DE69003128T2

DE69003128T2 - Ansteuerschaltung für Halbleiterlaser.

Info

Publication number: DE69003128T2
Application number: DE90104011T
Authority: DE
Inventors: Fujito Fukudome
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2010-03-02
Also published as: EP0385470A2; US5038189A; EP0385470A3; JPH02228084A; CA2011168C; CA2011168A1; EP0385470B1; DE69003128D1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser und insbesondere auf einen Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser, der einen Ausgangskreis umfaßt, welcher aus einer Vielzahl von parallel geschalteten Transistoren und einer Stromquelle zusammengesetzt ist.

2. Stand der Technik

Halbleiterlaser, die in Lichtausgabeschaltkreisen zur optischen Kommunikation bei Tageslicht verwendet werden, benötigen Ansteuerschaltkreise, die sich Veränderungen von Werten der verwendeten Bauteile und Temperaturveränderungen anpassen.
Fig. 1 stellt ein Beispiel eines Treiberschaltkreises für Halbleiterlaser nach dem Stand der Technik dar. Dieser Schaltkreis umfaßt einen Parallelkreis 2 mit n (n > 1) Transistoren Tr 11 bis Tr 1n, die parallel miteinander gekoppelt sind, und einen Parallelschaltkreis 20 mit n Transistoren Tr 21 bis Tr 2n, die parallel gekopppelt sind. Die Kreise 2 und 20 stellen zusammen ein Differentialpaar dar, das einen Differentialverstärker bildet. Einem gemeinsamen Basiseingang V1 des Parallelkreises 2 und einem gemeinsamen Basiseingang V2 des Parallelkreises 20 werden Pulssignale von entgegengesetzten Vorzeichen zugeführt. Wenn der gemeinsame Basiseingang V1 eingeschaltet ist, werden alle Transistoren Tr 11 bis Tr 1n eingeschaltet, so daß ein Halbleiterlaser 1 durch eine Stromquelle 3 dazu gebracht wird, einen gewünschten Lichtausgabeimpuls auszusenden. Der in Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigte Teil des Differentialpaares wird üblicherweise in Form eines integrierten Schaltkreises eingesetzt (siehe die japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 57-10279 und 63-119218)
Im Schaltkreis von Fig. 1 ist die Anzahl der Transistoren, die einen Parallelkreis 2 bilden, so vorbestimmt, daß ein (nomineller) Kollektorstrom, wie der Kollektorstrom Ic 1, gezeigt in Fig. 2, durch jeden Transistor fließen kann, welcher die Charakteristik jedes Transistors optimiert, wenn ein zulässiger Maximalstrom, der durch den Halbleiterlaser 1 fließt, durch die Transistoren Tr 11 bis Tr 1n gleichmäßig geteilt wird.
Die Stromquelle 3 ist so gestaltet, daß ihr Strom Io (= Ip) verändert werden kann, um einen Ansteuerimpulsstrom Ip, der eine gewünschte Lichtausgabe Po erzeugt, zu so erzeugen, daß er, wie in Fig. 3 gezeigt, durch den Halbleiterlaser 1 fließt, wenn der durch den Halbleiterlaser 1 fließende Strom durch Veränderungen der verwendeten Elemente und der Temperatur verändert wird.
In einem derartigen Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser jedoch kann es vorkommen, daß der Ansteuerimpulsstrom Ip niedrig ist und erhöht werden muß. Dies hängt von Veränderungen im Halbleiterlaser 1 und Temperaturschwankungen ab. Wenn der Strom Io der Stromquelle 3 entsprechend verändert wird, wird der durch jeden Transistor fließende Kollektorstrom z.B. Ic 1 (wobei der Stromverstärkungsfaktor den Maximalwert hFE 1 hat) oder Ic 2 (wobei der Stromverstärkungsfaktor hFE 2 niedriger als hFE 1 ist) Diese verschiedenen Kollektorströme Ic 1 und Ic 2 führen zu verschiedenen Betriebsfrequenzcharakteristika, wie in Fig. 4 gezeigt.
Folglich verschlechtern sich die Hochgeschwindigkeitsansprechcharakteristika jedes Transistors und insbesondere die Anstiegs- und Abfallcharakteristika der Wellenform von Ic 2, gezeigt durch die gestrichelte Linie in Fig. 5, verglichen mit denjenigen von Ic 1, gezeigt durch die durchgezogene Linie in Fig. 5. Die Wellenform der Lichtausgabe des Halbleiterlasers 1 verschlechtert sich in ähnlicher Weise.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser zu schaffen, der die Verschlechterung der Hochgeschwindigkeitsansprechcharakteristika jedes Transistors im Ansteuerschaltkreis vermeidet, selbst wenn ein durch einen Halbleiterlaser fließender Ansteuerimpulsstrom verändert wird.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung entsprechend Anspruch 1 liegt in einem Ansteuerschaltkreis für Halbleiterlaser, umfassend eine Stromquelle zum Zuführen von Strom an einen Halbleiterlaser, einer Transistorgruppe, in der eine Vielzahl von Transistoren parallel angeordnet ist, und eine vorbestimmte Anzahl von Transistoren, die aus der Transistorgruppe ausgewählt sind und parallel zwischen der Stromquelle und dem Halbleiterlaser geschaltet sind; und in dem die Anzahl der Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, so gewählt ist, daß durch jeden der Transistoren ein gleicher Kollektorstrom fließt, wodurch die Betriebscharakteristika der Transistoren optimiert werden, wenn ein zulässiger Maximalstrom des Halbleiterlasers durch alle Transistoren der Transistorgruppe gleichmäßig aufgeteilt wird, und umfassend Mittel zum Einstellen der Anzahl ausgewählter Transistoren, so daß ein Strom durch den Halbleiterlaser fließen kann und diesen zur Erzeugung einer gewünschten Lichtausgabe bringt, und der optimale Kollektorstrom durch alle gewählten Transistoren fließt.
Die vorliegende Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 18 festgelegt. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen festgelegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm eines Treiberschaltkreises für Halbleiterlaser nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die den Kollektorstrom für optimale Transistorcharakteristika zeigt;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die einem Ansteuerimpulsstrom zum Erzeugen einer gewünschten Lichtausgabe zeigt;
in Fig. 4 ist der Kollektorstrom gegen die Betriebsfrequenzcharakteristik eines Transistors aufgetragen;
Fig. 5 ist ein Wellenformendiagramm, das die Hochgeschwindigkeitsansprechcharakteristika der Transistoren und des Halbleiterlasers im Ansteuerschaltkreis zeigt;
Fig. 6 ist ein schematisches Schaltkreisdiagramm, daß das Prinzip eines Treiberschaltkreises für Halbleiterlaser nach der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 7 stellt eine Ausführungsform des Treiberschaltkreises für Halbleiterlaser nach der vorliegenden Erfindung dar,
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des Treiberschaltkreises für Halbleiterlaser nach der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Treiberschaltkreises für Halbleiterlaser nach der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der vorgezogenen Ausführungsformen

Wie in Fig. 6 gezeigt, die das Prinzip der Erfindung darstellt, umfaßt der Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser eine Stromquelle 3 zum Zuführen eines Stroms zu einem Halbleiterlaser 1 und eine Transistorgruppe 12, in der eine Vielzahl von Transistoren parallel gekoppelt sind. Eine vorbestimmte Anzahl von Transistoren 14, die parallel geschaltet und aus der Transistorgruppe 12 ausgewählt sind, ist mit dem Halbleiterlaser 1 und der Stromquelle 3 verbunden.
Die Anzahl der Transistoren, die die Transistorgruppe 12 bildet, ist so gewählt, daß, wenn ein zulässiger Maximalstrom, der durch den Halbleiterlaser 1 fließt, gleichmäßig durch alle Transistoren der Transistorgruppe 12 geteilt wird, durch jeden der Transistoren ein Kollektorstrom fließt, der die Charakteristika des Transistors optimiert (d.h., daß der Stromverstärkungsfaktor hFE einen Maximalwert einnimmt).
Außerdem ist die Anzahl der aus der Transistorgruppe 12 auszuwählenden Transistoren so festgesetzt, daß ein Strom Ip zur Erzeugung einer erforderten Lichtausgabe Po durch den Halbleiterlaser 1 fließt, und der optimale Kollektorstrom durch jeden der Transistoren 14 fließt.
Es ist auch möglich, aus der Stromquelle 3 den optimalen Kollektorstrom sowohl jedem der Transistoren 15 als auch den ausgewählten Transistoren 14 in der Transistorgruppe 12 zuzuführen.
Durch Festlegen der Anzahl von Transistoren, die die Transistorgruppe 12 bildet, und der Anzahl von Transistoren 14, die mit dem Halbleiterlaser, wie oben beschrieben, verbunden sind, ergeben sich aus der vorliegenden Erfindung zwei wesentliche Vorteile.
Erstens fließt der Ansteuerpulsstrom Ip durch den Halbleiterlaser 1, was den Laser 1 dazu bringt, die erforderte Lichtausgabe Po zu erzeugen (siehe Fig. 3), und der gleiche optimale Kollektorstrom fließt immer durch jeden Transistor 14 aus einer vorbestimmten Anzahl von Transistoren, die mit dem Halbleiterlaser 1 verbunden sind.
Daher hat der Kollektorstrom jedes Transistors einen optimalen, festgelegten Wert wie Ic 1, wie in. Fig. 2 gezeigt, selbst wenn der Ansteuerpulsstrom Ip sich von Exemplar zu Exemplar eines gegebenen, verwendeten Halbleiterlasertyps ändert. Dies verhindert, daß sich die Hochgeschwindigkeitsansprechcharakteristika (Anstiegs- und Abfallcharakteristika) von jedem der Transistoren verschlechtern.
Wenn zweitens die Transistoren 15 sowie die ausgewählten Transistoren 14 in der Transistorgruppe 12 mit der Stromquelle 3 so verbunden sind, daß sie von ihr mit dem optimalen Kollektorstrom versorgt werden, kann Streukapazität aus den Transistoren 15 entfernt werden, und ein Ansteuerschaltkreis, der die Transistorgruppe 12 umfaßt, kann als ein Bauteil eines Differentialpaars verwendet werden. Dies ermöglicht es, den Halbleiterlaser mit schnelleren Ansprechcharakteristika anzusteuern.
In jeder Ausführungsform von Fig. 7 und 8 umfaßt ein Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser ein Differentialpaar, zusammengesetzt aus einem Paralleltransistorschaltkreis 20, wie im oben beschriebenen und in Fig. 1 gezeigten Ansteuerschaltkreis, und eine Transistorgruppe 12 mit der gleichen Anzahl von Transistoren wie der Paralleltransistorschaltkreis 20. In diesen Ausführungsformen ist der Strom Io der Stromquelle 3 so gewählt, daß er dem Maximalwert des Ansteuerpulsstroms Ip angepaßt ist, welcher Veränderungen aufgrund des Herstellungsverfahrens des Halbleiterlasers 1 ausgesetzt ist.
Die Anzahl n von Transistoren, die das Differentialpaar in der Transistorgruppe 12 bilden, ist so gewählt, das n = Io/Ico, wobei Ico der optimale Kollektorstrom für einen Transistor und Io der durch die Stromquelle 3 zugeführte Strom ist. Daher ist der Kollektorstrom Ico, der dem Halbleiterlaser 1 durch einen der Transistoren zugeführt wird, gegeben durch Io/n.
In der Ausführungsform von Fig. 7 ist der optimale Ansteuerpulsstrom Ip (siehe Fig. 3) für den Halbleiterlaser 1 2Io/n. Daher sind zwei Transistoren Tr 11 und Tr 12 miteinander parallel zwischen den Halbleiterlaser 1 und die Stromquelle 3 geschaltet. Die anderen Transistoren Tr 13 bis Tr 1n sind mit ihren Emittern mit der Stromquelle 3 und ihren Kollektoren mit der Erde verbunden.
In der Ausführungsform von Fig. 8 andererseits benötigt der Halbleiterlaser 1 einen Ansteuerimpulsstrom von n x Io/n. Daher sind in diesem Falle alle Transistoren Tr 11 bis Tr 1n parallel zwischen den Halbleiterlaser 1 und die Stromquelle 3 geschaltet. Wenn im allgemeinen der Halbleiterlaser 1 m x Io/n (m < n) als optimalen Ansteuerstrom Ip benötigt, sind m Transistoren beliebig aus der Transistorgruppe 12 ausgewählt und zwischen den Halbleiterlaser 1 und die Stromquelle geschaltet.
Die Ausführungsformen von Fig. 7 und 8 unterscheiden sich voneinander im optimalen Ansteuerpulsstrom Ip für den Halbleiterlaser 1. Jedoch hat in beiden Ausführungsformen der durch jeden der Transistoren in der Transistorgruppe 12 fließende Strom einen konstanten Wert Io/n, unabhängig von der Größe des Ansteuerpulsstroms für den Halbleiterlaser.
Selbst wenn die Charakteristika des Halbleiterlasers 1 von Exemplar von Exemplar variieren, beträgt aus diesem Grund der Schaltstrom, der durch die Transistorgruppe 12 fließt, immer Io, der identisch zu demjenigen des Paralleltransistorkreises 20 ist, wodurch mit der Transistorgruppe ein Differentialpaar gebildet wird. Daher können Verschlechterungen der Hochgeschwindigkeitsansprechcharakteristika des Ansteuerschaltkreises minimiert werden.
In der obigen Ausführungsform ist der Ansteuerschaltkreis aus einem Differentialpaar gebildet. Eine Differeritialpaaranordnung kann jedoch unnötig sein, solange bipolare Transistoren verwendet werden. Zusätzlich sind die Transistoren 15 sowie die mit dem Halbleiterlaser 1 verbundenen Transistoren 14 mit der Erde verbunden. Dadurch kann der gleiche Strom durch jeden der Transistoren in der Transistorgruppe 12 und im Paralleltransistorkreis 20 fließen, welche das Differentialpaar bilden, Streukapazitäten können entfernt werden und dadurch ein Hochgeschwindigkeitsansprechverhalten erreicht werden. Selbst wenn die Transistoren 15 nicht mit Strom versorgt sind, kann eine Verschlechterung der Wellenform verhindert werden.
Wenn außerdem die Transistoren, die die Transistorengruppe 12 bilden, jeweils mit ihren Emittern und ihren Basen zusammengeschaltet sind, bleiben ihre Kollektorströme unverändert. Daher ist es nicht nötig, alle Transistoren 15 direkt mit der Erde zu verbinden, wie in Fig. 7 gezeigt. Zum Beispiel können geeignete Widerstände zwischen die Transistoren 15 und die Erde gelegt werden. Wahlweise kann ein anderer Halbleiterlaser 11 zwischen die Transistoren 15 und Erde geschaltet werden, wie in Fig. 9 gezeigt. Wenn die Halbleiterlaser 1 und 11 unterschiedliche Charakteristika haben, verändert sich die Anzahl der mit ihnen zu verbindenden Transistoren entsprechend dieser Charakteristika.
Die Transistoren 14 können mit einem Halbleiterlaser 1 durch festes Verbinden mit einem Leitungsmaterial zusammengeschaltet werden. Wahlweise kann die Auswahl von Transistoren mittels eines Schalters zwischen der Transistorgruppe 12 und dem Halbleiterlaser 1 erreicht werden.
In den obigen Ausführungsformen sind npn-Bipolartransistoren verwendet. Natürlich können stattdessen pnp-Bipolartransistoren verwendet werden. In diesem Fall ist jeder pnp-Transistor mit seiner Emitterelektrode (einer seiner Hauptelektroden) mit dem Halbleiterlaser 1 und mit seinem Kollektor (der anderen seiner Hauptelektroden) mit der Stromquelle 3 verbunden. Wenn der Ansteuerschaltkreis so angelegt ist, daß Ströme in die entgegengesetzte Richtung fließen, sind die Transistoren entsprechend angeordnet.
Wie oben beschrieben, kann nach der vorliegenden Erfindung durch Verbinden einer vorbestimmten Anzahl von Transistoren, die aus einer Gruppe parallel geschalteter Transistoren ausgewählt sind, zwischen einem Halbleiterlaser und einer Stromquelle ein Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser so angeordnet werden, daß ein Strom durch den Halbleiterlaser fließt, um eine gewünschte Lichtausgabe zu liefern, und ein optimaler Kollektorstrom durch alle dieser vorbestimmten Transistoren fließt. Entsprechend nimmt der Kollektorstrom aller dieser Transistoren immer einen konstanten Maximalwert ein, unabhängig von der Größe des für den Kalbleiterlaser nötigen Stroms. Daher wird ein optimales Hochgeschwindigkeitsansprechverhalten immer erreicht.
Wenn in diesem Fall andere als die mit dem Halbleiterlaser verbundenen Transistoren gleichmäßig mit einem gleichen optimalen Kollektorstrom versorgt werden, kann der Ansteuerschaltkreis in Form eines Differentialpaares verwendet werden, wodurch Streukapazitäten entfernt werden. Dementsprechend kann ein Halbleiterlaserschaltkreis mit schnelleren Ansprechcharakteristika aufgebaut werden.

Claims

1. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser, umfassend:

- eine Stromquelle (3) zum Zuführen von Strom zu einem Halbleiterlaser(1);

- eine Transistorgruppe (12), in der eine Vielzahl von Transistoren parallel angeordnet ist, und eine vorbestimmte Anzahl von Transistoren (14), die aus der Transistorgruppe ausgewählt sind und parallel zwischen der Stromquelle und den Halbleiterlaser geschaltet sind;

- wobei die Anzahl der Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, so gewählt ist, daß durch jeden der Transistoren ein gleicher Kollektorstrom fließt, wodurch die Betriebscharakteristika der Transistoren optimiert werden, wenn ein zulässiger Maximalstrom des Halbleiterlasers durch alle Transistoren der Transistorgruppe gleichmäßig aufgeteilt wird; und

- Mittel zum Einstellen der Anzahl ausgewählter Transistoren, so daß ein Strom durch den Halbleiterlaser fließen kann und diesen zur Erzeugung einer gewünschten Lichtausgabe bringt, und der optimale Kollektorstrom durch alle gewählten Transistoren fließt.

2. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transistor (15), der nicht zu den ausgewählten Transistoren in der Transistorgruppe gehört, mit der Stromquelle so verbunden ist, daß er von ihr mit dem optimalen Kollektorstrom versorgt wird.

3. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, dieselbe Struktur und dieselben Charakteristika haben.

4. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optimale Kollektorstrom ein Kollektorstrom ist, bei dem der Stromverstärkungsfaktor eines Transistors einem Maximalwert einnimmt.

5. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, Bipolartransistoren sind, die mit ihren entsprechenden Hauptelektroden gemeinsam mit der Stromquelle verbunden sind.

6. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, mit ihren Basiselektroden zusammengeschaltet sind und simultan durch ein an diese Basiselektroden angelegtes Signal getrieben werden.

7. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, außerdem umfassend einen Paralleltransistorschaltkreis (20) mit der gleichen Anzahl parallel geschalteter Transistoren wie die Transistorgruppe, wobei der Paralleltransistorschaltkreis mit der Transistorgruppe so verbunden ist, daß ein Differentialpaar gebildet wird.

8. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Transistoren mit dem Halbleiterlaser durch Bonden mit einem leitenden Material verbunden sind.

9. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Transistoren mit dem Halbleiterlaser durch einen Umschalter verbunden sind, der zwischen den ausgewählten Transistoren und dem Halbleiterlaser angeordnet ist.

10. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, dieselbe Struktur und dieselben Charakteristika haben.

11. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der optimale Kollektorstrom ein Kollektorstrom ist, bei dem der Stromverstärkungsfaktor eines Transistors einen Maximalwert einnimmt.

12. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, Bipolartransistoren sind, die mit ihren entsprechenden Hauptelektroden gemeinsam mit der Stromquelle verbunden sind.

13. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Hauptelektroden der Transistoren, die nicht in der Transistorgruppe ausgewählt sind, entweder über Elemente oder direkt mit der Masse verbunden sind.

14. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren, die die Transistorgruppe bilden, mit ihren Basiselektroden zusammengeschaltet sind und simultan durch ein an die Basiselektroden angelegtes Signal getrieben werden.

15. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 14, außerdem umfassend einen Transistorparallelschaltkreis (29) mit der gleichen Anzahl von parallel miteinander verbundenen Transistoren wie die Transistorgruppe, wobei der Transistorparallelkreis mit der Transistorgruppe so verbunden ist, daß ein Differentialpaar gebildet wird.

16. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Transistoren mit dem Halbleiterlaser durch Bonden mit einem leitenden Material verbunden sind.

17. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ausgewählte Transistoren mit dem Halbleiterlaser durch einen Umschalter verbunden sind, der zwischen den ausgewählten Transistoren und dem Halbleiterlaser angeordnet ist.

18. Treiberschaltkreis für Halbleiterlaser, umfassend:

eine Stromquelle (3) zum Zuführen von Strom zu einem Halbleiterlaser (1)

eine Transistorgruppe (12) mit einer Vielzahl von parallel angeordneten Transistoren und

Mittel zum Auswählen einer gewünschten Anzahl von Transistoren (14) aus den Transistoren der Transistorgruppe, entsprechend einem Strom, der für eine nötige Lichtausgabe des Halbleiterlasers nötig ist, wobei die ausgewählten Transistoren parallel zwischen den Halbleiterlaser und die Stromquelle geschaltet sind.