JP6476659B2

JP6476659B2 - 信号再生回路および信号再生方法

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Publication number: JP6476659B2
Application number: JP2014174257A
Authority: JP
Inventors: 有紀人 ▲角▼田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2034-08-28
Also published as: JP2016051908A; US9680631B2; US20160065316A1

Description

本発明は、信号再生回路および信号再生方法に関する。

通信基幹向け装置やサーバ等の情報処理機器の性能向上に伴い、装置内外での信号送受信のデータレートを高くする必要がある。データ信号の送受信を行う通信システムでは、信号再生回路のデータ取り込み回路（フリップフロップ回路）が、送信されたデータ信号を、受信信号再生クロックに応じて取り込むことで信号再生を行う。受信信号再生クロックは、受信データ信号からＣＤＲ(Clock and Data Recovery)回路により再生したクロックを使用するのが一般的である。また、信号再生回路で発生されたクロックを受信データ信号の変化エッジの中間位相に追従するように位相調整することで、受信信号再生クロックを生成する場合もある。以下、ＣＤＲ回路により再生されたクロックを受信信号再生クロックとして使用する場合を例として説明するが、開示の技術はこれに限定されるものではない。

上記のように、信号再生回路では、データ取り込み回路（フリップフロップ回路）が、ＣＤＲ回路により再生した受信信号再生クロックに応じて、受信データ信号を取り込むことで信号再生を行う。受信信号再生クロックに応じて取り込むことで、位相方向のゆれ（Ｊｉｔｔｅｒ）が除去されるので、この動作をリタイム：Ｒｅｔｉｍｅするとも称する。リタイムでは、受信データ信号の変化エッジの中央、すなわち変化エッジに対して１８０度ずれた位相で立上る受信信号再生クロックによるサンプリング（取り込み）を行い、受信データが“０”であるか“１”であるかを確定する。

光通信システムでは、送信装置に設けられたレーザダイード（ＬＤ）が送信データ信号により直接変調されることにより、光信号が生成される。光信号は、光ケーブルを介して受信装置に送信され、受信装置の光検出器（ＰＤ）が光信号を電気信号である受信データ信号に変換する。受信装置の信号再生回路が、受信データ信号から受信信号再生クロック信号を再生し、再生した受信信号再生クロック信号に応じて受信データ信号をリタイムする。

ＬＤを直接変調することにより生成される光信号は、ＬＤの特性により、立上りと立下りが非対称である。具体的には、光信号は、送信データ信号が“０”から“１”に立上る場合の変化が、送信データ信号が“１”から“０”に立下る場合の変化より速い。言い換えれば、光信号の変化は、強度が低レベルから高レベルに変化する場合は速く、強度が高レベルから低レベルに変化する場合は遅い。そのため、受信データ信号も、“０”から“１”に立上る場合の変化が速く、“１”から“０”に立下る場合の変化が遅い。

しかし、上記のような光通信システムの信号再生回路においては、受信するデータにかかわらず、受信データ信号の変化エッジから１８０度ずれた位相で立上る受信信号再生クロックによりリタイムしていた。

特開２００６−２５３８０８号公報特開２００６−０４１８１８号公報

"25 Gbit/s transmission over 500 m multimode fiber using 750nm VCSEL with integrated mode filter", E. Haglund, et al., ELECTRONICS LETTERS 26th April 2012, Vol. 49, No.9

上記のように、受信データ信号の立上りと立下りが非対称であるにもかかわらず、受信データ信号の変化エッジから１８０度ずれた位相で立上る受信信号再生クロックによりリタイムしていた。そのため、受信信号再生クロックの変化エッジが受信データ信号の立上りと立下りに干渉し、受信データにエラーが発生する要因となっていた。

上記の例では、受信データ信号の立上りが速く、立下りが遅い場合を例として説明したが、逆に受信データ信号の立上りが遅く、立下りが速い場合にも同様の問題が発生する。

実施形態によれば、受信データ信号の変化特性に応じて適切なタイミングでリタイムを行うことにより、エラー発生を低減した信号再生回路が開示される。

第１の態様によれば、レーザ直接変調された光信号を受信して得られた受信波形に応じて、前記受信波形から再生した受信信号再生クロックの変化エッジと前記受信波形の位相関係を調整して調整済受信信号再生クロックを生成する位相調整回路と、前記受信波形のデータ値を、前記受信波形から前記調整済受信信号再生クロックの変化エッジに応じて取り込むデータ取り込み回路と、を備え、前記位相調整回路は、前記受信波形に応じて、前記受信波形の前記受信信号再生クロックに対する相対的な遅延量を調整するデータ遅延調整回路を有し、前記データ取り込み回路は、前記受信信号再生クロックの変化エッジに応じて、前記受信波形を取り込む信号再生回路が提供される。

第２の態様によれば、レーザ直接変調された光信号を受信して受信波形を生成し、前記受信波形に応じて、前記受信波形から再生した受信信号再生クロックの変化エッジと前記受信波形の位相関係を調整して調整済受信信号再生クロックを生成し、前記受信波形のデータ値を、前記受信波形から前記調整済受信信号再生クロックの変化エッジに応じて取り込む信号再生方法であって、前記調整済受信信号再生クロックの生成は、前記受信波形に応じて、前記受信波形の前記受信信号再生クロックに対する相対的な遅延量を調整して行い、前記受信波形のデータ値の取り込みは、前記受信信号再生クロックの変化エッジに応じて、前記受信波形を取り込む信号再生方法が提供される。

実施形態の信号再生回路および信号再生方法は、取り込もうとする受信データ信号のデータ値に応じて、受信信号再生クロックの変化エッジと受信データ信号の位相関係を適切に調整するので、エラー発生を低減できる。

図１は、光通信システムの構成例を示す図である。図２は、受信装置の各部の信号波形の例を示す図であり、（Ａ）が受信信号および再生クロックを、（Ｂ）が受信データ信号、受信信号再生クロック、および出力データの波形の例を示す。図３は、受信信号および受信データ信号が非対称な場合の信号波形の例を示す図であり、（Ａ）が受信信号および受信信号再生クロックを、（Ｂ）が受信データ信号および受信信号再生クロックの波形の例を示す。図４は、第１実施形態の受信装置の構成およびデータ取り込みタイミングを示す図であり、（Ａ）が構成を、（Ｂ）が調整された受信データ信号と受信信号再生クロックの位相を示す。図５は、第２実施形態の受信装置の構成を示す図である。図６は、受信信号再生クロックの受信データ信号に対する位相調整を示す図である。図７は、受信信号および調整済受信信号再生クロックの波形を示す図である。図８は、デューティコントローラの回路図である。図９は、図８のデューティコントローラの動作を示すタイムチャートであり、受信データ信号、受信信号再生クロック、加算信号および調整済受信信号再生クロックを示す図である。図１０は、第２実施形態の受信装置を、図１に示したＬＤ直接変調を行う光通信システムにおける受信装置として使用した場合の受信装置の各部の信号のシミュレーション結果を示す図である。図１１は、図１０と同様のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）は受信データ信号、受信信号再生クロック、および調整済受信の１回分の例を、（Ｂ）は複数回の変化例を重ねて示す。図１２は、１クロック分の受信データ信号、受信信号再生クロック、および調整済受信信号再生クロックの変化モデルを示す図である。図１３は、第３実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。図１４は、第３実施形態の受信装置における動作波形を、ジッタ分も考慮して示すタイムチャートである。図１５は、受信データ信号に含まれるジッタおよび雑音のモデルを示す図である。図１６は、第４実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。図１７は、第５実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。図１８は、第４実施形態のセレクタ４２および第５実施形態で使用されるセレクタの回路構成を示す図である。図１９は、第６実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。

実施形態を説明する前に、一般的な通信システムおよび信号再生回路について、光通信システムの場合を例として説明する。

図１は、光通信システムの構成例を示す図である。
図１を含めて、電気信号は単相であるものとして示す。しかし、実施形態は、単相の電気信号に限定されず、差動の電気信号でもよく、高速のデータレートの場合は差動の電気信号を利用することが望ましい。しかし、図示を容易にするために、構成を示すブロック図では単相の電気信号を利用する例を示し、具体的な回路を示す場合のみ差動の電気信号を利用する例を示す。

光通信システムは、送信装置１０と、受信装置２０と、送信装置１０から出力された光信号を受信装置２０に伝送する光ケーブル１５と、を有する。送信装置１０は、送信信号を生成する送信信号生成部１１と、送信信号により直接変調され送信信号に対応する光信号を光ケーブル１５に出力するレーザダイオード（ＬＤ）１２と、を有する。前述のように、直接変調されるＬＤ１２から出力される光信号は、立上りと立下りが非対称であり、光信号は、送信データ信号が“０”から“１”に立上る場合の変化が、送信データ信号が“１”から“０”に立下る場合の変化より速い。

受信装置２０は、フォトダイオード（ＰＤ）２１と、トランスインピーダンス・アンプ（ＴＩＡ）２２と、ＴＩＡ２２に付加される抵抗２３と、増幅回路２４と、クロックデータ再生（ＣＤＲ）回路２５と、取り込み回路（Ｄ−ＦＦ）２９と、を有する。ＰＤ２１は、光ケーブル１５から光信号を受け、光信号を電気信号に変換する。ＴＩＡ２２および抵抗２３は、ＰＤ２１を増幅し、受信データ信号を生成する。増幅回路２４は、ＴＩＡ２２で増幅された信号をさらに増幅し、後段の処理に適した安定した受信データ信号Ｄ_inを出力する。

ＣＤＲ(Clock Data Recovery)回路２５は、位相検出器(Phase detector)２６と、ループフィルタ(Loop Filter)２７と、電圧制御発振器(VCO:Voltage Control Oscillator)２８と、を有する。ＣＤＲ回路２５は、受信データ信号の変化から、受信データ信号に含まれるクロック、すなわち送信クロックを再生し、再生クロックClock_outとして出力すると共に、再生クロックに対して１８０度位相がずれた受信信号再生クロックCK_outを出力する。ＣＤＲ回路２５の構成および動作は広く知られているので、説明は省略する。

取り込み回路２９は、Ｄ型フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）であり、受信信号再生クロックCK_outの立上りのタイミングで、受信データ信号Ｄ_inのサンプリング（取り込み）を行い、すなわちリタイムを行い、受信データ信号が“０”であるか“１”であるかを確定する。取り込み回路２９は、確定した値を出力データＤ_outとして出力する。

図２は、受信装置の各部の信号波形の例を示す図であり、（Ａ）が受信信号および再生クロックClock_outを、（Ｂ）が受信データ信号Ｄ_in、受信信号再生クロックCK_out、および出力データＤ_outの波形の例を示す。

通常の電気信号の伝送システムでは、受信信号および受信データ信号Ｄ_inは、対称な信号である。光通信システムでも、ＣＤＲ回路２５および取り込み回路２９は、受信信号および受信データ信号Ｄ_inが対称な信号であるものとして形成されるのが一般的であり、図２でも、受信信号および受信データ信号Ｄ_inは、通常対称な信号として示している。

図２の（Ａ）で、受信信号の波形は、受信データ信号が“１”、“０”、“１”、“０”、“０”、“１”、“０”、“１”、“１”、“０”に変化する。受信信号再生クロックCK_outは、受信データ信号の変化エッジを０度（３６０度）とすると、１８０度の位相で立上るように生成される。

図２の（Ｂ）は、上記の位相関係をより詳細に示しており、受信データ信号Ｄ_inはジッタにより変化エッジが変動するが、受信信号再生クロックCK_outは、受信データ信号Ｄ_inの変化エッジの平均位相で立下る。したがって、受信信号再生クロックCK_outは、受信データ信号Ｄ_inの変化エッジから１８０度位相がずれた、受信データ信号Ｄ_inが安定した時、すなわちアイパターンがもっとも開いた状態で立上り、Ｄ_inの判定が行われる。言い換えれば、受信データ信号Ｄ_inは、受信信号再生クロックCK_outが立上る前後で高レベルまたは低レベルで安定していることが望ましく、十分に安定していないとエラーが発生する。

しかし、前述のように、ＬＤ直接変調を行う光通信システムでは、受信信号および受信データ信号Ｄ_inは、非対称な信号である。

図３は、受信信号および受信データ信号Ｄ_inが非対称な場合の信号波形の例を示す図であり、（Ａ）が受信信号および受信信号再生クロックCK_outを、（Ｂ）が受信データ信号Ｄ_inおよび受信信号再生クロックCK_outの波形の例を示す。

図３の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、受信信号（受信波形）および受信データ信号Ｄ_inは非対称な信号で、立上りが立下りより速い。そのため、受信データ信号Ｄ_inが“１”から“０”に変化する場合、受信データ信号Ｄ_inが“０”（低レベル）に変化する前に、受信信号再生クロックCK_outが立上る場合が生じる。また、受信データ信号Ｄ_inが“０”から“１”に変化する場合、受信データ信号Ｄ_inが“１”（高レベル）に変化した後、受信信号再生クロックCK_outが立上る前に、受信データ信号Ｄ_inが“０”への変化を開始する場合が生じる。このようなことが生じると、受信データにエラーが発生する可能性が高くなり、エラーレートが高くなる。

図３の（Ｂ）に示すように、ＬＤ直接変調を行う光通信システムでは、受信データ信号Ｄ_inは立上りと立下りが非対称な信号となり、“０”から“１”になる場合の最適タイミングと、“１”から“０”になる場合の最適タイミングが異なる。具体的には、最適タイミングは、“０”から“１”になる場合には１８０度の位相より早く、“１”から“０”になる場合には１８０度の位相より遅い。そのため、受信データ信号Ｄ_inの変化エッジから１８０度ずれたタイミングを、受信信号再生クロックCK_outの立上りに設定すると、すなわちサンプリングポイントに設定すると、受信データ信号Ｄ_inの立上りおよび立下りに干渉し、エラー発生の要因となる。

上記のＬＤ直接変調を行う光通信システムの例では、受信データ信号の立上りが速く、立下りが遅いが、信号が反転された場合や、他のシステムでは、逆に受信データ信号の立上りが遅く、立下りが速い場合も起こり、その場合にも同様の問題が発生する。

以下に説明する実施形態の信号再生回路は、受信データ信号の変化特性に応じて適切なタイミングでリタイムを行うことにより、エラー発生を低減する。

図４は、第１実施形態の受信装置の構成およびデータ取り込みタイミングを示す図であり、（Ａ）が構成を、（Ｂ）が調整された受信データ信号と受信信号再生クロックの位相を示す。第１実施形態の受信装置は、例えば、図１に示したＬＤ直接変調を行う光通信システムにおける受信装置として使用される。

第１実施形態の受信装置は、ＰＤ２１と、ＴＩＡ２２と、抵抗２３と、増幅回路２４と、ＣＤＲ回路２５と、取り込み回路（Ｄ−ＦＦ）２９と、位相調整回路３０と、を有する。ＣＤＲ回路２５は、位相検出器２６と、ループフィルタ２７と、ＶＣＯ２８と、を有する。このように、第１実施形態の受信装置２０は、図１の受信装置２０と類似の構成を有し、位相調整回路３０を設けたことが異なり、他の部分は同じである。

位相調整回路３０は、取り込み回路２９が取り込もうとする受信データ信号Ｄ_inのデータ値に応じて、受信信号再生クロックCK_outが最適なタイミングで立上るように、受信データ信号Ｄ_inと受信信号再生クロックCK_outの位相関係を調整する。位相調整回路３０は、受信データ信号Ｄ_inを調整済受信データ信号Ｄ2_inとして、位相調整した受信信号再生クロックCK_outを調整済受信信号再生クロックCK2_outとして、取り込み回路２９に出力する。

図４の（Ｂ）に示すように、受信データ信号Ｄ_inの変化は、データ値が“０”から“１”になる立上りの場合速く、“１”から“０”になる立下りの場合は遅い。そこで、受信データ信号Ｄ_inの変化エッジから１８０度ずれた位相で変化する受信信号再生クロックCK_outを、データ値が“１”になる立上りの場合は進め、データ値が“０”になる立下りの場合は遅らせるように位相調整回路で調整済受信データ信号Ｄ2_inと調整済受信信号再生クロックCK2_outの位相関係を調整する。これにより、調整済受信信号再生クロックCK2_outは、受信データ信号Ｄ2_inが安定した状態で、立上ることになり、受信データ信号Ｄ2_inの立上りおよび立下りに干渉しなくなり、エラー発生が低減される。

第１実施形態では、位相調整回路３０は、受信データ信号Ｄ_inと受信信号再生クロックCK_outの位相関係を調整するが、実際の回路を実現する場合には、一方のみを調整するようにすると、回路を簡単にできる。次に説明する第２実施形態では、受信信号再生クロックCK_outの位相を調整することにより、受信データ信号Ｄ_inと受信信号再生クロックCK_outの位相関係を調整する。

図５は、第２実施形態の受信装置の構成を示す図である。
第２実施形態の受信装置は、位相調整回路３０として、デューティコントローラ３１が設けられていることが第１実施形態と異なり、他は同じである。デューティコントローラ３１は、取り込み回路２９が取り込もうとする受信データ信号Ｄ_inのデータ値に応じて、受信信号再生クロックCK_outが最適なタイミングで立上るように、受信信号再生クロックCK_outの位相を調整する。デューティコントローラ３１は、位相調整した受信信号再生クロックCK_outを調整済受信信号再生クロックCK2_outとして、取り込み回路２９に出力する。したがって、調整済受信データ信号Ｄ2_inは、受信データ信号Ｄ_inのままである。

図６は、受信信号再生クロックCK_outの受信データ信号Ｄ_inに対する位相調整を示す図である。
図６に示すように、調整済受信信号再生クロックCK2_outは、受信信号再生クロックCK_outを、データ値が“１”になる立上りの場合は進め、データ値が“０”になる立下りの場合は遅らせることにより生成される。調整済受信信号再生クロックCK2_outは、受信データ信号Ｄ_inが安定した状態で、立上ることになり、受信データ信号Ｄ_inの立上りおよび立下りに干渉しなくなり、エラー発生が低減される。

図７は、受信信号および調整済受信信号再生クロックCK2_outの波形を示す図である。
図７は、図３に対応する。図７に示すように、受信信号（受信波形）が“１”に変化する時、CK2_outは１８０度（点線で示す）より早く立上り、 “０”に変化する時、CK2_outは１８０度より遅く立上る。

図８は、デューティコントローラ３１の回路図である。
前述のように、図示を容易にするため、これまで電気信号は単相であるものとして示したが、差動の電気信号を利用することが望ましく、図８は差動信号を対象とする回路図を示している。しかし、当業者には容易に理解できるように、図８の回路は、単相信号を対象とする回路図にすることも可能である。

デューティコントローラ３１は、共通の負荷抵抗Ｒ１およびＲ２と、トランジスタＴｒ１１とＴｒ１２の第１差動対と、Ｔｒ２１とＴｒ２２の第２差動対と、定電流源ＣＳ１およびＣＳ２と、リミットアンプ４０と、を有する。直列に接続された第１差動対およびＣＳ１と直列に接続された第２差動対およびＣＳ２は、並列に接続され、さらにＲ１およびＲ２と直列に電源ＶＤＤとＧＮＤの間に接続される。第１差動対には受信データ信号Ｄ_inが入力され、第２差動対には受信信号再生クロックCK_outが入力される。リミットアンプ４０は、２つの差動対とＲ１およびＲ２との接続ノードの電位差を増幅してCK2_outとして出力する。

図８の回路は、受信データ信号Ｄ_inと受信信号再生クロックCK_outのアナログ加算回路であり、広く知られた回路である。加算比は、第１差動対と第２差動対の駆動力の比で決定される。

図９は、図８のデューティコントローラ３１の動作を示すタイムチャートであり、受信データ信号Ｄ_in、受信信号再生クロックCK_out、Ｄ_inとCK_outの加算信号（Ｄ_in＋CK_out）および調整済受信信号再生クロックCK2_outを示す図である。

加算信号Ｄ_in＋CK_outは、図９に示すように変化し、リミットアンプ４０で閾値V_thと比較すると、比較結果であるCK2_outの立上りエッジは、Ｄ_in＝“１”の場合は進み、Ｄ_in＝“０”の場合は遅れる。このように、CK2_outは、CK_outのデューティが変化した信号となるので、図８の回路をデューティコントローラと称する。

図１０は、第２実施形態の受信装置を、図１に示したＬＤ直接変調を行う光通信システムにおける受信装置として使用した場合の受信装置の各部の信号のシミュレーション結果を示す図である。図１０では、受信データ信号Ｄ_in、受信信号再生クロックCK_out、加算信号Ｄ_in＋CK_out、および調整済受信信号再生クロックCK2_outが、示される。

図１０に示すように、取り込む受信データ信号Ｄ_inが“１”の時には、CK2_outのデューティ幅が広くなり、それに応じてCK2_outの立上りエッジのタイミングが早くなる。逆に、取り込む受信データ信号Ｄ_inが“０”の時には、CK2_outのデューティ幅が狭くなり、それに応じてCK2_outの立上りエッジのタイミングが遅くなる。

図１１は、図１０と同様のシミュレーション結果を示す図であり、（Ａ）は受信データ信号Ｄ_in、受信信号再生クロックCK_out、および調整済受信信号再生クロックCK2_outの１回分の例を、（Ｂ）は複数回の変化例を重ねて示す。

図１１の（Ａ）は、図１０と同じである。
図１１の（Ｂ）は、いわゆるアイパターンを示しており、アイパターンは、データ中心点（位相１８０度）付近でもっとも開くが、データ値に応じて、もっとも開く位置が１８０度より前または後になる。図１１の（Ｂ）に示すように、“１”をサンプリングする時には、アイパターンがもっとも開く位置は１８０度より早くなり、それに応じて受信信号再生クロックCK_outの立上りエッジは、１８０度より前に移動する。逆に、“０”をサンプリングする時には、アイパターンがもっとも開く位置は１８０度より遅くなり、それに応じて受信信号再生クロックCK_outの立上りエッジは、１８０度より後に移動する。

ここで、第２実施形態の受信装置を利用することによるエラーレートの改善の効果について考察する。
図１２は、１クロック分の受信データ信号Ｄ_in、受信信号再生クロックCK_out、および調整済受信信号再生クロックCK2_outの変化モデルを示す図である。

図１２に示すように、受信（送信）クロックの１周期を１ＵＩとする。図１に示した一般的な通信システムでは、受信信号再生クロックは、受信データ信号の変化エッジの中間点Ｘで立上るように設定されていた。受信データ信号のジッタをＤｊとし、受信データ信号が“０”から“１”に立上る時の時間にＤｊを加えた時間を立上り時間Ｔｒとし、受信データ信号が“１”から“０”に立下る時の時間にＤｊを加えた時間を立上り時間Ｔｆとする。

図１２に示すように、ジッタも考慮して、受信データ信号が“１”または“０”で安定する期間Ｏｐは、次の式で表される。
Ｏｐ＝ＵＩ−Ｄｊ−（Ｔｒ＋Ｔｆ）／２

図１２に示すように、受信データ信号が“１”である時の期間Ｏｐと、受信データ信号が“０”である時の期間Ｏｐの位置はずれている。第１および第２実施形態では、調整済受信信号再生クロックが、受信データ信号のデータ値に応じて、この期間Ｏｐに立上るように位相調整される。

図１に示した一般的な通信システムでは、受信信号再生クロックは、受信データ信号の変化エッジの中間点Ｘで立上るが、そのタイミングは期間Ｏｐでない。具体的には、受信データ信号が“０”に変化する場合には、期間Ｏｐの前に受信信号再生クロックが立上り、受信データ信号が“１”に変化する場合には、期間Ｏｐの後に受信信号再生クロックが立上る。例えば、立下り時に（“０”に変化する時に）、調整していない受信信号再生クロックが立上る場合の干渉量Ａを、受信信号再生クロックが立上った後“０”になるまでの期間のＴｆに対する比で表すと、次のように表される。

Ａ＝（Ｔｆ＋Ｄｊ−ＵＩ）／Ｔｆ
Ａが負の時には、干渉ゼロである。

例えば、２５Ｇｂ／ｓ（１ＵＩ＝４０ｐｓ）の受信信号で、基本的な２５Ｇｂ／ｓ相当のＶＣＳＥＬ（２０％−８０％のＴｒおよびＴｆがそれぞれ１４ｐｓ、２２ｐｓで、Ｄｊが６ｐｓ）を考える。この場合、０％−１００％のＴｒおよびＴｆが２３．３ｐｓおよび３６．７ｐｓとなり、Ｏｐ＝１０ｐｓで、再生クロックのジッタに比べて十分に大きく、Ａ＝０．０７４となる。そのため、ＶＣＳＥＬの波形ペナルティ１０ｌｏｇ（１／（１−０．０７４）））＝０．３３ｄＢとなる。これが、受信データ信号の変化エッジの中間点Ｘで立上る場合のエラーによる劣化に相当する。

上記のように、第１および第２実施形態では、調整済受信信号再生クロックが、受信データ信号のデータ値に応じて、この期間Ｏｐに立上るように位相調整されるため、ペナルティはゼロであり、エラーレートが０．３３ｄＢ改善される。

第２実施形態では、受信データ信号のデータ値に応じて、調整済受信信号再生クロックの立上りのタイミングが異なるため、取り込み回路２９から出力される出力データＤ_outの位相が変動する。言い換えれば、出力データＤ_outのデューティが変化し、後段の回路動作を制約する。次に説明する第３実施形態では、デューティが一定の出力データが出力される。

図１３は、第３実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。
第３実施形態の受信装置の信号再生回路は、再調整回路（Ｄ−ＦＦＳ）３２が設けられていることが第２実施形態における信号再生回路と異なり、他は同じである。

再調整回路（Ｄ−ＦＦＳ）３２は、Ｄ型フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）であり、ＶＣＯ２８からの再リタイムクロックCK3_outの立上りのタイミングで、取り込み回路２９の出力する出力データＤ_outをラッチする（取り込む）。受信データ信号Ｄ_inは、取り込み回路２９で確定された後であり、再リタイムクロックCK3_outで適切に取り込むことができ、これによりデューティが一定の調整出力データＤ2_outが出力される。

図１４は、第３実施形態の受信装置における動作波形を、ジッタ分も考慮して示すタイムチャートである。
図１４において、Ｄ_in、CK_out、Ｄ_in＋CK_out、CK2_outは、ジッタ分が付加されている点を除けば、図９と同じである。出力データＤ_outは、CK2_outにジッタがあるため、ジッタを有する。CK3_outはジッタのないクロックであり、再調整回路（Ｄ−ＦＦＳ）３２がCK3_outに応じてリタイムすることで、調整出力データＤ2_outはジッタの無い信号となる。

図１５は、受信データ信号に含まれるジッタおよび雑音のモデルを示す図である。
図１４および図１５を参照して、第３実施形態の信号再生回路におけるジッタおよび雑音の除去について説明する。

図１５において、Ｎｓは、受信データ信号の信号レベルの雑音を示す。Ｒｊは、信号の立上りおよび立下りの雑音によるゆれであるランダム・ジッタを示す。Ｄｊは、前述のように立上りおよび立下りの信号パターンによるタイミング差であるパターン・ジッタを示す。図示していないが、デューティのずれをＤｃで表す。

前述のように第２および第３実施形態では、受信データ信号Ｄ_inをリタイムする際、受信データ信号Ｄ_inと受信信号再生クロックCK_outを加算して生成した調整済受信信号再生クロックCK2_outを利用する。このように、受信データ信号Ｄ_inを加算するため、調整済受信信号再生クロックCK2_outには、受信データ信号のパターン・ジッタＤｊおよびランダム・ジッタＲｊが重畳されるが、“１”の場合にはタイミングを早め、“０”の場合にはタイミングを遅くできる。

調整済受信信号再生クロックCK2_outにより再生された出力データＤ_outは、雑音成分Ｎｓは除去されているが、調整済受信信号再生クロックCK2_outに重畳されたパターン・ジッタＤｊおよびランダム・ジッタＲｊと、タイミング調整に起因するデューティずれＤｃの影響を受けている。

再リタイムクロックCK3_outは、ジッタが無く、デューティ調整が行われていないクロックである。したがって、CK3_outで再度リタイムすることで、出力データＤ_out上に発生していたパターン・ジッタＤｊ、ランダム・ジッタＲｊおよびデューティずれＤｃを除去した調整出力データＤ2_outが得られる。

第２および第３実施形態では、デューティコントローラ３１が、受信データ信号の受信するデータ値に応じて受信信号再生クロックCK_outの位相を調整して調整済受信信号再生クロックCK_outを生成したが、他の方法で受信信号再生クロックCK_outの位相を調整してもよい。次に説明する第４実施形態では、他の方法で受信信号再生クロックCK_outの位相を調整する。

図１６は、第４実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。
第４実施形態の信号再生回路は、デューティコントローラ３１の代わりに、遅延Ａ４１Ａ、遅延Ｂ４１Ｂおよびセレクタ４２を設けたことが第２実施形態と異なり、他は同じである。

遅延Ａ４１Ａは、受信信号再生クロックCK_outを遅延量Ａ分遅延して第１遅延受信信号再生クロックを出力する。遅延Ｂ４１Ｂは、受信信号再生クロックCK_outを、遅延量Ａより大きな遅延量分Ｂ遅延して第２遅延受信信号再生クロックを出力する。遅延量Ａと遅延量Ｂの差は、例えば、図６に示した“１”サンプル時と“０”サンプル時の時間差である。遅延Ａ４１Ａおよび遅延Ｂ４１Ｂは、信号線で実現され、信号線の長さの差が、遅延量Ａと遅延量Ｂの差に相当するように設定される。

セレクタ４２は、受信データ信号Ｄ_inのデータ値に応じて、遅延Ａ４１Ａおよび遅延Ｂ４１Ｂの出力する第１遅延受信信号再生クロックと第２遅延受信信号再生クロックの何れかを選択して調整済受信信号再生クロックCK2_outとして出力する。具体的には、受信しようとする受信データ信号Ｄ_inのデータ値が“１”の時には第１遅延受信信号再生クロックを選択し、“０” の時には第２遅延受信信号再生クロックを選択する。セレクタ４２の回路構成については後述する。

第４実施形態の信号再生回路は、回路構成が第２実施形態と異なるが、第２実施形態と同様の効果が得られる。なお、第４実施形態の信号再生回路は、第３実施形態の信号再生回路のように、再調整回路（Ｄ−ＦＦＳ）３２を設けてもよい。

第２から第４実施形態では、位相調整回路として、受信データ信号の受信するデータ値に応じて受信信号再生クロックCK_outの位相を調整する回路を設けたが、受信データ信号Ｄ_inの位相を調整することも可能である。次に説明する第５実施形態では、受信信号再生クロックCK_outの位相を調整せずに、受信データ信号Ｄ_inの位相を調整して、Ｄ_inとCK_outの位相を調整する。

図１７は、第５実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。
第５実施形態の信号再生回路は、位相調整回路３０として、遅延Ｃ５１Ｃ、遅延Ｄ５１Ｄおよびセレクタ５２を設けたことが第１実施形態と異なり、他は同じである。

遅延Ｃ５１Ａは、受信データ信号Ｄ_inを遅延量Ｃ分遅延して第１遅延受信データ信号を出力する。遅延Ｄ５１Ｄは、受信データ信号Ｄ_inを、遅延量Ｃより小さな遅延量Ｄ分遅延して第２遅延受信データ信号を出力する。遅延量Ｃと遅延量Ｄの差は、例えば、図６に示した“１”サンプル時と“０”サンプル時の時間差である。遅延Ｃ５１Ｃおよび遅延Ｄ５１Ｄは、信号線で実現され、信号線の長さの差が、遅延量Ｃと遅延量Ｄの差に相当するように設定される。

セレクタ５２は、受信データ信号Ｄ_inのデータ値に応じて、遅延Ｃ５１Ｃおよび遅延Ｄ５１Ｄの出力する第１遅延受信データ信号と第２遅延受信データ信号の何れかを選択して調整済受信データ信号Ｄ2_inとして出力する。具体的には、受信しようとする受信データ信号Ｄ_inのデータ値が“１”の時には第１遅延受信データ信号を選択し、“０”の時には第２遅延受信データ信号を選択する。セレクタ５２の回路構成については後述する。

第５実施形態の信号再生回路は、回路構成が第２および第４実施形態と異なるが、第２および第４実施形態と同様の効果が得られる。なお、第５実施形態の信号再生回路は、第３実施形態の信号再生回路のように、再調整回路（Ｄ−ＦＦＳ）３２を設けてもよい。

図１８は、第４実施形態のセレクタ４２および第５実施形態のセレクタ５２として使用されるセレクタの回路構成を示す図である。
前述のように、図示を容易にするため、これまで図８以外の図は電気信号は単相であるものとして示したが、差動の電気信号を利用することが望ましく、図１８は差動信号を対象とする回路図を示している。しかし、当業者には容易に理解できるように、図１８の回路は、単相信号を対象とする回路図にすることも可能である。

セレクタは、共通の負荷抵抗Ｒ３およびＲ４と、トランジスタＴｒ３１とＴｒ３２の第３差動対と、Ｔｒ４１とＴｒ４２の第４差動対と、トランジスタＴｒ５１とＴｒ５２の第５差動対と、定電流源ＣＳ３と、を有する。直列に接続された第３差動対および第５差動対のＴｒ５１と、直列に接続された第４差動対および第５差動対のＴｒ５２は、並列に接続され、さらにＲ３およびＲ４と、ＣＳ３と直列に電源ＶＤＤとＧＮＤの間に接続される。第３差動対には遅延Ａ４１Ａまたは遅延Ｃ５１Ｃの出力が遅延１として入力され、第４差動対には遅延Ｂ４１Ｂまたは遅延Ｄ５１Ｄの出力が遅延２として入力され、第５差動対にはＤ_inがセレクト(Select)信号として入力される。第３および第４差動対とＲ３およびＲ４との接続ノードから、CK2_outまたはＤ2_inが遅延出力として出力される。

図１８の回路は、遅延１と遅延２を、セレクト信号にしたがって選択して出力するアナログ選択回路である。セレクタの詳しい動作説明は省略する。

図１９は、第６実施形態の受信装置の信号再生回路の構成を示す図である。
第６実施形態の信号再生回路は、温度モニタ６０が付加されていることが第２実施形態と異なり、他は同じである。

送信装置１０のＬＤ１２の緩和振動に起因するピーキング(peaking)や、図１２に示した立上り時間Ｔｒと立下り時間Ｔｆのミスマッチは、温度などに依存する。そのため、温度変化に応じて、“１”レベルと“０”レベルのリタイムの最適タイミングも変化する。

第６実施形態では、デューティコントローラ３１は、受信データ信号Ｄ_inと受信信号再生クロックCK_outの加算比によって、調整済受信信号再生クロックCK2_outのクロックデューティ、すなわちリタイムのタイミングを進める量、遅らせる量を調整できる。そのため、温度をモニタし、モニタした温度に応じてデューティコントローラ３１における加算比を調整すると、ＬＤ１２の温度依存性に起因する変動を補償できる。

第６実施形態は、送信装置１０と受信装置２０を近接して設け、受信装置２０に設けた温度モニタ６０が検出した温度で送信装置１０のＬＤ１２の温度が予測できる構成に適用できる。また、温度モニタ６０を送信装置１０のＬＤ１２の近傍に設け、温度モニタ６０の検出した温度情報を、送信装置１０から受信装置２０への送信信号に含めて送信し、デューティコントローラ３１に温度情報を供給する構成にして適用してもよい。

また、トレーニングモードを初期化時や随時行うようにして、エラーレートを測定し、エラーレートが最小になるように、すなわち最適条件になるようにデューティコントローラ３１での遅延量を調整してもよい。

第６実施形態の温度モニタを設ける構成は、第３から第５実施形態にも適用できる。

以上、実施形態について説明したが、各種の変形例が可能であるのはいうまでもない。実施形態では、取り込む受信データ信号のデータ値に応じて受信信号再生クロックおよび／または受信データ信号の位相を調整する。そのため、取り込む受信データ信号のデータ値が、そのデータ値の取り込みに関係する受信信号再生クロックおよび／または受信データ信号の位相調整に反映されることが求められる。そこで、例えば、図５で、ＶＣＯ２８とデューティコントローラ３１の間のCK_outの経路、および取り込み回路に入力するＤ_inの経路に、遅延回路を設けて、取り込む受信データ信号のデータ値が十分に反映されるようにしてもよい。この場合、第３実施形態のように、再調整回路を設けることが望ましい。これらのことは、第４から第６実施形態でも同様である。

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
［付記１］
受信データ信号を受信信号再生クロックの変化エッジに応じて取り込むデータ取り込み回路と、
前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号のデータ値に応じて、前記受信信号再生クロックの変化エッジと前記受信データ信号の位相関係を調整する位相調整回路と、を備えることを特徴とする信号再生回路。
［付記２］
前記位相調整回路は、前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号のデータ値に応じて、前記受信信号再生クロックの変化エッジの位相を調整して調整済受信信号再生クロックを生成するクロック位相調整回路を有し、
前記データ取り込み回路は、前記調整済受信信号再生クロックの前記変化エッジに応じて前記受信データ信号を取り込む付記１に記載の信号再生回路。
［付記３］
前記受信データ信号は、レーザ直接変調の光信号を受信した信号であり、
前記クロック位相調整回路は、前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号が“１”レベルの時に、前記受信信号再生クロックの変化エッジを早くし、“０”レベルの時に、前記受信信号再生クロックの変化エッジを遅くするように調整する付記２に記載の信号再生回路。
［付記４］
前記クロック位相調整回路は、前記受信信号再生クロックと前記受信データ信号の加算回路である付記２または３に記載の信号再生回路。
［付記５］
前記クロック位相調整回路は、前記加算回路の出力の強度範囲を制限して増幅するリミット増幅回路を備える付記４に記載の信号再生回路。
［付記６］
前記クロック位相調整回路は、
前記受信信号再生クロックを第１遅延量遅延する第１遅延回路と、
前記受信信号再生クロックを前記第１遅延量と異なる第２遅延量遅延する第２遅延回路と、
前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号のデータ値に応じて、前記第１遅延回路の出力と前記第２遅延回路の出力の一方を遅延する選択回路と、を備える付記２または３に記載の信号再生回路。
［付記７］
前記データ取り込み回路の出力を、前記受信信号再生クロックと逆相のクロックに応じて取り込むりタイミング回路を備える付記２から６のいずれか１項に記載の信号再生回路。
［付記８］
前記位相調整回路は、前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号のデータ値に応じて、前記受信データ信号の遅延量を調整するデータ遅延調整回路を有し、
前記データ取り込み回路は、前記受信信号再生クロックの前記変化エッジに応じて、前記データ遅延調整回路で遅延量が調整された前記受信データ信号を取り込む付記１に記載の信号再生回路。
［付記９］
前記受信データ信号は、レーザ直接変調の光信号を受信した信号であり、
前記データ遅延調整回路は、前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号が“１”レベルの時に、“０”レベルの時より前記受信データ信号を遅らせる付記８に記載の信号再生回路。
［付記１０］
前記データ遅延調整回路は、
前記受信データ信号を第１遅延量遅延する第１遅延回路と、
前記受信信号再生クロックを前記第１遅延量と異なる第２遅延量遅延する第２遅延回路と、
前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号のデータ値に応じて、前記第１遅延回路の出力と前記第２遅延回路の出力の一方を遅延する選択回路と、を備える付記８または９に記載の信号再生回路。
［付記１１］
受信データ信号から、受信信号再生クロックを再生するクロック再生回路を備える付記１から１０のいずれか１項に記載の信号再生回路。
［付記１２］
レーザ直接変調された光信号を受信して受信データ信号を生成し、
取り込もうとする前記受信データ信号のデータ値に応じて、受信信号再生クロックの変化エッジと前記受信データ信号の位相関係を調整し、
前記受信信号再生クロックの変化エッジに応じて前記受信データ信号を取り込む、ことを特徴とする信号再生方法。
［付記１３］
レーザ直接変調により送信データ信号に応じた光信号を生成して出力する送信回路と、
前記光信号を伝送する伝送経路と、
前記伝送経路から前記光信号を受信し、前記送信データ信号に対応する受信データを再生する信号再生回路と、を備え、
前記信号再生回路は、
前記伝送経路から受信した前記光信号から受信データ信号を生成する受信部と、
前記受信データ信号を受信信号再生クロックの変化エッジに応じて取り込むデータ取り込み回路と、
前記データ取り込み回路が取り込もうとする前記受信データ信号のデータ値に応じて、前記受信信号再生クロックの変化エッジと前記受信データ信号の位相関係を調整する位相調整回路と、を備えることを特徴とする光通信システム。
［付記１４］
前記信号再生回路は、前記送信回路におけるレーザ直接変調に係る部分の温度情報を保持する温度モニタを備え、
前記位相調整回路は、前記温度情報に応じて、位相調整量を変化させる付記１３に記載の光通信システム。

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

１０送信装置
１２ＬＤ
２０受信装置
２１フォトダイオード（ＰＤ）
２５ＣＤＲ回路
２９取り込み回路（Ｄ−ＦＦ）
３０位相調整回路
３１デューティコントローラ
３２再調整回路（Ｄ−ＦＦＳ）
４１Ａ、４１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ遅延
４２、５２セレクタ

Claims

レーザ直接変調された光信号を受信して得られた受信波形に応じて、前記受信波形から再生した受信信号再生クロックの変化エッジと前記受信波形の位相関係を調整して調整済受信信号再生クロックを生成する位相調整回路と、
前記受信波形のデータ値を、前記受信波形から前記調整済受信信号再生クロックの変化エッジに応じて取り込むデータ取り込み回路と、を備え、
前記位相調整回路は、前記受信波形に応じて、前記受信波形の前記受信信号再生クロックに対する相対的な遅延量を調整するデータ遅延調整回路を有し、
前記データ取り込み回路は、前記受信信号再生クロックの変化エッジに応じて、前記受信波形を取り込む、ことを特徴とする信号再生回路。
前記位相調整回路は、前記受信波形が“１”に変化するとき、前記受信信号再生クロックの相対的な変化エッジを早くし、“０”に変化するとき、前記受信信号再生クロックの相対的な変化エッジを遅くするように調整して前記調整済受信信号再生クロックを生成する請求項１に記載の信号再生回路。
前記位相調整回路は、
前記受信信号再生クロックを第１遅延量遅延する第１遅延回路と、
前記受信信号再生クロックを前記第１遅延量と異なる第２遅延量遅延する第２遅延回路と、
前記受信波形に応じて、前記第１遅延回路の出力と前記第２遅延回路の出力の一方を選択する第１選択回路と、を備える請求項１または２に記載の信号再生回路。
前記データ取り込み回路の出力を、前記受信信号再生クロックと逆相のクロックに応じて取り込むリタイミング回路を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の信号再生回路。
前記データ遅延調整回路は、
前記受信波形を第３遅延量遅延する第３遅延回路と、
前記受信波形を前記第３遅延量と異なる第４遅延量遅延する第４遅延回路と、
前記受信波形に応じて、前記第３遅延回路の出力と前記第４遅延回路の出力の一方を選択する第２選択回路と、を備える請求項１から４のいずれか１項に記載の信号再生回路。
レーザ直接変調された光信号を受信して受信波形を生成し、
前記受信波形に応じて、前記受信波形から再生した受信信号再生クロックの変化エッジと前記受信波形の位相関係を調整して調整済受信信号再生クロックを生成し、
前記受信波形のデータ値を、前記受信波形から前記調整済受信信号再生クロックの変化エッジに応じて取り込む信号再生方法であって、
前記調整済受信信号再生クロックの生成は、前記受信波形に応じて、前記受信波形の前記受信信号再生クロックに対する相対的な遅延量を調整して行い、
前記受信波形のデータ値の取り込みは、前記受信信号再生クロックの変化エッジに応じて、前記受信波形を取り込む、ことを特徴とする信号再生方法。
前記調整済受信信号再生クロックの生成は、前記受信波形が“１”に変化するとき、前記受信信号再生クロックの相対的な変化エッジを早くし、“０”に変化するとき、前記受信信号再生クロックの相対的な変化エッジを遅くするように調整して前記調整済受信信号再生クロックを生成する請求項６に記載の信号再生方法。