JPH05259545A - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光通信等で用いられる電気・光変換素子であ
るレーザダイオードを発光させるレーザダイオード駆動
回路に関し、入力オフセット電圧が変動してもデューテ
ィが変動しないようにする。 【構成】 パルス電流供給手段２が、入力信号をパルス
電流に変換し、パルス電流をレーザダイオード１に供給
する。レーザダイオード１は、供給されたパルス電流に
応じて発光する。一方、デューティ検出手段３は、レー
ザダイオード１に供給されるパルス電流のデューティを
検出する。検出されたデューティに基づき、制御手段４
は、パルス電流供給手段２から出力されるパルス電流の
デューティを制御する。この制御は、パルス電流のデュ
ーティの変動を抑制するように行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等で用いられる
電気・光変換素子であるレーザダイオードを発光させる
レーザダイオード駆動回路に関する。

【０００２】光通信の高速化に伴い、レーザダイオード
の応答速度が重要な問題となる。すなわち、現状のレー
ザダイオードではパルスの立ち上がり、立ち下がり時間
がデータ１ビットに占める割合が比較的大きく、そのた
め、通信速度が速くなると、その割合は更に大きくな
る。そうしたレーザダイオードに入力する電気信号のパ
ルスのデューティが変動した場合には、レーザダイオー
ドから出力された光信号のデューティがかなり変動し、
それを受信した側で、デューティの変動による受信特性
の悪化が発生する。

【０００３】したがって、高速光伝送システムでは、デ
ューティ変動の少ないレーザダイオード駆動回路が必要
とされる。

【０００４】

【従来の技術】図３は従来のレーザダイオード駆動回路
の概要図である。図中、入力端子３１から入力信号が、
オペアンプから成るコンパレータ３２の非反転端子
（＋）に入力する。コンパレータ３２の反転端子（−）
には基準電圧を発生する基準電圧発生器３３が接続され
る。コンパレータ３２の正転出力端子はトランジスタＱ
４１のベースに、コンパレータ３２の反転出力端子はト
ランジスタＱ４２のベースに接続される。トランジスタ
Ｑ４１のコレクタにはレーザダイオードＬＤ２が接続さ
れ、トランジスタＱ４１およびトランジスタＱ４２の各
エミッタはトランジスタＱ４４のコレクタに接続され
る。トランジスタＱ４４のベースにはＩｐ制御端子３５
が接続され、またエミッタには抵抗Ｒ３２が接続され
る。また、トランジスタＱ４１のコレクタには、コイル
Ｌ２を介してトランジスタＱ４３のコレクタが接続され
る。トランジスタＱ４３のベースにはＩｂ制御端子３４
が接続され、またエミッタには抵抗Ｒ３１が接続され
る。トランジスタＱ４３およびトランジスタＱ４４は定
電流源として働き、Ｉｂ制御端子３４およびＩｐ制御端
子３５から各ベースにそれぞれ入力する信号に応じて定
電流量が可変制御される。

【０００５】以上のように構成されるレーザダイオード
駆動回路の作動を次に説明する。高レベルの入力信号が
入力端子３１からコンパレータ３２に入力したとする
と、コンパレータ３２では、基準電圧発生器３３からの
基準電圧に基づいた入力オフセット電圧との比較が行わ
れて、入力信号レベルが入力オフセット電圧よりも大き
いときに、正転出力端子から高レベル信号が、反転出力
端子から低レベル信号が出力される。これにより、トラ
ンジスタＱ４１がオン状態になり、トランジスタＱ４２
がオフ状態になる。

【０００６】一方、レーザダイオードＬＤ２には、トラ
ンジスタＱ４３からコイルＬ２を介してバイアス電流が
供給されている。このバイアス電流により、レーザダイ
オードＬＤ２は発光待機状態になっている。そうした発
光待機状態にあるレーザダイオードＬＤ２に対して、ト
ランジスタＱ４１がオンすることで、レーザダイオード
ＬＤ２には発光に十分な電流が供給され、素早い発光が
行なわれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、コンパレータ
３２内の入力オフセット電圧は、基準電圧発生器３３か
らの基準電圧を一定に保持しても、コンパレータ３２を
構成する回路部品の温度特性に起因して周囲温度等の環
境変化により変動する。そのため、入力信号のデューテ
ィが一定でも、コンパレータ３２から出力されるパルス
信号のデューティが、温度等の環境変化が原因で変動す
る。このデューティの変動について図４を参照して説明
する。

【０００８】図４は、入力オフセット電圧、即ちしきい
値が変化したときのデューティの変化の様子を示す図で
ある。図４（Ａ）はコンパレータ３２へ入力する入力信
号を示し、レベル４１〜４３は変動したしきい値の位置
を示す。レベル４１は入力信号の振幅の中央レベルであ
り、このレベル４１がしきい値となったときは、コンパ
レータ３２の正転出力端子から図４（Ｂ）のような出力
信号が出力される。この場合はデューティ１００％とな
る。本来、入力オフセット電圧はレベル４１になるよう
に設定される。

【０００９】しきい値が変動してレベル４２の位置にな
ったときは、コンパレータ３２の正転出力端子から図４
（Ｃ）のような出力信号が出力される。この場合はデュ
ーティは１００％よりも小さくなる。すなわち、デュー
ティは、しきい値が入力信号の振幅の中央レベルにある
ときの出力信号のオン時間Δｔに対する、出力信号の各
オン時間Δｓの比で表される。

【００１０】つぎに、しきい値が変動してレベル４３の
位置になったときは、コンパレータ３２の正転出力端子
から図４（Ｄ）のような出力信号が出力される。この場
合はデューティは１００％よりも大きくなる。

【００１１】以上のように、入力信号のデューティが１
００％に維持されているにも関わらず、コンパレータ内
の入力オフセット電圧が変動することでデューティの変
動が発生するという問題点があった。

【００１２】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、入力オフセット電圧が変動してもデューティ
が変動しない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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、図１に示すように、入力信号をパルス電
流に変換し、パルス電流をレーザダイオード１に供給す
るパルス電流供給手段２と、パルス電流のデューティを
検出するデューティ検出手段３と、デューティ検出手段
３で検出されたデューティに基づき、パルス電流供給手
段２から出力されるパルス電流のデューティを制御する
制御手段４とを備える。

【００１４】また、デューティ検出手段３は、パルス電
流のデューティおよびマーク率を検出する第１の検出手
段３ａと、パルス電流のマーク率を検出する第２の検出
手段３ｂと、第１の検出手段３ａが検出したデューティ
およびマーク率から、第２の検出手段３ｂが検出したマ
ーク率を減算してパルス電流のデューティを算出する算
出手段３ｃとからなる。

【００１５】

【作用】パルス電流供給手段２が、入力信号をパルス電
流に変換し、パルス電流をレーザダイオード１に供給す
る。レーザダイオード１は、供給されたパルス電流に応
じて発光する。

【００１６】一方、デューティ検出手段３は、レーザダ
イオード１に供給されるパルス電流のデューティを検出
する。検出されたデューティに基づき、制御手段４は、
パルス電流供給手段２から出力されるパルス電流のデュ
ーティを制御する。この制御は、パルス電流のデューテ
ィの変動を抑制するように行われる。

【００１７】以上により、パルス電流供給手段２を構成
するコンパレータ内の入力オフセット電圧（しきい値）
が変動してもデューティが変動しないレーザダイオード
駆動回路を提供することが可能となる。

【００１８】また、デューティ検出手段３では、第１の
検出手段３ａが、レーザダイオード１に供給されるパル
ス電流のデューティおよびマーク率を検出するととも
に、第２の検出手段３ｂが、パルス電流のマーク率を検
出する。そして、算出手段３ｃが、第１の検出手段３ａ
が検出したデューティおよびマーク率から、第２の検出
手段３ｂが検出したマーク率を減算してパルス電流のデ
ューティを算出し、これを制御手段４に出力する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明に係るレーザダイオード駆動回路
の回路図である。図中、入力端子２１から入力信号が、
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２を介して、オペアンプ
から成るコンパレータ２３の非反転端子（＋）に入力す
る。コンパレータ２３の反転端子（−）にはレベル変換
器２８の出力が入力する。コンパレータ２３の正転出力
端子はトランジスタＱ１のベースに、コンパレータ２３
の反転出力端子はトランジスタＱ２のベースに接続され
る。トランジスタＱ１のコレクタにはレーザダイオード
ＬＤ１が接続され、トランジスタＱ１およびトランジス
タＱ２の各エミッタはトランジスタＱ６のコレクタに接
続される。トランジスタＱ１およびトランジスタＱ２は
差動対を構成する。

【００２０】トランジスタＱ６のベースにはＩｐ制御端
子２７が接続され、またエミッタには抵抗Ｒ４が接続さ
れる。また、トランジスタＱ１のコレクタには、コイル
Ｌ１を介してトランジスタＱ５のコレクタが接続され、
トランジスタＱ５のベースにはＩｂ制御端子２６が接続
され、またエミッタには抵抗Ｒ３が接続される。トラン
ジスタＱ２のコレクタには、抵抗Ｒ１およびコンデンサ
Ｃ１からなる第１の積分回路が接続される。なお、トラ
ンジスタＱ５およびトランジスタＱ６は定電流源として
働き、Ｉｂ制御端子２６およびＩｐ制御端子２７から各
ベースにそれぞれ入力する信号に応じて電流量が決ま
り、その決まった電流量が維持されるものである。

【００２１】さらに、入力端子２１から入力信号がトラ
ンジスタＱ３のベースにも入力される。トランジスタＱ
３と差動対を構成するトランジスタＱ４のベースには所
定電圧を供給する所定電圧供給装置２５が接続される。
トランジスタＱ３およびトランジスタＱ４の各エミッタ
はトランジスタＱ７のコレクタに接続される。トランジ
スタＱ７のベースにはＩｐ制御端子２７が接続され、ま
たエミッタには抵抗Ｒ５が接続される。トランジスタＱ
７は定電流源として働き、Ｉｐ制御端子２７からベース
に入力する信号に応じて電流量が決まり、その決まった
電流量が維持されるものである。

【００２２】トランジスタＱ３のコレクタには抵抗Ｒ６
が接続され、またトランジスタＱ４のコレクタには、可
変抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２からなる第２の積分回
路が接続される。

【００２３】また、オペアンプからなる減算器２４の非
反転端子（＋）にはトランジスタＱ２のコレクタが接続
され、減算器２４の反転端子（−）にはトランジスタＱ
４のコレクタが接続される。減算器２４の出力はレベル
変換器２８に入力される。

【００２４】以上のように構成されるレーザダイオード
駆動回路の作動を次に説明する。以下の説明では、入力
端子２１からデューティ１００％のパルス信号が入力し
ていることを前提とする。そして、コンパレータ２３内
における入力オフセット電圧が温度などの環境変化によ
り変動し、その結果、コンパレータ２３から出力される
信号のデューティが調整時の設定値からずれたとする。

【００２５】入力端子２１からの入力信号はローパスフ
ィルタ２２を経由してコンパレータ２３に入力するとと
もに、トランジスタＱ３にも入力する。ローパスフィル
タ２２は入力信号のパルスの立ち上がりおよび立ち下が
りを鈍らせて、コンパレータ２３で発生するデューティ
変動の可変幅を広げ、検出し易くするために用いられて
いる。

【００２６】コンパレータ２３では、レベル変換器２８
から出力される基準電圧信号（後に詳述）に基づいて内
部で入力オフセット電圧がつくられる。この入力オフセ
ット電圧に比較して入力信号の電圧が高くなると正転出
力端子から高レベル信号がトランジスタＱ１に出力さ
れ、トランジスタＱ１がオン状態となる。また、コンパ
レータ２３の反転出力端子から低レベル信号がトランジ
スタＱ２に出力され、トランジスタＱ２がオフ状態とな
る。

【００２７】一方、レーザダイオードＬＤ１には、トラ
ンジスタＱ５からコイルＬ１を介して所定の一定量のバ
イアス電流が供給されている。このバイアス電流によ
り、レーザダイオードＬＤ１は発光待機状態になってい
る。そうした発光待機状態にあるレーザダイオードＬＤ
１に対して、トランジスタＱ１がオンすることで、レー
ザダイオードＬＤ１には発光に十分な電流が供給され、
レーザダイオードＬＤ１は素早い発光を行う。

【００２８】また、コンパレータ２３で、入力オフセッ
ト電圧に比較して入力信号の電圧が低くなると正転出力
端子から低レベル信号がトランジスタＱ１に出力され、
トランジスタＱ１がオフ状態となる。また、コンパレー
タ２３の反転出力端子から高レベル信号がトランジスタ
Ｑ２に出力され、トランジスタＱ２がオン状態となる。

【００２９】したがって、トランジスタＱ２は入力信号
に応じてオン・オフを繰り返すが、そのオン・オフの繰
り返しが、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１からなる第１
の積分回路に加えられて、第１の積分回路に交流分が平
均化された平均電圧が形成される。この平均電圧は、コ
ンパレータ２３で発生するデューティ変動の変動成分を
含むとともに、当然、入力信号のマーク率の変動成分を
含んだ電圧となっている。すなわち、平均電圧Ｖｄｍは
下記式（１）で表される。

【００３０】 Ｖｄｍ＝（Ｉｐ１／２）×Ｒ１×ｍ×ｄ （１） ここで、Ｉｐ１はトランジスタＱ６のコレクタを流れる
パルス電流、Ｒ１は抵抗Ｒ１の抵抗値である。また、ｍ
は入力信号のマーク率変動成分であり、マーク率を１／
２で割った値である。ｄはコンパレータ２３で発生する
デューティ変動のデューティ変動成分であり、デューテ
ィを１００（％）で割った値である。

【００３１】式（１）から分かるように、平均電圧Ｖｄ
ｍは、マーク率またはデューティが上昇すると大きな値
となる。ところでまた、入力端子２１からの入力信号は
トランジスタＱ３にも入力する。トランジスタＱ４のベ
ースには所定電圧供給装置２５から所定電圧が供給され
ている。この所定電圧は、入力端子２１からの入力信号
の振幅の１／２の電圧に調整されている。したがって、
トランジスタＱ３に供給される入力信号がデューティ１
００％であり、しかもデューティを変動させるような素
子が途中にないので、差動対をなすトランジスタＱ３お
よびトランジスタＱ４の作動により、トランジスタＱ４
に流れるパルス電流のデューティは正確に１００％とな
る。そのため、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２からなる
第２の積分回路に現れる、交流分が平均化された平均電
圧にはマーク率変動成分のみが含まれ、デューティ変動
成分が含まれない。すなわち、この平均電圧Ｖｍは下記
式（２）で表される。

【００３２】 Ｖｍ＝（Ｉｐ２／２）×Ｒ２×ｍ （２） ここで、Ｉｐ２はトランジスタＱ７のコレクタを流れる
パルス電流、Ｒ２は抵抗Ｒ２の抵抗値である。また、ｍ
は入力信号のマーク率変動成分であり、マーク率を１／
２で割った値である。

【００３３】減算器２４は、平均電圧Ｖｍに対する平均
電圧Ｖｄｍの差を検出し、差に応じた出力電圧をレベル
変換器２８へ出力する。レベル変換器２８では、減算器
２４からの出力電圧が０Ｖのときコンパレータ２３から
の出力パルスのデューティが１００％となるような基準
電圧信号を出力する。すなわち、この基準電圧信号は、
レベル変換器２８への入力がないときに、入力端子２１
からの入力信号の振幅の１／２の電圧になるように調整
される。そして、レベル変換器２８は、減算器２４から
の出力電圧が０Ｖより小さくなると低下し、大きくなる
と上昇する基準電圧信号を発生する。

【００３４】これにより、例えば、コンパレータ２３内
における入力オフセット電圧が、予め設定された設定電
圧値から高レベル側に変動したとすると、コンパレータ
２３から出力されるパルスのデューティは１００％より
も小さくなり、式（１）におけるデューティ変動成分ｄ
（＝デューティ／１００）は減少する。そのため、減算
器２４の出力は減少し、レベル変換器２８から出力され
る基準電圧信号のレベルが低下する。したがって、コン
パレータ２３内における入力オフセット電圧が低レベル
側に補正されて、コンパレータ２３から出力されるパル
スのデューティ変動がなくなる。逆に、入力オフセット
電圧が低レベル側に変動したとすると、コンパレータ２
３からの出力パルスのデューティは１００％よりも大き
くなり、デューティ変動成分ｄは増加する。そのため、
減算器２４の出力は増加し、レベル変換器２８から出力
される基準電圧信号のレベルが上昇する。したがって、
入力オフセット電圧が高レベル側に補正されて、コンパ
レータ２３から出力されるパルスのデューティ変動がな
くなる。

【００３５】以上のように、減算器２４、レベル変換器
２８およびコンパレータ２３からなる帰還回路が、平均
電圧Ｖｄｍと平均電圧Ｖｍとの差がなくなるように作動
する。したがって、この帰還回路が作動することで、Ｖ
ｄｍ＝Ｖｍが成立する。すなわち、式（１）および式
（２）に従い、下記等式が成り立つ。

【００３６】 （１／２）×Ｉｐ１×Ｒ１×ｍ×ｄ＝（１／２）×Ｉｐ２×Ｒ２×ｍ 予め、Ｉｐ１＝Ｉｐ２に調整しておけば、この式は、次
のようになる。 ｄ＝Ｒ２／Ｒ１ （３） 式（３）から分かるように、コンパレータ２３から出力
されるパルスのデューティは、温度などの環境変化が起
きても一定に保持される他に、抵抗Ｒ１または抵抗Ｒ２
の抵抗値を変えることで任意の値に設定することも可能
となる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、パルス
電流のデューティを検出し、検出されたデューティに基
づき、パルス電流のデューティを制御するように構成し
た。これにより、パルス電流供給手段を構成するコンパ
レータ内の入力オフセット電圧が変動するために発生す
るパルス電流供給手段からのパルス電流のデューティの
変動が防止される。

【００３８】また、パルス電流のマーク率による影響を
除いたパルス電流のデューティのみを検出し、検出され
たデューティに基づき、パルス電流のデューティを制御
するので、パルス電流のマーク率が変動してもその影響
を受けることなくデューティ制御ができる。

【００３９】また、２つの積分回路の抵抗値を変えるこ
とで、パルス電流供給手段からのパルス電流のデューテ
ィを容易に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明に係るレーザダイオード駆動回路の回路
図である。

【図３】従来のレーザダイオード駆動回路の概要図であ
る。

【図４】しきい値が変化したときのデューティの変化の
様子を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード ２ パルス電流供給手段 ３ デューティ検出手段 ４ 制御手段 ３ａ 第１の検出手段 ３ｂ 第２の検出手段 ３ｃ 算出手段 ４ａ 帰還手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号に応じてレーザダイオードを発
   光させるレーザダイオード駆動回路において、 入力信号をパルス電流に変換し、前記パルス電流をレー
   ザダイオード（１）に供給するパルス電流供給手段
   （２）と、 前記パルス電流のデューティを検出するデューティ検出
   手段（３）と、 前記デューティ検出手段（３）で検出されたデューティ
   に基づき、前記パルス電流供給手段（２）から出力され
   るパルス電流のデューティを制御する制御手段（４）
   と、 を有することを特徴とするレーザダイオード駆動回路。
2. 【請求項２】 前記デューティ検出手段（３）は、前記
   パルス電流のデューティおよびマーク率を検出する第１
   の検出手段（３ａ）と、前記パルス電流のマーク率を検
   出する第２の検出手段（３ｂ）と、前記第１の検出手段
   （３ａ）が検出したデューティおよびマーク率から、前
   記第２の検出手段（３ｂ）が検出したマーク率を減算し
   て前記パルス電流のデューティを算出する算出手段（３
   ｃ）とからなることを特徴とする請求項１記載のレーザ
   ダイオード駆動回路。
3. 【請求項３】 前記第１の検出手段（３ａ）は、抵抗及
   びコンデンサからなる第１の積分回路を有し、前記第２
   の検出手段（３ｂ）は、抵抗及びコンデンサからなる第
   ２の積分回路を有し、前記デューティ検出手段（３）
   は、前記パルス電流のデューティを、前記第１の積分回
   路の抵抗と前記第２の積分回路の抵抗との比によって設
   定することを特徴とする請求項２記載のレーザダイオー
   ド駆動回路。
4. 【請求項４】 前記制御手段（４）は、前記パルス電流
   のデューティの変動を抑制するように作動する帰還手段
   （４ａ）を有することを特徴とする請求項１記載のレー
   ザダイオード駆動回路。