KR100725687B1 - 광통신 시스템에서 레이저 다이오드의 온도 특성 보상 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 다이오드와 모니터 포토 다이오드를 포함하는 광통신 시스템의 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서, 상기 레이저 다이오드의 온도 특성을 보상하기 위한 장치로서, 입력 전압과 변조 전류와의 관계에 의해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 변조 저항값들의 변화율을 얻고, 상기 전체 변조 저항들의 변화율에 따라 저항들의 저항값들을 결정하여 변조 전류를 보상하는 변조 전류 보상부와, 상기 동작 온도 범위에서의 광출력에 대한 모니터 포토 다이오드의 전류(Impd)에 의해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 바이어스 저항값들의 변화율을 얻고, 상기 전체 바이어스 저항값들의 변화율에 따라 저항들의 저항값을 결정하여 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 전류 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

광통신 시스템, 광신호 전송용 트랜시버, 레이저 다이오드, 모니터 포토 다이오드, Imod, Ibias, Rmod, Rbias.

Description

광통신 시스템에서 레이저 다이오드의 온도 특성 보상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMPENSATION TEMPERATURE CHARACTERISTICS OF LASER DIODE IN AN OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 일반적인 광통신 시스템에서 광 신호 전송용 트랜시버의 구조를 도시한 도면,

도 2는 일반적인 광통신 시스템의 레이저 다이오드 구동회로를 도시한 도면,

도 3은 일반적인 광통신 시스템의 레이저 다이오드 구동회로의 동작을 설명하기 위한 도면,

도 4a 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 광통신 시스템의 레이저 다이오드 구동회로에서 전체 변조 저항값과 전체 바이어스 저항값의 특성에 대해 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광통신 시스템의 레이저 다이오드 구동회로를 도시한 도면,

도 6a 및 도 6d는 본 발명의 실시예에 따라 온도 변화에 대한 서미스터 저항변화의 관계를 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 다이오드의 특성을 보상하여 일정한 광출력과 소광비를 유지하기 위한 상기 레이저 구동회로의 저항값들을 결정하는 동작을 도시한 도면.

본 발명은 레이저 다이오드를 구동하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 광통신 시스템에서 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에 이용되는 레이저 다이오드의 온도 특성을 보상하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

광을 통신으로 이용하려는 노력은 오래전부터 연구되어 왔으며, 1960년 Maiman이 개발한 루비레이저에 의해 광통신의 연구가 본격적으로 시작되었다. 이후, 미국 코닝유리회사에서 전송 손실이 20dB/km인 광섬유의 개발을 시작하여 1974년 광섬유의 상용화가 시작되면서 광통신에 대해 연구가 본격적으로 이루어졌다.

광통신은 유리나 플라스틱으로 만들어진 광섬유를 통하여 빛을 전송하는 통신기술로서, 빛의 형태로 광섬유를 통하여 전송하고자 하는 정보를 전송한다. 광통신 방식에 의한 데이터 전송 형태는 전기 신호 형태의 전송하고자 하는 정보를 빛의 형태로 바꾸고, 빛을 목적지까지 전달하고, 수신측에 원래의 전기 신호 형태를 변환시켜주는 과정을 거친다. 이러한 광통신 시스템의 대표적인 예는 전송매체로서의 광섬유 전송로, 광원으로서 반도체 레이저 또는 발광 다이오드 수광기로서 광 검파기를 사용하는 광전송 시스템 등이 있다. 이러한 광통신 시스템에서 광신호를 전송하는 광신호 전송용 트랜시버에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 광통신 시스템에서 광 신호 전송용 트랜시버의 구조를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 광신호 전송용 트랜시버는 전기신호를 광신호로 전광 변환하는 수신부(10)와, 광신호를 전기신호로 광전변환하는 송신부(20)로 구분된다.

상기 수신부(110)는 광신호를 전기 신호로 변환하는 소자로서 광신호를 수광하는 포토 다이오드(111)와, 상기 포토 다이오드(111)에 의해 발생한 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 전치 증폭기(112)와, 상기 전치 증폭기(112)의 출력을 희망하는 전압레벨로 한정시키는 제한 증폭기(113)로 구성된다.

상기 송신부(120)는 전기신호를 입력받아 레이저에 전류를 공급하는 레이저 구동회로(LD Driver)(121)와, 상기 구동회로(121)에 의해 발생된 전류에 비례하여 광신호를 발광하는 레이저 다이오드(122)와, 상기 레이저 다이오드(122)의 전력 변화를 보상하는 전력 보상 회로(APC Circuit)(123)와, 상기 레이저 다이오드(122)의 변조 전류를 보상하는 변조 변화 보상 회로(124)로 구성된다.

그러면 이와 같이 구성된 광신호 전송용 트랜시버에서 상기 송신부(20)에서 레이저 구동회로(121)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

일반적인 상기 레이저 구동회로(121)는 레이저의 바이어스 전류와 변조 전류를 출력 광신호의 변화에 따라 가변할 수 있다.

도 2는 일반적인 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서 바이어스 전류와 변조 전류를 출력 광신호의 변화에 따라 가변하는 레이저 구동회로에 대해 구체적으로 도시한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 레이저 구동회로(121)의 입력단에는 레이저 다이오드(11)와, 모니터 포토 다이오드(21)가 연결되어 있으며, 상기 포토 다이오드(21)에 전류/전압 변환기(30)가 연결되어 있다. 그리고 상기 전로/전압 변환기(30)에는 피크 에러 디텍터(40)와, 변조 전류 구동부(50)가 병렬로 연결되어 있으며, 상기 피크 에러 디텍터(40)와 변조 전류 구동부(50) 사이에는 전압 발생기(60)가 연결되어 있다. 또한, 상기 레이저 다이오드(11)에는 변조 전류 구동부(80)와 바이어스 전류 구동부(90)가 연결되어 있다.

상기 피크 에러 디텍터(40)는 피크 홀딩 회로(41)와, 증폭기(Op Amp)(42)가 포함되며, 상기 바텀 에러 디텍터(50)는 바텀 홀딩 회로(51)와, 증폭기(53)가 포함된다.

상기 변조 전류 구동부(80)는 입력 전압(Vcc)과, 레이저 다이오드(10)의 출력을 각각 입력받는 FET(81, 82)와, 가변 전류원(83)을 포함한다.

이와 같이 구성된 레이저 구동회로의 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

변조 전류 구동부(80)와 바이어스 전류 구동부(90)에 의해 구동된 레이저 다이오드(10)는 대부분의 광신호를 광섬유로 발광하는데 발광 신호의 일부를 모니터 포토 다이오드(20)가 수광한다. 이에 따라 포토 다이오드(20)는 수광된 빛에 비례하는 전류(lpd)를 출력하고, 출력된 전류는 전류/전압 변환기(30)에 의해 전압(Vo) 으로 변환된다. 이렇게 변환된 전압 신호는 피크 에러 디텍터(40)에 입력되어 피크 홀딩 회로(41)를 거친 후 첨부된 도 3에 도시된 바와 같은 전압(Vop)를 출력하며, 상기 피크 에러 디텍터(40)는 최종적으로 증폭기(42)에 의해 Vop가 인버트(Invert)된 신호를 출력한다. 또한, 상기 변환된 전압 신호는 바텀 에러 디텍터(50)에 입력되어 바텀 홀딩 회로(51)를 거친 후 상기 도 3에 도시된 바와 같은 Vob를 출력하며, 상기 바텀 에러 디텍터(50)는 최종적으로 증폭기(52)에 의해 Vob가 인버트된 신호를 출력한다.

따라서 레이저 다이오드(11)에서 발생되는 광신호의 크기가 변화될 경우, 예를 들어 상기 도 3에 도시된 바와 같이 시간에 따라 광신호의 크기가 낮아진 경우 Vo 전압도 따라서 변화된다. 즉, 피크 홀딩 회로(41)의 출력은 Vo 신호의 피크 전압을 따라 Vop와 같이 변화하고, 바텀 홀딩 회로(51)는 Vo 신호의 바텀 전압을 따라 Vob와 같이 변화한다. 그러므로 상기 두 신호가 인버트 증폭기(42, 52)의 인버팅 입력단에 입력되면 사전에 결정된 기준 전압(Vpeak, Vbottom)보다 낮아져 있으므로 증폭기(42, 52)의 출력은 평형 상태보다 높아진다. 이러한 결과로 변조 젼류 구동부(80)의 가변 전류원(83)과 바이어스 전류 구동부(90)의 가변 전류원(91)의 전류가 증가한다. 따라서 레이저 다이오드를 구동하는 두 전류원이 전류가 증가하게 되므로 낮아진 광출력을 높일 수 있다. 반대의 경우도 이러한 원리에 의해 동작한다.

그러나 상기 레이저 구동회로는 레이저 모듈의 온도 트래킹 에러(Tracking Error) 보상이 안되며, 일반적으로 레이저 모듈에 사용되는 모니터 포토 다이오드 는 모듈 주의의 온도에 대하여 출력 전류에 변화가 발생한다. 즉, 모듈의 주변 온도를 변화시켜 가면서 특정 크기의 레이저 출력이 발생되는 경우에 대해 포토 다이오드의 전류를 측정하면 온도별로 차이를 보이게 된다. 따라서 레이저에서 임의의 출력이 발생할 경우 레이저 모듈의 온도별 트래킹 에러가 발생하면 종래 기술의 보상회로는 광출력을 제대로 보상 할 수 없게 된다.

또한, 상기 레이저 구동회로는 피크 및 바텀 홀딩 회로의 구현이 어려우며, 두신호 홀딩 회로는 모두 리셋 신호를 필요로 한다. 이는 레이저의 피크와 바텀 레벨이 점점 커지는 방향으로 변화할 경우는 홀딩 회로 내부의 홀딩 커페시터 전류가 충전되기 때문에 전압 트래킹이 가능하지만, 증가하던 피크와 바텀 레벨이 점점 감소하는 방향으로 변화할 경우에는 충전된 전류가 다이오드에 의해 방전되지 못하기 때문에 낮아진 피크와 바텀 레벨을 트래킹하지 못하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서 온도 변화에 대하여 광 출력 보상과 트래킹 에러(Tracking Error) 보상이 동시에 가능한 레이저 구동회로의 온도 보상 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상기 이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법은, 레이저 다이오드와 모니터 포토 다이오드를 포함하는 광통신 시스템의 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서, 상기 레이저 다이오드의 온도 특성을 보상하기 위한 방법으로서, 입력 전압과 임의의 변수들을 이용하여 변조 전류를 구하고, 상기 변조 전류와의 관계에 의 해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 변조 저항값들의 변화량에 따라 상기 전체 변조 저항값들을 결정하여 변조 전류를 보상하는 과정과, 상기 동작 온도 범위에 임의로 정한 특정 광출력에 대한 모니터 포토 다이오드의 전류(Impd)에 의해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 바이어스 저항값들의 변화량에 따라 상기 전체 바이어스 저항값들을 결정하여 바이어스 전류를 보상하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 장치는, 레이저 다이오드와 모니터 포토 다이오드를 포함하는 광통신 시스템의 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서, 상기 레이저 다이오드의 온도 특성을 보상하기 위한 장치로서, 입력 전압과 임의의 변수들을 이용하여 변조 전류를 구하고, 상기 변조 전류와의 관계에 의해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 변조 저항값들의 변화량에 따라 저항들의 값들을 결정하여 변조 전류를 보상하는 변조 전류 보상부와, 상기 동작 온도 범위에 임의로 정한 특정 광출력에 대한 모니터 포토 다이오드의 전류(Impd)에 의해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 바이어스 저항값들의 변화량에 따라 저항들의 값을 결정하여 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 전류 보상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적 인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예에서는 상기 도 1에 도시한 광통신 시스템의 광신호 전송용 트랜시버에서 전기 신호를 광신호로 변환하는 광신호를 발광하는 송신부(120)의 레이저 다이오드 구동회로(120)에 적용되며, 상기 레이저 다이오드 구동회로(120)에서 사용되는 모니터 포토 다이오드의 온도에 따른 전류의 변화로 인한 온도별 트래킹 에러를 보상하기 위한 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다. 또한, 하기 본 발명의 실시예에서는 상기 종래 기술 설명에서의 상기 레이저 다이오드 구동회로와 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드 구동회로의 참조부호를 설명의 편의를 위해 다르게 표기하기로 한다.

한편, 광 트랜시버 송신부의 중요한 광 신호 특성은 온도에 따라 일정한 광출력 크기와 소광비에 의해 결정된다. 그러나 레이저의 일반적인 온도 특성은 주변 온도가 높아 질수록 첨부된 도 4a에 도시된 바와 같이 Pavg가 작아지며, 이러한 특성이 레이저 모듈마다 각기 다르기 때문에 각 모듈에 대한 온도 보상이 어렵다. 여기서 상기 Pavg는 P1과 P2의 평균값이다.

따라서 이하, 본 발명의 실시예에서는 레이저 바이어스와 변조(Modulation 전류를 주변 온도에 따라 자동으로 조정 가능한 구동회로 및 조정 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 광통신 시스템의 레이저 다이오드 구동회로에서 전체 변조 저항값과 전체 바이어스 저항값의 특성에 대해 도시한 도면이다. 여기서 상기 도 4a는 LD 구동회로에서 Rmod와 Imod의 대응 특성 그래프이며, 상기 도 4b는 LD 구동회로에서 Rbias와 Impd의 대응 특성 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 구체적인 설명에 앞서, 상기 광출력(Pp-p) 크기와 소광비 계산에 대해 나타내면 하기 <수학식 1> 및 하기 <수학식 2>와 같다.

여기서 상기 <수학식 1>과 같은 Pp-p(Peak to Peak) 이용해 변조 전류를 구할 수 있다.

그러면 상기 본 발명의 실시에에 따른 레이저 다이오드 구동회로에 대해 첨 부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광통신 시스템의 레이저 다이오드 구동회로를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 레이저 다이오드 구동회로(200)는 레이저 다이오드(201)와, 모니터 포토 다이오드(202)와, 제1 전압 변환부(210)와, 변조 전류 보상부(220)와, 제 2 전압 변환부(230)와, 바이어스 전류 보상부(240)로 구성된다.

상기 변조 전류 보상부(220)는 변조 전류 셋팅부(221)와, 제 1 전류 미러(222)와, 가변 전류원(223)를 포함한다.

상기 바이어스 전류 보상부(240)는 바이어스 가변 전류원(241)과, 비교기(Comparator)(242)와, 가변 전류원(243)과, 제2 전류 미러(244)와, 바이어스 전류 셋팅부(245)와, 저항들(246, 247)을 포함한다.

상기 제1 전압 변환부(210)는 입력단에 연결되어 전압(Vcc)을 입력받고, 변조부(220)의 변조 전류 셋팅부(221)와 제1전류 미러(222)에 직렬로 연결된다.

상기 레이저 다이오드(201)는 차동 증폭기(225)와, 입력단과, 바이어스 전류 보상부(240)의 바이어스 가변 전류원(241)과 연결되며, 상기 차동 증폭기(225)는 변조 가변 전류원(223)과 연결된다. 상기 모니터 포토 다이오드(202)는 상기 가변 전류원(241)과 저항들(246, 247)과 연결된 상기 비교기(242)에 연결된다.

상기 제 2 전압 변환부(230)는 입력단에 연결되어 전압(Vcc)을 입력받고, 바이어스부(240)의 바이어스 전류 셋팅부(245)와 제2 전류 미러(244)에 직렬로 연결되며, 상기 제2 전류 미러(244)와 비교기(242)의 +단자에 연결된 상기 저항(247) 사이에는 상기 가변 전류원(243)이 입력단과 연결된다.

상기 변조 전류 셋팅부(221)와 상기 바이어스 전류 셋팅부(245)는 3가지 저항의 연결된 구조를 갖는다. 이러한 3가지 저항은 온도에 따라 저항값이 변화하는 서미스터(Thermistor)(Rtherm1, Rtherm2)와 저항(Rp1, Rp2)이 병렬로 연결되고, 상기 서미스터(Rtherm1, Rtherm2)와 저항(Rs1, Rs2)이 직렬로 연결된다. 상기 세 저항으로 이루어진 전체 저항값 즉, 변조 전류 셋팅부(221)의 저항값은 Rmod라 하고, 바이어스 전류 셋팅부(245)의 저항값은 Rbias라 한다.

도 6a 및 도 6d는 본 발명의 실시예에 따라 온도 변화에 대한 서미스터 저항변화의 관계를 도시한 도면이다.

다시 말해, 상기 도 6a는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하는 특성을 보이는 Thermistor의 예이며, 도 6c는 상기 도 6a의 특성을 갖는 서미스터(Thermistor)에 변조 전류 셋팅부(221)나 바이어스 전류 셋팅부(245)와 같이 병렬저항과 직렬저항을 연결하였을 때, 온도에 따른 저항 변화 그래프이다. 그리고 상기 도 6b는 온도가 증가함에 따라 저항이 증가하는 특성을 보이는 Thermistor의 예이며, 도 6d는 상기 도 6b의 특성을 갖는 서미스터(Thermistor)에 변조 전류 셋팅부(221)나 바이어스 전류 셋팅부(245)와 같이 병렬 저항과 직렬 저항을 연결하였을 때, 온도에 따른 저항 변화 그래프이다. 이때 병렬 저항의 역할은 온도에 따른 저항 변화의 기울기를 결정한다.

이와 같은 구조를 갖는 광 트랜시버 송신부에 포함된 레이저 다이오드 구동회로(200)에서 온도 특성을 보상하는 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하 기로 한다.

제1 전압 변환부(210)로 입력된 전압(Vcc)와 변조 전류 셋팅부(221)의 전체 저항 값(Rmod)을 통해 생성된 전류(I1)는 제1 전류 미러(222)로 입력되면, 제1 전류 미러(222)는 임의의 정수배로 증가된 전류(I1)를 생성한다. 이에 따라 변조 가변 전류원(224)으로 입력된다. 이에 따라 상기 변조 가변 전류원(223)은 변조 전류를 결정한다. 즉, 제1 전류 미러(222)의 전류 증가비가 n이라면 변조 가변 전류원(223)의 전류는 n x I1이며, 차동 증폭기(225)의 두 입력 중 하나인 In+에 변조 신호의 높은 전압이 가해질 때 상기 변조 가변 전류원(223)의 전류가 레이저 다이오드(201)로 흘러간다.

바이어스 전류는 비교기(242)에 의해 조정되는데, 상기 비교기(242)의 두 입력 중 -단 입력에는 레이저 다이오드(201)의 광 출력을 모니터하는 모니터 포토 다이이오드(202)의 전류가 저항(246)에 입력되어 생성된 전압이 입력된다. 그리고 비교기(242)의 + 입력단에는 가변 전류원(243)의 전류 n×I2가 저항(247)으로 입력되어 생성된 전압이 입력된다. 여기서 가변 전류원(243)의 전류 n×I2는 바이어스 전류 셋팅부(245)의 저항 조합에 의해서 생성된 전류(I2)가 제 2 전류 미러(244)로 입력되어 상기 제 2 전류 미러(244)에 의해 임의의 정수배로 증가되어 생성된 전류이다. 따라서 상기 비교기(242)에 입력되는 두 전압이 평형이 이루어질 때까지 가변 전류원(243)은 전류를 변화시켜 출력하게 되며, 이에 따라 레이저 다이오드의 바이어스 전류를 결정할 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 상기 레이저 구동회로의 동작 원리를 바탕으로 온도에 따 라 변화하는 레이저 다이오드의 특성을 보상하여 일정한 광출력과 소광비를 유지할 수 있도록 저항값들을 결정하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

레이저 다이오드 구동회로는 Rbias와 Rmod 저항값에 의해 상기 도 4b 및 도 4 c의 그래프 특성을 반영하여 바이어스 전류와 Modulation 전류가 레이저 다이오드에 흐르도록 설계된다. 따라서, 사용자는 온도 변화에 상관없이 일정한 광출력을 얻기 위해 각 온도에 필요한 Imod와 Ibias를 계산하여 이 때 필요한 Rmod, Rbias를 예측한다. 그렇기 때문에 Rmod, Rbias에 서미스터를 사용하여 온도별로 필요한 저항값으로 변화하게 설계한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 레이저 다이오드의 특성을 보상하여 일정한 광출력과 소광비를 유지하기 위한 상기 레이저 구동회로의 저항값들을 결정하는 동작을 도시한 흐름도이다. 여기서 상기 레이저 구동회로의 저항값들의 결정은 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서 레이저 다이오드 구동회로를 제어할 수 있는 제어 및 연산을 담당하는 영역에서 이루어질 수 있다. 이러한 제어 및 연산을 담당하는 영역은 도면에 표시하지 않았으며, 상기 후술되는 과정에서는 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서 수행되는 것으로 이를 통칭하여 설명하기로 한다.

일실시 예로서 701단계에서 광신호 전송용 트랜시버의 송신부는 상기 레이저 다이오드(201)와, 모니터 포토 다이오드(202)를 포함하는 임의의 레이저 모듈의 동작 온도 범위(-40, 25, 85도) 그리고 원하는 레이저 광출력(1dBm=1.26mW)에서의 경사 효율(Slope Efficiency), 임계 전류(Ith) 그리고 모니터 포토 다이오드 전류(Impd)에 대한 데이터를 입력받는다. 입력이 완료되면 사용자가 희망하는 임의의 광출력과 소광비를 변수로 설정한다.

702단계에서 상기 광신호 전송용 트랜시버의 송신부는 변조 전류의 보상을 수행할지 바이어스 전류 보상을 수행할지를 판단하며, 판단 결과에 따라 변조 전류를 보상하는 경우에는 703단계로 진행한다.

703단계에서 상기 광신호 전송용 트랜시버의 송신부는 상기 변수들을 이용하여 동작 온도 범위에 해당하는 변조(Modulation) 전류(Imod)를 계산한다. 이러한 상기 변조 전류에 대한 계산은 상기 <수학식 1> 및 상기 <수학식 2>에 따라 광출력 1.26mW, 소광비 10dB를 예로 계산되어 있다.

그런 다음 704단계에서 상기 광신호 전송용 트랜시버의 송신부는 Imod vs. Rmod 관계에 의하여 동작 온도 범위에 해당하는 Rmod를 찾는다. 이러한 동작 온도 범위에 해당하는 Rmod 값은 실험을 통해 미리 측정되어 데이터베이스에 미리 저장되어 있으며, 이러한 변화는 상기 도 4b에 도시된 그래프와 같다.

705단계에서 찾아낸 온도별 필요한 Rmod값을 이용하여 해당 동작 온도 변화 범위에서 온도 변화에 대한 저항 변화율(Ω/°C)을 구한다.

상기 레이저 다이오드의 일반적인 온도 특성상 저항 변화율은 양의 값이므로 706단계에서 상기 도 6a 및 도 6c에 도시된 바와 같은 그래프에서 서미스터와 병렬 저항의 관계에 의하여 변화율에 해당하는 병렬 저항값들을 결정하고, 병렬 저항값이 결정되면 직렬 저항은 Rmod - (Rtherm//Rp)로 결정한다. 이렇게 하여 희망하는 동작 온도 범위에서 자동으로 변조 전류 보상이 이루어진다. 상기 도 6a 및 도 6c에 도시된 바와 같은 서미스터와 병렬 저항의 관계에 따른 저항 변화율도 미리 실 험을 통해 예측하여 데이터 베이스에 저장되어진다고 볼 수 있다.

한편, 상기 702단계에서 판단한 결과, 바이어스 전류를 보상하는 경우에는 707단계로 진행한다.

바이어스 전류의 보상은 상기 모니터 포토 다이오드 전류 Impd를 이용하여 결정되는데, 이러한 과정에서 레이저 모듈의 트래킹 에러(Tracking Error) 보상이 가능하다. 이론적으로 일정한 광출력에서는 광모듈 주변의 온도 변화에 관계없이 모니터 포토 다이오드는 일정한 전류를 발생해야 한다. 그러나 실제로는 레이저 모듈 주변의 온도 변화가 발생하게 되면 광모듈 제작 과정이나, 포토 다이오드 특성 변화 등에 의하여 일정한 레이저 출력에 대하여 포토 다이오드 전류가 변화한다. 즉, 레이저 모듈 각각에 대하여 불규칙적인 포토 다이오드 전류 변화 경향이 발생하기 때문에 일반적인 레이저 구동회로에 의해서는 일정한 광출력과 소광비를 유지하기 힘들다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 707단계에서 광신호 전송용 트랜시버의 송신부는 우선 동작 온도 범위에서 임의로 정한 특정 광출력에 대한 포토 다이오드 전류를 바탕으로 Impd vs. Rbias 관계인 상기 도 4c에 도시된 바와 같은 그래프에 의하여 온도별 Impd에서의 Rbias를 결정한다. 이러한 동작 온도 범위에 해당하는 Rbias 값은 실험을 통해 미리 측정되어 데이터베이스에 미리 저장되어 있다.

708단계에서 광신호 전송용 트랜시버의 송신부는 찾아낸 온도별 필요한 Rmod값을 이용하여 해당 동작 온도 변화 범위에서 온도 변화에 대한 저항 변화율(Ω/°C)을 구한다. 그런 다음 709단계에서 저항 변화율의 방향에 따라 Thermistor의 온 도 변화 특성을 결정해야 하는데, 상술한 바와 같이 온도에 따른 Impd의 변화는 뚜렷한 경향성을 보이지 않을 확률이 크다. 따라서 변화율이 양의 값인 경우는 도 6a 및 도 6c의 관계인 서미스터(Thermister)와 병렬 저항의 관계에 의하여 변화율에 해당하는 병렬 저항값들을 결정하고, 변화율이 음의 값인 경우는 도 6b, 도 6d에 도시된 바와 같은 그래프의 관계인 Thermister와 병렬 저항의 관계에 의하여 상기 저항 변화율에 해당하는 병렬 저항값들을 결정한다. 상기 도 6b 및 도 6d에 도시된 바와 같은 서미스터와 병렬 저항의 관계에 따른 저항 변화율도 미리 실험을 통해 예측하여 데이터 베이스에 저장되어진다고 볼 수 있다.

상기와 방법으로 트래킹 에러(Tracking Error)를 보상하게 되면 온도별 Impd의 변화에 상관없이 일정한 출력과 소광비를 유지할 수 있다. 다음으로 710단계에서는 서미스터와 병렬 저항의 관계에 의하여 상기 저항 변화율에 해당하는 병렬 저항값들을 결정하고, 병렬 저항값이 결정되면 직렬 저항은 Rbias - (Rtherm//Rp)로 결정한다. 이렇게 하여 희망하는 동작 온도 범위에서 자동으로 바이어스(Bias) 전류 보상이 이루어진다.

이에 따라 운영자 및 사용자들은 이렇게 구해진 Rp1, Rs1, Rp2 및 Rs2 그리고 결정된 Thermistor 종류에 따라 계측기를 사용해 온도별 광출력과 소광비 변화 추이를 측정할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에서는 알고리즘의 동작을 광신호 전송용 트랜시버의 송신부의 제어 및 연산을 담당하는 영역에서 수행하는 것으로 설명하였으나, 이러한 동작은 구동회로를 설계하는 설계자(운영자) 및 사용자가 상기 저항 값들(Rp1, Rs1, Rp2 및 Rs2)을 구하기 위한 인자들 즉, 변조 전류, 바이어스 전류 및 각 저항 변화율들을 계산 및 결정할 수도 있다. 따라서 상기 설계자(운영자) 및 사용자에 의해 결정된 상기 저항값들을 상기 레이저 다이오드 구동회로에 적용함으로써 자동으로 레이저 다이오드로 흘러가는 변조 전류와 바이어스 전류를 보상할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐 만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 레이저 다이오드 구동 회로를 적용함으로써, 레이저 모듈의 온도 변화에 대하여 광 출력 보상과 트래킹 에러 보상을 동시에 가능하게 하여 온도 변화에 대해 일정한 광출력과 소광비를 얻을 수 있는 효과가 있다.

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5. 레이저 다이오드와 모니터 포토 다이오드를 포함하는 광통신 시스템의 광신호 전송용 트랜시버의 송신부에서, 상기 레이저 다이오드의 온도 특성을 보상하기 위한 장치에 있어서,

   입력 전압과 변조 전류와의 관계에 의해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 변조 저항값들의 변화율을 얻고, 상기 전체 변조 저항들의 변화율에 따라 저항들의 저항값들을 결정하여 변조 전류를 보상하는 변조 전류 보상부와,

   상기 동작 온도 범위에서의 광출력에 대한 모니터 포토 다이오드의 전류(Impd)에 의해 얻은 동작 온도 범위에 해당하는 전체 바이어스 저항값들의 변화율을 얻고, 상기 전체 바이어스 저항값들의 변화율에 따라 저항들의 저항값을 결정하여 바이어스 전류를 보상하는 바이어스 전류 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 변조 전류 보상부는,

   온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터와, 상기 서미스터에 연결된 병렬 저항 및 직렬 저항들을 포함하는 변조 전류 셋팅부와,

   상기 변조 전류 셋팅부에서 출력된 전류값을 임의의 정수배로 증가시키는 제1 전류 미러와,

   상기 변조 전류를 상기 병렬 저항 및 직렬 저항의 저항값에 따라 변화시키는 변조 가변 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 변조 전류는 상기 입력 전압과 레이저 광출력의 슬로프 효율, 임계 전류값, 광출력 및 소광비를 이용하여 구해지는 것을 특징으로 하는 상기 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기 바이어스 전류 보상부는,

   온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터와, 상기 서미스터에 연결된 병렬 저항 및 직렬 저항들을 포함하는 바이어스 전류 셋팅부와,

   상기 바이어스 전류 셋팅부에서 출력된 전류값을 임의의 정수배로 증가시키는 제2 전류 미러와,

   상기 바이어스 전류를 상기 병렬 저항 및 직렬 저항의 저항값에 따라 변화시키는 바이어스 가변 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 장치.

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