JPH0659040B2 - 高速光バス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速光バスに関し、特に電子計算機，電子交
換機等の情報処理システムに用いられて好適な高速光バ
スに関する。

（従来の技術） 電子計算機等を用いた情報処理の高速化・分散化が進む
につれ、大容量情報を高速且つ高品質で伝送可能な光フ
ァイバを用いた高速光バスの必要性が高まりつつある。
本発明はこの高速光バスに関するものである。

第２図は、Ｎ＋１本の光ファイバを用いた一般的な高速
光バスの構成を示す図である。同図において、301は送
信部，302（１）〜302（Ｎ）はデータ線，302（Ｎ＋
１）は同期線，303（１）〜303（Ｎ＋１）は電気／光変
換部（ＥＯ），304（１）〜304（Ｎ＋１）は光ファイ
バ，305（１）〜305（Ｎ＋１）は光／電気変換部（Ｏ
Ｅ），306〜306（Ｎ＋１）は広帯域アンプ（Ａ），309
（１）〜309（Ｎ）は識別再生回路（ＤＣ），310は受信
部である。

第２図のごとく、送信部301から送信される同期クロッ
ク及びこの同期クロックに同期したＮ本の並列情報は、
各々同期線302（Ｎ＋１）及びデータ線302（１）〜302
（Ｎ）を用いて伝送され、Ｎ＋１個の電気／光変換部30
3（１）〜303（Ｎ＋１）で電気信号から光信号に変換さ
れる。この光信号がＮ＋１本の光ファイバ304（１）〜3
04（Ｎ＋１）を用いて受信側へ伝送され、受信側のＮ＋
１個の光／電気変換部305（１）〜305（Ｎ＋１）で電気
信号に変換され同期クロック及び受信情報となる。更に
前述のＮ本のデータ線302（１）〜302（Ｎ）を用いて伝
送された受信情報は、同期線302（Ｎ＋１）を用いて伝
送された同期クロックと識別再生回路309（１）〜309
（Ｎ＋１）を用いて、波形の識別整形及び再生を行い、
受信部301に情報を伝送している。

（発明が解決しようとする問題点） 第２図において、電気／光変換部303（１）〜303（Ｎ＋
１），光／電気変換部305（１）〜305（Ｎ＋１），広帯
域アンプ306（１）〜306（Ｎ＋１）は、一般にトランジ
スタ等の電気素子や、レーザダイオード，発光ダイオー
ド等の発光素子、及びアバランシェフォトダイオード等
の受光素子から構成されており、これら各素子は個々に
特性のばらつきを有している。例えば、電気素子は波形
の応答特性のばらつき、発光素子は発光波長のばらつ
き、更には各素子の温度特性のばらつきである。光ファ
イバ304（１）〜304（Ｎ＋１）においては、ファイバの
分散特性などのばらつきである。

高速に並列データ伝送を行う場合、特にこれらの素子特
性のばらつきや送信される信号のパターン効果が、送信
情報のデータ間のスキュー（位相歪）や信号間の遅延ば
らつきを増大させる。また、布設させるケーブル間の距
離精度によっても信号間の位相ばらつきは生じてしま
う。受信部310においては、同期線302（Ｎ＋１）を用い
て送信される同期クロックと識別再生回路309（１）〜3
09（Ｎ）を用いて送信情報の信号波形の識別再生を行
い、データ間のスキューおよび信号間の遅延ばらつきを
吸収していた。しかしながら、同期クロックおよび送信
情報は、素子特性のばらつきや送信信号のパターン効果
などのために波形ジッタを有している。さらには送信情
報のスキューなどの吸収に用いる同期クロックと送信信
号の位相関係は、バス布設時に一意に定まる。このた
め、送信信号間及び同期クロック相互の位相関係が最適
な状態にあるとは限定できず、加えて送信信号及び同期
クロックのジッタのために、識別再生回路309（１）〜3
09（Ｎ）を用いて波形の識別再生をする際の符号誤りの
発生率が高くなる。そのため、送信部301−受信部310間
での伝送誤り率を低下する。このような欠点は、光ファ
イバを用いた高速光バスのより一層の高速化を阻む要因
となっている。

本発明は上記欠点に鑑みてなされたものであり、本発明
の目的は、送信側から受信側に対して信号線路数を増加
させることなく同期クロックを送信することにより受信
信号の識別を誤りなく行うと共に、並列に送信されるデ
ータ間の位相状態が同位相となるように送信データの位
相を制御する高速光バスを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決し上記目的を達成するために本発明
が提供する手段は、Ｎ個のデータ信号と１個のクロック
信号とでなるＮ＋１個の情報系列を伝送する高速光バス
であって、前記クロック信号が共通に入力され前記Ｎ個
のデータ信号の波形整形を行うＮ個の波形整形回路と、
前記Ｎ個の波形整形回路の出力が各々入力されるＮ個の
第１の電気／光変換器と、前記クロック信号が入力され
前記Ｎ個の第１の電気／光変換器のうちの少なくとも１
個の第１の電気／光変換器とは光波長が異なる１個の第
２の電気／光変換器と、前記第２の電気／光変換器の光
出力とこの光出力とは光波長が異なる前記Ｎ個の第１の
電気／光変換器のうちの任意の１つの電気／光変換器の
光出力とが入力される光合波器と、前記第１のＮ−１個
の電気／光変換器と前記光合波器に一端が各々接続され
たＮ本の光ファイバと、前記光合波器に接続された光フ
ァイバの出力を入力する光分波器と、前記光分波器の２
つの光信号出力と前記第１のＮ−１個の電気／光変換器
に接続された前記光ファイバの出力とを入力するＮ＋１
個の光／電気変換器と、前記Ｎ＋１個の光／電気変換器
の出力を増幅するＮ＋１個の広帯域増幅器と、前記Ｎ＋
１個の広帯域増幅器に従属接続され電気信号の伝播時間
を可変とするＮ＋１個の電気信号遅延手段と、前記Ｎ＋
１個の電気信号遅延手段のうち前記データ信号に対応す
るＮ個の電気信号遅延手段出力からクロック成分を抽出
するＮ個のタイミング抽出手段と、前記Ｎ＋１個の電気
信号遅延手段のうち前記クロック信号に対応する１個の
電気信号遅延手段出力を基準のクロック信号とし、該ク
ロック信号と前記Ｎ個のタイミング抽出手段の出力とし
て得られる前記クロック成分との位相比較を各々行いこ
れら各クロック成分に対応する前記電気信号遅延手段に
遅延制御信号を各々出力するＮ個の位相比較器と、前記
クロック信号に対応する１個の電気信号遅延手段出力の
クロック信号で前記Ｎ個の電気信号遅延手段出力を各々
識別するＮ個の識別再生回路とを含むことを特徴とす
る。

（作用） 高速光バスを実現する上で、構成する回路数をできるだ
け少なくすることが望ましく、送信部において同期クロ
ックを用いて送信データの波形整形を行うと共に、送信
部から受信部へ同期クロックを送信しデータ間のスキュ
ーおよび信号間の遅延ばらつきを吸収することにより、
より少ない回路規模での高速光バスの実現が期待でき
る。この同期クロックはＮ個の情報のうち１個の情報の
送信データ線を用いて受信部へ送信される。また、送信
部から伝送されたＮ個の情報は、光／電気変換器で電気
信号に変換され、増幅された後に電気信号遅延手段を介
して２分岐される。２分岐されたデータ信号のうち一方
は、タイミング抽出回路へ入力され、自データから粗い
クロック信号を抽出する。このタイミング抽出回路で抽
出されたＮ個の粗いクロック信号は、各々の位相比較器
に入力される。また、データ系列と同様に広帯域増幅器
で増幅された同期クロックは、Ｎ個の位相比較器に共通
に入力され、Ｎ個の粗いクロック信号との位相比較が各
々行われる。この位相比較器の出力は、広帯域増幅器に
従属に設けられているＮ個の電気信号遅延手段に対し
て、位相比較結果にもとづき、同期クロックとＮ個の各
々の粗いクロック信号とが同位相となるべく、遅延量の
増減を制御する電気信号（遅延制御信号）を発生する。
これによってＮ個のタイミング信号，すなわちＮ個のデ
ータ信号は送信側から送信された同期クロックと位相は
全て同位相となり、この同期クロックで電気信号遅延手
段のデータ出力信号を識別再生するから、データ間のス
キューおよび信号間の遅延ばらつきの吸収が可能とな
り、データ間の同期を確実に得ることが可能となる。

（実施例） 以下に、本発明の高速光バスの動作原理を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す高速光バスの構成図
であり、101は送信部、102（１）〜102（Ｎ＋１）はデ
ータ線、103（１）〜103（Ｎ）は波形整形回路（ＲＥ
Ｇ）、104（１）〜104（Ｎ＋１）は電気／光変換部（Ｅ
Ｏ）、105（１）〜105（Ｎ），1051，1052，1053，1054
は光ファイバ、1055は光合波器（電気通信技術ニュース
社発行の技術書「光ファイバ通信」に光分波器の一例が
記載されている）、1056は光分波器（前掲の技術書「光
ファイバ通信」に一例の記載がある）、106（１）〜106
（Ｎ＋１）は光／電気変換部（ＯＥ）、107（１）〜107
（Ｎ＋１）は広帯域増幅回路（Ａ）、108（１）〜108
（Ｎ＋１）は電気信号遅延回路（ＤＬ）、109（１）〜1
09（Ｎ）は識別再生回路（ＤＥＣ）、110（１）〜110
（Ｎ）はタイミング抽出回路（ＴＩＭ）（産報から出版
された技術書「ＰＣＭ通信の基礎と新技術」に一例の記
載がある）、111（１）〜111（Ｎ）は位相比較器（Ｐ
Ｃ）（技術書「ＰＬＬ−ＩＣの使い方」に一例が記載さ
れている）、113は受信部である。同図において、送信
部101から送信されるＮ個の並列情報は、データ線102
（１）〜102（Ｎ）を用いて伝送され、Ｎ個の波形整形
回路103（１）〜103（Ｎ）に入力される。この波形整形
回路103（１）〜103（Ｎ）に入力された並列情報は、同
じく送信部からデータ線102（Ｎ＋１）を介して伝送さ
れ、Ｎ個の波形整形回路103（１）〜103（Ｎ）に入力さ
れる同期クロックによって識別再生することにより、電
気信号から光信号に変換される直前において、スキュー
補償が行われる。波形整形回路103（１）〜103（Ｎ）に
おいてスキュー補償がなされたＮ個の並列情報は、Ｎ個
の電気／光変換部104（１）〜104（Ｎ）において、電気
信号から光信号へ変換される。同様に送信部からデータ
線102（Ｎ＋１）を介して伝送された同期クロックは、
電気／光変換器104（Ｎ＋１）において、電気信号から
光信号へ変換されるが、この104（Ｎ＋１）の電気／光
変換部の光出力信号の光波長は、104（Ｎ）の電気／光
変換部の光出力信号の光波長と異なる事が必要である。
104（１）〜104（Ｎ−１）の電気／光変換部で光信号に
変換されたＮ−１個の並列情報は、Ｎ−１本の光ファイ
バに出力される。104（Ｎ）の電気／光変換部で光信号
に変換されたデータ情報は、1051の光ファイバに出力さ
れる。同様に、電気／光変換部104（Ｎ＋１）で光信号
に変換された同期クロックは、光ファイバ1052に出力さ
れる。

光ファイバ1051および1052を介して光合波器1055に入力
された１個のデータ情報と同期クロックは、各々異なる
波長の光信号である。この２つの波長の光信号は、光合
波器1055に於て１本の光ファイバで伝送すべく合波され
光ファイバ105（Ｎ）に出力される。一本の光ファイバ1
05（Ｎ）を介して伝送された１個のデータ情報と同期ク
ロックは、光分波器1056に於て再び各々の波長毎に分離
され光ファイバ1053及び1054に出力される。この光合
波，分波器に要求される特性としては、低損失，低
クロストーク，低コスト，高信頼性等があげられ
る。基本素子としては、プリズム，干渉膜フィル
タ，回折格子が主に用いられている。このような光合
波器，分波器を用いて独立の波長の複数の光信号を一本
の光ファイバで伝送する技術を波長分割多重（ＷＤＭ）
技術と言い、伝送容量を拡大しより経済的なシステムを
構成することができる。

光ファイバ105（１）〜105（Ｎ−１），1053，1054に送
出された光信号は、Ｎ＋１個の光／電気変換部106
（１）〜106（Ｎ＋１）に結合される。この場合、結合
効率を高めるためにも、光学レンズを用いて光結合を行
うことがある。Ｎ＋１個の光／電気変換部106（１）〜1
06（Ｎ＋１）において、光信号から電気信号に変換され
たＮ個の並列データ情報及び同期クロックは、Ｎ＋１個
の広帯域増幅器107（１）〜107（Ｎ＋１）によって充分
な振幅レベル（例えば１Vp-p）になるように増幅され
る。この広帯域増幅器107（１）〜107（Ｎ＋１）で増幅
された信号は、一定遅延量を持つ電気信号遅延回路108
（１）〜108（Ｎ＋１）へ入力される。この電気信号遅
延回路のうち、受信データを遅延させたＮ個の電気信号
遅延回路108（１）〜108（Ｎ）の出力信号は２分岐さ
れ、そのうち一方の信号がＮ個のタイミング抽出回路11
0（１）〜110（Ｎ）へタイミング抽出情報として入力さ
れる。タイミング抽出回路110（１）〜110（Ｎ）では、
電気信号遅延回路108（１）〜108（Ｎ）から入力された
受信情報から粗いクロック成分を抽出し、この信号を自
己抽出クロックとして出力する。受信情報からクロック
成分を抽出する方法を“自己タイミング抽出方式”と呼
び、例えばＳＡＷフィルタ（弾性表面波フィルタ）を用
いた方法が知られているが、本発明では受信情報から粗
いクロック成分を抽出するのみでよいから、ＳＡＷフィ
ルタを用いる必要はなく、データの変化点検出を行い論
理操作でクロック成分を粗抽出する簡単な構成で良い。
タイミング抽出回路110（１）〜110（Ｎ）で抽出された
粗い各々の自己抽出クロックは位相比較器111（１）〜1
11（Ｎ）へ入力される。一方、広帯域増幅器107（Ｎ＋
１）で増幅された送信部からの同期クロックは、Ｎ個の
位相比較器111（１）〜111（Ｎ）へ基準の位相同期クロ
ックとして共通に入力される。位相比較器111（１）〜1
11（Ｎ）では、タイミング抽出回路110（１）〜110
（Ｎ）から入力される同期クロックとの位相差検出を行
い、電気信号遅延回路108（１）〜108（Ｎ）に対して遅
延量の増減を制御する制御信号を各々出力する。電気信
号遅延回路108（１）〜108（Ｎ）では、位相比較器111
（１）〜111（Ｎ）から入力される制御信号によって遅
延量を変化し、電気信号状態にある受信情報の位相を変
える。電気信号遅延回路108（１）〜108（Ｎ）の総遅延
量を必要以上に設定することは、高周波特性を劣化させ
る原因となり兼ねないから、伝送ビットレートとの兼合
で決定することが必要である（例えば、１タイムスロッ
ト分に設計する）。また、電気信号遅延回路108（１）
〜108（Ｎ）の初期遅延量としては、遅延量の増減動作
に余裕を持つためにも、総遅延量の1/2の遅延量になる
ように位相比較器111（１）〜111（Ｎ）からの遅延制御
信号を設定する必要がある。さらに電気信号遅延回路10
8（Ｎ＋１）の設定量は、電気信号遅延回路108（１）〜
108（Ｎ）の制御動作が飽和しないためにも、電気信号
遅延回路108（１）〜108（Ｎ）の遅延量よりも若干大き
な遅延量に設計する必要がある。電気信号遅延回路の実
現方法としては同軸ケーブル，通常の受動素子等種々考
えられるが、本実施例では高性能，高密度遅延素子をＭ
区間と、高分解能可変機構とを組合わせた超高速遅延回
路を一例として述べる。その一例としては、ＥＣＬゲー
トと超高速遅延回路とを組合わせたプログラマブル遅延
回路（例えば、エルメック社製：６ビット超高速ディレ
ーラインＰＤＥタイプ）がある。これらプログラマブル
遅延回路は、ｎビットのアドレスを有しており、このア
ドレスを外部から電気的に設定することによって遅延時
間を設定することができる。例えば、エルメック社製の
ＰＤＥタイプは、入力及び出力がＥＣＬゲートでバッフ
ァされている。また内部に論理ゲートを有しているから
電源電圧として−５Ｖおよび−２Ｖを供給して用いる。
このような高性能遅延回路は、高速，高精度に電気信号
の遅延時間を制御することができる。

このように、電気信号遅延回路108（１）〜108（Ｎ）に
よって同位相となった並列の受信データは、電気素子，
発光素子，受光素子の特性のばらつき，光ファイバの分
散特性などのばらつき，送信信号のパターン効果によっ
て生じるデータ間のスキューおよび信号間の遅延ばらつ
きが吸収された状態となっている。したがって、識別回
路109（１）〜109（Ｎ）においてこの受信情報を、送信
部101から送信された同期クロックを用いて識別再生す
ることにより、受信部113に対して遅延ばらつき、スキ
ューを取り除いた並列受信情報間で同期の取れたデータ
を送ることが可能となる。

（発明の効果） このように、本発明は同期クロックを伝送線路数を増加
させることなく送信部から受信部に伝送し、この同期ク
ロックと並列受信情報間との位相を揃えるようにしたも
のであり、伝送誤り特性が従来の構成による高速光バス
に比べて著しく改善されていることが分かる。従って、
本発明による高速光バスを用いれば、電子計算機などの
情報処理システム，あるいは並列データ伝送システムに
おいて、高速に情報を伝送することが可能となり、種々
の応用にその活用が期待されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高速光バスの一実施例を示す構成
図、第２図は従来の高速光バスを示す構成図である。 101，301……送信部、113，310……受信部、102（１）
〜102（Ｎ＋１），302（１）〜302（Ｎ＋１）……デー
タ線、103（１）〜103（Ｎ）……波形整形回路、104
（１）〜104（Ｎ＋１），303（１）〜303（Ｎ＋１）…
…電気／光変換部、105（１）〜105（Ｎ），304（１）
〜304（Ｎ＋１），1051，1052，1053，1054……光ファ
イバ、106（１）〜106（Ｎ＋１），305（１）〜305（Ｎ
＋１）……光／電気変換器、107（１）〜107（Ｎ＋
１），306（１）〜306（Ｎ＋１）……広帯域増幅回路、
108（１）〜108（Ｎ＋１）……電気信号遅延回路、109
（１）〜109（Ｎ），309（１）〜309（Ｎ）……識別再
生回路、110（１）〜110（Ｎ）……タイミング抽出回
路、111（１）〜111（Ｎ）……位相比較器、1055……光
合波器、1056……光分波器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ個のデータ信号と１個のクロック信号と
   でなるＮ＋１個の情報系列を伝送する高速光バスにおい
   て、前記クロック信号が共通に入力され前記Ｎ個のデー
   タ信号の波形整形を行うＮ個の波形整形回路と、前記Ｎ
   個の波形整形回路の出力が各々入力されるＮ個の第１の
   電気／光変換器と、前記クロック信号が入力され前記Ｎ
   個の第１の電気／光変換器のうちの少なくとも１個の第
   １の電気／光変換器とは光波長が異なる１個の第２の電
   気／光変換器と、前記第２の電気／光変換器の光出力と
   この光出力とは光波長が異なる前記Ｎ個の第１の電気／
   光変換器のうちの任意の１つの電気／光変換器の光出力
   とが入力される光合波器と、前記第１のＮ−１個の電気
   ／光変換器と前記光合波器に一端が各々接続されたＮ本
   の光ファイバと、前記光合波器に接続された光ファイバ
   の出力を入力する光分波器と、前記光分波器の２つの光
   信号出力と前記第１のＮ−１個の電気／光変換器に接続
   された前記光ファイバの出力とを入力するＮ＋１個の光
   ／電気変換器と、前記Ｎ＋１個の光／電気変換器の出力
   を増幅するＮ＋１個の広帯域増幅器と、前記Ｎ＋１個の
   広帯域増幅器に従属接続され電気信号の伝播時間を可変
   とするＮ＋１個の電気信号遅延手段と、前記Ｎ＋１個の
   電気信号遅延手段のうち前記データ信号に対応するＮ個
   の電気信号遅延手段出力からクロック成分を抽出するＮ
   個のタイミング抽出手段と、前記Ｎ＋１個の電気信号遅
   延手段のうち前記クロック信号に対応する１個の電気信
   号遅延手段出力を基準のクロック信号とし、該クロック
   信号と前記Ｎ個のタイミング抽出手段の出力として得ら
   れる前記クロック成分との位相比較を各々行いこれら各
   クロック成分に対応する前記電気信号遅延手段に遅延制
   御信号を各々出力するＮ個の位相比較器と、前記クロッ
   ク信号に対応する１個の電気信号遅延手段出力のクロッ
   ク信号で前記Ｎ個の電気信号遅延手段出力を各々識別す
   るＮ個の識別再生回路とを含むことを特徴とする高速光
   バス。