JP2008005161A - 発光ダイオード駆動回路、それを備えた光送信デバイス、並びに光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧が変動してメイン入力スレッシュ電圧が変動しても、高精度な光信号の伝送が行える発光ダイオード駆動回路を実現する。
【解決手段】本発明に係る発光ダイオード駆動回路３に備えられる、変動するメイン入力スレッシュ電圧に基づいて電気信号の波形整形を行うメイン入力バッファ部６を有する入力バッファ回路４は、サブ入力バッファ部１５を備えている。サブ入力バッファ部１５は、変動しないサブ入力スレッシュ電圧に基づいて、外部から与えられる電気信号の波形整形を行い、該波形整形後の電気信号を、メイン入力バッファ部６に入力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気信号を光信号に変換して伝送する光ファイバリンクに好適に用いられる発光ダイオード駆動回路、それを備えた光送信デバイス、並びに光伝送装置に関するものである。

光ファイバリンクは、送信側で電気信号を光信号に変換して光ファイバにより受信側に伝送し、該受信側では受信した上記光信号を電気信号に再変換することで、音声信号や映像信号等の信号を手軽に高速伝送できる。この光ファイバリンクは、デジタル機器の普及に伴って、近年、一般家庭でも広く普及している。

また、近年、自動車へのデジタル機器の搭載も増え、車載デジタル機器間の制御信号、デジタル信号の伝送に光ファイバリンクが採用されている。その理由としては、従来は、車載デジタル機器間の各種信号の伝送をメタルケーブルで行っていたが、上述のような車載デジタル機器の増加に伴い車両の重量が増加し、燃費の低下を招いてしまうことから、軽量化を目的として、比較的軽量なプラスチックファイバが採用されている。

車載デジタル機器は、伝送する信号が従来の音声のみならず、映像といった大量の情報を伝送する用途への採用が広がり、これに伴い光ファイバリンクには、ますます高速化が求められている。このため、伝送する光信号の精度向上が求められている。

また、車載デジタル機器は、その使用環境が従来の民生用機器よりも厳しい。特に、電源電圧に関しては、車載電装機器の動作の影響を受け、大きな変動がある。このため、光ファイバリンクには、電源電圧の変動にも耐えうる光信号の伝送も求められている。

図５は、従来の光ファイバリンク用光送信デバイス１０１（以下、単に、光送信デバイス１０１と記載）の構成例、および該光送信デバイス１０１と、光送信デバイス１０１へ電気信号を供給するコントローラ１１０との接続例を示している。

光送信デバイス１０１は、発光ダイオード１０２と、該発光ダイオード１０２を駆動する発光ダイオード駆動回路１０３とを備えている。コントローラ１１０の電源電圧は、低消費電力化のために３Ｖ化されつつある（ここでは、３Ｖとする）。コントローラ１１０の出力回路は、略ＭＯＳトランジスタで構成されたゲート出力回路となっているため、コントローラ１１０の出力信号（上記電気信号）の振幅は、０Ｖから３Ｖとなる。

発光ダイオード駆動回路１０３は、入力スレッシュ電圧（メイン入力スレッシュ電圧）に基づいて、コントローラ１１０により与えられた電気信号の波形整形を行う（電気信号をハイとローとの２レベルからなる電気信号に変換する）メイン入力バッファ部１０６を有する入力バッファ回路１０４と、該入力バッファ回路１０４の出力信号（上記２レベルの電気信号）により発光ダイオード１０２を駆動する駆動回路１０５とを備えている。

コントローラ１１０から光送信デバイス１０１に入力された電気信号は、発光ダイオード駆動回路１０３における入力バッファ回路１０４で波形整形され、その後駆動回路１０５に入力され、発光ダイオード１０２を駆動することとなる。このような光送信デバイスおよび発光ダイオード駆動回路については、例えば特許文献１および２に記載されている。

図６は、入力バッファ回路１０４の具体的な構成例を示している。

メイン入力バッファ部１０６は、図示のように、ゲート回路の機能を有する、Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱＰ１（以下、単に、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１と記載）とＮチャンネル型ＭＯＳトランジスＱＮ１（以下、単に、ＮＭＯＳトランジスＱＮ１と記載）とから構成されるインバータを有している。

ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１のソースは電源に接続され、ＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のソースはＧＮＤに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＱＮ１の各ゲートは互いに接続され、共通に光送信デバイス１０１の入力端子Ｖｉｎに接続されている。また、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＱＮ１の各ドレインは互いに接続され、共通に駆動回路１０５へと接続されている。

入力スレッシュ電圧は、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のゲート幅の比を変えて調整される。ＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のゲート幅を相対的に大きくすると入力スレッシュ電圧は低下し、小さくすると入力スレッシュ電圧は高くなる。ここでは、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１のゲート幅をＬ／Ｗ＝０．８μｍ／１０μｍ、ＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のゲート幅をＬ／Ｗ＝０．８μｍ／３６μｍとし、電源電圧Ｖｃｃが５Ｖで、入力スレッシュ電圧が１．５Ｖになる様に構成している。
特開２０００−４２０２号公報（２０００年１月７日公開） 特開２００６−１３１６６号公報（２００６年１月１２日公開）

ところで、上述のように、入力スレッシュ電圧は、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のゲート幅の比を調整して設定される。従って、電源電圧Ｖｃｃが変動すると、その変動比に比例して入力スレッシュ電圧も変動する。

ここで、コントローラ１１０から与えられる電気信号の立上り時間および立下り時間が十分短くない場合に、上述のような電源電圧Ｖｃｃの変動による入力スレッシュ電圧の変動が生じると、入力バッファ回路１０４においてコントローラ１１０から与えられる電気信号を判別する時間に誤差が発生、入力バッファ回路１０４の出力信号にパルス幅歪が発生する。この現象について、以下、図６および表１を用いて詳細に説明する。

表１は、電源電圧Ｖｃｃの変動による入力スレッシュ電圧の変動を示している。表１に示すように、電源電圧Ｖｃｃが５．００Ｖの場合を基準として±５％変動すると入力スレッシュ電圧も±５％変動する。

図７は、光送信デバイス１０１の入力信号波形（コントローラ１１０から供給される電気信号）と入力スレッシュ電圧との関係を示している。なお、図７（ａ）は、電源電圧Ｖｃｃが５．００Ｖの場合を、図７（ｂ）は、電源電圧Ｖｃｃが５．２５Ｖの場合を、図７（ｃ）は、電源電圧Ｖｃｃが４．７５Ｖの場合をそれぞれ示している。

図７（ａ）においては、入力信号の振幅電圧の５０％の電圧値（入力信号のパルス幅を規定する電圧値）（１．５Ｖ）と入力スレッシュ電圧（１．５Ｖ）とが一致しており、入力バッファ回路１０４の出力信号にパルス幅歪が発生しない。

図７（ｂ）においては、電源電圧Ｖｃｃが５．２５Ｖへ変動したため、表１に示すように、入力スレッシュ電圧が１．５７５Ｖとなる。入力信号の振幅電圧の５０％の電圧値は１．５Ｖであるため、入力スレッシュ電圧との齟齬が発生する。このため、入力バッファ回路１０４の出力信号にパルス幅歪が発生する。図７（ｃ）においては、電源電圧Ｖｃｃが４．７５Ｖへ変動したため、表１に示すように、入力スレッシュ電圧が１．４２５Ｖとなる。入力信号の振幅電圧の５０％の電圧値は１．５Ｖであるため、入力スレッシュ電圧との齟齬が発生する。このため、入力バッファ回路１０４の出力信号にパルス幅歪が発生する。

以上のように、従来の入力バッファ回路１０４では、電源電圧Ｖｃｃの変動に連動して入力スレッシュ電圧が変動し、これに伴い出力信号にパルス幅歪が発生していた。上述のように、駆動回路１０５は、入力バッファ回路１０４の出力信号に基づいて発光ダイオード１０２を駆動する。このため、高精度な光信号の伝送が行えないという問題を生じていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電源電圧が変動して入力スレッシュ電圧（メイン入力スレッシュ電圧）が変動しても、高精度な光信号の伝送が行える発光ダイオード駆動回路、それを備えた光送信デバイス、並びに光伝送装置を実現することにある。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路は、メイン入力スレッシュ電圧に基づいて、外部から与えられる電気信号の波形整形を行うメイン入力バッファ部を有する入力バッファ回路と、上記入力バッファ回路の出力信号により発光ダイオードを駆動し、光信号を生成する駆動回路とを備えている発光ダイオード駆動回路において、上記課題を解決するために、上記入力バッファ回路は、変動しないサブ入力スレッシュ電圧に基づいて上記電気信号の波形整形を行い、該波形整形後の電気信号を上記メイン入力バッファ部に入力するサブ入力バッファ部を備えたことを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る発光ダイオード駆動回路の入力バッファ回路は、外部から与えられる電気信号を、サブ入力バッファ部にて、変動しないサブ入力スレッシュ電圧に基づいて波形整形し、上記電気信号の立上り時間および立下り時間を十分小さくした後に、メイン入力バッファ部に入力している。従って、上記メイン入力バッファ部のメイン入力スレッシュ電圧が変動しても、上記メイン入力バッファ部の出力信号にパルス幅歪が生じない。駆動回路は、パルス幅歪が生じない、上記入力バッファ回路の出力信号に基づいて光信号を生成するため、電源電圧が変動してメイン入力スレッシュ電圧が変動しても、高精度な光信号の伝送が行える発光ダイオード駆動回路を実現できるという効果を奏する。

なお、上記サブ入力スレッシュ電圧は、後述の基準電圧源により生成される。この基準電圧源は、例えば、バンドギャップ電圧を使用した定電圧回路により構成される定電流源と抵抗とで構成される。従って、上記サブ入力スレッシュ電圧は、変動しない電圧となる。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路の上記サブ入力バッファ部は、上記サブ入力スレッシュ電圧である定電圧を出力する基準電圧源と、上記電気信号と上記サブ入力スレッシュ電圧とを比較することにより、上記電気信号の波形整形を行うコンパレータとを有することが好ましい。

上記の構成によれば、上記サブ入力バッファ部は、基準電圧源とコンパレータという、簡素な構成で実現できる。これにより、上記発光ダイオード駆動回路は、上記効果に加えて、小型化に有利であるという効果も奏する。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路は、モノリシック集積回路で構成されていることが好ましい。これにより、上記発光ダイオード駆動回路は、小型化、省スペース化に有利であるという効果を奏する。

本発明に係る光送信デバイスは、上記発光ダイオード駆動回路を備えていることを特徴としている。また、本発明に係る光伝送装置は、上記光送信デバイスを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る光送信デバイスは、上記発光ダイオード駆動回路を備えている。また、上記の構成によれば、本発明に係る光伝送装置は、上記光送信デバイスを備えている。これにより、上記光送信デバイスおよび上記光伝送装置は、それぞれ、小型化が可能で、高精度な光信号の伝送が行えるという効果を奏する。

本発明に係る発光ダイオード駆動回路に備えられる、変動するメイン入力スレッシュ電圧に基づいて電気信号の波形整形を行うメイン入力バッファ部を有する入力バッファ回路は、サブ入力バッファ部を備えたことを特徴としている。該サブ入力バッファ部は、変動しないサブ入力スレッシュ電圧に基づいて外部から与えられる電気信号の波形整形を行い、該波形整形後の電気信号を、上記メイン入力バッファ部に入力する。これにより、電源電圧が変動してメイン入力スレッシュ電圧が変動しても、高精度な光信号の伝送が行える発光ダイオード駆動回路を実現できるという効果を奏する。

本発明に係る一実施形態について、図１〜図４に基づいて説明すると以下の通りである。

図１は、本実施形態に係る光ファイバリンク用光送信デバイス１（以下、単に、光送信デバイス１と記載）の構成例、および該光送信デバイス１と、光送信デバイス１へ電気信号を供給するコントローラ２０との接続例を示している。なお、コントローラ２０の構成は、従来のコントローラ１１０と同一である。従って、コントローラ２０の出力信号の振幅は、０Ｖから３Ｖとなる。

光送信デバイス１は、発光ダイオード２と、該発光ダイオード２を駆動する発光ダイオード駆動回路３とを備えている。

発光ダイオード駆動回路３は、入力スレッシュ電圧に基づいて、コントローラ２０より与えられた電気信号の波形整形を行う入力バッファ回路４と、該入力バッファ回路４の出力信号によって発光ダイオード２を駆動し、コントローラ２０より与えられた電気信号に基づく光信号を生成する駆動回路５とを備えている。

コントローラ２０から光送信デバイス１に入力された電気信号は、発光ダイオード駆動回路３における入力バッファ回路４で波形整形され、その後駆動回路５に入力され、発光ダイオード２を駆動することとなる。

図２は、入力バッファ回路４の具体的な構成例を示している。

入力バッファ回路４は、サブ入力スレッシュ電圧に基づいて、コントローラ２０より与えられた電気信号の波形整形を行うサブ入力バッファ部１５と、メイン入力スレッシュ電圧に基づいて、サブ入力バッファ部１５の出力信号の波形整形を行うメイン入力バッファ部６とを備えている。

メイン入力バッファ部６は、図示のように、ゲート回路の機能を有する、Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱＰ１（以下、単に、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１と記載）とＮチャンネル型ＭＯＳトランジスＱＮ１（以下、単に、ＮＭＯＳトランジスＱＮ１と記載）とから構成されるインバータを有している。

ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１のソースは電源に接続され、ＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のソースはＧＮＤに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＱＮ１の各ゲートは互いに接続され、メイン入力バッファ部６の入力端子を構成している。また、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＱＮ１の各ドレインは互いに接続され、メイン入力バッファ部６の出力端子を構成し、駆動回路５へと接続されている。ここでは、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１のゲート幅をＬ／Ｗ＝０．８μｍ／１０μｍ、ＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のゲート幅をＬ／Ｗ＝０．８μｍ／６μｍとし、メイン入力スレッシュ電圧が１．５Ｖになるように構成している。しかしながら、メイン入力スレッシュ電圧は、上記従来技術で述べたように、電源電圧Ｖｃｃの変動に応じて変動してしまう。

サブ入力バッファ部１５は、図示のように、サブ入力スレッシュ電圧である定電圧を出力する基準電圧源８と、コントローラ２０より与えられる電気信号とサブ入力スレッシュ電圧とを比較することにより、上記電気信号の波形整形を行うコンパレータ７とで構成されている。コンパレータ７の非反転入力端子は、光送信デバイス１の入力端子Ｖｉｎに接続され、反転入力端子は、基準電圧源８に接続されている。そして、コンパレータ７の出力端子は、メイン入力バッファ部６の入力端子に接続されている。コンパレータ７の出力は、立上り時間および立下り時間が十分短く設定されている。

図３は、基準電圧源８の具体的な構成例を示している。

基準電圧源８は、図示のように、定電流源９と抵抗Ｒ１とで構成されている。定電流源９は、電源とコンパレータ７の反転入力端子との間に接続され、抵抗Ｒ１は、コンパレータ７の反転入力端子とＧＮＤとの間に接続されている。定電流源９の出力電流Ｉ１を１．５ｍＡ、抵抗Ｒ１の抵抗値を１ＫΩとし、コンパレータ７の反転入力端子に印加される電圧（サブ入力スレッシュ電圧）を１．５Ｖとしている。

図４は、定電流源９の具体的な構成例を示している。

定電流源９は、バンドギャップ電圧ＶＢＧを使用した定電圧回路１０、抵抗Ｒ１５、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ５（以下、単に、トランジスタＱ５と記載）、およびＰチャンネル型ＭＯＳトランジスタＱＰ１１〜ＱＰ１２（以下、単に、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１１、ＱＰ１２と記載）により構成されている。定電圧回路１０は、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４およびＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ１〜Ｑ４（以下、単に、トランジスタＱ１〜Ｑ４と記載）により構成されている。

トランジスタＱ２は、トランジスタＱ３とカレントミラー回路を構成している。トランジスタＱ２のエミッタは、ＧＮＤに接続されており、トランジスタＱ３のエミッタは、抵抗Ｒ１４を介してＧＮＤに接続されている。また、トランジスタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ１２を介してトランジスタＱ１のエミッタに接続されており、トランジスタＱ３のコレクタも、抵抗Ｒ１３を介してトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。トランジスタＱ１のコレクタは、自身のベースに接続されると共に、抵抗Ｒ１１を介して電源に接続されている。

トランジスタＱ１のコレクタと抵抗Ｒ１１との接続点には、トランジスタＱ５のベースが接続され、このトランジスタＱ５のベースには、トランジスタＱ４のコレクタが接続されている。トランジスタＱ４のベースは、トランジスタＱ３のコレクタと抵抗Ｒ１３との接続点に接続され、エミッタは、ＧＮＤに接続されている。

トランジスタＱ５のエミッタは、抵抗Ｒ１５を介してＧＮＤに接続されており、コレクタは、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１１のドレインに接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１１およびＱＰ１２は、カレントミラー回路を構成しており、ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１１およびＱＰ１２の各ソースは、電源に接続されている。ＰＭＯＳトランジスタＱＰ１２のドレインが、定電流源９の出力端子である。定電流源９の出力電流Ｉ１は、ＶＢＧ（バンドギャップ電圧値）／Ｒ１５（抵抗Ｒ１５の抵抗値）である。

上記構成から明らかであるが、定電流源９は、電源電圧Ｖｃｃに依存しない構成であるため、常に一定の電流を出力することができる。これにより、サブ入力スレッシュ電圧は、常に一定となる。

入力バッファ回路４は、コントローラ２０から与えられる電気信号を、サブ入力バッファ部１５にて波形整形し、電気信号の立上り時間および立下り時間を十分小さくした後に、メイン入力バッファ部６に入力している。これにより、電源電圧Ｖｃｃの変動に応じてメイン入力バッファ部６のメイン入力スレッシュ電圧が変動しても、メイン入力バッファ部６の出力信号にパルス幅歪が生じない。駆動回路５は、パルス幅歪が生じない、入力バッファ回路４の出力信号に基づいて光信号を生成するため、電源電圧Ｖｃｃが変動してメイン入力スレッシュ電圧が変動しても、高精度な光信号の伝送が行える。従って、本実施形態の構成を、電源電圧Ｖｃｃが変動しやすい車載用として用いれば、極めて有効である。

また、サブ入力バッファ部１５は、上述のような簡素な構成で実現できる。従って、発光ダイオード駆動回路３は、小型化が可能である。当然、光送信デバイス１、該光送信デバイス１を備えた光伝送装置の小型化にも有利である。なお、上記光伝送装置は、光送信デバイス１およびコントローラ２０からなり、例えば、自動車のダッシュボード部にあるＤＶＤプレーヤの映像を後部座席の表示装置に伝送する装置等が挙げられる。

また、本実施形態で示した構成を、モノリシック集積回路で構成することにより、小型化、省スペース化に有利である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

車載用光ファイバリンクに好適に用いることができる。

本発明の実施形態を示すものであり、光送信デバイスの構成例、および該光送信デバイスとコントローラとの接続例を示す図である。 上記光送信デバイスに備えられる入力バッファ回路の構成例を示す回路図である。 上記入力バッファ回路に備えられている基準電圧源の構成例を示す回路図である。 上記基準電圧源を構成する定電流源の構成例を示す回路図である。 従来技術を示すものであり、光送信デバイスの構成例、および該光送信デバイスとコントローラとの接続例を示す図である。 上記従来の光送信デバイスに備えられる入力バッファ回路の構成例を示す回路図である。 上記従来の光送信デバイスの入力信号波形と上記従来の入力バッファ回路の入力スレッシュ電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１、１０１ 光送信デバイス（光ファイバリンク用光送信デバイス）
２、１０２ 発光ダイオード
３、１０３ 発光ダイオード駆動回路
４、１０４ 入力バッファ回路
５、１０５ 駆動回路
６、１０６ メイン入力バッファ部
７ コンパレータ
８ 基準電圧源
１５ サブ入力バッファ部
２０、１１０ コントローラ

Claims (5)

1. メイン入力スレッシュ電圧に基づいて、外部から与えられる電気信号の波形整形を行うメイン入力バッファ部を有する入力バッファ回路と、
   上記入力バッファ回路の出力信号により発光ダイオードを駆動し、光信号を生成する駆動回路とを備えている発光ダイオード駆動回路において、
   上記入力バッファ回路は、変動しないサブ入力スレッシュ電圧に基づいて上記電気信号の波形整形を行い、該波形整形後の電気信号を上記メイン入力バッファ部に入力するサブ入力バッファ部を備えたことを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
2. 上記サブ入力バッファ部は、上記サブ入力スレッシュ電圧である定電圧を出力する基準電圧源と、上記電気信号と上記サブ入力スレッシュ電圧とを比較することにより、上記電気信号の波形整形を行うコンパレータとを有することを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード駆動回路。
3. 請求項１または２に記載の発光ダイオード駆動回路をモノリシック集積回路で構成することを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動回路を備えた光送信デバイス。
5. 請求項４記載の光送信デバイスを備えた光伝送装置。
   

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