DE10311096B4

DE10311096B4 - Electronic circuit for a transimpedance amplifier

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Publication number: DE10311096B4
Application number: DE10311096A
Authority: DE
Inventors: Juraj Klein
Original assignee: INST MIKROELEKTRONIK und MECHATRONIK SYSTEME GGMBH; Institut fur Mikroelektronik und Mechatronik Systeme Ggmbh
Current assignee: INST MIKROELEKTRONIK und MECHATRONIK SYSTEME GGMBH; Institut fur Mikroelektronik und Mechatronik Systeme Ggmbh
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2023-03-08
Also published as: DE10311096A1

Abstract

Elektronische Schaltung für den Transimpedanzverstärker (6, 12) einer Schreib-/Lese-Einrichtung zur ), zum Beispiel einer Photodiode, in eine den Strom (Iin) abbildende Ausgangsspannung (Vout), dadurch gekennzeichnet, dass – in den Signalweg zwischen Stromquelle (1) und Transimpedanzverstärker (6, 12) ein Stromspiegelsystem (4, 10) geschaltet ist, das aus mindestens einem Stromspiegel besteht, – und der Signalweg durch einen Umschalter von einem Kanal des Stromspiegelsystems (10) auf einen anderen Kanal des Stromspiegelsystems (10) oder auf eine zum Stromspiegelsystem (4) parallele Umgehungsverbindung umschaltbar ist.Electronic circuit for the transimpedance amplifier (6, 12) of a read / write device for), for example a photodiode, into an output voltage (Vout) that maps the current (Iin), characterized in that - in the signal path between the current source (1 ) and transimpedance amplifier (6, 12) a current mirror system (4, 10) is connected, which consists of at least one current mirror, - and the signal path through a switch from one channel of the current mirror system (10) to another channel of the current mirror system (10) or can be switched to a bypass connection parallel to the current mirror system (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung für einen Transimpedanzverstärker zur Umsetzung eines Stromes einer Stromquelle in eine adäquate Ausgangsspannung. Die Schaltung ermöglicht eine Transimpedanzumschaltung in einem großen dynamischen Bereich. Die Schaltung ist insbesondere im Bereich der optischen Speichermedien mit hohen Datenaufzeichnungsdichten im Schreib/Lese-Betrieb vorteilhaft zu verwenden.The invention relates to an electronic circuit for a transimpedance amplifier for converting a current of a current source into an adequate output voltage. The circuit allows transimpedance switching in a large dynamic range. The circuit is particularly advantageous in the field of optical storage media with high data recording densities in the write / read operation to use advantageous.

In Geräten für optische Speichermedien, z. B. CD-ROM und DVD, werden die aufgezeichneten Daten, die durch Gebiete unterschiedlicher optischer Reflexion auf dem Speichermedium repräsentiert werden, mit Hilfe von Laserlicht geschrieben und gelesen, wobei ein optoelektronischer Schaltkreis aus dem vom Speichermedium reflektierten Laserlicht die Informationen zum Dateninhalt und zur Anordnung der Datenspuren auf dem Speichermedium gewinnt.In devices for optical storage media, eg. CD-ROM and DVD, the recorded data represented by regions of different optical reflection on the storage medium are written and read by means of laser light, and an opto-electronic circuit of the laser light reflected from the storage medium contains the data content and arrangement information the data tracks on the storage medium wins.

Beim Schreibvorgang muss die Lichtleistung der fokussierten Laserstrahlung wesentlich höher (z. B. 100-fach) als beim Lesen sein, weil die Strahlung beim Schreiben eine ausreichende Erhitzung des Speichermediums („Einbrennen”) bewirken muss, während beim Lesen keine Veränderung des optischen Speichermediums eintreten darf.During the writing process, the light output of the focused laser radiation must be much higher (eg 100 times) than during reading, because the radiation during writing must cause sufficient heating of the storage medium ("burn-in") while reading no change in the optical storage medium may enter.

Es ist vorteilhaft, wenn im Schreib- und Lesebetrieb die Auswertung der optischen Signale zur Datenerkennung und Spurhaltung vom gleichen optoelektronischen System vorgenommen werden kann, das dann aber einen sehr hohen Dynamikbereich erfüllen muss. In der Regel ist das optomechanische System zur Strahlführung und Fokussierung in der Schreib-/Lese-Einrichtung des Geräts im Lese- sowie im Schreibmodus das gleiche. Auch die Photodioden sind mit ihren geometrischen Abmessungen und der Quanteneffizienz für die Strahldetektion im Schreib- und Lesebetrieb gleich und z. B. auf dem gleichen Siliziumchip monolithisch integriert, so dass es vorteilhaft ist, wenn die Umschaltung der dynamisch sehr unterschiedlichen Empfindlichkeit im Schreib-/Lese-Modus auf elektronischem Weg durchgeführt werden kann.It is advantageous if, in the writing and reading operation, the evaluation of the optical signals for data recognition and tracking can be performed by the same optoelectronic system, which then has to fulfill a very high dynamic range. Typically, the optomechanical beam steering and focusing system in the read / write device of the device is the same in the read and write modes. The photodiodes are the same with their geometric dimensions and the quantum efficiency for the beam detection in the writing and reading operation and z. B. monolithically integrated on the same silicon chip, so that it is advantageous if the switching of the dynamically very different sensitivity in the read / write mode can be performed by electronic means.

Für Transimpedanzverstärker für das Lesen optischer Signale in optischen Speichern müssen viele Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden. Die Transimpedanzverstärker müssen in einem weiten Eingangsstrombereich linear und breitbandig sein, bei sehr kleinen Gruppenlaufzeitunterschieden im gesamten Frequenzbereich stabil verstärken und müssen ein kleines Offset bei geringer Gesamtstromaufnahme und kleinster Chipfläche haben. Die Forderung nach einem hohen dynamischen Eingangsstrombereich ist nur schwer erfüllbar, weil insbesondere für kleine Transimpedanzen (im Bereich mehrerer 100 Ohm) mit einem Operationsverstärker der Transimpedanz-Widerstandswert vergleichbar mit dem dynamischen Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers ist und dieser nicht niederohmig genug dimensioniert werden kann, ohne die übrigen Anforderungen zu verletzen. Solche Verstärker werden z. B. im Schreib-Modus einer Schreib-/Lese-Einrichtung benötigt, wo die Lichtleistung des Laserstrahles groß ist und die Photodiode dadurch einen Strom im Bereich von mehreren Milliampere generiert.For transimpedance amplifiers for reading optical signals in optical memories, many requirements must be met simultaneously. The transimpedance amplifiers must be linear and broadband in a wide input current range, stably amplified with very small group delay differences over the entire frequency range and must have a small offset with low total current consumption and smallest chip area. The requirement for a high dynamic input current range is difficult to fulfill, because especially for small transimpedances (in the range of several 100 ohms) with an operational amplifier of the transimpedance resistance value is comparable to the dynamic output resistance of the operational amplifier and this can not be sufficiently low-dimensioned without the to violate other requirements. Such amplifiers are z. B. in the write mode of a read / write device where the light output of the laser beam is large and the photodiode thereby generates a current in the range of several milliamperes.

Beim Lese-Betrieb werden als empfindliche und damit hochohmige Transimpedanzverstärker typischerweise breitbandige Operationsverstärker (OPV) verwendet mit einer Rückkoppelimpedanz zwischen dem invertierendem Eingang und dem Ausgang des OPVs.During read operation, sensitive and therefore high-impedance transimpedance amplifiers typically use broadband operational amplifiers (OPV) with a feedback impedance between the inverting input and the output of the OPV.

Um die gegenläufigen Anforderungen von Empfindlichkeit und Bandbreite zu erfüllen, gibt es Lösungsansätze, die z. B. die kompletten Transimpedanzverstärker umschalten. Andere Lösungen, realisieren die Zuschaltung oder Abschaltung eines Teiles des Rückkoppelnetzwerkes. Nachteilig an den bekannten Lösungen ist z. B., dass in den existierenden Halbleitertechnologien für das Umschalten analoge Schalter auf Basis von MOS-Transistoren (PMOS oder NMOS) verwendet werden, für die kleine serielle Impedanzen (Widerstände) im ON-Zustand nur mit relativ großen MOS-Transistoren erreicht werden können. Die parasitären Kapazitäten der Schalter liegen bei heutigen mikroelektronischen Technologien dann auf Grund der Fläche im Bereich von mehreren 100 fF bis pF. Diese Lösungen sind problematisch, weil für die Stabilitätskompensation einer breitbandigen Schaltung Kapazitäten in Rückkoppelnetzwerken typischerweise in der Größenordnung von mehreren 10 fF oder mehreren 100 fF gebraucht werden. Deren Größe muss möglichst genau eingehalten werden. Durch die großen Schalter ist die Realisierung eines Kompensationsnetzwerkes nicht möglich. Für niederohmige Transimpedanzen werden die Stabilitätskriterien weiter erschwert und die hohe Treiberfähigkeit für die Transimpedanz kann nicht mehr dimensioniert werden.To meet the conflicting requirements of sensitivity and bandwidth, there are approaches that z. B. switch the complete transimpedance amplifier. Other solutions realize the connection or disconnection of a part of the feedback network. A disadvantage of the known solutions is z. For example, in existing semiconductor switching technologies, analog switches based on MOS transistors (PMOS or NMOS) may be used, for which small ON-state serial impedances (resistors) can only be achieved with relatively large MOS transistors. The parasitic capacitances of the switches are then in today's microelectronic technologies due to the area in the range of several 100 fF to pF. These solutions are problematic because capacitance in feedback networks typically on the order of several tens of fF or several hundred fF are needed for stability compensation of a broadband circuit. Their size must be kept as accurate as possible. Due to the large switches, the realization of a compensation network is not possible. For low-impedance transimpedances, the stability criteria are further complicated and the high driving capability for the transimpedance can no longer be dimensioned.

Es sind auch mehrere Lösungen bekannt, die eine automatische Steuerung der Transimpedanz (AGC) auf der Basis des generierten Stromes (Mittelwert, max. Amplitude oder ähnliches) realisieren. Diese Lösungen benutzen z. B. nichtlineare Elemente (z. B. MOSFETs) in der Rückkopplung, deren Impedanz gesteuert werden kann. Dabei ist der dynamische Bereich, in welchem die Transimpedanz variiert werden kann, normalerweise begrenzt und z. B. für die Umschaltung mit einem Dynamikbereich von 1:100 oder mehr nicht geeignet.Several solutions are also known which realize automatic control of the transimpedance (AGC) on the basis of the generated current (average value, maximum amplitude or the like). These solutions use z. Non-linear elements (eg, MOSFETs) in the feedback whose impedance can be controlled. In this case, the dynamic range in which the transimpedance can be varied is usually limited and z. B. not suitable for switching with a dynamic range of 1: 100 or more.

Der oben beschriebenen Stand der Technik wird durch folgende Patente charakterisiert:
US 6,084,478 beschreibt eine Lösung mit variablem Widerstand in der Rückkopplung eines Operationsverstärkers, realisiert mit Hilfe eines MOSFETs, dessen Gate-Spannung gesteuert wird.
US 6,140,878 beschreibt eine Lösung mit Umschaltung der Widerstände in der Rückkopplung eines Operationsverstärkers.
US 6,462,327 beinhaltet eine Lösung mit variablem Widerstand in der Rückkopplung eines Operationsverstärkers, realisiert mit Hilfe von MOSFETs, deren Gate-Spannung gesteuert wird.
US 5,646,573 beschreibt eine Lösung mit einer PIN-Diode in der Rückkopplung eines Transimpedanzverstärkers.
EP 0 720 311 beschreibt eine Lösung mit einer Schottky-Diode in der Rückkopplung. The prior art described above is characterized by the following patents:
US 6,084,478 describes a variable resistance solution in the feedback of an operational amplifier realized by means of a MOSFET whose gate voltage is controlled.
US 6,140,878 describes a solution with switching of the resistors in the feedback of an operational amplifier.
US 6,462,327 includes a variable resistance solution in the feedback of an operational amplifier realized by means of MOSFETs whose gate voltage is controlled.
US 5,646,573 describes a solution with a PIN diode in the feedback of a transimpedance amplifier.
EP 0 720 311 describes a solution with a Schottky diode in the feedback.

Aufgabe der erfinderischen Lösung ist es, die oben genannten Nachteile zu beseitigen.The object of the inventive solution is to eliminate the above-mentioned disadvantages.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Anpassung der Schaltung an die unterschiedlichen Ströme, die von einer Stromquelle, z. B. einer Photodiode, generiert werden, erfolgt erfindungsgemäß durch Stromreduzierung (oder Vervielfachung) des Stromes mittels eines oder mehrerer Stromspiegel, die beispielsweise durch MOSFETs realisiert werden. Bei Stromspiegeln, die aus MOSFET-Transistoren gebildet werden, kann man ein genau definiertes Stromspiegelverhältnis dadurch erreichen, dass man MOSFET-Transistoren benutzt, die die gleiche Länge der einzelnen Gate-Elektroden besitzen, die mit gleicher Gatespannung angesteuert werden und die mit einem Multiplikationsfaktor n durch Wahl der Breite oder der Anzahl der Transistoren ein genau definiertes Verhältnis der Ströme erreichen und damit das Stromspiegelungsverhältnis definieren.The adaptation of the circuit to the different currents from a power source, eg. As a photodiode, is carried out according to the invention by current reduction (or multiplication) of the current by means of one or more current mirror, which are realized for example by MOSFETs. For current mirrors, which are formed from MOSFET transistors, one can achieve a well-defined current mirror ratio, by using MOSFET transistors having the same length of the individual gate electrodes, which are driven with the same gate voltage and with a multiplication factor n by selecting the width or the number of transistors to achieve a well-defined ratio of the currents and thus define the current mirroring ratio.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die effektive Transimpedanz (linear in Ausgangsspannung umsetzbarer Eingangsstrom) des Verstärkers in einem sehr großen dynamischen Bereich definiert und umgeschaltet werden kann. Wenn man z. B. einen schnellen Transimpedanzverstärker verwendet, dessen Transimpedanz im Bereich von 50 kOhm liegt, kann man mit der Umschaltung der Eingangsstromspiegel einen Transimpedanzverstärker realisieren, dessen Impedanz z. B. 100-mal kleiner (bzw. dessen Eingangsstrom 100-mal größer) ist, der jedoch im gesamten Eingangsstrombereich gleiche Übertragungseigenschaften hat. Damit kann eine Schreib-/Lese-Umschaltung einer (z. B. DVD-)Einrichtung realisiert werden, bei der typischerweise im Lese-Modus von der Photodiode Ströme im Bereich von einigen 10 Mikroampere generiert werden und im Schreibmodus Ströme bis zu mehreren Milliampere auftreten. Die effektive Transimpedanz liegt im Schreib-Modus dann im Bereich von mehreren 100 Ohm und im Lese-Betrieb im Bereich von mehreren 10 bis 100 kOhm, womit am Ausgang des Transimpedanzverstärkers derselbe Spannungshub erreicht werden kann.A particular advantage of the invention is that the effective transimpedance (input current which can be converted linearly into output voltage) of the amplifier can be defined and switched in a very large dynamic range. If you z. B. uses a fast transimpedance amplifier, the transimpedance is in the range of 50 kOhm, you can realize with the switching of the input current mirror a transimpedance amplifier whose impedance z. B. 100 times smaller (or whose input current is 100 times larger), but has the same transmission properties in the entire input current range. In this way, a read / write switchover of a (eg DVD) device can be realized in which currents in the range of a few 10 microamps are typically generated by the photodiode in the read mode and currents of up to several milliamps occur in the write mode , The effective transimpedance then lies in the range of several 100 ohms in the write mode and in the range of several 10 to 100 kOhms in the read mode, whereby the same voltage deviation can be achieved at the output of the transimpedance amplifier.

Die Möglichkeit der Anpassung an den Eingangsstrom-Dynamikbereich und die Umschaltmöglichkeit erlauben es, dass nur ein Transimpedanzverstärker (oder Operationsverstärker mit externem Netzwerk) für den Schreibmodus und den Lese-Modus verwendet werden muss. Der Transimpedanzverstärker kann zusätzlich nach den bekannten Verfahren umgeschaltet werden.The ability to adapt to the input current dynamic range and the switching capability allows only one transimpedance amplifier (or external network operational amplifier) to be used for the write mode and the read mode. The transimpedance amplifier can additionally be switched according to the known methods.

Die erfindungsgemäße Lösung macht es außerdem möglich, existierende (optimierte) Transimpedanzverstärker, deren Übertragungsfunktion an eine definierte Impedanz einer realen Stromquelle angepasst war, weiter zu verwenden, wenn die Stromquelle ausgetauscht wird, also z. B. eine andere Photodiode eingesetzt wird. Durch den Stromspiegel erfolgt ein Abblocken der Impedanz der Photodiode. Am Eingang des Transimpedanzverstärkers wird dann die ursprüngliche Impedanz vorgeschaltet, so dass die Übertragungsfunktion wieder angepasst ist.The solution according to the invention also makes it possible to continue to use existing (optimized) transimpedance amplifiers, whose transfer function was adapted to a defined impedance of a real power source, when the power source is replaced, eg. B. another photodiode is used. By means of the current mirror, the impedance of the photodiode is blocked. At the input of the transimpedance amplifier, the original impedance is then connected upstream, so that the transfer function is adapted again.

Die Stromspiegel realisieren gleichzeitig die Trennung der Impedanz der realen Stromquelle (z. B. einer Photodiode), die mit einer idealen Stromquelle mit einer parallelen Impedanz modelliert werden kann, vom Eingang des Transimpedanzverstärker, wodurch Probleme bei der Anpassung des Verstärkers an die Eingangsstromquelle beseitigt werden können.The current mirrors simultaneously realize the isolation of the impedance of the real power source (eg, a photodiode) that can be modeled with an ideal current source having a parallel impedance from the input of the transimpedance amplifier, thereby eliminating problems in matching the amplifier to the input power source can.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigenThe invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment. Show it

1 eine erste Variante der Erfindung für eine Schreib-/Leseeinrichtung, 1 a first variant of the invention for a read / write device,

2 eine zweite Variante der Erfindung, 2 a second variant of the invention,

3 eine bekannte Variante 3 a known variant

4 eine weitere Variante und 4 another variant and

5 eine bekannte Realisierung eines Transimpedanzverstärkers durch einen Operationsverstärker. 5 a known realization of a transimpedance amplifier by an operational amplifier.

In 5 ist ein Transimpedanzverstärker gezeigt, der typischerweise aus einem Operationsverstärker 15 mit einer Rückkoppelimpedanz 16 zwischen einem invertierenden Eingang INN und einem Ausgang besteht, an dem die Spannung Vout anliegt. Die Rückkoppelimpedanz kann beispielsweise aus einem Widerstand und einem parallelgeschalteten Kondensator bestehen, wobei der Widerstand die Transimpedanz definiert und einen Wert im Bereich mehrerer 10 kOhm bis einige 100 kOhm besitzen kann, weil die vorgeordnete Stromquelle, z. B. eine Photodiode, Signalströme mit einer Amplitude im Mikroampere-Bereich generiert. Der Kondensator kompensiert dann die Kapazität der Photodiode und sichert die Stabilität der Übertragungsfunktion des Systems.In 5 a transimpedance amplifier is shown which typically consists of an operational amplifier 15 with a feedback impedance 16 between an inverting input INN and an output to which the voltage Vout is applied. The feedback impedance may for example consist of a resistor and a capacitor connected in parallel, wherein the resistor defines the transimpedance and may have a value in the range of several 10 kOhm to several 100 kOhm, because the upstream power source, eg. As a photodiode, signal currents generated with an amplitude in the microampere range. The capacitor then compensates for the capacitance of the photodiode and ensures the stability of the transfer function of the system.

1 zeigt einen breitbandigen Transimpedanzverstärker 6 mit großer Transimpedanz, die z. B. durch ein solches Rückkoppelnetzwerk zwischen dem Ausgang Vout und dem invertierenden Eingang INN eines Operationsverstärkers gebildet wird. Der Transimpedanzverstärker 6 realisiert in einem Arbeitsmodus A die Strom-Spannungs-Wandlung im Lese-Betrieb einer Schreib-/Leseeinrichtung. Der zu wandelnde Strom fließt von einer Stromquelle 1 durch einen Schalter 8 im ON-Zustand zum breitbandigen Transimpedanzverstärker 6, wo die Strom-Spannungs-Wandlung realisiert wird. Der Schalter 8 ist dabei so dimensioniert, dass sein Einfluss auf das System minimal ist, z. B. durch einen entsprechend geringen Durchgangswiderstand, und der Transimpedanzverstärker 6 zusammen mit einer komplexen Impedanz der Stromquelle ein stabiles System mit stabiler Übertragungsfunktion bildet. Die reale Stromquelle ist in der Schaltung mit einer idealen Stromquelle 1 und einer zur idealen Stromquelle 1 parallelen Impedanz 2 modelliert. Zwischen Stromquelle 1 und Transimpedanzverstärker 6 ist parallel zum Schalter 8 ein Stromspiegelsystem 4 angeordnet. Am Eingang und Ausgang des Stromspiegel-Systems 4 sind weitere Schalter 3 und 5 angeordnet. Diese sind offen, wenn der Schalter 8 geschlossen ist, und zum Stromspiegel-System 4 fließt von der Stromquelle 1 kein Strom. Durch den geöffneten Schalter 5 werden zusätzlich parasitäre Ströme abgeblockt, die zum Transimpedanzverstärker 6 fließen könnten, oder eine komplexe Impedanz 7 hinter dem Stromspiegelsystem abgetrennt, die als Ersatz der Impedanz 2 der Stromquelle 1 dient. 1 shows a broadband transimpedance amplifier 6 with large transimpedance, the z. B. is formed by such a feedback network between the output Vout and the inverting input INN of an operational amplifier. The transimpedance amplifier 6 realized in a working mode A, the current-voltage conversion in the read operation of a read / write device. The current to be converted flows from a power source 1 through a switch 8th in the ON state to the broadband transimpedance amplifier 6 where the current-voltage conversion is realized. The desk 8th is dimensioned so that its influence on the system is minimal, z. B. by a correspondingly low volume resistance, and the transimpedance amplifier 6 together with a complex impedance of the power source forms a stable system with stable transfer function. The real power source is in the circuit with an ideal power source 1 and one to the ideal power source 1 parallel impedance 2 modeled. Between power source 1 and transimpedance amplifiers 6 is parallel to the switch 8th a current mirror system 4 arranged. At the entrance and exit of the current mirror system 4 are more switches 3 and 5 arranged. These are open when the switch 8th is closed, and the current mirror system 4 flows from the power source 1 no electricity. Through the open switch 5 In addition parasitic currents are blocked to the transimpedance amplifier 6 could flow, or a complex impedance 7 disconnected behind the current mirror system, replacing the impedance 2 the power source 1 serves.

Im Schreibmodus (Arbeitsmodus B) sind Schalter 3 und 5 dagegen geschlossen und Schalter 8 geöffnet. Der zu messende Strom Iin von der Stromquelle 1 fließt dann durch den Schalter 3 zum Stromspiegelsystem 4, wo eine Dividierung des Stromes z. B. durch 100 erfolgt. Die Zahl der Stromspiegel, die innerhalb des Stromspiegelsystems 4 realisiert werden, ist frei definierbar und kann von verschiedenen Anforderungen abhängig sein, wie z. B. vom zu erreichenden resultierenden Spiegelungsverhältnis, der maximalen Größe des zu übertragenden Stromes, der Grenzfrequenz des Gesamtsystems oder anderen Anforderungen. Hinter dem Stromspiegelsystem 4 befindet sich die Impedanz 7, die z. B. gegen Masse geschaltet ist und die als Ersatz für die Impedanz 2 der Stromquelle 1 dient, damit die stabile Übertragungsfunktion des Transimpedanzverstärkers 6 mit derselben externen Umgebung (Beschaltung) wie beim Lesemodus realisiert wird.In writing mode (working mode B) are switches 3 and 5 on the other hand closed and switch 8th open. The current Iin to be measured from the power source 1 then flows through the switch 3 to the current mirror system 4 where a division of the current z. B. is done by 100. The number of current mirrors that are within the current mirror system 4 can be realized, is freely definable and can be dependent on various requirements, such. B. from the resulting resulting mirror ratio, the maximum size of the current to be transmitted, the cutoff frequency of the entire system or other requirements. Behind the current mirror system 4 is the impedance 7 that z. B. is connected to ground and as a replacement for the impedance 2 the power source 1 serves to ensure the stable transfer function of the transimpedance amplifier 6 with the same external environment (wiring) as in read mode.

2 zeigt eine Variante der Schaltung für einen Transimpedanzverstärker 12 mit der Möglichkeit einer Umschaltung der effektiven Transimpedanz. Der Strom Iin1 von einer realen Stromquelle, die wie in 1 mit einer idealen Stromquelle 1 und einer zur idealen Stromquelle 1 parallelen Impedanz 2 modelliert werden kann, fließt durch eine elektrische Verbindung zu einem analogen Multiplexer 9 und von einem der Ausgänge 0 bis n dieses Multiplexers 9 wenigstens in einem Umschaltmodus der Einrichtung durch einen Kanal zum Eingang eines Stromspiegelsystems 10, das aus wenigstens einem Stromspiegel besteht und in dem in einem definiertem Verhältnis eine Transformation in den Strom Iout realisiert wird. Vom Ausgang dieses Stromspiegelsystems 10 fließt der Strom Iout zu den Eingängen 0 bis n eines weiteren Multiplexers 11 und vom Ausgang dieses weiteren Multiplexers 11 als Strom Ioute zum Eingang des Transimpedanzverstärkers 12. Im Transimpedanzverstärker 12 wird dieser Strom Ioute in eine durch die Transimpedanz des Transimpedanzverstärkers 12 definierte Spannung Vout umgewandelt. Am Ausgangsknoten des Multiplexers 11 wird eine Impedanz 13 angeordnet, die z. B. als Ersatz für die Impedanz 2 der Stromquelle 1 oder die der Stabilität des Transimpedanzverstärkers 12 dient. 2 shows a variant of the circuit for a transimpedance amplifier 12 with the possibility of switching the effective transimpedance. The current Iin1 from a real power source, as in 1 with an ideal power source 1 and one to the ideal power source 1 parallel impedance 2 can be modeled flows through an electrical connection to an analog multiplexer 9 and from one of the outputs 0 to n of this multiplexer 9 at least in a switching mode of the device through a channel to the input of a current mirror system 10 , which consists of at least one current mirror and in which a transformation into the current Iout is realized in a defined ratio. From the output of this current mirror system 10 the current Iout flows to the inputs 0 to n of another multiplexer 11 and from the output of this further multiplexer 11 as current Ioute to the input of the transimpedance amplifier 12 , In the transimpedance amplifier 12 This current is Ioute in through the transimpedance of the transimpedance amplifier 12 defined voltage Vout converted. At the output node of the multiplexer 11 becomes an impedance 13 arranged, the z. B. as a replacement for the impedance 2 the power source 1 or the stability of the transimpedance amplifier 12 serves.

Der Multiplexer 11 kann gegebenenfalls durch eine elektrisch leitende Verbindung ersetzt werden, mit welcher alle Ausgänge des Stromspiegelsystems 10 und der Eingang des Transimpedanzverstärkers 12 in einem Knoten elektrisch verbunden sind. Die Impedanz 13 wird dann ebenfalls an diesen Knoten angeschlossen.The multiplexer 11 can optionally be replaced by an electrically conductive connection, with which all outputs of the current mirror system 10 and the input of the transimpedance amplifier 12 are electrically connected in a node. The impedance 13 is then also connected to this node.

Die Schaltung ist nicht auf Schreib-/Leseeinrichtungen begrenzt. 3 zeigt eine aus der EP0892511 A2 , siehe 4, bekannte Variante ohne die Umschaltmaßnahme, die den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 zugrunde liegt. Die Stromquelle kann hier beispielsweise eine Photodiode zur Messung der Leistung eines Laserstrahls sein.The circuit is not limited to read / write devices. 3 shows one from the EP0892511 A2 , please refer 4 , known variant without the Umschaltmaßnahme, the embodiments according to the 1 and 2 underlying. For example, the current source can be a photodiode for measuring the power of a laser beam.

In 4 ist eine Variante für die oben angesprochene Anpassung an verschiedene Stromquellen dargestellt, die durch das Stromspiegelsystem 4 und eine Impedanz 14 erfolgt, die der Impedanz einer Stromquelle entspricht, für die der Impedanzverstärker eigentlich angepasst wurde.In 4 is a variant of the above-mentioned adaptation to different power sources represented by the current mirror system 4 and an impedance 14 which corresponds to the impedance of a current source for which the impedance amplifier was actually adapted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Stromquellepower source
22: Impedanz (komplexer Widerstand)Impedance (complex resistance)
33: Schalterswitch
44: StromspiegelsystemCurrent mirror system
55: Schalterswitch
66: TransimpedanzverstärkerTransimpedance amplifier
77: Impedanz (komplexer Widerstand)Impedance (complex resistance)
88th: Schalterswitch
99: Multiplexermultiplexer
1010: System mit einzelnen Kanälen mit StromspiegelsystemenSystem with individual channels with current mirror systems
1111: Multiplexermultiplexer
1212: TransimpedanzverstärkerTransimpedance amplifier
1313: Impedanz (komplexer Widerstand)Impedance (complex resistance)
1414: Impedanz (komplexer Widerstand)Impedance (complex resistance)
1515: Operationsverstärkeroperational amplifiers
l6l6: Impedanz (komplexer Widerstand)Impedance (complex resistance)
AA: Arbeitsmodus AWorking mode A
BB: Arbeitsmodus BWorking mode B
Iin, Iin1, Iins, Iout, IouteIin, Iin1, Iins, Iout, Ioute: elektrischer Stromelectrical current
VoutVout: Spannung am Ausgang des OperationsverstärkersVoltage at the output of the operational amplifier
INNINN: invertierender Eingang des Operationsverstärkersinverting input of the operational amplifier

Claims

Electronic circuit for the transimpedance amplifier ( 6 . 12 ) a write / read device for converting a current (Iin) of a current source ( 1 ), for example a photodiode, into an output voltage (I out) representing the output voltage (Vout), characterized in that - in the signal path between the current source ( 1 ) and transimpedance amplifiers ( 6 . 12 ) a current mirror system ( 4 . 10 ), which consists of at least one current mirror, - and the signal path through a switch from a channel of the current mirror system ( 10 ) to another channel of the current mirror system ( 10 ) or to a current mirror system ( 4 ) parallel bypass connection is switchable.

Circuit according to Claim 1, characterized in that the change-over switch is provided by two switches ( 3 . 8th ) is realized.

Circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that between the current mirror system ( 4 ) and transimpedance amplifiers ( 6 . 12 ) another switch ( 5 ) is arranged.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that at the output of the current mirror system ( 4 . 10 ) an impedance ( 7 . 14 ) for adapting the transfer function of the transimpedance amplifier ( 6 . 12 ) to the power source ( 1 ) is arranged.

Circuit according to claim 1, characterized in that between current source ( 1 ) and current mirror system ( 10 ) an analog multiplexer ( 9 ) is switched.

Circuit according to Claim 5, characterized in that between the current mirror system ( 10 ) and transimpedance amplifiers ( 12 ) a second multiplexer ( 11 ) is switched

Circuit according to Claim 5 or 6, characterized in that at the output of the second multiplexer ( 11 ) an impedance ( 13 ) for adapting the transfer function of the transimpedance amplifier ( 12 ) to the power source ( 1 ) is arranged.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more current mirrors are formed from MOSFETs which have the same length of the gate electrodes and are driven with the same gate voltage.

Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the transimpedance amplifier ( 6 . 12 ) a broadband operational amplifier ( 15 ) with feedback network ( 16 ).