(57)【要約】【課題】温度変化による発光素子のしきい値電流の変動に基づく消光比の低下を防止し、送信光波形の劣化を改善できる発光素子駆動回路の提供。【解決手段】平均光パワー検出回路３は、フォトダイオードＰＤの変換電流に基づいて半導体レーザＬＤの光パワ−の平均を検出し、この検出に応じた信号を出力する。バイアス電流制御回路４は、平均光パワー検出回路３の出力信号に基づき、バイアス電流駆動回路２のバイアス電流および変調電流駆動回路１の変調電流を制御するための制御信号を出力する。ゼロ情報光パワー検出回路５は、フォトダイオードＰＤの変換電流に基づき、ベースバンド信号がＬレベルのタイミングのときの半導体レーザＬＤの発光パワ−を検出し、この検出に応じた電圧を出力する。ゼロ情報電流制御回路６は、ゼロ情報光パワー検出回路５の出力信号に基づき、バイアス電流駆動回路２のバイアス電流を制御するための制御信号を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する発光素子と、
前記発光素子に変調電流を流すとともに、前記変調電流を制御可能な変調電流駆動手段と、
前記発光素子にバイアス電流を供給するとともに、前記バイアス電流が制御可能なバイアス電流駆動手段と、
前記発光素子の発光状態を検出する発光検出手段と、
前記発光検出手段の検出に基づき、前記変調電流駆動手段の変調電流および前記バイアス電流駆動手段のバイアス電流をそれぞれ制御する第１制御手段と、
前記発光検出手段の検出信号に基づき、前記変調電流駆動手段に供給するベースバンド信号がＬレベルのときの前記発光素子の発光出力を検出し、この検出に基づいて前記バイアス電流駆動手段のバイアス電流を制御する第２制御手段と、
を備えていることを特徴とする発光素子駆動回路。
【請求項２】
前記第２制御手段は、
前記変調電流駆動手段に供給するベースバンド信号がＬレベルのときに、前記発光検出手段の検出信号を一時的に保持し、この保持値に基づいて前記ベースバンド信号がＬレベル時における前記発光素子の発光出力を検出する発光出力検出手段と、
前記発光出力検出手段の検出出力に基づき、前記バイアス電流駆動手段のバイアス電流を制御する電流制御手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子駆動回路。
【請求項３】
前記第２制御手段は、
前記発光素子の発光を検出し、その検出に応じた電流を生成する受光素子と、
前記受光素子の電流に比例する電圧に変換する電流−電圧変換回路と、
前記変調電流駆動手段に供給するベースバンド信号がＬレベルのときに、前記電流−電圧変換回路の出力電圧を一時的に保持するサンプルホールド回路と、
サンプルホールド回路の保持値と基準値との差を求め、その差に応じた信号を出力する誤差増幅器と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子駆動回路。
【請求項４】
前記発光素子は、データ伝送用の半導体レーザであることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の発光素子駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザなどの発光素子を駆動する発光素子駆動回路に関し、特に比較的近距離の高速光データ伝送に適用される発光素子駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、近距離での高速データの伝送方法として、小振幅／差動タイプの信号による電気伝送が提案されている。しかし、従来の電気伝送では、データ転送レートがＧｂｉｔ／ｓクラスになると伝送波形の劣化が著しくなり、さらなる高速化が困難になってきている。そこで、長距離高速データ伝送と同様に、近距離においても光伝送による高速データ伝送が提案されている。
【０００３】
光伝送に使用されるレーザ駆動回路（光送信回路）において、レーザを駆動する際に温度変化によって生じるスロープ効率の変動による平均パワー（平均電力）および消光比の変動を補償する必要があり、この補償が行われるレーザ駆動回路の一例を図４に示す。
この従来のレーザ駆動回路は、図４に示すように、半導体レーザ（レーザダイオード）ＬＤ、変調電流駆動回路１０１、温度補償回路１０２、バイアス電流駆動回路１０３、フォトダイオードＰＤ、平均光パワー検出回路１０４、およびバイアス電流制御回路１０５を備えている。
【０００４】
このような構成からなるレーザ駆動回路では、半導体レーザＬＤにバイアス電流駆動回路１０３からバイアス電流が供給されるとともに、変調電流駆動回路１０１によりベースバンド信号（パルス信号）に応じた変調電流が供給される。このため、半導体レーザＬＤは、その両電流に応じて発光する。
一方、半導体レーザ１が発生する光をフォトダイオードＰＤが受けて光電変換を行い、この光電変換された信号に基づき、平均光パワー検出回路１０４は光による電力の平均を検出し、この検出に応じた電圧を出力する。バイアス電流制御回路１０５は、平均光パワー検出回路１０４の出力に基づき、バイアス電流駆動回路１０３のバイアス電流の大きさを制御する。また、温度補償回路１０２は、温度変化に応じて変調電流駆動回路１０１に係る変調電流の大きさを制御する。
【０００５】
このような制御により、半導体レーザＬＤの周囲温度が変化し、その特性が図５のａまたはｂに示すように変化しても、その変化に応じて半導体レーザＬＤの変調電流およびバイアス電流が制御され、その光出力Ｐは一定に制御される（図５参照）。ここで、図５において、ａ、ｂは温度Ｔが０℃，７０℃の場合の各特性曲線である。
ところで、近距離の光データ伝送においては、送信のために使用する半導体レーザの光出力パワ−を大きくする必要がなく、むしろ低電力で光出力を行うことにより、低消費電力化を実現できる。
【０００６】
しかし、低電力化の目的で半導体レーザをしきい値電流近傍で駆動する際には、温度変化によるしきい値電流の変動による影響が大きく、消光比が低下する。すなわち、図５に示すように、温度Ｔが０℃のときには最小発光出力はＰｍｉｎ３、７０℃のときの最小発光出力はＰｍｉｎ４のようになり、その差がΔＰとなり、消光比が低下し、その結果、送信光波形の劣化するといった課題がある。
さらに、消光比の変動を補償するようにした従来のレーザ駆動回路の一例として、特許文献１に記載のものが知られている。
【特許文献１】実開平５−８２０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、近距離の高速データ伝送に適用した場合において、低電力化の目的で
半導体レーザのような発光素子をしきい値電流近傍で駆動する際に、温度変化による発光素子のしきい値電流の変動に基づく消光比の低下を防止し、送信光波形の劣化を改善できるようにした発光素子駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、光を発生する発光素子と、前記発光素子に変調電流を流すとともに、前記変調電流を制御可能な変調電流駆動手段と、前記発光素子にバイアス電流を供給するとともに、前記バイアス電流が制御可能なバイアス電流駆動手段と、前記発光素子の発光状態を検出する発光検出手段と、前記発光検出手段の検出に基づき、前記変調電流駆動手段の変調電流および前記バイアス電流駆動手段のバイアス電流をそれぞれ制御する第１制御手段と、前記発光検出手段の検出信号に基づき、前記変調電流駆動手段に供給するベースバンド信号がＬレベルのときの前記発光素子の発光出力を検出し、この検出に基づいて前記バイアス電流駆動手段のバイアス電流を制御する第２制御手段と、を備えている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記第２制御手段は、前記変調電流駆動手段に供給するベースバンド信号がＬレベルのときに、前記発光検出手段の検出信号を一時的に保持し、この保持値に基づいて前記ベースバンド信号がＬレベル時における前記発光素子の発光出力を検出する発光出力検出手段と、前記発光出力検出手段の検出出力に基づき、前記バイアス電流駆動手段のバイアス電流を制御する電流制御手段と、を備えている。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、前記第２制御手段は、前記発光素子の発光を検出し、その検出に応じた電流を生成する受光素子と、前記受光素子の電流に比例する電圧に変換する電流−電圧変換回路と、前記変調電流駆動手段に供給するベースバンド信号がＬレベルのときに、前記電流−電圧変換回路の出力電圧を一時的に保持するサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路の保持値と基準値との差を求め、その差に応じた信号を出力する誤差増幅器と、を備えている。
【００１１】
第４の発明は、第１、第２、または第３の発明において、前記発光素子は、データ伝送用の半導体レーザである。
以上のような構成からなる本発明によれば、近距離の高速データ伝送に適用した場合において、低電力で半導体レーザのような発光素子を駆動する際に、温度変化による発光素子のしきい値電流の変動に基づく消光比の低下を防止し、送信光波形の劣化を改善でき、さらなるデータ伝送の高速化が実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の発光素子駆動回路の実施形態の構成を示すブロック図である。
この実施形態に係る発光素子駆動回路は、低パワ−で動作する光送信回路に適用した場合のものであり、図１に示すように、半導体レーザ（レーザダイオード）ＬＤと、変調電流駆動回路１と、バイアス電流駆動回路２と、フォトダイオードＰＤと、平均光パワー検出回路３と、バイアス電流制御回路４と、ゼロ情報光パワー検出回路５と、ゼロ情報電流制御回路６と、加算器７と、立ち下がりエッジ検出回路８と、を備えている。
【００１３】
半導体レーザＬＤは、光（光信号）を発生する発光素子であって、例えば高速のデータ伝送などに使用される発光素子である。変調電流駆動回路１は、ベースバンド信号に基づき、半導体レーザＬＤに変調電流（例えば、パルス電流）を流すとともに、その変調電流の大きさが制御可能に構成される。
バイアス電流駆動回路２は、半導体レーザＬＤに供給するバイアス電流を生成するとともに、そのバイアス電流が制御可能な回路である。フォトダイオードＰＤは、半導体レーザＬＤが発生する光を受け、この受けた光に応じた電流に変換するようになっている。
【００１４】
平均光パワー検出回路３は、フォトダイオードＰＤの変換電流に基づいて半導体レーザＬＤの光パワ−の平均を検出し、この検出に応じた信号を出力するようになっている。バイアス電流制御回路４は、平均光パワー検出回路３の出力信号に基づき、バイアス電流駆動回路２のバイアス電流および変調電流駆動回路１の変調電流を制御するための制御信号を出力するようになっている。
【００１５】
ゼロ情報光パワー検出回路５は、フォトダイオードＰＤの変換電流に基づき、ベースバンド信号がＬレベルのタイミング（データが「０」のタイミング）のときの半導体レーザＬＤの光パワ−を検出し、この検出に応じた信号を出力するようになっている。ゼロ情報電流制御回路６は、ゼロ情報光パワー検出回路５の出力信号に基づき、バイアス電流駆動回路２のバイアス電流を制御するための制御信号を出力するようになっている。
【００１６】
加算器７は、バイアス電流制御回路４からの制御信号とゼロ情報電流制御回路６からの制御信号との加算を行い、その加算信号をバイアス電流駆動回路２に対して出力するようになっている。従って、バイアス電流駆動回路２は、加算器７からの出力信号により、そのバイアス電流が制御されることになる。
立ち下がりエッジ検出回路８は、ベースバンド信号の立ち下がりエッジを検出し、これに基づいてベースバンド信号がＬレベル（データが「０」）であることを示すエッジ検出信号を生成し、これをゼロ情報光パワー検出回路５に出力するようになっている。
【００１７】
図２は、図１に示す実施形態の具体的な回路図であり、その詳細について以下に説明する。
半導体レーザＬＤは、その一端側が正の電源に接続され、その他端側がバイアス電流駆動回路２のコイルＬ１に直接接続されるとともに、コンデンサＣ１を介して変調電流駆動回路１のＭＯＳトランジスタＭ１のドレインと接続されている。
【００１８】
変調電流駆動回路１は、図２に示すように、差動対からなるＮ型のＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２と、可変電流源としてのＮ型のＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４と、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の負荷となる負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２とからなり、これらが差動増幅器を形成している。
さらに詳述すると、ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２は、その各ゲートにベースバンド信号に基づく、非反転出力信号および反転出力信号が入力されるようになっている。ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の各ソースは共通接続され、その共通接続部がＭＯＳトランジスタＭ３を介して接地されている。ＭＯＳトランジスタＭ３には、ＭＯＳトランジスタＭ４が並列に接続されている。
【００１９】
ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２の各ドレインは、対応する負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して正の電源に接続されている。さらに、ＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４の各ゲートには、後述の誤差増幅器４１の出力信号が供給されるようになっている。
バイアス電流駆動回路２は、図２に示すように、コイルＬ１と、可変電流源であるＮ型のＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６とからなり、ＭＯＳトランジスタＭ５のゲート電圧が誤差増幅器４１の出力信号により制御され、ＭＯＳトランジスタＭ６のゲート電圧が後述の誤差増幅器６１の出力信号により制御されるようになっている。
【００２０】
さらに詳述すると、コイルＬ１は、その一端側が半導体レーザＬＤのカソードに接続され、その他端側がＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６の各ドレインに接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ５のゲートは誤差増幅器４１の出力端子に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ６のゲートは誤差増幅器６１の出力端子に接続されている。さらに、ＭＯＳトランジスタＭ５，Ｍ６の各ソースは接地されている。
【００２１】
フォトダイオードＰＤは、カソード側が正の電源に接続され、アノード側が抵抗Ｒ３を介して接地されている。従って、抵抗Ｒ３は、フォトダイオードＰＤの検出電流をその電流に比例する電圧に変換する電流−電圧変換回路になっている。
平均光パワー検出回路３は、図２に示すように、電圧フォロワ（バッファ回路）３１と、抵抗Ｒ４およびコンデンサＣ２からなる平滑回路と、を備えている。
【００２２】
電圧フォロワ３１は、入力端子に抵抗Ｒ３の両端の電圧が印加され、出力端子が抵抗Ｒ４の一端側に接続されている。抵抗Ｒ４の他端側は、バイアス電流制御回路４を構成する誤差増幅器４１の（−）入力端子と、コンデンサＣ２の一端側に接続されている。コンデンサＣ２の他端側は接地されている。
バイアス電流制御回路４は、図２に示すように、誤差増幅器４１から構成される。誤差増幅器４１は、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ２の共通接続部の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較し、その差の電圧に応じた出力電圧を生成して出力するようになっている。このため、誤差増幅器４１は、差動増幅器からなり、（−）入力端子にその共通接続部の電圧が供給され、（＋）入力端子に温度に依存しない基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給され、出力端子がＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４，Ｍ５の各ゲートに接続されている。
【００２３】
ゼロ情報光パワー検出回路５は、図２に示すように、電圧フォロワ（バッファ回路）５１と、ＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８からなるアナログスイッチおよびコンデンサＣ２からなるサンプルホールド回路５２と、を備えている。
電圧フォロワ５１は、入力端子に抵抗Ｒ３の両端の電圧が印加され、出力端子がＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８からなるアナログスイッチの一端側に接続されている。そのアナログスイッチの他端側は、ゼロ情報電流制御回路６を構成する誤差増幅器６１の（−）入力端子と、コンデンサＣ３の一端側に接続されている。コンデンサＣ３の他端側は接地されている。
【００２４】
ここで、サンプルホールド回路５２は、ＭＯＳトランジスタＭ７，Ｍ８からなるアナログスイッチが、図１に示す立ち下がりエッジ検出回路８の出力によりオンオフするようになっている。このため、サンプルホールド回路５２は、ベースバンド信号がＬレベルのときにアナログスイッチがオンして、電圧フォロワ５１の出力電圧を一時的に保持するようになっている。
【００２５】
ゼロ情報電流制御回路６は、図２に示すように、誤差増幅器６１から構成される。誤差増幅器６１は、コンデンサＣ３の両端の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較し、その差の電圧に応じた出力電圧を生成して出力するようになっている。このため、誤差増幅器６１は、差動増幅器からなり、（−）入力端子にコンデンサＣ３の両端の電圧が供給され、（＋）入力端子に温度に依存しない基準電圧Ｖｒｅｆ２が供給され、出力端子がＭＯＳトランジスタＭ６のゲートに接続されている。
【００２６】
次に、このような構成からなる実施形態の動作について、図２および図３を参照して説明する。
いま、半導体レーザＬＤには、バイアス電流駆動回路２のＭＯＳトランジスタＭ６に流れる電流Ｉ２と、ＭＯＳトランジスタＭ５に流れる電流Ｉ１とが重畳された電流が流れ、この両電流により半導体レーザＬＤが発光しているものとする。
【００２７】
フォトダイオードＰＤは、半導体レーザＬＤが発生する光を受け、この受けた光に応じた電流に変換する。その変換電流は抵抗Ｒ３に流れるので、抵抗Ｒ３の両端には変換電流に比例する電圧が発生する。
その抵抗Ｒ３の両端の電圧は電圧フォロワ３１の出力端子に現れ、電圧フォロワ３１の出力電圧が抵抗４およびコンデンサＣ２からなる平滑回路により平均化され、この平均電圧が誤差増幅器４１に入力される。誤差増幅器４１は、その平均電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較し、その差の電圧に応じた出力電圧を生成し、その出力電圧をＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４，Ｍ５の各ゲートに出力する。
【００２８】
一方、抵抗Ｒ３の両端の電圧は電圧フォロワ５１の出力端子にも現れる。このため、サンプルホールド回路５２は、ベースバンド信号がＬレベルのときに、電圧フォロワ５１の出力電圧を一時的に保持する。サンプルホールド回路５２の保持電圧は、誤差増幅器６１の（−）入力端子に印加される。誤差増幅器６１は、その保持電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ２との差を求め、その差の電圧に応じた出力電圧を生成し、その出力電圧をＭＯＳトランジスタＭ６のゲートに出力する。
【００２９】
この結果、誤差増幅器６１の出力電圧によりＭＯＳトランジスタＭ６のゲート電圧が変化するので、ＭＯＳトランジスタＭ６に流れる電流Ｉ２が制御される。また、誤差増幅器４１の出力電圧によりＭＯＳトランジスタＭ５のゲート電圧が変化するので、ＭＯＳトランジスタＭ５に流れる電流Ｉ１が制御される。さらに、誤差増幅器４１の出力電圧によりＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４のゲート電圧が変化するので、ＭＯＳトランジスタＭ３，Ｍ４に流れる電流が制御される。
【００３０】
ところで、半導体レーザＬＤの特性は、図３に示すように、温度Ｔが０℃の場合に曲線ｃのようになり、温度Ｔが７０℃の場合に曲線ｄのようになり、そのしきい値電流が変動する。
しかし、上記の制御により、曲線ｃで示すＴ＝０℃のときには、ＭＯＳトランジスタＭ６に流れる電流Ｉ２とＭＯＳトランジスタＭ５に流れる電流Ｉ１は、それぞれ図示のようになる。この結果、図３に示すように、半導体レーザＬＤの最小光出力はＰｍｉｎ１となり、その最大光出力はＰｍａｘ１となる。
【００３１】
また、曲線ｄで示すＴ＝７０℃のときには、ＭＯＳトランジスタＭ６に流れる電流Ｉ２とＭＯＳトランジスタＭ５に流れる電流Ｉ１は、それぞれ図示のようになる。この結果、図３に示すように、半導体レーザＬＤの最小光出力はＰｍｉｎ２となり、その最大光出力はＰｍａｘ２となる。
従って、この実施形態では、半導体レーザをしきい値近傍で動作させた時、温度Ｔが０℃のときと７０℃のときでは、半導体レーザＬＤの最大発光出力Ｐｍａｘ１，Ｐｍａｘ２の大きさは僅かに異なるが、その最小発光出力Ｐｍｉｎ１，Ｐｍｉｎ２の大きさを一致させることができる。このため、温度変化による半導体レーザのしきい値電流の変動に基づく消光比の低下を防止できる。
【００３２】
以上説明したように、この実施形態によれば、近距離の高速データ伝送に適用した場合において、低電力の目的で半導体レーザをしきい値近傍で駆動する際に、温度変化による半導体レーザのしきい値電流の変動に基づく消光比の低下を防止し、送信光波形の劣化を改善でき、さらなるデータ伝送の高速化が実現可能となる。
さらに、この実施形態によれば、低電力の下で半導体レーザを駆動できるので、低消費電力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】この本発明の実施形態の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】その本発明の動作を説明するための半導体レーザの特性図である。
【図４】従来回路のブロック図である。
【図５】その従来の動作を説明するための半導体レーザの特性図である。
【符号の説明】
【００３４】
ＬＤ・・・半導体レーザ、ＰＤ・・・フォトダイオード、１・・・変調電流駆動回路、２・・・バイアス電流駆動回路、３・・・平均光パワー検出回路、４・・・バイアス電流制御回路、５・・・ゼロ情報光パワー検出回路、６・・・ゼロ情報電流制御回路、７・・・加算器、８・・・立ち上がりエッジ検出回路
【図１】
2006108430.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006108430.tif 000005
【図４】
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【図５】
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