KR20240027318A - Laser diode driver - Google Patents
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Abstract
본 발명은 iToF용 펄스 어시스트(assist) 기능을 가진 레이저 다이오드 드라이버에 관한 것으로, 바이어스 정전류원과 접지 사이에 직렬 연결되는 제1 및 제2MOS형 소자들과; 레이저 다이오드와 접지 사이에 연결되어 상기 레이저 다이오드의 구동전류를 공급하되, 상기 바이어스 정전류원과 연결되는 상기 제1 MOS형 소자의 게이트에 각각의 게이트가 공통 접속되는 제3MOS형 소자들과, 상기 제3MOS 형 소자 각각의 소스와 접지에 연결되어 게이트에 인가되는 스위칭 펄스에 따라 스위칭 동작하는 제4MOS형 소자들을 포함하는 MOS 타입의 디지털 아날로그 변환부와; 트랜스미터내 변조부로부터 공급되는 변조 펄스 트레인과 전류 조절용 디지털 코드값의 논리조합에 따르는 다수의 스위칭 펄스들을 생성하여 상기 제4MOS형 소자 각각의 게이트에 인가하는 스위칭 펄스 생성기와; 상기의 각 스위칭 펄스에 따라 승압된 전압레벨을 상기 제3MOS형 소자 각각의 게이트에 승압 인가하는 승압소자들;을 포함함을 특징으로 한다.The present invention relates to a laser diode driver with a pulse assist function for iToF, comprising first and second MOS type elements connected in series between a bias constant current source and ground; third MOS-type elements connected between the laser diode and ground to supply a driving current of the laser diode, each gate of which is commonly connected to the gate of the first MOS-type element connected to the bias constant current source; and A MOS type digital-to-analog converter including fourth MOS type elements connected to the source and ground of each of the 3 MOS type elements and performing a switching operation according to a switching pulse applied to the gate; a switching pulse generator that generates a plurality of switching pulses according to a logical combination of the modulation pulse train supplied from the modulation unit in the transmitter and the digital code value for current control and applies them to the gate of each of the fourth MOS type elements; and boosting elements that apply the boosted voltage level according to each of the switching pulses to the gate of each of the third MOS-type elements.
Description
본 발명은 레이저 다이오드 드라이버에 관한 것으로, 특히 iToF용 펄스 어시스트(assist) 기능을 가진 레이저 다이오드 드라이버에 관한 것이다.The present invention relates to a laser diode driver, and particularly to a laser diode driver with a pulse assist function for iToF.
일명 빅셀(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)이라고 불리우기도 하는 수직 공진형 표면 발광 레이저는 상부 표면에 수직 방향으로 레이저 빔을 방출하는 반도체 레이저 다이오드이다. 이러한 빅셀은 단거리의 광통신 분야, 이미지 센싱 및 레이저를 이용하여 대상체와의 거리를 탐지하는 라이다(LIDAR) 분야에서 쓰일 수 있다.A vertical cavity surface emitting laser, also called VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), is a semiconductor laser diode that emits a laser beam in a direction perpendicular to the upper surface. These big cells can be used in the field of short-range optical communication, image sensing, and LIDAR, which detects the distance to an object using a laser.
라이다 시스템의 하나인 3D 센싱 시스템이 구현된 전자 장치는 광원과 ToF(Time of Flight) 센서를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드 혹은 VCSEL과 같은 광원은 객체로 광신호를 방출하고, ToF 센서는 객체로부터 반사된 광 신호의 도달 시간을 측정함으로써 객체와의 거리를 계산한다. 도달 시간을 이용해 객체와의 거리를 계산하는 방식을 직접 ToF 방식이라 하고, 방출되는 광신호의 펄스 트레인과 반사된 펄스 트레인의 위상차를 이용해 거리를 계산하는 방식을 간접(indirect) ToF 방식(iToF)으로 구분하기도 한다.An electronic device implementing a 3D sensing system, which is one of the LiDAR systems, may include a light source and a Time of Flight (ToF) sensor. A light source such as a laser diode or VCSEL emits an optical signal to the object, and the ToF sensor calculates the distance to the object by measuring the arrival time of the optical signal reflected from the object. The method of calculating the distance to an object using the arrival time is called the direct ToF method, and the method of calculating the distance using the phase difference between the pulse train of the emitted optical signal and the reflected pulse train is called the indirect ToF method (iToF). It is also classified as:
한편, 3D 센싱 시스템은 일반적으로 도 1에 도시한 바와 같이 트랜스미터(TX)와 리시버(RX)로 구성된다. 트랜스미터는 다시 VCSEL과 VCSEL을 구동하는 드라이버를 포함하며, 리시버는 렌즈, 포토 디덱터 어레이(혹은 ToF 센서), 변조부(Modulation block), TDC(Time-to-distance Converter)를 포함한다. 이러한 시스템 구성에서 VCSEL 드라이버는 변조부로부터 입력되는 신호(변조 전류)에 따라 VCSEL을 구동하는 구동전류(current pulse)의 생성을 제어한다.Meanwhile, a 3D sensing system generally consists of a transmitter (TX) and a receiver (RX) as shown in FIG. 1. The transmitter includes a VCSEL and a driver that drives the VCSEL, and the receiver includes a lens, a photodetector array (or ToF sensor), a modulation block, and a time-to-distance converter (TDC). In this system configuration, the VCSEL driver controls the generation of a driving current (current pulse) that drives the VCSEL according to the signal (modulation current) input from the modulator.
VCSEL 드라이버는 통상 VCSEL에서 요구되는 광파워를 출력하기 위해 수십 mA에서 수 A의 구동 전류 공급이 가능해야 하며, 짧은 거리와 긴 거리의 깊이(depth)를 감지하기 위해 수 MHz에서 수백 MHz 구동이 가능해야 한다.The VCSEL driver must be capable of supplying a driving current of tens of mA to several A in order to output the optical power required by the VCSEL, and can be driven from several MHz to hundreds of MHz to detect the depth of short and long distances. Should be.
수백 MHz 이상의 변조 주파수와 수십 mA에서 수 A의 구동전류를 정확하게 공급하기 위해서는 VCSEL 드라이버가 피드백 구조가 아닌 도 2에 도시한 바와 같이 개루프(open loop) 형식의 전류 미러 구조를 가지는 것이 바람직하며, 광파워를 조절(전류값 조정)하기 위해 IBIAS에 이진 전류원 어레이로서 전류 DAC(8비트 이상)(10)을 사용한다.In order to accurately supply a modulation frequency of hundreds of MHz or more and a driving current of several tens of mA to several A, it is desirable for the VCSEL driver to have an open loop current mirror structure as shown in FIG. 2 rather than a feedback structure. To adjust optical power (adjust current value), a current DAC (8 bits or more) (10) is used as a binary current source array in IBIAS.
그러나 도 2에 도시한 바와 같은 구조의 VCSEL 드라이버는 저전류 구동시 NM1, NM3에 기생 커패시터 영향으로 높은 주파수(100MHz-300MHz)의 펄스 구동이 어려우며, 더 나아가 NM1, NM3 소자에 1A 이상의 전류가 흐르기 위해서는 낮은 Ron 저항이 요구되기에 상대적으로 NM1,NM3 소자의 사이즈가 커지게 되고 기생 커패시턴스(NM1의 게이트-소스 커패시턴스, NM3의 게이트-드레인 커패시턴스)가 증가하는 문제가 발생한다.However, the VCSEL driver with the structure shown in Figure 2 has difficulty driving pulses at high frequencies (100MHz-300MHz) due to the parasitic capacitor effect on NM1 and NM3 when driven at low current, and furthermore, currents of more than 1A cannot flow through NM1 and NM3 elements. Since a low Ron resistance is required, the size of the NM1 and NM3 devices becomes relatively large, and the parasitic capacitance (gate-source capacitance of NM1 and gate-drain capacitance of NM3) increases.
한편, iToF 방식에서 깊이를 계산하기 위해서는 도 3의 (a)와 같은 구형파 펄스가 필요하지만 VCSEL과 NM1 소자 사이에 VCSEL, 패키지, PCB 보드 등의 기생 임피던스 성분에 의해 전류가 증가할수록 도 3의 (b)와 같이 구동전류의 모양이 삼각파 모양으로 출력된다. 이는 곧 원하는 전류레벨까지 도달하는데 필요한 시간의 지연을 초래한다.Meanwhile, in order to calculate the depth in the iToF method, a square wave pulse as shown in (a) of FIG. 3 is required, but as the current increases due to parasitic impedance components such as the VCSEL, package, and PCB board between the VCSEL and the NM1 element, the ((a) of FIG. 3 As shown in b), the shape of the driving current is output in the shape of a triangular wave. This immediately causes a delay in the time required to reach the desired current level.
이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 발명으로써, 본 발명의 주요 목적은 VCSEL 구동전류의 모양이 구형파 모양으로 보정되도록 어시스트함은 물론, 저전류시에도 고속 스위칭 구동이 가능한 레이저 다이오드의 드라이버를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention is an invention created to solve the above-mentioned problems. The main purpose of the present invention is to provide a laser diode that not only assists in correcting the shape of the VCSEL driving current to a square wave shape, but also enables high-speed switching operation even at low currents. Drivers are provided.
더 나아가 본 발명의 다른 목적은 iToF용 펄스 어시스트 기능을 가지는 VCSEL 드라이버를 제공함에 있으며,Furthermore, another object of the present invention is to provide a VCSEL driver with a pulse assist function for iToF,
또한 MOS 타입의 DAC을 사용하여 저전류시에도 고속 스위칭 구동이 가능한 VCSEL 드라이버를 제공함에 있다.In addition, by using a MOS type DAC, we provide a VCSEL driver capable of high-speed switching operation even at low current.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드 드라이버는,A laser diode driver according to an embodiment of the present invention for achieving the above-described purpose,
바이어스 정전류원과 접지 사이에 직렬 연결되는 제1 및 제2MOS형 소자들과,First and second MOS type elements connected in series between a bias constant current source and ground,
레이저 다이오드와 접지 사이에 연결되어 상기 레이저 다이오드의 구동전류를 공급하되, 상기 바이어스 정전류원과 연결되는 상기 제1 MOS형 소자의 게이트에 각각의 게이트가 공통 접속되는 제3MOS형 소자들과, 상기 제3MOS 형 소자 각각의 소스와 접지에 연결되어 게이트에 인가되는 스위칭 펄스에 따라 스위칭 동작하는 제4MOS형 소자들을 포함하는 MOS 타입의 디지털 아날로그 변환부와;third MOS-type elements connected between the laser diode and ground to supply a driving current of the laser diode, each gate of which is commonly connected to the gate of the first MOS-type element connected to the bias constant current source; and A MOS type digital-to-analog converter including fourth MOS type elements connected to the source and ground of each of the 3 MOS type elements and performing a switching operation according to a switching pulse applied to the gate;
트랜스미터내 변조부로부터 공급되는 변조 펄스 트레인과 전류 조절용 디지털 코드값의 논리조합에 따르는 다수의 스위칭 펄스들을 생성하여 상기 제4MOS형 소자 각각의 게이트에 인가하는 스위칭 펄스 생성기와;a switching pulse generator that generates a plurality of switching pulses according to a logical combination of the modulation pulse train supplied from the modulation unit in the transmitter and the digital code value for current control and applies them to the gate of each of the fourth MOS type elements;
상기의 각 스위칭 펄스에 따라 승압된 전압레벨을 상기 제3MOS형 소자 각각의 게이트에 승압 인가하는 승압소자들;을 포함함을 특징으로 한다.and boosting elements that apply the boosted voltage level according to each of the switching pulses to the gate of each of the third MOS-type elements.
더 나아가 상술한 구성을 포함하는 레이저 다이오드 드라이버에 있어서, 상기 스위칭 펄스 생성기는, 상기 변조 펄스 트레인을 일 입력, 상기 디지털 코드를 일 입력으로 하여 이들을 논리곱 연산해 상기 스위칭 펄스를 생성하는 복수의 게이트 소자들을 포함함을 특징으로 한다.Furthermore, in the laser diode driver including the above-described configuration, the switching pulse generator is a plurality of gates that take the modulation pulse train as one input and the digital code as one input and perform an AND operation thereof to generate the switching pulses. It is characterized by including elements.
또한 상기 승압소자들 각각은, 공통 접속되는 상기 제3MOS형 소자들 각각의 게이트에 일측이 연결되고, 나머지 일측은 상기 게이트 소자의 출력단과 상기 제4MOS형 소자 각각의 게이트 접속점에 연결되는 커패시터임을 특징으로 한다.In addition, each of the boosting elements is a capacitor with one side connected to the gate of each of the commonly connected third MOS-type elements, and the other side connected to the output terminal of the gate element and the gate connection point of each of the fourth MOS-type elements. Do it as
상술한 기술적 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드(VCSEL)의 드라이버는 바이어스 전류가 DAC의 코드변화에 따라 바뀌지 않고 일정하기 때문에 저전류 고속 스위칭에서 구동이 되지 않는 IDAC 사용시의 문제, 즉 저전류 구동시 높은 주파수(100MHz-300MHz)의 펄스 구동이 가능한 장점이 있다.According to the above-described means of solving the technical problem, the driver of the laser diode (VCSEL) according to the embodiment of the present invention has a constant bias current that does not change depending on the code change of the DAC, so when using IDAC, it cannot be driven in low-current high-speed switching. There is an advantage in that high frequency (100MHz-300MHz) pulse driving is possible when driving at low current.
또한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드의 드라이버는 승압소자를 이용해 VCSEL 구동전류의 모양이 구형파 모양으로 보정되도록 어시스트하기 때문에, 원하는 전류레벨까지 도달하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 함께 제공한다.In addition, the driver of the laser diode according to the embodiment of the present invention uses a boosting element to assist in correcting the shape of the VCSEL driving current to a square wave shape, thereby providing the effect of shortening the time required to reach the desired current level. .
도 1은 일반적인 3D 센싱 시스템의 간략 구성 예시도.
도 2는 이진 전류원 어레이로서 전류 DAC을 사용하는 VCSEL 드라이버의 구성 예시도.
도 3은 VCSEL 전류 파형 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 드라이버의 구성 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 NM0와 NM1의 게이트 전압 파형 예시도.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 전류 파형 예시도.Figure 1 is a simplified configuration diagram of a general 3D sensing system.
Figure 2 is an example configuration diagram of a VCSEL driver using a current DAC as a binary current source array.
Figure 3 is an example VCSEL current waveform.
Figure 4 is an exemplary configuration diagram of a laser diode driver according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an example gate voltage waveform of NM0 and NM1 according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are diagrams illustrating VCSEL current waveforms according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시한 것으로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description of the invention described below refers to the accompanying drawings, which show as illustrations specific embodiments in which the invention may be practiced in order to make clear the objectives, technical solutions and advantages of the invention. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention.
또한 본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, '포함하다'라는 단어 및 그 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다. 더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 아울러 본 명세서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다.Also, throughout the detailed description and claims of the present invention, the word 'comprise' and its variations are not intended to exclude other technical features, attachments, components or steps. Other objects, advantages and features of the invention will appear to those skilled in the art, partly from this description and partly from practice of the invention. The examples and drawings below are provided by way of example and are not intended to limit the invention. Moreover, the present invention encompasses all possible combinations of the embodiments shown herein. It should be understood that the various embodiments of the invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Additionally, unless otherwise indicated herein or clearly contradictory to the context, items referred to in the singular include the plural, unless otherwise required by the context.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능, 예를 들면 3D 센싱 시스템의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 더 나아가 하기에서는 iToF 방식을 채용한 3D 센싱 시스템에 적용 가능한 VCSEL 드라이버에 대해 설명하기로 한다.Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known configurations or functions, for example, the configuration of a 3D sensing system, may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Furthermore, the following will explain the VCSEL driver applicable to a 3D sensing system employing the iToF method.
우선 본 발명의 실시예에 따른 3D 센싱 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 iToF 기술에 기초하여 광신호를 객체로 방출하고, 객체로부터 반사되어 오는 광신호를 감지해 객체 간의 거리를 감지한다. 이러한 3D 센싱 시스템은 광원으로서 VCSEL과 그 드라이버를 포함하는 트랜스미터와, 렌즈부, ToF 센서에 해당하는 포토-디텍터 어레이, 변조부, 시간-거리 변환부를 포함하는 리시버 및 프로세서를 포함한다.First, the 3D sensing system according to an embodiment of the present invention emits an optical signal to an object based on iToF technology as shown in FIG. 1, and detects the distance between objects by detecting an optical signal reflected from the object. This 3D sensing system includes a transmitter including a VCSEL and its driver as a light source, a lens unit, a photo-detector array corresponding to a ToF sensor, a modulator, a receiver including a time-distance conversion unit, and a processor.
상기 시간-거리 변환부는 ToF 방식 혹은 iToF 방식에 따라 객체와의 거리를 계산하는 변환부를 지칭하는 것으로 가정한다. 또한 상기 광원은 VCSEL 외에 측면 발광 레이저, 분포 궤환형 레이저 등을 사용할 수 있으며, 경우에 따라서는 LED 계열의 광원을 사용할 수도 있다.It is assumed that the time-distance conversion unit refers to a conversion unit that calculates the distance to the object according to the ToF method or the iToF method. Additionally, in addition to VCSEL, the light source may be a side-emitting laser or a distributed feedback laser, and in some cases, an LED-based light source may be used.
이하 도 1에 도시한 바와 같은 3D 센싱 시스템 구성 중 레이저 다이오드 드라이버에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the laser diode driver in the 3D sensing system configuration as shown in FIG. 1 will be described in more detail.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 드라이버의 구성도를 예시한 것이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 전류 파형도를 예시한 것이다. 참고적으로 도 6은 보정 없는 삼각파 형태의 VCSEL 전류 파형을 예시한 것이다.Figure 4 illustrates a configuration diagram of a laser diode driver according to an embodiment of the present invention, and Figures 5 to 7 illustrate VCSEL current waveform diagrams according to an embodiment of the present invention. For reference, Figure 6 illustrates the VCSEL current waveform in the form of a triangular wave without correction.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드, 예를 들면 VCSEL 드라이버는,Referring to FIG. 4, a laser diode, for example, a VCSEL driver according to an embodiment of the present invention,
바이어스 정전류원(IBIAS)과 접지 사이에 직렬 연결되는 제1 및 제2MOS형 소자들(NM0, NM2)과,First and second MOS-type elements (NM0, NM2) connected in series between the bias constant current source (IBIAS) and ground,
레이저 다이오드인 VCSEL과 접지 사이에 연결되어 상기 VCSEL의 구동전류를 공급하되, 상기 바이어스 정전류원(IBIAS)과 연결되는 상기 제1 MOS형 소자(NM0)의 게이트에 각각의 게이트가 공통 접속되는 제3MOS형 소자들(NM1)과, 상기 제3MOS 형 소자(NM1) 각각의 소스와 접지에 연결되어 게이트에 인가되는 스위칭 펄스에 따라 스위칭 동작하는 제4MOS형 소자들(NM3)을 포함하는 MOS 타입의 디지털 아날로그 변환부(100)와,A third MOS is connected between VCSEL, which is a laser diode, and ground to supply a driving current of the VCSEL, and each gate of which is commonly connected to the gate of the first MOS type device (NM0) connected to the bias constant current source (IBIAS). A MOS-type digital device including MOS-type elements NM1 and fourth MOS-type elements NM3 that are connected to the source and ground of each of the third MOS-type elements NM1 and perform a switching operation according to a switching pulse applied to the gate. An
트랜스미터내 변조부로부터 공급되는 변조 펄스 트레인(CLK)과 전류 조절용 디지털 코드값(VC1,VC2,..VCN)의 논리조합에 따르는 다수의 스위칭 펄스들을 생성하여 상기 제4MOS형 소자(NM3) 각각의 게이트에 인가하는 스위칭 펄스 생성기(200)와,A plurality of switching pulses according to the logical combination of the modulation pulse train (CLK) supplied from the modulation unit in the transmitter and the digital code value for current control (VC1, VC2,...VCN) are generated to control each of the fourth MOS-type elements (NM3). A switching
상기의 각 스위칭 펄스에 따라 승압된 전압레벨을 상기 제3MOS형 소자(NM1) 각각의 게이트에 승압 인가하는 승압소자들(C1,C2,..Cn)을 포함한다.It includes boosting elements (C1, C2,...Cn) that apply a boosted voltage level according to each of the switching pulses to the gate of each of the third MOS-type elements (NM1).
더 나아가 상기 스위칭 펄스 생성기(200)는 상기 변조 펄스 트레인(CLK)을 일 입력, 상기 디지털 코드(VC1,VC2,..VCN)를 일 입력으로 하여 이들을 논리곱 연산해 상기 스위칭 펄스를 생성하는 복수의 게이트 소자들(A1,A2,..AN)을 포함하며,Furthermore, the switching
상기 승압소자들(C1,C2,..CN) 각각은 공통 접속되는 상기 제3MOS형 소자들(NM1) 각각의 게이트에 일측이 연결되고, 나머지 일측은 상기 게이트 소자(AN)의 출력단과 상기 제4MOS형 소자(NM3) 각각의 게이트 접속점에 연결되는 커패시터(C1,C2,..CN)로 구현 가능하다.Each of the boosting elements (C1, C2,...CN) has one side connected to the gate of each of the commonly connected third MOS-type elements (NM1), and the other side is connected to the output terminal of the gate element (AN) and the third MOS type element (NM1). It can be implemented with capacitors (C1, C2,..CN) connected to the gate connection points of each 4MOS type device (NM3).
도 4에 도시한 바와 같이, 트랜스미터내 변조부로부터 공급되는 변조 펄스 트레인(CLK)과 전류 조절용 디지털 코드값(VC1,VC2,..VCN)의 논리조합에 따르는 스위칭 펄스 각각이 생성되어 제4MOS형 소자(NM3)의 각 게이트에 인가되도록 MOS형 DAC을 구현하면, 스위칭 펄스 생성기(200)를 구성하는 각각의 게이트 소자들(A1,A2,..AN)에서 출력되는 스위칭 펄스에 의해 제4MOS형 소자(NM3)들은 스위칭 동작하여 VCSEL의 구동전류 조절이 가능함으로, 도 4에 도시한 드라이버는 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 일정한 바이어스 구동으로 전류 레벨/주파수에 따른 일정한 펄스의 구동이 가능하다.As shown in Figure 4, each switching pulse is generated according to the logical combination of the modulation pulse train (CLK) supplied from the modulation unit in the transmitter and the digital code value for current control (VC1, VC2,...VCN), thereby generating the 4th MOS type. If the MOS-type DAC is implemented to be applied to each gate of the device (NM3), the switching pulse output from each gate device (A1, A2,...AN) constituting the switching
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드의 드라이버는 바이어스 전류가 DAC의 코드변화에 따라 바뀌지 않고 일정하기 때문에 저전류 고속 스위칭에서 구동이 되지 않는 IDAC 사용시의 문제를 해결할 수 있는 것이다. 미설명한 도 5의 (a)는 IDAC을 사용할 경우 NM0, NM1의 게이트에 인가되는 파형을 나타낸 것이다.In other words, the driver of the laser diode according to an embodiment of the present invention can solve the problem when using IDAC that it cannot be driven in low-current, high-speed switching because the bias current is constant and does not change depending on the code change of the DAC. (a) of FIG. 5, which is not explained, shows the waveform applied to the gates of NM0 and NM1 when using IDAC.
한편, NM1, NM3에서 발생되는 기생 커패시턴스와 VCSEL, PCB 보드 기생 인덕턴스 영향으로 펄스 모양이 구형파에서 삼각파 모양으로 변화되고, 이에 원하는 전류레벨까지 도달하는데 시간이 지연되는 문제는 도 4에 도시한 승압소자들(C1,C2,..Cn)을 통해 해결할 수 있다.Meanwhile, the pulse shape changes from a square wave to a triangle wave due to the parasitic capacitance generated in NM1 and NM3 and the parasitic inductance of the VCSEL and PCB board, and the problem of time delay in reaching the desired current level is caused by the step-up element shown in FIG. 4. This can be solved through (C1,C2,..Cn).
즉, 본 발명의 실시예에 따른 VCSEL 드라이버는 MOS 타입의 DAC을 구성하는 제3MOS형 소자들(NM1) 각각의 게이트와 제4MOS형 소자들(NM3) 각각의 게이트에 승압소자들(C1,C2,..Cn)을 추가하고, 이들 각 승압소자(C1,C2,..CN) 일측을 스위칭 펄스 출력단인 게이트 소자(A1,..AN)에 연결하면, 변조 펄스(CLK)가 '로우'에서 '하이'로 전환될 경우 제3MOS형 소자(NM1)의 게이트단 전압이 상승됨으로서 도 6에 도시한 삼각파 모양의 VCSEL 전류 파형이 도 7에 도시한 바와 같이 보정되는 결과를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 VCSEL 드라이버는 원하는 전류레벨까지 도달하는데 필요한 시간을 단축시킬 수 있는 효과까지 제공한다.That is, the VCSEL driver according to an embodiment of the present invention includes boosting elements (C1, C2) at the gate of each of the third MOS-type elements (NM1) and the gate of each of the fourth MOS-type elements (NM3) constituting the MOS-type DAC. ,..Cn) is added, and one side of each of these boosting elements (C1, C2,..CN) is connected to the gate element (A1,..AN), which is the switching pulse output terminal, the modulation pulse (CLK) is 'low'. When switched to 'high', the voltage at the gate terminal of the third MOS type device (NM1) increases, resulting in the triangle wave-shaped VCSEL current waveform shown in FIG. 6 being corrected as shown in FIG. 7. Therefore, the VCSEL driver according to an embodiment of the present invention provides the effect of shortening the time required to reach the desired current level.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레이저 다이오드의 드라이버는 승압소자를 이용해 VCSEL 구동전류의 모양이 구형파 모양으로 보정되도록 어시스트함은 물론, MOS형의 DAC을 통해 저전류시에도 고속 스위칭 구동이 가능하도록 지원한다.As described above, the driver of the laser diode according to the embodiment of the present invention not only assists in correcting the shape of the VCSEL driving current to a square wave shape using a boosting element, but also provides high-speed switching driving even at low current through a MOS-type DAC. Support to make this possible.
이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative examples, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined only by the attached patent claims.
Claims (4)
레이저 다이오드와 접지 사이에 연결되어 상기 레이저 다이오드의 구동전류를 공급하되, 상기 바이어스 정전류원과 연결되는 상기 제1 MOS형 소자의 게이트에 각각의 게이트가 공통 접속되는 제3MOS형 소자들과, 상기 제3MOS 형 소자 각각의 소스와 접지에 연결되어 게이트에 인가되는 스위칭 펄스에 따라 스위칭 동작하는 제4MOS형 소자들을 포함하는 MOS 타입의 디지털 아날로그 변환부와;
트랜스미터내 변조부로부터 공급되는 변조 펄스 트레인과 전류 조절용 디지털 코드값의 논리조합에 따르는 다수의 스위칭 펄스들을 생성하여 상기 제4MOS형 소자 각각의 게이트에 인가하는 스위칭 펄스 생성기와;
상기의 각 스위칭 펄스에 따라 승압된 전압레벨을 상기 제3MOS형 소자 각각의 게이트에 승압 인가하는 승압소자들;을 포함함을 특징으로 하는 레이저 다이오드 드라이버.First and second MOS type elements connected in series between a bias constant current source and ground,
third MOS-type elements connected between the laser diode and ground to supply a driving current of the laser diode, each gate of which is commonly connected to the gate of the first MOS-type element connected to the bias constant current source; and A MOS-type digital-to-analog converter including fourth MOS-type elements connected to the source and ground of each of the 3MOS-type elements and performing a switching operation according to a switching pulse applied to the gate;
a switching pulse generator that generates a plurality of switching pulses according to a logical combination of the modulation pulse train supplied from the modulation unit in the transmitter and the digital code value for current control and applies them to the gate of each of the fourth MOS type elements;
A laser diode driver comprising: boosting elements that boost and apply a voltage level boosted according to each of the switching pulses to the gate of each of the third MOS-type elements.
상기 변조 펄스 트레인을 일 입력, 상기 디지털 코드를 일 입력으로 하여 이들을 논리곱 연산해 상기 스위칭 펄스를 생성하는 복수의 게이트 소자들을 포함함을 특징으로 하는 레이저 다이오드 드라이버.The method of claim 1, wherein the switching pulse generator,
A laser diode driver comprising a plurality of gate elements that generate the switching pulse by taking the modulation pulse train as one input and the digital code as one input and logically multiplying them.
공통 접속되는 상기 제3MOS형 소자들 각각의 게이트에 일측이 연결되고, 나머지 일측은 상기 게이트 소자의 출력단과 상기 제4MOS형 소자 각각의 게이트 접속점에 연결되는 커패시터임을 특징으로 하는 레이저 다이오드 드라이버.The method of claim 2, wherein each of the boosting elements is:
A laser diode driver characterized in that it is a capacitor with one side connected to the gate of each of the commonly connected third MOS type elements, and the other side connected to the output terminal of the gate element and the gate connection point of each of the fourth MOS type elements.
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| KR100810328B1 (en) | 2006-09-21 | 2008-03-04 | 삼성전자주식회사 | Current driving type light source driving circuit |
| KR20220061121A (en) | 2019-09-18 | 2022-05-12 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Optical detection device, optical detection method, and ranging system |
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