JPH0482283A - レーザ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】 産業上の利用分野 本発明は、レーザダイオード駆動回路に関する。

より詳細には、本発明は、より安定した出力特性を備え
た新規なレーザダイオード駆動回路の構成に関するもの
であり、光通信システム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、レーザダイオード駆
動回路において、送信すべきデータに対応して変調した
駆動電流をレーザダイオードに供給して光信号によるデ
ータ送信を実現している。

第５図は、レーザダイオード駆動回路の典型的な構成例
を示す図である。

同図に示すように、この駆動回路は、互いに相補的な人
力信号Ｓおよび百を、バッファ回路ＩＣを介してそれぞ
れベースに印加される１対のトランジスタＱ１および０
゜からなる差動回路を主として構成されている。

即ち、トランジスタ０．およびＱ２のコレクタは、それ
ぞれレーザダイオードＬＤおよび抵抗Ｒ２を介して電源
電圧Ｖ　ｃ　ｃに接続されており、トランジスタ０、お
よびＱ２のエミッタは電流源■に共通に接続されている
。

更に、この回路は、トランジスタＱ１のコレクタとレー
ザダイオードＬＤとの接続点にコレクタを接続されたト
ランジスタＱ３と、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を含む自動出力制御回
路（ＡＰＣ）とを備えており、レーザダイオードＬＤの
出力が安定するようなバイアス電流を供給している。

以上のように構成されたレーザダイオード駆動回路では
、入力信号Ｓが立ち上がったときに、トランジスタＱ１
が導通し、トランジスタＱ２が非導通となるので、レー
ザダイオードＬＤに駆動電流が供給される。また、入力
信号Ｓが立ち下がったときには、トランジスタＱ１が非
導通となり、トランジスタＱ２が導通するので、レーザ
ダイオードＬＤへの駆動電流は遮断され、電流はトラン
ジスタＱ２を流れる。

更に、自動出力制御回路ＡＰＣは、フォトダイオードに
よりレーザダイオードＬＤの光出力を検出し、バイパス
電流路の電流量を制御する。即ち、レーザダイオードＬ
Ｄの光出力が不足している場合はレーザダイオードＬＤ
を流れる電流を増大させ、レーザダイオードＬＤの光出
力が過大な場合にはレーザダイオードＬＤを流れる電流
を減少させるようにフィードバック制御を行い、光出力
の平均値を常に一定に保つように動作する。

発明が解決しようとする課題 ところで、上述のような従来のレーザダイオード駆動回
路を使用した光送信器において、伝送速度を上昇させる
ためには、また、出力光信号波形を高品質に保つために
は、出力光信号の立ち上がり波形および立ち下がり波形
が、入力信号の信号波形に鋭敏に対応することが望まし
い。

第６図（ａ）、ら）および（Ｃ）は、前述のレーザダイ
オード駆動回路における人力信号波形と、これにより変
調されたレーザダイオード駆動電流の変動と、出力光信
号波形とをそれぞれ示す図である。

レーザダイオード駆動回路に対して、第６図（ａ）に示
すような波形の信号が入力された場合、理想的には入力
信号と同じ信号波形の光信号が出力されることが望まし
い。しかしながら、駆動電流の状態遷移が急峻な場合、
第６図（Ｃ）に示すように、出力光信号の立ち上がり波
形にはリンギングが生じてしまう。

一方、レーザダイオードは一般に容量を有しておりぐ出
力光信号の立ち下がり波形は、入力電気信号の立ち上が
り波形よりも通常緩慢である。従って、上述のようなリ
ンギングの発生を抑圧するために、第６図（ｂ）に示す
ように、駆動電流の状態遷移を遅くすると、第６図（Ｃ
）に示すような出力光信号のすそ引きが極端に大きくな
る。

このようなレーザダイオードの特性による出力光信号波
形の劣化は、光信号伝送における伝送速度の限界を規定
する条件のひとつであり、高速光伝送を実現するために
解決しなければならない重要な課題のひとつである。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、入
力信号の高速な状態遷移に良く追従し、高品質な出力光
信号を発生することができる新規な構成のレーザダイオ
ード駆動回路を提供することをその目的としている。

課題を解決するための手段 即ち、本発明に従うと、アノードを高電圧側に接続され
たレーザダイオードと、コレクタを前記レーザダイオー
ドのカソードに接続された第１のＮＰＮトランジスタと
、コレクタを高電圧側に接続された第２のＮＰＮ　トラ
ンジスタと、前記第１および第２のＮＰＮトランジスタ
のエミッタを共通に接続された電流源とを備え、前記第
１および第２のＮＰＮ　トランジスタのベースに、互い
に相補的な入力信号を受けるように構成された差動増幅
回路を含むレーザダイオード駆動回路において、前記レ
ーザダイオードのカソードと前記第１のＮＰＮトランジ
スタとの間に挿入された抵抗素子と、前記抵抗素子の前
記レーザダイオード側にエミッタを接続され、前記抵抗
素子の前記第１　ＮＰＮ　トランジスタ側にコレクタを
接続され、ベースを前記第１のＮＰＮトランジスタのベ
ースに微分回路を介して接続されたＰＮＰ　トランジス
タとを備えることを特徴とするレーザダイオード駆動回
路が提供される。

作用 本発明に係るレーザダイオード駆動回路は、信号の立ち
上がり時と立ち下がり時とのそれぞれに対して、レーザ
ダイオードの特性を有効に補償するような駆動電流の立
ち上がり特性および立ち下がり特性を有していることを
その主要な特徴としている。

前述のようなレーザダイオードの特性を補償するために
は、入力信号の立ち上がり時には駆動電流の状態遷移を
緩慢にし、信号の立ち下がり時には駆動電流の状態遷移
を急峻にすることが望ましい。しかしながら、従来のレ
ーザダイオード駆動回路は、入力信号の立ち上がりおよ
び立ち下がりに対して、駆動電流は同じ特性で対応して
いたので、出力光信号波形の何らかの劣化を避けること
ができなかった。

これに対して、本発明に係るレーザダイオード駆動回路
は、その独自の構成により、入力信号の立ち上がり時と
立ち下がり時とに対して、それぞれ個別の駆動電流の状
態遷移特性を実現している。

即ち、本発明に係るレーザダイオード駆動回路において
は、レーザダイオードに対する駆動電流が流れるトラン
ジスタのコレクタとレーザダイオードとの間に抵抗が挿
入されている。この抵抗の両端間の電位差が駆動電流の
立ち上がり時に上昇するので、これに接続されたトラン
ジスタが飽和して周波数特性が劣化する。従って、レー
ザダイオードに供給される駆動電流の立ち上がりは緩慢
なものとなり、リンギングが抑圧される。

一方、上記の挿入された抵抗の両端は、ＰＮＰトランジ
スタのエミッタとコレクタとがそれぞれ結合されている
。このＰＮＰ　トランジスタのベースには、微分回路を
介して入力信号が印加されている。従って、入力信号の
立ち下がり時には、このＰＮＰ　トランジスタが導通状
態となり、抵抗をバイパスする電流路が形成されるので
、抵抗の両端間の電位差は急激に降下する。このため、
この抵抗に接続されたトランジスタは、急速に非飽和状
態を回復するので、駆動電流の立ち下がりは急峻なもの
となる。こうして、入力信号の立ち下がり時には、駆動
電流の立ち下がりはより急峻になり、出力光信号のすそ
引きが抑圧される。

尚、−船釣に製造されている高速なレーザダイオード駆
動回路はＮＰＮトランジスタにより構成されているが、
上述のような本発明に係るレーザダイオード駆動回路は
、ＰＮＰ　トランジスタにより構成された差動回路とＮ
ＰＮ　トランジスタにより構成されたバイパス電流路に
よって構成することもできる。また、Ｎチャネル型また
はＰチャネル型のＦＥＴによって構成することも可能で
ある。

以下、実施例を挙げ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、本発明に係るレーザダイオード駆動回路の具
体的な構成例を示す回路図である。

同図に示すように、このレーザダイオード駆動回路は、
第５図に示した従来のレーザダイオード駆動回路に対し
て、抵抗Ｒｌ　、Ｒ４、Ｒｓ　、Ｐ　ＮＰトランジスタ
Ｑ４およびコンデンサＣを付加して構成されている。そ
こで、従来の回路と同じ構成要素には同じ参照番号を付
して説明を省略している。

ここで、抵抗Ｒ１は、レーザダイオードＬ　Ｅ　Ｄのカ
ソードとトランジスタＱ、のコレクタとの間に挿入され
ている。また、トランジスタＱ４のエミッタおよびコレ
クタは、エミッタがレーザダイオード側に、コレクタが
トランジスタロ１側ｊニー；るように抵抗Ｒ８の両端に
それぞれ接続されている。また、トランジスタＱ４のベ
ースには、コンデンサＣを介して入力信号が印加されて
いる。更に、抵抗Ｒ４とＲ５とから構成された分圧回路
によって、トランジスタＱ４のベースには弱い順バイア
スが印加されている。

ここで、コンデンサＣと抵抗Ｒ４、Ｒ５は微分回路を形
成している。従って、入力信号の信号波形が立ち下がる
瞬間にのみ、トランジスタＱ４のベースに強い順バイア
スが印加される。

以上のように構成されたレーザダイオード駆動回路は以
下のように動作する。

大カハッファＩＣ＋　の正相出力がハイレベルになると
、トランジスタＱ、が導通状態となる。従って、電流源
Ｉにより供給される駆動電流がレーザダイオードＬＥＤ
に流れ、光信号出力が立ち上がる。

ここで、このレーザダイオード駆動回路においてトラン
ジスタＱ１を流れる駆動電流が増加し始めると抵抗Ｒ１
の両端間の電圧が上昇する。従って、トランジスタＱ１
　のコレクターエミッタ間電圧が減少し、やがて、トラ
ンジスタＱ１が飽和状態に近づくにつれて周波数特性が
劣化する。このため、駆動電流の上昇は緩慢なものとな
り、出力光信号の立ち上がりに発生するリンギングが抑
圧される。尚、これらの動作に際して、トランジスタＱ
４は遮断状態となっている。

一方、バッファ回路ＩＣ＋　の正相出力がローレベルに
遷移すると、トランジスタＱ１は非導通状態となり、レ
ーザダイオードＬＥＤに対する駆動電流は遮断される。

このとき、トランジスタＱ４が導通状態となるので、抵
抗Ｒ１の両端間の電位差が急速に減少し、トランジスタ
Ｑ１が飽和状態から非飽和状態に回復する時間が短縮さ
れる。従って、駆動電流の立ち下がりは急峻なものとな
り、出力光信号のすそ引きが抑圧される。

第２図（ａ）および（ｂ）は、第１図に示した回路にお
ける駆動電流と出力光信号波形を示す図である。

本発明に係るレーザダイオード駆動回路における駆動電
流は、第２図（ａ）に示すように、信号の立ち上がり時
にはレベルの上昇が緩慢である一方、信号の立ち下がり
時にはレベルの降下が急峻である。従って、このような
特性を有する駆動電流により駆動されたレーザダイオー
ドの出力する光信号は、第２図（ｂ）に示すように、リ
ンギングが少なく、立ち下がり波形の急峻な信号となる
。

第３図は、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認するための測
定系の構成を示す図である。

同図に示すように、この測定系は、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、第
１図に示したレーザダイオード駆動回路を含む光送信回
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をオシロスコ
ープ３５によって監視することができるように構成され
ている。

第４図は、第３図に示した測定系を使用して本発明に係
るレーザダイオード駆動回路の動作を観測した場合の信
号波形図である。

第４図（ａ）は、第１図に示す回路において、トランジ
スタＱ、および抵抗Ｒ３を接続しない場合、即ち、第５
図に示した従来のレーザダイオード駆動回路と同じ状態
のレーザダイオード駆動回路が、１シヨツトのパルス信
号に対して出力する光信号の信号波形を示しており、顕
著なリンギングが見られる。

これに対して、第４図（ｂ）は、従来のレーザダイオー
ド駆動回路に対して、第１図に示す回路の抵抗Ｒ１を挿
入した場合の出力比信号の波形を示している。同図に示
すように、この光信号では、リンギングは抑圧されてい
るが、信号の立ち下がり時に長くすそを引いている。

更に、第４図（Ｃ）は、第１図に示したレーザダイオー
ド駆動回路そのものの出力光信号の信号波形を示してい
る。同図に示すように、この場合は、リンギングが効果
的に抑圧されると共に、信号の立ち下がりも急峻になっ
ている。

発明の詳細 な説明したように、本発明に係るレーザダイオード駆動
回路は、入力信号の立ち上がり時と立ち下がり時とのそ
れぞれに対して、レーザダイオードの特性を補償するよ
うな駆動電流を発生するので、レーザダイオードによる
高速変調の限界を改善することができる。従って、光通
信の分野で信号の伝速速度を上昇させようとする場合に
、光送信機におけるレーザダイオード駆動回路とじて有
利に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るレーザダイオード駆動回路の具
体的な構成例を示す回路図であり、第２図（ａ）および
Ｑ：１）は、第１図に示した回路の動作を説明する信号
波形図であり、 第３図は、第１図に示した回路の動作を確認するための
測定系の構成を示す図であり、第４図（ａ）、（ｂ）お
よび（Ｃ）は、第３図に示す測定系を使用して本発明に
係るレーザダイオード駆動回路の動作を観測した場合の
信号波形図であり、第５図は、従来のレーザダイオード
駆動回路の典型的な構成を示す図であり、 第６図（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）は、第５図に示した
レーザダイオード駆動回路における入力信号波形と、こ
れにより変調されたレーザダイオード駆動電流の変動と
、出力光信号波形とをそれぞれ示す図である。 〔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・・・光送信回路、 ３３・・・光ファイバ、 ３４・・・光／電気信号変換器、 ３５・・・オンロスコープ、 Ｃ・・・コンデンサ、 ＬＤ・・・レーザダイオード、 ＱＩ−Ｑ３　・・・ＮＰＮトランジスタ、Ｑ４　・・・
ＰＮＰ　トランジスタ、 Ｒ，−Ｒ，・・・抵抗 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）アノードを高電圧側に接続されたレーザダイオー
   ドと、コレクタを前記レーザダイオードのカソードに接
   続された第１のＮＰＮトランジスタと、コレクタを高電
   圧側に接続された第２のＮＰＮトランジスタと、前記第
   １および第２のＮＰＮトランジスタのエミッタを共通に
   接続された電流源とを備え、前記第１および第２のＮＰ
   Ｎトランジスタのベースに、互いに相補的な入力信号を
   受けるように構成された差動増幅回路を含むレーザダイ
   オード駆動回路において、 前記レーザダイオードのカソードと前記第１のＮＰＮト
   ランジスタとの間に挿入された抵抗素子と、前記抵抗素
   子の前記レーザダイオード側にエミッタを接続され、前
   記抵抗素子の前記第１ＮＰＮトランジスタ側にコレクタ
   を接続され、ベースを前記第１のＮＰＮトランジスタの
   ベースに微分回路を介して接続されたＰＮＰトランジス
   タとを備えることを特徴とするレーザダイオード駆動回
   路。
2. （２）請求項１に記載されたレーザダイオード駆動回路
   において、 前記第１および第２のＮＰＮトランジスタが第１および
   第２のＮチャネルＦＥＴであり、 前記ＰＮＰトランジスタがＰチャネルＦＥＴである ことを特徴とするレーザダイオード駆動回路。
3. （３）請求項１に記載されたレーザダイオード駆動回路
   において、 前記第１および第２のＮＰＮトランジスタが第１および
   第２のＰＮＰトランジスタであり、前記ＰＮＰトランジ
   スタがＮＰＮトランジスタであり、 前記ＮＰＮトランジスタのコレクタが前記レーザダイオ
   ードのアノードに接続されている ことを特徴とするレーザダイオード駆動回路。
4. （４）請求項３に記載されたレーザダイオード駆動回路
   において、 前記第１および第２のＰＮＰトランジスタが第１および
   第２のＰチャネルＦＥＴであり、 前記ＮＰＮトランジスタがＮチャネルＦＥＴである ことを特徴とするレーザダイオード駆動回路。