JP3470863B2 - 識別回路 - Google Patents

識別回路

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JP3470863B2
JP3470863B2 JP20830897A JP20830897A JP3470863B2 JP 3470863 B2 JP3470863 B2 JP 3470863B2 JP 20830897 A JP20830897 A JP 20830897A JP 20830897 A JP20830897 A JP 20830897A JP 3470863 B2 JP3470863 B2 JP 3470863B2
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公一 佐野
浩一 村田
泰一 尾辻
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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、半導体集積回路に
おいて入力する光データを識別して電気信号に変換する
識別回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、光データ信号を識別し電気信号に
変換するシステムとして、図10に示したものが知られ
ている。このシステムは、光通信で用いられている。こ
のシステムでは、光信号をフォトダイオード21により
受信し、電気信号に変換する。変換された電気信号は、
プリアンプ22、ポストアンプ23で増幅された後、識
別回路24に入力される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
光データ入力信号を識別し電気信号に変換するシステム
では、光/電気変換のためのインターフェース回路が必
要であった。また、プリアンプ22、ポストアンプ2
3、及び識別回路24はトランジスタにより構成される
ので、これらの回路の速度性能は、トランジスタの速度
性能に律速されていた。このため、光データ信号を識別
し電気信号に変換するシステムの速度性能も、トランジ
スタの速度性能に律速されていた。
【0004】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、光データ信号を入力して高い
周波数帯での識別動作を可能にした識別回路を提供する
ことである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の第1の発明は、一端が接地されたトンネルダイオード
の他端に負荷の一端とフォトダイオードのアノードを共
通接続し、前記負荷の他端と前記フォトダイオードのカ
ソードを電気クロック供給端子に共通接続し、前記フォ
トダイオードに光データ信号を入力し、電気出力信号を
前記トンネルダイオードの他端と前記負荷との共通接続
点から取り出すようにした。第2の発明は、第1の発明
において前記負荷が、別のトンネルダイオードであるよ
う構成した。第3の発明は、第1の発明において前記負
荷が、抵抗であるよう構成した。第4の発明は、第1の
発明において前記負荷が、ゲートとソース又はベースと
エミッタが短絡されたトランジスタであるよう構成し
た。
【0006】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]図1は本発明の第1の実施の形態
を示す図である。図中、1は光データ入力受信部ODか
らの光を受光するフォトダイオード、2はドライバとし
ての共鳴トンネルダイオード(RTD)、3は負荷とし
ての共鳴トンネルダイオード、4は電気クロック信号供
給端子、5は電気出力端子、6は接地である。図示のよ
うに、共鳴トンネルダイオード2,3はクロック供給端
子4と接地6との間に直列接続され、フォトダイオード
1は負荷としての共鳴トンネルダイオード3に並列接続
されている。出力電圧信号Voutは、電気出力端子5
と接地6との間に得られる。
【0007】図2の(a)、(b)はこの識別回路の動
作説明図である。図中、Aは共鳴トンネルダイオード2
の負性抵抗部分を有する電圧−電流特性曲線、Bは共鳴
トンネルダイオード3の負性抵抗部分を有する電圧−電
流特性曲線とフォトダイオード1の特性をあわせた負荷
曲線であり、この共鳴トンネルダイオード3が負荷であ
るので、曲線Bは曲線Aと対称形となっている。この負
荷曲線Bと電圧軸との交点は、クロック供給端子4に供
給されるクロック電圧Vckに等しい。
【0008】このクロック供給端子4のクロック電圧V
ckがLowレベルからHighレベルに遷移するに伴
い、負荷曲線Bは図2(a)、(b)の左から右に、つ
まり高電圧側に移動する。逆に、クロック電圧Vckが
HighレベルからLowレベルに遷移する場合は右か
ら左に移動する。
【0009】負荷曲線Bの移動の際に、フォトダイオー
ド1に光が照射されている(Data=High)場合
では、図2(b)に示すように、負荷曲線Bの電流値が
大きくなった状態で移動し、それに伴い動作点C(2つ
の曲線A,Bが交差する点であり、ここの電圧は、出力
端子5の接地に対する電圧Voutである。)は高電圧
側に遷移する。逆に、光が照射されていない(Data
=Low)場合では、負荷曲線Bの電流値は変わらずに
移動し、動作点Cは低電圧側に留まる。
【0010】図3はこの識別回路の動作を示す信号波形
図である。クロック電圧Vckの立ち上がり時の光の状
態を識別し、クロック電圧VckがHighレベルの間
はその識別状態を保持する。クロック電圧VckがLo
wレベルになると、出力電圧は必ず低電圧側に遷移す
る。以上の結果、出力電圧Voutの波形はRZ(Retu
rn To Zero)信号となる。共鳴トンネルダイオードを
用いた双安定回路(動作点が2個ある)では、その双安
定回路への供給電圧がクロック電圧に等しいので、この
クロック電圧がLowレベルになることは、双安定回路
への供給電圧がLowレベルになることを意味する。双
安定回路への供給電圧Lowレベルであることは、図2
(a)、(b)ではクロック電圧Vckが小さい状態の
図に対応しており、動作点CとしてはLowレベルしか
取り得ない。よって、クロック電圧VckがLowレベ
ルの間は、入力する光データに依存せず、出力電圧Vo
utはLowレベルとなる。
【0011】図4は光入力データが100Gbit/
s、出力が50Gbit/sのDEMUX動作のシミュ
レーションの波形を100psごとに折り返し、重ね書
きしたものである。この図4では、いわゆる「アイパタ
ン」(LowレベルとHighレベルが各々直線で存在
し、その間に遷移レベルがX型に挿入される波形)には
なっていないが、これは出力がRZ信号であるためであ
る。このRZ信号では、High又はLowのデータの
後、次のデータ信号に移る前に必ずLowレベルに戻る
ので、通常のようにHighレベルの連続がみられな
い。出力信号は確かにランダム入力データ(PN7段)
に対する出力を100psごとに重ね書きしたものであ
る。DEMUX動作が成されていることが確認できる。
【0012】ここでは、DEMUX動作の例を挙げた
が、クロック周波数を光入力データビットレートと同一
の値にする(図3参照)ことにより、識別動作が可能で
ある。また、DEMUX動作は、伝送されてくるデータ
列をn個ごとに区切ったとき、そのうちの1つを識別し
残りのn−1個は無視する動作を繰り返し行う。すなわ
ち、一定の間隔でデータをピックアップし識別してい
る。よって、DEMUX動作の中に識別動作が含まれて
いるので、DEMUX動作の確認で識別回路が動作する
ということができる。
【0013】以上のように、この実施の形態の識別回路
では、光信号を受信するフォトダイオード1に対して、
識別動作を行う共鳴トンネルダイオード2,3の双安定
回路を直結するので、光/電気変換のインターフェース
回路が不要となる。また、トランジスタと比較して速度
性能に優れた共鳴トンネルダイオード2を用いるので、
トランジスタを用いた従来の識別回路よりも高速な動作
が可能となる。
【0014】[第2の実施の形態]図5は第2の実施の
形態の識別回路を示す図である。図1と同じものには同
じ符号を付した。図1の構成と異なるところは、負荷と
しての共鳴トンネルダイオード3が、抵抗7に置き換わ
っている点である。
【0015】図6はこの識別回路の動作説明図である。
負荷が抵抗7に変わったことにより、そのその負荷抵抗
7とフォトダイオード1の特性をあわせた負荷曲線が直
線Dになっている。光が照射された場合、光電流が流れ
ることで、負荷曲線Dの電流値が増大する。よって、ク
ロックの立ち上がり時に光が照射されると動作点Cは図
6の(b)に示すように高電圧側に移動する。逆に光り
が照射されないときは、負荷曲線Dは電流値を変えずに
移動するので、動作点Cは図6の(a)に示すように低
電圧側となる。
【0016】図7はこの第2の実施の形態の識別回路に
おいて、光入力データが100Gbit/s、出力が5
0Gbit/sのDEMUX動作のシミュレーションの
出力波形を100psごとに折り返し、重ね書きしたも
のである。ここでもDEMUX動作が成されていること
が確認できる。ここでは、DEMUX動作の例を挙げた
が、クロック周波数を光入力データビットレートと同一
の値にすることにより、識別動作が可能である。
【0017】[第3の実施の形態]図8は第3の実施の
形態の識別回路を示す図である。図1と同じものには同
じ符号を付した。図1の構成と異なるところは、負荷と
しての共鳴トンネルダイオード3が、トランジスタ8に
置き換わっている点である。このトランジスタ8は、ゲ
ートとソース又はベースとエミッタを短絡させたトラン
ジスタである。
【0018】図9はこの識別回路の動作説明図である。
負荷がトランジスタ8に変わったことにより、その負荷
曲線がEになっている。光が照射された場合、光電流が
流れることで、負荷曲線Eの電流値が増大する。よっ
て、クロックの立ち上がり時に光が照射されると動作点
Cは図9の(b)に示すように高電圧側に移動する。逆
に光りが照射されないときは、負荷曲線Eは電流値を変
えずに移動するので、動作点Bは図9の(a)に示すよ
うに低電圧側となる。
【0019】[その他の実施の形態]なお、以上では共
鳴トンネルダイオード2,3を使用したが、これは通常
のトンネルダイオードに代えることができることは勿論
である。
【0020】
【発明の効果】以上から本発明によれば、トンネルダイ
オードを用いた双安定回路に電流変調用のフォトダイオ
ードを付加するので、高周波成分を有する光入力信号に
対して、光/電気信号変換と識別動作を同時に行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態の識別回路の回路
図である。
【図2】 同識別回路の動作説明図である。
【図3】 同識別回路の動作波形図である。
【図4】 同識別回路の出力波形図である。
【図5】 第2の実施の形態の識別回路の回路図であ
る。
【図6】 同識別回路の動作説明図である。
【図7】 同識別回路の動作波形図である。
【図8】 第3の実施の形態の識別回路の回路図であ
る。
【図9】 同識別回路の動作説明図である。
【図10】 光データ信号を識別し電気信号に変換する
従来のシステムのブロック図である。
【符号の説明】
1:フォトダイオード、2:ドライバとしての共鳴トン
ネルダイオード、3:負荷としての共鳴トンネルダイオ
ード、4:クロック供給端子、5:出力端子、6:接
地、7:負荷としての抵抗、8:負荷としてのトランジ
スタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/28 (56)参考文献 特開2000−332596(JP,A) 特開 平8−111540(JP,A) 特開 平7−273608(JP,A) 特開 平7−270843(JP,A) 特開 平6−177402(JP,A) 特開 昭63−200118(JP,A) K.Sano,K.Murata, T.Akeyoshi,N.SHimi zu,T.Otsuji,M.Yama moto,T.Ishibashi, E.Sano,Ultra−fast optoelectronic cir cuit using resonan t tunnelling diode s and unitravellin g−carrier photodi, ELECTRONICS LETTER S,米国,IEEE,1998年 1月,V ol.34,No.2,pp.215−217 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 H01L 31/10

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端が接地されたトンネルダイオードの他
    端に負荷の一端とフォトダイオードのアノードを共通接
    続し、前記負荷の他端と前記フォトダイオードのカソー
    ドを電気クロック供給端子に共通接続し、 前記フォトダイオードに光データ信号を入力し、電気出
    力信号を前記トンネルダイオードの他端と前記負荷との
    共通接続点から取り出すようにしたことを特徴とする識
    別回路。
  2. 【請求項2】前記負荷が、別のトンネルダイオードであ
    ることを特徴とする請求項1に記載の識別回路。
  3. 【請求項3】前記負荷が、抵抗であることを特徴とする
    請求項1に記載の識別回路。
  4. 【請求項4】前記負荷が、ゲートとソース又はベースと
    エミッタが短絡されたトランジスタであることを特徴と
    する請求項1に記載の識別回路。
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JP2008312077A (ja) * 2007-06-18 2008-12-25 Yokogawa Electric Corp 光信号処理装置および光パケットアドレス認識システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K.Sano,K.Murata,T.Akeyoshi,N.SHimizu,T.Otsuji,M.Yamamoto,T.Ishibashi,E.Sano,Ultra−fast optoelectronic circuit using resonant tunnelling diodes and unitravelling−carrier photodi,ELECTRONICS LETTERS,米国,IEEE,1998年 1月,Vol.34,No.2,pp.215−217

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