JP2934302B2

JP2934302B2 - 光信号発生回路

Info

Publication number: JP2934302B2
Application number: JP2309357A
Authority: JP
Inventors: 英昭小田切; 隆士太矢; 聡 ▲吉▼田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JPH04180277A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えば光ファイバ通信のための光通信装置
などに設けられる光信号送信回路のように、光信号を発
生するための光信号発生回路に関するものである。

（従来の技術）従来、この種の技術としては、例えば実施例62−1771
43号公報に記載されるように、光出力発生用の発光素子
に駆動電流を長し、その駆動電流を変調することにより
光信号を出力するものがあった。このような回路では、
発光素子に流す駆動電流に、有効な光出力を得るための
しきい値（閾電流値）があり、このしきい値近傍の直流
のバイアス電流を予め発光素子に供給しておく必要があ
る。このバイアス電流は、発光素子の動作点を決定する
が、変動を伴うと光出力を不安定にするため、通常一定
電流値に制御され、そのためにバイアス電流をモニタす
る回路が光信号発生回路に設けられている。

第２図は、従来の光信号発生回路の一構成例を示す概
略の回路図である。

この光信号発生回路は、光出力発生用の発光素子１を
有している。

発光素子１は、例えばレーザダイオード等で構成さ
れ、直流のバイアス電流ＩBとそのバイアス電流ＩBに重
畳される信号電流（スイッチング電流）ＩSWとからなる
駆動電流ＩDの供給を受けて駆動し、該信号電流ＩSWに
応じて光出力Po（光信号）を発生するものである。発光
素子１には、アノードに接地電位GNDが接続され、カソ
ードに、モニタ抵抗２及びバイアス電流制御回路３が順
次直列接続されると共に、信号電流供給回路４が接続さ
れている。

モニタ抵抗２は、バイアス電流ＩBを検出（モニタ）
するためのものであり、そのバイアス電流ＩBを流し、
そのバイアス電流ＩBに応じた電圧降下を生じ、その電
圧降下によってバイアス電流ＩBの検出信号Vmを出力す
る抵抗で構成されている。

バイアス電流制御回路３は、モニタ抵抗２の検出信号
Vmにより生成される例えばバイアス電流制御電圧Vinに
基づき、バイアス電流ＩBが例えば発光素子１の閾電流
値近傍の一定電流値を保って供給されるように制御する
回路であり、例えばコレクタがモニタ抵抗２に接続され
かつベースにバイアス電流制御電圧Vinが印加されるバ
イアス電流制御用のNPN形トランジスタ3aと、トランジ
スタ3aのエミッタ及び電源電位−VEE間に接続されたバ
イアス電流安定用の抵抗3bとで構成されている。

信号電流供給回路４は、他から入力される発光制御信
号ＳECに基づき発光素子１に信号電流ＩSWを供給する回
路であり、例えば接地電位GND及び電源電位−VEE間に接
続された差動増幅回路により構成され、例えば発光制御
信号ＳECにより制御されるNPN形トランジスタ4a、基準
電圧ＶREFが印加されたNPN形トランジスタ4b、及び直流
低電流源4c等を有している。

次に、この光信号発生回路の動作を、第３図を参照し
つつ説明する。ここで、第３図は、第２図の発光素子の
電流−光出力変換特性を示す図である。

バイアス電流制御回路３により、発光素子１に駆動電
流ＩDとして、発光素子１の閾電流値近傍の電流値を有
するバイアス電流ＩB分のみが流される。すると、モニ
タ抵抗２では、バイアス電流ＩBが流れてバイアス電流
ＩBに応じた電圧降下が生じ、その電圧降下によりバイ
アス電流ＩBの検出信号Vmが出力されて、その検出信号V
wによりバイアス電流ＩBのモニタが行われる。これによ
り、バイアス電流ＩBが一定電流値を保つようにトラン
ジスタ3aに印加されるバイアス電流制御電圧Vinが生成
され、そのバイアス電流制御電圧Vinがトランジスタ3a
に印加されて、バイアス電流制御回路３により、一定電
流値を保つようにバイアス電流ＩBの制御が行われる。

他からの発光制御信号ＳECが信号電流供給回路４に与
えられると、信号電流供給回路４は、発光制御信号ＳEC
に応じて発光素子１に信号電流ＩSWを供給する。する
と、発光素子１に流れる駆動電流ＩDが、バイアス電流
ＩBに信号電流ＩSWを重畳したものとなり、信号電流ＩS
Wに応じて発光素子１が発光し、例えば第３図に示すよ
うな光出力（光信号）Poが得られる。

従来の光信号発生回路では、モニタ抵抗２の電圧降下
により、発光素子１に流れるバイアス電流ＩBをモニタ
することができ、光信号として一定の光出力Poが得られ
るようにバイアス電流ＩBを制御することができる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記構成の光信号発生回路では、次の
ような課題があった。

（ａ）従来の光信号発生回路では、例えば発光素子１の
劣化等に起因して過大なバイアス電流ＩBが流れた場
合、トランジスタ3aが飽和してしまい、このためにバイ
アス電流IBの制御を効果的に行えない。

（ｂ）また、発光素子１を例えばレーザダイオードで構
成したような場合、通常バイアス電流ＩBは例えば数10m
A程度流す必要があるので、モニタ抵抗２の消費電力が
大きくなってしまう。

本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、モ
ニタ抵抗の消費電力が大きくなる点と、バイアス電流制
御回路における制御用トランジスタが過大なバイアス電
流により飽和してしまい、効果的なバイアス電流の制御
が行えない点について解決した光信号発生回路を提供す
るものである。

（課題を解決するための手段）前記課題を解決するために、本発明は、光信号発生回
路において、電源電位に接続され、バイアス電流に信号
電流が重畳された駆動電流が供給され、該信号電流に応
じた光出力の光信号を発生する発光素子（例えば、レー
ザダイオード等）と、前記発光素子と並列に前記電源電
位に接続され、前記バイアス電流に応じて変化しかつ該
バイアス電流よりも小さいモニタ電流を検出してモニタ
検出信号を出力するモニタ抵抗と、前記光信号を受光し
て発光出力監視信号を出力する発光出力監視手段と、前
記発光素子の周囲温度を検出して温度検出信号を出力す
る温度検出手段と、前記モニタ検出信号、前記発光出力
監視信号及び前記温度検出信号に基づき、前記光出力の
変動を抑制するためのバイアス電流制御信号を出力する
モニタ制御回路とを、備えている。

さらに、前記発光素子に接続され、発光制御信号に基
づき前記信号電流を該発光素子に供給する信号電流供給
回路と、前記発光素子に直列に接続され、前記バイアス
電流制御信号に基づき前記バイアス電流を一定電流値に
制御するバイアス電流制御回路と、前記モニタ抵抗に直
列に接続され、前記バイアス電流制御信号に基づき前記
モニタ電流を該モニタ抵抗に供給するモニタ電流供給回
路とが、設けられている。

（作用）本発明によれば、以上のように光信号発生回路を構成
したので、モニタ電流供給回路は、モニタ抵抗に、バイ
アス電流に応じて変化しかつ該バイアス電流よりも小さ
いモニタ電流を供給するように働く。これにより、モニ
タ抵抗は、モニタ電流を流し、そのモニタ電流に応じて
電圧降下を生じ、この電圧降下によりバイアス電流の検
出結果としてのモニタ検出信号を出力する。

このモニタ検出信号と発光出力監視信号及び温度検出
信号とによってモニタ制御制御回路で生成されるバイア
ス電流制御信号にも基づき、バイアス電流制御回路及び
モニタ電流供給回路が制御される。このため、モニタ電
流は、バイアス電流に応じて変化する電流値となり、モ
ニタ抵抗は、該バイアス電流に対して小さい電流値を有
する該モニタ電流により該バイアス電流の検出（モニ
タ）を行う。

また、モニタ抵抗にモニタ電流を流しそのモニタ抵抗
のモニタ検出信号によりバイアス電流のモニタが行われ
るため、該モニタ抵抗は、バイアス電流が長される発光
素子及びバイアス電流制御回路を結ぶ経路中に設けられ
ずにするようになる。従って、前記課題を解決できるの
である。

（実施例）第１図は、本発明の第１の実施例を示す光信号発生回
路の概略回路図である。図中、第２図と共通の要素には
共通の符号が付されている。

この光信号発生回路は、第２図の光信号発生回路と同
様に構成される発光素子１及び信号電流供給回路４を有
している。ここで、発光素子１は、アノードが電源位VC
Cに接続され、信号電流供給回路４は、電源電位VCC及び
VEE間に接続されると共に、出力側が発光素子１のカソ
ードに接続されている。さらに、発光素子１のカソード
には、電源電位VEEとの間にバイアス電流制御回路11が
直列接続されている。

バイアス電流制御回路11は、例えばバイアス電流制御
信号ＶINに基づき、発光素子１に一定の電流値に制御さ
れたバイアス電流ＩBを流すための回路であり、例えば
コレクタが発光素子１のカソードに接続され、ベースが
ノードN1（入力端子）に接続されたNPN形トランジスタ1
1aと、トランジスタ11aのエミッタと電源電位VEE間に接
続されたバイアス電流安定用の抵抗11bとを有してい
る。

さらに、電源電位VCC及びVEE間には、モニタ抵抗12及
びモニタ電流供給回路13が直列に接続されている。

モニタ抵抗12は、バイアス電流ＩBを検出（モニタ）
するためのものであり、バイアス電流ＩBに応じて変化
しかつバイアス電流ＩBよりも小さいモニタ電流ＩWを流
し、そのモニタ電流ＩMに応じて電圧降下を生じ、その
電圧降下によりバイアス電流ＩBの検出結果としてのモ
ニタ検出信号ＶMを出力する抵抗で構成されている。

モニタ電流供給回路13は、モニタ電流ＩMをモニタ抵
抗12に流すための回路であり、バイアス電流制御回路11
と並列に設けられており、例えばコレクタがモニタ抵抗
12に接続され、ベースがノードN1に接続されたNPN形ト
ランジスタ13aと、トランジスタ13aのエミッタ及び電源
電位VEE間に接続された抵抗13bとを有している。ここ
で、トランジスタ13aのエミッタサイズは、トランジス
タ11aのエミッタサイズの1/n倍に設定されており、抵抗
13bの抵抗値は、抵抗11bの抵抗値のｎ倍に設定されてい
る。

また、ノードN1には、モニタ制御回路14が接続されて
いる。

モニタ制御回路14は、モニタ抵抗12からのモニタ検出
信号ＶMと、例えば外部から入力される発光出力監視信
号Sw及び温度検出信号ＳTとを受けて、発光出力監視信
号ＳW及び温度検出信号ＳTを考慮してモニタ検出信号Ｖ
Mに基づきバイアス電流制御信号ＶINをノードN1を介し
て出力する回路であり、例えば電源電位VCC及びVEEによ
る電源供給により機能し、例えばオペアンプ及び時定数
回路等を用いて構成されている。

ここで、モニタ制御回路14に発光出力監視信号ＳW及
び温度検出信号ＳTを入力する構成を例示した。これ
は、周囲温度が変化したり、経時変化による光出力Poの
低下が生じても、発生素子１の光信号の光出力Poを一定
に保つ必要があるため、発光素子１の光出力Poを発光出
力監視手段（例えば、受光素子）でモニタし、周囲温度
を温度検出手段（例えば、温度センサ）でモニタするこ
とにより、光信号の光出力Poが一定になるようにバイア
ス電流ＩBを設定するための構成である。

次に、動作を説明する。

バイアス電流制御回路11で、トランジスタ11aがバイ
アス電流制御信号ＶINにより制御され、発光素子１に
は、駆動電流ＩDとして発光素子１の閾電流値近傍の電
流値を有するバイアス電流ＩBが流れる。また発光制御
信号ＳECを受けた信号電流供給回路４が、発光制御信号
ＳECに応じて発光素子１へ信号電流ＩSWを供給する。す
ると、バイアス電流ＩBに信号電流ＩSWが重畳された駆
動電流ＩDが発光素子１を流れ、その信号電流ＩSWに応
じて発光素子１が発光して例えば第３図に示されるよう
に光出力Poを出力する。

一方、モニタ電流供給回路13では、トランジスタ13a
がバイアス電流制御信号ＶINにより制御され、モニタ抵
抗12にバイアス電流ＩBに応じて変化するモニタ電流ＩM
を流す。この時、トランジスタ13aのエミッタサイズを
トランジスタ11aの1/n倍に設定しており、抵抗13bの抵
抗値を抵抗11bのｎ倍に設定しているため、モニタ電流
ＩMは、バイアス電流ＩBよりも小さく、1/n倍となる。

モニタ電流ＩMが供給されたモニタ抵抗12は、モニタ
電流ＩMがバイアス電流ＩBに応じて変化するに伴って、
モニタ電流ＩMに応じた電圧降下を生じ、その電圧降下
によってバイアス電流ＩBの検出結果としてのモニタ検
出信号ＶMをモニタ制御回路14へ出力する。

モニ検出信号ＶMを入力したモニタ制御回路14は、発
光出力監視信号ＳW及び温度検出信号ＳT等を考慮してモ
ニタ検出信号ＶMに基づきノードN1を介してバイアス電
流制御信号ＶINを出力する。このバイアス電流制御回路
ＶINによってバイアス電流制御回路11及びモニタ電流供
給回路13が制御されるため、モニタ抵抗12にバイアス電
流ＩBに応じて変化するモニタ電流ＩMが流され、バイア
ス電流ＩBが閾電流値に応じて一定電流値に制御され
る。

本実施例では、次のような利点を有している。

（Ａ）本実施例において、モニタ電流供給回路13のトラ
ンジスタ13aは、バイアス電流制御回路11のトランジス
タ11aの1/n倍のエミッタサイズのトランジスタで構成
し、抵抗13bは、抵抗11bのｎ倍の抵抗値に設定した。

以上の設定により、モニタ制御回路14から出力される
バイアス電流制御信号ＶINは、抵抗11bの抵抗値をR11、
抵抗13bの抵抗値をR13とすると、次式（１）のように表
わされる。

ＶIN＝ＶTln［ＩB／（ｓ・IS）＋ＩB・R11 ＝ＶTln［ＩM/IS］＋ＩM・R13 …（１）ここで、ＶTは、熱電圧であり、ISはトランジスタの
飽和電流である。

この（１）式を、を用いて、ＩMについて解くと、が得られる。また、モニタ抵抗12の抵抗値をR12とする
と、モニタ抵抗12の両端の電圧降下値Ｖは、となる。

（３）式及び（４）式から分かるように、モニタ電流
ＩMは、バイアス電流ＩBの1/n倍となり、モニタ抵抗12
による電圧降下値は、バイアス電流ＩBが流れた場合の1
/n倍となる。

従って、本実施例の光信号発生回路では、モニタ抵抗
12による消費電力を小さくすることができる。

（Ｂ）また、本実施例では、モニタ電流供給回路13をバ
イアス電流制御回路11と並列に設け、そのモニタ電流供
給回路11にモニタ抵抗12を接続し、そのモニタ抵抗12に
は、バイアス電流ＩBではなく、バイアス電流ＩBに応じ
て変化しかつバイアス電流ＩBよりも小さいモニタ電流
ＩMを流すようにしてバイアス電流ＩBのモニタを行うよ
うにしている。

そのため、第１図の光信号発生回路では、バイアス電
流ＩBが流れる経路であって、発光素子１及びバイアス
電流制御回路11を含む経路中に、モニタ抵抗12を設けず
にすみ、例えば発光素子１とバイアス電流制御回路11の
トランジスタ11aとの間からモニタ抵抗をなくせるの
で、トランジスタ11aの飽和を防ぐ効果が期待できる。

（Ｃ）本実施例では、バイアス電流制御回路11及びモニ
タ電流供給回路13の相対精度を利用してバイアス電流Ｉ
Bの検出（モニタ）を行うようにしているので、集積回
路化に適し、効果的な検出精度が得られる回路構成を実
現できる。

第４図は、本発明の第２の実施例を示す光信号発生回
路のバイアス電流制御回路の概略の回路図である。図
中、第１図と共通の要素には共通の符号が付されてい
る。

このバイアス電流制御回路21は、例え第１図の光信号
発生回路においてバイアス電流制御回路11に代えて設け
られるものであり、発光素子１のカソード及び電源電位
VEE間に並列接続されるＮ個の３端子回路21−１〜21−
Ｎで構成されている。各３端子回路21−１〜21−Ｎは、
それぞれ互いに直列接続されたNPN形トランジスタ21−1
a及び抵抗21−1b、NPN形トランジスタ21−2A及び抵抗21
−2b、…、NPN形トランジスタ21−Na及び抵抗21−Nbを
有している。

ここで、各トランジスタ21−1a〜21−Naは、それぞれ
コレクタが発光素子１のカソードに、エミッタが各抵抗
21−1b〜21−Nbにそれぞれ接続されると共に、ゲートが
ノードN1に共通接続されている。また、各トランジスタ
21−1a〜21−Naは、それぞれモニタ電流供給回路13のト
ランジスタ13aと同一のエミッタサイズを有して同一の
特性を持ち、各抵抗21−1b〜21−Nbは、それぞれモニタ
電流供給回路13の抵抗13bと同一の抵抗値を有してい
る。

従って、互いに接続されたＮ個の３端子回路21−１〜
21−Ｎは、エミッタサイズがＮ倍のトランジスタと1/N
倍の抵抗値の抵抗とから構成される３端子回路と等価で
ある。

この第２の実施例では、第１の実施例と同様の作用・
効果が得られる。

なお、本発明は、図示の実施例に限定されず、種々の
変形が可能である。その変形例としては、例えば次のよ
なものが挙げられる。

（Ｉ）上記第１及び第２の実施例では、発光素子１、信
号電流供給回路４、バイアス電流制御回路11,21、モニ
タ抵抗12、モニタ電流供給回路13、及びモニタ制御回路
14等の構成の変形が可能である。また、各回路構成の変
形等に応じて動作例の変更等も可能である。例えばバイ
アス電流制御回路11,21及びモニタ電流供給回路13は、
他の回路構成を適宜設計することにより、PNP形トラン
ジスタで構成したり、あるいはMOSFET等のユニポーラト
ランジスタ等で構成するようにしてもよい。例えばユニ
ポーラトランジスタ等で構成する場合には、上記実施例
でエミッタサイズに関して行った設定を例えばゲート寸
法等に関して行うようにする。

また、第１図及び第２図で示される光信号発生回路で
は、例えば前記公報に記載されるインピーダンス変換用
のイピーダンス回路の付加などのように、他の回路構成
を付加したりすることが可能である。

（II）本発明の光信号発生回路は、光ファイバ通信等に
限定されず、光信号を発生させる必要がある種々の装置
等に対して幅広く適用が可能である。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、バイア
ス電流制御回路と並列に、モニタ電流供給回路を設け、
該モニタ電流供給回路によってモニタ抵抗モニタ電流を
流し、そのモニタ抵抗のモニタ検出信号と発光出力監視
信号及び温度検出信号とによってモニタ制御回路で生成
されるバイアス電流制御信号に基づき、該バイアス電流
制御回路及びモニタ電流供給回路を制御するようにした
ので、例えば、急激なバイアス電流の増減が要求された
場合には、電流量の変化分を検出して変化量を減少させ
て、発光素子の劣化や破壊を避ける等のような、より細
かな発光素子の発光出力制御を行うことができる。しか
も、バイアス電流をモニタするにあたって、モニタ抵抗
の消費電力を小さくできる。

また、バイアス電流制御回路及びモニタ電流供給回路
をトランジスタを用いて構成した場合に、過大電流よる
トランジスタの飽和を防ぐという効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光信号発生回路の
概略の回路図、第２図は従来の光信号発生回路の一構成
例を示す概略の回路図、第３図は第２図の発光素子の電
流−光出力変換特性を示す図、第４図は本発明の第２の
実施例を示す光信号発生回路のバイアス電流制御回路の
概略の回路図である。１……発光素子、４……信号電流供給回路、11.21……
バイアス電流制御回路、11a,13a,21−1a〜21−Na……ト
ランジスタ、11b,13b,21−1b〜21−Nb……抵抗、12……
モニタ抵抗、13……モニタ電流供給回路、14……モニタ
制御回路、ＩB……バイアス電流、ＩM……モニタ電流、
ＩSW……信号電流、ＳEC……発光制御信号、ＳT……温
度検出信号、Sw……発光出力監視信号、ＶM……モニタ
検出信号、ＶIN……バイアス電流制御信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−189037（ＪＰ，Ａ) 特開平１−238084（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−154964（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18,3/133

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電源電位に接続され、バイアス電流に信号
電流が重畳された駆動電流が供給され、該信号電流に応
じた光出力の光信号を発生する発光素子と、前記発光素子と並列に前記電源電位に接続され、前記バ
イアス電流に応じて変化しかつ該バイアス電流よりも小
さいモニタ電流を検出してモニタ検出信号を出力するモ
ニタ抵抗と、前記光信号を受光して発光出力監視信号を出力する発光
出力監視手段と、前記発光素子の周囲温度を検出して温度検出信号を出力
する温度検出手段と、前記モニタ検出信号、前記発光出力監視信号及び前記温
度検出信号に基づき、前記光出力の変動を抑制するため
のバイアス電流制御信号を出力するモニタ制御回路と、前記発光素子に接続され、発光制御信号に基づき前記信
号電流を該発光素子に供給する信号電流供給回路と、前記発光素子に直列に接続され、前記バイアス電流制御
信号に基づき前記バイアス電流を一定電流値に制御する
バイアス電流制御回路と、前記モニタ抵抗に直列に接続され、前記バイアス電流制
御信号に基づき前記モニタ電流を該モニタ抵抗に供給す
るモニタ電流供給回路とを、備えたことを特徴とする光
信号発生回路。
【請求項２】前記発光素子は、レーザダイオードで構成
したことを特徴とする請求項１記載の光信号発生回路。