JP3313571B2 - アレイ素子用電流発生回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、並列伝送装置、特
に、並列光伝送装置の光送信回路および光受信回路にお
いて、一個の共通の外部制御信号入力により、複数チャ
ンネルの電流を同一の値に一括して調整・出力できるよ
うにしたアレイ素子用電流発生回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テキストや音声、そして、画像を
扱うことができるマルチメディアの発達に伴い、情報・
通信機器における情報の大容量化と高速伝送の要求が高
まり、機器内、および機器間の電気配線では高周波化と
結線数の増大が深刻な問題と成ってきている。

【０００３】特に、波形歪と減衰、ＥＭＩ対策、接地ア
イソレーション、および、低消費電力化等、厳しいシス
テム要求に対して電気配線ではこれらの全てをクリアす
るのは難しくなってきた。

【０００４】一方、光通信技術の成功により、高速大容
量で長距離の信号伝送には、一旦、信号を光に変換し、
これを光ファイバによる伝送路を使用して伝達する方
が、直接、電気信号をそのまま伝送するよりは有利であ
ることが証明された。即ち、システム内に光電変換機能
を導入した光伝送が実用的に優れていることを示してい
る。

【０００５】従って、光通信技術は今後、ますます重要
な技術となることが明らかであるが、光の持つ種々の特
長を利用し、上記電気配線の諸問題を解決する光配線技
術の開発が急務となる。

【０００６】また、近年、光配線技術を実現する上で必
須な要素デバイスの性能が向上し、さらに、光・電気実
装に関する要素技術開発の進展により、電気配線に代わ
り光配線に置き換えられるようなモジュールの開発が活
発になってきている。ただし、電気配線からの置き換え
を目指す光配線モジュールでは、“光インターフェース
ＩＣ（集積回路素子）同様の使い勝手を実現するこ
と”、“小型であること”、“低消費電力化と低コスト
化を図ること”等、実用化上、必須と考えられる要求課
題も多い。

【０００７】特に並列型光配線モジュールの中でも光送
信モジュールでは、電気光変換素子として光半導体レー
ザや発光ダイオードのアレイが使用されている。これら
は基本的には電流駆動型の素子であり、素子特性を引き
出すためのバイアス電流やパルス駆動電流振幅値を決め
るために、一定値に制御された定電流電源が必要であ
る。

【０００８】一方、光信号を電気信号に変換するための
光受信モジュールでも、入射した光信号は、フォトダイ
オードで電流に変換され、トランスインピーダンス増幅
器に入力される。そして、フォトダイオードの暗電流を
補償したり、入力電流信号にオフセットをかけるといっ
た目的のためにも、定電流発生回路が必要である。

【０００９】ただし、光配線モジュールを構成するアレ
イ素子は、もともと構成する個々の素子の特性が揃って
いるという事情から、全てのチャンネルに同一値の電流
を供給できさえすれば良い構成となっている。

【００１０】そして、従来の設計では高速の並列型集積
回路は電源や接地点を回路毎に独立して設置する構造を
とることが多かったため、定電流発生回路も必然的に各
々独立して設置していた。

【００１１】この場合には、アレイ回路を構成する個々
のユニット回路が独立した電源、接地、制御回路を持つ
構成となるため、原理的にチャンネル間のクロストーク
問題を容易に避けることができるというメリットがあ
る。

【００１２】しかし、その反面、回路に付与すべき外部
制御信号の数と電源ラインを含めた入出力線数は膨大と
なるばかりでなく、モジュール使用時には個々のチャン
ネルを独立して調整する必要があり、その調整の手間が
複雑で、システムコスト増大は計り知れない。

【００１３】そればかりか、プリント基板の上で、多数
の配線一本一本に微妙な手動調節を必要とすることは、
システム構成上、実用的な手段とは言えない。従って、
電源と接地ラインを共通化し、発生すべき電流は共通の
一つの端子から制御できるようにすることが望ましい。

【００１４】図６に、一つの共通の電圧で多チャンネル
の回路を同時に制御するようにした回路の従来例として
の等価回路図を示す。また、図７に、集積回路チップ上
における各チャンネルの電流発生回路ブロック100-A(30
1,201,101)〜100-N(30n,20n,10n)と、機能回路ブロック
401 ，402 ，〜40n の配置の概要を示す。この例では、
制御信号入力端子ＩＮに入力された制御信号ＶCTRLを、
集積回路チップ上における分散した場所に配置された各
チャンネルの電流発生回路ブロック100-A(301,201,101)
〜100-N(30n,20n,10n)位置まで引き回して所望の電流を
発生し、さらにこれら電流発生回路ブロック100-a 〜10
0-n からの定電流を供給する対象の回路ブロック401 ，
402 ，〜40n も集積回路チップ上にばらばらに分散して
配置されている。

【００１５】このようなレイアウトが一般的となるが、
しかしこのようなレイアウトでは、チップ上の配線が持
つ有限の抵抗により、分散した位置での基準となる接地
レベルが各チャンネル毎に異なったものとなるため、実
質的に異なった電圧で電流発生回路が制御されることに
なる。そして、結果的には、チャンネル毎に発生する電
流にばらつきが出る問題があった。

【００１６】一方、高速の光配線モジュールでは、電気
信号を光信号に変換するために半導体レーザ素子を使用
する。一般に半導体レーザ素子は、特性が温度変化に敏
感な性質を持ち、この温度変化の影響は発振閾値の増大
及び電流の光への変換効率の低下となって表われること
が知られている。そして、発振閾値や変換効率の温度変
化に伴う光出力の変化と周波数帯域の変化は、光配線モ
ジュールの信号伝送特性に直接影響を及ぼすことにな
る。

【００１７】そこで従来より、光通信システムでは温度
変化を抑えるために、レーザ出力光強度をモニタし、レ
ーザ出力光が常に一定の平均強度を保つように制御する
ようにした制御回路を組み込んで使用している。しか
し、モジュールの小型化要求の大きい光配線関係の分野
では、このような制御のための大掛かりな回路を組み込
んで使用することは事実上困難である。

【００１８】このため、図６の出力電流を制御する信号
としては入力電圧は一定値とし、出力電流は極力一定に
保つ回路方式を従来は採ってきた。しかし、結果的には
受信回路の入力のダイナミックレンジが狭いものとなっ
たり、外気温度の変化に伴い誤り率が変化したり、帯域
幅が変わるなど光配線モジュールの信号伝送特性が変化
する問題があった。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、光通信
のための配線技術において、特に複数本の光通信路と接
続して光信号の授受を行う並列型光配線モジュールの送
・受信回路では、並列型光配線モジュールを構成する複
数チャンネル分の例えば、送信機能回路ブロックには、
供給される電流値が外部から制御可能な定電流源を必要
としており、しかも、一つの共通の電圧信号によって全
チャンネル同時に制御できることが不可欠である。つま
り、送信機能回路ブロックには、それぞれ電気信号を光
信号に変換するための半導体レーザ素子が用いられるこ
とになるが、この半導体レーザ素子は温度変化や電流変
化に対して出力が変化するという特徴がある。

【００２０】そして、送信機能回路ブロックは、複数チ
ャンネル分あり、出力を調整できるようにするために
は、各送信機能回路ブロックに供給される駆動信号の電
流値が外部から制御可能な定電流源を必要としている。
しかも、出力調整を簡易にできるようにするためには、
一つの共通の電圧信号によって全チャンネル同時に制御
できることが不可欠である。

【００２１】しかしながら、従来の回路では本質的にこ
の条件を満たしていなかったり、回路構造上は条件を満
たしていても、光配線に必須な特性を備えていないか、
あっても不十分であるという問題があった。

【００２２】本発明は、これらの点を考慮してなされた
ものであり、基本的には、集積回路チップ上に分散する
複数のアレイ機能回路ブロックの近傍に電流源を配しな
がら、配線抵抗による接地のオフセット電圧が事実上、
影響ないようにでき、しかも、チャンネル間クロストー
クが比較的小さな電流発生回路を提供することにある。

【００２３】さらに、半導体レーザのように特性が温度
変化に依存して変わるのを、フィードフォワード制御に
よって一定の特性を有するように温度補償できる電流値
に変換して発生できる回路を提供することにある。これ
により、従来困難であった小型化と低コスト化された並
列型光配線モジュールを実現し、システム機器上での実
用化を図る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成する。すなわち、それぞれ
駆動電流を受けて動作する複数チャンネル分の機能回路
を有するアレイ素子であって、各機能回路はそれぞれチ
ャンネル別に設けられて制御信号対応の定電流を発生さ
せる定電流発生回路の定電流出力を、前記駆動電流とし
て受ける構成であり、これら各回路は集積回路チップ上
に形成してなるアレイ素子において、各チャンネル別の
定電流発生回路を集積回路チップ上の所定の領域に集中
配置し、制御信号の入力端子は１ヶ所にしてこの１ヶ所
の入力端子から各チャンネル別の定電流発生回路に供給
する構成とした点にある。

【００２５】本発明は、複数チャンネル分の機能回路ブ
ロックを備えた集積回路であって、各チャンネル別の機
能回路ブロックに、定電流を供給する各チャンネル別の
定電流発生回路を集積回路チップ上の特定領域に集中し
て配置し、各定電流発生回路には１つの共通の制御信号
入力端子からの信号を与えるようにしたので、制御信号
入力端子から各チャンネルの定電流発生回路に対する信
号配線は極めて短く、配線抵抗は皆、ほぼ同等とするこ
とができる。そのため、同一の制御信号を与えることが
できるから各チャンネルの定電流発生回路の出力は皆同
じに揃えることができる。

【００２６】そのため、各定電流発生回路は事前にオフ
セット分の補正などをまったく考慮せずとも済む構成と
なり、外部調整なしに共通の制御信号により電流特性を
揃えることができるようになる。

【００２７】また、本発明は、一つの基準電源入力を制
御信号とし、集積回路チップ上において、制御信号入力
端子近傍に、局所的に集中して配置された各チャンネル
対応の複数のトランジスタと、共通の入力基準電圧源は
電流制御信号として各々のトランジスタのベースに供給
し、かつ、各トランジスタのエミッタには同一値の抵抗
で共通の接地ラインに接続して定電流発生回路を構成す
る。また、各トランジスタのコレクタからの電流出力
は、集積回路チップ内に分散した位置に配置されたアレ
イ機能回路ブロックの電流入力に接続する構成とする。

【００２８】この場合、接地ラインと制御電圧入力は各
々共通の一本の配線で結ばれ、かつ、電流発生回路はチ
ップ上に集中して配されるようにレイアウトされるの
で、どの電流発生回路もチップ上における回路条件は等
しくなり、電流発生回路に入力される制御電圧も実質的
にも全てのチャンネルで同一の値となる。また、電流発
生回路を構成するエミッタ接地型のトランジスタの当該
エミッタに接続される抵抗もチップ上における互いに近
傍の位置に形成・配置されるので、抵抗値のバラツキと
相対的温度変化も小さい。また、抵抗の接続される接地
も距離が短く配線抵抗も無視できるので、電圧差も生じ
ない。必然的に複数の定電流発生回路から出力される電
流のバラツキは無視できる大きさに納まる。

【００２９】外部制御電圧に代わり同一チップ上に設け
た内部基準電圧を制御信号に使うことによって、電流発
生回路と基準電圧発生回路の温度が同一になり、出力電
流の安定性、または、電流出力に特定の温度依存性を持
たせた時の温度特性の制御性が向上する。

【００３０】特に内部基準電圧発生回路と電流発生回路
を互いに近傍に配置することによって、物理的に同一の
共通接地が得られるため、高速回路で生じる接地雑音な
ど実装上の接地問題も解決できる。

【００３１】また、基準電圧にダイオードーの順方向降
下電圧やバンドギャップ定電圧発生源を変形した回路に
より、発生する基準電圧の温度係数を負にしたり、正に
することが可能となって、発生する電流にも特定の温度
特性を持たせることができる。これより、半導体レーザ
の駆動電流にフィードフォワードをかけて、閾値や電流
・光変換効率が温度変化するのを補償することが可能と
なる。

【００３２】さらに、基準電圧と電流発生用トランジス
タのベースの間に接続する能動素子としてローパスフィ
ルタを設置することによって、通常周波数成分が圧倒的
に高周波領域にある基準電圧のノイズや制御信号ライン
を経由したチャンネル間クロス卜一クを抑えることが可
能となる。

【００３３】本発明では、アレイ回路を構成する個々の
独立したユニット回路が信号の入出力を除き、電源、設
置ライン、制御信号をチップ内部で共通接続して使用す
る構成としたことにより、本質的にモジュールパッケー
ジに必要な入出力端子数の増大を抑えることができる。

【００３４】この結果、モジュール構造が簡単で小型化
され、また、使用する際には一ヶ所を調整するだけで全
てのチャンネルが調整可能となり、調整箇所が少なくな
って使い易くなる。これらは全てモジュールの部品レベ
ル、または、システムレベルでの低コスト化に寄与す
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体例を、図面を
参照して説明する。本発明の第１の具体例としての等価
回路を図１に、また、図１の回路のチップ上でのレイア
ウト図を図２に示す。図において、ＩＮは制御信号電圧
ＶCTRLの入力端子であり、１００Ａ〜１００Ｎは各チャ
ンネル別の電流発生回路ブロック、４０１〜４０ｎは各
チャンネル別の機能回路ブロックである。

【００３６】各チャンネル別の電流発生回路ブロック１
００Ａ〜１００Ｎは、それぞれ入力端子ＩＮから入力さ
れた制御信号電圧ＶCTRLを受けて当該制御信号電圧ＶCT
RL対応の所要の電流値の電流出力を発生し、機能回路ブ
ロック４０１〜４０ｎのうち、自己の対応するチャンネ
ルの機能回路ブロック４０１〜４０ｎにその電流を供給
する。各チャンネル別の機能回路ブロック４０１〜４０
ｎはその供給された電流対応に動作するものである。

【００３７】各チャンネル別の電流発生回路ブロック１
００Ａ〜１００Ｎと各チャンネル別の機能回路ブロック
４０１〜４０ｎをＩＣチップ上１に形成するが、本具体
例のものでは、図２に示すように、ＩＣチップを機能回
路ブロック４０１〜４０ｎの形成エリアと、電流発生回
路ブロック１００Ａ〜１００Ｎの形成エリアとに分け
て、機能回路ブロックの形成エリアには各チャンネル別
の機能回路ブロック４０１〜４０ｎを順に並べて配置
し、電流発生回路ブロックの形成エリアには各チャンネ
ル別の電流発生回路ブロック１００Ａ〜１００Ｎを順に
並べて配置する。電流発生回路ブロックの形成エリア近
傍には一つの入力端子ＩＮが設けられ、この入力端子Ｉ
Ｎから入力された制御信号電圧ＶCTRLを電流発生回路ブ
ロック１００Ａ〜１００Ｎに与える構成である。

【００３８】そして、電流発生回路ブロック１００Ａ〜
１００Ｎを電流発生回路ブロックの形成エリアにまとめ
て配置することにより、入力端子ＩＮから各電流発生回
路ブロック１００Ａ〜１００Ｎまでの制御信号電圧ＶCT
RL引き込み配線は短くできて、配線抵抗の問題がないよ
うにし、各電流発生回路ブロック１００Ａ〜１００Ｎが
皆同様の回路条件で動作できるようにしてある。

【００３９】電流発生回路ブロック１００Ａ〜１００Ｎ
は、それぞれトランジスタ等を用いて構成されており、
入力される制御信号電圧ＶCTRL対応に電流を発生して、
自己の対応する機能回路機能回路ブロック４０１〜４０
ｎにその電流を供給する。

【００４０】本発明の装置においては、制御信号電圧Ｖ
CTRLが入力される入力端子ＩＮからこれら複数の電流発
生回路ブロック１００Ａ〜１００Ｎまでの間は、制御信
号電圧ＶCTRLが制御信号配線により引き回されているも
のの、一つのエリアに集中的に配置してある関係で、電
流発生回路ブロック１００Ａ〜１００Ｎに対する電気的
条件は殆ど同じである。また、同様に、機能回路ブロッ
ク４０１〜４０ｎも別の一つのエリアに集中的に配置さ
れ、各機能回路ブロック４０１〜４０ｎに対する電気的
条件は殆ど同じである。

【００４１】なお、各電流発生回路ブロック１００Ａ〜
１００Ｎはそれぞれエミッタ接地接続構成としたｎｐｎ
型のトランジスタ１０１〜１０ｎを有しており、制御信
号電圧ＶCTRLをこれらのトランジスタ１０１〜１０ｎの
ベースに供給することで制御信号電圧対応の電流を発生
して対応する機能回路ブロック４０１〜４０ｎに供給す
る構成である。

【００４２】そして、各電流発生回路ブロック１００Ａ
〜１００Ｎはこれらを集中的に同じエリアにまとめて配
置する構成としたことにより、配線長を短くし、入力端
子ＩＮからの制御信号電圧ＶCTRLをこれらに配線により
導くにあたり、その配線抵抗による電圧降下と、集積回
路の基準接地点と対応するトランジスタ１０１〜１０ｎ
におけるエミッタ抵抗２０１〜２０ｎの接続されている
接地（グランドライン）におけるオフセット電圧との差
とが生じにくいようにしている。

【００４３】次にこのような構成の本装置の作用を説明
する。図１に示す第１の具体例としての等価回路は、一
見、図６の従来例に似ている。しかし、実際には、図２
に示すように、ＩＣチップ１上でのレイアウトが大きく
異なる。

【００４４】従来技術である図６の構成でも制御信号電
圧ＶCTRL入力は一個で共通であるが、定電流を発生する
回路である各チャンネル別の定電流発生回路ブロックは
図７に示したように、それぞれチップ１上に分散して配
置されており、その各定電流発生回路ブロックまで、制
御信号配線が引き回され、互いに場所が離れた定電流発
生回路のトランジスタのベースに供給されていた。

【００４５】一方、図１および図２に示す本装置の構成
では、各チャンネルの電流発生回路ブロック１００Ａ〜
１００Ｎが制御信号電圧ＶCTRLの入力端子ＩＮの近傍に
集中的に配置してあるので、図６の従来構成に比較して
接地ラインの配線抵抗は無視でき、電気的に共通接地と
見なされるレイアウトとなっている。

【００４６】定電流発生回路ブロック１００Ａ〜１００
Ｎのトランジスタのコレクタ出力は、出力インピーダン
スが十分に高いので、チップ１上における定電流発生回
路ブロック１００Ａ〜１００Ｎから離れたエリアに配置
されたアレイ機能回路ブロック４０１〜４０ｎまでの配
線インピーダンスは問題にならない。

【００４７】定電流発生回路ブロック１００Ａ〜１００
Ｎにおけるトランジスタ１０１〜１０ｎのコレクタ出力
が接続されている機能回路ブロック４０１〜４０ｎの入
力に高周波信号が載っていている場合には、逆にコレク
タに高周波信号が伝搬し、トランジスタ１０１〜１０ｎ
のコレクタ・ベース接合容量によって制御信号ラインに
漏れてクロストークが生じるおそれがある。そして、こ
れが容量性結合であるので、高周波成分のクロストーク
が多くなる。

【００４８】これに対する対策としては、定電流発生回
路ブロック１００Ａ〜１００Ｎにおけるトランジスタ１
０１〜１０ｎのコレクタと、対応する機能回路ブロック
４０１〜４０ｎの入力の間にそれぞれ抵抗５０１〜５０
ｎを挿入することによってインピーダンスを高くすれば
良い。これによって、クロストークは一定レベル以下に
抑制することができる。

【００４９】また抵抗５０１〜５０ｎを挿入すること
は、高周波の漏洩を防ぐ効果に加えて、入出力間のアイ
ソレーションを図る効果にも繋がり、高周波雑音の抑圧
や発振防止に寄与する。挿入される抵抗５０１〜５０ｎ
の値としては、抵抗に流れる電流による電圧降下によっ
てコレクタ電圧が下がり、トランジスタ１０１〜１０ｎ
が飽和するおそれの出ない範囲で大きな値を選ぶのが良
い。

【００５０】図３の具体例は、さらに効果的に定電流発
生回路ブロック１００Ａ〜１００Ｎと機能回路ブロック
４０１〜４０ｎ間のアイソレーションを図ったものであ
る。各チャンネル毎に定電流発生回路ブロック１００Ａ
〜１００Ｎのそのブロックの持つトランジスタ１０１〜
１０ｎのコレクタ出力と、これより離れた位置にあるそ
のブロック対応のチャンネルのアレイ機能回路ブロック
４０１〜４０ｎの入力との間に、それぞれベース接地型
トランジスタ増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを介在させる構
成とした。

【００５１】このようなベース接地型トランジスタ増幅
器ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを定電流発生回路ブロック１００
Ａ〜１００Ｎと機能回路ブロック４０１〜４０ｎ間にそ
れぞれ設けて信号を増幅し、この増幅した信号を対応チ
ャンネルの機能回路ブロック４０１〜４０ｎに与える構
成とすると、電流発生回路のコレクタの出力電圧は、ほ
ぼ一定値に安定化されるので、電流発生回路と機能回路
ブロックの入出力間の高周波アイソレーションは大幅に
向上する。また、この場合、定電流発生回路のコレクタ
電圧が安定化することにより、電流発生回路自身の出力
電流安定性が良くなる効果もある。

【００５２】また、図３に示した回路においては、アイ
ソレーションの効果を一層高めるために、ベース接地型
トランジスタ増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎを定電流発生回
路ブロック１００Ａ〜１００Ｎと機能回路ブロック４０
１〜４０ｎ間にそれぞれ設けるばかりでなく、当該トラ
ンジスタ増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰｎと直列に抵抗５０１
〜５０ｎを挿入した構成としている例である。

【００５３】なお、機能回路ブロック４０１〜４０ｎに
供給する定電流値を制御する電流発生回路の電圧とし
て、同一チップ上に組み込んだ基準電圧発生回路を使用
するのが有効である。すなわち、同一チップ上に組み込
んだ基準電圧発生回路は、接地ラインの共通性が保たれ
るので基準電圧がチップ電流に影響されない、同一チッ
プ上に組み込んだ基準電圧発生回路は、ＩＣ外部での配
線引き回しが無いか、あるいはあっても少なくなるので
雑音の影響が少なくなる、チップ全体が同じ温度に保た
れるので外気温度の変化に対して全ての回路が常に同じ
温度変化して発生する電流の温度安定性が良くなる、ま
たは、特定の温度特性を意識的に持たせることができ
る、などの効果が期待できる。

【００５４】チップ上に内蔵する基準電圧の発生手段と
して、簡便に使えるものはダイオードの順方向降下電圧
である。ダイオードの順方向降下電圧を使用する構成の
場合、構成素子であるダイオードが集積回路で使用して
いるものと同じ材料で形成されることになるから、同じ
条件で動作させれば常に、特性は同一である。そして、
原理的には一個のダイオードの発生する電圧によって、
トランジスタのベース・エミッタ間電圧の変化を補償で
きる。また、ダイオードを用いる構成の場合、単純な回
路となるから比較的安定度の高い定電流を発生させた
り、比較的大きな負の温度係数を持った電流源を構成す
ることが容易である。

【００５５】また、非常に良好な定電圧特性を持つ基準
電圧を必要とするときには、バンドギャップ基準電源
（バンドギャップレファレンス回路）を用いると、良い
結果が得られることが確認された。 バンドギャップ基準
電源を用いた典型的な回路例を図５（ａ）、（ｂ）に示
す。

【００５６】図５（ａ）の回路構成では、バンドギャッ
プ基準電源回路を構成するための能動素子として、半導
体製造プロセスを単純化するために、ｎｐｎ型のトラン
ジスタだけを用いた構成であり、電流源として抵抗２１
を設けた構成である。また、図５（ｂ）の構成において
は、出力電圧の安定性を向上するために、図５（ａ）の
抵抗２１の代わりに、ｐｎｐトランジスタ１５，１６、
抵抗２５，２６から構成される定電流源回路を用いたも
のである。

【００５７】機能的にはいずれの回路構成も同等であ
り、いずれの構成であっても、回路定数を調整すること
によって温度や入力電圧の変化に対して出力電圧Ｖref
を一定に保つようにすることができた。一方、抵抗値を
定電圧出力の最適値から変更を加えることによって、Ｖ
ref は正の温度係数を持たせたり、逆に負の温度係数を
持たせるようにすることができた。

【００５８】バンドギャップ基準電源を用いた回路を具
体的に、レーザ駆動回路に適用した結果を示す。レーザ
素子を駆動する回路に必要な電流発生回路としては、レ
ーザ素子の発振閾値や変換効率の温度変化に伴う光出力
の変化と、周波数帯域の変化を抑え、信号伝送特性を一
定に保つようにするために、温度変化に応じて駆動電流
を変化させて補償する方法が良い。

【００５９】具体的にレーザ駆動回路に適用した結果を
図４に示す。図からわかるように、温度変化に対して高
いリニアリティをもって負の出力電圧変化を得たり、正
の出力電圧変化を得たりすることがことができる。レー
ザ駆動回路に必要な電流発生回路では、レーザの閾値や
変換効率の温度変化に伴う光出力の変化と周波数帯域の
変化を抑え、信号伝送特性を一定に保つため、温度変化
に応じて駆動電流を変化させて補償する方法が良い。

【００６０】何故なら、最近の光配線用レーザは、低閾
値であることに加えて、閾値や変換効率の温度特性もか
なり改善され、しかもその温度依存性はある一定の規則
に基づいて変化する特性を持つようになっているからで
ある。即ち、発振閾値及びパルス駆動電流を発生する回
路には、従来のように一定の電流を発生する回路に代わ
って半導体レーザの温度特性を補償するような、ある一
定の規則で出力電流を変化させる回路、即ちフィードフ
ォワードが効果的である。

【００６１】実際に適用した例に対し、種々の出力電流
値をパラメータとして、入力すべき制御電圧の温度依存
性を示したのが図４の特性図であるが、図中の点で表さ
れる理想値に対し、図５（ａ）または図５（ｂ）の基準
電圧発生回路を用いることで、他の定数を固定したまま
抵抗２２の値を調整することのみによって実線の特性が
得られた。

【００６２】図からわかるように、正と負の範囲に亙る
温度係数を持たせ、かつ、絶対値も一致する基準電圧が
高精度で発生できた。結果的には、半導体レーザ光の出
力強度が温度によらず一定の値が得られるようになっ
た。

【００６３】なお、従来の構成例である図６の構成にお
いて、定電流発生回路１００Ａ〜１００Ｎのトランジス
タにおけるベース入力部に、能動回路またはローパスフ
ィルタ回路を設けているが、複数の定電流発生回路がチ
ップ上に分散配置されているため、回路間の接地ライン
電圧には僅かづつ電圧差が生じていて必ずしも共通とは
見なせない。しかし、この場合でも、フィルタは高周波
のランダム雑音抑圧に対しては効果があるが、電流パス
には入っていないため、チャンネル間クロストークとな
る雑音の抑圧には効果がなかった。

【００６４】本発明による具体例である図１、図３の構
成の場合には、複数の電流発生回路がチップ上、局所的
に集中して配置される構成と採用しており、そのため
に、接地の共通性が良好であることに加えて、発生電流
を制御する電圧の接地点レベルとの共通性も良い。従っ
て、制御ラインと電流発生トランジスタのベースの間に
挿入されたフィルタの接地も同一の共通ラインになるた
め、ローパスフィルタの高周波信号に対するフィルタ抑
圧効果は絶大である。

【００６５】このため、高周波領域にあるクロストーク
の多くは、ローパスフィルタの挿入することによって減
衰してチャンネル間アイソレーションを高めることがで
きた。 以上、種々の具体例を説明したが、要するに本
発明は、各チャンネル別の定電流発生回路を集積回路チ
ップ上の所定の領域に集中配置し、制御信号の入力端子
は１ヶ所にしてこの１ヶ所の入力端子から各チャンネル
別の定電流発生回路に供給する構成とした点にある。

【００６６】光通信の分野に用いられる並列型光配線モ
ジュールの送・受信回路において、構成する複数チャン
ネルの機能回路ブロックには供給される電流値が外部か
ら制御可能な定電流源を必要としており、集積回路チッ
プ上に分散する複数のアレイ機能回路ブロックの近傍に
電流源を配置しながら、配線抵抗によって生じる接地の
オフセット電圧に影響されず、かつ、一つの共通の基準
電圧信号入力によって複数の電流発生回路の電流出力を
全チャンネルに対して同一の値を採るように制御でき、
しかも、チャンネル間クロストークが比較的小さな電流
発生回路が必要である。さらには、駆動対象とするもの
が半導体レーザ素子のように特性が温度変化に依存して
変わるような素子を対象にすることができるようにする
ために、フィードフォワード制御によって一定の特性を
示すように温度補償できる電流値に変換して電流発生で
きるような電流発生回路が必要である。

【００６７】このような背景に基づき、本発明において
は、第１には、各チャンネル別の定電流発生回路を集積
回路チップ上の所定の領域に集中配置し、制御信号の入
力端子は１ヶ所にしてこの１ヶ所の入力端子から各チャ
ンネル別の定電流発生回路に供給する構成とした。これ
により、各チャンネル別の定電流発生回路の電気的特性
を揃えることができると共に、各チャンネル別の定電流
発生回路に対する制御信号を、配線抵抗の影響を与えず
に入力することができ、各チャンネル別の定電流発生回
路をその電気的特性調整のために個別に調整する必要が
なくなる。そして、また、各チャンネル別の定電流発生
回路から対応する機能回路ブロックに対して与える定電
流出力は、各定電流発生回路の出力インピーダンスが高
いために配線インピーダンスの影響を受けることなく機
能回路ブロックに与えて、その駆動に供することができ
る。

【００６８】すなわち、定電流発生回路ブロック１００
Ａ〜１００Ｎがエミッタ接地型のトランジスタを用いた
構成としていて、トランジスタのコレクタ出力は、出力
インピーダンスが十分に高い構成となるのことから、チ
ップ１上における定電流発生回路ブロック１００Ａ〜１
００Ｎから離れたエリアに配置されたアレイ機能回路ブ
ロック４０１〜４０ｎまでの配線インピーダンスの影響
はまったく問題にせずに済む。

【００６９】以上、バイポーラートランジスタを例にし
て説明したが、バイポーラートランジスターに限定され
るものではない。例えば、接合型ＦＥＴ、ＭＯＳＦＥ
Ｔ、ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ、ＨＢＴ、ＨＥＭＴなどの
能動素子でも構成できる。

【００７０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、電源、
接地ライン、および、制御信号が、アレイ回路に共通の
一本の接続で済むので、光配線モジュールパッケージに
必要な端子数の増大が抑えられてモジュール構造が簡単
になり、小型化と低コスト化が可能となる。さらに、光
配線モジュールを使用する際には、一ヶ所を調整するだ
けで全てのチャンネルの設定電流値が同一の値に調整可
能となり、使い勝手が向上する。これらは、必然的にシ
ステムレベルでの低コスト化にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の
アレイ素子用電流発生回路の具体例を示す等価回路図。

【図２】本発明を説明するための図であって、本発明の
アレイ素子用電流発生回路のチップ上のレイアウトの一
例を示す図。

【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の
アレイ素子用電流発生回路の別の具体例を示す図。

【図４】フィードフォワード型レーザ駆動回路の基準電
圧の温度依存性を示す図。

【図５】本発明装置に用いるバンドギャップ基準電圧発
生回路例を示す図。

【図６】従来例を説明するための図であって、従来のア
レイ素子用電流発生回路の等価回路図。

【図７】従来例を説明するための図であって、従来のア
レイ素子用電流発生回路のチップ上のレイアウト図。

【符号の説明】

１…ＩＣ（集積回路）チップ １００Ａ〜１００Ｎ…各チャンネル別の電流発生回路ブ
ロック １０１〜１０ｎ…トランジスタ ２０１〜２０ｎ…抵抗 ３０１〜３０ｎ…能動回路、または、ローパスフィルタ ４０１〜４０ｎ…機能回路ブロック ５０１〜５０ｎ…抵抗 ６０１〜６０ｎ…トランジスタ ７０１〜７０ｎ…抵抗 ８０１〜８０ｎ…抵抗 ９０１〜９０ｎ…容量 ＧＮＤ…接地レベル ＶCC…正極電位 ＶEE…負極電位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−9858（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−56469（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−198844（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−327084（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−167170（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/15 H01L 21/822 H01L 27/04 H01S 5/00 - 5/40 H01L 33/00 H04N 7/22 B41J 3/00 H04N 1/036

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動電流を受けて動作する機能回路を、複
   数チャンネル分、有するアレイ素子であって、各機能回
   路はそれぞれチャンネル別に設けられて制御信号対応の
   定電流を発生させる定電流発生回路の定電流出力を、前
   記駆動電流として受ける構成であり、これら各回路は集
   積回路チップ上に形成してなるアレイ素子において、 前記チャンネル別に設けられる各定電流発生回路は、集
   積回路チップ上の特定領域にまとめて配置する構成と
   し、前記制御信号は前記特定領域の近傍に一つ設けた制
   御信号入力用の端子から各定電流発生回路に至る制御信
   号配線により供給する構成とすることを特徴とするアレ
   イ素子用電流発生回路。
2. 【請求項２】駆動電流を受けて動作する機能回路を、複
   数チャンネル分、有するアレイ素子であって、各機能回
   路はそれぞれチャンネル別に設けられて制御信号対応の
   定電流を発生させる定電流発生回路の定電流出力を、前
   記駆動電流として受ける構成であり、これら各回路は集
   積回路チップ上に形成してなるアレイ素子において、 前記チャンネル別に設けられる各定電流発生回路は、集
   積回路チップ上の特定領域にまとめて配置すると共に、
   各定電流発生回路は、それぞれ前記制御信号をベース駆
   動入力として受けるエミッタ接地型のトランジスタより
   なる構成とし、前記制御信号は前記特定領域の近傍に一
   つ設けた制御信号入力用の端子から各定電流発生回路に
   至る制御信号配線により供給する構成とすることを特徴
   とするアレイ素子用電流発生回路。
3. 【請求項３】一つの基準電圧入力と、それぞれチャンネ
   ル別に定電流発生回路を構成するトランジスタとを具備
   し、前記基準電圧入力は各トランジスタのベースに受動
   回路を介して接続され、かつ、各トランジスタのエミッ
   タは同一抵抗で共通の接地ラインに接続されてなるアレ
   イ素子用電流発生回路において、 各チャンネル別の定電流発生回路は集積回路チップ上の
   特定領域にまとめて配置すると共に、各チャンネル別の
   定電流発生回路における各トランジスタのコレクタ出力
   電流は集積回路チップ内に分散して配置するアレイ機能
   回路ブロックに個別に供給し、前記制御信号は前記特定
   領域の近傍に一つ設けた制御信号入力用の端子から各定
   電流発生回路に至る制御信号配線により供給する構成と
   することを特徴とするアレイ素子用電流発生回路。
4. 【請求項４】前記基準電圧入力として使用する目的のた
   めに、集積回路チップ内部に基準電圧発生回路を設置し
   たことを特徴とする請求項３記載のアレイ素子用電流発
   生回路。
5. 【請求項５】前記各トランジスタはそのコレクタ出力と
   分散したアレイ機能回路の入力の間に抵抗を接続し、電
   流入出力間のアイソレーションを高めたことを特徴とす
   る請求項１のアレイ素子用電流発生回路。
6. 【請求項６】前記各トランジスタはそのコレクタ出力と
   分散したアレイ機能回路の入力との間にベース接地型ト
   ランジスタ増幅器を挿入し、入出力間のアイソレーショ
   ンを高めたこと特徴とする請求項３または５記載のアレ
   イ素子用電流発生回路。
7. 【請求項７】バンドギャップ定電圧源を内部基準電圧発
   生回路とすることを特徴とする請求項４記載のアレイ素
   子用電流発生回路。
8. 【請求項８】ダイオード順方向降下電圧を内部基準電圧
   発生源とし、出力される電流値に特定の温度係数を持た
   せたことを特徴とする請求項４記載のアレイ素子用電流
   発生回路。
9. 【請求項９】バンドギャップ基準電圧回路による電圧源
   を内部基準電圧発生回路とし、出力される電流値に特定
   の温度係数を持たせるようにしたことを特徴とする請求
   項４記載のアレイ素子用電流発生回路。
10. 【請求項１０】前記受動回路は、ローパスフィルタ回路
    を用いることを特徴とする請求項３記載のアレイ素子用
    電流発生回路。