KR100674087B1

KR100674087B1 - Ｎｒｚ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치 및 그를 이용한 광송수신 시스템

Info

Publication number: KR100674087B1
Application number: KR1020040095914A
Authority: KR
Inventors: 이왕주; 조현우; 임상규; 한기호; 고제수
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2007-01-24
Also published as: KR20060056726A; US20060110167A1

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치 및 그를 이용한 광송수신 시스템에 관한 것임.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

본 발명은 RZ 광신호와 마찬가지로, 광통신 시스템에 사용되는 소자의 비대칭 출력 특성을 이용하여 NRZ(Non-return to zero) 광신호가 큰 클럭 성분을 포함하도록 할 수 있는 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치 및 그를 이용한 광송수신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있음.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은, 클럭 신호 생성 장치에 있어서, 풀업(pull-up) 신호를 생성하기 위한 풀업수단; 및 풀다운(pull-down) 신호를 생성하기 위한 풀다운수단을 출력단에 구비하되, 상기 풀업수단 및 상기 풀다운수단의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작하여, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자에서 출력되는 NRZ(Non-return to zero) 신호가 상승 및 하강 시간이 다른 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 지나는 NRZ 신호에 클럭 성분을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 광송수신 시스템 등에 이용됨.

비대칭 왜곡, NRZ, 클럭 성분, 광변조기, 대역 여파, 광송신기, 광수신기

Description

ＮＲＺ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치 및 그를 이용한 광송수신 시스템{Clock signal generation apparatus and method using asymmetrical distortion of NRZ signal, and optical transmission and receiving system using its}

도 1 은 이상적인(ideal) NRZ 및 RZ 변조된 파형 예시도,

도 2 는 유한한 상승 및 하강 시간을 갖는 NRZ 변조된 파형 예시도,

도 3 은 유한한 상승 및 하강 시간을 갖는 NRZ 변조 파형의 클럭 성분 크기를 구하기 위한 적분 구간을 나타낸 설명도,

도 4 는 NRZ 변조된 PRBS 신호 파형 예시도,

도 5 는 도 4 파형의 상승 및 하강 시간이 한 bit 주기의 20%로서 대칭일 때, 시뮬레이션으로 구한 주파수 스펙트럼 분석도,

도 6 은 도 4 파형에서 상승 시간이 한 bit 주기의 20%이고 하강 시간은 한 bit 주기의 40%로 비대칭화시켰을 때, 시뮬레이션으로 구한 주파수 스펙트럼 분석도,

도 7a 는 본 발명이 적용되는 NRZ 광송신기의 구성 예시도,

도 7b 는 본 발명이 적용되는 NRZ 광수신기의 구성 예시도,

도 7c 는 본 발명의 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치를 적용했을 때, 대역 여파하여 클럭 신호를 추출하는 광수신기의 일실시예 구성도,

도 8 은 본 발명에 따른 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치의 일실시예 구성도,

도 9 는 본 발명에 따라 비대칭인 NRZ 신호를 사용하여 생성한 광신호를 광/전변환시켰을 때의 주파수 스펙트럼 분석도,

도 10 은 본 발명에 따라 클럭 성분이 생성된 NRZ 광신호를 만들고 이를 광/전변환한 다음 대역 여파하여 얻은 42.83 GHz의 클럭 신호를 나타낸 설명도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

81 : PMOS 82 : NMOS

83 : 부하

본 발명은 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치 및 그를 이용한 광송수신 시스템에 관한 것으로, 특히 RZ(Return to Zero) 광신호와 마찬가지로 NRZ(Non-return to zero) 광신호가 큰 클럭 성분을 포함하도록 할 수 있는 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치 및 그를 이용한 광송수신 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 특히 수신단에서 클럭 추출이 용이하도록 RZ 변조된 광신호와 마찬가지로, NRZ 변조된 광신호가 큰 클럭 성분을 포함하도록 송신단에서 광변조함으로써, NRZ 변조시의 광송신기에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, NRZ 복조시의 광수신기에도 적용될 수 있음을 미리 밝혀둔다.

NRZ 변조 방식은 현재 광통신에서 가장 널리 쓰이고 있는 디지털 광변조 방식으로, RZ 방식에 비해 같은 정보량을 보낼 때 필요한 변조 신호의 대역폭이 작아서 사용되는 장비의 가격이 저렴할 뿐만 아니라, 실제 정보를 실어 나르는 광파장의 대역폭이 상대적으로 좁아 여러 광파장을 동시에 사용하는 파장분할다중(WDM : Wavelength Division Multiplexing) 방식에서 특히 유리하다. 그러나, RZ 변조된 광신호의 경우, 큰 클럭 성분을 포함하고 있어 수신단에서 대역여파기와 같은 간단한 장치로 데이터 복원에 필요한 클럭(clock) 신호를 추출할 수 있는 반면, NRZ 변조된 광신호는 클럭 주파수 성분을 갖지 않거나 매우 미약한 성분만을 가지므로 수신단에서 클럭 신호를 복원하려면 PLL(Phase Locked Loop) 회로나 복잡한 비선형회로가 필요하다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

디지털 통신에서 수신단에서의 데이터 복원이란, 입력되는 신호세기를 클럭 신호가 지정하는 일정한 시각마다 읽어 상기 입력 신호가 "0"인 데이터인지 혹은 "1"인 데이터인지를 판단하는 것으로, 송신단의 경우에는 자체 클럭에 동기된 광신호 데이터를 송출할 수 있지만, 수신단에서는 클럭 주파수가 송신단의 클럭 주파수 에 비해 조금이라도 틀리면 올바른 데이터가 복원되지 않으므로, 대부분의 경우 수신기는 자체 클럭을 갖지 않고 입력 데이터로부터 입력 데이터에 동기된 클럭 신호를 추출해서 데이터 복원에 사용한다.

통상, NRZ 변조 방식은, 같은 정보량을 전송할 때 작은 신호 대역폭을 차지할 뿐만 아니라 변조 장치가 간단하므로, 광통신에서 가장 널리 쓰이는 광신호 변조 방법이다. 그러나, NRZ 변조된 광신호는 이론적으로는 클럭 성분을 갖지 않으며 실제로도 송수신기 등에 사용되는 소자들의 비이상적인(non-ideal) 특성으로 인해 생긴 미약한 클럭 성분만을 갖기 때문에, NRZ 변조된 광신호를 추출하는 수신단의 클럭 추출 장치는 RZ 변조된 광신호를 추출하는 수신단의 클럭 추출 장치에 비해 훨씬 복잡하다.

NRZ 신호의 전통적인 클럭 추출 방법은, 위상동기루프(PLL) 소자를 이용한 것으로, 전송받은 데이터를 광/전변환한 후, 전기 신호 레벨에서 일부 분기하여 PLL 회로에 입력하고, 이 PLL 회로의 출력을 클럭으로 사용한다. 그러나, 광통신이 등장한 이후 데이터 전송율이 이미 10Gbps를 넘어 현재 40Gbps 이상의 시스템이 활발히 연구되고 있는 단계에 있다. 이러한 높은 주파수에서는 PLL 등의 전기소자를 만드는 것이 매우 어렵고, 가격이 비싸지게 된다.

한편, PLL을 사용하지 않는 경우, NRZ 신호에서 클럭을 추출하는 방식으로 배타적 논리합(XOR : Exclusive OR) 게이트를 이용하는 방식이 있다. 이 방식은 광/전변환된 신호를 일부 분기하여 다시 둘로 나눈 다음, 한 쪽 신호에 클럭의 반주기만큼 상대적인 시간 지연을 주고, 두 신호의 배타적 논리합을 취하는 것이다. 이 결과로 "0"과 "1"의 두 데이터가 서로 바뀔 때마다 큰 클럭 성분을 가진 펄스를 발생하는데, 이를 대역 여파하여 클럭 신호를 얻는 방법이다. 그러나, 이 방식은 대역 여파 외에 신호 분기 및 지연과 배타적 논리합을 수행해야 하므로, 구성이 복잡한 단점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, RZ 광신호와 마찬가지로, 광통신 시스템에 사용되는 소자의 비대칭 출력 특성을 이용하여 NRZ(Non-return to zero) 광신호가 큰 클럭 성분을 포함하도록 할 수 있는 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치 및 그를 이용한 광송수신 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 클럭 신호 생성 장치에 있어서, 풀업(pull-up) 신호를 생성하기 위한 풀업수단; 및 풀다운(pull-down) 신호를 생성하기 위한 풀다운수단을 출력단에 구비하되, 상기 풀업수단 및 상기 풀다운수단의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작하여, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자에서 출력되는 NRZ(Non-return to zero) 신호가 상승 및 하강 시간이 다른 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 지나는 NRZ 신호에 클럭 성분을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은, 광송신 시스템에 있어서, NRZ(Non-return to zero) 신호 발생기에서 나오는 NRZ 전기 신호가 광변조기 드라이버에서 증폭된 다음, 광변조기에 입력되어 광원에서 나오는 연속 출력광을 NRZ 광신호로 변조하여 송신할 때, 풀업(pull-up) 신호를 생성하기 위한 풀업수단; 및 풀다운(pull-down) 신호를 생성하기 위한 풀다운수단을 출력단에 구비하되, 상기 풀업수단 및 상기 풀다운수단의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작하여, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자에서 출력되는 NRZ 신호가 상승 및 하강 시간이 다른 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 상기 NRZ 신호 발생기 혹은 상기 광변조기 드라이버에 적어도 하나를 구비하여, 출력단이 비대칭 출력 특성을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은, 광수신 시스템에 있어서, 광/전 변환기가 입력되는 NRZ(Non-return to zero) 광신호를 광/전 변환하고, 제한 증폭기에서 상기 광/전 변환기의 출력 세기에 무관하게 광/전 변환 신호를 일정한 세기의 전압으로 증폭한 후, 신호 중 일부는 데이터 복원기로 입력되고 일부는 클럭 추출기로 입력되어, 상기 데이터 복원기가 상기 클럭 추출기에서 추출된 클럭에 동기된 복원 데이터를 출력할 때, 풀업(pull-up) 신호를 생성하기 위한 풀업수단; 및 풀다운(pull-down) 신호를 생성하기 위한 풀다운수단을 출력단에 구비하되, 상기 풀업수단 및 상기 풀다운수단의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작하여, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자에서 출력되는 NRZ 신호가 상승 및 하강 시간이 다른 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 상기 광/전 변환기 혹은 상기 제한 증폭기 혹은 상기 클럭 추출기 전단 증폭기에 적어도 하나를 구비하여, 출력단이 비대칭 출력 특성을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 광신호 변조시 변조 신호가 클럭 성분을 갖고 있으면 변조된 광신호도 클럭 성분을 갖게 되고, 변조 신호에 클럭 성분이 없으면 변조된 광신호도 클럭 성분을 갖지 않거나 실제 소자의 비이상적인(non-ideal) 특성에 의해 생긴 매우 미약한 크기의 클럭 성분만을 갖게 된다. 그런데, RZ 변조 신호의 경우 큰 클럭 성분을 갖지만, NRZ 변조 신호는 이론적으로 클럭 성분이 없다.

따라서, 본 발명에서는 NRZ 신호를 약간 왜곡시킴으로써, RZ 신호에 비해서는 작지만 클럭 추출을 용이하게 할 수 있도록, NRZ 신호가 큰 클럭 성분을 갖도록 한다.

이를 위해, 본 발명은 송신단의 특정 소자가 비대칭 출력 특성을 갖도록 하여 출력되는 NRZ 신호에 큰 클럭 성분을 발생시키고, 이를 수신단에서 대역 필터링하여 클럭 신호를 추출한다.

이때, 본 발명은 NRZ 변조된 광신호가, RZ 변조된 광신호와 마찬가지로 수신단에서 클럭 추출이 용이하도록, 큰 클럭 성분을 포함하도록 송신단에서 광변조한 다. 즉, 본 발명은 NRZ 변조 방식을 사용하는 광통신에 있어서, 수신단에서 RZ 신호의 경우와 같이 대역여파기(band-pass filter) 및 일반적인 증폭기와 같이 제작이 간단한 저가의 소자만으로 안정적인 클럭을 추출할 수 있도록, 송신단에서 보내는 광신호가 일반적인 NRZ 변조된 광신호에 비해 큰 클럭 성분을 가지도록 변조한다.

뿐만 아니라, 본 발명은 수신단에서 특정 소자가 비대칭 출력 특성을 갖도록 하여 출력되는 NRZ 신호에 큰 클럭 성분을 포함하도록 할 수도 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 이상적인(ideal) NRZ 및 RZ 변조된 파형 예시도이다.

디지털 통신에서는 데이터로서 랜덤한 "0"과 "1"의 조합을 송수신하게 되는데, NRZ 변조 방식은 도 1에 도시된 바와 같이 "0"의 경우 한 bit time 동안 신호 레벨이 계속 "low"가 되고, "1"인 경우 한 bit time 동안 신호 레벨이 계속 "high"를 유지한다.

이에 반하여, RZ 변조 방식은 "0"의 경우 한 bit time 동안 신호 레벨이 계 속 "low"인 반면, "1"의 경우에는 한 bit time의 50% 또는 60% 등 일부분만 "high"이고 나머지는 "low"가 된다.

바꾸어 말하면, NRZ 신호는 duty가 100%이고, RZ 신호는 duty가 50% 또는 60%인 펄스라고 말할 수 있다. Duty가 100%가 아닌 RZ 신호는 클럭 성분을 가지고 있으며, duty가 100%인 NRZ 신호는 클럭 성분이 없는 것으로 잘 알려져 있다. 이하에서는 NRZ 신호의 유한한 상승/하강 시간(rising/falling time)에 의해 NRZ 신호도 클럭 성분을 가질 수 있음을 보이고, 이를 이용하여 NRZ 변조된 광신호에 클럭 성분을 생성할 수 있는 방안에 대해 살펴보기로 한다.

NRZ 변조 신호에서 클럭 성분의 크기는, 클럭 주파수에 해당하는 퓨리에 성분의 크기로서, 변조 신호를 퓨리에 변환한 다음 클럭 주파수를 대입하면 그 크기를 알 수 있다. NRZ 변조 신호를 M(t)라 하고 이를 푸리에 변환한 것을 F(ω)라고 하면 클럭 성분 크기는 하기의 [수학식 1]과 같다.

상기 [수학식 1]에서, ω=2πf이고, f는 주파수, t는 시간을 나타낸다. 한 bit time을 T라 하면 상기 [수학식 1]은 하기의 [수학식 2]와 같이 나타낼 수 있 다.

상기 [수학시 2]를 살펴보면, 코사인 항과 사인 항이 있는데 각각 실수부와 허수부이므로 서로 간섭하여 증폭되거나 상쇄되지 않는다. 따라서, 변조 신호의 클럭 성분의 유무 및 크기를 코사인 항만 가지고 따져 보기로 한다. 변조 파형이 이상적인(ideal) 파형이면 M(t)는 상기 [수학식 2]에서 한 bit time 동안에 값이 바뀌지 않고 "0" 또는 "1"을 계속 유지한다. 이 경우 상기 [수학식 2]에서 M(t)가 "0"인 각 적분항은 zero가 되고, "1"인 각 적분항은 삼각함수(

)를 한 주기 동안 적분하게 되므로 역시 zero가 된다. 따라서, 클럭 성분이 없다. 그러나, 실제로는 NRZ 변조 파형은 유한한 rising/falling 시간을 가지므로 위와 같은 상황과 다른 결과가 나올 수도 있다. rising과 falling time이 유한한 NRZ 파형은 도 2와 같다.

도 2 는 유한한 상승 및 하강 시간을 갖는 NRZ 변조된 파형 예시도이다.

이 파형을 각 bit time내에서만 보면, 네 가지 서로 다른 파형이 있는데, "210"은 바로 전 데이터가 "0"에서 "1"로 변한 부분, "220"은 그 전 데이터가 "1"에서 "0"으로 변한 부분, "230"은 전 데이터가 "1"에서 계속 "1"인 부분, "240"은 전 데이터가 "0"에서 계속 "0"인 부분을 나타낸다.

"230", "240" 부분과 같이 데이터가 연속되는 부분에서는, 유한한 상승, 하강 시간을 갖는 NRZ 변조 신호라도 이상적인 파형과 같으므로, 이 구간에 해당하는 상기 [수학식 2]의 적분항은 zero가 된다. 이 부분을 빼면 "210"과 "220"과 같은 형태의 변조 신호만 남게 되는데, 이것은 연속되지 않는 "1"이 갖는 파형과 같다. 이 파형이 갖는 클럭 성분 크기를 구해 보기로 한다.

도 3 은 유한한 상승 및 하강 시간을 갖는 NRZ 변조 파형의 클럭 성분 크기를 구하기 위한 적분 구간을 나타낸 설명도로서, 연속되지 않는 "1"이 갖는 클럭 성분을 구하기 위해 파형의 상승 및 하강 시간을 고려하여 적분 구간을 표시한 것이다.

하나의 "1" 신호가 갖는 클럭 성분의 크기는 하기의 [수학식 3]과 같이 되어 클럭 성분이 zero가 아님을 알 수 있다.

그러나, 상승시간과 하강 시간이 같은 경우, 즉 도 3에서 a=b이면 상기 [수학식 3]은 zero가 되어 이상적인 NRZ 신호와 마찬가지로 클럭 성분이 생성되지 않는다.

이상의 결론으로부터 NRZ 변조 신호가 클럭 성분을 갖도록 하기 위해서는 NRZ 신호가 이상적인 계단 함수 형태를 갖는 것을 피함과 동시에 상승 및 하강 시간을 비대칭으로 만들면 되고, 이러한 변조 신호로 변조된 광신호는 클럭 성분을 갖게 된다. 또한, 상기 [수학식 3]에 의하면 상승 및 하강 시간을 최적화함으로써 신호 품질을 저하시키지 않는 범위내에서 최대한 큰 클럭 성분을 갖도록 조절할 수 있다.

도 4 는 NRZ 변조된 PRBS 신호 파형 예시도로서, PRBS(pseudo-random binary sequence) 패턴이라고 불리는 통신에서 시험용으로 널리 쓰이는 규격화된 데이터 패턴의 일부를 NRZ 변조 방식의 파형으로 나타낸 것이다.

PRBS 패턴은 "0"과 "1"의 무작위한 조합으로 구성된 정해진 길이의 패턴이 무한 반복된다.

도 5 는 도 4 파형의 상승 및 하강 시간이 한 bit 주기의 20%로서 대칭일 때, 시뮬레이션으로 구한 주파수 스펙트럼 분석도로서, 도 4의 NRZ 파형이 대칭인 상승 시간과 하강 시간을 가질 때 주파수 성분을 시뮬레이션한 것이다.

도 4에서 신호 파형한 bit의 길이는 x 축에서 10(임의 단위)으로 잡았으므로, 이에 대응되는 클럭 주파수는 0.1(임의 단위)이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상승 시간과 하강 시간이 같은 NRZ 신호 파형의 경우 0.1에 해당하는 주파수 성분이 전혀 나타나 있지 않다. 즉, 0.1(임의 단위)에 해당하는 클럭 성분이 보이지 않는다.

시뮬레이션 조건에서 상승 및 하강 시간은 모두 한 bit 주기의 20%라고 가정하였는데, 실제로 한 bit 주기의 20%일 필요는 없으며, 상승 및 하강 시간이 한 bit 주기의 40%나 60% 등 임의의 값으로 가정해도 같은 결론에 도달하게 된다.

도 6 은 도 4 파형에서 상승 시간이 한 bit 주기의 20%이고 하강 시간은 한 bit 주기의 40%로 비대칭화시켰을 때, 시뮬레이션으로 구한 주파수 스펙트럼 분석도로서, 도 4의 NRZ 파형에서 상승 시간과 하강 시간을 각각 한 bit 주기의 20%와 40%로 비대칭이 되게 하여 시뮬레이션한 것이다.

상기 도 5에 비춰 볼 때, 도 6에서는 0.1(임의 단위)에 해당하는 클럭 성분이 생성되었음을 뚜렷이 알 수 있다.

본 발명은 NRZ 광신호가 큰 클럭 성분을 갖도록 비대칭 출력 특성을 갖는 비대칭 파형 출력소자를 NRZ 변조시의 광송신기 또는 NRZ 복조시의 광수신기에 적용할 수 있다.

그럼, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 일반적인 NRZ 광송수신기를 살펴보기로 한다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 광송신기의 NRZ 신호 발생기(71)에서 나오는 NRZ 전기 신호는 광변조기 드라이버(driver)(72)에서 증폭된 다음 광변조기(optical modulator)(73)에 입력되어 광원(LD : Laser Diode)(70)에서 나오는 연속 출력광을 NRZ 광신호로 변조한다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 광수신기에서는 광/전변환기(74)가 입력되는 NRZ 광신호를 광/전 변환하고, 제한 증폭기(limiting amplifier)(75)에서 광/전변환기(74)의 출력 세기에 무관하게 광/전 변환 신호를 일정한 세기의 전압으로 증폭한 후, 신호 중 일부는 D플립플롭(Flip-Flop)과 같은 데이터 복원기(770)로 입력되고 일부는 클럭 추출기(clock extractor)(76)로 입력된다.

통상의 클럭 추출기(76)는 PLL 소자나 배타적 논리합을 이용한 회로로 이루어지며, 클럭 추출기(76)에서 추출된 클럭은 D플립플롭(77)에 클럭 신호로 입력되고, D플립플롭(77)은 추출한 클럭에 동기된 복원 데이터를 출력한다. 즉, D플립플롭(77)은 복원된 클럭 신호를 이용하여 수신 데이터로부터 데이터를 복원하는 기능을 수행한다.

여기서, 본 발명에서 요구되는 비대칭 NRZ 신호를 만드는 것은 NRZ 신호 발 생기(71) 또는 광변조기 드라이버(72) 또는 광/전 변환기(74) 또는 제한 증폭기(75) 또는 도면에는 도시되지 않았지만 클럭 추출기(76) 전단에서 NRZ 신호를 증폭하는 일반적인 증폭기의 전단에 비대칭 출력 특성을 갖는 비대칭 파형 출력소자(일예로, 하기의 도 8과 같은 CMOS 소자)를 두어, 출력단의 풀업(pull-up) 및 풀다운(pull-down) 특성을 비대칭으로 설계/제작함으로써 구현할 수 있다.

예를 들어, 소자 출력단의 pull-up 구동 능력이 pull-down 구동 능력에 비해 크게 만들면 출력 신호의 상승 시간이 하강시간에 비해 빨라지고, pull-up 구동 능력이 pull-down 구동 능력에 비해 작게 만들면 출력 신호의 상승 시간이 하강시간에 비해 느려지게 된다.

그럼, 소자 출력단의 풀업(pull-up) 및 풀다운(pull-down) 특성이 비대칭으로 구성되는 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS : Complementary Metal Oxide Semiconductor) 소자의 출력단을 도 8을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 8 은 본 발명에 따른 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치의 일실시예 구성도로서, 출력단 특성이 풀업(pull-up) 및 풀다운(pull-down) 특성을 갖는 CMOS 소자를 일예로 나타낸 것이다.

CMOS 소자의 출력단은 풀업(pull-up)을 위한 P형 금속 산화막 반도체(PMOS) 트랜지스터(81)와 풀다운(pull-down)을 위한 N형 금속 산화막 반도체(NMOS) 트랜지스터(82)가 전압(VCC)과 접지(GND) 사이에 직렬로 연결되고, PMOS 트랜지스터(81)와 NOMS 트랜지스터(82)가 연결되는 지점에서 출력이 나와 부하(83)를 구동한다.

여기서, PMOS 트랜지스터(81)와 NMOS 트랜지스터(82)의 전류 구동 능력을 다 르게 설계/제작함으로써 원하는 형태의 비대칭 출력을 만들 수 있다.

따라서, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치는, 풀업(pull-up) 구동신호를 생성하기 위한 PMOS 트랜지스터(81)와, 풀다운(pull-down) 구동신호를 생성하기 위한 NMOS 트랜지스터(82)를 포함하되, PMOS 트랜지스터(81)와 NMOS 트랜지스터(82)의 전류 구동 능력을 다르게 설계/제작하여, NRZ 형태의 비주기적 데이터의 상승 및 하강 시간을 비대칭으로 만들어 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자(CMOS)를 지나는 NRZ 신호에 클럭 성분을 발생시킨다.

본 발명의 클럭 신호 생성 장치를 광송신기에 사용하게 되면, 송신기 구성은 도 7a와 같지만, NRZ 신호 발생기(71) 또는 광변조기 드라이버(72)의 출력단이 비대칭 출력 특성을 갖도록 하면 된다.

이때, 수신기 구성은 도 7c와 같이 클럭 추출부(76)가 단순한 대역 여파기(78)로 대치된다. 이 경우, 필요하면 D플립플롭(77) 입력 전에 증폭기를 사용하여 클럭 세기를 더욱 증폭할 수도 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 클럭 신호 생성 장치를 광수신기에 사용하게 되면, 수신기 구성은 도 7b와 같지만, 광/전 변환기(74) 또는 제한 증폭기(75) 또는 도면에는 도시되지 않았지만 클럭 추출기(76) 전단에서 NRZ 신호를 증폭하는 일반적인 증폭기의 출력단이 비대칭 출력 특성을 갖도록 하면 된다.

도 9 는 본 발명에 따라 비대칭인 NRZ 신호를 사용하여 생성한 광신호를 광/전변환시켰을 때의 주파수 스펙트럼 분석도로서, 실제로 출력 특성이 비대칭인 NRZ 신호 발생기(71)에서 나오는 변조 신호를 사용하여 변조한 광신호를 광/전변환하여 측정한 주파수 스펙트럼이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 비대칭인 NRZ 신호를 사용하여 생성한 광신호를 광/전변환시켰을 때 매우 큰 클럭 성분(42.83 GHz, Marker1)이 포함되어 있음을 알 수 있다.

도 10 은 본 발명에 따라 클럭 성분이 생성된 NRZ 광신호를 만들고 이를 광/전변환한 다음 대역 여파하여 얻은 42.83 GHz의 클럭 신호를 나타낸 설명도로서, 도 9의 스펙트럼을 갖는 NRZ 광신호를 광/전변환한 다음 42.83GHz의 중심주파수를 갖는 협대역 여파기(narrow band-pass filter)에 통과시켜 42.83GHz의 클럭을 추출한 다음 증폭하여 본 것이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 클럭 성분이 생성된 NRZ 광신호를 만들고 이를 광/전변환한 다음 대역 여파하면, 대역 여파기(78)에서 추출한 클럭의 모양이 매우 깨끗함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, NRZ 방식의 광송수신 시스템에서 특정 소자의 출력 단 특성을 상승 및 하강이 비대칭이 되도록 왜곡시킴으로써, 통상적으로 클럭 성분이 없거나 미약한 NRZ 신호에 큰 클럭 성분을 만들 수 있고, 수신단의 클럭 추출기에서는 상기 방식에 의해 생성된 큰 클럭 성분을 포함한 NRZ 신호를 대역 여파만 함으로써 클럭을 간단히 추출할 수 있으므로 수신단의 구성이 간단해져서 제작이 쉽고 저가의 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Claims

클럭 신호 생성 장치에 있어서,

풀업(pull-up) 신호를 생성하기 위한 풀업수단; 및

풀다운(pull-down) 신호를 생성하기 위한 풀다운수단을 출력단에 구비하되,

상기 풀업수단 및 상기 풀다운수단의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작하여, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자에서 출력되는 NRZ(Non-return to zero) 신호가 상승 및 하강 시간이 다른 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 지나는 NRZ 신호에 클럭 성분을 발생시키는 것을 특징으로 하는 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자는,

상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 CMOS 트랜지스터는,

풀업(pull-up)을 위한 P형 금속 산화막 반도체(PMOS) 트랜지스터와 풀다운(pull-down)을 위한 N형 금속 산화막 반도체(NMOS) 트랜지스터가 전압(VCC)과 접지(GND) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터와 상기 NOMS 트랜지스터가 연결되는 지점에서 출력이 나와 부하를 구동하며,

상기 PMOS 트랜지스터와 상기 NMOS 트랜지스터의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작함으로써 원하는 형태의 비대칭 출력을 만들 수 있는 것을 특징으로 하는 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자는,

소자 출력단의 풀업(pull-up) 구동 능력이 풀다운(pull-down) 구동 능력에 비해 크게 만들면 출력 신호의 상승 시간이 하강시간에 비해 빨라지고, 풀업(pull-up) 구동 능력이 풀다운(pull-down) 구동 능력에 비해 작게 만들면 출력 신호의 상승 시간이 하강시간에 비해 느려지는 것을 특징으로 하는 NRZ 신호의 비대칭 왜곡을 이용한 클럭 신호 생성 장치.
광송신 시스템에 있어서,

NRZ(Non-return to zero) 신호 발생기에서 나오는 NRZ 전기 신호가 광변조기 드라이버에서 증폭된 다음, 광변조기에 입력되어 광원에서 나오는 연속 출력광을 NRZ 광신호로 변조하여 송신할 때,

풀업(pull-up) 신호를 생성하기 위한 풀업수단; 및

풀다운(pull-down) 신호를 생성하기 위한 풀다운수단을 출력단에 구비하되,

상기 풀업수단 및 상기 풀다운수단의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작하여, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자에서 출력되는 NRZ 신호가 상승 및 하강 시간이 다른 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 상기 NRZ 신호 발생기 혹은 상기 광변조기 드라이버에 적어도 하나를 구비하여, 출력단이 비대칭 출력 특성을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 광송신 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자는,

상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 트랜지스터이며,

풀업(pull-up)을 위한 P형 금속 산화막 반도체(PMOS) 트랜지스터와 풀다운(pull-down)을 위한 N형 금속 산화막 반도체(NMOS) 트랜지스터가 전압(VCC)과 접지(GND) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터와 상기 NOMS 트랜지스터가 연결되는 지점에서 출력이 나와 부하를 구동하며,

상기 PMOS 트랜지스터와 상기 NMOS 트랜지스터의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작함으로써 원하는 형태의 비대칭 출력을 만들 수 있는 것을 특징으로 하는 광송신 시스템.
제 5 항 또는 제 6 항의 광송신 시스템에서 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 통해 클럭 성분을 갖는 NRZ(Non-return to zero) 신호를 수신하는 광수신 시스템에 있어서,

클럭 추출시, 클럭 성분을 가진 수신된 NRZ 신호를 대역 여파하여 클럭을 추출하는 것을 특징으로 하는 광수신 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 추출된 클럭을 세기를 증폭하여 데이터 복원기로 전달하는 증폭수단

을 더 포함하는 광수신 시스템.
광수신 시스템에 있어서,

광/전 변환기가 입력되는 NRZ(Non-return to zero) 광신호를 광/전 변환하고, 제한 증폭기에서 상기 광/전 변환기의 출력 세기에 무관하게 광/전 변환 신호를 일정한 세기의 전압으로 증폭한 후, 신호 중 일부는 데이터 복원기로 입력되고 일부는 클럭 추출기로 입력되어, 상기 데이터 복원기가 상기 클럭 추출기에서 추출된 클럭에 동기된 복원 데이터를 출력할 때,

풀업(pull-up) 신호를 생성하기 위한 풀업수단; 및

풀다운(pull-down) 신호를 생성하기 위한 풀다운수단을 출력단에 구비하되,

상기 풀업수단 및 상기 풀다운수단의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작하여, 비대칭 출력 특성을 갖는 소자에서 출력되는 NRZ 신호가 상승 및 하강 시간이 다른 비대칭 출력 특성을 갖도록 함으로써, 상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자를 상기 광/전 변환기 혹은 상기 제한 증폭기 혹은 상기 클럭 추출기 전단 증폭기에 적어도 하나를 구비하여, 출력단이 비대칭 출력 특성을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 광수신 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 비대칭 출력 특성을 갖는 소자는,

상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 트랜지스터이며,

풀업(pull-up)을 위한 P형 금속 산화막 반도체(PMOS) 트랜지스터와 풀다운(pull-down)을 위한 N형 금속 산화막 반도체(NMOS) 트랜지스터가 전압(VCC)과 접지(GND) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 PMOS 트랜지스터와 상기 NOMS 트랜지스터가 연결되는 지점에서 출력이 나와 부하를 구동하며,

상기 PMOS 트랜지스터와 상기 NMOS 트랜지스터의 출력 특성을 비대칭으로 설계/제작함으로써 원하는 형태의 비대칭 출력을 만들 수 있는 것을 특징으로 하는 광수신 시스템.