JP2012074793A - 信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招くことなく、簡易な構成で発光素子の温度補償を実現する。
【解決手段】素子駆動用ＩＣ２０は、所定の電圧Ａおよび温度に応じた電圧Ｂを発生する基準電圧発生部４１と、バイアス電流Ｉbiasおよび変調電流Ｉmodを温度に応じて制御する温度補償部４２とを有している。この温度補償部４２は、基準電圧発生部４１から印加される電圧Ａ，Ｂに基づいて、変化点を境に傾きが負から正へと変化する直線によって表現される発光素子１１の温度電流特性を再現することにより、温度に応じた電流制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、データ伝送を行う信号伝送装置に関り、特に、光信号を出力する発光素子の温度補償機能を備える装置に関する。

近年、自動車等の車両に搭載される各種の電子機器間のデータ伝送を光ケーブルを用いて行う手法が知られている。光ケーブルによって接続される電子機器は、当該光ケーブルを接続するためのコネクタを備え、このコネクタはＦＯＴ（Fiber Optic Transcever）と呼ばれる光電変換モジュールを備えている。この光電変換モジュールにより、光信号と電気信号との間の変換が行われる。

送信機能を有する光電変換モジュールは、例えば、発光素子と、素子駆動用ＩＣとを主体に構成されている。ここで、素子駆動用ＩＣは、データ伝送を行う信号伝送装置としての機能を担っており、発光素子を駆動することにより、電子機器の制御回路からの電気信号であるデータ信号に応じた光信号を出力する。

このような光電変換モジュールにおいて、発光素子の出力パワーおよび消光比は温度によって変動するために、これらを一定に保つためには、素子駆動用ＩＣにより温度に応じて電流値を制御する必要がある（温度補償）。例えば、特許文献１には、発光素子の温度補償機能を備えた発光装置が開示されている。この発光装置において、電源回路の入力端子には温度補償回路で検出された温度信号が入力されている。これにより、電源回路は、周囲温度の上昇を検出した温度信号に応じて出力電圧を下げ、一方、周囲温度の下降を検出した温度信号に応じて出力電圧を上げるように構成されている。

特開２００７−３２４４９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、温度補償回路としてサーミスタを使用しているため、実装部品が増加し、装置の大型化を招くという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の大型化を招くことなく、簡易な構成で発光素子の温度補償を実現することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、発光素子を駆動することにより、電子機器からのデータ信号である電気信号に応じた光信号を出力する信号伝送装置を提供する。この信号伝送装置は、発光素子の発光情報を示すデータ信号に応じた変調電流をバイアス電流に重畳させた駆動電流を発光素子に供給する素子駆動部と、温度に応じた電圧を発生する第１の電圧発生部と、温度に拘わらず所定の電圧を発生する第２の電圧発生部と、バイアス電流および変調電流を温度に応じて制御する温度補償部とを有する。この場合、温度補償部は、第１の電圧発生部から印加される電圧と第２の電圧発生部から印加される電圧とに基づいて発光素子の温度電流特性を再現することにより、温度に応じた電流制御行う。

ここで、本発明において、発光素子の温度電流特性は、変化点を境に低温側で負の傾きおよび高温側で正の傾きとなる直線によって表現されることが好ましい。

また、本発明において、温度補償部は、第１の電圧発生部から印加される電圧と第２の電圧発生部から印加される電圧とのそれぞれを対象として、増幅処理、反転処理および合成処理の各処理を施すことにより、発光素子の温度電流特性を再現することが望ましい。

さらに、本発明において、温度補償部は、異なる特性の発光素子に対応して複数設けられており、複数の温度補償部の中から任意の温度補償部を選択的に使用可能であることが好ましい。

温度に拘わらず一定の電圧と、温度に応じて変化する電圧とを生成する機能を有することにより、この二種類の電圧に基づいて発光素子の温度電流特性を再現することが可能となる。これにより、サーミスタなどを利用する必要もないので、発光素子の温度補償を簡素かつ小型な構成で実現することができる。

光コネクタ１の構成を模式的に示すブロック図 素子駆動用ＩＣ１２を模式的に示すブロック構成図 電流生成部４０の構成を模式的に示すブロック図 温度補償の概念を説明する説明図 加減算部４３の構成を示すブロック図 加減算部４３の機能を示す説明図 温度補償の概念を説明する説明図

図１は、本発明の実施形態にかかる光コネクタ１の構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態にかかる光コネクタ１は、例えば、光通信分野で用いられるレセプタクルタイプの雌型光コネクタである。この光コネクタ１は、ディスプレイやナビゲーションシステムといった各種の電子機器に設けられており、当該電子機器が備えるプリント配線基板２と電気的に接続されている。この光コネクタ１は、例えば、光ケーブルを取り付けた雄型光コネクタが接続されることで、電子機器間で大容量の光通信を行うことを可能としている。

光コネクタ１は、ＦＯＴ（Fiber Optic Transcever）と呼ばれる光電変換モジュール１０を備えている。この光電変換モジュール１０は、金属性リードフレームから延出された複数のリード端子が、電子機器が備えるプリント配線基板２上に半田付けされている。

また、光コネクタ１は、光電変換モジュール１０（具体的には、後述する発光素子１１）と、雄型光コネクタにおけるフェルール端面（光ケーブル端面）との間に介在する光学部品としてのスリーブ１３を備えている。スリーブ１３は、光透過性を有する透明な材料により成形される導光部材と、この導光部材の周囲に設けられる円筒部とで構成されている。

光電変換モジュール１０は、発光素子１１および素子駆動用ＩＣ１２を主体に構成されている。発光素子１１および素子駆動用ＩＣ１２は、導電性を有する金属性リードフレーム上にワイヤボンディングされた状態でそれぞれ搭載されている。

発光素子１１は、光ケーブル側へと光信号を出力する。発光素子１１としては、例えば、半導体レーザを用いることができる。すなわち、本実施形態にかかる光コネクタ１は、光ケーブルを介して光信号を送信するための送信用コネクタとして構成されたものである。

なお、光電変換モジュール１０は、発光素子１１およびこの素子駆動用ＩＣ１２に加え、受光素子およびこの素子駆動用ＩＣをさらに備えることで、光信号を送受信可能に構成してもよい。

図２は、素子駆動用ＩＣ１２を模式的に示すブロック構成図である。素子駆動用ＩＣ１２は、発光素子１１を駆動することにより、電子機器の制御回路（プリント配線基板２）と光ケーブルとの間のデータ伝送を行う。すなわち、素子駆動用ＩＣ１２は、電子機器の制御回路からの電気信号であるデータ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮに応じて発光素子１１を駆動し、これにより、発光素子１１からデータ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮに応じた光信号を出力する。素子駆動用ＩＣ１２は、これを機能的に捉えた場合、電源管理ユニット２０と、メイン制御ユニット３０とを有している。

ここで、電源管理ユニット２０およびメイン制御ユニット３０は機能的に分離しているのみならず、電源系統も互いに独立している。具体的には、電源部５０からメイン制御ユニット３０に対して動作電力を供給する電源ラインには、スイッチ１５が設けられている。このスイッチ１５のオンオフ状態を切り替えることにより、メイン制御ユニット３０の電源をオンしたりオフしたりすることができる。スイッチ１５がオンであれば、メイン制御ユニット３０の電源がオンされた状態となり、スイッチ１５がオフである場合には、メイン制御ユニット３０の電源がオフされた状態となる。一方、電源部５０から電源管理ユニット２０に対して動作電力を供給する電源ラインは常時オンに設定されている。すなわち、電源管理ユニット２０は、定常的に動作状態に設定されている点においてメイン制御ユニット３０とは異なる。

電源管理ユニット２０は、データ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮに基づいてメイン制御ユニット３０の電源のオンオフを管理する。具体的には、電源管理ユニット２０は、データ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮの入力を判断すると、スイッチ１５をオンに制御する。また、電源管理ユニット２０は、スイッチ１５をオン制御した後、データ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮが所定期間にわたり入力されないことを判断すると、スイッチ１５をオンからオフに制御する。

メイン制御ユニット３０は、データ伝送を主として行うユニットであり、具体的には、データ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮに基づいて発光素子１１から光信号を出力する。メイン制御ユニット３０は、受信部３１と、バッファー部３２と、素子駆動部３３と、電流生成部４０とを主体に構成されている。

受信部３１は、電子機器の制御回路（プリント配線基板２）から出力されるデータ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮを受信する。受信部３１と電子機器の制御回路との間におけるデータ伝送の仕様としては、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）と呼ばれる高速デジタル信号の伝送に適した低電圧差動信号を用いることができる。このＬＶＤＳは、一対の伝送路に異なる電圧を印加することにより、伝送路間の電圧差を利用して信号伝送を行う。すなわち、受信部３１は、一対の伝送路を介してデータ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮをそれぞれ受信する。受信部３１によって受信されたデータ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮは、バッファー部３２を経て素子駆動部３３へと出力される。

素子駆動部３３は、発光素子１１を駆動することにより、データ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮに応じた光信号を出力する。具体的には、素子駆動部３３は、発光素子１１の発光情報、すなわち、データ信号ＶＩＮＰ，ＶＩＮＮに応じた変調電流Ｉmodをバイアス電流Ｉbiasに重畳させた駆動電流を発光素子１１に供給する。バイアス電流Ｉbiasおよび変調電流Ｉmodは、電流生成部４０から供給される。

図３は、電流生成部４０の構成を模式的に示すブロック図である。電流生成部４０は、発光素子１１の温度補償機能を備えており、バイアス電流Ｉbiasおよび変調電流Ｉmodを温度に応じて制御する。この電流生成部４０は、基準電圧発生部４１と、温度補償部４２とを有している。

基準電圧発生部４１は、温度補償にともなう電流制御において必要となる二種類の電圧Ａ，Ｂを発生する（第１および第２の電圧発生部）。基準電圧発生部４１が発生する一方の電圧Ａは、温度に拘わらず一定の値となる傾向を有している。これに対して、基準電圧発生部４１が発生する他方の電圧Ｂは、温度（周囲の雰囲気温度）に応じて値が変化する傾向を有しており、具体的には、温度が高いほど電圧値が小さくなるような比例関係を有している。ここで、図４は温度補償の概念を説明する説明図であり、（ａ）は基準電圧発生部４１による電圧Ａ，Ｂと温度との関係を示している。

温度補償部４２は、基準電圧発生部４１から印加される二種類の電圧Ａ，Ｂに基づいて、発光素子１１の温度電流特性を再現することにより、温度に応じた電流制御を行う（電流の温度補償）。本実施形態において、発光素子１１の温度電流特性は、変化点を境に低温側で負の傾きおよび高温側で正の傾きとなる直線によって表現される。温度補償部４２は、これを機能的に捉えた場合、加減算部４３と、出力部４４とを有する。

図５は、加減算部４３の構成を示すブロック図である。加減算部４３は、電圧Ｂを対象として増幅処理を行う増幅回路４５、電圧Ａを対象として増幅処理または電圧Ｂとの比較で反転出力する増幅回路４６、増幅回路４５，４６からの電圧Ａ，Ｂを合成（加減算）する合成回路４７で構成されている。すなわち、加減算部４３は、基準電圧発生部４１が発生する二種類の電圧Ａ，Ｂのそれぞれを対象として、増幅処理、反転処理および合成処理の各処理を施す。このような各処理を通じて、変化点Ｃを境に低温側で正の傾きおよび高温側で負の傾きとなる直線によって表現される発光素子１１の温度電圧特定が再現され（図４（ｂ）参照）、加減算部４３は、温度と対応する所定の電圧を出力する。

ここで、図６（ａ）に示すように、電圧Ｂが入力される増幅回路４５のゲインを設定することにより、高温側、すなわち、変化点Ｃよりも高温側の直線の傾きを設定することができる。また、図６（ｂ）に示すように、電圧Ａが入力される増幅回路４６のゲインを設定することにより、変化点Ｃの上下方向位置（電圧の大小方向位置）および変化点Ｃよりも低温側の直線の傾きを設定することができる。各増幅回路４５，４６のゲインは、後述するように、発光素子１１の温度補償を考慮した温度電流特性（図４（ｃ））が得られるようにとの観点から、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。

出力部４４は、電圧と電流とを変換することにより、温度電圧特性から温度電流特性を導き、これにより、発光素子１１の温度補償を考慮したバイアス電流Ｉbiasおよび変調電流Ｉmodを生成する。この出力部４４の変換により、図４（ｃ）に示すように、変化点を境に低温側で負の傾きおよび高温側で正の傾きとなる直線によって表現される発光素子１１の温度電流特性が再現される。

このように本実施形態において、素子駆動用ＩＣ２０は、所定の電圧Ａおよび温度に応じた電圧Ｂを発生する基準電圧発生部４１と、バイアス電流Ｉbiasおよび変調電流Ｉmodを温度に応じて制御する温度補償部４２とを有している。この温度補償部４２は、基準電圧発生部４１から印加される電圧Ａ，Ｂに基づいて、変化点を境に傾きが負から正へと変化する直線によって表現される発光素子１１の温度電流特性を再現することにより、温度に応じた電流制御行う。

発光素子１１の出力パワーおよび消光比は温度によって変動するために、これらを一定に保つためには温度に応じて電流値を制御する必要がある（温度補償）。このような温度補償としては、発光素子１１の温度電流特性を再現することが重要である。発光素子１１の温度電流特性としては、例えば、変化点を境に、低温側で負の温度傾斜、高温側で急峻な正の温度傾斜となる。

そこで、定電圧となる電圧Ａと、温度に応じて変化する電圧Ｂとを生成する基準電圧発生部４１を保有することで、この二種類の電圧Ａ，Ｂに基づいて前述の温度電流特性を再現することができる。これにより、サーミスタなどを利用する必要もないので、発光素子１１の温度補償を簡素かつ小型な構成で実現することができる。

また、本実施形態によれば、温度補償部４２は、基準電圧発生部４１から印加される電圧Ａ，Ｂのそれぞれを対象として、増幅処理、反転処理および合成処理の各処理を施すことにより、発光素子の温度電流特性を再現する。これにより、２つの基準の電圧Ａ，Ｂから低温側で負の温度傾斜および高温側で正の温度傾斜となる発光素子１１の温度電流特性を一義的に得ることができる。これにより、サーミスタの出力値を参照してマップ演算するといったように複雑な構成を必要とせずに簡便な手法で発光素子１１の温度補償を実現することができる。

なお、上述した実施形態では、温度補償部４２は、一つのみ設けられているが、複数の温度補償部４２を備えていてもよい。この場合、個々の温度補償部４２は、搭載される可能性がある種々の発光素子１１に対応して、増幅処理、反転処理および合成処理の各処理を事前に設定しておくことで、様々な発光素子１１に対応可能な温度補償部４２を用意することができる。また、このような構成の場合には、個々の温度補償部４２の選択は、ＰＡＤ配線の選択に応じて外部から実現することが好ましい。これにより、発光素子１１に応じて素子駆動用ＩＣ１２を再設計するといった必要もなく、汎用性に優れた装置を提供することができる。

また、上述した実施形態によれば、発光素子の温度電流特性として、変化点を境に低温側で負の傾き（温度傾斜）および高温側で正の傾き（温度傾斜）となる直線によって表現される形態を例示した。しかしながら、発光素子の温度電流特性は、当該素子の特性に応じて種々の態様となるため、本発明はこれに限定されることはない。

たとえば、図７に示すように、電圧Ｂが入力される増幅回路４５のゲインおよび電圧Ａが入力される増幅回路４６のゲインをそれぞれ設定することにより、変化点Ｃを境に低温側で負の傾きおよび高温側で正の傾きとなる直線によって表現される発光素子の温度電圧特定を再現することができる（同図（ｂ））。これにより、同図（ｃ）に示すように、変化点を境に低温側で正の傾きおよび高温側で負の傾きとなる直線によって表現される発光素子の温度電流特性を再現することが可能となる。

また、本発明は、前述の形態に限定されず、電圧Ｂが入力される増幅回路４５のゲインおよび電圧Ａが入力される増幅回路４６のゲインをそれぞれ設定することにより再現される種々の発光素子の温度電流特性に基づいて、その温度補償を行うことができる。すなわち、発光素子の温度電流特性は、変化点を境に低温側で第１の傾きおよび高温側で第２の傾きとなる直線によって表現される発光素子の温度電流特性を再現されればよい。この場合、低温側における第１の傾きとしては、正の傾き、ゼロおよび負の傾きのいずれかが挙げられ、高温側における第２の傾きとしては、正の傾き、ゼロおよび負の傾きのいずれかが挙げられる。そして、第１の傾きおよび第２の傾きの任意の組み合わせからなる温度電流特性を有する発光素子について、本発明が適用可能である。

１ 光コネクタ
２ プリント配線基板
１０ 光電変換モジュール
１１ 発光素子
１２ 素子駆動用ＩＣ
１３ スリーブ
１５ スイッチ
２０ 電源管理ユニット
３０ メイン制御ユニット
３１ 受信部
３２ バッファー部
３３ 素子駆動部
４０ 電流生成部
４１ 基準電圧発生部
４２ 温度補償部
４３ 加減算部
４４ 出力部
４５ 増幅回路
４６ 増幅回路
４７ 合成回路
５０ 電源部

Claims (5)

1. 発光素子を駆動することにより、電子機器からのデータ信号である電気信号に応じた光信号を出力する信号伝送装置において、
   前記発光素子の発光情報を示す前記データ信号に応じた変調電流をバイアス電流に重畳させた駆動電流を前記発光素子に供給する素子駆動部と、
   温度に応じた電圧を発生する第１の電圧発生部と、
   温度に拘わらず所定の電圧を発生する第２の電圧発生部と、
   前記バイアス電流および前記変調電流を温度に応じて制御する温度補償部とを有し、
   前記温度補償部は、前記第１の電圧発生部から印加される電圧と前記第２の電圧発生部から印加される電圧とに基づいて前記発光素子の温度電流特性を再現することにより、温度に応じた電流制御行うことを特徴とする信号伝送装置。
2. 前記発光素子の温度電流特性は、変化点を境に低温側で負の傾きおよび高温側で正の傾きとなる直線によって表現されることを特徴とする請求項１に記載された信号伝送装置。
3. 前記発光素子の温度電流特性は、変化点を境に低温側で正の傾きおよび高温側で負の傾きとなる直線によって表現されることを特徴とする請求項１に記載された信号伝送装置。
4. 前記温度補償部は、前記第１の電圧発生部から印加される電圧と前記第２の電圧発生部から印加される電圧とのそれぞれを対象として、増幅処理、反転処理および合成処理の各処理を施すことにより、前記発光素子の温度電流特性を再現することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された信号伝送装置。
5. 前記温度補償部は、異なる特性の発光素子に対応して複数設けられており、
   当該複数の温度補償部の中から任意の温度補償部を選択的に使用可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された信号伝送装置。

Images