JP2015076719A - 内部回路の断線の検出が可能な光送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部回路の断線の検出が可能な光送信装置にてコールドスタート時から断線の誤検出をすることなく短時間で起動して送信を開始する。【解決手段】光送信装置１は、光変調素子１０ｂと終端抵抗１０ｃの並列回路１０ｆと、並列回路１０ｆを駆動する駆動回路２０と、光変調素子１０ｂの温度を検出する温度検出器１０ｄと、駆動回路２０と並列回路１０ｆを接続する配線の異常を検出する異常検出回路３０と、を備える。異常検出回路３０は、温度検出器１０ｄより検出した温度に係る情報を受け取り、光変調素子１０ｂの温度に応じて判定電圧を所定の値に設定し、配線上に設けた検出点Ｐの電圧を判定電圧と比較して配線の異常を検出する。【選択図】 図２

Description

本発明は、内部回路の断線の検出が可能な光送信装置に関し、特に電界吸収型光変調素子を駆動する駆動回路の断線の検出が可能な光送信装置に関する。

下記特許文献１には、電界吸収型光変調素子（以下、「ＥＡＭ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）」という。）と、それを駆動する駆動回路と、駆動回路の断線を検出する異常検出回路と、を備える光送信装置が記載されている。駆動回路の断線は、部品実装に係る半田不良やパターンはがれ、機械的なストレスによる損傷などが原因となって起こる場合がある。

駆動回路は、変調を行うための変調信号を与える変調信号出力回路と、変調信号の基準電圧となるバイアス電圧を与えるバイアス電圧回路と、を有する。変調信号は、そのデータ転送レートが、例えば、数〜数１０Ｇｂｐｓといった高速のパルス信号であるため、ＥＡＭと並列に終端抵抗が接続される。

駆動回路とＥＡＭとを接続する配線が断線したときに、ＥＡＭのアノード端子には終端抵抗を介してグラウンド電位（０Ｖ）が印加され、レーザダイオード（以下、「ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）」という。）からの変調光はＥＡＭに吸収されずに高出力パワーのまま光送信装置の外部へ出力される。それによって、例えば、受信側の受光素子に損傷を与える虞がある。

下記特許文献１に記載された異常検出回路では、配線上に設けた検出点の電圧とその検出点を通過する駆動電流との関係を予め求めておき、検出点の電圧値が正常範囲内に入っているか否かを判定して断線を検出する。光送信装置は、異常を検出したときにＬＤを発光させるためのバイアス電流を遮断して、光出力信号を止めることができる。

ＥＡＭとＬＤとは同一の半導体チップ上に集積化して製造することができる（以下、集積化して製造された半導体チップを「ＥＭＬ（Ｅｌｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ）チップ」という。）。ＥＭＬチップは、温度検出器（例えば、サーミスタ）等と共に熱電素子（以下、「ＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｏｌｅｒ）」という。）の上に実装され、それらは、グラウンド電圧、電源電圧、変調信号、ＴＥＣの駆動信号、及び温度検出器からの出力信号等を外部と接続するための端子を備えたパッケージに収納されて使用される（以下、このパッケージの形態の光送信デバイスを「ＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）」という。）。

ＴＥＣは、温度検出器によって検出したＴＥＣ上面の温度（以下、「ＬＤ温度」という。）がペルチェ効果によって所定の目標値となるように温度制御回路によって制御される。この温度制御は、ＴＯＳＡ周囲の環境温度の変化に対してＥＭＬチップの電気的特性および光学的特性を所定の値に一定に保つために行われる。

光送信装置の電源を投入してからＬＤ温度が温度制御によって所定の目標値に到達して安定するまでの時間は、光送信装置の内部の構成や環境温度（周囲温度）に依存する。光送信装置は、ＬＤ温度が目標値に安定した後に、ＬＤを発光させると共に、外部より入力された電気信号を基に駆動回路によってＥＡＭを駆動して変調を行い、光出力信号の送信を開始する。

光送信装置に係る技術は、送信部と受信部とを収容して各々の機能を統合した光送受信装置（光通信装置）あるいは光トランシーバにおいても適用することが可能である。光トランシーバには、例えば、ＳＦＰ＋（ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｍａｌｌ Ｆｏｒｍ−ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）やＸＦＰ（１０ Ｇｉｇａｂｉｔ ｓｍａｌｌ Ｆｏｒｍ− ｆａｃｔｏｒ Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ）といったものがあり、それらの外径、端子配置、電気的特性、および光学的特性等に関する仕様は、関係する業界団体や標準化団体等が定めたＭＳＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｏｕｒｃｅ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）規格にて規定されている。

特開２０１１−２２６８４７号公報

光トランシーバ、例えば、ＸＦＰは、用途によって上位の通信装置（ホスト装置）に搭載された状態にて電源を投入してから１秒以内に送信を開始することが要求される。

環境温度が低温、例えば、０℃以下の状態にて電源を投入する（以下、このことを「コールドスタート」という。）ときに、ＬＤ温度がＴＥＣによる加熱によって上昇し、所定の目標値、例えば、４０℃に達して安定な状態に至るまでには、内部で温度制御を行うために数秒が掛かる。そのため、光トランシーバが、電源投入後１秒以内に送信を開始するには、ＬＤ温度の過渡変化に合わせて、バイアス電圧や変調信号を適宜調整しながら光信号の変調を行うことが必要となる。例えば、図１は、ＥＡＭの入力電圧ＶＩＮとＥＭＬの光出力パワーＰｏとの関係を示している。図１中の変調特性１と変調特性２は、ＬＤ温度ＴＬＤに依存してＶＩＮとＰｏとの関係が変化することを示している。ＴＬＤ＝４０℃の時に、ＶＢ＝−１．５Ｖ、変調振幅２Ｖの変調信号１をＥＡＭに入力することで図示した光出力信号が得られている。ＴＬＤ＝０℃の時に同じ光出力信号を得るためには、変調特性２に合わせて、図示した変調信号２をＥＡＭに入力する必要がある。すなわち、バイアス電圧ＶＢについては、ＴＬＤ＝０℃の時にはＶＢ＝―２．４Ｖとし、ＴＬＤ＝４０℃の時にはＶＢ＝−１．５Ｖとし、その中間の温度ではＴＬＤの上昇と共にＶＢを大きくして行き、同時に振幅電圧も調整することで、コールドスタートに対して一定の光出力信号を得ることができる。

そのような場合に、例えば、バイアス電圧を通常動作時の値よりも低く調整することによって、検出点の電圧値が正常範囲外に外れてしまい、異常検出回路が配線の断線を誤って検出してしまうという不都合を生じる虞がある。断線を誤って検出すると、光トランシーバは実際には問題が無いにも関わらず光出力を停止させて通信を途絶させてしまったり、上位のホスト装置に誤ったアラーム情報を通知してホスト装置全体の動作に影響を及ぼすことになり、本来は不必要な負担を掛ける虞がある。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、コールドスタート時に短時間にて送信を開始するような用途に対して、断線の誤検出を回避して正常に起動する光送信装置を提供することを目的とする。

本発明の光送信装置は、光変調素子と抵抗素子とが並列に接続されている並列回路と、並列回路を駆動する駆動回路と、光変調素子の温度を検出する温度検出器と、並列回路と駆動回路とを接続する配線の異常を検出する異常検出回路と、を備える。異常検出回路は、温度検出器より検出した温度に係る情報を受け取り、光変調素子の温度に応じて判定電圧を所定の値に設定し、配線に設けた検出点の電圧を判定電圧と比較して配線の異常を検出する。

本発明によると、光送信装置をコールドスタートしたときに、異常検出回路による断線の誤検出を回避して光送信装置を短時間にて起動して送信可能な状態にすることができる。

本発明の実施形態に係るＥＡＭの入力電圧ＶＩＮとＥＭＬの光出力パワーの関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る光送信装置の概略構成を示すブロック図である。 図１のバイアス電圧回路２０ａと終端抵抗１０ｃとの接続部分を抜粋して示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る駆動回路の生成する変調信号とバイアス電圧とを示すタイミングチャートである。 図１の異常検出回路３０の概略構成の一例を示すブロック図である。 図１の異常検出回路３０に係る被判定電圧ＶＱと出力電圧ＶＤとの関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るＬＤ温度ＴＬＤおよびバイアス電圧ＶＢのコールドスタート時の過渡応答を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る光送信装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る異常検出処理の手順を示すシーケンス図である。 図８の異常検出処理の手順の変形例を示すシーケンス図である。 本発明の第２実施形態に係る判定電圧設定の変形例を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の同一部分については同符号を用いて、その重複する説明は省略する。
（第１実施形態）

図２は、本発明の第１実施形態に係る光送信装置の概略構成を示すブロック図である。光送信装置１は、光送信デバイス（ＴＯＳＡ）１０と駆動回路２０と異常検出回路３０と温度制御回路４０とバイアス電流回路５０とを有する。

ＴＯＳＡ１０は、発光素子（ＬＤ）１０ａと光変調素子（ＥＡＭ）１０ｂと抵抗素子（終端抵抗）１０ｃと温度検出器１０ｄと熱電素子（ＴＥＣ）１０ｅとを有する。ＬＤ１０ａは、バイアス電流回路５０から所定のバイアス電流が与えられて発光し、バイアス電流が遮断されると発光は停止する。ＥＡＭ１０ｂは、そのカソードがグラウンド電位（０Ｖ）に接続され、そのアノードが終端抵抗１０ｃおよび駆動回路２０に接続される。ＥＡＭ１０ｂは、駆動回路２０からの変調信号によってＬＤ１０ａの連続出力光の光吸収率が変化することを利用して、ＥＡＭを透過する光の強度を変調する。これにより、ＥＡＭ１０ｂにより電気―光信号変換が行われ、外部に光出力信号２が出力される。終端抵抗１０ｃは、その一方の端子がＥＡＭ１０ｂのアノードに接続され、その他方の端子がグラウンド電位に接続される。終端抵抗１０ｃは高周波の変調信号がインピーダンス不整合によって反射されて波形が乱れるのを防ぐために配置される。光変調素子１０ｂと終端抵抗１０ｃとは、並列回路１０ｆを構成する。上述した通り、駆動回路２０が並列回路１０ｆを駆動することによって光送信装置１は電気―光信号変換を行い、通信に適した良好な波形品質の光信号を出力する。ＬＤ１０ａとＥＡＭ１０ｂと終端抵抗１０ｃと温度検出器１０ｄは、ＴＥＣ１０ｅの上面に実装される。

ＴＥＣ１０ｅは、その上面に実装された温度検出器１０ｄによって検出される温度（以下、「ＬＤ温度」と言う。）が所定の目標値に近づくように温度制御回路４０によって制御される。温度検出器１０ｄは、例えば、サーミスタを使用することができ、温度の変化を抵抗値の変化に変換して温度を検出できる。温度制御回路４０は、例えば、温度検出器１０ｄの抵抗値の変化を抵抗分圧回路等によって電圧値の変化に変換することでＬＤ温度を検出することができる。このＬＤ温度のフィードバック制御は、温度検出器１０ｄと同様にＴＥＣ１０ｅの上面に実装されるＬＤ１０ａとＥＡＭ１０ｂの電気的特性および光学的特性（例えば、光パワーやピーク波長）を外部の環境温度の変化に対して一定に保つために行われる。なお、ＬＤ温度は、当然ＬＤ１０ａの温度を意味しているが、ＥＡＭ１０ｂはＬＤ１０ａと同一チップ上に形成されるため、ＥＡＭ１０ｂの温度と同一とみなすことができる。そのため、ＬＤ温度と他の物理量、例えば、判定電圧との関係は、光変調素子の温度と判定電圧との関係と本質的に同じであると考えることができる。従って、以下の説明において、「ＬＤ温度」を「光変調素子ＥＡＭ１０ｂの温度」と言い換えた場合でも、本発明実施例に係る課題解決の手段、発明の効果は同じとなる。

ＴＯＳＡ１０の内部には、光出力信号２の光出力パワーを推定するために、例えば、ＬＤ１０ａとＥＡＭ１０ｂとが集積化されたＥＭＬチップの後方（光出力信号２が出力される方向とは反対の、後方出力光が出力される方向）に受光素子（ＰＤ）（図示せず）が実装される場合がある。

駆動回路２０は、例えば、バイアス電圧回路２０ａと変調信号出力回路２０ｂとコンデンサ２０ｃとを有する。変調信号出力回路２０ｂは、光送信装置に入力される電気送信信号（図示せず）を基にＥＡＭを駆動するのに必要な振幅をもった変調信号を生成し、それをＡＣ結合のためのコンデンサ２０ｃを介してＴＯＳＡ１０に与える。バイアス電圧回路２０ａは、変調信号の基準電圧となるバイアス電圧を与える。

図３は、図２のバイアス電圧回路２０ａと終端抵抗１０ｃとの接続部分を抜粋して示すブロック図である。なお、コンデンサ２０ｃおよび異常検出回路３０は以下のバイアス電圧の説明には関係しないために省略する。バイアス電圧回路２０ａのＤＣ負荷は，終端抵抗１０ｃとなる。バイアス電圧設定回路２１ａによってＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１ｂのベース・エミッタ間電圧ＶＢＥを調整してコレクターエミッタ間電流ＩＣＥを調整し、グラウンド電位に対してバイアス電圧ＶＢを設定することができる。すなわち、終端抵抗１０ｃの抵抗値を、例えば、５０Ωとすると、ＶＢは（１）式にて決まる。
ＶＢ（Ｖ）＝−ＩＣＥ（Ａ）×５０（Ω） （１）
例えば、ＩＣＥ＝０．０３（Ａ）となるようにＶＢＥを調整すると、
ＶＢ＝−１．５（Ｖ）
となる。なお、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１ｂのエミッターは負電源電圧ＶＥＥ（Ｖ）の端子２１ｃに接続される。ＶＥＥは、ＶＢを安定に供給するためには、例えば、ＶＢ＝−１．５Ｖに対してＶＥＥ＝−５〜−２．５Ｖとして、ＩＣＥが飽和領域の値となるようにＶＣＥの大きさを所定の値以上確保することが好ましい。

ＶＢは、変調信号の基準電圧であるため、安定なＤＣ電圧として与えられることが駆動回路２０の動作において好適である。そのため、コイル２１ｄは、変調信号による電圧の変動がＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１ｂに影響するのを抑制するために設置される。なお、図３のバイアス電圧回路のブロック図は回路構成の一例を示すものであって、上記にて説明した技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。例えば、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２１ｃに代えてＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ等、電圧制御電流源として利用可能な半導体素子を使用しても良く、コイルの代わりにフェライトビーズ等を使用しても良い。

再び、図２を参照すると、変調信号出力回路２０ｂは変調信号を出力してＥＡＭ１０ｂを駆動し、光吸収電流の変化によってＬＤ１０ａの連続出力光を変調する。変調された光出力が光出力信号２として外部に出力される。変調信号は、例えば、ＮＲＺ方式で符号化されたディジタル信号であって、ＥＡＭ１０ｂを変調するのに必要な電圧振幅、例えば、１．５〜２．５Ｖを有する。また、ＥＡＭ１０ｂによる電気信号−光信号間変換において、光信号のデューティ比が変換によって電気信号のデューティ比からずれるために、それを補償するように予め電気信号のデューティ比を調整しても良い。変調信号の波形は、変調信号出力回路２０ｂと終端抵抗１０ｃとの間の伝送路（配線）の特性インピーダンスと終端抵抗１０ｃとの整合が取れていると、変調信号出力回路２０ｂで出力された時の形状を保って終端抵抗１０ｃまで伝達される。

図４は本発明の第１実施形態に係る駆動回路の生成する変調信号とバイアス電圧とを示すタイミングチャートである。変調信号出力回路２０ｂで生成された変調信号の振幅電圧をＶＭ（Ｖ）とすると、例えば、電気送信信号のマーク率および変調信号のデューティ比がいずれも５０％のときに、ＥＡＭ１０ｂに与えられる変調信号は、バイアス電圧ＶＢを中心にして正側にＶＭ／２（Ｖ）、負側にＶＭ／２（Ｖ）の振幅を持つパルス信号となる。図４に示すように、バイアス電圧ＶＢ（Ｖ）が振幅電圧ＶＭ（Ｖ）の中心（５０％）に重なるのは、この波形のＶＨ（Ｖ）とＶＬ（Ｖ）の時間に関する平均値が５０％であることによる。すなわち、電気送信信号のマーク率と変調信号のデューティ比に依存して、変調信号とバイアス電圧との電圧方向の相対的な位置関係が決まる。

図４中のＶＨ（Ｖ）がＥＡＭ１０ｂに印加されたときに、ＥＡＭ１０ｂの光吸収は少なくなり、光出力信号２の光パワーは大きくなる。また、ＶＬ（Ｖ）がＥＡＭ１０ｂに印加されたときに、ＥＡＭ１０ｂの光吸収は大きくなり、光出力信号２の光パワーは小さくなる。従って、変調信号の電圧の大小とそれによって変調された光出力信号２の光パワーの大小とは逆の関係となる。

再び、図２を参照すると、駆動回路２０が図４に示す変調信号によってＥＡＭ１０ｂを駆動しているとき、駆動回路２０とＥＡＭ１１０ｂとを接続する配線の上に設けられた検出点Ｐにおける平均電圧はバイアス電圧ＶＢ（Ｖ）と同じとなっている。

図５は、図２の異常検出回路３０の概略構成の一例を示すブロック図である。異常検出回路３０は、フィルタ回路（ＬＰＦ；Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）３０ａと電圧フォロワー回路３０ｂと電圧コンパレータ回路３０ｃ、３０ｄ、ロジック素子（ＮＡＮＤゲート）３０ｅ、判定電圧生成回路３０ｆとを有する。図２の検出点ＰはＬＰＦ３０ａの入力端子に接続される。ＬＰＦ３０ａは、検出点Ｐにおける図４に示す波形の電圧信号を平均化して、それを高周波成分が除去された電圧ＶＰＡとして出力する。ＬＰＦ３０ａには、例えば、ＲＣ積分回路を使用することができる。電圧フォロワー回路３０ｂは入力された電圧ＶＰＡと同じ電圧値の電圧ＶＱ＝ＶＰＡを出力する。電圧ＶＱは電圧コンパレータ３０ｃの＋端子と電圧コンパレータ３０ｄの−端子に入力される。電圧コンパレータ３０ｃの−端子には判定電圧ＶＴＨＬが入力され、電圧コンパレータ３０ｄの＋端子には判定電圧ＶＴＨＨが入力される。

電圧コンパレータ３０ｃは、ＶＱ≧ＶＴＨＬのときにロジック信号のＨｉｇｈレベルを出力し、ＶＱ＜ＶＴＨＬのときにはロジック信号のＬｏｗレベルを出力する。電圧コンパレータ３０ｄは、ＶＴＨＨ＞ＶＱのときにはロジック信号のＨｉｇｈレベルを出力し、ＶＴＨＨ≦ＶＱのときにはロジック信号のＬｏｗレベルを出力する。ＮＡＮＤゲート３０ｅは、出力電圧ＶＤとして、ＶＴＨＬ≦ＶＱ≦ＶＴＨＨのときにＬｏｗレベルを出力し、そうでない場合にはＨｉｇｈレベルを出力する。判定電圧ＶＴＨＨとＶＴＨＬは判定電圧生成回路３０ｆによって生成される。

再び、図２を参照すると、検出点Ｐよりも右側で断線が起きたときは、バイアス電圧ＶＢは（１）式では決まらずにＩＣＥ＝０（Ａ）となるために、ＶＢはほぼＶＥＥと等しくなり、よって、ＶＱ＝ＶＢ＝ＶＥＥ（Ｖ）となる。また、検出点Ｐよりも左側で断線が起きたときは、検出点Ｐの電圧は終端抵抗１０ｃによってグラウンド電位（０Ｖ）まで引き上げられるためにＶＱ＝０（Ｖ）となる。なお、本実施形態では異常検出回路３０の入力インピーダンスは十分に大きく、そのため、異常検出回路３０の入力電圧が０Ｖ近くであったとしても入力電流はほとんど流れない。

図６は、図１の異常検出回路３０に係る被判定電圧ＶＱと出力電圧ＶＤとの関係を示す図である。例えば、駆動回路２０とＥＡＭ１０ｂとの間の配線が正常であり、正常に動作しているときのバイアス電圧ＶＢがＶＢ＝−１．５Ｖであるとする。判定電圧ＶＴＨＨ、ＶＴＨＬは、それぞれＶＴＨＨ＝−０．５Ｖ、ＶＴＨＬ＝−２Ｖに設定する。すると、被判定電圧ＶＱがＶＴＨＬ＜ＶＱ≦ＶＴＨＨとなるとき（正常のとき）、ＶＤ＝ＶＤＬとなり、ＶＱ≦ＶＴＨＬあるいはＶＴＨＨ＜ＶＱとなるとき（異常のとき）、ＶＤ＝ＶＤＨとなる。従って、ＶＤの論理レベルによって配線が正常か異常かを判別することができる。

なお、配線が完全には断線していないとき、例えば、部品の電極とプリント基板の配線の銅箔とをハンダによって接続している部分にハンダ・クラックによって高抵抗になっているとき、ＶＱは、ＶＢとグラウンド電位（０Ｖ）との間の中間電圧、または、ＶＢとＶＥＥとの間の中間電圧、となる可能性がある。判定電圧ＶＴＨＨ、ＶＴＨＬを正常なバイアス電圧ＶＢに近い値にすると、回路定数のばらつきやノイズの影響によって誤って異常を検出してしまう虞がある。従って。判定電圧ＶＴＨＨ、ＶＴＨＬは、それらを考慮して適当な余裕をもった値とすることが好適である。

ところで、上記の説明は、ＴＥＣ１０ｅの温度制御が温度制御回路４０によって行われ、ＬＤ温度ＴＬＤが所定の目標値Ｔｓｅｔにて安定している状態を想定している。光送信装置１が、上位の通信装置に組み込まれて、コールドスタート（例えば、環境温度Ｔａが０℃の状態で電源を投入）されるとき、ＴＥＣ上面のＴＬＤは、電源を投入した瞬間はＴａにほぼ等しく、時間の経過と共に温度制御によってＴＥＣ１０ｅによって加熱され、最終的にＴｓｅｔに到達して安定する。電源投入からＴＬＤがＴｓｅｔに到達して安定になるまでの時間は、例えば、ＸＦＰと称される光トランシーバにおいては３〜１０秒が掛かる場合がある。

市場から要求される通信装置には、多種多様な用途があり、それに合せて多種多様な仕様が存在する。コールドスタートから通信を開始するまでの時間について考えるならば、数十秒以上を取れる通信装置もあれば、１秒以内で通信を開始しなければならない通信装置もある。後者の場合、ＴＬＤは直ぐにはＴｓｅｔに達しないために、例えば、送信部については、駆動回路２０が、ＬＤ１０ａとＥＡＭ１０ｂの温度特性に合わせて、バイアス電流、変調信号、バイアス電圧等を調整しながらＥＡＭ１０ｂを駆動して定常状態と同様に光出力信号２を生成して送信する必要がある。

図７は、本発明の第１実施形態に係るＬＤ温度ＴＬＤとバイアス電圧ＶＢのコールドスタート時の過渡応答を示すタイミングチャートである。図７（ａ）はＬＤ温度ＴＬＤの過渡応答を示している。時間ｔ＝０（ｓ）で上位の通信装置および光送信装置の電源が投入されると、ＴＬＤはＴＥＣ１０ｅによる加熱によって環境温度Ｔａ（例えば、０℃）から目標値のＴｓｅｔ（例えば、４０℃）付近まで上昇し、最終的に温度制御回路４０の働きによってＴｓｅｔに近づいて安定に保たれる。温度検出器１０ｄによって検出されたＴＬＤとＴｓｅｔとの誤差が所定の許容値、例えば、０．０１℃以下に継続的に収まった時、温度制御によるＴＬＤのＴｓｅｔへの設定が終了したとして、その時の時間をｔ＝ｔｓとする。時間ｔｓは光トランシーバの種類や個々の熱的設計やＴＥＣ１０１０ｅの能力等にも依存するが、例えば、３〜１０秒となる。

図７（ａ）のようにＴＬＤが変化することは、ＬＤ１０ａおよびＥＡＭ１０ｂ等のＴＥＣ１０ｅ上に実装されている部品の温度が同様に変化することを意味する（上述した通り、「ＬＤ温度」は「光変調素子の温度」と言い換えても本質的に同一である）。従って、時間ｔがｔｓに達するよりも前に光出力信号２の送信を温度安定以降と同様に行うためには、ＬＤ１０ａのバイアス電流、ＥＡＭ１０ｂに与えられる変調信号の振幅、およびバイアス電圧ＶＢ等をＴＬＤの変化に合わせて時間と共に調整する必要がある。例えば、ＶＢの値は、図７（ｂ）に示すように、コールドスタート直後はＶＢ＝−２．４Ｖとし、ＴＬＤの上昇と共に徐々に大きくして行き、最終的にＴＬＤがＴｓｅｔとなって安定になったら通常動作時のＶＢ＝−１．５Ｖにする。

このようにコールドスタート直後にＶＢを小さい値、例えば、ＶＢ＝−２．４Ｖにした場合、異常検出回路３０の判定電圧ＶＴＨＬを、例えば、ＶＴＨＬ＝−２．０Ｖとしていると、ＶＢ＜ＶＴＨＬとなるために誤って異常を検出してしまうことになる。それを回避するために、図７（ｂ）に示すように、ＶＴＨＨおよびＶＴＨＬをＴＬＤに合わせて時間と共に変化させるようにする。これは、温度検出器１０ｄから出力されるＴＬＤの検出信号を異常制御回路３０に入力し、判定電圧生成回路３０ｆがＴＬＤの変化に合わせてＶＴＨＨおよびＶＴＨＬを変化させることで行う。

以上、説明した通り、本発明によれば、コールドスタート時に短時間で送信を開始するような場合であっても駆動回路２０とＥＡＭ１０ｂとの間の配線の断線を誤検出することなく正常に起動する光送信装置を提供することができる。
（第２実施形態）

図８は、本発明の第２実施形態に係る光送信装置の概略構成を示すブロック図である。図２の第１実施形態と同様に、ＴＯＳＡ１０、駆動回路２０、温度制御回路４０、バイアス電流回路５０を有しており、異常検出回路３０に代えてＬＦＰ３０ａを有し、さらに、マイクロコンピュータ６０を有し、マイクロコンピュータ６０とＴＯＳＡ１０、駆動回路２０、温度制御回路４０、およびバイアス電流回路５０とはそれぞれ信号線によって接続される、マイクロコンピュータ６０は、それらの信号線を介して、設定信号や目標信号を各回路へ与えると共に、各回路から演算処理や制御・監視に必要な信号を受け取る。図２の異常検出回路３０については、上述したように図５のＬＰＦ３０ａのみを残し、ＬＰＦ３０ａの出力電圧がマイクロコンピュータ６０に入力される。検出点Ｐにおける電圧が正常範囲に入っているか否かの判定は、異常検出回路３０ａ内の電圧コンパレータに代ってマイクロコンピュータ６０が行う。

まず、図８のブロック図を構成する各ブロック（構成要素）について以下に説明する。

マイクロコンピュータ６０は、内部のディジタル値を、内蔵するＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によってアナログ信号に変換して出力したり、その反対に、入力されたアナログ信号を内蔵するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によってディジタル値に変換し、内蔵するメモリに記憶したり、演算処理に使用したりできる。また、マイクロコンピュータ６０はＲＡＭだけでなく、ＦＬＡＳＨメモリ等の不揮発性メモリ（ＲＯＭ）６０ａを有する。

メモリ６０ａには、マイクロコンピュータ６０が実行するマイクロプログラム（ファームウェア）、光送信装置１の製造情報（メーカー名、製品名称。製造番号等）、マイクロコンピュータ６０が制御に使用する複数の初期設定値や制御パラメータ等が記憶されている。光送信装置１の電源が投入されると、マイクロコンピュータ６０はメモリ６０ａに格納されたファームウェアをＲＡＭ上の所定の領域に転送して、それを実行し、光送信装置１内部の初期設定、制御および監視、および通信インターフェースを介した上位の通信装置との通信等を行う。例えば、マイクロコンピュータ６０は、メモリ６０ａからＬＤ温度目標信号を読み出して温度制御回路４０にＬＤ温度の目標値Ｔｓｅｔを指示する。

温度制御回路４０は、ＴＥＣ１０ｅに適当な電圧と電流とを与えてペルチェ効果によって加熱または冷却を行わせ、温度検出器１０ｄによって検出されるＬＤ温度ＴＬＤがマイクロコンピュータ６０によって指示されたＴｓｅｔと等しくなるように自動でフィードバック制御を行う。

駆動回路２０は、マイクロコンピュータ６０からのバイアス電圧設定信号６０ｄがバイアス電圧回路２０ａに入力され、それに応じたバイアス電圧ＶＢを出力する。なお、図８には図示していないが、ＶＢをモニターする回路を付加して入力側に帰還を掛け、バイアス電圧回路２０ａに自動フィードバック制御を行わせることもできる。

バイアス電流回路５０は、マイクロコンピュータ６０からのバイアス電流設定信号６０ｅを受けて、それに応じたバイアス電流をＬＤ１０ａに与える。なお、バイアス電流をゼロとすることでＬＤ１０ａの発光を停止して、光出力信号２を遮断することもできる。

ＬＰＦ３０ａは、検出点Ｐの電圧信号を平均化して、高周波成分を除いた電圧として検出電圧ＶＱを出力する。これは図５の被判定電圧と原理的には同じで、通常動作状態ではバイアス電圧ＶＢに等しくなる。検出電圧ＶＱは、マイクロコンピュータ６０によってＡＤＣ等を介してディジタル値として取り込まれる。

マイクロコンピュータ６０は、温度検出器１０ｄからのＬＤ温度検出信号を、ＡＤＣを介してディジタル値として取り込み、所定の関係式に基づいた演算処理によりＴＬＤの値を推定する。メモリ６０ａには、ＴＬＤに応じた判定電圧ＶＴＨＨ，ＶＴＨＬの値が、例えば、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ−Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）の形態にて予め格納されていて、それを基に、推定したＴＬＤの値に対応したＶＴＨＨ、ＶＴＨＬを算出することができる。その算出は、ＬＵＴに格納された値を基に、例えば、内挿法によって行うことができる。なお、上述した通り、「ＬＤ温度」は「光変調素子の温度」と同一と考えて良いので、上記にて「光変調素子の温度の値に対応したＶＴＨＨ、ＶＴＨＬを算出する」と言い換えた場合でも本質的に上記と同一の内容を意味する。

次に、マイクロコンピュータ６０の異常検出処理について説明する。

マイクロコンピュータ６０のファームウェアは、複数の異なる演算処理や監視・制御を並行して行うように作られている。例えば、それらの個々の処理はサブルーチン化されていて、メインループにてそれらのサブルーチンをラウンドロビン方式にて時分割で均等に実施してゆく構成を取ることができる。

図９は、本発明の第２実施形態に係る異常検出処理の手順を示すシーケンス図である。断線検出に係る処理を一つのサブルーチンとしており、ファームウェアのメインルーチンを繰り返し実行する中で、一定間隔ごとに図９に示す処理をサブルーチンとして呼び出すことでマイクロコンピュータ６０は異常検出処理を行う。

図９について順を追って説明する。ＬＤ温度検出信号６０ｃによりＴＬＤを推定し（手順Ｓ１）、ＴＬＤに対応した判定電圧ＶＴＨＨ（ＴＬＤ）、ＶＴＨＬ（ＴＬＤ）をメモリ６０ａに格納されたＬＵＴから読み出す（手順Ｓ２）。次に、検出電圧ＶＱをディジタル値として取り込み（手順Ｓ３）、ＶＱが判定電圧ＶＴＨＨ（ＴＬＤ）およびＶＴＨＬ（ＴＬＤ）によって定まる正常範囲（ＶＴＨＬ（ＴＬＤ）≦ＶＱ≦ＶＴＨＨ（ＴＬＤ））に入っているかどうかを判定する（手順Ｓ４）。正常範囲に入っている場合（手順Ｓ４；Ｙｅｓ）には、正常なので処理を終了してメインルーチンに戻る。正常範囲に入っていない場合（手順Ｓ４；Ｎｏ）には、異常発生（断線）のフラグを立て、必要に応じて上位の光通信装置にアラームを発出する（手順Ｓ５）。さらに、バイアス電流設定信号６０によってバイアス電流をゼロにし、ＬＤ１０ａの発光を停止して光出力信号２を遮断する（手順Ｓ６）。その後、処理を終了してメインルーチンに戻ると、異常発生のフラグが立っているので、マイクロコンピュータ６０はそれに応じた異常処理を行う（異常処理専用のサブルーチンを呼び出す）。なお、アラーム信号の発出はメインルーチンあるいは他のサブルーチンにて行う構成も取ることができる。なお、上述した通り、図９において「ＬＤ温度」を「光変調素子の温度」と置き換えることができる。その場合でも処理の内容は本質的に変わらない。

以上に説明した通り、図２の第１実施形態の異常検出回路３０は、図５に示す電圧フォロワーや電圧コンパレータ、ロジック素子（ＮＡＮＤゲート）等によって構成できるが、図８の第２実施形態のように検出電圧ＶＱをマイクロコンピュータ６０内にディジタル値として取り込んで処理することもできる。

図８の第２実施形態のようにマイクロコンピュータ６０を使用すると、図５のようにアナログ回路およびディジタル回路の組合せによる専用ハードウェアの構成よりも部品点数を減らすことができ、それによって回路基板上の実装面積を減らすことが可能になる。従って、光トランシーバ等の小型化を要求される用途においては、第２実施形態は、より好適となる。また、専用ハードウェアによって判定電圧生成回路３０ｆを構成すると、判定電圧ＶＴＨＨ、ＶＴＨＬを変更するときに回路定数を変更する等の物理的な変更を行う必要があるが、マイクロコンピュータ６０ａによって検出電圧の判定を行う方法ではメモリ６０ａに記憶された判定電圧のディジタル値を、通信インターフェース等を介して書き換えるだけで対応できるので比較的容易に変更を行うことができる。一方で、ファームウェアにて異常検出処理を行わせるようにすると、マイクロコンピュータ６０の処理能力に対する負荷は増えることになる。ファームウェアは他の制御・監視等の処理もリアルタイムで行うことが必要であり、異常検出処理の実行に要する時間はできるだけ短いことがより好ましい。

図１０は、図８の異常検出処理の手順の変形例を示すシーケンス図である。図７に示すように時間ｔｓ以降はＴＬＤはＴｓｅｔにて一定となり、判定電圧ＶＴＨＨ（ＴＬＤ），ＶＴＨＬ（ＴＬＤ）は固定値として扱うことができる。そこで、判定電圧ＶＴＨＨ（ＴＬＤ）、ＶＴＨＬ（ＴＬＤ）は、
ＶＴＨＨ（ＴＬＤ）＝ＶＴＨＨ０＋ΔＶＴＨＨ（ＴＬＤ） （２ａ）
ＶＴＨＬ（ＴＬＤ）＝ＶＴＨＬ０＋ΔＶＴＨＬ（ＴＬＤ） （２ｂ）
として、ＴＬＤ＝Ｔｓｅｔで安定しているときの判定電圧ＶＴＨＨ０、ＶＴＨＬ０による右辺第１項と、ＴＬＤがＴｓｅｔに達していない間のＶＴＨＨ０、ＶＴＨＬ０に対する補正値ΔＶＴＨＨ（ＴＬＤ），ΔＶＴＨＬ（ＴＬＤ）による右辺第２項との和によって求める。ΔＶＴＨＨ（ＴＬＤ），ΔＶＴＨＬ（ＴＬＤ）はＴＬＤの値に対してＬＵＴとしてメモリ６０ａ上の予め用意しておく。図１０は、図９の手順Ｓ２が手順Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃへと置き換わっているだけで、それ以外の処理は同一となっている。図１０の異常検出処理では、コールドスタート後にＴＬＤがＴｓｅｔに安定するまでの高々１０秒程度の間だけＬＵＴを参照すれば良く、それ以降のほとんどの稼働時間を占める通常動作時にてＬＵＴの参照を省くことができる。従って、ＶＴＨＨ０およびＶＴＨＬ０を初期設定値としてメモリ６０ａから読み出してＲＡＭ上に用意しておけば、通常動作時に頻繁にメモリ６０ａを読み出すことを省くことができ、マイクロコンピュータの処理効率を向上することができる。

また、上記にてＴＬＤに応じた補正値ΔＶＴＨＨ（ＴＬＤ），ΔＶＴＨＬ（ＴＬＤ）の値をメモリ６０ａ上にＬＵＴとして予め用意しておくとしたが、ＴＬＤに応じたバイアス電圧ＶＢ（ＴＬＤ）の値を別のＬＵＴとして用意するときには、
ΔＶＢ（ＴＬＤ）＝ＶＢ（Ｔｅｓｔ）−ＶＢ（ＴＬＤ） （３）
を基に、ΔＶＴＨＨ（ＴＬＤ）とΔＶＴＨＬ（ＴＬＤ）を決めても良い。
すなわち、例えば、ａ，ｂを係数として、次式
ΔＶＴＨＨ（ＴＬＤ）＝ａ×ΔＶＢ（ＴＬＤ） （３ａ）
ΔＶＴＨＬ（ＴＬＤ）＝ｂ×ΔＶＢ（ＴＬＤ） （３ｂ）
によって算出してもよい。なお、ＴＬＤは、本来的には「ＬＤ温度」を意味するが、上述した通り、「光変調素子の温度」として考えても良い。

補正値ΔＶＴＨＨ（ＴＬＤ）、ΔＶＴＨＬ（ＴＬＤ）については、適当な温度オフセットＴＴＨおよび電圧オフセットΔＶＴＨを使用して、さらに次のように簡略にすることができる、すなわち、
（１）ＴＬＤ＜Ｔｓｅｔ−ＴＴＨのとき
ＶＴＨＨ＝ＶＴＨＨ０−ΔＶＴＨ （４ａ）
ＶＴＨＬ＝ＶＴＨＬ０−ΔＶＴＨ （４ｂ）
（２）Ｔｓｅｔ−ＴＴＨ≦ＴＬＤのとき
ＶＴＨＨ＝ＶＴＨＨ０ （５ａ）
ＶＴＨＬ＝ＶＴＨＬ０ （５ｂ）
とする。図１０は、本発明の第２実施形態に係る判定電圧設定の変形例を示すタイミングチャートである。ＴＬＤがＴｓｅｔに対して温度オフセットＴＴＨを差し引いた値Ｔｓｅｔ−ＴＴＨよりも小さければ、電圧オフセットΔＶＴＨの分だけＶＴＨＨ、ＶＴＨＬをそれぞれＶＴＨＨ０、ＶＴＨＬ０から小さくすることで誤検出を回避することができる。この変形例によれば、メモリ６０ａにはＬＵＴの代わりにＴＴＨとΔＶＴＨの２つの値のみ格納しておけば良いのでメモリの使用量を削減することができる。なお、ＴＬＤは、本来的には「ＬＤ温度」を意味するが、上述した通り、「光変調素子の温度」として考えても良い。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 光送信装置（光トランシーバ）
１０ 光送信デバイス（ＴＯＳＡ）
１０ａ レーザダイオード
１０ｂ 光変調素子（電界吸収型光変調器）
１０ｃ 抵抗素子（終端抵抗）
１０ｄ 温度検出器
１０ｅ 熱電素子（ＴＥＣ）
１０ｆ 並列回路
２０ 駆動回路
２０ａ バイアス電圧回路
２０ｂ 変調信号出力回路
２０ｃ コンデンサ
２１ａ バイアス電圧設定回路
２１ｂ 電圧制御電流源（ＮＰＮ型バイボーラトランジスタ）
２１ｃ 負電源電圧ＶＥＥ
２１ｄ コイル
３０ 異常検出回路
３０ａ フィルタ回路（ＬＰＦ）
３０ｂ 電圧フォロワー回路
３０ｃ、３０ｄ 電圧コンパレータ回路
３０ｅ ＮＡＮＤゲート
３０ｆ 判定電圧生成回路
４０ 温度制御回路
５０ バイアス電流回路
６０ マイクロコンピュータ
６０ａ 不揮発性メモリ（ＲＯＭ）
６０ｂ ＬＤ温度目標信号
６０ｃ ＬＤ温度検出信号
６０ｄ バイアス電圧設定信号
６０ｅ バイアス電流設定信号
６０ｆ 検出電圧

Claims (4)

1. 光変調素子と抵抗素子とが並列に接続されている並列回路と、
   該並列回路を駆動する駆動回路と、
   該光変調素子の温度を検出する温度検出器と、
   該並列回路と該駆動回路とを接続する配線の異常を検出する異常検出回路と、を備え、
   前記異常検出回路は、前記温度検出器より前記温度に係る情報を受け取り、前記光変調素子の温度に応じて判定電圧を所定の値に設定し、前記配線に設けた検出点の電圧を該判定電圧と比較して前記配線の異常を検出する、
   光送信装置。
2. 前記異常検出回路は、不揮発性メモリを備えたマイクロコンピュータと、フィルタ回路と、を有し、
   前記フィルタ回路は、前記検出点の電圧から高周波成分を除いた検出電圧を前記マイクロコンピュータに出力し、
   前記不揮発性メモリは、前記光変調素子の温度と前記判定電圧の関係を定めた第１のルックアップテーブルを格納しており、
   前記マイクロコンピュータは、前記光変調素子の温度に対応する前記判定電圧を前記第１のルックアップテーブルを基に算出し、前記検出電圧を前記判定電圧と比較して前記配線の異常を検出する、
   請求項１に記載の光送信装置。
3. 前記不揮発性メモリは、前記光変調素子の温度と前記判定電圧の補正値との関係を定めた第２のルックアップテーブルをさらに格納しており、
   前記マイクロコンピュータは、前記光変調素子の温度が所定の設定温度に等しいときは、前記判定電圧を固定値に設定し、前記光変調素子の温度が前記設定温度に等しくないときは、前記光変調素子の温度に対応する前記補正値を前記第２のルックアップテーブルを基に算出し、前記判定電圧を該固定値と前記補正値との和に設定する、
   請求項２に記載の光送信装置。
4. 前記不揮発性メモリは、温度オフセット値と電圧オフセット値とをさらに格納しており、
   前記マイクロコンピュータは、さらに、前記光変調素子の温度と所定の設定温度との差の絶対値が前記温度オフセット値よりも小さいときは、前記判定電圧を固定値に設定し、前記光変調素子の温度と前記設定温度との差の絶対値が前記温度オフセット値以上のときは、前記判定電圧を該固定値と前記電圧オフセット値との和に設定する、
   請求項２に記載の光送信装置。

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