JP3405518B2 - 半導体レーザ駆動回路 - Google Patents
半導体レーザ駆動回路Info
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Description
を駆動する半導体レーザ駆動回路に関する。
とした場合には、立上がり/立ち下がりが鈍くオーバシ
ュート、アンダシュート、リンギンクのない波形となる
ので、LEDは一般には高速動作に向かないとされてい
たが、現在では、LEDを高速動作させることができる
ようになった。LEDを高速動作させる回路としては、
例えば、特願平8−222740号に記載されているも
のが知られている。特願平8−222740号に記載さ
れている回路例を図3に示す。この回路の入力は、通
常、単相信号である。この単相信号は増幅器3001に
より互いに相補的な両相信号に変換される。LED30
03は増幅器3002の入力と出力のうち、同相の入出
力端子どうしがそれぞれコンデンサ3005,3006
により接続されており、増幅器3002の一方の出力端
子には、LED3003のカソードが接続され、他方の
出力端子には、LED3003の等価抵抗と同程度の抵
抗値のダミー抵抗3004が接続されていて、電流の平
衡がとられている。増幅器3001からの互いに相補的
な両相信号は、この増幅器3002により電圧−電流変
換され、得られた電流がLED3003に流れ、LED
3003が発光する。
数成分がそのパルス信号の立上がりと立下がりエッジに
含まれるので、立上がりと立下がりのみが増幅器300
2をバイパスしてLED3003にフィードフォワード
されることになり、LED負荷の場合の立上がりと立下
がり時の波形の鈍りが補正されることになる。
03に代えてレーザダイオードを用いた場合、容量性素
子であるLEDを用いた場合とは相違して、インダクタ
ンス性素子であるレーザダイオードのインダクタンス
と、フィードフォワード回路の容量(すなわち、コンデ
ンサ3005,3006)とに起因して、パルスの立上
がりと立下がりが急峻になり過ぎ、オーバシュート、ア
ンダシュート、リンギングが増加することになる。従っ
て、レーザダイオードに対してはこのフィードフォワー
ド回路は有効な手段ではなかった。
の等価回路はレーザダイオードだけで決定されるもので
はなく、例えば、レーザダイオードと駆動回路との間の
ボンデイングワイヤの寄生インダクタンス、ボンディン
グパッドと接地電極との寄生容量等が複雑に関係してく
る。特に、1GHzを超えた周波数では、1GHz以下
の周波数では無視できたこれら寄生素子の影響が、レー
ザダイオードの動作に顕著に反映される。さらに、駆動
回路自体に含まれる出力容量も寄与してきて、レーザダ
イオードのインダクタンス成分および接合容量成分をど
んなに小さくしても、これら寄生素子の影響を除去する
ことができず、レーザダイオードの出力にリンギングが
現われる。
決し、レーザダイオード出力のリンギングを抑制するこ
とができる半導体レーザ駆動回路を提供することにあ
る。
動回路は、相補的な入力信号をそれぞれ所定のレベルに
レベル変換するレベル変換回路と、該レベル変換回路に
よるレベル変換により得られた入力信号に基づき駆動し
てレーザダイオードに該レーザダイオードの接続導体に
寄生する寄生インダクタを介して変調電流を流す差動増
幅回路とを有する半導体レーザ駆動回路において、前記
レベル変換回路の出力端子と、該出力端子に現われる信
号と同相の信号が現われる前記差動増幅回路の出力端子
の間に、それぞれ、前記入力信号の周波数近傍の共振周
波数を有するフィードフォワード回路であって、抵抗と
コンデンサを直列接続してなるフィードフォワード回路
を備えたことを特徴とする。
果トランジスタにより構成することができ、レベル変換
回路はソースフォロワーとすることができる。
な信号を単相入力信号から生成する回路を備えることが
できる。
FETとすることができる。
を超えるようにすることができる。
す。これはレーザダイオード駆動回路の最終出力段の例
である。図1において、1は増幅器であり、単相入力信
号を相補的な2相の信号に変換するものである。2はソ
ースフォロワーであり、FET(field effect transis
tor )201,202により構成されており、増幅器1
からの相補的な信号のうちの一方の信号のレベルを所定
のレベルに変換するものである。3はソースフォロワー
であり、FET301,302により構成されており、
増幅器1からの相補的な信号のうちの他方の信号のレベ
ルを所定のレベルに変換するものである。これらのレベ
ル変換はソースフォロワーFETのゲート−ソース間電
圧(Vgs)で実現されるが、これに加えてFETのソ
ースに直列に順方向接続された複数のダイオードを接続
し、ダイオードの順方向電圧降下を利用することもでき
る。FET201,202,301,302はゲート長
が0.8nmであり、ゲート幅が180μmである。ソ
ースフォロワー2,3の消費電力は負側電源に接続され
ているFET202,302のゲートに入力される動作
電流制御信号(バイアス電圧)で決定される。
402のソースを共通接続し、この共通接続したソース
を、変調電流制御信号に応じた電流を流すFET403
を介して負側電源に接続し、FET401のドレインは
ボンディングワイヤ(ボンディングワイヤとして、径が
20μm〜150μm程度の細い金線またはアルミ線を
採用したので、これらボンディングワイヤは約1nH/
mmの寄生インダクタンスを有する。図1には寄生イン
ダクタ404として図示してある)を介して正側電源に
接続してあり、FET402のドレインはボンディング
ワイヤ(図1には寄生インダクタ405として図示して
ある)およびレーザダイオード406を介して正側電源
に接続してある。
続した抵抗601およびコンデンサ602により構成さ
れるフィードフォワード回路6を介して、ソースフォロ
ワー3に接続してあり、そのゲートがソースフォロワー
2に接続してある。
続した抵抗501およびコンデンサ502により構成さ
れるフィードフォワード回路5を介して、ソースフォロ
ワー2に接続してあり、そのゲートがソースフォロワー
3に接続してある。ソースフォロワー2,3の出力信号
が相補的であるので、FET401,402のうちの一
方のFETがONになるとともに、他方のFETがOF
Fになり、ONになったFETのみが導通して、FET
403で決定される変調電流が流れ、FET401がO
Nになったときにのみ、レーザダイオード406に電流
が流れ発光することになる。
抵抗を採用し、コンデンサ502,602としては0.
7pFのコンデンサを採用した。フィードフォワード回
路5の抵抗501とコンデンサ502と、フィードフォ
ワード回路6の抵抗601とコンデンサ602とは、半
導体レーザ駆動回路を構成するIC(integrated circu
it)を作成する際に、同一プロセスで形成することが可
能である。抵抗501,601は、イオン注入層を用い
た注入抵抗(シート抵抗は約500Ω/□)を利用し
て、パターンの縦横比を1:5にすることにより作成す
ることができる。また、抵抗値の大きい金属材料(Ni
Cr、TaN等)を薄膜形成した金属抵抗層(10Ω/
□ないし100Ω/□)を用いても作成可能である。コ
ンデンサ502,602は、配線層の層間絶縁膜を用い
たMIM(metal-insulator-metalコンデンサ(約0.
08fF/μm2 )を利用した場合は、90μm×90
μmの面積で0.7pFが実現可能であり、ダイオード
の接合容量用いても作成可能である。
T702はドレインがボンディングワイヤ(図1には寄
生インダクタ701として図示してある)を介してレー
ザ406のカソードに接続してあり、ソースが負側電源
に接続してあり、ゲートに供給されるバイアス電流制御
信号に基づき、レーザダイオード406のバイアス電流
を発光閾値電流近傍にするものである。
バイアス電流制御回路7のFET702として、それぞ
れ、ゲート長が0.8μm、ゲート幅が800μmのF
ETが使用されている。このようにゲート幅を長くし
て、大きな電流を流すことができるようになっている
が、FETの接合容量に起因する出力容量も大きくなっ
ている。FET401,402の接合容量は、数pF程
度存在する。
406はバイアス電流がFET702により制御されて
いて、発光閾値電流近傍にバイアスされている状態で、
増幅器1に単相の入力信号が入力されると、この単相の
入力信号は増幅器1により相補的な2相の信号に変換さ
れる。得られた相補的な2相の信号は、一方がソースフ
ォロワー2により差動増幅回路4の入力電圧に合うよう
に変換され差動増幅回路4に入力され、他方がソースフ
ォロワー3により差動増幅回路4の入力電圧に合うよう
に変換され差動増幅回路4に入力される。差動増幅回路
4に入力された信号は相補的な信号であるので、差動増
幅回路4のFET401,402のうちの一方のFET
がONになったとき、他方のFETがOFFになり、O
NになったFETにのみ、FET403で決定される変
調電流が流れる。従って、レーザダイオード406に
は、FET402がONになったときにのみ、電流が流
れ、レーザダイオード406からレーザ光が出射される
ことになる。
設けなかった場合は、差動増幅回路4のFET401,
402の接合容量に起因して、パルスの立上がりと立下
がりが鈍り、その上、この数pF程度の差動増幅回路4
のFET401,402の接合容量と、約1nH/mm
の差動増幅回路4のボンディングワイヤの寄生インダク
タンスとの共振によりリンギング等が発生することにな
る。これら接合容量と寄生インダクタンスによる共振周
波数は、数GHz程度になり、この共振周波数は信号周
波数と同等の値である。例えば2GHzの諭理1が連続
するNRZ(non-return-to-zero)信号を入力した場合
の出力波形の一例を図2に実線で示す。縦軸のスケール
は任意である。
示すように、フィードフォワード回路5,6を設け、フ
ィードフォワード回路5,6を、それぞれ、100Ωの
抵抗と、この抵抗に直列接続した0.7pFのコンデン
サとにより構成した。従って、フィードフォワード回路
5,6の共振周波数は信号の周波数の近傍の値の約2.
3GHzとなる。例えば2GHzの諭理1が連続するN
RZ(non-return-to-zero)信号を入力した場合の出力
波形は、図2に点線で示すようになる。
ド回路5,6を挿入した場合の方が、しない場合より、
出力波形のオーバシュートは大きいが、リンギングは小
さい。フィードフォワード回路5,6を挿入しない場
合、諭理1が連続的に現われたとき、最初の論理1の区
間で発生したリンギングが、次の諭理1の区間にまで継
続している様子が認められ、レーザダイオード406と
レーザダイオード駆動回路を用いた光信号伝送系により
送られた信号は、受信側でビット誤り率が増大してしま
うことになる。一方、フィードフォワード回路5,6を
挿入した場合は、図2から分かるように、リンギングが
抑制されるので、光伝送系での誤り率を低下させること
が可能になる。フィードフォワード回路5,6を挿入し
た効果により、光パルスの立下がり波形においても、立
ち下がり時間が短くなることが認められる。
上記のように構成したので、半導体レーザの出力波形の
リンギングを抑制することができる。
る。
る。
02 FET 406 レーザダイオード 501,601 抵抗 502,602 コンデンサ
Claims (6)
- 【請求項1】 相補的な入力信号をそれぞれ所定のレベ
ルにレベル変換するレベル変換回路と、該レベル変換回
路によるレベル変換により得られた入力信号に基づき駆
動してレーザダイオードに該レーザダイオードの接続導
体に寄生する寄生インダクタを介して変調電流を流す差
動増幅回路とを有する半導体レーザ駆動回路において、 前記レベル変換回路の出力端子と、該出力端子に現われ
る信号と同相の信号が現われる前記差動増幅回路の出力
端子の間に、それぞれ、前記入力信号の周波数近傍の共
振周波数を有するフィードフォワード回路であって、抵
抗とコンデンサを直列接続してなるフィードフォワード
回路を備えたことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。 - 【請求項2】 請求項1において、電界効果トランジス
タにより構成したことを特徴とする半導体レーザ駆動回
路。 - 【請求項3】 請求項2において、前記レベル変換回路
はソースフォロワーであることを特徴とする半導体レー
ザ駆動回路。 - 【請求項4】 請求項1において、前記相補的な信号を
単相入力信号から生成する回路を備えたことを特徴とす
る半導体レーザ駆動回路。 - 【請求項5】 請求項2において、前記電界効果トラン
ジスタはGaAs-MESFETであることを特徴とする半導体レ
ーザ駆動回路。 - 【請求項6】 請求項1において、最高動作周波数が少
なくとも1.0GHzを超えることを特徴とする半導体レー
ザ駆動回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01696498A JP3405518B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 半導体レーザ駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01696498A JP3405518B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 半導体レーザ駆動回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11214781A JPH11214781A (ja) | 1999-08-06 |
JP3405518B2 true JP3405518B2 (ja) | 2003-05-12 |
Family
ID=11930797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01696498A Expired - Fee Related JP3405518B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 半導体レーザ駆動回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP2004273631A (ja) | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Opnext Japan Inc | 直接変調型光モジュール |
US8228962B2 (en) | 2009-01-23 | 2012-07-24 | Iptronics A/S | Low power drive circuit |
JP2011228946A (ja) * | 2010-04-20 | 2011-11-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | パルス変調回路 |
-
1998
- 1998-01-29 JP JP01696498A patent/JP3405518B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH11214781A (ja) | 1999-08-06 |
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