JP2017191812A - ドライバ - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、レーザダイオードを高速に動作させることが可能なドライバを提供する。【解決手段】本発明に係るドライバ（１）は、送信対象の信号（Ｄｉｎ）を入力する入力端子（Ｐｉｎ）と、駆動対象のレーザダイオード（ＬＤ０）のアノード電極に接続するための出力端子（Ｐｏｕｔ）と、制御電極が入力端子に接続されたトランジスタ（Ｑ０）と、第１電源電圧が供給される第１電源ライン（ＧＮＤ）とトランジスタの第１主電極との間に接続された第１抵抗（Ｒ０）と、出力端子とトランジスタの第２主電極との間に接続された第２抵抗（Ｒ１）と、前記第２抵抗と並列に接続された第１容量（Ｃ１）と、出力端子に電流を供給する電流供給部（Ｌｃ）と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザーダイオード（ＬＤ）を駆動するドライバに関し、特に、直接変調半導体レーザ（ＤＭＬ：Ｄｉｒｅｃｔｌｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ）を駆動するシャント型のドライバに関する。

近年、通信トラヒックの増大に伴い、光ファイバを利用した光通信ネットワークの大容量化が求められている。特に、ネットワークの主要素であるイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、登録商標、以下同じ）の大容量化が進展している。

光通信ネットワークの大容量化に伴って、イーサネットの標準規格は現在、１０ＧｂＥおよび４０ＧｂＥの標準化が完了しており、更なるなる大容量化を目指して、１００ＧｂＥまでの標準化が完了されつつある。また、今後のトラヒック増大に向けて、４００ＧｂＥの標準化の議論も開始されている。

従来の１００ＧｂＥまでの規格に対応した光通信ネットワークでは、図１０に示される１００ＧＢａｓｅ−ＬＲ４／ＥＲ４の伝送システムのように、伝送方式としてＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）を用いていた。しかし、現在議論されている４００ＧｂＥの規格に対応した光通信ネットワークでは、伝送方式として、ＮＲＺ以外にＤＭＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉ Ｔｏｎｅ）やパルス振幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下「ＰＡＭ」と称する。）などの多値変調方式を用いた伝送方式の検討が進められている。

近年、これらの伝送方式の中でも、システム構成の簡易化および低消費電力化の観点からＰＡＭが注目されている。

図１１は、ＰＡＭ方式の伝送システムの概略構成を示す図である。
図１１に示されるように、ＰＡＭの伝送システムは、１００ＧＢａｓｅ−ＬＲ４／ＥＲ４の伝送システムと同様に送信フロントエンドとして、レーザダイオード（ＬＤ）と、レーザダイオードを駆動するドライバ（以下、「ＬＤドライバ」とも称する。）とを備えるとともに、ディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を更に備えている。

ＰＡＭ方式の送信フロントエンドにおいて、ＬＤドライバは、低消費電力で高速に動作することが求められる。低消費電力且つ高速動作が可能なＬＤドライバとしては、シャント型ＬＤドライバが従来から知られている（非特許文献１参照）。

図１２は、従来のシャント型ＬＤドライバの構成を示す図である。
送信フロントエンド５において、レーザダイオード５２に対して並列にシャント型ＬＤドライバ５１を接続し、送信すべき信号Ｄｉｎに応じてシャント型ＬＤドライバ５１のトランジスタＱ０を制御することにより、送信すべき信号Ｄｉｎを光信号に変換して送信することができる。

A. Moto, T. Ikagawa, S. Sato, Y. Yamasaki, Y. Onishi, and K. Tanaka, "A low power quad 25.78-Gbit/s 2.5 V laser diode driver using shunt-driving in 0.18μm SiGe-BiCMOS," Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium, 2013.

本願発明者らが、従来のシャント型ＬＤドライバをＰＡＭ方式の光通信ネットワークの送信フロントエンドに適用することを検討したところ、従来のシャント型ＬＤドライバでは、トランジスタＱ０に電流が流れるときにトランジスタＱ０の耐圧低下によってトランジスタＱ０が故障するおそれがあることが明らかとなった。以下、詳細に説明する。

図１３は、従来のシャント型ＬＤドライバを構成するトランジスタＱ０のコレクタ電流Ｉｃ対コレクタ−エミッタ間電圧Ｖ_CE特性の一例を示す図である。
図１４は、シャント型ＬＤドライバによって駆動されるレーザダイオードＬＤ０のＩ−Ｖ特性の一例を示す図である。

一般に、バイポーラトランジスタは、ベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE（ベース電流）が大きくなるほど電流Ｉｃが増加するが、ブレークダウンボルテージである一次降伏した後も電流Ｉｃを更に増加させると、局部的な電流集中が発生し、トランジスタＱ０の耐圧が低下する現象（二次降伏現象）が起こることが知られている。
そのため、図１２に示すシャント型ＬＤドライバにおいてトランジスタＱ０を駆動する際には、図１３に示すように、二次降伏現象が発生する境界２００の右側の降伏領域２０２ではなく、左側の安全動作領域２０１においてトランジスタＱ０を動作させる必要がある。

一方、レーザダイオードは、図１４に示すように、レーザダイオードの両端の電圧Ｖ_LDに対してレーザダイオードの電流Ｉ_LDが急峻に変化するＩ−Ｖ特性を有している。
シャント型ＬＤドライバにおいて、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDは、定電流源から出力される電流Ｉｃｃから、レーザダイオードＬＤ０と並列に接続されたトランジスタＱ０によって引き抜かれる電流Ｉ₀（Ｉｃ）の大きさによって決まり、Ｉ_LD＝Ｉｃｃ−Ｉ₀となる。

図１５は、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDとトランジスタＱ₀の動作点の関係を示す図である。
図１５に示すように、シャント型ＬＤドライバでは、トランジスタＱ₀のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEを変化させることにより、レーザダイオードＬＤ０の電流Ｉ_LDを変化させることができる。

例えば、図１５に示すように、ベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEを最大値Ｖ_BEmaxとした場合、トランジスタＱ０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが最小となり、トランジスタＱ０のコレクタ電流Ｉｃが最大値Ｉ_0maxとなる。このとき、レーザダイオードＬＤ０の電流Ｉ_LDは最小となる。一方、トランジスタＱ０のベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEを最小値Ｖ_BEminとした場合、トランジスタＱ０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEが最大となり、トランジスタＱ０のコレクタ電流Ｉｃが最小値Ｉ_0mimとなる。このとき、レーザダイオードＬＤ０の電流Ｉ_LDは最大となる。

このように、トランジスタＱ０に流れる電流Ｉ₀（コレクタ電流Ｉｃ）は、レーザダイオードＬＤ０のＩ−Ｖ特性３００に沿って変化する。そのため、ベース・エミッタ間電圧を最大値Ｖ_BEmaxとしてレーザダイオードＬＤ０の電流Ｉ_LDを最小とする場合に、レーザダイオードＬＤ０のＩ−Ｖ特性が急峻であるほど、トランジスタＱ０の動作点が境界２００の右側、すなわち降伏領域２０２に入り、耐圧低下によるトランジスタＱ０の破壊が起こるおそれがある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、トランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、レーザダイオードを高速に動作させることが可能なドライバを提供することにある。

本発明に係るドライバ（１）は、送信対象の信号（Ｄｉｎ）を入力する入力端子（Ｐｉｎ）と、駆動対象のレーザダイオード（ＬＤ０）のアノード電極に接続するための出力端子（Ｐｏｕｔ）と、制御電極が入力端子に接続されたトランジスタ（Ｑ０）と、第１電源電圧が供給される第１電源ライン（ＧＮＤ）とトランジスタの第１主電極との間に接続された第１抵抗（Ｒ０）と、出力端子とトランジスタの第２主電極との間に接続された第２抵抗（Ｒ１）と、前記第２抵抗と並列に接続された第１容量（Ｃ１）と、出力端子に電流を供給する電流供給部（Ｌｃ，１２）とを有することを特徴とする。

上記ドライバにおいて、電流供給部は、第１電源電圧よりも大きい第２電源電圧が供給される第２電源ライン（ＶＣＣ）と出力端子との間に接続されたコイル（Ｌｃ）を含んでもよい。

上記ドライバにおいて、電流供給部は、第１電源電圧よりも大きい第２電源電圧が供給される第２電源ライン（ＶＣＣ）と出力端子との間に接続された定電流源（１２）を含んでもよい。

上記ドライバにおいて、入力端子は、第１端子（Ｐｉｎ０）と第２端子（Ｐｉｎ１）を含み、トランジスタ（Ｑ０）と、第１抵抗（Ｒ０）と、第２抵抗（Ｒ１）と、第１容量（Ｃ１）とを一組とする基本駆動回路（１０）をＮ（Ｎは２以上の整数）個有し、Ｎ個の基本駆動回路のうち、Ｍ（ＭはＮよりも小さい正の整数）個の基本駆動回路を構成する夫々のトランジスタの制御電極は、第１端子に接続され、Ｎ個の基本駆動回路のうち、残りの（Ｎ−Ｍ）個の基本駆動回路を構成する夫々のトランジスタの制御電極は、第２端子に接続されていてもよい。

上記ドライバにおいて、第１バイアス電圧が供給される第１バイアス端子（Ｖａ）と、第１バイアス電圧よりも低い第２バイアス電圧が供給される第２バイアス端子（Ｖｂ）と、一端が、Ｍ個の基本駆動回路を構成する夫々のトランジスタの制御電極に共通に接続され、他端が第１端子に接続された第２容量（Ｃａ）と、第１バイアス端子と第２容量の一端との間に接続された第３抵抗（Ｒａ０）と、第２バイアス端子と第２容量の一端との間に接続された第４抵抗（Ｒｂ０）と、一端が（Ｎ−Ｍ）個の基本駆動回路を構成する夫々のトランジスタの制御電極に共通に接続され、他端が第２端子に接続された第３容量（Ｃｂ）と、第１バイアス端子と第３容量の一端との間に接続された第５抵抗（Ｒａ１）と、第２バイアス端子と第３容量の一端との間に接続された第６抵抗（Ｒｂ１）とを更に有してもよい。

上記ドライバにおいて、Ｎ＝３Ｍであってもよい。

本発明によれば、トランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、レーザダイオードを高速に動作させることが可能となる。

実施の形態１に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。 実施の形態１に係るＬＤドライバにおけるトランジスタの動作点を示す図である。 実施の形態１に係るＬＤドライバによってレーザダイオードを駆動したときのタイミングチャート図である。 実施の形態２に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。 実施の形態２に係るＬＤドライバによってレーザダイオードを駆動したときの電流Ｉ_LDのアイ波形の一例を示す図である。 実施の形態２に係るＬＤドライバによってレーザダイオードを駆動したときの光出力の一例を示す図である。 実施の形態３に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。 実施の形態３に係る別のＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。 実施の形態４に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。 従来の１００ＧＢａｓｅ−ＬＲ４／ＥＲ４の伝送システムの概略構成を示す図である。 従来のＰＡＭ方式の伝送システムの概略構成を示す図である。 従来のシャント型ＬＤドライバを用いた送信フロントエンドの構成を示す図である。 シャント型ＬＤドライバを構成するトランジスタのコレクタ電流Ｉｃ対コレクタ−エミッタ間電圧Ｖ_CE特性の一例を示す図である。 シャント型ＬＤドライバの駆動対象であるレーザダイオードのＩ−Ｖ特性の一例を示す図である。 レーザダイオードに流れる電流とトランジスタの動作点の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態で共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

≪実施の形態１≫
図１は、本発明の一実施の形態に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。
同図に示される送信フロントエンド１００は、送信すべき情報を光ファイバ等から成る光通信ネットワークに対して光信号として出力する光送信器において、上記情報が重畳された電気信号を光信号に変換する機能部である。

図１に示されるように、送信フロントエンド１００は、レーザダイオードＬＤ０と、レーザダイオードＬＤ０を駆動するためのＬＤドライバ１とを備えている。なお、本実施の形態では、電源電圧ＶＣＣが供給される信号ラインを“電源ラインＶＣＣ”とし、電源電圧ＶＣＣよりも小さい電源電圧が供給される信号ラインを“グラウンドラインＧＮＤ”とする。

レーザダイオード（半導体レーザ）ＬＤ０は、供給された駆動電流Ｉ_LDに応じた強度の光を出力する発光素子である。レーザダイオードＬＤ０は、直接変調半導体レーザ（ＤＭＬ：Ｄｉｒｅｃｔｌｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｌａｓｅｒ）である。レーザダイオードＬＤ０のアノードは、出力端子Ｐｏｕｔに接続され、レーザダイオードＬＤ０のカソードは、グラウンドラインＧＮＤに接続される。レーザダイオードＬＤ０のアノードと出力端子Ｐｏｕｔとは、例えば、ボンディングワイヤまたはフリップチップ接続によって接続されている。

なお、レーザダイオードＬＤ０のアノードと出力端子Ｐｏｕｔとの間に接続されるボンディングワイヤまたはフリップチップ接続による配線は、寄生インダクタンスを有している。一般にボンディングワイヤ（金ワイヤ）のインダクタ成分は約１ｎＨ／ｍｍであり、フリップチップ接続の場合には、ボンディングワイヤに比べてインダクタ成分が小さくなる傾向がある。

ＬＤドライバ１は、入力端子Ｐｉｎに入力された入力信号Ｄｉｎに基づいて、レーザダイオードＬＤ０の駆動電流Ｉ_LDを直接変調することにより、レーザダイオードＬＤ０による光出力を変調するＤＭＬドライバである。具体的に、ＬＤドライバ１は、コイルＬｃと、入力整合部１１と、基本駆動回路１０とを含む。

コイルＬｃは、レーザダイオードＬＤ０の駆動電流Ｉ_LDを供給するための素子である。コイルＬｃは、例えば高周波用チョークコイルである。コイルＬｃの一端は、電源電圧ＶＣＣが供給される電源端子に接続され、コイルＬｃの他端は、出力端子Ｐｏｕｔに接続される。コイルＬｃは、電源ラインＶＣＣから基本駆動回路１０とレーザダイオードＬＤ０とに対してＤＣバイアスを供給するとともに、高周波動作時に高インピーダンスとなる。以下、コイルＬｃから出力される電流をＩｃｃと表記する。

入力整合部１１は、所定の変調方式に従って変調されることにより送信すべき情報が重畳された入力信号Ｄｉｎを出力する回路（例えば、図１１におけるＤＡＣ）と、その入力信号Ｄｉｎを入力する後述のＬＤドライバ１０との間のインピーダンスを整合するための機能部である。
入力整合部１１は、一端が入力端子Ｐｉｎに接続され、他端がグラウンドラインＧＮＤに接続される抵抗Ｒｍを含む。例えば、５０Ω系の伝送線路から入力信号Ｄｉｎを入力する場合、Ｒｍ＝５０Ωである。

基本駆動回路１０は、コイルＬｃとレーザダイオードＬＤ０とを結ぶ電流経路を分岐させる分流経路を形成し、入力信号Ｄｉｎに基づいて上記分流経路に流れる電流Ｉ₀を制御することにより、レーザダイオードＬＤ０の駆動電流Ｉ_LDを制御するシャント型ドライバ回路を構成している。具体的に、基本駆動回路１０は、トランジスタＱ０、抵抗Ｒ０，Ｒ１、および容量Ｃ１を含む。

トランジスタＱ０は、上記分流経路に流れる電流Ｉ₀を制御するための素子であり、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。トランジスタＱ０の制御電極としてのベース電極は入力端子Ｐｉｎに接続されている。

抵抗Ｒ０は、グラウンドラインＧＮＤとトランジスタＱ０の第１主電極としてのエミッタ電極との間に接続されている。抵抗Ｒ１は、出力端子ＰｏｕｔとトランジスタＱ０の第２主電極としてのコレクタ電極との間に接続されている。容量Ｃ１は、抵抗Ｒ１と並列に接続されている。すなわち、容量Ｃ１は、出力端子ＰｏｕｔとトランジスタＱ０のコレクタ電極との間に接続されている。

次に、上述の回路構成を有するＬＤドライバ１の動作について図２、３を用いて説明する。

図２は、実施の形態１に係るＬＤドライバ１におけるトランジスタＱ０の動作点を示す図である。
図２において、参照符号３００は、従来のシャント型ＬＤドライバ（図１２参照）を用いた場合のレーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDの特性を表し、参照符号３００Ａは、実施の形態１に係るＬＤドライバ１を用いた場合のレーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDの特性を表している。

図３は、実施の形態１に係るＬＤドライバ１によってレーザダイオードＬＤ０を駆動したときのタイミングチャート図である。

図２，３に示すように、バイアス電圧Ｖ_biasを基準として上下の方向に変化する入力信号ＤｉｎをＬＤドライバ１に入力する場合を考える。
先ず、入力端子Ｐｉｎにバイアス電圧Ｖ_biasのみが印加された状態（ＡＣ成分なし）では、コイルＬｃは低インピーダンス状態（短絡状態）となり、出力端子Ｐｏｕｔの電圧は略電源電圧Ｖｃｃとなる。このとき、トランジスタＱ０に流れる電流をＩ_0biasとすると、トランジスタＱ０のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CEは、Ｖ_CEbias＝ＶＣＣ−（Ｒ１＋Ｒ０）Ｉ_0biasで表される。このとき、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流をＩ_LDbiasとする。

次に、バイアス電圧Ｖ_biasに重畳したデータ（ＡＣ成分）が印加された場合を考える。例えば、入力信号Ｄｉｎとして、バイアス電圧Ｖ_biasを基準としてハイレベルとなる高周波信号Ｖｉｎ_maxが入力された場合、トランジスタＱ０が更にオンする方向に変化する。このとき、コイルＬｃは、高周波信号に対して高インピーダンスとなり、図３に示すように、トランジスタＱ０に流れる電流Ｉ_Oが増加し、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDは、Ｉ_LDbiasから減少する。一方、入力信号Ｄｉｎとして、バイアス電圧Ｖ_biasを基準としてローレベルとなる高周波信号Ｖｉｎ_min）が入力された場合には、トランジスタＱ０がオフする方向に変化する。このとき、コイルＬｃは高周波信号に対して高インピーダンスとなり、図３に示すように、トランジスタＱ０に流れる電流Ｉ_Oが減少し、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDは、Ｉ_LDbiasから増加する。

ここで、基本駆動回路１０におけるトランジスタＱ０のコレクタ電極から出力端子Ｐｏｕｔ側をみたときのインピーダンスＺ_loadは、下記式（１）で表すことができる。

上記式（１）から理解されるように、低周波動作時（ω→０）には、Ｚ_load＝Ｒ１となるので、トランジスタＱ１のコレクタ電位は、出力端子Ｐｏｕｔの電圧（≒ＶＣＣ）よりも（Ｒ１×Ｉ₀）だけ低下する。これにより、図２に示すように、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDが最小となるとき、すなわちトランジスタＱ０のコレクタ電流Ｉｃが最大（Ｉ_0max）となるとき、トランジスタＱ０は、二次降伏が発生する降伏領域２０２ではなく安定動作領域２０１で動作することが可能となり、トランジスタＱ０の破壊を防止することが可能となる。

一方、高周波動作時（ω→∞）には、抵抗Ｒ１に並列に接続された容量Ｃ１により、インピーダンスＺ_loadが小さくなるため、Ｒ１のみをトランジスタＱ０に直列に接続する場合に比べて、高周波数領域におけるＬＤドライバ１の帯域の劣化を補償することができる。

以上、実施の形態１に係るＬＤドライバ１によれば、シャント型ＬＤドライバのトランジスタＱ０と出力端子Ｐｏｕｔとの間に抵抗Ｒ１を直列に接続するとともに、抵抗Ｒ１と並列に容量Ｃ１を接続することにより、低周波動作時には、トランジスタＱ１のコレクタ電極に印加される電圧を小さくしてトランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、高周波動作時には、インピーダンスＺ_loadを小さくしてＬＤドライバ１の帯域の劣化を補償することにより、レーザダイオードを高速に動作させることが可能となる。

また、レーザダイオードＬＤ０とＬＤドライバ１に電流を供給する電流供給部としてコイルＬｃ（チョークコイル）を用いているので、カレントミラー回路等から成る定電流源を用いる場合に比べて、より低消費電力となる。

≪実施の形態２≫
図４は、実施の形態２に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。
同図に示される送信フロントエンド１００Ａは、ＰＡＭ方式に対応した光送信器の送信フロントエンドであり、ＰＡＭ４信号を生成するＬＤドライバ１Ａを有する。

ＬＤドライバ１Ａは、出力端子ＰｏｕｔとグラウンドノードＧＮＤとの間に共通に接続されるＮ（Ｎは２以上の整数）個の基本駆動回路１０と、２つの入力端子Ｐｉｎ０，Ｐｉｎ１と、入力端子Ｐｉｎ０，Ｐｉｎ１に夫々接続される２つの入力整合部１１と、コイルＬｃとを含む。

Ｎ＝３Ｍ（ＭはＮよりも小さい正の整数）としたとき、Ｎ個の基本駆動回路１０のうち、Ｍ個の基本駆動回路１０を構成する夫々のトランジスタＱ０のベース電極は、入力端子Ｐｉｎ０に接続されている。

一方、Ｎ個の基本駆動回路１０のうち、（Ｎ−Ｍ）個、すなわち２Ｍ個の基本駆動回路１０を構成する夫々のトランジスタＱ０のベース電極は、入力端子Ｐｉｎ１に接続されている。

ドライバ１Ａには、２ビットの入力信号Ｄ０，Ｄ１が入力される。具体的には、ＬＳＢとしての入力信号Ｄ０が、Ｍ個の基本駆動回路１０が接続されている入力端子Ｐｉｎ０に入力され、ＭＳＢとしての入力信号Ｄ１が２Ｍ個の基本駆動回路１０が接続された入力端子Ｐｉｎ１に入力される。

図５は、２ビットの入力信号Ｄ０，Ｄ１をドライバ１Ａに入力したときのレーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDのアイ波形の一例を示す図である。図６は、２ビットの入力信号Ｄ０，Ｄ１をドライバ１Ａに入力したときの光送信器の光出力の一例を示す図である。
図５，６では、Ｉ_0min＝０としている。また、以下の説明では、入力信号Ｄ０，Ｄ１の信号レベルがトランジスタＱ０の閾値電圧よりも高い場合を“１”、入力信号Ｄ０，Ｄ１の信号レベルがトランジスタＱ０の閾値電圧よりも低い場合を“０”と表記する。

図５に示すように、入力信号（Ｄ１，Ｄ０）＝（０，０）の場合、Ｍ個の基本駆動回路１０と２Ｍ個の基本駆動回路１０の夫々に流れる電流Ｉ₀は、“Ｉ₀＝Ｉ_0min＝０”となり、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDは、“Ｉ_LD＝Ｉｃｃ”となる。

また、入力信号（Ｄ１，Ｄ０）＝（０，１）の場合、Ｍ個の基本駆動回路１０の夫々に流れる電流Ｉ₀は“Ｉ_0max”となり、２Ｍ個の基本駆動回路１０の夫々に流れる電流Ｉ₀は“０”となるため、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDは、“Ｉ_LD＝Ｉｃｃ−Ｍ×Ｉ_0max”となる。

また、入力信号（Ｄ１，Ｄ０）＝（１，０）の場合、Ｍ個の基本駆動回路１０の夫々に流れる電流Ｉ₀は“０”となり、２Ｍ個の基本駆動回路１０の夫々に流れる電流Ｉ₀は“Ｉ_0max”となるため、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDは、“Ｉ_LD＝Ｉ_CC−２Ｍ×Ｉ_0max”となる。

更に、入力信号（Ｄ１，Ｄ０）＝（１，１）の場合、Ｍ個の基本駆動回路１０と２Ｍ個の基本駆動回路１０の夫々に流れる電流Ｉ₀は、“Ｉ₀＝Ｉ_0max”となり、レーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDは、“Ｉ_LD＝Ｉｃｃ−３Ｍ×Ｉ_0max”となる。

以上のように、入力信号Ｄ０，Ｄ１の論理の組合せに応じてレーザダイオードＬＤ０に流れる電流Ｉ_LDが図５に示すように変化するので、図４に示す送信フロントエンド１００Ａを有する光送信器から、図６に示すような電流Ｉ_LDのＰＡＭ４波形に対応する４値の光出力を得ることができる。

以上、実施の形態２に係るＬＤドライバ１Ａによれば、実施の形態１に係るＬＤドライバ１と同様に、ＰＡＭ４に対応した光送信器においてトランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、レーザダイオードを高速に動作させることが可能となる。

≪実施の形態３≫
図７は、実施の形態３に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。
同図に示される送信フロントエンド１００ＢにおけるＬＤドライバ１Ｂは、実施の形態２に係るＰＡＭ４方式のＬＤドライバ１Ａと入力整合部の回路構成が相違し、その他の点は実施の形態２に係るＬＤドライバ１Ａと同様である。

具体的に、ＬＤドライバ１Ｂは、抵抗Ｒａ０，Ｒｂ０および容量Ｃａから成る入力整合部１１Ａと、抵抗Ｒａ１，Ｒｂ１および容量Ｃｂから成る入力整合部１１Ｂと有する。なお、本実施の形態では、バイアス電圧Ｖａが供給される信号ラインを“バイアスラインＶａ”とし、バイアス電圧Ｖａよりも小さいバイアス電圧Ｖｂが供給される信号ラインを“バイアスラインＶｂ”とする。

入力端子Ｐｉｎ０側の入力整合部１１Ａにおいて、バイアスラインＶａとバイアスラインＶｂとの間に抵抗Ｒａ０と抵抗Ｒｂ０が直列に接続され、Ｍ個の基本駆動回路１０における各トランジスタＱ０のベース電極、抵抗Ｒａ０、および抵抗Ｒｂ０が接続されるノードｎａと入力端子Ｐｉｎ０との間に容量Ｃａが接続されている。

入力端子Ｐｉｎ１側の入力整合部１１Ｂは、入力端子Ｐｉｎ０側の入力整合部１１Ａと同様の回路構成を有する。すなわち、バイアスラインＶａとバイアスラインＶｂとの間に抵抗Ｒａ１と抵抗Ｒｂ１が直列に接続され、２Ｍ個の基本駆動回路１０における各トランジスタＱ０のベース電極、抵抗Ｒａ１、および抵抗Ｒｂ１が接続されるノードｎｂと入力端子Ｐｉｎ１との間に容量Ｃｂが接続されている。

入力整合部１１Ａによれば、入力端子Ｐｉｎから入力された入力信号Ｄｉｎの直流成分を容量Ｃａによって除去して入力信号Ｄｉｎの交流成分（ＲＦ信号）のみをトランジスタＱ０に印加するとともに、トランジスタＱ０に任意の入力バイアス電圧を低消費電力で印加することが可能となる。以下、具体例を用いて説明する。

例えば、５０Ω系の伝送線路から入力信号Ｄｉｎを入力する場合、入力整合部１１Ａにおける抵抗Ｒａ０と抵抗Ｒｂ０との関係は、下記式（２）によって表すことができる。

ここで、トランジスタＱ０の入力バイアス電圧として１．０Ｖを印加するためには、例えば、Ｖｂ＝０Ｖ、Ｒａ０＝５６Ω、Ｒｂ０＝４６７Ω、およびＶａ＝１．１２Ｖとすればよい。このとき、入力整合部１１Ａの消費電力は約２．４ｍＷとなる。

これに対して、例えば、実施の形態１に示した抵抗Ｒｍ（＝５０Ω）のみから成る入力整合部１１を用いた場合には、トランジスタＱ０の入力バイアス電圧が１．０Ｖのとき、入力整合部１１の消費電力は２０ｍＷとなり、入力整合部１１Ａよりも消費電力が大きくなる。

このように、入力整合部１１Ａを用いることにより、消費電力を抑えつつ、トランジスタＱ０の入力バイアス電圧を任意に変更することが可能となる。なお、入力整合部１１Ｂについても同様の効果が期待できる。

以上、実施の形態３に係るＬＤドライバ１Ｂによれば、実施の形態１に係るＬＤドライバ１と同様に、ＰＡＭ４に対応した光送信器においてトランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、レーザダイオードを高速に動作させることが可能となるとともに、より低消費電力で、トランジスタＱ０の入力バイアス電圧を任意に変更することが可能となる。

なお、図７に示すＬＤドライバの入力端子Ｐｉｎ０と入力端子Ｐｉｎ１とを結合することにより、ＮＲＺ方式のような２値の入力に対応したＬＤドライバを実現することができる。例えば、図８に示す送信フロントエンド１００ＣのＬＤドライバ１Ｃのように、抵抗Ｒａ０，Ｒｂ０から成る２組の入力整合部１１Ｃと１つの入力端子Ｐｉｎとを容量Ｃｉｎを介して接続する。

これによれば、ＮＲＺ方式のような２値入力のＬＤドライバにおいて、トランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、レーザダイオードを高速に動作させることが可能となるとともに、低消費電力で、トランジスタＱ０の入力バイアス電圧を任意に変更することが可能となる。

また、ＬＤドライバ１Ｃにおいて、２つの入力整合部１１Ｃの何れか一方をノードｎ０から切り離す（開放）することにより、５０Ω系の伝送線路から入力信号Ｄｉｎを入力する場合に、整合を取ることが容易となる。

≪実施の形態４≫
図９は、実施の形態４に係るＬＤドライバを備えた光送信器の送信フロントエンドの構成を示す図である。
同図に示されるＰＡＭ４方式の送信フロントエンド１００ＤにおけるＬＤドライバ１Ｄは、コイルＬｃの代わりに定電流源Ｉｃｃを備える点において、実施の形態２に係るＬＤドライバ１Ａと相違し、その他の点は実施の形態２に係るＬＤドライバ１Ａと同様である。

具体的には、図９に示すように、ＬＤドライバ１Ｄは、電源ラインＶＣＣと出力端子Ｐｏｕｔとの間に接続された、出力端子Ｐｏｕｔに向かって定電流Ｉｃｃを供給する定電流源１２を、コイルＬｃの代わりに備える。

これによれば、実施の形態１に係るＬＤドライバ１と同様に、ＰＡＭ４に対応した光送信器においてトランジスタの二次降伏による故障を回避しつつ、レーザダイオードを高速に動作させることが可能となる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、実施の形態２等において、本発明に係るＬＤドライバをＰＡＭ４方式の光送信器に適用する場合を例示したが、これに限られず、例えば８値等のＰＡＭ方式に対応した光送信器のＬＤドライバとして適用することも可能である。この場合には、入力端子と入力端子に接続する基本駆動回路を必要な数だけ追加すればよい。

また、実施の形態２等において、Ｎ＝３Ｍである場合を例示したが、Ｎ，Ｍは２以上の任意の整数であればよく、上記の例に限定されるものではない。

また、実施の形態４において、実施の形態２に係るＬＤドライバ１ＡのコイルＬｃを定電流源１２に置き換える場合を例示したが、実施の形態１，３，または４に係るＬＤドライバ１Ｂ，１Ｃにおいても同様に、コイルＬｃを定電流源１２に置き換えてもよい。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ…送信フロントエンド、１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…ＬＤドライバ、１０…基本駆動回路、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ…入力整合部、Ｌｃ…コイル，１２…定電流源、Ｐｉｎ，Ｐｉｎ０，Ｐｉｎ１…入力端子、Ｐｏｕｔ…出力端子、ＬＤ０…レーザダイオード、Ｒ０，Ｒ１，Ｒｍ，Ｒａ０，Ｒａ１，Ｒｂ０，Ｒｂ１…抵抗、Ｃ１，Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｉｎ…容量、Ｄｉｎ，Ｄ０，Ｄ１…入力信号。

Claims (6)

1. 送信対象の信号を入力する入力端子と、
   駆動対象のレーザダイオードのアノード電極に接続するための出力端子と、
   制御電極が前記入力端子に接続されたトランジスタと、
   第１電源電圧が供給される第１電源ラインと前記トランジスタの第１主電極との間に接続された第１抵抗と、
   前記出力端子と前記トランジスタの第２主電極との間に接続された第２抵抗と、
   前記第２抵抗と並列に接続された第１容量と、
   前記出力端子に電流を供給する電流供給部と、を有する
   ドライバ。
2. 請求項１に記載のドライバにおいて、
   前記電流供給部は、
   前記第１電源電圧よりも大きい第２電源電圧が供給される第２電源ラインと前記出力端子との間に接続されたコイルを含む
   ことを特徴とするドライバ。
3. 請求項１に記載のドライバにおいて、
   前記電流供給部は、
   前記第１電源電圧よりも大きい第２電源電圧が供給される第２電源ラインと前記出力端子との間に接続された定電流源を含む
   ことを特徴とするドライバ。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のドライバにおいて、
   前記入力端子は、第１端子と第２端子を含み、
   前記トランジスタと、前記第１抵抗と、前記第２抵抗と、前記第１容量とを一組とする基本駆動回路をＮ（Ｎは２以上の整数）個有し、
   前記Ｎ個の前記基本駆動回路のうち、Ｍ（ＭはＮよりも小さい正の整数）個の前記基本駆動回路を構成する夫々の前記トランジスタの前記制御電極は、前記第１端子に接続され、
   前記Ｎ個の前記基本駆動回路のうち、残りの（Ｎ−Ｍ）個の前記基本駆動回路を構成する夫々の前記トランジスタの前記制御電極は、前記第２端子に接続されている
   ことを特徴とするドライバ。
5. 請求項４に記載のドライバにおいて、
   第１バイアス電圧が供給される第１バイアスラインと、
   前記第１バイアス電圧よりも低い第２バイアス電圧が供給される第２バイアスラインと、
   一端が、前記Ｍ個の前記基本駆動回路を構成する夫々の前記トランジスタの前記制御電極に共通に接続され、他端が前記第１端子に接続された第２容量と、
   前記第１バイアスラインと前記第２容量の前記一端との間に接続された第３抵抗と、
   前記第２バイアスラインと前記第２容量の前記一端との間に接続された第４抵抗と、
   一端が、前記（Ｎ−Ｍ）個の前記基本駆動回路を構成する夫々の前記トランジスタの前記制御電極に共通に接続され、他端が前記第２端子に接続された第３容量と、
   前記第１バイアスラインと前記第３容量の前記一端との間に接続された第５抵抗と、
   前記第２バイアスラインと前記第３容量の前記一端との間に接続された第６抵抗と、を更に有する
   ことを特徴とするドライバ。
6. 請求項４または５に記載のドライバにおいて、
   Ｎ＝３Ｍ
   である
   ことを特徴とするドライバ。

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