KR100261233B1 - 광송신모듈의 광원 구동 드라이브 - Google Patents

Abstract

광송신모듈의 광원 구동 드라이브가 개시된다. 광원구동드라이브는 광원과, 광원에서 출사되는 광의 일부를 검출하여 전기적 신호로 변환하도록 된 광검출기와, 광검출기로부터 출력되는 전류량에 대한 피크전류를 전압신호로 변환하는 피크 검출기와, 피크 검출기의 전압신호와 설정된 기준전압과의 차이를 비교하여 그 차이에 대응하는 전류신호를 생성하는 피크비교기와, 피크비교기의 전류신호에 따라 광원에 공급될 구동전류를 결정하여 그 입력단에 입력되는 온/오프 모듈레이션 제어신호에 의해 결정된 상기 구동전류가 광원을 통해 흐르도록 제어하여 상기 광원이 주위온도변화에도 그 광출력 온/오프 파우어의 가변범위가 일정하게 유지되도록 제어하는 광변조 제어부를 포함한다. 이러한 광원구동 드라이브에 의하면, 주위온도변화에 관계없이 정보표현비트에 대응한 광파우어의 변조폭이 일정하게 유지되어 출력될 수 있어 광신호 출력특성이 변하지 않는 사용가능 온도범위가 확장된다.

Description

광송신모듈의 광원 구동 드라이브

본 발명은 광송신모듈의 광원 구동 드라이브에 관한 것으로서, 상세하게는 주위 온도변화에 따른 광원의 광출력특성변동을 고려하여 로직신호 0과 1에 대응하여 광원에서 출사되는 광파우어의 가변범위가 일정하게 유지되도록 전력공급을 제어하여 광신호의 감도저하를 억제할 수 있는 광송신모듈의 광원 구동 드라이브에 관한 것이다.

광송신모듈은 광대역통신망의 가입자 단말기 시스템 및 광케이블 TV시스템 등에 폭넓게 적용되는 것으로서, 1.3㎛의 파장을 갖는 광신호를 전송하고, 동화상 전송을 포함한 광대역 광통신 서비스에 적합하도록 통상적으로 초당 155메가바이트의 전송속도를 갖는다.

이러한 광송신 모듈은 입력된 전기적 신호를 광신호로 변환하고, 이 광신호를 광섬유를 통해서 전송하는 기능을 가지는 부품이다. 일반적으로, 광송신모듈은 광원으로 사용되는 레이저 다이오드와, 그 레이저 다이오드의 전면으로부터 나오는 광신호를 전송하는 광섬유와, 레이저 다이오드의 후면으로부터 나오는 빛의 세기를 검출하는 포토다이오드로 이루어진다.

한편, 광원으로 사용되는 레이저 다이오드는 주위온도 변화에 따라 공급전류에 대한 그 광출력 파우어가 변동된다. 광송신모듈은 -45도 내지 85도 범위에서 그 광신호의 로직레벨에 대응하는 광출력 특성이 변하지 않을 것을 요구하고 있는데 반해, 레이저 다이오드가 주위온도 변화에 따른 광출력 파우어가 심하게 변동하기 때문에 이를 보상하기 위한 다양한 방법이 제안되어 왔다. 펠티어소자(peltier)와 써미스터(thermistor)를 이용하여 주위온도변화를 감시하면서 강제적 냉각장치에 의해 레이저 다이오드 자체 온도는 일정하게 유지되도록 하는 전통적인 온도보상방식은 그 구성이 복잡할 뿐만아니라, 가격면에서도 제작비용이 많이 드는 단점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위한 일환으로, 최근에는 레이저 다이오드의 광파우어가 주위 온도변화에도 일정하게 그 출력이 유지되도록 레이저 다이오드에서 출력되는 광의 일부를 검출하여 피드백제어에 이용하는 자동출력제어회로(automatic power control)가 적용되고 있다. 그러나, 상기 자동출력제어회로는 그 출력파우어에 대해서 로직신호 0과 1의 경계레벨에 해당하는 평균파우어가 일정하게 유지되도록 만 레이저 다이오드의 공급전류를 제어하도록 되어 있어, 상기 평균 출력파우어를 기준으로 로직신호 0과 1에 대응하는 광파우어의 폭이 온도 상승에 따라 좁아져 수신되는 광신호의 로직분별에 어려움을 야기시키는 문제점을 안고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 온도변화에 대하여 로직신호 0과 1에 대응하는 광출력파우어의 가변범위가 일정하게 유지되도록 광원의 출력을 제어할 수 있는 광송신모듈의 광원 구동 드라이브를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광송신모듈의 광원 구동 드라이브를 나타내 보인 회로도이고,

도 2는 도 1의 광원 구동드라이브에 의한 광원구동특성을 설명하기 위해 일반적인 레이저 다이오드의 공급전류에 대한 광출력특성을 주위온도에 따라 나타내 보인 그래프이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

11: 레이저 다이오드 12: 광검출기

13, 14, 25, 35, 36: 저항소자 15: 주전원

20: 기준광량 생성제어부 21: 기준전압

22: 비교기 23, 31: 정전류 싱크원

24: 보조전원 30: 광변조 제어부

32: 차동증폭소자 40: 피크검출기

41: 다이오드 42: 커패시터

50: 피크 비교기

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광송신모듈의 광원 구동 드라이브는 광원과; 상기 광원의 광출력 정보를 알기 위해 상기 광원에서 출사되는 광의 일부를 입사받아 전기적 신호로 변환하도록 된 광검출기와; 상기 광검출기에서 입사되는 광량에 대응하여 출력되는 전류량에 대한 피크전류를 전압신호로 변환하는 피크 검출기와; 상기 피크 검출기의 전압신호와 설정된 기준전압과의 차이를 비교하여 그 차이에 대응하는 전류신호를 생성하는 피크비교기와; 상기 피크비교기의 전류신호에 따라 상기 광원에 공급될 구동전류를 결정하여 그 입력단에 입력되는 온/오프 스위칭 제어신호에 의해 상기 구동전류가 상기 광원을 통해 흐르도록 제어하여 상기 광원이 주위온도변화에도 그 광출력 온/오프 파우어의 가변범위가 일정하게 유지되도록 제어하는 광변조제어부;를 구비한다.

바람직하게는 상기 광변조 제어부는 피크 비교기에서 출력되는 전류신호의 변동성분을 그 제어신호로 이용하여 상기 광원을 거쳐 그 내부로 유입되어야할 전류량을 조정하도록 된 정전류 싱크원과; 모듈레이션 제어신호를 입력받아 상기 정전류싱크원에서 결정된 정전류가 상기 광원을 거쳐 상기 정전류 싱크원으로 유입되도록 하는 차동증폭소자를 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광송신모듈용 광원 구동 드라이브를 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 광송신모듈용 광원 구동 드라이브를 나타내 보인 회로도이다.

먼저, 본 발명에 따른 광원 구동드라이브는 송신하고자 하는 광정보에 대응하는 모듈레이션 제어신호에 관계없이 설정된 광량이 일정하게 출력되도록 광원으로 적용된 레이저 다이오드(11)에 유입될 전류량을 제어하는 기준광량생성제어부(20)와, 모듈레이션 제어신호에 따라 상기 기준광량생성제어부(20)에 의해 레이저 다이오드(11)가 생성하는 광량에 소정량의 광량이 가감 또는 가산되어 출력될 수 있도록 레이저 다이오드(11)에 유입될 전류량을 제어하는 광변조제어부(30)를 갖는다.

상기 기준광량생성 제어부(20)와 광변조 제어부(30) 각각은 주위 온도변화와 관계없이 설정된 로직신호 1과 0에 대응하는 광량이 레이저 다이오드(11)에서 출사될 수 있도록 온도 변화에 따른 레이저 다이오드(11)로의 공급전류를 보상하기 위해 레이저 다이오드(11)에서 출력되는 광의 일부를 검출할 수 있도록 된 광검출기(12)의 출력신호를 이용한다.

기준광량 생성 제어부(20)는 광검출기(12)에서 출력되는 전류량에 의한 전압강하가 발생되도록 광검출기(12)와 직렬연결된 두 개의 저항소자(13)(14)중 그 하나의 전압 전압강하레벨신호를 기준전압신호(21)와 비교하여 그 차에 대응하는 전류신호(ib)를 생성하도록 된 비교기(22)와, 비교기(22)에서 출력되는 전류신호(ib)의 변동성분을 그 제어신호로 이용하여 레이저 다이오드(11)를 거쳐 유입될 기준전류량을 조정하도록 된 정전류 싱크원(23)을 갖는다.

실질적으로 정전류 싱크원(23)의 제어신호가 되는 전류신호(ic)는 온도변화에 따른 레이저다이오드(11)의 광출력변동정보를 제공하도록 된 비교기(22)의 출력전류(ib)외에 상기 비교기(22)의 비교기준이 되는 온도에서의 정전류싱크원(23)으로 유입될 전류량을 결정짓도록 별도의 보조전원(24)으로부터 저항소자(25)를 거쳐 유입되는 직류전류(ia)가 중첩된 신호이다.

따라서, 기준광량 생성제어부(20)의 동작만을 보면 보조전원(24)과 저항소자(25)에 의해 결정된 직류전류량(ia)에 의해 결정된 정전류 싱크원(23)의 유입전류량에 따라 주전원(15)으로부터 레이저 다이오드(11)로의 유입전류가 결정되고, 그에 대응하여 레이저 다이오드(11)로부터 광이 출사된다. 이때 주위온도가 변하게 되면 레이저 다이오드(11)에서 출사되는 광량이 변동되게 되고, 이 변동정보에 대응하여 광검출기(12)로부터 비교기(22)의 출력단으로 이어지는 변동전류신호(ib)가 정전류 싱크원(23)을 제어하여 레이저다이오드(11)의 출력파우어가 일정하게 유지되도록 레이저 다이오드(11)로의 유입전류가 결정된다. 결과적으로 주위 온도변화에 관계없이 기준광량 생성제어부(20)에 의해 결정된 광출사량은 일정하게 유지된다.

한편, 상기 기준광량 생성제어부(20)에 의해 결정된 광량을 기준광량으로하여 송신정보에 대응하여 외부로부터 입력되는 모듈레이션 제어신호에 따라 레이저 다이오드(11)에서 상기 기준광량에 로직신호 0과 1에 대응하는 광량이 가산 될 수 있도록 레이저 다이오드(11)에 공급될 전류를 결정할 수 있도록 된 것이 광변조 제어부(30)이다.

기준광량 생성제어부(20)에서 출력되는 기준광량을 로직신호 0과 1에 대응하는 광량의 중간레벨로 결정하고 그에 따라 회로를 구성하여도 되고, 상기 기준광량을 로직신호 0으로 하고, 1에 대해서는 1에 상응하여 결정된 광량과 상기 기준광량의 차이만큼에 해당하는 전류량이 더 레이저 다이오드(11)에서 공급될 수 있도록 구성해도 된다.

도시된 예에서는 광변조제어부(30)가 제어신호에 따라 유입할 정전류량을 결정할 수 있도록 된 정전류 싱크원(31)과, 외부로부터의 모듈레이션 제어신호를 입력받아 상기 정전류싱크원(31)에서 결정된 정전류가 레이저 다이오드(11)를 거쳐 정전류 싱크원(31)으로 유입되도록 접속된 차동증폭소자(32)를 갖고 있다.

정전류 싱크원(31)의 제어신호가 되는 전류량(ig)은 보조전원(24)으로부터 저항소자(35)를 통해 유입되는 직류전류(ie)와 광검출기(12)에서 출력되는 피크전류를 검출하는 피크검출기(40)의 출력전압신호를 설정된 기준전압과 비교하여 그 차에 대응하는 전류를 출려하는 피크비교기(50)의 출력전류(if)가 중첩된 것이다.

피크 검출기(40)는 광검출기(12)와 직렬연결된 저항소자(13)(14)의 전압강하레벨신호를 일방향으로 입력받을 수 있도록 저항소자(13)와 광검출기(12)의 연결단에 그 일단이 접속된 다이오드(41) 및 다이오드(41)의 타단과 연결된 커패시터(42)로 되어 있고, 커패시터(42)의 충전전압신호가 피크 전류에 대응하는 전압신호로서 피크 비교기(50)에 출력하도록 되어 있다.

따라서, 광변조제어부(30)는 보조전원(24)과 저항소자(35)에 의해 결정된 직류전류량(ie)에 온도 보상용 피크비교기(50)의 출력전류(if)가 중첩되어 온도 변화에 관계없이 모듈레이션 제어신호에 따라 정전류 싱크원(31)이 요구하는 전류량에 대응하는 전류가 레이저 다이오드(11)를 거쳐 유입되도록 제어됨으로써, 레이저 다이오드(11)는 기준광량생성제어부(20)에 의해 결정된 광량에 광변조제어부(30)에서 요구하는 광량이 가세된 광을 출사하게 된다.

이러한 작동관계를 도 2를 함께 참조하여 설명하면, 광원으로 적용된 레이저 다이오드(11)가 주위온도 0도시에서 작동할 때 기준광량생성 제어부(20)에 의한 레이저 다이오드의 출력파우어가 P1이 되도록 하고, 광변조제어부(30)에 입력되는 모듈레이션 제어신호가 로직1에 해당할 경우에 그 출력파우어가 P2가 되도록 관련 요소의 정수가 결정된 경우, 주변온도 0도 에서는 기준광량 생성제어부(20)의 정전류싱크원(23)으로는 i1의 전류가 유입되고, 모듈레이션 제어신호가 1이 될 경우에는 I1u-i1에 해당하는 전류가 레이저 다이오드(11) 및 저항소자(36)를 거쳐 정전류싱크원(31)으로 유입된다. 이렇게 작동되도록 각 정수가 결정된 광원 구동드라이버의 구동환경온도가 상승하게 되면, 주변온도 0도 에서 설정된 전류량 공급에 의한 레이저 다이오드(11)의 출력파우어가 떨어져 광검출기(12)의 출력전류가 낮아지게 되고, 그에 따라 비교기(22)의 출력전류값 상승에 의해 기준광량생성 제어부(20)에 의한 광파우어가 역시 P1이 되도록 i2에 해당하는 전류가 정전류 싱크원(23)으로 유입되도록 제어된다. 이때 모듈레이션 제어신호가 로직신호 1로 입력될 때도 광검출기(12)의 피크전류값이 떨어지게 되고, 설정된 피크전류값이 유지되도록 i2u에 해당하는 전류가 레이저 다이오드(11)를 거쳐 정전류 싱크원(31)에 유입되도록 제어되기 때문에 온도 변화에 관계없이 광출력 파우어가 설정된 값의 변조량 만큼 그 파우어 폭이 유지된다.

여기서 로직신호 0에 해당하는 신호에 대응하는 광출력파우어는 P1 또는 P0가 되도록 결정할 수 있다.

예컨데 로직신호 0에 해당하는 광출력 파우어를 P0로 선택한 경우 3개로 구분되는 모듈레이션 제어신호에 로직 0 신호에 대해서는 레이저 다이오드(11)와 저항소자(36)를 거쳐 정전류 싱크원(31)으로 유입되는 전류량이 발생하지 않도록 하고, 로직 1 신호에 대해서는 레이저 다이오드(11)와 저항소자(36)를 거쳐 정전류 싱크원(31)으로 유입되는 전류량이 P2-P1의 광출력파우어에 상응하는 양만큼 되도록 하고, 로직신호 0과 1에 대해 다르게 설정된 제3신호에 대해서는 P1-P0의 광출력 파우어에 해당하는 전류량이 레이저 다이오드(11)를 거쳐 정전류싱크원(31)으로 유입되도록 설정한다. 이때 기준광량생성제어부(20)의 정전류 싱크원(23)으로는 P0의 정전류가 유입되도록 각 요소의 파라미터를 결정하면된다. 결과적으로 기준레벨P1에 대해 로직신호 0과 1에 대응하는 모듈레이션 제어신호에 의해 P0와 P2의 파우어를 갖는 광신호가 출력된다.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 광송신모듈의 광원 구동드라이브에 의하면 주위온도변화에 관계없이 정보표현비트에 대응한 광파우어의 변조폭이 일정하게 유지되어 출력될 수 있어 광신호 출력특성이 변하지 않는 사용가능 온도범위가 확장된다.

Claims (5)

1. 광원과;

   상기 광원의 광출력 정보를 알기 위해 상기 광원에서 출사되는 광의 일부를 검출하여 전기적 신호로 변환하도록 된 광검출기와;

   입사되는 광량에 대응하여 상기 광검출기로부터 출력되는 전류량에 대한 피크전류를 전압신호로 변환하는 피크 검출기와;

   상기 피크 검출기의 전압신호와 설정된 기준전압과의 차이를 비교하여 그 차이에 대응하는 전류신호를 생성하는 피크비교기와;

   상기 피크비교기의 전류신호에 따라 상기 광원에 공급될 구동전류를 결정하여 그 입력단에 입력되는 온/오프 모듈레이션 제어신호에 의해 상기 구동전류가 상기 광원을 통해 흐르도록 제어하여 상기 광원이 주위온도변화에도 그 광출력 온/오프 파우어의 가변범위가 일정하게 유지되도록 제어하는 광변조 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광송신모듈의 광원 구동 드라이브.
2. 제1항에 있어서, 상기 피크 검출기는

   상기 광검출기에서 출력되는 전류량에 의한 전압강하가 발생되도록 상기 광검출기와 직렬연결된 저항소자가 마련되어 있고, 상기 저항소자의 전압강하레벨신호를 일방향으로 입력받을 수 있도록 상기 저항소자와 상기 광검출기의 연결단에 그 일단이 접속된 다이오드 및 상기 다이오드의 타단과 연결된 커패시터를 구비하고, 상기 커패시터의 충전전압신호를 피크 전류에 대응하는 전압신호로서 상기 피크 비교기에 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 광송신모듈의 광원 구동 드라이브.
3. 제1항에 있어서, 상기 광변조제어부와 다른 경로를 통해 상기 모듈레이션 제어신호와 관계없이 상기 광원으로의 일정한 기준공급전류가 공급되도록 된 기준광량생성제어부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광송신모듈의 광원 구동 드라이브.
4. 제3항에 있어서, 상기 기준광량생성제어부는

   상기 광검출기에서 출력되는 전류량에 의한 전압강하가 발생되도록 상기 광검출기와 직렬연결된 저항소자가 마련되어 있고, 상기 저항소자의 전압강하레벨신호를 기준신호와 비교하여 그 차에 대응하는 전류신호를 생성하는 비교기와;

   상기 비교기에서 출력되는 전류신호의 변동성분을 그 제어신호로 이용하여 상기 광원을 거쳐 일정하게 공급되어야할 기준전류량을 조정하도록 된 정전류 싱크원;을 구비하는 것을 특징으로 하는 광송신모듈의 광원 구동 드라이브.
5. 제1항에 있어서, 상기 광변조 제어부는

   상기 피크 비교기에서 출력되는 전류신호의 변동성분을 그 제어신호로 이용하여 상기 광원을 거쳐 그 내부로 유입되어야할 전류량을 조정하도록 된 정전류 싱크원과;

   상기 모듈레이션 제어신호를 입력받아 상기 정전류싱크원에서 결정된 정전류가 상기 광원을 거쳐 상기 정전류 싱크원으로 유입되도록 하는 차동증폭소자;를 구비하는 것을 특징으로 하는 광송신모듈의 광원 구동 드라이브.