KR100640413B1 - 버스트모드 광 수신기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버스트모드 광 수신기에 관한 것으로, 특히 버스트모드 신호를 전압신호로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터 출력 신호의 최저치 레벨을 검출하는 최저치 레벨 검출부; 상기 검출된 최저치 신호를 입력받아 상기 컨버터 출력 신호의 진폭이 항상 일정 하게 유지되도록 이득을 자동으로 조절하는 자동 이득 제어부; 상기 컨버터 출력 신호의 크기를 검출하여 LOS 또는 리셋 신호를 발생하는 신호크기 검출부를 구비하는 것을 특징으로 함으로써, 입력신호를 판단하여 패킷과 패킷 구간에서 초기화하는 리셋신호를 자체적으로 발생할 수 있는 버스트모드 광 수신기에 관한 것이다.

버스트모드, 전치증폭기, 최저치 레벨 검출, 자동 이득 제어

Description

버스트모드 광 수신기{OPTICAL RECEIVER FOR RECEIVING BURST-MODE SIGNAL}

도 1은 수동형 광통신망 구성을 나타내는 도면,

도 2는 종래기술에 따른 버스트모드 광 수신기의 구성을 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 버스트모드 광 수신기의 구성을 나타내는 도면,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 버스트모드 광 수신기의, 작은 입력전류에 따른 전치증폭부의 동작특성을 나타내는 출력 파형도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 버스트모드 광 수신기의, 큰 입력전류에 따른 전치증폭부의 동작특성을 나타내는 출력 파형도.

본 발명은 버스트모드 광 수신기에 관한 것으로, 특히 입력신호의 유무를 판단하여 패킷과 패킷 구간에서 초기화하는 리셋신호를 자체적으로 발생할 수 있는 버스트모드 광 수신기에 관한 것이다.

차세대 통신은 가입자들에게 많은 정보를 보다 빠르게 전송하기 위하여 각 가정까지 광선로를 설치하는 광 가입자망(FTTH: fiber to the home)을 요구하게 되었다. 그러나, 광 가입자망의 가장 큰 문제점은 기존의 동선으로 이루어진 가입자망을 대체하는데 비용이 많이 든다는 것이다. 이에 따라, 저비용의 광 가입자망 구축에 수동형 광통신망(PON: passive optical network)이 고려되고 있다.

도 1은 수동형 광통신망 구성을 나타내는 도면으로서, 중앙집중국(central office) 내의 OLT(optical line termination), 1xN 수동 광 분배기(optical splitter), 가입자(subscribers) 내의 ONU(optical network unit) 등으로 구성된다.

이와 같은 광 다중접속망에서 각 노드는 정해진 시간슬롯(time slot)을 이용하여 다른 노드로 데이터나 패킷을 전송하게 되는데 기존의 점-대-점(point-to-point) 링크와 다른 점은 각기 다른 전송경로에서 생기는 광 손실로 인해 수신된 데이터나 패킷의 크기와 위상이 각각 다른 버스트모드 데이터가 생긴다는 것이다. 즉, 여러 가입자가 하나의 광선로를 시분할 다중화 하여 이용하고 있는데, 선로측의 수신부(OLT)의 입장에서는 각 가입자가 임의의 시간에 데이터를 보내는 것이 되고, 또한 각 가입자까지의 경로 차에 의해 도착하는 데이터 패킷의 크기도 일정하지 않다.

이에 따라 최근에는 크기와 위상이 각 패킷별로 서로 다른 데이터를 수신하여 패킷들의 크기와 위상이 동일하도록 복원하는 버스트 모드 광 수신기(bust mode receiver)가 사용되고 있다.

버스트모드 광 수신기는 일반 수신기의 AC 커플링 방식에서 쓰인 DC 블록 커 패시터를 제거하여 커패시터의 충/방전 시간으로 인한 버스트 데이터의 손실을 막고, 데이터의 판별을 위한 기준신호로서 판별 임계값(detection threshold)을 수신 버스트 패킷마다 추출하게 된다. 또한 데이터를 추출된 판별 임계값을 중심으로 대칭적으로 증폭시킴으로써 데이터를 복원하는 기능을 제공해야 한다.

도 2는 종래 기술에 의한 버스트모드 광 수신기의 구성을 나타내는 개략도로서, 상기 버스트모드 광 수신기는 광검출부(10), 전치증폭부(1), 판별 임계값 제어부(automatic threshold controller; 이하 ATC라 칭함)(2), 제한증폭부(3)로 구성된다.

광검출부(10)는 입력 광신호는 전류신호로 변환하는 기능을 한다.

전치증폭부(1)는 광검출부(10)에서 검출된 전류신호를 전압신호로 변환하는 역할을 한다. 입력전류 대 출력전압의 비인 트랜스임피던스는 전치증폭부(transimpedance amplifier: 이하 TIA라 칭함)(1)의 입력단자와 출력단자에 연결된 궤환저항(Rf)에 의해 결정된다.

버스트모드 광 수신기의 TIA(1)는 DC 커플링 방식으로 사용되며, 입력신호는 TIA(1)에서 증폭된 후 두 부분으로 나뉘게 된다. 일측 신호는 ATC(2)에 입력되어 수신된 패킷의 판별 임계값을 추출하게 되고, 타측 신호는 DC 커플링 되어 제한증폭기(3)에 입력된다. 또한, 판별 임계값은 일치하는 패킷의 크기에 따라 자동으로 바뀌게 되어 제한증폭기(3)의 Vref에 입력된다. 제한증폭기(3)는 입력된 신호의 각 진폭을 증폭하여 일정한 진폭의 신호로 복원하는 기능을 한다.

그러나, 상기 종래의 버스트모드 광 수신기는 패킷과 패킷 사이의 구간에서 초기와 하는 리셋(reset) 신호를 외부에서 부가적 회로를 사용하여 입력함으로 인해 회로가 복잡해지고 부품 사이즈가 커지는 문제점이 따른다.

따라서, 본 발명의 목적은 입력신호의 유무를 판단하여 초기화하는 리셋 신호를 발생할 수 있는 버스트 모드 광 수신기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 크기와 위상이 각 패킷별로 서로 다른 버스트 모드 데이터를 수신하여 정확하고 빠르게 복원할 수 있는 기가급 버스트 모드 광 수신기를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 버스트모드 광 수신기에 있어서, 버스트모드 신호를 전압신호로 변환하는 컨버터와; 상기 컨버터 출력 신호의 최저치 레벨을 검출하는 최저치 레벨 검출부와; 상기 최저치 레벨을 수신하여 상기 컨버터 출력 신호의 진폭이 일정하게 유지되도록 이득을 조절하고, 상기 최저치 레벨이 검출되지 않을 경우 리셋 신호를 발생하는 자동 이득 제어부와; 상기 컨버터 출력 신호의 크기를 검출하여 신호가 존재하지 않는다고 판단될 경우 리셋 신호 및 신호가 없음을 알리는 LOS 신호를 발생하는 신호크기 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 자동 이득 제어부는 상기 컨버터 출력신호가 왜곡되기 시작하는 시점에서 자동 이득 제어부의 제어신호를 발생시켜 구동되도록 하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 신호크기 검출부는 상기 컨버터 출력신호를 커플링하는 커패시터를 구비함으로써 입력 신호의 DC 레벨에 상관없이 신호의 크기를 검출하도록 하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 자동 이득 제어부 또는 상기 신호크기 검출부의 출력을 펄스신호로 발생하는 펄스발생부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 버스트모드 광 수신기의 구성을 나타내는 도면으로, 상기 버스트모드 광 수신기는 광검출부(110), 전치증폭부(101), ATC부(102) 및 제한증폭부(103)를 포함하여 구성된다.

상기 전치증폭부(101)는 전치증폭부(101)의 이득과 대역폭을 결정하는 TIA(4), 상기 TIA(4) 출력신호의 최저치 레벨(bottom level)을 검출(detection)하는 최저치 레벨 검출부(5), 검출된 최저치 레벨을 입력받아 자동 이득 제어신호를 발생시켜 상기 TIA(4)의 이득을 자동 조절하는 자동 이득 제어부(automatic gain controller, 이하 AGC라 칭함)(6), 상기 TIA(4) 출력신호의 크기를 검출하는 신호크기 검출부(power level detection, 7)로 구성된다. 또한, 펄스 발생기(8), NAND 게이트(9), TIA(4)의 출력버퍼(100) 등을 더 구비한다.

TIA(4)는 상기 광검출부(110)에서 출력되는 전류신호를 전압신호로 변환하고, 전치증폭부(101)의 이득과 대역폭을 결정한다.

최저치 레벨 검출부(5)는 상기 TIA(4) 출력신호의 최저치 레벨을 검출한다. 즉, 최저치 레벨 검출부(5)는 TIA(4) 출력신호의 레벨이 높거나 혹은 낮더라도 항상 최저치 레벨을 검출한다. 최저치 레벨을 검출함으로써 신호의 왜곡, 파워 변동등을 최소화하고 또한 신호의 유무를 정확하게 판단한다. 또한, 적정한 출력 전압 레벨을 항상 유지할 수 있도록 최저치 레벨 검출부(5)가 우선적으로 신호를 판별하여 알려준다. 반면, 일반적으로 사용되고 있는 최고치 레벨 검출기는 입력신호의 레벨이 높은 신호의 경우에는 별 문제가 되지 않으나, 입력 레벨이 낮은 정보를 정확하게 판별하는 것이 어려워 낮은 신호에 대한 신호의 유무 판별에 어려움이 있다.

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AGC부(6)는 최저치 레벨 검출부(5)에 의해 검출된 최저치 레벨을 근거로 입력신호의 전압레벨을 분석하고, 상기 분석한 전압레벨이 기준치 이상이면 상기 TIA(4)의 이득을 조절하고, 분석한 전압레벨이 기준치 이하이면 AGC 제어신호(6')를 발생시켜 입력신호를 증폭하도록 한다. AGC부(6)가 최저치 레벨 신호를 분석하여 신호가 존재하지 않는다고 판단되는 경우 패킷의 종단을 나타내는 리셋신호를 발생한다.

광 검출기(110)를 통해 출력되는 신호는 대개 -31dBm에서 -16dBm까지 전류를 변화하는데, 이 정도의 전류 범위를 넘어서면 상당한 출력 신호 왜곡 현상이 발생하므로 AGC부(6)를 동작시켜 왜곡되지 않은 파형으로 보상하여야 한다.

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AGC부(6)은, TIA(4)의 출력신호가 왜곡되기 시작하는 시점에서 제어동작을 개시한다. 즉, 최저치 레벨 검출부(5)는 입력신호의 전압레벨을 검출하도록 동작하며, -31dBm 내지 -16dBm 범위내로 설정되어 있다. 그러나, 검출된 전압레벨이 상기 범위를 벗어나는 경우 왜곡이 발생하기 때문에 AGC부(6)는 -31dBm 내지 -16dBm 범위 내에서 동작하지 않는다. 동시에, 만일 최저치 레벨 검출부(5)가 검출범위 이외이면 AGC부(6)는 조정을 위해 정보를 TIA(4)에 피드백시키고 이에 따라 적정 범위외의 전압에 의해 발생되는 왜곡을 방지한다. 이러한 결과로 AGC 동작 기준 레벨이 너무 낮아져서 TIA(4) 출력이 지나치게 작아지거나 기준 레벨이 너무 높아져서 출력 신호의 왜곡 후에 AGC가 동작하는 문제점을 방지할 수 있다.
신호크기 검출부(7)는 TIA(4) 출력신호를 입력 받아 그 크기를 검출함으로써 입력신호의 유무 및 패킷과 패킷 사이 구간을 판단하여 알려 주는 기능을 한다. 예를 들면, TIA(7)의 출력신호의 신호크기가 기준치(예를 들면, -30dBm) 이하인 경우 신호크기 검출부(7)은 신호가 존재하지 않음을 알리는 LOS 신호를 발생한다.

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신호크기 검출부(7)는 2개의 출력신호를 출력하며, 그 중 일측신호는 전술한 LOS 신호를 발생하기 위해 펄스발생기(8)와 인버터(91)를 거치며, 타측신호는 후술하는 리셋 신호를 발생하기 위한 펄스발생기(82)로 인가된다.

또한, TIA(4)의 출력신호는 입력신호의 DC 레벨에 무관하게 신호의 크기를 검출 할 수 있도록 커패시터에 의해 커플링 되어 신호크기 검출부(7)에 인가된다.

펄스발생기(8)는 상기 신호크기 검출부(7)의 출력을 입력받아 패킷의 시작, 종단 및 패킷 사이구간을 나타내는 펄스신호를 발생한다. 상기 펄스발생기(8)에서 발생된 펄스신호는 인버터(91)을 통해 반전된 후 LOS 신호로써 출력된다. 펄스발생기(81)은 AGC부(6)의 출력신호에 따라 펄스신호를 발생한다. 또한, 펄스발생기(82)는 신호크기 검출부(7)의 타측 신호로써 출력된 신호에 대응하여 펄스신호를 발생한다. 상기 펄스발생기(81, 82)에서 발생된 펄스신호는 NAND 게이트(9)에 의해 부정 논리곱되고, 인버터(92)에 의해 반전된 후 리셋신호로써 뒷단의 ATC(102)에 출력된다. 즉, 펄스발생기(8, 81, 82)는 LOS 신호 및 리셋 신호를 펄스신호로써 발생하기 위한 구성이다.

출력버퍼(100)는 전치증폭부(101)의 최종 출력이 뒷단의 ACT(102) 및 제한증폭기(103)로 입력되는 것을 고려하여 DC레벨을 조절하기 위함이다.

도 4a는 입력전류가 10㎂ 일 경우, 도 5a는 입력전류가 100㎂ 일 경우의 전치증폭기의 동작특성을 나타내는 출력 파형도로서, 세로축은 전압의 크기를 나타내고 가로축은 시간을 나타낸다.

AGC부(6)는 낮은 입력전류(예로써, 10㎂) 일 때는 제어신호가 발생하지 않다가(도 4a) 어느 정도의 입력 전류 레벨(100㎂)이 되면 제어신호를 발생한다(도 5a)는 것을 보여 준다.

도 4b, 도 5b는 각각 상기 도 4a 및 도 5a를 확대한 도면으로, 한 그래프에 도시하기 위해 전치증폭기의 출력레벨의 값에서 -1.6V 한 값으로 나타낸 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 패킷과 패킷 구간에서 초기화하는 리셋신호를 자체적으로 발생할 수 있다. 이에 따라 버스트모드 광 수신기 적용 시에 리셋 신호 발생을 위한 부가적인 회로를 구성할 필요가 없어 부품사이즈를 줄이는 장점이 있다.

또한, 신호의 최저치를 검출함으로써 낮은 전압 레벨의 신호에 대해서도 실제 전압 레벨에 대한 정보를 정확히 판단하여 신호유무를 알려 준다.

또한, 크기와 위상이 각 패킷별로 서로 다른 버스트 모드 데이터를 수신하여 정확하고 빠르게 복원할 수 있다.

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
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5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 버스트모드 광 수신기에 있어서,

   버스트모드 신호를 전압신호로 변환하는 컨버터와;

   상기 컨버터의 출력 신호의 최저치 레벨을 검출하는 최저치 레벨 검출부와;

   상기 최저치 레벨을 수신하여 상기 컨버터의 출력 신호의 진폭이 일정하게 유지되도록 이득을 조절하고, 상기 최저치 레벨이 검출되지 않을 경우 리셋 신호를 발생하는 자동 이득 제어부와;

   상기 컨버터의 출력 신호의 크기를 검출하여 신호가 존재하지 않는다고 판단될 경우 리셋 신호 및 신호가 없음을 알리는 LOS 신호를 발생하는 신호크기 검출부를 포함하며, 상기 자동이득제어부는

   상기 컨버터의 출력신호의 전압레벨이 기준치보다 높을 경우 상기 컨버터의 이득을 조절하는 것을 특징으로 하는 버스트모드 광 수신기.
10. 버스트모드 광 수신기에 있어서,

    버스트모드 신호를 전압신호로 변환하는 컨버터와;

    상기 컨버터의 출력 신호의 최저치 레벨을 검출하는 최저치 레벨 검출부와;

    상기 최저치 레벨을 수신하여 상기 컨버터의 출력 신호의 진폭이 일정하게 유지되도록 이득을 조절하고, 상기 최저치 레벨이 검출되지 않을 경우 리셋 신호를 발생하는 자동 이득 제어부와;

    상기 컨버터의 출력 신호의 크기를 검출하여 신호가 존재하지 않는다고 판단될 경우 리셋 신호 및 신호가 없음을 알리는 LOS 신호를 발생하는 신호크기 검출부를 포함하며, 상기 자동이득제어부는

    상기 컨버터의 출력신호의 전압레벨이 기준치보다 낮을 경우 상기 컨버터의 입력신호를 증폭하는 것을 특징으로 하는 버스트모드 광 수신기.
11. 삭제

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