JPH03114323A - 光データリンク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野） 本発明は、光通信に用いる光データリンク装置に関する
ものである。

（従来の技術〕 光データリンク装置は、光送信モジュールと光受信モジ
ュールからなり、光送信モジュールは、電気信号を光信
号に変換し、これを光ファイバ、または、その他の光通
信媒体に人力するものである。光受信モジュールは、光
ファイバ、または、その他の光通信媒体中を伝送されて
きた光信号を受信し、これを増幅・整形して電気信号に
するものである。ここで、光送信モジュールに入力され
る信号と受信モジュールから出力される信号は、ハイレ
ベルとローレベルの二値のデジタル信号である。

従来から、デジタル電気信号を伝送するためにフラット
ケーブル、同軸ケーブルやシールド付き多芯ケーブルが
使用されていた。

ところが、電気信号をこれらのケーブルで伝送する場合
には、電磁ノイズの影響を受けたり、外部に電磁ノイズ
を与えたりする可能性があった。

このような不都合を回避するために、デジタル電気信号
を光信号に変換し、光ファイバを用いることが行なわれ
ている。

特に、取り扱い易さの点でプラスチック光ファイバが優
れているので、６０ｍ以上の伝送ができることが望まれ
ていたが、従来技術では、４０ｍ程度しか安定した信号
伝送ができなかフた。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の光通信では、電気信号を光信号に変換する形式と
しては、電気信号の強弱をそのまま光の強弱に変換する
方式を用いていたが１、直流信号をも伝送しようとした
場合、受光素子で光を受信し電気に変換し、増幅する直
流増幅器が必要となるが、直流増幅器では、入力電圧が
Ｏでも、微小出力電圧が現われることがある。また、こ
の電圧は、回路状態、温度変化、電源電圧の変化などに
より緩慢な変動をする。それに加え、光ファイバに加わ
る外乱により、光量損失変動が生じ直流増幅器の信号出
力に加わる。

これらの変動を含んだ信号が、比較器において、固定基
準電圧と比較され、ローレベルまたはハイレベルの二値
で出力されるが、比較器に入力される信号の変動のため
に、信号のパルス幅が歪んでしまい問題であった。

これを改善するために、比較器の固定基準電圧を可変基
準電圧にし、その可変基準電圧を、比較器に入力される
信号の平均値とすることでパルス幅歪みを緩和しようと
することが考えられた。

しかしながら、比較器に人力される信号の平均値を求め
るには、一定時間、比較器に入力される信号の平均値を
求めなければならないので、一定時間より短い急激な信
号変動に対しては信号のパルス幅が歪んでしまい問題で
あった。

特に、光通信媒体が、プラスチック光ファイバのような
場合、６０ｍ以上伝送するには、光信号の減衰が多くな
る。そのために、従来は、送信モジュールの発光強度を
あげて使用していたが、発光素子に最大定格電流以上の
電流を流すと、発光素子の寿命が短くなり、信頼性に問
題が生じていた。

このため、少ない電流で、しかも、発光強度の強い発光
素子の開発が試みられているが、プラスチック光ファイ
バで６０ｍ以上の伝送にはまだ十分ではない。

そこで、このような光信号伝送を行なう場合には、受信
モジュールの受光感度を上げなければならない。

そのために、受光感度の高い光受光素子の開発が行なわ
れ、それに加え増幅器の増幅率を高めることで解決しよ
うと試みているが、直流増幅器を用いている場合、入力
端子が０でも、微小出力電圧が現われることがあり、こ
の電圧は、回路状態、温度変化、電源電圧の変化などに
より緩慢な変動をするので、増幅率を上げれば、この変
動も大きくなり、上記と同様の理由で、信号のパルス幅
が歪んでしまい問題であった。

よフて本発明の目的は上述の点に鑑み、長距離伝送（例
えば、プラスチック光ファイバでＳｏｎ以上の伝送）が
可能で、かつ、パルス幅歪みが少なく直流信号から安定
した信号伝送を可能とした光データリンク装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、光伝送路を介して光送信モジュールから光受
信モジュールへ光信号を伝送する光データリンク装置に
おいて、前記光送信モジュールとして、伝送すべきデジ
タル信号の立上りエツジおよび立下がりエツジを検出す
るエツジ検出手段と、前記エツジ検出手段により所定方
向のエツジが検出されたときには強い光信号に変換し、
該所定方向のエツジ以外のエツジが検出されたときには
弱い光信号に変換し、いずれのエツジも検出されないと
きには中間レベルの光信号に変換する光送信手段とを備
え、前記光受信モジュールとして、前記光送信手段から
出力された光信号を光伝送路を介して受信する受光手段
と、前記受光手段から出力されたパルスの極性を判別す
る判別手段と、前記判別手段により正極性パルスが検出
された場合にはその後負極性パルスが検出されるまでハ
イレベルまたはローレベルの出力を持続し、前記判別手
段により負極性パルスが検出された場合にはその後正極
性パルスが検出されるまでローレベルまたはハイレベル
の出力を持続する出力保持手段とを備えたことを特徴と
するものである。

〔作　用〕

本発明に係わる光データリンク装置では、発光素子にバ
イアス電流を流しておき、人力信号のアップエツジまた
はダウンエツジでパルス電流を流したり、バイアス電流
を切る又は少なくすることにより、信号を送信すること
で、発光素子を最大定格順方向電流以上、最大定格尖頭
電流未満の電流を流しても発光素子に流すバイアス電流
が、例えば発光素子の最大定格の１７２未満の場合、バ
イアス電流より多く電流を一定時間流す時間が送信パル
ス幅の１７５以下であり、発光素子に流すバイアス電流
が、例えば発光素子の最大定格のｌ／２以上、最大定格
電流未満の場合、送信信号パルス幅の１７１Ｏ以下好ま
しくは、１７２０以下であれば、発光素子の寿命があま
り縮まらなく、しかも、高光強度が得られるので、従来
の発光素子を使用しても長比ｍ＜例えば、プラスチック
光ファイバで６０ｍ以上）の伝送が可能となる。

また、光送信モジュールで入力信号を短い時間のパルス
信号で送信しているので、直流信号を伝送するのにも、
光受信モジュールの増幅器は、交流増幅器を使用するこ
とができ、しかも、光受信モジュール内で微分信号を形
成していないので雑音に対しても強く、パルス幅歪の少
ない信号伝送が可能となる。

〔実施例〕

本発明の一実施例においては、上述した発明の目的を達
成するために、以下に詳述するように、光受信モジュー
ルに直流増幅器を初段しか使わすに、しかも、直流信号
までを伝送できるようにしている。

まず、光送信モジュールでは、従来通りに人力電気信号
の強弱をそのまま光信号の強弱に変換し、光受信モジュ
ールでは受光素子で検出した信号をそのまま、初段の増
幅率の低い直流増幅器で増幅した後、すぐに、微分し、
交流増幅器で増幅し、正パルスと負パルスを検出できる
、二値のしきい値を持った比較器で検出し、正パルスを
検出した場合、その後、負パルスを受けるまで、ハイレ
ベルまたは、ローレベルの出力を持続し、負パルスを受
けた後、正パルスを受けるまで、ローレベルまたは、ハ
イレベルの出力を持続する光受信モジュールを用い、直
流信号をも増幅できる光データリンクを構成することも
考えられるが、実際には発光素子と受光素子の応答速度
が遅いために、受信モジュールの初段の直流増幅器の後
の信号は、鈍ってしまい、微分を行なっても、高い振幅
の微分信号が得られなく、雑音までも微分してしまい雑
音に弱く、感度が低く、十分な信号伝送が実現できなく
なる。

そこで、本発明の一実施例では、受信モジュール内で微
分信号を形成することでは、初段の増幅器以後、交流増
幅器を使用し、直流増幅器の微小出力電圧変動を押さえ
ても、雑音までも微分してしまい、感度が低く、雑音に
も弱い光データリンク装置となってしまうということに
注目した。

すなわち、本発明の一実施例では、デジタル信号を伝送
する光データリンクにおいて、送信するデジタル電気信
号のアップエツジとダウンエツジを検出し、アップエツ
ジを検出した場合、一定のバイアス電流を流した発光素
子に、パルス状の電流を一定時間バイアス電流より多く
流し、ダウンエツジを検出した場合、一定時間、バイア
ス電流を切る又は、少なくすることにより、送信電気信
号のアップエツジでは、強い光信号に、ダウンエツジで
は、弱い光信号に、それら以外のときは、強い光と弱い
光の中間のバイアス光信号に変換することにより、伝送
しようとしている信号が鈍らないうちに電子回路で微分
波形を作り発光素子にその微分光波形が得られるように
電流を流し、送信する光送信モジュールと、上記光送信
モジュールの信号を受光素子で検出し、交流増幅器を通
した後、正パルスと負パルスを検出できる、二値のしき
い値を持った比較器で検出し、正パルスを検出した場合
、その後、負パルスを受けるまで、ハイレベルまたは、
ローレベルの出力を持続し、負パルスを受けた後、正パ
ルスを受けるまで、ローレベルまたは、ハイレベルの出
力を持続する光受信モジュールにより構成ルた光データ
リンク、または、送信するデジタル電気信号のアップエ
ツジとダウンエツジを検出し、ダウンエツジを検出した
場合、一定のバイアス電流を流した発光素子に、パルス
状の電流を一定時間バイアス電流より多く流し、アップ
エツジを検出した場合、一定時間、バイアス電流を切る
又は、少なくすることにより、送信電気信号のダウンエ
ツジでは、強い光信号に、アップエツジでは、弱い光信
号に、それら以外のときは、強い光と弱い光の中間のバ
イアス光信号に変換し、送信する光送信モジュールと、
上記光送信モジュールの信号を受光素子で検出し、交流
増幅器を通した後、正パルスと負パルスを検出できる、
二値のしきい値を持った比較器で検出し、正パルスを検
出した場合、その後、負パルスを受けるまで、ハイレベ
ルまたは、ローレベルの出力を持続し、負パルスを受け
た後、正パルスを受けるまで、ローレベルまたは、ハイ
レベルの出力を持続する光受信モジュールにより光デー
タリンク装置を構成している。

本実施例による光データリンク装置は、人力電気信号の
アップエツジまたは、ダウンエツジの時の一定期間だけ
大きなパルス電流を一定バイアス電流に加えたものを発
光素子に流すので、光送信モジュールに入力される信号
がハイレベルまたは、ローレベルの期間中、大きな電流
を発光素子に流し続ける必要がない。

そのため、発光素子の光出力は、発光素子に流れる電流
が増加するに従い、その電流による発熱のために発光強
度が低下するが、発光素子を最大定格順方向電流以上、
最大定格尖頭電流未満の電流を流しても光発光素子に流
すバイアス電流が、発光素子の最大定格の１７２未満の
場合、バイアス電流より多く電流を一定時間流す時間が
送信パルス幅の１１５以下であり、発光素子に流すバイ
アス電流が、発光素子の最大定格の１７２以上、最大定
格電流未満の場合、送信信号パルス幅の１７ｔｏ以下好
ましくは、ｌ／２０以下であれば、発光素子に流される
最大電流により発熱した熱を次のパルス信号が来るまで
に冷却でき、強いパルス発光が得られるだけでなく、発
光素子の寿命も、あまり縮めることなく伝送でき、しか
も、発光強度は最大定格順方向電流を流したときの発光
強度よりも強い光が得られる。

特に、プラスチック光ファイバでは、ファイバ中での光
損失が大きいために本発明を用いることにより、従来の
発光素子を使用してもプラスチック光ファイバで６０ｍ
以上の伝送が可能で、かつ、直流信号から安定した信号
伝送が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明を適用した光データリンク装置の一実
施例を示すブロック図である。

第２図は、本発明を適用した光データリンク装置の光送
信モジュールの回路構成図である。

第３図は、本発明を適用した光データリンク装置の光送
信モジュールの各部分の信号波形を示したものである。

光送信モジュールは、人力された信号をＴＴＬ　！ｌｉ
。

安定マルチバイブレータが二組入っているＩＣ（例えば
、５Ｎ７４１２３Ｎ）の一方の単安定マルチバイブレー
タのトリガ入力ビンＢをハイレベルに固定して、トリガ
人力ピンＡに人力された信号のダウンエツジで正パルス
出力をＱピンからとりだし、ＮＡＮＤゲートｒｃ（例え
ば、５Ｎ７４ＱＯＮ　）の４個のＮＡＮＩＩゲートに並
列にハイレベルの固定信号と、この正パルスの論理積否
定の論理演算を行い、出力を結合することで論理レベル
がローレベルの時に６４ｍＡの電流を吸いこむ負パルス
にし、もう一方の単安定マルチバイブレータのトリガ入
力ビンＡをローレベルに固定して、トリガ人力とンＢに
入力された信号のアップエツジで負パルス出力をＱピン
から取り出し、ＮへＮＤゲートＩＣ（例えば５Ｎ７４０
ＯＮ）の４個のＮＡＮＤゲートに並列に入力し、ハイレ
ベルの固定信号と論理積否定の論理演算を行い、出力を
結合することで論理レベルがローレベルの時に６４ｍＡ
の電流を吸いこむ正パルスにし、それぞれの出力信号を
電流制限抵抗（Ｒ１，Ｒ２）を介して合成し、電源電圧
Ｖｅａｌにアノードを接続し、カソードを抵抗Ｒ３を介
して接地された発光素子のカソードに加えることにより
、発光素子に５０ｍＡのバイアス電流を流し、人力され
た信号のアップエツジで電流を切り、ダウンエツジでｌ
ＯＱｍＡを流すことによりアップエツジでは弱い光信号
に、ダウンエツジでは強い光信号に、それ以外のときは
、強い光信号と弱い光信号の中間のバイアス光信号に変
換して送信する。

このとき単安定マルチバイブレータの入力ピンＡは、ト
リガパルスが１から０に立ち下がるときに発振し、人力
ビンＢは、トリガパルスが０から１に立ち上がる瞬間に
発振を開始するものであり、出力パルスは、Ｑビンから
正パルスが、Ｑピンから負パルスが出力されるようにな
っている。

また、発振の期間の設定は、Ｃｅｘｔ／Ｒｅｘｔピンと
Ｇｅｘｔビンの間に接続されたコンデンサＣｅｌ、Ｃｅ
２と、Ｃｅｘｔ／Ｒｅｘｔビンと電源Ｖｃｃｌの間に接
続された抵抗Ｒｅｌ　、Ｒｅ２により設定される。

本実施例においては、発振期間は５０ｎｓｅｃに設定し
た。

ここで、使用した発光素子は、スタンレー社製のＬＥＤ
　（Ｈ−２０００）を使用した。

第４図は、本発明を適用した光データリンク装置の光送
信モジュールの回路構成図である。

第５図は、本発明を適用した光データリンク装置の光受
信モジュールの各部分の信号波形を示したものである。

光受信モジュールは、カソードを電源Ｖｃｃ２に接続し
、アノードを増幅器の入力に接続した、受光素子でファ
イバ中を伝送してきた光信号を検出し、コンデンサＣＩ
、Ｃ２で交流結合された増幅器＾ＭＰ１．ＡＭＰ２．Ａ
ＭＰ３を通して増幅し、ダーリントン接続されたトラン
ジスタＴｒｉのヘースに人力し、Ｔｒ２を通し、トラン
ジスタＴｒ２のエミッタに接続されたレベルシフト用の
ダイオードＤＩ、Ｄ２．Ｄ３を介し、接地された抵抗Ｒ
４に現われた電圧を、入力電圧が０から１に増加すると
きのスレッショルド電圧ＶＩＨと１からＯに減少してい
くときのスレッショルド電圧ＶＩＬの異なるシュミット
・トリガ・インバータＩＣ（例えば、５Ｎ７４１４Ｎ　
）のインバータに入力し、光受信モジュールの出力を得
る。

この時、抵抗Ｒ４の端子出力Ｅは、スレッショルド電圧
ＶｉＬとＶＩＨの中間のバイアス電圧の上に、増幅され
てきた交流信号が重畳するように調整されている。

また、スレッショルド電圧ＶＩＬとＶＩＨの幅があるた
めに、雑音電圧が信号に加わったとしても、それがこの
スレッショルド電圧ＶＩＬとＶＩＨの幅以内である限り
、出力電圧は雑音の影響を全く受けないことになり、雑
音に゛も強い光受信モジュールが構成できる。

このデータリンク装置を使用し、長さ１３０ｎのファイ
バ直径１ｍｍのプラスチック光ファイバで２Ｍｂｐｓの
ＮＲＺ信号を、符号誤り率１０−１０以上で伝送するこ
とができた。また、直流信号をも伝送することができた
。

また、デユーティ−比１／１６で１Ｍｂｐｓのパルスを
入力したときのパルス幅歪みは、２Ｏｎｓｅｃ以内で高
品質の光伝送が可能となった。

以上述べた実施例と従来例との比較を行うために、電気
信号の強弱をそのまま光信号の強弱に変換し伝送してい
る光送信モジュールと、受光素子で光電変換された信号
光電流を増幅する増幅回路と八ＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉ
ｃ　Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　　：自動し
きい値制御）付識別再生回路とからなる光受信モジュー
ルとから構成される従来の光データリンク装置を用い、
長さ１３０ｍのファイバ直径１ｍｍのプラスチック光フ
ァイバで２ＭｂｐｓのＮＲＺ信号を伝送しようと試みた
が伝送できなかフた。

また、従来の上記光データリンク装置を用い、ファイバ
長５０Ｉ１１においてデユーティ−比１／１６で１Ｍｂ
ｐｓのパルスを伝送したときのパルス幅歪は、８０ｎｓ
ｅｃもあり、高品質な光伝送ができなかった。

（発明の効果） 以上述べたとおり本発明を実施することにより、従来困
難とされていた長路！！（例えば、プラスチック光ファ
イバで１００ｍ以上）の伝送が可能となり、しかも、パ
ルス幅歪みの少ない高品質な光伝送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光データリンクを示す
ブロック図、 第２図は本実施例における光データリンクの光送信モジ
ュールの詳細な回路図、 第３図は本実施例における光データリンクの光送信モジ
ュールの各部分における信号波形を示した詳細な図、 第４図は本実施例における光データリンクの光受信モジ
ュールの詳細な回路図、 第５図は本実施例における光データリンクの光受信モジ
ュールの各部分における信号波形を示した詳細な図であ
る。 ２．４・・・単安定マルチバイブレータ、６．８　・・
・ＮＡＮＤゲート、 １０．１２・・・電流制限抵抗、 １４・・・発光素子、 １６・・・光ファイバ、 １８・・・受光素子、 ２０・・・交流増幅器、 ２２・・・レベルシフト回路、 ２４・・・シュミット・トリガ・インバータ回路、Ｖｃ
ｃｌ・・・光送信モジュール用電源、Ｖｃｃ２・・・光
受信モジュール用電源、Ｒｅｌ・・・単安定マルチバイ
ブレータパルス幅設定用抵抗、 Ｃｅｌ・・・単安定マルチバイブレータパルス幅設定用
コンデンサ、 Ｒｅ２・・・単安定マルチバイブレータパルス幅設定用
抵抗、 Ｃｅ２・・・単安定マルチバイブレータパルス幅設定用
コンデンサ、 ＩＣＩ・・・単安定マルチバイブレータＩＣ（テキサス
インスツルメンツ社Ｗ　：５Ｎ７４１２３Ｎ）１Ｃ２・
・・ＮＡＮＤゲートＩＣ （テキサスインスツルメンツ　社ＩＪ　：５Ｎ７４０Ｏ
Ｎ）ＩＣ３・・・ＮＡＮＤゲートＩＣ （テキサスインスツルメンツ　社製：５Ｎ７４０ＯＮ）
ＩＣ４・・・シュミット・トリガ・インバータＩＣ（テ
キサスインスツルメンツ　？Ｊ［：５Ｎ７４１４Ｎ）八
ＭＰＩ・・・増幅器、 ＡＭＰ２・・・増幅器、 ＡＭＰ３・・・増幅器、 Ｔｒｉ・・・トランジスタ、 Ｔｒ２・・・トランジスタ、 ０１・・・レベルシフト用ダイオード、Ｄ２・・・レベ
ルシフト用ダイオード、０３・・・レベルシフト用ダイ
オード、Ｒ１・・・電流制限抵抗、 Ｒ２・・・電流制限抵抗、 Ｒ３・・・抵抗、 Ｒ４・・・抵抗、 ＬＥＤ・・・発光素子（スタンレー社製Ｈ−２０００）
、ＰＤ・・・受光素子、 Ｒｅｘｔ／Ｃｅｘｔ・・・単安定マルチバイブレータ用
パルス幅調整用端子、 Ｃｅｘｔ・・・単安定マルチバイブレータ用パルス幅調
整用端子。 図 第 ３ 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光伝送路を介して光送信モジュールから光受信モジ
   ュールへ光信号を伝送する光データリンク装置において
   、 前記光送信モジュールとして、 伝送すべきデジタル信号の立上りエッジおよび立下がり
   エッジを検出するエッジ検出手段と、前記エッジ検出手
   段により所定方向のエッジが検出されたときには強い光
   信号に変換し、該所定方向のエッジ以外のエッジが検出
   されたときには弱い光信号に変換し、いずれのエッジも
   検出されないときには中間レベルの光信号に変換する光
   送信手段と を備え、 前記光受信モジュールとして、 前記光送信手段から出力された光信号を光伝送路を介し
   て受信する受光手段と、 前記受光手段から出力されたパルスの極性を判別する判
   別手段と、 前記判別手段により正極性パルスが検出された場合には
   その後負極性パルスが検出されるまでハイレベルまたは
   ローレベルの出力を持続し、前記判別手段により負極性
   パルスが検出された場合にはその後正極性パルスが検出
   されるまでローレベルまたはハイレベルの出力を持続す
   る出力保持手段と を備えたことを特徴とする光データリンク装置。 ２）前記光送信手段において、発光素子に流すバイアス
   電流が、発光素子の最大定格の１／２未満の場合、バイ
   アス電流より多く電流を一定時間流す時間が送信パルス
   幅の１／５以下であり、発光素子に流すバイアス電流が
   、発光素子の最大定格の１／２以上、最大定格電流未満
   の場合、送信信号パルス幅の１／１０以下であることを
   特徴とする請求項１に記載の光データリンク装置。 ３）前記光伝送路として、６０ｍ以上のプラスチック光
   ファイバを用いたことを特徴とする請求項１または２に
   記載の光データリンク装置。