JP2013197283A - 発光素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子の出力波形の非対称性を低減することが可能な発光素子駆動回路を提供する。
【解決手段】発光素子駆動回路３Ａは、発光素子ＬＤへ変調電流Ｉｍを出力する回路であって、逆相信号Ｖｅ１を伝搬する配線２４ａと、逆相信号Ｖｅ１に対して逆相であり振幅が逆相信号Ｖｅ１よりも小さい正相信号Ｖｃ１を伝搬する配線２４ｂと、配線２４ｂに接続され、正相信号Ｖｃ１に遅延を与える遅延要素２５と、逆相信号Ｖｅ１と、遅延要素２５を経た正相信号Ｖｃ１とを重畳することにより重畳信号Ｖｓｐ１を生成する信号重畳部２６と、重畳信号Ｖｓｐ１に基づいて変調電流Ｉｍを出力する駆動部２３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子駆動回路に関するものである。

特許文献１には、非対称な波形のレーザダイオード変調電流を生成可能なレーザダイオード駆動回路が記載されている。この駆動回路は、主増幅部及び副増幅部を備えている。主増幅部は、相補的な第１及び第２データ信号と、該第１及び第２データ信号がそれぞれ所定時間遅延された第１及び第２遅延信号とのうち一方の信号を受け、この信号を差動増幅して第１信号電流を出力する。副増幅部は、主増幅部に対して並列に接続されており、増幅回路、第１演算回路、及び第２演算回路を有している。増幅回路は、第１及び第２データ信号と第１及び第２遅延信号とのうち他方の信号を受け、この信号を差動増幅して第２信号電流を出力する。第１演算回路は、第１データ信号及び第１遅延信号の入力を受け該第１データ信号及び該第１遅延信号の否定論理和である第３信号電流を出力する。第２演算回路は、第２データ信号及び第２遅延信号の入力を受け該第２データ信号及び該第２遅延信号の否定論理和である第４信号電流を出力する。そして、この駆動回路は、第１〜４信号電流が合成し、レーザダイオード変調電流として出力する。

特開２０１０−２５８４０５号公報

一般に、レーザダイオードといった半導体発光素子から出力される光の波形は、緩和振動の影響により、立ち上がり時間が早く、立ち下がり時間が遅いという、非対称な波形となる。例えば光通信の光送信装置において半導体発光素子を高速動作させる場合には、このような非対称性は改善されることが望まれる。本発明は、このような半導体発光素子の出力波形の非対称性を低減することが可能な発光素子駆動回路を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明による発光素子駆動回路は、半導体発光素子へ変調電流を出力する発光素子駆動回路であって、オン状態及びオフ状態を交互に繰り返す第１の信号を伝搬する第１の配線と、第１の信号に対して逆相であり振幅が第１の信号よりも小さい第２の信号を伝搬する第２の配線と、第２の配線に接続され、第２の信号に遅延を与える遅延要素と、第１の信号と、遅延要素を経た第２の信号とを重畳することにより第３の信号を生成する信号重畳部と、第３の信号に基づいて変調電流を出力する駆動部とを備えることを特徴とする。

また、発光素子駆動回路は、一方の電流端子が第１の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第２の抵抗を介して電源電位線に接続された第１のトランジスタを更に備え、第１のトランジスタの制御端子には第１の信号と同相の信号が入力され、一方の電流端子から第１の配線に第１の信号が出力され、他方の電流端子から第２の配線に第２の信号が出力され、第２の抵抗の抵抗値が、第１の抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴としてもよい。

また、発光素子駆動回路は、一方の電流端子が第１の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第２の抵抗を介して電源電位線に接続された第１のトランジスタを更に備え、第１のトランジスタの制御端子には第１の信号に対して逆相の信号が入力され、一方の電流端子から第２の配線に第２の信号が出力され、他方の電流端子から第１の配線に第１の信号が出力され、第１の抵抗の抵抗値が、第２の抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴としてもよい。

また、発光素子駆動回路は、正相信号及び逆相信号からなる差動信号を入力する一対の入力端と、一方の電流端子が第１の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第２の抵抗を介して電源電位線に接続され、一対の入力端の一方から制御端子に正相信号が入力される第１のトランジスタと、一方の電流端子が第３の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第４の抵抗を介して電源電位線に接続され、一対の入力端の他方から制御端子に逆相信号が入力される第２のトランジスタとを更に備え、第１のトランジスタの一方の電流端子から第１の配線に第１の信号が出力され、第２のトランジスタの一方の電流端子から第２の配線に第２の信号が出力されることを特徴としてもよい。

また、発光素子駆動回路は、駆動部が、基準電位線と電源電位線との間に直列に接続された第３及び第４のトランジスタを含んでおり、第３のトランジスタと第４のトランジスタとの接続点から変調電流を出力し、第３の信号が第１のトランジスタの制御端子に提供され、第３の信号とは逆相の信号が第２のトランジスタの制御端子に提供されることを特徴としてもよい。

本発明による発光素子駆動回路によれば、半導体発光素子の出力波形の非対称性を低減することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動回路を備える光送信装置の構成を概略的に示す図である。 図２は、発光素子駆動回路の内部構成を示す回路図である。 図３は、エミッタフォロワ回路の動作を説明するための図である。 図４は、逆相信号と正相信号とが互いに重畳される様子を概略的に示すグラフである。 図５は、検証に使用した構成を示す図である。 図６は、図５に示された検証用の構成において、正相信号および逆相信号として正弦波の電圧信号を与えた場合の周波数応答特性を示すグラフである。 図７は、本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す回路図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による発光素子駆動回路の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子駆動回路を備える光送信装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態に係る光送信装置１は、外部装置から入力される電気信号を受けると、この電気信号に応じて光信号を出力するＴＯＳＡ（Transmitter Optical Sub-Assembly）である。

光送信装置１は、発光素子駆動回路３Ａ、発光素子ＬＤ、及び、光検出素子ＰＤを備えている。光送信装置１は、ＴＯＳＡであり、発光素子駆動回路３Ａ、発光素子ＬＤ、及び、光検出素子ＰＤは、光送信装置１のパッケージ内に実装される。発光素子駆動回路３Ａは、差動信号を構成する正相信号Ｖｉｎｐ及び逆相信号Ｖｉｎｎの入力を受けて変調電流Ｉｍを出力する。発光素子ＬＤは、本実施形態における半導体発光素子であり、例えばレーザダイオードである。光検出素子ＰＤは、発光素子ＬＤの光出力をモニタする。

光送信装置１は、端子Ｔ１〜Ｔ６を備えている。端子Ｔ１には、光送信装置１の外部に設けられる光データリンク基板上の駆動ＩＣから正相信号Ｖｉｎｐが入力される。端子Ｔ２には、その光データリンク基板上の駆動ＩＣから逆相信号Ｖｉｎｎが入力される。端子Ｔ３には、光送信装置１の外部から電源電圧Ｖｃｃが入力される。この電源電圧Ｖｃｃは、発光素子駆動回路３Ａの端子Ｔ３ａに供給される。端子Ｔ４は、光送信装置１の外部の基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。端子Ｔ５には、光送信装置１の外部に設けられる光データリンク基板からバイアス電流Ｉｂｉａｓが入力される。端子Ｔ６は、発光素子ＬＤの発光パワーをモニタするために用いられる端子であり、例えば光送信装置１の外部のオートパワーコントロール（ＡＰＣ）回路に接続される。発光素子ＬＤのカソードは、端子Ｔ４に接続されている。

発光素子駆動回路３Ａは、差動信号（正相信号Ｖｉｎｐ及び逆相信号Ｖｉｎｎ）の入力に応じて発光素子ＬＤの駆動電流Ｉｄを増減する。具体的には、発光素子駆動回路３Ａは、差動信号に基づいて発光素子ＬＤに供給される駆動電流Ｉｄの変調成分（変調電流Ｉｍ）を制御する。発光素子駆動回路３Ａは、端子Ｔ１ａ，Ｔ２ａ，Ｔ３ａ，Ｔ４ａ，Ｔ５ａを有する。端子Ｔ１ａは、端子Ｔ１に接続されている。端子Ｔ２ａは、端子Ｔ２に接続されている。端子Ｔ１ａ及び端子Ｔ２ａは、差動信号の入力端子（信号端子）となっている。端子Ｔ１ａには、差動信号の正相信号Ｖｉｎｐが入力される。端子Ｔ２ａには、差動信号の逆相信号Ｖｉｎｎが入力される。端子Ｔ３ａは、端子Ｔ３に接続されており、電源電圧Ｖｃｃを受ける。端子Ｔ４ａは、端子Ｔ４に接続されており、基準電位となる。端子Ｔ５ａは、発光素子ＬＤのアノード端子に接続されており、発光素子ＬＤに対して変調電流Ｉｍを供給する。

図２は、発光素子駆動回路３Ａの内部構成を示す回路図である。図２を参照すると、この発光素子駆動回路３Ａは、トランジスタ１１及び１２を備えている。なお、トランジスタ１１及び１２は、本実施形態における第１のトランジスタである。トランジスタ１１及び１２は、例えばバイポーラトランジスタによって構成される。トランジスタ１１及び１２は、エミッタフォロワ回路をそれぞれ構成する。具体的には、トランジスタ１１の一方の電流端子（例えばエミッタ）は、抵抗１３ａ（第１の抵抗）を介して基準電位線１４に接続されている。なお、基準電位線１４は、端子Ｔ４ａを介して端子Ｔ４（図１を参照）に接続されている。また、トランジスタ１１の他方の電流端子（例えばコレクタ）は、抵抗１３ｂ（第２の抵抗）を介して電源電位線１５に接続されている。なお、電源電位線１５は、端子Ｔ３ａを介して端子Ｔ３（図１を参照）に接続されている。抵抗１３ｂの抵抗値は、抵抗１３ａの抵抗値よりも小さい。トランジスタ１１の制御端子（ベース）は端子Ｔ２ａに接続されており、トランジスタ１１の制御端子（ベース）には逆相信号Ｖｉｎｎが入力される。

また、トランジスタ１２の一方の電流端子（例えばエミッタ）は、抵抗１６ａ（第１の抵抗）を介して基準電位線１４に接続されている。トランジスタ１２の他方の電流端子（例えばコレクタ）は、抵抗１６ｂ（第２の抵抗）を介して電源電位線１５に接続されている。なお、抵抗１６ｂの抵抗値は、抵抗１６ａの抵抗値よりも小さい。トランジスタ１２の制御端子（ベース）は端子Ｔ１ａに接続されており、トランジスタ１２の制御端子（ベース）には正相信号Ｖｉｎｐが入力される。

ここで、図３は、トランジスタ１１及び１２を含むエミッタフォロワ回路の動作を説明するための図である。図３には、トランジスタ１１（１２）と、抵抗１３ａ（１６ａ）と、抵抗１３ｂ（１６ｂ）とが示されている。いま、トランジスタ１１（１２）のベースに逆相信号Ｖｉｎｎ（正相信号Ｖｉｎｐ）が入力されると、トランジスタ１１（１２）のエミッタには、逆相信号Ｖｉｎｎ（正相信号Ｖｉｎｐ）からトランジスタ１１（１２）のベース−エミッタ電圧Ｖｂｅ分だけ差し引かれた信号Ｖｅ（＝Ｖｉｎｎ−Ｖｂｅ）が発生する。トランジスタ１１（１２）のエミッタは抵抗１３ａ（１６ａ）を介して基準電位線１４に接続されているので、トランジスタ１１（１２）を流れる電流Ｉｃは、抵抗１３ａ（１６ａ）の抵抗値をＲ１とするとＶｅ／Ｒ１となる。すなわち、信号Ｖｅの変化に応じて電流Ｉｃが変調される。

また、この電流Ｉｃは抵抗１３ｂ（１６ｂ）を流れているので、抵抗１３ｂ（１６ｂ）の抵抗値をＲ２とすると、トランジスタ１１（１２）のコレクタには信号Ｖｃ（＝Ｖｃｃ−Ｉｃ・Ｒ２）が発生する。すなわち、逆相信号Ｖｉｎｎ（正相信号Ｖｉｎｐ）がハイ状態のとき、信号Ｖｅはハイ状態となり、電流Ｉｃが増加する。そして、電流Ｉｃが増加するとＩｃ・Ｒ２が増加するので信号Ｖｃはロー状態となる。また、逆相信号Ｖｉｎｎ（正相信号Ｖｉｎｐ）がロー状態のとき、信号Ｖｅはロー状態となり、信号Ｖｃはハイ状態となる。

また、本実施形態では、抵抗１３ｂ（１６ｂ）の抵抗値が、抵抗１３ａ（１６ａ）の抵抗値よりも小さい。したがって、信号Ｖｃの振幅（ハイ状態とロー状態との電圧差）は、信号Ｖｅの振幅よりも小さい。

再び図２を参照する。トランジスタ１１のエミッタは、配線２４ａ（第１の配線）に接続されている。トランジスタ１１は、この配線２４ａに逆相信号Ｖｅ１（図２の信号Ｖｅに相当）を提供する。なお、この逆相信号Ｖｅ１は、本実施形態における第１の信号であり、逆相信号Ｖｉｎｎの変化に対応して、オン状態及びオフ状態を交互に繰り返す。配線２４ａは、この逆相信号Ｖｅ１を伝搬する。

また、トランジスタ１１のコレクタは、配線２４ｂ（第２の配線）に接続されている。トランジスタ１１は、この配線２４ｂに正相信号Ｖｃ１（図２の信号Ｖｃに相当）を提供する。なお、この正相信号Ｖｃ１は、本実施形態における第２の信号である。正相信号Ｖｃ１は逆相信号Ｖｅ１に対して逆相であり、正相信号Ｖｃ１の振幅は逆相信号Ｖｅ１の振幅よりも小さい。配線２４ｂは、この正相信号Ｖｃ１を伝搬する。そして、配線２４ｂには、遅延要素２５が接続されている。遅延要素２５は、正相信号Ｖｃ１に遅延を与えるための回路要素である。遅延要素２５は、正相信号Ｖｃ１に対し、例えば一周期の半分より短い時間の遅延を与える。

本実施形態の発光素子駆動回路３Ａは、信号重畳部２６を更に備えている。信号重畳部２６は、逆相信号Ｖｅ１と、遅延要素２５を経た正相信号Ｖｃ１とを重畳することにより重畳信号Ｖｓｐ１（第３の信号）を生成する回路部分である。なお、本実施形態では、信号重畳部２６は、遅延要素２５から容量２７を介して延伸された配線と、配線２４ａとが互いに接続されることによって構成されているが、信号重畳部２６の構成は、逆相信号Ｖｅ１と遅延要素２５を経た正相信号Ｖｃ１とを互いに重畳させ得る構成であればこれに限られない。容量２７は、高周波成分のみ重畳させるために設けられ、容量２７の容量値は、例えば５０ｆＦ以上３００ｆＦ以下である。

トランジスタ１２のエミッタは、配線２８ａに接続されている。トランジスタ１２は、この配線２８ａに正相信号Ｖｅ２（図２の信号Ｖｅに相当）を提供する。正相信号Ｖｅ２は、本実施形態における第１の信号であり、正相信号Ｖｉｎｐの変化に対応して、オン状態及びオフ状態を交互に繰り返す。配線２８ａは、この正相信号Ｖｅ２を伝搬する。

また、トランジスタ１２のコレクタは、配線２８ｂに接続されている。トランジスタ１２は、この配線２８ｂに逆相信号Ｖｃ２（図２の信号Ｖｃに相当）を提供する。なお、この逆相信号Ｖｃ２は、本実施形態における第２の信号である。逆相信号Ｖｃ２は正相信号Ｖｅ２に対して逆相であり、逆相信号Ｖｃ２の振幅は正相信号Ｖｅ２の振幅よりも小さい。配線２８ｂは、この逆相信号Ｖｃ２を伝搬する。そして、配線２８ｂには、遅延要素２９が接続されている。遅延要素２９は、逆相信号Ｖｃ２に遅延を与えるための回路要素である。遅延要素２９は、逆相信号Ｖｃ２に対し、例えば一周期の半分より短い時間の遅延を与える。

本実施形態の発光素子駆動回路３Ａは、信号重畳部３０を更に備えている。信号重畳部３０は、正相信号Ｖｅ２と、遅延要素２９を経た逆相信号Ｖｃ２とを重畳することにより、重畳信号Ｖｓｐ１とは逆相の重畳信号Ｖｓｐ２を生成する回路部分である。なお、本実施形態では、信号重畳部３０は、遅延要素２９から容量３１を介して延伸された配線と、配線２８ａとが互いに接続されることによって構成されているが、信号重畳部３０の構成は、正相信号Ｖｅ２と遅延要素２９を経た逆相信号Ｖｃ２とを互いに重畳させ得る構成であればこれに限られない。容量３１は、高周波成分のみ重畳させるために設けられ、容量３１の容量値は、例えば５０ｆＦ以上３００ｆＦ以下である。

本実施形態の発光素子駆動回路３Ａは、駆動部２３を更に備えている。駆動部２３は、いわゆるプッシュプル回路の構成を有しており、トランジスタ１８及び１９を含む。トランジスタ１８及び１９は、それぞれ本実施形態における第３及び第４のトランジスタである。トランジスタ１８は、例えばバイポーラトランジスタによって構成されるプルドライバである。トランジスタ１９は、例えばＮＭＯＳトランジスタによって構成されるプッシュドライバである。

トランジスタ１８及び１９は、基準電位線１４と電源電位線１５との間に直列に接続されている。具体的には、トランジスタ１８のコレクタとトランジスタ１９のソースとが互いに接続されており、トランジスタ１８のエミッタは抵抗２１を介して基準電位線１４に接続されており、トランジスタ１９のドレインは電源電位線１５に接続されている。そして、トランジスタ１８のベースは信号重畳部２６に接続されており、トランジスタ１８のベースには重畳信号Ｖｓｐ１が提供される。また、トランジスタ１９のゲートは容量３２を介して信号重畳部３０に接続されており、トランジスタ１９のゲートには重畳信号Ｖｓｐ２が提供される。なお、トランジスタ１９のゲートバイアスを規定するため、トランジスタ１９のゲートは抵抗３４を介して電源電位線１５に接続されている。

駆動部２３は、トランジスタ１８とトランジスタ１９との接続点Ｐから変調電流Ｉｍを出力する。すなわち、重畳信号Ｖｓｐ１がロー状態（重畳信号Ｖｓｐ２はハイ状態）のとき、正の変調電流Ｉｍが出力され、この電流Ｉｍはバイアス電流Ｉｂｉａｓに重畳される。また、重畳信号Ｖｓｐ１がハイ状態（重畳信号Ｖｓｐ２はロー状態）のとき、負の変調電流Ｉｍが出力され、バイアス電流Ｉｂｉａｓから電流Ｉｍが差し引かれる。したがって、差動信号（正相信号Ｖｉｎｐ及び逆相信号Ｖｉｎｎ）のオン・オフに応じて、駆動電流Ｉｄがオン・オフされる。

本実施形態の駆動部２３は、トランジスタ２０を更に含む。トランジスタ２０は、例えばＰＭＯＳトランジスタによって構成されており、そのソースはトランジスタ１８のコレクタと接続されており、そのドレインはトランジスタ１９のソースと接続されている。また、トランジスタ２０のゲートは定電圧電源３３に接続されている。

また、発光素子駆動回路３Ａは、定電圧源３５を有する。定電圧源３５は、抵抗素子１７ａを介してトランジスタ１１のベースに接続されており、且つ、抵抗素子１７ｂを介してトランジスタ１２のベースに接続されている。トランジスタ１８，１９の制御端子（ベース又はゲート）には、抵抗素子１７ａ及び抵抗素子１７ｂ（入力差動終端抵抗）の間の定電圧源３５によって、適切なバイアス電圧が印加される。

なお、トランジスタ１１及び１２をそれぞれ流れる直流電流Ｉｃ０及びＩｃ１は
Ｉｃ０＝（Ｖｃｏｍ−Ｖｂｅ０）／Ｒ６
Ｉｃ１＝（Ｖｃｏｍ−Ｖｂｅ１）／Ｒ７
となる。これらの数式において、Ｖｃｏｍは定電圧源３５の出力電圧値であり、Ｖｂｅ０はトランジスタ１１のベース−エミッタ間電圧であり、Ｖｂｅ１はトランジスタ１２のベース−エミッタ間電圧であり、Ｒ６は抵抗１３ａの抵抗値であり、Ｒ７は抵抗１６ａの抵抗値である。なお、一実施例では、Ｖｃｏｍ＝１．６Ｖ、Ｖｂｅ０＝Ｖｂｅ１＝０．８Ｖ、Ｒ６＝Ｒ７＝２００オームとした場合に、Ｉｃ０＝Ｉｃ１＝４ｍＡである。

続いて、発光素子駆動回路３Ａの動作および発光素子駆動回路３Ａによって得られる効果について説明する。端子Ｔ１ａに正相信号Ｖｉｎｐが入力され、端子Ｔ２ａに逆相信号Ｖｉｎｎが入力されると、逆相信号Ｖｉｎｎはトランジスタ１１のベースに入力され、正相信号Ｖｉｎｐはトランジスタ１２のベースに入力される。

このような正相信号Ｖｉｎｐ及び逆相信号Ｖｉｎｎの入力によって、トランジスタ１１のエミッタには逆相信号Ｖｅ１が発生し、コレクタには正相信号Ｖｃ１が発生する。また、トランジスタ１２のエミッタには正相信号Ｖｅ２が発生し、コレクタには逆相信号Ｖｃ２が発生する。そして、正相信号Ｖｃ１が遅延要素２５によって遅延したのち、逆相信号Ｖｅ１と遅延後の正相信号Ｖｃ１とが信号重畳部２６によって重畳される。また、逆相信号Ｖｃ２が遅延要素２９によって遅延したのち、正相信号Ｖｅ２と遅延後の逆相信号Ｖｃ２とが信号重畳部３０によって重畳される。

逆相信号Ｖｅ１と遅延後の正相信号Ｖｃ１との重畳により生成された重畳信号Ｖｓｐ１は、トランジスタ１８のベースに提供される。この重畳信号Ｖｓｐ１がハイ状態のとき、トランジスタ１８は発光素子ＬＤに対してプル動作を行う。また、正相信号Ｖｅ２と遅延後の逆相信号Ｖｃ２との重畳により生成された重畳信号Ｖｓｐ２は、トランジスタ１９のゲートに提供される。この重畳信号Ｖｓｐ２がハイ状態のとき、トランジスタ１９は発光素子ＬＤに対してプッシュ動作を行う。こうして、本実施形態の発光素子駆動回路３Ａによって、発光素子ＬＤに変調電流Ｉｍが供給される。

ここで、図４は、逆相信号Ｖｅ１と正相信号Ｖｃ１とが互いに重畳される様子を概略的に示すグラフである。図４において、（ａ）の縦軸は逆相信号Ｖｅ１の電圧値を示しており、（ｂ）の縦軸は正相信号Ｖｃ１の電圧値を示しており、（ｃ）の縦軸は重畳信号Ｖｓｐ１の電圧値を示している。なお、図４（ａ）〜（ｃ）の横軸は時間を示している。

図４（ａ）に示されるように、逆相信号Ｖｅ１は時刻ｔ１において立ち上がりを開始する。一方、遅延時間τだけ遅延されており且つ逆相信号Ｖｅ１とは逆位相である正相信号Ｖｃ１は、図４（ｂ）に示されるように、時刻ｔ２（＝ｔ１＋τ）において立ち下がりを開始する。なお、前述したように、遅延時間τは、例えば信号Ｖｅ１，Ｖｃ１の一周期Ｔの半分よりも短い時間である。そして、これらの信号Ｖｅ１及びＶｃ１が互いに重畳されると、図４（ｃ）に示されるように、重畳信号Ｖｓｐ１の電圧値が、オン状態の開始タイミング付近において一時的に高くなり（ピーキング）、同様に、オフ状態の開始タイミング付近において一時的に低くなる。そして、このような波形の重畳信号Ｖｓｐ１によってトランジスタ１８を駆動することにより、変調電流Ｉｍをこれと同様の波形（ピーキングを有する波形）とすることができる。

また、発光素子駆動回路３Ａは、正相信号Ｖｅ２及び逆相信号Ｖｃ２についても上記と同様の動作を行う。すなわち、正相信号Ｖｅ２は或る時刻において立ち上がりを開始し、遅延時間τだけ遅延されており且つ正相信号Ｖｅ２とは逆位相である逆相信号Ｖｃ２は、その時刻よりも遅延時間τだけ遅れた時刻に立ち下がりを開始する。そして、これらの信号Ｖｅ２及びＶｃ２が互いに重畳されると、重畳信号Ｖｓｐ２の電圧値が、オン状態の開始タイミング付近において一時的に高くなり（ピーキング）、同様に、オフ状態の開始タイミング付近において一時的に低くなる。そして、このような波形の重畳信号Ｖｓｐ２によってトランジスタ１９を駆動することにより、変調電流Ｉｍをこれと同様の波形（ピーキングを有する波形）とすることができる。

一般に、レーザダイオードといった発光素子ＬＤから出力される光の波形は、緩和振動の影響により、立ち上がり時間が早く、立ち下がり時間が遅いという、非対称な波形となる。対して、本実施形態では、オン状態の開始タイミング付近において変調電流Ｉｍが一時的に高まり、またオフ状態の開始タイミング付近において変調電流Ｉｍが一時的に低下することにより、発光素子ＬＤの光波形の立ち上がり時間および立ち下がり時間（特に、立ち下がり時間）を早めることができる。したがって、この発光素子駆動回路３Ａによれば、発光素子ＬＤからの出力光の波形の非対称性を軽減し、例えば光通信の光送信装置において発光素子ＬＤをより高速で動作させることが可能になる。

上述した本実施形態による効果について検証を行った結果について説明する。図５は、検証に使用した構成を示す図である。図５に示されるように、発光素子駆動回路３Ａの端子Ｔ１ａに伝送線路４１、カップリングコンデンサ４２及び伝送線路４３を接続した。同様に、端子Ｔ２ａに伝送線路４４、カップリングコンデンサ４５及び伝送線路４６を接続した。端子Ｔ５ａには、ボンディングワイヤ４７を介して発光素子ＬＤのアノードを接続した。更に、発光素子ＬＤのカソードに基準電位線ＧＮＤを接続し、発光素子ＬＤのアノードと電源電位線Ｖｃｃとの間にバイアス電流源４８を接続した。なお、伝送線路４１，４３，４４，４６は、２０ＧＨｚで０．５ｄＢ程度のロスを各々有するものである。また、抵抗１３ｂ及び１６ｂの抵抗値を５０オームとし、容量２７及び３１を１５０ｆＦとし、遅延要素２５及び２９における遅延時間τを１５ピコ秒とした。

図６は、図５に示された検証用の構成において、正相信号Ｖｉｎｐおよび逆相信号Ｖｉｎｎとして正弦波の電圧信号を与えた場合の周波数応答特性を示すグラフである。図６において、グラフＧ１１は本実施形態に係る発光素子駆動回路３Ａの周波数応答特性を示しており、グラフＧ１２は比較例に係る発光素子駆動回路（逆相信号Ｖｅ１をトランジスタ１８のベースに入力し、正相信号Ｖｅ２をトランジスタ１９のゲートに入力するもの）の周波数応答特性を示している。なお、図６において、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を表しており、縦軸は応答ゲイン（単位：ｄＢ）を表している。

図６を参照すると、本実施形態により得られたグラフＧ１１では、比較例に係るグラフＧ１２よりも高い周波数域（例えば、−３ｄＢ帯域において比較例よりも約２．６ＧＨｚ程度高い周波数域）にわたって応答ゲインが維持されていることがわかる。つまり、本実施形態の発光素子駆動回路３Ａによれば、発光素子ＬＤからの出力光の波形の劣化を抑え、発光素子ＬＤをより高速で動作させることができる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る発光素子駆動回路３Ｂの構成を示す回路図である。この発光素子駆動回路３Ｂと前述した第１実施形態の発光素子駆動回路３Ａとの相違点は、遅延要素および信号重畳部の構成である。すなわち、本実施形態の発光素子駆動回路３Ｂは、図２に示された遅延要素２５に代えて遅延要素５１を備えており、遅延要素２９に代えて遅延要素５２を備えている。また、発光素子駆動回路３Ｂは、図２に示された信号重畳部２６に代えて信号重畳部５３を備えており、信号重畳部３０に代えて信号重畳部５４を備えている。

図７に示されるように、遅延要素５１は配線２４ａ（第２の配線）に接続されており、遅延要素５２は配線２８ａ（第２の配線）に接続されている。遅延要素５１及び５２それぞれは、信号Ｖｅ３及びＶｅ４それぞれに対し、例えば一周期の半分より短い時間の遅延を与える。そして、信号重畳部５３は、遅延要素５１から容量５５を介して延伸された配線と、配線２４ｂ（第１の配線）とが互いに接続されることによって構成されており、信号重畳部５４は、遅延要素５２から容量５６を介して延伸された配線と、配線２８ｂ（第１の配線）とが互いに接続されることによって構成されている。

また、この発光素子駆動回路３Ｂでは、抵抗１３ａ（第１の抵抗）の抵抗値が抵抗１３ｂ（第２の抵抗）の抵抗値よりも小さく、抵抗１６ａ（第１の抵抗）の抵抗値が抵抗１６ｂ（第２の抵抗）の抵抗値よりも小さい。

発光素子駆動回路３Ｂの動作について説明する。第１実施形態と異なり、この発光素子駆動回路３Ｂでは、端子Ｔ１ａに逆相信号Ｖｉｎｎが入力され、端子Ｔ２ａに正相信号Ｖｉｎｐが入力される。そして、逆相信号Ｖｉｎｎはトランジスタ１２のベースに入力され、正相信号Ｖｉｎｐはトランジスタ１１のベースに入力される。

このような正相信号Ｖｉｎｐ及び逆相信号Ｖｉｎｎの入力によって、トランジスタ１１のエミッタには正相信号Ｖｅ３が発生し、コレクタには逆相信号Ｖｃ３が発生する。また、トランジスタ１２のエミッタには逆相信号Ｖｅ４が発生し、コレクタには正相信号Ｖｃ４が発生する。なお、本実施形態において、逆相信号Ｖｃ３及び正相信号Ｖｃ４は第１の信号であり、正相信号Ｖｅ３及び逆相信号Ｖｅ４は第２の信号である。

そして、正相信号Ｖｅ３が遅延要素５１によって遅延したのち、逆相信号Ｖｃ３と遅延後の正相信号Ｖｅ３とが信号重畳部５３によって重畳される。また、逆相信号Ｖｅ４が遅延要素５２によって遅延したのち、正相信号Ｖｃ４と遅延後の逆相信号Ｖｅ４とが信号重畳部５４によって重畳される。なお、抵抗１３ａの抵抗値が抵抗１３ｂの抵抗値よりも小さいので、正相信号Ｖｅ３の振幅は逆相信号Ｖｃ３の振幅よりも小さい。同様に、抵抗１６ａの抵抗値が抵抗１６ｂの抵抗値よりも小さいので、逆相信号Ｖｅ４の振幅は正相信号Ｖｃ４の振幅よりも小さい。

逆相信号Ｖｃ３と遅延後の正相信号Ｖｅ３との重畳により生成された重畳信号Ｖｓｐ３は、トランジスタ１８のベースに提供される。この重畳信号Ｖｓｐ３がハイ状態のとき、トランジスタ１８は発光素子ＬＤに対してプル動作を行う。また、正相信号Ｖｃ４と遅延後の逆相信号Ｖｅ４との重畳により生成された重畳信号Ｖｓｐ４は、トランジスタ１９のゲートに提供される。この重畳信号Ｖｓｐ４がハイ状態のとき、トランジスタ１９は発光素子ＬＤに対してプッシュ動作を行う。こうして、本実施形態の発光素子駆動回路３Ｂによって、発光素子ＬＤに変調電流Ｉｍが供給される。

本実施形態では、逆相信号Ｖｃ３と、逆相信号Ｖｃ３より振幅が小さく且つ遅延された正相信号Ｖｅ３との重畳によって、図４（ｃ）に示されたものと同様の波形を有する重畳信号Ｖｓｐ３が生成される。また、正相信号Ｖｃ４と、正相信号Ｖｃ４より振幅が小さく且つ遅延された逆相信号Ｖｅ４との重畳によって、図４（ｃ）に示されたものと同様の波形を有する重畳信号Ｖｓｐ４が生成される。したがって、本実施形態の発光素子駆動回路３Ｂによれば、第１実施形態と同様に、発光素子ＬＤからの出力光の波形の非対称性を軽減し、例えば光通信の光送信装置において発光素子ＬＤをより高速で動作させることが可能になる。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明の第３実施形態に係る発光素子駆動回路３Ｃの構成を示す回路図である。この発光素子駆動回路３Ｃと前述した第１実施形態の発光素子駆動回路３Ａとの相違点は、遅延要素および信号重畳部の構成である。すなわち、本実施形態の発光素子駆動回路３Ｃは、図２に示された遅延要素２５に代えて遅延要素６３を備えており、遅延要素２９に代えて遅延要素６４を備えている。また、発光素子駆動回路３Ｃは、図２に示された信号重畳部２６に代えて信号重畳部６５を備えており、信号重畳部３０に代えて信号重畳部６６を備えている。

トランジスタ１１（第１のトランジスタ）のエミッタは、配線６１ａ（第１の配線）および配線６２ｂ（第２の配線）に接続されている。トランジスタ１１は、配線６１ａ及び６２ｂに正相信号Ｖｅ５を提供する。なお、この正相信号Ｖｅ５は、正相信号Ｖｉｎｐの変化に対応して、オン状態及びオフ状態を交互に繰り返す。配線６１ａ及び６２ｂは、この正相信号Ｖｅ５を伝搬する。

トランジスタ１２（第２のトランジスタ）のエミッタは、配線６１ｂ（第２の配線）および配線６２ａ（第１の配線）に接続されている。トランジスタ１２は、配線６１ｂ及び６２ａに逆相信号Ｖｅ６を提供する。なお、この逆相信号Ｖｅ６は、逆相信号Ｖｉｎｎの変化に対応して、オン状態及びオフ状態を交互に繰り返す。配線６１ｂ及び６２ａは、この逆相信号Ｖｅ６を伝搬する。

配線６１ｂ及び６２ｂそれぞれには、遅延要素６３及び６４それぞれが接続されている。遅延要素６３及び６４それぞれは、信号Ｖｅ６及びＶｅ５それぞれに遅延を与えるための回路要素である。遅延要素６３及び６４それぞれは、信号Ｖｅ６及びＶｅ５それぞれに対し、例えば一周期の半分より短い時間の遅延を与える。

そして、信号重畳部６５は、遅延要素６３から容量６７を介して延伸された配線と、配線６１ａとが互いに接続されることによって構成されており、信号重畳部６６は、遅延要素６４から容量６８を介して延伸された配線と、配線６２ａとが互いに接続されることによって構成されている。

発光素子駆動回路３Ｃの動作について説明する。第１実施形態と異なり、この発光素子駆動回路３Ｃでは、端子Ｔ１ａに逆相信号Ｖｉｎｎが入力され、端子Ｔ２ａに正相信号Ｖｉｎｐが入力される。そして、逆相信号Ｖｉｎｎはトランジスタ１２のベースに入力され、正相信号Ｖｉｎｐはトランジスタ１１のベースに入力される。

このような正相信号Ｖｉｎｐ及び逆相信号Ｖｉｎｎの入力によって、トランジスタ１１のエミッタには正相信号Ｖｅ５が発生し、トランジスタ１２のエミッタには逆相信号Ｖｅ６が発生する。なお、本実施形態において、正相信号Ｖｅ５は第１の信号であり、逆相信号Ｖｅ６は第２の信号である。

そして、逆相信号Ｖｅ６が遅延要素６３によって遅延したのち、正相信号Ｖｅ５と遅延後の逆相信号Ｖｅ６とが信号重畳部６５によって重畳される。また、正相信号Ｖｅ５が遅延要素６４によって遅延したのち、逆相信号Ｖｅ６と遅延後の正相信号Ｖｅ５とが信号重畳部６６によって重畳される。

正相信号Ｖｅ５と遅延後の逆相信号Ｖｅ６との重畳により生成された重畳信号Ｖｓｐ５は、トランジスタ１８のベースに提供される。この重畳信号Ｖｓｐ５がハイ状態のとき、トランジスタ１８は発光素子ＬＤに対してプル動作を行う。また、逆相信号Ｖｅ６と遅延後の正相信号Ｖｅ５との重畳により生成された重畳信号Ｖｓｐ６は、トランジスタ１９のゲートに提供される。この重畳信号Ｖｓｐ６がハイ状態のとき、トランジスタ１９は発光素子ＬＤに対してプッシュ動作を行う。こうして、本実施形態の発光素子駆動回路３Ｃによって、発光素子ＬＤに変調電流Ｉｍが供給される。

本実施形態では、正相信号Ｖｅ５と、正相信号Ｖｅ５より振幅が小さく且つ遅延された逆相信号Ｖｅ６との重畳によって、図４（ｃ）に示されたものと同様の波形を有する重畳信号Ｖｓｐ５が生成される。また、逆相信号Ｖｅ６と、逆相信号Ｖｅ６より振幅が小さく且つ遅延された正相信号Ｖｅ５との重畳によって、図４（ｃ）に示されたものと同様の波形を有する重畳信号Ｖｓｐ６が生成される。したがって、本実施形態の発光素子駆動回路３Ｃによれば、第１実施形態と同様に、発光素子ＬＤからの出力光の波形の非対称性を軽減し、例えば光通信の光送信装置において発光素子ＬＤをより高速で動作させることが可能になる。

以上、本発明に係る発光素子駆動回路の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上記実施形態に限られず、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、実施形態中にバイポーラトランジスタとして記載されているトランジスタはＰＭＯＳトランジスタ若しくはＮＭＯＳトランジスタに置き換えられることができ、実施形態中にＰＭＯＳトランジスタ若しくはＮＭＯＳトランジスタとして記載されているトランジスタはバイポーラトランジスタに置き換えられることができる。

１…光送信装置、３Ａ〜３Ｃ…発光素子駆動回路、１１，１２…トランジスタ、１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ，２１，３４…抵抗、１４…基準電位線、１５…電源電位線、１７ａ，１７ｂ…抵抗素子、１８〜２０…トランジスタ、２３…駆動部、２４ａ，２４ｂ，２８ａ，２８ｂ…配線、２５，２９…遅延要素、２６，３０…信号重畳部、２７，３１，３２…容量、３３，３５…定電圧源、４１，４３，４４，４６…伝送線路、４２，４５…カップリングコンデンサ、４７…ボンディングワイヤ、４８…バイアス電流源、Ｉｄ…駆動電流、Ｉｍ…変調電流、ＬＤ…発光素子、ＰＤ…光検出素子、Ｖｉｎｎ…逆相信号、Ｖｉｎｐ…正相信号。

Claims (5)

1. 半導体発光素子へ変調電流を出力する発光素子駆動回路であって、
   オン状態及びオフ状態を交互に繰り返す第１の信号を伝搬する第１の配線と、
   前記第１の信号に対して逆相であり振幅が前記第１の信号よりも小さい第２の信号を伝搬する第２の配線と、
   前記第２の配線に接続され、前記第２の信号に遅延を与える遅延要素と、
   前記第１の信号と、前記遅延要素を経た前記第２の信号とを重畳することにより第３の信号を生成する信号重畳部と、
   前記第３の信号に基づいて前記変調電流を出力する駆動部と
   を備えることを特徴とする、発光素子駆動回路。
2. 一方の電流端子が第１の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第２の抵抗を介して電源電位線に接続された第１のトランジスタを更に備え、
   前記第１のトランジスタの制御端子には前記第１の信号と同相の信号が入力され、
   前記一方の電流端子から前記第１の配線に前記第１の信号が出力され、
   前記他方の電流端子から前記第２の配線に前記第２の信号が出力され、
   前記第２の抵抗の抵抗値が、前記第１の抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子駆動回路。
3. 一方の電流端子が第１の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第２の抵抗を介して電源電位線に接続された第１のトランジスタを更に備え、
   前記第１のトランジスタの制御端子には前記第１の信号に対して逆相の信号が入力され、
   前記一方の電流端子から前記第２の配線に前記第２の信号が出力され、
   前記他方の電流端子から前記第１の配線に前記第１の信号が出力され、
   前記第１の抵抗の抵抗値が、前記第２の抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子駆動回路。
4. 正相信号及び逆相信号からなる差動信号を入力する一対の入力端と、
   一方の電流端子が第１の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第２の抵抗を介して電源電位線に接続され、前記一対の入力端の一方から制御端子に前記正相信号及び前記逆相信号のうち一方が入力される第１のトランジスタと、
   一方の電流端子が第３の抵抗を介して基準電位線に接続され、他方の電流端子が第４の抵抗を介して電源電位線に接続され、前記一対の入力端の他方から制御端子に前記正相信号及び前記逆相信号のうち他方が入力される第２のトランジスタと
   を更に備え、
   前記第１のトランジスタの前記一方の電流端子から前記第１の配線に前記第１の信号が出力され、
   前記第２のトランジスタの前記一方の電流端子から前記第２の配線に前記第２の信号が出力され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。
5. 前記駆動部が、基準電位線と電源電位線との間に直列に接続された第３及び第４のトランジスタを含んでおり、前記第３のトランジスタと前記第４のトランジスタとの接続点から前記変調電流を出力し、
   前記第３の信号が前記第１のトランジスタの制御端子に提供され、前記第３の信号とは逆相の信号が前記第２のトランジスタの制御端子に提供され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。

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