Digital - analog converter

説明する技術は、一般にデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）に関し、より詳細には光ＤＡＣに関する。

一般に、デジタル形式のデータは、伝送、格納、および処理時に低いノイズレベルを有し、したがって安定した信号処理を必要とする電子工学の種々の分野で使用される。 しかし、レーダおよびディスプレイなどのアナログデバイスにデジタルデータを印加するときは、デジタル形式のデータをアナログ形式のデータに変換する必要がある。 ここで、デジタル電気信号をアナログ電気信号に変換するために、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を用いることができる。 ＤＡＣは、高速データ伝送、格納、および処理を可能とするのに十分に高いデータ変換速度を有さなければならない。 最近、ＤＡＣにフォトニクス技術を適用する試みを含めて、高速ＤＡＣに関する研究が積極的に行われている。

光ＤＡＣ（ＰＤＡＣ）は、高速サンプリング、広帯域幅、および減少された干渉を有し、したがって次世代ＤＡＣの魅力的な候補である。 ＰＤＡＣ技術の一例が、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ （ＩＥＥＥ） Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖ． １５、ｎ． １、１１７ページ、２００３年１月、Ａｒａｚ Ｙａｃｏｕｂｉａｎらに記載されている。 同文献は、重み付けされた１×Ｎカプラおよび複数の電気光学ポリマー変調器を用いるＰＤＡＣ法について説明している。 マッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）が電気光学ポリマー変調器として使用される。 重み付けされた１×Ｎカプラは、連続波（ＣＷ）レーザビームを、種々の強度を有するＮ本のビームに分割する。 ＰＤＡＣ技術の別の例が、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖ． ４３、ｎ． １９、１０４４ページ、２００７年９月、Ｘ． Ｙｕらに記載されている。 同文献は、重み付けされた１×Ｎカプラおよび複数のＭＺＭを用いるＰＤＡＣ法について説明している。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。 これらの図面では、特に指示がない限り、類似の符号は一般に類似の構成要素を識別する。 詳細な説明で説明する例示的な実施形態、図面、および請求項は、限定を意味するものではない。 本明細書に示す主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用でき、他の変更を加えることができる。 本明細書において概略的に説明し、図に示す本開示の構成要素に対して、多種多様の異なる構成で配置、交換、組み合わせ、および設計を行うことができ、それらはすべて本明細書において明確に意図されることは容易に理解されよう。

一実施形態では、ＤＡＣは、複数の入力信号に応答して複数の第１の光信号を生成するための複数の電光変換器と、第１の光信号の強度を減衰させ、複数の第２の光信号を生成するための複数の光減衰器と、第２の光信号を組み合わせて、第３の光信号を生成するための光学カプラと、第３の光信号を電気的アナログ信号に変換するための光検出器とを含む。

別の実施形態では、デジタル信号をアナログ信号に変換するための方法は、複数の入力信号に応答して複数の第１の光信号を生成すること、第１の光信号の強度を減衰させ、複数の第２の光信号を生成すること、第２の光信号を組み合わせて、第３の光信号を生成すること、および第３の光信号を電気的アナログ信号に変換することを含む。

デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）の例示的な実施形態の概略図である。

ＤＡＣの別の例示的な実施形態の概略図である。

ＤＡＣのさらに別の例示的な実施形態の概略図である。

ＤＡＣの他の例示的な実施形態の概略図である。

デジタル信号をアナログ信号に変換するための方法の例示的な実施形態の流れ図である。

図１は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）の例示的な実施形態の概略図を示す。 図に示すように、ＤＡＣ１００は、複数の第１の光信号を生成する複数の電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、第１の光信号の強度を減衰させ、複数の第２の光信号を生成する複数の光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎと、第２の光信号を組み合わせて、第３の光信号を生成する光学カプラ１３０と、第３の光信号を電気的アナログ信号に変換する光検出器１４０とを含む。 いくつかの実施形態では、ＤＡＣ１００は、光学カプラ１３０を光検出器１４０に結合し、第３の光信号の強度を増幅する増幅器１５０を任意選択でさらに含むことができる。

電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎは、それぞれ、たとえば外部源によって生成された複数の入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎに応答して複数の第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎを生成することができる。 入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、またはＤＢ−Ｎは、それぞれ電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、または１１０−Ｎの作業モードを制御し、したがって、電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎはオン状態であってもよいし、オフ状態であってもよい。 例を挙げると、入力信号ＤＢ−１が「１」であるとき、対応する電光変換器１１０−１はオン状態とすることができる。 入力信号ＤＢ−１が「０」であるとき、対応する電光変換器１１０−１はオフ状態とすることができる。 同様に、入力信号ＤＢ−２、…、およびＤＢ−Ｎのうちのいくつかが「１」であるとき、対応する電光変換器１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎはオン状態にあってもよく、入力信号ＤＢ−２、…、およびＤＢ−Ｎのうちのいくつかが「０」であるとき、対応する電光変換器１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎはオフ状態とすることができる。

電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎがオン状態のとき、電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎは、それぞれ第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎを生成することができる。 一方、電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎがオフ状態のとき、電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎは、光信号を生成しなくてもよいし、それぞれ実質的にゼロの強度を有する第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎを生成してもよい。

一実施形態では、オン状態で生成された第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎは、互いに実質的に同じ強度を有することができる。 ここで、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎの実質的に同じ強度は、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎの強度がまったく同じかまたは所定の許容可能な誤差範囲内にあることを示す。 オフ状態で生成された第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎの実質的にゼロの強度は、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎの強度がちょうどゼロであるかまたはゼロからの所定の許容可能な誤差範囲内にあることを示す。 所定の許容可能な誤差は、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎを用いる適用分野の要件に従って変化することができる。 例を挙げると、最上位ビット（ＭＳＢ）を受け取る電光変換器の許容可能な誤差は、最下位ビット（ＬＳＢ）を受け取る電光変換器の許容可能な誤差より小さくすることができる。

別の実施形態では、オン状態で生成された第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎは、互いに実質的に同じ波長を有することができる。 ここで、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎの実質的に同じ波長は、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎの波長がまったく同じかまたは所定の許容可能な誤差範囲内にあることを示す。 たとえば、許容可能な誤差は、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎを用いる適用分野の要件に従って、または光学カプラ１３０のタイプに従って変化することができる。

電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、または１１０−Ｎは、それぞれドライバ１６０−１、１６０−２、１６０−３、…、または１６０−Ｎと、レーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎとを有することができる。 ドライバ１６０−１、１６０−２、１６０−３、…、または１６０−Ｎは、その対応するレーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎに駆動信号を印加することができる。 この駆動信号は、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、またはＤＢ−Ｎに対応することができる。 例を挙げると、駆動信号は、あるタイプの電圧または電流を有することができる。

一実施形態では、入力信号ＤＢ−１が「１」であるとき、ドライバ１６０−１は、レーザダイオード１７０−１に閾値電圧より高い所定の電圧（たとえば５Ｖ）を印加することができる。 入力信号ＤＢ−１が「０」であるとき、ドライバ１６０−１は、レーザダイオード１７０−１に閾値電圧より低い所定の電圧（たとえば０Ｖ）を印加することができる。 閾値電圧は、レーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎを駆動するために、たとえば外部源からレーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎに印加される最低電圧を表す。 同様に、入力信号ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎのいくつかが「１」であるとき、対応するドライバ１６０−２、１６０−３、…、および１６０−Ｎは、対応するレーザダイオード１７０−２、１７０−３、…、および１７０−Ｎに閾値電圧より高い所定の電圧（たとえば５Ｖ）を印加することができる。 また、入力信号ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎのいくつかが「０」であるとき、対応するドライバ１６０−２、１６０−３、…、および１６０−Ｎは、対応するレーザダイオード１７０−２、１７０−３、…、および１７０−Ｎに閾値電圧より低い所定の電圧（たとえば０Ｖ）を印加することができる。

別の実施形態では、入力信号ＤＢ−１が「１」であるとき、ドライバ１６０−１は、レーザダイオード１７０−１にオン状態に対応する所定の電流を印加することができる。 入力信号ＤＢ−１が「０」であるとき、ドライバ１６０−１は、レーザダイオード１７０−１に実質的にゼロの電流を印加することができる。 同様に、入力信号ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎのいくつかが「１」であるとき、対応するドライバ１６０−２、１６０−３、…、および１６０−Ｎは、対応するレーザダイオード１７０−２、１７０−３、…、および１７０−Ｎにオン状態に対応する所定の電流を印加することができる。 また、入力信号ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎのいくつかが「０」であるとき、対応するドライバ１６０−２、１６０−３、…、および１６０−Ｎは、対応するレーザダイオード１７０−２、１７０−３、…、および１７０−Ｎに実質的にゼロの電流を印加することができる。

いくつかの実施形態では、ドライバ１６０−１、１６０−２、１６０−３、…、または１６０−Ｎは、レーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎに駆動信号を正確に印加するためにレギュレータ（図示せず）を有することができる。 他の実施形態では、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、またはＤＢ−Ｎの電圧レベルが、レーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎを直接的に駆動するのに適しているとき、電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、または１１０−Ｎは、対応するドライバ１６０−１、１６０−２、１６０−３、…、または１６０−Ｎを有さなくてもよい。

レーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、および１７０−Ｎは、たとえば、半導体レーザダイオードなどの市販のレーザダイオードとすることができる。 半導体レーザダイオードは、単一の半導体基板上に集積したモノリシック半導体レーザダイオードとすることができる。 モノリシック半導体レーザダイオードはバッチプロセスを使用して製造できるので、モノリシック半導体レーザダイオードは、互いに実質的に同じ波長および強度を有する光信号を生成することができる。 モノリシック半導体レーザダイオードは、半導体プロセスを使用して低コストで大量生産することができる。 レーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎの代わりに、発光ダイオード（ＬＥＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの発光素子を使用してもよい。

光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎは、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎの強度を減衰させ、複数の第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、およびＰＳＡ２−Ｎを生成することができる。 光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、または１２０−Ｎは、第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、またはＰＳＡ１−Ｎを互いに異なるように（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）減衰させることができる。 光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、または１２０−Ｎの減衰は、第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、またはＰＳＡ２−Ｎの強度と、対応する第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、またはＰＳＡ１−Ｎの強度との差によって表すことができる。 本明細書では、強度差は光減衰器の光減衰を指す。

光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、または１２０−Ｎの光減衰は、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、またはＤＢ−Ｎの影響を受けることがある。 光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、または１２０−Ｎの光減衰は、たとえば対応する入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、またはＤＢ−Ｎの重みに基づいて決定することができる。 いくつかの実施形態では、光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎは、それぞれ入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎに対応することができる。 例を挙げると、入力信号ＤＢ−１はデジタル信号の最下位ビット（ＬＳＢ）に対応することができ、入力信号ＤＢ−Ｎはデジタル信号の最上位ビット（ＭＳＢ）に対応することができる。 この場合、光減衰器１２０−Ｎ、１２０−（Ｎ−１）、１２０−（Ｎ−２）、…、または１２０−１は、それぞれ光減衰Ｍ−３（Ｎ−１）ｄＢ、Ｍ−３（Ｎ−２）ｄＢ、…、またはＭ ｄＢを有することができる。 ここで、Ｍは３（Ｎ−１）より大きな所定の値であり、ｄＢ（デシベル）は光信号の強度を表すために使用される対数単位である。 例を挙げると、ある光信号が別の光信号より３ｄＢ大きい強度を有するとき、その光信号の強度は、他の光信号の強度のほぼ２倍である。 光減衰は、光減衰器１２０−１のＭ ｄＢから光減衰器１２０−ＮのＭ−３（Ｎ−１）まで順次３ｄＢ減少することができる。 したがって、光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎは、光減衰の強度が光減衰器１２０−１から光減衰器１２０−Ｎまで約２分の１（２が因数）だけ順次減少する減衰パターンを生成することができる。

例を挙げると、ビットパターン「１００１」を有する入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、およびＤＢ−４を含む４ビットのデジタル信号は、光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、および１２０−４に提供されることができる。 この場合、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、およびＤＢ−４は、それぞれ「１」、「０」、「０」、および「１」とすることができる。 Ｍが１０のとき、光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、および１２０−４は、それぞれ１０ｄＢ、７ｄＢ、４ｄＢ、および１ｄＢの光減衰を有することができる。 したがって、ビット「１」を有する入力信号ＤＢ−１およびＤＢ−４を受け取るとき、それぞれ１０ｄＢおよび１ｄＢの光減衰を有する光減衰器１２０−１および１２０−４は、それぞれ第１の光信号ＰＳＡ１−１およびＰＳＡ１−４を第２の光信号ＰＳＡ２−１およびＰＳＡ２−４に減衰させることができる。 すなわち、第１の光信号ＰＳＡ１−１およびＰＳＡ１−４の強度がＩ ₀と同じとき、光減衰器１２０−１および１２０−４は、Ｉ ₀から１０ｄＢ減衰された０．１×Ｉ ₀の強度を有する第２の光信号ＰＳＡ２−１、およびＩ ₀から１ｄＢ減衰された約０．７９４×Ｉ ₀の強度を有する第２の光信号ＰＳＡ２−４を生成することができる。

別の例を挙げると、ビットパターン「１１００」を有する入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、およびＤＢ−４を含む４ビットのデジタル信号は、光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、および１２０−４に提供されることができる。 この場合、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、およびＤＢ−４は、それぞれ「０」、「０」、「１」、および「１」とすることができる。 Ｍが１０のとき、光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、および１２０−４は、それぞれ１０ｄＢ、７ｄＢ、４ｄＢ、および１ｄＢの光減衰を有することができる。 したがって、ビット「１」を有する入力信号ＤＢ−３およびＤＢ−４を受け取るとき、それぞれ４ｄＢおよび１ｄＢの光減衰を有する光減衰器１２０−３および１２０−４は、それぞれ第１の光信号ＰＡＳ１−３およびＰＳＡ１−４を第２の光信号ＰＳＡ２−３およびＰＳＡ２−４に減衰させることができる。 すなわち、第１の光信号ＰＳＡ１−３およびＰＳＡ１−４の強度がＩ ₀と同じとき、光減衰器１２０−３および１２０−４は、Ｉ ₀から４ｄＢ減衰された約０．４×Ｉ ₀の強度を有する第２の光信号ＰＳＡ２−３、およびＩ ₀から１ｄＢ減衰された約０．７９４×Ｉ ₀の強度を有する第２の光信号ＰＳＡ２−４を生成することができる。

光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎは、既知の市販の光減衰器とすることができる。 光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎのうち少なくとも１つは、可変光減衰器などの他のタイプの光減衰器とすることができる。

光学カプラ１３０は、第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、およびＰＳＡ２−Ｎを互いに組み合わせることができ、したがって第３の光信号ＰＳＡ３を生成することができる。 第３の光信号ＰＳＡ３の強度は、第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、およびＰＳＡ２−Ｎの強度ならびに光学カプラ１３０の挿入損失に基づいて決定することができる。 いくつかの実施形態では、光学カプラ１３０は、第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、およびＰＳＡ２−Ｎの強度を代数的に組み合わせる。 上述のように、第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、またはＰＳＡ２−Ｎは、対応する入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、またはＤＢ−Ｎに従って、および対応する光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、または１２０−Ｎの減衰に従って種々の強度を有することができる。 したがって、第３の光信号ＰＳＡ３は、第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、およびＰＳＡ２−Ｎの種々の離散強度を代数的に組み合わせることによって種々の離散強度を有することができる。 例を挙げると、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、およびＤＢ−４を含む４ビットのデジタル信号がＤＡＣ１００に提供されるとき、第３の光信号ＰＳＡ３は、互いに異なる２ ⁴の離散強度を有することができる。 上述のように、４ビットのデジタル信号がビットパターン「１００１」を有する場合、０．１×Ｉ ₀の強度を有する第２の光信号ＰＳＡ２−１および約０．７９４×Ｉ ₀の強度を有する第２の光信号ＰＳＡ２−４は、それぞれ１０ｄＢおよび１ｄＢの光減衰を有する光減衰器１２０−１および１２０−４によって形成されることができる。 光学カプラ１３０は、第２の光信号ＰＳＡ２−１およびＰＳＡ２−４の強度を代数的に組み合わせ、約０．８９４×Ｉ ₀の強度を有する第３の光信号ＰＳＡ３を生成する。 同様に、光学カプラ１３０は、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、およびＤＢ−４の２ ⁴のビットパターンに応答して、ならびに対応する光減衰１０ｄＢ、７ｄＢ、４ｄＢ、および１ｄＢに応答して、２ ⁴の離散強度の強度を有する第３の光信号ＰＳＡ３を生成する。

挿入損失は、第２の光信号ＰＳＡ２−１、ＰＳＡ２−２、ＰＳＡ２−３、…、およびＰＳＡ２−Ｎが光学カプラ１３０を通過する間に失われるパワーを表す。 挿入損失は、光学カプラ１３０のタイプによって異なる値を有することができる。 光学カプラ１３０は、たとえば、Ｎ×１カプラなどの既知の市販の光学カプラとすることができる。 Ｎ×１カプラは、入力としてＮの光信号を受け取って、１つの光信号を出力する。

光検出器１４０は、第３の光信号ＰＳＡ３を電気的アナログ信号ＡＳＡに変換する。 電気的アナログ信号ＡＳＡの強度は、第３の光信号ＰＳＡ３の強度に比例して変化することができる。 例を挙げると、光検出器１４０は、２ ^Nの異なる強度を有する第３の光信号ＰＳＡ３を、２ ^Nの異なる強度を有する電気的アナログ信号ＡＳＡに変換することができる。 電気的アナログ信号ＡＳＡは、たとえば、あるタイプの電流または電圧とすることができる。 光検出器１４０は、たとえば、フォトダイオードなどの既知の市販の光検出器とすることができる。 フォトダイオードは、たとえば、ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎｅｇａｔｉｖｅ（ＰＩＮ）フォトダイオードとすることができる。

いくつかの実施形態では、増幅器１５０は、光学カプラ１３０を光検出器１４０に結合し、第３の光信号ＰＳＡ３の強度を増幅することができる。 増幅された強度を有する第３の光信号ＰＳＡ３は、光検出器１４０に提供されることができる。 増幅器１５０の利得は、出力強度と入力強度の比を表すことができる。 増幅器１５０の利得は、第３の光信号ＰＳＡ３の強度および光検出器１４０の閾値に基づいて決定することができる。 光検出器１４０の閾値は、光検出器１４０を駆動して電気的アナログ信号ＡＳＡを生成するために増幅された第３の光信号ＰＳＡ３の最小強度を示す。 増幅器１５０は、第３の光信号ＰＳＡ３の増幅された強度を光検出器１４０の閾値より高く維持するために、第３の光信号ＰＳＡ３が光検出器１４０で受け取られる前に、第３の光信号ＰＳＡ３の強度を増幅することができる。 この場合、増幅器１５０の最小利得は、光検出器１４０の閾値と、対応する第３の光信号ＰＳＡ３の強度の比によって表すことができる。 他の実施形態では、光学カプラ１３０から出力された第３の光信号ＰＳＡ３の強度が光検出器１４０の閾値以上で維持されるとき、ＤＡＣ１００は、光検出器１４０の前に増幅器１５０を含まなくてよい。

いくつかの実施形態では、増幅器１５０は、光検出器１４０によって出力された電気的アナログ信号ＡＳＡを所定の値を超えるまで増幅するために、光検出器１４０の後方（すなわち、光検出器１４０の後）に配することができる。 所定の値は、電気的アナログ信号ＡＳＡを用いる電子デバイスのタイプに従って変化することができる。 他の実施形態では、電気的アナログ信号ＡＳＡの強度が、電気的アナログ信号ＡＳＡを受け取る電子デバイスの所定の値以上であるとき、ＤＡＣ１００は、光検出器１４０の後方に増幅器１５０を含まなくてよい。

上述のように、いくつかの実施形態によるＤＡＣ１００は、電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎと、光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎとを含むことができる。 電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎは、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎに応答して第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎを生成することができる。 第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、またはＰＳＡ１−Ｎは、ドライバ１６０−１、１６０−２、１６０−３、…、または１６０−Ｎによって駆動されたレーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、または１７０−Ｎによって生成されることができる。 レーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、および１７０−Ｎは互いから分離することができ、したがって第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎは、互いのランダムな位相差を有することができる。 互いのランダムな位相差を有する第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎは、非干渉特性を有することができる。 非干渉特性を有する第１の光信号ＰＳＡ１−１、ＰＳＡ１−２、ＰＳＡ１−３、…、およびＰＳＡ１−Ｎを使用するＤＡＣ１００は、低い干渉特性を有することができる。

図２は、ＤＡＣの別の例示的な実施形態の概略図を示す。 図に示すように、ＤＡＣ２００は、複数の第１の光信号を生成する複数の電光変換器２１０−１、２１０−２、２１０−３、…、および２１０−Ｎと、第１の光信号の強度を複数の第２の光信号まで減衰させる複数の光減衰器２２０−１、２２０−２、２２０−３、…、および２２０−Ｎと、第２の光信号を組み合わせて、第３の光信号を生成する光学カプラ２３０と、第３の光信号を電気的アナログ信号に変換する光検出器２４０とを含むことができる。 いくつかの実施形態では、ＤＡＣ２００は、光学カプラ２３０を光検出器２４０に結合し、第３の光信号の強度を増幅する増幅器２５０を任意選択でさらに含むことができる。

電光変換器２１０−１、２１０−２、２１０−３、…、または２１０−Ｎは、ドライバ２６０−１、２６０−２、２６０−３、…、または２６０−Ｎと、レーザダイオード２７０−１、２７０−２、２７０−３、…、または２７０−Ｎと、光カプラ２８０−１、２８０−２、２８０−３、…、または２８０−Ｎとを含むことができる。 光カプラ２８０−１、２８０−２、２８０−３、…、または２８０−Ｎは、レーザダイオード２７０−１、２７０−２、２７０−３、…、または２７０−Ｎのレーザ信号ＬＳＡ−１、ＬＳＡ−２、ＬＳＡ−３、…、またはＬＳＡ−Ｎを、第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎと制御信号ＣＳＡ−１、ＣＳＡ−２、ＣＳＡ−３、…、またはＣＳＡ−Ｎに分割することができる。 第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎの強度と制御信号ＣＳＡ−１、ＣＳＡ−２、ＣＳＡ−３、…、またはＣＳＡ−Ｎの強度の比は、あらかじめ決定し、光カプラ２８０−１、２８０−２、２８０−３、…、または２８０−Ｎによって調整することができる。 制御信号ＣＳＡ−１、ＣＳＡ−２、ＣＳＡ−３、…、またはＣＳＡ−Ｎは、ドライバ２６０−１、２６０−２、２６０−３、…、または２６０−Ｎに印加されることができる。 ドライバ２６０−１、２６０−２、２６０−３、…、または２６０−Ｎは、制御信号ＣＳＡ−１、ＣＳＡ−２、ＣＳＡ−３、…、またはＣＳＡ−Ｎに基づいて、レーザダイオード２７０−１、２７０−２、２７０−３、…、または２７０−Ｎに印加される電力を調整することができる。 いくつかの実施形態では、ドライバ２６０−１、２６０−２、２６０−３、…、または２６０−Ｎは、光検出器（図示せず）と、比較器（図示せず）とを有することができる。 光検出器は、制御信号ＣＳＡ−１、ＣＳＡ−２、ＣＳＡ−３、…、またはＣＳＡ−Ｎを受け取って、制御信号ＣＳＡ−１、ＣＳＡ−２、ＣＳＡ−３、…、またはＣＳＡ−Ｎを電気信号に変換することができる。 比較器は、電気信号を所定の基準値と比較することができる。 電気信号の強度が所定の基準値より低いとき、比較器は、レーザダイオード２７０−１、２７０−２、２７０−３、…、または２７０−Ｎに印加される電力を増加させることができる。 電力が増加するにつれて、レーザ信号ＬＳＡ−１、ＬＳＡ−２、ＬＳＡ−３、…、またはＬＳＡ−Ｎの強度および第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎの強度も増加することができる。 電気信号の強度が所定の基準値より高いとき、比較器は、レーザダイオード２７０−１、２７０−２、２７０−３、…、または２７０−Ｎに印加される電力を減少させることができる。 電力が減少するにつれて、レーザ信号ＬＳＡ−１、ＬＳＡ−２、ＬＳＡ−３、…、またはＬＳＡ−Ｎの強度および第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎの強度も減少することができる。 いくつかの実施形態では、比較器は、第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎが所定の強度と実質的に同じ強度を有することができるように、レーザダイオード２７０−１、２７０−２、２７０−３、…、または２７０−Ｎに印加される電力を調整する。 この場合、第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎが所定の強度と実質的に同じであることは、第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎの強度が所定の強度とまったく同じかまたは所定の許容可能な誤差範囲内にあることを示す。 例を挙げると、ＭＳＢに対応する第１の光信号の強度の許容可能な誤差は、ＬＳＢに対応する第１の光信号の強度の許容可能な誤差より低くすることができる。 光カプラ２８０−１、２８０−２、２８０−３、…、または２８０−Ｎは、たとえば１×２光スプリッタとすることができる。 １×２光スプリッタを使用すると、１つの光信号を入力とし、出力として２つの光信号に分割することができる。

第２の光信号ＰＳＢ２−１、ＰＳＢ２−２、ＰＳＢ２−３、…、およびＰＳＢ２−Ｎを出力する光減衰器２２０−１、２２０−２、２２０−３、…、および２２０−Ｎ、第３の光信号ＰＳＢ３を出力する光学カプラ２３０、電気的アナログ信号ＡＳＢを出力する光検出器２４０、第３の光信号ＰＳＢ３を増幅する増幅器２５０、ドライバ２６０−１、２６０−２、２６０−３、…、および２６０−Ｎ、ならびにレーザダイオード２７０−１、２７０−２、２７０−３、…、および２７０−Ｎの構造および動作は、図１に関して上述した光減衰器１２０−１、１２０−２、１２０−３、…、および１２０−Ｎ、光学カプラ１３０、光検出器１４０、増幅器１５０、ドライバ１６０−１、１６０−２、１６０−３、…、および１６０−Ｎ、ならびにレーザダイオード１７０−１、１７０−２、１７０−３、…、および１７０−Ｎの構造および動作と実質的に同じであり、したがって構造および動作の説明は繰り返さない。

上述のように、いくつかの実施形態によるＤＡＣ２００は、光カプラ２８０−１、２８０−２、２８０−３、…、または２８０−Ｎを有する電光変換器２１０−１、２１０−２、２１０−３、…、または２１０−Ｎを含む。 光カプラ２８０−１、２８０−２、２８０−３、…、または２８０−Ｎは、制御信号ＣＳＡ−１、ＣＳＡ−２、ＣＳＡ−３、…、またはＣＳＡ−Ｎを使用して、第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、またはＰＳＢ１−Ｎの強度を所定の値に調整することができる。 したがって、レーザ信号ＬＳＡ−１、ＬＳＡ−２、ＬＳＡ−３、…、およびＬＳＡ−Ｎが互いに異なる強度を有する場合であっても、ＤＡＣ２００の電光変換器２１０−１、２１０−２、２１０−３、…、および２１０−Ｎは、互いに実質的に同じ強度を有する第１の光信号ＰＳＢ１−１、ＰＳＢ１−２、ＰＳＢ１−３、…、およびＰＳＢ１−Ｎを提供することができる。

図３は、ＤＡＣのさらに別の例示的な実施形態の概略図を示す。 図に示すように、ＤＡＣ３００は、複数の第１の光信号を生成する複数の電光変換器３１０−１、３１０−２、３１０−３、…、および３１０−Ｎと、第１の光信号の強度を減衰させ、複数の第２の光信号を生成する複数の光減衰器３２０−１、３２０−２、３２０−３、…、および３２０−Ｎと、第２の光信号を組み合わせて、第３の光信号を生成する光学カプラ３３０と、第３の光信号を電気的アナログ信号ＡＳＣに変換する光検出器３４０とを含むことができる。 ＤＡＣ３００の構造は、Ｎ×１アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）が光学カプラ３３０として使用されることを除いて、ＤＡＣ１００の構造と実質的に同じである。

電光変換器３１０−１、３１０−２、３１０−３、…、および３１０−Ｎは、互いに種々の波長を有する複数の第１の光信号ＰＳＣ１−１、ＰＳＣ１−２、ＰＳＣ１−３、…、およびＰＳＣ１−Ｎを生成することができる。 電光変換器３１０−１、３１０−２、３１０−３、…、または３１０−Ｎは、ドライバ３６０−１、３６０−２、３６０−３、…、または３６０−Ｎと、レーザダイオード３７０−１、３７０−２、３７０−３、…、または３７０−Ｎとを含むことができる。 電光変換器３１０−１、３１０−２、３１０−３、…、および３１０−Ｎの構造および動作は、図１に関して上述した電光変換器１１０−１、１１０−２、１１０−３、…、および１１０−Ｎの構造および動作と実質的に同じであり、したがって構造および動作の説明は繰り返さない。

光学カプラ３３０は、種々の波長を有する複数の第２の光信号ＰＳＣ２−１、ＰＳＣ２−２、ＰＳＣ２−３、…、およびＰＳＣ２−Ｎを組み合わせ、第３の光信号ＰＳＣ３を生成することができる。 図に示すように、光学カプラ３３０はＮ×１ ＡＷＧである。 Ｎ×１ ＡＷＧは、種々の波長を有するＮの光信号を入力として受け取り、１つの光信号を出力する。 Ｎ×１ ＡＷＧの挿入損失は、受け取った光信号の数であるＮではなく、Ｎ×１ ＡＷＧの挿入損失の影響を受けることがある。 光学カプラ３３０の動作は、図１に関して上述した光学カプラ１３０の動作と実質的に同じであり、したがって動作の説明は繰り返さない。

上述のように、いくつかの実施形態によるＤＡＣ３００は、Ｎ×１ ＡＷＧを光学カプラ３３０として含む。 Ｎ×１ ＡＷＧは、種々の波長を有する第２の光信号ＰＳＣ２−１、ＰＳＣ２−２、ＰＳＣ２−３、…、およびＰＳＣ２−Ｎを入力として受け取り、第３の光信号ＰＳＣ３を出力することができる。 Ｎ×１ ＡＷＧの挿入損失は、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎから生じた、受け取った第２の光信号ＰＳＣ２−１、ＰＳＣ２−２、ＰＳＣ２−３、…、およびＰＳＣ２−Ｎの数であるＮの影響を受けない。 したがって、ＤＡＣ３００のＮ×１ ＡＷＧは、ＤＡＣ３００が、増加された強度を有する第３の光信号ＰＳＣ３を得ることができるように、低い挿入損失を有することができる。

図４は、ＤＡＣの他の例示的な実施形態の概略図を示す。 図に示すように、ＤＡＣ４００は、複数の第１の光信号を生成する複数の電光変換器４１０−１、４１０−２、４１０−３、…、および４１０−Ｎと、第１の光信号の強度を減衰させ、複数の第２の光信号を生成する複数の光減衰器４２０−１、４２０−２、４２０−３、…、および４２０−Ｎと、第２の光信号を組み合わせて、第３の光信号を生成する光学カプラ４３０と、第３の光信号を電気的アナログ信号ＡＳＤに変換する光検出器４４０とを含むことができる。 電光変換器４１０−１、４１０−２、４１０−３、…、または４１０−Ｎは、ドライバ４６０−１、４６０−２、４６０−３、…、または４６０−Ｎと、レーザダイオード４７０−１、４７０−２、４７０−３、…、または４７０−Ｎと、光カプラ４８０−１、４８０−２、４８０−３、…、または４８０−Ｎとを含むことができる。

ＤＡＣ４００の構造および動作は、電光変換器４１０−１、４１０−２、４１０−３、…、または４１０−Ｎが光カプラ４８０−１、４８０−２、４８０−３、…、または４８０−Ｎをさらに含むことを除いて、図３に関して上述したＤＡＣ３００の構造および動作と実質的に同じである。 光カプラ４８０−１、４８０−２、４８０−３、…、または４８０−Ｎは、レーザダイオード４７０−１、４７０−２、４７０−３、…、または４７０−Ｎのレーザ信号ＬＳＢ−１、ＬＳＢ−２、ＬＳＢ−３、…、またはＬＳＢ−Ｎを、第１の光信号ＰＳＤ１−１、ＰＳＤ１−２、ＰＳＤ１−３、…、またはＰＳＤ１−Ｎと制御信号ＣＳＢ−１、ＣＳＢ−２、ＣＳＢ−３、…、またはＣＳＢ−Ｎに分割することができる。 光カプラ４８０−１、４８０−２、４８０−３、…、または４８０−Ｎの動作は、図２に関して上述した光カプラ２８０−１、２８０−２、２８０−３、…、または２８０−Ｎの動作と実質的に同じである。

上述のように、いくつかの実施形態によるＤＡＣ４００は、光カプラ４８０−１、４８０−２、４８０−３、…、または４８０−Ｎを使用して、制御信号ＣＳＢ−１、ＣＳＢ−２、ＣＳＢ−３、…、またはＣＳＢ−Ｎの強度および第１の光信号ＰＳＤ１−１、ＰＳＤ１−２、ＰＳＤ１−３、…、またはＰＳＤ１−Ｎの強度を調整することができる。 したがって、レーザ信号ＬＳＢ−１、ＬＳＢ−２、ＬＳＢ−３、…、およびＬＳＢ−Ｎが互いに異なる強度を有する場合であっても、ＤＡＣ４００の電光変換器４１０−１、４１０−２、４１０−３、…、および４１０−Ｎは、互いに実質的に同じ強度を有する第１の光信号ＰＳＤ１−１、ＰＳＤ１−２、ＰＳＤ１−３、…、およびＰＳＤ１−Ｎを提供することができる。 また、Ｎ×１ ＡＷＧは、種々の波長を有する複数の第２の光信号ＰＳＤ２−１、ＰＳＤ２−２、ＰＳＤ２−３、…、およびＰＳＤ２−Ｎを互いに組み合わせ、第３の光信号ＰＳＤ３を生成するために、光学カプラ４３０として使用される。 Ｎ×１ ＡＷＧの挿入損失は、入力信号ＤＢ−１、ＤＢ−２、ＤＢ−３、…、およびＤＢ−Ｎから生じた、受け取った第２の光信号ＰＳＤ２−１、ＰＳＤ２−２、ＰＳＤ２−３、…、およびＰＳＤ２−Ｎの数であるＮの影響を受けない。 したがって、ＤＡＣ４００のＮ×１ ＡＷＧは、ＤＡＣ４００が、増加された強度を有する第３の光信号ＰＳＤ３を得ることができるように、低い挿入損失を有することができる。

図５は、デジタル信号をアナログ信号に変換するための方法の例示的な実施形態の流れ図である。 図５を参照すると、ブロック５１０では、複数の電光変換器が、複数の入力信号に応答して複数の第１の光信号を生成する。 第１の光信号は、互いに実質的に同じ強度を有することができる。 電光変換器は、対応する入力信号に応答して第１の光信号を生成することができる。 ブロック５２０では、複数の光減衰器が第１の光信号の強度を減衰させ、複数の第２の光信号を生成する。 光減衰器は、対応する入力信号の重みに従って第１の光信号の強度を異なるように減衰させ、第２の光信号を生成することができる。 光減衰器は、それぞれ第１の光信号の強度を重みに従ってＭ−３（Ｎ−１）ｄＢ、Ｍ−３（Ｎ−２）ｄＢ、…、およびＭ ｄＢ減衰させ、第２の光信号を生成することができる。 ブロック５３０では、光学カプラが第２の光信号を組み合わせ、第３の光信号を生成する。 たとえば、光学カプラは、Ｎ×１カプラまたはＮ×１ ＡＷＧとすることができる。 ブロック５４０では、光検出器が、第３の光信号を電気的アナログ信号に変換する。 たとえば、光検出器はフォトダイオードとすることができる。

本明細書で開示される上記および他のプロセスおよび方法について、プロセスおよび方法で行われる機能は異なる順序で実施できることが、当業者には理解されよう。 そのうえ、概説した段階および動作は例として提供されているに過ぎず、段階および動作のいくつかは、開示した実施形態の本質を損なうことなく、取捨選択することもできるし、数を減らした段階および動作に組み合わせることもできるし、追加の段階および動作に拡張することもできる。

本開示は、本願で説明する特定の実施形態に関して限定するものではなく、これらの実施形態は種々の態様の例示として意図される。 当業者には明らかであるように、その趣旨および範囲から逸脱することなく、多数の修正および変形を加えることができる。 本明細書で列挙した方法および装置に加えて、本開示の範囲内にある機能的に等価な方法および装置は、当業者には前述の説明から明らかであろう。 このような修正および変形は、添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。 本開示は、添付の特許請求の範囲の各項によってのみ、このような特許請求の範囲が権利を有する等価物の全範囲と共に、限定されるものである。 本開示は、特定の方法、試薬、化合物組成、または生物系に限定されるものではなく、もちろん変化可能であることを理解されたい。 本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明することを目的としているに過ぎず、限定することを意図するものではないことも理解されたい。

本明細書における実質的に任意の複数形および／または単数形の用語の使用に関しては、当業者は、文脈および／または適用例に適するように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変えることができる。 種々の単数形／複数形の置換については、明確にするために本明細書に明記している場合がある。

前述の説明から、本開示の種々の実施形態について本明細書で例示を目的として説明してきたこと、ならびに本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく種々の修正を加えることができることが理解されるであろう。 したがって、本明細書で開示される種々の実施形態は限定することを意図するものではなく、真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲によって示される。