JP4665741B2 - Optical transmitter - Google Patents
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Description
本発明は、光通信において光信号を送信する光送信器に関するものである。 The present invention relates to an optical transmitter that transmits an optical signal in optical communication.
光通信において用いられる光送信器においては、通常、内蔵するレーザダイオード(以下、LDと言う)から出力される光信号の光出力を一定にするために、LDと同じ筐体に内蔵されたモニタ用フォトダイオード(以下、PDと言う)から出力される電流が一定になるようにLD駆動電流を制御する。最近では、LD駆動電流の制御の自由度を高めるために、PD電流をADC(A/Dコンバータ)でデジタル信号に変換してCPUに出力し、CPU上に記憶されたソフトウェアを用いてLD駆動電流を制御する方式が用いられている。この方式における一般的な光送信器の構成を図5に示す。同図に示す光送信器910では、PD911に直列に検出抵抗912が接続され、検出抵抗912を流れるPD電流がI−V変換されてADC913経由でモニタ値としてCPU914に出力される。
In an optical transmitter used in optical communication, a monitor built in the same casing as an LD is usually used to make the optical output of an optical signal output from a built-in laser diode (hereinafter referred to as LD) constant. The LD drive current is controlled so that the current output from the photo diode (hereinafter referred to as PD) is constant. Recently, in order to increase the degree of freedom in controlling the LD drive current, the PD current is converted into a digital signal by an ADC (A / D converter) and output to the CPU, and the LD drive is performed using software stored on the CPU. A method for controlling current is used. The configuration of a general optical transmitter in this system is shown in FIG. In the
このような従来の光送信器で問題となるのは、定常状態におけるPD電流の個体ばらつきが非常に大きいということである。同じ光出力のLDを対象にした場合、光送信器の個体差(製造ばらつき)により、LDが適正な光を出力している場合のPD電流には20倍の差が生じることもある。このようなPD電流における差はそのままモニタ誤差につながるため、一般的には次のような対策を取る。個々のPD電流のばらつきに応じて検出抵抗を交換する(対策その1)。また、PDに接続している検出抵抗を、図6(a)に示すように、可変抵抗に置換するか、又は、図6(b)に示すように複数の検出抵抗を切り替え可能に並列接続することによって、PD電流のばらつきを吸収する(対策その2)。また、図7(a)に示すように、検出抵抗は固定的に接続して、その後段に可変利得アンプ(PGA:Programmable Gain Amplifier)を挿入するか、又は、図7(b)に示すように増幅率の異なる複数のアンプを切り替え可能に並列接続することによって、PD電流のばらつきを吸収する(対策その3)。 The problem with such a conventional optical transmitter is that the individual variation of the PD current in a steady state is very large. When LDs with the same optical output are targeted, there may be a difference of 20 times in the PD current when the LD outputs appropriate light due to individual differences (manufacturing variation) of optical transmitters. Since such a difference in the PD current directly leads to a monitor error, the following measures are generally taken. The detection resistors are exchanged according to variations in individual PD currents (Countermeasure 1). Also, the detection resistor connected to the PD is replaced with a variable resistor as shown in FIG. 6A, or a plurality of detection resistors can be switched in parallel as shown in FIG. 6B. This absorbs the variation in the PD current (measure 2). Further, as shown in FIG. 7A, the detection resistor is fixedly connected, and a variable gain amplifier (PGA) is inserted in the subsequent stage, or as shown in FIG. 7B. In addition, a plurality of amplifiers having different amplification factors are connected in parallel so as to be switchable, thereby absorbing variations in PD current (measure 3).
一方、下記特許文献1には、対数増幅器(ログアンプ)を用いた光検出回路が開示されている。この光検出回路920では、PD電流を直接ログアンプ922に入力し、広い範囲のPD電流を対数変換することで、ADC913の入力電圧の変化を小さくする(図8参照)。この場合、PD電流のばらつきが20倍に達したとしても、ADCの入力電圧のばらつきはlog(20)=約1.3倍に小さくなる。
上述したPD電流の個体ばらつきに対処する従来の方法においては、以下のような傾向があった。上記の対策その1による方法では、個々のLDに対して適切な特性を有する抵抗に交換する必要があるため製造効率が低下するとともに、はんだにより実装される部品の付け替えは信頼性の面で好ましくない。上記の対策その2及びその3による方法では、回路規模が比較的大きくなる。特に、ADCやCPUを用いずにアナログ回路だけでモニタ用回路を実現したい場合に、回路規模の大規模化が顕著となる。さらに、デジタルポテンショメータ等の可変抵抗、可変利得アンプ等を用いた場合はコストアップを招くことにもなる。
In the conventional method for dealing with the individual variations in the PD current described above, there is a tendency as follows. In the method according to the
また、上述したログアンプを用いた光検出回路においては、ログアンプの増幅率のばらつきや温度変化による増幅率の変動が大きいためモニタ誤差が大きくなる場合があり、その結果、光出力強度の安定した測定が困難である。光検出回路に含まれるICに補償回路を組み込むことで、ログアンプの増幅率のばらつきや温度変化による変動を抑えることは可能であるが、その場合は回路構成の複雑化によるコストアップを招くこととなる。 In addition, in the above-described photodetection circuit using the log amplifier, the monitor error may increase due to the large variation in the gain of the log amplifier and the fluctuation of the gain due to the temperature change. As a result, the light output intensity is stabilized. Measurement is difficult. By incorporating a compensation circuit into the IC included in the photodetection circuit, it is possible to suppress variations in the amplification factor of the log amplifier and fluctuations due to temperature changes, but in this case, the cost increases due to the complexity of the circuit configuration. It becomes.
そこで、本発明は、光出力強度の安定したモニタリングを可能にするとともに、低コスト化及び小規模化を実現する光送信器を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical transmitter that enables stable monitoring of optical output intensity and realizes cost reduction and scale reduction.
上記課題を解決するため、本発明の光送信器は、光信号を生成する半導体レーザダイオードと、半導体レーザダイオードの光信号を電流に変換する受光素子と、受光素子から出力される電流に基づいて光信号の強度をモニタするモニタ回路とを備える光送信器において、モニタ回路は、電流源回路と、受光素子及び電流源回路のうちのいずれか一方が接続された第1の入力端子と、受光素子及び電流源回路のうちの他方が接続された第2の入力端子と、光信号の強度のモニタ信号を出力する出力端子と、エミッタが第1の入力端子に接続され、ベースが第2の入力端子に接続された第1のトランジスタと、ベースが第1のトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが定電圧源に接続され、コレクタが第1のトランジスタのベースに接続された第2のトランジスタと、エミッタが第2のトランジスタのエミッタに接続され、ベースとコレクタとが互いに接続された第3のトランジスタと、エミッタが第3のトランジスタのコレクタに接続され、ベースが第2のトランジスタのコレクタに接続され、コレクタが出力端子に接続された第4のトランジスタと、第4のトランジスタのコレクタに接続された抵抗性負荷素子とを有する。 In order to solve the above problems, an optical transmitter according to the present invention is based on a semiconductor laser diode that generates an optical signal, a light receiving element that converts the optical signal of the semiconductor laser diode into a current, and a current output from the light receiving element. In an optical transmitter including a monitor circuit for monitoring the intensity of an optical signal, the monitor circuit includes a current source circuit, a first input terminal to which one of the light receiving element and the current source circuit is connected, and a light receiving circuit. A second input terminal to which the other of the element and the current source circuit is connected, an output terminal for outputting a monitor signal of the intensity of the optical signal, an emitter is connected to the first input terminal, and the base is the second input terminal. The first transistor connected to the input terminal, the base is connected to the emitter of the first transistor, the emitter is connected to the constant voltage source, and the collector is connected to the base of the first transistor. The second transistor, the emitter is connected to the emitter of the second transistor, the base and the collector are connected to each other, the emitter is connected to the collector of the third transistor, and the base is the second transistor. A fourth transistor having a collector connected to the output terminal and a resistive load element connected to the collector of the fourth transistor.
このような光送信器においては、半導体レーザダイオードからの光信号を受光する受光素子と、その受光素子から出力される電流を測定するためのモニタ回路とが備えられ、このモニタ回路により、受光素子からの電流が光信号の強度に対応するモニタ信号に変換されて出力される。ここで、第1〜第4のトランジスタ、電流源回路、及び抵抗性負荷素子を含むような簡易な構成のモニタ回路により、受光素子の電流におけるばらつきや温度変化が発生した場合でも、それらに起因するばらつきが抑えられたモニタ信号として出力される。これにより、集積化が容易な小さな回路規模で安定した光信号強度のモニタリングが可能になるとともに、装置の低コスト化が実現される。 In such an optical transmitter, a light receiving element that receives an optical signal from a semiconductor laser diode and a monitor circuit for measuring a current output from the light receiving element are provided. Is converted into a monitor signal corresponding to the intensity of the optical signal and output. Here, even when a variation in the current of the light receiving element or a temperature change occurs due to the monitor circuit having a simple configuration including the first to fourth transistors, the current source circuit, and the resistive load element, it is caused by them. This is output as a monitor signal with suppressed variation. As a result, it is possible to stably monitor the optical signal intensity with a small circuit scale that can be easily integrated, and to reduce the cost of the apparatus.
或いは、本発明の光送信器は、光信号を生成する半導体レーザダイオードと、半導体レーザダイオードの光信号を電流に変換する受光素子と、受光素子から出力される電流に基づいて光信号の強度をモニタするモニタ回路とを備える光送信器において、モニタ回路は、電流源回路と、受光素子及び電流源回路のうちのいずれか一方が接続された第1の入力端子と、受光素子及び電流源回路のうちの他方が接続された第2の入力端子と、光信号の強度のモニタ信号を出力する出力端子と、ソースが第1の入力端子に接続され、ゲートが第2の入力端子に接続された第1のFETと、ゲートが第1のFETのソースに接続され、ソースが定電圧源に接続され、ドレインが第1のFETのゲートに接続された第2のFETと、ソースが第2のFETのソースに接続され、ゲートとドレインとが互いに接続された第3のFETと、ソースが第3のFETのドレインに接続され、ゲートが第2のFETのドレインに接続され、ドレインが出力端子に接続された第4のFETと、第4のFETのドレインに接続された抵抗性負荷素子とを有する。 Alternatively, the optical transmitter of the present invention includes a semiconductor laser diode that generates an optical signal, a light receiving element that converts the optical signal of the semiconductor laser diode into a current, and an intensity of the optical signal based on a current output from the light receiving element. In an optical transmitter including a monitor circuit for monitoring, the monitor circuit includes a current source circuit, a first input terminal to which one of the light receiving element and the current source circuit is connected, and the light receiving element and the current source circuit. A second input terminal connected to the other, an output terminal for outputting a monitor signal of the intensity of the optical signal, a source connected to the first input terminal, and a gate connected to the second input terminal. A first FET, a gate connected to the source of the first FET, a source connected to the constant voltage source, a drain connected to the gate of the first FET, and a source connected to the second FET. FET A third FET connected to the source and having the gate and drain connected to each other, a source connected to the drain of the third FET, a gate connected to the drain of the second FET, and a drain connected to the output terminal And a resistive load element connected to the drain of the fourth FET.
このような光送信器においては、半導体レーザダイオードからの光信号を受光する受光素子と、その受光素子から出力される電流を測定するためのモニタ回路とが備えられ、このモニタ回路により、受光素子からの電流が光信号の強度に対応するモニタ信号に変換されて出力される。ここで、第1〜第4のFET、定電圧源、電流源回路、及び抵抗性負荷素子を含むような簡易な構成のモニタ回路により、受光素子の電流におけるばらつきや温度変化が発生した場合でも、それらに起因するばらつきが抑えられたモニタ信号として出力される。これにより、集積化が容易な小さな回路規模で安定した光信号強度のモニタリングが可能になるとともに、装置の低コスト化が実現される。 In such an optical transmitter, a light receiving element that receives an optical signal from a semiconductor laser diode and a monitor circuit for measuring a current output from the light receiving element are provided. Is converted into a monitor signal corresponding to the intensity of the optical signal and output. Here, even when a variation in the current of the light receiving element or a temperature change occurs due to the monitor circuit having a simple configuration including the first to fourth FETs, the constant voltage source, the current source circuit, and the resistive load element. , And output as a monitor signal in which variations due to them are suppressed. As a result, it is possible to stably monitor the optical signal intensity with a small circuit scale that can be easily integrated, and to reduce the cost of the apparatus.
電流源回路は、抵抗性負荷素子と同一集積回路上において、抵抗性負荷素子と同一の集積回路製造プロセスによって形成された第2の抵抗性負荷素子と、第2の抵抗性負荷素子に接続されて、第2の抵抗性負荷素子の抵抗値の温度変化に対して反比例する温度変化を有する電圧を出力する電圧源回路とを有することが好ましい。かかる電流源回路を備えれば、モニタ回路全体の集積化がさらに容易となると同時に、温度変化によるモニタ信号の変動を相殺することにより、温度変化に起因する光出力強度のモニタ値の変動を効果的に低減することができる。 The current source circuit is connected to the second resistive load element and the second resistive load element formed by the same integrated circuit manufacturing process as the resistive load element on the same integrated circuit as the resistive load element. And a voltage source circuit that outputs a voltage having a temperature change inversely proportional to the temperature change of the resistance value of the second resistive load element. By providing such a current source circuit, integration of the entire monitor circuit is further facilitated, and at the same time, the fluctuation of the monitor signal due to the temperature change is canceled, and the fluctuation of the monitor value of the light output intensity due to the temperature change is effectively obtained. Can be reduced.
本発明の光送信器によれば、光出力強度の安定したモニタリングを可能にするとともに、低コスト化及び小規模化を実現することができる。 According to the optical transmitter of the present invention, it is possible to stably monitor the optical output intensity, and it is possible to realize cost reduction and downsizing.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光送信器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of an optical transmitter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の好適な一実施形態である光送信器10の構成を示す図である。同図に示す光送信器10は、光通信に用いられ、光伝送ケーブル等に光信号を送信するデバイスであり、光信号Ooutを生成する半導体レーザダイオード(以下、LDという)11と、LD11から発せられた出力光信号Ooutを受光してその強度に応じた電流IPdに変換するフォトダイオード(以下、PDという)12と、PD12から出力された電流IPdに基づいて出力光信号Ooutの強度をモニタするモニタ回路13と、モニタ回路13から出力された制御信号SCに応じてLD11に供給する駆動電流を生成する駆動電流源回路14とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an
モニタ回路13は、PD12のアノード端子に接続された変換回路15と、変換回路15から出力されたアナログ信号であるモニタ信号Voutをデジタル信号Sdに変換するA/Dコンバータ(以下、ADCという)16と、デジタル信号Sdに基づいてPD12から出力される電流IPdが一定となるように駆動電流源回路14の駆動電流を制御するCPU17とが直列に接続されて構成されている。このCPU17からは、駆動電流源回路14の駆動電流を制御する制御信号SCが出力されて、駆動電流源回路14に入力される。以下、変換回路15の構成について詳細に説明する。
図2は、変換回路15を含む光送信器10の主要部分を示す回路図である。同図に示すように、変換回路15は、4つの同一特性を有するPNPバイポーラトランジスタであるトランジスタ18a,18b,18c,18dと、電流源回路19と、抵抗素子(抵抗性負荷素子)20とを備えており、2つの入力端子21,22と1つの出力端子23とを有している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing the main part of the
より詳細には、変換回路15においては、入力端子21にPD12のアノードが接続されて、PD12における受光強度に応じた電流IPdが入力端子21に入力される。一方、入力端子22には電流源回路19が接続され、電流源回路19によって入力端子22からアースに流れる電流Icが生成される。さらに、出力端子23にはADC16の入力が接続されている。
More specifically, in the
この変換回路15における各素子の電気的接続関係について説明すると、入力端子21には、トランジスタ18aのエミッタが接続され、そのベースは入力端子22に、そのコレクタはアースに、それぞれ接続されている。また、トランジスタ18bのベースは、トランジスタ18aのエミッタ及び入力端子21に接続されるとともに、トランジスタ18bのエミッタが定電圧源24に、トランジスタ18bのコレクタがトランジスタ18aのベース及び入力端子22に、それぞれ、接続されている。さらに、トランジスタ18cのエミッタは、トランジスタ18bのエミッタ及び定電圧源24に接続され、トランジスタ18cのベースとコレクタとは互いに接続されている。また、トランジスタ18dのエミッタは、トランジスタ18cのベース及びコレクタに接続され、トランジスタ18dのベースが、トランジスタ18bのコレクタ、トランジスタ18aのベース、及び入力端子22に、トランジスタ18dのコレクタが出力端子23に、それぞれ接続されている。出力端子23には、抵抗素子20の一方の端子が接続され、抵抗素子20の他方の端子はアースに接続されている。
The electrical connection relationship of each element in the
以下、上記のように構成された変換回路15の動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the
今、トランジスタ18a,18b,18c,18dのベース−エミッタ間電圧を、それぞれ、Vbe1、Vbe2、Vbe3、Vbe4とし、コレクタ電流をIc1、Ic2、Ic3、Ic4と仮定する。なお、トランジスタ18cとトランジスタ18dとはエミッタ電流が同じなのでVbe3とVbe4とは等しくなっている。
Assume that the base-emitter voltages of the
ここで、直流電流増幅率hfeを無限大とすると、PD12から出力される電流IPd、電流源回路19で生成される電流Ic、及び抵抗素子20を流れる電流Imonは、下記式(1)〜(3)により与えられる。
Ipd=Ic1≒IS・exp(−Vbe1/Vt) …(1)
Ic=Ic2≒IS・exp(−Vbe2/Vt) …(2)
Imon=Ic3=Ic4≒IS・exp(−Vbe4/Vt) …(3)
上記式(1)〜(3)中、ISは定数、Vtは、Vt=kT/e(k:ボルツマン定数、T:絶対温度、e:電気素量)で計算される数を表している。
Here, when the DC current amplification factor hfe is infinite, the current I Pd output from the
I pd = Ic1≈I S · exp (−Vbe1 / Vt) (1)
I c = Ic2 ≒ I S · exp (-Vbe2 / Vt) ... (2)
I mon = Ic3 = Ic4≈I S · exp (−Vbe4 / Vt) (3)
Above formula (1) ~ (3), I S is a constant, Vt is, Vt = kT / e (k : Boltzmann constant, T: absolute temperature, e: elementary charge) represents the number that is calculated by .
また、Vbe4+Vbe3=Vbe1+Vbe2の関係が成立するので、式(1)〜(3)を用いて下記式(4)〜(6)が導かれる。
Ipd≒IS・exp{−(2Vbe4−Vbe2)/Vt} …(4)
Ipd・IS・exp(−Vbe2/Vt)≒IS 2・exp(−2Vbe4/Vt)…(5)
Ipd・Ic=Imon 2 …(6)
Since the relationship of Vbe4 + Vbe3 = Vbe1 + Vbe2 is established, the following formulas (4) to (6) are derived using the formulas (1) to (3).
I pd ≈I S · exp {− (2 Vbe 4 −Vbe 2) / Vt} (4)
I pd · I S · exp (−Vbe 2 / Vt) ≈I S 2 • exp (−2 Vbe 4 / Vt) (5)
I pd · I c = I mon 2 (6)
つまり、抵抗素子20には、上記式(6)の関係を満たす電流Imonが流れる。ここで、電流源回路19が定電流源である場合は、Imon=(Ipd・Ic)0.5=a・Ipd 0.5(aは定数)となり、温度によらずIpdの平方根に比例した電流が抵抗素子20に流れることになり、入力Ipdに対して出力端子23から出力される電圧信号であるモニタ信号Voutのレンジ、換言すればモニタ信号Voutの最大値と最小値の比を圧縮することができる。
That is, a current I mon that satisfies the relationship of the above formula (6) flows through the
例えば、Ipdが50μA〜1,000μA、つまりPD12から出力される電流の最大値と最小値の比が20倍であり、電流源回路19で生成される電流Icが1,000μAである場合は、電流Imonの変化は、223.6μA〜1,000μAとなり、最大値と最小値の比が5倍以下に抑えられている。
For example, I pd is 50Myuei~1,000myuei, is 20 times the ratio of maximum and minimum values of the current that is output from the
また、このような変換回路15によれば、出力光のモニタにおける測定誤差も小さくなる。今、後段のADC16の入力範囲を0〜1V、誤差を10mVとし、抵抗素子20の抵抗値Rmon=1kΩとすると、図5の従来の線形回路では、電流IPd=1000μAの時にADC16によって測定される最大誤差を有する電流は、Imon=(1000mV−10mV)/1kΩ=990μAで測定誤差は1%となり、電流IPd=50μAの時にADC16によって測定される最大誤差を有する電流は、Imon=(50mV−10mV)/1kΩ=40μAで測定誤差は20%にも達する。一方、変換回路15では、電流源回路19での電流Icを(1000μA・Ic)0.5・1kΩ=1000mVを満たす値に設定すると、電流IPd=1000μAの時にADC16によって測定される最大誤差を有する電流は、Imon={(1000mV−10mV)/1kΩ}2/Ic=980μAで測定誤差は2%となり、電流IPd=50μAの時にADC16によって測定される最大誤差を有する電流は、Imon={(223.6mV−10mV)/1kΩ}2/Ic=45.6μAで測定誤差は9%となる。このように、変換回路15では、入力が小さな時の測定誤差を従来に比較して約半分に低減することができる。
Further, according to such a
なお、上述した変換回路では、トランジスタの特性のばらつきや直流電流増幅率hfeの影響を無視しているが、これらの影響を考慮してもImonはIpd 0.5に近い単調増加の関数によって決定される。従って、このような場合でも、出力が入力に対して再現性良く単調増加するものとなるとともに、温度変化や素子の特性ばらつき等によるズレが平方根によって計算されるズレに低減されるので、LDの制御回路としての有用性を損なうことはない。 In the above-described conversion circuit, the influence of the transistor characteristic variation and the direct current amplification factor hfe are ignored. However, even if these influences are taken into consideration, I mon is a monotonically increasing function close to I pd 0.5. Determined by. Therefore, even in such a case, the output monotonously increases with good reproducibility with respect to the input, and the deviation due to the temperature change and the element characteristic variation is reduced to the deviation calculated by the square root. There is no loss of usefulness as a control circuit.
次に、変換回路15における電流源回路19の好適な構成例について説明する。
Next, a preferred configuration example of the
図3に示す電流源回路19の構成は、ADCに入力するモニタ信号Voutにおける抵抗素子の温度変化の影響を小さくするためのものである。一般に、IC内ではバンドギャップ回路などで温度変化の影響の少ない一定電圧を生成することは容易であるが、電流は抵抗素子の温度変化の影響を受ける。図5の従来の回路では、抵抗の温度変化ΔRmonに対して、モニタ信号Voutの温度変化ΔVoutは、下記式(7);
ΔVout/Vout=ΔRmon/Rmon …(7)
で与えられ、抵抗の変化をそのまま受けることになる。
The configuration of the
ΔV out / V out = ΔR mon / R mon (7)
The change in resistance is received as is.
一方、図3に示す電流源回路19を備える変換回路15では、簡単な構成で抵抗の温度変化の影響を軽減することができる。すなわち、電流源回路19は、参照電圧Vrefを出力する電圧源回路25と、一方の端子がアースに接続された抵抗素子(抵抗性負荷素子)26と、電圧源回路25の出力及び抵抗素子26の他方の端子に接続され、抵抗素子26における電圧降下が電圧源回路25の参照電圧Vrefに等しくなるように抵抗素子26に流れる電流Icを生成する電流生成部27とを備えている。ここで、この電流源回路19は、変換回路15が搭載される集積回路と同一の集積回路上に形成されており、抵抗素子26は、抵抗素子20と同一の形成プロセスで形成され、温度変化特性等の特性がほぼ同一とされている。
On the other hand, in the
今、参照電圧Vrefを温度変化によらず一定とし、抵抗素子26の抵抗値をrとすると、モニタ信号Voutは、下記式(8);
Vout=Rmon・{(Vref・Ipd)/r}0.5 …(8)
で与えられる。さらに、抵抗値rとRmonは温度変化に比例するから、モニタ信号Voutの温度変化ΔVoutは、下記式(9);
ΔVout/Vout≒ΔRmon/(2Rmon) …(9)
となり、温度変化の影響は1/2となる。
Now, assuming that the reference voltage V ref is constant regardless of the temperature change and the resistance value of the
V out = R mon · {(V ref · I pd ) / r} 0.5 (8)
Given in. Further, since the resistance value r and R mon is proportional to the temperature change, the temperature change [Delta] V out of the monitor signal V out, the following formula (9);
ΔV out / V out ≈ΔR mon / (2R mon ) (9)
Thus, the effect of temperature change is ½.
また、電圧源回路25は、参照電圧Vrefを、抵抗素子20又は抵抗素子26の温度変化に対して反比例する温度変化を持つように生成することが好適である。具体的には、電圧源回路25は、Rmonが温度変化に比例する場合は、参照電圧Vrefを温度変化に反比例するように生成する。こうすれば、モニタ信号Voutにおける抵抗素子の温度変化の影響が相殺されることになる。一般に、電圧源回路は生成電圧をバンドギャップ電圧からはずしていけば、数%程度までは任意の温度係数が得られるので、予め使用する抵抗素子の温度係数を測定することによってこのような電圧源回路25を実現することが可能である。
The
以下、以上説明した光送信器10の作用効果について説明する。
Hereinafter, the function and effect of the
光送信器10においては、LD11からの光信号Ooutを受光するPD12と、そのPD12から出力される電流Ipdを測定するためのモニタ回路13とが備えられ、このモニタ回路13により、PD12からの電流Ipdが光信号の強度に対応するモニタ信号Voutに変換されて出力される。ここで、トランジスタ18a,18b,18c,18d、電流源回路19、及び抵抗素子20を含むような簡易な構成のモニタ回路13により、PDの電流におけるばらつきや温度変化が発生した場合でも、それらに起因するばらつきが抑えられたモニタ信号として出力される。これにより、集積化が容易な小さな回路規模で、入力ダイナミックレンジの大きく、かつ安定した光信号強度のモニタリングが可能になるとともに、装置の低コスト化が実現される。
The
ここで、光送信器の全回路が正電源で動作する場合、特殊な構成のものを覗けば、通常のADCやオペアンプは入力電圧が100〜200mV以下は動作不良となるため、別に入力電圧シフト用の電流源回路や電圧源回路を用意して、最低入力電圧を大きくするのが普通である。しかしながら、これは回路規模を大きくする上に、入力電圧シフト用の回路によってモニタ誤差も大きくなる。これに対して、光送信器10における変換回路15では入力電圧が小さいときは利得が大きくなるため、入力電圧シフト用の回路が不要となるので、回路規模も不要に大きくならず、かつ入力電圧シフト用の回路に起因するモニタ誤差の増加もない。
Here, when all the circuits of the optical transmitter operate with a positive power supply, if you look into a special configuration, normal ADCs and operational amplifiers will malfunction if the input voltage is 100 to 200 mV or less. It is usual to prepare a current source circuit and a voltage source circuit for increasing the minimum input voltage. However, this increases the circuit scale and also increases the monitor error due to the input voltage shift circuit. On the other hand, in the
また、光送信器10においては、PD電流のばらつきに対処するための抵抗等の回路素子の付け替えが必要ないため、従来方式と比較して信頼性が高く、コストや調整工数の点でも従来より有利である。さらに、光送信器10では、特殊な素子を使用せず、回路規模も小さいため、集積化が容易である。一方、従来のデジタルポテンショメータや可変ゲインアンプを使う方式では、レンジ調整のための煩多な制御が必要な上に高コスト化を招くことになる。
Further, in the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、光送信器10においては、電流源回路19とPD12を入れ替えても良い。この場合は、LD11やPD12が収容されたサブアセンブリのケースの電位がGNDの場合に、PD12のカソードをケースに落とすことにより、サブアセンブリにおけるリードピンを減らすことができる。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, in the
また、変換回路15においては、トランジスタとしてP型電圧効果トランジスタ(以下、FETという)を用いても良い。図4は、このような場合の本発明の変形例である変換回路115の回路図である。この変換回路115は、P型FETである4つのトランジスタ118a,118b,118c,118dを備えている。より詳細には、入力端子21には、トランジスタ118aのソースが接続され、そのゲートは入力端子22に、そのドレインはアースに、それぞれ接続されている。また、トランジスタ118bのゲートは、トランジスタ118aのソース及び入力端子21に接続されるとともに、トランジスタ118bのソースが定電圧源24に、トランジスタ118bのドレインがトランジスタ118aのゲート及び入力端子22に、それぞれ、接続されている。さらに、トランジスタ118cのソースは、トランジスタ118bのソース及び定電圧源24に接続され、トランジスタ118cのゲートとドレインとは互いに接続されている。また、トランジスタ118dのソースは、トランジスタ118cのゲート及びドレインに接続され、トランジスタ118dのゲートが、トランジスタ118bのドレイン、トランジスタ118aのゲート、及び入力端子22に、トランジスタ118dのドレインが出力端子23に、それぞれ接続されている。
In the
また、変換回路15における4つのトランジスタとしては、NPNバイポーラトランジスタ又はN型FETを用いても良い。但し、この場合の変換回路の構成は、図4における回路極性を上下反転させた状態の構成となる。さらに、他の回路からの制約などからPD12とトランジスタ18a,18bとの間に1以上のカレントミラー回路を設けてもよい。
Further, as the four transistors in the
10…光送信器、11…LD(半導体レーザダイオード)、12…PD(受光素子)、13…モニタ回路、15,115…変換回路、18a,18b,18c,18d,118a,118b,118c,118d…トランジスタ、19…電流源回路、20…抵抗素子(抵抗性負荷素子)、21,22…入力端子、23…出力端子、24…定電圧源、25…電圧源回路、26…抵抗素子(第2の抵抗性負荷素子)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記モニタ回路は、
電流源回路と、
前記受光素子及び前記電流源回路のうちのいずれか一方が接続された第1の入力端子と、
前記受光素子及び前記電流源回路のうちの他方が接続された第2の入力端子と、
前記光信号の強度のモニタ信号を出力する出力端子と、
エミッタが前記第1の入力端子に接続され、ベースが前記第2の入力端子に接続された第1のトランジスタと、
ベースが前記第1のトランジスタのエミッタに接続され、エミッタが定電圧源に接続され、コレクタが前記第1のトランジスタのベースに接続された第2のトランジスタと、
エミッタが前記第2のトランジスタのエミッタに接続され、ベースとコレクタとが互いに接続された第3のトランジスタと、
エミッタが前記第3のトランジスタのコレクタに接続され、ベースが前記第2のトランジスタのコレクタに接続され、コレクタが前記出力端子に接続された第4のトランジスタと、
前記第4のトランジスタのコレクタに接続された抵抗性負荷素子と、
を有することを特徴とする光送信器。 A semiconductor laser diode that generates an optical signal; a light receiving element that converts the optical signal of the semiconductor laser diode into a current; and a monitor circuit that monitors the intensity of the optical signal based on the current output from the light receiving element. An optical transmitter comprising:
The monitor circuit is
A current source circuit;
A first input terminal to which one of the light receiving element and the current source circuit is connected;
A second input terminal to which the other of the light receiving element and the current source circuit is connected;
An output terminal for outputting a monitor signal of the intensity of the optical signal;
A first transistor having an emitter connected to the first input terminal and a base connected to the second input terminal;
A second transistor having a base connected to the emitter of the first transistor, an emitter connected to a constant voltage source, and a collector connected to the base of the first transistor;
A third transistor having an emitter connected to the emitter of the second transistor and a base and a collector connected to each other;
A fourth transistor having an emitter connected to the collector of the third transistor, a base connected to the collector of the second transistor, and a collector connected to the output terminal;
A resistive load element connected to the collector of the fourth transistor;
An optical transmitter comprising:
前記モニタ回路は、
電流源回路と、
前記受光素子及び前記電流源回路のうちのいずれか一方が接続された第1の入力端子と、
前記受光素子及び前記電流源回路のうちの他方が接続された第2の入力端子と、
前記光信号の強度のモニタ信号を出力する出力端子と、
ソースが前記第1の入力端子に接続され、ゲートが前記第2の入力端子に接続された第1のFETと、
ゲートが前記第1のFETのソースに接続され、ソースが定電圧源に接続され、ドレインが前記第1のFETのゲートに接続された第2のFETと、
ソースが前記第2のFETのソースに接続され、ゲートとドレインとが互いに接続された第3のFETと、
ソースが前記第3のFETのドレインに接続され、ゲートが前記第2のFETのドレインに接続され、ドレインが前記出力端子に接続された第4のFETと、
前記第4のFETのドレインに接続された抵抗性負荷素子と、
を有することを特徴とする光送信器。 A semiconductor laser diode that generates an optical signal; a light receiving element that converts the optical signal of the semiconductor laser diode into a current; and a monitor circuit that monitors the intensity of the optical signal based on the current output from the light receiving element. An optical transmitter comprising:
The monitor circuit is
A current source circuit;
A first input terminal to which one of the light receiving element and the current source circuit is connected;
A second input terminal to which the other of the light receiving element and the current source circuit is connected;
An output terminal for outputting a monitor signal of the intensity of the optical signal;
A first FET having a source connected to the first input terminal and a gate connected to the second input terminal;
A second FET having a gate connected to the source of the first FET, a source connected to a constant voltage source, and a drain connected to the gate of the first FET;
A third FET having a source connected to the source of the second FET and a gate and a drain connected to each other;
A fourth FET having a source connected to the drain of the third FET, a gate connected to the drain of the second FET, and a drain connected to the output terminal;
A resistive load element connected to the drain of the fourth FET;
An optical transmitter comprising:
前記抵抗性負荷素子と同一集積回路上において、前記抵抗性負荷素子と同一の集積回路製造プロセスによって形成された第2の抵抗性負荷素子と、
前記第2の抵抗性負荷素子に接続されて、前記第2の抵抗性負荷素子の抵抗値の温度変化に対して反比例する温度変化を有する電圧を出力する電圧源回路と、
を有することを特徴とする請求項1又は2記載の光送信器。
The current source circuit is:
A second resistive load element formed by the same integrated circuit manufacturing process as the resistive load element on the same integrated circuit as the resistive load element;
A voltage source circuit connected to the second resistive load element and outputting a voltage having a temperature change inversely proportional to the temperature change of the resistance value of the second resistive load element;
The optical transmitter according to claim 1, further comprising:
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