(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化を補償するバイアス電流を供給する電流バイアス回路と、該電流バイアス回路によって電流バイアスされ、入力信号を差動増幅する差動アンプ回路と、該差動アンプ回路の出力によって発光ダイオードをスイッチング駆動する差動スイッチング回路とを備えた発光ダイオード駆動回路であって、前記電流バイアス回路は、互いのベースが接続される第１及び第２トランジスタと、第１及び第２トランジスタのエミッタ端子間に接続される第１抵抗と、第２トランジスタのエミッタ端子とＧＮＤ間に接続される第２抵抗と、第１トランジスタのコレクタに入力が接続され第２トランジスタのコレクタに出力が接続されるカレントミラー回路と、該カレントミラー回路の出力がベースに接続される第３トランジスタと、第１及び第２トランジスタのベース端子及び第３トランジスタのエミッタ端子とＧＮＤとの間に接続される第３抵抗とを備え、第３トランジスタのコレクタ端子を出力端子とすることを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
【請求項２】
温度変化を補償するバイアス電流を供給する電流バイアス回路と、該電流バイアス回路によって電流バイアスされ、入力信号を差動増幅する差動アンプ回路と、該差動アンプ回路の出力によって発光ダイオードをスイッチング駆動する差動スイッチング回路とを備えた発光ダイオード駆動回路であって、前記差動アンプ回路は、エミッタカップリングされ各々のベース端子が差動入力とされる第４及び第５トランジスタと、第４及び第５トランジスタのコレクタ端子にアノード端子が接続される第１及び第２ダイオードと、第１及び第２ダイオードのカソード端子とＧＮＤとの間に接続される第４及び第５抵抗とを備え、第１及び第２ダイオードのアノード端子を出力端子とすることを特徴とする発光ダイオード駆動回路。
【請求項３】
前記電流バイアス回路は、前記発光ダイオードの温度特性を補償するように前記差動アンプ回路を電流バイアスする温度特性を有することを特徴とする請求項１又は２記載の発光ダイオード駆動回路。
【請求項４】
前記差動スイッチング回路内の定電流源電流を、前記電流バイアス回路内のカレントミラー回路の出力電流によって制御することを特徴とする請求項１又は２記載の発光ダイオード駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード駆動回路に関し、詳しくは、光ファイバを媒体として信号の伝送を行う光ファイバーリンク等において、広い温度範囲で低電圧高速駆動可能な発光ダイオード駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ファイバ網の整備が進められ、光ファイバを媒体とした信号の伝送が普及してきている。更なる普及のため、低価格かつ高速化され低消費電力化された光ファイバリンクが求められており、そのために広い温度範囲で低電圧高速駆動可能な発光ダイオード駆動回路が要求されている。
【０００３】
従来の発光ダイオード駆動回路の一例を図６に示す。この発光ダイオード駆動回路は、大略的には、入力用の差動アンプ回路１と、発光ダイオード２への駆動電流をＯＮ／ＯＦＦする差動スイッチング回路３とを有し、差動スイッチング回路３により駆動電流をスイッチングすることにより発光ダイオード２のＯＮ／ＯＦＦを行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の発光ダイオード駆動回路は、アナログ低電源電圧動作が可能であるが、高速駆動するためには、発光ダイオード２のＯＮ時の電圧降下分を考慮して、差動スイッチング回路３の定電流源のトランジスタ７、及ぴ、発光ダイオード２をスイッチングするトランジスタ８、９が飽和しない設計をする必要がある。しかし、トランジスタ７のコレクタ電位Ｖｉｃは電源電圧基準でありかつ温度特性が大きなものとなっている。
【０００５】
例えば、コレクタ電位Ｖｉｃは、
Ｖｉｃ＝Ｖｃｃ−ＩＲ１−ＶＢＥ１−ＶＢＥ２−ＶＢＥ３
｛ただしＩＲ１＝Ｖｔ×Ｌｎ１０／３００Ω×１ｋΩ
Ｖｔ＝２５．６ｍＶ
Ｖｃｃ：電源電圧
ＶＢＥ１，ＶＢＥ２，ＶＢＥ３：トランジスタ４、５、８のベース・エミッタ間電圧｝
となり、また、発光ダイオード２のカソード電位ＶＣＡは、
ＶＣＡ＝Ｖｃｃ−Ｖｆ
｛ただしＶｆ：発光ダイオード２ＯＮ時の電圧降下（＝１．７Ｖ）｝
であり、
温度係数Ｔｃは、
Ｔｃ（Ｖｃｃ）  ＝０ｐｐｍ
Ｔｃ（ＩＲ１）＝ｋ／ｑ×Ｌｎ１０／３００Ω×２×１ＫΩ＝３３５６ｐｐｍ
Ｔｃ（ＶＢＥ）  ＝−３０００ｐｐｍ
Ｔｃ（Ｖｆ）  ＝−３０００ｐｐｍ
｛ただしｋ：ボルツマン定数
ｑ：電子の単位電荷｝
となる。
すなわち、コレクタ電位Ｖｉｃは電源電圧に依存しており、低電源電圧時に周囲温度によってはトランジスタ７が飽和してしまう。
【０００６】
例えば、Ｖｃｃ＝２．７Ｖ、とすると、Ｖｉｃ＝Ｖｃｃ−ＩＲ１−３×ＶＢＥであるから、
Ｖｉｃ＝０．３Ｖ、  ＶＣＡ＝１．１Ｖ  ：Ｔａ＝２５℃
Ｖｉｃ＝０．０３Ｖ、ＶＣＡ＝０．８５Ｖ：Ｔａ＝−２５℃
Ｖｉｃ＝０．５９Ｖ、ＶＣＡ＝１．３６Ｖ：Ｔａ＝７５℃
｛ただしＴａ：周囲温度｝
となる。このように低温では差動スイッチング回路３の電流源のトランジスタ７が飽和するため、高速動作が困難である。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、発光ダイオードを駆動する差動スイッチング回路が広い温度範囲で動作する発光ダイオード駆動回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光ダイオード駆動回路は、温度変化を補償するバイアス電流を供給する電流バイアス回路と、該電流バイアス回路によって電流バイアスされ、入力信号を差動増幅する差動アンプ回路と、該差動アンプ回路の出力によって発光ダイオードをスイッチング駆動する差動スイッチング回路と、を備えるものである。
【０００８】
また、前記電流バイアス回路は、互いのべースが接続される第１及び第２トランジスタと、第１及び第２トランジスタのエミッタ端子間に接続される第１抵抗と、第２トランジスタのエミッタ端子とＧＮＤ間に接続される第２抵抗と、第１トランジスタのコレクタに入力が接続され第２トランジスタのコレクタに出力が接続されるカレントミラー回路と、該カレントミラー回路の出力がべースに接続される第３トランジスタと、第１及び第２トランジスタのべース端子及び第３トランジスタのエミッタ端子とＧＮＤとの間に接続される第３抵抗と、を備え、第３トランジスタのコレクタ端子を出力端子とすることで、第３トランジスタのエミッタ端子を温度係数の低い電位とすることができる。
【０００９】
さらに、前記差動アンプ回路は、エミッタカップリングされ各々のべース端子が差動入力とされる第４及び第５トランジスタと、第４及び第５トランジスタのコレクタ端子にアノード端子が接続される第１及び第２ダイオードと、第１及び第２ダイオードのカソード端子とＧＮＤ間に接続される第４及び第５抵抗と、を備え、第１及び第２ダイオードのアノード端子を出力端子とすることで、レベルシフトバッファをなくして構成素子数を減らすことができる。
【００１０】
また、前記電流バイアス回路は、前記発光ダイオードの温度特性を補償するように前記差動アンプ回路を電流バイアスする温度特性を有することで、電源電圧を小さくしても、トランジスタの飽和を回避することができる。
また、前記差動スイッチング回路内の定電流源電流を、前記電流バイアス回路内のカレントミラー回路の出力電流によって制御することで、発光ダイオードの駆動電流のバイアス回路を新たに設ける必要がなく、素子数及び消費電力を低減できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の発光ダイオード駆動回路の一実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態の発光ダイオード駆動回路１０は、電流バイアス回路１１と電流バイアス回路１１によって電流バイアスされて、接地基準のリファレンス電位で振幅する差動アンプ回路１３、及び、差動アンプ回路１３によってスイッチングされて、発光ダイオード２を駆動する差動スイッチング回路１２とからなる。なお、１４は定電流源である。ここで、電流バイアス回路１１は、温度変化を補償するバイアス電流を供給する構成とする。
【００１２】
図２は、電流バイアス回路１１の一例を示す回路図である。一般的なバンドギャップ電源回路の構成であるべース共通のトランジスタ２１、２２のエミッタ端子間に抵抗２３が接続され、トランジスタ２２のエミッタ端子とＧＮＤ間に抵抗２４が接続されている。トランジスタ２１のコレクタがカレントミラー回路２５の入力に接続され、カレントミラー回路２５の出力はトランジスタ２２のコレクタとトランジスタ２６のべースに接続されている。トランジタ２６のエミッタ端子は、抵抗２７を介してＧＮＤに接続されると共に、トランジスタ２１、２２共通のべース端子に接続され、かつ、コレクタ端子を差動アンプ回路１３への出力端子としている。
【００１３】
本電流バイアス回路１１の抵抗とトランジスタサイズの定数を、
抵抗２３＝６００Ω、抵抗２４＝３６００Ω、トランジスタサイズ比（トランジスタ２１：トランジスタ２２）＝４：１とすることにより、トランジスタ２６のエミッタ電位ＶＢＧの温度係数Ｔｃは、
Ｔｃ＝ｋ／ｑ×Ｌｎ４／６００×２×３６００≒０
となる。
【００１４】
図３は、差動アンプ回路１３の一例を示す回路図である。エミッタカップリングされたトランジスタ３０、３１の各々のべース端子が差動入力とされ、各々のコレクタ端子が抵抗３２、３３を介して接地され、トランジスタ３０、３１の各々のコレクタ端子にレべルシフトバツファ用トランジスタ３４、３５が接続されている。このバツファ用トランジスタ３４、３５のエミッタ端子を差動スイッチング回路１２への出力端子としている。なお、４０、４１、４２は定電流源である。
【００１５】
上記図２及び図３の構成により、発光ダイオード２を駆動する定電流源１４のコレクタ電位Ｖｉｃは
Ｖｉｃ＝ＶＢＧ×抵抗３２／抵抗２７
となるため、温度特性がほとんどなくなる。
このように、電流バイアス回路１１の抵抗２７と差動アンプ回路１３の抵抗３２の比によってコレクタ電位Ｖｉｃを決めることができる。
【００１６】
また、発光ダイオード２の温度特性を考慮する場合、例えば発光ダイオード２の電圧Ｖｆの温度係数が−３０００ｐｐｍのときに、Ｖｃｃ＝２．５Ｖ、Ｖｉｃ＝０．４Ｖで一定とすると、
Ｖｉｃ＝０．４Ｖ、ＶＣＡ＝０．５５Ｖ、ＶＣＥ＝０．１５Ｖ：Ｔａ＝２５℃
Ｖｉｃ＝０．４Ｖ、ＶＣＡ＝０．８Ｖ、  ＶＣＥ＝０．４Ｖ  ：Ｔａ＝−２５℃
Ｖｉｃ＝０．４Ｖ、ＶＣＡ＝１．０６Ｖ、ＶＣＥ＝０．６６Ｖ：Ｔａ＝７５℃
｛ただし、ＶＣＥ＝ＶＣＡ−Ｖｉｃ
：トランジスタ１６のコレクタ・エミッタ間電圧｝
となる。
【００１７】
これに対し、Ｖｉｃの温度係数を６０００ｐｐｍに調整することで、Ｖｃｃ＝２．３Ｖとしても、
Ｖｉｃ＝０．１７５Ｖ、ＶＣＡ＝０．３４５Ｖ、ＶＣＥ＝０．１７Ｖ：Ｔａ＝２５℃
Ｖｉｃ＝０．２５Ｖ、  ＶＣＡ＝０．６Ｖ、    ＶＣＥ＝０．３５Ｖ：Ｔａ＝−２５℃
Ｖｉｃ＝０．３２５Ｖ、ＶＣＡ＝０．８５５Ｖ、ＶＣＥ＝０．５３Ｖ：Ｔａ＝７５℃
となる。このように、Ｖｃｃを小さくしても、Ｖｉｃの温度特性を調整することで、トランジスタの飽和を回避することができる。
【００１８】
図４は、レべルシフトバッファ用トランジスタ３４、３５に代えてダイオードを用いる差動アンプ回路１３の例を示す回路図である。すなわち、エミッタカップリングされたトランジスタ３０、３１の各々のべース端子が差動入力とされ、各々のコレクタ端子がダイオード３６、３７のアノードに接続され、ダイオード３６、３７のカソード端子が抵抗３８、３９を介して接地され、トランジスタ３０、３１の各々のコレクタ端子を差動スイッチング回路１２への出力端子としている。
【００１９】
図４の回路においては、レベルシフトバッファをなくすことにより、消費電力を低減することができ、構成する素子数を減らすことができる。
図５は、図２の電流バイアス回路１１と、図４の差動アンプ回路１３とを組み合わせた例の回路図である。なおこの回路では、発光ダイオード２の駆動電流である定電流を電流バイアス回路１１のカレントミラー２５の電流を用いることにより、発光ダイオードの駆動電流のバイアス回路を新たに設ける必要がなく、素子数及び消費電力を低減できる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電流バイアス回路により発光ダイオードを駆動する定電流源のトランジスタを広い温度範囲で安定して動作させることが可能となり、また、発光ダイオードの特性に応じて、発光ダイオードを駆動する定電流源のトランジスタのコレクタ電位の温度変位を適当な値にすることにより、広い温度範囲での低電圧、高速動作が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光ダイオード駆動回路の実施の形態を示すブロック回路図である。
【図２】本実施の形態の電流バイアス回路を示す回路図である。
【図３】本実施の形態の差動アンプ回路を示す回路図である。
【図４】他の実施の形態の差動アンプ回路を示す回路図である。
【図５】該実施の形態の発光ダイオード駆動回路を示す回路図である。
【図６】従来の発光ダイオード駆動回路の回路図である。
【符号の説明】
２    発光ダイオード
１０  発光ダイオード駆動回路
１１  電流バイアス回路
１２  差動スイッチング回路
１３  差動アンプ回路
２１、２２、２６  トランジスタ
２３、２４、２７  抵抗
２５  カレントミラー回路
３０、３１  エミッタカップリングのトランジスタ
３４、３５  レべルシフトバツファトランジスタ
【図１】
0003601998.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003601998.tif 000004
【図４】
0003601998.tif 000005
【図５】
0003601998.tif 000006
【図６】
0003601998.tif 000007