JP4648671B2 - 光送信器の自己特性解明および自己プログラミング方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は光ファイバ送信器に係り、より詳しくは送信器応答の特性解明及び調整に関する。

光ファイバ送信器には、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ、および他の発光デバイスを含む様々な異なる光源が用いられる。しかしながら、製造プロセスにおける変動が原因で、生産された個々の送信器は異種の挙動を有する。さらに、これらの光源の出力特性は温度によっても変わる。それ故、各送信器は先ずその出力応答を決定すべく特性解明し、次にその応答が所要の仕様に対応するよう続けて調整する。例えば、送信器のバイアス電流と変調電流を調整し、送信器の最小及び最大のパワー出力レベルが許容限界内に含まれるようにする必要がある。送信器を調整してその出力応答を変更するこのプロセスは、送信器の「プログラミング」と呼ばれる。

従来のプログラミング法は、パターン発生器を送信器入力端へ接続し、光パワーメータを送信器出力端に接続し、そこで温度を変え、その一方で異なる入力と異なる温度に対する送信器の出力応答を特性解明してプログラミングし、その性能を仕様に合致させる。

残念なことに、出力特性の測定に用いるパターン発生器や光パワーメータは高価であり、同時に試験することのできる装置の数は利用可能なテストパターン発生器とパワーメータの数により制約される。これらの制約は温度特性解明期間中に格別制約を加えるが、それは斯くも時間を費やすプロセスだからである。

本発明の好適な実施形態では、光送信器は、入力信号用のオンチップパターン発生器と、光源が照射する光の光パワーを検出する内蔵の光モニタとを用いて自己特性解明および自己プログラミングを実行する。パターン発生器と光モニタは既に送信器設計に組み込んであるため、特性解明とプログラミングのプロセス期間中はより少ない数の機器しか必要としない。このことは、同じ投資が与えられた場合に、同時に特性解明することのできる装置の数を増加する。

光送信器は先ず、室温にて外部光パワーメータが測定した出力パワーと送信器上の内蔵光モニタが検出した出力パワーとの間の相関を割り出す。一旦相互関係が割り出されると、この外部光パワーメータはもはや不要となる。対温度特性解明等の光送信器のさらなる測定は、内蔵光モニタにより検出されたパワーを決定し、次に外部パワーメータを用いて測定した場合には実際のパワー出力がどの程度であるかを計算するよう既知の相関を用いることで実行される。

本発明の好適な実施形態の構成及び動作だけでなく、本発明のさらなる特徴及び効果を添付の例示図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の教示に従って作成した光送信器１０１の好適な実施形態の高水準ブロック図を示す。ＶＣＳＥＬ、発光ダイオード、または他の発光デバイスである光源１０３は、送信ドライバ１０５により駆動される。送信ドライバ１０５は、その消光比だけでなく光源１０３の光出力もまた制御する。コントローラ１０７は送信ドライバ１０５と通信し、光源からの最高および最低放出パワーのようなパラメータを制御および調整する。コントローラ１０７はまたメモリ１０８と通信し、データを記憶および検索する。メモリ１０８は、光送信器１０１の近くにあるＥＥＰＲＯＭ、コントローラ１０７と同一チップ上のキャッシュメモリ、または他の記憶機構とすることができる。

パターン発生器１０９は、特性解明期間中に送信ドライバ１０５への入力として用いることのできるパターンを発生する。発生し得る可能なパターンには、連続する１、連続する０、擬似ランダムビット列（ＰＲＢＳ）、１０１０パターン、および他の多くが含まれよう。パターン発生器１０９は光送信器１０１に組み込まれ、光送信器１０１の他の回路と共にチップ上で結合することができる。

コントローラ１０７は、パターン発生器１０９を制御してどのパターンが選択されるかを決定する。コントローラ１０７はまたマルチプレクサ１１３を制御し、データストリーム１１９（通常動作時）とパターン発生器１０９からのパターン（特性解明及びプログラミング期間中）の間で選択を行い、送信ドライバ１０５へ入力する。コントローラ１０７は、ハードウェア回路、ソフトウェアプログラミングアルゴリズム、またはファームウェアにおいて実施することができる。コントローラ１０７は、マイクロプロセッサまたは特化した特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってよい。

光送信器１０１内の光モニタ１２１は、光源１０３が照射する光に対し、応答および監視する。光モニタ１２１は、光源１０３により照射される光のパワーを示す信号Ａ_monを生成する。Ａ_monは、電流、抵抗、静電容量等の、光のパワーに応答する光モニタの任意の特性であってよい。例えば、フォトダイオードを光モニタ１２１として用いた場合、Ａ_monはフォトダイオードを流れる電流から導出することができる。或いは、光抵抗器を光モニタとして用いた場合、Ａ_monは光抵抗器の抵抗値から導出することができる。本発明は、光トランジスタおよび光コンデンサ等の他の感光性デバイスとの使用に容易に適用可能である。

光送信器１０１の外部にある光パワーメータ（ＯＰＭ）１２３もまた光源１０３から照射される光を測定し、パワー指示Ｐ_outを生成する。しかしながら、次節に明らかになる如く、ＯＰＭ１２３は室温での特性解明にのみ一時的に必要とされるものである。

光モニタ１２１が測定する光パワー指示Ａ_monとＯＰＭ１２３が測定する光パワーＰ_outは、共にコントローラ１０７への入力となる。コントローラ１０７は、Ａ_monとＰ_outの間の相関を計算し、この相関をメモリ１０８に記憶する。Ａ_monとＰ_outの間の相関は、光送信器１０１がこの関係に基づいてＡ_monの所与の値に対しＰ_outの値が如何なる値をとるかを計算し予測することのできるようなＡ_monの値とＰ_outの値の間の関係である。

相関を記憶する形式は、変えることができる。例えば、相関はＡ_monの値をＰ_outの対応値へのインデックスとして用いて、データ点の参照テーブルとしてメモリ１０８内に局所的に記録することができる。記憶値の内挿又は外挿を用い、この種のテーブルに記憶させていないＡ_monの任意の値についてＰ_outの値を計算することができる。或いは、相関は等式又はアルゴリズムとして記憶させることができ、そこではＰ_outはＡ_monの関数となる。相関を記憶させる他の方法もまた、用いることができる。

図２は、本発明の一実施形態による光送信器１０１における相関処理を示すフローチャートである。ステップ２０１において、ＯＰＭ１２３は室温にて光送信器１０１の出力端に結合される。次に、ステップ２０３において、コントローラ１０７は光源１０３の出力パワーＰ_sourceを変化させ、その一方でＯＰＭ１２３と光モニタ１２１が光源１０３の出力パワーを同時に測定し、指示Ｐ_outとＡ_monをそれぞれ生成する。Ｐ_outの複数の値とＡ_monの対応する値とを測定して、最終的に記憶させる相関の精度を保証しなければならない。

ステップ２０５において、コントローラ１０７はＰ_outとＡ_monの間の相関を割り出し、それを後程の光送信器１０１による検索へ向けメモリ１０８内に記憶する（ステップ２０７）。一旦Ｐ_outとＡ_mon間の相関を割り出すと、外部ＯＰＭ１２３を光送信器１０１から切り離し、システムから取り外す（ステップ２０９）ことができるが、それはそれがもはや必要でないからである。代わりに、Ｐ_outとＡ_monの間の相関は、送信器をプログラムするのに必要とされるであろう他のパラメータを決定するのに用いられる。

例えば、一般にディジタルの１を表わす光送信器のパワーレベル（Ｐ₁）とディジタルの０を表わす光送信器のパワーレベル（Ｐ₀）が、光源を完全に特性解明すべく測定される。Ｐ₁とＰ₀は、Ｐ_outとＡ_monの間の相関を計算して記憶した後、光モニタ１２１からＡ_monを読み取り、この値を先に収集した相関データを用いて対応するＰ_outへ変換することで、外部ＯＰＭ１２３を用いることなく簡単に決定することができる。

図３は本発明の一実施形態に従ってＰ_outとＡ_monの間の相関を決定した後、光送信器１０１を如何に特性解明しプログラムするかを示すフローチャートである。ステップ３０１において、コントローラ１０７はパターン発生器１０９に信号を送り、一連の連続するディジタルの１を送信ドライバ１０５へ送る。光源１０３は、ディジタルの１を表わすそのパワーレベルにて光を照射する。パターン発生器１０９は光送信器１０１に組み込んであるため、外部のパターン発生器を接続する必要はない。

次にステップ３０３において、光モニタ１２１は光源１０３から測定したパワーレベルを表わすパワー指示Ａ_monを生成する。次に、ステップ３０５において、コントローラ１０７は記憶した相関を用い、所与のＡ_monに関する対応値Ｐ_outを発見或いは計算する。この対応するＰ_outはまた期せずして光送信器１０１に関するＰ₁であり、それは、送信ドライバ１０５がディジタルの１を駆動する場合に光源１０３によって放出されるパワーである。図２に記載した初期相関プロセスのお陰で、この計算値は光送信器１０１に実際に接続した場合にＯＰＭ１２３により測定されるであろう値にほぼ等しい。Ｐ₁が所定の限界内にない場合は、コントローラ１０７は送信ドライバ１０５をプログラムし、Ｐ₁を許容レベル内に持って来る（ステップ３０７）。このことは、光源１０３のバイアス電流、その変調電流、またはその両方を調整することを意味しよう。

同様のプロセスがＰ₀を決定するために続けられるが、コントローラ１０７がパターン発生器１０９に信号を送って、ディジタルの１ではなく一連の連続するディジタルの０を送るという違いがある。Ｐ₁とＰ₀の算出後に、平均パワー（Ｐ_avg＝（Ｐ₀＋Ｐ₁）／２）や消光比（ＥＲ＝Ｐ₁／Ｐ₀）等の他のパラメータを簡単に求めることができる。パターン発生器１０９は、１０１０パターンまたはＰＲＢＳ等の他のパターンを発生して、他の送信器パラメータの計算を可能にすることもできる。

温度を変化させた際に同じプロセスを同様に行ない、広範囲に亙る温度について光送信器１０１を特性解明することができる。相関の使用は、これらの対温度特性解明期間中に格別役立つものである。外部試験機器は一切不要であり、何故ならパターン発生器１０９は光送信器１０１に一体化され、外部光パワーメータは一切不要であるからである。それ故、試験できる装置の数は温度制御された試験室の容積によってのみ制限される。

光送信器の設計によって、Ａ_monとＰ_outの間の相関が温度と全く無関係でなくともよいことが可能である。一体化パターン発生器１０９が光送信器の入力端を駆動するときの光送信器の出力応答が、光送信器が外部のパターン発生器に接続されたときの出力応答と異なることがある。しかしながら、コントローラ１０７は、かかるどんな変化も計上し補償するようプログラムすることができる。

これらの技術はまた、時間や他の環境の変化に対する光送信器の応答におけるどんな変化の特性解明にも用いることができる。

本発明の代替実施形態では、コントローラ１０７やメモリ１０８或いはコントローラ１０７及びメモリ１０８の両方は、光送信器１０１の外部に配置してある。例えば、コントローラ１０７及び／又はメモリ１０８は特性解明及びプログラミング期間中にのみ光送信器１０１に接続される外部コンピュータ内に配置することができる。コントローラ１０７及び／又はメモリ１０８は通常動作期間中は厳密には不要であるため、これらの構成要素を光送信器１０１の恒久的部品とする必要はなかろう。

主に光学光の送信器として説明したが、本発明は赤外光、紫外光、および電磁スペクトルの他の部分の送信器に適用することもできる。

本発明は特定の好適な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明が属する業界の通常の技術を有する人には特許請求の範囲の趣旨と範囲から逸脱することなく様々な改変や改良が可能であることは理解されよう。

本発明の教示に従って作成した光送信器の好適な実施形態の高水準ブロック図である。 本発明の一実施形態による光送信器の相関処理プロセスを例示するフローチャートである。 本発明の一実施形態により図２のＰ_outとＡ_monの間の相関処理後に光送信器を特性解明しプログラムする仕方を例示するフローチャートである。

符号の説明

１０１：光送信器
１０３：光源
１０５：送信ドライバ
１０７：コントローラ
１０８：メモリ
１０９：パターン発生器
１１３：マルチプレクサ
１１９：データストリーム
１２１：光モニタ
１２３：光パワーメータ（ＯＰＭ）

Claims (17)

1. 送信器を動作させて、ある出力パワーレベルの信号を送信する方法であって、該方法は、コントローラにより実行され、
   外部パワーメータから、該パワーメータによって測定された前記送信器の第１の外部出力パワーレベルを受け取るステップと、
   前記送信器に一体化されたモニタを用いて測定した前記送信器の第１の内部出力パワーレベルを受け取るステップと、
   前記第１の外部出力パワーレベルと前記第１の内部出力パワーレベルとから外部出力パワーレベルと内部出力パワーレベルとの間の相関を割り出すステップと、
   前記相関をメモリに記憶するステップと、
   前記送信器から切り離された前記外部パワーメータからの入力を必要としなくなるステップと、
   前記一体化されたモニタを用いて前記送信器の第２の内部出力パワーレベルを測定するステップと、
   前記第２の内部出力パワーレベルおよび前記相関から前記送信器の第２の外部出力パワーレベルを割り出すステップと、
   割り出された前記第２の外部出力パワーレベルが許容範囲内のレベルとなるように、前記送信器の出力パワーを調整するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記送信器の温度を変えて、前記送信器の第２の内部出力パワーレベルを測定するステップ、前記送信器の第２の外部出力パワーレベルを割り出すステップ、および前記送信器の出力パワーを調整するステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記相関が参照テーブルとして記憶され、そこでは、
   前記モニタが測定した前記内部出力パワーレベルがインデックス値であり、
   前記インデックス値に対応する値が、前記外部パワーメータによって測定された前記外部出力パワーレベルである、
   請求項１記載の方法。
4. 前記メモリが前記送信器と一体化されている、請求項１記載の方法。
5. 前記メモリが前記送信器の外部にある、請求項１記載の方法。
6. 光源と、
   前記光源を駆動する送信ドライバと、
   前記光源からの光を受光し、該光源のパワーを測定してそのパワー指示を生成する、送信器と一体化されたモニタと、
   コントローラであって、
   前記送信ドライバを制御し、
   前記モニタからのパワー指示を受け取り、
   外部パワーメータが測定した前記光源のパワーを受け取り、
   前記モニタからのパワー指示を前記外部パワーメータが測定したパワーと比較し、
   前記パワー指示と前記測定したパワーとの間の相関を決定する、
   前記コントローラと、
   前記コントローラと通信し、該コントローラが決定した前記相関を記憶するためのメモリデバイスと、
   を備えている、送信器。
7. 前記送信器が光送信器である、請求項６記載の送信器。
8. 前記送信ドライバと通信し、前記コントローラにより制御され、前記送信ドライバへ送る信号パターンを生成するパターン発生器をさらに備えている、請求項６記載の送信器。
9. 前記パターン発生器が前記送信器内の他の回路と共に１つのチップ内に集積化されている、請求項８記載の送信器。
10. ある出力パワーレベルの信号を送信する送信器であって、
    外部パワーメータによって測定された前記信号の第１の測定出力パワーレベルを受け取る手段と、
    前記信号を測定して該信号の第２の測定出力パワーレベルを指示するモニタと、
    前記第１および第２の測定出力パワーレベル間の相関を割り出す手段と、
    前記相関に基づいて前記信号の出力パワーレベルを制御する出力パワーコントローラと、
    前記相関を記憶するメモリであって、該記憶した相関を受け取るべく前記出力パワーコントローラが結合されている前記メモリと、
    を備えている、送信器。
11. 前記送信器が光送信器である、請求項１０記載の送信器。
12. 前記モニタが前記光送信器に一体化されている、請求項１１記載の送信器。
13. 送信器であって、
    光源と、
    前記光源を駆動する送信ドライバと、
    前記光源からの光を受光し、該光源のパワーを測定してそのパワー指示を生成する、送信器と一体化されたモニタと、
    を有する、
    前記送信器と、
    コントローラであって、
    前記送信ドライバを制御し、
    前記モニタからのパワー指示を受け取り、
    外部パワーメータが測定した前記光源のパワーを受け取り、
    前記モニタからのパワー指示を前記外部パワーメータが測定したパワーと比較し、
    前記パワー指示と前記測定したパワーとの間の相関を割り出す、
    前記コントローラと、
    前記コントローラと通信し、該コントローラが割り出した前記相関を記憶するメモリデバイスと、
    を備えている、システム。
14. 前記メモリデバイスが、特性解明及びプログラミング期間中に前記送信器に接続されているコンピュータ上に配置されている、請求項１３記載のシステム。
15. 前記コントローラが、特性解明およびプログラミングの期間中に前記送信器に接続されているコンピュータ上に配置されている、請求項１３記載のシステム。
16. 前記送信ドライバへ送る信号パターンを生成し、前記コントローラにより制御される、前記送信器内のパターン発生器をさらに備えている、請求項１３記載のシステム。
17. 前記パターン発生器が、前記送信器内の他の回路と共に１つのチップ内に集積化されている、請求項１６記載のシステム。

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