JPH03215983A - 光出力補償回路 - 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、光出力補償回路に関する。より詳細には、本
発明は、発光素子駆動回路において、より安定した出力
特性を実現するために有利に使用できる光出力補償回路
の新規な構成に関するものであり、光通信システム等の
光送信器等に利用することができる。

従来の技術 光通信等に使用する光送信器では、送信すべきデータに
対応して変調した駆動電流を駆動回路においてレーザダ
イオード等の発光素子に供給して光信号によるデータ送
信を実現している。受信側では、この変調された光信号
を復調してデータの再生を行う。このような光通信シス
テムにおいて、光送信器が送出する光信号が安定な信号
であることは、システムを運営する上で極めて重要であ
ることはいうまでもない。そこで、光送信器の光出力を
安定化する各種の回路構成が提案されている。

“光ファイバ通信工学（昭和６２年３月３０日刊）″第
１刷第１１６頁等に記載されている回路は、そのような
安定化回路のひとつであり、光送信器の出力光信号の平
均値を検出して、それが一定になるように発光素子駆動
回路のバイアス電流を変化させる構成となっている。

？ころで、レーザダイオードＬＤの周囲温度が」二昇し
たような場合には、レーザダイオードＬ　Ｄの温度特性
によりその微分効率ηが劣化するので、出力される光信
号の消光比も劣化する。尚、消光比とは、光信号のハイ
レベルに対応ずる光出力Ｐｌ＋とローレベルに対応ずる
光出力Ｐ１，との比〔Ｐ■／　Ｐ　ｔ　：］を意味して
いる。ここで、」二連のような発光素子駆動回路のバイ
アス電流による発先出カの制御では、発光時も消光時も
駆動電流は同じように増滅するので、消光比の変動に対
しては有効な補償にはならない。

そこで、本発明者は、受光素子によってモニタした光出
力信号から、出力光信号の消光比を補償する回路を既に
提案している。

この回路は、出力光信号の一部を受光する受光素子と、
この受光素子に交流的に結合されたピークホールド回路
と、発光素子の駆動回路に流れる電流を制御する制御素
子とを備えており、モニタした出力光信号から出力光の
信号振幅を検出し、それに基づいて発光素子の駆動電流
を制御する構成となっており、光送信器の消光比を一定
に保つ機能を実現している。

発明が解決しようとする課題 このように、光送信器の出力光信号を安定化させるため
の各種の補償回路が提案されているが、各回路は、それ
ぞれ出力光信号の出力平均パワーや消光比のみを補償す
るものである。しかしながら、これらの種々の特性は、
いずれもが同時に安定していることが望ましく、これら
を同時に満足するような光出力補償回路は実現されてい
ない。

また、上述のような各種の回路を、光送信器にそれぞれ
設けることは、回路規模を拡大するので好ましくない。

そこで、本発明の目的は、光送信器において、その出力
光信号のパワーの変動および発光素子の微分効率ηの変
化のいずれに対しても有効な補償機能を有する新規な光
出力補償回路を提供することをその目的としている。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、一方のトランジスタに負荷とし
て発光素子が接続された１対のトランジスタからなる−
差動増幅回路と、入力信号から生成した差動信号を該１
対のトランジスタの各ベースに印加するように構成され
た差動信号発生回路と、前記差動増幅回路を流れる電流
を制御する電流源トランジスタとを備えた光送信回路に
おいて、該発光素子の出力を安定化させる回路であって
、該発光素子の出力をモニタして電気信号を出力する唯
ひとつの受光素子と、該受光素子に直列に接続された抵
抗と、該受光素子と該抵抗との接続点に発生した信号が
入力され該信号の積分値を出力する反転増幅器と、該発
光素子の電流路から分岐して形成された電流路を形成し
て該積分器の出力をベースに印加されるトランジスタと
を備え、該発光素子の出力する光信号の平均出力レベル
が一定になるように、該発光素子に印加されるバイアス
電流を制御する第１の制御回路と、該受光素子に交流的
に結合されて該受光素子の出力の信号成分のピークレベ
ルを出力するピークホールド回路と、該電流源トランジ
スタのベースに該ピークホールド回路の出力の積分値を
印加する反転増幅器とを備え、前記発光素子の出力する
光信号の消光比が一定に保たれろように前記電流源トラ
ンジスタの電流を制御する第２の制御回路とを備えるこ
とを特徴とする光出力補償回路が提供される。

作用 本発明に係る光出力補償回路は、発光素子の出力する光
信号を受光素子によりモニタし、これに基づいて、光出
力の平均パワーと消光比とをいずれも補償する機能を有
している。

即ち、本発明に係る光出力補償回路では、唯ひとつの受
光素子により、発光素子の出力する光信号の一部を電気
信号に変換し、この電気信号に基づいて、発光素子駆動
回路の発光素子に対するバイアス電流と駆動電流とを制
御している。従って、本発明に係る光出力補償回路を備
えた光送信回路においては、出力される光信号の平均パ
ワーと消光比とがいずれも安定している。

平均パワーの安定化機能は、以下のようにして実現され
ている。モニタ用受光素子に直列に抵抗を接続し、この
抵抗と受光素子との接続点に発生した電圧が反転増幅器
に入力される。この反転増幅器の出力は、発光素子の電
流路から分岐した電流路を構成するトランジスタのベー
スに印加される。即ち、反転増幅器には、発光素子の出
力信号に対応した波形の信号が入力され、この波形を積
分した値に反比例した直流電位トランジスタのべ一スに
印加される。従って、発光素子の出力光信号パワーが変
化した場合は、その変化を打ち消すように、発光素子の
バイアス電流が制御される。

一方、消光比の安定化機能は、以下のようにして実現さ
れている。モニタ用受光素子には、コンデンサを介して
ピークホールド回路の入力に結合されている。このピー
クホールド回路の出力は、やはり反転増幅器を介して、
発光素子駆動回路の駆動電流の電流路に挿入されたトラ
ンジスタのべ一スに印加される。ここで、ピークホール
ド回路は、受光素子に交流的に結合されているので、ピ
ークホールド回路には、モニタされた光信号の信号成分
のみが入力される。従って、この系統の反転増幅器には
、発光素子の出力する光信号の信号振幅に対応した信号
が入力される。反転増幅器は、この信号を積分した値に
反比例した直流電圧を、発光素子駆動回路の駆動電流を
制御するトランジスタのベースに印加するので、発光素
子の出力する光信号の消光比が変動した場合は、この変
動を打ち消すように、発光素子駆動電流が制御される。

このような構成により、本発明に係る光出力補償回路は
、比送信回路の出力レベルを安定させる機能と、微分効
率ηの変動に起因する消光比の変動とをいずれも安定化
させることができる。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明するが
、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図は、本発明に係る光出力補償回路を含む光送信器
回路の構成例を示す回路図である。

同図に示すように、この光送信回路は、レーザダイオー
ドＬＤを含む発光素子駆動回路に対して接続された、図
中で一点鎖線により囲まれている光出力補償回路Ａと、
図中で点線で囲まれている回路ＢおよびＣから構成され
た消光比補償回路とを備えている。

発光素子駆動回路は、入力信号を受けて波形整形する入
力増幅器ＩＣ，と、発光素子であるレーザダイオードＬ
Ｄおよび抵抗Ｒ，をそれぞれ負荷としたトランジスタＱ
１　およびＱ２　とを含む差動回路とから構成され、ト
ランジスタＱ１　およびＱ２の共通接続されたエミック
は、トランジスタＱ３のコレクタに接続されている。こ
のトランジスタＱ３のエミッタは、抵抗Ｒ２を介して低
電圧電源Ｖ［！Ｅに接続されている。増幅器Ｉ　Ｃ　＋
　の非反転入力および反転入力は、それぞれデータ入力
ＳＤおよび反転データ入力ＳＤに接続されており、一方
、非反転出力はトランジスタＱ１　のベースに、反転出
力はトランジスタＱ２のベースにそれぞれ接続されてい
る。

このように構成された発光素子駆動回路においては、例
えば、非反転入力端子ＳＤがハイｌ／ベルのときにトラ
ンジスタＱ，が導通してレーザダイオードＬＤが駆動さ
れる。また、反転入力端子百万がハイレベルのときにト
ランジスタＱ２が導通し、トランジスタＱ１は非導通状
態となりレーザダイオードＬＤは消光する。従って、入
力端子ＳＤおよびＳＤに印加されるデジタル電気信号の
レベルに応じて、電流源を構成するトランシスタＱ３に
より規制されなからレーザダイオードＬＤに供給される
駆動電流が変調され、レーザダイオードＬＤは入力デー
タ信号に対応して間歇的に駆動される。

また、光出力補償回路Ａは、レーザダイオードＬＤの光
出力の一部を受けるフォトダイオードＰＤと、フォトダ
イオードＰＤのアノードに抵抗Ｒ，を介して反転入力を
接続された演算増幅器ＩＣ２１ １ と、演算増幅器ＩＣ２の出力をペースに接続されたトラ
ンジスタＱ，とから構成されている。ここで、フォトダ
イオードＰＤのアノードは、抵抗Ｒ３を介して低電圧電
源ＶＥＥに接続されている。演算増幅器ＩＣ２は、互い
に並列なコンデンザＣ１および抵抗Ｒ３を介して逆相入
力と出力とを接続して構成された反転増幅回路であり、
非反転入力に基準電圧Ｖｒｅｆ，　ｌを入力されている
。また、トランジスタＱ，は、コレクタをレーザダイオ
ードＩ，Ｄのカソードに接続され、エミッタを抵抗Ｒ。

を介して低電圧電源ＶＥＥに接続されており、レーザダ
イオードＬＤのカソードから分岐した電流路を形成して
いる。

以上のように構成された光出力補償回路において、レー
ザダイオードＬＤが出力した光信号の一部はフォトダイ
オードＰＤにより検出され、電気信号に変換される。こ
こで、フォトダイオードＰＤには、抵抗Ｒ，が直列に接
続されているので、図中の節点ａには、検出した光信号
に対応する電圧が発生する。この節点ａにおける電圧は
、演算１ ２ 増幅器ＩＣ２により構成された反転増幅器を介してトラ
ンジスタＱ３のベースに印加される。従って、トランジ
スタＱ３のベースには、フォトダイオードＰＤにモニタ
された光信号レベルを積分した値に相当する直流電圧が
印加される。即ち、レーザダイオードＬＤの光出力が上
昇した場合はトランジスタＱ４のベースに印加される、
節点ｂにおける電圧が低下し、レーザダイオードＬＤの
光出力が低下した場合はトランジスタＱ４のベースに印
加される、節点ｂの電圧が上昇する。このようなフィー
ドハック制御により、レーザダイオードＬＤに印加され
るバイアス電流の変化によって、レーザダイオードＬＤ
の出力光信号レベルが所望のレベルに保たれる。

一方、回路ＢおよびＣにより構成された消光比補償回路
は以下のように構成されている。

回路Ｂは、高電圧電源Ｖ　Ｃ　Ｃにコレクタを接続され
、低電圧電源ＶＥＨに、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ２の並
列回路を介してエミッタを接続されたトランジスタＱｓ
　により構成されたピークホールド回路である。このピ
ークホールド回路Ｂは、コンテ゛ンサＣ３を介して、フ
ォトダイオードＰＤに対して交流的に結合されている。

一方、回路Ｃは、反転入力を回路Ｂの出力（トランジス
タＱ５のエミンタ）に接続され、非反転入力を参照電圧
Ｖｒｅｆ，２に接続され、出力をトランジスタＱ３のベ
ースに接続された演算増幅器ＩＣ３により構成されてい
る。ここで、演算増幅器■Ｃ３は、互いに並列なコンデ
ンサＣ４および抵抗Ｒ９によってその出力と反転入力と
を接続されており、反転増幅回路を構成している。

以上のように構成された消光比補償回路は、以下のよう
に動作する。

前述のように、ピークホールド回路Ｂは、フォトダイオ
ードＰＤに対して交流的に結合されているので、ピーク
ホールド回路Ｂの入力である節点Ｃには、フォトダイオ
ードＰＤにより検出された信号成分のみが入力される。

ピークホールド回路Ｂは、入力された信号成分の信号振
幅に相当する直流電圧を節点ｄに出力し、反転増幅器で
ある回路Ｃに入力する。反転増幅器Ｃは、その出力信号
である節点ｅにおける電圧を、発光素子駆動回路の駆動
電流を制御する１・ランジスタＱ３のベースに印加する
。従って、レーザ゛ダイオードＬ　Ｄの出力光信号の信
号振幅が増大したときは駆動電流が減少するように、ま
た、レーザダイオードＬＤの出力光信号の信号振幅が減
少したときは駆動電流が増加するように、トランジスタ
Ｑ３を制御する。

第２図は、このような消光比補償回路の動作を説明する
図である。

いま、微分効率ηが、図中に示すように、αからβへ減
少したとする。このとき、第１図に示した回路において
、ピークホールド回路の出力する信号成分のピーク値が
減少するので節点ｅの電位が上昇する。従って、トラン
ジスタＱ３のベース電位が」二昇して、第２図に示すよ
うに、変調電流が増加する。以上のような処理により、
第１図に示した回路においては、微分効率ηが変化して
も、出力光信号の消光比が一定に保持されるように動作
する。

１ ５ このように、本実施例に係る光信号送信回路においては
、回路Ａにより出力光信号の平均出力レベルが安定化さ
れ、また、回路ＢおよびＣによって、出力光信号の消光
比が安定化される。

第３図（ａ）は、上述のように構成された本発明に係る
光出力補償回路を備えた光送信回路の動作を確言忍する
だめのシステムの構成を示す図である。

同図に示ずように、このシステムは、信号発生装置３０
により発生された信号を、差動ドライバ３１を介して本
発明に係る光送信回路３２に供給するように構成されて
いる。また、この光送信回路３２の発生した光信号は、
光ファイバ３３を介して光／電気信号変換器３４に入力
され、光／電気信号変換器３４の出力する電気信号の信
号波形並びに信号レベルをオシロスコープ３５によって
監視丁ることができるように構成されている。

第１図に示したような発光素子駆動回路並びに光出力補
償回路を作製して、第３図（ａ）に示すようなシステム
によってその動作を観察したところ、第３図（ｂ）に示
すような信号波形が観測された。こ１６ の出力信号波形から、発光素子駆動回路の運転時間が経
過したり周囲温度が変化したりしても、出力光信号の消
光比ＰＩ／Ｐ２が実質的に変化しないこと、および、Ｏ
ＶレベルＰ。に対する信号レベルが変化しないことが確
認された。

発明の効果 以上説明したように、本発明に係る回路は、温度変化等
による発光素子の消光比の変動を有効に補償する機能を
有している。従って、これを使用した光送信器は、出力
する光信号の消光比が安定しているので、受信器側で受
信感度を容易に確保することが可能であり、光通信の分
野等で有利に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従うＬＤ駆動回路の具体的な構成例
を示す図であり、 第２図は、光送信回路における消光比の概念と、本発明
に係る光出力補償回路の動作を説明するための信号波形
図であり、 第３図（ａ）および（ｂ）は、第１図に示した回路の動
作を確認するだめの装置の構成と、この装置により観測
された発光素子の出力光信号波形を示す図である。 〔主な参照番号および参照符号〕 ３０・・信号発生装置、 ３１・・差動ドライバ、 ３２・・光送信器、 ３３・・光ファイバ、 ３４・・光／電気変換器、 ３５・・オシロスコープ、 ＬＤ・・・・・レーザダイオード、 ＰＤ・・・・・フォトダイオード、 Ｃ，〜Ｃ，・・・コンデンザ、 Ｒ，〜Ｒ９　・・・抵抗、 Ｑ１　〜Ｑ５　・・・トランジスタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方のトランジスタに負荷として発光素子が接続された
   １対のトランジスタからなる差動増幅回路と、入力信号
   から生成した差動信号を該１対のトランジスタの各ベー
   スに印加するように構成された差動信号発生回路と、前
   記差動増幅回路を流れる電流を制御する電流源トランジ
   スタとを備えた光送信回路において、該発光素子の出力
   を安定化させる回路であって、 該発光素子の出力をモニタして電気信号を出力する唯ひ
   とつの受光素子と、 該受光素子に直列に接続された抵抗と、 該受光素子と該抵抗との接続点に発生した信号が入力さ
   れ該信号の積分値を出力する反転増幅器と、該発光素子
   の電流路から分岐して形成された電流路を形成して該積
   分器の出力をベースに印加されるトランジスタとを備え
   、該発光素子の出力する光信号の平均出力レベルが一定
   になるように、該発光素子に印加されるバイアス電流を
   制御する第１の制御回路と、 該受光素子に交流的に結合されて該受光素子の出力の信
   号成分のピークレベルを出力するピークホールド回路と
   、該電流源トランジスタのベースに該ピークホールド回
   路の出力の積分値を印加する反転増幅器とを備え、前記
   発光素子の出力する光信号の消光比が一定に保たれるよ
   うに前記電流源トランジスタの電流を制御する第２の制
   御回路と を備えることを特徴とする光出力補償回路。