JP3619694B2 - Oscillator circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波重畳法によりレーザー素子を駆動する発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光ディスク技術が著しい発展を遂げている。光ディスクは、レーザー光により光ディスクと非接触で再生することが可能である。光ディスクとしてCDがあったが、小型であることや高速アクセス性により、現在広く市場に受け入れられている。このような状況の中、DVD(デジタル・ビデオ・ディスク)が登場した。DVD技術もCD技術と同様、レーザー光を光ディスクに照射してその反射光の明暗でデータを得ており、CDと同一直径である。その為、DVD技術はこれまでのCDの開発及び生産技術を応用することができる。その一方で、DVDはCDに無いメリットを有している。それは大容量の記憶容量(4.7GB、CDオーディオは740MBである)を有していることであり、例えば1本の映画に相当する画像データがすべてまたはそれ以上収まる記憶容量である。その為、DVDプレーヤーが市場に登場した当初は、映画などのソフトを再生することを目的としていたが、それ以降はパーソナルコンピュータでのDVD−ROMとして使用されたり、最近ではデータの書き込み及び読み出しが自由に行うことが可能なDVD−RAMとして使用されるようになっている。
【0003】
DVDとCDとの相違点として記憶容量の違いを記載したが、その要因の一つとして図3のようにDVDのトラックピッチをCDよりも狭くしたことが挙げられる。そして、トラックピッチが狭くなると同時に、一つ一つのピット自体の大きさも小さくなる。DVDもまたレーザー光を照射してデータを得る技術であるので、DVDにレーザーを照射する際、目的のピットに照射し、その隣のピットに照射されないように十分にレーザー光のスポットを絞る必要がある。よって、図3のようにDVDのスポットはCDよりも十分に小さくなければならない。そこで、DVDプレーヤでは、レーザー光をディスク面上で焦点が小さく結びやすくするため、レーザー光の波長をCDに比べ短くすることができる。尚、DVD用のレーザー光の波長は635/650nmであり、CD用は780nmである。
【0004】
図4は従来のレーザー素子を駆動するAPC(オートパワーコントロール)回路であり、レーザーダイオードLDから出力されるレーザー光はDVD上に照射されるだけでなく、フォトダイオードPDに受光される。フォトダイオードPDで光が電気信号に変換されるが、このときレーザー光の光量に応じた電気信号が得られる。この電気信号に応じてAPC回路は発光するレーザー光の光量が一定になるように制御される。
【0005】
DVDでは、図5のように複数の波長のレーザー光を発光するマルチモードで発光するレーザーを使用することがある。シングルモードレーザーでは、レーザー自体の温度特性や戻り光ノイズによって、発振周波数が変動しやすかったり、またモードジャンプを起こしやすいなどで、光出力が変動し、ノイズが発生しやすいという欠点があるからである。しかしながら、マルチモードによって635/650nmの波長で発光するレーザーダイオードは開発されているが、信頼性が低くかったり、高価であるなどの欠点があった。
【0006】
そこで、一般には高周波重畳法を使って、シングルモードのレーザーダイオードを駆動させて、マルチモードのレーザー光を得る方法が取られていた。高周波重畳法では、図5の如く短波長のレーザー光を発光し得る(シングルモード)レーザーダイオードが動作立ち上がり時にマルチモードで発光することを利用する。特にレザーダイオードが自励発振型であると、立ち上がり時にマルチモードになりやすい。高調波重畳法を達成する回路として、図4の点線ようにレザーダイオードLDに高周波信号を印加する発振器OSCを備える。外部からレザーダイオードに高周波信号を印加することで立ち上がり状態を継続させ、複数の波長を含むレーザー光を発光させている。よって、高調波重畳法により、シングルモードのレーザーダイオードを使って、あたかもマルチモードのレーザーダイオードを使用しているように見ることができるのである。シングルモードで650nmのレーザー光を発光するレーザーダイオードは汎用品として広く市場に出ているため、現在高調波重畳法が有効な手段の一つとなっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、発振器の出力信号をレーザーダイオードに直接印加させていた。また、発振器を集積化した場合には、外付け素子として共振回路が接続されるが、外付け素子の特性のばらつきにより、発振器の出力レベルがばらつくことがあった。外付け素子を慎重に選択しても、ばらつきは存在するため、発振器の出力レベルを安定して得ることができなかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高周波重畳法によりレーザー素子を駆動するための発振回路において、発振器と、該発振器の出力発振信号をレーザー素子に出力する出力増幅器とを備え、出力増幅器の動作を線形領域と飽和領域との境界で行わせることを特徴とする。
【0009】
また、同一半導体基板上に集積化することを特徴とする。
【0010】
特に、前記出力増幅器の入力バイアスを、増幅動作が線形領域と飽和領域との境界で行うように設定することを特徴とする。
【0011】
本発明によれば、発振器からの出力信号は、出力増幅器において線形領域と飽和領域との境界で増幅されるので、出力変動を抑制することが可能になる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態を示す図であり、1は共振素子LCの共振周波数に応じた発振周波数で発振し、発振信号を出力する発振器、2は発振器1の出力発信号を増幅する出力増幅器である。発振器1及び出力増幅器2は同一の半導体基板上に集積化されて構成される。尚、図4の従来例と同一の回路については、図4と同一の符号を付し、説明を省略する。
【0013】
図1において、発振器1は、共振素子LCの共振周波数に応じて、数百MHzで発振する。発振器1から発振信号は出力増幅回路2で増幅される。出力増幅回路2の出力増幅信号は、カップリングコンデンサーCで直流除去される。直流除去された後の出力信号は、APC回路からのバイアスと重畳された後、レーザーダイオードLDに印加される。レーザーダイオードLDと発振増幅信号との関係は図6のようになり、前記バイアスは、自励発振型でシングルモードであるレーザーダイオードLDの発振開始電流に一致する。バイアスが重畳された発振信号によりレーザーダイオードLDが発振するが、正の振幅の場合レーザーダイオードLDがオンし、負の振幅の場合レーザーダイオードLDはオフする。従って、レーザーダイオードLDから単位時間毎にレーザー光が発光する。
【0014】
このようにレーザーダイオードLDが単位時間毎に立ち上がることにより、シングルモード型のレーザーダイオードLDからマルチモードでつまり複数の波長を含んだレーザー光が発光する。そして、レーザーダイオードLDは数百MHzの高周波数でオンするので、レーザーダイオードLDが連続して発光しているように見える。従って、レーザーダイオードLDがマルチモードで発振しているように見える。
【0015】
図2は図1の発振器1及び出力増幅回路2の具体回路例を示す図である。発振器1は、コルピッツ型の発振器であって、ベースに共振回路LCが接続されたトランジスタTr1と、トランジスタTr1のベース及びグランドGND間に直列接続された2つのコンデンサーC1及びC2とを備え、コンデンサーC1及びC2の接続点がトランジスタTr1のエミッタと抵抗R1を介してトランジスタTr1のベースとに接続される。コルピッツ発振器については従来からよく知られた回路なので、その動作説明を省略する。
【0016】
また、出力増幅器2は、ベースに発振信号が印加されるトランジスタTr2と、トランジスタTr2のベースバイアスを設定する抵抗R2及びR3である。尚、抵抗R2及びR3は帰還抵抗も兼ねている。発振器1の発振信号はトランジスタTr2のベースに印加され、電流増幅率β2によって増幅される。増幅信号はトランジスタTr2のコレクタに発生し、出力端子を介してレーザーダイオードLD(図示されず)に供給される。
【0017】
このように、図1の発振器及び出力増幅器は、図2のように簡単な回路で構成することができる。その為、同一の半導体基板上に集積化しても、大きなチップ面積とすることなく、小型化に大きく寄与することができる。
【0018】
よって、DVDプレーヤやMDプレーヤなどの光学式ディスク再生装置に使用されるピックアップに応用した場合には、ピックアップ自体の大きさを小型化することが可能になる。
【0019】
ところで、一般にトランジスタの入出力特性は図7のように、入力電流が小さい領域は線形性となり、入力電流が大きい領域では飽和する。出力増幅器2において、トランジスタTr2の入力バイアスは抵抗R2及びR3によって設定される。本発明において、トランジスタTr2のベースバイアスが所定の値になるように、抵抗R2及びR3の値を調整する。つまり、入力信号に対してトランジスタTr2が線形領域から飽和しかかる領域に入力ベースバイアスが調整される。その為、トランジスタTr2は入力となる発振信号に対して図7の領域Aで動作することになる。従って、発振入力信号の一部がトランジスタTr2の飽和領域で増幅され、一部が線形領域で増幅される。
【0020】
図7のように線形領域と飽和領域との境付近では、入力に対する出力の傾きが他の領域より緩やかとなっており、つまり増幅率が低く設定される。トランジスタTr2を線形領域と飽和領域との境界で動作させると、トランジスタTr2の入力がバラツキによって変動して出力変動が大きくなることを防止することができる。よって、出力増幅器2から、レベルが安定した出力信号を発生させることができる。
【0021】
また、他の効果として、図7の領域Aでは出力増幅器の増幅率が低く設定されているので、大出力が出力されることが防止され、その結果出力増幅器からの過大電流によるレーザーダイオードLDの破壊を防止することができる。
【0022】
【発明の効果】
本発明に依れば、発振器の出力信号を出力増幅器で増幅させるので、安定した出力信号を得ることができる。また、出力増幅器を線形領域と飽和領域との境界で動作させているので、出力信号のバラツキが抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1の具体回路例を示す回路図である。
【図3】CD及びDVD上のピットと光スポットとを示す図である。
【図4】高周波重畳法による従来回路を示すブロック図である。
【図5】シングルモードまたはマルチモードでレーザーが発行したときのスペクトラムを示す特性図である。
【図6】レーザーダイオードLDの特性を示す特性図である。
【図7】出力増幅器2の入出力関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 発振器
2 出力増幅器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oscillation circuit for driving a laser element by a high frequency superposition method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, optical disk technology has undergone significant development. The optical disk can be reproduced in a non-contact manner with the optical disk by laser light. Although there was a CD as an optical disk, it is now widely accepted by the market due to its small size and high-speed accessibility. Under such circumstances, DVD (Digital Video Disc) has appeared. In the DVD technology, similarly to the CD technology, data is obtained by irradiating an optical disk with laser light and the brightness of the reflected light, and has the same diameter as the CD. Therefore, the DVD technology can apply the development and production technologies of CDs so far. On the other hand, DVD has advantages not found in CD. That is, it has a large storage capacity (4.7 GB, CD audio is 740 MB). For example, it is a storage capacity that can store all or more image data corresponding to one movie. Therefore, when the DVD player first appeared on the market, it was intended to play back software such as movies, but since then it has been used as a DVD-ROM in personal computers, and recently, data writing and reading have been performed. It is used as a DVD-RAM that can be freely performed.
[0003]
Although the difference in storage capacity is described as a difference between DVD and CD, one of the factors is that the track pitch of DVD is narrower than that of CD as shown in FIG. As the track pitch becomes narrower, the size of each pit itself becomes smaller. Since DVD is also a technique for obtaining data by irradiating a laser beam, when irradiating a DVD with a laser, it is necessary to sufficiently squeeze the laser beam spot so that the target pit is irradiated and the adjacent pit is not irradiated. There is. Therefore, as shown in FIG. 3, the spot of the DVD must be sufficiently smaller than the CD. Therefore, in a DVD player, the laser beam wavelength can be made shorter than that of a CD so that the laser beam has a small focal point on the disk surface. The wavelength of the laser beam for DVD is 635/650 nm, and that for CD is 780 nm.
[0004]
FIG. 4 shows an APC (auto power control) circuit for driving a conventional laser element. Laser light output from a laser diode LD is not only irradiated on a DVD but also received by a photodiode PD. Light is converted into an electrical signal by the photodiode PD, and at this time, an electrical signal corresponding to the amount of laser light is obtained. In accordance with this electrical signal, the APC circuit is controlled so that the amount of emitted laser light is constant.
[0005]
In a DVD, a laser that emits light in a multimode that emits laser light having a plurality of wavelengths as shown in FIG. 5 may be used. Single-mode lasers have the disadvantage that the oscillation frequency is likely to fluctuate due to the temperature characteristics of the laser itself and the return light noise, and mode jumps are likely to occur, resulting in fluctuations in the optical output and noise. is there. However, a laser diode that emits light at a wavelength of 635/650 nm by a multimode has been developed, but has disadvantages such as low reliability and high cost.
[0006]
Therefore, in general, a method of obtaining a multi-mode laser beam by driving a single-mode laser diode using a high-frequency superposition method has been adopted. The high-frequency superimposing method utilizes the fact that a laser diode capable of emitting short-wavelength laser light (single mode) as shown in FIG. In particular, if the razor diode is of the self-oscillation type, it tends to be multimode at the time of startup. As a circuit for achieving the harmonic superposition method, an oscillator OSC for applying a high-frequency signal to the laser diode LD is provided as shown by a dotted line in FIG. The rising state is continued by applying a high-frequency signal to the laser diode from the outside, and laser light including a plurality of wavelengths is emitted. Therefore, by using the harmonic superposition method, it can be seen as if a multimode laser diode is used using a single mode laser diode. Since laser diodes that emit laser light of 650 nm in a single mode are widely available on the market as general-purpose products, the harmonic superposition method is currently an effective means.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventionally, the output signal of the oscillator is directly applied to the laser diode. In addition, when an oscillator is integrated, a resonance circuit is connected as an external element, but the output level of the oscillator may vary due to variations in characteristics of the external element. Even if an external element is carefully selected, there is a variation, so that the output level of the oscillator cannot be stably obtained.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an oscillation circuit for driving a laser element by a high-frequency superposition method, comprising an oscillator and an output amplifier for outputting an output oscillation signal of the oscillator to the laser element, and the operation of the output amplifier is performed in a linear region and a saturation region. It is characterized by being carried out at the boundary.
[0009]
Further, it is characterized by being integrated on the same semiconductor substrate.
[0010]
Particularly, the input bias of the output amplifier is set so that the amplification operation is performed at the boundary between the linear region and the saturation region.
[0011]
According to the present invention, since the output signal from the oscillator is amplified at the boundary between the linear region and the saturation region in the output amplifier, output fluctuation can be suppressed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. 1 is an oscillator that oscillates at an oscillation frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance element LC, outputs an oscillation signal, and 2 amplifies an output signal from the
[0013]
In FIG. 1, the
[0014]
Thus, the laser diode LD rises every unit time, so that laser light including a plurality of wavelengths is emitted from the single mode type laser diode LD in multimode. Since the laser diode LD is turned on at a high frequency of several hundred MHz, the laser diode LD appears to emit light continuously. Therefore, it appears that the laser diode LD is oscillating in multimode.
[0015]
FIG. 2 is a diagram showing a specific circuit example of the
[0016]
The
[0017]
Thus, the oscillator and output amplifier of FIG. 1 can be configured with a simple circuit as shown in FIG. Therefore, even if integrated on the same semiconductor substrate, it can greatly contribute to miniaturization without increasing the chip area.
[0018]
Therefore, when applied to a pickup used in an optical disc reproducing apparatus such as a DVD player or an MD player, the size of the pickup itself can be reduced.
[0019]
In general, as shown in FIG. 7, the input / output characteristics of a transistor are linear in a region where the input current is small and saturated in a region where the input current is large. In the
[0020]
As shown in FIG. 7, in the vicinity of the boundary between the linear region and the saturation region, the slope of the output with respect to the input is gentler than other regions, that is, the amplification factor is set low. When the transistor Tr2 is operated at the boundary between the linear region and the saturation region, it is possible to prevent the output of the transistor Tr2 from fluctuating due to variation and increasing output. Therefore, an output signal with a stable level can be generated from the
[0021]
As another effect, since the amplification factor of the output amplifier is set low in the area A of FIG. 7, it is possible to prevent a large output from being output, and as a result, the laser diode LD of the laser diode LD due to an excessive current from the output amplifier is prevented. Destruction can be prevented.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the output signal of the oscillator is amplified by the output amplifier, a stable output signal can be obtained. Further, since the output amplifier is operated at the boundary between the linear region and the saturation region, variations in the output signal can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a specific circuit example of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing pits and light spots on CDs and DVDs.
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional circuit by a high frequency superposition method.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a spectrum when a laser is emitted in a single mode or a multimode.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing characteristics of a laser diode LD.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an input / output relationship of the
[Explanation of symbols]
1
Claims (3)
発振器と、該発振器の出力発振信号をレーザー素子に出力する出力増幅器とを備え、
出力増幅器の動作を線形領域と飽和領域との境界で行わせることを特徴とする発振回路。In an oscillation circuit for driving a laser element by a high frequency superposition method,
An oscillator, and an output amplifier that outputs an output oscillation signal of the oscillator to a laser element,
An oscillation circuit characterized in that an operation of an output amplifier is performed at a boundary between a linear region and a saturation region.
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