CN105375985B - 光接收电路和光耦合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在宽的动态范围内稳定地进行动作的光接收电路和光耦合装置。根据一个实施方式，光接收电路包括：受光元件；第一晶体管，具有在第一节点与所述受光元件相连接的控制端子、与基准电位相连接的第一端子、以及第二端子；第一负载电路，连接在电源电位与连接有所述第二端子的第二节点之间，向出现基于所述电流信号的电压信号的第三节点输出电压；第一反馈电阻，连接在所述第一节点与所述第三节点之间；第一限制电路，连接在所述第一反馈电阻的两端，限制第一反馈电阻两端的电压上升；以及第一电路，连接在所述第二节点与所述基准电位之间，包含二极管接法的第二晶体管，基于所述第一限制电路的动作进行动作。

Description

光接收电路和光耦合装置
相关申请的引用
本申请基于并要求2014年8月29日提出的日本专利申请2014－176591号的优先权，其全部内容通过引用而被包含在本文中。
技术领域
这里说明的实施方式整体上涉及光接收电路和光耦合装置。
背景技术
近年来，在光耦合元件或光数据链路等使用光来传输信号的装置中，发光元件的发光效率等性能有所改善，形成光传输路径的塑料光纤的传输损耗的等级也有所提高。因此，通过使用这些设备，就能进行低成本大容量的光数据通信。在这样的光数据通信环境中期望扩大光接收电路的动态范围，并且能在宽的动作范围内维持稳定的动作。
随着光传输路径的传输距离的延长，所传输的光信号的强度会包含从微弱电平至非常强的电平，光接收电路的动态范围的扩大成为更重要的问题。例如，在输入段中包含有受光元件和TIA(Trans Impedance Amplifier、互阻放大器)的光接收电路中，如果在接收微弱电平的光信号时进行TIA的增益设定，则在信号强度强的情况下，TIA饱和或者引起共振动作，因此，很难扩大动态范围。
发明内容
实施方式提供一种在宽的动态范围内稳定地进行动作的光接收电路和光耦合装置。
根据一个实施方式，光接收电路包括：受光元件；第一晶体管，具有在第一节点与所述受光元件相连接的控制端子、与基准电位相连接的第一端子、以及第二端子；第一负载电路，连接在电源电位与连接有所述第二端子的第二节点之间，向出现基于电流信号的电压信号的第三节点输出电压，所述电源电位具有比所述基准电位高的高电位；第一反馈电阻，连接在所述第一节点与所述第三节点之间；第一限制电路，连接在所述第一反馈电阻的两端，限制第一反馈电阻两端的电压上升；以及第一电路，连接在所述第二节点与所述基准电位之间，包含二极管接法的第二晶体管，基于所述第一限制电路的动作进行动作。
根据上述结构的光接收电路，能够提供一种在宽的动态范围内稳定地进行动作的光接收电路和光耦合装置。
附图说明
图1是例示第一实施方式涉及的光接收电路的电路图。
图2(a)和图2(b)是分别例示比较例的光接收电路的电路图。
图3(a)是通过仿真求出图1的光接收电路的互阻的频率特性的图表。图3(b)是通过仿真求出比较例涉及的光接收电路的互阻的频率特性的图表。
图4是例示第一实施方式的第一变形例涉及的光接收电路的电路图。
图5是例示第一实施方式的第二变形例涉及的光接收电路的电路图。
图6是例示第二实施方式涉及的光接收电路的电路图。
图7是例示第三实施方式涉及的光接收电路的电路图。
图8(a)是例示第四实施方式涉及的光耦合装置的框图。图8(b)是例示第四实施方式涉及的光耦合装置的结构的剖视图。
图9是例示第五实施方式涉及的光通信系统的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1是例示本实施方式涉及的光接收电路的电路图。
图2(a)和图2(b)是分别例示比较例的光接收电路的电路图。
图3(a)是通过仿真求出图1的光接收电路的互阻的频率特性的图表。
图3(b)是通过仿真求出比较例涉及的光接收电路的互阻的频率特性的图表。
如图1所示，本实施方式的光接收电路10包括受光元件1(PD)、反相放大晶体管2、负载电路3、反馈电阻4、限制电路5、旁通电路6和旁路控制电路7。光接收电路10连接在基准电位20与电源电位25之间。基准电位20是光接收电路10所连接的电位中最低的电位，典型的是接地电位0V。电源电位25是光接收电路10所连接的电位中最高的电位，例如是3.3V。基准电位20和电源电位25只要维持上述电位关系即可，也可以是基准电位20和电源电位两者或者一方具有负电位。
受光元件1连接在基准电位20与输入受光元件1的输出电流(电流信号)的输入节点21(第一节点)之间。受光元件1例如是硅光电二极管。受光元件1除了是硅光电二极管以外，也可以根据光传输距离或通信速度等而是硅PIN光电二极管或者雪崩光电二极管等其他光电变换元件。
反相放大晶体管2具有与输入节点21相连接的栅极端子G1(控制端子)、与基准电位20相连接的源极端子S1(第一端子)、以及将输入到栅极端子G1的电压反相输出的漏极端子D1(第二端子)。反相放大晶体管2的漏极端子D1与内部输出节点22(第二节点)直接连接。反相放大晶体管2例如是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。
负载电路3包含电流源(I1)12和负载晶体管11。电流源12连接在电源电位25与内部输出节点22之间。负载晶体管11具有与内部输出节点22相连接的栅极端子G3、与光接收电路10的输出节点23相连接的源极端子S3、以及与电源电位25相连接的漏极端子D3。负载晶体管11例如是MOSFET。负载晶体管11经由电流源(I2)13和具有电流放大作用的缓冲电路输出来自内部输出节点22的输出。该电流源13连接在输出节点23(第三节点)与基准电位20之间。负载电路3能够以源极跟随器形式将反相放大晶体管2的输出接收，并以低输出阻抗输出到下一级的电路。
再有，以下期望电流源是电流镜电路等恒流电路，但也可以代替恒流电路而使用电阻元件。因此，在本说明书中称作电流源的情况视为包括恒流电路和电阻元件。
反馈电阻4连接在输入节点21与输出节点23之间。因此，光接收电路10包含具有反相放大器和反馈电阻4的互阻放大器，所述反相放大器具有反相放大晶体管2、负载电路3及电流源13。
限制电路5包含反馈电阻14和限幅晶体管15。反馈电阻14的一个端子与限幅晶体管15的源极端子S2相连接，另一个端子与输入节点21相连接。限幅晶体管15具有与输出节点23相连接的栅极端子G2和与电源电位25相连接的漏极端子D2。反馈电阻14通过限幅晶体管15的栅源极间电压连接到输出节点23，因此，实质上与反馈电阻4并联连接。
在受光元件1接受光而输出电流时，输出的电流流到反馈电阻4。在受光元件1的受光量小的情况下，流到反馈电阻4的电流小，反馈电阻4两端的电压小于限幅晶体管15的阈值电压。因而，输出节点23的电位根据流到反馈电阻4的电流值而上升。限幅晶体管15的阈值电压被设定为，在负载晶体管11的输出电压不饱和的范围内限幅晶体管15不导通。在受光元件1输出的电流变大且反馈电阻4两端的电压超过限幅晶体管15的阈值电压的情况下，限幅晶体管15导通。当限幅晶体管导通时，反馈电阻4两端电压的上升被限制。因而，输出节点23的电位上升被限制。这样一来，限制电路5就在大的信号被输入的情况下，进行动作，以使从输出节点23输出的输出信号不饱和。再有，如后面详细叙述地，由于限制电路5与反馈电阻4并联连接，因此，在限制电路5动作的状态下形成包含限制电路5的等效反馈电阻。该等效反馈电阻的电阻值低于反馈电阻4的电阻值。
旁通电路6包含电阻16和二极管接法(diode-connected transistor)的旁路晶体管17。旁通电路6连接在内部输出节点22与旁路控制电路7之间。旁路晶体管17按照从内部输出节点22向旁路控制电路7流正向电流的朝向连接。电阻16设定旁路晶体管17导通时所流经的电流值。
旁路控制电路7包含2个二极管接法的旁路晶体管18、19。旁路控制电路7在旁通电路6与基准电位20之间与旁通电路6串联连接。旁路晶体管18、19串联连接，并按照从旁通电路6向基准电位20流正向电流的朝向连接。因此，3个旁路晶体管17～19按照从内部输出节点22向基准电位20流正向电流的朝向串联连接。
以下对本实施方式涉及的光接收电路10的动作进行说明。
在无信号时，受光元件1不输出电流，电流不流向反馈电阻4。因此，输出节点23的电位与输入节点21的电位相等。内部输出节点22的电位等于反相放大晶体管2的栅源极间电压与负载晶体管11的栅源极间电压之和。
在受光元件1接受光并输出电流时，其输出电流从输出节点23经反馈电阻4流到输入节点21。
在受光量增大而反馈电阻4两端的电压变大时，如上所述地，限幅晶体管15导通并限制反馈电阻4两端的电压，防止从输出节点23输出的信号饱和。
假设在限幅晶体管15开始导通时，限幅晶体管15的阈值电压为Vt2，则内部输出节点22的电位Vn2如下表示。
Vn2＝Vgs1+Vt2+Vgs3 (1)
在此，Vgs1是反相放大晶体管2的栅源极间电压，Vgs3是负载晶体管11的栅源极间电压。
假设全部晶体管的阈值电压相等，则在限幅晶体管15的栅源极间电压超过阈值电压Vt2而限幅晶体管15导通之前，旁路晶体管17～19中都不流电流。
在大的光信号被输入而向反馈电阻4流入能够使限幅晶体管15充分导通的电流时，内部输出节点22的电位Vn2上升，旁路晶体管17～19导通。由于旁路晶体管17～19导通而限制了内部输出节点22的电位Vn2的上升。而且，在本实施方式的光接收电路10中抑制了在由反相放大晶体管2、负载电路3及电流源13构成的反相放大器的极(pole)附近形成由受光元件1的端子间电容和等效反馈电阻所形成的极(pole)。因此，在本实施方式的光接收电路10中，在很宽的频率范围内维持稳定的动作。
再有，作为使旁路晶体管17～19导通的条件，不需要严格地与限幅晶体管15的导通同时。如上所述，成为系统不稳定的原因在于，在限幅晶体管15导通时，等效反馈电阻下降，由该等效反馈电阻和受光元件1的端子间电容所决定的极，形成得与由反相放大晶体管2、负载电路3及电流源13构成的反相放大器的极相接近。因此，也可以在限幅晶体管15导通之前的状态下，使旁路晶体管17～19中流电流。
如图2(a)所示，比较例的光接收电路40不包含与内部输出节点22相连接的旁通电路6和旁路控制电路7，这点与本实施方式的光接收电路10不同。比较例的光接收电路40的其他电路要素和连接，与第一实施方式的光接收电路10相同，在相同的电路要素和连接上标注与第一实施方式的光接收电路10相同的附图标记，并省略详细的说明。
在比较例的光接收电路40中，没有对与限幅晶体管15的导通同时产生的等效反馈电阻的变化进行抑制的单元，等效反馈电阻的电阻值骤减，而增益骤增。在比较例的光接收电路40中，因为由等效反馈电阻和受光元件1的端子间电容而在由反相放大晶体管2、负载电路3以及电流源13构成的反相放大器的极附近形成极，因而系统的稳定性下降。
由于系统的稳定性几乎是由输入段的特性所决定的，所以不取决于负载电路的结构。如图2(b)所示，即使是负载电路3a由连接在电源电位25与输出节点23之间的电流源12构成、并且删除了构成源极跟随器的负载晶体管11和电流源13后的光接收电路40a，也与光接收电路40的情况相同。即，在比较例的光接收电路40a中，在限幅晶体管15的动作开始的同时等效反馈电阻下降，由反相放大晶体管2和负载电路3a构成的反相放大器的极接近的位置上，形成了由该等效反馈电阻和受光元件1的端子间电容所决定的极，因此系统的稳定性下降。再有，在图2(b)的情况下，限制电路5a也省略了反馈电阻14而被简化，但用限幅晶体管15的栅源极间电压对反馈电阻4两端的电压进行了钳位，系统的不稳定的原因与上述同样。
如图3(a)所示，在本实施方式的光接收电路10中，由于在无信号时限制电路5不动作，因此互阻的频率特性表示出平坦且稳定的特性。此外，即使流到受光元件1的电流成为最大而使限制电路5进行动作，互阻的频率特性也大致平坦，光接收电路10也会维持稳定的动作。
如图3(b)所示，在比较例的光接收电路40中，由于在无信号时限制电路5不动作，因此与本实施方式的光接收电路10同样，互阻的频率特性表示出平坦且稳定的特性。但是，在流到受光元件1的电流成为最大而使限制电路5进行动作时，在互阻的频率特性中出现峰，比较例的光接收电路40表示出高频振荡等不稳定状态。
(第一实施方式的第一变形例)
图4是例示第一实施方式的第一变形例涉及的光接收电路的电路图。
该变形例的光接收电路50包含连接在反相放大晶体管2的漏极端子D1与内部输出节点22之间的栅极接地放大电路，这点与第一实施方式的光接收电路10不同。以下，对与第一实施方式的光接收电路10相同的电路要素和连接标注相同的附图标记，并省略详细的说明。
栅极接地放大电路51包含偏压电位26和级联晶体管(cascode transistor)52。偏压电位26与基准电位20相连接，对栅极接地放大电路51给予适当的直流偏压。级联晶体管52具有与反相放大晶体管2的漏极端子D2相连接的源极端子S7和与内部输出节点22相连接的漏极端子D7。栅极接地放大电路51在反相放大晶体管2的漏极端子D1侧以低阻抗进行连接，以高输出阻抗向内部输出节点22进行输出。因而，栅极接地放大电路51能够使反相放大晶体管2的密勒电容减少，因此能够提高由反相放大晶体管2、栅极接地放大电路51、负载电路3和电流源13构成的反相放大器的频率特性。为了提高通信速度，使光接收电路宽带化是必不可少的，通过使用这种栅极接地放大电路51，就能够使光接收电路宽带化。根据本变形例，在通过使用栅极接地放大电路51而使光接收电路的宽带化成为可能的同时，使旁通电路与限制电路同时进行动作，因此使光接收电路的稳定动作成为可能。
(第一实施方式的第二变形例)
图5是例示第一实施方式的第二变形例涉及的光接收电路的电路图。
在该变形例的光接收电路60中，在负载电路3a和旁路控制电路67的结构上与第一实施方式的光接收电路10不同。以下，对与第一实施方式的光接收电路10相同的电路要素和连接标注相同的附图标记，并省略详细的说明。
在本变形例的光接收电路60中，负载电路3a具有电流源12，不具有负载晶体管11，不具有与负载晶体管11一起构成电流缓冲器的电流源13。此外，旁路控制电路67具有一个二极管接法的旁路晶体管68，不具有其他旁路晶体管。本变形例的光接收电路60在这两点上与第一实施方式的光接收电路10不同。再有，对于本变形例，也可以认为是在比较例中说明的图2(b)的光接收电路40a中，在输出节点23与基准电位20之间添加了旁通电路6和旁路控制电路67的结构。
在本变形例的情况下如果也设为全部晶体管都是MOSFET，各自的阈值电压相等，则在反相放大晶体管2的栅源极间电压Vgs1与限幅晶体管15的阈值电压Vt2之和等于2个旁路晶体管17、68的阈值电压之和时，限幅晶体管15导通。因此，与第一实施方式的光接收电路10同样地，能够在限幅晶体管15导通时形成从内部输出节点22向旁通电路6的路径。因而，由等效反馈电阻和受光元件1的端子间电容所形成的极不会形成在由反相放大晶体管2和负载电路3a构成的反相放大器的极附近，因此，光接收电路60能够稳定地动作。
在本实施方式的光接收电路中，通过根据电路中所含晶体管的个数调整旁路控制电路中所包含的晶体管的数量，能够设定旁通电路6的动作开始电压。在上述中，二极管接法的晶体管是2个或者3个，但当然也可以根据负载电路的结构而使用比这更多的晶体管。例如，若由多个晶体管构成负载电路，并且根据这些晶体管的栅源极间电压来设定负载电路的动作电压，则只要连接有数量是负载电路中所含晶体管的个数的、旁路控制电路的晶体管即可。对于根据负载电路以外所包含的晶体管的栅源极间电压来设定动作电压的情况，也同样地只要将旁路控制电路的晶体管数量设定为对应的晶体管的个数即可。
(第二实施方式)
在上述实施方式中，通过使各晶体管的阈值电压大致相等，从而在限幅晶体管动作开始时使旁路晶体管导通，使增益降低而实现光接收电路的稳定动作。实际上，即使使晶体管的阈值电压相同，反相放大晶体管2、负载晶体管11和限幅晶体管15各自的动作状态也不同。即，反相放大晶体管2或负载晶体管11即使在从无负载到限幅晶体管15进行动作为止的期间也进行动作，并产生与所流经电流相应的栅源极间电压。这样的栅源极间电压的特性也受晶体管尺寸的影响。因此，为了在限幅晶体管动作开始的同时导通旁通电路而更准确地进行内部输出节点22的旁通路径的形成，只要预先向旁路控制电路7的旁路晶体管18、19流电流来使得与由反相放大晶体管2和负载晶体管11中流动的电流决定的这些栅源极间电压各自大致相等即可。再有，在本说明书中，所谓晶体管尺寸在晶体管是MOSFET的情况下是指栅宽W/栅长L。
如图6所示，在第二实施方式涉及的光接收电路70中，为了应对高频化而使用栅极接地放大电路51。在该光接收电路70中，与第一实施方式的第一变形例涉及的光接收电路50相比，还包括第三电流源71和第四电流源72的这点是不同的。以下，对与第一实施方式相同的电路要素和连接标注相同的附图标记，并省略详细的说明。
电流源(I3)71连接在电源电位25与旁路晶体管18的栅极端子G5和漏极端子D5之间、即连接在二极管的阳极一侧。将电流源71的电流值设定为使旁路晶体管18的栅源极间电压与负载晶体管11的栅源极间电压大致相等。电流源(I4)72连接在电源电位25与旁路晶体管19的栅极端子G4及漏极端子D4之间、即连接在二极管的阳极一侧。电流源72的电流与电流源71的电流相加后流到旁路晶体管19。将电流源71和电流源72的电流值的合计设定为使旁路晶体管19的栅源极间电压与反相放大晶体管2的栅源极间电压大致相等。
通过如上所述地设定流到旁路晶体管18、19中的电流，能够使无信号时的内部输出节点22的电压值与旁路控制电路77两端的电压值大致相等。由于限幅晶体管15和旁路晶体管17的阈值电压相等，因此能够在限幅晶体管15导通的同时旁路晶体管17导通。
一般而言，若使MOSFET的栅源极间电压一定，则此时的漏极电流就与晶体管尺寸成比例，因此可以如下地算出。
W1/L1：W4/L4＝I1：I3+I4 (2)
W3/L3：W5/L5＝I2：I3 (3)
在此，W1/L1是反相放大晶体管2的晶体管尺寸，W3/L3是负载晶体管11的晶体管尺寸。W4/L4和W5/L5分别是旁路晶体管18、19的晶体管尺寸。
再有，在本实施方式的光接收电路中，也可以使旁路晶体管的栅源极间电压、与反相放大晶体管2和负载晶体管11的栅源极间电压中的至少一个栅源极间电压一致。因此，在本实施方式的光接收电路80中，也可以连接2个电流源I3、I4中的任意一方。
通过与旁路控制电路77并联连接CR电路73，能够与电阻16一起任意地设定旁通电路6和旁路控制电路77动作时的负载电阻值，因此，光接收电路70能够更稳定地动作。在此，Cg、Rg与电阻16一起形成零点，因此有助于稳定动作。该CR电路73可以在上述第一实施方式的光接收电路10或其变形例中与电阻16一起使用。
再有，在图6所示的光接收电路70中，为了进一步对应高频化而设置了与反相放大晶体管2cascode式(级联式)地连接了栅极接地放大电路51的级联(cascode)放大电路，但当然也可以是由反相放大晶体管2构成的源极接地放大电路。此外，也可以变更负载电路的结构，而根据负载电路的结构来调整旁路控制电路的晶体管个数。
(第三实施方式)
图7是例示第三实施方式涉及的光接收电路的电路图。
在上述实施方式中，使用在电路中所使用的其他晶体管的栅源极间电压或阈值电压，检测限幅晶体管15导通的电压，但也可以利用其他手段来使旁通电路进行动作。
第三实施方式涉及的光接收电路80为了应对高频化而设置了使用栅极接地放大电路51的输入段，但当然也可以省略栅极接地放大电路51。
如图7所示，第三实施方式涉及的光接收电路80包括旁路控制电路87。光接收电路80取代第一实施方式的第一变形例的旁路控制电路7而包括旁路控制电路87的这点不同。以下，对与第一实施方式的第一变形例的光接收电路50相同的电路要素和连接标注相同的附图标记，并省略详细的说明。
旁路控制电路87是与光接收电路10的输出没有直接关系的伪电路。旁路控制电路87包含反相放大晶体管(伪)82、负载电路(伪)83、反馈电阻(伪)84、以及包含级联晶体管(伪)102的栅极接地放大电路(伪)101。
反相放大晶体管(伪)82与反相放大晶体管2同样地连接在相当于内部输出节点22的节点24与基准电位20之间。
负载电路(伪)83包含负载晶体管(伪)91和电流源(伪)92。负载晶体管(伪)91与负载晶体管11同样地连接在电源电位25与相当于输出节点23的节点27之间。电流源(伪)92与电流源12同样地连接在电源电位25与节点27之间。电流源(伪)93与电流源13同样地连接在节点27与基准电位20之间。
反馈电阻(伪)84与反馈电阻4同样地连接在相当于输入节点21的节点28与节点27之间。
在本实施方式的光接收电路80中也可以使用限制电路(伪)85。限制电路(伪)85包含反馈电阻(伪)94和限幅晶体管(伪)95。反馈电阻(伪)94与反馈电阻14同样地连接在限幅晶体管(伪)95的源极端子与节点28之间。
利用电流源(伪)92、93的电流值，将旁路控制电路87的各晶体管的栅源极间电压分别设定成与对应的晶体管的栅源极间电压大致相等。通过这样地设定，在限制电路5动作之前的状态下，节点24的电压值与内部输出节点22的电压值相等，因此旁通电路6不动作。
由于旁路晶体管17的源极端子的电压值被反相放大晶体管(伪)82和负载晶体管(伪)91的各自的栅源极间电压之和所决定，因此，限幅晶体管15和旁路晶体管17同时导通。因而，内部输出节点22的电流就流到旁通电路6。这样一来，在本实施方式的光接收电路80中降低了内部输出节点22的阻抗而降低了增益，实现了稳定的动作。再有，关于节点24，也进行与内部输出节点22同样的动作，因此伪电路一侧也不会成为不稳定的主要原因。在本实施方式的光接收电路80中，通过具备旁路控制电路87而能够更正确地进行旁路晶体管17的偏压设定，因此能够使其更稳定地动作。
也可以与第三实施方式同样地在旁路晶体管17与基准电位20之间连接CR电路73。由于可以通过连接CR电路73来任意地设定电阻16，因此光接收电路80能够进行更稳定的动作。
(第四实施方式)
图8(a)是例示第四实施方式涉及的光耦合装置的框图。图8(b)是例示第四实施方式涉及的光耦合装置的结构的剖视图。
上述的各实施方式涉及的光接收电路可以与发送光信号的光发送电路一起使用而成为光耦合装置110。光耦合装置110使用在由于输入输出间电压电平不同等原因而直接连接电气电路进行信号传输很困难的环境等中。光耦合装置110例如是光耦合器。
如图8(a)所示，本实施方式涉及的光耦合装置110包括发光元件111和接收电路112。
发光元件111例如是包含AlGaAs等的红外发光二极管。发光元件111被驱动电路114驱动。驱动电路114与例如输出Vdd1－Vss1电压的外部电源相连接，从信号输入端子IN输入信号。发光元件111按照输入信号进行发光，并将光信号传递到光接收电路10。Vdd1例如是+5V，Vss1例如是－5V。
接收电路112包含上述的第一实施方式的光接收电路10。当然也可以根据传输频带等使用其他实施方式的光接收电路。光接收电路10用受光元件1将接受的光信号变换成电流，并利用互阻放大器变换成电压变换成电压进行输出，所述互阻放大器具有由反相放大晶体管2、负载电路3和电流源13构成的反相放大器以及反馈电阻4。接收电路112也可以进一步包含波形整形电路113。波形整形电路113与光接收电路10的输出相连接。波形整形电路113包含例如具有规定的阈值电压的比较器。波形整形电路113通过将从光接收电路10输出的模拟电压信号与阈值电压进行比较而变换成数字信号，并从输出端子OUT输出。光接收电路10和波形整形电路113优选使用共用电源进行动作，动作电压为Vdd2－Vss2。Vdd2例如是3.3V，Vss2例如是0V。
如图8(b)所示，光耦合装置110具有：引线框架121，安装有在半导体衬底上形成发光元件111的发光元件芯片111a，并用键合丝(未图示)进行连接；和引线框架122，安装有在半导体衬底上形成接收电路112的接收电路芯片112a，并用键合丝(未图示)进行连接。将引线框架121、122配置成使安装有发光元件芯片111a和接收电路芯片112a的面相互面对。相互面对地配置的发光元件芯片111a和接收电路芯片112a的部分被考虑了光传输损耗的透明树脂123覆盖。另外，使用例如传递模技术，用环氧类遮光树脂124对其外周部分进行密封。光耦合装置110使用安装有发光元件芯片111a的引线框架121的引线，与驱动电路114电连接，并从安装有接收电路芯片112a的引线框架122的引线得到输出信号。
光耦合装置110由于具备能够在宽频带稳定地进行动作的光接收电路10，因此，能够在从微弱信号至大振幅信号的宽的动态范围中，在电气性绝缘的环境下进行信号的传输。
(第五实施方式)
图9是例示第五实施方式涉及的光通信系统的框图。
上述的实施方式涉及的光接收电路10可以与发送光信号的发送电路一起使用而成为光通信系统130。光通信系统130接收经由光纤传输的光信号并变换成电信号后输出。
本实施方式涉及的光通信系统130包括发送装置131、光纤135和接收装置140。发送装置131具有驱动电路132和被驱动电路132驱动的发光元件133。发送装置131的发光元件133在光纤135的端部被光学耦合，对光信号进行传输。接收装置140具有光接收电路10和波形整形电路142，所述波形整形电路142将从光接收电路10输出的模拟信号变换成数字信号。光纤135的另一个端部与接收装置140的光接收电路10的受光元件1光学性耦合，接收经由光纤135传输来的光信号。在光接收电路10中，将光信号变换成模拟电信号并输出到波形整形电路142。
本实施方式涉及的光通信系统130由于具备能够在宽的动态范围内以宽频带稳定地动作的光接收电路10，因此能够使通信距离变长，即使在传输路径的传输损耗大的情况下，也能够高增益地接收光信号并稳定地动作。
在上述全部实施方式中，晶体管使用了MOSFET，但也可以将其一部分或者全部置换成双极型晶体管。双极型晶体管的基极端子(控制端子)对应于MOSFET的栅极端子。双极型晶体管的发射极端子(第一端子)对应于MOSFET的源极端子。双极型晶体管的集电极端子(第二端子)对应于MOSFET的漏极端子。双极型晶体管的基极与发射极间的阈值电压不取决于晶体管的设计而本质上相同，可以通过适当地设定由发射极面积所表示的晶体管尺寸和电流密度，来得到与上述实施方式同样的结果。
此外，图示的晶体管全部都是N沟道(NPN)型，使用反极性即P沟道(PNP)型晶体管也能够同样地构成。在使用反极性的晶体管的情况下，电流源的结构等也使用反极性的即可。
根据以上说明的实施方式，能够实现在宽的动态范围内稳定地进行动作的光接收电路和光耦合装置。
以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不是想限定发明范围。这些新的实施方式可以以其他各种各样的方式实施，可以在不脱离发明主旨的范围内进行各种各样的省略、置换和变更。这些实施方式或其变形包含在发明范围或主旨内，并且也包含在权利要求范围中记载的发明及其等价物的范围内。此外，上述的各种实施方式能够相互组合地实施。

Claims (15)

1.一种光接收电路，包括：
受光元件；
第一晶体管，具有在第一节点与所述受光元件相连接的控制端子、与基准电位相连接的第一端子、以及第二端子；
第一负载电路，连接在电源电位与连接有所述第二端子的第二节点之间，向出现基于电流信号的电压信号的第三节点输出电压，所述电源电位具有比所述基准电位高的高电位；
第一反馈电阻，连接在所述第一节点与所述第三节点之间；
第一限制电路，连接在所述第一反馈电阻的两端，限制第一反馈电阻两端的电压上升；以及
第一电路，连接在所述第二节点与所述基准电位之间，包含二极管接法的第二晶体管，限制所述第二节点的电压上升。
2.根据权利要求1所述的光接收电路，所述第一限制电路包含第三晶体管，所述第三晶体管具有与所述第三节点相连接的控制端子和与所述第一节点相连接的第一端子。
3.根据权利要求2所述的光接收电路，
还包括连接在所述第一电路与所述基准电位之间的第二电路，
所述第二电路包含一个或者串联多个的二极管接法的晶体管。
4.根据权利要求3所述的光接收电路，
所述第一负载电路包含第一电流源，
所述第二电路包含二极管接法的晶体管。
5.根据权利要求4所述的光接收电路，
所述第一负载电路还包含第三晶体管，所述第三晶体管具有与所述第二节点相连接的控制端子和与所述第三节点相连接的第一端子，
所述第二电路包含2个二极管接法的晶体管。
6.根据权利要求5所述的光接收电路，包含第二电流源，所述第二电流源向所述第二电路的二极管接法的晶体管中的至少一个晶体管提供电流。
7.根据权利要求1所述的光接收电路，
还包括连接在所述第一电路与所述基准电位之间的第二电路，
所述第二电路具有：
第四晶体管，具有与所述基准电位相连接的第一端子；
第二负载电路，连接在所述电源电位与连接有所述第四晶体管的第二端子的第四节点之间，具有输出所述第四节点中的信号的第五节点；以及
第二反馈电阻，连接在所述第四晶体管的控制端子与所述第五节点之间，
所述第四节点连接在所述第二晶体管的第一端子侧。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的光接收电路，还包括连接在所述第二节点与所述第一晶体管的第二端子之间的低输入阻抗高输出阻抗放大电路。
9.根据权利要求1～7的任一项所述的光接收电路，所述第一电路包含用于设定流向所述第二晶体管的电流的电阻。
10.根据权利要求3～7的任一项所述的光接收电路，还包括串联电路，所述串联电路包含与所述第二电路并联连接的电容器和电阻。
11.根据权利要求1～7的任一项所述的光接收电路，所述第一～第二晶体管是MOSFET。
12.根据权利要求2～6的任一项所述的光接收电路，所述第三晶体管是MOSFET。
13.根据权利要求7所述的光接收电路，所述第四晶体管是MOSFET。
14.根据权利要求3～6的任一项所述的光接收电路，所述二极管接法的晶体管是MOSFET。
15.一种光耦合装置，包括：
发光元件；和
光接收电路，该光接收电路具有：受光元件，接收从所述发光元件发出的光；第一晶体管，具有在第一节点与所述受光元件相连接的控制端子、与基准电位相连接的第一端子、以及第二端子；第一负载电路，连接在电源电位与连接有所述第二端子的第二节点之间，向出现基于电流信号的电压信号的第三节点输出电压，所述电源电位具有比所述基准电位高的高电位；第一反馈电阻，连接在所述第一节点与所述第三节点之间；第一限制电路，连接在所述第一反馈电阻的两端，限制第一反馈电阻两端的电压上升；以及第一电路，连接在所述第二节点与所述基准电位之间，包含二极管接法的第二晶体管，限制所述第二节点的电压上升。
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