JP2011160257A - 光送信回路および光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】通信速度の高速化を実現可能な光送信回路および光通信システムを提供する。
【解決手段】例えば、レーザダイオードＬＤ１と、ＬＤ１の温度や光出力パワーを検出し、制御信号Ｓ＿ＣＬＴｏを出力する温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫと、ＬＤ１を駆動するレーザドライバ回路ＬＤＶ１ａと、その前段に位置するプリドライバ回路ＰＤＶ１ａとを備える。ＰＤＶ１ａは、可変増幅回路ＶＡＭＰｐと、その出力に結合する可変オフセット回路ＶＯＦを備え、このＶＯＦによるオフセット量がＳ＿ＣＬＴｏに応じて制御される。このＶＯＦによるオフセット量によって、ＬＤ１における光出力パワーの非線形特性を補償する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光送信回路、および光送信回路と光受信回路を含んだ光通信システムに関し、特にレーザダイオードを用いて数十Ｇｂｐｓを超える光通信を行う光送信回路および光通信システムに適用して有効な技術に関する。

例えば、特許文献１には、レーザ特性の変化によるレーザ出力光の消光比変動を抑制する光送信回路が記載されている。具体的には、レーザダイオードからの光出力をフォトダイオードで検出し、フォトダイオード出力の直流成分に応じてレーザダイオードのバイアス電流を変更する回路と、フォトダイオード出力の最大値と最小値の差分を検出し、その差分が一定となるように可変利得増幅器（レーザダイオードの駆動回路）の利得を制御する回路を備える。これによって、レーザダイオードの閾値電流に生じる温度変動と、レーザ駆動電流に対する出力光パワーの傾きに生じる温度変動とを補償する。

特開２００３−２９８１８１号公報

近年、通信速度の高速化に伴い、光通信装置の通信速度は１０Ｇｂｐｓから２５Ｇｂｐｓ、４０Ｇｂｐｓ等へと遷移し、伝送波形の品質向上が益々重要となってきている。伝送波形の品質を劣化させる要因として、光通信の送信素子となるレーザダイオードの温度特性が挙げられる。図１６は、レーザダイオード（ＬＤ）における光出力パワーの温度特性の一例を示す説明図である。図１６に示すように、レーザダイオード（ＬＤ）は、光出力を行うのに必要な最小駆動電流となる閾値電流（Ｉｔｈ）が高温になるほど増大し、また、ＬＤ駆動電流に対する光出力パワー（Ｐ）の傾きが高温になるほど低下する。

そこで、温度に関わらず同一の光出力パワーを保つためには、図１６に示されるように、ＬＤ駆動電流に対する光出力パワーの傾きが線形となる動作範囲（Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ）を用い、かつ、例えば特許文献１に記載されているように、閾値電流に生じる温度変動ならびに光出力パワーの傾きに生じる温度変動を補償すればよい。しかしながら、本発明者等の検討によって、通信速度の高速化が更に進むと、仮にこのような補償を行ったとしても十分な波形品質の実現が困難となることが見出された。

図１７は、レーザダイオード（ＬＤ）における緩和振動周波数の温度特性の一例を示す説明図である。緩和振動とは、半導体レーザにパルス状の電流を注入した時に光出力が振動する現象であり、その時の周波数が緩和振動周波数と呼ばれる。緩和振動周波数の値は、ＬＤのデバイス構造によって定まり、この周波数以上では応答特性が急激に低下するため、ＬＤが動作可能な上限周波数は、この緩和振動周波数に基づいて定められる。図１７には、ＬＤの駆動電流（ここでは、バイアス電流Ｉｂと閾値電流Ｉｔｈを用いて√（Ｉｂ−Ｉｔｈ）で表す）に対する緩和振動周波数の特性ならびにその特性の温度依存性が示されている。図１７に示されるように、一定の緩和振動周波数を保つためには、高温になるほどバイアス電流Ｉｂを増大させる必要性がある。

このようにバイアス電流を増大させると、図１８に示すような問題が生じる。図１８は、レーザダイオード（ＬＤ）における光出力パワーの温度特性ならびに高温時の光出力波形（アイパターン）の一例を示す説明図である。図１８に示すように、ＬＤ駆動電流に対する光出力パワーの特性は、ＬＤ駆動電流が大きくなるほど非線形（傾きが低下）となり、また、高温になるほどその非線形特性がＬＤ駆動電流の少ない箇所で現れる。したがって、緩和振動周波数向上のためＬＤ駆動電流のバイアス電流Ｉｂを増大させると、光出力パワーの動作範囲（Ｐｍｉｎ〜Ｐｍａｘ）を前述した非線形領域に設定する必要性が生じ、この必要性は高温になるほど高くなる。

この場合、例えば高温動作時において、ＬＤ駆動電流をバイアス電流Ｉｂ（ｈｔ）を中心として均等な幅で増減させると、ＬＤからの光出力波形（アイパターン）は、Ｉｂ（ｈｔ）に対応する中間光出力パワーＰｍｉｄを基準として高パワー側の振幅ＨＰが低パワー側の振幅ＬＰよりもΔＰだけ小さくなる。その結果、アイパターンのクロス点が振幅の中心位置からズレてしまうため、アイの大きさが小さくなり、十分な波形品質が得られなくなる。

本発明は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、通信速度の高速化を実現可能な光送信回路および光通信システムを提供することにある。本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本実施の形態のよる光送信回路は、レーザダイオードと、バイアス電流源と、ドライバ回路と、検出回路ブロックと、第１補償手段とを有するものとなっている。バイアス電流源は、レーザダイオードにバイアス電流を供給し、ドライバ回路は、当該バイアス電流に第１駆動電流を加算することでレーザダイオードを高光出力パワーで発光させ、当該バイアス電流から第２駆動電流を減算することでレーザダイオードを低光出力パワーで発光させる。検出回路ブロックは、レーザダイオードの温度を検出する温度検出回路を含み、この温度検出回路の検出結果と前述したバイアス電流の大きさに基づいて値が変動する第１制御信号を出力する。第１補償手段は、第１駆動電流の大きさと第２駆動電流の大きさとの差分を第１制御信号の値に応じて設定する。

このように、レーザダイオードの温度とバイアス電流の大きさに基づいて、レーザダイオードの高光出力パワー側の駆動電流と低光出力パワー側の駆動電流とに差を持たせることで、レーザダイオードの光出力パワー特性が非線形となる領域を用いる場合であっても、レーザダイオードからの光出力のアイパターンを良質に保つことが可能となる。すなわち、バイアス電流を大きくすれば緩和信号周波数を高くできるが、その一方で高温になるほど光出力パワー特性が非線形となり、アイパターンに歪みが生じる。そこで、このアイパターンに歪みを前述した第１補償手段で補償することで、結果的に、通信速度の高速化が実現可能となる。

また、本実施の形態のよる光送信回路は、前述した第１補償手段によってアイパターンの歪みを解消する代わりに、レーザダイオードの高光出力パワーと低光出力パワーとの間の振幅を小さくすることでアイパターンの歪みを解消するものとなっている。すなわち、振幅を小さくすることで、光出力パワー特性が等価的に線形領域とみなせるため、これによってアイパターンの歪みが解消できる。この方式は、比較的、近距離での通信を行う際に有益な方式であり、通信速度の高速化に加えて、振幅が小さいことから消費電力の低減も図れる。

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、通信速度の高速化が実現可能となる。

本発明の実施の形態１による光通信システムにおいて、その概略構成の一例を示すブロック図である。 図１の送信回路ブロックにおいて、レーザダイオードからの光出力パワーを均一に保つための各種補償内容を説明する概念図である。 図１の光通信システムにおける送信回路ブロックの詳細を示すものであり、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ異なる構成例を示すブロック図である。 図３（ａ）の送信回路ブロックの変形例を示すブロック図である。 図３（ａ）、（ｂ）の送信回路ブロックにおいて、プリドライバ回路の主要な動作概念を示した図である。 図３（ａ）の送信回路ブロックにおいて、その詳細な構成例を示す回路ブロック図である。 図６の送信回路ブロックにおいて、その主要な動作例を示す波形図である。 本発明の実施の形態２による光送信回路において、光出力パワーの非線形特性を補償するための動作概念を示す図である。 本発明の実施の形態２による光送信回路において、図１の光通信システムにおける送信回路ブロックの詳細を示すものであり、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ異なる構成例を示すブロック図である。 図９（ｂ）の送信回路ブロックにおいて、その詳細な構成例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態３による光通信システムにおいて、その主要部の構成例を示すブロック図である。 図１１の受信回路ブロックにおけるアイパターンモニタ回路の構成例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態４による光通信システムにおいて、その動作内容の一例を表す概念図である。 図１３の通信方式を用いた場合における光通信システムの主要部の構成例を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態５による光通信システムにおいて、その主要部の構成例を示す回路ブロック図である。 レーザダイオードにおける光出力パワーの温度特性の一例を示す説明図である。 レーザダイオードにおける緩和振動周波数の温度特性の一例を示す説明図である。 レーザダイオードにおける光出力パワーの温度特性ならびに高温時の光出力波形（アイパターン）の一例を示す説明図である。 図３（ａ）および図６の変形例を示すブロック図である。 図４の送信回路ブロックにおいて、そのレーザドライバ回路の構成例を示す回路図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態の各機能ブロックを構成する回路素子は、特に制限されないが、公知のＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳトランジスタ）等の集積回路技術によって、単結晶シリコンのような半導体基板上に形成される。なお、実施の形態では、ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）の一例としてＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）（ＭＯＳトランジスタと略す）を用いるが、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。図面にはＭＯＳトランジスタの基板電位の接続は特に明記していないが、ＭＯＳトランジスタが正常動作可能な範囲であれば、その接続方法は特に限定しない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による光通信システムにおいて、その概略構成の一例を示すブロック図である。図１に示す光通信システムＳＹＳは、例えば、ディジタル信号処理回路ＬＯＧ＿ＴＸ，ＬＯＧ＿ＲＸと、フィードフォワードイコライザ回路ＦＦＥと、クロックデータリカバリ回路ＣＤＲと、送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫと、受信回路ブロックＲＸ＿ＢＫと、光伝送ケーブル（光ファイバ等）ＯＦ＿ＴＸ，ＯＦ＿ＲＸを含んで構成される。

ＬＯＧ＿ＴＸは、所望の送信データ信号をＦＦＥを介してＴＸ＿ＢＫに出力する。ＴＸ＿ＢＫは、この送信データ信号に応じた光信号を生成し、この光信号をＯＦ＿ＴＸを介して他の光通信装置（図示せず）のＲＸ＿ＢＫに向けて送信する。ＦＦＥは、例えばＯＦ＿ＴＸ等で生じ得るシンボル間干渉（ＩＳＩ）等を補償するための所謂波形等化（波形成形）を行う回路である。一方、他の光通信装置（図示せず）のＴＸ＿ＢＫによって生成された光信号は、ＯＦ＿ＲＸを介して伝送される。この光信号は、ＲＸ＿ＢＫによって受信され、ＲＸ＿ＢＫは、この光信号に応じた受信信号を生成し、ＣＤＲに出力する。ＣＤＲは、この受信信号からクロック信号および受信データ信号を再生し、ＬＯＧ＿ＲＸに出力する。ＬＯＧ＿ＲＸは、このクロック信号および受信データ信号を受けて所望の処理を行う。

ＴＸ＿ＢＫは、ＦＦＥの出力信号を増幅するプリドライバ回路ＰＤＶと、ＰＤＶの出力に応じた駆動電流を生成するレーザドライバ回路ＬＤＶと、ＬＤＶからの駆動電流に応じた光信号を生成し、ＯＦ＿ＴＸに送信するレーザダイオードＬＤを備えている。一方、ＲＸ＿ＢＫは、ＯＦ＿ＲＸからの光信号に応じた電流信号を生成するフォトダイオードＰＤと、この電流信号を増幅ならびに電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプ回路ＴＩＡと、ＴＩＡの出力を更に増幅し、ＣＤＲに出力するポストアンプ回路ＰＡＭＰを備えている。

このような光通信システムＳＹＳでは、光伝送ケーブルＯＦ＿ＴＸ，ＯＦ＿ＲＸを介して行われるデータの通信速度が数十Ｇｂｐｓ（例えば２５Ｇｂｐｓ）以上に達している。これに対応するためには、図１７等で述べたように、ＬＤの緩和振動周波数を向上させる必要があるが、ＬＤの構造的な改良による周波数向上のみでは通信速度の高速化に十分に対応できない恐れがあり、バイアス電流の増加が必要とされてくる。この場合、図１８に示したように、特に高温時におけるアイパターンの歪みが懸念される。ＲＸ＿ＢＫのＰＤが出力する電流信号は例えば数百μＡといった非常に小さいオーダーであるため、アイパターンが歪むとＴＩＡが誤動作する可能性が高くなる。また、高速化が進むにつれてＴＸ＿ＢＫ自体の発熱も生じ易く、アイパターンの歪みがより懸念される。そこで、後述する各種方式を用いることが有益となる。

図２は、図１の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫにおいて、レーザダイオードＬＤからの光出力パワーを均一に保つための各種補償内容を説明する概念図である。図２では、ＬＤの緩和振動周波数を向上させるためＬＤのバイアス電流Ｉｂを増大させたことに伴い、高温時においてＬＤ駆動電流に対する光出力パワーの傾きが非線形となる領域を用いる場合を想定している。ここで、温度に依らず、ＬＤを、中間光出力パワーＰｍｉｄを基準としてΔＰａｃだけ高い最大光出力パワーＰｍａｘと、ΔＰａｃだけ低い最小光出力パワーＰｍｉｎの間で遷移させる場合を考える。すなわち、温度に依らず、一定の振幅を持ち、かつその振幅の中心位置がアイパターンのクロス点となる光出力パワーを得ることを考える。このためには、次の３個を対象とした補償が必要となる。

第１の補償対象は、Ｐｍｉｄに対応する低温時のＬＤのバイアス電流Ｉｂ（ｌｔ）とＰｍｉｄに対応する高温時のＬＤのバイアス電流Ｉｂ（ｈｔ）との差分（ΔＩｂ）である。第２の補償対象は、ΔＰａｃを得るのに必要な低温時のＬＤ駆動電流（Ｉａｃ（ｌｔ））と高温時のＬＤ駆動電流（Ｉａｃ１（ｈｔ））との差分である。第３の補償対象は、高温時において、Ｐｍｉｄを基準としてΔＰａｃだけ低い光出力パワーを得るのに必要なＬＤ駆動電流（Ｉａｃ１（ｈｔ））とΔＰａｃだけ高い光出力パワーを得るのに必要なＬＤ駆動電流（Ｉａｃ２（ｈｔ））との差分である。

図３は、図１の光通信システムにおける送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫの詳細を示すものであり、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ異なる構成例を示すブロック図である。図３（ａ）に示す送信回路ブロック（光送信回路）ＴＸ＿ＢＫ１ａは、プリドライバ回路ＰＤＶ１ａと、レーザドライバ回路ＬＤＶ１ａと、レーザダイオードＬＤ１と、温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫを備えている。ＬＤＶ１ａは、入力電圧信号に応じた充電電流Ｉａｃ１または放電電流Ｉａｃ２を出力するドライバ回路ＤＲＶと、このＤＲＶの出力ノードと接地電源電圧ＧＮＤの間に設けられ、バイアス電流Ｉｂを生成する可変電流源ＩＳｂ１とを備えている。ＬＤ１は、アノードが電源電圧ＶＣＣに、カソードがＤＲＶの出力ノードにそれぞれ接続され、（Ｉｂ−Ｉａｃ１）または（Ｉｂ＋Ｉａｃ２）を駆動電流として光信号を出力する。この光信号は、光伝送ケーブルＯＦ＿ＴＸに送出されると共に、ＰＴＤＥＴ＿ＢＫにも送出される。

ＰＴＤＥＴ＿ＢＫは、光検出センサおよび温度センサを含み、ＬＤ１からの光信号のパワーおよびＬＤ１の温度を検出する。そして、これらの検出結果に基づいて３種類の制御信号Ｓ＿ＣＴＬｂ，Ｓ＿ＣＴＬｇ，Ｓ＿ＣＴＬｏを生成する。Ｓ＿ＣＴＬｂは、光検出センサの検出結果に応じて変動し、前述した可変電流源ＩＳｂ１のバイアス電流Ｉｂの値を制御する。すなわち、Ｓ＿ＣＴＬｂは、光信号のパワーを一定に保つようにＩｂの値を制御し、これによって図２で述べた第１の補償対象（ΔＩｂ）の補償を実現する。

プリドライバ回路ＰＤＶ１ａは、差動入力を受けて差動出力を行う可変増幅回路ＶＡＭＰｐと、この差動対の間にオフセットを加える可変オフセット回路ＶＯＦを備えている。ＰＤＶ１ａからの差動出力は、前述したドライバ回路ＤＲＶの入力となる。なお、ここでは、ＶＯＦをＶＡＭＰｐの出力側に設けているが入力側に設けることも可能である。ここで、ＶＡＭＰｐの利得は、前述した制御信号Ｓ＿ＣＴＬｇによって制御される。Ｓ＿ＣＴＬｇは、温度センサの検出結果に応じて変動する。すなわち、Ｓ＿ＣＴＬｇは、低温時においてはＶＡＭＰｐの利得を小さくすることでＤＲＶを介した交流電流信号Ｉａｃの大きさを小さくし、高温時においてはＶＡＭＰｐの利得を大きくすることでＤＲＶを介したＩａｃの大きさを大きくする。これによって、図２で述べた第２の補償対象（Ｉａｃ（ｌｔ）とＩａｃ１（ｈｔ）の差分）の補償を実現する。

また、可変オフセット回路ＶＯＦは、前述した制御信号Ｓ＿ＣＴＬｏによって制御される。Ｓ＿ＣＴＬｏは、光検出センサの検出結果と温度センサの検出結果に応じて変動する。すなわち、Ｓ＿ＣＴＬｏは、高温時において、例えばドライバ回路ＤＲＶに向けたハイレベル側の入力振幅がロウレベル側の入力振幅よりも大きくなるようにＶＯＦのオフセット電圧を制御し、ＤＲＶを介した放電電流（Ｉａｃ２）が充電電流（Ｉａｃ１）よりも大きくなるように制御する。これによって図２で述べた第３の補償対象（Ｉａｃ１（ｈｔ）とＩａｃ２（ｈｔ）の差分）の補償を実現する。

図３（ｂ）に示す送信回路ブロック（光送信回路）ＴＸ＿ＢＫ１ｂは、図３（ａ）に示した送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａと比較して、ＴＸ＿ＢＫ１ａのプリドライバ回路ＰＤＶ１ａがプリドライバ回路ＰＤＶ１ｂに置き換わり、ＴＸ＿ＢＫ１ａのレーザドライバ回路ＬＤＶ１ａがレーザドライバ回路ＬＤＶ１ｂに置き換わった構成となっている。ＰＤＶ１ｂは、ＰＤＶ１ａにおける可変増幅回路ＶＡＭＰｐが増幅回路ＡＭＰｐに置き換わった構成となっており、ＬＤＶ１ｂは、ＬＤＶ１ａにおけるドライバ回路ＤＲＶが可変ドライバ回路ＶＤＲＶに置き換わった構成となっている。ここで、温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫからの制御信号Ｓ＿ＣＴＬｇは、ＶＡＭＰｐの代わりにＶＤＲＶに入力される。すなわち、前述したＴＸ＿ＢＫ１ａは、レーザドライバ回路内のドライバ回路の入力振幅を変えることで出力振幅を変える構成であったが、ＴＸ＿ＢＫ１ｂは、ドライバ回路の入力振幅を変えずに出力振幅を変える構成となっている。

図４は、図３（ａ）の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａの変形例を示すブロック図である。図４に示す送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａ’は、図３（ａ）の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａと比較して、レーザドライバ回路ＬＤＶ１ａ’およびレーザダイオードＬＤ１’の構成が異なっている。ＬＤＶ１ａ’では、ドライバ回路ＤＲＶの出力ノードと電源電圧ＶＣＣの間に可変電流源ＩＳｂ１’が設けられ、ＬＤ１’は、アノードがＤＲＶの出力ノードに、カソードが接地電源電圧ＧＮＤにそれぞれ接続される。また、この極性の違いに伴い、ドライバ回路ＤＲＶからは、図３（ａ）とは反対に充電電流（Ｉａｃ２）と放電電流（Ｉａｃ１）が生成される。図４の構成例と図３（ａ）の構成例は、レーザダイオードの仕様に応じて適宜使い分けられる。

図５は、図３（ａ）、（ｂ）の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫにおいて、プリドライバ回路ＰＤＶの主要な動作概念を示した図である。まず、図１８で述べたように、高温時において高光出力パワーを得る際にバイアス電流Ｉｂに対して加える放電電流（Ｉａｃ２）と低光出力パワーを得る際にＩｂから減算する充電電流（Ｉａｃ１）とを等しくした場合、Ｉａｃ２側の電流値が不足するため、光出力パワーを縦軸としたアイパターンのクロス点は中心からプラス側にシフトする（図５の高温特性）。そこで、高温時における図１８の特性を仮想的に線形特性とみなして、この仮想条件の下で、前述したプラス側のシフト量と等しい分だけクロス点がマイナス側にシフトしたようなアイパターン（図５の補正特性）を生成すべく、レーザダイオードを駆動する。具体的には、前述したＩａｃ２側の電流値の不足分を補い、Ｉａｃ１＜Ｉａｃ２となるようにオフセットを加えてレーザダイオードを駆動する。そうすると、前述した高温時のプラス側のシフト量と仮想的に補正したマイナス側のシフト量とが相殺され、結果的に、アイパターンのクロス点が中心に設定される。これによって、アイが拡大し、波形品質の向上が図れる。

図６は、図３（ａ）の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａにおいて、その詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図６において、プリドライバ回路ＰＤＶ１ａに含まれる可変増幅回路ＶＡＭＰｐは、差動対となるＮＭＯＳトランジスタＭＮｐ，ＭＮｎと、そのテール電流源となる電流源ＩＳｄと、差動負荷となる抵抗Ｒｐ，Ｒｎを備えている。ＭＮｐ，ＭＮｎは、ソースが共通に接続され、ＭＮｐは、ゲートが正極入力ノードＰＩに、ドレインが負極出力ノードＮＯにそれぞれ接続され、ＭＮｎは、ゲートが負極入力ノードＮＩに、ドレインが正極出力ノードＰＯにそれぞれ接続される。ＩＳｄは、ＭＮｐ，ＭＮｎのソースと接地電源電圧ＧＮＤの間に接続される。Ｒｐ，Ｒｎは、一端が共通に電源電圧ＶＣＣに接続され、Ｒｐの他端はＮＯに接続され、Ｒｎの他端はＰＯに接続される。また、ＰＤＶ１ａに含まれる可変オフセット回路ＶＯＦは、負極出力ノードＮＯとＧＮＤの間に接続され、電流Ｉｎを流す可変電流源ＩＳｎと、正極出力ノードＰＯとＧＮＤの間に接続され、電流Ｉｐを流す可変電流源ＩＳｐを備えている。

また、図６において、温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫ１は、光検出センサとなるフォトダイオードＰＤ１と、ロウパスフィルタＬＰＦと、エラーアンプ回路ＥＡと、サーミスタ等の温度センサＴＳＥＮと、オフセット電圧変換テーブルＴＢＬｏと、ゲイン制御変換テーブルＴＢＬｇを備えている。ＰＤ１は、レーザダイオードＬＤ１からの光信号に応じた電流信号を出力する。ＬＰＦは、この電流信号を電圧信号に変換すると共に平滑化する。すなわち、ＬＰＦからは、ＬＤ１の平均光出力パワーに対応する電圧が出力される。ＥＡは、このＬＰＦからの出力電圧と、予め設定した参照電圧Ｖｒｅｆとの差分を増幅し、制御信号Ｓ＿ＣＴＬｂを生成する。Ｖｒｅｆは、図２の中間光出力パワーＰｍｉｄを予め設定するための電圧値であり、ＥＡは、Ｓ＿ＣＴＬｂを介して、ＬＰＦの出力電圧（すなわち平均光出力パワー）がＶｒｅｆ（すなわち予め定めたＰｍｉｄ)に収束するように、バイアス電流Ｉｂの大きさを制御する。これによって、図２で述べた第１の補償対象の補償が行われる。

ＴＳＥＮは、ＬＤ１の温度を検出する。ＴＢＬｇは、ＴＳＥＮの検出結果を受けてそれに応じた制御信号Ｓ＿ＣＴＬｇを可変増幅回路ＶＡＭＰｐに出力する。ＶＡＭＰｐは、Ｓ＿ＣＴＬｇに応じて、例えば、ＲｐとＲｎの大きさを可変にしたり、またはＩＳｄの電流値を可変にする等で利得を変更する。ＴＢＬｇは、ＬＤ１の温度が高くなるにつれてＶＡＭＰｐの利得が大きくするようなＳ＿ＣＴＬｇを出力し、これによって図２で述べた第２の補償対象の補償を行う。ＴＢＬｏは、ＬＰＦの出力電圧（等価的に参照電圧Ｖｒｅｆやバイアス電流Ｉｂであってもよい）とＴＳＥＮの検出結果を受けてそれに応じた制御信号Ｓ＿ＣＴＬｏを可変オフセット回路ＶＯＦに出力する。ＶＯＦは、Ｓ＿ＣＴＬｏに応じて、ＬＰＦの出力電圧（等価的にＶｒｅｆまたはＩｂ）が大きくなるほどオフセット量（すなわち電流Ｉｎと電流Ｉｐの差分）を増大させ、かつ高温になるほどオフセット量を増大させる。これによって、図２で述べた第３の補償対象の補償が行われる。

なお、各テーブル（ＴＢＬｇ，ＴＢＬｏ）は、例えば、ロジック演算回路、メモリ回路、アナログ・ディジタル変換回路、ディジタル・アナログ変換回路等といった汎用的な回路を適宜組み合わせることで、様々の方式で実現可能である。例えば、単純にメモリ回路内に入力データと各入力データに対応する出力データを保持して変換を行う方式や、予め入出力間の変換式を定義して、入力データに対する出力データをロジック演算回路等で演算する方式などが挙げられる。また場合によっては、アナログ入力を受け、その大きさに応じて重み付けを行い、重み付けがなされたアナログ出力を生成する専用のアナログ回路等で実現してもよい。

図７は、図６の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａにおいて、その主要な動作例を示す波形図である。図７においては、図６の可変オフセット回路ＶＯＦに伴う動作例が示されている。図７に示すように、まず、図６の可変増幅回路ＶＡＭＰｐの差動入力ノードＰＩ，ＮＩにハイレベル側の電圧振幅とロウレベル側の電圧振幅が等しい信号が入力された場合を想定する。ここで、図６のＶＯＦにおいて、制御信号Ｓ＿ＣＴＬｏに伴い例えばＩｎがＩｐよりもΔＩだけ大きくなるように制御された場合、正極出力ノードＰＯの中心電圧レベルが負極出力ノードＮＯの中心電圧レベルよりもΔＩ×Ｒｐだけ上昇した状態で定常的な波形遷移が行われる。その結果、図７に示すように、ＰＯを基準としたハイレベル側の差動電圧振幅がロウレベル側の差動電圧振幅よりも大きくなり、これを受けて、図６のドライバ回路ＤＲＶは、充電電流（Ｉａｃ１）よりも大きい放電電流（Ｉａｃ２）を用いてレーザダイオードＬＤ１を駆動する。

以上のように、本実施の形態１による光送信回路および光通信システムを用いることで、代表的には、緩和振動周波数を向上させるためレーザダイオードのバイアス電流を増大させた場合、更には温度が変動した場合にも良好な光出力パワーの波形品質を確保できるため、通信速度の高速化が実現可能となる。

（実施の形態２）
前述した実施の形態１では、可変オフセット回路ＶＯＦによるオフセット電圧の調整によって高温時等における光出力パワーの非線形特性を補償したが、本実施の形態２では、これとは異なる方式を用いて同様の補償を行う。図８は、本発明の実施の形態２による光送信回路において、光出力パワーの非線形特性を補償するための動作概念を示す図である。図５でも述べたように、高温時等で非線形領域を用いる場合には、バイアス電流Ｉｂに対する放電電流（Ｉａｃ２）が充電電流（Ｉａｃ１）と比較して不足するため、光出力パワーを縦軸としたアイパターンのクロス点は中心からプラス側にシフトする（図８の高温特性）。

そこで、高温時等における光出力パワーの特性を仮想的に線形特性とみなして、この仮想条件の下で、前述したアイパターン（図８の高温特性）を縦軸方向の中心軸を基準として上下対象にしたようなアイパターン（図８の補正特性）を生成すべく、レーザダイオードを駆動する。具体的には、波形等化による波形形状の加工によって、このような仮想的なアイパターンを生成する。そうすると、図８の高温特性に示すアイパターンと図８の補正特性に示すアイパターンとが相殺され、結果的に、アイパターンのクロス点が中心に設定される。これによって、アイが拡大し、波形品質の向上が図れる。

図９は、本発明の実施の形態２による光送信回路において、図１の光通信システムにおける送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫの詳細を示すものであり、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ異なる構成例を示すブロック図である。図９（ａ）に示す送信回路ブロック（光送信回路）ＴＸ＿ＢＫ２ａは、プリドライバ回路ＰＤＶ２ａと、レーザドライバ回路ＬＤＶ１ａと、レーザダイオードＬＤ１と、温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫを備えている。図９（ａ）のＴＸ＿ＢＫ２ａは、図３（ａ）の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａと比較して、ＴＸ＿ＢＫ１ａのプリドライバ回路ＰＤＶ１ａがＴＸ＿ＢＫ２ａのプリドライバ回路ＰＤＶ２ａに置き換わった構成となっている。また、これに伴い、ＰＴＤＥＴ＿ＢＫは、図３（ａ）の場合と異なりＰＤＶ２ａに向けて制御信号Ｓ＿ＣＴＬｅを出力する構成となっている。これら以外の構成に関しては図３（ａ）と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ＰＤＶ２ａは、例えば、複数の可変増幅回路および複数の可変遅延回路を組み合わせて構成した波形等化回路となっている。制御信号Ｓ＿ＣＬＬｅは、各可変増幅回路および可変遅延回路の可変量を制御し、これによって、ＰＤＶ２ａは、所定の波形形状を備えた出力波形を生成する。例えば、前述した図８の補正特性に対応するような波形形状を生成することで、図２で述べた第３の補償対象の補償が行える。更に、ＰＤＶ２ａは、この波形形状の全体的な振幅の大きさをＳ＿ＣＴＬｅに応じて変更する。これによって、図２で述べた第２の補償対象の補償が行える。

一方、図９（ｂ）に示す送信回路ブロック（光送信回路）ＴＸ＿ＢＫ２ｂは、プリドライバ回路ＰＤＶ２ｂと、レーザドライバ回路ＬＤＶ１ｂと、レーザダイオードＬＤ１と、温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫを備えている。図９（ｂ）のＴＸ＿ＢＫ２ｂは、図３（ｂ）の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ｂと比較して、ＴＸ＿ＢＫ１ｂのプリドライバ回路ＰＤＶ１ｂがＴＸ＿ＢＫ２ｂのプリドライバ回路ＰＤＶ２ｂに置き換わった構成となっている。また、これに伴い、ＰＴＤＥＴ＿ＢＫは、図３（ｂ）の場合と異なりＰＤＶ２ｂに向けて制御信号Ｓ＿ＣＴＬｅを出力する構成となっている。これら以外の構成に関しては図３（ｂ）と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ＰＤＶ２ｂは、図９（ａ）のＰＤＶ２ａと同様に、例えば、複数の可変増幅回路および複数の可変遅延回路を組み合わせて構成した波形等化回路となっている。制御信号Ｓ＿ＣＴＬｅは、各可変増幅回路および可変遅延回路の可変量を制御し、これによって、ＰＤＶ２ｂは、所定の波形形状を備えた出力波形を生成する。例えば、前述した図８の補正特性に対応するような波形形状を生成することで、図２で述べた第３の補償対象の補償が行える。ただし、図９（ａ）の場合と異なり、第２の補償対象の補償は、レーザドライバ回路ＬＤＶ１ｂで行われる。なお、図９（ａ）、（ｂ）におけるレーザダイオードＬＤ１とレーザドライバ回路ＬＤＶ１ａ，ＬＤＶ１ｂとの接続関係は、図４に示したように適宜変更することも可能である。

図１０は、図９（ｂ）の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ２ｂにおいて、その詳細な構成例を示す回路ブロック図である。図１０において、プリドライバ回路ＰＤＶ２ｂは、例えば、３個の可変増幅回路ＶＡＭＰ１〜ＶＡＭＰ３と、２個の可変遅延回路ＶＤＬＹ１，ＶＤＬＹ２と、加算回路ＡＤＤを備えている。ＶＤＬＹ１はＰＤＶ２ｂへの入力信号を遅延させ、ＶＤＬＹ２はＶＤＬＹ１の出力信号を遅延させる。ＶＡＭＰ１はＰＤＶ２ｂへの入力信号を増幅し、ＶＡＭＰ２はＶＤＬＹ１の出力信号を増幅し、ＶＡＭＰ３はＶＤＬＹ２の出力信号を増幅する。ＡＤＤは、ＶＡＭＰ１〜ＶＡＭＰ３の出力信号を加算し、レーザドライバ回路ＬＤＶ１ｂに出力する。

また、図１０において、温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫ２は、光検出センサとなるフォトダイオードＰＤ１と、ロウパスフィルタＬＰＦと、エラーアンプ回路ＥＡと、サーミスタ等の温度センサＴＳＥＮと、波形等化制御信号変換テーブルＴＢＬｅと、ゲイン制御変換テーブルＴＢＬｇを備えている。すなわち、図１０のＰＴＤＥＴ＿ＢＫ２は、図６の温度・光検出回路ブロックＰＴＤＥＴ＿ＢＫ１と比較して、ＰＴＤＥＴ＿ＢＫ１のオフセット電圧変換テーブルＴＢＬｏがＰＴＤＥＴ＿ＢＫ２のＴＢＬｅに置き換わった構成となっている。これ以外の構成に関しては、図６のＰＴＤＥＴ＿ＢＫ１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ＴＢＬｅは、ＬＰＦの出力電圧（等価的にＶｒｅｆまたはＩｂ）とＴＳＥＮの検出結果を受けてそれに応じた制御信号Ｓ＿ＣＴＬｅをＰＤＶ２ｂに出力する。ＰＤＶ２ｂは、Ｓ＿ＣＴＬｅを受けて、ＶＡＭＰ１〜ＶＡＭＰ３の利得を個別に設定し、ＶＤＬＹ１，ＶＤＬＹ２の遅延量を個別に設定することで、図８の補正特性に対応する出力波形形状を作り出す。ＴＢＬｅには、ＬＰＦの出力電圧（等価的にＶｒｅｆまたはＩｂ）およびＴＳＥＮの検出結果と、ＶＡＭＰ１〜ＶＡＭＰ３の各利得およびＶＤＬＹ１，ＶＤＬＹ２の各遅延量との関係が予め規定されている。これは、図６の場合と同様に、例えば汎用的な回路を適宜組み合わせること等で、様々な方式により実現可能である。

以上のように、本実施の形態２による光送信回路を用いることで、実施の形態１の場合と同様に、代表的には、通信速度の高速化が実現可能となる。なお、図５に示したオフセット方式と図８に示した波形等化方式とを比較すると、図５のオフセット方式は、１次元（縦軸方向）の調整を行うため、調整パラメータが少なく、簡素な回路構成および回路制御で実現可能となる。一方、図８の波形等化方式は、２次元（縦軸方向と横軸方向）の調整を行うため、複雑な回路構成および回路制御となるが、光出力パワーのアイパターンの形状を２次元的に調整可能になるため、よりアイを拡大することができ、更なる通信速度の高速化を図ることも可能となる。

（実施の形態３）
前述した実施の形態１，２では、高温時等における光出力パワーの非線形特性を送信回路ブロック内で補償したが、本実施の形態３では、この補償を受信回路ブロックを利用して行う。図１１は、本発明の実施の形態３による光通信システムにおいて、その主要部の構成例を示すブロック図である。図１１には、光信号を送信する送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ３と、この光信号を受信する受信回路ブロックＲＸ＿ＢＫ３およびその後段に接続されたクロックデータリカバリ回路ＣＤＲが示されている。ＴＸ＿ＢＫ３は、例えば、図３（ａ）等と同様のレーザダイオードＬＤ１、レーザドライバ回路ＬＤＶ１ａ、およびプリドライバ回路ＰＤＶ１ａを備える。

一方、ＲＸ＿ＢＫ３は、フォトダイオードＰＤと、トランスインピーダンスアンプ回路ＴＩＡと、ポストアンプ回路ＰＡＭＰと、帰還制御回路ＦＢＣＴＬを備えている。ＰＤは、電源電圧ＶＣＣとＴＩＡの入力ノードの間に設けられ、ＴＸ＿ＢＫ３からの光信号を受信し、その大きさに応じた電流信号を生成する。ＴＩＡは、増幅回路ＡＭＰ１とその入力ノードと出力ノード間に設けられた電圧変換用の帰還抵抗Ｒｆを含み、ＴＩＡの入力ノードに伝送された電流信号を電圧信号に変換する。ＰＡＭＰは、ＴＩＡからの電圧信号を増幅し、クロックデータリカバリ回路ＣＤＲに出力する。

ＦＢＣＴＬは、ＣＤＲの入力ノードに接続されたアイパターンモニタ回路ＥＹＭ、またはＣＤＲの出力ノードに接続されたビットエラーレート検出回路ＢＥＲＤＥＴ、あるいはその両方を備え、これらの回路の処理結果に応じて制御信号Ｓ＿ＣＴＬｏｇを出力する。そして、ＴＸ＿ＢＫ３のプリドライバ回路ＰＤＶ１ａは、このＳ＿ＣＴＬｏｇに応じて、図３（ａ）で述べたような可変オフセット回路ＶＯＦにおけるオフセット量や、可変増幅回路ＶＡＭＰｐにおける利得を制御する。すなわち、図１１の構成例は、受信信号の品質を監視し、その受信信号の品質がより向上するようにＴＸ＿ＢＫ３に対して帰還制御を行うことで、前述した光出力パワーのアイパターンにおけるアイの拡大を図り、間接的に実施の形態１，２で述べたような非線形特性に伴うアイパターンの歪みを解消するものである。

図１２は、図１１の受信回路ブロックＲＸ＿ＢＫ３におけるアイパターンモニタ回路ＥＹＭの構成例を示す回路ブロック図である。図１２に示すアイパターンモニタ回路ＥＹＭは、複数のフリップフロップ回路ＦＦ０，ＦＦ１，…，ＦＦｎと、クロック生成回路ＣＬＫＧＥＮと、判定回路ＪＤＧと、帰還信号生成回路ＦＢＧＥＮを備えている。ＣＬＫＧＥＮは、一定の間隔で順次位相が異なったクロック信号φ０，φ１，…，φｎを生成する。ＦＦ０，ＦＦ１，…，ＦＦｎは、入力信号ＥＩＮを、それぞれ、φ０，φ１，…，φｎでラッチする。ＪＤＧは、ＦＦ０〜ＦＦｎの出力を用いてＥＩＮのアイ幅を判定する。ＦＢＧＥＮは、ＪＤＧの判定結果に応じた帰還信号（制御信号）Ｓ＿ＣＴＬ（Ｓ＿ＣＴＬｏｇ）を出力する。

このような構成において、例えば、ＣＬＫＧＥＮは、ＥＩＮの１周期よりも長い周期Ｔ（例えば２周期分）のクロック信号を用いて、（Ｔ／（ｎ＋１））単位で位相が異なったクロック信号φ０〜φｎを生成するものとする。そうすると、ＥＩＮがランダムデータであった場合、ＦＦ０〜ＦＦｎのいずれかを境界にして出力の論理レベルが反転するため、ＪＤＧは、この境界の位置によってＥＩＮのアイ幅を認識（判定）することが可能となる。ＦＢＧＥＮは、ＪＤＧによって判定されたアイ幅を逐次監視しながら、制御信号Ｓ＿ＣＴＬの値を、このＥＩＮのアイ幅を拡大させる方向に変動させる。

また、図１１におけるビットエラーレート検出回路ＢＥＲＤＥＴは、例えば、通信環境の初期設定時（所謂トレーニング時）に使用される。ＢＥＲＤＥＴは、例えば、トレーニング期間において、送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ３から送信された予めデータパターンの期待値が判明している光信号を対象に、その受信結果（すなわちＣＤＲを介した再生データ信号）を監視し、期待値との比較によってビットエラーレート（ＢＥＲ）を検出する。そして、制御信号Ｓ＿ＣＴＬの値を、このビットエラーレートが低下する方向に変動させる。なお、ＥＹＭやＢＥＲＤＥＴにおいて、制御信号Ｓ＿ＣＴＬの値を変動させる方向は、例えば、前回の変動方向に伴い結果が悪化した場合には今度は逆方向に変動させるといった具合に経験的に定められる。

以上のように、本実施の形態３による光通信システムを用いることで、代表的には、アイパターンの拡大に伴い、通信速度の高速化が実現可能となる。本実施の形態３の方式は、前述した実施の形態１，２の場合と異なり、様々な要因に伴うアイパターンの劣化を総合的に改善していく方式のため、結果的には、実施の形態１，２の方式よりも通信速度の高速化が図れることも有り得る。ただし、本実施の形態３の方式は、必ずしも図１８で述べたようなアイパターンの歪みを解消できるとは限らず、また、複雑な制御が必要なため最適解が得られなかったり、場合によっては最適解を得る過程で制御が発散してしまう恐れもある。このような観点からは、実施の形態１，２で述べたような方式を用いることが望ましい。

（実施の形態４）
本実施の形態４では、実施の形態１〜３で述べたような各種補償を行わずに通信速度の高速化を実現する方式について説明する。図１３は、本発明の実施の形態４による光通信システムにおいて、その動作内容の一例を表す概念図である。前述した実施の形態１〜３では、非線形領域を使用することに伴う歪みを補償することによって波形品質を向上させ、高速化を図った。しかしながら、図１３に示すように、非線形領域を使用するもののその光出力パワー（レーザダイオードＬＤの駆動電流）の振幅（または消光比）を小さくすれば、実質的に線形領域を使用できることになる。

図１３の例では、例えば、低温動作時には、レーザダイオードＬＤに対してバイアス電流Ｉｂ（ｌｔ）を中心に電流信号（Ｉａｃ（ｌｔ））が供給され、高温動作時には、ＬＤに対してＩｂ（ｌｔ）よりも高いバイアス電流Ｉｂ（ｈｔ）を中心に電流信号（Ｉａｃ（ｈｔ））が供給される。これに伴い、ＬＤは、低温動作時には、平均光出力パワーＰａｖｅ（ｌｔ）を中心にＰｍｉｎ（ｌｔ）〜Ｐｍａｘ（ｌｔ）の振幅を持つ光信号を生成し、高温動作時には、平均光出力パワーＰａｖｅ（ｈｔ）を中心にＰｍｉｎ（ｈｔ）〜Ｐｍａｘ（ｈｔ）の振幅を持つ光信号を生成する。

具体的には、例えば、低温（２５℃）において、Ｉｂ（ｌｔ）＝２４ｍＡ、Ｐａｖｅ（ｌｔ）＝７ｍＷ、（Ｐｍａｘ（ｌｔ）−Ｐｍｉｎ（ｌｔ））＝２ｍＷなどであり、高温（８５℃）において、Ｉｂ（ｈｔ）＝５３ｍＡ、Ｐａｖｅ（ｈｔ）＝１１．５ｍＷ、（Ｐｍａｘ（ｈｔ）−Ｐｍｉｎ（ｈｔ））＝２ｍＷなどである。比較例として、前述した図１６の場合には、例えば、Ｐｍａｘ＝１０ｍＷ、Ｐｍｉｎ＝１ｍＷ、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）＝９ｍＷ等である。この場合、消光比（１０×ｌｏｇ_１０（Ｐｍａｘ／Ｐｍｉｎ））は１０ｄＢとなる。

通常、インターネット等に代表される光ファイバ網では、長距離伝送（例えば数百ｋｍ等）を前提としているため、比較的大きな光出力パワーの振幅（９ｍＷ等）と消光比（１０ｄＢ等）を確保する必要がある。しかしながら、例えば、ある程度纏まって配置された装置間で近距離伝送（例えば数ｃｍ〜数十ｍ等）による通信を行う場合には、必ずしも大きな光出力パワーの振幅および消光比を確保する必要はない。このような場合に、図１３に示したような方式を用いて通信を行うことで、図１８で述べたような非線形領域を用いることによるアイパターンの歪みを解消し、通信速度の高速化が図れる。さらに、光出力パワー（ＬＤ駆動電流）の振幅が小さいため、消費電力の低減が図れる。なお、図１３において、低温動作時と高温動作時とで光出力パワーの平均値（Ｐａｖｅ（ｌｔ），Ｐａｖｅ（ｈｔ））を変えているのは、緩和振動周波数を確保しつつも、更なる消費電力の低減を図るためである。消費電力の低減は、ノイズの低減や自己発熱の抑制にも繋がるため、更なる通信速度の高速化に寄与する。

図１４は、図１３の通信方式を用いた場合における光通信システムの主要部の構成例を示す回路ブロック図である。図１４には、ある光通信デバイスＤＥＶ１に含まれる送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ４と、別の光通信デバイスＤＥＶ２に含まれる受信回路ブロックＲＸ＿ＢＫ４およびクロックデータリカバリ回路ＣＤＲが示され、ＴＸ＿ＢＫ４が光伝送ケーブルＯＦを介して送信した光信号をＲＸ＿ＢＫ４が受信する例が示されている。ＤＥＶ１内のＴＸ＿ＢＫ４は、ドライバ回路ＤＲＶおよび可変電流源ＩＳｂ１を含んだレーザドライバ回路ＬＤＶ１ａと、レーザダイオードＬＤ１と、温度検出回路ブロックＴＤＥＴ＿ＢＫを備える。

ＤＲＶは、前段のフィードフォワードイコライザ回路ＦＦＥ（図１参照）等からの出力を受け、それに応じた充電電流（Ｉａｃ１）または放電電流（Ｉａｃ２）を生成する。ＩＳｂ１は、ＤＲＶの出力ノードと接地電源電圧ＧＮＤの間に設けられ、バイアス電流Ｉｂを生成する。ＬＤ１は、電源電圧ＶＣＣとＤＲＶの出力ノードの間に設けられ、（Ｉｂ−Ｉａｃ１）または（Ｉｂ＋Ｉａｃ２）によって駆動される。ＴＤＥＴ＿ＢＫは、ＬＤ１の温度を検出し、その結果に基づいてＩＳｂ１におけるＩｂの大きさを制御する。すなわち、図１３に示したようなバイアス電流Ｉｂ（ｌｔ），Ｉｂ（ｈｔ）の制御を行う。

一方、ＤＥＶ２内のＲＸ＿ＢＫ４は、フォトダイオードＰＤと、可変電流源ＩＳｒと、トランスインピーダンスアンプ回路ＴＩＡと、直流成分検出回路ＤＣＤＥＴと、ポストアンプ回路ＰＡＭＰと、エラーアンプ回路ＥＡ２を備えている。ＰＤは、電源電圧ＶＣＣとＴＩＡの入力ノードの間に設けられ、光伝送ケーブルＯＦからの光信号を受信し、その大きさに応じた電流信号を生成する。ＩＳｒは、ＴＩＡの入力ノードとＧＮＤの間に設けられる。ＴＩＡは、増幅回路ＡＭＰ１とその入力ノードと出力ノード間に設けられた電圧変換用の帰還抵抗Ｒｆを含み、ＴＩＡの入力ノードに伝送された電流信号を増幅すると共に電圧信号に変換する。ＤＣＤＥＴは、例えば、ロウパスフィルタ等であり、ＴＩＡが出力した電圧信号に含まれる直流成分Ｖｄｃを検出する。ＰＡＭＰは、このＶｄｃを基準にＴＩＡからの電圧信号を差動増幅し、クロックデータリカバリ回路ＣＤＲに出力する。例えば、ＴＩＡからの電圧信号に含まれる交流成分の大きさは、数ｍｍＶ〜数十ｍｍＶ等であり、ＰＡＭＰは、この信号を数百ｍＶ等に増幅する。

ＥＡ２は、ＤＣＤＥＴが検出した直流成分Ｖｄｃと予め定めた参照電圧Ｖｒｅｆ１との差分を増幅し、その結果に応じてＩＳｒの出力電流の大きさを制御する。すなわち、図１３に示したように温度に応じて光信号の平均光出力パワー（Ｐａｖｅ）を大きくすると、ＤＣＤＥＴが検出するＶｄｃも大きくなるが、これに応じてＥＡ２は、ＩＳｒの出力電流を増加させる制御を行う。光信号の平均光出力パワーが増大すると、ＰＤが生成する電流信号に含まれる直流成分の大きさも増大するため、この直流成分の増大を相殺するようにＩＳｒの出力電流を増大させることで、ＴＩＡには、ＰＤからの電流信号に含まれる交流成分と常に一定値となるバイアス電流が入力されることになる。このようにＴＩＡのバイアス点を安定させることで、ＴＩＡは、広帯域に渡って所定の増幅率で安定した増幅動作を行うことが可能となる。

以上のように、本実施の形態４による光通信システムを用いることで、代表的には通信速度の高速化が実現可能となる。なお、ここでは、一例として直流成分検出回路ＤＣＤＥＴ、エラーアンプ回路ＥＡ２、および可変電流源ＩＳｒによってトランスインピーダンスアンプ回路ＴＩＡにおける動作の安定化を図ったが、このような構成に限定されるものではなく、ＴＩＡのバイアス点を安定させる構成であれば適宜変更可能である。例えば、帰還抵抗Ｒｆの一端と、増幅回路ＡＭＰ１の入力ノードとの間にレベルシフト回路等を挿入し、可変電流源ＩＳｒの電流値を制御する代わりにこのレベルシフト回路のレベルシフト量を制御するような構成であってもよい。

（実施の形態５）
本実施の形態５では、実施の形態４で述べた図１４とは異なる構成を用いて図１３の通信方式を実現する。図１５は、本発明の実施の形態５による光通信システムにおいて、その主要部の構成例を示す回路ブロック図である。図１５に示す光通信システムは、図１４の光通信システムと比較して、送信回路ブロックの構成は同一であるが、受信回路ブロックの構成が異なっている。すなわち、ここでは、ある光通信デバイスＤＥＶ１に含まれる送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ４と、別の光通信デバイスＤＥＶ３に含まれる受信回路ブロックＲＸ＿ＢＫ５およびクロックデータリカバリ回路ＣＤＲが示され、ＴＸ＿ＢＫ４が光伝送ケーブルＯＦを介して送信した光信号をＲＸ＿ＢＫ５が受信する例が示されている。

ＲＸ＿ＢＫ５は、図１４の受信回路ブロックＲＸ＿ＢＫ４と同様のフォトダイオードＰＤ、可変電流源ＩＳｒ、トランスインピーダンスアンプ回路ＴＩＡおよびポストアンプ回路ＰＡＭＰに加えて、帰還制御回路ＦＢＣＴＬ２を備えている。すなわち、ＲＸ＿ＢＫ４におけるエラーアンプ回路ＥＡがＲＸ＿ＢＫ５におけるＦＢＣＴＬ２に置き換わった構成となっている。ＦＢＣＴＬ２は、ＣＤＲの入力ノードに接続されたアイパターンモニタ回路ＥＹＭ、またはＣＤＲの出力ノードに接続されたビットエラーレート検出回路ＢＥＲＤＥＴ、あるいはその両方を備え、これらの回路の処理結果に応じて制御信号Ｓ＿ＣＴＬｒを出力する。そして、可変電流源ＩＳｒは、このＳ＿ＣＴＬｒに応じて、ＰＤに供給するバイアス電流量を制御する。

ＦＢＣＴＬ２の構成および動作は、実施の形態３の図１１および図１２で述べた帰還制御回路ＦＢＣＴＬと同様である。すなわち、ＦＢＣＴＬ２は、受信信号の品質を監視し、その受信信号の品質がより向上するように可変電流源ＩＳｒに対して帰還制御を行うことで、結果的に、図１４で述べたようなトランスインピーダンスアンプ回路ＴＩＡのバイアス点の安定化等を図るものである。

以上のように、本実施の形態５による光通信システムを用いることで、代表的には、実施の形態４の場合と同様に、通信速度の高速化が実現可能となる。ただし、実施の形態３の場合ほどではないが、これと同様の理由で若干制御が複雑となる恐れがあるため、この観点からは、前述した実施の形態４の方式を用いる方が望ましい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、実施の形態１の図３、図６等では、プリドライバ回路内の差動増幅回路に対してオフセットを加える構成例を示したが、図１９に示すように、差動増幅回路に限らず、シングル型の増幅回路に対してオフセットを加えるような構成とすることも可能である。図１９の例では、プリドライバ回路ＰＤＶ１ｃが、シングル型の可変増幅回路ＶＡＭＰｐ’と、その出力に接続されたオフセット調整用の可変電流源ＩＳｎ’を備えている。例えば、ＩＳｎ’がΔＩの充電電流を出力すると、ドライバ回路ＤＲＶに対する充電電流がΔＩだけ増加し、放電電流がΔＩだけ減少する。これによって、オフセット電圧が加えられる。

また、前述した実施の形態１、２では、例えば、図２０に示すようなレーザドライバ回路を用いるものとし、プリドライバ回路の出力波形を調整することで非線形領域の使用に伴う補償を行った。図２０は、図４の送信回路ブロックＴＸ＿ＢＫ１ａ’において、そのレーザドライバ回路ＬＤＶ１ａ’の構成例を示す回路図である。図２０に示すＬＤＶ１ａ’は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１〜ＭＮ４と、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１，ＭＰ２と、電流源ＩＳｂを備えている。ＭＮ１，ＭＮ２は、それぞれ差動入力対となり、その共通ソースノードにＩＳｂが接続される。ＭＮ３，ＭＮ４は、ゲートに共通の固定電圧が印加され、ソースがＭＮ１，ＭＮ２のドレインにそれぞれ接続される。ＭＰ１，ＭＰ２は、ゲートに共通の固定電圧が印加され、ドレインがＭＮ３，ＭＮ４のドレインにそれぞれ接続される。そして、ＭＰ２，ＭＮ４のドレインとＧＮＤの間にレーザダイオードＬＤ１’が接続される。

ここで、例えば、ＭＮ１のゲートに‘Ｈ’レベル（ＭＮ２のゲートに‘Ｌ’レベル）を印加すると、レーザダイオードＬＤ１’の駆動電流が増加し、ＭＮ１のゲートに‘Ｌ’レベル（ＭＮ２のゲートに‘Ｈ’レベル）を印加すると、ＬＤ１’の駆動電流が減少する。図７に示したように、この駆動電流を増加させる際にＭＮ１，ＭＮ２のゲート間に印加する電圧振幅を、駆動電流を減少させる際の電圧振幅よりも大きくすることで非線形領域の使用に伴う補償が実現可能となる。このような所謂ＣＭＬ（Current Mode Logic）方式のレーザドライバ回路を用いることでＬＤ１’を高速に駆動することができ、更に、ゲート接地となるＭＮ３，ＭＮ４を加えることで更なる高速化が図れる。

この図２０に示すようなレーザドライバ回路を用いる場合には、その入力となるプリドライバ回路の出力波形を調整すればよいが、レーザドライバ回路の回路構成によってはレーザドライバ回路自体を制御することで非線形領域の使用に伴う補償を行うことも可能である。例えば、レーザドライバ回路ＬＤＶ内のドライバ回路ＤＲＶ自体に充電電流設定用の可変電流源と放電電流設定用の可変電流源とが備わっているような場合には、２個の可変電流源を制御信号Ｓ＿ＣＴＬｏによって制御し、各電流値に差を持たせればよい。

本実施の形態による光送信回路および光通信システムは、光ファイバによるインターネットシステムを代表に、レーザダイオードを用いて光通信を行う製品全般に対して広く適用可能である。

ＳＹＳ 光通信システム
ＬＯＧ ディジタル信号処理回路
ＴＸ＿ＢＫ 送信回路ブロック
ＲＸ＿ＢＫ 受信回路ブロック
ＰＤＶ プリドライバ回路
ＬＤＶ レーザドライバ回路
ＬＤ レーザダイオード
ＯＦ 光伝送ケーブル
ＦＦＥ フィードフォワードイコライザ回路
ＣＤＲ クロックデータリカバリ回路
ＩＳ 電流源
ＤＲＶ ドライバ回路
ＶＡＭＰ 可変増幅回路
ＶＯＦ 可変オフセット回路
Ｓ＿ＣＴＬ 制御信号
ＰＴＤＥＴ＿ＢＫ 温度・光検出回路ブロック
ＡＭＰ 増幅回路
ＶＤＲＶ 可変ドライバ回路
Ｒ 抵抗
ＮＩ，ＰＩ 入力ノード
ＮＯ，ＰＯ 出力ノード
ＭＮ ＮＭＯＳトランジスタ
ＭＰ ＰＭＯＳトランジスタ
ＥＡ エラーアンプ回路
ＰＤ フォトダイオード
ＬＰＦ ロウパスフィルタ
ＴＢＬ 変換テーブル
ＴＳＥＮ 温度センサ
ＶＤＬＹ 可変遅延回路
ＡＤＤ 加算回路
ＰＡＭＰ ポストアンプ回路
ＦＢＣＴＬ 帰還制御回路
ＥＹＭ アイパターンモニタ回路
ＢＥＲＤＥＴ ビットエラーレート検出回路
ＦＦ フリップフロップ回路
ＣＬＫＧＥＮ クロック生成回路
ＪＤＧ 判定回路
ＦＢＧＥＮ 帰還信号生成回路
ＴＤＥＴ＿ＢＫ 温度検出回路ブロック
ＤＣＤＥＴ 直流成分検出回路

Claims (12)

1. 高光出力パワーと低光出力パワーの間を遷移しながら発光するレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードにバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
   前記バイアス電流に第１駆動電流を加算することで前記レーザダイオードを前記高光出力パワーで発光させ、前記バイアス電流から第２駆動電流を減算することで前記レーザダイオードを前記低光出力パワーで発光させるドライバ回路と、
   前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出回路を含み、前記温度検出回路の検出結果と前記バイアス電流の大きさに基づいて値が変動する第１制御信号を出力する検出回路ブロックと、
   前記第１駆動電流の大きさと前記第２駆動電流の大きさとの差分を前記第１制御信号の値に応じて設定する第１補償手段とを有することを特徴とする光送信回路。
2. 請求項１記載の光送信回路において、
   更に、出力ノードが前記ドライバ回路の入力ノードに接続された第１プリドライバ回路を備え、
   前記第１補償手段は、前記第１プリドライバ回路の出力信号に前記第１制御信号に応じた量のオフセットを付加することで実現されることを特徴とする光送信回路。
3. 請求項２記載の光送信回路において、
   前記検出回路ブロックは、更に、前記レーザダイオードからの光出力パワーの平均的な大きさを検出する光検出回路を備え、前記光検出回路の検出値と予め定めた設定値との差分に応じて値が変動する第２制御信号を出力し、
   前記光送信回路は、更に、前記バイアス電流源からの前記バイアス電流の大きさを前記第２制御信号の値に応じて設定する第２補償手段を有することを特徴とする光送信回路。
4. 請求項３記載の光送信回路において、
   前記検出回路ブロックは、前記温度検出回路の検出結果に基づいて値が変動する第３制御信号を出力し、
   前記光送信回路は、更に、前記ドライバ回路の利得または前記第１プリドライバ回路の利得を前記第３制御信号の値に応じて設定する第３補償手段を有することを特徴とする光送信回路。
5. 請求項１記載の光送信回路において、
   更に、出力ノードが前記ドライバ回路の入力ノードに接続された第２プリドライバ回路を備え、
   前記第１補償手段は、前記第２プリドライバ回路を波形等化回路で構成し、この波形等化に伴う各種制御パラメータを前記第１制御信号に応じて設定することで実現されることを特徴とする光送信回路。
6. 請求項５記載の光送信回路において、
   前記検出回路ブロックは、更に、前記レーザダイオードからの光出力パワーの平均的な大きさを検出する光検出回路を備え、前記光検出回路の検出値と予め定めた設定値との差分に応じて値が変動する第２制御信号を出力し、
   前記光送信回路は、更に、前記バイアス電流源からの前記バイアス電流の大きさを前記第２制御信号の値に応じて設定する第２補償手段を有することを特徴とする光送信回路。
7. 請求項６記載の光送信回路において、
   前記検出回路ブロックは、前記温度検出回路の検出結果に基づいて値が変動する第３制御信号を出力し、
   前記光送信回路は、更に、前記ドライバ回路の利得または前記第２プリドライバ回路の利得を前記第３制御信号の値に応じて設定する第３補償手段を有することを特徴とする光送信回路。
8. 光信号を送信する送信回路ブロックと、
   前記送信回路ブロックから送信された前記光信号を受信する受信回路ブロックとを備え、
   前記送信回路ブロックは、
   高光出力パワーと低光出力パワーの間を遷移しながら発光するレーザダイオードと、
   前記レーザダイオードにバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
   前記バイアス電流に第１駆動電流を加算することで前記レーザダイオードを前記高光出力パワーで発光させ、前記バイアス電流から第２駆動電流を減算することで前記レーザダイオードを前記低光出力パワーで発光させるドライバ回路と、
   出力ノードが前記ドライバ回路の入力ノードに接続されたプリドライバ回路とを備え、
   前記受信回路ブロックは、
   前記レーザダイオードの光出力パワーに応じた電流信号を出力するフォトダイオードと、
   前記フォトダイオードからの前記電流信号を増幅ならびに電圧信号に変換するアンプ回路と、
   前記アンプ回路の後段に配置され、前記アンプ回路を介して伝送された受信信号の信号品質を監視し、その監視結果に応じて値が変動する第１制御信号を出力する検出回路ブロックとを備え、
   前記送信回路ブロックは、更に、前記第１駆動電流の大きさと前記第２駆動電流の大きさとの差分を前記第１制御信号の値に応じて設定する第１補償手段を有することを特徴とする光通信システム。
9. 請求項８記載の光通信システムにおいて、
   前記第１補償手段は、前記プリドライバ回路の出力信号に前記第１制御信号に応じた量のオフセットを付加することで実現されることを特徴とする光通信システム。
10. 請求項８記載の光通信システムにおいて、
    前記検出回路ブロックは、前記アンプ回路を介して伝送された前記受信信号をそれぞれ異なる複数のクロック位相でラッチし、このラッチ結果によって前記受信信号のアイパターンにおけるアイの大きさを判定し、このアイの大きさが拡大するように前記第１制御信号の値を変動させることを特徴とする光通信システム。
11. 第１光信号を送信する送信回路ブロックを含み、
    前記送信回路ブロックは、
    高光出力パワーと低光出力パワーの間を遷移しながら発光するレーザダイオードと、
    前記レーザダイオードにバイアス電流を供給するバイアス電流源と、
    前記バイアス電流に第１駆動電流を加算することで前記レーザダイオードを前記高光出力パワーで発光させ、前記バイアス電流から第２駆動電流を減算することで前記レーザダイオードを前記低光出力パワーで発光させるドライバ回路と、
    前記レーザダイオードの温度を検出する温度検出回路と備え、
    前記バイアス電流源は、前記温度検出回路によって検出された前記レーザダイオードの温度が高くなるほど前記バイアス電流を増大させ、
    前記第１駆動電流と前記第２駆動電流の大きさは、前記レーザダイオードの温度に関わらずほぼ一定値に設定されていることを特徴とする光通信システム。
12. 請求項１１記載の光通信システムにおいて、
    さらに、第２光信号を受信する受信回路ブロックを含み、
    前記受信回路ブロックは、
    前記第２光信号の光出力パワーに応じた電流信号を出力するフォトダイオードと、
    補正電流を出力し、前記フォトダイオードから出力される前記電流信号から前記補正電流を減算する補正電流源と、
    前記フォトダイオードの前記電流信号から前記補正電流を減算した電流を増幅ならびに電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプ回路と、
    前記トランスインピーダンスアンプ回路の出力電圧から直流電圧成分を抽出する直流成分検出回路と、
    前記直流成分検出回路の出力電圧が一定値を保つように前記補正電流源から出力される前記補正電流の大きさを制御する補正電流制御回路とを有することを特徴とする光通信システム。

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