JP6716571B2 - Ａｃ結合終端素子を有するｄｃ結合レーザドライバ - Google Patents

Description

１．発明の分野
この発明はレーザドライバに関し、特に、応答時間が向上し、電力消費が減少したレーザドライバに関する。

２．関連技術
電子システムにおける光学装置の使用は一般的であり、普及している。光学装置は、通信システム、投影システム、または光学媒体リーダおよびライタで使用するためのレーザまたはＬＥＤを含み得る。消費電力および発熱を減少させつつ、性能を向上させて製品寿命を延ばすには、ドライバの応答時間を減少させ、電力消費も減少させることが好ましい。

光源ドライバの一種がＤＣ結合レーザドライバである。この種のレーザドライバは、たとえば高データレート用途でＴＯＳＡ（transmitter optical sub-assembly：送信機光学サブアセンブリ）などの２５オームの伝送線を駆動する際に、反射を減少させるための近端終端素子から利益を得る場合がある。異なる終端抵抗を用いて異なる用途が確立され得る。適切に終端しなければ、インピーダンス不整合に起因する信号反射が生じ、それはシステム動作を制限する。

典型的な構成では、レーザ装置などの光源は、カソード端子とアノード端子とを含む。カソード端子および高電圧に接続するカソード終端抵抗器は、バイアス電流ドライバによって供給され得るレーザバイアス電流のための電流経路を作成する。したがって、バイアス電流の一部が終端抵抗器で浪費される。これはあらゆる用途で望ましくないが、動作のためにバッテリー電力に依存するシステムでは極めて望ましくない。

加えて、多くの用途は、レーザオン時間およびレーザオフ時間双方について高速の応答時間を必要とする。そのような１つの用途はバーストモード通信システムであり、それは共有の光ケーブルのさまざまなユーザにタイムスロットを割り当て、次に各ユーザは自分たちの割り当てられたタイムスロット中にバーストで送信する。理解され得るように、高速の応答時間は、割り当てられたユーザが自分たちの割り当てられたタイムスロット中に送信をより早く開始し、送信をより速く終了することを可能にし、タイムスロット中により高い有効データレートに変換する。したがって、当該技術分野では、バーストオン時間およびバーストオフ時間を減少させることが必要である。

概要
先行技術の欠点を克服し、追加の利益を提供するために、ドライバを含む光学信号モジュールが開示される。ドライバは、第１の入力信号を受信するように構成された第１のトランジスタと、第２の入力信号を受信するように構成された第２のトランジスタとを有する差動対を含む。第１の信号および第２の信号は差動入力信号であり、差動対は、第１の入力信号および第２の入力信号に応答して第１の駆動信号および第２の駆動信号を供給するように構成されている。変調電流源が変調電流を差動対に提供し、１つ以上の終端素子、たとえば抵抗器が差動対に接続されている。第１の制御信号に応答する第１のスイッチが第１の端子および第２の端子を有し、第１の端子は１つ以上の終端素子のうちの少なくとも１つに接続する。電荷蓄積装置もこの実施形態の一部であり、第１のスイッチの第２の端子および供給電圧ノードに接続されている。他の実施形態では、差動対はシングルエンド変調回路と置き換えられてもよい。終端素子は、１つ以上のインダクタ、キャパシタ、抵抗器、能動装置（能動終端などの場合）、または任意の他のインピーダンス整合素子であってもよい。終端素子はここに終端抵抗器と呼ばれてもよい。

光学モジュールは、供給電圧ノードとバイアス電流ノードとの間に配置された光学信号生成器を含む。光学信号生成器は第１の駆動信号および第２の駆動信号を受信して、第１の入力信号および第２の入力信号を表わす光学信号を生成する。第２のスイッチが供給電圧ノードとバイアス電流ノードとの間に構成され、第２のスイッチは第２の制御信号に応答して、供給電圧ノードとバイアス電流ノードとの間に短絡を確立するように構成されている。第１のスイッチおよび／または第２のスイッチは、開回路を作成し、または電流の流れを遮断する任意の装置または素子であり得る。

一実施形態では、モジュールは、光学信号生成器と供給電圧ノードとの間に位置する第１のインダクタと、光学信号生成器とバイアス電流ノードとの間に位置する第２のインダクタとをさらに含む。一構成では、光学信号生成器はレーザダイオードである。

第１の制御信号および第２の制御信号は、バーストオン信号またはバーストオフ信号に応答して、コントローラによって生成されてもよい。バーストオン信号に応答して、第２の制御信号は第２のスイッチを開き、その後、第１の制御信号は第１のスイッチを閉じる。一構成では、バーストオフ信号に応答して、第１の制御信号は第１のスイッチを開き、それにより電荷蓄積装置上の電荷を維持し、その後、第２の制御信号は第２のスイッチを閉じる。カスケードトランジスタが、終端素子のうちの１つと差動対との間に位置していてもよい。

ドライバを含む光学信号生成器モジュールも開示される。モジュールは、駆動信号を生成するために少なくとも１つの入力信号を処理するように構成されたドライバを含む。第１のスイッチが供給電圧ノードと作動対との間に位置し、第１のスイッチは第１の制御信号に応答する。電荷蓄積装置が供給電圧ノードと第１のスイッチとの間に位置する。光学信号生成器が駆動信号を受信し、駆動信号に応答して光学信号を生成する。第２のスイッチが光学信号生成器に関連付けられる。第２のスイッチは第２の制御信号に応答して、スイッチを通して光学信号生成器の両端の電圧を選択的に短絡する。１つ以上の終端素子も、ドライバを光学信号生成器とインピーダンス整合させるために提供および選択され、１つ以上の終端素子は、供給電圧ノードとドライバミラーとの間に位置する。

一実施形態では、少なくとも１つの入力信号は差動入力信号である。電荷蓄積装置はキャパシタを含んでいてもよい。モジュールは、光学信号生成器がアクティブである場合には第１のスイッチが閉じられるとともに第２のスイッチが開かれ、光学信号生成器が非アクティブである場合には第１のスイッチが開かれるとともに第２のスイッチが閉じられるように、第１の制御信号および第２の制御信号を生成するように構成されたコントローラを含んでいてもよい。一実施形態では、光学信号生成器がアクティブ状態に遷移している場合には第１のスイッチが閉じられる前に第２のスイッチが開かれ、光学信号生成器が非アクティブ状態に遷移している場合には第２のスイッチが閉じられる前に第１のスイッチが開かれる。

ドライバを用いて光学信号生成器を駆動するための方法もここに開示される。光学信号生成器およびドライバは、少なくとも１つの入力信号を増幅するように構成されたドライバと、供給電圧ノードとドライバとの間に位置する第１のスイッチとを含み、第１のスイッチは活性化制御信号および非活性化制御信号に応答する。電荷蓄積装置も存在しており、供給電圧ノードと第１のスイッチとの間に位置する。光学信号生成器は駆動信号を受信し、駆動信号に応答して光学信号を生成する。一方、光学信号生成器に関連付けられた第２のスイッチは、活性化制御信号および非活性化制御信号に応答して、スイッチを通して光学信号生成器の両端の電圧を選択的に短絡する。動作時、システムは１つ以上の入力信号を受信し、また、供給電圧ノードから供給電圧を受信する。次に、光学信号生成器のための送信期間を開始するために活性化信号を受信し、活性化信号に応答して活性化制御信号を生成する。動作方法は次に、第２のスイッチを開くために、第２のスイッチに活性化制御信号を提供し、次に、第１のスイッチを閉じるために、第１のスイッチに活性化制御信号を提供する。システムはまた、入力信号を表わす駆動信号を生成するために、ドライバを用いて入力信号を増幅する。その後、システムは、光学信号生成器のための送信期間を終了するために非活性化信号を受信し、非活性化信号に応答して非活性化制御信号を生成する。システムは、第１のスイッチを開くために、第１のスイッチに非活性化制御信号を提供し、第２のスイッチを閉じるために、第２のスイッチに非活性化制御信号を提供する。

一実施形態では、活性化信号は送信期間またはバーストオン期間を開始する。活性化制御信号に応答して、第１のスイッチが閉じられる前に第２のスイッチが開かれてもよい。非活性化制御信号に応答して、第２のスイッチが閉じられる前に第１のスイッチが開かれてもよい。

一構成では、１つ以上の入力信号は、差動対として提示された２つの入力信号を含む。方法はまた、１つ以上の終端素子を用いてドライバを光学信号生成器にインピーダンス整合させるステップを含んでいてもよく、１つ以上の終端素子は、供給電圧ノードとドライバとの間に位置し、またはドライバの一部として位置する。１つの例示的な動作方法では、第２のスイッチを閉じることは、光学信号生成器の両端の電圧を短絡し、それにより光学信号生成を終了する。第１のスイッチを開くことは、光学信号生成器が光学信号を生成していない期間の間、電荷蓄積装置上の電荷を維持する。

この発明の他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討すれば、当業者には明らかであり、または明らかになるであろう。そのような追加のシステム、方法、特徴および利点はすべて、この説明に含まれ、この発明の範囲内にあり、添付の請求項によって保護されることが意図される。

図面の簡単な説明
図面における構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、代りに、発明の原理の例示に重点が置かれている。図面では、異なる図全体を通して、同じ参照番号は対応する部分を示す。

電力消費を減少させ、応答時間を向上させるための、一体化されたスイッチングと電荷蓄積装置とを有する例示的な光源ドライバを示すブロック図である。 応答時間を増加させ、電力消費を減少させるために、スイッチング素子と電荷蓄積装置とを有して構成された例示的なレーザドライバを示す回路図である。 代替的なスイッチ構成を有する例示的なドライバ回路を示す回路図である。 代替的なスイッチ構成を有する例示的なドライバ回路を示す回路図である。 例示的な動作方法の動作フロー図である。

詳細な説明
先行技術の欠点を克服し、追加の利益を提供するために、電荷蓄積装置と一体化されたスイッチングシステムとを含み、時分割環境などにおいて送信期間および非送信期間中に電荷蓄積装置上の電荷を維持するための、光学信号ドライバが開示される。

図１は、電力消費を減少させ、応答時間を向上させるための、一体化されたスイッチングと電荷蓄積装置とを有する例示的な光源ドライバを示すブロック図である。これは１つの可能な構成であり、そのため、１つ以上のスイッチング素子に関連して電荷蓄積装置を利用する、添付の請求項から逸脱しない他の実施形態が展開され得る、ということが考えられる。

この例示的な実施形態では、光学装置ドライバ１０４が、光学装置１０８と接続し、または通信している。ドライバ１０４は、図示されるように、入力信号を受信して光学装置１０８を駆動可能な駆動信号になるよう処理し、それにより光学信号を生成するように構成された、任意の構成の能動および／または受動装置であってもよい。光学装置ドライバ１０４は、プリドライバインピーダンスからなどの入力１１６での、および出力でのインピーダンスを光学装置１０８に整合させるための１つ以上のインピーダンス整合装置またはネットワークを含むように構成されてもよい。インピーダンス整合装置は、１つ以上の抵抗器、インダクタ、キャパシタ、能動装置、またはそれらの装置のうちの１つ以上からなる組合せを含んでいてもよい。適切なインピーダンス整合は、最大の信号転送と減少した反射とを保証し、それらは次に、向上した性能とより高い有効帯域幅およびデータ転送レートとをもたらす。

光学装置は、フレックスまたは任意の埋設トレースを有する、または有さない、１つ以上のレーザ、ＬＥＤ、光変調器、もしくは、任意の他のタイプの光学信号生成器または調節器を含むもののそれらに限定されない、光学信号を生成可能な任意の装置を含んでいてもよい。図１のシステムのための用途または動作環境は、光通信システム、投影システム、ＣＤ、ＤＶＤおよびブルーレイなどの光学媒体読取／書込用途、もしくは、光学信号を利用する任意の他の用途または環境であってもよい。

１つ以上の入力ポート１１６を通して、入力信号が光学装置ドライバ１０４に提供される。ドライバ１０４への入力はシングルエンドまたは差動対であってもよく、もしくは、それは任意の他のフォーマットまたは数の入力を呈していてもよい。

変調電流源１２０が、図示されるように変調電流およびバイアス電流を光学装置ドライバ１０４に提供し、一方、バイアス電流源１２４が、バイアス電流を光学装置１０８に提供する。この環境では、変調電流源１２０およびバイアス電流源１２４は公知の素子であり、そのため、これらの装置は詳細には説明されない。一実施形態では、ドライバ１０４は２つの素子を含み、一方は、変調電気信号を光学装置１０８に提供する素子であり、もう一方は、バイアス電流を光学装置に提供する素子である。

システムへの供給電圧を確立するものとして、供給電圧ノードＶｄｄ１１２が図１の上部に示される。供給電圧ノード１１２に接続されているのは、光学装置１０８と、ここにスイッチＳ３ １３２、スイッチＳ１ １３４、およびスイッチＳ２ １３６と呼ばれる３つのスイッチとである。スイッチＳ３ １３２は、電圧供給ノード１１２および光学装置ドライバ１０４に接続する。スイッチＳ２ １３６は、電圧供給ノード１１２、および、バイアス電流源１２４と光学装置との間のノードといった、光学装置１０８の対向端子上のノードに接続する。スイッチＳ１は、電荷蓄積装置１４０とドライバ１０４との間に接続する。スイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３のいずれも開状態（開回路）または閉状態（閉回路）にされてもよく、当業者であれば、各スイッチは制御信号に基づいて選択的に開かれ、または閉じられ得る、ということを理解するであろう。

これらのスイッチは、任意のタイプの受動または能動スイッチであってもよく、スイッチモジュール１３２、１３４、１３６への入力（Ｃ）として図示された１つ以上の制御信号によって制御されてもよい。スイッチ制御信号（Ｃ）は、一般に以下に、特に図３で説明されるようにスイッチ位置を決定する。スイッチ制御信号は、光学送信モジュールにおける１つ以上の他の信号に応答し、または当該信号によって制御されるものであり、コントローラまたはプロセッサによって処理されたこれらの信号から直接生成されてもよい。一実施形態では、スイッチを開閉するスイッチ制御信号は、バーストオンモードおよびバーストオフモード、または、送信オン信号および送信オフ信号に応答する。

スイッチＳ３ １３２はオプションであるが、この実施形態では、バーストオフ期間中の光学装置へのいかなる漏れも防止し、または遮断するために含まれている。

電荷蓄積装置１４０は、供給電圧ノード１１２およびスイッチＳ１ １３４にも接続する。電荷蓄積装置は、キャパシタや、トランジスタ、ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴなどの能動装置、または任意の能動回路を含むもののそれらに限定されない、電荷を蓄積または補足する任意の装置であってもよい。一実施形態では、電荷蓄積装置はまた、スイッチＳ１ １３４が閉じられたときにＤＣ電流が供給電圧ノード１１２と光学ドライバとの間を通ることを阻止する。

動作時、入力信号は、入力１１６上でドライバ１０４に提示される。ドライバは信号を処理し、光学装置を駆動するのに好適な大きさ（電圧、電流）で信号を確立して、光学信号を生成する。一実施形態では、入力は、信号データを含む変調信号である。供給電圧は、ノード１１２から提供される。アクティブな送信セッション中、スイッチ制御信号に応答してスイッチＳ１が閉じられ、電荷蓄積装置を充電状態にして電荷を蓄積させつつ、ＤＣ電流が供給ノード１１２から光学信号ドライバに流れることを阻止するように作用する。光学装置１０８のための送信期間（またはアクティブ期間）中、スイッチＳ２が開かれ、ドライバ信号が光学装置を駆動することを可能にする。

この例示的な実施形態では、図２に示す供給電圧Ｖｄｄ電圧は、供給電圧であってもよく、またはレギュレータによって制御されてもよい。電圧がレギュレータによって供給または制御される場合、解決策が２つある。第１に、レギュレータは、目標値の電圧に近い電圧Ｖｄｄを確立するように構成されてもよい。目標電圧はユーザによって選択可能である。第２に、ＯＵＴＰ ＤＣ電圧を目標値近くに保つために、ＯＵＴＰ端子（ドライバモジュールと光学モジュールとの間の接続点）上のＤＣ電圧（データ周波数よりもはるかに低い周波数成分）を感知してＶｄｄ電圧を設定するように構成されたフィードバックループが提供されてもよい。目標はユーザによって選択可能である。

送信期間の終了（バーストオン期間の終了）直後または当該終了後まもなく、まずスイッチＳ１ １３４が開かれ、その後、スイッチＳ２ １３６が閉じられる。スイッチＳ１の開放は、バーストオン送信期間に干渉してはならない。スイッチＳ１ １３４の開放とスイッチＳ２ １３６との間の時間は、短時間であってもよい。スイッチＳ２ １３６の閉鎖前にスイッチＳ１ １３４を開くことは、電荷蓄積装置１４０が送信期間中に確立された電荷の蓄積を維持することをもたらす。接地への電荷蓄積装置用の放電経路にスイッチが開回路を作成するため、電荷は記憶装置１４０上で維持される。スイッチＳ２ １３６の閉鎖はその後、光学装置の両端の電圧差を急速になくし、それにより、光エネルギーの放出を急速に終了させる。

電荷蓄積装置１４０上の電荷を維持することは、次の送信期間中に光学信号生成を再確立する際に高速の応答時間を確立することにより、性能を向上させる。電荷蓄積装置１４０上で維持される電荷がなければ、次の送信セッションの最初で、送信が始まる前にキャパシタまたは他の回路素子を充電するのに遅延があるであろう。ＤＣ電流への遮断素子または開回路として電荷蓄積装置を確立することは、電流を終端に提供しないことによって消費電力を減少させる。この構成は、ＡＣ結合終端と呼ばれてもよい。

次の送信期間の最初で、光学信号が生成されるべき場合、スイッチＳ２ １３６が開き、その後、スイッチＳ１ １３４が閉じて、光学信号生成が始まる。

ここで図２を参照して、応答時間を増加させ、電力消費を減少させるために、スイッチング素子と電荷蓄積装置とを有して構成された例示的なレーザドライバについて、回路図が示される。これは、１つの可能な回路構成に過ぎず、以下に述べるようなこの回路の新規の有益な局面を同様に含む他の構成が考えられる。加えて、当業者には理解されるように、回路のすべての素子および局面が示されるとは限らない。

この例示的な実施形態では、回路は、説明のためにいくつかの別々のサブシステムに分割されてもよく、それらの各々を以下に説明する。この実施形態は、（図示されない追加素子を含み得る）光学モジュール２５６と、ドライバモジュール２１２と、この実施形態では終端抵抗器２１６Ａ、２１６Ｂとして示される終端素子と、コントローラ２２０およびスイッチ２２２、２２４、２２５によって規定されるスイッチングシステムと、キャパシタ２４０とを含む。各サブシステムを以下に説明する。

光学モジュールは、光学信号生成器２５６を含む。図示されるように、第１および第２ののインダクタ２５０、２５２が光学信号生成器２５６に接続する。光学信号生成器２５６は光学信号を生成するものであり、１つ以上のレーザ、ＬＥＤ、または光学信号を生成する任意の他の素子を含んでいてもよい。

この実施形態では、光学信号生成器２５６は、カソード端子２６０とアノード端子２５８とを含む。光学信号生成器のアノード端子は、インダクタ２５０を通して供給電圧ノード２４２に接続する。カソード端子２６０で、光学信号生成器２５６はインダクタ２５２に接続し、インダクタ２５２は次に、図示されるようにスイッチ２２５およびバイアス電流源２６８に接続する。

この実施形態では、インダクタ２５０、２５２は、スイッチＳ２ ２２５の閉鎖によって作成された回路の時定数を説明するために含まれる。インダクタは、バーストオン／バーストオフ遷移の時定数に影響を与える。上述のように、スイッチＳ１は、スイッチＳ２の後で、およびシステムが確定された後で閉じられる。このため、考慮すべき局面が２つある。第１に、バーストオフの間、スイッチＳ２はインピーダンスを分流し、それは時定数を小さくするかまたは短時間のものにする。なぜなら、スイッチＳ２に起因して、回路の直列抵抗も小さいためである。このため、スイッチＳ２の抵抗が小さいので、時定数は最小化される。第２に、バーストオンモードへの遷移のためには、スイッチＳ２が開かれた後に光学分枝の電流および電圧が確定された後でのみスイッチＳ１が閉じられるように、スイッチＳ２およびスイッチＳ１の動作のタイミングを合わせることが重要である。このため、コントローラは、スイッチＳ１がスイッチＳ２の直後に閉じることを防止する時定数に従って、回路の確定後にスイッチＳ１を閉じるようにタイミングまたは遅延関数を取り入れるように構成される。時間の量は固定されてもよく、または、コントローラのタイマーを通してアクセス可能なユーザインターフェイスなどを通してプログラマブルであってもよい。時間の量は、インダクタＬ１およびＬ２の値に依存する。

代替的な実施形態では、コントローラまたは他の素子は、ノード２６０上の電圧を監視し、次に、スイッチＳ１が閉じられ得る、回路が確定されたときを検出するようにされてもよい。そのような実施形態は、フィードバック成分または検出器を含んでいてもよい。監視は、文字Ｍによって規定されるノード２６０で起こってもよい。インダクタＬ１ ２５２はまた、光学信号生成器２５６を電流バイアス源２６８のキャパシタンスから防護する。

ドライバ２１２から駆動信号が光学信号生成器２５６に提供される。この実施形態では、ドライバ２１２は、３つのトランジスタＱ１ ２７６、Ｑ２ ２７２、Ｑ３ ２７４を含む。他の実施形態では、トランジスタ以外の能動装置が使用されてもよい。トランジスタＱ１ ２７０およびＱ２ ２７２は、エミッタ端子が変調電流源２７８に接続された差動段として、または差動対として配置される。他の実施形態では、差動対は、エミッタフォロワ生成器、電流ミラー、変調回路、または光学信号生成器に変調信号を提供する任意の回路として構成されてもよく、またはそれと置き換えられてもよい。加えて、ドライバは差動対として示されているが、シングルエンドとして構成されてもよい。

トランジスタＱ１ ２７０およびＱ２ ２７２のベース端子は入力変調信号を受信し、それらはドライバへの入力と考えられてもよく、それらは光学信号生成器２５６の出力を制御する。トランジスタＱ１ ２７０、Ｑ２ ２７２のベース端子に提供されたドライバ入力は、用途に依存してプリドライバ回路または他の素子から到着してもよい。

トランジスタＱ１ ２７０のコレクタ端子は、図示されるようにトランジスタＱ３ ２７４に接続する。ノードｏｕｔＮ上の信号が大きすぎることに起因して生じ得るトランジスタＱ１ ２７０の絶縁破壊を避けるために、また、ｏｕｔＰとｏｕｔＮとの間の電圧不整合に起因して起こり得るトランジスタＱ１ ２７０およびトランジスタＱ２ ２７２のバイアス電圧のバランスをとるために、トランジスタＱ３のベースにカスケード電圧Ｖｃａｓｃが提示される。トランジスタＱ３ ２７４のコレクタ端子は、終端抵抗器２１６Ａに接続する。トランジスタＱ２ ２７２のコレクタ端子は、図示されるように終端抵抗器２１６Ｂに接続する。図２Ａはバイポーラトランジスタを有して示されるが、ＣＭＯＳ／ＧａＡｓ／ＩｎＰなどの任意の他の半導体技術が使用可能であることがあり得る。

終端抵抗器２１６Ａ、２１６Ｂは、反射を防止して光学信号生成器２５６へのエネルギー伝達を最大化するために、光学信号生成器２５６にインピーダンスまたは抵抗整合する（または、光学信号生成器２５６とドライバとの間の任意のトレースに整合する）ように提供および選択される。一実施形態では、抵抗Ｒ２ ２１６Ｂは、２５オームの光学信号生成器２５６に整合するように、２５オームに設定される。終端抵抗器２１６Ａ、２１６Ｂの目的および選択について、以下により詳細に説明する。

抵抗器Ｒ１ ２１６Ａの対向端子はスイッチＳ３ ２２２に接続し、スイッチＳ３ ２２２の対向端子は供給電圧ノード２４２に接続する。スイッチＳ３ ２２２はまた、コントローラ２２０から制御信号Ｃ３を受信する。制御信号は、開または閉といったスイッチＳ３ ２２２の位置を決定する。

抵抗器Ｒ２ ２１６Ｂの第２の端子は図示されるようにスイッチＳ１ ２２４に接続し、スイッチＳ１の対向端子はキャパシタ２４０に接続する。スイッチＳ１ ２２４はまた、コントローラ２２０から制御信号Ｃ１を受信し、制御信号はスイッチの開／閉ステータスを決定する。スイッチＳ１ ２２４の対向端子はキャパシタ２４０に接続し、キャパシタ２４０は次に、図示されるように電圧供給ノード２４２に接続する。

スイッチＳ２ ２２５は、インダクタ２５２およびバイアス電流源２５８によって形成されたノードと、供給電圧ノード２４２への対向端子との間に接続される。スイッチＳ２ ２２５は、スイッチ位置を開位置と閉位置との間で制御する制御入力Ｃ２を受信する。スイッチＳ２ ２２５は、バーストオフ期間中に光出力を急速に防止するために、光源２５６の両端の電圧を短絡する。他の実施形態では、スイッチＳ２は、バーストオフ期間中にバイアス電流および変調電流をレーザから遠ざけるように構成された任意の装置と置き換えられてもよい。たとえば、代替的な実施形態では差動段が使用されてもよいが、そのような実施形態はより高価でより複雑であろう。

コントローラ２２０は、制御ロジック、ＡＳＩＣ、プロセッサ、遅延、状態機械、またはそれらの任意の組合せを含むもののそれらに限定されない、任意のタイプのコントローラを含んでいてもよい。コントローラ２２０は、ステータス入力を受信して処理し、スイッチに提供される１つ以上の制御信号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を生成する。一実施形態では、ステータス入力は、ドライバおよび光源がバーストオンモードにあるかバーストオフモードにあるかに関する情報を含む。１つ以上の制御信号が他の制御信号に対して遅延され得るということが考えられる。

動作時、図２の回路は以下のように動作する。生成されるべき信号を光学信号として規定する変調信号が、差動信号としてトランジスタ２７０、２７２のベースノードに提示される。これらの信号は、トランジスタ２７０、２７２のコレクタノードで提示され、光源を駆動するために光源に提示される。終端抵抗器Ｒ１ ２１６Ａ、Ｒ２ ２１６Ｂは、ドライバ２１２と光源２５６との間のインピーダンス整合のために提供される。終端抵抗器は終端素子と呼ばれてもよい。キャパシタ２４０は、ＤＣ結合を阻止しつつ、ＡＣ電流が供給電圧ノード２４２からドライバのｏｕｔＰノードに流れるようにするために提供される。変調電流源２７８はドライバに電流を提供し、一方、バイアス電流源２６８は光源２５６を通して電流を提供する。動作中、スイッチＳ１ ２２４、Ｓ２ ２２５、Ｓ３ ２２２は、図３に説明されるように選択的に制御される。

バーストオフの間、装置電流がレーザ２５６などの光学モジュールに入ることを防止する任意の構成または素子を採用することができる。スイッチＳ１、Ｓ２は、実施可能性および理解のために図示される。このため、バイアスがアクティブである場合にバイアス電流を源に分流してそれをレーザから遠ざける任意の装置を、ここに述べられた理由のために採用することができる。１つ以上の実施形態では、これは、スイッチ、もしくは差動対、ＦＥＴまたはトランジスタなどの任意の能動装置、もしくはバイアス変調をオフにするための他の装置または手段であってもよい。そのような装置の目的は、バーストオフ時に、レーザへの定電流であるバイアスを、急速にレーザへの実質的にゼロの電流になるように確立することである。ＴＤＭシステムなど、ある例示的な使用環境では、いかなる電流漏れもレーザにファイバーを汚染させ、それは次に、他のユーザのためのＳＮＲを減少させる。このイノベーションを使用すると、システムはバイアスをオンに維持するものの、スイッチ（または他の素子）を使用して電流を急速にレーザから遠ざけて分流し、レーザをオフに保つことができる。電流が光学モジュールに提示されることを防止する方法としてＩｂｉａｓ電流２５８をオフにしてもよい、ということも考えられる。これは、バイアス電流および変調電流双方に当てはまる。このため、レーザへの電流を遮断するために任意の回路が使用されてもよく、たとえば、電流（変調およびバイアス双方）をドライバから遠ざける任意の回路、または、変調源およびバイアス源双方をオフにする任意の回路が使用されてもよい。

図２Ｂは、代替的なスイッチ構成を有する例示的なドライバ回路を示す回路図である。図２Ａと比較して、同一の要素は同一の参照番号を用いて識別される。この実施形態では、図示されるように、第２のスイッチＳ２ ２８０がｏｕｔＮノードとｏｕｔＰノードとの間に位置する。この位置にスイッチＳ２を配置することにより、スイッチＳ２を閉じると、光学信号生成器２５６の両端の電流および電圧が急速に分流され得る。この実施形態の動作は、図２Ａの実施形態の動作と概ね同様である。

図２Ｃは、代替的なスイッチ構成を有する例示的なドライバ回路を示す回路図である。図２Ａと比較して、同一の要素は同一の参照番号を用いて識別される。この実施形態では、第２のスイッチＳ２ ２８４がＩｂｉａｓ電流源２５８とインダクタＬ１ ２５２との間に位置する。他の関連する実施形態では、スイッチＳ２ ２８４は、光学信号生成器２５６の動作に干渉するように、ノード２４２と電流源２５８との間の経路における任意の位置で直列接続されてもよい。この位置にスイッチＳ２ ２８４を配置することにより、スイッチＳ２を開くと、光学信号生成器２５６を通る電流が急速に止められ得る。この実施形態の動作は、スイッチＳ２を開くと光学信号生成器からの送信が止まる点を除き、図２Ａの実施形態の動作と概ね同様である。

図３は、スイッチ制御およびドライバ動作のための例示的なプロトコルの動作フロー図である。図２のシステムの動作の説明は、回路が当初、オフ状態またはバーストオフモードにある場合に始まる。図３に示す方法が開始されると、以前のバーストモード期間中の充電によってキャパシタ２４０が充電されることも仮定される。

ステップ３０４で、スイッチは、バーストオフモード中のデフォルト位置に設定される。この実施形態では、スイッチＳ１は開、スイッチＳ２は閉、スイッチＳ３は閉である。スイッチＳ１を開として確立することは、キャパシタ２４０上の電荷が接地へと通らないようにし、このため、キャパシタ２４０は充電されたままである。スイッチＳ２を閉位置に設定することは、光源の両端のあらゆる電圧電荷を短絡し、それにより、さもなくばバーストオン送信期間後に起こり得る光源からのあらゆる出力を終了させる。バーストオフ期間中の光学信号送信は望ましくない。なぜなら、それは他の送信機に干渉するためである。

ステップ３０８で、図２のシステムはバーストオン期間を待つかまたは監視する。バーストモードまたはアクティブ送信モードにいつ入るかは、図２に示されない回路またはコントローラによって規定されてもよい。バーストオンモードをイネーブルにすることは、送信期間中などに光源２５６が光学信号を生成することを可能にするかまたは引き起こす。タイミング回路または他の制御素子が、バーストモードにいつ入るかを決定してもよい。加えて、光源２５６による送信をイネーブルまたはディスエーブルにするために、バーストオフ信号、他のイベント、または期間が生じてもよい。

ステップ３１２で、コントローラは、バーストオン期間を開始するためにトリガー信号などの命令を受信する。これに応答して、コントローラはスイッチ制御信号を生成する。ステップ３１６で、制御信号はレーザ（光源）をイネーブルにするためにスイッチＳ２に提供され、その後少ししてから、コントローラは、スイッチＳ１を閉じるために制御信号をスイッチＳ１に提供する。スイッチＳ１を閉じることは、キャパシタおよびＶｄｄをドライバに結合する。スイッチＳ２を開くことにより、光源の両端に電圧が確立されてもよく、それにより、ドライバからの信号に従う光源の動作を可能にする。スイッチＳ２を開いた後にスイッチＳ１を強制的に閉じることは、キャパシタまたは電荷蓄積装置（図１の素子２４０）上に蓄積された電荷の放電を防止する。

次に、ステップ３２０で、ドライバは、光源によって光学信号に変換されるべき信号である変調入力信号をレーザドライバから受信する。したがって、ステップ３２４で、ドライバは、ドライバ用の確立された原理に従って光源用の駆動信号を生成し、ステップ３２８で、駆動信号は光源に提示され、光源は次に光学信号を生成する。駆動信号活性化は、駆動信号がスイッチＳ２と同じタイミングルールに従うように、スイッチＳ２の動作と同期される。すなわち、バーストオフからバーストオンへの遷移中、駆動信号はスイッチＳ１を閉じる前に活性化され、バーストオンからバーストオフへの遷移中、駆動信号はスイッチＳ１を開いた後にディスエーブルにされる。ステップ３２４および３２８の活動は、バーストオン期間の間継続する。

ステップ３３２で、送信期間を終了するためにバーストオフ信号がコントローラに提供されるように、バーストオン期間またはバーストモードの終了が検出されるかまたは信号で合図される。次に、コントローラは１つ以上のスイッチ制御信号を生成する。ステップ３３６で、バーストオン期間の終了前または終了時に、スイッチＳ１を開くために制御信号が送信される。スイッチＳ１を開くことにより、キャパシタ（図２の素子２４０）上に蓄積されたあらゆる電荷はキャパシタ上に蓄積されたままとなり、放散しない。キャパシタは送信開始前に充電する必要がないため、バーストオンモードは急速に再開され得る。

ステップ３４０で、バーストオンモードを終了してバーストオフモードに入るために、およびスイッチＳ１を開いた直後に、スイッチＳ２は閉じられ、それにより、光源送信をディスエーブルにする。スイッチＳ２を閉じて光源の両端の電圧を短絡することにより、送信は、光源を駆動する電圧が光源を通して接地へと放散するようにされた場合に起こり得る遅延なく、直ちに停止され得る。

次に、ステップ３４４で、システムは、バーストオン期間または他の送信命令を監視する。バーストオンモードおよびバーストオフモードの間、プロセスは、ドライバおよび光源の動作とともに繰り返す。バーストオンモードおよびバーストオフモードに関して規定されたが、任意のタイプのオン時間フレームおよびオフ時間フレームが使用されてもよい。

ここに開示されたイノベーションは、先行技術に対する多くの利益を有する。１つのそのような先行技術文献は、米国特許出願Ｕ．Ｓ．２０１２０２０１２６０である。この先行技術文献のシステムは、本願のスイッチ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を含まない。特に、スイッチＳ１はこの先行技術システムの一部ではなく、よって、先行技術システムは、スイッチシステムに関連付けられた新規の方法に沿った電荷蓄積装置に関連するスイッチによって提供される利益を欠く。上述のように、システムはキャパシタンスＣまたは他の電荷蓄積装置を充電／放電する必要がないため、スイッチＳ１は、十分にアクティブなバーストオンおよびバーストオフモードへの遷移期間をより短くする。米国特許出願Ｕ．Ｓ．２０１２０２０１２６０のシステムは、この技術的問題（バーストモード動作での高速回復）に取り組んでいない。

加えて、スイッチＳ２は、バーストオフの間、レーザが短絡されるため、レーザ（または他の光学信号生成器）を完全に分流することを可能にし、レーザがこの期間中に送信しないこと（ＴＤＭＡシステムにおける厳格な要件）を保証する。米国特許出願Ｕ．Ｓ．２０１２０２０１２６０のシステムと比較すると、ここに開示された解決策はより確実である。なぜなら、先行技術は、差動段を通して電流をレーザから遠ざけるスイッチを有しておらず、その結果、バーストオフ期間中に差動段が電流を漏らすためである。

加えて、米国特許出願Ｕ．Ｓ．２０１２０２０１２６０のシステムでは、先行技術の解決策におけるカソード側の終端抵抗（Ｒ２）はフェライトＬ２と並列であり、一方、ここに開示されるような終端抵抗はキャパシタンスおよびスイッチＳ１と直列である。ここに開示された解決策は、より大きいバイアス源のキャパシタンスをレーザからより良好に隔離する。

また、米国特許出願Ｕ．Ｓ．２０１２０２０１２６０に開示されたシステムはＶＣＣ電圧を制御せず、一方、本イノベーションは供給電圧Ｖｃｃを制御する。Ｖｃｃ制御は、出力トランジスタ（特にＱ２）を安全な領域で動作させ、絶縁破壊をもたらさない。先行技術に対する他の利益も本イノベーションによって提供される。

この発明のさまざまな実施形態が説明されてきたが、この発明の範囲内にある、より多くの実施形態および実現化例が可能である、ということは、当業者には明らかであろう。加えて、ここに説明されたさまざまな特徴、要素、および実施形態は、任意の組合せまたは構成で請求または組合されてもよい。

Claims (20)

1. ドライバを含む光学信号モジュールであって、前記モジュールは、
   ドライバを含み、前記ドライバは、第１の入力信号を受信するように構成された第１のトランジスタと、第２の入力信号を受信するように構成された第２のトランジスタとを含む差動対を含み、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号は差動入力信号であり、前記差動対は、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号に応答して第１の駆動信号および第２の駆動信号を供給するように構成され、前記モジュールはさらに、
   前記差動対に変調電流を提供する変調電流源と、
   前記差動対に接続された１つ以上の終端素子と、
   第１の制御信号に応答する、第１の端子および第２の端子を有する第１のスイッチとを含み、前記第１の端子は前記１つ以上の終端素子のうちの少なくとも１つに接続され、前記モジュールはさらに、
   前記第１のスイッチの前記第２の端子および供給電圧ノードに接続された電荷蓄積装置と、
   前記供給電圧ノードとバイアス電流ノードとの間に配置された光学信号生成器を含む光学信号モジュールとを含み、前記光学信号生成器は前記第１の駆動信号および第２の駆動信号を受信して、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号を表わす光学信号を生成し、前記モジュールはさらに、
   供給電圧ノードと前記バイアス電流ノードとの間に構成された第２のスイッチを含み、前記第２のスイッチは第２の制御信号に応答して、前記供給電圧ノードと前記バイアス電流ノードとの間に短絡を確立するように構成されている、光学信号モジュール。
2. 前記光学信号生成器と前記供給電圧ノードとの間に位置する第１のインダクタと、前記光学信号生成器と前記バイアス電流ノードとの間に位置する第２のインダクタとをさらに含む、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記光学信号生成器はレーザダイオードである、請求項１に記載のモジュール。
4. 前記第１の制御信号および第２の制御信号は、バーストオン信号またはバーストオフ信号に応答して、コントローラによって生成される、請求項１に記載のモジュール。
5. バーストオン信号に応答して、前記第２の制御信号は前記第２のスイッチを開き、その後、前記第１の制御信号は前記第１のスイッチを閉じる、請求項４に記載のモジュール。
6. バーストオフ信号に応答して、前記第１の制御信号は第１のスイッチを開き、それにより前記電荷蓄積装置上の電荷を維持し、その後、前記第２の制御信号は前記第２のスイッチを閉じる、請求項５に記載のモジュール。
7. 前記電荷蓄積装置はキャパシタである、請求項１に記載のモジュール。
8. 前記終端素子のうちの１つと前記差動対との間に位置するカスケードトランジスタをさらに含む、請求項１に記載のモジュール。
9. ドライバを含む光学信号生成器モジュールであって、前記モジュールは、
   駆動信号を生成するために少なくとも１つの入力信号を処理するように構成されたドライバと、
   供給電圧ノードと前記ドライバとの間に位置する第１のスイッチとを含み、前記第１のスイッチは第１の制御信号に応答し、前記モジュールはさらに、
   前記供給電圧ノードと前記第１のスイッチとの間に位置する電荷蓄積装置と、
   前記駆動信号を受信し、前記駆動信号に応答して光学信号を生成する光学信号生成器と、
   前記光学信号生成器に関連付けられた第２のスイッチとを含み、前記第２のスイッチは第２の制御信号に応答して、前記第２のスイッチを通して前記光学信号生成器の両端の電圧を選択的に短絡し、前記モジュールはさらに、
   前記ドライバを前記光学信号生成器とインピーダンス整合させるために選択された１つ以上の終端素子を含み、前記１つ以上の終端素子は、前記供給電圧ノードとドライバミラーとの間に位置する、光学信号生成器モジュール。
10. 前記少なくとも１つの入力信号は差動入力信号である、請求項９に記載の光学信号生成器モジュール。
11. 前記電荷蓄積装置はキャパシタを含む、請求項９に記載の光学信号生成器モジュール。
12. 前記光学信号生成器がアクティブである場合には前記第１のスイッチが閉じられるとともに前記第２のスイッチが開かれ、前記光学信号生成器が非アクティブである場合には前記第１のスイッチが開かれるとともに前記第２のスイッチが閉じられるように、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号を生成するように構成されたコントローラをさらに含む、請求項９に記載の光学信号生成器モジュール。
13. 前記光学信号生成器がアクティブ状態に遷移している場合には前記第１のスイッチが閉じられる前に前記第２のスイッチが開かれ、前記光学信号生成器が非アクティブ状態に遷移している場合には前記第２のスイッチが閉じられる前に前記第１のスイッチが開かれる、請求項１２に記載の光学信号生成器モジュール。
14. ドライバを用いて光学信号生成器を駆動するための方法であって、
    少なくとも１つの入力信号を増幅するように構成されたドライバと、
    抵抗と直列の第１のスイッチング素子とを提供するステップを含み、前記第１のスイッチング素子は供給電圧ノードと前記ドライバとの間に位置し、前記第１のスイッチング素子は活性化制御信号および非活性化制御信号に応答し、前記方法はさらに、
    前記供給電圧ノードと前記第１のスイッチング素子との間に位置する電荷蓄積装置と、
    駆動信号を受信し、前記駆動信号に応答して光学信号を生成する光学信号生成器と、
    前記光学信号生成器に関連付けられた第２のスイッチング素子とを提供するステップを含み、前記第２のスイッチング素子は前記活性化制御信号および前記非活性化制御信号に応答して、前記第２のスイッチング素子を通して前記光学信号生成器の両端の電圧を選択的に短絡し、前記方法はさらに、
    １つ以上の入力信号を受信するステップと、
    供給電圧ノードから供給電圧を受信するステップと、
    前記光学信号生成器のための送信期間を開始するために活性化信号を受信するステップと、
    前記活性化信号に応答して前記活性化制御信号を生成するステップと、
    前記第２のスイッチング素子を開くために、前記第２のスイッチング素子に前記活性化制御信号を提供するステップと、
    前記第１のスイッチング素子を閉じるために、前記第１のスイッチング素子に前記活性化制御信号を提供するステップと、
    前記入力信号を表わす駆動信号を生成するために、前記ドライバを用いて前記入力信号を増幅するステップと、
    前記光学信号生成器のための送信期間を終了するために非活性化信号を受信するステップと、
    前記非活性化信号に応答して前記非活性化制御信号を生成するステップと、
    前記第１のスイッチング素子を開くために、前記第１のスイッチング素子に前記非活性化制御信号を提供するステップと、
    前記第２のスイッチング素子を閉じるために、前記第２のスイッチング素子に前記非活性化制御信号を提供するステップとを含む、方法。
15. 送信期間を開始するための前記活性化信号は、バーストオン信号である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記活性化制御信号に応答して、前記第１のスイッチング素子が閉じられる前に前記第２のスイッチング素子が開かれる、請求項１４に記載の方法。
17. 前記非活性化制御信号に応答して、前記第２のスイッチング素子が閉じられる前に前記第１のスイッチング素子が開かれる、請求項１４に記載の方法。
18. 前記１つ以上の入力信号は、差動対として提示された２つの入力信号を含む、請求項１４に記載の方法。
19. １つ以上の終端素子を用いて前記ドライバを前記光学信号生成器にインピーダンス整合させるステップをさらに含み、前記１つ以上の終端素子は、前記第１のスイッチング素子および前記電荷蓄積装置と直列である、請求項１４に記載の方法。
20. 前記第２のスイッチング素子を閉じることは、前記光学信号生成器の両端の電圧を短絡し、それにより光学信号生成を終了させ、前記第１のスイッチング素子を開くことは、前記光学信号生成器が光学信号を生成していない期間の間、前記電荷蓄積装置上の電荷を維持する、請求項１４に記載の方法。

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