JP6359928B2 - ドライバ回路 - Google Patents
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Description
近年の半導体プロセスの微細化に伴い、一般に、高周波回路に用いられるトランジスタは高速動作が可能になる一方で、耐圧の低下が問題となっている。
CML回路においても、CML回路を構成するトランジスタに耐圧を超える電圧が印加され、CML回路が破壊されることが問題となっている。例えば、図16に示されるCML回路30において、出力を遮断する場合、電流源用のトランジスタQ32、Q33のベース電位を下げるまたはグラウンド電位とすることで、CML回路30に流れる電流を遮断する方法が知られている。この場合、CML回路30を構成する差動対トランジスタQ30、Q31のコレクタ・エミッタ間には通常動作時より高い電圧が印加され、差動対トランジスタQ30、Q31の絶縁破壊が起こる虞がある。
図16は、従来のCML回路の構成を示す図である。一般に、負荷抵抗RLN、RLPの抵抗値は固定される(例えば50Ω)。そのため、CML回路30の差動出力信号の振幅を変化させる場合、負荷抵抗RLN、RLPを流れる電流を可変しなければならない。負荷抵抗RLN、RLPを流れる電流を可変させて差動出力信号の振幅を変化させた場合、図17に示されるように、小振幅出力時の差動対トランジスタQ30、Q31のコレクタ端子の電位300は、大振幅出力時の差動対トランジスタQ30、Q31のコレクタ端子の電位301に比べて高くなる。一方、差動対トランジスタQ30、Q31のエミッタ端子の電位は、差動対トランジスタQ20、Q21が正常に動作している範囲であれば、差動出力信号の振幅、すなわち負荷抵抗RLN、RLPに流れる電流によらない。その結果、小振幅出力時において、差動対トランジスタQ30、Q31のコレクタ・エミッタ間に差動対トランジスタQ30、Q31の耐圧を超える電圧が印加される虞がある。
なお、上記非特許文献1に記載の技術では、CML回路が小振幅の信号を出力する場合については考慮されていない。
図1は、本発明の一実施の形態に係るドライバ回路の構成を示す図である。
同図に示されるドライバ回路1は、例えば、光通信ネットワークで用いられる光送信器内に設けられ、電気信号を光の強弱信号に変換して光ファイバに送信する光変調器やレーザダイオードを駆動するための駆動回路である。具体的に、ドライバ回路1は、入力された一対の差動入力信号を、上記光変調器やレーザダイオードを駆動可能な振幅レベルまで増幅させることにより一対の差動出力信号を生成し、駆動信号として光変調器やレーザダイオードに供給するCML方式の出力回路である。
なお、ドライバ回路1は、ワンチップの半導体装置として実現されても良いし、マルチチップ構成の半導体装置として実現されても良く、半導体集積回路のチップ構成に特に制限はない。
なお、差動入力回路10_0〜10_mにおける各電流源11(12)間の電流量の比率は、可変させる振幅の最大値、最小値、および分解能に応じて適宜選択することができる。
具体的に、電流制御部13は、最も回路電流の小さい差動入力回路10_0を制御するスイッチ回路14と、その他の差動入力回路10_1〜10_m毎に対応して設けられたスイッチ回路15_1〜15_mと、から構成されている。
図3は、実施の形態1に係るドライバ回路の具体的な回路構成を示す図である。同図には、図1に示されるドライバ回路においてm=3とした場合の回路構成例が示されている。
同図において、参照符号210〜217で示される波形は、図4の参照符号200〜207と同様に、制御信号CSN1、CSN2、CSN3の各ビット値を(1、1、1)、(1、1、0)、…、(0、0、0)とした場合のトランジスタQPのコレクタ−ベース間電圧を表している。例えば、参照符号210は、差動出力信号の振幅が最も小さい場合のトランジスタQPのコレクタ−ベース間電圧波形であり、参照符号217は、差動出力信号の振幅が最も大きい場合のトランジスタQPのコレクタ−ベース間電圧波形である。
図6は、実施の形態2に係るドライバ回路の構成を示す図である。
同図に示されるドライバ回路2は、実施の形態1に係るドライバ回路1と、差動入力回路の電流を制御する電流制御部の回路構成が異なる点において相違し、その他の点は、ドライバ回路1と同様である。
図7は、実施の形態2に係るドライバ回路の具体的な回路構成を示す図である。同図には、図6に示されるドライバ回路においてm=2とした場合の回路構成例が示されている。
また、ドライバ回路2Aは、電流制御部23Aとして、差動入力回路10_0〜10_2毎に対応して設けられたスイッチ回路25_0〜25_2を有する。各スイッチ回路25_0〜25_2は、対応する制御信号CSN0〜CSN2によって制御される。
図8は、実施の形態3に係るドライバ回路の構成を示す図である。
同図に示されるドライバ回路3は、実施の形態1、2に係るドライバ回路1、2と、電圧降下素子とその周辺回路が異なる点において相違し、その他の点は、ドライバ回路1,2と同様である。図8には、一例として、ドライバ回路2Aにおける電圧降下素子とその周辺回路を、実施の形態3に係る構成に置き換えた場合のドライバ回路が図示されている。
その他の構成は、実施の形態2に係るドライバ回路2Aと同様である。
図9は、実施の形態4に係るドライバ回路の構成を示す図である。
同図に示されるドライバ回路4は、実施の形態1乃至3に係るドライバ回路1乃至3と、差動入力回路における電流源のトランジスタQA、QBのベース電位を変化させることによって差動入力回路の電流を調整する点において相違し、その他の点は、ドライバ回路1乃至3と同様である。
図10において、電流制御部33は、4ビットDACであり、4つの制御信号CNT_0〜CNT_3によって示されるビット値をアナログ信号に変換して、トランジスタQA、QBのベース電極に供給する。ここでは、一例として、電流制御部33としての4ビットDACのディジタル入力(制御信号CNT_0〜CNT_3)を0x0000〜0x1111とし、そのときのアナログ信号の電圧範囲が0V(出力遮断時)〜1.5V(最大振幅時)であるものとする。
このとき、制御信号CNT_0〜CNT_3のビット値が”0x1000“より小さい場合には、電源ラインVCCと出力抵抗RLN、RLPとの間に抵抗RPが接続されるので、実施の形態1に係るドライバ回路1と同様に、耐圧を超える電圧がトランジスタQN、QPに印加されることなく、小振幅の差動出力信号を出力することが可能となる。
また、バイポーラトランジスタQRPと直列にスイッチ素子MSW2を挿入する場合を例示したが、スイッチ素子MSW1をオンさせたときに、バイポーラトランジスタQRPがノードNPに接続されていることに起因する寄生容量等の影響が無視できる場合には、スイッチ素子MSW2を挿入しなくてもよい。
Claims (7)
- 第1電源電圧が供給される第1電源ラインと、
第2電源電圧が供給される第2電源ラインと、
一対の差動入力信号を入力する一対の差動入力端子と、
一対の差動出力信号を出力する一対の差動出力端子と、
前記差動入力端子に入力された前記差動入力信号に基づいて前記差動出力信号を生成する複数の差動入力回路と、
複数の制御信号に基づいて、前記差動入力回路の回路電流の供給と遮断を制御する電流制御部と、
一端が前記差動出力端子の一方に接続される第1出力抵抗と、
一端が前記差動出力端子の他方に接続され、他端が前記第1出力抵抗の他端と共通に接続される第2出力抵抗と、
前記第1出力抵抗の他端と前記第2出力抵抗の他端とが共通に接続されるノードと前記第1電源ラインとの間に接続される電圧降下素子と、
前記電圧降下素子と並列に接続され、前記制御信号に基づいてオン・オフが制御される第1スイッチ素子と、
前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御回路と、
を有するドライバ回路において、
前記差動入力回路は、
制御電極に前記一対の差動入力信号の一方が入力され、第2主電極が前記一対の差動出力端子の一方として前記第1出力抵抗の一端に接続される第1トランジスタと、
制御電極に前記一対の差動入力信号の他方が入力され、第2主電極が前記一対の差動出力端子の他方として前記第2出力抵抗の一端に接続される第2トランジスタと、
一端が前記第2電源ラインに接続され、他端が前記第1トランジスタの第1主電極に接続される第1電流源と、
一端が前記第2電源ラインに接続され、他端が前記第2トランジスタの第1主電極に接続される第2電流源と、を含み、
前記第1電流源は、
第2主電極が前記第1トランジスタの第1主電極に接続される第3トランジスタと、
前記第3トランジスタの第1主電極と前記第2電源ラインとの間に接続される第1抵抗と、を含み、
前記第2電流源は、
第2主電極が前記第2トランジスタの第1主電極に接続される第4トランジスタと、
前記第4トランジスタの第1主電極と前記第2電源ラインとの間に接続される第2抵抗と、を含み、
前記電流制御部は、
前記複数の制御信号に基づいて、最も回路電流の小さい前記差動入力回路における前記第3トランジスタおよび前記第4トランジスタの制御電極が接続される信号ラインの接続先を、バイアス電圧が供給されるバイアス電圧ラインと前記第2電源ラインとの間で切り替える第1スイッチ回路と、
前記最も回路電流の小さい前記差動入力回路以外の前記差動入力回路毎に対応して設けられ、前記複数の制御信号に基づいて、対応する前記差動入力回路における前記第3トランジスタの制御電極および前記第4トランジスタの制御電極の接続先を、前記信号ラインと前記第2電源ラインとの間で切り替える第2スイッチ回路と、を含み、
前記複数の制御信号で示されるビット値に応じて、夫々の前記差動入力回路における前記第1電流源および前記第2電流源による電流の供給と遮断を制御し、
前記スイッチ制御回路は、
前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が所定の電流値よりも小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフし、前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が前記所定の電流値よりも大きい場合に、前記第1スイッチ素子をオンするように、前記複数の制御信号で示されるビット値が所定の基準値よりも大きいか否かによって前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御する
ことを特徴とするドライバ回路。 - 第1電源電圧が供給される第1電源ラインと、
第2電源電圧が供給される第2電源ラインと、
一対の差動入力信号を入力する一対の差動入力端子と、
一対の差動出力信号を出力する一対の差動出力端子と、
前記差動入力端子に入力された前記差動入力信号に基づいて前記差動出力信号を生成する複数の差動入力回路と、
複数の制御信号に基づいて、前記差動入力回路の回路電流の供給と遮断を制御する電流制御部と、
一端が前記差動出力端子の一方に接続される第1出力抵抗と、
一端が前記差動出力端子の他方に接続され、他端が前記第1出力抵抗の他端と共通に接続される第2出力抵抗と、
前記第1出力抵抗の他端と前記第2出力抵抗の他端とが共通に接続されるノードと前記第1電源ラインとの間に接続される電圧降下素子と、
前記電圧降下素子と並列に接続され、前記制御信号に基づいてオン・オフが制御される第1スイッチ素子と、
前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御回路と、
を有するドライバ回路において、
前記差動入力回路は、
制御電極に前記一対の差動入力信号の一方が入力され、第2主電極が前記一対の差動出力端子の一方として前記第1出力抵抗の一端に接続される第1トランジスタと、
制御電極に前記一対の差動入力信号の他方が入力され、第2主電極が前記一対の差動出力端子の他方として前記第2出力抵抗の一端に接続される第2トランジスタと、
一端が前記第2電源ラインに接続され、他端が前記第1トランジスタの第1主電極に接続される第1電流源と、
一端が前記第2電源ラインに接続され、他端が前記第2トランジスタの第1主電極に接続される第2電流源と、を含み、
前記第1電流源は、
第2主電極が前記第1トランジスタの第1主電極に接続される第3トランジスタと、
前記第3トランジスタの第1主電極と前記第2電源ラインとの間に接続される第1抵抗と、を含み、
前記第2電流源は、
第2主電極が前記第2トランジスタの第1主電極に接続される第4トランジスタと、
前記第4トランジスタの第1主電極と前記第2電源ラインとの間に接続される第2抵抗と、を含み、
前記電流制御部は、
前記差動入力回路毎に設けられ、前記複数の制御信号に基づいて、対応する前記差動入力回路における前記第3トランジスタの制御電極および前記第4トランジスタの制御電極の接続先をバイアス電圧が供給されるバイアス電圧ラインと前記第2電源ラインとの間で切り替えるスイッチ回路を、含み、
前記複数の制御信号で示されるビット値に応じて、夫々の前記差動入力回路における前記第1電流源および前記第2電流源による電流の供給と遮断を制御し、
前記スイッチ制御回路は、
前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が所定の電流値よりも小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフし、前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が前記所定の電流値よりも大きい場合に、前記第1スイッチ素子をオンするように、前記複数の制御信号で示されるビット値が所定の基準値よりも大きいか否かによって前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御する
ことを特徴とするドライバ回路。 - 第1電源電圧が供給される第1電源ラインと、
第2電源電圧が供給される第2電源ラインと、
一端が前記第2電源ラインに接続された第1電流源および第2電流源と、
複数の制御信号に基づいて、前記第1電流源の電流値と前記第2電流源の電流値とを制御する電流制御部と、
第1主電極が前記第1電流源の他端に接続され、制御電極に一対の差動入力信号の一方が入力される第1トランジスタと、
第1主電極が前記第2電流源の他端に接続され、制御電極に前記一対の差動入力信号の他方が入力される第2トランジスタと、
一端が前記第1トランジスタの第2主電極に接続される第1出力抵抗と、
一端が前記第2トランジスタの第2主電極に接続され、他端が前記第1出力抵抗の他端に共通に接続される第2出力抵抗と、
前記第1出力抵抗の他端と前記第2出力抵抗の他端とが共通に接続されるノードと前記第1電源ラインとの間に接続される電圧降下素子と、
前記電圧降下素子と並列に接続された第1スイッチ素子と、
前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御回路と、
を有するドライバ回路において、
前記電流制御部は、前記複数の制御信号によって示されるビット値をアナログ信号に変換するディジタル・アナログ変換回路であり、
前記第1電流源は、
制御電極に前記アナログ信号が供給され、第2主電極が前記第1トランジスタの第1主電極に接続される第3トランジスタと、
前記第3トランジスタの第1主電極と前記第2電源ラインとの間に接続される第1抵抗と、を含み、
前記第2電流源は、
制御電極に前記アナログ信号が供給され、第2主電極が前記第2トランジスタの第1主電極に接続される第4トランジスタと、
前記第4トランジスタの第1主電極と前記第2電源ラインとの間に接続される第2抵抗と、を含み、
前記スイッチ制御回路は、
前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が所定の電流値よりも小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフし、前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が前記所定の電流値よりも大きい場合に、前記第1スイッチ素子をオンするように、前記複数の制御信号で示されるビット値が所定の基準値よりも大きいか否かによって前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御する
ことを特徴とするドライバ回路。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載のドライバ回路において、
前記電圧降下素子は、抵抗である
ことを特徴とするドライバ回路。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載のドライバ回路において、
前記第3トランジスタの第2主電極と前記第1トランジスタの第1主電極との間に接続される第1ディジェネレーション抵抗と、
前記第4トランジスタの第2主電極と前記第2トランジスタの第1主電極との間に接続される第2ディジェネレーション抵抗と、を更に有し、
前記第3トランジスタの第2主電極と前記第4トランジスタの第2主電極とが共通に接続される
ことを特徴とするドライバ回路。 - 第1電源電圧が供給される第1電源ラインと、
第2電源電圧が供給される第2電源ラインと、
一対の差動入力信号を入力する一対の差動入力端子と、
一対の差動出力信号を出力する一対の差動出力端子と、
前記差動入力端子に入力された前記差動入力信号に基づいて前記差動出力信号を生成する複数の差動入力回路と、
複数の制御信号に基づいて、前記差動入力回路の回路電流の供給と遮断を制御する電流制御部と、
一端が前記差動出力端子の一方に接続される第1出力抵抗と、
一端が前記差動出力端子の他方に接続され、他端が前記第1出力抵抗の他端と共通に接続される第2出力抵抗と、
ダイオード接続されたバイポーラトランジスタからなり、前記第1出力抵抗の他端と前記第2出力抵抗の他端とが共通に接続されるノードと前記第1電源ラインとの間に接続される電圧降下素子と、
前記電圧降下素子と並列に接続され、前記制御信号に基づいてオン・オフが制御される第1スイッチ素子と、
一端が前記第1出力抵抗と前記第2出力抵抗とが接続されるノードに接続され、他端が前記電圧降下素子の一端に接続される第2スイッチ素子と、
前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御回路と、
を有するドライバ回路において、
前記差動入力回路は、
制御電極に前記一対の差動入力信号の一方が入力され、第2主電極が前記一対の差動出力端子の一方として前記第1出力抵抗の一端に接続される第1トランジスタと、
制御電極に前記一対の差動入力信号の他方が入力され、第2主電極が前記一対の差動出力端子の他方として前記第2出力抵抗の一端に接続される第2トランジスタと、
一端が前記第2電源ラインに接続され、他端が前記第1トランジスタの第1主電極に接続される第1電流源と、
一端が前記第2電源ラインに接続され、他端が前記第2トランジスタの第1主電極に接続される第2電流源と、を含み、
前記電流制御部は、
前記複数の制御信号で示されるビット値に応じて、夫々の前記差動入力回路における前記第1電流源および前記第2電流源による電流の供給と遮断を制御し、
前記スイッチ制御回路は、
前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が所定の電流値よりも小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフし、前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が前記所定の電流値よりも大きい場合に、前記第1スイッチ素子をオンするように、前記複数の制御信号で示されるビット値が所定の基準値よりも大きいか否かによって前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御するとともに、前記第1スイッチ素子をオンさせるときに前記第2スイッチ素子をオフさせ、前記第1スイッチ素子をオフさせるときに前記第2スイッチ素子をオンさせる
ことを特徴とするドライバ回路。 - 第1電源電圧が供給される第1電源ラインと、
第2電源電圧が供給される第2電源ラインと、
一端が前記第2電源ラインに接続された第1電流源および第2電流源と、
複数の制御信号に基づいて、前記第1電流源の電流値と前記第2電流源の電流値とを制御する電流制御部と、
第1主電極が前記第1電流源の他端に接続され、制御電極に一対の差動入力信号の一方が入力される第1トランジスタと、
第1主電極が前記第2電流源の他端に接続され、制御電極に前記一対の差動入力信号の他方が入力される第2トランジスタと、
一端が前記第1トランジスタの第2主電極に接続される第1出力抵抗と、
一端が前記第2トランジスタの第2主電極に接続され、他端が前記第1出力抵抗の他端に共通に接続される第2出力抵抗と、
ダイオード接続されたバイポーラトランジスタからなり、前記第1出力抵抗の他端と前記第2出力抵抗の他端とが共通に接続されるノードと前記第1電源ラインとの間に接続される電圧降下素子と、
前記電圧降下素子と並列に接続された第1スイッチ素子と、
一端が前記第1出力抵抗と前記第2出力抵抗とが接続されるノードに接続され、他端が前記電圧降下素子の一端に接続される第2スイッチ素子と、
前記第1スイッチ素子および前記第2スイッチ素子のオン・オフを制御するスイッチ制御回路と、
を有するドライバ回路において、
前記スイッチ制御回路は、
前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が所定の電流値よりも小さい場合に、前記第1スイッチ素子をオフし、前記第1出力抵抗および前記第2出力抵抗に流れる電流が前記所定の電流値よりも大きい場合に、前記第1スイッチ素子をオンするように、前記複数の制御信号で示されるビット値が所定の基準値よりも大きいか否かによって前記第1スイッチ素子のオン・オフを制御するとともに、前記第1スイッチ素子をオンさせるときに前記第2スイッチ素子をオフさせ、前記第1スイッチ素子をオフさせるときに前記第2スイッチ素子をオンさせる
ことを特徴とするドライバ回路。
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