(57)【要約】【課題】広帯域幅を有する光レシーバシステムを提供する。【解決手段】本発明の一実施例によれば、光レシーバシステム１０は、増幅器回路１１と補償回路２１を含んでいる。増幅器回路１１には、光検出器１４と、トランスインピーダンス増幅器１６が含まれている。トランスインピーダンス増幅器１６は、信号を増幅して、増幅された信号を生成する。補償回路２１には、この増幅された信号に対するポール補償を実行する少なくとも１つのポール補償段２５、２６、２７が含まれている。【選択図】図２
2006157921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出器と、トランスインピーダンス増幅器と、増幅された信号が出力される出力と、を含む増幅器回路と、
前記増幅器回路の出力に接続されており、第１のポールについて前記増幅された信号に対してポール補償を実行する第１のポール補償段を有するポール補償回路と、
を備えている光レシーバシステム。
【請求項２】
前記補償回路が、前記第１のポール補償段と直列に接続された第２のポール補償段を更に備えている、請求項１に記載の光レシーバシステム。
【請求項３】
前記補償回路が、前記第１のポール補償段と直列に接続された第２のポール補償段及び第３のポール補償段を更に備えている、請求項１に記載の光レシーバシステム。
【請求項４】
前記補償回路が、前記第１のポール補償段と並列に接続された第２のポール補償段を更に備えている、請求項１に記載の光レシーバシステム。
【請求項５】
前記補償回路が、前記第１のポール補償段と並列に接続された第２のポール補償段及び第３のポール補償段を更に備えている、請求項１に記載の光レシーバシステム。
【請求項６】
前記第１のポール補償段が、
前記第１のポール補償段のゼロ点周波数の位置を制御するのに使用するＲＣ回路と、
前記第１のポール補償段のゼロ点周波数の位置を制御するのに使用するインダクタンスと、
のうちのいずれかを備えている、請求項１に記載の光レシーバシステム。
【請求項７】
光信号を受信する方法であって、
光検出器によって前記光信号を検出し、電気信号を生成するステップと、
トランスインピーダンス増幅器によって前記電気信号を増幅し、増幅された信号を生成するステップと、
前記増幅された信号のポール補償を実行し、補償された信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項８】
前記増幅された信号のポール補償が、直列に接続された複数のポール補償段によって実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記増幅された信号のポール補償が、並列に接続された複数のポール補償段によって実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記増幅された信号のポール補償が、
ゼロ点周波数の位置を制御するのに使用されるＲＣ回路と、
ゼロ点周波数の位置を制御するためのインダクタンスと、
のうちのいずれかを使用して実行される、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、光システムに関し、特に、広帯域幅を有する光レシーバシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
データを光ファイバを介して伝送する光システムにおいては、高データ転送レートに対する需要のために、広帯域幅を有するべく光レシーバシステムを設計する必要がある。光レシーバシステムの帯域幅を拡張するために、これまで、光レシーバシステム内のトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）の帯域幅を拡張するための努力が行われている。ＴＩＡの帯域幅は、例えば、高価で高性能なプロセス技術を使用したり、ＴＩＡの入力抵抗を低減すると共に／又は、ＴＩＡの実施に新しいアーキテクチャ（例：ベース接地（common base）アーキテクチャ）を採用してミラー効果を回避したりすることにより、拡張することができる。又、光レシーバシステムの帯域幅は、光信号を電気信号に変換するのに使用する光検出器内の寄生容量を低減することによっても、拡張可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、光レシーバシステム内の帯域幅の拡張に使用される前述の方法は、いずれも、欠点及び／又はトレードオフを具備している。例えば、高価で高性能な技術を使用してＴＩＡを実施すれば、光レシーバシステムのコストが大幅に増大することになる。又、ＴＩＡの入力抵抗を低減するには、サイズの大きなトランジスタを使用することが必要であり、結果的に、電力消費量が増大することになる。そして、ミラー効果を回避するためのアーキテクチャ（例：ベース接地増幅器アーキテクチャ）を使用した場合には、結果的にＴＩＡの雑音が増大することになる。又、光検出器内の寄生容量を低減するには、光検出器のサイズを縮小する必要があり、この結果、アライメントの問題やその他のボンディング問題が発生することになる。
又、データ転送レートが上昇するに伴って、更なる問題が発生し、この結果、受信品質が劣化することになる。例えば、光ファイバを介して信号を伝送するのに使用される発光デバイスの固有の非線形特性により、結果的に確立される光リンクのアイ品質が劣化する場合がある。この固有の非線形特性には、立ち下がり信号の緩和振動や低速のテールが含まれる。このような発光デバイス特性の振る舞いを、光レシーバシステム内において補償するのは容易ではない。従来は、低域通過フィルタリング法を使用することにより、発光デバイスの緩和振動周波数成分をフィルタリングで除去している。しかしながら、このような低域通過フィルタリング法は、レシーバシステムの帯域幅を拡張するための努力と相反するものである。又、従来、設計者は、光信号の立ち下がりエッジを加速することによって低速テールの影響を低減するように、発光デバイスの設計を試みている。しかしながら、このような２つの矛盾する設計制約が課された状態における発光デバイスの設計には、多大な努力が必要であり、この結果、開発に要する時間が増大すると共に、結果的に得られる信号の品質も低下することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施例によれば、光レシーバシステムは、増幅器回路と補償回路を含んでいる。増幅器回路には、光検出器と、トランスインピーダンス増幅器が含まれている。トランスインピーダンス増幅器は、増幅された信号を生成する。そして、補償回路には、この増幅された信号に対するポール補償を実行する少なくとも１つのポール補償段が含まれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１は、光伝送システムの概略ブロック図である。光トランスミッタシステム９０は、トランスミッタ回路９１と発光デバイス９２を含んでいる。この発光デバイス９２により、光ケーブル９４を介して光レシーバシステム１０に伝送される光信号１２が生成される。
【０００６】
図２は、光レシーバシステム１０の概略ブロック図である。この光レシーバシステム１０には、増幅器回路１１、補償回路２１、並びに、クロックデータ再生（ＣＤＲ）及び決定ブロック２０が含まれている。
【０００７】
増幅器回路１１には、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１６とフィードバック抵抗器１５が含まれている。又、この増幅器回路１１には、図示のように、ＶＣＣ１３に接続された光検出器１４も含まれている。この光検出器１４は、光信号１２を検出する。そして、この光検出器１４によって結果的に生成された電気信号が、ＴＩＡ１６によって増幅されることになる。
【０００８】
補償回路２１は、ＴＩＡ１６の外部においてポール補償を提供している。ＴＩＡ１６は、通常、３つのポールから構成されており、従って、３つの補償段を使用可能である。但し、主要な２つのポール（入力と出力に関係するもの）の補償に必要とされるのは、２つの補償段のみであり、多くの場合、これは、所望の動作帯域幅を実現するのに十分なものである。
【０００９】
図２に示されている補償回路２１の実施においては、３つの補償段が、直列に接続された状態で示されている。第１の補償段２５は、可変制御入力２２から制御情報を受信している。第２の補償段２６は、可変制御入力２３から制御情報を受信している。第３の補償段２７は、可変制御入力２４から制御情報を受信している。そして、ＣＤＲ及び決定ブロック２０内に実装可能な信号品質監視機能を使用することにより、これら可変制御入力２２、可変制御入力２３、及び可変制御入力２４を制御している。
【００１０】
この可変制御入力２２、可変制御入力２３、及び可変制御入力２４は、適応的重み（weight adaptation）に使用することができる。これは、例えば、ＴＩＡ１６が、３つを上回る数のポールを具備することによって更に複雑なＡＣ応答を具備可能であることから、有用である。更なる１つ又は複数のポールは、例えば、入力ＴＩＡトランジスタのエミッタの寄生容量によってＴＩＡ帯域幅性能にゼロ点が生成される場合に生じ、この結果、ＴＩＡ１６の動作が多少予測不能になる。又、この可変制御入力２２、可変制御入力２３、及び可変制御入力２４によって実行される適応的重みを使用することにより、光レシーバシステム１０の付加回路内に発生する符号間干渉（ＩＳＩ）や表皮効果などの従来のインターフェイス問題を補償することも可能である。
【００１１】
補償段を直列に配列することにより、結果的に、それぞれの段の出力寄生が低減されている。或いは、この代わりに、重みの制御を容易にするべく、図３に示されているように、この補償を並列構成に配列することも可能である。
【００１２】
図３は、光レシーバシステム１０の代替実施例を示している。この実施例における光レシーバシステム１０は、増幅器回路３１、補償回路４１、並びにクロックデータ再生（ＣＤＲ）及び決定ブロック４０を含むべく示されている。
【００１３】
増幅器回路３１には、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）３６とフィードバック抵抗器３５が含まれている。又、増幅器回路３１には、図示のように、ＶＣＣ３３に接続された光検出器３４も含まれている。この光検出器３４が光信号１２を検出する。そして、この光検出器３４によって結果的に生成された電気信号は、ＴＩＡ３６によって増幅されることになる。
【００１４】
補償回路４１は、ＴＩＡ３６の外部においてポール補償を提供している。ＴＩＡ３６は、通常、３つのポールから構成されているため、３つの補償段を使用可能である。但し、主要な２つのポール（入力及び出力に関係するもの）の補償に必要とされるのは、２つの補償段のみであり、多くの場合、これは、所望の動作帯域幅を実現するのに十分なものである。
【００１５】
この図３に示されている補償回路４１の実施例においては、３つの補償段が並列構成で配列された状態で示されている。第１の補償段４５は、可変制御入力４２から制御情報を受信している。第２の補償段４６は、可変制御入力４３から制御情報を受信している。第３の補償段４７は、可変制御入力４４から制御情報を受信している。そして、加算回路４８を使用することにより、この補償段４５、補償段４６、及び補償段４７の出力を合計している。
【００１６】
ＣＤＲ及び決定ブロック４０内に実装可能な出力信号品質監視機能を使用することにより、可変制御入力４２、可変制御入力４３、及び可変制御入力４４を制御している。
【００１７】
この図２及び図３に示されている補償回路を使用すれば、高速通信動作に必要なレシーバシステム帯域幅を最大限に拡張することができる。又、これによれば、光トランスミッタシステム（図１に示されているもの）の発光デバイス９２からの光出力の緩和振動と低速テールを補償することも可能である。
【００１８】
それぞれの補償段の帯域幅が、等化に必要な最大動作周波数をカバーしている場合には、この補償回路の実施に使用する技術は、通常、ＴＩＡに基づいた増幅器回路の実施に使用されるものと同一である。又、この補償回路に必要な電力消費量は、ＴＩＡ段の帯域幅の増大の結果生じる電力消費量と比べて、格段に小さい。更には、この補償段の単純な構造により、光レシーバシステムの開発に必要な時間が短縮されることになる。又、この補償回路は、既存のＴＩＡ増幅器の設計に影響を与えることなしに設計可能であり、従って、ＴＩＡに基づいた増幅器回路の安定性に影響を与えることなしに、補償回路を、ＴＩＡに基づいた増幅器回路の既存の設計に追加することができる。この補償回路を使用してトランスミッタの発光デバイスの特性を補償すれば、補償回路は信号の立ち上がり又は立ち下がり時間を劣化させることなしに、発光ダイオードの固有の緩和振動を改善する。
【００１９】
図４は、補償段の動作を示す図である。軸１０１は、周波数を表している。軸１０２は、利得を表している。トレース区域１０３は、ゼロ点周波数（Ｗｚ）１０８よりも低い周波数において低利得（Ｇｌ）を具備する補償段を表している。トレース区域１０４は、ゼロ点周波数（Ｗｚ）１０８と第１のポール周波数（Ｗｐ）１０９との間の周波数において低利得（Ｇｌ）から高利得（Ｇｈ）に増大する利得を具備する補償段を表している。トレース区域１０５は、第１のポール周波数（Ｗｐ）１０９と第２のポール周波数（Ｗｐ２）１１０との間の周波数において高利得（Ｇｈ）を具備する補償段を表している。トレース区域１０６は、第２のポール周波数（Ｗｐ２）１１０よりも高い周波数において高利得（Ｇｈ）を具備する理想的な補償段を表している。そして、トレース区域１０７は、第２のポール周波数（Ｗｐ２）１１０よりも高い周波数において漸減する利得を具備する実際の補償段を表している。尚、この第２のポール周波数（Ｗｐ２）１１０よりも高い周波数において漸減する利得は、補償段自体の固有のポールに起因するものである。但し、この補償段は、ＴＩＡのポールの補償に大きな影響を与えないように、ポールＷｐ２の場所が十分高い周波数に位置するように設計することが可能である。
【００２０】
図５は、ポール補償を有する差動増幅器として実施された補償段の実施例を示している。この補償段に対する入力は、電圧入力Ｖｉｎ＋ ５３及びＶｉｎ− ５４によって実施されている。一方、この補償段の出力は、電圧出力Ｖｏｕｔリード５５及び５６によって実施されている。そして、この補償段は、図示のように、ＶＣＣ５２と接地５１に接続された抵抗器５７、抵抗器５８、抵抗器５９、キャパシタ６０、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）６１、ＦＥＴ６２、電流源６３、及び電流源６４によって実施されている。この図５に示されている補償段の利得は、例えば、抵抗器５７及び抵抗器５８のインピーダンスを変化させることによって調節する。そして、この図５の補償段が補償するポールの位置は、例えば、抵抗器５９のインピーダンスを変化させることによって調節する。
【００２１】
この図５に示されている補償段においては、エミッタのＲＣデジェネレーション（degeneration）により、ＤＣ及び高周波数における利得が異なったものになっている。理想的には、５９及びキャパシタ６０によって形成されるＲＣ回路の時定数によってゼロ点周波数が設定されるが、実際には、ゼロ点周波数は、ＦＥＴ６１、ＦＥＴ６２のエミッタ、電流源６３、及び電流源６４の寄生容量の影響を受けることになる。
【００２２】
図６は、差動増幅器として実施された補償段の別の実施例を示している。この補償段の入力は、電圧入力Ｖｉｎ＋ ７３とＶｉｎ− ７４によって実施されている。一方、この補償段の出力は、電圧出力Ｖｏｕｔリード７５及び７６によって実施されている。そして、この補償段は、図示のごとくに、ＶＣＣ７２と接地７１に接続された抵抗器７７、抵抗器７８、インダクタ７９、インダクタ８０、ＦＥＴ８１、ＦＥＴ８２、及び電流源８３によって実施されている。この図６に示されている補償段の利得は、例えば、抵抗器７７及び抵抗器７８のインピーダンスを変化させることによって調節する。そして、この図６の補償段が補償するポールの位置は、例えば、インダクタ７９及びインダクタ８０のインダクタンスを変化させることによって調節する。
【００２３】
この図６に示されている補償段においては、理想的には、インダクタ７９及びインダクタ８０によるインダクタンスによってゼロ点周波数が設定されるが、実際には、ゼロ点周波数は、ＦＥＴ８１、ＦＥＴ８２のエミッタ及び電流源８３の寄生容量の影響を受けることになる。
【００２４】
例えば、ＴＩＡ増幅器が、５ＧＨｚにおける光検出器の寄生を原因とする主要なポールと、２７ＧＨｚのバッファ段による約９ＧＨｚにおける出力関連のポールを具備している場合には、このＴＩＡ段の全体的な帯域幅は、約４．３ＧＨｚであり、これは、１０Ｇｂｐｓで動作する光信号を処理するのに十分なものではない。２つの周波数補償段を有する補償回路によれば、信号の正確な検出を可能にする十分な補償を提供することができる。
【００２５】
トランスミッタ側における発光デバイスの周波数補償は、その発光デバイスのインパルス応答を抽出することによって実現可能である。発光デバイスのインパルス応答には、相対的な情報が含まれているため、補償プロセスの基準としてインパルス応答を使用する。このインパルス応答から、現在利用可能な最適化ツールを使用することにより、同一のインパルス応答を生成するマッチングフィルタを生成する。発光ダイオードの通常のインパルス応答は、３つのポールから構成されている。ポールの中の２つは、共役ポールであり、実数部と虚数部を具備することにより、発光デバイスの固有緩和振動周波数を制御している。第３のポールは、発光デバイスからの過渡応答の立ち上がり及び立ち下がり時間の調節に寄与している。発光デバイス特性の実際の補償に必要な最終的な補償フィルタは、インパルス応答を使用して実装されたマッチングフィルタの逆関数である。
【００２６】
以上の説明は、本発明の模範的な方法及び実施例を開示及び説明したものに過ぎない。本発明は、その精神及び基本的な特性を逸脱することなしに、その他の特定の形態において実施可能であり、当業者であれば、これを理解することができよう。従って、本発明の開示内容は、本発明の範囲を例示することを目的とするものであって、これを限定するものではなく、本発明の範囲は、添付の請求項に規定されているとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】光伝送システムの概略ブロック図である。
【図２】本発明の実施例による補償回路を含む光レシーバシステムの概略ブロック図である。
【図３】本発明の別の実施例による別の補償回路を含む光レシーバシステムの概略ブロック図である。
【図４】本発明の実施例による補償段の動作を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例による光レシーバシステムの補償回路内において使用する単一のポール補償段の例を示す図である。
【図６】本発明の別の実施例による光レシーバシステムの補償回路内において使用する単一のポール補償段の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：光レシーバシステム
１１、３１：増幅器回路
１４、３４：光検出器
１６、３６：トランスインピーダンス増幅器
２１、４１：ポール補償回路
２５、２６、２７、４５、４６、４７：ポール補償段
【図１】
2006157921.tif 000003
【図２】
2006157921.tif 000004
【図３】
2006157921.tif 000005
【図４】
2006157921.tif 000006
【図５】
2006157921.tif 000007
【図６】
2006157921.tif 000008