JPH1065239A - 半導体レーザ駆動装置 - Google Patents

半導体レーザ駆動装置

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JPH1065239A
JPH1065239A JP21855596A JP21855596A JPH1065239A JP H1065239 A JPH1065239 A JP H1065239A JP 21855596 A JP21855596 A JP 21855596A JP 21855596 A JP21855596 A JP 21855596A JP H1065239 A JPH1065239 A JP H1065239A
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JP21855596A
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Inventor
Hiroyuki Miyake
弘之 三宅
Chikao Ikeda
周穂 池田
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】実装状態におけるインダクタンス成分を小さく
抑えることにより、半導体レーザを一層高速に駆動する
ことのできる半導体レーザ駆動装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】半導体レーザ11と電流経路切換回路12
との間に、互いに並列接続された3組のボンディングワ
イヤ,リードからなる第1のインピーダンス回路16を
接続するとともに、電源電圧と電流経路切換回路12と
の間に、互いに並列接続された3組のボンディングワイ
ヤ,リードからなる第2のインピーダンス回路17を接
続して、駆動パルスLONに応じて、電流源13に流れ
る電流の経路を、半導体レーザ11を経由する第1の電
流経路と、半導体レーザ11を避けた第2の電流経路と
に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを高
速に駆動するのに好適な半導体レーザ駆動装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体レーザ駆動装置において、
半導体レーザを高速に駆動するために、半導体レーザを
駆動する駆動電流の立ち上がり速度や立ち下がり速度を
速めることが行なわれている。しかし、駆動電流の立ち
上がり速度や立ち下がり速度を速めると、半導体レーザ
チップ内の容量成分やインダクタンス成分が大きく影響
して駆動電流波形に大きなオーバーシュートやアンダー
シュートが発生し、これに伴いその駆動電流波形の先端
領域や後端領域に生じるリンギングも全体的に大きくな
り、このようなリンギングにより駆動電流波形が歪むた
め、高精度な光量のレーザ光を高速のスイッチングによ
り得るのが困難である。
【0003】そこで、駆動電流波形のリンギングを抑え
た半導体レーザ駆動装置が提案されている。図6は、従
来の、駆動電流波形のリンギングを抑えた半導体レーザ
駆動装置の回路を示す図である。図6に示す半導体レー
ザ11はプリント基板上に実装されており、その半導体
レーザ11のアノードに電源電圧(+12V)が印加さ
れる。半導体レーザ11のカソードと抵抗61の一端は
互いに接続されている。また半導体レーザ11のアノー
ドと抵抗61の他端に、互いに直列接続されたコンデン
サ62a,抵抗62bからなる第1のフィルタ回路62
と、互いに直列接続されたコンデンサ63a,抵抗63
bからなる第2のフィルタ回路63とが、それぞれ並列
に接続されている。
【0004】また、図6には電流経路切換回路12およ
び電流源13が示されており、これら電流経路切換回路
12および電流源13は半導体レーザ11を駆動するた
めの駆動回路パッケージ内のICチップ上に形成されて
いる。この駆動回路パッケージはプリント基板上に実装
されている。電流経路切換回路12は、駆動パルスLO
Nが入力されるバッファ12a,インバータ12bと、
それぞれの一端がバッファ12a,インバータ12bの
出力に接続された抵抗12c,12dと、抵抗12c,
12dの他端にベースが接続されるとともにエミッタど
うしが互いに接続されたトランジスタ12e,12fと
から構成されている。トランジスタ12eのコレクタ
は、第1,第2のフィルタ回路62,63および抵抗6
1の接続点に接続されている。トランジスタ12fのコ
レクタには抵抗64を経由して電源電圧が印加される。
【0005】一方、電流源13は、可変電圧V1 を出力
する電圧源13aと、正相端子に可変電圧V1 が入力さ
れるオペアンプ13bと、ベースがオペアンプ13bの
出力に接続されたトランジスタ13cと、一端がトラン
ジスタ13cのエミッタおよびオペアンプ13bの逆相
端子に接続され、他端がグラウンドに接続された抵抗1
3dとから構成されている。またトランジスタ13cの
コレクタは、電流経路回路12を構成するトランジスタ
12e,12fのエミッタに接続されている。トランジ
スタ13cには、電圧源13aから出力される可変電圧
1 を抵抗13dの値で割り算した値の電流が流れる。
【0006】ここで、電流経路切換回路12に、‘H’
レベルの駆動パルスLONが入力されると、トランジス
タ12eのベースには、バッファ12a,抵抗12cを
経由して‘H’レベルが入力されるため、トランジスタ
12eはオン状態になり、一方トランジスタ12fのベ
ースには、インバータ12b,抵抗12dを経由して
‘L’レベルが入力されるため、トランジスタ12fは
オフ状態になる。すると、トランジスタ12eを経由し
て半導体レーザ11に、電流源13で所定の電流値に制
御された駆動電流ILDが流れ、これにより半導体レーザ
11がこの駆動電流ILDに基づいた光量で発光する。
【0007】一方、電流経路切換回路12に入力される
駆動パルスLONが‘L’レベルにある場合は、トラン
ジスタ12eのベースは‘L’レベルにあるため、トラ
ンジスタ12eはオフ状態になり、一方トランジスタ1
2fのベースは‘H’レベルにあるため、トランジスタ
12fはオン状態になる。すると、トランジスタ12f
を経由して抵抗64に、電流源13で制御された、半導
体レーザ11に流れる駆動電流ILDと同一の電流が流れ
る。このように半導体レーザ11を発光させるか否かに
かかわれず常に電流を流すことにより、半導体レーザ1
1の点灯,消灯の切換え速度を高めている。
【0008】ここで、互いに直列接続された半導体レー
ザ11,抵抗61の両端に並列接続された第1,第2の
フィルタ回路62,63のパラメータが、駆動電流ILD
の波形のリンギングに見合って調整されており、これに
より半導体レーザ11を駆動する駆動電流ILDの波形の
リンギングが抑えられている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した半導
体レーザ駆動装置において、半導体レーザ11を一層高
速に駆動しようとすると、以下のような問題がある。上
述した半導体レーザ駆動装置では、駆動回路パッケージ
と半導体レーザ11との接続は、先ず駆動回路パッケー
ジ内のパッドとその駆動回路パッケージ内のリードの一
端とをボンディングワイヤで接続し、次にそのリードの
他端を、プリント基板上の、半導体レーザ11が実装さ
れた配線パターンにハンダ接続するものであるため、電
流経路切換回路12と半導体レーザ11との経路はボン
ディングワイヤとリードによるインダクタンス成分を有
する。同様にして、半導体レーザ11に流れる駆動電流
LDと同一の電流を流すための、電流経路切換回路12
と抵抗64との経路もボンディングワイヤとリードによ
るインダクタンス成分を有する。
【0010】図7は、図6に示す半導体レーザ駆動装置
の回路にボンディングワイヤとリードによるインダクタ
ンス成分を考慮して示した図である。図7に示すインダ
クタンス71,72は、ボンディングワイヤとリードに
よるものである。これらインダクタンス71,72は、
半導体レーザ11を駆動する駆動電流ILDの波形,抵抗
64に流れる電流の波形にリンギングを発生させるもの
であるため、半導体レーザ11をより高速に駆動する半
導体レーザ駆動装置を設計する上で無視できないパラメ
ータである。
【0011】また、電流経路切換回路12に、より高速
な駆動パルスLONを印加した場合、‘L’レベルから
‘H’レベルに変化した駆動パルスLONにより、トラ
ンジスタ12e,12fがそれぞれオン状態,オフ状態
になっても、インダクタンス72により抵抗64に電流
がしばらくの間流れるため、半導体レーザ11に駆動電
流ILDが流れない状態が発生したり、あるいは逆に
‘H’レベルから‘L’レベルに変化した駆動パルスL
ONによりトランジスタ12e,12fがそれぞれオフ
状態,オン状態になってもインダクタンス71により半
導体レーザ11に流れている駆動電流ILDをしばらくの
間遮断できない状態が発生したりする。従って、半導体
レーザ11を一層高速に駆動すると、電流経路切換回路
12で半導体レーザ11に流れる駆動電流ILDを切り換
えることができない場合が発生するという問題がある。
【0012】本発明は、上記事情に鑑み、実装状態にお
けるインダクタンス成分を小さく抑えることにより、半
導体レーザを一層高速に駆動することのできる半導体レ
ーザ駆動装置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】上記目的を達成する本発
明の半導体レーザ駆動装置は、電流源と、その電流源に
流れる電流の経路を、所定のデータ伝達経路を経由して
入力されるデータに応じて、半導体レーザを経由する第
1の電流経路と半導体レーザを避けた第2の電流経路と
に切り換える電流経路切換回路とを備えた半導体レーザ
駆動装置において、上記第1の電流経路および上記第2
の電流経路に、その第1の電流経路のインダクタンスお
よびその第2の電流経路のインダクタンスを上記データ
伝達経路のインダクタンスよりも低減化させるインダク
タンス低減化処理が施されてなることを特徴とする。
【0014】本発明の半導体レーザ駆動装置では、半導
体レーザを経由して電流が流れる第1の電流経路のイン
ダクタンス、および半導体レーザを避けて電流が流れる
第2の電流経路のインダクタンスを低減させるインダク
タンス低減化処理が施されているため、実装状態におけ
るインダクタンス成分が小さく抑えられ、半導体レーザ
を駆動する駆動電流の波形に発生するリンギングを小さ
く抑えることができる。従って半導体レーザを高速に駆
動することができ、かつ高精度な光量のレーザ光が得ら
れる。
【0015】ここで、本発明の半導体レーザ駆動装置
は、電流源と、その電流源に流れる電流の経路を、所定
のデータ伝達経路を経由して入力されるデータに応じ
て、半導体レーザを経由する第1の電流経路と半導体レ
ーザを避けた第2の電流経路とに切り換える電流経路切
換回路とが、内部回路と外部回路とを接続する複数のリ
ードを備えた1つのパッケージに封入され、それら複数
のリードのいずれかに、上記データ伝達経路、上記第1
の電流経路、および上記第2の電流経路それぞれが割り
当てられてなる半導体レーザ駆動装置において、上記第
1の電流経路および上記第2の電流経路に、上記データ
伝達経路に割り当てられたリードの本数よりも多い本数
の、内部でそれぞれ並列的にワイヤボンディングされた
リードが割り当てられてなるものであってもよい。
【0016】このように、本発明の半導体レーザ駆動装
置において、第1,第2の電流経路に、内部それぞれ並
列的にワイヤボンディングされた、データ伝達経路に割
り当てられたリードの本数よりも多い本数のリードを割
り当てると、新たな回路を追加することなく、実装によ
り半導体レーザを駆動する駆動電流の波形に発生するリ
ンギングを小さく抑えることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図1は、本発明の半導体レーザ駆動装置の第
1実施形態の回路を示す図、図2は、図1に示す半導体
レーザ駆動装置の実装状態の一部を示すレイアウト図で
ある。
【0018】尚、図6に示す半導体レーザ駆動装置の構
成要素と同一の構成要素には同一の番号を付して示す。
図1に示す電流経路切換回路12および電流源13は、
図2に示す駆動回路パッケージ21内のチップ22上に
形成されている。チップ22上には配線パターン23が
形成されている。
【0019】この配線パターン23に、図1に示す抵抗
14,15の一端が接続され、これら抵抗14,15の
他端に電流経路切換回路12を構成するトランジスタ1
2e,12fのコレクタが接続されている。また配線パ
ターン23には、3つのワイヤボンディング用のパッド
24が形成されている。これら3つのパッド24に、そ
れぞれ、3本のボンディングワイヤ25の一端が接続さ
れている。また3本のボンディングワイヤ25の他端
は、それぞれ、駆動回路パッケージ21に備えられた3
本のリード26の一端に接続されている。さらに3本の
リード26の他端は、それぞれ、プリント基板27上に
形成された配線パターン28の3つの突出部29にハン
ダ付けされている。この配線パターン28には、図1に
示す半導体レーザ11のカソードが接続されている。
【0020】図1に示す、互いに並列接続された3つの
インダクタンス16a,16b,16cからなる第1の
インピーダンス回路16は、図2に示す、互いに並列接
続された、3組のボンディングワイヤ25,リード26
から構成されている。同様にして、図1に示す、互いに
並列接続された3つのインダクタンス17a,17b,
17cからなる第2のインピーダンス回路17も、図示
しない、互いに並列接続された3組のボンディングワイ
ヤ,リードから構成されている。これらインピーダンス
回路16,17が有するインダクタンス値は2−7nH
程度であり、また抵抗値,キャパシタンス値は、それぞ
れ、数ミリオーム程度、1pF以下程度である。
【0021】このように構成された、図1に示す半導体
レーザ駆動装置に‘H’レベルの駆動パルスLONが入
力されると、電流経路切換回路12のトランジスタ12
e,12fがオン状態,オフ状態になり、これにより駆
動電流ILDの、電流源13に流れる経路が、第1のイン
ピーダンス回路16,抵抗14,トランジスタ12eか
らなる第1の電流経路に切り換えられ、半導体レーザ1
1が発光する。
【0022】一方、‘L’レベルの駆動パルスLONが
入力されると、電流経路切換回路12のトランジスタ1
2e,12fがオフ状態,オン状態になり、これにより
駆動電流ILDと同一の電流の、電流源13に流れる経路
が第2のインピーダンス回路17,抵抗15,トランジ
スタ12fからなる第2の電流経路に切り換えられ、そ
の第2の電流経路に、第1の電流経路に流れる駆動電流
LDと同一の電流が流れる。このように、第1,第2の
電流経路に同一の電流を流すことにより、半導体レーザ
11の点灯,消灯の切換え速度を高めている。
【0023】図3は、図1に示す、3組のボンディング
ワイヤ,リードを用いて半導体レーザと電流経路切換回
路が接続された半導体レーザ駆動装置における駆動電流
LDの波形Aと、1組のボンディングワイヤ,リードを
用いて半導体レーザと電流経路切換回路が接続された半
導体レーザ駆動装置における駆動電流ILDの波形Bとを
計算機シミュレーション結果によって重ねて示した図
(a)、およびその駆動パルスの波形を示した図(b)
である。
【0024】互いに並列接続された、3組のボンディン
グワイヤ,リードによるインダクタンス成分は、1組の
ボンディングワイヤ,リードによるインダクタンス成分
と比較し1/3に減少するため、図3(a)に示す,駆
動パルスLONによって駆動される3組のボンディング
ワイヤ,リードを用いた駆動電流ILDの波形Aの先端領
域,後端領域におけるリンギングは、1組のボンディン
グワイヤ,リードを用いた駆動電流ILDの波形Bの先端
領域,後端領域におけるリンギングよりも大幅に小さく
なっている。
【0025】一般にLCR回路の過渡現象においては、
以下に示す(1)式のような回路方程式が成立し、R2
<4L/Cの場合に振動が発生し、逆にR2 >4L/C
の場合には電流は対数的に減衰する。
【0026】
【数1】
【0027】一方、本実施形態を単純化すると、図4の
ような等価回路になる。図4は、図1に示す半導体レー
ザ駆動装置の等価回路を示す図である。図4には、電流
経路切換回路12により切り換えられる第1の電流経路
の有するコンデンサ41の値C1 ,インダクタンス42
の値L1,抵抗43の値R 1に流れる電流i1 と、第2の
電流経路の有するコンデンサ44の値C2 ,インダクタ
ンス45の値L2 ,抵抗46の値R2 に流れる電流i2
のいずれか一方の電流Iが電流源13に流れる状態が示
されている。
【0028】図4に示す等価回路では(2)式が成立す
る。
【0029】
【数2】
【0030】この式から電流Iの項を取り除くと(3)
式になる。
【0031】
【数3】
【0032】この式は(1)式と同等になる。そこで振
動の条件は(R1 +R2 )<4(L 1 +L2 )(1/C
1 +1/C2 )となるので振動を減少させるには(R1
+R 2 )を大きくするか、(L1 +L2 )ならびに(1
/C1 +1/C2 )を小さくすることが考えられる。し
かしながら(R1 +R2 )を大きくすることは時定数を
大きくすることになり、(1/C1 +1/C2 )を小さ
くすることも容量成分を大きくすることであり、やはり
時定数が大きくなる。そこで(L1 +L2 )を小さくす
ることが振動を減少させる残された制約条件となる。こ
こで、L1 のみまたはL2 のみを小さくしても効果は小
さく、従ってL1 とL2 をともに小さくするほうが振動
を減少させるという目的に対して効果は大きい。
【0033】半導体レーザを駆動するための駆動回路パ
ッケージでは入出力の数は多くないので、本実施形態で
は駆動回路パッケージのリードの本数より駆動回路パッ
ケージに実装されたICチップから外部に出ていくべき
配線数が少ないとの前提のもとに、n本のリードが使え
るとし、半導体レーザ側でa本、その半導体レーザ側を
避けた側でb本必要とする。この回路系でボンディング
ワイヤ,リード1組あたりのインダクタンスをLとする
と、トータルのインダクタンスは Ltotal =(L/a)+(L/b) であるから、a+b=nより、 Ltotal =L((1/a)+(1/(n−a))) と表わされ、a=bのときトータルのインダクタンスが
最小となる。
【0034】複数組のボンディングワイヤ,リードを使
って、半導体レーザ側の電流経路やその半導体レーザ側
を避けた側の電流経路の配線を行う場合、ボンディング
ワイヤ,リードの組が多ければ多いほど並列接続される
組が多くなるため、インダクタンスは小さくなるが、寄
生容量の増大(尚、市販されている半導体レーザの等価
容量は数+pFから数百pF)による時定数の増大とい
う問題が発生してくる。さらにリードの数が多くなると
パッケージサイズも大きくなってしまう。そのため本実
施形態では、駆動回路パッケージのサイズがその駆動回
路パッケージに実装されるICチップの規模に適合する
場合に有効であり、ICチップの入出力と、駆動回路パ
ッケージのリードとを1対1に対応させて余ったリード
を利用することに意味がある。
【0035】一般に、駆動回路パッケージのボンディン
グワイヤおよびリードに起因するインダクタンスは、リ
ードの位置により異なる。駆動回路パッケージ内のリー
ドの位置が異なる要因としては、駆動回路パッケージ
の、リードが接続されるパッドの配置が千鳥配置になっ
ていたり、駆動回路パッケージに実装されたICチップ
側のパッド間隔と、その駆動回路パッケージの、リード
が接続されるパッド間隔が互いに異なっていたりするこ
とが挙げられる。リードの位置が異なると、リードの長
さやワイヤボンディングの長さが異なることになり、従
ってインダクタンスが異なることになる。この場合、リ
ードの長さやボンディングワイヤが長いほどインダクタ
ンスは大きくなる。
【0036】第2の実施形態は、このような背景に鑑み
たもので、リードが接続されるボンディングパッドの配
置が千鳥配置になっている駆動回路パッケージに対し、
長いボンディングワイヤが接続されるリードを制御線な
どに用い、短いボンディングワイヤが接続されるリード
を半導体レーザを駆動する駆動電流の出力ラインに用い
ている。
【0037】図5は、本発明の半導体レーザ駆動装置の
第2の実施形態の実装状態の一部を示すレイアウト図で
ある。図5に示す、駆動回路パッケージ51に実装され
たICチップ50における、半導体レーザを駆動する駆
動電流の出力ラインの配線パターン50aは2つのパッ
ドに分岐され、2本のボンディングワイヤ52a,52
bおよびリード53a,53bを介してプリント基板5
4上の配線パターン54aに接続されている。この配線
パターン54aは半導体レーザチップへと接続されてい
る。その他の制御線は、ICチップ50上の配線パター
ン50c,50dからボンディングワイヤ52c,52
dおよびリード53c,53dを介してそれぞれプリン
ト基板54上の配線パターン54c,54dに接続され
ている。ここで、ICチップ50上では配線パターン5
0dは配線パターン50aと多層配線によりクロスオー
バーし、プリント基板54上では配線パターン54dは
ビアホール55を経由して他の層へ導かれている。
【0038】図5の例では、半導体レーザを駆動する駆
動電流の出力ラインに対して説明したが、電源電圧ライ
ンも同様に接続されることは言うまでもない。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザ駆動装置では、半導体レーザを経由して電流が流れ
る第1の電流経路のインダクタンス、および半導体レー
ザを避けて電流が流れる第2の電流経路のインダクタン
スを低減させるインダクタンス低減化処理が施されてい
るため、実装状態におけるインダクタンス成分が小さく
抑えられ、また半導体レーザを駆動する駆動電流の波形
に発生するリンギングを小さく抑えることができる。従
って半導体レーザを高速に駆動することができ、高精度
な光量のレーザ光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体レーザ駆動装置の第1実施形態
の回路を示す図である。
【図2】図1に示す半導体レーザ駆動装置の実装状態の
一部を示すレイアウト図である。
【図3】図1に示す、3組のボンディングワイヤ,リー
ドを用いて半導体レーザと電流経路切換回路が接続され
た半導体レーザ駆動装置における駆動電流ILDの波形A
と、1組のボンディングワイヤ,リードを用いて半導体
レーザと電流経路切換回路が接続された半導体レーザ駆
動装置における駆動電流ILDの波形Bとを計算機シミュ
レーション結果によって重ねて示した図(a)、および
その駆動パルスの波形を示した図(b)である。
【図4】図1に示す半導体レーザ駆動装置の等価回路を
示す図である。
【図5】本発明の半導体レーザ駆動装置の第2の実施形
態の実装状態の一部を示すレイアウト図である。
【図6】従来の、駆動電流波形のリンギングを抑えた半
導体レーザ駆動装置の回路を示す図である。
【図7】図6に示す半導体レーザ駆動装置の回路にボン
ディングワイヤとリードによるインダクタンス成分を考
慮して示した図である。
【符号の説明】
11 半導体レーザ 12 電流経路切換回路 12a バッファ 12b インバータ 12c,12d,13d,14,15 抵抗 12e,12f,13c トランジスタ 13 電流源 13a 電圧源 13b オペアンプ 16,17 インピーダンス回路 16a,16b,16c,17a,17b,17c
インダクタンス 21,51 駆動回路パッケージ 22,50 ICチップ 23,28,50a,50c,50d,54a,54
c,54d 配線パターン 24 パッド 25,52a,52b,52c,52d ボンディング
ワイヤ 26,53a,53b,53c,53d リード 27,54 プリント基板 29 突出部 55 ビアホール

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流源と、該電流源に流れる電流の経路
    を、所定のデータ伝達経路を経由して入力されるデータ
    に応じて、半導体レーザを経由する第1の電流経路と半
    導体レーザを避けた第2の電流経路とに切り換える電流
    経路切換回路とを備えた半導体レーザ駆動装置におい
    て、 前記第1の電流経路および前記第2の電流経路に、該第
    1の電流経路のインダクタンスおよび該第2の電流経路
    のインダクタンスを前記データ伝達経路のインダクタン
    スよりも低減化させるインダクタンス低減化処理が施さ
    れてなることを特徴とする半導体レーザ駆動装置。
  2. 【請求項2】 電流源と、該電流源に流れる電流の経路
    を、所定のデータ伝達経路を経由して入力されるデータ
    に応じて、半導体レーザを経由する第1の電流経路と半
    導体レーザを避けた第2の電流経路とに切り換える電流
    経路切換回路とが、内部回路と外部回路とを接続する複
    数のリードを備えた1つのパッケージに封入され、該複
    数のリードのいずれかに、前記データ伝達経路、前記第
    1の電流経路、および前記第2の電流経路それぞれが割
    り当てられてなる半導体レーザ駆動装置において、 前記第1の電流経路および前記第2の電流経路に、前記
    データ伝達経路に割り当てられたリードの本数よりも多
    い本数の、内部でそれぞれ並列的にワイヤボンディング
    されたリードが割り当てられてなることを特徴とする半
    導体レーザ駆動装置。
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