JP3740291B2 - 光送信器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気信号を光信号に変換する光送信器に係り、特に光信号の遷移時間（立ち上がり時間／立ち下がり時間）の安定化を実現する波形整形方式を有する光送信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、特開平２−２１５２３９に記載されている従来の光送信器の構成を示す。この光送信器は、増幅器４と、変調器２と、電流源３と、発光素子１とにより構成されている。端子Ｎ１，Ｎ２に、それぞれデータ信号の正相，逆相を入力する。データ信号は、トランジスタＱ３〜Ｑ８と電流源Ｉ１と抵抗Ｒ１〜Ｒ４で構成する増幅器４にて増幅され、変調器２のトランジスタＱ１，Ｑ２のベースに入力される。変調器２は、ベース入力信号に応じて、電流源３で生成した駆動電流の導通／遮断の制御を行う。この結果、トランジスタＱ１のコレクタに接続された発光素子１に変調電流信号が出力され、発光素子１より光信号が生成される。
【０００３】
しかしながら、この光送信器は、動作温度によって光信号の立ち上がり／立ち下がり時間が異なるという現象が発生する。これは、変調器を構成するバイポーラトランジスタもしくは電界効果型トランジスタの温度特性に起因するものである。
【０００４】
（数１）および（数２）は、それぞれ、バイポーラトランジスタおよび電界効果型トランジスタによる変調器の入出力特性（変調電流−差動入力電圧特性）を示すものである。
【０００５】
【数１】

【０００６】
【数２】

【０００７】
但し、
【０００８】
【数３】

【０００９】
であり、Ｉmは変調電流、△Vは差動入力電圧、Ｉｓは電流源電流、qは電荷、K_Bはボルツマン定数、Tは絶対温度、Wはゲート幅、Lはゲート長、Coは単位面積あたりのゲート容量、Dは拡散定数である。
【００１０】
（数１）,（数２）は、それぞれ、「△V／T」という項を含む。従って、変調器の入出力特性は、動作温度により変化する。
【００１１】
図２は、従来の変調制御信号を使って得られる変調電流信号波形の温度依存性を説明する図である。図２ａに示す変調器は、動作温度がＴ１からＴ２に上昇した場合、図２ｃに示すように入出力特性（差動入力電圧に対する変調電流）の傾きが減少する特性となる。一方、入出力特性の傾きの減少に伴って、差動入力電圧の線形入力範囲が拡大する。
【００１２】
従来の光送信器は、このような温度特性を持つ変調器に対して、図２ｂに示す動作温度に対して一定の電圧振幅で入力信号を与えていた。一方、変調電流信号の立ち上がり／立ち下がり時間は、線形入力電圧範囲における変調制御信号の遷移時間で決定される。この温度依存性のため、動作温度によって入出力特性の傾きが変化した場合には、図２ｄに示したように変調電流信号の立ち上がり／立ち下がり時間が変化する。したがって、変調電流信号より生成される光信号は、立ち上がり／立ち下がり時間に温度特性を有するものとなる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の光送信器では、動作温度によって光信号の立ち上がり／立ち下がり時間が変化するため、広動作温度範囲において安定した光信号波形を得ることが困難であった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、光信号の立ち上がり／立ち下がり時間の温度依存性を抑制し、広温度範囲において立ち上がり／立ち下がり時間が安定な光送信器を提供することを目的とする。上記目的を達成するため、本発明は、駆動電流を生成する電流源と、該駆動電流に導通／遮断の制御を行う変調器と、変調器の出力電流を受けて光信号を生成する発光素子を有する光送信器において、温度検出器と、該温度検出器の出力信号に応じて変調器に与える変調制御信号のスルーレイトを制御可能な増幅器とを、備えた光送信器を提供する。
【００１５】
本発明に係る光送信器では、増幅器が、変調器の入出力特性を補償するように変調制御信号のスルーレイトを制御する。このため変調制御信号の遷移時間が変調器の線形入力電圧範囲においてがほぼ一定となり、変調電流信号の立ち上がり／立ち下がり時間の温度依存性が抑制される。したがって、変調電流信号より生成する光信号も、動作温度の変化に対して、立ち上がり／立ち下がり時間がほぼ一定に保たれる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図３に、本発明に係る光送信器の実施例を示す。この光送信器は、増幅器４と、変調器２と、電流源３と、発光素子１と、温度検出器６とにより構成されている。端子Ｎ１，Ｎ２に、それぞれ、光送信器の外部より正相，逆相のデータ信号を入力する。トランジスタＱ３〜Ｑ６，抵抗Ｒ１〜Ｒ３，電流源Ｉ０〜Ｉ４により構成する増幅器４は、データ信号の増幅およびレベルシフトを行う。トランジスタＱ１，Ｑ２にて構成する変調器２は、増幅器４の出力信号に応じて、電流源３が出力する駆動電流を導通／遮断し、トランジスタＱ１のコレクタに変調電流信号を生成する。光信号は、発光素子１に変調電流信号を与えて生成される。温度検出器６は、変調器２の温度を測定すること望ましいが、変調器２と発光素子１との温度差が少ない場合には、発光素子１の制御用に用いる温度検出器と兼用しても構わない。
【００１７】
ここで、温度検出器６と接続する電流源Ｉ０は、温度検出器６の温度検出信号に応じて出力電流を制御するものである。電流源Ｉ０は、動作温度の上昇に伴って出力電流が増加するように設定する。電流源Ｉ０に温度特性を持たせたことで、増幅器４の出力信号の電圧振幅に温度依存性を与えている。この電圧振幅に温度依存性を与えた結果、単位時間当たりの電圧変化量であるスルーレイト（Ｖ／ｓ）にも、温度依存性が与えられている。
【００１８】
図４は、この実施例の変調制御信号を使って得られる変調電流信号波形の温度依存性を説明する図である。図４ａに示す変調器は、動作温度がＴ１からＴ２に上昇した場合、図４ｃに示すように入出力特性（差動入力電圧に対する変調電流）の傾きが減少する特性となる。一方、温度検出器６によって検出された温度によって、電流源 I0の差動電圧を制御し、温度がＴ２に上昇したときには、図４ｃに示すようにスルーレイトを増加させる。これによって、図４ｃに示す変調器の入出力特性であっても、それを補償し、図４ cに示すように、変調電流信号の立ち上がり／立ち下がり時間の温度特性を抑制する。
【００１９】
なお、本実施例では、電圧振幅に温度依存性を与えることによって、間接的にスルーレイトに温度依存性を付与しているが、直接スルーレイトに温度依存性を付与しても構わない。
【００２０】
温度検出器６と接続する電流源３は、動作温度の上昇に伴って駆動電流を増加するように設定する。電流源３に温度特性を持たせることで、発光素子１の電流に対する発光特性であるスロープ効率の温度特性をも補償し、光信号のパワー変動を抑制することができる。
【００２１】
本実施例では、温度検出器６によって検出された温度を電流源３以外の増幅器２内部の電源Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４にも温度特性を持たせることで、特性が改善される。
【００２２】
この時、変調器２が電流源３の駆動電流に応じて入力電流が変化する特性であるため、増幅器４の出力段エミッタホロワの電流源Ｉ２，Ｉ３の出力電流を、電流源３と同じ温度検出信号を用いて制御するものとした。増幅器４より出力される電流信号の電流駆動能力を温度検出信号に応じて変化させることで、変調器２に広温度範囲において安定した電流切換特性が与えられる。
【００２３】
さらに温度検出器６と接続する電流源Ｉ４は、増幅器４の出力信号の直流レベルを変化するものである。変調器２は、変調器２を構成するトランジスタＱ１のベース−コレクタ間電圧が変化した際に、ベース−コレクタ間の寄生容量が変化してしまい、光信号波形を変化させてしまうことが知られている（特開平９−８３４５６号公報）。特にレーザダイオードあるいは発光ダイオードなどの発光素子１を変調器２に接続した際には、温度に応じて発光素子１の順方向電圧が変動するため、トランジスタＱ１のコレクタ電位が変化してしまう。そのため変調器２の入力信号の直流レベルを一定とした場合には、動作温度に応じてトランジスタＱ１のベース−コレクタ間電圧が変動し、寄生容量を変化させてしまう。そこで、本実施例では電流源Ｉ４に温度特性を持たせることにより、増幅器４の出力信号の直流レベルを変化させる構成とした。発光素子１の順方向電圧が変化した場合でも、トランジスタＱ１のベース−コレクタ間電圧がほぼ一定となるように制御されるため、寄生容量の温度依存性を抑制することができる。
【００２４】
以上の特徴により、本実施例に示す光送信器は、光信号パワーと光信号波形が温度変化に対してほとんど影響されないため、広い温度範囲において安定した光送信特性を実現する。
【００２５】
図５に、本発明に係る光送信器の他の実施例を示す。この光送信器は、フリップフロップ回路８と、パルス幅制御回路７と、増幅器４と、変調器２と、電流源３と、発光素子１と、温度検出回路６と、ＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路とにより構成されている。端子Ｎ３，Ｎ４に、それぞれデータ信号，クロック信号を入力する。フリップフロップ回路８は、クロック信号に同期してデータ信号を取り込み、デューティ比が５０％のパルス信号を生成する。パルス幅制御回路７および増幅器４では、温度検出器６の出力信号に応じて、それぞれパルス信号のデューティおよび信号振幅を補正する。この電圧振幅に温度依存性を与えた結果、単位時間当たりの電圧変化量であるスルーレイト（Ｖ／ｓ）にも、温度依存性が与えられている。上記構成により、発光素子１にて生成する光信号は、デューティおよび立ち上がり／立ち下がり時間の温度依存性が抑制されたものとなる。
【００２６】
電流源３Ａ，３Ｂは、温度検出器６および光出力制御回路１０の出力信号に応じて、それぞれ、駆動電流の制御を行うものである。電流源３Ａは、発光素子１のスロープ効率の温度特性を補償するように駆動電流の制御を行う。また電流源３Ｂは、電流源３Ｂ，変調器２，発光素子１，受光素子９，リファレンス生成回路５，光出力制御回路１０にて構成する負帰還ループをもちいて、発光素子１が一定の光量を、保つ様制御する。このＡＰＣ回路によって、発光素子１のスロープ効率の経年劣化を補償することができる。
【００２７】
本実施例では、光信号波形のデューティおよび立ち上がり／立ち下がり時間の温度依存性が抑制され、さらに、発光素子１におけるスロープ効率の温度特性および経年劣化が補償され、安定した光パワーが得られる。
【００２８】
以上説明した各種の光伝送器は、図示しない光受信器と組み合わせることで光伝送システムとなる。上述の光伝送器を用いることにより、光送信器より出力される光信号は広温度範囲においても、光パワーおよび立ち上がり／立ち下がり時間の変動が抑制されたものとなる。温度依存性を抑制した光信号を光受信器に与えるので、光信号から電気信号に変換する際の誤り率（ビットエラーレイト）も温度による変動を抑制したものとなり、広温度範囲において安定な光伝送システムを実現できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、光信号の立ち上がり／立ち下がり時間の温度依存性を抑制できるので、広温度範囲において遷移時間が安定な光送信器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光送信器の構成を示す図である。
【図２】従来の光送信器の変調制御信号と変調電流信号の波形の温度依存性を示す図である。
【図３】本発明の実施例の光送信器の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例の光送信器の変調制御信号と変調電流信号の波形の温度依存性を示す図である。
【図５】本発明の実施例の光送信器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…発光素子、２…変調器、３…電流源、 ４…増幅器、
５…リファレンス生成回路、６…温度検出器、７…パルス幅制御回路、
８…フリップフロップ、 ９…受光素子、
１０…光出力制御回路、 Ｒ１〜Ｒ４…抵抗、
Ｑ１〜Ｑ８…トランジスタ、Ｉ０〜Ｉ４…電流源、
Ｎ１，Ｎ２…データ信号の入力端子（正相，逆相）、
Ｎ３…クロック信号の入力端子、Ｎ４…データ信号の入力端子。

Claims (1)

1. 発光素子と、
   前記発光素子を駆動する変調電流を生成する変調器と、
   前記変調器へ電流を供給する電流源と、
   温度検出器と、
   入力されるデータ信号を前記温度検出器からの温度検出信号に応じて増幅し、変調制御信号として前記変調器へ与える増幅器と
   からなる光送信器であって、
   前記増幅器は、前記変調器の温度変化による入出力特性の変化を補償し、該変調器からの変調電流の立ち上がり／立ち下がり時間の温度依存性を抑制するよう、前記変調制御信号の振幅を制御することによってスルーレートを制御することを特徴とする光送信器。

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