｑは高レベル、反転出力バーＱは低レベル
である。次に、フォトディテクタＰＤ２に光パルス信号
が入力されると、トランジスタＴ１４はオンとなり、ト
ランジスタＴ１２はオフ、トランジスタＴ１３はオンと
なる。この状態は、フォトディテクタＰＤ２への光パル
ス信号入力がなくなってトランジスタＴ１４がオフにな
っても、トランジスタＴ１２、Ｔ１３により保持され
る。この時、フリップフロップ回路の出力Ｑは低レベ
ル、反転出力バーＱは高レベルとなる。以上のようにし
て、フリップフロップ回路の出力Ｑ、反転出力バーＱ
に、送信側から送信されたディジタル信号Ｄが復調され
る。

【００２８】伝送損失や結合損失などにより十分に大き
な光パルス信号入力が得られない場合には、光入力フリ
ップフロップ回路として、図５および図７に示すよう
な、フリップフロップ回路の入力部にバッファアンプを
挿入したものを使用することも有効である。ここで、図
５はフリップフロップ回路の入力部に電圧振幅アンプか
ら成るバッファアンプを使用した例を示し、トランジス
タＴ１５、Ｔ１６および抵抗Ｒ₅、Ｒ₆により一方の入
力部のバッファアンプが構成され、トランジスタＴ１
７、Ｔ１８および抵抗Ｒ₇、Ｒ₈により他方の入力部の
バッファアンプが構成されている。図６に、この図５に
示す光入力フリップフロップ回路の等価回路を示す。一
方、図７はフリップフロップ回路の入力部に電流電圧変
換アンプ（トランスインピーダンスアンプ）から成るバ
ッファアンプを使用した例を示し、トランジスタＴ１
９、Ｔ２０、Ｔ２１および抵抗Ｒ₉、Ｒ₁₀、Ｒ₁₁により
一方の入力部のバッファアンプが構成され、トランジス
タＴ２２、Ｔ２３、Ｔ２４および抵抗Ｒ₁₂、Ｒ₁₃、Ｒ₁₄
により他方の入力部のバッファアンプが構成されてい
る。Ｒ_f1およびＲ_f2は帰還抵抗を示す。図８に、この図
７に示す光入力フリップフロップ回路の等価回路を示
す。

【００２９】なお、図２、図５および図７にそれぞれ示
す光入力フリップフロップ回路においては、トランジス
タとしてＦＥＴを用いているが、このＦＥＴとしては、
シリコンＭＯＳＦＥＴやＧａＡｓＦＥＴなどを用いるこ
とができる。さらに、図３、図６および図８にそれぞれ
示す等価回路からわかるように、図２、図５および図７
にそれぞれ示す光入力フリップフロップ回路は、Ｓｉバ
イポーラトランジスタによるＴＴＬあるいはＥＣＬ、Ｓ
ｉＭＯＳＦＥＴによるＣＭＯＳあるいはｎ−ＭＯＳ回
路、ＧａＡｓＦＥＴによるＤＣＦＬ、ＳＣＦＬ、ＢＦＬ
などのどのような論理回路を用いても実現可能である。
ここで、高速大容量伝送への応用の場合には、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰなどの高電子
移動度を有する化合物半導体材料を用いたＭＥＳＦＥ
Ｔ、ＪＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴなどの高速スイッチン
グ素子が好適に用いられる。

【００３０】また、図２、図５および図７にそれぞれ示
す光入力フリップフロップ回路におけるフォトディテク
タとしては、ｐｉｎフォトダイオード、ＭＳＭフォトダ
イオード、光伝導体素子（フォトコンダクタ）などの寄
生容量の小さな受光素子が好適に用いられる。

【００３１】以上のように、この第１実施例によれば、
送信するディジタル信号を正論理におけるＲＺ形式と
し、送信側において図１に示すような、ＣＲ微分回路を
用いた光パルス信号発生回路を用いてこのＲＺ形式のデ
ィジタル信号のポジティブ・エッジおよびネガティブ・
エッジに対応した一対の光パルス信号を一対のレーザダ
イオードＬＤ１、ＬＤ２により発生し、この一対の光パ
ルス信号を受信側に送信するようにしている。この場
合、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２はパルス駆動され
るので、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２のしきい値電
流の上昇や微分効率の悪化の問題がないほか、送信ディ
ジタル信号のオンまたはオフの率が高くなることによる
レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２の光出力の低下または
上昇の問題もなく、レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２の
安定動作を図ることができる。これによって、従来光出
力の安定化に不可欠であった、送信側のＡＰＣ回路が不
要になり、その分だけ光信号送信回路の回路規模の縮小
を図ることができる。

【００３２】また、この第１実施例によれば、送信側か
ら送信される上述の一対の光パルス信号を受信側におい
て図２、図５または図７に示す光入力フリップフロップ
回路の一対のフォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２により受
光し、これらのフォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２からの
出力信号をフリップフロップ回路にトリガ入力すること
によりディジタル信号の復調を行うようにしているの
で、光パルストリガ入力フリップフロップ動作によりし
きい値動作が可能となり、動作マージンの向上を図るこ
とができる。これによって、従来不可欠であった、受信
側のＡＧＣ回路が不要になり、その分だけ光信号受信回
路の回路規模の縮小を図ることができる。しかも、この
第１実施例においては、光信号受信回路において、高密
度化および高集積化に適さないＣＲ積分回路を用いてい
ない。

【００３３】以上により、光信号送受信回路全体の回路
規模を従来に比べて大幅に縮小することができ、これに
よって消費電力の大幅な低減を図ることができる。

【００３４】この第１実施例による信号伝送方式は、中
遠距離光通信のように光導波路（光ファイバー）や中継
器による伝送損失や結合損失などが問題にならない距
離、すなわち近距離かつ接続本数が多数必要なシステム
機器間やシステム機器内の信号伝送に適用して好適なも
のである。

【００３５】ところで、上述の第１実施例においては、
送信するディジタル信号の各ビット当たり、信号のポジ
ティブ・エッジおよびネガティブ・エッジ双方に対応す
る二組の送受信部品、すなわちレーザダイオードＬＤ
１、ＬＤ２およびフォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２が必
要となる。これは接続本数が少ない場合には問題になら
ないが、例えばＩＣチップ間の光信号伝送のように、将
来非常に接続本数が増大すると考えられる場合において
は、時分割多重伝送を行ったとしても、接続本数の低減
には限界がある。そこで、次に、この問題を解決するこ
とができる第２実施例について説明する。

【００３６】上述の第１実施例においては、光信号送信
回路において、ＣＲ微分回路を用いて送信するディジタ
ル信号をそのポジティブ・エッジおよびネガティブ・エ
ッジで微分し、その微分信号によりレーザダイオードＬ
Ｄ１、ＬＤ２のパルス駆動を行っているのに対して、こ
の第２実施例においては、遅延回路を用いて送信するデ
ィジタル信号をそのポジティブ・エッジおよびネガティ
ブ・エッジで微分し、その微分信号によりレーザダイオ
ードＬＤ１、ＬＤ２のパルス駆動を行う。

【００３７】この第２実施例による光信号送受信回路の
受信側において用いられる光パルス信号発生回路を図９
に示す。図９に示すように、この光パルス信号発生回路
においては、与えられたクロック信号ＣＫ、バーＣＫ
は、所定数のインバータ・ゲートから成る遅延回路ＤＬ
１を通され、これによってタイミングが所定時間遅れた
信号ＣＫｄ、バーＣＫｄが形成される。この時のこれら
の信号ＣＫｄ、バーＣＫｄの遅延時間τ_dは、インバー
タ・ゲート１個当たりのゲート遅延時間をτ_pd、ゲート
数をｍとすると、τ_d＝ｍ×τ_pdとなる。図１０Ａ〜Ｄ
に、これらのクロック信号ＣＫ、バーＣＫおよび遅延ク
ロック信号ＣＫｄ、バーＣＫｄを示す。遅延回路ＤＬ１
から得られる遅延クロック信号ＣＫｄおよびクロック信
号バーＣＫはＡＮＤ回路１１の一方の入力および他方の
入力にそれぞれ入力され、遅延回路ＤＬ１から得られる
遅延クロック信号バーＣＫｄおよびクロック信号ＣＫは
ＡＮＤ回路１２の一方の入力および他方の入力にそれぞ
れ入力される。この結果、ＡＮＤ回路１１からはバーＣ
Ｋ＊ＣＫｄ（＝ＣＫｎ）の信号が出力され、ＡＮＤ回路
１２からはＣＫ＊バーＣＫｄ（＝ＣＫｐ）の信号が出力
される。図１０Ｅ、Ｆに、これらの信号ＣＫ＊バーＣＫ
ｄ（＝ＣＫｐ）およびバーＣＫ＊ＣＫｄ（＝ＣＫｎ）を
示す。この場合、ＡＮＤ回路１２から出力される信号Ｃ
Ｋｐがクロック信号ＣＫのポジティブ・エッジに対応す
る微分パルス信号であり、ＡＮＤ回路１１から出力され
る信号ＣＫｎがクロック信号ＣＫのネガティブ・エッジ
に対応する微分パルス信号である。

【００３８】次に、上述のクロック信号ＣＫ、バーＣＫ
とともに送信するディジタル信号の各ビットのデータＤ
１〜Ｄｎに対応する微分パルス信号は次のようにして得
られる。すなわち、図９に示すように、各ビットのデー
タＤ１〜Ｄｎは所定数のインバータ・ゲートから成る遅
延回路ＤＬ２１〜ＤＬ２ｎをそれぞれ通されてタイミン
グが所定時間遅らされた後、それぞれＡＮＤ回路１３１
〜１３ｎの一方の入力に入力される。これらのＡＮＤ回
路１３１〜１３ｎの他方の入力には、ＡＮＤ回路１２か
ら出力される微分パルス信号ＣＫｐが入力される。この
結果、これらのＡＮＤ回路１３１〜１３ｎから、データ
Ｄ１〜Ｄｎに対応する微分パルス信号が出力される。一
例として、図１０Ｇ、Ｈに、データＤ１およびそのポジ
ティブ・エッジに対応する微分パルス信号を示す。

【００３９】上述のようにしてＡＮＤ回路１１、１２、
１３１〜１３ｎからそれぞれ出力される電気的微分パル
ス信号は、これらのＡＮＤ回路１１、１２、１３１〜１
３ｎに対応して設けられたＬＤドライバ２１、２２、２
３１〜２３ｎにそれぞれ供給される。そして、これらの
ＬＤドライバ２１、２２、２３１〜２３ｎによりレーザ
ダイオードＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ２３〜ＬＤ３ｎがそれ
ぞれパルス駆動され、それによって微分光パルス信号が
得られる。これらの微分光パルス信号は、例えば光ファ
イバのような光導波路ＷＧを通って、図示省略した光信
号受信回路に送信される。

【００４０】図９に示す光パルス信号発生回路における
遅延回路ＤＬ１、ＤＬ２１〜ＤＬ２ｎ、ＡＮＤ回路１
１、１２、１３１〜１３ｎおよびＬＤドライバ２１、２
２、２３１〜２３ｎをＧａＡｓＭＥＳＦＥＴによるＥ
（Enhancement)／Ｄ（Depletion)構成のＤＣＦＬ回路に
より構成した一例を図１１に示す。

【００４１】次に、受信側での光パルス信号の復調方法
について説明する。この第２実施例による光信号送受信
回路の受信側においては、図２に示すと同様な構成の光
入力フリップフロップ回路が用いられる。今、図２にお
いて、例えば、トランジスタＴ１１〜Ｔ１４のしきい値
電圧Ｖ_th＝０．２Ｖとするとともに、フリップフロップ
回路の負荷抵抗Ｒ₁（＝Ｒ₂）＝３ｋΩとし、フォトデ
ィテクタＰＤ１の負荷抵抗Ｒ₃（＝Ｒ₄）の値を変化さ
せたときの入力光電流による出力電圧（ＱおよびバーＱ
の電圧）の変化の様子を図１２に示す。図１２に示すよ
うに、この例においては、Ｒ₃＝３ｋΩの時、約０．２
ｍＡ＝２００μＡの光電流に対して、十分なスイッチン
グ動作が行われることがわかる。また、フォトディテク
タＰＤ１の感度を０．５Ａ／Ｗと仮定すると、入力光の
出力約４００μＷで論理動作が可能となる。

【００４２】今、送信側においてクロック信号ＣＫのポ
ジティブ・エッジおよびネガティブ・エッジに対応する
微分パルス信号ＣＫｐおよびＣＫｎに対応して発生され
る光パルス信号をそれぞれ＜ＣＫｐ＞、＜ＣＫｎ＞と表
し、図２に示す光入力フリップフロップ回路のフォトデ
ィテクタＰＤ１、ＰＤ２にそれぞれ光パルス信号＜ＣＫ
ｐ＞、＜ＣＫｎ＞が入力された時の出力波形をシミュレ
ーションにより求めた一例を図１３に示す。ただし、こ
の例においては、クロック周波数を１ＧＨｚとしてい
る。図１３からわかるように、図２に示す光入力フリッ
プフロップ回路の出力Ｑ、バーＱに、それぞれクロック
信号ＣＫおよびクロック信号バーＣＫが復調される。

【００４３】図１４は、光信号受信回路における光信号
復調回路を図２に示す光入力フリップフロップ回路を用
いて構成した一例を示す。図１４において、送信側より
光導波路ＷＧを通って送信された光パルス信号＜ＣＫｎ
＞、＜ＣＫｐ＞は、それぞれ光入力フリップフロップ回
路ＦＦ１のフォトディテクタＰＤ１、ＰＤ２に入力さ
れ、この光入力フリップフロップ回路ＦＦ１の出力がバ
ッファ回路Ｂ１を通されてクロック信号ＣＫ、バーＣＫ
が復調される。

【００４４】次に、ディジタル信号の各データＤ１〜Ｄ
ｎは、上述のようにして復調されたクロック信号ＣＫ、
バーＣＫを用いて、次のようにして復調される。すなわ
ち、復調されたクロック信号ＣＫを例えば所定数のイン
バータ・ゲートから成る遅延回路ＤＬ３を通して所定時
間遅延させた後にＡＮＤ回路１４の一方の入力に入力す
るとともに、復調されたクロック信号バーＣＫをこのＡ
ＮＤ回路１４の他方の入力に入力し、このＡＮＤ回路１
４の出力をリセットパルスＲｅｓｅｔとして用いる。そ
して、このリセットパルスＲｅｓｅｔを各データビット
Ｄ１〜Ｄｎの入力部の光入力フリップフロップ回路ＦＦ
２１〜ＦＦ２ｎの一方の入力とし、これらの光入力フリ
ップフロップ回路ＦＦ２１〜ＦＦ２ｎをリセットする。
これらの光入力フリップフロップ回路ＦＦ２１〜ＦＦ２
ｎの出力はバッファ回路Ｂ２１〜Ｂ２ｎを通され、各デ
ータＤ１〜Ｄｎが復調される。

【００４５】上述の光パルス信号＜ＣＫｐ＞、＜ＣＫｎ
＞、クロック信号ＣＫ、バーＣＫ、リセットパルスＲｅ
ｓｅｔ、光パルス信号＜Ｄ１＞およびデータＤ１のタイ
ミングの様子を図１５に示す。ここで、＜Ｄ１＞は送信
側においてデータＤ１のポジティブ・エッジに対応して
発生される光パルス信号を示す。

【００４６】以上のことからわかるように、クロック信
号ＣＫ、バーＣＫとともに送信側から送信される他のデ
ィジタル信号は、その各ビットのデータＤ１〜Ｄｎのポ
ジティブ・エッジに対応する光パルス信号のみを受信側
に伝送するだけで復調することができる。

【００４７】図１６に、図１４に示す光信号受信回路に
おける復調回路をＧａＡｓＭＥＳＦＥＴによるＥ／Ｄ構
成のＤＣＦＬ回路により構成した一例を示す。

【００４８】この第２実施例によれば、上述の第１実施
例と同様に、送信側のＡＰＣ回路および受信側のＡＧＣ
回路が不要となることにより光信号送受信回路の回路規
模および消費電力の低減を図ることができるほか、受信
側で復調されたクロック信号により、このクロック信号
とともに送信される他のディジタル信号の各データビッ
トの信号のタイミングの調整を行うことができるため、
信号伝送レートが高速になっても、タイミングミスによ
る誤動作を防止することができる。

【００４９】この第２実施例による信号伝送方式は、例
えば次のような場合に適用することが可能である。すな
わち、図１７は画像伝送／処理システムの例を示し、ワ
ークステーション４１と主記憶装置４２との間、ワーク
ステーション４１と画像伝送エンコーダ／デコーダ４３
との間、画像伝送エンコーダ／デコーダ４３とノードＮ
との間などのごく近距離でのシステム間信号伝送を、光
ファイバケーブル４４を用いて並列光伝送する場合であ
る。

【００５０】図１８は画像信号処理システム内ボード間
伝送の例を示す。図１８において、符号５１はＩＣチッ
プ、５２はＩＣボード、５３は送信光モジュール、５４
は受信光モジュール、５５は光ファイバアレー、５６は
送受信モジュールを示す。この例においては、光ファイ
バアレー５５を通してＩＣボード５２間の光伝送が行わ
れる。

【００５１】図１９は３次元集積化光マルチチップモジ
ュールの例を示し、図１９Ａは全体構成、図１９Ｂはモ
ジュール内部の詳細を示す。図１９に示すように、この
例においては、相互に並列光信号伝送が行われる送信／
受信光モジュール６１を有するＬＳＩチップ６２がスペ
ーサ６３を介して多層積層されている。

【００５２】図２０は２次元集積化光マルチチップモジ
ュールの例を示し、送信光モジュール７１および受信光
モジュール７２を有するＬＳＩチップ７３を光導波路か
ら成る光配線７４により相互に接続したものである。

【００５３】以上、この発明の実施例につき具体的に説
明したが、この発明は、上述の実施例に限定されるもの
ではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が
可能である。

【００５４】例えば、上述の第１実施例および第２実施
例においては、送信側の発光素子としてレーザダイオー
ドを用いているが、発光素子としては、例えば発光ダイ
オードを用いるようにしてもよい。

【００５５】また、上述の第２実施例における図１１に
示す光パルス信号発生回路および図１６に示す光信号復
調回路はいずれもＧａＡｓＭＥＳＦＥＴを用いて構成さ
れたものであるが、ＧａＡｓＪＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢ
Ｔや、ＳｉによるＣＭＯＳ、ｎ−ＭＯＳ、ＴＴＬ、ＥＣ
Ｌなどを用いても、同様な回路を構成することが可能で
ある。高速大容量伝送への応用の場合には、ＧａＡｓ、
ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰなどの高電子移動
度を有する化合物半導体材料を用いたＭＥＳＦＥＴ、Ｊ
ＦＥＴ、ＨＥＭＴ、ＨＢＴなどの高速スイッチング素子
が好適に用いられる。

【００５６】さらに、上述の第２実施例においては、送
信するディジタル信号の各ビットのデータＤ１〜Ｄｎの
ポジティブ・エッジに対応する光パルス信号のみを受信
側に伝送することによりこの光パルス信号を復調してい
るが、送信するディジタル信号の各ビットのデータＤ１
〜Ｄｎのネガティブ・エッジに対応する光パルス信号の
みを受信側に伝送することによってこの光パルス信号を
復調するようにしてもよい。

【００５７】さらにまた、上述の第１実施例および第２
実施例においては、送信するディジタル信号を正論理に
おけるＲＺ形式とした場合について説明したが、送信す
るディジタル信号を負論理におけるノンリターンゼロ
（ＮＲＺ）形式とした場合においても、上述とほぼ同様
にして光パルス伝送を行うことが可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
送信側のＡＰＣ回路および受信側のＡＧＣ回路が不要と
なることにより、光信号送受信回路の回路規模の縮小お
よび消費電力の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による光信号送受信回路
の光信号送信回路において用いられるＣＲ微分回路を用
いた光パルス信号発生回路の例を示す回路図である。

【図２】この発明の第１実施例による光信号送受信回路
の光信号受信回路において用いられる光入力フリップフ
ロップ回路の一例を示す回路図である。

【図３】図２に示す光入力フリップフロップ回路の等価
論理回路図である。

【図４】図１に示す光パルス信号発生回路の動作を説明
するためのタイミングチャートである。

【図５】この発明の第１実施例による光信号送受信回路
の光信号受信回路において用いられる光入力フリップフ
ロップ回路の他の例を示す回路図である。

【図６】図５に示す光入力フリップフロップ回路の等価
論理回路図である。

【図７】この発明の第１実施例による光信号送受信回路
の光信号受信回路において用いられる光入力フリップフ
ロップ回路のさらに他の例を示す回路図である。

【図８】図７に示す光入力フリップフロップ回路の等価
論理回路図である。

【図９】この発明の第２実施例による光信号送受信回路
の光信号送信回路において用いられる遅延回路を用いた
光パルス信号発生回路の例を示す回路図である。

【図１０】図９に示す光パルス信号発生回路の動作を説
明するためのタイミングチャートである。

【図１１】図９に示す光パルス信号発生回路の具体的な
構成例を示す回路図である。

【図１２】図２に示す光入力フリップフロップ回路の直
流入出力特性の例を示すグラフである。

【図１３】図２に示す光入力フリップフロップ回路の光
パルス信号による動作特性のシミュレーション結果の例
を示すグラフである。

【図１４】この発明の第２実施例による光信号送受信回
路の光信号受信回路における光信号復調回路の例を示す
回路図である。

【図１５】図１４に示す光信号復調回路の動作を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図１６】図１４に示す光信号復調回路の具体的な構成
例を示す回路図である。

【図１７】この発明の第２実施例による信号伝送方式が
好適に適用される画像伝送／処理システムの例を示す略
線図である。

【図１８】この発明の第２実施例による信号伝送方式が
好適に適用される画像信号処理システムの例を示す略線
図である。

【図１９】この発明の第２実施例による信号伝送方式が
好適に適用される３次元集積化光マルチチップモジュー
ルの例を示す略線図である。

【図２０】この発明の第２実施例による信号伝送方式が
好適に適用される２次元集積化光マルチチップモジュー
ルの例を示す略線図である。

【図２１】従来の光信号送受信回路の例を示すブロック
図である。

【図２２】レーザダイオードの光出力対注入電流特性の
例を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１〜Ｔ２４トランジスタＬＤ１、ＬＤ２、ＬＤ３１〜ＬＤ３ｎレーザダイオー
ドＰＤ１、ＰＤ２フォトディテクタＤＬ１、ＤＬ２１〜ＤＬ２ｎ、ＤＬ３遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/06 Ｈ０１Ｓ 3/10 Ｚ 8934−4ＭＨ０４Ｂ 10/28 10/26 10/14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信側において送信するリターンゼロ形
式またはノンリターンゼロ形式のディジタル信号のポジ
ティブ・エッジおよびネガティブ・エッジに対応して一
対の発光素子により発生された一対の光パルス信号を受
信側において一対の受光素子により受光し、上記一対の受光素子から出力される一対のパルス信号を
フリップフロップ回路にトリガ入力することにより上記
光パルス信号を復調するようにした光信号の復調方法。
【請求項２】上記ディジタル信号には少なくともクロ
ック信号が含まれることを特徴とする請求項１記載の光
信号の復調方法。
【請求項３】上記ディジタル信号はクロック信号であ
り、上記クロック信号とともにリターンゼロ形式または
ノンリターンゼロ形式の他のディジタル信号を送信する
ことを特徴とする請求項１記載の光信号の復調方法。
【請求項４】送信側において上記他のディジタル信号
のポジティブ・エッジおよびネガティブ・エッジのうち
のいずれか一方に対応して発光素子により発生された他
の光パルス信号を受信側において受光素子により受光
し、上記受光素子から発生される他のパルス信号および受信
側において復調された上記クロック信号を用いて作成さ
れるリセットパルスをフリップフロップ回路にトリガ入
力することにより上記他の光パルス信号を復調するよう
にしたことを特徴とする請求項３記載の光信号の復調方
法。
【請求項５】送信するリターンゼロ形式またはノンリ
ターンゼロ形式のディジタル信号のポジティブ・エッジ
およびネガティブ・エッジに対応して一対の光パルス信
号を発生させるための一対の発光素子を有する光信号送
信回路と、上記一対の光パルス信号を受光するための一対の受光素
子およびこの一対の受光素子から出力される一対のパル
ス信号がトリガ入力されるフリップフロップ回路を有す
る光信号受信回路とを有する光信号送受信回路。