JP2009105489A - 光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長距離光伝送用として用いる場合の制御回路の小型化及び低コスト化を容易にする光トランシーバを提供すること。
【解決手段】この光トランシーバ１は、光信号を送信および送信する送受一体型の光トランシーバであって、ＬＤを含むＴＯＳＡ２と、ＡＰＤを含むＲＯＳＡ３と、温度センサ１１を搭載し、温度センサ１１の出力信号に基づいて、ＬＤを駆動するトランシーバＩＣ４と、ＡＰＤのバイアス電圧を制御するコントローラＩＣ６とを備え、コントローラＩＣ６は、温度センサ１１の出力信号に所定のオフセット値を付加した温度補正値に基づいてバイアス電圧を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法に関するものである。

従来から、光通信分野ではＳＦＰ（Small Form Factor Pluggable）光トランシーバが用いられている。このＳＦＰ光トランシーバでは、小型化等を実現するためにレーザダイオード（以下、ＬＤという）駆動回路、ポストアンプ等を含むトランシーバＩＣが必須となっており、このトランシーバＩＣは、内蔵する温度センサにより計測された温度に基づいたルックアップテーブルを参照したＬＤに対するＡＰＣ（Auto Power Control）機能を有している（例えば、下記特許文献１参照）。

一方、特に長距離光伝送用として用いられる光トランシーバでは、受光素子として受光感度の高いアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）を使用するが、ＡＰＤのキャリア増倍係数を精度良く維持するためにはＡＰＤの温度に応じてそのバイアス電圧を制御する必要が生じる（例えば、下記特許文献２参照）。
特開２００６−１９１６８１号公報 特開２００２−０８４２３５号公報

ここで、上述したようなＳＦＰ型光トランシーバを長距離光伝送用として用いようとする場合、すなわち、受光素子としてＡＰＤを用い、コントローラＩＣに温度センサを内蔵し、かつ、ＬＤ駆動回路やポストアンプを集積した場合、上位ホストコントローラからの送信停止信号（TxDISABLE）をHigh側（光出力停止側）にすると、一体化したコントローラＩＣ内のＬＤ駆動回路が停止することでＩＣ自体の消費電流が減少し、内蔵温度センサで検出される温度が低下する。これは、コントローラＩＣ内の温度センサはＩＣの温度を測定しているためである。従って、上記の一体化したＩＣ内の温度センサをＡＰＤのバイアス電圧制御用に用いた場合、TxDISABLEによる光信号停止の影響を受信側でも受けることになる。このような事態を回避するためには更に第二の温度センサを設ける必要が出てくるため、部品点数が増加しコストアップを招くと共に、回路小型化の障害となる。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、長距離光伝送用として用いる場合の制御回路の小型化及び低コスト化を容易にする光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光トランシーバは、光信号を送信および受信する送受一体型の光トランシーバであって、レーザダイオードを含む光送信サブアッセンブリと、アバランシェフォトダイオードを含む光受信サブアッセンブリと、温度センサを搭載し、温度センサの出力信号に基づいて、レーザダイオードを駆動する第１の制御回路と、アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を制御する第２の制御回路とを備え、第２の制御回路は、温度センサの出力に所定のオフセット値を付加した温度補正値に基づいてバイアス電圧を制御する、ことを特徴とする。

このような光トランシーバによれば、第１の制御回路によって内蔵する温度センサの出力信号に基づいて光送信サブアッセンブリ内のＬＤが駆動される一方で、第２の制御回路によってその温度センサの出力信号にオフセットが付加された温度補正値に基づいて光受信サブアッセンブリ内のＡＰＤのバイアス電圧が制御される。これにより、第１の駆動回路に搭載された単一の温度センサによって長距離光伝送における光信号の送信及び受信が同時に安定して可能とされ、その結果、光トランシーバ内の制御回路の小型化及び低コスト化が容易に実現される。

第１の制御回路には、レーザダイオードの駆動を停止するための送信停止信号が入力され、第２の制御回路で処理されるオフセット値は、送信停止信号の入力状態に応じて変更されることが好ましい。この場合、レーザダイオードの駆動が停止された場合とそうでない場合とで温度モニタの補正幅が変更され、ＬＤ駆動用の制御回路における熱的な影響を光信号の出力状態に応じて評価することになるので、送受一体型の光トランシーバでの光信号の受信をより安定化することができる。

或いは、本発明の光トランシーバの制御方法は、レーザダイオードを含み、光信号を送信する光送信サブアッセンブリと、アバランシェフォトダイオードを含み、光信号を受信する光受信サブアッセンブリとを有する送受一体型の光トランシーバの制御方法であって、温度センサを内蔵する第１の制御回路を用いて、温度センサの出力信号に基づいてレーザダイオードを駆動し、第２の制御回路を用いて、温度センサの出力信号に所定のオフセット値を付加した温度補正値に基づいて、アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を制御する、ことを特徴とする。

このような光トランシーバの制御方法によれば、第１の制御回路によって内蔵する温度センサの出力信号に基づいて光送信サブアッセンブリ内のＬＤが駆動される一方で、第２の制御回路によってその温度センサの出力信号にオフセットが付加された温度補正値に基づいて光受信サブアッセンブリ内のＡＰＤのバイアス電圧が制御される。これにより、第１の駆動回路に搭載された単一の温度センサによって長距離光伝送における光信号の送信及び受信が同時に安定して可能とされ、その結果、光トランシーバ内の制御回路の小型化及び低コスト化が容易に実現される。

本発明の光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法によれば、長距離光伝送用として用いる場合の制御回路の小型化及び低コスト化を容易にすることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光トランシーバの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバ１を示すブロック図である。同図に示すように、光トランシーバ１は、光通信に用いられ、光トランシーバ１に接続される光ファイバ（図示せず）を経由して光信号を送受信する送受一体型の光伝送装置である。

具体的には、光トランシーバ１は、発光素子としてのＬＤ及びその周辺回路を内蔵する光送信サブアッセンブリ（以降、「ＴＯＳＡ」という）２と、受光素子としてのＡＰＤ及び増幅器などの周辺回路を内蔵する光受信サブアッセンブリ（以降、「ＲＯＳＡ」）３とを備えている。さらに、光トランシーバ１は、回路基板上に各種回路部が集積されたトランシーバＩＣ（第１の制御回路）４と、ＲＯＳＡ３内のＡＰＤに対してバイアス電圧を供給するＡＰＤバイアスコントローラ５と、外部の上位ホスト３０とのインターフェースの役割を担うと共に、ＡＰＤのバイアス電圧を制御するコントローラＩＣ（第２の制御回路）６とを備えている。このコントローラＩＣ６と、トランシーバＩＣ４、ＡＰＤバイアスコントローラ５、及び上位ホスト３０とは、Ｉ^２ＣやＳＰＩ等のシリアルインタフェースを用いて接続される。

トランシーバＩＣ４には、ＬＤ駆動回路７、ＡＰＣ回路８、ポストアンプ（前置増幅器）９、及びデジタルコア（演算回路）１０が１チップ化されて搭載されている。ＬＤ駆動回路７は、外部から入力される差動信号ＴＤ＋，ＴＤ−に応じて、ＴＯＳＡ２内のＬＤを駆動するためのバイアス電流及び変調電流を含む電気信号を生成してＴＯＳＡ２に供給する。このＬＤ駆動回路７が生成する電気信号は、ＡＰＣ回路８によって、ＡＰＣ回路８内部に記憶されたルックアップテーブルが読み出されることにより、ＬＤが生成する光信号の消光比又は光強度が所定値になるように制御される。このような光出力の制御において温度変動によるＬＤ特性の変化を反映させるようにするために、デジタルコア１０には温度センサ１１が搭載されている。ＡＰＣ回路８は、温度センサ１１によって生成された温度モニタ信号（出力信号）を、ＡＰＣ回路８内に設けられたＤ／Ａコンバータ１２を経由して受け取り、トランシーバＩＣ４内の温度に応じてルックアップテーブルを参照した光出力制御を行う。また、ポストアンプ９は、ＲＯＳＡ３から受信光信号に基づいて出力された電気信号を受け、その電気信号を増幅して受信データ信号ＲＤ＋，ＲＤ−として外部出力する。

また、トランシーバＩＣ４及びコントローラＩＣ６は、上位ホスト３０との間で各種の制御信号及びアラーム信号を送受信する機能を有する。トランシーバＩＣ４のデジタルコア１０は、上位ホスト３０から光出力の停止を制御するためのTxDISABLE信号（送信停止信号）が入力され、このTxDISABLE信号に応じてＬＤの駆動を停止するようにＡＰＣ回路８を制御する。TxDISABLE信号は、“Enable”（オン状態）と“Disable”（オフ状態）の２種類の状態を有する。また、デジタルコア１０は、ポストアンプ９におけるＲＯＳＡ３からの電気信号をモニタし、ＲＯＳＡ３からの電気信号の断を検出した場合に、上位ホスト３０にＬＯＳ信号を出力する。また、コントローラＩＣ６は、ＬＤに供給される駆動電流及びＬＤの光出力をモニタし、駆動電流又は光出力において異常値が検出された場合に上位ホスト３０にTxFAULT信号を出力する。

一方、受光素子として使用されているＡＰＤもその光−電気変換特性において温度特性を有するため、コントローラＩＣ６は、温度変動に応じてＡＰＤのバイアス電圧を制御する機能も担う。具体的には、コントローラＩＣ６は、デジタルコア１０内の温度センサ１１からの温度モニタ信号に基づいて、ＡＰＤの増倍率が一定になるようにＡＰＤのバイアス電圧値を調整し、バイアス電圧の制御信号をＡＰＤバイアスコントローラ５に送る。これに対して、ＡＰＤバイアスコントローラ５は、バイアス電圧をコントローラＩＣ６から制御可能とするためのＤ／Ａコンバータ１３を内蔵し、Ｄ／Ａコンバータ１３を経由してコントローラＩＣ６からバイアス電圧の制御信号を受け、それに応じてＲＯＳＡ３に供給するＡＰＤのバイアス電圧を調整する。

ここで、ＬＤの駆動制御とＡＰＤのバイアス電圧制御との両方において温度センサ１１を共用する場合、ＬＤの駆動状態がＡＰＤのバイアス電圧制御に影響を与えることになる。つまり、上位ホスト３０からのTxDISABLE信号によって光出力がオン状態のときの温度モニタ値をＡＰＤのバイアス電圧制御用に使用した場合に比較して、TxDISABLE信号による光出力のオフ時においては、ＬＤ駆動回路７が冷めてしまうことにより温度センサ１１の温度モニタ信号の値が低下する。これにより、ＬＤの駆動状態がＡＰＤバイアス電圧に影響を及ぼしてしまうことが考えられる。例えば、ＡＰＣ制御により常温ではＬＤ駆動回路には25〜30mAのバイアス電流が流れており、光出力を停止することでトランシーバＩＣ４内の温度は2.5°Ｃ程度低下する。この影響を低減するために、コントローラＩＣ６は、トランシーバＩＣ４が受けるTxDISABLE信号をモニタし、TxDISABLE信号の信号状態が“Enable”（オン状態）であるか、“Disable”（オフ状態）であるかに応じて、温度センサ１１から出力される温度モニタ信号を補正する。

詳細には、コントローラＩＣ６は、温度センサ１１から受けた温度モニタ信号の値をＳ_Ｔ０［°Ｃ］とすると、上位ホスト３０からのTxDISABLE信号の信号状態が“Enable”（オン状態）である場合と“Disable”（オフ状態）である場合とで、温度モニタ値Ｓ_Ｔ０に対するオフセット値Ｓ_Ｔｏｆｆを変更して温度モニタ値Ｓ_Ｔ０を温度モニタ値（温度補正値）Ｓ_Ｔ１に補正し、その補正値Ｓ_Ｔ１を用いてバイアス電圧制御を実行する。より具体的には、コントローラＩＣ６は、TxDISABLE信号の信号状態が “Disable”（オフ状態）である場合には、下記式（１）；
Ｓ_Ｔ１ ＝ Ｓ_Ｔ０ ＋ Ｓ_{Ｔｏｆｆ１} …（１）
を用いて温度モニタ値Ｓ_Ｔ０をにオフセット値Ｓ_{Ｔｏｆｆ１}を付加する。このオフセット値Ｓ_{Ｔｏｆｆ１}は、光出力がオフ時のデジタルコア１０の温度低下値を反映するように予め適切な値に設定されてコントローラＩＣ６内に記憶される。一方、コントローラＩＣ６は、TxDISABLE信号の信号状態が“Enable”（オン状態）である場合には、温度モニタ値Ｓ_Ｔ０を補正せず（オフセット値Ｓ_Ｔｏｆｆ＝０）にそのままバイアス電圧制御に用いる。

次に、図２を参照して、光トランシーバ１におけるＡＰＤバイアス電圧の制御処理について説明する。なお、このＡＰＤバイアス電圧の制御処理は、光トランシーバ１のトランシーバＩＣ４によるＴＯＳＡ２のＬＤ駆動制御と並行して実行される。

まず、光トランシーバ１が起動されると、温度センサ１１によりトランシーバＩＣ４内の温度が検出され温度モニタ値Ｓ_Ｔ０が出力され、トランシーバＩＣ４内でＬＤの駆動制御用として参照される一方で、コントローラＩＣ６によってトランシーバＩＣ４からその温度モニタ値Ｓ_Ｔ０が取得される（ステップＳ０１）。その後、コントローラＩＣ６は、上位ホスト３０からトランシーバＩＣ４に入力されるTxDISABLE信号をモニタし、TxDISABLE信号の信号状態を判定する（ステップＳ０２）。判定の結果、TxDISABLE信号の信号状態が“Disable”である場合は、コントローラＩＣ６は、上記式（１）を用いて、温度モニタ値Ｓ_Ｔ０にオフセット値Ｓ_{Ｔｏｆｆ１}を加算して温度モニタ値Ｓ_Ｔ１に補正する（ステップＳ０３）。一方、TxDISABLE信号の信号状態が“Enable”である場合は、コントローラＩＣ６は、温度モニタ値Ｓ_Ｔ０を補正せずに後続の処理を行う。

そして、コントローラＩＣ６は、温度モニタ値Ｓ_Ｔ０又は温度モニタ値Ｓ_Ｔ１に基づいてＡＰＤのバイアス電圧の制御処理を実行する（ステップＳ０４）。さらに、コントローラＩＣ６は、ＡＰＤバイアスコントローラ５のＤ／Ａコンバータ１３にバイアス電圧の制御信号を送出し、ＡＰＤバイアスコントローラ５によってバイアス電圧が調整される（ステップＳ０５）。具体的には、コントローラＩＣ６は、ＡＰＤバイアス制御用の制御信号の制御値Ｓ_Ｃを、所定のスロープ係数Slope_APD及びオフセット値Offset_APDを用いて下記式（２）又は下記式（３）；
Ｓｃ ＝ Slope_APD×Ｓ_Ｔ０ ＋ Offset_APD …（２）
Ｓｃ ＝ Slope_APD×Ｓ_Ｔ１ ＋ Offset_APD …（３）
によって算出して、この制御値Ｓ_Ｃに設定された制御信号をＤ／Ａコンバータ１３に送る。上述したステップＳ０１からステップＳ０５までの処理は一定時間間隔（例えば、１０ｍｓｅｃ間隔）で繰り返し実行される。なお、光出力をオフに切り替えた直後は温度モニタ値が徐々に変化していくため、コントローラＩＣ６は、TxDISABLE信号の信号状態が“Disable”に切り替えられてから所定時間（例えば5〜10秒程度）経過してから温度モニタ値にオフセット値を反映させるようにしてもよい。この場合、ＡＰＤの特性をある程度一定に維持することができる。

以上説明した光トランシーバ１によれば、トランシーバＩＣ４によって内蔵する温度センサ１１の温度モニタ信号に基づいてＴＯＳＡ２内のＬＤの駆動が制御される一方で、コントローラＩＣ６によってその温度センサ１１の温度モニタ信号を補正した温度補正値に基づいてＲＯＳＡ３内のＡＰＤのバイアス電圧が制御される。これにより、トランシーバＩＣ４に搭載された単一の温度センサ１１によって長距離光伝送における光信号の送信及び受信が同時に安定して可能とされ、その結果、光トランシーバ内の制御回路の小型化及び低コスト化が容易に実現される。すなわち、図３に示すような従来型の光トランシーバ９０１においては、ＬＤ駆動回路９０７、ＡＰＣ回路９０８、ポストアンプ９０９、及びデジタルコア９１０が１チップ化されたトランシーバＩＣ９０４には、ＡＰＣ制御用の温度センサ９１１が内蔵されると共に、ＡＰＤバイアスコントローラ９０５の近傍にＡＰＤバイアス制御用の温度センサ９１３が必要とされていた。これは、ＬＤのオン／オフ時の温度変化の影響がＡＰＤの受光特性に影響を与えないようにするためである。これに対して、本実施形態の光トランシーバ１によれば、ＡＰＤの受光特性を安定に維持しながら、温度センサも１つで済むことになる。

また、トランシーバＩＣ４には、ＬＤの駆動を停止するためのTxDISABLE信号の入力に応じて、温度モニタ値のオフセット値が変更されるので、ＬＤの駆動が停止された場合とそうでない場合とで温度モニタの補正幅が変更され、ＬＤ駆動用の制御回路における熱的な影響を光信号の出力状態に応じて評価することになるので、送受一体型の光トランシーバでの光信号の受信をより安定化することができる。

本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバを示すブロック図である。 図１の光トランシーバにおけるＡＰＤバイアス電圧制御時の動作を示すフローチャートである。 従来の光トランシーバを示すブロック図である。

符号の説明

１…光トランシーバ、２…ＴＯＳＡ（光送信サブアッセンブリ）、３…ＲＯＳＡ（光受信サブアッセンブリ）、４…トランシーバＩＣ（制御回路）、６…コントローラＩＣ（制御回路）、１１…温度センサ。

Claims (3)

1. 光信号を送信および受信する送受一体型の光トランシーバであって、
   レーザダイオードを含む光送信サブアッセンブリと、
   アバランシェフォトダイオードを含む光受信サブアッセンブリと、
   温度センサを搭載し、前記温度センサの出力信号に基づいて、前記レーザダイオードを駆動する第１の制御回路と、
   前記アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を制御する第２の制御回路とを備え、
   前記第２の制御回路は、前記温度センサの出力に所定のオフセット値を付加した温度補正値に基づいて前記バイアス電圧を制御する、
   ことを特徴とする光トランシーバ。
2. 前記第１の制御回路には、前記レーザダイオードの駆動を停止するための送信停止信号が入力され、
   前記第２の制御回路で処理される前記オフセット値は、前記送信停止信号の入力状態に応じて変更される、
   ことを特徴とする請求項１記載の光トランシーバ。
3. レーザダイオードを含み、光信号を送信する光送信サブアッセンブリと、アバランシェフォトダイオードを含み、光信号を受信する光受信サブアッセンブリとを有する送受一体型の光トランシーバの制御方法であって、
   温度センサを内蔵する第１の制御回路を用いて、前記温度センサの出力信号に基づいて前記レーザダイオードを駆動し、
   第２の制御回路を用いて、前記温度センサの出力信号に所定のオフセット値を付加した温度補正値に基づいて、前記アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を制御する、
   ことを特徴とする光トランシーバの制御方法。

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