JP4147627B2

JP4147627B2 - バースト信号伝送用レーザドライバ装置

Info

Publication number: JP4147627B2
Application number: JP19475298A
Authority: JP
Inventors: 善一樋口
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: JP2000031576A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバースト信号伝送用レーザドライバ装置に関し、特に入力されたバースト信号のピーク値に応じてレーザパワーの自動制御をなすＡＰＣ機能付きバースト信号伝送用レーザドライバ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体レーザの発振閾値電流は周囲温度依存性を有しており、そのために、周囲温度が変動しても光出力パワーを一定とするために、レーザドライバ回路に、レーザの直流バイアス電流を自動調整する光出力パワー制御回路（ＡＰＣ回路）が必要である。
【０００３】
従来のこの種のレーザドライバ回路におけるＡＰＣ回路では、レーザ素子からの出射光をＰＤ（フォトダイオード）によりモニタし、そのモニタ電流の平均値（平均電力）に応じてレーザの平均光出力パワーを一定に維持する様になっており、ＰＤモニタ電流平均値帰還型直流バイアス電流制御方式のＡＰＣ回路が主流となっている。
【０００４】
また、特開平１−１６６５８２号公報を参照すると、入力電気信号を制御信号とし負荷に半導体レーザが接続された電流切換えスイッチと、この半導体レーザに一定のバイアス電流を供給する電流源とを備えたレーザ駆動回路において、入力電気信号の積分出力により信号入力状態か無信号状態かを検知する検知回路と、半導体レーザ及びバイアス電流源の間に位置し、検知回路の出力により開閉して無信号時に半導体レーザへのバイアス電流の供給を断つスイッチとを設けたことを特徴とするレーザ駆動回路が開示されている。
【０００５】
このレーザ駆動回路においては、バースト信号の入力により検知信号の積分出力が一定レベルに達すると、これにより半導体レーザとバイアス電流源に挿入されたスイッチがオンされ、半導体レーザにバイアス電流が流れる。従って、半導体レーザは入力信号に応じて発振し光出力を生ずる。これに対して無信号時には検知回路の積分出力が低く、スイッチはオフ状態となり、半導体レーザにはバイアス電流が供給されないことから、半導体レーザは全く発光せずバースト信号が送信できるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
先述したＰＤモニタ電流平均値帰還型直流バイアス電流制御方式のＡＰＣ回路では、入力信号の有無に関わらず、レーザの平均光出力パワーを一定に保つ様に動作する。そのために、入力信号がバースト信号の場合において、無信号時にも有信号時と同じ平均光出力パワーがレーザから出力される様に、レーザに帰還がかかり発光させるために完全消光できず、バースト信号の光通信が正確に行えないという欠点がある。
【０００７】
特開平１−１６６５８２号公報のレーザドライバ回路では、入力電気信号を抵抗と容量とで構成される積分回路（ローパスフィルタ）に通し、その積分出力により信号入力状態か無信号状態かを検知しているため、積分回路の時定数によりバースト信号データの先頭ビットの検知に遅延を生ずる。その結果、光変調出力は、バースト信号データの先頭ビットのパルス幅が伝送速度のパルス幅より狭くなったり、時定数が長く設定された場合には、バースト信号の先頭ビットが欠けてしまい、受信器側でビットエラーが生じる原因となる問題点がある。従って、伝送速度が数十Mbps〜数百Mbpsの光変調が不可能である。また、逆に積分回路の時定数を短くすると、光出力パワーが不安定になる問題点もある。
【０００８】
半導体レーザの発振閾値電流は、周囲温度変化や経年変化により変動するため、レーザドライバ回路においては、ＡＰＣ制御回路が最も重要な技術ポイントとなる。従って、バースト信号の検出及び光出力パワーの検出の両方は独立して考えることはできない。しかし、当該公報の技術では、入力電気信号から信号入力状態か無信号状態であるかを検知する記載はあるがＡＰＣ制御の方法についての詳細な記載はない。
【０００９】
本発明の目的は、バースト的に入力されてくるバースト信号の先頭ビットから正確に検出可能なＡＰＣ機能付きバースト信号伝送用レーザドライバ装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入力バースト信号に応じてレーザ素子を駆動するレーザ駆動手段と、前記レーザ素子の出射レーザ光をモニタしてこのモニタ出力のピークを検出すべくピーク検出容量素子を有するピーク検出手段と、このピーク検出出力に応じて前記レーザ駆動手段における自動パワー制御をなす自動パワー制御手段と、前記入力バースト信号のピークを検出しこの検出出力と所定閾値とを比較してこの比較結果に従って前記ピーク検出手段の容量素子の充電制御をなす充電制御手段とを含むことを特徴とするバースト信号伝送用レーザドライバ装置が得られる。
【００１１】
そして、前記ピーク検出手段は、前記ピーク検出容量素子の充電時定数がその放電時定数よりも極めて小に設定されていることを特徴とし、また、前記充電制御手段は、前記入力バースト信号のピーク検出容量素子を有し、この容量素子の充電時定数がその放電時定数よりも極めて小に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
そして、前記レーザ駆動手段は前記入力バースト信号の正相及び逆相信号により駆動される差動回路を有し、前記自動パワー制御手段は前記ピーク検出手段の検出出力に応じて前記差動回路の動作電流の制御を行うようにしたことを特徴とする。また、前記ピーク検出手段は、前記出射レーザ光を受光する受光素子と、この受光素子の出力電流を電圧変換する変換回路と、この電圧変換出力に応じて前記ピーク検出容量素子を充電制御する充電制御回路と、このピーク検出容量素子の充電出力に応じて前記自動パワー制御のための制御信号を生成する自動制御信号発生回路とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の作用を述べる。本発明のレーザドライバ装置では、光出力パワーの検出部に従来技術であるＰＤモニタ電流平均値（積分値）を検出するのではなく、ＰＤモニタ電流のピーク値をバースト信号データの先頭ビットから検出可能である高速ピーク検出回路を用いて光出力パワーのピーク電力を制御信号としてＡＰＣ制御を行うと同時に、入力電気信号からも同様の高速ピーク検出回路を用いて有信号状態か無信号状態であるかを検出し、無信号状態時におけるＡＰＣ制御動作の安定性を補償する。その結果、バースト信号の先頭ビットから最適な光変調出力が得られ、かつ周囲温度変化や経年変化による半導体レーザの発振閾値電流の変動に対しても確実なＡＰＣ制御動作が得られるため、常に安定した光出力パワーを送信することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例のブロック図であり、図２は図１のブロックの具体例の回路構成図である。尚、両図において同等部分は同一符号にて示す。これ等両図を参照しつつ本発明の実施例の構成を説明する。
【００１５】
レーザ駆動回路１は、入力電気データ信号の正相データＤＩＮとその反転データとを入力とするバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２と、これ等バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタに接続されＡＰＣ制御信号によりバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２のパルス変調電流を制御するバイポーラトランジスタＱ３と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、入力電気データ信号を光変調出力に変換する半導体レーザＬＤとにより構成される。
【００１６】
電流−電圧変換増幅回路（トランスインピーダンス）２は、半導体レーザＬＤの光変調出力値をモニタすべく電流値に変換する光出力パワーモニタ用のフォトダイオードＰＤと、このフォトダイオードＰＤの光変調出力のモニタ電流値を電圧振幅値に変換するバイポーラトランジスタＱ４，Ｑ５と、抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６とにより構成されている。
【００１７】
高速ピーク検出回路３は、電流−電圧変換増幅回路２の出力を入力とするバイポーラトランジスタＱ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９，Ｑ１０と、抵抗Ｒ７，Ｒ８と、ピーク値検出用容量Ｃ１と、定電流源Ｉ１，Ｉ２とにより構成されている。
【００１８】
ＡＰＣ信号発生回路４は、この高速ピーク検出回路３の出力をＡＰＣの制御信号として電圧源ＶREF を光変調出力のピークパワー値の設定用基準電圧とするオペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ９，Ｒ１０とにより構成されている。また、高速ピーク検出回路５は、入力電気データ信号の正相ＤＩＮを入力とし有信号状態か無信号状態かを検出するバイポーラトランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２と、ピーク検出用容量Ｃ２と、定電流源Ｉ３，Ｉ４とにより構成されている。
【００１９】
高速コンパレータ６は、高速ピーク検出回路２の出力を無信号状態の検出信号とし電圧源ＶTHを無信号状態検出閾値電圧とし、高速コンパレータＣＰ１により無信号状態を検出する。この検出信号により高速ピーク検出回路３のピーク検出用容量Ｃ１の充電制御がなされる。
【００２０】
次に、本実施例の動作を図３，４を参照して説明する。図３（ａ）に示す様なバーストデータ信号を含んだ入力電気データ信号がレーザ駆動回路１に入力された場合の動作を考える。図３（ｂ）に示す様に、モニタ用フォトダイオードＰＤにより光変調出力を常に電流波形に変換してモニタし、電流−電圧変換増幅回路（トランスインピーダンスアンプ）２により、図３（ｃ）に示す様に、光変調出力パワーに比例した電圧振幅波形に変換する。
【００２１】
有信号状態（連続データモード（マーク率１／２））における場合の本実施例の動作は、電流−電圧変換増幅回路２の出力の電圧振幅から高速ピーク検出回路３によりピーク電圧値を入力データ信号の立上がりから直ちに検出（容量Ｃ１の充電時の時定数すなわち、検出時間を１〜２ｎｓｅｃ．程度とする）し、図３（ｄ）に示す様に、有信号状態の間ピーク電圧値を保持し続ける（容量Ｃ１の放電時の時定数に比し充電時の時定数は極めて小とする）。この検出したピーク電圧値をＡＰＣの制御信号とし、所定の光変調出力のピークパワーになる様に設定された基準電圧ＶREF とオペアンプＯＰ１によりバイポーラトランジスタＱ３のベース電圧を制御してパルス駆動電流ＩＰの調整を行い、光変調出力のビットパワー値を一定に保つ様にＡＰＣ制御動作を行う（図３（ｇ），（ｈ）及び図４参照）。
【００２２】
この時の高速ピーク検出回路５は、図３（ｅ）に示す様に、入力電気データ信号から有信号状態を検出保持しているため、高速コンパレータ６の出力は“Ｌ”レベルとなる。この時同時に、無信号状態におけるＡＰＣ制御動作の安定性を補償するバイポーラトランジスタＱ９もオフ状態になるため、ＡＰＣ制御動作へ影響をしない様になっている（図３（ｆ）参照）。よって、有信号状態においては、光変調出力のピークパワー値を一定に保つ様にＡＰＣ制御動作を行うため、周囲温度や経年変化による半導体レーザの発振閾値電流Ｉthの変動に対しても安定した光変調出力パワーが得られる。
【００２３】
無信号状態における場合の本実施例の動作は、有信号状態の間、高速ピーク検出回路３が保持していたピーク電圧値が無信号状態に入ると、容量Ｃ１にチャージされた電荷がバイポーラトランジスタＱ１０のベース電流により放電を始めるため、図３（ｄ）に示す様に電圧降下を生じる。この間も、ＡＰＣ制御が働いているためパルス駆動電流ＩＰも図３（ｇ）に示す様に増加を始めるが、この時の高速ピーク検出回路５も同様に、保持していたピーク電圧値が電圧降下を始め、高速コンパレータの無信号状態検出閾値電圧ＶTH以下になると、直ちに高速コンパレータの出力は“Ｈ”レベルとなる。
【００２４】
この時同時に、バイポーラトランジスタＱ９もオン状態になり、容量Ｃ１の放電による電圧降下を有信号状態と同等の電圧レベルまでチャージするため、有信号状態時と同じピーク検出電圧値を保持することができる（図３（ｄ），（ｅ），（ｆ）参照）。よって、図３（ｇ）に示す様にパルス駆動電流は、無信号状態時においても有信号状態時と同じ電流値を保持でき、無信号状態時におけるＡＰＣ制御動作の安定性を補償することができる。
【００２５】
従って、図３（ｈ）及び図４に示す様に、バースト的に無信号状態から突然に有信号状態に遷移した場合でもバースト信号の先頭ビットから最適な光変調出力が得られ、かつ周囲温度変化や経年変化による半導体レーザの発振閾値電流の変動に対しても確実なＡＰＣ制御動作が得られるため、常に安定した光出力パワーを送信することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明によれば、ＰＤモニタ電流のピーク値をバースト信号の先頭ビットから検出可能な高速ピーク検出回路を用いてピーク電力を制御信号とすることにより、ＡＰＣ制御を行うと同時に、入力電気信号からも同様に高速ピーク検出回路を用いて有信号状態か無信号状態かを検出し、無信号状態時におけるＡＰＣ制御動作の安定性を補償する様にしたので、バースト信号の先頭ビットから最適な光変調出力が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のブロック図である。
【図２】本発明の実施例の具体的回路図である。
【図３】本発明の実施例の動作を示す各部の波形図である。
【図４】レーザダイオードＬＤの光変調出力波形図である。
【符号の説明】
１レーザ駆動回路
２電流−電圧変換回路
３，５高速ピーク検出回路
４ＡＰＣ信号発生回路
６高速コンパレータ
ＬＤレーザダイオード
ＰＤフォトダイオード

Claims

入力バースト信号に応じてレーザ素子を駆動するレーザ駆動手段と、前記レーザ素子の出射レーザ光をモニタしてこのモニタ出力のピークを検出すべくピーク検出容量素子を有するピーク検出手段と、このピーク検出出力に応じて前記レーザ駆動手段における自動パワー制御をなす自動パワー制御手段と、前記入力バースト信号のピークを検出しこの検出出力と所定閾値とを比較してこの比較結果に従って前記ピーク検出手段の容量素子の充電制御をなす充電制御手段とを含むことを特徴とするバースト信号伝送用レーザドライバ装置。
前記ピーク検出手段は、前記ピーク検出容量素子の充電時定数がその放電時定数よりも極めて小に設定されていることを特徴とする請求項１記載のバースト信号伝送用レーザドライバ装置。
前記充電制御手段は、前記入力バースト信号のピーク検出容量素子を有し、この容量素子の充電時定数がその放電時定数よりも極めて小に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のバースト信号伝送用レーザドライバ装置。
前記レーザ駆動手段は前記入力バースト信号の正相及び逆相信号により駆動される差動回路を有し、前記自動パワー制御手段は前記ピーク検出手段の検出出力に応じて前記差動回路の動作電流の制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のバースト信号伝送用レーザドライバ装置。
前記ピーク検出手段は、前記出射レーザ光を受光する受光素子と、この受光素子の出力電流を電圧変換する変換回路と、この電圧変換出力に応じて前記ピーク検出容量素子を充電制御する充電制御回路と、このピーク検出容量素子の充電出力に応じて前記自動パワー制御のための制御信号を生成する自動制御信号発生回路とを有することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のバースト信号伝送用レーザドライバ装置。