CN109217931A - 光驱动装置和光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光驱动装置和光通信系统，其使用PAM方法改善激光的信号质量。激光驱动器通过使用N电平(N为大于等于3的整数)PAM信号驱动半导体激光器。时钟控制电路确定所述激光驱动器的驱动时刻。例如，在N＝4的情况下，时钟控制电路将与从第四电平到第一电平的转换相关联的驱动时刻确定为比与相反方向上的转换相关联的驱动时刻早第一时间，假设电平是按照从光强度最小的电平开始的顺序的第一电平、……、以及第四电平。

Description

光驱动装置和光通信系统
相关申请的交叉引用
2017年6月29日提交的日本专利申请第2017-127812号公开的内容，包括其说明书、附图和摘要，通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及光驱动装置和光通信系统，例如，涉及用于发送通过PAM(PulseAmplitude Modulation,脉幅调制)方法调制的激光的技术。
背景技术
日本未经审查的专利申请公开第2016-122898号描述了用于PAM的DML(DirectlyModulated Laser，直接调制激光器)驱动器。所述DML驱动器包括用于数字输入信号每一位的电流提取电路，并且通过该电流提取电路从提供给LD(Laser Diode，激光二极管)的恒定电流中提取与所述数字输入信号对应的电流，由此驱动所述LD。“25Gbit/s OpticalTransmitter Modules for Optical Transceiver”，SEI Technical Review,No.186,January 2015,pp.65–68(“用于光收发器的25Gbit/s光发射机模块”，SEI技术评论，186号，2015年1月，第65-68页)描述了一种安装有EA调制器集成的DFB激光器的光发送模块。“Compact Optical Transmitter Module with Integrated Optical Multiplexerfor100Gbit/s”,SEI Technical Review,No.188,pp.95-98(“具有100Gbit/s的集成光学多路复用器的紧凑型光发射机模块”，SEI技术评论，188号，第95-98页)描述了一种安装有直接调制的DFB激光器的光发送模块。
发明内容
例如，随着高清视频分发的增加，要求进一步提高互联网的传输容量和传输速度。因此，作为激光调制方法，正在推进PAM方法的开发，以代替传统方法NRZ(No Return toZero，不归零)方法。例如，400千兆以太网(注册商标)使用执行四电平PAM调制的PAM4。同时，作为半导体激光器的结构，已知有在“25Gbit/s Optical Transmitter Modules forOptical Transceiver”(“用于光收发器的25Gbit/s光发射器模块”)中描述的EML(Electroabsorption Modulator integrated with DFB Laser,集成有DFB激光器的电吸收调制器)型和在“Compact Optical Transmitter Module with Integrated Optical Multiplexerfor 100Gbit/s”(“具有100Gbit/s的集成光学多路复用器的紧凑型光发射机模块”)中描述的DML(Directly Modulated Laser，直接调制激光器)型。
EML型也称为外部调制型，其使用如下方法：总是以最大输出驱动半导体激光器并且通过使用集成在半导体激光器中的光调制器对激光进行强度调制。因此，EML型存在功率消耗大的问题。例如，能量消耗随着数据中心或者通信基站的增多而增加，这可能导致全球变暖等。同时，DML型是直接调制型，并且使用调制半导体激光器驱动电流自身的方法。因此，与EML型相比，可降低功耗。然而，在DML型中信号波形的失真大于EML型。因此，特别是在使用PAM方法的情况下，很可能不能获得足够的信号质量。
鉴于上述问题，做出了下述实施例。根据本说明书及其附图的描述，本发明的其他目的和新颖性特征将会变得清楚明白。
根据实施例的光驱动装置包括：驱动直接调制型半导体激光器的激光驱动器和时钟控制电路。所述激光驱动器通过使用N电平(N为大于等于3的整数)PAM信号驱动所述半导体激光器。所述时钟控制电路确定所述激光驱动器的驱动时刻。在该确定中，时钟控制电路设定电平是按照从光强度最小的电平开始的顺序的第1电平，……，第N电平，并且将与从第N电平到第1电平的转变相关联的驱动时刻确定为比与在相反方向上转变相关联的驱动时刻早第一时间。
根据上述实施例，可以使用PAM方法提高激光的信号质量。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的光通信系统主要部分的结构例的示意图；
图2是示出包含根据本发明第一实施例的光驱动装置的主要部分的示意结构例的电路框图；
图3A示意性示出了从图14的半导体激光器输出的激光波形，并且图3B示意性示出了从图2的半导体激光器输出的激光波形；
图4A和图4B分别示意性示出了与图3A和图3B中的那些波形相对应的波形，并且分别在其中添加了其他电平之间的转换；
图5A是示出图2中的串并转换器的结构例的电路图，并且图5B是示出图5A中串并转换器的操作例的时序图；
图6A是示出图2中时钟控制电路的结构例的电路图，并且图6B是示出图6A中时钟控制电路的操作例的时序图；
图7是示出图2中激光驱动器的结构例的电路图；
图8是示出图2和图7中激光驱动器的操作例的时序图；
图9是示出图6A中延迟电路的结构例的电路图；
图10示意性示出了根据本发明第二实施例的光驱动装置中的半导体激光器输出的激光波形；
图11是示出对应于图10的时钟控制电路的结构例的电路图；
图12是示出EML型半导体激光器的截面结构例和操作例的示意图；
图13是示出DML型半导体激光器的截面结构例和操作例的示意图；
图14是示出包括作为本发明比较例研究的光驱动装置的主要部分的结构例的电路框图；
图15是DML型半导体激光器输出的激光的观察结果的示例的波形图；
图16A示意性示出了激光的理想波形，并且图16B示意性示出了图14的半导体激光器输出的激光波形。
具体实施方式
为了方便起见，在下述实施例的描述中，如有必要，将分割成多个部分或实施例。然而，除非另外指出，这些部分或实施例不是彼此独立的，而是处于这样的联系中，即一者是另一者全部或部分等的改进、细节、补充说明。在下述实施例中，当提及元素的数量等(包括数目，数值，质量，范围等)时，除非另外指出，或者除了原则上明显限定于特定数量的情况，或者除了其他情况，元素的数量不限于指定的数量，而可以是指定的数量或可以更多或更少。
此外，在下述实施例中，除非另有说明，或者除了明显认为原则上必需的情况，或除了其他情况之外，构成要素(包括要素步骤等)并非总是必需的。类似的，在下述实施例中，当涉及构成要素等的形状、位置关系等时，除非另有说明，或者除了原则上明显考虑的情况，或除了其他情况之外，应当理解它们包括那些基本上类似或相似的形状等。这些也适用于上述数值或范围。
另外，构成实施例中的各功能块的电路元件没有特别限定，通过用于CMOS(Complementary MOS Transistor，互补型金属氧化物半导体晶体管)等集成电路的公知技术形成在例如单晶硅等半导体基板上。
下面参照附图详细描述本发明的实施例。在用于解释实施例的附图中，原则上相同的元件由相同的附图标号标记，并且省略重复的描述。
第一实施例
《光通信系统的示意结构》
图1是示出根据本发明第一实施例的光通信系统的主要部分的结构例的示意图。图1所示的光通信系统包括两个通信装置CEQ1和CEQ2，以及用作所述通信装置CEQ1和通信装置CEQ2之间通信路径的光纤OF。所述通信装置CEQ1包括光发送单元(光发送装置)OPTX和发送数据处理单元TXU。所述发送数据处理单元TXU通过DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等对原始数字数据执行各种数字处理，例如编码，并且输出处理后的数字数据DTi。
所述光发送单元(光发送装置)OPTX包括数模转换器DAC、激光驱动器DRV、以及半导体激光器LD。所述半导体激光器LD具有直接调制型结构。所述数模转换器DAC将所述数字数据DTi转换成四电平PAM信号(模拟信号)。所述激光驱动器DRV通过使用所述PAM信号驱动所述半导体激光器LD。因此，所述半导体激光器LD将由PAM信号调制的激光发送给光纤OF。
所述通信装置CEQ2包括光接收单元(光接收装置)OPRX和接收数据处理单元RXU。所述光接收单元(光接收装置)OPRX包括光电二极管PD、互阻抗放大器TIA、和模数转换器ADC。所述光电二极管PD从所述光纤OF接收激光并且输出与所述激光的光强度相对应的电流信号。互阻抗放大器TIA使用预设的增益放大所述电流信号并将所述电流信号转换成电压信号。所述模数转换器ADC将所述电压信号(模拟信号)转换成数字信号。以这种方式，所述光接收单元OPRX对由PAM信号调制的激光进行解调。所述接收数据处理单元RXU通过DSP等对来自所述光接收单元OPRX的数字数据执行各种数字处理，例如解码，从而将数字数据恢复为原始数字数据。
事实上，对于双工通信，光发送单元OPTX和光接收单元OPRX集成为一个发送/接收模块，并且将该发送/接收模块提供给每个通信装置CEQ1和通信装置CEQ2。此外，例如，在400千兆以太网中，多个发送/接收模块以并行捆绑的方式使用，其多个激光波束经由光纤OF发送同时通过WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分复用)进行复用。因此，在各种通信装置中，例如路由器、以太网交换机、光传输装置、视频分发服务器，发送/接收模块在整体功率消耗中的百分比变大。因此，为了降低功率消耗，使用直接调制型(DML型)半导体激光器LD是有用的。
图12是示出了EML型半导体激光器的截面结构例和操作例的示意图。图13是示出了DML型半导体激光器的截面结构例和操作例的示意图。图12所示的EML型半导体激光器LDe具有这样的结构，即其中的发光单元LE和光调制单元MD被布置为彼此相邻。在n型半导体衬底SUB的背面上形成电极PD3。在半导体衬底SUB的主表面上，依次形成有n型包覆层CLn、有源层AL、和p型包覆层CLp。
例如，n型包覆层的CLn、有源层AL、和p型包覆层CLp中的每一者由例如磷化铟(InP)等化合物半导体形成，并且具有双异质结构。在p型包覆层CLp的主表面侧上，在发光单元LE的区域形成电极PD1，在光调制单元MD的区域形成电极PD2。另外，在半导体衬底SUB和n型包覆层CLn之间的边界上，在发光单元LE的区域形成有使激光具有单一波长的衍射光栅。
通过激光驱动器向电极PD1提供DC电流。因此，电子和空穴被限制在有源层AL中，并且电子和空穴的复合导致发光。该光在有源层AL中通过受激发射引起激光振荡。因此，具有单一波长的激光发送到光调制单元MD。将由激光驱动器调制的电压施加到电极PD2。因此，激光的吸收率由于量子限制斯塔克效应(Stark effect)改变，并且调制后的激光被输出到外部。
图13所示的DML型(直接调制型)半导体激光器LDd具有只包括图12所示的发光单元LE的结构。将由激光驱动器调制的电流信号提供给电极PD1。由此，调制的具有单一波长的激光被输出到外部。在图12所示的EML型半导体激光器LDe中，总是将与最大输出对应的DC电流提供给发光单元LE，而在图13所示的DML型半导体激光器LDd中，将调制的电流信号提供给发光单元LE。因此，通过使用DML型半导体激光器LDd能够降低功耗。
《光驱动装置(比较例)的示意结构和问题》
图14是示出了包括作为本发明的比较例研究的光驱动装置的主要部分的示意结构的电路框图。图14示出了图1所示的光发送单元的更具体的结构例。光发送单元(光发送装置)OPTX'包括半导体激光器LD和驱动所述半导体激光器LD的光驱动单元(光驱动装置)OPDV'。所述光驱动单元(光驱动装置)OPDV'例如由单个半导体芯片构成，并且包括时钟和数据恢复电路CDR、串并转换器SPC、和激光驱动器DRV。该示例假设由四电平PAM信号调制DML型半导体激光器的情况。
时钟和数据恢复电路CDR从图1所示的发送数据处理单元TXU接收数字数据DTi，并且执行时钟信号CK1的抽取及串行数据DTs的恢复(重定时)。串并转换器SPC将串行数据DTs转换成2位并行数据DTp[1]和DTp[2]。激光驱动器DRV包括数模转换器DAC和可变电流源ISV。在该示例中，图1所示的数模转换器DAC包括在激光驱动器DRV中。
数模转换器DAC将来自串并转换器SPC的2位并行数据DTp[1]和DTp[2]转换成四电平模拟信号(即，PAM信号)。可变电流源ISV生成与PAM信号的电平相对应的电流信号Id'，并且使用所述电流信号Id'(换言之，PAM信号)驱动半导体激光器LD。在该驱动中，基于来自时钟和数据恢复电路CDR的时钟信号CK1确定半导体激光器LD的驱动时序。
图15是示出DML型半导体激光器输出的激光的观察结果的示例的波形图。图15示出了假设传输速率达到25Gbp时通过使用二进制NRZ信号进行调制的情况下的眼图。在图15中，发现当激光的上升时间(上升斜率)和激光的下降时间(下降斜率)互相比较时，下降时间更长(即下降的斜率平缓)。例如，可以考虑以下因素。首先，上升时间由电子和空穴的复合时间决定，而有源层AL中注入许多电子和空穴。与此同时，下降时间由复合时间决定，然而在有源层AL中，由于在不执行电子和空穴的注入的状态下，电子和空穴的复合减少。在这种情况下，复合的概率随时间而减小，因此下降需要很多时间。
图16A示意性示出了激光的理想波形，并且图16B示意性示出了从图14所示的半导体激光器中输出的激光的波形。在本说明书中，从光强度最小的电平开始，将四个电平依次称为第一电平LV1、第二电平LV2、第三电平LV3和第四电平LV4。此外，将从作为最低电平的第一电平LV1到作为最高电平的第四电平LV4的转换所需的时间称为上升时间Tr，并且将从第四电平LV4到第一电平LV1的转换所需的时间称为下降时间Tf。
在图16A和图16B中，与四个电平相关的三个眼是张开的，所述三个眼分别在第四电平和第三电平之间(上边的眼)、在第三电平和第二电平之间(中间的眼)、第二电平和第一电平之间(下边的眼)。在图16A中，上升时间Tr和下降时间Tf彼此相等。在这种情况下，中间的眼的尺寸比上边的眼和下边的眼的尺寸大，并且上边的眼和下边的眼的尺寸相等。例如，在使用图12所示的EML型半导体激光器LDe的情况下，这些眼能够很容易的获得。
与此同时，在图16B中，由于DML型半导体激光器，下降时间Tf比上升时间Tr长。此外，基于图14所示的时钟信号CK1，在下降时的驱动时刻(起始时刻)和在上升时的驱动时刻相等。在这种情况下，由于下边的眼的尺寸比上边的眼的尺寸小，入射到光纤OF的激光的信号质量下降。并且，在图1所示的光纤OF中，光纤越长信号质量越低。因此，在图1的光接收单元OPRX中，下边的眼很可能不能够被正确的解调(即，发生数据的错误识别)或者光纤OF的长度(传输距离)被限制在能够执行正确解调的长度。
《光驱动装置(第一实施例)的示意结构和示意操作》
图2是示出包括根据本发明第一实施例的光驱动装置的主要部分的示意结构例的电路框图。图2示出了图1所示的光发送单元的更具体的结构例。光发送单元(光发送装置)OPTX包括半导体激光器LD和驱动所述半导体激光器LD的光驱动单元(光驱动装置)OPDV，如图14的情况那样。所述光驱动单元(光驱动装置)OPDV例如由单个半导体芯片构成，包括时钟和数据恢复电路CDR、串并转换器SPC、和激光驱动器DRV，如同图14中的情况，并且还包括时钟控制电路CKCTL。
时钟控制电路CKCTL从时钟和数据恢复电路CDR接收时钟信号CK1，从串并转换器SPC接收并行数据DTp[1]和DTp[2]，并且生成时钟信号CK2。然后所述时钟控制电路CKCTL通过时钟信号CK2确定激光驱动器DRV的驱动时刻。
图3A示意性示出了从图14中的半导体激光器输出的激光的波形。图3B示意性示出了从图2中的半导体激光器输出的激光的波形。在本实施例中，第一电平LV1、第二电平LV2、第三电平LV3和第四电平LV4分别对应于图2中的并行数据(DTp[1],DTp[2])的(0，0)、(0，1)、(1，0)和(1，1)。
图3A示出了与图16B情况相似的波形，其中，下边的眼的尺寸比上边的眼的尺寸小。从而，时钟控制电路CKCTL确定与从第四电平LV4到第一电平LV1转换相关联的驱动时刻(转换的起始时刻)比与从第一电平LV1到第四电平LV4转换相关联的驱动时刻早时间Te。即，时钟控制电路CKCTL生成时钟信号CK2以获得上述时刻。
这里，例如，时间Te等于“(Tf-Tr)/2”。在图3A的情况中，上边的眼中的第四电平LV4的宽度比下边的眼中的第一电平LV1的宽度宽了“Tf-Tr”。将时间Te确定为“(Tf-Tr)/2”时，第四电平LV4的宽度减少“(Tf-Tr)/2”并且第一电平的宽度增加“(Tf-Tr)/2”。因此，可以确定下边的眼的尺寸与上边的眼的尺寸彼此相等。
图4A和图4B分别示意性示出了与图3A和图3B中的那些波形相对应的波形，并且分别在其中添加了电平之间的其他转换(所谓的眼图)。如图4B所示，时钟控制电路CKCTL将与除了从第四电平LV4到第一电平LV1转换之外的其他转换相关联的所有驱动时刻确定为时刻t1。时钟控制电路CKCTL只将与从第四电平LV4到第一电平LV1的转换相关联的驱动时刻确定为时刻t2，所述时刻t2比所述时刻t1早时间Te。所述其他转换包括：从第一电平到第二电平、到第三电平、和到第四电平的转换，从第二电平到第一电平、到第三电平、和到第四电平的转换，从第三电平到第一电平、到第二电平和到第四电平的转换，从第四电平到第二电平、到第三电平的转换。
如图4B所示，下边的眼的尺寸由从第四电平LV4到第一电平LV1的转换决定。因此，通过只将此变换提前，就可以将下边的眼的尺寸和上边的眼的尺寸设置为彼此相等。因为每一个电平是半导体激光器LD的阈值或更大，各个转换的起始时刻的变化(也就是说，取决于在哪些电平之间发生转换的变化)小。因此，当将时刻提前时间Te时，不需要考虑两个时钟周期前的电平，只需要考虑前一个时钟周期的电平(第四电平LV4)和当前时钟周期的电平(第一电平LV1)。
如果对上升方向的时刻进行调整，则所述调整会导致驰豫振荡的位置偏移，这可能对眼在垂直方向上的开口产生不利影响。与此同时，根据第一实施例的方法，调整下降方向的时刻。因此，驰豫振荡的位置和眼在垂直方向上的开口不受影响。所述调整只在横向方向(时间轴方向)执行。因此，在下降方向的时刻调整不会引起副作用。
尽管以四电平PAM信号为例进行了说明，但是电平的数量不一定限于四个。在使用N电平(N为大于等于3的整数)PAM信号的情况下，例如，3电平PAM信号或者5电平PAM信号或更多电平PAM信号，可能发生类似的问题。因此，应用类似的方法是有用的。
然而，在“N”很大的情况下，当将从第N电平到第一电平的转换提前如图4B中的时间Te(＝(Tf-Tr)/2)时，例如，所述转换的波形可能越过从第(N-1)电平到第一电平LV1转换的波形。在这种情况下，下边的眼的尺寸由从第(N-1)电平到第一电平LV1的转换决定。因此，在这种情况下，时间Te可以由这样的方式确定，即，使从第N电平到第一电平转换的波形不越过从第(N-1)电平到第一电平LV1的波形，而是与后者一致，或者除了从第N电平到第一电平LV1转换的波形，还将从第(N-1)电平到第一电平LV1转换的波形提前。
《光驱动装置(第一实施例)的详细结构和详细操作》
图5A是示出图2中的串并转换器的结构例的电路图，并且图5B是示出图5A中的串并转换器的操作例的时序图。图5A中的串并转换器SPC包括触发器电路FF11至FF14。所述触发器电路FF11和触发器电路FF12在时钟信号CK1的上升沿和下降沿锁存串行数据DTs。所述触发器电路FF13和触发器电路FF14在时钟信号CK1的上升沿对触发器电路FF11和触发器电路FF12的输出执行重定时，由此分别输出并行数据DTp[1]和DTp[2]。
在图5B的例子中，串行数据以D1、D2、D3、D4、……的顺序输入。在这种情况下，D1和D2在时钟信号CK1的上升沿同步输出以作为并行数据DTp[1]和DTp[2]，D3和D4在下一上升沿同步输出以作为并行数据DT[1]和DTp[2]。对后续数据执行类似的操作。
图6A是示出图2中的时钟控制电路的结构例的电路图，并且图6B是示出图6A中的时钟控制电路的操作例的时序图。图6A中的时钟控制电路CKCTL包括时钟输出电路CKOT、选择电路SEL20、和电平转换检测电路LSDET。所述时钟输出电路CKOT包括延迟电路DLY20，所述延迟电路确定图4B等中所述的时间Te，并且输出与图4B中的时刻t1相对应的时钟信号CKa和与时刻t2相对应的时钟信号CKb。
在本例中，时钟输出电路CKOT通过延迟电路DLY20延迟时钟信号CK1以输出时钟信号CKa，并且通过与门AD20对时钟信号CKa和时钟信号CK1执行与操作以输出时钟信号CKb。在这种情况下，如图6B所示，时钟信号CKb的下降沿比时钟信号CKa的下降沿早时间Te。
选择电路SEL20选择所述时钟信号CKa和时钟信号CKb中的一个。电平转换检测电路LSDET检测在从第四电平LV4到第一电平LV1的转换发生时的时钟周期，并且使用所述检测结果控制选择电路SEL20。在本例中，电平转换检测电路LSDET包括触发器电路FF21和触发器电路FF22以及与门AD21。
触发器电路FF21和触发器电路FF22在时钟信号CK1的上升沿锁存并行数据DTp[1]和DTp[2]，由此将并行数据DTp[1]和DTp[2]分别延迟一个时钟周期。与门AD21在触发器电路FF21和触发器电路FF22的输出(即，上一时钟周期的并行数据(DTp[1]和DTp[2]))为(1，1)并且当前时钟周期的并行数据(DTp[1]和DTp[2])为(0，0)时的情况下，断言选择信号SS20在电平“1”上。选择电路SEL20在选择信号SS20在电平“1”上时，输出时钟信号CKb作为时钟信号CK2，并且在选择信号SS20在电平“0”上时，输出时钟信号CKa作为时钟信号CK2。
在图6B中，在时钟信号CK1的每个时钟周期，顺序输入(D1,D2)＝(0,1),(D3,D4)＝(1,1),(D5,D6)＝(0,0),(D7,D8)＝(1,0)。在这种情况下，在(D5，D6)的时钟周期，选择信号SS20被断言在电平“1”上。在该时钟周期，输出其下降沿比上一时钟周期的下降沿和下一时钟周期的下降沿早时间Te的时钟信号CK2。
尽管本例使用使下降沿提前的结构作为时钟输出电路CKOT，也可以使用使上升沿提前的结构。在这种情况下，例如，选择电路SEL20可以选择时钟信号CK1和时钟信号CKa中的一个。在任何情况下，时钟输出电路CKOT可以通过包括延迟电路DLY20，输出时钟信号和其边沿比上一时钟的边沿早的另一时钟信号。
图7是示出图2中的激光驱动器的结构例的电路图。图7所示的激光驱动器DRV包括流控数模转换器IDAC和恒流源IS30。所述流控数模转换器IDAC包括解码器DEC30、触发器电路FF31至FF34、开关SW31至SW34、和恒流源IS31至IS34。解码器DEC30对并行数据DTp[1]和DTp[2]解码并将解码结果输出到触发器电路FF31至FF34。具体地，例如，解码器DEC30在并行数据(DTp[1],DTp[2])为(1，1)时，将电平“1”仅输出到触发器电路FF34，在并行数据(DTp[1],DTp[2])为(0，0)时，将电平“1”仅输出到触发器电路FF31。
触发器电路FF31至FF34在时钟信号CK2的下降沿锁存解码器DEC30的解码结果，并且使用触发器电路FF31至FF34的输出结果分别控制开关SW31至SW34的接通或断开。结果，参照图6B，例如，当并行数据(DTp[1],DTp[2])为(1，1)时，在正常时刻仅开关SW34被控制为接通。此后，当将并行数据转换到(0，0)时，仅开关SW31在早了时间Te的时刻被控制为接通。
恒流源IS31至IS34的恒定电流值满足关系IS31>IS32>IS33>IS34。结果，当仅开关SW34被控制为接通时，将根据恒流源IS30的恒定电流值与恒流源IS34的恒定电流值之间的差值决定的最大驱动电流Id提供给半导体激光器LD。随后，当仅开关SW31被控制为接通时，将由恒流源IS30的恒定电流与恒流源IS31的恒定电流之间的差值决定的最小驱动电流Id提供给半导体激光器LD。
尽管包括流控数模转换器IDAC的结构例被描述作为激光驱动器DRV，但是激光驱动器DRV并不特别限定于此。激光驱动器DRV可以采用不同的结构。例如，采用这样的结构，即，在时钟信号CK2的下降沿，由压控数模转换器生成模拟电压，并且将所述模拟电压施加到用作可变电流源的MOS型晶体管的栅极。此外，在本例中使用时钟信号CK2的下降沿。然而，可以进行适当的改变以使用如参照图6B所述的上升沿。
图8是示出了图2和图7中的激光驱动器的操作例的时序图。图14中所示的比较例中的激光驱动器的操作例也一同示出。首先，图14中的激光驱动器DRV根据时钟信号CK1的下降沿引起半导体激光器的驱动电流Id的转换。结果，与电平之间的转换相关联的所有驱动时刻(转换的起始时刻)都相同。与此同时，图2和图7中的激光驱动器DRV根据时钟信号CK2的下降沿引起半导体激光器LD的驱动电流Id的转换。结果，可以使与从第四电平LV4到第一电平LV1的转换相关的驱动时刻提前时间Te。
图9是示出了图6A中的延迟电路的结构例的电路图。图9中所示的延迟电路DLY20是可变延迟电路，其中的时间Te可以可变的设置。例如，延迟电路DLY20包括多个逆变电路块IVB[1]、……、IVB[n](其以该顺序串联连接)和选择电路SEL40。例如，每一个逆变电路块由偶数个逆变电路组成。将时钟信号CK1输入逆变电路块IVB[1]。选择电路SEL40根据选择信号SS40选择逆变电路块IVB[1]、IVB[2]、……、IVB[n]中任意一个的输出，并且将所选择的输出作为时钟信号CKa输出。
例如，可以将不同的DML型半导体激光器LD与图2中的光驱动单元OPDV组合。在这种情况下，最优时间Te可以根据要组合的半导体激光器LD而变化。而且，最优时间Te可以根据环境的改变，例如温度的改变，而改变。因此，通过使用如图9所述的可变延迟电路，基于选择信号SS40使得时间Te可变的设置是有用的。
《第一实施例的主要有益效果》
通过以上述方式使用第一实施例的方法，通常可以使用PAM方法降低功率消耗并且提高激光的信号质量。结果，例如，可以获得传输距离的改善。此外，可以通过添加如图6A所示简单电路获得那些有益效果。
第二实施例
《时钟控制电路(变形例)的示意操作》
图10示意性示出了根据本发明的第二实施例的光驱动装置中的半导体激光器输出的波形。图10所示的波形与图4B中所示的波形的不同之处在于从第四电平LV4到第三电平LV3和到第二电平LV2的每个转换的波形。即，在图4B的情况下，时钟控制电路仅将与从第四电平LV4到第一电平LV1的转换相关联的驱动时刻确定为时刻t2。同时，在图10的情况下，时钟控制电路将与从第一电平、第二电平、或第三电平(LV1、LV2、LV3中的任一个)到其他电平的转换相关联的所有驱动时刻确定为时刻t1，并且将与从第四电平LV4到其他电平(LV1、LV2、和LV3)转换相关联的驱动时刻确定为时刻t2。
图11是示出了与图10相对应的时钟控制电路的结构例的电路图。图11中所示的时钟控制电路CKCTL与图6A中的结构例的不同之处在于电平转换检测电路LSDET2的结构。电平转换检测电路LSDET2包括触发器电路FF21和触发器电路FF22以及与门AD51，所述与门对触发器电路FF21和触发器电路FF22的输出执行与操作。因此，电平转换检测电路LSDET2检测发生从第四电平LV4到另一电平的转换的时钟周期。也就是说，当上一时钟周期中的并行数据(DTp[1]和DTp[2])为(1，1)时，不管当前时钟周期中的并行数据如何，电平转换检测电路LSDET2都断言选择信号SS20在电平“1”上，由此将时钟信号CK2的下降沿提前。
《第二实施例的主要有益效果》
通过以上述方式使用第二实施例的方法，获得与第一实施例的有益效果类似的有益效果。此外，如从图4A和图10的比较中发现的那样，中间的眼的尺寸可以增加。由此，可以获得激光信号质量的进一步改善。
以上，通过实施例具体描述了本申请的发明人做出的发明。然而，本发明并不限于上述实施例，并且在不脱离其主旨的范围内可以以各种方式进行改变。例如，为了清楚解释本发明，具体描述了前述实施例。然而，本发明不一定限于包括所有描述的元件。此外，某个实施例的一部分结构可以由另一实施例的结构替换。并且，其他实施例的结构可以添加到某个实施例的结构。此外，可以对每一个前述实施例的进行部分添加，或者可以对每一个前述实施例的部分结构进行删除或使用另一结构进行替换。

Claims (15)

1.驱动直接调制型半导体激光器的光驱动装置，包括：
激光驱动器，其通过使用N电平PAM信号驱动所述半导体激光器，N为大于等于3的整数；和
时钟控制电路，其确定所述激光驱动器的驱动时刻，
其中所述时钟控制电路将与从第N电平到第一电平的转换相关联的驱动时刻确定为比与从第一电平到第N电平的转换相关联的驱动时刻早第一时间，假定所述N电平以从光强度最小的电平开始依次为第一电平、第二电平、……、和第N电平。
2.根据权利要求1所述的光驱动装置，
其中，所述N电平为四电平。
3.根据权利要求2所述的光驱动装置，
其中，所述第一时间为“(Tf-Tr)/2”，假设从第N电平到第一电平的转换所需的时间为“Tf”，并且从第一电平到第N电平的转换所需的时间为“Tr”。
4.根据权利要求2所述的光驱动装置，
其中，所述时钟控制电路将与除了从第四电平到第一电平的转换之外的转换相关联的所有驱动时刻确定为第一时刻，并且将与从第四电平到第一电平的转换相关联的驱动时刻确定为第二时刻，所述第二时刻比所述第一时刻早第一时间。
5.根据权利要求4所述的光驱动装置，
其中，所述时钟控制电路包括：
时钟输出电路，其包括确定所述第一时间的延迟电路，并且所述时钟输出电路输出与所述第一时刻相对应的第一时钟信号和与所述第二时刻相对应的第二时钟信号；
选择电路，其选择所述第一时钟信号和所述第二信号中的一个；和
检测电路，其检测发生从第四电平到第一电平转换的时钟周期，并且使用检测结果控制所述选择电路。
6.根据权利要求5所述的光驱动装置，
其中，所述延迟电路为能够可变的设置所述第一时间的可变延迟电路。
7.根据权利要求2所述的光驱动装置，
其中，所述时钟控制电路将与从第一电平、第二电平、或第三电平到其他电平的转换相关联的所有驱动时刻确定为第一时刻，并且将与从第四电平到其他电平的转换相关联的驱动时刻确定为第二时刻，所述第二时刻比所述第一时刻早第一时间。
8.根据权利要求7所述的光驱动装置，
其中，所述时钟控制电路包括：
时钟输出电路，其包括确定所述第一时间的延迟电路，并且所述时钟输出电路输出与所述第一时刻相对应的第一时钟信号和与所述第二时刻相对应的第二时钟信号；
选择电路，其选择所述第一时钟信号和所述第二时钟信号中的一个；和
检测电路，其检测发生从第四电平到另一电平的转换的时钟周期，并且使用检测结果控制所述选择电路。
9.光通信系统，包括：
光纤；
光发送装置，其将数字信号转换成四电平PAM信号，并且将使用所述PAM信号调制的激光发送到光纤；和
光接收装置，其从光纤接收所述激光并且解调所述激光；
其中，所述光发送装置包括：
直接调制型半导体激光器；
激光驱动器，其通过使用所述PAM信号驱动所述半导体激光器；和
时钟控制电路，其确定所述激光驱动器的驱动时刻，并且
其中所述时钟控制电路将与从第四电平到第一电平的转换相关联的驱动时刻确定为比与从第一电平到第四电平的转换相关联的驱动时刻早第一时间，假定所述四电平以从光强度最小的电平开始依次为第一电平、第二电平、第三电平、和第四电平。
10.根据权利要求9所述的光通信系统，
其中，所述第一时间为“(Tf-Tr)/2”，假设从第四电平到第一电平的转换所需的时间为“Tf”，并且从第一电平到第四电平的转换所需的时间为“Tr”。
11.根据权利要求9所述的光通信系统，
其中，所述时钟控制电路将与除了从第四电平到第一电平的转换之外的转换相关联的所有驱动时刻确定为第一时刻，并且将与从第四电平到第一电平的转换相关联的驱动时刻确定为第二时刻，所述第二时刻比所述第一时刻早第一时间。
12.根据权利要求11所述的光通信系统，
其中，所述时钟控制电路包括：
时钟输出电路，其包括确定所述第一时间的延迟电路，并且所述时钟输出电路输出与所述第一时刻相对应的第一时钟信号和与所述第二时刻相对应的第二时钟信号；
选择电路，其选择所述第一时钟信号和所述第二信号中的一个；和
检测电路，其检测发生所述从第四电平到第一电平转换的时钟周期，并且使用检测结果控制所述选择电路。
13.根据权利要求12所述的光通信系统，
其中所述延迟电路为能够可变的设置所述第一时间的可变延迟电路。
14.根据权利要求9所述的光通信系统，
其中，所述时钟控制电路将与从第一电平、第二电平、或第三电平到其他电平的转换相关联的所有驱动时刻确定为第一时刻，并且将与从第四电平到其他电平的转换相关联的驱动时刻确定为第二时刻，所述第二时刻比所述第一时刻早第一时间。
15.根据权利要求14所述的光通信系统，
其中，所述时钟控制电路包括：
时钟输出电路，其包括确定所述第一时间的延迟电路，并且所述时钟输出电路输出与所述第一时刻相对应的第一时钟信号和与所述第二时刻相对应的第二时钟信号；
选择电路，其选择所述第一时钟信号和所述第二时钟信号之一；和
检测电路，其检测发生从第四电平到另一电平的转换的时钟周期，并且使用检测结果控制所述选择电路。
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