JP3215166B2 - 光半導体素子の駆動回路 - Google Patents

光半導体素子の駆動回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体素子を高速
に、しかも、ジッタ量を抑えて駆動する光半導体素子の
駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、一般に、定電流の差動増幅回路に
よる駆動である光半導体素子の駆動回路は、図2に示す
ように、発光ダイオード21、差動増幅回路22、およ
び定電流回路26から構成されている。これにより、制
御入力信号Vinに基づいて差動増幅回路22を構成する
論理回路23の各出力端子23a・23bからは、相互
にハイレベル/ローレベルの出力信号が出力される。そ
して、論理回路23からの各出力信号に基づいて、差動
増幅回路22を構成する各スイッチングトランジスタ2
4・25が相互にON/OFFすることにより、発光ダ
イオード21がON/OFFして光信号が伝送される。
【0003】ここで、発光ダイオード21がON状態の
時には、定電流回路26の電流Iは、スイッチングト
ランジスタ25を通して発光ダイオード21の順方向電
流Iとして流れる。一方、発光ダイオード21がO
FF状態の時には、定電流回路26の電流IO は、スイ
ッチングトランジスタ24を通して電源電圧+VCCより
流れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
構成では、制御入力信号Vinの周波数が高い場合、即
ち、光半導体素子を高速に駆動する場合、入力信号Vin
の周波数の変化に伴って光のON時間、およびOFF時
間が変化する。また、上記従来の駆動回路では、光のO
N/OFF、即ち、光の立ち上がり/立ち下がりは、差
動増幅回路22の立ち上がり/立ち下がり時間による
が、光のOFF時には、発光ダイオード21の順方向電
流IF が略0Aとなると共に、スイッチングトランジス
タ25のコレクタ電流が略0Aとなるため、発光ダイオ
ード21のカソード電位が高インピーダンスになり、駆
動周波数の変化に伴う光OFF期間の変化が発光直前の
光OFF状態の発光ダイオード21の状態(バイアス電
圧・電流)に変化が生じ、光の立ち上がり、および遅延
時間が変化する。
【0005】この様子は、図3の信号波形で示される。
ここで、Vinがハイレベルで論理回路23の出力に基づ
いて、発光ダイオード21はON状態、逆に、Vinがロ
ーレベルで発光ダイオード21がOFF状態として同図
に示す。VF は発光ダイオード21の順方向電圧を表し
ている。上記のように光のOFF時には、光の立ち下が
りは差動増幅回路22の立ち下がり時間により急峻に光
がOFFする。即ち、VF が急峻に立ち下がる。しか
し、発光ダイオード21の順方向電流IF が略0Aにな
ると、これに伴って、急激にVF の立ち下がりが鈍くな
り、光のOFF期間でVF が除々に低下する。図3の実
線で示すある1つの周波数で駆動している場合は、発光
ダイオード21の発光直前の順方向電圧はVF で一定
で、光の遅延時間tp1および立ち上がり時間tr1は一定
で変化しないが、図3の破線で示す光OFF期間の異な
る駆動信号が入った場合、発光ダイオード21の発光直
前の順方向電圧はVF3となり、ΔVF =VF3−VF1の電
圧に相当する光の遅延時間tp2、および立ち上がり時
間tr2に変化を生じる。
【0006】以上のことから、光信号の伝送を光ファイ
バデータリンク等で行う際、従来の駆動回路では、入力
信号Vinに、高周波成分を含む周波数の異なる複数の信
号からなるランダムな信号が入力されると、駆動回路の
出力は前述の遅延時間(立ち上がり/立ち下がりに要す
る時間等)のバラツキ、即ち、ジッタ量が大きくなり、
高速、かつ正確な情報伝達が困難になるという問題を有
している。
【0007】また、高速、かつ正確な情報伝達を招来す
るため、前述の図2に示す光半導体素子の駆動回路に加
えて、図4に示すように、ダイオード31・32、抵抗
33、および電流源34からなるバイアス手段30を構
成部材として備えたものが提案されているが、このよう
な構成では、電流源34に流れる電流値I34が比較的大
きな値をとるため、消費電流が増加するという問題を有
している。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子の
駆動回路は、上記の課題を解決するために、以下の手段
を講じている。
【0009】即ち、制御入力信号に基づいて、差動増幅
回路がその正転出力端に接続される光半導体素子をON
/OFF駆動し、バイアス手段が上記光半導体素子の両
端に順方向のプリバイアス電圧を印加するようにした光
半導体素子の駆動回路において、上記バイアス手段を、
ダイオード、pnpトランジスタから成る電流源および
抵抗を備えて構成し、上記差動増幅回路の反転出力端に
設ける。
【0010】
【作用】上記の構成によれば、制御入力信号に基づいて
差動増幅回路はスイッチングされる。そして、差動増幅
回路の出力の変化に応じて、光半導体素子はバイアス手
段により順方向にバイアスされているので、光半導体素
のスイッチングの応答特性が改善され、高速なスイッ
チングが行われる。従って、変化の激しい高周波成分を
含む信号に対しても、光半導体素子高速に、しかも、
確実に駆動することができる。さらに、バイアス手段を
構成する電流源にpnpトランジスタを使用すること
で、光半導体素子の順方向電流を流すのに必要な定電流
の値を小さくすることができ、結果として、消費電流の
低減を招来することができる。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例について図1に基づいて説
明すれば、以下の通りである。尚、以下の説明では、説
明の便宜上、前述の図4を再度使用するものである。
【0012】本実施例に係る光半導体素子の駆動回路
は、図1に示すように、光半導体素子としての発光ダイ
オード1と、差動増幅回路2と、定電流回路6と、バイ
アス手段10とから構成されている。
【0013】上記発光ダイオード1は、アノードが電源
電圧+VCCのプラス側に接続されており、カソードが差
動増幅回路2を構成する後述のスイッチングトランジス
タ5のコレクタに接続されている。
【0014】上記差動増幅回路2は、TTL(Transist
or-Transistor Logic)等からなる論理回路3と、npn
型のスイッチングトランジスタ4・5とからなり、論理
回路3の各出力端子3a・3bは、個々にスイッチング
トランジスタ4・5の各ベースに接続されている。スイ
ッチングトランジスタ4は、コレクタがバイアス手段1
0を構成する後述のダイオード12のカソード、pnp
型トランジスタ15のベース、および抵抗13の一端に
接続されており、エミッタが定電流回路6に接続されて
いる。スイッチングトランジスタ5は、コレクタが前述
のように発光ダイオード1のカソードに接続されてお
り、エミッタが定電流回路6に接続されている。尚、上
記定電流回路6は、GND端子が接地されているもので
ある。
【0015】そして、上記の差動増幅回路2を構成する
論理回路3は、入力端子からハイレベルの制御入力信号
inを入力すると、出力端子3aからローレベルの出力
信号を出力すると共に、出力端子3bからハイレベルの
出力信号を出力する一方、入力端子からローレベルの制
御入力信号Vinを入力すると、出力端子3aからハイレ
ベルの出力信号を出力すると共に、出力端子3bからロ
ーレベルの出力信号を出力するようになっている。
【0016】上記バイアス手段10は、ダイオード11
・12と、抵抗13・14と、電流源をなすpnp型ト
ランジスタ15とからなり、各ダイオード11・12
は、ダイオード11のカソードとダイオード12のアノ
ードとを接続点として直列に接続されている。また、ダ
イオード11のアノードは、電源電圧+VCCに接続され
ており、ダイオード12のカソードは、前述のように差
動増幅回路2を構成するスイッチングトランジスタ4の
コレクタに接続されている。
【0017】pnp型トランジスタ15は、前述のよう
にベースがダイオード12のカソードに接続され、エミ
ッタが抵抗14を介してダイオード12のアノードに接
続され、また、コレクタが抵抗13の他端と共に発光ダ
イオード1のカソードに接続点Aで接続されている。
【0018】そして、上記のバイアス手段10を構成す
るダイオード11・12、抵抗13・14、およびpn
p型トランジスタ15は、発光ダイオード1の光OFF
時に、出力インピーダンスを低く抑えながら、発光ダイ
オード1の両端に順方向に一定のバイアス電圧を印加す
るようになっている。
【0019】上記の構成により、制御入力信号Vinの変
化に伴う光半導体素子の駆動回路の各部の動作について
説明すると、以下の通りである。
【0020】制御入力信号Vinがローレベルの場合に
は、差動増幅回路2を構成する論理回路3の出力端子3
aからはハイレベルの出力信号が出力されて、スイッチ
ングトランジスタ4のベース電位はハイレベルとなる一
方、論理回路3の出力端子3bからはローレベルの出力
信号が出力されて、スイッチングトランジスタ5のベー
ス電位はローレベルとなる。このため、スイッチングト
ランジスタ4はON状態となる一方、スイッチングトラ
ンジスタ5はOFF状態となり、発光ダイオード1はO
FF状態となる。つまり、発光ダイオード1は光信号を
照射せず、光信号がOFF状態に対応する。
【0021】このとき、ダイオード11・12の各順方
向電圧をVFDとすると、発光ダイオード1の両端に順方
向にかかるプリバイアス電圧VF1は、次式(1)で略近
似できる。
【0022】 VF1≒2×VFD−(VFD−VBEP ) ×R13/R14 …(1) VBEP :pnp型トランジスタ15のベース−エミッタ
間電圧 ここで、制御入力信号Vinがローレベルから変化してハ
イレベルとなると、論理回路3の出力端子3aからはロ
ーレベルの出力信号が出力されて、スイッチングトラン
ジスタ4のベース電位はハイレベルからローレベルへと
変化する一方、論理回路3の出力端子3bからはハイレ
ベルの出力信号が出力されて、スイッチングトランジス
タ5のベース電位はローレベルからハイレベルへと変化
する。このため、スイッチングトランジスタ4はOFF
状態となる一方、スイッチングトランジスタ5はON状
態となり、発光ダイオード1は光信号を照射するON状
態となる。
【0023】このとき、発光ダイオード1の両端に順方
向にかかる順方向電圧をVF2とし、ダイオード11の順
方向電圧をVFD2 とし、また、定電流回路6に流れる電
流をIO とすると、発光ダイオード1に流れる順方向電
圧IF2は、近似的に次式(2)により決まる。
【0024】IF2≒IO −I13−I14 …(2) ただし、I13=(VF2−2×VFD2 )/R1314=(VFD2 −VBEP )/R14 このとき、上記R13の値およびVF1の値を、前記図4中
の抵抗33の値R33およびVF1の値と等しくすると、 I13+I14≪I34 とすることができ、前記図4の駆動回路と同じ順電流I
F を流すために定電流IO の値を小さくでき、消費電流
を低減させられる。
【0025】次に、制御入力信号Vinがハイレベルから
ローレベルへ変化すると、スイッチングトランジスタ4
がON状態となる一方、スイッチングトランジスタ5が
OFF状態となり、これに伴って、発光ダイオード1と
並列のダイオード11・12、抵抗13・14によりp
np型トランジスタ15がON状態となり、駆動回路の
出力インピーダンスを低く設定できる。
【0026】
【発明の効果】本発明の光半導体素子の駆動回路は、以
上のように、制御入力信号に基づいて、差動増幅回路
その正転出力端に接続される光半導体素子をON/OF
駆動し、バイアス手段が上記光半導体素子の両端に順
方向のプリバイアス電圧を印加するようにした光半導体
素子の駆動回路において、上記バイアス手段を、ダイオ
ード、pnpトランジスタから成る電流源および抵抗を
備えて構成し、上記差動増幅回路の反転出力端に設け
構成である。
【0027】これにより、ダイオードと抵抗と電流源と
を有する簡素なバイアス手段を設けるだけで、高周波成
分を含む変化の激しい信号に対しても、光半導体素子を
高速に、しかも、ジッタ量を抑えて駆動可能となる。さ
らには、バイアス手段を構成する電流源としてpnp型
のトランジスタを用いることで、光半導体素子の順方向
電流を流すのに必要な定電流の値を小さくすることがで
き、結果として、消費電流の低減を招来することができ
るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における光半導体素子の駆動
回路を示す回路図である。
【図2】従来例の光半導体素子の駆動回路を示す回路図
である。
【図3】上記駆動回路の動作を示す信号波形図である。
【図4】従来例の他の光半導体素子の駆動回路を示す回
路図である。
【符号の説明】
1 発光ダイオード(光半導体素子) 2 差動増幅回路 10 バイアス手段 11・12 ダイオード 13・14 抵抗 15 pnp型トランジスタ Vin 制御入力信号 VF1 プリバイアス電圧

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御入力信号に基づいて、差動増幅回路
    その正転出力端に接続される光半導体素子をON/OF
    駆動し、バイアス手段が上記光半導体素子の両端に順
    方向のプリバイアス電圧を印加するようにした光半導体
    素子の駆動回路において、上記バイアス手段を、ダイオ
    ード、pnpトランジスタから成る電流源および抵抗を
    備えて構成し、上記差動増幅回路の反転出力端に設け
    ことを特徴とする光半導体素子の駆動回路
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