JP2005332546A - 発光素子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】低消費電力と、高速応答性を両立する。
【解決手段】ＤＣモードドライブ回路１０は、電源Ｖｃｃ１から電力の供給を受け動作し、第１出力トランジスタ２０を介し、ＬＤ１４に駆動電流を供給する。パルスモードドライブ回路１２は、電源Ｖｃｃ２から電力の供給を受け動作し、第２出力トランジスタ２２を介し、ＬＤ１４に駆動電流を供給する。切り替え回路３２は、データ書き込みの際にパルスモードドライブ回路１２を選択し、データ読み出しの際にＤＣモードドライブ回路１０を選択して動作させる。Ｖｃｃ２をＶｃｃ１より高い電圧とすることで、書き込み時の応答性を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池電源からの電力によって、発光素子を駆動して、光学ディスクからのデータの読み出しおよび光学ディスクに対するデータの書き込みを行う発光素子の駆動回路に関する。

従来より、音楽用のポータブル録音再生機器としてミニディスク（ＭＤ）プレーヤが普及している。ＭＤは、ＣＤに比べ遙かに小型軽量であるとともに、再書き込みが可能でありカセットテーププレーヤに代わってポータブルプレーヤの主流となっている。

ここで、ＭＤは光磁気記録メディアであり、データの書き込みおよび読み出しには、レーザ光が用いられる。すなわち、高出力のレーザパルスを書き込みデータに従ってＭＤに照射することでデータの書き込みを行い、比較的低出力の連続光をＭＤに照射し、そのときの反射光からデータを読み出す。

そして、書き込み読み出し用のレーザ光源としては、１つレーザダイオード（ＬＤ）が使用され、ここに高出力パルスまたは低出力ＤＣ電流を供給する。従って、１つの駆動回路を用いて、書き込み用のパルスおよび読み取り用の連続光を発生している。

ここで、ＭＤの中でも、記憶容量が１Ｇバイトと非常に大きく、コンピュータ用のデータストレージとしても利用可能なＨｉ−ＭＤも開発されている。このようなＨｉ−ＭＤ用のプレーヤでは、データ書き込み（記録）の際には、ＬＤを高速パルスで発光させる必要がある。

一方、ＬＤへの電流供給を制御する出力トランジスタをそのＶｃｅ（コレクタエミッタ電圧）の飽和領域内で使用すると遅延が発生する。このため、高速パルス駆動する際には、出力トランジスタを飽和あるいは過飽和状態で使用することはできない。また、飽和電圧を下げるために、出力トランジスタのサイズを大きくすると、寄生容量が大きくなり応答性が悪化するという問題がある。従って、電源電圧を高く設定することが必要である。

一方、ポータブル機器においては、バッテリ駆動による動作持続時間が長いことが重要となる。従って、ポータブル機器における各種回路においては、その電源電圧をできるだけ低くして、バッテリの消費をできるだけ少なくしたいという要求がある。

本発明は、電池電源からの電力によって、発光素子を駆動して、光学ディスクからのデータの読み出しおよび光学ディスクに対するデータの書き込みを行う発光素子の駆動回路であって、比較的低電圧の第１電源と、比較的高電圧の第２電源と、第１電源からの電力によって、前記発光素子を駆動する第１ドライブ回路と、第２電源からの電力によって、前記発光素子を駆動する第２ドライブ回路と、前記第１ドライブ回路または第２ドライブ回路のいずれかを選択して動作させる切り替え回路と、を有することを特徴とする。

また、前記第１ドライブ回路は、前記第１電源からの電流を前記発光素子へ供給する第１ドライブトランジスタを含み、前記第２ドライブ回路は、前記第２電源からの電流を前記発光素子へ供給する第２ドライブトランジスタを含む、ことが好適である。

また、前記切り替え回路は、前記発光素子により前記光学ディスクからのデータの読み出しを行うときに前記第１ドライブ回路を選択し、前記発光素子により前記光学ディスクへのデータの書き込みを行うときに前記第２ドライブ回路を選択することが好適である。

また、前記第２ドライブ回路は、前記発光素子をパルス駆動することが好適である。

さらに、前記第１および第２ドライブ回路によって、前記発光素子を駆動する駆動電流の目標信号を出力する出力電流制御回路および基準電流を発生する基準電流発生回路などの動作制御用回路を有し、これら動作制御用回路も、第１電源からの電力によって動作することが好適である。

また、前記切り替え回路は、前記第１ドライブ回路を動作させる第１モードと、第２ドライブ回路を動作させる第２モードの他に、前記第１および第２ドライブ回路のいずれも動作させないオフモードを有しており、第１モードと、第２モードの切り替えの際には、オフモードを介して切り替えることが好適である。

このように、本発明によれば、１つの発光素子を駆動するために電源電圧の異なる２つのドライブ回路を有している。そして、動作させるドライブ回路の切り替え回路によって、動作電圧の異なるドライブ回路を選択することができる。従って、データの書き込み時において十分高い電源電圧によって発光素子への駆動電流をドライブすることができ、かつ読み取り時には低い電源電圧によって低消費電力の発光素子の駆動が可能となる。

また、モード切替の際にオフ期間をおくことで、第１および第２ドライブ回路の両方から電流が出力され、過大な電流が発光素子に供給されることを効果的に防止できる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、実施形態のシステムの全体構成を示す図である。まず、この実施形態においては、ＤＣモードドライブ回路１０と、パルスモードドライブ回路１２の両方を備えており、これらによって１つの発光素子であるレーザダイオード（ＬＤ）１４を駆動する。すなわち、ＭＤからデータの読み出しを行う場合がＤＣモードであり、ＤＣモードドライブ回路１０が動作し、ＭＤへデータの書き込みを行う場合がパルスモードであり、パルスモードドライブ回路１２が動作する。

ＤＣモードドライブ回路１０は、ＰＮＰ型の第１出力トランジスタ２０を有しており、この第１出力トランジスタ２０のエミッタは、後述する抵抗を介し第１電源Ｖｃｃ１に接続され、コレクタは端子Ｉｏｕｔを介しＬＤ１４のアノードに接続されている。また、ＬＤ１４のカソードは、グランドに接続されており、第１出力トランジスタ２０がオンすることによって、駆動電流がＬＤ１４に流れる。

また、パルスモードドライブ回路１２は、ＰＮＰ型の第２出力トランジスタ２２を有しており、この第２出力トランジスタ２２のエミッタは、直接第２電源Ｖｃｃ２に接続され、コレクタは端子Ｉｏｕｔを介しＬＤ１４のアノードに接続されている。また、ＬＤ１４のカソードは、グランドに接続されている。従って、第２出力トランジスタ２２がオンすることによって、駆動電流がＬＤ１４に流れる。

なお、端子Ｉｏｕｔは、駆動回路を形成するＩＣ（集積回路）に設けられ、外付けされるＬＤ１４が接続される端子である。

ＬＤ１４には、これに隣接してフォトダイオード（ＰＤ）２４が設けられており、ＬＤ１４からの光を受け対応した電流を発生する。すなわち、ＰＤ２４によって、ＬＤ１４の発光量を検出することができる。ＰＤ２４の出力電流は、アンプ２６によって増幅された後、Ｉｉｎ端子を介し出力電流制御回路２８に供給される。ここで、Ｉｉｎ端子から出力電流制御回路２８に入力する経路には、他端がグランドに接続された抵抗３０が接続されており、これによって電流電圧変換がなされ、出力電流制御回路２８には、ＬＤ１４の発光量についての電圧信号が供給される。

出力電流制御回路２８は、外部のマイクロコンピュータ（マイコン）などから供給される動作モード信号に応じて、ＬＤ１４の発光量を決定し、指令信号Ｉｌｄを生成するが、端子ＩｉｎからのＬＤ１４の実際の発光量の検出結果をフィードバックして、指令信号Ｉｌｄを修正する。なお、Ｉｌｄは、電流信号である。また、この出力電流制御回路２８も第１電源Ｖｃｃ１により動作する。

指令信号Ｉｌｄは、切り替え回路３２に供給される。この切り替え回路３２は、電流出力制御回路２８からの指令信号ＩｌｄをＤＣモードドライブ回路１０またはパルスモードドライブ回路１２のいずれに供給するかを切り替える回路であって、２つのスイッチを有している。ＤＣモードであることを示すＤＣモード信号が供給されているときには、指令信号ＩｌｄをＤＣモードドライブ回路１０に供給し、パルスモードであることを示すパルスモード信号が供給されているときには、指令信号Ｉｌｄをパルスモードドライブ回路１２に供給する。なお、ＤＣモード信号およびパルスモード信号は、モード信号処理回路５０から出力されるものである。モード信号処理回路５０は、マイコンから供給される書き込みモードであるか、読み出しモードであるかを示すモード信号に応じてＤＣモード信号、パルスモード信号を生成して出力する。

従って、この切り替え回路３２により、指令信号Ｉｌｄを供給されたＤＣモードドライブ回路１０またはパルスモードドライブ回路１２のいずれかが動作して、指令信号Ｉｌｄに応じた駆動電流を第１および第２出力トランジスタ２０，２２を介し、ＬＤ１４に供給する。

なお、パルスモードドライブ回路１２は、外部から供給されるパルス信号Ｃｏｎｔに応じて第２出力トランジスタ２２をパルス駆動する。

図２には、ＤＣモードドライブ回路１０の構成が示されている。切り替え回路３２からの指令信号Ｉｌｄは、他端が電源に接続された抵抗３４によって電圧信号に変換されて、オペアンプ３６の正入力端に入力される。オペアンプ３６の出力は、第１出力トランジスタ２０のベースに接続されている。第１出力トランジスタ２０のエミッタは、抵抗３８を介し電源に接続され、抵抗３８と第１出力トランジスタ２０のエミッタの接続点は、オペアンプ３６の負入力端子に接続されている。従って、オペアンプ３６は、第１出力トランジスタ２０のエミッタがオペアンプ３６の正入力端の電圧と同一になるように動作する。

オペアンプ３６の正入力端の電圧は、抵抗３４の抵抗値をＲ３４とすれば、Ｖｃｃ１−Ｉｌｄ・Ｒ３４であり、オペアンプ３６の負入力端の電圧は、第１出力トランジスタ２０に流れる電流をＩｏｕｔ、抵抗３８の抵抗値をＲ３８とすれば、Ｖｃｃ１−Ｉｏｕｔ・Ｒ３８となる。従って、抵抗３４と、抵抗３８の抵抗値の比、Ｒ３４：Ｒ３８を例えば、１００：１とすることで、Ｉｏｕｔ＝１００・Ｉｌｄとなり、ＤＣモードドライブ回路１０により、指令信号Ｉｌｄを１００倍した電流で、ＬＤ１４を駆動することができる。

図３には、パルスモードドライブ回路１２の構成が示されている。切り替え回路３２からの指令信号Ｉｌｄは、パルス出力回路４０に供給される。なお、指令信号Ｉｌｄは、パルスモードのＭＤに対しデータ書き込みを行う際のＬＤ１４の発光強度を示す信号であり、ＤＣモードのＭＤからデータを読み出す時に比べ十分大きく設定されている。なお、Ｉｌｄ自体は、同一のレベルのものとしてもよい。

パルス出力回路４０には、パルス信号Ｃｏｎｔが入力されており、この指令信号Ｉｌｄはパルス信号Ｃｏｎｔに応じたパルス電流に変換される。

パルス出力回路４０の出力は、エミッタが電源Ｖｃｃ２に接続され、ベースコレクタ間が短絡されたＰＮＰ型のトランジスタ４２のコレクタに供給される。また、このトランジスタ４２のベースには、第２出力トランジスタ２２のベースが共通接続されており、トランジスタ４２と、第２出力トランジスタ２２はカレントミラーを形成している。従って、パルス出力回路４０から出力されるパルス電流に対応する電流が第２出力トランジスタ２２に流れ、これがＬＤ１４に供給される。

なお、パルス出力回路４０において、所定の増幅を行いトランジスタ４２に供給する電流量を大きくしたり、トランジスタ４２と、第２トランジスタ２２のエミッタ面積を調整することによって、第２トランジスタ２２に流れる電流量（ＬＤ１４に供給する駆動電流量）を調整することができる。

このように、パルスモードドライブ回路１２においては、その内部におけるフィードバックループは設けていない。これは、高周波のパルス駆動において、そのパルス電流値の十分なフィードバック制御は、行えないからである。そして、不要な回路がないため、高速応答が得られ、高周波のパルス電流を効果的に得ることができる。なお、ＰＤ２４の検出値に基づくフィードバック制御は、行われるため、ＬＤ１４の発光量についての全体としてのフィードバック制御は行われる。

ここで、第１電源Ｖｃｃ１としては、２．２Ｖ程度、第２電源Ｖｃｃ２としては、第１電源Ｖｃｃ１より０．５Ｖ以上高い、２．８Ｖ程度を採用することが好ましい。

ＩＣ内の各種回路を動作させるためには、電源電圧は２．２Ｖあれば、十分である。また、第１出力トランジスタ２０はＤＣ駆動であり、高速応答性は必要ない。このため、ＤＣモードドライブ回路１０や、切り替え回路３２、出力電流制御回路２８は、２．２Ｖの第１電源Ｖｃｃ１で動作させている。

一方、パルスモードドライブ回路１２は、高速応答が要求される。そこで、トランジスタ４２，２２の電源には、２．８Ｖ程度の第２電源Ｖｃｃ２を用いている。ＬＤ１４を発光させる場合、このＬＤ１４における電圧降下は、通常２Ｖ程度である。一方、第２出力トランジスタ２２は、そのＶｃｅが１００〜２００ｍＶ程度で飽和する。従って、第１電源Ｖｃｃ１を使用したのでは、第２トランジスタ２２が飽和してしまい、高速応答性が十分保てない。

本実施形態では、この第２トランジスタ２２，５２を含むパルスモードドライブ回路１２の電源として、２．８Ｖ程度の第２電源Ｖｃｃ２を利用している。従って、比較的小さなトランジスタを用いても、第２出力トランジスタ２２は飽和することはなく、高速応答性を改善できる。なお、他の回路については、第１電源Ｖｃｃ１を用いることで、それら回路の消費電力の増加を抑えている。

そして、切り替え回路３２により、データ書き込みの際にパルスモードドライブ回路１２を選択し、データ読み出しの際にはＤＣモードドライブ回路１０を選択することで、低消費電力および高速応答のデータ書き込みの両方を実現している。

図４には、切り替え回路３２に供給するパルスモード信号、ＤＣモード信号を生成するモード信号処理回路５０の構成例が示されている。このモード信号処理回路５０は、２つの比較器５２ａ，５２ｂと、この比較器５２ａ，５２ｂに入力される２つの基準電圧Ｖｔａ、Ｖｔｂを発生させるための電源とグランド間に直列接続した分割抵抗５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有している。比較器５２ａの正入力端子には、モード信号が入力され、負入力端子には、分割抵抗５４ａと、５４ｂの中間点が接続されている。一方、比較器５２ｂの正入力端には、分割抵抗５４ａと、５４ｃの中間点が接続され、負入力端にはモード信号が入力されている。

分割抵抗５４ａ〜５４ｃの抵抗値をそれぞれＲａ、Ｒｂ、Ｒｃとすれば、電源電圧はＶｃｃ１であるため、比較器５２ａに入力される基準電圧Ｖｔａは、Ｖｔａ＝Ｖｃｃ１・（Ｒｂ＋Ｒｃ）／（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）、比較器５２ｂに入力される基準電圧Ｖｔｂは、Ｖｔｂ＝Ｖｃｃ１・Ｒｃ／（Ｒａ＋Ｒｂ＋Ｒｃ）となる。従って、このモード信号処理回路５０の入力であるモード切替信号の電圧値に対する出力は、図５に示すとおり、Ｖｔｂ以下の電圧では、ＤＣモード信号が出力（Ｈレベル）され、Ｖｔａ以上では、パルスモード信号が出力（Ｈレベル）され、ＶｔａとＶｔｂの中間の電圧では、いずれの信号も出力されないことになる。従って、切り替え回路３２は、ＤＣモードドライブ回路１０と、パルスモードドライブ回路１２とのいずれに指令信号を供給するかを切り替える際に、必ず両回路ともオフにする期間オフモードを与えることになる。

すなわち、１つの切り替え電圧を用いてモードを切り替えた場合、切り替え回路３２における動作遅れなどのため、図６に実線で示すように、ＤＣモードドライブ回路１０と、パルスモードドライブ回路１２の両方から電流が出力され、電流Ｉｏｕｔがモード切り替え時に電流Ｉｏｕｔとして大電流が生じてしまう。本実施形態によれば、図６に波線で示すように、ＬＤ１４に供給される電流Ｉｏｕｔは、切り替えの際に一旦０となる。従って、モード切替時における不要な大電流の発生を防止することができる。

システムの全体構成を示す図である。 ＤＣモードドライブ回路１０の構成を示す図である。 パルスモードドライブ回路１２の構成を示す図である。 モード信号処理回路５０の構成を示す図である。 モードの切り替えを説明する図である。 モードの切り替えタイミングを示す図である。

符号の説明

１０ モードドライブ回路、１２ パルスモードドライブ回路、１４ ＬＤ、２０ 第１出力トランジスタ、２２ 第２トランジスタ、２６ アンプ、２８ 出力電流制御回路、３０ 抵抗、３２ 切り替え回路、３２ａ，３２ｂ スイッチ、３４ 抵抗、３６ オペアンプ、３８ 抵抗、４０ パルス出力回路、４２ トランジスタ、５０ モード信号処理回路、５２ａ，５２ｂ 比較器、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ 分割抵抗。

Claims (6)

1. 電池電源からの電力によって、発光素子を駆動して、光学ディスクからのデータの読み出しおよび光学ディスクに対するデータの書き込みを行う発光素子の駆動回路であって、
   比較的低電圧の第１電源と、
   比較的高電圧の第２電源と、
   第１電源からの電力によって、前記発光素子を駆動する第１ドライブ回路と、
   第２電源からの電力によって、前記発光素子を駆動する第２ドライブ回路と、
   前記第１ドライブ回路または第２ドライブ回路のいずれかを選択して動作させる切り替え回路と、
   を有することを特徴とする発光素子の駆動回路。
2. 請求項１に記載の回路において、
   前記第１ドライブ回路は、前記第１電源からの電流を前記発光素子へ供給する第１ドライブトランジスタを含み、
   前記第２ドライブ回路は、前記第２電源からの電流を前記発光素子へ供給する第２ドライブトランジスタを含む、
   ことを特徴とする発光素子の駆動回路。
3. 請求項１または２に記載の回路において、
   前記切り替え回路は、
   前記発光素子により前記光学ディスクからのデータの読み出しを行うときに前記第１ドライブ回路を選択し、
   前記発光素子により前記光学ディスクへのデータの書き込みを行うときに前記第２ドライブ回路を選択することを特徴とする発光素子の駆動回路。
4. 請求項３に記載の回路において、
   前記第２ドライブ回路は、前記発光素子をパルス駆動することを特徴とする発光素子の駆動回路。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の回路において、
   さらに、前記第１および第２ドライブ回路によって、前記発光素子を駆動する駆動電流の目標信号を出力する出力電流制御回路および基準電流を発生する基準電流発生回路などの動作制御用回路を有し、これら動作制御用回路も、第１電源からの電力によって動作することを特徴とする発光素子の駆動回路。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の回路において、
   前記切り替え回路は、前記第１ドライブ回路を動作させる第１モードと、第２ドライブ回路を動作させる第２モードの他に、前記第１および第２ドライブ回路のいずれも動作させないオフモードを有しており、第１モードと、第２モードの切り替えの際には、オフモードを介して切り替えることを特徴とする発光素子の駆動回路。

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