(57)【要約】【課題】高速な入力データ対しても安定した光出力を得ることができる光送信器を提供すること。【解決手段】この光送信器１は、入力データＤ１に応じた駆動電圧信号ＶＯ１を生成する駆動回路６と、入力データＤ２に応じた駆動電圧信号ＶＯ１を生成する駆動回路８と、アノード電極２Ａが駆動回路６の出力に接続されたＬＤ２と、カソード電極３Ｃが駆動回路８の出力に接続され、アノード電極３ＡがＬＤ２のカソード電極２Ｃに接続されたＬＤ３とを有するレーザダイオード群と、ＬＤ３のカソード電極３Ｃに独立に接続された電流源１２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザダイオードを用いて多チャンネルで光信号を生成する光送信器において、
第１の入力データを受け取って第１の駆動信号を生成する第１の駆動回路と、
第２の入力データを受け取って第２の駆動信号を生成する第２の駆動回路と、
アノード電極が前記第１の駆動回路の出力に接続された第１のレーザダイオードと、カソード電極が前記第２の駆動回路の出力に接続され、アノード電極が前記第１のレーザダイオードのカソード電極に接続された第２のレーザダイオードとを有するレーザダイオード群と、
前記第１のレーザダイオードのアノード電極及び前記第２のレーザダイオードのカソード電極の何れか一方に接続された電流源と、
を備えることを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記レーザダイオード群を複数備え、
それぞれの前記レーザダイオード群における前記第１のレーザダイオードと前記第２のレーザダイオードとの間の接続点が、相互に接続されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光送信器。
【請求項３】
前記レーザダイオード群は単一のパッケージに実装されており、
前記パッケージ内に実装され、一方の電極が前記第１のレーザダイオードと前記第２のレーザダイオードとの間の接続点に接続され、他方の電極が接地された第１のコンデンサと、
前記パッケージ外に実装され、一方の電極が前記接続点に接続され、他方の電極が接地された第２のコンデンサとを更に備え、
前記第１のコンデンサは、前記第２のコンデンサよりも容量が小さいものである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送信器。
【請求項４】
前記第１のレーザダイオードと前記第２のレーザダイオードとの間の接続点に接続され、前記第１のレーザダイオードを流れる電流と前記第２のレーザダイオードを流れる電流の差の電流を吸収する電流補正回路を更に備える、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信器。
【請求項５】
前記第１及び第２レーザダイオードのうち少なくとも１つのレーザダイオードの光信号の強度をモニタする受光素子と、
前記光信号の強度に基づいて、前記第１及び第２のレーザダイオードの光信号が一定になるように、前記電流源を制御する電流制御回路とを更に備える、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信で使用される光送信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光データリンクは、発光素子または受光素子をパッケージに格納し、これを電子回路と共に、大きなパッケージに格納した構造を有することが多い。多チャンネル光通信では、複数の発光素子または受光素子を有する多チャンネル光データリンクが使用される。代表的な多チャンネル光リンクは、下記の特許文献１および２に開示されている。
【０００３】
多チャンネル光データリンクでは、（１）消費電力、および（２）発光素子や受光素子を格納するパッケージのピン数の削減が大きな課題となる。特許文献１および２の光データリンクでは、電源電圧をＶ０、平均レーザダイオード電流をＩＬＤ、チャネル数をＮとすると、最低でもＮ×Ｖ０×ＩＬＤの消費電力が必要となる。回路部分についてはＩＣ技術の進展により消費電力を減少させることが可能であるが、レーザダイオード電流は、光データリンクの光出力の抑制、光学系の改善、又はレーザダイオードの高出力化を行わない限り下げることは困難である。
【０００４】
光データリンクの消費電力を削減するための技術は下記の特許文献３に開示されている。特許文献３に開示される光データリンクは、レーザダイオードを有する光送信器である。この光送信器は、差動方式でレーザダイオードを駆動する。差動型電流スイッチのレーザダイオードに直接接続されない側（逆相側）の出力をレーザダイオードのバイアス電流の一部として利用することにより、消費電力が削減される。
【０００５】
また、特許文献４には、レーザダイオードの順方向電圧よりわずかに高い電源電圧でも動作する光データリンクが開示されている。また、特許文献５には、複数の発光素子を時分割で駆動することにより、個々の発光素子への負荷を低減しつつ、高出力を実現する光データリンクが開示されている。
【特許文献１】特開平５−９１０５６号公報
【特許文献２】特開２００２−１１１６０１号公報
【特許文献３】特開２００３−１８８８２４号公報
【特許文献４】特開２００１−１５８５４号公報
【特許文献５】特開平８−１８６５３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献４及び５に記載の光データリンクにおいては、高速な入力データに対応することが困難である。そこで、特許文献３の光送信器の構成を利用して多チャンネルの光送信器を作製した場合を考える。光信号のチャネル数をＮ、信号レベルがハイのもとでのＩＬＤをＩＨ、ローのもとでのＩＬＤをＩＬ、電源電圧をＶ０、駆動段（レーザダイオードを含む）で消費される電力をＰ０とする。また、最終段のレーザダイオードは、高速動作のため、差動方式で駆動するものとする。この場合、Ｐ０＝Ｎ×Ｖ０×ＩＨであり、これは一般的な駆動方法における消費電力Ｐ０＝Ｎ×Ｖ０×（ＩＨ＋ＩＬ）よりも低い。
【０００７】
しかし、通常、ＩＬはＩＨの１〜２割程度である。したがって、消費電力の削減量はあまり大きくない。また、ＩＬはレーザダイオードの閾値電流に応じて決まるが、最近の動向としてレーザダイオードの閾値電流は小さくなっている。したがって、消費電力の削減効果は益々小さくなる傾向にある。
【０００８】
そこで、本発明は、高速な入力データ対しても安定した光出力を得ることができると共に、消費電力を低減する光送信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の光送信器は、複数のレーザダイオードを用いて多チャンネルで光信号を生成する光送信器において、第１の入力データを受け取って第１の駆動信号を生成する第１の駆動回路と、第２の入力データを受け取って第２の駆動信号を生成する第２の駆動回路と、アノード電極が第１の駆動回路の出力に接続された第１のレーザダイオードと、カソード電極が第２の駆動回路の出力に接続され、アノード電極が第１のレーザダイオードのカソード電極に接続された第２のレーザダイオードとを有するレーザダイオード群と、第１のレーザダイオードのアノード電極及び第２のレーザダイオードのカソード電極の何れか一方に接続された電流源とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このような光送信器においては、第１のレーザダイオードのアノード電極に第１の入力データに応じた駆動信号が印加されることにより、第１のレーザダイオードから第１の入力データが変調された光信号が出力され、第２のレーザダイオードのカソード電極に第２の入力データに応じた駆動信号が印加されることにより、第２のレーザダイオードから第２の入力データが変調された光信号が出力される。このとき、第１のレーザダイオードのアノード電極又は、第２のレーザダイオードのカソード電極に接続された電流源により、第１のレーザダイオード及び第２のレーザダイオードに駆動電流が供給される。この駆動電流は、直列に接続された第１のレーザダイオード及び第２のレーザダイオードを流れるので、全体の消費電力を低減することができる。また、２つのレーザダイオードを直列に接続することにより、３段以上の多段で接続した場合に比較して電源電圧を増大させることなく光出力を確保することができる。
【００１１】
また、レーザダイオード群を複数備え、それぞれのレーザダイオード群における第１のレーザダイオードと第２のレーザダイオードとの間の接続点が、相互に接続されていることが好ましい。このような構成とすれば、全体のピン数や接続点に接続する電気素子の個数を削減することができる。
【００１２】
また、レーザダイオード群は単一のパッケージに実装されており、パッケージ内に実装され、一方の電極が第１のレーザダイオードと第２のレーザダイオードとの間の接続点に接続され、他方の電極が接地された第１のコンデンサと、パッケージ外に実装され、一方の電極が接続点に接続され、他方の電極が接地された第２のコンデンサとを更に備え、第１のコンデンサは、第２のコンデンサよりも容量が小さいものであることも好ましい。この場合、第１及び第２のレーザダイオードの接続点の電位が、駆動信号に応じて振れてしまうのを防止することができる。また、低容量コンデンサをレーザダイオード群の近くに置くことにより、高速な入力データであっても接続点の電位の振れを確実に防止することができる。さらに、大容量コンデンサの存在によりレーザダイオードの電流が増加しても接続点の電位の振れを防止することができる。
【００１３】
また、第１のレーザダイオードと第２のレーザダイオードとの間の接続点に接続され、第１のレーザダイオードを流れる電流と第２のレーザダイオードを流れる電流の差の電流を吸収する電流補正回路を更に備えることも好ましい。かかる電流補正回路を備えれば、光出力特性が異なるレーザダイオードの光出力を均一化したい場合や、光出力強度をレーザダイオード別々に制御したい場合等に、両レーザダイオードの駆動電流の差を吸収することができる。
【００１４】
第１及び第２のレーザダイオードのうち少なくとも１つのレーザダイオードの光信号の強度をモニタする受光素子と、光信号の強度に基づいて、第１及び第２のレーザダイオードの光信号が一定になるように、電流源を制御する電流制御回路とを更に備えることも好ましい。こうすれば、一部のレーザダイオードの光信号強度を基準として全体のレーザダイオードに供給する駆動電流を制御することにより、それぞれのレーザダイオードにおける光出力を一定に維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光送信器によれば、高速な入力データ対しても安定した光出力を得ることができると共に、消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光送信器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の好適な実施形態である光送信器の構成を示す図である。同図に示す光送信器１は、２つの入力データを並列的に光信号に変換して、それらの光信号を外部に出力する多チャンネル通信用のモジュールである。
【００１８】
同図に示すように、光送信器１は、発光素子として２つのレーザダイオード（以下、「ＬＤ」と略記する）２，３を備えている。これらのＬＤは、単一のパッケージ４内に実装され、一方のＬＤ２のカソード電極２Ｃが他方のＬＤ３のアノード電極３Ａに接続されている。これらのＬＤ２，３は多連チップであっても良い。
【００１９】
ＬＤ２のアノード電極２Ａには、電気容量Ｃ１のコンデンサ５を介して駆動回路６が接続されている。また、ＬＤ３のカソード電極３Ｃには、電気容量Ｃ２のコンデンサ７を介して駆動回路８が接続されている。また、パッケージ４内において、カソード電極２Ｃとアノード電極３Ａとの間の接続点Ｎ１には、低容量Ｃ４（例えば、30〜1000pF）のコンデンサ９が接続され、コンデンサ９の接続点Ｎ１と反対側の端子は、基準電位としてのグランド電位に接続されている。さらに、パッケージ４の外部において接続点Ｎ１には、電気容量Ｃ４より大きい大容量Ｃ３（例えば、10nF以上）のコンデンサ１０が接続され、コンデンサ１０の接続点Ｎ１と反対側の端子は、グランド電位に接続されている。上述したように、コンデンサ９は、パッケージ４内に実装され、コンデンサ１０はパッケージ４外に実装されている。
【００２０】
駆動回路６は、入力データＤ１を示す駆動信号を生成する回路であり、例えば、電圧増幅器やバッファ回路である。駆動回路６は、第１の入力データＤ１に対応する入力電圧信号Ｖ１を受信し、入力電圧信号Ｖ１に対応する駆動電圧信号ＶＯ１を生成する。駆動電圧信号ＶＯ１は、コンデンサ５を介してＬＤ２のアノード電極２Ａに入力される。
【００２１】
同様に、駆動回路８は、入力データＤ２を示す駆動信号を生成する回路であり、例えば、電圧増幅器やバッファ回路である。駆動回路６は、第２の入力データＤ２に対応する入力電圧信号Ｖ２を受信し、入力電圧信号Ｖ２に対応する駆動電圧信号ＶＯ２を生成する。駆動電圧信号ＶＯ２は、コンデンサ７を介してＬＤ３のカソード電極３Ｃに入力される。
【００２２】
ＬＤ２のアノード電極２Ａとコンデンサ５との間には、インダクタ１１が接続されている。このインダクタ１１のアノード電極２Ａと反対側の端子に、所定電位ＶＣＣが印加されることにより、アノード電極２Ａの電位が正電位に設定されている。ここで、ＬＤが充分駆動できるのならば、インダクタ１１は抵抗素子に置換されてもよい。このようなインダクタを用いることにより、P型FET(Field EffectTransistor)やPNP型BJT(Bipolar Junction Transistor)等からなる電流源をＬＤの駆動源として用いる場合に比較して、回路の集積化の点で有利となる。
【００２３】
ＬＤ３のカソード電極３Ｃとコンデンサ７との間には、電流Ｉ０を発生させる定電流源１２が接続されている。この定電流源１２のカソード電極３Ｃと反対側の端子は、グランド電位に接続されている。定電流源１２は、ＬＤ３に駆動電流Ｉ０を供給する。
【００２４】
カソード電極２Ｃとアノード電極３Ａとの間の接続点Ｎ１とコンデンサ１０との間には、パッケージ４外部において、電流補正回路１３が接続されている。電流補正回路１３は、定電流源回路、定電圧源回路等により構成され、ＬＤ３の駆動電流Ｉ０に対して電流量の異なる駆動電流Ｉ１を、ＬＤ２に発生させるための回路である。すなわち、電流補正回路１３は、ＬＤ３の駆動電流Ｉ０とＬＤ２の駆動電流Ｉ１との差分である差分電流Ｉ１−Ｉ０を吸収する。
【００２５】
パッケージ４の外部には、ＬＤ２，３によって生成される光信号のそれぞれの強度をモニタする受光素子としてのフォトダイオード１５，１６（以下、ＰＤと略記する）が設けられている。これらのＰＤ１５，１６によって生成されるモニタ信号は、それぞれ、出力強度制御用回路１４に入力される。出力強度制御用回路１４は、ＰＤ１５，１６のモニタ信号に基づいて、ＬＤ２，３の光信号の強度が一定になるように、定電流源１２及び電流補正回路１３を制御する。すなわち、出力強度制御用回路１４は、定電流源１２によって発生される電流値Ｉ０を制御することによって、ＰＤ３の光信号の強度を調整し、電流補正回路１３によって発生される電圧或いは電流を更に制御することによって、ＰＤ２の光信号の強度を調整する。なお、出力強度制御用回路１４は、駆動回路６，８を制御することによって、駆動電圧信号ＶＯ１，ＶＯ２の振幅を調整するように動作してもよい。
【００２６】
以上、説明した光送信器１の作用効果について説明する。
【００２７】
ＬＤ２のアノード電極２Ａに入力データＤ１を示す駆動電圧信号ＶＯ１が印加されることにより、ＬＤ２から入力データＤ１が変調された光信号が出力され、ＬＤ３のカソード電極３Ｃに入力データＤ２を示す駆動電圧信号ＶＯ２が印加されることにより、ＬＤ３から入力データＤ２が変調された光信号が出力される。このとき、ＬＤ３のカソード電極３Ｃに接続された定電流源１２により、ＬＤ２及びＬＤ３に駆動電流が供給される。この駆動電流は、直列に接続されたＬＤ２及びＬＤ３を流れるので、全体の消費電力を低減することができる。
【００２８】
また、２つのＬＤ２，３が収納されるパッケージ４内には低容量コンデンサ（第１のコンデンサ）９が、パッケージ４外には大容量コンデンサ（第２のコンデンサ）１０が設けられている。従って、入力データＤ１，Ｄ２が広帯域データ、すなわち、駆動電圧信号ＶＯ１，ＶＯ２が高周波信号であっても、接続点Ｎ１の電位が安定化される結果、ＬＤ２，３から出力される光信号の強度の揺れを防止することができる。
【００２９】
ここで、接続点Ｎ１の電位が安定化される理由を、以下に説明する。光信号の伝送速度を2.5GBPSとすると、駆動電圧信号ＶＯ１，ＶＯ２における１つのデータの時間幅は400psecであり、このようなで電圧波形の立ち上がり、或いは立ち下がりの時間幅は50〜100psecである。この立ち上がり、立ち下がりの幅は、光送信器１内での電気信号の平均伝搬速度を真空中の光速の約2/3とすると、10〜20mmに相当する。従って、外部のコンデンサのみで接続点Ｎ１の電位の揺れを除去することはできない。一般的な光データリンクでは、ＬＤ用の駆動回路を基板上のＬＤに近いところに搭載しなければならないという制約がある上に、パッケージの存在やリードピンの削減等の要請もあることから考えても、外部のコンデンサのみによる電位の揺れの除去は困難である。もちろん、1Gbps以下の低速信号であれば揺れを除去可能であるが、それでは、近年の光通信の高速化に対応できない。そこで、カソード電極２Ｃとアノード電極３Ａとの間の接続点Ｎ１に、低容量のコンデンサ９を接続することにより、接続点Ｎ１の電位の揺れを除去するとともに、コンデンサ９の小型化を実現している。つまり、低容量のコンデンサは、サイズが小さいものが多く、ＩＣチップにおけるもののようにダイボンド可能なものも多いので、ＬＤ２，３と同じパッケージ４に実装する際の制約が少なく、全体のコストアップにも繋がらない。
【００３０】
また、パッケージ４の外部にいて大容量コンデンサ１０が設けられていることにより、電流補正回路１３によっては追随できない接続点Ｎ１の電位の揺れを除去することができる。すなわち、電流補正回路１３の応答速度を10nsecとし、ＬＤ２，３の駆動電流の振幅を50mAすると、一方のＬＤの駆動電流がオン、他方のＬＤの駆動電流がオフの状態を10nsec継続させるためには、大容量コンデンサ１０は、50mA×10nsec=500pCの電荷を蓄える必要がある。従って、大容量コンデンサ１０の容量を0.05μFとすれば、接続点Ｎ１の電位の揺れを500pC/0.05uF=10mVに抑えることができる。このような大容量コンデンサ１０をパッケージ４外に設けることで、パッケージ４の容量の制約も受けず、全体のコストアップも招来しない。
【００３１】
また、２つのＬＤ２，３を直列に接続することにより、多段で接続した場合に比較して電源電圧を増大させることなく光出力を確保することができる。これまでの光データリンクに供給される電源電圧の大きさは、3.3V、5Vであるが、最近では、より低い電源電圧（例えば、3V程度）による動作が要求されてきている。また、光通信用に用いられるＬＤは、出力波長が0.8μm、1.3μm、1.55μmのものが多い。このようなＬＤにおいて最低限必要な駆動電圧、すなわち、ＬＤを構成する半導体材料の禁制体幅Ｅｇで決定される駆動電圧は、それぞれ、1.55V、0.95V、0.80Vである。現在の技術では、ＬＤにおいて最低限必要な駆動電圧は、ＬＤ内部の抵抗やＬＤの発振をさらに考慮すると、それぞれ、2V、1.5V、1.2V程度である。そこで、２つのＬＤ２，３を組にして直列に接続し駆動することにより、消費電力の削減しつつ、駆動電圧の不足を防止することができる。具体的には、３つのＬＤを組にした場合は、駆動電圧1.2V×3=3.6Vが必要となり、電源電圧が不足する虞があるのである。
【００３２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ＬＤ２の駆動電流Ｉ１は、定電流源によって供給してもよい。図２は、光送信器１の変形例である光送信器４１の構成図である。ＬＤ２のアノード電極２Ａには電流Ｉ１を発生させる定電流源４２が接続され、定電流源４２のアノード電極２Ａと反対側の端子は電位Ｖｃｃ１に設定されている。この電流源４２によりＬＤ２に駆動電流Ｉ１を供給することができる。この場合、電流補正回路１３は、ＬＤ２に供給される駆動電流Ｉ１とＬＤ３に供給される駆動電流Ｉ０との差を吸収する機能があればよいので、抵抗素子４３と抵抗素子４４とが直列に接続された回路が用いられる。
【００３３】
また、光送信器１においてはＬＤが３個以上搭載されていてもよい。図３には、光送信器１の他の変形例である光送信器６１の主要部分を示す構成図である。同図に示すように、光送信器６１は、２つのＬＤ２１とＬＤ３１とから構成されるＬＤ群Ｇ１と、そのＬＤ群Ｇ１に接続される低容量コンデンサ９１及び大容量コンデンサ１０１とを有している。さらに、光送信器６１はＬＤ群をｎ群有し、それぞれのダイオード群Ｇｎには、低容量コンデンサ９ｎ及び大容量コンデンサ１０ｎとが独立に接続されている。これらのダイオード群Ｇ１〜Ｇｎ及び、それぞれに接続された低容量コンデンサ９１〜９ｎは、単一のパッケージ６３内に搭載されている。ここで、光送信器に収容されるＬＤ数が奇数である場合には、残りの１つのＬＤは、独立に駆動される。このような構成により、光送信器６１では、チャンネル数がＮ個の場合にパッケージ６３において必要なピン数を３Ｎ／２に削減することができる。
【００３４】
また、図４は、光送信器１の他の変形例である光送信器７１の主要部分を示す構成図である。同図に示すように、複数のダイオード群Ｇ１〜Ｇｎの２つのＬＤ間の接続点Ｎ１１〜Ｎ１ｎが相互に接続されると共に、共通の低容量コンデンサ７２及び大容量コンデンサ７３が接続されている。このように構成すれば、光送信器７１においては、チャンネル数がＮ個の場合にパッケージ７４において必要なピン数をＮ＋１に削減することができると共に、全体のコンデンサの個数も削減できる。
【００３５】
また、光送信器１においては、ＰＤにより全てのＬＤの光出力の強度をモニタして、定電流源１２及び電流補正回路１３を制御していたが、１つのＬＤの光出力の強度をモニタして、そのモニタ結果に応じて定電流源１２及び電流補正回路１３を制御するようにしてもよい。この場合、出力強度制御用回路１４は、１つのＬＤをモニタすることによりそのＬＤに流す駆動電流を決定し、それ以外のＬＤに流すべき駆動電流は、製造時、検査時のデータを参照することにより決定する。各ＬＤに流すべき駆動電流が主に環境温度によって大きく左右されるので、１つのＬＤの光出力の強度のモニタ結果に基づいて、複数のＬＤの光出力の強度を一定にすることができる。
【００３６】
また、ＬＤ毎の光強度にそれほど精度が要求されないのであれば、ＰＤ１５，１６及び出力強度制御用回路１４は無くてもよいし、出力強度制御用回路１４は、温度センサによって測定された環境温度に基づいて定電流源１２及び電流補正回路１３を制御するように動作してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の好適な実施形態である光送信器の構成を示す図である。
【図２】図１の光送信器の変形例である光送信器の構成図である。
【図３】図１の光送信器の他の変形例である光送信器の主要部分を示す構成図である。
【図４】図１の光送信器の他の変形例である光送信器の主要部分を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，４１，６１，７１…光送信器、２，３…ＬＤ、Ｎ１，Ｎ１１〜Ｎ１ｎ…接続点、Ｇ１〜Ｇｎ…ＬＤ群、２Ａ，３Ａ…アノード電極、２Ｃ，３Ｃ…カソード電極、４，６３，７４…パッケージ、６，８…駆動回路、９，９１〜９ｎ，７２…低容量コンデンサ（第１のコンデンサ）、１０，１０１〜１０ｎ，７３…大容量コンデンサ（第２のコンデンサ）、１５，１６…ＰＤ（受光素子）、１２，４２…定電流源、１３…電流補正回路、１４…出力強度制御用回路（電流制御回路）、ＶＯ１，ＶＯ２…駆動電圧信号（駆動信号）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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