JP5327883B2 - Gate circuit and laser drive circuit - Google Patents
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本発明は、光通信に用いられるバーストデータ信号等の通過/遮断を制御信号の論理に応じて制御するゲート回路、およびそのゲート回路を備えたレーザ駆動回路に関する。 The present invention relates to a gate circuit that controls passage / blocking of a burst data signal or the like used for optical communication according to the logic of a control signal, and a laser driving circuit including the gate circuit.
バースト送信器のように、バーストデータの伝送を制御信号によってON/OFFする場合、バーストデータ信号が入力され続けても、その伝送を遮断する所謂ゲート回路を用いるのが一般的である。ゲート論理回路は、複数の入力論理に対して1つの論理を出力する回路の総称であるが、バースト制御の場合、AND論理を用いる場合が多い。すなわち、ゲート回路は、制御信号がHighである場合、データ信号の論理レベルはそのまま出力端子に現れるが、制御信号がLowである場合は、データ信号の論理レベルがHighでもLowでも、データ信号と制御信号のLowレベルとの論理積によって出力論理レベルがLowレベルに固定されるのである。 When the transmission of burst data is turned ON / OFF by a control signal as in a burst transmitter, a so-called gate circuit that cuts off the transmission even when the burst data signal continues to be input is generally used. A gate logic circuit is a general term for circuits that output one logic for a plurality of input logics, but in the case of burst control, AND logic is often used. In other words, when the control signal is high, the gate circuit has the logic level of the data signal as it appears at the output terminal, but when the control signal is low, the data signal and the logic level of the data signal are the same regardless of whether the logic level of the data signal is high or low. The output logic level is fixed at the low level by the logical product of the control signal and the low level.
このようなゲート回路は、図9に示したように、例えば、バースト型レーザ駆動回路にしばしば用いられる。このレーザ駆動回路は、アノード側端子LDAおよびカソード側端子LDKに高周波カット用のインダクタL1,L2が接続されたレーザ素子LD、差動のバーストデータ信号DATAを入力してレーザ素子LDにそのバーストデータDATAに応じた変調信号を出力する変調回路10、レーザ素子LDにバイアス電流を供給するバイアス回路20、レーザ素子LDの出力光をモニタして、変調回路10に制御電圧VCSMを供給するとともにバイアス回路20に制御電圧VCSBを供給するAPC(Automatic Power Control)回路30からなる。変調回路10、バイアス回路20、およびAPC回路30には、前記した制御信号として送信イネーブル信号TX_ENが入力している。この送信イネーブル信号TX_ENは、Highはイネーブル(バーストON:レーザ発光)を、Lowは非イネーブル(バーストOFF:レーザ消光)を示す。
Such a gate circuit is often used in, for example, a burst type laser driving circuit as shown in FIG. In this laser drive circuit, a laser element LD in which inductors L1 and L2 for high frequency cut are connected to an anode side terminal LDA and a cathode side terminal LDK, a differential burst data signal DATA is inputted, and the burst data is inputted to the laser element LD. A
変調回路10は、入力するバーストデータ信号DATAを送信イネーブル信号TX_ENのHigh/Lowに応じてゲーティングするゲート回路11、増幅用のn段のプリドライブ回路121〜12n、およびドライブ回路として機能する出力バッファ回路13から構成される。ゲート回路11、プリドライブ回路121〜12n、および出力バッファ回路13は、それぞれ電流源回路I11,I121〜12n,I13を備え、そのうちの電流源回路I121〜12n,I13の各々がAPC回路30から出力する制御電圧VCSMによって、レーザ素子LDの消光比が一定となるように制御される。バイアス回路20の電流源回路(図示せず)も、APC回路30から出力する制御電圧VCSBによって、レーザ素子LDの出力光パワーが一定となるように、制御される。
The
データ信号は、ゲート回路11を介してn段のプリドライブ回路121〜12nに伝送される。ゲート回路11は送信イネーブル信号TX_ENを受信することによってデータ信号通過モードとLowレベル固定モード(データ信号遮断モード)の一方に切り替わる。バーストOFF時、一般的には送信イネーブル信号TX_ENがLowのとき、ゲート回路11自身の出力レベルをLowに固定することで、出力バッファ回路13の出力レベルをLowレベルに固定する。
The data signal is transmitted to the n-stage pre-drive
図10に出力バッファ回路13の構成を示す。この出力バッファ回路13は、トランジスタQ1〜Q3、抵抗R1〜R5からなり、トランジスタQ1,Q2のベースに差動のレーザ駆動信号(バーストデータ信号DATAに応じた信号)ISPB,ISPNが入力し、トランジスタQ3のベースに制御電圧VCSMが入力する。
FIG. 10 shows the configuration of the
このように、出力バッファ回路13が差動回路構成でかつレーザ素子LDが直流接続される場合は、レーザ駆動信号ISPBをLow、入力端子ISNBをHighにし、レーザ素子LDのカソード端子LDKの電位とアノード端子LDAの電位をVLDK>VLDAとなるように固定することで、レーザ素子LDの発振を停止せしめるとともに、レーザ素子LD用のVDDLD電源からレーザ素子LDを介してレーザ駆動回路10に電流が流れ込むことを防ぐのである。これに加え、バイアス回路20を制御して、レーザ素子LDにバイアス電流が流れないようにすることとあいまって、レーザ素子LDを消光することができる。
Thus, when the
このような機能を提供するゲート回路11は、電流加算回路の応用によって実現できると考えられる。図11に典型的な電流加算回路11Aの詳細を示す(例えば、特許文献1参照)。111、112は第1、第2のバッファ回路(もしくは増幅回路)、113はエミッタフォロア回路である。第1のバッファ回路111は、トランジスタQ4〜Q6,抵抗R6〜R8,負荷抵抗RL01,RL02から構成され、第2のバッファ回路112はトランジスタQ7〜Q8,抵抗R9〜R11,負荷抵抗RL01,RL02から構成される。エミッタフォロア回路113はトランジスタQ10〜Q13、抵抗R12,R13から構成される。第1、第2のバッファ回路111,112は、負荷抵抗RL01,RL02を共有して並列接続される。これら2つのバッファ回路111,112のうち、第1のバッファ回路112の入力側に、第2のバッファ回路112の出力側がLowになるようなDCレベル信号を入力しておき、データ通過モードでは第1のバッファ回路111の動作電流をONにして第2のバッファ回路112の動作電流をOFFに、Low固定モードでは第1のバッファ回路111の動作電流をOFFして第2のバッファ回路112の動作電流をONになるように制御すればよい。
It is considered that the
図11で説明した電流加算回路11Aを利用した従来のゲート回路では、重要な制約があることが、その動作原理から明らかである。すなわち、負荷抵抗を共有する必要があるので、図11におけるバッファ回路111に流れる電流とバッファ回路112に流れる電流は同じである必要がある。なぜならば、差動バッファ回路の出力振幅は、負荷抵抗の値と負荷抵抗に流れる電流量によって決定されるからである。図11で具体的に示せば、少なくとも電流制御用の抵抗R8とR11は同じ値であり、電流制御トランジスタQ6とQ9のベース電圧は同じとなる必要がある。結果的に、第1および第2のバッファ回路111,112は同じサイズの素子で構成することが望ましくなる。
It is apparent from the operation principle that the conventional gate circuit using the current adding
このような制約がなければ、電位を固定するだけで、高周波動作を必要としない第2のバッファ回路112は、そのサイズ、すなわち電流量を小さくできることが望ましい。第2のバッファ回路112を小型化できるメリットは、バッファ回路の出力容量負荷が小さくなることと、消費電力の低減である。 If there is no such restriction, it is desirable that the second buffer circuit 112 that only fixes the potential and does not require high-frequency operation can reduce the size, that is, the amount of current. The merit that the size of the second buffer circuit 112 can be reduced is that the output capacity load of the buffer circuit is reduced and the power consumption is reduced.
したがって、従来技術では、ゲート回路11はレーザ駆動回路の変調回路10の入力端に配置することが望ましかった。駆動能力が小さくても良い初段バッファであれば、上記の制約はさほど問題にならない。しかし理想的には出力バッファ回路13の直前にゲート回路11が配置されることが望ましいのである。なぜなら、図9のような従来構成では、送信イネーブル信号TX_ENがOFF状態のときに、プリドライブ回路121〜12nの電流を遮断して省電力化を図ろうとすると、ゲート回路11の出力論理レベルが出力バッファ回路13に伝達されないため、出力バッファ回路13の電流を完全に遮断しない限り、レーザ素子LDの消光を確実化することができないからである。ゲート回路11を出力バッファ回路13の直前に配置できれば、消光時にプリドライブ回路121〜12nの電流を遮断できるだけでなく、出力バッファ回路13の電流を曖昧に遮断しても、レーザ素子LDの発光を防止することができる。
Therefore, in the prior art, it has been desirable to arrange the
しかし、出力バッファ回路13の直前にゲート回路11を配置するということは、ゲート回路11自身が相応の駆動能力を具備する必要があることに他ならない。バッファ回路13の駆動能力は、基本的に電流量で決まるため、従来技術では、図11のように、大きなバッファ回路を2つ並べることになり、極めて非効率である。
However, disposing the
本発明は以上の点に鑑みたもので、その目的は、高い駆動能力と高速動作能力を備えつつ、出力レベル固定時には低消費電力化できるゲート回路およびそのゲート回路を備えたレーザ駆動回路を実現することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to realize a gate circuit capable of reducing power consumption when the output level is fixed and a laser driving circuit including the gate circuit while having high driving capability and high-speed operation capability. It is to be.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明のゲート回路は、制御信号の論理に応じてバーストデータ信号等の信号を通過/遮断するゲート回路において、第1の電源端子に接続された第1の負荷抵抗と、第1の電流源回路とを有し、前段回路の出力信号を入力する第1のバッファ回路と、該第1のバッファ回路の出力側に接続された第2の負荷抵抗と、第2の電流源回路とを有し、前記第1の負荷抵抗と前記第2の負荷抵抗の和が合成負荷抵抗となり、該合成負荷抵抗から出力信号が取り出される第2のバッファ回路とを備え、前記第1および第2の電流源回路は、前記制御信号の論理レベルによって一方が動作ONのとき他方が動作OFFとなり、前記第1の電流源回路が動作ONのとき前記第1のバッファ回路の出力信号を出力し、前記第2の電流源回路が動作ONのとき予め決められた論理レベルに固定された出力信号を出力することを特徴とする。
請求項2にかかる発明は、請求項1に記載のゲート回路において、前記第2の負荷抵抗の値を前記第1の負荷抵抗の値よりも大きく設定するとともに、前記第1の電流源回路の電流の値を前記第2の電流源回路の電流の値よりも大きく設定したことを特徴とする。
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載のゲート回路において、前記第2の負荷抵抗と並列にコンデンサを接続したことを特徴とする。
請求項4にかかる発明は、請求項1、2又は3に記載のゲート回路において、前記第2のバッファ回路の入力信号として固定電圧を印加したことを特徴とする。
請求項5にかかる発明は、請求項1、2、3又は4に記載のゲート回路において、前記第1および第2の電流源回路は、それぞれ、第2の電源端子に直列接続された第1のトランジスタおよび第1の抵抗と、該第1のトランジスタの制御端子とバイアス電圧端子との間に接続された第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタの制御端子と前記第2の電源端子との間に直列接続された前記第2のトランジスタと逆極性の第3のトランジスタおよび第2の抵抗とを備え、前記第1の電流源回路の前記第2および第3のトランジスタの制御端子と、前記第2の電流源回路の前記第2および第3のトランジスタの制御端子とに、前記制御信号が、論理レベルが互いに反転関係で印加されることを特徴とする。
請求項6にかかる発明は、請求項1、2、3、4又は5に記載のゲート回路において、前記第2のバッファ回路の出力側に、エミッタフォロア回路が接続されることを特徴とする。
請求項7にかかる発明のレーザ駆動回路は、請求項1、2、3、4、5又は6に記載のゲート回路の前段にバーストデータ信号を増幅するプリドライブ回路が接続され、後段にレーザ素子を駆動する出力バッファ回路が接続された変調回路を備え、且つ前記制御信号は送信イネーブル信号であることを特徴とする。
請求項8にかかる発明は、請求項7に記載のレーザ駆動回路において、前記送信イネーブル信号がバーストデータOFFを示すとき、前記第1のバッファ回路が動作OFFとなり前記第2のバッファ回路が動作ONとなって前記ゲート回路の出力信号がLowレベルに固定され、前記出力バッファ回路の出力がLowレベルに固定され、前記プリドライブ回路からのバーストデータ信号の出力の有無によらず、前記出力バッファ回路の出力信号がLowレベルに固定されることを特徴とする。
To achieve the above object, a gate circuit according to a first aspect of the present invention is connected to a first power supply terminal in a gate circuit that passes / cuts off a signal such as a burst data signal according to the logic of a control signal. A first buffer circuit having a first load resistor and a first current source circuit, for inputting an output signal of the preceding circuit, and a second load connected to the output side of the first buffer circuit; A second buffer circuit having a resistor and a second current source circuit, wherein a sum of the first load resistor and the second load resistor becomes a combined load resistor, and an output signal is extracted from the combined load resistor The first and second current source circuits are configured such that one of the first and second current source circuits is turned off when the operation is on, and the other is turned off when the first current source circuit is on. Outputs the output signal of the buffer circuit Characterized in that the second current source circuit outputs an output signal which is fixed to the logic level to a predetermined time of operation ON.
According to a second aspect of the present invention, in the gate circuit according to the first aspect, the value of the second load resistance is set larger than the value of the first load resistance, and the first current source circuit The current value is set larger than the current value of the second current source circuit.
According to a third aspect of the present invention, in the gate circuit according to the first or second aspect, a capacitor is connected in parallel with the second load resistor.
According to a fourth aspect of the present invention, in the gate circuit according to the first, second, or third aspect, a fixed voltage is applied as an input signal of the second buffer circuit.
According to a fifth aspect of the present invention, in the gate circuit according to the first, second, third, or fourth aspect, each of the first and second current source circuits is a first connected in series to a second power supply terminal. A transistor, a first resistor, a second transistor connected between a control terminal and a bias voltage terminal of the first transistor, a control terminal of the first transistor, and a second power supply terminal A third transistor having a polarity opposite to that of the second transistor connected in series and a second resistor, and control terminals of the second and third transistors of the first current source circuit; The control signal is applied to the control terminals of the second and third transistors of the second current source circuit in an inverted relationship with respect to each other.
According to a sixth aspect of the present invention, in the gate circuit according to the first, second, third, fourth, or fifth aspect, an emitter follower circuit is connected to an output side of the second buffer circuit.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a laser driving circuit comprising: a pre-drive circuit that amplifies a burst data signal is connected to a front stage of the gate circuit according to the first, second, third, fourth, fifth, or sixth aspect; And a modulation circuit to which an output buffer circuit for driving is connected, and the control signal is a transmission enable signal.
According to an eighth aspect of the present invention, in the laser driving circuit according to the seventh aspect, when the transmission enable signal indicates burst data OFF, the first buffer circuit is turned off and the second buffer circuit is turned on. The output signal of the gate circuit is fixed at the low level, the output of the output buffer circuit is fixed at the low level, and the output buffer circuit is output regardless of whether or not the burst data signal is output from the pre-drive circuit. The output signal is fixed at a low level.
本発明のゲート回路によれば、バースト型レーザ駆動回路の省電力モード実現への寄与が顕著である。省電力モードとは、レーザ素子を消光している期間にレーザ駆動回路の電力消費を抑制する技術である。PONシステムにおける究極の省電力モード技術とは、送信イネーブル信号に連動して、高速に電力消費量を増減できる技術である。しかし、大量の電流を必要とするレーザ駆動回路の回路電流を完全に遮断し、その後回復させる手法では、回復のために極めて長い遷移時間が必要となってしまう。 According to the gate circuit of the present invention, the contribution to the realization of the power saving mode of the burst type laser driving circuit is remarkable. The power saving mode is a technique for suppressing power consumption of the laser driving circuit during a period in which the laser element is extinguished. The ultimate power saving mode technology in the PON system is a technology that can increase and decrease the power consumption at high speed in conjunction with the transmission enable signal. However, in the method of completely interrupting the circuit current of the laser driving circuit that requires a large amount of current and then recovering it, an extremely long transition time is required for recovery.
そこで、プリドライブ回路群や出力バッファ回路の電流遮断を完全ではなく、マイルドに遮断することにより、送信イネーブル信号によるレーザ駆動回路のバースト応答性を向上せしめることができる。しかし、従来技術において、回路電流を遮断せず、減少させるにとどめてしまうと、ゲート機能が出力バッファ回路に作用しなくなってしまうので、レーザ消光を確実にせしめることは困難となる。本発明はこのようなジレンマを根本的に解決できる技術である。バースト応答性を重視して省電力モードにおける回路電流を設計することも、省電力モード時の電力削減量を重視した設計とすることも自在となる。 Therefore, the burst response of the laser drive circuit by the transmission enable signal can be improved by cutting off the current of the pre-drive circuit group and the output buffer circuit in a mild but not perfect manner. However, in the prior art, if the circuit current is not cut off but reduced, the gate function does not act on the output buffer circuit, so that it is difficult to ensure laser quenching. The present invention is a technology that can fundamentally solve such a dilemma. It is possible to design the circuit current in the power saving mode with an emphasis on burst response, or to design with an emphasis on the power reduction amount in the power saving mode.
本発明技術を用いれば、このようなバースト通信ごとの省電力化に必要な回路設計が容易となり、安全で効果の高い省電力化を実現できるのである。また、省電力モード機能を有しない、従来構造のレーザ駆動回路に適用しても、プリドライブ機能とゲート機能をコンパクトに1つのゲート回路にまとめることができるので、回路規模の削減と低電力化に寄与できる。 If the technology of the present invention is used, circuit design necessary for such power saving for each burst communication can be facilitated, and safe and effective power saving can be realized. In addition, even when applied to a laser drive circuit with a conventional structure that does not have a power saving mode function, the predrive function and gate function can be compactly combined into a single gate circuit, reducing the circuit scale and reducing power consumption. Can contribute.
本発明のゲート回路は、レーザ駆動回路だけに限定されるものではない。ゲート機能が必要な駆動回路として、あるいはゲート機能が必要な中間バッファ回路として適用することが可能である。 The gate circuit of the present invention is not limited to a laser driving circuit. The present invention can be applied as a drive circuit that requires a gate function or an intermediate buffer circuit that requires a gate function.
プリドライブ回路としても機能する本発明のゲート回路14の基本構成を、図1を用いて説明する。このゲート回路14は、第1のバッファ回路141と第2のバッファ142とエミッタフォロア回路123からなる。第1のバッファ回路141の出力側と電源端子VCCとの間には負荷抵抗RL1を接続し、また第1のバッファ回路141の出力側と第2のバッファ142の出力側との間には負荷抵抗RL2を挿入する。また、第1および第2のバッファ回路141,142はそれぞれ独立した電流源回路IS1,IS2を備えており、送信イネーブル信号TX_ENによって、第1のバッファ回路141の電流源回路IS1がONであるときは第2のバッファ回路142の電流源回路IS2がOFFとなるように、スイッチSW1とSW2によって制御される。第1のバッファ回路141の入力側には前段回路からのバーストデータ信号が入力され、第2のバッファ142の入力側には第2のバッファ回路142の出力レベルが固定されるようなバイアス電圧VLが入力される。
A basic configuration of the
スイッチSW1がON、すなわち電流源回路IS1の電流が流れる状態で、スイッチSW2がOFF、すなわち電流源回路IS2の電流が流れない状態である場合は、第1のバッファ回路141が動作ON状態となり、第1のバッファ回路141の負荷抵抗の値は負荷抵抗RL1の値となる。逆に、スイッチSW1がOFFでスイッチSW2がONとなる場合は、第2のバッファ回路142が動作ON状態となって第2のバッファ回路142の負荷抵抗の値は負荷抵抗RL1とRL2の和となる。
When the switch SW1 is ON, that is, the current of the current source circuit IS1 flows and the switch SW2 is OFF, that is, the current of the current source circuit IS2 does not flow, the
第1および第2のバッファ回路141、142の出力の振幅は、負荷抵抗とバッファ回路電流の積で決まるから、負荷抵抗が大きくなる第2のバッファ回路142の電流源回路IS2の電流のほうが、第1のバッファ回路141の電流源回路IS1の電流より小さくしても、同じ振幅レベルを確保できる。もちろん、DCレベルも第1のバッファ回路141と第2のバッファ回路142とで同じとなる。
Since the amplitudes of the outputs of the first and
例えば、負荷抵抗RL1,RL2の値をRL1,RL2、電流源回路IS1,IS2の電流をIS1,IS2とし、RL2/RL1=3とすると、IS2/IS1=1/4とすることができ、第2のバッファ回路142の回路規模と消費電流を大幅に削減することができることになる。これら第1および第2のバッファ回路141,142の出力をエミッタフォロア143でバッファすれば、第1および第2のバッファ回路141,142のインピーダンスが大きくできるので、負荷抵抗RL2の値を比較的大きくしても(RL2を流れる電流は小さいので)出力振幅が減少してしまうことは無い。
For example, if the values of the load resistors RL1 and RL2 are RL1 and RL2, the currents of the current source circuits IS1 and IS2 are IS1 and IS2, and RL2 / RL1 = 3, then IS2 / IS1 = 1/4. The circuit scale and current consumption of the
図9で説明した従来のレーザ駆動回路における出力バッファ回路13の前段のプリドライブ回路12nを本発明のゲート回路14に置き換えることで、従来の入力段のゲート回路11が不要となった分、かえって全体の回路規模を縮小して理想的な出力バッファ回路13の前段のゲート回路配置が可能となるのである。
By replacing the
<第1の実施例>
図2を用いて、本発明のゲート回路の第1の実施例を説明する。本実施例のゲート回路14は、図11で説明した電流加算回路11Aを改良するものであるので、図11と同じ要素には同じ符号をつけた。このゲート回路14は、第1のバッファ回路141、第2のバッファ回路142、およびエミッタフォロア回路143から構成される。第1のバッファ回路141は、トランジスタQ4〜Q6、CMOSトランジスタM1,M2、抵抗R6〜R8、R14、負荷抵抗RL1,RL3で構成される。第2のバッファ回路142は、トランジスタQ7〜Q9,CMOSトランジスタM3,M4、抵抗R9〜R11、R15〜R19,負荷抵抗RL2,RL4で構成される。エミッタフォロア回路143は、トランジスタQ10〜Q13、抵抗R12〜R13で構成される。INV1,INV2はインバータである。
<First embodiment>
A first embodiment of the gate circuit of the present invention will be described with reference to FIG. Since the
第1および第2のバッファ回路141,142の基本構成は典型的な差動増幅回路であり、負荷抵抗RL1とRL2、RL3とRL4が直列に接続される。第2のバッファ回路142の入力側は、抵抗15〜R18によって構成される抵抗分割回路によって生成された電圧V1,V2によって固定される。V2>V1となるように抵抗分割回路を設計すれば、第2のバッファ回路142が動作ONとなる場合には、差動出力端子OUTPの電位がLow固定される。
The basic configuration of the first and
第1および第2のバッファ回路141,142の電流源回路には、それぞれCMOSトランジスタM1とM2、M3とM4で構成されるスイッチ回路が具備される。第1のバッファ回路141における動作を例に説明する。なお、送信イネーブルTX_ENは、Highがデータ通過モード、Lowが出力レベル固定モードとする。CMOS論理レベルの送信イネーブル信号TX_ENはインバータINV1によって反転し、GATAINPとしてCMOSトランジスタM1,M2のゲート端子に入力される。
The current source circuits of the first and
送信イネーブルTX_ENがHighのとき、トランジスタM1がON、M2がOFFとなるので、電流源のトランジスタQ6のベース電圧には電流源制御電圧VCSが印加され、第1のバッファ回路141が動作ONとなる。したがって、差動入力端子IPB,INBに入力されたデータ信号は第1のバッファ回路141によってバッファされ、エミッタフォロア回路143を介して出力端子OUTP、およびOUTNに出力される。
When the transmission enable TX_EN is High, the transistor M1 is turned on and the transistor M2 is turned off. Therefore, the current source control voltage VCS is applied to the base voltage of the current source transistor Q6, and the
このとき、第2のバッファ回路142の電流源回路は、インバータINV2の出力GATEINNの電圧レベルがHighとなるので、トランジスタM3はOFFとなり、トランジスタM4がONとなり、電流源のトランジスタQ9のベース端子が接地され、電流遮断されて動作OFFとなる。
At this time, in the current source circuit of the
以上のようにして、送信イネーブル信号TX_ENがHighである場合は、抵抗RL1,RL3が本実施例の第1のバッファ回路141の負荷抵抗となる。第1のバッファ回路141の出力端子OPA1、ONA2は、負荷抵抗RL2,RL4を介してエミッタフォロア143に接続されることになる。
As described above, when the transmission enable signal TX_EN is High, the resistors RL1 and RL3 are load resistors of the
一方、送信イネーブル信号TX_ENがLowである場合は、前述の状態とは逆に、第1のバッファ回路141が動作OFFとなり、第2のバッファ回路142が動作ONとなる。このとき、第2のバッファ回路142の負荷抵抗は「RL1+RL2」もしくは「RL3+RL4」になることに注目すべきである。負荷抵抗が大きくなる分、第2のバッファ回路142は第1のバッファ回路141より少ない電流であっても、第1のバッファ回路141と同じ出力振幅を得ることができる。
On the other hand, when the transmission enable signal TX_EN is Low, the
図3は第1の本実施例に基づくゲート回路14をレーザ駆動回路の変調回路10に適用した場合のブロック図である。本発明のゲート回路14は、変調回路10の出力バッファ回路13の前段に配置され、ゲート回路14の前段に配置されるプリドライブ回路121n-1の出力を受信する。ここでは、ゲート回路14が従来の最終段のプリドライブ回路12nとしても機能する。
FIG. 3 is a block diagram when the
図4は図3の構成において、10Gbpsのビットレートにおける動作を模擬した回路シミュレーション結果例である。(a)に示す従来構造は、負荷抵抗RL2,RL4を0(Ω)としてシミュレーションした例である。本シミュレーションでは、第1のバッファ回路141と第2のバッファ回路142の電流比を4:1とした。GATEINPがHigh、GATEINNがLowである区間がバーストOFFの区間である。
FIG. 4 is an example of a circuit simulation result simulating the operation at a bit rate of 10 Gbps in the configuration of FIG. The conventional structure shown in (a) is an example in which the load resistances RL2 and RL4 are simulated as 0 (Ω). In this simulation, the current ratio of the
(a)に示す従来構造では、第2のバッファ回路142による電位固定能力が不足するため、完全なLowレベル固定が実現しておらず、変調回路10の出力バッファ回路13の出力端子LDA、およびLDKの電位レベルがレーザ素子LDに対して順方向(VLDK<VLDA)となってしまい、その結果、レーザ素子LDの電流ILDが10mA程度流れ続け、遮断しきれていないことがわかる。
In the conventional structure shown in (a), since the potential fixing capability of the
一方、(b)に示す本発明の第1の実施例では、バーストOFF期間において、ゲート回路14の出力端子OUTPの電位レベルが充分にLowレベル固定できており、その結果、出力バッファ回路13の出力端子のレベルはレーザ素子LDに対して逆接続(LDK>LDA)が維持されていることがわかる。従って、電流ILDは充分遮断できていることがわかる。
On the other hand, in the first embodiment of the present invention shown in (b), the potential level of the output terminal OUTP of the
図5は、前記シミュレーションにおける10ps〜150psの期間におけるアイパタン波形を(a)に示す従来構造と(b)に示す本発明の第1の実施例とで比較した例である。本発明では、第1のバッファ回路141の出力が負荷抵抗RL2、RL4を介してエミッタフォロア回路143に接続されるため、これらの抵抗と第2のバッファ回路142の出力端子容量とで寄生的なローパスフィルタを形成してしまう。このため、従来構造に比べて若干ではあるが帯域が減少する。図5に示すように、アイパタンの立ち上がり、立下り(Tr/Tf)が従来構造に比べて本発明では若干劣化していることがわかる。
FIG. 5 is an example in which the eye pattern waveform in the period of 10 ps to 150 ps in the simulation is compared between the conventional structure shown in FIG. 5A and the first embodiment of the present invention shown in FIG. In the present invention, since the output of the
<第2の実施例>
上記したような本発明の課題は、図6に示す第2の実施例により緩和することが可能である。本実施例では、負荷抵抗RL2,RL4のそれぞれと並列に、スピードアップコンデンサCS1,CS2を接続した例である。第2のバッファ回路142は出力端子OUTPの電位レベルをLow固定するのが目的であるから、第2のバッファ回路142の負荷抵抗はDC的な値が確保されていれば良い。一方、第1のバッファ回路141にとっては、負荷抵抗RL2,RL4は高周波動作における波形劣化の原因となる。そこで、コンデンサCS1を接続することで、高周波動作時における端子OPA1−OPA2間のインピーダンスZ(Ω)は、負荷抵抗RL2の抵抗値をR(Ω)、コンデンサCS1の容量値をC(F)とすると、
Z=R/(2πfCR+1) ・・・(1)
となる。ここで、fは動作周波数(Hz)である。例えば10Gbpsのビットレートを5GHzとみたて、R=70Ω、C=3pFとした場合、Z=約9.2Ωとなる。つまり、高周波では約1/7にインピーダンスが低下したことに相当する。
<Second embodiment>
The problems of the present invention as described above can be alleviated by the second embodiment shown in FIG. In this embodiment, speed-up capacitors CS1 and CS2 are connected in parallel with the load resistors RL2 and RL4, respectively. The purpose of the
Z = R / (2πfCR + 1) (1)
It becomes. Here, f is an operating frequency (Hz). For example, assuming that the bit rate of 10 Gbps is 5 GHz, and R = 70Ω and C = 3pF, Z = about 9.2Ω. That is, this corresponds to the impedance being reduced to about 1/7 at high frequencies.
この効果は、図7に示したアイパタン波形でも顕著に認めることができる。(a)に示す第2の実施例における過渡特性では、図4に示した第1の実施例による過渡解析シミュレーション結果とほとんど違いが見られない。しかし、アイパタン波形で比較すると、第1の実施例に比較して、本実施例の波形の方がTr/Tfが改善している(速くなっている)ことがわかる。これは、スピードアップコンデンサCS1,CS2の働きにより、第1のバッファ回路141の負荷が減少したことを示すものである。このような工夫により、従来構造に近い駆動能力を維持したまま、少ない消費電力でゲート機能を備えたゲート回路14を実現できるのである。
This effect can be recognized remarkably even in the eye pattern waveform shown in FIG. In the transient characteristics in the second embodiment shown in FIG. 4 (a), there is almost no difference from the transient analysis simulation result in the first embodiment shown in FIG. However, when compared with the eye pattern waveform, it can be seen that Tr / Tf is improved (faster) in the waveform of the present embodiment than in the first embodiment. This indicates that the load on the
<第3の実施例>
図8を用いて、本発明の第3の実施例について説明する。本実施例は第1および第2の実施例で説明したゲート回路14を、バースト型レーザ駆動回路の変調回路10のゲート機能付きプリドライブ回路として適用した例である。例えば出力バッファ回路13としては、図10に示したような典型的なバッファ回路でよいが、APC回路30の電流制御端子(VCSM、VCSB)に単極双投スイッチSW3,SW4を備えて、送信イネーブル信号TX_ENに連動して電流源回路I121,I122,I12n-1,I13の電流をON/OFF制御することで、低消費電力化を図る。バイアス回路20の電流源回路についても同様である。ただし、ゲート機能付きプリドライブ回路としてのゲート回路14の電流源I14(IS1,IS2)は、図1で説明したように、送信イネーブル信号TX_ENに連動して、電流源回路IS1,IS2の一方は動作ONとなり、他方は動作OFFとなる。
<Third embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the
図8の構成では、電流源回路の電流を遮断するために、電流源制御端子はプルダウン抵抗RPD1、RPD2を介して接地しているが、本発明では完全に接地レベルに引き下げなくてもレーザ素子LDを消光せしめることができる。すなわち、電流は遮断しないが、充分電流が減少するような電圧に切り替えることが可能である。このことは、変調駆動の停止がプリドライブ回路121〜12n-1や出力バッファ回路13の電流遮断による「停止」ではなく、ゲート回路14によるレベル固定によって支配されるからである。言い換えれば、出力バッファ回路13の直前にゲート回路14が配置されることで、バーストOFF時には常に出力バッファ回路13の入力端子がLowレベル固定されるので、プリドライブ回路121〜12n-1の出力信号はそのゲート回路14で遮断され、出力バッファ回路13の出力端子もレーザ素子LDに対して順方向となる電位関係にはならない。
In the configuration of FIG. 8, the current source control terminal is grounded via the pull-down resistors RPD1 and RPD2 in order to cut off the current of the current source circuit. However, in the present invention, the laser element is not required to be completely pulled down to the ground level. The LD can be quenched. In other words, it is possible to switch to a voltage that does not cut off the current but sufficiently reduces the current. This is because the stop of the modulation drive is governed not by the “stop” due to the current interruption of the
<その他の実施例>
なお、以上の実施例では、BiCMOSデバイスによる回路を前提に説明したが、バイポーラ回路やCMOSプロセスによる回路にも適用できることはもちろんである。また、以上の実施例では、正電圧電源で、かつ第1の電源端子としてVCCを、第2の電源端子としてグランドに接地されたVEEを前提として説明したが、第2の電源端子よりも第1の電源端子の方が高電位であればよい。また、負電圧電源でも本発明の趣旨を損なうことなく構成する事が可能である。
<Other examples>
In the above embodiment, the description has been made on the assumption that the circuit is a BiCMOS device. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a bipolar circuit or a circuit based on a CMOS process. In the above embodiment, a description has been given on the assumption that a positive voltage power supply is used, VCC is used as the first power supply terminal, and VEE is grounded as the second power supply terminal. It is sufficient that one power supply terminal has a higher potential. A negative voltage power supply can also be configured without detracting from the spirit of the present invention.
10:変調回路、11:ゲート回路、11A:電流加算回路、121〜12n:プリドライブ回路、13:出力バッファ回路、14:ゲート回路
111:第1のバッファ回路、112:第2のバッファ回路、113:エミッタフォロア回路
141:第1のバッファ回路、142:第2のバッファ回路、143:エミッタフォロア回路
20:バイアス回路
30:APC回路
10: modulation circuit, 11: gate circuit, 11A: current addition circuit, 121 to 12n: pre-drive circuit, 13: output buffer circuit, 14: gate circuit 111: first buffer circuit, 112: second buffer circuit, 113: Emitter follower circuit 141: First buffer circuit 142: Second buffer circuit 143: Emitter follower circuit 20: Bias circuit 30: APC circuit
Claims (8)
第1の電源端子に接続された第1の負荷抵抗と、第1の電流源回路とを有し、前段回路の出力信号を入力する第1のバッファ回路と、該第1のバッファ回路の出力側に接続された第2の負荷抵抗と、第2の電流源回路とを有し、前記第1の負荷抵抗と前記第2の負荷抵抗の和が合成負荷抵抗となり、該合成負荷抵抗から出力信号が取り出される第2のバッファ回路とを備え、前記第1および第2の電流源回路は、前記制御信号の論理レベルによって一方が動作ONのとき他方が動作OFFとなり、
前記第1の電流源回路が動作ONのとき前記第1のバッファ回路の出力信号を出力し、前記第2の電流源回路が動作ONのとき予め決められた論理レベルに固定された出力信号を出力することを特徴とするゲート回路。 In a gate circuit that passes / cuts off a signal such as a burst data signal according to the logic of the control signal,
A first buffer circuit having a first load resistor connected to the first power supply terminal and a first current source circuit, for inputting an output signal of the preceding circuit, and an output of the first buffer circuit A second load resistor connected to the side and a second current source circuit, and the sum of the first load resistor and the second load resistor becomes a combined load resistor, and output from the combined load resistor A second buffer circuit from which a signal is extracted, and the first and second current source circuits are turned off when one is turned on by the logic level of the control signal,
When the first current source circuit is in operation ON, the output signal of the first buffer circuit is output, and when the second current source circuit is in operation ON, an output signal fixed at a predetermined logic level is output. A gate circuit characterized by output.
前記第2の負荷抵抗の値を前記第1の負荷抵抗の値よりも大きく設定するとともに、前記第1の電流源回路の電流の値を前記第2の電流源回路の電流の値よりも大きく設定したことを特徴とするゲート回路。 The gate circuit according to claim 1,
The value of the second load resistance is set larger than the value of the first load resistance, and the current value of the first current source circuit is set larger than the value of the current of the second current source circuit. A gate circuit characterized by setting.
前記第2の負荷抵抗と並列にコンデンサを接続したことを特徴とするゲート回路。 The gate circuit according to claim 1 or 2,
A gate circuit comprising a capacitor connected in parallel with the second load resistor.
前記第2のバッファ回路の入力信号として固定電圧を印加したことを特徴とするゲート回路。 The gate circuit according to claim 1, 2 or 3,
A gate circuit, wherein a fixed voltage is applied as an input signal of the second buffer circuit.
前記第1および第2の電流源回路は、それぞれ、第2の電源端子に直列接続された第1のトランジスタおよび第1の抵抗と、該第1のトランジスタの制御端子とバイアス電圧端子との間に接続された第2のトランジスタと、前記第1のトランジスタの制御端子と前記第2の電源端子との間に直列接続された前記第2のトランジスタと逆極性の第3のトランジスタおよび第2の抵抗とを備え、
前記第1の電流源回路の前記第2および第3のトランジスタの制御端子と、前記第2の電流源回路の前記第2および第3のトランジスタの制御端子とに、前記制御信号が、論理レベルが互いに反転関係で印加されることを特徴とするゲート回路。 The gate circuit according to claim 1, 2, 3 or 4,
The first and second current source circuits respectively include a first transistor and a first resistor connected in series to a second power supply terminal, and a control terminal and a bias voltage terminal of the first transistor. A second transistor connected to the second transistor, a third transistor having a polarity opposite to that of the second transistor connected in series between the control terminal of the first transistor and the second power supply terminal, and a second transistor With resistance,
The control signal has a logic level at the control terminals of the second and third transistors of the first current source circuit and the control terminals of the second and third transistors of the second current source circuit. Are applied in an inverted relationship with each other.
前記第2のバッファ回路の出力側に、エミッタフォロア回路が接続されることを特徴とするゲート回路。 The gate circuit according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
An emitter follower circuit is connected to an output side of the second buffer circuit.
前記送信イネーブル信号がバーストデータOFFを示すとき、前記第1のバッファ回路が動作OFFとなり前記第2のバッファ回路が動作ONとなって前記ゲート回路の出力信号がLowレベルに固定され、前記出力バッファ回路の出力がLowレベルに固定され、前記プリドライブ回路からのバーストデータ信号の出力の有無によらず、前記出力バッファ回路の出力信号がLowレベルに固定されることを特徴とするレーザ駆動回路。
The laser drive circuit according to claim 7,
When the transmission enable signal indicates burst data OFF, the first buffer circuit is turned off, the second buffer circuit is turned on, and the output signal of the gate circuit is fixed at the low level, and the output buffer An output of the circuit is fixed at a low level, and an output signal of the output buffer circuit is fixed at a low level regardless of whether or not a burst data signal is output from the pre-drive circuit.
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