JP2573426B2 - バースト型光通信回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、レーザーダイオードを
発光体とする発光部に温度補償回路を備えたバースト型
光通信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザーダイオードを発光体に用いた光
通信回路には、連続発光型とバースト型とがある。図７
に従来のバースト型光通信回路の発光部の回路構成図を
示す。

【０００３】レーザーダイオード１は、同一パッケージ
に発光体となるレーザーダイオード本体１ａとこのレー
ザーダイオード本体１ａの光出力レベルを検出するＰＩ
ＮＰｈｏｔｏダイオード１ｂとが内蔵されている。この
レーザーダイオード本体１ａは、一方のアノードに電圧
Ｖｃｃが印加され、他方のカソードにトランジスタ２の
コレクタが接続されている。また、そのトランジスタ２
のエミッタは抵抗３を介して接地されている。さらに、
トランジスタ２のベースはプリバイアス回路４のプリバ
イアス端子４ａに接続され、このトランジスタ２のベー
スにバイアス電圧ｅ１が印加されている。

【０００４】レーザーダイオード１のＰＩＮ Ｐｈｏｔ
ｏダイオード１ｂは、カソードに電圧Ｖｃｃが印加さ
れ、そのアノードがプリバイアス回路４の端子４ｂに接
続されると共に、抵抗５を介して接地されている。ま
た、プリバイアス回路４には、その端子４ｃに電源６の
電圧ｅ２が印加され、さらに、その端子４ｄにはプリバ
イアス要求のＰＢＯＮ信号が入力する構成となってい
る。

【０００５】このプリバイアス回路４は、ＰＢＯＮ信号
を端子４ｄから入力すると、その端子４ａからトランジ
スタ２のバイアス電圧ｅ１を零から徐々に増加して出力
する。この結果、トランジスタ２のエミッタ電流ｉ１が
増加してレーザーダイオード本体１ａを発光させる一
方、この光をＰＩＮ Ｐｈｏｔｏダイオード１ｂが受光
して、受光電流ｉ０が抵抗５を介して流れる。この受光
電流ｉ０による抵抗５の電圧降下ｅ３と上記電源６の電
圧ｅ２とを入力したプリバイアス回路４では両者の値が
一致したとき上記バイアス電圧ｅ１の増加を停止して所
定値とするようにしている。

【０００６】一方、トランジスタ７，トランジスタ８，
反転増幅器９は変調信号ＴＸＤにより動作するスイッチ
ング回路を形成している。即ち、トランジスタ７は、そ
のコレクタがレーザーダイオード本体１ａのカソードに
接続され、そのベースは反転増幅器９の入力側に接続さ
れている。さらに、トランジスタ７のエミッタはトラン
ジスタ８のエミッタに接続されている。また、トランジ
スタ８はそのコレクタに電源Ｖｃｃが印加され、そのベ
ースが反転増幅器９の出力側に接続されている。また、
トランジスタ７およびトランジスタ８のエミッタは、ト
ランジスタ１０のコレクタに接続され、このトランジス
タ１０のエミッタが抵抗１１を介して接地されている。
さらに、このトランジスタ１０のベースには電源１２の
電圧ｅ４が印加されている。

【０００７】このスイッチング回路では、反転増幅器９
に変調信号ＴＸＤが入力されないとき、反転増幅器９が
反転信号をトランジスタ８のベースに入力するからトラ
ンジスタ８がＯＮ状態となる。これによってトランジス
タ１０が電源１２の電圧ｅ４でバイアスされ電流ｉ２が
抵抗１１に流れる。逆に、反転増幅器９に変調信号ＴＸ
Ｄが入力されたときは、トランジスタ７がＯＮ状態とな
り、これによってトランジスタ１０に電流ｉ２が流れ
る。

【０００８】上記構成で、まず、ＰＢＯＮ信号がプリバ
イアス回路４の端子４ｄに入力すると、その端子４ａか
ら徐々に所定の増加率でバイアス電圧ｅ１が増加して出
力する。この結果、トランジスタ２のエミッタ電流が増
加し、レーザーダイオード本体１ａがその入力電流ｉに
より発光する一方、これを受光したＰＩＮＰｈｏｔｏダ
イオード１ｂに受光電流ｉ０が抵抗５に流れる。これに
伴い、次第に抵抗５の電圧降下ｅ３が電源６の電圧ｅ２
に近づいて両者が等しくなると、プリバイアス回路４か
らのバイアス電圧ｅ１は所定値にとどまる。この状態で
は、レーザーダイオード本体１ａは、図８に示す、スレ
ッシホールド電流Ｉｔｈ以下の境界域にあり、発光ダイ
オードＬＥＤとして動作する発光レベルにある。

【０００９】ここで、ロジックレベルの変調信号ＴＸＤ
が入力されると、この変調信号ＴＸＤによりトランジス
タ７とトランジスタ８とが交互にＯＮ状態となる。これ
に伴ってトランジスタ７のＯＮ状態のときレーザーダイ
オード本体１ａの入力電流ｉが増加してスレッシホール
ド電流Ｉｔｈを超えてレーザー増幅が起きてレーザー発
振領域に入る。このようにしてレーザーダイオード本体
１ａが光変調されて出力する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のバースト型光通信回路の発光部には次の問題が
ある。

【００１１】まず、レーザーダイオード本体１ａは、図
８に示す如く、その周囲温度により光出力が大きく変化
するという問題がある。即ち、レーザーダイオード本体
１ａの入力電流―光出力特性は低電流域では発光ダイオ
ードＬＥＤと同様である。入力電流ｉがスレッシホール
ド電流Ｉｔｈを越えると、レーザー増幅を起してレーザ
発振領域となり光出力が急激に増大する。

【００１２】ところが、このスレッシホールド電流Ｉｔ
ｈ（Ｉｔ０，Ｉｔ１，Ｉｔ２）は図８のように温度ｔ
（ｔ０，ｔ１，ｔ３）により大きく変化し、さらにレー
ザーダイオード本体１ａの入力電流と光出力の関係も温
度により大きく変化する。例えば、図示する如く、温度
ｔ０＜ｔ１＜ｔ２に対応してスレッシホールド電流Ｉｔ
０，Ｉｔ１，Ｉｔ２と大きく変化する。一般に、スレッ
シホールド電流Ｉｔｈは温度ｔと共に上昇し、また、レ
ーザ発振領域における入力電流ｉ―光出力特性ｐの変換
効率は温度上昇に伴い劣下する。

【００１３】これを解決するため通信中の光出力の平均
レベルを一定にすることが考えられる。実際に、連続発
光型のレーザーダイオードの光通信回路では、レーザー
ダイオードに内蔵されたモニター用のＰＩＮ Ｐｈｏｔ
ｏダイオード１ｂの出力を用いてレーザーダイオードの
光出力レベルを一定に保つように温度補償回路が備えら
れている。この場合、通信開始の最初の一定時間は光出
力レベル安定用のためのサイクルとして割り当てること
が必要である。また、通信中であってもデータのマーク
（発光中）、スペース（消光中）、これらの平均レベル
が検出されることにより、レーザーダイオードの光出力
を安定化させることができる。

【００１４】ところが、バースト型光通信回路では温度
補償回路が次の理由で存在しなかった。即ち、連続発光
型では通信開始にレベル安定用のサイクルを挿入しても
全体として時間の占める割合は極く僅かであるため問題
にならない。一方、バースト型の通信回路においては、
１回の通信時間が僅かであるためレーザーダイオードの
発光レベルの安定のためのサイクルを確保することは伝
送系のパフォーマンスを低下させることから許容されな
かった。以上によりレーザーダイオードを用いたバース
ト型光通信回路での光出力レベルの安定化は従来極めて
困難であった。

【００１５】そこで、本発明は、レーザーダイオードの
温度変化に対して光出力レベルを安定化させる温度補償
回路を備えたバースト型光通信回路を提供することを目
的とする。

【００１６】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明は、光出力するレ
ーザーダイオード本体とこのレーザーダイオード本体の
光出力を受光するＰＩＮ Ｐｈｏｔｏダイオードからな
るレーザーダイオードと、レーザーダイオード本体をバ
イアス状態にする電流を流す第一のトランジスタと、変
調信号を入力してスイチングするスイチング手段と、ス
イチング手段の作動によりレーザーダイオード本体をレ
ーザー発光状態とさせるための電流をレーザーダイオー
ド本体に流す第二のトランジスタから構成されるバース
ト型光通信回路において、ＰＩＮ Ｐｈｏｔｏダイオー
ドの受光量に比例した電流を流す手段と、この手段の電
流が所定値となると飽和する電圧を出力するプリバイア
ス回路と、プリバイアス回路の出力電圧を第一のトラン
ジスタと第二のトランジスタの各ベースに加える手段
と、プリバイアス回路の出力電圧が第一のトランジスタ
のベースに加わったときに所定の温度領域でレーザーダ
イオード本体をバイアス状態とする電流を流す第一のト
ランジスタの回路と、レーザーダイオード本体がバイア
ス状態で、かつスイチング手段がスイッチしたときに所
定の温度領域でレーザーダイオード本体が一定のレーザ
ー発光状態の光出力をするための電流をレーザーダイオ
ード本体に流すための第二のトランジスタの回路とを設
けるようにしたものである。

【００１７】

【作用】レーザーダイオードには、温度変化に対して所
定の光出力とする入力電流が流れる。従って、温度に影
響されない安定した光変調出力が得られ、バースト型光
通信回路の信頼性が向上する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１９】図１は、本発明の第１実施例を示すバース
ト型光通信回路の発光部の回路構成図である。図におい
て、図７と異なる点は、トランジスタ１３を備えている
点である。このトランジスタ１３のコレクタはトランジ
スタ７のエミッタに接続される一方、エミッタは抵抗１
４を介して接地されている。また、プリバイアス回路４
からのバイアス電圧ｅ１がトランジスタ１３のベースに
加わるようにしている。この実施例では、上記トランジ
スタ１３のエミッタの抵抗１４を所定値Ｒ３としエミッ
タ電流ｉ３を変化させて、レーザーダイオード本体１ａ
の温度変化に対して光出力の安定化を図る構成としてい
る。

【００２０】これを具体的に説明すると、まず、図２に
示す如く、温度ｔ０と温度ｔ１の場合にレーザーダイオ
ード本体１ａの入力電流ｉと光出力ｐの関係が図示の如
き関係にあるとする。

【００２１】この図で、温度低ｔ０のときスレッシホー
ルド電流Ｉｔｈ＝Ｉｔｈ０，所定の光出力Ｐｂのときの
電流Ｉｂ＝Ｉｂ０である。これに対して温度高ｔ１のと
きはスレッシホールドＩｔｈ＝Ｉｔｈ１，所定の光出力
Ｐｂのときの電流Ｉｂ＝Ｉｂ１である。例えば、この図
から温度低ｔ０から温度高ｔ１のときに、レーザーダイ
オード本体１ａの光出力ｐをＰｏに保つには、温度低ｔ
０では入力電流ｉをＩｏ０とする一方、温度高ｔ１では
入力電流ｉをＩｏ１にする必要がある。ところで、電源
６の電圧ｅ２は図２に示すレーザーダイオード本体１ａ
の発光レベルをＰｂに相当するように事前に調整してお
く。そして、レーザーダイオード本体１ａがこのバイア
ス状態のときバイアス電圧がｅ１まで上昇してＰｂの光
出力している。このときのレーザーダイオード本体１ａ
を流れる入力電流ｉは次式（１）となる。

【００２２】

【数１】ｉ＝ｉ１…（１）

【００２３】ここで、ｉ１：トランジスタ２のエミッタ
電流でレーザーダイオード本体１ａの光出力をＰｂとす
る値

【００２４】一方、変調信号ＴＸＤが入力された発光時
には次式（２）の入力電流ｉとなる。

【００２５】

【数２】ｉ＝ｉ１＋ｉ２＋ｉ３…（２）

【００２６】ここで、ｉ２：トランジスタ１０のエミッ
タ電流で固定値 ｉ３：トランジスタ１３のエミッタ電流で可変値

【００２７】また、上記電流ｉ３は図１から分かるよう
に次式（３）の関係にある。

【００２８】

【数３】ｉ３＝（Ｒ１・ｉ１）／（Ｒ３）…（３）

【００２９】ここで、Ｒ１：トランジスタ２のエミッタ
抵抗 Ｒ３：トランジスタ１３のエミッタ抵抗

【００３０】次に、式（２）によって、温度低ｔ０のと
き光出力Ｐｏとするための入力電流Ｉｏ０は次の近似式
（４）となる。

【００３１】

【数４】 Ｉｏ０＝Ｉｂ０＋（ｅ４）／（Ｒ２）＋（Ｅ０）／（Ｒ３）…（４）

【００３２】ここで、Ｒ２：トランジスタ１３のエミッ
タ抵抗 Ｅ０：Ｉｂ０時のバイアス電圧ｅ１

【００３３】同様に、式（２）より温度高ｔ１のとき光
出力Ｐｏとするための入力電流Ｉｏ１は次の近似式
（５）となる。

【００３４】

【数５】 Ｉｏ１＝Ｉｂ１＋（ｅ４）／（Ｒ２）＋（Ｅ１）／（Ｒ３）…（５）

【００３５】ここで、Ｅ１：Ｉｂ１時のバイアス電圧ｅ
１

【００３６】これより、式（５）から式（４）を減算す
ると温度低ｔ０から温度ｔ１までに光出力ｐをＰｏと一
定するための次の式（６）の条件が求められる。

【００３７】

【数６】 （Ｅ１−Ｅ０）／Ｒ３＝（Ｉｏ１−Ｉｂ１）−（Ｉｏ０−Ｉｂ０）…（６）

【００３８】上記の式（６）においてＩｏ０，Ｉｂ０，
Ｉｏ１，Ｉｂ１の各々は実測で求めることができる。従
って、上記の式（６）の条件が成立するように抵抗１４
の値Ｒ３を求める。

【００３９】上記構成で、まず、レーザーダイオード本
体１ａの入力電流ｉ＝０で、かつ変調信号ＴＸＤが入力
されていない状態において、ＰＢＯＮ信号がプリバイア
ス回路４に入力すると動作を開始する。

【００４０】プリバイアス回路４のバイアス電圧ｅ１は
零から徐々に増加してトランジスタ２のエミッタ電流ｉ
１を増加させる。レーザーダイオード本体１ａは発光を
開始し、この光を受光したＰＩＮ Ｐｈｏｔｏダイオー
ド１ｂのモニタ電流は抵抗５に流れる。バイアス電圧ｅ
１は上記抵抗５のＲ０の電圧降下ｅ３と電源６の電圧ｅ
２と等しくなるまで増加し、両者が一致するとそのとき
のバイアス電圧ｅ１を保持する。このときバイアス電圧
ｅ１によるレーザーダイオード本体１ａは図３に示すバ
イアス状態で、入力電流ｉはバイアス電流ｉに等しくな
るようにしている。また、図２に示す温度低ｔ０では入
力電流ｉはＩｂ０，温度高ｔ１ではＩｂ１となってい
る。

【００４１】ここで、変調信号ＴＸＤが入力すると、ト
ランジスタ８がＯＦＦ状態、一方、トランジスタ７がＯ
Ｎ状態にスイッチングする。従って、トランジスタ１０
の固定値の電流ｉ２とトランジスタ１３のエミッタ電流
ｉ３とがレーザーダイオード本体１ａの入力電流ｉに加
わる。このときのトランジスタ１３のエミッタ電流ｉ３
は、前記の式（６）により温度低ｔ０から温度高ｔ１に
対応して電流ｉ３が（Ｅ１−Ｅ０）／Ｒ３分増加し、レ
ーザーダイオード本体１ａの入力電流ｉは図３に示す如
く、温度低ｔ０では小さく、温度高ｔ１では大きな変調
された電流となる。このため、レーザーダイオード本体
１ａの光出力ｐは温度低ｔ０から温度高ｔ１に対応して
安定した光出力Ｐｏを保つ。

【００４２】このように、レーザーダイオード本体１ａ
の温度低ｔ０から温度高ｔ１に対応してレーザーダイオ
ード本体１ａの入力電流ｉを（Ｅ１−Ｅ０）／（Ｒ３）
分増加するように抵抗１４の値Ｒ３を決定することによ
り、レーザーダイオード本体１ａから光出力ｐをＰｏと
一定とすることができる。

【００４３】なお、レーザーダイオード本体１ａは品種
により温度に対するスレッシホールド電流Ｉｔｈ、レー
ザー発振領域での入力電流ｉ―光出力ｐの変換効率の変
化が異なるため、それぞれの品種の特性に合わせて抵抗
１４の値Ｒ３を設定する必要がある。

【００４４】以上のように少量の部品の追加によりバー
スト型の通信回路の発光部においても応答時間の犠牲な
しに温度補償が行える。このことから当該送信器の出力
を受ける光受信器への入射光レベルが安定する。さら
に、従来の温度による光出力の変動に対して見込んでい
た光出力を伝送ラインの許容損失に廻せることから伝送
距離を拡大することができる。

【００４５】ここで、注意しておく点としてバースト型
通信においては１回の伝送時間は極めて短く（ｍＳｅｃ
以下程度）、伝送中に顕著な温度の上昇はない。また、
ここでは説明を簡単にするためトランジスタのベース・
エミッタ間の電圧は無視した。

【００４６】次に、本発明の第２に実施例について図４
を参照して説明する。

【００４７】図１に示した第１実施例では、レーザーダ
イオード本体１ａの駆動電流ｉ２およびｉ３を流すため
の回路はトランジスタ１０とトランジスタ１３の回路に
分離したが、図４に示す第２実施例のように、１個のト
ランジスタ１５だけにしても第１実施例と同様に実施す
ることができる。

【００４８】即ち、この第２実施例では、トランジスタ
１５のコレクタがトランジスタ７のエミッタに接続され
る一方、トランジスタ１５のエミッタは抵抗１８を介し
て接地されている。また、トランジスタ１５のベースに
は、抵抗１６の値Ｒ４を介して電源１２のｅ４、また、
抵抗１７の値Ｒ５を介してバイアス電圧ｅ１が入力され
るようにしている。この場合、抵抗１６の値Ｒ４と抵抗
１７の値Ｒ５との分圧比を所定値として、図２に示すレ
ーザーダイオード本体１ａの温度低ｔ０から温度高ｔ１
に対応してレーザーダイオード本体１ａの入力電流ｉを
Ｉｏ０からＩｏ１となるようにしている。

【００４９】ところで、前記第１実施例で説明したよう
にレーザーダイオード本体１ａの温度低ｔ０におけるレ
ーザーダイオード本体１ａの駆動電流ｉ２＋ｉ３は前記
の式（４）より（ｅ４）／（Ｒ２）＋（Ｅ０）／（Ｒ
３）であるが、この（Ｅ０）／（Ｒ３）が（Ｅ４）／
（Ｒ２）に比べて大きく、Ｒ３を所定値と定めることが
困難となる場合がある。このような場合、本発明は図５
に示す第３実施例および図６に示す第４実施例の如き回
路構成によっても第１実施例と同様に実施できる。

【００５０】即ち、第３実施例では、第１実施例におけ
るトランジスタ１３のベースにバイアス電圧ｅ１と直列
にレベルシフト用電圧ｅ５の電源１９を設けるようにし
ている。また、第４実施例では、第１実施例におけるト
ランジスタ１３のエミッタにレベルシフト用電圧ｅ６の
電源２０を設けるようにしている。このような構成にす
れば、第１実施例の場合の（Ｅ０）／（Ｒ３）の調整を
第３実施例では（Ｅ０−ｅ５）／（Ｒ３）の調整とする
ことができる。また、第４実施例では、（Ｅ０−ｅ６）
／（Ｒ３）の調整とすることができる。

【００５１】このようにして抵抗１４の値Ｒ３を所定値
に定めることが容易にできる。なお、第１実施例の電流
ｉ３はリニアに変化するが抵抗１４の値Ｒ３の代わり
に、非線形素子を用いて非線形に温度補償をすることも
できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、バースト
型光通信回路の発光部において少量の部品の追加により
レーザーダイオードの温度の変化に対して安定した光出
力とすることができる。従って、従来の発光レベルの変
動に対して見込んでいた光出力を光ケーブルの損失に廻
すことができる。つまり、伝送距離の拡大が可能となり
伝送系の信頼性の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すバースト型光通信回
路の発光部の回路構成図である。

【図２】同回路のレーザーダイオードの特性を示す説明
図である。

【図３】同回路の作用を示す説明図である。

【図４】本発明の第２実施例を示すバースト型光通信回
路の発光部の回路構成図である。

【図５】本発明の第３実施例を示すバースト型光通信回
路の発光部の回路構成図である。

【図６】本発明の第４実施例を示すバースト型光通信回
路の発光部の回路構成図である。

【図７】従来例を示すバースト型光通信回路の発光部の
回路構成図である。

【図８】レーザーダイオードの特性を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ レーザーダイオード １ａ レーザーダイオード本体 １ｂ ＰＩＮ Ｐｈｏｔｏダイオード ２ トランジスタ ３ 抵抗 ４ プリバイアス回路 ５ 抵抗 ６ 電源 ７ トランジスタ ８ トランジスタ ９ 反転増幅器 １０ トランジスタ １１ 抵抗 １２ 電源 １３ トランジスタ １４ 抵抗

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光出力するレーザーダイオード本体とこ
   のレーザーダイオード本体の光出力を受光するＰＩＮ
   Ｐｈｏｔｏダイオードからなるレーザーダイオードと、
   前記レーザーダイオード本体をバイアス状態にする電流
   を流す第一のトランジスタと、変調信号を入力してスイ
   チングするスイチング手段と、このスイチング手段の作
   動により前記レーザーダイオード本体をレーザー発光状
   態とさせるための電流を前記レーザーダイオード本体に
   流す第二のトランジスタから構成されるバースト型光通
   信回路において、前記ＰＩＮ Ｐｈｏｔｏダイオードの
   受光量に比例した電流を流す手段と、この手段の電流が
   所定値となると飽和する電圧を出力するプリバイアス回
   路と、このプリバイアス回路の出力電圧を前記第一のト
   ランジスタと前記第二のトランジスタの各ベースに加え
   る手段と、前記プリバイアス回路の出力電圧が前記第一
   のトランジスタのベースに加わったときに所定の温度領
   域で前記レーザーダイオード本体をバイアス状態とする
   電流を流す前記第一のトランジスタの回路と、前記レー
   ザーダイオード本体がバイアス状態で、かつスイチング
   手段がスイッチしたときに所定の温度領域で前記レーザ
   ーダイオード本体がレーザー発光状態で一定の光出力を
   するための電流を前記レーザーダイオード本体に流すた
   めの前記第二のトランジスタの回路とを備えたことを特
   徴とするバースト型光通信回路。