JPH02170631A - 発光素子の駆動回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、発光素子駆動回路に関する。より詳細には、
本発明は、特に半導体レーザダイオードを駆動するため
の回路であって、独自の構成により消費電流を低減した
新規な発光素子駆動回路に関する。

従来の技術 情報化社会の発展に伴い、高速大容量長距離の情報伝達
の手段に対する需要がますます拡大している。光通信は
、このような用途に相応しい特性を有すると共に、伝送
媒体である光ファイバが軽量で材料資源も豊富であるこ
とや電磁障害に対し安定であり信号線間のクロストーク
が少ないことから、極めて好ましい通信方式としてその
応用分野を着々と拡大している。尚、このような光通信
の分野では、光出力が大きく、スペクトル幅が小さく、
更に高速駆動が可能であることから、発光素子として半
導体レーザダイオードを使用することが多い。

ところで、特に長距離の光通信では、伝送路中での光信
号の減衰あるいは劣化を補うために、伝送路上に所定の
間隔で中継点を設けて伝送信号の波形整形や信号レベル
の再生等を行っている。このような中継点は、実際には
海底等の電力供給が困難な場所に配置される場合が多く
、中継器の消費電力を低減することは光通信の実用上極
めて重要な課題である。

第２図は、半導体レーザダイオードを駆動するための従
来の駆動回路の典型的な構成を示す回路図である。

第２図に示すように、この回路は、入力信号を再生する
増幅器１と、信号のレベル変換を行うバッファ回路２と
、半導体レーザダイオード３０に駆動電流を供給するた
めの駆動回路３と、これらの各回路に必要な電圧を供給
する電圧源４とから主に構成されている。

この回路に入力された信号は、増幅器１において再生さ
れた後、反転出力および非反転出力がそれぞれバッファ
回路２のトランジスタ２Ｌ　２２のベースに入力される
。ここで、トランジスタ２Ｌ　２２の内、ハイレベルの
信号を入力された方のトランジスタのエミッタ電位が上
昇し、レベルシフトダイオード群２３または２４を介し
て駆動回路３のトランジスタ３１または３２をオンにす
る。トランジスタ３１がオンになった場合は、半導体レ
ーザダイオード３０には電流は流れず、一方、トランジ
スタ３２がオンになった場合は半導体レーザダイオード
３０に電流が印加されて光信号が出力される。尚、電圧
源４は、その出力によってトランジスタ２５．２６．３
３．３４を制御し、バッファ回路２と駆動回路３とを流
れる電流値を制御すると共に、半導体レーザダイオード
３０を発光直前のスタンバイ状態にあく程度の電流を半
導体レーザダイオード３０に供給することができる。

発明が解決しようとする課題 半導体レーザがレーザ発振を開始する場合は、閾値電流
と呼ばれる所定の電流値以上の電流を半導体レーザ素子
に印加する必要がある。一方、半導体レーザ素子に印加
される電流が一旦閾値を大きく割り込むと、次に半導体
レーデの発光が開始される際の光出力の立ち上がりが遅
くなり、発光スペクトル幅が広がる等光通信用の光源と
して好ましくない特性が現れる。そこで、実際の駆動回
路では、トランジスタ３４を介して閾値電流に近い値の
バイアス電流を半導体レーザに常時印加するように構成
されている。

また、変調電流を供給する回路は、第２図に示したよう
に電流切替型の構成であり、半導体レーザに変調電流が
供給されていない状態でも常に一定量の電流が消費され
ている。

更に、駆動回路の最終段のトランジスタは、非常に高速
なスイッチング動作を要求されるので、駆動回路のバッ
ファ段もそれに相応しく設計され、結果として消費電流
は大きくなりがちになる。

このように、従来の発光素子駆動回路では、−般に消費
電流が大きくなりがちな要素が多い。しかしながら、安
易に発光素子の駆動電力を低減しようとすると、光出力
の立ち上がりの遅れやそれに起因する発光スペクトルの
広がり、更に、立ち上がりおよび立ち下がり時間の増加
による光信号の劣化を起こしてしまう。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、信
号品質や動作速度を低下することなく消費電力を低減す
ることのできる新規な構成の発光素子駆動回路を提供す
ることをその目的としている。

課題を解決するだめの手段 即ち、本発明に従うと、入力信号に対応して変調された
駆動電流を発光素子に印加して、入力信号に対応した光
信号を発生するように構成された発光素子駆動回路にお
いて、該駆動回路の入力信号をモニタして、入力信号が
無い状態ではバイアス電流を含む駆動電流を実質的に遮
断し、入力信号が入力された場合は、駆動電流を前記発
光素子に印加する前に前記発光素子をスタンバイ状態に
おいて、しかる後に駆動電流を前記発光素子に印加する
ように構成されていることを特徴とする発光素子駆動回
路が提供される。

また、本発明の一態様によると、入力信号に対応して変
調された駆動電流を発光素子に印加して、入力信号に対
応した光信号を発生するように構成された発光素子駆動
回路において、互いに縦列接続された複数のＤ型フリッ
プフロップと、該複数のＤ型フリップフロップの各出力
の論理和を出力するＮＯＲ回路と、該ＮＯＲ回路の出力
によって前記駆動回路に供給する電力を制御する電力供
給手段とを備え、該縦列接続されたＤ型フリップフロッ
プの初段のフリップフロップに前記入力信号が入力され
、終段のフリップフロップの出力信号が前記駆動回路に
信号入力として入力されるように構成されていることを
特徴とする発光素子駆動回路が供給される。

作用 本発明に係る発光素子駆動回路は上記問題点に鑑みてな
されたものであり、信号入力がない状態ではバッファ回
路や発光素子のバイアス電流を非常に低いレベルとして
無駄な消費電流を低減している。また、回路に対して入
力信号が発生したときには、駆動回路が所期の性能を発
揮できるように、発光素子の駆動に先立ってバッファ回
路や発光素子バイアス電流を所定の状態に設定し、しか
る後に発光素子を入力信号に対応して駆動するように構
成されている。

即ち、本発明に係る発光素子駆動回路では、発光素子を
直接駆動するトランジスタのバッファ回路に流す電流と
発光素子に供給されるバイアス電流とを、出力データの
パターンによってダイナミックに制御して、発光素子駆
動回路の低消費電流化を実現している。゛ 以下に図面を参照して本発明をより具体的に詳述するが
、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技
術的範囲を何ら限定するものではない。

実施例 第１図（ａ）は、本発明に従って構成された発光素子駆
動回路の構成例を示す回路図である。尚、本実施例にお
いて、第２図に示した従来の発光素子駆動回路と同じ構
成要素には同じ参照番号を付している。

即ち、この回路においても、半導体レーザダイオード３
０の駆動方法自体は、第２図に示した従来の回路と同様
であり、電圧源４０両端子間を接続するトランジスタ４
１と、入力端子と増幅器１の入力との間に挿入されたデ
ータパターン検出回路５と、更にデータパターン検出回
路５と前述のトランジスタ４１とを接続する信号線５１
とを備える点で第２図に示した従来の発光素子駆動回路
と異なっている。

第１図ら）は、このデータパターン検出回路５の具体的
な構成を示す回路図である。

第１図ら）に示すように、このデータパターン検出回路
５は、データ信号を入力される入力端子ＩＮおよびクロ
ック信号を入力されるクロック端子ＣＬＯＣＫと、複数
のＤ型フリップフロップ６１゜〜６Ｎ、、とＮＯＲ回路
６２とを備えている。尚、図示していないが、後述する
ようにフリップフロップの数は必要に応じて任意に設定
される。

上述のような回路において、クロック信号は各フリップ
フロップ６１゜〜６１．のクロック端子に入力され、入
力端子ＩＮは最初のフリップフロップ６１、のＤ端子に
接続される。フリップフロップ６１゜０出力は、次段の
フリップ７０ツブの入力とＮＯＲ回路６２０入力とにそ
れぞれ接続されており、最終段のフリップフロップ６１
１の出力は、信号線５２を介して第１図（ａ）に示した
増幅器１の入力に接続されている。また、ＮＯＲ回路６
２の出力は、信号線５１を介して電流制御信号をトラン
ジスタ４１に出力するように構成されている。

以上のように構成された本発明に係る発光素子駆動回路
は以下のように動作する。

この回路では、データ信号入力の無い初期状態において
は、フリップフロップ６１ｏ〜６１、の出力が全て“Ｌ
”レベルに、ＮＯＲ回路６２の出力は“Ｈ”レベルとな
っており、トランジスタ４１が導通してノードＮの電位
が略零となる。その結果、電圧源４から各回路へのバイ
アス電圧の供給は実質的に遮断されている。従って、発
光素子３０のバイアス電流やバッファ回路２のアイドル
電流も遮断されており、回路の消費電力は極めて小さい
ものとなっている。

一方、ＩＮ端子にデータ信号が入力されると、データ信
号はまずデータパターン検出回路５に入力され、フリッ
プフロップ６１０　に入力される。フリップフロップ６
１．〜６１１．は、クロック信号に従ってデータ信号を
順次伝播した後、フリップフロップ６１．、より増幅器
１に入力する。このとき、データ信号の”Ｈ”　レベル
がフリップフロップ６１゜に入力されると、その“ＨＩ
Ｔ　レベル信号が全フリップフロップ６１ｏ〜６１ｎを
通過するまでの問いずれかのフリップフロップがＮＯＲ
回路６２にも″Ｈ″″レベルを出力するので、ＮＯＲ回
路６２は“Ｌ　Ｉ＋　レベルの論理和信号を制御信号と
して出力する。即ち、入力データ信号がデータパターン
検出回路５の最初のフリップフロップ６１゜に入力され
ると同時に制御信号が信号線５１は“Ｌ”レベルとなり
、トランジスタ４１が遮断状態となり、ノードＮの電位
が上昇する。その結果、発光素子３０のバイアス電流や
バッファ回路２のアイドル電流が供給される。一方、増
幅器１に入力される入力データ信号は、データパターン
検出回路５のフリ・ノブフロップ６１ｏ〜６１．、の個
数に対応したクロック分だけ遅れて入力される。従って
、前述の制御信号によって、バッファ回路２および駆動
回路３への電流供給を開始しておけば、データ信号がバ
ッファ回路２に入力された時点では、各回路が所期の性
能を発揮し得る状態が設定されている。

尚、使用するフリップフロップ６１゜〜６１．．の個数
は、バッファ回路２および駆動回路３のスタンバイ状態
を設定し終わるまでに必要な時間により決定される。具
体的には、データの伝送速度がＩＧｂｐｓ　（ＮＲＺ）
で、バッファ回路および駆動回路の設定に必要な時間が
３ｎ秒の場合、３個以上のフリップフロップが必要とな
る。フリップフロップの数に上限はないが、この個数が
大きくなるほど低消費電流化の効果がなくなるので、無
用にフリップフロップの数を増加することは好ましくな
い。

なお、実施例においては、発光素子として半導体レーザ
ダイオードを用いてその動作を説明したが、発光ダイオ
ード等地の素子でも同様であり、また駆動回路を構成す
るトランジスタもＦＥＴ等他等地作原理に基づくもので
あっても、本発明の発光素子駆動回路の構成は有効であ
る。

発明の効果 以上詳述のように、本発明に係る発光素子駆動回路は、
発光素子駆動回路の性能、即ち、その動作の高速性、出
力光信号の品質を劣化させることなく消費電力を低減す
ることを実現している。

従って、長距離光通信における中継器等に有利に利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明に係る発光素子駆動回路の構成
例を示す回路図であり、 第１図ら）は、第１図（ａ）に示した回路の入力信号検
出部の構成を示す回路図であり、 第２図は、従来の発光素子駆動回路の典型的な構成を示
す回路図である。 〔主な参照番号〕 １・・・増幅器、　　　２・・バッファ回路、３・・・
駆動回路、　　４・・電圧源、５・・・データパターン
検出回路、 ２１．２２．２５．２６．３１３２．３３．３４・・・
・・・トランジスタ、 ２３．２４・・・レベルシフトダイオード、３０・・・
半導体レーザダイオード、 ５１・・・電流制御信号線、５２・・データ信号線、６
１、〜６１１．・・・フリップフロップ、６２・・・Ｎ
ＯＲ回路 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号に対応して変調された駆動電流を発光素
   子に印加して、入力信号に対応した光信号を発生するよ
   うに構成された発光素子駆動回路において、 該駆動回路の入力信号をモニタして、入力信号が無い状
   態ではバイアス電流を含む駆動電流を実質的に遮断し、
   入力信号が入力された場合は、駆動電流を前記発光素子
   に印加する前に、前記発光素子をスタンバイ状態におい
   て、しかる後に駆動電流を前記発光素子に印加するよう
   に構成されていることを特徴とする発光素子駆動回路。
2. （２）前記発光素子に対する駆動電流の供給が、電流切
   り替え型回路によってなされていることを特徴とする請
   求項１に記載の発光素子駆動回路。
3. （３）前記発光素子が、半導体レーザダイオードである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光
   素子駆動回路。
4. （４）入力信号に対応して変調された駆動電流を発光素
   子に印加して、入力信号に対応した光信号を発生するよ
   うに構成された発光素子駆動回路において、 互いに縦列接続された複数のＤ型フリップフロップと、
   該複数のＤ型フリップフロップの各出力の論理和を出力
   するＮＯＲ回路と、該ＮＯＲ回路の出力によって前記駆
   動回路に供給する電力を制御する電力供給手段とを備え
   、 該縦列接続されたＤ型フリップフロップの初段のフリッ
   プフロップに前記入力信号が入力され、終段のフリップ
   フロップの出力信号が前記駆動回路に信号入力として入
   力されるように構成されていることを特徴とする発光素
   子駆動回路。