JP2017005419A - 光送信器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な回路構成で外部から与えられる電気信号あるいは参照クロックが異常な場合の過発光状態を防止すること。
【解決手段】光トランシーバ１は、第１信号速度を有する複数の電気信号ＴＸ＋／−を外部から受けて、該複数の電気信号ＴＸ＋／−を多重化して第２信号速度を有する多重化電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−を出力する変換回路２５と、電圧値としてハイレベルとローレベルとを含むテスト信号を出力するテスト信号発生器３１と、多重化電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−及びテスト信号のうちいずれか一方を選択して出力するスイッチ部３３と、スイッチ部３３から入力された信号に応じて光変調器を駆動して光送信信号を出力する駆動回路５と、複数の電気信号ＴＸ＋／−について異常を検出したときに、スイッチ部３３を制御してテスト信号を選択させて駆動回路５に入力させるコントローラ１５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気信号を基に光信号を生成する光送信器に関する。

サーバ間通信の伝送容量のボトルネックを解消するために、光伝送網の規格としてIEEE 802.3ba、IEEE 802.3bgが定められている。これらの規格に対応して、光信号の送受信を行う光通信モジュールに対しては40Gbpsあるいは100Gbpsへの光伝送容量の拡張が求められている。通信速度が40Gbpsあるいは100Gbpsの高品質な光信号を生成するために、光通信モジュールの送信部（光送信モジュール）には、光変調器としてＥＡ（Electronic Absorption：電界吸収型）光変調器が用いられ、その駆動には変調方式及びＥＡ光変調器の特性に対応した専用の光変調器駆動回路が用いられる。さらに、光送信モジュールには制御回路が設けられ、制御回路が通信システムの階層の上位のホスト装置からの設定情報を受けてモジュール内部の各部の制御を行うと共に、各部の監視を行いホストへアラーム等の各種情報の通知を行う。

光変調器駆動回路としては、例えば、下記特許文献１に光信号の波形のクロスポイントを調整するクロスポイント調整機能を有する回路が開示されている。また、下記特許文献２には、半導体レーザ駆動回路から出力される駆動信号における波形のクロスポイントを調整可能な回路が開示されている。

特開２０００−５９３１７号公報 特開２００４−３１２３９６号公報 特開２００１−２５７６４５号公報 特開２００３−３４８０２１号公報 特開２０１４−１４３５９８号公報

上述したような従来の光送信モジュールにおいては、ホスト装置から与えられる送信用の電気信号や参照クロック等が予め設定された周波数と異なっていたり十分な振幅を有さない場合は、光伝送網側に異常なランダムノイズが送信されてしまうのを防止するために、多重化電気信号の出力をオフ（遮断）する制御が実行される。このような出力オフ機能、及び上記特許文献１，２に記載されたようなクロスポイント調整機能を有する光送信モジュールにおいては、多重化電気信号出力がオフされた場合に、オン時の状態よりも異常に高い光パワーの光が出力される場合（過発光状態）があった。一般に、光送信モジュールから送信された光信号を受信する光受信モジュール（光通信モジュールの受信部）は、入力可能な光信号の光パワーの許容範囲が定められており、光送信モジュールが過発光状態になると、光受信モジュールに入力される光信号の光パワーが許容範囲を超えてしまう虞がある。

このような問題を解決するための方策としては、上記特許文献３記載のように光出力強度を基にフィードバック制御を行う方法や、上記特許文献４記載のように直接変調レーザダイオード素子を用いた光送信器で外部に光出力強度を調整するデバイスを設けて過発光を防止する方法が知られている。しかしながら、いずれの方策もＥＡ光変調器の駆動に適用するには回路構成が複雑になり、光通信モジュールの小型化やコスト削減の上で経済的でないという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成で外部から与えられる電気信号あるいは参照クロックが異常な場合の過発光状態を防止することが可能な光送信器を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る光送信器は、光変調器を使用して光送信信号の変調を行う光送信器であって、第１信号速度を有する複数の電気信号を外部から受けて、該複数の電気信号を多重化して該第１信号速度よりも速い第２信号速度を有する多重化電気信号を出力する多重化回路と、電圧値としてハイレベルとローレベルとを含むテスト信号を出力する信号発生器と、多重化電気信号及びテスト信号のうちいずれか一方を選択して出力するスイッチ部と、スイッチ部から入力された信号に応じて光変調器を駆動して光送信信号を出力する送信部と、複数の電気信号について異常を検出したときに、スイッチ部を制御してテスト信号を選択させて送信部に入力させる制御回路と、を備える。

本発明によれば、簡易な回路構成で外部から与えられる電気信号あるいは参照クロックが異常な場合の過発光状態を防止することができる。

本発明の好適な一実施形態に係る光トランシーバ１の概略構成を示すブロック図である。 図１の多重化回路の詳細構成を示すブロック図である。 図１のコントローラ１５のハードウェア構成を示す概略図である。 図１のコントローラ１５の電気信号の切替制御機能の動作手順を示すフローチャートである。 図１の駆動回路５及びＴＯＳＡ７の一部の構成を示す回路図である。 図１の駆動回路５及びＴＯＳＡ７において処理される信号の波形を示す図である。 従来の光トランシーバから出力される光信号の波形の一例を示す図である。

本発明の一側面に係る光送信器は、光変調器を使用して光送信信号の変調を行う光送信器であって、第１信号速度を有する複数の電気信号を外部から受けて、該複数の電気信号を多重化して該第１信号速度よりも速い第２信号速度を有する多重化電気信号を出力する多重化回路と、電圧値としてハイレベルとローレベルとを含むテスト信号を出力する信号発生器と、多重化電気信号及びテスト信号のうちいずれか一方を選択して出力するスイッチ部と、スイッチ部から入力された信号に応じて光変調器を駆動して光送信信号を出力する送信部と、複数の電気信号について異常を検出したときに、スイッチ部を制御してテスト信号を選択させて送信部に入力させる制御回路と、を備える。

かかる構成の光送信器によれば、多重化回路により外部からの複数の電気信号を基に多重化電気信号が生成され、送信部によりその多重化電気信号を基に光変調器が駆動されることにより光送信信号が変調され、制御回路により、複数の電気信号の異常が検出されたときには、スイッチ部が制御されることにより多重化電気信号に替えて、電圧値としてハイレベルとローレベルとを含むテスト信号が送信部に向けて出力される。これにより、複数の電気信号が異常な場合に異常に高いパワーの光が出力されて過発光状態となることを防止することができる。さらに、信号発生器の生成するテスト信号を利用することにより過発光状態を抑制するための光送信器の回路構成を簡素化することができる。

上記光送信器においては、スイッチ部は、選択信号に応じて多重化電気信号及びテスト信号のうちいずれか一方を選択し、多重化回路は、複数の電気信号のうち少なくとも１つについて、第１信号速度が所定の範囲から外れているか、あるいは、電気信号の振幅が所定の値よりも小さいときに、異常発生を通知するアラーム信号を発生し、複数の電気信号の全てについて、第１信号速度が所定の範囲内にあり、かつ、電気信号の振幅が所定の値よりも大きいときに、アラーム信号を解除し、制御回路は、アラーム信号によって異常発生を検出したときに、選択信号によってスイッチ部にテスト信号を選択させ、アラーム信号が解除されたときに、選択信号によってスイッチ部に多重化電気信号を選択させる、ことでもよい。

この場合、多重化回路からのアラーム信号によって選択信号が生成され、選択信号に応じて動作するスイッチ部を用いて、多重化電気信号とテスト信号のうちから選択して送信部に入力する構成を採ることにより、光送信器の回路構成をより簡素化することができる。

また、テスト信号は、マーク率が５０％以下に設定されていてもよい。こうすれば、光出力の平均パワーを安定化させつつ過発光状態を確実に防止することができる。

さらに、信号発生器は、疑似乱数パターンを生成し、疑似乱数パターンに基づいてテスト信号を生成してもよい。この場合も、光出力の平均パワーを安定化させることができ過発光状態を確実に防止することができる。

また、テスト信号は、それぞれ同じ単一パルス幅を有するハイレベルとローレベルとを有し、ハイレベルとローレベルとを単一パルス幅の時間間隔にて交互に繰り返す信号であってもよい。この場合、光出力の平均パワーを安定化させることができ過発光状態を確実に防止することができる。

上記の単一パルス幅は、多重化回路が複数の電気信号について異常を検出していないときに多重化電気信号が有するパルス幅の最小値以上であり、かつ、多重化回路が複数の電気信号について異常を検出していないときに多重化電気信号が有するパルス幅の最大値以下であってもよい。こうすれば、テスト信号を用いて光変調器を駆動させた場合も安定した光送信信号を出力することができる。

また、送信部は、光変調器を駆動する信号のクロスポイントを調整する機能を有していてもよい。かかる送信部を備えれば、光出力波形を好適な状態に維持しつつ過発光状態を防止することができる。

さらに、光変調器は、該光変調器に入力される入力電圧と該入力電圧に応じて該光変調器から出力される光パワーとの関係が非線形性を示すものであってもよい。かかる構成においても、過発光状態を防止することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による光送信器の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本実施形態に係る光トランシーバ（光送受信器）１は、外部装置であるホスト装置から入力される電気信号を受けて、この電気信号に応じた光信号を出力する光送信器（送信部）と、外部から光信号を受信して、この光信号を基に電気信号を出力する光受信器（受信部）とを内蔵する装置である。

光トランシーバ１の構成を、図１及び図２を参照して説明する。図１は、光トランシーバ１の概略構成を示すブロック図であり、図２は、図１の多重化回路の詳細構成を示すブロック図である。図１に示すように、光トランシーバ１は、多重化回路（ＭＵＸ）３、駆動回路（送信部）５、光送信モジュール（ＴＯＳＡ、送信部）７、光受信モジュール（ＲＯＳＡ）９、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）１１、非多重化回路（ＤＥＭＵＸ）１３、コントローラ（制御回路）１５、温度制御回路１７、及びＤ／Ａコンバータ１９，２１を含んで構成されている。

ＭＵＸ３は、外部のホスト装置２３から参照クロック信号ＳＣＬＫとそれに同期した例えば伝送速度が10Gbps（第１信号速度）の１０対の相補的な電気信号ＴＸ＋／−とが入力され、それらの１０対の電気信号ＴＸ＋／−を例えば伝送速度が25Gbps（第１信号速度よりも速い第２信号速度）の４対の多重化電気信号ＴＸＤ＋／−に多重化して出力する。駆動回路５は、ＭＵＸ３から入力された４対の電気信号ＴＸＤ＋／−を基に、４つのＥＡ（Electronic Absorption：電界吸収型）光変調器を駆動するための４つの駆動電気信号Ｄｏｕｔを生成して出力する。ＴＯＳＡ７は、ＥＡ光変調器を含む半導体レーザ（ＬＤ）等の４つの発光素子と光合波器とを内蔵し、発光素子によって４つの駆動電気信号Ｄｏｕｔを基に伝送速度が25Gbpsの互いに波長が異なる４本の光信号（光送信信号）を生成した後に、光合波器によってそれらの光信号を１本の光信号（波長多重光信号）に合波して出力する。ここで、駆動回路５は、ＴＯＳＡ７によって生成される光信号の波形のクロスポイントを調整するために、駆動電気信号Ｄｏｕｔの波形のクロスポイントを調整する機能を有している。

ＲＯＳＡ９は、光分波器と４つのフォトダイオード等の受光素子とを内蔵し、外部から受信した光信号（例えば、光ファイバケーブルの他端にて対向する光送信モジュールから送信された波長多重光信号）を４本の例えば伝送速度が25Gbpsの互いに波長の異なる光信号に分波した後に、それぞれの光信号を電気信号に変換する。ＴＩＡ１１は、ＲＯＳＡ９から出力された電気信号を増幅して出力する。ＤＥＭＵＸ１３は、ＴＩＡ１１から出力された電気信号を分離して例えば伝送速度が10Gbpsの１０対の相補的な電気信号ＲＸ＋／−を生成し、それらの電気信号ＲＸ＋／−を外部のホスト装置２３に向けて出力する。

コントローラ１５は、例えば、単一の半導体集積回路であって、所定の演算および周辺回路の制御が可能な、いわゆるワンチップのマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）等のロジック回路、又はそれらの複数の回路の組み合わせによって構成され、光トランシーバ１内の各回路の動作を制御するとともに、各回路の状態を監視する。このコントローラ１５は、Ｉ２ＣやＭＤＩＯ等のシリアルインタフェースを介して上位のホスト装置２３と接続されることにより、ホスト装置２３とシリアル通信によるデータ通信が可能にされている。例えば、コントローラ１５は、ホスト装置２３から各種の制御信号ＳＣＴＬを受信し、それを基に各回路の動作を制御する。例えば、コントローラ１５は、ホスト装置２３からの制御によりＴＯＳＡ７から出力される光信号を遮断する。また、コントローラ１５は、予め設定した判定条件に対して各回路の異常状態を検出したときにホスト装置２３にアラーム信号ＡＬＭを通知する。また、コントローラ１５は、Ｄ／Ａコンバータ１９を介して、駆動回路５の生成する駆動電気信号Ｄｏｕｔにおけるバイアス電圧及び変調信号の振幅を制御するとともに、Ｄ／Ａコンバータ１９を介して駆動電気信号Ｄｏｕｔの波形のクロスポイントを制御する。さらに、コントローラ１５は、Ｄ／Ａコンバータ２１を介して温度制御回路１７を制御することにより、ＴＯＳＡ７に内蔵されたペルチェ素子等の温度制御素子（図示せず）を利用してＴＯＳＡ７内部の発光素子や光合波器等の温度を調整する。

次に、図２を参照して、図１のＭＵＸ３の詳細構成について説明する。ＭＵＸ３は、変換回路２５、ＰＬＬ回路２７、シリアル通信回路部２９、テスト信号発生器３１、及びスイッチ部３３により構成されている。

変換回路２５は、１０対の電気信号ＴＸ＋／−を多重化して４対の電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−に変換する。ＰＬＬ回路２７は、参照クロック信号ＳＣＬＫを基に参照クロックＳＣＬＫと同期する逓倍クロックを生成して、その逓倍クロックを変換回路２５に出力する。この逓倍クロックは変換回路２５において多重化処理の基準のクロックとして用いられる。この変換回路２５及びＰＬＬ回路２７は、それぞれ、電気信号ＴＸ＋／−及び参照クロックＳＣＬＫの異常を検出する機能も有する。すなわち、変換回路２５は、１０対の電気信号ＴＸ＋／−の少なくとも１つについて、その信号速度が予め設定された周波数（信号速度）の範囲から外れて同期外れを起こしたとき、又は、電気信号ＴＸ＋／−が所定値よりも小さくて十分な振幅を有さないときに異常を検出し、外部ピンを経由してコントローラ１５にアラーム信号TxLOLを送出する。また、ＰＬＬ回路２７は、参照クロックＳＣＬＫが予め設定された周波数範囲から外れて同期外れを起こしたとき、外部ピンを経由してコントローラ１５にアラーム信号SCLK_ALMを送出する。また、変換回路２５は、１０対の電気信号ＴＸ＋／−の全てについて、その信号速度が予め設定された周波数（信号速度）の範囲にあり、かつ、電気信号ＴＸ＋／−が所定値よりも大きくて十分な振幅を有するときには、アラーム信号TxLOLを解除する。同様に、ＰＬＬ回路２７は、参照クロックＳＣＬＫが予め設定された周波数範囲にあるときには、アラーム信号SCLK_ALMを解除する。

シリアル通信回路部２９は、コントローラ１５との間でシリアル通信を行う通信インタフェースであり、ＭＵＸ３内部の動作状態をコントローラ１５に送出するとともに、ＭＵＸ３の各種設定状態を変更するための信号をコントローラ１５から受信する。このシリアル通信回路部２９により、コントローラ１５からＭＵＸ３を監視及び制御することができる。テスト信号発生器３１は、電圧値がハイレベルとローレベルとがランダムに繰り返されるテスト信号データを内部で生成して出力する回路である。このテスト信号発生器３１は、テスト信号として、例えば、所定の多項式関数を使用してＰＲＢＳ（Pseudorandom Bit Sequence：疑似乱数ビットシーケンス）７、ＰＲＢＳ１５等のパターン信号を生成し、例えば、それを受信側にループバックして、受信側のＤＥＭＵＸに内蔵されるパターン信号チェック機能を使用した自己診断機能であるＢＩＳＴ（Built-In Self Test）を可能にする。テスト信号発生器３１の生成するパターン信号は、疑似乱数パターンに基づいて生成されたパターン信号であるため、通常は、ハイレベルとローレベルの期間の割合がほぼ同じとなり、マーク率は５０％に設定される。ただし、テスト信号発生器３１は、マーク率は５０％以下のテスト信号を発生するものであってもよい。スイッチ部３３は、変換回路２５の出力する４対の電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−に対応して４つ設けられ、コントローラ１５の制御により、４対の電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−のそれぞれとテスト信号発生器３１の生成するテスト信号とのうちでいずれかを選択して駆動回路５に向けて多重化電気信号ＴＸＤ＋／−として出力する。

図３には、コントローラ１５のハードウェア構成の一例を示す。コントローラ１５は、ＣＰＵ４１、光トランシーバ１の内部の温度を検出する温度センサ回路４３、上位のホスト装置２３とのシリアル通信を実現する通信インタフェース４５、光トランシーバ１の内部の各回路部とのシリアル通信を実行する通信インタフェース４７、タイマ４９、光信号のパワー又は各種電気信号の電圧等をモニタするためのＡ／Ｄコンバータ５１、アラーム信号を受信するための外部入力ピン５３、制御信号を送出するための外部出力ピン５５、データ領域５７ａとプログラム領域５７ｂとを有するＲＯＭ５７、及びＲＡＭ５９とによって構成される。

このような構成の光トランシーバ１において、外部のホスト装置２３から供給される電気信号ＴＸ＋／−や参照クロックＳＣＬＫが、予め設定された周波数範囲から外れた場合、又は十分な振幅を有さない場合、一般的にはＭＵＸ３にて多重化電気信号ＴＸＤ＋／−をオフ（遮断）する制御が実行される。後述するように、この際、従来の光トランシーバでは、光信号の波形のクロスポイントを調整する機能を有する場合、多重化電気信号がオン時の通常の正常な送信動作状態よりも光パワーの異常に高い光信号が出力される（過発光状態となる）ことがあり、対向する受信側の光トランシーバで過入力を生じる懸念がある。そのため、本実施形態の光トランシーバ１は、コントローラ１５によるスイッチ部３３の制御によって電気信号の切換制御機能を有している。

ここで、コントローラ１５による電気信号の切換制御機能の詳細について説明する。図４は、コントローラ１５の電気信号の切替制御機能の動作手順を示すフローチャートである。

まず、コントローラ１５によるＭＵＸ３の動作制御が開始されると、ＭＵＸ３に対する各種の初期設定処理が実行される（ステップＳ０１）。次に、コントローラ１５は、ＭＵＸ３からのアラーム信号を監視する（ステップＳ０２）。そして、コントローラ１５は、ＭＵＸ３において電気信号ＴＸ＋／−の異常が検出されてアラーム信号TxLOLを受信しているか否かを判定する（ステップＳ０３）。判定の結果、アラーム信号TxLOLを受信していない場合には（ステップＳ０３；ＮＯ）、コントローラ１５は、ＭＵＸ３において参照クロックＳＣＬＫの異常が検出されてアラーム信号SCLK_ALMを受信しているか否かを判定する（ステップＳ０４）。判定の結果、アラーム信号SCLK_ALMを受信していない場合には（ステップＳ０４；ＮＯ）、コントローラ１５は、ＭＵＸ３のスイッチ部３３にセレクト信号（選択信号）を送出することにより、スイッチ部３３が電気信号（主信号）ＴＸＯＵＴ＋／−を選択して多重化電気信号ＴＸＤ＋／−として出力するように制御する（ステップＳ０５）。次に、コントローラ１５は、ＭＵＸ３のテスト信号発生器３１に対して、先にいずれかのアラーム信号を受信してＰＲＢＳを生成するように既に設定されていた場合にテスト信号の生成をオフするように制御する（ステップＳ０６）。

一方で、アラーム信号TxLOL又はアラーム信号SCLK_ALMを受信していると判定した場合には（ステップＳ０３；ＹＥＳ ｏｒ ステップＳ０４；ＹＥＳ）、コントローラ１５は、ＭＵＸ３のテスト信号発生器３１に対して、テスト信号の生成をオンするように制御する（ステップＳ０７）。次に、コントローラ１５は、ＭＵＸ３のスイッチ部３３にセレクト信号（選択信号）を送出することにより、スイッチ部３３がテスト信号（ＰＲＢＳ）を選択して多重化電気信号ＴＸＤ＋／−として出力するように制御する（ステップＳ０８）。これにより、ＭＵＸ３から駆動回路５に対する出力において、多重化電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−がオフされ、テスト信号がオンされる。このステップＳ０２〜Ｓ０８までの処理は所定時間間隔で繰り返し実行される。これにより、いったんアラーム信号TxLOL又はアラーム信号SCLK_ALMが検出された後にそのアラーム信号が解除されたときには、スイッチ部３３の選択する信号がテスト信号（ＰＲＢＳ）から電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−に切り換えられる。

以上説明した光トランシーバ１によれば、ＭＵＸ３により外部からの電気信号ＴＸ＋／−及び参照クロックＳＣＬＫを基に多重化電気信号ＴＸＤ＋／−が生成され、駆動回路５によりその多重化電気信号ＴＸＤ＋／−を基にＥＡ光変調器が駆動電気信号Ｄｏｕｔによって駆動されることにより光出力が変調され、コントローラ１５により、参照クロックＳＣＬＫ或いは電気信号ＴＸ＋／−の異常が検出されたときには、ＭＵＸ３から多重化電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−に替えてハイレベルとローレベルとを含むテスト信号が駆動回路５に向けて出力される。これにより、電気信号ＴＸ＋／−あるいは参照クロックＳＣＬＫが異常な場合に光出力が異常に高いパワーとなって過発光状態となることを防止することができる。さらに、テスト信号発生器３１の生成するテスト信号を利用することにより過発光状態を抑制するための光トランシーバの回路構成を簡素化することができる。また、テスト信号はマーク率が５０％に設定されたＰＲＢＳが用いられているので、光出力の平均パワーを安定化させつつ過発光を確実に防止することができる。

本実施形態の作用効果についてより具体的に説明する。図５には、駆動回路５の一対の多重化電気信号ＴＸＤ＋／−に対応する正相側の回路と、ＴＯＳＡ７の１つの発光素子に対応したＥＡ光変調器とを含む構成を示している。このように、駆動回路５は、１対の多重化電気信号ＴＸＤ＋／−を受けて駆動電気信号Ｄｏｕｔを生成するバッファ回路７１と、バッファ回路７１の出力を終端する終端抵抗７７と、終端抵抗７７に直列に接続されて出力Ｄｏｕｔの直流成分をカットするキャパシタ７９と、出力Ｄｏｕｔに終端抵抗７７を介して接続されるバイアス電圧源８１とを含む。さらに、このバッファ回路７１の出力Ｄｏｕｔには、ＥＡ光変調器８３が接続され、このＥＡ光変調器８３の両端には、終端抵抗８５と直流成分カット用のキャパシタ８７とが直列に接続された回路がＥＡ光変調器８３と並列に接続されている。なお、バッファ回路７１は、４対の多重化電気信号ＴＸＤ＋／−を受けて、単一の駆動電気信号Ｄｏｕｔを４つ出力して、それぞれによってＴＯＳＡ内のＥＡ光変調器４つを駆動するが、バッファ回路７１は、差動増幅回路によって構成されていて、駆動電気信号Ｄｏｕｔの相補信号となる電気信号Ｄｏｕｔ−（図示せず）を出力してもよい。ただし、電気信号Ｄｏｕｔ−はＥＡ光変調器の駆動に使用する必要は無いが、駆動電気信号Ｄｏｕｔと同様に終端抵抗を介してバイアス電圧源とキャパシタとに接続されるのが、バッファ回路７１の動作を安定化する上で好適となる。

図６（ａ）〜（ｃ）には、通常動作時の駆動回路５及びＴＯＳＡ７における信号波形を示しており、（ａ）には、バッファ回路７１の吸い込み電流Ｉｏｕｔの波形、（ｂ）には、ＥＡ光変調器８３の印加電圧Ｖｅａの波形、（ｃ）には、光出力パワーＰｏｕｔの波形を、それぞれ示している（横軸はいずれも時間を表す）。このとき、ＭＵＸ３の変換回路の電気出力ＴＸＯＵＴ＋／−がスイッチ部３３によって選択されて、多重化電気信号ＴＸＤ＋／−として駆動回路５に入力されている。ＥＡ光変調では入力電圧（駆動電気信号）と光出力パワーとの関係が非線形であるので、非線形を補償するため、図６（ｂ）に示すように、コントローラ１５によってＤ／Ａコンバータ１９を介して印加電圧Ｖｅａの波形のクロスポイントはハイレベル側にシフトされるように調整されている。それによって光出力パワーＰｏｕｔの波形は、図６（ｃ）に示すように、波形のクロスポイントが振幅の中心（５０％）に来るように調整することができる。

一方、図６（ｄ）〜（ｆ）には、従来の光送信モジュールにおいて、多重化電気信号ＴＸＤ＋／−をオフ（遮断）した際の駆動回路５及びＴＯＳＡ７における信号波形を示しており、（ｄ）には、バッファ回路７１の吸い込み電流Ｉｏｕｔの波形、（ｅ）には、ＥＡ光変調器８３の印加電圧Ｖｅａの波形、（ｆ）には、光出力パワーＰｏｕｔの波形を、それぞれ示している。バッファ回路７１は、多重化電気信号ＴＸＤ＋／−がオフになって、その論理レベルが“０”レベルになると、出力の吸い込み電流Ｉｏｕｔが流れなくなるように構成されている。図６（ｄ）〜（ｆ）に示すように、この場合は吸い込み電流Ｉｏｕｔｄｃが無くなるので、下記式（１）によって計算されるように、バイアス電圧Ｖｂｉａｓがそのまま印加電圧Ｖｅａｄｃとして現れることになる。
Ｖｅａｄｃ＝−Ｉｏｕｔｄｃ×Ｒｏｕｔ＋Ｖｂｉａｓ …（１）
その結果、光出力パワーＰｏｕｔが多重化電気信号ＴＸＤ＋／−をオンにしたときの平均出力レベル（図６（ｃ）のＰａｖｅ）よりも上昇し過発光状態となる。

これに対して、図６（ｇ）〜（ｉ）には、本願発明の実施形態において、ＭＵＸ３からのテスト信号の出力をオンした際の駆動回路５及びＴＯＳＡ７における信号波形を示しており、（ｇ）には、バッファ回路７１の吸い込み電流Ｉｏｕｔの波形、（ｈ）には、ＥＡ光変調器８３の印加電圧Ｖｅａの波形、（ｉ）には、光出力パワーＰｏｕｔの波形を、それぞれ示している。図６（ｇ）〜（ｉ）に示すように、ＭＵＸ３からのテスト信号をオンすることで電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−が出力されている場合と同様な変調信号の波形となる。その結果、光出力パワーＰｏｕｔは平均パワーレベルＰａｖｅに維持されて過発光状態を確実に防止することができる。

ここで、Ｅｔｈｅｒｎｅｔについての規格であるIEEE 802.3 100GBASE-LR4 (100 Gb/s PHY using 100GBASE-R encoding overfour WDM lanes on single-mode fiber, with reach up to at least 10 km)においては、光トランシーバ（光送受信モジュール）の送信する光信号の平均送信光パワーの許容値として、最大値４．５ｄＢｍ及び最小値−４．３ｄＢｍが規定され、送信する光信号の消光比が４ｄＢと規定され、受信側で受信する光信号の平均受信光パワーの上限値として５．５ｄＢｍが規定されている。このような規格に適合する送信光信号として、図７に示すように、最大平均送信光パワー４．５ｄＢｍを平均光パワーレベルＰａｖｅとし、消光比が４ｄＢとなるような光信号を想定する。図７は、送信光信号の波形を模式的に示している（横軸は時間、縦軸は光パワーを表す）。このような光信号を出力した状態で多重化電気信号をオフする（論理レベルが“０”レベルに固定される）と、光出力パワーＰｏｕｔがハイレベル（振幅の１００％）に張り付き、平均パワーレベルが６．５ｄＢｍで固定されることになり、受信側の平均受信光パワーの上限値５．５ｄＢｍを超えることになる。本実施形態では、このような光パワーレベルのハイレベルでの張り付きを防止することができ、受信側の平均受信光パワーの上限値を超えることなく常に規格を満たすことができる。

また、光トランシーバ１においては、ＭＵＸ３は、多重化電気信号ＴＸＤ＋／−とテスト信号のうちのいずれかを選択してＴＯＳＡ７に出力するスイッチ部３３を有し、コントローラ１５は、スイッチ部３３に対してテスト信号又は多重化電気信号ＴＸＯＵＴ＋／−を選択して出力するように制御している。このような構成により、過発光状態を防止するための光トランシーバの回路構成をより簡素化することができる。

また、駆動回路５は、ＥＡ光変調器８３を駆動するための駆動信号の波形のクロスポイントを調整する機能を有しているので、光出力波形を好適な状態に維持しつつ過発光状態を防止することができる。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

例えば、本実施形態の光トランシーバ１では、テスト信号発生器３１は、テスト信号としてＰＲＢＳを生成していたが。ハイレベルとローレベルを繰り返す信号であればこれには限定されない。例えば、同じパルス幅（単一パルス幅）を有するハイレベルとローレベルとをそのパルス幅の時間間隔にて交互に繰り返す信号であってもよい。テスト信号は、例えば、各サイクルにおいてテスト信号がローレベルとなるときを“0”で表し、テスト信号がハイレベルとなるときを“1”で表して、一つの信号について“0”または“1”を時系列で並べたテストパターンに基づいて生成することができる（なお、多重化電気信号の時間変化も同様にパターンによって表すことができる）。具体的な例を示すと、例えば、ＰＲＢＳのテストパターンは、ＰＮ９の場合には“11111111100000111101111100010…(省略)…”となる。上述の「同じパルス幅を有するハイレベルとローレベルとをそのパルス幅の時間間隔にて交互に繰り返す信号」の例としては、例えば、パターンＡ=“0101010101010101010101 (以降、”01”の繰り返し)”、パターンＢ=“001100110011001100110011 (以降、“0101”の繰り返し)”、パターンＣ=“00001111000011110000111100001111(以降、“00001111”の繰り返し)”等などがある。パターンAのパルス幅は、“0”も“1”も2個以上連続することがないので“0”または“1”の1個分に相当し、これは多重化電気信号のパルス幅の最小値に等しい。多重化電気信号の有するパルス幅の最大値は、“0”または“1”がどれだけ連続するか（連続同一桁（CID：Consecutive Identical Digits）という）に依存して決まるが、例えば、多重化電気信号にて最大で“0”が１０２４個連続すると仮定すると、“0”が１０２４個連続した後に“1”が１０２４個連続するパターンを繰り返すものをテスト信号のテストパターンとして用いても良い。その場合のパルス幅の最大値は、最小値の１０２４倍となる。従って、例えば、多重化電気信号の信号速度を１０Ｇｂｐｓである場合に、テストパターンの信号速度はその１／１０２４の１０Ｍｂｐｓ程度の低い速度であってもよい。多重化電気信号における最大のCIDの値は通信規格によって定められており、それに対応するパルス幅以下のパルス幅を有するテスト信号は特別な制約なしに使用することができる。つまり、テスト信号のパルス幅は、多重化電気信号のパルス幅の最小値以上であり、かつ、多重化電気信号のパルス幅の最大値以下に設定される。

１…光トランシーバ、３…ＭＵＸ（多重化回路）、５…駆動回路、１５…コントローラ（制御回路）、２５…変換回路、３１…テスト信号発生器、３３…スイッチ部、８３…ＥＡ光変調器。

Claims (8)

1. 光変調器を使用して光送信信号の変調を行う光送信器であって、
   第１信号速度を有する複数の電気信号を外部から受けて、該複数の電気信号を多重化して該第１信号速度よりも速い第２信号速度を有する多重化電気信号を出力する多重化回路と、
   電圧値としてハイレベルとローレベルとを含むテスト信号を出力する信号発生器と、
   前記多重化電気信号及び前記テスト信号のうちいずれか一方を選択して出力するスイッチ部と、
   前記スイッチ部から入力された信号に応じて前記光変調器を駆動して前記光送信信号を出力する送信部と、
   前記複数の電気信号について異常を検出したときに、前記スイッチ部を制御して前記テスト信号を選択させて前記送信部に入力させる制御回路と、
   を備える光送信器。
2. 前記スイッチ部は、選択信号に応じて前記多重化電気信号及び前記テスト信号のうちいずれか一方を選択し、
   前記多重化回路は、
   前記複数の電気信号のうち少なくとも１つについて、前記第１信号速度が所定の範囲から外れているか、あるいは、前記電気信号の振幅が所定の値よりも小さいときに、異常発生を通知するアラーム信号を発生し、
   前記複数の電気信号の全てについて、前記第１信号速度が前記所定の範囲内にあり、かつ、前記電気信号の振幅が前記所定の値よりも大きいときに、前記アラーム信号を解除し、
   前記制御回路は、
   前記アラーム信号によって前記異常発生を検出したときに、前記選択信号によって前記スイッチ部に前記テスト信号を選択させ、
   前記アラーム信号が解除されたときに、前記選択信号によって前記スイッチ部に前記多重化電気信号を選択させる、
   請求項１に記載の光送信器。
3. 前記テスト信号は、マーク率が５０％以下に設定される、
   請求項１又は２に記載の光送信器。
4. 前記信号発生器は、疑似乱数パターンを生成し、前記疑似乱数パターンに基づいて前記テスト信号を生成する、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信器。
5. 前記テスト信号は、それぞれ同じ単一パルス幅を有する前記ハイレベルと前記ローレベルとを有し、前記ハイレベルと前記ローレベルとを前記単一パルス幅の時間間隔にて交互に繰り返す信号である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信器。
6. 前記単一パルス幅は、前記多重化回路が前記複数の電気信号について異常を検出していないときに前記多重化電気信号が有するパルス幅の最小値以上であり、かつ、前記多重化回路が前記複数の電気信号について異常を検出していないときに前記多重化電気信号が有するパルス幅の最大値以下である、
   請求項５に記載の光送信器。
7. 前記送信部は、前記光変調器を駆動する信号のクロスポイントを調整する機能を有する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の光送信器。
8. 前記光変調器は、該光変調器に入力される入力電圧と該入力電圧に応じて該光変調器から出力される光パワーとの関係が非線形性を示す、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の光送信器。

Images