JP3637872B2 - フィードフォワード型ａｐｃ回路を備えたレーザダイオード駆動回路および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バースト対応光送信器において、マーク率変動による光出力ピークパワーの変動を補償するフィードフォワード型ＡＰＣ（Auto Power Control）回路を備えたレーザダイオード駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に示すＰＯＮ（Passive Optical Network）システム（例：ＡＴＭ−ＰＯＮ(Asynchronous Transfer Mode-Passive Optical Network)）では、局舎からのファイバをスターカプラによって、複数のファイバに伝送路を分散させる。一芯のファイバで双方向送受信を行うため、各加入者から出力された上り信号は、他の加入者からの信号とぶつからないよう、バースト伝送を用いる。上り信号用の光送信器はバースト伝送に対応するため、さまざまな光送信方式が提案されているが、その一つとしてフィードフォワード型ＡＰＣがよく使われる。
【０００３】
従来の光送信部は、例えば特開平１１−１３５８７１号公報に開示された例が挙げられる。図８は、その構成を示すブロック図である。温度センサ７で検出した温度は、Ａ／Ｄ変換器８で温度に対応する値に変換され、メモリ２０へ入力する。メモリ２０は、温度に対応する値に対応してＬＤ(Laser Diode)１をパルス駆動するパルス電流Ｉａｃに対応する値と、ＬＤ１をバイアス駆動するバイアス電流Ｉｄｃに対応する値とを記憶しており、光送信器周囲温度に対応する値に対応して、パルス電流Ｉａｃに対応する値とバイアス電流Ｉｄｃに対応する値を出力する。
【０００４】
パルス電流Ｉａｃに対応する値はＤ／Ａ変換器６でＤ／Ａ変換され、電流制御回路４に入力される。電流制御回路４は、パルス電流Ｉａｃに対応する値をパルス電流Ｉａｃに変換し、ドライバ２に入力する。ドライバ２は、入力信号Ａ（データ入力）に応じて、ＬＤ１の発光をＯＮ／ＯＦＦする。その際の変調電流はパルス電流Ｉａｃとなる。また、バイアス電流Ｉｄｃに対応する値は、Ｄ／Ａ変換器５でＤ／Ａ変換され、電流制御回路３に入力される。電流制御回路３は、バイアス電流Ｉｄｃに対応する値をバイアス電流Ｉｄｃに変換し、ＬＤ１に供給する。
【０００５】
ＰＯＮシステムでは、前述のように上り信号にバースト伝送を行う。バースト伝送では、バーストセルと呼ばれる規定時間単位のデータ区間でデータをランダムに伝送する。バーストセル数は、任意に決定されるため、例えば図９に示すように、発光がほとんど連続に近い場合（ａ）と、発光回数が少ない場合（ｂ）がランダムに混在する。光送信器周囲温度が一定の場合でも、これらのようにバーストセルが密であるか疎であるかによって、ＬＤの発光量に比例して発熱量が異なってくる。バーストセルが密の場合（ａ）、ＬＤを流れる電流が多いため、ＬＤの自己発熱量も多くなる。また、バーストセルが疎の場合（ｂ）、ＬＤを流れる電流時間が短く、また電流量も少ないため、ＬＤの自己発熱量は少ない。つまり、光送信器周囲温度が一定の場合でも、バーストセルの疎密により光出力ピークパワーの変動が生じる。このバーストセルの疎密は、マーク率の大小に置き換えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バースト伝送を行う光送信器は、バースト先頭の１ビットから瞬時に波形が立ち上がる必要があるが、従来のフィードフォワード型ＡＰＣでは光送信器の周囲温度のみしか検知しないため、マーク率の大小等の周囲温度以外の要因による光出力の変動を抑圧することができなかった。
【０００７】
そこで本発明は、マーク率変動による光出力ピークパワー変動を補償することが可能なフィードフォワード型ＡＰＣ回路を備えたレーザダイオード駆動回路および方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明は、図１において、平均値検出器９で入力信号Ａの平均値を検出し、そのマーク率に対応する値をメモリ制御回路１１へ入力する。メモリ制御回路１１は、複数のメモリ（メモリＡ１２、メモリＢ１３、メモリＣ１４）と接続される。それぞれのメモリは、ＬＤ１のパルス駆動電流Ｉａｃに対応する値とバイアス駆動電流Ｉｄｃに対応する値について、温度に対応して特性の異なるデータを記憶する。メモリ制御回路１１は、検出したマーク率に対応して、使用するメモリを選択し、温度センサ７からの温度に応じてパルス駆動電流Ｉａｃに対応する値とバイアス電流Ｉｄｃに対応する値とを呼び出し、パルス駆動電流Ｉａｃとバイアス電流Ｉｄｃを決定する。すなわち、平均値検出器９でマーク率を検出することにより、マーク率によってパルス駆動電流Ｉａｃとバイアス駆動電流Ｉｄｃを調整し、光出力および消光比を一定に制御することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のフィードフォワード型ＡＰＣ回路を備えたレーザダイオード駆動回路の構成を示す。
【００１０】
平均値検出器９で入力信号Ａの平均値を検出して、そのマーク率に対応する値をＡ／Ｄ変換器１０でＡ／Ｄ変換し、メモリ制御回路１１へ入力する。メモリ制御回路１１は、複数のメモリ（メモリＡ１２、メモリＢ１３、メモリＣ１４）に接続される。メモリＡ１２、メモリＢ１３、メモリＣ１４は、光送信器周囲温度に対応してＬＤ（レーザダイオード）１をパルス駆動するパルス電流Ｉａｃに対応する値と、ＬＤ１をバイアス駆動するバイアス電流Ｉｄｃに対応する値とを記憶する。光送信器周囲温度は、温度センサ７で検出され、光送信器周囲温度に対する値に変換され、Ａ／Ｄ変換器８に入力され、Ａ／Ｄ変換されてメモリ制御回路１１に入力される。
【００１１】
メモリ制御回路１１は、検出したマーク率に対応して、使用するメモリを選択し、温度に対応して、パルス電流Ｉａｃに対応する値とバイアス電流Ｉｄｃに対応する値を呼び出し、パルス電流Ｉａｃに対応する値をＤ／Ａ変換器６へ出力し、バイアス電流Ｉｄｃに対応する値をＤ／Ａ変換器５へ出力する。パルス電流Ｉａｃに対応する値はＤ／Ａ変換器６でＤ／Ａ変換され、電流制御回路４へ入力され、パルス電流Ｉａｃに変換される。ドライバ２は、入力信号Ａに対応してＬＤ１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。この際、ＬＤ１をパルス駆動する電流値はパルス電流Ｉａｃである。一方、メモリ制御回路１１から出力されたバイアス電流Ｉｄｃに対応する値はＤ／Ａ変換器５でＤ／Ａ変換され、電流制御回路３へ入力され、バイアス電流Ｉｄｃに変換される。電流制御回路３はＬＤ１に接続されており、ＬＤ１に流すバイアス電流Ｉｄｃを制御する。
【００１２】
次に、本発明の動作を説明する。
【００１３】
図２は、図１の（ａ）、（ｂ）における波形を時間軸上に示した図である。入力信号Ａの状態によって、３つの場合（Ａ〜Ｃ）に分けている。入力信号Ａは、バーストセルを１単位としてデータ列を構成しており、バーストセル内に規定された時間のパルスが含まれている。図２の例では、バーストセル長は、バーストセル内のデータ列４８０ビットで構成している。データ列のマーク率は定常的に１／２としている。図２の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、入力信号Ａのバーストセルの疎密による平均値検出器９の動作を図示している。
【００１４】
バーストセルが密な場合、言い換えるとマーク率が大きい場合（Ａ）は、平均値検出器９は大きなレベルを出力する。バーストセルが疎な場合、言い換えるとマーク率が小さい場合（Ｃ）は、平均値検出器９は小さなレベルを出力する。つまり、バーストセルの疎密状態に対応して、平均値検出器９はマーク率に対応する値を出力する。平均値検出器９で検出したマーク率に対応する値は、Ａ／Ｄ変換器１０でＡ／Ｄ変換され、メモリ制御回路１１へ入力される。メモリ制御回路１１では、検出したマーク率に対応する値に対応して、使用するメモリをメモリＡ１２、メモリＢ１３、メモリＣ１４から選択する。
【００１５】
各メモリは、光送信器周辺温度に対応して、パルス電流Ｉａｃに対応する値とバイアス電流Ｉｄｃに対応する値を記憶する。メモリＡ１２、メモリＢ１３、メモリＣ１４には、例えば、図３に示すようにそれぞれ特性の異なるデータを記憶させておく。図３の例では、（Ａ）メモリＡには、温度と駆動電流の傾きが急峻な特性を記憶させており、（Ｂ）メモリＢ、（Ｃ）メモリＣの順で傾きが緩やかな特性を記憶させている。例えば、バーストセルが密で、マーク率が大きい状態の時、図２（Ａ）に対応する図３（Ａ）のメモリＡを選択するようにメモリ制御回路１１にあらかじめ設定しておく。同様に、図２（Ｂ）に対応して図３（Ｂ）を記憶させ、図２（Ｃ）に対応して図３（Ｃ）を記憶しておく。
【００１６】
マーク率が平均的な状態である図２（Ｂ）から、マーク率が密な状態である図２（Ａ）に変化した場合、ＬＤ１には電流がほぼ定常的に流れるようになるため、ＬＤ１の周囲温度が上昇する。ＬＤ１は自己発熱による周囲温度の上昇で、光出力ピークパワーが減衰する。その理由は、ＬＤ１の電流対発光特性が温度上昇により劣化するからである。入力信号Ａのマーク率を検出することにより、図３（Ａ）のメモリＡが選択され、光出力ピークパワーの減衰が補償される。また、マーク率が平均的な状態である図２（Ｂ）から、マーク率が疎の状態である図２（Ｃ）に変化した場合、ＬＤ１には電流が不定間隔かつ少量しか流れないため、ＬＤ１の周囲温度は下降し、光出力ピークパワーが上昇する。その理由は、ＬＤ１の電流対発光特性が周囲温度の下降により改善されるからである。その際、入力信号Ａのマーク率を検出することにより図３（Ｃ）のメモリＣを選択され、光出力パワーの上昇が補償される。このように、マーク率の疎密を検出することにより、マーク率によるレーザダイオード駆動電流の温度特性を調整し、マーク率変動による光出力ピークパワーの変動を補償することができる。
【００１７】
図４は、図１の構成に入力信号Ｂを追加した他の実施の形態の構成を示す。図５は、入力信号Ａ（データ入力）と入力信号Ｂ（セル入力）との関係を示し、入力信号Ｂはバーストセルに同期したバーストセル長の信号である。入力信号Ｂは電流制御回路３を制御する信号で、バイアス電流ＩｄｃのＯＮ／ＯＦＦに使用され、入力信号Ａの無い区間で光を発出させないようにバイアス電流を流さないようにしている。バースト伝送のマーク率は、バーストセルの密度で決定されるため、入力信号Ｂを検出することにより、マーク率を検出できる。平均値検出器９で入力信号Ｂの平均値を検出することにより、マーク率に対応する値を取得でき、本発明を適用できる。
【００１８】
図６は、図１の構成でメモリの個数を増やした他の実施の形態の構成を示す。図１の実施の形態では、メモリを３個としたが、メモリの個数を増やすことにより、より精細なマーク率補償が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１効果は、マーク率の変動による光出力ピークパワーの変動をフィードフォワードで制御できることである。その理由は、従来の回路では光送信器の周囲温度を検知してレーザダイオードの駆動電流を決定するので、マーク率の大小によるレーザダイオード周囲温度の変動を補償できないが、本発明では入力信号からマーク率を検出し、マーク率によって光出力の駆動電流設定を調整する機能を有しているからである。
【００２０】
本発明の第２の効果は、マーク率変動による光出力ピークパワー変動を、光出力をモニタすることなく、電気回路構成のみで抑圧できることである。その理由は、入力信号のみからマーク率を検出し、マーク率によって光出力の駆動電流設定を調整する機能を有しているからである。光出力をモニタしないため、モニタ用のフォトダイオードを必要としないことから低コスト化に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフィードフォワード型ＡＰＣ回路を備えたレーザダイオード駆動回路の構成図である。
【図２】図１の（ａ）、（ｂ）における波形を時間軸上に示した図であって、入力信号Ａの状態によって、（Ａ）〜（Ｃ）の３つの場合に分けた説明図である。
【図３】メモリＡ、メモリＢ、メモリＣに記憶された、それぞれ特性の異なるデータの説明図である。
【図４】図１の構成に入力信号Ｂを追加した他の実施の形態の構成図である。
【図５】入力信号Ａ（データ入力）と入力信号Ｂ（セル入力）との関係を示す図である。
【図６】図１の構成でメモリの個数を増やした他の実施の形態の構成図である。
【図７】ＰＯＮシステムの説明図である。
【図８】従来の光送信部の構成例を示すブロック図である。
【図９】バースト伝送のバーストセルが密である場合（ａ）と、疎である場合（ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
１ ＬＤ（レーザダイオード）
２ ドライバ
３ （バイアス）電流制御回路
４ （パルス）電流制御回路
５ Ｄ／Ａ変換器
６ Ｄ／Ａ変換器
７ 温度センサ
８ Ａ／Ｄ変換器
９ 平均値検出器
１０ Ａ／Ｄ変換器
１１ メモリ制御回路
１２ メモリＡ
１３ メモリＢ
１４ メモリＣ

Claims (6)

1. バースト対応光送信器において、
   送信用信号光を発するレーザダイオードと、
   バースト入力信号に応じて、前記レーザダイオードを駆動するドライバ回路と、
   このドライバ回路による、前記バースト入力信号に応じた前記レーザダイオードのパルス駆動電流を制御するパルス電流制御回路と、
   前記レーザダイオードのバイアス駆動電流を制御するバイアス電流制御回路と、
   前記バースト入力信号の平均値を検出し、マーク率に対応する値を出力する平均値検出回路と、
   光送信機周囲温度を検出して、出力する温度検出回路と、
   前記光送信器周囲温度に対応させて、前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とについて、それぞれ特性の異なるデータを記憶する複数のメモリが接続されたメモリ制御回路とを備え、
   このメモリ制御回路は、前記平均値検出回路からのマーク率に対応して、前記複数のメモリの中から使用するメモリを選択し、前記光送信器周囲温度に応じて前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とを呼び出し、前記パルス駆動電流とバイアス駆動電流を調整して、前記レーザダイオードの光出力および消光比を一定に制御することを特徴とする、フィードフォワード型ＡＰＣ回路を備えたレーザダイオード駆動回路。
2. バースト対応光送信器において、
   送信用信号光を発するレーザダイオードと、
   バースト入力信号に応じて、前記レーザダイオードを駆動するドライバ回路と、
   このドライバ回路による、前記バースト入力信号に応じた前記レーザダイオードのパルス駆動電流を制御するパルス電流制御回路と、
   前記バースト入力信号のバーストセルに同期したバーストセル長のセル同期信号が入力され、前記レーザダイオードのバイアス駆動電流のオン／オフを制御して、前記バースト入力信号の無い区間で発光しないようにバイアス駆動電流を制御するバイアス電流制御回路と、
   前記セル同期信号の平均値を検出し、マーク率に対応する値を出力する平均値検出回路と、
   光送信機周囲温度を検出して、出力する温度検出回路と、
   前記光送信器周囲温度に対応させて、前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とについて、それぞれ特性の異なるデータを記憶する複数のメモリが接続されたメモリ制御回路とを備え、
   このメモリ制御回路は、前記平均値検出回路からのマーク率に対応して、前記複数のメモリの中から使用するメモリを選択し、前記光送信器周囲温度に応じて前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス電流に対応する値とを呼び出し、前記パルス駆動電流とバイアス駆動電流を調整して、前記レーザダイオードの光出力および消光比を一定に制御することを特徴とする、フィードフォワード型ＡＰＣ回路を備えたレーザダイオード駆動回路。
3. 前記複数のメモリを構成する、第１メモリには、温度と駆動電流の傾きが急峻な特性を記憶させ、以降、第２メモリ、第３メモリの順で傾きが緩やかな特性を記憶させて、
   前記メモリ制御回路は、マーク率の大きさに応じて、前記第１メモリ、第２メモリ、第３メモリの順に選択することを特徴とする、請求項１または２記載のフィードフォワード型ＡＰＣ回路を備えたレーザダイオード駆動回路。
4. 送信用信号光を発するレーザダイオードと、
   バースト入力信号に応じて、前記レーザダイオードを駆動するドライバ回路と、
   このドライバ回路による、前記バースト入力信号に応じた前記レーザダイオードのパルス駆動電流を制御するパルス電流制御回路と、
   前記レーザダイオードのバイアス駆動電流を制御するバイアス電流制御回路と、
   前記バースト入力信号の平均値を検出し、マーク率に対応する値を出力する平均値検出回路と、
   光送信機周囲温度を検出して、出力する温度検出回路とを備えたバースト対応光送信器において、
   前記光送信器周囲温度に対応させて、前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とについて、それぞれ特性の異なるデータを複数のメモリに記憶し、
   前記平均値検出回路からのマーク率に対応して、前記複数のメモリの中から使用するメモリを選択し、
   前記光送信器周囲温度に応じて前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とを呼び出し、前記パルス駆動電流とバイアス駆動電流を調整して、前記レーザダイオードの光出力および消光比を一定に制御することを特徴とする、フィードフォワード型ＡＰＣによるレーザダイオード駆動方法。
5. 送信用信号光を発するレーザダイオードと、
   バースト入力信号に応じて、前記レーザダイオードを駆動するドライバ回路と、
   このドライバ回路による、前記バースト入力信号に応じた前記レーザダイオードのパルス駆動電流を制御するパルス電流制御回路と、
   前記バースト入力信号のバーストセルに同期したバーストセル長のセル同期信号が入力され、前記レーザダイオードのバイアス駆動電流のオン／オフを制御して、前記バースト入力信号の無い区間で発光しないようにバイアス駆動電流を制御するバイアス電流制御回路と、
   前記セル同期信号の平均値を検出し、マーク率に対応する値を出力する平均値検出回路と、
   光送信機周囲温度を検出して、出力する温度検出回路とを備えたバースト対応光送信器において、
   前記光送信器周囲温度に対応させて、前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とについて、それぞれ特性の異なるデータを複数のメモリに記憶し、
   前記平均値検出回路からのマーク率に対応して、前記複数のメモリの中から使用するメモリを選択し、
   前記光送信器周囲温度に応じて前記レーザダイオードのパルス駆動電流に対応する値とバイアス駆動電流に対応する値とを呼び出し、前記パルス駆動電流とバイアス駆動電流を調整して、前記レーザダイオードの光出力および消光比を一定に制御することを特徴とする、フィードフォワード型ＡＰＣによるレーザダイオード駆動方法。
6. 前記複数のメモリを構成する、第１メモリには、温度と駆動電流の傾きが急峻な特性を記憶させ、以降、第２メモリ、第３メモリの順で傾きが緩やかな特性を記憶させて、
   マーク率の大きさに応じて、前記第１メモリ、第２メモリ、第３メモリの順に選択することを特徴とする、請求項４または５記載のフィードフォワード型ＡＰＣによるレーザダイオード駆動方法。

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