JP2706144B2 - 光変調器の駆動回路 - Google Patents

光変調器の駆動回路

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【発明の詳細な説明】 概要 光変調器の駆動回路に関し、 ゲート・ドレイン間逆方向耐圧(VGD)にかかわらず
大きな出力振幅を得ることができる駆動回路の提供を目
的とし、 例えば、ゲートが入力信号を受けてなる第1及び第2
のFETから差動回路を構成し、該第1及び第2のFETのド
レインに、自身のゲートが上記入力信号と逆相の信号を
受けてなる第3及び第4のFETのソースをそれぞれ接続
し、該第3又は第4のFETのドレインに駆動すべき光変
調器を接続するようにして構成する。
産業上の利用分野 本発明は光変調器の駆動回路に関する。
光伝送システムの送信側光源として広く用いられてい
る半導体レーザは、特に高速伝送を行おうとする場合に
は、半導体レーザのスペクトル拡がりと光ファイバの波
長分散によって生じる波形劣化を排除する等の観点か
ら、一定条件で駆動されていることが望ましい。このた
め、半導体レーザを用いた高速伝送システムにおいて
は、一般に、半導体レーザとは別に光変調器を備えてい
わゆる外部変調を行うようにしている。この種の用途に
使用される光変調器にあっては、実用的な変調を行うた
めに比較的高い駆動電圧を必要とするので、大きな出力
振幅を得ることができる駆動回路が必要とされる。
従来の技術 第7図により最も簡単な光変調器の一例として位相変
調器の構成及び動作を説明する。この位相変調器は、導
波路基板22に導波路24を形成し、この導波路24に電界印
加用の電極26を装架し、この電極26を終端抵抗28により
終端処理して構成されている。電極26に駆動信号を加え
ると、導波路24の所定方向に印加される電界が変化する
ので、導波路24の電気光学的な性質によってその伝播光
が位相変調されるものである。
第7図に示した位相変調器等の光変調器の従来の駆動
回路の一例を第8図により説明する。この駆動回路は、
ゲートが入力信号を受けてなる第1及び第2のFET(電
界効果トランジスタ)Q1,Q2から差動回路を構成し、第
1又は第2のFET(図では第1のFETQ1)のドレインに駆
動すべき光変調器10を接続するようにしたものである。
1は光変調器10と接地間に接続された終端抵抗、R2
第2のFETQ2のドレインと接地間に接続された終端抵
抗、12は第1及び第2のFETQ1,Q2のソースに接続された
電流源を示す。
入力信号に基づいて、第1のFETQ1のゲート電位が第
2のFETQ2のゲート電位よりも高くなると、電流は第1
のFETQ1側を流れ、光変調器10には終端抵抗R1の両端間
に生じる電圧降下分に相当する駆動電圧が発生する。一
方、第1のFETQ1のゲート電位よりも第2のFETQ2のゲー
ト電位が高くなると、電流は第2のFETQ2の側を流れ、
光変調器10は接地電位になる。このようにして、入力信
号に基づいた光変調器10の駆動がなされる。
発明が解決しようとする課題 入力振幅をV1、出力振幅をV0としたのきの入力信号
波形Aと出力波形(光変調器10の電位の変化の波形)B
とを第9図に示す。なお、この波形図は、電流が流れて
いる側のFETのゲートの電位がドレインの電位に一致す
るように入力レベルを設定したときのものである(後述
する他の波形図においても同様)。ここで、電流が流れ
ていない側のFETに着目すると、ゲート・ドレイン間に
は(V1+V0)に相当する電圧が加わるから、FETのゲ
ート・ドレイン間逆方向耐圧をVGDとすると、 V1+V0<VGD …(1) が成り立つ必要がある。従って、出力振幅V0には、 V0<VGD−V1 …(2) なる制限が生じて、大振幅の出力を得ることができな
い。すなわち、一般的なFETにおけるVGDは例えば約5
ボルトであり、また、一般的な光変調器の駆動回路にお
けるV1は例えば0.8〜1.0ボルトであるから、約4ボル
ト以上の出力振幅を得ることが困難になり、必然的に光
変調器における電極装架部分の長さを長くせざるを得な
くなる。光変調器における電極の装架部分の長さが長く
なると、伝播光と駆動信号の位相整合が不十分になり、
変調帯域特性が劣化する。なお、(2)式を満足しない
状態でFETを使用すると、出力振幅が安定しないばかり
でなく、最悪の場合FETの破損に至危険がある。従っ
て、大きな出力振幅を得ることができる駆動回路をいか
にして提供するかが技術的課題になっている。
本発明はこのような技術的課題に鑑みて創作されたも
ので、回路を構成するFETのゲート・ドレイン間逆方向
耐圧VGDによる出力振幅の制限を緩和した光変調器の駆
動回路の提供を目的としている。
課題を解決するための手段及び作用 第1図に発明の第1の構成を示す。この光変調器の駆
動回路は、ゲートが入力信号を受けてなる第1及び第2
のFETQ1,Q2から差動回路を構成し、該第1及び第2のFE
TQ1,Q2のドレインに、自身のゲートに直流電圧が与えら
れた第3及び第4のFETQ3,Q4のソースをそれぞれ接続
し、該第3又は第4のFET(図では第3のFETQ3)のドレ
インに駆動すべき光変調器10を接続するようにしたもの
である。図において、Vrは第3及び第4のFET13,Q4
ゲートと接地間に接続された直流電源、R1は光変調器1
0と接地間に接続された終端抵抗、R2は第4のFETのド
レインと接地間に接続された終端抵抗、12は第1及び第
2のFETQ1,Q2のソースに接続された電流源を示す。
第2図は発明の第1の構成における波形図である。C
は入力信号波形、Dは第3及び第4のFETQ3,Q4のゲート
電位、Eは出力信号波形(光変調器10の電位の変化の波
形)を示す。この場合、従来の回路と異なり、電流が流
れない側におけるFET(第3又は第4のFET)のゲート・
ドレイン間に加わる電圧は入力振幅の影響を受けないの
で、出力振幅V0についての制限は、 V0<VGD …(3) となり、(2)式と比較して条件が緩和されていること
が明らかである。ここで、出力振幅の制限は第3、第4
のFETQ3,Q4のゲート・ドレイン間逆方向耐圧により生じ
るから、第1、第2のFETQ1,Q2のゲート・ドレイン間逆
方向耐圧により出力振幅は制限されない。このように発
明の第1の構成によれば、従来の回路構成と比較して大
きな出力振幅を得ることができるようになる。
発明の第2の構成を第3図に示し、その波形図を第4
図に示す。発明の第2の構成が前述した第1の構成と異
なる点は、第3及び第4のFETQ3,Q4のゲートに直流電圧
を与えるのではなく、該ゲートが入力信号と逆相の信号
を受けるようにしたことである。第4図の波形図におい
て、Fは入力信号波形、Gは第3及び第4のFETQ3,Q4
ゲートが受けている入力信号と逆相の信号の波形(光変
調器10に接続されている第3のFETQ3のゲートの電位の
変化の波形)、Hは出力信号波形(光変調器10の電位の
変化の波形)を示す。この場合、第3及び第4のQ3,Q4
のゲートが受ける入力信号と逆相の信号の振幅をV2
すると、 V0<V2+VGD …(4) を満足する必要があるから、出力振幅V0についての制
限は、 V0<VGD+V2 …(5) となり、第1の構成による場合よりも大きな出力振幅を
得ることができるようになる。即ち、出力振幅の制限は
大幅に緩和され、FETのゲート・ドレイン間逆方向耐圧
を超えた出力振幅を得ることが可能となる。
なお、発明の第1及び第2の構成において、ゲートが
入力信号を受けてなる第1及び第2のFETQ1,Q2から差動
回路を構成している理由は次の通りである。即ち、一般
に、光伝送方式の特質から光変調器の駆動回路には高速
動作性が要求され、高速動作性を実現しつつ信頼性・量
産性等を確保するためには回路の集積化が必要であり、
回路の集積化を行う場合には、回路素子(FET、抵抗
等)の特性の設計値からのずれの影響を排除するために
差動回路構成にするのが望ましいからである。
実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第5図は発明の第2の構成の実施例を示す光変調器の
駆動回路の回路図である。この駆動回路は、一対の差動
FETQ11,Q12と、負荷抵抗R11,R12と、ソースフォロワFE
TQ13,Q14と、レベルシフト用のダイオードD11,D12と、
第1図に示した第1乃至第4のFETQ1,Q2,Q3,Q4と、電流
源としてのFETQ15,Q16,Q17,Q18とを備えている。FET
Q11,Q12のゲートが入力信号DATA及び▲▼を受
けると、一対の差動出力電圧がそれぞれ、FETQ11,Q12
負荷抵抗R11,R12が共通接続される点から抽出され、FE
TQ13,Q14のゲートに供給される。そして、FETQ13,Q14
出力電圧はそれぞれ、一方でFETQ4,Q3のゲートに供給さ
れ、他方でダイオードD11,D12によるレベルシフトを受
けた後FETQ1,Q2のゲートに供給される。
この回路構成によれば、FETQ1のゲートに供給される
電圧信号と逆相の電圧信号をFETQ3のゲートに供給する
ことができ、また、FETQ2のゲートに供給される電圧信
号と逆相の電圧信号をFETQ4のゲートに供給することが
できる。また、ダイオードD11,D12の要素数を変えて電
圧降下を調整することによって、容易に第4図に示した
波形レベルの調整を行うことができる。よって、この駆
動回路によれば、終端抵抗R1,R2の両端に大振幅な駆動
電圧を発生させて光変調器の駆動を行うことができる。
ところで、ソースフォロワFETQ13,Q14はそれぞれQ1,
Q4及びQ2,Q3という2つのFETを駆動しなければならな
いので、駆動回路の高速特性が劣化することがある。そ
こで、高速特性が劣化しにくい駆動回路の回路構成を第
6図により説明する。この実施例では、前実施例の駆動
回路(FETQ1〜Q4を除く。)からダイオードD11,D12
除去した部分を2組用い(第1及び第2部分)、これに
より前実施例と同様FETQ1〜Q4に与える互いに逆相の電
圧信号を得るとともに、レベル差を与えるようにしてい
る。第1部分におけるFETQ11a〜Q17aと第2部分におけ
るFETQ11b〜Q17bはそれぞれ前実施例におけるFETQ11
17に相当し、第1部分における抵抗R11a,R12aと第2
部分における抵抗R11b,R12bはそれぞれ前実施例におけ
る抵抗R11,R12に相当している。図において、14は差動
回路、Q21,Q22はソースフォロワFET、Q23,Q24は電流
源としてのFET、D21,D22はFETQ11a,Q11bのゲートに供
給する電圧信号にレベル差を与えるためのダイオード、
23は上記レベル差に対応したレベル差を第1部分及び
第2部分間に与えるダイオードである。この駆動回路に
おいては、ソースフォロワFETQ21,Q22はやはりそれぞれ
2つのFETを駆動しなければならないので、この部分で
は信号劣化が生じることになるが、その後段のFET差動
対において、信号劣化が改善されるので、高速特性が劣
化するおそれはない。従って、本実施例によれば、大き
な出力振幅を得ることができ、しかも高速特性が良好な
光変調器の駆動回路を提供することが可能になる。ま
た、この実施例によれば、第1部分及び第2部分の回路
定数を適当に設定することにより、入力振幅V1と入力
信号に対して逆相の信号の振幅V2とを異ならせること
ができ、容易に最適な駆動条件を設定することができ
る。
なお、発明の第1の構成の実施例については、入力信
号と逆相の信号を得る必要がなく、上記実施例に準じて
容易に回路を構成することができるので、その説明を省
略する。
発明の効果 以上説明したように、発明の第1又は第2の構成によ
れば、FETのゲート・ドレイン間逆方向耐圧にかかわら
ず大きな出力振幅を得ることができるようになるという
効果を奏する。従って、発明の第1又は第2の構成を備
えた光変調器の駆動回路は、FETのゲート・ドレイン間
逆方向耐圧を高めることが一般に困難である集積回路に
適しており、特に高速特性が要求される光変調器に適し
ている。
【図面の簡単な説明】
第1図は発明の第1の構成の原理図、 第2図は発明の第1の構成における波形図、 第3図は発明の第2の構成の原理図、 第4図は発明の第2の構成における波形図、 第5図は発明の第2の構成の実施例を示す光変調器の駆
動回路の回路図、 第6図は発明の第2の構成の他の実施例を示す光変調器
の駆動回路の回路図、 第7図は光変調器の一例の説明図、 第8図は光変調器の従来の駆動回路の一例を示す図、 第9図は第8図に示した駆動回路の波形図である。 10……光変調器、12……電流源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 康成 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山本 拓司 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゲートが入力信号を受けてなる第1及び第
    2のFET(Q1,Q2)から差動回路を構成し、 該第1及び第2のFET(Q1,Q2)のドレインに、自身の
    ゲートに直流電圧が与えられた第3及び第4のFET
    (Q3,Q4)のソースをそれぞれ接続し、 該第3又は第4のFET(Q3)のドレインに駆動すべき光
    変調器(10)を接続するようにしたことを特徴とする光
    変調器の駆動回路。
  2. 【請求項2】ゲートが入力信号を受けてなる第1及び第
    2のFET(Q1,Q2)から差動回路を構成し、 該第1及び第2のFET(Q1,Q2)のドレインに、自身の
    ゲートが上記入力信号と逆相の信号を受けてなる第3及
    び第4のFET(Q3,Q4)のソースをそれぞれ接続し、 該第3又は第4のFET(Q3)のドレインに駆動すべき光
    変調器(10)を接続するようにしたことを特徴とする光
    変調器の駆動回路。
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