JP4108704B2 - Laser diode drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、レーザダイオードの駆動回路に関し、特にプリンタ、光ディスク装置、光通信等に使用するレーザダイオードの駆動電流を精度よく制御することができるレーザダイオード駆動回路に関する。 The present invention relates to a laser diode drive circuit, and more particularly to a laser diode drive circuit capable of accurately controlling the drive current of a laser diode used in a printer, an optical disk device, optical communication, or the like.
半導体レーザは、小型でかつ安価であり、電流を流すだけで容易にレーザ光を得ることができるため、プリンタ、光ディスク装置、光通信等の分野で広く用いられている。
図12は、従来のレーザダイオード駆動回路の回路例を示した図である。
図12において、レーザダイオード駆動回路100は、入力された制御信号SCaに応じて出力電流が変化する電流源101と、電流源101からの電流iaが入力されるNチャネル型MOSFET(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)102及び103で形成されたカレントミラー回路104とを備えている。更に、レーザダイオード駆動回路100は、該カレントミラー回路104の出力電流ibを入力電流とするPチャネル型MOSFET(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)105及び106で形成されたカレントミラー回路107とで構成されている。カレントミラー回路107のPMOSトランジスタ106のドレインと負側電源電圧Vssとの間にレーザダイオードLDが接続されている。
Semiconductor lasers are small and inexpensive, and can easily obtain laser light simply by flowing current. Therefore, semiconductor lasers are widely used in fields such as printers, optical disk devices, and optical communications.
FIG. 12 is a diagram showing a circuit example of a conventional laser diode driving circuit.
In FIG. 12, a laser
更に、カレントミラー回路104のNMOSトランジスタ103のドレインと、カレントミラー回路107のPMOSトランジスタ105のドレインとの間に、スイッチ108が設けられている。
制御信号SCaに応じて電流源101から出力された電流iaは、カレントミラー回路104で折り返されてカレントミラー回路107に入力され、カレントミラー回路107のPMOSトランジスタ106のドレイン電流となる。該ドレイン電流が駆動電流iLDとしてレーザダイオードLDに供給され、レーザダイオードLDが発光する。レーザダイオードLDの光出力の大きさは、制御信号SCaに応じて電流源101から出力される出力電流iaによって決定される。スイッチ108は、制御回路(図示せず)から出力された制御信号によって制御され、レーザダイオードLDの発光又は消灯の制御を行う。
Further, a
The current ia output from the
また、従来のLD駆動回路として、LD駆動電流の電流制御を行うトランジスタに直列に挿入され、LD駆動電流を設定すると同時にLD駆動電流の変化を検出するための抵抗器をなくすことによって、光出力の安定化と同時に電源電圧の低電圧化を図ることができるものがあった(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、通常、カレントミラー回路の入力電流と出力電流が同一になるようにするには、カレントミラー回路を構成しているMOSトランジスタのソース‐ゲート間電圧Vgsと、ソース‐ドレイン間Vdsが一致していなければならない。
図13はNMOSトランジスタのドレイン電流idとドレイン電圧Vdsとの特性例を、ゲート電圧Vgsをパラメータにして示した図である。
図13で示すように、飽和領域でゲート電圧Vgsが一定であっても、ドレイン電圧Vdsが大きくなるにつれて、ドレイン電流idが増加している。この現象は、チャネル長変調効果として知られている。
However, normally, in order to make the input current and output current of the current mirror circuit the same, the source-gate voltage Vgs of the MOS transistor constituting the current mirror circuit and the source-drain Vds match. Must be.
FIG. 13 is a diagram showing a characteristic example of the drain current id and the drain voltage Vds of the NMOS transistor using the gate voltage Vgs as a parameter.
As shown in FIG. 13, even if the gate voltage Vgs is constant in the saturation region, the drain current id increases as the drain voltage Vds increases. This phenomenon is known as the channel length modulation effect.
図12のカレントミラー回路107を例にして説明すると、カレントミラー回路107を構成しているPMOSトランジスタ105と106は、ソースが共に正側電源電圧Vddに接続され、ゲートがそれぞれ接続されてソース‐ゲート間電圧は同電圧である。しかし、ドレイン電圧Vbは、図14(a)に示すように、制御信号SCaに応じて、すなわち電流源101からの電流iaに応じて変化する。これは、MOSトランジスタでは、ドレイン電流が増加するとソース‐ゲート間の電圧も増加することから、PMOSトランジスタ105のドレイン電圧Vbが低下することと、レーザダイオードLDも駆動電流iLDが増加すると、レーザダイオードLDのアノード側の電圧VLDも増加するためである。
The
電流源101からの電流iaが小さい間、すなわち図14(a)のB領域では、PMOSトランジスタ105のドレイン電圧VbはPMOSトランジスタ106のドレイン電圧VLDより大きいが、電流iaが大きくなるにつれてPMOSトランジスタ105のドレイン電圧VbとPMOSトランジスタ106のドレイン電圧VLDの電圧差が小さくなりA点で逆転する。
図14(b)で示すように、チャネル長変調効果によって、従来回路では、電流源101からの電流iaがA点の電流値よりも小さいB領域では、レーザダイオードLDに供給される電流iLDは目標値より多くなり、電流iaがA点を超えてC領域に入ると、電流iLDが目標値より小さくなるという問題があった。また、電源電圧の変動によっても、レーザダイオードLDに供給する電流iLDが変動する。このようなチャネル長変調効果や電源電圧の変動による現象は、カレントミラー回路104でも同様に発生する。
While the current ia from the
As shown in FIG. 14B, due to the channel length modulation effect, in the conventional circuit, in the B region where the current ia from the
図12の電流ia、ib及びiLDがどのように決まるかを図15及び図16を用いて説明する。
図15は、電流源101からの出力電流iaが小さい区間、すなわち図14のB領域の場合を示している。電流源101からの電流iaにより、NMOSトランジスタ102の動作点N1が決まる。NMOSトランジスタ103のゲート電圧は、NMOSトランジスタ102と同じであるが、NMOSトランジスタ103のドレイン電圧Vbはゲート電圧Vaよりも大きいため、NMOSトランジスタ103の動作点は、ゲート電圧Vaを右方向に移動したN2になる。該動作点N2の電流が、NMOSトランジスタ103のドレイン電流ibとなる。
How the currents ia, ib and iLD in FIG. 12 are determined will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
FIG. 15 shows a section in which the output current ia from the
また、動作点N2は、PMOSトランジスタ105の動作点でもある。PMOSトランジスタ106のゲート電圧Vbは、PMOSトランジスタ105と同じであるが、PMOSトランジスタ106のドレイン電圧VLDは、ゲート電圧Vbよりも小さいため、左に移動したP2が動作点となる。該動作点P2の電流が、レーザダイオードLDの駆動電流iLDとなる。図15より、駆動電流iLDは、電流源101からの電流iaと比較して増加していることが分かる。
The operating point N2 is also an operating point of the
次に、図16は、電流源101からの電流iaが大きい区間、すなわち図14のC領域の場合を示している。図16において、電流源101からの電流iaによって、NMOSトランジスタ102の動作点N1が決まる。NMOSトランジスタ103のゲート電圧VaはNMOSトランジスタ102と同じであるが、NMOSトランジスタ103のドレイン電圧Vbは、ゲート電圧Vaよりも小さい場合、NMOSトランジスタ103の動作点は、ゲート電圧Vaを左方向に移動したN2になる。該動作点N2の電流が、NMOSトランジスタ103のドレイン電流ibである。また、動作点N2は、PMOSトランジスタ105の動作点でもある。
Next, FIG. 16 shows a section in which the current ia from the
PMOSトランジスタ106のゲート電圧Vbは、PMOSトランジスタ105のゲート電圧と同じであるが、PMOSトランジスタ106のドレイン電圧VLDは、ゲート電圧Vbよりも大きいので、右に移動したP2が動作点となる。該動作点P2の電流が、レーザダイオードLDの駆動電流iLDとなる。図16から、駆動電流iLDは、電流源101からの電流iaと比較して減少していることが分かる。このように、チャネル長変調効果の影響を受け、レーザダイオードLDを駆動する電流iLDは、制御信号SCaで与えた目標電流値に対してずれるという問題があった。
The gate voltage Vb of the
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、電源電圧の変動やチャネル長変調効果により発生した、目標電流値と実際にレーザダイオードに供給される電流値との差を補正することにより、目標値に近い電流をレーザダイオードに供給することができるレーザダイオード駆動回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a difference between a target current value and a current value actually supplied to a laser diode, which are generated due to fluctuations in power supply voltage and channel length modulation effects. by correcting, an object of the present invention to provide a laser diode driving circuits capable of supplying a current close to the target value to the laser diode.
この発明に係るレーザダイオード駆動回路は、外部から入力された制御信号に応じて電流源の電流値を変化させ、該電流値と同じか又は比例した電流をレーザダイオードに供給して該レーザダイオードを発光させるレーザダイオード駆動回路において、
前記レーザダイオードに供給する目標駆動電流に応じた、基準となる該レーザダイオードの順方向電圧である基準順方向電圧を発生させ、供給された電流に応じた実際の該順方向電圧が前記基準順方向電圧と同じになるように前記レーザダイオードに供給する電流を補正して制御する補正回路部を備えるものである。
The laser diode driving circuit according to the present invention changes the current value of the current source in accordance with a control signal input from the outside, and supplies the laser diode with a current that is the same as or proportional to the current value. In the laser diode drive circuit that emits light,
Wherein according to the target drive current supplied to the laser diode, generates a reference forward voltage is a forward voltage of the laser diode as a reference, the actual of the forward voltage corresponding to the supplied current to the reference sequence A correction circuit unit that corrects and controls the current supplied to the laser diode so as to be the same as the directional voltage is provided .
本発明のレーザダイオード駆動回路によれば、レーザダイオードの駆動電流が微少電流から大電流まで広範囲に渡っても、チャネル長変調効果によって目標駆動電流から外れていたレーザダイオードの駆動電流を、補正回路部を追加することで、正確な目標電流で駆動することができる。更に、補正回路部によって、チャネル長変調効果をキャンセルすることができるため、電源電圧が変動しても、レーザダイオードの駆動電流の変動を抑えることができる。
According to the laser diode driving circuits of the present invention, even if the driving current of the laser diode is extensively from minute current to the large current, the driving current of the laser diode which has deviated from the target drive current by the channel length modulation effect, corrected By adding a circuit portion, it is possible to drive with an accurate target current. Furthermore, since the channel length modulation effect can be canceled by the correction circuit unit, even if the power supply voltage fluctuates, fluctuations in the laser diode drive current can be suppressed.
また、レーザダイオードの特性に比例した擬似レーザダイオードに目標電流に比例した電流を供給し、その電流に逆比例する電流をレーザダイオードに供給するようにしたことから、レーザダイオードに目標電流を正確に供給することができる。 In addition, since the current proportional to the target current is supplied to the pseudo laser diode proportional to the characteristics of the laser diode, and the current inversely proportional to the current is supplied to the laser diode, the target current is accurately supplied to the laser diode. Can be supplied.
また、簡単な構成で擬似レーザダイオードを実現することができ、回路を簡略化することができることから、ICチップの小型化に伴うコストダウンを図ることができる。 In addition, since the pseudo laser diode can be realized with a simple configuration and the circuit can be simplified, the cost can be reduced along with the miniaturization of the IC chip.
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路の回路例を示した図である。
図1において、レーザダイオード駆動回路1は、入力された制御信号SCに応じて出力電流i1が変化する電流源2と、レーザダイオードLDと、レーザダイオードLDに供給される電流iLDとレーザダイオードLDの順方向電圧であるアノード側の電圧VLDの特性とほぼ同様の特性又は比例関係にある特性を備えた第1の擬似レーザダイオードLD1及び第2の擬似レーザダイオードLD2とを備えている。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a circuit example of a laser diode driving circuit according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a laser
また、レーザダイオード駆動回路1は、第1の擬似レーザダイオードLD1に電流を供給する高精度な第1のカレントミラー回路3と、第2の擬似レーザダイオードLD2に電流を供給する第2のカレントミラー回路4と、レーザダイオードLDに電流を供給する第3のカレントミラー回路5と、電流源2からの出力電流i1を入力して、第1のカレントミラー回路3と第2のカレントミラー回路4及び第3のカレントミラー回路5に対応する入力電流i2,i4,i6をそれぞれ供給する第4のカレントミラー回路6とを備えている。
The laser
更に、レーザダイオード駆動回路1は、NMOSトランジスタN5及びN6、NMOSトランジスタN5及びN6の動作制御を行う演算増幅回路AMP並びに第1及び第2の各スイッチSW1,SW2を備えている。第1のスイッチSW1は、レーザダイオードLDの発光及び消灯の制御を行い、第2のスイッチSW2は、第1のスイッチSW1がオンしたときの第1のスイッチSW1のインピーダンスを補正するために使用される。なお、第1及び第2の各擬似レーザダイオードLD1,LD2、第1〜第4の各カレントミラー回路3〜6、NMOSトランジスタN5,N6、演算増幅回路AMP並びに第1及び第2の各スイッチSW1,SW2は補正回路部をなす。また、NMOSトランジスタN5,N6及び演算増幅回路AMPは補正回路をなし、NMOSトランジスタN5は第1のトランジスタを、NMOSトランジスタN6は第2のトランジスタをそれぞれなす。
Further, the laser
また、第1のカレントミラー回路3は、スタック型カレントミラー回路をなしており、PMOSトランジスタP1〜P4で形成されている。第2のカレントミラー回路4は、PMOSトランジスタP5及びP6で形成され、第3のカレントミラー回路5は、PMOSトランジスタP7及びP8で形成されている。第4のカレントミラー回路6は、NMOSトランジスタN1〜N4で形成されている。
The first current mirror circuit 3 is a stacked current mirror circuit, and is formed of PMOS transistors P1 to P4. The second
正側電源電圧Vddと負側電源電圧Vss(例えば、接地電圧)との間には、電流源2とNMOSトランジスタN1が直列に接続され、NMOSトランジスタN1において、ゲートはドレインに接続されている。また、NMOSトランジスタN1のゲートには、NMOSトランジスタN2〜N4の各ゲートがそれぞれ接続され、NMOSトランジスタN2〜N4の各ソースは負側電源電圧Vssにそれぞれ接続されている。
Between the positive power supply voltage Vdd and the negative power supply voltage Vss (for example, ground voltage), the
第1のカレントミラー回路3において、正側電源電圧VddとNMOSトランジスタN2のドレインとの間には、PMOSトランジスタP1及びP3が直列に接続され、正側電源電圧Vddと第1の擬似レーザダイオードLD1のアノードとの間にはPMOSトランジスタP2及びP4が直列に接続されている。第1の擬似レーザダイオードLD1のカソードは負側電源電圧Vssに接続されている。PMOSトランジスタP1及びP2の各ゲートは接続され、該接続部はPMOSトランジスタP2のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP3及びP4の各ゲートは接続され、該接続部はPMOSトランジスタP3のドレインに接続されている。 In the first current mirror circuit 3, PMOS transistors P1 and P3 are connected in series between the positive power supply voltage Vdd and the drain of the NMOS transistor N2, and the positive power supply voltage Vdd and the first pseudo laser diode LD1 are connected. PMOS transistors P2 and P4 are connected in series with each other. The cathode of the first pseudo laser diode LD1 is connected to the negative power supply voltage Vss. The gates of the PMOS transistors P1 and P2 are connected, and the connection is connected to the drain of the PMOS transistor P2. The gates of the PMOS transistors P3 and P4 are connected, and the connection is connected to the drain of the PMOS transistor P3.
第2のカレントミラー回路4において、PMOSトランジスタP5及びP6における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP5のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP5のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、スイッチSW2とNMOSトランジスタN3が直列に接続され、PMOSトランジスタP6のドレインと負側電源電圧Vssとの間には第2の擬似レーザダイオードLD2が接続されている。
In the second
第3のカレントミラー回路5において、PMOSトランジスタP7及びP8における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP7のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP7のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、スイッチSW1とNMOSトランジスタN4が直列に接続され、PMOSトランジスタP8のドレインと負側電源電圧Vssとの間にはレーザダイオードLDが接続されている。
In the third
演算増幅回路AMPにおいて、非反転入力端は、PMOSトランジスタP4のドレインと第1の擬似レーザダイオードLD1のアノードとの接続部に接続され、反転入力端は、PMOSトランジスタP6のドレインと第2の擬似レーザダイオードLD2のアノードとの接続部に接続されている。演算増幅回路AMPの出力端は、NMOSトランジスタN5及びN6のゲートにそれぞれ接続されている。NMOSトランジスタN5は、NMOSトランジスタN3と並列に接続され、NMOSトランジスタN6は、NMOSトランジスタN4と並列に接続されている。 In the operational amplifier circuit AMP, the non-inverting input terminal is connected to the connection portion between the drain of the PMOS transistor P4 and the anode of the first pseudo laser diode LD1, and the inverting input terminal is connected to the drain of the PMOS transistor P6 and the second pseudo-laser. The laser diode LD2 is connected to the connection portion with the anode. The output terminal of the operational amplifier circuit AMP is connected to the gates of the NMOS transistors N5 and N6, respectively. The NMOS transistor N5 is connected in parallel with the NMOS transistor N3, and the NMOS transistor N6 is connected in parallel with the NMOS transistor N4.
第1及び第2の各擬似レーザダイオードLD1,LD2は、図2〜図4に示すような構成になっており、図2では定電圧電源回路11と抵抗12の直列回路で構成され、図3ではゲートとドレインが接続されたNMOSトランジスタ13で構成され、図4ではゲートとドレインがそれぞれ接続されたNMOSトランジスタ14及び15の直列回路で構成されている。第1及び第2の各擬似レーザダイオードLD1,LD2では、流れる電流とアノード‐カソード間の順方向電圧が、レーザダイオードLDと同じか又は比例するように設定されている。
Each of the first and second pseudo laser diodes LD1 and LD2 has a configuration as shown in FIGS. 2 to 4, and in FIG. 2, is constituted by a series circuit of a constant voltage
第2のカレントミラー回路4は、第3のカレントミラー回路5と比較して、回路を構成しているMOSトランジスタの素子サイズを小さくしたものを使用しており、数十分の1から数百分の1の消費電流になるように設定されている。第2の擬似レーザダイオードLD2に供給される電流iLD2と第2の擬似レーザダイオードLD2の順方向電圧であるアノード側の電圧VLD2との特性であるiLD2‐VLD2特性と、レーザダイオードLDに供給される電流iLDとレーザダイオードLDのアノード側の電圧VLDとの特性であるiLD‐VLD特性との電流比は、第2のカレントミラー回路4の消費電流M2iと第3のカレントミラー回路5の消費電流M3iとの比と同じになるように設定されている。すなわち、iLD2/iLD=M2i/M3iになるように、第2のカレントミラー回路4及び第3のカレントミラー回路5の各MOSトランジスタのトランジスタサイズが設定されている。
The second
また、第2のカレントミラー回路4に接続されている第2のスイッチSW2は常時オンしており、そのインピーダンスZ2は、第3のカレントミラー回路5に接続されている第1のスイッチSW1がオンしたときのインピーダンスZ1よりも大きく、そのインピーダンスの比Z2/Z1は、第2のカレントミラー回路4の消費電流M2iと、第3のカレントミラー回路5の消費電流M3iとの比の逆数に,すなわち、Z2/Z1=M3i/M2iになるように第1及び第2の各スイッチSW1,SW2のそれぞれのインピーダンスZ1,Z2が設定されている。
The second switch SW2 connected to the second
第1のカレントミラー回路3は、前記のようにカレントミラー回路を2段積み重ねた構成をなしているため、チャネル長変調効果による電流の非対称性を大幅に改善することができる。第1のカレントミラー回路3としては、図1で示したスタック型の他に、図5で示すようなPMOSトランジスタをカスコード接続したカスコード型カレントミラー回路や、図6で示すようなウイルソン型カレントミラー回路等も使用することができる。
第4のカレントミラー回路6において、NMOSトランジスタN1のドレインには、電流源2からの電流i1が供給され、該電流i1に応じた電流がNMOSトランジスタN2〜N4の各ドレイン電流として出力され、第1〜第3の各カレントミラー回路3〜5にそれぞれ入力される。
Since the first current mirror circuit 3 has a configuration in which two stages of current mirror circuits are stacked as described above, the current asymmetry due to the channel length modulation effect can be greatly improved. As the first current mirror circuit 3, in addition to the stack type shown in FIG. 1, a cascode type current mirror circuit in which PMOS transistors as shown in FIG. 5 are cascode connected, or a Wilson type current mirror as shown in FIG. A circuit or the like can also be used.
In the fourth
このような構成において、制御信号SCに応じた電流源2からの電流i1は、第4のカレントミラー回路6のNMOSトランジスタN1のドレイン電流となる。該電流は、NMOSトランジスタN2で折り返されて第1のカレントミラー回路3に入力され、更に第1のカレントミラー回路3の出力端に接続された第1の擬似レーザダイオードLD1に供給される。また、第4のカレントミラー回路6のNMOSトランジスタN1のドレイン電流i1は、NMOSトランジスタN3で折り返されて第2のカレントミラー回路4に入力され、更に、第2のカレントミラー回路4の出力端に接続された第2の擬似レーザダイオードLD2に供給される。
In such a configuration, the current i1 from the
NMOSトランジスタN2の素子サイズはNMOSトランジスタN3の素子サイズより大きくして、同一ゲート電圧におけるNMOSトランジスタN2のドレイン電流i2を、NMOSトランジスタN3のドレイン電流i4よりも大きくなるようにしている。この結果、第1の擬似レーザダイオードLD1に流れる電流iLD1は、第2の擬似レーザダイオードLD2に流れる電流iLD2よりも大きくなる。第1の擬似レーザダイオードLD1と第2の擬似レーザダイオードLD2の電流‐電圧特性は同一になっているため、第2の擬似レーザダイオードLD2の電圧VLD2は第1の擬似レーザダイオードLD1の順方向電圧であるアノード側の電圧VLD1よりも小さくなる。 The element size of the NMOS transistor N2 is larger than the element size of the NMOS transistor N3 so that the drain current i2 of the NMOS transistor N2 at the same gate voltage is larger than the drain current i4 of the NMOS transistor N3. As a result, the current iLD1 flowing through the first pseudo laser diode LD1 becomes larger than the current iLD2 flowing through the second pseudo laser diode LD2. Since the current-voltage characteristics of the first pseudo laser diode LD1 and the second pseudo laser diode LD2 are the same, the voltage VLD2 of the second pseudo laser diode LD2 is the forward voltage of the first pseudo laser diode LD1. Is smaller than the anode-side voltage VLD1.
第1の擬似レーザダイオードLD1の電圧VLD1は、演算増幅回路AMPの非反転入力端に、第2の擬似レーザダイオードLD2の電圧VLD2は、演算増幅回路AMPの反転入力端にそれぞれ接続されているため、演算増幅回路AMPは、出力端に接続されたNMOSトランジスタN5のゲート電圧を制御し、第2の擬似レーザダイオードLD2の電圧VLD2が、第1の擬似レーザダイオードLD1の電圧VLD1と等しくなるように、第2のカレントミラー回路4の入力電流i4を増加させて第2のカレントミラー回路4の出力電流i5を増加させる。
The voltage VLD1 of the first pseudo laser diode LD1 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP, and the voltage VLD2 of the second pseudo laser diode LD2 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP. The operational amplifier circuit AMP controls the gate voltage of the NMOS transistor N5 connected to the output terminal so that the voltage VLD2 of the second pseudo laser diode LD2 becomes equal to the voltage VLD1 of the first pseudo laser diode LD1. The input current i4 of the second
更に、演算増幅回路AMPの出力端にはNMOSトランジスタN6のゲートが接続されていることから、第3のカレントミラー回路5の入力電流i6を増加させる。該電流i6の増加分は、NMOSトランジスタN5とNMOSトランジスタN6における同一ゲート電圧時のドレイン電流比で決まる。該ドレイン電流比を、第2のカレントミラー回路4の消費電流M2iと第3のカレントミラー回路5の消費電流M3iと同じになるようにして、レーザダイオードLDに供給される電流iLDを、第2の擬似レーザダイオードLD2に供給される電流iLD2に比例させることができる。
Further, since the gate of the NMOS transistor N6 is connected to the output terminal of the operational amplifier circuit AMP, the input current i6 of the third
第2の擬似レーザダイオードLD2に供給される電流iLD2は、第1の擬似レーザダイオードLD1に供給される電流iLD1と同じであり、第1の擬似レーザダイオードLD1に供給される電流iLD1は、第1のカレントミラー回路3によって電流源2から出力された電流i1に比例していることから、レーザダイオードLDに供給される電流iLDは、電流源2から出力された電流i1に比例した電流となる。
The current iLD2 supplied to the second pseudo laser diode LD2 is the same as the current iLD1 supplied to the first pseudo laser diode LD1, and the current iLD1 supplied to the first pseudo laser diode LD1 is Therefore, the current iLD supplied to the laser diode LD becomes a current proportional to the current i1 output from the
なお、図1では、演算増幅回路AMP及びNMOSトランジスタN5,N6を使用して、第2及び第3の各カレントミラー回路の入力電流を調整するようにしたが、演算増幅回路AMP及びNMOSトランジスタN5,N6を使用して、第2の擬似レーザダイオードLD2及びレーザダイオードLDにそれぞれ供給される電流を調整するようにしてもよい。
このようにした場合のレーザダイオード駆動回路の回路例を図7に示す。なお、図7では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示すと共に、ここではその説明を省略して図1との相違点のみ説明する。
In FIG. 1, the operational amplifier circuit AMP and NMOS transistors N5 and N6 are used to adjust the input currents of the second and third current mirror circuits. However, the operational amplifier circuit AMP and NMOS transistor N5 are adjusted. , N6 may be used to adjust the current supplied to each of the second pseudo laser diode LD2 and the laser diode LD.
A circuit example of the laser diode driving circuit in such a case is shown in FIG. In FIG. 7, the same or similar elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here, and only the differences from FIG.
図7における図1との相違点は、図1の演算増幅回路AMPの反転入力端に電圧VLD1が、図1の演算増幅回路AMPの非反転入力端に電圧VLD2がそれぞれ入力され、NMOSトランジスタN5が第2の擬似レーザダイオードLD2に並列に接続されると共にNMOSトランジスタN6がレーザダイオードLDに並列に接続されるようにし、NMOSトランジスタN2の素子サイズをNMOSトランジスタN3の素子サイズと同じか又はやや小さくして、同一ゲート電圧におけるNMOSトランジスタN2のドレイン電流i2をNMOSトランジスタN3のドレイン電流i4よりも小さくなるようにしたことにある。 7 differs from FIG. 1 in that the voltage VLD1 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP of FIG. 1, the voltage VLD2 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier circuit AMP of FIG. Are connected in parallel to the second pseudo laser diode LD2 and the NMOS transistor N6 is connected in parallel to the laser diode LD, so that the element size of the NMOS transistor N2 is the same as or slightly smaller than the element size of the NMOS transistor N3. Thus, the drain current i2 of the NMOS transistor N2 at the same gate voltage is made smaller than the drain current i4 of the NMOS transistor N3.
図7において、NMOSトランジスタN2のドレイン電流i2をNMOSトランジスタN3のドレイン電流i4よりも小さくなるようにしたことから、第2の擬似レーザダイオードLD2に流れる電流iLD2が第1の擬似レーザダイオードLD1に流れる電流iLD1よりも大きくなる。そこで、第2のカレントミラー回路4と第3のカレントミラー回路5の入力端に加えていた追加電流の代わりに、第2のカレントミラー回路4と第3のカレントミラー回路5の出力端から余分な電流を抜き取って減算するようにし、レーザダイオードLDに供給される電流を電流源2から出力される電流i1に比例するようにした。
In FIG. 7, since the drain current i2 of the NMOS transistor N2 is made smaller than the drain current i4 of the NMOS transistor N3, the current iLD2 flowing through the second pseudo laser diode LD2 flows through the first pseudo laser diode LD1. It becomes larger than the current iLD1. Therefore, in place of the additional current added to the input terminals of the second
このように、本第1の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路は、第4のカレントミラー回路6は、電流源2から出力された電流i1に応じた電流を第1〜第3の各カレントミラー回路3〜5にそれぞれ供給し、高精度の第1のカレントミラー回路3及び第1の擬似レーザダイオードLD1で、電流i1に応じたレーザダイオードLDの基準となる順方向電圧VLD1を発生させると共に第2のカレントミラー回路4及び第2の擬似レーザダイオードLD2で、電流i1に応じたレーザダイオードLDの実際の順方向電圧VLD2を発生させ、該順方向電圧VLD2が基準となる順方向電圧VLD1になるようにレーザダイオードLDに流れる電流iLDを制御するようにした。このことから、電源電圧の変動やチャネル長変調効果により発生した、目標電流値と実際にレーザダイオードLDに供給される電流値との差を補正することができ、目標値に近い電流をレーザダイオードLDに供給することができる。
As described above, in the laser diode driving circuit according to the first embodiment, the fourth
第2の実施の形態.
前記第1の実施の形態では、高精度な第1のカレントミラー回路3を使用するようにしたが、第1のカレントミラー回路3をなくして第1の擬似レーザダイオードLD1に電流源2からの出力電流i1を供給するようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
図8は、本発明の第2の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路の回路例を示した図である。なお、図8では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。
Second embodiment.
In the first embodiment, the first current mirror circuit 3 with high accuracy is used. However, the first current mirror circuit 3 is eliminated, and the first pseudo laser diode LD1 is connected to the first pseudo laser diode LD1 from the
FIG. 8 is a diagram showing a circuit example of a laser diode driving circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same or similar parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
図8において、レーザダイオード駆動回路21は、電流源2と、レーザダイオードLDと、第1の擬似レーザダイオードLD1及び第2の擬似レーザダイオードLD2と、第2のカレントミラー回路4と、第3のカレントミラー回路5と、NMOSトランジスタN3及びN4と、NMOSトランジスタN3及びN4の動作制御を行う演算増幅回路AMPと、第1及び第2の各スイッチSW1,SW2とを備えている。なお、第1及び第2の各擬似レーザダイオードLD1,LD2、第2のカレントミラー回路4、第3のカレントミラー回路5、NMOSトランジスタN3,N4、演算増幅回路AMP、並びに第1及び第2の各スイッチSW1,SW2は補正回路部をなす。また、NMOSトランジスタN3,N4及び演算増幅回路AMPは補正回路をなし、NMOSトランジスタN3は第1のトランジスタを、NMOSトランジスタN4は第2のトランジスタをそれぞれなす。
In FIG. 8, a laser
正側電源電圧Vddと負側電源電圧Vssとの間には、電流源2と第1の擬似レーザダイオードLD1が直列に接続され、電流源2と第1の擬似レーザダイオードLD1のアノードとの接続部は、演算増幅回路AMPの非反転入力端に接続されている。
第2のカレントミラー回路4において、PMOSトランジスタP5及びP6における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP5のドレインに接続されている。
Between the positive power supply voltage Vdd and the negative power supply voltage Vss, the
In the second
PMOSトランジスタP5のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、スイッチSW2とNMOSトランジスタN3が直列に接続され、NMOSトランジスタN3のゲートは演算増幅回路AMPの出力端に接続されている。PMOSトランジスタP6のドレインと負側電源電圧Vssとの間には第2の擬似レーザダイオードLD2が接続され、第2の擬似レーザダイオードLD2のアノードとPMOSトランジスタP6のドレインとの接続部は演算増幅回路AMPの反転入力端に接続されている。 A switch SW2 and an NMOS transistor N3 are connected in series between the drain of the PMOS transistor P5 and the negative power supply voltage Vss, and the gate of the NMOS transistor N3 is connected to the output terminal of the operational amplifier circuit AMP. A second pseudo laser diode LD2 is connected between the drain of the PMOS transistor P6 and the negative power supply voltage Vss, and the connection between the anode of the second pseudo laser diode LD2 and the drain of the PMOS transistor P6 is an operational amplifier circuit. It is connected to the inverting input terminal of AMP.
第3のカレントミラー回路5において、PMOSトランジスタP7及びP8における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP7のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP7のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、スイッチSW1とNMOSトランジスタN4が直列に接続され、NMOSトランジスタN4のゲートは演算増幅回路AMPの出力端に接続されている。PMOSトランジスタP8のドレインと負側電源電圧Vssとの間にはレーザダイオードLDが接続されている。
In the third
このような構成において、制御信号SCに応じて電流源2から出力された電流i1は、第1の擬似レーザダイオードLD1に供給される。第1の擬似レーザダイオードLD1における順方向電圧であるアノードの電圧VLD1は、演算増幅回路AMPの非反転入力端に入力されている。また、第2の擬似レーザダイオードLD2の順方向電圧であるアノードの電圧VLD2は、演算増幅回路AMPの反転入力端に入力されている。このことから、演算増幅回路AMPは、第2の擬似レーザダイオードLD2のアノードの電圧VLD2が第1の擬似レーザダイオードLD1のアノードの電圧VLD1と等しくなるような電流を第2の擬似レーザダイオードLD2に供給するように、NMOSトランジスタN3のゲート電圧を制御する。
In such a configuration, the current i1 output from the
第2のカレントミラー回路4は、演算増幅回路AMPの帰還ループに入っているため、第2のカレントミラー回路4で発生するチャネル長変調効果による電流の非対称性は補正され、第2の擬似レーザダイオードLD2に流れる電流iLD2は、電流源2から出力された電流i1に比例した電流に正確になる。
第2のカレントミラー回路4と第3のカレントミラー回路5に流れる電流は完全に比例関係になるように作られているため、第2の擬似レーザダイオードLD2に比例した電流がレーザダイオードLDに流れる。すなわち、電流源2から出力された電流i1に比例した電流がレーザダイオードLDに流れることになる。なお、第1のスイッチSW1と第2のスイッチSW2については、前記第1の実施の形態の場合と同様であるのでその説明を省略する。
Since the second
Since the currents flowing through the second
このように、本第2の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路は、前記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、前記第1の実施の形態では、レーザダイオードLDに流れる電流に対して追加か又は抜き取りのいずれかしかできなかったため、第1の擬似レーザダイオードLD1と第2の擬似レーザダイオードLD2に供給する電流に初期設定で差を持たせていたのに対して、レーザダイオードLDに流れる電流に対して追加と抜き取りの両方を行うことができ、しかも高精度カレントミラー回路及びNMOSトランジスタN1とNMOSトランジスタN2で構成された第4のカレントミラー回路6が不要となり、これらのカレントミラー回路で発生していたチャネル長変調効果による電流の非対称性も改善することができる。
As described above, the laser diode drive circuit according to the second embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment, and flows to the laser diode LD in the first embodiment. Since the current could only be added to or extracted from the current, the current supplied to the first pseudo laser diode LD1 and the second pseudo laser diode LD2 had a difference in the initial setting. Both addition and extraction can be performed on the current flowing through the laser diode LD, and the high-precision current mirror circuit and the fourth
第3の実施の形態.
前記第2の実施の形態では、演算増幅回路AMPを使用したが、演算増幅回路AMPを使用せずに第1のカレントミラー回路3をなくして第1の擬似レーザダイオードLD1に電流源2からの出力電流i1を供給するようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第3の実施の形態とする。
図9は、本発明の第3の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路の回路例を示した図である。なお、図9では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。
Third embodiment.
In the second embodiment, the operational amplifier circuit AMP is used. However, the first current mirror circuit 3 is eliminated without using the operational amplifier circuit AMP, and the first pseudo laser diode LD1 is connected to the first pseudo laser diode LD1 from the
FIG. 9 is a diagram showing a circuit example of a laser diode driving circuit according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same or similar elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
図9において、レーザダイオード駆動回路31は、電流源2と、レーザダイオードLDと、第2のカレントミラー回路4と、第3のカレントミラー回路5と、NMOSトランジスタN1及びN2からなる第4のカレントミラー回路32と、NMOSトランジスタN3,N4と、第1及び第2の各スイッチSW1,SW2とを備えている。なお、第2のカレントミラー回路4、第3のカレントミラー回路5、第4のカレントミラー回路32、NMOSトランジスタN3,N4、並びに第1及び第2の各スイッチSW1,SW2は補正回路部をなす。また、NMOSトランジスタN3及びN4は電流供給回路をなし、NMOSトランジスタN3は第1のMOSトランジスタを、NMOSトランジスタN4は第2のMOSトランジスタをそれぞれなす。
In FIG. 9, a laser
正側電源電圧Vddと負側電源電圧Vssとの間には、電流源2とNMOSトランジスタN1が直列に接続され、電流源2とNMOSトランジスタN1との接続部は、NMOSトランジスタN3及びN4の各ゲートにそれぞれ接続されている。
第2のカレントミラー回路4において、PMOSトランジスタP5及びP6における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP5のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP5のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、スイッチSW2とNMOSトランジスタN3が直列に接続されている。
Between the positive power supply voltage Vdd and the negative power supply voltage Vss, the
In the second
第3のカレントミラー回路5において、PMOSトランジスタP7及びP8における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP7のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP7のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、スイッチSW1とNMOSトランジスタN4が直列に接続されている。
第4のカレントミラー回路32において、NMOSトランジスタN1及びN2における、各ソースは負側電源電圧Vssにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はNMOSトランジスタN2のドレインに接続されている。NMOSトランジスタN1は、ドレインに電流源2からの電流i1が入力されて第1の擬似レーザダイオードLD1をなし、NMOSトランジスタN2は、ドレインにPMOSトランジスタP6からの電流i5が入力されて第2の擬似レーザダイオードLD2をなす。
In the third
In the fourth
このような構成において、制御信号SCに応じて電流源2から出力された電流i1は、第1の擬似レーザダイオードLD1をなすNMOSトランジスタN1のドレイン電流となる。NMOSトランジスタN1のドレイン電圧は第1の擬似レーザダイオードLD1の順方向電圧であるアノードの電圧VLD1となり、該電圧VLD1は第2のカレントミラー回路4の入力端に接続されているNMOSトランジスタN3のゲートにも入力されているため、帰還ループとなって、NMOSトランジスタN2のドレイン電流i5は、電流源2から出力された電流i1と等しくなる。NMOSトランジスタN1のドレイン電圧VLD1は、結果として、第2のカレントミラー回路4のPMOSトランジスタP6の出力電流i5が電流i1とほぼ一致するような、NMOSトランジスタN3のゲート電圧になる。
In such a configuration, the current i1 output from the
更に、NMOSトランジスタN1のドレイン電圧VLD1は、第3のカレントミラー回路5の入力端に接続されているNMOSトランジスタN4のゲートにも入力されているため、NMOSトランジスタN4のドレイン電流i6は、NMOSトランジスタN3のドレイン電流i4に比例した電流となる。
第2のカレントミラー回路4と第3のカレントミラー回路5は回路構成が同じあることから、PMOSトランジスタP6のドレイン電流i5とPMOSトランジスタP8のドレイン電流iLDは比例した電流となる。すなわち、PMOSトランジスタP8のドレイン電流iLDは、レーザダイオードLDに流れる電流であることから、電流源2から出力された電流i1に比例した電流がレーザダイオードLDに流れることになる。
Furthermore, since the drain voltage VLD1 of the NMOS transistor N1 is also input to the gate of the NMOS transistor N4 connected to the input terminal of the third
Since the second
なお、NMOSトランジスタN1のドレイン電圧VLD1とNMOSトランジスタN2のドレイン電圧VLD2が一致しないことから、第4のカレントミラー回路32は、チャネル長変調効果によって微小な誤差が生じることがある。このため、より良い特性が必要な場合は、NMOSトランジスタN1及びN2のゲートチャネル長を大きくするか、又は第4のカレントミラー回路32を図10で示すようなNMOSトランジスタをカスコード接続したカスコード型カレントミラー回路や、図11で示すようなウイルソン型カレントミラー回路といった高精度なカレントミラー回路を使用するとよい。
Since the drain voltage VLD1 of the NMOS transistor N1 and the drain voltage VLD2 of the NMOS transistor N2 do not match, the fourth
なお、図10の場合、NMOSトランジスタN11及びN12の直列回路が第1の擬似レーザダイオードLD1をなし、NMOSトランジスタN21及びN22の直列回路が第2の擬似レーザダイオードLD2をなす。また、図11の場合、NMOSトランジスタN13が第1の擬似レーザダイオードLD1をなし、NMOSトランジスタN23及びN24の直列回路が第2の擬似レーザダイオードLD2をなす。 In the case of FIG. 10, the series circuit of the NMOS transistors N11 and N12 forms the first pseudo laser diode LD1, and the series circuit of the NMOS transistors N21 and N22 forms the second pseudo laser diode LD2. In the case of FIG. 11, the NMOS transistor N13 forms the first pseudo laser diode LD1, and the series circuit of the NMOS transistors N23 and N24 forms the second pseudo laser diode LD2.
このように、本第3の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路は、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、第2の実施の形態で必要であった、多くの素子を含みICチップ上では比較的大きな面積を要する演算増幅回路AMPをなくすことができ、ICチップの大幅な面積の縮小を図ることができる。 As described above, the laser diode drive circuit according to the third embodiment can obtain the same effects as those of the second embodiment, and many elements that are necessary in the second embodiment. The operational amplifier circuit AMP that requires a relatively large area on the IC chip can be eliminated, and the area of the IC chip can be greatly reduced.
なお、前記第1〜第3の各実施の形態で使用されたPMOSトランジスタが行う動作をNMOSトランジスタで実現すると共に、前記第1〜第3の各実施の形態で使用されたNMOSトランジスタが行う動作をPMOSトランジスタで実現するようにしてもよい。 The operations performed by the PMOS transistors used in the first to third embodiments are realized by NMOS transistors, and the operations performed by the NMOS transistors used in the first to third embodiments. May be realized by a PMOS transistor.
1,21,31 レーザダイオード駆動回路
2 電流源
3 第1のカレントミラー回路
4 第2のカレントミラー回路
5 第3のカレントミラー回路
6,32 第4のカレントミラー回路
SW1 第1のスイッチ
SW2 第2のスイッチ
LD レーザダイオード
LD1 第1の擬似レーザダイオード
LD2 第2の擬似レーザダイオード
AMP 演算増幅回路
N5,N6 NMOSトランジスタ
1, 21, 31 Laser
Claims (1)
前記レーザダイオードに供給する目標駆動電流に応じた、基準となる該レーザダイオードの順方向電圧である基準順方向電圧を発生させ、供給された電流に応じた実際の該順方向電圧が前記基準順方向電圧と同じになるように前記レーザダイオードに供給する電流を補正して制御する補正回路部を備えることを特徴とするレーザダイオード駆動回路。 In a laser diode driving circuit that changes the current value of a current source according to a control signal input from the outside, supplies the laser diode with a current that is the same as or proportional to the current value, and emits the laser diode.
Wherein according to the target drive current supplied to the laser diode, generates a reference forward voltage is a forward voltage of the laser diode as a reference, the actual of the forward voltage corresponding to the supplied current to the reference sequence A laser diode drive circuit comprising: a correction circuit unit that corrects and controls a current supplied to the laser diode so as to be equal to a directional voltage.
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