[发明专利]发光二极管和光发送接收模块

说明书

本发明涉及按照输入电压脉冲信号的高(high)、低(low)来控制LED输出的发光、不发光的LED强度调制型驱动电路，其中，涉及在高速光数据链接的光数据传输中可以输出无缺欠的发光脉冲波形失真小的高速调制光信号的LED驱动电路。

在目前快速发展和逐渐普及的多媒体中，在交换数字数据中，使用各种高速光网络中枢。以用于长距离LAN间连接中枢的光通信系统为代表，在支持中短距离LAN的光纤信道和千兆比特以太网中，光发送接收模块是关键部件而担负着重要的作用。特别在供给实用的IT系统中，光发送接收模块容许牺牲部分成本和部件的通用性等的特殊规格，可以使用着眼于开发高可靠性的特定制品。

另一方面，最近，光连接技术不限于将高性能的光通信和计算机、尤其是服务器相关设备间进行连接的特殊使用目的，在家电领域的多媒体设备之间的数据交换方面，可以确保某种程度的连接距离和高吞吐量，并且，作为最普通的用户也容易掌握，扩大应用范围的要求不断增加。

为了响应这些要求，将1995年规格化的IEEE1394电气规格扩大的IEEE1394a进一步扩大到光，作为使用塑料光纤(POF)的光数据链接对象，正在推进高速、低成本、可适用于中距离连接的IEEE1394b的标准化。在今后的广义的IT领域中，无论传输信号形态是光还是电，作为相互连接所需要的规格，除了规定吞吐量的高速性等基本传输性能的规格以外，也应重视实用观点上的那些特性。

即，从系统组合的安装性的观点来看，不需要冷却的低消耗功率、具有与IT设备内部使用的其它IC相同的电气特性、获得尽量在相同电源电压下可工作的特性等电气要求强烈，而从成本特性的立场来看，与现有的光发送接收模块相比，强烈要求大幅度降低相差悬殊的成本。

特别是在目前研讨中的规格方案IEEE1394b中，由于以使用的光纤的低成本化和形成简单的内部结构使光链接模块本身低成本化为目标，所以采用具有大的核心系统的折射率分布型的塑料光纤，与光纤的低损失波长区域的红色光源组合成为具体的对象。

作为红色波长区域的光源，使用发射650nm附近的波长区域的光的发光二极管(LED)，或按650nm振荡的光半导体激光二极管(LD)的光源。尤其在不远的将来，随着技术的确立，在高速的S800以上光数据链接成为主流中，根据本质的元件响应特性的关系，LD的采用不可缺少。

另一方面，在按规格从低速种类的S100到S400中，从实现模块低成本的观点来看，采用具有可以将作为重要因素的光发送器的电路结构和光结合系统简单化的特征的LED成为主流。

事实上，在以音频和FA系统为对象的数十Mb/s以下的光数据链接中，以LED作为光源的制品作为满足实用要求的制品而被销售，并被广泛使用。

图29表示现有的光发送电路的基本方框图。如图所示，该方式使用晶体管开关对恒流源产生的直流电流进行ON/OFF调制而产生固定电流脉冲，将该输出施加到负荷LED上。这种方式在10Mb/s左右的低速链接中，在技术上没有特别的问题。但是，一般来说，因作为LED特有性质的器件内部电容特别大而导致光信号的开关响应慢，它决定了光数据链接的高速性。

作为至少缓和这种制约的有效解决对策之一，除了ON/OFF调制的驱动固定电流脉冲以外，使用以下方法：通过与驱动电流开关的电平反向同步，将固定电流脉冲和同相的峰值脉冲电流进行重叠，来加速LED的过渡响应。

除了附加补偿并加速这样的低速响应的方法、原来使用的传输数据的速度低于几十Mb/s、决定LED器件固有速度的本质的时间常数本身减小为几ns以外，因IC处理技术的发展，由于光传输后的光电变换和逻辑变换的信号处理速度实质上可以忽略，所以数据传输时的信号差错率可以实现被减小抑制到实用上不产生问题程度的光传输。

但是，按照上述的最新要求，如果用LED要实现传输速率为100Mb/s，或扩大到其以上值的光传输，则单纯延长、应用这种旧的方法没有效果。

本发明人之一提出如日本专利特愿平11-34649的传输方式，其使用图28所示的结构，电流峰值驱动的原理是与以往例相同的方式，同时在峰值的施加方法和减小LED驱动振幅上下工夫，可达到100Mb/s附近的传输。

即，将产生LED接通(ON)时的光强度所需的电流偏置从直流恒流源常时供给LED正极，将外部脉冲信号输入Vp变换为因低阻抗在CMOS缓冲器中电源电压的Vdd和Vss之间转移的矩形脉冲，使用该脉冲对输入到LED正极的偏置电流进行ON/OFF调制，同时将流经电容Cp的微分电流作为峰值电流而重叠供给到LED正极上。