CN100521414C

CN100521414C - 激光二极管的驱动电路

Info

Publication number: CN100521414C
Application number: CN200610163901.8A
Authority: CN
Inventors: 高相纯; 东坂范雄
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: US7457336B2; CN101071934A; US20070263685A1; JP2007305762A

Abstract

本发明的目的在于，获得能够可靠地消除来自激光二极管的噪声、并且电路设计容易的激光二极管的驱动电路。本发明的激光二极管的驱动电路具有：集电极连接在激光二极管的阳极上的第一晶体管、集电极连接在激光二极管的阴极上的第二晶体管、连接在第一、第二晶体管的发射极和接地点之间的恒流电路、连接在第一晶体管的基极-集电极之间的第一高通滤波器、连接在第二晶体管的基极-集电极之间的第二高通滤波器。

Description

激光二极管的驱动电路

技术领域

本发明涉及用于驱动激光二极管的驱动电路，特别涉及能够可靠地消除来自激光二极管的噪声、电路设计较容易的激光二极管的驱动电路。

背景技术

近年来，在使用光纤的通信装置(例如参照专利文献1)中，伴随着搭载激光二极管的TOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly：光发送器)的低电源电压化，到激光二极管的传输线路特性从50Ω匹配变更为25Ω匹配。于是，为了进一步低电源电压化，趋向于保持传输线路25Ω不变，降低或者消除激光二极管侧的匹配电阻。亦即，标准化的传输线路保持25Ω不变，激光二极管侧的匹配电阻仅给出激光二极管的内置电阻7Ω。因此，因为发生激光二极管侧的匹配电阻值、传输线路的特性阻抗、以及驱动电路侧的匹配电阻值的失配，故存在反射特性紊乱、并且包含于所输出的光波信号中的噪声以及跳动增加的问题。

因此，为了增强对于来自外部的噪声的耐受性，以进行主动匹配的方式构成驱动电路。这里，所谓主动匹配，是指消除激光二极管的噪声的动作。由此，能够把光波信号整形为良好的低噪声以及低跳动的波形。

【专利文献1】特开2002-111118号公报

现有技术的驱动电路，在最终级放大电路的前级设置射极跟随电路、构成可进行主动匹配动作的反馈路径。但是，因为反馈路径较长，所以时间常数变大。由此，消除来自激光二极管的噪声的主动匹配动作的响应速度较慢，不能可靠地消除噪声。另外，在10Gbps这样的高频区域进行电路的匹配非常困难。

发明内容

本发明为解决上述问题而提出，其目的在于获得能够可靠地消除来自激光二极管的噪声、并且电路设计较容易的激光二极管的驱动电路。

本发明的激光二极管的驱动电路，具有集电极连接在激光二极管的阳极上的第一晶体管、集电极连接在激光二极管的阴极上的第二晶体管、连接在第一、第二晶体管的发射极和接地点之间的恒流电路、连接在第一晶体管的基极-集电极之间的第一高通滤波器、连接在第二晶体管的基极-集电极之间的第二高通滤波器。本发明的其他特征将在下文进行说明。

根据本发明，因为反馈路径比现有技术短，所以时间常数小。由此，消除来自激光二极管的噪声的主动匹配动作的响应速度加快，能够可靠地消除噪声。另外，即使在高频区域中，因为容易使电路的设定与模拟一致，故电路设计变得容易。

附图说明

图1是表示本发明第一实施形态的驱动电路的电路图。

图2是表示连接了图1的驱动电路的TOSA的电路图。

图3是表示噪声输入时的输出端子上的电位的图。

图4是表示主动匹配动作时的第一晶体管的栅极上的电位的图。

图5是表示主动匹配动作后的输出端子上的电位的图。

图6是表示对于无电容器时的频率之反射特性的图。

图7所示为对于将电容器与电阻并联连接而构成高通滤波器时的频率的反射特性图。

图8是表示当恒流电路驱动与流过激光二极管侧的调制电流相同的调制电流时流过各部的电流的图。

图9是表示当恒流电路驱动流过激光二极管侧的调制电流以上的调制电流时流过各部的电流的图。

图10是表示本发明第二实施形态的驱动电路的电路图。

图11是表示本发明第三实施形态的驱动电路的电路图。

图12是表示本发明第四实施形态的驱动电路的电路图。

图13是表示本发明第五实施形态的驱动电路的电路图。

图14是表示本发明第六实施形态的驱动电路的电路图。

具体实施方式

图1是表示本发明第一实施形态的驱动电路的电路图。另外，图2是表示连接了图1的驱动电路的TOSA的电路图。

驱动电路，具有输出端子1、2、最终级放大电路3、在最终级放大电路3的前级配置的第一发射极跟随电路4、和在第一发射极跟随电路4的前级配置的放大电路5。

另一方面，TOSA6具有：激光二极管7、连接在激光二极管7的阳极上的匹配电阻8、以及连接在激光二极管7的阴极上的匹配电阻9。

最终级放大电路3具有：第一晶体管11、第二晶体管12、恒流电路13、第一高通滤波器14、和第二高通滤波器15。然后，第一晶体管11的集电极通过输出端子1以及匹配电阻8连接到激光二极管7的阳极，第二晶体管12的集电极通过输出端子2以及匹配电阻9连接到激光二极管7的阴极。另外，恒流电路13连接在第一、第二晶体管11、12的发射极和接地点之间，使之产生调制电流。然后，第一高通滤波器14连接在第一晶体管11的基极-集电极之间，第二高通滤波器15连接在第二晶体管12的基极-集电极之间。

另外，第一高通滤波器14，作为时间常数要素，具有串联连接的电阻21、22、以及与电阻22并联连接的电容器23。而且，第二高通滤波器15作为时间常数要素，具有：串联连接的电阻24、25、以及与电阻25并联连接的电容器26。

另外，第一高通滤波器14具有晶体管31、32、和恒流电路33、34。该晶体管31的集电极连接到电源，发射极连接到第一晶体管11的栅极。另外，晶体管32的集电极连接到电源，发射极连接到第二晶体管12的栅极。而且，恒流电路33连接在晶体管31的发射极和接地点之间，恒流电路34连接在晶体管32的发射极和接地点之间。而且，第一发射极跟随电路4放大输入信号后，向第一、第二晶体管11、12的栅极输出。

另外，放大电路5具有：负载电阻35、35、晶体管37、38、和恒流电路39。而且，晶体管37的集电极通过电阻35连接到电源，并连接到晶体管31的栅极。另外，晶体管38的集电极通过电阻36连接到电源，并连接到晶体管32的栅极。再者，恒流电路39连接在晶体管37、38的发射极和接地点之间。

以下说明上述驱动电路的动作。图3是表示噪声输入时的输出端子1上的电位的图，图4是表示主动匹配动作时的第一晶体管11的栅极上的电位的图，图5是表示主动匹配动作后的输出端子1上的电位的图。如图所示，输出端子1为高电平时，第一晶体管11的栅极成为低电平。

这里，如图3所示，在输出端子1上从激光二极管7输入高电平的噪声a时，输出端子1输出比希望的高电平更高的电平。因此，通过用第一、第二高通滤波器14、15构成的反馈路径，如图4所示，由输出端子1向晶体管11、12的栅极输入高于噪声数量的电平。由此，能够消除噪声，把输出端子1的电位整形为图5所示正常的电平。

这样，通过第一、第二高通滤波器14、15形成反馈路径，第一、第二晶体管11、12执行消除从输出端子1、2输入的噪声的动作。这是主动匹配动作。根据同样的原理，可以消除噪声b、c。

如上所述，本实施形态的驱动电路，不是像现有技术的驱动电路那样向第一发射极跟随电路4的输入端反馈，而是向最终级放大电路3的输入端反馈。因此，反馈路径比现有技术变短，时间常数变小。由此，消除来自激光二极管的噪声的主动匹配动作的响应速度加快，能够可靠地消除噪声。另外，即使在高频区域中也因为容易使电路的设定与模拟一致，故电路设计变得容易。

另外，从输出端子1、2观察的晶体管11、12以及电阻21、22、24、25的合计电阻值(阻抗)成为基准的匹配电阻值。一般地，与传输线路的25Ω匹配相吻合，但是不需要一定是25Ω，根据规格环境(考虑特性)，有时也应该偏离基准的匹配电阻值。当没有电容器23、26时如图6所示，反射特性(S22)相对于频率(S22)发生恶化。但是，通过把电容器23、26与电阻22、25并联构成高通滤波器，从而在晶体管11、12的基极-集电极之间仅反馈特定频率的信号。由此，仅对特定频率，电阻21、22、24、25的电阻值有效，并能够如图7所示使反射特性良好。因此，通过与成为噪声原因的频率模式相吻合，调整反馈路径中的第一、第二高通滤波器的14、15的电路常数，能够使对于各种基准的传输线路以及频率模式的反射特性良好。因此，即使对于离散较大的激光二极管或者各种传输线路，也可以调整反射特性的频率依赖性或者主动匹配强度。

另外，现有技术的驱动电路，因为内置了和激光二极管7的匹配电阻相同的电阻，所以由恒流电路13产生的调制电流以1：1向激光二极管7的匹配电阻和驱动电路的匹配电阻分流，需要通过恒流电路13产生所希望的调制电流的倍数的电流。对此，在本发明的驱动电路中，最终级放大电路3产生的调制电流几乎不流过反馈路径而流向激光二极管7。因此，能够使调制电流变得比现有技术的驱动电路小，并能够降低功耗。

另外，例如，在需要从输出端子1、2向激光二极管7侧最大流过80mA的场合，当恒流电路13仅能驱动80mA时，如图8所示，向晶体管11、12分别流入80mA、0mA。因此，没有向晶体管11流入80mA以上的余量，不能消除噪声。因此，恒流电路13设定为驱动从输出端子1、2向激光二极管侧流过的调制电流以上的调制电流。例如，如图9所示，使恒流电路13能够驱动100mA。由此，通过向晶体管11、12分别流入90mA、10mA，确保该10mA数量的噪声消除用的余量，能够增加噪声的容量。但是，要注意当恒流电路13的尺寸变大时消费电流值变大。

第二实施形态

图10是表示本发明第二实施形态的驱动电路的电路图。该驱动电路，进一步具有分别设置在第一、第二晶体管11、12的发射极和恒流电路13之间、并能够从外部调整电阻值的可变电阻41、42。其他的结构和第一实施形态相同。

可变电阻41具有并联的传递栅极43a～43c、与传递栅极43b、43c串联的电阻44a、44b。可变电阻42具有并联的传递栅极45a～45c、与传递栅极45b、45c串联的电阻46a、46b。

通过切换该传递栅极43a～43c、45a～45c，即使在装配驱动电路、传输线路以及TOSA后，也能从外部调整驱动电路的匹配电阻。由此，因为能够在装配后微调由于激光二极管或者传输线路的离散引起的难于与模拟相一致的反射特性的频率依赖性或者主动匹配强度，所以系统的构建变得容易。

第三实施形态

图11是表示本发明第三实施形态的驱动电路的电路图。在本实施形态中，在第一晶体管11、12的基极-集电极之间，代替第一、第二高通滤波器14、15，连接了第一、第二电容器47、48。其他的结构和第一实施形态相同。

信号的流动和第一实施形态相同，通过第一、第二电容器47、48的充放电电流进行消除来自外部的噪声的主动匹配动作。因此，本实施形态的电路起到和第一实施形态同样的效果。

第四实施形态

图12是表示本发明第四实施形态的驱动电路的电路图。该驱动电路具有：一端分别连接在第一、第二晶体管11、12的集电极上的第一、第二电容器47、48；和放大输入信号、并向第一、第二电容器47、48的另一端输出的第二发射极跟随电路51。其他的结构和第三实施形态相同。

第二发射极跟随电路51具有晶体管52、53、和恒流电路54、55。该晶体管52的集电极连接电源，发射极连接到第一电容器47的另一端。另外，晶体管32的集电极连接电源，发射极连接到第二电容器48的另一端。而且，恒流电路54连接在晶体管52的发射极和接地点之间，恒流电路55在晶体管53的发射极和接地点之间连接。

而且，设定第二发射极跟随电路51以便比第一发射极跟随电路4的数据传送速度快。具体地说，设定第二发射极跟随电路51的电路常数比第一发射极跟随电路4小，或者设定恒流电路54、55的尺寸比恒流电路33、34大。

由此，从第二发射极跟随电路51向最终级放大电路3的数据比从第一发射极跟随电路4向最终级放大电路3的数据的传送速度快。而且，通过使两数据在输出端子1、2上重合，能够提高驱动电路的带宽。另外，因为高/低电平并未变化很多，所以可以期望提高Tr/Tf等眼图(eye-pattern)的特性。

因此，能够通过第一、第二电容器47、48进行主动匹配动作，同时也通过第二发射极跟随电路51进行前馈(feed forward)的预强调(pre-emphasis)动作。这里，所谓预强调动作，是指在输出眼图上追加高频补偿(peaking)的技术，在带宽不足的放大器等中使用，是提高输出图形的方法。另外，通过调整第一、第二电容器47、48和第二发射极跟随电路51的电路常数，可以调整反射的频率特性。

第五实施形态

图13是表示本发明第五实施形态的驱动电路的电路图。该驱动电路具有：一端分别连接在第一晶体管11、12的集电极上的第一、第二电容器47、48；DC电平调整电路61、和放大来自第一、第二电容器47、48的另一端的输入信号并向第一晶体管11、12的栅极输出的第二发射极跟随电路71。其他的结构和第三实施形态相同。

DC电平调整电路61具有电阻62～65。而且，通过该电阻62～65的电阻值，确定输入到第二发射极跟随电路71的DC电平。

另外，第二发射极跟随电路71具有晶体管72、73、恒流电路74、75、和电容器76、77。该晶体管72的集电极连接电源，栅极连接第一电容器47的另一端。另外，晶体管72的集电极连接电源，栅极连接第二电容器48的另一端。而且，恒流电路74连接在晶体管72的发射极和接地点之间，恒流电路75连接在晶体管73的发射极和接地点之间。另外，电容器76设置在晶体管72的发射极和第一晶体管11的栅极之间，电容器77设置在晶体管73的发射极和第二晶体管12的栅极之间。

因此，通过第一、第二电容器47、48，能够和第三实施形态同样进行主动匹配动作。而且，与第三实施形态相比，发射极跟随电路71能够扩大可消除噪声的范围。再者，通过调整第一、第二电容器47、48和第二发射极跟随电路71的电路常数，可以调整反射的频率特性。

第六实施形态

图14是表示本发明第六实施形态的驱动电路的电路图。在该驱动电路中，第二发射极跟随电路71放大来自第一、第二电容器47、48的另一端的信号后向第一发射极跟随电路4的输入端输出。亦即，电容器76设置在晶体管72的发射极和晶体管31的栅极之间，电容器77设置在晶体管73的发射极和晶体管32的栅极之间。其他的结构和第五实施形态相同。由此，能够进行和第五实施形态同样的主动匹配动作。

Claims

1.一种激光二极管的驱动电路，其特征在于，具有：

集电极连接在激光二极管的阳极上的第一晶体管；

集电极连接在所述激光二极管的阴极上的第二晶体管；

连接在所述第一、第二晶体管的发射极和接地点之间的恒流电路；

连接在所述第一晶体管的基极-集电极之间的第一高通滤波器，以及

连接在所述第二晶体管的基极-集电极之间的第二高通滤波器，

所述恒流电路驱动流过所述激光二极管侧的调制电流以上的调制电流。

2.根据权利要求1所述的激光二极管的驱动电路，其特征在于，进一步具有分别设置在所述第一、第二晶体管的发射极和恒流电路之间、并能够从外部调整电阻值的可变电阻。