JPH02272778A - 光半導体素子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光半導体素子を高速に、しかも、ジッタ量を
抑えて駆動す−る光半導体素子の駆動回路に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来からよく知られ、かつ、採用されている光半導体素
子の駆動回路を第３図に基づいて説明すると以下の通り
である。

駆動回路は、発光ダイオード３１、スイッチング回路３
２、電流制限抵抗３４およびスピードアップコンデンサ
３３から構成されている。これにより、制御入力信号に
基づいてスイッチング回路３２の出力がハイレベルある
いはローレベルになる。そして、スイッチング回路３２
の出力信号に基づいて、発光ダイオード３１がＯＮ・Ｏ
ＦＦすることにより、光信号が伝送される。

ここで、発光ダイオード３１がＯＮ状態の時に流れる順
方向電流Ｉ、を制限するために電流制限抵抗３４がスイ
ッチング回路３２と発光ダイオード３１との間に接続さ
れている。また、この時の順方向電流ＩＦは、次式（１
）で表せる。

ＩＦ　−（Ｖｃｃ　　ＶＯＬ　　ＶＦ　）　＋ＲＩ　・
”・・・（１）ただし、（１）式においてＶＣＣは電源
電圧を示し、■。Ｌはスイッチング回路３２の出力がロ
ーレベルの時の電圧を示し、■、は発光ダイオード３１
の順方向降下電圧を示している。

ところで、発光ダイオード３１において光の立ち上がり
・立ち下がりに要する時間の短縮およびその特性の改善
を行うために、下記に示すような対策が施されている。

即ち、発光ダイオード３１のスイッチング特性を改善す
るためにスピードアップコンデンサ３３が、電流制限抵
抗３４に並列に接続されている。このコンデンサ３３に
より、発光ダイオード３１に蓄積された電荷が過渡電流
として充・放電されるので、発光ダイオード３１のスイ
ッチング特性が改善される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記従来の光半導体素子の駆動回路（以下、
単に駆動回路と称す）では、制御入力信号ｖｉの周波数
が高い場合、即ち、光半導体素子を高速で駆動する場合
、以下に示すような問題点を有している。

つまり、入力電圧Ｖ　ｉ　ｎの周波数の変化に伴って駆
動回路の遅延時間、および立ち上がり・立ち下がりに要
する時間等が変化する。例えば、光信号の伝送を光フア
イバデータリンク等で行う際、従来の駆動回路では、入
力信号に高周波成分を含む周波数の異なる複数の信号か
ら成るランダムな信号が入力されると、駆動回路の出力
は前述の遅延時間（立ち上がり・立ち下がりに要する時
間等）のばらつき、即ち、ジッタ量が大きくなり、高速
、かつ、正確な情報伝送が困難になる。

〔課題を解決するための手段〕

請求項第１項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
上記課題を解決するために、制御入力信号に基づいて、
発光手段をＯＮ・ＯＦＦする信号を出力するスイッチン
グ回路と、上記のスイッチング回路の出力信号に基づい
て、光半導体素子を駆動する光信号を出力する発光手段
と、上記発光手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を
印加する抵抗群を有するバイアス手段と、発光手段が上
記スイッチング回路によりスイッチングされる過渡時に
、発光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷を速やかに
充・放電させて、発光手段のスイッチングを高速化する
スピードアップコンデンサとを備えていることを特徴と
している。

請求項第２項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
上記課題を解決するために、制御入力信号に基づいて、
発光手段をＯＮ・ＯＦＦする信号を出力するスイッチン
グ回路と、上記のスイッチング回路の出力信号に基づい
て、光半導体素子を駆動する光信号を出力する発光手段
と、上記発光手段の両端に順方向のブリバイアス電圧を
印加するダイオードと抵抗群とを有するバイアス手段と
、発光手段が上記スイッチング回路によりスイッチング
される過渡時に、発光手段内の接合部近傍に蓄積された
電荷を速やかに充・放電させて、発光手段のスイッチン
グを高速化するスピードアップコンデンサとを備えてい
ることを特徴としている。

〔作　用〕

請求項第１項の構成によれば、制御入力信号に基づいて
スイッチング回路はスイッチングされる。そして、スイ
ッチング回路の出力の変化に応じて発光手段がＯＮ・Ｏ
ＦＦされる。この時、発光手段はバイアス手段により順
方向にバイアスされているので、発光手段のスイッチン
グの応答特性が改善される。さらに、発光手段のスイッ
チングの過渡時に、スピードアップコンデンサにより、
上記発光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷が速やか
に充・放電されるので、発光手段のスイッチングが高速
に行われる。従って、変化の激しい高周波成分を含む信
号に対しても、光半導体素子が高速に、しかも、確実に
駆動できる。

請求項第２項の構成によれば、バイアス手段が、請求項
第１項のバイアス手段にダイオードが追加された構成と
なっており、発光手段のＯＦＦ時の順方向のプリバイア
ス電圧を低下させることなく、バイアス手段中の抵抗群
における抵抗の一部を小さく設定できるので、接合容量
の大きい発光手段を使用しても高速、かつ、ジッタ量を
抑えた光半導体素子の駆動回路が実現できる。

〔実施例１〕 本発明の一実施例を第１図に基づいて説明すれば、以下
の通りである。

第１図に示すように、本発明に係る光半導体素子の駆動
回路は、発光ダイオード１、スイッチング回路２、スピ
ードアップコンデンサ３およびバイアス手段１０から成
っている。さらに、バイアス手段１０は、電流制限抵抗
４、バイアス抵抗５および抵抗６から構成されている。

なお、抵抗群は、バイアス抵抗５、電流制限抵抗４およ
び抵抗６から構成されており、電源電圧ＶＣＣとグラン
ドとの間に、電源電圧ＶＣＣ側からこの順に直列に接続
されている。尚、制御入力信号ＶｉＲは、スイッチング
回路２に接続されている。

上記の発光手段としての発光ダイオード１は、制御入力
信号ｙ　ｉｎに基づいて、光信号を照射し伝送している
。この発光ダイオード１は、後述するバイアス抵抗５に
並列に接続されている。また、発光ダイオード１のアノ
ードは、電源電圧ｖｃｅのプラス側に接続され、発光ダ
イオード１のカソードは、上記の抵抗５と後述する電流
制限抵抗４との接続点に接続されている。

上記のバイアス抵抗５は、発光ダイオード１の両端に順
方向にバイアス電圧を印加するように設けられている。

上記の電流制限抵抗４は、発光ダイオード１に流れる上
記の順方向のバイアス電圧に相当するプリバイアス電流
を制限するために設けられている。また、抵抗６は、上
記のスイッチング回路２を安定に動作させるために設け
られている。上記の電流制限抵抗４と抵抗６との接続点
Ｂは、スイッチング回路２の出力に接続されている。同
回路２は、制御入力信号ｙ　ｉｎを反転して２値論理で
入出力される。例えば、制御入力信号ｙ　ｉｎがローレ
ベルの時は、スイッチング回路２の出力、即ち、接続点
Ｂはハイレベルとなる。また、制御入力信号Ｖ　（ｎが
ハイレベルの時は、接続点Ｂはローレベルとなる。

また、電流制限抵抗４と並列にスピードアップコンデン
サ３が接続されている。このスピードアップコンデンサ
３は、発光ダイオード１のＯＮ・ＯＦＦに伴う過渡時に
、発光ダイオードの接合部近傍に蓄積された電荷を充・
放電させて、発光ダイオード１を高速で駆動させるため
に設けられている。

上記の構成により、制御入力信号Ｖ　ｉｎの変化に伴う
光半導体素子の駆動回路各部の動作について説明すると
、以下の通りである。

制御ｎ入力信号Ｖ　ｉｎがローレベルの場合には、スイ
ッチング回路２の出力、即ち、接続点Ｂはハイレベルと
なるので、発光ダイオード１はＯＦＦ状態となる。つま
り、発光ダイオード１は光信号を照射せず、光信号がＯ
ＦＦ状態に対応する。この時、接続点Ｂの電圧をＶ。、
電源電圧をｖｃｃとすると、発光ダイオード１の両端に
順方向にかかるプリバイアス電圧ＶＦＩは、電流制限抵
抗４とバイアス抵抗５の分圧比で決まり、はぼ次式（２
）で近似できる。

ＶＦＩ”：Ｒ５×（ＶＣＣＶ＋＋ｕ）　”　（Ｒ４＋Ｒ
５）　””　（２）従って、発光ダイオード１には上記
の（２）式で近似されるプリバイアス電圧Ｖ□に相当す
るプリバイアス電流ｒｒ＋が流れる状態となるので、発
光ダイオード１のスイッチング特性が高速化される。

ここで、制御人力信号Ｖ　ｉｖ＋がローレベルから変化
してハイレベルとなると、接続点Ｂはハイレベルから変
化してローレベルとなる。これは、発光ダイオード１の
光信号がＯＮ状態に対応する。この時、接続点Ｂの変化
に伴う過渡時に、電源電圧ＶＣＣから発光ダイオード１
、スピードアップコンデンサ３および抵抗４を介して、
過渡的な電流がスイッチング回路２へ流れ込むことによ
り発光ダイオード１の立ち上がり特性が改善される。

ところで、接続点Ｂのローレベル時における電圧をＶＩ
Ｌとし、発光ダイオード１の両端に順方向にかかる順方
向電圧をｖＦよとすると、発光ダイオード１に流れる順
方向電流ｔｙｚは、近似的に次式（３）（４）により決
まる。

Ｌｘ’ｓ　（ＶＣＣＶＩＬ　　ａＸＶｒｚ）　＋Ｒ４・
・・（３）ａ　＝　ＣＲａ　＋Ｒｓ　）　＋　Ｒｓ　　
−（４）次に、制御入力信号ｖ１がハイレベルからロー
レベルへ変化すると、接続点Ｂはローレベルからハイレ
ベルへ変化する。これに伴って、発光ダイオード１の接
合部近傍に蓄積された残留電荷は、スピードアップコン
デンサ３および抵抗４を介してスイッチング回路２から
過渡的な電流により放電・吸収される。また、発光ダイ
オード１と並列に接続されているバイアス抵抗５を通し
ても放電・吸収される。従って、発光ダイオード１のＯ
Ｎ状態からＯＦＦ状態へ移行するのに要する時間の短縮
、すなわち、立ち下がり特性が確実に改善されることに
なる。

〔実施例２〕 本発明の他の実施例を第２図に基づいて説明すれば、以
下の通りである。なお、説明の便宜上、前述の実施例１
に示した手段には同一の符号を付記し、その説明を省略
する。

第２図は、本発明に係る光半導体素子の駆動回路の他の
実施例を示すものであって、ダイオード７が、実施例１
の回路構成中のバイアス手段１０に追加された回路要素
である。従って、バイアス手段１０は、電流制限抵抗４
、バイアス抵抗５、抵抗６およびダイオード７から成っ
ている。上記のダイオード１は、制御入力信号Ｖｉｅが
ローレベルの状態の時に、発光ダイオード１の両端に順
方向にかかるプリバイアス電圧ＶＦＩが低下するのを防
止するために設けられている。

なお、ダイオード７は、電源電圧ｖｅｅと前述のバイア
ス抵抗５との間に挿入されている。即ち、ダイオード７
とバイアス抵抗５との直列接続されたものが、発光ダイ
オード１に並列に接続されている。

上記の構成によれば、制御入力信号ｙ　ｉｎがローレベ
ルの場合には、スイッチング回路２の出力、即ち、接続
点Ｂはハイレベルとなり、発光ダイオード１はＯＦＦ状
態となるので、光半導体素子は駆動されない状態となる
。この時、接続点Ｂの電圧を■、とじ、ダイオード７の
両端の電圧を■。

とすると、はぼ次式（５）（６）で近似できるプリバイ
アス電圧ｖＦ３が、発光ダイオード１の両端に順方向に
印加され、それに相当するプリバイアス電流ＩＦ３が発
光ダイオード１へ流れる。

Ｖｙ＋”＋Ｖｎ　＋　ｂ　Ｘ　（ＶＣＣＶＩＬ８　　Ｖ
Ｄ　）　−（ｓ　）ｂ＝Ｒｓ÷（Ｒ４＋Ｒ５）　　　・
・・（６）ここで、制御入力信号Ｖｉｎがローレベルか
ら変化してハイレベルとなる（発光ダイオード１の光信
号がＯＮの状態に対応する）と、接続点Ｂはハイレベル
から変化してローレベルとなる。このような接続点Ｂの
状態変化に伴う過渡時に、電源電圧■。、から発光ダイ
オード１、スピードアップコンデンサ３および抵抗４を
介して、過渡的な電流がスイッチング回路２へ流れ込む
ので、発光ダイオード１のスイッチングに要する時間が
短縮され、立ち上がり特性が改善される。

この時、接続点Ｂのローレベル時における電圧をｖｌｌ
Ｌとし、発光ダイオード１の両端の順方向電圧をｖＦ４
とすると、発光ダイオード１に流れる順方向電流ＩＦ４
は、近似的に次式（７）〜（９）および前述の（４）式
により決まる。

Ｉｙ４＃　（Ｖｃｃ　　ＶＢＬ　　Ｖ’　）÷Ｒ４・・
・（７）Ｖ’　＝　ａ　Ｘ　ｖＦ４　　ＣＸＶＤ　　　
・”　（８）ｃ＝Ｒ，÷Ｒ３・・・（９） ａ＝　（Ｒ４＋Ｒ５）’　Ｒｓ　　　−（４）次に、制
御人力信号Ｖ　ｉｎがローレベルへ変化すると、接続点
Ｂはハイレベルとなる。この変化の過渡時に、発光ダイ
オード１の接合部近傍に蓄積された残留電荷は、スピー
ドアップコンデンサ３および抵抗４を介して、スイッチ
ング回路２から過渡的な電流により放電・吸収される。

また、発光ダイオード１と並列に接続されているダイオ
ード７およびバイアス抵抗５を通しても放電・吸収され
る。

この結果、発光ダイオード１のＯＮ状態からＱＦＦ状態
へ移行するのに要する時間の短縮、即ち、立ち下がり特
性が改善されることになる。ここで、発光ダイオード１
のＯＮ時およびＯＦＦ時の定常状態が実施例１と同じで
あると仮定すると、次式（１０）　　（１１）が成立す
る。

ＶＦＩ＝ＶＦ３　（ＩＦｌ＝　ＩＦ３）　　・・・（１
０）ＩＦ２＝　ＩＦ４　（Ｖｒｚ−Ｖｒ４）　　”’　
（１１）よって、上述の式（２）〜（９）により、抵抗
５の抵抗値が同一な場合には、抵抗４の抵抗値を小さく
設定できる。

従って、発光ダイオード１のＯＦＦ時の順方向のプリバ
イアス電圧を低下させることな（、発光ダイオード１と
並列に接続されているバイアス抵抗５の抵抗値が小さく
設定できるので、接合容量の大きい発光ダイオードを使
用しても高速、かつ、ジッタ量を抑えた汎用性のある光
半導体素子の駆動回路が実現できる。

〔発明の効果〕

請求項第１項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
以上のように、制御入力信号に基づいて、発光手段をＯ
Ｎ・ＯＦＦする信号を出力するスイッチング回路と、上
記のスイッチング回路の出力信号に基づいて、光半導体
素子を駆動する光信号を出力する発光手段と、上記発光
手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加する抵抗
群を有するバイアス手段と、発光手段が上記スイッチン
グ回路によりスイッチングされる過渡時に、発光手段内
の接合部近傍に蓄積された電荷を速やかに充・放電させ
て、発光手段のスイッチングを高速化するスピードアッ
プコンデンサとを備えている構成である。

これにより、抵抗群を有する簡素なバイアス手段を設け
るだけで、高周波成分を含む変化の激しい光信号に対し
ても光半導体素子を高速に、しかも、ジッタ量を抑えて
駆動可能となる。

また、Ｐ型基板を有する光半導体素子と本発明に係る光
半導体素子の駆動回路とを組み合わせると、電源電圧の
フレームと同一フレーム上に光半導体素子をグイボンデ
ィングすれば、光半導体素子の外部端子として３ビンの
ワンパッケージに収納することができるので、装置をよ
り小型化でき、コスト低減が可能となる等の効果を特徴
とする 請求項第２項の発明に係る光半導体素子の駆動回路は、
以上のように、制御入力信号に基づいて、発光手段を０
Ｎ−ＯＦＦする信号を出力するスイッチング回路と、上
記のスイッチング回路の出力信号に基づいて、光半導体
素子を駆動する光信号を出力する発光手段と、上記発光
手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加するダイ
オードと抵抗群とを有するバイアス手段と、発光手段が
上記スイッチング回路によりスイッチングされる過渡時
に、発光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷を速やか
に充・放電させて、発光手段のスイッチングを高速化す
るスピードアップコンデンサとを備えている構成である
。

これにより、上記請求項第１項の効果に加えて、バイア
ス手段に追加されたダイオードによって、発光手段のＯ
ＦＦ時の順方向のプリバイアス電圧を低下させることな
く、バイアス手段中の抵抗群における抵抗の一部を小さ
く設定できるので、接合容量の大きい発光手段を使用し
ても高速で、しかも、ジッタ量を抑えた汎用性のある光
半導体素子の駆動回路が実現できる等の効果を併せて奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すものであって、本発明
に係る光半導体素子の駆動回路の回路構成を示す図、第
２図は本発明の他の実施例を示すものであって、本発明
に係る光半導体素子の駆動回路の回路構成を示す図、第
３図は従来例を示すものであって、光半導体素子の駆動
回路の回路構成を示す図である。 ｌは発光ダイオード （発光手段） ２はスイン チング回路、 ３はスピードアップコンデンサ、 ０はバイアス手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御入力信号に基づいて、発光手段をＯＮ・ＯＦＦ
   する信号を出力するスイッチング回路と、上記のスイッ
   チング回路の出力信号に基づいて、光半導体素子を駆動
   する光信号を出力する発光手段と、 上記発光手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加
   する抵抗群を有するバイアス手段と、発光手段が上記ス
   イッチング回路によりスイッチングされる過渡時に、発
   光手段内の接合部近傍に蓄積された電荷を速やかに充・
   放電させて、発光手段のスイッチングを高速化するスピ
   ードアップコンデンサとを備えていることを特徴とする
   光半導体素子の駆動回路。 ２、制御入力信号に基づいて、発光手段をＯＮ・ＯＦＦ
   する信号を出力するスイッチング回路と、上記のスイッ
   チング回路の出力信号に基づいて、光半導体素子を駆動
   する光信号を出力する発光手段と、 上記発光手段の両端に順方向のプリバイアス電圧を印加
   するダイオードと抵抗群とを有するバイアス手段と、 発光手段が上記スイッチング回路によりスイッチングさ
   れる過渡時に、発光手段内の接合部近傍に蓄積された電
   荷を速やかに充・放電させて、発光手段のスイッチング
   を高速化するスピードアップコンデンサとを備えている
   ことを特徴とする光半導体素子の駆動回路。