JP2721475B2

JP2721475B2 - 相補型光配線回路

Info

Publication number: JP2721475B2
Application number: JP17573293A
Authority: JP
Inventors: 宜彦水島; 和利中嶋; 徹廣畑; 孝飯田; 禎久藁科; 賢一杉本; 智子鈴木; 博文菅
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1993-07-15
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 1998-03-04
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JPH0738419A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速動作可能で、符号
誤り率の低い、相補型光配線回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】相補型光配線は、電気回路における相補
型ＭＯＳ論理回路の信号伝送に相当するもので、相補型
ＭＯＳ論理回路の場合と同様に、信号伝送に伴う消費電
力の大幅な減少を目的とするものである（例えば、古山
英人、中村優：応用物理第６２巻１９９３、４
０）。図３に、この従来例を示す。まず、送信側の素子
の電圧信号を、図示の入力端子７から微分回路５に入力
して電流微分波形を得る。これを、正負両極性に対して
相補的に並列接続された発光ダイオードもしくは半導体
レーザ２１、２２に入力することによって、最初の電圧
信号のパルス幅分の時間間隔をもった２個の光パルス信
号が得られる。これを、光伝送路３１、３２を経由し
て、やはり相補的に接続され、必要に応じて電源４１、
４２でバイアスされた２個の半導体受光素子１０１、１
０２で受光して、連続した２個の正負の電気パルス信号
に変換し、さらに積分回路６で積分することによって元
の電圧信号波形を得ることができる。この際、元の電圧
信号波形（微分波形）、すなわち信号の変化点における
パルス幅の短い信号のみが光信号として伝送されるの
で、信号伝送に伴う消費電力を大幅に減少することが可
能になる。

【０００３】なお、従来技術では、上記の回路における
半導体受光素子１０１、１０２として、通常のｐｎ接合
電極等の非対称構造のフォトダイオードが用いられてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術に係
る相補型光配線では、受信側の受光素子１０１、１０２
として通常のフォトダイオードを用いているが、その非
対称なＰＮ接合構造のために、両受光素子１０１、１０
２から得られる正負の電流信号波形が、完全に対称な形
とはならなかった。また、通常のフォトダイオードの場
合、受光面積を極端に小さくしない限り応答速度は速く
ならず、特にパルスの立下り部分が裾を引きやすいた
め、送信側の光パルスの時間間隔が短い場合には、得ら
れた２個の電流パルスが重なってしまうことがあった。
これらの理由により、論理振幅におけるノイズマージン
が低減してしまい、符号誤り率が大きくなってしまう問
題があった。

【０００５】そこで、本発明はこれらの問題点を解決す
るために完成されたもので、高速動作可能で符号誤り率
の小さい相補型光配線回路を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明に係る相補型光配線回路は、極性が相補的
に並列接続された２個の発光ダイオードもしくは半導体
レーザに、２個ごとに対をなす電流パルスを入力して２
個の光パルス信号対に変換し、これを、互いに逆極性の
バイアス電圧が印加された、一対のショットキ電極が半
導体基板表面上に向かい合って形成された構造の、２個
の半導体受光素子のそれぞれに入力し、２個の半導体受
光素子の接続点において元のパルス対毎に１個の対応し
た電気パルス信号出力を得るようになされることを特徴
とする。

【０００７】また、上記の相補型光配線回路において、
２個の半導体受光素子に印加されるバイアス電圧の極性
を変えることによって、出力される連続した２個の電気
パルス信号の極性を変化させるようになされたことを特
徴とする。

【０００８】

【作用】上記の構成によれば、２個の発光ダイオードも
しくは半導体レーザからの２個の光パルスを、一対のシ
ョットキ電極が半導体基板表面上に向かい合って形成さ
れた構造の、２個の半導体受光素子のそれぞれに入力
し、２個の半導体受光素子の接続点において元のパルス
対毎に１個の対応した電気パルス信号出力を得ているの
で、ショットキ電極が向かい合って形成された構造の両
方の半導体受光素子から、お互いにほぼ完全に対称な、
もしくは等しい電流信号波形が出力される。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明に係る実施
例について説明する。

【００１０】本発明の実施例に係る相補型光配線回路で
は、受光回路が２個のＭＳＭ−ＰＤ、すなわち一対のシ
ョットキ電極が向かい合って形成された対称接合構造の
半導体受光素子を２個用いて構成されるために、両方の
ＭＳＭ−ＰＤから、お互いにほぼ完全に対称な、もしく
は等しい電流信号波形が出力される。これによって、最
終的にこれらの出力電流を積分して得られる電圧波形
が、元の送信側の回路の出力波形とほぼ等しくすること
ができるため、符号誤り率を最小限に抑えた光信号伝送
回路を構成することができる。

【００１１】また、ＭＳＭ−ＰＤは半導体基板表面上に
平面的に構成されており、電極間容量が少ないため、等
しい受光面積をもつ通常の縦形構造のフォトダイオード
に比べて応答速度が非常に速い。特に、ＭＳＭ−ＰＤは
立上り、立下り時間が共に短いので、送信側の光パルス
の時間間隔がかなり短い場合でも、得られた２個の電流
パルス波形が重ならないように受信することができる。
従って、本発明による受光回路においては超高速度の信
号処理が可能である。

【００１２】図１は、本発明の第１実施例に係る相補型
光配線回路を示したものである。図の右側の回路が受光
回路であり、ここにおける受光素子としてＭＳＭ−ＰＤ
１１、１２が用いられる。ＭＳＭ−ＰＤ１１、１２は、
半導体基板表面上にショットキ電極が向かい合って形成
された対称接合構造のために、正負両極性のバイアス電
圧を印加することができ、そのどちらの極性においても
常にどちらか一方の電極が逆バイアス電圧状態になるの
で、暗電流は常に少なく保つことができる。また、どち
らの極性のバイアス電圧を印加しても、両電極間の電位
差が等しい限り、素子内部の電位分布ないしエネルギー
状態は等しいので、等しい光入力に対して得られる出力
電流の大きさは常に等しい。よって、入力する光パルス
波形が等しければ、図１の受光回路において、双方のバ
イアス電圧４１、４２を互いに逆極性で大きさが等しく
なるように設定することにより、波形がほぼ完全に等し
く極性だけが反転した電流パルス列を得ることができ
る。よって、これを積分して得られる出力信号は、元の
送信側の電圧波形にほぼ等しい波形に復元することがで
きる。

【００１３】次に、本回路の動作について説明する。図
１には、上段の回路図の左側（送信側）、中間（光伝送
路）および右側（受光側）に対応して、それぞれの電圧
および電流波形が下段に示してある。送信側の入力端子
７に入力されたパルス時間幅ｔ_wの電圧信号が微分回路
５に入力されることにより、ｔ_wの時間差をもった、連
続した正負２個の電流パルスが得られる。これを互いに
極性が逆向きに並列接続された発光ダイオードもしくは
半導体レーザ２１、２２に入力することにより、正の電
流パルスは発光ダイオードもしくは半導体レーザ２１で
光信号に変換され、ｔ_w遅れて負の電流パルスが発光ダ
イオードもしくは半導体レーザ２２で光信号に変換され
る。これらは別々の光伝送路３１、３２を通って、それ
ぞれ対応するＭＳＭ−ＰＤ１１、１２にｔ_wの時間差を
もって入力される。ＭＳＭ−ＰＤ１１には正のバイアス
電圧４１が印加されているので正の電流パルスが出力さ
れ、一方、負のバイアス電圧４２が印加されたＭＳＭ−
ＰＤ１２からは負の電流パルスがｔ_w遅れて出力され
る。これらは接続端子でｔ_wの時間差をもった２個の連
続した電流パルスとなり、積分回路６に入力されること
によって、ｔ_wのパルス幅をもった元の送信側の出力信
号に等しい電圧パルスが、出力端子８において得られ
る。

【００１４】次に、図２に基づいて本発明の第２実施例
に係る相補型光配線回路について説明する。第２実施例
は、第１実施例に係る相補型光配線回路と基本的には同
一の構成であるが、後段に接続される電子回路に応じ
て、両方のＭＳＭ−ＰＤ１１、１２に印加されるバイア
ス電圧４１、４２の極性を等しくして、出力される２個
の連続した電流パルスの極性を等しくしたものである。
ＭＳＭ−ＰＤ１１、１２の接続点にはＴ−フリップフロ
ップ回路（Ｔ−ＦＦ）６の入力端子Ｔが接続され、出力
端子Ｑから端子８に出力信号が出力される。

【００１５】これらの過程において、伝送される光信号
は送信側の出力パルスの変化部分においてのみ出力され
るので、波形をそのまま光信号に変換して伝送する場合
と比較して、伝送に伴う消費電力が大幅に減少できる。
しかしこの方法では、微分、積分等の信号波形の変換が
行われるので、これらの過程において、素子や回路の特
性に左右されない正確な信号変換が行われることが、符
号誤りを避けるために必要である。本実施例では、受光
素子として対称接合構造のＭＳＭ−ＰＤを用いているた
め、通常の非対称構造のフォトダイオードを用いる場合
とは異なり、正、負の出力電流がほぼ完全な対称波形で
得られる。加えて、ＭＳＭ−ＰＤの応答速度は通常のフ
ォトダイオードに比べて速いので、より高速の送信レー
トに対しても正確に動作する。これらのことから、高速
かつ符号誤り率の少ない、より正確な信号伝送が可能に
なる。

【００１６】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明に係
る相補型光配線回路により、高速で、符号誤り率の低い
相補型光配線が可能になった。これにより、素子間やプ
リント基板間あるいは装置間の光配線において、より高
速で信頼性の高い低消費電力の光配線が可能になる。こ
れらは主としてスーパーコンピュータ等の高速演算シス
テムに応用でき、将来において演算速度を制限すると考
えられる電気配線に代わるものとして期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る相補型光配線回路を
示した回路図である。

【図２】本発明の第２実施例に係る相補型光配線回路を
示した回路図である。

【図３】従来例に係る相補型光配線回路を示した回路図
である。

【符号の説明】

１１、１２…ＭＳＭ−ＰＤ、２１、２２…発光ダイオー
ドもしくは半導体レーザ、３１、３２…光伝送路、４
１、４２…バイアス電圧源、５…微分回路、６…積分回
路、７…送信回路側の入力端子、８…受信回路側の出力
端子、１０１、１０２…通常のフォトダイオード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者飯田孝静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者藁科禎久静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者杉本賢一静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者鈴木智子静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (72)発明者菅博文静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】極性が相補的に並列接続された２個の発
光ダイオードもしくは半導体レーザに、２個ごとに対を
なす電流パルスを入力して２個の光パルス信号対に変換
し、この対のうちのそれぞれを、互いに逆極性のバイア
ス電圧が印加された、一対のショットキ電極が半導体基
板表面上に向かい合って形成された構造の、２個の半導
体受光素子のそれぞれに入力し、２個の前記半導体受光
素子の接続点において元のパルス対毎に１個の対応した
電気パルス信号出力を得るようになされることを特徴と
する相補型光配線回路。
【請求項２】請求項１に記載の相補型光配線回路にお
いて、２個の前記半導体受光素子に印加されるバイアス
電圧の極性を変えることによって、出力される連続した
２個の電気パルス信号の極性を変化させるようになされ
たことを特徴とする相補型光配線回路。