WO2002007276A1 - Circuit d'attaque de dispositif photoemetteur - Google Patents

Circuit d'attaque de dispositif photoemetteur Download PDF

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WO2002007276A1
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light emitting
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PCT/JP2001/006242
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French (fr)
Inventor
Seiichiro Mizuno
Original Assignee
Hamamatsu Photonics K.K.
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30Driver circuits

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element drive circuit. .
  • a light emitting element driving circuit for driving a laser diode as a light emitting element has a configuration as shown in FIG.
  • the laser diode 40 is directly driven by connecting the drain terminal of the PMOS-FET 41 to the anode side of the laser diode 40 grounded at the power source.
  • the distance between the laser diode 40 and the driving IC in this case; PMOS-FET41
  • the laser diode 40 and the PMOS-FET 41 are connected by the wiring 42. Since an inductance component always occurs in the wiring 42, peaking or ringing occurs due to a resonance phenomenon. However, the use of the product was a serious problem.
  • FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of a conventional light emitting element drive circuit.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a drive circuit of a laser diode using PMOST FET
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the drive circuit illustrated in FIG. like this
  • the theoretical calculation result of the resonance constant Q in the circuit is shown below.
  • g ml and g m2 indicate transconductance
  • gdi indicates drain conductance
  • L indicates inductance
  • C indicates capacitance.
  • ... (1) +) 0 (2)
  • V. ut / V iN is ot one g, mi
  • the Q value is approximately Is around 10.
  • the Q value is larger than 1, peaking and ringing as shown in FIG. 5 occur.
  • a resistor is generally inserted in series with L to minimize the effect of inductance L and keep the value of resonance constant Q close to 1.
  • the equivalent resistance value can be freely controlled by the current value, so that a source follower circuit may be inserted instead of a resistor.
  • a source follower circuit is used instead of a resistor.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a laser diode drive circuit using a simple source follower circuit
  • FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG.
  • the theoretical calculation result of the resonance constant Q in such a circuit is shown below.
  • g ml and g m2 indicate transconductance
  • gdi indicates drain conductance
  • L indicates inductance
  • C indicates capacitance.
  • the resonance frequency w. Increased slightly, but had no effect on Q itself. That is, whether the current source is the common source of the PMOS-FET or the common drain of the NMOS-FET, the resonance constant Q itself does not change, and thus it is found that there is almost no effect. Thus, even if the effect of L was to be suppressed by simply inserting a resistor R, the value of Q itself could not be suppressed, so it was difficult to suppress ringing and peaking. In addition, in order to solve these problems, it is difficult to drive a low power supply voltage of 3.3 V or the like, because more parts must be supplied with current.
  • US Pat. No. 5,898,334 proposes a method of using one drive source to reduce the parasitic capacitance, but this method requires a small MQ1 size and The gate voltage must be increased. This requires a voltage of 5 V or more, making it difficult to drive at a low power supply voltage and causing heat generation.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a light emitting element drive circuit capable of driving at a low power supply voltage without occurrence of ringing and peaking, with little influence of yield variation.
  • the purpose is to:
  • the light emitting element drive circuit has a gate terminal and an input voltage to the gate terminal.
  • a first source-follower circuit having an NMOS-FET for supplying a drive current to the light-emitting element in accordance with a first PMOS-FET including a gate terminal connected to a downstream node of the first source-follower circuit.
  • a second source-follower circuit having a gate terminal, and a second PMOS-FET having a gate terminal and supplying a current to the second source follower circuit in accordance with an input voltage to the gate terminal;
  • a potential between the S-FET and the second PM-S-FET is supplied to the gate terminal of the NMOFET as the input voltage.
  • the voltage V gs between the gate terminal of the NMOS-FET of the first source follower circuit and the source terminal located downstream of the gate is connected to the gate connected to the downstream node of the first source follower circuit.
  • the current flowing through the MOS-FET is determined according to the voltage Vgs between the gate terminal and the source terminal, which is proportional to the voltage Vgs between the gate terminal and the source terminal of the first PMOS-FET including the terminal.
  • the current flowing through the first PMOS-FET and the current flowing through the NMOS-FET have a proportional relationship.
  • the current flowing through the first PMOS-FET is determined according to the input voltage to the gate terminal of the second PMOS-FET. Therefore, if a constant voltage is applied to the gate terminal of the second PMOS-FET, the current flowing through the first PMOS-FET and the NMOS-FET becomes constant.
  • the potential of the node between the downstream side of the NM 0 S-FET of the first source follower circuit and the light emitting element may fluctuate.
  • the current flowing through the first POS-FET is almost unchanged if the current flowing through it is constant. Since the Q value of the circuit fluctuates depending on the current flowing through the NMOS-FET, if the constants of the circuit components are set so that the Q value decreases, the drive circuit with this configuration can be used The state where the Q value is low can be maintained.
  • the resonance constant Q can be reduced, ringing / peaking is suppressed, and stable driving of the light emitting element can be performed. It becomes possible.
  • the number of component parts can be reduced, the influence of variation in yield can be reduced, and the cost can be reduced.
  • the impedance can be suppressed, the gate voltage can be reduced, and low power supply voltage driving is possible.
  • there is no problem even if the parasitic capacitance is large to some extent it is not necessary to adopt a configuration that reduces the parasitic capacitance as in the past o
  • the present light emitting element drive circuit is characterized by comprising a PMOS-FET group that further supplies a drive current to the light emitting element via a node on the downstream side of the second source follower circuit. That is, by supplying a drive current from the PMOS-FET group to the light-emitting element, the total amount of drive current supplied to the light-emitting element can be increased.
  • the first one-stage drive current to the first and second Sosuforoa circuit and second PM 0 3- 1 1 As a result, the resonance constant Q can be reduced, ringing peaking is suppressed, and stable driving of the light emitting element can be performed.
  • the remaining three stages of drive current increase may be achieved by sequentially driving the PMOS-FET group. According to this configuration, it is not necessary to use the above-described Q value variation limiting structure for the PMOS-FET group, so that the number of component parts can be reduced, and the effects of yield and product variation are reduced. And cost reduction.
  • the present light emitting element driving circuit is a light emitting element driving circuit of the first or second type
  • the transconductance of the first source follower circuit by the NM OS-FET has a configuration having any value in a range of 100 millidimens to 100 millidimens.
  • the resonance constant Q must be reduced. Can be.
  • a light-emitting device includes a light-emitting element and any one of the above-described light-emitting element driving circuits.
  • FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a light emitting element drive circuit according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a circuit diagram around the laser diode.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the source follower circuit.
  • FIG. 3A is a graph (simulation) showing the time dependence of the drive current in the light emitting element drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 3B is a graph (measured value) showing the time dependence of the drive current in the light emitting element drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 3C is a graph (measured value) showing the time dependence of the drive current in the light emitting element drive circuit according to the comparative example.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional light emitting element drive circuit shown as a comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of a conventional light emitting element drive circuit.
  • Figure 6 shows an example of a laser diode drive circuit using a PMOS-FET. is there.
  • FIG. 7 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a laser diode drive circuit using a simple source follower circuit.
  • FIG. 9 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG.
  • FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a light emitting element driving circuit in which a laser diode (light emitting element) 1 is shown as a bipolar transistor.
  • FIG. 1B is a circuit diagram of a peripheral portion of the laser diode 1. That is, in FIG. 1A, for convenience of explanation, the laser diode 1 is shown as a transistor whose collector and base are short-circuited, but the laser diode 1 is originally indicated by the symbol shown in FIG. 1B.
  • the laser diode 1 has a cathode connected to the ground, and a node connected to a source terminal of a source follower circuit 2 using an NMOS-FET (field effect transistor).
  • the source terminal of the source follower circuit 2 using NMOS-FET is connected to the gate terminal of the source follower circuit 3 using PMOS-FET (field effect transistor).
  • the PMOS-FET4 is connected to the source terminal of the source-follower circuit 3 using the PMOS-FET, and supplies power to the source follower circuit 3 using the PMOS-FET.
  • the source follower circuit 3 using the PMOS FET and the PMOS FET 4 form a source follower section 5 as a feedback circuit.
  • the laser diode 1 and the source follower circuit 2 using NMO S-FET are connected by a wiring 6 having inductance L.
  • the operation of the laser diode 1 as an electric circuit should be treated approximately as a transistor. Assuming that this is a transistor, the capacitance and capacitance of the emitter and collector of this transistor are C. ut is connected.
  • the source terminal of the source follower circuit 2 using NMOS-FETs has three PMOS-FETs 7a, which drive the laser diode 1, 7b and 7c are connected in parallel, and a PMOS-FET circuit 8 is formed.
  • a capacitor whose one end is grounded is connected between the source terminal of the source follower circuit 2 using the NMO S—FET and the PMO S—FET circuit 8.
  • the sources of the PM0S-FETs 4, 7a, 7b, 7c and NMOS-FET2 are connected to the power supply potential.
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the source follower unit 5.
  • the theoretical calculation result of the resonance constant Q in such a circuit is shown below.
  • g msl and g ms2 indicate mutual conductance
  • gdi drain conductance L indicates inductance
  • C indicates capacitance.
  • V gsl V iN — V.
  • g m2 is approximately 20 OmS
  • gc ⁇ is lmS
  • the present light emitting element driving circuit includes a first source follower circuit 2 having an NM ⁇ S-FET (2) having a gate terminal and supplying a driving current to the light emitting element 1 according to an input voltage to the gate terminal; 1 Source follower circuit 2 Connected to downstream node (VI) Current to the second source follower circuit 3 having the first PMOS-FET (3) including the connected gate terminal, and the second source follower circuit 3 having the gate terminal according to the input voltage to the gate terminal. And a second PMO S-FET 4 having a potential between the L PMO S-FET 3 and the second PMO S_FET 4 as the input voltage to the gate terminal of the NMO S-FET (2).
  • the voltage Vgs between the gate terminal of NMO S—FET (2) of the first source follower circuit 2 and the source terminal located downstream thereof is a downstream node of the first source follower circuit 2
  • the first PMOS including the gate terminal connected to (VI) is proportional to the voltage Vgs between the gate terminal and the source terminal of the FET (3). Therefore, the current flowing through the M ⁇ S-FET is the gate terminal.
  • the current flowing through the first PMOS-FET (3) and the current flowing through the NMOS-FET (2) have a proportional relationship, as determined according to the source-terminal voltage V gs.
  • the current flowing through the first PMOS FET (3) is determined according to the input voltage to the gate terminal of the second PMOS 103 (4). Therefore, if a constant voltage is applied to the gate terminal of the second PMOS-FET (4), the current flowing through the first PMOS-FET (3) and the NMOS-FET (2) becomes constant.
  • the potential at the node (V 1) between the downstream side of the NM OS-FET (2) of the first source follower circuit and the laser diode 1 may fluctuate. Due to the fluctuation, the current flowing through the NMOS-FET (2) remains almost unchanged if the current flowing through the first POS-FET (3) is constant. Since the Q value of the circuit fluctuates depending on the current flowing through the NMOS-FET (2), if the constants of the circuit components are set so that the Q value decreases, the drive circuit with this configuration will be used. As a result, the state where the Q value is low can be maintained.
  • the resonance constant Q can be reduced in this way, ringing and peaking are suppressed, and stable driving of the light emitting element can be performed. Also, since the number of component parts can be reduced, the yield It is possible to reduce the influence of sticking and to reduce costs.
  • the impedance can be suppressed, the gate voltage can be reduced, and low power supply voltage driving is possible. Furthermore, since there is no problem even if the parasitic capacitance is large to some extent, it is not necessary to adopt a configuration in which the parasitic capacitance is reduced as in the related art. Also, in the light emitting element drive circuit as shown in FIG. 1, the current is not raised to a high level all at once, but, for example, the current is gradually applied to the laser diode 1 stepwise in about four steps. Normal. In the present embodiment, a current is supplied to the laser diode 1 by a feedback loop in the source follower unit 5 only in the first stage of the four steps, and the remaining three steps are divided into plural steps. Driving is performed by the PMOS-FET circuit 8 including the PMOS-FET. This is because if the impedance level is fixed at a low level in the first lowest stage, it is not necessary to lower the impedance further.
  • a DC voltage Vg is input to the gate terminal of the PMOS-FET (4) in the first stage, so that a current in the initial stage flows, and then, the PM-S-FET 7 a constituting the PMOS-FET circuit 8 , 7b, and 7c are sequentially input with voltages Va, Vb, and Vc, respectively.
  • the timing of the voltage pulses input to the gate terminals of these PMOST-FETs 4, 7a, 7b, and 7c may be appropriately matched. . That is, the magnitude of the drive current supplied to the laser diode 1 depends on the number of pulses whose timings overlap, and if the timings of all the pulses overlap, the maximum drive current is supplied to the laser diode 1. You.
  • the resonance constant Q can be reduced, so that ringing and peaking are suppressed and stability is achieved. It becomes possible to drive the light emitting element.
  • the remaining three steps are driven by the PMOS-FET group 8 as in the past, so the number of component parts can be reduced, the effects of yield and product variation can be reduced, and costs can be reduced. Reduction can be achieved.
  • the gate voltage can be reduced, and low power supply voltage driving is possible.
  • the number of laser diodes 1 may be plural, and these can be connected in parallel.
  • FIG. 3A is a graph (simulation) showing the time dependence of the drive current in the light emitting element drive circuit according to the embodiment.
  • FIG. 3B is a graph (measured value) showing the time dependence of the drive current in the light emitting element drive circuit according to the embodiment, and the pulse width of the drive current is 9.76 ns.
  • FIG. 3C is a graph (actually measured values) showing the time dependence of the drive current in the light emitting element drive circuit according to the comparative example shown in FIG.
  • the resonance constant Q can be reduced by using the feedback loop in the source follower circuit using the NMOS FET, so that the ringing peaking is reduced. It is possible to drive the laser diode 1 in a suppressed and stable manner. Further, since the number of component parts can be reduced, the influence of the yield variation can be reduced, and the cost can be reduced. Also, since the impedance can be suppressed, the gate voltage can be reduced, and low power supply voltage driving is possible. Furthermore, since there is no problem even if the parasitic capacitance is large to some extent, it is not necessary to adopt a configuration in which the parasitic capacitance is reduced as in the related art.
  • the light-emitting element driving circuit includes a source follower circuit that is connected to the anode side of the light-emitting element and directly drives the light-emitting element, and that has a gate terminal connected to the NMOS-FET. It employs a configuration that includes a source follower circuit using a PMOS FET connected to the source terminal of the source follower circuit using an FET, and a PMOS FET that supplies current to a source follower circuit using PM ⁇ S-FET.
  • the resonance constant Q can be reduced, so that ringing and peaking are suppressed, and stable driving of the light emitting element can be performed. Further, since the number of component parts can be reduced, the influence of the variation in yield can be reduced, and the cost can be reduced. Also, since the impedance can be suppressed, the gate voltage can be reduced, and low power supply voltage driving is possible. Furthermore, since there is no problem even if the parasitic capacitance is large to some extent, it is not necessary to adopt a configuration in which the parasitic capacitance is reduced as in the related art.
  • This invention can be utilized for a light emitting element drive circuit.

Description

明細書
発光素子駆動回路
技術分野
本発明は、 発光素子駆動回路に関する。 .
背景技術
従来、 発光素子としてのレーザダイオードを駆動するための発光素子駆動回路 は、 図 4に示すような構成が採られていた。 すなわち、 力ソード接地されたレ一 ザダイオード 40のァノ一ド側に、 PMOS— FET41のドレイン端子を接続 して直接レーザダイオード 40を駆動する。 しかしながら、 CD— R/W、 DV D等では、 設計の都合上、 レーザダイォ一ド 40と駆動用 I C (この場合は; PM OS-FET41) との距離を数 cm以上離して構成される。 このような場合、 レ—ザダイオード 40と PMOS— FET41とを配線 42で接続するが、 この 配線 42にはィンダク夕ンス成分が必ず発生するため、 共振現象によって、 ピ一 キングやリンギングが発生し、 製品の使用上、 重大な問題となっていた。
図 5は、 従来の発光素子駆動回路のシミュレーション結果を示す図である。 図
5では、 上記のような共振現象によって激しいピーキングゃリンギングが発生し ていることが示されている。 このような問題点を解消するため、 従来から、 共振 現象を起しにくい配線材を使用する努力がなされたり、 図 4に示すボンディング パッド 43とグランドとの間に抵抗 Rと容量 Cとを直列に揷入したりする方法が 検討されてきた。
発明の開示
しかしながら、 配線材に余計なコストをかけると製品コストを低減させること が困難となる。 また、 抵抗 R及び容量 Cを挿入する方法も、 歩留まりばらつきを 考慮すると望ましい方法とは言えなかった。
図 6は、 PMO S— FE Tによるレーザダイオードの駆動回路の一例を示す図 であり、 図 7は、 図 6に示した駆動回路の等価回路を示す図である。 このような 回路における共振定数 Qの理論計算結果を以下に示す。 ここで、 gml及び gm2は 相互コンダクタンス、 gdiはドレインコンダクタンス、 Lはインダク夕ンス、 C は容量を示す。 … ( 1 ) + ) =0 (2)
sL
(2) 式より、
(voui - V, )
-V ' out ( V g m 2 + sC out ) (3) sL
Voui = -V0lttsL(gm2 + … (4) V1 = Voui ^ + sL(gm2 + sCoui )} … (2) ,
(2) , を ( 1) へ代入すると、
SmlVin +VAsC1
+ Vcut {l + -0 (6)
V o.ut & + sL(gm2 (7 )
従って、 V。ut/ViNは、 o t 一 g, mi
-で、 gm2 (=20 OmS) >>s Cout (=5mS) とすると、
V out
ilt sCt + gdl + s2LCxgm2 + sLgdxgm2 + gml
.れにより、 s、 w。、 Qは、 次のようになる (
( 1 1)
LClgm2 ∑C,
不等式 (12) の結果に対し、 具体的なパラメ一夕入力を行うと、 概ね、 Q値 は 10前後となる。 このように Q値が 1よりも大きくなると、 図 5に示すような ピーキングやリンギングが生じてしまう。 以上の結果から、 ピ一キングやリンギ ングを抑制するためには、 共振定数 Qを極力小さい値に設定することが重要であ ることが分かる。 そこで、 少しでもインダクタンス Lの影響を抑えて共振定数 Q の値を 1に近い状態に抑えるため、 一般には、 Lと直列に抵抗を挿入することが 行われる。 また、 例えば、 ソ一スフォロワ回路は、 等価抵抗値を電流値により自 由に制御する事ができるため、 抵抗の代わりに、 ソ一スフォロワ回路を挿入する 場合もある。 ここでは、 抵抗の代わりに、 ソースフォロワ回路を揷入した場合に ついて検討する。
図 8は、 単純ソ一スフォロワ回路によるレーザダイォ一ドの駆動回路の一例を 示す図であり、 図 9は、 図 8の等価回路を示す図である。 このような回路におけ る共振定数 Qの理論計算結果を以下に示す。 ここで、 gml及び gm2は相互コンダ クタンス、 gdiはドレインコンダクタンス、 Lはインダク夕ンス、 Cは容量を示 す。
-Vgslgml +ν + sC^ ^ = 0 '·' ( 1 3)
ここで、 vgsl=viN— v。utとして、
-(V, - V + 】 + 】) + — )=0 … (13) , sL 式 ( 14) について、 gm2 « 2 mS, f -腦 zにて、 sCout 30 sであるので gm2 » ^^と仮定。
+ ^ out tm2 0 (15)
sL
wi (14) , 式 ( 14 ) , を式 ( 13 ) , に代入すると、
- in― 0ut )gmi + + sc, )
+ =0 (17) sL
- gml + SmlVout +^l)
1 Omlr out ^ (18) 従って、 v outノ iNは、
9) れにより、 s、 w。、 Qは、 次のようになる <
以上の計算結果を見ると、共振周波数 w。は少し上がったが、 Qそのものには全 く影響を与えなかった。 すなわち、 電流源が P M O S— F E Tのソース接地であ つても、 N M O S— F E Tのドレイン接地であっても、 共振定数 Qそのものが変 わらないため、 ほとんど効果が無いことが分かった。 このように、 単に抵抗 Rを 挿入する方法で Lの影響を抑えようとしても、 Qそのものの値を抑えることがで きないため、 リンギングゃピ一キングを抑えることは困難であった。 また、 これ らの問題点を解消しょうとすると、 電流を流さなければならない部分が増えるた め、 3 . 3 V等の低電源電圧駆動も困難となっていた。
また、 米国特許第 5, 8 9 8, 3 3 4号では、 一つの駆動源を用い、 寄生容量 を下げる方法が閧示されているが、 この方法では M Q 1のサイズが小さい必要が あると共に、 ゲート電圧を大きくしなければならない。 このため、 5 V以上の電 圧を必要とし、 低電源電圧駆動が困難であると共に、 発熱が問題となる。
本発明は、 このような事情に鑑みてなされたものであり、 リンギングゃピ一キ ングが発生することなく、 歩留まりばらつきの影響が少なく、 低電源電圧駆動が 可能な発光素子駆動回路を提供することを目的とする。
本発明の発光素子駆動回路は、 ゲート端子を有し当該ゲ一ト端子への入力電圧 に応じて前記発光素子に駆動電流を供給する NMOS— FETを有する第 1ソー スフォロワ回路と、 前記第 1ソースフォロワ回路の下流側の節点に接続されたゲ 一ト端子を含む第 1 PMOS— FETを有する第 2ソ一スフォロワ回路と、 ゲー ト端子を有し当該ゲート端子への入力電圧に応じて前記第 2ソースフォロワ回路 に電流を供給する第 2PMOS— FETとを備え、 前記第 1 P MO S— F E Tと 前記第 2 PM〇 S-FETとの間の電位を前記入力電圧として前記 NMO S-F E Tの前記ゲ一ト端子に与えることを特徴とする。
この場合、 第 1ソ一スフォロワ回路の NMOS— FETのゲート端子と、 その 下流側に位置するソース端子との間の電圧 V g sは、 第 1ソースフォロワ回路の 下流側の節点に接続されたゲート端子を含む第 1 PMO S— F E Tの当該ゲート 端子とソース端子との間の電圧 Vgsに比例し、 したがって、 MOS— FETを 流れる電流はゲ一ト端子及びソース端子間電圧 Vg sに応じて決定されるところ、 第 1 PMO S— FETを流れる電流と、 NMOS— FETを流れる電流とは比例 関係を有することとなる。 一方、 第 1PMOS— FETに流れる電流は、 第 2P MOS— FETのゲート端子への入力電圧に応じて決定される。 したがって、 第 2 PMOS-FE Tのゲ一ト端子へ一定電圧を印加すれば、 第 1PMOS— FE T及び NMOS— FETを流れる電流は一定となる。
発光素子や周辺回路の状態により、 第 1ソースフォロワ回路の NM 0 S-FE Tの下流側と発光素子との間の節点の電位は変動することがあるが、 かかる変動 によっても NMO S— FETを流れる電流は第 1 POS— FETを流れる電流が 一定であれば殆ど変わらなくなる。 回路の Q値は、 NMOS— FETを流れる電 流に依存して変動するので、 Q値が低くなるように回路構成要素の定数を設定し ておけば、 本構成の駆動回路を用いることにより、 Q値の低い状態を維持するこ とができる。
このように、 本駆動回路においては、 共振定数 Qを小さくすることができるた め、 リンギングゃピーキングが抑制され、 安定した発光素子の駆動を行うことが 可能となる。 また、 部品構成点数を少なくすることができるため、 歩留まりばら つきの影響を小さくすることができると共に、 コス卜の低減化を図ることができ る。 また、 インピーダンスを抑えることができるため、 ゲート電圧を低くするこ とができ、 低電源電圧駆動が可能となる。 さらに、 寄生容量がある程度大きくて も問題が生じないため、 従来のように寄生容量を下げる構成を採る必要がなくな る o
発光素子駆動回路では、電流を一挙に高いレベルに上げるのではなく、例えば、
4段階程度でステツプ状に徐々に発光素子に電流を加えることが好ましい。
そこで、 本発光素子駆動回路においては、 第 2ソースフォロア回路の下流側の 節点を介して前記発光素子に駆動電流を更に与える P M O S— F E T群を備える ことを特徴とする。 すなわち、 P M O S— F E T群から発光素子に駆動電流を供 給することにより、 発光素子に供給される駆動電流の総量を増加させることがで ぎる。
このような構成により、 例えば 4段階に分けて駆動電流を発光素子に供給する 場合、 最初の 1段階の駆動電流を第 1及び第 2ソースフォロァ回路及び第 2 P M 0 3— 11を用ぃて行ぅことで、 共振定数 Qを小さくすることができ、 リンギ ングゃピーキングが抑制され、安定した発光素子の駆動を行うことが可能となる。 この場合、 残りの 3段階の駆動電流増加は、 P MO S— F E T群を順次駆動すれ ばよい。 本構成によれば、 P MO S— F E T群には上述の Q値変動制限構造を用 いる必要がないので、 部品構成点数を少なくすることができ、 歩留まり ·製品ば らつきの影響を小さくすることができると共に、 コストの低減ィ匕を図ることがで ぎる。
また、 インピーダンスを抑えることができるため、 ゲ一ト電圧を低くすること ができ、 低電源電圧駆動が可能となる。 さらに、 寄生容量がある程度大きくても 問題が生じないため、従来のように寄生容量を下げる構成を採る必要がなくなる。 本発光素子駆動回路は、 第 1又は第 2のタイプの発光素子駆動回路において、 NM O S— F E Tによる第 1ソ一スフォロワ回路の相互コンダクタンスは、 1 0 ミリジ一メンスから 1 0 0ミリジ一メンスの範囲におけるいずれかの値を有する 構成を採る。
このように、 NM〇 S— F E Tによるソースフォロワ回路の相互コンダク夕ン スが、 1 0ミリジ一メンスから 1 0 0ミリジーメンスの範囲におけるいずれかの 値を採るので、 共振定数 Qを小さくすることができる。
本発明に係る発光装置は、 発光素子と上述のいずれかに記載の発光素子駆動回 路とを備える。
この構成により、 リンギングゃピーキングが抑制され、 、 安定した発光を行う ことが可倉 となる。 また、 部品構成点数を少なくすることができるため、 歩留ま りばらつきの影響を小さくすることができると共に、 コストの低減化を図ること ができる。 また、 インピーダンスを抑えることができるため、 ゲート電圧を低く することができ、 低電源電圧駆動が可能となる。
図面の簡単な説明
図 1 Aは実施の形態に係る発光素子駆動回路の構成を示す図である。
図 1 Bはレーザダイォ一ド周辺の回路図である。
図 2はソースフォロワ回路部の等価回路を示す図である。
図 3 Aは実施の形態に係る発光素子駆動回路における駆動電流の時間依存性を 示すグラフ (シミュレーション) である。
図 3 Bは実施の形態に係る発光素子駆動回路における駆動電流の時間依存性を 示すグラフ (実測値) である。
図 3 Cは比較例に係る発光素子駆動回路における駆動電流の時間依存性を示す グラフ (実測値) である。
図 4は比較例として示される従来の発光素子駆動回路の構成図である。
図 5は従来の発光素子駆動回路のシミュレーシヨン結果を示す図である。 図 6は P MO S— F E Tによるレーザダイォ一ドの駆動回路の一例を示す図で ある。
図 7は図 6の等価回路を示す図である。
図 8は単純ソースフォロワ回路によるレーザダイォードの駆動回路の一例を示 す図である。
図 9は図 8の等価回路を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
図 1Aは、 レーザダイオード (発光素子) 1をバイポーラトランジスタとし て示す発光素子駆動回路の構成を示す図である。 図 1Bはレーザダイオード 1の 周辺部の回路図である。 すなわち、 図 1 Aにおいては説明の便宜上、 レーザダイ ォード 1を、コレクタ及びベースが短絡されたトランジスタとして示しているが、 レーザダイオード 1は、 本来、 図 1 Bに示す記号によって示される。
レ一ザダイォ一ド 1は、 カソ一ド側が接地されており、 ァノード側には NMO S-FE T (電界効果トランジスタ) によるソ一スフォロワ回路 2のソース端子 が接続されている。 NMO S— FE Tによるソ一スフォロワ回路 2のソース端子 には、 PMOS— FET (電界効果トランジスタ) によるソースフォロワ回路 3 のゲート端子が接続されている。 PMO S— FETによるソースフォロワ回路 3 のソース端子には、 PMOS— FET4が接続されており、 PMOS— FETに よるソ一スフォロワ回路 3に電源を供給する。 PMO S— FETによるソースフ ォロワ回路 3と PMOS— FET4とによってフィードバック回路としてのソ一 スフォロワ部 5が形成されている。
レーザダイオード 1と NMO S— FE Tによるソースフォロワ回路 2とは、 ィ ンダク夕ンス Lを有する配線 6で接続されており、 また、 レーザダイオード 1の 電気回路的動作はトランジスタとして近似的に取り扱うことができるため、 これ をトランジスタとして仮定し、 このトランジスタのエミッ夕及びコレクタには容 量 C。utが接続されている。 また、 NMOS— FETによるソースフォロワ回路 2 のソース端子には、レ一ザダイォ一ド 1を駆動する 3つの PMOS— FET7a, 7b, 7 cが並列に接続され、 PMOS— FET回路 8が形成されている。
NMO S— FE Tによるソ一スフォロワ回路 2のソース端子と PMO S— FE T回路 8との間には、一端が接地された容量 が接続されている。なお、 各 PM 0S— FET4, 7 a, 7 b, 7 c及び NMO S— F E T 2のソースは電源電位 に接続されている。
図 2は、 ソースフォロワ部 5の等価回路を示す図である。 このような回路にお ける共振定数 Qの理論計算結果を以下に示す。ここで、 gmsl及び gms2は相互コン ダク夕ンス、 gd iドレインコンダクタンス、 Lはインダク夕ンス、 Cは容量を 示す。
23 )
Vgsl = ViN— V。utとして、 式 (23) について、
- (V, -Vout)gmi ^(gd, + sCl)+^y^ = 0 … (25)
sL さらに、
であるから、
. (n 0 (23) , sL ここで、 式 (23) について、 NMO S— FE Tによるソ一スフォロワ回路 2 の相互コンダクタンス gmlは、 10ミリジ一メンスから 100ミリジ一メンスの 範囲におけるいずれかの値を有する。 これにより、 共振定数 Qを小さくすること ができる。 また、 式 (24) について、 gm2は概ね 20 OmSとし、 f=lGH zとしても、 s Coutは、 概ね 3 OmSであるため、 gm2>>s C。utと仮定するこ とができる。
( -v
+ V out 8 ml = 0 … (27)
sL
H 1+ w2) (24) ,
で、 (24) , を (23) , に代入して整理すると、 gf SLg mlSml
(29)
+ fy + sLg ml Xgi/1 + iC1)+g„,2 となる。 ここで、 gm2が概ね 20 OmSであり、 gc^は lmSであって、
^ !!丄となるから、 V。utZViJま、 8 ml
V out S s 2
vT
5 + 5 + + +
2ノ LCX これにより、 w。、 Qは、 次のようになる。
f0=l. 12 GHzとすると、 w0は概ね 7 G、 g^/C^は概ね 14. 7 G、 0. 5G、 lZLgm ± feO. 5 Gとなるので、 Qの値は、 概ね 0. 445となる。 この結果から、 最終的にソ一スフォロワ回路のインピー ダンスがフィードバックループの効果により、 共振定数 Qを低くする効果を有す ることが分かる。 すなわち、 共振定数 Qの分母には、 ソ一スフォロワ回路のイン ピーダンス成分が入り込むため、 Qを小さくする機能を果たしている。
本発光素子駆動回路は、 ゲート端子を有し当該ゲート端子への入力電圧に応じ て発光素子 1に駆動電流を供給する NM〇S— FET (2) を有する第 1ソース フォロワ回路 2と、 第 1ソースフォロワ回路 2の下流側の節点 (VI) に接続さ れたゲート端子を含む第 1PMOS— FET (3) を有する第 2ソースフォロワ 回路 3と、 ゲート端子を有し当該ゲート端子への入力電圧に応じて第 2ソ一スフ ォロワ回路 3に電流を供給する第 2 PMO S-FET4とを備え、 第: L PMO S -FET 3と第 2 PMO S_FE T 4との間の電位を前記入力電圧として NMO S-FET (2) のゲート端子に与えることを特徴とする。
第 1ソ一スフォロワ回路 2の NMO S— FE T (2) のゲート端子と、 その下 流側に位置するソース端子との間の電圧 Vg sは、 第 1ソースフォロワ回路 2の 下流側の節点(VI)に接続されたゲート端子を含む第 1PMOS— FET (3) の当該ゲート端子とソース端子との間の電圧 Vgsに比例し、 したがって、 M〇 S-FETを流れる電流はゲ一ト端子及びソース端子間電圧 V g sに応じて決定 されるところ、 第 1PMOS— FET (3) を流れる電流と、 NMOS— FET (2) を流れる電流とは比例関係を有することとなる。
一方、第 1 PMOS— FET (3)に流れる電流は、第2卩1 03— £丁(4) のゲート端子への入力電圧に応じて決定される。 したがって、 第 2PMOS—F ET (4) のゲート端子へ一定電圧を印加すれば、 第 1PMOS— FET (3) 及び NMOS— FET (2) を流れる電流は一定となる。
レーザダイオード 1や周辺回路の状態により、 第 1ソースフォロワ回路の NM OS-FET (2) の下流側とレーザダイオード 1との間の節点 (V 1) の電位 は変動することがあるが、 かかる変動によっても NMOS— FET (2) を流れ る電流は第 1 POS— FET (3) を流れる電流が一定であれば殆ど変わらなく なる。 回路の Q値は、 NMOS— FET (2) を流れる電流に依存して変動する ので、 Q値が低くなるように回路構成要素の定数を設定しておけば、 本構成の駆 動回路を用いることにより、 Q値の低い状態を維持することができる。
本実施の形態では、 このように共振定数 Qを小さくすることができるため、 リ ンギングゃピーキングが抑制され、 安定した発光素子の駆動を行うことが可能と なる。 また、 部品構成点数を少なくすることができるため、 歩留まり ·製品ばら つきの影響を小さくすることができると共に、 コストの低減ィ匕を図ることができ る
また、 インピーダンスを抑えることができるため、 ゲート電圧を低くすること ができ、 低電源電圧駆動が可能となる。 さらに、 寄生容量がある程度大きくても 問題が生じないため、従来のように寄生容量を下げる構成を採る必要がなくなる。 また、 図 1に示すような発光素子駆動回路では、 電流を一挙に高いレベルに上 げるのではなく、 例えば、 4段階程度でステップ状に徐々にレーザダイオード 1 に電流を加えているのが通常である。 本実施の形態では、 4段階のステップのう ち、 最初の段階にのみソースフォロワ部 5において、 フィードバックル一プにて レーザダイォ一ド 1に電流を与え、 残りの 3段階のステヅプアヅプについては、 複数の PMOS— FETを備えた PMOS— FET回路 8で駆動を行う。これは、 最初の一番低い段階でィンピ一ダンスのレベルを低い状態に固定すれば、 それ以 上ィンピーダンスを下げる必要がなくなるからである。
すなわち、 まず、 直流電圧 Vgを初段の PMOS— FET (4) のゲート端子 に入力することにより、 初期段階の電流を流し、 続いて、 PMOS— FET回路 8を構成する PM〇S— FET 7 a, 7 b, 7 cのゲート端子に電圧 V a , V b , V cをそれぞれ順次入力する。 大きな駆動電流をレーザダイォード 1に供給する 場合には、 これらの PMO S— FE T 4, 7 a, 7 b, 7 cのゲート端子に入力 される電圧パルスのタイミングを適宜一致させればよい。 すなわち、 レ一ザダイ ォ一ド 1に供給される駆動電流の大きさはタイミングが重なるパルスの数に依存 し、 全てのパルスのタイミングが重なれば、 最大の駆動電流がレーザダイオード 1に供給される。
このような構成により、 4ステップを実現するために、 最初のステップの部分 にのみフィードバック回路を設ければ、 共振定数 Qを小さくすることができるた め、 リンギングゃピ一キングが抑制され、 安定した発光素子の駆動を行うことが 可能となる。 この場合、 残りの 3ステップは従来と同様に P MO S— F E T群 8で駆動する ので、 部品構成点数を少なくすることができ、 歩留まり ·製品ばらつきの影響を 小さくすることができると共に、 コストの低減化を図ることができる。 また、 ィ ンピ一ダンスを抑えることができるため、 ゲート電圧を低くすることができ、 低 電源電圧駆動が可能となる。 本実施の形態に係る発光素子駆動回路では、 ゲート 電圧を 3 . 3 V以下でレーザダイオード 1を駆動することが可能である。 なお、 レ一ザダイォ一ド 1の数は複数であってもよく、 これらは並列接続することがで ぎる。
図 3 Aは実施の形態に係る発光素子駆動回路における駆動電流の時間依存性を 示すグラフ (シミュレーション) である。 図 3 Bは実施の形態に係る発光素子駆 動回路における駆動電流の時間依存性を示すグラフ (実測値) であり、 駆動電流 のパルス幅は 9 . 7 6 n sである。 図 3 Cは図 4に示した比較例に係る発光素子 駆動回路における駆動電流の時間依存性を示すグラフ (実測値) である。
図 3 A、 3 B , 3 Cから明らかなように、 実施の形態に係る発光素子駆動回路 においては、 比較例に示されるようなリンギングもピーキングもほとんど生じて いない。 これにより、 レーザダイオード 1の駆動を適切に行うことが可能である ことが示された。
このように、 本実施の形態に係る発光素子駆動回路によれば、 NMO S— F E Tによるソースフォロワ回路にフィードバックループを用いることによって、 共 振定数 Qを小さくすることができるため、 リンギングゃピーキングが抑制され、 安定したレーザダイオード 1の駆動を行うととが可能となる。 また、 部品構成点 数を少なくすることができるため、 歩留まりばらつきの影響を小さくすることが できると共に、 コストの低減ィ匕を図ることができる。 また、 インピーダンスを抑 えることができるため、 ゲート電圧を低くすることができ、 低電源電圧駆動が可 能となる。 さらに、 寄生容量がある程度大きくても問題が生じないため、 従来の ように寄生容量を下げる構成を採る必要がなくなる。 以上、 説明したように、 本発明に係る発光素子駆動回路は、 発光素子のァノー ド側に接続され、 発光素子を直接駆動する NMOS— FETによるソースフォロ ヮ回路と、 ゲ一ト端子が NMOS— FETによるソースフォロワ回路のソース端 子に接続された PMOS— FETによるソースフォロワ回路と、 PM〇S— FE Tによるソ一スフォロワ回路に電流を供給する PMOS— FE Tとを備える構成 を採る。
この構成により、 共振定数 Qを小さくすることができるため、 リンギングゃピ 一キングが抑制され、 安定した発光素子の駆動を行うことが可能となる。 また、 部品構成点数を少なくすることができるため、 歩留まりばらつきの影響を小さく することができると共に、 コストの低減ィ匕を図ることができる。 また、 インピ一 ダンスを抑えることができるため、 ゲート電圧を低くすることができ、 低電源電 圧駆動が可能となる。 さらに、 寄生容量がある程度大きくても問題が生じないた め、 従来のように寄生容量を下げる構成を採る必要がなくなる。
産業上の利用可倉性
本発明は、 発光素子駆動回路に利用することができる。

Claims

請求の範囲
1. 発光素子駆動回路において、
ゲ一ト端子を有し当該ゲート端子への入力電圧に応じて前記発光素子に駆動電 流を供給する NMOS— FETを有する第 1ソースフォロワ回路と、
前記第 1ソースフォロワ回路の下流側の節点に接続されたゲ一ト端子を含む第
1PMOS— FETを有する第 2ソ一スフォロワ回路と、
ゲート端子を有し当該ゲ一ト端子への入力電圧に応じて前記第 2ソースフォロ ヮ回路に電流を供給する第 2PMOS— FETとを備え、
前記第 1 PMOS-FETと前記第 2PMOS— FETとの間の電位を前記入 力電圧として前記 NMOS—FE Tの前記ゲート端子に与えることを特徴とする 発光素子駆動回路。
2. 前記 NMOS— FETによるソ一スフォロワ回路の相互コンダクタ ンスは、 10ミリジ一メンスから 100ミリジーメンスの範囲におけるいずれか の値を有することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の発光素子駆動回路。
3. 前記第 2ソースフォロア回路の下流側の節点を介して前記発光素子 に駆動電流を更に与える PMOS— FE T群を備えることを特徴とする請求の範 囲第 1項記載の発光素子駆動回路。
4. 前記発光素子と請求の範囲第 1項に記載の発光素子駆動回路とを 備えた発光装置。
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