JPH10117032A - レーザダイオード駆動回路およびレーザダイオード駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定の光出力を得るとともに、理想的なデュ
ーティを保つこと。 【解決手段】 本発明は、データのパルス幅を制御信号
によって制御してレーザダイオード６に与える電流のパ
ルス幅を調整するデューティ可変回路４と、データの出
力電圧の平均値を検出する第１の平均値検出回路１７
と、レーザダイオード６の光出力に応じた出力電圧の平
均値を検出する第２の平均値検出回路１８と、第１の平
均値検出回路１７で検出した平均値と第２の平均値検出
回路１８で検出した平均値との差分を演算し、その演算
による差分信号をデューティ可変回路４の制御信号とし
て与える第２の演算増幅器１９とを備えるレーザダイオ
ード駆動回路１であり、第２の演算増幅器１９の差分信
号によってデータのパルス幅を制御するレーザダイオー
ド駆動方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光出力信号のピー
クパワーおよびデューティを一定に保つレーザダイオー
ド駆動回路およびレーザダイオード駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のレーザダイオード駆動回路
を説明するブロック図である。すなわち、このレーザダ
イオード駆動回路１’は、主として、クロックのタイミ
ングに基づきデータをリタイミングして出力するＤ−フ
リップフロップ２と、バッファ３と、データのパルス幅
を制御するデューティ補償回路４’と、レーザダイオー
ド６へデータに基づく電流を与える電流スイッチ５とを
備えている。

【０００３】また、一定の光出力を得るためのＡＰＣ
（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回
路として、バッファ３から出力されるデータの電圧と第
１の基準電圧源８の電圧とを入力とした第１の差動増幅
器７と、この出力信号のピーク値電圧を検出する第１の
ピーク値検出回路９と、レーザダイオード６の光出力信
号をモニタするためのフォトダイオード１２で受光し、
その電流を電流−電圧変換増幅器１３で変換した後の出
力電圧と第２の基準電圧源１５の電圧とを入力とした第
２の差動増幅器１４と、この出力信号のピーク値電圧を
検出する第２のピーク値検出回路１６と、第１のピーク
値検出回路９の出力電圧と第２のピーク値検出回路１６
の出力電圧との差分を演算する演算増幅器２０と、この
演算増幅器２０からの出力信号を電流に変換して電流ス
イッチ５へ与える電圧−電流変換回路１１とを備えてい
る。

【０００４】このレーザダイオード駆動回路１’では、
Ｄ−フリップフロップ２に入力されたデータがリタイミ
ングされ、バッファ３およびデューティ補償回路４’を
介して電流スイッチ５を駆動する。また、この電流スイ
ッチ５の駆動によってデータに応じた電流をレーザダイ
オード６に与えて光出力を得る。

【０００５】一方、第１の差動増幅器７は、バッファ３
の出力と第１の基準電圧源８の出力との差を増幅し出力
する。ここで第１の基準電圧源８の電位は、バッファ３
がデジタル信号の「０」を出力しているときの電位に等
しい。そして、第１の差動増幅器７の出力信号のピーク
値電圧が第１のピーク値検出回路９によって検出され、
レーザダイオード駆動電流制御の基準電圧となる。

【０００６】また、レーザダイオード６の光出力信号は
フォトダイオード１２によって検出され、電流−電圧変
換増幅器１３で電圧信号に変換された後、第２の差動増
幅器１４へ入力される。第２の差動増幅器１４では、こ
の電圧信号と第２の基準電圧源１５からの電圧との差を
増幅させる。ここで第２の基準電圧源１５の電位は、電
流−電圧変換増幅器１３の無入力時の出力電位に等し
い。そして、第２の差動増幅器１４の出力信号のピーク
値電圧が第２のピーク値検出回路１６によって検出され
る。

【０００７】レーザダイオード６の光出力におけるＡＰ
Ｃを行うには、レーザダイオード駆動電流制御の基準電
圧として検出された第１のピーク値検出回路９のピーク
値電圧を演算増幅器２０の正入力に、また第２のピーク
値検出回路１６のピーク値電圧を演算増幅器２０の負入
力に各々入力し、その差分を増幅させる。そして、この
演算増幅器２０の出力電圧を電圧−電流変換回路１１に
て電流に変換し、レーザダイオード６の駆動電流として
与える。

【０００８】例えば、温度変動等でレーザダイオード６
の光出力ピークパワーが低下した場合、第２のピーク値
検出回路１６で検出される電圧が低下し、演算増幅器２
０の出力電圧が上昇する。これによってレーザダイオー
ド６の駆動電流が増加して光出力ピークパワーを上げる
方向へ負帰還制御が行われる。この反対に、レーザダイ
オード６の光出力ピークパワーが増加した場合、第２の
ピーク値検出回路１６で検出される電圧が増加し、演算
増幅器２０の出力電圧が低下する。これによってレーザ
ダイオード６の駆動電流が低下して光ピークパワーを下
げる方向へ負帰還制御が行われる。

【０００９】図４に示す従来のレーザダイオード駆動回
路１’は、予め直流バイアスを流さない零バイアス駆動
方式と呼ばれるものであり、光出力信号の消光比の劣化
が発生しない代わりに、以下の（１）式に従った発光遅
延時間τｄが発生し、光出力信号のデューティ歪みが発
生する。

【００１０】 τｄ＝τｓ・ｌｎ｛Ｉp ／（Ｉp −Ｉth）｝ …（１）

【００１１】ここで、（１）式におけるτｓはレーザダ
イオード内のキャリアの平均寿命時間、Ｉp はレーザダ
イオード駆動変調電流、Ｉthはレーザダイオードの発振
しきい値電流である。したがって、図４に示す従来のレ
ーザダイオード駆動回路１’では、そのデューティ補償
回路４’により電流スイッチ５へ入力するデータ信号の
パルス幅を増加方向に補償して、光出力信号のデューテ
ィ歪みを補償している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）式には、Ｉp やＩthといった温度によって値の変
化する項が含まれている。したがって、温度変化が生じ
ると発光遅延時間が変化し、デューティの補償量が不足
したり、超過したりして光出力信号のデューティに歪み
が生じ、光信号の伝送品質の劣化を招くという問題があ
る。さらに、レーザダイオードの経時劣化によってもＩ
p やＩthが初期値から変化して同様な問題を引き起こし
ている。

【００１３】このデューティの補償量を発光遅延時間の
温度変動に追従させようとすると、温度を検出する回路
や、補償量の温度変化を発生させこれを調整する回路が
必要となり、デューティ補償回路自体が複雑になってし
まう。さらに、デューティ補償量の温度変化を調整する
にあたって、レーザダイオードの駆動電流対発光特性の
温度変化量を予め測定しておかなければならないうえ
に、調整の妥当性を確認する温度検査が必要となるた
め、レーザダイオード駆動回路の製造コストが非常に大
きくなる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成されたレーザダイオード駆動回路
およびレーザダイオード駆動方法である。すなわち、本
発明のレーザダイオード駆動回路は、データのパルス幅
を制御信号によって制御してレーザダイオードに与える
電流のパルス幅を調整するデューティ可変回路と、デー
タの出力電圧の平均値を検出する第１の平均値検出回路
と、レーザダイオードの光出力に応じた出力電圧の平均
値を検出する第２の平均値検出回路と、第１の平均値検
出回路で検出した平均値と第２の平均値検出回路で検出
した平均値との差分を演算し、その演算による差分信号
をデューティ可変回路の制御信号として与える演算回路
とを備えている。

【００１５】また、本発明のレーザダイオード駆動方法
は、データの出力電圧の平均値を検出して第１の平均値
を得る工程と、レーザダイオードの光出力に応じた出力
電圧の平均値を検出して第２の平均値を得る工程と、第
１の平均値と前記第２の平均値との差分を演算し、その
演算による差分信号によってデータのパルス幅を制御す
る工程とから成る。

【００１６】本発明のレーザダイオード駆動回路では、
第１の平均値検出回路にてデータの出力電圧の平均値を
検出し、第２の平均値検出回路にてレーザダイオードの
光出力に応じた出力電圧の平均値を検出しており、演算
回路においてこれら２つの平均値の差分を演算し、デュ
ーティ可変回路の制御信号として入力している。このた
め、デューティ可変回路のパルス幅の制御量が不足して
いたり、超過している場合には、演算回路の差分に増減
が生じ、デューティを一定にする方向へ負帰還が行われ
ることになる。

【００１７】また、本発明のレーザダイオード駆動方法
では、データの出力電圧の平均値と、レーザダイオード
の光出力に応じた出力電圧の平均値との差分を得て、こ
れに基づきデータのパルス幅を制御していることから、
レーザダイオードに対する入力データを基準としてデュ
ーティを一定にするよう制御できるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のレーザダイオー
ド駆動回路およびレーザダイオード駆動方法における実
施の形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態に
おけるレーザダイオード駆動回路を説明するブロック
図、図２は本実施形態におけるレーザダイオード駆動方
法を説明するフローチャートである。

【００１９】先ず、本実施形態におけるレーザダイオー
ド駆動回路を説明する。図１に示すように、本実施形態
のレーザダイオード駆動回路１は、主として、クロック
のタイミングに基づきデータをリタイミングして出力す
るＤ−フリップフロップ２と、バッファ３と、データの
パルス幅を制御するデューティ可変回路４と、レーザダ
イオード６へデータに基づく電流を流す電流スイッチ５
とを備えている。

【００２０】また、レーザダイオード６の光出力におけ
るＡＰＣ回路として、バッファ３から出力されるデータ
の電圧と第１の基準電圧源８の電圧とを入力とした第１
の差動増幅器７と、この出力信号のピーク値電圧を検出
する第１のピーク値検出回路９と、レーザダイオード６
の光出力信号をモニタするためのフォトダイオード１２
で受光し、その電流を電流−電圧変換増幅器１３で変換
した後の出力電圧と第２の基準電圧源１５の電圧とを入
力とした第２の差動増幅器１４と、この出力信号のピー
ク値電圧を検出する第２のピーク値検出回路１６と、第
１のピーク値検出回路９の出力電圧と第２のピーク値検
出回路１６の出力電圧との差分を演算する第１の演算増
幅器１０と、この第１の演算増幅器１０からの出力信号
を電流に変換して電流スイッチ５へ与える電圧−電流変
換回路１１とを備えている。

【００２１】さらに、本実施形態におけるレーザダイオ
ード駆動回路１の特徴部分として、第１の差動増幅器７
の出力電圧における平均値を検出する第１の平均値検出
回路１７と、第２の差動増幅器１４の出力電圧における
平均値を検出する第２の平均値検出回路１８と、第１の
平均値検出回路１７からの平均値信号を正入力、また第
２の平均値検出回路１８からの平均値を負入力としてそ
の演算結果をデューティ可変回路４へ与える第２の演算
増幅器１９とを備えている。

【００２２】このような回路構成から成るレーザダイオ
ード駆動回路１では、第１の演算増幅器１０からの出力
電圧を電圧−電流変換回路１１を介して電流に変換し、
レーザダイオード６の駆動電流として与えることで光出
力のピークパワーを一定にする負帰還制御を行うととも
に、第２の演算増幅器１９からの出力電圧をデューティ
可変回路４の制御信号として与えることで光出力におけ
るデューティを理想的に保つ負帰還制御を行っている。

【００２３】次に、本実施形態におけるレーザダイオー
ド駆動方法を説明する。なお、以下では図２のフローチ
ャートに沿った説明を行うが、図２に示されない符号は
図１を参照するものとする。

【００２４】先ず、入力されるデータをＤ−フリップフ
ロップ２でリタイミングし、バッファ３を介してデュー
ティ可変回路４へ出力し、電流スイッチ５から出力され
る電流によってレーザダイオード６を駆動する。この
際、第１のピーク値検出回路９からのピーク値電圧と、
第２のピーク値検出回路１６からのピーク値電圧との差
分を第１の演算増幅器１０にて演算し、この結果を電圧
−電流変換回路１１を介して電流スイッチ５へ与えて光
出力のピークパワーが一定となるようＡＰＣ制御を行
う。

【００２５】図２のステップＳ１で示すデータに応じた
電流出力およびステップＳ２で示す光出力には、このＡ
ＰＣ制御が含まれるものとする。また、本実施形態で
は、このＡＰＣ制御とともに、以下に示す手順でデュー
ティを制御する。

【００２６】先ず、ステップＳ３に示すように、第１の
平均値を検出する。第１の平均値は、第１の差動増幅器
７から出力される信号を第１の平均値検出回路１７にて
平均したものである。この第１の平均値は、デューティ
歪みのない良好な信号である第１の差動増幅器７からの
出力信号を平均したものであるため、これをデューティ
制御における基準とする。

【００２７】次に、ステップＳ４に示すように、光出力
を検出して電圧に変換する処理を行う。すなわち、レー
ザダイオード６の光出力をフォトダイオード１２によっ
て検出し、その検出した電流を電流−電圧変換増幅器１
３にて電圧に変換する。

【００２８】次いで、ステップＳ５に示すように、第２
の平均値の検出として、電流−電圧変換増幅器１３から
の出力電圧を第２の差動増幅器１４を介して第２の平均
値検出回路１８へ入力し、その平均値を検出する。

【００２９】次のステップＳ６では、第１の平均値検出
回路１７から出力される第１平均値と第２の平均値検出
回路１８から出力される第２平均値との差分を演算す
る。この演算は、第２の演算増幅器１９の正入力に第１
平均値を、また負入力に第２平均値を各々入力すること
でその差分を得る。

【００３０】差分を演算した後は、ステップＳ７に示す
ように、この差分値が＋であるか否かの判断を行う。差
分値が＋であった場合にはステップＳ８へ進み、データ
のパルス幅を増加させる処理を行う。すなわち、第２の
演算増幅器１９から正の差分値が出力された場合には、
デューティ可変回路４でその正の差分値に応じてデータ
のパルス幅を増加させる処理を行う。そして、このパル
ス幅を増加したデータに基づきステップＳ２に示すよう
に光出力を行う。

【００３１】また、ステップＳ７において差分値が＋で
なかった場合にはステップＳ９へ進み、差分値が−であ
るか否かを判断する。差分値が−であった場合にはステ
ップＳ１０へ進み、データのパルス幅を減少させる処理
を行う。つまり、第２の演算増幅器１９から負の差分値
が出力された場合には、デューティ可変回路４でその負
の差分値に応じてデータのパルス幅を減少させる処理を
行う。そして、このパルス幅を減少したデータに基づい
てステップＳ２に示す光出力を行う。

【００３２】なお、ステップＳ９において差分値が−で
ないと判断されるのは差分値が「０」の場合であり、ス
テップＳ１１へ進んで更に制御を続ける場合には、デー
タのパルス幅制御を行わずにステップＳ１へ戻り、制御
が終了するまで上記の処理を繰り返す。

【００３３】ここで、デューティの違いに応じた制御の
例を説明する。図３はデューティの違いによる光出力波
形図であり、（ａ）は理想的なデューティの場合、
（ｂ）はデューティ制御量が不足した場合、（ｃ）はデ
ューティ制御量が超過した場合である。

【００３４】図３（ｂ）に示すように、デューティ制御
量が不足している場合、第２の平均値検出回路１８で検
出される第２平均値は、理想的なデューティを持った信
号（基準の波形）の平均値である第１の平均値検出回路
１７からの第１平均値より低くなる。この場合、第２の
演算増幅器１９での差分値が増幅し、図２に示すステッ
プＳ７の判断がＹｅｓとなる。そして、ステップＳ８に
示す処理、すなわちこの差分値をデューティ可変回路４
へ入力してデータのパルス幅が増幅するよう制御を行
う。これにより、出力パルス幅が増加する方向に制御さ
れ、図３（ａ）に示すような理想的なデューティを得る
ことができる。

【００３５】また、図３（ｃ）に示すように、デューテ
ィ制御量が超過している場合、第２の平均値検出回路１
８で検出される第２平均値は、理想的なデューティを持
った信号（基準の波形）の平均値である第１の平均値検
出回路１７からの第１平均値より高くなる。この場合、
第２の演算増幅器１９での差分値が減少し、図２に示す
ステップＳ７の判断でＮｏとなり、さらにステップＳ９
の判断でＹｅｓとなる。そして、ステップＳ１０に示す
処理、すなわちこの差分値をデューティ可変回路４へ入
力してデータのパルス幅が減少するよう制御を行う。こ
れにより、出力パルス幅が減少する方向に制御され、図
３（ａ）に示すような理想的なデューティを得ることが
できる。

【００３６】本実施形態では、このようなレーザダイオ
ードの光出力に対するＡＰＣ制御とともに、デューティ
を理想的な方向へ制御することから、温度変動等があっ
ても一定の光出力およびデューティを得ることができる
ようになる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザダ
イオード駆動回路およびレーザダイオード駆動方法によ
れば次のような効果がある。すなわち、光出力ピークパ
ワーを一定に保持する負帰還回路に加え、光出力信号の
デューティを理想的に保つ負帰還回路を備えていること
で、広い温度範囲にわたり、さらにはレーザダイオード
の経時劣化にも影響を受けずに良好な光出力を得ること
が可能となる。これにより、理想的なデューティを保っ
たまま安定してレーザダイオードを駆動することが可能
となる。また、レーザダイオード駆動回路の製造コスト
を大幅に低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のレーザダイオード駆動回路を説明
するブロック図である。

【図２】本実施形態のレーザダイオード駆動方法を説明
するフローチャートである。

【図３】光出力波形図である。

【図４】従来のレーザダイオード駆動回路を説明するブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード駆動回路 ２ Ｄ−
フリップフロップ ３ バッファ ４ デュ
ーティ可変回路 ５ 電流スイッチ ６ レー
ザダイオード ７ 第１の差動増幅器 ９ 第１
のピーク値検出回路 １０ 第１の演算増幅器 １２ フ
ォトダイオード １４ 第２の差動増幅器 １６ 第
２のピーク値検出回路 １７ 第１の平均値検出回路 １８ 第
２の平均値検出回路 １９ 第２の演算増幅器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定のデータのパルス幅に応じた電流を
   レーザダイオードに与えて発光させるレーザダイオード
   駆動回路であって、 前記データのパルス幅を制御信号によって制御して前記
   レーザダイオードに与える電流のパルス幅を調整するデ
   ューティ可変回路と、 前記データの出力電圧の平均値を検出する第１の平均値
   検出回路と、 前記レーザダイオードの光出力に応じた出力電圧の平均
   値を検出する第２の平均値検出回路と、 前記第１の平均値検出回路で検出した平均値と前記第２
   の平均値検出回路で検出した平均値との差分を演算し、
   その演算による差分信号を前記デューティ可変回路の制
   御信号として与える演算回路とを備えていることを特徴
   とするレーザダイオード駆動回路。
2. 【請求項２】 所定のデータのパルス幅に応じた電流を
   レーザダイオードに与えて発光させるレーザダイオード
   駆動方法であって、 前記データの出力電圧の平均値を検出して第１の平均値
   を得る工程と、 前記レーザダイオードの光出力に応じた出力電圧の平均
   値を検出して第２の平均値を得る工程と、 前記第１の平均値と前記第２の平均値との差分を演算
   し、その演算による差分信号によって前記データのパル
   ス幅を制御する工程とから成ることを特徴とするレーザ
   ダイオード駆動方法。