(57)【要約】  送受信機内のマイクロコントローラ（１２２）を利用した熱電冷却装置（ＴＥＣ）（１１２）の制御。マイクロコントローラ（１２２）はＴＥＣ（１１２）を制御する機能に加えて機能を制御するために利用される。特に、ＴＥＣ（１１２）はマイクロコントローラ（１２２）の制御アルゴリズムを利用して制御される。マイクロコントローラ（１２２）はＴＥＣ（１１２）に流れる電流を制御するスイッチ・デバイス（２０２，３０２）に信号を送信する。
2008503901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＥＣを制御する装置であって、
電流をＴＥＣに供給するように構成されたスイッチ・デバイスと、
前記スイッチ・デバイスに接続され、前記スイッチ・デバイスを制御して電流をＴＥＣに流し、且つ光送受信器の他の送受信機モジュールの機能を制御するように構成されたマイクロコントローラと、
を備える装置。
【請求項２】
前記スイッチ・デバイスは、加熱及び冷却されるＴＥＣの複数の側面を切り替えるために電流を第一及び第二方向に切り替えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記スイッチ・デバイスはＨブリッジを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記スイッチ・デバイスはクラスＤの増幅器を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記マイクロコントローラは、安定状態での制御中とは異なったフィードバック制御を送受信機の開始時に実行するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記マイクロコントローラは光生成デバイスが製造されてから経過した時間を定義するパラメータを利用するフィードバック制御を実行するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
光ファイバ通信で利用するための送受信機であって、
電気信号を光ファイバ・ネットワークで送信するための光信号に変換するように構成された光生成デバイスと、
前記光送受信器に接続され、且つ前記光生成デバイスの温度を調整するように構成されたＴＥＣと、
前記ＴＥＣに接続されるスイッチ・デバイスであって、前記ＴＥＣを流れる電流を切り替えるように構成されたスイッチ・デバイスと、
前記スイッチ・デバイスに接続される前記スイッチ・デバイスを制御するように構成されたマイクロコントローラであって、前記マイクロコントローラはまた前記送受信機の少なくとも一つの他の機能又はデバイスの機能を制御するように構成される、前記マイクロコントローラと、
を備える送受信機。
【請求項８】
前記光生成デバイスはＬＥＤである、請求項７に記載の送受信機。
【請求項９】
前記光生成デバイスはレーザ・ダイオードである、請求項７に記載の送受信機。
【請求項１０】
前記ＴＥＣに接続された放熱板を更に備える、請求項７に記載の送受信機。
【請求項１１】
送受信機の構成部品の温度を制御する方法であって、
前記送受信機のデバイスの温度を検出すること、
前記デバイスの温度表示をマイクロコントローラに提供すること、
前記マイクロコントローラにおいて、フィードバック・パラメータとして前記温度表示を利用する制御アルゴリズムを実行することであって、前記マイクロコントローラは前記送受信機の他の機能を実行するものである、制御アルゴリズムを実行すること、
制御アルゴリズムの実行結果に依存する制御信号をスイッチ・デバイスに送信すること、
前記スイッチ・デバイスにおいて、前記電流に対する前記ＴＥＣの熱応答が前記送受信機における前記デバイスの前記温度を調整するために利用されるようにＴＥＣへの電流を切り替えること、
を備える方法。
【請求項１２】
ＴＥＣへの電流を切り替えることにより、前記送受信機における前記デバイスに接続される前記ＴＥＣの第一側面が冷却される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ＴＥＣへの電流を切り替えることにより、前記送受信機の前記デバイスに接続される前記ＴＥＣの第一側面が加熱される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
ＴＥＣへの電流を切り替えることは、前記パルス幅変調信号がハイであるときに前記ＴＥＣの一面が加熱され、前記パルス幅変調信号がローであるときに前記ＴＥＣの前記一面が冷却されるように前記ＴＥＣへのパルス幅変調電流を切り替えることを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ送受信機における熱電冷却（ＴＲＣ）を制御することに関する。特に、本発明はＴＥＣ制御装置においてマイクロコントローラを利用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク通信における速度の進歩に対する需要により、光ファイバ・ネットワークの設置が進められてきた。光ファイバ・ネットワーク通信データは光信号を利用する光ファイバ・ケーブルを伝播する。光信号は発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザ・ダイオードにより一般に生成される。電気信号がＬＥＤ又はレーザ・ダイオードに印加され、これらのダイオードは電気信号を光信号に変換する。受信経路において、光信号は、光検出デバイスによって受信され、光検出デバイスは、光信号を電気信号に変換して、電気信号が光検出デバイスが設置されるホスト・デバイスによって利用される。典型的には、ホスト・デバイスにはＬＥＤ又はレーザ・ダイオードが含まれる送信部と、光ダイオードのような光検出デバイスが含まれる受信部との両者が存在する。送信部と受信部とは、送受信機として知られるデバイスに典型的には組み合わされる。
【０００３】
光ファイバ・ケーブルを利用して素早く、効率よく且つ高速にデータ通信を遂行するために、送受信機が動作する動作状態を調整する必要がある。特に、温度変化はＬＥＤ及びレーザ・ダイオードの出力波長に影響を与える。ＬＥＤ及びレーザ・ダイオードの温度を調整する一方法は、熱電冷却装置（ＴＥＣ）を利用することである。
【０００４】
一般に、ＴＥＣはデバイスを流れる電流がデバイスの一側を加熱するが、デバイスの他側を冷却するデバイスである。加熱側と冷却側は電流の向きにより制御される。従って、ある方向への電流は第一側面を加熱するが、同じ第一側面は電流が逆に流れるときに冷却される。従って、電流の向きを変えることにより、レーザ又は光ダイオードに接続されるＴＥＣはレーザ又はＬＥＤを加熱又は冷却のいずれかをするために利用されて、一定の動作温度が保守される。
【０００５】
ＴＥＣは、スイッチング回路に接続されるＰＩＤ制御装置を利用して一般に制御される。しばしば、スイッチ回路によりＴＥＣの両方向に電流を流すための回路が提供される。このことは、例えばＨブリッジ又はプッシュプル増幅器を利用することにより実施される。アナログ制御装置はアナログ増幅器及び抵抗、コンデンサ及びコイルのネットワークを典型的に利用する。アナログ増幅器はＴＥＣ制御装置で利用するために専門に設計され且つ製造される専用の制御チップで実施されてもよい。温度設定は抵抗器のような外部構成部品を専用の制御チップに接続することにより実施される。
【０００６】
送受信機用の様々な最適化が望まれる。例えば、デジタル分野の応用における小さな構成部品及び構成部品の一定の小型化において、送受信機の大きさを最小化することもまた望ましい。しかし、外部構成部品の利用は、送受信機の大きさを最小化するように設計された最適化に反する。従って、最小化のためにＴＥＣ制御装置で利用される構成部品の数を最小化することが望ましい。
【０００７】
送受信機の電力使用量を最小化することもまた望ましい。アナログ制御装置及び外部構成部品はある電力量を必要とするアナログ制御装置と共に利用され、従ってそれに応じてある量の熱を発生させる。従って、ＴＥＣ制御装置で利用される構成部品の数を制限して電力を節約することが望ましい。様々な標準及び複数のマルチソース協定（ＭＳＡ）により、光送受信機により消費することが許される全電力量が指示されているので、このことは特に光送受信機に当てはまる。
【０００８】
光回路分野に生じている他の課題は、時間と共に変化するレーザ特性の傾向である。このことは、レーザが長く稼動すればするほど、レーザが製造されたときに元々備わっていたこれらの特性が変化してしまうことである。例えば、レーザが出力する光エネルギーがレーザを流れる電流に対してグラフ化される。レーザを流れる電流はまた、レーザの加熱にも寄与する。送受信機が最初に製造されたとき、レーザ・ドライバ及びＴＥＣ回路のような、レーザと共に利用される多くの構成部品は、送受信機が製造されたときの電流特性に対する出力エネルギーに基づいて設計される。しかし、送受信機が製造されてから時間がたつにつれて、特定の光エネルギーを生成するためにレーザを発振するために必要な電流の量もまた変化する。加えて、製造されてから時間が経過したレーザの温度変化を調整するためには、新しいレーザで利用される制御アルゴリズムとは異なる制御アルゴリズムが必要になる。しかし、ほとんどのアナログＴＥＣ制御装置では安定動作状態用の一つの制御アルゴリズムを実現することしかできない。従って、送受信機が製造されてから時間が経過するにつれて、アナログ制御装置の制御はレーザを最適に冷却するようには最適化されない。
【０００９】
ＴＣＥ制御装置及びレーザの温度の制御において生じる更に別の課題は、安定状態条件の下でレーザに必要な制御と比較した、レーザが最初に稼動したときに必要な制御との差である。送受信機に最初に電源を入れたとき、レーザは最適な動作で望まれるものよりも相当冷えている。従って、温度を急速に上げて、素早くレーザを安定状態の動作温度に達することが可能であることが望ましい。しかし、このことにより高度な機能を有する特定のＴＥＣ制御装置が必要とされる。加えて、この高度な機能を利用するために、抵抗、コンデンサ及びコイルのような追加の構成部品が必要となり、このことはサイズと電力消費の両者を増加することになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態には、ＴＥＣを制御するための装置が含まれる。装置はスイッチ・デバイスを含む。スイッチ・デバイスは電流をＴＥＣに供給するように設計される。マイクロコントローラはスイッチ・デバイスに接続される。マイクロコントローラはスイッチ・デバイスを制御して、電流をＴＥＣに流すことが可能になるように構成されている。マイクロコントローラはまた、ＴＥＣ制御に加えて、送受信機の他の機能を制御するようにも設計される。有利なことに、このことによりＴＥＣ制御のために利用される送受信機において他の機能のためにすでに設計されるマイクロコントローラが、電力源を節約し、送受信機の構成部品数を減らすことが可能になる。加えて、マイクロコントローラを利用することにより、より柔軟なＴＥＣの制御を実行することが可能になる。
【００１１】
本発明の実施形態は光ファイバ通信で利用される送受信機として実現される。送受信機はレーザ・ダイオード又は発光ダイオードのような光生成デバイスを含む。光生成デバイスは電気信号を光ファイバ・ネットワークで送信するための光（光学）信号に変換するように構成される。ＴＥＣは光生成デバイスに接続される。ＴＥＣは光発生デバイスの温度を調整するように構成される。スイッチがＴＥＣに接続される。スイッチはＴＥＣを流れる電流を切り替えるように構成される。マイクロコントローラはスイッチに接続される。マイクロコントローラはまた、少なくとも一つ以上の他の機能又は送受信機内のデバイスの機能を制御するように構成される。
【００１２】
実施形態はまた送受信機の温度構成部品を制御する方法として実現される。一実施形態は送受信機内のデバイスの温度を検出する手段を含む。デバイスの温度表示がマイクロコントローラに提供される。マイクロコントローラにおいて、制御アルゴリズムはフィードバック・パラメータとして温度表示を利用して実行される。マイクロコントローラはまた、送受信機における他の機能をも実行する。制御信号はスイッチ・デバイスに送られる。制御信号は制御アルゴリズムの結果に依存する。スイッチ・デバイスにおいて、電流はＴＥＣへ切り替えられる。このことにより電流に対するＴＥＣの熱応答を利用して、送受信機のデバイスの温度が調整される。
【００１３】
本発明のこれら及び他の利点及び特徴は以下の明細書及び添付した請求項からより完全に明確になるであろうし、また本明細書で説明される本発明を実施することにより習得されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
上記に列挙したもの及び本発明の他の利点及び特徴が取得できるように、上記簡潔に記載された本発明のより詳細な記載が、添付された図面に説明される特定の実施形態を参照して記載される。これらの図面は単に本発明の典型的な実施形態を描いているだけであり、従って本発明の範囲を制限するとは考えられていないということを理解して、本発明は添付される図面を利用して付加選択肢及び詳細を加えて記載及び説明される。
【００１５】
本明細書の上記のように、熱電冷却装置（ＴＥＣ）は、光送受信器のレーザ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）の温度を調整するために利用される。ＴＥＣ制御装置はＴＥＣの動作を制御するために利用される。ＴＥＣ制御装置はスイッチ・デバイスに典型的に接続され、スイッチ・デバイスはＴＥＣを流れる電流を制御するために利用される。本発明の様々な実施形態により、既存のマイクロコントローラが送受信機デバイスのＴＥＣ制御装置として共通に採用される。このことにより、送受信機が動作している（例えば起動対安定状態）動作条件に柔軟に依存する制御を実施することが可能になる。加えて、送受信機が製造されてから時間が経過するにつれて、マイクロコントローラに基づいた制御は、ＴＥＣを制御するときにレーザ特性の変化を考慮に入れることができる。
【００１６】
図１を参照すると、本発明の実施形態に利用される接続状態が示される。図１により送受信機１０４を含むホスト１０２が説明される。送受信機は送信光部品（ＴＯＳＡ）１０６及び受信光部品（ＲＯＳＡ）１０８を一般に含む。ＴＯＳＡ１０６はＬＥＤ又はレーザ・ダイオードのような光生成デバイス１１０を含む。光生成デバイス１１０は、典型的にはＴＥＣ１１２に熱的に接続されており、ＴＥＣ１１２は光生成デバイス１１０の動作温度を制御するために利用される。ＲＯＳＡ１０８は、この例における光ダイオードのような光検出デバイス１１４を含む。
【００１７】
説明として、ホスト１０２からのデータは送受信機１０４に送信され、データは電気信号から光信号に変換されて、送信経路１１６で送信される。送信経路１１６は典型的には光ファイバである。データは第一ホスト１０２から、図示されてはいないが光データを送信及び受信するための送受信機を含む第二ホスト１１８に送信される。逆経路において、第二ホスト１１８は受信経路１２０で信号を送信し、第二ホスト１１８からのデータは送受信機１０４のＲＯＳＡ１０８で受信される。ＲＯＳＡは、受信経路１２０の光信号を電気信号に変換する光検出デバイス１１４を含む。電気信号は次にホスト・デバイス１０２に供給されて、ホスト・デバイス１０２で利用される。
【００１８】
送受信機１０４はまた、マイクロコントローラ１２２を含む。通常、マイクロコントローラは送受信機１０４の様々な機能を制御する。このような一機能は温度及び供給電圧のような環境特性を監視することを含む。他の機能は、送信電力、レーザ・バイアス及び受信光エネルギーの監視を含む。他の機能はレーザ・バイアス、光検出バイアス及びレーザ変調の制御を含む。他の機能はホスト・デバイス１０２との通信を含む。
【００１９】
従って、一実施形態において、マイクロコントローラの他の機能に加えて、ＴＥＣ１１２のヒート・ポンプ特性を制御又は調整するためのＴＥＣ制御装置（図示せず）を制御するために、マイクロコントローラ１２２は利用される。例えば、マイクロコントローラは、光生成デバイス１１０の温度を制御するためのＰＩＤ制御アルゴリズムを実現する。
【００２０】
光生成デバイス１１０に接続された温度センサ又は熱電対は、光生成デバイス１１０又は送受信機１０４の他の任意の発熱デバイスの温度表示を収集するために利用される。温度表示は、例えばアナログ電圧又はアナログ−デジタル変換器からのデジタル信号であり、ＰＩＤ制御用のフィードバックとしてマイクロコントローラに提供される。ＰＩＤ制御によりマイクロコントローラは、制御アルゴリズムに依存した制御信号を（図２及び図３の記載と共に以下に詳細が説明される）スイッチ・デバイスに送信する。スイッチ・デバイスは、電流に対するＴＥＣの熱応答を利用して光生成デバイス１１０の温度を調整できるように、電流をＴＥＣ１１２に流す。
【００２１】
図２を参照すると、光生成デバイス１１０の温度を調整するためのＴＥＣ１１２を制御するマイクロプロセッサ１２２を説明する実施例が示される。典型的には、マイクロコントローラ１２２には、マイクロコントローラ１２２に集積されたピンにおいて低電力のデジタル信号を出力する能力がある。これらの低電力デジタル信号を利用してスイッチ２０２を制御することで、ＴＥＣ１１２を駆動するに十分な高電力電流を切り替えることができる。例えば、デジタル・スイッチ２０２は約５００ｍＡの範囲の電流を切り替えることができるが、この値には制限されない。
【００２２】
再び図２を参照すると、ＴＥＣ１１２の動作が説明される。ＴＥＣ１１２には二つの側面である第一側面２０４及び第二側面２０６を含む。ＴＥＣ１１２を流れる電流の向きに依存して、二面のうちの一面が加熱され、他面が冷却される。従って、電流が第一方向２０８に流れる場合、第一側面２０４が冷却され、第二側面２０６が加熱される。
【００２３】
一実施形態において、放熱板２１０が第二側面２０６に取り付けられる。放熱板２１０は図１に示される送受信機１０２のような送受信機の外部に取り付けられてもよい。このことは、光生成デバイス１１０によって生成された熱をＴＥＣ１１２を介して放熱板２１０に拡散することに役立つ。熱は周囲の空気に拡散して光生成デバイス１１０の適切な動作温度を維持する。フィードバック・ループは、光生成デバイス１１０の温度表示をマイクロコントローラ１２２に提供する。このフィードバックはＰＩＤ制御装置によって利用されてＴＥＣ１１２に流れる電流を調整して、光生成デバイス１１０の温度を調整する。従って、送受信機１０４の一つ以上の機能を制御することに加えて、マイクロコントローラ１２２はＴＥＣ１１２の動作をも制御する。
【００２４】
図３によりＨブリッジ・スイッチ３０２が示される。Ｈブリッジ・スイッチ３０２はＴＥＣ１１２に接続される。図３に示されるスイッチ３０２のようなＨブリッジを利用して、制御される電流だけでなく、電流の向きさえも制御することができる。Ｈブリッジ・スイッチは４つの内部スイッチ３０４，３０６，３０８及び３１０を含む。どのスイッチを任意の所定の時刻に閉じるかを制御することにより、電流の向きが制御される。例えば、スイッチ３０４及びスイッチ３１０が閉じられるとき、電流は第一方向２０８に流れる。このことによりＴＥＣの第一側面２０４が冷却され、ＴＥＣの第二側面２０６が加熱される。スイッチ３０４及び３１０が開かれ、且つスイッチ３０８及び３０６が閉じられるとき、第一電流２０８と反対方向の電流がＴＥＣ１１２に生成される。このことにより、ＴＥＣの第一側面２０４は加熱され、ＴＥＣの第二側面２０６は冷却される。従って、Ｈブリッジ・スイッチ３０２を利用して、光生成デバイスは必要に応じて加熱することも冷却することもいずれも可能である。従って、送受信機１０４の一つ以上の機能を制御することに加えて、マイクロコントローラ１２２はまたＴＥＣ１１２の動作を制御する。図３におけるスイッチ３０４，３０６，３０８及び３１０は、例えばトランジスタである。
【００２５】
Ｈブリッジ・スイッチ３０２は増幅回路として一般に記載される。他の増幅回路はまたＴＥＣ２０６へのスイッチ回路としても利用される。例えば、マイクロプロセッサのデジタル制御を利用すると、クラスＤの増幅器は本発明の実施形態に特によく適している。クラスＤの増幅器は一般にパルス幅変調（ＰＷＭ）増幅器である。パルス幅変調増幅器は、信号がローである時間と比較して、方形波信号がハイである時間を変化させる。従って、一実施形態に従って、クラスＤの増幅器は、光生成デバイスに接続されたＴＥＣの側面を、方形波信号がハイであるときに冷却し、方形波信号がローであるときに加熱するか又はスイッチの電源を切る。様々な他の型の増幅器が利用されてもよい。
【００２６】
マイクロコントローラによって実現されるフィードバック制御は、最新のマイクロコントローラの特性により非常に柔軟である。例えば、フィードバック制御には光生成デバイスが製造されてから経過した時間（経過時間）を定義するパラメータが含まれる。製造されてから経過時間値はメモリに保存され、この経過時間値は光生成デバイスが利用された時間を反映して常に更新される。フィードバック制御は経過時間値に基づいてＴＥＣ制御装置に供給される電流の大きさを変える。従って、光生成デバイスの出力により、光生成デバイスが製造されてから経過した時間に従って光生成デバイスの温度変化が制御される。
【００２７】
フィードバック制御はまた、送受信機の動作時間に従って変化するパラメータを含む。例えば、送受信機が長期間起動せずにいた後に最初に起動した場合、素早い加熱を可能にするフィードバック制御の転送関数応答(transfer function response)を設計することにより、所望の動作温度に素早く光生成デバイスを加熱することが望ましい。一度光生成デバイスが特定の動作温度に達すると、フィードバック制御には異なる転送関数応答が存在して、光生成デバイスのより緩やかな温度変化を可能にする。
【００２８】
本発明は、本発明の技術思想又は本質的な特徴から乖離せずに他の特定の形態で実施されるかもしれない。記載した実施形態は全ての側面において単に説明として考えられるべきであり、制限として考えられるべきではない。本発明の範囲は従って、前記の明細書によってではなくむしろ、添付された請求項によって示される。請求項と均等な手段及び均等な範囲に入る全ての変化は、請求項の範囲に包含されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の様々な実施形態が備える光ファイバ接続を介する二ホスト間通信を含む接続形態を説明する図。
【図２】マイクロコントローラが、光生成デバイスの温度調整用ＴＥＣを制御するために利用されるスイッチ用制御装置として利用される、一実施形態を説明する図。
【図３】ＴＥＣへの電流が二方向に切り替えてＴＥＣの加熱及び冷却特性を変化させることができるようなＨブリッジとして実施されるスイッチを説明する図。
【図１】
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【図２】
2008503901.tif 000004
【図３】
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【国際調査報告】
2008503901.tif 000006