JP6232986B2

JP6232986B2 - 光送信器

Info

Publication number: JP6232986B2
Application number: JP2013252237A
Authority: JP
Inventors: 弘貴大森
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: US9577757B2; US20150162989A1; JP2015109382A

Description

本発明は、光送信器に関する。

昨今、通信ネットワークの高速化や大容量化のために、光トランシーバ（光送受信器）の小型化及び低消費電力化が光通信装置市場から継続的に要求されている。例えば、１００ギガビット光トランシーバとしてＣＦＰ（１００ＧＦｏｒｍ-ｆａｃｔｏｒＰｌｕｇｇａｂｌｅ）の市場への普及が始まっており、最近では、次世代のより小型なＣＦＰ２やＣＦＰ４といった業界規格の検討が進められている。

光トランシーバの小型化（高集積化）を図る上では、内部の部品やＩＣは信号線数の少ないシリアル通信バスを介して接続されることが好ましい。例えば特許文献１では、物理層の電気信号による通信を行うＰＨＹ（Physical Layer Chip）、光トランシーバ内部の監視と制御を行うＣＰＵ（CentralProcessing Unit）、及びメモリ等の各構成要素が、内部シリアル通信バスを介して相互に接続されている。なお、例えば、上述したＣＦＰ等の光トランシーバは、例えば、2つの光トランシーバが2芯の光ファイバーを介して互いに接続されて光信号による双方向通信を行うため、内部に電気信号を光信号に変換して送信する光送信器（光送信部）と受信した光信号を電気信号に変換する光受信器（光受信部）を備えている。

特開２００８−１１３２０７号公報

上述したような光送信器は、その動作状態として、全体の消費電力を極力抑えた省電力モードと、運用モードとの２つのモードを有している。例えば、ＣＦＰの場合には、省電力モードの消費電力は１Ｗ以下であるのに対し、運用モードの消費電力は８Ｗ以上になるものもある。省電力モードでは、上位レイヤの外部装置（ホスト装置）との通信回路や演算処理回路であるＭＣＵ（Micro Controller Unit）等の必要最小限の部分のみを動作させ、信号処理回路等の他の主信号の送受信に係る構成要素への電源電圧供給は停止する必要がある。その際、シリアル通信バスに接続されている端子の内１つでも電源電圧供給が停止（例えば、信号レベルがＬｏｗレベルに固定）されると、当該シリアル通信バスを介して接続されている全ての構成要素間の通信が不能となってしまう。

ここで、光送信器では、各種の監視・制御のために、光トランシーバ内部の温度を検出し、その情報をホスト装置へ送信する場合がある。なお、以下、光トランシーバ内部の温度を「内部温度」という。この内部温度は、各構成要素の環境温度に相当するものであって、特定の構成要素（例えば、光送信モジュール）の内部の温度とは異なる。内部温度を検出する方法としては、サーミスタのように温度による抵抗値の変化によってアナログ的に温度を検出する方法や、所定の温度検出回路によって内部温度を推定しシリアル通信バスを介してディジタル値を出力する方法がある。しかし、サーミスタによりアナログ的に温度を検出する方法では、実装面積が大きくなるため、光トランシーバの小型化の観点からは、シリアル通信バスを介してディジタル値を出力する方法が好ましい。しかしながら、上述したように、省電力モードの際には、シリアル通信バスを介して接続された全ての構成要素間の通信が不能となるため、シリアル通信バスを介した内部温度の検出が困難となってしまう。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、動作状態に係らず内部温度の検出を確実に精度良く行うことができる光送信器を提供することを目的とする。

本発明はその一側面として、外部装置に内部温度情報を回答する機能を有する光送信器に関する。この光送信器は、通電によって発熱する少なくとも１つの被温調素子と、被温調素子の加熱又は冷却を行う熱電素子と、被温調素子の温度を検出する温度検出器と、それら被温調素子、温度検出器及び熱電素子を収容するパッケージと、を有する光送信モジュールと、被温調素子の通電を制御する演算処理回路と、演算処理回路から情報の読み書きが可能な記憶装置と、パッケージの外部の温度を検出する温度検出回路と、を備える。被温調素子は、パッケージの複数の端子との複数の電気的配線を介してパッケージの外部と熱的に結合している。演算処理回路は、被温調素子に通電しているときは温度検出回路により検出された温度を内部温度情報として記憶装置に書き込み、被温調素子に通電していないときは温度検出器により検出された温度と記憶装置に格納された内部温度情報とに基づいて内部温度を算出し、内部温度情報として記憶装置に書き込む。

本発明によれば、動作状態に係らず内部温度の検出を確実に精度良く行うことができる光送信器を提供することができる。

本実施形態に係る光トランシーバの構成を示すブロック図である。集積光送信モジュール内部の電気的な接続状態を説明するための図である。光送信部の電気的な接続状態を説明するための図である。各動作モードにおける内部温度の導出方法を説明するための図である。起動後の光トランシーバの各動作モード及び温度推定に係る処理を説明するためのフローチャートである。内部温度の推定に係る処理を説明するためのフローチャートである。比較例に係る光送信モジュール内部の電気的な接続状態を説明するための図である。温度検出回路の温度と温度検出器の温度との各動作モードにおける関係を説明するための図である。熱解析シミュレーションのための等価回路モデルを示す図である。図９のシミュレーション結果を示す図である。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

この光送信器では、熱電素子の上面と熱的に結合している温度調節（以下、「温調」という。）の対象素子（以下、「被温調素子」という。）が通電しているか否かに応じて光送信器の内部温度の導出方法を変えている。すなわち、被温調素子が通電しているときには、光送信モジュールのパッケージの外部（且つ、光送信器の内部）に備わっている温度検出回路により検出された温度を光送信器の内部温度としている。このように、光送信モジュールの外部に備わった温度検出回路により光送信器の内部温度を導出することで、被温調素子が通電することにより発熱し、被温調素子の温度が熱電素子によって所定の温度になるよう熱電素子上面の冷却又は加熱によって温調される場合には、光送信器内の内部温度を適切に導出できる。一方で、被温調素子が通電していないときには、温度検出器により検出された温度と記憶装置に格納された内部温度情報とに基づいて光送信器の内部温度を算出している。光送信器を小型化する観点からシリアル通信バスを介して演算処理回路と温度検出回路等の構成要素が接続されている場合において、演算処理回路と温度検出回路とのシリアル通信が不能となった場合であっても、温度検出器により検出された温度に基づいて内部温度を推定することで、確実に精度良く光送信器の内部温度を導出できる。温度検出器が温度を検出する被温調素子は光送信モジュールのパッケージの外部と熱的に結合しているため、被温調素子が通電によって発熱しておらず、温調が行われない場合には、温度検出器により検出される温度は光送信モジュールのパッケージの外部の温度に応じた値となる。そのため、上述した温度検出器により検出された温度に基づく光送信器の内部温度の推定が可能となっている。なお、この光送信器は、本来被温調素子の温度を検出するための構成要素である温度検出器により検出された温度を、光送信器の内部温度の検出にも利用するものであり、光送信器の内部温度を検出するために新たな構成要素を追加するものでない。そのため、光送信器の小型化の弊害になるものではない。以上より、本発明によれば、光送信器の小型化を図りながら、動作状態に係らず内部温度の検出を確実且つ適切に行うことができる。

また、上記の光送信器において、被温調素子と温度検出回路との間の熱抵抗をＲＴＯＳＡ、温度検出回路と光送信器の外側表面との間の熱抵抗をＲＴＲＸ、熱電素子によって加熱又は冷却される熱容量をＣＴＯＳＡ、光送信器内部の熱容量をＣＴＲＸとすると、

を満たす構成であってもよい。上記式（１）を満たすことにより、光送信器の内部温度の温度変化が温度検出器により検出された温度の温度変化よりも緩やかとなり、光送信モジュールの内部に設けられた温度検出器により検出された温度から、光送信モジュールの外部における光送信器の内部温度を高精度に推定できる。

また、上記の光送信器において、光送信モジュールは、被温調素子として、少なくとも２つの発光素子及び発光素子を駆動する少なくとも１つの駆動回路を有し、発光素子及び駆動回路は、各々がパッケージの複数の端子との複数の電気的配線を介してパッケージの外部と熱的に結合していてもよい。例えば、ＣＦＰ４のように、光送信モジュール内に複数の発光素子及び駆動回路が内蔵され、それらが複数の端子とボンディングワイヤ等の電気的配線を介して熱的に結合されることにより、パッケージの内部に収容された温度検出器が温度を検出する被温調素子と、パッケージの外部との熱的な結合度合いが大きくなる。そのことで、温度検出器により検出された温度に基づく光送信器の内部温度の推定精度を向上させることができる。

また、上記の光送信器において、温度検出器は、演算処理回路と電気的に接続されており、演算処理回路は、被温調素子に通電していないときに温度検出器により検出された温度に基づいて内部温度を算出するとき、被温調素子の通電を停止する直前に被温調素子に通電しているときに温度検出回路により検出された温度の情報を利用してもよい。直前に被温調素子が通電していたときに温度検出回路により検出された温度を使用して、例えば、初期値として内部温度を推定することにより、通電状態から通電していない状態に遷移した際に、高精度に内部温度を推定できる。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかる光送信器の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

図１は、第１実施形態に係る光トランシーバの構成を示す図である。光トランシーバ１は、例えば１３００ｎｍ帯の互いに異なる４つの波長の光を使用して２芯双方向で光信号を送受信する１００ギガビット光トランシーバであり、外部装置３０（上位レイヤ）に対して活線挿抜可能なモジュールとなっている。このような光トランシーバに係る外形、端子配置、電気的特性、及び光学的特性に関する規格は、例えば、ＭＳＡ（Ｍｕｌｔｉ-ＳｏｕｒｃｅＡｇｒｅｅｍｅｎｔ）規格のＣＦＰ（１００ＧＦｏｒｍ-ｆａｃｔｏｒＰｌｕｇｇａｂｌｅ）、又は、ＣＦＰ２、ＣＦＰ４等によって規定されつつある。ＣＦＰ２は、挿抜方向に垂直な面での面積比で従来のＣＦＰの１／２程度の大きさであり、ＣＦＰ４は、面積比で従来のＣＦＰの１／４以下の大きさである。

光トランシーバ１は、集積光送信モジュール１１（光送信モジュール）と、演算処理回路（ＭＣＵ）１２と、熱電素子制御回路（ＴＥＣ制御回路）１３と、温度検出回路１４と、ＬＤバイアス電流回路１５と、メモリ１６と、電圧生成回路１７と、通信制御回路１８と、信号処理回路（ＣＤＲ）１９，２２と、集積光受信モジュール２１とを備えている。

集積光送信モジュール１１は、互いに独立した４つのデータレート２５Ｇｂｐｓの電気信号を互いに波長の異なる４つの光信号に変換した後に、各光信号を合波して波長多重信号として１００Ｇｂｐｓ光信号を出力する。集積光送信モジュール１１に入力される電気信号は、信号処理ＩＣ（図示せず）において１０本の１０Ｇｂｐｓ電気信号から４本の２５Ｇｂｐｓ電気信号に変換された後に、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）１９においてクロックデータリカバリが行われたものである。

集積光受信モジュール２１は、１つの波長多重信号として１００Ｇｂｐｓ光信号を受信して、それを互いに異なる４波長の光信号に分波し、各光信号をそれぞれデータレート２５Ｇｂｐｓの電気信号に変換して出力する。集積光受信モジュール２１が出力した４つの２５Ｇｂｐｓ電気信号は、ＣＤＲ２２に入力されてＣＤＲ２２においてクロックデータリカバリが行われた後に、信号処理ＩＣ（図示せず）により１０本の１０Ｇｂｐｓ電気信号に変換され出力される。

上記構成要素のうち、集積光送信モジュール１１、ＭＣＵ１２、ＴＥＣ制御回路１３、温度検出回路１４、及びＬＤバイアス電流回路１５により光送信部１０（光送信器）が構成されている。光送信部１０は、外部装置に内部温度情報を回答する機能を有する。まず、光送信部１０の各構成要素について、詳細に説明する。

集積光送信モジュール１１は、互いに発振波長の異なる４個のＬＤ５１（発光素子）と、ＬＤドライバ回路５２（駆動回路）と、光合波器５３と、熱電素子（ＴＥＣ）５４と、温度検出器５５（第１の温度検出器）と、パッケージ５６と、を有している。４個のＬＤ５１、ＬＤドライバ回路５２、光合波器５３、及び温度検出器５５は、熱電素子５４の上面に実装され、それらが１つのパッケージ５６内に収容されている。このような構成及び構造の光送信モジュールを集積ＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly）という。なお、４個のＬＤ５１は、それぞれ独立した半導体チップであっても、同一の半導体チップ上に製造されたものであっても良い。また、波長多重通信システム用途では発振波長は異なるが、例えば、送信側と受信側とでそれぞれ４芯の光ファイバーにて通信を行うパラレル通信用途では発振波長は同じであっても良い。

ＬＤ（Laser Diode）５１は、例えば、分布帰還型レーザダイオード、フェブリベロ―型レーザダイオード又は面発光型レーザダイオード等である。各ＬＤ５１はＬＤバイアス電流回路１５に接続されている。ＬＤ５１は、ＬＤバイアス電流回路１５からバイアス電流が供給されると発光し、バイアス電流が遮断されると発光が停止する。ＬＤバイアス電流回路１５は、ＭＣＵ１２から入力されるＬＤバイアス電流回路イネーブル信号に応じてバイアス電流を制御する。なお、図１では、説明を容易にするためＴＥＣ５４上に各ＬＤ５１が積層されるように記載しているが、図２に示すように、実際には、全てのＬＤ５１がＴＥＣ５４上に実装されている。よって、全てのＬＤ５１がＴＥＣ５４の上面（温度制御面）と熱的に結合している。ＬＤ５１は、通電によって発熱する被温調素子の一例である。

ＬＤドライバ回路５２は、ＭＣＵ１２から入力されるＬＤドライバ回路のイネーブル信号に応じて、ＬＤ５１の出力光を変調するための駆動信号を制御する。ＬＤドライバ回路５２は、互いに発振波長の異なる４個のＬＤ５１を並列に駆動させる４個の駆動回路を内蔵した４ch Driver ICであり、各駆動回路はそれぞれ異なるＬＤ５１に接続されている。そのため、ＬＤドライバ回路５２が出力した４本の駆動信号は、それぞれ異なる４個のＬＤ５１に入力される。それぞれ異なるＬＤ５１に入力される４本の駆動信号は、ＬＤドライバ回路イネーブル信号によって、例えば、ＬＤドライバ回路イネーブル信号がＨｉｇｈレベルのときには出力され、ＬＤドライバ回路イネーブル信号がＬｏｗレベルのときには遮断される、というように制御される。ＬＤドライバ回路５２は、ＬＤドライバ回路イネーブル信号によって駆動信号を遮断するときに、駆動信号を出力するときよりも自身の消費する電源電流がゼロに抑制されることが好ましい。なお、ＬＤドライバ回路５２は、小型化及び製造容易性の観点から、ＴＥＣ５４上に実装されている。よって、ＬＤドライバ回路５２は、ＴＥＣ５４と熱的に結合している。ＬＤドライバ回路５２は、例えば、高速データレートである２５ＧｂｐｓでＬＤ５１を駆動する際に数Ｗの電力を消費する。

光合波器５３は、４個のＬＤ５１から出力された出力光を合波して一つの波長多重された光信号を出力する。例えば、ＬＤ５１から出力された出力光のデータレートが２５Ｇｂｐｓで、４本の出力光が波長多重された光信号のデータレートは１００Ｇｂｐｓとなる。光合波器５３は、光学的特性の温度依存性が比較的大きくて、その光学的特性を一定に保つ必要がある場合には、ＴＥＣ５４上に実装されることが好ましいが、実装されていなくてもよい。光合波器５３は、例えば光学薄膜を利用した光学フィルター等を組み合わせたものやアレイ導波路型回折格子（AWG: Arrayed Waveguide Grating）によって構成される。

ＴＥＣ（ThermoElectric Cooler）５４は、ペルチェ効果を利用して、その上面と熱的に結合した被温調素子の冷却又は加熱を行う熱電素子である。ＴＥＣ５４によってＴＥＣ上面の温度を所望の目標値ＴＳＥＴに保つことで、例えば、ＬＤ５１の発振波長を所望の値とすることができ、また、他の光学的特性あるいは電気的特性も所定の値に保つことができる。ＴＥＣ５４は、例えば、ＴＥＣ下面（放熱面）の温度をＴ４とした時に、Ｔ４＞ＴＳＥＴ（目標値）とするときには冷却を行い、Ｔ４＜ＴＳＥＴとするときには加熱を行う。加熱の場合と冷却の場合とで、ＴＥＣに印加する電圧及びＴＥＣに流す電流の向きは反対になる。そのため、制御にはＨブリッジ回路等を備えた専用の制御回路が必要となる。ＴＥＣ５４は、温度差Ｔ４−ＴＳＥＴが大きくなるほど大きな電力を必要とし、ＬＤ５１の温度を数１０℃冷却又は加熱するために例えば数Ｗの電力を消費する。被温調素子は、ＬＤ５１だけでなく、ＬＤ５１とＬＤドライバ回路５２の両方であっても良く、さらに、それらに加えて光合波器５３及び発熱のほとんどない温度検出器５５を含んでいても良い。すなわち、ＴＥＣ上面と熱的に結合している素子はＴＥＣ５４による温度調整の対象物と成り得る。実用上、それらはＴＥＣ上面にろう付け、又は樹脂による接着等にて実装される構成を取る場合が多い。また、ＴＥＣ５４とＴＥＣ５４上面の被温調素子との構成は、大量生産を容易にするため、キャリア（図示せず）を介して熱的に結合されるものであってもよい。なお、制御回路からＴＥＣ５４に電圧及び電流が供給されず、ＴＥＣ５４が通電していない状態では、ＴＥＣ５４の上面と下面との間の熱伝導性は非常に低く、ほぼ断熱状態にあると考えることができる。

温度検出器５５は、ＴＥＣ５４上に実装され、ＴＥＣ５４上面の温度、すなわち、被温調素子であるＬＤ５１の温度を検出する。温度検出器５５は例えばサーミスタである。サーミスタは温度の変化によって抵抗値が変化するため、例えば、抵抗値の変化を抵抗分圧回路によって電圧の変化として検出することで基準温度に対する温度変化を算出して、サーミスタの実装された部分の温度を推定することができる。温度検出器５５は、ＴＥＣ制御回路１３及びＭＣＵ１２と信号端子等を介して電気的に接続されており、温度検出信号（例えば、前述の電圧値）をＴＥＣ制御回路１３及びＭＣＵ１２に入力する。ＭＣＵ１２は、内部のＡＤ（アナログデジタル）変換器によって一定の周期（例えば数１０ｍＳ〜数１００ｍＳ間隔）で温度検出信号をディジタル値として取り込む。なお、上述したようにＴＥＣ５４上にはＬＤ５１が実装されているため、温度検出器５５が検出するＴＥＣ５４上面の温度をＬＤ温度として、以下説明する。

ここで、図２及び図３を参照して、光送信部１０、特に、集積光送信モジュール１１の各構成要素の電気的な接続について説明する。図２は、集積光送信モジュールにおける各構成要素の電気的な接続状態を説明するための図であり、図２（ａ）は集積光送信モジュール１１を側面視した図を、図２（ｂ）は集積光送信モジュール１１を平面視した図を、それぞれ示している。また、図３は、光トランシーバ内部の光送信部１０における各構成要素の電気的な接続状態を説明するための図である。なお、図２及び図３はともに、含まれる全ての構成を示すものではなく、電気的な接続状態を説明するために必要最小限の構成を示したものである。よって、適宜構成を省略して記載している。

図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、集積光送信モジュール１１のパッケージ５６内部には、上述したＬＤ５１、ＬＤドライバ回路５２、光合波器５３、ＴＥＣ５４、及び温度検出器５５が収容されており、それらと外部とを電気的に接続するための仲介手段として複数の端子６１が装備されている。上述した被温調素子の一例であるＬＤ５１及びＬＤドライバ回路５２は、複数の端子６１との複数の電気的配線を介して、パッケージ５６の外部と熱的に結合している。

端子６１は、例えば、金属母材（Cu、42アロイ、CuW、FeNiCo等）やセラミック上銅箔の表面に鉛フリーメッキ(Sn-Bi、Sn、Sn-Cu、Ni/Pd/Cu等）が施されたものが使用できる。端子６１は、パッケージ５６内部の各構成要素と、光送信部１０の構成要素であってパッケージ５６外部に配置された各構成要素とを電気的に接続する中継点となる。端子６１には、複数の信号端子６１ａと複数の電源端子６１ｂとが含まれている。信号端子６１ａは、パッケージ５６内部の各構成要素とボンディングワイヤ６２等を介して電気的に接続される。また、信号端子６１aは、ＭＣＵ１２（図３参照）等のパッケージ５６外部に配置された構成要素と、プリント基板８１及びフレキシブルプリント板６３（FPC; Flexible Printed Circuits）等を介して電気的に接続される。それにより、例えば、ＭＣＵ１２からの制御信号をパッケージ５６内部の各構成要素に伝送することができる。すなわち、例えば、外部装置３０（図１参照）からの指示に応じたＭＣＵ１２（図３参照）の通電に関する指示信号はこのように端子６１を介してＬＤドライバ回路５２（ＩＣチップ）に伝達される。また、電源端子６１ｂは、パッケージ５６の内部及び外部との電気的な接続は信号端子６１ａと同様に行われるが、電圧生成回路１７（図１参照）によって生成された電源電圧をパッケージ５６内部の各構成要素に供給するために使用される。

信号端子６１ａ及び電源端子６１ｂは、例えば金のボンディングワイヤ６２（配線）を介してＬＤ５１、ＬＤドライバ回路５２、ＴＥＣ５４、及び温度検出器５５等のパッケージ５６内部の各構成と電気的に接続されている。ボンディングワイヤ６２を介して接続されることにより、信号端子６１ａ及び電源端子６１ｂと、ＴＥＣ５４上面とは熱的に結合している。

そして、図３に示されるように、信号端子６１ａ及び電源端子６１ｂは、フレキシブルプリント板６３等を介してパッケージ５６の外部（且つ光送信部１０内部）のプリント基板８１と接続されている。プリント基板８１には、パッケージ５６外部に配置された各構成要素、例えば、ＭＣＵ１２や温度検出回路１４等が接続されている。すなわち、ボンディングワイヤ６２及び端子６１を介して、パッケージ５６内部の各構成要素とパッケージ５６外部の各構成とが電気的に接続されている。また、ボンディングワイヤ６２及び端子６１を介して、ＴＥＣ５４の上面とパッケージ５６の外部とが熱的に結合している。なお、本実施形態では、ＬＤ５１が４個、パッケージ５６内部に収容されているため、それに応じて端子６１及びボンディングワイヤ６２の数が、ＬＤ１個のみの場合と比較して多くなっている。そのため、温度検出器５５が温度を検出するＴＥＣ５４の上面とパッケージ５６外部との熱的な結合度合いが、ＬＤ１個のみの場合と比較して数倍大きくなっている。

図１に戻り、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）１２は、ＬＤドライバ回路５２等の被温調素子の通電を制御するとともに、ＴＥＣ５４等を制御する。具体的には、イネーブル信号を入力することによりＬＤドライバ回路５２及びＴＥＣ制御回路１３を起動する。また、ＭＣＵ１２は、イネーブル信号の入力によりＬＤバイアス電流回路１５を起動し、ＬＤ５１を作動させる。各々のイネーブル信号は、第１の目的は信号を受ける各々の回路の出力を可能とするか不可（遮断）とするかの制御にあるが、各々の回路は出力を不可（遮断）とする際に回路自身の消費電流が低減されることが好ましい。

ＭＣＵ１２は、上述した制御を可能とすべく、ＴＥＣ制御回路１３、ＬＤバイアス電流回路１５、及びＬＤドライバ回路５２と電気的に接続されている。また、光送信部１０の内部温度を取得すべく温度検出回路１４と電気的に接続されている。ここで、光送信部１０を小型化する観点から、当該電気的な接続はシリアル通信バス、具体的にはＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）バス７１により行われている。すなわち、ＭＣＵ１２と、ＴＥＣ制御回路１３、温度検出回路１４、ＬＤバイアス電流回路１５、及びＬＤドライバ回路５２とは、Ｉ２Ｃバス７１により電気的に接続されている。Ｉ２Ｃバスは、クロック信号線（ＳＣＬ）とデータ信号線（ＳＤＡ）の２本の信号線のみで各回路（ＩＣ）間の通信を行うことができる。

ＭＣＵ１２は、通信制御回路１８を介して接続された外部装置３０からの指示信号に基づいて光トランシーバ１の運用モードと省電力モードとを相互に切り替える際に、集積光送信モジュール１１の動作状態を制御する。

運用モードとは、ＴＥＣ制御回路１３、ＬＤドライバ回路５２、及びＬＤ５１（すなわちＬＤバイアス電流回路１５）を起動した（通電させる）モードである。すなわち、外部装置３０からの指示信号に基づいて、集積光送信モジュール１１、集積光受信モジュール２１、信号処理回路１９、２２及びそれらの制御に係る回路等を起動して光信号の送受信が可能になった状態が運用モードである。運用モードでは、基本的に光トランシーバ１内部の各構成要素が全て通電して所定の機能を行っており、例えば、ＣＦＰ光トランシーバの場合では８Ｗ以上の電力を消費するものもある。

一方、省電力モードとは、ＭＳＡあるいは市場からの要望により規定された省電力化が図られたモードであり、上位レイヤの外部装置３０との通信等のいわゆるＤＤＭ（Digital Diagnosis Monitoring)機能に必要な通信以外を停止させた（通電させない）モードである。具体的には、省電力モードにおいては、ＴＥＣ制御回路１３、ＬＤドライバ回路５２、及びＬＤ５１（すなわちＬＤバイアス電流回路１５）が停止させられる。すなわち、光トランシーバ１の電源投入時（起動時）等に、マイクロコンピュータを含む制御回路の一部分（例えば、ＭＣＵ１２と通信制御回路１８）のみを起動し、光トランシーバ１の内部状態の監視、及び、ホストである外部装置３０との通信の確立等の限られた機能のみを作動させた状態が省電力モードである。なお、変形例として、省電力モードのときに、集積光受信モジュール２１、信号処理回路１９，２２、電圧生成回路１７等を停止させても良い。

省電力モードにおいても、内部状態の監視及び外部装置３０との通信を維持させておくことにより、外部装置３０からの内部状態の監視・制御に関する問い合わせあるいは指示に対して、ＭＳＡ規格に準拠して応答することが可能となっている。外部装置３０からの内部状態に関する問い合わせとして、例えば、光送信部１０の内部温度に関する問い合わせがある。通常状態（運用モードの状態）においては、このような内部温度は、専用に用意される温度検出回路１４によって検出される。温度検出回路１４は、集積光送信モジュール１１とは独立な構成要素であって、光送信部１０の代表的な温度が検出できる位置に配置されており、検出した自身の近傍の温度（ディジタル値）であるパッケージの外部の温度を、Ｉ２Ｃバス７１を介してＭＣＵ１２に入力する（図４（ａ）参照）。すなわち、ＭＣＵ１２は、運用モードでは、温度検出回路１４により検出された温度を内部温度とし、問い合せを受けた際にはその情報を外部装置３０に送信するか、所定のレジスタ内に格納して外部装置３０から必要に応じて読み出せるようにする。ＭＣＵ１２は、温度検出回路１４により検出された温度を内部温度情報としてメモリ１６に書き込む。

ここで、Ｉ２Ｃバスでは、接続されている端子の内１つでもその端子を有する構成要素（ＩＣ）への電源電圧供給が停止されると、Ｉ２Ｃバスの信号レベルがＬｏｗ固定となり、当該Ｉ２Ｃバスに接続された全ての構成の通信が不能となってしまう。上述したように、ＭＣＵ１２と、ＴＥＣ制御回路１３、温度検出回路１４、ＬＤバイアス電流回路１５、及びＬＤドライバ回路５２とはＩ２Ｃバス７１により電気的に接続されているところ、省電力モードでは、例えば、ＴＥＣ制御回路１３等の構成要素が停止させられるため、ＭＣＵ１２と温度検出回路１４とはＩ２Ｃバスを介しての通信が行えない。そのため、省電力モードにおいては、ＭＣＵ１２は、温度検出回路１４が検出した内部温度を取得することができない。なお、温度検出回路１４との通信のために別のＩ２Ｃバスを用意することが考えられるが、それによって信号本数が増え、配線の実装面積が大きくなるために、光トランシーバの小型化において好ましくない。

そこで、省電力モードにおいては、ＭＣＵ１２は、ＴＥＣ５４上の温度検出器５５により検出されたＴＥＣ５４上面のＬＤ温度に基づいて内部温度を推定する（図４（ｂ）参照）。より具体的には、ＭＣＵ１２は、温度検出器５５により検出された温度と、メモリ１６に格納された内部温度情報とに基づいて、内部温度を算出し、当該算出した内部温度を新たな内部温度情報としてメモリ１６に書き込む。以下、省電力モードにおける、温度検出器５５により検出されたＴＥＣ５４上面のＬＤ温度に基づく光送信部１０の内部温度の推定について説明する。なお、省電力モードとしては、光送信部１０の電源投入時において初期化が行われた後に遷移するモード（以下、直読モードと記載）と、一度運用モードを経た後に遷移するモード（以下、補正モードと記載）とがある。それぞれにおける内部温度の推定について順に説明する。

直読モードでは、ＭＣＵ１２は、温度検出器５５が検出したＴＥＣ５４上面のＬＤ温度をそのまま光送信部１０の内部温度として推定する。運用モードを経ていない直読モードでは、ＴＥＣ５４が作動前であるため、ＴＥＣ５４上面は、ＴＥＣ５４の温度調整による温度変化も被温調素子の発熱による影響も受けていない。そのため、ＴＥＣ５４上面の温度とパッケージ５６外部の温度（光送信部１０内部の代表的な温度である内部温度）とは略一致すると考えられる。

補正モードでは、ＭＣＵ１２は、温度検出器５５が検出したＴＥＣ５４上面のＬＤ温度を補正したものを光送信部１０の内部温度として推定する。一度運用モードとなりＴＥＣ５４が作動した場合においては、ＴＥＣ５４上面の温度はＴＥＣ制御回路１３によって制御された温度となっており、ＴＥＣ５４上面の温度（温度検出器５５が検出する温度）とパッケージ５６外部の温度（光送信部１０内部の代表的な温度である内部温度）とは乖離が生じるため、光送信部１０の内部温度を正確に推定するためには、温度検出器５５が検出したＴＥＣ５４上面のＬＤ温度を補正する必要がある。なお、運用モードから省電力モードに切り替わって所定の時間が経過すると、ＴＥＣ５４上面とパッケージ５６外部とは平衡状態に至って各々の温度は略一致するようになるため、その場合には、再び上述した直読モードとなり、温度検出器５５が検出したＴＥＣ５４上面のＬＤ温度をそのまま光送信部１０の内部温度として推定することができる。

以下、具体的な補正方法について説明する。運用モードから省電力モードへ切替わった際の時間をｔ＝０とし、光送信部１０の内部温度（パッケージ５６外部の温度）をＴ_０、温度検出器５５の検出温度をＴ、ＴＥＣ５４上面に打たれたボンディングワイヤ６２の熱伝導率をＫ、各ボンディングワイヤ６２の断面積をＳｉ、長さをｌｉ（ｉ＝１，２，３，…Ｍ）とし、ＴＥＣ５４上面に配置された各構成要素（ＬＤ５１等）をｊ＝１，２，３…Ｎ、ＴＥＣ５４上面に配置された各構成要素の比熱をσｊ、比重をρｊ、体積をＶｊとし、微小時間ｄｔにおける温度検出器５５の検出温度の変化をｄＴとすると、以下の式（２）が成り立つ。なお、省電力モードではＴＥＣ５４の制御を停止するために、ＴＥＣ５４へは電圧も電流も供給されなくなる。その状態にて、ＴＥＣ５４の上面（温度調整面）と下面（放熱面）との間の熱伝導度は非常に小さく、ほぼ断熱状態にあると考えることができる。従って、ＴＥＣ自体を熱伝導の経路とした外部との熱の流出入は無視できると仮定している。

いま、Ｔ_０（ｔ）の時間に伴う変化がＴ（ｔ）の時間に伴う変化よりも緩やかであると近似すると、運用モードから省電力モードへの切り替えが生じた後、時間ｔにて温度検出器５５が検出する温度Ｔ（ｔ）は、以下の式（３）で示される。

式（３）におけるΣ内部の値は、集積光送信モジュール１１の材料・構造で決まるものであるため、光送信部１０に組み込む部品が決まっていれば決まる値であり、Σの値も決まる。任意定数Ａは、Ａ＝Ｔ（０）−Ｔ_０（０）であるところ、Ｔ_０（０）は運用モードから省電力モードへ切替わる直前（被温調素子の通電を停止する直前）において、温度検出回路１４で検出された温度であり、また、Ｔ（０）は、運用モードにおいてＴＥＣ制御回路１３により制御されたＴＥＣ５４の目標値ＴＳＥＴであるため、任意定数Ａが導出される。任意定数Ａが一意に定まるため、光送信部１０の内部温度Ｔ_０は、温度検出器５５の検出温度Ｔに対して任意定数Ａに応じた所定の補正を行うことにより推定できる。なお、ここでいう補正とは、例えば、実際に製造された光トランシーバを使用して実測によって上記のΣの値を精度良く求めることであっても良い。

なお、式（３）は、ＴＥＣ５４上面の被温調素子と温度検出回路１４との間の熱抵抗をＲＴＯＳＡ、ＴＥＣ５４の上面の被温調素子等による総熱容量（ＴＥＣ５４によって加熱又は冷却される熱容量）をＣＴＯＳＡとすると、以下の式（４）で示される。

すなわち、ＲＴＯＳＡおよびＣＴＯＳＡは次のように表すことができる。

ここで、時間ｔ＝ｔ_１における温度検出器５５の検出温度がＴ（ｔ_１）であったとする。一方、仮にｔ＝ｔ_１において光送信部１０の内部温度Ｔ_０に変化がなかったとすると、運用モードから省電力モードへ切替わる直前において温度検出回路１４で検出された内部温度Ｔ_０（０）と温度検出器５５において検出された温度Ｔ（０）とから、光送信部１０の内部温度Ｔ_０に変化がない場合の温度検出器５５の検出温度Ｔ´（ｔ_１）が計算から求まる。

光送信部１０の内部温度Ｔ_０に変化がある場合には、この変化分が、上述した検出温度Ｔ´（ｔ_１）と検出温度Ｔ（ｔ_１）との差分ととらえられるので、光送信部１０の内部温度Ｔ_０は、Ｔ_０（０）から、Ｔ_０（ｔ_１）＝Ｔ´（ｔ_１）−Ｔ（ｔ_１）＋Ｔ_０（０）に変化したと推定することができる。さらに時間が進んだ時間ｔ＝ｔ_２においても同様に、温度検出器５５の検出温度Ｔ（ｔ_２）を取得し、計算から求まる検出温度Ｔ´（ｔ_２）から、光送信部１０の内部温度Ｔ_０は、Ｔ_０（ｔ_２）＝Ｔ´（ｔ_２）−Ｔ（ｔ_２）＋Ｔ_０（０）と推定することができる。このように、運用モードから省電力モードに切り替わる直前において温度検出回路１４で検出された内部温度Ｔ_０（０）を検出温度Ｔ（ｔ）の初期値として、実測による温度検出器５５の検出温度Ｔ（ｔ）と計算から求まる温度検出器５５の検出温度Ｔ´（ｔ）とから各時間における光送信部１０の内部温度Ｔ_０（ｔ）を推定することができる。

なお、ＬＤ５１等の被温調素子とＴＥＣ５４上面との間の熱伝導度は、ＴＥＣ５４のペルチェ効果を利用してＬＤ５１の温度を効率的に調整（制御）するためにはできるだけ大きいことが好ましい。よって、ＬＤ５１とＴＥＣ５４上面との間の熱抵抗をＲＬとした場合に、

が満たされることが好ましい。例えば、被温調素子がキャリア等に実装された上で、そのキャリア等がＴＥＣ５４の上面に実装されるような構造を取る場合、キャリアの熱伝導度が小さいとＲＬが大きくなるためにキャリアの材料は熱伝導度が高く、キャリアの厚さは薄いことが好ましい。仮にＲＴＯＳＡがＲＬよりも小さいと、パッケージ５６外部との熱の出入りによってＴＥＣ５４上面の温度が変動するため、ＴＥＣ５４による温度調節（制御）の効率が悪化する。

また、上述した内部温度Ｔ_０の推定を行う前提として、運用モードから省電力モードに切り替わった後の検出温度Ｔの変化よりも内部温度Ｔ_０の変化の方が緩やかである必要がある。当該条件は、熱容量がそれに係る熱抵抗によってどの程度変化しやすいという指標（電気回路における「時定数」に相当）によって表すことができる。すなわち、温度検出回路１４と光送信部１０の外側表面との間の熱抵抗をＲＴＲＸ、光送信部１０の内部の総熱容量をＣＴＲＸとした場合に、

を満たすことが必要となる。

ＴＥＣ制御回路１３は、ＴＥＣ５４を制御してＬＤ温度を、ＭＣＵ１２からの指示信号に基づいて設定された目標値ＴＳＥＴに近づける。具体的には、ＴＥＣ制御回路１３は、ＴＥＣ５４に接続されており、ＭＣＵ１２から入力されるＴＥＣ制御回路イネーブル信号に応じて起動し、ＴＥＣ５４を作動させる。ＴＥＣ制御回路１３によるＬＤ温度の制御は、ＡＴＣ（Automatic Temperature Control）と称されるフィードバック制御によって行われる。すなわち、温度検出器５５からのＬＤ温度検出信号によってＴＥＣ上面の温度（ＬＤ温度）を検出し、それが目標値ＴＳＥＴと一致するようにＨブリッジ回路等を備えた専用の駆動回路にてＴＥＣ５４に必要な電圧及び電流を与えて加熱又は冷却を行わせる。

メモリ１６は、ＭＣＵ１２から情報の読み書きが可能な記憶装置であり、ＭＣＵ１２が省電力モードにおいて内部温度Ｔ_０の推定を行う際に用いる各種情報を格納している。すなわち、メモリ１６は、予めわかっている光送信部１０に組み込む部品から算出される式（３）におけるΣの値や、運用モード運用モードから省電力モードへ切替わる直前において温度検出回路１４で検出された温度Ｔ（０）と温度検出器５５において検出された内部温度Ｔ_０（０）等を格納している。

電圧生成回路１７は、ＭＣＵ１２に専用の信号線を介して制御されるものであり、外部電源から集積光送信モジュール１１及びＬＤバイアス電流回路１５等が必要とする少なくとも１つの内部電源を生成するものである。ＭＣＵ１２は、内部電圧を集積光送信モジュール１１若しくはＬＤバイアス電流回路１５に供給するか、又は、供給を停止するかを、専用信号線を介して電圧生成回路１７に指示する。なお、専用の信号線はＨｉｇｈ, Ｌｏｗのディジタル２値の電圧レベルを伝達する単一の信号線でも良いし、Ｉ２Ｃバス等のシリアル通信バスを使用しても良い。

次に、外部電源が投入されて光トランシーバが起動して最初に省電力モードにて動作し、その後、運用モードと省電力モードとを相互に遷移する際の処理について、図５を参照して説明する。図５は、光トランシーバの各動作モード及び温度推定に係る処理を説明するためのフローチャートである。

まず、外部装置３０によって外部電源が投入されると、光トランシーバ１は起動してＭＣＵ１２は初期設定を行う（ステップＳ１）。内部温度の推定は後述するサブルーチンにて行うが、そこで光トランシーバの動作状態（動作モード）の判定と、直読モードか補正モードかの判定を行うために、状態フラグと推定フラグを使用する。光トランシーバの起動後には、ＭＣＵ１２内でのファームウェアの実行開始、外部装置３０との通信の確立、集積光送信モジュールや集積光受信モジュールの運用モード時の制御に関する設定等が行われるが、それらの説明は省略する。状態フラグと推定フラグは、例えば、ＭＣＵ１２内の所定のレジスタにて各々１ビットを割り当てて使用することができる。初期設定にて、ＭＣＵ１２は状態フラグと推定フラグをゼロにする（クリアする）。その後、光トランシーバ１は省電力モードにて動作する（ステップＳ２）。具体的には、光トランシーバ１は外部装置３０との通信を行い、内部のレジスタの情報を更新したり、外部装置３０へ送信したりする。例えば、内部温度について外部装置３０から問い合わせを受けると、後述する内部温度を推定するサブルーチン（以下、「内部温度推定サブルーチン」という。）に処理を移し、そこから戻ったらその結果に基づいて、内部温度の情報を格納するために割り当てられた特定のレジスタ（図示せず。以下、「内部温度レジスタ」という。）の情報を更新する。光トランシーバ１は、外部装置３０から運用モードに移るよう指示を受ける（ステップＳ３;Ｙｅｓ)とステップＳ４へ進み、それまでは省電力モードにて動作を続ける（ステップＳ３；Ｎｏ)。

つづいて、ステップＳ４では、内部温度推定サブルーチンを呼び出した際に、そこで運用モードであることを判定できるようにするために、状態フラグを“１"にセットし、次に省電力モードに移った際に内部温度の推定は温度検出器５５によって検出した温度を基に行うために、推定フラグを“１”にセットする。次に、ＭＣＵ１２は電圧生成回路１７を起動し、主要回路（集積光送信モジュール１１、集積光受信モジュール２１、信号処理回路１９、２２、及びそれらの駆動回路であるＴＥＣ制御回路１３、ＬＤバイアス電流回路１５や制御回路（図示せず）等）を起動する。主要回路には温度検出回路１４も含まれる。ＭＣＵ１２の主要回路との通信及び制御は、Ｉ２Ｃバス７１を介して行うことができる。主要回路の準備が完了したら、光トランシーバ１は運用モードにて動作を行う（ステップＳ６）。運用モードにて、ＭＣＵ１２は外部装置３０との通信も継続して行う。例えば、内部温度について外部装置３０から問い合わせを受けると、内部温度推定サブルーチンに処理を移し、そこから戻ったらその結果に基づいて内部温度レジスタの情報を更新する。また、外部装置３０から省電力モードへの移るよう指示される（ステップＳ７；Ｙｅｓ）とステップＳ８へ進み、それまでは運用モードにて動作を続ける（ステップＳ７；Ｎｏ）。

つづいて、ステップＳ８では、内部温度推定サブルーチンを呼び出した際に、そこで省電力モードであることを判定できるようにするために、状態フラグを“０”にセットする。次に、ステップＳ９にて内部温度の推定に必要な情報の保存を行う。すなわち、省電力モードへの遷移を開始してからの時間ｔを計測するためのカウントアップタイマーをリセットし（ｔ＝０にする)、省電力モードに移行を開始するとき(ｔ＝０)の温度検出回路１４で検出した温度情報(Ｔ_０(０))と温度検出器５５で検出した温度情報(Ｔ(０)とを所定のレジスタあるいはメモリーに格納する。次に、ＭＣＵ１２は、主要回路を停止させ、電圧生成回路１７を停止する（ステップＳ１０）。この後は、省電力モードで動作を行うために、ステップＳ２に戻る。

以上述べたように、光トランシーバ１は、起動後に省電力モードにて動作し、その後は外部装置３０からの指示によって運用モードと省電力モードとを互いに行き来する。なお、光トランシーバを完全に停止させたり、リセットを掛けたりする場合には、外部装置３０から特定の命令コードを送ったり、専用の信号線によりＭＣＵ１２に外部割込みを掛けたりするが、ステップＳ２あるいはステップＳ６からそれらの専用のサブルーチンに処理を移すことで対応できる。それら専用のサブルーチンについての説明は省略する。

次に、内部温度推定サブルーチンの処理について、図６を参照して説明する。図６は、内部温度の推定に係る処理を説明するためのフローチャートである。

内部温度推定サブルーチンは、省電力モードで動作時（図５のステップＳ２）あるいは運用モードで動作時（図５のステップＳ６）に、外部装置３０から内部温度の情報について問い合わせを受けた際にＭＣＵ１２によって実行される。開始すると、ステップＴ１にて、現在の光トランシーバの動作状態が省電力モードであるのか、運用モードであるのか、状態フラグの値によって判断を行う。すなわち、状態フラグが“０”であれば、省電力モードであるため、ステップＴ２に進み（ステップＴ１；Ｙｅｓ）、状態フラグが“１”であれば、運用モードであるため、ステップＴ９に進む（ステップＴ１；Ｎｏ）。

つづいて、省電力モードと判断した際には、ステップＴ２にて温度推定に関して直読モードにて処理するか、補正モードにて処理するか、推定フラグの値によって判断を行う。すなわち、推定フラグが“０”であって直読モードで処理する際にはステップＴ３に進み（ステップＴ２；Ｙｅｓ）、推定フラグが“１”であって補正モードで処理する際にはステップＴ４に進む（ステップＴ２；Ｎｏ）。

つづいて、直読モードにでの処理（ステップＴ３）について説明する。直読モードでは、パッケージ５６内部の温度検出器５５の実装されたＴＥＣ５４の上面とパッケージ５６外部とはほぼ熱平衡状態にあるとみなすことができるため、温度検出器５５によって検出したＴＥＣ５４上面のＬＤ温度の情報をそのまま光送信部１０の内部温度として内部温度レジスタに格納して、呼び出された元のステップに戻る。

つづいて、補正モードでの処理（ステップＴ４）について説明する。補正モードでは、ＭＣＵ１２は、温度検出器５５によって検出したＴＥＣ５４上面のＬＤ温度の情報を基に次に述べる方法によって内部温度を推定して、その情報を内部温度レジスタに格納する。推定方法では、まず、式（４）を使用して、運用モードから省電力モードに遷移した時（図５のステップＳ９）に保存した温度情報Ｔ_０(０)及びＴ(０)と現在のカウントアップタイマーの時間ｔ＝ｔ１から、光送信部１０の内部温度Ｔ_０に変化がないと想定した場合の温度検出器５５の検出温度Ｔ´（ｔ１）を求める。次に、そのＴ’（ｔ１）、実際に温度検出器５５によって検出した温度Ｔ（ｔ１）、及び保存された温度情報Ｔ_０（０）より、内部温度Ｔ_０（ｔ１）をＴ_０（ｔ１）＝Ｔ´（ｔ１）−Ｔ（ｔ１）＋Ｔ_０（０）によって推定する。

補正モードでの内部温度の推定はステップＴ４のみで十分であるが、運用モードから省電力モードに遷移して、例えば、数妙から数十秒以上が経過すると、前述の直読モードで対応することができるため、ステップＴ５〜Ｔ８にてそのためのモードの切り替え判定を行う。すなわち、前回、補正モードにて内部温度を推定した時のカウントアップ・タイマーの時間ｔ０及びその時の内部温度の推定値Ｔ_０（ｔ０）と今回の時間ｔ１及び内部温度の推定値Ｔ_０（ｔ１）とから、経過時間ｔ１−ｔ０における内部温度の推定値の変化量Ｔ_０（ｔ１）−Ｔ_０（ｔ０）から変動率＝（Ｔ_０（ｔ１）−Ｔ_０（ｔ０））／（ｔ１−ｔ０）を算出する（ステップＴ５）。その変動率を所定の基準値と比較して、変動率が基準値以下であれば（ステップＴ６；Ｙｅｓ）、推定フラグを“０”にし（ステップＴ７）、変動率が所定の基準値よりも大きければ（ステップＴ６；Ｎｏ）、推定フラグは“１”のままとし、今回のｔ１とＴ_０（ｔ１）の値を次回の判定のためのｔ０とＴ_０（ｔ０）として保存する（ステップＴ８）。保存する場所としては、例えば、レジスタやメモリーを使用することができる。

一方、ステップＴ１にて運用モードと判断した場合には、温度検出回路１４によって検出した温度の情報を内部温度として内部温度レジスタに格納する（ステップＴ９）。運用モードでは、温度検出回路１４に電源電圧が供給されて、内部温度の検出が可能であり、Ｉ２Ｃバス７１を介して温度検出回路１４とＭＣＵ１２とは通信することができる。従って、ＭＣＵ１２は温度検出回路１４から内部温度の情報をシリアル通信によって受け取り、それを内部温度レジスタに格納することができる。

以上、本実施形態に係る光送信部１０では、ＬＤ５１が通電しているか否か、すなわち、運用モードであるか省電力モードであるかに応じて、光送信部１０の内部温度の導出方法を変えている。

従来より、光送信部ひいては光トランシーバの小型化を図る観点から、ＭＣＵと、該ＭＣＵにより制御される各構成、例えば、ＴＥＣ制御回路や温度検出回路等とは、Ｉ２Ｃバス等のシリアル通信バスにより電気的に接続されることがある。この場合には、ＭＳＡにより規定された省電力モードに遷移した際に、シリアル通信バスに接続されたいずれかの構成への電源供給が停止させられるとＭＣＵと温度検出回路とが通信不能となるため、ＭＣＵは内部温度を取得できず、外部装置から内部温度に関する問い合わせがあった場合にも内部温度を送信できない場合があった。

この点、本実施形態に係る光送信部１０では、省電力モード、すなわち、ＬＤ５１が通電していないときには、パッケージ５６内部のＴＥＣ５４上面に配置された温度検出器５５により検出された温度と記憶装置に格納された内部温度情報とに基づいて、光送信部１０の内部温度（パッケージ５６外部の平均的な温度）を算出している。省電力モードにおいては、Ｉ２Ｃバス７１で接続された温度検出回路１４からの温度取得は不可となるところ、温度検出器５５により検出された温度を用いて内部温度を推定することで、省電力モードにおいても確実に光送信部１０の内部温度を導出できる。なお、温度検出器５５が温度を検出する被温調素子はパッケージ５６の外部と熱的に結合しているため、被温調素子（例えば、ＬＤ５１、ＬＤドライバ回路５２等）が通電によって発熱していない場合には、温度検出器５５により検出される温度はパッケージの外部の温度に応じた値となる。そのため、上述した温度検出器５５により検出された温度に基づく光送信部１０の内部温度の推定が可能となっている。

また、運用モード、すなわち、被温調素子が通電しているときには、パッケージ５６の外部（且つ、光送信部１０の内部）に備わっている温度検出回路１４により検出された温度を光送信部１０の内部温度としている。このように、パッケージの外部に備わった温度検出回路１４により光送信部１０の内部温度を導出することで、被温調素子が通電することにより発熱し、パッケージ５６内部の温度が局所的に上昇しているような場合であっても、光送信部１０内の内部温度を適切に導出できる。

なお、本実施形態に係る光送信部１０は、本来ＴＥＣ５４の温度を検出するための構成である温度検出器５５により検出された温度を、光送信部１０の内部温度の検出にも利用するものであり、光送信部１０の内部温度を検出するために新たな構成を追加するものでない。そのため、光送信部１０の小型化の弊害になるものではない。以上より、本実施形態に係る光送信部１０によれば、光送信部１０の小型化を図りながら、動作状態に係らず内部温度の検出を確実且つ適切に行うことができる。

また、ＴＥＣ５４上面の被温調素子と温度検出回路１４との間の熱抵抗をＲＴＯＳＡ、温度検出回路１４と光送信部１０の外側表面との間の熱抵抗をＲＴＲＸ、ＴＥＣ５４の上面の熱容量をＣＴＯＳＡ、光送信部１０内部の熱容量をＣＴＲＸとした場合に、

が満たされることで、光送信部１０の内部温度の温度変化が温度検出器５５により検出された温度の温度変化よりも緩やかとなり、パッケージ５６の内部に設けられた温度検出器５５により検出された温度から、パッケージ５６の外部における光送信部１０の内部温度を高精度に推定できる。

また、集積光送信モジュール１１は、４個のＬＤ５１と、複数の信号端子６１ａ及び電源端子６１ｂと、を有し、パッケージ５６は、４個のＬＤ５１、ＬＤドライバ回路５２、ＴＥＣ５４、温度検出器５５、及び、複数の信号端子６１ａ及び電源端子６１ｂを収容している。そのため、４個のＬＤ及びＬＤドライバ回路５２は、ＴＥＣ５４の上面と熱的に強く結合しており、さらに、複数の信号端子６１ａ及び電源端子６１ｂとボンディングワイヤ６２を介して電気的に接続されると共に熱的に結合している。

従来、例えば図７に示した光送信モジュール１０１のように、ＴＥＣ１５４上に、１個のＬＤ１５１と温度検出器１５５が配置され、これらの構成とＬＤドライバ回路１５２及び端子１６１とがボンディングワイヤ１６２により電気的に接続された構成が知られている。このような構成では、ＬＤ１５１が１個であるため、それに応じて端子１６１の数も少なく、ＴＥＣ１５４の上面とパッケージ１５６の外部との熱的な結合度合いは小さかった。なお、図７の比較例において、被温調素子はＬＤ１５１であり、通電時の発熱による温度上昇に対してＬＤ１５１の電気的特性及び光学的特性を一定に保つためにＴＥＣ５４のペルチェ効果を利用して冷却を行い、温度検出器１５５によって検出されるＴＥＣ５４の上面の温度が所定の温度になるように外部の駆動回路によるフィードバック制御によって温度調節が行われる。温度検出器１５５はフィードバック制御に必要な温度検出手段であって、温度調節を行うべき対象ではない。そのため、温度検出器１５５は温度調節の影響は受けるが、被温調素子には含めていない(便宜的に含めても支障はない）。

この点、４個のＬＤ及びそれに応じた複数の信号端子６１ａ及び電源端子６１ｂを有する集積光送信モジュール１１では、パッケージ５６の内部に収容された温度検出器５５が温度を検出するＴＥＣ５４の上面と、パッケージ５６の外部との熱的な結合度合いが大きくなる。そのことで、温度検出器５５により検出された温度に基づく光送信部１０の内部温度の推定精度を向上させることができる。例えば、図７の比較例にて、端子１６１及び端子１６１に接続されたボンディングワイヤ１６２の個数は６個であるのに対し、図２の集積光送信モジュールでは、端子６１及び端子６１に接続されたボンディングワイヤ６２の個数は１６となっている。従って、端子及びボンディングワイヤの各々の材料や形状が図７と図２とで同じとすれば、ＴＥＣ上面とパッケージの外部との熱的な結合の度合いは、図２の集積光送信モジュールの方が図７の光送信モジュールよりも約１６／６＝２．６７倍、又は、それ以上であると考えることができる。

また、温度検出器５５は、ボンディングワイヤ６２及び端子６１と外部の電気配線とを介してＭＣＵ１２と電気的に接続されており、ＭＣＵ１２は、ＬＤ５１が通電していないときに温度検出器５５により検出された温度に基づいて内部温度を推定する際、直前にＬＤ５１が通電していたとき（すなわち、運用モードの状態）に温度検出回路１４により検出された温度を初期値とし、内部温度を推定することで、運用モードから省電力モードに遷移した際に、高精度に内部温度を推定できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。即ち、本実施形態では、集積光送信モジュールは、４つの２５Ｇｂｐｓ電気信号をそれぞれ光信号に変換した後に波長多重を行った場合を例として説明したが、チャンネル数及びデータレートの組み合わせはこれに限定されず、例えば、１０波長の１０Ｇｂｐｓ電気信号を光信号に変換するものであってもよい。

また、光トランシーバを、ＣＦＰ２又はＣＦＰ４に適用した場合を例にとって説明したが、その他の光トランシーバに適用してもよい。また、ＬＤ及びＬＤドライバ回路はＴＥＣ上面に直接実装されているとして説明したが、必ずしもＬＤ及びＬＤドライバ回路がＴＥＣ上に実装されていなくてもよい。また、ＬＤ及びＬＤドライバ回路はＴＥＣの上面に直接実装されているとして説明したが、必ずしもＬＤ及びＬＤドライバ回路がＴＥＣ上に実装されていなくてもよい。例えば、ＬＤ及びＬＤドライバ回路とＴＥＣとがチップキャリアやその他の熱伝導性の良い部材等を介して間接的に接続され相互に熱的に作用する構成であってもよい。

[実施例]
以下、実施例に基づいて、本発明の一形態に係る光送信部による内部温度の推定について具体的に説明する。なお、光送信部の構成は下記の実施例に限定されるものではない。

図８は、温度検出回路の内部温度Ｔ_０と温度検出器の温度Ｔとの各動作モードにおける関係を説明するための図である。具体的には、外部電源の投入から初期設定及び省電力モードでの動作を経て、さらに、運用モード、省電力モード、及び運用モードを遷移する際の、温度検出回路１４の内部温度Ｔ_０と温度検出器５５の温度Ｔの各々の時間変化を示している。最初、光トランシーバ１は外部装置３０に組み込まれた状態で、環境温度２０℃の環境下にて外部電源が供給されていない状態にあると想定する時間ｔｉｍｅ＝ｔｉｍｅ０に外部装置３０によって外部電源が投入されると、光トランシーバ１は初期設定を開始し、状態フラグと推定フラグを“０”にして、省電力モードにて動作する。この状態では、Ｔ_０は省電力モードでの消費電力による発熱によって数℃、例えば、１〜３℃上昇する。被温調素子は通電されていないために、ＴとＴ_０はほぼ等しくなっており、温度検出器５５によって検出された温度をそのまま内部温度とする。次に、ｔｉｍｅ＝ｔｉｍｅ１にて運用モードに遷移すると、電圧生成回路１７が起動して主要回路が起動して消費電力が大きくなるために内部温度は徐々に上昇して行くが、内部の発熱と外部への放熱が平衡したところでほぼ一定（例えば、ここでは７０℃と想定している）となる。運用モードでは、シリアル通信バスは使用できるので、ＭＣＵ１２は温度検出回路１４で検出した内部温度（Ｔ_０）の情報をシリアル通信によって受信し、それを内部温度とする。なお、ＴＥＣ５４の上面は温度調節によって所定の設定値（例えば、ここでは４０℃と想定した）に近づいて行き、Ｔの時間変化はその様子を表している。次に、ｔｉｍｅ＝ｔｉｍｅ２にて省電力モードに遷移すると、主要回路が停止され消費電力が小さくなるのに伴い、内部温度も徐々に低下して行く。この時の温度の変化の度合いは、光トランシーバ１の外部との熱抵抗ＲＴＲＸと内部の熱容量ＣＴＲＸの大きさによって左右される。１／（ＲＴＲＸ・ＣＴＲＸ）の値が小さいほど、内部温度の時間変化はゆっくりとなる。この運用モードの後の省電力モードでは、温度検出器５５によって検出した温度を基に内部温度の推定を行うが、その詳細について次に説明する。

図８の時間ｔｉｍｅ２からｔｉｍｅ３の間の内部温度の推定結果について、熱的等価回路モデルによる時間応答のシミュレーションの例を用いて説明する。

当該熱的等価回路モデルは、熱解析における温度を電気回路解析における電圧、熱抵抗を電気抵抗、熱容量をコンデンサ、熱流量を電流と置き換え、置き換え前後の物理量を等価に扱うことにより、電気回路解析の手法を用いて熱解析を行うためのものである。具体的には、図９に示す電気回路により回路シミュレータを使用して過渡解析を行った。初期条件は、図８のｔｉｍｅ＝ｔｉｍｅ２にてカウントアップ・タイマー（時間ｔ）をリセットするため、その時刻をｔ＝０として、Ｔ（０）＝４０℃、Ｔ_０（０）＝７０℃とした。また、ＲＴＯＳＡ*ＣＴＯＳＡ＝１、ＲＴＲＸ*ＣＴＲＸ＝５とした。よって、上述した式（９）を満たしている。

内部温度Ｔ_０の実際の値、及び、上述した式（４）を用いた内部温度Ｔ_０の推定値の過渡変化は、図１０（ｂ）に示すように近寄っており、本発明によって実際の値を良好に推定することができる。具体的には、誤差（推定値−実際の値）が５℃以下となり、十分に実用的なレベルとすることができる。

１…光トランシーバ、１０…光送信部（光送信器）、１１…集積光送信モジュール（光送信モジュール）、１２…ＭＣＵ（演算処理回路）、１３…ＴＥＣ制御回路（ＴＥＣ制御部）、１４…温度検出回路、１５…ＬＤバイアス電流回路、１６…メモリ、１７…電圧生成回路、１８…通信制御回路、２１…集積光受信モジュール、３０…外部装置、５１…ＬＤ（発光素子）、５２…ＬＤドライバ回路（駆動回路）、５３…光合波器、５４…ＴＥＣ（熱電素子）、５５…温度検出器、５６…パッケージ、６１…端子、６１ａ…信号端子、６１ｂ…電源端子、６２…ボンディングワイヤ、６３…フレキシブルプリント板。

Claims

外部装置に内部温度情報を回答する機能を有する光送信器であって、
通電によって発熱する少なくとも１つの被温調素子と、前記被温調素子の加熱又は冷却を行う熱電素子と、前記被温調素子の温度を検出する温度検出器と、前記被温調素子、前記温度検出器、及び前記熱電素子を収容するパッケージと、を有する光送信モジュールと、
前記パッケージの外部の温度を検出する温度検出回路と、
前記被温調素子及び前記温度検出回路の通電を制御する演算処理回路と、
前記演算処理回路から情報の読み書きが可能な記憶装置と、を備え、
前記被温調素子は、前記パッケージの複数の端子との複数の電気的配線を介して前記パッケージの外部と熱的に結合しており、
前記演算処理回路は、前記被温調素子及び前記温度検出回路に通電しているときは前記温度検出回路により検出された温度を前記内部温度情報として前記記憶装置に書き込み、前記被温調素子及び前記温度検出回路に通電していないときは前記温度検出器により検出された温度と前記記憶装置に格納された前記内部温度情報とに基づいて前記内部温度を算出し、前記内部温度情報として前記記憶装置に書き込む、光送信器。
前記被温調素子と前記温度検出回路との間の熱抵抗をＲＴＯＳＡ、前記温度検出回路と前記光送信器の外側表面との間の熱抵抗をＲＴＲＸ、前記熱電素子によって加熱又は冷却される熱容量をＣＴＯＳＡ、前記光送信器内部の熱容量をＣＴＲＸとすると、

を満たす、請求項１に記載の光送信器。
前記光送信モジュールは、前記被温調素子として、少なくとも２つの発光素子及び前記発光素子を駆動する少なくとも１つの駆動回路を有し、
前記発光素子及び前記駆動回路は、各々が前記パッケージの複数の端子との複数の電気的配線を介して前記パッケージの外部と熱的に結合している、
請求項１又は２に記載の光送信器。
前記温度検出器は、前記演算処理回路と電気的に接続されており、
前記演算処理回路は、前記被温調素子に通電していないときに前記温度検出器により検出された温度に基づいて前記内部温度を算出するとき、前記被温調素子の通電を停止する直前に前記被温調素子に通電しているときに前記温度検出回路により検出された温度の情報を利用する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光送信器。