(57)【要約】【課題】この発明は、トランジスタを用いてドライバ出力信号の電圧レベルを制御するレーザ駆動ドライバ用バイアス回路の、より好適な態様を提供することを目的とする。【解決手段】トランジスタ対１４のコレクタを、レーザ駆動ドライバ４の出力端子とレーザ２とを結ぶドライバ出力伝送路６に接続する。トランジスタ対１４のエミッタを電源に接続する。レーザ駆動ドライバ４の出力信号の電圧レベルを、抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点の電位を参照して検出する。検出した電圧レベルに応じて、トランジスタ対１４のベースの電位を調整する。ドライバ出力伝送路６と、トランジスタ対１４のエミッタとの間に、インダクタ対２０、２２を挿入する。【選択図】図１
2009032736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コレクタ端子またはドレイン端子がレーザ駆動ドライバの出力端子に接続され、エミッタ端子またはソース端子が電源に接続されるトランジスタと、
前記レーザ駆動ドライバの出力信号の電圧レベルを検出する検出回路と、
前記検出回路が検出した前記電圧レベルに応じて前記トランジスタのベース端子またはゲート端子の電位を調整する調整回路と、
前記レーザ駆動ドライバの前記出力端子と、前記トランジスタの前記コレクタ端子または前記ドレイン端子との間に挿入されるインダクタ素子と、
を備えることを特徴とするレーザ駆動ドライバ用バイアス回路。
【請求項２】
前記レーザ駆動ドライバの電源端子に接続され該電源端子から該レーザ駆動ドライバに供給される電源電位を変換して出力するＤＣＤＣコンバータを備え、
前記エミッタ端子または前記ソース端子が接続する前記電源が、前記ＤＣＤＣコンバータとされていることを特徴とする請求項１記載のレーザ駆動ドライバ用バイアス回路。
【請求項３】
前記レーザ駆動ドライバの前記電源端子と前記調整回路とが接続されていて、
前記調整回路は、前記検出回路が検出した前記電圧レベルと前記電源端子の電位との比較に基づいて前記ベース端子または前記ゲート端子の電位を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ駆動ドライバ用バイアス回路。
【請求項４】
前記レーザ駆動ドライバにより駆動されるレーザの発光光を受光し、該発光光の強度に応じて出力を変化させるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの前記出力に応じて前記トランジスタの前記ベース端子または前記ゲート端子の電位を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ駆動ドライバ用バイアス回路。
【請求項５】
コレクタ端子またはドレイン端子がレーザ駆動ドライバの出力端子に接続されるトランジスタと、
前記レーザ駆動ドライバの出力信号の電圧レベルを検出する検出回路と、
前記検出回路が検出した前記電圧レベルに応じて、前記トランジスタのベース端子またはゲート端子の電位を調整する調整回路と、
前記レーザ駆動ドライバの電源端子と前記トランジスタのエミッタ端子またはソース端子との間に介在してそれらを接続し、該電源端子から該レーザ駆動ドライバに供給される電源電位を変換して該エミッタ端子または該ソース端子に供給するＤＣＤＣコンバータと、
を備えることを特徴とするレーザ駆動ドライバ用バイアス回路。
【請求項６】
前記レーザ駆動ドライバの前記電源端子と前記調整回路とが接続されていて、
前記調整回路は、前記検出回路が検出した前記電圧レベルと前記電源端子の電位との比較に基づいて前記ベース端子または前記ゲート端子の電位を調整することを特徴とする請求項５記載のレーザ駆動ドライバ用バイアス回路。
【請求項７】
レーザ駆動ドライバの出力端子に接続される電流源と、
前記レーザ駆動ドライバにより駆動されるレーザの発光光を受光し、該発光光の強度に応じて出力を変化させるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの前記出力に応じて前記電流源の供給電流量を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とするレーザ駆動ドライバ用バイアス回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザを駆動するレーザ駆動ドライバに用いるバイアス回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、トランジスタを介して回路出力部と電源とを接続し、トランジスタを制御することにより当該回路出力部に印加するバイアスを調整するバイアス回路が知られている。上記従来のバイアス回路では、出力信号の直流電圧レベルを検出し、この検出結果をトランジスタのベース電圧（またはゲート電圧）にフィードバックしている。このような手法によれば、出力信号の直流電圧レベルを所望の値に保つように、適切なバイアスを加えることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１８７２１号公報
【特許文献２】特開２０００−３５４０５５号公報
【特許文献３】特開２００１−１１１１６７号公報
【特許文献４】特開２００３−１６３４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザダイオードをレーザ駆動ドライバで駆動する際、レーザ駆動ドライバの出力パタンのマーク率（単位時間当たりにＨｉｇｈレベルを出力する比率）の変化に起因して、レーザ駆動ドライバの出力の全体の直流電圧レベルが変動するという現象が生じうる。このような電圧レベルの変動は、波形の劣化を招くおそれがあり好ましくない。
【０００５】
この点、上記従来のバイアス回路（具体的には、特開２００３-３１８７２１号公報の段落００３０、００３１、００３２の記載および図５、６に開示のバイアス回路）を用いることにより、このような直流電圧レベル変動を検出して適切なバイアスを加え、レーザ駆動ドライバの出力の電圧レベルを所望の値に維持することができる。
【０００６】
しかしながら、例えば、上記従来のバイアス回路ではオープンコレクタのトランジスタ回路を用いている。この場合、オープンコレクタのトランジスタの寄生容量などに起因する高周波領域でのインピーダンスミスマッチが発生するおそれがある。この点を始めとし、従来のバイアス回路には未だ解決すべき事項が残されていることを本願発明者は見出した。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ドライバ出力信号の電圧レベルを制御するレーザ駆動ドライバ用バイアス回路の、より好適な態様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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、レーザ駆動ドライバ用バイアス回路であって、
コレクタ端子またはドレイン端子がレーザ駆動ドライバの出力端子に接続され、エミッタ端子またはソース端子が電源に接続されるトランジスタと、
前記レーザ駆動ドライバの出力信号の電圧レベルを検出する検出回路と、
前記検出回路が検出した前記電圧レベルに応じて前記トランジスタのベース端子またはゲート端子の電位を調整する調整回路と、
前記レーザ駆動ドライバの前記出力端子と、前記トランジスタの前記コレクタ端子または前記ドレイン端子との間に挿入されるインダクタ素子と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、レーザ駆動ドライバ用バイアス回路であって、
コレクタ端子またはドレイン端子がレーザ駆動ドライバの出力端子に接続されるトランジスタと、
前記レーザ駆動ドライバの出力信号の電圧レベルを検出する検出回路と、
前記検出回路が検出した前記電圧レベルに応じて、前記トランジスタのベース端子またはゲート端子の電位を調整する調整回路と、
前記レーザ駆動ドライバの電源端子と前記トランジスタのエミッタ端子またはソース端子との間に介在してそれらを接続し、該電源端子から該レーザ駆動ドライバに供給される電源電位を変換して該エミッタ端子または該ソース端子に供給するＤＣＤＣコンバータと、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、上記の目的を達成するため、レーザ駆動ドライバ用バイアス回路であって、
レーザ駆動ドライバの出力端子に接続される電流源と、
前記レーザ駆動ドライバにより駆動されるレーザの発光光を受光し、該発光光の強度に応じて出力を変化させるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの前記出力に応じて前記電流源の供給電流量を制御する制御回路と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、トランジスタのコレクタ端子またはドレイン端子とレーザ駆動ドライバの電源端子との間にインダクタ素子を挿入してバイアス回路を構成しているので、高周波領域でのインピーダンスミスマッチを緩和しつつ、レーザ駆動ドライバの出力信号の電圧レベルを所望の値に維持することができる。
【００１２】
第２の発明によれば、ＤＣＤＣコンバータによりレーザ駆動ドライバの電源電圧を変換してトランジスタに供給することができる。これにより、レーザ駆動ドライバのバイアス回路を構成する際に、トランジスタのエミッタ端子またはソース端子に接続するための電源系を新たに準備しなくともよいという利点がある。
【００１３】
第３の発明によれば、レーザが出力する光の情報をレーザ駆動ドライバの出力レベルの制御に直接的に反映することができる。このため、レーザの特性ばらつきも含めたフィードバック制御が可能なバイアス回路を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１のレーザ駆動ドライバ用バイアス回路を説明するための図である。図１は、本実施形態のレーザ駆動ドライバ用バイアス回路１０と、レーザ２およびレーザ駆動ドライバ４とを示す回路図である。レーザ２とレーザ駆動ドライバ４とを接続するドライバ出力伝送路６には、コンデンサＣ１、Ｃ２が挿入されている。
【００１５】
本実施形態にかかるレーザ駆動ドライバ用バイアス回路１０（以下、単に回路１０とも呼称する）は、オープンコレクタのトランジスタを電流源として、ドライバ出力のバイアス点を与える回路である。その時、バイアス点を固定電圧に設定するために、オペアンプを用いた負帰還回路を構成する。なお、本実施形態は、オープンドレインのトランジスタを電流源としても良い。
【００１６】
具体的には、回路１０は、オペアンプ１２と、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２からなるトランジスタ対１４と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、インダクタＬ１〜Ｌ４とが図１の回路図のように接続されて構成されている。つまり、トランジスタ対１４のコレクタをレーザ駆動ドライバ４の出力端子とレーザ２とを結ぶドライバ出力伝送路６に接続し、トランジスタ対１４のエミッタを電源に接続している。
【００１７】
そして、本実施形態では、インダクタＬ１〜Ｌ４を、トランジスタ対１４のコレクタと、ドライバ出力伝送路６との間に挿入している（つまり、オープンコレクタの電流源に直列に挿入している）。以下の説明では、図１に示すとおり、挿入する各位置に対応して、Ｌ１、Ｌ２をインダクタ対２０と、Ｌ３、Ｌ４をインダクタ対２２と呼称する。
【００１８】
回路１０では、図１に示すように、インダクタＬ１とＬ３との中点と、インダクタＬ２とＬ４との中点とを、直列接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２が連結している。そして、この抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点電位がオペアンプ１２へと入力されている。当該中点電位が、レーザ駆動ドライバ４の出力のＤＣレベルと考えられる。また、オペアンプ１２には、固定電位（Ｖｘ）が入力される。このような構成において、中点電位と固定電位Ｖｘとのオペアンプ１２による比較の結果に基づいて、トランジスタ対１４のベース電圧が調整される。
【００１９】
なお、回路１０において、インダクタＬ１〜Ｌ４を除く構成は、特開２００３−３１８７２１号公報に開示されている公知の回路構成と同様のものである。このため、その詳細な接続関係、回路動作については、説明を省略する。また、本実施形態では、抵抗Ｒ１、Ｒ２の中点電位を検出して、当該検出した電位をレーザ駆動ドライバ４の出力の電圧レベルとして用いている。しかしながら、レーザ駆動ドライバ４の出力の電圧レベルは、これに限定されるものではない。例えば、特開２００３−３１８７２１号公報に開示されているような、種々の公知の手法を利用して、レーザ駆動ドライバ４の出力の電圧レベルを検出することができる。
【００２０】
［実施の形態１の作用・効果］
以下、実施の形態１の作用・効果について詳細に説明する。以下の説明では、先ず、図２乃至６などを用いて従来の技術に関する説明を行った後、これに対する本実施形態の優位性を述べる。
【００２１】
図２は、従来のレーザダイオードを駆動する電気回路の一例である。図２に示すように、従来の回路では、レーザ駆動ドライバ１０４とレーザダイオード１０２との間の電圧レベルを分離するために、Ｃ１０１、Ｃ１０２を挿入して容量結合による接続を行うことが多い。
【００２２】
その場合、駆動ドライバの出力レベルを保持するために、インダクタＬ１０１、Ｌ１０２を用いて固定電位(＝電源)に接続する。高周波の信号成分に対しては、インダクタンスは高インピーダンスを保つために、出力振幅はほとんどインダクタンス接続の影響を受けない。ただし、レーザ駆動ドライバの出力の信号パターンが、連続でＨｉｇｈもしくはＬｏｗとなるような場合や、長い期間に渡ってＨｉｇｈとＬｏｗの出現確率が同じでないような場合は、ドライバ出力のレベル自体が変動してしまう。このような場合、波形の劣化を引き起こすおそれがあり、好ましくない。
【００２３】
図３は、図２に示したような、インダクタを固定電位に接続したバイアス回路をもつレーザ駆動ドライバにおいて、出力レベルが変動する例を示す図である。図３は、図２のような回路におけるレーザ駆動ドライバの出力を、オシロスコープで観測したものである。単位時間あたりに出力パターン中にＨｉｇｈレベルが出力される比率(「マーク率」とも呼称される)が変動した場合、出力の全体のレベルが電圧の上下方向に変動することが分かる。これは、データのマーク率が変動する周期に対して、インダクタのインピーダンスが十分大きくないために生じる現象である。
【００２４】
図４は、特定のパターンを図２のような従来のバイアス回路で出力したシミュレーション波形を示す図である（ＣＩＤパターン（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ不均等）でのアイパターン評価）。但し、図２の回路のＬ１０１、１０２に相当するインダクタには、１００ｎＨのものを用いている。出力のデータパターンを‘０００１０１００’とし、故意にＨｉｇｈの確率を少なくしている。その結果、１５サイクルで数百ｍＶのレベルシフトが見られた。
【００２５】
図５は、図４のシミュレーション波形をアイパタンであらわしたものである（ＣＩＤパターン（Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗ不均等）でのアイパターン評価）。図５に示すように、確かに上下方向のノイズが大きい波形となっている。
【００２６】
このレベルシフトを抑制するためには、より大きいサイズのインダクタを用いる必要がある。例えば、図６は、インダクタ値を１μＨとして図５と同様のシミュレーションを行った結果である。図６のシミュレーション結果から、今回の１５サイクルの場合、インダクタを１０倍の１μＨとすればレベルシフトが問題ないレベルになることが分かる。
【００２７】
実際には、もっと長周期にわたってＨｉｇｈとＬｏｗの変動が生じると考えられる。それに対応するためには、より大きいサイズのインダクタを用いる必要がある。
【００２８】
このような場合、例えばチップインダクタを用いる手法があるが、一般的に、チップインダクタは大きいインダクタ値になるほど実装面積が大きくなる。また許容できる電流量は小さくなり、寄生抵抗が大きくなる。レーザドライバを駆動するような大振幅の用途では、実装面積を犠牲にしてチップインダクタを選択することになる。
【００２９】
しかしながら、コンパクトな光送受信器で用いられている小さいサイズの配線基板では、大きいサイズのインダクタを実装することが難しくなってきている。
【００３０】
これを解決するために、オープンコレクタもしくはオープンドレインのトランジスタ対を電流源として、レーザ駆動ドライバ出力端に電流を与えるバイアス回路を構成することができる。そして、このトランジスタ対を用いてレーザ駆動ドライバの出力のレベルを固定するために、レーザ駆動ドライバの出力の中点の電圧をモニターし、負帰還回路を用いてトランジスタ対のベースもしくはゲート電位を固定する構成とすることができる。
【００３１】
上記の手法によれば、確かに大きいサイズのインダクタが不要になるという利点がある。しかしながら、単に上記のような構成とした場合、オープンコレクタのトランジスタの寄生容量による高周波でのインピーダンスミスマッチが発生するおそれがある。
【００３２】
そこで、実施の形態１では、レーザ駆動ドライバ４の出力と、トランジスタ対１４との間に、インダクタ対２０、２２を挿入している。インダクタ対２０により、トランジスタの寄生容量に起因する高周波領域でのインピーダンスミスマッチを緩和することができる。
【００３３】
また、インダクタ対２２により、抵抗Ｒ１、Ｒ２の挿入によるインピーダンスミスマッチを抑制することもできる。インダクタ対２０、２２は両方挿入しても良いし、どちらか一方を挿入することとしても良い。所望の周波数で高インピーダンスが保てるようなインダクタを用いることができる。
【００３４】
また、ＤＣ近傍のごく低い周波数における高インピーダンス特性は、オープンコレクタのトランジスタでまかなえる。このため、インダクタ対２０もしくはインダクタ対２２は、比較的小さいサイズのもので十分である。これにより、実装面積を増やすことなく低周波から高周波まで高いインピーダンスを保つことが出来る。換言すれば、インダクタ対２０、２２は、オープンコレクタ（または、オープンドレイン）のトランジスタ対１４により高インピーダンスが得られるＤＣ近傍の特定の低周波数領域よりも高い、特定の高周波領域において、高インピーダンスが得られるような周波数特性を備えることが好ましい。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、トランジスタ対１４のコレクタ端子とレーザ駆動ドライバ４の電源端子との間にインダクタ対２０、２４を挿入してバイアス回路を構成しているので、高周波領域でのインピーダンスミスマッチを緩和しつつ、レーザ駆動ドライバ４の出力の電圧レベルを所望の値に維持することができる。なお、本実施形態において、オープンコレクタのトランジスタ対１４に代えて、オープンドレインのトランジスタ対を用いても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２のレーザ駆動バイアス用回路を示す図である。図７に示すように、本実施形態では、ＤＣＤＣコンバータを併用してレーザ駆動ドライバ用バイアス回路（以下、単に「バイアス回路」とも呼称する）を構成している。なお、図１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３７】
バイアス回路のトランジスタ対１４のエミッタ（もしくはソース）電位は、レーザ駆動ドライバ４の出力をプルアップする必要があるため、レーザ駆動ドライバ４の電源電圧より高く設定する必要がある。
【００３８】
そこで、レーザ駆動ドライバ４の電源を入力とし、ＤＣＤＣコンバータ３０を用いて昇圧した電圧を出力として、トランジスタ対１４のエミッタ電位とする。また、オペアンプ１２で比較する固定電位（Ｖｘ）をレーザ駆動ドライバ４と共通の電源から供給することにより、レーザ駆動ドライバ４の出力のＤＣレベルを電源電圧に設定することができる。
【００３９】
ＤＣＤＣコンバータ３０を用いることで、レーザ駆動ドライバ４の電源とは別電圧の電源を用意する必要が無く、レーザ駆動ドライバ４の電源ひとつでバイアスの電源を作ることが出来る（電源の共通化が可能）。
【００４０】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３のレーザ駆動ドライバ用バイアス回路を示す回路図である。なお、図１と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４１】
本実施形態にかかるレーザ駆動ドライバ用バイアス回路は、光出力によるフィードバックを利用する回路である。レーザの出力を最適化するようにレーザ駆動ドライバ４のＤＣレベルを設定すべく、レーザの光出力を分岐機構４０により分岐し、この光をフォトダイオード４２へと供給する。フォトダイオード４２は、電流モニター用の電流回路５０に接続されている。つまり、分岐されたレーザ光が、フォトダイオード４２の電流制御に用いられることになる。
【００４２】
レーザ光の分岐には、フォトカプラを用いる方法や、レーザ２の背面光を直接フォトダイオード４２に照射する方法などが考えられる。フォトダイオード４２に流れる電流は、カレントミラー回路４４による電流の複製を用いて、レーザ駆動ドライバ４の出力に接続された電流回路５２、５４の電流値に反映される。なお、電流回路５２、５４の出力インピーダンスを高く設計することで、ドライバ出力の伝送路のインピーダンスミスマッチを抑えることもできる。
【００４３】
以上説明した実施の形態３によれば、レーザ出力から直接ドライバ出力レベルを制御することで、レーザの特性ばらつきも含めたフィードバック制御を実現できる。
【００４４】
なお、上記説明した実施の形態１〜３は、それぞれの思想を個別に使用するのみならず、組み合わせて用いることもできる。その結果、より効果的なレーザ駆動ドライバ用バイアス回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１の、レーザ駆動ドライバ用バイアス回路の回路図である。
【図２】実施の形態１の効果の説明に用いる図であって、従来の駆動ドライバとレーザダイオード間の接続図である。
【図３】実施の形態１の効果の説明に用いる図であって、従来のバイアス回路を用いた時のドライバの出力レベルの変動の例を示す図である。
【図４】実施の形態１の効果の説明に用いる図であって、特定のパターンを従来のバイアス回路で出力した時のシミュレーション波形である。
【図５】実施の形態１の効果の説明に用いる図であって、図４のシミュレーション波形をアイパターンであらわしたものである。
【図６】実施の形態１の効果の説明に用いる図であって、インダクタ値を変えて図５と同様のシミュレーションを行った結果である。
【図７】本発明の実施の形態２の、レーザ駆動ドライバ用バイアス回路の回路図である。
【図８】本発明の実施の形態３の、レーザ駆動ドライバ用バイアス回路の回路図である。
【符号の説明】
【００４６】
２  レーザ
４  レーザ駆動ドライバ
６  ドライバ出力伝送路
１０  レーザ駆動ドライバ用バイアス回路
１２  オペアンプ
１４  トランジスタ対
２０、２２  インダクタ
３０  ＤＣＤＣコンバータ
４０  分岐機構
４２  フォトダイオード
４４  カレントミラー回路
５０、５２、５４  電流回路
【図１】
2009032736.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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