JP2014217005A - 光送受信モジュール及び光送受信システム - Google Patents

光送受信モジュール及び光送受信システム Download PDF

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靖裕 前田
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Abstract

【課題】簡易な装置構成で制御信号を正しく光送受信できる光送受信モジュールを提供する。【解決手段】 光送受信モジュール１０は、入力された主信号及び制御信号を含む電気信号を光信号に変換して送信するＬＤドライバ１１及びレーザダイオード１２と、他の光送受信モジュールの光送信部からの光信号を受信して電気信号に変換し、主信号及び制御信号を出力するＴＩＡ／ＬＩＡ１３及びフォトダイオード１４とを備えている。この光送受信モジュール１０では、光受信部側に、制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを遅延させるパルス整形部１５と、パルス整形部１５で遅延された制御信号と所定の基準電圧とが入力され、制御信号を所定のデューティ比となるように調整するコンパレータ１７とが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、光送受信モジュール及び光送受信システムに関する。
短距離用途の民生用ケーブルでは、送信データ等の主信号は基本的に電気信号線で伝送され、主信号とは別の低速制御信号（対向側との通信確立等に使用される信号）も専用の電気信号線で伝送されている。ところで、信号容量（伝送速度）の増大に伴い、電気信号線で伝送していた民生用ケーブルの分野でも光ケーブルの導入が検討され始めている。しかし、光ケーブルを用いる場合でも低速制御信号については従来どおり電気信号線を使用してもよく、この場合、光／電気複合ケーブルが必要とされる（特許文献１参照）。
特開２０１２−０４３５５７号公報
ところで、このような光／電気複合ケーブルを用いた場合、基板側にも電気信号線を半田接続するためのパッドが必要になる等、コストアップの要因になる可能性がある。また、ある程度の距離（例えば数十メートル以上）になると、数百ｋｂｐｓ〜数Ｍｂｐｓの低速制御信号といえどもケーブルの帯域やインピーダンスの影響により例えば図６に示すような信号波形の歪みの問題が発生してしまう。そこで、主信号に加えて低速制御信号も光ファイバを使用して伝送することが考えられる。これにより、装置構成がシンプルになりコストを低減することができるだけでなく、光信号によるため長距離を伝送しても波形劣化を抑制することができる。
しかしながら、このような装置において低速制御信号を光ファイバを使用して伝送する構成とすると、例えば図７に示すような光送受信モジュール１００となる。この光送受信モジュール１００では、送信側はＬＤドライバ１１１のＬＤ出力＿ｏｎ／ｏｆｆ入力ポートに低速制御信号が入力されてレーザダイオード１１２から光ファイバ１２０に光信号を出力し、受信側は光ファイバ１２２からの光信号をフォトダイオード１１４で受光し、ＴＩＡ／ＬＩＡ１１３の光入力検出出力（ＬＯＳ／ＳＤ）ポートから低速制御信号を取り出すことになる。
但し、これらの入出力は、本来的に信号を伝送するための機能を有しているものではなく、レーザダイオードのｏｎ／ｏｆｆ（送信側）及び光信号の検出（受信側）を目的としているため、再生された低速制御信号は、そのデューティ比が５０％から大きくずれてしまう可能性があり（図７の左に記載の矩形波参照）、低速制御信号を正しく伝達できない虞があった。一方、低速制御信号の伝送にＬＤドライバ１１１やＴＩＡ／ＬＩＡ１１３の機能を使用せずに、低速制御信号専用のディスクリート回路を組む方法も考えられるが、回路規模の増大や実装上の問題で採用できない場合がある。
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、簡易な装置構成で制御信号を正しく光送受信することができる光送受信モジュール及び光送受信システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係る光送受信モジュールは、入力された主信号及び制御信号を含む電気信号を光信号に変換して送信する光送信部と、他の光送信部からの光信号を受信して電気信号に変換し、電気信号である主信号及び制御信号を出力する光受信部とを備えている。そして、光送信部及び光受信部の少なくとも一方が、制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆの少なくとも一方を遅延させるパルス整形部と、パルス整形部で遅延させた制御信号と所定の基準電圧とが入力され、制御信号を所定のデューティ比となるように調整するコンパレータと、を有している。
この光送受信モジュールでは、光送信部及び光受信部の少なくとも一方において、制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ又は立ち下がり時間Ｔｆを遅延させ、この遅延させた制御信号と所定の基準電圧とを用いて制御信号を所定のデューティ比となるように調整している。この場合、光ファイバ等で光送受信する際にずれてしまう制御信号の波形を簡易な手段で事後調整する又は事前調整しておくことで認識可能なデューティ比の信号に容易に再生でき、制御信号を正しく伝達することが可能となる。
上記光送受信モジュールでは、パルス整形部とコンパレータとが光受信部に設けられていてもよい。送信側のデューティ比の特性を予め把握できる場合には、光受信モジュールにパルス整形部とコンパレータとを設けておくことで、所定のデューティ比の制御信号を容易に取得することができる。
また、上記光送受信モジュールでは、パルス整形部とコンパレータとが光送信部に設けられていてもよい。受信側のデューティ比の特性を予め把握できる場合には、光送信モジュールにパルス整形部とコンパレータとを設けておくことで、受信側で所定のデューティ比の制御信号を容易に取得することができる。
また、上記光送受信モジュールでは、パルス整形部とコンパレータとが光受信部と光送信部の両方に設けられていてもよい。制御信号のデューティ比の歪みが大きく、光受信部又は光送信部の一方のみでの調整では信号を補正しきれない場合、光受信部と光送信部の両方にパルス整形部とコンパレータとを設けておくことで、デューティ比の歪みが大きい制御信号の場合であっても、より確実に信号のデューティ比の調整することができる。
上記光送受信モジュールでは、受信した制御信号を光受信部から外部に出力する際の制御信号のデューティ比が５０％となることが好ましい。この場合、光受信部から出力される制御信号のデューティ比が信号の認識が確実な５０％となっていることから、制御信号をより正しく伝達させることができる。
また、上記課題を解決するため、本発明に係る光送受信システムは、入力された主信号及び制御信号を含む電気信号を光信号に変換して送信する光送信モジュールと、光信号を受信して電気信号に変換し、電気信号である主信号及び制御信号を出力する光受信モジュールとを備えている。そして、この光送受信システムでは、光送信モジュール及び光受信モジュールの少なくとも一方が、制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆの少なくとも一方を遅延させるパルス整形部と、パルス整形部で遅延させられた制御信号と所定の基準電圧とが入力され、制御信号を所定のデューティ比となるように調整するコンパレータと、を有している。
この光送受信システムでは、光送信モジュール及び光受信モジュールの少なくとも一方において、制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ又は立ち下がり時間Ｔｆを遅延させ、この遅延させた制御信号と所定の基準電圧とを用いて制御信号を所定のデューティ比となるように調整している。この場合、光ファイバ等で光送受信する際にずれてしまう制御信号の波形を簡易な手段で事後調整する又は事前調整しておくことで認識可能なデューティ比の信号に再生でき、制御信号を正しく伝達することができる。なお、この光送受信システムにおいて、パルス整形部とコンパレータを光受信モジュールに設けてもよいし、光送信モジュールに設けてもよいし、光受信モジュール及び光送信モジュールの両方に設けてもよい。
本発明によれば、簡易な装置構成で制御信号を正しく光送受信できる光送受信システム及び光送受信モジュールを提供することができる。
第１実施形態に係る光送受信モジュールの構成を示すブロック図である。 図１に示す光送受信モジュールの光受信部における制御信号を示す図であり、（ａ）は受信した制御信号を示し、（ｂ）は遅延させた制御信号を示し、（ｃ）は調整後の制御信号を示す。 第２実施形態に係る光送受信モジュールの構成を示すブロック図である。 図３に示す光送受信モジュールの光送信部における制御信号を示す図であり、（ａ）は受信した制御信号を示し、（ｂ）は遅延させた制御信号を示し、（ｃ）は調整後の制御信号を示す。 第３実施形態に係る光送受信モジュールの構成を示すブロック図である。 電気信号線で低速制御信号を長距離伝送した際の信号の波形劣化の一例を示す図である。 主信号及び制御信号を光ケーブルで送受信する際の構成の一例を示したブロック図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光送受信モジュールの構成を示すブロック図である。光送受信モジュール１０は、図１に示すように、ＬＤドライバ１１、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode、）１２、ＴＩＡ／ＬＩＡ（ＴＩＡ：Trans-ImpedanceAmplifier、ＬＩＡ：Limiting Amplifier）１３、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）１４、パルス整形部１５、基準電圧生成回路１６、及び、コンパレータ１７を備えて構成される。光送受信モジュール１０は、光ファイバ２０，２２によって、同じ構成を採用する別の光送受信モジュール１０に光接続され、光送受信システムを構成する。
この光送受信システムでは、一方の光送受信モジュール１０の光送信部であるＬＤドライバ１１及びレーザダイオード１２が光ファイバ２０によって他方の光送受信モジュール１０の光受信部であるＴＩＡ／ＬＩＡ１３及びフォトダイオード１４に光接続され、他方の光送受信モジュール１０の光送信部であるＬＤドライバ１１及びレーザダイオード１２が光ファイバ２２によって一方の光送受信モジュール１０の光受信部であるＴＩＡ／ＬＩＡ１３及びフォトダイオード１４に光接続される。ＴＩＡ／ＬＩＡ１３のＴＩＡ部は、ＰＤ電流を電圧に変換し、ＬＩＡ部はその変換された出力信号を増幅及び整形する機能を有している。本実施形態では、ＴＩＡ部とＬＩＡ部の機能が一体となったＩＣからなるＴＩＡ／ＬＩＡ１３を用いているが、ＴＩＡ／ＬＩＡ１３は、各機能毎のＩＣから構成されていてもよい。
このような光送受信システムでは、例えば数ｋｂｐｓ〜数Ｍｂｐｓといった低速の制御信号を光ファイバ２０，２２等によって送信側から受信側に送信して両光送受信モジュール１０間の光通信を確立させた後に、両者間において映像データや音声データといった主信号を送受信させるようになっている。主信号は、例えば数Ｇ〜数十Ｇｂｐｓといった高速の伝送速度で転送される。
送信部の一部を構成するＬＤドライバ１１は、電気信号である主信号及び制御信号を光信号に変換させてレーザダイオード１２から出力させるための駆動制御部である。レーザダイオード１２は、光信号を出力する発光素子であって、ＬＤドライバ１１により駆動される。ＬＤドライバ１１には、主信号の入力ポートから電気信号である主信号が入力され、ＬＤ＿ｏｎ／ｏｆｆ入力ポートから低速の制御信号が入力される。ＬＤドライバ１１は、これら電気信号として入力された主信号及び制御信号をレーザダイオード１２を用いて光信号に変換して光ファイバ２０へ出力する。ＬＤドライバ１１に入力される低速制御信号はＬＤ＿ｏｎ／ｏｆｆ入力ポートから入力されるが、ＬＤドライバ１１から出力される際、デューティ比が５０％からずれた矩形波として認識される場合がある。これは、ＬＤドライバ１１の入力部ではデューティ比が５０％と認識されるものの、入力信号がＬｏｗからＨｉｇｈになったときにこれに応じて出力信号がＬｏｗからＨｉｇｈになるまでの応答時間（Ｔ＿ＬＤ＿ＯＮ）と、入力信号がＨｉｇｈからＬｏｗになったときにこれに応じて出力信号がＨｉｇｈからＬｏｗになるまでの応答時間（Ｔ＿ＬＤ＿ＯＦＦ）とが異なる場合があるため、結果として、低速制御信号に対応する光波形のデューティ比が５０％からずれることがあるためである。
一方、受信部の一部を構成するフォトダイオード１４は、光入力信号に対応した電流を生成する受光素子であり、例えばＰＩＮフォトダイオードから構成される。また、ＴＩＡ／ＬＩＡ１３は、フォトダイオード１４のアノードからの電流を受け、この電流を電圧信号である受信信号に変換し、更に増幅整形するための回路である。ＴＩＡ／ＬＩＡ１３は、受信した主信号を電気信号に変換してＬＩＡ機能部を介して主信号の出力ポートから外部機器に出力する。また、ＴＩＡ／ＬＩＡ１３は、受信した低速制御信号を電気信号に変換してＬＩＡ機能部を介して光入力検出出力ポートからパルス整形部１５に出力する。ＴＩＡ／ＬＩＡ１３から出力される制御信号は、図２の（ａ）に示されるように、デューティ比が５０％からずれた矩形波であり、例えばデューティ比が３０％程度の矩形波になっている。これは、ＴＩＡ入力時の信号のデューティ比が仮に５０％であったとしても、ＴＩＡへの入力信号がＬｏｗからＨｉｇｈになったときにこれに応じてＬＩＡからの出力信号がＬｏｗからＨｉｇｈになるまでの応答時間（Ｔ＿ＳＤ＿ＨＩＧＨ）と、ＴＩＡへの入力信号がＨｉｇｈからＬｏｗになったときにこれに応じてＬＩＡからの出力信号がＨｉｇｈからＬｏｗになるまでの応答時間（Ｔ＿ＳＤ＿ＬＯＷ）とが異なる場合があるため、結果として、ＬＩＡ出力信号のデューティ比が５０％からずれることがあるためである。
パルス整形部１５は、例えばローパスフィルタから構成されており、図２の（ｂ）に示すように、入力された矩形波をなまらせて、即ち制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを遅延させて、台形形状の波形へと調整する。パルス整形部１５は、このように時間遅延させた台形形状の波形の電圧信号をコンパレータ１７に出力する。また、基準電圧生成回路１６からは所定の基準電圧信号が入力される。
コンパレータ１７では、パルス整形部１５から入力された台形形状の波形信号（制御信号）と、基準電圧生成回路１６からの基準電圧とを比較処理し、制御信号である矩形波のデューティ比が５０％となるように予め設定された基準電圧に基づいて、台形形状の波形信号をデューティ比５０％の矩形波に変換する。このような信号処理により、デューティ比が５０％からずれてしまった低速制御信号の波形が図２の（ｃ）に示されるように調整されて、再生された低速制御信号としてコンパレータ１７から出力される。上述したパルス整形部１５、基準電圧生成回路１６及びコンパレータ１７は、受信部の一部を構成する。なお、上述したＬＤドライバ１１及びＴＩＡ／ＬＩＡ１３は、例えば１つのトランシーバＩＣなどから構成されてもよい。
このように、本実施形態に係る光送受信システム及び光送受信モジュール１０によれば、光送受信モジュール１０の受信部側において、制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを遅延させて、時間遅延させた制御信号と所定の基準電圧とを用いて制御信号をデューティ比５０％となるように調整している。このため、光ファイバ２０，２２等で光送受信する際にデューティ比がずれてしまう制御信号の波形を簡易な手段で調整して、認識可能なデューティ比の信号に再生している。その結果、光送受信モジュール１０を含んで構成される光送受信システムによれば、通信の確立等に用いられる制御信号を正しく伝達することができる。
また、本実施形態に係る光送受信システム及び光送受信モジュール１０では、パルス整形部１５、基準電圧生成回路１６及びコンパレータ１７が光送受信モジュール１０の受信部に設けられている。このように、送信側のデューティ比の特性を予め把握できる場合には、光送受信モジュール１０の受信部にパルス整形部１５、基準電圧生成回路１６及びコンパレータ１７を設けておくことで、デューティ比５０％の制御信号を容易に取得することができる。
そして、この光送受信システム及び光送受信モジュール１０では、受信した制御信号を光送受信モジュール１０から出力する際にデューティ比５０％の制御信号に再生している。このため、光送受信モジュール１０から出力される制御信号のデューティ比が信号の認識が確実な５０％となり、制御信号を正しく伝達させることができる。
［第２実施形態］
続いて、第２実施形態に係る光送受信システムについて、図３及び図４を参照して説明する。図３は、第２実施形態に係る光送受信モジュールの構成を示すブロック図であり、図４は、図３に示す光送受信モジュールの送信部における制御信号を示す図である。第２実施形態では、第１実施形態と異なり、光送受信モジュールの送信側において、低速制御信号を時間遅延させる信号処理を行う構成になっている。以下、異なる点を中心に説明する。
まず、第２実施形態に係る光送受信モジュール３０は、図３に示すように、ＬＤドライバ１１、レーザダイオード１２、ＴＩＡ／ＬＩＡ１３及びフォトダイオード１４に加え、パルス整形部３５、基準電圧生成回路３６、及び、コンパレータ３７を備えて構成される。光送受信モジュール３０は、第１実施形態と同様に、光ファイバ２０，２２によって、同じ構成を採用する別の光送受信モジュール３０に光接続され、光送受信システムを構成する。
第２実施形態では、パルス整形部３５、基準電圧生成回路３６及びコンパレータ３７が出力側に設けられている、つまり、光送受信モジュール３０の光出力部の一部を構成するようになっている。パルス整形部３５、基準電圧生成回路３６及びコンパレータ３７の基本的な機能は、第１実施形態のパルス整形部１５、基準電圧生成回路１６及びコンパレータ１７と同様である。
このパルス整形部３５に入力される制御信号は、図４の（ａ）に示されるように、デューティ比が５０％の矩形波である。そして、パルス整形部３５は、図４の（ｂ）に示すように、入力された矩形波の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを遅延させて、台形形状の波形へと調整する。パルス整形部３５は、この時間遅延させた台形形状の波形の電圧信号をコンパレータ３７に出力する。また、基準電圧生成回路３６からは所定の基準電圧信号が入力される。
コンパレータ３７では、パルス整形部３５から入力された台形形状の波形信号（制御信号）と基準電圧生成回路３６からの基準電圧とを比較処理し、制御信号である矩形波のデューティ比が例えば７０％となるように予め設定された基準電圧に基づいて、台形形状の波形信号をデューティ比７０％の矩形波に変換する。このような信号処理により、デューティ比が５０％からずれた低速制御信号の波形として図４の（ｃ）に示されるように予め調整して、ＬＤドライバ１１のＬＤ＿ｏｎ／ｏｆｆ入力ポートから入力される。
なお、ＬＤドライバ１１に入力される低速制御信号は、第１実施形態で説明したように、ＬＤ＿ｏｎ／ｏｆｆ入力ポートに入力される信号に対する応答時間とＬＤドライバ１１から出力される信号に対する応答時間との間に違いがあることから、ＬＤドライバ１１から出力される際に、そのデューティ比が７０％からずれることがある。但し、基準電圧生成回路３６では、上記した送信側だけでなく受信側も含めたシステム全体を通過後の低速制御信号が所定のデューティ比（例えば５０％）となるようにコンパレータ３７に入力する基準電圧が予め調整されている。
このように、本実施形態に係る光送受信システムによれば、光送受信システムを構成する光送受信モジュール３０の送信部側において、制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを遅延させて、この遅延させた制御信号と所定の基準電圧とを用いて制御信号を所定のデューティ比（例えば７０％）となるように調整している。このため、光ファイバ２０，２２等で光送受信する際にずれてしまう制御信号の波形を簡易な手段で予め調整しておくことで、受信側で認識可能なデューティ比の信号に再生している。その結果、光送受信モジュール３０を含んで構成される光送受信システムによれば、通信の確立等に用いられる制御信号を正しく伝達することができる。
また、本実施形態に係る光送受信システム及び光送受信モジュール３０では、パルス整形部３５、基準電圧生成回路３６及びコンパレータ３７が光送受信モジュール３０の送信部に設けられている。このように、受信側のデューティ比の特性を予め把握できる場合には、光送受信モジュール３０の送信部にパルス整形部３５、基準電圧生成回路３６及びコンパレータ３７を設けておくことで、受信側でデューティ比５０％の制御信号を容易に取得することができる。
［第３実施形態］
続いて、第３実施形態に係る光送受信システムについて、図５を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係る光送受信モジュールの構成を示すブロック図である。第１及び第２実施形態では、光送受信システムの受信部又は送信部の一方において、低速制御信号の立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを遅延させて信号処理を行う構成になっていたが、本実施形態に示すように、受信部及び送信部の両方において、低速制御信号の時間を遅延させる処理を行ってもよい。
即ち、本実施形態に係る光送受信モジュール４０は、図５に示すように、ＬＤドライバ１１、レーザダイオード１２、ＴＩＡ／ＬＩＡ１３及びフォトダイオード１４に加え、パルス整形部１５，３５、基準電圧生成回路１６，３６、及び、コンパレータ１７，３７を備えて構成される。光送受信モジュール４０は、第１及び第２実施形態と同様に、光ファイバ２０，２２によって、同じ構成を採用する別の光送受信モジュール４０に光接続され、光送受信システムを構成する。
この光送受信モジュールでは、送信部にパルス整形部３５、基準電圧生成回路３６及びコンパレータ３７が含まれるように構成されており、受信部にもパルス整形部１５、基準電圧生成回路１６及びコンパレータ１７が含まれるように構成されている。このため、制御信号のデューティ比の歪みが大きく、光送受信モジュールの受信部又は送信部の一方のみでの調整では信号を補正しきれない場合であっても、光送受信モジュールの受信部と送信部の両方にパルス整形部１５,３５，基準電圧生成回路１６,３６及びコンパレータ１７,３７を設けておくことで、より確実に信号のデューティ比の調整を行うことができる。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。例えば、ＬＤドライバ１１やＴＩＡ／ＬＩＡ１３等のデューティ特性に温度特性がある場合には、コンパレータ１７，３７の基準電圧をその温度特性に応じたものとするように変更してもよい。
１０，３０，４０…光送受信モジュール、１１…ＬＤドライバ、１２…フォトダイオード、１３…ＴＩＡ／ＬＩＡ、１４…フォトダイオード、１５，３５…パルス整形部、１７，３７…コンパレータ。

Claims (5)

  1. 入力された主信号及び制御信号を含む電気信号を光信号に変換して送信する光送信部と、
    他の光送信部からの光信号を受信して電気信号に変換し、電気信号である主信号及び制御信号を出力する光受信部と、を備え、
    前記光送信部及び前記光受信部の少なくとも一方が、前記制御信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも一方を遅延させるパルス整形部と、前記パルス整形部で遅延させられた前記制御信号と所定の基準電圧とが入力され、前記制御信号を所定のデューティ比となるように調整するコンパレータと、を有することを特徴とする、光送受信モジュール。
  2. 前記パルス整形部と前記コンパレータとが前記光受信部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジュール。
  3. 前記パルス整形部と前記コンパレータとが前記光送信部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
  4. 前記受信した制御信号を前記光受信部から外部に出力する際の前記制御信号のデューティ比が５０％である請求項１〜３の何れか一項に記載の光送受信モジュール。
  5. 入力された主信号及び制御信号を含む電気信号を光信号に変換して送信する光送信モジュールと、
    前記光信号を受信して電気信号に変換し、電気信号である前記主信号及び前記制御信号を出力する光受信モジュールと、を備え、
    前記光送信モジュール及び前記光受信モジュールの少なくとも一方が、前記制御信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間の少なくとも一方を遅延させるパルス整形部と、前記パルス整形部で遅延させられた前記制御信号と所定の基準電圧とが入力され、前記制御信号を所定のデューティ比となるように調整するコンパレータと、を有することを特徴とする、光送受信システム。
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