JP4088385B2

JP4088385B2 - 光送信器及び光通信システム

Info

Publication number: JP4088385B2
Application number: JP10620399A
Authority: JP
Inventors: 茂時田; 淳長谷川; 修志長岡
Original assignee: 日本オプネクスト株式会社
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: JP2000299498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を光信号に変換する光送信器に係り、広い温度範囲において発光素子の高速駆動を実現する光送信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図5に、特開平10-65217号公報に記載されている従来の光送信器の構成を示す。この光送信器は、入力端子1a,1bと、増幅器30と、出力バッファ回路90と、容量素子C1,C2と、発光素子100と、抵抗R1とにより構成されている。入力端子1a,1bには、それぞれ、正相および逆相のデータ信号を入力する。データ信号は、増幅器30で増幅され出力バッファ回路90で駆動電流I1に変換される。
【０００３】
また、従来の光送信器では、発光素子100における光信号の帯域劣化を補償するため、容量C1,C2が備えられている。容量C1,C2は、それぞれ、出力バッファ回路90の逆相入力端子−正相出力端子間，および正相入力端子−逆相出力端子間をバイパスするように接続され、増幅器30の出力信号の立ち上がり，立ち下がりに際して微分電流を生成する。発光素子100には、駆動電流と微分電流の合成電流を供給される。発光素子100に微分電流を与えることで、帯域補償された光信号を生成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光送信器では、温度条件が変化した際に光信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間が変化してしまうことが問題であった。
【０００５】
このような問題は、発光素子の応答周波数が温度条件によって変化するために発するものである。発光ダイオードなどの発光素子は、キャリア寿命および接合容量の温度特性により応答周波数が変化することが知られている。
【０００６】
このような発光素子を用いて、広い温度範囲で安定な光信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を実現するためには、微分電流と駆動電流の比を温度に応じて変化させることが好ましい。
【０００７】
一方、従来の光送信器では、微分電流と駆動電流の比を温度に応じて変化させることなく、発光素子を動作させていた。したがって、発光素子の応答周波数が温度で変化した場合、光信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間が変化してしまうことがあった。
【０００８】
上記のように、従来の光送信器では、動作温度によって光信号の立ち上がり時間，立ち下がり時間が変化してしまうので、広温度範囲において安定した光信号波形を得ることが困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、光信号の立ち上がり時間，立ち下がり時間の温度依存性を抑制し、広温度範囲において安定した光信号波形を実現する光送信器を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、温度検出器と、温度検出器の出力信号により駆動電流量を変化させる電流源と、該駆動電流を発光／消光信号によりオン／オフ制御する変調器と、該変調器の出力に接続された発光素子と、外部から入力されるデータ信号を増幅し該発光／消光信号を生成する第1の増幅器とを備える光送信器において、
該データ信号の微分波形を生成する微分回路と、該微分波形を増幅する第2の増幅器と、該発光素子に並列接続され該第2の増幅器の出力信号によりオン／オフ制御を行う第1のスイッチ素子と、該変調器と該電流源にて構成される直列回路に並列接続され該第2の増幅器の出力信号によりオン／オフ制御を行う第2のスイッチ素子と、該温度検出器の出力信号で該第1のスイッチ素子のオン電流が制御する第1の電流制御回路と、該温度検出器の出力信号で該第2のスイッチ素子のオン電流が制御する第2の電流制御回路を備えたことを特徴とする光送信器を提供する。
【００１１】
本発明に係る光送信器では、オン／オフ制御された駆動電流を発光素子に供給する。さらに、発光素子には、第1のスイッチ素子および第2のスイッチ素子より、それぞれ駆動電流の立ち下がり時および立ち上がり時に微分電流を供給する。駆動電流と微分電流の合成電流を発光素子に供給するので、発光素子における帯域劣化を抑制し、光信号波形の立ち上がり時間および立ち下がり時間を短縮できる。したがって、伝送速度の高速化が可能である。
【００１２】
また、駆動電流の立ち下がり時および立ち上がり時に供給される微分電流は、それぞれ、第1の電流制御回路および第2の電流制御回路により、駆動電流とは独立に温度特性が制御されている。したがって、微分電流と駆動電流の比に温度特性を与えることが可能である。発光素子の応答周波数が温度条件によって変化した場合、微分電流と駆動電流の比を調節することで光信号の立ち上がり時間，立ち下がり時間の変動を抑制することができる。すなわち、広い温度範囲において安定な光信号波形を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明に係る光送信器の実施例を示す。この光送信器は、データ入力端子1と、微分回路20と、増幅器30a，30bと、発光素子100と、電界効果型トランジスタを用いた電流源10a，10b，10c，10dと、温度検出器50と、電界効果型トランジスタM1〜M4とにより構成されている。データ入力端子1に、光送信器の外部より、データ信号を入力する。データ信号は、増幅器30aにより増幅され、差動型変調器を構成する電界効果型トランジスタM1，M2のベース端子に与える。バイポーラトランジスタM1，M2は、温度検出器50に接続された電流源10aの駆動電流をオン／オフ制御し発光素子100に供給する。発光素子100には、温度検出器50に接続された電流源10bよりバイアス電流を供給する。さらに、増幅器30bの出力信号によりオン／オフ制御する電界効果型トランジスタM3，M4を介して、微分電流を供給する。光信号は、駆動電流と、バイアス電流と、微分電流とを発光素子100に与えて生成される。
【００１４】
図1において、本発明が従来回路と異なる点は、微分電流量を調節する電流源10c，10dを独立に備える構成としたことである。本構成により、微分電流は、駆動電流とは独立に温度特性が制御される。したがって、微分電流と駆動電流の比に温度特性を与えることが可能である。この結果、発光素子の応答周波数が温度条件によって変化した場合でも、微分電流と駆動電流の比を調節することで光信号の立ち上がり時間，立ち下がり時間の変動を抑制することができる。すなわち、広い温度範囲において安定な光信号波形を得ることができる。
【００１５】
図2に、本発明に係る第2の実施例を示す。図2に示す光送信器は、データ入力端子1a，1bと、データ遅延回路70と、微分回路20と、増幅器30a〜30cと、発光素子100と、電流源10a〜10dと、温度検出器50と、バイポーラトランジスタQ1〜Q6を用いた差動型変調器40a〜40cとにより構成されている。温度検出器50の出力信号と接続される電流源10a〜10dは、それぞれ、駆動電流，バイアス電流，立ち上がり時の微分電流，立ち下がり時の微分電流を生成している。発光素子100には、変調器40aより駆動電流が供給される。また、変調器40b，40cより、それぞれ、駆動電流の立ち上がり，立ち下がりに際して微分電流が供給される。駆動電流と微分電流を合成して発光素子100に供給しているので、光信号波形の立ち上がり時間および立ち下がり時間を短縮できる。
【００１６】
一方、伝送速度の高速化に伴い、光信号波形のジッタ抑制が必要である。そこで、図2に示す光送信器では、データ入力端子1a，1bと、データ遅延回路70と、微分回路20と、増幅器30a〜30cと、差動型変調器40a〜40cとを、それぞれ両相信号で動作させる構成とした。このとき、データ信号のHiレベル／Lowレベルの判定は、正相データ信号と逆相データ信号の比較により行う。したがって、光送信器の電源電圧もしくはデータ信号に雑音成分が混入する場合でも、両相比較により雑音成分がキャンセルされるので、発光／消光信号はジッタが抑制されたものとなる。
【００１７】
さらに、光信号波形のジッタ抑制には、微分電流の出力タイミングを、駆動電流の立ち上がり，立ち下がりに一致させることも必要である。そこで、図2に示す光送信器では、増幅器30a,30b,30c，差動型変調器40a,40b,40cに、それぞれ、同じ回路形式を採用し、各増幅器および各差動型変調器において伝播遅延時間を一致させる構成とした。また、微分回路20で発生する伝播遅延時間を補償するため、微分回路20と同じ伝播遅延時間を有する遅延回路70を備える構成とした。
【００１８】
上記構成により、図2に示す光送信器は、広い温度範囲において安定な光信号波形を出力するとともに、光信号波形のジッタを抑制し、伝送速度の高速化に好適な光送信器を実現する。
【００１９】
図3に、本発明に係る第3の実施例を示す。図3に示す光送信器は、第1の実施例に示す光送信器80と、微分電流制御回路70とにより構成されている。一方、微分電流制御回路70は、プリアンプ71と、フィルタ回路72と、微分回路73と、ボトム値検出器74a,74bと、ピーク値検出器75a,75bと、比較器76a,76bとにより構成する。
【００２０】
図4に、微分電流制御回路の各部波形を示す。以下では図4に基づいて微分電流制御回路70の動作を説明する。発光素子100の順方向電圧を、プリアンプ71を介してフィルタ回路72と、微分回路73に与える。フィルタ回路は、カットオフ周波数を伝送周波数と同程度に設定し、順方向電圧波形のオーバシュートを抑制する。また微分回路では、順方向電圧の微分波形を生成する。この時、微分波形は、順方向電圧の立ち上がり速度，立ち下がり速度に応じて振幅レベルが変化する。
【００２１】
したがって、微分波形のピークレベルおよびボトムレベルを検出するピーク値検出器74a，ボトム値検出器75aの出力電圧は、それぞれ、順方向電圧の立ち上がり速度，立ち下がり速度に比例したものとなっている。比較器76aでは、順方向電圧波形のボトムレベルを検出するボトム値検出器75bの出力電圧と、前記ボトム検出器75aの出力電圧を比較し、比較結果を制御電圧に変換して電流源10cに与える。また、比較器76bでは、順方向電圧波形のピークレベルを検出するピーク値検出器74bの出力電圧と、前記ピーク検出器74aの出力電圧を比較し、比較結果を制御電圧に変換して電流源10dに与える。
【００２２】
微分電流制御回路70は、上記構成により、発光素子100で発生する順方向電圧波形の立ち上がり速度，立ち下がり速度に応じて電流源10c，10dに与える制御電圧を変化させ、微分電流量の調節を行う。すなわち、順方向電圧の立ち上がり，立ち下がり速度が遅い場合には微分電流を増加させ、順方向電圧の立ち上がり，立ち下がり速度が速い場合には微分電流を減少させる。
【００２３】
この結果、発光素子100の接合容量にバラツキが発生した場合であっても、立ち上がり速度，立ち上がり速度に対してフィードバック制御を行っているので、発光素子100への供給電流の立ち上がり時間，立ち下がり時間を一定に保つことができる。この結果、発光素子100の接合容量のバラツキに依らず、光信号波形の立ち上がり時間，立ち下がり時間を設定することが可能である。
【００２４】
また、発光素子100に微分電流および駆動電流が供給されると、光半導体チップと電流供給端子の間のボンディングワイヤで逆起電力が発生してしまう。すなわち、光半導体チップの正確な順方向電圧波形が得られない恐れがある。
【００２５】
そこで、本実施例では、発光素子100は、光半導体チップに電流供給するためのアノード側電流供給端子，カソード側電流供給端子と、さらに、光半導体チップの順方向電圧をモニタするためのアノード側電位出力端子，カソード側電位出力端子を備える4端子構成とする。
【００２６】
また、微分電流制御回路には、アノード側電位出力端子およびカソード側電位出力端子を接続する。本構成では、アノード側電位出力端子，カソード側電位出力端子にほとんど電流が流れないので、ボンディングワイヤで発生する逆起電力が抑制される。したがって、光半導体チップの正確な順方向電圧波形が得られる。
【００２７】
以上で説明した各種の光送信器は、図示しない信号生成装置と電気的に接続し、かつ、光ファイバを介して接続された光受信器と、光受信器に電気的に接続される信号処理装置とを組み合わせることで光通信システムとなる。この光通信システムは、特に、発光素子に発光ダイオードを用いる高速光データリンクシステムにおいて有効である。すなわち、上述の各光送信器を用いることにより、広い温度範囲において発光素子を高速に駆動することができる。光信号波形の立ち上がり時間，立ち下がり時間の温度依存性が抑制され、光受信器において誤りの少ない光通信システムが構築できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明によれば、光信号波形の立ち上がり時間，立ち下がり時間の温度依存性が抑制し、広い温度範囲において発光素子の高速駆動を実現する光送信器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第1の実施形態の回路構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態の回路構成を示す図である。
【図３】本発明に係る第３の実施形態の回路構成を示す図である。
【図４】本発明に係る第3の実施形態に用いた微分電流制御回路の回路構成および各部波形を示す図である。
【図５】従来の光送信器の回路構成と各部電流波形を示す図である。
【符号の説明】
1, 1a, 1b…データ入力端子、5…電源電位供給端子、6…接地電位供給端子、10a, 10b, 10c, 10d…電流源、20, 73…微分回路、30a, 30b, 30c…増幅器、40, 40a, 40b, 40c…差動対型変調器、50…温度検出器、60a，60b…スイッチ素子、70…微分電流制御回路、71…増幅器、72…フィルタ回路、74a，74b…ピーク値検出器、75a，75b…ボトム値検出器、76a，76b…比較器、80…第1の実施形態に示す光送信器、90…出力バッファ回路、100…発光素子、101…発光素子100におけるカソード側電流供給端子、102…発光素子100におけるアノード側電流供給端子、103…発光素子100におけるカソード側電位出力端子、104…発光素子100におけるアノード側電位出力端子、L1，L2，L3，L4…発光素子100におけるボンディングワイヤ、R1…抵抗素子、C1，C2…容量素子、Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6…バイポーラトランジスタ、M1，M2，M3，M4…電界効果型トランジスタ。

Claims

温度検出器と、
該温度検出器の出力信号により駆動電流量を変化させる第 1 の電流源と、
該駆動電流を発光／消光信号によりオン／オフ制御する変調器と、
該変調器の出力に接続された発光素子と、
該温度検出器の出力信号に応じて、該発光素子に与えるバイアス電流量を変化させる第２の電流源と、
外部から入力されるデータ信号を増幅し該発光／消光信号を生成する第1の増幅器と、
該データ信号の微分波形を生成する微分回路と、
該微分波形の増幅およびレベル変換を行う第２の増幅器と、
該発光素子に並列接続され該第２の増幅器の出力信号によりオン／オフ制御を行う第１のスイッチ素子と、
該変調器と該電流源にて構成される直列回路に並列接続され該第２の増幅器の出力信号によりオン／オフ制御を行う第２のスイッチ素子と、
該温度検出器の出力信号で該第１のスイッチ素子のオン電流を調節する第３の電流源と、
該温度検出器の出力信号で該第２のスイッチ素子のオン電流を調節する第４の電流源と、を備えたことを特徴とする光送信器。
請求項１に記載の光送信器において、外部から入力されるデータ信号を遅延させる遅延回路を、該微分回路と並列、かつ、該第１の増幅器の前段に備えたことを特徴とする光送信器。
請求項１又は２に記載の光送信器において、該変調器からの電流を与えた際の該発光素子の端子電圧の遷移速度の大小に応じて、該第３の電流源および該第４の電流源に与える制御電圧をそれぞれ変化させる微分電流制御回路を備えたことを特徴とする光送信器。
請求項３に記載の光送信器において、該微分電流制御回路は、該発光素子に接続する増幅器と、該増幅器の出力信号の微分波形を生成する微分回路と、該微分波形のピークレベルを検出する第1のピーク値検出器と、該微分波形のボトムレベルを検出する第1のボトム値検出器と、該増幅器の出力信号の高域周波数を遮断するフィルタ回路と、該フィルタ回路の出力信号のピークレベルを検出する第2のピーク値検出器と、該フィルタ回路の出力信号のボトムレベルを検出する第2のボトム値検出器と、該第1のピーク値検出器と該第2のピーク値検出器の比較結果を該第３の電流源に伝達する第1の比較器と、該第1のボトム値検出器と該第2のボトム値検出器の比較結果を該第４の電流源に伝達する第2の比較器とを有することを特徴とする光送信器。
請求項１〜４のいずれか１項に記載において、光送信器と、光受信器とを備えることを特徴とする光通信システム。