JP2000068946A - 光送信器 - Google Patents
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Abstract
間)の温度依存性を抑制し、広温度範囲において遷移時
間が安定な光送信器を提供することを目的とする。 【解決手段】駆動電流を生成する電流源3と、該駆動電
流に導通/遮断の制御を行う変調器2と、変調器の出力
電流を受けて光信号を生成する発光素子1を有する光送
信器において、温度検出器6と、該温度検出器6の出力
信号に応じて変調器2に与える変調制御信号のスルーレ
イトを制御可能な増幅器4とを、備えたことを特徴とす
る光送信器を提供する。
Description
に変換する光送信器に係り、特に光信号の遷移時間(立
ち上がり時間/立ち下がり時間)の安定化を実現する波
形整形方式を有する光送信器に関するものである。
されている従来の光送信器の構成を示す。この光送信器
は、増幅器4と、変調器2と、電流源3と、発光素子1
とにより構成されている。端子N1,N2に、それぞれ
データ信号の正相,逆相を入力する。データ信号は、ト
ランジスタQ3〜Q8と電流源I1と抵抗R1〜R4で
構成する増幅器4にて増幅され、変調器2のトランジス
タQ1,Q2のベースに入力される。変調器2は、ベー
ス入力信号に応じて、電流源3で生成した駆動電流の導
通/遮断の制御を行う。この結果、トランジスタQ1の
コレクタに接続された発光素子1に変調電流信号が出力
され、発光素子1より光信号が生成される。
によって光信号の立ち上がり/立ち下がり時間が異なる
という現象が発生する。これは、変調器を構成するバイ
ポーラトランジスタもしくは電界効果型トランジスタの
温度特性に起因するものである。
イポーラトランジスタおよび電界効果型トランジスタに
よる変調器の入出力特性(変調電流−差動入力電圧特
性)を示すものである。
圧、Isは電流源電流、qは電荷、KBはボルツマン定
数、Tは絶対温度、Wはゲート幅、Lはゲート長、Coは単
位面積あたりのゲート容量、Dは拡散定数である。
T」という項を含む。従って、変調器の入出力特性は、
動作温度により変化する。
れる変調電流信号波形の温度依存性を説明する図であ
る。図2aに示す変調器は、動作温度がT1からT2に
上昇した場合、図2cに示すように入出力特性(差動入
力電圧に対する変調電流)の傾きが減少する特性とな
る。一方、入出力特性の傾きの減少に伴って、差動入力
電圧の線形入力範囲が拡大する。
持つ変調器に対して、図2bに示す動作温度に対して一
定の電圧振幅で入力信号を与えていた。一方、変調電流
信号の立ち上がり/立ち下がり時間は、線形入力電圧範
囲における変調制御信号の遷移時間で決定される。この
温度依存性のため、動作温度によって入出力特性の傾き
が変化した場合には、図2dに示したように変調電流信
号の立ち上がり/立ち下がり時間が変化する。したがっ
て、変調電流信号より生成される光信号は、立ち上がり
/立ち下がり時間に温度特性を有するものとなる。
光送信器では、動作温度によって光信号の立ち上がり/
立ち下がり時間が変化するため、広動作温度範囲におい
て安定した光信号波形を得ることが困難であった。
ち上がり/立ち下がり時間の温度依存性を抑制し、広温
度範囲において立ち上がり/立ち下がり時間が安定な光
送信器を提供することを目的とする。上記目的を達成す
るため、本発明は、駆動電流を生成する電流源と、該駆
動電流に導通/遮断の制御を行う変調器と、変調器の出
力電流を受けて光信号を生成する発光素子を有する光送
信器において、温度検出器と、該温度検出器の出力信号
に応じて変調器に与える変調制御信号のスルーレイトを
制御可能な増幅器とを、備えた光送信器を提供する。
調器の入出力特性を補償するように変調制御信号のスル
ーレイトを制御する。このため変調制御信号の遷移時間
が変調器の線形入力電圧範囲においてがほぼ一定とな
り、変調電流信号の立ち上がり/立ち下がり時間の温度
依存性が抑制される。したがって、変調電流信号より生
成する光信号も、動作温度の変化に対して、立ち上がり
/立ち下がり時間がほぼ一定に保たれる。
実施例を示す。この光送信器は、増幅器4と、変調器2
と、電流源3と、発光素子1と、温度検出器6とにより
構成されている。端子N1,N2に、それぞれ、光送信
器の外部より正相,逆相のデータ信号を入力する。トラ
ンジスタQ3〜Q6,抵抗R1〜R3,電流源I0〜I
4により構成する増幅器4は、データ信号の増幅および
レベルシフトを行う。トランジスタQ1,Q2にて構成
する変調器2は、増幅器4の出力信号に応じて、電流源
3が出力する駆動電流を導通/遮断し、トランジスタQ
1のコレクタに変調電流信号を生成する。光信号は、発
光素子1に変調電流信号を与えて生成される。温度検出
器6は、変調器2の温度を測定すること望ましいが、変
調器2と発光素子1との温度差が少ない場合には、発光
素子1の制御用に用いる温度検出器と兼用しても構わな
い。
0は、温度検出器6の温度検出信号に応じて出力電流を
制御するものである。電流源I0は、動作温度の上昇に
伴って出力電流が増加するように設定する。電流源I0
に温度特性を持たせたことで、増幅器4の出力信号の電
圧振幅に温度依存性を与えている。この電圧振幅に温度
依存性を与えた結果、単位時間当たりの電圧変化量であ
るスルーレイト(V/s)にも、温度依存性が与えられ
ている。
て得られる変調電流信号波形の温度依存性を説明する図
である。図4aに示す変調器は、動作温度がT1からT
2に上昇した場合、図4cに示すように入出力特性(差
動入力電圧に対する変調電流)の傾きが減少する特性と
なる。一方、温度検出器6によって検出された温度によ
って、電流源3の差動電圧を制御し、温度がT2に上昇
したときには、図4cに示すようにスルーレイトを増加
させる。これによって、図4cに示す変調器の入出力特
性であっても、それを補償し、図4dに示すように、変
調電流信号の立ち上がり/立ち下がり時間の温度特性を
抑制する。
性を与えることによって、間接的にスルーレイトに温度
依存性を付与しているが、直接スルーレイトに温度依存
性を付与しても構わない。
温度の上昇に伴って駆動電流を増加するように設定す
る。電流源3に温度特性を持たせることで、発光素子1
の電流に対する発光特性であるスロープ効率の温度特性
をも補償し、光信号のパワー変動を抑制することができ
る。
された温度を電流源3以外の増幅器2内部の電源I2,
I3,I4にも温度特性を持たせることで、特性が改善
される。
応じて入力電流が変化する特性であるため、増幅器4の
出力段エミッタホロワの電流源I2,I3の出力電流
を、電流源3と同じ温度検出信号を用いて制御するもの
とした。増幅器4より出力される電流信号の電流駆動能
力を温度検出信号に応じて変化させることで、変調器2
に広温度範囲において安定した電流切換特性が与えられ
る。
は、増幅器4の出力信号の直流レベルを変化するもので
ある。変調器2は、変調器2を構成するトランジスタQ
1のベース−コレクタ間電圧が変化した際に、ベース−
コレクタ間の寄生容量が変化してしまい、光信号波形を
変化させてしまうことが知られている(特開平9−83
456号公報)。特にレーザダイオードあるいは発光ダ
イオードなどの発光素子1を変調器2に接続した際に
は、温度に応じて発光素子1の順方向電圧が変動するた
め、トランジスタQ1のコレクタ電位が変化してしま
う。そのため変調器2の入力信号の直流レベルを一定と
した場合には、動作温度に応じてトランジスタQ1のベ
ース−コレクタ間電圧が変動し、寄生容量を変化させて
しまう。そこで、本実施例では電流源I4に温度特性を
持たせることにより、増幅器4の出力信号の直流レベル
を変化させる構成とした。発光素子1の順方向電圧が変
化した場合でも、トランジスタQ1のベース−コレクタ
間電圧がほぼ一定となるように制御されるため、寄生容
量の温度依存性を抑制することができる。
器は、光信号パワーと光信号波形が温度変化に対してほ
とんど影響されないため、広い温度範囲において安定し
た光送信特性を実現する。
例を示す。この光送信器は、フリップフロップ回路8
と、パルス幅制御回路7と、増幅器4と、変調器2と、
電流源3と、発光素子1と、温度検出回路6と、APC
(Automatic Power Control)
回路とにより構成されている。端子N3,N4に、それ
ぞれデータ信号,クロック信号を入力する。フリップフ
ロップ回路8は、クロック信号に同期してデータ信号を
取り込み、デューティ比が50%のパルス信号を生成す
る。パルス幅制御回路7および増幅器4では、温度検出
器6の出力信号に応じて、それぞれパルス信号のデュー
ティおよび信号振幅を補正する。この電圧振幅に温度依
存性を与えた結果、単位時間当たりの電圧変化量である
スルーレイト(V/s)にも、温度依存性が与えられて
いる。上記構成により、発光素子1にて生成する光信号
は、デューティおよび立ち上がり/立ち下がり時間の温
度依存性が抑制されたものとなる。
光出力制御回路10の出力信号に応じて、それぞれ、駆
動電流の制御を行うものである。電流源3Aは、発光素
子1のスロープ効率の温度特性を補償するように駆動電
流の制御を行う。また電流源3Bは、電流源3B,変調
器2,発光素子1,受光素子9,リファレンス生成回路
5,光出力制御回路10にて構成する負帰還ループをも
ちいて、発光素子1が一定の光量を、保つ様制御する。
このAPC回路によって、発光素子1のスロープ効率の
経年劣化を補償することができる。
よび立ち上がり/立ち下がり時間の温度依存性が抑制さ
れ、さらに、発光素子1におけるスロープ効率の温度特
性および経年劣化が補償され、安定した光パワーが得ら
れる。
い光受信器と組み合わせることで光伝送システムとな
る。上述の光伝送器を用いることにより、光送信器より
出力される光信号は広温度範囲においても、光パワーお
よび立ち上がり/立ち下がり時間の変動が抑制されたも
のとなる。温度依存性を抑制した光信号を光受信器に与
えるので、光信号から電気信号に変換する際の誤り率
(ビットエラーレイト)も温度による変動を抑制したも
のとなり、広温度範囲において安定な光伝送システムを
実現できる。
立ち下がり時間の温度依存性を抑制できるので、広温度
範囲において遷移時間が安定な光送信器を提供すること
ができる。
の波形の温度依存性を示す図である。
る。
調電流信号の波形の温度依存性を示す図である。
る。
器、5…リファレンス生成回路、6…温度検出器、7…
パルス幅制御回路、8…フリップフロップ、 9…受
光素子、10…光出力制御回路、 R1〜
R4…抵抗、Q1〜Q8…トランジスタ、I0〜I4…
電流源、N1,N2…データ信号の入力端子(正相,逆
相)、N3…クロック信号の入力端子、N4…データ信
号の入力端子。
Claims (11)
- 【請求項1】発光素子と、前記発光素子を駆動する変調
電流を生成する変調器と、前記変調器の電流源と、温度
検出器と、データ信号を入力され前記変調電流に変調制
御信号を与える増幅器とからなる光送信器であって、 前記増幅器は、前記温度検出器の出力に応じて前記変調
制御信号のスルーレイトを制御することを特徴とする光
送信器。 - 【請求項2】発光素子と、前記発光素子を駆動する変調
電流と生成する変調器と、前記変調器の電流源と、温度
検出器と、データ信号とクロック信号とを入力され前記
データ信号を波形整形するフリップフロップ回路と、前
記フリップフロップ回路からの波形整形されたデータ信
号を入力され前記変調電流に変調制御信号を与える増幅
器とからなる光送信器であって、 前記増幅器は、前記温度検出器の出力に応じて前記変調
制御信号のスルーレイトを制御することを特徴とする光
送信器。 - 【請求項3】請求項1または請求項2に記載の光送信器
であって、 前記スルーレイトの制御として、前記変調制御信号の振
幅を制御することを特徴とする光送信器。 - 【請求項4】請求項2記載の光送信器であって、 前記フリップフロップ回路と前記増幅器との間にパルス
幅制御回路とを含む光送信器。 - 【請求項5】請求項1または請求項2に記載の光送信器
であって、 前記温度検出器の出力に応じて前記電流源の電流出力能
力を制御することを特徴とする光送信器。 - 【請求項6】請求項1または請求項2に記載の光送信器
であって、 前記温度検出器の出力に応じて、前記増幅器の出力段の
電流を制御する第2の電流源を備えたことを特徴とする
光送信器。 - 【請求項7】請求項1または請求項2に記載の光送信器
であって、 前記温度検出器の出力に応じて、前記発光素子に与える
バイアス電流を変化させる第3の電流源を備えたことを
特徴とする光送信器。 - 【請求項8】請求項1または請求項2に記載の光送信器
であって、 前記温度検出器の信号に応じて、前記変調制御信号の直
流レベルを制御することを特徴とする光送信器。 - 【請求項9】請求項1または請求項2に記載の光送信器
であって、 前記発光素子の出力をモニターし、電気信号を出力する
受光素子と、基準レベルを出力するリファレンス生成回
路と、前記電気信号の振幅レベルまたは平均レベルと前
記基準レベルとの関係に応じて光出力制御信号を出力す
る光出力制御回路と、該光出力制御信号に応じて前記変
調器に与える駆動電流を変化させる第4の電流源を備え
たことを特徴とする光送信器。 - 【請求項10】請求項9に記載の光送信器であって、 前記光出力制御信号に応じて前記発光素子に与えるバイ
アス電流を変化させる第5の電流源を備えたことを特徴
とする光送信器。 - 【請求項11】請求項1,2,3,4,5,6,7,
8,9または10に記載の光送信器と、光送信器より出
力される光信号を電気信号に交換する光受信器とを備え
ることを特徴とする光伝送システム。
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