(57)【要約】光電子モジュールが使用する電力量を最小化するシステム及び方法を開示する。本システムは熱電冷却素子（ＴＥＣ）を使用してモジュールのケース温度を約５０℃に維持する。これにより、ＴＥＣは、効率がずっと高い加熱モードで動作することができるので、モジュール温度を維持するために使用される電流を最小化することができる。本方法は、最大電流レベルを超えないように光電子モジュールの温度範囲及び動作温度を決定するステップを含む。一の例示としての実施形態では、約−５℃〜約７５℃の温度範囲の中で動作温度を約５０℃とすることによって最大電流を約３００ｍＡとすることができる。
2007523493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換デバイスであって、
ケースと、
同ケース内に配置されるレーザアセンブリと、
同レーザアセンブリと通信し、冷却モードまたは加熱モードのいずれかで動作する温度制御素子と、を備え、
前記温度制御素子は、前記デバイスが約５０℃で動作するように最適化されている場合に、冷却モードよりも加熱モードでの動作が多くなる、デバイス。
【請求項２】
前記レーザアセンブリは、高密度波長分割多重ギガビットインターフェースコンバータ（Ｄｅｎｓｅ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ  Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＤＷＤＭ  ＧＢＩＣ）トランシーバモジュールを含む請求項１記載の光電変換デバイス。
【請求項３】
前記ＤＷＤＭ  ＧＢＩＣはＸＦＰモジュールである請求項２記載の光電変換デバイス。
【請求項４】
前記ケースの温度は４５℃〜８０℃の範囲に維持される請求項１記載の光電変換デバイス。
【請求項５】
前記ケースの温度が８５℃の場合に、前記モジュールには４００ｍＡ未満の電流が流れる請求項１記載の光電変換デバイス。
【請求項６】
前記ケースの温度が０℃〜７５℃の範囲である場合に、３００ｍＡ未満の最大電流が流れる請求項１記載の光電変換デバイス。
【請求項７】
光電変換デバイスであって、
通信パネルに取り付けられるように適合させたケースと、
同ケース内に配置され、かつ電流を前記通信パネルから取り出す機能を備えるレーザアセンブリと、
同レーザアセンブリと通信する温度制御素子と、を備え、同温度制御素子は前記ケースの温度を制御して、温度が６５℃〜８５℃のときに、前記通信パネルから取り出す電流が４００ｍＡ未満となるようにする光電変換デバイス。
【請求項８】
前記レーザアセンブリは、高密度波長分割多重ギガビットインターフェースコンバータ（ＤＷＤＭ  ＧＢＩＣ）トランシーバモジュールを含む請求項７記載の光電変換デバイス。
【請求項９】
前記ＤＷＤＭ  ＧＢＩＣはＸＦＰモジュールである請求項８記載の光電変換デバイス。
【請求項１０】
前記ケースの温度は４５℃〜８０℃の範囲に維持される請求項７記載の光電変換デバイス。
【請求項１１】
前記ケースの温度が８５℃の場合に、前記モジュールには４００ｍＡ未満の電流が流れる請求項７記載の光電変換デバイス。
【請求項１２】
前記ケースの温度が０℃〜７５℃の範囲である場合、最大電流は３００ｍＡを超えない請求項７記載の光電変換デバイス。
【請求項１３】
レーザに流れる電流をレーザの動作温度範囲に渡ってバランスさせる方法であって、レ
ーザに流れる最大電流を動作レーザ温度範囲に渡って決定するステップと、
レーザの最適化温度を動作レーザ温度範囲に基づいて決定するステップと、を含み、
最適化温度は、動作レーザ温度が温度範囲の最大温度にまで上昇すると、レーザには、前記最大電流未満の電流が流れ、そして前記レーザ動作温度が動作レーザ温度範囲の最小温度にまで下降すると、レーザには、前記最大電流未満の電流が流れるように選択される、方法。
【請求項１４】
前記レーザ動作温度は−５℃〜８０℃の範囲に維持される、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザ動作温度が８５℃の場合に、前記モジュールには４００ｍＡ未満の電流が流れる請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザ動作温度が−５℃〜７５℃の範囲の場合に、３００ｍＡ未満の最大電流が流れる請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
前記温度範囲は−５℃〜７５℃である請求項１３記載の方法。
【請求項１８】
前記最適化温度は５０℃である請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記レーザはトランシーバモジュールの一部分である請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
前記トランシーバモジュールはＸＦＰモジュールである請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記トランシーバモジュールは高密度波長分割多重ギガビットインターフェースコンバータ（ＤＷＤＭ  ＧＢＩＣ）である請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記ＤＷＤＭ  ＧＢＩＣはＸＦＰモジュールである請求項２１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電子モジュールの分野に関し、特に、光電子モジュールが消費する電力量を熱電冷却素子（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒｓ：ＴＥＣｓ）を使用して温度制御することにより最小化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ技術は音声信号及びデータ信号の伝送に益々使用されるようになっている。伝送媒体として、光ファイバは従来の電気通信技術よりも優れた多くの利点を有する。例えば、光信号によって極めて高い伝送レート及び非常に広い帯域幅の機能が実現する。また、光信号は電磁干渉に強く、電磁干渉は対策を施さない場合には電気信号に干渉し、そして電気信号を劣化させ得る。光信号はまた、非常に長い距離を、銅配線の中を伝わる電気信号に通常関連する信号損失を生じることなく伝送することができる。
【０００３】
光通信は多数の利点をもたらすが、光を伝送媒体として実際に使用する場合には多数の課題が提起される。特に、光信号で伝送するデータをネットワークスイッチのようなデバイスが受信するには電気フォーマットに変換する必要がある。逆に、データを光ネットワークに送信する場合には、当該データを電気信号から光信号に変換する必要がある。光信号の伝送は通常、トランシーバモジュールのような光素子を光ファイバケーブルの両端で使用することにより行なわれる。各トランシーバモジュールは通常、レーザ伝送回路（ｌａｓｅｒ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  ｃｉｒｃｕｉｔ）及び光受信機（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を含み、レーザ伝送回路は電気信号を光信号に変換する機能を備え、光受信機は受信光信号を電気信号に戻す機能を備える。
【０００４】
これらのトランシーバモジュールは、ホストコンピュータ、スイッチングハブ、ネットワークルータ、スイッチボックス、またはコンピュータ入力／出力（Ｉ／Ｏ）などのようなホストデバイスとのインターフェース接続を、対応接続ポートを介して電気的に実現する。或るアプリケーションでは、トランシーバモジュールの物理サイズを小さくして、ホストデバイスとのインターフェース接続を行なうトランシーバモジュールの数を増やすことが望ましい。接続ポートの数を増やすことにより、ホストデバイスはより多くのネットワーク接続を所定の物理空間の中で行なう。或る環境では、トランシーバモジュールはホットプラグ接続可能である、すなわち電力を中断することなくトランシーバモジュールをホストデバイスに挿入し、そしてホストデバイスから取り外すことができることが望ましい。
【０００５】
これらの目的の多くを達成し、かつ異なる製造業者の間の互換性を保証するために、採用する国際工業規格は光トランシーバモジュールのサイズ及び形状を規定する。例えば、或るグループの光部品製造業者は、Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ−ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ（ＳＦＰ：小型かつ活線挿抜可能）トランシーバと表記される光トランシーバモジュールの一連の規格を開発した。電気インターフェースの詳細の他に、本規格はＳＦＰトランシーバモジュール、及びホストデバイスに接続される該当する接続ポートまたはモジュールケージに関する物理サイズ及び形状を規定する。これらの規格は異なる製造業者製品の間の相互運用性を保証する。ごく最近、１０Ｇｂ／ｓのＳｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ（１０ギガビットＸＦＰ）規格が、サイズ、消費電流などに関する該当する詳細の全てに関して採用された。
【０００６】
ＳＦＰまたはＸＦＰ規格に準拠するトランシーバパッケージが小型化し、かつデータレートが高くなって、トランシーバによる発熱が問題となってきている。熱放散機構または
冷却機構によって、これらのトランシーバの内部のレーザ及びレーザダイオードが生成する過剰な熱を低減する。例えば、１０ギガビットトランシーバは通常、１５〜３０℃の標準温度範囲で動作するために熱放散機構を必要とするが、低速光伝送用のトランシーバは熱放散を行なう必要がない。しかしながら、熱放散機構の使用によってトランシーバの組み立てに関する複雑さが増し、コストが高くなり、熱放散機構を使用しない場合にトランシーバの機能光部品及び機能電気部品に対して利用することができる空間が減り、更にトランシーバを動作させるために必要な電力量が増える。
【０００７】
一のタイプの熱放散機構または冷却機構は熱電冷却素子（ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｏｌｅｒ：ＴＥＣ）である。ＴＥＣはトランシーバ、またはトランシーバの特定部品の温度を所定温度に維持する。部品が過熱すると、電流がＴＥＣを一の方向に流れて冷却が行なわれる。部品が過度に冷たくなると、電流が他の方向に流れ、そしてＴＥＣがヒータとして機能する。残念なことに、ＴＥＣは冷却モード期間に加熱モード期間よりもずっと多くの電力を必要とする。モジュールの温度が上昇すると、ＴＥＣが冷却のために消費する電力が指数関数的に増大する。
【０００８】
図１は、参照番号１２で示されるＴＥＣに流れる電流と、ＴＥＣにおける、部品が熱くなる側と冷たくなる側との間の温度の差（ＴＥＣのΔＴ）との関係を模式的に表わすグラフ１０を示している。ＴＥＣのゼロ電力温度は「０」として特定される、すなわち参照番号１４で示される、ＴＥＣにおける、部品が冷たくなる側と熱くなる側との間の温度の差が無い温度として特定される。グラフ１０のプロット１６から分かるように、ＴＥＣのΔＴが負になると、加熱のためにＴＥＣを流れる電流の大きさがほんのわずかに増す。これは、ＴＥＣが加熱モードで動作し始め、そして小さい量の電流を流すからである。しかしながら、ΔＴが正になると、冷却のためにＴＥＣを流れる電流の大きさが急速に増す。このようになるのは、ＴＥＣが冷却素子としてよりも加熱素子としてずっと高い効率を示す素子であるからである。
【０００９】
トランシーバ用途においては、普通、ＴＥＣの基台（熱くなる側）はトランシーバのケースに熱的に取り付けられ、そしてレーザはＴＥＣの上部（冷たくなる側）に取り付けられる。この普通の構成においては、ＴＥＣはトランシーバケース温度が所望のレーザ設定温度よりも低い場合に加熱モードになり、逆にＴＥＣは、トランシーバケース温度がレーザ設定温度よりも高い場合に冷却モードになる。ＴＥＣを出来る限り効率的に動作させるためには、ＴＥＣを加熱モードで広い範囲のトランシーバケース温度に渡って動作させることが望ましい。
【００１０】
レーザを約１５℃〜約３０℃の温度範囲で動作させるように構成される現在のトランシーバモジュールには問題が生じる。通常のトランシーバモジュールの動作環境、すなわち多くのモジュールが密集して組み込まれるという環境に起因して、トランシーバの動作ケース温度は所望のレーザ温度範囲よりもずっと高くなり、レーザ温度を制御するＴＥＣは効率に劣る冷却モードで動作する必要がある。これは問題となる、というのは、ＴＥＣを含むトランシーバモジュールが利用することができる全電力量は小さく、トランシーバのレーザを３０℃以下に維持するために大きな電力を消費するのは望ましくないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
関連する問題は、所定の温度範囲のトランシーバモジュールが利用することができる帯域である。この技術分野では、チャネル間隔は温度を調整することにより調整することができることが知られている。例えば、チャネル間隔が約１００ＧＨｚである場合、チャネル間を移動するために必要な温度シフトは約１０℃となる。幾つかのＤＷＤＭチャネルで動
作するように設計されるトランシーバの場合、ＴＥＣの温度制御範囲を広げて必要な熱調整を行なう必要がある。単一の１００ＧＨｚチャネルで動作するためには、約１０℃の温度制御範囲が通常、必要になる。しかしながら、２つの１００ＧＨｚチャネルに渡って動作するためには、約２０℃の温度制御範囲が必要になる。複数のチャネルを利用する用途においては、レーザ温度範囲を最適化してＴＥＣ消費電力を最小化することが更に重要になる。
【００１２】
以上のような事項を考慮すると、熱電冷却素子（ＴＥＣ）を、広いモジュール温度範囲に渡って効率の高い冷却モードで動作させてモジュール（ＴＥＣ）消費電力を最小化することが望ましい。また、モジュールが拡張温度範囲に渡って動作して、モジュールが複数のチャネルで動作するようにモジュールを調整することができれば有利である。これによって、より多くの量のデータを伝送することができ、かつ全体消費電力を小さく維持することもできる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は或る温度範囲で動作する光電変換デバイスについて記載し、当該温度範囲では、ＴＥＣはほとんどの時間に渡って加熱モードで動作することができる。その結果、光電変換デバイスの消費電流は拡張温度範囲に渡って所定の最大値よりも低い値に維持される。一の例示としての実施形態では、モジュール電流を３００ｍＡ以下に維持しながら、モジュールを約−１０℃〜約７５℃の温度範囲で動作させることができる。これは一の構成では、レーザ動作温度を約５０℃に設定することにより実現する。レーザを高い温度で動作させることにより、レーザ温度を維持するために使用するＴＥＣは、相対的に効率の高い加熱モードでほとんどの時間に渡って動作し続けることができる。
【００１４】
別の構成では、レーザの動作温度を上げて、ＴＥＣが加熱モードでのみ動作するようにすることができる。いずれの場合においても、レーザの効率を維持しながら既存のモジュールよりも小さな電流を流す高効率の光電子モジュールが得られる。
【００１５】
本発明のこれらの目的及び特徴、及び他の目的及び特徴は、次の記述及び添付の請求項によって更に完全な形で明らかになる、または本発明を以下に示すように実施することによって習得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の例示としての実施形態は、光電変換デバイスまたは光電子モジュールの構成部品を冷却するために過剰なＴＥＣ電流が高温で流れる問題を解決するために提示される。これらの実施形態によって、素子またはモジュールのケース温度を高くして、ＴＥＣが、効率に劣る冷却モードではなく効率の良い加熱モードのままで動作することができるようにする。
【００１７】
この構成は、トランシーバモジュール内部のレーザのような光電変換デバイスの構成部品の性能を或る温度範囲に渡って最適化しようとする既存の温度制御システムよりも優れる。このような既存のシステムでは、レーザを最適化温度に制御するように温度制御システムを設計しようと試みている。残念なことに、この試みによって、トランシーバシステムにおいて温度制御システム電力が余りにも大きくなってしまい、これに限定されないが１０ギガビットＳｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ（ＸＦＰ）モジュールのような小型のプラグ接続可能なトランシーバ用途に使用することができなくなった。
【００１８】
本発明の例示としての実施形態では単に反対のことを、温度制御システムが消費する、従ってモジュールが全体として消費する電力量を最小化するレーザ温度範囲を求めること
により実行する。これによって電力を、既存の光電子モジュールよりもずっと広い温度範囲に渡ってずっと高い効率で使用することができる。
【００１９】
更に、本発明の例示としての実施形態は、通常、約１５℃〜約３０℃の温度範囲で動作する既存の光電子モジュールよりも優れる幾つかの利点をもたらす。例えば、パッチパネルに組み込む既存のモジュールの数が多くなるにつれて、パネル内部の温度が上昇し易くなる。これによって既存モジュールのＴＥＣはモジュール温度を下げるように動作する必要がある。ＴＥＣは冷却モードでは効率がずっと悪くなるので、３０℃の最大レーザ温度を維持するには、モジュールが全体として、適用可能な規格の下で流すことが許容されるよりも多くの電流が必要になる場合が多い。既存の規格がどのようなものであれ、既存の光電子モジュールは、ＴＥＣがレーザを３０℃のしきい値レベル以下にまで冷却するときに過剰な電流を流そうとする。本発明はこの問題を、レーザを高温で動作させてＴＥＣが効率に劣る冷却モードではなく加熱モードで少なくとも時間のほとんどに渡って動作するようにすることにより解決する。これによって、光電子モジュールは所定の閾値未満の電流を既存の光電子モジュールよりも広い温度範囲に渡って流すようになる。
【００２０】
更に別の利点は、光電子モジュールが拡張温度範囲に渡って所望の消費電力または電流負荷で動作するということである。これにより、１つのモジュールがデータを複数のチャネルで、レーザ温度を調整して選択チャネルに合わせることにより送信することができる。モジュールを幾つかのチャネルで動作させることができることによって、製造業者は或る範囲のチャネルに対応する必要のある部品の数を減らし、かつこれらのシステムを展開する製造業者の棚卸を減らすことができる。
【００２１】
図２は光電子トランシーバ１００の模式図を示す。トランシーバ１００は少なくとも、送信機回路パス及び受信機回路パス、一つ以上の電源接続１０２、及び一つ以上のグランド接続１０４を含む。更に、トランシーバ１００は受信機光サブアセンブリ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｙ：ＲＯＳＡ）１０６を含み、このサブアセンブリは機械的なファイバレセプタクル及び結合光学系だけでなく、フォトダイオード及び前置増幅器（プリアンプ）回路を含む。今度はＲＯＳＡ１０６が後置増幅器（ポストアンプ）集積回路１０８に接続され、このポストアンプの機能は非常に微弱な信号をＲＯＳＡ１０６から取り出し、そしてこれらの信号を増幅し、そして制限して均一な振幅の電子デジタル出力を生成し、このデジタル出力を外部回路にＲＸ＋及びＲ−ピン１１０を通して接続する。ポストアンプ回路１０８は、信号検出または信号損失として認識され、かつ適切な強度の光入力の有無を示すデジタル出力信号を供給する。ハウジングから飛び出すコネクタを除き、トランシーバ１００の構成部品の全てを保護ケースまたはハウジング１１２に収納することができる。
【００２２】
金属ケース、プラスチックケース、ポッティングボックス、及び他のケースを含む適切なハウジング、またはハウジング構造はこの技術分野では公知である。一の実施形態では、保護ケース１１２は次のようである。すなわち、幅が３ｃｍ以下、長さが６．５ｃｍ以下、そして高さが１．２ｃｍ以下である。ギガビットインターフェースコンバータ（Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＧＢＩＣ）仕様（ＳＦＦ−８０５３  ＧＢＩＣ仕様バージョン５．５）によれば、モジュールハウジングの寸法は約３ｃｍ×６．５ｃｍ×１．２ｃｍとする必要がある。従って、本実施形態の保護ケース１１２はＧＢＩＣ仕様のフォームファクタ規準を満たす。
【００２３】
別の実施形態では、ケース１１２の物理寸法は、幅０．５４インチ以下、長さ２．２４インチ以下、そして高さ０．３４インチ以下である。活線挿抜可能な小型光トランシーバの業界標準規格（Ｓｍａｌｌ  Ｆｏｒｍ−ｆａｃｔｏｒ  Ｐｌｕｇｇａｂｌｅ  Ｍｕｌｔｉｓｏｕｒｃｅ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ：ＳＦＰ  ＭＳＡ）によれば、対応モジュールハウ
ジングの寸法は約０．５４”×２．２４”×０．３４”とする必要がある。従って、当該実施形態におけるモジュールハウジングはＳＦＰ規格のフォームファクタ規準を満たす。ここで、本発明は上記フォームファクタ規準に制限されないことに留意されたい。ケース１１２はＸＦＰ規格にも準拠することができる。更に、本開示によって利益を享受することになるこの技術分野の当業者であれば、本発明は種々の既存の、または更に今後定義されるフォームファクタに適合することができ、これらのフォームファクタの内の幾つかはここに特定されるフォームファクタよりも小さくする、または大きくすることができることが理解できるであろう。
【００２４】
トランシーバ１００の送信回路は伝送用光サブアセンブリ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂａｓｓｅｍｂｌｙ：ＴＯＳＡ）１１４、及び信号入力をＴＸ＋及びＴＸ−ピン１１８から取得する構成のレーザドライバ集積回路（ｌａｓｅｒ  ｄｒｉｖｅｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）１１６を含むことができる。ＴＯＳＡ１１４は機械的なファイバレセプタクル及び結合光学系だけでなく、熱電冷却素子（ｔｈｅｒｍｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｏｌｅｒ：ＴＥＣ）及びレーザダイオードまたはＬＥＤを含む。レーザドライバ回路１１６はＡＣ駆動電流及びＤＣバイアス電流をレーザに供給する。ドライバへの信号入力はトランシーバ１００のＩ／Ｏピン（図示せず）から取得される。他の実施形態では、ＴＥＣはＴＯＳＡ１１４の外部に位置する。更に別の実施形態では、ＴＥＣはレーザトランジスタアウトライン（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−ｏｕｔｌｉｎｅ：ＴＯ）パッケージまたは他のレーザパッケージの内部に一体的に組み込まれる。
【００２５】
更に、光電子トランシーバ１００は、熱電冷却素子（ＴＥＣ）ドライバ１２０、及びＴＯＳＡ１１４の温度を制御する図示しない追加回路を含む。ＴＥＣドライバ１２０及び追加回路の一の実施形態について図３を参照しながら以下に更に詳細に記載する。
【００２６】
図２に更に示すのはマイクロプロセッサ１３０であり、マイクロプロセッサはトランシーバ１００の動作を制御するように構成される１つ、２つ、またはそれよりも多くのチップを含むことができる。適切なマイクロプロセッサは、これらに制限されないが、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｉｎｃ．製のＰＩＣ１６Ｆ８７３Ａ，ＰＩＣ１６Ｆ８７３０，及びＰＩＣ１６Ｆ８７１の８ビットＣＭＯＳ  ＦＬＡＳＨマイクロコントローラを含む。マイクロプロセッサ１３０は、制御信号をポストアンプ１０８及びレーザドライバ１１６に供給するように接続され、そしてこれらの部品、及びＲＯＳＡ１０６及びＴＯＳＡ１１４はフィードバック信号をマイクロプロセッサ１３０に戻す形で供給する。例えば、マイクロプロセッサ１３０は信号（例えば、バイアス及び振幅制御信号）を供給して、レーザドライバ回路１１６のＤＣバイアス電流レベル及びＡＣ変調レベルを制御し（これによって光出力信号の消光比（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏ：ＥＲ）を制御する）、ポストアンプ回路１０８は信号検出出力をマイクロプロセッサ１３０に供給して適切な強度の光入力の有無を通知する。
【００２７】
バイアス電流レベルはトランシーバ１００の光出力波長に影響する。この技術分野の当業者であれば、バイアス電流を増やすとレーザチップの活性領域の温度が変わることが分かるであろう。更に詳細には、バイアス電流が増えると、レーザチップの消費電力が増える。更に、レーザチップ内で消費される電力が増えると、一定の熱抵抗を有するレーザチップの温度が高くなる。この現象は、レーザチップの基台の温度が通常、ＴＥＣ１２０によって制御される場合においても生じる。
【００２８】
トランシーバ１００の種々の構成部品の温度及び／又は他の物理的状態は、マイクロプロセッサ１３０に接続されるセンサを使用して認識することができる。或る実施形態では、光リンクの状態もセンサを使用して認識することができる。
【００２９】
これらの制御機能の他に、かつ或る場合にはこれらの制御機能と連動して、マイクロプロセッサ１３０が処理することができる多数の他のタスクがある。これらのタスクは、必ずしもこれらには制限されないが、次の項目を含む。
・設定機能。これらの機能は通常、工場において部品ごとに行なわれる必要な調整に関連し、この調整によってレーザダイオード閾値電流のような部品特性の変更が可能になる。・識別。これは、識別コードを汎用メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）に保存する操作を指す。サブ部品の改訂、及び工場テストデータのような追加情報も汎用メモリに保存して識別を行なうことができる。
・眼の安全及び包括的な故障検出。これらの機能を使用して異常な、安全を脅かす恐れのある動作パラメータを識別し、そしてこれらのパラメータをホストデバイスにレポートする、そして／または必要に応じてレーザ発振の停止を実行する。センサを使用してこのような異常な、または安全を脅かす恐れのある動作パラメータを識別することができる。
・受信機入力光電力測定。この機能を使用して入力光電力を測定し、そしてこの測定のレポートはメモリに保存することができる。
・レーザダイオード駆動電流。この機能を使用してレーザダイオードの出力光電力レベルを設定する。
・レーザダイオード温度モニタリング及び制御。一の実施形態では、温度コントローラ（例えば、熱電冷却素子（ＴＥＣ））をＴＯＳＡ１１４の内部に、または近傍に配置してＴＯＳＡ内のレーザ発光素子の温度を制御する。本実施形態では、マイクロプロセッサ１３０は、制御信号を温度コントローラに供給してＴＯＳＡ１１４の温度を図４に示すグラフが規定するケース温度の範囲に維持する役割を担う。
【００３０】
図２を参照し続けると、トランシーバ１００はホストデバイスと通信するシリアルインターフェース１３２を有することができる。本明細書において使用するように、ホストデバイスとはリンクカード及び／又はホストシステムコンピュータを指し、リンクカードにはトランシーバが取り付けられ、ホストシステムコンピュータに対してはトランシーバが光接続を行なう。ホストシステムは、コンピュータシステム、ネットワーク接続ストレージ（ｎｅｔｗｏｒｋ  ａｔｔａｃｈｅｄ  ｓｔｏｒａｇｅ：ＮＡＳ）デバイス、ストレージエリアネットワーク（ｓｔｏｒａｇｅ  ａｒｅａ  ｎｅｔｗｏｒｋ：ＳＡＮ）デバイス、光電子融合型ルータ（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｒｏｕｔｅｒｓ）だけでなく、他のタイプのホストシステム及びデバイスとすることができる。
【００３１】
或る実施形態では、光電子トランシーバ１００は集積回路形状のコントローラを含み、このコントローラは上に列挙した機能の内の幾つかを実行する。例えば、集積回路形状のコントローラは識別、及び眼の安全及び包括的な故障検出のタスクを実行し、マイクロプロセッサは制御信号を温度コントローラに供給し、そして他のタスクも実行することができる。
【００３２】
更に、光電子トランシーバは、ＧＢＩＣ仕様（ＳＦＦ−８０５３）に規定されるＴＸディスエーブルピン１３４及びＴＸフォールトピン１３６も含むことができる。ＧＢＩＣ仕様では、ＴＸディスエーブルピン１３４によって送信機をホストデバイスによって停止することができ、ＴＸフォールトピン１３６は、ホストデバイスにレーザに生じる、またはレーザドライバ回路に関連する或る故障状態を通知するインジケータである。マイクロプロセッサ１３０に接続される信号損失（Ｌｏｓｓ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ：ＬＯＳ）ピン１３８を設けることもできる。ＬＯＳピン１３８によって、マイクロプロセッサ１３０は、例えば搬送波信号が破壊した場合にＴＯＳＡ１１４におけるレーザ発振を停止することができる。
【００３３】
図３はトランシーバ１００の温度制御回路１４０の一部分を示している。温度制御回路１４０はＴＯＳＡ１１４に接続される。或る実施形態では、ＴＯＳＡ１１４はレーザアセ
ンブリ１４２（例えば、レーザトランジスタアウトラインパッケージ）を含み、今度はこのアセンブリがレーザ発光素子（例えば、エッジ放出レーザダイオードまたは垂直共振器面発光ダイオード）を含み、このレーザ発光素子はレーザバイアス電流Ｉｌａｓｅｒ  ｂｉａｓが流れると作動する。図３に更に示すのは、レーザアセンブリ１４２に接続されるレーザ温度センサ１４４及び熱電冷却素子（ＴＥＣ）１４６である。他の或る実施形態では、レーザ温度センサ１４４及び／又はＴＥＣ１４６はレーザアセンブリ１４２内に一体化される。更に他の実施形態では、レーザ温度センサ１４４及び／又はＴＥＣ１４６はＴＯＳＡ１１４の外部に設けられる。
【００３４】
或る実施形態では、レーザ温度センサ１４４はサーミスタである。レーザダイオードの温度の測定に適する他のいずれかのデバイスを使用することもできる。このようなデバイスの例として、例えば、かつこれらには制限されないが、シリコンＩＣ温度センサ、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、及びこの技術分野の当業者には公知のこのような他のデバイスを挙げることができる。レーザ温度センサ１４４は、レーザダイオードの温度の関数として変化する信号（ＶＴＬ）を生成する。上述のように、かつこの技術分野の当業者には公知のように、レーザダイオードが生成する光信号の波長はレーザダイオードの温度の関数として変化する。従って、他の実施形態では、光信号の波長を直接測定するセンサを、レーザ温度センサ１４４の代わりに用いることができる。更に他の実施形態では、レーザダイオードの温度の関数として変化するレーザダイオードの動作条件を測定するデバイスをレーザ温度センサ１４４の代わりに使用する。
【００３５】
図３を更に参照すると、レーザドライバ回路１１６はＡＣ駆動電力及びＤＣバイアス電流Ｉｌａｓｅｒ  ｂｉａｓをレーザアセンブリ１４２に供給してレーザ発光素子を駆動し、そしてレーザアセンブリのＡＣ変調を設定する。マイクロプロセッサ１３０はレーザドライバ回路１１６のこの機能をバイアス制御信号及び振幅制御信号を使用して制御する。レーザドライバ回路１１６はＩｌａｓｅｒ  ｂｉａｓに比例する電圧Ｖ（Ｉｌａｓｅｒ  ｂｉａｓ）も送信するので、マイクロプロセッサ１３０は、温度のような動作条件に起因して変化し得るＩｌａｓｅｒ  ｂｉａｓの実際の値を間接的にモニタリングすることができる。或る実施形態では、マイクロプロセッサ１３０は、裏面に設けたフォトダイオード（モニターフォトダイオードとも呼ばれる）からの信号を電圧Ｖ（Ｉｌａｓｅｒ  ｂｉａｓ）の代わりに（または、電圧Ｖの他に）モニタリングする。或る実施形態では、マイクロプロセッサ１３０はモニター信号（群）を使用してＤＣバイアス電流Ｉｌａｓｅｒ  ｂｉａｓに対する調整を決定する。
【００３６】
更に別の入力をマイクロプロセッサ１３０に周囲温度センサ１５０から任意に供給することができ、このセンサはＴＯＳＡ１１４を取り囲む周囲温度を測定し、そして周囲温度の関数として変化する信号（ＶＴＡ）をマイクロプロセッサ１３０のために生成する。レーザ温度センサ１４４はレーザ発光素子の近傍に配置することが好ましいが、レーザ温度センサ１４４からの温度読み取り値は通常、レーザ発光素子の実際の温度とは異なる、というのは、レーザ温度センサ１４４はレーザ発光素子から物理的に離れているからである。その結果、レーザ温度センサ１４４からの温度読み取り値、及び当該センサからの信号ＶＴＬは外部温度の関数として変化する。周囲温度信号ＶＴＡを受信することによって、マイクロプロセッサ１３０は周囲温度がレーザ温度センサからの温度読み取り値に与える影響を補償することができる。
【００３７】
Ｖ（Ｉｌａｓｅｒ  ｂｉａｓ）信号、ＶＴＬ信号、及びＶＴＡ信号の他に、マイクロプロセッサ１３０は入力をホストデバイスから信号インターフェース回路１３２（図２）を通して受信する。或る実施形態では、ホストデバイス、レーザドライバ回路１１６、及び周囲温度センサ１５０から収集される情報を使用して、マイクロプロセッサ１３０はアナログＴＥＣ命令信号を生成してレーザアセンブリ１４２のレーザ発光素子の温度を設定す
る。特に、マイクロプロセッサ１３０はＴＥＣ命令信号を、レーザドライバ回路１１６からのＶ（Ｉｌａｓｅｒ  ｂｉａｓ）、レーザ温度センサからのＶＴＬ、周囲温度センサ１５０からのＶＴＡの入力、及び光電子トランシーバ１００の校正中にマイクロプロセッサ１３０に既に保存されている校正値に基づいて生成する。
【００３８】
ＴＥＣ命令信号はＴＥＣドライバ回路１２０に供給される。ＴＥＣドライバ回路１２０は、出力信号ＶＴＥＣを生成してＴＥＣ１４６をＴＥＣ命令信号に従って駆動するように構成される。上述したように、ＴＥＣ１４６に送信される命令信号によって、レーザアセンブリ１４２及び／又はケース１１２（図２）の動作温度が或る境界値の内側に設定されて、トランシーバ１００を流れる電流が最大レベル未満に維持される。更に、命令信号は、ＴＥＣ１４６が加熱モードで常に、ほぼ常に、またはほとんどの時間に渡って動作するように選択される。
【００３９】
図４は、トランシーバ１００を流れる電流を、異なるレーザ設定温度に関するトランシーバのケース温度に基づいてグラフ形式で表わしたものである。グラフ２００は合計モジュール電流２０２対モジュールケース温度２０４の関係を示している。モジュールは、分配フィードバック（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）レーザを送信機の一部分として使用する光電子トランシーバである高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）ギガビットインターフェースコンバータ（ＧＢＩＣ）とすることができる。本発明の一の例示としての実施形態では、モジュールは、１０Ｇｂ／ｓインターフェース規格に準拠する活線挿抜可能な（ＸＦＰ）モジュールとすることができる。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、他のタイプのモジュールを使用することもできることが理解できるであろう。所定の温度で、または所定の温度範囲に渡って動作するように構成され、かつＴＥＣまたは他の温度維持装置を使用して当該温度の維持を容易にするどのようなモジュールも、本発明の例示としての実施形態に使用することができる。
【００４０】
図４では、第１プロットライン２０６は、ケース温度が既存のモジュールにおいては普通の約３０℃の第１ポイント２０８に設定される場合の合計モジュール電流を示している。この温度ポイントはこれまで、ＤＷＤＭ（高密度波長分割多重）アプリケーションに対して多数の理由により選択されてきた。第１に、ＤＷＤＭ送信機は元来、約１５℃〜約３０℃の室温の室内において動作するように設計されている。第２に、モジュールに使用するＤＦＢレーザも、約２５℃で最も効率及び信頼度が高くなるように設計されていた。
【００４１】
残念なことに、所定のパネルの光ポートの密度がシステムのサイズを小さくする試みの中で高くなると、パネル内部の温度が高くなる。ＴＥＣは非常に効率の高い加熱素子であるが、パネル内部の温度が上昇する場合には効率がずっと悪い冷却素子でもあるので、モジュールの合計消費電力が指数関数的に増大する。この様子はプロット２０６から容易に理解することができる。参照番号２２０で示す約６５℃の最大ケース温度では、合計電流は図４の参照ポイント２１４で示すように４００ｍＡを超える。
【００４２】
種々の理由から、非常に大きな電流が流れることは望ましくない。第１に、図４に示すＤＷＤＭ  ＧＩＢＣ（高密度波長分割多重ギガビットインターフェースコンバータ）の場合、最大モジュール電流は３００ｍＡ未満となるように規定されている。この最大モジュール電流はモジュールのレーザ及び他の電子機器を動作させるために必要な全電力だけでなく、ＴＥＣがレーザまたは他の光電変換デバイスを指定温度に維持するために使用する電流を含む。第２に、パネルの非常に多くのモジュールに給電するために必要な電流が大きくなると、大容量の電源が必要になる。これらの大容量電源は発熱も大きくなり、この熱は所定の方法で放散する必要がある。
【００４３】
本発明によるトランシーバの一の例示としての実施形態を第２プロット２１０によって
示す。レーザアセンブリ１４２（図３）を最適化温度で動作させて、モジュール電流を拡張ケース温度範囲に渡って最小化する。第２プロット２１０に関して、最適化温度はデータポイント２１２に示すように約５０℃である。このモジュールは約０℃〜約７５℃の温度範囲で約３００ｍＡの電流値をかなり下回る電流を維持する。モジュール温度範囲の下限温度（約０℃）で流れる電流がモジュール温度範囲の上限温度（７５℃）で流れる電流とほぼ等しくなるように、この広い温度範囲に渡って流れる電流をバランスさせるということが本発明がもたらす利点である。
【００４４】
更に、上述の方法を使用して、モジュールに流れる電流を、周囲温度の範囲及びレーザ温度の範囲の両方に関してバランスさせることができる。レーザ温度の使用可能範囲を定義することにより、レーザの波長をこの範囲に収まるように熱的に調整することができる。レーザ温度範囲が十分に広い場合、広いレーザ温度範囲によってレーザをＩＴＵが規定する複数のチャネルで動作させることができる。例えば、図５に示すように、必要なケース温度範囲が−５℃〜６５℃である場合、モジュール電流を最大３００ｍＡ未満に維持しながら、レーザをそれぞれライン２３０及び２３２で示すように、４０℃〜５０℃の範囲で動作させることができる。この例の場合、１０℃は最大許容調整範囲である。これよりも広い調整範囲がマルチチャネル動作に必要な場合、この操作を繰り返して拡張範囲、例えば２０℃の範囲に渡る電流消費を最小化することになる。
【００４５】
図６は、光電子モジュールの所望の消費電力レベルを維持するための例示としての方法を示し、当該方法は一括して参照番号２４０で示される。方法２４０は一つの例示としての方法を示しているに過ぎない。本発明は図示の方法に制限されず、これよりも少ないステップ、追加ステップ、または複数のステップの別の組み合わせを含むことができる。
【００４６】
方法２４０はブロック２４２で示すように、最大及び最小ケース温度を定義する第１ステップを含む。最大ケース温度及び最小ケース温度は境界値となり、これらの境界値の範囲内で、これに制限されないがレーザのような光電変換デバイスを動作させることができる。次に、最大モジュール電流をブロック２４４で表わすように定義する。この最大モジュール電流は、これに制限されないが、最大モジュール電流を４００ｍＡに制限するＸＦＰ規格のような、規格策定組織が策定する規格によって設定することができる。しかしながら、４００ｍＡよりも大きい限界値、及び４００ｍＡよりも小さい限界値の両方を含む他の限界値を使用することもできる。
【００４７】
例示としての方法２４０の最終ステップでは、レーザ動作温度をブロック２４６で示すように設定する。このレーザ動作温度は、図４及び５に示す曲線のような電力曲線が定義境界値の範囲に収まるように設定される。方法２４０の一の例示としての実施形態では、最大ケース温度及び最小ケース温度はそれぞれ８０℃及び０℃に設定され、最大モジュール電流は４００ｍＡに設定され、そしてレーザ動作温度は５０℃に設定される。この技術分野の当業者であれば、他の範囲、電流、及び動作温度を使用することもできることが分かるであろう。
【００４８】
本発明の例示としての実施形態は、先行技術よりも優れた幾つかの利点をもたらす。先行技術によるデバイスは通常、約１５℃〜約３０℃の温度範囲で動作している。より多くのモジュールをシステムに実装するほど、パネル内部の温度が上昇し易くなる。これによってＴＥＣ（熱電冷却素子）を、高密度実装システム内部の自己発熱のために、低い周囲温度で動作させる必要がある。ＴＥＣは、パネルの温度を低い３０℃に維持する冷却モードではずっと効率的ではなくなるので、モジュール全体として必要となる電力が、上に議論した適用可能な規格の下に、より大量に消費されてしまう。
【００４９】
上述のように、本願発明による方法を使用して消費電力を所定のレーザ動作温度範囲に
渡って最小化することができる。これにより、１つのモジュールがデータを複数のチャネルで送信することができる。これによってモジュールにおけるデータ伝送効率が非常に高くなる。
【００５０】
本発明は、本発明の技術思想及び基本的特徴から逸脱しない範囲において他の特定の形態で具体化することができる。記載の実施形態は全ての点で単なる例示として捉えられるべきであり、本発明を制限するものではない。従って、本発明の技術範囲はこれまでの記述ではなく添付の請求項によって示される。請求項の意味、及び請求項の構成要件の均等物の範囲に含まれる全ての変更は、請求項に記載される技術範囲に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
本発明の上記利点及び特徴、及び他の利点及び特徴を更に明確にするために、本発明に関する更に詳細な記述を、添付の図に示される本発明の特定の実施形態を参照しながら行なう。これらの図は本発明の典型的な実施形態のみを示し、従って本発明の技術範囲を制限するものと捉えられるべきではないことを理解されたい。本発明について、更に別の特異事例及び詳細を用いて、添付の図を使用しながら記載し、そして説明することとする。
【図１】ＴＥＣ電流対ＴＥＣにおける熱くなる側と冷たくなる側との間の温度差（ΔＴＴＥＣ）を表わすグラフ。
【図２】光電子トランシーバの一の実施形態のブロック図。
【図３】図２の光電子トランシーバのレーザ発光素子の温度を制御する回路を示すブロック図。
【図４】標準の最適化レーザ温度に関するモジュール消費電流対モジュールケース温度を表わすグラフ。
【図５】波長調整を可能にする２つの温度でのモジュール消費電流対モジュールケース温度を表わすグラフ。
【図６】光電子モジュールの消費電力を最小化する一の例示としての方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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