KR100290261B1 - 온도감지수단을 이용한 레이저 다이오드 구동회로의 변조전류 제어회로 - Google Patents

온도감지수단을 이용한 레이저 다이오드 구동회로의 변조전류 제어회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 광전송용 레이저 다이오드 구동회로에서 온도변화에 따른 소광비 보상회로에 관한 것으로, 특히 온도감지수단을 이용하여 레이저 다이오드의 변조 전류의 진폭을 자동적으로 조절토록 함으로써, 송신모듈 광출력의 소광비를 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하는 온도감지수단을 이용한 레이저 다이오드 구동회로의 변조 전류 제어 회로에 관한 것이다.

Description

온도감지수단을 이용한 레이저 다이오드 구동회로의 변조전류 제어회로{Using temperature sensing IC modulation current control circuit}
본 발명은 디지털 광전송용 레이저 다이오드 구동회로에서 온도변화에 따른 소광비 보상회로에 관한 것으로, 특히 온도감지수단을 이용하여 레이저 다이오드의 변조 전류의 진폭을 자동적으로 조절토록 함으로써, 송신모듈 광출력의 소광비를 일정하게 제어하는 것을 특징으로 하는 온도감지수단을 이용한 레이저 다이오드 구동회로의 변조전류 제어회로에 관한 것이다.
일반적인 레이저 다이오드의 특성곡선은 도 1a, 도 1b에 나타낸 바와같이 온도가 상승함에 따라 문턱전류(Ith)가 증가하고 기울기가 감소되는 것을 알 수 있다.
따라서 소광비(ER = P1/P0, P1: '1'레벨에서 광출력, P0: '0'레벨의 광출력)가 감소하여 전송효율이 낮아지게 되는 것이다.
한편, 일반적으로 국제전기통신 규격은 광통신용 송신모듈의 경우 소광비를 8dB내지 10dB이상으로 규격화 하고 있기 때문에 문턱 전류가 기준이상으로 높아지거나 소광비가 감소하게 되면 전송효율이 낮아져 국제전기통신 규격에 미치지 못하는 경우가 발생하게 된다.
종래의 기술은 도 2와 같이 평균 광출력 설정에 의한 자동출력제어(APC) 회로(10)를 채택하여 바이어스 전압을 변화시키는 방법을 많이 이용하고 있다.
그러나 이 방법은 레이저 다이오드 특성곡선의 기울기가 온도에 따라 변화하는 것을 제어하지 못하게 되어, 결국 광출력의 소광비가 감소하여 전송효율을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 이와같은 문제점을 보완하기 위하여 도 3과 같이 피크-투-피크 검출 방식에 의한 변조 전류 보상방법으로 '0' 및 '1'레벨의 광출력의 차를 미리 설정된 '1' 레벨에서 감산한후 그 차이만큼 변조 전류를 보상하는 방법을 앞의 방법에 추가하여 사용하고 있다.
그러나, 이 방법은 레이저 다이오드의 이면에 부착되어 있는 모니터 PD의 미약한 전류를 증폭한 후 사용하여, 연산증폭기를 거쳐 처리해야 하는데, 능동소자의 증가로 인한 노이즈 증가와 데이터 전송율의 고속화에 따른 IC 선택의 문제등이 발생한다.
즉, 첫번째 언급한 종래의 기술은 상기에서 설명한 바와같이 변조 전류가 고정되어 있는 편균 광출력에 의한 평균 광출력 제어회로부(10)에 의하여 레이저 다이오드에 인가되는 바이어스 전류만을 가변하여 광출력을 일정하게 하는 방식인바, 이 방식은 온도상승에 따른 광출력의 소광비가 감소되어 전송효율을 감소시키게 된다.
그리고 두번째 언급한 종래기술은 평균 광출력 제어방법에 '피크-투-피크 검출' 방식을 추가하여 변조전류의 진폭을 가변하는 경우로써, 모니터 PD의 미약한 전류를 연산증폭기로 증폭한후 사용하여 노이즈 개입을 유발시킬 수 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로,
레이저 다이오드의 특성곡선이 도 1처럼 온도변화에 따라 변할때, 고온에서 변조전류의 크기를 증가시키고, 저온에서 변조전류의 크기를 감소시켜, 온도변화에 따른 광출력의 소광비를 개선하는데 그 목적이 있다.
즉, 온도가 상승할때, 25℃에서와 같은 소광비를 유지하기 위해서는 변조전류의 증가가 필요한데, 본 발명에서는 온도센서 IC와 연산증폭기를 이용하여 구현토록 하는 것이 특징이다.
도 1a는 레이저 다이오드 특성 곡선 변화 그래프.
도 1b는 온도변화에 따른 레이저 다이오드 특성 곡선 변화 그래프.
도 2는 종래의 레이저 다이오드 구동회로.
도 3은 종래의 레이저 다이오드 구동회로 실시예도.
도 4는 본 발명의 레이저 다이오드 구동회로.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 자동출력 제어회로 20: 온도센서 IC
30: 가산기 40: 커런트 미러 회로
이하에서 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는 평균 광출력에 의한 자동출력 제어방식의 기존 구조에, 변조 전류의 진폭을 온도 상승에 따라 증가시키고, 온도 하강에 따라 감소시키는 회로를 도 4와 같이 추가하여 구현하였다.
즉, 레이저 다이오드의 케소드에 연결되어 레이저 다이오드에 공급되는 바이어스 전압을 가변하여 광출력을 일정하게 하는 자동출력 제어회로부(10)와;
변조전류의 진폭을 온도에 따라 증가시키기 위하여 온도센서 IC(20)와, 상기 온도센서 IC의 출력과 기준전압(Vref)을 가산하는 가산기(30)와, 가산기의 출력을 레이저 다이오드의 케소드에 연결하는 커런트미러 회로(40)로 이루어져 온도변화에 관계없이 소광비를 일정하게 유지시키는 변조전류 제어회로부(100)를 포함하여 구성된다.
여기서, 온도센서 IC는 다음과 같은 특성을 갖는다.
Vo - Vrt + C × (T - 25)
여기서 Vo는 온도 센서 IC의 출력전압, Vrt는 25℃에서 온도센서 IC의 출력전압, C는 온도센서 IC의 상수(mV/℃)를 나타낸다.
따라서, 온도가 증가하면, 온도센서 IC의 출력은 커지고, 가산기에서 출력되는 전압도 증가하여 결국 변조 전류의 설정값이 증가하여 변조 전류가 증가하게 된다.
이 회로에 의하여 온도변화에 따른 변조전류는 다음과 같이 나타난다.
Im = (Vo + Vref)/R1
여기서, 가산기의 출력전압과 저항 R1은 레이저 다이오드의 특성곡선이 온도에 따라 변화하는 정도에 따라 결정된다.
본 발명의 회로는 온도가 상승함에 따라 레이저 다이오드의 특성이 도 1에 나타난 것처럼 떨어지게 된다.
따라서, '1' 레벨에서의 광출력 값이 감소하여 소광비(Extinction Ratio)의 값은 감소한다.
고온의 상태에서 변조전류를 증가시키면, '1' 레벨에서의 광출력 값이 저온에서처럼 거의 같게 되어 소광비는 일정하게 유지되도록 하였고, 저온에서는 변조전류를 감소시켜 레이저 다이오드가 문턱전류 이하에서 작동시키는 것을 방지하도록 하였다.
즉, 도 4에 나타난 회로에서 온도가 상승하면 온도센서 IC(20)의 출력전압이 증가하고, 이것이 기준전압(Vref)과 가산기(30)에서 가산되어 전압이 증가된다.
이 전압 증가로 커런트 미러 회로(A2, 40)의 전류, 즉 변조 전류의 값이 증가하여, 온도 증가에 의한 소광비를 보상하게 된다.
반대로 온도가 감소하면 온도센서 IC(20)의 출력 전압이 감소하고, 이것이 기준전압(Vref)과 가산기(30)에서 가산되어 전압이 증가된다.
이 전압의 감소는 커런트 미러 회로(A2, 40)의 전류, 즉 변조전류의 값이 감소하여 레이저 다이오드가 문턱 전류(Ith) 이하에서 작동하는 것을 방지하게 된다.
상술한 바와같이 본 발명은 온도감지수단을 이용하여 레이저 다이오드의 변조 전류의 진폭을 자동적으로 조절토록 함으로써, 송신모듈 광출력의 소광비를 일정하게 제어하는 효과를 제공한다.

Claims (1)

  1. 레이저 다이오드의 케소드에 연결되어 레이저 다이오드에 공급되는 바이어스 전압을 가변하여 광출력을 일정하게 하는 자동출력 제어회로부(10)와;
    변조전류의 진폭을 온도에 따라 증가시키기 위하여 온도센서 IC(20)와, 상기 온도센서 IC(20)의 출력과 기준전압(Vref)을 가산하는 가산기(30)와, 상기 가산기(30)의 출력을 레이저 다이오드의 케소드에 연결하는 커런트미러 회로(40)로 이루어져 온도변화에 관계없이 소광비를 일정하게 유지시키는 변조전류 제어회로부(100)를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 온도감지수단을 이용한 레이저 다이오드 구동회로의 변조전류 제어회로.
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