JP4703452B2

JP4703452B2 - 光送受信器

Info

Publication number: JP4703452B2
Application number: JP2006085057A
Authority: JP
Inventors: 洋起金坂
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-03-27
Also published as: US7567759B2; US20070223919A1; JP2007266668A

Description

本発明は、光送受信器に関し、特に光伝送装置において送信部と受信部が一体化された光送受信モジュールを構成する光送受信器に関するものである。

近年、大容量且つ小型一体化の光送受信モジュールの標準化が進み、10Gbpsでは300pin/XENPAK/X2/XFP等のMSA(Multi Source Agreement)光モジュールの市場が拡大している。

図9は、このような10G MSA XFP光モジュールとして一般に知られている光送受信器の構成例を示している。この光送受信器は、送受信部共通に1チップCDR（Clock Data Recovery）1が設けられている。このCDR1は、図示していないが、内部に送信部及び受信部それぞれにCDRを有するもので、送信部のCDRは、送信データTXの電気信号からタイミング抽出及び識別再生を行う。送信部ではさらにCDR1の出力にLDドライバ2と発光素子(TOSA)3が直列接続され、CDR1の出力は、LDドライバ2を駆動し、さらに発光素子3において電気−光変換が行われ光データとして出力される。

一方、受信部では、受光素子4と増幅器5がCDR1に直列接続されており、光データ入力が受光素子(ROSA)4において光−電気変換され、さらに増幅器5で増幅されて1チップCDR1に与えられる。CDR1では、受信した電気信号からタイミング抽出及び識別再生を行って受信データRXの電気信号として出力する。

一方、ディジタル加入者線伝送(xDSL)において、データ通信に先立って行うトレーニング時、隣接回線からクロストークの影響を受ける期間を特定するタイミング情報をトレーニングシンボル列に含め、該トレーニングシンボル列を局側装置より加入者装置に通知すると共に、トレーニングシンボルの位相を変化させることによりタイミング情報をトレーニングシンボル列に挿入するディジタル加入者線伝送方法、伝送装置及び伝送システムがある（例えば、特許文献1参照。）。

また、基地局との間で同期をとりながら、無線通信を行う無線通信端末において、前記無線通信端末は、前記基地局から受信した信号強度を測定する受信強度測定手段と、前記受信強度測定手段で測定された受信信号強度と予め定められた値とを比較した結果に基づいて、受信信号強度が弱いと判定したときは、前記基地局に対して送信する信号の送信タイミングを早める送信タイミング決定手段を有する無線通信端末がある（例えば、特許文献2参照。）。
特開2003-23414号公報特開2002-262356号公報

図9に示すような光送受信器の場合、高密度実装の必要性から、1チップCDR1が用いられ、これを小型パッケージに実装するため、同一プリント基板上に送信部と受信部が近接して配置されることになる。

このとき、図10(1)に示すように、受光素子4から出力される数10mV程度の微少振幅の受信信号は、送信データを数V程度の大きな振幅で駆動するLDドライバ2からのクロストークCTの影響を受けて受信感度が劣化する。このときのクロストーク量は、周波数が高くなればなるほど、且つ送受信部同士が近づけば近づくほど大きくなるため、ビットレートの高速化、光送受信器の小型化に伴って顕在化し、これを如何に軽減させるかが回路設計及び実装設計における課題となっている。

このようなクロストークに関しては次のように考えることができる。

送信データと受信データが同期しているシステムにおいては、通常、光送受信器内部の送受信データの位相関係は一定である。これに対し、同図(1)に示すような長距離光ファイバ伝送路L1, L2が同期システム20に接続されているような場合で且つその環境変動による伝搬時間の揺らぎなどが存在する場合は、この位相関係が数秒程度のゆっくりした速度で変動する。これに伴い、上記のクロストーク量が同じであっても、送受信データの位相関係によって受信感度劣化量が変動する現象が起こる。

例えば、同図(2)に示すように、光送受信器内で送信データTXと受信データRXの変化点が一致している場合は受信感度劣化はほとんど生じないが、同図(3)に示すように送信データTXの変化点が受信データRXのアイ（開口部）の中心に来る場合は受信感度劣化は最大となる。

このような光送受信器が非同期システムにおいて用いられる場合は、送受信データの位相関係が非常に速い速度で変化するため受信感度劣化量は時間的に平均化されてその変動量は見られない。

しかしながら、同図(1)に示すような同期システムでは、上記のように受信感度劣化量が時間的に変動し、図11に示すように、光入力パワーに対して受信データのBER（ビットエラー率）は、送信データTXが無い場合（▲印の特性）に対して、最小受信感度劣化量Dmin（●印の特性）から最大受信感度劣化量Dmax（■印の特性）までランダムに変化し、その結果、BERが時間的にふらつく現象が生じる。

このため、光送受信器の設計時や製品の特性試験の際には、受信感度劣化が最大となる送受信データの位相関係においても最小受信状態の規格を満足するように送受信部間のクロストーク量を抑える必要がある。

従って本発明は、同期システムに接続される場合においても送受信部間のクロストーク量を抑えて受信感度劣化が最小となるようにした光送受信器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る光送受信器は、電気−光変換部への送信データと、光−電気変換部からの受信データとの位相差を検出する位相比較器と、該位相差と、送受信クロストークによる受信感度劣化を示す受信データのBERが最小となる値との差分を出力する遅延制御器と、該差分を受けて該差分を無くすように該送信データを遅延制御する可変遅延回路と、を備えたことを特徴としている。

すなわち、上述したように、光送受信器における送信データと受信データが同期している場合、送受信部間のクロストーク量が同じであっても、送受信データ間の変化点の位相関係によって受信感度劣化量が異なる。

そこで、位相比較器が、電気−光変換部への送信データと光−電気変換部からの受信データとの位相差を検出して、これを元に送信データの遅延量を制御する。

この場合、送受信データ間の位相差を検出する場所は、図10(1)に示したように、クロストークを発生する場所と異なるので、送信データと受信データの位相差をゼロにしても必ずしもクロストーク量が最小になるとは限らない。

そこで、遅延制御器は、位相比較器で検出した位相差が、送受信部間のクロストークによる受信感度劣化を示す受信データのBERを最小にする値との差分を出力し、この差分を無くすように可変遅延回路が送信データを遅延制御している。

これにより、伝送路の伝搬時間の変動などの光送受信器外部の位相変化によらず、受信感度劣化が最小となる送受信データの位相差を保つことが可能となる。

ここで、上記の受信感度劣化を最小にする値としては、予め求めた固定値、又は外部から取得したBERを用いることができる。

さらに、上記の受信データのBERを検出するBER検出器を設け、該遅延制御器は、該受信感度劣化を最小にする値として該BER検出器で検出されたBERを用いてもよい。

また、上記の送信データは、一態様として、CDRを経由したものであり、該受信データは、一態様としてCDRを経由する前のものである。

さらに、上記の送信データ及び受信データは、一態様として、同期システムに対するものである。

本発明により、受信データと送信データが同期していて、送受信データ間の位相差が変動する場合に、送受信部間クロストークによる受信感度劣化の時間的変動を低減することができる。また、受信感度劣化が常に最小となるように制御することができるため、従来と比べて許容できるクロストーク量が増え、光送受信器の高ビットレート化、小型化の際に、回路設計、実装設計が容易となり、より高感度の受信器が実現可能となる。

実施例[1]：図1〜図5
図1は、本発明に係る光送受信器の実施例[1]を示したものである。この実施例[1]は、図9に示した一般的な光送受信器において、LDドライバ2へ入力される送信データAと増幅器5から出力される受信データBとの位相差を求める位相比較器6と、この位相比較器の出力V₁と、設定値V₀とを入力してこれらの差分を出力する遅延制御器7と、この遅延制御器7の出力V_CによってCDR1からの送信データを可変遅延させる可変遅延回路8とを追加している点が異なっている。

このような光送受信器の動作においては、位相比較器6に送信データAと受信データBが与えられると、この位相比較器6は両者の位相差信号V₁を出力する。

ここで、位相比較器6の一実施例が図2に示されている。この位相比較器6は、同図(1)に示すように、送信データAと受信データBを入力するEOR（排他的論理和）回路61と、これに直列接続されたローパスフィルタ62とで構成されている。この位相比較器6におけるEOR回路61は、同図(2)に示すように送信データAと受信データBとの排他的論理和、すなわち不一致検出を行うものであり、その出力Yは送信データAと受信データBが不一致のときのみ“H”レベルとなる。

すなわち、同図(3)に示すように、送信データAと受信データBの位相差が0°、すなわち同位相の場合には、出力Yはオール“0”となる。また同図(4)に示すように、送信データAと受信データBが90°ずれている場合には、出力Yは丁度デューティー比が50%のパルス波形となる。さらに、同図(5)に示すように、送信データと受信データが反転した関係、すなわち180°の位相差を有する場合には、出力Yはオール“H”となる。

従って、このようなEOR回路61の出力Yを受けるローパスフィルタ62からの出力信号V₁は、同図(6)に示すように、送信データAと受信データBとの位相差に比例して大きくなる特性を示すことが分かる。

このようにして位相比較器6から得られた位相差信号V₁は、遅延制御器7において、予め設定した設定値V₀と比較されてその差分V_Cが求められる。なお、この場合の設定値V₀は、受信データのBERが最小となる値に予め設定される。

これは、例えば、図11に示す受信感度特性を持つ光送受信器において、最小BERmin(10^-12)と送信データ無しの特性（▲印）との交点より少し低い-28dBmの光レベル信号を受光素子4に与え、可変設定値V₀を変化させると、受信感度BERはクロストークの影響で送受信データA-B間の位相差が生じる結果、直線C上の●特性と交わる点P1から■特性と交わる点P2の間を上下する。従って可変設定値V₀を変化させて受信感度BERが点P1(10^-9と10^-10の間)を示した時のV_Oを設定値として決定すればよい。

このようにして、遅延制御器7からは差分V_C=V₁-V₀が出力され、この差分V_Cを可変遅延回路8に与えることにより、CDR1からの送信データはこの差分V_C=V₁-V₀に相当する量だけ遅延制御を行う。

これによって、受信データの位相が変動して設定値V₀から差分が生じた場合、その差分の値と変化方向に応じて可変遅延回路8の遅延量が制御されるため、この光送受信器は、常に設定された位相差V_Oに保たれる。

図4には、可変遅延回路8の一実施例が示されており、これはよく知られているように、コンデンサとインダクタンスから成るタンク回路を複数段設け、この段数を遅延制御器7からの差分V_Cによって制御することによって遅延量を可変させるものである。

図3には、この実施例[1]の遅延制御動作の説明図が示されている。すなわち、同図(1)に示す特性は、図2(6)に示した位相比較器6の特性に対応しており、送受信データ間の位相差に比例した出力V₁（電圧）が出力されるが、この出力V₁と受信感度劣化を最小にする設定値V₀との差分（遅延制御器7の出力）V_Cが、図3(2)に示すように、可変遅延回路8を制御する遅延量DLY₁となる特性が示されている。

すなわち、受信感度劣化が最小となる設定値V₀に位相比較器6の出力V₁が一致したとき、遅延制御器7の出力V_Cはゼロ（オフセットを設けてもよい。）となり、従って可変遅延回路8の遅延量DLY₁もゼロとなる。このようにして、設定値V₀からの差分に応じて遅延量DLY₁が制御されることとなる。

図5には、実施例[1]の変形例が示されており、この変形例は、図1に示した位相比較器6と遅延制御器7と可変遅延回路8との組み合わせが1チップIC10の中にCDR1と共に取り込んで構成したものであり、その動作は図1の場合と同様である。

実施例[2]：図6〜図8
この実施例[2]は、上記の実施例[1]が図3(1)に示した受信感度劣化が最小となる設定値V₀を遅延制御器7に予め設定したのに対して、光送受信器の外部で求めた受信データのBERを上記の実施例[1]における設定値V_Oの代わりに用いた点が異なっている。

この場合の動作説明図が図7に示されている。

すなわち、同図(1)に示すような位相比較器6の特性において、外部で得られるBERの特性は図示の特性曲線Xのようになる。この場合のBERの最小値BER_minが位相比較器6の出力V₁と交わる点がV_BERである。従って遅延制御器7の出力V_CはV1-V_BERとなり、両者が等しいときには遅延量DLY₁=0となるが、そうでない場合（オフセットを設けてもよい。)
には、BERが最小となるように遅延量DLY₁を制御する。この場合、位相差の変動方向により制御方向が決定されることとなる。

図8は、図6に示した実施例[2]の変形例を示したものである。この変形例においては、図6の実施例[2]においてBERを外部から取得したのに対して、1チップIC10の内部にBER検出器9を設け、増幅器5から出力される受信データのBERを検出して、遅延制御器7の一方の入力に、上記の設定値V₀やV_BERの代わりにV_BERdとして与えている点が異なっている。従って、その動作は図6の実施例[2]と基本的に同様である。

なお、本発明は、上記実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。

（付記１）
電気−光変換部を介して送信されるデータの変化点と光−電気変換部を介して受信されたデータの変化点との位相差を検出する第1手段と、
該第1手段から出力される該位相差が、送受信部間のクロストークによる受信感度劣化を最小にする値に等しくなるように該送信データを遅延制御する第2手段と、
を備えたことを特徴とする光送受信器。
（付記２）付記１において、
該第2手段は、該受信感度劣化を最小にする値として予め求めた固定値を用いることを特徴とした光送受信器。
（付記３）付記１において、
該第2手段は、該受信感度劣化を最小にする値として外部から取得したBERを用いることを特徴とした光送受信器。
（付記４）付記１において、
該受信データのBERを検出する第3手段をさらに設け、該第2手段は、該受信感度劣化を最小にする値として該第3手段で検出されたBERを用いることを特徴とした光送受信器。
（付記５）付記１において、
該第1手段が位相比較器であり、該第2手段が、該位相比較器から出力される該位相差と該受信感度劣化を最小にする値との差分を出力する制御器と、該差分により該送信データを遅延制御する可変遅延回路とで構成されることを特徴とした光送受信器。
（付記６）付記１において、
該送信データが、CDRを経由したものであり、該受信データが、CDRを経由する前のものであることを特徴とした光送受信器。
（付記７）付記１において、
該送信データ及び受信データが同期システムに対するものであることを特徴とした光送受信器。

本発明に係る光送受信器の実施例[1]を示したブロック図である。本発明の各実施例で用いられる位相比較器の実施例を示した図である。本発明に係る光送受信器の実施例[1]の遅延制御動作を説明するためのグラフ図である。本発明の各実施例で用いられる可変遅延回路の実施例を示した図である。本発明に係る光送受信器の実施例[1]の変形例を示したブロック図である。本発明に係る光送受信器の実施例[2]を示したブロック図である。本発明に係る光送受信器の実施例[2]の遅延制御動作を説明するためのグラフ図である。本発明に係る光送受信器の実施例[2]の変形例を示したブロック図である。従来より一般的に知られている光モジュールとしての光送受信器の構成例を示したブロック図である。従来の光送受信器における送受信部間のクロストークを説明するための図である。送受信部間の位相差による受信感度劣化の変動を示したグラフ図である。

符号の説明

1 1チップCDR
2 LDドライバ
3 発光素子(TOSA)
4 受光素子(ROSA)
5 増幅器
6 位相比較器
7 遅延制御器
8 可変遅延回路
9 BER検出器
10 1チップIC
20 同期システム
L1, L2 伝送路
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

電気−光変換部への送信データと、光−電気変換部からの受信データとの位相差を検出する位相比較器と、
該位相差と、送受信クロストークによる受信感度劣化を示す受信データのBERが最小となる値との差分を出力する遅延制御器と、
該差分を受けて該差分を無くすように該送信データを遅延制御する可変遅延回路と、
を備えたことを特徴とする光送受信器。
請求項１において、
該受信データのBERを検出する検出器をさらに設け、該遅延制御器は、該受信感度劣化を最小にする値として該BER検出器で検出されたBERを用いることを特徴とした光送受信器。