LDの発振？

質問

http://imagepot.net/view/122902875440.jpg
上図のように定電流及び定電力駆動が可能なLD Driverを定格出力が20mW(80mAほどです）のLDに同軸ケーブルで接続しました。
定電力駆動というのはPDからの入力をフィードバックとしてとらえて出力を一定にするモードです。
そして出力をディテクター及びオシロスコープで観察してみると、定電流モードでは、問題はなかったのですが、
定電力モードではなぜか20kHz、～300kHzあたりに数本の正弦波が見られました。
これは特に周期的なではなく、出力値によって周波数が異なるものです。
これは恐らくLDが発振しているのはないかと思っているのですが、この現象はD-sub9pinケーブルで繋いだときには
発生しませんでした。
また２本の同軸ケーブルの距離によって現れる正弦波の周波数が変わることから、同軸ケーブルに原因があるのは間違えありません。
もちろん同軸ケーブル自体に何か問題があるとかではありません。

となると何が原因なのでしょうか？

私の中では同軸ケーブル同士の間でグラウンドループができてしまっているために、ケーブル間を通り抜ける電磁波が
渦電流を作り出して、PDに影響を与えているのではないかと考えているのですが、

信号が電圧のかたちだと同軸ケーブルを２本並べたところで何も起こらないはずなので、電流特有の現象なのでしょうか？

どなたかこの現象の原因及び対処法をご存じでしたら教えて下さい。
よろしくお願い致します。

回答No.4

tadys · ベストアンサー

こういう質問は、質問された側が再現実験を出来るぐらいの情報がないと有効な答えは期待しないほうがいいでしょう。
No.3さんの質問は当然の質問です。

＞・終端しない伝送線路と言われましても実際にはLDとPDに接続されていますので、終端しないというのはどういう意味なのでしょうか？
伝送線路を終端するというのは伝送線路の特性インピーダンスと同じ純抵抗を接続するということです。
ほとんどの同軸ケーブルは50Ωか75Ωです。
LDやPDが同軸ケーブルと同じインピーダンスとは思えないので終端されていないだろうと判断しました。
ケーブルのインピーダンスと同じ抵抗が接続されている場合は反対側の端子から見たインピーダンスは特性インピーダンスと同じに見えますが
そうでない場合は周波数によってインピーダンスが変化して見えます。
２～３倍ぐらいの違いは問題ないことが多いのですが。
（もう少し知りたい場合は“スミスチャート”で調べてください）

＞LDに流している電流はDCなので
LD Driverは直流を含む交流アンプです。
定電力制御をするということはLDの出力が何らかの原因で変化した時にその変化をPDで検出しLDのドライブ電力を変えることで一定の出力を保っているということです。
このようなフィードバックループは必然的に交流での動作が可能なものとなっておりそれゆえに発振の危険を含んだものになっています。

＞これってLDとPDのクロストークとかではないのでしょうか？
もしこれが原因ならケーブルの種類を変えたり、ケーブルの配置を変えて現象が変化することと合わないですね。
ケーブル配置で現象が変化することからはケーブル間で干渉があることを示唆しています。

回答No.3

inara1

半導体レーザの開発をやっていたときにLDドライバを使ったことがあります。定電力駆動というのはAPC駆動のことですね（電力でなく光出力を一定にする駆動法）。

tadysさんの回答に対するお礼で「LDに流している電流はDC」とありますが、パルス駆動でなくDC駆動ですか？　だとしたらLDラインとPDラインがカップリングすることはないと思います。同軸ケーブルを離して波形がきれいになることもないと思いますが。以下の情報を教えてください。

　　　（１）　D-sub9pinケーブルというのは芯線がツイストペアになっているのですか、それとも単線ですか。
　　　　　　 ９本のケーブルはよく見るとシールド線ではないですか。本来は3本の信号で済むはずですが、
　　　　　　 9pinはそれぞれ何に使われているのでしょうか。
　　　（２）　同軸ケーブルの場合、２本のケーブルの芯線と網線はLDとPDのどちら側（アノード側かカソード側）になっているか分かりますか
　　　（３）　半導体レーザの型番と、分かればLDドライバの型番を教えてください

回答No.2

tadys

アンプの出力に終端しない伝送線路（同軸ケーブル)を接続した場合はそれだけで発振する事があります。
終端しない伝送線路のインピーダンスは周波数によってインダクティブにもキャパシティブにもなる共振回路のようなものです。

同軸ケーブルの距離によって発振の様子が変わるということからすると同軸ケーブル同士のカップリングによるのかも知れません。
同軸ケーブルを終端していない場合、差動信号から同相信号の変換が起こり同軸の外皮に電圧が誘起されます。
その電圧がもう一方の同軸の外皮に同相信号として飛びつきそれが差動信号に変換されフィードバックされる事で発振している可能性があります。
もしそうならケーブルの外側に下記のようなフェライトコアを装着する事で防止できるかもしれません。
http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22P-02477%22&s=score&p=1&r=1&page=

一番良いのはドライバとLDの距離を短くする事です。

お礼

回答ありがとうございます。

ただ気になる点がいくつかあるのですが、
・終端しない伝送線路と言われましても実際にはLDとPDに接続されていますので、終端しないというのはどういう意味なのでしょうか？
・>>同軸ケーブルを終端していない場合、差動信号から同相信号の変換が起こり同軸の外皮に電圧が誘起されます。
というところですが、LDに流している電流はDCなので、LDラインとカップリングしたとしてもPDにAC成分が現れるという意味が分からないのですが。
よろしくお願い致します。

回答No.1

inara1

LDドライバの内部回路が分からないのではっきりしませんが、LDに内蔵されたPDの信号を増幅するIV（電流-電圧）変換器が発振気味になっているのが原因と思います。その原因はPDから出ている同軸ケーブルの静電容量によるものだと思います。IV変換のところが、参考URLの図３のような回路だとすると、同軸ケーブルの静電容量が図３のCINに相当しますが、これが大きいと（ケーブルが長いと）、IV変換器の利得の周波数特性にピークが発生します（そのピーク周波数で発振気味になる）。しかもピーク周波数はCINによって変わります（CINが大きいほどピーク周波数が下がってくる）。

発振を抑えるには、PDのケーブルをできるだけ短くするか、図３のように、帰還抵抗Rと並列に位相補償コンデンサ（1pF程度）を入れれば良いと思いますが、LDドライバが市販品なら内部をいじれないかもしれません。「この現象はD-sub9pinケーブルで繋いだときには
発生ない」というのはどういうことですか。そのときは同軸ケーブルがないとか、CINが小さくなっているのなら発振が止まるというのはあり得ます。

参考URL：

http://www.adm.co.jp/download/mtb_5.pdf

お礼

回答ありがとうございます。

すいません、言い忘れましたがケーブルの長さは同軸の場合もD-sub9pinの場合も2mほどです。

D-sub9pinケーブルというのはシールドケーブルとかではなく単に９本のケーブルの周りに一巻きのシールドが巻かれているものです。
むしろこっちの方が浮遊容量は大きいような気がするのですが、こっちの場合だとこの現象は起きませんでした。

それと気になっているのですが、LDの同軸ケーブルとPDの同軸ケーブルを極力遠ざけて配線すると、この正弦波は小さくなるのですが、
これってLDとPDのクロストークとかではないのでしょうか？
LDの電流がPDに流れ込んでいると考えるとこういう現象が起きてもおかしくないと思うのですが・・・

でも、そうするとD-sub9pinケーブルでは同じ現象がなぜ起きないのかは、ますます分からなくなりますよね。

何か良い案がありましたら教えて下さい。
何卒よろしくお願い致します。