JPH11313052A - 通信用クロック再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度による位相変動特性が良好でかつ小型化
が図れる通信用クロック再生装置を提供すること。 【解決手段】 入力信号から基本クロック成分を含む信
号を得るための２逓倍回路４と、得られた上記信号から
基本クロック成分を抽出する帯域通過フィルタ６とを備
え、抽出された基本クロック成分から少なくともクロッ
ク信号を再生する通信用クロック再生装置１であって、
上記帯域通過フィルタ６が２次以上の高次高調波モード
で動作するオーバートーン水晶振動子５により構成され
ていることを特徴とする。このオーバートーン水晶振動
子の温度安定性が良好なことから温度変動に伴うデータ
誤り率の増加を防止できると共に、通信用クロック再生
装置の小型化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信装置におけ
る光受信器の通信用クロック再生装置に係り、特に、温
度による位相変動特性が良好でかつ小型化が図れる通信
用クロック再生装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６に光通信の原理を示す。すなわち、
光通信では電気信号を光送信器により光信号に変換し光
ファイバ中を伝送させる。この光信号は光受信器により
再び電気信号に変換され通信が行われている。そして、
本発明に係る通信用クロック再生装置はこの光受信器内
において適用される。図７に光受信器のブロック図を示
す。この光受信器において光ファイバａから入力される
光信号はフォト・ディテクタｂで電気信号に変換され、
引き続きＡＧＣ（Automatic Gain Control）増幅器ｃに
よりフォト・ディテクタｂの持つ周波数特性を補正する
と同時に適切な信号レベルまで増幅される。この信号は
光ファイバａ内での減衰や伝送歪のためにそのままでは
デジタル信号の１または０に判別することができない。

【０００３】そこで、増幅された信号は図７に示すよう
に２つの伝達パスに分かれ、片方は入力信号であるＮＲ
Ｚ（Non Return to Zero）信号からクロック信号を再生
する通信用クロック再生装置ｄに伝達され、他方は判別
回路ｆへ伝達される。

【０００４】すなわち、上記通信用クロック再生装置ｄ
は２逓倍回路d1と帯域通過フィルタd2とでその主要部が
構成され、２逓倍回路d1により入力信号から基本クロッ
ク成分を発生させ（図８タイミングチャートのＡ１〜Ａ
３参照）、その後の帯域通過フィルタd2により基本クロ
ック成分のみが抽出され（図８タイミングチャートのＡ
４参照）、さらにリミッティング・アンプｅにより方形
のデジタル信号に波形整形されてクロック信号が再生さ
れ（図８タイミングチャートのＡ５参照）、判別回路ｆ
へ出力される。そして、上記判別回路ｆでは、再生され
たクロック信号（図９タイミングチャートのＡ５参照）
を基準に歪んだ入力データ信号（図９タイミングチャー
トのＡ６参照）をトリガし、きれいなデータ信号として
出力される（図９タイミングチャートのＡ７参照）。
尚、この光受信器における通信用クロック再生装置ｄの
２逓倍回路d1は、図７に示すようにダブル・バランスド
・ミキサｄ’と９０度位相器ｄ”とで構成されている。

【０００５】このように長距離の伝送に伴い大きく歪ん
だ信号をきれいに波形整形する機能が光受信器における
重要な機能となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現在広く使
用されている２４８８Ｍｂｐｓ光通信用の光受信器で
は、上述した帯域通過フィルタd2として、一般にＳＡＷ
（Surface Acoustic Wave：弾性表面波）フィルタや誘
電体フィルタが適用されている。

【０００７】しかし、ＳＡＷフィルタはそのデバイスと
しての大きさは小さいが、温度特性が劣る問題点を有し
ている。これは、ＳＡＷフィルタに用いる水晶基板が一
般にＳＴカットと呼ばれる結晶方位を使用することが原
因となっている。

【０００８】すなわち、ＳＡＷの波動モードを使って得
られる最も温度安定度の高い基板はＳＴカット水晶基板
であるが、この温度特性は図５に示すように最も幅広く
使用される水晶のバルク振動子であるＡＴカット水晶振
動子の持つ温度安定度に較べて遥かに劣るため、温度の
変動により位相の変動が生じ、結果として上記判別回路
ｆでの誤り率が上昇するという悪影響を与える問題点を
有している。

【０００９】この場合、ＡＴカット水晶基板を用いたバ
ルク振動子の帯域通過フィルタへの適用も考えられる。

【００１０】しかし、このＡＴカット水晶振動子は水晶
基板の厚み方向で共振するため、共振周波数の高周波化
には限界を有する別の問題があった。

【００１１】すなわち、バルク振動子は基板の厚みを１
／２とする波長で共振するためである。例えば、水晶振
動子中の波動の伝搬速度が５０００ｍ／ｓで、かつ、水
晶振動子の厚みが５０μｍとすると、共振周波数ｆ0
は、ｆ0 ＝５０００／（２×５０×１０^-6）＝５０×１
０⁶ （Ｈｚ）＝５０ＭＨｚとなり、例えば目的とする２
４８８ＭＨｚより非常に低く、上述した２４８８Ｍｂｐ
ｓ光通信用光受信器における帯域通過フィルタとして使
用することが困難な別の問題点を有している。

【００１２】一方、誘電体フィルタは、上記ＳＡＷフィ
ルタに較べて通常その大きさが約５倍と大きく、光受信
器の小型化を図る上において大きな障害となる問題点を
有していた。

【００１３】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、温度による位相
変動特性が良好でかつ小型化が図れる通信用クロック再
生装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するため本発明者が鋭意研究を継続したところ、上述し
た水晶振動子を２次以上の高次高調波モードで動作させ
ることにより共振周波数の高周波化が図れることを見出
だすに至った。

【００１５】すなわち、上記水晶振動子は、基板の厚み
を１／２とする波長で共振するという特徴以外に、振動
子の厚さが１／２波長の整数倍となる周波数であれば共
振するという特徴をも合せ有している。尚、このような
共振をオーバートーン共振といい、与えられた最も低い
振動モード（基本振動モード）よりも高い次数で振動す
るように設計された水晶振動子をオーバートーン水晶振
動子という。そして、オーバートーン水晶振動子の高次
オーバートーン振動を利用することで共振周波数の高周
波化が図れ、これにより目的とする帯域通過フィルタを
構成させることが可能となる。

【００１６】本発明はこのような技術的知見に基づき完
成されたものである。

【００１７】すなわち、請求項１に係る発明は、入力信
号から基本クロック成分を含む信号を得るための２逓倍
回路と、得られた上記信号から基本クロック成分を抽出
する帯域通過フィルタとを備え、抽出された基本クロッ
ク成分から少なくともクロック信号を再生する通信用ク
ロック再生装置を前提とし、上記帯域通過フィルタが、
２次以上の高次高調波モードで動作するオーバートーン
水晶振動子により構成されていることを特徴とするもの
である。

【００１８】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の発明に係る通信用クロック再生装置を前提とし、上
記オーバートーン水晶振動子が基本振動周波数４８．７
９ＭＨｚのＡＴカット水晶振動子で構成されると共に、
このＡＴカット水晶振動子が５１次の高次高調波モード
で動作して２４８８．３２ＭＨｚの帯域通過フィルタを
構成していることを特徴とするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】ＡＴカット水晶振動子２０は、図２（Ａ）
に示すように水晶基板２１の厚み方向に振動し、その厚
みが振動波長の１／２となったとき基本振動モードとな
る（図２Ｂ参照）。また、同様に、基本振動波長の１／
３、１／５、１／７……の各波長においても同様に振動
し、これをオーバートーン振動という（図２Ｃに３次オ
ーバートーン振動を示す）。一般に、基本振動モードを
１次、基本振動波長の１／３、１／５、１／７の各波長
による振動モードをそれぞれ３次、５次、７次の高次オ
ーバートーン振動と呼ぶ。そして、このように振動する
波長が短くなることは、すなわち振動周波数が高くなる
ことを意味する。従って、基本振動周波数の低いオーバ
ートーン水晶振動子について、その高次オーバートーン
振動を使用することにより高い周波数領域での利用が可
能となる。

【００２１】また、図４（Ａ）に示すように一対のオー
バートーン水晶振動子４１、４２について、例えばこれ
を梯子型に配置することにより通信用クロック再生装置
における帯域通過フィルタを構成することができる。
尚、図４（Ｂ）はこのようにして構成された帯域通過フ
ィルタにおける周波数と減衰量との関係を示したグラフ
図である。

【００２２】そして、この実施の形態に係る通信用クロ
ック再生装置１は、図１に示すようにダブル・バランス
ド・ミキサ２と９０度位相器３とを組合せた２逓倍回路
４と、オーバートーン水晶振動子５の帯域通過フィルタ
６とでその主要部が構成され、差動増幅回路を用いた飽
和増幅器７により方形のデジタル信号に波形調整された
クロック信号が出力されるようになっている。

【００２３】また、上記帯域通過フィルタ６は、基本振
動周波数４８．７９ＭＨｚのＡＴカットオーバートーン
水晶振動子を使用し、その５１次の高次オーバートーン
振動により２４８８．３２ＭＨｚのフィルタを実現して
いる。

【００２４】そして、この帯域通過フィルタ６の優れて
いる点は、図５に示したようにＡＴカット水晶振動子の
温度安定度が極めて良好なため、高次モードである２４
８８．３２ＭＨｚの周波数安定度も同様に安定させるこ
とができる点である。

【００２５】この高次オーバートーン振動を使った帯域
通過フィルタの通過特性は、図３に示すように４８．７
９ＭＨｚ間隔で通過帯域が発生し、それらの中で５１番
目の通過帯域が２４８８．３２ＭＨｚとなる。

【００２６】この結果、この実施の形態に係る通信用ク
ロック再生装置１では２４８８．３２ＭＨｚのクロック
信号を抽出できると共に、クロック信号のジッタ特性の
国際規格であるＳＴＭ−１６（ＩＴＵ−Ｔ）を満足でき
ることが確認できた。

【００２７】

【発明の効果】請求項１及び２記載の発明に係る通信用
クロック再生装置によれば、２次以上の高次高調波モー
ドで動作するオーバートーン水晶振動子により構成され
た帯域通過フィルタが組込まれているためこの帯域通過
フィルタの温度安定性を大幅に改善することが可能とな
る。

【００２８】従って、温度変動に伴うデータ誤り率の増
加を防止できると共に、通信用クロック再生装置の小型
化が図れる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る通信用クロック再生装置の回
路構成を示すブロック図。

【図２】図２（Ａ）はＡＴカット水晶振動子の構成説明
図、図２（Ｂ）はこのＡＴカット水晶振動子の基本振動
を示す説明図、図２（Ｃ）はこのＡＴカット水晶振動子
の３次オーバートーン振動を示す説明図。

【図３】実施の形態に係る通信用クロック再生装置に組
込まれたオーバートーン水晶振動子から成る帯域通過フ
ィルタの通過特性を示すグラフ図。

【図４】図４（Ａ）は一対のオーバートーン水晶振動子
で構成された帯域通過フィルタの説明図、図４（Ｂ）は
この帯域通過フィルタの通過特性（すなわち周波数と減
衰量との関係）を示すグラフ図。

【図５】ＡＴカット水晶振動子の温度変動と周波数変動
との関係、および、ＳＴカット水晶基板を用いたＳＡＷ
フィルタの温度変動と周波数変動との関係を示したグラ
フ図。

【図６】光通信の原理を示す説明図。

【図７】光受信器の回路構成を示すブロック図。

【図８】上記光受信器における信号処理の流れを示した
タイミングチャート。

【図９】上記光受信器における信号処理の流れを示した
タイミングチャート。

【符号の説明】

１ 通信用クロック再生装置 ２ ダブル・バランスド・ミキサ ３ ９０度位相器 ４ ２逓倍回路 ５ オーバートーン水晶振動子 ６ 帯域通過フィルタ ７ 飽和増幅器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号から基本クロック成分を含む信号
   を得るための２逓倍回路と、得られた上記信号から基本
   クロック成分を抽出する帯域通過フィルタとを備え、抽
   出された基本クロック成分から少なくともクロック信号
   を再生する通信用クロック再生装置において、 上記帯域通過フィルタが、２次以上の高次高調波モード
   で動作するオーバートーン水晶振動子により構成されて
   いることを特徴とする通信用クロック再生装置。
2. 【請求項２】上記オーバートーン水晶振動子が基本振動
   周波数４８．７９ＭＨｚのＡＴカット水晶振動子で構成
   されると共に、このＡＴカット水晶振動子が５１次の高
   次高調波モードで動作して２４８８．３２ＭＨｚの帯域
   通過フィルタを構成していることを特徴とする請求項１
   記載の通信用クロック再生装置。