JPH0330376A - 発光ダイオード駆動回路 - 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】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ産業上の利用分野 Ｂ発明の概要 Ｃ従来の技術（第５図及び第６図） Ｄ発明が解決しようとする問題点（第５図〜第８図） Ｅ問題点を解決するための手段（第１図）Ｆ作用（第１
図） Ｇ実施例 （Ｇ１）第１の実施例（第１図〜第３図）（Ｇ２）第２
の実施例（第４図） （Ｇ３）他の実施例 Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明は発光ダイオード駆動回路に関し、例えばディジ
タル光通信用送信器の発光ダイオ−、ドを高速駆動する
ものに適用して好適なものである。

Ｂ発明の概要 本発明は、発光ダイオード駆動回路において、光パワー
制御信号に応じたオーバーシュート電流及び矩形波電流
を各別に発生した後、これらを加算して発光ダイオード
を駆動するようにしたことにより、発光出力の光パワー
を広い範囲で変えても、最適な出力波形を送出し得る。

Ｃ従来の技術 従来、この種の発光ダイオード駆動回路においては、例
えばＰ　ＣＭ　（ｐｌｕｓｅ　ｃｏｄｅ　ｍｏｄｕｌａ
ｔｉｏｎ＞信号で発光ダイオードを直接変調するように
なされたものがあり、特に高い周波数のＰＣＭ信号を用
いて、高速に発光ダイオードを駆動するものとして、発
光ダイオードに対して抵抗を並列接続して発光出力の立
下り時間を短くすると共に、オーバーシュート波形を有
する駆動電流を供給して発光出力の立上りを急峻にする
ようにしたものが用いられている（特開昭５１−１４７
９８３号公報）。

すなわち、第５図に示すように、このような発光ダイオ
ード駆動回路１においては、入力される送信用ＰＣＭ信
号Ｓ＋Ｈ（第６図（Ａ））が入力バッファ回路２を通じ
て、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の並列回路３を介して
、立上り及び立下りにそれぞれオーバーシュート波形及
びアンダーシュート波形を有する電圧信号ＶＩＮ（第６
図（Ｂ））に変換され、駆動トランジスタ４のベースに
印加される。

この駆動トランジスタ４は、エミッタが抵抗Ｒ２を介し
て接地されると共に、コレクタが抵抗Ｒ３及び発光ダイ
オード５を通じて電１ｖ。、に接続されたＮＰＮ　トラ
ンジスタでなり、電圧信号ＶＩＮがアンダーシュート波
形を有する期間の間、駆動トランジスタ４がオフ動作す
ることにより、発光ダイオード５に対して立上り時にオ
ーバーシュート波形を有するコレクタ電流１ｃ　　（第
６図（Ｃ））を供給し発光駆動する。

かくして、発光ダイオード５の点灯時、すなわちＰＣＭ
信号ＳＩＮの立上り時にオーバーシュート波形を付加す
るようにしたことにより、理想波形でなる矩形波を用い
て発光駆動した場合の発光出力しく第６図（Ｄ）に破線
で示す）に対して、より急峻な立上り特性を有する発光
出力し１を得るようになされている。

また発光ダイオード５の消灯時、すなわちＰＣＭ信号Ｓ
０の立下り時には、駆動トランジスタ４がオフ動作し、
点灯時に発光ダイオード５に蓄積された電荷が抵抗Ｒ３
によって放電される。

従って、抵抗Ｒ３の値をできるだけ小さく設定し、放電
時間を短縮化することにより、理想波形で発光駆動した
発光出力しに対して、より短い立下り特性を有する発光
出力し１を得るようになされている。

このようにして、この発光ダイオード駆動回路１におい
ては、周波数７　（ＭＨｚ）程度までの高速ディジタル
信号でなるＰＣＭ信号を精度良く送信し得るようになさ
れている。

ところでこめような発光ダイオード駆動回路１を、例え
ば伝送路として光フアイバーケーブルを用いたディジタ
ル光通信用の送信器に適用する場合には、受信側に到達
する光量を受信器のダイナミックレンジに適合させる必
要があり、このため送信器側では、伝送距離に応じて発
光出力し１の光パワーを可変するようになされている。

すなわち、この発光ダイオード駆動回路ｌにおいては、
入力バッファ回路２に光パワー制御信号ＣＰＷを受け、
当該光パワー制御信号Ｃ工に応じて送信用ＰＣＭ信号Ｓ
０の立上り期間の間の振幅レベルを設定することにより
、発光出力し１の光パワーを可変し得るようになされて
いる。

Ｄ発明が解決しようとする問題点 ところがかかる構成の発光ダイオード駆動回路１におい
ては、送信用ＰＣＭ信号ＳＩＮの立ち上る期間の振幅レ
ベルを変更すると、発光出力し１の出力波形まで変化し
てしまう問題があった。

すなわち、例えば発光出力し１の光パワーを２倍又は１
／２倍に設定するような光パワー制御信号ＣＰ−を入力
バッファ回路２に供給すれば、適性に調整された駆動ト
ランジスタ４のコレクタ電流ＩＣ＋に対して、光パワー
を２倍又は１／２倍に制御するためのコレクタ電流ＩＣ
＊又はＸＣＳは、第７図に示すように変化する。

なおこのとき、発光ダイオード５の点灯時の立上り特性
を改善するためのオーバーシュート電流のピーク値１．
龜（ｉ−１，２，３）と、直流的に発光ダイオード５を
点灯するための電流値Ｉ４゜１には、次式 ％式％ （但し、Ａは所定の定数）　　　・・・・・・（１）で
表されるような比例関係が成り立つ。

また、このようなコレクタ電流Ｉ　Ｃ１％　　Ｉ　Ｃｍ
及びＩＣ３で、発光ダイオード５を駆動した場合、各コ
レクタ電流１　ｅｌｓ　　１　ｃｚ及びＩＣ３０発光出
力Ｌｌは、第８図に示すような出力波形Ｐ、　、Ｐ、及
びＰ。

になる。

すなわち、適性に調整された駆動トランジスタ４のコレ
クタ電流ＩＣＩの発光出力Ｌｌは、最適な出力波形Ｐ、
になるのに対し、光パワーを２倍にするコレクタ電流Ｉ
Ｃ！の場合、出力波形Ｐ８の直流成分は２倍になる。

ところがこの出力波形Ｐ８にはオーバーシュート成分が
含まれてしまい、この結果受信器側に到達する発光出力
Ｌｌが、受信器側のダイナミックレンジを越え、正しく
受信できな（なるおそれがあった。

また、発光出力し１の光パワーを１／２倍にするコレク
タ電流ＩＣ３の場合、出力波形Ｐ、の直流成分は１／２
倍になる。

ところがこの出力波形Ｐ、では立ち上りが鈍い波形とな
り、この結果高速ディジタル信号を精度良く送信し得な
くなる問題があった。

このように、この発光ダイオード駆動回路ｌにおいては
、例えば±１　（ｄＢ）程度の狭い範囲でのみ、発光出
力し１の光パワーを調整し得るようになされており、例
えば±３　（ｄＢ）以上の広い範囲で、発光出力し１の
光パワーを調整しようとすると、出力波形Ｐ、、Ｐ、に
オーバーシュートが発生したり、立上り波形が鈍くなる
問題があった。

なおこの問題を解決して、発光出力Ｌｌの光パワーの調
整範囲を広げるためには、発光ダイオード駆動回路１に
おいて、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３やコンデンサＣＩ等の
回路定数を変更すればよいと考えられる。

ところがこのようにすると、調整作業が煩雑になると共
に、例えば発光ダイオード駆動回路１をモノシリツク集
積回路化するような場合においては、定数を変更する回
路部品を外付けにする必要があり、全体として部品点数
や端子数が増加することにより、製造工程や回路構成が
複雑になることを避は得なかった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来の問
題を一挙に解決して、簡易な構成で発光出力の光パワー
を変化させても最適な出力波形で、発光ダイオードを駆
動し得る発光ダイオード駆動回路を提案しようとするも
のである。

Ｅ問題点を解決するための手段 かかる問題点を解決するため本発明においては、入力さ
れるディジタル信号Ｓ０を直接変調して、発光ダイオー
ド５を駆動する発光ダイオード駆動回路１０．２０にお
いて、ディジタル信号ＳＩＮの立ち上るタイミングで立
ち上り、入力される光パワー制御信号ｃｐｗに応じた振
幅レベルを有するオーバーシュー）ｔｆｆｌｘｃ、ｏ　
ヲ発生するオーバーシュート電流発生手段１１（１３，
１５、Ｃｌ０１Ｒ４）と、ディジタル信号ＳＩＮの立上
り期間の振幅レベルを、光パワー制御信号Ｃ２に応じて
変更した矩形波電流ＸＣｔ。を発生する矩形波電流発生
手段１２（１４，１６、Ｒ５）とを設けるようにした。

２作用 オーバーシュート電流発生手段１１（１３，１５、ＣＩ
Ｏ，Ｒ４）及び矩形波電流発生手段１２（１４，１６、
Ｒ５）において、それぞれ光パワー制御信号ｃｐｗに応
じた振幅レベルでなるオーバーシュート電流夏。。及び
矩形波電流！。。を発生し、これらを加算して発光ダイ
オード５を駆動するようにしたことにより、発光出力Ｌ
ＩＯの光パワーを広い範囲で変えても、最適な出力波形
を送出し得る。

Ｇ実施例 以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

（Ｇ１）第１の実施例 第５図との対応部分に同一符号を付して示す第１図にお
いて、１０は全体として発光ダイオード駆動回路を示し
、入力される送信用ＰＣＭ信号５ＩＮ（第２図（Ａ））
が、それぞれオーバーシュート電流発生回路１１及び矩
形波電流発生回路１２の第１及び第２の入力バッファ回
路１３及び１４に供給される。

このオーバーシュート電流発生回路１１においては、ま
ず第１の入力バッファ回路１３で入力された送信用のＰ
ＣＭ信号ＳＩＮの立上り部分を、光パワー制御信号Ｃ工
に応じた振幅レベルに変換した後微分コンデンサＣＩＯ
を通過させ、オーバーシュート波形及びアンダーシュー
ト波形を有するピーク電流を発生し、これを第１の駆動
トランジスタ１５のベースに印加する。

この第１の駆動トランジスタ１５は、エミッタが抵抗Ｒ
４を介して接地されると共に、コレクタが発光ダイオー
ド５を通じて電源ＶＣＣに接続されたＮＰＮトランジス
タでなり、ピーク電流がアンダーシュート波形を有する
期間の間、この第１の駆動トランジスタ１５がオフ動作
することにより、ＰＣＭ信号Ｓ０が立ち上るタイミング
で、光パワー制御信号ＣＰＩＩＩで決定された振幅レベ
ルに応じたオーバーシュート波形を有する第１のコレク
タ電流１ｃ＋ｅ　　（第２図（Ｃ））を発生する。

これに対して、矩形波電流発生回路１２においては、第
２０入カバツフア回路１４で入力されたＰＣＭ信号Ｓ０
を、光パワー制御信号Ｃ工に応じた振幅レベルに変換し
た後、これを第２の駆動トランジスタ１６のベースに印
加する。

この第２の駆動トランジスタ１６は、エミッタが抵抗Ｒ
５を介して接地されると共に、コレクタが発光ダイオー
ド５を通じて電源ＶＣＣに接続されたＮＰＮ）ランジス
タでなり、ＰＣＭ信号ＳＩＮが立ち上る期間の間、光パ
ワー制御信号ｃｒｗで設定された振幅レベルに応じた第
２のコレクタ電流Ｉｃｅ。（第２図（Ｄ））を発生する
。

これにより発光ダイオード５は、第１の駆動トランジス
タ１５の第１のコレクタ電流Ｉ　Ｃ１ｍと、第２の駆動
トランジスタ１６の第２のコレクタ電流Ｉｃ！・とを加
算してなる駆動電流ＩＰＤ（第２図（Ｅ））で発光駆動
される。

なお、第１及び第２の駆動トランジスタ１５及び１６の
第１及び第２のコレクタ電流Ｉ　Ｃ１＠及びＩｃ１゜の
振幅レベルは、第１及び第２の入力バッファ回路１３及
び１４において、それぞれ光パワー制御信号Ｃ工に応じ
て各別に設定し得るようになされている。

従って、発光出力ＬＩＯの光パワーを例えば２倍又は１
／２倍に変更する場合には、出力波形の直流成分を決め
る第２のコレクタ電流ＩＣ！。の振幅レベルを２倍又は
１／２倍に設定すると共に、オーバーシュート量を決め
る第１のコレクタ電流ｔｃｔ・を任意に設定すれば、常
に最適な出力波形でなる発光出力ＬＩＯを得ることがで
きる。

因に実験によれば、駆動電流ＩＰＥＩの直流成分を決め
る第２のコレクタ電流ＩＣ！。を変化させ、発光ダイオ
ード５から送出される発光出力ＬＩＯの光パワーを変化
させた場合、出力波形が最適になるようなオーバーシュ
ート電流を決める第１のコレクタ電流ＩＣＩ＠は、第３
図に示すようなピーク値を有し、これにより、第１及び
第２のコレクタ電流ｔｃｌ。及びＩ　ｅｇｏ間には、次
式１式％ （但し、Ｂ及びＣは定数）　　　・・・・・・（２）で
表されるような比例関係が存在することがわかった。

従って、オーバーシュート電流発生回路１１及び矩形波
電流発生回路１２の第１及び第２の入力バッファ回路１
３及び１４を、（２）式を満足するように設定すれば、
発光出力ＬＩＯの光パワーを±３　［：ｄＢ）以上の広
い範囲で変えても、常に最適な出力波形を得ることがで
きる。

なおこの実施例の場合、発光ダイオード５には従来の抵
抗Ｒ３に代えて、ＮＰＮ　）ランジスタ構成のスイッチ
回路１７が並列に接続されている。

このスイッチ回路１７は、コレクタがｔ源ＶＣＣに接続
され、エミッタが第１及び第２の駆動トランジスタ１５
及び１６のコレクタに接続され、ベースに反転バッファ
回路１８から送出されるスイッチ制御信号ＳＳＷが印加
される。

このスイッチ制御信号ＳＳＷは、反転バッファ回路１８
においてＰＣＭ信号Ｓ０を反転して発生するようになさ
れており、これによりスイッチ回路１７を、ＰＣＭ信号
ＳＩＮの立ち上りに応じて、発光ダイオード５が点灯さ
れる期間の間オフ状態に制御し、逆にＰＣＭ信号Ｓ１工
の立ち下りに応じて、発光ダイオード５が消灯される期
間の間オン状態に制御するようになされている。

このようにして、この発光ダイオード駆動回路１０の場
合、発光ダイオード５に対して並列にスイッチ回路１７
を設け、発光ダイオード５の点灯時にオフ制御すると共
に、消灯時にオン制御することにより、発光ダイオード
５の点灯時の立上り特性及び消灯時の立下り特性を改善
して、全体として一段と高い周波数の高速ディジタル信
号でなるＰＣＭ信号ＳｉＨを送信し得るようになされて
いる。

以上の構成によれば、オーバーシュート電流発生回路１
１及び矩形波電流発生回路１２において発生したオーバ
ーシュート電流及び矩形波電流を加算して、発光ダイオ
ード５を駆動するようにしたことにより、発光出力ＬＩ
Ｏの光パワーを広い範囲で変えても、最適な出力波形を
送出し得る発光ダイオード駆動回路１０を実現できる。

（Ｇ２）第２の実施例 第１図との対応部分に同一符号を付して示す第４図にお
いて、２０は上述した発光ダイオード駆動回路１０を、
例えばモノシリツク集積回路化した場合の発光ダイオー
ド駆動回路の回路構成を示す。

すなわち、この発光ダイオード駆動回路２０の場合、第
１の入力バッファ回路１３は第１及び第２のＮＰＮ　ト
ランジスタ２１及び２２の差動増幅回路で構成されてい
る。

この第１のトランジスタ２１のコレクタは電源ＶＣＣに
接続され、そのエミッタが電流源２３に接続されており
、入力されるＰＣＭ信号ＳＩＮがベースに印加される。

また第２のトランジスタ２２のコレクタは抵抗ＲＩＯを
介して電源ＶＣＣに接続され、エミッタが第１のトラン
ジスタ２１のエミッタ同様に定電流［２３に接続されて
おり、ベースにバイアス電源２４で発生されるバイアス
電圧Ｖｌ１３１が印加されている。

この第１及び第２のトランジスタ２１及び２２のエミッ
タには、エミッタが接地された第３ＯＮＰＮトランジス
タ２５のコレクタが接続され、定電流Ｒ２３で発生した
一定電流に加えて、入力される光パワー制御信号Ｃ工に
応じた光パワー制御電流が流れるようになされている。

すなわち、この発光ダイオード駆動回路２０の場合、光
パワー制御信号ＣＰＷは抵抗Ｒ１１を介して、エミッタ
が接地されると共にダイオード接続された第４のＮＰＮ
　ｌ−ランジスタ２６のコレクタに印加される。

この第４のトランジスタ２６及び上述した第３のトラン
ジスタ２５は、ダーリントン接続されており、かくして
第３のトランジスタ２５のコレクターエミッタ間には、
光パワー制御信号Ｃ−に応じた光パワー制御電流が発生
する。

このようにして、この第１の入力バッファ回路１３は、
入力されるＰＣＭ信号ＳＬＮの立上り期間の間、抵抗Ｒ
ＩＯに定電流源２３で発生された一定電流に加えて、光
パワー制御信号Ｃ−に応じた光パワー制御電流を流すこ
とにより、一定電流及び光パワー制御電流に応じた振幅
を有する電圧信号を発生して送出し、かくして、第１の
駆動トランジスタ１５において、（２）式を満足するコ
レクタ電流！。、。を発生し得るようになされている。

またこの発光ダイオード駆動回路２０の場合、第２の入
力バッファ回路１４としては、第２の駆動トランジスタ
１６のエミッタに、光パワー制御信号ＣＰＨに応じた光
パワー制御電流を流すようになされている。

すなわち、第２の駆動トランジスタ１６のエミッタには
、エミッタが接地された第５のＮＰＮ　トランジスタ２
７のコレクタが接続され、この第５のトランジスタ２７
及び上述した第４のトランジスタ２６がダーリントン接
続されていることにより、第５のトランジスタ２７のコ
レクターエミッタ間に、光パワー制御信号Ｃ工に応じた
光パワー制御電流が発生する。

このようにしてこの第２の大力バッファ回路１４は、入
力されるＰＣＭ信号ＳＩＮの立上り期間の間、第２の駆
動トランジスタ１６がオン動作することにより、光パワ
ー制御信号ＣＰＩ１１に応じた光パワー制御電流の振幅
を有するコレクタ電流■ｃｚ・を発生する。

また、反転回路１８は、コレクタが抵抗Ｒ１２を通じて
電源ＶＣＣに接続されると共にエミッタが抵抗Ｒ１３を
介して接地された第６のＮＰＮ　）ランジスタでなり、
このベースにＰＣＭ信号ＳＩＮが印加されることにより
、コレクタからＰＣＭ信号ＳＩＮを反転してなるスイッ
チ制御信号ＳＡＷを送出する。

なおこの実施例の発光ダイオード駆動回路２０では、第
２の駆動トランジスタ１６に対して差動対を構成する差
動トランジスタ２８が設けられている。

この差動トランジスタ２８は、コレクタが電源ＶＣＣに
接続され、ベースにバイアス電源２９を通じてバイアス
電圧■１．！が印加されるＮＰＮ　）ランジスタでなり
、二〇差動トランジスタ２８及び駆動トランジスタ１６
の各エミッタが、第５のトランジスタ２７のコレクタに
接続されている。

これにより、発光ダイオード５の点灯時及び消灯時又は
その過渡期間に亘り、電源電流を一定に保持し、発光ダ
イオ−Ｆ５を高速動作させても電源ＶＣＣに生じるノイ
ズを未然に防止し得るようになされている。

以上の構成によれば、光パワー制御信号Ｃ工を変更する
のみで、発光出力ＬＩＯの光パワーを広い範囲で変えて
、最適な出力波形を送出し得ると共に、集積回路化した
ことにより小型かつ軽量な発光ダイオード駆動回路２０
を実現できる。

さらに上述の実施例によれば、小型、軽量な回路構成に
加えて、電源ノイズの発生を未然に防止し得ることによ
り、例えば双方向光通信装置のように、送信器及び受信
器を隣接して配置する場合に最適な発光ダイオード駆動
回路を実現できる。

（Ｇ３）他の実施例 （１）　　上述の第１及び第２の実施例においては、Ｎ
ＰＮ）ランジスタ構成のスイッチ回路１７を、発光ダイ
オード５に並列に接続した場合について述べたが、これ
に限らず、従来と同様に発光ダイオード５に対して抵抗
を並列接続しても、入力ＰＣＭ信号が低周波数のディジ
タル信号であれば、上述の実施例と同様の効果を実現で
きる。

（２）上述の第２の実施例においては、発光ダイオード
５を駆動する直流成分を差動増幅回路を用いて発生する
ようにしたが、特に電源ノイズが問題となる発光ダイオ
ード駆動回路以外では、第２の駆動トランジスタのみの
構成を用いても良い。

（３）上述の実施例においては、本発明をディジタル光
通信用送信器の発光ダイオードを駆動する発光ダイオー
ド駆動回路に通用した場合について述べたが、本発明は
これに限らず、例えばフォトカップラ等信の発光ダイオ
ードを駆動する発光ダイオード駆動回路にも広く適用し
て好適なものである。

Ｈ発明の効果 上述のように本発明によれば、オーバーシュート電流発
生手段及び矩形波電流発注手段において、それぞれ光パ
ワー制御信号に応じたオーバーシュート電流及び矩形波
電流を各別に発生し、これらを加算して発光ダイオード
を駆動するようにしたことにより、簡易な構成で、発光
出力の光バヮ−を広い範囲で変えても最適な出力波形を
送出し得る発光ダイオード駆動回路を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による発光ダイオード駆動回
路を示す接続図、第２図はその動作の説明に供する信号
波形図、第ご３図は矩形波電流及びオーバーシュート電
流の関係を示す特性曲線図、第４図は発光ダイオード駆
動回路の具体的回路構成を示す接続図、第５図は従来の
発光ダイオード駆動回路を示す接続図、第６図はその動
作の説明に供する信号波形図、第７図は光パワーの変更
によるコレクタ電流の変化を示す特性曲線図、第８図は
そのコレクタ電流に応じた出力波形の変化を示す特性曲
線図である。 １．１０．２０・・・・・・発光ダイオード駆動回路、
２．１３．１４・・・・・・入力バッファ回路、４．１
５．１６・・・・・・駆動トランジスタ、５・・・・・
・発光ダイオード、１１・・・・・・オーバーシュート
電流発生回路、１２・・・・・・矩形波電流発生回路、
１７・・・・・・スイッチ同第 ８・・・・・・反転回路。 １、−杢 幻謬ル誠Ｖｔとオー）＼−シュ＋電：罷の間佳第　３　
四 ノεノ１巴ぞクリのＬシ］Ｊ８ａ６ ６４図 本し表のｆ！カ２ダイオード５り襲力巨１号第　５　図 ａのｔｉミグ−ｔ−）”！ｔ２！ＪＩＩＵ）Ｉノ動作尾
　σ　図 コＬクタ電（毘の；皮井同γ集４と 第７図 介尤エカのエカ波尼の吏化 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力されるディジタル信号を直接変調して、発光ダイオ
   ードを駆動する発光ダイオード駆動回路において、 上記ディジタル信号の立ち上るタイミングで立ち上り、
   入力される光パワー制御信号に応じた振幅レベルを有す
   るオーバーシュート電流を発生するオーバーシュート電
   流発生手段と、 上記ディジタル信号の立上り期間の振幅レベルを、上記
   光パワー制御信号に応じて変更した矩形波電流を発生す
   る矩形波電流発生手段と を具え、上記オーバーシュート電流及び上記矩形波電流
   を加算して、上記発光ダイオードを駆動するようにした ことを特徴とする発光ダイオード駆動回路。