JP5003586B2 - Semiconductor laser drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザを駆動するための半導体レーザ駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser driving circuit for driving a semiconductor laser.
半導体レーザを駆動する駆動回路として、シャント駆動型の半導体レーザ駆動回路が知られている(例えば、特許文献1参照)。シャント駆動型の半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザに並列に接続されたトランジスタ(特許文献1におけるスイッチング電流源に相当)を備え、このトランジスタをスイッチングして半導体レーザに供給されるバイアス電流源(特許文献1における第1の電流源に相当)からのバイアス電流を分岐することにより、半導体レーザの出力光を変調する。 As a drive circuit for driving a semiconductor laser, a shunt drive type semiconductor laser drive circuit is known (for example, see Patent Document 1). A shunt drive type semiconductor laser drive circuit includes a transistor (corresponding to a switching current source in Patent Document 1) connected in parallel to the semiconductor laser, and supplies a bias current source (patent) to the semiconductor laser by switching the transistor. The output light of the semiconductor laser is modulated by branching a bias current from the first current source in Document 1).
ところで、光通信などに用いられる光送信機では、出力光の光パワー及び消光比が一定であることが求められている。ところが、光送信機において発光源として用いられる半導体レーザは、高温になるほど発光効率が低下してしまう。そこで、この種の光送信機に用いられる半導体レーザ駆動回路は、半導体レーザの出力光の光パワー及び消光比を一定に保持するために、APC回路(オートパワーコントロール回路)を備えている。このAPC回路は、半導体レーザが高温になるほど、半導体レーザに大きなバイアス電流及び変調電流を供給するように制御する。
シャント駆動型の半導体レーザ駆動回路では、高温時に変調電流の振幅を大きくするために、トランジスタのゲートバイアス電圧(又はベースバイアス電圧)を大きく設定する。一方、低温時には変調電流の振幅を小さくすることできるので、低消費電力化のためにはバイアス電流源からのバイアス電流を小さくしたいところであるが、この大きなゲートバイアス電圧の設定のために、トランジスタに流れる電流を低減することができず、バイアス電流を適切に低減することができない。その結果、低消費電力化が困難であった。 In the shunt drive type semiconductor laser drive circuit, the gate bias voltage (or base bias voltage) of the transistor is set large in order to increase the amplitude of the modulation current at a high temperature. On the other hand, since the amplitude of the modulation current can be reduced at low temperatures, it is desirable to reduce the bias current from the bias current source in order to reduce power consumption. The flowing current cannot be reduced, and the bias current cannot be appropriately reduced. As a result, it has been difficult to reduce power consumption.
そこで、本発明は、低消費電力化が可能な半導体レーザ駆動回路を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser driving circuit capable of reducing power consumption.
本発明の半導体レーザ駆動回路は、(a)半導体レーザに供給するためのバイアス電流を生成すると共に、バイアス電流を半導体レーザの温度に応じて変更するバイアス電流源と、(b)制御端子と一対の電流端子とを備え、半導体レーザに並列に接続されており、制御端子に印加された変調信号に応じて一対の電流端子間に流れる電流をスイッチングしてバイアス電流を分流することにより、半導体レーザの出力光を変調するトランジスタと、(c)トランジスタの制御端子にバイアス電圧を供給すると共に、バイアス電圧を半導体レーザの温度に応じて変更するバイアス電圧生成回路とを備える。 The semiconductor laser drive circuit according to the present invention includes (a) a bias current source for generating a bias current to be supplied to the semiconductor laser and changing the bias current according to the temperature of the semiconductor laser, and (b) a control terminal and a pair. The semiconductor laser is connected in parallel to the semiconductor laser and switches the current flowing between the pair of current terminals in accordance with the modulation signal applied to the control terminal to shunt the bias current. And (c) a bias voltage generating circuit that supplies a bias voltage to the control terminal of the transistor and changes the bias voltage according to the temperature of the semiconductor laser.
この半導体レーザ駆動回路によれば、バイアス電圧生成回路がトランジスタのバイアス電圧を半導体レーザの温度に応じて変更するので、半導体レーザの温度が比較的低いときには、トランジスタのバイアス電圧を低下することができる。これによって、バイアス電流を適切に低減することができ、低消費電力化が可能となる。 According to this semiconductor laser drive circuit, since the bias voltage generation circuit changes the bias voltage of the transistor according to the temperature of the semiconductor laser, the bias voltage of the transistor can be lowered when the temperature of the semiconductor laser is relatively low. . As a result, the bias current can be appropriately reduced, and the power consumption can be reduced.
上記したバイアス電圧生成回路は、更に、トランジスタの閾値電圧の変動及びばらつきに対応してバイアス電圧を変更することが好ましい。 The bias voltage generation circuit described above preferably further changes the bias voltage in response to variations and variations in the threshold voltage of the transistor.
トランジスタの閾値電圧もまた温度に応じて変動したり、ばらついたりするので、従来は、変調信号のLOWレベルがトランジスタの閾値電圧より小さくならないように、トランジスタのバイアス電圧を更に大きくする必要があった。そのために、バイアス電流源からのバイアス電流を適切に低減することができず、低消費電力化が困難であった。 Since the threshold voltage of the transistor also varies or varies depending on the temperature, conventionally, it has been necessary to further increase the bias voltage of the transistor so that the LOW level of the modulation signal does not become smaller than the threshold voltage of the transistor. . Therefore, the bias current from the bias current source cannot be reduced appropriately, and it has been difficult to reduce power consumption.
しかしながら、この半導体レーザ駆動回路によれば、バイアス電圧生成回路が更にトランジスタの閾値電圧の変動及びばらつきに対応してバイアス電圧を変更するので、トランジスタのバイアス電圧を適切に低下することができる。これによって、バイアス電流をより適切に低減することができ、より適切に低消費電力化が可能となる。 However, according to this semiconductor laser drive circuit, since the bias voltage generation circuit further changes the bias voltage in response to fluctuations and variations in the threshold voltage of the transistor, the bias voltage of the transistor can be appropriately reduced. As a result, the bias current can be reduced more appropriately, and the power consumption can be reduced more appropriately.
上記した半導体レーザ駆動回路は、バイアス電流を検知し、当該バイアス電流に応じた検知信号を生成するバイアス電流検知回路を更に備え、バイアス電圧生成回路は、検知信号に応じてバイアス電圧を変更することが好ましい。 The semiconductor laser drive circuit described above further includes a bias current detection circuit that detects a bias current and generates a detection signal corresponding to the bias current, and the bias voltage generation circuit changes the bias voltage according to the detection signal. Is preferred.
この半導体レーザ駆動回路によれば、バイアス電流検知回路とバイアス電圧生成回路とによって、トランジスタのバイアス電圧がバイアス電流に応じて変更される。このバイアス電流はバイアス電流源によって半導体レーザの温度に応じて変更されるので、トランジスタのバイアス電圧は半導体レーザの温度に応じて変更されることとなる。これによって、半導体レーザの温度が比較的低いときには、トランジスタのバイアス電圧を低下することができ、バイアス電流を適切に低減することができる。したがって、低消費電力化が可能となる。 According to this semiconductor laser drive circuit, the bias voltage of the transistor is changed according to the bias current by the bias current detection circuit and the bias voltage generation circuit. Since this bias current is changed according to the temperature of the semiconductor laser by the bias current source, the bias voltage of the transistor is changed according to the temperature of the semiconductor laser. Thereby, when the temperature of the semiconductor laser is relatively low, the bias voltage of the transistor can be lowered, and the bias current can be appropriately reduced. Therefore, power consumption can be reduced.
上記した半導体レーザ駆動回路は、バイアス電流を検知し、当該バイアス電流に応じた電流を検知信号として生成するバイアス電流検知回路を更に備え、バイアス電圧生成回路は、検知信号を電圧に変換する電流電圧変換部と、トランジスタの閾値電圧の変動及びばらつきに対応する閾値電圧の変動及びばらつきを有する半導体素子との直列回路を有し、検知信号及び半導体素子の閾値電圧の変動及びばらつきに応じてバイアス電圧を変更することが好ましい。 The semiconductor laser driving circuit described above further includes a bias current detection circuit that detects a bias current and generates a current corresponding to the bias current as a detection signal. The bias voltage generation circuit converts the detection signal into a voltage. A conversion circuit and a series circuit of a semiconductor element having fluctuations and fluctuations in threshold voltage corresponding to fluctuations and fluctuations in the threshold voltage of the transistor, and a bias voltage corresponding to the fluctuations and fluctuations in the detection signal and the threshold voltage of the semiconductor elements Is preferably changed.
この半導体レーザ駆動回路によれば、バイアス電流検知回路とバイアス電圧生成回路における電流電圧変換部とによって、トランジスタのバイアス電圧がバイアス電流に応じて変更される。このバイアス電流はバイアス電流源によって半導体レーザの温度に応じて変更されるので、トランジスタのバイアス電圧は半導体レーザの温度に応じて変更されることとなる。更に、バイアス電圧生成回路は電流電圧変換部に直列に接続された半導体素子を有し、この半導体素子はトランジスタの閾値電圧の変動及びばらつきに対応する閾値電圧の変動及びばらつきを有するので、トランジスタのバイアス電圧はトランジスタの閾値電圧の変動及びばらつきに応じて変更されることとなる。これによって、トランジスタのバイアス電圧を適切に低下することができ、バイアス電流をより適切に低減することができる。したがって、より適切に低消費電力化が可能となる。 According to this semiconductor laser drive circuit, the bias voltage of the transistor is changed according to the bias current by the bias current detection circuit and the current-voltage converter in the bias voltage generation circuit. Since this bias current is changed according to the temperature of the semiconductor laser by the bias current source, the bias voltage of the transistor is changed according to the temperature of the semiconductor laser. Further, the bias voltage generation circuit includes a semiconductor element connected in series to the current-voltage conversion unit, and the semiconductor element has a variation and variation in the threshold voltage corresponding to the variation and variation in the threshold voltage of the transistor. The bias voltage is changed according to variations and variations in the threshold voltage of the transistor. As a result, the bias voltage of the transistor can be appropriately reduced, and the bias current can be more appropriately reduced. Therefore, the power consumption can be more appropriately reduced.
本発明によれば、半導体レーザ駆動回路の低消費電力化が可能となる。 According to the present invention, the power consumption of the semiconductor laser driving circuit can be reduced.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ駆動回路を示す回路図である。図1に示す半導体レーザ駆動回路1は、半導体レーザ5を駆動するための回路である。半導体レーザ駆動回路1は、ドライバ部10と、バイアス電流源20と、トランジスタ30と、フォトダイオード40と、APC回路(オートパワーコントロール回路)50と、バイアス電流検知回路60と、バイアス電圧生成回路70と、DCカット用容量素子81,82,83と、終端用抵抗素子84,85とを備えている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a semiconductor laser drive circuit according to an embodiment of the present invention. A semiconductor
ドライバ部10は、入力変調信号Sinを受けて変調信号Smを生成する。このドライバ部10は、アンプ11と差動増幅回路12とを有している。アンプ11は、入力変調信号Sinを増幅して差動変調信号を生成し、差動増幅回路12へ出力する。差動増幅回路12は、差動変調信号に応じて変調信号Smを生成する。この差動増幅回路12は、差動対を構成するトランジスタ13,14と、負荷用抵抗素子15,16と、変調電流源17とを有している。
The
本実施形態では、トランジスタ13,14は、それぞれNPN型バイポーラトランジスタである。トランジスタ13,14のベースには、アンプ11からの差動変調信号がそれぞれ入力される。トランジスタ13のコレクタは、負荷用抵抗素子15を介して高電位側の電源に接続されると共に、DCカット用容量素子82を介して終端用抵抗素子84により高周波的に接地されている。一方、トランジスタ14のコレクタは、負荷用抵抗素子16を介して高電位側の電源に接続されると共に、DCカット用容量素子81を介してトランジスタ30のゲートに接続されている。トランジスタ13,14のソースは共に変調電流源17に接続されており、変調電流源17は低電位側の電源に接地されている。
In the present embodiment, the
変調電流源17は、トランジスタ13,14、負荷用抵抗素子15,16及び終端用抵抗素子84に変調電流Imを供給する。また、変調電流源17は、この変調電流Imの値を、APC回路50からの変調電流制御信号Vmの値に応じて変更する。
The modulation
バイアス電流源20は、バイアス電流検知回路60を介して半導体レーザ5のアノードに接続されており、半導体レーザ5のカソードは低電位側の電源に接地されている。バイアス電流源20は、半導体レーザ5に供給するためのバイアス電流Ibを生成する。また、バイアス電流源20は、このバイアス電流Ibの値を、APC回路50からのバイアス電流制御信号Vbに応じて変更する。
The bias
トランジスタ30は、本実施形態ではN型MOSFETであり、半導体レーザ5に並列に接続されている。具体的には、トランジスタ30のドレイン(電流端子)は、半導体レーザ5のアノードに接続されており、トランジスタ30のソース(電流端子)は低電位側の電源に接地されている。トランジスタ30のゲート(制御端子)には、ドライバ部10からの変調信号Smが入力される。また、トランジスタ30のゲートには、終端用抵抗素子85を介して、バイアス電圧生成回路70からのゲートバイアス電圧Vgが入力される。バイアス電圧生成回路70と終端用抵抗素子85との間のノードと、低電位側の電源との間には、直流成分を遮断するための容量素子83が接続されている。トランジスタ30は、変調信号Smに応じてスイッチングし、バイアス電流Ibを分流することによって、半導体レーザ5の出力光を変調する。
The
半導体レーザ5の出力光の一部は、フォトダイオード40に入力される。フォトダイオード40のアノードは低電位側の電源に接地されており、カソードはAPC回路50に接続されている。フォトダイオード40は、半導体レーザ5からの出力光の大きさに応じた値を有する電流信号Siを生成し、APC回路50へ供給する。
Part of the output light of the
APC回路50は、バイアス電流源20にバイアス電流制御信号Vbを供給し、このバイアス電流制御信号Vbを電流信号Siの値に応じて変更する。換言すれば、APC回路50は、電流信号Siの値が一定となるように、すなわち半導体レーザ5の出力光の光パワーが一定となるように、バイアス電流Ibの値を変更する。また、APC回路50は、ドライバ部10における差動増幅回路12の変調電流源17に変調電流制御信号Vmを供給し、この変調電流制御信号Vmの値を電流信号Siの値に応じて変更する。換言すれば、APC回路50は、電流信号Siの値が一定となるように、すなわち半導体レーザ5の出力光の消光比が一定となるように、変調電流制御信号Vmの値を変更する。このように、APC回路50は、半導体レーザ5の出力光の光パワー及び消光比を一定に保持するように、APC制御を行う。
The
ここで、半導体レーザ5は、高温になるほど発光効率が低下する。APC回路50は、フォトダイオード40を介して半導体レーザ5の出力光を検知して、半導体レーザ5の出力光の光パワー及び消光比を一定に保持するようにAPC制御を行うので、半導体レーザ5の温度が変動しても、半導体レーザ5の出力光の光パワー及び消光比を一定に保持するように、バイアス電流制御信号Vb及び変調電流制御信号Vmを、すなわちバイアス電流Ib及び変調電流Imを変更することとなる。
Here, the emission efficiency of the
バイアス電流検知回路60は、半導体レーザ5及びトランジスタ30と、バイアス電流源20との間に接続されており、バイアス電流Ibを検知し、このバイアス電流Ibの値に応じた値を有する検知信号Sdを生成する。本実施形態では、バイアス電流検知回路60は、トランジスタ61,62からなるカレントミラー回路を構成している。
The bias
本実施形態では、トランジスタ61,62は、P型MOSFETである。トランジスタ61は、半導体レーザ5及びトランジスタ30と、バイアス電流源20との間に接続されている。具体的には、トランジスタ61のソースはバイアス電流源20に接続されており、トランジスタ61のドレインは半導体レーザ5のカソード及びトランジスタ30のドレインに接続されている。トランジスタ61のゲートは、自身のドレイン及びトランジスタ62のゲートに接続されている。トランジスタ62のソースはバイアス電流源20に接続されており、トランジスタ62のドレインはバイアス電圧生成回路70に接続されている。
In the present embodiment, the
このようにして、バイアス電流検知回路60は、バイアス電流Ibのミラー電流Idを検知信号Sdとしてバイアス電圧生成回路70に供給する。
In this way, the bias
バイアス電圧生成回路70は、検知信号Sdの値に応じてゲートバイアス電圧Vgを生成し、トランジスタ30のゲートに供給する。バイアス電圧生成回路70は、抵抗素子(電流電圧変換部)71と、トランジスタ(半導体素子)72と、基準電圧源73とを有している。
The bias
抵抗素子71と、トランジスタ72と、基準電圧源73とは直列に接続されている。具体的には、抵抗素子71の一端はバイアス電流検知回路60におけるトランジスタ62のドレインに接続されており、他端はトランジスタ72のドレインに接続されている。トランジスタ72のゲートはドレインに接続されており、ソースは基準電圧源73に接続されている。すなわち、トランジスタ72はダイオード接続されている。基準電圧源73は低電位側の電源に接地されている。
The resistance element 71, the
抵抗素子71は、検知信号Sdに応じた電圧を生成する。すなわち、抵抗素子71は、ミラー電流Idを電圧に変換する。具体的には、抵抗素子71は、抵抗素子71の抵抗値をR71とすると、電圧Id×R71を生成する。このミラー電流Idはバイアス電流Ibに比例し、バイアス電流Ibは上記したように半導体レーザ5の温度に応じて変更されるので、電圧Id×R71は半導体レーザ5の温度に応じて変更されることとなる。
The resistance element 71 generates a voltage according to the detection signal Sd. That is, the resistance element 71 converts the mirror current Id into a voltage. Specifically, the resistance element 71 generates a voltage Id × R71, where R71 is the resistance value of the resistance element 71. Since the mirror current Id is proportional to the bias current Ib, and the bias current Ib is changed according to the temperature of the
トランジスタ72はダイオード接続されており、またIdは微小であるので、順方向電圧はほぼゲート閾値電圧Vthとなる。本実施形態では、トランジスタ72は、トランジスタ30と同種のN型MOSFETである。これによって、トランジスタ72は、トランジスタ30のゲート閾値電圧の変動及びばらつきに対応するゲート閾値電圧Vthの変動及びばらつきを有することとなり、ダイオード接続されたトランジスタ72の順方向電圧は、トランジスタ30のゲート閾値電圧の変動及びばらつきに対応して変更されることとなる。
Since the
これらの抵抗素子71及びトランジスタ72、並びに基準電圧源73は直列接続されているので、バイアス電圧生成回路70は、上記した抵抗素子71の電圧Id×R71と、上記したトランジスタ72のゲート閾値電圧Vthと、基準電圧源73の基準電圧Vrefとの加算値であるゲートバイアス電圧Vg=Id×R71+Vth+Vrefを生成することとなる。したがって、バイアス電圧生成回路70は、上記したように、半導体レーザ5の温度に応じて、且つ、トランジスタ30のゲート閾値電圧Vthの変動及びばらつきに対応して、ゲートバイアス電圧Vgを変更することとなる。
Since the resistance element 71, the
次に、比較例の半導体レーザ駆動回路と比較して、本実施形態の半導体レーザ駆動回路1の作用効果を説明する。図2は、本発明の比較例に係る半導体レーザ駆動回路を示す回路図である。図2に示す比較例の半導体レーザ駆動回路1Xは、半導体レーザ駆動回路1においてバイアス電流検知回路60を備えておらず、バイアス電圧生成回路70に代えてバイアス電圧生成回路70Xを備えている構成で本実施形態と異なっている。
Next, the effects of the semiconductor
バイアス電圧生成回路70Xは、一定な電圧値のゲートバイアス電圧Vgをトランジスタ30のゲートに供給する。すなわち、半導体レーザ駆動回路1Xでは、半導体レーザ5の温度変動に依存することなく、またトランジスタ30のゲート閾値電圧の変動及びばらつきに依存することなく、トランジスタ30に一定なゲートバイアス電圧Vgが供給されることとなる。
The bias
図3に、比較例の半導体レーザ駆動回路におけるトランジスタのゲート−ソース間電圧に対するドレイン−ソース間電流を示す。図3(a)には、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1Xの温度が高温(例えば、85℃)のときのトランジスタ30のゲート−ソース間電圧Vgsに対するドレイン−ソース間電流Ids特性が示されており、図3(b)には、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1Xの温度が図3(a)と比較して低温(例えば、常温25℃)のときのトランジスタ30のゲート−ソース間電圧Vgsに対するドレイン−ソース間電流Ids特性が示されている。
FIG. 3 shows the drain-source current with respect to the gate-source voltage of the transistor in the semiconductor laser driving circuit of the comparative example. FIG. 3A shows the drain-source current Ids characteristics with respect to the gate-source voltage Vgs of the
また、図4に、比較例の半導体レーザ駆動回路におけるトランジスタのゲート−ソース間電圧に対する半導体レーザの駆動電流を示す。図4には、図3(b)の温度条件のときのトランジスタ30のゲート−ソース間電圧Vgsに対する半導体レーザ5の駆動電流Ild特性が示されている。
FIG. 4 shows the drive current of the semiconductor laser with respect to the gate-source voltage of the transistor in the semiconductor laser drive circuit of the comparative example. FIG. 4 shows the drive current Ild characteristics of the
図3(a)によれば、出力光の光パワー及び消光比を一定に保持するために、高温時には半導体レーザ5に振幅が大きな変調電流Ildmを供給する必要があり、トランジスタ30のゲート−ソース間電圧Vgsの振幅Vgsmを大きくする必要があることがわかる。そして、ゲート−ソース間電圧Vgsの振幅Vgsmにおける低電位(LOW)側の電圧値がトランジスタ30のゲート閾値電圧以上とするために、ゲートバイアス電圧Vgを比較的大きくする必要があることがわかる。
According to FIG. 3A, in order to keep the optical power and extinction ratio of the output light constant, it is necessary to supply a modulation current Ildm having a large amplitude to the
一方、図3(b)によれば、出力光の光パワー及び消光比を一定に保持するために、低温時には半導体レーザ5に供給する変調電流Ildmの振幅が小さくてよく、トランジスタ30のゲート−ソース間電圧Vgsの振幅Vgsmが小さくてよい。しかしながら、ゲートバイアス電圧Vgが一定であるために、電流Aが常にトランジスタ30に流れることとなる。
On the other hand, according to FIG. 3B, in order to keep the optical power and extinction ratio of the output light constant, the amplitude of the modulation current Ildm supplied to the
この点に関し、図4を参照すると、高温時の大きな変調電流Ildmのために、バイアス電流源20のバイアス電流Ibは60mA以上に設定されている。しかしながら、低温時には変調電流Ildmの振幅が小さくてよいが、ゲートバイアス電圧Vgが一定であるために、電流Aが常にトランジスタ30に流れることとなる。
In this regard, referring to FIG. 4, the bias current Ib of the bias
そのために、比較例の半導体レーザ駆動回路1Xでは、バイアス電流Ibを大きく低減することができず、低消費電力化が困難であった。
Therefore, in the semiconductor
そこで、本実施形態の半導体レーザ駆動回路1は、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度に応じて、またトランジスタ30のゲート閾値電圧Vthの変動及びばらつきに対応して、トランジスタ30のゲートバイアス電圧Vgを変更する。
Therefore, the semiconductor
具体的には、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度が高温になり、半導体レーザ5の発光効率の低下によって出力光の光パワー及び消光比が低下したことをフォトダイオード40からの電流信号Siの低下によって検知すると、APC回路50がバイアス電流制御信号Vb及び変調電流制御信号Vmを変更し、バイアス電流源20がバイアス電流Ibを増加すると共に、変調電流源17が変調電流Imを増加する。すると、バイアス電流検知回路60によって検知信号Sd、すなわちミラー電流Idが増加し、バイアス電圧生成回路70における抵抗素子71によってゲートバイアス電圧Vgが増加する。これによって、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度が高温になっても、半導体レーザ5の光パワー及び消光比を一定に保持することができる。
Specifically, the current signal from the
一方、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度が低下し、半導体レーザ5の発光効率の上昇によって出力光の光パワー及び消光比が上昇したことをフォトダイオード40からの電流信号Siの増加によって検知すると、APC回路50がバイアス電流制御信号Vb及び変調電流制御信号Vmを変更し、バイアス電流源20がバイアス電流Ibを低下すると共に、変調電流源17が変調電流Imを低下する。すると、バイアス電流検知回路60によって検知信号Sd、すなわちミラー電流Idが低下し、バイアス電圧生成回路70における抵抗素子71によってゲートバイアス電圧Vgが低下する。これによって、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度が低下しても、半導体レーザ5の光パワー及び消光比を一定に保持することができる。また、ゲートバイアス電圧Vgを低下することによって、バイアス電流Ibの低減量を大きくすることができ、消費電力を低減することができる。
On the other hand, the temperature of the
図5に、本実施形態の半導体レーザ駆動回路におけるトランジスタのゲート−ソース間電圧に対するドレイン−ソース間電流を示す。図5には、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度が比較的低温(例えば、常温25℃)のときの電流電圧特性が示されている。
FIG. 5 shows the drain-source current with respect to the gate-source voltage of the transistor in the semiconductor laser driving circuit of this embodiment. FIG. 5 shows current-voltage characteristics when the temperatures of the
図5及び図3(b)によれば、本実施形態の半導体レーザ駆動回路1では、低温時に、バイアス電圧生成回路70がゲートバイアス電圧Vgを低下することによって、トランジスタ30に常に流れる電流Aが低減されていることがわかる。その結果、本実施形態の半導体レーザ駆動回路1では、バイアス電流Ibを大きく低減することができることとなる。
According to FIGS. 5 and 3B, in the semiconductor
ところで、トランジスタ30のゲート閾値電圧は、変動及びばらつきを有する。また、ゲート−ソース間電圧Vgsに対するドレイン−ソース間電流Idsにおいて、ゲート閾値電圧付近(図6参照、B部分)では2次特性の影響が大きいので、半導体レーザ5の出力光波形が歪んでしまう。そのために、比較例の半導体レーザ駆動回路1Xでは、高温時でも、トランジスタ30のゲート−ソース間電圧Vgsの振幅VgsmのLOWレベルが線形領域内(図6参照、C部分)となるように、ゲートバイアス電圧Vgを大きめに設定している。そのために、低温時においてもバイアス電流Ibを大きく低下することができず、常時トランジスタ30に多くの電流が流れることとなり、低消費電力化が困難であった。
By the way, the gate threshold voltage of the
そこで、本実施形態の半導体レーザ駆動回路1では、トランジスタ30のゲート閾値電圧Vthの変動及びばらつきに対応して、トランジスタ30のゲートバイアス電圧Vgを変更する。
Therefore, in the semiconductor
具体的には、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度が高温になり、トランジスタ30のゲート閾値電圧が小さくなると(図6参照)、バイアス電圧生成回路70におけるダイオード接続のトランジスタ72の順方向電圧Vthも小さくなるので、ゲートバイアス電圧Vgが低下する。
Specifically, when the temperature of the
一方、半導体レーザ5及び半導体レーザ駆動回路1の温度が低温になり、トランジスタ30のゲート閾値電圧が大きくなると(図6参照)、バイアス電圧生成回路70におけるダイオード接続のトランジスタ72の順方向電圧Vthも大きくなるので、ゲートバイアス電圧Vgが上昇する。
On the other hand, when the temperature of the
また、トランジスタ30のゲート閾値電圧がばらついたときにも、バイアス電圧生成回路70におけるダイオード接続のトランジスタ72の順方向電圧Vthが同様にばらつくので、ゲートバイアス電圧Vgを変更することができる。
Even when the gate threshold voltage of the
このように、バイアス電圧生成回路70におけるダイオード接続のトランジスタ72によって、トランジスタ30のゲート閾値電圧の変動及びばらつきに対応してゲートバイアス電圧Vgを変更することができるので、トランジスタ30のゲート−ソース間電圧Vgsの振幅VgsmのLOWレベルが線形領域内における最小値に設定されるように、ゲートバイアス電圧Vgを設定することができる。その結果、トランジスタ30に常時流れる電流が最小になるようにバイアス電流Ibを低下することができる。
In this way, the diode-connected
図7は、環境温度に対するバイアス電圧生成回路における各部の電圧を示す図である。図7において、電圧Hは抵抗素子71の電圧Id×R71を示しており、電圧Iはダイオード接続のトランジスタ72の順方向電圧Vthを示している。そして、電圧Jはゲートバイアス電圧Vgを示している。このように、バイアス電圧生成回路70は、半導体レーザ5の温度に応じて変更される電圧Id×R71と、トランジスタ30のゲート閾値電圧の変動及びばらつきに対応して変更される電圧Vthとを加算したゲートバイアス電圧Vgを生成することによって、半導体レーザ5の温度に応じて、またトランジスタ30のゲート閾値電圧の変動及びばらつきに対応して、ゲートバイアス電圧Vgを変更することとなる。
FIG. 7 is a diagram illustrating voltages at various parts in the bias voltage generation circuit with respect to the environmental temperature. In FIG. 7, the voltage H indicates the voltage Id × R71 of the resistance element 71, and the voltage I indicates the forward voltage Vth of the diode-connected
このように、本実施形態の半導体レーザ駆動回路1によれば、バイアス電圧生成回路70がトランジスタ30のゲートバイアス電圧Vgを半導体レーザ5の温度に応じて変更するので、半導体レーザ5の温度が比較的低いときには、トランジスタ30のゲートバイアス電圧Vgを低下することができる。これによって、バイアス電流Ibを適切に低減することができ、低消費電力化が可能となる。
As described above, according to the semiconductor
また、本実施形態の半導体レーザ駆動回路1によれば、バイアス電圧生成回路70が更にトランジスタ30のゲート閾値電圧の変動及びばらつきに対応してゲートバイアス電圧Vgを変更するので、トランジスタ30のゲートバイアス電圧Vgを適切に低下することができる。これによって、バイアス電流Ibをより適切に低減することができ、より適切に低消費電力化が可能となる。
Further, according to the semiconductor
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
1…半導体レーザ駆動回路、5…半導体レーザ、10…ドライバ部、11…アンプ、12…差動増幅回路、13,14…トランジスタ、15,16…負荷用抵抗素子、17…変調電流源、20…バイアス電流源、30…トランジスタ、40…フォトダイオード、50…APC回路、60…バイアス電流検知回路、61,62…トランジスタ、70…バイアス電圧生成回路、71…抵抗素子(電流電圧変換部)、72…トランジスタ(半導体素子)、73…基準電圧源、81,82,83…DCカット用容量素子、84,85…終端用抵抗素子。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
制御端子と一対の電流端子とを備え、前記半導体レーザに並列に接続されており、前記制御端子に印加された変調信号に応じて前記一対の電流端子間に流れる電流をスイッチングして前記バイアス電流を分流することにより、前記半導体レーザの出力光を変調するトランジスタと、
前記トランジスタの前記制御端子にバイアス電圧を供給し、当該バイアス電圧を前記半導体レーザの温度に応じて変更するバイアス電圧生成回路と、
を備える、半導体レーザ駆動回路。 A bias current source for generating a bias current to be supplied to the semiconductor laser and changing the bias current according to the temperature of the semiconductor laser;
The bias current is provided with a control terminal and a pair of current terminals, connected in parallel to the semiconductor laser, and switches a current flowing between the pair of current terminals in accordance with a modulation signal applied to the control terminal. A transistor for modulating the output light of the semiconductor laser,
A bias voltage generation circuit that supplies a bias voltage to the control terminal of the transistor and changes the bias voltage according to the temperature of the semiconductor laser;
A semiconductor laser drive circuit comprising:
前記バイアス電圧生成回路は、前記検知信号を電圧に変換する電流電圧変換部と、前記トランジスタの閾値電圧の変動及びばらつきに対応する閾値電圧の変動及びばらつきを有する半導体素子との直列回路を有し、前記検知信号及び前記半導体素子の閾値電圧の変動及びばらつきに応じて前記バイアス電圧を変更する、
請求項2に記載の半導体レーザ駆動回路。 A bias current detection circuit that detects the bias current and generates a current corresponding to the bias current as a detection signal;
The bias voltage generation circuit includes a series circuit of a current-voltage conversion unit that converts the detection signal into a voltage, and a semiconductor element having a threshold voltage variation and variation corresponding to the threshold voltage variation and variation of the transistor. Changing the bias voltage according to fluctuations and variations in the detection signal and the threshold voltage of the semiconductor element;
The semiconductor laser drive circuit according to claim 2.
前記バイアス電圧生成回路は、前記検知信号に応じて前記バイアス電圧を変更する、
請求項1に記載の半導体レーザ駆動回路。
A bias current detection circuit that detects the bias current and generates a detection signal corresponding to the bias current;
The bias voltage generation circuit changes the bias voltage according to the detection signal;
The semiconductor laser driving circuit according to claim 1.
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