JP2011244350A - 光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの検出値に応じて、特性を最適に設定できる光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法を提供する。
【解決手段】光トランシーバ１に、電源ノイズを検出するノイズ検出部１４を搭載し、電源ノイズを検出し、このノイズ検出結果を制御部１３にフィードバックし、このノイズ検出結果に応じて、光受信回路１１における受信側電気波形再生部２２のデータ判別閾値や、光送信回路１２における光送信器３１のレーザーダイオードの駆動電流等を最適に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気信号−光信号変換および光信号−電気信号変換をすることで光送受信を実現し、光通信装置および光ケーブルと接続する光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法に関する。

光トランシーバは、電気信号−光信号変換および光信号−電気信号変換をすることで光送受信を実現し、光通信装置および光ケーブルを介して双方向に接続する光送受信モジュールである。ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスの普及等に伴い、光トランシーバの普及が進み、光トランシーバ製品の小型化、単一電源化、標準化が進められている。

しかしながら、光トランシーバ製品が小型化・低消費電力化が進むにつれ、製品動作時に供給される電源ノイズ成分が特性に与える影響が増大してくる。例えば、ノイズが増えることで、受信時の特性において、受信した光信号変換後の電気信号を０／１判定する際、電気信号にノイズが乗ることでデータを判別する際の判別閾値の精度に影響を与える。また、光トランシーバの送信特性では、電源ノイズが光送信用の半導体レーザの駆動電流などに重畳されると、光信号における周波数チャーピングが発生し、伝送特性を劣化させる要因となる。これらは光トランシーバの動作環境や搭載装置などといった供給電源にも依存するためトランシーバ-搭載装置間の特性・仕様整合における大きな課題となっている。

ノイズの影響を改善するための対策としては、電源回路に安定化回路、レギュレータ回路を搭載する手法がある。また、電源回路を安定させる技術としては、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されているようなものが提案されている。

特開２００８−９２３４８号公報 特開２００４−８８６３８号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されているような方法や、電源回路に安定化回路やレギュレータ回路を搭載することで電源電圧の安定化を図るようにすると、回路規模が増大する。また、電源回路に安定化回路やレギュレータ回路を搭載すると、これらの回路搭載に伴う内部電源の電圧降下のリスクがある。

また、例えば、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）装置など、光増幅器を用いたネットワークにおける伝送装置に搭載された動作環境化下では、電源ノイズに加え光信号の伝送中に自然放出光の成分も自然光分がノイズとして発生する。このような自然放出光分によるノイズは、安定化回路やレギュレータ回路では改善できない。

また、光トランシーバの使用環境は様々であり、使用環境によって、ノイズの発生状況も異なる。したがって、出荷時に光トランシーバ単体で計測された特性と、実際にシステムに組み込まれたときの特性とでは、異なる場合がある。このため、光トランシーバを実際にシステムに組み込んで使用すると、ノイズ成分の影響を受け、出荷時に計測された性能を実現できず、仕様不整合や問題解決策に時間を要することがある。

また、光トランシーバにより送受されるデータの仕様としては、ＳＯＮＥＴ，ＳＤＨ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）等がある。光トランシーバの搭載アプリケーションは、これらの仕様をサポートする必要がある。光トランシーバを共通製品として採用しても、これら仕様の異なるアプリケーションのすべてを満足するような特性を確保することは困難である。

なお、装置側からの閾値設定をサポートする光トランシーバ製品も多く登場しているが、このような光トランシーバでは、閾値設定を動かすと、製品出荷時の設定値と異なることになることから、製品特性を保証することが難しくなる。また、光トランシーバの特性評価仕様にある電源ノイズ耐力特性評価に関しては、電源ノイズ振幅、周波数を条件とした受信特性や送信特性の評価を行ってきたが、その評価に関する標準的な手法は確立していない。

上述の課題を鑑み、本発明は、ノイズの検出値に応じて、特性を最適に設定できる光トランシーバ及び光トランシーバの制御方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明に係る光トランシーバは、光ケーブルから受信した光信号を電気信号のデータに変換して出力する光受信手段と、電気信号のデータを光信号に変換して光ケーブルに送信する光送信手段とを具備する光トランシーバであって、さらに電源ノイズを検出するノイズ検出手段を搭載し、ノイズ検出手段の検出結果に応じて、光受信手段及び／又は光送信手段の動作特性を設定することを特徴とする。

本発明に係る光トランシーバの制御方法は、光ケーブルから受信した光信号を電気信号のデータに変換して出力する光受信手段と、電気信号のデータを光信号に変換して光ケーブルに送信する光送信手段とからなる光トランシーバの制御方法であって、光トランシーバにはノイズ検出手段が搭載されており、ノイズ検出手段により光トランシーバの電源ノイズを検出する工程と、ノイズ検出の検出結果に応じて、光トランシーバの送信及び／又は受信の動作特性を設定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、光トランシーバ内に電源ノイズを検出するノイズ検出部が搭載されている。このノイズ検出部の検出結果に応じて、データ判別閾値やレーザーダイオードの駆動電流等を最適に設定することができる。また、本発明によれば、電源ノイズに起因する特性劣化を最小限に抑えることができる。また、本発明によれば、使用環境や仕様に応じて光トランシーバの特性を最適に設定することができる。また、本発明によれば、製品特性を評価する際に、電源ノイズに関する動作環境の違いを定量的に検出して、標準仕様を行うことができる。また、本発明によれば、装置環境に依存することなく、電源ノイズに対しては、安定した製品動作特性を実現することができる。また、本発明によれば、光トランシーバ認定評価時において、ネットワーク構成や装置アプリケーションに対する依存性が抑えられることから評価パラメータの削減につながり、評価コストが低減できる。

本発明の第１の実施形態に係る光トランシーバの構成を示すブロック図である。 光トランシーバにおけるノイズ検出部をアナログ回路で実現した場合の一例を示すブロック図である。 ノイズ検出部におけるピーク検出回路の一例の接続図である。 本発明の第１の実施形態に係る光トランシーバの実装例を示す分解斜視図である。 光トランシーバにおけるノイズ検出部をＡ／Ｄコンバータのみで構成した場合のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光トランシーバ１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態の光トランシーバ１は、光受信回路１１と、光送信回路１２と、制御部１３と、ノイズ検出部１４とを備えている。

光受信回路１１は、光ケーブル２から光信号を受信して、この光信号を電気信号のデータに変換し、データ処理装置３に送るための回路である。光受信回路１１は、例えばフォトディテクタからなる光受信器２１と、光受信器２１の出力信号とデータ判別閾値とを比較して、「０」又は「１」のデータを判別する受信側電気波形再生部２２とを備えている。

光送信回路１２は、データ処理装置３からの電気信号のデータを光信号に変換して、光ケーブル２に送信するための回路である。光送信回路１２は、データ処理装置３からの電気信号を再生する送信側電気波形再生部３２と、例えばレーザーダイオードからなる光送信器３１とを備えている。

制御部１３は、光受信回路１１及び／又は光送信回路１２を制御するための回路で、マイクロコンピュータで構成されている。光受信回路１１や光送信回路１２の各種設定は、制御部１３の制御の基に設定可能である。また、制御部１３は、シリアル通信による光トランシーバ１の外部との通信機能及び内部のモニター機能を有している。

ノイズ検出部１４は、電源回路３３からの電源電圧に含まれるノイズを検出する。ノイズ検出部１４のノイズ検出結果は、制御部１３に送られる。制御部１３は、ノイズ検出部１４からのノイズ検出結果に応じて、光受信回路１１における受信側電気波形再生部２２のデータ判別閾値や、光送信回路１２における光送信器３１のレーザーダイオードの駆動電流等を最適に設定する。

例えば、ノイズ値に応じたデータ判別閾値は、以下のように設定できる。
制御部１３は、予め、データ判別閾値Ｖｔｈを記憶しておく。Ｖｔｈは、電源ノイズが無い場合に光送受信トランシーバ１が正常に動作するように設定されたデータ判別値である。ここで、電源にノイズが発生すると、送信信号及び受信信号の波形は、元の信号に当該ノイズが重畳した波形となる。そこで、制御部１３は、ノイズ検出部１４によりノイズのピーク値が検出されると、予め記憶されていたデータ判別値Ｖｔｈに、検出されたノイズピーク値ΔＶｐを加算した値（Ｖｔｈ＋ΔＶｐ）を、受信側電気波形再生部２２、送信側電気波形再生部３２で実際の判別に用いるデータ判別閾値として設定する。このように、実際に判別に用いるデータ判別閾値を（Ｖｔｈ＋ΔＶｐ）に設定することで、電源ノイズに応じた最適な値にデータ判別閾値が設定されることになる。この場合、光送受信トランシーバは、制御部１３が予め記憶しているデータ判別閾値を変更せずに、ノイズ検出部１４で検出されたノイズ判別結果に応じて、実際に用いるデータ判別閾値を動的に決定しているため、製品出荷時から設定値を変更せずに、製品特性を補償することができる。

また、上述のように、実際に判別に用いるデータ判別閾値を（Ｖｔｈ＋ΔＶｐ）とする方法以外の方法としては、ノイズピーク値に、実際に用いるデータ判別閾値を関連付けたテーブルを記憶するＲＯＭを備え、 制御部１３が、ノイズ検出部１４が検出したノイズピーク値に対応するデータ判別閾値を、ＲＯＭが記憶するテーブルの情報を用いて補間計算により算出し、当該データ判別閾値を用いて信号の値の判別を行う方法がある。ＲＯＭが記憶するテーブルに、ノイズピーク値の範囲と閾値とを関連付けておくことで、補間計算を行わずに閾値を決定するようにしても良い。

図２は、ノイズ検出部１４をアナログ回路で実現した場合の一例を示すものである。
図２に示すように、ノイズ検出部１４は、ピーク検出回路１０１と、Ａ／Ｄコンバータ部１０２とから構成される。図２において、電源回路３３からの電源電圧は、ピーク検出回路１０１に供給される。ピーク検出回路１０１で、電源電圧がピーク検波される。ピーク検出回路１０１の出力は、Ａ／Ｄコンバータ部１０２に供給され、電源電圧のピーク検波値がアナログ値からディジタル値に変換される。Ａ／Ｄコンバータ部１０２の出力が制御部１３に供給される。

ピーク検出回路１０１は、例えば、図３に示すように構成できる。
図３において、演算増幅器２０１の反転入力端子は、抵抗２０２を介して、入力端子２００に接続される。演算増幅器２０１の非反転入力端子は接地される。演算増幅器２０１の出力端子は、ダイオード２０３のアノードに接続される。ダイオード２０３のカソードと演算増幅器２０１の反転入力端子との間に、抵抗２０４が接続される。これら、演算増幅器２０１と、抵抗２０２、２０４と、ダイオード２０３により、検波回路が構成される。

ダイオード２０３のカソードと接地間に、トランジスタ２０５が接続される。また、ダイオード２０３のカソードと接地間に、抵抗２０６及びコンデンサ２０７が接続される。抵抗２０６及びコンデンサ２０７は、演算増幅器２０１、抵抗２０２、２０４、ダイオード２０３の検波出力を平滑化して、検波出力の包絡線を検出する。トランジスタ２０５は、検波出力をクリアするために設けられる。

ダイオード２０３のカソードと抵抗２０６及びコンデンサ２０７との接続点は、抵抗２０８を介して、演算増幅器２０９の反転入力端子に接続される。演算増幅器２０９の非反転入力端子は接地される。演算増幅器２０９の出力端子とその反転入力端子との間に、抵抗２１０が接続される。抵抗２０８，２１０、演算増幅器２０９は、ピークレベルの検出値を反転増幅するバッファアンプを構成する。演算増幅器２０９の出力端子からは、電源のノイズピークに相当する電圧が出力される。

図３に示すように、ノイズ検出部１４のピーク検出回路１０１は、演算増幅器２０１、２０９、ダイオード２０３、トランジスタ２０５等により、アナログ回路で構成される。トランジスタ、ダイオード、演算増幅器の微細化・広帯域化技術の向上により、これらは、数平方ミリメートル程度の最小限の実装面積にて実現が可能である。また、小型化が進む光トランシーバの内部回路には、マイクロコンピュータ（制御部１３）やＡ／Ｄコンバータ部１０２などのディジタル制御回路は、既に標準的に搭載されている。したがって、このようなノイズ検出部１４を光トランシーバ１に搭載したとしても、余分な部品の追加は殆どなく、回路規模の増大は僅かなものである。Ａ／Ｄコンバータの動作特性の向上を考慮すると、このようなノイズ検出部１４により、ピーク・トゥー・ピークで、数十ｍＶまでのノイズ検出は可能である。

図４は、光トランシーバ１の実装例を示す分解斜視図である。図４に示すように、プリント基板５１には、光学モジュール５２とＩＣチップ５３とを実装されている。光学モジュール５２には、図１に示す光受信器２１及び光送信器３１が格納されている。ＩＣチップ５３には、図１に示す受信側電気波形再生部２２、送信側電気波形再生部３２、制御部１３、及びノイズ検出部１４とが格納されている。なお、ノイズ検出部１４は、ディスクリート部品でプリント基板５１上に実装しても良い。前述したように、ノイズ検出部１４は、ディスクリート部品でプリント基板５１上に構成しても、回路規模の増大は僅かである。光学モジュール５２は、光ファイバ５４を介して光レセプタクル５５に接続されている。プリント基板５１は、ベースプレート５６上に載置され、ケース５７により密閉される。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態では、光トランシーバ１内に、電源ノイズを検出するノイズ検出部１４が搭載される。ノイズ検出部１４により、電源ノイズが検出され、このノイズ検出結果が制御部１３にフィードバックされる。これにより、ノイズ検出結果に応じて、制御対象（光受信回路１１における受信側電気波形再生部２２のデータ判別閾値や、光送信回路１２における光送信器３１のレーザーダイオードの駆動電流等）を最適に設定することができる。

なお、ノイズ検出部１４は、図５に示すように、Ａ／Ｄコンバータ３０１のみから構成することもできる。この場合には、Ａ／Ｄコンバータ３０１で、電源の電圧値を取得し、制御部１３で、設定電圧以上の値となるものをカウントし、その発生頻度を求めることで、ノイズ振幅の傾向を算出し、そのノイズ分布に対する事前に設定された最適値を制御部１３から制御対象に設定させるようにすれば良い。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１：光トランシーバ
２：光ケーブル
３：データ処理装置
１１：光受信回路
１２：光送信回路
１３：制御部
１４：ノイズ検出部
２１：光受信器
２２：受信側電気波形再生部
３１：光送信器
３２：送信側電気波形再生部

Claims (6)

1. 光ケーブルから受信した光信号を電気信号のデータに変換して出力する光受信手段と、
   電気信号のデータを光信号に変換して光ケーブルに送信する光送信手段と、
   を具備する光トランシーバであって、
   さらに電源ノイズを検出するノイズ検出手段を搭載し、前記ノイズ検出手段の検出結果に応じて、前記光受信手段及び／又は前記光送信手段の動作特性を設定する
   ことを特徴とする光トランシーバ。
2. 前記ノイズ検出手段は、電源電圧のアナログ値をピーク検波し、当該電源電圧のピーク検波値から電源ノイズを検出することを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
3. 前記ノイズ検出手段は、電源電圧が設定電圧以上となる発生頻度をカウントして電源ノイズを検出することを特徴とする請求項１に記載の光トランシーバ。
4. 前記ノイズ検出手段の検出結果に応じて設定される動作特性は、前記光受信手段におけるデータ判別閾値であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光トランシーバ。
5. 前記ノイズ検出手段の検出結果に応じて設定される動作特性は、前記光送信手段におけるレーザーダイオードの駆動電流であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の光トランシーバ。
6. 光ケーブルから受信した光信号を電気信号のデータに変換して出力する光受信手段と、電気信号のデータを光信号に変換して光ケーブルに送信する光送信手段とからなる光トランシーバの制御方法であって、
   前記光トランシーバにはノイズ検出手段が搭載されており、
   前記ノイズ検出手段により前記光トランシーバの電源ノイズを検出する工程と、
   前記ノイズ検出の検出結果に応じて、前記光トランシーバの送信及び／又は受信の動作特性を設定する工程と
   を含むことを特徴とする光トランシーバの制御方法。

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