JPH0498912A

JPH0498912A - 光分配結線装置

Info

Publication number: JPH0498912A
Application number: JP2215725A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Sakano; 寿和坂野; Kazuhiro Noguchi; 一博野口; Takao Matsumoto; 松本　隆男
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-08-17
Filing date: 1990-08-17
Publication date: 1992-03-31

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〕本発明は集積回路実装基板間あるいは集積回路素子間を
結合するための新しい光結線技術に関し、特にクロック
信号や入力データを複数の集積回路基板あるいは集積回
路素子に分配するための光分配結線装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、集積回路実装基板間や集積回路素子間の信号の授
受は電気的配線により行われている。ところで、集積回
路の高密度化、高速化が進むにつれ、従来の電気配線で
は配線の複雑化、信号相互の干渉、信号授受における遅
延等の問題が生じており、電気的配線におけるこれらの
問題点を解決する手段として光結線が提案されている。

これは光が持つ高速性、非干渉性、高密度性といった結
線媒体として優れた性質を最大限に利用しようとするも
のである。

一方並列処理技術の進展に伴い、集積回路素子の１出力
を複数の集積回路素子へ入力信号として接続する分配結
線がしばしば要求される。単一のクロックを複数の集積
回路に分配する場合や、入力データを複数の集積回路に
分配するといった場合である。これらの分配結線におい
ては、信号の高速化１分配数の増加に伴い、伝搬遅延差
（クロックスキュー）や多重反射が問題になっている。

この分岐結線に光結線を適用する提案がなされている。

この光分配結線としては、ホログラムを用いたもの、レ
ンズアレイによるもの、光ファイバを用いたもの等が提
案されている。第６図にはレンズアレイを用いた光分配
器の一例を示す。同図において、４１は凸レンズ４１．
〜４１．ｌを平面上に配列したレンズアレイ、４２は発
光素子、４３、〜４３ゎは集積回路実装基板４５上に形
成された複数の受光素子、４４Ｉ〜４４ｎは同じく集積
回路実装基板４５上に形成された複数の集積回路である
。ここで、発光素子４２は入力信号４６で変調された光
５１を空間に放射する。そしてこの空間的に広がりなが
ら伝搬する光５１はレンズアレイ４１を通過することに
より分岐され、集積回路実装基板４５上の所定の位置に
配置された受光素子４３．〜４３７に集光される。さら
に、これら受光素子４３＋〜４３７は光信号を電気信号
に変換したのち、近傍の各集積回路４４１〜４４１に信
号を供給するものとなっている。なお、符号５２は分配
された光を、符号５３は各レンズ４Ｌ〜４１９間の隙間
ａを通過し受光素子素子４３Ｉ〜４３７に集光されない
光を示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

第６図に示すレンズアレイを用いた光空間分配器では、
入力信号がすべての集積回路４４１〜４４７に一様に分
配されている。しかし、発光素子４２の光放射特性、レ
ンズの収差等の影響で各受光点における受光パワーは一
様ではない。ホログラムや光ファイバを用いた光分配器
においても同様に受光点間で受光パワーのばらつきが生
しる。

各受光点においてデジタル信号を復調する場合、受光パ
ワーの最大値と最小値の丁度中間にしきい値を設定し、
受光信号としきい値の大小関係を比較することによりデ
ジタル信号を識別する。従って、各受光点で受光パワー
がばらついていると、信号を識別するためのしきい値を
各受光点ごとに最適に設定したり、受光パワーを一定に
保つための複雑な回路が必要となる。分配数が増加した
場合、分配先の個々の受光点でこうようなしきい値や受
光パワーを調整するための回路を必要とすることは、受
光回路の複雑化１回路の占有面積の増大を引き起こすと
いう問題がある。

本発明は以上の点に鑑み、かかる従来の問題点を解決す
るためになされたもので、受光回路における最適しきい
値を受光パワーに依存せず一定値とすることにより、受
光回路の構成を簡略化することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために本発明は、外部からの入力信
号により変調された光信号を発生させる発光点と、光信
号を受光、復調し該信号を出力する複数の受光点と、上
記発光点から放射される光信号を上記複数の受光点の全
てに分配する光伝送手段により構成される光分配結線装
置において、上記発光点が２個の発光素子と上記外部か
らの入力信号を上記２個の発光素子の出力光強度の差に
変換する回路によって構成され、上記複数の受光点のそ
れぞれが２個の受光素子と上記２個の受光素子に生じる
受光電流の差を検出、復調する回路によって構成され、
上記光伝送手段が上記２つの発光素子のうち一方の発光
素子の出力光を上記複数の受光点のそれぞれに配置され
た２つの受光素子のうち一方の受光素子にのみ結合する
第１の光伝送手段と、他方の上記発光素子の出力光を他
方の上記受光素子にのみ結合する第２の光伝送手段から
成るものである。

〔作用〕

本発明によれば、単一のデジタル信号を複数の集積回路
等へ分配する光分配結線において、発光素子数を２個、
各受光点における受光素子数を２個とし、送信側におい
ては２値のデジタル信号を２個の発光素子のうちどちら
の発光素子が発光しているかによって表現し、受信側に
おいては２つの受光素子の受光パワーの差分を増幅する
ことにより、信号識別時の最適しきい値を受光パワーに
依存せず常に一定値にすることが可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

実施例１第１図は本発明の第１の実施例を示す回路構成図であり
、この実施例は分配数４の光分配結線を示している。第
１図において１は信号入力端子、２は発光素子駆動回路
であり、入力デジタル信号９、をそのまま駆動電流に変
換した信号９□と、入力デジタル信号、を反転した信号
を駆動電流に変換した信号９３とを出力する。３１．３
ｔは発光素子、４１〜４゜は光ファイバ、５１〜５．は
受光素子、６．〜６４は差動増幅器、７．〜７４は識別
回路、８．〜８４は信号出力端子をそれぞれ表している
。また９１〜９．は各部における信号波形を表す。

ここで、信号入力端子１から入力されたデジタル信号９
．は発光素子駆動回路２により電流に変換され、発光素
子３１，３□に導かれる。この時発光素子３．，３ｇの
駆動電流はそれぞれ信号９□９、に示すような互いに反
転したものとなっている。すなわち２値のデジタル信号
をｒＨＪ、ｒＬ」で表したとき、入力信号がｒＨＪのと
きは発光素子３１のみが、「Ｌ」のときは発光素子３□
のみが発光する。そして発光素子３１．３ｇから出力さ
れる信号光はそれぞれ４分岐され、光ファイバ４１〜４
１により受光素子５．〜５．に導かれる。受光素子５．
と５−．５ｓと５４，５ｓと５６．５７と５．はそれぞ
れ一つの受光チャンネルを形成している。この受光素子
チャンネルのうち例えば受光素子５Ｉ、５ｇの受光電流
は差動増幅器６Ｉに入力される。差動増幅器６Ｉは２人
力ｌ出力の増幅器であり、２つの入力の差を増幅して出
力する。従って、信号入力端子１から入力されたデジタ
ル信号９．が「Ｈ」のときは受光素子５１のみに受光電
流が流れ、差動増幅器６．の出力は正の振幅をもつ電圧
として出力される。一方、信号入力端子１から入力され
たデジタル信号９゜がｒＬＪのときは受光素子５□のみ
に受光電流が流れ、差動増幅器６．の出力は負の振幅を
もつ電圧として出力される。

以上から入力デジタル信号９１は差動増幅器６゜の出力
端で信号９．に示すような両極信号として出力される。

識別回路７．はしきい値と入力電圧の大小を比較して、
入力信号電圧がしきい値よりも大きければデジタル値「
Ｈ」を、小さければデジタル値ｒＬＪを出力する回路で
ある。このとき識別誤りを最小にするために通常しきい
値は入力電圧の最大値と最小値の中間に設定される。

入力デジタル信号９１が「Ｈ」の時の受光素子５Ｉの受
光電流と入力デジタル信号９１がｒＬＪの時の受光素子
５□の受光電流が等しければ、差動増幅器６１の出力信
号は正負の振幅が等しくなリ、デジタル信号ｒＨＪとｒ
ＬＪの中間の電圧値はＯとなる。この関係は受光素子５
１と５□の受光パワーの相対的な大きさによってのみ決
まるものであり、受光素子５．．５２の受光パワーの絶
対量に依らず一定である。従って受光素子５Ｉ。

５□への受光パワーを揃えてさえおけば、識別回路７．
におけるしきい値は常に０としておけばよいことになる
。

以上から、受光チャンネル間で受光パワーがばらついて
も各受光チャンネルの識別回路７．〜７４におけるしき
い値は常に０としておけばよく、また識別回路直前の電
圧の振幅を一定に保つための自動利得調整回路が不要に
なるため受光回路を簡略化することが可能となる。この
ように受光回路が簡略化できることは、分配数が増加し
、大量の受光回路を必要とするような場合に特に有効と
なる。

実施例２第２図は本発明の第２の実施例を示す基本構成図であり
、この実施例は受光チャンネルにおいて２つの受光素子
を直列接続しその中間点から受光電流を取り出す構成と
することにより２つの受光素子の受光電流の差を出力す
る回路構成を示している。第２図において１０□、１０
□は受光素子への入力光信号を、１１１．ＬＬは受光素
子を、１２は抵抗器を、１３は増幅器を、１４は出力端
子を、そして１５．〜１５．．は信号波形をそれぞれ表
している。この実施例では２つの受光素子１１、．１１
□が直列接続されており、その両側に正電圧（＋Ｖ）、
負電圧（−■）がそれぞれ印加されている。また２つの
受光素子１１．．１１□の中間が抵抗器１２を介して接
地されており、抵抗器１２に生じる電圧が増幅器１３に
より増幅され出力端子１４に現れるようになっている。

受光回路をこのように構成にすると、受光素子１１゜と
１１□の受光電流の差動成分を出力することが可能とな
る。

すなわち受光素子１１．のみに光が入射した場合、受光
電流が正電圧を印加している端子から抵抗δ１２を通っ
て接地端に流れ込む。この時抵抗器Ｉ２の両端には正電
圧が生じる。一方、受光素子１１□にのみ光信号が入射
した場合、受光電流が接地端から抵抗器１２を通って負
電圧を印加している端子へ流れ込む。この時抵抗器１２
の両端には負電圧が生じる。また受光素子１１．．１１
２に同一パワーの光が入射した場合、受光素子１１゜に
よる受光電流と受光素子１１ｚによる受光電流が相殺し
て抵抗器１２の両端には電圧は生じない。

すなわち第２図のように受光回路を構成することにより
、光信号１０．．１０□の差に比例した出力を取り出す
ことができる。これは本発明の上記実施例１の各受光チ
ャンネルにおける受光素子と差動増幅器の機能を実現し
ていることになる。

このように本実施例によれば、２つの受光素子１１、．
１１□を直列接続し、その中間から受光電流を取り出す
という単純な構成により２つの受光素子の受光電流の差
動成分を検出することができ、受光回路を小型、簡略化
することが可能となる。

実施例３第３図は本発明の第３の実施例を示すものであり、本実
施例は２人力４出力デコーダの機能を有する光分配結線
の例である。第３図において、１６＋、１６□はアドレ
ス入力端子、ＩＬ、１７□は発光素子駆動回路、１８．
〜１８．は発光素子をそれぞれ表している。１９は光フ
ァイバ、２０゜から２０．．２０Ａ〜２０．は受光素子
、２１１〜２１．は差動増幅器、２２．〜２２８は識別
回路、２３．〜２３８は排他的論理和の否定を出力する
論理回路、２４１〜２４４は論理積を出力する論理回路
、２５．〜２５４は出力端子をそれぞれ表している。

ここで、入力端子１６．．１６□にはアドレス指定信号
としてそれぞれ２値のデジタル信号（ここではｒＨＪ、
ｒＬＪで２値を表している）が入力される。発光素子駆
動回路１７．．１７□は入力信号がｒＨＪであれば発光
素子１８１，１８３を、入力信号がｒＬＪであれば発光
素子１８□。

１８４をそれぞれ発光させる。この実施例では入力端子
１６．からｒＨＪが、入力端子１６□からｒＬＪがそれ
ぞれ入力されており、発光素子１８．。

１８４が発光していることになる。発光素子１８゜〜１
８４の出力信号光はそれぞれ４分岐され、光ファイバ１
９によって１６個の受光素子に導かれる。これら受光素
子は４個を一組（２０１〜２０．。

２０、〜２０ｍ、２０ｑ〜２０ｃ、２０ｅ〜２０Ｇ）と
して４つの受光チャンネルを形成しており、それぞれの
受光チャンネルの識別回路出力端からは信号入力端子１
６．．１６□に入力された２値デジタル信号が再生され
て出力される。すなわち識別回路２２．．２２．．２２
ｓ、２２ｙの出力端からは信号入力端子＋６．０入力値
ｒＨＪが、識別回路２２ｇ、２２４，２２６，２２１の
出力端からは信号入力端子１６８の入力値ｒＬＪがそれ
ぞれ出力される。

各受光チャンネルにおいて識別回路２２□〜２２１の出
力端に現れたアドレス指定信号は論理回路２３．〜２３
ｍ、２４＋〜２４４によって、あらかじめ各受光チャン
ネルに与えられたアドレス番号と照合され、もし指定さ
れたアドレス番号と識別回路出力端に現れたアドレス指
定番号とが一致すればデジタル値ｒＨＪを、違っていれ
ばデジタル値「Ｌ」を出力端子２５．〜２５４に出力す
る。第３図ではアドレス番号とアドレス指定番号が一致
しているチャンネルの出力端子２５□のみからデジタル
値ｒＨＪが出力され、その他のチャンネル出力端子から
は「Ｌ」が出力されている。

このように第３図の実施例構成は２人力４出力のデコー
ダとして機能する。

この時発光回路側にデータ信号送信用の発光素子及び回
路を追加し、各受光チャンネルにデータ信号受信用の受
光回路をそれぞれ追加し、更に各受光チャンネルにおい
て出力端子２５１〜２５４と受信データ信号との論理積
を出力する論理回路を付加すれば１対多のバス結線を実
現することができる。すなわち複数の受光チャンネルの
自送信側でアドレス指定した受信チャンネルのみにデー
タ信号を出力することが可能となる。このような結線は
マルチプロセンサにおけるプロセンサ間結線、プロセッ
サ・メモリ間結線、データ信号人出端子・プロセッサ間
結線などに適用できる。

このように本実施例においても、各デジタル信号の伝送
において発光素子を２個、各受光点における受光素子数
を２個とし、送信側においては２値のデジタル信号を２
個の発光素子のそれぞれに割り当てて送信し、受信側に
おいては２つの受光素子の受光パワーの差分を増幅する
構成とすることにより、受光回路を簡略化することがで
きる。

実施例４第４図は本発明の第４の実施例を示す基本構成図であり
、本実施例は第３図の実施例３における光結線部（実施
例３では光ファイバ１９を用いて実現している）を、光
導波路を用いて実現したものである。第４図において２
６は光導波路の形成が可能なガラスや誘電体結晶、半導
体結晶などの基板、２７はこの基板２６の表面近くに形
成されたスラブ導波路、２８．〜２８．はレンズの形状
に堆積させた高屈折率材料から成る高屈折率層である。

なお、第４図において第３図と同一または相当部分は同
一符号を付しである。

第４図のようにスラブ導波路２７上にレンズの形状に設
けられた高屈折率層２８．〜２８４は、当該高屈折率層
の下部で実効屈折率が増加するためスラブ導波路２７内
を伝搬する光に対しレンズの作用をする。しかして発光
素子１８．〜１８４から出射されスラブ導波路２７内を
広がりながら伝搬していく光信号は、高屈折率層つまり
レンズ２８、〜２８４によりそれぞれ屈折され、スラブ
導波路２７の出射端面にそれぞれの発光素子１８゜〜１
８４の実像を形成する。これらの実像の位置に受光素子
２０□〜２０゜を配置してやれば、上記実施例３の光結
線部と同等の結線を実現するこトカテキる。従って本実
施例によれば、レンズ数を増加させるだけで容易に分配
数を増加させることが可能である。なお、第４図に示し
たようなレンズ２８１〜２８．はスラブ導波路２７のタ
ラッジング層厚を変化させたり、不純物を拡散したりす
ることによっても形成可能である。

実施例５第５図は本発明の第５の実施例を示す基本構成図であり
、本実施例は上記実施例３の光結線部を光空間結線によ
って実現した例である。同図中２９は複数の発光素子１
８．〜１８４から成る発光素子アレイ、３０は同じく複
数のレンズ２８１〜２８４から成るレンズアレイ、３１
は各レンズ２８、〜２８４に対応してそれぞれ配設され
た受光素子２０．〜２０．，２０５〜２０．．２０．〜
２０ｃ、２００〜２０Ｇから構成される受光素子アレイ
をそれぞれ表す。ここで、発光素子アレイ２９の発光素
子１８．〜１８４から放射された信号光は広がりながら
空間を伝搬していき、レンズアレイ３０の各レンズ２８
．〜２８４を通過して受光素子アレイ３１上にレンズの
個数分だけの実像をそれぞれ形成する。この実像上に受
光素子２０、〜２０Ｇを図示するように配置することに
より、上記実施例３の光結線部と同等の結線を実現でき
る。このように空間を結線媒体として用いることにより
、より高密度、多分配数の結線が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、単一のデジタル信号を複
数の集積回路等へ分配するための光分配結線において、
発光素子数を２個、各受光点における受光素子数を２個
とし、送信側においては２値のデジタル信号を２個の発
光素子のそれぞれに割り当てて送信し、受信側において
は２つの受光素子の受光パワーの差分を増幅することに
より、信号識別時の最適しきい値が受光パワーに依存せ
ず常に一定値となるため、受光回路を簡略化できるとい
う効果を有する。

また本発明は、受光チャンネルにおいて２つの受光素子
を直列接続しその中間点から受光電流を取り出すように
することにより、２つの受光素子の受光電流の差動成分
を検出できるので、受光回路をさらに小型、簡略化でき
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するための回路構
成図、第２図は本発明の第２の実施例を説明するための
基本的な回路構成図、第３図は本発明の第３の実施例を
説明するための回路構成図、第４図は本発明の第４の実
施例を説明するための基本構成図、第５図は本発明の第
５の実施例を説明するための基本構成図、第６図はレン
ズアレイを用いた光空間分配器の従来技術を説明するた
めの図である。１・・・信号入力端子、２．１？、〜１７□・・発光素
子駆動回路、３．〜３□、１８．−１８４　・・・発光
素子、４１〜４ｓ、１９・・・光ファイバ、５１〜５．
．１１．〜１１□、２０゜〜２０−、２０ａ〜２０Ｇ　
・・・受光素子、６゜〜６４．２１１〜２１ｍ　　・・
・差動増幅器、７１〜７４．２２１〜２２．・・・識別
回路、８１〜８、．２５．〜２５４　・・・信号出力端
子、１０゜〜１０□　・・・入射光信号、１２・・・抵
抗器、１３増幅器、１４・・・出力端子、１６．〜１６
゜・・・アドレス信号入力端子、２３．〜２３゜・・排
他的論理和の否定を出力する論理回路、２４、〜２４４
　・・・論理積を出力する論理回路、２６・・・基板、
２７・・・スラブ導波路、２８゜〜２８４　・・・高屈
折率層（レンズ）、２９・・・発光素子アレイ、３０・
・・レンズアレイ、３１・・・受光素子アレイ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外部からの入力信号により変調された光信号を発
生させる発光点と、光信号を受光、復調し該信号を出力
する複数の受光点と、上記発光点から放射される光信号
を上記複数の受光点の全てに分配する光伝送手段により
構成される光分配結線装置において、上記発光点が、２個の発光素子と上記外部からの入力信
号を上記２個の発光素子の出力光強度の差に変換する回
路によって構成され、上記複数の受光点のそれぞれが、２個の受光素子と上記
２個の受光素子に生じる受光電流の差を検出、復調する
回路によって構成され、上記光伝送手段が、上記２つの発光素子のうち一方の発
光素子の出力光を上記複数の受光点のそれぞれに配置さ
れた２つの受光素子のうち一方の受光素子にのみ結合す
る第１の光伝送手段と、他方の上記発光素子の出力光を
他方の上記受光素子にのみ結合する第２の光伝送手段か
ら成ることを特徴、とする光分配結線装置。
（２）請求項１において、複数の受光点のそれぞれに配
置された２個の受光素子が直列に接続され、上記直列接
続された２つの受光素子の両側に逆方向のバイアス電圧
を印加し、上記直列接続された２つの受光素子の中間点
から受光電流を取り出す構成としたことを特徴とする光
分配結線装置。
（３）複数の上記請求項１記載の発光点により構成され
る発光チャンネルと、該発光点と同数の上記請求項１記
載の受光点により構成される複数の受光チャンネルと、
上記複数の発光点のそれぞれと上記複数の受光チャンネ
ルのそれぞれの受光点とを結合する光伝送手段により構
成され、各受光チャンネルにはあらかじめチャンネル番号が与え
られており、上記発光チャンネルにおいて上記複数の発光点から発生
する複数の光信号の組み合わせにより受光チャンネル番
号を送信する手段と、上記各受光チャンネルにおいて複数の受光点の出力信号
から復調される受光チャンネル番号が該受光チャンネル
のチャンネル番号と一致するか否かを識別する回路とを
有することを特徴とする光分配結線装置。