CN100521415C - 光发送电路 - Google Patents

Abstract

由第一晶体管和第二晶体管(M1、M2)构成发光元件驱动用差动开关(2)。其中，与漏极连接在发光元件(1)上的第一晶体管(M1)并联连接第三晶体管(M3)作为辅助开关。并且，以比将互补的开关驱动信号(IN1、IN2)输入到第一晶体管和第二晶体管(M1、M2)来进行驱动更早的定时，将第三开关驱动信号(IN3)输入到第三晶体管(M3)以使之导通。从而改善具有大功率电平的发光元件输出的上升特性。

Description

光发送电路

技术领域

本发明涉及带有波形整形功能的光发送电路。

背景技术

近年来，随着信息通信的高速发展，光传输的高速化、容量的增大化、传输距离的远距离化的不断发展，要求非常先进的传输技术。例如，作为光传输技术的1种方式有PON(Passive Optical Network：无源光网络)系统。在该系统中，以时分复用方式连接1个中继局(switching office)和多个用户住所，但是近年来即便在这样的中继局和用户住所之间的传输中，数据传输的远距离化、高速化也在不断发展。为了进行远距离传输而增大应当发送的功率电平，因此应当驱动大电流，从而导致驱动晶体管的尺寸变大，但由此而带来的是晶体管及与其连接的布线的负载电容也将变大。其结果是出现不能充分地响应上升、下降(rising/falling)，从而产生了难以高速响应这样的问题。当在接收器中接收传输后的数据时，若接收到上升、下降特性不充分的数据，则会引起码型效应(Pattern Effect)，有可能导致数据缺失等数据品质恶化。

以往，在用于发送数据的光发送电路(optical transmitter circuits：光发射电路)中，在低速通信时主要使用在功耗方面有优势的单驱动方式，但随着通信速度达到622Mbps、1.25Gbps、...这样高的速度，使用差动驱动方式正在成为主流。

其中，作为对发送数据的波形整形所采取的对策的一例，公知的有如下的技术：与激光二极管的调制电流振幅联动来控制激光二极管驱动用差动开关晶体管(laser diode driving differential switchtransistors)的输入电压振幅(参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平5-218543号公报

发明内容

但是，在上述以往的差动驱动方式中，虽然进行与驱动电流相应的波形的钝化改善、过冲(overshoot)的抑制等波形整形，但是为了实现对称的眼孔图样(eye pattem)而用具有相同能力的互补输出的开关驱动电路控制差动开关晶体管，因此无法进行注重于上升特性(或下降特性)的数据波形的改善，尤其是在通信速度超过1Gbps这样的高速化情况下，存在着难以实现充分的上升特性(或者下降特性)这样的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术解决方案采用了如下结构：在构成发光元件驱动用差动开关的两个晶体管中的一个晶体管上并联连接辅助开关晶体管。

例如，以比驱动差动开关晶体管的信号早的定时输入驱动辅助开关晶体管的信号。或者，驱动辅助开关晶体管的信号的振幅比驱动差动开关晶体管的信号的振幅大。或者，开关驱动电路驱动辅助开关晶体管的驱动能力强于驱动差动开关晶体管的驱动能力。或者，驱动辅助开关晶体管的信号的DC电压电平比驱动差动开关晶体管的信号的DC电压电平高。或者，驱动辅助开关晶体管的信号的高电平期间比驱动差动开关晶体管的信号的高电平期间长。

通过采用如上所述的本发明的结构，能够驱动输出进行了波形整形的上升(或者下降)陡峭的信号，其结果是，即便在高速、远距离传输时也能够构建无数据品质恶化、稳定的光通信系统。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的光发送电路的电路图。

图2是本发明第二实施方式的光发送电路的电路图。

图3是本发明第三实施方式的光发送电路的电路图。

图4是本发明第四实施方式的光发送电路的电路图。

图5是本发明第五实施方式的光发送电路的电路图。

图6是本发明第六实施方式的光发送电路的电路图。

图7是本发明第七实施方式的光发送电路的电路图。

图8是本发明的光发送电路的第一变形例的电路图。

图9是本发明的光发送电路的第二变形例的电路图。

图10是本发明的光发送电路的第三变形例的电路图。

标号说明

1  发光元件

2  发光元件驱动用差动开关

3  调制电流源

4偏置电流源

11、12、13  带有延迟功能的开关驱动电路

21、22、23  开关驱动电路

31、32、33  开关驱动电路

41、42、43  开关驱动电路

51、52  开关驱动电路

53  带有占空比(duty)调整功能的开关驱动电路

61、62  带有延迟功能的开关驱动电路

63  带有延迟功能·占空比调整功能的开关驱动电路

71、72、73  开关驱动电路

IN1、IN2、IN3  开关驱动信号

IN11、IN12、IN13  开关驱动电路输入信号

M1、M2  发光元件驱动用差动开关晶体管

M3  发光元件驱动用辅助开关晶体管

VB2  偏置电压(固定电压)

具体实施方式

<第一实施方式>

图1示出本发明的光发送电路的第一实施方式。本实施方式的光发送电路包括：激光二极管(LD)等发光元件1；发光元件驱动用差动开关2，由源极连接在一起的第一晶体管和第二晶体管M1、M2构成；第三晶体管M3，与第一晶体管M1并联连接以构成辅助开关；电流Im的调制电流源3，连接在第一、第二、第三晶体管M1、M2、M3的源极上；偏置电流源4，向LD1提供偏置电流Ib；带有延迟功能的开关驱动电路11、12、13，分别驱动第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3。IN11、IN12、IN13是开关驱动电路输入信号，IN1、IN2、IN3是开关驱动信号，V+、V-是电源电压。另外，在图1中，与电路结构一同示出开关驱动信号IN1、IN2、IN3各自的波形。

对上述结构加以说明。首先，当漏极连接在LD1上的第一晶体管M1由第一开关驱动信号IN1开启而处于导通状态，第二晶体管M2由第二开关驱动信号IN2截止而处于非导通状态时，用偏置电流源4设定的电流Ib被附加在用调制电流源3设定的电流Im上来共同流过LD1，在LD1中经过电流-光转换后输出。接着，第一晶体管M1由第一开关驱动信号IN1截止而处于非导通状态，第二晶体管M2由第二开关驱动信号IN2开启而处于导通状态时，用调制电流源3设定的电流Im不再流过LD1，因此仅是用偏置电流源4设定的电流Ib流过LD1，在LD1中经过电流-光转换后输出。这样，通过用调制电流源3设定的电流Im的导通、截止来生成、发送通信用数据的高低电平。

在此，第一晶体管和第二晶体管M1、M2应当驱动大电流，因此晶体管尺寸增大为数mm，因此第一与第二晶体管M1、M2的栅极电容和连接在该晶体管M1、M2上的布线电容将变得非常大。因此，即便保持该状态来驱动LD1，波形也不会急速上升(或急速下降)。因此，在本发明中，附加与第一晶体管M1并联连接的第三晶体管M3作为辅助开关，以比从带有延迟功能的开关驱动电路11、12向第一晶体管和第二晶体管M1、M2输入互补的开关驱动信号IN1、IN2来进行驱动稍早的定时，从带有延迟功能的开关驱动电路13向第三晶体管M3输入第三开关驱动信号IN3使之导通。采用这样的结构，能够以比第一晶体管和第二晶体管M1、M2的响应早的定时开始对LD1的电流驱动，因此上升特性得到改善。

在此，对第一晶体管和第二晶体管M1、M2输入互补的开关驱动信号IN1、IN2，仅以较早的定时对第三晶体管M3输入开关驱动信号IN3，但是，只要是能够使上升特性改善的定时，则对第一晶体管和第二晶体管M1、M2的开关驱动信号IN1、IN2的定时也可以不是差动方式，其各自的延迟量可以不同。

另外，在最好是用相同的定时输入向第一晶体管M1和第三晶体管M3输入的信号IN1、IN3的情况下，也可以这样来构成。

在此，使用3个带有延迟功能的开关驱动电路11、12、13来驱动第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3，但是，也可以使用1个开关驱动电路生成3个驱动信号，来驱动第一晶体管M1、第二晶体管M2、以及第三晶体管M3。

另外，延迟调整功能既可以用所有带有延迟功能的开关驱动电路11、12、13来实现，也可以将其中的1个或2个开关驱动电路的延迟量取为恒定，使用剩下的带有延迟功能的开关驱动电路来调整延迟。

<第二实施方式>

图2示出本发明的光发送电路的第二实施方式。本实施方式的光发送电路的特征在于，取代第一实施方式的光发送电路中分别驱动第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管M1、M2、M3的带有延迟功能的开关驱动电路11、12、13而使用没有延迟功能的普通开关驱动电路21、22、23，并且从开关驱动电路21、22、23输出的信号的数据振幅是不相同的。其中，在此使用普通的开关驱动电路21、22、23进行说明，但是也可以使用带有延迟功能的开关驱动电路来构成。

在第二实施方式中，在生成数据振幅时使为驱动第三晶体管M3而从第三开关驱动电路23输出的数据振幅大于为驱动第一晶体管和第二晶体管M1、M2而从第一和第二开关驱动电路21、22输出的数据振幅。由此，由第三晶体管M3增强第一晶体管M1导通的能力，使其大于第二晶体管M2截止的能力，使上升能力提高，由此实现陡峭的上升特性。

也可以是，通过在生成数据振幅时使为驱动第二晶体管M2而从第二开关驱动电路22输出的数据振幅小于为驱动第一晶体管和第三晶体管M1、M3而从第一和第三开关驱动电路21、23输出的数据振幅，由此使第二晶体管M2截止的能力小于第一晶体管和第三晶体管M1、M3导通的能力，使下降能力变弱，从而实现陡峭的上升特性。

另外，也可以是，使从第一和第三开关驱动电路21、23输出的数据振幅相同，并且使其大于从第二开关驱动电路22输出的数据振幅。

<第三实施方式>

图3示出本发明的光发送电路的第三实施方式。本实施方式的光发送电路的特征在于，取代第一实施方式的光发送电路中分别驱动第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管M1、M2、M3的带有延迟功能的开关驱动电路11、12、13而使用没有延迟功能的普通开关驱动电路31、32、33，并且开关驱动电路31、32、33的驱动能力是不相同的。其中，在此使用普通的开关驱动电路31、32、33进行说明，但是也可以使用带有延迟功能的开关驱动电路来构成。

在第三实施方式中，设定为用于驱动第三晶体管M3的第三开关驱动电路33的驱动能力大于用于驱动第一晶体管和第二晶体管M1、M2的第一和第二开关驱动电路31、32的驱动能力。由此，由第三晶体管M3增强第一晶体管M1导通的能力，从而实现陡峭的上升特性。

也可以是，使第一和第三开关驱动电路31、33的驱动能力相同，并使其大于第二开关驱动电路32的驱动能力。

<第四实施方式>

图4示出本发明的光发送电路的第四实施方式。本实施方式的光发送电路的特征在于，取代第一实施方式的光发送电路中分别驱动第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管M1、M2、M3的带有延迟功能的开关驱动电路11、12、13而使用没有延迟功能的普通开关驱动电路41、42、43，并且来自开关驱动电路41、42、43的输出信号的DC电平是不同的。其中，在此使用普通的开关驱动电路41、42、43进行说明，但是也可以使用带有延迟功能的开关驱动电路来构成。

在第四实施方式中，设定为用于驱动第三晶体管M3的第三开关驱动电路43输出的信号的DC电平高于用于驱动第一晶体管和第二晶体管M1、M2的第一和第二开关驱动电路41、42输出的信号的DC电平。由此，以比第一晶体管和第二晶体管M1、M2的响应早的定时使第三晶体管M3开始导通，开始对LD1的电流驱动，从而实现陡峭的上升特性。

也可以是，使从第一和第三开关驱动电路41、43输出的信号的DC电平相同，并使其高于从第二开关驱动电路42输出的信号的DC电平。

<第五实施方式>

图5示出本发明的光发送电路的第五实施方式。本实施方式的光发送电路的特征在于，取代第一实施方式的光发送电路中分别驱动第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管M1、M2、M3的带有延迟功能的开关驱动电路11、12、13而使用没有延迟功能的普通开关驱动电路51、52及带有占空比调整功能的开关驱动电路53，并且从开关驱动电路51、52、53输出的信号的占空比是不同的。

在第五实施方式中，改变从用于驱动第三晶体管M3的第三开关驱动电路53输出的信号的占空比，使其与为了驱动第一晶体管和第二晶体管M1、M2而从第一和第二开关驱动电路51、52输出的信号相比，高电平的期间变长。由此，以比第一晶体管和第二晶体管M1、M2的响应早的定时，使第三晶体管M3开始导通，开始对LD1的电流驱动，从而实现陡峭的上升特性。

另外，既可以单独使用第一～第五实施方式的结构，也可以如下述的第六和第七实施方式所例示的那样，组合使用其中的几个实施方式的结构。通过使用组合这些实施方式的结构而成的结构，能够进一步改善发光元件输出波形的上升特性，并且能够实现无弊病(无下降特性的恶化等)的驱动输出波形。

<第六实施方式>

图6示出本发明的光发送电路的第六实施方式。本实施方式的光发送电路是组合第一实施方式和第五实施方式而成的光发送电路。在图6中，61、62是带有延迟功能的开关驱动电路，63是带有延迟功能和占空比调整功能的开关驱动电路。

<第七实施方式>

图7示出本发明的光发送电路的第七实施方式。本实施方式的光发送电路是组合第二实施方式和第四实施方式而成的光发送电路。在图7中，71、72、73是开关驱动电路。

此外，上述各实施方式可以分别进行以下那样的变形。其中，仅图示说明第一实施方式的变形例。

<第一变形例>

也可以是，如图8所示那样将第二晶体管M2的输入取为所希望的固定电压VB2。

<第二变形例>

在至此为止示出的实施方式中，在目前的结构中附加同样结构的开关晶体管M3，调整其输入，由此进行上升特性的改善。但是，在此，附加开关晶体管M3等效于改变差动开关2其本身的驱动能力，与改变对发光元件驱动用差动开关晶体管M1、M2的控制信号相比，能够得到非常大的改善效果。

因此，如图9所示，即便只是附加第三晶体管M3的方法，由于发光元件驱动用差动开关2自身的驱动能力改变，由第一晶体管和第三晶体管M1、M3构成的复合晶体管导通的能力大于第二晶体管M2截止的能力，因此也能够实现陡峭的上升能力。

<第三变形例>

如图10所示，能够设定为第一晶体管M1和第三晶体管M3的尺寸之和大于第二晶体管M2的尺寸。由此，由第三晶体管M3增强第一晶体管M1导通的能力，使其大于第二晶体管M2截止的能力，使上升能力提高，从而实现陡峭的上升特性。

可以设定为将第一晶体管M1和第二晶体管M2作为差动开关取为相同尺寸并使其大于第三晶体管M3的尺寸，也可以使第一晶体管M1和第三晶体管M3的尺寸之和大于第二晶体管M2的尺寸。

进而，当使第一晶体管和第三晶体管M1、M3与第二晶体管M2的电路结构、布局相同，仅晶体管尺寸不同时，在保持了波形对称性的基础上，上升特性得到改善，因此能够实现更优良的输出波形。

以上，说明了上升特性的改善，但是当想要改善下降特性时，取代第三晶体管M3而附加与第二晶体管M2并联连接的第四晶体管作为辅助开关即可。

产业上的可利用性

本发明的光发送电路是具有波形整形功能的光发送电路，一般能够灵活运用于光通信用装置。

Claims (10)

1.一种光发送电路，其特征在于，包括：

发光元件；

发光元件驱动用差动开关，由其漏极连接在上述发光元件上的第一晶体管和其源极连接在上述第一晶体管的源极上的第二晶体管构成；

第三晶体管，并联连接在上述第一晶体管上；

调制电流源，连接在上述第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管的源极上；

偏置电流源，用于向上述发光元件提供偏置电流；以及

开关驱动电路，用于驱动上述第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管，

对驱动上述第三晶体管的信号进行控制，该控制与对驱动上述第一晶体管和第二晶体管的信号进行的控制不同。

2.根据权利要求1所述的光发送电路，其特征在于：

以比驱动上述第一晶体管和第二晶体管的信号早的定时输入驱动上述第三晶体管的信号。

3.根据权利要求1所述的光发送电路，其特征在于：

驱动上述第三晶体管的信号的振幅比驱动上述第一晶体管和第二晶体管的信号的振幅大。

4.根据权利要求1所述的光发送电路，其特征在于：

上述开关驱动电路驱动上述第三晶体管的驱动能力大于驱动上述第一晶体管和第二晶体管的驱动能力。

5.根据权利要求1所述的光发送电路，其特征在于：

驱动上述第三晶体管的信号的DC电压电平比驱动上述第一晶体管和第二晶体管的信号的DC电压电平高。

6.根据权利要求1所述的光发送电路，其特征在于：

驱动上述第三晶体管的信号的占空比与驱动上述第一晶体管和第二晶体管的信号中至少一个信号的占空比不同。

7.根据权利要求6所述的光发送电路，其特征在于：

驱动上述第三晶体管的信号的高电平期间比驱动上述第一晶体管和第二晶体管的信号的高电平期间长。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的光发送电路，其特征在于：

驱动上述第二晶体管的信号与固定电压连接。

9.一种光发送电路，其特征在于，包括：

发光元件；

发光元件驱动用差动开关，由其漏极连接在上述发光元件上的第一晶体管和其源极连接在上述第一晶体管的源极上的第二晶体管构成；

第三晶体管，并联连接在上述第一晶体管上；

调制电流源，连接在上述第一晶体管、第二晶体管以及第三晶体管的源极上；

偏置电流源，用于向上述发光元件提供偏置电流，

对驱动上述第三晶体管的信号进行与对驱动上述第一晶体管和第二晶体管的信号不同的控制。

10.根据权利要求1、2、3、4、5、6、9中任意一项所述的光发送电路，其特征在于：

上述第一晶体管和上述第三晶体管的尺寸之和大于上述第二晶体管的尺寸。

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