光送信器
【課題】低速動作（ＡＰＣの帯域上限を低く）しつつ、発光応答時間を短縮可能な光送信器を提供すること。
【解決手段】光送信器１は、ＬＤ２を駆動する駆動電流を制御してＬＤ２の光出力の強度を一定にするＡＰＣ回路と、ＬＤ２の光出力を遮断するためのＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号が解除された際に、パルス状のブースト信号を出力するブースト回路１０と、を備え、ＡＰＣ回路は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に基づいて駆動電流を遮断又は供給するように制御し、ブースト回路１０から出力されたブースト信号に基づいて駆動電流の大きさを増加させるように補正することを特徴とする。
【解決手段】光送信器１は、ＬＤ２を駆動する駆動電流を制御してＬＤ２の光出力の強度を一定にするＡＰＣ回路と、ＬＤ２の光出力を遮断するためのＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号が解除された際に、パルス状のブースト信号を出力するブースト回路１０と、を備え、ＡＰＣ回路は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に基づいて駆動電流を遮断又は供給するように制御し、ブースト回路１０から出力されたブースト信号に基づいて駆動電流の大きさを増加させるように補正することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に使用されるレーザダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう）を駆動するための駆動回路の構成としては、下記特許文献１〜３に記載のものがある。
【０００３】
下記の特許文献１には、シャットダウン信号に応答してレーザダイオードが発光を開始する際に、モジュールの温度に応じて光出力の目標値を最適な値とし、シャットダウン解除時に段階的に光出力の目標値を上げていくことで、ＡＰＣ（Auto-Power Control）の目標値として温度毎に最適な値を選択することにより、シャットダウンのデアサート時間を短くする光送信器が記載されている。
【０００４】
下記の特許文献２には、発光素子と、受光素子と、電圧信号に変換する変換器と、モニタ平均化電圧を出力する第１のＬＰＦ（Low Path Filter）と、基準電圧を生成する電圧源と、第１のＬＰＦの応答速度より遅い応答速度を有し光出力設定電圧を出力する第２のＬＰＦと、光出力制御回路と、駆動電流を制御する第１電流源と、バイアス電流を制御する第２の電流源と、駆動電流のオン／オフ制御を行う変調器とを備える光送信器が記載されている。この光送信器によれば、ＡＰＣ制御部のオペアンプ（光出力制御回路）の入力にローパスフィルタを設けることにより、ＡＰＣの目標値が光出力モニタ値の平均化電圧より高くなることを防止することで、光出力の過発光を防止できる。
【０００５】
下記の特許文献３には、ＬＤを駆動する電流出力型の出力段の入力側に駆動信号補正部を設け、発光波形が矩形波に近づくように補正を行なうレーザ駆動装置が記載されている。このレーザ駆動装置は、発光パターンに応じたタイミングの１つを基準チャネルＣＨとし、基準チャネルＣＨの開始エッジを起点とする遅延時間、パルス幅の補正タイミングパルスを生成する。そしてレーザ駆動装置は、補正タイミングパルスのアクティブ期間には通常レベルに補正量を注入して出力段に入力し、補正タイミングパルスのインアクティブ期間には通常レベルのみを出力段に入力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９１３０９号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４７５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５８２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の駆動回路を、低域のデータ信号の周波数帯域（以下、「信号帯域」という。）を通す必要がある光リンクに対して用いる場合、ＡＰＣの帯域を低くする必要がある。ＡＰＣの帯域を低くすることによりＡＰＣのループ時定数が大きくなるため、光リンクの電源を投入してから実際に光が出力されるまでの時間（発光応答時間）がＭＳＡ（Multi-Source Agreement）規定を満たさなくなってしまう。一方、ＭＳＡ規定を満たすためにＡＰＣのループ時定数を小さくすると、光リンクが低速動作できなくなってしまう。すなわち、低速動作時の信号周波数がＡＰＣのループ時定数により決まるカットオフ周波数を下回る場合に、通信信号がＡＰＣ回路を通過してしまい、信号のパターンに連動して信号の平均出力強度が変動してしまう。
【０００８】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、低速動作を可能に（ＡＰＣの帯域上限を低く）しつつ、発光制御時の応答時間を短縮可能な光送信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る光送信器は、レーザダイオードを駆動する駆動電流を制御してレーザダイオードの光出力の強度を一定にするＡＰＣ回路と、レーザダイオードの光出力を遮断するためのシャットダウン信号が解除された際に、パルス状のブースト信号を出力するブースト回路と、を備え、ＡＰＣ回路は、シャットダウン信号に基づいて駆動電流を遮断又は供給するように制御し、ブースト回路から出力されたブースト信号に基づいて駆動電流の大きさを増加させるように補正することを特徴とする。
【００１０】
このような光送信器によれば、シャットダウン信号が解除された際に、ブースト回路がパルス状のブースト信号を出力し、ＡＰＣ回路がブースト信号に基づいて駆動電流の大きさを増加させるように補正することにより、シャットダウン解除時におけるレーザダイオードの光出力の立ち上がりを早めることができる。このため、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなく、シャットダウン解除時のレーザダイオードの発光応答時間を短縮することが可能となる。
【００１１】
ブースト回路は、環境温度に基づいて設定される設定信号をシャットダウン信号に基づいて遮断又は供給するスイッチ回路と、スイッチ回路によって供給される設定信号を微分して得られるパルス信号をブースト信号として出力する微分回路と、を備えてもよい。この場合、シャットダウン信号に基づいて供給される設定信号を微分し、微分によって得られたパルス信号をブースト信号とすることにより、シャットダウン信号がデアサートされた際の駆動電流を大きくすることができる。これにより、レーザダイオードの光出力の立ち上がりを早めることが可能となる。また、環境温度に基づいて設定される設定信号を微分し、微分によって得られる信号をブースト信号とすることにより、ブースト信号のピークレベルを環境温度毎に調整することができる。これにより、レーザダイオードの光出力が過多になったり、足りなかったりすることを抑制できる。
【００１２】
ＡＰＣ回路は、レーザダイオードの光出力の強度に基づいて設定されるモニタ信号とレーザダイオードの光出力の強度を一定にするために設定される目標基準信号とが入力され、モニタ信号と目標基準信号との差分に基づいて駆動電流を制御する電流制御信号を出力するオペアンプを備えてもよい。この場合、モニタ信号と目標基準信号との差分に応じてレーザダイオードの駆動電流を制御することができ、モニタ信号の電圧が目標基準信号の電圧に近づくようにレーザダイオードの光出力を制御することが可能となる。
【００１３】
ＡＰＣ回路は、ブースト信号を電流制御信号に重畳してもよい。この場合、シャットダウン解除時のレーザダイオードの駆動電流の大きさを補正することができ、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなく、シャットダウン解除時のレーザダイオードの発光応答時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
ＡＰＣ回路は、ブースト信号を目標基準信号に重畳してもよい。この場合、シャットダウン解除時のレーザダイオードの駆動電流の大きさを補正することができ、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなく、シャットダウン解除時のレーザダイオードの発光応答時間を短縮することが可能となる。
【００１５】
ブースト回路は、線形的に減少するブースト信号を出力してもよい。この場合、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、線形的に減少させることにより、目標の光出力からは多少変動するものの、その変動が光出力の規格内であればブースト信号印加後の光出力は安定したとみなすことができる。このため、レーザダイオードの発光応答時間を短くすることができる。
【００１６】
ブースト回路は、指数関数的に減少するブースト信号を出力してもよい。光出力の増加特性は指数関数的なカーブを示すことから、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、指数関数的に減少させることにより、ブースト信号印加後の光出力を安定させることができる。このため、レーザダイオードの発光応答時間を短くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低速動作を可能にしつつ発光応答時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る光送信器の概略構成図である。
【図２】シャットダウン解除時のタイミング図である。
【図３】ＡＰＣ回路のループ時定数と信号帯域との関係を示す図である。
【図４】図１のＬＤのＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図５】図１のＬＤの動作温度とブースト信号のピークレベルとの関係の一例を示す図である。
【図６】図１の光送信器の回路構成の一例を示す図である。
【図７】一般的な電気−光の信号変換機能を有する光送信器の概略構成図である。
【図８】図１の光送信器のシャットダウン解除時のタイミング図である。
【図９】第２実施形態に係る光送信器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光送信器の構成概略図である。図１に示すように、光送信器１は、光通信において用いられ、データ信号に応じた光信号を生成するための装置であって、ＬＤ２と、ＬＤドライバ３と、モニタＰＤ（フォトダイオード）４と、Ｉ−Ｖ変換器５と、オペアンプ６と、ブースト回路１０と、温度センサ１２と、ＬＵＴ格納部１３と、を備えている。まず、ＬＤ２、ＬＤドライバ３、モニタＰＤ４、Ｉ−Ｖ変換器５及びオペアンプ６の構成要素について説明する。
【００２１】
ＬＤ２は、ＬＤドライバ３から駆動電流を受けて光信号を生成する。駆動電流には、バイアス電流及び変調電流が含まれる。変調電流のオン／オフは、光送信器１の外部からＬＤドライバ３に入力されるデータ信号に応じて制御される。バイアス電流の大きさは、ＬＤドライバ３に入力される電流制御信号の電圧Ｖａｐｃに応じて定められる。モニタＰＤ４は、ＬＤ２の出力光をモニタし、その光出力の強度に応じてモニタ電流Ｉｐｄを生成する。モニタＰＤ４には、Ｉ−Ｖ変換器５が接続されている。このＩ−Ｖ変換器５は、ＰＤ４から出力されたモニタ電流Ｉｐｄをモニタ電圧Ｖｐｄに変換し、モニタ電圧Ｖｐｄ（モニタ値）を有するモニタ信号として出力する。
【００２２】
オペアンプ６は、差動増幅器であって、目標光出力電圧Ｖｔを有する目標基準信号が非反転入力端子に入力され、Ｉ−Ｖ変換器５によって出力されたモニタ信号が反転入力端子に入力される。この目標光出力電圧Ｖｔは、ＬＤ２の光出力の強度を一定にするために設定される目標値であって、不図示の制御回路からＤＡＣ（Digital Analog Converter）７を介して入力される。オペアンプ６は、入力された目標基準信号の目標光出力電圧Ｖｔとモニタ信号のモニタ電圧Ｖｐｄとの差分に応じた電圧Ｖａｐｃを有する電流制御信号をＬＤドライバ３に出力して、ＬＤ２に目標光出力を生成させるための駆動電流（バイアス電流）をＬＤドライバ３に生成させる。このＬＤドライバ３、モニタＰＤ４、Ｉ−Ｖ変換器５及びオペアンプ６によって、ＡＰＣ回路が構成されている。
【００２３】
光送信器１は、ＬＤ２の光出力を遮断制御するシャットダウン機能を有している。このシャットダウン機能は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号（シャットダウン信号）がアサート（有効：ＬｏｗからＨｉｇｈに移行）された場合にＬＤ２の光出力を遮断し、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサート（解除：ＨｉｇｈからＬｏｗに移行）された場合にシャットダウンが解除され、ＬＤ２の光出力を開始する機能である。Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号は、オペアンプ６、ＬＤドライバ３及びブースト回路１０に供給される。
【００２４】
図２は、シャットダウン解除時のタイミング図である。ここで、シャットダウン解除から光が出力されるまでの間の時間（発光応答時間；ｔＯＮ）は、ＭＳＡにて１ｍｓと規定されている。Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされてから発光指令がＬＤドライバ３まで到達する間に介在するＩＣ（不図示）の応答時間等により、ディレイが必然的に生じる。このディレイを考慮すると、ＬＤ２が発光を開始してから規定の光出力値まで達するまでの時間は１ｍｓよりも短くする必要がある。例えはディレイ時間が０．８ｍｓであれば、規定の１ｍｓを満たすためにはＡＰＣ回路の応答時間は０．２ｍｓに抑える必要がある。このＡＰＣ回路の応答時間は、ＡＰＣ回路のループ時定数によって決まる。
【００２５】
図３は、ＡＰＣ回路のループ時定数と信号帯域との関係を示す図である。ＡＰＣ回路の帯域は、ＬＤ２から出力される光信号の変調周波数及びその信号パターンから算出される最も低い周波数成分が通過しないように設定される必要がある。具体的に説明すると、例えば６２．５ＭＨｚ（ビットレートで１２５Ｍｂｐｓ）の変調周波数であり、信号パターンとしてＰＲＢＳ２０を用いる場合、信号の帯域が最も低くなるベースラインの周波数は、（６２．５ＭＨｚ）／（２２０−１）＝５９．６Ｈｚ（分母は全て１ビットの場合を除外することを意味する）となる。ＡＰＣ回路の帯域がこの値以上となると、ＡＰＣ回路はＬＤ２を駆動するためのデータ信号の１／０に応答してしまう。この場合、ＡＰＣ回路は光出力の強度を一定にする方向に動作するので、出力光の消光比が小さくなってしまう。従って、ＡＰＣ回路の帯域は５９．６Ｈｚ以下とする必要がある。
【００２６】
一方で、ＡＰＣ回路の帯域を５９．６Ｈｚ以下とすると、ＡＰＣ回路のループ時定数は１／（５９．６Ｈｚ）＝１６．８ｍｓ以上となってしまうため、ＭＳＡの規定を満たさない。このように、１２５Ｍｂｐｓ程度の遅いビットレートで通信する場合、ｔＯＮを決めるためのＡＰＣ回路の帯域と、低周波数の信号パターンが通過しないようにするためのＡＰＣ回路の帯域とが両立しないことがある。
【００２７】
図１に示すように、光送信器１は、ＡＰＣ回路の帯域を信号帯域に対して十分遅いループ時定数としながらｔＯＮの規格を満たすため、ブースト回路１０を備えている。ブースト回路１０は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に基づいてパルス状のブースト信号を生成する。具体的に説明すると、ブースト回路１０は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、パルス状のブースト信号を生成する。そして、ブースト回路１０は、ブースト信号をオペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳する。これにより、オペアンプ６の出力電圧Ｖａｐｃにブースト信号の電圧Ｖｂが重畳される。その結果、ＡＰＣ回路のループ時定数の制限によりＬＤ２の光出力強度が定常状態より不足している時間（発光応答時間）内に、光出力を増加させることができ、ｔＯＮを短くすることが可能となる。
【００２８】
ブースト回路１０は、例えばＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に応じた波形を積分及び微分することにより、ＡＰＣ回路のループ時定数により光出力が増加するカーブを反転した形のパルス信号であるブースト信号を生成する。これにより、ＡＰＣ回路の出力が十分立ち上がった時点では、ブースト信号が無くなるので、ＬＤ２は、光出力が定常状態を越えて過発光することはない。
【００２９】
また、光送信器１は、温度センサ１２及びＬＵＴ格納部１３をさらに備えている。温度センサ１２は、光送信器１の環境温度（ＬＤ２の動作温度）をモニタし、環境温度を示す信号をＬＵＴ格納部１３に出力する。ＬＵＴ格納部１３は、ＬＤ２の温度特性（Ｉ−Ｌ特性）に基づいて作成されたＬＵＴ（Look Up Table）を格納している。ＬＵＴ格納部１３は、温度センサ１２によってモニタした温度に対応する値をＬＵＴを参照して取得し、取得した値をブースト回路１０に出力する。
【００３０】
図４は、ＬＤ２のＩ−Ｌ特性を示す図である。図４に示すように、レーザダイオードから一定の強度の光出力を得るために必要な駆動電流は、低温では小さく、高温では大きい。また、その駆動電流の値は、個々のレーザダイオード毎に異なる。このため、ブースト信号は、図４に示すＩ−Ｌ特性に従って、ＬＤ２の動作温度毎に変更されるのが好ましい。図５は、ＬＤ２の動作温度とブースト信号のピークレベルとの関係の一例を示す図である。一般に、光出力を一定にするためのレーザダイオードの駆動電流は、動作温度に対して累乗的に変化する。よって、ＬＵＴ格納部１３は、図５に示す関係に従って設定されたＬＵＴに基づき、ブースト回路１０から出力されるブースト信号のピークレベルを決めるための値を出力する。このように、温度センサ１２及びＬＵＴ格納部１３を備えることによって、ブースト回路１０により生成されたパルス信号のピークレベル（パルス高）を、ＬＤ２の動作温度毎に調整することができ、光出力が過多及び過小になることを抑制できる。
【００３１】
図６は、光送信器１の回路構成の一例を示す図である。図６に示すように、光送信器１は、ＬＤ２と、ＬＤドライバ３と、モニタＰＤ４と、Ｉ−Ｖ変換器５と、オペアンプ６と、ブースト回路１０と、温度センサ１２と、ＬＵＴ格納部１３と、ＤＡＣ１４とを備えている。ＬＤ２は、アノードが電源電圧Ｖｃｃに接続され、カソードがＬＤドライバ３に接続されている。ＬＤドライバ３は、オペアンプ３１と、ＮＰＮ型トランジスタ３２と、抵抗器３３とを備えている。オペアンプ３１は、オペアンプ６の出力及びブースト回路１０の出力と、ＮＰＮ型トランジスタ３２のエミッタ端子とがそれぞれ２つの入力端子に接続され、出力端子にＮＰＮ型トランジスタ３２のベース端子が接続されている。ＮＰＮ型トランジスタ３２のエミッタ端子は、抵抗器３３を介してグラウンドＧＮＤに接続され、ＮＰＮ型トランジスタ３２のコレクタ端子は、ＬＤ２のカソードに接続されている。ＬＤドライバ３は、オペアンプ６及びブースト回路１０からの信号に応じてＬＤ２の駆動電流を制御する。
【００３２】
モニタＰＤ４は、カソードが電源電圧Ｖｃｃに接続され、アノードがＩ−Ｖ変換器５に接続されている。Ｉ−Ｖ変換器５は、モニタＰＤ４のアノードとグラウンドＧＮＤとの間に設けられた抵抗器５１で構成されている。モニタＰＤ４によってＬＤ２の出力光の強度に応じたモニタ電流Ｉｐｄが生成されると、抵抗器５１の両端子間に電位差が生じ、モニタ電圧Ｖｐｄを有するモニタ信号が出力される。オペアンプ６は、非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有し、非反転入力端子には抵抗器６２を介して目標光出力電圧Ｖｔを有する目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔが入力され、反転入力端子にはＩ−Ｖ変換器５の出力であるモニタ信号が入力される。オペアンプ６は、各入力端子に入力された信号の電圧値を比較して、その差分に基づいた電圧Ｖａｐｃを有する電流制御信号を出力端子から出力する。
【００３３】
温度センサ１２は、光送信器１の環境温度をモニタし、環境温度を示す信号をＬＵＴ格納部１３に出力する。ＬＵＴ格納部１３は、ＬＵＴを参照して温度センサ１２によりモニタした環境温度に対応する値をＤＡＣ１４に出力する。ＤＡＣ１４は、ＬＵＴ格納部１３から出力された値をアナログ信号であるピーク設定信号に変換して、ブースト回路１０に出力する。ブースト回路１０は、スイッチ回路１５と、積分回路１６と、ボルテージフォロワ回路１７と、微分回路１８とを備えている。スイッチ回路１５は、ＤＡＣ１４から出力されたピーク設定信号が入力される端子とグラウンドＧＮＤに接続される端子とをＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に応じて切り替えて出力端子と接続する回路である。スイッチ回路１５は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がアサート（Ｈｉｇｈレベル）されている場合、グラウンドＧＮＤに接続されている端子と出力端子とを接続し、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサート（Ｌｏｗレベル）されている場合、ピーク設定信号が入力される端子と出力端子とを接続する。スイッチ回路１５の出力端子は、積分回路１６に接続されている。
【００３４】
積分回路１６は、抵抗器１６ａ及びコンデンサ１６ｂを備え、スイッチ回路１５の出力端子から供給される信号を積分して、ボルテージフォロワ回路１７に出力する回路である。ボルテージフォロワ回路１７は、オペアンプ１７ａを備えている。オペアンプ１７ａの非反転入力端子に積分回路１６の出力端子が接続され、オペアンプ１７ａの反転入力端子にオペアンプ１７ａの出力端子が接続されている。オペアンプ１７ａの出力端子は、微分回路１８に接続されている。微分回路１８は、コンデンサ１８ａ及び抵抗器１８ｂを備え、ボルテージフォロワ回路１７から供給される信号を微分して、オペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳する回路である。
【００３５】
このブースト回路１０では、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、スイッチ回路１５によってピーク設定信号が出力され、このピーク設定信号に基づいて、積分回路１６、ボルテージフォロワ回路１７及び微分回路１８によって所望の波形に成形されたブースト信号が出力される。そして、ブースト回路１０から出力されたブースト信号は、オペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳される。
【００３６】
次に、光送信器１の作用効果について説明する。図７は、光伝送装置内で用いられる、一般的な電気−光の信号変換機能を有する光送信器（光モジュール）１００の概略構成図である。光送信器１００において、光の平均出力強度はＡＰＣ回路によって制御されている。またＡＰＣ回路にはＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号が供給され、この信号によって発光指令を行い、光出力を遮断制御することができる。上述したように、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号解除を光送信器１００が受け取ってから実際に光が出力されるまでの時間ｔＯＮは、ＭＳＡで規定されている。また、近年マルチレート対応と呼ばれる、一つの光モジュールで、固定の伝送レートではなく複数の伝送レートでの通信を行う要請がある。その要請に応えるため、複数の伝送レートで伝送される信号のうち最も低い周波数成分の信号においてもＡＰＣ回路による平均光出力強度の変動が無いように、ＡＰＣ回路の帯域上限を低く設定する必要がある。ＡＰＣ回路の応答周波数の上限が最も低い伝送レートでの周波数成分に影響を与える場合（あるいは、ＡＰＣ回路が最も低い伝送レートに応答してしまう場合）には、光出力のＯＮ／ＯＦＦ（消光比）についてＡＰＣ回路が作用し、その差（消光比）が小さくなってしまう。しかし、ＡＰＣ回路のループ時定数を大きくし、ＡＰＣ回路の帯域上限を低くすると、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に対する応答時間ｔＯＮも遅くなってしまう。一方でｔＯＮは、上述したようにＭＳＡよってその最大値が決められており、二つの状況を満足することが困難である。
【００３７】
図８の（ａ）はＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号のタイミング図、（ｂ）は光送信器１００のＬＤの光出力強度を示す図、（ｃ）はブースト信号のタイミング図、（ｄ）は光送信器１のＬＤ２の光出力強度を示す図である。図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、光送信器１００では、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、ＡＰＣ回路のループ時定数等に基づく時間が経過した後にＬＤの光出力が開始される。
【００３８】
図８の（ａ）及び（ｃ）に示すように、光送信器１では、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、ブースト回路１０によってパルス状のブースト信号が出力される。このブースト信号は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされた時点で急峻に立ち上がり、オペアンプ６から出力される電流制御信号の立ち上りと反比例して立ち下がるパルス状の信号である。このブースト信号がオペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳されることにより、図８の（ｄ）に示すように、ＬＤ２の光出力は急峻に立ち上がり、定常値となる。
【００３９】
このように、ブースト信号とオペアンプ６から出力される電流制御信号とを重畳した信号により、ＡＰＣ回路のループ時定数の影響を受ける期間ではＬＤ２の駆動電流を大きく設定してＬＤ２の光出力の立ち上がりを早くし、その後駆動電流の設定を定常状態とすることでＬＤ２の光出力の強度を定常値とする。その結果、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなくｔＯＮを短くすることができる。
【００４０】
また、ＡＰＣ回路の影響を伝送帯城に与えないようにＡＰＣ帯域を低くしてＡＰＣ回路のループ時定数を遅くせざるを得ない回路であっても、光送信器１によれば、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に応じた波形を積分及び微分して得られるブースト信号をオペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳することによって、ｔＯＮの規定を満たすような光出力の立ち上がり波形に補正することができる。
【００４１】
［第２実施形態］
図９は、第２実施形態に係る光送信器の構成概略図である。図９に示すように、光送信器１Ａは、光送信器１と比較して、ブースト回路１０の出力がオペアンプ６の非反転入力に接続されている点が異なる。すなわち、光送信器１Ａは、ブースト回路１０から出力されるブースト信号を目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔに重畳する。
【００４２】
オペアンプ６は、ブースト信号が重畳された目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧ＶｔａとＩ−Ｖ変換器５から出力されたモニタ信号のモニタ電圧Ｖｐｄとの差分に応じた電圧ＶａｐｃをＬＤドライバ３に出力して、ＬＤ２に目標光出力を生成させるための駆動電流（バイアス電流）をＬＤドライバ３に生成させる。ここで、ブースト信号は、図８の（ｃ）に示すように、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされた時点で急峻に立ち上がり、オペアンプ６から出力される電流制御信号の立ち上りと反比例して立ち下がるパルス信号である。このブースト信号が目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔに重畳されることにより、図８の（ｄ）に示すように、ＬＤ２の光出力は急峻に立ち上がり、その後定常値となる。
【００４３】
このように、ブースト信号と目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔとを重畳した信号により、ＡＰＣ回路のループ時定数の影響を受ける期間では駆動電流を大きく設定してＬＤ２の光出力の立ち上がりを早くし、その後駆動電流の設定を定常状態とすることでＬＤ２の光出力の強度を定常値とする。このため、ＡＰＣ回路のループ時定数の制限によりＬＤ２の光出力強度が定常状態より不足している時間（発光応答時間）内に、光出力を増加させることができる。その結果、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなくｔＯＮを短くすることが可能となる。
【００４４】
なお、本発明に係る光送信器は上記実施形態に記載したものに限定されない。例えば、第１実施形態では、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧値を一定値である目標光出力電圧Ｖｔとしているが、シャットダウン解除時において、目標光出力電圧Ｖｔより大きい電圧Ｖｂｏｏｓｔから１ｍｓ未満の所定の時間（例えば０．２ｍｓ）で目標光出力電圧Ｖｔになるように、線形的に減少する信号、又は、指数関数的に減少する信号としてもよい。この場合、電圧Ｖｂｏｏｓｔの値は、指数関数的に減少する場合の方が線形的に減少する場合よりも大きく設定することが可能である（但し、指数の肩値という他のパラメータを考慮する必要がある）。また、電圧Ｖｂｏｏｓｔの大きさは上記実施形態と同様に各温度で予め決定しておく。この目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧値の加減は、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔを出力する制御回路によって、デジタル的になされてもよい。
【００４５】
すなわち、上記第２実施形態では、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔにブースト信号を重畳することにより、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔをアナログ的に加減しているが、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔを出力する制御回路が、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされた際に、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔをデジタル的に加減してもよい。具体的に説明すると、制御回路は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、１ｍｓ未満の所定の時間（例えば０．２ｍｓ）で０になるように線形的に減少するブースト信号、又は、指数関数的に減少するブースト信号をデジタル的に生成してもよい。そして、制御回路は、このブースト信号を一定値Ｖｔに重畳して目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔとして出力する。この場合、ブースト信号の減少の挙動を設定する自由度を高めることができる。
【００４６】
また、上記第１実施形態では、電流制御信号にブースト信号を重畳することにより、ＬＤドライバ３に供給される電流制御信号をアナログ的に加減しているが、ブースト回路１０が、電流制御信号をデジタル的に加減してもよい。具体的に説明すると、ブースト回路１０は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、１ｍｓ未満の所定の時間（例えば０．２ｍｓ）で０になるように線形的に減少するブースト信号、又は、指数関数的に減少するブースト信号をデジタル的に生成し、このブースト信号を出力してもよい。この場合も、ブースト信号の減少の挙動を設定する自由度を高めることができる。
【００４７】
なお、図８の（ｂ）に示すように、光出力は指数関数的に増加する。したがって、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、指数関数的に減少させることにより、ブースト信号印加後の光出力を安定させることができる。また、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、線形的に減少させることにより、目標の光出力からは多少変動するものの、その変動が光出力の規格内であればブースト信号印加後の光出力は安定したとみなすことができる。このため、ＬＤ２の発光応答時間を短くすることができる。
【００４８】
また、上記第１及び第２実施形態では、ＤＡＣ７から供給される目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧値を一定値としているが、これに代えて、ＤＡＣ７の入力側に温度センサ１２及びＬＵＴ格納部１３を設け、ＬＤ２の駆動温度に応じた値としてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ…光送信器、２…ＬＤ（レーザダイオード）、３…ＬＤドライバ、４…モニタＰＤ、５…Ｉ−Ｖ変換器５、６…オペアンプ、１０…ブースト回路、１５…スイッチ回路、１８…微分回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に使用されるレーザダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう）を駆動するための駆動回路の構成としては、下記特許文献１〜３に記載のものがある。
【０００３】
下記の特許文献１には、シャットダウン信号に応答してレーザダイオードが発光を開始する際に、モジュールの温度に応じて光出力の目標値を最適な値とし、シャットダウン解除時に段階的に光出力の目標値を上げていくことで、ＡＰＣ（Auto-Power Control）の目標値として温度毎に最適な値を選択することにより、シャットダウンのデアサート時間を短くする光送信器が記載されている。
【０００４】
下記の特許文献２には、発光素子と、受光素子と、電圧信号に変換する変換器と、モニタ平均化電圧を出力する第１のＬＰＦ（Low Path Filter）と、基準電圧を生成する電圧源と、第１のＬＰＦの応答速度より遅い応答速度を有し光出力設定電圧を出力する第２のＬＰＦと、光出力制御回路と、駆動電流を制御する第１電流源と、バイアス電流を制御する第２の電流源と、駆動電流のオン／オフ制御を行う変調器とを備える光送信器が記載されている。この光送信器によれば、ＡＰＣ制御部のオペアンプ（光出力制御回路）の入力にローパスフィルタを設けることにより、ＡＰＣの目標値が光出力モニタ値の平均化電圧より高くなることを防止することで、光出力の過発光を防止できる。
【０００５】
下記の特許文献３には、ＬＤを駆動する電流出力型の出力段の入力側に駆動信号補正部を設け、発光波形が矩形波に近づくように補正を行なうレーザ駆動装置が記載されている。このレーザ駆動装置は、発光パターンに応じたタイミングの１つを基準チャネルＣＨとし、基準チャネルＣＨの開始エッジを起点とする遅延時間、パルス幅の補正タイミングパルスを生成する。そしてレーザ駆動装置は、補正タイミングパルスのアクティブ期間には通常レベルに補正量を注入して出力段に入力し、補正タイミングパルスのインアクティブ期間には通常レベルのみを出力段に入力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９１３０９号公報
【特許文献２】特開２００１−２７４７５４号公報
【特許文献３】特開２０１０−２５８２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の駆動回路を、低域のデータ信号の周波数帯域（以下、「信号帯域」という。）を通す必要がある光リンクに対して用いる場合、ＡＰＣの帯域を低くする必要がある。ＡＰＣの帯域を低くすることによりＡＰＣのループ時定数が大きくなるため、光リンクの電源を投入してから実際に光が出力されるまでの時間（発光応答時間）がＭＳＡ（Multi-Source Agreement）規定を満たさなくなってしまう。一方、ＭＳＡ規定を満たすためにＡＰＣのループ時定数を小さくすると、光リンクが低速動作できなくなってしまう。すなわち、低速動作時の信号周波数がＡＰＣのループ時定数により決まるカットオフ周波数を下回る場合に、通信信号がＡＰＣ回路を通過してしまい、信号のパターンに連動して信号の平均出力強度が変動してしまう。
【０００８】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、低速動作を可能に（ＡＰＣの帯域上限を低く）しつつ、発光制御時の応答時間を短縮可能な光送信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る光送信器は、レーザダイオードを駆動する駆動電流を制御してレーザダイオードの光出力の強度を一定にするＡＰＣ回路と、レーザダイオードの光出力を遮断するためのシャットダウン信号が解除された際に、パルス状のブースト信号を出力するブースト回路と、を備え、ＡＰＣ回路は、シャットダウン信号に基づいて駆動電流を遮断又は供給するように制御し、ブースト回路から出力されたブースト信号に基づいて駆動電流の大きさを増加させるように補正することを特徴とする。
【００１０】
このような光送信器によれば、シャットダウン信号が解除された際に、ブースト回路がパルス状のブースト信号を出力し、ＡＰＣ回路がブースト信号に基づいて駆動電流の大きさを増加させるように補正することにより、シャットダウン解除時におけるレーザダイオードの光出力の立ち上がりを早めることができる。このため、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなく、シャットダウン解除時のレーザダイオードの発光応答時間を短縮することが可能となる。
【００１１】
ブースト回路は、環境温度に基づいて設定される設定信号をシャットダウン信号に基づいて遮断又は供給するスイッチ回路と、スイッチ回路によって供給される設定信号を微分して得られるパルス信号をブースト信号として出力する微分回路と、を備えてもよい。この場合、シャットダウン信号に基づいて供給される設定信号を微分し、微分によって得られたパルス信号をブースト信号とすることにより、シャットダウン信号がデアサートされた際の駆動電流を大きくすることができる。これにより、レーザダイオードの光出力の立ち上がりを早めることが可能となる。また、環境温度に基づいて設定される設定信号を微分し、微分によって得られる信号をブースト信号とすることにより、ブースト信号のピークレベルを環境温度毎に調整することができる。これにより、レーザダイオードの光出力が過多になったり、足りなかったりすることを抑制できる。
【００１２】
ＡＰＣ回路は、レーザダイオードの光出力の強度に基づいて設定されるモニタ信号とレーザダイオードの光出力の強度を一定にするために設定される目標基準信号とが入力され、モニタ信号と目標基準信号との差分に基づいて駆動電流を制御する電流制御信号を出力するオペアンプを備えてもよい。この場合、モニタ信号と目標基準信号との差分に応じてレーザダイオードの駆動電流を制御することができ、モニタ信号の電圧が目標基準信号の電圧に近づくようにレーザダイオードの光出力を制御することが可能となる。
【００１３】
ＡＰＣ回路は、ブースト信号を電流制御信号に重畳してもよい。この場合、シャットダウン解除時のレーザダイオードの駆動電流の大きさを補正することができ、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなく、シャットダウン解除時のレーザダイオードの発光応答時間を短縮することが可能となる。
【００１４】
ＡＰＣ回路は、ブースト信号を目標基準信号に重畳してもよい。この場合、シャットダウン解除時のレーザダイオードの駆動電流の大きさを補正することができ、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなく、シャットダウン解除時のレーザダイオードの発光応答時間を短縮することが可能となる。
【００１５】
ブースト回路は、線形的に減少するブースト信号を出力してもよい。この場合、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、線形的に減少させることにより、目標の光出力からは多少変動するものの、その変動が光出力の規格内であればブースト信号印加後の光出力は安定したとみなすことができる。このため、レーザダイオードの発光応答時間を短くすることができる。
【００１６】
ブースト回路は、指数関数的に減少するブースト信号を出力してもよい。光出力の増加特性は指数関数的なカーブを示すことから、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、指数関数的に減少させることにより、ブースト信号印加後の光出力を安定させることができる。このため、レーザダイオードの発光応答時間を短くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低速動作を可能にしつつ発光応答時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る光送信器の概略構成図である。
【図２】シャットダウン解除時のタイミング図である。
【図３】ＡＰＣ回路のループ時定数と信号帯域との関係を示す図である。
【図４】図１のＬＤのＩ−Ｌ特性を示す図である。
【図５】図１のＬＤの動作温度とブースト信号のピークレベルとの関係の一例を示す図である。
【図６】図１の光送信器の回路構成の一例を示す図である。
【図７】一般的な電気−光の信号変換機能を有する光送信器の概略構成図である。
【図８】図１の光送信器のシャットダウン解除時のタイミング図である。
【図９】第２実施形態に係る光送信器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る光送信器の構成概略図である。図１に示すように、光送信器１は、光通信において用いられ、データ信号に応じた光信号を生成するための装置であって、ＬＤ２と、ＬＤドライバ３と、モニタＰＤ（フォトダイオード）４と、Ｉ−Ｖ変換器５と、オペアンプ６と、ブースト回路１０と、温度センサ１２と、ＬＵＴ格納部１３と、を備えている。まず、ＬＤ２、ＬＤドライバ３、モニタＰＤ４、Ｉ−Ｖ変換器５及びオペアンプ６の構成要素について説明する。
【００２１】
ＬＤ２は、ＬＤドライバ３から駆動電流を受けて光信号を生成する。駆動電流には、バイアス電流及び変調電流が含まれる。変調電流のオン／オフは、光送信器１の外部からＬＤドライバ３に入力されるデータ信号に応じて制御される。バイアス電流の大きさは、ＬＤドライバ３に入力される電流制御信号の電圧Ｖａｐｃに応じて定められる。モニタＰＤ４は、ＬＤ２の出力光をモニタし、その光出力の強度に応じてモニタ電流Ｉｐｄを生成する。モニタＰＤ４には、Ｉ−Ｖ変換器５が接続されている。このＩ−Ｖ変換器５は、ＰＤ４から出力されたモニタ電流Ｉｐｄをモニタ電圧Ｖｐｄに変換し、モニタ電圧Ｖｐｄ（モニタ値）を有するモニタ信号として出力する。
【００２２】
オペアンプ６は、差動増幅器であって、目標光出力電圧Ｖｔを有する目標基準信号が非反転入力端子に入力され、Ｉ−Ｖ変換器５によって出力されたモニタ信号が反転入力端子に入力される。この目標光出力電圧Ｖｔは、ＬＤ２の光出力の強度を一定にするために設定される目標値であって、不図示の制御回路からＤＡＣ（Digital Analog Converter）７を介して入力される。オペアンプ６は、入力された目標基準信号の目標光出力電圧Ｖｔとモニタ信号のモニタ電圧Ｖｐｄとの差分に応じた電圧Ｖａｐｃを有する電流制御信号をＬＤドライバ３に出力して、ＬＤ２に目標光出力を生成させるための駆動電流（バイアス電流）をＬＤドライバ３に生成させる。このＬＤドライバ３、モニタＰＤ４、Ｉ−Ｖ変換器５及びオペアンプ６によって、ＡＰＣ回路が構成されている。
【００２３】
光送信器１は、ＬＤ２の光出力を遮断制御するシャットダウン機能を有している。このシャットダウン機能は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号（シャットダウン信号）がアサート（有効：ＬｏｗからＨｉｇｈに移行）された場合にＬＤ２の光出力を遮断し、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサート（解除：ＨｉｇｈからＬｏｗに移行）された場合にシャットダウンが解除され、ＬＤ２の光出力を開始する機能である。Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号は、オペアンプ６、ＬＤドライバ３及びブースト回路１０に供給される。
【００２４】
図２は、シャットダウン解除時のタイミング図である。ここで、シャットダウン解除から光が出力されるまでの間の時間（発光応答時間；ｔＯＮ）は、ＭＳＡにて１ｍｓと規定されている。Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされてから発光指令がＬＤドライバ３まで到達する間に介在するＩＣ（不図示）の応答時間等により、ディレイが必然的に生じる。このディレイを考慮すると、ＬＤ２が発光を開始してから規定の光出力値まで達するまでの時間は１ｍｓよりも短くする必要がある。例えはディレイ時間が０．８ｍｓであれば、規定の１ｍｓを満たすためにはＡＰＣ回路の応答時間は０．２ｍｓに抑える必要がある。このＡＰＣ回路の応答時間は、ＡＰＣ回路のループ時定数によって決まる。
【００２５】
図３は、ＡＰＣ回路のループ時定数と信号帯域との関係を示す図である。ＡＰＣ回路の帯域は、ＬＤ２から出力される光信号の変調周波数及びその信号パターンから算出される最も低い周波数成分が通過しないように設定される必要がある。具体的に説明すると、例えば６２．５ＭＨｚ（ビットレートで１２５Ｍｂｐｓ）の変調周波数であり、信号パターンとしてＰＲＢＳ２０を用いる場合、信号の帯域が最も低くなるベースラインの周波数は、（６２．５ＭＨｚ）／（２２０−１）＝５９．６Ｈｚ（分母は全て１ビットの場合を除外することを意味する）となる。ＡＰＣ回路の帯域がこの値以上となると、ＡＰＣ回路はＬＤ２を駆動するためのデータ信号の１／０に応答してしまう。この場合、ＡＰＣ回路は光出力の強度を一定にする方向に動作するので、出力光の消光比が小さくなってしまう。従って、ＡＰＣ回路の帯域は５９．６Ｈｚ以下とする必要がある。
【００２６】
一方で、ＡＰＣ回路の帯域を５９．６Ｈｚ以下とすると、ＡＰＣ回路のループ時定数は１／（５９．６Ｈｚ）＝１６．８ｍｓ以上となってしまうため、ＭＳＡの規定を満たさない。このように、１２５Ｍｂｐｓ程度の遅いビットレートで通信する場合、ｔＯＮを決めるためのＡＰＣ回路の帯域と、低周波数の信号パターンが通過しないようにするためのＡＰＣ回路の帯域とが両立しないことがある。
【００２７】
図１に示すように、光送信器１は、ＡＰＣ回路の帯域を信号帯域に対して十分遅いループ時定数としながらｔＯＮの規格を満たすため、ブースト回路１０を備えている。ブースト回路１０は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に基づいてパルス状のブースト信号を生成する。具体的に説明すると、ブースト回路１０は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、パルス状のブースト信号を生成する。そして、ブースト回路１０は、ブースト信号をオペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳する。これにより、オペアンプ６の出力電圧Ｖａｐｃにブースト信号の電圧Ｖｂが重畳される。その結果、ＡＰＣ回路のループ時定数の制限によりＬＤ２の光出力強度が定常状態より不足している時間（発光応答時間）内に、光出力を増加させることができ、ｔＯＮを短くすることが可能となる。
【００２８】
ブースト回路１０は、例えばＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に応じた波形を積分及び微分することにより、ＡＰＣ回路のループ時定数により光出力が増加するカーブを反転した形のパルス信号であるブースト信号を生成する。これにより、ＡＰＣ回路の出力が十分立ち上がった時点では、ブースト信号が無くなるので、ＬＤ２は、光出力が定常状態を越えて過発光することはない。
【００２９】
また、光送信器１は、温度センサ１２及びＬＵＴ格納部１３をさらに備えている。温度センサ１２は、光送信器１の環境温度（ＬＤ２の動作温度）をモニタし、環境温度を示す信号をＬＵＴ格納部１３に出力する。ＬＵＴ格納部１３は、ＬＤ２の温度特性（Ｉ−Ｌ特性）に基づいて作成されたＬＵＴ（Look Up Table）を格納している。ＬＵＴ格納部１３は、温度センサ１２によってモニタした温度に対応する値をＬＵＴを参照して取得し、取得した値をブースト回路１０に出力する。
【００３０】
図４は、ＬＤ２のＩ−Ｌ特性を示す図である。図４に示すように、レーザダイオードから一定の強度の光出力を得るために必要な駆動電流は、低温では小さく、高温では大きい。また、その駆動電流の値は、個々のレーザダイオード毎に異なる。このため、ブースト信号は、図４に示すＩ−Ｌ特性に従って、ＬＤ２の動作温度毎に変更されるのが好ましい。図５は、ＬＤ２の動作温度とブースト信号のピークレベルとの関係の一例を示す図である。一般に、光出力を一定にするためのレーザダイオードの駆動電流は、動作温度に対して累乗的に変化する。よって、ＬＵＴ格納部１３は、図５に示す関係に従って設定されたＬＵＴに基づき、ブースト回路１０から出力されるブースト信号のピークレベルを決めるための値を出力する。このように、温度センサ１２及びＬＵＴ格納部１３を備えることによって、ブースト回路１０により生成されたパルス信号のピークレベル（パルス高）を、ＬＤ２の動作温度毎に調整することができ、光出力が過多及び過小になることを抑制できる。
【００３１】
図６は、光送信器１の回路構成の一例を示す図である。図６に示すように、光送信器１は、ＬＤ２と、ＬＤドライバ３と、モニタＰＤ４と、Ｉ−Ｖ変換器５と、オペアンプ６と、ブースト回路１０と、温度センサ１２と、ＬＵＴ格納部１３と、ＤＡＣ１４とを備えている。ＬＤ２は、アノードが電源電圧Ｖｃｃに接続され、カソードがＬＤドライバ３に接続されている。ＬＤドライバ３は、オペアンプ３１と、ＮＰＮ型トランジスタ３２と、抵抗器３３とを備えている。オペアンプ３１は、オペアンプ６の出力及びブースト回路１０の出力と、ＮＰＮ型トランジスタ３２のエミッタ端子とがそれぞれ２つの入力端子に接続され、出力端子にＮＰＮ型トランジスタ３２のベース端子が接続されている。ＮＰＮ型トランジスタ３２のエミッタ端子は、抵抗器３３を介してグラウンドＧＮＤに接続され、ＮＰＮ型トランジスタ３２のコレクタ端子は、ＬＤ２のカソードに接続されている。ＬＤドライバ３は、オペアンプ６及びブースト回路１０からの信号に応じてＬＤ２の駆動電流を制御する。
【００３２】
モニタＰＤ４は、カソードが電源電圧Ｖｃｃに接続され、アノードがＩ−Ｖ変換器５に接続されている。Ｉ−Ｖ変換器５は、モニタＰＤ４のアノードとグラウンドＧＮＤとの間に設けられた抵抗器５１で構成されている。モニタＰＤ４によってＬＤ２の出力光の強度に応じたモニタ電流Ｉｐｄが生成されると、抵抗器５１の両端子間に電位差が生じ、モニタ電圧Ｖｐｄを有するモニタ信号が出力される。オペアンプ６は、非反転入力端子と反転入力端子と出力端子を有し、非反転入力端子には抵抗器６２を介して目標光出力電圧Ｖｔを有する目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔが入力され、反転入力端子にはＩ−Ｖ変換器５の出力であるモニタ信号が入力される。オペアンプ６は、各入力端子に入力された信号の電圧値を比較して、その差分に基づいた電圧Ｖａｐｃを有する電流制御信号を出力端子から出力する。
【００３３】
温度センサ１２は、光送信器１の環境温度をモニタし、環境温度を示す信号をＬＵＴ格納部１３に出力する。ＬＵＴ格納部１３は、ＬＵＴを参照して温度センサ１２によりモニタした環境温度に対応する値をＤＡＣ１４に出力する。ＤＡＣ１４は、ＬＵＴ格納部１３から出力された値をアナログ信号であるピーク設定信号に変換して、ブースト回路１０に出力する。ブースト回路１０は、スイッチ回路１５と、積分回路１６と、ボルテージフォロワ回路１７と、微分回路１８とを備えている。スイッチ回路１５は、ＤＡＣ１４から出力されたピーク設定信号が入力される端子とグラウンドＧＮＤに接続される端子とをＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に応じて切り替えて出力端子と接続する回路である。スイッチ回路１５は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がアサート（Ｈｉｇｈレベル）されている場合、グラウンドＧＮＤに接続されている端子と出力端子とを接続し、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサート（Ｌｏｗレベル）されている場合、ピーク設定信号が入力される端子と出力端子とを接続する。スイッチ回路１５の出力端子は、積分回路１６に接続されている。
【００３４】
積分回路１６は、抵抗器１６ａ及びコンデンサ１６ｂを備え、スイッチ回路１５の出力端子から供給される信号を積分して、ボルテージフォロワ回路１７に出力する回路である。ボルテージフォロワ回路１７は、オペアンプ１７ａを備えている。オペアンプ１７ａの非反転入力端子に積分回路１６の出力端子が接続され、オペアンプ１７ａの反転入力端子にオペアンプ１７ａの出力端子が接続されている。オペアンプ１７ａの出力端子は、微分回路１８に接続されている。微分回路１８は、コンデンサ１８ａ及び抵抗器１８ｂを備え、ボルテージフォロワ回路１７から供給される信号を微分して、オペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳する回路である。
【００３５】
このブースト回路１０では、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、スイッチ回路１５によってピーク設定信号が出力され、このピーク設定信号に基づいて、積分回路１６、ボルテージフォロワ回路１７及び微分回路１８によって所望の波形に成形されたブースト信号が出力される。そして、ブースト回路１０から出力されたブースト信号は、オペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳される。
【００３６】
次に、光送信器１の作用効果について説明する。図７は、光伝送装置内で用いられる、一般的な電気−光の信号変換機能を有する光送信器（光モジュール）１００の概略構成図である。光送信器１００において、光の平均出力強度はＡＰＣ回路によって制御されている。またＡＰＣ回路にはＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号が供給され、この信号によって発光指令を行い、光出力を遮断制御することができる。上述したように、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号解除を光送信器１００が受け取ってから実際に光が出力されるまでの時間ｔＯＮは、ＭＳＡで規定されている。また、近年マルチレート対応と呼ばれる、一つの光モジュールで、固定の伝送レートではなく複数の伝送レートでの通信を行う要請がある。その要請に応えるため、複数の伝送レートで伝送される信号のうち最も低い周波数成分の信号においてもＡＰＣ回路による平均光出力強度の変動が無いように、ＡＰＣ回路の帯域上限を低く設定する必要がある。ＡＰＣ回路の応答周波数の上限が最も低い伝送レートでの周波数成分に影響を与える場合（あるいは、ＡＰＣ回路が最も低い伝送レートに応答してしまう場合）には、光出力のＯＮ／ＯＦＦ（消光比）についてＡＰＣ回路が作用し、その差（消光比）が小さくなってしまう。しかし、ＡＰＣ回路のループ時定数を大きくし、ＡＰＣ回路の帯域上限を低くすると、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に対する応答時間ｔＯＮも遅くなってしまう。一方でｔＯＮは、上述したようにＭＳＡよってその最大値が決められており、二つの状況を満足することが困難である。
【００３７】
図８の（ａ）はＴｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号のタイミング図、（ｂ）は光送信器１００のＬＤの光出力強度を示す図、（ｃ）はブースト信号のタイミング図、（ｄ）は光送信器１のＬＤ２の光出力強度を示す図である。図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、光送信器１００では、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、ＡＰＣ回路のループ時定数等に基づく時間が経過した後にＬＤの光出力が開始される。
【００３８】
図８の（ａ）及び（ｃ）に示すように、光送信器１では、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、ブースト回路１０によってパルス状のブースト信号が出力される。このブースト信号は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされた時点で急峻に立ち上がり、オペアンプ６から出力される電流制御信号の立ち上りと反比例して立ち下がるパルス状の信号である。このブースト信号がオペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳されることにより、図８の（ｄ）に示すように、ＬＤ２の光出力は急峻に立ち上がり、定常値となる。
【００３９】
このように、ブースト信号とオペアンプ６から出力される電流制御信号とを重畳した信号により、ＡＰＣ回路のループ時定数の影響を受ける期間ではＬＤ２の駆動電流を大きく設定してＬＤ２の光出力の立ち上がりを早くし、その後駆動電流の設定を定常状態とすることでＬＤ２の光出力の強度を定常値とする。その結果、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなくｔＯＮを短くすることができる。
【００４０】
また、ＡＰＣ回路の影響を伝送帯城に与えないようにＡＰＣ帯域を低くしてＡＰＣ回路のループ時定数を遅くせざるを得ない回路であっても、光送信器１によれば、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号に応じた波形を積分及び微分して得られるブースト信号をオペアンプ６から出力される電流制御信号に重畳することによって、ｔＯＮの規定を満たすような光出力の立ち上がり波形に補正することができる。
【００４１】
［第２実施形態］
図９は、第２実施形態に係る光送信器の構成概略図である。図９に示すように、光送信器１Ａは、光送信器１と比較して、ブースト回路１０の出力がオペアンプ６の非反転入力に接続されている点が異なる。すなわち、光送信器１Ａは、ブースト回路１０から出力されるブースト信号を目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔに重畳する。
【００４２】
オペアンプ６は、ブースト信号が重畳された目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧ＶｔａとＩ−Ｖ変換器５から出力されたモニタ信号のモニタ電圧Ｖｐｄとの差分に応じた電圧ＶａｐｃをＬＤドライバ３に出力して、ＬＤ２に目標光出力を生成させるための駆動電流（バイアス電流）をＬＤドライバ３に生成させる。ここで、ブースト信号は、図８の（ｃ）に示すように、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされた時点で急峻に立ち上がり、オペアンプ６から出力される電流制御信号の立ち上りと反比例して立ち下がるパルス信号である。このブースト信号が目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔに重畳されることにより、図８の（ｄ）に示すように、ＬＤ２の光出力は急峻に立ち上がり、その後定常値となる。
【００４３】
このように、ブースト信号と目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔとを重畳した信号により、ＡＰＣ回路のループ時定数の影響を受ける期間では駆動電流を大きく設定してＬＤ２の光出力の立ち上がりを早くし、その後駆動電流の設定を定常状態とすることでＬＤ２の光出力の強度を定常値とする。このため、ＡＰＣ回路のループ時定数の制限によりＬＤ２の光出力強度が定常状態より不足している時間（発光応答時間）内に、光出力を増加させることができる。その結果、ＡＰＣ回路のループ時定数を小さくすることなくｔＯＮを短くすることが可能となる。
【００４４】
なお、本発明に係る光送信器は上記実施形態に記載したものに限定されない。例えば、第１実施形態では、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧値を一定値である目標光出力電圧Ｖｔとしているが、シャットダウン解除時において、目標光出力電圧Ｖｔより大きい電圧Ｖｂｏｏｓｔから１ｍｓ未満の所定の時間（例えば０．２ｍｓ）で目標光出力電圧Ｖｔになるように、線形的に減少する信号、又は、指数関数的に減少する信号としてもよい。この場合、電圧Ｖｂｏｏｓｔの値は、指数関数的に減少する場合の方が線形的に減少する場合よりも大きく設定することが可能である（但し、指数の肩値という他のパラメータを考慮する必要がある）。また、電圧Ｖｂｏｏｓｔの大きさは上記実施形態と同様に各温度で予め決定しておく。この目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧値の加減は、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔを出力する制御回路によって、デジタル的になされてもよい。
【００４５】
すなわち、上記第２実施形態では、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔにブースト信号を重畳することにより、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔをアナログ的に加減しているが、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔを出力する制御回路が、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされた際に、目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔをデジタル的に加減してもよい。具体的に説明すると、制御回路は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、１ｍｓ未満の所定の時間（例えば０．２ｍｓ）で０になるように線形的に減少するブースト信号、又は、指数関数的に減少するブースト信号をデジタル的に生成してもよい。そして、制御回路は、このブースト信号を一定値Ｖｔに重畳して目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔとして出力する。この場合、ブースト信号の減少の挙動を設定する自由度を高めることができる。
【００４６】
また、上記第１実施形態では、電流制御信号にブースト信号を重畳することにより、ＬＤドライバ３に供給される電流制御信号をアナログ的に加減しているが、ブースト回路１０が、電流制御信号をデジタル的に加減してもよい。具体的に説明すると、ブースト回路１０は、Ｔｘ＿Ｄｉｓａｂｌｅ信号がデアサートされると、１ｍｓ未満の所定の時間（例えば０．２ｍｓ）で０になるように線形的に減少するブースト信号、又は、指数関数的に減少するブースト信号をデジタル的に生成し、このブースト信号を出力してもよい。この場合も、ブースト信号の減少の挙動を設定する自由度を高めることができる。
【００４７】
なお、図８の（ｂ）に示すように、光出力は指数関数的に増加する。したがって、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、指数関数的に減少させることにより、ブースト信号印加後の光出力を安定させることができる。また、ブースト信号の時間的変化を、光出力が増加する特性を反転した形状に近似して、線形的に減少させることにより、目標の光出力からは多少変動するものの、その変動が光出力の規格内であればブースト信号印加後の光出力は安定したとみなすことができる。このため、ＬＤ２の発光応答時間を短くすることができる。
【００４８】
また、上記第１及び第２実施形態では、ＤＡＣ７から供給される目標基準信号Ｐｏｗｅｒ＿Ｔａｒｇｅｔの電圧値を一定値としているが、これに代えて、ＤＡＣ７の入力側に温度センサ１２及びＬＵＴ格納部１３を設け、ＬＤ２の駆動温度に応じた値としてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ…光送信器、２…ＬＤ（レーザダイオード）、３…ＬＤドライバ、４…モニタＰＤ、５…Ｉ−Ｖ変換器５、６…オペアンプ、１０…ブースト回路、１５…スイッチ回路、１８…微分回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードを駆動する駆動電流を制御して前記レーザダイオードの光出力の強度を一定にするＡＰＣ回路と、
前記レーザダイオードの光出力を遮断するためのシャットダウン信号が解除された際に、パルス状のブースト信号を出力するブースト回路と、
を備え、
前記ＡＰＣ回路は、前記シャットダウン信号に基づいて前記駆動電流を遮断又は供給するように制御し、前記ブースト回路から出力された前記ブースト信号に基づいて前記駆動電流の大きさを増加させるように補正することを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記ブースト回路は、環境温度に基づいて設定される設定信号を前記シャットダウン信号に基づいて遮断又は供給するスイッチ回路と、前記スイッチ回路によって供給される前記設定信号を微分して得られるパルス信号を前記ブースト信号として出力する微分回路と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記ＡＰＣ回路は、前記レーザダイオードの光出力の強度に基づいて設定されるモニタ信号と前記レーザダイオードの光出力の強度を一定にするために設定される目標基準信号とが入力され、前記モニタ信号と前記目標基準信号との差分に基づいて前記駆動電流を制御する電流制御信号を出力するオペアンプを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光送信器。
【請求項４】
前記ＡＰＣ回路は、前記ブースト信号を前記電流制御信号に重畳することを特徴とする請求項３に記載の光送信器。
【請求項５】
前記ＡＰＣ回路は、前記ブースト信号を前記目標基準信号に重畳することを特徴とする請求項３に記載の光送信器。
【請求項６】
前記ブースト回路は、線形的に減少するブースト信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光送信器。
【請求項７】
前記ブースト回路は、指数関数的に減少するブースト信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光送信器。
【請求項１】
レーザダイオードを駆動する駆動電流を制御して前記レーザダイオードの光出力の強度を一定にするＡＰＣ回路と、
前記レーザダイオードの光出力を遮断するためのシャットダウン信号が解除された際に、パルス状のブースト信号を出力するブースト回路と、
を備え、
前記ＡＰＣ回路は、前記シャットダウン信号に基づいて前記駆動電流を遮断又は供給するように制御し、前記ブースト回路から出力された前記ブースト信号に基づいて前記駆動電流の大きさを増加させるように補正することを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記ブースト回路は、環境温度に基づいて設定される設定信号を前記シャットダウン信号に基づいて遮断又は供給するスイッチ回路と、前記スイッチ回路によって供給される前記設定信号を微分して得られるパルス信号を前記ブースト信号として出力する微分回路と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記ＡＰＣ回路は、前記レーザダイオードの光出力の強度に基づいて設定されるモニタ信号と前記レーザダイオードの光出力の強度を一定にするために設定される目標基準信号とが入力され、前記モニタ信号と前記目標基準信号との差分に基づいて前記駆動電流を制御する電流制御信号を出力するオペアンプを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の光送信器。
【請求項４】
前記ＡＰＣ回路は、前記ブースト信号を前記電流制御信号に重畳することを特徴とする請求項３に記載の光送信器。
【請求項５】
前記ＡＰＣ回路は、前記ブースト信号を前記目標基準信号に重畳することを特徴とする請求項３に記載の光送信器。
【請求項６】
前記ブースト回路は、線形的に減少するブースト信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光送信器。
【請求項７】
前記ブースト回路は、指数関数的に減少するブースト信号を出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光送信器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３１０８４（Ｐ２０１３−３１０８４Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６８８２（Ｐ２０１１−１６６８８２）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００１５４３２５）住友電工デバイス・イノベーション株式会社 (291)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００１５４３２５）住友電工デバイス・イノベーション株式会社 (291)
【Ｆターム（参考）】
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