CN1604209A - 用于光电检测器集成电路的使用增益切换电路的电流到电压变换电路 - Google Patents

Abstract

一种电流到电压变换电路，通过改进切换在光电检测器集成电路(PDIC)中使用的放大器电路的增益的方法来提高光电变换装置的速度和改进放大器的频率特性。通过电流镜像，将在光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流传送到放大器中，从而升高光电变换装置上的偏压并且提高其响应速度。而且，通过控制电流镜电路中的电阻比例来调整光电变换装置中产生的电流量。因此，可以不考虑模式，在放大器中使用固定的反馈电阻，从而提高放大器的频率特性。

Description

用于光电检测器集成电路的使用增益切换 电路的电流到电压变换电路

相关申请交叉引用

本申请权利要求获益于在2003年10月1号提交给韩国知识产权局的2003-68413号韩国专利申请。在此对其公开内容进行交叉引用。

技术领域

本发明涉及一种使用增益切换电路的在光电探测器集成电路(PDIC)上使用的电流到电压变换电路。

更具体地，本发明涉及一种通过改进用于PDIC上的放大器电路增益的切换的方法来提高光电变换装置速度和改进放大器频率特性的电流到电压变换电路。其中，将在光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流通过电流镜像传送到放大器中，因此升高了光电变换装置的偏压并且提高了其反应速度。

本发明还涉及一种电流到电压变换电路，其通过控制电流镜电路中的电阻比例来调整光电变换设备中产生的电流量。从而可以不考虑模式，在放大器中使用固定的反馈电阻来提高放大器的频率特性。

背景技术

通常，一个光学拾取器设备，其从光存储媒质比如可写光盘(CD-RW)上/中读取或写入信息，使用PDIC来检测从激光二极管出射的光，然后从光存储媒质或光盘中反射，并且将检测到的光转换成电信号。

在可写CD中，比如CD-RW，通过将大功率激光束投射到CD表面，在其上形成坑(pit)来进行写操作。在CD的写操作过程中，过大功率施加到PDIC上，结果导致PDIC中产生大量电流。此种来自PDIC的电流使电流到电压变换电路中的放大器电路饱和，因此导致放大器电路的瞬态响应特性失真。

传统上，提出了两种方法来防止在进行CD写操作时出现电流到电压变换装置中的放大器电路饱和。一种是使用限制器电路，其检测放大器电路中的电压或电流，并且假如检测的电压或电流超过预定值，就给限制器提供电流用来补偿反馈电流。另一种方法是根据读取和写入模式使用不同的放大器和不同阻值的反馈电阻来防止在写操作时电流到电压变换电路的放大器出现饱和。

在不同于只读PDIC的方式中，用于读取/写入系统的PDIC能够在各种应用领域中使用，比如CD-RW，数字通用可写光盘(DVD-RW)等。因此，它需要有一个基于每个应用领域的模式切换操作。由于PDIC上输出电压基于每个模式有不同的电平，因此在PDIC中必须提供一种增益切换功能。但是在某些模式中需要使用高阻抗电阻作为反馈电阻来连接放大器。使用高阻抗电阻不仅降低了PDIC的整个响应速度，而且恶化了其噪声特性。因此，需要对这些问题进行补偿。

图1示出了使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路结构的电路图。在图中，由于其上的输入光，在光电二极管11中产生负载，因此在光电二极管11中产生电流I_PH。电流I_PH上拉来自电流到电压变换电路的输出终端V_out1或V_out2的电流I_F。因此，电流I_F流过电阻R_F1和电容C_F1或电阻R_F2和电容C_F2。同时，在电阻R_F1和电容C_F1或电阻R_F2和电容C_F2上产生电压差。因此允许利用下式将电流I_F转换成电压V_out1或V_out2：I_F×R_F1＝V_out1或I_F×R_F2＝V_out2。由于放大器12上的输入电流接近于0，所以在其输入端T_in上I_FI_PH。

在读模式中，其中给光电二极管11输入弱光信号，对应于外部控制单元(没有示出)提供的切换控制信号，打开切换SW1，反之就与到达其上的信号对应，关闭切换SW2。结果是，在输出端V_out1通过读放大器13输出的电压为I_F×R_F1＝V_out1。另外，在写模式中，其中给光电二极管11输入强光信号，关闭切换SW1，反之就与到达其上的信号对应，打开切换SW2。结果是，在输出端V_out2通过写放大器14输出的电压为I_F×R_F2＝V_out2。

放大器12理想上有无穷大的增益和恒值直流(DC)输入电压，但是实际上是有限增益和变化的DC输入电压，导致在其中产生偏移电压。由此，使用电阻RC连接放大器12的另一个输入端来将放大器12的偏移电压设置为0。

图2示出了在由晶体管构建的传统电路中作为恒流源使用的电流镜操作的电路图。

参照图2，假设电流I_REF值与利用输入到光电变换装置比如光电二极管21中的光信号产生的在电流源22中流过的电流I_PH相同，对电压V_x应用基尔霍夫电流定理，得到的结果是：I_C1+I_B1+I_B2＝I_REF

假设晶体管Q₁和Q₂的放大倍数为β，则

$I_{C1}+\frac{I_{C1}}{\mathrm{\β}}+\frac{I_{C2}}{\mathrm{\β}}=I_{\mathrm{REF}}$

假设I_C1≈I_C2，I_C2＝I₀，则

$I_0(1+\frac{2}{\mathrm{\β}})=I_{\mathrm{REF}}$

整理上式得出I₀，结果是

$I_0=\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{\β}+2}\·I_{\mathrm{REF}}$

其中，假设β＝30，I₀变成大约0.93I_REF。也就是，与光电变换装置21中产生的电流等值的电流I_REF从晶体管Q₁的发射极流向其集电极，并且通过反射在晶体管Q₂产生与电流I_REF基本等值的电流I₀。

图3是图1中所示的使用增益切换电路的在PDIC中使用的传统电流到电压变换电路的详细电路图。

在图3中，电流镜12是一个电流源，用来给读放大器13和写放大器14提供电流，包括一对差分放大器Q₁和Q₂以及有源负载Q₃和Q₄。差分放大器Q₁和Q₂以及有源负载Q₃和Q₄是典型的双极结晶体管(BJT)。电流镜12、读放大器13和写放大器14组成一个放大器电路15。

比如，对数字通用光盘只读存储器(DVD-ROM)来说，读放大器13是用来将在给光电二极管11输入弱光电信号时产生的电流变换成电压，并将其放大。在输出终端V_out1和输入终端T_in之间连接有高阻值反馈电阻R_F1。

写放大器14是用来将在给光电二极管12输入强光电信号时产生的大电流变换成电压，并将其放大。在输出终端V_out2和输入终端T_in之间连接有相当低阻值的反馈电阻R_F2，使其即使在产生过大电流时，也将输出的变换电压限制到一个恒值。

可是，在上面讨论的使用增益切换电路的在光电探测器集成电路中使用的电流到电压变换电路存在一个缺点，由于当根据输入的光信号产生电流时，需要基于不同模式来使用不同阻值的反馈电阻，因此降低了PDIC的整个响应速度和恶化了其噪声特性。

而且，在传统使用增益切换电路的在光电探测器集成电路中使用的电流到电压变换电路中，基于外部控制电路提供的切换控制信号来进行模式切换操作，并且用于提供电流的电流源位于光电二极管和读、写放大器之间，导致从光电二极管到读、写放大器之间距离很长。结果是，PDIC的噪声特性恶化。

而且，在传统PDIC中使用的电流到电压变换电路中，如图3所示，通过作为电流到电压变换电路中的电流源使用的电流镜12，给光电变换装置11施加偏压。结果是，假设驱动电压是5V，则施加到电流到电压变换装置11上的反向偏压将只是2.1V或2.5V。注意到光电变换装置有一个耗尽层，其尺寸随着施加到其上的偏压的增加而增加。在此种考虑中，受限的偏压导致光电变换装置11的耗尽层不能充分地扩展，并且接下来增加了其寄生电容。随后，光电变换装置11和反馈电阻R_f的寄生电容的乘积增加，导致在一段时间内增加了对高频特性的恒定影响。得出的结论是，偏压受限对高频电流到电压变换电路有坏的影响。

另一方面，日本专利公开号Heisei 11-186856中揭示了一种电流到电压变换装置，其根据读和写模式变换不同阻值的反馈电阻来防止在放大器中的晶体管出现饱和。可是，在与先前参照图3所述的方法相似的方法中，反馈电阻降低了整个响应速度并且恶化了其噪声特性。

发明内容

因此，考虑到上述问题提供本发明。本发明的一个目的是提供一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路，其能够电流镜像光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流来升高施加到光电变换装置上的偏压使其提高响应速度。

本发明的另一个目的是提供一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路，其通过控制电流镜电路中的电阻比例来调整在光电二极管中产生的电流量，使得能够不考虑操作模式地在放大器中使用一个反馈电阻，从而提高放大器的频率特性。

根据本发明，通过提供一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路来实现上述和其它的目的。电流到电压变换电路包括：一个光电变换装置，其用来接收光信号并产生对应的电信号；一个在驱动电压和光电变换装置之间连接的电流镜，其用来提供与光电变换装置产生的电流等值的电流；一个放大器，其用来接收电流信号并输出对应的电压信号；一个读连接晶体管，其与光电变换装置并联，用来将电流从电流镜传送到放大器的输入端；一个读发射极电阻，其与读连接晶体管的发射极连接；一个写连接晶体管，其与光电变换装置并联，用来将电流从电流镜传送到放大器的输入端；一个写发射极电阻，其与写连接晶体管的发射极连接；一个切换块，用来对应于切换控制信号通过反射有选择地导通读连接晶体管和写连接晶体管；以及一个连接在放大器的输入终端和其输出终端之间的反馈电阻。

附图说明

从下面结合附图所作的详细描述中可以更加清楚地理解到本发明的上述和其它目的、特点和优点。在图中：

图1示出了一种使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路结构的电路图；

图2示出了在由晶体管构建的传统电路中作为恒流源使用的电流镜工作的电路图；

图3示出了一种使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路的细节电路图；

图4示出了根据本发明的优选实施例的一种使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路结构的电路图；

图5示出了根据本发明实施例在读模式中切换块和读连接晶体管之间连接的电路图；

图6示出了根据本发明实施例在写模式中切换块和写连接晶体管之间连接的电路图；以及

图7示出了根据本发明可选实施例的一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路结构的电路图。

具体实施方式

图4示出了根据本发明的优选实施例的一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路结构的电路图。

在图4中，电流镜42提供晶体管Q_S、Q_T1和Q_T2，并且使其适合通过反射将光电变换装置41中产生的电流传送到读连接晶体管Q₅和写连接晶体管Q₉中。

假如光信号输入光电变换装置41，比如光电二极管中，那么就在装置41中产生与输入光强度成比例的电流I_PH。产生的电流I_PH从晶体管Qs的发射极流向其集电极，并且与流过晶体管Q_S的电流几乎等值的电流流过晶体管Q_T1和Q_T2中每一个。在读模式中，通过由晶体管Q_S和Q_T1组成的电流镜给读连接晶体管Q₅提供电流。在写模式中，通过由晶体管Q_S和Q_T2组成的电流镜给写连接晶体管Q₉提供电流。

切换块45的功能是响应输入到切换端子SW上的电压信号，导通电流切换晶体管Q₁和Q₂。通过切换端子SW将电压信号输入切换块45，其是一种PDIC的控制电路(没有示出)中产生的切换控制信号。

在下文中，假设来自PDIC的控制电路输入切换端子SW的切换控制信号，在读模式中为0V，在写模式中为5V。还假设驱动电压V_CC为5V，并且第一分压电阻R₇和第二分压电阻R₈阻值相同，即R₇＝R₈。注意到这些假设可以根据本发明的不同实施例进行修改。

在图4中，电流源47是一个用来提供偏置电流的恒值偏置电流源。

在PDIC的写操作中，弱光信号输入光电变换装置41，因此导致在其中产生弱电流。响应切换块45的切换端子SW上的电压信号，读切换晶体管Q₁导通。结果是，有电流流过电流源晶体管Q₄和Q₆，并且通过读电流镜43-1和43-2导通读连接晶体管Q₅，利用电流源电流镜42将在光电变换装置41中产生的电流传送到放大器46的输入端。

在读模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为0V，那么根据分压规则，由于R₇＝R₈，则V_x＝V_cc/2＝2.5V。当输入到切换端子SW上的电压为0V时，根据分压规则，晶体管Q₁的基极电压变为，并且发射极的电压变为V_x+0.7V。在发射极和基极间的电压V_BEQ1超过0.7V即 $(V_x+0.7V)-\frac{R_5}{R_5+R_6}{V}_{\mathrm{cc}}>0.7V$ 条件下，晶体管Q₁导通。其中，由于V_x＝V_cc/2，当R₆＞R₅时，晶体管Q₁导通。优选地，R₆被设置成R₅的4倍，即R₆＝4R₅，来保证电路稳定工作。

假设R₆＝4R₅，切换块45按照下述方式工作。由于根据分压规则，晶体管Q₁的基极电压的电压V_S1为1V，晶体管Q₁导通，因此其发射极电压V_S2变成V_S1+0.7＝1.7V。同时，由于晶体管Q₂的基极电压V_x的电压为2.5V并且其发射极电压V_S2为1.7V，晶体管Q₂保持截止状态。

在读模式中，由读连接晶体管Q₅组成的读电流镜43-1和由读电流源晶体管Q₄和附属读电流源晶体管Q₆组成的写电流镜43-2接收来自读切换晶体管Q₁的电流并且同时给放大器46的输入端提供偏置电流来导通读连接晶体管Q₅。

由于晶体管Q₁导通并且晶体管Q₂截止，电流流过读电流源晶体管Q₄和附属读电流源晶体管Q₆使得读电流镜43-1和43-2激活。结果是，读连接晶体管Q₅导通来给PDIC提供电流，由此允许在读模式中操作PDIC。由于晶体管Q₂保持截止，写电流镜44-1和44-2保持非激活状态，并且没有电流流过电流源晶体管Q₇和附属电流源晶体管Q₈，所以写连接晶体管Q₉没有导通。

在PDIC的写操作中，强光信号输入光电变换装置41，因此导致在其中产生强电流。响应切换块45的切换端子SW上的电压信号，写切换晶体管Q₂导通。结果是，有电流流过电流源晶体管Q₇和Q₈，通过写电流镜44-1和44-2导通写连接晶体管Q₉，利用电流源电流镜42将在光电变换装置41中产生的电流传送到放大器46的输入端。

在写模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为5V，则晶体管Q₁截止，并且晶体管Q₄和Q₆也顺次截止。而且，晶体管Q₂的基极电压变为V_x＝V_cc/2＝2.5V，由此导致晶体管Q₂导通。

在写模式中，由写连接晶体管Q₉组成的写电流镜44-1和由写电流源晶体管Q₇和附属写电流源晶体管Q₈组成的写电流镜44-2接收来自写切换晶体管Q₂的电流并且同时给放大器46输入端提供偏置电流来导通写连接晶体管Q₉。

由于晶体管Q₂导通并且晶体管Q₁截止，电流流过写电流源晶体管Q₇和附属写电流源Q₈使得写连接晶体管Q₉导通。结果是，PDIC在写模式下工作。由于晶体管Q₁保持截止，没有电流流过晶体管Q₄和Q₆，所以读连接晶体管Q₅没有导通。

图5和图6分别示出了根据本发明第一实施例的电流到电压变换电路中读电流镜43-1和43-2以及写电流镜44-1和44-2工作的电路图。

图5示出了在读模式中激活的读电流镜(Q₄、Q₆和Q₅)的工作和连接。即，在其中输入给图4中的切换端子SW的电压为0V的状态，因此读切换晶体管Q₁导通并且写切换晶体管Q₂截止。

参照图5，I₀是图4中恒流源47提供的偏置电流。

在环路①中应用基尔霍夫电压定理，并且假设I_B4和I_B50，得到的结果是：

I_c4R₁+V_BE4＝I_xR₂+V_BE5    (等式  5-1)

V_BE5-V_BE4＝I_c4R₁-I_xR₂    (等式  5-2)

重新整理此等式，得到

$V_T\ln \left(\frac{I_{c5}}{I_{s5}}\right)-V_T\ln \left(\frac{I_{c4}}{I_{s4}}\right)=I_{c4}{R}_1-I_x{R}_2$         (等式  5-3)

其中，V_T是热电压，在正常温度，其值约为25.2mV。I_S4和I_S5分别是晶体管Q₄和Q₅的饱和电流。

重新整理等式5-3，得到：

$V_T\ln \left(\frac{I_{c5}}{I_{c4}}\right)=I_{c4}{R}_1(1-\frac{I_x{R}_2}{I_{c4}{R}_1})$        (等式  5-4)

假设I_c4≈I₀，I_c5≈I_x，得到结果是：

$\frac{I_x}{I_{c4}}=\frac{R_1}{R_2}(1-\frac{V_T\ln \left(\frac{I_x}{I_{c4}}\right)}{I_0{R}_1})$         (等式  5-5)

假设 $V_T\ln \left(\frac{x_{-}}{I_{c4}}\right)<<I_{c4}{R}_1$ ，则上述等式5-5可以表述成下式：

$\frac{I_x}{I_{c4}}\&ap;\frac{R_1}{R_2}$      (等式  5-6)

$I_0=I_{B6}+I_{c4}=\frac{I_{c4}+I_x}{\mathrm{\&beta;}(1+\mathrm{\&beta;})}+I_{c4}$        (等式  5-7)

从上述等式5-6和5-7，可以得到下述等式：

$I_x=\frac{\mathrm{\&beta;}(1+\mathrm{\&beta;})}{\frac{R_2}{R_1}({\mathrm{\&beta;}}^2+\mathrm{\&beta;}+1)+1}{I}_0$     (等式  5-8)

考虑到放大器46的增益，最后的输出电压V_out可以表示成下式：

$V_{\mathrm{out}}=P_{\mathrm{op}}R\frac{{\mathrm{\&beta;}}^2+\mathrm{\&beta;}}{\frac{R_2}{R_1}({\mathrm{\&beta;}}^2+\mathrm{\&beta;}+1)+1}{R}_F$       (等式  5-9)

其中，P_op是输入光信号的功率(W)，R是光电二极管的电阻(Ω)，以及R_F是反馈电阻(Ω)。

从上面的等式5-9可以看出，不需要改变放大器46的反馈电阻R_F，可以通过调整R₂/R₁的比例来将输出电压V_out调整到适合读模式。

在本发明的另一个实施例中，可以不使用第二电阻R₂。

图6示出了在写模式中激活的写电流镜44-1和44-2工作和连接，即在其中输入给图4中的切换端子SW的电压为5V的状态。因此图4中的写切换晶体管Q₂导通并且图4中的读切换晶体管Q₁截止。

参照图6，I₀是图4中恒流源47提供的偏置电流。

在环路②中应用基尔霍夫电压定理，并且假设I_B7和I_B90，得到的结果是：

I₀R₃+V_BE7＝I_yR₄+V_BE9     (等式    6-1)

V_BE9-V_BE7＝I_C7R₃-I_yR₄    (等式    6-2)

重新整理等式6-2，得到：

$V_T\ln \left(\frac{I_{c9}}{I_{s9}}\right)-V_T\ln \left(\frac{I_{c7}}{I_{s7}}\right)=I_{c7}{R}_3-I_y{R}_4$        (等式    6-3)

其中，V_T是热电压，在正常温度，其值约为25.2mV。I_S7和I_S9分别是晶体管Q₇和Q₉的饱和电流。

重新整理上述等式6-3，得到：

$V_T\ln \left(\frac{I_{c9}}{I_{c7}}\right)=I_{c7}{R}_1(1-\frac{I_y{R}_4}{I_{c7}{R}_3})$      (等式    6-4)

假设I_c7≈I₀，I_c9≈I_x，得到：

$\frac{I_y}{I_{c7}}=\frac{R_3}{R_4}(1-\frac{V_T\ln \left(\frac{I_y}{I_{c7}}\right)}{I_{c7}{R}_1})$      (等式    6-5)

假设 $V_T\ln \left(\frac{y_{-}}{I_{c7}}\right)<<I_{c7}{R}_3$ ，上述等式6-5可以表述成下式：

$\frac{I_y}{I_{c7}}\&ap;\frac{R_3}{R_4}$         (等式    6-6)

$I_0=I_{B8}+I_{c7}=\frac{I_{c7}+I_y}{\mathrm{\&beta;}(1+\mathrm{\&beta;})}+I_{c7}$          (等式    6-7)

从上述等式6-6和6-7，可以得到下述等式：

$I_y=\frac{\mathrm{\&beta;}(1+\mathrm{\&beta;})}{\frac{R_4}{R_3}({\mathrm{\&beta;}}^2+\mathrm{\&beta;}+1)+1}{I}_0$       (等式 6-8)

考虑到放大器46的增益，最后的输出电压V_out可以表示成下式：

$V_{\mathrm{out}}=P_{\mathrm{op}}R\frac{\mathrm{\&beta;}(1+\mathrm{\&beta;})}{\frac{R_4}{R_3}({\mathrm{\&beta;}}^2+\mathrm{\&beta;}+1)+1}{R}_F$    (等式 6-9)

其中，P_op式输入光信号的功率(W)，R是光电二极管的电阻(Ω)，以及R_F是反馈电阻(Ω)。

从上面的等式6-9可以看出，不需要改变放大器46的反馈电阻R_F，可以通过调整R₄/R₃的比例来将输出电压V_out调整到适合写模式。

在本发明的另一个实施例中，可以不使用第四电阻R₄。

在本发明的另一个实施例中，读电流源晶体管Q₄和写电流源晶体管Q₇中每一个可以作为恒流源使用，其可以不需要使用附属电流源晶体管Q₆或Q₈来实现相同的功能。也就是，仅仅通过将读电流源晶体管Q₄的集电极和基极彼此连接来构成读电流镜43-2，并且仅仅通过将写电流源晶体管Q₇的集电极和基极彼此连接来构成写电流镜44-2。

从上述等式5-9和6-9可以看出，在根据本发明的第一实施例的电流到电压变换电路中，不需要改变放大器46的反馈电阻R_F，可以通过调整R₂/R₁或R₄/R₃的比例来将调整放大器46的输出电压V_OUT。因此，可以不考虑光电变换装置产生的电流量就能将输出电压V_OUT保持在恒值。此种增益切换电路可以防止放大器46饱和。

在读模式中，由于在光电变换装置中产生的电流I₀比较小，可以将等式5-9中的比例R₂/R₁调整到一个比较大的值。在写模式中，由于在光电变换装置中产生的电流I₀比较大，可以将等式6-9中的比例R₄/R₃调整到一个比较小的值。在此种方式中，不需要改变反馈电阻R_F，就可以根据模式来实现增益切换。

放大器46理想上有无穷大的增益和恒值直流(DC)输入电压，但是实际上是有限增益和变化的DC输入电压，导致在其中产生偏移电压。由此，使用电阻R_C连接放大器46的另一个输入端来将放大器46的偏移电压设置为0。

如上所述，由于输出电压V_OUT在读模式中保持在约200mV的恒值上，在写模式中保持在约100mV的恒值上。利用增益切换，放大器46保持激活，并且不饱和。在一个不同于传统电流到电压变换电路的方法中，其中根据读模式和写模式来使用不同的反馈电阻R_F，具体地，在写模式中使用一个相当低阻值的反馈电阻来限制输出电压，根据本发明的实施例的使用增益切换电路的在PDIC中使用的电流到电压变换电路可以不考虑模式，通过信号反馈电阻R_F来实现电流到电压变换。因此，它有可能避免根据模式使用不同反馈电阻时出现的问题。

图7示出了根据本发明可选实施例的一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路结构的电路图。

在图7中，电流镜72提供有晶体管Q_S、Q_T1和Q_T2，并且使其适合通过反射允许光电变换装置71中产生的电流流到读连接晶体管Q₅和写连接晶体管Q₉中。

假如光信号输入光电变换装置71比如光电二极管中，那么就在装置71中产生与输入光强度成比例的电流I_PH。产生的电流I_PH从晶体管QS的发射极流向其集电极，并且与流过晶体管Q_S的电流几乎等值的电流流过晶体管Q_T1和Q_T2中每一个。在读模式中，通过由晶体管Q_S和Q_T1组成的电流镜电流流到读连接晶体管Q₅。在写模式中，通过由晶体管Q_S和Q_T2组成的电流镜电流流到写连接晶体管Q₉。

在图7中，电流源77是一个用来提供偏置电流的恒值偏置电流源。

这里假设驱动电压V_CC为5V，并且分压电阻R₇和分压电阻R₈阻值相同，即R₇＝R₈。注意到这些假设可以根据本发明的不同实施例进行修改。

在读模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为0V，那么根据分压规则，由于R₇＝R₈，则V_x＝V_cc/2＝2.5V。当输入到切换端子SW上的电压为0V时，根据分压规则，读切换晶体管Q₁的基极电压变为，并且发射极的电压变为V_x-0.7V。在发射极和基极间的电压V_BEQ1超过0.7V即 $\frac{R_5}{R_5+R_6}{V}_{\mathrm{cc}}-(V_x-0.7)>>0.7V$ 条件下，读切换晶体管Q₁导通。

在此，由于V_x＝V_cc/2，当R₅＞R₆时，晶体管Q₁导通。

优选地，R₅被设置成R₆的4倍，即R₅＝4R₆，来保证电路稳定工作。

假设R₅＝4R₆，图7中的切换块75按照下述方式工作。由于根据分压规则，晶体管Q₁的基极电压V_S1为4V，晶体管Q₁导通，因此其发射极电压V_S2变成V_S1-0.7＝3.3V。同时，由于写切换晶体管Q₂的基极电压V_X的电压为2.5V并且其发射极电压V_S2为3.3V，所以晶体管Q₂保持截止。

由于晶体管Q₁导通并且晶体管Q₂截止，电流流过读电流源晶体管Q₄和附属读电流源Q₆使得读电流镜73-1和73-2激活。结果是，读连接晶体管Q₅导通来给放大器76的输入端提供电流。由于晶体管Q₂保持截止，写电流镜74-1和74-2保持非激活状态，所以写连接晶体管Q₉保持截止。

在写模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为5V，则晶体管Q₁截止，并且晶体管Q₄和Q₆也顺次截止。而且，晶体管Q₂的基极电压变为V_x＝V_cc/2＝2.5V，由此导致晶体管Q₂导通。

由于晶体管Q₂导通并且晶体管Q₁截止，写电流源晶体管Q₇和附属写电流源Q₈导通，使得写连接晶体管Q₉导通。结果是，PDIC在写模式下工作。由于晶体管Q₁保持截止，晶体管Q₄和Q₆没有导通，所以读连接晶体管Q₅没有导通。

在读模式中，由读连接晶体管Q₅组成的读电流镜73-1和由读电流源晶体管Q₄和附属读电流源晶体管Q₆组成的读电流镜73-2接收来自读切换晶体管Q₁的电流，并且给放大器76的输入端提供偏置电流同时导通读连接晶体管Q₅。

由于晶体管Q₁导通并且晶体管Q₂截止，电流流过读电流源晶体管Q₄和附属读电流源晶体管Q₆使得激活读电流镜73-1和73-2。结果是，读连接晶体管Q₅导通来给PDIC提供电流。由此允许PDIC在读模式中操作。由于晶体管Q₂保持截止，写电流镜74-1和74-2保持非激活状态，并且没有电流流过电流源晶体管Q₇和附属电流源晶体管Q₈，所以写连接晶体管Q₉没有导通。

在PDIC的写操作中，强光信号输入光电变换装置71，因此导致在其中产生强电流。响应切换块75的切换端子SW上的电压信号，读切换晶体管Q₂导通。结果是，有电流流过电流源晶体管Q₇和Q₈，并且通过写电流镜74-1和74-2导通写连接晶体管Q₉，利用电流镜72将在光电变换装置71中产生的电流传送到放大器76的输入端。

在写模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为5V，则晶体管Q₁截止，并且晶体管Q₄和Q₆也顺次截止。而且，晶体管Q₂的基极电压变为V_x＝V_cc/2＝2.5V，由此导致晶体管Q₂导通。

在写模式中，由写连接晶体管Q₉组成的写电流镜74-1和由写电流源晶体管Q₇和附属写电流源晶体管Q₈组成的写电流镜74-2接收来自写切换晶体管Q₂的电流并且同时给输入端放大器76提供偏置电流来导通写连接晶体管Q₉。

由于晶体管Q₂导通并且晶体管Q₁截止，电流流过写电流源晶体管Q₇和附属写电流源Q₈使得图7中的写连接晶体管Q₉导通。结果是，PDIC在写模式下工作。由于晶体管Q₁保持截止，没有电流流过晶体管Q₄和Q₆，所以读连接晶体管Q₅没有导通。

在图7中的第二实施例中，与图4中的第一实施例中的方式相似，不需要改变放大器76的反馈电阻R_F，可以根据读模式或写模式，通过调整R₂/R₁或R₄/R₃的比例来调整放大器76的输出电压V_OUT。因此，可以不考虑光电变换装置中产生的电流量就能将输出电压V_OUT保持在恒值。此种增益切换可以防止放大器76饱和。

从上述的描述可以看出，本发明提供了一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路。其能够电流镜像光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流，来升高施加到光电变换设备上的偏压使其提高响应速度。

而且，根据本发明，可以通过控制电流镜电路中的电阻比例来增加或减少光电变换装置中产生的电流量，使得在放大器中使用一个低阻值的反馈电阻，从而提高放大器的频率特性。

虽然为了说明目的，揭示了本发明的优选实施例，但是提倡本领域普通技术人员在不离开附属权利要求书中所揭示的范围和精神的基础上进行各种修改、添加和替代。

Claims (14)

1.一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路，包括：

光电变换装置，其用来接收光信号并产生对应的电流；

在驱动电压和所述光电变换装置之间连接的电流源电流镜装置，其用来提供与光电变换装置产生的电流等值的电流；

放大器，其用来接收电流信号并输出对应的电压信号；

读电流镜装置，其用来响应于所述切换控制信号，将电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器的输入端；

写电流镜装置，其用来响应所述切换控制信号，将电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器的所述输入端；

切换装置，其用来响应所述切换控制信号，有选择地导通所述读电流镜装置和所述写电流镜装置；以及

连接在所述放大器的所述输入终端和所述放大器输出终端之间的反馈电阻。

2.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述电流源电流镜装置包括：

与所述驱动电压连接的源晶体管；以及

第一和第二目标晶体管，每个所述目标晶体管允许与流过所述源晶体管的电流等值的电流流过。

3.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置包括：

读连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；

读电流源晶体管，其从所述切换装置接收电流来导通所述读连接晶体管：

第一读发射极电阻，其与所述读电流源晶体管的发射极连接；以及

第二读发射极电阻，其与所述读连接晶体管的发射极连接。

4.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置包括：

读连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；

读电流源晶体管，其从所述切换装置接收电流来导通所述读连接晶体管；以及

读发射极电阻，其与所述读电流源晶体管的发射极连接。

5.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置包括：

读连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；

读电流源晶体管，其从所述切换装置接收电流来导通所述读连接晶体管；以及

读发射极电阻，其与所述读连接晶体管的发射极连接。

6.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置包括：

写连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；

写电流源晶体管，其与所述写连接晶体管连接，用来从所述切换装置接收电流，依靠镜像法的优点来允许电流流到所述写连接晶体管：

第一写发射极电阻，其与所述写电流源晶体管的发射极连接；以及

第二写发射极电阻，其与所述写连接晶体管的发射极连接。

7.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置包括：

写连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；

写电流源晶体管，其与所述写连接晶体管连接，用来从所述切换装置接收电流，依靠镜像法的优点来允许电流流到所述写连接晶体管：以及

写发射极电阻，其与所述写电流源晶体管的发射极连接。

8.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置包括：

写连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；

写电流源晶体管，其与所述写连接晶体管连接，用来从所述切换装置接收电流，依靠镜像法的优点来允许电流流到所述写连接晶体管：以及

写发射极电阻，其与所述写连接晶体管的发射极连接。

9.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述切换装置包括：

读切换晶体管，其在读模式中响应所述切换控制信号导通；

写切换晶体管，其在写模式中响应所述切换控制信号导通；

第一切换电阻，其连接在切换控制信号输入端和所述读切换晶体管基极之间；

第二切换电阻，其连接在所述驱动电压和所述读切换晶体管基极之间；

第一分压电阻，其连接在所述驱动电压和所述写切换晶体管基极之间；以及

第二分压电阻，其连接在所述第一分压电阻和地端之间。

10.根据权利要求3所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置还包括连接在所述读电流源晶体管的基极和其集电极之间的附属读电流源晶体管。

11.根据权利要求6所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置还包括连接在所述写电流源晶体管的基极和其集电极之间的附属写电流源晶体管。

12.根据权利要求9所述的电流到电压变换电路，其中当所述切换控制信号为0V时，设置所述第一切换电阻、第二切换电阻、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值来导通所述读切换晶体管和截止所述写切换晶体管。

13.根据权利要求9所述的电流到电压变换电路，其中所述第二切换电阻的阻值是所述第一切换电阻的4倍。

14.根据权利要求9所述的电流到电压变换电路，其中所述第一分压电阻与所述第二分压电阻的阻值相同。

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