JPS60178735A - 発光素子駆動回路 - Google Patents

発光素子駆動回路

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JPS60178735A
JPS60178735A JP59033995A JP3399584A JPS60178735A JP S60178735 A JPS60178735 A JP S60178735A JP 59033995 A JP59033995 A JP 59033995A JP 3399584 A JP3399584 A JP 3399584A JP S60178735 A JPS60178735 A JP S60178735A
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JP
Japan
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emitting element
light emitting
pulse
circuit
transistor
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Application number
JP59033995A
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English (en)
Inventor
Hisashi Takada
高田 寿士
Mitsuaki Nishie
光昭 西江
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • H04B10/501Structural aspects
    • H04B10/502LED transmitters

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、光通信システムにおいて、電気信号を光信号
に変換する発光素子の駆動回路に関するものである。
従来技術 半導体レーザあるいは発光ダイオードのような発光素子
をパルス駆動する方法として、第1図(a)に示すよう
にトランジスタ1のコレクタ負荷として発光素子2を接
続してそのトランジスタ1のベースに駆動パルス3を供
給する方法や、第1図(b)に示すようにトランジスタ
1のエミッタ負荷として発光素子2を接続して同様にそ
のトランジスタ1のベースに駆動パルス3を供給する方
法が広く知られている。
しかしながら、上記の方法においては、トランジスタを
飽和状態まで駆動するために、トランジスタ内の少数キ
ャリアの蓄積時間が影響し、発光素子を高速駆動するに
は適していない。
そこで、高速パルス駆動の場合には、第2図に示すよう
に、互いにエミッタを共通結合された2つのトランジス
タTRI及びTR2からなる電流切換え型スイッチ回路
が一般的に用いられている。
第2図の電流切換え型スイッチ回路において、一方のト
ランジスタTRIのコレクタは発光ダイオードのような
発光素子2を介して電圧源に接続し、他方のトランジス
タTR2のコレクタは抵抗R1を介して同一の電圧源に
接続し、共通接続されたエミッタは、等測的な電流源4
と抵抗R2を介して接地されている。そして、2つのト
ランジスタのベースには、互いに反転した関係にある駆
動人力パルス3及び5が供給されて、発光素子2が駆動
される。
このような電流切換え型スイッチ回路においては、2つ
のトランジスタTRI及びTR2は、共に飽和状態に入
ることなく、能動領域で動作するために、トランジスタ
内の少数キャリアの蓄積効果は無視でき、高速動作が可
能である。
しかしながら、半導体レーザあるいは発光ダイオードの
ような半導体発光素子は、それ自体に並列に寄生容量を
有している。このため、電流切換え型スイッチ回路を用
いて高速駆動をしようとしても、第3図(a)に示すよ
うに、駆動人力パルスの立上り時には、半導体発光素子
の寄生容量Cdを充電する間は、発光素子に流れる電流
は減ぜられ、光出力の立上りが遅れる。一方、駆動人力
パルスの立下り時には、第3図ら)に示すように、トラ
ンジスタTRIはオフ状態になっているにもかかわらず
、寄生容量Cdに蓄えられた電荷が発光素子を流れるた
めに、光出力が速やかに消えずに、すそ引き現象を呈す
ることになる。上記した駆動人力パルスと実際の光出力
との関係を示すと、第4図の如きである。
一般に、高速駆動に適した発光素子の寄生容量Cdは、
50ピコフアラドから1000ピコフアラドにも及ぶ。
一方、発光素子の立下り時の動的抵抗値Rdは、数百オ
ーム以上になるため、発光素子の寄生容量に起因する立
下り時の時定数Cd−Rdは数ナノ秒から数百ナノ秒と
なる。従って、電流切換え型スイッチ回路を用いた駆動
回路でも、毎秒数百メガビット以上で発光素子を駆動す
ることは困難であった。
発明の目的 そこで、本発明は、上記した発光素子自体の寄生容量の
影響を実質的になくして、毎秒数百メガビット以上の高
速で発光素子を駆動することかで 。
きる発光素子駆動回路を提供せんとするものである。
発明の構成 すなわち、本発明によるならば、互いにエミッタを共通
結合された2つのトランジスタから構成される電流切り
換え型スイッチ回路と、該電流切り換え型スイッチ回路
の一方のトランジスタのコレクタと電源との間に接続さ
れた発光素子とを備え、前記2つのトランジスタのベー
スに互いに反転した駆動入力パルスが供給されるように
なされた発光素子駆動回路において、前記発光素子と並
列に、抵抗とインダクタとからなる直列回路を接続し、
前記一方のトランジスタが非導通状態にされたとき、前
記発光素子の寄生容量に蓄えられた電荷を前記抵抗とイ
ンダクタとの直列回路を介して速やかに解放せしめるこ
とを特徴とする発光素子駆動回路が提供される。
以上のように、発光素子と並列に、抵抗とインダクタと
の直列回路を接続することにより、発光素子の消光時に
、発光素子の寄生容量Cdに蓄えられた電荷の放電路を
確保することができる。従って、消光時速やかに寄生容
量Cdの電荷が解放され、光出力のすそ引き現象は実質
的に抑制され、発光素子の立下り特性を著しく改善する
ことができる。
実施例 以下、添付図面を参照して本発明による発光素子駆動回
路の実施例を説明する。
第5図は、本発明による発光素子駆動回路の一つの実施
例を示す回路図である。2つのNPN型トランジスタT
RI及びTR2が、互いにエミッタを共通接続されて電
流切換え型スイッチ回路を構成している。第5図の電流
切換え型スイッチ回路において、一方のトランジスタT
RIのコレクタは、順方向に接続された発光ダイオード
のような発光素子2を介して電圧源に接続し、他方のト
ランジスタTR2のコレクタは、抵抗R1を介して同一
の電圧源に接続し、共通接続されたエミッタは、等測的
な電流源4と抵抗R2を介して接地されている。
更に、発光素子2と並列に、抵抗RとインダクタLとか
らなる直列回路が接続されている。
上記した回路構成において、トランジスタTRIのベー
スに駆動人力パルスが入力されると、そのパルスの立上
り時(発光時)には、トランジスタTRIのベースは、
順バイアスとなり、トランジスタTRIは導通し、その
瞬間、インダクタしは大抵抗と作用するので、トランジ
スタTR2のコレクタ電流の大部分は、発光素子2を流
れ、光出力は速やかに立上る。
その後の定常発光状態においては、インダクタしは短絡
状態に等しいため、コレツ゛り電流は、発光素子2と抵
抗Rとに分割され、所定の一定先出力が得られる。
反対に、駆動入力パルスの立下り時(消光時)には、ト
ランジスタTRIのベースは、逆バイアスとなり、トラ
ンジスタTRIはオフとなる。その際、発光素子2の寄
生容量Cdに蓄えられた電荷は、抵抗RとインダクタL
から成る直列回路を通って速やかに放電され、発光素子
2へは、はとん゛ ど流れない。換言するならば、抵抗
RとインダクタLとからなる直列回路は、発光素子2の
消光時、発光素子2の寄生容量Cdに蓄積された電荷の
放電路として機能する。
次に、上記発光素子駆動回路の動作を説明する。
第5図に示すように、トランジスタTRI及びTR2の
ベースには、互いに反転した駆動入力パルス3及び5が
供給される。トランジスタTR2は、駆動入力パルス5
の立上り及び立下りに従ってオン及びオフして、通常の
電流切り換え型スイッチ回路の場合と同様の動作を示す
一方、駆動人力パルス3の立上り時は、トランジスタT
RIがオンして導通し、その瞬間、インダクタLは大抵
抗と作用するので、トランジスタTRIのコレクタ電流
の大部分は、発光素子を流れ、光出力が速やかに立上っ
て発光素子2は発光する。
しかし、駆動人力パルス3の立下り時には、トランジス
タTRIはオフとなり、コレクタ電流は遮断され、それ
と同時に、発光素子2の寄生容量Cdj、7蓄えられた
電荷は、抵抗RとインダクタLから成る直列回路を介し
て速やかに解放されて発光素子2は消光する。その結果
、発光素子が発する光出力パルスの立下り時間は著しく
短縮され、毎秒数百メガビット以上の高速パルス駆動が
可能となる。
上記したように、抵抗RとインダクタLとからなる直列
回路は、発光素子2の消光時、発光素子2の寄生容量C
dに蓄積された電荷の放電路として機能するので、抵抗
Rは、発光素子2の消光時の抵抗値数百オームに対して
十分低い抵抗値、例えば数十オームが有効である。また
、電荷を引き込む働きをするインダクタLの値は、寄生
容量[dの大きさに関係するが、lOナノヘンリー乃至
10マイクロヘンリーが適している。
実施例の一つとして、寄生容量Cdが約200ピコフア
ラドのインジウム・ガリウム・ヒ素・リンからなる発光
ダイオード(波長1.3μm帯)を駆動するとき、R−
50オーム、L=250ナノヘンリーとした場合、抵抗
R1インダクタしがないときの光出力の立上り時間が2
.8ナノ秒、立下り時間が4.6ナノ秒であったに対し
て、立上り時間・立下り時間共2.6ナノ秒となった。
このとき、発光素子の駆動電流の最大値は、いずれの場
合も80ミリアンペアであった。特に立下り時間の改善
効果が著しいことがわかろう。
第6図は、上記した本発明による発光素子駆動回路の変
形例を示すものである。そこで、第5図の回路と同一の
回路素子については、同一の参照番号を付して説明を省
略する。
第6図の回路は、電流切り換え型スイッチ回路に供給さ
れる駆動人力パルスが、パルス幅伸縮回路を介して供給
されている点で、第5図の回路と異なっている。
第5図に示した発光素子駆動回路を用いて、特に発光素
子の立下り特性を改善して、立上り特性とのバランスを
向上した場合、発光素子が本質的に有する非線形性のた
めに、パルス幅が変化することがある。すなわち、一定
パルス幅を有する駆動入力パルスが人力しても、光出力
パルスは、オン(発光)状態のパルスの幅の方が狭くな
ってしまう。そこで、第6図に示すパルス幅伸縮回路6
を用いて、あらかじめ、駆動入力パルスのパルス幅を逆
方向に変化させてから、電流切換え型スイッチ回路の各
人力ベース端子に印加する。このようにすることによっ
てパルス幅が発光時、消光時とも一定の光パルス出力が
得られる。なお、パルス幅伸縮回路6は、一般に用いら
れるパルス整形回路において、基準電圧Vrefを入力
パルス信号の中心値から少しずらすことによって得られ
る。
具体的に述べるならば、パルス幅伸縮回路6に駆動入力
パルス3を供給し、そのパルス幅伸縮回路6により、ハ
イレベル期間が広げられたパルス7をトランジスタTR
Iのベースに印加し、反対に、ハイレベル期間が狭めら
れたパルス8をトランジスタTR2のベースに印加する
その結果、第6図の回路の場合は、第5図の回路と異な
り、駆動人力パルス3のパルス幅とほぼ同じパルス幅を
持ち且つすそ引きのない光パルスを発光素子2は発する
ことができる。それ故、光出力パルスが駆動入力パルス
のパルス幅とほぼ同じパルス幅を持ち且つすそ引きを生
ずることなく発光素子を毎秒数百メガビット以上の高速
パルスで駆動するが可能となる。
なお、上記実施例において、トランジスタTRIとTR
2がNPN型であるが、トランジスタTRIとTR2を
PNP型とてもよいことは、当業者には明らかであろう
。また、発光素子2としても、発光ダイオードだけでな
く、半導体レーザも使用できることも明らかであろう。
発吠の効果 以上説明したように、本発明による発光素子駆動回路に
おいては、発光素子と並列に接続された、抵抗とインダ
クタとからなる直列回路の働きにより、発光素子の消光
時に発光素子の寄生容量に蓄えられた電荷の放電路を作
ることができる。かくして、発光素子に寄生する容量に
蓄えられた電荷を速やかに解放し、光出力パルスの立下
り特性を改善することができる。併せて、発光素子の発
光時にはコレクタ電流を大部分発光素子に流すことがで
き、光出力パルスの立上り特性を多少改善することがで
きる。従って、毎秒数百メガビット以上の高速パルス駆
動が可能となった。
また、本発明においては、パルス幅伸縮回路を用いて、
駆動人力パルスのパルス幅をあらかじめ歪ませてから発
光素子を駆動することにより、発光素子の持つ非線形性
に起因するパルス幅歪みを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)並びに第2図は、従来の発光素
子駆動回路の回路図、第3図(a)及び(b)は、第2
図の発光素子駆動回路の動作説明図、第4図は、従来の
発光素子駆動回路における駆動入力パルスと実際の光出
力とを示す波形図、第5図は、本発明による発光素子駆
動回路の回路図、そして、第6図は、第5図の発光素子
駆動回路の変形例を示す回路図である。 〔主な参照番号〕 1・・トランジスタ、2・・発光素子、3.5・・駆動
入力パルス 4・・電流源、6・・パルス幅伸縮回路TR1,、TR
2・・トランジスタ R1,R2・・抵抗、 電源電圧 第2図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)互いにエミッタを共通結合された2つのトランジ
    スタから構成される電流切り換え型スイッチ回路と、該
    電流切り換え型スイッチ回路の一方のトランジスタのコ
    レクタと電源との間に接続された発光素子とを備え、前
    記2つのトランジスタのベースに互いに反転した駆動入
    力パルスが供給されるようになされた発光素子駆動回路
    にして、前記発光素子と並列に、抵抗とインダクタとか
    らなる直列回路が接続され、前記一方のトランジスタが
    非導通状態にされたとき、前記発光素子の寄生容量に蓄
    えられた電荷が前記抵抗とインダクタとの直列回路を介
    して速やかに解放され、光出力パルスの立下がり特性を
    改善したことを特徴とする発光素子駆動回路。
  2. (2)前記駆動人力パルスは、パルス幅伸縮回路に送ら
    れて、該パルス幅伸縮回路の働きにより、発光素子の駆
    動人力パルス−光出力間の非線形性に起因する光出力パ
    ルスのパルス幅歪みを補正する所定のパルス幅のパルス
    列に変換したのち、前記電流切換え型スイッチ回路の前
    記2つトランジスタのペースにそれぞれ供給されること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の発光素子駆動
    回路。
  3. (3)前記抵抗は、前記発光素子の消光時の抵抗値に対
    して十分低い抵抗値を有していることを特徴とする特許
    請求の範囲第2項記載の発光素子駆動回路。
  4. (4)前記抵抗は、10オームから200オームの範囲
    内の抵抗値を有しており、前記インダクタは、10ナノ
    ヘンリーからlOマイクロヘンリーの範囲内のインダク
    タンスを有していることを特徴とする特許請求の範囲第
    3項記載の発光素子駆動回路。
  5. (5)前記発光素子は、半導体レーザ又は発光ダイオー
    ドであることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第
    4項までのいずれかに記載の発光素子駆動回路。
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