JP2006100555A - 発光素子駆動回路および前置増幅回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体レーザなどの発光素子の発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、発光素子の高速動作が可能な発光素子駆動回路の提供。
【解決手段】この発明は、半導体レーザ11、レーザ駆動回路12、前置増幅回路13、バイアス電流回路15、モニタ回路16、基準電圧発生回路17、比較回路18の他に、補償回路14を備えている。この補償回路4は、前置増幅回路13の駆動電流を補償するものであり、定電流源回路から構成される。すなわち、その補償回路4は、前置増幅回路13を構成する可変電流源であるMOSトランジスタM15に並列に接続され、前置増幅回路13に所定の補償電流を供給するようになっている。
【選択図】 図1
【解決手段】この発明は、半導体レーザ11、レーザ駆動回路12、前置増幅回路13、バイアス電流回路15、モニタ回路16、基準電圧発生回路17、比較回路18の他に、補償回路14を備えている。この補償回路4は、前置増幅回路13の駆動電流を補償するものであり、定電流源回路から構成される。すなわち、その補償回路4は、前置増幅回路13を構成する可変電流源であるMOSトランジスタM15に並列に接続され、前置増幅回路13に所定の補償電流を供給するようになっている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体レーザなどの発光素子を駆動する発光素子駆動回路、およびその発光素子駆動回路に適用される前置増幅回路に関するものである。
そして、本発明は、特に、光通信用における半導体レーザをパルスで駆動する際に、その半導体レーザの発光信号のデューティ比を改善しながら高速動作が可能な発光素子駆動回路、およびその発光素子駆動回路に適用される前置増幅回路に関するものである。
そして、本発明は、特に、光通信用における半導体レーザをパルスで駆動する際に、その半導体レーザの発光信号のデューティ比を改善しながら高速動作が可能な発光素子駆動回路、およびその発光素子駆動回路に適用される前置増幅回路に関するものである。
一般に、半導体レーザのような発光素子は温度特性を持っている。このため、半導体レーザは、その周囲温度の変化によって光出力(発光強度)が大きく変化する(図5〜図7参照)。
図5は、低温T1、常温T2、および高温T3のうち、常温T2時における半導体レーザの駆動例を示す特性図(電流−光変換特性)である。図5において、横軸は半導体レーザへの注入電流(駆動電流)であり、縦軸はその光出力である。
図5は、低温T1、常温T2、および高温T3のうち、常温T2時における半導体レーザの駆動例を示す特性図(電流−光変換特性)である。図5において、横軸は半導体レーザへの注入電流(駆動電流)であり、縦軸はその光出力である。
常温時には、図5に示すように、その半導体レーザのしきい値電流はIth2である。このため、半導体レーザに供給されるバイアス電流は、そのしきい値電流Ith2と等しくなるように設定され、入力データに従った駆動電流(パルス電流)Ipが設定バイアス電流に重畳される。その結果、半導体レーザの光出力は図5に示すようになる。
ここで、HレベルとLレベルとが50:50のデューティ比を持つパルス電流がその半導体レーザに与えられると、図5のような高い消光比(Pmax/Pmin)を示し、かつ50:50のデューティ比を示す最大光出力Pmaxおよび最小光出力Pminが得られる。
ここで、HレベルとLレベルとが50:50のデューティ比を持つパルス電流がその半導体レーザに与えられると、図5のような高い消光比(Pmax/Pmin)を示し、かつ50:50のデューティ比を示す最大光出力Pmaxおよび最小光出力Pminが得られる。
図6は、高温T3時における半導体レーザの駆動例を示す特性図である。高温時には、図6に示すように、その半導体レーザのしきい値電流はIth3(>Ith2)へと変化し、かつ、変換効率は常温時に比べて低くなる。
その為、半導体レーザに常温時と同様のバイアス電流と駆動電流が与えられる場合には、図6の最大光出力Pmax3および最小光出力Pmin3のように、光出力Pの最大値が小さくなってしまい、消光比が劣化する。しかも、光出力Pのデューテイ比が大幅に劣化してしまう。
その為、半導体レーザに常温時と同様のバイアス電流と駆動電流が与えられる場合には、図6の最大光出力Pmax3および最小光出力Pmin3のように、光出力Pの最大値が小さくなってしまい、消光比が劣化する。しかも、光出力Pのデューテイ比が大幅に劣化してしまう。
図7は、低温T1時における半導体レーザの駆動例を示す特性図である。低温時には、図7に示すように、その半導体レーザのしきい値電流はIth1(<Ith2)へと変化し、かつ、変換効率は常温時に比べて高くなる。
ところが、半導体レーザに常温時と同様のバイアス電流と駆動電流が与えられる場合には、図7の最大光出力Pmax1および最小光出力Pmin1のように、光出力P自体が大きくなってしまい、消光比も増加する。
ところが、半導体レーザに常温時と同様のバイアス電流と駆動電流が与えられる場合には、図7の最大光出力Pmax1および最小光出力Pmin1のように、光出力P自体が大きくなってしまい、消光比も増加する。
そこで、半導体レーザでは、その周囲温度の変化にかかわらず、光出力Pおよび消光比が一定になるようにしないと、通信などに支障をきたす原因となる。このため、その不都合を解消するための半導体レーザの駆動回路として、図8および図9に示すAPC(Automatic Power Control)方式のものが知られている(例えば、特許文献1〜特許文献3参照)。
図8に示す従来回路は、半導体レーザ1、レーザ駆動回路2、前置増幅回路3、バイアス電流回路4、受光素子5を含むモニタ回路6、基準電圧発生回路7、比較回路8、および比較回路9からなる。
このような構成からなる従来回路では、半導体レーザ1が発生する光を受光素子5が受けて光-電気変換を行い、この光-電気変換に応じた信号がモニタ回路6から出力される。比較回路8は、モニタ回路6の出力を基準電圧発生回路7から出力される基準値と比較し、その比較結果に応じた信号を生成し、この生成信号によりバイアス電流回路4のバイアス電流が制御される。すなわち、図10に示す半導体レーザ1のしきい値電流が制御される。
このような構成からなる従来回路では、半導体レーザ1が発生する光を受光素子5が受けて光-電気変換を行い、この光-電気変換に応じた信号がモニタ回路6から出力される。比較回路8は、モニタ回路6の出力を基準電圧発生回路7から出力される基準値と比較し、その比較結果に応じた信号を生成し、この生成信号によりバイアス電流回路4のバイアス電流が制御される。すなわち、図10に示す半導体レーザ1のしきい値電流が制御される。
また、比較回路9は、モニタ回路6の出力を基準電圧発生回路7から出力される基準値と比較し、その比較結果に応じた信号を生成し、この生成信号によりレーザ駆動回路4の駆動電流(パルス電流)が制御される。
このような動作により、半導体レーザ1の周囲温度が変化してその特性が変化しても、その変化に応じて半導体レーザ1の駆動電流およびバイアス電流(しきい値電流)が制御され、その光出力Pは一定に制御される(図10参照)。
このような動作により、半導体レーザ1の周囲温度が変化してその特性が変化しても、その変化に応じて半導体レーザ1の駆動電流およびバイアス電流(しきい値電流)が制御され、その光出力Pは一定に制御される(図10参照)。
図9に示す半導体レーザの駆動回路は、図8に示す回路をMOSトランジスタを用いて具体化したものであり、図8に示す比較回路8、9が共通の比較回路10に置き換えられている点が異なる。
次に、半導体レーザの発光信号のデューティ比を改善するようにした半導体レーザの駆動回路として、図11および図12に示すものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
次に、半導体レーザの発光信号のデューティ比を改善するようにした半導体レーザの駆動回路として、図11および図12に示すものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
この従来回路は、図11に示すように、図8に示す半導体レーザの駆動回路の構成を基本とし、具体的には図12に示すような構成からなる。
図11および図12に示す従来回路と、図8および図9に示す従来回路との違いは、図示のように、比較回路9または比較回路10の出力信号を、レーザ駆動回路2の前段に設けた前置増幅回路3に供給するようにした点である。
図11および図12に示す従来回路と、図8および図9に示す従来回路との違いは、図示のように、比較回路9または比較回路10の出力信号を、レーザ駆動回路2の前段に設けた前置増幅回路3に供給するようにした点である。
図12に示す前置増幅回路3は、具体的には図13に示すような構成からなる。すなわち、前置増幅回路3は、図13に示すように、入力用の差動対のMOSトランジスタM1,M2と、可変電流源用のMOSトランジスタM3と、負荷抵抗R1,R2と、出力用のMOSトランジスタM4,M5と、負荷抵抗R3,R4とからなる。
このような構成からなる従来回路では、図12のレーザ駆動回路2の前段に設けた前置増幅回路3の出力信号を、図8の比較回路9また図12の比較回路10の出力信号、すなわちレーザ駆動回路2の駆動電流の大きさに応じて変更することができ、半導体レーザの発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図ることができる。
このような構成からなる従来回路では、図12のレーザ駆動回路2の前段に設けた前置増幅回路3の出力信号を、図8の比較回路9また図12の比較回路10の出力信号、すなわちレーザ駆動回路2の駆動電流の大きさに応じて変更することができ、半導体レーザの発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図ることができる。
しかし、半導体レーザ1の駆動電流が微小になったときには、これに応じて前置増幅回路3の駆動電流も小さくなり、前置増幅回路3には後段のレーザ駆動回路やバッファなどを構成するトランジスタをスイッチングさせるのに十分な電流が流れなくなる。この結果、前置増幅回路のスルーレートが小さくなり、例えば半導体レーザ1を通信に使用する場合には十分な高速性を保つことができないという知見を得た。
特開平10−303486号公報
特開平11−204870号公報
特開2004−96003号公報
そこで、本発明の第1の目的は、上記の知見に基づき、半導体レーザなどの発光素子の発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、発光素子の高速動作が可能な発光素子駆動回路を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、発光素子駆動回路に適用した場合に、上記の第1の目的を実現できる前置増幅回路を提供することにある。
また、本発明の第2の目的は、発光素子駆動回路に適用した場合に、上記の第1の目的を実現できる前置増幅回路を提供することにある。
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第1の発明は、光を発生する発光素子と、差動増幅器から構成され、前記発光素子に駆動電流を流すとともに、その駆動電流を制御可能な駆動回路と、前記駆動回路に供給すべき差動信号を差動増幅するとともに、自己の駆動電流を制御可能な前置増幅回路と、前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流回路と、前記発光素子の発光状態を検出し、その検出に応じた電気信号を生成するモニタ回路と、前記モニタ回路が生成する電気信号の大きさを基準値と比較し、この比較結果に応じた信号を前記駆動回路、前記前置増幅回路、および前記バイアス電流回路に制御信号としてそれぞれ供給する比較回路と前記前置増幅回路の駆動電流を補償する補償回路と、を備えている。
すなわち、第1の発明は、光を発生する発光素子と、差動増幅器から構成され、前記発光素子に駆動電流を流すとともに、その駆動電流を制御可能な駆動回路と、前記駆動回路に供給すべき差動信号を差動増幅するとともに、自己の駆動電流を制御可能な前置増幅回路と、前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流回路と、前記発光素子の発光状態を検出し、その検出に応じた電気信号を生成するモニタ回路と、前記モニタ回路が生成する電気信号の大きさを基準値と比較し、この比較結果に応じた信号を前記駆動回路、前記前置増幅回路、および前記バイアス電流回路に制御信号としてそれぞれ供給する比較回路と前記前置増幅回路の駆動電流を補償する補償回路と、を備えている。
第2の発明は、第1の発明において、前記前置増幅回路は、差動信号を入力する差動対のトランジスタと、前記差動対のトランジスタに直列に接続され、前記比較回路からの出力信号に従って前記差動対のトランジスタに流れる電流を制御する可変電流源とを含み、前記補償回路は、前記可変電流源に並列に接続され、前記差動対のトランジスタに所定の補償電流を供給するようになっている。
第3の発明は、第1または第2の発明において、前記補償回路は、定電流源または定抵抗から構成される。
第4の発明は、第1から第3のうちのいずれかの発明において、前記前置増幅回路は、MOSトランジスタから構成される。
第5の発明は、発光素子駆動回路に使用される前置増幅回路であって、前記前置増幅回路は、差動信号を入力する差動対のトランジスタと、前記差動対のトランジスタに直列に接続され、外部からの制御信号に従って前記差動対のトランジスタに流れる電流を制御する可変電流源と、前記可変電流源に並列に接続され、前記差動対のトランジスタに所定の補償電流を供給する補償回路と、を含んだものである。
第4の発明は、第1から第3のうちのいずれかの発明において、前記前置増幅回路は、MOSトランジスタから構成される。
第5の発明は、発光素子駆動回路に使用される前置増幅回路であって、前記前置増幅回路は、差動信号を入力する差動対のトランジスタと、前記差動対のトランジスタに直列に接続され、外部からの制御信号に従って前記差動対のトランジスタに流れる電流を制御する可変電流源と、前記可変電流源に並列に接続され、前記差動対のトランジスタに所定の補償電流を供給する補償回路と、を含んだものである。
第6の発明は、第5の発明において、前記補償回路は、定電流源または定抵抗から構成される。
以上のような構成からなる本発明の発光素子駆動回路によれば、半導体レーザなどの発光素子の発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、その発光素子の高速動作が可能となる。
以上のような構成からなる本発明の発光素子駆動回路によれば、半導体レーザなどの発光素子の発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、その発光素子の高速動作が可能となる。
また、本発明の前置増幅回路によれば、発光素子駆動回路に適用した場合に、半導体レーザなどの発光素子の発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、その発光素子の高速動作に寄与できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本発明の発光素子駆動回路および前置増幅回路の各実施形態の構成について、図1および図2を参照して説明する。
図1は、本発明の発光素子駆動回路の実施形態の構成を示す回路図である。この実施形態に係る発光素子駆動回路は、半導体レーザ(レーザダイオード)11と、レーザ駆動回路12と、前置増幅回路13と、補償回路14と、バイアス電流回路15と、モニタ回路16と、基準電圧発生回路17と、比較回路18とを備えている。
本発明の発光素子駆動回路および前置増幅回路の各実施形態の構成について、図1および図2を参照して説明する。
図1は、本発明の発光素子駆動回路の実施形態の構成を示す回路図である。この実施形態に係る発光素子駆動回路は、半導体レーザ(レーザダイオード)11と、レーザ駆動回路12と、前置増幅回路13と、補償回路14と、バイアス電流回路15と、モニタ回路16と、基準電圧発生回路17と、比較回路18とを備えている。
半導体レーザ11は、光信号を発生する発光素子であって、例えば通信などに使用される発光素子である。この半導体レーザ11は、その一端側が正の電源に接続され、その他端側がバイアス電流回路15に直接接続されるとともに、コンデンサC11を介してレーザ駆動回路12の出力端子と接続されている。
レーザ駆動回路12は、差動増幅器から構成され、半導体レーザ11に駆動電流(例えば、通信に応じたパルス電流)を流すとともに、その駆動電流の大きさが制御可能に構成される。
レーザ駆動回路12は、差動増幅器から構成され、半導体レーザ11に駆動電流(例えば、通信に応じたパルス電流)を流すとともに、その駆動電流の大きさが制御可能に構成される。
このために、レーザ駆動回路12は、図1に示すように、差動対からなるN型のMOSトランジスタM11,M12と、可変電流源としてのN型のMOSトランジスタM13と、MOSトランジスタM11,M12の負荷となる負荷抵抗R11,R12とからなり、これらが差動増幅器を形成している。
さらに詳述すると、MOSトランジスタM11,M12は、その各ゲートに前段の前置増幅回路13からの非反転出力信号および反転出力信号が入力されるようになっている。MOSトランジスタM11,M12の各ソースは共通接続され、その共通接続部がMOSトランジスタM13を介して接地されている。また、MOSトランジスタM11,M12の各ドレインは、対応する負荷抵抗R11,R12を介して正の電源に接続されている。さらに、MOSトランジスタM13のゲートは、比較回路18の出力信号が供給されるように比較回路18の出力端子に接続されている。
さらに詳述すると、MOSトランジスタM11,M12は、その各ゲートに前段の前置増幅回路13からの非反転出力信号および反転出力信号が入力されるようになっている。MOSトランジスタM11,M12の各ソースは共通接続され、その共通接続部がMOSトランジスタM13を介して接地されている。また、MOSトランジスタM11,M12の各ドレインは、対応する負荷抵抗R11,R12を介して正の電源に接続されている。さらに、MOSトランジスタM13のゲートは、比較回路18の出力信号が供給されるように比較回路18の出力端子に接続されている。
前置増幅回路13は、レーザ駆動回路12に供給すべき差動信号を増幅するとともに、自己の駆動電流を制御できるようになっている。すなわち、前置増幅回路13は、図2に示すように、外部から自己の駆動電流が制御可能な差動増幅器131と、ソースフォロワからなるバッファ回路132、133とから構成される。
差動増幅器131は、図2に示すように、差動対からなるN型のMOSトランジスタM21,M22と、可変電流源としてのN型のMOSトランジスタM15と、MOSトランジスタM21,M22の負荷となる負荷抵抗R21,R22とからなる。
差動増幅器131は、図2に示すように、差動対からなるN型のMOSトランジスタM21,M22と、可変電流源としてのN型のMOSトランジスタM15と、MOSトランジスタM21,M22の負荷となる負荷抵抗R21,R22とからなる。
さらに詳述すると、MOSトランジスタM21,M22は、その各ゲートに所定の非反転入力信号および反転入力信号が入力されるようになっている。MOSトランジスタM21,M22の各ソースは共通接続され、その共通接続部がMOSトランジスタM15を介して接地されている。また、MOSトランジスタM21,M22の各ドレインは、対応する負荷抵抗R21,R22を介して正の電源に接続されている。さらに、MOSトランジスタM15のゲートは、比較回路18の出力信号が供給されるようにその出力端子に接続されている。
補償回路14は、前置増幅回路13の駆動電流(動作電流)を補償するために、前置増幅回路13の動作中に所定の補償電流を供給する回路である。すなわち、補償回路14は、図1および図2に示すような定電流回路からなり、可変定電流源であるMOSトランジスタM15に並列に接続されている。
さらに詳述すると、補償回路14は、図2に示すように、MOSトランジスタM15に並列に接続されるN型のMOSトランジスタM16と、このMOSトランジスタM16のゲートに固定のバイアス電圧を供給する定電圧源141とからなり、これらが定電流源回路を構成している。
さらに詳述すると、補償回路14は、図2に示すように、MOSトランジスタM15に並列に接続されるN型のMOSトランジスタM16と、このMOSトランジスタM16のゲートに固定のバイアス電圧を供給する定電圧源141とからなり、これらが定電流源回路を構成している。
ここで、定電圧源141は、生成するバイアス電圧が温度依存性がないものが好ましく、また、そのバイアス電圧が可変できる上に任意の値に設定できる可変型の定電圧源に代えるようにしても良い。
バッファ回路132は、N型のMOSトランジスタM23と負荷抵抗R23とからなり、これらでソースフォロワを構成している。また、バッファ回路133は、N型のMOSトランジスタM24と負荷抵抗R24とからなり、これらでソースフォロワを構成している。
バッファ回路132は、N型のMOSトランジスタM23と負荷抵抗R23とからなり、これらでソースフォロワを構成している。また、バッファ回路133は、N型のMOSトランジスタM24と負荷抵抗R24とからなり、これらでソースフォロワを構成している。
さらに詳述すると、図2に示すように、MOSトランジスタM23と負荷抵抗R23とは直列に接続され、その一端側が正の電源に接続され、その他端側が接地され、その共通接続部がレーザ駆動回路12のMOSトランジスタM11のゲートに接続されている。また、MOSトランジスタ23のゲートは、MOSトランジスタM21のドレインに接続されている。
MOSトランジスタM24と負荷抵抗R24とは直列に接続され、その一端側が正の電源に接続され、その他端側が接地され、その共通接続部がレーザ駆動回路12のMOSトランジスタM12のゲートに接続されている。また、MOSトランジスタM24のゲートは、MOSトランジスタM22のドレインに接続されている。
図1のバイアス電流回路15は、半導体レーザ11に供給するバイアス電流を生成するとともに、そのバイアス電流が制御可能な回路である。このため、バイアス電流回路15は、N型のMOSトランジスタM14から構成され、そのゲート電圧が比較回路18の出力信号によって制御されるようになっている。さらに詳述すると、MOSトランジスタM14は、ゲートが比較回路18の出力端子に接続され、ドレインが半導体レーザ11に接続され、ソースが接地されている。
図1のバイアス電流回路15は、半導体レーザ11に供給するバイアス電流を生成するとともに、そのバイアス電流が制御可能な回路である。このため、バイアス電流回路15は、N型のMOSトランジスタM14から構成され、そのゲート電圧が比較回路18の出力信号によって制御されるようになっている。さらに詳述すると、MOSトランジスタM14は、ゲートが比較回路18の出力端子に接続され、ドレインが半導体レーザ11に接続され、ソースが接地されている。
モニタ回路16は、半導体レーザ1の発光状態を監視し、その発光量に応じた電気信号を生成するための回路である。このため、モニタ回路16は、半導体レーザ1が発生する光信号を受け、この受けた光信号に応じた電流を生成する受光素子161と、この受光素子161により生成される電流に応じた電圧を生成する抵抗R13とからなる。さらに詳述すると、受光素子161と抵抗R13とが直列に接続され、その一端側が正の電源に接続され、その他端側が接地され、かつその共通接続部が比較回路18の−入力端子に接続されている。
基準電圧発生回路17は、比較回路18に供給するための基準電圧Vrefを発生する回路であり、温度変化にかかわらず所定の電圧を発生するようになっている。
比較回路18は、モニタ回路16で得られる電圧を基準電圧Vrefと比較し、その比較結果に応じた出力信号を生成して出力する回路である。この比較回路18の出力信号は、図1に示すように、前置増幅回路13のMOSトランジスタM15、レーザ駆動回路12のMOSトランジスタM13、およびバイアス電流回路15のMOSトランジスタM14の各ゲートに供給されるようになっている。
比較回路18は、モニタ回路16で得られる電圧を基準電圧Vrefと比較し、その比較結果に応じた出力信号を生成して出力する回路である。この比較回路18の出力信号は、図1に示すように、前置増幅回路13のMOSトランジスタM15、レーザ駆動回路12のMOSトランジスタM13、およびバイアス電流回路15のMOSトランジスタM14の各ゲートに供給されるようになっている。
次に、このような構成からなる実施形態の動作について、図1、図2などを参照して説明する。
いま、半導体レーザ1が発光しているものとすると、モニタ回路16は、半導体レーザ1の発光状態を監視し、その発光量に応じた電圧を抵抗R13の両端に発生させる。比較回路18は、モニタ回路16で得られる電圧を基準電圧Vrefと比較し、その比較結果に応じた出力信号を生成する。
いま、半導体レーザ1が発光しているものとすると、モニタ回路16は、半導体レーザ1の発光状態を監視し、その発光量に応じた電圧を抵抗R13の両端に発生させる。比較回路18は、モニタ回路16で得られる電圧を基準電圧Vrefと比較し、その比較結果に応じた出力信号を生成する。
この比較回路18の出力信号は、前置増幅回路13のMOSトランジスタM15、レーザ駆動回路12のMOSトランジスタM13、およびバイアス電流回路15のMOSトランジスタM14の各ゲートに供給される。
この結果、比較回路18の出力信号の大小に応じて、前置増幅回路13の動作電流(駆動電流)、レーザ駆動回路12の駆動電流、およびバイアス電流回路15のバイアス電流がそれぞれ変化するので、半導体レーザ11からの光出力は、その周囲温度が変化しても一定に制御される。
この結果、比較回路18の出力信号の大小に応じて、前置増幅回路13の動作電流(駆動電流)、レーザ駆動回路12の駆動電流、およびバイアス電流回路15のバイアス電流がそれぞれ変化するので、半導体レーザ11からの光出力は、その周囲温度が変化しても一定に制御される。
このような制御により、この実施形態では、前置増幅回路13の駆動電流の大小にかかわらず、その前置増幅回路13からの出力信号のデューティ比やリンギングを改善することができる。
次に、図2に示す前置増幅回路13の動作の詳細について説明する。
まず、図2において、補償回路14を備えていない場合を想定して説明する。この場合に、前置増幅回路13の駆動電流、すなわち差動増幅器131の駆動電流Iは、上記のようにMOSトランジスタM15のゲートに印加されるバイアス電圧で制御される。しかし、その駆動電流が小さくなりすぎると、差動対を構成するMOSトランジスタM21,M22には、バッファ回路132、133を構成するMOSトランジスタM23,M24をスイッチングさせるための十分な駆動電流が与えられなくなる。
次に、図2に示す前置増幅回路13の動作の詳細について説明する。
まず、図2において、補償回路14を備えていない場合を想定して説明する。この場合に、前置増幅回路13の駆動電流、すなわち差動増幅器131の駆動電流Iは、上記のようにMOSトランジスタM15のゲートに印加されるバイアス電圧で制御される。しかし、その駆動電流が小さくなりすぎると、差動対を構成するMOSトランジスタM21,M22には、バッファ回路132、133を構成するMOSトランジスタM23,M24をスイッチングさせるための十分な駆動電流が与えられなくなる。
ここで、MOSトランジスタM21,M22のゲートを容量成分とみなしたときに、その容量値をCpとすると、MOSトランジスタM23,M24のスイッチング速度を決める差動増幅器131(前置増幅回路13)のスルーレートSRは、次の(1)式のようになる。
SR=I/Cp・・・(1)
(1)式によれば、前置増幅回路13のスルーレートSRは、差動増幅器131の駆動電流Iが小さくなるとそれに応じて小さくなる。このため、例えば、この実施形態を通信に使用する場合には、差動増幅器131の出力波形における立上がり時間の例とすると図3の実線で示す程度のものが要求される。しかし、差動増幅器131の駆動電流Iが小さくなると、その出力はスルーレートSRの低下により図3の破線で示すような波形なる。したがって、この実施形態を通信に使用する場合には、十分な高速性を保つことができなくなる。
SR=I/Cp・・・(1)
(1)式によれば、前置増幅回路13のスルーレートSRは、差動増幅器131の駆動電流Iが小さくなるとそれに応じて小さくなる。このため、例えば、この実施形態を通信に使用する場合には、差動増幅器131の出力波形における立上がり時間の例とすると図3の実線で示す程度のものが要求される。しかし、差動増幅器131の駆動電流Iが小さくなると、その出力はスルーレートSRの低下により図3の破線で示すような波形なる。したがって、この実施形態を通信に使用する場合には、十分な高速性を保つことができなくなる。
しかし、この実施形態では、図2に示すように、MOSトランジスタM15に並列に接続される補償回路14を備えている。そして、補償回路14は、半導体レーザ11の発光強度の有無にかかわらず、補償電流IAを前置増幅回路13に供給するようにしているので、前置増幅回路13は、高速通信ができるようにするために必要なスルーレートを実現できる。
次に、この実施形態の前置増幅回路13の出力信号のシミュレーションの結果の一例を図4(A)に示す。また、図9の従来回路の前置増幅回路3の出力信号のシミュレーションの結果の一例を図4(B)に示す。さらに、図12の従来回路の前置増幅回路3の出力信号のシミュレーションの結果の一例を図4(C)に示す。
これらの結果を検討すると、まず、図4(B)に示す図9の従来回路の場合には、図4(A)に比べて、デューティ比がずれていることがわかる。また、図4(C)に示す図12の従来回路の場合には、デューティ比は改善されるが、図4(A)に比べて立ち上がり/立ち下がり時間が長くなり、高速化ができないといえる。
これらの結果を検討すると、まず、図4(B)に示す図9の従来回路の場合には、図4(A)に比べて、デューティ比がずれていることがわかる。また、図4(C)に示す図12の従来回路の場合には、デューティ比は改善されるが、図4(A)に比べて立ち上がり/立ち下がり時間が長くなり、高速化ができないといえる。
これに対して、実施形態では、図4(A)に示すように半導体レーザを駆動する信号のデューティ比が改善される上に、立ち上がり/立ち下がり時間が短くて、高速動作も可能となっている。
以上説明したように、この実施形態によれば、半導体レーザの発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、半導体レーザなどの高速動作が可能な発光素子駆動回路が得られる。
以上説明したように、この実施形態によれば、半導体レーザの発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、半導体レーザなどの高速動作が可能な発光素子駆動回路が得られる。
また、図2に示す前置増幅回路は、図1に示す発光素子駆動回路に適用した場合に、半導体レーザの発光信号のデューティ比やリンギングの改善を図りつつ、半導体レーザなどの高速動作に寄与できる。
なお、図2に示す本発明に係る前置増幅回路は、半導体レーザを駆動するためのレーザ駆動回路2の前段の回路として説明したが、これに代えて、レーザ駆動回路2のように高速駆動される他の駆動回路の前段の回路と組み合わせて使用できる。
なお、図2に示す本発明に係る前置増幅回路は、半導体レーザを駆動するためのレーザ駆動回路2の前段の回路として説明したが、これに代えて、レーザ駆動回路2のように高速駆動される他の駆動回路の前段の回路と組み合わせて使用できる。
11・・・半導体レーザ、12・・・レーザ駆動回路、13・・・前置増幅回路、14・・・補償回路、15・・・バイアス電流回路、16・・・モニタ回路、17・・・基準電圧発生回路17、18・・・比較回路。
Claims (6)
- 光を発生する発光素子と、
差動増幅器から構成され、前記発光素子に駆動電流を流すとともに、その駆動電流を制御可能な駆動回路と、
前記駆動回路に供給すべき差動信号を差動増幅するとともに、自己の駆動電流を制御可能な前置増幅回路と、
前記発光素子にバイアス電流を供給するバイアス電流回路と、
前記発光素子の発光状態を検出し、その検出に応じた電気信号を生成するモニタ回路と、
前記モニタ回路が生成する電気信号の大きさを基準値と比較し、この比較結果に応じた信号を前記駆動回路、前記前置増幅回路、および前記バイアス電流回路に制御信号としてそれぞれ供給する比較回路と、
前記前置増幅回路の駆動電流を補償する補償回路と、
を備えていることを特徴とする発光素子駆動回路。 - 前記前置増幅回路は、差動信号を入力する差動対のトランジスタと、前記差動対のトランジスタに直列に接続され、前記比較回路からの出力信号に従って前記差動対のトランジスタに流れる電流を制御する可変電流源とを含み、
前記補償回路は、前記可変電流源に並列に接続され、前記差動対のトランジスタに所定の補償電流を供給するようになっていることを特徴とする請求項1に記載の発光素子駆動回路。 - 前記補償回路は、定電流源または定抵抗から構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光素子駆動回路。
- 前記前置増幅回路は、MOSトランジスタから構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちのいずれか1の請求項に記載の発光素子駆動回路。
- 発光素子駆動回路に使用される前置増幅回路であって、
前記前置増幅回路は、
差動信号を入力する差動対のトランジスタと、
前記差動対のトランジスタに直列に接続され、外部からの制御信号に従って前記差動対のトランジスタに流れる電流を制御する可変電流源と、
前記可変電流源に並列に接続され、前記差動対のトランジスタに所定の補償電流を供給する補償回路と、
を含むことを特徴とする前置増幅回路。 - 前記補償回路は、定電流源または定抵抗から構成されることを特徴とする請求項5に記載の前置増幅回路。
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JP2004284705A JP2006100555A (ja) | 2004-09-29 | 2004-09-29 | 発光素子駆動回路および前置増幅回路 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN104218448A (zh) * | 2014-09-17 | 2014-12-17 | 威海北洋光电信息技术股份公司 | 一种大功率半导体激光管脉冲驱动电路 |
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CN112436378A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-03-02 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种激光器驱动电流扩流系统 |
-
2004
- 2004-09-29 JP JP2004284705A patent/JP2006100555A/ja active Pending
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