JP2005287019A - 光ファイバ通信リンク用の低電力低ジッタ光受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】
光受信器の電力消費を低減し、ジッタ性能を改善すること。
【解決手段】
クロック・データ・リカバリブロック(27)を用いて光受信器のジッタおよび電力消費を改善する光受信器。この光受信器は、光信号を受信してそれに対応する電流信号を生成する光検出器(23)と、前記光検出器(23)に接続され、前記対応する電流信号を受信し、該電流信号を対応する電圧信号に変換する利得段と、前記利得段に接続され、前記対応する電圧信号を受信し、該電圧信号からクロック情報を取り出し、前記対応する電圧信号を再生して、ジッタを低減するクロック・データ・リカバリ回路(27)とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は光受信器に関し、詳しくは、ＣＤＲ（クロック・データ・リカバリ）回路を用いて消費電力を低減し、ジッタ低減をした光受信器に関する。

光受信器は、光ファイバ通信網において光信号を検出し、それらを電気信号に変換して処理するために使用される。光通信網のデータレートが増すにつれ、光受信器も高速で動作させねばならない。一般に、データレートが高くなるほど、光受信器の電力消費およびジッタ（時間による信号変動）は増大する。従って、光受信器の消費電力を減らすと同時に、光受信器に関連するジッタも低減することが望ましい。

図１に示すような従来技術の光受信器１１は一般に、光検出器１３と、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１５と、後段増幅器１７とを含む。光検出器１３は、光エネルギを光信号から電流信号へ変化する光電変換器（例えば、フォトダイオードその他の光検出素子）である。ＴＩＡ１５は、電流信号を対応する電圧信号に変換する低騒音利得段である。ＴＩＡ１５は一般に、高データレートの光信号に応答するために、高帯域に設計される。しかしながら、ＴＩＡ１５が高帯域であることは低利得であることを意味するので、ＴＩＡ１５の出力は、後段増幅器１７によってさらに増幅しなければならない。対応する電圧信号の強度（後段増幅器への入力）にはかなりの変動があるため、後段増幅器１７には一般に、自動利得制御機能を備えた制限付き増幅器が使用される。

従来のＴＩＡ１５と後段増幅器１７の組み合わせは電力消費が多く、ジッタ性能も悪い。特に、比較的高いデータレート（毎秒５ギガビット超）においてジッタ性能が悪い。

本発明の好ましい実施形態において、光受信器は、後段増幅器の代わりにクロック・データ・リカバリ（ＣＤＲ）ブロックを使用する。ＣＤＲは、再生機能を有しているので、後段増幅器に比べて多くの入力ジッタを許容する。また、ＣＤＲは、比較的小さな幾何構造のプロセスを使用できるので、後段増幅器に比べて低電力で動作させることができる。従って、ＣＤＲは光受信器のジッタおよび電力消費を改善することができる。さらに、ＣＤＲはＴＩＡのジッタ要件も低減する。従って、ＴＩＡの帯域幅は従来技術のものに比べて狭くすることができ、利得も上げることができる。その結果、ＴＩＡの電力消費は大幅に低減される。

本発明の他の実施形態において、光受信器は、補償回路を用いてＴＩＡの周波数応答を補償する。従って、ＴＩＡの帯域幅を狭めたときに、高周波数における周波数応答を補償回路で保証することができるので、ＴＩＡに必要とされる帯域幅を削減することができる。

本発明の特徴および利点、並びに、本発明の好ましい実施形態の構造および処理について、添付の図面を参照し、以下で詳しく説明する。

図２は、本発明の教示に従って作成された光受信器２１の好ましい実施形態を示す図である。光受信器２１は、光検出器２３と、ＴＩＡ２５と、クロック・データ・リカバリ回路（ＣＤＲ）２７とを含む。光検出器２３は、光エネルギを電流信号に変換する。ＴＩＡ２５は、電流信号を電圧信号に変換する利得段であり、電圧信号はＣＤＲ２７に入力される。ＣＤＲ２７は、電圧信号からクロック情報を再生した後、電圧信号を再生し、電圧信号を再生されたクロックに従って同期させることによって、ジッタを低減する。

ＣＤＲ２７は、再生能力を有しているので、後段増幅器１７に比べて多くの入力ジッタを入力部で許容する。従って、本発明では、ＴＩＡ２５の帯域幅を削減することができる。ＴＩＡ２５の帯域幅を削減によってＴＩＡ２５の利得を高めることが可能になり、従って後段増幅器は不要になる。後段増幅器を無くすことにより、光受信器２１全体の電力消費を減らすことができる。また、ＣＤＲ２７は、比較的小さな幾何構造のプロセスを使用できるので、後段増幅器に比べて低い電力で動作させることができる。従って、消費電力をさらに抑えることができる。ＣＤＲ２７は、ＴＩＡ２５と同じチップ上に実装してもよい。

ＣＤＲ２７は、当業者にとって周知の一般的な機能ブロックである。図３は、ＣＤＲ回路２７の一例を示す基本ブロック図である。ただし、使用可能なＣＤＲ回路の実施形態は他にも多数ある。図示のＣＤＲ２７は、入力信号からクロック情報を再生するための位相同期ループ（「ＰＬＬ」）２９を含む。再生されたクロックは、Ｄフリップフロップ３１等の判定回路を用いてデータを時刻変更する際に使用される。

ＰＬＬ２９は、位相検出器３３と、低域通過フィルタ３５と、電圧制御式発振器（ＶＣＯ）３７とを含む。位相検出器３３は、入力信号とＶＣＯ３７の出力との間の位相差を検出する。位相検出器３３の出力は、位相差を示す信号となる。低域通過フィルタ３５は、位相検出器３３の出力から高周波成分を濾波する。そして、濾波された信号によって、ＶＣＯ３７が制御される。ＶＣＯ３７の出力は再生クロックとなる。再生クロックは、Ｄフリップフロップ３１にクロックとして供給され、入力信号を時刻変更するのに使用される。

図４は、本発明による光受信器３９の他の実施形態を示す。光受信器３９は、ＴＩＡ２５によって減衰または歪みを受けた高周波数を、ＣＤＲ２７によって処理する前に、補償回路４１を用いて補償する。補償回路４１の効果は、関心のある周波数範囲内における光受信機３９の周波数応答を等化させることである。従って、ＴＩＡ２５の必要帯域幅は、従来の光受信器におけるＴＩＡの必要帯域幅の１／４程度にまで大幅に削減することができる。例えば、光受信器の帯域幅が８ギガヘルツである場合、ＴＩＡ２５は僅か２ギガヘルツの帯域幅に設計することができ、残りの６ギガヘルツの帯域幅は、補償回路４１によって補償される。

一実施形態において、補償回路４１は、関心のある周波数範囲内においてＴＩＡ２５の周波数応答をほぼ逆さにした周波数応答を有する。例えば、ＴＩＡ２５が高利得の低域通過フィルタのような動作をする場合、補償回路４１の周波数応答は、その高利得の低域通過フィルタとは逆の周波数応答にする必要がある。補償回路４１は、ディジタル回路として実施してもよいし、アナログ回路として実施してもよい。補償回路４１を用いると、ＴＩＡ２５の帯域幅を削減することができるので、ＴＩＡ２５を安価で単純なものにすることができる。ＴＩＡ２５と補償回路４１は、両方とも１つのチップ上に形成してもよい。

一実施形態において補償回路４１は等化器である。等化器は、当該技術分野で公知のものであり、幅広く使用されている。図５は、本発明に使用される等化器４３の一実施形態を示す。等化器４３は、加算器４４と、遅延素子４５と、合成フィルタ４７と、バッファ４９とを含む。遅延素子４５は、ＴＩＡ２５からの信号を遅延させ、それを合成フィルタ４７に送信する。合成フィルタ４７は、１つのフィルタであってもよいし、フィルタバンクのような複数のフィルタの組み合わせであってもよい。合成フィルタ４７の出力は、バッファ４９によってバッファリングされ、補償信号５１を生成する。合成フィルタ４７は、補償信号５１を加算器４９によって加算器ＴＩＡからの信号に加算したときに、ＣＤＲへ出力するための補償された信号が得られるようなものが選択される。合成フィルタ４７の一設計例は、「Adaptive Decoder For Skin Effect Limited Signals」と題する係属中の米国特許出願第１０／２８３，５６６号にさらに詳しく記載されている。また、本発明で使用するのに適当と思われる等化器の実施形態は、他にも様々なものがある。

本発明は特定の好ましい実施形態を参照して詳細に説明されているが、特許請求の範囲に記載した発明の思想および範囲から外れることなく、種々の変更や拡張が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、本発明は、単一チャネルの受信器とマルチチャネルの受信器のどちらにも適用することができる。

従来技術による典型的な受信器を示す図である。 本発明の好ましい実施形態による光受信器を示す図である。 本発明に使用可能なクロック・データ・リカバリ回路を示す図である。 本発明による光受信器の他の実施形態を示す図である。

符号の説明

２３ 光検出器
２５ トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）
２７ クロック・データ・リカバリ回路（ＣＤＲ）
４１ 補償回路
４３ 等化器
４７ 合成フィルタ

Claims (11)

1. 光信号を受信して対応する電流信号を生成する光検出器（２３）と、
   前記光検出器に接続され、前記対応する電流信号を受信し、該電流信号を対応する電圧信号に変換する利得段と、
   前記利得段に直接接続され、前記対応する電圧信号を受信し、該電圧信号からクロック情報を取り出し、前記対応する電圧信号を再生して、ジッタを低減するクロック・データリカバリ（ＣＤＲ）回路（２７）と、
   からなる光受信器。
2. 前記利得段は、第１の周波数応答を有するトランスインピーダンス増幅器回路（２５）である、請求項１に記載の光受信器。
3. 前記トランスインピーダンス増幅器回路（２５）と前記ＣＤＲ回路（２７）が、１つのチップ上に形成される、請求項２に記載の光受信器。
4. 前記トランスインピーダンス増幅器回路（２５）と前記ＣＤＲ回路（２７）との間に配置され、前記トランスインピーダンス増幅器回路（２５）の第１の周波数応答に対してほぼ逆の第２の周波数応答を有する補償回路（４１）をさらに含む、請求項２に記載の光受信器。
5. 前記トランスインピーダンス増幅器回路（２５）と前記ＣＤＲ回路（２７）との間に配置された補償回路（４１）をさらに含み、該補償回路（４１）が等化器（４３）である、請求項２に記載の光受信器。
6. 前記等化器（４３）が合成フィルタ（４７）を含む、請求項５に記載の光受信器。
7. 光信号を受信する方法であって、
   前記光信号を対応する電流信号に変換するステップと、
   利得段を用いて前記対応する電流信号を対応する電圧信号に変換するステップと、
   前記対応する電圧信号からクロック情報を取り出すステップと、
   前記対応する電圧信号を再生し、ジッタを低減するステップと、
   からなる方法。
8. 前記クロック情報を取り出すステップの前に、前記対応する電圧信号の減衰を補償するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記利得段が、第１の周波数応答を有するトランスインピーダンス増幅器（２５）である、請求項８に記載の方法。
10. 前記減衰を補償するステップは、前記第１の周波数応答とはほぼ逆の第２の周波数応答を有する補償回路（４１）によって実施される、請求項９に記載の方法。
11. 前記クロック情報を取り出すステップの前に、前記対応する電圧信号が等化される、請求項７に記載の方法。
    

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