JP2016111416A

JP2016111416A - ドライバ

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Publication number: JP2016111416A
Application number: JP2014244694A
Authority: JP
Inventors: 俊樹岸; Toshiki Kishi; 宗彦長谷; Munehiko Hase; 秀之野坂; Hideyuki Nosaka; 正史野河; Masashi Nogawa; 俊二木村; Shunji Kimura
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-03
Also published as: JP6367698B2

Abstract

【課題】入力信号の伝送方式に応じてシャント型ＬＤ（レーザーダイオード）ドライバの消費電力を最適化する。【解決手段】ＬＤドライバ１０は、定電流源Ｉｃｃとレーザダイオード１３とを結ぶ電流経路を分岐させる分流経路を形成し、制御信号に基づいて分流経路に流れる電流ＩＯを制御することにより、レーザダイオードに供給される電流ＩＬＤを制御するシャント型のドライバ回路１１と、直流電圧Ｖｃｏｎを入力するバイアス端子Ｐｃｏｎと、送信対象の信号ＶＩＮを入力する入力端子Ｐｉｎと、バイアス端子に入力された直流電圧に応じたバイアス電圧（Ｖｍ＿ｂｉａｓ）を生成し、入力端子に入力された信号の交流成分（ＶＩＮ＿ａｃ）をバイアス電圧に重畳させることにより制御信号を生成する制御信号生成部１２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザーダイオード（ＬＤ）を駆動するシャント型のドライバに関し、特に、直接変調半導体レーザ（ＤＭＬ：ＤｉｒｅｃｔｌｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＬａｓｅｒ）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、光通信ネットワークの主要要素であるイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、登録商標、以下同じ）の大容量化が進みつつある。２０１４年現在、イーサネットの規格として、１０ＧｂＥおよび４０ＧｂＥの標準化が完了しており、より大容量な１００ＧｂＥの標準化も完了しつつある。また、今後予想される更なるトラヒックの増大に対応するため、更なる大容量化を目指した４００ＧｂＥの標準化の議論も行われている。

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１１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（ＤｉｓｃｒｅｔｅＭｕｌｔｉＴｏｎｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）やＰＡＭ（ＰｕｌｓｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの多値変調方式が検討されている。
これらの伝送方式に夫々対応させるためには、レーザダイオード（ＬＤ）とそのレーザダイオードを駆動するドライバ（以下、「ＬＤドライバ」と称する。）を含む送信フロントエンドに、高い線形性が必要となる。例えば、図１２に示すように、高線形な入出力特性を持つレーザダイオードに対して高線形なＬＤドライバが必要となる。

高い線形性を有するＬＤドライバとしては、シャント型ＬＤドライバが知られている（非特許文献１参照）。
図１３に、従来のシャント型のＬＤドライバを用いた送信フロントエンドの構成を示す。同図に示すように、送信フロントエンド５によれば、レーザダイオード５２に対して並列にシャント型のＬＤドライバ５１を接続し、送信すべき情報に応じてシャント型のＬＤドライバ５１のトランジスタＱ０を制御することにより、送信すべき情報を光信号に変換して送信することができる。また、ＬＤドライバ５１とレーザダイオード５２との間に伝送線路が設置されている場合、ＬＤドライバ５１から見たレーザダイオード５２の入力抵抗値を伝送線路の抵抗値に整合させる整合回路をＬＤドライバ５１とレーザダイオード５２との間に接続する必要があるが、上記送信フロントエンド５によれば、レーザダイオード５２に対して並列に直接接続されているため、整合回路を必要とせず、高速動作可能である。

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.

本願発明者は、本願発明に先立って、従来のシャント型ＬＤドライバを４００ＧｂＥの規格に対応した光通信ネットワークに適用することを検討した。
図１４は、図１３に示した送信フロントエンドにおけるＬＤドライバの入出力特性を示す図であり、図１５は、図１３に示す送信フロントエンドにおけるＬＤの入出力特性を示す図である。
例えばＤＭＴ信号やＰＡＭ信号を送信フロントエンド５に入力する場合、ＬＤドライバ５１には高い線形性が要求される。そのため、ＬＤドライバ５１を図１４に示す高線形な領域５０１で動作させる必要がある。一方、ＮＲＺ信号を送信フロントエンド５に入力する場合、ＬＤドライバ５１には高い線形性は要求されない。そのため、ＬＤドライバ５１を図１４に示す高線形な領域５０１と非線形な領域５００のどちらの領域で動作させても、伝送特性に大きな影響を与えるような問題は生じない。むしろ、ＬＤドライバ５１を高線形な領域５０１で動作させた場合、入力信号Ｖｉｎの直流成分が大きくなり、消費電力が増大するおそれがある。

以上のように、送信フロントエンドに入力される信号の伝送方式（変調方式）によっては、高線形性が必要となる場合と高線形性が必要とされない場合があり、高線形性が必要とされない伝送方式に対してＬＤドライバを高線形な領域で動作させると、消費電力が増加するおそれがある。また、高線形性が必要な伝送方式であっても、線形性を表す一つの指標であるＴＨＤ（ＴｏｔａｌＨａｒｍｏｎｉｃｓＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）として要求される数値が伝送方式によって異なる場合がある。

そこで、シャント型ＬＤドライバを将来規格化されるであろう４００ＧｂＥに適用する場合、ＮＲＺ、ＤＭＴ、ＰＡＭ等の複数の多値変調方式に対応するだけでなく、入力信号の伝送方式に応じてシャント型ＬＤドライバの消費電力を最適化するための技術が必要であると、本願発明者は考えた。

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、入力信号の伝送方式に応じてシャント型のＬＤドライバの消費電力を最適化することにある。

本発明に係るドライバ（１０）は、定電流源（Ｉｃｃ）とレーザダイオード（１３）とを結ぶ電流経路を分岐させる分流経路を形成し、制御信号に基づいて分流経路に流れる電流（Ｉ０）を制御することにより、レーザダイオードに供給される電流（Ｉ_LD）を制御するシャント型のドライバ回路（１１）と、直流電圧（Ｖｃｏｎ）を入力するバイアス端子（Ｐｃｏｎ）と、送信対象の信号（ＶＩＮ）を入力する入力端子（Ｐｉｎ）と、バイアス端子に入力された直流電圧に応じたバイアス電圧（Ｖｍ＿ｂｉａｓ）を生成し、入力端子に入力された信号の交流成分（ＶＩＮ＿ａｃ）をバイアス電圧に重畳させることにより制御信号を生成する制御信号生成部（１２）と、を備えることを特徴とする。

上記ドライバにおいて、制御信号生成部は、入力端子に供給された信号を入力し、当該信号から所望の交流成分の信号を取り出して出力するフィルタ回路（Ｒａ，Ｒｂ，Ｃｉｎ）と、バイアス端子に入力された直流電圧を分圧し、分圧した電圧にフィルタ回路から出力された信号を重畳させて制御信号を生成する抵抗分圧回路（Ｒａ，Ｒｂ）とを含んでもよい。

上記ＬＤドライバにおいて、抵抗分圧回路は、バイアス端子と基準電位ノードとの間に直列に接続される第１抵抗（Ｒａ）および第２抵抗（Ｒｂ）を含み、フィルタ回路は、第１抵抗と第２抵抗とが共通に接続されるノードと入力端子との間に接続された容量（Ｃｉｎ）と、上記第１抵抗および上記第２抵抗を含み、制御信号生成部は、第１抵抗と第２抵抗とが共通に接続されるノードから制御信号を出力してもよい。

なお、上記説明において括弧を付した参照符号は、図面において当該参照符号が付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

本発明によれば、入力信号の伝送方式に応じてシャント型のＬＤドライバの消費電力を最適化することができる。

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。図２は、本発明の一実施の形態に係るＬＤドライバによるレーザダイオードの制御方法を説明するための図である。図３は、本発明の一実施の形態に係るＬＤドライバの具体的な回路構成を示す図である。図４は、本発明の一実施の形態に係るＬＤドライバにおけるドライバ回路の入出力特性を示す。図５は、入力信号としてＮＲＺ信号を本発明の一実施の形態に係るＬＤドライバに入力する場合のバイアス電圧の設定例を示す図である。図６は、入力信号としてＮＲＺ信号を入力したときのレーザダイオードの駆動電流の特性を示す図である。図７は、入力信号としてＤＭＴ信号を本発明の一実施の形態に係るＬＤドライバに入力する場合のバイアス電圧の設定例を示す図である。図８は、入力信号としてＤＭＴ信号を入力したときのレーザダイオードの駆動電流の特性を示す図である。図９は、入力信号としてＰＡＭ信号を本発明の一実施の形態に係るＬＤドライバに入力する場合のバイアス電圧の設定例を示す図である。図１０は、入力信号としてＰＡＭ信号を入力したときのレーザダイオードの駆動電流の特性を示す図である。図１１は、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。図１２は、従来の高線形性の送信フロントエンドを説明するための図である。図１３は、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。図１４は、図１３に示した送信フロントエンドにおけるＬＤドライバの入出力特性を示す図である。図１５は、図１３に示す送信フロントエンドにおけるＬＤの入出力特性を示す図である。

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。

≪本発明に係るＬＤドライバを備えた送信フロントエンドの構成≫
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１は、送信すべき情報を光信号として光ファイバ等から成る光通信ネットワークに出力する光送信器において、送信すべき情報が重畳された電気信号を光信号に変換して出力する機能部である。送信フロントエンド１は、入力信号の伝送方式に応じてバイアス電圧を調節可能なバイアスコントロール機能を持つＬＤドライバ１０を備えている。以下、送信フロントエンド１の構成を詳細に説明する。

図１に示されるように、送信フロントエンド１は、ＬＤドライバ１０、レーザダイオード１３、および定電流源Ｉｃｃを備えている。
レーザダイオード（半導体レーザ）１３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１３は、直接変調半導体レーザ（ＤＭＬ：ＤｉｒｅｃｔｌｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＬａｓｅｒ）である。レーザダイオード１３のアノードは、端子Ｐａに接続され、レーザダイオード１３のカソードは、端子Ｐｋに接続される。

定電流源Ｉｃｃは、レーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDを供給するための電流源であり、一定の電流Ｉｃｃ（＞Ｉ_LD）を生成する。例えば、定電流源Ｉｃｃの一端は、グラウンドノードおよび端子Ｐｋに接続され、定電流源Ｉｃｃの他端は、端子Ｐａに接続される。なお、以下の説明では、参照符号“Ｉｃｃ”は、定電流源のみならず、その定電流源から出力される電流をも表すものとする。

ＬＤドライバ１０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（例えば２５Ｇｂｐｓ）に基づいて、レーザダイオード１３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１３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１０は、ドライバ回路１１、バイアス端子Ｐｃｏｎ、入力端子Ｐｉｎ、および駆動信号生成部１２を備える。

ドライバ回路１１は、定電流源Ｉｃｃとレーザダイオード１３とを結ぶ電流経路を分岐させる分流経路を形成し、制御信号Ｖｍ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１３の駆動電流Ｉ_LDを制御するシャント型のドライバ回路である。具体的に、ドライバ回路１１は、レーザダイオード１３と並列に接続される。例えば、ドライバ回路１１は、一端が端子Ｐａに接続されたスイッチＳＷと、一端がスイッチＳＷの他端に接続され、他端が端子Ｐｋに接続された可変電流源Ｉ０と、から構成されている。スイッチＳＷと可変電流源Ｉ０とは、後述する制御信号生成部１２によって生成される制御信号Ｖｍによって制御される。ここで、制御信号Ｖｍは、基準となる直流電圧を基準として電圧が変動する信号であり、上記基準となる直流電圧をバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓと称する。

なお、以下の説明では、参照符号“Ｉ０”は、可変電流源のみならず、その可変電流源から出力される電流をも表すものとする。

入力端子Ｐｉｎは、所定の変調方式に従って変調された入力信号ＶＩＮを入力する端子である。上記所定の変調方式としては、ＮＲＺ方式、ＤＭＴ方式、およびＰＡＭ方式を例示することができる。

バイアス端子Ｐｃｏｎは、制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを決定するための直流電圧Ｖｃｏｎを入力する端子である。

制御信号生成部１２は、バイアス端子Ｐｃｏｎに入力された直流電圧Ｖｃｏｎに応じたバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを生成し、入力端子Ｐｉｎに入力された入力信号ＶＩＮの交流成分ＶＩＮ＿ａｃをバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓに重畳させることにより、制御信号Ｖｍを生成する回路である。

≪本発明に係るＬＤドライバによるレーザダイオードの制御方法≫
図２は、ＬＤドライバ１０によるレーザダイオード１３の制御方法を説明するための図である。
同図に示されるように、例えば、ドライバ回路１１は、制御信号Ｖｍが所定の閾値よりも低いとき、スイッチＳＷをオフさせ、制御信号Ｖｍが所定の閾値を高いとき、スイッチＳＷをオンさせる。例えば、図２に示すように、スイッチＳＷがオフしているとき、レーザダイオード１３には定電流源Ｉｃｃから出力された電流Ｉｃｃが駆動電流Ｉ_LDとして供給される（Ｉ_LD＝Ｉｃｃ）。一方、スイッチＳＷがオンしているとき、定電流源Ｉｃｃから出力された電流Ｉｃｃの一部がドライバ回路１１に流れ込む。これにより、レーザダイオード１３には、定電流源Ｉｃｃの電流Ｉｃｃから可変電流源Ｉ０による電流Ｉ０を差し引いた電流が駆動電流Ｉ_LDとして供給される（Ｉ_LD＝Ｉｃｃ−Ｉ０）。

また、スイッチＳＷがオンしているとき、ドライバ回路１１は、可変電流源Ｉ０の電流を制御信号Ｖｍの電圧に比例して変化させる。これにより、レーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDは、制御信号Ｖｍに比例して制御される。

ここで、制御信号Ｖｍは、上述したように、直流電圧Ｖｃｏｎに基づいて生成されたバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓに入力信号ＶＩＮの交流成分ＶＩＮ＿ａｃを重畳したものである。すなわち、図２に示されるように、制御信号Ｖｍは、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを基準とし、その基準から入力信号ＶＩＮの交流成分ＶＩＮ＿ａｃに応じて変動する電圧となる。このとき、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの大きさは、直流電圧Ｖｃｏｎによって決定され、入力信号ＶＩＮには依存しない。
このように、ＬＤドライバ１０によれば、制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを、入力信号ＶＩＮによらず、独立して調節することができるので、入力信号ＶＩＮの伝送方式（変調方式）に応じた最適なバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを設定することが可能となる。以下、ＬＤドライバ１０の具体的な回路構成を例示し、入力信号ＶＩＮの伝送方式に応じたバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定手法について詳細に説明する。

≪本発明に係るＬＤドライバの回路構成例≫
図３は、本実施の形態に係るＬＤドライバの具体的な回路構成を示す図である。
同図に示されるように、ドライバ回路１１は、トランジスタＱ０および抵抗Ｒ０から構成されている。抵抗Ｒ０の一端はレーザダイオード１３のカソード（端子Ｐｋ）に接続される。トランジスタＱ０は、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の第１主電極としてのコレクタ電極は、レーザダイオード１３のアノード（端子Ｐａ）に接続され、トランジスタＱ０の第２主電極としてのエミッタ電極は、抵抗Ｒ０の他端に接続され、トランジスタＱ０の制御電極としてのベース電極には、制御信号Ｖｍが入力される。

制御信号生成部１２は、抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂと、および容量Ｃｉｎから構成されている。抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂは、直流電圧Ｖｃｏｎを分圧して制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを生成する抵抗分圧回路を構成している。具体的には、抵抗Ｒａの一端がバイアス端子Ｐｃｏｎに接続され、抵抗Ｒｂの一端が抵抗Ｒａの他端に接続され、抵抗Ｒｂの他端が基準電位（例えばグラウンドノード）に接続されている。また、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとが共通に接続されるノードには、トランジスタＱ０のベース電極が接続されている。

容量Ｃｉｎは、抵抗Ｒａ、Ｒｂとともに、入力信号ＶＩＮから所望の交流成分Ｖｉｎ＿ａｃを取り出すフィルタ回路を構成している。具体的には、容量Ｃｉｎの一端が、端子Ｐｉｎに接続され、容量Ｃｉｎの他端が、抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂとが接続されるノード（トランジスタＱ０のベース電極）に接続されることにより、容量Ｃｉｎおよび抵抗Ｒａ、Ｒｂはハイパスフィルタを構成している。なお、上記フィルタ回路としては、入力信号ＶＩＮから情報の伝送に必要な交流成分が取り出せる回路であれば、その回路構成は限定されない。例えば、ハイパスフィルタではなくバンドパスフィルタであってもよい。

制御信号生成部１２を上記のように構成することにより、入力信号ＶＩＮに含まれる周波数成分のうち容量Ｃｉｎおよび抵抗Ｒａ，Ｒｂによって決定される遮断周波数よりも高い周波数成分の信号ＶＩＮ＿ａｃが直流電圧Ｖｃｏｎを抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗比に応じて分圧したバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓに重畳され、制御信号Ｖｍが生成される。
具体的に、制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓは、式（１）で表される。

上記式（１）から理解されるように、抵抗Ｒａ、Ｒｂと端子Ｐｃｏｍに入力する直流電圧Ｖｃｏｎの値を調整することにより、容易に、制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを所望の値に設定することができる。

また、入力信号ＶＩＮを、伝送線路を経由して入力端子ＰｉｎからＬＤドライバ１０に入力する場合であっても、容易に、制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを所望の値に設定することができる。例えば、入力端子Ｐｉｎに接続される上記の伝送線路の特性インピーダンスをＺ０（例えば５０Ω）としたとき、抵抗Ｒａ，Ｒｂは、式（２）を満たす必要がある。

この場合、制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓは、式（１）および式（２）により、式（３）によって表すことができる。

式（３）から理解されるように、抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂが式（２）を満たすように各抵抗値を設定することにより、ＬＤドライバ１０を伝送線路に接続する場合であっても、抵抗Ｒａとバイアス端子Ｐｃｏｎに入力する直流電圧Ｖｃｏｎの値を調節することにより、容易に、制御信号Ｖｍのバイアス電圧を所望の値に設定することができる。なお、この場合には、抵抗Ｒｂの値は０Ω（ゼロオーム）以外の値であればよい。
また、この場合、抵抗Ｒａの値を伝送線路の特性インピーダンスＺ０（例えば５０Ω）に近づけることにより、Ｖｍ＿ｂｉａｓ≒Ｖｃｏｎとなるので、直流電圧Ｖｃｏｎの値を直接バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓとして設定することも可能である。

≪本発明に係るＬＤドライバによるバイアス電圧の設定例≫
次に、本実施の形態に係るＬＤドライバ１０による、入力信号の変調方式に応じた線形性の制御手法について説明する。
ここでは、ＮＲＺ方式によって変調された信号（ＮＲＺ信号）、ＤＭＴ方式によって変調された信号（ＤＭＴ信号）、およびＰＡＭ方式によって変調された信号（ＰＡＭ信号）の夫々を、入力信号ＶＩＮとしてＬＤドライバ１０に入力する場合を例にとり、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定方法を示す。

図４に、本発明に係るＬＤドライバにおけるドライバ回路１１の入出力特性を示す。同図には、制御信号Ｖｍに対する電流Ｉ０の特性が示されており、横軸は制御信号Ｖｍ〔Ｖ〕を表し、縦軸はトランジスタＱ０を介して抵抗に流れる電流Ｉ０〔Ａ〕を表している。
図４から理解されるように、ドライバ回路１１の電流Ｉ０は、制御信号Ｖｍが閾値電圧ＶＴＨよりも小さい範囲では、制御信号Ｖｍに対して非線形な特性となり、制御信号Ｖｍが閾値電圧ＶＴＨよりも大きい範囲では、制御信号Ｖｍに対してほぼ線形な特性となる。ここで、閾値電圧ＶＴＨは、トランジスタＱ０の閾値電圧に依存する電圧である。

以下、制御信号Ｖｍが閾値電圧ＶＴＨよりも小さい範囲を非線形領域４００と称し、制御信号Ｖｍが閾値電圧ＶＴＨよりも大きく範囲を線形領域４０１と称する。

図４に示されるように、ドライバ回路１１が図４に示す入出力特性を有している場合、バイアス端子Ｐｃｏｎに印加する直流電圧Ｖｃｏｎを調整することにより、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを非線形領域４００または線形領域４０１に設定することができる。

先ず、ＬＤドライバ１０の入力信号ＶＩＮとして、ＮＲＺ信号を入力する場合について説明する。
図５は、入力信号ＶＩＮとしてＮＲＺ信号をＬＤドライバ１０に入力する場合のバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定例を示す図である。図６は、図５のバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定例において、入力信号ＶＩＮとしてＮＲＺ信号を入力したときのレーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDの特性を示す図である。図５において、横軸は制御信号Ｖｍ〔Ｖ〕を表し、縦軸はトランジスタＱ０を介して抵抗に流れる電流Ｉ０〔Ａ〕を表している。また、図６において、横軸は時間（Ｔｉｍｅ）〔ｓ〕を表し、縦軸はレーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LD〔Ａ〕を表している。

ＬＤドライバ１０にＮＲＺ信号を入力する場合には、ドライバ回路１１に高い線形性は不要である。そこで、図５に示されるように、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを非線形領域４００に設定する。この場合、制御信号Ｖｍが、入力信号ＶＩＮに応じて、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを基準としてＶｂ１からＶａ１の範囲で変化すると、電流Ｉ０はＩｂ１からＩａ１の範囲で変化する。これにより、図６に示すように、レーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDを（Ｉｃｃ−Ｉａ１）から（Ｉｃｃ−Ｉｂ１）の範囲で変化させることができる。

このように、ＮＲＺ信号をＬＤドライバ１０に入力するとき、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを非線形領域４００に設定することにより、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを線形領域４０１に設定する場合に比べてＬＤドライバ１０に流れる電流Ｉ０を抑えることができ、ＬＤドライバ１０の低消費電力化を図ることができる。

次に、ＬＤドライバ１０の入力信号ＶＩＮとして、ＤＭＴ信号を入力する場合について説明する。
図７は、入力信号ＶＩＮとしてＤＭＴ信号をＬＤドライバ１０に入力する場合のバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定例を示す図である。図８は、図６のバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定例において、入力信号ＶＩＮとしてＤＭＴ信号を入力したときのレーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDの特性を示す図である。図７において、横軸は制御信号Ｖｍ〔Ｖ〕を表し、縦軸はトランジスタＱ０を介して抵抗に流れる電流Ｉ０〔Ａ〕を表している。また、図８において、横軸は時間（Ｔｉｍｅ）〔ｓ〕を表し、縦軸はレーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LD〔Ａ〕を表している。

ＬＤドライバ１０にＤＭＴ信号を入力する場合には、駆動電流Ｉ_LDの波形が歪まないようにするため、ドライバ回路１１に高い線形性が必要となる。そこで、図７に示されるように、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを線形領域４０１に設定する。この場合に、制御信号Ｖｍが、入力信号ＶＩＮに応じて、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを基準としてＶｂ２からＶａ２の範囲で変化すると、電流Ｉ０はＩｂ２からＩａ２の範囲で変化する。これにより、図８に示すように、レーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDを（Ｉｃｃ−Ｉａ２）から（Ｉｃｃ−Ｉｂ２）の範囲で歪なく変化させることができる。

このように、ＮＲＺ信号をＬＤドライバ１０に入力する場合には、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを非線形領域４００に設定することにより、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを線形領域４０１に設定する場合に比べてＬＤドライバ１０に流れる電流Ｉ０を抑えることができ、ＬＤドライバ１０の低消費電力化を図ることができる。

最後に、ＬＤドライバ１０の入力信号ＶＩＮとして、ＰＡＭ信号を入力する場合について説明する。
図９は、入力信号ＶＩＮとしてＰＡＭ信号をＬＤドライバ１０に入力する場合のバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定例を示す図である。図１０は、図９のバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓの設定例において、入力信号ＶＩＮとしてＰＡＭ信号を入力したときのレーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDの特性を示す図である。図９において、横軸は制御信号Ｖｍ〔Ｖ〕を表し、縦軸はトランジスタＱ０を介して抵抗に流れる電流Ｉ０〔Ａ〕を表している。また、図１０において、横軸は時間（Ｔｉｍｅ）〔ｓ〕を表し、縦軸はレーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LD〔Ａ〕を表している。

ＬＤドライバ１０にＰＡＭ信号を入力する場合には、ＤＭＴ信号を入力する場合と同様に、駆動電流Ｉ_LDの波形が歪まないようにするため、ドライバ回路１１に高い線形性が必要となる。そこで、図９に示されるように、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを線形領域４０１に設定する。この場合、制御信号Ｖｍが、入力信号ＶＩＮに応じて、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを基準としてＶｂ３からＶａ３の範囲で変化すると、電流Ｉ０はＩｂ３からＩａ３の範囲で変化する。これにより、図１０に示すように、レーザダイオード１３の駆動電流Ｉ_LDを、（Ｉｃｃ−Ｉａ３）から（Ｉｃｃ−Ｉｂ３）の範囲で歪なく変化させることができる。

≪本発明に係るＬＤドライバによる効果≫
以上、本発明に係るＬＤドライバによれば、入力信号の伝送方式に応じてシャント型のドライバ回路を制御する制御信号のバイアス電圧を制御することができるので、入力信号の伝送方式に応じたレーザダイオードの最適な制御が可能となると共に、シャント型のＬＤドライバの消費電力を最適化することができる。
例えば、上述したように、ＮＲＺ信号をＬＤドライバに入力する場合には、ドライバ回路の制御信号のバイアス電圧を非線形領域に設定することで、上記バイアス電圧を線形領域に設定する場合に比べてＬＤドライバに流れる電流を抑え、ＬＤドライバの低消費電力化を図ることができる。また、ＤＭＴ信号やＰＡＭ信号をＬＤドライバに入力する場合には、ドライバ回路の制御信号のバイアス電圧を線形領域に設定することで、低歪の駆動電流Ｉ_LDを生成することが可能となる。

また、上述したように、制御信号Ｖｍを生成する制御信号生成部１３を、抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂから成る抵抗分圧回路と、抵抗Ｒａ，Ｒｂおよび容量Ｃｉｎから成るフィルタ回路とによって構成することにより（図４参照）、制御信号Ｖｍのバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓを所望の値に設定することが容易となる。また、抵抗Ｒａおよび抵抗Ｒｂが上記式（２）を満たすように各抵抗値を設定することにより、上述したように、入力信号ＶＩＮを伝送線路を経由して入力端子Ｐｉｎに入力する場合であっても、抵抗Ｒａとバイアス端子Ｐｃｏｎに入力する直流電圧Ｖｃｏｎの値を調節することにより、制御信号Ｖｍのバイアス電圧を所望の値に設定することが容易となる。

更に、制御信号生成部１３によれば、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓは直流電圧Ｖｃｏｎを分圧したものとなるので、例えば抵抗Ｒａの抵抗値を伝送線路の特性インピーダンスＺ０よりも大きい値に設定することにより、直流電圧Ｖｃｏｎとして誤って過電圧が印加された場合であっても、バイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓとして、直流電圧Ｖｃｏｎよりも小さな電圧がドライバ回路１１に印加される。これにより、過電圧に起因するドライバ回路１１の破壊が起こり難くなるという効果も期待できる。

以上、本発明者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、上記実施の形態では、ドライバ回路１１がトランジスタＱ０と抵抗Ｒ０とから構成される場合を例示したが、制御信号Ｖｍの大きさによって、レーザドライバ１３に対する分流経路に流れる電流を制御することができる回路であれば、他の回路構成であってもよい。

また、上記実施の形態では、ドライバ回路１１を構成するトランジスタＱ０がバイポーラトランジスタである場合を例示したが、これに限られず、例えばＭＯＳトランジスタ等であってもよい。

また、上記実施の形態では、制御電圧生成部１３が、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，および容量Ｃｉｎを含む抵抗分圧回路およびフィルタ回路から構成される場合を例示したが、入力信号ＶＩＮから所望の交流成分を取り出してバイアス電圧Ｖｍ＿ｂｉａｓに重畳することができる回路であれば、他の回路であってもよい。

また、上記実施の形態では、入力信号ＶＩＮが伝送線路を経由してＬＤドライバ１０に入力される場合の例として特性インピーダンスＺ０が５０Ωの伝送線路を例示したが、これに限られず、特性インピーダンスＺ０が２５Ω等の伝送線路であっても同様に、本発明に係るＬＤドライバを適用することができる。

１…送信フロントエンド、１０…ＬＤドライバ、１１…ドライバ回路、１２…制御信号生成部、１３…レーザダイオード、Ｐｃｏｎ、Ｐｉｎ、Ｐａ、Ｐｋ…端子、ＶＩＮ…入力信号、ＶＩＮ＿ａｃ…入力信号の交流成分、Ｖｃｏｎ…直流電圧、Ｖｍ…制御信号、Ｖｍ＿ｂｉａｓ…制御信号のバイアス電圧、Ｉｃｃ…定電流源、電流、Ｉ０…可変電流源、電流、Ｉ_LD…レーザダイオードの駆動電流、ＳＷ…スイッチ、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒ０…抵抗、Ｃｉｎ…容量、Ｑ０…トランジスタ、４００…非線形領域、４０１…線形領域。

Claims

定電流源とレーザダイオードとを結ぶ電流経路を分岐させる分流経路を形成し、制御信号に基づいて前記分流経路に流れる電流を制御することにより、前記レーザダイオードに供給される電流を制御するシャント型のドライバ回路と、
直流電圧を入力するバイアス端子と、
送信対象の信号を入力する入力端子と、
前記バイアス端子に入力された直流電圧に応じたバイアス電圧を生成し、前記入力端子に入力された信号の交流成分を前記バイアス電圧に重畳させることにより、前記制御信号を生成する制御信号生成部と、を備える
ことを特徴とするドライバ。
請求項１に記載のドライバにおいて、
前記制御信号生成部は、
前記入力端子に供給された信号を入力し、当該信号から所望の交流成分の信号を取り出して出力するフィルタ回路と、
前記バイアス端子に入力された直流電圧を分圧し、分圧した電圧に前記フィルタ回路から出力された信号を重畳させて前記制御信号を生成する抵抗分圧回路と、
を含む
ことを特徴とするドライバ。
請求項２に記載のドライバにおいて、
前記抵抗分圧回路は、前記バイアス端子と基準電位ノードとの間に直列に接続される第１抵抗および第２抵抗を含み、
前記フィルタ回路は、前記第１抵抗と前記第２抵抗とが共通に接続されるノードと前記入力端子との間に接続された容量と、前記第１抵抗および前記第２抵抗を含み、
前記制御信号生成部は、前記第１抵抗と前記第２抵抗とが共通に接続されるノードから前記制御信号を出力する
ことを特徴とするドライバ。
請求項３に記載のドライバにおいて、
前記入力端子に接続される伝送線路の特性インピーダンスをＺ０、前記第１抵抗をＲａ、前記第２抵抗をＲｂとしたとき、前記第１抵抗および前記第２抵抗は、式（Ａ）を満たす
ことを特徴とするドライバ。
請求項４に記載のドライバにおいて、
前記第１抵抗の一端が、前記バイアス端子に接続され、前記第１抵抗の他端が前記第２抵抗の他端に接続され、
前記第２抵抗の他端が、前記基準電位ノードに接続され、
前記第１抵抗は、前記伝送線路の特性インピーダンスよりも大きい抵抗値を有する
ことを特徴とするドライバ。
請求項２乃至５の何れか一項に記載のドライバにおいて、
前記ドライバ回路は、
一端が前記レーザダイオードのカソードに接続される第３抵抗と、
第１主電極が前記レーザダイオードのアノードに接続され、第２主電極が前記第３抵抗の他端に接続され、制御電極に前記制御信号が供給されるトランジスタと、
を含む
ことを特徴とするドライバ。