JP2009266838A - 光トランシーバのレーザダイオード監視装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができるレーザダイオード監視装置を提供する。
【解決手段】レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を検出する第１のモニタ電圧検出手段と、前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を検出する第２のモニタ電圧検出手段と、前記第２のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第１のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ａ，Ｂは定数）の変数Ｘに代入して得られる値Ｙを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする制御手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置及び方法に関する。

従来のこの種の光トランシーバの構成を図９に示す。同図において、光トランシーバは、制御装置５０と、送信部５１と、受信部５２とを有している。
制御装置５０は、シリアルＩＤ機能部５００と、ディジタル診断モニタ部５０１とを有している。制御装置５０は、シリアルＩＤ機能部５００と、ディジタル診断モニタ部５０１により、２線シリアル(Ｉ２Ｃ)インタフェースによるシリアルＩＤ機能と、ディジタル診断モニタ機能を実現している。
端子６０にはＩ２Ｃのクロックライン（ＳＣＬ）が接続され、端子６１にはＩ２Ｃのデータライン（ＳＤＡ）が接続されている。

ここで、シリアルＩＤ機能とは、光トランシーバの用途、伝送媒体、伝送距離、ベンダ名、型番、シリアル番号等、光トランシーバの設定情報をＥＥＰＲＯＭに格納し、ホスト側で上記設定情報を管理することができる機能をいう。
また、ディジタル診断モニタ機能は、光トランシーバの電源電圧、送信部光出力電力、送信部レーザバイアス電流、受信部受光電力、内部温度等、光トランシーバの内部情報をホスト側においてリアルタイムでモニタする機能をいう。

また、送信部５１は、変調電流制御部５１１と、発光制御部５１２と、発光モジュール５１３と、バイアス電流駆動回路５１７と、ＡＰＣ回路５１８とを有している。発光モジュール５１３は、発光素子（本例ではレーザダイオード）５１４と、モニタ用フォトダイオード（ＰＤ）５１５と、光コネクタ５１６とを有している。
送信部５１は、正相、逆相のデータ信号を入力端子６２，６３から取り込み、変調電流制御部５１１を介してその差動電気信号を、バイアス電流駆動回路５１７により駆動される発光素子５１４で光信号に変換した後、光コネクタ５１６を通じて図示してない光ファイバ伝送路に出力する。

また、受信部５２は、受光モジュール５２１と、後段アンプ５２５と、レベル検出部５２６とを有している。受光モジュール５２１は、光コネクタ５２２と、受光素子５２３と、前段アンプ５２４とを有している。
受信部５２は、図示してない光ファイバ伝送路より光コネクタ５２２を介して受信した光信号を受光素子５２３で電気信号に変換し、前段アンプ５２４、後段アンプ５２５を介して出力端子６７、６８より差動電気信号（正相、逆相の受信データ信号）出力する。

送信部５１において、発光制御部５１２には、入力端子６４より送信部のＯＮ，ＯＦＦ動作、すなわち発光のＯＮ，ＯＦＦ動作を制御する制御信号が入力され、出力端子６５には、発光状態を外部に報知する信号が出力されるようになっている。
また、受信部５２において、入力端子６６からは、受信帯域を制限する制御信号が入力され、後段アンプ５２５における受信信号のレベルを検出するレベル検出部５２６より出力端子６９には断線等により受光レベルが低下した場合に、受光レベルが低下したことを示す制御信号が出力されるようになっている。

ところで、上記構成からなる光トランシーバにおいて、送信部５１の発光モジュール５１３内の発光素子５１４としてのレーザダイオードは劣化すると、発光を開始する注入電流（バイアス電流）の閾値が上昇し、微分効率が低下する。
図１０に示すようにＬ−Ｉ（光出力−注入電流）特性で見ると、特性曲線ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅの順で、バイアス電流の閾値が上昇し、特性曲線の傾きである微分効率も低下し、最終的にはレーザ発光が不可能になる。

一般的に、ある光出力でレーザダイオードを発光させるために必要な駆動電流値（バイアス電流値）が初期状態の値の１．５倍になったら、レーザダイオードが故障と判断している。
レーザダイオード（ＬＤ）は、図１１に示すように、温度によってバイアス電流の閾値及び微分効率が大きく変化するという温度依存性を有している。このため、レーザダイオードの周囲温度が変化しても光出力が一定になるようにレーザダイオードを駆動制御するためにＡＰＣ（Automatic Power Control）回路と呼ばれるフィードバック回路を用いている。

ＡＰＣ回路の構成例を図１２に示す。同図において、ＡＰＣ回路は、レーザダイオードＬＤの出射光を受光するモニタ用フォトダイオードＰＤと、モニタ用フォトダイオードＰＤに直列接続された可変抵抗器ＶＲ１と、オペアンプＯＰ１と、モニタ用フォトダイオードＰＤと可変抵抗器ＶＲ1との接続点とオペアンプＯＰ１の反転入り端子との間に接続された入力抵抗Ｒ２０と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗Ｒ２１とを有している。

オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、基準電圧ＶREFが印加されており、オペアンプＯＰ１の出力端は、レーザダイオードＬＤにバイアス電流を流す駆動用トランジスタＱ１０のベースに接続されている。
レーザダイオードＬＤに流れるバイアス電流の閾値や微分効率が変化しても、上記構成からなるＡＰＣ回路により、常にレーザダイオードＬＤの光出力が一定になるように、駆動用トランジスタＱ１０が制御される。

したがって、レーザダイオードＬＤが劣化して、バイアス電流の閾値と微分効率が変化したとしても、レーザダイオードＬＤの光出力からはレーザダイオードＬＤの故障状態を判定することはできない。
レーザダイオードＬＤの故障判定は、レーザダイオードＬＤのバイアス電流により電圧降下した電圧値をＡ／Ｄ変換した値に基づいてレーザダイオードＬＤが劣化した状態にあるか否かを判定するのが一般的となっている。

光トランシーバにおいては、レーザダイオードに起因する故障が他の電子部品が故障したときに比して非常に大きい。
また、光トランシーバが使用されるネットワークがアクセス通信網である場合には、局側から宅内への光通信路は1本となっているため、レーザダイオードが故障したときは通信が停止してしまう。
また、上記光トランシーバは、ユーザが自由に装置から抜き差しできるため、装置側でレーザダイオードのバイアス電流を監視することはできない。

そこで、レーザダイオードのバイアス電流が設定した閾値を超えたことを示すアラームに加えて、レーザダイオードが劣化し始めたことを事前に通知するアラーム機能が必要となる。このようなアラーム機能を備えた光トランシーバが知られている。
このようなアラーム機能を備えた従来の光トランシーバとしては、レーザダイオードに流れる電流を検出し、検出された電流に相関する電圧を基準電圧と比較し、基準電圧値以上の場合はエラー信号を出力するレーザダイオード制御装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、レーザダイオード駆動電流、モニタ電流及び温度を取得し、予め記録した駆動電流値とモニタ電流値とを比較し、レーザダイオードの劣化状態を判定するようにしたレーザダイオード管理装置及びレーザダイオード管理方法が提案されている（特許文献２参照）。
さらに、レーザダイオード固有のバイアス電流の温度補正係数を記録し、検出温度でのバイアス電流値が劣化閾値を超えた時にドライブ電流を流すのを禁止するようにした発光素子の寿命予測方法およびこれを用いた発光駆動装置が提案されている（特許文献３参照）。
特開２００２−１４１６０５号公報 特開２００４−２５４２４０号公報 特開平８−２７９６４２号公報

レーザダイオードの故障状態もしくは劣化状態の判定は、レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ値が実測値に近いことが前提となるが、上述した従来技術では、レーザダイオード等の発光素子の故障状態もしくは劣化状態を判定するのに、レーザダイオードのバイアス電流出力部に電流ミラー回路を設け、該電流ミラー回路の出力をＡ／Ｄ変換した値に基づいて判定するものがある。
しかしながら、ミラー回路の倍率に１０％程度のばらつきが有る上に、温度によって変動する送信機故障アラームを誤検出する可能性が大きいという問題が有る。

また、レーザダイオードの故障状態もしくは劣化状態の判定を行うために、図１３に示すように、レーザダイオードのバイアス電流が流れるラインに直列に抵抗を接続し、この抵抗による電圧降下に対してＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換値に基づいて判定するものがある。
しかしながら、制御装置のＡ／Ｄ変換器は基準電圧が２．２Ｖ〜２．５Ｖのため、直接Ａ／Ｄ変換できない場合が多いという問題が有る。

すなわち、レーザダイオードのバイアス電流が流れるラインに直列に抵抗を接続し、この抵抗による電圧降下に対してＡ／Ｄ変換する構成としては、図１３（ａ）に示すように、電源電圧ＶCCと接地間にレーザダイオードＬＤ、抵抗Ｒ２２（抵抗値をＲとする）及び駆動用トランジスタＱ２０を直列に接続し、端子７０より取り出した電圧値をＡ／Ｄ変換するか、図１３（ｂ）に示すように、電源電圧ＶCCと接地間に抵抗Ｒ２３（抵抗値をＲとする）、レーザダイオードＬＤ、及び駆動用トランジスタＱ２０を直列に接続し、端子７２より取り出した電圧値をＡ／Ｄ変換する。

ここで、発光素子として使用するレーザダイオードＬＤが、出力光の波長が長波長（λ＝１．３１μｍ、又は１．５５μｍ）であるレーザダイオードである場合には、レーザダイオードＬＤ自身による電圧降下が約１．０Ｖであり、制御装置におけるＡ／Ｄ変換器の入力範囲は０〜２．５Ｖ（基準電圧）であるため、電源電圧ＶCCが３．５Ｖを超えると、Ａ／Ｄ変換することができなくなる。

さらに、レーザダイオードの故障状態もしくは劣化状態の判定を行うために、レーザダイオードのバイアス電流が流れるラインに直列に抵抗を接続し、かつ差動増幅器を配置してグランド基準の電圧を生成した上で、し、このＡ／Ｄ変換値に基づいて判定するものがある。この構成例を図１４に示す。

図１４において、電源電圧ＶCCと接地間に抵抗Ｒ２５（抵抗値をＲとする）、レーザダイオードＬＤ、及び駆動用トランジスタＱ２１を直列に接続し、抵抗Ｒ２５とレーザダイオードＬＤとの接続点から取り出した電圧をバッファとして機能するオペアンプＯＰ２を介して抵抗Ｒ２６、２７、２８、２９、オペアンプＯＰ３からなる差動増幅器を介して出力端子８０より出力し、この出力電圧値Ａ×（Ｒ×ＩBIAS）（Ａは差動増幅器の増幅率）をＡ／Ｄ変換するものである。上記構成において、バッファを構成するオペアンプＯＰ２を削除することは可能である。

しかしながら、上記構成では、シングルまたはデュアルのオペアンプが必要となるため素子数が増加してコストアップする上に近年の高密度実装を行うことを考慮すると、オペアンプを配置できないという問題が有る。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置において、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を検出する第１のモニタ電圧検出手段と、前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を検出する第２のモニタ電圧検出手段と、前記第２のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第１のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ａ，Ｂは定数）の変数Ｘに代入して得られる値Ｙを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする制御手段とを有することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、第１のモニタ電圧検出手段によりレーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を検出し、第２のモニタ電圧検出手段により前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を検出する。制御手段は、前記第２のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第１のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ａ，Ｂは定数）の変数Ｘに代入して得られる値Ｙを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。

また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、前記制御手段は、前記一次式における定数Ａを、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段の検出出力をＡ／Ｄ変換する際の分解能と、前記第１のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Ｂを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にＹ＝０となる値に設定することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、制御手段により、一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂにおける定数Ａを、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段の検出出力をＡ／Ｄ変換する際の分解能と、前記第１のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Ｂを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にＹ＝０となる値に設定する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。

また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、前記制御手段は、前記定数Ａ，Ｂが確定した一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂに、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Ｘに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Ｂに乗算した値を新たな定数Ｂとするように定数Ｂの値を更新することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、制御手段は、前記定数Ａ，Ｂが確定した一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂに、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Ｘに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Ｂに乗算した値を新たな定数Ｂとするように定数Ｂの値を更新する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。

また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、前記制御手段は、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力することを特徴とする。

上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、御手段は、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する。
これにより、レーザダイオードが劣化したことを示すアラーム信号を的確に出力することができる。

また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視方法において、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を第１のモニタ電圧検出手段により検出する第１のステップと、前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を第２のモニタ電圧検出手段により検出する第２のステップと、制御手段により、前記第２のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第１のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ａ，Ｂは定数）の変数Ｘに代入して得られる値Ｙを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする第３のステップとを有することを特徴とする。

上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、上記各ステップを実行することにより、レーザダイオードに流れるバイアス電流の実測値とモニタ値（Ｙ）とが、一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂで表現される直線関係に校正することができる。例えば、電源電圧の変動をキャンセルするように定数Ｂを決定し、定数Ａを第２のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値及びＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器の分解能により決定することにより、上記一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂの定数Ａ，Ｂを決定することができる。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。

また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、さらに、前記制御手段により、前記一次式における定数Ａを、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段の検出出力をＡ／Ｄ変換する際の分解能と、前記第１のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Ｂを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にＹ＝０となる値に設定する第４のステップを有することを特徴とする。

上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、第４のステップを実行することにより、制御手段により、前記一次式における定数Ａを、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段の検出出力をＡ／Ｄ変換する際の分解能と、前記第１のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Ｂを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にＹ＝０となる値に設定する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。

また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、さらに、前記制御手段により、前記定数Ａ，Ｂが確定した一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂに、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Ｘに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Ｂに乗算した値を新たな定数Ｂとするように定数Ｂの値を更新する第５のステップを有することを特徴とする。

上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、第５のステップを実行することにより、制御手段により、前記定数Ａ，Ｂが確定した一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂに、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Ｘに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Ｂに乗算した値を新たな定数Ｂとするように定数Ｂの値を更新する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。

また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、さらに、前記制御手段により、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する第６のステップを有することを特徴とする。

上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、第６のステップを実行することにより、御手段により、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する。
これにより、レーザダイオードが劣化したことを示すアラーム信号を的確に出力することができる。

以上説明したように、本発明によれば、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明によれば、レーザダイオードが劣化したことを示すアラーム信号を的確に出力することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本発明の実施形態に係る光トランシーバのレーザダイオード監視装置の構成を図１に示す。同図において、本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置は、レーザダイオード駆動回路１と、マイクロコントローラ２とを有している。
レーザダイオード駆動回路１は、制御回路１０と、バイアス電流駆動回路１１と、バイアス電流モニタ回路１２と、ＡＰＣ回路１３と、発光電力モニタ回路１４と、変調電流駆動回路１５とを有している。

バイアス電流駆動回路１１は、制御回路１０から出力されるバイアス電流設定値に相当するバイアス電流をレーザダイオードＬＤに流すようにレーザダイオードＬＤを駆動する。
バイアス電流モニタ回路１２は、レーザダイオードＬＤに流れるバイアス電流をモニタする。バイアス電流モニタ回路１２の要部の構成を図３に示す。

図３（ａ）は、バイアスモニタ電圧Ｖbiasmonを検出するモニタ電圧検出回路（本発明の第１のモニタ電圧検出手段に相当する。）を示しており、図３（ｂ）は、電源電圧のモニタ電圧を検出するモニタ電圧検出回路（本発明の第２のモニタ電圧検出手段に相当する。）を示している。これらのモニタ電圧検出回路は、バイアス電流モニタ回路１２内に設けられている。

図３（ａ）において、電源電圧Ｖccと接地との間には、抵抗ＲＬ、レーザダイオードＬＤ、および駆動用トランジスタＱ１が直列接続されており、抵抗ＲＬとレーザダイオードＬＤの接続点と接地との間に直列接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２からなる分圧回路が設けられている。抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点に設けられた出力端子４１からバイアスモニタ電圧Ｖbiasmonが出力されるようになっている。
すなわち、レーザダイオードＬＤに流れるバイアス電流Ｉbiasを分流する抵抗Ｒ１、Ｒ２の直列回路である分圧回路により分圧した電圧値をバイアスモニタ電圧Ｖbiasmonとしている。

また、図３（ｂ）において、電源電圧Ｖccと接地との間には、抵抗Ｒ３、Ｒ４が直列接続されており、抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点からは電源電圧のモニタ電圧である電源モニタ電圧Ｖccmonが出力端子４２から出力されるようになっている。すなわち、電源電圧Ｖccを抵抗Ｒ３、Ｒ４により分圧した電圧を電源モニタ電圧としている。

ＡＰＣ回路１３は、レーザダイオードＬＤの出射光を受光するフォトダイオードＰＤの出力を取り込み、制御回路１０の制御下にレーザダイオードＬＤの発光出力が一定になるように、レーザダイオードＬＤに流すバイアス電流を調整するようにバイアス電流駆動回路を制御する。
発光電力モニタ回路１４は、フォトダイオードＰＤの出力を取り込み、レーザダイオードＬＤの発光出力をモニタする。

変調電流駆動回路１５は、入力端子３０より入力される正相、逆相のデータ信号に基づいてレーザダイオードＬＤのバイアス電流に変調をかけるようにレーザダイオードＬＤを駆動制御する。
制御回路１０は、変調電流駆動回路１５、バイアス電流駆動回路１１、ＡＰＣ回路１３の各回路部を制御する。
制御回路１０には、入力端子３１よりレーザダイオードＬＤの発光のＯＮ，ＯＦＦを制御する制御信号が入力される、出力端子３２には、送信部が故障した際にその旨を報知するアラームが出力されるようになっている。

マイクロコントローラ２は、制御装置（ＭＣＵ）２０と、温度センサ２１とを有している。
マイクロコントローラ２の具体的構成を図２に示す。マイクロコントローラ２は、演算部２００と、Ａ／Ｄ変換器２０１と、メモリ２０２と、設定出力部２０３とＩ２Ｃインタフェース２０４とを有している。

Ａ／Ｄ変換器２０１には、バイアス電流モニタ回路１２より入力されるバイアスモニタ電圧Ｖbiasmon，電源モニタ電圧Ｖccmon，電源電圧Ｖccの各電圧値が入力されるようになっている。
また、Ａ／Ｄ変換器２０１には、発光電力モニタ回路１４より入力されるレーザダイオードＬＤの発光電力のモニタ出力が入力されるようになっている。
さらに、Ａ／Ｄ変換器２０１には、温度センサ２１より、レーザダイオードＬＤの周囲温度を示す信号が入力されるようになっている。

メモリ２０２には、変調電流設定値と温度との関係を示すルックアップテーブル（ＬＵＴ）、レーザダイオードＬＤのバイアス電流設定値、レーザダイオードＬＤのバイアス電流初期値と温度との関係を示すルックアップテーブル（ＬＵＴ）、レーザダイオードＬＤのバイアス電流のモニタ値を算出するのに必要な演算式、及び各種固定データ等が記憶されている。

演算部２００は、メモリに記憶されている各種データを参照してデータＡ／Ｄ変換器２０１によりＡ／Ｄ変換された各データに基づいて演算処理し、設定出力部２０３を介して電流設定値を出力するとともに、Ｉ２Ｃインタフェース２０４を介して端子３３，３４に接続されるクロックライン、データラインを通じてホスト側に故障診断データを出力する。

上記構成からなる本発明の実施形態に係る光トランシーバのレーザダイオード監視装置の動作を、図４．５に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、本発明の本旨であるレーザダイオードのバイアス電流のモニタ機能に限定して説明する。図４は、制御装置２０のバイアス電流モニタに関するイニシャル処理の内容を示し、図５は、バイアス電流モニタ時の処理内容を示している。
図４において、制御装置２０は、図３に示すバイアス電流モニタ回路１２の回路構成から、バイアスモニタ電圧Ｖbiasmon，電源モニタ電圧Ｖccmonを算出する（ステップ３００、３０１）。

すなわち、図３（ａ）に示す回路構成から、出力端子４１から出力されるバイアスモニタ電圧Ｖbiasmonは、重畳の理により
Ｖbiasmon＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）・{Ｖcc−ＲＬ[Ｉbias＋Ｖcc／（Ｒ１＋Ｒ２＋ＲＬ）]}
＝[Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）−ＲＬ／（Ｒ１＋Ｒ２＋ＲＬ）] Ｖcc−[Ｒ２・ＲＬ／（Ｒ１＋Ｒ２）]・Ｉbias
＝αＶcc−βＩbias…（１）
となる。

また、図３(ｂ)に示す回路構成から、出力端子４２から出力される電源モニタ電圧Ｖccmonは、
Ｖccmon＝[Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）]・Ｖcc＝γＶcc…（２）
となる。
次いで、電源モニタ電圧Ｖccmonとバイアスモニタ電圧Ｖbiasmonとの差分値（Ｖccmon−Ｖbiasmon）を算出する（ステップ３０２）。この差分値は、レーザダイオードＬＤに流れるバイアス電流Ｉbiasに比例した値となる。

ここで、制御装置２０におけるＡ／Ｄ変換器２０１のリファレンス電圧をＶref、とし、１２ビットの分解能（４０９６分割）でＡ／Ｄ変換した時のバイアスモニタ電圧ＶbiasmonのＡ／Ｄ変換値をＢＩＡＳ_ＡＤＣとし、電源モニタ電圧ＶccmonのＡ／Ｄ変換値をＶＣＣ_ＡＤＣとした時の各Ａ／Ｄ変換値は、
式（１）、（２から）
ＢＩＡＳ_ＡＤＣ＝（４０９６／Ｖref）・（αＶcc−βＩbias）…（３）
ＶＣＣ_ＡＤＣ＝（４０９６／Ｖref）・（γＶcc）…（４）
となる。

ここで、ＶＣＣ_ＡＤＣとＢＩＡＳ_ＡＤＣの差分をＢＩＡＳ_ＭＯＮとすると、式（３）、（４）から、電源モニタ電圧Ｖccmonとバイアスモニタ電圧ＶbiasmonとのＡ／Ｄ変換した際の差分値は、
ＢＩＡＳ_ＭＯＮ＝ＶＣＣ_ＡＤＣ−ＢＩＡＳ_ＡＤＣ
＝（４０９６／Ｖref）・（αＶcc−βＩbias）−（４０９６／Ｖref）・（γＶcc）
＝（４０９６／Ｖref）{（γ−α）・Ｖcc＋βＩbias}
＝（４０９６／Ｖref）・βＩbias＋（４０９６／Ｖref）・（γ−α）・Ｖcc
（＝Ｑとおく）…（６）
となる。

次いで、一次式
Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ｘ、Ｙは変数、Ａ、Ｂは定数）…（７）
の変数Ｘに上記差分値Ｑを代入し、定数Ａ、Ｂを決定する（ステップ３０３、３０４）。

ＢＩＡＳ_ＭＯＮの値が規定の１ＬＳＢ＝２（μＡ）となるように補正するために、式（７）の変数Ｘに式（６）の値Ｑを代入し、定数ＡとＢを固定値もしくは実機でのＹ値を用いた調整結果を与えることで変数Ｙが規定値になるようにする。
ここで、式（６）を用いて式（７）を表現すると、
Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ
＝Ａ{（４０９６／Ｖref）・βＩbias＋（４０９６／Ｖref）・（γ−α）・Ｖcc}＋Ｂ
＝Ａ・（４０９６／Ｖref）・βＩbias＋Ａ・（４０９６／Ｖref）・（γ−α）・Ｖcc＋Ｂ…（８）
となる。

上式（８）において、Ａ値については固定値を代入する。バイアス電流Ｉbiasが１（ｍＡ）増加すると、Ｙは５００（１[ｍＡ]／２[μＡ]＝５００）増加することから、定数Ａは、下式により計算することができる。すなわち、
Ａβ・（１×１０^−３）＝５００…（９）
式（９）から、
Ａ＝５００／（１×１０^−３）・β
＝５００／（１×１０^−３）・〔（４０９６／Ｖref）・Ｒ１Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）〕…（１０）
としてＶrefの電圧値、Ｒ１、Ｒ２の定数を決めることにより求めることができる。

また、一次式（７）における定数Ｂの値については、電源電圧Ｖccを固定値、例えば、Ｖcc＝＋３．３Ｖ、バイアス電流ＩbiasをＩbias＝０[ｍＡ]（発光停止時）に設定した時に一次式（７）におけるＹの値が０になるように、実機から出力されるＹの値を用いて設定する。
このようにして決定した一次式（７）における定数Ａ、Ｂをメモリ２０２に格納し（ステップ３０５）、イニシャル処理を終了する。

次に、バイアス電流モニタ時の動作（処理内容）について説明する。図５において、制御装置２０では、バイアス電流モニタ回路１２から、バイアスモニタ電圧Ｖbiasmon，電源モニタ電圧Ｖccmon、電源電圧Ｖccを取得し（ステップ３０６）、Ａ／Ｄ変換器２０１でＡ／Ｄ変換した後、メモリ２０２に格納する（ステップ３０７）。

次いで、一次式（７）における定数Ｂの値を更新する（ステップ３０８）。すなわち、定数Ｂは、電源電圧Ｖccの関数であるので、電源電圧Ｖccが変動すると、その値は変化してしまうので、電源電圧Ｖccによる電圧変動に応じて補正する必要がある。図４のイニシャル処理（ステップ３０４）で決定された定数Ｂの値に対してＡ／Ｄ変換時のＶＣＣ_ＡＤＣ値と、固定的に設定された電源電圧Ｖcc、例えば、Ｖcc＝３．３ＶでのＶＣＣ_ＡＤＣ値との比（Ｖcc／３．３）をかけた値に定数Ｂを更新することにより、電源電圧Ｖccの変動による影響をなくすように補正する。

次いで、制御装置２０の演算部２００は、一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂにおいて、定数Ａ，Ｂ，変数Ｘに電源モニタ電圧Ｖccmonとバイアスモニタ電圧ＶbiasmonとのＡ／Ｄ変換した際の差分値ＢＩＡＳ_ＭＯＮを代入してバイアス電流モニタ値Ｙを算出する（ステップ３０７）。
さらに、演算部２００は、ステップ３０７で算出されたバイアス電流モニタ値ＹがレーザダイオードＬＤのバイアス電流の初期値Ｉbias0のＫ倍（Ｋは例えば、１．３）より大きいか否かを判定する（ステップ３１０）。

演算部２００がＹ＞Ｋ・Ｉbias0であると判定した場合には、レーザダイオードＬＤが劣化したと判定し、Ｉ２Ｃインタフェース２０４を介してホスト側にアラーム信号を出力し、処理を終了する（ステップ３１１）。
また、演算部２００がＹ≦Ｋ・Ｉbias0であると判定した場合には、そのまま処理を終了する。

次に、本発明の実施形態に係るレーザダイオードの監視装置により得られた校正後のバイアス電流モニタ値Ｙと、レーザダイオードＬＤに流れるバイアス電流の実測値との関係を図６に示す。
ここで、図６は、バイアスモニタ電圧Ｖbiasmon、電源モニタ電圧Ｖccmonを検出するバイアス電流モニタ回路１２における抵抗分圧による誤差を２％（抵抗器の精度が１％での最悪条件）とし、電源電圧Ｖccが＋３．３Ｖの時のレーザダイオードＬＤの発光停止時（バイアス電流が０ｍＡ）に定数Ｂのみ校正した条件において、電源電圧Ｖccを＋２．９７Ｖ（−１０％）、＋３．３Ｖ、＋３．６３Ｖ（＋１０％）の各場合についての測定結果を示している。

図６から明らかなように、レーザダイオードＬＤに流れるバイアス電流の実測値が１０ｍＡ（長波長の信号光を出力するレーザダイオードでの最低バイアス電流）以上で精度が１．５％以内であることが判る。

以上は、レーザダイオードＬでのバイアス電流をモニタする場合について説明したが、上記したモニタ技術は、光トランシーバにおける受光パワーモニタにも適用可能である。これにより部品点数の削減が可能となる。図７に受光パワーモニタ回路の要部の構成を図７に示す。図７（ａ）は、電源電圧Ｖccのモニタ出力Ｖccmonを検出する抵抗分圧回路、図７（ｂ）は、受光モニタ電圧Ｖrxmonを検出する抵抗分圧回路である。

上記構成において、受光モニタ電圧Ｖrxmonは、
Vrxmon＝〔Ｒ１７／（Ｒ１７＋Ｒ１１）〕・Ｖcc＝〔Ｒ１１・Ｒ１７／（Ｒ１１＋Ｒ１７）〕・Ｉpd＝Ｖ１−Ｒ・Ｉpd…（１１）
また、電源電圧Ｖccのモニタ出力Ｖccmonは、
Ｖccmon＝〔Ｒ１６／（Ｒ１５＋Ｒ１６）〕・Ｖcc＝αＶ１…（１２）
となる。

受光パワーモニタ値Ｐmonは、式（１１）、（１２）から、α＝０．９８〜１．０であるからＶccmon＝Ｖ１として、
Ｐmon∝Ｖccmon−Vrxmon＝(α−１) Ｖccmon＋Ｒ・Ｉpd…（１３）
式（１３）の両辺にＶref／Ｖccmonをかけると、
（Ｖref／Ｖccmon）・Ｐmon∝(α−１) Ｖref＋Ｒ・Ｉpd・（Ｖref／Ｖccmon）…（１４）
式（１４）の右辺の式を一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂの変数Ｘに代入して
Ｙ＝Ａ｛(α−１) Ｖref＋Ｒ・Ｉpd・（Ｖref／Ｖccmon）}＋Ｂ…（１５）
とし、上式（１５）から既述した実施形態と同様に定数Ａ，Ｂを決定することにより、受光電力のモニタ値Ｙのデータを得ることができる。

この手法により抵抗分圧による誤差２％（抵抗器の精度が１％での最悪条件）とし、かつ電源電圧Ｖccが＋３．３Ｖの時の2点の受光電力モニタ値を用いて定数Ａ(直線の傾き)、定数Ｂ（オフセット）を校正した場合の特性曲線を図8に示す。

本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置の構成を示すブロック図。 図１に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置における制御装置の具体的構成を示すブロック図。 図１に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置におけるバイアス電流モニタ回路の要部の構成を示す回路図。 図１に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置における制御装置のイニシャル処理の内容を示すフローチャート。 図１に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置における制御装置のバイアス電流モニタ時の処理内容を示すフローチャート。 図１に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置により得られたバイアス電流に対するバイアス電流モニタ値との関係を示す特性図。 受光モニタ回路の要部の構成を示す回路図。 図７に示した受光モニタ回路から検出した電圧情報に基づいて校正した受光電力に対する受信パワーモニタ値との関係を示す特性図。 光トランシーバの全体構成を示すブロック図。 レーザダイオードの経年変化によるＬ−Ｉ特性の変化を示す特性図。 レーザダイオードのバイアス電流の温度依存性を示す特性図。 ＡＰＣ回路の構成を示す回路図。 従来のバイアスもモニタ回路の構成の一例を示す回路図。 従来のバイアスもモニタ回路の構成の他の例を示す回路図。

符号の説明

１…レーザダイオード駆動回路、２…マイクロコントローラ、１０…制御回路、１１…バイアス電流駆動回路、１２…バイアス電流モニタ回路、１３…ＡＰＣ回路、１４…発光電力モニタ回路、１５…変調電流駆動回路、２０…制御装置、２１…温度センサ、２００…演算部、２０１…Ａ／Ｄ変換器、２０２…メモリ、２０３…設定出力部、２０４…Ｉ２Ｃインタフェース

Claims (8)

1. レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置において、
   前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を検出する第１のモニタ電圧検出手段と、
   前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を検出する第２のモニタ電圧検出手段と、
   前記第２のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第１のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ａ，Ｂは定数）の変数Ｘに代入して得られる値Ｙを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする制御手段と、
   を有することを特徴とする光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
2. 前記制御手段は、前記一次式における定数Ａを、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段の検出出力をＡ／Ｄ変換する際の分解能と、前記第１のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Ｂを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にＹ＝０となる値に設定することを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
3. 前記制御手段は、前記定数Ａ，Ｂが確定した一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂに、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Ｘに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Ｂに乗算した値を新たな定数Ｂとするように定数Ｂの値を更新することを特徴とする請求項２に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
4. 前記制御手段は、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
5. レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視方法において、
   前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を第１のモニタ電圧検出手段により検出する第１のステップと、
   前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を第２のモニタ電圧検出手段により検出する第２のステップと、
   制御手段により、前記第２のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第１のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ（Ａ，Ｂは定数）の変数Ｘに代入して得られる値Ｙを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする第３のステップと、
   を有することを特徴とする光トランシーバのレーザダイオード監視方法。
6. さらに、前記制御手段により、前記一次式における定数Ａを、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段の検出出力をＡ／Ｄ変換する際の分解能と、前記第１のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Ｂを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にＹ＝０となる値に設定する第４のステップを、
   有することを特徴とする請求項５に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視方法。
7. さらに、前記制御手段により、前記定数Ａ，Ｂが確定した一次式Ｙ＝ＡＸ＋Ｂに、前記第１、第２のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Ｘに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Ｂに乗算した値を新たな定数Ｂとするように定数Ｂの値を更新する第５のステップを、
   有することを特徴とする請求項６に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視方法。
8. さらに、前記制御手段により、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Ｙが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する第６のステップを、
   有することを特徴とする請求項７に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視方法。

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