JP5600042B2 - レーザー駆動回路 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路によって構成されるレーザー駆動回路に係り、特にバースト的に入力されるデータ信号に応じてレーザーを駆動するバーストモード動作に対応した直接変調方式のレーザー駆動回路において回路電流を制御する技術に関するものである。

バーストレーザードライバでは、バースト制御信号に応じてレーザーをオン／オフできることが大前提となる。
図８は、超高速動作可能なバーストレーザー駆動回路（ＢＬＤＤ）の構成例を示すブロック図である。ここでは高速動作で一般的な差動回路による構成を例示する。本発明も差動回路を前提にするが、原理は単相でも同様である。

ＢＬＤＤは、レーザーダイオード（ＬＤ）４にデータ信号Ｄａｔａに応じた変調電流を与える変調回路１と、ＬＤ４に与える変調電流およびバイアス電流が最適になるように制御する変調・バイアス電流自動制御（ＡＰＣ：Automatic Power Control）回路２と、ＬＤ４にバイアス電流を与えるバイアス回路３とを有する。図８において、Ｌ１は一端にレーザー電源電圧ＶＣＣＬＤが供給され、他端がＬＤ４のアノードに接続されたコイル、Ｌ２は一端がＬＤ４のカソードに接続され、他端が後述するバイアス電流制御回路３０に接続されたコイルである。

変調回路１は、外部から入力される送信許可信号ＴＸ＿ＥＮによってオン／オフが制御される変調制御手段となるゲート（Ｇａｔｅ）回路１０と、プリドライブ回路１１，１２と、出力バッファ回路１３と、ゲート回路１０に定電流を供給する電流源回路１４と、プリドライブ回路１１に定電流を供給する電流源回路１５と、プリドライブ回路１２に定電流を供給する電流源回路１６と、出力バッファ回路１３に定電流を供給する電流源回路１７とから構成される。
バイアス回路３は、バイアス電流制御回路３０と、バイアス電流制御回路３０に定電流を供給する電流源回路３１とから構成される。

変調回路１においては、通常、複数のプリドライブ回路１１，１２で出力バッファ回路１３を駆動する。ゲート回路１０は、ＢＬＤＤの入力部に配置されることが多いが、ＢＬＤＤチップ（ＢＬＤＤ−ＩＣ）とは別に外付けＩＣとして、データ信号Ｄａｔａを出力するＩＣとＢＬＤＤ−ＩＣとの間に挿入されることも多い。ゲート回路１０は、論理的にはＡＮＤ回路である。

すなわち、ゲート回路１０は、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがロー（Ｌｏｗ）である場合はローの信号を出力し、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがハイ（Ｈｉｇｈ）である場合はハイまたはローのデータ信号Ｄａｔａと同じ論理の信号を出力する。通常、高速制御を実現するため、ゲート回路１０も差動回路構成になっている。ゲート回路１０が差動回路構成で、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがハイのときに送信許可とする場合、つまり送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがローのときにデータ送信禁止とする場合は、ゲート回路１０の正相側がＡＮＤ論理、逆相側がＯＲ論理となる（非特許文献１参照）。

また、一般的に、ＬＤ４のバイアス電流や変調電流は、ＡＰＣ回路２が出力するバイアス電流制御電圧ＶＣＳＢおよび変調電流制御電圧ＶＣＳＭによって最適化される。すなわち、バイアス回路３は、バイアス電流制御電圧ＶＣＳＢに応じたバイアス電流がＬＤ４を流れるように制御を行う。また、電流源回路１５、電流源回路１６、電流源回路１７は、変調電流制御電圧ＶＣＳＭに応じた電流をそれぞれプリドライブ回路１１、プリドライブ回路１２、出力バッファ回路１３に供給することにより、変調電流制御電圧ＶＣＳＭに応じた変調電流がＬＤ４を流れるようにする。データ送信禁止を指令する送信許可信号ＴＸ＿ＥＮを受信したとき、ＡＰＣ回路２は、その直前の変調電流制御電圧ＶＣＳＭとバイアス電流制御電圧ＶＣＳＢの値を記憶し、保持する。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は送信許可信号ＴＸ＿ＥＮおよびゲート回路１０の働きにより、如何にしてＬＤ４の消光を実現せしめるかを説明するための図であり、図９（Ａ）は出力バッファ回路１３および電流源回路１７の構成例を示す回路図、図９（Ｂ）はバイアス回路３の構成例を示す回路図である。

出力バッファ回路１３は、ベースが正相側の差動入力端子ＩＳＰＢに接続されたトランジスタＱ１と、ベースが逆相側の差動入力端子ＩＳＮＢに接続されたトランジスタＱ２と、一端に電源電圧ＶＣＣが与えられ、他端がトランジスタＱ１のコレクタに接続された抵抗Ｒ１と、一端に電源電圧ＶＣＣが与えられ、他端がトランジスタＱ２のコレクタに接続された抵抗Ｒ２と、一端がトランジスタＱ１のエミッタに接続され、他端が電流源回路１７に接続された抵抗Ｒ３と、一端がトランジスタＱ２のエミッタに接続され、他端が電流源回路１７に接続された抵抗Ｒ４とから構成される。電流源回路１７は、ベースに変調電流制御電圧ＶＣＳＭが与えられ、コレクタが抵抗Ｒ３，Ｒ４の他端に接続された電流源トランジスタＱ３と、一端が電流源トランジスタＱ３のエミッタに接続され、他端が接地された抵抗Ｒ５とから構成される。なお、電流源回路１４，１５，１６も電流源回路１７と同様の構成を有する。

トランジスタＱ２のコレクタと抵抗Ｒ２との接続点である正相出力端子ＬＤＰにＬＤ４のアノードが接続され、トランジスタＱ１のコレクタと抵抗Ｒ１との接続点である逆相出力端子ＬＤＮにＬＤ４のカソードが接続される。送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがハイ（送信許可）からロー（データ送信禁止）になると、ゲート回路１０の動作によりＬＤＰ側の差動入力端子ＩＳＮＢがハイとなり、ＬＤＮ側の差動入力端子ＩＳＰＢがローとなって、正相出力端子ＬＤＰが低インピーダンスに固定され、逆相出力端子ＬＤＮが高インピーダンスに固定されて、変調データ信号出力が停止する。

一方、バイアス回路３も差動回路構成となっている。前述のとおり、バイアス回路３は、バイアス電流制御回路３０と、電流源回路３１とから構成される。バイアス電流制御回路３０は、ベースにバースト回路制御信号ＴＸ＿ＥＮ＿Ｐが与えられ、コレクタがコイルＬ２の他端に接続されたトランジスタＱ４と、ベースにバースト回路制御信号ＴＸ＿ＥＮ＿Ｎが与えられるトランジスタＱ５と、一端に電源電圧ＶＣＣ２が与えられ、他端がトランジスタＱ５のコレクタに接続された抵抗Ｒ６と、一端がトランジスタＱ４のエミッタに接続され、他端が電流源回路３１に接続された抵抗Ｒ７と、一端がトランジスタＱ５のエミッタに接続され、他端が電流源回路３１に接続された抵抗Ｒ８とから構成される。電流源回路３１は、ベースにバイアス電流制御電圧ＶＣＳＢが与えられ、コレクタが抵抗Ｒ７，Ｒ８の他端に接続された電流源トランジスタＱ６と、一端が電流源トランジスタＱ６のエミッタに接続され、他端が接地された抵抗Ｒ９とから構成される。

トランジスタＱ４のコレクタはコイルＬ２を介してＬＤ４のカソードＬＤＫに接続されている。ＬＤ４の発光時にはＬＤ４が接続されている側のトランジスタＱ４に電流が流れ、消光時には電源が接続されている側のトランジスタＱ５に電流が流れる。例えば送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがＣＭＯＳレベルの信号である場合、この信号は図示しないレベル変換回路により差動化され、レベル調整されたバースト回路制御信号ＴＸ＿ＥＮ＿Ｐ，ＴＸ＿ＥＮ＿Ｎに変換される。バースト回路制御信号ＴＸ＿ＥＮ＿ＰはＬＤ４が接続される側の差動入力端子（トランジスタＱ４のベース）に入力され、バースト回路制御信号ＴＸ＿ＥＮ＿Ｎは電源が接続される側の差動入力端子（トランジスタＱ５のベース）に入力される。

送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがハイ（送信許可）からロー（データ送信禁止）になると、バースト回路制御信号ＴＸ＿ＥＮ＿Ｐがローとなり、バースト回路制御信号ＴＸ＿ＥＮ＿Ｎがハイとなって、ＬＤ４に流れる電流が遮断される。このように、変調回路１とバイアス回路３の両方の遮断動作によってＬＤ４の消光が実現される。

ＳＹ８８２１６Ｌ，３．３Ｖ ２．５Ｇｂｐｓ Ｂｕｒｓｔ Ｍｏｄｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｒｉｖｅｒデータシート，Ｍｉｃｒｅｌ ＩＮＣ．，＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｅｌ．ｊｐ／ｄｏｃ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｄｉｇｉｔａｌ／ＯＰＴ＿ｌａｓｅｒ−ｄｒｉｖｅｒ．ｈｔｍｌ＞

従来の差動切換による方法では、レーザーのオン／オフで回路消費電流は基本的に変化しない。その理由は、各電流源回路の電流源トランジスタが流す電流量で回路の消費電流量が決まっており、この電流量はＡＰＣ回路２が出力する変調電流制御電圧ＶＣＳＭおよびバイアス電流制御電圧ＶＣＳＢで決まってしまっているためである。

レーザー駆動回路の消費電流を低減するには、レーザーの消光時に変調電流制御電圧ＶＣＳＭおよびバイアス電流制御電圧ＶＣＳＢにより、電流源回路１５〜１７，３１の電流源トランジスタをオフにして電流源電流を遮断することで実現できるが、遮断状態から通電状態に回復する過程、もしくは通電状態から遮断状態に移行する過程で急激な電流の増減を伴う。特にレーザーを流れる電流は１００ｍＡ以上である場合も珍しくなく、このような急激な大電流の通電と遮断は回路にとって大きな負担となる可能性があるため、レーザーダイオードやバイアス回路のトランジスタ等の素子の耐圧を維持して、信頼性を確保することが困難となってしまう危険性がある。

本発明は、このような従来構成の問題を解決するために、レーザー駆動回路の信頼性を低下させることなくレーザー消光時に低消費電力化を実現することができるレーザー駆動回路を提供することを目的とする。

本発明は、バーストモード動作に対応したレーザー駆動回路において、レーザーにバイアス電流を与えるバイアス回路と、前記レーザーに入力データ信号に応じた変調電流を与える変調回路と、前記レーザーの発光と消光を制御する２値論理レベルを有する送信許可信号から２値論理レベルを有するバースト回路制御信号および電流源回路制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、前記変調回路は、前記変調電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するゲート回路と、このゲート回路を含む変調回路内の構成回路に電流を供給する第１の電流源回路と、この第１の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第１の回路電流制御回路とを有し、前記バイアス回路は、前記バイアス電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するバイアス電流制御回路と、このバイアス電流制御回路に電流を供給する第２の電流源回路と、この第２の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第２の回路電流制御回路とを有し、前記制御信号生成回路は、遅延回路を含み、前記レーザーが発光から消光へ切り替わる場合は、前記送信許可信号を前記バースト回路制御信号として出力し、前記送信許可信号を遅延させた信号を前記電流源回路制御信号として出力することにより、前記バースト回路制御信号のオフよりも遅延させて前記電流源回路制御信号をオフにすることを特徴とするものである。
また、本発明のレーザー駆動回路は、レーザーにバイアス電流を与えるバイアス回路と、前記レーザーに入力データ信号に応じた変調電流を与える変調回路と、前記レーザーの発光と消光を制御する２値論理レベルを有する送信許可信号から２値論理レベルを有するバースト回路制御信号および電流源回路制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、前記変調回路は、前記変調電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するゲート回路と、このゲート回路を含む変調回路内の構成回路に電流を供給する第１の電流源回路と、この第１の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第１の回路電流制御回路とを有し、前記バイアス回路は、前記バイアス電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するバイアス電流制御回路と、このバイアス電流制御回路に電流を供給する第２の電流源回路と、この第２の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第２の回路電流制御回路とを有し、前記制御信号生成回路は、遅延回路を含み、前記レーザーが消光から発光へ切り替わる場合は、前記送信許可信号を前記電流源回路制御信号として出力し、前記送信許可信号を遅延させた信号を前記バースト回路制御信号として出力することにより、前記電流源回路制御信号のオンよりも遅延させて前記バースト回路制御信号をオンにすることを特徴とするものである。

また、本発明のレーザー駆動回路の１構成例において、前記制御信号生成回路は、前記レーザーが消光から発光へ切り替わる場合は、前記送信許可信号を前記電流源回路制御信号として出力し、前記送信許可信号を遅延させた信号を前記バースト回路制御信号として出力することにより、前記電流源回路制御信号のオンよりも遅延させて前記バースト回路制御信号をオンにすることを特徴とするものである。
また、本発明のレーザー駆動回路の１構成例において、前記制御信号生成回路は、前記遅延回路と、論理積回路と、論理和回路とから構成され、前記送信許可信号とこの送信許可信号を前記遅延回路で遅延させた信号とを前記論理積回路と前記論理和回路に入力し、前記論理積回路の出力を前記バースト回路制御信号として出力し、前記論理和回路の出力を前記電流源回路制御信号として出力することを特徴とするものである。

また、本発明のレーザー駆動回路の１構成例において、前記変調回路は、さらに、出力バッファ回路を有し、前記ゲート回路の出力が前記出力バッファ回路の入力に接続され、前記出力バッファ回路の出力が前記レーザーに接続され、前記バイアス電流制御回路は、差動回路で構成され、前記バースト回路制御信号に応じた差動動作によって前記レーザーに前記バイアス電流を流す発光モードと前記バイアス電流が流れない消光モードとが切り替わることを特徴とするものである。
また、本発明のレーザー駆動回路の１構成例において、前記変調回路と前記バイアス電流制御回路とは、差動回路で構成され、前記ゲート回路は、正相側がＡＮＤ論理、逆相側がＯＲ論理であり、前記バイアス電流制御回路は、正相側がハイレベルの前記バースト回路制御信号を受信した場合に前記レーザーに前記バイアス電流を流し、前記第１、第２の回路電流制御回路は、単極双投スイッチで構成され、前記電流源回路制御信号に応じて前記第１、第２の電流源回路が所定の電流を供給する状態と前記第１、第２の電流源回路が電流を遮断もしくは減じる状態のどちらか一方に切り替えることを特徴とするものである。

本発明によれば、変調回路に、変調電流の供給と遮断をバースト回路制御信号に応じて制御するゲート回路と、ゲート回路を含む変調回路内の構成回路に電流を供給する第１の電流源回路と、第１の電流源回路による電流の供給と遮断を電流源回路制御信号に応じて制御する第１の回路電流制御回路とを設け、バイアス回路に、バイアス電流の供給と遮断をバースト回路制御信号に応じて制御するバイアス電流制御回路と、バイアス電流制御回路に電流を供給する第２の電流源回路と、第２の電流源回路による電流の供給と遮断を電流源回路制御信号に応じて制御する第２の回路電流制御回路とを設け、バースト回路制御信号と電流源回路制御信号のタイミングをずらすことにより、発光から消光への移行時にレーザーを流れる電流の過渡的な変動を抑えることができ、レーザー素子や回路の負担を軽減することができるので、レーザー駆動回路の信頼性を低下させることなく、レーザーの消光時に低消費電力化を実現することができる。本発明では、送信許可信号のみによってレーザー駆動回路の電力消費量を高速に増減することができるが、このような技術は、例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）システムにおけるＯＮＵ（Optical Network Unit）の省電力化に甚大な効力を発揮する。なぜなら、送信許可信号のみで発光と消光に同期した電力制御が可能となれば、ＰＯＮシステムのプロトコルに依存した新たなスリープ制御信号が不要であり、国際規格を満足したシステムであれば、どのようなシステムにもトランシーバのピン配置などを変えずに省電力化手段を付与できるからである。追加の信号が不要であるため、コスト的に有利なだけでなく、レーザーが消えている時間は必ず低電力化されることで、理想的な省電力モードが実現できる。本発明を用いれば、このようなバースト通信ごとの省電力化を安全に実現できる基礎技術を提供することができる。その結果、本発明では、回路設計が容易となり、効果の高い省電力化を高い信頼性で実現できる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザー駆動回路の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における出力バッファ回路、電流源回路および回路電流制御回路の構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態におけるバイアス回路の構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態に係るレーザー駆動回路における出力電圧の過渡特性シミュレーションの結果の１例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるレーザー電流の過渡特性シミュレーションの結果の１例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る制御信号生成回路の構成例を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態に係る制御信号生成回路の各部の信号を示すタイミングチャートである。 従来のバーストレーザー駆動回路の構成例を示すブロック図である。 出力バッファ回路とバイアス回路の構成例を示す回路図である。

［発明の原理］
本発明の基本的特徴は、レーザー消光手段（データ信号の遮断と伝達を制御するゲート回路と、レーザーバイアス電流をオン／オフするバイアス回路）を備えるレーザー駆動回路において、構成回路の電流源回路電流をオン／オフするスイッチを備えることであり、レーザーのオン／オフを制御する信号（バースト回路制御信号）と、電流源回路電流のオン／オフを制御する信号（電流源回路制御信号）とが互いに異なるタイミングでレーザー駆動回路に作用することである。

たとえば、レーザーのオン／オフと、電流源電流のオン／オフをそれぞれガスコンロの着火／消火と、ガスの元栓の開閉の関係を参考に考える。ガスの元栓が閉じている場合は、ガスの供給が無いので、コンロを操作しても着火しない。同様に、電流源電流が遮断されていれば、レーザーのオン／オフ制御を操作してもレーザーは発光しない。一般的に、ガスの元栓を開いてからコンロを操作して着火し、コンロを操作して消火してから元栓を閉じるのが通常の手順である。

レーザー駆動回路においても、電流源電流を通電して回路電流を流し、従来技術と同様の消光状態を形成してから、レーザーをオンする手順が実績のある安全な方法である。また、従来と同じ手順でレーザーをオフしてから、つまりレーザー素子の電流を遮断してから、電流源電流を遮断した方が、レーザー素子に電流が流れていない状態で回路電流を遮断するため、レーザー素子に損傷を与える危険性が少ないと考えられる。
このように、本発明では、レーザーの発光／消光と回路電流の供給／遮断を別々に制御することで、レーザー素子や駆動回路自身を損傷することなく、消光時の低消費電力化を実現できる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るレーザー駆動回路の構成例を示すブロック図であり、図８と同様の構成には同一の符号を付してある。
本実施の形態のレーザー駆動回路は、変調回路１ａと、ＡＰＣ回路２と、バイアス回路３ａと、制御信号生成回路５とを有する。

変調回路１ａは、変調制御手段であるゲート回路１０と、プリドライブ回路１１，１２と、出力バッファ回路１３と、電流源回路１４〜１７と、回路電流制御回路１８とから構成される。
バイアス回路３ａは、バイアス電流制御回路３０と、電流源回路３１と、回路電流制御回路３２とから構成される。

本実施の形態では、ｎ番目（図１の例ではｎ＝２）のプリドライブ回路１２の後段にゲート回路１０を備え、ゲート回路１０の出力に出力バッファ回路１３が接続され、出力バッファ回路１３の出力にＬＤ４がＤＣ（直流）接続される。もちろん、ＡＣ（交流）接続でＬＤ４を接続しても良いが、ＬＤ４の発光／消光の応答性の観点から、変調回路１ａとＬＤ４との間はＤＣ接続が有利である。ＬＤ４のカソードはバイアス回路３ａに接続される。

送信許可信号ＴＸ＿ＥＮは、制御信号生成回路５に入力される。制御信号生成回路５は、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮからバースト回路制御信号ＣＴＬ１と電流源回路制御信号ＣＴＬ２とを生成して出力する。制御信号生成回路５は、例えば遅延回路であり、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮを遅延させずにバースト回路制御信号ＣＴＬ１として用いると共に、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮを遅延させた信号を電流源回路制御信号ＣＴＬ２として用いたり、逆に送信許可信号ＴＸ＿ＥＮを遅延させた信号をバースト回路制御信号ＣＴＬ１として用いたりする。

すなわち、制御信号生成回路５は、バースト回路制御信号ＣＴＬ１と電流源回路制御信号ＣＴＬ２のタイミングをずらして出力する。なお、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮ、バースト回路制御信号ＣＴＬ１、電流源回路制御信号ＣＴＬ２といった各信号のレベルは回路に適したレベルを用いればよく、またこれらの信号は差動信号でもよい。

ゲート回路１０、プリドライブ回路１１，１２、出力バッファ回路１３、およびバイアス回路３ａは、それぞれ独立した電流源回路１４，１５，１６，１７，３１を備える。
ＡＰＣ回路２は、ＬＤ４の所望の出力光パワーに応じて、ＬＤ４を流れる変調電流とバイアス電流とを最適化するための制御電圧として、変調電流制御電圧ＶＣＳＭ、バイアス電流制御電圧ＶＣＳＢを発生する。変調電流制御電圧ＶＣＳＭは、電流源回路１４，１５，１６，１７にそれぞれ設けられた回路電流制御回路１８に入力され、バイアス電流制御電圧ＶＣＳＢは、電流源回路３１に設けられた回路電流制御回路３２に入力される。

図２に出力バッファ回路１３、電流源回路１７および回路電流制御回路１８の構成例を示す。図９（Ａ）で説明したとおり、出力バッファ回路１３は、トランジスタＱ１，Ｑ２と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とから構成される。トランジスタＱ２のコレクタと抵抗Ｒ２との接続点である正相出力端子ＬＤＰにＬＤ４のアノードが接続され、トランジスタＱ１のコレクタと抵抗Ｒ１との接続点である逆相出力端子ＬＤＮにＬＤ４のカソードが接続される。出力バッファ回路１３の正相側の差動入力端子ＩＳＰＢは、ゲート回路１０の正相出力端子と接続され、逆相側の差動入力端子ＩＳＮＢは、ゲート回路１０の逆相出力端子と接続される。

従来と同様に、電流源回路１７は、電流源トランジスタＱ３と、抵抗Ｒ５とから構成される。従来と異なる点は、回路電流制御回路１８の出力が電流源トランジスタＱ３のベースに入力されることである。

回路電流制御回路１８は、一方の入力端子に変調電流制御電圧ＶＣＳＭが入力され、他方の入力端子に電圧ＶＳＬ（ＶＣＳＭ＞ＶＳＬ）が入力され、出力端子が電流源トランジスタＱ３のベースに接続された単極双投のスイッチＳＷ１から構成される。スイッチＳＷ１は、電流源回路制御信号ＣＴＬ２によって制御される。すなわち、スイッチＳＷ１は、電流源回路制御信号ＣＴＬ２がハイ（送信許可）の場合には変調電流制御電圧ＶＣＳＭを選択して出力し、電流源回路制御信号ＣＴＬ２がロー（データ送信禁止）の場合には電圧ＶＳＬを選択して出力する。こうして、電流源回路１７の電流源トランジスタＱ３のベース電位がＶＣＳＭかＶＳＬのどちらかに切り替わる。

ＬＤ４の消光時に電流源トランジスタＱ３に入力される電圧ＶＳＬは、電流源トランジスタＱ３のベース−エミッタ電圧Ｖｂｅ以下であることが望ましい。これにより、回路電流制御回路１８は、電流源トランジスタＱ３をオフにし、トランジスタＱ１，Ｑ２および電流源トランジスタＱ３を流れる電流源回路電流を遮断することができる。ただし、本実施の形態では、ゲート回路１０によってＬＤ４を消光／発光する仕組みと、電流源回路１７および回路電流制御回路１８によって電流源回路電流を導通／遮断する仕組みとが独立しているので、電流源回路電流が完全に遮断されないようなＶＳＬの値であっても差し支えない。

電流源回路１４，１５，１６の構成は、電流源回路１７と同様である。また、電流源回路１４，１５，１６にそれぞれ設けられた回路電流制御回路１８の構成は、図２と同様であり、スイッチＳＷ１の出力が電流源回路１４，１５，１６の電流源トランジスタのベースに入力されるようにすればよい。

図３にバイアス回路３ａの構成例を示す。図９（Ｂ）で説明したとおり、バイアス回路３ａを構成するバイアス電流制御回路３０は、トランジスタＱ４，Ｑ５と、抵抗Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８とから構成される。本実施の形態では、バイアス電流制御回路３０が差動回路構成となっており、バースト回路制御信号ＣＴＬ１も制御信号生成回路５によって差動化されている。正相側のバースト回路制御信号ＣＴＬ１＿ＰはＬＤ４が接続される側の差動入力端子（トランジスタＱ４のベース）に入力され、逆相側のバースト回路制御信号ＣＴＬ１＿Ｎは電源が接続される側の差動入力端子（トランジスタＱ５のベース）に入力される。

前述のとおり、ゲート回路１０は、正相側がＡＮＤ論理、逆相側がＯＲ論理である。すなわち、ゲート回路１０は、バースト回路制御信号ＣＴＬ１＿Ｐがハイ（送信許可）で、バースト回路制御信号ＣＴＬ１＿Ｎがローの場合、前段のプリドライブ回路１２の出力と同じ論理の信号を正相出力端子、逆相出力端子から出力する。これにより、ＬＤ４にデータ信号Ｄａｔａに応じた変調電流が与えられる。また、ゲート回路１０は、バースト回路制御信号ＣＴＬ１＿Ｐがロー（送信禁止）で、バースト回路制御信号ＣＴＬ１＿Ｎがハイの場合、正相出力端子からローの信号を出力し、逆相出力端子からハイの信号を出力する。これにより、変調電流が遮断される。

従来と同様に、電流源回路３１は、電流源トランジスタＱ６と、抵抗Ｒ９とから構成される。従来と異なる点は、回路電流制御回路３２の出力が電流源トランジスタＱ６のベースに入力されることである。

回路電流制御回路３２は、一方の入力端子にバイアス電流制御電圧ＶＣＳＢが入力され、他方の入力端子に電圧ＶＳＬ（ＶＣＳＢ＞ＶＳＬ）が入力され、出力端子が電流源トランジスタＱ６のベースに接続された単極双投のスイッチＳＷ２から構成される。スイッチＳＷ２は、電流源回路制御信号ＣＴＬ２がハイ（送信許可）の場合にはバイアス電流制御電圧ＶＣＳＢを選択して出力し、電流源回路制御信号ＣＴＬ２がロー（データ送信禁止）の場合には電圧ＶＳＬを選択して出力する。電流源回路１７の場合と同様に、電圧ＶＳＬは、電流源トランジスタＱ６のベース−エミッタ電圧Ｖｂｅ以下であることが望ましい。これにより、回路電流制御回路３２は、電流源トランジスタＱ６をオフにし、トランジスタＱ４，Ｑ５および電流源トランジスタＱ６を流れる電流源回路電流を遮断することができる。

図４は本実施の形態のレーザー駆動回路における出力電圧の過渡特性シミュレーションの結果の１例を示す図であり、出力バッファ回路１３の正相出力端子ＬＤＰ（ＬＤ４のアノード）と逆相出力端子ＬＤＮ（ＬＤ４のカソード）の電圧を示している。ここでは、電流源回路制御信号ＣＴＬ２をバースト回路制御信号ＣＴＬ１よりも１０ｎｓ遅延させた場合と遅延させない場合の出力端子ＬＤＰ，ＬＤＮの電圧変化をシミュレーションした結果を示している。

図４において、４０は電流源回路制御信号ＣＴＬ２を遅延させた場合の出力端子ＬＤＰの電圧を示し、４１は電流源回路制御信号ＣＴＬ２を遅延させない場合の出力端子ＬＤＰの電圧を示している。また、４２は電流源回路制御信号ＣＴＬ２を遅延させた場合の出力端子ＬＤＮの電圧を示し、４３は電流源回路制御信号ＣＴＬ２を遅延させない場合の出力端子ＬＤＮの電圧を示している。電圧ＶＳＬは０Ｖとした。

バースト回路制御信号ＣＴＬ１に対する電流源回路制御信号ＣＴＬ２の遅延が無い場合は、シミュレーション開始から５０ｎｓ後にバースト回路制御信号ＣＴＬ１と電流源回路制御信号ＣＴＬ２とが同時にオフ（ロー）となり、１５０ｎｓ後に同時にオン（ハイ）となることを模擬した。この場合、図４の４１，４３の波形から明らかなように、電流源回路電流がオフする瞬間に出力端子ＬＤＰ，ＬＤＮに大きな電圧変化が生じている。

一方、電流源回路制御信号ＣＴＬ２をバースト回路制御信号ＣＴＬ１よりも１０ｎｓ遅延させた場合は、図４の４０，４２の波形から明らかなように、遅延が無い場合と比較して出力端子ＬＤＰ，ＬＤＮの電圧変化の程度が小さいことが分かる。このように、ＬＤ４の消光制御を作動させて、ＬＤ４を消光せしめてから電流源回路電流を遮断することにより、省電力モードに切り替わるときの出力端子ＬＤＰ，ＬＤＮの電圧変動を抑制することができる。その結果、本実施の形態では、ＬＤ４を流れる電流の変動を抑えることができ、ＬＤ４やバイアス回路３ａのトランジスタの負担を軽減することができるので、レーザー駆動回路の信頼性を低下させることなく、ＬＤ４の消光時に低消費電力化を実現することができる。

［第２の実施の形態］
本実施の形態では、第１の実施の形態とは逆に、電流源回路制御信号ＣＴＬ２よりもバースト回路制御信号ＣＴＬ１を１０ｎｓ遅延させて制御する場合を説明する。図５は本実施の形態におけるレーザー電流の過渡特性シミュレーションの結果の１例を示す図である。レーザー駆動回路の構成や電圧ＶＳＬの値は第１の実施の形態で示したシミュレーション例と同じである。図５では、遮断状態から通電状態に回復する場合、すなわちバースト回路制御信号ＣＴＬ１と電流源回路制御信号ＣＴＬ２とがオンする場合を示している。図５において、６０は電流源回路制御信号ＣＴＬ２に対するバースト回路制御信号ＣＴＬ１の遅延が無い場合のレーザー電流を示し、６１はバースト回路制御信号ＣＴＬ１を遅延させた場合のレーザー電流を示している。

図示はしていないが、本実施の形態では出力端子ＬＤＰとＬＤＮの電圧変化は遅延の有る無しでほとんど変化は見られなかった。しかしながら、ＬＤ４を流れる電流は、バースト回路制御信号ＣＴＬ１の遅延の有る無しで大きく異なることが分かる。

本実施の形態のように、バースト回路制御信号ＣＴＬ１を電流源回路制御信号ＣＴＬ２よりも遅延させた場合には、各電流源回路１４〜１７，３１の電流が回復してからゲート回路１０による変調動作が開始されるため、変調開始からレーザー電流の振幅が安定するまでの時間が、バースト回路制御信号ＣＴＬ１の遅延が無い場合と比較して短くなっていることが分かる。

例えばバースト回路制御信号ＣＴＬ１の遅延が無い場合には、１５０ｎｓの時点でバースト回路制御信号ＣＴＬ１がオンとなって変調動作が開始されるが、レーザー電流の振幅が安定するのは１６５ｎｓ近傍であり、レーザー電流の振幅が安定するまでに１５ｎｓ程度かかっていることになる。一方、バースト回路制御信号ＣＴＬ１を遅延させた場合には、１６０ｎｓの時点でバースト回路制御信号ＣＴＬ１がオンとなるが、レーザー電流の振幅が安定するのは１６７ｎｓ近傍であり、レーザー電流の振幅が安定するまでの時間は７ｎｓ程度である。このように、本実施の形態では、レーザー発光直後から良好なビットデータを送信できることが分かる。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態では、電流源回路電流の遮断時については出力端子ＬＤＰ，ＬＤＮの電圧のオーバーシュートを抑制できる利点があるものの、電流源回路電流の回復時については第２の実施の形態のような利点は享受できない。一方、第２の実施の形態では、第１の実施の形態のような電流源回路電流の遮断時の利点は得られない。

本発明の効果を最大限に得るためには、レーザーが発光から消光へ切り替わる場合はバースト回路制御信号ＣＴＬ１よりも電流源回路制御信号ＣＴＬ２を遅延させ、反対にレーザーが消光から発光へ切り替わる場合は電流源回路制御信号ＣＴＬ２よりもバースト回路制御信号ＣＴＬ１を遅延させて実施することが望ましい。この場合、制御信号生成回路５を単なる遅延回路で実現することはできない。

図６は本実施の形態の制御信号生成回路５の構成例を示す回路図、図７は制御信号生成回路５の各部の信号を示すタイミングチャートである。
制御信号生成回路５は、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮを例えば１０ｎｓ遅延させる遅延回路５０と、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮと送信許可信号ＴＸ＿ＥＮを遅延させた信号Ｄｌｙ＿ＴＸ＿ＥＮとの論理積をとるＡＮＤ回路５１と、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮと信号Ｄｌｙ＿ＴＸ＿ＥＮとの論理和をとるＯＲ回路５２とから構成される。

図６に示した回路では、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮと送信許可信号ＴＸ＿ＥＮを遅延させた信号Ｄｌｙ＿ＴＸ＿ＥＮとの論理積によって得られた信号をＡとし、論理和によって得られた信号をＢとする。図７に示すように、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがハイ（送信許可）からロー（データ送信禁止）になると、信号Ａがハイからローになり、遅延回路５０による遅延時間分だけ遅れて信号Ｂもハイからローになる。また、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮがローからハイになると、信号Ｂがローからハイになり、遅延回路５０による遅延時間分だけ遅れて信号Ａもローからハイになる。したがって、信号Ａをバースト回路制御信号ＣＴＬ１として用い、信号Ｂを電流源回路制御信号ＣＴＬ２として用いれば、本実施の形態の目的を達成できる。信号Ａをバースト回路制御信号ＣＴＬ１として用い、信号Ｂを電流源回路制御信号ＣＴＬ２として用いる場合、信号Ａのハイ（オン）は送信許可を意味し、信号Ａのロー（オフ）は送信禁止を意味し、信号Ｂのハイ（オン）は電流源回路のオンを意味し、信号Ｂのロー（オフ）は電流源回路のオフを意味する。

なお、図３に示した例では、バースト回路制御信号ＣＴＬ１が差動化されているが、バースト回路制御信号ＣＴＬ１を差動化するには、ＡＮＤ回路５１として例えば差動出力型のＡＮＤ回路を用いればよいことは言うまでもない。

第１〜第３の実施の形態では、制御信号生成回路５の遅延回路に設定する遅延時間を例えば１０ｎｓとしているが、遅延時間の設定は以下のようにすればよい。
第１〜第３の実施の形態では、バースト回路制御信号ＣＴＬ１と電流源回路制御信号ＣＴＬ２のタイミングが僅かでもずれれば効果は得られるが、理想的には先に立ち上がり又は立ち下がりを要求される回路が安定状態になるのに要する時間以上の値に遅延時間を設定すればよい。

遅延時間が長い分には回路の安定動作の点からは問題がないが、遅延時間を長くし過ぎると、送信許可信号ＴＸ＿ＥＮが変化してからレーザーが発光／消光するまでの時間が長くなってしまうので、むやみに遅延時間を長くする必要はない。
上記の１０ｎｓという遅延時間は、例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）システムの加入者側装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）にレーザー駆動回路を用いる場合を考慮した値である。

本発明は、バーストモード動作に対応したレーザー駆動回路において回路電流を制御する技術に適用することができる。

１ａ…変調回路、２…ＡＰＣ回路、３ａ…バイアス回路、４…レーザーダイオード、５…制御信号生成回路、１０…ゲート回路、１１，１２…プリドライブ回路、１３…出力バッファ回路、１４〜１７，３１…電流源回路、１８，３２…回路電流制御回路、３０…バイアス電流制御回路、５０…遅延回路、５１…ＡＮＤ回路、５２…ＯＲ回路、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６…トランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９…抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ。

Claims (6)

1. バーストモード動作に対応したレーザー駆動回路において、
   レーザーにバイアス電流を与えるバイアス回路と、
   前記レーザーに入力データ信号に応じた変調電流を与える変調回路と、
   前記レーザーの発光と消光を制御する２値論理レベルを有する送信許可信号から２値論理レベルを有するバースト回路制御信号および電流源回路制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、
   前記変調回路は、前記変調電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するゲート回路と、このゲート回路を含む変調回路内の構成回路に電流を供給する第１の電流源回路と、この第１の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第１の回路電流制御回路とを有し、
   前記バイアス回路は、前記バイアス電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するバイアス電流制御回路と、このバイアス電流制御回路に電流を供給する第２の電流源回路と、この第２の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第２の回路電流制御回路とを有し、
   前記制御信号生成回路は、遅延回路を含み、前記レーザーが発光から消光へ切り替わる場合は、前記送信許可信号を前記バースト回路制御信号として出力し、前記送信許可信号を遅延させた信号を前記電流源回路制御信号として出力することにより、前記バースト回路制御信号のオフよりも遅延させて前記電流源回路制御信号をオフにすることを特徴とするレーザー駆動回路。
2. バーストモード動作に対応したレーザー駆動回路において、
   レーザーにバイアス電流を与えるバイアス回路と、
   前記レーザーに入力データ信号に応じた変調電流を与える変調回路と、
   前記レーザーの発光と消光を制御する２値論理レベルを有する送信許可信号から２値論理レベルを有するバースト回路制御信号および電流源回路制御信号を生成する制御信号生成回路とを備え、
   前記変調回路は、前記変調電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するゲート回路と、このゲート回路を含む変調回路内の構成回路に電流を供給する第１の電流源回路と、この第１の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第１の回路電流制御回路とを有し、
   前記バイアス回路は、前記バイアス電流の供給と遮断を前記バースト回路制御信号に応じて制御するバイアス電流制御回路と、このバイアス電流制御回路に電流を供給する第２の電流源回路と、この第２の電流源回路による電流の供給と遮断を前記電流源回路制御信号に応じて制御する第２の回路電流制御回路とを有し、
   前記制御信号生成回路は、遅延回路を含み、前記レーザーが消光から発光へ切り替わる場合は、前記送信許可信号を前記電流源回路制御信号として出力し、前記送信許可信号を遅延させた信号を前記バースト回路制御信号として出力することにより、前記電流源回路制御信号のオンよりも遅延させて前記バースト回路制御信号をオンにすることを特徴とするレーザー駆動回路。
3. 請求項１記載のレーザー駆動回路において、
   前記制御信号生成回路は、前記レーザーが消光から発光へ切り替わる場合は、前記送信許可信号を前記電流源回路制御信号として出力し、前記送信許可信号を遅延させた信号を前記バースト回路制御信号として出力することにより、前記電流源回路制御信号のオンよりも遅延させて前記バースト回路制御信号をオンにすることを特徴とするレーザー駆動回路。
4. 請求項３記載のレーザー駆動回路において、
   前記制御信号生成回路は、前記遅延回路と、論理積回路と、論理和回路とから構成され、前記送信許可信号とこの送信許可信号を前記遅延回路で遅延させた信号とを前記論理積回路と前記論理和回路に入力し、前記論理積回路の出力を前記バースト回路制御信号として出力し、前記論理和回路の出力を前記電流源回路制御信号として出力することを特徴とするレーザー駆動回路。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザー駆動回路において、
   前記変調回路は、さらに、出力バッファ回路を有し、前記ゲート回路の出力が前記出力バッファ回路の入力に接続され、前記出力バッファ回路の出力が前記レーザーに接続され、
   前記バイアス電流制御回路は、差動回路で構成され、前記バースト回路制御信号に応じた差動動作によって前記レーザーに前記バイアス電流を流す発光モードと前記バイアス電流が流れない消光モードとが切り替わることを特徴とするレーザー駆動回路。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーザー駆動回路において、
   前記変調回路と前記バイアス電流制御回路とは、差動回路で構成され、
   前記ゲート回路は、正相側がＡＮＤ論理、逆相側がＯＲ論理であり、
   前記バイアス電流制御回路は、正相側がハイレベルの前記バースト回路制御信号を受信した場合に前記レーザーに前記バイアス電流を流し、
   前記第１、第２の回路電流制御回路は、単極双投スイッチで構成され、前記電流源回路制御信号に応じて前記第１、第２の電流源回路が所定の電流を供給する状態と前記第１、第２の電流源回路が電流を遮断もしくは減じる状態のどちらか一方に切り替えることを特徴とするレーザー駆動回路。

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