JP3296994B2 - 超高速クロック抽出回路 - Google Patents

超高速クロック抽出回路

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JP3296994B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビットレートが 1
00Gbit/s を越えるような超高速光信号パルスに同期し
たクロックを抽出する超高速クロック抽出回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、位相同期ループを用いて入力光信
号に同期したクロックを抽出するには、その入力光信号
のビットレートに相当する光クロックパルスを発生させ
る必要がある。しかし、現在の高速光パルス発生技術と
して主に用いられている半導体のゲインスイッチ法で
は、繰り返し周波数の上限は10GHz程度である。すなわ
ち、繰り返し周波数が 100GHzを越える光クロックパル
スを発生させることは技術的に困難であり、この位相同
期ループではビットレートが 100Gbit/s を越える超高
速光信号パルスに同期したクロックの抽出は不可能であ
った。
【0003】なお、繰り返し周波数が 100GHzに満たな
い光クロックパルスを光学的に時分割多重し、等価的に
繰り返し周波数が 100GHzを越える光クロックパルスを
生成し、ビットレートが 100Gbit/s を越える超高速光
信号パルスのクロック抽出を可能にする方法が提案され
ている。
【0004】また、位相同期ループ内の光非線形素子に
光信号と光クロックを入力し、光信号と光クロックの高
調波成分との相互相関成分を検出することにより、ビッ
トレートが 100Gbit/s を越える超高速光信号パルスの
クロック抽出を可能にする方法も提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、超高速光信
号パルスからクロックの抽出を可能にする従来のクロッ
ク抽出回路では、光クロックパルス発生器、光増幅器、
あるいは光非線形素子等が必要になり、光学系あるいは
電気系の構成が複雑になる問題点があった。
【0006】本発明は、簡単な構成の光学系または電気
系により、ビットレートが 100Gbit/s を越える超高速
光信号パルスからクロックの抽出を可能にする超高速ク
ロック抽出回路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の超高速クロッ
ク抽出回路は、電圧制御発振器の出力(fclk) で駆動さ
れる光変調器に、 100Gbit/s を越える超高速光信号パ
ルス(f0) を入力し、光変調器から出力される光信号を
周波数f0−mfclkの電気信号に変換する。この周波数
0−mfclkの電気信号と、基準信号源から出力される
周波数f1 の電気信号とを位相比較器で位相比較し、得
られた位相誤差信号を電圧制御発振器に帰還して位相同
期ループを構成する。これにより、電圧制御発振器の出
力として、入力される超高速光信号パルスに位相同期し
た同期クロックを生成することができる。
【0008】請求項2の超高速クロック抽出回路は、請
求項1の構成における基準信号源と電圧制御発振器を入
れ替えた構成であり、電圧制御発振器から入力される超
高速光信号パルスに位相同期した同期クロックを取り出
す。
【0009】請求項3の超高速クロック抽出回路は、請
求項1または請求項2の構成における基準信号源の電気
信号を電圧制御発振器の出力から生成する構成を特徴と
する。すなわち、電圧制御発振器の出力(f0) をk逓倍
した電気信号(kf0)で駆動される光変調器に、 100G
bit/s を越える超高速光信号パルス(nf0) を入力し、
光変調器から出力される光信号を周波数nf0−m (k
0)の電気信号に変換する。この周波数nf0−m (k
0)の電気信号と、電圧制御発振器の出力(f0) をp
逓倍した電気信号(pf0)とを位相比較器で位相比較
し、得られた位相誤差信号を電圧制御発振器に帰還して
位相同期ループを構成する。これにより、電圧制御発振
器の出力として、入力される超高速光信号パルスに位相
同期した同期クロックを生成することができる。
【0010】請求項4の超高速クロック抽出回路は、請
求項3の構成において、電圧制御発振器の出力(f0) を
k逓倍して光変調器を駆動するとともに、受光回路の出
力信号(nf0−m(kf0))を電圧制御発振器の出力を
p逓倍した電気信号(pf0)で周波数変換し、その電気
信号と電圧制御発振器の出力(f0) とを位相比較器で位
相比較する構成である。
【0011】請求項5の超高速クロック抽出回路は、請
求項1の構成における基準信号源を第1の基準信号源と
し、受光回路の出力信号および第1の基準信号源の出力
信号を、それぞれ第2の基準信号源の出力信号で周波数
変換して位相比較器に入力する構成である。
【0012】請求項6の超高速クロック抽出回路は、請
求項5の構成における第1の基準信号源と電圧制御発振
器を入れ替えた構成であり、電圧制御発振器から入力さ
れる超高速光信号パルスに位相同期した同期クロックを
取り出す。
【0013】請求項7の超高速クロック抽出回路は、請
求項3の構成において、受光回路の出力信号と電圧制御
発振器の出力をp逓倍した電気信号を、それぞれ基準信
号源の出力信号で周波数変換して位相比較器に入力する
構成である。
【0014】請求項8の超高速クロック抽出回路は、請
求項7の構成において、電圧制御発振器の出力信号と基
準信号源の出力信号をミキシングした信号で受光回路の
出力信号を周波数変換し、この電気信号と基準信号源の
出力信号を位相比較器に入力する構成である。
【0015】請求項9の超高速クロック抽出回路は、請
求項4の構成において、受光回路の出力信号を電圧制御
発振器の出力をp逓倍した電気信号で周波数変換し、こ
の周波数変換信号を電圧制御発振器の出力信号と基準信
号源の出力信号をミキシングした信号でさらに周波数変
換し、この電気信号と基準信号源の出力信号を位相比較
器に入力する構成である。
【0016】請求項10,11の超高速クロック抽出回
路は、電圧制御発振器の出力信号の周波数を1/jと
し、それをj逓倍する逓倍器を備える。請求項12の超
高速クロック抽出回路は、請求項3,4,7,8,9の
構成において、逓倍数1の逓倍器は取り外す。
【0017】請求項13,14の超高速クロック抽出回
路は、光変調器の動作速度が入力光信号のビットレート
の半分未満、あるいはn>2kとする。
【0018】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態…請求項1)図1は、本発明の超高速
クロック抽出回路の第1の実施形態を示す。
【0019】図において、本実施形態の超高速クロック
抽出回路は、光カプラ11、光変調器12、受光回路1
3、基準信号源14、位相比較器15、電圧制御発振器
16により構成される。
【0020】ビットレートf0 の入力光信号100は、
光カプラ11でその一部が分岐されて光変調器12に入
力され、残りが出力光信号101として出力される。光
変調器12は、電圧制御発振器16から出力される周波
数fclk の電気信号により駆動される。ここで、光変調
器12は、駆動電気信号に対して非線形に応答する特性
を有するものを用いる。例えば、光強度変調器、電界吸
収型光変調器、光コムジェネレータ、光位相変調器、そ
の他を用いることができる。なお、光変調器は線形応答
特性を有するものを用いてもよい。以下の実施形態にお
いても同様である。
【0021】光変調器12から出力される光信号は、受
光回路13で周波数f0−mfclk(mは整数)の電気信
号に変換され、位相比較器15に入力される。位相比較
器15では、この周波数f0−mfclkの電気信号と、基
準信号源14から出力される周波数f1 の電気信号とを
位相比較し、得られた位相誤差信号を電圧制御発振器1
6に帰還し、その出力周波数fclk を制御する。この電
圧制御発振器16の出力は、入力光信号100に位相同
期した同期クロック102として取り出される。
【0022】ここで、図18を参照して光変調器12の
機能について説明する。図18(a)は、入力光信号の
スペクトルを示す。繰り返し周波数f0 の光パルス列
は、光のキャリア周波数fc に対して、両側に変調成分
fc +f0 およびfc −f0 を有する。この入力光信号
が光変調器12で周波数fclk の電気信号により変調を
受けると、キャリア成分fc および変調成分fc ±f0
に対して、図18(b) に示すように、fclk による変調
成分が新たに生じる。すなわち、キャリア成分fc に対
する変調成分fc ±fclk 、変調成分fc ±f0 に対す
る変調成分fc +f0−fclk、fc−f0+fclk が生じ
る。
【0023】ここで、fclk をf0 よりも小さく設定す
ると、図のようにfc+fclkとfc+f0−fclkのビー
ト成分、およびfc−fclkとfc−f0+fclk のビート
成分であるf0−2fclkが検出されることがわかる。た
とえば、超高速の繰り返し周波数f0 を有する光信号
を、f0 の半分未満の低速の変調信号 (fclk )で変調
すれば、受光回路から低速の電気信号(f0−2fclk
が得られることがわかる。これは、図1の構成において
m=2の場合に相当する。
【0024】(第2の実施形態…請求項9)図2は、本
発明の超高速クロック抽出回路の第2の実施形態を示
す。本実施形態の特徴は、第1の実施形態の構成におい
て、入力光信号100のビットレートをnf0 (nは整
数)とし、電圧制御発振器16の出力周波数をf0
し、その電気信号を逓倍器17でk逓倍(kは整数、n
>2k)して光変調器12を駆動し、電圧制御発振器1
6の出力(f0 )を入力光信号100に位相同期した同
期クロック102として取り出すところにある。
【0025】ここで、本構成における具体的数値例を示
す。入力光信号は、10の信号が時分割多重されて 100G
bit/s となっており、各信号のビットレートは10Gbit/
s である(f0 =10Gbit/s 、n=10)。一方、受光処
理回路は10GHzのクロックを有しており、このクロック
を図2に示す位相同期ループを用いて入力光信号に位相
同期させるものとする。
【0026】電圧制御発振器16の出力(10GHz)は逓
倍器17で4逓倍し(k=4)、40GHzの電気信号で光
変調器12を駆動する。光変調器12は、2次の高調波
を効率よく発生するものとする(m=2)。これによ
り、受光回路13から出力される電気信号の周波数はn
0−mkf0=10×10〔GHz〕−2×40〔GHz〕=20
〔GHz〕となり、これが基準信号源14の周波数f1
して選ばれる。このような設定による位相同期ループに
より、電圧制御発振器16の出力(10GHz)が入力光信
号100に位相同期した同期クロック102として取り
出される。
【0027】(第3の実施形態…請求項2)図3は、本
発明の超高速クロック抽出回路の第3の実施形態を示
す。本実施形態の特徴は、第1の実施形態における基準
信号源14と電圧制御発振器16を入れ替えた構成にあ
る。
【0028】ビットレートf0 の入力光信号100は、
光カプラ11でその一部が分岐されて光変調器12に入
力され、残りが出力光信号101として出力される。光
変調器12は、基準信号源14から出力される周波数f
1 の電気信号により駆動される。
【0029】光変調器12から出力される光信号は、受
光回路13で周波数f0−mf1(mは整数)の電気信号
に変換され、位相比較器15に入力される。位相比較器
15では、この周波数f0−mf1の電気信号と、電圧制
御発振器16から出力される周波数fclk の電気信号と
を位相比較し、得られた位相誤差信号を電圧制御発振器
16に帰還し、その出力周波数fclk を制御する。この
電圧制御発振器16の出力は、入力光信号100に位相
同期した同期クロック102として取り出される。
【0030】(第4の実施形態)図4は、本発明の超高
速クロック抽出回路の第4の実施形態を示す。本実施形
態の特徴は、第3の実施形態の構成において、入力光信
号100のビットレートをnf0 (nは整数)とし、電
圧制御発振器16の出力周波数をf0とし、その電気信
号を逓倍器17でp逓倍(pは整数)して位相比較器1
5に与え、電圧制御発振器16の出力(f0 )を入力光
信号100に位相同期した同期クロック102として取
り出すところにある。
【0031】(第5の実施形態…請求項3)図5は、本
発明の超高速クロック抽出回路の第5の実施形態を示
す。本実施形態の特徴は、第2の実施形態および第4の
実施形態の構成において、基準信号源14の電気信号を
電圧制御発振器16の出力から生成するところにある。
すなわち、逓倍器17−1,17−2は、電圧制御発振
器16の出力をk逓倍した電気信号(kf0 )およびp
逓倍した電気信号(pf0 )を生成し、それぞれ同期し
た電気信号を光変調器12および位相比較器15に与え
る。
【0032】(第6の実施形態)図6は、本発明の超高
速クロック抽出回路の第6の実施形態を示す。本実施形
態の特徴は、第5の実施形態において、電圧制御発振器
16の出力(f0 )を逓倍器17−2でp逓倍し、それ
を2分岐して一方をさらに逓倍器17−1でk逓倍して
光変調器12に与え、他方を位相比較器15に与えると
ころにある。
【0033】(第7の実施形態…請求項4)図7は、本
発明の超高速クロック抽出回路の第7の実施形態を示
す。図において、本実施形態の超高速クロック抽出回路
は、光カプラ11、光変調器12、受光回路13、位相
比較器15、電圧制御発振器16、逓倍器17−1,1
7−2、ミキサ18により構成される。
【0034】ビットレートnf0 の入力光信号100
は、光カプラ11でその一部が分岐されて光変調器12
に入力され、残りが出力光信号101として出力され
る。電圧制御発振器16から出力される周波数f0 の電
気信号は、逓倍器17−1でk逓倍される。光変調器1
2は、逓倍器17−1から出力される周波数kf0 の電
気信号により駆動される。光変調器12から出力される
光信号は、受光回路13で周波数nf0−m(kf0)の
電気信号に変換される。
【0035】一方、電圧制御発振器16から出力される
周波数f0 の電気信号は、逓倍器17−2でp逓倍され
る。受光回路13から出力される周波数nf0−m(k
0)の電気信号は、逓倍器17−2から出力される周波
数pf0 の電気信号と乗算され、周波数nf0−m(k
0)−pf0 の電気信号が位相比較器15に入力され
る。位相比較器15では、この電気信号と、電圧制御発
振器16から出力される周波数f0 の電気信号とを位相
比較し、得られた位相誤差信号を電圧制御発振器16に
帰還し、その出力周波数f0 を制御する。この電圧制御
発振器16の出力(f0 )は、入力光信号(nf0 )1
00に位相同期した同期クロック102として取り出さ
れる。
【0036】以上示した第2の実施形態、第4の実施形
態〜第7の実施形態における具体的数値例を表1に示
す。
【0037】
【表1】
【0038】(第8の実施形態…請求項4,11,1
2)図8は、本発明の超高速クロック抽出回路の第8の
実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第7の実施形態
における他の具体的数値例を示す。本実施形態は、f0
=20GHz、n=10、m=2、k=4、p=1とし、逓倍
数1の逓倍器17−2を取り外したものである。
【0039】また、電圧制御発振器16の出力周波数を
0 =20GHzの1/100 である 200MHzとし、逓倍器1
7−3で 100逓倍して20GHzの電気信号を生成する。な
お、位相比較周波数は20GHzである。このような構成に
より、電圧制御発振器16の発振周波数を大幅に低く設
定することができ、入力光信号のビットレートが 100G
bit/s を越えた場合でも、簡単に位相同期した同期クロ
ックを取り出すことができる。第1の実施形態〜第6の
実施形態においても同様である(請求項10,11)。
【0040】(第9の実施形態…請求項5)図9は、本
発明の超高速クロック抽出回路の第9の実施形態を示
す。図において、本実施形態の超高速クロック抽出回路
は、光カプラ11、光変調器12、受光回路13、基準
信号源14−1,14−2、位相比較器15、電圧制御
発振器16、ミキサ18−1,18−2により構成され
る。
【0041】ビットレートf0 の入力光信号100は、
光カプラ11でその一部が分岐されて光変調器12に入
力され、残りが出力光信号101として出力される。光
変調器12は、電圧制御発振器16から出力される周波
数fclk の電気信号により駆動される。光変調器12か
ら出力される光信号は、受光回路13で周波数f0 −m
clk (mは整数)の電気信号に変換される。さらに、
この電気信号はミキサ18−1で基準信号源14−2か
ら出力される周波数f2 の電気信号と乗算され、周波数
2−(f0−mfclk)の電気信号が位相比較器15に入
力される。
【0042】基準信号源14−1から出力される周波数
1 の電気信号は、ミキサ18−2で周波数f2 の電気
信号と乗算され、周波数f2−f1の電気信号が位相比較
器15に入力される。位相比較器15では、この周波数
2−(f0−mfclk)の電気信号と周波数f2−f1の電
気信号とを位相比較し、得られた位相誤差信号を電圧制
御発振器16に帰還し、その出力周波数fclk を制御す
る。この電圧制御発振器16の出力は、入力光信号10
0に位相同期した同期クロック102として取り出され
る。
【0043】ここで、入力光信号100のビットレート
0 =100 Gbit/s 、電圧制御発振器16の周波数f
clk =40GHz、基準信号源14−1,14−2の周波数
1 =20GHz,f2 =20GHz+ 100kHzと設定する。こ
こで、m=2とすると、f2 −(f0−mfclk)=f2
1= 100kHzとなる。これにより、位相比較器15
は、低ビットレート(ここでは 100kHz)のもので対応
でき、安価で高性能のものを使用することができる。
【0044】(第10の実施形態)図10は、本発明の
超高速クロック抽出回路の第10の実施形態を示す。本
実施形態の特徴は、第9の実施形態の構成において、入
力光信号100のビットレートをnf0 (nは整数)と
し、電圧制御発振器16の出力周波数をf0とし、その
電気信号を逓倍器17でk逓倍(kは整数、n>2k)
して光変調器12を駆動し、電圧制御発振器16の出力
(f0 )を入力光信号100に位相同期した同期クロッ
ク102として取り出すところにある。
【0045】(第11の実施形態…請求項6)図11
は、本発明の超高速クロック抽出回路の第11の実施形
態を示す。本実施形態の特徴は、第9の実施形態におけ
る基準信号源14−1と電圧制御発振器16を入れ替え
た構成にある。
【0046】ビットレートf0 の入力光信号100は、
光カプラ11でその一部が分岐されて光変調器12に入
力され、残りが出力光信号101として出力される。光
変調器12は、基準信号源14−1から出力される周波
数f1 の電気信号により駆動される。
【0047】光変調器12から出力される光信号は、受
光回路13で周波数f0−mf1(mは整数)の電気信号
に変換され、さらにミキサ18−1で基準信号源14−
2から出力される周波数f2 の電気信号と乗算され、周
波数f2−(f0−mf1)の電気信号が位相比較器15に
入力される。電圧制御発振器16から出力される周波数
clk の電気信号は、ミキサ18−2で周波数f2 の電
気信号と乗算され、周波数f2−fclkの電気信号が位相
比較器15に入力される。位相比較器15では、この周
波数f2−(f0−mf1)の電気信号と周波数f2−fclk
の電気信号とを位相比較し、得られた位相誤差信号を電
圧制御発振器16に帰還し、その出力周波数fclk を制
御する。この電圧制御発振器16の出力は、入力光信号
100に位相同期した同期クロック102として取り出
される。
【0048】(第12の実施形態…請求項9)図12
は、本発明の超高速クロック抽出回路の第12の実施形
態を示す。本実施形態の特徴は、第11の実施形態の構
成において、入力光信号100のビットレートをnf
0(nは整数)とし、電圧制御発振器16の出力周波数を
0とし、その電気信号を逓倍器17でp逓倍(pは整
数)してミキサ18−2に与え、電圧制御発振器16の
出力(f0 )を入力光信号100に位相同期した同期ク
ロック102として取り出すところにある。
【0049】(第13の実施形態…請求項7)図13
は、本発明の超高速クロック抽出回路の第13の実施形
態を示す。本実施形態の特徴は、第10の実施形態およ
び第12の実施形態の構成において、基準信号源14−
1の電気信号を電圧制御発振器16の出力から生成する
ところにある。すなわち、逓倍器17−1,17−2
は、電圧制御発振器16の出力をk逓倍した電気信号
(kf0 )およびp逓倍した電気信号(pf0 )を生成
し、それぞれ同期した電気信号を光変調器12およびミ
キサ18−2に与える。
【0050】(第14の実施形態)図14は、本発明の
超高速クロック抽出回路の第14の実施形態を示す。本
実施形態の特徴は、第13の実施形態において、電圧制
御発振器16の出力(f0 )を逓倍器17−2でp逓倍
し、それを2分岐して一方をさらに逓倍器17−1でk
逓倍して光変調器12に与え、他方をミキサ18−2に
与えるところにある。
【0051】(第15の実施形態…請求項8)図15
は、本発明の超高速クロック抽出回路の第15の実施形
態を示す。図において、本実施形態の超高速クロック抽
出回路は、光カプラ11、光変調器12、受光回路1
3、基準信号源14、位相比較器15、電圧制御発振器
16、逓倍器17−1,17−2、ミキサ18−1,1
8−2により構成される。ビットレートnf0 の入力光
信号100は、光カプラ11でその一部が分岐されて光
変調器12に入力され、残りが出力光信号101として
出力される。電圧制御発振器16から出力される周波数
0 の電気信号は、逓倍器17−1でk逓倍される。光
変調器12は、逓倍器17−1から出力される周波数k
0 の電気信号により駆動される。光変調器12から出
力される光信号は、受光回路13で周波数nf0−m
(kf0)の電気信号に変換される。
【0052】一方、電圧制御発振器16から出力される
周波数f0 の電気信号は、逓倍器17−2でp逓倍され
る。この周波数pf0 の電気信号は、ミキサ18−1で
基準信号源14から出力される周波数f3 の電気信号と
乗算され、周波数pf0+f3の電気信号に変換される。
ミキサ18−2は、周波数pf0+f3の電気信号と受光
回路13から出力される周波数nf0−m(kf0)の電
気信号を乗算し、周波数fa=pf0+f3−{nf0−m
(kf0)}の電気信号に変換して位相比較器15に与え
る。
【0053】位相比較器15では、この電気信号と、基
準信号源14から出力される周波数f3 の電気信号とを
位相比較し、得られた位相誤差信号を電圧制御発振器1
6に帰還し、その出力周波数f0 を制御する。この電圧
制御発振器16の出力(f0)は、入力光信号(nf0
100に位相同期した同期クロック102として取り出
される。
【0054】(第16の実施形態…請求項9)図16
は、本発明の超高速クロック抽出回路の第16の実施形
態を示す。図において、本実施形態の超高速クロック抽
出回路は、光カプラ11、光変調器12、受光回路1
3、基準信号源14、位相比較器15、電圧制御発振器
16、逓倍器17−1,17−2、ミキサ18−1,1
8−2,18−3により構成される。
【0055】ビットレートnf0 の入力光信号100
は、光カプラ11でその一部が分岐されて光変調器12
に入力され、残りが出力光信号101として出力され
る。電圧制御発振器16から出力される周波数f0 の電
気信号は、逓倍器17−1でk逓倍される。光変調器1
2は、逓倍器17−1から出力される周波数kf0 の電
気信号により駆動される。光変調器12から出力される
光信号は、受光回路13で周波数nf0−m(kf0)の
電気信号に変換される。
【0056】一方、電圧制御発振器16から出力される
周波数f0 の電気信号は、逓倍器17−2でp逓倍され
る。受光回路13から出力される周波数nf0−m(k
0)の電気信号は、逓倍器17−2から出力される周波
数pf0 の電気信号と乗算され、周波数fa =nf0
m(kf0)−pf0 の電気信号に変換される。また、
電圧制御発振器16から出力される周波数f0 の電気信
号は、ミキサ18−2で基準信号源14から出力される
周波数f3 の電気信号と乗算され、周波数f0 +f3
電気信号に変換される。ミキサ18−3は、周波数fa
の電気信号と周波数f0 +f3 の電気信号を乗算し、周
波数fb=f0+f3−{nf0−m(kf0)−pf0 }の
電気信号に変換して位相比較器15に与える。
【0057】位相比較器15では、この電気信号と、基
準信号源14から出力される周波数f3 の電気信号とを
位相比較し、得られた位相誤差信号を電圧制御発振器1
6に帰還し、その出力周波数f0 を制御する。この電圧
制御発振器16の出力(f0)は、入力光信号(nf0
100に位相同期した同期クロック102として取り出
される。
【0058】以上示した第10の実施形態、第12の実
施形態〜第16の実施形態における具体的数値例を表2
に示す。
【0059】
【表2】
【0060】(第17の実施形態…請求項9,11,1
2)図17は、本発明の超高速クロック抽出回路の第1
7の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第16の実
施形態における他の具体的数値例を示す。本実施形態
は、f0 =20GHz、n=10、m=2、k=4、p=1と
し、逓倍数1の逓倍器17−2を取り外したものであ
る。
【0061】また、電圧制御発振器16の出力周波数を
0 =20GHzの1/100 である 200MHzとし、逓倍器1
7−3で 100逓倍して20GHzの電気信号を生成する。な
お、位相比較周波数は 100kHzである。このような構成
により、電圧制御発振器16の発振周波数を大幅に低く
設定することができ、入力光信号100のビットレート
が 100Gbit/s を越えた場合でも、簡単に位相同期した
同期クロックを取り出すことができる。第9の実施形態
〜第16の実施形態においても同様である(請求項1
0,11)。
【0062】以上示した具体的数値例は一例であり、逓
倍器17の逓倍数および配置は使用する周波数に応じて
適宜選択される。また、各ミキサ18で周波数変換によ
り得られる周波数も一例であり、例えば第16の実施形
態におけるミキサ18−2では、f0−f3の周波数を出
力するようにし、fb={nf0−m(kf0)−pf0}−
(f0−f3)としてもよい。また、位相比較器15に入
力する電気信号は、適宜逓倍して光相互相関成分と位相
比較するようにしてもよい。
【0063】また、第1の実施形態〜第8の実施形態の
構成は、高ビットレートの位相比較器が使用可能である
場合のものである。一方、第9の実施形態〜第17の実
施形態の構成は、低ビットレートの位相比較器を用いる
ために、ミキサ18を用いて低い周波数に変換するよう
にしたものである。この場合には、受光回路13と位相
比較器15と電圧制御発振器16からなる部分を容易に
集積化することができる。また、第16の実施形態およ
び第17の実施形態は、基準信号源14も低周波のもの
を使用することができる。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超高速ク
ロック抽出回路は、超高速光信号パルスを光変調器に入
力し、その出力光を受光して得られた成分と、電圧制御
発振器の出力信号またはそれを逓倍した電気信号から位
相誤差信号を抽出し、電圧制御発振器にフィードバック
して位相同期ループを構成する。これにより、光学系お
よび電気系が大幅に簡素化された構成となる。また、ビ
ットレートが 100Gbit/s を越えるような入力光信号に
対して位相同期動作が可能となり、入力光信号に位相同
期した同期クロックを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超高速クロック抽出回路の第1の実施
形態を示すブロック図。
【図2】本発明の超高速クロック抽出回路の第2の実施
形態を示すブロック図。
【図3】本発明の超高速クロック抽出回路の第3の実施
形態を示すブロック図。
【図4】本発明の超高速クロック抽出回路の第4の実施
形態を示すブロック図。
【図5】本発明の超高速クロック抽出回路の第5の実施
形態を示すブロック図。
【図6】本発明の超高速クロック抽出回路の第6の実施
形態を示すブロック図。
【図7】本発明の超高速クロック抽出回路の第7の実施
形態を示すブロック図。
【図8】本発明の超高速クロック抽出回路の第8の実施
形態を示すブロック図。
【図9】本発明の超高速クロック抽出回路の第9の実施
形態を示すブロック図。
【図10】本発明の超高速クロック抽出回路の第10の
実施形態を示すブロック図。
【図11】本発明の超高速クロック抽出回路の第11の
実施形態を示すブロック図。
【図12】本発明の超高速クロック抽出回路の第12の
実施形態を示すブロック図。
【図13】本発明の超高速クロック抽出回路の第13の
実施形態を示すブロック図。
【図14】本発明の超高速クロック抽出回路の第14の
実施形態を示すブロック図。
【図15】本発明の超高速クロック抽出回路の第15の
実施形態を示すブロック図。
【図16】本発明の超高速クロック抽出回路の第16の
実施形態を示すブロック図。
【図17】本発明の超高速クロック抽出回路の第17の
実施形態を示すブロック図。
【図18】光変調器12の機能を説明する図。
【符号の説明】
11 光カプラ 12 光変調器 13 受光回路 14 基準信号源 15 位相比較器 16 電圧制御発振器 17 逓倍器 18 ミキサ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−55699(JP,A) 特開 平8−46597(JP,A) 特開 平9−230291(JP,A) 特開 平7−193534(JP,A) 特開 平7−261219(JP,A) 特開 平7−287263(JP,A) 特開 平7−287264(JP,A) 特開 平8−220494(JP,A) 特開 平10−163961(JP,A) 川西悟基、猿渡正俊,B−997 1. 55μm進行波型LD増幅器を用いたPL L回路による10GHzタイミング抽出, 1992年電子情報通信学会春季大会講演論 文集,日本,社団法人電子情報通信学 会,1992年 3月15日,分冊4,4− 149 鎌谷修、川西悟基、高良秀彦、鬼頭 勤,B−1163非線形圧縮したクロック光 パルスを用いたPLLによる500Gbi t/s光信号からのプリスケールタイミ ング抽出,1996年電子情報通信学会総合 大会,日本,社団法人電子情報通信学 会,1996年 3月11日,通信2,595 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/28 H04L 7/033 JICSTファイル(JOIS)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビットレートf0 の入力光信号の一部が
    入力される光変調器と、 前記光変調器を駆動する周波数fclk の電気信号を出力
    する電圧制御発振器と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数f0 −mf
    clk (mは整数)の電気信号を出力する受光回路と、 周波数f1 の電気信号を出力する基準信号源と、 前記周波数f0−mfclkの電気信号と前記周波数f1
    電気信号とを位相比較し、得られた位相誤差信号を前記
    電圧制御発振器に帰還して位相同期ループを構成する位
    相比較器とを備え、前記電圧制御発振器から出力される
    周波数fclk の信号を前記入力光信号に位相同期した同
    期クロックとして取り出すことを特徴とする超高速クロ
    ック抽出回路。
  2. 【請求項2】 ビットレートf0 の入力光信号の一部が
    入力される光変調器と、 前記光変調器を駆動する周波数f1 の電気信号を出力す
    る基準信号源と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数f0 −mf1 (m
    は整数)の電気信号を出力する受光回路と、 周波数fclk の電気信号を出力する電圧制御発振器と、 前記周波数f0−mf1の電気信号と前記周波数fclk
    電気信号とを位相比較し、得られた位相誤差信号を前記
    電圧制御発振器に帰還して位相同期ループを構成する位
    相比較器とを備え、前記電圧制御発振器から出力される
    周波数fclk の信号を前記入力光信号に位相同期した同
    期クロックとして取り出すことを特徴とする超高速クロ
    ック抽出回路。
  3. 【請求項3】 ビットレートnf0 (nは整数)の入力
    光信号の一部が入力される光変調器と、 周波数f0 の電気信号を出力する電圧制御発振器と、 前記周波数f0 の電気信号をk逓倍し(kは整数)、前
    記光変調器を駆動する周波数kf0 の電気信号を出力す
    る第1の逓倍器と、 前記周波数f0 の電気信号をp逓倍し(pは整数)、周
    波数pf0 の電気信号を出力する第2の逓倍器と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数nf0 −m (kf
    0)(mは整数)の電気信号を出力する受光回路と、 前記周波数f0−m(kf0)の電気信号と前記周波数pf
    0 の電気信号とを位相比較し、得られた位相誤差信号を
    前記電圧制御発振器に帰還して位相同期ループを構成す
    る位相比較器とを備え、前記電圧制御発振器から出力さ
    れる周波数f0 の信号を前記入力光信号に位相同期した
    同期クロックとして取り出すことを特徴とする超高速ク
    ロック抽出回路。
  4. 【請求項4】 ビットレートnf0 (nは整数)の入力
    光信号の一部が入力される光変調器と、 周波数f0 の電気信号を出力する電圧制御発振器と、 前記周波数f0 の電気信号をk逓倍し(kは整数)、前
    記光変調器を駆動する周波数kf0 の電気信号を出力す
    る第1の逓倍器と、 前記周波数f0 の電気信号をp逓倍し(pは整数)、周
    波数pf0 の電気信号を出力する第2の逓倍器と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数nf0 −m (kf
    0)(mは整数)の電気信号を出力する受光回路と、 前記周波数f0−m(kf0)の電気信号と前記周波数pf
    0 の電気信号とを乗算し、周波数|{f0−m(kf0)}
    −pf0 |の電気信号を出力するミキサと、 前記周波数|{f0−m(kf0)}−pf0 |の電気信号
    と前記周波数f0 の電気信号とを位相比較し、得られた
    位相誤差信号を前記電圧制御発振器に帰還して位相同期
    ループを構成する位相比較器とを備え、前記電圧制御発
    振器から出力される周波数f0 の信号を前記入力光信号
    に位相同期した同期クロックとして取り出すことを特徴
    とする超高速クロック抽出回路。
  5. 【請求項5】 ビットレートf0 の入力光信号の一部が
    入力される光変調器と、 前記光変調器を駆動する周波数fclk の電気信号を発生
    する電圧制御発振器と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数f0 −mf
    clk (mは整数)の電気信号を出力する受光回路と、 周波数f1 の電気信号を出力する第1の基準信号源と、 周波数f2 の電気信号を出力する第2の基準信号源と、 前記周波数f2 の電気信号と前記周波数f0−mfclk
    電気信号とを乗算し、 周波数|f2−(f0−mfclk) |の電気信号を出力する
    第1のミキサと、 前記周波数f2 の電気信号と前記周波数f1 の電気信号
    とを乗算し、周波数|f2−f1|の電気信号を出力する
    第2のミキサと、 前記周波数|f2−(f0−mfclk) |の電気信号と前記
    周波数|f2−f1|の電気信号とを位相比較し、得られ
    た位相誤差信号を前記電圧制御発振器に帰還して位相同
    期ループを構成する位相比較器とを備え、前記電圧制御
    発振器から出力される周波数fclk の信号を前記入力光
    信号に位相同期した同期クロックとして取り出すことを
    特徴とする超高速クロック抽出回路。
  6. 【請求項6】 ビットレートf0 の入力光信号の一部が
    入力される光変調器と、 前記光変調器を駆動する周波数f1 の電気信号を発生す
    る第1の基準信号源と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数f0 −mf1 (m
    は整数)の電気信号を出力する受光回路と、 周波数fclk の電気信号を出力する電圧制御発振器と、 周波数f2 の電気信号を出力する第2の基準信号源と、 前記周波数f2 の電気信号と前記周波数f0−mf1の電
    気信号とを乗算し、周波数|f2−(f0−mf1) |の電
    気信号を出力する第1のミキサと、 前記周波数f2 の電気信号と前記周波数fclk の電気信
    号とを乗算し、周波数|f2−fclk|の電気信号を出力
    する第2のミキサと、 前記周波数|f2−(f0−mf1) |の電気信号と前記周
    波数|f2−fclk|の電気信号とを位相比較し、得られ
    た位相誤差信号を前記電圧制御発振器に帰還して位相同
    期ループを構成する位相比較器とを備え、前記電圧制御
    発振器から出力される周波数fclk の信号を前記入力光
    信号に位相同期した同期クロックとして取り出すことを
    特徴とする超高速クロック抽出回路。
  7. 【請求項7】 ビットレートnf0 (nは整数)の入力
    光信号の一部が入力される光変調器と、 周波数f0 の電気信号を出力する電圧制御発振器と、 前記周波数f0 の電気信号をk逓倍し(kは整数)、前
    記光変調器を駆動する周波数kf0 の電気信号を出力す
    る第1の逓倍器と、 前記周波数f0 の電気信号をp逓倍し(pは整数)、周
    波数pf0 の電気信号を出力する第2の逓倍器と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数nf0 −m (kf
    0)(mは整数)の電気信号を出力する受光回路と、 周波数f2 の電気信号を出力する基準信号源と、 前記周波数f2 の電気信号と前記周波数f0−m(kf0)
    の電気信号とを乗算し、周波数|f2−(nf0−mk
    0)|の電気信号を出力する第1のミキサと、 前記周波数f2 の電気信号と前記周波数pf0 の電気信
    号とを乗算し、周波数|f2−pf0|の電気信号を出力
    する第2のミキサと、 前記周波数|f2−(nf0−mkf0)|の電気信号と前記
    周波数|f2−pf0|の電気信号とを位相比較し、得ら
    れた位相誤差信号を前記電圧制御発振器に帰還して位相
    同期ループを構成する位相比較器とを備え、前記電圧制
    御発振器から出力される周波数f0 の信号を前記入力光
    信号に位相同期した同期クロックとして取り出すことを
    特徴とする超高速クロック抽出回路。
  8. 【請求項8】 ビットレートnf0 (nは整数)の入力
    光信号の一部が入力される光変調器と、 周波数f0 の電気信号を出力する電圧制御発振器と、 前記周波数f0 の電気信号をk逓倍し(kは整数)、前
    記光変調器を駆動する周波数kf0 の電気信号を出力す
    る第1の逓倍器と、 前記周波数f0 の電気信号をp逓倍し(pは整数)、周
    波数pf0 の電気信号を出力する第2の逓倍器と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数nf0 −m (kf
    0)(mは整数)の電気信号を出力する受光回路と、 周波数f3 の電気信号を出力する基準信号源と、 前記周波数pf0 の電気信号と前記周波数f3 の電気信
    号とを乗算し、周波数pf0+f3の電気信号を出力する
    第1のミキサと、 前記周波数pf0+f3の電気信号と前記周波数nf0
    m(kf0)の電気信号とを乗算し、周波数|(pf0
    3)−{nf0−m(kf0)|の電気信号を出力する第2
    のミキサと、 前記周波数|(pf0+f3)−{nf0−m(kf0)|の電
    気信号と前記周波数f3 の電気信号とを位相比較し、得
    られた位相誤差信号を前記電圧制御発振器に帰還して位
    相同期ループを構成する位相比較器とを備え、前記電圧
    制御発振器から出力される周波数f0 の信号を前記入力
    光信号に位相同期した同期クロックとして取り出すこと
    を特徴とする超高速クロック抽出回路。
  9. 【請求項9】 ビットレートnf0 (nは整数)の入力
    光信号の一部が入力される光変調器と、 周波数f0 の電気信号を出力する電圧制御発振器と、 前記周波数f0 の電気信号をk逓倍し(kは整数)、前
    記光変調器を駆動する周波数kf0 の電気信号を出力す
    る第1の逓倍器と、 前記周波数f0 の電気信号をp逓倍し(pは整数)、周
    波数pf0 の電気信号を出力する第2の逓倍器と、 前記光変調器で光変調された前記入力光信号を受光し、
    光変調によって前記入力光信号に新たに加えられた変調
    成分同士の差周波数に相当する周波数nf0 −m (kf
    0)(mは整数)の電気信号を出力する受光回路と、 前記周波数f0−m(kf0)の電気信号と前記周波数pf
    0 の電気信号とを乗算し、周波数|{f0−m(kf0)}
    −pf0 |の電気信号を出力する第1のミキサと、 周波数f3 の電気信号を出力する基準信号源と、 前記周波数f0 の電気信号と前記周波数f3 の電気信号
    とを乗算し、周波数f0+f3の電気信号を出力する第2
    のミキサと、 前記周波数f0+f3の電気信号と前記周波数|f0−m
    (kf0)−pf0 |の電気信号とを乗算し、周波数|(f
    0+f3) −{f0−m(kf0)−pf0}|の電気信号を
    出力する第3のミキサと、 前記周波数|(f0+f3) −{f0−m(kf0)−pf0
    |の電気信号と前記周波数f3 の電気信号とを位相比較
    し、得られた位相誤差信号を前記電圧制御発振器に帰還
    して位相同期ループを構成する位相比較器とを備え、前
    記電圧制御発振器から出力される周波数f0 の信号を前
    記入力光信号に位相同期した同期クロックとして取り出
    すことを特徴とする超高速クロック抽出回路。
  10. 【請求項10】 請求項1、請求項2、請求項5、請求
    項6のいずれかに記載の超高速クロック抽出回路におい
    て、 電圧制御発振器が出力する電気信号の周波数をfclk
    j(jは整数)とし、 電圧制御発振器が出力する周波数fclk /jの電気信号
    をj逓倍して周波数fclk の電気信号を出力する逓倍器
    を備えたことを特徴とする超高速クロック抽出回路。
  11. 【請求項11】 請求項3、請求項4、請求項7、請求
    項8、請求項9のいずれかに記載の超高速クロック抽出
    回路において、 電圧制御発振器が出力する電気信号の周波数をf0 /j
    (jは整数)とし、 電圧制御発振器が出力する周波数f0 /jの電気信号を
    j逓倍して周波数f0の電気信号を出力する逓倍器を備
    えたことを特徴とする超高速クロック抽出回路。
  12. 【請求項12】 請求項3、請求項4、請求項7、請求
    項8、請求項9のいずれかに記載の超高速クロック抽出
    回路において、 逓倍数1の逓倍器は取り外した構成であることを特徴と
    する超高速クロック抽出回路。
  13. 【請求項13】 請求項1ないし請求項12のいずれか
    に記載の超高速クロック抽出回路において、 光変調器の動作速度が入力光信号のビットレートの半分
    未満であることを特徴とする超高速クロック抽出回路。
  14. 【請求項14】 請求項3、請求項4、請求項7、請求
    項8、請求項9のいずれかに記載の超高速クロック抽出
    回路において、 n>2kであることを特徴とする超高速クロック抽出回
    路。
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川西悟基、猿渡正俊,B−997 1.55μm進行波型LD増幅器を用いたPLL回路による10GHzタイミング抽出,1992年電子情報通信学会春季大会講演論文集,日本,社団法人電子情報通信学会,1992年 3月15日,分冊4,4−149
鎌谷修、川西悟基、高良秀彦、鬼頭勤,B−1163非線形圧縮したクロック光パルスを用いたPLLによる500Gbit/s光信号からのプリスケールタイミング抽出,1996年電子情報通信学会総合大会,日本,社団法人電子情報通信学会,1996年 3月11日,通信2,595

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