JPH0583196A

JPH0583196A - 光伝送装置

Info

Publication number: JPH0583196A
Application number: JP3239644A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Oikawa; 陽一及川; Takeshi Ihara; 毅井原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】ロジック回路素子間やパッケージ間、更には
ボード間の光伝送を行う光伝送装置に関し、１本の光伝
送線路によって安定なデータ伝送を行う伝送方式を目的
とする。【構成】正転と反転の２個の光信号を伝送する際、２
個の光信号を分離情報を含んで１個に構成して伝送し、
受信側ではこの分離情報を基に光分離手段１が２個の光
に分離し、変換手段２で電気信号に変換し、差動増幅器
３にその２つの信号を入力して伝送信号を再生するよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光伝送システムに係
り、更に詳しくはロジック回路素子間やパッケージ間、
更にはボード間の光伝送を行う光伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、遠距離間通信の需要に応じて通信
システムに求められ情報伝送速度は増加する傾向にあ
る。

【０００３】特に光通信システムにおいては、マルチギ
ガビット級の伝送速度が必要となりつつある。このよう
な超高速光通信システムにおける光送信機や光受信機に
おいては、高速特性と同時に高感度化と高安定化を図っ
たプリアンプ回路ＩＣの実現が課題となっている。ま
た、各ロジック回路ＩＣの実現も課題となっている。

【０００４】さらに、各ロジック回路ＩＣ間や各種パッ
ケージ間、またはボード間における信号伝送において
は、信号線路の引き回し、グランドの弱さなどに起因し
た信号劣化が問題となっている。

【０００５】図１４は、従来のＩＣまたはパッケージ間
の伝送構成図である。ＩＣ等のパッケージ２１は、ドラ
イバー回路を有し、この送出すべきデータをこのドライ
バに入力し、転送すべきデータをこのドライバー回路を
介し伝送線路２２に出力している。そして、伝送線路２
２を介しＩＣ等のパッケージに伝送される。パッケージ
内にはプリアンプと電圧発生回路２５が設けられてお
り、伝送線路２２で伝送した信号をリファレンス電圧と
比較し、目的のデジタル信号に変換している。

【０００６】更に、このデータ伝送が高速であることが
要求された場合には、この伝送線路２２に光ファイバを
用い、送信側で伝送データを光に変換してファイバに加
え受信機内でファイバを介して加わる光を受光素子によ
って電圧等に変換し、その変換電圧と特定のリファレン
ス回路の出力電圧とを比較して伝送データを再生してい
た。

【０００７】図１５は前述の光によるデータの伝送にお
ける受信機側の従来の差動増幅器である、プリアンプ回
路の構成図である。トランジスタＴｒ₁，Ｔｒ₂，Ｔｒ
₃と抵抗Ｒ_L，Ｒ_Fによって直流増幅器を構成し、受光
素子Ｄｒ₁で受光して電気に変換した信号をこのトラン
ジスタＴｒ ₁〜Ｔｒ₃よりなる増幅器で増幅し、差動増
幅器２６に出力している。差動増幅器２６には、リファ
レンス制御回路２７が設けられており、このリファレン
ス電圧と入力した電圧とを比較し、伝送されたデータを
再生している。

【０００８】前述の図１５のプリアンプ回路（トランジ
スタＴｒ₁〜Ｔｒ₃、抵抗Ｒ_L，Ｒ _Fで構成される）は
図１６の如く差動増幅器Ａｖと抵抗Ｒｆで表わせ、その
等価回路は図１７の如くなる。この場合、出力電圧Ｖ
_outは

【０００９】

【数１】

【００１０】雑音電流源Ｉ_nは

【００１１】

【数２】

【００１２】となる。尚、ここでＫはボルツマン定数、
Ｔは絶対温度である。よって、雑音電圧は

【００１３】

【数３】

【００１４】となり、Ｓ／Ｎは

【００１５】

【数４】

【００１６】となる。このようなリファレンス制御回路
を設けないようにするため、図１８に示す如く反転・正
転信号を伝送する方式がある。図１８においてはＩＣま
たはパッケージ２１，２３間を２本の伝送線路２２，
外１で正転信号と反転信号を共に伝

【００１７】

【外１】

【００１８】送している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の方式に
おいて、電気信号を伝送線路１本で伝送する方式はリフ
ァレンスに対して変動幅を保証するため、伝送信号振幅
を大きくしていた。このため、信号速度が速くなると、
信号振幅を大きくとれなくなり、高速ロジックの伝送は
出来なくなっていた。

【００２０】これを解決する方法として図１８の如く正
転・反転の両方の信号を送信する方式があるが、この方
式においては２本の高速伝送線路が本質的に必要とな
り、この伝送のお互いのクロストークを少なくし、高速
の電気信号を扱うために高速領域までのグランド系の強
化をしなくてはならないなどの問題があった。更には伝
送線路が２本であるうえ、その距離を同じにしないと、
そのずれによって伝送エラーが発生する問題を有してい
た。

【００２１】また、光で受信する場合には、光パワーの
変動に対応するためにリファレンス電圧のための専用回
路が必要であり回路が複雑になるという問題を有してい
た。このため、図１９に示す如く（実用公開昭和60-771
46）、正転と反転によって光ファイバを夫々用いて伝送
し、リファレンス制御回路を無くして、高速な伝送を行
えるようにした伝送システムも考えられている。しかし
ながら、これによると２本のファイバが必要となり高価
となるとともに、伝送距離が長くなるとファイバ伝送遅
延時間差が大きくなり、正常な信号伝送が不可能となっ
ていた。

【００２２】本発明は、１本の光伝送線路によって安定
なデータ伝送を行う伝送方式を提供することを目的とす
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】図１は第１の発明の原理
ブロック図である。光分離手段１は１個の端子より入力
する分離情報を有する正転信号と反転信号とよりなる光
を分離情報を基に分離する。

【００２４】変換手段２は前記分離された２個の光が加
わりその光を電気信号にそれぞれ変換する。差動増幅器
３は前記変換手段２の正転信号と反転信号の電気信号が
加わり、該電気信号から伝送された信号を再生する。

【００２５】前記１個の入力端子より入力する光は、例
えば差動出力を有する差動駆動回路４と、分離情報によ
って分離される光をそれぞれ発生し、前記差動増幅器３
の差動出力との一方に接続される第１の発光素子と、他
方の端子に接続される第２の発光素子と、該２つの発光
素子の出力を合流する前記光変換回路とよりなる光回路
５とで発生した光である。

【００２６】図２は第２の発明の原理ブロック図であ
る。信号生成手段１０は、入力する光の信号からその光
の反転信号を生成する。光電気変換手段１１は、前記正
転信号と生成した反転信号とが加わり電気信号に変換す
る。

【００２７】差動増幅器１２は、前記光電気変換手段１
１によって変換された電気信号を基に伝送される信号を
再生する。例えば、信号生成手段１０に加わる光は、駆
動回路７と該駆動回路７によって駆動される前記電気光
変換回路８とによって発生し、ファイバ等の光伝送路９
を介し伝送された光である。

【００２８】

【作用】第１の発明の作用は以下の如くである。２個の
正転信号と反転信号の光を伝送する際、この２個の光信
号を分離情報を含んで１個に構成し伝送する。その分離
情報は例えば周波数（波長）であったり偏波面であった
りする。

【００２９】受信側では、この分離情報を基に光分離手
段１が２個の光に分離する。そして、変換手段２で電気
信号に変換する。この変換した光は正転信号と反転信号
であり、差動増幅器３にその２つの信号を入力すること
によって伝送信号を再生する。

【００３０】１本の伝送線路によって正転信号と反転信
号を同時に伝送しているので、時間誤差等もなく、また
１本の伝送線路であるので安価となる。第２の発明の作
用は以下の如くである。

【００３１】信号生成手段１０では、例えば電気光変換
回路８を駆動回路７で駆動して発生した光が光伝送路９
を介して光の正転信号として入力したならば、この信号
の反転信号を光で発生する。そして、２個の光電気変換
手段１１で正転信号と反転信号の電気信号に変換し差動
増幅器１２に入力し、再生する。

【００３２】光伝送路９で伝送される光は１本である
が、受信する際反転信号を作成しており、差動増幅器に
入力するリファレンスを作成する必要はなく、また１本
の伝送線路でデータを伝送するので、時間等の遅れを生
じることはない。

【００３３】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図３は本発明の第１の実施例の構成図であ
る。

【００３４】差動駆動回路３１には差動信号が入力し、
差動駆動回路３１はその信号でレーザーダイオードＬＤ
₁，ＬＤ₂を駆動する。レーザーダイオードＬＤ₁が発
生する光の波長はλ₁であり、ダイオードＬＤ₂が発生
する光の波長はλ₂である。これらの光を合波器３２は
合波し、ＳＭ光ファイバである伝送線路３５を介し光受
信機３４に入力する。

【００３５】伝送線路３５を介して入力した光は、まず
分波器３７に加わり、波長λ₁並びに波長λ₂の光に分
離される。そして、受光ダイオードＰＤ₁，ＰＤ₂によ
って電気信号に変換され、差動プリアンプ回路３６に加
わる。差動プリアンプ回路３６は伝送すべき情報に対応
した電気信号を再生する。

【００３６】差動プリアンプ回路３６の一方の入力は信
号であり、他方の入力は反転したリファレンスと等価で
ある。図３における本発明の第１の実施例において、伝
送線路３５は１本のＳＭ光ファイバである。よって波長
λ₁，λ₂の夫々の光は同一経路を経由して、光受信機
３４に加わり、さらに分離されるまでその伝送距離はλ
₁，λ₂ともに同一であり、信号とリファレンスとがま
ったく時間の進み，遅れのない信号となり、確実なデー
タ転送が行える。

【００３７】前記の差動プリアンプの回路は図４に示す
如く、差動プリアンプ３８と２個の帰還抵抗Ｒｆで構成
される。この差動プリアンプ３８の等価回路を求める
と、図５に示す如く表わされる。このとき、前述と同様
に雑音電流Ｉ_nは

【００３８】

【数５】

【００３９】である。また、出力電圧Ｖ_outは

【００４０】

【数６】

【００４１】となる。雑音電圧Ｖ_n ²は

【００４２】

【数７】

【００４３】となる。そして、そのＳ／Ｎを求めると

【００４４】

【数８】

【００４５】となり、Ｓ／Ｎは２倍となる。以上の如
く、Ｓ／Ｎは２倍になるとともに、この伝送すべき光フ
ァイバは１本で済み、又その時間差もないので確実なデ
ータ伝送が可能となる。

【００４６】また、光送信機，光受信機は、例えばＩＣ
やパッケージ、更には回路間にそれぞれ設けられ、それ
らの間の伝送を行う。図６は本発明の第２の実施例の構
成図である。

【００４７】第１の実施例においては、２つの光を１本
の光ファイバに伝送する際に、その分離情報としては波
長を用いていた。これに対し、図６の第２の実施例にお
いては、偏波を異ならせて分離情報としている。すなわ
ち、光送信機４５では差動駆動回路４１によってレーザ
ーダイオードＬＤ₃，ＬＤ₄を正転並びに反転の信号と
して駆動している。そして、レーザーダイオードＬＤ₃
から発生するＴＥ波をそのまま、レーザーダイオードＬ
Ｄ₄から発生するＴＥ波を偏波回転器４０によってＴＭ
波に変更し、偏波面保存カプラ４２によって結合し、伝
送線路４３（ＰＭＦ）を介し光受信機４６に加えてい
る。

【００４８】光受信機４６はＰＢＳ４４を有し、このＰ
ＢＳ４４によって入力した光をＴＥ波，ＴＭ波に分離
し、フォトダイオードＰＤ₃，ＰＤ₄に加えている。Ｔ
Ｅ波は正転信号であり、ＴＭ波は反転信号であるので、
夫々ダイオードＰＤ₃，ＰＤ₄で発生した電気信号は差
動型の信号すなわち正転信号と反転信号となる。そし
て、それらの信号が差動プリアンプ回路４７に加わり、
この差動プリアンプ回路４７によって目的の信号に変換
され再生される。

【００４９】以上の如く波長や偏波面を分離情報とし、
受信側においてその光を受信して分離し、正転信号と反
転信号を得ている。そして、その正転信号と反転信号に
より差動アンプによって伝送信号を再生している。

【００５０】図７は本発明の第３の実施例の構成図であ
る。第３の実施例においては、送信側は従来と同様であ
る。例えば、光送信機５１では１個のダイオードを駆動
回路で駆動して光を発生し、ＳＭファイバ５２を介して
光を伝送している。

【００５１】光受信機５３では、まず３ｄＢカプラによ
ってＳＭファイバ５２より入力する光を分配する。そし
て、光インバータＡ，光インバータＢに入力する。光イ
ンバータＡは光増幅率３ｄＢ以上の動作の光増幅器であ
り、光インバータＢは光増幅率３ｄＢ以上であって更に
インバータ動作をする増幅器である。

【００５２】この光インバータＡ５５，光インバータＢ
５６の出力はフォトダイオードＰＤ ₅，ＰＤ₆に加わ
る。光インバータＢ５６によって光の反転信号を得てい
るので、フォトダイオードＰＤ₅は正転信号、またフォ
トダイオードＰＤ₆は反転信号となり、差動プリアンプ
回路５７に入力する。ここで、３ｄＢ以上の光インバー
タＡ５５，光インバータＢ５６はそれぞれ３ｄＢ以上の
光増幅器を有するが、これは３ｄＢカプラ５４によって
３ｄＢ減衰したのを補正するためである。

【００５３】以上の動作により、例えば送信機は従来の
ものであっても光受信機５３によって確実な再生を可能
とする。図８(a) ，(b) は本発明の実施例における差動
プリアンプ回路形式の構成図である。

【００５４】図８(a) は、エミッタ接地型差動型プリア
ンプ、図８(b) はベース接地型差動型プリアンプであ
る。図８(a) のエミッタ接地型においては、入力端子Ｉ
Ｎ，外２にダイオード

【００５５】

【外２】

【００５６】Ｄ₁，Ｄ₂が接続している。そして、差動
型プリアンプはトランジスタＴ₁〜Ｔ ₆、電流源Ｉ₁〜
Ｉ₅、抵抗Ｒ_F，Ｒ_l1、差動増幅器ＰＢより成る。エミ
ッタ接地型は、プリアンプ段のトランジスタＴ₁，Ｔ₂
がどの接地であるかによるものであり、エミッタ接地の
場合トランジスタにはＴ₁，Ｔ₂のエミッタを電流源Ｉ
₁を介して接地している。

【００５７】また、図８(b) ベース接地型の場合には、
トランジスタＴ₇〜Ｔ₁₀、電流源Ｉ ₆〜Ｉ₉、電源
Ｖ_BX、抵抗Ｒ_l2と差動増幅器ＰＢより成り、トランジス
タＴ₇，Ｔ₈のベースを特定の電圧Ｖ_BXとし、エミッタ
より入力する。ベース接地型においては、電流源Ｉ₆，
Ｉ₇にそのエミッタが接続され、入力のダイオード
Ｄ₁，Ｄ₂はそのエミッタに接続される。

【００５８】このような差動型プリアンプによって前述
した受信時における信号の再生がなされる。図９は前記
第１，第２の実施例における２個のＬＤの駆動の構成図
である。

【００５９】ＬＤ１バイアス回路６１並びにＬＤ２バイ
アス回路６２によってレーザーダイオードＬＤ１，ＬＤ
２にスレッショルド電流を流す。この電流は例えば＋数
mAである。また、トランジスタＴ１１，Ｔ１２は差動増
幅器ＡＭＰの出力信号によってオン，オフが制御され、
そのオン、オフによってそれぞれレーザーダイオードＬ
Ｄ１，ＬＤ２に電流源Ｉ₁₁の電流が流れる。ただし、一
方がオンの時他方がオフであるので結果的に正転信号並
びに反転信号でドライブされる。尚、この電流源の電流
値は例えば50mA程である。

【００６０】図１０は本発明の実施例における応用回路
図である。ＩＣまたはパッケージ７１，７２間を光ファ
イバまたは光導波路７３によって接続している。そし
て、一方からの通信を１本の光ケーブルによって行う。

【００６１】高速のロジック電気信号を伝送するＩＣチ
ップ間、パッケージ間、ボード間においても、電気の正
転、反転ロジック信号を光信号にし、１本の光ファイバ
で伝送し、差動型のロジック回路で受光し、電気信号に
変換することにより、以下の利点が生じる。 (1) 高速の電気信号ラインが２本必要であったのが、１
本の光ファイバになることにより、クロストークによる
信号劣化が解消される。また、空間接続が可能になるの
で、レイアウトが自由になる。 (2) 光信号にしたことにより、電気の高速信号伝送で問
題になる、グランド強化が不要になる。

【００６２】特に、ロジック回路に適用するには、前記
差動プリアンプ回路をロジック回路の光入力インタフェ
ース回路として、差動駆動回路をロジック回路の光出力
インタフェース回路として付加すればよい。また、この
場合、光伝送線路としては、光ファイバのみならず、伝
送距離が比較的短い、ＩＣチップ間、パッケージ間で
は、光導波路基板等でも応用できる。

【００６３】図１１乃至図１３は本発明の他の実施例の
構成図である。図３に示した本発明の第１の実施例にお
いては、異なる波長を発生するダイオードを用いていた
が、図１１においてはともに同一のダイオードを用い波
長変換素子７４を用いて波長λ₁から波長λ₂の光に変
換し、合波器３２への入力を２種類の波長にしている。

【００６４】また、図１２では１個の単相駆動回路７５
によって出力波長λ₁のレーザーダイオードＬＤ₁を駆
動し、３ｄＢカプラ７６によって分割し、一方はそのま
ま他方は光インバータ７７並びに波長変換素子７８を介
して合波器７９に入力している。この場合、例えばレー
ザーダイオードＬＤ₁の出力を３ｄＢアップしておくこ
とにより、合波器７９からは分離情報を含む目的のパワ
ーの光を出力することができる。

【００６５】また、図１３では同様にレーザーダイオー
ドＬＤ₁によってＴＥ波を発生し、偏波保存３ｄＢカプ
ラ８０によって分割し、更に光インバータ７７、偏波回
転路８１を介し合波器７９で合波器することにより同様
に２つの偏波の異なる波を１本の線でファイバに出力す
ることができる。

【００６６】尚、前述した光インバータ７７と波長変換
素子７８や、光インバータ７７と偏波回転器８１は前後
を逆にし、例えば波長変換素子７８の出力をインバータ
７７や、偏波回転器８１の出力を光インバータ７７に入
力しても同様である。

【００６７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
受信機におけるプリアンプを差動構成にすることによ
り、電源電圧，温度変動による影響を受けずらくなり、
かつ、Ｓ／Ｎを３ｄＢ向上させることができる。また、
伝送線路が１本なので２本の伝送線路を用いる場合にお
いて問題となった経済性、ならびに長距離伝送時に発生
するファイバ伝送遅延時間差が大きくなるといった問題
も解消できる。さらに、同様の構成をロジック回路に適
用することにより、クロストークによる信号劣化など電
気の高速信号伝送で問題になるグランド強化といった課
題を解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の原理ブロック図である。

【図２】第２の発明の原理ブロック図である。

【図３】本発明の第１の実施例の構成図である。

【図４】差動プリアンプの回路図である。

【図５】差動プリアンプの等価回路である。

【図６】本発明の第２の実施例の構成図である。

【図７】本発明の第３の実施例の構成図である。

【図８】(a) は差動型プリアンプ回路形式の一実施例図
で、(b) は差動型プリアンプ回路形式の他の実施例であ
る。

【図９】送信回路の一実施例図である。

【図１０】ロジック回路間での実施例図である。

【図１１】送信回路の他の実施例図である。

【図１２】送信回路の他の実施例図である。

【図１３】送信回路の他の実施例図である。

【図１４】従来のＩＣまたはパッケージ間伝送構成図で
ある。

【図１５】従来のプリアンプ回路である。

【図１６】従来プリアンプの回路である。

【図１７】従来プリアンプの等価回路である。

【図１８】従来のＩＣまたはパッケージ間伝送構成図で
ある。

【図１９】従来の光伝送の構成図である。

【符号の説明】

１光分離手段２変換手段３差動増幅器４差動駆動回路５光回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１個の端子より入力する正転信号と反転信
号との分離情報を有する光を、該分離情報を基に分離す
る光分離手段（１）と、該光分離手段（１）で分離された２個の光が加わり、該
光を電気信号に変換する変換手段（２）と、該変換手段（２）の正転信号と反転信号の電気信号が加
わり、電気信号を再生する差動増幅器（３）とよりなる
ことを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】前記分離情報は光の波長であることを特徴
とする請求項１記載の光伝送装置。
【請求項３】前記分離情報は光の偏波であることを特徴
とする請求項１記載の光伝送装置。
【請求項４】前記正転信号と反転信号とよりなる光は、差動出力を有する差動駆動回路（４）と、分離情報によ
って分離される光を発生し、前記差動駆動回路（４）の
差動出力の一方に接続される第１の発光素子と、他方の
端子に接続される第２の発光素子と、前記第１の発光素
子と第２の発光素子とより発する光を合流する合流手段
とよりなる光回路（５）によって発生した光であること
を特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
【請求項５】１個の端子より入力する光から、光の正転
信号と反転信号とを生成する信号生成手段（１０）と、該正転信号と反転信号とを受光し、電気信号に変換する
光電気変換手段（１１）と、該光電気変換手段（１１）によって変換された正転信号
と反転信号とより転送電気信号を再生する差動増幅器
（１２）とよりなることを特徴とする光受信機。
【請求項６】差動駆動回路と、該差動駆動回路によって駆動される光の正転信号と反転
信号とを夫々発生する２個の電気光変換手段とからなる
光送信機と、該光送信機より発生する光の正転信号と反転信号とを分
離する分離手段と、該光の正転信号と反転信号とを夫々
受光する光電気変換素子と、該光電気変換素子の信号が
差動入力端子に加わり、転送信号を再生する差動型プリ
アンプから構成される光受信機と、前記光送信機と光受信機との間を結ぶ一本の光伝送線路
とよりなることを特徴とする光伝送装置。
【請求項７】前記光電気変換手段は、正転信号を第１の
波長で発光させる第１の発光手段と、反転信号は第２の波長で発光される第２の発光手段と、これら２波長の信号を合波させる合波器とより成ること
を特徴とする請求項６記載の光伝送装置。
【請求項８】単相駆動回路と、該駆動回路によって駆動される１個の電気光変換手段と
からなる光送信機と、光の反転信号と正転信号とを生成する生成手段と、該信
号を夫々受光する２個の光・電気変換素子と、該２個の
光・電気変換素子の電気信号が加わり伝送信号を再生す
る差動型プリアンプから構成される光受信機と、該光送信機と前記光受信機間を結ぶ１本の光伝送線路と
からなることを特徴とする光伝送装置。
【請求項９】前記光電気変換手段は正転信号を第１の偏
波で発光させる第１の発光手段と、反転信号を第２の偏
波で発光させる第２の発光手段と、これら２偏波の信号
を合流させる偏波面保存型カプラとよりなることを特徴
とする請求項８記載の光伝送装置。
【請求項１０】前記生成手段は、入力する光を２分岐す
るカプラと、分岐された一方の光の信号を反転させる反
転手段とよりなることを特徴とする請求項８記載の光伝
送装置。