JP2002064242A - レーザダイオード駆動方法および回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気信号入力が長時間にわたって同じレベル
に留まる場合においても常に安定した光信号を出力させ
る。 【解決手段】 Ｑ２で供給され且つ入力電気信号Ｖinの
ハイレベル／ローレベルに基づきＱ１で断続されるパル
ス駆動電流に、Ｑ４で供給されるバイアス電流を加算し
て信号用レーザダイオードＬＤ１に供給する。Ｑ７で供
給され且つ発振器５の出力で断続されるパルス駆動電流
に、Ｑ８で供給されるバイアス電流を加算して電流制御
用レーザダイオードＬＤ２に供給する。電流制御用レー
ザダイオードＬＤ２の出力光を受光する受光素子ＰＤ１
の平均出力信号に基づきＱ４とＱ８を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１個以上の伝送チ
ャネルを有する光伝送モジュール用のレーザダイオード
駆動方法および回路に関するものであり、特に伝送信号
のパターンに依存せず一定レベルの光出力を得る技術に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１個以上の光伝送チャネルを有する光伝
送モジュールにおいては、温度、電源電圧などの環境変
動や発光素子の劣化などにより、光出力レベルが変動し
てしまう。受信側での信号再生を確実に行うためには、
発光素子の光出力レベルをモニタしながらその発光素子
のバイアス電流やパルス駆動電流を適切に調整すること
が必要となる。特に温度による特性変動が大きいレーザ
ダイオードを発光素子として用いる光伝送モジュールで
は、電流調整が必須である。

【０００３】そこで、従来の光伝送モジュールでは、信
号伝送に用いる発光素子の直近に受光器を配置して発光
素子の出力光の一部を受光させて電気変換し、得られた
電気信号の値をもとに発光素子のバイアス電流およびパ
ルス駆動電流の双方を自動調整するか、あるいは、どち
らか一方の電流値を固定し、他方を自動調整する方法が
用いられていた。

【０００４】図３は従来のレーザダイオード駆動回路の
構成を示す図であり、パルス駆動電流を固定とし、バイ
アス電流を制御する電流制御手段を具備させたものであ
る。ＬＤ１は信号用のレーザダイオード、Ｑ１は入力電
気信号Ｖinのハイレベル／ローレベルによりオン／オフ
されるスイッチトランジスタである。Ｑ２はパルス駆動
電流を供給するためのトランジスタであり、パルス駆動
電流設定抵抗Ｒ１により設定された電流を流すトランジ
スタＱ３とカレントミラー接続されている。Ｑ４はレー
ザダイオードＬＤ１にバイアス電流を流すためのトラン
ジスタである。ＰＤ１はモニタ用の受光素子、１は線形
増幅用の増幅器、２はローパスフィルタ、３は平均値設
定電圧Ｖｍとの差分を増幅する差分増幅器である。４は
電圧制御電流源であり、抵抗Ｒ２とダイオード接続のト
ランジスタＱ５からなり、そのトランジスタＱ５はトラ
ンジスタＱ４とカレントミラー接続されている。

【０００５】このレーザダイオード駆動回路では、レー
ザダイオードＬＤ１に、抵抗Ｒ１で設定されたパルス駆
動電流がトランジスタＱ２により供給され、バイアス電
流がトランジスタＱ４により供給される。よって、トラ
ンジスタＱ１が入力信号Ｖinのハイレベル／ローレベル
によってオン／オフすることにより、レーザダイオード
ＬＤ１からそれに対応したパルス出力光が発生する。

【０００６】このパルス出力光の一部は、受光素子ＰＤ
１によって受光され電気変換され、増幅器１で線形増幅
され、ローパスフィルタ２で平均値がとられ、差分増幅
器３で平均値設定電圧Ｖｍとの差分が取られて電圧制御
電流源４に入力される。よって、そのレーザダイオード
ＬＤ１の平均光出力レベルが一定となるよう、トランジ
スタＱ４によるバイアス電流が負帰還制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
レーザダイオード駆動回路では、入力電気信号Ｖinが長
時間にわたってローレベルに留まった場合、ローパスフ
ィルタ２の出力が次第に低下し、これに伴ってトランジ
スタＱ４によるバイアス電流値が増加して、最後には本
来のハイレベル／ローレベルのしきい値を超えてしまう
問題が起こる。逆に、入力電気信号Ｖinがハイレベルを
維持した場合は、ローパスフィルタ２の出力電圧が高く
なって、バイアス電流が全く流れなくなってしまう。

【０００８】したがって、このレーザダイオード駆動回
路では、入力電気信号Ｖinが適当なサイクルでハイレベ
ル／ローレベルに切り替わることが必要となるため、そ
の電気信号Ｖinの入力側に８Ｂ１０Ｂなどの符号化回路
を付加することが求められていた。

【０００９】また、出力光信号のハイレベル／ローレベ
ルを、ピークホールド／ボトムホールド回路を用いて保
持し、電流制御する方法も用いられている。しかし、ピ
ークホールド／ボトムホールド回路内において電圧値を
保持するためにコンデンサを用い、出力光レベルの変動
に追従させるために、コンデンサの電荷を適当な比率で
リークさせることが必要となるため、前記の例と同様
に、長時間にわたって同じ信号レベルが続いた場合に、
バイアス電流／パルス駆動電流が規定の範囲を超えてし
まう現象が起こる。

【００１０】このように、従来では、長時間にわたって
ハイレベル／ローレベルが連続する電気信号を光伝送す
ることが困難であった。

【００１１】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、電気信号入力が長時間にわたって
同じレベルに留まる場合においても常に安定した光信号
を出力することができるようにしたレーザダイオード駆
動方法および回路を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第１の発明のレーザダイオード駆動方法は、入力電気
信号のハイレベル／ローレベルに基づき断続される第１
のパルス駆動電流に第１のバイアス電流を加算して信号
用レーザダイオードに供給するレーザダイオード駆動方
法において、一定周期で断続される第２のパルス駆動電
流に第２のバイアス電流を加算して電流制御用レーザダ
イオードに供給し、該電流制御用レーザダイオードの出
力光を受光する受光素子の出力信号に基づき、前記第
１，第２のバイアス電流の値、および前記第１，第２の
パルス駆動電流の値の少なくとも一方を制御するように
構成した。

【００１３】第２の発明のレーザダイオード駆動回路
は、入力電気信号（Ｖin）のハイレベル／ローレベルに
基づき断続される第１のパルス駆動電流に第１のバイア
ス電流を加算して信号用レーザダイオード（ＬＤ１）に
供給するための第１の駆動手段（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４）
と、一定周期で断続される第２のパルス駆動電流に第２
のバイアス電流を加算して電流制御用レーザダイオード
（ＬＤ２）に供給するための第２の駆動手段（Ｑ６，Ｑ
７，Ｑ８）と、前記電流制御用レーザダイオード（ＬＤ
２）の出力光を受光する受光素子（ＰＤ１）の平均出力
信号に基づき前記第１，第２のバイアス電流の値、又は
前記第１，第２のパルス駆動電流の値を制御するための
制御手段（４）と、を具備するよう構成した。

【００１４】第３の発明のレーザダイオード駆動回路
は、入力電気信号（Ｖin）のハイレベル／ローレベルに
基づき断続される第１のパルス駆動電流に第１のバイア
ス電流を加算して信号用レーザダイオード（ＬＤ１）に
供給するための第１の駆動手段（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４）
と、一定周期で断続される第２のパルス駆動電流に第２
のバイアス電流を加算して電流制御用レーザダイオード
（ＬＤ２）に供給するための第２の駆動手段（Ｑ６，Ｑ
７，Ｑ８）と、前記電流制御用レーザダイオード（ＬＤ
２）の出力光を受光する受光素子（ＰＤ１）のハイレベ
ル出力信号に基づき前記第１，第２のパルス駆動電流の
値を制御するための第１の制御手段（１１）と、前記電
流制御用レーザダイオード（ＬＤ２）の出力光を受光す
る受光素子（ＰＤ１）のローレベル出力信号に基づき前
記１，第２のバイアス電流の値を制御するための第２の
制御手段（４）と、を具備するよう構成した。

【００１５】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］図１は本発
明の第１の実施の形態のレーザダイオード駆動回路の構
成を示す図であり、パルス駆動電流の値を固定とし、バ
イアス電流の値を制御する場合の例である。

【００１６】ＬＤ１は信号用のレーザダイオード、Ｑ１
は入力電気信号Ｖinのハイレベル／ローレベルによりオ
ン／オフされるスイッチトランジスタである。Ｑ２はパ
ルス駆動電流を流すトランジスタであり、パルス駆動電
流設定抵抗Ｒ１により設定された電流を流すトランジス
タＱ３とカレントミラー接続されている。Ｑ４はレーザ
ダイオードＬＤ１にバイアス電流を流すためのトランジ
スタである。ＰＤ１はモニタ用の受光素子、１は線形増
幅用の増幅器、２はローパスフィルタ、３は平均値設定
電圧Ｖｍとの差分を増幅する差分増幅器である。４は電
圧制御電流源であり、抵抗Ｒ２とダイオード接続のトラ
ンジスタＱ５からなり、そのトランジスタＱ５はトラン
ジスタＱ４とカレントミラー接続されている。

【００１７】以上は前述した図３の構成と同じである
が、本実施形態では、これに加えて、電流制御用のレー
ザダイオードＬＤ２、スイッチ用トランジスタＱ６、ト
ランジスタＱ３とカレントミラー接続されたパルス駆動
電流供給用トランジスタＱ７、トランジスタＱ５とカレ
ントミラー接続されたバイアス電流供給用トランジスタ
Ｑ８を設けている。電流制御用のレーザダイオードＬＤ
２は、信号用のレーザダイオードＬＤ１と同一チップ上
又は直近に同一環境条件となるように配置されている。

【００１８】スイッチ用トランジスタＱ６には発振器５
によって一定周波数の電気信号が供給され、常時オン／
オフするようになっている。

【００１９】なお、図１と請求項２の対応関係では、ト
ランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ４は信号用レーザダイオード
ＬＤ１を駆動する第１の駆動手段を構成する。また、ト
ランジスタＱ６，Ｑ７，Ｑ８は電流制御用レーザダイオ
ードＬＤ２を駆動する第２の駆動手段を構成する。ま
た、電圧制御電流源４はトランジスタＱ４，Ｑ８に流れ
るバイアス電流の値を制御する制御手段を構成する。

【００２０】本実施形態のレーザダイオード駆動回路で
は、信号用のレーザダイオードＬＤ１に、抵抗Ｒ１で設
定されたパルス駆動電流がトランジスタＱ２により供給
され、電圧制御電流源４によって設定されたバイアス電
流がトランジスタＱ４により供給される。よって、トラ
ンジスタＱ１が入力電気信号Ｖinのハイレベル／ローレ
ベルによってオン／オフすることにより、レーザダイオ
ードＬＤ１からそれに対応したパルス出力光が発生す
る。

【００２１】また、電流制御用のレーザダイオードＬＤ
２にも、抵抗Ｒ１で設定されたパルス駆動電流がトラン
ジスタＱ７により供給され、電圧制御電流源４によって
設定されたバイアス電流がトランジスタＱ８により供給
される。よって、トランジスタＱ６が発振器５の出力信
号によって同一周期でオン／オフすることにより、レー
ザダイオードＬＤ２からそれに対応したパルス出力光が
発生する。

【００２２】このレーザダイオードＬＤ２から出力する
一定の周波数のパルス光は、受光素子ＰＤ１によって受
光され電気変換され、増幅器１で線形増幅され、ローパ
スフィルタ２で平均値がとられ、差分増幅器３で平均値
設定電圧Ｖｍとの差分が取られて電圧制御電流源４に入
力される。よって、レーザダイオードＬＤ２用のトラン
ジスタＱ８によるバイアス電流の値が負帰還制御され
る。このとき、トランジスタＱ４によるレーザダイオー
ドＬＤ１用のバイアス電流の値も同様に制御される。

【００２３】この場合、負帰還制御ループにレーザダイ
オードＬＤ１の出力光は含まれず、レーザダイオードＬ
Ｄ２の出力光のみが含まれるので、トランジスタＱ１に
入力する電気信号Ｖinが同一レベルに長時間にわたって
留まる場合でも、バイアス電流制御がその影響を受ける
ことはなく、信号用のレーザダイオードＬＤ１の光出力
を安定化させることができる。

【００２４】［第２の実施形態］図２は本発明の第２の
実施の形態のレーザダイオード駆動回路の構成を示す図
であり、パルス駆動電流の値の制御とバイアス電流の値
の制御を個別に行う場合についてのものである。図１の
回路で説明したものと同じものには同じ符号を付してい
る。

【００２５】図２において、６はタイミング制御回路で
あり、発振器５の出力パルスのハイレベルからローレベ
ルに遷移する直前（つまり、ハイレベル）のタイミング
パルスを発生する。７は別のタイミング制御回路であ
り、発振器５の出力パルスをインバータ８で反転したパ
ルスを入力し、その発振器５の出力パルスのローレベル
からハイレベルに遷移する直前（つまり、ローレベル）
のタイミングパルスを発生する。９はサンプルホールド
回路であり、一方のタイミング制御回路６からのタイミ
ングパルスをサンプルパルスとして入力し、増幅器１か
らの出力信号をサンプルしてホールドする。１０は別の
サンプルホールド回路であり、他方のタイミング制御回
路７からのタイミングパルスをサンプルパルスとして入
力し、増幅器１からの出力信号をサンプルしてホールド
する。１１はサンプルホールド回路９の出力電圧をパル
ス駆動電流設定電圧Ｖｐと比較してその差分をとる差分
増幅器、１２はこの差分増幅器１１の出力電圧によって
トランジスタＱ２，Ｑ７にパルス駆動電流を流すための
電流を発生する電圧制御電流源である。この電圧制御電
流源１２は抵抗Ｒ３とダイオード接続のトランジスタＱ
９から構成され、このトランジスタＱ９はトランジスタ
Ｑ２とカレントミラー接続されている。１３はサンプル
ホールド回路１０の出力電圧をバイアス電流設定電圧Ｖ
ｂと比較してその差分をとる差分増幅器であり、その出
力が電圧制御電流源４に入力している。

【００２６】なお、図２と請求項３の対応関係では、ト
ランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ４は信号用レーザダイオード
ＬＤ１を駆動する第１の駆動手段を構成する。また、ト
ランジスタＱ６，Ｑ７，Ｑ８は電流制御用レーザダイオ
ードＬＤ２を駆動する第２の駆動手段を構成する。ま
た、電圧制御電流源４はトランジスタＱ４，Ｑ８に流れ
るバイアス電流の値を制御する第１の制御手段を構成す
る。さらに、電圧制御電流源１２はトランジスタＱ２，
Ｑ７に流れるパルス駆動電流の値を制御する第２の制御
手段を構成する。

【００２７】本実施形態のレーザダイオード駆動回路で
は、信号用のレーザダイオードＬＤ１に、電圧制御電流
源１２で設定されたパルス駆動電流がトランジスタＱ２
により供給され、電圧制御電流源４で設定されたバイア
ス電流がトランジスタＱ４により供給される。よって、
トランジスタＱ１が入力電気信号Ｖinのハイレベル／ロ
ーレベルによってオン／オフすることにより、レーザダ
イオードＬＤ１からそれに対応したパルス出力光が発生
する。

【００２８】また、電流制御用のレーザダイオードＬＤ
２にも、電圧制御電流源１２で設定されたパルス駆動電
流がトランジスタＱ７により供給され、電圧制御電流源
４で設定されたバイアス電流がトランジスタＱ８により
供給される。よって、トランジスタＱ６が発振器５の出
力信号によって同一周期でオン／オフすることにより、
レーザダイオードＬＤ２からそれに対応したパルス出力
光が発生する。

【００２９】このレーザダイオードＬＤ２から出力する
一定周波数のパルス光は、受光素子ＰＤ１によって受光
され電気変換され、増幅器１で線形増幅され、サンプル
ホールド回路９，１０に取り込まれる。

【００３０】一方のサンプルホールド回路９では、増幅
器１の出力信号のうちのハイレベルの信号をサンプリン
グしてホールドし、差分増幅器１１に送るので、そのハ
イレベル信号とパルス駆動電流設定電圧Ｖｐとの差分に
相当する電流が電圧制御電流源１２で得られて、これが
トランジスタＱ２によりパルス駆動電流としてレーザダ
イオードＬＤ１に供給され、またトランジスタＱ７によ
りパルス駆動電流としてレーザダイオードＬＤ２に供給
される。

【００３１】他方のサンプルホールド回路１０では、増
幅器１の出力信号のうちのローレベルの信号をサンプリ
ングしてホールドし、差分増幅器１３に送るので、その
ローレベル信号とバイアス電流設定電圧Ｖｂとの差分に
相当する電流が電圧制御電流源４で得られて、これがト
ランジスタＱ４によりバイアス電流としてレーザダイオ
ードＬＤ１に供給され、またトランジスタＱ８によりバ
イアス電流としてレーザダイオードＬＤ２に供給され
る。

【００３２】このように、電流制御用のレーザダイオー
ドＬＤ２の出力光を負帰還制御するループによって得ら
れた当該レーザダイオードＬＤ２用のパルス駆動電流と
バイアス電流が、信号用のレーザダイオードＬＤ１用に
パルス駆動電流とバイアス電流としても供給されるの
で、トランジスタＱ１に入力する電気信号Ｖinが同一レ
ベルに長時間にわたって留まる場合でも、パルス駆動電
流およびバイアス電流がその影響を受けることはなく、
信号用のレーザダイオードＬＤ１の光出力を安定化させ
ることができる。また、信号用のレーザダイオードＬＤ
１の出力光信号のハイレベルとローレベルの値を常に一
定値に制御できることから、受信側でのハイレベル／ロ
ーレベルの信号識別が容易になる。

【００３３】なお、サンプルホールド回路９，１０に
は、電圧をホールドするためのコンデンサが必要になる
が、発振器５が一定周波数ｆ＝１／ΔＴで動作してお
り、したがって、周期ΔＴ毎に必ずサンプル状態になる
ことから、ＬＳＩ上に無理なく実現できるホールド用コ
ンデンサでも本構成を実現できる。

【００３４】［その他の実施形態］なお、第１の実施形
態では、受光素子ＰＤ１の出力信号に基づきトランジス
タＱ４，Ｑ８を制御してバイアス電流を制御したが、こ
のバイアス電流は一定の電流値に固定しておき、受光素
子ＰＤ１の出力信号に基づきトランジスタＱ２，Ｑ７を
制御してパルス駆動電流の値を制御することもできる。

【００３５】また、第１，第２の実施形態では信号用の
レーザダイオードＬＤ１を１個として説明したが、これ
を２個以上設ければ並列光伝送モジュールとすることが
できる。この場合は、信号用のレーザダイオードＬＤ
１，トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ４を１組として、これ
を２組以上設け、各組のトランジスタＱ２又はＱ４を同
様に制御すればよい。

【００３６】また、このレーザダイオード駆動回路は、
信号用のレーザダイオードＬＤ１、電流制御用のレーザ
ダイオードＬＤ２、受光素子ＰＤ１，抵抗Ｒ１等を除い
た回路として１チップにＬＳＩ化することができる。そ
の除いた素子は外付けとする。このときは、それらを接
続するための接続端子を設ける。

【００３７】

【発明の効果】以上から本発明によれば、任意の電気信
号入力に対して安定した光信号を出力できる光伝送モジ
ュールを実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態のレーザダイオード
駆動回路の回路図である。

【図２】 本発明の第２の実施形態のレーザダイオード
駆動回路の回路図である。

【図３】 従来のレーザダイオード駆動回路の回路図で
ある。

【符号の説明】

ＬＤ１：信号用のレーザダイオード、ＬＤ２：電流制御
用のレーザダイオード、ＰＤ１：受光素子、Ｑ１〜Ｑ
９：トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ３：抵抗 １：増幅器、２：ローパスフィルタ、３：差分増幅器、
４：電圧制御電流源、５：発振器、６，７：タイミング
制御回路、８：インバータ、９，１０：サンプルホール
ド回路、１１：差分増幅器、１２：電圧制御電流源、１
３：差分増幅器

フロントページの続き (72)発明者 安東 泰博 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AB21 GA03 GA12 GA24 GA38

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力電気信号のハイレベル／ローレベルに
   基づき断続される第１のパルス駆動電流に第１のバイア
   ス電流を加算して信号用レーザダイオードに供給するレ
   ーザダイオード駆動方法において、 一定周期で断続される第２のパルス駆動電流に第２のバ
   イアス電流を加算して電流制御用レーザダイオードに供
   給し、該電流制御用レーザダイオードの出力光を受光す
   る受光素子の出力信号に基づき、前記第１，第２のバイ
   アス電流の値、および前記第１，第２のパルス駆動電流
   の値の少なくとも一方を制御するようにしたことを特徴
   とするレーザダイオード駆動方法。
2. 【請求項２】入力電気信号のハイレベル／ローレベルに
   基づき断続される第１のパルス駆動電流に第１のバイア
   ス電流を加算して信号用レーザダイオードに供給するた
   めの第１の駆動手段と、 一定周期で断続される第２のパルス駆動電流に第２のバ
   イアス電流を加算して電流制御用レーザダイオードに供
   給するための第２の駆動手段と、 前記電流制御用レーザダイオードの出力光を受光する受
   光素子の平均出力信号に基づき前記第１，第２のバイア
   ス電流の値、又は前記第１，第２のパルス駆動電流の値
   を制御するための制御手段と、 を具備することを特徴とするレーザダイオード駆動回
   路。
3. 【請求項３】入力電気信号のハイレベル／ローレベルに
   基づき断続される第１のパルス駆動電流に第１のバイア
   ス電流を加算して信号用レーザダイオードに供給するた
   めの第１の駆動手段と、 一定周期で断続される第２のパルス駆動電流に第２のバ
   イアス電流を加算して電流制御用レーザダイオードに供
   給するための第２の駆動手段と、 前記電流制御用レーザダイオードの出力光を受光する受
   光素子のハイレベル出力信号に基づき前記第１，第２の
   パルス駆動電流の値を制御するための第１の制御手段
   と、 前記電流制御用レーザダイオードの出力光を受光する受
   光素子のローレベル出力信号に基づき前記１，第２のバ
   イアス電流の値を制御するための第２の制御手段と、 を具備することを特徴とするレーザダイオード駆動回
   路。