JPH01185018A - 電流スイツチ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 差動対を構成するトランジスタを非飽和領域で動作させ
ることにより高速に電流のスイッチングを行う電流スイ
ッチ回路に関し、 負荷に流れる電流への電源電圧の変動による影響を無く
し、該電流への部品のばらつきによる影響を少なくし、
且つ、トランジスタが非飽和９工１域において動作する
ためのＤＣ電圧マージンを大きくして、量産化、および
ＬＳＩ化にも適したものとすることを目的とし、 第１のトランジスタをコレクタ、エミッタ方向に接続す
る第１の電流経路、および第２のトランジスタを該第１
のトランジスタと同方向に接続する第２の電流経路を有
し、該第１の電流経路および第２の電流経路それぞれの
一端は第１の電圧源に接続し、他端は抵抗を介して第２
の電圧源に接続してなり、前記第１および第２のトラン
ジスタは、差動入力信号を構成する１対の信号の一方お
よび他方を、それぞれのベース端子に印加し、該差動入
力信号によって、該第１のトランジスタを含む第１の電
流経路と第２のトランジスタを含む第２の電流経路の内
、一方をオン、他方をオフとする電流スイッチ回路にお
いて、前記１対の信号の電圧を、それぞれ前記抵抗の両
端の電圧に応じてシフトさせて、該両端の電圧を一定に
保つ定電流制御部を設けるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電流スイッチ回路に関し、特に、差動対を構成
するトランジスタを非飽和領域で動作させることにより
高速に電流のスイッチングを行う電流スイッチ回路に関
する。

高速なディジタル伝送等を行う通信の分野においては、
使用される回路に高速な動作が要求される。特に、光通
信の分野においては、電気信号を光信号に変換するため
に、発光ダイオードを高速に駆動する必要がある。その
ため、エミッタ結合形論理回路（ＥＣＬ）と同様に、差
動対を構成するトランジスタを非飽和領域で動作させる
ことにより高速に電流のスイッチングを行うことができ
る電流スイッチ回路がもちいられる。しかしながら、こ
のような電流スイッチ回路においては、スイッチ・オン
状態における駆動電流が諸々の原因によって変動すると
いう問題がある。このことは特に、上記のような光通信
の分野では、光信号の強度の変動を意味するため、重大
である。こうして、電流スイッチ回路において駆動電流
を安定化する技術が要望されていた。

〔従来の技術、および発明が解決しようとする課題〕

第４図は、従来の電流スイッチ回路の例として、発光ダ
イオード駆動回路の構成を示すものである。

第４図において、１および２が前述の差動対を構成する
トランジスタである。破線１００で示されるのは、通常
のエミッタ結合形論理回路（Ｅ　ＣＬ）ｔＣであって、
該ｔＦ、ｃＬ−ＩＣ１００内の１対のエミッタフォロア
出力から、差動入力信号を構成する１対の信号が出力さ
れ、該１対の信号は、それぞれ、抵抗７１と７２、ある
いは、抵抗８１と８２によって分圧された後、前記トラ
ンジスタｌおよび２それぞれのベース端子に印加される
。また、該トランジスタｌには電流制限用の抵抗５が直
列に接続され、トランジスタ２には、負荷として、発光
ダイオード４０が直列に接続されている。

これらの直列接続それぞれの一方の端子となるトランジ
スタ１および２のエミッタ端子同士は接続され、該エミ
ッタ方向と低電圧源Ｖ−との間には電流制御用のトラン
ジスタ９６と抵抗３との直列接続が接続されている。ま
た、前記トランジスタｌと抵抗５との直列接続およびト
ランジスタ２と発光ダイオード４０との直列接続の他方
の端子は、共に、高電圧源としての信号接地ＧＮＤレベ
ルに接続されている。さらに、トランジスタ９６のベー
ス端子には、基準電圧発生回路９７より、一定の基準電
圧が印加される。以上の構成により、ＥＣＬ−ＩＣ１０
０より高速の差動入力信号が出力されると、これに応じ
た電圧が差動対を形成するトランジスタｌおよび２のベ
ース端子に印加され、３８１−ランジスタ１および２の
一方がオン、他方がオフとなる。したがって、トランジ
スタ２のオン、オフに応じて、発光ダイオード４０もオ
ン、オフする。

ところで、上記の例のような従来の電流スイッチ回路に
は、以下に示すような問題がある。

（ｌｌ　　負荷に流れる電流（上記の例では発光ダイオ
ード駆動電流）が電源電圧によって変動する。

（２）部品のばらつきにより負荷に流れる電流値がばら
つ（。

（３）トランジスタの非飽和領域における動作のための
ＤＣ電圧マージンが小さい。

まず、（１）については、第４図に示されるような従来
の電流スイッチ回路においては、負荷側のトランジスタ
２がオンのとき、負荷と直列に接続されるトランジスタ
９６のベース電圧が一定に保持されるだけであるので、
例えば、電源電圧ＶＥＥの変動はそのまま負荷に流れる
電流の変動となって現れる。

（２）についても同様であって、トランジスタ２゜９６
のオン抵抗、および、抵抗３の抵抗値等のばらつきによ
って、負荷に流れる電流値が異なる。

（３）については、負荷に直列に抵抗３および２つのト
ランジスタ２および９６が接続されているため、各トラ
ンジスタが非飽和領域において動作するのためのＤＣ電
圧マージンが小さくなっており、バイアス点の設定が難
しくなっている。このことは、上記（２）の問題点とと
もに、量産化、さらには、ＬＳＩ化を難しくする原因と
なっている。

本発明は上記の問題点に鑑み、なされたもので、負荷に
流れる電流への電源電圧の変動による影響を無くし、該
電流への部品のばらつきによる影響を少なくし、且つ、
トランジスタが非飽和領域において動作するためのＤＣ
電圧マージンを大きくして、量産化、およびＬＳＩ化に
も通した電流スイッチ回路を提供することを目的とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の基本構成図である。本図において、■
１およびＶ２で示されるのは、それぞれ、第１の電圧源
、および第２の電圧源である。そして、１および２はト
ランジスタ、３および５は抵抗、４は負荷である。

第１図の構成においては、トランジスタｌをコレクタ、
エミッタ方向に接続する第１の電流経路と、トランジス
タ２を該トランジスタｌと同方向に接続する第２の電流
経路を有し、該第１の電流経路および第２の電流経路そ
れぞれの一端は第１の電圧源ｖ１に接続され、他端は抵
抗３を介して第２の電圧源Ｖ２に接続される。

これらの第１および第２のＩ・ランジスタ１，２は、差
動入力信号を構成する１対の信号の一方および他方を、
それぞれのベース端子に印加し、該差動入力信号によっ
て、該第１のトランジスタｌを含む第１の電流経路と第
２のトランジスタ２を含む第２の電流経路の内、一方を
オン、他方をオフとするものである。負荷４は該第２の
電流経路において該第２のトランジスタ２と直列に接続
されている。なお、トランジスタ１および２は、それぞ
れ非飽和領域で動作するように設定される。

本発明により、前記１対の信号の経路には、該１対の信
号の電圧を、それぞれ前記抵抗３の両端の電圧に応じて
シフトさせて、前記トランジスタ１および２それぞれの
ベース端子に印加することにより、該両端の電圧を一定
に保つ定電流制御部７．８が設けられている。

〔作　用〕

前述のトランジスタ１および２は、前記差動入力信号に
応じて一方がオン、他方がオフとなる。

該トランジスタ２がオンのとき、前記抵抗３の両端の電
圧は、前記第２の電流経路において該トランジスタ２の
コレクタ、エミッタ間を流れる電流、すなわち、抵抗３
を流れる電流に応じて変化するので、該抵抗３の両端の
電圧を一定に保つことにより、前記第２の電流経路を流
れる電流、すなわち、負荷４を流れる電流を一定に保つ
ことができる。

また、トランジスタｌおよび２に対して、前記のような
差動入力信号に応じた動作をさせるために、前述のシフ
トは、該差動入力信号を構成する１対の信号のそれぞれ
に対して等しく行う必要がある。

第１図の構成によれば、抵抗３の両端の電圧に基づいて
制御を行うので、第１図の構成の動作は、電源電圧の変
動によらず、抵抗３の抵抗値等、部品のばらつきによる
影響も少ない。

さらに、従来の構成に比較して電流経路に接続されるト
ランジスタの数が少なくなったことにより、トランジス
タを非飽和領域で動作させるためのＤＣ電圧マージンが
大きくなっている。

〔実施例〕

第２図は本発明の実施例の構成を示す図である。

第２図において、トランジスタ■および２、抵抗３およ
び５、そして、負荷として接続される発光ダイオード４
０からなる構成は、前述の第４図の構成と同様である。

そして、第２図においては、第１図の第１の電圧源Ｖ１
に対応するものは信号接地ＧＮＤであり、第１図の第２
の電圧源Ｖ２に対応するものは低電圧源■、である。ト
ランジスタｌおよび２のベース端子には、それぞれトラ
ンジスタ１１および２１のエミッタ端子が接続され、該
トランジスタ１１．２１のツレフタ端子はそれぞれ上記
ＧＮＤに接続され、該トランジスタ１１゜２１それぞれ
のベース端子には前述の第４図の構成におけると同様な
エミッタ結合形論理回路（Ｅ’ＣＬ）ＩＣ１００の１対
のエミッタフォロワ出力端子からの差動入力信号を分圧
したものが印加されている。該差動入力信号をトランジ
スタ１１および２１を介してトランジスタｌおよび２の
ベース端子に印加しているのは、Ｅ’ＣＬ−ＩＣ１００
との間の信号レベルの調整のためである。

上記差動入力信号を構成する１対の信号に対する分圧は
、それぞれ、前述の第４図の構成と同様の抵抗７１と７
２とによる分圧の構成、および、抵抗８１と８２による
分圧の構成に加え、該抵抗７２と並列にトランジスタ７
０と抵抗７３との直列接続を、そして、該抵抗８２と並
列にトランジスタ８０と抵抗８３との直列接続を接続す
る構成により行なわれる。すなわち、該トランジスタ７
０および８０のベース電位によって、該差動信号を構成
する各信号成分それぞれの分圧比が調整可能な構成とな
っている。

上記トランジスタ７０および８０のベース端子に印加さ
れる電圧は、以下に述べるような、Ｍ　４ｊ雷電圧生部
と、該基準電圧発生部において発生された５　ｔ４％電
圧と、前記トランジスタｌおよび２のエミッタ電圧との
差に応じた電圧を出力する差動増幅部からなる構成によ
って発生される。

該基準電圧発生部は、第２図において９１で示される抵
抗と９２で示されるツェナ・ダイオ−１′によって構成
される。抵抗９１の一端は前記ＧＮＤに接続され、該１
氏抗９１の他端はツェナ・ダイオード９２の高電圧側端
子に接続される。そして、該ツェナ・ダイオード９２の
低電圧側端子は前記低電圧源ＶＥＥに接続される。これ
により、該ツェナ・ダイオード９２の両端には、一定の
電位差が発生し、いいかえれば、該抵抗９１と該ツェナ
・ダイオード９２の接続点には、該低電圧源Ｖｔｔに対
して一定の電位差を有する電圧が発生し、これが前記基
準電圧となる。

上記差動増幅部は演算増幅器６０を中心に構成され、該
演算増幅器６０の出力端子と反転入力端子との間は帰還
抵抗６１により接続され、前記基準電圧はこの反転入力
端子に接続される。前記トランジスタ１および２のエミ
ッタ端子電圧は、該トランジスタｌおよび２の側から該
演算増幅器６０の側への高周波ノイズの漏洩を防止する
ための抵抗６３および６５を介して該演算増幅器６０の
非反転入力端子に印加される。また、該抵抗６３と抵抗
６５との接続点と前記ＧＮＤとの間には、ノイズ除去用
のコンデンサ６４が接続され、該演算増幅器６００反転
入力端子と該ＧＮＤとの間にも同しくノイズ除去用のコ
ンデンサ６７が接続される。以上の構成により、該演算
増幅′ａ６０の出力端子には、前記トランジスタ１およ
び２のエミッタ端子の電圧と上記基準電圧との差に応じ
た電圧が発生し、この出力電圧が前記のトランジスタ７
０および８０のベース端子に並列に印加される。こうし
て、例えば、トランジスタ２がオンのときに該トランジ
スタ２に直列に接続される発光ダイオード４０に流れる
電流が多くなると、抵抗３の両端の電流が上昇し、抵抗
３の両端の電圧、すなわち、前記低電圧源ＶＥＥに対す
るトランジスタ２のエミッタ端子の電圧が上界する。こ
れにより、該演算増幅器６０の出力電圧も上昇し、この
出力がトランジスタ７０および８０のベース端子に印加
されると該トランジスタ７０および８０それぞれのオン
抵抗を減少させ、該トランジスタ７０および８０のコレ
クタ電位、すなわち、トランジスタ１および２のベース
電圧を低下させる。

したがって、該トランジスタ２のオン抵抗が増加し、発
光ダイオード４０を流れる電流が減少させられる。逆に
、該発光ダイオードを流れる電流が減少して抵抗３の両
端の電圧が低下すれば、上記と逆の作用により、該トラ
ンジスタ２のオン抵抗が減少させられる。このようにし
て、該トランジスタ２０ベース電圧、すなわら、オン抵
抗は、該抵抗３の両端の電圧を一定に保つように制御さ
れ、該両端の電圧は発光ダイオード４０を流れる電流に
対応するので、結局、該発光ダイオード４０を流れる電
流が一定に保たれるような制御が行なわれる。

さらに、第２図の構成においては、該演算増幅器６０の
出力端子と該ＧＮＤとの間には抵抗６２が接続される。

抵抗６２は、電源投入時、あるいは、切断時等の過渡状
態において、該演算増幅器６０の出力が確定しないとき
に該演算増幅器６０の出力、すなわち、前記トランジス
タ７０および８０のベース電位を強制的に前記ＧＮＤレ
ベルとするためのものである。これにより、電源投入時
等の過渡状態においては、トランジスタ７０および８０
のオン抵抗が最も小さくなり、トランジスタ１および２
のベース電圧は最も低い状態となって、該トランジスタ
１あるいは２に過大な電流が流れることはなくなる。

第３図は、第２図の基準電圧発生部として用い得る他の
構成として、温度補償機能を有する基準電圧回路の構成
例を示すものである。

一般に発光ダイオード４０の光出力は、駆動型、流を一
定とした場合、温度の上昇とともに０．３〜０、６％／
’ｃ程度低下する。そのため、温度上昇の際の光出力の
低下を補償するためには、該温度の上昇に応じて駆動電
流を増加させる必要がある。

第３図においては、前記ＧＮＤレベルから順方向にシリ
コン・ダイオード９３および９４を直列に接続し、更に
、前記低電圧源ＶＩＥとの間に抵抗９５を接続して該ダ
イオード９４と抵抗９５との間より基準電圧Ｖ　ＲＥＦ
を取り出している。シリコン・ダイオードの１頃方向電
圧は温度の上昇とともに０．２〜０．３％／℃程度低下
する温度特性を有している。したがって、第３図の構成
による基準電圧Ｖ□、は、温度の上昇とともに前記発光
ダイオード４０の光出力の低下分と同程度」−昇する。

こうして、前記演算増幅器６０の出力は、上記の程度低
下して、トランジスタ８０のオン抵抗を増加させ、ｌ・
ランジスタ２のベース電圧を上昇させてオン抵抗を低下
させることにより該発光ダイオード４０の駆動電流を増
加させる。よって、光出力レベルの温度補償が可能とな
る。

以上述べたように、第２図の構成によれば、電源電圧が
変動しても光出力が一定であり、部品のばらつきによる
影響も少なく、トランジスタの非飽和領域における動作
のためのＤＣ電圧マージンも比較的大きいことによりバ
イアス点の設定も比較的容易であり、したがって、量産
化、およびＬＳＩ化にも適した発光ダイオード駆動回路
が実現される。さらに、第２図の構成によれば、電源投
入時、あるいは、切断時等の過渡状態においても発光ダ
イオードに過大電流が流れることがない。

そして、さらに、第３図の構成によれば、温度が変動し
ても光出力がほぼ一定となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負荷に流れる電流への電源電圧の変動
による影響を無くし、該電流への部品のばらつきによる
影響を少なくし、且つ、トランジスタが非飽和領域にお
いて動作するためのＤＣ電圧マージンを大きくして、量
産化、およびＬＳＩ化にも適した電流スイッチ回路を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成図、 第２図は本発明の実施例の構成図、 第３図は基準電圧発生回路の構成例を示す図、そして 第４図は従来の発光ダイオード駆動回路の構成図である
。 〔符号の説明〕 １．２，１１，２１，７０，８０，１０１゜１０２・・
・トランジスタ、 ４・・・負荷、　　　　　　７，８・・・定電流制御部
、４０・・・発光ダイオード、６０・・・演算増幅器、
９２・・・ツェナ・ダイオード、 ９３．９４・・・シリコン・ダイオード、１００・・・
エミッタ結合形論理回路ＩＣ０■２ 本発明の基本構成図 第１図 本発明の実施例の構成図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１のトランジスタ（１）をコレクタ、エミッタ方
   向に接続する第１の電流経路、および第２のトランジス
   タ（２）を該第１のトランジスタ（１）と同方向に接続
   する第２の電流経路を有し、該第１の電流経路および第
   ２の電流経路それぞれの一端は第１の電圧源（Ｖ＿１）
   に接続し、他端は抵抗（３）を介して第２の電圧源（Ｖ
   ＿２）に接続してなり、 前記第１および第２のトランジスタ（１、２）は、差動
   入力信号を構成する１対の信号の一方および他方を、そ
   れぞれのベース端子に印加し、該差動入力信号によって
   、該第１のトランジスタ（１）を含む第１の電流経路と
   第２のトランジスタ（２）を含む第２の電流経路の内、
   一方をオン、他方をオフとする電流スイッチ回路におい
   て、前記１対の信号の電圧を、それぞれ前記抵抗（３）
   の両端の電圧に応じてシフトさせて、該両端の電圧を一
   定に保つ定電流制御部（７、８）を設けることを特徴と
   する電流スイッチ回路。 ２、前記１対の信号の各々は、それぞれ分圧回路を経て
   前記それぞれのベース端子に印加され、該分圧回路にお
   ける分圧比は、前記両端の電圧に応じた電圧をベース端
   子に印加される第３および第４のトランジスタ（７０、
   ８０）によって制御される請求項１記載の電流スイッチ
   回路。 ３、前記第３および第４のトランジスタ（７０、８０）
   のベース端子に印加される電圧は、前記第１および第２
   の電流経路それぞれの前記他端の電圧と、前記第２の電
   圧源（Ｖ＿２）の電圧に基づいて定められる所定の基準
   電圧との差に応じて定められる請求項２記載の電流スイ
   ッチ回路。 ４、前記第１および第２の電圧源（Ｖ＿１、Ｖ＿２）の
   何れか一方は信号接地（ＧＮＤ）レベルであって、 前記差動入力信号を構成する前記１対の信号は、それぞ
   れ、前記第１および第２のトランジスタ（１、２）それ
   ぞれのベース端子と並列に前記第３および第４のトラン
   ジスタ（７０、８０）のそれぞれを接続する第３および
   第４の電流経路に印加され、 該第３および第４のトランジスタ（７０、８０）のそれ
   ぞれのベース端子と前記信号接地レベルとの間に抵抗（
   ６２）を接続する請求項３記載の電流スイッチ回路。 ５、前記シフトは、前記他端の電圧と前記所定の基準電
   圧との差に応じて行なわれ、該基準電圧は、前記第１お
   よび第２の電流経路の何れかに接続される負荷（４）の
   温度特性を補償するように設定される請求項３記載の電
   流スイッチ回路。 ６、前記第２の電流経路に発光ダイオード （４０）を接続し、前記基準電圧は、前記第１および第
   ２の電圧源（Ｖ＿１、Ｖ＿２）の間を順方向に接続され
   たダイオード（９３、９４）と抵抗（９５）とによって
   分圧することにより定める請求項５記載の電流スイッチ
   回路。