CN103050885A - 半导体激光驱动电路和半导体激光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体激光驱动电路和半导体激光装置。所述半导体激光驱动电路基于通过输入端子对其输入的输入信号向连接到输出端子的半导体激光二极管供应驱动电流，从而控制所述半导体激光二极管。所述半导体激光驱动电路包括第一供应部，所述第一供应部供应偏置电流和具有频率等于或低于所述输入信号的第一频率的频率分量的第一供应信号；以及第二供应部，所述第二供应部供应具有频率高于所述输入信号的第二频率的频率分量的第二供应信号。

Description

半导体激光驱动电路和半导体激光装置

背景技术

本公开涉及一种半导体激光驱动电路和包括半导体激光驱动电路的半导体激光装置。

近年来，光通信高速化正在迅速发展。因此，千兆b/s的光通信系统之前被投入实际使用。此外，半导体激光二极管，诸如垂直腔面发射激光器(VCSE)被用作高速光通信系统的短波长光收发器的光源。

半导体激光二极管的操作是由半导体激光驱动电路控制的。半导体激光驱动电路根据被供应到半导体激光二极管的驱动电流的大小来控制半导体激光二极管的操作，从而表示二进制数字数据。通常，当表示数据“1”时，半导体激光驱动电路将大驱动电流I1供应到半导体激光二极管，而当表示数据“0”时，半导体激光驱动电路将小驱动电流I0供应到半导体激光二极管。

当半导体激光驱动电路将大驱动电流I1供应到半导体激光二极管时，在半导体激光二极管的相反端子之间产生电压V1。虽然电压V1根据环境，诸如温度而被改变，但电压V1在某些情况下上升至约2.4V。因此，对于半导体激光驱动电路，需要对半导体激光二极管施加约2.4V的电压的配置。因此，这妨碍了电压的下降或半导体激光驱动电路的加速。

于是，日本专利特开平11-340561中说明的激光二极管驱动电路将驱动电流I1和I0分为偏置电流和在开关部生成的调制电流，并将偏置电流和调制电流二者供应到半导体激光二极管。其结果是，防止了使生成调制电流的开关部中的晶体管饱和，因此激光二极管驱动电路能够甚至以低电压执行高速操作。

发明内容

然而，在日本专利特开平11-340561中说明的激光二极管驱动电路中，驱动电流I1和I0被分为偏置电流和调制电流，这些电流进而被供应到半导体激光二极管。其结果是，对于半导体激光二极管，需要外部部件，诸如偏置器和电容元件，这妨碍了半导体激光二极管驱动电路的片上提升。

此外，近年来，已知一种以阵列形式在其中设置多个半导体激光二极管的半导体激光装置。例如，这些半导体激光二极管以窄至250μm的间距设置在半导体激光装置中。在该半导体激光装置中设置了分别设置了用于驱动半导体激光二极管的半导体激光二极管驱动电路。由于诸如偏置器和电容元件的外部部件对于每个半导体激光二极管驱动电路都变得必要，因此引起了半导体激光二极管成比例地被增大的问题。此外，外部部件的成本高。因此，当外部部件的数量很大时，半导体激光装置的制造成本变高。

为了解决上述问题而作出了本公开，因此希望提供一种即使在不使用诸如偏置器的任何外部部件时也能以高速度和低电压进行操作的半导体激光驱动电路以及包括该半导体激光驱动电路的半导体激光装置。

为了达到上述希望，根据本公开的实施例，提供了一种半导体激光驱动电路，所述半导体激光驱动电路基于通过输入端子对其输入的输入信号向连接到输出端子的半导体激光二极管供应驱动电流，从而控制所述半导体激光二极管，所述半导体激光驱动电路包括：

第一供应部，所述第一供应部供应偏置电流和具有频率等于或低于所述输入信号的第一频率的频率分量的第一供应信号；以及

第二供应部，所述第二供应部供应具有频率高于所述输入信号的第二频率的频率分量的第二供应信号。

根据本公开的另一个实施例，提供了一种半导体激光装置，所述半导体激光装置包括：

半导体激光二极管；以及

半导体激光驱动电路，所述半导体激光驱动电路基于通过输入端子对其输入的输入信号向连接到输出端子的所述半导体激光二极管供应驱动电流，从而控制所述半导体激光二极管，

其中所述半导体激光驱动电路包括：

第一供应部，所述第一供应部供应偏置电流和具有频率等于或低于所述输入信号的第一频率的频率分量的第一供应信号；以及

第二供应部，所述第二供应部供应具有频率高于所述输入信号的第二频率的频率分量的第二供应信号。

如上所述，即使在不使用诸如偏置器的任何外部部件时也能以低电压执行高速操作。

附图说明

图1是示出了根据本公开的第一实施例的半导体激光装置的配置的部分为方框形式的电路图；

图2是说明根据本公开的第一实施例的半导体激光二极管的I-V特性的图示；

图3是示出了根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路的配置的部分为方框形式的电路图；

图4是示出了根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路的配置的细节的电路图；

图5是说明在根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路中的由电流镜电路和第一电容元件构成的低通滤波器的输入/输出特性的图示；

图6是以用于第二供应部和半导体激光二极管的小信号分析示出了等效电路的电路图；

图7是说明在根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路中的第二供应部的高通滤波器的输入/输出特性的图示；

图8是说明根据本公开的第二实施例的半导体驱动电路的输入/输特性的图示；

图9是说明根据本公开的第二实施例的半导体驱动电路的输入/输特性的图示；

图10是说明根据本公开的第二实施例的半导体驱动电路的输入/输特性的图示；

图11是示出了根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路的具体配置的电路图；

图12是示出了根据本公开的第二实施例的修改示例的半导体激光驱动电路的配置的电路图；

图13是示出了根据本公开的第三实施例的半导体激光装置的配置的部分为方框形式的电路图；

图14是示出了根据本公开的第四实施例的半导体激光驱动电路的配置的细节的电路图；

图15是在根据本公开的第四实施例的半导体激光驱动电路中的第一信号和第二信号的波形图；

图16是说明为根据本公开的第四实施例的半导体激光驱动电路作出的模拟结果的图形；

图17是说明为根据本公开的第四实施例的半导体激光驱动电路作出的另一个模拟结果的图形；并且

图18是说明为根据本公开的第四实施例的半导体激光驱动电路作出的又一个模拟结果的图形。

具体实施方式

以下将参照附图对本公开的实施例进行详细说明。

第一实施例

图1是示出了根据本公开的第一实施例的半导体激光装置1的配置的部分为方框形式的电路图。半导体激光装置1包括半导体激光二极管200和用于驱动半导体激光二极管200的半导体激光驱动电路100。半导体激光二极管200的阳极连接到半导体激光驱动电路100，并且其阴极接地。

半导体激光驱动电路100供应驱动电流I到半导体激光二极管200，从而驱动半导体激光二极管200。现在将参照图2说明由半导体激光驱动电路100供应到半导体激光二极管200的驱动电流I。

图2是说明半导体激光二极管200的I-V特性的图示。在使得流经半导体激光二极管200的电流等于或大于振荡阈值Ith的区域中，I-V特性近似地示出斜率近似于恒定的直线，因此遵从欧姆定律。半导体激光驱动电路100供应第一驱动电流I0和第二驱动电流I1中的一者到半导体激光二极管200。也就是说，当表示了数据“1”时，半导体激光驱动电路100供应大驱动电流I1，而当表示了数据“0”时，半导体激光驱动电路100供应小驱动电流I0。

如图2所示，当小驱动电流I0被供应到半导体激光二极管200时，在半导体激光二极管200的相反端子之间产生了电压V0。另一方面，当大驱动电流I1被供应到半导体激光二极管200时，在半导体激光二极管200的相反端子之间产生了电压V1。如上所示，在某些情况下电压V1升高到约2.4V。当半导体激光驱动电路100是由低耐受电压晶体管构成以便高速驱动半导体激光二极管200时，有一种可能性是该晶体管可能无法耐受电压V1(约2.4V)而被击穿。另一方面，当半导体激光驱动电路100是由高耐受电压晶体管构成以便防止半导体激光二极管200被击穿时，该半导体激光装置可能无法被高速驱动。

于是，在本公开的第一实施例中的半导体激光驱动电路100中，驱动电流I被分为偏置电流IB和调制电流。同样，调制电流被分为具有频率等于或低于第一频率f1的频率分量的低频电流IL和具有频率高于第一频率f1的频率分量的高频电流IH。半导体激光驱动电路100把通过将偏置电流IB与低频电流IL叠加而获得的第一驱动电流Ia以及高频电流IH二者供应到半导体激光二极管200。这里，将在以下说明，半导体激光驱动电路100是本公开的第二实施例。

第二实施例

现在将参照图3说明在根据本公开的第一实施例的半导体激光装置1中包括的根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路100。半导体激光装置1包括半导体激光驱动电路100和半导体激光二极管200。

半导体激光驱动电路100包括输入端子110和输出端子120。在该情况下，表示数据“0、1”的输入信号被输入到输入端子110。而且，输处端子120被连接到半导体激光二极管200，并且驱动电流I通过输出端子120被输出。此外，半导体激光驱动电路100包括第一供应部130和第二供应部140。在该情况下，第一供应部130供应偏置电流和低频电流IL二者到半导体激光二极管200。而且，第二供应部140供应高频电流IH到半导体激光二极管200。

第一供应部130被连接到第一电源电位Vdd1。第二供应部140被连接到第二电源电位Vdd2。第一电源电位Vdd1高于第二电源电位Vdd2(Vdd1＞Vdd2)。

现在将参照图4说明半导体激光驱动电路100的配置的细节。半导体激光驱动电路100的第一供应部130包括电流镜电路111、第一电容元件C1、电流源112和前级电路113。在该情况下，电流镜电路111具有晶体管M11和晶体管M12。第一电容元件C1的一个端子连接到第一电源电位Vdd1，并且其另一个端子连接到电流镜电路111。电流源112生成偏置电流IB。而且，前级电路113接收输入信号。

如上所述，该电流镜电路包括晶体管M11和晶体管M12。在该情况下，晶体管M11的源极端子被连接到第一电源电位Vdd1，并且其漏极端子被连接到电流源112。而且，晶体管M12的源极端子被连接到第一电源电位Vdd1，并且其漏极端子被连接到输出端子120。晶体管M11和M12的每个栅极端子均被连接到晶体管M11的漏极端子。

电流镜电路111的晶体管M11和M12各自包括一个PMOS(阳极金属氧化物半导体)型晶体管，并且是甚至能够耐受施加到半导体激光二极管200的相反端子之间的高电压V1的高耐受电压晶体管。晶体管M11和M12每个的驱动速度均低于低耐受电压晶体管的驱动速度。

第一电容元件C1的一个端子被连接到第一电源电位Vdd1，并且其另一个端子被连接到晶体管M11和M12的每个栅极端子。虽然第一电容元件C1的电容值是根据第一频率f1确定的(这将随后说明)，第一电容元件C1的电容值等于或小于几十pF。第一电容元件C1可以IC芯片内的半导体元件的形式实现而不以外部部件的形式实现。

电流源112的一个端子被连接到晶体管M11的漏极端子，并且其另一个端子接地。电流源112产生偏置电流IB。偏置电流IB通过电流镜电路111被供应到半导体激光二极管200。

前级电路113的一个端子被连接到输入端子110，并且其另一个端子被连接到晶体管M11的漏极端子。前级电路113将通过输入端子110对其输入的输入信号输出到电流镜电路111。

虽然将随后说明细节，在第二实施例的半导体激光驱动电路100中，电流镜电路111和第一电容元件C1构成了低通滤波器LPF。由电流镜电路111和第一电容元件C1构成的LPF生成具有频率等于或低于来自输入信号的第一频率f1的信号分量的低频电流IL。第一供应部130将从LPF生成的低频电流IL与从电流源112生成的偏置电流IB相互叠加，并将合成电流供应到半导体激光二极管200。这里，低频电流IL的意思是具有频率等于或低于输入信号的第一频率f1的频率分量的第一供应信号。

第二供应部140包括驱动电路121和第二电容元件C2。驱动电路121的一个端子被连接到输入端子110。因此，驱动电路121接收输入信号并将该接收的信号输出到第二电容元件C2。第二驱动电路121被连接到第二电源电位Vdd2。因此，驱动电路121通过接收低于第一电源电位Vdd1的电源电压供应而被操作。

第二电容元件C2的一个端子被连接到驱动电路121，并且其另一个端子被连接到输出端子120。第二电容元件C2的电容值等于或小于几十pF。第二电容元件C2的电容值是根据第一频率f1确定的。第二电容元件C2可以IC芯片内的半导体元件的形式实现而不以外部部件的形式实现。

输入信号经由驱动电路121通过第二电容元件C2而被转化成具有频率等于或高于第二频率f2的频率分量的高频电流IH。由此产生的高频电流IH通过输出端子120被供应到半导体激光二极管200。

已被输入到第二供应部140的输入信号通过驱动电路121和第二电容元件C2二者被供应到半导体激光二极管200。由于第二电容元件C2设置在IC芯片之内，因此第二电容元件C2的电容值(如上所述)被限制为低于或相当于约几十pF。当第二电容元件C2是由外部部件构成时，可以使第二电容元件C2的电容值等于或大于几十nF。

当第二电容元件C2的电容值相当大(如在第二电容元件C2是由外部部件构成的情况下)时，输入信号的低频分量(低频电流IL)能够通过第二供应部140。然而，当为了提供如第二实施例的IC芯片内的第二电容元件C2而使第二电容元件C2的电容值为小时，输入信号的低频分量(低频电流IL)被截止在第二供应部140中，其结果是，高频分量(高频电流IH)通过第二供应部140被供应到半导体激光二极管200。这里，高频电流IH的意思是具有频率高于输入信号的第二频率f2的频率分量的第二供应信号。

当该电流被简单地分为转而被供应到半导体激光二极管200的偏置电流IB和驱动电流I时，为了实现在不截止驱动电流I中包含的低频分量(低频电流IL)的情况下将该低频分量供应到半导体激光二极管200的目的，期望一种将第二供应部140中使用的第二电容元件C2实现为外部部件的方法。在该情况下，由于有必要在半导体激光驱动电路100中提供外部部件或元件，半导体激光驱动电路100的小型化和片上提升变得难以实现。

然后，在第二实施例中，已在第二供应部140中衰减的输入信号的低频分量与来自第一供应部130的偏置电流IB一起被供应到半导体激光二极管200。因此，即使当使用了具有适合于被嵌入IC芯片的电容值的电容元件时，在其中包含低频分量和高频分量二者的输入信号也可以被供应到半导体激光二极管200。此外，该LPF是通过为第一供应部130的电流镜电路111增加第一电容元件C1来实现的。其结果是，与在第一供应部130中新设置一个LPF的情况相比，可以在不增大电路规模的情况下减小外部部件的数量。

下面将说明图4所示的由电流镜电路111和第一电容元件C1二者构成的LPF。当令gm11和gm12以及C11和C12分别为电流镜电路111包括的晶体管M11和M12的电导和栅极电容时，LPF的截止频率是根据晶体管M11的电感gm11和栅极电容M11与晶体管M12的栅极电容M12以及第一电容元件C1的电容C1值来确定的。确切地说，当令C3为通过将晶体管M11和M12的栅极电容C11和C12与第一电容元件C1的电容值C1相加得出的组合电容时，截止频率，即第一频率f1被表示为f1＝gm11/(2π×C3)。由电流镜电路111和第一电容元件C1构成的LPF使具有频率等于或低于f1＝gmC11/(2π×C3)的频率分量的信号(低频电流IL)由其通过，并且截止除该信号(低频电流IL)之外的任何其他信号。

图5是说明由电流镜电路111和第一电容元件C1构成的LPF的输入/输出特性的的图示。如图5所示，在由电流镜电路111和第一电容元件C1构成的LPF中，当晶体管M11和M12的尺寸彼此近似相等时，与等于或低于第一频率f1的频率相对应的增益约为“1”，因此LPF将对其输入的信号几乎按原样输出。另一方面，与高于第一频率f1的频率相对应的增益被逐渐降低，因此具有频率高于第一频率f1的频率分量的信号难以通过LPF。

晶体管M11和M12的栅极电容C11和C12以及电感gm11和gm12分别是根据晶体管M11和M12的尺寸来确定的。虽然这些晶体管的大小容易受到设计的限制，但作为LPF的截止频率的第一频率f1可以通过调节第一电容元件C1的第一电容值C1而容易被调节。

下面将参照图6说明以下原理：第二供应部140使具有频率高于第二频率f2的频率分量的信号(高频电流IH)通过，并且截止具有除高于第二频率f2之外的频率的频率分量的信号(低频电流IL)。图6是以对包括第二供应部140和半导体激光二极管200二者的电路进行的小电流分析示出了等效电路的电路图。

在图6中，半导体激光二极管200的小电阻分量以参考符号R1表示。使高频电流IH通过半导体激光二极管200。驱动电路121被等效地表示为电阻分量R2和电流源122。使得从电流源122流过的电流I3等于输入信号。

这里，从图6可以看出，从使得流过电流源112的电流I2到使得流过小电阻分量R1的电流IH的传递函数可以被表示为(sC2×R2)/{1+sC2(R1+R2)}。该传递函数是一阶高通滤波(HPF)式传递函数。HPF式传递函数的截止频率(第二频率f2)被表示为1/{2πC2(R1+R2)}。该频率相当高时的传递函数被表示为R2/{(R1+R2)}。被输入到第二供应部140的输入信号通过一阶高通滤波器，从而具有频率低于截止频率(第二频率)f2的频率分量的信号被截止，并且具有频率等于或高于第二频率的频率分量的信号(高频电流IH)被供应到半导体激光二极管200。

图7是说明一阶高通滤波器HPF的输入/输出特性的图示。如图7所示，在一阶高通滤波器HPF中，与低于第二频率的频率相对应的增益被逐渐降低，因此具有频率低于第二频率f2的频率分量的信号难以通过HPF。在一阶高通滤波器HPF中，与等于或高于第二频率f2的频率相对应的增益约为“1”，因此HPF将对其输入的信号几乎按原样输出。在一阶高通滤波器HPF中，该频率超过第二频率f2而进一步升高，增益又变为小于“1”。这是由半导体激光驱动电路100本身的频带限制造成的。因此，增益变为小于“1”的频率是根据半导体激光驱动电路100的电路配置确定的。

如上说述，已被输入到半导体激光驱动电路100的输入信号被分为低频电流IL和高频电流IH，这些电流转而从第一供应部130和第二供应部140被供应到半导体激光二极管200。如图8所示，半导体激光驱动电路100的输入/输出特性为使得第一供应部130的LPF的输入/输出特性与第二供应部140的HPF的输入/输出特性相互叠加。

图8示出了半导体激光驱动电路100的输入/输出特性。在图8中，第一供应部130的输入/输出特性以点划线表示，第二供应部140的输入/输出特性以两点点划线表示，并且半导体激光驱动电路100的输入/输出特性以实线表示。而且，图8示出了作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1和作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2彼此相等(f1＝f2)的情况。

当如图8所示，作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1和作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2彼此相等(f1＝f2)时，半导体激光驱动电路100的输入/输出特性变为近于平坦。因此，已被输入到半导体激光驱动电路100的输入信号被几乎按原样供应到半导体激光二极管200。

将参照图9和图10说明作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1和作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2彼此不同的情况。图9是说明作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1高于作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2的情况的图示。如图9所示，作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1高于作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2，并且第一供应部130和第二供应部140二者分别将频率在截止频率f1和f2附近的输入信号供应到半导体激光二极管200。由于这个原因，关于半导体激光驱动电路100的输入/输出特性，增益在截止频率f1和f2附近变为大于“1”。

图10是说明作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1低于作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2的情况的图示。当如图10所示，作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1低于作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2时，第一供应部130和第二供应部140二者都变得难以分别将频率在截止频率f1和f2附近的输入信号供应到半导体激光二极管200。由于这个原因，关于半导体激光驱动电路100的输入/输出特性，增益在截止频率f1和f2附近变为小于“1。”

当作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1与作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2以此方式不同时，半导体激光驱动电路100的输入/输出特性不是平坦的。其结果是，输入信号分别在截止频率f1和f2附近失真，并且二者都以该状态被提供到半导体激光二极管200。于是，在第二实施例中，第一供应部130的第一电容元件C1的电容值被调节，使得作为第一供应部130的LPF的截止频率的第一频率f1和作为第二供应部140的HPF的截止频率的第二频率f2变得彼此近似相等。其结果是，即使当将被输入到半导体激光驱动电路100的输入信号被分为低频电流IL和高频电流IH，这些电流转而从第一供应部130和第二供应部140被供应到半导体激光二极管200时，具有与输入到半导体激光驱动电路100的输入信号的波形几乎相同的波形的信号可以被供应到半导体激光二极管200。

现在将参照图11说明第二实施例中的第一供应部130的前级电路113的具体配置和第二供应部140的驱动电路121的具体配置。

应向图11所示的半导体激光驱动电路100输入差分输入信号。

前级电路113包括晶体管M15和M16、第一电阻元件R31、第二电流源114和晶体管M21。

晶体管M15的漏极端子被连接到电流源112，其源极端子被连接到第二电流源114，并且其栅极端子被连接到输入端子110中的一个。晶体管M15放大输入信号，并且将放大的输入信号发送到由晶体管M11和晶体管M12构成的电流镜电路111。

晶体管M16的漏极端子被连接到第一电阻元件31，其源极端子被连接到第二电流源114，并且其栅极端子被连接到输入端子110中的另一个。第二电流源114的一个端子被连接到晶体管M15和M16的每个源极端子，并且其另一个端子接地。第一电阻元件R31的一个端子被连接到第二电源电位Vdd2，并且其另一个端子被连接到晶体管M16的漏极端子。

晶体管M21的漏极端子被连接到电流镜电路111，并且其源极端子被连接到晶体管M15的漏极端子和电流源112中的每一个。晶体管M21是一种虽然表现出高耐受电压但驱动速度低的晶体管。

晶体管M15和M16每个均是虽然表现出低耐受电压但驱动速度高的晶体管。晶体管M16的漏极端子通过第一电阻元件R31被连接到低于第一电源电位Vdd1的第二电源电位Vdd2。另一方面，晶体管M15的漏极端子通过晶体管M21被连接到电流镜电路111。

这里，让我们考虑晶体管M15被直接连接到电流镜电路111的情况。电流镜电路111是由每个均表现出高耐受电压的晶体管M11和M12构成，并且被连接到第一电源电位Vdd1。因此，在晶体管M15被直接连接到电流镜电路111的情况下，从电源电位Vdd1下降了电流镜电路111的电压值的电压被施加到晶体管M15的漏极端子。当等于或大于耐受电压的电压被施加到晶体管M15的漏极端子时，晶体管M15变得不能被正常操作。

为了应对这样的情况，在根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路100中，在晶体管M15和电流镜电路111之间设置了表现出高耐受电压作的晶体管M21。适当的偏置电压被施加到晶体管M21的栅极端子，从而可以使施加到晶体管M15的电压从第一电源电位Vdd1下降到晶体管M15的耐受电压的范围。高耐受电压晶体管M21被以此方式设置在前级电路113的输出级，从而使得前级电路113的放大级可以由晶体管M15和M16构成，每个晶体管均表现出低耐受电压，因此前级电路113可以在低耐受电压下以高速被驱动。

图11所示的前级电路113将差分输入信号转换成单向信号，该单向信号转而被供应到电流镜电路111。

以下将参照图11说明驱动电路121。驱动电路121包括晶体管M13和M14、第二电阻元件R22和第三电阻元件R23以及第三电流源122。

晶体管M13的漏极端子被连接到第二电容元件C2和第二电阻元件R22中的每一个，其源极端子被连接到第三电流源122，并且其栅极端子被连接到输入端子110中的另一个。

晶体管M14的漏极端子被连接到第三电阻元件R23，其源极端子被连接到第三电流源122，并且其栅极端子被连接到输入端子110中的一个。

晶体管M13放大输入信号，该信号转而被供应到第二电容元件C2。图11所示的驱动电路121的晶体管M13和M14将差分输入信号以此方式转换成单向信号。

第二电阻元件R22的一个端子被连接到第二电源电位Vdd2，并且其另一个端子被连接到晶体管M13的漏极端子。第三电阻元件R23的一个端子被连接到第二电源电位Vdd2，并且其另一个端子被连接到晶体管M14的漏极端子。

第三电流源122的一个端子被连接到晶体管M13和M14的每个源极端子，并且其另一个端子接地。第三电流源122将电流供应到晶体管M13和M14二者。

驱动电路121的晶体管M13和M14的漏极端子分别通过第二电阻元件R22和第三电阻元件R23被连接到第二电源电位Vdd2，并且晶体管M13和M14中的每一个虽然表现出低耐受电压但均被高速驱动。

图11所示的驱动电路121是所谓的电流模式逻辑(CML)电路。CML型驱动电路121具有以下优点：CML型驱动电路121被高速驱动，来自该电路的输出信号的波形很难失真，因此波形质量高。另一方面，CML型驱动电路121涉及以下问题：由于偏置电流通常是从第三电流源122供应的，因此CML型驱动电路121的功耗变大。此外，对于CML型驱动电路121，当该电路的输出幅度大时，晶体管M13和M14的漏极电压均被降低，因此晶体管M13和M14每个均变为不饱和状态。在该情况下，晶体管M13和M14均变得难以被正常操作。例如，当第二电源电位Vdd2为1.2V时，CML型驱动电路121变得难以输出具有400mV或更大幅度的信号。

图12示出了根据本公开的第二实施例的修改示例的半导体激光驱动电路100的驱动电路121a。图12所示的驱动电路121a包括电源调节器123以及晶体管M17和M18。

晶体管M17是P沟道晶体管。晶体管M17的源极端子被连接到电源调节器123，其漏极端子被连接到第二电容元件C2，并且其栅极端子通过反向缓冲器124被连接到输入端子110。

另一方面，晶体管M18是N沟道晶体管。晶体管M18的漏极端子被连接到第二电容元件C2，其栅极端子被连接到输入端子110中的另一个，并且其源极端子接地。

虽然晶体管M17和M18每个均表现出低耐受电压，但晶体管M17和M18每个均为能够高速工作的晶体管。

电源调节器123的一个端子被连接到第二电源电位Vdd2，并且其另一个端子被连接到晶体管M17的源极端子。

驱动电路121a是推挽式驱动电路，其中不同导电型的晶体管彼此串联连接。虽然电阻元件可以与晶体管M17和M18串联连接，但在图12所示的情况下，晶体管M17和M18彼此纵向串联连接，藉此调节输出阻抗，从而执行阻抗匹配。

电源调节器123确定驱动电路121a的输出幅度。当令R1为半导体激光二极管200的微分电阻，Rdr为驱动电路121a的输出阻抗，-IH/2为从驱动电路121a输出的推相位的电流，并且IH/2为从驱动电路121a输出的挽相位的电流，来自电源调节器123的输出电压则用(R1+Rdr)×IH表示。从来自电源调节器123的输出电压也可以看出，与CML型驱动电路121不同的是，推挽式驱动电路121a通常不需要供应偏置电流，因此能够以较小功耗被操作。具体而言，使得流过推挽式驱动电路121a的输出级的电流理想地约等于使得流过半导体激光二极管200的电流。以此方式，推挽式驱动电路121a变为每个均表现出最小功耗的驱动电路中的一个。另一方面，推挽式驱动电路121a还具有以下缺点：由于输出信号的上升和下降之间的平衡难以实现等原因，有必要进行微调来提高输出波形的质量，因此电路设计变得复杂。此外，推挽式驱动电路121a还涉及以下问题：容易在电源电位与地之间产生噪声。

如上所述，在前级电路113与驱动电路121的配置方面有一些选择，因此根据对于半导体激光驱动电路100的设计成本和功耗来选择适当的电路配置。

如已经说明的，在根据本公开的第二实施例的半导体激光驱动电路100中，输入信号被分为具有频率等于或低于第一频率f1的频率分量的低频电流IL和具有频率高于第一频率f1的频率分量的高频电流IH。同样，低频电流IL与偏置电流叠加，由此产生的电流被供应到半导体激光二极管200。其结果是，即使不使用诸如偏置器的任何外部部件时，半导体激光驱动电路100也能够以低电压高速被操作。

第三实施例

以下将参照图13说明根据本公开的第三实施例的半导体激光装置2。如图13所示，半导体激光装置2包括半导体激光驱动电路300和半导体激光二极管200。除了半导体激光驱动电路300包括具有可变电容元件C33的第一供应部330以及控制部340之外，包括在第三实施例的半导体激光装置2中的半导体激光驱动电路300与图3所示的第二实施例的半导体激光驱动电路100具有相同的配置。以下将进行说明，半导体激光驱动电路300是本公开的第四实施例。这里，与半导体激光驱动电路100的组成元件相同的组成元件分别以相同的参考数字或符号表示，为了简单起见，以下将省略对其重复说明。

即使当半导体激光装置2被设计为使得半导体激光驱动电路300的第一供应部和第二供应部的截止频率f1和f2变得彼此相等时，由于半导体激光驱动电路300的使用环境以及在某些情况下的制造误差的影响造成了第一供应部的截止频率f1和第二供应部的截止频率f实际上被相对彼此移位。于是，在第三实施例中，可以使第一供应部的电容元件的电容值可变，并且将第一供应部的截止频率f1调节为与第二供应部的截止频率f2接近的值。其结果是，减少了第一供应部和第二供应部的截止频率之间的移位，并且使供应到该半导体激光二极管的驱动电流的失真变小。

如图13所示，第一供应部330包括可变电容元件C33，而不是包括图4所示的第一电容元件C1。可变电容元件C33的一个端子被连接到电源电位Vdd0，并且其另一个端子被连接到晶体管M11和M12的每个栅极端子。可变电容元件C33的电容值根据来自控制部340的控制信号而被改变。只有必要利用例如由多个电容元件和一个开关构成的电路来实现可变电容元件C33。

控制部340生成测试信号，该测试信号转而被输出到第一供应部330和第二供应部140中的每一个。而且，控制部340根据第一供应部330和第二供应部140供应到半导体激光二极管200的驱动电流I来控制第一供应部330的可变电容元件C33的电容值。

第四实施例

以下将参照图14说明根据本公开的第四实施例的半导体激光驱动电路300中的控制部340的详细配置。控制部340包括整流器、第四电容元件C4和第五电容元件C5以及比较器132。在该情况下，该整流器由晶体管M31、第三电容元件C3和第四电流源131构成。第四和第五电容元件C4和C5在其中累积通过由整流器整流而获得的信号。而且，比较器132将在第四电容元件C4和第五电容元件C5中累积的信号相互比较。除此之外，控制部340还包括信号生成电路134和控制电路133。在该情况下，信号生成电路134生成测试信号。而且，控制电路133控制信号生成电路134，并且还根据从比较器132获得的比较结果来控制可变电容元件C33。

如已经所说明的，整流器包括晶体管M31、第三电容元件C3和第四电流源131。在该情况下，晶体管M31的漏极端子被连接到第二电源电位Vdd2，并且其栅极端子被连接到半导体激光驱动电路300的输出端子120。第三电容元件C3的一个端子被连接到第二电源电位Vdd2，并且其另一个端子被连接到晶体管M31的源极端子。而且，第四电流源131的一个端子被连接到晶体管M31的源极端子，并且其另一个端子接地。该整流器被配置为使得晶体管M31和第三电容元件C3彼此并联连接，并且彼此并联连接的晶体管M31和第三电容元件C3与第四电流源131彼此串联连接。

第四电容元件C4的一个端子通过第一开关S1被连接到晶体管M31的源极端子，并且其另一个端子接地。第四电容元件C4在其中累积基于当由信号生成部134生成的第一信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时通过输出端子120输出的驱动电流而生成的电压值。

第五电容元件C5的一个端子通过第二开关S2被连接到晶体管M31的源极端子，并且其另一个端子接地。第五电容元件C5在其中累积基于当由信号生成部134生成的第二信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时通过输出端子120输出的驱动电流而生成的电压值。

比较器132将第四电容元件C4和第五电容元件C5中的电压值相互比较，并输出比较结果到控制电路133。

信号生成部134包括第一信号生成部135、第二信号生成部136和选择器137。在该情况下，第一信号生成部135生成作为测试信号的第一信号。第二信号生成部136生成作为测试信号的第二信号。而且，选择器137选择第一信号和第二信号中的一个信号，并且将所选择的第一信号或第二信号输出到第一供应部130和第二供应部140中的每一个。

第一信号生成部135通过接收从控制电路133发布的指令而生成第一信号。第一信号中包含具有第三频率f3的频率分量(第三频率分量)。确切地说，如图15所示，第一信号是其中设在H电平的信号(高信号)和设在低电平的信号(低信号)在以第三频率f3重复的信号。第一信号生成部135将生成的第一信号输出到选择器137。

第二信号生成部136通过接收从控制电路133发布的指令而生成第二信号。第二信号中包含具有第四频率f4的频率分量(第四频率分量)和具有第五频率f5的频率分量(第五频率分量)二者。确切地说，如图15所示，第二信号重复了高信号和低信号被以第四频率重复的第一时间段与高信号和低信号被以第五频率重复的第二时间段。在该情况下，通过将第一时间段和第二时间段相互组合而得到一个循环。第一信号生成部136将生成的第一信号输出到选择器137。

注意，假定第一信号和第二信号的幅度具有大约相同的值。

选择器137接收已分别由第一信号生成部135和第二信号生成部136生成的第一信号和第二信号。选择器137根据从控制电路133发布的指令来选择第一信号和第二信号中的一个信号，并且将选择的第一信号或第二信号作为输入信号输出到第一供应部130和第二供应部140中的每一个。

在调节可变电容元件C33的电容的调节阶段，控制电路133控制信号生成部134的第一信号生成部135、第二信号生成部136和选择器137，并且将第一信号或第二信号作为输入信号供应到第一供应部330和第二供应部140中的每一个。因此，控制电路133根据从比较器132获得的比较结果来调节可变电容元件C33的电容值。

以下将参照图16至18说明通过使用第一信号和第二信号二者来调节可变电容元件C33的电容值的方法。图16至18分别是示出了当第一供应部330和第二供应部140的截止频率被改变时第一信号和第二信号二者被输入到第一供应部330和第二供应部140时的模拟结果的图形。

图16是示出了当作为第一供应部330的截止频率的第一频率f1和作为第二供应部140的截止频率的第二频率f2彼此大约相等时从半导体激光驱动电路300输出的驱动电流的电压值的图形。

图16中所示的实线表示当第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时来自整流器的输出。如图16所示，当第一供应部330的截止频率f1和第二供应部140截止频率f2彼此大约相等(f1≈f2)时，半导体激光驱动电路300输出具有与第一信号的电压波形大约相等的电压波形的信号。在下文中，当第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时半导体激光驱动电路300输出的信号将被称作“第一输出信号”。

图16所示的双点划线表示当第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时来自半导体激光驱动电路300的输出。如图16所示，当第一供应部330的截止频率f1和第二供应部140的截止频率f2彼此大约相等(f1≈f2)时，半导体激光驱动电路300输出具有与第二信号的电压波形大约相等的电压波形的信号。在下文中，当第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时半导体激光驱动电路300输出的信号被称作“第二输出信号”。

由于第一信号和第二信号的幅度彼此大约相等，因此第一输出信号和第二输出信号的幅度彼此大约相等。在图16所示的模拟结果中，第一输出信号与第二输出信号之间的平均幅度差约为0.16mV。

图17是示出了当作为第一供应部330的截止频率的第一频率f1大于作为第二供应部140的截止频率的第二频率f2时从半导体激光驱动电路300输出的驱动电流的电压值的图形。

如图17所示的实线表示当第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时来自半导体激光驱动电路300的输出。图17所示的双点划线表示当第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时来自半导体激光驱动电路300的输出。在对当第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时半导体激光驱动电路300输出的第一输出信号与当第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时半导体激光驱动电路300输出的第二输出信号进行相互比较时，如图17所示，第一输出信号的幅度变得大于第二输出信号的幅度。在图17所示的模拟结果中，第一输出信号与第二输出信号之间的平均幅度差约为12.6mV。

图18是示出了当作为第一供应部330的截止频率的第一频率f1小于作为第二供应部140的截止频率的第二频率f2时从半导体激光驱动电路300输出的驱动电流的电压值的图形。

如图18所示的实线表示当第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时来自半导体激光驱动电路300的输出。图18所示的双点划线表示当第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时来自半导体激光驱动电路300的输出。在对当第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时半导体激光驱动电路300输出的第一输出信号与当第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时半导体激光驱动电路300输出的第二输出信号进行相互比较时，如图18所示，第一输出信号的幅度变得小于第二输出信号的幅度。在图18所示的模拟结果中，第一输出信号与第二输出信号之间的平均幅度之差约为-10.74mV。

例如，当载有半导体激光驱动电路300的芯片被发运时，当半导体激光驱动电路300的电源被接通时，或者在半导体激光驱动电路300被驱动的每个时间段，控制电路133执行调节模式。

确切地说，当控制电路133执行该调整模式时，首先，信号生成部134的第一信号生成部135被控制电路133指示以生成第一信号。控制电路133控制选择器137，使得第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个。

当第一信号作为输入信号已被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个之后经过了一给定时间段时，控制电路133控制第二信号生成部136和选择器137二者，使得第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个。

控制电路133接收通过对当第一信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时基于驱动电流I生成的电压进行整流而获得的电压(即第一输出信号的平均幅度)与通过对当第二信号作为输入信号被输入到第一供应部330和第二供应部140中的每一个时基于驱动电流I生成的电压进行整流而获得的电压(即来自比较器的第二输出信号的平均幅度)之间的比较结果。

当基于来自比较器132的比较结果而判断第一输出信号的幅度大于第二输出信号的幅度时，控制电路133控制可变电容元件C33，使得第一供应部330的截止频率f1被减小。

另一方面，当基于来自比较器132的比较结果而判断第一输出信号的幅度小于第二输出信号的幅度时，控制电路133控制可变电容元件C33，使得第一供应部330的截止频率f1被增大。

此外，当基于来自比较器132的比较结果而判断第一输出信号的幅度等于第二输出信号的幅度时，控制电路133结束该调节模式。当该调节模式已被结束时，半导体激光驱动电路300将从外部对其输入的输入信号供应到半导体激光二极管200。

如上所述，在根据本公开的第四实施例的半导体激光驱动电路300中，可变电容元件C33被设置在第一供应部330中，并且第一供应部330的截止频率f1被调节。其结果是，无论半导体激光驱动电路300的制造误差和环境变化如何，都可以向半导体激光二极管200供应具有较少失真的驱动电流。

应注意的是，虽然在第四实施例中，控制电路133调节第一供应部330的截止频率f1，但可替代地，控制电路133可以调节第二供应部140的截止频率f2。在该情况下，期望一种使第二供应部140的第二电容元件C2成为可变电容元件的方法。然而，当第二供应部140的第二电容元件C2被变为可变电容元件时，有可能的是，在某些情况下无法以高速执行第二供应部140的切换操作。因此，在第二供应部140高速工作等情况下，优选调节第一供应部330的截止频率f1。

最后，上述实施例只是本公开的范例，因此本公开绝不限于上述实施例。由于这个原因，应理解的是，即使在除上述实施例之外的任何方面，可以在不脱离上述实施例的技术思想的情况下根据该设计等作出各种改变。

本公开包含与2011年10月12日提交的日本优先权专利申请JP2011-224857中的公开内容相关的主题，该申请的全部内容通过引用结合在本文中。

Claims (6)

1.一种半导体激光驱动电路，所述半导体激光驱动电路基于通过输入端子输入的输入信号，向连接到输出端子的半导体激光二极管供应驱动电流，从而控制所述半导体激光二极管，所述半导体激光驱动电路包括：

第一供应部，所述第一供应部供应偏置电流和第一供应信号，所述第一供应信号具有频率等于或低于所述输入信号的第一频率的频率分量；以及

第二供应部，所述第二供应部供应第二供应信号，所述第二供应信号具有频率高于所述输入信号的第二频率的频率分量。

2.根据权利要求1所述的半导体激光驱动电路，其中，所述第一频率和所述第二频率彼此大约相等。

3.根据权利要求1所述的半导体激光驱动电路，其中，所述第一供应部包括：

生成所述偏置电流的电流源；

电流镜电路，所述电流镜电路具有高耐受电压晶体管，并且将偏置电流和所述第一供应信号相互叠加从而将得到信号供应到所述输出端子；以及

连接到所述高耐受电压晶体管的栅极端子的第一电容元件。

4.根据权利要求3所述的半导体激光驱动电路，其中，所述第一电容元件是可变电容元件，并且通过调节所述第一电容元件的电容值来调节所述第一频率。

5.根据权利要求4所述的半导体激光驱动电路，进一步包括：

控制部，所述控制部根据通过如下比较而获得的比较结果来调节所述第一电容元件的电容值：所述比较对当使具有第三频率分量的第一信号作为输入信号时通过对基于驱动电流生成的电压进行整流而获得的电压值与当使具有第四频率分量和第五频率分量的第二信号作为输入信号时通过对基于驱动电流生成的电压进行整流而获得的电压值进行比较。

6.一种半导体激光装置，包括：

半导体激光二极管；以及

半导体激光驱动电路，所述半导体激光驱动电路基于通过输入端子输入的输入信号，向连接到输出端子的所述半导体激光二极管供应驱动电流，从而控制所述半导体激光二极管，

其中所述半导体激光驱动电路包括：

第一供应部，所述第一供应部供应偏置电流和第一供应信号，所述第一供应信号具有频率等于或低于所述输入信号的第一频率的频率分量，以及

第二供应部，所述第二供应部供应第二供应信号，所述第二供应信号具有频率高于所述输入信号的第二频率的频率分量。

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