JP2773484B2 - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents

レーザダイオード駆動回路

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JP2773484B2
JP2773484B2 JP3254860A JP25486091A JP2773484B2 JP 2773484 B2 JP2773484 B2 JP 2773484B2 JP 3254860 A JP3254860 A JP 3254860A JP 25486091 A JP25486091 A JP 25486091A JP 2773484 B2 JP2773484 B2 JP 2773484B2
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由起治 布施
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光通信システムに使用す
るレーザダイオード(以下LDと称す)駆動回路の改良
に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は一例のLDのI−L特性(駆動電
流対発光パワー特性)とパルス電流、バイアス電流の関
係を示す図、図4は従来例のLD駆動回路の回路図、図
5は図4の場合のパルス電流供給源へ印加される電圧を
示す図である。
【0003】図4の従来例は本出願人が平成3年3月2
1日、特願平03−24863にて出願のレーザダイオ
ード駆動回路に該当するものである。図において20-1,2
0-2 はパルス電流供給用のPNP型のトランジスタでそ
のベースは抵抗3に接続され、エミッタは抵抗21-1、21
-2を介して+5V電源に接続され、コレクタはLD7を
介してグランドに接続されている。即ちトランジスタ20
-1, 抵抗21-1、LD7とトランジスタ20-2, 抵抗21-2、
LD7とは電源端子30a 、30b 間に直列に接続されてい
る。
【0004】16 はスライサで互いに逆向きに設けられ
たダイオード5 、6 にて構成されておりその一方の端子
は抵抗8とトランジスタ20-1、20-2のベースとの接続点
に接続され、他方の端子は電圧降下用のダイオード15を
介してバイアス電流供給用のトランジスタ18のベースに
接続されている。
【0005】ダイオード15はそのアノードをスライサ16
に、そのカソードをトランジスタ18のベースにそれぞれ
接続されている。13 はダイオードバイアス回路で、+
5V電源と、ダイオード15とスライサ16との接続点との
間に接続されており、ダイオイオード15に必要な順方向
のバイアス電流を与えると共に、スライサ16とダイオー
ド15との間を交流的にカットする。
【0006】コンデンサ2、抵抗3、スライサ16、ダイ
オード15、ダイオードバイアス回路13にて、パルス電流
制御部23が構成され、トランジスタ20-1、20-2、抵抗21
-1、21-2にてパルス電流供給源25が構成され、トランジ
スタ18、抵抗17にてバイアス電流源14が構成され、オペ
アンプ9、時定数回路10、トランジスタ11、抵抗12にて
APC(Automatic Power Control)制御部 22 が構成さ
れている。尚LD7、PD(ホトダイオード)8、オペ
ーンプ9、時定数回路10、トランジスタ11、18、20-1、
20-2にて、発光パワーを一定にするためのAPCループ
が構成されている。
【0007】図4では、信号源からの伝送データは、イ
ンバータ1、コンデンサ2、抵抗3を介してパルス電流
供給用トランジスタ20-1、20-2のベースに供給されて、
これらのトランジスタをスイッチングし、LD7をオン
オフする。
【0008】ここでバイアス電流供給用のトランジスタ
18のベース電位を VB ダイオード15の順方向電圧を V
D とすると、ダイオード15はダイオードバイアス回路13
からバイアス電流を与えられてオンしているので、点A
の電位(ダイオード15のアノード電位) は ( VB
VD ) となる。
【0009】伝送データの入来に際し、伝送データがH
のときはインバータ1により点BはLになるので、ダイ
オード5がオフ、ダイオード6、トランジスタ20-1、20
-2がオンとなり、点Bの電位は点Aの電位 ( VB
VD ) からダイオード6の順方向電圧 VD を減じた VB
となり、LD7にパルス電流が流れる。一方、伝送デー
タがLの時はダイオード5がオン、ダイオード6、トラ
ンジスタ20-1、20-2がオフとなり、点Bの電位は点Aの
電位 ( VB + VD ) にダイオード5の順方向電圧VD
加えた ( VB +2 VD ) となり、LD7にパルス電流は
流れない。
【0010】なおトランジスタ18は常時オンであり、L
D7にバイアス電流を与える。即ち点Aの電位、つまり
トランジスタ20-1、20-2のベース電位は、図5(A)に
示すように伝送データのH、Lに応じて VB か ( VB
2 VD ) であり、一方トランジスタ18のベース電位は図
5(B)に示すように VB 一定となる。
【0011】この場合スライサ16により、パルス電流供
給用トランジスタ20-1、20-2のベースに印加される伝送
データを表すパルス電圧( "H" と"L" 間のレベル差、即
ちP-P)は扱いやすいレベルにされると共に、電源電圧変
動時にもその振幅変動が抑えられ、"H" レベル、"L" レ
ベルに対し点Bの電位V B 、 ( VB +2 VD ) にそれぞ
れ固定される。
【0012】なお、A点の電位 VB はAPCループによ
る制御電位として、レーザダイオード7の発光パワーが
一定になるように変化し、パルス電流供給用のトランジ
スタ20-1,20 のベース直流電位も同様に変化するが、こ
れらのトランジスタはその変化範囲内ではカットオフに
バイアスされており、入力伝送データがHのときのみオ
ンとなるスイッチング動作を行う。
【0013】このようにトランジスタ18のベース電位と
オン時のトランジスタ20-1、20-2のベース電位とは同じ
値 VB となる。APC制御部22は、APCループによっ
てバイアス電流供給用トランジスタ18のベース電位を制
御するとともに、パルス電流制御部23を介してパルス電
流供給用トランジスタ20-1、20-2のベース電位を制御し
ているので、両方のベース電位はAPC制御により同じ
値で増減する。従ってAPCループによって VB が変化
しても、バイアス電流とパルス電流の比が一定に保たれ
る。
【0014】図4の場合には、バイアス電流供給用には
1個のトランジスタ18を用い、パルス電流供給用には2
個のトランジスタ20-1、20-2を用いているので、それぞ
れのエミッタ抵抗17、21-1、21-2の値を同じにすると、
パルス電流とバイアス電流の比は2:1を保ったままA
PC制御によって増減する。
【0015】このようにして、伝送データはLD7にて
光信号に変換される。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示す如く、LD7のI−L特性は低温になるほど傾斜が
立ち、高温になるほど傾斜が寝ている。すなわち、駆動
電流の増分に対する発光パワーの増分の比である微分量
子効率ηは温度上昇にともなって減少する。また、発光
を開始する電流値である閾値は低温になるほど低く、高
温になる程高くなる。このようなLDを駆動する場合
に、消光比を大きく保ち、かつ伝送データのH、Lに対
応する発光時間と消光時間の時間比率であるデューティ
比を1:1に近づけるには、閾値電流をバイアス電流
で、閾値電流と所定発光パワーの時の電流との差の電流
をパルス電流で供給するのが最も望まし。
【0017】しかし、図3に示すように温度低下による
閾値の低下と所要パルス電流の低下とが同じ比率ではな
いLDに対して、APC制御部22に制御により発光パワ
ーを一定にするように駆動電流を制御すると、低温の場
合、図3の(イ)の−38度の駆動電流で示すように、バ
イアス電流値が閾値電流以上になり低温で消光比が悪く
なるという問題がある。またバイアス電流源14を有する
ため回路規模が大きくなるという問題もある。
【0018】本発明は、低温になっても消光比が劣化せ
ず、回路規模を小さくできるLD駆動回路の提供を目的
としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】図1は本発明のレーザダ
イオード駆動回路の原理ブロック図である。上記課題を
解決するために、本願のレーザダイオード駆動回路は、
図1 に示す如く、入力伝送データのHレベル、Lレベル
に応じて出力する電流を変化し、レーザダイオード7に
駆動電流を供給する、抵抗21とトランジスタ20を直列に
接続したパルス電流供給源25と、該レーザダイオード7
とを電源端子30a,30b 間に直列に接続し、該レーザダイ
オード7の発光パワーを一定に保つように上記パルス電
流供給源25が出力する駆動電流を制御する制御電圧を発
生するAPC制御部22を設け、該APC制御部22からの
制御電圧に入力伝送データを重畳して上記パルス電流供
給源25に制御信号として与えるパルス電流制御部19とを
備え、前記パルス電流供給源25は、供給すべき駆動電流
の大きいときはパルス電流と直流電流とを供給し、供給
すべき駆動電流が小さいときはパルス電流のみを供給す
るように前記抵抗21の値が定められている構成を有す
る。
【0020】
【作用】本発明によれば、LD7にバイアス電流を流す
ためのバイアス電流源は持っていないので回路規模が小
さくなる。
【0021】またパルス電流供給源25は、与えられる入
力パルス電圧(P−P)に対応したパルス電流を出力す
るが、そのパルス電流の振幅は入力パルス電圧(P−
P)が一定の場合には、トランジスタ20に直列接続され
た抵抗21の値によって一義的に決まる。そこで、レーザ
ダイオード7へ駆動電流を多く流す必要がある場合に、
入力パルス電圧に基づく出力パルス電流成分がこの必要
駆動電流値より所定に小さくなるよう( 不足するよう
に) に抵抗21の値を設定しておくと、APCループはこ
の不足分をおぎなう電流をさらに流すように制御電圧を
生成する。この場合には、伝送データがLの時でもトラ
ンジタに電流が流れるように動作点を変化させる。即ち
伝送データのオンオフに無関係に直流電流が流れ、その
直流電流に伝送データに対応するパルス電流が重畳して
必要な駆動電流が流れる。一方、必要な駆動電流が小さ
い場合には伝送データが"H" のときのみ、出力電流が流
れるような制御電圧が生成される。このように抵抗を定
めることにより、大きな駆動電流を必要とするときには
伝送データに無関係に直流電流が常時流れるので、この
直流電流成分をバイアス電流として利用できる。また駆
動電流が小さくてすむ場合には、制御電圧の変化により
直流電流は流れず、パルス電流成分だけがレーザダイオ
ードに流れるので、従来例の如くバイアス電流で低温時
の消光比の劣化することを防止できる。
【0022】
【実施例】図2は本発明の実施例のLD駆動回路であ
る。図2で図4の従来例と異なる点は、図4におけるバ
イアス電流源14を設けず、この為にダイオード15及びバ
イアス回路13を除き、代わりに直流電位を保つコンデン
サ4を設けている。
【0023】次に、図3のI−L特性を示すLDに対す
る本発明の駆動回路の実施例を説明する。今、使用温度
範囲−38℃〜80℃で発光パワーが200 μV になるよ
うにAPC制御するものとする。このときLD駆動電流
は、最高使用温度80℃では58mAであり、温度の低下とと
もに減少し、最低使用温度−38℃では13mAとなるよう
に、APCループにより制御される。
【0024】そこで、本発明では、図3の(ニ)(ハ)
に示すように、I−L特性で傾斜が最も寝ている使用最
高温度で( 即ち微分量子効率ηが最少の時) I−L特性
の傾斜部分の電流値に相当する28mAが、伝送データの
H、Lに対応してオンオフするパルス電流で供給される
ように抵抗21-1、21-2を決める。本実施例ではトランジ
タ2個を並列に用いているので、一個当たり14mAのIp
(パルス電流)を流すようにする。このトランジスタは
エミッタフォロワであるため、オン状態でのエミッタ電
位はベース電位に対してエミッタベース間の順方向ダイ
オード電圧 VD だけ高い状態でベース電位に追従する。
ベースに印加されるパルス電圧振幅はスライサ16の作用
により2× VD であるから、エミッタに現れるパルス電
圧成分も2× VD となり、このパルス電圧で上記28mAの
パルス電流を流すためのエミッタ抵抗21-1、21-2の抵抗
値Rは、Ip =14mA=2 VD /R=2×0.7V/Rより、
100Ωとして求まる。このように、エミッタ抵抗を定め
ると、APCループからトランジスタのベースに印加さ
れる制御電圧は、伝送データのHLに無関係に、常時、
閾値電流近傍の30mAが流れるように制御される。この直
流電流がバイアス電流成分となる。つまり、80℃では、
トランジスタは常時オンであり、ベース電位の変化がそ
のままエミッタ電位に現れるリニア動作をなし、閾値電
流相当のバイアス電流と、伝送データのH、Lに対応し
てオン、オフするパルス電流との両方がLD7に供給さ
れることになる。そして、このバイアス電流は閾値程度
であるため、伝送データがLのときは、レーザダイオー
ドは発光せず、伝送データがHの時はパルス電流が重畳
されて所望のパワーで発光する。
【0025】次に使用温度が低下した状態、例えば使用
最低温度−38℃では、図3の(ロ)に示すように、所
定発光パワー 200μV を得るための発光時の、即ちトラ
ンジスタがオン状態での全駆動電流は、13mAとなるよう
にAPC制御される。この時のトランジスタのベースに
印加される制御電圧はトランジスタのカットオフ以下と
なり、入力伝送データがLの時はカットオフで電流は流
れず、即ちバイアス電流は流れず、Hのときパルス電流
成分の一部だけが流れるようなスイッチング動作を行
う。
【0026】このようにすることにより、低温時に閾値
以上のバイアス電流が流れることによる消光比の劣化が
除去されるとともに、バイアス電流供給部を必要としな
いので回路規模が小さくできる。
【0027】
【発明の効果】以上詳細に説明せる如く本発明によれ
ば、低温消光比が劣化せず又回路規模の小さいLD駆動
回路が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理ブロック図
【図2】本発明の実施例のレーザダイオード駆動回路の
回路図
【図3】1例のレーザダイオードのI−L特性とパルス
電流、バイアス電流の関係を示す図
【図4】従来例のレーザダイオード駆動回路の回路図
【図5】図4の場合のパルス電流供給源への電圧を示す
【符号の説明】
1はインバータ、 2、4はコンデンサ、 3、21-1、21-2、12、17は抵抗、 5、6、15はダイオード、 7はレーザダイオード、 8はホトダイオード、 9はオペアンプ、 10は時定数回路、 11、18、20、20-1、20-2はトランジスタ、 13はダイオードバイアス回路、 14はバイアス電流源、 16はスライサ、 19、23はパルス電流制御部、 22はAPC制御部、 25はパルス電流供給源、 30a,30b は電源端子を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−105440(JP,A) 特開 平3−91277(JP,A) 特開 昭62−172779(JP,A) 特開 平2−192332(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/096

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の発光パワーを得るための駆動電流が
    温度によって異なるレーザタイオードを駆動するレーザ
    ダイオード駆動回路であって、 入力伝送データのHレベル、Lレベルに応じて出力する
    電流を変化しレーザダイオードに駆動電流を供給す
    る、抵抗とトランジスタを直列に接続したパルス電流供
    源と、該レーザダイオードとを電源端子間に直列に接
    続し、 該レーザダイオードの発光パワーを一定に保つように上
    記パルス電流供給源が出力する駆動電流を制御する制御
    電圧を発生するAPC制御部を設け、 該APC制御部からの制御電圧に入力伝送データを重畳
    して上記パルス電流供給源に制御信号として与えるパル
    ス電流制御部とを備え、 前記パルス電流供給源は、供給すべき駆動電流の大きい
    ときはパルス電流と直流電流とを供給し、供給すべき駆
    動電流が小さいときはパルス電流のみを供給するように
    前記抵抗の値が定められてい ることを特徴とするレーザ
    ダイオード駆動回路。
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