JP2007242798A

JP2007242798A - Semiconductor laser driving circuit

Info

Publication number: JP2007242798A
Application number: JP2006061380A
Authority: JP
Inventors: Hirotake Iwadate; 弘剛岩舘
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2007-09-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser driving circuit which can operate normally over a wide temperature range while preventing overemission of a semiconductor laser element. <P>SOLUTION: The semiconductor laser driving circuit 1 includes an APC loop circuit 3 for controlling the light output P<SB>out</SB>of the semiconductor laser element (LD) 2. The APC loop circuit 3 includes a protection circuit 5 which is connected to resistive elements 4b and 4m for setting currents I<SB>B</SB>and I<SB>M</SB>to be supplied to the LD 2, and causes excessive currents I<SB>B1</SB>and I<SB>M1</SB>in the resistive elements 4b and 4m for setting a current according to a monitor signal V<SB>1</SB>of the light output P<SB>out</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光信号を生成する半導体レーザ素子を駆動するための半導体レーザ駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser driving circuit for driving a semiconductor laser element that generates an optical signal.

従来から、光送信器においてモニタ用フォトダイオードが故障した場合に半導体レーザ素子が過発光するのを防止するために、様々な構成のものが検討されている。例えば、下記特許文献１には、レーザダイオード（以下、ＬＤという）に対して駆動電流及びバイアス電流を供給する２つのトランジスタ側にそれぞれ電流制限抵抗を設け、ＬＤに流れる電流の最大値を決定することによって、モニタ用フォトダイオードが故障しモニタ電流信号が減少した場合に、ＬＤの過発光を抑制する駆動回路の構成が開示されている。
特開２００５−１２３４１４号公報特開平１１−１７７１７４号公報 2. Description of the Related Art Conventionally, various configurations have been studied in order to prevent a semiconductor laser element from excessively emitting light when a monitoring photodiode fails in an optical transmitter. For example, in Patent Document 1 below, a current limiting resistor is provided on each of two transistors that supply a drive current and a bias current to a laser diode (hereinafter referred to as LD), and the maximum value of the current flowing through the LD is determined. Thus, a configuration of a drive circuit that suppresses over-emission of the LD when the monitor photodiode fails and the monitor current signal decreases is disclosed.
JP 2005-123414 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-177174

上述したような従来の駆動回路においては、広い動作温度範囲でＬＤ自身が使用できないという傾向にあった。それは、広い温度範囲では電流リミッタ回路が動作しなくなるばかりでなく、以下のように、ＬＤの通常動作も保証されないことによる。すなわち、ＬＤは電流−光変換効率が温度によって大きく変化する。ＬＤにおいて同じ光出力を得るのに必要な電流は、低温で小さく、高温で大きい。つまり、低温で過発光を防止するための許容電流の最大値が、高温で通常動作に必要な電流の最小値を超えていなければならないが、ＬＤの特性によってはこれが成り立たない。 In the conventional driving circuit as described above, the LD itself cannot be used in a wide operating temperature range. This is because not only the current limiter circuit does not operate in a wide temperature range, but also the normal operation of the LD is not guaranteed as follows. In other words, the current-light conversion efficiency of LD varies greatly with temperature. The current required to obtain the same light output in the LD is small at a low temperature and large at a high temperature. That is, the maximum value of the allowable current for preventing excessive light emission at a low temperature must exceed the minimum value of the current required for normal operation at a high temperature, but this does not hold depending on the characteristics of the LD.

例えば、図３に示すＬＤの電流−発光強度特性においては、出力１０ｍＷに必要なＬＤ供給電流は、−４０°Ｃの温度環境で６０ｍＡである。また、レーザ装置の安全基準としてＪＩＳ規格に規定されたＣｌａｓｓ１仕様では、レーザからの発光出力が１０ｍＷを上回らないとされている。低温時にこの電流値でリミッタを施した場合、最大発光強度ではなく通常発光強度をＬＤの５ｍＷに設定するときに必要なＬＤ供給電流は、低温では約３０ｍＡですむが、８５°の高温時には７０ｍＡ近く必要になる。従って、通常駆動状態で６０ｍＡのリミッタ値を上回る電流が必要になり、高温時に正常な発光が不可能になってしまう。 For example, in the current-luminescence intensity characteristics of the LD shown in FIG. 3, the LD supply current required for an output of 10 mW is 60 mA in a temperature environment of −40 ° C. Further, in the Class 1 specification defined in the JIS standard as a safety standard for laser devices, the light emission output from the laser does not exceed 10 mW. When a limiter is applied at this current value at low temperatures, the LD supply current required for setting the normal light emission intensity to 5 mW of LD instead of the maximum light emission intensity is about 30 mA at low temperatures, but 70 mA at high temperatures of 85 °. I will need it soon. Accordingly, a current exceeding the limit value of 60 mA is required in the normal driving state, and normal light emission is impossible at a high temperature.

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、半導体レーザ素子の過発光を防止しつつ広い温度範囲でも正常動作が可能な半導体レーザ駆動回路を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a semiconductor laser driving circuit capable of normal operation even in a wide temperature range while preventing excessive light emission of the semiconductor laser element.

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザ素子の光出力を制御するＡＰＣループ回路を含む半導体レーザ駆動回路において、ＡＰＣループ回路において半導体レーザ素子に供給する電流を設定する電流設定用抵抗素子に接続され、光出力のモニタ信号に応じて電流設定用抵抗素子に余剰電流を発生させる余剰電流生成回路を備える。 In order to solve the above problems, a semiconductor laser driving circuit according to the present invention sets a current to be supplied to a semiconductor laser element in the APC loop circuit in a semiconductor laser driving circuit including an APC loop circuit that controls the optical output of the semiconductor laser element. A surplus current generating circuit is provided that is connected to the current setting resistance element and generates a surplus current in the current setting resistance element in accordance with the monitor signal of the optical output.

このような半導体レーザ駆動回路においては、ＡＰＣループ回路において半導体レーザ素子の供給電流を設定するために設けられた電流設定用抵抗素子に、光出力のモニタ信号に応じて余剰電流が流される結果、供給電流が余剰電流のために減少するので、ＡＰＣループ断時等の異常時における半導体レーザ素子における過発光が防止される。同時に、電流設定用抵抗素子は、制限したい発光強度に関係なく通常駆動状態の光出力を確保できるように設定可能となるので、広い温度範囲に亘って半導体レーザを正常に発光させることができる。 In such a semiconductor laser drive circuit, as a result of surplus current flowing through the current setting resistance element provided for setting the supply current of the semiconductor laser element in the APC loop circuit according to the monitor signal of the optical output, Since the supply current decreases due to the surplus current, excessive light emission in the semiconductor laser element at the time of abnormality such as when the APC loop is interrupted is prevented. At the same time, the current setting resistance element can be set so that the light output in the normal driving state can be ensured regardless of the light emission intensity to be limited, so that the semiconductor laser can normally emit light over a wide temperature range.

ＡＰＣループ回路は、光出力に応じたモニタ信号を生成するフォトダイオードと、モニタ信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、半導体レーザ素子と電流設定用抵抗素子との間に接続され、電流電圧変換部から出力された電圧信号に基づいて、半導体レーザ素子に供給される電流を、電流設定用抵抗素子の抵抗値に応じて調整する電流源と、を有し、余剰電流生成回路は、電流電圧変換部から出力された電圧信号に応じて、電流設定用抵抗素子に余剰電流を出力するトランジスタを有する、ことが好ましい。 The APC loop circuit is connected between a photodiode that generates a monitor signal corresponding to an optical output, a current-voltage conversion unit that converts the monitor signal into a voltage signal, a semiconductor laser element, and a current setting resistance element. A current source that adjusts the current supplied to the semiconductor laser element according to the resistance value of the current setting resistor element based on the voltage signal output from the voltage converter; It is preferable to have a transistor that outputs a surplus current to the current setting resistance element in accordance with the voltage signal output from the current-voltage converter.

この場合、ＡＰＣループ回路において、フォトダイオードから出力されたモニタ信号が電圧信号に変換され、その電圧信号に基づいて、電流設定用抵抗素子の抵抗値に応じた変化量で半導体レーザ素子への供給電流が調整される。このとき、トランジスタにより上記電圧信号に応じて電流設定用抵抗素子に余剰電流が流され、この余剰電流により電流源から供給される電流量が抑えられるので、半導体レーザ素子とフォトダイオードとの光結合断時等の異常時における半導体レーザ素子における過発光が防止される。 In this case, in the APC loop circuit, the monitor signal output from the photodiode is converted into a voltage signal, and based on the voltage signal, the supply amount to the semiconductor laser element is changed in accordance with the resistance value of the current setting resistance element. The current is adjusted. At this time, a surplus current is caused to flow through the current setting resistance element according to the voltage signal by the transistor, and the amount of current supplied from the current source is suppressed by the surplus current, so that the optical coupling between the semiconductor laser element and the photodiode is performed. Excessive light emission in the semiconductor laser element at the time of an abnormality such as a disconnection is prevented.

また、ＡＰＣループ回路は、光出力に応じたモニタ信号を生成するフォトダイオードと、モニタ信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、半導体レーザ素子と電流設定用抵抗素子との間に接続され、電流電圧変換部から出力された電圧信号に基づいて、半導体レーザ素子に供給される電流を、電流設定用抵抗素子の抵抗値に応じて調整する電流源と、を有し、余剰電流生成回路は、電流電圧変換部から出力された電圧信号と所定の基準電圧との差信号を生成するオペアンプと、オペアンプから出力された差信号に応じて、電流設定用抵抗素子に余剰電流を出力するトランジスタと、を有する、ことも好ましい。 The APC loop circuit is connected between a photodiode that generates a monitor signal corresponding to the optical output, a current-voltage conversion unit that converts the monitor signal into a voltage signal, a semiconductor laser element, and a current setting resistor element. A current source that adjusts the current supplied to the semiconductor laser element according to the resistance value of the current setting resistance element based on the voltage signal output from the current-voltage conversion unit, and a surplus current generation circuit An operational amplifier that generates a difference signal between the voltage signal output from the current-voltage converter and a predetermined reference voltage, and a transistor that outputs an excess current to the current setting resistor element according to the difference signal output from the operational amplifier It is also preferable to have.

かかる構成を採れば、ＡＰＣループ回路において、フォトダイオードから出力されたモニタ信号が電圧信号に変換され、その電圧信号に基づいて、電流設定用抵抗素子の抵抗値に応じた変化量で半導体レーザ素子への供給電流が調整される。このとき、オペアンプにより上記電圧信号と基準電圧との差信号が生成され、トランジスタにより上記差信号に応じて電流設定用抵抗素子に余剰電流が流され、この余剰電流により電流源から供給される電流量が抑えられるので、半導体レーザ素子とフォトダイオードとの光結合断時等の異常時における半導体レーザ素子における過発光が防止される。 With this configuration, in the APC loop circuit, the monitor signal output from the photodiode is converted into a voltage signal, and based on the voltage signal, the semiconductor laser element is changed by an amount corresponding to the resistance value of the current setting resistance element. The supply current to is adjusted. At this time, a difference signal between the voltage signal and the reference voltage is generated by the operational amplifier, and a surplus current is caused to flow through the current setting resistance element according to the difference signal by the transistor, and a current supplied from the current source by the surplus current. Since the amount is suppressed, excessive light emission in the semiconductor laser element at the time of abnormality such as when the optical coupling between the semiconductor laser element and the photodiode is broken is prevented.

本発明の半導体レーザ駆動回路によれば、半導体レーザ素子の過発光を防止しつつ広い温度範囲でも正常動作が可能となる。 According to the semiconductor laser driving circuit of the present invention, normal operation is possible even in a wide temperature range while preventing the semiconductor laser element from over-emitting.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体レーザ駆動回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor laser driving circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図１は、本発明の好適な一実施形態である半導体レーザ駆動回路１の回路図である。同図に示す半導体レーザ駆動回路１は、光通信で用いられる光送信器等に内蔵されて、光信号を生成する素子である半導体レーザダイオード（以下、ＬＤという）を駆動するための回路である。 FIG. 1 is a circuit diagram of a semiconductor laser driving circuit 1 which is a preferred embodiment of the present invention. A semiconductor laser drive circuit 1 shown in the figure is a circuit for driving a semiconductor laser diode (hereinafter referred to as LD) that is an element that generates an optical signal, which is built in an optical transmitter or the like used in optical communication. .

半導体レーザ駆動回路１は、ＬＤ２の光出力の強度を自動制御するＡＰＣループ回路３と、ＡＰＣループ回路３内の電流設定用抵抗素子４ｂ，４ｍに余剰電流を供給してＬＤ２の過発光を防止する保護回路（余剰電流生成回路）５とを備えて構成されている。 The semiconductor laser drive circuit 1 prevents excessive light emission of the LD 2 by supplying surplus current to the APC loop circuit 3 that automatically controls the intensity of the optical output of the LD 2 and the current setting resistance elements 4b and 4m in the APC loop circuit 3. And a protection circuit (surplus current generation circuit) 5 that is configured.

以下、ＡＰＣループ回路３の構成について説明する。ＡＰＣループ回路３は、光信号Ｐ_ｏｕｔを生成するＬＤ２を有し、ＬＤ２のアノードには、ＬＤ２からの光出力Ｐ_ｏｕｔの強度に応じたモニタ電流信号を生成するフォトダイオード（以下、ＰＤという）６のカソードが接続され、ＬＤ２のアノード及びＰＤ６のカソードには、正電圧Ｖ_ｃｃが印加されている。このＰＤ６のアノードには、モニタ電流信号を電圧信号Ｖ_１に変換する電流／電圧変換抵抗（電流電圧変換部）７が接続されている。さらに、電流／電圧変換抵抗７のＰＤ６側の端子には、反転増幅器８の入力が接続され、反転増幅器８の出力は反転増幅器９ｂ，９ｍに分岐して接続されている。 Hereinafter, the configuration of the APC loop circuit 3 will be described. The APC loop circuit 3 includes an LD 2 that generates an optical signal P _out, and a photodiode (hereinafter referred to as PD) that generates a monitor current signal corresponding to the intensity of the optical output P _out from the LD 2 at the anode of the LD 2. 6 is connected, and a positive voltage _Vcc is applied to the anode of LD2 and the cathode of PD6. Connected to the anode of the PD 6 is a current / voltage conversion resistor (current / voltage conversion unit) 7 for converting the monitor current signal into the voltage signal V ₁ . Further, the input of the inverting amplifier 8 is connected to the PD6 side terminal of the current / voltage conversion resistor 7, and the output of the inverting amplifier 8 is branched and connected to the inverting amplifiers 9b and 9m.

反転増幅器９ｂの出力は、オペアンプ１０ｂの反転入力に接続され、オペアンプ１０ｂの非反転入力には正電圧Ｖ_ｂ１が印可されている。このオペアンプ１０ｂの出力は、オペアンプ１１ｂの非反転入力に接続され、オペアンプ１１ｂの反転入力には、電流設定用抵抗素子４ｂ、及び電流設定用抵抗素子４ｂとＬＤ２との間に接続されたＮＰＮトランジスタ１２ｂのエミッタが接続されている。オペアンプ１１ｂの出力は、ＮＰＮトランジスタ１２ｂのベースに接続され、ＮＰＮトランジスタ１２ｂのコレクタは、ＬＤ２のカソードが接続されている。このオペアンプ１１ｂとＮＰＮトランジスタ１２ｂとによって電流源１３ｂが構成される。 The output of the inverting amplifier 9b is connected to the inverting input of the operational amplifier 10b, and the positive voltage _Vb1 is applied to the non-inverting input of the operational amplifier 10b. The output of the operational amplifier 10b is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 11b. The inverting input of the operational amplifier 11b is connected to the current setting resistance element 4b and the NPN transistor connected between the current setting resistance element 4b and LD2. The emitter of 12b is connected. The output of the operational amplifier 11b is connected to the base of the NPN transistor 12b, and the collector of the NPN transistor 12b is connected to the cathode of the LD2. The operational amplifier 11b and the NPN transistor 12b constitute a current source 13b.

また、同様に、反転増幅器９ｍの出力は、オペアンプ１０ｍの反転入力に接続され、オペアンプ１０ｍの非反転入力には正電圧Ｖ_ｍ１が印可されている。このオペアンプ１０ｍの出力は、オペアンプ１１ｍの非反転入力に接続され、オペアンプ１１ｍの反転入力には、電流設定用抵抗素子４ｍ、及び電流設定用抵抗素子４ｍとＬＤ２との間に接続されたＮＰＮトランジスタ１２ｍのエミッタが接続されている。オペアンプ１１ｍの出力は、ＮＰＮトランジスタ１２ｍのベースに接続され、ＮＰＮトランジスタ１２ｍのコレクタは、変調電圧／電流変換器１４を介してＬＤ２のカソードが接続されている。このオペアンプ１１ｍとＮＰＮトランジスタ１２ｍとによって電流源１３ｍが構成される。 Similarly, the output of the inverting amplifier 9m is connected to the inverting input of the operational amplifier 10m, and the positive voltage _Vm1 is applied to the non-inverting input of the operational amplifier 10m. The output of the operational amplifier 10m is connected to the non-inverting input of the operational amplifier 11m. The inverting input of the operational amplifier 11m includes the current setting resistance element 4m and the NPN transistor connected between the current setting resistance element 4m and LD2. A 12 m emitter is connected. The output of the operational amplifier 11m is connected to the base of the NPN transistor 12m, and the collector of the NPN transistor 12m is connected to the cathode of the LD2 via the modulation voltage / current converter 14. The operational amplifier 11m and the NPN transistor 12m constitute a current source 13m.

このようなＡＰＣループ回路３においては、変調電圧／電流変換器１４の入力には、データ信号Ｓ_ＩＮ、すなわち、オン／オフするパルス信号が入力され、ＮＰＮトランジスタ１２ｍ、及びそのベースに接続されているオペアンプ１１ｍで決定される変調電流Ｉ_Ｍが、変調電圧／電流変換器１４によってこのデータ信号Ｓ_ＩＮに基づいてスイッチングされて、ＬＤ２に供給される。一方、ＮＰＮトランジスタ１２ｂ、及びそのベースに接続されているオペアンプ１１ｂで規定される電流源１３ｂの出力電流が、バイアス電流Ｉ_ＢとしてＬＤ２に供給される。 In such an APC loop circuit 3, a data signal S _IN , that is, a pulse signal to be turned on / off, is inputted to the input of the modulation voltage / current converter 14, and is connected to the NPN transistor 12m and its base. modulation current I _M that is determined by there op 11m it is, is switched on the basis by modulating the voltage / current converter 14 into the data signals S _iN, supplied to the LD2. On the other hand, NPN transistors 12b, and the output current of the current source 13b defined by an operational amplifier 11b connected to its base, is supplied to the LD2 as the bias current _{I B.}

同時に、ＬＤ２の光出力Ｐ_ｏｕｔの一部は、ＰＤ６によりモニタされてモニタ電流信号が生成される。このモニタ電流信号が電流／電圧変換抵抗７に流れ込むことによって電圧降下量に対応する電圧信号Ｖ_１に変換される。電圧信号Ｖ_１は、反転増幅器８及び反転増幅器９ｂ，９ｍを経由することによって増幅されて、オペアンプ１０ｂ，１０ｍに入力される。オペアンプ１０ｂ，１０ｍによって正電圧Ｖ_ｂ１，Ｖ_ｍ１と増幅された電圧信号Ｖ_１との差を示す電圧に増幅され、オペアンプ１１ｂ，１１ｍに入力される。そして、オペアンプ１１ｂ，１１ｍ及びＮＰＮトランジスタ１２ｂ，１２ｍによって、正電圧Ｖ_ｂ１，Ｖ_ｍ１と電圧信号Ｖ_１の増幅電圧との差に基づいて、電流設定用抵抗素子４ｂ，４ｍの抵抗値に応じた変化量で電流Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｍが調整される。 At the same time, a part of the optical output P _out of the LD 2 is monitored by the PD 6 to generate a monitor current signal. The monitor current signal is converted by flowing into the current / voltage conversion resistor 7 into a voltage signal V ₁ corresponding to the voltage drop. Voltage signal _{V 1} was, inverting amplifier 8 and the inverting amplifier 9b, is amplified by passing through the 9m, the input operational amplifier 10b, to 10 m. The operational amplifiers 10b and 10m are amplified to a voltage indicating the difference between the positive voltages V _b1 and V _m1 and the amplified voltage signal V ₁ and input to the operational amplifiers 11b and 11m. Based on the difference between the positive voltages V _b1 and V _m1 and the amplified voltage of the voltage signal V ₁ by the operational amplifiers 11b and 11m and the NPN transistors 12b and 12m, the resistance values of the current setting resistance elements 4b and 4m are determined. The currents I _B and I _M are adjusted by the amount of change.

すなわち、ＬＤ２の劣化等で光出力Ｐ_ｏｕｔが低下した時には、（１）ＰＤ６の電流出力が小さくなり、電圧信号Ｖ_１が低下し、（２）２段目のオペアンプ１０ｂ，１０ｍの入力が低下し、（３）２段目のオペアンプ１０ｂ，１０ｍの出力が増加する結果、（４）電流値Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｍが増加する。この電流値Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｍの増加量は、各電流源１３ｂ，１３ｍに接続されている電流設定用抵抗素子４ｂ，４ｍの抵抗値によって設定される。 That is, when the optical output P _out decreases due to degradation of the LD 2 or the like, (1) the current output of the PD 6 decreases, the voltage signal V ₁ decreases, and (2) the inputs of the second-stage operational amplifiers 10b and 10m decrease. (3) As a result of the increase in the outputs of the operational amplifiers 10b and 10m in the second stage, (4) the current values I _B and I _M increase. The amount of increase in the current values I _B and I _M is set by the resistance values of the current setting resistance elements 4b and 4m connected to the current sources 13b and 13m.

次に、保護回路５の構成について説明する。保護回路５においては、２つのダイオードが直列接続されたダイオード群１５ｂ，１５ｍが、それぞれ、アノード側をＰＤ６のカソードに接続するように設けられている。ダイオード群１５ｂ，１５ｍのカソードは、それぞれ、ＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍのエミッタに接続され、ＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍのベースがＰＤ６と電流／電圧変換抵抗７との間に接続され、ＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍのコレクタは、それぞれ、電流源１３ｂ，１３ｍと電流設定用抵抗素子４ｂ，４ｍとの間に接続されている。このような構成のダイオード群１５ｂ及びＰＮＰトランジスタ１６ｂは、電圧信号Ｖ_１に基づいてバイアス電流Ｉ_Ｂを制限する機能を有し、ダイオード群１５ｍ及びＰＮＰトランジスタ１６ｍは、電圧信号Ｖ_１に基づいて変調電流Ｉ_Ｍを制限する機能を有する。 Next, the configuration of the protection circuit 5 will be described. In the protection circuit 5, diode groups 15 b and 15 m in which two diodes are connected in series are provided so that the anode side is connected to the cathode of the PD 6. The cathodes of the diode groups 15b and 15m are respectively connected to the emitters of the PNP transistors 16b and 16m, the bases of the PNP transistors 16b and 16m are connected between the PD 6 and the current / voltage conversion resistor 7, and the PNP transistors 16b and 16m. Are connected between the current sources 13b and 13m and the current setting resistance elements 4b and 4m, respectively. Such a configuration of the diode group 15b and the PNP transistor 16b has a function of limiting the bias current _{I B} based on the voltage signal _{V 1,} diode group 15m and PNP transistor 16m is based on the voltage signal _{V 1} modulation It has a function of limiting the current I _M.

以上のような保護回路５を備えた半導体レーザ駆動回路１の動作について説明する。 The operation of the semiconductor laser driving circuit 1 including the protection circuit 5 as described above will be described.

まず、ＰＤ６の光電流が何らかの原因で発生しない場合を想定すると、オペアンプ１０ｂ，１０ｍの反転入力はほぼＧＮＤレベルまで低下する。この時、ＰＤ６の出力にＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍのベースが接続され、エミッタはダイオード群１５ｂ，１５ｍにより正電圧Ｖ_ｃｃに引き上げられているので、電圧信号Ｖ_１が所定値Vcc−0.7×2−0.7[V]以下になると、このＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍがオンする。ここで、上記所定値の第２項はダイオード群１５ｂ，１５ｍによる電圧降下、第３項はＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍのエミッタ−ベース間の電圧降下を表している。また、通常動作時の電圧信号Ｖ_１がＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍがオンしないような電位となるように、電流／電圧変換抵抗７の抵抗値が、ＰＤ６の電流値を加味して設定されている。すなわち、ダイオード群１５ｂ，１５ｍが２段である場合は、通常動作時の電圧信号Ｖ_１がVcc−0.7×（1.0〜2.0）[V]程度のレベルであれば、ＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍがオンせず、ＡＰＣループ回路３の動作に影響を与えない。 First, assuming that the photocurrent of the PD 6 does not occur for some reason, the inverting inputs of the operational amplifiers 10b and 10m are lowered to almost the GND level. In this, PNP transistor 16b to the output of PD6, based 16m are connected, the emitter diode group 15b, since raised to a positive voltage _{V cc} by 15 m, the voltage signal _{V 1} predetermined value Vcc-0.7 × 2- When 0.7 V or less, the PNP transistors 16b and 16m are turned on. Here, the second term of the predetermined value represents a voltage drop due to the diode groups 15b and 15m, and the third term represents a voltage drop between the emitter and base of the PNP transistors 16b and 16m. Further, the resistance value of the current / voltage conversion resistor 7 is set in consideration of the current value of the PD 6 so that the voltage signal V ₁ during the normal operation becomes a potential that does not turn on the PNP transistors 16b and 16m. . That is, when the diode group 15b, 15 m is a two-stage, the voltage signal _{V 1} is Vcc-0.7 × during normal operation (1.0 to 2.0) if [V] about level, PNP transistor 16b, 16m are turned on The operation of the APC loop circuit 3 is not affected.

そこで、ＬＤ２とＰＤ６との光結合断時等のように、ＡＰＣループ回路３に異常が生じると、ＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍがオンとなって、電流設定用抵抗素子４ｂ，４ｍに余剰電流Ｉ_Ｂ１，Ｉ_Ｍ１が供給される。その結果、ＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍのコレクタ電位＝オペアンプ１１ｂ，１１ｍの反転入力電位＝ＮＰＮトランジスタ１２ｂ，１２ｍのエミッタ電位を押し上げることになり、ＮＰＮトランジスタ１２ｂ，１２ｍはほぼオフの状態になり、ＬＤ２に供給される電流Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｍを抑えることが可能となる。 Therefore, when an abnormality occurs in the APC loop circuit 3, such as when the optical coupling between the LD2 and the PD6 is broken, the PNP transistors 16b and 16m are turned on, and the surplus current I _{B1 is} supplied to the current setting resistance elements 4b and 4m. , I _M1 is supplied. As a result, the collector potential of the PNP transistors 16b and 16m = the inverting input potential of the operational amplifiers 11b and 11m = the emitter potential of the NPN transistors 12b and 12m is pushed up, so that the NPN transistors 12b and 12m are almost turned off and become LD2. The supplied currents I _B and I _M can be suppressed.

一方、保護回路５を備えない場合は、ＡＰＣループ回路３の異常時に電圧信号Ｖ_１がＧＮＤレベルに近づくと、オペアンプ１１ｂ，１１ｍの出力はハイ側に振り切れてしまう。その結果、電流源１３ｂ，１３ｍが生成する電流Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｍも最大値に振り切れ、ＬＤ２に供給された電流が回路動作上の許容値を超えてしまうので、ＬＤ２が破壊される可能性がある。 On the other hand, if not provided with the protective circuit 5, the voltage signal _{V 1} at the time of abnormality of the APC loop circuit 3 approaches the GND level, the operational amplifier 11b, the output of 11m would be scaled out to the high side. As a result, the currents I _B and I _M generated by the current sources 13b and 13m are also swung out to the maximum value, and the current supplied to the LD 2 exceeds the allowable value for circuit operation, so that the LD 2 may be destroyed. is there.

以上説明した半導体レーザ駆動回路１によれば、ＰＮＰトランジスタ１６ｂ，１６ｍにより電圧信号Ｖ_１に応じて電流設定用抵抗素子４ｂ，４ｍに余剰電流Ｉ_Ｂ１，Ｉ_Ｍ１が流され、この余剰電流Ｉ_Ｂ１，Ｉ_Ｍ１により電流源１３ｂ，１３ｍから供給される電流量Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｍが抑えられるので、ＬＤとＰＤとの光結合断時等の異常時におけるＬＤにおける過発光が防止される。同時に、電流設定用抵抗素子４ｂ，４ｍは、制限したい発光強度に関係なく通常駆動状態の光出力を確保できるように設定可能となるので、広い温度範囲に亘ってＬＤを正常に発光させることができる。 According to the semiconductor laser driving circuit 1 described above, the surplus currents I _B1 and I _M1 are caused to flow through the current setting resistance elements 4b and 4m according to the voltage signal V ₁ by the PNP transistors 16b and 16m, and the surplus current I _B1. , I _M1 suppresses the current amounts I _B , I _M supplied from the current sources 13b, 13m, so that over-emission in the LD is prevented in the event of an abnormality such as when the optical coupling between the LD and the PD is interrupted. At the same time, the current setting resistance elements 4b and 4m can be set so as to ensure the light output in the normal driving state regardless of the light emission intensity to be limited, so that the LD can normally emit light over a wide temperature range. it can.

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、保護回路５の構成としては、様々な変形態様を採りうる。図２は、本発明の変形例の半導体レーザ駆動回路２１の主要部を示す回路図である。同図に示す半導体レーザ駆動回路２１の保護回路２５は、ＰＤ６のアノードと電流／電圧変換抵抗７との間に反転入力が接続されたオペアンプ２４ｂを有し、オペアンプ２４ｂの非反転入力には正電圧Ｖ_ｂ２が印加されている。オペアンプ２４ｂは、電圧信号Ｖ_１と正電圧Ｖ_ｂ２との差信号を増幅して出力する。さらに、保護回路２５においては、オペアンプ２４ｂの出力にベースが接続されたＮＰＮトランジスタ２５ｂが設けられ、ＮＰＮトランジスタ２５ｂのコレクタは正にバイアスされ、そのエミッタは電流源１３ｂと電流設定用抵抗素子４ｂとの間に接続されている。また、保護回路２５においては、ＰＤ６のアノードと電流設定用抵抗素子４ｍの間に同様な構成の保護回路を設けてもよい。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, various modifications can be adopted as the configuration of the protection circuit 5. FIG. 2 is a circuit diagram showing the main part of a semiconductor laser drive circuit 21 according to a modification of the present invention. The protection circuit 25 of the semiconductor laser drive circuit 21 shown in the figure has an operational amplifier 24b having an inverting input connected between the anode of the PD 6 and the current / voltage conversion resistor 7, and the non-inverting input of the operational amplifier 24b has a positive polarity. The voltage _Vb2 is applied. Operational amplifier 24b amplifies and outputs a difference signal between the voltage signal _{V 1} and the positive voltage _{V b2.} Further, in the protection circuit 25, an NPN transistor 25b whose base is connected to the output of the operational amplifier 24b is provided, the collector of the NPN transistor 25b is positively biased, and its emitter is the current source 13b and the current setting resistance element 4b. Connected between. In the protection circuit 25, a protection circuit having a similar configuration may be provided between the anode of the PD 6 and the current setting resistance element 4m.

このような半導体レーザ駆動回路２１においては、オペアンプ２４ｂによってＰＤ６の出力電流がモニタされ、モニタ値が低下すると、オペアンプ２４ｂの反転入力レベルが低下しその出力が上昇することによって、ＮＰＮトランジスタ２５ｂがオンする。これにより、保護回路２５から電流設定用抵抗素子４ｂに電圧信号Ｖ_１と正電圧Ｖ_ｂ２とのレベル差に応じた余剰電流Ｉ_Ｂ１が供給される。この電流設定用抵抗素子４ｂに流れ込む電流は、ほぼ全てＮＰＮトランジスタ２５ｂから供給されるので、電流源１３ｂに接続されるＬＤ２から流れ込む電流はそれだけ低下し、ＬＤ２の保護が果たされる。 In such a semiconductor laser drive circuit 21, the output current of the PD 6 is monitored by the operational amplifier 24b. When the monitored value decreases, the inverting input level of the operational amplifier 24b decreases and the output increases, thereby turning on the NPN transistor 25b. To do. Thus, surplus current I _B1 corresponding to the level difference between the voltage signal V ₁ and the positive voltage V _b2 is supplied from the protection circuit 25 to the resistance element 4b for current setting. Since almost all of the current flowing into the current setting resistance element 4b is supplied from the NPN transistor 25b, the current flowing from the LD2 connected to the current source 13b is reduced accordingly, and the LD2 is protected.

本発明の好適な一実施形態である半導体レーザ駆動回路の回路図である。1 is a circuit diagram of a semiconductor laser drive circuit according to a preferred embodiment of the present invention. 本発明の変形例である半導体レーザ駆動回路の主要部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the principal part of the semiconductor laser drive circuit which is a modification of this invention. 一般的な半導体レーザ素子における電流−発光強度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electric current-light-emission intensity | strength characteristic in a common semiconductor laser element.

符号の説明Explanation of symbols

１，２１…半導体レーザ駆動回路、３…ＡＰＣループ回路、４ｂ，４ｍ…電流設定用抵抗素子、５，２５…保護回路（余剰電流生成回路）、７…電流／電圧変換抵抗、１３ｂ，１３ｍ…電流源、１６ｂ，１６ｍ…ＰＮＰトランジスタ、２４ｂ…オペアンプ、２５ｂ…トランジスタ、Ｉ_Ｂ…バイアス電流、Ｉ_Ｍ…変調電流、Ｉ_Ｂ１，Ｉ_Ｍ１…余剰電流、Ｐ_ｏｕｔ…光出力、Ｖ_１…モニタ電圧信号、Ｖ_ｂ２…正電圧（基準電圧）。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 21 ... Semiconductor laser drive circuit, 3 ... APC loop circuit, 4b, 4m ... Current setting resistance element, 5, 25 ... Protection circuit (surplus current generation circuit), 7 ... Current / voltage conversion resistor, 13b, 13m ... Current source, 16b, 16m ... PNP transistor, 24b ... operational amplifier, 25b ... transistor, I _B ... bias current, I _M ... modulation current, I _B1 , I _M1 ... surplus current, P _out ... optical output, V ₁ ... monitor voltage Signal, V _b2 ... Positive voltage (reference voltage).

Claims

半導体レーザ素子の光出力を制御するＡＰＣループ回路を含む半導体レーザ駆動回路において、
前記ＡＰＣループ回路において前記半導体レーザ素子に供給する電流を設定する電流設定用抵抗素子に接続され、前記光出力のモニタ信号に応じて前記電流設定用抵抗素子に余剰電流を発生させる余剰電流生成回路を備える、
ことを特徴とする半導体レーザ駆動回路。 In a semiconductor laser driving circuit including an APC loop circuit for controlling the optical output of the semiconductor laser element,
A surplus current generating circuit connected to a current setting resistor element for setting a current to be supplied to the semiconductor laser element in the APC loop circuit and generating a surplus current in the current setting resistor element in accordance with the monitor signal of the optical output Comprising
A semiconductor laser driving circuit.

前記ＡＰＣループ回路は、
前記光出力に応じたモニタ信号を生成するフォトダイオードと、
前記モニタ信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記半導体レーザ素子と前記電流設定用抵抗素子との間に接続され、前記電流電圧変換部から出力された前記電圧信号に基づいて、前記半導体レーザ素子に供給される電流を、前記前記電流設定用抵抗素子の抵抗値に応じて調整する電流源と、
を有し、
前記余剰電流生成回路は、
前記電流電圧変換部から出力された前記電圧信号に応じて、前記電流設定用抵抗素子に前記余剰電流を出力するトランジスタを有する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動回路。 The APC loop circuit is
A photodiode for generating a monitor signal according to the light output;
A current-voltage converter that converts the monitor signal into a voltage signal;
A current supplied to the semiconductor laser element based on the voltage signal connected between the semiconductor laser element and the current setting resistance element and output from the current-voltage converter is used for the current setting. A current source that adjusts according to the resistance value of the resistance element;
Have
The surplus current generation circuit includes:
In accordance with the voltage signal output from the current-voltage conversion unit, a transistor that outputs the surplus current to the current setting resistor element,
The semiconductor laser driving circuit according to claim 1.

前記ＡＰＣループ回路は、
前記光出力に応じたモニタ信号を生成するフォトダイオードと、
前記モニタ信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記半導体レーザ素子と前記電流設定用抵抗素子との間に接続され、前記電流電圧変換部から出力された前記電圧信号に基づいて、前記半導体レーザ素子に供給される電流を、前記前記電流設定用抵抗素子の抵抗値に応じて調整する電流源と、
を有し、
前記余剰電流生成回路は、
前記電流電圧変換部から出力された前記電圧信号と所定の基準電圧との差信号を生成するオペアンプと、
前記オペアンプから出力された前記差信号に応じて、前記電流設定用抵抗素子に前記余剰電流を出力するトランジスタと、
を有する、
ことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ駆動回路。 The APC loop circuit is
A photodiode for generating a monitor signal according to the light output;
A current-voltage converter that converts the monitor signal into a voltage signal;
A current supplied to the semiconductor laser element based on the voltage signal connected between the semiconductor laser element and the current setting resistance element and output from the current-voltage converter is used for the current setting. A current source that adjusts according to the resistance value of the resistance element;
Have
The surplus current generation circuit includes:
An operational amplifier that generates a difference signal between the voltage signal output from the current-voltage converter and a predetermined reference voltage;
In accordance with the difference signal output from the operational amplifier, a transistor that outputs the surplus current to the current setting resistor element;
Having
The semiconductor laser driving circuit according to claim 1.