JPH071803B2 - 光半導体素子の駆動回路 - Google Patents

光半導体素子の駆動回路

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JPH071803B2
JPH071803B2 JP9564389A JP9564389A JPH071803B2 JP H071803 B2 JPH071803 B2 JP H071803B2 JP 9564389 A JP9564389 A JP 9564389A JP 9564389 A JP9564389 A JP 9564389A JP H071803 B2 JPH071803 B2 JP H071803B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光半導体素子を高速に、しかも、ジッタ量を
抑えて駆動する光半導体素子の駆動回路に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
従来からよく知られ、かつ、採用されている光半導体素
子の駆動回路を第3図に基づいて説明すると以下の通り
である。
駆動回路は、発光ダイオード31、スイッチング回路32、
電流制限抵抗34およびスピードアップコンデンサ33から
構成されている。これにより、制御入力信号に基づいて
スイッチング回路32の出力がハイレベルあるいはローレ
ベルになる。そして、スイッチング回路32の出力信号に
基づいて、発光ダイオード31がON・OFFすることによ
り、光信号が伝送される。
ここで、発光ダイオード31がON状態の時に流れる順方向
電流IFを制限するために電流制限抵抗34がスイッチング
回路32と発光ダイオード31との間に接続されている。ま
た、この時の順方向電流IFは、次式(1)で表せる。
IF=(VCC-VOL-VF)÷R1 …(1) ただし、(1)式においてVCCは電源電圧を示す、VOL
スイッチング回路32の出力がローレベルの時の電圧を示
し、VFは発光ダイオード31の順方向降下電圧を示してい
る。
ところで、発光ダイオード31において光の立ち上がり・
立ち下がりに要する時間の短縮およびその特性の改善を
行うために、下記に示すような対策が施されている。即
ち、発光ダイオード31のスイッチング特性を改善するた
めにスピードアップコンデンサ33が、電流制限抵抗34に
並列に接続されている。このコンデンサ33により、発光
ダイオード31に蓄積された電荷が過渡電流として、充・
放電されるので、発光ダイオード31のスイッチング特性
が改善される。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記従来の光半導体素子の駆動回路(以下、
単に駆動回路と称す)では、制御入力信号Vinの周波数
が高い場合、即ち、光半導体素子を高速で駆動する場
合、以下に示すような問題点を有している。
つまり、入力電圧Vinの周波数の変化に伴って駆動回路
の遅延時間、および立ち上がり・立ち下がりに要する時
間等が変化する。例えば、光信号の伝送を光ファイバデ
ータリンク等で行う際、従来の駆動回路では、入力信号
に高周波成分を含む周波数の異なる複数の信号から成る
ランダムな信号が入力されると、駆動回路の出力は前述
の遅延時間(立ち上がり・立ち下がりに要する時間等)
のばらつき、即ち、ジッタ量が大きくなり、高速、か
つ、正確な情報伝送が困難になる。
〔課題を解決するための手段〕
請求項第1項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
上記課題を解決するために、制御入力信号に基づいて、
発光手段をON・OFFする信号を出力するスイッチング回
路と、上記のスイッチング回路の出力信号に基づいて、
光半導体素子を駆動する光信号を出力する発光手段と、
上記発光手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加
する抵抗群を有するバイアス手段と、発光手段が上記ス
イッチング回路によりスイッチングされる過渡時に、発
光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷を速やかに充・
放電させて、発光手段のスイッチングを高速化するスピ
ードアップコンデンサとを備えていることを特徴として
いる。
請求項第2項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
上記課題を解決するために、制御入力信号に基づいて、
発光手段をON・OFFする信号を出力するスイッチング回
路と、上記のスイッチング回路の出力信号に基づいて、
光半導体素子を駆動する光信号を出力する発光手段と、
上記発光手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加
するダイオードと抵抗群とを有するバイアス手段と、発
光手段が上記スイッチング回路によりスイッチングされ
る過渡時に、発光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷
を速やかに充・放電させて、発光手段のスイッチングを
高速化するスピードアップコンデンサとを備えているこ
とを特徴としている。
〔作用〕
請求項第1項の構成によれば、制御入力信号に基づいて
スイッチング回路はスイッチングされる。そして、スイ
ッチング回路の出力の変化に応じて発光手段がON・OFF
される。この時、発光手段はバイアス手段により順方向
にバイアスされているので、発光手段のスイッチングの
応答特性が改善される。さらに、発光手段のスイッチン
グの過渡時に、スピードアップコンデンサにより、上記
発光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷が速やかに充
・放電されるので、発光手段のスイッチングが高速に行
われる。従って、変化の激しい高周波成分を含む信号に
対しても、光半導体素子が高速に、しかも、確実に駆動
できる。
請求項第2項の構成によれば、バイアス手段が、請求項
第1項のバイアス手段にダイオードが追加された構成と
なっており、発光手段のOFF時の順方向のプリバイアス
電圧を低下させることなく、バイアス手段中の抵抗群に
おける抵抗の一部を小さく設定できるので、接合容量の
大きい発光手段を使用しても高速、かつ、ジッタ量を抑
えた光半導体素子の駆動回路が実現できる。
〔実施例1〕 本発明の一実施例を第1図に基づいて説明すれば、以下
の通りである。
第1図に示すように、本発明に係る光半導体素子の駆動
回路は、発光ダイオード1、スイッチング回路2、スピ
ードアップコンデンサ3およびバイアス手段10から成っ
ている。さらに、バイアス手段10は、電流制限抵抗4、
バイアス抵抗5および抵抗6から構成されている。な
お、抵抗群は、バイアス抵抗5、電流制限抵抗4および
抵抗6から構成されており、電源電圧VCCとグランドと
の間に、電源電圧VCC側からこの順に直列に接続されて
いる。尚、制御入力信号Vinは、スイッチング回路2に
接続されている。
上記の発光手段としての発光ダイオード1は、制御入力
信号Vinに基づいて、光信号を照射し伝送している。こ
の発光ダイオード1は、後述するバイアス抵抗5に並列
に接続されている。また、発光ダイオード1のアノード
は、電源電圧VCCのプラス側に接続され、発光ダイオー
ド1のカソードは、上記の抵抗5と後述する電流制限抵
抗4との接続点に接続されている。
上記のバイアス抵抗5は、発光ダイオード1の両端に順
方向にバイアス電圧を印加するように設けられている。
上記の電流制限抵抗4は、発光ダイオード1に流れる上
記の順方向のバイアス電圧に相当するプリバイアス電流
を制限するために設けられている。また、抵抗6は、上
記のスイッチング回路2を安定に動作させるために設け
られている。上記の電流制限抵抗4と抵抗6との接続点
Bは、スイッチング回路2の出力に接続されている。同
回路2は、制御入力信号Vinを反転して2値論理で入出
力される。例えば、制御入力信号Vinがローレベルの時
は、スイッチング回路2の出力、即ち、接続点Bはハイ
レベルとなる。また、制御入力信号Vinがハイレベルの
時は、接続点Bはローレベルとなる。
また、電流制限抵抗4と並列にスピードアップコンデン
サ3が接続されている。このスピードアップコンデンサ
3は、発光ダイオード1のON・OFFに伴う過渡時に、発
光ダイオードの接合部近傍に蓄積された電荷を充・放電
させて、発光ダイオード1を高速で駆動させるために設
けられている。
上記の構成により、制御入力信号Vinの変化に伴う光半
導体素子の駆動回路各部の動作について説明すると、以
下の通りである。
制御入力信号Vinがローレベルの場合には、スイッチン
グ回路2の出力、即ち、接続点Bはハイレベルとなるの
で、発光ダイオード1はOFF状態となる。つまり、発光
ダイオード1は光信号を照射せず、光信号がOFF状態に
対応する。この時、接続点Bの電圧をVBH、電源電圧をV
CCとすると、発光ダイオード1の両端に順方向にかかる
プリバイアス電圧VF1は、電流制限抵抗4とバイアス抵
抗5の分圧比で決まり、ほぼ次式(2)で近似できる。
VF1≒R5×(VCC-VBH)÷(R4+R5) …(2) 従って、発光ダイオード1には上記の(2)式で近似さ
れるプリバイアス電圧VF1に相当するプルバイアス電流I
F1が流れる状態となるので、発光ダイオード1のスイッ
チング特性が高速化される。
ここで、制御入力信号Vinがローレベルから変化してハ
イレベルとなると、接続点Bはハイレベルから変化して
ローレベルとなる。これは、発光ダイオード1の光信号
がON状態に対応する。この時、接続点Bの変化に伴う過
渡時に、電源電圧VCCから発光ダイオード1、スピード
アップコンデンサ3および抵抗4を介して、過渡的な電
流がスイッチング回路2へ流れ込むことにより発光ダイ
オード1の立ち上がり特性が改善される。
ところで、接続点Bのローレベル時における電圧をVBL
とし、発光ダイオード1の両端に順方向にかかる順方向
電圧をVF2とすると、発光ダイオード1に流れる順方向
電流IF2は、近似的に次式(3)(4)により決まる。
IF2≒(VCC-VBL-a×VF2)÷R4 …(3) a=(R4+R5)÷R5 …(4) 次に、制御入力信号Vinがハイレベルからローレベルへ
変化すると、接続点Bはローレベルからハイレベルへ変
化する。これに伴って、発光ダイオード1の接合部近傍
に蓄積された残留電荷は、スピードアップコンデンサ3
および抵抗4を介してスイッチング回路2から過渡的な
電流により放電・吸収される。また、発光ダイオード1
と並列に接続されているバイアス抵抗5を通しても放電
・吸収される。従って、発光ダイオード1のON状態から
OFF状態へ移行するのに要する時間の短縮、すなわち、
立ち下がり特性が確実に改善されることになる。
〔実施例2〕 本発明の他の実施例を第2図に基づいて説明すれば、以
下の通りである。なお、説明の便宜上、前述の実施例1
に示した手段には同一の符合を付記し、その説明を省略
する。
第2図は、本発明に係る光半導体素子の駆動回路の他の
実施例を示すものであって、ダイオード7が、実施例1
の回路構成中のバイアス手段10に追加された回路要素で
ある。従って、バイアス手段10は、電流制限抵抗4、バ
イアス抵抗5、抵抗6およびダイオード7から成ってい
る。上記のダイオード7は、制御入力信号Vinがローレ
ベルの状態の時に、発光ダイオード1の両端に順方向に
かかるプリバイアス電圧VF1が低下するのを防止するた
めに設けられている。
なお、ダイオード7は、電源電圧VCCと前述のバイアス
抵抗5との間に挿入されている。即ち、ダイオード7と
バイアス抵抗5との直列接続されたものが、発光ダイオ
ード1に並列に接続されている。
上記の構成によれば、制御入力信号Vinがローレベルの
場合には、スイッチング回路2の出力、即ち、接続点B
はハイレベルとなり、発光ダイオード1はOFF状態とな
るので、光半導体素子は駆動されない状態となる。この
時、接続点Bの電圧をVBHとし、ダイオード7の両端の
電圧をVDとすると、ほぼ次式(5)(6)で近似できる
プリバイアス電圧VF3が、発光ダイオード1の両端に順
方向に印加され、それに相当するプリバイアス電流IF3
が発光ダイオード1へ流れる。
VF3≒VD+b×(VCC-VBH-VD) …(5) b=R5÷(R4+R5) …(6) ここで、制御入力信号Vinがローレベルから変化してハ
イレベルとなる(発光ダイオード1の光信号がONの状態
に対応する)と、接続点Bはハイレベルから変化してロ
ーレベルとなる。このような接続点Bの状態変化に伴う
過渡時に、電源電圧VCCから発光ダイオード1、スピー
ドアップコンデンサ3および抵抗4を介して、過渡的な
電流がスイッチング回路2へ流れ込むので、発光ダイオ
ード1のスイッチングに要する時間が短縮され、立ち上
がり特性が改善される。
この時、接続点Bのローレベル時における電圧をVBL
し、発光ダイオード1の両端の順方向電圧をVF4とする
と、発光ダイオード1に流れる順方向電流IF4は、近似
的に次式(7)〜(9)および前述の(4)式により決
まる。
IF4≒(VCC-VBL-V′)÷R4 …(7) V′=a×VF4-c×VD …(8) c=R4÷R5 …(9) a=(R4+R5)÷R5 …(4) 次に、制御入力信号Vinがローレベルへ変化すると、接
続点Bはハイレベルとなる。この変化の過渡時に、発光
ダイオード1の接合部近傍に蓄積された残留電荷は、ス
ピードアップコンデンサ3および抵抗4を介して、スイ
ッチング回路2から過渡的な電流により放電・吸収され
る。また、発光ダイオード1と並列に接続されているダ
イオード7およびバイアス抵抗5を通しても放電・吸収
される。
この結果、発光ダイオード1のON状態からOFF状態へ移
行するのに要する時間の短縮、即ち、立ち下がり特性が
改善されることになる。ここで、発光ダイオード1のON
時およびOFF時の定常状態が実施例1と同じであると仮
定すると、次式(10)(11)が成立する。
VF1=VF3(IF1=IF3) …(10) IF2=IF4(VF2=VF4) …(11) よって、上述の式(2)〜(9)により、抵抗5の抵抗
値が同一な場合には、抵抗4の抵抗値を小さく設定でき
る。
従って、発光ダイオード1のOFF時の順方向のプリバイ
アス電圧を低下させることなく、発光ダイオード1と並
列に接続されているバイアス抵抗5の抵抗値が小さく設
定できるので、接合容量の大きい発光ダイオードを使用
しても高速、かつ、ジッタ量を抑えた汎用性のある光半
導体素子の駆動回路が実現できる。
〔発明の効果〕
請求項第1項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
以上のように、制御入力信号に基づいて、発光手段をON
・OFFする信号を出力するスイッチング回路と、上記の
スイッチング回路の出力信号に基づいて、光半導体素子
を駆動する光信号を出力する発光手段と、上記発光手段
の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加する抵抗群を
有するバイアス手段と、発光手段が上記スイッチング回
路によりスイッチングされる過渡時に、発光手段内の接
合部近傍に蓄積された電荷を速やかに充・放電させて、
発光手段のスイッチングを高速化するスピードアップコ
ンデンサとを備えている構成である。
これにより、抵抗群を有する簡素なバイアス手段を設け
るだけで、高周波成分を含む変化の激しい光信号に対し
ても光半導体素子を高速に、しかも、ジッタ量を抑えて
駆動可能となる。
また、P型基板を有する光半導体素子と本発明に係る光
半導体素子の駆動回路とを組み合わせると、電源電圧の
フレームと同一フレーム上に光半導体素子をダイボンデ
ィングすれば、光半導体素子の外部端子として3ピンの
ワンパッケージに収納することができるので、装置をよ
り小型化でき、コスト低減が可能となる等の効果を併せ
て奏する。
請求項第2項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
以上のように、制御入力信号に基づいて、発光手段をON
・OFFする信号を出力するスイッチング回路と、上記の
スイッチング回路の出力信号に基づいて、光半導体素子
を駆動する光信号を出力する発光手段と、上記発光手段
の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加するダイオー
ドと抵抗群とを有するバイアス手段と、発光手段が上記
スイッチング回路によりスイッチングされる過渡時に、
発光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷を速やかに充
・放電させて、発光手段のスイッチングを高速化するス
ピードアップコンデンサとを備えている構成である。
これにより、上記請求項第1項の効果に加えて、バイア
ス手段に追加されたダイオードによって、発光手段のOF
F時の順方向のプリバイアス電圧を低下させることな
く、バイアス手段中の抵抗群における抵抗の一部を小さ
く設定できるので、接合容量の大きい発光手段を使用し
ても高速で、しかも、ジッタ量を抑えた汎用性のある光
半導体素子の駆動回路が実現できる等の効果を併せて奏
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すものであって、本発明
に係る光半導体素子の駆動回路の回路構成を示す図、第
2図は本発明の他の実施例を示すものであって、本発明
に係る光半導体素子の駆動回路の回路構成を示す図、第
3図は従来例を示すものであって、光半導体素子の駆動
回路の回路構成を示す図である。 1は発光ダイオード(発光手段)、2はスイッチング回
路、3はスピードアップコンデンサ、10はバイアス手段
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】制御入力信号に基づいて、発光手段をON・
    OFFする信号を出力するスイッチング回路と、上記のス
    イッチング回路の出力信号に基づいて、光半導体素子を
    駆動する光信号を出力する発光手段と、 上記発光手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加
    する抵抗群を有するバイアス手段と、 発光手段が上記スイッチング回路によりスイッチングさ
    れる過渡時に、発光手段内の接合部近傍に蓄積された電
    荷を速やかに充・放電させて、発光手段のスイッチング
    を高速化するスピードアップコンデンサとを備えている
    ことを特徴とする光半導体素子の駆動回路。
  2. 【請求項2】制御入力信号に基づいて、発光手段をON・
    OFFする信号を出力するスイッチング回路と、 上記のスイッチング回路の出力信号に基づいて、光半導
    体素子を駆動する光信号を出力する発光手段と、 上記発光手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加
    するダイオードと抵抗群とを有するバイアス手段と、 発光手段が上記スイッチング回路によりスイッチングさ
    れる過渡時に、発光手段内の接合部近傍に蓄積された電
    荷を速やかに充・放電させて、発光手段のスイッチング
    を高速化するスピードアップコンデンサとを備えている
    ことを特徴とする光半導体素子の駆動回路。
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