JPH04129284A

JPH04129284A - レーザ・ダイオード駆動回路

Info

Publication number: JPH04129284A
Application number: JP25145890A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamamoto; 聡山本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1990-09-19
Publication date: 1992-04-30

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〕レーザ・ダイオードの光出力を制御するレーザ・ダイオ
ード駆動回路に関し、レーザ・ダイオードをスイッチングする差動対をリニア
領域で動作させ、光出力波形のオーバシュートを回避す
ることを目的とし、レーザ・ダイオードと、人力データを所定のレベルの駆
動電流に変換する駆動回路と、前記駆動電流によりスイ
ッチングされ、前記レーザ・ダイオードを駆動する差動
対と、前記レーザ・ダイオードの出力光を受光する受光
素子と、この受光量により前記レーザ・ダイオードに流
すバイアス用の直流駆動電流をフィードバック制御する
直流駆動を流制御手段とを備えたレーザ・ダイオード駆
動回路において、前記差動対のコレクタ電流をモニタし
てピーク検出を行うピーク検出手段を備え、前記駆動回
路に、前記ピーク検出結果に応じて前記差動対の入力振
幅をリミッタ動作範囲内に抑える制御を行う動作範囲制
御手段を備えて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、レーザ・ダイオードの光出力を制御するレー
ザ・ダイオード駆動回路に関する。

（従来の技術〕レーザ・ダイオードは、周囲温度の変化により発振しき
い値■いおよび微分効率ηが変化する。

そのため、直流駆動電流ＩＤＣ１交流駆動電流■。

を一定にしてレーザ・ダイオードを駆動すると、出力パ
ワー変動および消光比劣化を生ずる。

したがって、レーザ・ダイオードの近傍に配置されたフ
ォト・ダイオードにより前記レーザ・ダイオードの出力
光の一部をモニタし、モニタ光の出力レベルを予め設定
した基準値と比較し、その比較結果に基づいて前記直流
駆動電流を調整することにより、レーザ・ダイオードの
光出力が一定となるように自動光出力制ｍ（ＡＰＣ）が
行われている。

第４図は、従来のレーザ・ダイオードの静特性（供給電
流対出力パワー特性）を示す図である。

図において、周囲温度Ｏ℃、２５℃、６０°Ｃにおける
発振しきい値■いは、それぞれ■いＯ１■い２５、Ｉい
６０であり、これら発振しきい値以下の電流を流しても
レーザ・ダイオードは発光しない。

レーザ・ダイオードの光出力Ｐ０を各周囲温度下ニオイ
て一定にするためには、レーザ・ダイオードに直流駆動
電流ｌｅｅと交流駆動電流■、からなる駆動電流１０，
１２５、Ｉ６０を流す。すなわち、１０＝ＩＰ　＋ｌｌ
ＩＣ０１Ｉ２５＝　Ｉｐ　＋　Ｉ　ＤＣ２５、Ｉ　６０＝　Ｉ　Ｐ　＋　Ｉ　ｏｃ６０であり、それぞ
れの弐において、交流駆動電流■。

を一定にし、直流駆動電流Ｉゎ。のみを周囲温度に応じ
て変化させれば、周囲温度にかかわらず光出力Ｐ０を一
定にできる。

第５図は、平均値検出を用いて自動光出力制御を行う従
来のレーザ・ダイオード駆動回路の構成を示すブロック
図である。

図において、パルス列からなるデータ信号りは、ドライ
バ・インタフェース５０に入力し、レーザ・ダイオード
駆動用の差動対Ｐを駆動するレベルの差動対駆動信号に
変換される。差動対５１は、ＮＰＮ型の第１トランジス
タＴ　Ｉ”　Ｉと第２トランジスタＴ、、！により構成
され、第２トランジスタＴｒ２のコレクタと高電位電源
間にはレーザ・モジュール５２を構成するレーザ・ダイ
オード５３が挿入されている。レーザ・ダイオード５３
０カソード側には、電圧を電流に変換する電圧・電流変
換器５４が接続されている。レーザ・ダイオード５３に
流れる駆動電流は、交流駆動電流ＩＰと直流駆動電流Ｉ
ＤＣとからなり、交流駆動電流ＩＰはトランジスタＴ、
を流れ、直流駆動電流Ｉ０は電圧・電流変換器５４と抵
抗Ｒ２を介してアースに流れる。差動対駆動信号は、ト
ランジスタＴ、、、Ｔ、。

（７）ヘースに入力し、これらのトランジスタＴ□、Ｔ
ｒ２をオンオフ駆動して定電流源５５との間にパルス状
の交流駆動電流１．を流す。

レーザ・ダイオード５３の出力光の一部は、レーザ・モ
ジュール５２を構成するフォト・ダイオード５６により
受光され、モニタ電流■。を生ずる。フォト・ダイオー
ド５６には、抵抗Ｒ１とコンデンサＣＡとからなる並列
回路が直列接続され、モニタ電流ＩＮは、抵抗Ｒ１によ
り電圧変換され、コンデンサＣ１に電荷が蓄えられ平均
化される。

この電圧の平均値と予め設定された基準電圧■８との誤
差がアンプ５７で増幅され、その出力ｖ０が電圧・電流
変換器５４にフィードバック入力して直流駆動電流ＩＤ
Ｃを調整する。符号Ｃｐは、発振防止用のコンデンサで
ある。

直流駆動電流Ｉ０゜の調整により、レーザ・ダイオード
５３の光出力Ｐａが一定に保たれる。

上述の関係を伝達関数を用いて定量的に表すと第６図に
示すシグナルフローとなる。このシグナルフローが成立
するのは、直流駆動電流ＩＤＣが、発振しきい値Ｉいよ
り小さい場合である。

図において、Ａをアンプ５７の増幅率、Ｒ２を直流駆動
電流の調整抵抗器の抵抗値、ηＬｌ）をレーザ・ダイオ
ード５３の微分変化率、η１．をフォト・ダイオード５
６の微分変化率、１／２を平均算出定数、ΔＰを温度変
動による変動パワーとすると、伝達関数Ｐは、となる。すなわち、となる。

ここで、 θ となる。

したがって、温度変動ΔＰは、はぼ〔発明が解決しようとする課Ｂ］ところで、第５図に示した従来の方式では、第７図（１
）に示すように、作動対５１によって相補的に電流駆動
を行い、差動対５１のリミッタ動作を用いて駆動ピーク
電流の制御を行うため、差動対トランジスタＴｒｌ、Ｔ
ｒ２は、交互にオンオフを繰り返している。

ここで、トランジスタＴ、がオフからオン状態になると
き、トランジスタＴｒ２のエミッタ抵抗が大であるため
、寄生容量Ｃ２が大きいとエミッタ電位■、は、ある程
度時定数をもつ。なお、寄生容量Ｃ０は、この差動対５
１の部分を集積回路（ＬＳＩ）で構成すると、大電流を
流すため必然的に配線面積が大きくなり、この配線面積
に応じてさらに寄生容量Ｃ４が大きくなる。

第７図（２）、（３）に、ベース電圧■、に対するエミ
ッタ電圧■。の関係と、レーザ・ダイオード５３に流れ
る駆動電流■Ｌゎ（＝　Ｉ　Ｐ　＋　Ｉ　ｎｃ）の過渡
応答を示す。

（２）において、ベース電圧■、の動きに対して、エミ
ッタ電圧■、は前記理由に基づく時定数を持つため、斜
線部の遅れを生ずる。これにより、ｖ６Ｖ［間の電位が
定常状態のベース・エミッタ間電圧ｖ１より大きくなり
、この過大■１により電流ΔＩ、が寄生容量Ｃ９を介し
て低電位電源ＶＥＥに流れ、トランジスタＴ’ｒｚのコ
レクタ電流にオーバシュート電流ΔＩ、を供給する。こ
のオーバシュート電流ΔＩｃによりレーザ光の光出力波
形が歪み、レーザ・ダイオード５３の劣化が促進される
。

このような事態を防ぐには、寄生容量Ｃ１を小さくする
か、あるいはベース電流■、の立ち上がりを遅（する方
法が考えられる。しかし、寄生容量Ｃ９を小さくする方
法は、大電流（例えば１００ｍＡ）を流すためには、エ
ミッタ・コレクタ部分に大きな配線面積を必要とするの
で必然的に寄生容量が増加し実現不可能であった。また
、ベース電流■、の立ち上がりを遅くする方法は、レー
ザ・ダイオードの駆動電流の立ち上がり特性を劣化させ
て高速信号を通す場合に不利となる。

本発明は、レーザ・ダイオードをスイッチングする差動
対をリニア領域で動作させ、光出力波形のオーバシュー
トを回避するレーザ・ダイオード駆動回路を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段］第１図は、本発明の原理ブロック図である。

駆動回路１２は、入力データを所定のレベル（差動対１
３が駆動できるレベル）の駆動電流に変換する。

差動対１３は、駆動電流によりスイッチングされ、レー
ザ・ダイオード１１を駆動する。

受光素子１４は、レーザ・ダイオード１１の出力光を受
光する。

直流駆動電流制御手段１５は、この受光量によりレーザ
・ダイオード１１に流すバイアス用の直流駆動電流をフ
ィードバック制御する。

ピーク検出手段１６は、差動対１３のコレクタ電流をモ
ニタしてピーク検出を行う。

動作範囲制御手段１７は、駆動回路１２に備えられ、ピ
ーク検出結果に応じて差動対１３の入力振幅をリミッタ
動作範囲内に抑える制御を行う。

〔作　用］駆動回路１２の動作範囲制御手段Ｊ７は、差動対１３の
コレクタ電流のピーク値に応じて駆動電流の振幅を調整
する負帰還制御を行うことにより、レーザ・ダイオード
１１を駆動する差動対１３をリニア領域で動作させるこ
とができる。

したがって、差動対１３のコレクタ電流のオーバシュー
トを防ぐことができ、それにより駆動されるレーザ・ダ
イオード１１の光出力波形のオーバシュートを回避する
ことができる。

〔実施例］以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

図において、第５図に示す従来と同様のものについては
、同一符号を付して説明に代える。

図において、入力データＤはドライバ・インタフェース
５０に入力する。このドライバ・インタフェース５０は
、入力データＤを差動対５１が駆動するレベルに変換し
、差動対５１を構成するトランジスタＴ、、１、ＴｒＺ
のベース電流のレベルを変換する。トランジスタＴ　ｒ
ｌｓ　ＴｒＺのそれぞれのエミッタには、抵抗ＲＥ１％
　Ｒｔｚを介して電流源５１が接続される。高電位電源
とトランジスタＴ？＋のコレクタ間には電圧取り出し用
の抵抗ＲＩ　１が挿入され、抵抗Ｒ１の出力電圧がコン
パレータ２１の一方の入力端に入力する。高電位電源と
電流源５１との間に抵抗Ｒ１ｚが挿入され、抵抗Ｒ１２
の出力電圧がコンパレータ２１の基準電圧として他方の
入力端に入力する。

コンパレータ２１で比較された結果が、ピーク検出回路
２２に入力する。ピーク検出回路２２には、時定数を決
めるコンデンサＣｐｅａｋが接続され、その出力は増幅
器２３の反転入力端に入力する。

増幅器２３の非反転入力端には、コンパレータ２１の他
方の出力端から、出力リミッタ振幅■３の１／２の電圧
が供給される。増幅器２３の出力は、ループフィルタ（
低域通過フィルタ）２４を介してドライバ・インタフェ
ース５０のバイアス電流制御部２５に入力する。バイア
ス電流制御部２５で生成されたバイアス信号Ｖｓｉｇが
、トランジスタＴ　ｒｌｓ　Ｔｒｌのベースに入力する
。

なお、第１図に示すピーク検出手段１６は、コンパレー
タ２１、ピーク検出回路２２、増幅器２３およびループ
フィルタ２４に対応し、動作範囲制御手段１７はバイア
ス電流制御部２５に対応する。

次に、本実施例構成の動作について説明するが、その要
旨は、トランジスタＴｒｌ、Ｔ、２を常に能動領域で動
作させることにより、トランジスタＴ、、２の内部エミ
ッタ抵抗を小さく保ち、エミッタに時定数を持たせない
ようにしてコレクタのオーバシュート電流をなくすこと
にある。

第２図において、レーザ・ダイオード５３の出力光を一
部モニタし、直流駆動電流ｌｌ１１ｃｍ　（第５図にお
けるＩＤＣに相当する）をコントロールする動作は、従
来回路と同様である。

第２図における符号ａ　−ｄに示す点の動作波形を、第
３図（１）、（２）に符号を対応させて示す。

第３図（１）において、符号■１は、差動対５１のリミ
ッタ振幅を示し、リミッタ電流■、との間には、Ｖｌ　＝Ｉｃ　　・Ｒ１１・・・■ の関係がある。

一方、差動対５１に一定電流を流すための基準電流値（
モニタ電流値）をＩ　Ｋ　　（’＝　Ｉ　ｔ　／　Ｋ）
とすると、ピーク電圧との差Ｖ２は、ｖ、＝　Ｉ−、−Ｒ，ｚ／Ｋ　　　　　　　　　−・・
■となる。

コンパレータ２１では、ｂ点における電圧と、ａ点にお
けるパルス状波形のピーク電圧との差を比較する。この
差の増幅された波形は、第３図（２）の符号Ｃで示す波
形となり、ピーク検出回路２２でピーク検出が行われる
。

一方、このコンパレータ２１の他方の出力端からは出力
リミッタ振幅■３の１／２の電圧ｄを出力し、前記ピー
ク検出電圧とリミッタ振幅の１／２の電圧ｄとの差電圧
を増幅器２４において増幅する。

このように抵抗Ｒ１□に流れる基準電流値■８と、実際
にトランジスタＴ、、１に流れる電流値との差を捉え、
この差に応じてバイアス電流制御部２５を制御して出力
振幅（バイアス信号）　Ｖｓｉｇの大きさをコントロー
ルすることにより、差動対５１が入力データＤに対して
トランジスタＴｒ＋、Ｔ、、２の不飽和領域で常に動作
するように制御される。

今、コンパレータ２１の利得をＧとし、ピーク検出の誤
差をΔ■、とすると、ｂ点における電圧とａ点における
ピーク電圧との差は、ΔＶ、　／Ｇとなる。Ｇ）１とす
ると、Δｖｒ／ＧζＯとなり、ｂ点における電圧とａ点
におけるピーク電圧とは一致していると考えられる。

したがって、差動対５１のパルス電流Ｉ、と直流電流１
ｆｌＣとは、０式と０式より、となる。

したがって、レーザ・ダイオード５３の駆動電流ＩＬＤ
は、フォト・ダイオード５６からのループ系の直流電流
を■。ｃ２とすると、■式からＩ　ｔｏ＝　Ｉ　ｐ＋　
Ｉ　ｎＣＩ　＋　Ｉ　Ｄｃｍとなる。

０式かられかるように、■、を安定化することにより、
Ｉ　ＤＣ２により直流電流のループがかかり光出力は安
定化される。

また、 ■弐により、となり、パルス電流■２はリミッタ電流Ｉ。

ので動作させることにより、パルス電流１．を差動対５１
のリニア領域で動作させることができる。

なお、１−２Ｒ，□／　Ｋ　Ｒ＋　＋　＜　１となるよ
うに、Ｋ、ＲＩ　Ｉ、Ｒｌｔが決定される。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、差動対に入力される
パルス電流ＩＦをリミッタ電流Ｉ、より小さく抑えるこ
とにより、差動対を能動領域で駆動させることができる
。

したがって、トランジスタＴ□、Ｔ、はカットオフせず
、コレクタ電流のオーバシュートをなくすことができる
ので、レーザ・ダイオードの劣化を最小限に抑えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は本発明の一実施例を示すブロック図、第３図は
実施例の動作波形を説明する図、第４図はレーザ・ダイ
オードの静特性図、第５図は従来のレーザ・ダイオード
駆動回路の構成を示すブロック図、第６図は従来のレーザ・ダイオード駆動回路のシグナル
フローを示す図、第７図は従来のレーザ・ダイオード駆動回路の動作を説
明する図である。図において、１はレーザ・ダイオード、２は駆動回路、３は差動対、４はフォト・ダイオード、５は直流駆動電流制御手段、６はピーク検出手段、７は動作範囲制御手段、１はコンパレータ、２はピーク検出回路、３は増幅器、４はループフィルタ（ＬＰＦ）、５はバイアス電流制御部、０はドライバ・インタフェース、１は差動対、２はレーザ・モジュール、３はレーザ・ダイオード、４は電圧・電流変換器、５は定電流源、６はフォト・ダイオード、７は増幅器である。＄５’ｉｖｌフ！Ｊ　ｑ　１ｔｙｉ１三ｆＪ、？３第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ・ダイオード（１１）と、入力データを所定のレベルの駆動電流に変換する駆動回
路（１２）と、前記駆動電流によりスイッチングされ、前記レーザ・ダ
イオード（１１）を駆動する差動対（１３）と、前記レーザ・ダイオード（１１）の出力光を受光する受
光素子（１４）と、この受光量により前記レーザ・ダイオード（１１）に流
すバイアス用の直流駆動電流をフィードバック制御する
直流駆動電流制御手段（１５）とを備えたレーザ・ダイ
オード駆動回路において、前記差動対（１３）のコレク
タ電流をモニタしてピーク検出を行うピーク検出手段（
１６）を備え、前記駆動回路（１２）に、前記ピーク検出結果に応じて
前記差動対（１３）の入力振幅をリミッタ動作範囲内に
抑える制御を行う動作範囲制御手段（１７）を備えたことを特徴とするレーザ・ダイオード駆動回路。