JP2001313614A - 発光素子駆動方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電気伝送システムを光伝送システムに変更した
場合の送信部を簡易にし、小型化、低コスト化、低消費
電力化できる発光素子駆動方式である。 【解決手段】発光素子駆動方式において、電流引き込み
型の出力部を有する送信ＩＣ101の出力端子に半導体発
光素子106のカソード端子を直接接続、或いはカソード
端子側を接続すると共に半導体発光素子106と直列に抵
抗を接続し、半導体発光素子106を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送システムの
光送信機の発光素子の駆動方式、これを用いた光送信
機、およびそれを用いた光配線に関する。

【０００２】

【従来技術】液晶ディスプレイの普及に伴い、ディスプ
レイとコンピュータ間のデジタルインターフェース(以
下、デジタルモニタインターフェースと呼ぶ)が開発さ
れている。アナログインターフェースと比較して、表示
品質の向上、伝送線路長の延長、システムコストの低減
が期待されている。

【０００３】PanelLinkはSi1icon Image社が開発した
デジタルモニタインターフェース用の伝送方式である。
同社はその専用の送信ＩＣ、受信ＩＣを開発している。
コンピュータのグラフィックスコントローラからの画像
データ信号とコントロール信号は、送信ＩＣの符号化回
路により３チャンネル(以下、chと記す)の伝送信号に変
換される。受信ＩＣの復号化回路はそれら３chの伝送信
号を画像データ信号とコントロール信号に変換し、ディ
スプレイに入力する。グラフィックスコントローラから
のクロック信号は送信ＩＣの符号化回路、受信ＩＣの復
号化回路で用いられる。従って、送信部と受信部は３ch
(画像データ信号、コントロール)＋１ch(クロック)の計
４本の伝送路で結ばれる。

【０００４】図４にPanelLinkの伝送システムの構成図
を示す。図４中、101は送信ＩＣ、102と103は出力トラ
ンジスタ、104は定電流源、401は受信ＩＣ、402は差動
増幅器、403と404は終端抵抗、405〜408は伝送路となる
ツイナックスコア、409はツイナックスケーブルであ
る。尚、図の煩雑さを避けるため、１ch分のみ記載し
た。

【０００５】ツイナックスコアはツイストペア線とドレ
イン線の回りにアルミ箔等でシールドを施したものであ
る。複数のツイナックスコアを束ねてさらにシールドを
施したものがツイナックスケーブルである。ツイナック
スケーブルは、インピーダンスが安定であり、電磁誘導
ノイズが低いため、高速伝送システムに用いられる。Pa
nelLinkではツイナックスコアが4つのツイナックスケー
ブルが用いられる。

【０００６】しかしながら、PanelLinkでは１ch当りの
伝送速度が数１００Mbps以上であるため、ツイナックス
ケーブルでの長距離の伝送は難しい。そのため、伝送路
に光ファイバを用いた仕様のLightPipeと呼ばれる製品
が出されている。

【０００７】図５にその送信部の構成を示す。図５中、
501は光送信モジュールである。４chの電気信号を４ch
の光信号に変換する。各ch用にＬＤ(Laser Diode)駆動
回路502、ＬＤ503、送信部結合系504を備える。ＬＤ駆
動回路502はＡＣ結合のＥＣＬ(Emitter Coupled Logi
c)ロジック・インターフェースを備え、PanelLinkの送
信ＩＣ101の差動出力の一方が入力される。各chは、個
別の光コネクタ505〜508を備え、個別の光ファイバケー
ブル509〜512が接続される。尚、ここでも図の煩雑さを
避けるため、１ch分のみ記載した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述の例では、PanelL
inkの送信ＩＣ101の出力をロジック信号として光送信モ
ジュール501に入力し、光信号に変換している。光送信
モジュールはロジックインターフェース、ＬＤ駆動回路
を備えるため、電気伝送システムから光伝送システムヘ
の変更により、構成要素、消費電力が増える。また、４
ch用であるため、光送信モジュール自体の大きさも小さ
くない。

【０００９】本発明の目的は、Pane1Link等の電気伝送
システムを光伝送システムに変更した場合の送信部を簡
易にし、小型化、低コスト化、低消費電力化できる発光
素子駆動方式、これを用いた光送信機、およびそれを用
いた光配線等を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の発光素子駆動方式は、電流引き込み型の出力部を有
する送信ＩＣの出力端子に半導体発光素子のカソード端
子を直接接続し、該半導体発光素子を駆動することを特
徴とする。これにより、複雑な構成の光送信モジュール
を用いる必要がなくなり、送信部の簡易化、小型化、低
コスト化、低消費電力化が可能になる。本発明では、送
信ＩＣの出力電圧レベル、半導体発光素子のアノードに
印加する電圧、および半導体発光素子の電圧−電流特性
の整合を、適当な半導体発光素子の選択とこれの接続形
態により可能にして、上記の如き簡単な駆動方式を実現
している。

【００１１】また、上記目的を達成する本発明の発光素
子駆動方式は、電流引き込み型の出力部を有する送信Ｉ
Ｃの出力端子に半導体発光素子のカソード端子を抵抗を
介して接続し、該半導体発光素子を駆動することを特徴
としたり、或いは電流引き込み型の出力部を有する送信
ＩＣの出力端子に半導体発光素子のカソード端子を直接
接続し、該半導体発光素子のアノード端子に抵抗を接続
し、該半導体発光素子を駆動することを特徴としたりす
る。これにより、送信ＩＣの出力電圧レベルに対して、
使用可能な半導体発光素子の選択の幅が広がる。

【００１２】上記構成において、前記半導体発光素子の
アノードとカソード間、或いは半導体発光素子と抵抗の
直列回路の端子間に、ツェナーダイオードを接続しても
よい。これにより、静電気、サージによる半導体発光素
子の破壊を防ぐことができる。

【００１３】前記半導体発光素子としては半導体レーザ
（端面発光型ＬＤ、VCSEL（Vertical Cavity Surface
Emitting Laser）など）を用い得る。これにより、こ
の駆動方式を用いる光送信機等を小型で高性能にするこ
とができる。発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることも
できる。

【００１４】チャンネル数が２つ以上の伝送システムに
おいて、各送信ＩＣの出力端子に各半導体発光素子を前
記の如く接続する発光素子駆動方式の形態も採りうる。
これにより、並列光伝送システム、特にデジタルモニタ
インタフェースの送信部を小型化、低コスト化、低消費
電力化できる。

【００１５】また、上記目的を達成する本発明の光送信
機は、上記の発光素子駆動方式を用いて光送信を行うこ
とを特徴とする。これにより、光送信機の送信部を小型
化、低コスト化、低消費電力化できる。

【００１６】また、上記目的を達成する本発明の光配線
は、入出力信号の接続を電気コネクタで行い、伝送路と
して光ファイバを用いる光配線において、光送信部の半
導体発光素子の駆動方式として上記の発光素子駆動方式
を用いることを特徴とする。これにより、電気コネクタ
と光ファイバケーブルの長所を兼ね備えた光配線の送信
部を小型化、低コスト化、低消費電力化できる。

【００１７】

【作用】本発明によれば、ロジックインターフェース、
ＬＤ駆動回路を備える光送信モジュールを用いずに、光
送信機を構成することができ、光送信機の構成が簡易に
なる。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１実施例）以下、本発明の第
１実施例について図面とともに説明する。

【００１９】図１は本発明に係る発光素子駆動回路の第
１実施例を示す図である。図１中、101はPanelLink送信
ＩＣ、102と103はその出力トランジスタ、104は定電流
源、105は後述のアクティブ光配線の光送信部側コネク
タ、106は発光素子であるＬＤ、107はツェナーダイオー
ド、108は終端抵抗である。102〜108で1つのchの構成要
素を成す。PanelLinkは４chであるため、102〜108の構
成要素は４ch分あるが、煩雑さを避けるため、図１中で
は１ch分のみ記載した。

【００２０】送信ＩＣ101の出力部は電流引き込み型で
あり、負荷（通常は伝送路と終端抵抗）は電源と送信Ｉ
Ｃ101の出力部の間に接続される。

【００２１】出力トランジスタ102、103には、PanalLin
k送信ＩＣ内の符号化回路で生成された差動信号が入力
され、一方がＯＮ、他方がＯＦＦ状態になる。ＯＮ状態
の出力トランジスタに接続された負荷(ＬＤ106あるいは
終端抵抗108)には定電流源104の電流が流れる。

【００２２】ツェナーダイオード107はＬＤ106の保護用
に取付けている。本実施例ではＬＤ駆動用のトランジス
タ102、103を光送信部コネクタ105の外部に置いてい
る。従って、ツェナーダイオード107が無い場合、アク
ティブ光配線の送信部コネクタ105を装置(あるいは回路
基板)のコネクタヘの接続していないときには、ＬＤ106
のアノードとカソードは開放状態になっている。静電
気、あるいはコネクタ脱着時のサージにより、ＬＤ106
が壊れる可能性がある。ツェナーダイオード107を取り
付けることにより、これを防ぐことができる。ツェナー
電圧としては３V程度が適当である。

【００２３】図２はアクティブ光配線の模式図である。
ここで言うアクティブ光配線とは、光ファイバケーブル
の両端のコネクタに発光/受光素子およびぞれの関連回
路を組み込んだものである。装置(あるいは回路基板側)
のコネクタヘの接続は、通常の電気ケーブルと同様に電
気的に行う。電気コネクタの長所(取扱いが容易)と光フ
ァイバケーブルの長所(低損失、軽量、細径、耐雑音性
が高い、接地電位差問題が無い)を兼ね備える。

【００２４】図２中、105は送信部コネクタ、106はＬ
Ｄ、201は送信部光結合系、202は送信部電気接続ピン、
203は受信部コネクタ、204はフォトダイオード(ＰＤと
も呼ぶ)、205は受信回路、206は受信部光結合系、207は
受信部電気接続ピン、208は光ファイバケーブルであ
る。尚、ＬＤ保護用のツェナーダイオード107の記載は
省略した。

【００２５】送信部コネクタ105は、ＬＤ106、送信部光
結合系201、送信部電気接続ピン202を内部に備える。送
信部電気接続ピン202には、伝送信号ピンの他に、電源
ピン、ＧＮＤピンがある。送信部光結合系201はＬＤ106
から射出される光を光ファイバケーブル208に結合す
る。これには、レンズを用いるもの、ＬＤと光ファイバ
ケーブルの一端を１つの基板上で近接して対向させて固
定するもの等がある。PanalLinkは４chであるため、伝
送信号ピンは４つあり、また、ＬＤ106と送信部光結合
系201は、４ch個別、或いは４chアレイ対応のものを用
いる。光ファイバケーブル208は、リボンファイバと呼
ばれる４本の光ファイバの芯線が束ねられたものを用い
る。

【００２６】受信部コネクタ203は、ＰＤ204、受信回路
205、受信部光結合系206、受信部電気接続ピン207を内
部に備える。受信部電気接続ピン207には、伝送信号ピ
ンの他に、電源ピン、ＧＮＤピンがある。ＰＤ204は逆
バイアスされた状態で用いられ、光信号の入射により電
流が流れる。受信回路205は、プリアンプ、ポストアン
プ、コンパレータ、ロジックインタフェース等で構成さ
れる。これは、ＰＤ204の電流信号を電圧信号に変換、
増幅し、ロジックレベルの電圧信号を出力する。受信部
光結合系206は光ファイバケーブル208からの光をＰＤ20
4に結合する。PanalLinkは４chであるため、伝送信号ピ
ンは４つあり、また、ＰＤ204、受信部光結合系206、受
信回路205は、４ch個別、或いは４chアレイ対応のもの
を用いる。

【００２７】本実施例では、図１に示すように、PanelL
inkの送信ＩＣ101の出力トランジスタと電源間にＬＤ10
6を直接接続する。これは、送信ＩＣ101の出力電圧レベ
ル、ＬＤ106のアノードに印加する電圧V_CC2、およびＬ
Ｄ106の電圧−電流特性の整合により可能になる。

【００２８】以下、その整合の一例を示す。尚、見積り
を簡単にするために、ＬＤ106の電流−電圧特性をpn接
合の順方向電圧印加時の電圧降下(以下、V_LDと呼ぶ)と
ＬＤ106のV_LD以上での素子抵抗R_LDで次のようにモデル
化する。電圧に対する電流はV_{L D}まで0で、その後、傾き
1/ R_LDで増加するとする。

【００２９】PanelLinkの送信ＩＣ101の出力電圧レベル
は"H"（high）レベルで３．３V、"L"（low）レベルで
２．８Vである。ＬＤ106として、V_LDが１．５V(波長８
５０nm帯)、R_LDが８０ΩのVCSEL(Vertical Cavity Su
rface Emitting Lasers)を用い、そのアノードを印加
する電圧V_CC2を５．０Vとすると、各電圧レベルでのＬ
Ｄ106の駆動電流の概算値は次のようになる。

【００３０】I_H=(5.O-3.3-1.5)/80=2.5mA I_L=(5.O-2.8-1.5)/80=8.8mA ＬＤ106のしきい値電流が２mA程度であれば、この駆動
回路により駆動することが可能である。

【００３１】尚、I_H < I_Lであるため、電気信号を光信
号に変換したところで、デジタル信号の"H"と"L"が反転
するため、ＬＤ106を接続する出力トランジスタ103は差
動出力の負論理側とする。図１では、その様になってい
るとする。

【００３２】本実施例では、PanelLinkの送信ＩＣ101の
出力トランジスタでＬＤ106を直接駆動するため、余計
な電気回路を必要としない。構成の簡易化、低消費電力
化、低コスト化が可能である。さらに、アクティブ光配
線とすることで、従来の電気ケーブルと同等の使い勝手
を保ちながら、光伝送の特長である長距離伝送、電磁誘
導ノイズの低減を実現できる。また、保護用のツェナー
ダイオード107により、静電気、サージによるＬＤの破
壊を防ぎ、光配線の信頼性を高めることができる。

【００３３】（第２実施例）以下、本発明の第２実施例
について図面とともに説明する。

【００３４】図３は本発明に係る発光素子駆動回路の第
２実施例を示す図である。第１実施例の発光素子駆動回
路を示す図１との相違は、ＬＤ106のカソードを抵抗301
を介して出力トランジスタに接続していることにある。

【００３５】本実施例ではＬＤ106として１．３μm帯の
端面発光型ＬＤを用いる。V_LDは０．９５V、R_LDは数Ω
程度とする。抵抗301の抵抗値を50- R_LDとし、V_CC2を
５．０Vとすると、各ロジックレベルでのＬＤ106の駆動
電流値は次のようになる。

【００３６】I_H=(5.0-3.3-O.95)/50=15mA I_L=(5.0-2.8-0.95)/50=25mA ＬＤ106のしきい値電流が１３mA程度であれば、この駆
動回路により駆動することが可能である。

【００３７】本実施例では、V_CC2に加え、抵抗301の抵
抗値を駆動電流設定に用いることができるため、ＬＤな
どの半導体発光素子の選択範囲が広がる。

【００３８】（その他の実施例）上記の実施例ではＬＤ
のアノードを接続するV_CC2を５Vとしていたが、使用す
るＬＤなどの半導体発光素子の特性によっては別の値を
用いることも可能である。ＬＤの上記V_LD、R_LD、しきい
値電流は一例であり、動作に支障の無いならば、他の特
性のＬＤを用いることも可能である。

【００３９】また、PanelLinkの送信ＩＣを具体例とし
て挙げて説明したが、出力部の形式が電流引き込み型に
なっている送信ＩＣに適用することも可能である。

【００４０】また、半導体発光素子としてＬＤを用いた
が、ＬＥＤ等の他の半導体発光素子を用いることも可能
である。ツェナーダイオードのツェナー電圧を３Vとし
たが、動作に支障の無い電圧にすることも可能である。

【００４１】駆動回路でのデジタル信号の論理反転の対
策として、送信ＩＣの差動出力の負論理側のトランジス
タにＬＤを接続する方法を挙げたが、受信回路のロジッ
クインターフェース部で論理反転を行うことも可能であ
る。

【００４２】さらに、第２実施例において、抵抗301を
ＬＤ106のカソード側に接続したが、アノード側に接続
することも可能である。また、ツェナーダイオード107
をＬＤ106の端子間に直接(抵抗301を介さず)接続するこ
とも可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気伝送システムを複雑な光送信モジュールを用いずに
光ファイバ伝送システムに変更することができる。新た
に追加する構成要素が少なくなるため、小型化、低コス
ト化、低消費電力化が可能である。特にPanelLinkの光
ファイバ仕様に有効である、

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る発光素子駆動回路の第１実
施例を示す図である。

【図２】図２は本発明のアクティブ光配線の模式図であ
る。

【図３】図３は本発明に係る発光素子駆動回路の第２実
施例を示す図である。

【図４】図４はデジタルモニタインターフェースPanelL
inkの伝送システムの構成図である。

【図５】図５はPanelLinkの光伝送システムの送信部の
従来例の構成図である。

【符号の説明】

101 送信ＩＣ 102、103 出力トランジスタ 104 定電流源 105 アクティブ光配線送信部コネクタ 106 ＬＤ 107 ツェナーダイオード 108 終端抵抗 201 送信部光結合系 202 送信部電気接続ピン 203 アクティブ光配線受信部コネクタ 204 ＰＤ 205 受信回路 206 受信部光結合系 207 受信部電気接続ピン 208 光ファイバケーブル 301 抵抗 401 従来例の受信ＩＣ 402 差動増幅器 403、404 従来例の終端抵抗 405〜408 ツイナックスコア 409 ツイナックスケーブル 501 従来例の光送信モジュール 502 従来例のＬＤ駆動回路 503 従来例のＬＤ 504 従来例の光結合系 505〜508 光コネクタ 509〜512 光ファイバケーブル

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/042 ６１０ Ｈ０４Ｎ 7/22

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電流引き込み型の出力部を有する送信ＩＣ
   の出力端子に半導体発光素子のカソード端子を直接接続
   し、該半導体発光素子を駆動することを特徴とする発光
   素子駆動方式。
2. 【請求項２】電流引き込み型の出力部を有する送信ＩＣ
   の出力端子に半導体発光素子のカソード端子を抵抗を介
   して接続し、該半導体発光素子を駆動することを特徴と
   する発光素子駆動方式。
3. 【請求項３】電流引き込み型の出力部を有する送信ＩＣ
   の出力端子に半導体発光素子のカソード端子を直接接続
   し、該半導体発光素子のアノード端子に抵抗を接続し、
   該半導体発光素子を駆動することを特徴とする発光素子
   駆動方式。
4. 【請求項４】半導体発光素子のアノードとカソード間、
   或いは半導体発光素子と抵抗の直列回路の端子間に、ツ
   ェナーダイオードを接続する請求項１乃至３の何れかに
   記載の発光素子駆動方式。
5. 【請求項５】前記半導体発光素子として半導体レーザ或
   いは発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いる請求項１乃至４
   の何れかに記載の発光素子駆動方式。
6. 【請求項６】チャンネル数が２つ以上の伝送システム
   に、請求項１乃至５の何れかに記載の発光素子駆動方式
   を適用する発光素子駆動方式。
7. 【請求項７】請求項１乃至６の何れかに記載の発光素子
   駆動方式を用いて光送信を行うことを特徴とする光送信
   機。
8. 【請求項８】入出力信号の接続を電気コネクタで行い、
   伝送路として光ファイバを用いる光配線において、光送
   信部の半導体発光素子の駆動方式として請求項１乃至６
   の何れかに記載の発光素子駆動方式を用いることを特徴
   とする光配線。
9. 【請求項９】電流引き込み型の出力部を有する送信ＩＣ
   の出力端子に接続されて用いられる発光素子駆動回路で
   あって、該出力端子に半導体発光素子のカソード端子が
   直接接続されて該半導体発光素子が駆動される様に構成
   されていることを特徴とする発光素子駆動回路。
10. 【請求項１０】電流引き込み型の出力部を有する送信Ｉ
    Ｃの出力端子に接続されて用いられる発光素子駆動回路
    であって、該出力端子に半導体発光素子のカソード端子
    側が接続されると共に該半導体発光素子と直列に抵抗が
    接続されて該半導体発光素子が駆動される様に構成され
    ていることを特徴とする発光素子駆動回路。