JPWO2007013356A1 - 信号送信装置、信号受信装置、試験装置、テストモジュール、及び半導体チップ - Google Patents

Abstract

与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、多値データが遷移する複数の値に応じた複数の電流値の電源電流を、発光素子に供給可能な電流源と、多値データの遷移に応じて、電流源が供給する電源電流の電流値を変調させる変調部とを備える信号送信装置を提供する。多値データ光信号は、多ビットのデジタル値入力から生成され、電流源は、デジタル値のビット数に応じた個数のビット電流源を有し、それぞれのビット電流源は、デジタル値の対応するビットのビット位置に応じた電流を生成する。変調部は、デジタル値のビット数に応じた個数の電流制御スイッチを、ビット電流源に対応して有し、それぞれの電流制御スイッチは、デジタル値の対応するビットの論理値に応じて、対応するビット電流源が生成した電流を、発光素子に供給するか否かを切り替えてよい。

Description

本発明は、光伝送により多値のデータを送受信する信号送信装置及び信号受信装置、被試験デバイスを試験する試験装置、テストモジュール並びに半導体チップに関する。特に、本発明は近距離光伝送を行う信号送信装置及び信号受信装置に関する。本出願は、下記の日本国出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の一部とする。
特願２００５−２１６０４３ 出願日 ２００５年７月２６日

従来、データを伝送する方式として光通信方式が知られている。長距離伝送を行う幹線系光通信の場合、１本の光ファイバで伝送する情報量を多くする目的で、多値ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）等の多重化が行われている。このような方式を実現するデジタル変復調回路、あるいは波長多重回路は複雑であり、高消費電力、大面積、高コスト等の問題がある。しかし、長距離ファイバを並列に敷設した場合に比べるとコストが低くなるので、このような多値伝送、波長多重伝送が一般的である。

これに対し、１０ｍ程度の近距離伝送を行う場合、上述したＰＳＫ、ＱＡＭ、ＷＤＭ等を行って伝送容量を増加する方法よりも、ファイバの並列数を増加させた場合のコスト増加が小さいので、並列伝送が行われている。しかし、ファイバの並列数には物理的な限界があるので、より伝送容量を増加したい場合には、１本のファイバで伝送する情報量を多くする必要がある。

ファイバ１本当たりの伝送容量を増加させるには、上述した長距離伝送と同様に、（１）伝送速度を高速化する（２）多値伝送を行う（３）波長多重伝送を行う方法が考えられる。しかし、電子回路、光電／電光変換回路の応答速度が限界点に近づいており、伝送速度の高速化が困難であるので、一般的に多値伝送又は波長多重伝送が行われている。

関連する特許文献等は、現在認識していないため、その記載を省略する。

しかし、近距離並列光伝送において波長多重伝送を行う場合、データのビット毎にマルチ波長光源、合成器、分波器が必要である。このため、コストパフォーマンスが悪化してしまう。また、ＰＳＫ、ＱＡＭの多値伝送を行うと、現在限界に近いタイミング方向の余裕が更に必要となってしまう。

また、レーザ光の振幅を変調させるＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式も考えられるが、従来のＡＳＫ方式は、レーザ光源が出力する、ＣＷ発振するレーザ光の振幅を、間接変調器を用いて変調させている。間接変調器は、大面積を必要とするため、伝送系の高密度実装が困難であり、コストパフォーマンスが悪化してしまう。このように、従来の装置では、光通信における伝送容量を増加させることが困難であった。

このため本発明は、上述した課題を解決することのできる信号送信装置、信号受信装置、試験装置、テストモジュール、及び半導体チップを提供することを目的とする。この目的は、請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信する信号送信装置であって、与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、多値データが遷移する複数の値に応じた複数の電流値の電源電流を、発光素子に供給可能な電流源と、多値データの遷移に応じて、電流源が供給する電源電流の電流値を変調させる変調部とを備える信号送信装置を提供する。

多値データ光信号は、多ビットのデジタル値入力から生成され、電流源は、デジタル値のビット数に応じた個数のビット電流源を有し、それぞれのビット電流源は、デジタル値の対応するビットのビット位置に応じた電流を生成し、変調部は、デジタル値のビット数に応じた個数の電流制御スイッチを、ビット電流源に対応して有し、それぞれの電流制御スイッチは、デジタル値の対応するビットの論理値に応じて、対応するビット電流源が生成した電流を、発光素子に供給するか否かを切り替えてよい。

信号送信装置は、発光素子の電源電流−出力強度特性を測定する測定部と、電源電流−出力強度特性に基づいて、それぞれのビット電流源が生成する電源電流の電流値を制御する電流制御部とを更に備えてよい。電流制御部は、多値データの論理値の遷移量に略比例してレーザ光の強度を変化させるべく、それぞれの電流源が生成する電源電流の電流値を制御してよい。信号送信装置は、多値データ光信号の各ビットの各デジタル値を、変調部に伝送する各経路におけるスキューを低減するスキュー調整部を更に備えてよい。

本発明の第２の形態においては、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として受信する信号受信装置であって、光信号を受け取り、光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、受光素子が生成した受信電流を電圧に変換する変換回路と、多値データが遷移する複数の値に対応して設けられ、変換回路が出力する電圧と、対応する多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、少なくとも一つの電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、対応する電圧比較部に供給する等化器と、それぞれの電圧比較部における比較結果に基づいて、多値データの論理値を出力するデコーダ回路とを備える信号受信装置を提供する。

等化器は、複数の電圧比較部のうち、与えられる比較電圧が最も大きい方から順に、少なくとも一つの電圧比較部に対応して設けられてよい。

本発明の第３の形態においては、被試験デバイスを試験する試験装置であって、被試験デバイスを載置するテストヘッドと、テストヘッドを介して被試験デバイスと信号の授受を行い、被試験デバイスの良否を判定する本体部と、テストヘッド及び本体部に設けられ、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信する信号送信装置と、テストヘッド及び本体部に設けられ、光信号を受信する信号受信装置であって、信号送信装置は、与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、多値データが遷移する複数の値に応じた複数の電流値の電源電流を、発光素子に供給可能な電流源と、多値データの遷移に応じて、電流源が供給する電源電流の電流値を変調させる変調部とを有する試験装置を提供する。

信号受信装置は、光信号を受け取り、光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、受光素子が生成した受信電流を電圧に変換する変換回路と、多値データが遷移する複数の値に対応して設けられ、変換回路が出力する電圧と、対応する多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、少なくとも一つの電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、それぞれの電圧比較部における比較結果に基づいて、多値データの論理値を判定する判定部とを有してよい。

信号送信装置は、多値データ光信号の各ビットの各デジタル値を、変調部に伝送する各経路におけるスキューを低減するスキュー調整部を更に有してよい。スキュー調整部は、各経路における伝送遅延時間を調整する可変遅延回路を有し、信号受信装置は、信号送信装置の各経路における伝送遅延時間の差を測定するスキュー測定部を更に有し、試験装置は、スキュー測定部が測定した伝送遅延時間の差に基づいて、可変遅延回路の遅延量を制御する制御部を更に備えてよい。

本発明の第４の形態においては、被試験デバイスを試験する試験装置に設けられ、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信するテストモジュールであって、与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、多値データが遷移する複数の値に応じた複数の電流値の電源電流を、発光素子に供給可能な電流源と、多値データの遷移に応じて、電流源が供給する電源電流の電流値を変調させる変調部とを備えるテストモジュールを提供する。

本発明の第５の形態においては、被試験デバイスを試験する試験装置に設けられ、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として受信するテストモジュールであって、光信号を受け取り、光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、受光素子が生成した受信電流を電圧に変換する変換回路と、多値データが遷移する複数の値に対応して設けられ、変換回路が出力する電圧と、対応する多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、少なくとも一つの電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、それぞれの電圧比較部における比較結果に基づいて、多値データの論理値を出力するデコーダ回路とを備えるテストモジュールを提供する。

本発明の第６の形態においては、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信する信号送信装置を半導体基板上に備える半導体チップであって、信号送信装置が、与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、多値データが遷移する複数の値に応じた複数の電流値の電源電流を、発光素子に供給可能な電流源と、多値データの遷移に応じて、電流源が供給する電源電流の電流値を変調させる変調部とを備える半導体チップを提供する。

本発明の第７の形態においては、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として受信する信号受信装置を半導体基板上に備える半導体チップであって、信号受信装置が、光信号を受け取り、光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、受光素子が生成した受信電流を電圧に変換する変換回路と、多値データが遷移する複数の値に対応して設けられ、変換回路が出力する電圧と、対応する多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、少なくとも一つの電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、それぞれの電圧比較部における比較結果に基づいて、多値データの論理値を出力するデコーダ回路とを備える半導体チップを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明によれば、間接変調器を用いた間接変調でなく、直接変調による小規模の装置で、多値のデータを容易に光伝送することができる。また、試験装置の本体部とテストヘッドのように、近距離光伝送においては、光ファイバでの損失が非常に小さい。このため、振幅方向に余裕のある近距離光伝送において、特に本発明を有効に用いることができる。また、振幅変調により光伝送を行うので、限界に近づいているタイミングマージンを同等に保ったまま、ファイバ１本当たりの伝送容量を増大させることができる。また、発光素子３２の特性に応じて、電源電流等を制御することにより、データを精度よく伝送することができる。

本発明の実施形態に係る試験装置１００の構成の一例を示す図である。 信号送信装置３０の構成の一例を示す図である。 信号送信装置３０の構成の他の例を示す図である。 信号受信装置４０の構成の一例を示す図である。 ＤＡＣ７０が出力する閾電圧の一例を示す図である。 発光素子３２の電源電流−出力強度特性の一例を示す図である。 信号送信装置３０の構成の他の例を示す図である。 電流制御部５８がビット電流源４４を制御した場合の、多値データの各論理値に対するレーザ光の強度の関係の一例を示す図である。 信号送信装置３０の構成の他の例を示す図である。 信号送信装置３０及び信号受信装置４０の構成の他の例を示す図である。図１０（ａ）は、信号送信装置３０の構成を示し、図１０（ｂ）は、信号受信装置４０の構成を示す。

符号の説明

１０・・・本体部、２０・・・テストヘッド、３０・・・信号送信装置、３２・・・発光素子、３４・・・変調部、３６・・・電流制御スイッチ、３８、３９・・・トランジスタ、４０・・・信号受信装置、４２・・・電流源、４４・・・ビット電流源、４６・・・バイアス電流源、５０・・・ビット電流源、５２、５４・・・トランジスタ、５６・・・測定部、５８・・・電流制御部、６０・・・受光素子、６２・・・変換回路、６４・・・等化器、６６・・・電圧比較部、６８・・・デコーダ回路、７２・・・設定部、７４・・・フリップフロップ、７６・・・マルチプレクサ、７８・・・論理和回路、８０・・・論理積回路、８２・・・フリップフロップ、８４・・・可変遅延回路、１００・・・試験装置、１０２・・・可変遅延回路、２００・・・被試験デバイス

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る試験装置１００の構成の一例を示す図である。試験装置１００は、半導体回路等の被試験デバイス２００を試験する装置であって、本体部１０及びテストヘッド２０を備える。テストヘッド２０は、被試験デバイス２００を載置し、被試験デバイス２００と信号の授受を行う。

また、本体部１０は、テストヘッド２０を介して被試験デバイス２００と信号の授受を行い、被試験デバイス２００の良否を判定する。例えば、本体部１０は、被試験デバイス２００に入力するべき試験信号を、テストヘッド２０を介して被試験デバイス２００に供給し、被試験デバイス２００が出力する出力信号を、テストヘッド２０を介して受け取る。そして、本体部１０は、当該出力信号に基づいて、被試験デバイス２００の良否を判定する。

また、本体部１０及びテストヘッド２０は、信号を伝送するための信号送信装置３０及び信号受信装置４０をそれぞれ備える。信号送信装置３０及び信号受信装置４０は、本体部１０とテストヘッド２０とを接続する複数の光ファイバを介して光信号を伝送する。本体部１０とテストヘッド２０との間隔は例えば１０ｍ以下の近距離であるため、低コストで複数の光ファイバを並列に設けることができる。

尚、本例においては、本体部１０とテストヘッド２０との間で信号を伝送するべく、信号送信装置３０及び信号受信装置４０をそれぞれ備えたが、試験装置１００は、信号送信装置３０又は信号受信装置４０の少なくとも一方を備えるテストモジュールを、所望の箇所に備えてよい。例えば、光ファイバを用いて信号を伝送することができる所望の箇所に、当該テストモジュールを備えてよい。

図２は、信号送信装置３０の構成の一例を示す図である。本体部１０及びテストヘッド２０にそれぞれ設けられる信号送信装置３０は同一の構成である。信号送信装置３０は、発光素子３２、電流源４２、及び変調部３４を備える。本例における信号送信装置３０は、発光素子３２に供給する電源電流を、伝送すべきデータに応じて変調させることにより、発光素子３２が出力するレーザ光の振幅を変調させ、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信する。

発光素子３２は、与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する。発光素子３２は、例えばレーザダイオードである。電流源４２は、多値データが遷移する複数の値に応じた複数の電流値の電源電流を、発光素子３２に供給可能な電流源である。例えば、多値データが４種の値を取り得る場合、電流源４２は、発光素子３２に４種の電流値の電流源を供給できるように構成される。

本例において、電流源４２は、バイアス電流源４６、及び複数のビット電流源（４４−１、４４−２、以下４４と総称する）を有する。バイアス電流源４６は、発光素子３２に予めバイアス電流を印加し、発光素子３２における発光遅延時間を低減する。また、信号送信装置３０に、送信するべきデータとして入力される多値データのそれぞれの論理値は、多ビットのデジタル値で表される。電流源４２が有するビット電流源４４の個数は、入力される多値データのビット数に応じて定められる。例えば、多値データのビット数が２ビットである場合、電流源４２は、２つのビット電流源４４を有する。本例では、ビット数が２である場合について説明するが、多値データは、より多くのビット数で表されてよい。

それぞれのビット電流源４４は、多値データのデジタル値において、対応するビットのビット位置に応じた電流を生成する。本例においては、ビット電流源４４−１は、多値データの第１ビットに対応して設けられ、予め定められた電流Ｉ１を生成する。また、ビット電流源４４−２は、多値データの第２ビットに対応して設けられ、電流Ｉ１の略２倍の電流値の電流Ｉ２を生成する。ここで、多値データの第２ビットは、第１ビットより上位の桁を示すビットである。

変調部３４は、多値データの論理値の遷移に応じて、電流源４２が発光素子３２に供給する電源電流の電流値を変調させる。本例においては、多値データの論理値の遷移に応じて、複数のビット電流源４４が生成する電流を、発光素子３２に供給するか否かを切り替えることにより、電源電流を変調させる。例えば、変調部３４には、多値データを示す多ビットのデジタル入力が入力部１０２から与えられ、それぞれのビット電流源４４に対応するデジタル入力のビットの値が１である場合には、当該ビット電流源４４が生成する電流を電源電流に重畳し、対応する多値データのビットの値が０である場合には、当該ビット電流源４４が生成する電流を電源電流に重畳しない。このような制御により、多値データの論理値の遷移に応じて、電流源４２が発光素子３２に供給する電源電流の電流値を変調させることができる。

変調部３４は、多値データのデジタル値のビット数に応じた個数の電流制御スイッチ（３６−１、３６−２、以下３６と総称する）。本例では、多値データのビット数は２であるので、変調部３４は２つの電流制御スイッチ３６を有する。それぞれの電流制御スイッチ３６は、多値データの各ビットに対応して設けられ、対応するビットの論理値に応じて、対応するビット電流源４４が生成した電流を、発光素子３２の電源電流に重畳して供給するか否かを切り替える。本例では、対応するビットの論理値が１である場合に、対応するビット電流源４４が生成した電流を、発光素子３２に供給し、対応するビットの論理値が０である場合に、対応するビット電流源４４が生成した電流を、発光素子３２に供給しない。

それぞれの電流制御スイッチ３６は、発光素子３２とビット電流源４４との間に設けられた一つのトランジスタにより電流を制御してよく、また差動ペアトランジスタにより電流を制御してもよい。本例における電流制御スイッチ３６は、発光素子３２とビット電流源４４との間に設けられた差動ペアトランジスタ（３８、３９）を有する。それぞれの電流制御スイッチ３６は、多値データにおいて対応するビットの論理値に応じた電圧を、差動ペアトランジスタ（３８、３９）のベース端子に入力し、対応するビット電流源４４が生成した電流を、発光素子３２に印加するか否かを制御する。

このような構成により、レーザ光の振幅を多値に制御し、伝送容量の大きい光伝送を行うことができる。また、レーザ光の振幅を光変調でなく、電源電流を変調させる直接変調により行うので、光変調回路を必要とせず、装置面積を低減することができる。

図３は、信号送信装置３０の構成の他の例を示す図である。本例における信号送信装置３０は、複数のビット電流源（５０−１、５０−２、以下５０と総称する）、バイアス電流源４６、及び発光素子３２を有する。また、発光素子３２は、図２において説明した発光素子３２と同一である。

それぞれのビット電流源５０は、図２において説明した電流制御スイッチ３６と同様に、差動ペアトランジスタ（５２、５４）を有する。また、バイアス電流源４６は、発光素子３２と接地電位との間に設けられたトランジスタを有し、ゲート端子に与えられるバイアス電圧に応じた電源電流を発光素子３２に供給する。ビット電流源５０及びバイアス電流源４６が有するトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴである。このように、各トランジスタをＭＯＳＦＥＴで構成することにより、発光素子３２の駆動回路をモノリシック化したＩＣチップに形成することができる。

信号送信装置３０及び信号受信装置４０は、半導体チップに形成されてよい。例えば、当該半導体チップは、半導体基板上に、信号送信装置３０又は信号受信装置４０の少なくとも一方を備えてよい。また、当該半導体チップには、信号送信装置３０又は信号受信装置４０の構成の一部が形成されてもよい。

それぞれのトランジスタ５２は、所定のドレイン電圧Ｖ_ＤＤが印加されるバスラインと、接地電位との間に設けられ、多値データにおいて対応するビットの論理値に応じたゲート電圧が与えられる。また、それぞれのトランジスタ５４は、発光素子３２と接地電位との間に設けられ、トランジスタ５２に与えられるゲート電圧を反転した電圧が与えられる。つまり、トランジスタ５４は、多値データにおいて対応するビットの論理値に応じた電流を、発光素子３２の電源電流に重畳し、トランジスタ５２は、差動ペアトランジスタにおける消費電流を一定に制御する。

本例における信号送信装置３０によれば、ビット電流源５０が、図２において説明したビット電流源４４及び電流制御スイッチ３６として機能するので、回路規模を低減することができる。また、各ビット電流源５０が生成する電流は、図２において説明したビット電流源４４が生成する電流と同一である。例えば、ビット電流源５０−２は、ビット電流源５０−１に対して２倍の電流を生成する。このため、ビット電流源５０−２は、ビット電流源５０−１に対して、ゲート幅が２倍のトランジスタを有してよく、またトランジスタ５２及び５４のそれぞれを、２個ずつ並列に有してもよい。

図４は、信号受信装置４０の構成の一例を示す図である。本体部１０及びテストヘッド２０にそれぞれ設けられる信号受信装置４０は同一の構成である。信号受信装置４０は、受光素子６０、変換回路６２、複数の等化器（６４−１〜６４−３、以下６４と総称する）、複数の電圧比較部（６６−１〜６６−３、以下６６と総称する）、デコーダ回路６８、ＤＡＣ７０、及び設定部７２を備える。本例における信号受信装置４０は、信号送信装置３０が送信した光信号を受信し、光信号により伝送される多値データを出力する。本例においては、信号送信装置３０が４値の光信号を送信する場合について説明する。

受光素子６０は、信号送信装置３０が送信した多値の光信号を受け取り、光信号の強度に応じた受信電流を生成する。受光素子６０は、例えばフォトダイオードである。変換回路６２は、受光素子６０が生成した受信電流を電圧に変換する。変換回路６２は、与えられる電流に応じた電圧を出力するインピーダンス変換回路（ＴＩＡ）であってよい。

ＤＡＣ７０は、設定部７２から与えられる複数の電圧データに応じて、複数の閾電圧（Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２、Ｖｔｈ３）を出力する。設定部７２は、多値データが遷移する複数の値に応じて、多値データが遷移する各値を判別する複数の電圧データを出力する。例えば、設定部７２は、多値データが遷移する各値に対応する電圧レベルの中間値を示す電圧データを出力する。例えば、多値データが遷移する各値に対応する電圧レベルを０、１、２、３Ｖとすると、設定部７２は、０．５、１．５、２．５Ｖを示す電圧データを出力する。

それぞれの電圧比較部６６は、多値データが遷移する複数の値に対応して設けられる。つまり、電圧比較部６６は、多値データが遷移する複数の値を判別できるように設けられる。例えば、多値データが４値に遷移する場合、各値を判別するには３つの電圧比較部６６を設ければよい。それぞれの電圧比較部６６は、変換回路６２が出力する電圧の大きさと、対応する多値データの論理値に応じた比較電圧の大きさとを比較する。

デコーダ回路６８は、それぞれの電圧比較部６６における比較結果に基づいて、多値データの論理値を出力する。本例では、デコーダ回路６８は、当該比較結果に基づいて、多値データの論理値を、多値データのビット毎に出力する。

等化器６４は、少なくとも一つの電圧比較部６６に対応して設けられ、変換回路６２が出力する電圧波形のジッタを除去し、対応する電圧比較部６６に供給する。例えば、等化器６４は、変換回路６２が出力する電圧波形の立ち下がりエッジを急峻にして出力してよい。等化器６４は、予め与えられる波形と、変換回路６２が出力する電圧波形とを畳み込み演算する回路であってよい。当該予め与えられる波形は、畳み込み演算により、電圧波形の立ち下がりスロープの幅を低減する波形である。

このような構成により、光信号として伝送される多値データを受信することができる。また、レーザダイオード等の発光素子３２は、出力波形の立ち下がりエッジが急峻でないので、光信号は発光素子３２の特性に応じたジッタを有してしまう。本例における信号受信装置４０は、変換回路６２が出力する電圧波形のジッタを低減することができるので、精度よく光信号を復調することができる。

また、レーザダイオード等の発光素子３２は、その電流−光出力特性が理想的な線形特性でないので、光信号におけるジッタは、光信号の振幅に比例して大きくなる。このため、等化器６４は、複数の電圧比較部６６のうち、与えられる比較電圧が最も大きい方から順に、少なくとも一つの電圧比較部６６に設けられてよい。また、全ての電圧比較部６６に対して等化器６４を設けてもよい。

図５は、ＤＡＣ７０が出力する閾電圧の一例を示す図である。図５において縦軸は電圧レベルを示す。多値データの論理値が４種類の値に遷移する場合、変換回路６２が出力する電圧波形の電圧レベルは、図５に示すように４つの電圧レベルに遷移する。ＤＡＣ７０は、それぞれの電圧レベルの略中間値の閾電圧（Ｖｔｈ１、Ｖｔｈ２、Ｖｔｈ３）を出力する。そして、電圧比較部６６は、これらの閾電圧と変換回路６２が出力する電圧とを比較する。このような制御により、多値の論理値を判別することができる。

図６は、発光素子３２の電源電流−出力強度特性の一例を示す図である。図６において横軸は発光素子３２に供給される電源電流を示し、縦軸は発光素子３２が出力するレーザ光の強度を示す。レーザダイオード等の発光素子３２の特性は、図６において示すように直線とならない領域がある。このため、多値データの各論理値（００、０１、１０、１１）に応じて出力されるレーザ光の強度が等間隔とならない場合がある。

例えば、電気信号を振幅変調して伝送される多値データを復調する場合、閾電圧のレベルは等間隔に設定される。しかし、本例に示すように、発光素子３２に供給される電源電流を変調することにより、レーザ光を振幅変調して多値データを送信する場合、等間隔に設定した閾電圧では、精度よく復調できない場合がある。

このため、ＤＡＣ７０は、当該発光素子３２の電源電流−出力強度特性に応じた閾電圧を出力することが好ましい。例えば、設定部７２が、発光素子３２の電源電流−出力強度特性に応じた電圧データを予め格納してよい。また、信号送信装置３０の電流源４２が、当該特性に応じた電源電流を生成してもよい。

また、当該電圧データは、当該特性を測定した使用者が予め設定してよく、また信号受信装置４０が当該特性を測定し、設定部７２が当該電圧データを算出してもよい。信号受信装置４０が当該特性を測定する場合、信号送信装置３０における電流源４２が生成する電源電流を順次変化させる。そして、信号受信装置４０は、それぞれの電源電流毎に、電圧比較部６６に与える電圧データを変化させ、当該電源電流に対する、変換回路６２が出力する電圧波形の電圧レベルを測定することにより、当該特性を測定することができる。

ＤＡＣ７０が出力する閾電圧を制御する場合、設定部７２は、当該特性に基づいて、多値データが遷移する各論理値に対応する、電圧比較部６６に入力される電圧の電圧レベルを算出し、各電圧レベルの中間値を、それぞれの閾電圧として設定する。

図７は、信号送信装置３０の構成の他の例を示す図である。本例における信号送信装置３０は、図２において説明した信号送信装置３０の構成に加え、測定部５６及び電流制御部５８を更に備える。測定部５６は、図６において説明した電源電流−出力強度特性を測定する。例えば、測定部５６は、図６において説明したように、電流源４２が生成する電源電流を順次変化させ、それぞれの電源電流に対して、発光素子３２が出力する光信号の強度を測定する。また、図６において説明したように、信号受信装置４０が測定部５６として機能してもよい。

電流制御部５８は、測定部５６が測定した電源電流−出力強度特性に基づいて、それぞれのビット電流源４４が生成する電流の電流値を制御する。例えば、電流制御部５８は、多値データの論理値の遷移量に略比例してレーザ光の強度を変化させるべく、それぞれのビット電流源４４を制御してよい。

図８は、電流制御部５８がビット電流源４４を制御した場合の、多値データの各論理値に対するレーザ光の強度の関係の一例を示す図である。本例においては、多値データが３ビットである場合について説明する。電流制御部５８は、図７において説明したように、多値データの論理値の遷移量に略比例してレーザ光の強度を変化させるように、それぞれのビット電流源４４が生成する電流を制御する。例えば、図８に示すように、それぞれのビット電流源４４が生成する電流をそれぞれ単独で電源電流に重畳した場合（すなわち、多値データの論理値が、００１、０１０、１００となる場合）のレーザ光の強度が、略直線で近似できるように、それぞれのビット電流源４４が生成する電流を制御する。このような制御により、多値データのそれぞれの論理値の遷移量に略比例した強度のレーザ光を生成することができる。

また、電流制御部５８は、発光素子３２の電源電流−出力強度特性が直線で近似できる領域で、それぞれのビット電流源４４が生成する電流を設定してもよい。この場合、電流制御部５８は、それぞれのビット電流源４４における電流値が、１倍、２倍、４倍、・・・、となるように、それぞれのビット電流源４４を制御する。この場合、信号受信装置４０のＤＡＣ７０は、各論理値に対応する出力強度に応じて、略等間隔の閾電圧を生成する。

図９は、信号送信装置３０の構成の他の例を示す図である。本例における信号送信装置３０は、図２、図３、又は図７において説明した信号送信装置３０の構成に加え、複数のフリップフロップ７４を更に備える。複数のフリップフロップ７４は、変調部３４の近傍に、送信元回路の入力部１０２からのデジタル入力のビット毎に設けられる。それぞれのフリップフロップ７４は、同一のクロックが与えられ、当該クロックに応じて、対応するビット信号を受け取り、変調部３４に入力する。このような構成により、フリップフロップ７４は、多値データの各ビットを変調部３４に伝送する各経路の間のスキューを除去するスキュー調整部として機能する。ここで、経路間のスキューとは、信号送信装置３０が多値データの各ビットのデータを受け取ってから、変調部３４に伝送するまでの経路の伝送遅延時間の差である。

各ビットを伝送する経路にスキューが生じている場合、それぞれのビット電流源４４を制御するタイミングにずれが生じるので、発光素子３２に供給される電源電流波形に歪み、グリッチが生じてしまう。この結果、発光素子３２が出力する光信号の波形に歪み、グリッチが生じてしまう。本例における信号送信装置３０によれば、フリップフロップ７４により、各ビット信号の入力タイミングを同一にすることができるので、光信号の波形の歪み、グリッチを低減することができる。

図１０は、信号送信装置３０及び信号受信装置４０の構成の他の例を示す図である。図１０（ａ）は、信号送信装置３０の構成を示し、図１０（ｂ）は、信号受信装置４０の構成を示す。

本例における信号送信装置３０は、図２、図３、又は図７において説明した信号送信装置３０の構成に加え、複数の可変遅延回路１０４を更に備える。複数の可変遅延回路１０４は、送信元回路の入力部１０２からのデジタル入力のビット毎に設けられる。それぞれの可変遅延回路１０４は、対応するビット信号を受け取り、当該ビット信号を、伝送経路のスキューを低減させるべく遅延させる。このような構成により、各ビットを伝送する経路のスキューを除去することができる。

また、図９に示した信号送信装置３０は、経路のスキュー量が、フリップフロップ７４に与えられるクロックの１周期より大きい場合、当該スキューを除去することが困難であるが、本例における信号送信装置３０は、可変遅延回路１０４を用いてスキューを低減するので、可変遅延回路１０４の遅延量の可変範囲でスキューを低減することができる。また、本例においては、ビット信号を伝送する各経路に対して可変遅延回路１０４を設けたが、他の例においては、基準となる経路に対しては可変遅延回路１０４を設けなくてよい。各可変遅延回路１０４の遅延量は、予め測定されるスキューに応じて設定される。

また、信号受信装置４０は、図４において説明した信号受信装置４０の構成に加え、マルチプレクサ７６、フリップフロップ８２、及び可変遅延回路８４を更に備える。マルチプレクサ７６、フリップフロップ８２、及び可変遅延回路８４は、信号送信装置３０の上述した各経路における伝送遅延時間の差を測定するスキュー測定部として機能する。

マルチプレクサ７６は、論理和回路７８及び論理積回路８０を有し、デコーダ回路６８のデジタル出力の各ビット信号のいずれかを選択して出力する。論理積回路８０は、デコーダ回路６８が出力する第２ビットの信号と、制御信号との論理積を出力する。また、論理和回路７８は、デコーダ回路６８が出力する第１ビットの信号と、論理積回路８０が出力する信号との論理和を出力する。

スキューを測定する場合、まず送信元回路が、多値データの第１ビットとして"０１０１・・・"のパターンを出力し、第２ビットとして"００００・・・"のパターンを出力する。また、マルチプレクサ７６には、Ｌレベルに固定された制御信号が入力される。このような制御により、マルチプレクサ７６は、多値データの第１ビットを選択して出力する。そして、フリップフロップ８２は、可変遅延回路８４が遅延させたクロックに応じて、マルチプレクサ７６の出力信号を取り込む。可変遅延回路８４における遅延量を順次変化させることにより、多値データの第１ビットの論理値が遷移する位相を検出することができる。

次に、送信元回路が、多値データの第１ビットとして"００００・・・"のパターンを出力し、第２ビットとして"０１０１・・・"のパターンを出力する。また、マルチプレクサ７６には、Ｈレベルに固定された制御信号が入力される。このような制御により、マルチプレクサ７６は、多値データの第２ビットを選択して出力する。そして、フリップフロップ８２は、可変遅延回路８４が遅延させたクロックに応じて、マルチプレクサ７６の出力信号を取り込む。可変遅延回路８４における遅延量を順次変化させることにより、多値データの第２ビットの論理値が遷移する位相を検出することができる。そして、第１ビットの論理値が遷移する位相と、第２ビットの論理値が遷移する位相との差分に応じて、可変遅延回路１０４の遅延量を設定する。試験装置１００は、このように測定した伝送遅延時間の差に基づいて、可変遅延回路８４の遅延量を制御する制御部を更に備えてよい。このような制御により、スキューを低減することができる。また、可変遅延回路１０４の遅延量を設定した後、通常のデータ伝送を行う場合、マルチプレクサ７６には、Ｌレベルに固定された制御信号が入力される。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

以上から明らかなように、本発明によれば、間接変調器を用いた間接変調でなく、直接変調による小規模の装置で、多値のデータを容易に光伝送することができる。また、試験装置の本体部とテストヘッドのように、近距離光伝送においては、光ファイバでの損失が非常に小さい。このため、振幅方向に余裕のある近距離光伝送において、特に本発明を有効に用いることができる。また、振幅変調により光伝送を行うので、限界に近づいているタイミングマージンを同等に保ったまま、ファイバ１本当たりの伝送容量を増大させることができる。また、発光素子３２の特性に応じて、電源電流等を制御することにより、データを精度よく伝送することができる。

Claims (15)

1. ３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信する信号送信装置であって、
   与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、
   前記多値データが遷移する前記複数の値に応じた複数の電流値の前記電源電流を、前記発光素子に供給可能な電流源と、
   前記多値データの遷移に応じて、前記電流源が供給する前記電源電流の電流値を変調させる変調部と
   を備える信号送信装置。
2. 前記多値データ光信号は、多ビットのデジタル値入力から生成され、
   前記電流源は、前記デジタル値のビット数に応じた個数のビット電流源を有し、
   それぞれの前記ビット電流源は、前記デジタル値の対応するビットのビット位置に応じた電流を生成し、
   前記変調部は、前記デジタル値のビット数に応じた個数の電流制御スイッチを、前記ビット電流源に対応して有し、
   それぞれの前記電流制御スイッチは、前記デジタル値の対応するビットの論理値に応じて、対応する前記ビット電流源が生成した電流を、前記発光素子に供給するか否かを切り替える
   請求項１に記載の信号送信装置。
3. 前記発光素子の電源電流−出力強度特性を測定する測定部と、
   前記電源電流−出力強度特性に基づいて、それぞれの前記ビット電流源が生成する前記電源電流の電流値を制御する電流制御部と
   を更に備える請求項２に記載の信号送信装置。
4. 前記電流制御部は、前記多値データの論理値の遷移量に略比例して前記レーザ光の強度を変化させるべく、それぞれの前記電流源が生成する前記電源電流の電流値を制御する
   請求項３に記載の信号送信装置。
5. 前記多値データ光信号の各ビットの各デジタル値を、前記変調部に伝送する各経路におけるスキューを低減するスキュー調整部を更に備える
   請求項２に記載の信号送信装置。
6. ３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として受信する信号受信装置であって、
   前記光信号を受け取り、前記光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、
   前記受光素子が生成した前記受信電流を電圧に変換する変換回路と、
   前記多値データが遷移する前記複数の値に対応して設けられ、前記変換回路が出力する前記電圧と、対応する前記多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、
   少なくとも一つの前記電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、
   それぞれの前記電圧比較部における比較結果に基づいて、前記多値データの論理値を出力するデコーダ回路と
   を備える信号受信装置。
7. 前記等化器は、前記複数の電圧比較部のうち、与えられる前記比較電圧が最も大きい方から順に、少なくとも一つの前記電圧比較部に対応して設けられる
   請求項６に記載の信号受信装置。
8. 被試験デバイスを試験する試験装置であって、
   前記被試験デバイスを載置するテストヘッドと、
   前記テストヘッドを介して前記被試験デバイスと信号の授受を行い、前記被試験デバイスの良否を判定する本体部と、
   前記テストヘッド及び前記本体部に設けられ、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信する信号送信装置と、
   前記テストヘッド及び前記本体部に設けられ、前記光信号を受信する信号受信装置であって、
   前記信号送信装置は、
   与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、
   前記多値データが遷移する前記複数の値に応じた複数の電流値の前記電源電流を、前記発光素子に供給可能な電流源と、
   前記多値データの遷移に応じて、前記電流源が供給する前記電源電流の電流値を変調させる変調部と
   を有する試験装置。
9. 前記信号受信装置は、
   前記光信号を受け取り、前記光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、
   前記受光素子が生成した前記受信電流を電圧に変換する変換回路と、
   前記多値データが遷移する前記複数の値に対応して設けられ、前記変換回路が出力する前記電圧と、対応する前記多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、
   少なくとも一つの前記電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、
   それぞれの前記電圧比較部における比較結果に基づいて、前記多値データの論理値を判定する判定部と
   を有する請求項８に記載の試験装置。
10. 前記信号送信装置は、前記多値データ光信号の各ビットの各デジタル値を、前記変調部に伝送する各経路におけるスキューを低減するスキュー調整部を更に有する
    請求項９に記載の試験装置。
11. 前記スキュー調整部は、前記各経路における伝送遅延時間を調整する可変遅延回路を有し、
    前記信号受信装置は、前記信号送信装置の前記各経路における前記伝送遅延時間の差を測定するスキュー測定部を更に有し、
    前記試験装置は、前記スキュー測定部が測定した前記伝送遅延時間の差に基づいて、前記可変遅延回路の遅延量を制御する制御部を更に備える
    請求項１０に記載の試験装置。
12. 被試験デバイスを試験する試験装置に設けられ、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信するテストモジュールであって、
    与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、
    前記多値データが遷移する前記複数の値に応じた複数の電流値の前記電源電流を、前記発光素子に供給可能な電流源と、
    前記多値データの遷移に応じて、前記電流源が供給する前記電源電流の電流値を変調させる変調部と
    を備えるテストモジュール。
13. 被試験デバイスを試験する試験装置に設けられ、３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として受信するテストモジュールであって、
    前記光信号を受け取り、前記光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、
    前記受光素子が生成した前記受信電流を電圧に変換する変換回路と、
    前記多値データが遷移する前記複数の値に対応して設けられ、前記変換回路が出力する前記電圧と、対応する前記多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、
    少なくとも一つの前記電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、
    それぞれの前記電圧比較部における比較結果に基づいて、前記多値データの論理値を出力するデコーダ回路と
    を備えるテストモジュール。
14. ３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として送信する信号送信装置を半導体基板上に備える半導体チップであって、
    前記信号送信装置が、
    与えられる電源電流に応じた強度のレーザ光を出力する発光素子と、
    前記多値データが遷移する前記複数の値に応じた複数の電流値の前記電源電流を、前記発光素子に供給可能な電流源と、
    前記多値データの遷移に応じて、前記電流源が供給する前記電源電流の電流値を変調させる変調部と
    を備える半導体チップ。
15. ３種類以上の複数の論理値間を遷移する多値データを光信号として受信する信号受信装置を半導体基板上に備える半導体チップであって、
    前記信号受信装置が、
    前記光信号を受け取り、前記光信号の強度に応じた受信電流を生成する受光素子と、
    前記受光素子が生成した前記受信電流を電圧に変換する変換回路と、
    前記多値データが遷移する前記複数の値に対応して設けられ、前記変換回路が出力する前記電圧と、対応する前記多値データの論理値に応じた比較電圧とを比較する複数の電圧比較部と、
    少なくとも一つの前記電圧比較部に対応して設けられ、電圧波形のジッタを除去する等化器と、
    それぞれの前記電圧比較部における比較結果に基づいて、前記多値データの論理値を出力するデコーダ回路と
    を備える半導体チップ。

Images