JPS6038039B2 - 電子装置の効率制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動制御装置に係り特に高速デジタル伝送装置
における増幅器ならびに一般的パルス変調信号を発生、
増幅および処理する装置の出力源の制御のためにパルス
変調信号からピーク・ピーク出力に比例した信号を得る
ことのできる装置に関する。

電磁波（または高周波、短波、光放射波）の発生源なら
びに前記信号の処理に関連する装置の効率の完全な制御
には平均およびピーク・ピーク出力の双方に比例する信
号の必要なことが知られている。

これらの信号は帰還ループ中において増幅器または関連
発生源について動作するその他の装置（出力装置、導波
管、レーザ等）のバイアス値および駆動装置の制御に利
用される。実際に、出力装置または増幅器の効率が種々
の温度および装置の漸次的な劣化条件下における、供給
されたパルスの出力および形状についての性能ならびに
二つの論理状態として生じる最小出力と最大出力との比
を示すものとすれば、パルス変調信号から必要な制御信
号を得るための簡単で正確な方法を考慮することが重要
である。

平均出力に比例する信号は乳きどの困難なく得られると
しても、ピーク・ピーク電力の検出に用いられる回路は
はるかに厳格なものとなる。実際に平均出力に比例する
信号（電圧または電流の形で）は制御される装置から送
出される信号の変調形状線を積分定数を適宜に選択して
積分することによって抽出することができる。それに対
してピーク・ピーク出力の制御のためには、一般に変調
された電磁波の小さな部分が抽出され、これが非常に高
速な包路線検出器で検出される。

しかしその際の出力が小さいので、検出器に送る前記信
号を増幅器によって増幅することが必要であり、通過帯
域および雑音についてのこの増幅器の性能は受信器の入
力段の性能と同様のものとなる。したがって、特に伝送
速度が大きい場合には最も厳格な装置の一つが二重化さ
れそれによってコストの増大および回路構成の困難さな
どが生じる。これらの不具合は制御すべき装置から発生
されるピーク・ピーク出力についての情報を安価で信頼
性が高くかつ簡単な回路を用いて零に復帰する波形の性
質を検出することによって得るようになされた本発明の
目的とする制御装置によって解消される。本発明の主な
目的は等しく生起される確率的に独立したランダムシー
ケンスの零復帰波形を有するパルスで変調された信号ま
たは電磁波をその出力に生じる装置を自動的に負帰還に
よって制御する方法において、前記制御すべき装置から
送出される信号または電磁波の一部分を取り出して包絡
線信号を得るように復調し、この包絡線信号についてパ
ルス反復率の周波数における選択的な炉波、復調および
積分の各操作を施し、それによって前記信号または電磁
波のピーク・ピーク出力に比例する信号を得、かつ前記
操作中において一段または複数段の増幅段を設けて前記
ピーク・ピーク出力に比例する前記信号によって前記制
御すべき装置を負帰還において制御できるようにするこ
とを特徴とする前記電子装置の効率の自動制御装置を提
供することにある。

− 本発明の前記の特色ならびにその他の特色は本発明
を例示するために何等限定的な定義を伴なわずに示され
る本発明の好ましい実施例についての以下の記載により
本発明の目的とする方法を実施することのできる制御装
置のブ。

ック図を示す添付図面との関連においてさらに明確なも
のとなるつｏ本発明の一つの適用例として光フアィバ中
のデジタル伝送に広く用いられている発生源の一つであ
る半導体レーザのための制御装置が使用されている。

多くの場合、半導体レーザには可変変調電流にｄｃバイ
アス電流を加えて得られる電流を供電することが知られ
ている。

伝送情報が一連のデータまたはコード化音声信号からな
る場合には、変調電流は一方が記号「０」に他方が記号
「１」に対応する二つのレベルの２値信号における時間
的な挙動を示す。変調電流の最大値は最大放射条件下で
のレーザの動作の仕様および雑音の観点からまたは装置
のその他のパラメータとの関連における送出される光信
号の品質の双方を考慮して容易に選択される。

これに対しｄｃバイアス電流の値は変調電流の存在しな
い動作点を表わすように選択される。

供給電流に対する光放射量の挙動を示す動作特性曲線は
原点を通るほとんど水平な部分の第一の近似部分とこれ
に接続されるより額斜した他の部分とからなる。これら
二つの部分の接合点に対応して半導体が通常の光放出ダ
イオードＬＥＤとして動作する左側の部分からしーザ効
果が開始され放出光量が電流の関数として迅速に増大す
る右側の部分への遷移が存在する。この遷移に対応する
Ｚ電流値は一般にレーザの「閥値電流」と呼ばれる。動
作状態においては、半導体の動作点を閥値電流のすぐ上
方に固定してこの閥値電流よりも幾分大きなバイアス電
流を供給することが便宜であＺる１。

実際に、これらの条件の下においては、レーザは二つの
論理状態における最小および最大出力の間の比である。
消光率についての高い駆動周波数におけるより高い性能
を動作点を関値電流以下に固定したときに生じる問題を
伴なわずに備える２ことができる。いずれにせよ半導体
の温度変化および／または経時劣化によって、半導体の
動作特性曲線（光出力−電流）には電流軸に平行な移動
およびもっとも傾斜した領域中での傾斜角係数の変化が
生じる。

これは闇値電流のドリフトおよび光パルスの形状とェネ
ルギとの双方に大きく影響するレーザの効率の変動、な
らびに光信号の消光率を意味する。これらの不・具合を
できるだけおさえるためにバイアスの振幅およびレーザ
の変調電流は所定値に一定に保持されることはなく、自
動制御装置によって連続的に調節され、この制御装置は
しーザによって発生される光信号によって負帰還の技術
により活性化電流を制御する。特に、光放射平均出力に
比例する信号の使用によって電流閥値のドリフトを補正
し、一方ピーク・ピーク出力に比例する信号の使用によ
って光放射効率を一定に保持することができる。図中、
符号ＬＡは通常の半導体レーザを示し、その活性化電流
のための入力は接続線５に接続され（バイアスおよび変
調電流の和を活性化電流とする）、その出力は光放射が
とり出される正弦形状線６に接続される。

出力としての光放射の大部分は半透明鏡酸を透過して伝
達煤質を形成する光フアィバＦＯに到達し、光放射の他
の部分７は半透明鏡ＢＳで反射されて光検出器ＦＲに送
られる。この反射された出力は伝送損失となるのでレー
ザによって放射される全出力の僅かな一部分で．なけれ
ばならないことは当然であり、したがって適当な帰還信
号を得るためにこの部分を利用する制御装置は高感度の
ものでなければならない。接続酸９に結合される光検出
器ＦＲの出力端子にはしーザから放射された光ビームの
変調形状に対応する電気信号が存在し、この信号は通常
の方法によるバイアス電流の制御および以下に説明する
本発明の方法による駆動電流の制御に用いられる。さら
に説明すると、バイアス電流に関しては光検出器ＦＲか
ら与えられる電気信号が通常の低域通過フィルタＢＰに
入りこのフィル夕の出力には放射光出力の平均値を示す
電圧が存在する。この電圧は次いで図示の増幅器ＡＭに
よって増幅され、この増幅器は良好な感度と低いドリフ
トを備えていて（たとえばサンプリング増幅器）適当な
回路ＢＩから供給されるバイアス電流の強度を制御する
。この電流は加算器Ａを通してレーザに送られその動作
点を闇値電流の直上の値に設定する。温度変化および／
または半導体の経時劣化の影響としての前記閥値電流の
ドリフトは放射出力の平均値を変化させ、その一部は光
検出器ＦＲで集められ、低域通過フィルタＢＰで積分さ
れかつ増幅器ＡＭで増幅されて回路ＢＩに帰還され、そ
の結果供給される電流はしーザ動作点を予め定められて
いる状態に再度設定されるように増加または減少される
。

光信号のピーク・ピーク出力の測定のためにここで用い
られる方法は零復帰波形のスペクトル特性に基いている
。

実際上、レーザによって発生される信号はパルス反復率
に一致した一つの周波数を有し、かつその振幅が光信号
のピーク・ピーク出力に直接比例するような非連続的な
スペクトルを含んでいる。ピーク・ピーク出力について
の全ての必要な情報を得るためには、パルス反復率に０
対する周波数の振幅を測定すれば充分な結果が得られる
。必要な増幅が高速伝送においてコストおよび製作上の
問題を生じる広帯域あるいは制御されたロールオフ増幅
器を必要とすることなく充分に正確な周波数で行われる
ということによって得られる長所は明白である。零値が
長く連続することを避けるために、当該技術においては
発生源からのデータを適宜に処理できるスクランブラを
導入しているが、この使用は装置の他の要求を考慮する
上からも必要である。

図中、光検出器ＦＲによって検出された電気信号は接続
線９に生じ、かつ帯域中心周波数がパルス反復率に等し
い選択増幅器ＢＰＦに送られる。

このフィル夕の選択度はそれほど大きくないが、これは
その機能が基本的には弱い炉波作用であって隣接する回
路からの必要なスペクトル周波数を最終的に分離する後
続回路への過負荷による損傷を防止するようになされて
いるからである。選択増幅器ＢＰＦから送出される信号
は接続線１０を経て図中ＣＤによって示すコヒ」レント
復調器に到達する。

図示しない方形波発振器からの信号が同時に接続線２０
を経てこのコヒ−レント復調器にＤの第２の入力に到来
する。この信号は変調パルス源のクロツクとして作用す
る。コヒ−レント復調器ＣＤの出力には次のような信号
が存在する。入力の信号の周波数間の差に等しい周波数
を有する信号。入力の信号の周波数の和に等しい周波数
を有する信号。高次高調波の間の直線的な結合によるそ
の他の信号。これらの全ての信号の中で、その他のもの
から容易に分離できるのはｄｃ電流信号である。これは
コヒ−レント復調器ＣＤの入力における信号の間、すな
わちタイミング信中と反復周波数におけるデータ信号の
スペクトル周波数との間の差に基いている。したがって
、コヒ−レント復調器ＣＯからの接続線１１に送出され
た信号をＢＰ２として図示した低域通過フィル夕で炉波
することによって、パルス反復率に対応する単一のスペ
クトル周波数の振幅に比例したｄｃ電流信号が得られ、
このために、前述したようにこのｄｃ電流信号がレーザ
によって発生された光信号のピーク・ピーク出力に比例
することになる。

低域通過フィルタＢＰ２から送出されたｄｃ鰭流信号は
接続線１ ２を経て高感度および低ドリフトの増幅器Ａ
Ｍ２に送られこの増幅器を引き続くブロックＤＲ制御に
必要なしベルに設定する。フ、ロックＤＲは駆動回路を
示し、これは接続線１における入力のデータの流れを接
続線３におけるその出力としてパルスの流れに変換する
ことのできる回路である。駆動回路ＤＲによって供給さ
れる衝撃波電流の大きさは、レーザによって放射される
光パルスのピーク・ピーク出力が半導体の温度的変化お
よび蓬時劣化の如何にかかわらず一定に保持されるよう
な態様で接続線２に存在するｄｃ電流に応じて自動的に
制御される。図示のように、駆動回路ＤＲによって生成
された電流パルスは直接レーザＬＡを駆動するのではな
く、まず回路ＢＩから供給されるバイアス電流に対して
加算器Ａ中において加算される。レーザの活性化電流、
すなわち駆動電流およびバイアス電流の和によって生じ
る電流が加算器Ａの出力側に存在し、これは接続線５を
経てレーザに到来する。前記の記載は単に例としてのも
のであって何等本発明を限定するものではなく、したが
って本発明の範囲内において種々の変形や改良が可能で
あることは明らかである。

さらに述べれば、この制御装置は半導体レーザに限らず
、処理される情報が前記の要求を満足するものであれば
、ピーク・ピーク出力（場合によっては平均出力と共に
）が制御される任意の電磁波発生源または任意の高周波
増幅器に適用することができる。図面の簡単な説鯛 図面は本発明装置の実施例のブロック回路図である。

ＬＡ・・・・・・半導体レーザ、ＢＳ・・・・・・半透
明鏡、ＦＲ・・・・・・光検出器、ＢＰ１，ＢＰ２，Ａ
Ｍ１，ＮＭ２・・・・・・増幅器、ＣＤ・・・・・・コ
ヒーレント復調器、ＤＲ・・・・・・駆動回路、Ａ…・
・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 等しく生起される確率的に独立したランダムシーケ
   ンスの零復帰波形を有するパルスで変調された信号また
   は電磁波をその出力に生じる装置を自動的に負帰還によ
   つて制御する装置において、制御すべき装置ＬＡによつ
   て供給される信号または電磁波の一部分を抽出器ＢＳに
   よつて取り出して、出力端に変調出力の包路線と同一の
   挙動を有する電気信号を出力する検出器ＦＲに送り、前
   記信号をパルス反復率周波数に等しい中心帯域周波数を
   有する帯域通過フイルタＢＰＦに送り、次いで復調器Ｃ
   Ｄに送つてその出力信号を低域通過フイルタＢＰ２によ
   つて適当に濾波してピーク・ピーク出力に比例した信号
   とし、前記出力信号を駆動回路ＤＲを制御することので
   きる第２の増巾器ＡＭ２によつてさらに増幅するように
   なされており、そして該駆動回路はその入力に伝送すべ
   きデータの流れを有し、かつその出力に加算器Ａ中でバ
   イアス信号に対して加算可能でかつ前記装置ＬＡを活性
   化および制御する自動的に制御された振幅の信号を有す
   ることを特徴とする電子装置の効率の自動制御方法を実
   施するための装置。 ２ 前記制御すべき装置ＬＡが半導体レーザであり、前
   記信号または電磁波が光放射波であり前記抽出器ＢＳが
   半透明鏡でありそして前記検出器ＦＲが光検出器である
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の自動
   制御装置。 ３ 前記制御すべき装置ＬＡがその出力に高周波信号を
   供給することのできる装置であつて、前記信号または電
   磁波が高周波信号であり、前記抽出器ＢＳが容量性、誘
   導性または抵抗性の結合器であり、そして前記検出器Ｆ
   Ｒが高周波検出器であることを特徴とする前記特許請求
   の範囲第１項記載の自動制御装置。 ４ 前記復調器ＣＤが前記帯域通過フイルタＢＰＦから
   の送出信号をパルス反復率の周波数に等しい周波数を有
   する周期的信号との間のビート形成によつて復調するこ
   とのできるコヒーレント復調器であることを特徴とする
   前記特許請求の範囲第１項記載の自動制御装置。 ５ 前記帯域通過フイルタＢＰＦが選択的増幅器である
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の自動
   制御装置。