JP4625368B2 - Optical signal processing circuit - Google Patents
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本発明は、光信号処理回路に関し、より詳細には、非同期バーストのシリアル光信号を複数の電気信号に変換するシリアル−パラレル変換、並列の電気信号をシリアル光信号に変換するパラレル−シリアル変換、ならびに光パケット通信における光ラベル変換処理を行う光信号処理回路に関する。 The present invention relates to an optical signal processing circuit, and more specifically, serial-parallel conversion for converting an asynchronous burst serial optical signal into a plurality of electrical signals, parallel-serial conversion for converting parallel electrical signals into serial optical signals, The present invention also relates to an optical signal processing circuit that performs optical label conversion processing in optical packet communication.
近年、インターネットに代表されるデータ通信の爆発的増加に伴い、光信号の高速化の要求が高まっている。従来、光信号は、受光素子により電気信号に変換され、電気信号の状態で電子回路により処理されていた。しかしながら、10Gbps以上のビットレートの光信号を、電気信号の状態で電子回路により処理することが問題となってきている。例えば、光パケット通信において、ルータ等のネットワーク機器には、光パケットのラベルに含有されるアドレス情報を解読して出力ポートを判別する機能、光パケット同士の衝突を回避するために、光パケットを任意の時間だけ遅延させるバッファメモリ機能が必要とされる。従来、これらラベル認識機能およびメモリ機能は、シリコン系のLSIで構成されているため、その動作速度は1Gbps以下に制限されている。従って、シリコン系の電子回路では、10Gbps以上の高速光パケット信号に対して、ラベル認識機能およびメモリ機能を実現することは困難である。 In recent years, with the explosive increase in data communication represented by the Internet, there has been an increasing demand for high-speed optical signals. Conventionally, an optical signal is converted into an electric signal by a light receiving element and processed by an electronic circuit in the state of the electric signal. However, it has become a problem to process an optical signal having a bit rate of 10 Gbps or more by an electronic circuit in the state of an electric signal. For example, in optical packet communication, a network device such as a router has a function of decoding the address information contained in the label of the optical packet to determine an output port, in order to avoid collision between optical packets, A buffer memory function that delays by an arbitrary time is required. Conventionally, since the label recognition function and the memory function are configured by a silicon LSI, the operation speed is limited to 1 Gbps or less. Therefore, it is difficult to realize a label recognition function and a memory function for a high-speed optical packet signal of 10 Gbps or more in a silicon-based electronic circuit.
そこで、高速光パケット信号を、複数の低速な電気信号に変換(電気シリアル−パラレル変換)して、シリコン系の電子回路で処理することが行われている。この方法は、受光素子を含むO/E(光/電気)受信回路により光信号を電気信号に変換し、InPまたはGaAs系の高速電子回路により電気信号を処理する。高速電子回路は、変換された電気信号から電気クロック信号発生器によりクロック信号を抽出し、電気クロック信号を用いて、変換された電気信号を、複数の低速な電気信号に変換する。電気シリアル−パラレル変換された電気信号は、シリコン系の電子回路により、ラベル認識機能等が実行される。 Thus, high-speed optical packet signals are converted into a plurality of low-speed electric signals (electrical serial-parallel conversion) and processed by a silicon-based electronic circuit. In this method, an optical signal is converted into an electric signal by an O / E (optical / electrical) receiving circuit including a light receiving element, and the electric signal is processed by an InP or GaAs high-speed electronic circuit. The high-speed electronic circuit extracts a clock signal from the converted electric signal by an electric clock signal generator, and converts the converted electric signal into a plurality of low-speed electric signals using the electric clock signal. The electric signal subjected to the electric serial-parallel conversion is subjected to a label recognition function or the like by a silicon-based electronic circuit.
しかしながら、この方法は、電気クロック信号の発生および電気シリアル−パラレル変換を、すべて電子回路に依存しているため、40Gbps程度のビットレートが限界であると考えられる。また、電気シリアル−パラレル変換は、変換された電気信号を順次半分の速度に分周する(例えば、40GHz→20GHz→・・・→数100MHz)ので、分周回路の段数を多く必要とする。分周回路の段数が増えると、各段におけるクロック抽出および位相制御等を精度良く行わなければならない。さらに、高速電子回路は、シリコン系の電子回路と比較して、消費電力が非常に大きいという問題もある。 However, this method is considered to have a limit of a bit rate of about 40 Gbps because the generation of the electric clock signal and the electric serial-parallel conversion all depend on the electronic circuit. In addition, the electric serial-parallel conversion sequentially divides the converted electric signal at a half speed (for example, 40 GHz → 20 GHz →... → several 100 MHz), and thus requires a large number of stages of frequency dividing circuits. As the number of stages of the frequency divider increases, clock extraction and phase control in each stage must be performed with high accuracy. Furthermore, the high-speed electronic circuit has a problem that the power consumption is very large as compared with a silicon-based electronic circuit.
従来のクロック抽出回路は、PLL(Phase Locked Loop)によるフィードバックに制御により、VCO(Voltage Control Oscillator)の発振周波数をロックしている。従って、非同期バースト的に入力する光パケット信号に対しては、瞬時にクロックを抽出することができない。 A conventional clock extraction circuit locks an oscillation frequency of a VCO (Voltage Control Oscillator) by controlling feedback by a PLL (Phase Locked Loop). Therefore, a clock cannot be instantaneously extracted from an optical packet signal input in an asynchronous burst.
一方、電気シリアル−パラレル変換に対して、光信号のままシリアル−パラレル変換を行う方法について、いくつかの研究が行われている。その一つとして、高速光信号を複数に分岐し、それぞれの高速光信号を、光−光スイッチを用いて、低速光信号に変換する方法が知られている。例えば、100Gbpsの光信号を、10Gbpsの光信号10本にバラレル変換する場合には、10個の光−光スイッチを使用する。なお、その他の光シリアル−パラレル変換の方法として、複数の表面出射2次高調波発生を用いた方法、エキシトン的巨大非線形効果を用いた方法、ホログラムを用いた方法などが知られている。 On the other hand, with respect to electrical serial-parallel conversion, several studies have been conducted on a method of performing serial-parallel conversion with an optical signal. As one of the methods, a method is known in which a high-speed optical signal is branched into a plurality of signals, and each high-speed optical signal is converted into a low-speed optical signal using an optical-optical switch. For example, when an optical signal of 100 Gbps is converted into 10 optical signals of 10 Gbps, 10 optical-optical switches are used. As other optical serial-parallel conversion methods, a method using a plurality of surface-emitting second harmonic generation, a method using an excitonic giant nonlinear effect, a method using a hologram, and the like are known.
しかしながら、従来の光シリアル−パラレル変換の方法は、光−光スイッチを分岐の数だけ用いることから、装置規模が大きく、消費電力も大きいという問題があった。従来の表面出射2次高調波発生を用いた方法は、非共鳴の光非線形効果を用いるために、極端に効率が悪く、損失が非常に大きいという問題がある。また、従来のエキシトン的巨大非線形効果を用いた方法は、大きな非線形効果を得るために、非線形媒質を液体ヘリウム温度に冷やす必要があるなどの問題がある。さらに、従来のホログラムを用いた方法は、回折効果を用いているために、極端に損失が大きいなどの問題がある。従って、従来の光シリアル−パラレル変換の方法は、いずれもランニングコストを要し、非効率であり、長期にわたって安定した性能を維持することが非常に困難であるという問題を有していた。 However, the conventional optical serial-parallel conversion method has a problem that the apparatus scale is large and the power consumption is large because the optical-optical switch is used by the number of branches. The conventional method using surface-emitting second-order harmonic generation has a problem that it is extremely inefficient and has a very large loss because it uses a non-resonant optical nonlinear effect. Further, the conventional method using the exciton giant nonlinear effect has a problem that the nonlinear medium needs to be cooled to the liquid helium temperature in order to obtain a large nonlinear effect. Furthermore, since the conventional method using a hologram uses the diffraction effect, there is a problem that the loss is extremely large. Therefore, all of the conventional optical serial-parallel conversion methods require a running cost, are inefficient, and have a problem that it is very difficult to maintain stable performance over a long period of time.
上述した問題を解決するために、低温成長Beドープ歪InGaAs/InAlAs多重量子井戸を用いた超高速面型光−光スイッチが開発され、全光型シリアル−パラレル変換器が実現されている(例えば、非特許文献1参照)。しかし、全光型シリアル−パラレル変換器は、高速に設計された平面導波回路、高密度の受光素子アレイが必要となるため、コストが高いという欠点を有している。また、シリコン系の電子回路であるCMOSプロセッサを用いてラベル認識機能等を実現するためには、全光型シリアル−パラレル変換器とともに、出力インタフェースとして並列電気信号をシリアル光信号に変換するためのパラレル−シリアル変換器が別途必要となるため、システム全体としての小型化が困難である。 In order to solve the above-described problems, an ultrafast surface-type optical-optical switch using a low-temperature grown Be-doped strained InGaAs / InAlAs multiple quantum well has been developed, and an all-optical serial-parallel converter has been realized (for example, Non-Patent Document 1). However, the all-optical serial-parallel converter has a drawback in that it is expensive because it requires a high-speed planar waveguide circuit and a high-density light-receiving element array. In order to realize a label recognition function using a CMOS processor which is a silicon-based electronic circuit, together with an all-optical serial-parallel converter, an output interface for converting a parallel electric signal into a serial optical signal Since a parallel-serial converter is separately required, it is difficult to reduce the size of the entire system.
上述したように、シリコン系の電子回路を用いて、非同期の高速光パケット信号を処理するためには、入出力インタフェースとしてシリアル−パラレル変換器およびパラレル−シリアル変換器が必要である。以下、具体例としてラベル交換器を用いて説明する。 As described above, in order to process an asynchronous high-speed optical packet signal using a silicon-based electronic circuit, a serial-parallel converter and a parallel-serial converter are required as an input / output interface. Hereinafter, a specific example will be described using a label exchanger.
図1に、従来のラベル交換器の構成を示す。ラベル交換器10は、全光型シリアル−パラレル変換器12と、PDアレイ13と、CMOS処理回路14と、電気−光型パラレル−シリアル変換器15とが順に縦続接続されている。また、単一光パルス発生器11は、非同期バーストパケットの受信が可能であり、全光型シリアル−パラレル変換器12と電気−光型パラレル−シリアル変換器15とに接続され、それぞれ制御パルスとトリガパルスとを供給する(例えば、非特許文献2参照)。
FIG. 1 shows a configuration of a conventional label exchanger. In the
入力したNビット光ラベル信号Lの一部は、単一光パルス発生器11に入力され、光ラベル信号と正確に同期した単一光パルスに変換される。光ラベル信号Lは、全光型シリアル−パラレル変換器12において、単一光パルスを制御パルスとして、全てのビットが空間的に並列に分離される。分離された各ビットは、PDアレイ13により、低速な電気信号に変換された後、CMOS処理回路14に送られる。CMOS回路は、入力されたラベルLのアドレス情報の抽出と、新たなラベルL’に交換して、並列電気信号として電気−光型パラレル−シリアル変換器15に出力する。並列電気信号は、電気−光型パラレル−シリアル変換器15により、再び光ラベル信号L’として出力される。
Part of the input N-bit optical label signal L is input to the single
この構成によれば、高速電子回路を用いることなく、CMOS処理回路によりラベル認識機能を実行するので、極めて高速かつ低消費電力である。しかしながら、入出力インタフェースとして光技術を導入しているため、全光型シリアル−パラレル変換器および電気−光型パラレル−シリアル変換器を実装する必要があるため、回路規模が大きく、コストが高いという問題があった。 According to this configuration, since the label recognition function is executed by the CMOS processing circuit without using a high-speed electronic circuit, the speed is extremely high and the power consumption is low. However, since optical technology is introduced as an input / output interface, it is necessary to mount an all-optical serial-parallel converter and an electro-optical parallel-serial converter, which means that the circuit scale is large and the cost is high. There was a problem.
本発明の第1の目的は、非同期の高速光パケット信号への対応が可能であり、小型・低コストで、低消費電力のシリアル−パラレル変換器およびパラレル−シリアル変換器を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a serial-parallel converter and a parallel-serial converter that can cope with asynchronous high-speed optical packet signals, are small in size and low in cost, and have low power consumption. .
また、本発明の第2の目的は、1つの素子でシリアル−パラレル変換(SPC)およびパラレル−シリアル変換(PSC)の双方向動作を可能にすることにより、光ラベル交換器等の光信号処理システム全体の小型化・低コスト化を図ることができる光信号処理回路を提供することにある。 In addition, the second object of the present invention is to enable bidirectional operation of serial-parallel conversion (SPC) and parallel-serial conversion (PSC) with a single element, so that optical signal processing such as an optical label switch is performed. An object of the present invention is to provide an optical signal processing circuit capable of reducing the size and cost of the entire system.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の光信号処理回路は、外部から入力されたNビットの入力シリアル電気信号を伝播させる伝送線路と、該伝送線路に並列に接続され、前記Nビットの入力シリアル電気信号のうち互いに異なる特定の1ビットを、前記伝送線路から入力してサンプルホールドし、または前記伝送線路を介して外部に出力するNビットの出力シリアル電気信号を構成する互いに異なる特定の1ビットの電気信号を前記伝送線路に出力するN個の光トリガ型トランジスタ回路とを備え、各々の光トリガ型トランジスタ回路は、(a)前記伝送線路にドレイン端子が接続され接続されたトランジスタと、(b)該トランジスタのソース端子に接続されたホールドキャパシタと、(c)前記トランジスタのゲート端子に接続され、電気パルスを出力するMSM−PDと、(d)前記トランジスタのソース端子に接続され、前記ホールドキャパシタに前記特定の1ビットの電気信号を充電するためのリセットトランジスタと、(e)前記トランジスタのソース端子に接続され、前記ホールドキャパシタのチャージを電気信号として出力するバッファ回路と、(f)前記MSM−PDの入力に接続され、前記MSM−PDから前記電気パルスを出力するための入力抵抗と充電用キャパシタとを含み、前記トランジスタがOFFで、かつ前記充電用キャパシタにバイアスが印加されて該充電用キャパシタが充電された状態のとき、前記MSM−PDにシリアル−パラレル変換用(SPC用)光パルスが照射されると、該MSM−PDから前記電気パルスが出力されて前記トランジスタがONとなり、前記伝送線路に入力された前記Nビットの入力シリアル電気信号のうち前記SPC用光パルスに対応する特定の1ビットが、前記トランジスタを介して前記ホールドキャパシタにサンプルホールドされ、Nビットの出力パラレル電気信号を構成する電気信号のひとつとして前記バッファ回路から出力され、前記トランジスタがOFFで、かつ前記リセットトランジスタによって前記ホールドキャパシタが充電され、かつ外部から入力されたNビットの入力パラレル電気信号のうち当該光トリガ型トランジスタ回路の前記入力抵抗に入力された電気信号によって前記充電用キャパシタが充電された状態のとき、前記MSM−PDにパラレル−シリアル変換用(PSC用)光パルスが照射されると、該MSM−PDから前記電気パルスが出力されて前記トランジスタがONとなり、該光トリガ型トランジスタ回路に入力された電気信号に対応する前記特定の1ビットの電気信号が、前記ホールドキャパシタから前記トランジスタを介して前記伝送線路に出力することにより、前記Nビットの入力シリアル電気信号が外部から前記伝送線路に入力されるとともに、前記Nビットの入力シリアル電気信号に同期し前記Nビットの入力シリアル電気信号のビット間隔に相当する時間差を設けたSPC用光パルスが前記N個の光トリガ型トランジスタ回路に順次照射される場合には、前記Nビットの入力シリアル電気信号の各ビットを、前記N個の光トリガ型トランジスタ回路の前記ホールドキャパシタにそれぞれ格納し、前記Nビットの出力パラレル電気信号として出力し、前記Nビットの入力パラレル電気信号の各ビットが前記N個の光トリガ型トランジスタ回路にそれぞれ入力されるとともに、前記Nビットの入力シリアル電気信号のビット間隔に相当する時間差を設けたPSC用光パルスが前記N個の光トリガ型トランジスタ回路に順次照射される場合には、各光トリガ型トランジスタ回路に入力された特定の1ビットの電気信号を、前記ホールドキャパシタから前記伝送線路に出力し、前記Nビットの入力パラレル電気信号と同じ情報を有する前記Nビットの出力シリアル電気信号を前記伝送線路に出力することを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, an optical signal processing circuit according to
請求項1に記載の光信号処理回路を用いた光ラベル交換回路であって、Nビットの光信号を入力し、単一のSPC用トリガ光パルスおよび当該SPC用トリガ光パルスに対し所定の遅延時間が与えられた単一のPSC用トリガ光パルスを発生する単一光パルス発生器と、前記単一光パルス発生器から供給される前記SPC用トリガ光パルスおよび前記PSC用トリガ光パルスを、それぞれN個の光パルスに分岐し、かつ各光パルスに前記光信号のビット間隔に相当する時間差を与えて、N個の前記SPC用光パルスおよびN個の前記PSC用光パルスとして出力する光分岐遅延回路と、前記Nビットの光信号を入力し、Nビットのシリアル電気信号に変換して、前記伝送線路に出力するPDと、各々の前記ホールドキャパシタのチャージをNビットの出力パラレル電気信号として処理して、新たにNビットの入力パラレル電気信号として各々の前記充電用キャパシタに供給するCMOS処理回路と、前記単一のPSC用トリガ光パルスから、前記Nビットの光信号のビット間隔に対応するNビットの光パルス列を生成する光多重回路と、前記伝送線路を伝播した前記Nビットのシリアル電気信号の各ビットにより、前記光多重回路から出力された前記Nビットの光パルス列の各ビットをそれぞれ変調する光変調器とをさらに備えたことを特徴とする。
2. An optical label switching circuit using the optical signal processing circuit according to
以上説明したように、本発明によれば、MSM−PDを含むN個の光トリガ型トランジスタ回路を集積した極めて簡便な構成により、高速光信号のパラレル変換および並列電気信号のシリアル変換を、1つの光信号処理回路で実現することができる。 As described above, according to the present invention, parallel conversion of a high-speed optical signal and serial conversion of a parallel electric signal can be performed with an extremely simple configuration in which N optical trigger transistor circuits including MSM-PD are integrated. It can be realized by one optical signal processing circuit.
また、本発明によれば、光信号処理回路を光パケット通信におけるラベル交換器に適用することにより、CMOS処理回路との入出力インタフェースが1つに統合されるため、システム全体として、小型化、低コスト化が可能となる。 In addition, according to the present invention, by applying the optical signal processing circuit to a label switch in optical packet communication, the input / output interface with the CMOS processing circuit is integrated into one. Cost reduction is possible.
さらに、本発明によれば、トランジスタ回路は、ほとんどの部分が高インピーダンス回路により設計されているため、消費電力は極めて小さくすることが可能となる。 Furthermore, according to the present invention, most of the transistor circuit is designed by a high impedance circuit, so that the power consumption can be extremely reduced.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2に、本発明の一実施形態にかかるラベル交換器の構成を示す。ラベル交換器20は、PD21を介して入力された光ラベル信号Lをシリアル−パラレル変換して、パラレル電気信号としてCMOS処理回路23に送信し、CMOS処理回路23において変換された新しいラベルL’をパラレル−シリアル変換して、光変調器24に出力するOCTA(Optically Clocked Transistor Array)22を備えている。すなわちOCTA22は、シリアル−パラレル変換およびパラレル−シリアル変換の双方向動作が可能である。また、単一光パルス発生器25は、非同期バーストパケットの受信が可能であり、光分岐遅延回路26を介してOCTA22に接続され、光多重回路27を介して光変調器24に接続され、それぞれSPC用トリガパルスとPSC用トリガパルスとを供給する。
FIG. 2 shows a configuration of a label exchanger according to an embodiment of the present invention. The
図3に、本発明の一実施形態にかかるOCTAにおけるSPC動作を示す。OCTA22は、複数の光トリガ型トランジスタ回路31a〜31cが伝送線路32上に配置されている。光トリガ型トランジスタ回路31aは、高い抵抗値の入力抵抗34と充電用キャパシタ35とMSM−PD(Metal-Semiconductor-Metal PD)36とから構成された高速光電変換器33を含む。MSM−PD36の出力は、出力バイアスを調整するための抵抗38,39を介して、入力信号を取り込むためのトランジスタ37のゲート端子に接続されている。トランジスタ37のドレイン端子は、伝送線路32に接続され、ソース端子には、入力信号を充電するためのホールドキャパシタ40およびキャパシタのチャージをリセットするためのリセットトランジスタ41とが接続されている。また、ホールドキャパシタ40の電圧を外部に取り出すために、バッファ回路42がトランジスタ37のソース端子に接続されている。
FIG. 3 shows an SPC operation in OCTA according to an embodiment of the present invention. In the
OCTA22におけるSPC動作について説明する。入力したNビット光ラベル信号Lは、PD21において電気信号に変換された後、N個の光トリガ型トランジスタ回路31が並列に取り付けられた伝送線路32に入力される。それぞれの光トリガ型トランジスタ回路31において、MSM−PD36に光パルスが照射されると、MSM−PD36で発生した電気パルスが、トランジスタ37のゲート端子に入力されて、トランジスタ37をONとする。このとき、伝送線路32上を伝播するシリアル電気信号のNビットのうちの特定の1ビットが、トランジスタ37を介して、ホールドキャパシタ40に充電される。同様にして、N個の光トリガ型トランジスタ回路31が、シリアル電気信号の各ビットをサンプルホールドすることにより、シリアルに入力された電気信号をバラレル変換することになる。
The SPC operation in
MSM−PD36の動作について詳しく説明する。最初に、MSM−PD36のバイアス電圧VMSMを“High”に設定し、充電用キャパシタ35を充電する。その後、MSM−PD36に光パルスが照射されると、充電用キャパシタ35のチャージが高速に放電されるため、電気パルスが発生する。MSM−PD36の一方の電極に直流電圧を印加して光パルスを照射すると、正孔移動度が極めて遅いため、電気パルスの立ち上がりは急峻なものの、立下りには極めて遅いテールが発生する。そこで、バイアス側に大きな入力抵抗34と充電用キャパシタ35とを挿入することにより、遅い正孔の影響を受けることなく、極めて高速な電気パルスを発生することができる(例えば、非特許文献3参照)。これまでの実験では、直流電圧を印加しただけでは、MSM−PD36の応答は、100ps程度であるが、入力抵抗34と充電用キャパシタ35とを挿入することにより、3.3psまで高速化できることが確認されている。
The operation of the MSM-
次に、入力電気信号のサンプルホールドについて詳しく説明する。MSM−PD36に光パルスが照射されていない状態で、トランジスタ37がOFFとなるように、抵抗38,39による出力バイアスVtransを設定しておくことにより、MSM−PD36から電気パルスが発生している時間のみトランジスタ37がONとなる。このとき、伝送線路32上を伝播する電気信号が、ホールドキャパシタ40に充電される。充電された電荷がリークしないように、リセットトランジスタ41のVrstは、負の電圧値に設定されている。N個の光トリガ型トランジスタ回路31のMSM−PD36に、入力信号のビット間隔に相当する時間差を設けた光パルス(図5を参照して後述するように、単一光パルス発生器25から出力されたSPC用トリガパルスを光分岐遅延回路26で分岐する。)順次照射することにより、Nビットの入力電気信号の各ビットは、それぞれの光トリガ型トランジスタ回路31のホールドキャパシタ40に格納される。
Next, the sample hold of the input electric signal will be described in detail. By setting the output bias V trans by the
ホールドキャパシタ40に充電されたチャージは、バッファ回路42を通して、CMOS処理回路23に出力される。このようにして、極めて単純かつ低消費電力な回路により、高速のサンプルホールド動作、すなわちSPC動作を実現することができる。
The charge charged in the
パラレル変換された電気信号は、CMOS処理回路23に取り込まれ、RAM(Random Access Memory)にデータとして保存されたり、ラベルのアドレス情報の抽出などの処理が実行される。CMOS処理回路23は、蓄えられたデータを読み出し、ラベルを交換して新しいラベルを、Nビットの並列電気信号としてOCTA22に出力する。
The parallel-converted electrical signal is taken into the
図4に、本発明の一実施形態にかかるOCTAにおけるPSC動作を示す。最初に、Vrstを“High”に設定し、ホールドキャパシタ40を充電する。CMOS処理回路23から出力されるNビット並列電気信号の各々は、それぞれの光トリガ型トランジスタ回路31のMSM−PD36のバイアス信号として入力される。このときMSM−PD36に光パルスが照射されると、入力データが“1”の場合には電気パルスが発生し、トランジスタ37がONとなり、ホールドキャパシタ40に充電されたチャージが放電される。放電されたチャージは、電気パルスとして伝送線路22上に出力される。また、入力データが“0”の場合には電気パルスが発生しないため、トランジスタ37はOFFのままである。
FIG. 4 shows a PSC operation in OCTA according to an embodiment of the present invention. First, V rst is set to “High” and the
従って、N個のMSM−PD36に一定の時間差を付けて次々と照射すると、CMOS処理回路23から入力された並列電気信号と同じ情報を有するシリアル電気パルス列を、伝送線路22上に出力し、PSC動作を実現することができる。出力されたNビットのシリアル電気信号により、光変調器24を駆動してNビットの光パルス列を変調すれば、シリアル変換された光信号が得られることになる。
Accordingly, when N MSM-
なお、トランジスタの開閉を行うための高速な電気パルスを発生する手段として、PIN型の受光素子が存在する。しかしながら、PIN−PDは、バイアス電圧が“0”の場合であっても、光パルスが照射されると電気パルスが出力されるため、PSC動作には不適である。本実施形態では、従来の直流電圧でバイアスされたMSM−PDではなく、電荷によってバイアスされた充放電型MSM−PDを用いるので、極めて高速動作が可能である。また、MSM−PDは、作製が容易であり、低コスト化を実現することができる。 Note that a PIN type light receiving element exists as means for generating a high-speed electric pulse for opening and closing a transistor. However, even if the bias voltage is “0”, PIN-PD is not suitable for PSC operation because an electrical pulse is output when irradiated with a light pulse. In the present embodiment, a charge / discharge type MSM-PD biased by electric charge is used instead of the conventional MSM-PD biased by a DC voltage, so that an extremely high speed operation is possible. In addition, MSM-PD is easy to manufacture and can realize cost reduction.
図5を参照して、本発明の一実施形態にかかるラベル交換器において旧光ラベルを読み取る動作を説明する。図2に示したラベル交換器の構成と、図3に示したSPC動作とを合わせて説明する。入力された光ラベル信号Lは分岐されて、一方は、PD21により電気信号に変換され、OCTA22の伝送線路32上に送り込まれる。他方は、単一光パルス発生器25により単一の光パルスに変換される。
With reference to FIG. 5, the operation | movement which reads an old optical label in the label exchanger concerning one Embodiment of this invention is demonstrated. The configuration of the label exchanger shown in FIG. 2 and the SPC operation shown in FIG. 3 will be described together. The input optical label signal L is branched, and one is converted into an electrical signal by the
単一光パルス発生器25は、SPC用トリガパルスとPSC用トリガパルスとを供給する。PSC用トリガパルスは、遅延時間Tが与えられた後、SPC用トリガパルスと合波される。SPC用およびPSC用トリガパルスは、光分岐遅延回路26においてN本の光パルスに分岐される。光分岐遅延回路26は、N本のSPC用トリガパルスの各々に、入力された光ラベル信号のビット間隔τの整数倍の遅延を与え((n−1)τ、n=1〜N)、OCTA22に供給する。
The single
OCTA22のMSM−PD36のバイアス電圧VMSMを“High”に設定し、充電用キャパシタ35が充電され、リセットトランジスタ41のVrstは、負の電圧値に設定されている。このとき、MSM−PD36にSPC用光トリガパルスが照射されると、伝送線路32上に送り込まれ電気信号は、光トリガ型トランジスタ回路31のトランジスタ37により、順次1ビットずつサンプルホールドされ、ホールドキャパシタ40に充電される。ホールドキャパシタ40に充電されたチャージは、バッファ回路42を通して、CMOS処理回路23に出力されて、入力された光ラベル信号Lの旧光ラベルが読み取られる。
The bias voltage V MSM of the MSM-
図6を参照して、本発明の一実施形態にかかるラベル交換器において新光ラベルを出力する動作を説明する。CMOS処理回路23は、T時間内に旧光ラベルのアドレスを認識し、新たなラベルを計算して、再び並列電気信号として出力する。並列の電気信号は、光トリガ型トランジスタ回路31の個々のMSM−PD36のバイアス信号として出力される。リセットトランジスタ41のゲート端子電圧Vrstを“High”に設定し、ホールドキャパシタ40を充電する。
With reference to FIG. 6, the operation | movement which outputs a new optical label in the label exchanger concerning one Embodiment of this invention is demonstrated. The
上述したように、PSC用トリガパルスは、遅延時間Tが与えられた後、光分岐遅延回路26において、N本の光パルスに分岐される。N本のPSC用トリガパルスの各々には、入力された光ラベル信号のビット間隔τの整数倍の遅延が与えられる((n−1)τ、n=1〜N)。PSC用光トリガパルスが、それぞれMSM−PD36に照射されると、CMOS処理回路23から出力された電気信号は、入力光ラベル信号と同じビットレートのシリアルの電気信号に変換されて、OCTA22の伝送線路32上に送り込まれる。
As described above, the PSC trigger pulse is branched into N optical pulses in the optical
単一光パルス発生器25から出力されたPSC用光トリガパルスは、1:N光多重回路26により、Nビットの光パルス列に変換される。電界吸収型またはマッハツェンダ型の光変調器24において、Nビットの光パルス列は、OCTA22の出力である電気信号により変調されて、新光ラベルとして光ラベル信号L’が出力される。
The PSC optical trigger pulse output from the single
本実施形態によれば、伝送線路22上にN個のトランジスタゲートアレイを集積したOCTA22は、極めて小型である上、回路の大部分が高インピーダンスで設計されている。また、シリアル−パラレル変換およびパラレル−シリアル変換の双方向変換動作が可能である。従って、電力消費量が極めて小さく、システム全体として低コスト化を図ることができる。
According to this embodiment, the
20 ラベル交換器
21 PD
22 OCTA
23 CMOS処理回路
24 光変調器
25 単一光パルス発生器
26 光分岐遅延回路
27 光多重回路
31 光トリガ型トランジスタ回路
32 伝送線路
33 高速光電変換器
34 入力抵抗
35 充電用キャパシタ
36 MSM−PD
37 トランジスタ
38,39 抵抗
40 ホールドキャパシタ
41 リセットトランジスタ
42 バッファ回路
20
22 OCTA
23
37
Claims (2)
該伝送線路に並列に接続され、前記Nビットの入力シリアル電気信号のうち互いに異なる特定の1ビットを、前記伝送線路から入力してサンプルホールドし、または前記伝送線路を介して外部に出力するNビットの出力シリアル電気信号を構成する互いに異なる特定の1ビットの電気信号を前記伝送線路に出力するN個の光トリガ型トランジスタ回路とを備え、
各々の光トリガ型トランジスタ回路は、
(a)前記伝送線路にドレイン端子が接続され接続されたトランジスタと、
(b)該トランジスタのソース端子に接続されたホールドキャパシタと、
(c)前記トランジスタのゲート端子に接続され、電気パルスを出力するMSM−PDと、
(d)前記トランジスタのソース端子に接続され、前記ホールドキャパシタに前記特定の1ビットの電気信号を充電するためのリセットトランジスタと、
(e)前記トランジスタのソース端子に接続され、前記ホールドキャパシタのチャージを電気信号として出力するバッファ回路と、
(f)前記MSM−PDの入力に接続され、前記MSM−PDから前記電気パルスを出力するための入力抵抗と充電用キャパシタとを含み、
前記トランジスタがOFFで、かつ前記充電用キャパシタにバイアスが印加されて該充電用キャパシタが充電された状態のとき、前記MSM−PDにシリアル−パラレル変換用(SPC用)光パルスが照射されると、該MSM−PDから前記電気パルスが出力されて前記トランジスタがONとなり、前記伝送線路に入力された前記Nビットの入力シリアル電気信号のうち前記SPC用光パルスに対応する特定の1ビットが、前記トランジスタを介して前記ホールドキャパシタにサンプルホールドされ、Nビットの出力パラレル電気信号を構成する電気信号のひとつとして前記バッファ回路から出力され、
前記トランジスタがOFFで、かつ前記リセットトランジスタによって前記ホールドキャパシタが充電され、かつ外部から入力されたNビットの入力パラレル電気信号のうち当該光トリガ型トランジスタ回路の前記入力抵抗に入力された電気信号によって前記充電用キャパシタが充電された状態のとき、前記MSM−PDにパラレル−シリアル変換用(PSC用)光パルスが照射されると、該MSM−PDから前記電気パルスが出力されて前記トランジスタがONとなり、該光トリガ型トランジスタ回路に入力された電気信号に対応する前記特定の1ビットの電気信号が、前記ホールドキャパシタから前記トランジスタを介して前記伝送線路に出力することにより、
前記Nビットの入力シリアル電気信号が外部から前記伝送線路に入力されるとともに、前記Nビットの入力シリアル電気信号に同期し前記Nビットの入力シリアル電気信号のビット間隔に相当する時間差を設けたSPC用光パルスが前記N個の光トリガ型トランジスタ回路に順次照射される場合には、前記Nビットの入力シリアル電気信号の各ビットを、前記N個の光トリガ型トランジスタ回路の前記ホールドキャパシタにそれぞれ格納し、前記Nビットの出力パラレル電気信号として出力し、
前記Nビットの入力パラレル電気信号の各ビットが前記N個の光トリガ型トランジスタ回路にそれぞれ入力されるとともに、前記Nビットの入力シリアル電気信号のビット間隔に相当する時間差を設けたPSC用光パルスが前記N個の光トリガ型トランジスタ回路に順次照射される場合には、各光トリガ型トランジスタ回路に入力された特定の1ビットの電気信号を、前記ホールドキャパシタから前記伝送線路に出力し、前記Nビットの入力パラレル電気信号と同じ情報を有する前記Nビットの出力シリアル電気信号を前記伝送線路に出力する
ことを特徴とする光信号処理回路。 A transmission line for propagating an N-bit input serial electrical signal input from the outside;
N bits connected to the transmission line in parallel and input from the transmission line and sample and hold specific one bit different from the N-bit input serial electrical signal, or output to the outside through the transmission line. N photo-trigger type transistor circuits for outputting different one-bit electric signals constituting the output serial electric signal of bits to the transmission line,
Each photo-trigger transistor circuit
(A) a transistor having a drain terminal connected to the transmission line and connected;
(B) a hold capacitor connected to the source terminal of the transistor ;
(C) MSM-PD connected to the gate terminal of the transistor and outputting an electric pulse;
(D) a reset transistor connected to the source terminal of the transistor for charging the hold capacitor with the specific 1-bit electrical signal;
(E) a buffer circuit connected to the source terminal of the transistor and outputting the charge of the hold capacitor as an electrical signal;
(F) connected to an input of the MSM-PD, and includes an input resistor and a charging capacitor for outputting the electric pulse from the MSM-PD ;
The transistor is in OFF, and the state where the bias is applied to the charging capacitor the charging capacitor is charged, the serial to the MSM-PD - for parallel conversion (for SPC) when the light pulse is Ru is irradiated the transistor is turned oN is the electrical pulses output from the MSM-PD, one specific bit corresponding to the SPC light pulse of the input serial electric signal of the N bits inputted to the transmission line, Sampled and held by the hold capacitor through the transistor, and output from the buffer circuit as one of the electric signals constituting an N-bit output parallel electric signal ,
Electricity said transistor is in OFF, and the reset transistor the hold capacitor is charged by and inputted to the input resistance of the optical trigger type transistor circuit of the externally et the entered N bits of the input parallel electrical signals when the state signal therefore said charging capacitor is charged, the on MSM-PD parallel - the serial conversion (for PSC) optical pulse Ru is irradiated, is the electrical pulses output from the MSM-PD wherein transistor is turned oN, an electric signal of said particular one bit corresponding to an electrical signal inputted to the optical trigger type transistor circuit, by outputting to the transmission line from the hold capacitor through the transistor,
SPC input serial electric signal of the N bits is input from the outside to the transmission line, and a time difference corresponding to the bit interval of the input serial electric signal of the N bits in synchronization with the input serial electric signal of the N-bit When the N optical trigger transistor circuits are sequentially irradiated with the optical pulse for use, each bit of the N-bit input serial electric signal is respectively applied to the hold capacitors of the N optical trigger transistor circuits. stored, and outputs as an output a parallel electric signal of the N bits,
Each bit of the N- bit input parallel electrical signal is input to each of the N optical trigger transistor circuits, and a PSC optical pulse having a time difference corresponding to the bit interval of the N-bit input serial electrical signal When the N light trigger transistor circuits are sequentially irradiated, a specific 1-bit electric signal input to each light trigger transistor circuit is output from the hold capacitor to the transmission line, and An optical signal processing circuit, wherein the N-bit output serial electrical signal having the same information as the N- bit input parallel electrical signal is output to the transmission line.
Nビットの光信号を入力し、単一のSPC用トリガ光パルスおよび当該SPC用トリガ光パルスに対し所定の遅延時間が与えられた単一のPSC用トリガ光パルスを発生する単一光パルス発生器と、
前記単一光パルス発生器から供給される前記SPC用トリガ光パルスおよび前記PSC用トリガ光パルスを、それぞれN個の光パルスに分岐し、かつ各光パルスに前記光信号のビット間隔に相当する時間差を与えて、N個の前記SPC用光パルスおよびN個の前記PSC用光パルスとして出力する光分岐遅延回路と、
前記Nビットの光信号を入力し、Nビットのシリアル電気信号に変換して、前記伝送線路に出力するPDと、
各々の前記ホールドキャパシタのチャージをNビットの出力パラレル電気信号として処理して、新たにNビットの入力パラレル電気信号として各々の前記充電用キャパシタに供給するCMOS処理回路と、
前記単一のPSC用トリガ光パルスから、前記Nビットの光信号のビット間隔に対応するNビットの光パルス列を生成する光多重回路と、
前記伝送線路を伝播した前記Nビットのシリアル電気信号の各ビットにより、前記光多重回路から出力された前記Nビットの光パルス列の各ビットをそれぞれ変調する光変調器と
をさらに備えたことを特徴とする光ラベル交換回路。 An optical label switching circuit using the optical signal processing circuit according to claim 1 ,
Single optical pulse generation for inputting an N-bit optical signal and generating a single SPC trigger optical pulse and a single PSC trigger optical pulse given a predetermined delay time to the SPC trigger optical pulse And
The SPC trigger optical pulse and the PSC trigger optical pulse supplied from the single optical pulse generator are each branched into N optical pulses, and each optical pulse corresponds to the bit interval of the optical signal. An optical branch delay circuit that gives a time difference and outputs N optical pulses for SPC and N optical pulses for PSC;
PD for inputting the N-bit optical signal, converting it to an N-bit serial electric signal, and outputting it to the transmission line;
A CMOS processing circuit that processes the charge of each of the hold capacitors as an N- bit output parallel electrical signal and supplies it as an N- bit input parallel electrical signal to each of the charging capacitors;
An optical multiplexing circuit that generates an N-bit optical pulse train corresponding to a bit interval of the N-bit optical signal from the single PSC trigger optical pulse;
Wherein the respective bits of the serial electric signal of the N bits of the transmission line and propagated, further comprising an optical modulator that modulates each bit of the optical pulse train of the N-bit output from the optical multiplexing circuit, respectively Optical label exchange circuit.
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
JP2002148574A (en) * | 2000-08-31 | 2002-05-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for processing optical signal and optical signal processor |
JP2004088660A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photoelectric conversion circuit, parallel-serial converter, and optical signal processor |
JP2004254345A (en) * | 2000-08-31 | 2004-09-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical/optical and electric/optical signal converter and signal converting method |
JP2005064870A (en) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical signal processor and optical signal processing method |
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---|---|---|---|---|
JP2002148574A (en) * | 2000-08-31 | 2002-05-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for processing optical signal and optical signal processor |
JP2004254345A (en) * | 2000-08-31 | 2004-09-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical/optical and electric/optical signal converter and signal converting method |
JP2004088660A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Photoelectric conversion circuit, parallel-serial converter, and optical signal processor |
JP2005064870A (en) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical signal processor and optical signal processing method |
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