정밀 장비 애플리케이션에 이용되는 연속 파장 레이저 다이오드는 구동을 위해서 정전류 소스를 필요로 한다. 이러한 드라이버를 적절히 설계하기 위해서는 견고성, 안정성, 잡음, 기타 문제들을 신중하게 다루어야 하며, 결과적으로 복잡하고 높은 비용을 필요로 한다.(참고자료 1) 그림 1은 ESD 손상, 스타트업 스파이크, 오버슈트, 외부 광 피드백에 의한 변동에 대해 보호 성능을 제공하는 소형 음극(Cathode) 접지 레이저 다이오드 드라이버를 보여준다.
여기에서 인에이블 입력을 이용한 연산 증폭기 IC4가 PMOS FET Q1을 구동하고 출력 전류를 제어한다. RS는 전류를 Opnext(www.opnext.com)의 35mW HL6738MG 레이저 다이오드의 정격 값으로 설정한다. 스타트업 시에 Q1으로부터 출력을 방지하기 위해서 단자 전원 VB가 약 6.5V의 원하는 값에 도달하고 IC4를 통해서 Q1을 개방할 때까지 Q1의 게이트를 IC4의 전원으로 연결함으로써 비교기 IC5A가 IC4를 오프로 유지하고 10kΩ 풀업 저항이 Q1을 오프로 유지한다.
ESD 손상과 오버슈트를 방지하는 문제에 있어서 중요한 점은 디플리션 모드(Depletion Mode) NMOS FET인 Q2를 이용한다는 것이다. 전력이 오프(Off)이면 Q2가 전도 상태가 되어서 어떠한 해로운 ESD를 접지로 션트한다. 전력이 온(On)이면 비교기 IC5B가 게이트-소스 오프 상태 전압보다 훨씬 낮은 (-)음의 전압을 출력한다. 그러므로 이 그림에서 레이저 애노드의 동작 전압이 2.8V의 최대 정격을 초과하지 않는 한 Q2가 오프되고 구동 전류에 거의 영향을 미치지 않는다.
이러한 경우에는 동작 전압이 IC5B를 출력으로 하이로 트리거하고 Q2를 턴온해서 구동 전류를 접지로 션트한다. 이 회로는 응급상황의 상태를 래치오프하기 위해서 상당한 히스터리시스를 야기한다. Q2의 낮은 온 저항을 고려했을 때 이 회로는 오버슈트 억제를 위해서 병렬화 제너 다이오드를 이용하는 일반적인 기법에 비해 더 우수한 보호 성능을 제공한다.(참고자료 2)
전원 분할의 채택에도 불구하고 이 디자인은 특별한 전원 시퀀싱을 필요로 하지 않는다. 스타트업의 시작 시점에서만 Q2를 컷오프해야 하므로 드라이버를 작동하기에 앞서 –9V 외부 전원을 턴온하는 것이 나을 것이다. 이 디자인의 일부 IC에 대해서 대체 부품을 이용할 수는 있지만 적합한 디바이스를 선택하기가 까다로울 수 있다.
예를 들어 약간의 수정을 거쳐서 TI(www.ti.com)의 TLC070을 리니어 테크놀로지(www.linear.com)의 LT1637로 교체할 수 있다. 그러나 두 디바이스는 핀호환이 되지 않는다. 그렇지만 TLC070의 우수한 AC 성능, 특히 더 넓은 대역폭에 걸쳐 더 높은 CMRR(Common Mode Rejection Ratio)는 어떤 예상된 또는 예상치 못한 상황에서 외부 광 피드백에 의한 동작 전압 변동에 대해서 더 효과적인 보호 성능을 제공할 수 있다.(참고자료 3)
참고자료
1. Williams Jim, “Current sources for fiber-optic lasers: a compendium of pleasant current events”, EDN, Aug 22, 2002, pg. 69, www.edn.com/article/CA238417
2. “DN2530: N-Channel Depletion-Mode Vertical DMOS FETs”, Supertex, 2001, www.supertex.com/pdf/datasheets/DN2530.pdf
3. “TLC070, TLC071, TLC072, TLC073, TLC074, TLC075, TLC07xA: family of wide-bandwidth high-output-drive single supply operational amplifiers”, Texas Instruments, September 2006, http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlc074.pdf
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Figure 1
