Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3769700B2 - Clock extraction circuit - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3769700B2 - Clock extraction circuit - Google Patents

Clock extraction circuit Download PDF

Info

Publication number
JP3769700B2
JP3769700B2 JP2002006676A JP2002006676A JP3769700B2 JP 3769700 B2 JP3769700 B2 JP 3769700B2 JP 2002006676 A JP2002006676 A JP 2002006676A JP 2002006676 A JP2002006676 A JP 2002006676A JP 3769700 B2 JP3769700 B2 JP 3769700B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
frequency
signal
clock
oscillator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002006676A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003209470A (en
Inventor
秀樹 上綱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2002006676A priority Critical patent/JP3769700B2/en
Publication of JP2003209470A publication Critical patent/JP2003209470A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3769700B2 publication Critical patent/JP3769700B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおける光信号から電気クロック信号を抽出するクロック抽出回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、インターネット等の大幅な普及に伴い基幹回線の伝送容量に益々の大容量化が求められている。これらの要求に答えるため波長多重技術を用いたテラビット級の光伝送システムの検討が盛んに行われており、光送受信装置においても超高速化に向けた研究開発が進められている。この中で光受信装置には中継装置や端局において光ファイバ伝送時の分散による波形歪みや光増幅器の雑音による伝送特性の劣化を電気信号で補償するため、光電変換、増幅、識別再生およびリタイミング機能が必要とされる。
【0003】
このうち、リタイミング機能に必要なクロック信号の抽出は、通常PLL構成等の比較的大規模な回路を用いて電気段で行われている。しかしながら、これらの電気回路の動作はトランジスタの性能に大きく依存し、動作速度を上げようとすればするほど消費電力が大きくなるとともに100Gbit/s程度以上の超高速動作の実現は困難であることが予想されている。さらに、時定数が大きくかつ精密な調整が必要な外付けのループフィルタが必要とされ、完全な集積化は困難であるという問題点もある。
【0004】
この電気回路の限界を打破するため、受光素子と電気発振器を組み合せた光注入同期発振器を用いた光電気クロック抽出回路が考案されている。光ファイバ1からの光信号を受光する個別の受光素子5と電気注入同期発振器6で構成された従来例(Electron Lett.,vol.34,No.14,pp.1424-1425,July 1998)を図13に、光注入同期発振器2中の図示しない能動素子(フォトトランジスタ)に光ファイバ1からの光信号を直接入力する従来例(IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,vol.49,pp.1921-1925,Oct.2001)を図14に示す。
【0005】
これらの従来例は、電気と比較して高速広帯域な光インターフェースを備えているため、全電気回路と比較して高速動作が可能であり、時定数が大きくかつ繊細な調整が必要な外付けのループフィルタが不要なため、構成も簡易で低消費電力化も図りやすいという特長がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、さまざまな周波数成分からなる光データ信号を入力した場合、図13中の受光素子5や図14の光注入同期発振器2中のフォトトランジスタ(図示せず)で光電変換された電気信号には、クロック信号周波数成分の他に直流からビットレート周波数に至るまでの非常に広い周波数成分の信号が含まれることになる。これに伴い、発振器の出力にもこれらの周波数成分が少なからず存在し、抽出クロック信号のジッタが増大してしまうという問題点があった。
【0007】
本発明の目的は上記従来の問題点を解決し、電気または光注入同期発振器を用いたクロック抽出回路において、ジッタを大幅に低減可能な回路構成を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係わる発明は、光信号のビットレートの1/nもしくはn倍(ただしn=1,2,3,・・・)の近傍の周波数で発振し、前記光信号を入力することにより当該光信号に同期したクロック信号を出力する光注入同期発振器と、該光注入同期発振器の出力側に備えられるハイパス型のフィルタとを具備し、該フィルタは前記クロック信号を通過させるとともに低域の遮断周波数を前記クロック信号の周波数の1/3以上に設定したクロック抽出回路であって、前記フィルタがスパイラルインダクタ、MIMキャパシタ、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路のいずれかで構成され、前記光注入同期発振器とともに半導体基板上にモノリシック集積化されていることを特徴とするクロック抽出回路とした。
【0009】
請求項2に係わる発明は、光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光信号のビットレートの1/nもしくはn倍(ただしn=1,2,3,・・・)の近傍の周波数で発振し、前記光電変換器で生じた電気信号を入力して該電気信号に同期したクロック信号を出力する発振器と、該発振器の入力側又は出力側の少なくとも一方に備えられるハイパス型のフィルタとを具備し、該フィルタは前記クロック信号を通過させるとともに低域の遮断周波数を前記クロック信号の周波数の1/3以上に設定したクロック抽出回路であって、前記フィルタがスパイラルインダクタ、MIMキャパシタ、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路のいずれかで構成され、前記光電変換手段および前記発振器とともに半導体基板上にモノリシック集積化されていることを特徴とするクロック抽出回路とした。
【0010】
請求項3に係わる発明は、請求項1又は2に係わる発明において、入力する光信号を第1および第2の光信号に分配する第1の光分配手段と、前記第2の光信号を前記第1の光信号に対して光キャリアが逆相となりかつ前記光信号の0ビットを超え2ビット未満の時間だけ遅延させる光遅延手段と、前記第1の光信号と前記光遅延手段により遅延された第2の光信号とを合成する光合成手段を有する光干渉器を備えたことを特徴とするクロック抽出回路とした。
【0011】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係わるクロック抽出回路を示す図である。本実施の形態は請求項1に係わる。本クロック抽出回路は、光伝送システムの光信号のビットレートの1/nもしくはn倍(ただし、n=1、2、3、・・・)の近傍の周波数で自励発振する光注入同期発振器2と、クロック信号周波数を通過させるハイパスフィルタ3で構成される。1は光ファイバである。
【0012】
ここで、光注入同期発振器2は例えば、”IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,vol.49,pp.1921-1925,Oct.2001”に記されたように、マイクロ波発振器の負性抵抗素子としてフォトトランジスタ21を用いた構成(図3)とし、伝送ビットレート周波数が光注入同期発振器2のロックレンジ内であった場合、光信号に同期した電気クロック信号を抽出できるようになっている。
【0013】
しかしながら、前記光信号には、RZ,NRZ等の符号を問わず直流からビットレート周波数に至るまでの非常に広い周波数成分の信号が含まれている。特に周波数が低い程そのレベルは大きく、その漏洩成分によりジッタが増大してしまうという懸念がある。
【0014】
ここで、ハイパスフィルタ3はクロック信号周波数帯を通過させる特性であるため、クロック信号に不要な低周波成分を濾波することが可能となり、その結果ジッタを低減することが可能となる。また、本装置に要求されるハイパスフィルタは急峻な遮断特性(=高いQ値)を持たなくてもよいため、スパイラルインダクタやMIMキャパシタ等の集中定数素子や伝送線路による分布定数素子を用いて半導体基板上に容易に実現でき、光注入同期発振器2と合わせてモノリシック集積化することも可能であり、装置の小型化・無調整化にも寄与することができる。
【0015】
図2は、第1の実施の形態の変形例であり、図1におけるハイパスフィルタ3に代わりクロック信号周波数を通過させるバンドパスフィルタ4を適用した点が異なっている。このようにバンドパスフィルタ4を適用することにより、クロック周波数未満の信号成分に加えて、ディジタル信号中に存在するクロック周波数よりも高い周波数成分をも抑圧できることになり、より一層のジッタ低減が可能となる。
【0016】
[第2の実施の形態]
図4は、本発明の第2の実施の形態に係わるクロック抽出回路を示す図である。本実施の形態は請求項2に係わる。本クロック抽出回路は、光ファイバ1により伝送された光信号を電気信号に変換する受光素子5と、光伝送システムのビットレート近傍の周波数で自励発振する電気注入同期発振器6と、クロック信号周波数を通過させるハイパスフィルタ3とで構成される。
【0017】
ここで、電気注入同期発振器6は光信号のビットレートの1/nもしくはn倍(ただし、n=1、2、3、・・・)の近傍の周波数で自励発振し、伝送ビットレート周波数が電気注入同期発振器6のロックレンジ内であった場合、光信号に同期した電気クロック信号を抽出できる特性を有している。
【0018】
しかしながら、受光素子5から出力される電気信号には、RZ,NRZ等の符号を問わず直流からビットレート周波数に至るまでの非常に広い周波数成分の信号が含まれている。特に周波数が低い程そのレベルは大きく、その漏洩成分によりジッタが増大してしまうという懸念がある。
【0019】
ここで、ハイパスフィルタ3はクロック信号周波数帯を通過させる特性であるため、クロック信号に不要な低周波成分を濾波することが可能となり、その結果電気注入同期発振器6から出力されるクロック信号のジッタを低減することが可能となる。また、本装置に要求されるハイパスフィルタ3は急峻な遮断特性(=高いQ値)を持たなくてもよいため、スパイラルインダクタやMIMキャパシタ等の集中定数素子や伝送線路による分布定数素子を用いて半導体基板上に容易に実現でき、電気注入同期発振器6や受光素子5と合わせてモノリシック集積化することも可能であり、装置の小型化・無調整化にも寄与することができる。
【0020】
図5は、第2の実施の第1の変形例であり、図4におけるハイパスフィルタ3に代わりクロック信号周波数を通過させるバンドパスフィルタ4を適用した点が異なっている。このようにバンドパスフィルタ4を適用することにより、クロック周波数未満の信号成分に加えて、ディジタル信号中に存在するクロック周波数よりも高い周波数成分も抑圧できることになり、より一層のジッタ低減が可能となる。
【0021】
図6、図7は第2の実施の形態の第2、第3の変形例であり、図6が図4に、図7が図5にそれぞれ対応する。本変形例はフィルタ3又は4を受光素子5と電気注入同期発振器6の間に配置した点が異なっており、電気注入同期発振器6への入力信号からクロック信号成分以外の不要な周波数成分を除去することにより、結果として電気注入同期発振器6から出力されるクロック信号のジッタを低減できる構成となっている。
【0022】
図8、図9は第2の実施の形態の第4、第5の変形例であり、フィルタ3又は4を電気注入同期発振器6の入出力の両方に配した点が異なる。ここで図8は入出力の両方にハイパスフィルタ3を配した構成であり、図9は入力側にハイパスフィルタ3、出力側にバンドパスフィルタ4を配した構成となっている。このようにフィルタを2つ適用することにより、より一層のジッタ低減効果が得られる。また、受光素子5と電気注入同期発振器6間のフィルタにハイパスフィルタ3を適用していることにより、受光素子5から電気注入同期発振器6までのコンポーネントを容易にモノリシック集積化することができる構成となっている。
【0023】
[第3の実施の形態]
図10は、本発明の第3の実施の形態に係わるクロック抽出回路を示す図である。本実施の形態は請求項3に係わる。本クロック抽出回路は、光伝送システムのビットレートの1/nもしくはn倍(ただし、n=1、2、3、・・・)近傍の周波数で自励発振する光注入同期発振器2とクロック信号周波数を通過させるハイパスフィルタ3に加えて、マッハツェンダ干渉計7を具備するよう構成されている。
【0024】
ここで、光注入同期発振器2は例えばフォトトランジスタを用いた図3の構成とし、伝送ビットレート周波数が光注入同期発振器2のロックレンジ内であった場合、光信号に同期した電気クロック信号を抽出できるようになっている。また、マッハツェンダ干渉計7は、光分配部71、光遅延部72、光合成部73を具備し、ディレイパスにある光遅延部72はスルーパスに対してτ時間(遅延時間τは0ビットを超え2ビット未満、好ましくは1/2ビット)だけ光信号を遅延させ、光合成部73はディレイパスとスルーパスの2つの光信号を光キャリアが逆相となるように合成する。
【0025】
このような構成とすることにより、クロック信号周波数成分(=伝送ビットレート周波数成分)のほとんどないNRZ符号から光領域でクロック信号成分を生成することができ、光注入同期発振器2のクロック抽出特性を大幅に改善できることになる。したがって、NRZ符号により伝送された光信号からもジッタの少ないクロック信号を抽出可能になる。なお、本実施の形態では、図1に示した第1の実施の形態の構成にマッハツェンダ干渉計7を具備するようにしたが、図2に示す構成にも適用でき、さらに図4〜図9に示す構成にマッハツェンダ干渉計7を具備するようにすることもできる。このような特性を有するマッハツェンダ干渉計はプレーナ光波回路(PLC)技術により容易に実現することができる。
【0026】
[その他の実施の形態]
上記すべての実施の形態においては、好ましくはInP等の半導体基板上にモノリシック集積され、またはPLCプラットフォームにハイブリッド集積化される。これにより装置のより一層の小型化が達成される。
【0027】
[実験例]
NRZ符号で伝送された信号電力の大半はビットレート周波数の1/2以下の周波数領域に分布している。このため、クロック抽出回路に使用するハイパスフィルタ3またはバンドパスフィルタ4の低域側の遮断周波数fcは、クロック周波数の1/3程度あるいはそれ以上であれば十分なジッタ抑圧効果が期待できる。
【0028】
図11は、バターワース型ハイパスフィルタの挿入損失の計算結果を示したものである。クロック周波数は10GHzを想定し、2.5GHz(クロック周波数の1/4)、5GHz(クロック周波数の1/2)ならびに10GHz(クロック周波数)における挿入損失の計算結果を示している。低域側の3dB遮断周波数fcは3.33GHz(クロック周波数の1/3)、5GHz(クロック周波数の1/2)、7.5GHz(クロック周波数の3/4)の3種類のパラメータで計算を行った。なお、図11(a)には2.5GHzと5GHzの挿入損失を、図11(b)には10GHzの挿入損失を示した。
【0029】
フィルタの段数が2のとき、2.5GHzにおける挿入損失は、図11(a)の▲5▼、▲3▼、▲1▼の特性に示すように、それぞれ6.2dB(3dB遮断周波数fc=3.33GHz)、12.3dB(3dB遮断周波数fc=5GHz)、19.1dB(3dB遮断周波数fc=5GHz)である。また、5GHzにおける挿入損失は、図11(a)の▲6▼、▲4▼、▲2▼の特性に示すように、それぞれ0.8dB(3dB遮断周波数fc=3.33GHz)、3.0dB(3dB遮断周波数fc=5GHz)、7.8dB(3dB遮断周波数fc=5GHz)である。さらに、クロック周波数(10GHz)における挿入損失は、図11(b)に示すように、それぞれ0.05dB(3dB遮断周波数fc=3.33GHz)、0.26dB(3dB遮断周波数fc=5GHz)、1.19dB(3dB遮断周波数fc=7.5GHz)と小さい。このように、上記した遮断周波数の設定により、クロック信号成分がほとんど減衰することなく漏洩データ信号を抑圧可能なことがわかる。
【0030】
なお、フィルタの段数が3程度までに相当する遮断特性のフィルタは、半導体基板上に形成されるスパイラルインダクタやMIMキャパシタ、あるいはマイクロストリップ線路やコプレーナ線路により容易に実現できるので、発振器や受光素子とモノリシック集積化することが可能である。
【0031】
図12は図10で示した実施の形態の装置を実際に試作し、10.66Gbit/sのNRZ擬似ランダム光変調信号からクロック抽出を行った測定結果(フィルタ有り)を示している。ハイパスフィルタの低域の3dB遮断周波数fcはクロック周波数の2/5程度に相当する4.3GHzである。比較のためにフィルタを適用しない構成の測定結果(フィルタ無し)も合わせて示す。周波数軸で観測した測定結果を図12(a)で見ると、フィルタを適用することによりフィルタ無しの場合と比較して、光注入同期発振器2からの出力信号に対して5GHz程度以下の周波数成分が抑圧されていることが分かる(薄い色の特性がフィルタ無しの場合である。)。両者を時間軸で観測した結果を図12(b)で見ると、フィルタを適用することにより大幅にジッタが低減されていることが確認でき、本発明の効果が実証された。
【0032】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係わるクロック抽出回路は、光注入同期発振器または受光素子と電気注入同期発振器との組合せと、低域の遮断周波数がクロック信号周波数の1/3以上で且つクロック信号を通過させるハイパス型またはバンドパス型のフィルタにより構成される。このため、伝送された信号に含まれる特にクロック周波数未満の高レベルの周波数成分を抑圧することができ、抽出クロック信号のジッタを低減することが可能となる。さらに、Q値の低いフィルタでも充分な効果が得られるため、発振器を含めてモノリシック集積化することが極めて容易であり、装置の小型化・経済化・低消費電力化・無調整化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態のクロック抽出回路の構成図である。
【図2】 第1の実施の形態の変形例のクロック抽出回路の構成図である。
【図3】 光注入同期発振器の構成図である。
【図4】 本発明の第2の実施の形態のクロック抽出回路の構成図である。
【図5】 第2の実施の形態の第1の変形例のクロック抽出回路の構成図である。
【図6】 第2の実施の形態の第2の変形例のクロック抽出回路の構成図である。
【図7】 第2の実施の形態の第3の変形例のクロック抽出回路の構成図である。
【図8】 第2の実施の形態の第4の変形例のクロック抽出回路の構成図である。
【図9】 第2の実施の形態の第5の変形例のクロック抽出回路の構成図である。
【図10】 本発明の第3の実施の形態のクロック抽出回路の構成図である。
【図11】 (a)は入力信号周波数が2.5GHzと5GHzのときの遮断周波数が3.33GHz、5GHz、7.5GHzのハイパスフィルタの挿入損失の特性図、(b)は入力信号周波数が10GHzのときの遮断周波数が3.33GHz、5GHz、7.5GHzのハイパスフィルタの挿入損失の特性図である。
【図12】 10.66Gbit/sのNRZ疑似ランダム光変調信号入力時の特性図で、(a)は周波数軸でみた特性図、(b)は時間軸でみた特性図である。
【図13】 従来のクロック抽出回路の構成図である。
【図14】 従来の別の例のクロック抽出回路の構成図である。
【符号の説明】
1:光ファイバ、2:光注入同期発振器、21:フォトトランジスタ、3:ハイパスフィルタ、4:バンドパスフィルタ、5:受光素子、6:電気注入同期発振器、7:マッハツェンダ干渉計。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a clock extraction circuit that extracts an electrical clock signal from an optical signal in an optical transmission system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the widespread use of the Internet and the like, the transmission capacity of the trunk line is required to increase more and more. In order to meet these demands, studies on terabit-class optical transmission systems using wavelength division multiplexing technology have been actively conducted, and research and development for ultra-high speed is also underway in optical transceivers. Among these, optical receivers use optical signals to compensate for waveform distortion due to dispersion during optical fiber transmission and deterioration of transmission characteristics due to optical amplifier noise in repeaters and terminal stations. A timing function is required.
[0003]
Among these, the extraction of the clock signal necessary for the retiming function is usually performed in the electrical stage using a relatively large circuit such as a PLL configuration. However, the operation of these electric circuits greatly depends on the performance of the transistor, and as the operation speed is increased, the power consumption increases and it is difficult to realize an ultrahigh-speed operation of about 100 Gbit / s or more. Expected. In addition, an external loop filter having a large time constant and requiring precise adjustment is required, and there is a problem that complete integration is difficult.
[0004]
In order to overcome the limitations of this electric circuit, an opto-electric clock extraction circuit using a light injection locking oscillator in which a light receiving element and an electric oscillator are combined has been devised. A conventional example (Electron Lett., Vol. 34, No. 14, pp. 1424-1425, July 1998) composed of an individual light receiving element 5 for receiving an optical signal from the optical fiber 1 and an electric injection locking oscillator 6 is used. FIG. 13 shows a conventional example in which an optical signal from the optical fiber 1 is directly input to an active element (phototransistor) (not shown) in the light injection synchronous oscillator 2 (IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 49, pp. 1921- 1925, Oct. 2001) is shown in FIG.
[0005]
These conventional examples have a high-speed and broadband optical interface compared to electricity, so they can operate at high speed compared to all electrical circuits, have a large time constant, and require external adjustment. Since a loop filter is not required, the configuration is simple and low power consumption is easy to achieve.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when optical data signals composed of various frequency components are input, the electrical signals photoelectrically converted by the light receiving element 5 in FIG. 13 and the phototransistor (not shown) in the light injection synchronous oscillator 2 in FIG. In addition to the clock signal frequency component, a signal having a very wide frequency component from DC to the bit rate frequency is included. Along with this, there is a problem that not only a few of these frequency components exist in the output of the oscillator, but also the jitter of the extracted clock signal increases.
[0007]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a circuit configuration capable of greatly reducing jitter in a clock extraction circuit using an electric or light injection locking oscillator.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 oscillates at a frequency in the vicinity of 1 / n or n times the bit rate of the optical signal (where n = 1, 2, 3,...) And inputs the optical signal. an optical injection locking oscillator for outputting a clock signal synchronized with the optical signal, comprising a high-pass type provided on the output side of the optical injection locking oscillator filter, the filter is a low-pass with passing said clock signal A clock extraction circuit in which a cut-off frequency is set to 1/3 or more of the frequency of the clock signal , wherein the filter is formed of any one of a spiral inductor, a MIM capacitor, a microstrip line, and a coplanar line, and the light injection synchronous oscillator In addition , the clock extraction circuit is characterized by being monolithically integrated on a semiconductor substrate .
[0009]
The invention according to claim 2 is a photoelectric conversion means for converting an optical signal into an electrical signal, and the vicinity of 1 / n or n times (where n = 1, 2, 3,...) Of the bit rate of the optical signal. An oscillator that oscillates at a frequency of the same, inputs an electrical signal generated by the photoelectric converter and outputs a clock signal synchronized with the electrical signal, and a high-pass type provided on at least one of the input side or the output side of the oscillator A clock extracting circuit that allows the clock signal to pass therethrough and sets a low-frequency cutoff frequency to 1/3 or more of the frequency of the clock signal , wherein the filter is a spiral inductor, MIM capacitor Monolithic integration on a semiconductor substrate together with the photoelectric conversion means and the oscillator And a clock extraction circuit, characterized in that it is.
[0010]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the first optical distribution means for distributing the input optical signal to the first and second optical signals, and the second optical signal as the first optical signal. An optical delay means for causing the optical carrier to be out of phase with respect to the first optical signal and delaying the optical signal by more than 0 bit and less than 2 bits; and delayed by the first optical signal and the optical delay means In addition, the clock extraction circuit includes an optical interferometer having an optical combining unit that combines the second optical signal.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a clock extraction circuit according to the first embodiment of the present invention. This embodiment relates to claim 1. This clock extraction circuit is an optical injection locking oscillator that self-oscillates at a frequency in the vicinity of 1 / n or n times the bit rate of the optical signal of the optical transmission system (where n = 1, 2, 3,...). 2 and a high-pass filter 3 that passes the clock signal frequency. Reference numeral 1 denotes an optical fiber.
[0012]
Here, the light injection synchronous oscillator 2 is, for example, as a negative resistance element of a microwave oscillator as described in “IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 49, pp. 1921-1925, Oct. 2001”. In the configuration using the phototransistor 21 (FIG. 3), when the transmission bit rate frequency is within the lock range of the light injection synchronous oscillator 2, an electric clock signal synchronized with the optical signal can be extracted.
[0013]
However, the optical signal includes a signal having a very wide frequency component from DC to the bit rate frequency regardless of the sign of RZ, NRZ or the like. In particular, the lower the frequency, the higher the level, and there is a concern that jitter increases due to the leakage component.
[0014]
Here, since the high-pass filter 3 has a characteristic of passing the clock signal frequency band, it is possible to filter unnecessary low-frequency components in the clock signal, and as a result, it is possible to reduce jitter. In addition, since the high-pass filter required for this apparatus does not have to have a steep cutoff characteristic (= high Q value), a semiconductor using a lumped constant element such as a spiral inductor or MIM capacitor or a distributed constant element using a transmission line. It can be easily realized on a substrate, can be monolithically integrated with the light injection synchronous oscillator 2, and can contribute to downsizing and no adjustment of the apparatus.
[0015]
FIG. 2 is a modification of the first embodiment, and is different in that a band-pass filter 4 that passes the clock signal frequency is applied instead of the high-pass filter 3 in FIG. By applying the bandpass filter 4 in this way, in addition to signal components less than the clock frequency, frequency components higher than the clock frequency present in the digital signal can be suppressed, and jitter can be further reduced. It becomes.
[0016]
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing a clock extraction circuit according to the second embodiment of the present invention. This embodiment relates to claim 2. The clock extraction circuit includes a light receiving element 5 that converts an optical signal transmitted through the optical fiber 1 into an electric signal, an electric injection locking oscillator 6 that self-oscillates at a frequency near the bit rate of the optical transmission system, and a clock signal frequency. And a high-pass filter 3 that passes through.
[0017]
Here, the electric injection locking oscillator 6 self-oscillates at a frequency in the vicinity of 1 / n or n times the bit rate of the optical signal (where n = 1, 2, 3,...), And the transmission bit rate frequency. Is within the lock range of the electric injection synchronous oscillator 6, the electric clock signal synchronized with the optical signal can be extracted.
[0018]
However, the electrical signal output from the light receiving element 5 includes a signal having a very wide frequency component from DC to the bit rate frequency regardless of the sign such as RZ and NRZ. In particular, the lower the frequency, the higher the level, and there is a concern that jitter increases due to the leakage component.
[0019]
Here, since the high-pass filter 3 has a characteristic of passing the clock signal frequency band, it is possible to filter unnecessary low-frequency components in the clock signal, and as a result, jitter of the clock signal output from the electric injection locking oscillator 6 Can be reduced. Further, since the high-pass filter 3 required for this apparatus does not have to have a steep cutoff characteristic (= high Q value), a lumped constant element such as a spiral inductor or an MIM capacitor or a distributed constant element using a transmission line is used. It can be easily realized on a semiconductor substrate, can be monolithically integrated with the electric injection synchronous oscillator 6 and the light receiving element 5, and can contribute to downsizing and no adjustment of the apparatus.
[0020]
FIG. 5 shows a first modification of the second embodiment, which is different in that a band pass filter 4 that allows a clock signal frequency to pass is used instead of the high pass filter 3 in FIG. By applying the bandpass filter 4 in this way, in addition to the signal component less than the clock frequency, a frequency component higher than the clock frequency present in the digital signal can be suppressed, and further jitter reduction is possible. Become.
[0021]
6 and 7 show second and third modifications of the second embodiment, and FIG. 6 corresponds to FIG. 4 and FIG. 7 corresponds to FIG. This modification is different in that the filter 3 or 4 is disposed between the light receiving element 5 and the electric injection locking oscillator 6, and unnecessary frequency components other than the clock signal component are removed from the input signal to the electric injection locking oscillator 6. As a result, the jitter of the clock signal output from the electric injection synchronous oscillator 6 can be reduced.
[0022]
FIG. 8 and FIG. 9 show the fourth and fifth modifications of the second embodiment, which are different in that the filter 3 or 4 is arranged at both the input and output of the electric injection locking oscillator 6. Here, FIG. 8 shows a configuration in which the high-pass filter 3 is arranged for both input and output, and FIG. 9 shows a configuration in which the high-pass filter 3 is arranged on the input side and the band-pass filter 4 is arranged on the output side. By applying two filters in this way, a further jitter reduction effect can be obtained. In addition, since the high-pass filter 3 is applied to the filter between the light receiving element 5 and the electric injection locking oscillator 6, the components from the light receiving element 5 to the electric injection locking oscillator 6 can be easily monolithically integrated. It has become.
[0023]
[Third Embodiment]
FIG. 10 is a diagram showing a clock extraction circuit according to the third embodiment of the present invention. This embodiment relates to claim 3. The clock extraction circuit includes a light injection locking oscillator 2 that self-oscillates at a frequency in the vicinity of 1 / n or n times the bit rate of the optical transmission system (where n = 1, 2, 3,...) And a clock signal. In addition to the high-pass filter 3 that passes the frequency, a Mach-Zehnder interferometer 7 is provided.
[0024]
Here, the light injection synchronous oscillator 2 is configured as shown in FIG. 3 using, for example, a phototransistor. When the transmission bit rate frequency is within the lock range of the light injection synchronous oscillator 2, an electric clock signal synchronized with the optical signal is extracted. It can be done. Further, the Mach-Zehnder interferometer 7 includes an optical distribution unit 71, an optical delay unit 72, and an optical combining unit 73. The optical delay unit 72 in the delay path is τ time (delay time τ exceeds 2 bits with respect to 2 bits). The optical signal is delayed by less than a bit (preferably 1/2 bit), and the optical combiner 73 combines the two optical signals of the delay path and the through path so that the optical carriers are in opposite phases.
[0025]
By adopting such a configuration, a clock signal component can be generated in the optical domain from an NRZ code having almost no clock signal frequency component (= transmission bit rate frequency component). It will be able to greatly improve. Therefore, it is possible to extract a clock signal with little jitter from an optical signal transmitted by the NRZ code. In this embodiment, the Mach-Zehnder interferometer 7 is provided in the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, but it can be applied to the configuration shown in FIG. The Mach-Zehnder interferometer 7 can be provided in the configuration shown in FIG. A Mach-Zehnder interferometer having such characteristics can be easily realized by a planar lightwave circuit (PLC) technology.
[0026]
[Other embodiments]
In all the above-mentioned embodiments, it is preferably monolithically integrated on a semiconductor substrate such as InP or hybrid integrated on a PLC platform. Thereby, further miniaturization of the apparatus is achieved.
[0027]
[Experimental example]
Most of the signal power transmitted by the NRZ code is distributed in a frequency region of 1/2 or less of the bit rate frequency. Therefore, a sufficient jitter suppression effect can be expected if the cutoff frequency fc on the low frequency side of the high-pass filter 3 or the band-pass filter 4 used in the clock extraction circuit is about 1/3 of the clock frequency or higher.
[0028]
FIG. 11 shows the calculation result of the insertion loss of the Butterworth high-pass filter. The calculation results of insertion loss at 2.5 GHz (1/4 of the clock frequency), 5 GHz (1/2 of the clock frequency), and 10 GHz (clock frequency) are shown assuming that the clock frequency is 10 GHz. The low frequency side 3 dB cutoff frequency fc is calculated with three parameters of 3.33 GHz (1/3 of the clock frequency), 5 GHz (1/2 of the clock frequency), and 7.5 GHz (3/4 of the clock frequency). went. FIG. 11A shows insertion loss of 2.5 GHz and 5 GHz, and FIG. 11B shows insertion loss of 10 GHz.
[0029]
When the number of filter stages is 2, the insertion loss at 2.5 GHz is 6.2 dB (3 dB cut-off frequency fc = each) as shown in the characteristics (5), (3), and (1) in FIG. 3.33 GHz), 12.3 dB (3 dB cutoff frequency fc = 5 GHz), 19.1 dB (3 dB cutoff frequency fc = 5 GHz). The insertion loss at 5 GHz is 0.8 dB (3 dB cutoff frequency fc = 3.33 GHz) and 3.0 dB, respectively, as shown in the characteristics of (6), (4), and (2) in FIG. (3 dB cutoff frequency fc = 5 GHz) and 7.8 dB (3 dB cutoff frequency fc = 5 GHz). Furthermore, the insertion loss at the clock frequency (10 GHz) is 0.05 dB (3 dB cutoff frequency fc = 3.33 GHz), 0.26 dB (3 dB cutoff frequency fc = 5 GHz), respectively, as shown in FIG. .19 dB (3 dB cutoff frequency fc = 7.5 GHz) Thus, it can be seen that the leakage data signal can be suppressed by the above-described setting of the cut-off frequency with almost no attenuation of the clock signal component.
[0030]
A filter having a cutoff characteristic corresponding to up to about three filter stages can be easily realized by a spiral inductor, MIM capacitor, microstrip line, or coplanar line formed on a semiconductor substrate. Monolithic integration is possible.
[0031]
FIG. 12 shows a measurement result (with a filter) obtained by actually making a prototype of the apparatus of the embodiment shown in FIG. 10 and extracting a clock from a 10.66 Gbit / s NRZ pseudorandom optical modulation signal. The low-pass 3 dB cutoff frequency fc of the high-pass filter is 4.3 GHz corresponding to about 2/5 of the clock frequency. For comparison, a measurement result (without filter) of a configuration in which no filter is applied is also shown. When the measurement result observed on the frequency axis is seen in FIG. 12 (a), the frequency component of about 5 GHz or less is applied to the output signal from the light injection locking oscillator 2 by applying the filter as compared with the case without the filter. (It is a case where the characteristic of the light color is no filter). When the result of observing both on the time axis is seen in FIG. 12B, it can be confirmed that the jitter is greatly reduced by applying the filter, and the effect of the present invention is proved.
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail, the clock extraction circuit according to the present invention includes a light injection locking oscillator or a combination of a light receiving element and an electric injection locking oscillator, a low-frequency cutoff frequency of 1/3 or more of the clock signal frequency, and a clock signal. It is constituted by a high-pass type or band-pass type filter that passes through. For this reason, it is possible to suppress a high-level frequency component, particularly less than the clock frequency, included in the transmitted signal, and to reduce the jitter of the extracted clock signal. Furthermore, since a sufficient effect can be obtained even with a filter having a low Q value, monolithic integration including an oscillator is extremely easy, contributing to downsizing, economy, low power consumption, and no adjustment of the device. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a clock extraction circuit according to a first embodiment of this invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a clock extraction circuit according to a modification of the first embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram of a light injection synchronous oscillator.
FIG. 4 is a configuration diagram of a clock extraction circuit according to a second embodiment of this invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a clock extraction circuit according to a first modification of the second embodiment;
FIG. 6 is a configuration diagram of a clock extraction circuit according to a second modification of the second embodiment.
FIG. 7 is a configuration diagram of a clock extraction circuit of a third modified example of the second embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of a clock extraction circuit of a fourth modification example of the second embodiment;
FIG. 9 is a configuration diagram of a clock extraction circuit of a fifth modification example of the second embodiment;
FIG. 10 is a configuration diagram of a clock extraction circuit according to a third embodiment of this invention.
11A is a characteristic diagram of insertion loss of a high-pass filter with cutoff frequencies of 3.33 GHz, 5 GHz, and 7.5 GHz when the input signal frequency is 2.5 GHz and 5 GHz, and FIG. 11B is an input signal frequency. It is a characteristic figure of the insertion loss of the high pass filter whose cutoff frequency at the time of 10 GHz is 3.33 GHz, 5 GHz, and 7.5 GHz.
FIG. 12 is a characteristic diagram when a 10.66 Gbit / s NRZ pseudo-random optical modulation signal is input, (a) is a characteristic diagram seen on the frequency axis, and (b) is a characteristic diagram seen on the time axis.
FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional clock extraction circuit.
FIG. 14 is a configuration diagram of another conventional clock extraction circuit.
[Explanation of symbols]
1: optical fiber, 2: light injection locking oscillator, 21: phototransistor, 3: high pass filter, 4: band pass filter, 5: light receiving element, 6: electric injection locking oscillator, 7: Mach-Zehnder interferometer.

Claims (3)

光信号のビットレートの1/nもしくはn倍(ただしn=1,2,3,・・・)の近傍の周波数で発振し、前記光信号を入力することにより当該光信号に同期したクロック信号を出力する光注入同期発振器と、該光注入同期発振器の出力側に備えられるハイパス型のフィルタとを具備し、該フィルタは前記クロック信号を通過させるとともに低域の遮断周波数を前記クロック信号の周波数の1/3以上に設定したクロック抽出回路であって、
前記フィルタがスパイラルインダクタ、MIMキャパシタ、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路のいずれかで構成され、前記光注入同期発振器とともに半導体基板上にモノリシック集積化されていることを特徴とするクロック抽出回路。
A clock signal that oscillates at a frequency in the vicinity of 1 / n or n times the bit rate of the optical signal (where n = 1, 2, 3,...) And is synchronized with the optical signal by inputting the optical signal. an optical injection locking oscillator for outputting a light injected and a high pass type filter provided on the output side of the synchronous oscillator, the filter frequency of the clock signal cut-off frequency of the low frequency with passing said clock signal A clock extraction circuit set to 1/3 or more of
A clock extraction circuit , wherein the filter is formed of any one of a spiral inductor, a MIM capacitor, a microstrip line, and a coplanar line, and is monolithically integrated on a semiconductor substrate together with the light injection synchronous oscillator .
光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光信号のビットレートの1/nもしくはn倍(ただしn=1,2,3,・・・)の近傍の周波数で発振し、前記光電変換器で生じた電気信号を入力して該電気信号に同期したクロック信号を出力する発振器と、該発振器の入力側又は出力側の少なくとも一方に備えられるハイパス型のフィルタとを具備し、該フィルタは前記クロック信号を通過させるとともに低域の遮断周波数を前記クロック信号の周波数の1/3以上に設定したクロック抽出回路であって、
前記フィルタがスパイラルインダクタ、MIMキャパシタ、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路のいずれかで構成され、前記光電変換手段および前記発振器とともに半導体基板上にモノリシック集積化されていることを特徴とするクロック抽出回路。
Photoelectric conversion means for converting an optical signal into an electrical signal; and oscillation at a frequency in the vicinity of 1 / n or n times the bit rate of the optical signal (where n = 1, 2, 3,...) comprising an oscillator for outputting a clock signal synchronized with the electrical signal by inputting the electrical signals generated by the transducer, and a high-pass type filter provided in at least one of the input side or output side of the oscillator, the filter Is a clock extraction circuit that allows the clock signal to pass through and sets a low-frequency cutoff frequency to 1/3 or more of the frequency of the clock signal ,
A clock extraction circuit , wherein the filter is composed of any one of a spiral inductor, a MIM capacitor, a microstrip line, and a coplanar line, and is monolithically integrated on a semiconductor substrate together with the photoelectric conversion means and the oscillator .
請求項1又は2において、
入力する光信号を第1および第2の光信号に分配する第1の光分配手段と、
前記第2の光信号を前記第1の光信号に対して光キャリアが逆相となりかつ前記光信号の0ビットを超え2ビット未満の時間だけ遅延させる光遅延手段と、
前記第1の光信号と前記光遅延手段により遅延された第2の光信号とを合成する光合成手段を有する光干渉器を備えたことを特徴とするクロック抽出回路。
In claim 1 or 2,
First optical distribution means for distributing an input optical signal into first and second optical signals;
An optical delay means for delaying the second optical signal by an amount of time in which the optical carrier is in reverse phase with respect to the first optical signal and exceeds 0 bit and less than 2 bits of the optical signal;
A clock extraction circuit comprising: an optical interferometer having an optical combining unit that combines the first optical signal and the second optical signal delayed by the optical delay unit.
JP2002006676A 2002-01-15 2002-01-15 Clock extraction circuit Expired - Fee Related JP3769700B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002006676A JP3769700B2 (en) 2002-01-15 2002-01-15 Clock extraction circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002006676A JP3769700B2 (en) 2002-01-15 2002-01-15 Clock extraction circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003209470A JP2003209470A (en) 2003-07-25
JP3769700B2 true JP3769700B2 (en) 2006-04-26

Family

ID=27645379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002006676A Expired - Fee Related JP3769700B2 (en) 2002-01-15 2002-01-15 Clock extraction circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3769700B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3976744B2 (en) * 2004-03-08 2007-09-19 沖電気工業株式会社 Clock signal extraction method and clock signal extraction device
US8861648B2 (en) 2009-05-11 2014-10-14 Nec Corporation Receiving device and demodulation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003209470A (en) 2003-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Analui et al. A Fully Integrated 20-Gb/s Optoelectronic Transceiver Implemented in a Standard 0.13-$\mu {\hbox {m}} $ CMOS SOI Technology
JP3814688B2 (en) Transmission method and apparatus for carrying out the method
JP3597482B2 (en) Multiplexer
CN110011174B (en) Optical phase locking method and device based on microwave photon frequency division
Dong et al. A 10-Gb/s 180-GHz phase-locked-loop minimum shift keying receiver
Song et al. A 50Gb/s PAM-4 bi-directional plastic waveguide link with carrier synchronization using PI-based Costas loop
CN110768728B (en) A polarization independent optical field reconstruction and intersymbol interference compensation system and method
Jin et al. Dual-channel chip-to-chip communication employing field enhancement spoof surface plasmon polaritons transmission line
CN116667939B (en) A receiver device for fiber optic terahertz communication systems
JP3769700B2 (en) Clock extraction circuit
US7391978B2 (en) Optical signal transmitter and optical signal transmission system
Ichino et al. Over-10-Gb/s IC's for future lightwave communications
JP4410760B2 (en) Optical signal receiver, optical signal receiver and optical signal transmission system
CN104051934B (en) Photoelectric oscillator and method based on electrical loop filtering
JP3874242B2 (en) Optical clock regenerator
Ishii et al. A jitter suppression technique for a 2.48832-Gb/s clock and data recovery circuit
Li et al. A 50-Gb/s NRZ receiver targeting low-latency multi-chip module optical I/O in 45-nm SOI CMOS
WO2022214177A1 (en) Radio frequency signal generation
JP2005159938A (en) Optical clock regeneration apparatus and optical clock regeneration method
Fuse et al. CNR characteristics of analog/digital hybrid transmission system employing super wide-band FM technique
Imai et al. A high sensitivity receiver for multigigabit-per-second optical CPFSK transmission systems
Xia et al. A CMOS Low-Noise Fast-Settling BM-TIA with CM-Post-Amplifier Chip Connectivity for 50G-PON
Wang MultiGbits/s data regeneration and clock recovery IC design
JP3093338B2 (en) Fiber optic link
KR20020030574A (en) All optical signal processor for clock extractor by using winc

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050930

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20051011

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060124

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060126

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090217

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100217

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110217

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110217

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120217

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130217

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees