JP4999769B2 - 光トランシーバのレーザダイオード監視装置及び方法 - Google Patents

光トランシーバのレーザダイオード監視装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置及び方法に関する。
従来のこの種の光トランシーバの構成を図9に示す。同図において、光トランシーバは、制御装置50と、送信部51と、受信部52とを有している。
制御装置50は、シリアルID機能部500と、ディジタル診断モニタ部501とを有している。制御装置50は、シリアルID機能部500と、ディジタル診断モニタ部501により、2線シリアル(I2C)インタフェースによるシリアルID機能と、ディジタル診断モニタ機能を実現している。
端子60にはI2Cのクロックライン(SCL)が接続され、端子61にはI2Cのデータライン(SDA)が接続されている。
ここで、シリアルID機能とは、光トランシーバの用途、伝送媒体、伝送距離、ベンダ名、型番、シリアル番号等、光トランシーバの設定情報をEEPROMに格納し、ホスト側で上記設定情報を管理することができる機能をいう。
また、ディジタル診断モニタ機能は、光トランシーバの電源電圧、送信部光出力電力、送信部レーザバイアス電流、受信部受光電力、内部温度等、光トランシーバの内部情報をホスト側においてリアルタイムでモニタする機能をいう。
また、送信部51は、変調電流制御部511と、発光制御部512と、発光モジュール513と、バイアス電流駆動回路517と、APC回路518とを有している。発光モジュール513は、発光素子(本例ではレーザダイオード)514と、モニタ用フォトダイオード(PD)515と、光コネクタ516とを有している。
送信部51は、正相、逆相のデータ信号を入力端子62,63から取り込み、変調電流制御部511を介してその差動電気信号を、バイアス電流駆動回路517により駆動される発光素子514で光信号に変換した後、光コネクタ516を通じて図示してない光ファイバ伝送路に出力する。
また、受信部52は、受光モジュール521と、後段アンプ525と、レベル検出部526とを有している。受光モジュール521は、光コネクタ522と、受光素子523と、前段アンプ524とを有している。
受信部52は、図示してない光ファイバ伝送路より光コネクタ522を介して受信した光信号を受光素子523で電気信号に変換し、前段アンプ524、後段アンプ525を介して出力端子67、68より差動電気信号(正相、逆相の受信データ信号)出力する。
送信部51において、発光制御部512には、入力端子64より送信部のON,OFF動作、すなわち発光のON,OFF動作を制御する制御信号が入力され、出力端子65には、発光状態を外部に報知する信号が出力されるようになっている。
また、受信部52において、入力端子66からは、受信帯域を制限する制御信号が入力され、後段アンプ525における受信信号のレベルを検出するレベル検出部526より出力端子69には断線等により受光レベルが低下した場合に、受光レベルが低下したことを示す制御信号が出力されるようになっている。
ところで、上記構成からなる光トランシーバにおいて、送信部51の発光モジュール513内の発光素子514としてのレーザダイオードは劣化すると、発光を開始する注入電流(バイアス電流)の閾値が上昇し、微分効率が低下する。
図10に示すようにL−I(光出力−注入電流)特性で見ると、特性曲線a→b→c→d→eの順で、バイアス電流の閾値が上昇し、特性曲線の傾きである微分効率も低下し、最終的にはレーザ発光が不可能になる。
一般的に、ある光出力でレーザダイオードを発光させるために必要な駆動電流値(バイアス電流値)が初期状態の値の1.5倍になったら、レーザダイオードが故障と判断している。
レーザダイオード(LD)は、図11に示すように、温度によってバイアス電流の閾値及び微分効率が大きく変化するという温度依存性を有している。このため、レーザダイオードの周囲温度が変化しても光出力が一定になるようにレーザダイオードを駆動制御するためにAPC(Automatic Power Control)回路と呼ばれるフィードバック回路を用いている。
APC回路の構成例を図12に示す。同図において、APC回路は、レーザダイオードLDの出射光を受光するモニタ用フォトダイオードPDと、モニタ用フォトダイオードPDに直列接続された可変抵抗器VR1と、オペアンプOP1と、モニタ用フォトダイオードPDと可変抵抗器VR1との接続点とオペアンプOP1の反転入り端子との間に接続された入力抵抗R20と、オペアンプOP1の反転入力端子と出力端子との間に接続された帰還抵抗R21とを有している。
オペアンプOP1の非反転入力端子には、基準電圧VREFが印加されており、オペアンプOP1の出力端は、レーザダイオードLDにバイアス電流を流す駆動用トランジスタQ10のベースに接続されている。
レーザダイオードLDに流れるバイアス電流の閾値や微分効率が変化しても、上記構成からなるAPC回路により、常にレーザダイオードLDの光出力が一定になるように、駆動用トランジスタQ10が制御される。
したがって、レーザダイオードLDが劣化して、バイアス電流の閾値と微分効率が変化したとしても、レーザダイオードLDの光出力からはレーザダイオードLDの故障状態を判定することはできない。
レーザダイオードLDの故障判定は、レーザダイオードLDのバイアス電流により電圧降下した電圧値をA/D変換した値に基づいてレーザダイオードLDが劣化した状態にあるか否かを判定するのが一般的となっている。
光トランシーバにおいては、レーザダイオードに起因する故障が他の電子部品が故障したときに比して非常に大きい。
また、光トランシーバが使用されるネットワークがアクセス通信網である場合には、局側から宅内への光通信路は1本となっているため、レーザダイオードが故障したときは通信が停止してしまう。
また、上記光トランシーバは、ユーザが自由に装置から抜き差しできるため、装置側でレーザダイオードのバイアス電流を監視することはできない。
そこで、レーザダイオードのバイアス電流が設定した閾値を超えたことを示すアラームに加えて、レーザダイオードが劣化し始めたことを事前に通知するアラーム機能が必要となる。このようなアラーム機能を備えた光トランシーバが知られている。
このようなアラーム機能を備えた従来の光トランシーバとしては、レーザダイオードに流れる電流を検出し、検出された電流に相関する電圧を基準電圧と比較し、基準電圧値以上の場合はエラー信号を出力するレーザダイオード制御装置が提案されている(特許文献1参照)。
また、レーザダイオード駆動電流、モニタ電流及び温度を取得し、予め記録した駆動電流値とモニタ電流値とを比較し、レーザダイオードの劣化状態を判定するようにしたレーザダイオード管理装置及びレーザダイオード管理方法が提案されている(特許文献2参照)。
さらに、レーザダイオード固有のバイアス電流の温度補正係数を記録し、検出温度でのバイアス電流値が劣化閾値を超えた時にドライブ電流を流すのを禁止するようにした発光素子の寿命予測方法およびこれを用いた発光駆動装置が提案されている(特許文献3参照)。
特開2002−141605号公報 特開2004−254240号公報 特開平8−279642号公報
レーザダイオードの故障状態もしくは劣化状態の判定は、レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ値が実測値に近いことが前提となるが、上述した従来技術では、レーザダイオード等の発光素子の故障状態もしくは劣化状態を判定するのに、レーザダイオードのバイアス電流出力部に電流ミラー回路を設け、該電流ミラー回路の出力をA/D変換した値に基づいて判定するものがある。
しかしながら、ミラー回路の倍率に10%程度のばらつきが有る上に、温度によって変動する送信機故障アラームを誤検出する可能性が大きいという問題が有る。
また、レーザダイオードの故障状態もしくは劣化状態の判定を行うために、図13に示すように、レーザダイオードのバイアス電流が流れるラインに直列に抵抗を接続し、この抵抗による電圧降下に対してA/D変換し、このA/D変換値に基づいて判定するものがある。
しかしながら、制御装置のA/D変換器は基準電圧が2.2V〜2.5Vのため、直接A/D変換できない場合が多いという問題が有る。
すなわち、レーザダイオードのバイアス電流が流れるラインに直列に抵抗を接続し、この抵抗による電圧降下に対してA/D変換する構成としては、図13(a)に示すように、電源電圧VCCと接地間にレーザダイオードLD、抵抗R22(抵抗値をRとする)及び駆動用トランジスタQ20を直列に接続し、端子70より取り出した電圧値をA/D変換するか、図13(b)に示すように、電源電圧VCCと接地間に抵抗R23(抵抗値をRとする)、レーザダイオードLD、及び駆動用トランジスタQ20を直列に接続し、端子72より取り出した電圧値をA/D変換する。
ここで、発光素子として使用するレーザダイオードLDが、出力光の波長が長波長(λ=1.31μm、又は1.55μm)であるレーザダイオードである場合には、レーザダイオードLD自身による電圧降下が約1.0Vであり、制御装置におけるA/D変換器の入力範囲は0〜2.5V(基準電圧)であるため、電源電圧VCCが3.5Vを超えると、A/D変換することができなくなる。
さらに、レーザダイオードの故障状態もしくは劣化状態の判定を行うために、レーザダイオードのバイアス電流が流れるラインに直列に抵抗を接続し、かつ差動増幅器を配置してグランド基準の電圧を生成した上で、し、このA/D変換値に基づいて判定するものがある。この構成例を図14に示す。
図14において、電源電圧VCCと接地間に抵抗R25(抵抗値をRとする)、レーザダイオードLD、及び駆動用トランジスタQ21を直列に接続し、抵抗R25とレーザダイオードLDとの接続点から取り出した電圧をバッファとして機能するオペアンプOP2を介して抵抗R26、27、28、29、オペアンプOP3からなる差動増幅器を介して出力端子80より出力し、この出力電圧値A×(R×IBIAS)(Aは差動増幅器の増幅率)をA/D変換するものである。上記構成において、バッファを構成するオペアンプOP2を削除することは可能である。
しかしながら、上記構成では、シングルまたはデュアルのオペアンプが必要となるため素子数が増加してコストアップする上に近年の高密度実装を行うことを考慮すると、オペアンプを配置できないという問題が有る。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置において、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を検出する第1のモニタ電圧検出手段と、前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を検出する第2のモニタ電圧検出手段と、前記第2のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第1のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Y=AX+B(A,Bは定数)の変数Xに代入して得られる値Yを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする制御手段とを有することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、第1のモニタ電圧検出手段によりレーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を検出し、第2のモニタ電圧検出手段により前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を検出する。制御手段は、前記第2のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第1のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Y=AX+B(A,Bは定数)の変数Xに代入して得られる値Yを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、前記制御手段は、前記一次式における定数Aを、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段の検出出力をA/D変換する際の分解能と、前記第1のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Bを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にY=0となる値に設定することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、制御手段により、一次式Y=AX+Bにおける定数Aを、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段の検出出力をA/D変換する際の分解能と、前記第1のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Bを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にY=0となる値に設定する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、前記制御手段は、前記定数A,Bが確定した一次式Y=AX+Bに、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Xに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Bに乗算した値を新たな定数Bとするように定数Bの値を更新することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、制御手段は、前記定数A,Bが確定した一次式Y=AX+Bに、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Xに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Bに乗算した値を新たな定数Bとするように定数Bの値を更新する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置は、前記制御手段は、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視装置では、御手段は、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する。
これにより、レーザダイオードが劣化したことを示すアラーム信号を的確に出力することができる。
また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視方法において、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を第1のモニタ電圧検出手段により検出する第1のステップと、前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を第2のモニタ電圧検出手段により検出する第2のステップと、制御手段により、前記第2のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第1のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Y=AX+B(A,Bは定数)の変数Xに代入して得られる値Yを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする第3のステップとを有することを特徴とする。
上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、上記各ステップを実行することにより、レーザダイオードに流れるバイアス電流の実測値とモニタ値(Y)とが、一次式Y=AX+Bで表現される直線関係に校正することができる。例えば、電源電圧の変動をキャンセルするように定数Bを決定し、定数Aを第2のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値及びA/D変換するA/D変換器の分解能により決定することにより、上記一次式Y=AX+Bの定数A,Bを決定することができる。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、さらに、前記制御手段により、前記一次式における定数Aを、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段の検出出力をA/D変換する際の分解能と、前記第1のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Bを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にY=0となる値に設定する第4のステップを有することを特徴とする。
上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、第4のステップを実行することにより、制御手段により、前記一次式における定数Aを、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段の検出出力をA/D変換する際の分解能と、前記第1のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Bを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にY=0となる値に設定する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、さらに、前記制御手段により、前記定数A,Bが確定した一次式Y=AX+Bに、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Xに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Bに乗算した値を新たな定数Bとするように定数Bの値を更新する第5のステップを有することを特徴とする。
上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、第5のステップを実行することにより、制御手段により、前記定数A,Bが確定した一次式Y=AX+Bに、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Xに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Bに乗算した値を新たな定数Bとするように定数Bの値を更新する。
これにより、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法は、さらに、前記制御手段により、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する第6のステップを有することを特徴とする。
上記構成の本発明の光トランシーバのレーザダイオード監視方法では、第6のステップを実行することにより、御手段により、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する。
これにより、レーザダイオードが劣化したことを示すアラーム信号を的確に出力することができる。
以上説明したように、本発明によれば、素子数を増加させることなく、かつ電源電圧の変動に影響されることなく、レーザダイオードのバイアス電流のモニタ値を高精度に校正することができる。
また、本発明によれば、レーザダイオードが劣化したことを示すアラーム信号を的確に出力することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本発明の実施形態に係る光トランシーバのレーザダイオード監視装置の構成を図1に示す。同図において、本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置は、レーザダイオード駆動回路1と、マイクロコントローラ2とを有している。
レーザダイオード駆動回路1は、制御回路10と、バイアス電流駆動回路11と、バイアス電流モニタ回路12と、APC回路13と、発光電力モニタ回路14と、変調電流駆動回路15とを有している。
バイアス電流駆動回路11は、制御回路10から出力されるバイアス電流設定値に相当するバイアス電流をレーザダイオードLDに流すようにレーザダイオードLDを駆動する。
バイアス電流モニタ回路12は、レーザダイオードLDに流れるバイアス電流をモニタする。バイアス電流モニタ回路12の要部の構成を図3に示す。
図3(a)は、バイアスモニタ電圧Vbiasmonを検出するモニタ電圧検出回路(本発明の第1のモニタ電圧検出手段に相当する。)を示しており、図3(b)は、電源電圧のモニタ電圧を検出するモニタ電圧検出回路(本発明の第2のモニタ電圧検出手段に相当する。)を示している。これらのモニタ電圧検出回路は、バイアス電流モニタ回路12内に設けられている。
図3(a)において、電源電圧Vccと接地との間には、抵抗RL、レーザダイオードLD、および駆動用トランジスタQ1が直列接続されており、抵抗RLとレーザダイオードLDの接続点と接地との間に直列接続された抵抗R1、R2からなる分圧回路が設けられている。抵抗R1、R2の接続点に設けられた出力端子41からバイアスモニタ電圧Vbiasmonが出力されるようになっている。
すなわち、レーザダイオードLDに流れるバイアス電流Ibiasを分流する抵抗R1、R2の直列回路である分圧回路により分圧した電圧値をバイアスモニタ電圧Vbiasmonとしている。
また、図3(b)において、電源電圧Vccと接地との間には、抵抗R3、R4が直列接続されており、抵抗R3、R4の接続点からは電源電圧のモニタ電圧である電源モニタ電圧Vccmonが出力端子42から出力されるようになっている。すなわち、電源電圧Vccを抵抗R3、R4により分圧した電圧を電源モニタ電圧としている。
APC回路13は、レーザダイオードLDの出射光を受光するフォトダイオードPDの出力を取り込み、制御回路10の制御下にレーザダイオードLDの発光出力が一定になるように、レーザダイオードLDに流すバイアス電流を調整するようにバイアス電流駆動回路を制御する。
発光電力モニタ回路14は、フォトダイオードPDの出力を取り込み、レーザダイオードLDの発光出力をモニタする。
変調電流駆動回路15は、入力端子30より入力される正相、逆相のデータ信号に基づいてレーザダイオードLDのバイアス電流に変調をかけるようにレーザダイオードLDを駆動制御する。
制御回路10は、変調電流駆動回路15、バイアス電流駆動回路11、APC回路13の各回路部を制御する。
制御回路10には、入力端子31よりレーザダイオードLDの発光のON,OFFを制御する制御信号が入力される、出力端子32には、送信部が故障した際にその旨を報知するアラームが出力されるようになっている。
マイクロコントローラ2は、制御装置(MCU)20と、温度センサ21とを有している。
マイクロコントローラ2の具体的構成を図2に示す。マイクロコントローラ2は、演算部200と、A/D変換器201と、メモリ202と、設定出力部203とI2Cインタフェース204とを有している。
A/D変換器201には、バイアス電流モニタ回路12より入力されるバイアスモニタ電圧Vbiasmon,電源モニタ電圧Vccmon,電源電圧Vccの各電圧値が入力されるようになっている。
また、A/D変換器201には、発光電力モニタ回路14より入力されるレーザダイオードLDの発光電力のモニタ出力が入力されるようになっている。
さらに、A/D変換器201には、温度センサ21より、レーザダイオードLDの周囲温度を示す信号が入力されるようになっている。
メモリ202には、変調電流設定値と温度との関係を示すルックアップテーブル(LUT)、レーザダイオードLDのバイアス電流設定値、レーザダイオードLDのバイアス電流初期値と温度との関係を示すルックアップテーブル(LUT)、レーザダイオードLDのバイアス電流のモニタ値を算出するのに必要な演算式、及び各種固定データ等が記憶されている。
演算部200は、メモリに記憶されている各種データを参照してデータA/D変換器201によりA/D変換された各データに基づいて演算処理し、設定出力部203を介して電流設定値を出力するとともに、I2Cインタフェース204を介して端子33,34に接続されるクロックライン、データラインを通じてホスト側に故障診断データを出力する。
上記構成からなる本発明の実施形態に係る光トランシーバのレーザダイオード監視装置の動作を、図4.5に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、本発明の本旨であるレーザダイオードのバイアス電流のモニタ機能に限定して説明する。図4は、制御装置20のバイアス電流モニタに関するイニシャル処理の内容を示し、図5は、バイアス電流モニタ時の処理内容を示している。
図4において、制御装置20は、図3に示すバイアス電流モニタ回路12の回路構成から、バイアスモニタ電圧Vbiasmon,電源モニタ電圧Vccmonを算出する(ステップ300、301)。
すなわち、図3(a)に示す回路構成から、出力端子41から出力されるバイアスモニタ電圧Vbiasmonは、重畳の理により
Vbiasmon=R2/(R1+R2)・{Vcc−RL[Ibias+Vcc/(R1+R2+RL)]}
=[R2/(R1+R2)−RL/(R1+R2+RL)] Vcc−[R2・RL/(R1+R2)]・Ibias
=αVcc−βIbias…(1)
となる。
また、図3(b)に示す回路構成から、出力端子42から出力される電源モニタ電圧Vccmonは、
Vccmon=[R4/(R3+R4)]・Vcc=γVcc…(2)
となる。
次いで、電源モニタ電圧Vccmonとバイアスモニタ電圧Vbiasmonとの差分値(Vccmon−Vbiasmon)を算出する(ステップ302)。この差分値は、レーザダイオードLDに流れるバイアス電流Ibiasに比例した値となる。
ここで、制御装置20におけるA/D変換器201のリファレンス電圧をVref、とし、12ビットの分解能(4096分割)でA/D変換した時のバイアスモニタ電圧VbiasmonのA/D変換値をBIAS_ADCとし、電源モニタ電圧VccmonのA/D変換値をVCC_ADCとした時の各A/D変換値は、
式(1)、(2から)
BIAS_ADC=(4096/Vref)・(αVcc−βIbias)…(3)
VCC_ADC=(4096/Vref)・(γVcc)…(4)
となる。
ここで、VCC_ADCとBIAS_ADCの差分をBIAS_MONとすると、式(3)、(4)から、電源モニタ電圧Vccmonとバイアスモニタ電圧VbiasmonとのA/D変換した際の差分値は、
BIAS_MON=VCC_ADC−BIAS_ADC
=(4096/Vref)・(αVcc−βIbias)−(4096/Vref)・(γVcc)
=(4096/Vref){(γ−α)・Vcc+βIbias}
=(4096/Vref)・βIbias+(4096/Vref)・(γ−α)・Vcc
(=Qとおく)…(6)
となる。
次いで、一次式
Y=AX+B(X、Yは変数、A、Bは定数)…(7)
の変数Xに上記差分値Qを代入し、定数A、Bを決定する(ステップ303、304)。
BIAS_MONの値が規定の1LSB=2(μA)となるように補正するために、式(7)の変数Xに式(6)の値Qを代入し、定数AとBを固定値もしくは実機でのY値を用いた調整結果を与えることで変数Yが規定値になるようにする。
ここで、式(6)を用いて式(7)を表現すると、
Y=AX+B
=A{(4096/Vref)・βIbias+(4096/Vref)・(γ−α)・Vcc}+B
=A・(4096/Vref)・βIbias+A・(4096/Vref)・(γ−α)・Vcc+B…(8)
となる。
上式(8)において、A値については固定値を代入する。バイアス電流Ibiasが1(mA)増加すると、Yは500(1[mA]/2[μA]=500)増加することから、定数Aは、下式により計算することができる。すなわち、
Aβ・(1×10−3)=500…(9)
式(9)から、
A=500/(1×10−3)・β
=500/(1×10−3)・〔(4096/Vref)・R1R2/(R1+R2)〕…(10)
としてVrefの電圧値、R1、R2の定数を決めることにより求めることができる。
また、一次式(7)における定数Bの値については、電源電圧Vccを固定値、例えば、Vcc=+3.3V、バイアス電流IbiasをIbias=0[mA](発光停止時)に設定した時に一次式(7)におけるYの値が0になるように、実機から出力されるYの値を用いて設定する。
このようにして決定した一次式(7)における定数A、Bをメモリ202に格納し(ステップ305)、イニシャル処理を終了する。
次に、バイアス電流モニタ時の動作(処理内容)について説明する。図5において、制御装置20では、バイアス電流モニタ回路12から、バイアスモニタ電圧Vbiasmon,電源モニタ電圧Vccmon、電源電圧Vccを取得し(ステップ306)、A/D変換器201でA/D変換した後、メモリ202に格納する(ステップ307)。
次いで、一次式(7)における定数Bの値を更新する(ステップ308)。すなわち、定数Bは、電源電圧Vccの関数であるので、電源電圧Vccが変動すると、その値は変化してしまうので、電源電圧Vccによる電圧変動に応じて補正する必要がある。図4のイニシャル処理(ステップ304)で決定された定数Bの値に対してA/D変換時のVCC_ADC値と、固定的に設定された電源電圧Vcc、例えば、Vcc=3.3VでのVCC_ADC値との比(Vcc/3.3)をかけた値に定数Bを更新することにより、電源電圧Vccの変動による影響をなくすように補正する。
次いで、制御装置20の演算部200は、一次式Y=AX+Bにおいて、定数A,B,変数Xに電源モニタ電圧Vccmonとバイアスモニタ電圧VbiasmonとのA/D変換した際の差分値BIAS_MONを代入してバイアス電流モニタ値Yを算出する(ステップ307)。
さらに、演算部200は、ステップ307で算出されたバイアス電流モニタ値YがレーザダイオードLDのバイアス電流の初期値Ibias0のK倍(Kは例えば、1.3)より大きいか否かを判定する(ステップ310)。
演算部200がY>K・Ibias0であると判定した場合には、レーザダイオードLDが劣化したと判定し、I2Cインタフェース204を介してホスト側にアラーム信号を出力し、処理を終了する(ステップ311)。
また、演算部200がY≦K・Ibias0であると判定した場合には、そのまま処理を終了する。
次に、本発明の実施形態に係るレーザダイオードの監視装置により得られた校正後のバイアス電流モニタ値Yと、レーザダイオードLDに流れるバイアス電流の実測値との関係を図6に示す。
ここで、図6は、バイアスモニタ電圧Vbiasmon、電源モニタ電圧Vccmonを検出するバイアス電流モニタ回路12における抵抗分圧による誤差を2%(抵抗器の精度が1%での最悪条件)とし、電源電圧Vccが+3.3Vの時のレーザダイオードLDの発光停止時(バイアス電流が0mA)に定数Bのみ校正した条件において、電源電圧Vccを+2.97V(−10%)、+3.3V、+3.63V(+10%)の各場合についての測定結果を示している。
図6から明らかなように、レーザダイオードLDに流れるバイアス電流の実測値が10mA(長波長の信号光を出力するレーザダイオードでの最低バイアス電流)以上で精度が1.5%以内であることが判る。
以上は、レーザダイオードLでのバイアス電流をモニタする場合について説明したが、上記したモニタ技術は、光トランシーバにおける受光パワーモニタにも適用可能である。これにより部品点数の削減が可能となる。図7に受光パワーモニタ回路の要部の構成を図7に示す。図7(a)は、電源電圧Vccのモニタ出力Vccmonを検出する抵抗分圧回路、図7(b)は、受光モニタ電圧Vrxmonを検出する抵抗分圧回路である。
上記構成において、受光モニタ電圧Vrxmonは、
Vrxmon=〔R17/(R17+R11)〕・Vcc=〔R11・R17/(R11+R17)〕・Ipd=V1−R・Ipd…(11)
また、電源電圧Vccのモニタ出力Vccmonは、
Vccmon=〔R16/(R15+R16)〕・Vcc=αV1…(12)
となる。
受光パワーモニタ値Pmonは、式(11)、(12)から、α=0.98〜1.0であるからVccmon=V1として、
Pmon∝Vccmon−Vrxmon=(α−1) Vccmon+R・Ipd…(13)
式(13)の両辺にVref/Vccmonをかけると、
(Vref/Vccmon)・Pmon∝(α−1) Vref+R・Ipd・(Vref/Vccmon)…(14)
式(14)の右辺の式を一次式Y=AX+Bの変数Xに代入して
Y=A{(α−1) Vref+R・Ipd・(Vref/Vccmon)}+B…(15)
とし、上式(15)から既述した実施形態と同様に定数A,Bを決定することにより、受光電力のモニタ値Yのデータを得ることができる。
この手法により抵抗分圧による誤差2%(抵抗器の精度が1%での最悪条件)とし、かつ電源電圧Vccが+3.3Vの時の2点の受光電力モニタ値を用いて定数A(直線の傾き)、定数B(オフセット)を校正した場合の特性曲線を図8に示す。
本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置の構成を示すブロック図。 図1に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置における制御装置の具体的構成を示すブロック図。 図1に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置におけるバイアス電流モニタ回路の要部の構成を示す回路図。 図1に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置における制御装置のイニシャル処理の内容を示すフローチャート。 図1に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置における制御装置のバイアス電流モニタ時の処理内容を示すフローチャート。 図1に示した本発明の実施形態に係るレーザダイオード監視装置により得られたバイアス電流に対するバイアス電流モニタ値との関係を示す特性図。 受光モニタ回路の要部の構成を示す回路図。 図7に示した受光モニタ回路から検出した電圧情報に基づいて校正した受光電力に対する受信パワーモニタ値との関係を示す特性図。 光トランシーバの全体構成を示すブロック図。 レーザダイオードの経年変化によるL−I特性の変化を示す特性図。 レーザダイオードのバイアス電流の温度依存性を示す特性図。 APC回路の構成を示す回路図。 従来のバイアスもモニタ回路の構成の一例を示す回路図。 従来のバイアスもモニタ回路の構成の他の例を示す回路図。
符号の説明
1…レーザダイオード駆動回路、2…マイクロコントローラ、10…制御回路、11…バイアス電流駆動回路、12…バイアス電流モニタ回路、13…APC回路、14…発光電力モニタ回路、15…変調電流駆動回路、20…制御装置、21…温度センサ、200…演算部、201…A/D変換器、202…メモリ、203…設定出力部、204…I2Cインタフェース

Claims (8)

  1. レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視装置において、
    前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を検出する第1のモニタ電圧検出手段と、
    前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を検出する第2のモニタ電圧検出手段と、
    前記第2のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第1のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Y=AX+B(A,Bは定数)の変数Xに代入して得られる値Yを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする制御手段と、
    を有することを特徴とする光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
  2. 前記制御手段は、前記一次式における定数Aを、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段の検出出力をA/D変換する際の分解能と、前記第1のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Bを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にY=0となる値に設定することを特徴とする請求項1に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
  3. 前記制御手段は、前記定数A,Bが確定した一次式Y=AX+Bに、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Xに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Bに乗算した値を新たな定数Bとするように定数Bの値を更新することを特徴とする請求項2に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
  4. 前記制御手段は、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光トランシーバのレーザダイオード監視装置。
  5. レーザダイオードの故障診断機能を備えた光トランシーバのレーザダイオード監視方法において、
    前記レーザダイオードに流れるバイアス電流値に応じたモニタ電圧を第1のモニタ電圧検出手段により検出する第1のステップと、
    前記レーザダイオードに供給する電源電圧に応じたモニタ電圧を第2のモニタ電圧検出手段により検出する第2のステップと、
    制御手段により、前記第2のモニタ電圧検出手段の検出出力から前記第1のモニタ電圧検出手段の検出出力を減算した差分値を一次式Y=AX+B(A,Bは定数)の変数Xに代入して得られる値Yを前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値とする第3のステップと、
    を有することを特徴とする光トランシーバのレーザダイオード監視方法。
  6. さらに、前記制御手段により、前記一次式における定数Aを、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段の検出出力をA/D変換する際の分解能と、前記第1のモニタ電圧検出手段を構成する抵抗群の抵抗値とに基づいて設定するとともに、定数Bを、前記レーザダイオードに供給する電源電圧を固定値とし、かつ前記レーザダイオードを発光停止時にY=0となる値に設定する第4のステップを、
    有することを特徴とする請求項5に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視方法。
  7. さらに、前記制御手段により、前記定数A,Bが確定した一次式Y=AX+Bに、前記第1、第2のモニタ電圧検出手段により検出した電圧値の差分値を変数Xに代入して前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yを算出する際に、この時点での前記レーザダイオードに供給する電源電圧の値と前記電源電圧を固定値との比を前記定数Bに乗算した値を新たな定数Bとするように定数Bの値を更新する第5のステップを、
    有することを特徴とする請求項6に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視方法。
  8. さらに、前記制御手段により、前記レーザダイオードに流れるバイアス電流のモニタ電流値Yが、前記レーザダイオードのバイアス電流の初期値の所定数倍の値を超えた場合には前記レーザダイオードが劣化したと判定し、アラーム信号を外部に出力する第6のステップを、
    有することを特徴とする請求項7に記載の光トランシーバのレーザダイオード監視方法。
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