(57)【要約】  レーザをバイアスするために、さまざまなシステムおよび方法が提供される。一例では、フィードバック回路が、レーザにおいて、バイアス電流を確立する。安定化キャパシタがフィードバック入力に結合され、この安定化キャパシタは、フィードバック入力へのフィードバック回路の応答を遅らせる。キャパシタ充電回路がフィードバック回路内に含まれる。キャパシタ充電回路は、安定化キャパシタを充電するよう、フィードバック回路の起動時に活性化される。その後、安定化キャパシタ上の電荷が所定の電荷しきい値に達すると、前記キャパシタ充電回路は非活性化される。
2008544492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザをバイアスするためのシステムであって、
レーザにおいてバイアス電流を確立するフィードバック回路と、
前記フィードバック回路に結合される安定化キャパシタとを含み、前記安定化キャパシタは、フィードバック入力への前記フィードバック回路の応答を遅らせ、前記システムはさらに、
前記フィードバック回路に含まれるキャパシタ充電回路を含み、前記キャパシタ充電回路は、前記安定化キャパシタを充電するよう、前記フィードバック回路の起動時に活性化され、前記キャパシタ充電回路は、安定化キャパシタ上の電荷が所定の電荷しきい値に達すると非活性化される、システム。
【請求項２】
前記キャパシタ充電回路は、前記キャパシタ充電回路が活性化されると、前記フィードバック回路のループ内へ結合されるオペアンプをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記キャパシタ充電回路は、前記フィードバックループのゲインを増加させるよう構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記所定の電荷しきい値は、前記安定化キャパシタに印加される最大の電圧入力の９０％を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記キャパシタ充電回路の出力は、前記キャパシタ充電回路が活性化されると、前記安定化キャパシタに印加され、前記キャパシタ充電回路の前記出力は、前記キャパシタ充電回路が非活性化されると、前記安定化キャパシタから切離される、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記キャパシタ充電回路は、第１の入力および第２の入力を有するオペアンプをさらに含み、前記第１の入力および前記第２の入力は、前記キャパシタ充電回路が非活性化されると互いに結合され、前記第１の入力および前記第２の入力は、前記キャパシタ充電回路が活性化されると切離される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
レーザをバイアスするための方法であって、
レーザにおいて、バイアス電流をフィードバック回路を用いて確立するステップと、
前記フィードバック回路に安定化キャパシタを結合することにより、フィードバック入力への前記フィードバック回路の応答を遅らせるステップと、
前記フィードバック回路において、前記フィードバック回路の起動の間、キャパシタ充電回路用いて前記安定化キャパシタを充電するステップとを含む、方法。
【請求項８】
前記安定化キャパシタが、前記フィードバック回路の前記起動の間に、前記キャパシタ充電回路を用いて充電される際に、オペアンプを前記フィードバック回路のループ内へ結合するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記フィードバック回路の前記起動の間、前記安定化キャパシタを充電する前記ステップは、前記フィードバックループのゲインを増加させるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記フィードバック回路の前記起動の間、前記安定化キャパシタを充電する前記ステップは、前記フィードバック回路の前記起動時に、前記安定化キャパシタを所定の充電しきい値まで充電するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記安定化キャパシタは、前記安定化キャパシタに印加される最大電圧入力の９０％まで充電される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記キャパシタ充電回路が活性化されると、前記安定化キャパシタに前記キャパシタ充電回路の出力を印加するステップと、
前記キャパシタ充電回路が非活性化されると、前記キャパシタ充電回路の前記出力を前記安定化キャパシタから切離すステップとを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記キャパシタ充電回路は、第１の入力および第２の入力を有する比較器をさらに含み、前記方法はさらに、
動作の第２の状態において、前記第１の入力および前記第２の入力を互いに結合するステップと、
動作の第１の状態において、前記第１の入力および前記第２の入力を切離すステップとを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
レーザをバイアスするためのシステムであって、
レーザにおいてバイアス電流を確立するフィードバック回路と、
前記フィードバック回路に結合される安定化キャパシタとを含み、前記安定化キャパシタは、フィードバック入力への前記フィードバック回路の応答を遅らせ、前記システムはさらに、
前記フィードバック回路の起動時に、ある期間、前記フィードバック回路にゲインを加えることにより前記安定化キャパシタを充電するための手段を含み、前記安定化キャパシタは、前記加えられたゲインなしで前記フィードバック回路によって平均第１の比率で充電され、前記安定化キャパシタは、前記加えられたゲインを用いて平均第２の比率で充電され、前記平均第２の比率は、前記平均第１の比率よりも大きい、システム。
【請求項１５】
前記安定化キャパシタを充電するための前記手段は、前記フィードバック回路の前記起動時に、前記期間の間、前記フィードバック回路のループ内へと結合されるオペアンプをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記安定化キャパシタを充電するための前記手段は、前記フィードバック回路の前記起動時に、所定の電荷しきい値まで前記安定化キャパシタを充電する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記安定化キャパシタを充電するための前記手段は、前記安定化キャパシタに印加される最大電圧入力の９０％まで、前記安定化キャパシタを充電する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記安定化キャパシタを充電するための前記手段は、前記キャパシタ充電回路が活性化されると、前記安定化キャパシタに印加される出力を生成する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１９】
前記キャパシタ充電回路は、第１の入力および第２の入力を有するオペアンプをさらに含み、前記第１の入力および前記第２の入力は、前記キャパシタ充電回路が非活性化されると互いに結合され、前記第１の入力および前記第２の入力は、キャパシタ充電回路が活性化されると切離される、請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
データ通信アプリケーションのためのレーザドライバ回路において、レーザの適切な動作のために必要なバイアス電流は、レーザを介して確立され得る。バイアス電流は、フォトダイオードによって検知される平均電流に基づいて確立され得る。具体的には、レーザによって生成される光の少なくとも一部を受光するフォトダイオードからのフィードバックに基づいて、レーザにおいてバイアス電流を調節するループ制御を用い得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
回路の高速起動と相対的に低いループ帯域幅との間で取られたバランスにより、ループ制御を提供するために用いられる回路の適切な動作を達成するのが難しいことがある。
【０００３】
この発明は、添付の図面を参照すると理解し得る。これら図面における構成要素は、必ずしも尺度決めされるものではない。同様に、これら図面において、それぞれの図を通して、同様の参照番号は対応する部分を指定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
詳細な説明
図１に目を向けると、示されるのは、レーザシステム１０３とデータ通信をしているレーザドライバ回路１００のブロック図である。レーザドライバ回路１００は、レーザシステム１０３のレーザに印加され電力を与える変調電流ＭＯＤおよびバイアス電流ＢＩＡＳの両方を生成する。レーザシステム１０３のレーザによって生成される放射線の一部は、レーザシステム１０３と関連付けられるフォトダイオードに向けられる。これに応答して、フォトダイオードはフィードバック信号ＦＢを生成する。このフィードバック信号ＦＢは、レーザドライバ回路１００に印加され、かつレーザシステム１０３におけるレーザの最適な動作のために、バイアス電流を一定の平均電流に調整、または、そうでなければ維持するよう用いられる。
【０００５】
次に図２を参照すると、示されるのは、この発明の実施例に従ったレーザドライバ回路１００の一部の一例の概略図である。レーザドライバ回路１００は、レーザシステム１０３のレーザ１１３を介して電流を確立するよう用いられるフィードバック回路１０６およびレーザ変調回路１０９を含む。具体的には、フィードバック回路１０６はレーザ１１３を介してバイアス電流ＩBiasを生成し、レーザ変調回路はレーザ１１３を介して変調電流ＩModを確立する。変調電流ＩModを生成する際に、レーザ変調回路は、レーザ１１３に、たとえばデータ信号のような信号を送信させる。さまざまな実施例において、レーザ１１３は、光ファイバなどのような、さまざまな物理媒体にわたるデータ送信のために用いられてもよい。
【０００６】
バイアス電流ＩBiasは、動作状態に留まり、かつ効果的にデータを送信し得るように、レーザ１１３を動作条件内に維持するよう生成される一定の平均電流である。この点において、いかなる所与の時間でも動作するよう、レーザ１１３は常に低い「オン」状態にある。レーザ１１３に印加される電流が、動作状態に留まるのに必要なレベルを下回る場合、動作状態に戻すよう、電流をレーザ１１３に印加しなければならなくなる。これにより、レーザ１１３の動作において、望まれない遅延を生じさせることとなる。なぜならば、バイアス電流ＩBiasの損失により完全にオフになった場合、レーザ１１３は、オンになるのに一般的にかなりの時間を要する。データ情報がメガヘルツ領域以上の周波数で送信さ
れる場合、このような遅延はとても犠牲が大きく、データの重大な損失をもたらす可能性がある。その結果、フィードバック回路は、レーザ１１３を動作状態に維持するようレーザ１１３に印加されるバイアス電流ＩBiasを生成する。
【０００７】
バイアス電流ＩBiasを生成するよう、フィードバック回路１０６は、フォトダイオード１１９から入力を受取り、かつ第１のオペアンプ１２３の反転入力に結合される第１のミラー回路１１６を含む。第１のミラー回路１１６は、理解され得るように、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの対を用いる。第１のミラー回路のトランジスタの１つは、第１の抵抗器Ｒ1を介して電圧源ＶCCに結合され、オペアンプ１２３の反転入力に接続される。電圧源ＶCCは、第２の抵抗器Ｒ2を介してオペアンプ１２３の非反転入力に結合される。一実施例において、第１の抵抗器Ｒ1の抵抗は、第２の抵抗器Ｒ2の抵抗と等しい。デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２５は第２の抵抗器Ｒ2に結合され、後で議論されるように、基準電流を生成するよう用いられる。
【０００８】
第１のオペアンプ１２３の出力は、キャパシタ充電回路１２６に印加される。キャパシタ充電回路１２６は、スイッチング素子１２９および１３３を含む。スイッチング素子１２９および１３３の各々は、たとえば、理解され得るように、スイッチング機能を達成するトランジスタまたは他の素子もしくは回路を含んでもよい。スイッチング素子１２９は、第１のオペアンプ１２３の出力に結合される。スイッチ１２９は、さらに、第２のミラー回路１３６および安定化キャパシタＣSの両方に結合される。キャパシタ充電回路１２６は、さらに第２のオペアンプ１３９を含む。第２のオペアンプ１３９の非反転入力は、第１のオペアンプ１２３の出力に結合される。第２のオペアンプ１３９の反転入力は、安定化キャパシタＣSおよび第２のミラー回路１３６と同じノードに結合される。
【０００９】
第２のオペアンプ１３９の出力は、スイッチング素子１３３に結合される。スイッチング素子１３３は、さらに、図示されるように、安定化キャパシタＣSおよび第２のミラー回路１３６と同じノードに結合される。キャパシタ充電回路１２６は充電制御回路１４３を含む。充電制御回路１４３は、第２のオペアンプ１３９の両方の入力および第２のオペアンプ１３９の出力、ならびにスイッチング素子１３３に結合される。充電制御回路１４３は、スイッチング素子１２９および１３３の両方に結合される制御出力を含み、スイッチング素子１２９に印加される制御出力が反転される。充電制御回路１４３は、後で議論されるように、この制御出力を介して、スイッチング素子１２９および１３３を閉じた状態または開いた状態にするかどうかを制御する。充電制御回路１４３は、後で記載されるように、レーザドライバ回路１００が早くオンになるのを促進することに関する自身の役割を実行し得るように、レーザドライバ回路１００に電力が供給されるたびに、リセットされる。
【００１０】
スイッチング素子１２９が閉じると、第１のオペアンプ１２３の出力は第２のミラー回路１３６に印加される。第２のミラー回路１３６は、レーザ１１３に結合される出力ノードを含む。第２のミラー回路１３６の出力ノードがレーザ１１３に結合されるときは、第２のミラー回路１３６は、後で記載されるように、レーザ１１３を介してバイアス電流ＩBiasを確立する。
【００１１】
次に、レーザドライバ回路１００の動作をこの発明のさまざまな実施例に従って記載する。レーザドライバ回路１００の動作についての理解を提供し、キャパシタ充電回路１２６の動作を理解する文脈を提供するよう、まず、最初の起動の後に起こるレーザドライバ回路１００の動作を議論する。初めに、レーザ変調回路およびフィードバック回路１０６は、レーザ１１３において、変調電流ＩModおよびバイアス電流ＩBiasを確立する。それに応答して、レーザ１１３は、その一部がフォトダイオード１１９の上に照射されるレーザ光を生成する。それに応答して、フォトダイオード１１９は、第１ミラー回路１１６に
印加されるフィードバック電流を生成する。その結果、ミラー電流が抵抗器Ｒ1を介して生成され、電流Ｖ1が第１のオペアンプ１２３の反転入力で生成される。
【００１２】
ＤＡＣ１２５は、自身に印加されたデジタル基準値を、抵抗器Ｒ2を流れるアナログの電流へと変換する。ＤＡＣ１２５によって生成される電流は、基準電流である。この基準電流により、第１のオペアンプ１２３の非反転入力で電圧Ｖ2が生成される。このように、第１のオペアンプ１２３は、電圧Ｖ1および電圧Ｖ2を、そのそれぞれの入力とみなすこととなる。
【００１３】
この電圧Ｖ1および電圧Ｖ2の間のいかなる差にも応答して、第１のオペアンプ１２３は適切な出力を生成する。具体的には、理解されるように、電圧Ｖ1および電圧Ｖ2の間の差によって、第１のオペアンプ１２３は、その出力をより高くまたはより低くスイングする。これにより、Ｖ1＝Ｖ2となるようにこの差をなくす。電圧Ｖ1が電圧Ｖ2と等しいとき、フォトダイオード１１９からの電流は、ＤＡＣ１２５によって生成される基準電流に等しい。
【００１４】
スイッチング素子１２９は通常動作時には閉じているので、第１のオペアンプ１２３の出力は、第２のミラー回路１３６の入力へと印加される。これに応答して、第２のミラー回路１３６は、バイアス電流ＩBiasを生成する。その結果、バイアス電流ＩBiasは、フォトダイオード１１９からのフィードバックに基づいて生成される。
【００１５】
安定化キャパシタＣSは、フィードバックループの安定性を決定する。具体的には、安定化キャパシタは、フォトダイオード１１９からのフィードバック入力へのフィードバックループの応答を遅くする。さらに説明すると、バイアス電流は、フォトダイオード１１９からの平均フィードバック電流に基づいている。レーザ変調回路１０９によって生成される変調電流ＩModが高速データ信号を体現しているとすると、理解され得るように、レーザ１１３の出力は、論理的な「１’ｓ」および「０’ｓ」を示す連続する比較的高周波数の高電圧および低電圧となる。一般的仮定として、データ信号において体現されるデータは、典型的であるように、比較的ランダム化された連続する１’ｓおよび０’ｓを与えるべきである。しかしながら、そのデータは、ある時間周期の間、１’ｓまたは０’ｓの一方に偏った数を与えるかもしれない場合が時々あるかもしれない。バイアス電流ＩBiasがフォトダイオード１１９からの平均電流に基づいているということを考えれば、もしフィードバック回路１０６がフォトダイオード１１９からの平均電流における変化にすばやく反応し過ぎるならば、バイアス電流ＩBiasは、これらの期間の間、あまりに高くまたは低く駆動されるかもしれない。
【００１６】
バイアス電流ＩBiasがあまりに高くまたは低く駆動されないよう、安定化キャパシタＣSは、フィードバック回路１０６の応答を遅くする。この結果、時折おこる一方に偏ったデータの期間において、フィードバック回路１０６がバイアス電流ＩBiasを不所望な態様で変化させることはなくなる。
【００１７】
例示的な一実施例において、フィードバック回路１０６におけるフィードバックループのループ帯域幅は、可能ならば、最大３００キロヘルツ以下である。その結果、安定化キャパシタＣSは比較的大きくなる。たとえば、一実施例において、安定化キャパシタＣSは、約４７ｎＦの静電容量を有してもよいが、より大きいまたはより小さい静電容量のキャパシタを用いてもよい。安定化キャパシタＣSのこの比較的大きな静電容量は、フィードバック回路１０６の応答を遅くする観点からは有益であるが、フィードバック回路１０６の起動に関していえば、この同じ大きい静電容量によって、たとえば、レーザドライバ回路１００の最初の電力供給の間に問題が起こることとなる。具体的には、この大きな静電容量によって、電力がレーザドライバ回路１００に最初に印加されてレーザドライバ回路
１００が起動するのにかかる時間が長くなる。
【００１８】
さらに説明すると、最初の起動時、安定化キャパシタＣSには電荷が全く貯蔵されていない。この結果、このようなときには、第１のオペアンプは、その入力において、電圧Ｖ1および電圧Ｖ2の間にかなりの差を見る。これに応答して、第１のオペアンプの出力は、電圧Ｖ1および電圧Ｖ2が互いに等しくなるのを試みるよう、高にスイングする。もしスイッチング素子１２９が閉じたままならば、第１のオペアンプ１２３によって生成された電流によってキャパシタＣSは充電されたであろう。しかしながら、残念なことに、第１のオペアンプ１２３によって与えられたゲインでは、所望の期間内に安定化キャパシタＣSを充電するには不十分である。たとえば、ある適用例において、レーザドライバ回路１００は、電力が印加される時間の１ミリ秒内で、本格稼動する準備が整うことが望ましい。
【００１９】
このように、競合する利害が存在する。すなわち、一方では、フィードバック回路１０６のフィードバックループの帯域幅を低くなるよう、安定化キャパシタＣSの大きな静電容量を提供することが望ましい。他方では、静電容量が大きくなるにつれ、レーザドライバ回路１００の起動時間が不所望に長くなる。
【００２０】
さらに、レーザシステム１０３に関連付けられるレーザ対フォトダイオードの比Ｋによって、さらなる困難さが与えられるかもしれない。具体的には、レーザ対フォトダイオードの比Ｋは、レーザ１１３を流れる電流に対するフォトダイオードの電流の比である。このレーザ対フォトダイオードの比Ｋは、用途によって幅広くばらつき得る。たとえば、Ｋが０．１と等しい場合、フィードバック回路１００のオープンループゲインはより高くなり、これにより、フィードバック回路１０６の所望の低い帯域幅を達成することがより難しくなる。他方では、Ｋが０．００１と等しい場合、オープンループゲインは、はるかに低くなり、これにより、短い起動期間を達成することがさらに難しくなる。
【００２１】
フィードバック回路１０６の低帯域幅および所望の最小のものを下回る起動期間を達成するよう、キャパシタ充電回路１２６が有利に用いられる。キャパシタ充電回路１２６は、許容できる期間内に安定化キャパシタＣSを充電するよう、フィードバック回路の起動時に活性化される。このキャパシタ充電回路１２６は、安定化キャパシタＣS上の電荷が所定の電荷しきい値に達すると非活性化される。一例においては、この所定の電荷しきい値は、安定化キャパシタＣS上に得られる最終の電荷の９０％であるが、任意の特定のしきい値が特定されてもよい。第２のオペアンプ１３９によって、キャパシタ充電回路１２６は、フィードバック回路１０６のフィードバックループのゲインを増加させるよう構成される。充電制御回路１４３は、レーザドライバ回路１００の最初の起動時において、スイッチング素子１２９を開かせ、スイッチング素子１３３を閉じさせるよう構成される。この結果、キャパシタ充電回路１２６が活性化されると、第２のオペアンプ１３９はフィードバック回路１０６のフィードバックループ内へと結合される。この状態において、キャパシタ充電回路１２６の出力が、安定化キャパシタＣSに印加される。キャパシタ充電回路１２６が非活性化されると、キャパシタ充電回路１２６の出力は安定化キャパシタＣSから切離される。
【００２２】
キャパシタ充電回路１２６が活性化されると、第１のオペアンプ１２３の出力は第２のオペアンプ１３９の非反転入力に印加される。さらに、安定化キャパシタＣSの１つのノードが、第２のオペアンプ１３９の反転入力へと結合される。この点において、キャパシタ充電回路１２６が非活性化されると、第２のオペアンプ１３９の入力は互いに結合され、キャパシタ充電回路１２６が活性化されると、第２のオペアンプ１３９の入力は切離される。
【００２３】
安定化キャパシタＣS上の電荷は、起動時には、０または０に近くなりやすく（レーザ
ドライバ回路１００がオフのときに安定化キャパシタＣSを放電するよう、スイッチが用いられてもよい）、かつ電圧Ｖ1および電圧Ｖ2の間の差により第１のオペアンプ１２３の出力における電圧が低にスイングすることを考えれば、かなりの電圧の差が第２のオペアンプ１３９の入力において体験される。これに応答して、第２のオペアンプ１３９の出力は、その入力において見られる電圧の差をなくすことを試みて、相殺するよう変化する。一実施例において、その入力において見られる電圧の差が十分に高いとすると、第２のオペアンプ１３９の出力は低電圧へとスイングしてもよく、定電流をシンクすることになる。起動期間の間、スイッチング素子１３３は閉じているので、第２のオペアンプ１３９の出力は安定化キャパシタＣSを充電する。このように、キャパシタ充電回路１２６が活性化されると、キャパシタ充電回路１２６の出力は安定化キャパシタＣSへと印加され、キャパシタ充電回路１２６が非活性化されると、キャパシタ充電回路１２６の出力は安定化キャパシタＣSから切離される。
【００２４】
一実施例において、第２のオペアンプ１３９は、その出力で、所定の最大の電流まで供給する電流制御された電流源を含む。したがって、所定の電圧しきい値まで安定化キャパシタＣSを充電するのにかかる時間は、第２のオペアンプ１３９の最大電流出力に依存するかもしれない。この点において、第２のオペアンプ１３９は電流出力を最大化するよう、安定化キャパシタＣSを充電する所望の時間に応じて選択されてもよい。
【００２５】
起動期間の間、充電制御回路１４３は、その２つの入力において見られる電圧を比較する。充電制御回路１４３は、安定化キャパシタＣSの電圧が所定のしきい値と等しい際に検知を行なうよう構成される。一実施例において、このしきい値は安定化キャパシタＣS上で見られる最大の電荷の９０％であるが、他のしきい値が特定されてもよい。安定化キャパシタＣS上の電圧が、ひとたびこのしきい値に達すると、充電制御回路１４３はスイッチング素子１２９を閉じさせ、スイッチング素子１３３を開けさせる。この状態は、レーザドライバ回路がリセットされるまで維持される。その後、フィードバック回路１０６は通常動作を始める。
【００２６】
キャパシタ充電回路１２６により、フィードバック回路１０６は、重大な利点を提供する。具体的には、安定化キャパシタＣSは、フィードバック回路１０６におけるフィードバックループの帯域幅が比較的低くなるように、大きな静電容量で特定されてもよい。同時に、安定化キャパシタＣSを充電するのにかかる時間も比較的短くなる。
【００２７】
この発明はある実施例に対して示され記載されるが、この明細書を読み理解する際には、他の当業者は均等物および修正物を思い浮かべるであろうことは明らかである。この発明は、このようなすべての均等物および修正物を含み、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施例に従った、レーザに結合されるレーザドライバのブロック図である。
【図２】この発明の実施例に従った、図１のレーザドライバの一部の概略図である。
【図１】
2008544492.tif 000003
【図２】
2008544492.tif 000004
【国際調査報告】
2008544492.tif 000005