JPH1168198A - 光駆動回路及び光出力回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光伝送装置における電気−光変換部の主要機
能を司る光駆動回路及び光出力回路に関し、簡易な構成
で、低い電源電圧で動作が可能で、しかも安定性に優れ
た光駆動回路及び光出力回路を提供する。 【解決手段】 ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲートの入力端
子にデータを供給し、該バッファ・ゲートの電源端子に
光出力を制御する電圧を供給し、該バッファ・ゲートの
出力端子から発光素子に供給する電圧を取り出すように
構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送装置におけ
る電気−光変換部の主要機能を司る光駆動回路及び光出
力回路に係り、特に、簡易な構成で、低い電源電圧で動
作が可能で、しかも安定性に優れた光駆動回路及び光出
力回路に関する。

【０００２】１９５０年代の前半に実用化の緒についた
光伝送技術は、日本国内においては、まず公衆網や電
力、治水、道路などの大規模な管理システムに付随した
通信網に適用され、今や日本国中に張り巡らされてい
る。

【０００３】次いで、光伝送技術は加入者領域にも適用
が進められており、将来は各家庭に光ファイバ・ケーブ
ルが引き込まれ、マルチメディアの浸透ともあいまっ
て、加入者領域での広帯域伝送が行なわれようとしてい
る。

【０００４】このように、加入者領域において光伝送技
術を広く適用するためには、光伝送装置の低価格化と共
に小型化が重要なポイントになる。この実現のために
は、簡易な回路方式の実現と、低消費電力で動作する回
路方式の実現が鍵となる。

【０００５】そして、回路素子を動作させ、必要な特性
を引き出すためには、その回路素子に供給する電流レベ
ルを所定値に設定する必要があるので、低消費電力化は
電源電圧の低電圧化によって実現される。

【０００６】従って、光伝送装置の簡易化と低電圧化が
強く望まれており、中でも、光伝送装置における電気−
光変換部の主要機能を司る光駆動回路及び光出力回路の
簡易化と低電圧化は最も重要であると考えられる。

【０００７】そして、低電圧化の一応の目標は３ボルト
程度である。

【０００８】

【従来の技術】図５は、従来の光出力回路である。図５
において、９は受信したデータの波形を整形するバッフ
ァ回路である。１０ａ及び１０ｂはダイオードで、該ダ
イオード１０ａ及び該ダイオード１０ｂによってリミタ
を構成している。３は電気信号を光信号に変換するレー
ザ・ダイオード、１１は該レーザ・ダイオード３を駆動
するバイポーラ・トランジスタ、１２は該バイポーラ・
トランジスタ１１の電流を決定する抵抗、１３は保護抵
抗である。そして、バッファ回路９以降抵抗１２までの
構成要素によって光駆動回路が構成される。

【０００９】又、４は該レーザ・ダイオード３のバック
光を受けて電流に変換するフォト・ダイオード、５は該
フォト・ダイオードの電流レベルを決定する抵抗、６は
オン・オフする該フォト・ダイオードの電流を直流電圧
に変換するコンデンサ、７は基準電圧源、８は該コンデ
ンサ６の端子電圧と該基準電圧源の電圧差によって制御
電圧を生成する制御電圧生成回路、１４は該制御電圧生
成回路８が出力する制御電圧によって前記リミタの出力
振幅を制御するバイポーラ・トランジスタ、１５は該バ
イポーラ・トランジスタ１４の電流を決定する抵抗、１
６は保護抵抗で、フォト・ダイオード４以降抵抗１６ま
での構成要素によって光出力制御回路が構成される。

【００１０】そして、光駆動回路及び光出力制御回路と
によって光出力回路が構成される。図５の構成の動作を
簡単に説明すると、レーザ・ダイオード３の出力が低下
するとコンデンサ６の端子電圧が低下するので、制御電
圧生成回路の出力電圧が上昇して、リミタの出力振幅を
低下させる。該リミタの出力信号がＰＮＰ型のバイポー
ラ・トランジスタ１１のベースに供給されるので、該バ
イポーラ・トランジスタ１１がレーザ・ダイオード３に
供給する駆動電流の振幅が増加して、該レーザ・ダイオ
ード３の出力が増加する。一方、該レーザ・ダイオード
３の出力が増加すると、光駆動回路の各部分の電圧が上
記と逆の方向に制御されて、該レーザ・ダイオード３の
出力を低下させる。

【００１１】このようにして、光出力制御回路によって
光駆動回路の駆動電流を制御して、光出力を一定に保っ
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図５に見られるよう
に、主要な役割を果たす回路素子にはバイポーラ・トラ
ンジスタが使用されている。即ち、光出力回路のレーザ
・ダイオードやフォト・ダイオードなどを除く部分は集
積回路で構成されるのが通常であるので、従来の光出力
回路のレーザ・ダイオードやフォト・ダイオードなどを
除く部分はバイポーラ・プロセスで形成されている。

【００１３】バイポーラ・プロセスで形成されたバイポ
ーラ・トランジスタを使用した回路において、バイポー
ラ・トランジスタが高速で動作でき、且つ、伝送波形に
歪みが生じないためには、バイポーラ・トランジスタの
ベースとコレクタ間の電圧はデータの振幅に対して余裕
を持っていなければならず、又、バイポーラ・トランジ
スタが導通状態の時にはベースとエミッタ間には約０．
７ボルトの電圧が確保されなければならない。

【００１４】従って、バイポーラ・トランジスタを使用
した回路では電源電圧を３ボルト程度に低下させること
は極めて困難である。又、図５の構成ではバッファ部を
構成する素子、リミタを構成する素子、該リミタの振幅
を制御する回路を構成する素子、レーザ・ダイオードを
駆動する回路を構成する素子が必要で、回路構成も複雑
になっている。そして、回路構成の複雑さは低消費電力
化とは逆行する。

【００１５】本発明は、上記問題点に鑑み、光伝送装置
における電気−光変換部の主要機能を司る光駆動回路及
び光出力回路に関し、簡易な構成で、低い電源電圧で動
作が可能な光駆動回路及び光出力回路を提供することを
目的とする。

【００１６】そして、回路の簡易化と安定性とが両立で
きない事例も多くあることに鑑み、安定性に優れた光駆
動回路及び光出力回路を提供することも併せて目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理を
説明する図で、図１（イ）は光駆動回路の原理的な構成
を示し、図１（ロ）は光駆動回路の出力波形を示す。

【００１８】図１（イ）において、１はＣＭＯＳ型のバ
ッファ・ゲート、１−１は該バッファ・ゲート１の電源
端子、１−２は該バッファ・ゲート１のアース端子、１
−３は該バッファ・ゲート１の入力端子、１−４は該バ
ッファ・ゲート１の出力端子である。

【００１９】該バッファ・ゲート１のアース端子１−２
にはアース電圧が供給され、該バッファ・ゲート１の入
力端子１−３にはデータが供給され、該バッファ・ゲー
トの電源端子１−１には図示を省略している光出力制御
回路から制御電圧が供給される。そして、該バッファ・
ゲート１の出力端子１−４は図示されていないレーザ・
ダイオードに接続される（図１（イ）では“ＬＤへ”と
略記して表示されている。）。

【００２０】一般的に、ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲート
の入力端子に論理レベル“０”、論理レベル“１”を繰
り返すデータを供給すると、その出力信号のハイ・レベ
ルは電源電圧に等しくなり、その出力信号のロー・レベ
ルはアース電圧に等しくなる。

【００２１】従って、該バッファ・ゲート１の出力波形
は、図１（ロ）に示す如く、ハイ・レベルは制御電圧に
等しくなり、ロー・レベルはアース電圧に等しくなる。
該制御電圧は、光出力を一定に保つ電圧であるから、Ｃ
ＭＯＳ型のバッファ・ゲートによってレーザ・ダイオー
ドを駆動すれば、レーザ・ダイオードからは一定な光出
力を得ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の第一の実施の形
態である。図２において、１はＣＭＯＳ型のバッファ・
ゲート、１−１は該バッファ・ゲート１の電源端子、１
−２は該バッファ・ゲート１のアース端子、１−３は該
バッファ・ゲート１の入力端子、１−４は該バッファ・
ゲート１の出力端子である。２は抵抗、３はレーザ・ダ
イオードで、ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲート１以降レー
ザ・ダイオード３までの構成要素によって光駆動回路が
構成される。

【００２３】又、４は該レーザ・ダイオード３のバック
光を受けて電流に変換するフォト・ダイオード、５は該
フォト・ダイオードの電流レベルを決定する抵抗、６は
オン・オフする該フォト・ダイオードの電流を直流電圧
に変換するコンデンサ、７は基準電圧源、８は該コンデ
ンサ６の端子電圧と該基準電圧源の電圧差に応じて制御
電圧を生成する制御電圧生成回路で、フォト・ダイオー
ド４以降制御電圧生成回路８までの構成要素によって光
出力制御回路が構成される。

【００２４】そして、光駆動回路及び光出力制御回路に
よって光出力回路が構成される。図２の構成の特徴は、
データはバッファ・ゲート１の入力端子１−３に供給さ
れ、該バッファ・ゲート１の電源端子１−１に光出力制
御回路が出力する制御電圧が供給され、該バッファ・ゲ
ート１のアース端子１−４にアース電圧が供給され、該
バッファ・ゲート１の出力端子１−４は抵抗２を介して
レーザ・ダイオード３に接続される構成である。

【００２５】図２の構成において、レーザ・ダイオード
３の出力が低下するとフォト・ダイオード４が受けるレ
ーザ・ダイオード３のバック光も弱くなり、フォト・ダ
イオード４が光から電気に変換した電流も小さくなるの
で、コンデンサ６の端子電圧が低下する。

【００２６】これによって、制御電圧生成回路８の出力
電圧である制御電圧が上昇する。この上昇した制御電圧
はバッファ・ゲート１の電源端子１−１に供給されてい
るので、該バッファ・ゲート１の出力振幅が増加する。

【００２７】該バッファ・ゲート１の出力信号は抵抗２
を介してレーザ・ダイオード３に供給されるので、該レ
ーザ・ダイオード３に供給される駆動電流の振幅が増加
して、該レーザ・ダイオード３の出力が増加する。

【００２８】一方、該レーザ・ダイオード３の出力が増
加すると、光出力制御回路の各部分の電圧が上記と逆の
方向に制御されて、該レーザ・ダイオード３の出力を低
下させる。

【００２９】このようにして、光出力制御回路によって
光駆動回路の駆動電流を制御して、光出力を一定に保
つ。ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲートは波形整形能力があ
り、その出力信号の振幅は電源端子に供給される電圧だ
けによって決まるので、バッファ・ゲートだけでバッフ
ァ回路の動作を実現できる。

【００３０】又、バッファ・ゲート自体の設計をレーザ
・ダイオードの駆動電流に適合できるようにする、即
ち、該バッファ・ゲートの出力電流レベルを該レーザ・
ダイオードの駆動電流レベルに合致させることは容易な
ことである。

【００３１】従って、レーザ・ダイオードを駆動するト
ランジスタ回路を別個に設ける必要はなく、該バッファ
・ゲートの出力信号を抵抗を介してレーザ・ダイオード
に直接供給することが可能である。

【００３２】従って、光駆動回路の構成を簡略化するこ
とが可能である。又、光出力制御回路が出力する制御電
圧は、負帰還によって生成する電圧であり、レーザ・ダ
イオードの出力の変動を抑圧して一定に保たれる安定な
電圧であるから、図２の構成は安定な光出力回路であ
る。

【００３３】しかも、レーザ・ダイオードやフォト・ダ
イオードなどを除いた光出力回路の部分はＣＭＯＳプロ
セスで作ることになるので、電源電圧を３ボルト程度に
低下させることは容易である。

【００３４】図３は、本発明の第二の実施の形態であ
る。図３において、１ａはＣＭＯＳ型のバッファ・ゲー
ト、１ａ−１は該バッファ・ゲート１ａの電源端子、１
ａ−２は該バッファ・ゲート１ａのアース端子、１ａ−
３は該バッファ・ゲート１ａの入力端子、１ａ−４は該
バッファ・ゲート１ａの出力端子である。同様に、１ｂ
はＣＭＯＳ型のバッファ・ゲート、１ｂ−１は該バッフ
ァ・ゲート１ｂの電源端子、１ｂ−２は該バッファ・ゲ
ート１ｂのアース端子、１ｂ−３は該バッファ・ゲート
１ｂの入力端子、１ｂ−４は該バッファ・ゲート１ｂの
出力端子、１ｃはＣＭＯＳ型のバッファ・ゲート、１ｃ
−１は該バッファ・ゲート１ｃの電源端子、１ｃ−２は
該バッファ・ゲート１ｃのアース端子、１ｃ−３は該バ
ッファ・ゲート１ｃの入力端子、１ｃ−４は該バッファ
・ゲート１ｃの出力端子である。２ａ、２ｂ、２ｃは保
護抵抗、３はレーザ・ダイオードで、ＣＭＯＳ型のバッ
ファ・ゲート１ａ以降レーザ・ダイオード３までの構成
要素によって光駆動回路が構成される。

【００３５】又、４は該レーザ・ダイオード３のバック
光を受けて電流に変換するフォト・ダイオード、５は該
フォト・ダイオードの電流レベルを決定する抵抗、６は
オン・オフする該フォト・ダイオードの電流を直流電圧
に変換するコンデンサ、７は基準電圧源、８は該コンデ
ンサ６の端子電圧と該基準電圧源の電圧差に応じて制御
電圧を生成する制御電圧生成回路である。そして、フォ
ト・ダイオード４以降制御電圧生成回路８までの構成要
素によって光出力制御回路が構成される。

【００３６】図２の構成の特徴は、データはバッファ・
ゲート１ａ乃至バッファ・ゲート１ｃの入力端子１ａ−
３乃至１ｃ−３に供給され、該バッファ・ゲート１ａ乃
至バッファ・ゲート１ｃの電源端子１ａ−１乃至１ｃ−
１に光出力制御回路が出力する制御電圧が供給され、該
バッファ・ゲート１ａ乃至バッファ・ゲート１ｃのアー
ス端子１ａ−４乃至１ｃ−４にアース電圧が供給され、
該バッファ・ゲート１ａ乃至バッファ・ゲート１ｃの出
力端子１ａ−４乃至１ｃ−４は抵抗２を介してレーザ・
ダイオード３に接続される構成である。

【００３７】図３の構成において、レーザ・ダイオード
３の出力が低下するとフォト・ダイオード４が受けるレ
ーザ・ダイオード３のバック光も弱くなり、フォト・ダ
イオード４が光から電気に変換した電流も小さくなるの
で、コンデンサ６の端子電圧が低下する。

【００３８】これによって、制御電圧生成回路８の出力
電圧である制御電圧が上昇する。この上昇した制御電圧
はバッファ・ゲート１ａ乃至バッファ・ゲート１ｃの電
源端子１ａ−１乃至１ｃ−１に供給されているので、該
バッファ・ゲート１ａ乃至バッファ・ゲート１ｃの出力
振幅が増加する。

【００３９】該バッファ・ゲート１ａ乃至バッファ・ゲ
ート１ｃの出力信号は抵抗２を介してレーザ・ダイオー
ド３に供給されるので、該レーザ・ダイオード３に供給
される駆動電流の振幅が増加して、該レーザ・ダイオー
ド３の出力が増加する。

【００４０】一方、該レーザ・ダイオード３の出力が増
加すると、光出力制御回路の各部分の電圧が上記と逆の
方向に制御されて、該レーザ・ダイオード３の出力を低
下させる。

【００４１】このようにして、光出力制御回路によって
光駆動回路の駆動電流を制御して、光出力を一定に保
つ。ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲートは波形整形能力があ
り、その出力信号の振幅は電源端子に供給される電圧だ
けによって決まるので、バッファ・ゲートだけでバッフ
ァ回路の動作を実現できる。

【００４２】又、バッファ・ゲート自体の設計をレーザ
・ダイオードの駆動電流に適合できるようにすること、
即ち、該バッファ・ゲートの出力電流レベルを該レーザ
・ダイオードの駆動電流レベルに合致させることは容易
なことである。従って、レーザ・ダイオードを駆動する
トランジスタ回路を別個に設ける必要はなく、バッファ
・ゲートの出力信号を抵抗を介してレーザ・ダイオード
に直接供給することが可能である。

【００４３】従って、光駆動回路の構成を簡略化するこ
とが可能である。又、光出力制御回路が出力する制御電
圧は、負帰還によって生成する電圧であり、レーザ・ダ
イオードの出力に変動を抑圧して一定に保たれる安定な
電圧であるから、図２の構成は安定な光出力回路であ
る。

【００４４】しかも、レーザ・ダイオードやフォト・ダ
イオードなどを除いた光出力回路の部分はＣＭＯＳプロ
セスで作ることになるので、電源電圧を３ボルト程度に
低下させることは容易である。

【００４５】その上、図３の構成はバッファ・ゲートを
複数用いてレーザ・ダイオード３の駆動電流を増加させ
ているので、低電圧でも高い出力を出すことができる光
出力回路を構成することが可能になる。

【００４６】図４は、本発明の第三の実施の形態であ
る。図４において、１はＣＭＯＳ型のバッファ・ゲー
ト、１−１は該バッファ・ゲート１の電源端子、１−２
は該バッファ・ゲート１のアース端子、１−３は該バッ
ファ・ゲート１の入力端子、１−４は該バッファ・ゲー
ト１の出力端子である。２は抵抗、３はレーザ・ダイオ
ードで、ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲート１以降レーザ・
ダイオード３までの構成要素によって光駆動回路が構成
される。

【００４７】又、１７は定電圧回路である。図４の構成
の特徴は、バッファ・ゲート１の電源端子１−１に定電
圧回路１７の出力を供給する点にある。

【００４８】定電圧回路は、文字通り一定の電圧を供給
する回路であり、温度変動や素子値の変動を吸収して一
定の電圧を供給できるので、レーザ・ダイオード３の出
力は一定に保たれる。

【００４９】しかも、負帰還型の光出力制御回路を必要
としないので、光出力回路の構成が更に簡易になる。
又、負帰還型の光出力制御回路を必要としないので、バ
ック光を出力することに適していない光ダイオードを光
源とする光出力回路にも適用できる利点が生ずる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、構成
が簡易で、定電圧で動作でき、更に安定な光駆動回路と
光出力回路を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原理。

【図２】 本発明の第一の実施の形態。

【図３】 本発明の第二の実施の形態。

【図４】 本発明の第三の実施の形態。

【図５】 従来の光出力回路。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ バッファ・ゲート １−１、１ａ−１、１ｂ−１、１ｃ−１ バッファ・ゲ
ートの電源端子 １−２、１ａ−２、１ｂ−２、１ｃ−２ バッファ・ゲ
ートのアース端子 １−３、１ａ−３、１ｂ−３、１ｃ−３ バッファ・ゲ
ートの入力端子 １−４、１ａ−４、１ｂ−４、１ｃ−４ バッファ・ゲ
ートの出力端子 ２ 抵抗 ３ レーザ・ダイオード ４ フォト・ダイオード ５ 抵抗 ６ コンデンサ ７ 基準電圧源 ８ 制御電圧生成回路 ９ バッファ部 １０ａ、１０ｂ ダイオード １１ バイポーラ・トランジスタ １２ 抵抗 １３ 保護抵抗 １４ バイポーラ・トランジスタ １５ 抵抗 １６ 保護抵抗 １７ 定電圧回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/28 10/26 10/14 10/04 10/06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲートの入力端
   子にデータを供給し、該バッファ・ゲートの電源端子に
   光出力を制御する電圧を供給し、該バッファ・ゲートの
   出力端子から発光素子に供給する電圧を取り出すことを
   特徴とする光駆動回路。
2. 【請求項２】 ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲートの入力端
   子にデータを供給し、該バッファ・ゲートの出力端子か
   らレーザ・ダイオードに供給する電圧を取り出し、 該レーザ・ダイオードのバック光を検出して光出力を制
   御する電圧を生成し、 該光出力を制御する電圧を該ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲ
   ートの電源端子に供給する構成を備えることを特徴とす
   る光出力回路。
3. 【請求項３】 ＣＭＯＳ型のバッファ・ゲートの入力端
   子にデータを供給し、該バッファ・ゲートの電源端子に
   定電圧回路の出力電圧を供給し、該バッファ・ゲートの
   出力端子から発光素子に供給する電圧を取り出すことを
   特徴とする光駆動回路。