JP4477381B2 - レーザダイオード駆動回路 - Google Patents
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Description
図20は、従来のレーザダイオード駆動回路の回路例を示した図である。
図20において、レーザダイオード駆動回路100は、入力された制御信号SCaに応じて出力電流が変化する電流源101と、電流源101からの電流iaが入力されるNチャネル型MOSFET(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)102及び103で形成されたカレントミラー回路104とを備えている。更に、レーザダイオード駆動回路100は、該カレントミラー回路104の出力電流ibを入力電流とするPチャネル型MOSFET(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)105及び106で形成されたカレントミラー回路107とを備えている。カレントミラー回路107のPMOSトランジスタ106のドレインと負側電源電圧Vssとの間にレーザダイオードLDが接続されている。
制御信号SCaに応じて電流源101から出力された電流iaは、カレントミラー回路104で折り返されてカレントミラー回路107に入力され、カレントミラー回路107のPMOSトランジスタ106のドレイン電流となる。該ドレイン電流が駆動電流iLDとしてレーザダイオードLDに供給され、レーザダイオードLDが発光する。レーザダイオードLDの光出力の大きさは、制御信号SCaに応じて電流源101から出力される出力電流iaによって決定される。スイッチ108は、制御回路(図示せず)から出力された制御信号によって制御され、レーザダイオードLDの発光又は消灯の制御を行う。
図21はNMOSトランジスタのドレイン電流idとドレイン電圧Vdsとの特性例を、ゲート電圧Vgsをパラメータにして示した図である。
図21で示すように、飽和領域でゲート電圧Vgsが一定であっても、ドレイン電圧Vdsが大きくなるにつれて、ドレイン電流idが増加している。この現象は、チャネル長変調効果として知られている。
図22(b)で示すように、チャネル長変調効果によって、従来回路では、電流源101からの電流iaがA点の電流値よりも小さいB領域では、レーザダイオードLDに供給される電流iLDは目標値より多くなり、電流iaがA点を超えてC領域に入ると、電流iLDが目標値より小さくなるという問題があった。また、電源電圧の変動によっても、レーザダイオードLDに供給する電流iLDが変動する。このようなチャネル長変調効果や電源電圧の変動による現象は、カレントミラー回路104でも同様に発生する。
図23は、電流源101からの出力電流iaが小さい区間、すなわち図22のB領域の場合を示している。電流源101からの電流iaにより、NMOSトランジスタ102の動作点N1が決まる。NMOSトランジスタ103のゲート電圧は、NMOSトランジスタ102と同じであるが、NMOSトランジスタ103のドレイン電圧Vbはゲート電圧Vaよりも大きいため、NMOSトランジスタ103の動作点は、ゲート電圧Vaを右方向に移動したN2になる。該動作点N2の電流が、NMOSトランジスタ103のドレイン電流ibとなる。
前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性をそれぞれ備えた第1及び第2の各擬似レーザダイオードと、
入力された電流に応じた電流を生成して該第1の擬似レーザダイオードに供給する第1のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記第2の擬似レーザダイオードに供給する第2のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記レーザダイオードに供給する第3のカレントミラー回路と、
前記電流源から供給される電流に応じた電流を前記第1から第3の各カレントミラー回路にそれぞれ出力する第4のカレントミラー回路と、
前記第1の擬似レーザダイオードの順方向電圧と、前記第2の擬似レーザダイオードの順方向電圧が同じになるように、前記第2及び第3の各カレントミラー回路の入力端に電流をそれぞれ加算して補正する補正回路と、
を備え、
前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、前記レーザダイオードの特性に応じて抵抗値及び/又は順方向電圧が可変設定されるものである。
前記電流源からの電流が供給され、前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第1の擬似レーザダイオードと、
前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第2の擬似レーザダイオードと、
入力された電流に応じた電流を生成して前記第2の擬似レーザダイオードに供給する第2のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記レーザダイオードに供給する第3のカレントミラー回路と、
前記第1の擬似レーザダイオードの順方向電圧と、前記第2の擬似レーザダイオードの順方向電圧が同じになるように、前記第2及び第3の各カレントミラー回路の入力端にそれぞれ電流を供給して補正する補正回路と、
を備え、
前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、前記レーザダイオードの特性に応じて抵抗値及び/又は順方向電圧が可変設定されるものである。
並列に接続された複数のトランジスタと、
該各トランジスタの内、あらかじめ選択されたトランジスタに対してダイオードをなすように接続すると共に、他のトランジスタをオフさせて遮断状態にする切替回路部と、
をそれぞれ備えるようにしてもよい。
前記電流源からの電流が供給され、前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第1の擬似レーザダイオードと、
前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第2の擬似レーザダイオードと、
入力された電流に応じた電流を生成して前記第2の擬似レーザダイオードに供給する第2のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記レーザダイオードに供給する第3のカレントミラー回路と、
前記電流源と第1の擬似レーザダイオードとの接続部の電圧に応じた電流を、前記第2及び第3の各カレントミラー回路の入力端にそれぞれ供給する電流供給回路と、
を備え、
前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、第1の擬似レーザダイオードが出力側のトランジスタをなし第2の擬似レーザダイオードが入力側のトランジスタをなす第4のカレントミラー回路を形成し、前記レーザダイオードの特性に応じて抵抗値及び/又は順方向電圧が可変設定されるものである。
並列に接続された複数の入力側トランジスタと、
該各入力側トランジスタに対応して設けられた各出力側トランジスタと、
前記各入力側トランジスタの内、あらかじめ選択された入力側トランジスタに対してダイオードをなすように接続すると共に該入力側トランジスタに対応する出力側トランジスタをオンさせ、他の入力側トランジスタ及び出力側トランジスタをオフさせて遮断状態にする切替回路部と、
をそれぞれ備え、
ダイオードをなすように接続された入力側トランジスタと該入力側トランジスタに対応する前記出力側トランジスタは第5のカレントミラー回路を形成するようにしてもよい。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路の回路例を示した図である。
図1において、レーザダイオード駆動回路1は、入力された制御信号SCに応じて出力電流i1が変化する電流源2と、レーザダイオードLDと、レーザダイオードLDに供給される電流iLDとレーザダイオードLDの順方向電圧であるアノード側の電圧VLDの特性とほぼ同様の特性又は比例関係にある特性を備えた第1の擬似レーザダイオードLD1及び第2の擬似レーザダイオードLD2とを備えている。
第4のカレントミラー回路6において、NMOSトランジスタN1のドレインには、電流源2からの電流i1が供給され、該電流i1に応じた電流がNMOSトランジスタN2〜N4の各ドレイン電流として出力され、第1〜第3の各カレントミラー回路3〜5にそれぞれ入力される。
可変電圧源VSの電圧を変えることにより、図4で示すように、擬似レーザダイオードの順方向電圧をVF0〜VF1までの範囲で変えることができる。このため、レーザダイオードLDの特性の変化に応じて、可変電圧源VSの電圧及び抵抗RAの抵抗値を変えることにより、第1及び第2の各擬似レーザダイオードLD1,LD2は、レーザダイオードLDに供給される電流iLDとレーザダイオードLDの順方向電圧であるアノード側の電圧VLDの特性とほぼ同様の特性又は比例関係にある特性をそれぞれ備えることができる。
図5において、演算増幅回路16の反転入力端はNMOSトランジスタ15のドレインに接続され、演算増幅回路16の非反転入力端にD/AコンバータDACの出力電圧が入力されている。演算増幅回路16の出力端はNMOSトランジスタ15のゲートに接続され、NMOSトランジスタ15のドレインは可変電圧源VSの正側電極を、NMOSトランジスタ15のソースは可変電圧源VSの負側電極をそれぞれなす。D/AコンバータDACの出力電圧を変えることにより、可変電圧源VSの電圧が変わり、擬似レーザダイオードの順方向電圧を変えることができる。
図6において、レーザダイオード駆動回路21は、電流源2と、レーザダイオードLDと、第1の擬似レーザダイオードLD1及び第2の擬似レーザダイオードLD2と、第2のカレントミラー回路4と、第3のカレントミラー回路5と、NMOSトランジスタN3及びN4と、NMOSトランジスタN3及びN4の動作制御を行う演算増幅回路AMPと、第1及び第2の各スイッチSWa,SWbとを備えている。なお、NMOSトランジスタN3,N4及び演算増幅回路AMPは補正回路をなす。
第2のカレントミラー回路4において、PMOSトランジスタP5及びP6における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP5のドレインに接続されている。
第2のカレントミラー回路4と第3のカレントミラー回路5に流れる電流は完全に比例関係になるように作られているため、第2の擬似レーザダイオードLD2に比例した電流がレーザダイオードLDに流れる。すなわち、電流源2から出力された電流i1に比例した電流がレーザダイオードLDに流れることになる。なお、第1のスイッチSWaと第2のスイッチSWbについては、前記第1の実施の形態の場合と同様であるのでその説明を省略する。
図7において、可変電圧源VSの正側電極に抵抗R0〜Rnの各一端がそれぞれ接続され、抵抗R0〜Rnの各他端は対応するスイッチSW0〜SWnの一端にそれぞれ接続されている、各スイッチSW0〜SWnの各他端は接続され、該接続部は、擬似レーザダイオードのアノードをなす。
抵抗R0〜Rnの抵抗値はすべて同じ値にしてもよいが、R0:R1:R2:・・・:Rn=1:1:1/2:・・・:1/2n−1にすると、スイッチSW1から順にオンしていけば、合成抵抗は1:1/2:1/4:・・・:1/2nと効果的に変化させることもできる。又は、スイッチSW0〜SWnのいずれか1つを選択してオンさせることで、任意の抵抗R0〜Rnの1つを選択するようにしてもよい。
更に、抵抗R0〜Rnの合成抵抗値を変えると共に、可変電圧源VSから供給される電圧を変えることにより、発光させるレーザダイオードLDの抵抗成分だけでなく順方向電圧VFも合せて調整することができ、より幅広いレーザダイオードLD特性に対応することができる。言うまでもなく、図7、図9及び図10において、可変電圧源VSの代わりに1つの固定された定電圧を生成して出力する電圧源を使用してもよい。
図11において、第1及び第2の各擬似レーザダイオードLD1,LD2は、スイッチSW0〜SWn及びNMOSトランジスタN0〜Nnでそれぞれ構成されている。スイッチSW0〜SWnの各一端は接続され、該接続部は擬似レーザダイオードのアノードをなし、スイッチSW0〜SWnの他端は対応するNMOSトランジスタN0〜Nnのドレインにそれぞれ接続されている。
このように、ダイオード接続された複数のNMOSトランジスタN0〜Nnを対応するスイッチSW0〜SWnを介して並列に接続することによって、オンさせるスイッチSW0〜SWnの組み合わせに応じて、発光させるレーザダイオードLDに応じた特性を得ることができる。
図13において、第1及び第2の各擬似レーザダイオードLD1,LD2は、NMOSトランジスタN0〜Nn,Ng0〜Ngn、トランスミッションゲートTG0〜TGn及びインバータINV0〜INVnでそれぞれ構成されている。
一方、トランスミッションゲートTGkをオフさせ、NMOSトランジスタNgkをオンさせてNMOSトランジスタNkのゲートを負側電源電圧Vss、例えば接地電圧に接続するとNMOSトランジスタNkはオフして電流を流さなくなり絶縁状態になる。図13の場合、図11及び図12と比べてダイオードをなすNMOSトランジスタN0〜Nnに対して直列に接続された余計な抵抗成分を持つ素子が少なくなるため、該抵抗成分のばらつき要因が減るという利点もある。
前記第1の実施の形態では、演算増幅回路AMPを使用したが、演算増幅回路AMPを使用せずに第1のカレントミラー回路3をなくして第1の擬似レーザダイオードLD1に電流源2からの出力電流i1を供給するようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第2の実施の形態とする。
図15は、本発明の第2の実施の形態におけるレーザダイオード駆動回路の回路例を示した図であり、図16は、図15の第3のカレントミラー回路32の回路例を示した図である。なお、図15では、図1と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。
第2のカレントミラー回路4において、PMOSトランジスタP5及びP6における、各ソースは正側電源電圧Vddにそれぞれ接続され、各ゲートは接続されて該接続部はPMOSトランジスタP5のドレインに接続されている。PMOSトランジスタP5のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、スイッチSWbとNMOSトランジスタN3が直列に接続されている。
第4のカレントミラー回路32において、電流源2と負側電源電圧Vssとの間には、NMOSトランジスタSNb0〜SNbn及びNb0〜Nbnが対応して直列に接続された各直列回路がそれぞれ接続され、PMOSトランジスタP6のドレインと負側電源電圧Vssとの間には、NMOSトランジスタSN0〜SNn及びN0〜Nnが対応して直列に接続された各直列回路がそれぞれ接続されている。
NMOSトランジスタNb0〜Nbnは、各ドレインに対応するNMOSトランジスタSNb0〜SNbnを介して電流源2からの電流i1が入力されて第1の擬似レーザダイオードLD1をなす。また、NMOSトランジスタN0〜Nnは、各ドレインに対応するNMOSトランジスタSN0〜SNnを介してPMOSトランジスタP6からの電流i5が入力されて第2の擬似レーザダイオードLD2をなす。
第2のカレントミラー回路4と第3のカレントミラー回路5は回路構成が同じあることから、PMOSトランジスタP6のドレイン電流i5とPMOSトランジスタP8のドレイン電流iLDは比例した電流となる。すなわち、PMOSトランジスタP8のドレイン電流iLDは、レーザダイオードLDに流れる電流であることから、電流源2から出力された電流i1に比例した電流がレーザダイオードLDに流れることになる。
図18において、第4のカレントミラー回路32は、NMOSトランジスタN0〜Nn,Nb0〜Nbn,Ng0〜Ngn、トランスミッションゲートTG0〜TGn及びインバータINV0〜INVnでそれぞれ構成されている。
一方、トランスミッションゲートTGkをオフさせ、NMOSトランジスタNgkをオンさせてNMOSトランジスタNk及びNbkの各ゲートを負側電源電圧Vss、例えば接地電圧にそれぞれ接続するとNMOSトランジスタNk及びNbkはそれぞれオフして電流を流さなくなり絶縁状態になる。図18の場合、図16と比べてNMOSトランジスタN0〜Nn及びNb0〜Nbnに対して直列に接続された余計な抵抗成分を持つ素子が少なくなるため、該抵抗成分によるばらつき要因が減るという利点もある。
なお、図19の場合、NMOSトランジスタNb0〜Nbn及びNb10〜Nb1nの直列回路が第1の擬似レーザダイオードLD1をなし、NMOSトランジスタN0〜Nn及びN10〜N1nの直列回路が第2の擬似レーザダイオードLD2をなす。また、NMOSトランジスタN10〜N1n及びN1b0〜N1bnで形成された各カレントミラー回路はそれぞれ第6のカレントミラー回路をなす。
2 電流源
3 第1のカレントミラー回路
4 第2のカレントミラー回路
5 第3のカレントミラー回路
6,32 第4のカレントミラー回路
SWa 第1のスイッチ
SWb 第2のスイッチ
LD レーザダイオード
LD1 第1の擬似レーザダイオード
LD2 第2の擬似レーザダイオード
AMP 演算増幅回路
N5,N6 NMOSトランジスタ
Claims (15)
- 外部から入力された制御信号に応じて電流源の電流値を変化させ、該電流値と同じか又は比例した電流をレーザダイオードに供給して該レーザダイオードを発光させるレーザダイオード駆動回路において、
前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性をそれぞれ備えた第1及び第2の各擬似レーザダイオードと、
入力された電流に応じた電流を生成して該第1の擬似レーザダイオードに供給する第1のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記第2の擬似レーザダイオードに供給する第2のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記レーザダイオードに供給する第3のカレントミラー回路と、
前記電流源から供給される電流に応じた電流を前記第1から第3の各カレントミラー回路にそれぞれ出力する第4のカレントミラー回路と、
前記第1の擬似レーザダイオードの順方向電圧と、前記第2の擬似レーザダイオードの順方向電圧が同じになるように、前記第2及び第3の各カレントミラー回路の入力端に電流をそれぞれ加算して補正する補正回路と、
を備え、
前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、前記レーザダイオードの特性に応じて抵抗値及び/又は順方向電圧が可変設定されることを特徴とするレーザダイオード駆動回路。 - 外部から入力された制御信号に応じて電流源の電流値を変化させ、該電流値と同じか又は比例した電流をレーザダイオードに供給して該レーザダイオードを発光させるレーザダイオード駆動回路において、
前記電流源からの電流が供給され、前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第1の擬似レーザダイオードと、
前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第2の擬似レーザダイオードと、
入力された電流に応じた電流を生成して前記第2の擬似レーザダイオードに供給する第2のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記レーザダイオードに供給する第3のカレントミラー回路と、
前記第1の擬似レーザダイオードの順方向電圧と、前記第2の擬似レーザダイオードの順方向電圧が同じになるように、前記第2及び第3の各カレントミラー回路の入力端にそれぞれ電流を供給して補正する補正回路と、
を備え、
前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、前記レーザダイオードの特性に応じて抵抗値及び/又は順方向電圧が可変設定されることを特徴とするレーザダイオード駆動回路。 - 前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、所定の電圧を生成して出力する電圧源と少なくとも1つの抵抗からなる抵抗回路との直列回路でそれぞれ形成されることを特徴とする請求項1又は2記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記抵抗回路は、設定された抵抗値になる可変抵抗をなすことを特徴とする請求項3記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記抵抗回路は、抵抗とスイッチが直列に接続された複数の直列回路が並列に接続されてなることを特徴とする請求項3記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記電圧源は、設定された値の電圧を生成して出力する可変電圧源であることを特徴とする請求項3、4又は5記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、複数のダイオードと該各ダイオードに対応するスイッチが直列に接続された各直列回路が並列に接続されてなることを特徴とする請求項1又は2記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、
並列に接続された複数のトランジスタと、
該各トランジスタの内、あらかじめ選択されたトランジスタに対してダイオードをなすように接続すると共に、他のトランジスタをオフさせて遮断状態にする切替回路部と、
をそれぞれ備えること特徴とする請求項1又は2記載のレーザダイオード駆動回路。 - 前記各トランジスタは、少なくとも1つのダイオードがそれぞれ直列に接続されることを特徴とする請求項8記載のレーザダイオード駆動回路。
- 外部から入力された制御信号に応じて電流源の電流値を変化させ、該電流値と同じか又は比例した電流をレーザダイオードに供給して該レーザダイオードを発光させるレーザダイオード駆動回路において、
前記電流源からの電流が供給され、前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第1の擬似レーザダイオードと、
前記レーザダイオードの電流‐電圧特性と同一又は比例関係にある特性を備えた第2の擬似レーザダイオードと、
入力された電流に応じた電流を生成して前記第2の擬似レーザダイオードに供給する第2のカレントミラー回路と、
入力された電流に応じた電流を生成して前記レーザダイオードに供給する第3のカレントミラー回路と、
前記電流源と第1の擬似レーザダイオードとの接続部の電圧に応じた電流を、前記第2及び第3の各カレントミラー回路の入力端にそれぞれ供給する電流供給回路と、
を備え、
前記第1及び第2の各擬似レーザダイオードは、第1の擬似レーザダイオードが出力側のトランジスタをなし第2の擬似レーザダイオードが入力側のトランジスタをなす第4のカレントミラー回路を形成し、前記レーザダイオードの特性に応じて抵抗値及び/又は順方向電圧が可変設定されることを特徴とするレーザダイオード駆動回路。 - 前記第4のカレントミラー回路は、入力端と出力端にそれぞれスイッチが接続された複数の第5のカレントミラー回路で構成され、該各スイッチによって、各第5のカレントミラー回路の入力端に対する前記第2のカレントミラー回路の出力端への接続制御及び各第5のカレントミラー回路の出力端に対する前記電流源への接続制御がそれぞれ行われることを特徴とする請求項10記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記第4のカレントミラー回路は、
並列に接続された複数の入力側トランジスタと、
該各入力側トランジスタに対応して設けられた各出力側トランジスタと、
前記各入力側トランジスタの内、あらかじめ選択された入力側トランジスタに対してダイオードをなすように接続すると共に該入力側トランジスタに対応する出力側トランジスタをオンさせ、他の入力側トランジスタ及び出力側トランジスタをオフさせて遮断状態にする切替回路部と、
をそれぞれ備え、
ダイオードをなすように接続された入力側トランジスタと該入力側トランジスタに対応する前記出力側トランジスタは第5のカレントミラー回路を形成することを特徴とする請求項10記載のレーザダイオード駆動回路。 - 前記各第5のカレントミラー回路は、それぞれカスコード型のカレントミラー回路をなすことを特徴とする請求項11又は12記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記各スイッチは、それぞれヒューズであることを特徴とする請求項5、7又は11記載のレーザダイオード駆動回路。
- 前記各スイッチは、それぞれの制御電極がレジスタに接続されたトランジスタであることを特徴とする請求項5、7又は11記載のレーザダイオード駆動回路。
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