KR101954136B1 - Synchronous optical receiver based-on silicon microring and wavelength-division multiplexer system using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 마이크로 링 기반 동기식 광 수신기 및 이를 이용한 파장분할다중화 시스템이 개시된다. 본 발명의 동기식 광 수신기는 N개의 마이크로 링(microring)을 포함하고, N개의 채널(channel)을 가지는 광신호를 수신하며, 수신된 광신호의 파장을 마이크로 링으로 공진하여 광신호를 N개의 채널신호로 파장 필터링하는 파장필터부, 파장필터부로부터 N개의 채널신호 중 N-1개의 데이터 채널신호를 N-1개의 데이터 채널에 각각 수신하고, 수신된 N-1개의 데이터 채널신호를 증폭하는 데이터채널부, 파장필터부로부터 N개의 채널신호 중 나머지 1개의 클록 채널신호를 수신하고, N-1개의 데이터 채널에 리타이밍(retiming) 클록신호를 각각 제공하는 클록채널부 및 N-1개의 데이터 채널마다 포함되어 각 데이터 채널에 해당하는 마이크로 링의 공진파장을 제어하는 마이크로 링 제어부를 포함한다.A silicon microring based synchronous optical receiver and a wavelength division multiplexing system using the same are disclosed. The synchronous optical receiver of the present invention includes N microring, receives an optical signal having N channels, resonates the wavelength of the received optical signal with a microring, converts the optical signal into N channels 1) -th data channel signal from the N-1 channel signals from the wavelength filter unit to N-1 data channels, and for amplifying the received N-1 data channel signals A clock channel unit for receiving the remaining one clock channel signal from the N channel signals from the channel unit and the wavelength filter unit and providing a retiming clock signal to each of the N-1 data channels, and a clock channel unit for providing N-1 data channels And a microring controller for controlling the resonance wavelength of the microring corresponding to each data channel.
Description
본 발명은 광 수신기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 데이터센서 내 광 링크를 동기식으로 구성하여 샘플링 방식으로 광 데이터를 수신하는 실리콘 마이크로 링 기반 동기식 광 수신기 및 이를 이용한 파장분할 다중화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an optical receiver, and more particularly, to a silicon microring-based synchronous optical receiver and a wavelength division multiplexing system using the same, which receive optical data in a sampling manner by constructing an optical link in a data sensor in a synchronous manner.
최근 클라우드 컴퓨팅, 비디오 스트리밍 서비스, IoT(Internet of Tings) 기술이 각광을 받으면서 큰 규모의 메가 데이터센터가 크게 늘어나고 있으며, 이에 따라 데이터센터 내 전송용량에 대한 요구사항이 크게 늘어나고 있다. 10기가비트급이었던 주요 선로들은 40기가비트급으로 변경되었으며, 향후 3년 이내에 100기가비트급으로 업그레이드될 전망이다. Recently, large-scale mega-data centers have been increasing in popularity as cloud computing, video streaming services, and Internet of Tings (IoT) technologies have been spotlighted, thereby increasing demands on transmission capacity in the data center. Major lines that were 10 gigabit-class have been upgraded to 40-gigabit class and are expected to upgrade to 100 gigabit class within the next three years.
또한 데이터센터가 대형화되면서 그동안 큰 이슈가 되지 않았던 데이터센터 내 배선문제도 이슈가 되고 있으며, 데이터용량의 증가와 더불어 광섬유를 감소시켜야 하는 요구사항에 직면하고 있다. 또한 주요부품인 광트랜시버의 수가 늘어나면서 제조사들은 가격경쟁력 향상에 대한 요구를 받고 있는 상황이다. In addition, as the data center becomes larger, wiring problems in the data center, which have not become big issues in the meantime, are also becoming an issue. Faced with increasing data capacity, there is a need to reduce the optical fiber. In addition, as the number of optical transceivers, which are major components, is increasing, manufacturers are being asked to improve their price competitiveness.
그동안 표면발광레이저(Vertical-Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL) 기술이 눈부시게 발전하면서 단거리 전송분야 시장을 점유하였으나 전송거리의 제한 및 광배선의 증가라는 한계에 부딪히고 있는 실정이다. 이러한 측면에서 데이터센서용 광통신 기술에서는 광섬유당 대역폭이 높다는 측면에서 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 기술이 큰 주목을 받고 있다.In the meantime, the Vertical-Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) technology has developed remarkably and occupies the market of the short-distance transmission field. However, the limit of the transmission distance and the increase of the optical line are encountered. In this respect, wavelength division multiplexing (WDM) technology has attracted a great deal of attention in light of the high bandwidth per optical fiber in optical communication technology for data sensors.
종래의 WDM 기술은 화합물반도체 기반으로 제작되면서 높은 성능 및 대역폭 효율에 비해 값비싼 부품으로 인해 경쟁력을 갖지 못하였다. 특히, 파장을 역다중화하는 광 디멀티플렉서(Demultiplexer)의 비싼 가격으로 인해 시스템 구성이 어려웠다. Conventional WDM technology has not been competitive due to expensive components compared to high performance and bandwidth efficiency when fabricated based on compound semiconductors. In particular, the system configuration was difficult due to the high price of a demultiplexer (wavelength demultiplexer).
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 광 수신기가 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for an optical receiver capable of solving such a problem.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중파장을 하나의 광섬유에 전송하고, 광 수신기를 동기식으로 구현하여 복잡도 및 전력소모를 낮추는 실리콘 마이크로 링 기반 동기식 광 수신기 및 이를 이용한 파장분할다중화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a silicon microring-based synchronous optical receiver and a wavelength division multiplexing system using the same, which transmit multiple wavelengths to one optical fiber and realize an optical receiver synchronously to reduce complexity and power consumption. have.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 동기식 광 수신기가 실리콘 마이크로 링을 파장필터로 사용하여 가격경쟁력을 향상시키는 실리콘 마이크로 링 기반 동기식 광 수신기 및 이를 이용한 파장분할다중화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a silicon microring-based synchronous optical receiver and a wavelength division multiplexing system using the same, which can improve price competitiveness by using a silicon microring as a wavelength filter.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 실리콘 마이크로 링 기반의 동기식 광 수신기는, N개의 마이크로 링(microring)을 포함하고, N개의 채널(channel)을 가지는 광신호를 수신하며, 상기 수신된 광신호의 파장을 상기 마이크로 링으로 공진하여 상기 광신호를 N개의 채널신호로 파장 필터링하는 파장필터부, 상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 N-1개의 데이터 채널신호를 N-1개의 데이터 채널에 각각 수신하고, 상기 수신된 N-1개의 데이터 채널신호를 증폭하는 데이터채널부, 상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 나머지 1개의 클록 채널신호를 수신하고, 상기 N-1개의 데이터 채널에 리타이밍(retiming) 클록신호를 각각 제공하는 클록채널부 및 상기 N-1개의 데이터 채널마다 포함되어 각 데이터 채널에 해당하는 마이크로 링의 공진파장을 제어하는 마이크로 링 제어부를 포함한다.In order to achieve the above object, a silicon microring-based synchronous optical receiver according to the present invention includes N microring, receives an optical signal having N channels, 1) -th data channel signal of the N channel signals from the wavelength filter unit to N-1 pieces of data channels from the N-1 channel signals, the wavelength filter unit resonating the wavelength of the signal with the microring, A data channel unit for receiving the N-1 data channel signals and for amplifying the received N-1 data channel signals, and for receiving the remaining one clock channel signal from the N channel signals from the wavelength filter unit, A clock channel unit for providing a retiming clock signal to the channel, and a clock channel unit for providing a retiming clock signal for each of the N-1 data channels, The ring comprises a micro-controller for controlling.
또한 상기 파장필터부는, 측면 또는 수직으로 형성되어 상기 광신호를 수신하는 광 커플러, 상기 광 커플러와 연결되고, 상기 마이크로 링과 이웃되게 배치되는 광도파로, 상기 광신호를 검출하는 광 검출기 및 상기 마이크로 링과 접하도록 배치되어 상기 마이크로 링의 주변온도를 조절하는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The wavelength filter unit may include: an optical coupler formed laterally or vertically to receive the optical signal; an optical waveguide connected to the optical coupler and disposed adjacent to the microring; a photodetector for detecting the optical signal; And a heater arranged to be in contact with the ring to adjust an ambient temperature of the microring.
또한 상기 데이터채널부는, 상기 N-1개의 데이터 채널신호를 신호처리가 가능한 크기로 각각 증폭하는 제1 TIA(Transimpedance Amplifier) 및 상기 제1 TIA로부터 증폭된 제1 출력신호를 상기 리타이밍 클록신호로 리타이밍시키는 리타이머(retimer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The data channel unit may include a first TIA (Transimpedance Amplifier) for amplifying the N-1 data channel signals to a signal processing size, and a second TIA for amplifying the first output signal amplified from the first TIA to the retiming clock signal And a retimer for retiming the signal.
또한 상기 클록채널부는, 상기 1개의 클록 채널신호를 증폭시키는 제2 TIA 및 상기 제2 TIA로부터 증폭된 제2 출력신호를 상기 N-1개의 데이터 채널에 상기 리타이밍 클록신호로 각각 제공하는 클록채널 분배기를 포함하는 것을 특징으로 한다.The clock channel unit may further include a second TIA for amplifying the one clock channel signal and a second output signal amplified from the second TIA to the N-1 data channel as the retiming clock signal, And a distributor.
또한 상기 마이크로 링 제어부는, 상기 N-1개의 데이터 채널마다 상기 제1 출력신호의 피크(peak)값을 각각 모니터링하는 피크 디텍터 및 상기 피크 디텍터로부터 모니터링된 피크값을 이용하여 상기 마이크로 링의 온도 튜닝값을 생성하는 튜닝 FSM(Finite State Machine)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The microring controller may further include a peak detector for monitoring a peak value of the first output signal for each of the N-1 data channels, and a temperature detector for detecting a temperature of the microring using the peak value monitored from the peak detector. And a tuning FSM (Finite State Machine) for generating a value.
또한 상기 튜닝 FSM은, 상기 생성된 온도 튜닝값을 상기 마이크로 링과 접하도록 배치된 히터로 전송시키는 것을 특징으로 한다.And the tuning FSM transmits the generated temperature tuning value to a heater disposed in contact with the microring.
또한 상기 튜닝 FSM은, 상기 공진하는 파장이 주변온도에 최소로 반응하는 온도에 대한 전압값을 상기 온도 튜닝값으로 생성하는 것을 특징으로 한다.The tuning FSM is characterized by generating a voltage value for the temperature at which the resonant wavelength minimally reacts with the ambient temperature as the temperature tuning value.
본 발명에 따른 파장분할다중화 시스템은 다중파장을 가지는 광신호를 출력하는 레이저부, 상기 레이저부로부터 출력된 광신호를 수신하고, 상기 수신된 광신호를 마이크로 링으로 파장 필터링 및 변조를 하는 광 송신기, 상기 광 송신기로부터 변조된 광신호를 수신하고, 상기 수신된 광신호를 마이크로 링으로 파장 필터링하며, 동기식 통신을 수행하는 동기식 광 수신기 및 상기 레이저부 및 상기 광 송신기 사이와 상기 광 송신기 및 상기 동기식 광 수신기 사이에 배치되어 상기 광신호를 전달하는 광섬유부를 포함하되, 상기 동기식 광 수신기는, N개의 마이크로 링을 포함하고, N개의 채널을 가지는 광신호를 수신하며, 상기 수신된 광신호의 파장을 상기 마이크로 링으로 공진하여 상기 광신호를 N개의 채널신호로 파장 필터링하는 파장필터부, 상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 N-1개의 데이터 채널신호를 N-1개의 데이터 채널에 각각 수신하고, 상기 수신된 N-1개의 데이터 채널신호를 증폭하는 데이터채널부, 상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 나머지 1개의 클록 채널신호를 수신하고, 상기 N-1개의 데이터 채널에 리타이밍 클록신호를 각각 제공하는 클록채널부 및 상기 N-1개의 데이터 채널마다 포함되어 각 데이터 채널에 해당하는 마이크로 링의 공진파장을 제어하는 마이크로 링 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A wavelength division multiplexing system according to the present invention includes a laser unit for outputting an optical signal having multiple wavelengths, an optical transmitter for receiving the optical signal output from the laser unit and performing wavelength filtering and modulation of the received optical signal with a microring A synchronous optical receiver for receiving the optical signal modulated from the optical transmitter, wavelength-filtering the received optical signal by microring, performing a synchronous communication, and a synchronous optical receiver for receiving the optical signal between the laser unit and the optical transmitter, And an optical fiber unit disposed between the optical receivers for transmitting the optical signal, wherein the synchronous optical receiver includes N microrings, receives an optical signal having N channels, and adjusts a wavelength of the received optical signal to A wavelength filter unit resonating with the microring to perform wavelength filtering of the optical signal into N channel signals, A data channel unit for receiving N-1 data channel signals of the N channel signals from the wavelength filter unit and for amplifying the received N-1 data channel signals, A clock channel unit for receiving the remaining one clock channel signal from the N channel signals and providing a retiming clock signal to the N-1 data channels, and a clock channel unit for each of the N-1 data channels, And a microring controller for controlling the resonance wavelength of the microring corresponding to the microring.
본 발명에 따른 실리콘 마이크로 링 기반 동기식 광 수신기 및 이를 이용한 파장분할다중화 시스템은 다중파장을 하나의 광섬유에 전송하고, 광 수신기를 동기식으로 구현하여 복잡도 및 전력소모를 낮출 수 있다.The silicon microring-based synchronous optical receiver and wavelength division multiplexing system using the same according to the present invention can transmit multiple wavelengths to one optical fiber and realize an optical receiver synchronously, thereby reducing complexity and power consumption.
또한 동기식 광 수신기가 실리콘 마이크로 링을 파장필터로 사용하여 가격경쟁력을 향상시킬 수 있다.Synchronous optical receivers can also improve price competitiveness by using silicon micro rings as wavelength filters.
도 1은 본 발명에 따른 파장분할다중화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 동기식 광 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 링 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 피크 디텍터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a wavelength division multiplexing system according to the present invention.
2 is a view for explaining a synchronous optical receiver according to the present invention.
3 is a view for explaining a microring controller according to the present invention.
4 is a view for explaining the structure of a peak detector according to the present invention.
종래의 화합물반도체 기반으로 제작되던 파장분할다중화 비동기식 광 수신기는 값비싼 광 디멀티플렉서 부품으로 인해 가격경쟁력이 낮고, 집적도가 높지 않아 광 트랜시버의 크기가 커지는 문제점을 가지고 있다. 이에 본 발명에서는 다중파장을 하나의 광섬유로 전송할 수 있는 파장분할다중화의 장법을 극대화하고, 광 수신기의 복잡도 및 전력소모를 낮출 수 있는 동기식 광 수신기를 개시한다. Wavelength division multiplexing asynchronous optical receivers that have been fabricated on the basis of conventional compound semiconductors have a problem in that the cost competitiveness is low due to expensive optical demultiplexer components and the size of the optical transceiver is increased because the degree of integration is not high. Accordingly, the present invention discloses a synchronous optical receiver capable of maximizing the wavelength division multiplexing scheme capable of transmitting multiple wavelengths through one optical fiber, and reducing the complexity and power consumption of the optical receiver.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals as used in the appended drawings denote like elements, unless indicated otherwise. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather obvious or understandable to those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 따른 파장분할다중화 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a wavelength division multiplexing system according to the present invention.
도 1을 참조하면, 파장분할다중화 시스템(50)은 레이저부(10), 광 송신기(20), 동기식 광 수신기(30) 및 광섬유부(40)를 포함한다.1, the
레이저부(10)는 파장분할다중화를 위해 다중파장을 출력하는 광원을 사용한다. 즉, 레이저부(10)는 N개의 채널(channel)을 가지는 광신호를 출력한다. 이 때, 레이저부(10)는 하나의 레이저에서 N개의 파장을 출력하는 양자점 레이저(quantum dot laser)를 사용하거나, N개의 파장을 각각 출력하는 단파장 레이저 N개를 이용하여 출력할 수 있다.The
광 송신기(20)는 레이저부(10)로부터 출력된 광신호를 수신하고, 상기 수신된 광신호를 파장 필터링 및 변조를 한다. 이 때, 광 송신기(20)는 마이크로 링을 이용하여 파장 필터링 및 변조를 수행한다. The
동기식 광 수신기(30)는 광 송신기(20)로부터 변조된 광신호를 수신하고, 수신된 광신호를 파장 필터링한다. 동기식 광 수신기(30)는 매우 작은 칩 면적을 갖는 마이크로 링을 이용하여 파장 필터링을 수행한다. 이를 통해, 동기식 광 수신기(30)는 칩 면적 및 칩 가격을 크게 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한 동기식 광 수신기(30)는 종래의 비동기식으로 구성되던 데이터센터 내 광 링크를 동기식으로 구성하여 샘플링 방식으로 광 데이터를 수신한다. 즉, 동기식 광 수신기(30)는 N-1개의 데이터신호와 1개의 동기화된 클록신호를 동시에 수신하여 송수신과정에서 발생되는 데이터와 클록 간의 스큐(skew)를 보상하는 과정을 수행한 후, 리타이밍(retiming) 방식으로 광 검출기에서 수신된 전류를 전압신호로 변환 및 증폭을 할 수 있다. The synchronous
광섬유부(40)는 광섬유로 형성되어 다중파장을 가지는 광신호를 전송하고, 제1 광섬유부(41) 및 제2 광섬유부(42)를 포함한다. 제1 광섬유부(41)는 레이저부(10) 및 광 송신기(20) 사이에 배치되어 레이저부(10)로부터 출력되는 광신호를 광 송신기(20)로 전송한다. 제2 광섬유부(42)는 광 송신기(20) 및 동기식 광 수신기(30) 사이에 배치되어 광 송신기(20)로부터 출력되는 변조된 광신호를 동기식 광 수신기(30)로 전송한다. 이 때, 광섬유부(40)는 전송거리 확보를 위해 싱글모드파이버(Sing-Mode Fiber, SMF)를 사용할 수 있다.The
도 2는 본 발명에 따른 동기식 광 수신기를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a synchronous optical receiver according to the present invention.
도 2를 참조하면, 동기식 광 수신기(30)는 파장필터부(100), 데이터채널부(200), 클록채널부(300) 및 마이크로 링 제어부(400)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the synchronous
파장필터부(100)는 N개의 채널을 가지는 광신호를 수신한다. 파장필터부(100)는 수신된 광신호의 파장을 마이크로 링(130)으로 공진하여 광신호를 N개의 채널로 분리한다. 파장필터부(100)는 광 커플러(110), 광도파로(120), 마이크로 링(130), 광 검출기(140) 및 히터(150)를 포함한다.The
광 커플러(110)는 측면 또는 수직으로 형성되어 광신호를 수신한다. 광 커플러(110)는 에지 커플러(edge coupler), 격자 커플러(grating coupler) 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 생산성이 높은 격자 커플러를 사용할 수 있다. The
광도파로(120)는 광 커플러(110)와 연결되고, 마이크로 링(130)과 이웃되게 배치된다. 이를 통해, 광도파로(120)는 광 커플러(110)로부터 수신된 광신호를 커플링으로 마이크로 링(130)에 전송할 수 있다.The optical waveguide 120 is connected to the
마이크로 링(130)은 광도파로(120)로부터 커플링되어 전송된 광신호를 공진시켜 파장을 필터링한다. 이 때, 마이크로 링(130)은 N개의 마이크로 링을 포함하여 N개의 채널로 파장 필터링한다. 상세하게는, 마이크로 링(130)은 제1 마이크로 링(131) 및 제2 마이크로 링(132)을 포함한다. 제1 마이크로 링(131)은 N-1개의 마이크로 링을 포함하고, N개의 채널 중 N-1개의 데이터채널을 파장 필터링한다. 제2 마이크로 링(132)은 N개의 채널 중 나머지 1개의 클록채널을 파장 필터링한다. 여기서, 마이크로 링(130)은 링의 크기, 링을 구성하는 광도파로의 너비 및 깊이에 따라 공진하는 파장을 변화시킬 수 있다. 한편, 마이크로 링(130)은 실리콘 기반의 반도체 공정으로 칩 레벨의 크기로 형성된다. 즉, 마이크로 링(130)은 매우 작은 칩면적을 가질 수 있다.The
광 검출기(140)는 마이크로 링(130)으로부터 파장 필터링된 광신호를 검출한다. 광 검출기(140)는 제1 광 검출기(141) 및 제2 광 검출기(142)를 포함한다. 제1 광 검출기(141)는 제1 마이크로 링(131)과 연결되어 N-1개의 데이터 채널신호를 검출한다. 제2 광 검출기(142)는 제2 마이크로 링(132)과 연결되어 1개의 클록 채널신호를 검출한다. 여기서, 광 검출기(140)는 포토 디텍터(Photo Detector, PD)로 구성되고, 포토 디텍터는 검출효율을 높이기 위해 주로 게르마늄 포토 디텍터(Germanium PD)를 사용할 수 있다. The
히터(150)는 마이크로 링(130)과 접하도록 배치되고, 후술되는 온도 튜닝값에 따라 온도를 조절한다. 한편, 마이크로 링(130)에서 공진하는 파장은 주변온도 등에 민감하게 반응하기 때문에 온도를 제어해주어야 하는데 이러한 역할을 히터(150)가 수행한다. 즉, 히터(150)는 공진하는 파장이 최소로 반응하는 온도로 유지되도록 주변온도를 조절한다. 히터(150)는 제1 히터(151) 및 제2 히터(152)를 포함하고, 제1 히터(151)는 제1 마이크로 링(131)과 접하도록 배치되며, 제2 히터(152)는 제2 마이크로 링(132)과 접하도록 배치된다.The
데이터채널부(200)는 파장필터부(100)로부터 N개의 채널신호 중 N-1개의 데이터 채널신호를 수신한다. 이 때, 데이터채널부(200)는 N-1개의 데이터 채널에 각각 N-1개의 데이터 채널신호를 수신할 수 있다. 데이터채널부(200)는 수신된 N-1개의 데이터 채널신호를 증폭한다. 데이터채널부(200)는 제1 TIA(Transimpedance Amplifier)(210) 및 리타이머(retimer)(220)를 포함한다.The
제1 TIA(210)는 N-1개의 데이터 채널에 각각 포함된다. 제1 TIA(210)는 파장필터부(100)로부터 수신된 N-1개의 데이터 채널신호를 신호처리가 가능한 크기로 각각 증폭한다.The
리타이머(220)는 제1 TIA(210)로부터 증폭된 제1 출력신호를 후술되는 리타이밍 클록신호로 리타이밍(retiming)을 시킨다. 즉, 리타이머(220)는 출력되는 데이터 채널신호의 신호조정를 통해 신호보상을 받을 수 있도록 한다.The
클록채널부(300)는 파장필터부(100)로부터 N개의 채널신호 중 1개의 클록 채널신호를 수신한다. 클록채널부(300)는 N-1개의 데이터 채널에 리타이밍 클록신호를 각각 제공한다. 클록채널부(300)는 제2 TIA(310) 및 클록채널분배기(320)를 포함한다.The
제2 TIA(310)는 파장필터부(100)로부터 수신된 1개의 클록 채널신호를 신호처리가 가능한 크기로 증폭한다. 제2 TIA(310)은 제1 TIA(210)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 이 때, 제2 TIA(310)의 뒷단은 증폭기가 추가적으로 설치될 수 있다.The
클록채널분배기(320)는 제2 TIA(310)로부터 증폭된 제2 출력신호를 N-1개의 데이터 채널마다 리타이밍 클록신호로 제공한다. The
마이크로 링 제어부(400)는 N-1개의 데이터 채널마다 포함되어 각 데이터 채널에 해당하는 마이크로 링의 공진파장을 제어한다. 이를 통해, 마이크로 링 제어부(400)는 파장필터부(100)에서 광신호를 N개의 채널신호로 파장 필터링을 할 수 있다.The
또한 마이크로 링 제어부(400)는 N-1개의 데이터 채널마다 제1 출력신호의 피크(peak)값을 각각 모니터링하고, 모니터링된 피크값을 이용하여 마이크로 링의 온도 튜닝값을 생성한다. 이 때, 마이크로 링 제어부(400)는 생성된 온도 튜닝값을 해당하는 데이터 채널과 연결된 히터(150)에 전송하도록 제어한다. 여기서, 온도 튜닝값은 공진하는 파장이 주변온도에 최소로 반응하는 온도에 대한 전압값일 수 있다.In addition, the
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 링 제어부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 피크 디텍터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a view for explaining a microring controller according to the present invention, and FIG. 4 is a view for explaining a structure of a peak detector according to the present invention.
도 3 및 도 4를 참조하면, 마이크로 링 제어부(400)는 제1 마이크로 링(131)의 주변에 대한 온도를 제1 히터(151)로 제어한다. 이를 통해, 마이크로 링 제어부(400)는 제1 마이크로 링(131)에서 파장이 안정적으로 공진할 수 있게 한다. 마이크로 링 제어부(400)는 피크 디텍터(peak detector)(410) 및 튜닝 FSM(Finite State Machine)(420)를 포함한다.Referring to FIGS. 3 and 4, the
피크 디텍터(410)는 N-1개의 데이터 채널마다 제1 TIA(210)에서 증폭된 제1 출력신호의 피크값을 각각 모니터링한다. 피크 디텍터(410)는 제1 출력신호와 리타이밍 클록신호를 이용하여 피크값을 검출할 수 있다. The
여기서, 피크 디텍터(410)를 통해 검출된 피크값은 리타이머(220)를 통해 기준전압과 비교될 수 있으며, 이 때 리타이머(220)는 리타이밍 클록신호도 이용한다. 한편, 기준전압은 기준 DAC(230)로부터 전송되며 제1 출력신호의 기준이 되는 전압일 수 있다.Here, the peak value detected through the
튜닝 FSM(420)는 피크 디텍터(310)로부터 모니터링된 피크값 및 리타이밍 클록신호를 이용하여 마이크로 링의 온도 튜닝값을 생성한다. 상세하게는, 튜닝 FSM(420)는 리타이머(220)에서 비교된 결과값을 이용하여 온도 튜닝값을 생성할 수 있다. 또한 튜닝 FSM(420)은 생성된 온도 튜닝값을 마이크로 링(130)과 접하도록 배치된 히터(150)에 전송한다. 이 때, 온도 튜닝값에 해당하는 전압값은 DSM(240) 및 서버 DAC(250)을 통과한 후, 히터(150)로 전송될 수 있다.The tuning
전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 동기식 광 수신기(30)는 파장분할다중화 기술의 특성을 이용함으로써 추가의 광섬유 없이 클록채널까지 전송할 수 있어 추가 하드웨어 구성에 대한 부담이 없고, 전력소모를 줄일 수 있다. 또한 작은 칩 면적을 갖는 실리콘 마이크로 링을 파장필터로 사용함으로써, 가격경쟁력을 향상시킬 수 있다.As described above, the synchronous
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
10: 레이저부 20: 광 송신기
30: 동기식 광 수신기 40: 광섬유부
41: 제1 광섬유부 42: 제2 광섬유부
50: 파장분할다중화 시스템 100: 파장필터부
110: 광 커플러 120: 광도파로
130: 마이크로 링 131: 제1 마이크로 링
132: 제2 마이크로 링 140: 광 검출기
141: 제1 광 검출기 142: 제2 광 검출기
150: 히터 151: 제1 히터
152: 제2 히터 200: 데이터채널부
210: 제1 TIA 220: 리타이머
230: 기준 DAC 240: DSM
250: 서멀 DAC 300: 클록채널부
310: 제2 TIA 320: 클록채널분배기
400: 마이크로 링 제어부 410: 피크 디텍터
420: 튜닝 FSM 10: laser section 20: optical transmitter
30: Synchronous optical receiver 40: Optical fiber unit
41: first optical fiber part 42: second optical fiber part
50: wavelength division multiplexing system 100: wavelength filter unit
110: optical coupler 120: optical waveguide
130: microring 131: first microring
132: second microring 140: photo detector
141: first photodetector 142: second photodetector
150: heater 151: first heater
152: second heater 200: data channel unit
210: First TIA 220: Retimer
230: Reference DAC 240: DSM
250: Thermal DAC 300: Clock channel part
310: second TIA 320: clock channel distributor
400: microring controller 410: peak detector
420: tuning FSM
Claims (8)
상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 N-1개의 데이터 채널신호를 N-1개의 데이터 채널에 각각 수신하고, 상기 수신된 N-1개의 데이터 채널신호를 증폭하는 데이터채널부;
상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 나머지 1개의 클록 채널신호를 수신하고, 상기 N-1개의 데이터 채널에 리타이밍(retiming) 클록신호를 각각 제공하는 클록채널부; 및
상기 N-1개의 데이터 채널마다 포함되어 각 데이터 채널에 해당하는 마이크로 링의 공진파장을 제어하는 마이크로 링 제어부;를 포함하고,
상기 데이터채널부는,
상기 N-1개의 데이터 채널신호를 신호처리가 가능한 크기로 각각 증폭하는 제1 TIA(Transimpedance Amplifier); 및
상기 제1 TIA로부터 증폭된 제1 출력신호를 상기 리타이밍 클록신호로 리타이밍시키는 리타이머(retimer);를 포함하며,
상기 마이크로 링 제어부는,
상기 N-1개의 데이터 채널마다 상기 제1 출력신호의 피크(peak)값을 각각 모니터링하되, 제1 출력신호와 상기 리타이밍 클록신호를 이용하여 피크값을 검출하는 피크 디텍터; 및
상기 피크 디텍터로부터 모니터링된 피크값을 이용하여 상기 마이크로 링의 온도 튜닝값을 생성하는 튜닝 FSM(Finite State Machine);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 마이크로 링 기반의 동기식 광 수신기.A method for wavelength-filtering (N-channel) optical signals by resonating a wavelength of the received optical signal with N microns, resonating the wavelength of the received optical signal with the microring, A wavelength filter unit;
A data channel unit for receiving N-1 data channel signals of the N channel signals from the wavelength filter unit, respectively, and for amplifying the received N-1 data channel signals;
A clock channel unit for receiving the remaining one clock channel signal of the N channel signals from the wavelength filter unit and providing a retiming clock signal to the N-1 data channels, respectively; And
And a microring controller included in each of the N-1 data channels to control a resonance wavelength of a microring corresponding to each data channel,
Wherein the data channel unit comprises:
A first TIA (Transimpedance Amplifier) for amplifying the N-1 data channel signals to a size capable of signal processing; And
And a retimer for retiming the first output signal amplified from the first TIA to the retiming clock signal,
Wherein the microring control unit comprises:
A peak detector for monitoring a peak value of the first output signal for each of the N-1 data channels, and detecting a peak value using the first output signal and the retiming clock signal; And
A tuning FSM (Finite State Machine) for generating a temperature tuning value of the microring using the monitored peak value from the peak detector;
And a plurality of micro-mirrors, each of the plurality of micro-mirrors including a plurality of micro-mirrors.
상기 파장필터부는,
측면 또는 수직으로 형성되어 상기 광신호를 수신하는 광 커플러;
상기 광 커플러와 연결되고, 상기 마이크로 링과 이웃되게 배치되는 광도파로;
상기 광신호를 검출하는 광 검출기; 및
상기 마이크로 링과 접하도록 배치되어 상기 마이크로 링의 주변온도를 조절하는 히터;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 마이크로 링 기반의 동기식 광 수신기.The method according to claim 1,
The wavelength-
An optical coupler formed laterally or vertically for receiving the optical signal;
An optical waveguide connected to the optical coupler and disposed adjacent to the microring;
A photodetector for detecting the optical signal; And
A heater disposed in contact with the microring to control an ambient temperature of the microring;
Further comprising a plurality of micro-rings disposed on the silicon micro-ring.
상기 클록채널부는,
상기 1개의 클록 채널신호를 증폭시키는 제2 TIA; 및
상기 제2 TIA로부터 증폭된 제2 출력신호를 상기 N-1개의 데이터 채널에 상기 리타이밍 클록신호로 각각 제공하는 클록채널 분배기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 마이크로 링 기반의 동기식 광 수신기.The method according to claim 1,
The clock channel unit includes:
A second TIA for amplifying the one clock channel signal; And
A clock channel divider for providing a second output signal amplified by the second TIA to the N-1 data channels as the retiming clock signal;
And a plurality of micro-mirrors, each of the plurality of micro-mirrors including a plurality of micro-mirrors.
상기 튜닝 FSM은,
상기 생성된 온도 튜닝값을 상기 마이크로 링과 접하도록 배치된 히터로 전송시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 마이크로 링 기반의 동기식 광 수신기.The method according to claim 1,
The tuning FSM,
And wherein the generated temperature tuning value is transmitted to a heater disposed in contact with the microring.
상기 튜닝 FSM은,
상기 공진하는 파장이 주변온도에 최소로 반응하는 온도에 대한 전압값을 상기 온도 튜닝값으로 생성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 마이크로 링 기반의 동기식 광 수신기.The method according to claim 1,
The tuning FSM,
Wherein the temperature tuning value is a voltage value for a temperature at which the resonant wavelength minimally reacts to the ambient temperature.
상기 레이저부로부터 출력된 광신호를 수신하고, 상기 수신된 광신호를 마이크로 링으로 파장 필터링 및 변조를 하는 광 송신기;
상기 광 송신기로부터 변조된 광신호를 수신하고, 상기 수신된 광신호를 마이크로 링으로 파장 필터링하며, 동기식 통신을 수행하는 동기식 광 수신기; 및
상기 레이저부 및 상기 광 송신기 사이와 상기 광 송신기 및 상기 동기식 광 수신기 사이에 배치되어 상기 광신호를 전달하는 광섬유부를 포함하고,
상기 동기식 광 수신기는,
N개의 마이크로 링을 포함하고, N개의 채널을 가지는 광신호를 수신하며, 상기 수신된 광신호의 파장을 상기 마이크로 링으로 공진하여 상기 광신호를 N개의 채널신호로 파장 필터링하는 파장필터부;
상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 N-1개의 데이터 채널신호를 N-1개의 데이터 채널에 각각 수신하고, 상기 수신된 N-1개의 데이터 채널신호를 증폭하는 데이터채널부;
상기 파장필터부로부터 상기 N개의 채널신호 중 나머지 1개의 클록 채널신호를 수신하고, 상기 N-1개의 데이터 채널에 리타이밍 클록신호를 각각 제공하는 클록채널부; 및
상기 N-1개의 데이터 채널마다 포함되어 각 데이터 채널에 해당하는 마이크로 링의 공진파장을 제어하는 마이크로 링 제어부;를 포함하며,
상기 데이터채널부는,
상기 N-1개의 데이터 채널신호를 신호처리가 가능한 크기로 각각 증폭하는 제1 TIA(Transimpedance Amplifier); 및
상기 제1 TIA로부터 증폭된 제1 출력신호를 상기 리타이밍 클록신호로 리타이밍시키는 리타이머(retimer);를 포함하며,
상기 마이크로 링 제어부는,
상기 N-1개의 데이터 채널마다 상기 제1 출력신호의 피크(peak)값을 각각 모니터링하되, 제1 출력신호와 상기 리타이밍 클록신호를 이용하여 피크값을 검출하는 피크 디텍터; 및
상기 피크 디텍터로부터 모니터링된 피크값을 이용하여 상기 마이크로 링의 온도 튜닝값을 생성하는 튜닝 FSM(Finite State Machine);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중화 시스템.A laser unit for outputting an optical signal having multiple wavelengths;
An optical transmitter for receiving an optical signal output from the laser unit and performing wavelength filtering and modulation of the received optical signal with a microring;
A synchronous optical receiver for receiving the optical signal modulated from the optical transmitter, wavelength-filtering the received optical signal by microring, and performing synchronous communication; And
And an optical fiber unit disposed between the laser unit and the optical transmitter and between the optical transmitter and the synchronous optical receiver to transmit the optical signal,
The synchronous optical receiver includes:
A wavelength filter unit that includes N microrings, receives an optical signal having N channels, resonates a wavelength of the received optical signal with the microring, and wavelength-filters the optical signal into N channel signals;
A data channel unit for receiving N-1 data channel signals of the N channel signals from the wavelength filter unit, respectively, and for amplifying the received N-1 data channel signals;
A clock channel unit for receiving the remaining one clock channel signal of the N channel signals from the wavelength filter unit and providing a retiming clock signal to the N-1 data channels, respectively; And
And a microring controller included in each of the N-1 data channels to control a resonance wavelength of a microring corresponding to each data channel,
Wherein the data channel unit comprises:
A first TIA (Transimpedance Amplifier) for amplifying the N-1 data channel signals to a size capable of signal processing; And
And a retimer for retiming the first output signal amplified from the first TIA to the retiming clock signal,
Wherein the microring control unit comprises:
A peak detector for monitoring a peak value of the first output signal for each of the N-1 data channels, and detecting a peak value using the first output signal and the retiming clock signal; And
A tuning FSM (Finite State Machine) for generating a temperature tuning value of the microring using the monitored peak value from the peak detector;
And a wavelength division multiplexing system.
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