JP3601998B2 - Light emitting diode drive circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード駆動回路に関し、詳しくは、光ファイバを媒体として信号の伝送を行う光ファイバーリンク等において、広い温度範囲で低電圧高速駆動可能な発光ダイオード駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、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。更なる普及のため、低価格かつ高速化され低消費電力化された光ファイバリンクが求められており、そのために広い温度範囲で低電圧高速駆動可能な発光ダイオード駆動回路が要求されている。
【0003】
従来の発光ダイオード駆動回路の一例を図6に示す。この発光ダイオード駆動回路は、大略的には、入力用の差動アンプ回路1と、発光ダイオード2への駆動電流をON/OFFする差動スイッチング回路3とを有し、差動スイッチング回路3により駆動電流をスイッチングすることにより発光ダイオード2のON/OFFを行うものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の発光ダイオード駆動回路は、アナログ低電源電圧動作が可能であるが、高速駆動するためには、発光ダイオード2のON時の電圧降下分を考慮して、差動スイッチング回路3の定電流源のトランジスタ7、及ぴ、発光ダイオード2をスイッチングするトランジスタ8、9が飽和しない設計をする必要がある。しかし、トランジスタ7のコレクタ電位Vicは電源電圧基準でありかつ温度特性が大きなものとなっている。
【0005】
例えば、コレクタ電位Vicは、
Vic=Vcc−IR1−VBE1−VBE2−VBE3
{ただしIR1=Vt×Ln10/300Ω×1kΩ
Vt=25.6mV
Vcc:電源電圧
VBE1,VBE2,VBE3:トランジスタ4、5、8のベース・エミッタ間電圧}
となり、また、発光ダイオード2のカソード電位VCAは、
VCA=Vcc−Vf
{ただしVf:発光ダイオード2ON時の電圧降下(=1.7V)}
であり、
温度係数Tcは、
Tc(Vcc) =0ppm
Tc(IR1)=k/q×Ln10/300Ω×2×1KΩ=3356ppm
Tc(VBE) =−3000ppm
Tc(Vf) =−3000ppm
{ただしk:ボルツマン定数
q:電子の単位電荷}
となる。
すなわち、コレクタ電位Vicは電源電圧に依存しており、低電源電圧時に周囲温度によってはトランジスタ7が飽和してしまう。
【0006】
例えば、Vcc=2.7V、とすると、Vic=Vcc−IR1−3×VBEであるから、
Vic=0.3V、 VCA=1.1V :Ta=25℃
Vic=0.03V、VCA=0.85V:Ta=−25℃
Vic=0.59V、VCA=1.36V:Ta=75℃
{ただしTa:周囲温度}
となる。このように低温では差動スイッチング回路3の電流源のトランジスタ7が飽和するため、高速動作が困難である。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、発光ダイオードを駆動する差動スイッチング回路が広い温度範囲で動作する発光ダイオード駆動回路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオード駆動回路は、温度変化を補償するバイアス電流を供給する電流バイアス回路と、該電流バイアス回路によって電流バイアスされ、入力信号を差動増幅する差動アンプ回路と、該差動アンプ回路の出力によって発光ダイオードをスイッチング駆動する差動スイッチング回路と、を備えるものである。
【0008】
また、前記電流バイアス回路は、互いのべースが接続される第1及び第2トランジスタと、第1及び第2トランジスタのエミッタ端子間に接続される第1抵抗と、第2トランジスタのエミッタ端子とGND間に接続される第2抵抗と、第1トランジスタのコレクタに入力が接続され第2トランジスタのコレクタに出力が接続されるカレントミラー回路と、該カレントミラー回路の出力がべースに接続される第3トランジスタと、第1及び第2トランジスタのべース端子及び第3トランジスタのエミッタ端子とGNDとの間に接続される第3抵抗と、を備え、第3トランジスタのコレクタ端子を出力端子とすることで、第3トランジスタのエミッタ端子を温度係数の低い電位とすることができる。
【0009】
さらに、前記差動アンプ回路は、エミッタカップリングされ各々のべース端子が差動入力とされる第4及び第5トランジスタと、第4及び第5トランジスタのコレクタ端子にアノード端子が接続される第1及び第2ダイオードと、第1及び第2ダイオードのカソード端子とGND間に接続される第4及び第5抵抗と、を備え、第1及び第2ダイオードのアノード端子を出力端子とすることで、レベルシフトバッファをなくして構成素子数を減らすことができる。
【0010】
また、前記電流バイアス回路は、前記発光ダイオードの温度特性を補償するように前記差動アンプ回路を電流バイアスする温度特性を有することで、電源電圧を小さくしても、トランジスタの飽和を回避することができる。
また、前記差動スイッチング回路内の定電流源電流を、前記電流バイアス回路内のカレントミラー回路の出力電流によって制御することで、発光ダイオードの駆動電流のバイアス回路を新たに設ける必要がなく、素子数及び消費電力を低減できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の発光ダイオード駆動回路の一実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の発光ダイオード駆動回路10は、電流バイアス回路11と電流バイアス回路11によって電流バイアスされて、接地基準のリファレンス電位で振幅する差動アンプ回路13、及び、差動アンプ回路13によってスイッチングされて、発光ダイオード2を駆動する差動スイッチング回路12とからなる。なお、14は定電流源である。ここで、電流バイアス回路11は、温度変化を補償するバイアス電流を供給する構成とする。
【0012】
図2は、電流バイアス回路11の一例を示す回路図である。一般的なバンドギャップ電源回路の構成であるべース共通のトランジスタ21、22のエミッタ端子間に抵抗23が接続され、トランジスタ22のエミッタ端子とGND間に抵抗24が接続されている。トランジスタ21のコレクタがカレントミラー回路25の入力に接続され、カレントミラー回路25の出力はトランジスタ22のコレクタとトランジスタ26のべースに接続されている。トランジタ26のエミッタ端子は、抵抗27を介してGNDに接続されると共に、トランジスタ21、22共通のべース端子に接続され、かつ、コレクタ端子を差動アンプ回路13への出力端子としている。
【0013】
本電流バイアス回路11の抵抗とトランジスタサイズの定数を、
抵抗23=600Ω、抵抗24=3600Ω、トランジスタサイズ比(トランジスタ21:トランジスタ22)=4:1とすることにより、トランジスタ26のエミッタ電位VBGの温度係数Tcは、
Tc=k/q×Ln4/600×2×3600≒0
となる。
【0014】
図3は、差動アンプ回路13の一例を示す回路図である。エミッタカップリングされたトランジスタ30、31の各々のべース端子が差動入力とされ、各々のコレクタ端子が抵抗32、33を介して接地され、トランジスタ30、31の各々のコレクタ端子にレべルシフトバツファ用トランジスタ34、35が接続されている。このバツファ用トランジスタ34、35のエミッタ端子を差動スイッチング回路12への出力端子としている。なお、40、41、42は定電流源である。
【0015】
上記図2及び図3の構成により、発光ダイオード2を駆動する定電流源14のコレクタ電位Vicは
Vic=VBG×抵抗32/抵抗27
となるため、温度特性がほとんどなくなる。
このように、電流バイアス回路11の抵抗27と差動アンプ回路13の抵抗32の比によってコレクタ電位Vicを決めることができる。
【0016】
また、発光ダイオード2の温度特性を考慮する場合、例えば発光ダイオード2の電圧Vfの温度係数が−3000ppmのときに、Vcc=2.5V、Vic=0.4Vで一定とすると、
Vic=0.4V、VCA=0.55V、VCE=0.15V:Ta=25℃
Vic=0.4V、VCA=0.8V、 VCE=0.4V :Ta=−25℃
Vic=0.4V、VCA=1.06V、VCE=0.66V:Ta=75℃
{ただし、VCE=VCA−Vic
:トランジスタ16のコレクタ・エミッタ間電圧}
となる。
【0017】
これに対し、Vicの温度係数を6000ppmに調整することで、Vcc=2.3Vとしても、
Vic=0.175V、VCA=0.345V、VCE=0.17V:Ta=25℃
Vic=0.25V、 VCA=0.6V、 VCE=0.35V:Ta=−25℃
Vic=0.325V、VCA=0.855V、VCE=0.53V:Ta=75℃
となる。このように、Vccを小さくしても、Vicの温度特性を調整することで、トランジスタの飽和を回避することができる。
【0018】
図4は、レべルシフトバッファ用トランジスタ34、35に代えてダイオードを用いる差動アンプ回路13の例を示す回路図である。すなわち、エミッタカップリングされたトランジスタ30、31の各々のべース端子が差動入力とされ、各々のコレクタ端子がダイオード36、37のアノードに接続され、ダイオード36、37のカソード端子が抵抗38、39を介して接地され、トランジスタ30、31の各々のコレクタ端子を差動スイッチング回路12への出力端子としている。
【0019】
図4の回路においては、レベルシフトバッファをなくすことにより、消費電力を低減することができ、構成する素子数を減らすことができる。
図5は、図2の電流バイアス回路11と、図4の差動アンプ回路13とを組み合わせた例の回路図である。なおこの回路では、発光ダイオード2の駆動電流である定電流を電流バイアス回路11のカレントミラー25の電流を用いることにより、発光ダイオードの駆動電流のバイアス回路を新たに設ける必要がなく、素子数及び消費電力を低減できる。
【0020】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電流バイアス回路により発光ダイオードを駆動する定電流源のトランジスタを広い温度範囲で安定して動作させることが可能となり、また、発光ダイオードの特性に応じて、発光ダイオードを駆動する定電流源のトランジスタのコレクタ電位の温度変位を適当な値にすることにより、広い温度範囲での低電圧、高速動作が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光ダイオード駆動回路の実施の形態を示すブロック回路図である。
【図2】本実施の形態の電流バイアス回路を示す回路図である。
【図3】本実施の形態の差動アンプ回路を示す回路図である。
【図4】他の実施の形態の差動アンプ回路を示す回路図である。
【図5】該実施の形態の発光ダイオード駆動回路を示す回路図である。
【図6】従来の発光ダイオード駆動回路の回路図である。
【符号の説明】
2 発光ダイオード
10 発光ダイオード駆動回路
11 電流バイアス回路
12 差動スイッチング回路
13 差動アンプ回路
21、22、26 トランジスタ
23、24、27 抵抗
25 カレントミラー回路
30、31 エミッタカップリングのトランジスタ
34、35 レべルシフトバツファトランジスタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting diode driving circuit, and more particularly, to a light emitting diode driving circuit that can be driven at low voltage and high speed over a wide temperature range in an optical fiber link or the like that transmits a signal using an optical fiber as a medium.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the maintenance of fiber networks has been advanced, and the transmission of signals using optical fibers as media has become widespread. For further widespread use, there is a demand for a low-cost, high-speed, low-power-consumption optical fiber link, and for that purpose, a light-emitting diode drive circuit capable of low-voltage, high-speed drive over a wide temperature range is required.
[0003]
FIG. 6 shows an example of a conventional light emitting diode drive circuit. This light emitting diode drive circuit generally includes a differential amplifier circuit 1 for input and a differential switching circuit 3 for turning on / off a drive current to the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Although the above-mentioned light emitting diode drive circuit can perform an analog low power supply voltage operation, in order to drive at a high speed, the constant current source of the differential switching circuit 3 is considered in consideration of a voltage drop when the
[0005]
For example, the collector potential Vic is
Vic = Vcc-IR1-VBE1-VBE2-VBE3
{However, IR1 = Vt × Ln10 / 300Ω × 1kΩ
Vt = 25.6mV
Vcc: power supply voltage VBE1, VBE2, VBE3: base-emitter voltage of transistors 4, 5, 8
And the cathode potential VCA of the
VCA = Vcc-Vf
{Vf: voltage drop when
And
The temperature coefficient Tc is
Tc (Vcc) = 0 ppm
Tc (IR1) = k / q × Ln10 / 300Ω × 2 × 1KΩ = 3356 ppm
Tc (VBE) =-3000 ppm
Tc (Vf) =-3000 ppm
{Where k is Boltzmann's constant q is unit charge of electron}
It becomes.
That is, the collector potential Vic depends on the power supply voltage, and when the power supply voltage is low, the transistor 7 is saturated depending on the ambient temperature.
[0006]
For example, if Vcc = 2.7 V, Vic = Vcc−IR1−3 × VBE.
Vic = 0.3V, VCA = 1.1V: Ta = 25 ° C.
Vic = 0.03 V, VCA = 0.85 V: Ta = −25 ° C.
Vic = 0.59 V, VCA = 1.36 V: Ta = 75 ° C.
{However, Ta: ambient temperature}
It becomes. At such a low temperature, the transistor 7 as the current source of the differential switching circuit 3 is saturated, so that high-speed operation is difficult.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a light emitting diode driving circuit in which a differential switching circuit for driving a light emitting diode operates in a wide temperature range. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A light emitting diode drive circuit according to the present invention includes a current bias circuit that supplies a bias current for compensating for a temperature change, a differential amplifier circuit that is current biased by the current bias circuit and differentially amplifies an input signal, and the differential amplifier. A differential switching circuit for switchingly driving the light emitting diode according to the output of the circuit.
[0008]
The current bias circuit includes a first and second transistor connected to each other, a first resistor connected between the emitter terminals of the first and second transistors, and an emitter terminal of the second transistor. A second resistor connected between the first and second transistors, a current mirror circuit having an input connected to the collector of the first transistor and an output connected to the collector of the second transistor, and an output connected to the base. And a third resistor connected between the base terminal of the first and second transistors, the emitter terminal of the third transistor, and GND, and outputs the collector terminal of the third transistor. With the terminal, the emitter terminal of the third transistor can be set to a potential with a low temperature coefficient.
[0009]
Further, in the differential amplifier circuit, fourth and fifth transistors each having an emitter coupled and each base terminal being a differential input, and an anode terminal connected to the collector terminals of the fourth and fifth transistors. The semiconductor device includes first and second diodes, fourth and fifth resistors connected between cathode terminals of the first and second diodes and GND, and anode terminals of the first and second diodes are output terminals. Thus, the number of constituent elements can be reduced by eliminating the level shift buffer.
[0010]
Further, the current bias circuit has a temperature characteristic of current biasing the differential amplifier circuit so as to compensate for a temperature characteristic of the light emitting diode, thereby avoiding transistor saturation even when a power supply voltage is reduced. Can be.
Further, by controlling the constant current source current in the differential switching circuit by the output current of the current mirror circuit in the current bias circuit, it is not necessary to newly provide a bias circuit for driving the light emitting diode, and the device The number and power consumption can be reduced.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of a light emitting diode drive circuit according to the present invention. The light emitting
[0012]
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of the
[0013]
The resistance of the
By setting the
Tc = k / q × Ln4 / 600 × 2 × 3600 ≒ 0
It becomes.
[0014]
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the
[0015]
2 and FIG. 3, the collector potential Vic of the constant
Therefore, the temperature characteristic is almost eliminated.
Thus, the collector potential Vic can be determined by the ratio of the
[0016]
When the temperature characteristic of the
Vic = 0.4V, VCA = 0.55V, VCE = 0.15V: Ta = 25 ° C.
Vic = 0.4V, VCA = 0.8V, VCE = 0.4V: Ta = −25 ° C.
Vic = 0.4V, VCA = 1.06V, VCE = 0.66V: Ta = 75 ° C.
{However, VCE = VCA-Vic
: Collector-emitter voltage of
It becomes.
[0017]
On the other hand, by adjusting the temperature coefficient of Vic to 6000 ppm, even when Vcc = 2.3 V,
Vic = 0.175 V, VCA = 0.345 V, VCE = 0.17 V: Ta = 25 ° C.
Vic = 0.25V, VCA = 0.6V, VCE = 0.35V: Ta = −25 ° C.
Vic = 0.325V, VCA = 0.855V, VCE = 0.53V: Ta = 75 ° C
It becomes. Thus, even if Vcc is reduced, the saturation of the transistor can be avoided by adjusting the temperature characteristics of Vic.
[0018]
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the
[0019]
In the circuit of FIG. 4, power consumption can be reduced and the number of constituent elements can be reduced by eliminating the level shift buffer.
FIG. 5 is a circuit diagram of an example in which the
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the transistor of the constant current source that drives the light emitting diode by the current bias circuit can be stably operated in a wide temperature range, and according to the characteristics of the light emitting diode, By setting the temperature change of the collector potential of the transistor of the constant current source for driving the light emitting diode to an appropriate value, a low voltage and high speed operation in a wide temperature range is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing an embodiment of a light emitting diode drive circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a current bias circuit of the present embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a differential amplifier circuit according to the present embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a differential amplifier circuit according to another embodiment.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a light emitting diode drive circuit of the embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram of a conventional light emitting diode drive circuit.
[Explanation of symbols]
2
Claims (4)
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