JP2008148321A - オンチップ・リセット信号を生成するバーストモード受信機及びバーストモード受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オンチップ・リセット信号を生成するバーストモード受信機及びバーストモード受信方法を提供する。
【解決手段】入力バースト信号を増幅し、増幅された信号を差動信号に変換するバーストモード受信部と、入力バースト信号が基準パワー以上であるならば、差動信号間の差を利用してリセット信号を生成し、生成されたリセット信号を利用して内部をリセットする制御部とを備えることを特徴とするバーストモード受信機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル光通信に係り、特にオンチップ（on-chip）リセット信号を生成する装置を備えたバーストモード（burst-mode）受信機及びバーストモード受信方法に関する（本発明は、情報通信部のＩＴ次世代核心技術開発の一環として行った研究から導出されたものである。課題管理番号：２００５−Ｓ−４０１−０２、課題名：超高速光加入者網技術開発）。

最近になって、加入者当たりの通信装備及び光ケーブル舗設コストを節減するために、受動型光ネットワーク（ＰＯＮ：Passive Optical Network）概念が導入された。ＯＬＴ（Optical Line Termination）に接続するために、多数のＯＮＵ（Optical Network Unit）に接続されている多くの加入者が１：Ｎスターカプラ（star coupler）を介して１つの光ファイバー（fiber）を共有し、時間分割多重接続（ＴＤＭＡ）方式で個別加入者の帯域幅がＯＬＴにより分割される。ＯＬＴでは、１つの光受信機を介して多様な加入者が接続され、ＯＬＴからの距離が異なったＯＮＵからパケット信号が受信される。従って、受信されたパケット信号の大きさ及び位相は、あらゆるパケットごとに異なりうる。かかる信号をバースト信号（burst signal）という。バーストモード光受信機は、かようなバースト信号を受信するのに使われる。

従来の点対点（point-to-point）光通信システムで、線形チャンネルの出力は、決定臨界電圧（decision threshold voltage）を一定の値に固定するために、決定回路（decision circuit）にＡＣ結合（ＡＣ coupling）される。従来の光受信機を介してバーストデータを受信するためには、パケットとパケットとの間のガード時間（guard time）とプリアンブル時間（preamble time）とを合わせたアイドル時間（idle time）が長くなってしまう。しかし、アイドル時間を短縮させるために、カップリングコンデンサ（coupling condenser）の容量を減少させれば、伝送されたデータを符号化／複合化する他の装置が必要である。従って、短いアイドル時間を有して広い動的範囲（dynamic range）を有するバースト入力信号の多様な大きさ変化に対処できるバースト光受信機が導入された。

ＡＴＭ−ＰＯＮ（Asynchronous Transfer Mode−ＰＯＮ）及びＧＰＯＮ（Gigabit ＰＯＮ）標準でバーストモード光受信機は、上位ネットワーク階層（higher network layer）から供給される外部リセット信号を有する。しかし、ＥＰＯＮ（Ethernet ＰＯＮ）標準で、バーストモード光受信機は、外部リセット信号を有さない。

連続的な自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）は、フィードバックループを形成してバースト信号を増幅するトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ：Trans Impedance Amplifier）の利得を入力レベルによって連続的に制御する。従って、ＴＩＡの周波数応答は、製造工程変化（process variation）に敏感なフィードバックループの特性に影響を受ける。従って、ＴＩＡの周波数応答は、あらゆる動作範囲で平坦でなくなり、ＴＩＡ出力で好ましくない波形を示す。

また、外部リセット信号を使用するバースト基盤のＡＧＣを有するバーストモード受信機は、ＥＰＯＮ標準に適さない。なぜならば、ＥＰＯＮシステムは、外部でリセット信号を供給しないためである。従って、短いガード時間の間に広い動的範囲を有させるために、リセット信号を受信機内部で生成する必要がある。

本発明がなそうとする技術的課題は、オンチップ・リセット信号を生成するバーストモード受信機及びバーストモード受信方法を提供するところにある。

前記技術的課題をなすための、本発明のバーストモード受信機は、入力バースト信号を増幅し、増幅された信号を差動信号に変換するバーストモード受信部と、前記入力バースト信号が基準パワー以上であるならば、前記差動信号間の差を利用してリセット信号を生成し、前記リセット信号を利用して内部をリセットする制御部とを備えることを特徴とする。

前記技術的課題をなすための、本発明のバーストモード受信方法は、入力バースト信号を増幅し、増幅された信号を差動信号に変換する段階と、前記入力バースト信号が基準パワー以上であるならば、前記差動信号間の差を利用してリセット信号を生成する段階と、前記リセット信号を利用して前記バースト信号を受信する受信装置の内部をリセットする段階とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、ボトムホールド回路（bottom-hold circuit）のような別途の装置なしにオンチップ・リセット信号を生成することにより、外部からリセット信号を供給せずに非常に早い応答を得ることができるので、ＥＰＯＮに理想的に適用可能である。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図３は、一般的なＰＯＮ（Passive Optical Network）システムの構成を図示したものである。図示されたＰＯＮシステムは、複数のＯＮＵ（Optical Network Unit）３０、スターカプラ３１及びＯＬＴ（Optical Line Terminal）３２から構成される。ＯＮＵ ３０からＯＬＴ ３２方向に進むアップリンク経路（uplink path）で信号伝送のためのタイムスロット（time slot）は、各ＯＮＵ ３０に動的に、または固定されて割り当てられる。各ＯＮＵ ３０から出力される光信号は、スターカプラ３１で多重化され、ＯＬＴ ３２に進む。他のＯＮＵよりＯＬＴ ３２に近接したＯＮＵは、他のＯＮＵより振幅の大きい信号を伝送する。ＯＬＴ ３２でバーストモード受信機が受信する隣接ＯＮＵバースト信号のサイズ比をラウド／ソフト比（ＬＳＲ：Loud/Soft Ratio）という。高いＬＳＲでは、ＯＬＴ ３２に位置したバーストモード光受信機をあらゆる高いバースト信号受信後に初期化状態にするために、リセットメカニズムが要求される。バーストモード受信機は、リセットメカニズムによって互いに異なる振幅のバースト信号を処理できる。本発明では、高いＬＳＲでもバーストモード受信機が内部リセット信号を生成し、各構成要素をリセットする。

図１は、本発明の実施形態によるバーストモード受信機に係るブロック図である。図２は、図１の各構成要素のノードで測定された信号を例示したものである。

図１に図示された回路は、フォトディテクタ１０、コアＴＩＡ １１、ダミーＴＩＡ １２、単一差動変換器（single-to-differential converter）１３及び差動増幅器１４を備えるバーストモード受信部；ＡＧＣ制御部１５；第１及び第２低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１６，１７、差動量子化器（differential quantizer）１８及びロジック制御部１９を有する制御部を備える。

フォトディテクタ１０は、入力光信号を電流信号に変換する。

コアＴＩＡ １１は、フォトディテクタ１０から出力される電流を増幅して電圧に変換する。単一差動変換器１３は差動増幅器であり、コアＴＩＡ １１から出力される単一終端出力電圧をダミーＴＩＡ １２により生成されたバイアスと比較し、位相が互いに反対である差動出力に変換する。ここで、バイアスは、ダミーＴＩＡ １２により供給される。ダミーＴＩＡ １２は、コアＴＩＡ １１と同じ回路（回路構成）であり、ただし入力信号を有さない。ダミーＴＩＡ １２は、光信号が入力されないとき、コアＴＩＡ １１の出力電圧と同じ出力電圧Ｖ_ｄａｒｋを有する。

図２（ａ）は、フォトディテクタ１０で出力される電流信号を図示したものである。

図２（ｂ）で参照番号１は、コアＴＩＡ １１の出力ノードで測定された信号であり、２は、ダミーＴＩＡ １２の出力ノードで測定された信号である。図２（ｃ）で参照番号３と４は、単一差動変換器１３の出力ノード３，４で測定された信号を図示したものである。図示されたところによれば、ノード３，４で測定された信号は、ノード１，２の電圧差を増幅し、位相が互いに反対になる信号であることが分かる。

差動増幅器１４は、単一差動変換器１３の差動出力の増幅及び出力インピーダンスマッチングを提供し、必要な場合、オフセット訂正（offset correction）を行うことができる。

ＡＧＣ制御部１５は、単一差動変換器１３の出力端の電圧を感知し、ＡＧＣのためのデジタル制御信号を出力する。ＬＰＦ １６，１７は、ノード３，４の電圧スイングに対する実質的なＤＣ値を出力する。

図２（ｃ）で参照番号５と６は、それぞれＬＰＦ １６，１７の出力信号を図示したものである。図示されたところによれば、ＬＰＦ １６，１７の出力は、バースト開始区間でだんだんと増大した後で一定の値を有し、バーストが終了した後で入力信号のないとき、ノード５，６間の電圧差が非常に小さいレベルに減少し、コアＴＩＡ １１とダミーＴＩＡ １２は、ほとんど同じ出力電圧を有することになる。

差動量子化器１８は、ＬＰＦ １６，１７の出力される電圧の差が基準レベル以上、すなわち高パワーを有するバースト信号に対して出力される電圧差を量子化してデジタル値で出力し、高パワーを有するバースト信号の立下りエッジ（falling edge）で、リセット＿イネーブル（reset_enable）信号を出力する。図２（ｃ）で参照番号２１は、差動量子化範囲を示し、２２は、高パワーのバースト信号であるか否かを判断する基準レベルを示す。図２（ｄ）は、差動量子化器１８で感知された高パワーのバースト信号を図示したものである。

ロジック制御部１９は、ＡＧＣ制御部１５の出力からＡＧＣ信号を生成し、コアＴＩＡ １１に出力することによってコアＴＩＡ １１の利得を制御する。また、ロジック制御部１９は、差動量子化器１８から出力されたリセット＿イネーブル信号によって、図２（ｅ）に図示されているようなリセットパルスを生成し、高パワーのバーストが受信された後の各構成要素、例えばＡＧＣ制御部１５及びロジック制御部１９をリセットする。

以上のように、図面と明細書とで最適な実施形態が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、それらは単に、本発明を説明するための目的に使われたものであって、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。従って、本技術分野の当業者ならば、それらから多様な変形及び均等な他実施例が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によってのみ決まるのである。

本発明のオンチップ・リセット信号を生成するバーストモード受信機及びバーストモード受信方法は、例えば、通信システム関連の技術分野に効果的に適用可能である。

本発明の実施形態によるバーストモード受信機についてのブロック図である。 図１の各構成要素のノードで測定された信号を例示した図面である。 一般的なＰＯＮシステムの構成を図示した図面である。

符号の説明

１ コアＴＩＡの出力ノードで測定される信号
２ ダミーＴＩＡの出力ノードで測定される信号
３，４ ノード
５，６ ＬＰＦの出力信号
１０ フォトディテクタ
１１ コアＴＩＡ
１２ ダミーＴＩＡ
１３ 単一差動変換器
１４ 差動増幅器
１５ ＡＦＣ制御部
１６，１７ ＬＰＦ
１８ 差動量子化器
１９ ロジック制御部
２１ 差動量子化範囲
２２ 基準レベル
３０ ＯＮＵ
３１ スターカプラ
３２ ＯＬＴ

Claims (11)

1. 入力バースト信号を増幅し、増幅された信号を差動信号に変換するバーストモード受信部と、
   前記入力バースト信号が基準パワー以上であるならば、前記差動信号間の差を利用してリセット信号を生成し、前記リセット信号を利用して内部をリセットする制御部とを備えることを特徴とするバーストモード受信機。
2. 前記バーストモード受信部は、
   前記入力バースト信号を制御信号によって増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力を差動信号に変換する単一差動信号変換器とを備え、
   前記制御信号は、前記制御部で前記差動信号間の差を利用して生成されることを特徴とする請求項1に記載のバーストモード受信機。
3. 前記単一差動信号変換器は、
   前記増幅器の出力を一側入力とし、基準レベルを他側入力とし、前記２つの入力間の差を差動増幅することを特徴とする請求項２に記載のバーストモード受信機。
4. 前記基準レベルは、
   前記増幅器と同一であるが、入力信号のない増幅器により生成されることを特徴とする請求項３に記載のバーストモード受信機。
5. 前記制御部は、
   前記差動信号に対するＤＣ値を生成する手段と、
   前記ＤＣ値の差が前記基準パワーに該当する値以上であるならば、前記ＤＣ値の差を量子化する差動量子化器と、
   前記差動量子化器の出力によって前記リセット信号を生成し、自体をリセットするロジック制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のバーストモード受信機。
6. 前記差動信号間の差を利用して制御信号を生成し、前記制御信号を前記バーストモード受信部に前記増幅を制御するように出力し、前記ロジック制御部で生成された前記リセット信号によりリセットされる自動利得制御部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のバーストモード受信機。
7. 前記差動信号間の差を利用して制御信号を生成し、前記制御信号を前記バーストモード受信部に前記増幅を制御するように出力し、前記制御部で生成された前記リセット信号によりリセットされる自動利得制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバーストモード受信機。
8. 入力バースト信号を増幅し、増幅された信号を差動信号に変換する段階と、
   前記入力バースト信号が基準パワー以上であるならば、前記差動信号間の差を利用してリセット信号を生成する段階と、
   前記リセット信号を利用して前記バースト信号を受信する受信装置の内部をリセットする段階とを含むことを特徴とするバーストモード信号の受信方法。
9. 前記差動信号は、
   前記増幅された信号を一側入力とし、基準レベルを他側入力とし、前記２つの入力間の差を差動増幅することを特徴とする請求項８に記載のバーストモード信号の受信方法。
10. 前記リセット信号を生成する段階は、
    前記差動信号の出力に対するＤＣ値を生成する段階と、
    前記ＤＣ値の差が前記基準パワーに該当する値以上であるならば、前記ＤＣ値の差を量子化する段階と、
    前記量子化された出力を利用して前記リセット信号を生成する段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載のバーストモード信号の受信方法。
11. 前記入力バースト信号の増幅は、前記差動信号間の差を利用して生成された制御信号によって制御されることを特徴とする請求項８に記載のバーストモード信号の受信方法。

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