光调制器驱动器电路和光发射机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能够根据光发射系统的操作配置在低功率/限制操作模式与线性操 作模式之间切换的光调制器驱动器电路，以及使用该光调制器驱动器电路的光发射机。
【背景技术】
[0002] 近年来，将数字信号处理与相干检测相结合的数字相干技术和多层调制技术已 受到关注，以进一步提高光发射系统的速度和容量。如今广泛追寻对使用极化复用和 QPSK(正交相移键控）调制格式达到每波长100Gb/s的光发射系统以及用于该100Gb/s光 发射系统的设备的研究和开发。此外，为了使l〇〇Gb/S光发射系统更精致并提高其发射质 量，已经研究将数字信号处理（例如，Nyquist滤波器或预均衡）应用到发射端。此外，也已 研究利用更高阶的多层调制格式（例如，QAM(正交幅度调制））来实现每波长400Gb/s等 级的发射技术。
[0003] 图40不出了用于100Gb/s发射的一般光发射机的布置的不例。图40不出了针对 从极化复用得到的一个极化波的发射框。图40中示出的光发射机包括DSP (数字信号处理） 单元100、复用器（MUX) 101-1和101-Q、光调制器驱动器电路102-1和102-Q、激光二极管 (LD) 103以及光I/Q调制器104,其中，DSP单元100执行发射数据Data的数字信号处理， 复用器（MUX) 101-1和101-Q复用从DSP单元100输出的符号，光调制器驱动器电路102-1 和102-Q放大从MUX 101-1和101-Q输出的信号，以及光I/Q调制器104通过来自光调制 器驱动器电路102-1和102-Q的输出信号调制来自LD 103的连续光并输出信号。图41A 是示出MUX 101-1的输出信号的视图。图41B是示出光调制器驱动器电路102-1的输出信 号的视图。图41C是在平面上示出光I/Q调制器104的光输出信号的星座图。
[0004] DSP单元100包括针对发射数据Data执行FEC (前向纠错）编码的FEC编码单元 1000以及根据已经历了 FEC编码的信号的调制格式来执行符号映射的符号映射单元1001。 如上所述，因为l〇〇Gb/s光发射系统使用QPSK调制格式，驱动光I/Q调制器104的电信号 是二进制信号。为此，光调制器驱动器电路102-1和102-Q需要执行限制操作（限制放大 小信号和大信号二者到所希望的幅值的操作），以增加调制器驱动波形的孔眼开口。换言 之，在100Gb/s光发射系统中使用的光调制器驱动器电路102-1和102-Q中，线性（线性放 大输入信号的特性）要求不高。
[0005] 图42示出了能够使用发射端信号处理并且还能够应对更高阶调制格式（例如， QAM)的光发射机的布置的示例。图42也示出了针对从极化复用得到的一个极化波的发射 框。图42中示出的光发射机包括DSP单元200、MUX 201-1和201-Q、D/A转换器（DAC，数 模转换器）202-1和202-Q、光调制器驱动器电路203-1和203-Q、LD 204以及光I/Q调制 器205,其中，DSP单元200执行发射数据Data的数字信号处理，MUX 201-1和201-Q复用 从DSP单元200输出的符号，D/A转换器202-1和202-Q将从MUX 201-1和201-Q输出的 数据转换为模拟信号，光调制器驱动器电路203-1和203-Q放大从DAC 202-1和202-Q输 出的信号，以及光I/Q调制器205通过来自光调制器驱动器电路203-1和203-Q的输出信 号调制来自LD204的连续光并输出信号。图43A是示出DAC 202-1的输出信号的视图。图 43B是示出光调制器驱动器电路203-1的输出信号的视图。图43C是在平面上示出光I/Q 调制器205的光输出信号的星座图。
[0006] 除了 FEC编码单元200和符号映射单元2001之外，DSP单元200包括预均衡单 元2002、信号谱成形单元2003和发射FE均衡单元2004,其中，FEC编码单元2000针对发 射数据Data执行FEC (前向纠错）编码，符号映射单元2001根据已经历了 FEC编码的信号 的调制格式来执行符号映射，预均衡单元2002对信号执行波长色散或光调制器的非线性 响应的预均衡处理，信号谱成形单元2003对信号执行谱成形（Nyquist滤波）处理以抑制 WDM(波分复用）发射时的信道间串话，发射FE均衡单元2004对信号执行用于光调制器的 发射FE (前向均衡器）均衡。可根据需要对预均衡单元2002、信号谱成形单元2003和发 射FE均衡单元2004的功能进行开/关控制（参见文献"3rd，New Optical Transmission Technologies by Digital Signal Processing-IOOG and Beyond-，Proceedings of the IEICE，Optical Communication System Technical Committee，pp.9-13,2012)〇
[0007] 图42中示出的布置与图40中示出的常规lOOGb/s光发射机存在极大不同，因为 线性很重要。在使用简单的QPSK格式时，如上所述，驱动光I/Q调制器104的电信号是二 进制信号"〇"或" 1"。然而，在应用Nyquist滤波或预均衡处理时，或在使用具有幅度调制 的更高阶的多层调制格式（例如，QAM)时，驱动光I/Q调制器205的电信号不是简单的"0" 或"1"信号，而是精细地包括幅度轴方向上的信息的信号。作为易于理解的示例，在使用 16-QAM格式时，驱动光I/Q调制器205的电信号是四进制信号，如图43C中所示。
[0008] 如上所述，在使用发射端信号处理或QAM格式时，驱动光调制器的电信号精细地 包括幅度轴方向上的信息。为此，光调制器驱动器电路需要线性地响应，即，线性地放大输 入信号。此外，图42中示出的光发射机可以覆盖处理二进制信号的常规系统。
【发明内容】
[0009] 本发明解决的问题
[0010] 在实际使用场景中，即使在使用图42中示出的光发射机时，信号处理（例如 Nyquist滤波）也不是必须应用的，且假设要根据需要来通过开/关控制该功能以执行操 作。灵活的操作配置也是值得考虑的，其中，单个光发射机有时使用QPSK，有时使用QAM。在 该情况下，对光调制器驱动器电路的线性要求也根据使用条件而改变。
[0011] 如果使用上述具有优良的线性的光调制器驱动器电路，在任何情况下都在一定程 度上保证了发射质量。然而，与处理二进制信号的常规限制类型驱动器电路相比，线性驱动 器电路一般消耗更多的功率。将参考图44A和44B来解释原因。图44A是示出限制类型驱 动器电路的输入/输出特性的图。图44B是示出线性驱动器电路的输入/输出特性的图。 在图44A和44B中，横坐标表示输入信号Vin的幅度（或输入功率），且纵坐标表示驱动器 电路的输出信号Vout的幅度（或输出功率）。
[0012] 在处理二进制信号时，关于所假设的输入幅度Ain获得驱动光调制器所必需的 所希望的输出幅度Aout便足够了，且波形失真不造成严重问题。因此，从图44显而易见的 是，因为可通过将驱动器电路可输出的信号的最大幅度Aoutmax设置为所希望的输出幅度 Aout(Aoutmax~Aout)来设计电路，功率效率非常高。此外，在处理二进制信号时，从增加 光调制器驱动波形的孔眼开口的观点而言，驱动器电路优选执行限制操作。
[0013] 另一方面，在线性驱动器电路中，线性操作范围需要较宽。因此，有必要将电路 设计为使得可确保驱动器电路自身可输出的信号的足够大的最大幅度Aoutmax，并关于 所假设的输入幅度Ain线性地获得所希望的输出幅度Aout (设计电路以获得较大的后退 (backoff))。一般驱动器电路的功耗与电路的最大输出幅度成正比地增加。因此，线性驱 动器电路的功耗增加了。
[0014] 已做出了本发明来解决上述问题，且本发明提供了能够根据所应用的调制格式、 均衡处理等在低功率/限制操作模式与线性操作模式之间切换的光调制器驱动器电路以 及使用该光调制器驱动器电路的光发射机。
[0015] 解决问题的方式
[0016] 根据本发明，提供了一种光调制器驱动器电路，包括：放大输入信号并输出用于驱 动光调制器的信号的放大器，以及能够根据所希望的操作模式调整放大器的电流量的电流 量调整电路。
[0017] 根据本发明，还提供了一种光发射机，包括：信号处理装置、D/A转换器、光调制器 驱动器电路、光调制器和控制信号生成装置，信号处理装置用于根据光发射系统的操作配 置执行发射数据的信号处理，D/A转换器将信号处理装置处理的数字信号转换为模拟信号， 光调制器驱动器电路放大从D/A转换器输出的信号，光调制器通过来自光调制器驱动器电 路的输出信号调制从光源输入的连续光，并输出信号，控制信号生成装置基于与光发射系 统的操作配置有关的信息来生成控制光调制器驱动器电路的操作模式的第一控制信号。
[0018] 发明效果
[0019] 根据本发明，在光调制器驱动器电路中提供了电流量调整电路。这使得有可能根 据光发射系统的操作配置（调制格式或是否存在发射端信号处理）适当地选择性使用线性 操作模式或限制操作模式，并极大地降低线性操作模式下的功耗，其中根据本发明的光调 制器驱动器电路应用于该光发射系统。此外，在本发明中，由于可通过将放大装置的电流量 降低到零来将放大装置自身的增益降低到零，还可以获得关闭（无信号输出）模式。
[0020] 根据本发明的光发射机，可根据光发射系统的操作配置适当地选择性使用光调制 器驱动器电路的线性操作模式和限制操作模式，且可降低限制操作模式下的功耗。除了在 该两种模式（即，线性操作模式和限制操作模式）下使用之外，在该两种模式之间的中间操 作模式下使用也是可能的。可将光调制器驱动器电路设置为在对于光发射系统的操作配置 而言最优的状态下。
【附图说明】
[0021] 图1是示出根据本发明第一实施例的光调制器驱动器电路的概略的方框图；
[0022] 图2是示出根据本发明第一实施例的光调制器驱动器电路的输入/输出特性的 图；
[0023] 图3是示出根据本发明第一实施例的光调制器驱动器电路的布置的电路图；
[0024] 图4是示出根据本发明第一实施例的光调制器驱动器电路的另一布置的电路图；
[0025] 图5是示出图3中示出的光调制器驱动器电路的输入/输出特性的图；
[0026] 图6是示出图4中示出的光调制器驱动器电路的输入/输出特性的图；
[0027] 图7是示出根据本发明第二实施例的光调制器驱动器电路的布置的方框图；
[0028] 图8是示出图7中示出的光调制器驱动器电路的输入/输出特性的图；
[0029] 图9是示出根据本发明第二实施例的光调制器驱动器电路的另一布置的方框图；
[0030] 图10是示出图9中示出的光调制器驱动器电路的输入/输出特性的图；
[0031] 图11是示出根据本发明第二实施例的线性可变增益电路的输入/输出特性的 图；
[0032] 图12是示出光I/Q调制器的布置的电路图；
[0033] 图13是示出在图12中示出的光I/Q调制器中使用的MZ调制器的输入/输出特 性的图；
[0034] 图14是用于解释对MZ调制器的非线性进行补偿的常规方法的图；
[0035] 图15是示出图3中示出的光调制器驱动器电路的电流源的布置的电路图；
[0036] 图16是用于解释控制图15中示出的电流源的方法的定时图；
[0037] 图17是示出图4中示出的光调制器驱动器电路的电流源的布置的电路图；
[0038] 图18是用于解释控制图17中示出的电流源的方法的定时图；
[0039] 图19是示出根据本发明第四实施例的光调制器驱动器电路的布置的电路图；
[0040] 图20是示出根据本发明第四实施例的光调制器驱动器电路的另一布置的电路 图；
[0041] 图21是示出根据本发明第五实施例的光调制器驱动器电路的布置的电路图；
[0042] 图22是示出根据本发明第五实施例的光调制器驱动器电路的另一布置的电路 图；
[0043] 图23是示出根据本发明第六实施例的光调制器驱动器电路的布置的电路图；
[0044] 图24是示出根据本发明第六实施例的光调制器驱动器电路的另一布置的电路 图；
[0045] 图25是示出根据本发明第七实施例的光调制器驱动器电路的布置的电路图；
[0046] 图26是示出常规的Gilbert单元类型的可变增益电路的布置的电路图；
[0047] 图27是示出常规的Mayer类型的可变增益电路的布置的电路图；
[0048] 图28是示出根据本发明第八实施例的线性可变增益电路的布置的电路图；
[0049] 图29是示出根据本发明第八