JP3350404B2 - 発光ダイオード駆動回路 - 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、光通信等に用いら
れる発光ダイオードを駆動するための回路に関し、特に
高速伝送が要求される光ファイバを媒体とした光通信に
好適に用いられる発光ダイオード駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバ網の整備が進められ、
光ファイバを媒体とした信号の伝送が普及してきてい
る。特に、画像、音声およびデータなどの要求される通
信品質が異なる信号を１つのネットワークで扱うことが
できるＡＴＭ（非同期転送モード）のＬＡＮが普及して
きている。このようなＡＴＭ−ＬＡＮにおいて、前記画
像や音声などの高速伝送が要求される信号に対応して、
従来では、発光素子に半導体レーザが使用されている。
しかしながら、低価格化によるさらなる普及を図るため
に、またアイセーフティの観点から、発光素子として、
前記半導体レーザよりも低価格で、目に優しい発光ダイ
オードを使用することが望まれている。

【０００３】図４は、上述のような要望に応えるための
典型的な従来技術の発光ダイオード駆動回路１の電気回
路図である。この発光ダイオード駆動回路１は、大略的
に、差動アンプ２と、駆動電流制御回路３と、駆動電流
発生回路４と、ピーキング電流発生回路５とを備えて構
成されている。前記差動アンプ２は、パルス状の入力信
号ｓ１に対して、正転出力ｓ２および反転出力／ｓ２を
出力する。

【０００４】前記駆動電流制御回路３は、トランジスタ
ｑ１，ｑ２から成る差動対によって構成されており、ト
ランジスタｑ１のベースには前記正転出力ｓ２が与えら
れ、トランジスタｑ２のベースには前記反転出力／ｓ２
が与えられる。トランジスタｑ２のコレクタは、ハイレ
ベル＋Ｂの電源ラインに接続されており、トランジスタ
ｑ１のコレクタは、発光ダイオード６のカソードに接続
されている。発光ダイオード６のアノードは、前記ハイ
レベル＋Ｂの電源ラインに接続されており、トランジス
タｑ１，ｑ２のエミッタは、共通に駆動電流発生回路４
に接続されている。

【０００５】駆動電流発生回路４は、カレントミラー回
路を構成する一対のトランジスタｑ３，ｑ４と、抵抗ｒ
１，ｒ２とを備えて構成されている。トランジスタｑ３
のベースおよびコレクタは、前記ハイレベル＋Ｂの電源
ラインに接続され、エミッタは、抵抗ｒ１を介して接地
されている。これに対して、トランジスタｑ４のベース
は、前記トランジスタｑ３のベースおよびコレクタに接
続され、エミッタは、抵抗ｒ２を介して接地されてい
る。また、このトランジスタｑ４のコレクタは、前記ト
ランジスタｑ１，ｑ２のエミッタに接続されている。し
たがって、この駆動電流発生回路４は、抵抗ｒ１，ｒ２
の比、およびトランジスタｑ３，ｑ４の面積比などに対
応した一定の電流を前記駆動電流制御回路３から吸込ん
でいる。

【０００６】したがって、前記入力信号ｓ１がローレベ
ルであるときには、反転出力／ｓ２がハイレベルとなっ
てトランジスタｑ２が導通し、該トランジスタｑ２に
は、駆動電流発生回路４によって規定された定電流が流
れている。これに対して、前記入力信号ｓ１がハイレベ
ルとなると、正転出力ｓ２がハイレベルとなってトラン
ジスタｑ１が導通し、前記定電流は、トランジスタｑ１
を介して発光ダイオード６から吸込まれることになる。

【０００７】一方、ピーキング電流発生回路５は、トラ
ンジスタｑ５，ｑ６から成る差動対と、定電流回路７
と、分圧抵抗ｒ３，ｒ４と、プルアップ抵抗ｒ５と、コ
ンデンサｃ１とを備えて構成されている。前記トランジ
スタｑ５のベースには、分圧抵抗ｒ３，ｒ４によって前
記ハイレベル＋Ｂの電圧が分圧されて印加されており、
このトランジスタｑ５のコレクタは、前記発光ダイオー
ド６のカソードに接続されている。これに対して、トラ
ンジスタｑ６のベースは、プルアップ抵抗ｒ５を介して
前記ハイレベル＋Ｂの電圧に保持されるとともに、この
ベースには、前記反転出力／ｓ２が、コンデンサｃ１を
介して入力される。トランジスタｑ６のコレクタは、前
記ハイレベル＋Ｂの電源に接続され、エミッタは、トラ
ンジスタｑ５のエミッタとともに定電流回路７を介して
接地されている。

【０００８】したがって、入力信号ｓ１がローレベルで
あるときには、前記反転出力／ｓ２がハイレベルであ
り、コンデンサｃ１の両端子電圧はハイレベルとなって
該コンデンサｃ１は放電しており、またトランジスタｑ
６が導通し、該トランジスタｑ６のエミッタ電流が定電
流回路７に供給されている。

【０００９】これに対して、入力信号ｓ１がハイレベル
となると、前記反転出力／ｓ２はローレベルとなり、そ
の瞬間にトランジスタｑ６のベースがローレベルとなっ
て、該トランジスタｑ６が遮断し、トランジスタｑ５が
導通して、発光ダイオード６のカソードから、前記定電
流回路７で規定された定電流の吸込みが行われる。その
後、コンデンサｃ１の充電が行われ、両端子間の電位差
はｃ１・ｒ５の時定数によって大きくなってゆき、これ
によってトランジスタｑ６のベース電圧が上昇し、トラ
ンジスタｑ５による電流の吸込みが終了する。

【００１０】図５は、上述のように構成される発光ダイ
オード駆動回路１の動作を説明するための波形図であ
る。図５（ａ）で示すような、たとえばパルス幅が６ｎ
ｓｅｃの入力信号ｓ１に対して、駆動電流発生回路４お
よび駆動電流制御回路３によって発光ダイオード６のカ
ソード側から吸込まれる電流ｉ１は、図５（ｂ）で示す
ようになり、たとえばその電流値は６０ｍＡである。ま
た、前記ピーキング電流発生回路５によって吸込まれる
電流ｉ２は、図５（ｃ）で示すように、入力信号ｓ１が
ハイレベルに立上がった瞬間に、前記定電流回路７によ
って規定された、たとえば６０ｍＡとなり、以降、ｃ１
・ｒ５の時定数で減少してゆく。

【００１１】したがって、前記電流ｉ１，ｉ２の合成電
流である発光ダイオード６を流れる電流ｉ３は、図５
（ｄ）で示すようになり、点灯の瞬間に１２０ｍＡのピ
ーキングを示し、そのピーキングが収束すると、以降、
点灯中は定電流となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
発光ダイオード６の駆動電流は、点灯駆動時には、ピー
キングを有し、該発光ダイオード６の速やかな発光が可
能とされている。しかしながら、消灯駆動時には、ピー
キングを有しておらず、したがって、たとえば映像に必
要となる伝送速度の２０Ｍｂｐｓ、デジタルオーディオ
に要求される伝送速度の８Ｍｂｐｓならびに前記ＡＴＭ
−ＬＡＮの規格である５０Ｍｂｐｓや１５６Ｍｂｐｓの
高速伝送には、使用することができないという問題があ
る。

【００１３】この点、前記駆動電流の消灯駆動時に、発
光ダイオードを速やかに消灯するようにした他の従来技
術が、たとえば特開平３−２７５８０号公報、特開平４
−２３３７７６号公報、特開昭６１−２３０４３８号公
報および特開昭６２−１１８５８５号公報に示されてい
る。

【００１４】前記特開平３−２７５８０号公報および特
開昭６１−２３０４３８号公報は、発光ダイオードの点
灯駆動時には、前記図４で示す従来技術と同様に、コン
デンサ容量によってピーキング電流を発生し、これに対
して、消灯駆動時には、発光ダイオードの両端子間を短
絡させることで、消灯駆動時間を短縮している。しかし
ながら、このような従来技術では、点灯駆動時のピーキ
ング量はＣＲの時定数によって調整することができるけ
れども、消灯駆動時のピーキング量を調整することがで
きないという問題がある。

【００１５】また、前記特開平４−２３３７７６号公報
では、抵抗要素を用いて差動対のトランジスタのＯＮ／
ＯＦＦのタイミングを相互にずらし、ピーキング電流を
発生している。しかしながら、この従来技術では、前記
１５６Ｍｂｐｓの高速伝送に充分に対応可能であるかが
疑問である。

【００１６】さらにまた、前記特開昭６２−１１８５８
５号公報は、発光ダイオードと直列に抵抗とコンデンサ
との並列回路を設け、この並列回路と発光ダイオードと
の回路に並列に抵抗要素を設け、点灯駆動時には、前記
コンデンサにピーキング電流を発生させ、消灯駆動時に
は、前記抵抗要素によって発光ダイオードの端子間を短
絡している。したがってこの従来技術でも、前記特開平
３−２７５８０号および特開昭６１−２３０４３８号と
同様に、消灯駆動時のピーキング量の調整が困難である
という問題がある。

【００１７】本発明の目的は、点灯駆動時だけでなく、
消灯駆動時にも所望とするピーキング量に調整すること
ができる高速駆動可能な発光ダイオード駆動回路を提供
することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る発光ダイオ
ード駆動回路は、入力段に設けられ、発光ダイオードの
駆動信号に応答した一対の差動出力を導出する差動アン
プと、前記差動出力に応答し、発光ダイオードを点灯す
べきときに予め定める一定の駆動電流を供給する駆動電
流発生手段と、前記駆動電流に加算されるピーキング電
流を発生するピーキング電流発生手段であって、一方の
素子が前記発光ダイオードに接続され、他方の素子が予
め定める電位に接続される差動対と、前記差動対に予め
定める定電流を供給する定電流源と、前記差動アンプの
各出力と、差動対の対応する入力との間にそれぞれ介在
されるコンデンサと、前記差動対の各入力を予め定める
電位にそれぞれクランプするクランプ抵抗とを備える、
そのようなピーキング電流発生手段とを含むことを特徴
とする。

【００１９】上記の構成によれば、発光ダイオードにピ
ーキング電流を供給するピーキング電流発生手段の差動
対には、それぞれ、駆動信号に応答して差動アンプで作
成された正相と逆相との差動出力が、ピーキング電流発
生用のコンデンサを介して与えられている。また、差動
対を流れる電流量は、定電流源によって規定されてい
る。

【００２０】したがって、２つのコンデンサによって、
発光ダイオードの点灯駆動時と消灯駆動時とのそれぞれ
にピーキング電流を発生させ、そのピーキング量を、定
電流源によって規定することができ、また収束時間を、
前記コンデンサとクランプ抵抗との時定数で所望とする
値に設定することができる。このようにして、発光ダイ
オードの点灯駆動時と消灯駆動時とのいずれにおいて
も、所望とするピーキング電流を発生させることがで
き、発光ダイオードの高速駆動が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。

【００２２】図１は、本発明の実施の一形態の発光ダイ
オード駆動回路１１の電気回路図である。この発光ダイ
オード駆動回路１１は、大略的に、差動アンプ１２，１
３と、バッファアンプ１４と、駆動電流制御回路１５
と、定電流回路１６と、ピーキング電流発生回路１７と
を備えて構成されている。

【００２３】発光ダイオード１８を駆動するための、た
とえば６ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス状の駆動信
号Ｓ１が、差動アンプ１２に入力されて、前記入力信号
Ｓ１に対応した正転出力Ｓ２と、前記正転出力Ｓ２に逆
相の反転出力／Ｓ２とが作成され、差動アンプ１３およ
びバッファアンプ１４に与えられる。前記出力Ｓ２，／
Ｓ２は、差動アンプ１３を介して、それぞれ出力／Ｓ
３，Ｓ３とされて、前記駆動電流制御回路１５を構成す
る差動対のトランジスタＱ２，Ｑ１のベースに入力され
る。

【００２４】トランジスタＱ２のコレクタは、ハイレベ
ル＋Ｂの電源ラインに接続されており、トランジスタＱ
１のコレクタは、発光ダイオード１８のカソードに接続
されている。これらトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ
は、前述の駆動電流発生回路４と同様に構成される定電
流回路１６を介して接地されている。発光ダイオード１
８のアノードは、前記ハイレベル＋Ｂの電源ラインに接
続されている。

【００２５】したがって、図２（ａ）で示す入力信号Ｓ
１がハイレベルに立上がると、トランジスタＱ２が遮断
し、トランジスタＱ１が導通して、図２（ｂ）で示す前
記定電流回路１６で規定された所定の定電流Ｉ１、たと
えば６０ｍＡが、定常点灯用の駆動電流として、発光ダ
イオード１８のカソード側から吸込まれる。

【００２６】一方、ピーキング電流発生回路１７は、Ｎ
ＰＮ形のトランジスタＱ３，Ｑ４から成る差動対と、ピ
ーキング発生用のコンデンサＣ１，Ｃ２と、プルアップ
用の抵抗Ｒ１，Ｒ２と、定電流回路１９とを備えて構成
されている。前記出力Ｓ２，／Ｓ２は、バッファアンプ
１４を介してそれぞれ出力Ｓ４，／Ｓ４となり、コンデ
ンサＣ１，Ｃ２の一方の端子に入力される。コンデンサ
Ｃ１，Ｃ２の他方の端子は、トランジスタＱ３，Ｑ４の
ベースとそれぞれ接続されるとともに、プルアップ抵抗
Ｒ１，Ｒ２を介して前記ハイレベル＋Ｂの電源ラインに
接続されている。トランジスタＱ３のコレクタは、前記
発光ダイオード１８のカソードに接続され、トランジス
タＱ４のコレクタは、前記ハイレベル＋Ｂの電源ライン
に接続される。これらトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッ
タは、共通に定電流回路１９を介して接地されている。

【００２７】したがって、前記入力信号Ｓ１がハイレベ
ルに立上がった瞬間には、バッファアンプ１４からの正
転出力Ｓ４もハイレベルとなり、このハイレベルに、充
電されていたコンデンサＣ１の端子間電圧が加算されて
トランジスタＱ３のベースがハイレベルとなり、該トラ
ンジスタＱ３が導通する。このとき、反転出力／Ｓ４が
ローレベルとなって、放電されていたコンデンサＣ２を
介してトランジスタＱ４のベースが該ローレベルとな
り、該トランジスタＱ４が遮断する。これによって、発
光ダイオード１８のカソードからは、図２（ｃ）で示す
ように、前記定電流回路１９によって規定されるピーキ
ング電流Ｉ２、たとえば６０ｍＡが吸込まれ、このピー
キング電流Ｉ２は、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１との時定
数に対応して減少してゆく。

【００２８】これに対して、前記入力信号Ｓ１がローレ
ベレルに立下がった瞬間には、前記正転出力Ｓ４がロー
レベルとなって、トランジスタＱ３が遮断し、反転出力
／Ｓ４がハイレベルとなって、トランジスタＱ４が導通
し、前記図２（ｃ）で示すようなピーキング電流が流れ
る。

【００２９】したがって、発光ダイオード１８を流れる
電流Ｉ３は、図２（ｄ）で示すように、定常点灯用の電
流Ｉ１と、ピーキング電流Ｉ２との加算値となり、点灯
開始時には、たとえば１２０ｍＡとなり、消灯駆動時に
は、たとえば−２０ｍＡとなる。前記ピーキング電流Ｉ
２は、定電流回路１９の電流値およびＣ１・Ｒ１，Ｃ２
・Ｒ２の時定数を調整することによって、所望とする値
に設定することができる。したがって、発光ダイオード
１８の点灯駆動および消灯駆動を、容易かつ高精度に調
整することができるピーキング電流Ｉ２によって速やか
に行うことができ、前記ＡＴＭ−ＬＡＮにおける１５６
ＭｂｐＳ以上に対応した高速駆動を行うことができる。

【００３０】図３に、前記図４で示す従来技術の発光ダ
イオード駆動回路１と、本発明に従う発光ダイオード駆
動回路１１との発光ダイオードの応答時間（＝１／応答
周波数）と、ピーキング量との関係を示す。図３（ａ）
は、前記従来技術の発光ダイオード駆動回路１を示し、
参照符α１は点灯駆動時のデータであり、参照符α２は
消灯駆動時のデータである。

【００３１】この図３（ａ）から明らかなように、点灯
駆動時にのみピーキング電流を発生することができるこ
の従来技術の発光ダイオード駆動回路１では、ピーキン
グ量を増大することによって、点灯駆動時の応答時間は
短縮することができるけれども、消灯駆動時の応答時間
は短縮することができない。

【００３２】これに対して、図３（ｂ）で示す本発明の
発光ダイオード駆動回路１１では、ピーキング量の増大
に対して、参照符β１で示す点灯駆動時の応答時間およ
び参照符β２で示す消灯駆動時の応答時間がともに短縮
されていることが理解される。これによって、高速駆動
が可能となっている。

【００３３】上述の実施の形態では、発光ダイオード１
８から電流を吸込むことによって該発光ダイオード１８
を点灯するように構成しているけれども、本発明の実施
の他の形態として、電流を流し出すことによって点灯す
るように構成してもよい。また、ピーキング電流も、Ｐ
ＮＰ形のトランジスタから成る差動対に、コンデンサと
プルダウン抵抗とによって作成したピーキング波形を入
力することによって発生するようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係る発光ダイオード駆動回路
は、以上のように、発光ダイオードにピーキング電流を
供給するピーキング電流発生手段の差動対には、それぞ
れ駆動信号に応答して差動アンプで作成された正相と逆
相との差動出力をピーキング電流発生用のコンデンサを
介して与えるようにし、また差動対を流れる電流量を、
定電流源によって規定する。

【００３５】それゆえ、２つのコンデンサによって、発
光ダイオードの点灯駆動時と消灯駆動時とのそれぞれに
ピーキング電流を発生させ、そのピーキング量は定電流
源によって規定することができ、また収束時間は前記コ
ンデンサとクランプ抵抗との時定数で所望とする値に設
定することができる。したがって、発光ダイオードの点
灯駆動時と消灯駆動時とのいずれにおいても、所望とす
るピーキング電流を発生させることができ、発光ダイオ
ードの高速駆動を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の発光ダイオード駆動回
路の電気回路図である。

【図２】図１で示す発光ダイオード駆動回路の動作を説
明するための波形図である。

【図３】図１で示す本発明の発光ダイオード駆動回路お
よび図４で示す従来技術の発光ダイオード駆動回路のピ
ーキング量の増大に対する応答時間の変化を示すグラフ
である。

【図４】典型的な従来技術の発光ダイオード駆動回路の
電気回路図である。

【図５】図４で示す発光ダイオード駆動回路の動作を説
明するための波形図である。

【符号の説明】 １１ 発光ダイオード駆動回路 １２，１３ 差動アンプ １４ バッファアンプ １５ 駆動電流制御回路（駆動電流発生手段） １６ 定電流回路（駆動電流発生手段） １７ ピーキング電流発生回路（ピーキング電流発生
手段） １８ 発光ダイオード １９ 定電流回路（定電流源） Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ Ｑ１，Ｑ２；Ｑ３，Ｑ４ トランジスタ（差動対） Ｒ１，Ｒ２ プルアップ抵抗（クランプ抵抗）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−67791（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−141768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−210682（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−34477（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力段に設けられ、発光ダイオードの駆動
   信号に応答した一対の差動出力を導出する差動アンプ
   と、 前記差動出力に応答し、発光ダイオードを点灯すべきと
   きに予め定める一定の駆動電流を供給する駆動電流発生
   手段と、 前記駆動電流に加算されるピーキング電流を発生するピ
   ーキング電流発生手段であって、 一方の素子が前記発光ダイオードに接続され、他方の素
   子が予め定める電位に接続される差動対と、 前記差動対に予め定める定電流を供給する定電流源と、 前記差動アンプの各出力と、差動対の対応する入力との
   間にそれぞれ介在されるコンデンサと、 前記差動対の各入力を予め定める電位にそれぞれクラン
   プするクランプ抵抗とを備える、そのようなピーキング
   電流発生手段とを含むことを特徴とする発光ダイオード
   駆動回路。