JP2009231330A - 光スイッチ駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御信号(CONT)に応答して半導体光増幅型ゲートスイッチ(GSW)を高速駆動するためのON/OFF信号を発生する高速駆動部(11)と、該ON/OFF信号の出力端子と該半導体光増幅型ゲートスイッチ(GSW)との間に接続された高入力インピーダンスの高速バッファ部(12)と、を備える。上記の高速バッファ部(12)は、該出力端子に接続された高抵抗の分圧回路と、該分圧回路の分圧電圧をバッファリングして該半導体光増幅型ゲートスイッチに与える高速オペアンプ(OP4)とで構成でき、上記の高速駆動部(11)は、直流電圧を出力する高速オペアンプ(OP1)と、該制御信号(CONT)を受けて該高速オペアンプ(OP1)の出力をON/OFF制御して該出力端子に与えるスイッチング回路とで構成できる。
【選択図】図1
Description
将来のマルチメディアネットワークの構築を目指し、高速かつ大容量の光通信装置が要求されている。このような高速かつ大容量化を実現する方式として、ns(ナノ秒)オーダーの高速光スイッチを用いた光パケットスイッチングシステムの研究開発が進められている。
コアノードCNは、図10にも拡大して示すように、光パケット信号を切替えるためのマトリクス光スイッチ機能を有し、データチャネルDCからの光パケットデータは、波長変換部WCにおいて波長変換されてマトリクス光スイッチMSWに与えられる。
まず、出力先が図示のように指定された光パケット信号PKT#1,PKT#2,PKT#3・・・(パケット番号が同じでも斜線や網掛で別の送信元からのパケットであることを示す。)を入力ポートPi#1〜Pi#nで受けて光カプラDCLで分配した後、SOA型ゲートスイッチGSWのON/OFFによる高速選択で所望の光パケット信号の方路切り替えを行う。リザベーションマネジャRMの制御を受けるSOA型ゲートスイッチからの出力パケットは、合波カプラCPLにより光パケット信号の合流を行い、所望のポートPo#1〜Po#nのいずれかから出力する。
このため、図13に示すように、リザベーションマネジャRMからの制御信号CONTにより駆動回路1を経由して、SOA型ゲートスイッチGSWを駆動することになる。
図17には、従来技術による半導体光増幅型ゲートスイッチの駆動回路1aが示されている。
図において、SOA型ゲートスイッチGSWと駆動回路1aとの接続線路中の寄生インダクタンスL1は、駆動回路1aの基板パターンに高周波信号が流れた時に生ずる寄生インダクタンス成分である。また、寄生インダクタンスL2は、半導体光増幅型ゲートスイッチGSWをモジュールMDLに収容したときモジュール内伝送路に高周波信号が流れた時に生ずる寄生インダクタンス成分である。SOA型ゲートスイッチGSWと並列接続されたダイオードD1はショットキーダイオードである。
トランジスタFET1とFET2の接続点は、基板パターンの伝送線路の寄生インダクタンスL1及びSOA型ゲートスイッチモジュールMDL内伝送線路の寄生インダクタンスL2を介してSOA型ゲートスイッチGSWに接続されている。高速ショットキーダイオードD1は、SOA型ゲートスイッチGSWをOFFするときのリンギングを抑圧するためのダイオードである。
なお、参考文献として、面発光レーザの各発光部の駆動に当たって、各発光部を順バイアス状態にしかつレーザ発振閾値電圧よりも低いバイアス電圧と、レーザ発振閾値電圧以上の駆動電圧とをスイッチにて適宜切り替えて発光部の各駆動端に直接印加することによって各発光部を駆動するようにする発光素子駆動装置および発光素子駆動システムがある(例えば特許文献1参照。)。
なお、ここでの立ち上がり速度は、SOA型ゲートスイッチGSWに印加される電圧が消光比特性を満たす0.65Vを開始点とし、SOA型ゲートスイッチGSWを流れる電流値は定常値300mAの90%、約270mAに達するまでの所要時間である。また、立ち下がり速度は、SOA型ゲートスイッチGSWを流れる電流値が定常値300mAの90%、約270mAに低下した点を開始点とし、SOA型ゲートスイッチGSWに加わる電圧が消光比特性を満たす0.65Vに達するまでの所要時間である。
すなわち、本発明では、高速駆動部から出力されたON/OFF信号を、高インピーダンスを有する高速バッファ部に与える。これによりON/OFF信号は、高インピーダンスによりON信号が反射を起こし、従来回路よりも速いスルーレートで立ち上がり、その強調波形により、後段の高速バッファ部に対して高速化広帯域化(瞬間的に1GHz〜数GHz)の効果をもたらす。
これにより、半導体光増幅型ゲートスイッチ駆動用の高速バッファ部の出力は、プリエンファシス波形となり、半導体光増幅型ゲートスイッチの寄生インダクタンス及び半導体光増幅型ゲートスイッチ自身の寄生容量による時定数(約3ns)よりも短いパルスとなるため、ゲートスイッチ電流の高速化をもたらすことになる。それにより、立ち上り時のリンギングの抑圧及び光スイッチ速度の高速化が可能となる。
また、上記の高速駆動部は、例えば、直流電圧を出力する高速オペアンプと、該制御信号を受けて該高速オペアンプの出力を高速にON/OFF制御して該出力端子に与えるスイッチング回路とで構成される。
さらに、上記の分圧回路は、低電位側抵抗器にインダクタを接続したものとすることができる。
・立ち上り時のリンギングを抑圧できる。
・半導体光増幅器のスイッチ速度の高速化が図れる。
・SOAドライバアンプの高速広帯域化が図れる。
・ドレイン−ソース間電流容量の小容量化が図れる。
・FET素子の小型化が図れる。
図1に本発明による半導体光増幅型ゲートスイッチの駆動回路の実施例[1]を示す。この実施例と、図13に示した従来技術との差異は、駆動回路1にあり、この駆動回路1においては、トランジスタFET1とFET2との接続点と、寄生インダクタンスL1との間にオペアンプOP4と抵抗器R4〜R7を設けた点である。この内、抵抗器R4及びR5はオペアンプOP1の抵抗器R1及びR2と同様の作用を呈するものであるが、オペアンプOP4の非反転入力端子に接続された抵抗器R6(51Ω)及びR7(51Ω)は、トランジスタFET1のソース電圧VOUT1の分圧回路を構成している。なお、高速オペアンプOP4は、オペアンプOP1と同様に、300mAの出力電流容量を持ち、帯域約1GHz、スルーレート約5,000V/μs、セットリングタイム約2nsの性能を有する。
動作においては、トランジスタFET1がONしてトランジスタFET2がOFFとなったとき、抵抗器R6とR7の接続点の分圧電圧VOUT2は、図13と同様の数値を用いれば、約0.75Vになる。この場合、トランジスタFET1の内部抵抗が約0.5Ω程度存在していても、抵抗器R6とR7の合成抵抗値からすると約1/200であり十分小さいため、トランジスタFET1での電圧降下分は無視できる。
今、制御信号CONTにHIGHレベルが設定されると、トランジスタFET1がONして、トランジスタFET2はOFFする。これによって、オペアンプOP1の出力電圧VSET2がトランジスタFET1、抵抗器R6とR7の分圧回路、オペアンプOP4、及び寄生インダクタンスL1,L2を経由してSOA型ゲートスイッチGSWに与えられ、SOA型ゲートスイッチGSWをONにする。
図2には、本発明による半導体光増幅型ゲートスイッチ駆動時の動作波形図が示されており、図示の電圧VOUT1の波形は、従来技術を示した図14における電圧VOUTの波形と比べて速い立ち上りと安定動作を示している。
図3に、本発明による半導体光増幅型ゲートスイッチの駆動回路の実施例[2-1]を示す。この実施例[2-1]と、上記の実施例[1]との差異は、抵抗器R6及びR7から成る分圧回路において、抵抗器R7とグランドとの間にインダクタL3(30nH)を挿入した点である。
この実施例[2-1]においては、電圧VOUT1は、抵抗器R6及びR7によって分圧されるが、その際にインダクタL3に与えられた矩形波高周波成分(立ち上がり)電圧VOUT2は、インダクタL3によって発生する逆超電力によって強調(エンファシス)された波形となる。
これにより、実施例[1]の持つ立ち上り時のリンギングは抑圧効果及び高速化効果との相乗効果により、更なる高速化効果を生むことが可能となる。
従って、SOA型ゲートスイッチGSWの入力電圧VGSWの立ち上り波形及び立ち下り波形が図4に示す如く高速化し、実施例[1]の場合には、リンギングは1.3nsであったが、実施例[2-1]の場合にはリンギングは0.7nsに短縮されており、SOA型ゲートスイッチGSWに流れる電流IGSWの波形が、立ち上り波形及び立ち下り波形共に高速化されることが分かる。
図6より、L3=10nHの場合のリンギングは0.9nsかかることが分かる。従って、インダクタL3の値が大きい方が、より高速・広帯域化には適当であることが示されている。
また、図7は、インダクタL3の値を50nHにした実施例[2-3]を示しており、図8は、その動作波形図を示す。図8より、L3=50nHの場合のリンギングは0.6nsであることが分かる。
なお、本発明は、上記実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。
GSW 半導体光増幅(SOA)型ゲートスイッチ
OP1〜OP4 高速オペアンプ
R1〜R7 抵抗器
L1, L2 寄生インダクタンス
L3 インダクタ
D1 ショットキーダイオード
BUF1, BUF2 バッファ
INV 反転器
CONT 制御信号
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (5)
- 制御信号に応答して半導体光増幅型ゲートスイッチを高速駆動するためのON/OFF信号を発生する高速駆動部と、
該ON/OFF信号の出力端子と該半導体光増幅型ゲートスイッチとの間に接続された高入力インピーダンスの高速バッファ部と、
を備えたことを特徴とする光スイッチ駆動回路。 - 請求項1において、
該高速バッファ部が、該出力端子に接続された高抵抗の分圧回路と、該分圧回路の分圧電圧をバッファリングして該半導体光増幅型ゲートスイッチに与える高速オペアンプとを備えたことを特徴とする光スイッチ駆動回路。 - 請求項1において、
該高速駆動部が、直流電圧を出力する高速オペアンプと、該制御信号を受けて該高速オペアンプの出力をON/OFF制御して該出力端子に与えるスイッチング回路とを備えたことを特徴とする光スイッチ駆動回路。 - 請求項3において、
該高速駆動部のオペアンプが、可変直流電圧を入力する型式のものであることを特徴とする光スイッチ駆動回路。 - 請求項2において、
該分圧回路が、低電位側抵抗器にインダクタを直列接続したものであることを特徴とする光スイッチ駆動回路。
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