JPWO2007102236A1 - 光送信回路 - Google Patents

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佳壽子 西村
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Abstract

ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）のような低温時と高温時とで異なる温度特性を持った発光素子（１０）と、この発光素子（１０）を駆動するため、ソースが互いに結合されドレインが各々発光素子（１０）と電源に接続された差動のスイッチトランジスタ（Ｍ１，Ｍ２）と、バイアス電流を流すバイアス電流源（１１）と、変調電流を流す変調電流源（１２）と、発光素子（１０）の低温時と高温時との両方の温度特性を補償するようにバイアス電流源（１１）と変調電流源（１２）との電流を制御する温度補償電流源（２０）とを持つ光送信回路を用いる。

Description

本発明は、ＡＰＣ（Automatic Power Control）機能付きの光送信回路に関するものである。
近年、インターネットの普及に伴い、高速大容量データ通信への要求が高まっている。そのような中で、高速性に優れた光伝送システムが注目されており、開発が活発に行われるようになってきた。光伝送システムの中で用いられる光送信回路では、一般的にレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を発光素子として使用した駆動回路が用いられている。しかし、レーザダイオードや発光ダイオードは大きな温度依存性を持っており、高温になるほど、閾値電流が大きくなり、電流−光変換効率が小さくなるという課題がある。そのため、駆動回路から常に一定の電流を出力した場合には、温度によって変換後の光出力パワーが変化してしまい、特に高温時には、光出力パワーが小さくなってしまうという問題が生じる。更に、閾値電流以下の電流では発光しないため、バイアス電流（出力電流のＬレベル）がレーザダイオードの閾値電流を下回ると、デューティファクタが劣化してしまうという課題も発生する。
そこで従来は、常に一定の光出力パワーを出力し、通信特性を安定化するための施策として、サーミスタ等を用いて温度を判定し、予め設定したおいた温度に依存した電流値になるように、フィードフォワード制御をかける方法と、レーザダイオードの出力をＭＰＤ（モニタ用フォトダイオード）で監視し、ＭＰＤに流れる電流が常に一定になるようにフィードバック制御をかける方法との２種類の手法が用いられていた。低コスト化を目標とする場合には、ＭＰＤのコストを削減でき、フィードバック系回路を削除、大幅にチップ面積を小型化できる、フィードフォワード制御が一般的に使用される。
ある従来技術によれば、温度補償回路付きレーザダイオード駆動回路を、トランジスタの差動対で構成される電流駆動回路と、レーザダイオードにＤＣバイアス電流を流すバイアス回路と、バイアス回路に流れるバイアス電流を環境温度に応じて制御するバイアス電流温度補償回路と、レーザダイオードの駆動電流を環境温度に応じて制御する駆動電流温度補償回路と、減算回路とで構成し、内部のサーミスタ及びダイオードの温度特性を利用して、高温になるほどバイアス電流と駆動電流とを増加し、送信時の光出力パワーが常に一定に保持できるフィードフォワード構成としていた（特許文献１参照）。
特開平１０−２８４７９１号公報
しかし近年、垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）が製造されるようになり、レーザダイオード、発光ダイオードに代わりＶＣＳＥＬを使用した光伝送が実施されるようになってきた。ＶＣＳＥＬは、信頼性が高く、高速駆動、大規模アレイ化が可能で、かつ、大量生産ができるため低コスト化が可能な発光素子の１つである。ただし、ＶＣＳＥＬも大きな温度依存性を持っている。更にその温度特性は、レーザダイオードや発光ダイオードと異なり、ある閾値温度までは温度に対して光出力パワーが単調減少し、ある閾値温度を超えると温度に対して光出力パワーが単調増加するという、特有の振る舞いをする。
したがって、上記従来技術では、温度に対して出力電流が単調に増加する構成となっているので、レーザダイオード、発光ダイオード等の発光素子の温度特性は補償できるが、ＶＣＳＥＬ特有の温度特性は補償できない。
更に、今後、携帯電話機やＡＶ機器等の民生機器用途や車内ネットワーク等の車載機器用途に光伝送が使用されることを考えると、−４０〜８５℃といった、広い温度範囲での温度補償が必要不可欠であり、その場合には、ＶＣＳＥＬの特異な温度特性全体を補償することが必要になってくるものと考えられる。
本発明の目的は、ＶＣＳＥＬのような発光素子が持つ特異な温度特性を補償し、常に出力光パワーを一定に保つ光送信回路を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る光送信回路は、低温時と高温時とで異なる温度特性を持った発光素子と、この発光素子を駆動するためソースが互いに結合されドレインが各々発光素子と電源に接続された差動のスイッチトランジスタと、発光素子にバイアス電流を流すバイアス電流源と、発光素子に変調電流を流す変調電流源と、発光素子の低温時と高温時との両方の温度特性を補償するようにバイアス電流源と変調電流源との電流を制御する温度補償電流源とを備えた構成を採用したものである。
本発明によれば、ＶＣＳＥＬのように高温時と低温時とで異なる温度特性を持つ発光素子を使用する場合にも、全温度範囲で発光素子の温度特性を補償することが可能となり、結果、常に一定の光出力パワーでデータ伝送を行うことができるので、安定した光通信システムの構築が可能となる。
図１は、本発明に係る光送信回路の構成例を示す回路図である。 図２Ａは、温度をパラメータとした図１中の発光素子の光パワー対電流特性を示す図である。 図２Ｂは、図１中の発光素子の電流対温度特性を示す図である。 図３は、本発明に係る光送信回路の他の構成例を示す回路図である。 図４は、図１及び図３中の第１の温度補償電流源の構成例を示す回路図である。 図５は、図１及び図３中の第２の温度補償電流源の構成例を示す回路図である。 図６は、図４の構成の変形例を示す回路図である。 図７は、図５の構成の変形例を示す回路図である。 図８は、図４〜図７中の温度依存電圧源の構成例を示す回路図である。 図９は、図６及び図７中の温度依存電圧源の他の構成例を示す回路図である。 図１０は、図４の構成の他の変形例を示す回路図である。 図１１は、図４の構成の更に他の変形例を示す回路図である。 図１２は、図１及び図３中の第１の温度補償電流源の他の構成例を示す回路図である。 図１３は、図１２の構成の変形例を示す回路図である。 図１４は、図１２の構成の他の変形例を示す回路図である。 図１５は、図１中の温度補償電流源の構成例を示す回路図である。 図１６は、図１５の構成の変形例を示す回路図である。 図１７は、図１５の構成の他の変形例を示す回路図である。
符号の説明
１０ 発光素子（ＶＣＳＥＬ）
１１ バイアス電流源
１２ 変調電流源
２０ 温度補償電流源
２１ 第１の温度補償電流源
２２ 第２の温度補償電流源
２３ 定電流源
２４ 加減算回路
３０ 温度依存電圧源
３１ 定電流源
３２，３３ 抵抗
３４，３５ 可変抵抗
３６，３７ コンパレータ
４０ 温度依存電流源
４１ 抵抗
５０，７０ 演算増幅器
５１，７１ 抵抗
５２，７２ ダイオード
６０ 温度依存電流源
６１ 定電流源
６２ コンパレータ
８１，８２，８３ 定電流源
Ｍ１〜Ｍ６２ トランジスタ
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光送信回路の構成例を示している。また、図２Ａ及び図２Ｂは、図１中の発光素子１０の温度特性を示している。Ｔは温度、Ｐは光パワー、Ｉは電流をそれぞれ表す。
図１の光送信回路は、低温時と高温時とで異なる温度特性を持った発光素子（一例として、ＶＣＳＥＬ）１０と、この発光素子１０を駆動するため、ソースが互いに結合され、ドレインが各々発光素子１０と電源に接続され、各々のゲートに差動の入力信号ＩＮ１，ＩＮ２が入力される差動のスイッチトランジスタＭ１，Ｍ２と、発光素子１０にバイアス電流を流すように一方のスイッチトランジスタＭ１のドレインに接続されたバイアス電流源１１と、発光素子１０に変調電流を流すように差動のスイッチトランジスタＭ１，Ｍ２のソースに接続された変調電流源１２と、発光素子１０の低温時と高温時との両方の温度特性を補償するように、バイアス電流源１１と変調電流源１２との電流を制御する温度補償電流源２０とから構成される。
温度補償電流源２０は、発光素子１０の高温時と低温時との両方の温度特性を補償できる構成であれば１つの回路で構成しても、２つ以上の回路を組み合わせても、その他どのような構成をとっても構わないが、ここでは特に、発光素子１０の高温特性の補償を行うための第１の温度補償電流源２１と、発光素子１０の低温特性の補償を行うための第２の温度補償電流源２２とを設け、これらの２つの電流源２１，２２を組み合わせた構成を用いて説明する。
本光送信回路では、入力信号ＩＮ１がＬレベル、入力信号ＩＮ２がＨレベルの場合には、一方のスイッチトランジスタＭ１はオフ、他方のスイッチトランジスタＭ２はオンされるので、バイアス電流源１１で設定されたバイアス電流のみが発光素子１０に出力される。次に、入力信号ＩＮ１がＨレベル、入力信号ＩＮ２がＬレベルの場合には、一方のスイッチトランジスタＭ１はオン、他方のスイッチトランジスタＭ２はオフされるので、バイアス電流源１１で設定されたバイアス電流と、変調電流源１２で設定された変調電流とが加算されて発光素子１０に出力される。このように、差動のスイッチトランジスタＭ１，Ｍ２をオン、オフすることで、入力信号ＩＮ１，ＩＮ２に応じた電流が発光素子１０に出力される。発光素子１０では、入力された電流に依存して電流−光変換を行い、光出力を行う。
通信安定化のため、常に一定の光パワーを出力するには、バイアス電流及び変調電流を温度に依存して変更する必要がある。しかし、図２Ａに示すように、ＶＣＳＥＬの温度特性は、高温になるほど閾値が大きくなり、かつ変換効率（電流−光変換効率）が小さくなり、低温になった場合にも閾値が大きくなり、かつ変換効率（電流−光変換効率）が小さくなるという具合に、特異である。そこで、ＶＣＳＥＬを用いてかつ常に一定の光パワーを出力するためには、基準となる閾値温度を検出し、その閾値温度より高温の場合と低温の場合との両方の場合に電流を増加させる必要が生じる。
そこで、本発明では、図１に示したとおり、振る舞いの異なる高温特性と低温特性とに対して、別々に温度補償を行う構成としているので、ＶＣＳＥＬのような特異な温度特性に対しても補償することが可能となる。
具体的には、発光素子１０の高温特性の補償を行うために、温度が第１の閾値以下の場合には一定の電流のみを流し、第１の閾値を上回ると、高温になるほど電流を増加して流す、第１の温度補償電流源２１を設ける。また、発光素子１０の低温特性の補償を行うために、温度が第２の閾値以上の場合には一定の電流のみを流し、第２の閾値を下回ると、低温になるほど電流を増加して流す、第２の温度補償電流源２２を設ける。そして、第１の温度補償電流源２１の出力電流Ｉｏｕｔ１と、第２の温度補償電流源２２の出力電流Ｉｏｕｔ２とを加算して用いる。
本回路を用いることにより、特性の全く異なる高温領域と低温領域との両方の温度特性に合わせた電流出力が可能となるので、この電流を用いて、バイアス電流源１１及び変調電流源１２を制御することができ、結果、ＶＣＳＥＬのように、高温領域と低温領域との温度−電流特性の傾きが異なる発光素子１０の温度特性をも補償することが可能となる。特にＶＣＳＥＬによっては、高温領域と低温領域との温度−電流特性の傾きが全く異なるものもある。そのような場合にも、上記のように別々に制御を行うことができるので、各々の特性に、より精度良く合わせた制御が可能となる。
ここで、閾値温度は、発光素子１０の最も使用頻度の高い温度に合わせて設計されており、通常は常温付近に設定すればよい。本発明では、閾値温度の検出は、各々の発光素子１０の特性に合わせ、ダイオードや温度センサを内部に設けて回路内部で検出しても、サーミスタ等を使用して外部で検出しても構わない。低コスト化を目的とする場合には、内蔵のほうが望ましい。
また、本説明では、２つの温度補償電流源２１，２２を使用するものとしたが、発光素子１０の特性により、１つ又は３つ以上の電流源を使用しても構わない。他の電流源との加減算により、より精度の高い電流を生成してもよい。発光素子１０の補償を行える構成であれば、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の特性や、加減算方法も問わない。
また、発光素子１０の一例としてＶＣＳＥＬを示したが、高温時と低温時との特性の異なる発光素子であれば、どのような発光素子にも本発明は適用可能である。
図３は、本発明に係る光送信回路の他の構成例を示している。図３の光送信回路は、図１の基本構成と同じであり、温度補償電流源２０の構成のみが異なる。そこで、温度補償電流源２０の説明のみを行う。
図３中の温度補償電流源２０は、発光素子１０の高温特性の補償を行うように電流Ｉｏｕｔ１を出力する第１の温度補償電流源２１と、発光素子１０の低温特性の補償を行うように電流Ｉｏｕｔ２を出力する第２の温度補償電流源２２と、常に一定の基準電流Ｉｃを流す定電流源２３と、これら３つの電流Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２，Ｉｃの加減算を行う加減算回路２４とを備えた構成を持つ。
本発明では、発光素子１０の高温特性の補償を行うために、温度が第１の閾値以下の場合には電流を流さず、第１の閾値を上回ると、高温になるほど電流を増加して流す、第１の温度補償電流源２１を設ける。また、発光素子１０の低温特性の補償を行うために、温度が第２の閾値以上の場合には電流を流さず、第２の閾値を下回ると、低温になるほど電流を増加して流す第２の温度補償電流源２２を設ける。更に、常に定電流を供給する定電流源２３を設ける。そして、これら２つの温度補償電流源２１，２２の出力と定電流源２３の出力とを加算して用いることで、特性の全く異なる高温領域と低温領域との両方の温度特性に合わせた電流出力を可能としている。特にＶＣＳＥＬによっては、高温領域と低温領域との温度−電流特性の傾きが全く異なるものもある。そこで、上記のように別々に制御を行うことで、各々の特性をより精度良く制御することが可能となる。
より具体的に説明すると、高温時には、第１の温度補償電流源２１からの電流Ｉｏｕｔ１と定電流源２３からの電流Ｉｃとを加算し、高温になるほど発光素子１０に流れる電流を増加する。一方、低温時には、第２の温度補償電流源２２からの電流Ｉｏｕｔ２と定電流源２３からの電流Ｉｃとを加算し、低温になるほど発光素子１０に流れる電流を増加する。閾値温度時には、定電流源２３から安定した電流Ｉｃのみが出力される。
ここで、発光素子１０の補償を行える構成であれば、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の特性や、加減算方法は問わない。加減算回路２４は、アナログ演算してもよいし、論理演算してもよいし、またただ加算をするだけの機能でもよいし、所望の結果を得るための計算ができる構成であれば、どのような構成でも構わない。
また、本説明では、２つの温度補償電流源２１，２２を使用するものとしたが、発光素子１０の特性により、１つ又は３つ以上の温度補償電流源を使用しても構わない。また、１つの定電流源２３を使用するものとしたが、温度依存特性の精度を上げるために、２つ以上の定電流源を使用しても構わない。
基準温度の検出は、ダイオードや温度センサを内部に設け、回路内部で検出してもよいし、サーミスタ等を使用し外部で検出しても構わない。低コスト化を目的とする場合には、内蔵が望ましい。
以上のとおり、図３の構成をとることにより、常に流れる定常電流値を別途設定できるため、閾値温度近傍での出力電流が設定しやすく、安定した特性が実現できるとともに、図１の場合と同様、低温時、高温時各々の温度依存性を別々に設定できるため、精度の高い温度補償が可能となる。
図４は、図１及び図３中の第１の温度補償電流源２１の構成例を示している。図４の回路は、定電流源３１と、この定電流源３１に各々のソースが接続された差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２と、各々のドレイン及びゲートが差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４と、ゲートが一方の電流源トランジスタＭ１３のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタＭ１５とから構成される。
ここで、一方のスイッチトランジスタＭ１２のゲートには予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１（閾値温度に対応）が入力され、他方のスイッチトランジスタＭ１１のゲートには、温度依存電圧源３０より出力される温度に依存した電圧（例えば、高温になるほど増加する正の温度特性を持つ電圧）Ｖｉｎ１が入力される。ここで、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１以下の場合には、一方の電流源トランジスタＭ１３には電流が流れないので、電流出力トランジスタＭ１５のドレインからは、電流が出力されない。一方、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回った場合には、当該電流源トランジスタＭ１３に電圧Ｖｉｎ１に依存した電流が流れるので、カレントミラーした電流が、電流出力トランジスタＭ１５のドレインより出力される。またここで、電流の変化量はカレントミラーのミラー比を変えることで容易に設定可能となっている。以上の構成をとることで、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１（閾値温度に対応）以上の場合のみ温度に依存した電流Ｉｏｕｔ１が流れる構成を実現できる。
図５は、図１及び図３中の第２の温度補償電流源２２の構成例を示している。図５の回路は、定電流源３１と、この定電流源３１に各々のソースが接続された差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２と、各々のドレイン及びゲートが差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４と、ゲートが一方の電流源トランジスタＭ１４のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタＭ１６とから構成される。
ここで、一方のスイッチトランジスタＭ１２のゲートには予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ２（閾値温度に対応）が入力され、他方のスイッチトランジスタＭ１１のゲートには、温度依存電圧源３０より出力される温度に依存した電圧（例えば、高温になるほど増加する正の温度特性を持つ電圧）Ｖｉｎ１が入力される。ここで、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ２を上回った場合には、一方の電流源トランジスタＭ１４には電流が流れないので、電流出力トランジスタＭ１６のドレインからは、電流が出力されない。一方、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下の場合には、当該電流源トランジスタＭ１４に電圧Ｖｉｎ１に依存した電流が流れるので、カレントミラーした電流が、電流出力トランジスタＭ１６のドレインより出力される。またここで、電流の変化量はカレントミラーのミラー比を変えることで容易に設定可能となっている。以上の構成をとることで、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ２（閾値温度に対応）以下の場合のみ温度に依存した電流Ｉｏｕｔ２が流れる構成を実現できる。
図６は、図４の構成の変形例を示している。図６に示した第１の温度補償電流源２１では、温度依存電圧源３０より、高温になるほど減少する負の温度特性を持つ電圧Ｖｉｎ２が出力されるものとしている。
図７は、図５の構成の変形例を示している。図７に示した第２の温度補償電流源２２でも、図６の場合と同様に、温度依存電圧源３０より、高温になるほど減少する負の温度特性を持つ電圧Ｖｉｎ２が出力されるものとしている。
なお、図４〜図７では差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２がＮチャネル構成のものを用いて説明したが、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２にＰチャネル構成のものを用い、その他の回路も反転した回路構成としても構わない。
更に、図４〜図７の回路構成を基本に、複数の電流源を付加し、温度に依存した電流及び定電流を加減算し、絶対値を変更したり、温度依存性を変更する等、精度の高い温度補償を行える構成としても構わない。また、電流源回路部をカスコード構成としても構わない。
図８は、図４〜図７中の温度依存電圧源３０の構成例を示している。本回路は、温度に依存した電流Ｉｔｍｐを出力する温度依存電流源４０と、抵抗４１とを直列接続した構成とする。シンプルな構成で、電流Ｉｔｍｐに比例して温度に依存した電圧が、温度依存電流源４０と抵抗４１との接続部から電圧Ｖｉｎ１又はＶｉｎ２として出力される。なお、図８では、温度依存電流源４０を電源に接続したが、反転してグランドに接続した構成としても構わない。
図９は、図６及び図７中の温度依存電圧源３０の他の構成例を示している。本回路は、電流源トランジスタＭ２１と、バンドギャップリファレンス回路等の安定した電圧源から生成した基準電圧Ｖｒｅｆ３と電流源トランジスタＭ２１のソース電圧とを入力し、電流源トランジスタＭ２１のゲートに出力が接続された演算増幅器５０と、電流源トランジスタＭ２１のソースに一端が接続された抵抗５１と、この抵抗５１の他端とグランドとの間に接続されたダイオード５２とで構成する。ここで、高温時には両端の電圧が小さくなるという、ダイオード５２の特性により、ダイオード５２での電圧降下は小さくなる。ゆえに、ダイオード５２と抵抗５１との接続端から出力される電圧Ｖｉｎ２は、温度に依存し、高温になるほど小さな電圧が出力される。本構成では、図８の場合とは違って温度依存電流源４０を設ける必要がなく、ダイオード５２の温度特性を用いて、温度に依存した電圧Ｖｉｎ２の生成が可能となる。
なお、図８中の温度依存電流源４０として図９の構成を採用することも可能である。つまり、演算増幅器５０の入力にて電流源トランジスタＭ２１のソース電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３と常に等しくなる一方、高温時には両端の電圧が小さくなるダイオード５２の特性により、ダイオード５２での電圧降下は小さくなるので、抵抗５１にかかる電圧は大きくなる。その結果、抵抗５１に流れる電流Ｉｔｍｐは温度に依存し、高温になるほど大きくなる。このようにして図９中の電流源トランジスタＭ２１から抵抗５１へ供給される電流Ｉｔｍｐを、図８において利用するのである。
図１０は、図４の構成の他の変形例を示している。本回路は、基本的には図４の構成と同じであり、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のソースと定電流源３１との間にそれぞれ抵抗３２，３３を付加した構成としている。図５〜図７も同様に変形できる。本構成をとることにより、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の温度依存性（温度−電流係数）の特性カーブの傾きを緩やかにすることが可能となる。このため、抵抗３２，３３を挿入するという容易な方法で、所望の温度特性実現のための調整が可能となる。
図１１は、図４の構成の更に他の変形例を示している。本回路は、基本的には図１０の構成と同じであり、定常値を持つ抵抗３２，３３の代わりに、可変抵抗３４，３５を使用し、温度に依存して、抵抗値を制御し、温度依存性（温度−電流係数）の特性カーブを変更する構成としている。ここで、可変抵抗３４，３５は、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１によって制御しても構わないし、その他温度に依存して出力される信号で制御しても構わないし、温度に依存して出力される信号と予め設定した基準値とコンパレータとを用いて、ある範囲の値をとった場合にのみ制御しても構わない。また制御は１段階、２段階以上と特性に合わせて行えばよい。本構成をとることにより、発光素子１０の温度に合った、より精度の高い特性の実現が可能となる。
図１２は、図１及び図３中の第１の温度補償電流源２１の他の構成例を示している。本構成は、温度に依存した電流を出力する温度依存電流源６０と、ドレイン及びゲートが温度依存電流源６０に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタＭ３１と、カレントミラートランジスタＭ３１のドレインと電源との間に接続された定電流源６１とを有している。温度依存電流源６０は、図９の温度依存電圧源３０と同様に、電流源トランジスタＭ４１と、演算増幅器７０と、抵抗７１と、ダイオード７２とで構成される。抵抗７１に流れる電流Ｉｔｍｐは温度に依存し、高温になるほど大きくなる。つまり、電流Ｉｔｍｐは正の温度特性を持つ。
本構成では、温度が低く、温度依存電流源６０に流れる電流Ｉｔｍｐが、定電流源６１に流れる電流Ｉｃｔよりも小さい場合には、カレントミラートランジスタＭ３１には電流が流れない。一方、温度が高くなり、温度依存電流源６０に流れる電流Ｉｔｍｐが、定電流源６１に流れる電流Ｉｃｔよりも大きくなった場合には、カレントミラートランジスタＭ３１に電流Ｉｍが流れ、カレントミラートランジスタＭ３１のドレインより温度に依存した電圧Ｖ１が出力される。なお、この電圧Ｖ１をもとに、ゲートがカレントミラートランジスタＭ３１のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタのドレインから電流を出力すればよい。
本構成をとることにより、少ない構成要素で、定電流源６１に流れる電流を基準として温度に依存した電流出力が実現できる。また特に、電流自体の減算で設定できるので、所望の電流値の設定が容易である。
図１３は、図１２の構成の変形例を示している。本構成は、温度に依存した電流を出力する温度依存電流源６０と、ドレイン及びゲートが温度依存電流源６０に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタＭ３１と、ドレインがカレントミラートランジスタＭ３１のドレインに接続され、ソースが電源に接続されたキラートランジスタＭ３２と、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ４と温度に依存した電圧Ｖｉｎ３とを入力し、キラートランジスタＭ３２のゲートに出力が接続されたコンパレータ６２とを有している。
本構成では、コンパレータ６２で電圧Ｖｉｎ３と基準電圧Ｖｒｅｆ４との比較を行い、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４よりも大きい場合には、キラートランジスタＭ３２のゲート電圧Ｖｇを制御して当該キラートランジスタＭ３２をオンし、カレントミラートランジスタＭ３１のゲートを電源と短絡し、電流を流れなくする。一方、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４がよりも小さくなった場合には、キラートランジスタＭ３２をオフすることで、カレントミラートランジスタＭ３１のドレインより温度に依存した電圧Ｖ２が出力される。なお、この電圧Ｖ２をもとに、ゲートがカレントミラートランジスタＭ３１のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタのドレインから電流を出力すればよい。
本構成をとることにより、図１２と同様の少ない構成要素で、基準電圧Ｖｒｅｆ４をもとに、温度に依存した電流出力が実現できる。
図１４は、図１２の構成の他の変形例を示している。本構成は、温度に依存した電流を出力する温度依存電流源６０と、ドレイン及びゲートが温度依存電流源６０に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタＭ３１と、ドレインがカレントミラートランジスタＭ３１のドレインに接続されたスイッチトランジスタＭ３３と、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ４と温度に依存した電圧Ｖｉｎ３とを入力し、スイッチトランジスタＭ３３のゲートに出力が接続されたコンパレータ６２とを有している。
本構成では、コンパレータ６２で電圧Ｖｉｎ３と基準電圧Ｖｒｅｆ４との比較を行い、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４がよりも大きい場合には、スイッチトランジスタＭ３３のゲート電圧Ｖｇを制御して当該スイッチトランジスタＭ３３をオフすることで、カレントミラートランジスタＭ３１のゲートをオープンとし、このカレントミラートランジスタＭ３１に電流を流さない。一方、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４がよりも小さくなった場合には、スイッチトランジスタＭ３３をオンし、カレントミラートランジスタＭ３１のゲートを温度に依存した電圧Ｖ３の出力に接続する。なお、この電圧Ｖ３をもとに、ゲートがスイッチトランジスタＭ３３のソースに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタのドレインから電流を出力すればよい。
本構成をとることにより、図１２と同様の少ない構成要素で、基準電圧Ｖｒｅｆ４をもとに、温度に依存した電流出力が実現できる。
ここで、図１３及び図１４の構成では、温度依存電流源６０が正の温度特性を持ち、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４よりも大きい場合には、キラートランジスタＭ３２をオンする、又はスイッチトランジスタＭ３３をオフするものと説明した。ただし、温度依存電流源６０が負の温度特性を持つ場合には、キラートランジスタＭ３２をオフする、スイッチトランジスタＭ３３をオンするといったように、コンパレータ６２の出力信号を反転すればよい。これにより、第２の温度補償電流源２２を構成することも可能である。
以上説明した第１及び第２の温度補償電流源２１，２２を任意に組み合わせ使用することで、発光素子１０の閾値温度時、高温時、低温時の全ての温度特性をフィードフォワード制御することが可能となる。以下、図１中の温度補償電流源２０の更なる具体例について説明する。
図１５は、図１中の温度補償電流源２０の構成例を示している。図１５の温度補償電流源２０は、電流源３１と、この電流源３１に各々のソースが接続された差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２と、各々のドレイン及びゲートが差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４と、ゲートが一方の電流源トランジスタＭ１３のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１の電流出力トランジスタＭ１５と、ゲートが他方の電流源トランジスタＭ１４のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２の電流出力トランジスタＭ１６と、ドレインが第１の電流出力トランジスタＭ１５のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１のキラートランジスタＭ５１と、ドレインが第２の電流出力トランジスタＭ１６のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２のキラートランジスタＭ５２と、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１と温度に依存した電圧Ｖｉｎ１とを入力し、第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２のゲートに差動信号ＳＷ，ＳＷＢを出力するコンパレータ３６とを有する。
本構成では、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の一方のゲートには基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、他方のゲートには温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が入力される。そのため、一方の電流源トランジスタＭ１３には、Ｖｉｎ１が基準電圧（閾値温度に対応）Ｖｒｅｆ１以下では電流が流れず、基準電圧Ｖｒｅｆ１以上になると、温度が高くなるほど増加した電流が流れる。他方の電流源トランジスタＭ１４には、基準電圧（閾値温度に対応）Ｖｒｅｆ１以上では電流が流れず、基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になると、温度が低くなるほど増加した電流が流れる。そして、この構成に第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２を付加することで、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回った場合には、第１のキラートランジスタＭ５１をオフし、第２のキラートランジスタＭ５２をオンし、一方の電流源トランジスタＭ１３に流れる電流がカレントミラーされ、第１の電流出力トランジスタＭ１５のドレインから電流Ｉｏｕｔ１が出力される。一方、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った場合には、第１のキラートランジスタＭ５１をオンし、第２のキラートランジスタＭ５２をオフし、他方の電流源トランジスタＭ１４に流れる電流がカレントミラーされ、第２の電流出力トランジスタＭ１６のドレインから電流Ｉｏｕｔ２が出力される。そして、第１及び第２の電流出力トランジスタＭ１５，Ｍ１６に流れる電流Ｉｏｕｔ１及びＩｏｕｔ２を加算することにより、高温時も低温時もともに、温度に依存した電流Ｉｏｕｔが出力される。
図１６は、図１５の構成の変形例を示している。本構成では、図１５の第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２の代わりに、第１及び第２のスイッチトランジスタＭ６１，Ｍ６２を付加した構成とする。基本動作は図１５と同様なので、ここではスイッチトランジスタＭ６１，Ｍ６２の説明のみ行う。
図１６の温度補償電流源２０は、ドレインが一方の電流源トランジスタＭ１３のゲートに接続され、ソースが第１の電流出力トランジスタＭ１５のゲートに接続された第１のスイッチトランジスタＭ６１と、ドレインが他方の電流源トランジスタＭ１４のゲートに接続され、ソースが第２の電流出力トランジスタＭ１６のゲートに接続された第２のスイッチトランジスタＭ６２とを有する。コンパレータ３７は、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１と温度に依存した電圧Ｖｉｎ１とを入力し、第１及び第２のスイッチトランジスタＭ６１，Ｍ６２のゲートに差動信号ＳＷ２，ＳＷ２Ｂを出力する。
本構成では、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回った場合には、第１のスイッチトランジスタＭ６１をオンし、第２のスイッチトランジスタＭ６２をオフし、一方の電流源トランジスタＭ１３に流れる電流がカレントミラーされ、第１の電流出力トランジスタＭ１５のドレインから電流Ｉｏｕｔ１が出力される。温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った場合には、第１のスイッチトランジスタＭ６１をオフし、第２のスイッチトランジスタＭ６２をオンし、他方の電流源トランジスタＭ１４に流れる電流がカレントミラーされ、第２の電流出力トランジスタＭ１６のドレインから電流Ｉｏｕｔ２が出力される。そして、第１及び第２の電流出力トランジスタＭ１５，Ｍ１６に流れる電流Ｉｏｕｔ１及びＩｏｕｔ２を加算することにより、高温時も低温時もともに、温度に依存した電流Ｉｏｕｔが出力される。
以上説明してきた図１５及び図１６の構成では、１つの基準電圧Ｖｒｅｆ１を用いて発光素子１０の高温時と低温時との両方の特性を補償できるので、回路構成の簡易性、チップ面積の小型化等の優位性がある。
なお、コンパレータ３６，３７の切り変わり目の誤動作をなくすため、コンパレータ３６，３７はヒステリシスコンパレータを使用するとよい。
更に、図１５及び図１６の構成において、１つ又は複数の定電流源２３を付加し、定電流を加減算することにより、より高精度に所望の特性に補正を行える。ここで、定電流源２３は、電流出力トランジスタＭ１５のドレインに接続し、全体に対して一定の電流を加減算してもよいし、電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４のドレインに接続し、第１の温度補償電流源２１、第２の温度補償電流源２２の各々又は両方に対して加減算を行ってもよいし、より高精度に電流特性を実現できる構成であれば、どのような構成をとっても構わない。
図１７は、図１５の構成の他の変形例を示している。本構成では、図１５の第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２の代わりに２つの定電流源８１，８２を付加し、かつ図３の定電流源２３に対応する１つの定電流源８３を付加した構成とする。基本動作は図１５と同様なので、ここでは定電流源８１，８２，８３の説明のみ行う。なお、第１及び第２のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２に接続された定電流源３１を第１の定電流源と呼び、図１７にて付加された３つの定電流源８１，８２，８３を第２、第３及び第４の定電流源と呼ぶ。
図１７の温度補償電流源２０は、第１の電流出力トランジスタＭ１５のゲートと電源との間に接続された第２の定電流源８１と、第２の電流出力トランジスタＭ１６のゲートと電源との間に接続された第３の定電流源８２と、電源に接続された第４の定電流源８３とを有する。
本構成では、第１のスイッチトランジスタＭ１１に流れる電流が第２の定電流源８１に流れる電流Ｉ１よりも大きくなった場合には、温度に依存した電流が第１の電流出力トランジスタＭ１５のドレインから電流Ｉｏｕｔ１として出力される。第２のスイッチトランジスタＭ１２に流れる電流が第３の定電流源８２に流れる電流Ｉ２よりも大きくなった場合には、温度に依存した電流が第２の電流出力トランジスタＭ１６のドレインから電流Ｉｏｕｔ２として出力される。そして、第１及び第２の電流出力トランジスタＭ１５，Ｍ１６に流れる電流Ｉｏｕｔ１及びＩｏｕｔ２に、第４の定電流源８３に流れる電流Ｉｃを常温時の電流として加算することにより、常温時も高温時も低温時もともに、温度に依存した所望の電流Ｉｏｕｔが出力される。
ここで、第２及び第３の定電流源８１，８２の電流値Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ第１の定電流源３１の電流値の２分の１に設定することで、正確な閾値を境に、高温時と低温時との特性を切り替えることが可能となる。特にこの場合は電流精度が求められるので、電流の受け渡しは全てカスコード構成とすることが望ましい。
以上説明してきた図１７の構成では、コンパレータ具備の必要もなく、１つの基準電圧Ｖｒｅｆ１を用いて発光素子１０の高温時と低温時との両方の特性を補償できるので、回路構成の簡易性、チップ面積の小型化等の優位性がある。
ここで、電流の変化量はカレントミラーのミラー比を変えることで、高温時、低温時別々に容易に設定可能である。
更に、図１７の構成において、定電流源８１，８２，８３は各々１つずつで説明を行ったが、各々の箇所に複数の定電流源を設け、それらの定電流を加減算することにより、より高精度に所望の特性に補正を行ってもよい。より高精度に電流特性を実現できる構成であれば、どのような構成をとっても構わない。
なお、図１５〜図１７では差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２がＮチャネル構成のものを用いて説明したが、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２にＰチャネル構成のものを用い、その他の回路も反転した回路構成としても構わない。
また、図１５〜図１７の回路では、図１０又は図１１の構成と同様、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の温度依存性（温度−電流係数）の特性カーブの傾きを変更するために、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のソースと定電流源３１との間にそれぞれ抵抗３２，３３又は可変抵抗３４，３５を付加した構成としても構わない。
更に、図１５〜図１７の回路構成を基本に、複数の電流源を付加し、温度に依存した電流及び定電流を加減算し、絶対値を変更したり、温度依存性を変更する等、精度の高い温度補償を行える構成としても構わない。また、電流源回路部をカスコード構成としても構わない。
 産業上の利用の可能性
以上説明してきたとおり、本発明に係る光送信回路は、ＶＣＳＥＬのように高温時と低温時とで異なる温度特性を持つ発光素子にも適用できる温度補償機能を有し、光通信用装置一般に利用できる。
本発明は、ＡＰＣ（Automatic Power Control）機能付きの光送信回路に関するものである。
近年、インターネットの普及に伴い、高速大容量データ通信への要求が高まっている。そのような中で、高速性に優れた光伝送システムが注目されており、開発が活発に行われるようになってきた。光伝送システムの中で用いられる光送信回路では、一般的にレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を発光素子として使用した駆動回路が用いられている。しかし、レーザダイオードや発光ダイオードは大きな温度依存性を持っており、高温になるほど、閾値電流が大きくなり、電流−光変換効率が小さくなるという課題がある。そのため、駆動回路から常に一定の電流を出力した場合には、温度によって変換後の光出力パワーが変化してしまい、特に高温時には、光出力パワーが小さくなってしまうという問題が生じる。更に、閾値電流以下の電流では発光しないため、バイアス電流（出力電流のＬレベル）がレーザダイオードの閾値電流を下回ると、デューティファクタが劣化してしまうという課題も発生する。
そこで従来は、常に一定の光出力パワーを出力し、通信特性を安定化するための施策として、サーミスタ等を用いて温度を判定し、予め設定したおいた温度に依存した電流値になるように、フィードフォワード制御をかける方法と、レーザダイオードの出力をＭＰＤ（モニタ用フォトダイオード）で監視し、ＭＰＤに流れる電流が常に一定になるようにフィードバック制御をかける方法との２種類の手法が用いられていた。低コスト化を目標とする場合には、ＭＰＤのコストを削減でき、フィードバック系回路を削除、大幅にチップ面積を小型化できる、フィードフォワード制御が一般的に使用される。
ある従来技術によれば、温度補償回路付きレーザダイオード駆動回路を、トランジスタの差動対で構成される電流駆動回路と、レーザダイオードにＤＣバイアス電流を流すバイアス回路と、バイアス回路に流れるバイアス電流を環境温度に応じて制御するバイアス電流温度補償回路と、レーザダイオードの駆動電流を環境温度に応じて制御する駆動電流温度補償回路と、減算回路とで構成し、内部のサーミスタ及びダイオードの温度特性を利用して、高温になるほどバイアス電流と駆動電流とを増加し、送信時の光出力パワーが常に一定に保持できるフィードフォワード構成としていた（特許文献１参照）。
特開平１０−２８４７９１号公報
しかし近年、垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）が製造されるようになり、レーザダイオード、発光ダイオードに代わりＶＣＳＥＬを使用した光伝送が実施されるようになってきた。ＶＣＳＥＬは、信頼性が高く、高速駆動、大規模アレイ化が可能で、かつ、大量生産ができるため低コスト化が可能な発光素子の１つである。ただし、ＶＣＳＥＬも大きな温度依存性を持っている。更にその温度特性は、レーザダイオードや発光ダイオードと異なり、ある閾値温度までは温度に対して光出力パワーが単調減少し、ある閾値温度を超えると温度に対して光出力パワーが単調増加するという、特有の振る舞いをする。
したがって、上記従来技術では、温度に対して出力電流が単調に増加する構成となっているので、レーザダイオード、発光ダイオード等の発光素子の温度特性は補償できるが、ＶＣＳＥＬ特有の温度特性は補償できない。
更に、今後、携帯電話機やＡＶ機器等の民生機器用途や車内ネットワーク等の車載機器用途に光伝送が使用されることを考えると、−４０〜８５℃といった、広い温度範囲での温度補償が必要不可欠であり、その場合には、ＶＣＳＥＬの特異な温度特性全体を補償することが必要になってくるものと考えられる。
本発明の目的は、ＶＣＳＥＬのような発光素子が持つ特異な温度特性を補償し、常に出力光パワーを一定に保つ光送信回路を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る光送信回路は、低温時と高温時とで異なる温度特性を持った発光素子と、この発光素子を駆動するためソースが互いに結合されドレインが各々発光素子と電源に接続された差動のスイッチトランジスタと、発光素子にバイアス電流を流すバイアス電流源と、発光素子に変調電流を流す変調電流源と、発光素子の低温時と高温時との両方の温度特性を補償するようにバイアス電流源と変調電流源との電流を制御する温度補償電流源とを備えた構成を採用したものである。
本発明によれば、ＶＣＳＥＬのように高温時と低温時とで異なる温度特性を持つ発光素子を使用する場合にも、全温度範囲で発光素子の温度特性を補償することが可能となり、結果、常に一定の光出力パワーでデータ伝送を行うことができるので、安定した光通信システムの構築が可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る光送信回路の構成例を示している。また、図２Ａ及び図２Ｂは、図１中の発光素子１０の温度特性を示している。Ｔは温度、Ｐは光パワー、Ｉは電流をそれぞれ表す。
図１の光送信回路は、低温時と高温時とで異なる温度特性を持った発光素子（一例として、ＶＣＳＥＬ）１０と、この発光素子１０を駆動するため、ソースが互いに結合され、ドレインが各々発光素子１０と電源に接続され、各々のゲートに差動の入力信号ＩＮ１，ＩＮ２が入力される差動のスイッチトランジスタＭ１，Ｍ２と、発光素子１０にバイアス電流を流すように一方のスイッチトランジスタＭ１のドレインに接続されたバイアス電流源１１と、発光素子１０に変調電流を流すように差動のスイッチトランジスタＭ１，Ｍ２のソースに接続された変調電流源１２と、発光素子１０の低温時と高温時との両方の温度特性を補償するように、バイアス電流源１１と変調電流源１２との電流を制御する温度補償電流源２０とから構成される。
温度補償電流源２０は、発光素子１０の高温時と低温時との両方の温度特性を補償できる構成であれば１つの回路で構成しても、２つ以上の回路を組み合わせても、その他どのような構成をとっても構わないが、ここでは特に、発光素子１０の高温特性の補償を行うための第１の温度補償電流源２１と、発光素子１０の低温特性の補償を行うための第２の温度補償電流源２２とを設け、これらの２つの電流源２１，２２を組み合わせた構成を用いて説明する。
本光送信回路では、入力信号ＩＮ１がＬレベル、入力信号ＩＮ２がＨレベルの場合には、一方のスイッチトランジスタＭ１はオフ、他方のスイッチトランジスタＭ２はオンされるので、バイアス電流源１１で設定されたバイアス電流のみが発光素子１０に出力される。次に、入力信号ＩＮ１がＨレベル、入力信号ＩＮ２がＬレベルの場合には、一方のスイッチトランジスタＭ１はオン、他方のスイッチトランジスタＭ２はオフされるので、バイアス電流源１１で設定されたバイアス電流と、変調電流源１２で設定された変調電流とが加算されて発光素子１０に出力される。このように、差動のスイッチトランジスタＭ１，Ｍ２をオン、オフすることで、入力信号ＩＮ１，ＩＮ２に応じた電流が発光素子１０に出力される。発光素子１０では、入力された電流に依存して電流−光変換を行い、光出力を行う。
通信安定化のため、常に一定の光パワーを出力するには、バイアス電流及び変調電流を温度に依存して変更する必要がある。しかし、図２Ａに示すように、ＶＣＳＥＬの温度特性は、高温になるほど閾値が大きくなり、かつ変換効率（電流−光変換効率）が小さくなり、低温になった場合にも閾値が大きくなり、かつ変換効率（電流−光変換効率）が小さくなるという具合に、特異である。そこで、ＶＣＳＥＬを用いてかつ常に一定の光パワーを出力するためには、基準となる閾値温度を検出し、その閾値温度より高温の場合と低温の場合との両方の場合に電流を増加させる必要が生じる。
そこで、本発明では、図１に示したとおり、振る舞いの異なる高温特性と低温特性とに対して、別々に温度補償を行う構成としているので、ＶＣＳＥＬのような特異な温度特性に対しても補償することが可能となる。
具体的には、発光素子１０の高温特性の補償を行うために、温度が第１の閾値以下の場合には一定の電流のみを流し、第１の閾値を上回ると、高温になるほど電流を増加して流す、第１の温度補償電流源２１を設ける。また、発光素子１０の低温特性の補償を行うために、温度が第２の閾値以上の場合には一定の電流のみを流し、第２の閾値を下回ると、低温になるほど電流を増加して流す、第２の温度補償電流源２２を設ける。そして、第１の温度補償電流源２１の出力電流Ｉｏｕｔ１と、第２の温度補償電流源２２の出力電流Ｉｏｕｔ２とを加算して用いる。
本回路を用いることにより、特性の全く異なる高温領域と低温領域との両方の温度特性に合わせた電流出力が可能となるので、この電流を用いて、バイアス電流源１１及び変調電流源１２を制御することができ、結果、ＶＣＳＥＬのように、高温領域と低温領域との温度−電流特性の傾きが異なる発光素子１０の温度特性をも補償することが可能となる。特にＶＣＳＥＬによっては、高温領域と低温領域との温度−電流特性の傾きが全く異なるものもある。そのような場合にも、上記のように別々に制御を行うことができるので、各々の特性に、より精度良く合わせた制御が可能となる。
ここで、閾値温度は、発光素子１０の最も使用頻度の高い温度に合わせて設計されており、通常は常温付近に設定すればよい。本発明では、閾値温度の検出は、各々の発光素子１０の特性に合わせ、ダイオードや温度センサを内部に設けて回路内部で検出しても、サーミスタ等を使用して外部で検出しても構わない。低コスト化を目的とする場合には、内蔵のほうが望ましい。
また、本説明では、２つの温度補償電流源２１，２２を使用するものとしたが、発光素子１０の特性により、１つ又は３つ以上の電流源を使用しても構わない。他の電流源との加減算により、より精度の高い電流を生成してもよい。発光素子１０の補償を行える構成であれば、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の特性や、加減算方法も問わない。
また、発光素子１０の一例としてＶＣＳＥＬを示したが、高温時と低温時との特性の異なる発光素子であれば、どのような発光素子にも本発明は適用可能である。
図３は、本発明に係る光送信回路の他の構成例を示している。図３の光送信回路は、図１の基本構成と同じであり、温度補償電流源２０の構成のみが異なる。そこで、温度補償電流源２０の説明のみを行う。
図３中の温度補償電流源２０は、発光素子１０の高温特性の補償を行うように電流Ｉｏｕｔ１を出力する第１の温度補償電流源２１と、発光素子１０の低温特性の補償を行うように電流Ｉｏｕｔ２を出力する第２の温度補償電流源２２と、常に一定の基準電流Ｉｃを流す定電流源２３と、これら３つの電流Ｉｏｕｔ１，Ｉｏｕｔ２，Ｉｃの加減算を行う加減算回路２４とを備えた構成を持つ。
本発明では、発光素子１０の高温特性の補償を行うために、温度が第１の閾値以下の場合には電流を流さず、第１の閾値を上回ると、高温になるほど電流を増加して流す、第１の温度補償電流源２１を設ける。また、発光素子１０の低温特性の補償を行うために、温度が第２の閾値以上の場合には電流を流さず、第２の閾値を下回ると、低温になるほど電流を増加して流す第２の温度補償電流源２２を設ける。更に、常に定電流を供給する定電流源２３を設ける。そして、これら２つの温度補償電流源２１，２２の出力と定電流源２３の出力とを加算して用いることで、特性の全く異なる高温領域と低温領域との両方の温度特性に合わせた電流出力を可能としている。特にＶＣＳＥＬによっては、高温領域と低温領域との温度−電流特性の傾きが全く異なるものもある。そこで、上記のように別々に制御を行うことで、各々の特性をより精度良く制御することが可能となる。
より具体的に説明すると、高温時には、第１の温度補償電流源２１からの電流Ｉｏｕｔ１と定電流源２３からの電流Ｉｃとを加算し、高温になるほど発光素子１０に流れる電流を増加する。一方、低温時には、第２の温度補償電流源２２からの電流Ｉｏｕｔ２と定電流源２３からの電流Ｉｃとを加算し、低温になるほど発光素子１０に流れる電流を増加する。閾値温度時には、定電流源２３から安定した電流Ｉｃのみが出力される。
ここで、発光素子１０の補償を行える構成であれば、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の特性や、加減算方法は問わない。加減算回路２４は、アナログ演算してもよいし、論理演算してもよいし、またただ加算をするだけの機能でもよいし、所望の結果を得るための計算ができる構成であれば、どのような構成でも構わない。
また、本説明では、２つの温度補償電流源２１，２２を使用するものとしたが、発光素子１０の特性により、１つ又は３つ以上の温度補償電流源を使用しても構わない。また、１つの定電流源２３を使用するものとしたが、温度依存特性の精度を上げるために、２つ以上の定電流源を使用しても構わない。
基準温度の検出は、ダイオードや温度センサを内部に設け、回路内部で検出してもよいし、サーミスタ等を使用し外部で検出しても構わない。低コスト化を目的とする場合には、内蔵が望ましい。
以上のとおり、図３の構成をとることにより、常に流れる定常電流値を別途設定できるため、閾値温度近傍での出力電流が設定しやすく、安定した特性が実現できるとともに、図１の場合と同様、低温時、高温時各々の温度依存性を別々に設定できるため、精度の高い温度補償が可能となる。
図４は、図１及び図３中の第１の温度補償電流源２１の構成例を示している。図４の回路は、定電流源３１と、この定電流源３１に各々のソースが接続された差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２と、各々のドレイン及びゲートが差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４と、ゲートが一方の電流源トランジスタＭ１３のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタＭ１５とから構成される。
ここで、一方のスイッチトランジスタＭ１２のゲートには予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１（閾値温度に対応）が入力され、他方のスイッチトランジスタＭ１１のゲートには、温度依存電圧源３０より出力される温度に依存した電圧（例えば、高温になるほど増加する正の温度特性を持つ電圧）Ｖｉｎ１が入力される。ここで、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１以下の場合には、一方の電流源トランジスタＭ１３には電流が流れないので、電流出力トランジスタＭ１５のドレインからは、電流が出力されない。一方、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回った場合には、当該電流源トランジスタＭ１３に電圧Ｖｉｎ１に依存した電流が流れるので、カレントミラーした電流が、電流出力トランジスタＭ１５のドレインより出力される。またここで、電流の変化量はカレントミラーのミラー比を変えることで容易に設定可能となっている。以上の構成をとることで、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１（閾値温度に対応）以上の場合のみ温度に依存した電流Ｉｏｕｔ１が流れる構成を実現できる。
図５は、図１及び図３中の第２の温度補償電流源２２の構成例を示している。図５の回路は、定電流源３１と、この定電流源３１に各々のソースが接続された差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２と、各々のドレイン及びゲートが差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４と、ゲートが一方の電流源トランジスタＭ１４のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタＭ１６とから構成される。
ここで、一方のスイッチトランジスタＭ１２のゲートには予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ２（閾値温度に対応）が入力され、他方のスイッチトランジスタＭ１１のゲートには、温度依存電圧源３０より出力される温度に依存した電圧（例えば、高温になるほど増加する正の温度特性を持つ電圧）Ｖｉｎ１が入力される。ここで、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ２を上回った場合には、一方の電流源トランジスタＭ１４には電流が流れないので、電流出力トランジスタＭ１６のドレインからは、電流が出力されない。一方、温度依存のある電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ２以下の場合には、当該電流源トランジスタＭ１４に電圧Ｖｉｎ１に依存した電流が流れるので、カレントミラーした電流が、電流出力トランジスタＭ１６のドレインより出力される。またここで、電流の変化量はカレントミラーのミラー比を変えることで容易に設定可能となっている。以上の構成をとることで、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ２（閾値温度に対応）以下の場合のみ温度に依存した電流Ｉｏｕｔ２が流れる構成を実現できる。
図６は、図４の構成の変形例を示している。図６に示した第１の温度補償電流源２１では、温度依存電圧源３０より、高温になるほど減少する負の温度特性を持つ電圧Ｖｉｎ２が出力されるものとしている。
図７は、図５の構成の変形例を示している。図７に示した第２の温度補償電流源２２でも、図６の場合と同様に、温度依存電圧源３０より、高温になるほど減少する負の温度特性を持つ電圧Ｖｉｎ２が出力されるものとしている。
なお、図４〜図７では差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２がＮチャネル構成のものを用いて説明したが、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２にＰチャネル構成のものを用い、その他の回路も反転した回路構成としても構わない。
更に、図４〜図７の回路構成を基本に、複数の電流源を付加し、温度に依存した電流及び定電流を加減算し、絶対値を変更したり、温度依存性を変更する等、精度の高い温度補償を行える構成としても構わない。また、電流源回路部をカスコード構成としても構わない。
図８は、図４〜図７中の温度依存電圧源３０の構成例を示している。本回路は、温度に依存した電流Ｉｔｍｐを出力する温度依存電流源４０と、抵抗４１とを直列接続した構成とする。シンプルな構成で、電流Ｉｔｍｐに比例して温度に依存した電圧が、温度依存電流源４０と抵抗４１との接続部から電圧Ｖｉｎ１又はＶｉｎ２として出力される。なお、図８では、温度依存電流源４０を電源に接続したが、反転してグランドに接続した構成としても構わない。
図９は、図６及び図７中の温度依存電圧源３０の他の構成例を示している。本回路は、電流源トランジスタＭ２１と、バンドギャップリファレンス回路等の安定した電圧源から生成した基準電圧Ｖｒｅｆ３と電流源トランジスタＭ２１のソース電圧とを入力し、電流源トランジスタＭ２１のゲートに出力が接続された演算増幅器５０と、電流源トランジスタＭ２１のソースに一端が接続された抵抗５１と、この抵抗５１の他端とグランドとの間に接続されたダイオード５２とで構成する。ここで、高温時には両端の電圧が小さくなるという、ダイオード５２の特性により、ダイオード５２での電圧降下は小さくなる。ゆえに、ダイオード５２と抵抗５１との接続端から出力される電圧Ｖｉｎ２は、温度に依存し、高温になるほど小さな電圧が出力される。本構成では、図８の場合とは違って温度依存電流源４０を設ける必要がなく、ダイオード５２の温度特性を用いて、温度に依存した電圧Ｖｉｎ２の生成が可能となる。
なお、図８中の温度依存電流源４０として図９の構成を採用することも可能である。つまり、演算増幅器５０の入力にて電流源トランジスタＭ２１のソース電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３と常に等しくなる一方、高温時には両端の電圧が小さくなるダイオード５２の特性により、ダイオード５２での電圧降下は小さくなるので、抵抗５１にかかる電圧は大きくなる。その結果、抵抗５１に流れる電流Ｉｔｍｐは温度に依存し、高温になるほど大きくなる。このようにして図９中の電流源トランジスタＭ２１から抵抗５１へ供給される電流Ｉｔｍｐを、図８において利用するのである。
図１０は、図４の構成の他の変形例を示している。本回路は、基本的には図４の構成と同じであり、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のソースと定電流源３１との間にそれぞれ抵抗３２，３３を付加した構成としている。図５〜図７も同様に変形できる。本構成をとることにより、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の温度依存性（温度−電流係数）の特性カーブの傾きを緩やかにすることが可能となる。このため、抵抗３２，３３を挿入するという容易な方法で、所望の温度特性実現のための調整が可能となる。
図１１は、図４の構成の更に他の変形例を示している。本回路は、基本的には図１０の構成と同じであり、定常値を持つ抵抗３２，３３の代わりに、可変抵抗３４，３５を使用し、温度に依存して、抵抗値を制御し、温度依存性（温度−電流係数）の特性カーブを変更する構成としている。ここで、可変抵抗３４，３５は、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１によって制御しても構わないし、その他温度に依存して出力される信号で制御しても構わないし、温度に依存して出力される信号と予め設定した基準値とコンパレータとを用いて、ある範囲の値をとった場合にのみ制御しても構わない。また制御は１段階、２段階以上と特性に合わせて行えばよい。本構成をとることにより、発光素子１０の温度に合った、より精度の高い特性の実現が可能となる。
図１２は、図１及び図３中の第１の温度補償電流源２１の他の構成例を示している。本構成は、温度に依存した電流を出力する温度依存電流源６０と、ドレイン及びゲートが温度依存電流源６０に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタＭ３１と、カレントミラートランジスタＭ３１のドレインと電源との間に接続された定電流源６１とを有している。温度依存電流源６０は、図９の温度依存電圧源３０と同様に、電流源トランジスタＭ４１と、演算増幅器７０と、抵抗７１と、ダイオード７２とで構成される。抵抗７１に流れる電流Ｉｔｍｐは温度に依存し、高温になるほど大きくなる。つまり、電流Ｉｔｍｐは正の温度特性を持つ。
本構成では、温度が低く、温度依存電流源６０に流れる電流Ｉｔｍｐが、定電流源６１に流れる電流Ｉｃｔよりも小さい場合には、カレントミラートランジスタＭ３１には電流が流れない。一方、温度が高くなり、温度依存電流源６０に流れる電流Ｉｔｍｐが、定電流源６１に流れる電流Ｉｃｔよりも大きくなった場合には、カレントミラートランジスタＭ３１に電流Ｉｍが流れ、カレントミラートランジスタＭ３１のドレインより温度に依存した電圧Ｖ１が出力される。なお、この電圧Ｖ１をもとに、ゲートがカレントミラートランジスタＭ３１のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタのドレインから電流を出力すればよい。
本構成をとることにより、少ない構成要素で、定電流源６１に流れる電流を基準として温度に依存した電流出力が実現できる。また特に、電流自体の減算で設定できるので、所望の電流値の設定が容易である。
図１３は、図１２の構成の変形例を示している。本構成は、温度に依存した電流を出力する温度依存電流源６０と、ドレイン及びゲートが温度依存電流源６０に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタＭ３１と、ドレインがカレントミラートランジスタＭ３１のドレインに接続され、ソースが電源に接続されたキラートランジスタＭ３２と、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ４と温度に依存した電圧Ｖｉｎ３とを入力し、キラートランジスタＭ３２のゲートに出力が接続されたコンパレータ６２とを有している。
本構成では、コンパレータ６２で電圧Ｖｉｎ３と基準電圧Ｖｒｅｆ４との比較を行い、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４よりも大きい場合には、キラートランジスタＭ３２のゲート電圧Ｖｇを制御して当該キラートランジスタＭ３２をオンし、カレントミラートランジスタＭ３１のゲートを電源と短絡し、電流を流れなくする。一方、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４がよりも小さくなった場合には、キラートランジスタＭ３２をオフすることで、カレントミラートランジスタＭ３１のドレインより温度に依存した電圧Ｖ２が出力される。なお、この電圧Ｖ２をもとに、ゲートがカレントミラートランジスタＭ３１のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタのドレインから電流を出力すればよい。
本構成をとることにより、図１２と同様の少ない構成要素で、基準電圧Ｖｒｅｆ４をもとに、温度に依存した電流出力が実現できる。
図１４は、図１２の構成の他の変形例を示している。本構成は、温度に依存した電流を出力する温度依存電流源６０と、ドレイン及びゲートが温度依存電流源６０に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタＭ３１と、ドレインがカレントミラートランジスタＭ３１のドレインに接続されたスイッチトランジスタＭ３３と、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ４と温度に依存した電圧Ｖｉｎ３とを入力し、スイッチトランジスタＭ３３のゲートに出力が接続されたコンパレータ６２とを有している。
本構成では、コンパレータ６２で電圧Ｖｉｎ３と基準電圧Ｖｒｅｆ４との比較を行い、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４がよりも大きい場合には、スイッチトランジスタＭ３３のゲート電圧Ｖｇを制御して当該スイッチトランジスタＭ３３をオフすることで、カレントミラートランジスタＭ３１のゲートをオープンとし、このカレントミラートランジスタＭ３１に電流を流さない。一方、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４がよりも小さくなった場合には、スイッチトランジスタＭ３３をオンし、カレントミラートランジスタＭ３１のゲートを温度に依存した電圧Ｖ３の出力に接続する。なお、この電圧Ｖ３をもとに、ゲートがスイッチトランジスタＭ３３のソースに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタのドレインから電流を出力すればよい。
本構成をとることにより、図１２と同様の少ない構成要素で、基準電圧Ｖｒｅｆ４をもとに、温度に依存した電流出力が実現できる。
ここで、図１３及び図１４の構成では、温度依存電流源６０が正の温度特性を持ち、電圧Ｖｉｎ３が基準電圧Ｖｒｅｆ４よりも大きい場合には、キラートランジスタＭ３２をオンする、又はスイッチトランジスタＭ３３をオフするものと説明した。ただし、温度依存電流源６０が負の温度特性を持つ場合には、キラートランジスタＭ３２をオフする、スイッチトランジスタＭ３３をオンするといったように、コンパレータ６２の出力信号を反転すればよい。これにより、第２の温度補償電流源２２を構成することも可能である。
以上説明した第１及び第２の温度補償電流源２１，２２を任意に組み合わせ使用することで、発光素子１０の閾値温度時、高温時、低温時の全ての温度特性をフィードフォワード制御することが可能となる。以下、図１中の温度補償電流源２０の更なる具体例について説明する。
図１５は、図１中の温度補償電流源２０の構成例を示している。図１５の温度補償電流源２０は、電流源３１と、この電流源３１に各々のソースが接続された差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２と、各々のドレイン及びゲートが差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４と、ゲートが一方の電流源トランジスタＭ１３のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１の電流出力トランジスタＭ１５と、ゲートが他方の電流源トランジスタＭ１４のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２の電流出力トランジスタＭ１６と、ドレインが第１の電流出力トランジスタＭ１５のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１のキラートランジスタＭ５１と、ドレインが第２の電流出力トランジスタＭ１６のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２のキラートランジスタＭ５２と、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１と温度に依存した電圧Ｖｉｎ１とを入力し、第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２のゲートに差動信号ＳＷ，ＳＷＢを出力するコンパレータ３６とを有する。
本構成では、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の一方のゲートには基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、他方のゲートには温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が入力される。そのため、一方の電流源トランジスタＭ１３には、Ｖｉｎ１が基準電圧（閾値温度に対応）Ｖｒｅｆ１以下では電流が流れず、基準電圧Ｖｒｅｆ１以上になると、温度が高くなるほど増加した電流が流れる。他方の電流源トランジスタＭ１４には、基準電圧（閾値温度に対応）Ｖｒｅｆ１以上では電流が流れず、基準電圧Ｖｒｅｆ１以下になると、温度が低くなるほど増加した電流が流れる。そして、この構成に第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２を付加することで、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回った場合には、第１のキラートランジスタＭ５１をオフし、第２のキラートランジスタＭ５２をオンし、一方の電流源トランジスタＭ１３に流れる電流がカレントミラーされ、第１の電流出力トランジスタＭ１５のドレインから電流Ｉｏｕｔ１が出力される。一方、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った場合には、第１のキラートランジスタＭ５１をオンし、第２のキラートランジスタＭ５２をオフし、他方の電流源トランジスタＭ１４に流れる電流がカレントミラーされ、第２の電流出力トランジスタＭ１６のドレインから電流Ｉｏｕｔ２が出力される。そして、第１及び第２の電流出力トランジスタＭ１５，Ｍ１６に流れる電流Ｉｏｕｔ１及びＩｏｕｔ２を加算することにより、高温時も低温時もともに、温度に依存した電流Ｉｏｕｔが出力される。
図１６は、図１５の構成の変形例を示している。本構成では、図１５の第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２の代わりに、第１及び第２のスイッチトランジスタＭ６１，Ｍ６２を付加した構成とする。基本動作は図１５と同様なので、ここではスイッチトランジスタＭ６１，Ｍ６２の説明のみ行う。
図１６の温度補償電流源２０は、ドレインが一方の電流源トランジスタＭ１３のゲートに接続され、ソースが第１の電流出力トランジスタＭ１５のゲートに接続された第１のスイッチトランジスタＭ６１と、ドレインが他方の電流源トランジスタＭ１４のゲートに接続され、ソースが第２の電流出力トランジスタＭ１６のゲートに接続された第２のスイッチトランジスタＭ６２とを有する。コンパレータ３７は、予め設定した基準電圧Ｖｒｅｆ１と温度に依存した電圧Ｖｉｎ１とを入力し、第１及び第２のスイッチトランジスタＭ６１，Ｍ６２のゲートに差動信号ＳＷ２，ＳＷ２Ｂを出力する。
本構成では、温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回った場合には、第１のスイッチトランジスタＭ６１をオンし、第２のスイッチトランジスタＭ６２をオフし、一方の電流源トランジスタＭ１３に流れる電流がカレントミラーされ、第１の電流出力トランジスタＭ１５のドレインから電流Ｉｏｕｔ１が出力される。温度に依存した電圧Ｖｉｎ１が基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った場合には、第１のスイッチトランジスタＭ６１をオフし、第２のスイッチトランジスタＭ６２をオンし、他方の電流源トランジスタＭ１４に流れる電流がカレントミラーされ、第２の電流出力トランジスタＭ１６のドレインから電流Ｉｏｕｔ２が出力される。そして、第１及び第２の電流出力トランジスタＭ１５，Ｍ１６に流れる電流Ｉｏｕｔ１及びＩｏｕｔ２を加算することにより、高温時も低温時もともに、温度に依存した電流Ｉｏｕｔが出力される。
以上説明してきた図１５及び図１６の構成では、１つの基準電圧Ｖｒｅｆ１を用いて発光素子１０の高温時と低温時との両方の特性を補償できるので、回路構成の簡易性、チップ面積の小型化等の優位性がある。
なお、コンパレータ３６，３７の切り変わり目の誤動作をなくすため、コンパレータ３６，３７はヒステリシスコンパレータを使用するとよい。
更に、図１５及び図１６の構成において、１つ又は複数の定電流源２３を付加し、定電流を加減算することにより、より高精度に所望の特性に補正を行える。ここで、定電流源２３は、電流出力トランジスタＭ１５のドレインに接続し、全体に対して一定の電流を加減算してもよいし、電流源トランジスタＭ１３，Ｍ１４のドレインに接続し、第１の温度補償電流源２１、第２の温度補償電流源２２の各々又は両方に対して加減算を行ってもよいし、より高精度に電流特性を実現できる構成であれば、どのような構成をとっても構わない。
図１７は、図１５の構成の他の変形例を示している。本構成では、図１５の第１及び第２のキラートランジスタＭ５１，Ｍ５２の代わりに２つの定電流源８１，８２を付加し、かつ図３の定電流源２３に対応する１つの定電流源８３を付加した構成とする。基本動作は図１５と同様なので、ここでは定電流源８１，８２，８３の説明のみ行う。なお、第１及び第２のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２に接続された定電流源３１を第１の定電流源と呼び、図１７にて付加された３つの定電流源８１，８２，８３を第２、第３及び第４の定電流源と呼ぶ。
図１７の温度補償電流源２０は、第１の電流出力トランジスタＭ１５のゲートと電源との間に接続された第２の定電流源８１と、第２の電流出力トランジスタＭ１６のゲートと電源との間に接続された第３の定電流源８２と、電源に接続された第４の定電流源８３とを有する。
本構成では、第１のスイッチトランジスタＭ１１に流れる電流が第２の定電流源８１に流れる電流Ｉ１よりも大きくなった場合には、温度に依存した電流が第１の電流出力トランジスタＭ１５のドレインから電流Ｉｏｕｔ１として出力される。第２のスイッチトランジスタＭ１２に流れる電流が第３の定電流源８２に流れる電流Ｉ２よりも大きくなった場合には、温度に依存した電流が第２の電流出力トランジスタＭ１６のドレインから電流Ｉｏｕｔ２として出力される。そして、第１及び第２の電流出力トランジスタＭ１５，Ｍ１６に流れる電流Ｉｏｕｔ１及びＩｏｕｔ２に、第４の定電流源８３に流れる電流Ｉｃを常温時の電流として加算することにより、常温時も高温時も低温時もともに、温度に依存した所望の電流Ｉｏｕｔが出力される。
ここで、第２及び第３の定電流源８１，８２の電流値Ｉ１，Ｉ２をそれぞれ第１の定電流源３１の電流値の２分の１に設定することで、正確な閾値を境に、高温時と低温時との特性を切り替えることが可能となる。特にこの場合は電流精度が求められるので、電流の受け渡しは全てカスコード構成とすることが望ましい。
以上説明してきた図１７の構成では、コンパレータ具備の必要もなく、１つの基準電圧Ｖｒｅｆ１を用いて発光素子１０の高温時と低温時との両方の特性を補償できるので、回路構成の簡易性、チップ面積の小型化等の優位性がある。
ここで、電流の変化量はカレントミラーのミラー比を変えることで、高温時、低温時別々に容易に設定可能である。
更に、図１７の構成において、定電流源８１，８２，８３は各々１つずつで説明を行ったが、各々の箇所に複数の定電流源を設け、それらの定電流を加減算することにより、より高精度に所望の特性に補正を行ってもよい。より高精度に電流特性を実現できる構成であれば、どのような構成をとっても構わない。
なお、図１５〜図１７では差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２がＮチャネル構成のものを用いて説明したが、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２にＰチャネル構成のものを用い、その他の回路も反転した回路構成としても構わない。
また、図１５〜図１７の回路では、図１０又は図１１の構成と同様、第１及び第２の温度補償電流源２１，２２の温度依存性（温度−電流係数）の特性カーブの傾きを変更するために、差動のスイッチトランジスタＭ１１，Ｍ１２の各々のソースと定電流源３１との間にそれぞれ抵抗３２，３３又は可変抵抗３４，３５を付加した構成としても構わない。
更に、図１５〜図１７の回路構成を基本に、複数の電流源を付加し、温度に依存した電流及び定電流を加減算し、絶対値を変更したり、温度依存性を変更する等、精度の高い温度補償を行える構成としても構わない。また、電流源回路部をカスコード構成としても構わない。
以上説明してきたとおり、本発明に係る光送信回路は、ＶＣＳＥＬのように高温時と低温時とで異なる温度特性を持つ発光素子にも適用できる温度補償機能を有し、光通信用装置一般に利用できる。
本発明に係る光送信回路の構成例を示す回路図である。 温度をパラメータとした図１中の発光素子の光パワー対電流特性を示す図である。 図１中の発光素子の電流対温度特性を示す図である。 本発明に係る光送信回路の他の構成例を示す回路図である。 図１及び図３中の第１の温度補償電流源の構成例を示す回路図である。 図１及び図３中の第２の温度補償電流源の構成例を示す回路図である。 図４の構成の変形例を示す回路図である。 図５の構成の変形例を示す回路図である。 図４〜図７中の温度依存電圧源の構成例を示す回路図である。 図６及び図７中の温度依存電圧源の他の構成例を示す回路図である。 図４の構成の他の変形例を示す回路図である。 図４の構成の更に他の変形例を示す回路図である。 図１及び図３中の第１の温度補償電流源の他の構成例を示す回路図である。 図１２の構成の変形例を示す回路図である。 図１２の構成の他の変形例を示す回路図である。 図１中の温度補償電流源の構成例を示す回路図である。 図１５の構成の変形例を示す回路図である。 図１５の構成の他の変形例を示す回路図である。
符号の説明
１０ 発光素子（ＶＣＳＥＬ）
１１ バイアス電流源
１２ 変調電流源
２０ 温度補償電流源
２１ 第１の温度補償電流源
２２ 第２の温度補償電流源
２３ 定電流源
２４ 加減算回路
３０ 温度依存電圧源
３１ 定電流源
３２，３３ 抵抗
３４，３５ 可変抵抗
３６，３７ コンパレータ
４０ 温度依存電流源
４１ 抵抗
５０，７０ 演算増幅器
５１，７１ 抵抗
５２，７２ ダイオード
６０ 温度依存電流源
６１ 定電流源
６２ コンパレータ
８１，８２，８３ 定電流源
Ｍ１〜Ｍ６２ トランジスタ

Claims (22)

  1. 低温時と高温時とで異なる温度特性を持った発光素子と、
    前記発光素子を駆動するため、ソースが互いに結合され、ドレインが各々前記発光素子と電源に接続された差動のスイッチトランジスタと、
    前記発光素子にバイアス電流を流すバイアス電流源と、
    前記発光素子に変調電流を流す変調電流源と、
    前記発光素子の低温時と高温時との両方の温度特性を補償するように前記バイアス電流源と前記変調電流源との電流を制御する温度補償電流源とを備えたことを特徴とする光送信回路。
  2. 請求項１記載の光送信回路において、
    前記発光素子は、面発光レーザ素子であることを特徴とする光送信回路。
  3. 請求項１記載の光送信回路において、
    前記温度補償電流源は、
    前記発光素子の高温特性の補償を行う第１の温度補償電流源と、
    前記発光素子の低温特性の補償を行う第２の温度補償電流源とを有することを特徴とする光送信回路。
  4. 請求項３記載の光送信回路において、
    前記第１の温度補償電流源は、温度が第１の閾値以下の場合には一定の電流を流し、前記第１の閾値を上回ると、高温になるほど電流を増加して流し、
    前記第２の温度補償電流源は、温度が第２の閾値以上の場合には一定の電流を流し、前記第２の閾値を下回ると、低温になるほど電流を増加して流すことを特徴とする光送信回路。
  5. 請求項３記載の光送信回路において、
    前記温度補償電流源は、
    常に一定の電流を流す定電流源と、
    前記第１及び第２の温度補償電流源の各々の出力電流と前記定電流源の出力電流との３つの電流の加減算を行う加減算回路とを更に有することを特徴とする光送信回路。
  6. 請求項５記載の光送信回路において、
    前記第１の温度補償電流源は、温度が第１の閾値以下の場合には電流を流さず、前記第１の閾値を上回ると、高温になるほど電流を増加して流し、
    前記第２の温度補償電流源は、温度が第２の閾値以上の場合には電流を流さず、前記第２の閾値を下回ると、低温になるほど電流を増加して流すことを特徴とする光送信回路。
  7. 請求項３記載の光送信回路において、
    前記第１又は第２の温度補償電流源は、
    定電流源と、
    各々のソースが前記定電流源に接続された差動のスイッチトランジスタと、
    各々のドレイン及びゲートが前記差動のスイッチトランジスタの各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタと、
    ゲートが前記電流源トランジスタの一方のゲートに接続され、ソースが電源に接続された電流出力トランジスタと、
    温度に依存した電圧を出力する温度依存電圧源とを有し、
    前記差動のスイッチトランジスタの一方のゲートには予め設定した基準電圧が入力され、他方のゲートには前記温度依存電圧源の出力電圧が入力され、前記電流出力トランジスタのドレインから所望の電流が出力されることを特徴とする光送信回路。
  8. 請求項７記載の光送信回路において、
    前記温度依存電圧源は、
    温度に依存した電流を出力する温度依存電流源と、
    前記温度依存電流源に接続された抵抗とを有し、
    前記温度依存電流源と前記抵抗との接続端から温度に依存した電圧を出力することを特徴とする光送信回路。
  9. 請求項７記載の光送信回路において、
    前記温度依存電圧源は、
    電流源トランジスタと、
    予め設定した基準電圧と、前記電流源トランジスタのソース電圧とを入力し、出力が前記電流源トランジスタのゲートに接続された演算増幅器と、
    前記電流源トランジスタのソースに一端が接続された抵抗と、
    前記抵抗の他端とグランドとの間に接続されたダイオードとを有し、
    前記ダイオードと前記抵抗との接続端から温度に依存した電圧を出力することを特徴とする光送信回路。
  10. 請求項８記載の光送信回路において、
    前記温度依存電流源は、
    電流源トランジスタと、
    予め設定した基準電圧と前記電流源トランジスタのソース電圧とを入力し、前記電流源トランジスタのゲートに出力が接続された演算増幅器と、
    前記電流源トランジスタのソースに一端が接続された抵抗と、
    前記抵抗の他端とグランドとの間に接続されたダイオードとを有し、
    前記電流源トランジスタのドレインより温度に依存した電流を出力することを特徴とする光送信回路。
  11. 請求項７記載の光送信回路において、
    前記第１又は第２の温度補償電流源は、
    前記差動のスイッチトランジスタの各々のソースと前記定電流源との間に接続された抵抗を更に有することを特徴とする光送信回路。
  12. 請求項７記載の光送信回路において、
    前記第１又は第２の温度補償電流源は、
    前記差動のスイッチトランジスタの各々のソースと前記定電流源との間に接続された可変抵抗を更に有することを特徴とする光送信回路。
  13. 請求項３記載の光送信回路において、
    前記第１又は第２の温度補償電流源は、
    温度に依存した電流を出力する温度依存電流源と、
    ドレイン及びゲートが前記温度依存電流源に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタと、
    前記カレントミラートランジスタのドレインと電源との間に接続された定電流源とを有し、
    前記温度依存電流源に流れる電流が前記定電流源に流れる電流よりも大きくなった場合には、温度に依存した電流が前記カレントミラートランジスタに流れることを特徴とする光送信回路。
  14. 請求項１３記載の光送信回路において、
    前記温度依存電流源は、
    電流源トランジスタと、
    予め設定した基準電圧と前記電流源トランジスタのソース電圧とを入力し、前記電流源トランジスタのゲートに出力が接続された演算増幅器と、
    前記電流源トランジスタのソースに一端が接続された抵抗と、
    前記抵抗の他端とグランドとの間に接続されたダイオードとを有し、
    前記電流源トランジスタのドレインより温度に依存した電流を出力することを特徴とする光送信回路。
  15. 請求項３記載の光送信回路において、
    前記第１又は第２の温度補償電流源は、
    温度に依存した電流を出力する温度依存電流源と、
    ドレイン及びゲートが前記温度依存電流源に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタと、
    ドレインが前記カレントミラートランジスタのドレインに接続され、ソースが電源に接続されたキラートランジスタと、
    予め設定した基準電圧と温度に依存した電圧とを入力し、前記キラートランジスタのゲートに出力が接続されたコンパレータとを有し、
    前記温度に依存した電圧が前記基準電圧よりも小さくなった場合には、前記キラートランジスタをオフし、前記カレントミラートランジスタより温度依存性のある電流を出力することを特徴とする光送信回路。
  16. 請求項１５記載の光送信回路において、
    前記温度依存電流源は、
    電流源トランジスタと、
    予め設定した基準電圧と前記電流源トランジスタのソース電圧とを入力し、前記電流源トランジスタのゲートに出力が接続された演算増幅器と、
    前記電流源トランジスタのソースに一端が接続された抵抗と、
    前記抵抗の他端とグランドとの間に接続されたダイオードとを有し、
    前記電流源トランジスタのドレインより温度に依存した電流を出力することを特徴とする光送信回路。
  17. 請求項３記載の光送信回路において、
    前記第１又は第２の温度補償電流源は、
    温度に依存した電流を出力する温度依存電流源と、
    ドレイン及びゲートが前記温度依存電流源に接続され、ソースが電源に接続されたカレントミラートランジスタと、
    ドレインが前記カレントミラートランジスタのドレインに接続されたスイッチトランジスタと、
    予め設定した基準電圧と温度に依存した電圧とを入力し、前記スイッチトランジスタのゲートに出力が接続されたコンパレータとを有し、
    前記温度に依存した電圧が前記基準電圧よりも小さくなった場合には、前記スイッチトランジスタをオンし、前記カレントミラートランジスタより温度依存性のある電流を出力することを特徴とする光送信回路。
  18. 請求項１７記載の光送信回路において、
    前記温度依存電流源は、
    電流源トランジスタと、
    予め設定した基準電圧と前記電流源トランジスタのソース電圧とを入力し、前記電流源トランジスタのゲートに出力が接続された演算増幅器と、
    前記電流源トランジスタのソースに一端が接続された抵抗と、
    前記抵抗の他端とグランドとの間に接続されたダイオードとを有し、
    前記電流源トランジスタのドレインより温度に依存した電流を出力することを特徴とする光送信回路。
  19. 請求項１記載の光送信回路において、
    前記温度補償電流源は、
    定電流源と、
    各々のソースが前記定電流源に接続された差動のスイッチトランジスタと、
    各々のドレイン及びゲートが前記差動のスイッチトランジスタの各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタと、
    ゲートが前記電流源トランジスタの一方のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１の電流出力トランジスタと、
    ゲートが前記電流源トランジスタの他方のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２の電流出力トランジスタと、
    ドレインが前記第１の電流出力トランジスタのゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１のキラートランジスタと、
    ドレインが前記第２の電流出力トランジスタのゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２のキラートランジスタと、
    予め設定した基準電圧と温度に依存した電圧とを入力し、前記第１及び第２のキラートランジスタのゲートに差動信号を出力するコンパレータとを有し、
    前記差動のスイッチトランジスタの一方のゲートには前記基準電圧が入力され、他方のゲートには前記温度に依存した電圧が入力され、
    前記温度に依存した電圧が前記基準電圧を上回った（又は下回った）場合には、前記第１のキラートランジスタをオフ（又はオン）し、前記第２のキラートランジスタをオン（又はオフ）し、前記温度に依存した電圧が前記基準電圧を下回った（又は上回った）場合には、前記第１のキラートランジスタをオン（又はオフ）し、前記第２のキラートランジスタをオフ（又はオン）して、前記第１及び第２の電流出力トランジスタに流れる電流を加算して出力することを特徴とする光送信回路。
  20. 請求項１記載の光送信回路において、
    前記温度補償電流源は、
    定電流源と、
    各々のソースが前記定電流源に接続された差動のスイッチトランジスタと、
    各々のドレイン及びゲートが前記差動のスイッチトランジスタの各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタと、
    ゲートが前記電流源トランジスタの一方のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１の電流出力トランジスタと、
    ゲートが前記電流源トランジスタの他方のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２の電流出力トランジスタと、
    ドレインが前記電流源トランジスタの一方のゲートに接続され、ソースが前記第１の電流出力トランジスタのゲートに接続された第１のスイッチトランジスタと、
    ドレインが前記電流源トランジスタの他方のゲートに接続され、ソースが前記第２の電流出力トランジスタのゲートに接続された第２のスイッチトランジスタと、
    予め設定した基準電圧と温度に依存した電圧とを入力し、前記第１及び第２のスイッチトランジスタのゲートに差動信号を出力するコンパレータとを有し、
    前記差動のスイッチトランジスタの一方のゲートには前記基準電圧が入力され、他方のゲートには前記温度に依存した電圧が入力され、
    前記温度に依存した電圧が前記基準電圧を上回った（又は下回った）場合には、前記第１のスイッチトランジスタをオン（又はオフ）し、前記第２のスイッチトランジスタをオフ（又はオン）し、前記温度に依存した電圧が前記基準電圧を下回った（又は上回った）場合には、前記第１のスイッチトランジスタをオフ（又はオン）し、前記第２のスイッチトランジスタをオン（又はオフ）して、前記第１及び第２の電流出力トランジスタに流れる電流を加算して出力することを特徴とする光送信回路。
  21. 請求項１記載の光送信回路において、
    前記温度補償電流源は、
    第１の定電流源と、
    各々のソースが前記第１の定電流源に接続された差動のスイッチトランジスタと、
    各々のドレイン及びゲートが前記差動のスイッチトランジスタの各々のドレインに接続され、各々のソースが電源に接続された電流源トランジスタと、
    ゲートが前記電流源トランジスタの一方のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第１の電流出力トランジスタと、
    ゲートが前記電流源トランジスタの他方のゲートに接続され、ソースが電源に接続された第２の電流出力トランジスタと、
    前記第１の電流出力トランジスタのゲートと電源との間に接続された第２の定電流源と、
    前記第２の電流出力トランジスタのゲートと電源との間に接続された第３の定電流源と、
    電源に接続された第４の定電流源とを有し、
    前記第１のスイッチトランジスタに流れる電流が前記第２の定電流源に流れる電流よりも大きくなった場合には、温度に依存した電流が前記第１の電流出力トランジスタに流れ、
    前記第２のスイッチトランジスタに流れる電流が前記第３の定電流源に流れる電流よりも大きくなった場合には、温度に依存した電流が前記第２の電流出力トランジスタに流れ、
    前記第１及び第２の電流出力トランジスタに流れる電流と前記第４の定電流源に流れる電流とを加算して出力することを特徴とする光送信回路。
  22. 請求項２１記載の光送信回路において、
    前記第２及び第３の定電流源の電流値は、前記第１の定電流源の電流値の２分の１であることを特徴とする光送信回路。
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