JP6491129B2 - 駆動回路および光送信器 - Google Patents

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Description

本発明は、光変調器を駆動するための駆動回路、および上記光変調器と駆動回路を備えた光変調器に関し、例えば、4値のパルス振幅変調によって電界吸収型の光変調器を駆動するための駆動回路に関する。
近年、通信トラヒックの増大に伴い、光ファイバを利用した光通信ネットワークの大容量化が求められている。特に、ネットワークの主要素であるイーサネット(Ethernet、登録商標)の大容量化が進展している。
光通信ネットワークの大容量化に伴って、イーサネットの標準規格は現在、10GbEおよび40GbEの標準化が完了しており、更なるなる大容量化を目指して、100GbEまでの標準化が完了されつつある。また、今後のトラヒック増大に向けて、400GbEの標準化の議論も開始されている。
100GbEの伝送システムには、NRZ(Non−Return−to−Zero)の伝送方式が用いられていたが、現在議論されている400GbEの伝送システムには、NRZ以外に、DMT(Discrete Multi Tone)やパルス振幅変調(Pulse Amplitude Modulation)などの多値変調方式を用いた伝送方式の検討が進められている。
近年、これらの伝送方式の中でも、4値のパルス振幅変調(以下、「PAM4」と称する。)により電界吸収型(Electro−Absorption)の光変調器(以下、「EA変調器」と称する)を駆動して光信号を生成し、伝送する伝送方式が注目されている。以下、この伝送方式について図を用いて説明する。
図13は、従来のEA変調器を用いたPAM4用光送信器のフロントエンドの構成を示す図である。
図13に示す光送信器500において、送信すべき信号(DATA)をDSP(digital signal processor)50によりディジタル信号処理を行った後、ディジタル/アナログ変換器(Digital−to−analog Converter、以下、「DAC」と称することがある。)51を用いてディジタル信号処理された2ビットのディジタル信号D0,D1をアナログ信号に変換する。
図14に、従来の一般的な2bitのDACの回路構成を示す。
図14に示すDAC51の2つ入力端子にディジタル信号D0、D1を夫々入力することにより、図15に示すように、ディジタル信号D0とディジタル信号D1の論理レベルの組合せに応じた4値のアナログ信号Vout5を生成することができる。このアナログ信号Vout5をバッファ回路(Linear driver)52を介して駆動電圧VoutとしてEA変調器53に入力することにより、2ビットのディジタル信号D0,D1に応じて4段階に光の強度が変調された光信号OPout5を生成することができる。このようにして生成された光信号OPout5は、例えば、合波器55によって他の光信号と合波されて光ファイバ56に送信される。
図16に、一般的なEA変調器の消光特性を示す。
図16において、横軸はEA変調器の駆動電圧を表し、縦軸はEA変調器から出力される光信号の強度を表している。
図16に示されるように、一般的なEA変調器は、入力される駆動電圧に対して非線形な光出力となる消光特性を有している。
図17A、17Bは、線形な駆動電圧Vout5によってEA変調器を駆動した場合の光アイ波形の一例を示す図である。
図17Aに示すように、EA変調器の消光特性の線形領域500において、線形な駆動電圧、すなわち電圧差が等間隔の4値の駆動電圧Vout5によってEA変調器を駆動した場合、光の強度が等間隔な光アイ波形となる光信号OPout5を生成することができる。
一方、図17Bに示すように、EA変調器の消光特性の非線形領域501において、電圧差が等間隔の4値の駆動電圧Vout5によってEA変調器を駆動した場合、光の強度が不等間隔で歪が生じた光アイ波形の光信号OPout5が生成されるため、光信号OPout5を光伝送信号として用いることができない。
以上の理由から、従来のEA変調器を用いたPAM4用光送信器では、EA変調器の消光特性の非線形領域501ではなく、線形領域500を利用して、光伝送信号を生成していた。そのため、図18に示すように、消光比のダイナミックレンジを大きくすることができず、光送信器のOMA(Optical Modulation Amplitude)を大きくすることができないという問題があった。
この問題を解決するための一つの方法として、例えば非特許文献1に、信号発生器を用いてEA変調器の非線形な消光特性に適応したPAM4用の駆動電圧を生成してEA変調器を駆動することにより、光の強度が等間隔な光アイ波形の光信号を生成する技術が開示されている。
W. Kobayashi et al., "Advantages of EADFB laser for 25 Gbaud/s 4-PAM (50 Gbit/s) modulation and 10 km single-mode fibre transmission", Electronics Letters, vol. 50, no. 9, pp. 683-685, Apr. 24, 2014.
しかしながら、非特許文献1には、EA変調器の非線形な消光特性に適応したPAM4用の駆動電圧を生成する信号生成器を用いることは記載されているが、その信号生成器の具体的な回路構成については開示されていない。
今後、EA変調器を用いたパルス振幅変調方式の400GbEの伝送システムが普及した場合に、よりOMAが高く、且つコストを抑えた光送信器が望まれることから、コストを抑えつつ、EA変調器の非線形な消光特性に適応したPAM4用の駆動電圧を生成するための技術が必要であると、本願発明者らは考えた。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、コストを抑えつつ、より大きなOMAを有する光送信器を提供することにある。
本発明に係る、電界吸収型の光変調器を駆動する駆動回路は、2ビットのディジタル信号を入力する第1入力端子(IN0)および第2入力端子(IN1)と、第1入力端子に入力された第1ディジタル信号(D0)と第2入力端子に入力された第2ディジタル信号(D1)の論理レベルに応じて第1電流(0,I0,I1,I0+I1)を線形に変化させ、電流を電圧に変換する電流電圧変換素子(R)に第1電流を供給することにより前記光変調器を駆動するための駆動電圧を生成するディジタル/アナログ変換部(11)と、第1ディジタル信号(D0)と第2ディジタル信号(D1)の論理レベルが相違する場合に、第2電流(I2)を、ディジタル/アナログ変換部の電流電圧変換素子に供給する非線形補償部(12)と、を有することを特徴とする。
上記駆動回路において、ディジタル/アナログ変換部は、前記電流電圧変換素子を有し、入力した電流に応じた電圧を生成する第1電圧生成部(112)と、電流(I0)を生成する第1電流回路(114)と、第1電流回路よりも大きい電流(I1)を生成する第2電流回路(115)とを有し、第1ディジタル信号が第1論理レベル(“1”)である場合に、第1電流回路の電流を第1電圧生成部に供給し、第1ディジタル信号が第2論理レベル(“0”)である場合に第1電流回路の電流の第1電圧生成部への供給を停止する第1制御回路(110)と、第2入力端子に入力された第2ディジタル信号が第1論理レベルである場合に、第2電流回路の電流を第1電圧生成部に供給し、第2ディジタル信号が第2論理レベルである場合に第2電流回路の電流の第1電圧生成部への供給を停止する第2制御回路(111)と、非線形補償部は、電流(I2)を生成する第3電流回路(121)と、第1ディジタル信号が第1論理レベル、且つ第2ディジタル信号が第2論理レベルである場合に、第3電流回路の電流を第1電圧生成部に供給し、それ以外の論理レベルの組合せの場合に、第3電流回路の電流の第1電圧生成部への供給を停止する第3制御回路と、を有してもよい。
上記駆動回路において、第3電流回路は、電流が変更可能な可変電流源を含んでもよい。
上記駆動回路において、ディジタル/アナログ変換部は、電流電圧変換素子を有し、入力した電流に応じた電圧を生成する第2電圧生成部(113)を更に有し、非線形補償部は、電流(I3)を生成する第4電流回路(122)と、第1ディジタル信号が第2論理レベル(“0”)、且つ第2ディジタル信号が第1論理レベル(“1”)である組合せの場合に、第4電流回路の電流を第2電圧生成部に供給し、それ以外の組合せの場合に、第4電流回路の電流の第2電圧生成部への供給を停止する第4制御回路(120_2)と、を更に有し、第1制御回路は、第1ディジタル信号が第1論理レベルである場合に、第1電流回路の電流を第1電圧生成部に供給し、第1ディジタル信号が第2論理レベルである場合に、第1電流回路の電流を第2電圧生成部に供給し、第2制御回路は、第2ディジタル信号が第1論理レベルである場合に、第1電流回路の電流を第1電圧生成部に供給し、第2ディジタル信号が第2論理レベルである場合に、第2電流回路の電流を第2電圧生成部に供給してもよい。
上記駆動回路において、第3制御回路は、一端が第1固定電位(VCC)に接続された第1抵抗(Ra)および第2抵抗(Rb)と、一端が第1抵抗の他端に接続された第1スイッチ(SW1)と、一端が第2抵抗の他端に接続された第2スイッチ(SW2)と、一端が第1スイッチの他端および第2スイッチの他端に接続された第3スイッチ(SW3)と、一端が第1抵抗と第1スイッチとが接続される出力ノード(OUT)に接続される第4スイッチ(SW4)と、一端が第3スイッチの他端および第4スイッチの他端に接続され、他端が第1固定電位と異なる第2固定電位(VEE)に接続される電流源(I)と、を含み、第1スイッチおよび第2スイッチは、第1ディジタル信号の論理レベルに応じて何れか一方がオンし、第3スイッチおよび第4スイッチは、第2ディジタル信号の論理レベルに応じて何れか一方がオンし、第3電流回路(121)は、出力ノードの電圧(CN2)に応じて第1電圧生成部(112)への電流(I2)の供給と遮断が制御されてもよい。
上記駆動回路において、第1電圧生成部は、R−2R型の抵抗ラダー回路を含んでもよい。
本発明に係る光送信器は、発光素子(LD)を含み、一定強度の光を出力する発光部(3)と、入力された送信すべき信号(DATA)に対して、4値のパルス振幅変調方式に応じたディジタル信号処理を行うことにより、2ビットのディジタル信号を生成するディジタル信号処理装置(2)と、ディジタル信号処理装置によって生成された2ビットのディジタル信号を入力する上記駆動回路(1,1A,1B,1C)と、駆動回路の第1電圧生成部によって生成された電圧(Vout)に応じて発光部から出力された光の強弱を変化させて出力する光変調器(4)と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、コストを抑えつつ、よりOMAが高い光送信器を実現することが可能となる。
本発明の実施の形態1に係る駆動回路を備えた光送信器の構成を示す図である。 実施の形態1に係る駆動回路1の構成を示す図である。 実施の形態1に係る駆動回路1の回路構成を示す図である。 非線形補償制御回路の回路構成例を示す図である。 非線形補償制御回路の真理値表を示す図である。 実施の形態1に係る駆動装置の入力(D0,D1)と駆動電圧Voutの関係を示す図である。 実施の形態1に係る駆動回路によって生成される駆動電圧のアイ波形を模式的に示す図である。 図7Bは、従来の2ビットDACによって生成される駆動電圧のアイ波形を模式的に示す図である。 図8は、実施の形態1に係る駆動回路を備えた光送信器の光伝送特性の一例を示す図である。 実施の形態2に係る駆動回路の回路構成を示す図である。 実施の形態2に係る駆動装置の入力(D0,D1)とモニタ用の電圧Voutxの関係を示す図である。 実施の形態2に係る駆動回路の別の回路構成を示す図である。 実施の形態3に係る駆動回路の回路構成を示す図である。 従来のEA変調器を用いたPAM4用光送信器のフロントエンドの構成を示す図である。 従来の一般的な2ビットDACの回路構成を示す図である。 図14に示す2ビットDACの入出力特性を示す図である。 EA変調器の消光特性の一例を示す図である。 EA変調器の線形領域において、従来の2ビットDACによって生成した駆動電圧によってEA変調器を駆動した場合の光アイ波形の一例を示す図である。 EA変調器の非線形領域において、従来の2ビットDACによって生成した駆動電圧によってEA変調器を駆動した場合の光アイ波形の一例を示す図である。 従来のPAM4用の駆動回路によってEA変調器を駆動した場合の光送信器のOMAを示す図である。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
≪実施の形態1≫
〈光送信器の構成〉
図1に、本発明の実施の形態1に係る駆動回路を備えた光送信器の構成を示す。
同図に示される光送信器100は、外部から入力された電気信号を光信号に変換して、光ファイバ等から成る光ネットワークに出力する装置である。光送信器100は、例えば、ディジタル信号処理装置2、駆動回路1、発光部3、および光変調器4から構成されている。
ディジタル信号処理装置2は、送信対象の電気信号(データ)DATAを入力し、入力信号DATAに対して所定の信号処理を行う。ディジタル信号処理装置2は、例えば、DSP等のプログラム処理装置である。
具体的に、ディジタル信号処理装置2は、入力信号DATAに基づいて、PAM用のディジタル信号を生成するための信号処理を行い、信号処理結果を例えばn(nは2以上の整数)ビットのディジタル信号として出力する。本実施の形態では、一例として、ディジタル信号処理装置2が入力信号DATAに基づいてPAM4用の信号処理を実行し、2ビット(n=2)のディジタル信号D0,D1を生成するものとして説明する。
発光部3は、半導体レーザ(LD:Laser Diode)等の発光素子を含み、一定強度の光を出力する。
光変調器4は、発光部3から出力された一定強度の光に対して外部から制御を加えることにより、光の強度を変化させた光信号(光の強弱信号)OPoutを出力する外部変調方式の光変調器である。光変調器4は、非線形な消光特性を有する光変調器である。本実施の形態では、光変調器4がEA変調器であるとし、「光変調器4」を「EA変調器4」と表記する。
具体的に、EA変調器4は、後述する駆動回路1によって生成された駆動電圧Voutを入力し、駆動電圧Voutの電圧レベルに応じて発光部3から出力された光の強度を変化させて光信号OPoutを生成する。
駆動回路1は、ディジタル信号処理装置2から出力されたディジタル信号D0,D1に基づいて駆動電圧Voutを生成し、EA変調器4を駆動するPAM4用のドライバである。駆動回路1は、例えば、公知の半導体製造プロセスによって半導体基板に形成された半導体集積回路によって実現されている。上記半導体製造プロセスとしては、例えば、CMOSプロセスや、シリコン−ゲルマニウム半導体(Si−Ge)ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)プロセス等を例示することができる。
〈駆動回路1の構成〉
図2は、実施の形態1に係る駆動回路1の構成を示す図である。
図2に示すように、駆動回路1は、入力端子IN0および入力端子IN1と、ディジタル/アナログ変換部(DAC)11と、非線形補償部12とを有する。
入力端子IN0,IN1は、ディジタル信号処理装置2から出力されたディジタル信号D0,D1を夫々入力する。なお、本実施の形態では、ディジタル信号D0,D1の論理レベルとして、第1論理レベルをハイレベル(“1”)、第2論理レベルをローレベル(“0”)として説明するが、逆であってもよい。
ディジタル/アナログ変換部11は、入力端子IN0および入力端子IN1に入力されたディジタル信号D0,D1の論理レベルに応じて第1電流を線形に変化させ、電流を電圧に変換する電流電圧変換素子に上記第1信号を供給することにより駆動電圧Voutを生成する機能部である。
非線形補償部12は、ディジタル/アナログ変換部11によって生成される駆動電圧Voutを、EA変調器4の非線形な消光特性に適応するように補償するための機能部である。具体的に、非線形補償部12は、ディジタル信号D0とディジタル信号D1の論理レベルが相違する場合に、駆動電圧Voutを補償するための第2電流を生成し、上記第1電流とともにディジタル/アナログ変換部11の上記電流電圧変換素子に供給する。
以下、ディジタル/アナログ変換部11および非線形補償部12について、図3を用いて詳細に説明する。
(1)ディジタル/アナログ変換部11
図3に示されるように、ディジタル/アナログ変換部11は、電圧生成部112と、電流回路114,115と、制御回路110,111とを含む。
電圧生成部112は、入力した電流に応じた電圧を生成する機能部である。電圧生成部12は、例えば電流電圧変換素子としての抵抗Rを含む。抵抗Rの一端は、電源電圧VCCが供給される電源ラインに接続され、抵抗Rの他端は、出力端子OUTに接続されている。
電流回路114は、スイッチSW0tと電流源I0を含む。また、電流回路115は、スイッチSW1tと電流源I1を含む。
スイッチSW0t,SW1tは、ハイレベル(“1”)の制御信号が入力された場合にオンし、ローレベル(“0”)の制御信号が入力されたときにオフするものとする。なお、後述するスイッチSW0t,SW1t以外のその他のスイッチも同様とする。また、駆動回路1におけるスイッチSW0t等の各スイッチは、トランジスタ単体、またはトランジスタを組みわせたアナログスイッチ等のトランジスタ回路によって実現することができる。
電流源I0,I1は、例えば、電流が変更可能な可変電流源であってもよい。なお、参照符号I0,I1および後述する参照符号I,I2,I3は、電流源のみならず、その電流源によって生成される電流をも表すものとする。
ここで、電流源I0と電流源I1の夫々の電流の関係は、I0<I1である。本実施の形態では、例えば、I1=2×I0とする。
スイッチSW0tは、一端が出力端子OUTに接続されている。電流源I0の一端は、スイッチSW0tの他端に接続され、電流源I0の他端は電源電圧VEEが供給される電源ラインに接続されている。ここで、VEE<VCCである。なお、参照符号VCC,VEEは、電源電圧のみならず、その電源電圧が供給される電源ラインをも表すものとする。
スイッチSW1tは、一端が出力端子OUTに接続されている。電流源I1の一端は、スイッチSW1tの他端に接続され、電流源I1の他端は電源ラインVEEに接続されている。
制御回路10,11は、入力端子IN0,IN1に入力されたディジタル信号D0,D1に基づいて、電流I0,I1を電圧生成部12に供給するか否かを電流回路114、115毎に制御する機能部である。
制御回路110,111は、例えばD型フリップフロップ回路(DFF)から構成され、入力されたディジタル信号D0、D1をクロック信号CLKに同期して取り込み、取り込んだ信号と同一の論理レベルの信号CN0,CN1と、取り込んだ信号の論理レベルを反転させた信号CN0x、CN1xとを夫々生成する。信号CN0は、スイッチSW0tの制御信号として電流回路114に供給され、信号CN1は、スイッチSW1tの制御信号として電流回路115に供給される。また、信号CN0x,CN1xは、信号CN0,CN1とともに、後述する非線形補償回路120に入力される。
具体的に、制御回路110は、ディジタル信号D0=1である場合に、スイッチSW0tをオンさせて、電流回路114の電流I0を電圧生成部112(抵抗R)に供給し、ディジタル信号D0=0である場合に、スイッチSW0tをオフして、電流回路114の電流I0の電圧生成部112(抵抗R)への供給を停止する。
また、制御回路111は、ディジタル信号D1=1である場合に、スイッチSW1tをオンさせて、電流回路115の電流I1を電圧生成部112(抵抗R)に供給し、ディジタル信号D1=0である場合に、スイッチSW1tをオフして、電流回路115の電流I0の電圧生成部112(抵抗R)への供給を停止する。
(2)非線形補償部12
非線形補償部12は、電流回路121と非線形補償制御回路120とを含む。
電流回路121は、スイッチSW2tと電流源I2とを含む。スイッチSW2tは、一端が出力端子OUTに接続されている。スイッチSW2tは、後述する非線形補償制御回路120の出力端子QTから出力される信号CN2によってオン・オフが切り替えられる。
電流源I2は、一端がスイッチSW2tの他端に接続され、他端が電源ラインVEEに接続されている。電流源I2は、例えば、可変電流源であってもよい。
非線形補償制御回路120は、入力端子IN0,IN1に入力されたディジタル信号D0,D1に基づいて、電流回路121の電流I2を電圧生成部112(抵抗R)に供給するか否かを制御する機能部である。
図4に、非線形補償制御回路120の回路構成例を示す。
図4に示されるように、非線形補償制御回路120は、入力端子MT、MC、LT、LC、出力端子QT、QC、抵抗Ra,Rb、スイッチSWa〜SWd、および電流源Iを含む。
抵抗Ra、Rbは、夫々の一端が電源ラインVCCに接続されている。ここで、抵抗Raと抵抗Rbは互いの抵抗値が等しい。
スイッチSWaは、一端が抵抗Raの他端に接続され、他端が出力端子QTに接続され、入力端子MTに入力された制御信号によってオン・オフが切り替えられる。スイッチSWbは、一端が抵抗Rbの他端に接続され、他端が出力端子QCに接続され、入力端子MCに入力された制御信号によってオン・オフが切り替えられる。スイッチSWcは、一端がスイッチSWaの他端およびスイッチSWbの他端に接続され、入力端子LTに入力された制御信号によってオン・オフが切り替えられる。スイッチSWdは、一端が出力端子QTに接続され、他端がスイッチSWcの他端に接続され、入力端子LCに入力された制御信号によってオン・オフが切り替えられる。
また、電流源Iは、一端がスイッチSWc,SWdの他端に接続され、他端が電源ラインVEEに接続されている。電流源Iは、例えば、可変電流源であってもよい。
図4に示す非線形補償制御回路120によれば、図5の真理値表に示すように、非線形補償制御回路120の入力端子MT,MC,LT,LCの組合せが(MT,LT,MC,LC)=(0,1,1,0)である場合に、出力端子QTから出力される信号CN2が“1”となり、それ以外の組合せ(MT,LT,MC,LC)=(0,0,1,1)、(1,0,0,1)、(1,1,0,0)の場合に、出力端子QTから出力される信号CN2が“0”となる。なお、出力端子QCから出力される信号CN2xは、信号CN2の反転論理の信号となる。
したがって、非線形補償制御回路120の入力端子MT,MC,LT,LCに、信号CN1(D1),信号CN1x(D1の反転論理),信号CN0(D0),信号CN0x(D0の反転論理)を夫々入力することにより、非線形補償制御回路120は、ディジタル信号D0,D1の論理の組合せが(D1,D0)=(0,1)である場合に、スイッチSW2tをオンして電流I2を電圧生成部112(抵抗R)に供給し、それ以外の組合せ(D1,D0)=(0,0),(1,0),(1,1)の場合に、スイッチSW2tをオフして電流I2の電圧生成部112(抵抗R)への供給を停止する。
(3)駆動回路1の動作
図6に、実施の形態1に係る駆動回路1の入力(D1,D0)と出力(駆動電圧Vout)の関係を示す。
図6に示すように、駆動回路1は、ディジタル信号処理装置2から駆動回路1に入力するPAM4用のディジタル信号D0,D1の4通りの論理の組合せ(D1,D0)=(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)に応じて、“VCC”、“VCC−R(I0+I2)”、“VCC−R・I1”、“VCC−R(I0+I1)”の4値の駆動電圧Voutを生成する。この駆動電圧VoutがEA変調器4に入力されることにより、EA変調器4から4値の光の強度を有する光信号OPoutが生成される。
〈実施の形態1に係る駆動回路1の効果〉
実施の形態1に係る駆動回路1によれば、非線形補償部12の電流I2を調整することにより、PAM4用のディジタル信号D0,D1の4通りの論理の組合せに対して、不等間隔の駆動電圧Voutを生成することが可能となる。以下、図を用いて具体的に説明する。
図7Aは、実施の形態1に係る駆動回路1によって生成される駆動電圧Voutのアイ波形を模式的に示す図である。図7Bは、上述した従来の2ビットDAC(図14参照)によって生成される駆動電圧Vout5のアイ波形を模式的に示す図である。図8は、実施の形態1に係る駆動回路1を備えた光送信器100の光伝送特性の一例を示す図である。なお、図7A,図7B、および図8においては、I1=2×I0としている。
上述したように、従来の2ビットDACによって、2ビットのディジタル信号から駆動電圧Vout5を生成した場合、図7Bに示すように、2ビットのディジタル信号の論理の組合せを変えると、駆動電圧Vout5が線形(等間隔)に変化する。すなわち、V0=V1=V2となる。
これに対し、実施の形態1に係る駆動回路1によって、2ビットのディジタル信号から駆動電圧Voutを生成した場合、図7Aに示すように、2ビットのディジタル信号の論理の組合せを変えると、非線形補償部12の電流I2に応じて駆動電圧Voutを非線形(不等間隔)に変化させることができる。すなわち、V0≠V1≠V2とすることができる。
この不等間隔の4値の駆動電圧VoutによってEA変調器4を駆動することにより、図8に示すように、EA変調器4における消光特性の非線形領域501においても、光の強度が等間隔な光アイ波形の光信号OPoutを生成することが可能となり、従来よりも光送信器100のOMAを大きくすることが可能となる。
また、実施の形態1に係る駆動回路1によれば、ディジタル信号D0,D1の論理の組合せのうち、ディジタル信号D0,D1が互いに異なる論理レベルとなる(D1,D0)=(0,1)において、非線形補償部12の補償用の電流I2を電圧生成部112の抵抗Rに流し込むので、駆動電圧Voutが変化する範囲Vwを固定した状態で、範囲Vw内での駆動電圧Voutの変化幅を調整することができる。すなわち、駆動回路1によれば、所望のOMAが得られるようにディジタル/アナログ変換部11の電流I0,I1を定めて範囲Vwを固定した上で、EA変調器4毎の消光特性に適したPAM4用の駆動電圧を生成することができるので、OMAを変えずにEA変調器毎の特性に応じた調整が容易となる。
また、実施の形態1に係る駆動回路1によれば、従来の2ビットのDACに対応するディジタル/アナログ変換部11に非線形補償部12を追加することによって、EA変調器4の非線形な消光特性に適した駆動電圧Voutを生成することができるので、従来の光送信器のPAM4用ドライバに対して大幅な回路変更をする必要がなく、コストの増加を抑えることができる。特に、図3および図4に示す回路構成によって非線形補償部12を実現することにより、回路規模の増大を抑えることができるので、コストのみならず、回路の追加に伴う消費電力の増大も抑えることが可能となる。
以上のように、実施の形態1に係る駆動回路1によれば、コストの増大を抑えつつ、EA変調器の非線形な消光特性に適応したPAM4用の駆動電圧を生成することができるので、よりOMAが高く、且つコストを抑えた光送信器を実現することが可能となる。
更に、実施の形態1に係る駆動回路1において、非線形補償部12の電流源I2を可変電流源とすることにより、光送信器100の設計の自由度を高めることができる。例えば、I2≠0とI2=0とを切り替えることにより、駆動電圧Voutの非線形補償の有無を切り替えることが可能となる。具体的には、EA変調器4を線形領域500で駆動する場合には、“I2=0”に設定することにより、図7Bに示すような等間隔に変化する駆動電圧Voutを生成することができ、EA変調器4を非線形領域501で駆動する場合には、上述したように“I2≠0”に設定することにより、図7Aに示すような不等間隔に変化する駆動電圧Voutを生成することができるので、例えば光送信器の仕様変更等に柔軟に対応することが可能となる。
≪実施の形態2≫
図9は、実施の形態2に係る駆動回路の回路構成を示す図である。
図9に示される駆動回路1Aは、実施の形態1に係る光送信器100における駆動回路1の別の回路構成例を表している。
実施の形態2に係る駆動回路1Aは、EA変調器4を駆動するための駆動電圧Voutを生成する回路に加えて、駆動電圧Voutのモニタ用の電圧Voutxを生成するための回路を有する点において、実施の形態1に係る駆動回路1と相違する。
具体的に、駆動回路1Aは、2組の出力端子OUT,OUTXを有し、ディジタル/アナログ変換部11Aとして、2組の電圧生成部112、113と、電流回路114A、115Aとを有する。また、駆動回路1Bは、非線形補償部11Bとして、2組の電流回路121、122および非線形補償回路120_1、120_2を有する。
なお、実施の形態2に係る駆動回路1Aの構成要素のうち、実施の形態1に係る駆動回路1と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
電圧生成部113は、例えば電圧生成部112と同様に、電源ラインVCCと出力端子OUTxとの間に接続された電流電圧変換素子としての抵抗Rから構成されている。
ディジタル/アナログ変換部11Aにおける電流回路114A,115Aは、実施の形態1に係る電流回路114,115の構成要素に加えて、制御回路110からの信号CN0xによってオン・オフが切り替えられるスイッチSW0cと、制御回路111からの信号CN1xによってオン・オフが切り替えられるスイッチSW1cとを更に有する。スイッチSW0cは、一端が出力端子OUTxに接続され、他端が電流源I0の一端に接続されている。また、スイッチSW1cは、一端が出力端子OUTxに接続され、他端が電流源I1の一端に接続されている。
制御回路110は、入力端子IN0に入力されたディジタル信号D0が“1”である場合に、電流I0を出力端子OUT側に接続された抵抗R(電圧生成部112)に流し、ディジタル信号D0が“0”である場合に、電流I0を出力端子OUTx側に接続された抵抗R(電圧生成部113)に流す。同様に、制御回路111は、入力端子IN1に入力されたディジタル信号D1が“1”である場合に、電流I1を出力端子OUT側に接続された抵抗R(電圧生成部112)に流し、ディジタル信号D1が“0”である場合に、電流I1を出力端子OUTx側に接続された抵抗R(電圧生成部113)に流す。
非線形補償部12Aにおける電流回路121は、実施の形態1に係る電流回路121の構成要素に加えて、非線形補償制御回路120_1の出力端子QCから出力される信号CN2xによってオン・オフが切り替えられるスイッチSW2cを更に有する。スイッチSW2cは、一端が電源ラインVCCに接続され、他端が電流源I2の一端に接続されている。
非線形補償部11Bにおける電流回路122は、電流回路121と同様の回路構成を有する。具体的には、一端が出力端子OUTxに接続されるスイッチSW3tと、一端が電源ラインVCCに接続されるスイッチSW3cと、一端がスイッチSW3tおよびスイッチSW3cの夫々の他端に接続され、他端が電源ラインVEEに接続される電流源I3とを有する。
スイッチSW3tは、非線形補償制御部120_2の出力端子QTから出力される信号CN3によってオン・オフが切り替えられ、スイッチSW3cは、非線形補償制御部120_2の出力端子QCから出力される信号CN3xによってオン・オフが切り替えられる。電流源I3は、電流源I2と同様に、可変電流源であってもよい。
非線形補償制御回路120_1,120_2は、実施の形態1に係る駆動回路1の非線形補償制御回路120と同様の回路構成を有している(図4参照)。
非線形補償制御回路120_1は、実施の形態1における非線形補償制御回路120と同様に、入力端子MT,MC,LT,LCに、信号CN1(D1),信号CN1x(D1の反転論理)、信号CN0(D0),および信号CN0x(D0の反転論理)が夫々入力される。
一方、非線形補償制御回路120_2は、非線形補償制御回路120とは異なり、入力端子MT,MC,LT,LCに、信号CN1x(D1の反転論理),信号CN1(D1)、信号CN0x(D0の反転論理),および信号CN0(D0)が夫々入力される。
駆動回路1Aは、実施の形態1に係る駆動回路1と同様に、ディジタル信号処理装置2から駆動回路1Aに入力するPAM4用のディジタル信号D0,D1の4通りの論理の組合せ(D0,D1)=(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)に応じて、“VCC”、“VCC−R(I0+I2)”、“VCC−R・I1”、“VCC−R(I0+I1)”の4値の駆動電圧Voutを生成する(図6参照)。
また、駆動回路1Aは、図10に示すように、ディジタル信号処理装置2から駆動回路1Aに入力するPAM4用のディジタル信号D0,D1の4通りの論理の組合せ(D0,D1)=(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)に応じて、“VCC−R(I0+I1)”、“VCC−RI1”、“VCC−R(I1+I3)”、“VCC”の4値のモニタ用電圧Voutxを生成する。
光送信器100に駆動回路1Aを適用することにより、実施の形態1に係る駆動回路1を適用した場合と同様に、光の強度が均等に変化する4値の光信号OPoutを生成することができる。また、駆動回路1Aから出力される電圧Voutxをモニタすることにより、駆動電圧Voutを間接的にモニタすることができる。例えば、電圧Voutxが駆動電圧Voutと同じ電圧値になるように、電流I3をディジタル信号D0,D1の論理の組合せに応じて変化させることにより、電圧Voutxをモニタすることで駆動電圧Voutの値を間接的に知ることが可能となる。
以上、実施の形態2に係る駆動回路1Aによれば、実施の形態1に係る駆動回路1と同様に、コストの増大を抑えつつ、EA変調器の非線形な消光特性に適応したPAM4用の駆動電圧を生成することができる。
また、実施の形態2に係る駆動回路1Aによれば、駆動電圧Voutに対応するモニタ用の電圧Voutxを生成するので、駆動電圧Voutを監視するために駆動回路1Aの出力端子OUTのインピーダンスを調整する必要がなく、駆動電圧Voutの状態を容易に知ることが可能となる。
なお、モニタ用の電圧Voutxを駆動電圧Voutと同じ電圧(波形)にする必要がない場合には、図11に示す駆動回路1Bのように、電流回路122および非線形補償制御回路120_2を取り除いてもよい。これによれば、駆動電圧Voutをモニタするために追加する回路素子の数を減らすことができ、低消費電力になる。
≪実施の形態3≫
図12は、実施の形態3に係る駆動回路の回路構成を示す図である。
図13に示される駆動回路1Cは、実施の形態1に係る光送信器100における駆動回路1の別の回路構成例を表している。
実施の形態3に係る駆動回路1Cは、駆動電圧Voutおよびモニタ用電圧Voutxを生成する電圧生成部の回路構成が異なる点において、実施の形態2に係る駆動回路1Bと相違する。
具体的には、駆動回路1Cは、ディジタル/アナログ変換部11Cにおいて、電圧生成部112,113の代わりに、R−2R型の抵抗ラダー回路から構成された電圧生成部112A,113Aを有する。
電圧生成部112Aは、一端が電源ラインVCCに接続され、他端がスイッチSW0tの一端に接続された抵抗R1と、一端が電源ラインVCCに接続され、他端が出力端子OUTに接続された抵抗R3と、抵抗R1の他端と抵抗R3の他端との間に接続された抵抗R2とを含む。
電圧生成部113Aは、一端が電源ラインVCCに接続され、他端がスイッチSW1tの一端に接続された抵抗R4と、一端が電源ラインVCCに接続され、他端が出力端子OUTに接続された抵抗R6と、抵抗R4の他端と抵抗R6の他端との間に接続された抵抗R5とを含む。
ここで、抵抗R1=R2=R4=R5=rとしたとき、抵抗R3=R6=2rである。
これによれば、負荷抵抗としての抵抗R1〜R3および抵抗R4〜R6によって各電流源I0〜I2の電流値の重みづけを調整することができるので、各電流源I0〜I2の電流値のみによって駆動電圧Vout(モニタ用電圧Voutx)の変化量V1,V2,V3を調整する場合に比べて、電流の増加を抑えることができ、駆動回路の低消費電力化が可能となる。
以上、実施の形態3に係る駆動回路1Cによれば、実施の形態2に係る駆動回路1Aと同様に、コストの増大を抑えつつ、EA変調器の非線形な消光特性に適応したPAM4用の駆動電圧を生成することができるとともに、消費電力を抑えることができる。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、光変調器4として、EA変調器を例示したが、これに限られず、その他の変調器も適用することができる。この場合、駆動対象の光変調器の消光特性に対応するように、電流I0〜I3を調整すればよい。
また、実施の形態3において、R−2R型の抵抗ラダー回路を実施の形態2に係る駆動回路1Aに適用する場合を例示したが(図12参照)、これに限られず、図3に示した実施の形態1に係る駆動回路1において、電圧生成部112の代わりに、R−2R型の抵抗ラダー回路から成る電圧生成部112Aを適用することも可能である。
100…光送信器、1,1A,1B,1C…駆動回路、2…ディジタル信号処理装置、3…発光部、4…EA変調器(光変調器)、D1,D1…ディジタル信号、DATA…データ(電気信号)、IN0,IN1…入力端子、OUT,OUTx…出力端子、Vout…駆動電圧、Voutx…モニタ用の電圧、11,11A,11C…ディジタル/アナログ変換部、12,12A,12B…非線形補償部、VCC,VEE…電源電圧、電源ライン、110,111…制御回路、112,113,112A,113A…電圧発生部、114,115,114A,115B,121,122…電流回路、120,120_1,120_2…非線形補償制御回路、CN0,CN0x,CN1,CN1x,CN2,CN2x,CN3,CN3x…信号、MT,MC,LT,LC…入力端子、QT,QC…出力端子、SW0t,SW0c,SW1t,SW1c,SW2t,SW2c,SW3t,SW3c,SWa〜SWd…スイッチ、R,Ra,Rb,R1〜R6…抵抗、I0,I1,I2,I3,I…電流源、電流。

Claims (7)

  1. 電界吸収型の光変調器を駆動する駆動回路であって、
    2ビットのディジタル信号を入力する第1入力端子および第2入力端子と、
    前記第1入力端子に入力された第1ディジタル信号と前記第2入力端子に入力された第2ディジタル信号の論理レベルに応じて第1電流を線形に変化させ、電流を電圧に変換する電流電圧変換素子に前記第1電流を供給することにより、前記光変調器を駆動するための駆動電圧を生成するディジタル/アナログ変換部と、
    前記第1ディジタル信号と前記第2ディジタル信号の論理レベルが相違する場合に、第2電流を、前記ディジタル/アナログ変換部の前記電流電圧変換素子に供給する非線形補償部と、を有する
    ことを特徴とする駆動回路。
  2. 請求項1に記載の駆動回路において、
    前記ディジタル・アナログ変換部は、
    前記電流電圧変換素子を有し、入力した電流に応じた電圧を生成する第1電圧生成部と、
    電流を生成する第1電流回路と、
    前記第1電流回路よりも大きい電流を生成する第2電流回路と、を有し、
    前記第1入力端子に入力された第1ディジタル信号が第1論理レベルである場合に、前記第1電流回路の電流を前記第1電圧生成部に供給し、前記第1ディジタル信号が第2論理レベルである場合に前記第1電流回路の電流の前記第1電圧生成部への供給を停止する第1制御回路と、
    前記第2入力端子に入力された第2ディジタル信号が前記第1論理レベルである場合に、前記第2電流回路の電流を前記第1電圧生成部に供給し、前記第2ディジタル信号が前記第2論理レベルである場合に前記第2電流回路の電流の前記第1電圧生成部への供給を停止する第2制御回路と、
    前記非線形補償部は、
    電流を生成する第3電流回路と、
    前記第1ディジタル信号が前記第1論理レベル、且つ前記第2ディジタル信号が前記第2論理レベルである組合せの場合に、前記第3電流回路の電流を前記第1電圧生成部に供給し、それ以外の組合せの場合に、前記第3電流回路の電流の前記第1電圧生成部への供給を停止する第3制御回路と、を有する
    ことを特徴とする駆動回路。
  3. 請求項2に記載の駆動回路において、
    前記第3電流回路は、電流が変更可能な可変電流源を含む
    ことを特徴とする駆動回路。
  4. 請求項2または3に記載の駆動回路において、
    前記ディジタル/アナログ変換部は、
    前記電流電圧変換素子を有し、入力した電流に応じた電圧を生成する第2電圧生成部を更に有し、
    前記非線形補償部は、
    電流を生成する第4電流回路と、
    前記第1ディジタル信号が前記第2論理レベル、且つ前記第2ディジタル信号が前記第1論理レベルである組合せの場合に、前記第4電流回路の電流を前記第2電圧生成部に供給し、それ以外の組合せの場合に、前記第4電流回路の電流の前記第2電圧生成部への供給を停止する第4制御回路と、を更に有し、
    前記第1制御回路は、前記第1ディジタル信号が前記第1論理レベルである場合に、前記第1電流回路の電流を前記第1電圧生成部に供給し、前記第1ディジタル信号が前記第2論理レベルである場合に、前記第1電流回路の電流を前記第2電圧生成部に供給し、
    前記第2制御回路は、前記第2ディジタル信号が前記第1論理レベルである場合に、前記第1電流回路の電流を前記第1電圧生成部に供給し、前記第2ディジタル信号が前記第2論理レベルである場合に、前記第2電流回路の電流を前記第2電圧生成部に供給する
    ことを特徴とする駆動回路。
  5. 請求項2乃至4の何れか一項に記載の駆動回路において、
    前記第3制御回路は、
    一端が第1固定電位に接続された第1抵抗および第2抵抗と、
    一端が前記第1抵抗の他端に接続された第1スイッチと、
    一端が前記第2抵抗の他端に接続された第2スイッチと、
    一端が前記第1スイッチの他端および前記第2スイッチの他端に接続された第3スイッチと、
    一端が前記第1抵抗と前記第1スイッチとが接続される出力ノードに接続される第4スイッチと、
    一端が前記第3スイッチの他端および前記第4スイッチの他端に接続され、他端が前記第1固定電位と異なる第2固定電位に接続される電流源と、
    を含み、
    前記第1スイッチおよび前記第2スイッチは、前記第1ディジタル信号の論理レベルに応じて何れか一方がオンし、
    前記第3スイッチおよび前記第4スイッチは、前記第2ディジタル信号の論理レベルに応じて何れか一方がオンし、
    前記第3電流回路は、前記出力ノードの電圧に応じて前記第1電圧生成部への電流の供給と遮断が制御される
    ことを特徴とする駆動回路。
  6. 請求項2乃至5の何れか一項に記載の駆動回路において、
    前記第1電圧生成部は、R−2R型の抵抗ラダー回路を含む
    ことを特徴とする駆動回路。
  7. 発光素子を含み、一定強度の光を出力する発光部と、
    入力された送信すべき信号に対して、4値のパルス振幅変調方式に応じたディジタル信号処理を行うことにより、2ビットのディジタル信号を生成するディジタル信号処理装置と、
    前記ディジタル信号処理装置によって生成された2ビットのディジタル信号を入力する請求項2乃至6の何れか一項に記載の駆動回路と、
    前記駆動回路の前記第1電圧生成部によって生成された電圧に応じて前記発光部から出力された光の強弱を変化させて出力する前記光変調器と、を備える
    ことを特徴とする光送信器。
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