JP3414616B2

JP3414616B2 - 光伝送システム

Info

Publication number: JP3414616B2
Application number: JP10304297A
Authority: JP
Inventors: 尊士山口
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2017-04-21
Also published as: JPH10294700A; EP0876010A3; US6166839A; EP0876010A2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光伝送システムに関
し、例えば、複数のボード間や装置間で光信号の並列同
期伝送によりデータを授受する、いわゆる光インタコネ
クション用の装置やシステムに適用し得るものである。

【０００２】

【従来の技術】並列計算機や電子交換機などにおいて
は、複数のボード間や装置（筐体）間の伝送に、光信号
の並列同期伝送によりデータを授受するいわゆる光イン
タコネクト方式を適用することが、下記文献にも記載さ
れているように、検討、研究されている。

【０００３】文献『高井厚志外著、「光インタコネクト
の現状」、信学技報、ＬＱＥ９６−１５０、１９９７年
２月』光インタコネクト方式は、一般的には、送信側に
おいて、同期状態の複数の送信データをそれぞれ、各送
信データに対応したレーザダイオードで電気／光変換し
て、テープ状又は同軸状に実装されている複数の光ファ
イバの各送信データに対応した光ファイバに送出し、受
信側において、各光ファイバを伝達されてきた各送信デ
ータ（光信号）をそれぞれ、対応するフォトダイオード
で光／電気変換した後、電気信号に変換された各送信デ
ータをそれぞれ固定の識別レベルと大小比較して、各送
信データの符号（論理レベル）を確定するものであっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、受信側で固
定の識別レベルを用いて各受信データの符号（論理レベ
ル）を確定する場合においては、レーザダイオードやフ
ォトダイオードなどの能動素子の温度特性や光ファイバ
を伝達する光パワーのばらつきなどで、受信データにお
ける高い方の論理レベルがばらつくので、そのことを考
慮して、固定の識別レベルを低くしなければならない。
そのため、固定の識別レベルより十分に小さいことが求
められる受信データにおける低い方の論理レベルの電圧
は、極力小さくしなければならず、従来においては、レ
ーザダイオードに直流バイアスをあまりかけられなかっ
た（例えば、０ｍＡ）。その結果、レーザダイオードの
デジタル変調に特有なパターン効果が顕著なものとなっ
て現れていた。すなわち、高い論理レベルの送信データ
が、レーザダイオードに与えられて再度発振する場合に
おいて、それまでの送信データの論理レベルのパターン
によって、レーザダイオードの発振の立ち上がり時間が
変化していた。より具体的には、それまでの送信データ
の論理レベルのパターンにおいて、高い論理レベルが多
い場合には、レーザダイオードの発振の立ち上がりが速
く、高い論理レベルが少ない場合には、レーザダイオー
ドの発振の立ち上がりが遅くなっていた。

【０００５】同期伝送に供する複数の送信データにおい
ては、論理レベルの変化パターンが異なることが多い。
その結果、異なる送信データを電気／光変換する複数の
レーザダイオードの発振の立ち上がりの相違によって、
受信側がデータ再生したときに、各再生データにおいて
位相がそろっていないスキューが発生していた。

【０００６】また、受信側で固定の識別レベルを用いて
各受信データの符号（論理レベル）を確定する方式で
は、図２に示すように、光／電気変換後の複数の受信デ
ータのレベルの大小によってスキューが変化し（ある程
度レベル差が大きくなるとスキューは大きくなる）、温
度などによって、受信データのレベルが変動する場合に
はスキューも変化することがあった。

【０００７】以上では、光信号の同期並列伝送を考慮し
て課題を説明したが、１系列の送信データを光伝送する
場合においても、固定の識別レベルを符号確定に用いて
いる従来方法では、パターン効果による課題や、受信レ
ベルの変動による課題が生じていた。

【０００８】例えば、１系統の送信データを光伝送する
場合において、再生データからＰＬＬ回路などを利用し
て再生用クロック信号を形成することがあるが、再生デ
ータに、パターン効果や受信レベルの変動による時間軸
変動（ジッタ）があると、良好な再生クロックを形成で
きない恐れが大きくなる。

【０００９】そのため、再生データにおける時間軸変動
を小さくし得る光送信装置、光受信装置及び光伝送シス
テムが望まれている。また、複数の送信データを同期伝
送するものであれば、各受信データの位相をできるだけ
そろえることができる光伝送システムが望まれている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明の光伝送システムは、送信データを発光器
が電気／光変換して光伝送路に射出する光送信装置と、
受光器が光／電気変換して得た受信信号を、符号確定再
生回路が識別レベルと比較することにより、対向する上
記光送信装置が送信してきたデータの論理レベルを確定
して再生する光受信装置とを有する光伝送システムにお
いて、光送信装置は、送信データの低い方の論理レベル
でも、発光器が、当該装置の使用温度範囲で発光を行う
最低レベルより大きくなるように、送信データにバイア
スを与えて、上記発光器に与えるバイアス手段を有し、
光受信装置が、受光器からの受信信号を積分して直流レ
ベルの信号に変換し、その直流レベルの信号を符号確定
の識別レベルとして上記符号識別再生回路に与える積分
回路を有することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】（Ａ）第１の実施形態以下、本発明による光伝送システムを、光インタコネク
ト方式を採用しているシステムに適用した第１の実施形
態を図面を参照しながら詳述する。

【００１２】ここで、図１が、この第１の実施形態の光
伝送システムの概略構成を示すブロック図である。

【００１３】図１において、第１の実施形態の光伝送シ
ステムは、送信モジュール１０、光ファイバアレイモジ
ュール２０及び受信モジュール３０から構成されてい
る。

【００１４】送信モジュール１０は、例えば、１個のＬ
ＳＩで構成されている電子回路部１１と、レーザダイオ
ード（ＬＤ）アレイ部１２とからなる。

【００１５】送信モジュール１０の電子回路部１１に
は、クロック信号ＣＬＫ（この実施形態の場合、デュー
ティ比は５０％）と、Ｎ（Ｎは１以上の整数；例えば、
８ビットや３２ビットの並列伝送であればＮは８や３
２）個の送信データＤａｔａ１〜ＤａｔａＮとが入力さ
れる。電子回路部１１は、クロック信号用のＬＤ電流制
御部１１Ｃと、各送信データＤａｔａ１、…、Ｄａｔａ
Ｎ用のＬＤ電流制御部１１Ｄ１、…、１１ＤＮとからな
る。

【００１６】クロック信号用のＬＤ電流制御部１１Ｃ
は、電圧／電流変換機能付き反転増幅回路（以下、単に
反転増幅回路と呼ぶ）５１Ｃと、振幅決定用バイアス電
流回路（以下、第１のバイアス電流回路と呼ぶ）５２Ｃ
と、レーザダイオード最低限電流回路（以下、第２のバ
イアス電流回路と呼ぶ）５３Ｃと、電流加算回路５４Ｃ
とからなる。

【００１７】反転増幅回路５１Ｃは、電圧信号でなるク
ロック信号ＣＬＫを反転増幅すると共に、この反転増幅
の際に、電流信号に変換するものであり、反転増幅した
クロック信号（電流信号）を電流加算回路５４Ｃに与え
るものである。第１のバイアス電流回路５２Ｃは、後述
するレーザダイオード１２Ｃに与える駆動電流の振幅
（論理レベルが高いときと低いときとの電流差）を決定
するためのバイアス電流を反転増幅回路５１Ｃに与え
て、その増幅後の電流（クロック信号）の振幅を所望の
ものとさせるものである。なお、反転増幅回路５１Ｃが
反転増幅する理由については後述する。

【００１８】第１のバイアス電流回路５２Ｃによる振幅
決定用のバイアス電流は、伝送距離が長いような伝送ロ
スが大きく品質に影響する場合には、高レベル、低レベ
ルの差が大きくなるように大きく選定すれば良い。

【００１９】第２のバイアス電流回路５３Ｃは、後述す
るレーザダイオード１２Ｃの駆動電流における最低限の
バイアス電流を出力するものである。このバイアス電流
は、第１の実施形態の場合、レーザダイオード１２Ｃの
使用温度範囲での最大しきい値電流より大きい電流に設
定されている。

【００２０】図３は、このことの説明補助図であり、レ
ーザダイオード１２Ｃの駆動電流−出力パワー特性を示
すものである。レーザダイオード１２Ｃは、低温度Ｔｌ
（例えば０゜Ｃ）では小さな駆動電流Ｉｌから発光をは
じめ、駆動電流の増大に伴って発光強度を増大させ、一
方、高温度Ｔｈ（例えば８０゜Ｃ）では上述した駆動電
流Ｉｌより大きい駆動電流Ｉｈから発光をはじめ、駆動
電流の増大に伴って発光強度を増大させるものである。
ここで、伝送システムが補償する使用温度が０゜Ｃ〜８
０゜Ｃであれば、８０゜Ｃにおいてレーザダイオード１
２Ｃが発光をはじめる駆動電流（しきい値電流）より大
きな電流に、第２のバイアス電流回路５３Ｃからのバイ
アス電流（ＩＢ）を選定する。

【００２１】電流加算回路５４Ｃは、反転増幅回路５１
Ｃからのクロック信号（電流信号）及び第２のバイアス
電流回路５３Ｃからのバイアス電流を合成（加算）して
駆動電流として対応するレーザダイオード１２Ｃに供給
する。

【００２２】以上のように、反転増幅回路５１Ｃからの
電流を直接レーザダイオード１２Ｃに与えるのではな
く、第２のバイアス電流回路５３Ｃからのバイアス電流
を合成（加算）してレーザダイオード１２Ｃに与えるよ
うにしたのは、以下の理由による。反転増幅回路５１Ｃ
からの電流をレーザダイオード１２Ｃに直接与えた場合
には、論理レベルが低い方の駆動電流はほぼ０であるの
で、従来についての課題で言及したレーザダイオードの
パターン効果による悪影響が生じる恐れがある。一方、
第１の実施形態のように、レーザダイオード１２Ｃの使
用温度範囲での最大しきい値電流より大きいバイアス電
流を加算した場合には、レーザダイオード１２Ｃは常に
発振状態にあり、レーザダイオード１２Ｃのパターン効
果による悪影響が生じることを未然に防止することがで
きる。

【００２３】第２のバイアス電流回路５３Ｃによるバイ
アス電流は、伝送距離や伝送品質との関係でパターン効
果が品質に大きく関係する場合には、レーザダイオード
１２Ｃの使用温度範囲での最大しきい値電流からのマー
ジンを十分にとれば良い。

【００２４】図４は、クロック信号用のＬＤ電流制御部
１１Ｃの具体的回路例を示す回路図である。

【００２５】図４に示すクロック信号用のＬＤ電流制御
部１１Ｃは、アース電位Ｇを高電源電圧とした回路であ
り、トランジスタＱ１及びＱ２の差動増幅対を中心とし
た回路である。トランジスタＱ１及びＱ２の差動増幅対
の共通エミッタには、第１のバイアス電流回路５２Ｃに
該当する定電流源が接続されている。また、一方のトラ
ンジスタＱ２のコレクタには、対応するレーザダイオー
ド１２Ｃが直列に接続されており、このレーザダイオー
ド１２Ｃと、トランジスタＱ２のコレクタとの接続点
（電流加算回路５４Ｃに該当する）には、第２のバイア
ス電流回路５３Ｃに該当する定電流源が接続されてい
る。さらに、トランジスタＱ１及びＱ２の差動増幅対の
ベース対にクロック信号（電圧信号）ＣＬＫが印加され
るようになされている。

【００２６】すなわち、図４に示すクロック信号用のＬ
Ｄ電流制御部１１Ｃにおいては、第１のバイアス電流回
路５２Ｃに該当する定電流源によって定電流が流出され
ているトランジスタＱ１及びＱ２の差動増幅対にクロッ
ク信号（電圧信号）ＣＬＫを印加することにより、トラ
ンジスタＱ２のコレクタに、クロック信号ＣＬＫと論理
が反転したコレクタ電流を流し、このコレクタ電流と、
第２のバイアス電流回路５３Ｃに該当する定電流源によ
るバイアス電流とを結線接続により加算して、レーザダ
イオード１２Ｃに流すものである。

【００２７】一方、各送信データ用のＬＤ電流制御部１
１ＤＸ（Ｘは１〜Ｎ）は、送信データＤａｔａ１用につ
いて図１に詳細に示すように、クロック信号用のＬＤ電
流制御部１１Ｃと同様な反転増幅回路５１ＤＸ、第１の
バイアス電流回路５２ＤＸ、第２のバイアス電流回路５
３ＤＸ、及び、電流加算回路５４ＤＸに加えて、ラッチ
回路５０ＤＸを有している。反転増幅回路５１ＤＸ、第
１のバイアス電流回路５２ＤＸ、第２のバイアス電流回
路５３ＤＸ、及び、電流加算回路５４ＤＸについての機
能説明は省略する。

【００２８】ラッチ回路５０ＤＸは、入力された送信デ
ータＤａｔａＸをクロック信号ＣＬＫに基づいてラッチ
して反転増幅回路５１ＤＸに与えるものである。これに
より、当該送信モジュール１０の電子回路部１１に入力
される並列伝送に供するＮ個の送信データＤａｔａ１〜
ＤａｔａＮの同期が多少乱れていても同期を確実なもの
としている。

【００２９】この送信データ用のＬＤ電流制御部１１Ｄ
Ｘにおいては、反転増幅回路５１ＤＸを適用しているこ
との意義は大きい。

【００３０】反転増幅回路５１ＤＸは、上述したよう
に、入力された送信データＤａｔａＸが論理「０」のと
きに、後述するレーザダイオード１２ＤＸに大きな駆動
電流を流すように機能するものである。一般的にはスク
ランブラ等の処理をしなければ、送信データＤａｔａＸ
に「０」が多く（例えば、ＲＺ信号の場合は「０」が多
い）、送信データＤａｔａＸを反転しないでレーザダイ
オード１２ＤＸを駆動した場合には、駆動パターンにお
いて「０」の割合が多くなって上述したレーザダイオー
ド１２ＤＸのパターン効果の悪影響が生じる。そのた
め、この第１の実施形態においては、反転増幅回路５１
ＤＸを設けて、入力された送信データＤａｔａＸで割合
が多い「０」のときに、レーザダイオード１２ＤＸに大
きな駆動電流を流すようにして、パターン効果の悪影響
を極力抑えるようにしている。

【００３１】なお、送信データＤａｔａＸにおいて
「１」の割合が多い場合には、反転増幅回路５１ＤＸに
代えて、単なる電圧／電流変換回路を適用すれば良い。
すなわち、レーザダイオード１２ＤＸにおいてパターン
効果が生じない方向になるように、反転増幅又は非反転
増幅を選択すれば良い。

【００３２】因に、電気的な伝送システムであれば、低
消費電力を期して、伝送路に対する駆動電圧などで低駆
動電圧になる割合を高くしている。しかし、光伝送の場
合には、課題の項で説明したように、位相面からの伝送
品質の課題があるので、反転増幅回路５１ＤＸを設けて
いる。

【００３３】ところで、クロック信号ＣＬＫはデューテ
ィ比が５０％であるので、反転増幅回路５１Ｃはなくて
もかまわない。しかし、この第１の実施形態の場合、後
述するように、クロック信号ＣＬＫ及び送信データＤａ
ｔａＸの伝送において、温度変動などによる影響が同様
に現れることが好ましく、そのため、クロック信号ＣＬ
Ｋの送信処理検出にも、反転増幅回路５１Ｃを設けてい
る。

【００３４】各送信データ用のＬＤ電流制御部１１ＤＸ
（Ｘは１〜Ｎ）の具体的な回路構成としては、図示は省
略するが、上述した図４に示した回路構成に、Ｄ形フリ
ップフロップ回路（ラッチ回路）としての一般的な具体
的な構成を追加したものを挙げることができる。

【００３５】レーザダイオードアレイ部１２は、クロッ
ク信号ＣＬＫ及び各送信データＤａｔａＸの送信信号個
数に応じたレーザダイオード１２Ｃ、１２Ｄ１、…、１
２ＤＮを、例えば、同一のウェハ基板上に近接して備え
たものであり、各レーザダイオード１２Ｃ、１２Ｄ１、
…、１２ＤＮは、対応する電流加算回路５４Ｃ、５４Ｄ
１、…、５４ＤＮからの駆動電流に応じて電気／光変換
を行い、変換後の光信号を対応する光ファイバ２１Ｃ、
２１Ｄ１、…、２１ＤＮに入射させるものである。

【００３６】光ファイバアレイモジュール２０は、クロ
ック信号ＣＬＫ及び各送信データＤａｔａＸの送信信号
個数に応じた光ファイバ２１Ｃ、２１Ｄ１、…、２１Ｄ
Ｎを、テープ部材の上に並設して構成されたものであ
り、又は、クロック信号ＣＬＫ及び各送信データＤａｔ
ａＸの送信信号個数に応じた光ファイバ２１Ｃ、２１Ｄ
１、…、２１ＤＮを、コア線材の周囲に同心円状に並設
して構成されたものである。各光ファイバ２１Ｃ、２１
Ｄ１、…、２１ＤＮは、対応するレーザダイオード１２
Ｃ、１２Ｄ１、…、１２ＤＮからの光信号を、後述する
対応するフォトダイオード３１Ｃ、３１Ｄ１、…、３１
ＤＮに導くものである。

【００３７】受信モジュール３０は、フォトダイオード
（ＰＤ）アレイ部３１と、例えば、１個のＬＳＩで構成
されている電子回路部３２とからなる。

【００３８】フォトダイオードアレイ部３１は、クロッ
ク信号ＣＬＫ及び各送信データＤａｔａＸの送信信号個
数に応じたフォトダイオード３１Ｃ、３１Ｄ１、…、３
１ＤＮを、例えば、同一のウェハ基板上に近接して備え
たものであり、対応する光ファイバ２１Ｃ、２１Ｄ１、
…、２１ＤＮから到来した光信号を電気信号（電流信
号、又は、それを電圧信号に変換した場合を含む）に変
換して出力するものである。

【００３９】電子回路部３２は、クロック信号用の受信
処理部３２Ｃと、各送信（受信）データ用の受信処理部
３２Ｄ１、…、３２ＤＮとからなる。

【００４０】クロック信号用の受信処理部３２Ｃは、電
気信号分配器６０と、積分回路６１と、符号識別再生回
路６２Ｃと、識別レベル逓倍回路６３とを有する。

【００４１】電気信号分配器６０は、フォトダイオード
３１Ｃからの電気信号を２分岐し、一方の分岐信号を積
分回路６１に与え、他方の分岐信号を符号識別再生回路
６２Ｃに与えるものである。ここでは、各分岐信号がそ
れぞれ、分岐前の信号のレベルの１／２のレベルを有す
るものとする。

【００４２】積分回路６１は、十分な大きな時定数を有
するものであり、入力された分岐信号を積分して直流レ
ベルの信号に変換するものである。ここで、積分回路６
１に入力される分岐信号が、デューティ比が５０％のク
ロック信号成分であるので、変換後の直流レベルは、入
力分岐信号の振幅の中間レベルとなっている。この直流
レベルが符号確定の識別レベルとして符号識別再生回路
６２Ｃに与えられる。すなわち、この第１の実施形態に
おいては、識別レベルは受信信号（クロック信号）から
形成されているので、受信信号のレベル変動などによっ
て可変のものとなっている。

【００４３】符号識別再生回路６２Ｃは、電気信号分配
器６０からの分岐信号のレベルと、積分回路６１からの
識別レベルとを大小比較して、伝送されてきたクロック
信号を再生する（符号を確定する）。この再生処理で
は、入力信号における高レベルと低レベルとを反転して
クロック信号を再生する。これは、送信側に反転増幅回
路５１が設けられていることに対応するものである。

【００４４】識別レベル逓倍回路（直流増幅回路）６３
は、積分回路６１からの識別レベルのレベルを所定倍し
て、全ての送信（受信）データ用の受信処理部３２Ｄ１
〜３２ＤＮに、その回路用の識別レベルとして与える。

【００４５】この逓倍数は、送信側における全ての第１
のバイアス電流回路５２Ｃ、５２Ｄ１〜５２ＤＮのバイ
アス電流が等しく、かつ、第２のバイアス電流回路５３
Ｃ、５３Ｄ１〜５３ＤＮのバイアス電流が等しい場合に
は２倍である。電気信号分配器６０の分岐処理によっ
て、クロック信号に係る受信信号のレベルが１／２にさ
れているので、積分回路６１からの識別レベルを、送信
（受信）データ用の受信処理部３２Ｄ１、…、３２ＤＮ
でそのまま用いることができず、そのため、識別レベル
逓倍回路６３を設けている。

【００４６】クロック信号用の第１のバイアス電流回路
５２Ｃのバイアス電流と、送信データ用の第１のバイア
ス電流回路５２Ｄ１〜５２ＤＮのバイアス電流とが異な
る場合、及び又は、クロック信号用の第２のバイアス電
流回路５３Ｃのバイアス電流と、送信データ用の第２の
バイアス電流回路５３Ｄ１〜５３ＤＮのバイアス電流と
が異なる場合には、識別レベル逓倍回路６３の逓倍数
を、バイアス電流の相違に応じて選定すれば良い。

【００４７】図５は、クロック信号用の受信処理部３２
Ｃの具体的回路例を示す回路図である。図５に示すクロ
ック信号用の受信処理部３２Ｃは、正負電源Ｖ２及びＶ
３、並びにアース電位Ｇを電源電圧として動作するもの
である。

【００４８】図５において、負荷抵抗Ｒ２、Ｒ３をそれ
ぞれ有するエミッタが定電流源ＩＳに共通接続されてい
る一対のＮＰＮトランジスタＱ３及びＱ４でなる差動増
幅回路部分が、符号確定を直接行う回路部分になってい
る。この一対のＮＰＮトランジスタＱ３及びＱ４でなる
差動増幅回路部分は、アース電位Ｇ及び負電源電圧Ｖ３
間の差を電源電圧として動作するものである。

【００４９】正電源電圧Ｖ２及び負電源電圧Ｖ３間に
は、ベース及びコレクタが積分回路６１の高電圧側に接
続されているＰＮＰトランジスタＱ８のエミッタ、コレ
クタ、抵抗Ｒ７、ベースがアース電位Ｇに設定されてい
るＮＰＮトランジスタＱ７のコレクタ、エミッタ、フォ
トダイオード３１Ｃ、抵抗Ｒ１が直列接続されており、
フォトダイオード３１Ｃのアノード及び抵抗Ｒ１の接続
点が、トランジスタＱ３のベースに接続されて、受光強
度に応じてフォトダイオード３１Ｃに流れた電流を抵抗
Ｒ１が電圧変換した電圧がトランジスタＱ３のベースに
印加されるようになされている。

【００５０】また、正電源電圧Ｖ２及び負電源電圧Ｖ３
間には、抵抗Ｒ１０、ベースが積分回路６１の低電圧側
に接続されているＰＮＰトランジスタＱ９のエミッタ、
コレクタ、抵抗Ｒ４が直列接続されており、トランジス
タＱ９のコレクタ及び抵抗Ｒ４の接続点が、トランジス
タＱ４のベースに接続されて、積分回路６１の充電電圧
に応じてこの直列回路に流れた電流（可変電流ではある
が短期的には定電流）を抵抗Ｒ４が電圧変換した電圧が
トランジスタＱ４のベースに印加されるようになされて
いる。

【００５１】フォトダイオード３１Ｃへの光強度が大き
くフォトダイオード３１Ｃに大きな電流が流れたとき
は、トランジスタＱ３のベースへの印加電圧が、トラン
ジスタＱ４のベースへの印加電圧より大きくなって、ト
ランジスタＱ３のコレクタ電圧がトランジスタＱ４のコ
レクタ電圧より小さくなる。一方、フォトダイオード３
１Ｃへの光強度が小さくフォトダイオード３１Ｃに小さ
な電流が流れたときは、トランジスタＱ３のベースへの
印加電圧が、トランジスタＱ４のベースへの印加電圧よ
り小さくなって、トランジスタＱ３のコレクタ電圧がト
ランジスタＱ４のコレクタ電圧より大きくなる。

【００５２】アース電位Ｇ及び負電源電圧Ｖ３間に直列
に接続されている、ベースがトランジスタＱ３のコレク
タに接続されているＮＰＮトランジスタＱ５及び抵抗Ｒ
５の直列回路（エミッタフォロワ回路）と、ベースがト
ランジスタＱ４のコレクタに接続されているＮＰＮトラ
ンジスタＱ６及び抵抗Ｒ６の直列回路とは、出力回路を
構成しているものであり、トランジスタＱ３及びＱ４の
コレクタ電圧間の差電圧を非反転増幅して出力するもの
である。

【００５３】抵抗Ｒ８、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ９及び
コンデンサＣ２を梯子形に接続してなる回路部分は、積
分回路６１を構成している。抵抗Ｒ８の一端が、上述し
た抵抗Ｒ７及びトランジスタＱ７のコレクタの接続点
（電気信号分配器６０に該当する）に接続されている。
また、コンデンサＣ１及びＣ２の共通接続点が抵抗Ｒ７
及びトランジスタＱ８のコレクタ（とベース）の接続点
に接続されている。これにより、フォトダイオード３１
Ｃに流れる電流に応じて抵抗Ｒ７の両端に発生した電圧
に応じて、積分回路６１が充電又は放電するようになさ
れるが、主として、コンデンサＣ１及びＣ２の容量で定
まる積分回路６１の時定数が大きいので、積分回路６１
の充電電圧は安定している。

【００５４】この積分回路６１の充電電圧がベースに印
加される上述したトランジスタＱ９及び抵抗Ｒ１０は電
流源を構成しており、この電流源による電流が抵抗Ｒ４
によって電圧変換されて上述したように、符号確定の基
準電圧としてトランジスタＱ４のベースに印加される。

【００５５】正電源電圧Ｖ２側から直列に接続されてい
る抵抗Ｒ１１及びＰＮＰトランジスタＱ１０は、電流源
回路を構成しており、レベル逓倍回路６３に該当するも
のである。トランジスタＱ１０のベースには、積分回路
６１の充電電圧が印加されるようになされているが、抵
抗Ｒ１１の抵抗値（ｒ）と抵抗Ｒ１０の抵抗値（２ｒ）
の関係により、トランジスタＱ１０にはトランジスタＱ
９の２倍の電流が流れるようになっている。

【００５６】トランジスタＱ１０のコレクタは、図示し
ていないが、後述するいずれかの送信（受信）データ用
の受信処理部３２ＤＸの、トランジスタＱ４及び抵抗Ｒ
４に該当する回路部分に接続されている。なお、図５で
は、抵抗Ｒ１１及びトランジスタＱ１１の直列回路を１
個しか示していないが、この直列回路は、送信（受信）
データ用の受信処理部３２Ｄ１〜３２ＤＮの個数分だけ
設けられている。

【００５７】各送信（受信）データ用の受信処理部３２
ＤＸ（Ｘは１〜Ｎ）は、符号識別再生回路６２ＤＸと、
ラッチ回路６４ＤＸとを有する。

【００５８】符号識別再生回路６２ＤＸは、対応するフ
ォトダイオード３２ＤＸからの電気信号のレベルと、レ
ベル逓倍回路６３からの識別レベルとを大小比較して、
伝送されてきた送信データＤａｔａＸを再生するもので
ある（符号を確定する）。この再生処理でも、入力信号
における高レベルと低レベルとを反転して送信データＤ
ａｔａＸを再生する。

【００５９】ラッチ回路６４ＤＸは、再生された送信デ
ータＤａｔａＸを再生されたクロック信号ＣＬＫに基づ
いて次段の装置に引き渡すものである。

【００６０】図６及び図７は、この第１の実施形態の光
伝送システムの各部タイミングチャートである。

【００６１】送信側において、入力された図６（ａ）に
示すクロック信号（電圧信号）ＣＬＫは、反転増幅回路
５１Ｃにおいて、反転増幅されると共に電圧／電流変換
されて、図６（ｂ）に示すように、第１のバイアス電流
回路５１Ｃからのバイアス電流によって定まる振幅を有
すると共に、入力されたクロック信号ＣＬＫの論理レベ
ルが反転された信号に変換されて、電流加算回路５４Ｃ
に与えられる。そして、この電流加算回路５４Ｃにおい
て、第２のバイアス電流回路５３Ｃからのバイアス電流
が加算されて、図６（ｃ）に示すような直流オフセット
を有する駆動信号に変換されてレーザダイオード１２Ｃ
に与えられて電気／光変換されて光ファイバ２１Ｃに入
射される。

【００６２】また、送信側において、入力された送信デ
ータ（電圧信号）Ｄａｔａ１は、クロック信号ＣＬＫに
基づいて、ラッチ回路５０Ｄ１においてラッチされて、
図７（ａ）に示すようなクロック信号に同期したデータ
に変換された後、反転増幅回路５１Ｄ１において、反転
増幅されると共に電圧／電流変換されて、図７（ｂ）に
示すように、第１のバイアス電流回路５１Ｄ１からのバ
イアス電流によって定まる振幅を有すると共に、入力さ
れた送信データＤａｔａ１の論理レベルが反転された信
号に変換されて、電流加算回路５４Ｄ１に与えられる。
そして、この電流加算回路５４Ｄ１において、第２のバ
イアス電流回路５３Ｄ１からのバイアス電流が加算され
て、図７（ｃ）に示すような直流オフセットを有する駆
動信号に変換されてレーザダイオード１２Ｄ１に与えら
れて電気／光変換されて光ファイバ２１Ｄ１に入射され
る。

【００６３】他の送信データＤａｔａ２〜ＤａｔａＮに
ついても同様な処理が施されて、レーザダイオード１２
Ｄ２〜１２ＤＮから光ファイバ２１Ｄ２〜２１ＤＮに入
射される。

【００６４】一方、受信側において、クロック信号用の
フォトダイオード３１Ｃが光／電気変換して得た受信信
号は、電気信号分配器６０において、２分岐され、図６
（ｄ）に示す分岐信号が積分回路６１及び符号確定再生
回路６２Ｃに与えられる。なお、図６（ｄ）では、方形
波的に分岐信号を記載しているが、実際の分岐信号はこ
れより正弦波的である。積分回路６１においては、この
分岐信号を積分することにより、図６（ｄ）に記載して
いるような識別レベルＬ１を形成して符号確定再生回路
６２Ｃに与え、符号確定再生回路６２Ｃがこの識別レベ
ルと分岐信号との大小比較を行って（反転処理を伴
う）、図６（ｅ）に示すような送信されてきたクロック
信号を再生する。

【００６５】積分回路６１からの識別レベルは、識別レ
ベル逓倍回路６３によってレベルが所定倍（例えば２
倍）されて、図７（ｄ）に記載しているような送信デー
タの再生用の識別レベル（例えば２×Ｌ１）に変換さ
れ、全ての送信（受信）データ用の受信処理部３２Ｄ１
〜３２ＤＮに与えられる。

【００６６】送信データ用のフォトダイオード３１Ｄ１
が光／電気変換して得た図７（ｄ）に示すような受信信
号は、符号確定再生回路６２Ｄ１に与えられる。なお、
図７（ｄ）では、方形波的に受信信号を記載している
が、実際の受信信号はこれより正弦波的である。符号確
定再生回路６２Ｄ１は、識別レベル逓倍回路６３からの
識別レベルと受信信号との大小比較を行って（反転処理
を伴う）、図７（ｅ）に示すように、送信データＤａｔ
ａ１を再生し、この再生された送信データＤａｔａ１
が、再生されたクロック信号ＣＬＫに基づいて、ラッチ
回路６４Ｄ１においてラッチされて次段の装置に引き渡
される。

【００６７】上述した第１の実施形態の光送信装置、光
受信装置及び光伝送システムによれば、以下の効果を奏
することができる。

【００６８】（１）データとは別に識別レベルの情報
（クロック信号）をも伝送するようにしているので、送
信データの伝送において、温度変動などで受信信号レベ
ルが変動しても、その変動と同様に、識別レベルも変動
するので、再生された各送信データの位相が安定し（ジ
ッタの低減）、かつ、再生された複数の送信データの位
相も良くそろえることができる（言い換えると、スキュ
ーの量を減少させることができる）。

【００６９】ここで、クロック信号の識別レベルは、当
該クロック信号より作られ、温度特性などによる変動の
割合が同じであるので、常に、クロック信号の振幅の中
心レベルを識別レベルとすることができる。

【００７０】また、均一のとれたプロセスで作成された
同一ウェハ基板上に密接配設（例えば、数１００ミクロ
ン内に作成される）された複数のレーザダイオードはほ
ぼ同じ特性を有して光ファイバアレイ部に結合されてい
るため、ほぼ同一な温度特性を呈する。さらに、レーザ
ダイオードの駆動回路部分もＬＳＩで作成した場合に
は、各レーザダイオードにおけるバイアス電流もほぼ同
じにできる（例えば、カレントミラー回路などを使用す
る）。さらにまた、複数のフォトダイオードも同一ウェ
ハ基板上に近接して作った場合には、ほぼ同じ特性を呈
する。

【００７１】従って、各伝送路の温度でのレベル変化の
割合はほぼ同一になる。光結合がほぼ一定に作成できれ
ば、クロック信号用の識別レベルを所定数（２）倍して
作成した送信データ用の識別レベルも、送信データの温
度などの変動に対してほぼ一定（例えば、送信データの
振幅の中心レベル）にすることができ、上述した効果を
奏することができる。

【００７２】（２）識別レベルを固定ではなく変動レベ
ルとしているため、識別レベルを大きく設定でき、その
結果、レーザダイオードに常時発振しているような駆動
電流を供給することができ（第２のバイアス電流回路か
らのバイアス電流による）、レーザダイオードのパター
ン効果による悪影響を従来より低減させることができ
る。

【００７３】（３）変動識別レベルを、クロック信号を
積分して形成しているため、変動識別レベルを専用的に
伝送する伝送路（光ファイバだけでなく、その周辺回路
を含む）を設ける必要がなく、光伝送のためのハードウ
ェア構成を従来と同程度にすることができる。

【００７４】（４）伝送する送信データにおいて、割合
が多い方の論理レベルのときに、レーザダイオードに大
きな電流を流すようにしたので、従来より、レーザダイ
オードに大きな電流を流す割合が大きくなって、パター
ン効果による悪影響を減少させることができる。

【００７５】（５）温度変動に強いため、送信側や受信
側において、温度一定回路を不要とできる。すなわち、
ペルチェ素子やその制御回路などのハードウェアやそれ
による消費電力を大幅に削減することができる。また、
変動識別レベルとしたため、出力一定回路が不要とな
り、この点でも、消費電力やハードウェアを削減するこ
とができる。

【００７６】（Ｂ）第２の実施形態次に、本発明の光伝送システムを、光インタコネクト方
式を採用しているシステムに適用した第２の実施形態を
図面を参照しながら詳述する。

【００７７】ここで、図８が、この第２の実施形態の光
伝送システムの概略構成を示すブロック図であり、上述
した第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には
同一符号を付して示している。

【００７８】図８及び図１の比較から明らかなように、
この第２の実施形態は、第１の実施形態の構成に加え
て、クロック信号用のＬＤ電流制御部１１Ｃ内に１／２
分周回路５５を設けると共に、クロック信号用の受信処
理部３２Ｃ内に周波数２逓倍回路６５を設けたものであ
る。

【００７９】１／２分周回路５５は、入力されたクロッ
ク信号ＣＬＫを２分周して反転増幅回路５１Ｃに与える
ものであり、周波数２逓倍回路６５は、符号確定再生回
路６２Ｃからの信号の周波数を２逓倍して最終的にクロ
ック信号を再生するものである。他の構成要素は、第１
の実施形態と同様に機能するものであり、その説明は省
略する。

【００８０】クロック信号ＣＬＫの基本周波数成分は、
送信データＤａｔａＸの基本周波数成分よりも高いもの
である（図６及び図７参照）。このような周波数成分の
違いが、光ファイバの周波数特性などによって、僅かで
はあるが、クロック信号に係る受信信号と送信データに
係る受信信号とのレベル変動の度合を異ならせる可能性
がある。そのため、この第２の実施形態では、１／２分
周回路５５及び周波数２逓倍回路６５を設けて、全ての
光ファイバ内を伝達していく光信号の周波数成分ができ
るだけ等しくなるようにしている。

【００８１】この第２の実施形態によっても、上述した
第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。こ
れに加えて、光信号での周波数成分をできるだけそろえ
るようにしているので、より一段と、位相面での伝送精
度を向上させることができるようになる。

【００８２】（Ｃ）第３の実施形態次に、本発明の光伝送システムを、光インタコネクト方
式を採用しているシステムに適用した第３の実施形態を
図面を参照しながら詳述する。

【００８３】ここで、図９が、この第３の実施形態の光
伝送システムの概略構成を示すブロック図であり、上述
した第１の実施形態に係る図１との同一、対応部分には
同一符号を付して示している。

【００８４】この第３の実施形態は、識別レベルバイア
ス電流回路５６を備え、この識別レベルバイアス電流回
路５６が、受信側における送信データの符号確定に用い
る識別レベルに対応したバイアス電流（駆動電流）をレ
ーザダイオード１２Ｃに供給して発光させ、その光信号
をフォトダイオード３１Ｃが光／電気変換して得た電気
信号（識別レベル）を、全ての送信データ用の受信処理
部３２Ｄ１〜３２ＤＮに与えるようにしたものである。
すなわち、識別レベルをクロック信号を用いて伝送する
のではなく、直接伝送するようにしたものである。

【００８５】この第３の実施形態によっても、識別レベ
ルの情報を送信側から受信側に伝送するようにしている
ので、識別レベルも温度変動などによって変動するもの
となり、可変識別レベルを用いたことで生じる第１の実
施形態の効果の説明で言及した効果をそのまま奏するこ
とができる。

【００８６】なお、電気回路部分における温度変動など
の影響は、識別レベルの伝送系と、送信データの伝送系
とでは異なるようになるが、温度変動などの影響は光信
号段階での処理系の方が電気信号処理系よりも遙かに大
きく、第１の実施形態の効果の説明で言及した効果をほ
ぼそのまま奏することができる。

【００８７】図９及び図１の比較から明らかなように、
第３の実施形態の場合には、構成が非常に簡単になる。

【００８８】この第３の実施形態は、受信側において、
受信データからクロック成分を再生する回路を備えてい
る伝送システムに適用して特に好適なものである。な
お、図９では示していないが、さらにクロック信号を識
別レベル情報の伝送とは無関係に伝送するものであって
も良い。

【００８９】この第３の実施形態の場合、フォトダイオ
ード３１Ｃは、請求項４における識別レベル供給手段に
もなっている。

【００９０】（Ｄ）他の実施形態上記各実施形態においては、識別レベル情報を１系統で
伝送するものを示したが、複数の系統で識別レベル情報
を伝送するようにしても良い。例えば、送信データが３
２ビットであれば、８ビットに１系統の計４系統の識別
レベル情報を伝送するようにしても良い。この場合に、
温度変動などの影響が同一になるように、８ビットの送
信データ用のレーザダイオードや光ファイバの中間位置
に識別レベル情報用のレーザダイオードや光ファイバを
設ければ良い。

【００９１】また、上記各実施形態においては、送信デ
ータを並列伝送する場合に本発明を適用したものを示し
たが、送信データが１個の場合にも本発明を適用するこ
とができる。この場合でも、再生データのジッタ低減と
いう効果が期待される。すなわち、本発明は、光インタ
コネクト方式に従う光伝送システムを考慮してなされた
ものであるが、これ以外の光伝送システムに適用できる
ことは勿論である。

【００９２】さらに、上記実施形態で説明したような、
送信データの論理レベルをレーザダイオードの光強度が
大きい方での発光が増えるように調整するという技術思
想や、使用温度範囲で常時レーザダイオードにしきい値
電流以上の電流を流すようにするという技術思想や、識
別レベルを光送信装置から光受信装置に伝送するという
技術思想は、それぞれを単独で光伝送システムに適用し
ても良いことは勿論である。

【００９３】さらにまた、上記実施形態においては、送
信データの論理レベルをレーザダイオードの光強度が大
きい方での発光が増えるように調整するため固定的に論
理レベルを反転するものを示したが、外部から割合情報
を入力させるようにして、論理レベルの反転又は非反転
を選択できるようにしても良い。例えば、送信データを
反転するインバータ回路と、インバータ回路を介した送
信データとインバータ回路を介さない送信データとを割
合情報に応じて選択するスイッチと、そのスイッチ出力
を電圧／電流変換する回路とによって、このようなこと
を実現できる。この場合、割合情報を光受信装置に伝送
する伝送系も設けて、光受信装置においても論理レベル
の反転、非反転を選択できるようにすることを要する。

【００９４】また、上記実施形態においては、クロック
信号の伝送系と、送信データの伝送系でのバイアス電流
が等しいものを示したが、これを異なるようにしても良
いことは勿論である。

【００９５】

【発明の効果】本発明の光送信装置の光伝送システムに
よれば、識別レベル情報を光送信装置及び光受信装置間
で伝送するので、受信側における識別レベルが、送信さ
れてきたデータと同様な温度などによる変動を有し、送
信されてきたデータを位相面などから適切に再生できる
ようになる。

【００９６】また、本発明の光伝送システムによれば、
送信データにおいて割合が高い方の論理レベルが、発光
器からの光信号における光強度が大きい方になるように
して送信データを伝送するので、光送信装置の発光器が
強い光強度で発光する割合が多くなり、発光器の発光応
答が平均的に良くなり、発光器の応答遅れによる位相面
などの不都合（パターン効果）を軽減することができ
る。

【００９７】また、本発明の光伝送システムの光送信装
置によれば、送信データの低い方の論理レベルでも、発
光器が、当該装置の使用温度範囲で発光を行う最低レベ
ルより大きくなるように、送信データにバイアスを与え
て発光させるので、発光器の応答遅れによる位相面など
の不都合（パターン効果）を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の全体構成を示すブロック図で
ある。

【図２】従来の課題の説明補助図である。

【図３】第１の実施形態のオフセット用のバイアス電流
の説明図である。

【図４】第１の実施形態のクロック信号用のＬＤ電流制
御部の詳細構成を示す回路図である。

【図５】第１の実施形態のクロック信号用の受信処理部
の詳細構成を示す回路図である。

【図６】第１の実施形態の各部タイミングチャート
（１）である。

【図７】第１の実施形態の各部タイミングチャート
（２）である。

【図８】第２の実施形態の全体構成を示すブロック図で
ある。

【図９】第３の実施形態の全体構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１０…送信モジュール、１１…電子回路部、１１Ｃ、１
１Ｄ１〜１１ＤＮ…ＬＤ電流制御部、１２…レーザダイ
オード（ＬＤ）アレイ部、１２Ｃ、１２Ｄ１〜１２ＤＮ
…レーザダイオード、２０…光ファイバアレイモジュー
ル、２１Ｃ、２１Ｄ１〜２１ＤＮ…光ファイバ、３０…
受信モジュール、３１…フォトダイオード（ＰＤ）アレ
イ部、３１Ｃ、３１Ｄ１、…、３１ＤＮ…フォトダイオ
ード、３２…電子回路部、３２Ｃ、３２Ｄ１〜３２ＤＮ
…受信処理部、５０Ｄ１〜５０ＤＮ…ラッチ回路、５１
Ｃ、５１Ｄ１〜５１ＤＮ…電圧／電流変換機能付き反転
増幅回路、５２Ｃ、５２Ｄ１〜５２ＤＮ…振幅決定用バ
イアス電流回路（第１のバイアス電流回路）、５３Ｃ、
５３Ｄ１〜５３ＤＮ…レーザダイオード最低限電流回路
（第２のバイアス電流回路）、５４Ｃ、５４Ｄ１〜５４
ＤＮ…電流加算回路、５５…分周回路、５６…識別レベ
ルバイアス電流回路、６０…電気信号分配器、６１…積
分回路、６２Ｃ、６２Ｄ１〜６２ＤＮ…符号識別再生回
路、６３…識別レベル逓倍回路、６４Ｄ１〜６４ＤＮ…
ラッチ回路、６５…周波数２逓倍回路。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 H04J 14/00 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送信データを発光器が電気／光変換して
光伝送路に射出する光送信装置と、受光器が光／電気変
換して得た受信信号を、符号確定再生回路が識別レベル
と比較することにより、対向する上記光送信装置が送信
してきたデータの論理レベルを確定して再生する光受信
装置とを有する光伝送システムにおいて、上記光送信装置は、送信データの低い方の論理レベルで
も、上記発光器が、当該装置の使用温度範囲で発光を行
う最低レベルより大きくなるように、送信データにバイ
アスを与えて、上記発光器に与えるバイアス手段を有
し、上記光受信装置が、上記受光器からの受信信号を積分し
て直流レベルの信号に変換し、その直流レベルの信号を
符号確定の識別レベルとして上記符号識別再生回路に与
える積分回路を有することを特徴とする光伝送システ
ム。
【請求項２】上記光送信装置が、対向する光受信装置が光／電気変換後の受信信号から、
送信データの論理レベルを確定する際に必要となる識別
レベル情報を、送信データの位相を規定するクロック信
号を出力する識別レベル出力手段と、この識別レベル出力手段からの識別レベル情報を、電気
／光変換して識別レベル情報に専用の光伝送路に射出す
る識別レベル用発光器とを有することを特徴とする請求
項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】上記識別レベル出力手段が、分周回路を
内蔵し、送信データの位相を規定するクロック信号を分
周したものを、識別レベル情報として出力することを特
徴とする請求項２に記載の光伝送システム。
【請求項４】上記光送信装置は、送信データにおいて
割合が高い方の論理レベルが、上記発光器からの光信号
における光強度が大きい方になるように論理レベルを調
整して上記発光器に与える論理レベル調整手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項５】上記光受信装置は、識別レベル情報に専用の光伝送路を介して到来した光信
号を光／電気変換する識別レベル用受光器と、上記識別レベル用受光器からの送信されてきたクロック
信号を直流化したものを識別レベル情報として、上記符
号確定再生回路に出力する識別レベル供給手段とを有す
ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光
伝送システム。
【請求項６】上記識別レベル出力手段が周波数逓倍回
路を内蔵し、識別レベル情報として送信されてきたクロ
ック信号の周波数を逓倍して、論理レベルが確定された
送信データの１ビット期間を１周期としたクロック信号
を形成することを特徴とする請求項５に記載の光伝送シ
ステム。
【請求項７】上記受信装置が、対向する光送信装置の
論理レベル調整手段における処理の逆処理を行う論理レ
ベル復帰手段を有することを特徴とする請求項１〜６の
いずれかに記載の光伝送システム。