JP3368442B2 - Ld駆動電流制限回路 - Google Patents

Ld駆動電流制限回路

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JP3368442B2
JP3368442B2 JP13705094A JP13705094A JP3368442B2 JP 3368442 B2 JP3368442 B2 JP 3368442B2 JP 13705094 A JP13705094 A JP 13705094A JP 13705094 A JP13705094 A JP 13705094A JP 3368442 B2 JP3368442 B2 JP 3368442B2
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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、レーザダイオード(L
D)の駆動電流を制限するための回路に関し、特に光通
信における電気−光変換回路装置のLD駆動電流を制限
するための、LD駆動電流制限回路に関するものであ
る。
【0002】光通信においては、通常、LDを光源とし
て光信号を発生して、光ファイバを介して伝送すること
によって通信を行うが、この際、光出力を一定にするた
めに、自動光出力コントロール(APC)回路が使用さ
れる。
【0003】APC回路においては、光出力レベルを高
精度に安定化することができるとともに、電流制限状態
が発生した後でも、APC回路の動作に異常を生じない
ことが必要である。
【0004】
【従来の技術】図6は、光通信に用いられる送信回路の
一般的構成を示したものであって、11は光信号を発生
するためのLD、12はデータ入力信号DATAによっ
てLD11を駆動して発光させるためのLD駆動回路、
13はLD11の光出力を安定化するためのAPC回
路、14はLD11の発生光を検出するためのフォトダ
イオード(PD)である。
【0005】LD11は、LD駆動回路12からLD駆
動電流を受けることによって発光する。一般にLDは、
駆動電流を一定とすると、温度が高いときは光出力が低
下するが、逆に温度が低いときは光出力が増加する性質
を有している。そのため、光送信回路を構成するLSI
には、APC回路13を組み込むことによって、LD1
1の光出力レベルが常に一定になるように、LD駆動電
流を制御する方法が一般的に用いられている。
【0006】PD14は、LD11のバック光を受光し
て、光信号相当の電気信号(モニタ電流)を発生する。
APC回路13は、このモニタ電流と基準信号とを比較
して、その差に応じた制御信号(LD電流制御信号)を
LD駆動回路12にフィードバックする。LD駆動回路
12は、LD電流制御信号に応じてLD11に対する駆
動電流の大きさを制御することによって、モニタ電流と
基準信号とが一致するように帰還制御が行われて、LD
11の光出力が安定化される。
【0007】この場合、LD11の光出力が著しく小さ
い場合や、光出力モニタ部分における接続不完全等によ
って、モニタ入力信号断の状態になると、APC回路1
3は、常にPD14からのモニタ電流を基準信号に合わ
せようとする方向に動作するため、LD駆動回路12か
ら過大な駆動電流が出力されて、LD11の破壊や、L
D駆動回路12の破壊等を生じる恐れがあるという問題
があった。
【0008】これに対して、従来、LD駆動回路にLD
電流の制限機能を持たせることによって、LDやLD駆
動回路の破壊を防止する方法が用いられている。
【0009】図7は、従来の電流制限機能つきLD駆動
回路を示したものであって、電流比較回路を用いたもの
を示している。図中において、15は基準電流I0 を発
生する定電流源、16はLD電流制御信号に応じて定ま
る電流I1 を発生して、基準電流I0 との電流比較を行
う電流比較回路である。またTr1〜Tr5はNchM
OSトランジスタ、Tr6,7はPch MOSトラン
ジスタである。
【0010】図7において、Pch MOSトランジス
タTr6,7はカレントミラーを形成し、図示されない
APC回路からのLD電流制御信号をNch MOSト
ランジスタTr1のゲートに加えることによって、LD
電流制御信号の増減に応じて、Nch MOSトランジ
スタTr2の電流が増減する。また、Nch MOSト
ランジスタTr2,4はカレントミラーを形成し、従っ
てLD11を駆動するNch MOSトランジスタTr
4,5の電流は、LD電流制御信号に応じて制御され
る。この際、Nch MOSトランジスタTr5のゲー
トを、データ入力信号DATAによって制御することに
よって、LD11は、データ入力信号DATAに応じて
オンオフする光出力を発生する。
【0011】一方、電流比較回路16はLD電流制御信
号によって決定される電流I1 を発生して、定電流源1
5からの基準電流I0 と比較することによって、電流値
1が基準電流値I0 を上回ったとき、ハイレベルとな
り、電流値I1 が基準電流値I0 を下回ったとき、ロー
レベルとなるスイッチ(SW)信号を発生する。
【0012】SW信号がローレベルのときは、Nch
MOSトランジスタTr3はオフ状態となり、従って、
Nch MOSトランジスタTr4の電流は、SW信号
によって影響を受けない。一方、SW信号がハイレベル
のときは、Nch MOSトランジスタTr3はオン状
態となって、Nch MOSトランジスタTr4のゲー
ト電圧を低下させるので、Nch MOSトランジスタ
Tr4の電流は減少する。
【0013】従って、図7に示された回路によれば、L
D電流制御信号が所定値以上に増大したとき、LD11
の電流を制限して、LD11またはLD駆動用Nch
MOSトランジスタTr4,5を保護することができ
る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】図7に示された従来の
LD駆動電流制限回路では、LD電流制御信号の増大に
よって、一旦、電流制限動作が起動すると、LD11の
光出力の低下によって、さらにLD電流制御信号が増大
する方向に制御が行われるため、APC動作が行われる
ようなLD電流制御信号の状態に復旧することができな
くなり、従って、LD駆動回路は以後、正常な動作を行
うことができなくなるという問題があった。
【0015】本発明は、このような従来技術の課題を解
決しようとするものであって、APC機能を有するLD
駆動回路において、LD駆動電流の制限動作が行われて
も、異常制御状態に陥ることなく、常に正しくLD駆動
電流の制限を行うことができる、LD駆動電流制限回路
を提供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
(1) 図1は、本発明の原理的構成を示したものである。
本発明においては、発光素子4の光出力をモニタしたモ
ニタ側電圧と基準電圧との誤差電圧に応じて発光素子の
電流を制御するLD電流制御信号を発生するとともに、
LD電流制御信号が一定になるように制御するAPC出
力段回路1と、LD電流制御信号に応じて定電流源10
と直列に接続されたトランジスタ5に出力電流を発生す
る電流制限回路2と、トランジスタ5の電流と一定の関
係でトランジスタ6からLD駆動電流を発生して発光素
子4を駆動するLD駆動回路3とを備え、定電流源10
によってトランジスタ5の電流を制限することによって
LD駆動電流を制限する。
【0017】(2) (1) において、APC出力段回路1
を、モニタ側電圧と基準電圧との誤差電圧に応じて電流
を流すトランジスタ7と、トランジスタ7の電流によっ
て充電されるとともに、並列に接続された抵抗R1を介
して放電してLD電流制御信号を発生するコンデンサC
1と、トランジスタ5のドレインにおけるスイッチ電圧
によって制御されてトランジスタ7の電流をオンまたは
オフするトランジスタ8とを備えて構成する。
【0018】(3) (1) において、誤差電圧を、発光素子
4の光出力を検出する受光素子9のモニタ電流と、発光
素子4の光出力を制御するデータ入力信号に対応する信
号電流とを、I/V変換回路21によってそれぞれ電流
/電圧変換して得られた出力電圧のピークをピーク検出
回路22,23によって検出し、この検出信号の包絡線
のピークが一致するように重ね合わせたときの差によっ
て得る。
【0019】(4) (1) において、電流制限回路のトラン
ジスタ5とLD駆動回路のトランジスタ6とがカレント
ミラーを形成する。
【0020】(5) (4) において、トランジスタ5,6を
Nch MOSトランジスタTrとするとともに、定電
流源10と発光素子4とをそれぞれトランジスタ5,6
の電源側に接続する。
【0021】(6) (4) において、トランジスタ5,6を
Pch MOSトランジスタTrとするとともに、定電
流源10と発光素子4とをそれぞれトランジスタ5,6
の接地側に接続する。
【0022】
【作用】
(1) APC出力段回路1においては、発光素子4の光出
力をモニタしたモニタ側電圧と基準電圧とを比較して誤
差電圧を発生し、この誤差電圧によってLD電流制御信
号を発生する。LD電流制御信号は、誤差電圧の発生に
よって充電されるコンデンサの端子電圧を利用すること
によって、一定になるように制御されている。
【0023】電流制限回路2においては、LD電流制御
信号に応じて、定電流源10と直列に接続されたトラン
ジスタ5に出力電流を発生する。さらにLD駆動回路3
では、トランジスタ5の電流と一定の関係でトランジス
タ6からLD駆動電流を発生して、発光素子4を駆動す
る。
【0024】本発明によれば、トランジスタ5の電流
は、定電流源10の定電流によって、その値の範囲内に
制限されるので、LD電流制限動作が行われても、その
後、異常制御状態に陥ることはない。
【0025】(2) APC出力段回路1においては、トラ
ンジスタ7によって、モニタ側電圧と基準電圧との誤差
電圧に応じて電流を流し、コンデンサC1を、トランジ
スタ7の電流によって充電し、並列に接続された抵抗R
1を介して放電することによって、LD電流制御信号を
発生する。この際、トランジスタ7の電流のオン, オフ
は、トランジスタ5のドレインに生じるスイッチ電圧に
よって制御される。
【0026】従って、LD電流制御信号は誤差電圧の発
生時に、急激な変化を生じることなく、常にほぼ一定に
なるように制御されているので、LD駆動電流を安定化
することができる。
【0027】(3) この場合における誤差電圧は、発光素
子4の光出力を検出する受光素子9のモニタ電流と、発
光素子4の光出力を制御するためのデータ入力信号に対
応する信号電流とを、I/V変換回路21によってそれ
ぞれ電流/電圧変換して出力電圧を発生し、得られた出
力電圧のピークをピーク検出回路22,23によって検
出し、比較回路24において、この検出信号の包絡線の
ピークが一致するように重ね合わせて比較して差を求め
ることによって得られる。
【0028】本発明では、LDの駆動電流を制御するL
D電流制御信号を、電流の比較によって得るのでなく、
電圧値として比較を行って得るようにしているので、回
路構成が容易になる。
【0029】(4) 電流制限回路2のトランジスタ5と、
LD駆動回路3のトランジスタ6とを、カレントミラー
を形成するように構成することによって、それぞれの電
流に、チャネル幅の比に応じた、一定の関係を持たせる
ことができる。
【0030】(5) LD駆動回路3のトランジスタ5,6
を、Nch MOSトランジスタTrを用いて構成する
ことができる。この場合は、定電流源10と発光素子4
とをそれぞれトランジスタ5,6の電源側に接続する。
【0031】(6) LD駆動回路3のトランジスタ5,6
を、Pch MOSトランジスタTrを用いて構成する
ことができる。この場合は、定電流源10と発光素子4
とをそれぞれトランジスタ5,6の接地側に接続する。
【0032】
【実施例】図2は、本発明の実施例(1) を示したもので
あって、1はAPC回路の出力信号を発生するAPC出
力段回路、2はLD11の駆動電流を制限するための電
流制限回路、3はLD11の駆動電流を発生するLD駆
動回路を示している。
【0033】APC出力段回路1において、Tr11,
Tr12はPch MOSトランジスタTr、C1はコ
ンデンサ、R1は抵抗である。電流制限回路2におい
て、17は定電流ICONST を発生する定電流源、Tr1
3はNch MOSトランジスタTrである。LD駆動
回路3において、Tr14,15はNch MOSトラ
ンジスタTrである。
【0034】図3は、APC入力段回路を示したもので
あって、21は電流入力を電圧出力に変換する電流/電
圧(I/V)変換回路、22,23はそれぞれ入力電圧
のピークを検出するピーク検出回路、24はピーク検出
回路22,23の出力を比較する比較回路である。
【0035】PD14は、LD11のバック光を受光し
て、光信号相当のモニタ電流を発生して、I/V変換回
路21に入力する。またデータ入力信号DATAに基づ
く信号電流も、I/V変換回路21に入力される。I/
V変換回路21は、両電流入力をそれぞれ電圧信号に変
換して出力する。ピーク検出回路22,23は、I/V
変換回路21からの、それぞれの電圧信号のピーク値を
検出した出力信号を発生する。比較回路24は、ピーク
検出回路22,23の出力を比較して誤差電圧VE を発
生する。
【0036】また、図4は本発明回路の動作を説明する
タイムチャートであって、はデータ入力信号DAT
A、, はI/V変換回路21の出力信号、, は
それぞれピーク検出回路22,23の出力信号、は比
較回路24の出力信号、はAPC充電電流IAPC
はLD電流制御信号VPCNT、はスイッチ信号VSWであ
って、これらは図2,図3中においても、同一の番号に
よってその位置を示されている。以下、図2ないし図4
に基づいて、本発明回路の動作を説明する。
【0037】データ入力信号DATAは、送信光出力
に対応するパルス信号からなっている。PD14はLD
11の光出力に応じて、大きさが変化するモニタ電流を
発生する。I/V変換回路21は、PD14からのモニ
タ電流の信号と、データ入力信号DATAに対応する
電流信号とを、それぞれ電圧信号に変換して、包絡線の
ピーク値が一致する出力電圧, を発生する。ピーク
検出回路22,23は、出力電圧, のピークを検出
して、それぞれモニタ側電圧VMON , 基準側電圧V
REF を発生する。
【0038】比較回路24は、モニタ側電圧VMON
基準側電圧VREF を比較して、モニタ側電圧VMON
基準側電圧VREF のときハイレベルとなり、モニタ側電
圧V MON <基準側電圧VREF のときローレベルとなる誤
差電圧VE を発生する。
【0039】APC出力段回路1において、Pch M
OSトランジスタTr12は、誤差電圧VE がハイレ
ベルのときオフ状態となり、誤差電圧VE がローレベ
ルのときはオン状態となる。Pch MOSトランジス
タTr12がオン状態になることによって、APC充電
電流IAPC を生じてコンデンサC1の端子電圧、すな
わちLD電流制御信号VPCNTが急速に上昇する。
【0040】LD電流制御信号VPCNTが、電流制限回
路2のNch MOSトランジスタTr13のゲートに
与えられることによって、定電流源17を経て電流が流
れて、Nch MOSトランジスタTr13のドレイン
にスイッチ電圧VSWを発生する。Pch MOSトラ
ンジスタTr11は、スイッチ電圧VSWがハイレベル
のときオフ状態となり、スイッチ電圧VSWがローレベ
ルのときはオン状態となる。
【0041】Pch MOSトランジスタTr11がオ
ン状態になることによって、PchMOSトランジスタ
Tr12はオフ状態となり、APC充電電流IAPC
流れなくなるので、以後、LD電流制御信号VPCNT
は、コンデンサC1の放電に応じて、時定数C1・R1
に従って徐々に低下する。Nch MOSトランジスタ
Tr13は、LD電流制御信号VPCNTをゲートに与え
られることによって、LD電流制御信号VPCNTの変化
に応じて変化する電流を流す。
【0042】一方、LD駆動回路3のNch MOSト
ランジスタTr14は、電流制限回路2のNch MO
SトランジスタTr13とゲートを共通に接続されて、
カレントミラーを形成しているので、Nch MOSト
ランジスタTr14にも、LD電流制御信号VPCNT
変化に応じて変化するLD駆動電流ILDが流れ、直列に
接続されたLD11の光出力が変化する。Nch MO
SトランジスタTr15のゲートを、データ入力信号D
ATAによって制御することによって、LD11から
データ入力信号DATAに応じてオンオフする光出力を
発生する。
【0043】このように、図2に示された回路では、L
D11の光出力レベルは、LD電流制御信号VPCNTによ
って制御される。LD電流制御信号VPCNTは、LD11
の光出力レベルの低下によって、モニタ側電圧VMON
基準側電圧VREF となったとき、APC充電電流IAPC
が流れてコンデンサC1が充電されることによって急速
に上昇し、これによってLD11の光出力レベルが上昇
する。LD11の光出力レベルの上昇によって、モニタ
側電圧VMON >基準側電圧VREF となると、LD電流制
御信号VPCNTの上昇によって、スイッチ電圧VSWが低下
することによって、APC充電電流IAPC が流れなくな
るので、コンデンサC1の充電が停止して、LD電流制
御信号VPCNTの上昇も停止する。
【0044】その後、コンデンサC1の放電に伴ってL
D電流制御信号VPCNTは徐々に低下し、これによってL
D11の光出力レベルが低下して、モニタ側電圧VMON
<基準側電圧VREF となったとき、再びAPC充電電流
APC が流れてLD電流制御信号VPCNTが上昇する変化
を繰り返すことによって、LD11の光出力レベルを一
定に保つAPC動作が行われる。
【0045】LD11の劣化等によって、LD11の光
出力が低下し、モニタ側電圧VMONが異常に低下したと
きは、LD電流制御信号VPCNTが上昇して、Nch M
OSトランジスタTr13の電流が増加しようとする
が、Nch MOSトランジスタTr13の電流は、直
列に接続された定電流源17の電流ICONST によって制
限され、一定値以上には増加しない。LD11を駆動す
るNch MOSトランジスタTr14は、前述のよう
にNch MOSトランジスタTr13とカレントミラ
ーを形成しているので、LD11の駆動電流ILDも一定
値以上には増加せず、従ってLD11や、それを駆動す
るNch MOSトランジスタTr14,15の破壊が
防止される。
【0046】この場合における、LD駆動回路のNch
MOSトランジスタTr14の電流制限値I
LDMAX は、Nch MOSトランジスタTr13,14
のチャネル長を同一値L8,9 とし、チャネル幅をそれ
ぞれW8,9 としたとき、 ILDMAX =ICONST ×(W9 /W8 ) によって与えられ、LD駆動電流ILDは、電流制限回路
の定電流源の定電流値I CONST と、Nch MOSトラ
ンジスタTr13,14のチャネル幅の比によって制限
される。
【0047】図5は、本発明の実施例(2) を示したもの
であって、図2におけると同じものを同じ番号で示し、
Tr13’,Tr14’,Tr15’はPch MOS
トランジスタ、11’は光信号を発生するためのLD、
17’は定電流ICONST を発生する定電流源である。
【0048】図5に示された実施例は、図2に示された
実施例におけるNch MOSトランジスタTr13,
Tr14,Tr15に代えて、Pch MOSトランジ
スタTr13’,Tr14’,Tr15’を使用した、
所謂電流吐き出し型のLD駆動回路を用いた場合の、L
D駆動電流制限回路の構成を示したものである。
【0049】図5の回路においては、使用するトランジ
スタの変更に伴って、LD11’および定電流源17’
が、それぞれPch MOSトランジスタTr13’,
Tr14’の接地側に設けられている。図5の回路の動
作は、図2に示された実施例の場合と同様である。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、定
電流源を用いて電流制限回路のトランジスタに流れる電
流を制限することによって、LD駆動回路における、こ
のトランジスタとともにカレントミラーを形成するLD
駆動用トランジスタの電流を制限し、またLD電流制御
信号の上昇に伴ってAPC充電電流を遮断することによ
って、LD電流制御信号の上昇を抑えるようにしたの
で、LD駆動電流の制限動作が行われても、異常制御状
態に陥ることがなく、常に正しくLD駆動電流の制限を
行うことができ、LDの破壊等を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成を示す図である。
【図2】本発明の実施例(1) を示す図である。
【図3】APC入力段回路を示す図である。
【図4】本発明回路の動作を説明するタイムチャートで
ある。
【図5】本発明の実施例(2) を示す図である。
【図6】光通信に用いられる送信回路の一般的構成を示
す図である。
【図7】従来の電流制限機能つきLD駆動回路を示す図
である。
【符号の説明】
1 APC出力段回路 2 電流制限回路 3 LD駆動回路 4 発光素子 5 トランジスタ 6 トランジスタ 7 トランジスタ 8 トランジスタ 9 受光素子 10 定電流源 21 I/V変換回路 22 ピーク検出回路 23 ピーク検出回路 24 比較回路 C1 コンデンサ R1 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−200445(JP,A) 特開 平5−343773(JP,A) 実開 昭60−83266(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子(4)の光出力をモニタしたモ
    ニタ側電圧と基準電圧との誤差電圧に応じて該発光素子
    の電流を制御するLD電流制御信号を発生するととも
    に、該LD電流制御信号が一定になるように制御するA
    PC出力段回路(1)と、該LD電流制御信号に応じて
    定電流源(10)と直列に接続されたトランジスタ
    (5)に出力電流を発生する電流制限回路(2)と、該
    トランジスタ(5)の電流と一定の関係でトランジスタ
    (6)からLD駆動電流を発生して前記発光素子(4)
    を駆動するLD駆動回路(3)とを備え、前記定電流源
    (10)によって前記トランジスタ(5)の電流を制限
    することによって前記LD駆動電流を制限することを特
    徴とするLD駆動電流制限回路。
  2. 【請求項2】 前記APC出力段回路(1)が、前記モ
    ニタ側電圧と基準電圧との誤差電圧に応じて電流を流す
    トランジスタ(7)と、該トランジスタ(7)の電流に
    よって充電されるとともに、並列に接続された抵抗(R
    1)を介して放電して前記LD電流制御信号を発生する
    コンデンサ(C1)と、前記トランジスタ(5)のドレ
    インにおけるスイッチ電圧によって制御されて前記トラ
    ンジスタ(7)の電流をオンまたはオフするトランジス
    タ(8)とを備えてなることを特徴とする請求項1に記
    載のLD駆動電流制限回路。
  3. 【請求項3】 前記誤差電圧が、発光素子(4)の光出
    力を検出する受光素子(9)のモニタ電流と、前記発光
    素子(4)の光出力を制御するデータ入力信号に対応す
    る信号電流とを、I/V変換回路(21)によってそれ
    ぞれ電流/電圧変換して得られた出力電圧のピークをピ
    ーク検出回路(22),(23)によって検出し、比較
    回路(24)において該検出信号の包絡線のピークが一
    致するように重ね合わせて比較したときの差によって得
    られることを特徴とする請求項1に記載のLD駆動電流
    制限回路。
  4. 【請求項4】 前記電流制限回路のトランジスタ(5)
    と前記LD駆動回路のトランジスタ(6)とがカレント
    ミラーを形成することを特徴とする請求項1に記載のL
    D駆動電流制限回路。
  5. 【請求項5】 前記トランジスタ(5),(6)がNc
    h MOSトランジスタTrからなるとともに、前記定
    電流源(10)と発光素子(4)とがそれぞれトランジ
    スタ(5),(6)の電源側に接続されていることを特
    徴とする請求項4に記載のLD駆動電流制限回路。
  6. 【請求項6】 前記トランジスタ(5),(6)がPc
    h MOSトランジスタTrからなるとともに、前記定
    電流源(10)と発光素子(4)とがそれぞれトランジ
    スタ(5),(6)の接地側に接続されていることを特
    徴とする請求項4に記載のLD駆動電流制限回路。
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