JP2006032903A - レーザドライバｉｃ及びそれを用いた光トランシーバ - Google Patents

Abstract

【課題】 端子の個数を増やさずに多様な仕様が満足できるレーザドライバＩＣ及びそれを用いた光トランシーバを提供する。
【解決手段】 故障が検出されたという事象を表す信号をラッチして内部フォールト信号として出力するＲＳフリップフロップ１と、該ＲＳフリップフロップ１の出力に基づいて駆動機能を不活性化させるディセーブル信号を発生するフォールト信号処理部９を有すると共に、該フォールト信号処理部９の出力の一つは当該レーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子５と接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号の送受信に使用される光トランシーバに係り、端子の個数を増やさずに多様な仕様が満足できるレーザドライバＩＣ及びそれを用いた光トランシーバに関する。

光通信において光信号の送受信に使用される光トランシーバは、一般に、通信機器本体に対して装着又は着脱可能に構成される。光トランシーバの内部には、受信に用いる受光素子及びその受光信号を増幅する回路と、送信に用いる発光素子及びその発光素子を送信信号で駆動する駆動回路が設けられる。光トランシーバには、発光素子であるレーザやレーザを駆動する回路について故障を診断して駆動を強制停止する機能や、通信機器に故障を知らせる機能があることが望ましい。また、強制停止の状態をリセットする機能もあることが望ましい。これらの機能を合わせてフォールト機能と呼ぶ。

しかし、従来は、フォールト機能を有さない光トランシーバとフォールト機能を有する光トランシーバとがあり、通信機器の仕様に応じてどちらかの型の光トランシーバが使用される。従って、光トランシーバの製造メーカ（あるいは流通業者）は、顧客（通信機器の使用現場）の要望に応じていつでもどちらの型でも出荷できるように準備しておかなければならない。

一方、光トランシーバは、小型化を図るために、レーザを駆動する回路を１つのＩＣに集積化し、さらにフォールト機能のための回路（以下、フォールト回路という）をも同じＩＣに集積化している。つまり、レーザ素子を駆動する回路とそのレーザ素子の故障を検出するフォールト回路とをレーザドライバＩＣに組み込んである。

図２に示されるように、従来のレーザドライバＩＣのフォールト回路は、故障が検出されたという事象を表す信号をラッチして内部フォールト信号として出力するＲＳフリップフロップ１と、その内部フォールト信号をレーザドライバＩＣ外のフォールト信号に変換するＴＴＬオープンコレクタ型のバッファ１１とを備える。

ＲＳフリップフロップ１は、セット信号を入力するＳ入力端と、リセット信号を入力するＲ入力端と、非反転論理を出力するＱ出力端と、反転論理を出力するＱバー出力端（図示上はＱの上に−を付す）とを有する。Ｓ入力端には、故障が検出されたという事象を表す信号を入力する。つまり、図示しないが、発光素子に臨ませてモニタＰＤ（フォトダイオード）が設けてあり、そのモニタＰＤ出力信号を解析して発光素子の故障を診断する診断回路が設けてあり、その診断回路の出力を直接あるいは間接的にＳ入力端に入力する。Ｒ入力端には、レーザドライバＩＣ外からのリセット信号を直接あるいは間接的に入力する。Ｑ出力端は、レーザドライバＩＣ内で図示しない他の回路に接続されており、これらの回路ではＱ出力端の出力はレーザドライバＩＣの駆動機能を不活性化させるディセーブル信号（出力＃２１）として使用される。Ｑバー出力端はバッファ１１の入力端に接続されている。バッファ１１の出力端はレーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子１２に接続され、レーザドライバＩＣの外部では、図示しないプルアップ抵抗を付加することにより、フォールト信号出力端子１２の出力はフォールト信号（出力＃２２）として使用される。従って、図示しないレーザドライバＩＣの外部（光トランシーバの内部）からは、このフォールト信号出力端子１２に現れるフォールト信号を取り出すことができる。光トランシーバの内部では、このフォールト信号を直接あるいは間接的に外部フォールト信号出力端子（図示せず）に導き、光トランシーバの外部（通信機器）に対して故障通知をする外部フォールト信号が出せるようになっている。

図２の回路の真理値表を表１に示す。

表１では、Ｓ入力端の状態をＳの欄に、Ｒ入力端の状態をＲの欄に、Ｑ出力端の状態をＱの欄に、ディセーブル信号の状態を出力＃２１の欄に、フォールト信号の状態を出力＃２２の欄に示してあり、同時間における各信号の状態が横一行に並んでいる。なお、状態Ｈは電圧が高いレベル、状態Ｌは電圧が低いレベルを表している。

特開平９−３２１３８６号公報

前述のように、従来の光トランシーバには、フォールト機能を有さない光トランシーバとフォールト機能を有する光トランシーバとがあったために、通信機器のほうも光トランシーバにフォールト機能がないことを前提とした仕様と光トランシーバにフォールト機能があることを前提とした仕様とに分かれている。このため、光トランシーバの製造メーカや流通業者は型別の光トランシーバを製作する際、その仕様に応じたレーザドライバＩＣを選択する必要があった。もし、光トランシーバのフォールト機能の有無によらず同一のレーザドライバＩＣを使用することができれば、在庫が節約できると共に製造ラインの稼働効率も向上することになる。また、光トランシーバ内部における部品の集約化のためには、部品を極力レーザドライバＩＣの中に持たせるのがよい。さらに、上記兼用を図るためにレーザドライバＩＣの機能を増やしたとしても、やはり部品集約化の観点からレーザドライバＩＣの端子の個数は増えないことが望ましい。

ここで、発光素子又は／及び発光素子を駆動する回路が故障したときにディセーブル状態にするかどうかとフォールト信号を出すかどうかとで仕様を分類してみた。

表２では、ディセーブル状態の欄とフォールト信号出力の欄とがあり、状態や出力が有れば丸を、無ければバツを当該欄に記入してある。これらの可否の組み合わせに基づくと、表２に示されるように、４種類の仕様が考えられる。第１の仕様は発光素子又は／及び発光素子を駆動する回路が故障したときディセーブル状態とフォールト信号出力が得られる。第２の仕様は発光素子又は／及び発光素子を駆動する回路が故障したときディセーブル状態のみ得られフォールト信号出力は得られない。第３の仕様は発光素子又は／及び発光素子を駆動する回路が故障したときフォールト信号出力のみ得られディセーブル状態は得られない。第４の仕様は発光素子又は／及び発光素子を駆動する回路が故障してもディセーブル状態やフォールト信号出力は得られない。

第１及び第２の仕様は、いずれも背景技術に基づく光トランシーバで実現できる。それは第２の仕様が光トランシーバの出力＃２２を光トランシーバの外部に出さなければ達成されるからである。ところが第４の仕様は実現できない。なぜなら、ディセーブル信号はレーザドライバＩＣの内部に現れる信号だからである。従来のレーザドライバＩＣでは、そのＩＣ内部でディセーブル信号が発生してしまうので、第４の仕様には使用できないということになる。

このような理由のため、同じレーザドライバＩＣを用いて、しかも端子の個数を増やさないで、多様な客先仕様を満足させることは、困難であった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、端子の個数を増やさずに多様な仕様が満足できるレーザドライバＩＣ及びそれを用いた光トランシーバを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のレーザドライバＩＣは、レーザ素子を駆動する機能とそのレーザ素子及びレーザ素子を駆動する駆動回路の故障を検出する機能とを有するレーザドライバＩＣにおいて、故障が検出されたという事象を表す信号をラッチして内部フォールト信号として出力するＲＳフリップフロップと、該ＲＳフリップフロップの出力に基づいて上記駆動機能を不活性化させるディセーブル信号を発生するフォールト信号処理部とを有すると共に、該フォールト信号処理部の出力の一つは当該レーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子と接続されているものである。

上記フォールト信号処理部は、上記ＲＳフリップフロップのＱ出力端に接続され上記内部フォールト信号で開閉されるスイッチング素子と、そのスイッチング素子の出力と内部電源との間に設けられた抵抗と、上記スイッチング素子の出力に接続されたインバータとを有し、該インバータの出力信号が上記駆動機能を不活性化させるディセーブル信号であると共に、上記スイッチング素子の出力が当該レーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子と接続されてもよい。

また、本発明の光トランシーバは、レーザ素子とそのレーザ素子を駆動する駆動回路とを備えた光トランシーバにおいて、上記駆動回路として請求項１又は２記載のレーザドライバＩＣを備え、該レーザドライバＩＣのフォールト信号出力端子とグランドとの間に抵抗を挿入／切り離し可能に構成すると共に、上記フォールト信号出力端子にインバータの入力端子を接続し、このインバータの出力端子に当該光トランシーバの外部に繋がる外部フォールト信号出力端子を接続したものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）端子の個数を増やさずに多様な仕様が満足できる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係るレーザドライバＩＣのフォールト回路は、故障が検出されたという事象を表す信号をラッチして内部フォールト信号として出力するＲＳフリップフロップ１のＱ出力端に内部フォールト信号で開閉されるスイッチング素子２（本実施の形態ではＰＭＯＳトランジスタを使用）のゲートを接続し、そのスイッチング素子２のドレインと内部電源（ＶＣＣ）との間に内部プルアップ抵抗３を設け、このドレインにインバータ４の入力端を接続してインバータ４の出力信号を図示しないレーザ素子の駆動機能を不活性化させるディセーブル信号（出力＃１）とすると共に、上記ドレインにレーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子５を接続してある。そして、レーザドライバＩＣの外部である光トランシーバ内では、レーザドライバＩＣのフォールト信号出力端子５とグランド（ＧＮＤ）との間にプルダウン抵抗６を挿入／切り離し可能に構成すると共に、フォールト信号出力端子５にＴＴＬオープンコレクタ型のインバータ７の入力端子を接続し、このインバータ７の出力端子に光トランシーバの外部に繋がる外部フォールト信号出力端子８を接続してある。インバータ７は出力端がオープンコレクタである。外部フォールト信号出力端子８に現れる信号は、光トランシーバの外部（通信機器）に対して故障通知をする外部フォールト信号（出力＃２）となる。ただし、外部フォールト信号出力端子８の外側である通信機器の内部では、インバータ７のコレクタに対してプルアップ抵抗（図示せず）が接続されているものとする。

図１の回路中、スイッチング素子２と内部プルアップ抵抗３とインバータ４とにより、フォールト信号処理部９が構成されている。このフォールト信号処理部９は、ＲＳフリップフロップ１のＱ出力に基づいてレーザドライバＩＣにおける駆動機能を不活性化させるディセーブル信号を発生するものであり、そのフォールト信号処理部９の出力の一つが当該レーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子５と接続されていることになる。

ＲＳフリップフロップ１は背景技術のものと同じである。本発明では、ＲＳフリップフロップ１のＱ出力端のみ信号が利用され、Ｑバー出力端の信号は利用されない。スイッチング素子２のソースは内部電源に直結されている。レーザドライバＩＣの内部において、スイッチング素子２のドレインと内部プルアップ抵抗３の片端とインバータ４の入力端とフォールト信号出力端子５とが導通している。さらに、光トランシーバ内において、レーザドライバＩＣのフォールト信号出力端子５とプルダウン抵抗６の片端とインバータ７の入力端子とが導通している。

プルダウン抵抗６の抵抗値Ｂは内部プルアップ抵抗３の抵抗値Ａに比べて十分に小さい。すなわち、Ａ＞＞Ｂである。

プルダウン抵抗６を挿入／切り離し可能にする具体的な方法としては、リード線付きの抵抗素子を予め実装しておき、後でリード線を切断して抵抗素子を除去する方法、予め抵抗素子を実装するための配線パターンに抵抗素子を実装しないでおき、後で抵抗素子を実装する方法、フォールト信号出力端子５と抵抗素子との途中にカット／接続可能な配線パターンを設けておく方法、その配線パターンをジャンパソケットで繋ぐ方法などがある。

次に、図１の回路の動作を説明する。

今、図１のように、プルダウン抵抗６が実装されているとすると、フォールト信号出力端子５の電位はスイッチング素子２の状態によって決まる。スイッチング素子２がオンであれば、ドレインが内部電源に導通するので、フォールト信号出力端子５の電位は内部電源に等しい、すなわちＨレベルとなる。スイッチング素子２がオフであれば、内部プルアップ抵抗３とプルダウン抵抗６とによる分圧により、フォールト信号出力端子５の電位は論理判定のしきい値より十分に低い電位であり、Ｌレベルと見なせる。スイッチング素子２の状態はＲＳフリップフロップ１のＱ出力端の状態により一意的に決定される。つまり、ゲートがＨレベルになればスイッチング素子２がオフし、ゲートがＬレベルになればスイッチング素子２がオンする。以上のことから、この回路の真理値表は表３のようになる。

表３に示されるように、Ｓ入力端がＨレベル（故障が検出された）であってＲ入力端がＬレベル（リセットをかけていない）であれば、Ｑ出力端がＨレベルとなりディセーブル信号（出力＃１）と外部フォールト信号（出力＃２）は共にＨレベル（駆動回路を強制停止する・故障を通知する）となる。逆に、Ｓ入力端がＬレベル（故障が検出されていない）であってＲ入力端がＨレベル（リセットをかけている）であれば、Ｑ出力端がＬレベルとなりディセーブル信号（出力＃１）と外部フォールト信号（出力＃２）は共にＬレベル（駆動回路を運転継続する・故障なしを通知する）となる。ただし、Ｒ入力端に入る信号が光トランシーバ外からの信号で、その外部信号によって駆動回路を強制停止したい場合、Ｒ入力端に入る信号とディセーブル信号（出力＃１）とのＯＲをとればよい。この場合、当然故障ではないので、外部フォールト信号（出力＃２）はＬレベルである。Ｓ入力端とＲ入力端が共にＨレベルのときはＱ出力端の状態が不明であるが、Ｓ入力端及びＲ入力端への入力回路（図示せず）において起こりえない入力状態であるから問題ない。Ｓ入力端とＲ入力端が共にＬレベルのときはＱ出力端がそれ以前の状態を保つので、ディセーブル信号も外部フォールト信号も変化しない。

この真理値表に従えば、故障が検出されたという事象に対してディセーブル信号も外部フォールト信号もＨレベルとなる。つまり、表２に示された第１の仕様が実現される。このとき、外部フォールト信号出力端子８の外側である通信機器の内部において外部フォールト信号を取り込むポートが存在しなければ、外部フォールト信号はないのと同じであるから、第２の仕様が実現される。

次に、プルダウン抵抗６をフォールト回路から離脱させる（実装しない、ラインを切り離す等）ものとする。フォールト信号出力端子５からグランドに電流を導く部材が存在しないため、フォールト信号出力端子５の電位はスイッチング素子２の状態と無関係になる。スイッチング素子２がオンであるときはもとより、オフであっても内部プルアップ抵抗３に電流が流れないため、フォールト信号出力端子５の電位は内部電源に等しく、Ｈレベルとなる。以上のことから、この回路の真理値表は表４のようになる。

表４に示されるように、Ｓ入力端がＨレベル（故障が検出された）であってＲ入力端がＬレベル（リセットをかけていない）であれば、Ｑ出力端がＨレベルとなるが、ディセーブル信号（出力＃１）と外部フォールト信号（出力＃２）は共にＬレベル（駆動回路を運転継続する・故障を通知しない）となる。逆に、Ｓ入力端がＬレベル（故障が検出されていない）であってＲ入力端がＨレベル（リセットをかけている）であれば、Ｑ出力端がＬレベルとなりディセーブル信号（出力＃１）と外部フォールト信号（出力＃２）は共にＬレベル（駆動回路を運転継続する・故障を通知しない）となる。

この真理値表に従えば、故障が検出されたという事象に対してディセーブル信号も外部フォールト信号もＬレベルとなる。つまり、表２に示された第４の仕様が実現される。

以上のように、プルダウン抵抗６を挿入すれば表３の真理値表の動作が得られて第１及び第２の仕様が実現され、プルダウン抵抗６を切り離しすれば表４の真理値表の動作が得られて第４の仕様が実現される。この仕様切替の際にレーザドライバＩＣには切替信号のための端子が必要なく、従来と同じく１つの端子（フォールト信号出力端子５）が存在すればよい。よって、端子の個数を増やさずに多様な仕様が満足できるという目的が達成される。

そのため本発明のレーザドライバＩＣを組み込んだ光トランシーバは、通信機器を使用しているユーザからの要求仕様に応じてプルダウン抵抗６の挿入／切り離しだけを行うだけでよいし、レーザドライバＩＣの端子の個数も増やす必要がないので、レーザドライバＩＣの大きさも小さくすることができる。

図３に示した回路は、図１のＲＳフリップフロップ１のＱバー出力端（図示上はＱの上に−を付す）にインバータ１０を接続し、そのインバータ１０の出力をスイッチング素子２のゲートに接続したものである。他の部分は図１のままである。

図３の回路では、ＲＳフリップフロップ１のＱバー出力を反転してスイッチング素子２に入力しているので、それ以降の回路の動作は既に説明した図１の場合と同じになる。つまり、ＲＳフリップフロップ１のＱバー出力を用いても本発明は構成できる。

図１および図３の回路において、内部プルアップ抵抗３は代えずに、プルダウン抵抗６を定電流源に代えてもよい。また、内部プルアップ抵抗３を定電流源に代えてプルダウン抵抗６は代えない構成でもよい。

定電流源とは、内部抵抗が非常に大きく無限大とみなせる電源のことで、電流を一定にすることができるものである。例えば、負荷が短絡になっても電流は一定となる。

図４は、図１の内部プルアップ抵抗３は代えずに、プルダウン抵抗６を定電流源４１に代えたレーザドライバＩＣのフォールト回路である。ここで内部プルアップ抵抗３の抵抗値をＲ３とし、定電流源４１の電流をＩとする。

この回路において、ＲＳフリップフロップ１のＱ出力がＬレベルのときは、図１の回路と同じ動作となる。Ｑ出力がＨレベルのときは、ＶＣＣ−ＩＲ３＝Ｌレベルになるような抵抗値Ｒ３と電流Ｉである。つまり、外部フォールト信号＃２がＬレベルになるような抵抗値Ｒ３と電流Ｉである。

この回路から定電流源４１を外すと従来技術となる。

図５は、図１の内部プルアップ抵抗３を定電流源５１に代えてプルダウン抵抗６は代えないレーザドライバＩＣのフォールト回路である。ここでプルダウン抵抗６の抵抗値をＲ６とし、定電流源５１の電流をＩとする。

この回路において、ＲＳフリップフロップ１のＱ出力がＬレベルのときは、図１の回路と同じ動作となる。Ｑ出力がＨレベルのときは、ＶＣＣ−ＩＲ６＝Ｌレベルになるような抵抗値Ｒ６と電流Ｉである。つまり、外部フォールト信号＃２がＬレベルになるような抵抗値Ｒ６と電流Ｉである。

この回路からプルダウン抵抗６を外すと、Ｑ出力がＬレベルのとき外部フォールト信号＃２がＬレベルになる。Ｑ出力がＨレベルのときは、電流Ｉが流れるところがなくなって、やはり外部フォールト信号＃２がＬレベルになる。

図４、図５の回路のように定電流源を使用するメリットは、負荷の影響を受けにくく、安定した電流を得ることができることである。

本発明の一実施形態を示すレーザドライバＩＣのフォールト回路の回路図である。 従来のレーザドライバＩＣのフォールト回路の回路図である。 本発明の他の実施形態を示すレーザドライバＩＣのフォールト回路の回路図である。 本発明の他の実施形態を示すレーザドライバＩＣのフォールト回路の回路図である。 本発明の他の実施形態を示すレーザドライバＩＣのフォールト回路の回路図である。

符号の説明

１ ＲＳフリップフロップ
２ スイッチング素子
３ 内部プルアップ抵抗
４ インバータ
５ フォールト信号出力端子
６ プルダウン抵抗
７ インバータ
８ 外部フォールト信号出力端子
９ フォールト信号処理部

Claims (3)

1. レーザ素子を駆動する機能とそのレーザ素子及びレーザ素子を駆動する駆動回路の故障を検出する機能とを有するレーザドライバＩＣにおいて、故障が検出されたという事象を表す信号をラッチして内部フォールト信号として出力するＲＳフリップフロップと、該ＲＳフリップフロップの出力に基づいて上記駆動機能を不活性化させるディセーブル信号を発生するフォールト信号処理部とを有すると共に、該フォールト信号処理部の出力の一つは当該レーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子と接続されていることを特徴とするレーザドライバＩＣ。
2. 上記フォールト信号処理部は、上記ＲＳフリップフロップのＱ出力端に接続され上記内部フォールト信号で開閉されるスイッチング素子と、そのスイッチング素子の出力と内部電源との間に設けられた抵抗と、上記スイッチング素子の出力に接続されたインバータとを有し、該インバータの出力信号が上記駆動機能を不活性化させるディセーブル信号であると共に、上記スイッチング素子の出力が当該レーザドライバＩＣの外部に繋がるフォールト信号出力端子と接続されることを特徴とするレーザドライバＩＣ。
3. レーザ素子とそのレーザ素子を駆動する駆動回路とを備えた光トランシーバにおいて、上記駆動回路として請求項１又は２記載のレーザドライバＩＣを備え、該レーザドライバＩＣのフォールト信号出力端子とグランドとの間に抵抗を挿入／切り離し可能に構成すると共に、上記フォールト信号出力端子にインバータの入力端子を接続し、このインバータの出力端子に当該光トランシーバの外部に繋がる外部フォールト信号出力端子を接続したことを特徴とする光トランシーバ。
   

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