JPH11126935A - レーザーダイオード駆動回路 - Google Patents

レーザーダイオード駆動回路

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JPH11126935A
JPH11126935A JP29066697A JP29066697A JPH11126935A JP H11126935 A JPH11126935 A JP H11126935A JP 29066697 A JP29066697 A JP 29066697A JP 29066697 A JP29066697 A JP 29066697A JP H11126935 A JPH11126935 A JP H11126935A
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JP
Japan
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transistor
current
signal
circuit
laser diode
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JP29066697A
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Inventor
Makoto Nakamura
誠 中村
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低電圧で動作可能なレーザーダイオード駆動回
路を提供することを目的とする。 【解決手段】自動パワー制御回路(APC)8を有する
電流源と、電流制御により電気/光変換を行うレーザー
ダイオード(LD)1のカソードに直列に接続されLD
1を流れる電流を制御する第1のトランジスタ2及び上
記電流源に直列に接続された第2のトランジスタ5を有
するカレント・ミラー回路4とを有するレーザーダイオ
ード駆動回路において、第1のトランジスタ2のゲート
端子と第2のトランジスタ5のゲート端子を接続し、さ
らに第1のトランジスタ2のゲート端子とグランド間に
信号変調用スイッチ7を接続し、自動変調回路9によ
り、信号変調用スイッチ7をオン/オフ制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信方式におけ
るディジタル信号伝送の送信回路における、光信号を送
信するための発光素子であるレーザーダイオードに電流
を流し駆動するレーザーダイオード駆動回路に関するも
のである。
【0002】具体的には、光加入者伝送システム、SD
H(Synchronous Digital Hierarchy)、光インターコ
ネクション等の光ディジタル通信システムにおいて光伝
送の鍵となる光送信回路として適用されるものである。
【0003】
【従来の技術】ディジタル光伝送方式における光送信器
は、電気信号を光信号に変換するものである。電気信号
から光信号への変換には一般にレーザーダイオード(以
下LDと記す)が用いられ、LDに流す電流値に応じた
発光強度が得られる。光送信回路はこのLDを駆動する
電流値を制御し所望の発光強度を得るとともに、信号伝
送する信号変調を行うものである。
【0004】図8はLDを用いた光ディジタル信号送信
の原理図である。図に示すように、I0はLD駆動電
流、P0は光出力信号である。LDは流す電流に応じて
発光強度が変化する。ディジタル伝送においては、この
発光強度を一定とし、光のオン/オフによりそれぞれデ
ィジタル信号である“1”/“0”として光出力信号P
0を送信するものである。送信される変調信号はこのた
め図に示すように、電流信号を変調しLDによりそれに
応じた光出力信号P0を得る。さらに、この送信される
発光強度は一定でなければならない。発光強度が変動す
ると、受信回路において振幅変動となり利得制御回路の
追従遅れにより歪みの原因や、識別回路のしきい値から
のオフセットの原因となり、識別誤りを引き起こす。発
光強度を一定とするために一般に、APC(Auto-Power
Control)回路が用いられる。APC回路はLDの発光
強度をモニタ用PDにより検出し、電気信号に変換し負
帰還により強度変化を補償し安定した一定発光強度を得
るものである。
【0005】図9は従来のLD駆動回路の構成図で、
(a)は差動型、(b)はシングルエンド型の回路構成
を示した。1−1はレーザーダイオード(LD)、1−
3はモニタ・フォトディテクタ(PD)、3−1は信号
変調用トランジスタ、3−2はLD駆動電流設定用トラ
ンジスタ、1−8は自動パワー制御回路(APC)、1
−9は信号変調回路である。発光強度を決める電流値
は、LD駆動電流設定用トランジスタ3−2により制御
される。具体的にはLD駆動電流設定用トランジスタ3
−2のゲートあるいはベース電位を調整することにより
電流値を設定する。一方信号変調は、信号変調用トラン
ジスタ3−1によりLDの電流のフローのオン/オフを
制御することにより、ディジタル信号の“1”、“0”
信号の変調を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のディジタル光伝送用のLD駆動回路においては、電
源電圧として、LDの降下電圧が必要であるが、その他
に発光パワーを制御するLD駆動電流設定用トランジス
タ3−2とディジタル信号を重畳する信号変調用トラン
ジスタ3−1を駆動する電圧が必要である。このため電
源電圧を低くした場合、LDの降下電圧を除き、LD駆
動電流設定用トランジスタ3−2と信号変調用トランジ
スタ3−1を正常に動作させるためにトランジスタのし
きい値電圧すなわちVth電圧の2個分以上の電源電圧
が必要である。図10(a)に示すように、電源電圧を
下げてこの必要電圧より低くなった場合、トランジスタ
が正常に動作せず、例えばAPC1−8の精度が劣化
し、波形歪みの要因となるという問題を生じる。図10
(b)はトランジスタ(FET)のドレイン電流Id
ドレイン−ソース間電圧Vdsとの関係を示す特性図で
ある。図に示すように、Vdsが概ねVth以上ないと
ドレイン電流を流した場合、正常動作が得られる飽和領
域でなく線形領域となってしまい上記の問題が生じる。
すなわち、APC制御においてはゲート電位を負帰還に
よって安定化を行っているが、FETの線形領域ではゲ
ート電位の変化に対するドレイン電流の変化が大きく、
安定動作を得ることが困難となる。また、信号変調にお
いてもドレイン電流が不安定なため波形歪みを引き起こ
し伝送特性が劣化する。このため従来回路構成では低電
圧で安定した動作を得ることが困難という問題があっ
た。
【0007】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、低電圧で動作可能なLD駆動回路を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、自動パワー制御回路を有する電
流源と、電流制御により電気/光変換を行うレーザーダ
イオードのカソードに直列に接続され上記レーザーダイ
オードを流れる電流を制御する第1のトランジスタと、
上記電流源に直列に接続された第2のトランジスタと、
上記第1のトランジスタ及び上記第2のトランジスタに
より構成されるカレント・ミラー回路とを有するレーザ
ーダイオード駆動回路において、上記第1のトランジス
タのゲート端子と上記第2のトランジスタのゲート端子
を接続し、さらに上記第1のトランジスタのゲート端子
とグランド間に信号変調用スイッチを接続し、信号変調
回路により、上記信号変調用スイッチをオン/オフ制御
する。
【0009】また、上記第1のトランジスタにより制御
された上記レーザーダイオードの発光時間に対して、上
記発光時間の前後に、僅少の時間、電流を流すための信
号を発生するプリバイアス信号制御回路と、上記第1の
トランジスタのドレイン端子に接続された第3のトラン
ジスタと、上記第3のトランジスタのゲート端子に上記
プリバイアス信号制御回路の信号を印加しプリバイアス
電流を制御する構成とを設ける。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係わるLD駆動回
路の実施の形態を示す回路構成図である。図に示すよう
に、1はレーザーダイオード(LD)、2は第1のトラ
ンジスタ、3はモニタ・フォトディテクタ(PD)、4
はカレント・ミラー回路、5は第2のトランジスタ、6
は電流源用トランジスタ、7は信号変調用スイッチとし
てのトランジスタ、8は自動パワー制御回路(APC)
であり、電流源用トランジスタ6とAPC8により電流
源を構成している。なお、APC8はI/V変換器、フ
ィルタ、差動増幅器により構成されている。
【0011】図2は本発明に係るLD駆動回路の動作原
理説明図である。図に示すように、LD1に流れる電流
LDは、第1のトランジスタ2と第2のトランジスタ5
により構成されるカレントミラー回路4により
【0012】
【数1】
【0013】という関係が与えられる。ここで、Id
カレントミラー回路を流れる電流、WF ETxは第1のトラ
ンジスタ2のゲート幅、WFETyは第2のトランジスタ5
のゲート幅である。従ってこのカレントミラー回路4を
流れる電流Idを制御することにより、LD駆動電流I
LDを制御することができる。モニタPD3からの電流の
負帰還により決定される電圧レベルにより電流源を制御
し、カレントミラー回路4の電流値Idは決められる。
一方、変調信号はカレントミラー回路4の第1のトラン
ジスタ2のゲートに与えられる電位を信号変調用スイッ
チ7により変調する。これによりLD1を流れる電流
は、ディジタル信号のハイ・レベルはカレントミラー回
路4から与えられるゲート電位により決定され、ロー・
レベルは信号変調用スイッチ7により第1のトランジス
タ2のゲート電位がしきい値以下になるためLD駆動電
流ILDはゼロとなる。
【0014】図3は本発明の実施の形態の具体的な動作
説明図である。図に示すように、11はディジタル変調
信号Vm、12はAPC制御信号Vp、13はLD電流
制御信号Vg、14は光出力信号(Po)である。
【0015】光出力信号(Po)はLDを流れる電流に
より決まり、この電流はLD1と直列に接続した第1の
トランジスタ2のゲート電位によって決定される。従
来、変調信号制御と発光電力制御を二つの縦積みしたト
ランジスタで別々に行っていたのに対し、本発明におい
てはこの第1のトランジスタ2のゲート電位により変調
信号制御と発光電力制御を行う。図3に示すようにAP
C8により出力される制御信号Vpに対しカレントミラ
ー回路4でレベルシフトしたLD駆動電流のピーク値を
制御するゲート電位Vp−Vgd(ここでVgdは電流
源用トランジスタ6のゲート・ドレイン間電圧)を得
る。このVp−Vgdの直流電位を変調信号Vm11に
よりスイッチングすることにより、変調信号の重畳した
LD駆動電流制御電圧Vgを得る。これにより、トラン
ジスタ一つ分の電圧降下でLD電流を制御することが可
能となる。
【0016】上記回路構成によれば、電流制御と信号変
調を縦積みにしたトランジスタではなく、並列に接続し
たトランジスタにより構成することができる。図4に本
発明によるLD駆動回路を適用した時の、低電圧化の効
果を示した。LDの降下電圧を除き本発明によれば電気
回路の降下電圧を従来回路の1/2に低減することが可
能である。
【0017】図5は本発明に係るLD駆動回路のもう一
つの実施の形態を示す回路構成図である。図に示すよう
に、図1の構成回路に、プリバイアス信号制御回路10
A、第3のトランジスタとしてプリバイアス用トランジ
スタ10Bが追加されている。図6は図5に示す回路構
成図の具体的な動作説明図である。15は変調信号電流
do、16はプリバイス電流Idp、17はプリバイス信
号を重畳したLD駆動電流Id、18は光出力信号であ
る。
【0018】高速伝送時においてLDの抵抗値の切り替
わり速度により波形の立上り時間に遅延が生じ、この波
形劣化により受信器で符号誤りの要因となる。図7にL
Dの等価モデル(a)と、LDの抵抗(RLD)の大小に
よるバイアス電流依存特性(b)と、LDのオン抵抗に
よる波形劣化の模様(c)を示し、高速伝送時の問題点
を示した。この遅延時間を改善するためにプリバイアス
によりあらかじめLDに電流を流すことによりLDの抵
抗値の切り替わり速度を改善することができる。このプ
リバイアス用トランジスタ10Bを、LD電流を制御す
る第1のトランジスタ2と並列に接続することにより、
電圧降下を増やすことなく波形の改善が可能となる。
【0019】上述の通り、高速な光出力を得ようとした
場合、プリバイアスを行うことにより波形の立上りを改
善できる。すなわち、変調信号電流Idoを第1のトラン
ジスタ2に並列にプリバイアス用トランジスタ10Bを
接続した。プリバイス制御信号は、図5のプリバイアス
信号制御回路10Aに示す通り、送信データとその遅延
信号の論理和により生成され、図6に示す通り変調信号
を覆う範囲で、かつLDが発光しない範囲で僅かに電流
を流す。これにより波形の立上りを改善でき、高速伝送
において波形劣化を効果的に改善することができる。そ
れ故、プリバイアス信号制御回路10A、プリバイアス
用トランジスタ10Bを用いることにより、図1に示す
低電圧化の可能なLD駆動回路と併せ、更に回路の低電
圧化が可能となる。
【0020】以上のとおり、本発明に係るLD駆動回路
によれば、ディジタル光伝送用光送信器のLD駆動回路
において、LD駆動に必要なトランジスタの縦積みの個
数を減らすことができ、少なくともしきい値電圧1個分
の低電圧化が可能となるので、低電圧動作可能なLD駆
動回路を容易に実現できる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るLD駆
動回路においては、光伝送システムの光送信器のLD駆
動回路を低電源電圧で動作させることが可能となる。こ
れによりディジタル光伝送を行う光送信器において、L
D駆動回路の低電圧動作化が可能となり、さらに、構成
が容易かつ一般的なCMOSトランジスタによる実現が
可能なため、受信回路の小型、経済化に有効である。
【0022】また、プリバイアス信号制御回路及びプリ
バイアス用トランジスタにより、高速電送時のLD駆動
電流の波形を改善できるので、LD駆動回路の一層の低
電圧動作化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるLD駆動回路の実施の形態を示
す回路構成図である。
【図2】本発明に係るLD駆動回路の動作原理説明図で
ある。
【図3】本発明に係るLD駆動回路の具体的な動作説明
図である。
【図4】本発明によるLD駆動回路の低電圧化効果の説
明図である。
【図5】本発明に係るLD駆動回路のもう一つの実施の
形態を示す回路構成図である。
【図6】図5に示す回路構成図の具体的な動作説明図で
ある。
【図7】LDの等価モデルと高速伝送時の問題点の説明
図である。
【図8】レーザーダイオードを用いた光ディジタル信号
送信の原理図である。
【図9】従来のLD駆動回路の構成図である。
【図10】従来のLD駆動回路の問題点の説明図であ
る。
【符号の説明】
1…レーザーダイオード(LD) 2…第1のトランジスタ 3…モニタ・フォトディテクタ(PD) 4…カレント・ミラー回路 5…第2のトランジスタ 6…電流源用トランジスタ 7…信号変調用スイッチ 8…自動パワー制御回路(APC) 9…信号変調回路 10A…プリバイアス信号制御回路 10B…プリバイアス用トランジスタ 11…ディジタル変調信号 12…APC制御信号 13…LD電流制御信号 14…光発光出力信号 15…変調信号電流 16…プリバイス電流 17…プリバイス信号を重畳したLD駆動電流 18…光出力信号 1−1…レーザーダイオード(LD) 1−3…モニタ・フォトディテクタ(PD) 1−8…自動パワー制御回路(APC) 1−9…信号変調回路 3−1…信号変調用トランジスタ 3−2…LD駆動電流設定用トランジスタ I0…LD駆動電流 P0…光出力信号

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自動パワー制御回路を有する電流源と、電
    流制御により電気/光変換を行うレーザーダイオードの
    カソードに直列に接続され上記レーザーダイオードを流
    れる電流を制御する第1のトランジスタ及び上記電流源
    に直列に接続された第2のトランジスタを有するカレン
    ト・ミラー回路とを有するレーザーダイオード駆動回路
    において、上記第1のトランジスタのゲート端子と上記
    第2のトランジスタのゲート端子を接続し、さらに上記
    第1のトランジスタのゲート端子とグランド間に信号変
    調用スイッチを接続し、信号変調回路により、上記信号
    変調用スイッチをオン/オフ制御することを特徴とする
    レーザーダイオード駆動回路。
  2. 【請求項2】上記第1のトランジスタにより制御された
    上記レーザーダイオードの発光時間に対して、上記発光
    時間の前後に、僅少の時間、電流を流すための信号を発
    生するプリバイアス信号制御回路と、上記第1のトラン
    ジスタのドレイン端子に接続された第3のトランジスタ
    と、上記第3のトランジスタのゲート端子に上記プリバ
    イアス信号制御回路の信号を印加しプリバイアス電流を
    制御する構成とを有することを特徴とする請求項1に記
    載のレーザーダイオード駆動回路。
JP29066697A 1997-10-23 1997-10-23 レーザーダイオード駆動回路 Pending JPH11126935A (ja)

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