JP7572282B2

JP7572282B2 - 送信インターフェースおよび送信装置

Info

Publication number: JP7572282B2
Application number: JP2021051318A
Authority: JP
Inventors: 直志美濃谷; 俊樹岸; 義和卜部; 正俊十林; 修弘豊田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2024-10-23
Anticipated expiration: 2041-03-25
Also published as: WO2022203058A1; US20240160236A1; JP2022149255A; US12489404B2

Description

本発明は、複数の送信器を備える送信インターフェースおよび送信装置に関する。

コンピュータのデータ処理能力を向上させることが求められており、このためにはコンピュータに大量のデータを送受信することが必要である。この大量のデータの送受信に光通信などの高速インターフェースを多数使用することが有望である（非特許文献１）。

高速インターフェースを多数使用した場合では、隣接する高速インターフェース間の信号の干渉が問題となる。隣接するインターフェース間の信号の干渉の原因の一つに、インターフェースの共通の電源を介した信号の干渉がある。この干渉は高速インターフェースを高密度に実装する場合に顕著になるので、コンピュータの処理部であるＣＰＵやＧＰＵのチップに隣接して高速インターフェースを集積する場合には、この干渉を抑制することが求められる。

図３に、従来の送信インターフェース２０を示す。各送信器２０１＿１～２０１＿Ｎには、共通の電源１とバイアス用電源３それぞれからグランド電圧とバイアス電圧が供給され、一方、各送信器に個別に信号源４＿１～４＿２から信号電圧が供給される。バイアス電圧により変調部２３の変調トランジスタ２３１がバイアスされ、信号電圧により変調トランジスタ２３１の入力が変調されて変調トランジスタ２３１のコンダクタンスが変調される。また、グランド電圧が、変調部２３とレーザーダイオード２４に分割されて、それぞれに印加される。

変調トランジスタ２３１のコンダクタンスが変調されると、レーザーダイオード２４に印加される電圧も変化するため、これに従ってレーザーダイオード２４に流れる電流が変化し、この変化が光信号となって出力される。

https://eetimes.jp/ee/articles/1809/20/news011_4.html

一般的に、電源１と送信インターフェース２０間は配線で接続されるため、インダクタンス２を有する。送信器２０１＿Ｎに入力された信号によりレーザーダイオード２４に流れる電流が変化すると、配線のインダクタンス２により電源端子２５１の電圧が変動する（図３中Ａ）。

送信器２０１＿Ｎと共通の電源端子２５１を有する送信器２０１＿１では、電源１のグランド電圧の変動に関係なく変調部２３はバイアスされるため、変調トランジスタ２３１のコンダクタンスは電源１のグランド電圧の変動に相関がない（図３中Ｂ）。

一方、レーザーダイオード２４には電源１のグランド電圧の変動が伝わり、光信号も電源の変動に伴って変化する（図３中Ｃ）。

そこで、グランド電圧の変動に相関しない変調部２３の信号電圧に、変動するグランド電圧が重畳されるので、光信号が影響を受ける。このように、任意の送信器（例えば送信器２０１＿Ｎ）での信号変化が別の送信器（例えば送信器２０１＿１）に伝達され、送信器間の混信が発生するので問題となる。

本発明の目的は、レーザーダイオードに印加される電圧の変動を抑制し、並列化された光通信送信器で隣接する送信器間の混信を抑制できる送信インターフェースおよび送信装置を提供することである。

上述したような課題を解決するために、本発明に係る送信インターフェースは、複数の送信器を有する送信インターフェースであって、前記送信器が、グランド電圧が入力され、前記複数の送信器で共通する電源端子と、バイアス電圧が入力されるバイアス端子と、信号電圧が入力される信号端子と、前記グランド電圧と前記バイアス電圧とが印加され、前記グランド電圧の変動を逆相にして出力する電源変動反転バイアス部と、前記電源変動反転バイアス部の出力と前記信号電圧が印加され、前記逆相のグランド電圧の変動を同相にして、前記同相にされた前記逆相のグランド電圧の変動を出力する変調部と、レーザーダイオードと、前記電源端子と接続される電源変動伝達部とを備え、前記電源変動反転バイアス部が、変動反転トランジスタと、抵抗とを備え、前記変動反転トランジスタのドレインに前記抵抗の一端が接続され、前記グランド電圧が、前記抵抗の他端に印加され、前記バイアス電圧が、前記変動反転トランジスタのゲートに印加され、前記グランド電圧が、前記電源変動伝達部に印加され、前記電源変動伝達部により抽出された前記グランド電圧の変動が、前記変動反転トランジスタのゲートに印加され、前記グランド電圧が前記レーザーダイオードの一方の端子に印加され、前記変調部の出力が前記レーザーダイオードの他方の端子に印加される。

本発明によれば、レーザーダイオードに印加される電圧の変動を抑制できる送信インターフェースおよび送信装置を提供できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る送信インターフェースの構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る送信インターフェースを有する送信装置の構成を示すブロック図である。図３は、従来の送信インターフェースを有する送信装置の構成を示すブロック図である。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る送信インターフェースおよび送信装置について図１～図２を参照して説明する。

＜送信インターフェースの構成＞
本実施の形態に係る送信インターフェース１０は、図１に示すように、Ｎ個の送信器１０１＿１～１０１＿Ｎを有し、各送信器は、電源変動キャンセリングバイアス部１１と、入力部１２と、変調部１３と、レーザーダイオード１４とを備える。

電源変動キャンセリングバイアス部１１は、電源変動反転バイアス部１１１と、電源変動伝達部１１４と、変動遮断部１１５とを備える。電源変動反転バイアス部１１１は、変動反転トランジスタ１１２と抵抗１１３とを備え、変動反転トランジスタ１１２のドレインが抵抗１１３の一端と変調部１３の変調トランジスタ１３１のゲートに接続され、変動反転トランジスタ１１２のソースが接地に接続される。抵抗１１３の他端は電源端子１５１に接続される。

変動反転トランジスタ１１２のゲートに、電源変動伝達部１１４と変動遮断部１１５とが並列に接続される。ここで、変動反転トランジスタ１１２は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ、ｎ-ｔｙｐｅｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（ＰＭＯＳ）でもよく、他のＦＥＴでもよい。

電源変動反転バイアス部１１１は、バイアス端子１５２の電圧に基づいて変調部１３をバイアスするとともに、電源１のグランド電圧の変動を反転させて変調部１３に印加する。

電源変動伝達部１１４は、電源端子１５１に接続され、電源１のグランド電圧の変動を電源変動反転バイアス部１１１に伝達する。電源変動伝達部１１４には、コンデンサなどの容量やトランジスタ回路を用いてもよい。

変動遮断部１１５は、バイアス端子１５２に接続され、伝達された電源１のグランド電圧をバイアス端子１５２の電圧から遮断する。変動遮断部１１５には、抵抗やダイオードを用いてもよい。

入力部１２では、デカップリング容量１２１と終端負荷１２２とが並列に接続される。

変調部１３では、変調トランジスタ１３１と変調抵抗１３２を備える。変調トランジスタ１３１のゲートに、電源変動キャンセリングバイアス部１１の出力と入力部１２の出力が入力され、ソースが接地に接続される。また、変調トランジスタ１３１のドレインに変調抵抗が接続される。変調部１３の出力がレーザーダイオード１４に印加される。

レーザーダイオード１４は、電源端子１５１からのグランド電圧と変調部１３から入力される電圧でバイアス（印加）され、光信号を出力する。

本実施の形態に係る送信インターフェース１０は、図２に示すように、送信装置に適用される。送信インターフェースにおける各送信器１０１＿１～１０１＿Ｎには、各送信器１０１＿１～１０１＿Ｎで共通の電源１とバイアス用電源３それぞれからグランド電圧とバイアス電圧が供給され、一方、各送信器１０１＿１～１０１＿Ｎに個別に信号源４＿１～４＿Ｎから信号電圧が供給される。

ここで、電源１と配線（インダクタンス）２を介して接続される各送信器の電源端子１５１は、送信器１０１＿１～１０１＿Ｎにおいて共通である。また、バイアス用電源３と接続される各送信器のバイアス端子１５２は、送信器において共通である。信号源４＿１～４＿Ｎに、それぞれ信号端子１５３＿１～１５３＿Ｎが接続される。

＜送信インターフェースの動作＞
本実施の形態に係る送信インターフェース１０では、バイアス用電源３からバイアス電圧が電源変動反転バイアス部１１１に入力され、電源変動反転バイアス部１１１で生成される電圧により変調部１３の変調トランジスタ１３１がバイアスされる。この変調トランジスタ１３１の出力（電圧）が、レーザーダイオード１４に印加される。

このとき、初めに、任意の送信器（例えば、送信器１０１＿Ｎ）に入力された信号によりレーザーダイオード１４に流れる電流が変化すると、配線のインダクタンス２により電源端子１５１の電圧が変動する（図２中Ａ）。

次に、送信器１０１＿Ｎと共通の電源端子１５１を有する他の送信器（例えば、送信器１０１＿１）では、電源変動キャンセリングバイアス部１１の電源変動伝達部１１４により、電源１からのグランド電圧の変動が、電源変動反転バイアス部１１１に同相で入力される（図２中Ｂ）。ここで、電源変動反転バイアス部１１１のＮＭＯＳ１１２のゲートには、グランド電圧の変動成分とともに、バイアス端子１５２からのバイアス電圧が入力される。

次に、電源変動反転バイアス部１１１のＮＭＯＳ１１２では、ゲートの電圧が増加するとドレインの電圧は降下するため、同相で入力されたグランド電圧の変動は逆相となって変調トランジスタ１３１のゲートに出力される（図２中Ｃ）。このように、電源変動反転バイアス部１１１は、逆相のグランド電圧の変動成分を伴う電圧を出力する。

次に、変調部１３の変調トランジスタ１３１のゲートに、電源変動反転バイアス部１１１の出力と、信号端子１５３＿１からの信号電圧が印加される。ここで、ゲートの電圧が増加するとドレインの電圧は降下するため、逆相で入力されたグランド電圧の変動は同相となる。このように、変調部１３は、同相のグランド電圧の変動成分を伴う電圧をレーザーダイオード１４に出力する（図２中Ｄ）。

最後に、レーザーダイオード１４に、電源端子１５１からのグランド電圧と変調部１３の出力とが印加され、光信号が送信される。

このように、レーザーダイオード１４に印加される電圧において、グランド電圧が変動するとき、変調部１３の出力もグランド電圧の変動と同相で変動する。

その結果、レーザーダイオード１４にはグランド電圧と変調部１３の出力電圧の差分が印加されるので、レーザーダイオード１４に印加される電圧の変動は抑制される。そこで、電源１のグランド電圧の変動に伴う光信号の変化が抑制される。

したがって、本実施の形態に係る送信インターフェースによれば、レーザーダイオードに印加される電圧の変動を抑制できるので、並列化された光通信送信器で隣接する送信器間の混信を抑制することができる。

本発明の実施の形態では、複数の送信器のバイアス端子が共通である例を示したが、これに限らず、複数の送信器それぞれが別個にバイアス端子を備えてもよい。

本発明の実施の形態では、複数の送信器それぞれが別個に信号端子を備える例を示したが、これに限らず、複数の送信器が共通の信号端子を備えてもよい。

本発明の実施の形態では、複数の送信器のうち送信器１０１＿１が動作する例を示したが、他の送信器も同様の構成を有し、同様に動作する。

本発明の実施の形態では、送信インターフェースの構成、製造方法などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。送信インターフェースの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。

本発明は、送信回路に接続する接続回路に関するものであり、通信伝送システムに適用することができる。

１０送信インターフェース
１０１＿１～１０１＿Ｎ送信器
１５１電源端子
１５２バイアス端子
１５３＿１～１５３＿Ｎ信号端子
１１電源変動キャンセリングバイアス部
１１１電源変動反転バイアス部
１２入力部
１３変調部
１４レーザーダイオード

Claims

複数の送信器を有する送信インターフェースであって、
前記送信器が、
グランド電圧が入力され、前記複数の送信器で共通する電源端子と、
バイアス電圧が入力されるバイアス端子と、
信号電圧が入力される信号端子と、
前記グランド電圧と前記バイアス電圧とが印加され、前記グランド電圧の変動を逆相にして出力する電源変動反転バイアス部と、
前記電源変動反転バイアス部の出力と前記信号電圧が印加され、前記逆相のグランド電圧の変動を同相にして、前記同相にされた前記逆相のグランド電圧の変動を出力する変調部と、
レーザーダイオードと、
前記電源端子と接続される電源変動伝達部とを
備え、
前記電源変動反転バイアス部が、
変動反転トランジスタと、
抵抗とを
備え、
前記変動反転トランジスタのドレインに前記抵抗の一端が接続され、
前記グランド電圧が、前記抵抗の他端に印加され、
前記バイアス電圧が、前記変動反転トランジスタのゲートに印加され、
前記グランド電圧が、前記電源変動伝達部に印加され、
前記電源変動伝達部により抽出された前記グランド電圧の変動が、前記変動反転トランジスタのゲートに印加され、
前記グランド電圧が前記レーザーダイオードの一方の端子に印加され、前記変調部の出力が前記レーザーダイオードの他方の端子に印加される送信インターフェース。
前記変調部が変調トランジスタを有し、
前記変調トランジスタのゲートに、前記電源変動反転バイアス部の出力と前記信号電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の送信インターフェース。
前記バイアス端子と接続される変動遮断部と
前記信号端子と接続される入力部と
を備え、
前記電源変動伝達部と、前記変動遮断部とが、前記変動反転トランジスタのゲートに接続され、
前記変動反転トランジスタのドレインと、前記入力部とが、前記変調トランジスタのゲートに接続されることを特徴とする請求項２に記載の送信インターフェース。
前記入力部が、
前記信号端子と前記変調トランジスタのゲートとの間に接続される容量と、
前記容量の入力に接続される終端負荷と
を備える請求項３に記載の送信インターフェース。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の送信インターフェースと、
前記電源端子に接続する電源と、
前記バイアス端子に接続するバイアス用電源と、
前記信号端子それぞれに接続する複数の信号源と
を備える送信装置。