JP3260263B2 - レーザー・ダイオード駆動装置 - Google Patents
レーザー・ダイオード駆動装置Info
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Description
ード駆動装置、特にレーザー・ダイオード(以下、必要
により適宜LDと略記する)を用いて、光信号に変調す
る光変調部の電気回路部に特徴を有するレーザー・ダイ
オード駆動装置に関する。
ダイオードは、主に閾値電流Ith、微分効率η、発光遅
延td 、バイアス発光Pth等のパラメータを持ち、それ
ぞれに温度特性及びチップ毎のバラツキを有する。
動を説明する図である。図において、I〜IIIは、それ
ぞれ温度0°C、25°C、60°Cでのレーザー・ダ
イオードの駆動電流Iと、光出力Pとの関係を示すLD
電流制御特性である。
C、60°Cに対応して閾値電流Ithが、Ith0 、Ith
25、Ith60に変化し、微分効率η(特性の傾きとして現
れる)がη0 、η25、η60に変化する。
ために、温度0°C、25°C、60°Cに対応して、
閾値Ithまで直流バイアスを与えるためのバイアス電流
IBをIB0、IB25 、IB60 となるように、更に信号駆
動電流IP がIP0、IP25 、IP60 となるように制御さ
れる。
異なり、図29は、各温度によるLD個別のバイアス電
流IB 対信号駆動電流IP の特性の相違を示す図であ
る。即ち、図30において、I、II、IIIは、個別のL
Dについて、温度0°C、25°C、60°Cにおい
て、所定の光出力を得るために必要なバイアス電流IB
と信号駆動電流IP の対応する点をプロットし、これを
結んで得られる特性である。図より明らかな如く、I、
II、IIIに対応するそれぞれのLDの特性がばらついて
いることが理解される。
力パワーの変動や、波形劣化を引き起こすことになる。
この為に、負帰還回路を用い、光出力パワー変動を抑
え、またレーザー・ダイオードのチップ毎に調整を行う
という対策を取っていた。
を図30に示す。図において、レーザー・ダイオードL
Dにバイアス電流源SIB から直流電流であるバイアス
電流IB が供給され、且つ信号駆動電流源SIP がスイ
ッチSWを通して接続されている。
じてオンオフされる。したがって、信号データDATA
に対応する信号駆動電流IP がバイアス電流IB ともに
LDに供給されることになる。これにより、LD駆動電
流の閾値Ithを越える大きさに比例する光信号がLDか
ら出力される。
ード等の受光素子PDで受光され、電流に変換される。
受光素子PDで変換された受光信号は、比較増幅器AM
Pで基準電位Vref と比較される。比較増幅器AMPか
らの出力は帰還されて、駆動制御回路CONTに入力さ
れる。
器AMPからの帰還出力に基づき、一定の光出力が得ら
れるようにバイアス電流源SIB 及び信号駆動電流源S
IPの制御を通してバイアス電流IB 及び信号駆動電流
IP の大きさを制御する。
イアス電流IB 及び信号駆動電流IP に分けて、一定の
光出力に対する光出力パワー変動を抑え、またレーザー
・ダイオードのチップ毎のばらつきに対応するように、
抵抗R2 、R3 が調整される。また抵抗R1 の調整によ
り、変換効率ηが調整される。
とIB の関係が、IP =αIB +βの関係となることか
ら、上記抵抗R2 、R3 の調整によりこのαとβを各チ
ップ毎に得るように設定される。
し、更に考慮すべきパラメータを検討する。図におい
て、AはI−P特性、Bは駆動信号パルス、Cは発光パ
ルスである。
ると、発光パルスCは、立ち上がりにtd 分の遅延を有
し、その分駆動信号パルスBよりパルス幅が小さくな
る。この遅延td は、数1により表され、発光遅延と呼
ばれる。主としてLD内のキャリア移動に起因する時間
と考えられる。
のI−P特性の傾斜は零ではなく、バイアス電流IB に
比例する微小発光(バイアス発光Pb という)が生じ
る。このバイアス発光Pb と駆動信号パルスBによる完
全発光P0 との比(P0 /Pb)を消光比という。
従来例のレーザー・ダイオード駆動装置の一構成を図3
2に示す。図32において、信号データDATAとクロ
ックCLKがインタフェース回路1に入力する。インタ
フェース回路1は、例えば並列の信号データDATAを
クロックCLKに同期して直列信号に変換する。
フロップ回路2により波形整形されて、デューティ制御
回路3に導かれる。デューティ制御回路3では、調整手
段RV0により回路のばらつき及びLD発光遅延のばらつ
きから生じる光出力デューティの調整を行うべく、電気
信号である駆動信号に対し、パルス幅調整を行う。
4に入力される。駆動回路4は、入力する信号に対応し
て開閉が制御されるスイッチを含む回路であり、レーザ
・ダイオードLDに対し、入力信号データに基づき信号
駆動電流IP の供給を制御する。
の一部がモニター電流IPmとして出力される。一方、制
御回路5は信号駆動電流IP 及びバイアス電流IB 用の
電流源を含み、調整手段RV2、RV3 によりレーザー・
ダイオードLDのIP =αIB +βの関係における、係
数α、βをLDのチップ毎に調整する。
部をモニター電流IBmとして出力する。
一般に使用され、レーザー・ダイオードLDの発光出力
の一部を受光し、これを電気信号に変換する。この変換
された受光電気信号のレベルは、調整手段RV1により調
整されることにより、LDとPD間の光学系のばらつき
が調整される。
流調整回路であり、レーザ・ダイオードLDに対する信
号駆動電流IP のモニター電流IPm、及びバイアス電流
IBのモニター電流IBmが入力される。更に、これらの
合成値をモニタ電流Ifmとし、且つモニタ電流の温度に
よるバラツキを補償するように、調整手段Rv4で温度特
性を補償するように調整する。
償するように調整する基準となる初期状態として記憶さ
れる絶対電圧を調整する。調整されたモニタ電流はLD
モニタ電圧VMLとして出力される。
より電圧に変換されたVPDの電圧をレベル変換し、モニ
タ電圧VMPとして出力する。これらモニター電圧は、初
期時に測定され、記憶される。これにより、初期時に測
定された値と比較されることにより、LD、PDの経年
変化による特性劣化の程度が判定される。
上記したように多くの調整工程を有していた。したがっ
て、本発明は、従来装置において必要であった多くの調
整工程を削減したレーザー・ダイオード駆動装置を提供
することを目的とする。
・ダイオード駆動装置におけるAPC(オート・パワー
コントロール)系の問題点、LD監視モニター系の問題
点及び光出力波形の問題点を解決するレーザー・ダイオ
ード駆動装置を提供することを目的とする。
うレーザー・ダイオード駆動装置は、第一にデューティ
変動の問題を解消するために、基本的構成としてレーザ
ー・ダイオードと、レーザー・ダイオードの発光出力の
一部を受光し、受光に対応する受光信号電流を出力する
受光素子と、入力信号に対応してレーザー・ダイオード
を発光駆動する駆動電流を供給する駆動回路を有するレ
ーザー・ダイオード駆動装置であって、受光素子からの
受光信号電流に対応するピーク値と平均値を検出する手
段と、ピーク値と平均値に基づき、それぞれ独立して帰
還制御する帰還ループを有する。
ドと、レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光
し、受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子
と、入力信号に対応してレーザー・ダイオードを発光駆
動する駆動電流を供給する駆動回路と、駆動電流の波形
のデュティを可変するデュティ可変制御回路と、受光素
子からの受光信号電流に対応するピーク値を検出し、検
出されたピーク値と基準値とを比較し、その差に基づき
該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光出力安定化
ループと、受光素子からの受光信号電流に対応する平均
値を検出し、検出された平均値と基準値とを比較し、そ
の差に基づきデューティ可変制御回路における駆動電流
の波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化
ループを有して構成される。
レーザ・ダイオードの所定出力パワーに対応する前記受
光素子の基準受光信号電流を発生する回路と、受光素子
の受光信号電流及び該基準受光信号電流を入力し、受光
素子の受光信号電流を正規化したモニター用電圧に変換
する演算器を有し、演算器は、基準受光信号電流を電圧
に変換し、且つ変換利得が可変な第一の電流電圧変換回
路と、受光素子の受光信号電流を電圧に変換し、且つ変
換利得が可変な第二の電流電圧変換回路と、基準電圧発
生回路と、基準電圧発生回路からの基準電圧と、第一の
電流電圧変換回路の出力との差分を出力する比較増幅器
を有し、比較増幅器の出力で第二の電流電圧変換回路の
変換利得を制御する。
ーザ・ダイオードに接続され、前記駆動回路から該レー
ザ・ダイオードへの電流がオフの時、レーザ・ダイオー
ドの電圧を固定するように構成される。より具体的形態
として、前記レーザ・ダイオードと前記駆動回路との接
続点に一端が接続される電荷吸収回路を有し、電荷吸収
回路は、駆動回路からレーザ・ダイオードへの電流がオ
フの時、レーザ・ダイオードの蓄積電荷を吸収するよう
に構成される。
形態を説明する。尚、図において同一又は、類似のもの
には同一の参照記号及び数字を付して説明する。
って、本発明の理解の為にレーザー・ダイオード駆動装
置のAPC(オート・パワーコントロール)系の問題
点、LD監視モニター系の問題点及び光出力波形の問題
点について考察する。
回路5の調整手段RV2、RV3を削除し、更にデューティ
制御回路3を削除して、APC系のみを抜き出した一構
成例を示す図である。
対する信号駆動電流IP は、IP 制御回路50により閉
ループ制御が可能である。一方、バイアス電流IB は、
IB制御回路51により開ループ制御となる。このため
に、図34のI−P特性に示す様に、バイアス電流IB
を低固定電流とするか、若しくは0とすることになる。
変動の問題が生じる。この時の低温時の発光遅延tdLと
高温時の発光遅延tdHの値は、数2の如くなる。
2の式1より、 tdL≒τs ・ln1=0 よって、温度による最大デューティ変動幅は、数3のと
おりである。
程、又IB が小さくなる程、更に使用温度範囲が広くな
る程、Δtd が大きくなる。したがって、信号周波数が
高い場合、このΔtd の値が問題となる。又、可変手段
RV1による調整では、検出精度の問題で可変幅が大きく
とれない。
はそれぞれLD電流If (=信号駆動電流IP +バイア
ス電流IB )、受光電流IPDをモニターするモニター回
路である。図35(A)はモニター回路6において、L
D電流If の正常時P点に対し劣化の傾向を正規化して
示す観察グラフである。
て、受光電流IPDの正常時P点に対し劣化の傾向を正規
化して示す観察グラフである。
流If 及び受光電流IPDはそれぞれ独立した正常時P点
に対し劣化の傾向を示す。したがって、調整の簡易化と
して、一つのモニター出力にのみ基づき、モニター調整
を行うと、異なる出力において変化を与えてしまうとい
う問題点があった。
は出力パワーが変わっても常に同じ電圧を出力すること
が必要である。
いて使用可能とする場合を考える。例えば、局内におい
て使用する場合と、長距離間に置かれる端局での使用の
場合とでは出力パワーを異ならせることが必要である。
かかる場合、上記のようにモニター出力電圧は、正常動
作時には出力パワーが変わっても常に同じ電圧を出力す
ることが必要である。
される装置に対し、モニター出力により各部の調整を行
う場合、端局用に共通の装置を使用することが出来ず、
別途調整が必要となるという問題がある。
て考察する。図36は、駆動回路4を簡易化して示す図
である。入力信号SIGによりスイッチSWが閉接され
ると、これに対応して信号駆動電流IP が流れる。
信号SIGであり、これに対応する信号駆動電流IP が
示される。又、図においてVLDは、レーザ・ダイオード
LDの電圧である。レーザ・ダイオードLDには、ダイ
オード寄生素子容量CLDが存在しているので、入力信号
SIGに零が連続すると、レーザ・ダイオードLDの電
圧VLDに電圧降下VdWが生じる。
連続が長くなる程、図38に示すように大きくなる、零
連数の関数である。
して考えると、電圧降下VdWに比例して数4に示すよう
に、パターンジッタ幅tj が大きくなる。
が連続するパターン)とPO'(1、0が交番するパター
ン)とを比較すると、光出力波形PO における電圧降下
VdWが大きく、したがってパターンジッタ幅tj による
タイミングずれが生じると言う問題がある。
るものであり、その第一の問題点、即ち、デューティ変
動を解決するために、モニター用受光素子PDの出力の
ピーク値と平均値を検出し、それぞれの値に基づき、2
つの独立したフィードバック制御信号を得て、デューテ
ィ及び駆動ピーク電流IP をそれぞれ制御することを特
徴とする。
の変動に対しては、演算器及び基準温度特性の切り替え
により、出力電圧の正規化を行うことを特徴とする。ま
た、第三の問題点であるパターンジッタについては、信
号零時(レーザ・ダイオードLDがオフ時)にレーザ・
ダイオード電圧VLDを固定することを特徴とする。
実施の形態を説明する。図1は、本発明にしたがう実施
の形態を示すブロック図である。図の動作を先に概略説
明する。受光素子PDの出力モニタ回路8を有し、ここ
で受光素子PDの受光電流の増幅を行い、且つそのピー
ク電流を検出する。信号駆動電流IP の制御回路50に
より前記ピーク電流を基準電流と比較し、その差分を増
幅してLD駆動回路40に出力する。
の出力に基づき、レーザ・ダイオードLDのピーク電流
を制御して光出力の安定化を行う。また、受光素子PD
の出力モニタ回路8では、受光素子PDの受光電流の波
形と、基準波形を比較する。この比較結果に基づきデュ
ーティ制御回路30を通してデューティ可変回路3を制
御する。これにより、LDの光出力波形のデューティを
安定化する。
いて、LD電流Ifに対する温度補償回路60で切り替
え制御する。同時に、切り替え信号VS を用い、基準電
流発生回路85の出力電流を切り替え、2種類の出力パ
ワーを切り替え制御する。
おける、ダイオード寄生素子容量CLDの電荷を迅速に放
出するために電荷吸収回路41を設ける。これにより図
2に図38と対比して示す波形図に示されるように、L
Dの光出力の立ち上がりにおけるパターンジッタを軽減
する。
系についての第1の実施の形態を示すブロック図であ
る。APC系を構成する各部において、同一の参照記号
及び参照数字の付された部位は、図1に示される部位と
同一のものを示す。
回路8は、電流電圧変換回路80、平均値検出回路8
1、ピーク値検出回路82及び基準電圧発生回路83を
有して構成される。
御回路50およびデューディ制御回路30は、それぞれ
比較増幅器により構成される。図3において、受光素子
PDの出力モニタ回路8は、受光素子PDにより受光さ
れたLDからの光出力に対応する受光電流を電流電圧変
換回路80に入力する。
電流に対応する電圧に変換して出力する。基準電圧発生
回路83は、基準電位RVに対し、二つの参照電位を出
力する回路である。この二つの参照電位は、出力パワー
切り替え信号VS によりそれぞれ切り替え出力され、比
較増幅器30及び50に入力される。
電流に対応する電圧は平均値検出回路81及びピーク値
検出回路82に入力される。ここで、受光電流に対応す
る電圧は光信号が図2、図38により示したようにパル
ス波形であるので、平均値検出回路81でその平均値が
検出され、比較増幅器30で基準値と比較される。
の出力と基準値を比較し、その差分信号をデューティ可
変回路3に入力する。電圧の平均値は、そのパルス幅に
比例するので、デューティ可変回路3は差分信号に対応
する量分のパルス幅可変制御を行う。差分増幅器30の
出力が0となるようにフィードバック制御されるので、
光出力波形のパルス幅が一定となるように制御される。
た受光電流に対応する電圧はピーク検出回路82に入力
する。ピーク検出回路82で検出されたピーク値は比較
増幅器50に入力される。比較増幅器50は、入力され
たピーク値と基準電圧発生回路83からの基準値と比較
し、その差分の信号を出力する。
40に入力され、LDの信号駆動電流の大きさが制御さ
れる。即ち、差分増幅器50の出力が0となるようにフ
ィードバック制御し、LDの信号駆動電流の大きさが制
御されるので、光出力波形の振幅値が一定とされる。
系についての第2の実施の形態を示すブロック図であ
る。図3の実施の形態と異なる点は、基準電圧発生回路
83に代え、これを基準電流発生回路85とし、更にそ
の出力を電圧に変換する電流電圧変換回路86を備えた
構成である。
Dの受光電流用の電流電圧変換回路80と同じに構成出
来る。したがって、IP 制御とデューティ制御をバラン
スして制御が可能である。
施の形態を示すブロック図である。この構成は、変換利
得可変制御回路9を設けている。変換利得可変制御回路
9は、電流電圧変換回路80、86のコンダクタンス、
即ち変換率を制御するものである。そして制御すべき変
換率は、一の電流電圧変換回路86の出力レベルに対応
して決定される。
9により、IP 及びデューティの制御のダイナミックレ
ンジを広げることが出来る。
PC系についての第4の実施の形態を示すブロック図で
ある。電流電圧変換回路80、86の出力に対してもバ
ランスを与えるべく、平均値検出回路81及びピーク検
出回路82のそれぞれに組となる平均値検出回路811
及びピーク検出回路821を用意し、電流電圧変換回路
80と同様に、電流電圧変換回路86と比較50との間
に接続している。
形態を示すブロック図である。図7の形態は、図6の形
態に対し、更に図5の変換利得可変制御回路9を備え、
電流電圧変換回路80、86のコンダクタンスを制御
し、制御のダイナミックレンジを広げるようにしたもの
である。他の動作機能は、既に説明して形態と同様であ
る。
形態を示すブロック図である。これまでの形態は、入力
信号データがマーク率1/2の場合を前提としている。
したがって、マーク率1/2以外では適用が困難であ
る。
チング回路10を備えている。これにより、入力信号デ
ータ即ち、デューティ可変回路3の入力のタイミングに
基づき基準電流発生回路85の出力を所定の周期の交流
に変換する回路である。これにより任意のマーク率に対
して本装置を適用出来る。
態と同様に制御のダイナミックレンジを広げるべく、電
流電圧変換回路80、86に対する変換利得を可変制御
する変換利得可変制御回路9を備えた構成である。他の
構成機能は、既に説明した形態と同様である。
回路のバラツキを補正するために相対オフセットを調整
する回路11を設けた構成である。回路をICとして工
業的に同一工程で製造する場合であっても個々のIC素
子のバラツキを避けることは困難である。したがって、
オフセット調整回路11は、かかる素子間のバラツキを
補正するためのものである。
電流電圧変換回路80、86において入力が0の時に、
双方の出力が異なる場合、かかる異なる値がオフセット
とし存在することが理解出来る。
るように双方の入力にオフセット調整値を与えるもので
ある。
9の実施の形態に対し、オフセット調整回路11を設け
た構成である。また、図12、図13は、それぞれ図1
0、図11において、電流電圧変換回路80、86の前
段に電流増幅回路801、861を設け、これら電流増
幅回路801、861の入力側にオフセット調整回路1
1を接続した構成である。これにより、更にオフセット
調整精度の向上が可能である。
部位ついて、具体的構成としての実施の形態を説明す
る。
形態である。一段目のCMOS1の入力端に入力信号デ
ータが入力される。出力側は、パルス電流駆動回路40
に接続される。一段目のCMOS1の出力は、Pチャネ
ルFET2を通して、二段目のCMOS2の入力に接続
される。
ャネルFET1〜3を通して、二段目のCMOS2の入
力に接続される。NチャネルFET1には、コントロー
ル電圧即ち、比較増幅器30の平均値出力が供給される
PチャネルFET1が接続されている。
して転送される入力信号の立ち上がり、立ち下がりのタ
イミングがコントロール電圧即ち、平均値の大きさに対
応してシフト制御される。これにより、入力信号のデュ
ーティが可変出来る。
の形態である。それぞれNチャネルFETの対で構成さ
れる二段のバッファBFET1、BFET2、出力バッ
ファOFET及びPチャネルPFETを有して構成され
る PチャネルPFETは、コントロール電圧即ち、比較増
幅器50からの検出さたピーク値が入力される。このP
チャネルPFETはNチャネルFETの対で構成される
二段目のバッファBFET2に接続されている。更にバ
ッファBFET2の出力は、NチャネルFETの出力バ
ッファOFETに接続されている。
反対方向になるように出力バッファOFETの出力が制
御される。これにより、光出力のピーク値を負帰還して
一定の大きさとなるようにレーザ駆動電流を制御し、レ
ーザ・ダイオードLDの発光が制御される。
8内のピーク検出回路の実施の形態である。尚、ピーク
検出回路82、821は同一構成であり、したがって図
16はこれらに共通する構成を示している。図16にお
いて、入力には、電流電圧変換回路80または86の出
力が入力される。
出力が比較増幅器801の一の入力端に入力される。比
較増幅器801の他方の入力端には、出力側の電位が入
力される。更に出力側に容量802が接続されている。
したがって、比較増幅器801からは、比較増幅器80
1の出力電位が容量802の電位即ち、出力端の電位と
一致するまで、容量802を充電する方向にFET80
3を通して出力電流が流れる。
が充電され、出力される。尚、図16において他のFE
T及び抵抗は、FET803の出力側端子に所定の直流
電圧バイアスを与えるためのものである。
8内の平均値検出回路の実施の形態である。尚、平均値
検出回路81、811は同一構成であり、したがって図
16はこれらに共通する構成を示している。図17にお
いて、入力には、電流電圧変換回路80または86の出
力が入力される。
出力が抵抗820に入力される。この抵抗820を通し
て、容量821に充電される。図17は、積分回路を構
成するので、その出力は、入力の平均値となる。図17
の積分回路の出力は、比較増幅器30に入力される。
準電流発生回路85と電流スイッチング回路10の構成
例の形態を示す図である。図において、基準電流発生回
路85は、それぞれ電源VCC1 、VCC2 に接続されるF
ET10、11、13と共通の抵抗Rにより構成される
二つの定電流源を有する。
は、CMOS回路を構成し、出力パワー切り替え制御信
号VS により定電流I1 の導通が制御される。
によりスイッチングが制御されるスイッチ用FET1
3、14と、バッファFET15、16により構成され
る。入力によりスイッチ用FET14が導通とされる
時、バッファFET15、16の出力電流が合成され
て、出力される。
て、出力パワー切り替え制御信号VS により定電流I1
、I2 が出力される時、電流スイッチング回路10か
らは、入力信号に対応して、合成電流I=I1 +I2 が
交流電流として出力される。
より、定電流I1 の出力が停止されると、電流スイッチ
ング回路10からは、FET15を通して流れる定電流
I2の大きさに対応する交流電流が出力される。
電流増幅回路801、電流電圧変換回路80及び変換利
得可変制御回路9の構成例の形態を示す図である。尚、
増幅回路861及び電流電圧変換回路86は、それぞれ
電流増幅回路801及び電流電圧変換回路80に等し
い。したがって、図19では、電流増幅回路801及び
電流電圧変換回路80のみを示す。
とFET21はカレントミラー回路を構成する。更にF
ET21のゲート面積はFET20より大きくされてい
る。したがって、FET20に流れる電流に比例し且
つ、それより大きな電流がFET21に流れる。
され、そのゲートには基準電圧830が付与されてい
る。ここでFET22は、インピーダンス変換の機能を
有し、FET21の負荷インピーダンスを小さく見せる
ことが出来る。これにより、帯域を広げ、FET21の
ゲート面積を大きくすることにより、帯域が狭くなるこ
とが補償される。
1と直列に接続される固定抵抗R1と、これに並列に接
続されたFET23による可変抵抗を有して構成され
る。固定抵抗R1 とFET23の並列回路には、FET
21と及び22の直列回路の電流が流れる。したがっ
て、固定抵抗R1 とFET23の並列回路の電位がFE
T21と及び22の直列回路の電流に比例して出力され
ることになる。
ーダンスが変換利得可変制御回路9の出力により制御す
ることにより、電流電圧変換回路80の変換利得を変化
できる。
と、それを基準電位として入力2を比較する比較増幅器
91を有する。したがって、比較増幅器91からは、ピ
ーク検出回路822で検出されたピーク値のレベルに比
例する制御電圧が比較増幅器91から出力される。
されたピーク値のレベルが大きい程、前記した電流電圧
変換回路80のFET23のインピーダンスが、小さく
なるように、反対にピーク値のレベルが小さい程、FE
T23のインピーダンスが、多くなるように制御され
る。これにより既に説明したようにレーザ・ダイオード
LDの光出力のピークレベルが一定値となるように制御
できる。
の形態である。図の例では、FET110、111及び
112を有し、FET112に対し、FET110、1
11はミラー回路を構成する。
に、抵抗R1 、R2 により所定のバイアスが与えられ
る。したがって、ミラー回路を構成するFET110、
111の回路にそれぞれ抵抗R4 、R3 で決定される大
きさの電流が流れ、それぞれ出力1、出力2に出力され
る。
1、出力2からのそれぞれの出力を異ならしめることに
より、例えば、図10において、電流電圧変換回路8
0、86の入力側電流のオフセットを打ち消すことが可
能である。
説明すると、演算器70及びレベル変換回路71によ
り、受光素子PDからのPD電流モニター電圧VMPを得
るPD電流モニター系が構成される。
一例として図21に示される。図21において、特に演
算器70に特徴を有する。2つの変換利得可能な電流電
圧変換回路702、703を有する。かかる変換利得可
能な電流電圧変換回路702、703は、先に図19に
おいて説明したと同様の構成、即ち可変インピーダンス
に電流を流し、利得を可変にして電圧に変換する回路に
より構成出来る。
それぞれには、モニター回路8において得られるモニタ
ー用受光素子PDからの受光電流であるIpdm と、基準
電流発生回路85から供給される基準電流Ipdr が供給
される。
0と比較増幅器701を有する。比較増幅器701は、
電流電圧変換回路703からの基準電流Ipdr に対応し
て変換された電圧と基準電圧発生回路700からの基準
電圧出力との差を増幅して出力する。この出力で電流電
圧変換回路702の変換利得を可変に制御するように構
成される。
器701の出力により制御される利得でPD電流を電圧
に変換して出力する。電流電圧変換回路702の出力
は、更にレベル変換回路71により、所定レベルに変換
され、PD電流モニター電圧VMPとして出力される。上
記の通り電流電圧変換回路702が可変利得制御され
る。
力をVrとすると、Vr=R・Ipdr で表される。更
に、電流電圧変換回路702の変換出力をVo とする
と、Vo =R’・Ipdm で表される。
設定すると、Vo =Vr・Ipdm /Ipdr となり、PD
電流が正規化されて出力され、モニター電流範囲のダイ
ナミックレンジを広げることが可能である。
ル変換回路61及び基準電流発生回路20で構成される
LD電流モニター系の実施の形態の一例である。図22
において、演算器60及びレベル変換回路61は、図2
1において説明した演算器60、及びレベル変換回路6
1と同様であり、LD電流モニターのダイナミックレン
ジを広げるようにすることに同様の特徴を有する。
流Ifrが出力される。したがって、図21と同様に、レ
ーザ・ダイオードLDを駆動するLD駆動電流If (閾
値電流Ithと信号駆動電流Ip を加算した電流) を出力
するパルス電流駆動回路40(図15を参照)からの出
力を分岐して得られるモニター用LD駆動電流Ifmと基
準電流発生回路20からの基準LD駆動電流Ifrが演算
器60に入力される。
がい、演算器60の出力をレベル変換回路61によりレ
ベル変換して出力されるLD駆動電流モニタ電圧VML
は、LD駆動電流Ifm を正規化したものとなる。
する基準電流発生回路20は、図22において、閾値電
流Ithの発生回路200、基準LD駆動電流Ifrと閾値
電流Ithの差電流(Ifr−Ith)を出力する(Ifr−I
th)電流発生回路201を有する。
は、本発明の対象とするレーザー・ダイオード駆動装置
を共通の回路構成として、複数の光出力パワーに対して
選択的に使用可能とすべく、複数の光出力パワーの温度
特性に対応して複数の(Ifr−Ith)電流を発生する。
からの(Ifr−Ith)電流は、出力パワー切り替え制御
信号VS により、使用すべきレーザー・ダイオード駆動
装置の出力パワーに対応するものが切り替え選択されて
出力される。
流を加算することにより基準LD駆動電流Ifrが得られ
る。尚、閾値電流Ithは、出力パワーに応じた切り替え
対象とならないのは、出力パワーが変わっても閾値電流
Ithは、一定であるからである。
第2の実施の形態を示す。図23の構成も上記図22に
おけると同様に、モニター電流範囲のダイナミックレン
ジを広げるという趣旨に対応するものである。
光出力パワーに対応して、N個のLD駆動電流If (=
閾値電流Ith+信号駆動電流Ip )補償用抵抗211〜
21Nを用意する。補償用抵抗のそれぞれは対応する出
力パワー時のLD駆動電流If の温度特性に対し、逆特
性を有する。
より出力パワー切り替え制御信号VS により選択切り替
えして、LDモニター用電流Ifmの電流路にに並列に挿
入するように構成される。
力パワーのLDモニター用電流Ifmの温度特性と逆特性
を有するので、LDモニター用電流Ifmを正規化するこ
とができる。ここで、補償用抵抗は、具体的にはサーミ
スタ等を利用して構成することが出来る。
路41の第1の実施の形態である。先に従来の問題とし
て図36、図37に基づき説明したように、レーザ・ダ
イオードLDの寄生容量に起因して、0連続するような
信号データの場合、LDの電圧が下がり、パターンジッ
タが生じるという問題がある。
LD駆動回路41である。図24においては、図示簡略
のためにパルス電流発生機能を有する、図1におけるL
D駆動回路40との関係のみを示している。
準バイアス412がゲートに接続されるPch型FET
系トランジスタである。FET系トランジスタ410の
ソース側は、電流源411とともにレーザ・ダイオード
LDのカソードに接続されている。
路40からレーザ・ダイオードLDに流れる電流がオフ
の時に、FET系トランジスタ410をオンにするよう
な値に設定されている。したがって、FET系トランジ
スタ410がオンすることにより、レーザ・ダイオード
LDの蓄積電荷が吸収される。
圧VLDが固定され、従来装置の問題であった、0連続す
るような信号データの場合にパターンジッタが生じると
いうことが解消される。
に基づく第2のLD駆動回路41の第2の実施の形態で
ある。この形態では、図24のFET系トランジスタ4
10に代えダイオード413を用いている。ここでは、
ダイオード413の順方向電圧降下が約0.8Vである
ことを考慮して、基準バイアス412が、LD駆動回路
40からレーザ・ダイオードLDに流れる電流がオフの
時に、ダイオード413をオンにするような値に設定さ
れている。したがって、ダイオード413がオンするこ
とにより、レーザ・ダイオードLDの蓄積電荷が吸収さ
れる。
の実施の形態である。この形態においては、FET系ト
ランジスタ410をソース接地型で用い、そのドレイン
をレーザ・ダイオードLDのカソードに接続する。そし
て基準バイアス412をLD駆動回路40からレーザ・
ダイオードLDに流れる電流がオフの時に、FET系ト
ランジスタ410のゲートを入力信号データでオンさせ
るように設定される。これにより、レーザ・ダイオード
LDの蓄積電荷が吸収される。
いて、各素子の極性を反転して構成することも出来る。
図27は、その一例であり、図24の実施の形態に対応
し、FET系トランジスタ410の極性をN型としてい
る例である。この場合には、LD駆動回路40がレーザ
・ダイオードLDのアノード側に接続される。
様にLD駆動回路40からの電流がオフの時、レーザ・
ダイオードLDの蓄積電荷をFET系トランジスタ41
0を通して吸収することが出来る。
に、本発明によって、レーザ・ダイオード駆動装置につ
いて、従来装置において必要としていた多くの調整工程
を省略出来る。
・ダイオード駆動装置におけるAPC(オート・パワー
コントロール)系の問題点としてデューティ変動に対し
ては、モニター用PDの受光信号のピーク値と平均値を
検出し、それぞれの値に対し独立したフィードバックル
ープを用い、デューティ及び信号駆動ピーク電流IPを
それぞれ駆動するようにしている。
器及び基準温度特性の切り替えを行モニター出力電圧の
正規化を行うようにする。
対しては、信号が0の時に、レーザ・ダイオード電圧V
LDを固定するようにしている。
題点の解決が可能である。
る。
る。
る。
る。
る。
ある。
ある。
る。
る。
の形態を示す図である。
回路の実施の形態を示す図である。
ある。
ある。
す図である。
す図である。
す図である。
す図である。
す図である。
す図である。
明する図である。
明する図である。
である。
を示す図である。
図である。
る。
る。
Claims (18)
- 【請求項1】レーザー・ダイオードと、 該レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光し、該
受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子と、 入力信号に対応して該レーザー・ダイオードを発光駆動
する駆動電流を供給する駆動回路と、 該駆動電流の波形のデュティを可変するデュティ可変制
御回路と、 該受光素子からの受光信号電流に対応するピーク値を検
出し、該検出されたピーク値と基準値とを比較し、その
差に基づき該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光
出力安定化ループと、 該受光素子からの受光信号電流に対応する平均値を検出
し、該検出された平均値と基準値とを比較し、その差に
基づき該デューティ可変制御回路における該駆動電流の
波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化ル
ープと、 前記受光信号電流を電圧に変換する第一の電流電圧変換
回路を備え、 さらに、前記第一の電流電圧変換回路の変換された出力
電圧に対し、前記光出力安定化ループは、ピーク値を検
出し、前記デューティ安定化ループは、平均値を検出
し、更に、基準電流発生回路と、該基準電流発生回路か
らの基準電流を該検出されたピーク値及び平均値のそれ
ぞれと比較される基準電圧に変換する第二の電流電圧変
換回路と、 前記第一及び第二の電流電圧変換回路の変換利得を制御
する変換利得制御回路を有し、 前記第二の電流電圧変換回路の変換された出力電圧の
内、前記ピーク値と比較される基準電圧に基づき、該変
換利得制御回路による変換利得の大きさを制御する こと
を特徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項2】請求項1において、 前記受光信号電流を電圧に変換する電流電圧変換回路を
備え、 該電流電圧変換回路の変換された出力電圧に対し、前記
光出力安定化ループは、ピーク値を検出し、前記デュー
ティ安定化ループは、平均値を検出し、 更に、該検出されたピーク値及び平均値のそれぞれと比
較される基準電圧を発生する基準発生回路を有すること
を特徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項3】レーザー・ダイオードと、 該レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光し、該
受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子と、 入力信号に対応して該レーザー・ダイオードを発光駆動
する駆動電流を供給する駆動回路と、 該駆動電流の波形のデュティを可変するデュティ可変制
御回路と、 該受光素子からの受光信号電流に対応するピーク値を検
出し、該検出されたピーク値と基準値とを比較し、その
差に基づき該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光
出力安定化ループと、 該受光素子からの受光信号電流に対応する平均値を検出
し、該検出された平均値と基準値とを比較し、その差に
基づき該デューティ可変制御回路における該駆動電流の
波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化ル
ープと、 前記受光信号電流を電圧に変換する第一の電流電圧変換
回路を備え、 前記光出力安定化ループに、該第一の電流電圧変換回路
により変換された出力電圧に対し、ピーク値を検出する
ピーク値検出回路を有し、 前記デューティ安定化ループに、該第一の電流電圧変換
回路により変換された出力電圧に対し、平均値を検出す
る平均値検出回路を有し、 更に、基準電流を出力する基準電流発生回路と、 該基準電流発生回路からの該基準電流を、それぞれ検出
されたピーク値及び平均値のそれぞれと比較される基準
電圧に変換する第二の電流電圧変換回路と、 該第二の電流電圧変換回路のそれぞれの出力電圧を該ピ
ーク値検出回路及び該平均値検出回路と等価の第二のピ
ーク値検出回路を通して該基準電圧として出力する回路
を有することを特徴とするレーザー・ダイオード駆動装
置。 - 【請求項4】請求項3において、 更に、前記第一及び第二の電流電圧変換回路の変換利得
を制御する変換利得制御回路を有し、 該第二の電流電圧変換回路の変換された出力電圧の内、
前記ピーク値と比較される基準電圧に基づき、該変換利
得制御回路による変換利得の大きさを制御することを特
徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項5】請求項3において、 前記基準電流発生回路と前記第二の電流電圧変換回路と
の間に、電流スイッチ回路を有し、該基準電流発生回路
からの基準電流を前記入力信号の周期で交流化すること
を特徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項6】請求項4において、 前記基準電流発生回路と前記第二の電流電圧変換回路と
の間に、電流スイッチ回路を有し、該基準電流発生回路
からの基準電流を前記入力信号の周期で交流化すること
を特徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項7】請求項5において、 前記第一及び第二の電流電圧変換回路の入力間のオフセ
ット量を検出し、該検出されたオフセット量に基づき、
前記第一または第二のピーク検出回路の出力レベルを制
御するオフセット調整回路を有することを特徴とするレ
ーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項8】請求項5において、 前記第一及び第二の電流電圧変換回路の入力間のオフセ
ット量を検出し、該検出されたオフセット量に基づき、
前記第一または第二のピーク検出回路の出力レベルを制
御するオフセット調整回路を有することを特徴とするレ
ーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項9】請求項7において、 前記第一及び第二の電流電圧変換回路のそれぞれの入力
側に、広帯域の電流を増幅する電流増幅部を備えたこと
を特徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項10】請求項8において、 前記第一及び第二の電流電圧変換回路のそれぞれの入力
側に、広帯域の電流を増幅する電流増幅部を備えたこと
を特徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項11】レーザー・ダイオードと、 該レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光し、該
受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子と、 入力信号に対応して該レーザー・ダイオードを発光駆動
する駆動電流を供給する駆動回路と、 該駆動電流の波形のデュティを可変するデュティ可変制
御回路と、 該受光素子からの受光信号電流に対応するピーク値を検
出し、該検出されたピーク値と基準値とを比較し、その
差に基づき該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光
出力安定化ループと、 該受光素子からの受光信号電流に対応する平均値を検出
し、該検出された平均値と基準値とを比較し、その差に
基づき該デューティ可変制御回路における該駆動電流の
波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化ル
ープと、 更に、前記レーザ・ダイオードの所定出力パワーに対応
する前記受光素子の基準受光信号電流を発生する回路
と、 該受光素子の受光信号電流及び該基準受光信号電流を入
力し、該受光素子の受光信号電流を正規化したモニター
用電圧に変換する演算器を有し、該演算器は、該基準受
光信号電流を電圧に変換し、且つ変換利得が可変な第一
の電流電圧変換回路と、 該受光素子の受光信号電流を電圧に変換し、且つ変換利
得が可変な第二の電流電圧変換回路と、 基準電圧発生回路と、 該基準電圧発生回路からの基準電圧と、該第一の電流電
圧変換回路の出力との差分を出力する比較増幅器を有
し、 該比較増幅器の出力で該第二の電流電圧変換回路の変換
利得を制御することを特徴とするレーザー・ダイオード
駆動装置。 - 【請求項12】レーザー・ダイオードと、 該レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光し、該
受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子と、 入力信号に対応して該レーザー・ダイオードを発光駆動
する駆動電流を供給する駆動回路と、 該駆動電流の波形のデュティを可変するデュティ可変制
御回路と、 該受光素子からの受光信号電流に対応するピーク値を検
出し、該検出されたピーク値と基準値とを比較し、その
差に基づき該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光
出力安定化ループと、 該受光素子からの受光信号電流に対応する平均値を検出
し、該検出された平均値と基準値とを比較し、その差に
基づき該デューティ可変制御回路における該駆動電流の
波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化ル
ープと、 更に、前記レーザ・ダイオードの所定出力パワーに対応
する基準駆動電流を発生する回路と、 該レーザ・ダイオードの駆動電流及び該基準駆動電流を
入力し、該レーザ・ダイオードの駆動信号電流を正規化
したモニター用電圧に変換する演算器を有し、 該基準駆動電流を発生する回路は、 閾値電流を発生する第一の回路と、光出力パワー毎の対
応する駆動電流と該閾値電流との差の電流を発生する第
二の回路と、該第二の回路から光出力パワーに対応する
電流を選択して出力する切り替え回路を有し、該切り替
え回路の出力と該第一の回路の出力を合成して、該基準
駆動電流とし、 該演算器は、該基準駆動電流を電圧に変換し、且つ変換
利得が可変な第一の電流電圧変換回路と、 該レーザ・ダイオードの駆動電流を電圧に変換し、且つ
変換利得が可変な第二の電流電圧変換回路と、 基準電圧発生回路と、 該基準電圧発生回路からの基準電圧と、該第一の電流電
圧変換回路の出力との差分を出力する比較増幅器を有
し、 該比較増幅器の出力で該第二の電流電圧変換回路の変換
利得を制御することを特徴とするレーザー・ダイオード
駆動装置。 - 【請求項13】レーザー・ダイオードと、 該レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光し、該
受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子と、 入力信号に対応して該レーザー・ダイオードを発光駆動
する駆動電流を供給す る駆動回路と、 該駆動電流の波形のデュティを可変するデュティ可変制
御回路と、 該受光素子からの受光信号電流に対応するピーク値を検
出し、該検出されたピーク値と基準値とを比較し、その
差に基づき該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光
出力安定化ループと、 該受光素子からの受光信号電流に対応する平均値を検出
し、該検出された平均値と基準値とを比較し、その差に
基づき該デューティ可変制御回路における該駆動電流の
波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化ル
ープと、 更に、前記レーザ・ダイオードの出力パワー毎の、対応
する該レーザ・ダイオードの駆動電流の温度特性に対
し、逆特性を有する複数の抵抗と、 該レーザ・ダイオードの所定の出力パワーに対する駆動
電流を、該複数の抵抗の内、該所定の出力パワーに対応
して選択される抵抗に流すことにより、レーザ・ダイオ
ードの駆動電流に対応するモニター電圧を出力する回路
を有することを特徴とするレーザー・ダイオード駆動装
置。 - 【請求項14】レーザー・ダイオードと、 該レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光し、該
受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子と、 入力信号に対応して該レーザー・ダイオードを発光駆動
する駆動電流を供給する駆動回路と、 該駆動電流の波形のデュティを可変するデュティ可変制
御回路と、 該受光素子からの受光信号電流に対応するピーク値を検
出し、該検出されたピーク値と基準値とを比較し、その
差に基づき該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光
出力安定化ループと、 該受光素子からの受光信号電流に対応する平均値を検出
し、該検出された平均値と基準値とを比較し、その差に
基づき該デューティ可変制御回路における該駆動電流の
波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化ル
ープとを有し、 前記レーザ・ダイオードに接続され、前記駆動回路から
該レーザ・ダイオードへの電流がオフの時、該レーザ・
ダイオードの電圧を固定するように構成されたことを特
徴とするレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項15】レーザー・ダイオードと、 該レーザー・ダイオードの発光出力の一部を受光し、該
受光に対応する受光信号電流を出力する受光素子と、 入力信号に対応して該レーザー・ダイオードを発光駆動
する駆動電流を供給する駆動回路と、 該駆動電流の波形のデュティを可変するデュティ可変制
御回路と、 該受光素子からの受光信号電流に対応するピーク値を検
出し、該検出されたピーク値と基準値とを比較し、その
差に基づき該駆動回路の駆動電流の大きさを制御する光
出力安定化ループと、 該受光素子からの受光信号電流に対応する平均値を検出
し、該検出された平均値と基準値とを比較し、その差に
基づき該デューティ可変制御回路における該駆動電流の
波形のデューティの可変を制御するデューティ安定化ル
ープとを有し、 更に、前記レーザ・ダイオードと前記駆動回路との接続
点に一端が接続される電荷吸収回路を有し、 該電荷吸収回路は、該駆動回路から該レーザ・ダイオー
ドへの電流がオフの時該レーザ・ダイオードの蓄積電荷
を吸収するように構成されたことを特徴とするレーザー
・ダイオード駆動装置。 - 【請求項16】請求項15において、 前記電荷吸収回路は、FET系トランジスタと該FET
系トランジスタのゲート供給される基準バイアスを有
し、 該基準バイアスの大きさが、前記駆動回路から前記該レ
ーザ・ダイオードへの電流がオフの時、該FET系トラ
ンジスタをオンとするように設定されたことを特徴とす
るレーザー・ダイオード駆動装置。 - 【請求項17】請求項15において、 前記電荷吸収回路は、ダイオードと該ダイオードに供給
される基準バイアスを有し、 該基準バイアスの大きさが、前記駆動回路から前記該レ
ーザ・ダイオードへの電流がオフの時、該ダイオードを
オンとするように設定されたことを特徴とするレーザー
・ダイオード駆動装置。 - 【請求項18】請求項15において、 前記電荷吸収回路は、前記一端と他端を有するFET系
トランジスタと該FET系トランジスタの他端に供給さ
れる基準バイアスを有し、 該FET系トランジスタのゲートに入力信号データが供
給され、 該基準バイアスの大きさが、前記駆動回路から前記該レ
ーザ・ダイオードへの電流がオフの時、該FET系トラ
ンジスタをオンとするように設定されたことを特徴とす
るレーザー・ダイオード駆動装置。
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