DE69432346T2

DE69432346T2 - Transimpedanzverstärker

Info

Publication number: DE69432346T2
Application number: DE69432346T
Authority: DE
Inventors: Yuji Yoshida
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2014-12-14
Also published as: EP0664604A2; KR0185214B1; JP3335455B2; JPH07212147A; US5606282A; EP0664604B1; EP0664604A3; DE69432346D1; KR950024158A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transimpedanzverstärker, der eine Verstärkereinheit verwendet, welche einen relativ schwachen Eingangsstrom in eine Ausgangsspannung von vorbestimmtem Pegel (d. h. eine Ausgangsspannung von proportionalem Pegel) verstärkt und wandelt, ohne durch einen starken Eingangsstrom gesättigt zu werden.
Der Transimpedanzverstärker wird z. B. in einer magneto- optischen Platteneinheit installiert, welche eine magneto- optische Platte verwendet. Die Platteneinheit hat eine Photodiode, die einen sehr schwachen Strom ansprechend auf von der Platte reflektiertes Licht erzeugt, und der Transimpedanzverstärker wandelt den schwachen Strom in eine Ausgangsspannung von erforderlichem Pegel, welche zum Lesen der Daten von der Platte verwendet wird.

2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Die Aufzeichnungsdichte von magneto-optischen Platten wird von einfacher Dichte auf doppelte Dichte und sogar auf vierfache Dichte erhöht. Die Platten hoher Dichte enthalten mehr Daten pro Umdrehung und erzeugen Schreib- und Lesesignale mit schmalen Intervallen und mit hohen Frequenzen. Eine Erhöhung der Dichte einer Platte ist synonym mit der Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit (d. h. Rotationsgeschwindigkeit) derselben. Um solche hochdichten Platten zu betreiben, müssen die magneto-optischen Platteneinheiten einen Transimpedanzverstärker verwenden, der Signale mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann.
Wenn Daten aus einer magneto-optischen Platte ausgelesen werden, oder wenn Verifizierungsdaten auf die Platte geschrieben werden, erzeugen die Platteneinheiten einen sehr schwachen Strom. Der Transimpedanzverstärker muß eine Verstärkereinheit haben, um solch einen schwachen Strom in eine Ausgangsspannung von erforderlichem Pegel zu wandeln. Die Platten hoher Aufzeichnungsdichte umfassen hochfrequente Schreib- und Lesesignale, und die hochfrequenten Signale enthalten üblicherweise ein starkes Rauschen. Aufgrund des starken Rauschens ist es für die Verstärkereinheit schwierig, ein zufriedenstellendes C/N-Verhältnis (Signal/Rauschen-Verhältnis) auf den Platten hoher Dichte zu erreichen.
Wenn Daten auf eine magneto-optische Platte aufgezeichnet werden, oder wenn Daten von der Platte gelöscht werden, erzeugen die Platteneinheiten einen sehr starken Strom im Vergleich zu der Lese- oder Verifizierungsoperation. In diesem Fall ist die Verstärkereinheit in dem Transimpedanzverstärker nicht erforderlich.
Die Verstärkereinheit wird jedoch kontinuierlich betrieben, und deshalb durch den starken Strom gesättigt, der während der Schreib- oder Löschoperation erzeugt wird. Wenn die Verstärkereinheit einmal gesättigt ist, braucht es eine gewisse Zeit, bis die Verstärkereinheit wieder in ihre ursprüngliche Funktion zurückgeführt wird. Die Sättigung der Verstärkereinheit verursacht kein Problem, falls die Platte vom Typ mit niedriger Aufzeichnungsdichte ist, was eine langsame Signalverarbeitungsgeschwindigkeit bedeutet und der Verstärkereinheit erlaubt, in ihren ursprünglichen Leistungszustand zurückzukehren, bevor die nächste Leseoperation beginnt. Falls es sich jedoch um eine Platte hoher Aufzeichnungsdichte handelt, ist eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erforderlich, und deshalb ist die Wiederherstellungsperiode aus dem Sättigungszustand nicht mehr zu vernachlässigen.
Die Fig. 1A und 1B zeigen eine übliche magneto- optische Platteneinheit, die einen Transimpedanzverstärker verwendet.
Die Platteneinheit führt Lese-, Schreib-, Lösch- und Verifizierungsoperationen durch. Die Fig. 1A zeigt die Schreiboperation zum Schreiben von Daten auf eine magneto-optische Platte 110, und die Fig. 1B zeigt die Leseoperation zum Lesen von Daten von der Platte 110.
Die Platte 110 in Fig. 1A besteht aus ferromagnetischem Material und hat viele Bitregionen. Die Magnetisierungsrichtung 115 von jeder Bitregion bestimmt die Daten (Datenwert von "1" oder "0") in dem Bereich. Das ferromagnetische Material verliert seinen Magnetismus, wenn seine Temperatur auf seine Curie-Temperatur erhöht wird. Wenn das Material abkühlt, bringt ein Elektromagnet 130 ein externes magnetisches Feld auf eine Zielregion des Materials auf, um die Region entsprechend der Richtung des magnetischen Feldes zu magnetisieren.
Um Daten in eine Region auf der Platte 110 zu schreiben, fokussiert eine Objektivlinse 120 einen Laserstrahl auf die Region, um die Temperatur der Region zu erhöhen, und der Elektromagnet 130 stellt die Richtung der Magnetisierung der Region wie erforderlich ein. Durch diese Prozesse werden Daten auf die Platte 110 geschrieben.
Um Daten von der Platte 110 zu lesen, wird ein magneto- optischer Effekt, d. h. ein magneto-optischer Kerr-Effekt verwendet, wie es in der Fig. 1B gezeigt ist. Der magneto-optische Kerr-Effekt ist ein Effekt, daß der Polarisationswinkel des Lichtstrahls, das von der ferromagnetischen Oberfläche reflektiert wird, sich abhängig von der Richtung der Magnetisierung der Oberfläche ändert.
Der in Fig. 1B gezeigte Halbleiterlaser 175 emittiert einen weichen oder schwachen Laserstrahl, der durch zwei Linsen 170 und 140 hindurchgeht und auf einen Datenaufzeichnungsbereich auf der Platte 110 auftrifft. Der von der Platte 110 reflektierte Strahl wird seinerseits durch einen Spiegel 150 und einen Strahlenteiler 160 reflektiert, tritt durch eine Halbwellenplatte 180 und einen Polarisationsstrahlenteiler 185 hindurch und trifft auf zwei Photodioden 190 und 191. Die Photodioden 190 und 191 wandeln das Licht in Stromsignale um, welche zu den Verstärkereinheiten der entsprechenden Transimpedanzverstärker (nicht dargestellt) geschickt werden. Diese Verstärkereinheiten liefern ein Differenzspannungssignal (ein MO-Signal) entsprechend der Differenz zwischen den beiden Stromsignalen. Das MO-Signal entspricht dem Polarisationswinkel des Lichtstrahles, d. h., der Richtung der Magnetisierung des in Frage stehenden Bereiches auf der Platte 110, um in dem Bereich aufgezeichnete Daten zu liefern.
Während der in Fig. 1A gezeigten Schreib- oder Löschoperation empfangen die in Fig. 1B gezeigten Photodioden starke reflektierte Strahlen von der Platte 110 und erzeugen große Ströme von, z. B., 10 bis 100 Mikroampere im Vergleich zu kleinen Strömen von, z. B., 100 Nanoampere bis zu mehreren Mikroampere, die während der in Fig. 1B gezeigten Leseoperation erzeugt werden.
Wenn die Verstärkereinheiten in den Transimpedanzverstärkern solch große Eingangsströme empfangen, werden die Verstärkereinheiten gesättigt und verlieren ihre Verstärkungsfunktion. Falls der Sättigungszustand anhält bis eine Lese- oder Verifizierungsoperation nach der Schreiboperation startet, werden Daten nicht korrekt gelesen. Falls nämlich die Verstärkereinheiten gesättigt sind, ist es unmöglich, die Lese- oder Verifizierungsoperation zu starten.
Magneto-optische Platteneinheiten die mit einfacher Dichte beschriebene magneto-optische Platten handhaben, verwenden eine langsame Datentransferrate, und dies verursacht kein Problem, selbst wenn die gesättigten Verstärkereinheiten eine bestimmte Zeit benötigen, um in ihre ursprünglichen Funktionen zurückgesetzt zu werden. Selbst wenn die Sättigung Probleme in den Platteneinheiten verursacht, kann dies durch Einstellen der Intensität des Laserstrahls oder durch Einstellen der Dimensionen der optischen Teile wie der Spiegel und der Strahlenteiler in den Platteneinheiten behoben werden.
Diese Maßnahmen sind jedoch nicht bei magneto-optischen Platteneinheiten anwendbar, welche Platten mit doppelter Dichte oder mit vierfacher Dichte handhaben, weil sie die Signale schnell verarbeiten müssen, um die Hochgeschwindigkeitsschreib- und -leseoperationen durchzuführen. Bei diesen Platten ruft eine lange Wiederherstellungsperiode nach der Sättigung ernsthafte Probleme hervor.
Wie oben erklärt wurde, sättigt ein großer Strom an dem Eingangsanschluß eines Transimpedanzverstärkers die Verstärkereinheit in dem Transimpedanzverstärker und dieses blockiert temporär den Betrieb des Verstärkers.
Verstärkereinheiten, die durch einen großen Strom tief gesättigt sind und eine lange Zeit zur Wiederherstellung ihrer normalen Funktionen benötigen, sind nicht geeignet für magneto-optische Platteneinheiten, die Platten mit hoher Aufzeichnungsdichte handhaben.
Die US-A-5030925 zeigt einen Transimpedanzverstärker in optischen Kommunikationsschaltungen; sie betrifft die Eliminierung der Gleichstromkomponente aus dem ankommenden Signal.
EP-A-556000 zeigt einen Differential- Transimpedanzverstärker; dieses Dokument erwähnt jedoch nicht die Probleme von MO-Laufwerk-Schaltungen bei Sättigung und anschließender Wiederherstellungszeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Transimpedanzverstärker zu schaffen, der z. B. in eine magneto-optische Platteneinheit installiert werden kann. Der Transimpedanzverstärker verwendet eine Verstärkereinheit zum Verstärken und Konvertieren eines kleinen Eingangsstromes in eine Ausgangsspannung von erforderlichem Pegel, der das Lesen von Daten ermöglicht. Selbst wenn ein großer Eingangsstrom an die Verstärkereinheit geliefert wird, bleibt die Verstärkereinheit ungesättigt und fähig, Signale schnell zu verarbeiten.
Um die obige Aufgabe durchzuführen sieht die vorliegende Erfindung einen Transimpedanzverstärker vor, mit einer Verstärkereinheit und einen Rückkopplungswiderstand, der zwischen dem Ausgangsende und dem Eingangsende (Anschlüsse) der Verstärkereinheit angeordnet ist, um einen Eingangsstrom zu verstärken und in eine Ausgangsspannung von vorbestimmtem Pegel zu konvertieren. Dieser Konverter oder Wandler hat ferner Spannungsklammermittel, die zwischen entgegengesetzten Enden des Rückkopplungstransistors angeschlossen sind, um eine Spannung zu klammern, die auf die Enden des Rückkopplungswiderstandes angewendet wird (d. h. eine Spannung, die quer über den Rückkopplungswiderstand angelegt wird) und verhindert, daß die Verstärkereinheit gesättigt wird; ein Stromabsorptionsmittel ist angeordnet an der Eingangsseite der Verstärkereinheit, um einen großen Eingangsstrom an der Verstärkereinheit zu absorbieren; und ein Schaltausfallmittel ist vorgesehen zum Aktivieren oder Deaktivieren des Stromabsorptionsmittels in Übereinstimmung mit einem externen Steuersignal.
Der Transimpedanzverstärker ist z. B. in einer magneto- optischen Platteneinheit installiert, welche eine magneto- optische Platte verwendet. Falls ein großer Eingangsstrom während einer Schreiboperation auf die Platte erzeugt wird, aktiviert das Schaltauswahlmittel das Stromabsorptionsmittel.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht einen Transimpedanzverstärker vor, der eine Verstärkereinheit hat und einen Rückkopplungswiderstand, der zwischen dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit vorgesehen ist, um einen Eingangsstrom zu verstärken und in eine Ausgangsspannung von erforderlichem Pegel zu wandeln. Der Konverter hat ferner ein Diodenelement, das mit entgegengesetzten Enden des Rückkopplungswiderstands verbunden ist, um eine Spannung zu klammern, die auf die Enden des Rückkopplungswiderstands aufgebracht wird und um zu verhindern, daß die Verstärkereinheit gesättigt wird; ein erstes Transistorelement ist mit dem Eingang der Verstärkereinheit verbunden, um irgendeinen großen Eingangsstrom zu absorbieren, der der Verstärkereinheit zugeführt wird; ein zweites Transistorelement, das mit dem ersten Transistorelement zusammenarbeitet, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden; eine Konstantstromquelle, um einen vorbestimmten Konstantstrom an das zweite Transistorelement zu liefern; und einen Umschalter, der zwischen der Konstantstromquelle und dem zweiten Transistorelement angeordnet ist, um die Konstantstromquelle mit dem zweiten Transistorelement zu verbinden bzw. von diesem zu trennen. Das Spannungsklammerdiodenelement hat die Funktion, zu verhindern, daß das erste Transistorelement in dem Stromabsorptionsmittel gesättigt wird.
Der Umschalter wird EIN gestellt, um den Konstantstrom an das zweite Transistorelement zu liefern, so daß das erste Transistorelement der Stromspiegelschaltung irgendeinen großen Eingangsstrom vollständig absorbiert. Der Schalter wird auf AUS gestellt, um das erste und das zweite Transistorelement zu deaktivieren.
Der Transimpedanzverstärker ist z. B. in einer magneto- optischen Platteneinheit installiert, welche eine magneto- optische Platte verwendet. Wenn Daten auf die Platte geschrieben wird, ist der Schalter auf EIN geschaltet, und wenn Daten von der Platte gelesen werden, ist der Schalter AUS geschaltet.
Wenn der Schalter EIN ist, ist der von der Konstantstromquelle an das zweite Transistorelement gelieferte Strom gleich groß oder größer als ein großer Eingangsstrom, der von dem ersten Transistorelement absorbiert werden soll.
Das Diodenelement kann eine pn-Grenzschicht-Diode sein, oder ein bipolarer Transistor, dessen Basis und Kollektor miteinander kurzgeschaltet sind, oder ein MOS-Transistor, dessen Gate und Drain miteinander kurzgeschlossen sind.
Das erste und zweite Transistorelement können bipolare Transistoren oder MOS-Transistoren sein.
Der Transimpedanzverstärker kann aus irgendeiner geeigneten Kombination aus dem Diodenelement und dem ersten und zweiten Transistorelement sein.
Das Spannungsklammermittel kann z. B. ein Diodenelement sein, welches mit dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit verbunden ist und verhindert, daß eine Eingangsspannung an einem Eingangstransistor der Verstärkereinheit auf einen Pegel abfällt, welcher den Eingangstransistor deaktiviert.
Auf diese Weise kann die Verstärkereinheit in dem Transimpedanzverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung z. B. in magneto-optischen Platteneinheiten verwendet werden und sie wird selbst dann nicht saturiert, wenn ein großer Strom der Verstärkereinheit zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung erlaubt deshalb, daß die Platteneinheit nach einer Schreiboperation schnell eine Leseoperation starten kann und mit hoher Geschwindigkeit Schreib- und Lesesignale auf magneto- optischen Platten mit hoher Aufzeichnungsdichte verarbeiten kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obige Aufgabe und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mehr augenfällig aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1A eine Schreiboperation einer magneto-optischen Platteneinheit erklärt;
Fig. 1B eine Leseoperation der magneto-optischen Platteneinheit erklärt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, welches eine wesentliche Ausführungsform beschreibt, die auf dem Prinzip der vorliegenden Erfindung basiert;
Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm ist, welches eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 Schreib- und Leseoperationen gemäß dem Stand der Technik erklärt;
Fig. 5 Schreib- und Leseoperationen gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt;
Fig. 6 den charakteristischen Teil der vorliegenden Erfindung in der Schaltung der Fig. 3 unter einem Schreibmodus zeigt;
Fig. 7 eine Leseoperation mit einer Photodiode der Fig. 6 erklärt, die durch eine äquivalente Kapazitätskomponente ersetzt ist;
Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm ist, welches eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm ist, welche eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 ein Schaltungsdiagramm ist, welches eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 11 ein Schaltungsdiagramm ist, welches eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 11 beschrieben.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches eine wesentliche Ausführungsform zeigt, die auf dem Prinzip eines Transimpedanzverstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung basiert und, z. B., in einer magneto-optischen Platteneinheit installiert ist.
Der Transimpedanzverstärker hat eine Verstärkereinheit 1 und einen Rückkopplungstransistor 3, der zwischen dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit 1 an geordnet ist, um eine Ausgangsspannung der Verstärkereinheit 1 teilweise an den Eingang der Verstärkereinheit 1 zurückzuführen. Die Verstärkereinheit 1 und der Rückkopplungswiderstand 3 verstärken und konvertieren einen kleinen Eingangsstrom Ii in eine Ausgangsspannung Vo von erforderlichem Pegel, entsprechend den Spezifikationen des Transimpedanzverstärkers.
Der Transimpedanzverstärker hat auch Spannungsklammer- oder -klemmittel 2, die mit entgegengesetzten Enden des Rückkopplungswiderstands 3 verbunden sind. Die Spannungsklammermittel 2 klammern eine Spannung, die den Enden des Rückkopplungswiderstands 3 zugeführt wird, um eine Sättigung der Verstärkereinheit 1 zu verhindern.
Der Transimpedanzverstärker hat weiterhin Stromabsorptionsmittel 5, die an der Eingangsseite der Verstärkereinheit 1 angeordnet sind. Die Stromabsorptionsmittel 5 absorbieren jeden großen Eingangsstrom Ia der der Verstärkereinheit 1 zugeführt wird.
Der Transimpedanzverstärker hat auch Schaltauswahlmittel 4, um die Stromabsorptionsmittel 5 in Übereinstimmung mit einem externen Steuersignal vs zu aktivieren und zu deaktivieren.
Falls die Platteneinheit einen großen Strom an die Verstärkereinheit 1 liefert, während Daten auf eine magneto- optische Platte geschrieben werden, die in der Platteneinheit installiert ist, aktiviert das Schaltauswahlmittel 4 das Stromabsorptionsmittel 5.
Das Spannungsklammermittel 2 kann ein Diodenelement sein, das mit dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit verbunden ist. Das Spannungsklammermittel 2 verhindert, daß eine Eingangsspannung an dem Eingangstransistor der Verstärkereinheit 1 auf einen Pegel abfällt, der den Eingangstransistor deaktiviert.
Das Stromabsorptionsmittel 5, das, z. B., mit einem invertierenden Eingangsanschluß (-) der Verstärkereinheit 1 verbunden ist, enthält eine Stromspiegelschaltung, um einen großen Eingangsstrom Ia, der der Verstärkereinheit 1 während einer Schreiboperation auf die Platte zugeführt wird, vollständig zu absorbieren. Zu dieser Zeit verhindert das Spannungsklammermittel 2 eine Sättigung des Stromabsorptionsmittels 5 und einen Abfall des Basispotentials des Eingangstransistors der Verstärkereinheit 1. Das Spannungsklammermittel 2 verhindert nämlich sowohl eine Sättigung des Stromabsorptionsmittels 5 als auch der Verstärkereinheit 1.
Das Schaltauswahlmittel 4 kann ein Halbleiterschalter sein, der zwischen dem Eingangsende der Verstärkereinheit 1 und dem Stromabsorptionsmittel angeordnet ist. Das Schaltauswahlmittel 4 wird nur dann EIN geschaltet, wenn ein großer Strom erzeugt wird, z. B. während einer Schreiboperation in der Platteneinheit. Da die Verstärkereinheit 1 nicht gesättigt ist, kann die Platteneinheit schnell von der Schreiboperation zu der Leseoperation übergehen.
Auf diese Weise wird die Verstärkereinheit in dem Transimpedanzverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung, die z. B. in einer magneto-optischen Platteneinheit installiert ist, selbst dann nicht gesättigt, falls ein großer Strom der Verstärkereinheit zugeführt wird, so daß die Platteneinheit schnell von einem Schreibmodus in einen Lesemodus wechseln kann und Signale von hochdichten Platten mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann.
Transimpedanzverstärker, die auf dem Prinzip der vorliegenden Erfindung beruhen, werden in Verbindung mit den Fig. 3 bis 11 beschrieben.
Die Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, welches einen Transimpedanzverstärker gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Dieser Transimpedanzverstärker ist, z. B., in einer magneto-optischen Platteneinheit der Fig. 1 eingebaut. Der Einfachheit der Erklärung halber ist nur eine der beiden Photodioden der Platteneinheit in den Fig. 3 bis 11 gezeigt. Dieselben Bezugszeichen wie diejenigen, die in Fig. 2 verwendet werden, bilden Teile der Fig. 3 bis 11.
Die Photodiode 10 in Fig. 3 erzeugt einen Eingangsstrom Ii ansprechend auf Licht, welches auf die Photodiode 10 auftrifft. Die Photodiode 10 hat eine Grenzschichtkapazität von etwa einigen Pikofarad.
Eine Verstärkereinheit 1 hat ein Transistorelement, das mit dem Eingangsanschluß IN verbunden ist, und zwei Transistorelemente bilden eine Darlington-Schaltung, die mit einem Ausgangsanschluß OUT verbunden ist. Diese Transistorelemente sind mit den Widerständen 14, 15 und 16 verbunden, welche geeignete Widerstandswerte haben. Die Transistorelemente können ein emittergeerdeter bipolarer Transistor 11 und Emitterfolge-Bipolar-Transistoren 12 und 13 sein, die eine Darlington- Schaltung bilden.
Ein Rückkopplungswiderstand 30 ist zwischen dem Ausgangsanschluß OUT und dem Eingangsanschluß IN der Verstärkereinheit 1 angeschlossen. Der Widerstand des Rückkopplungswiderstandes 30 ist in geeigneter Weise so ausgewählt, daß eine Ausgangsspannung Vo von erforderlichem Pegel ansprechend auf einen Eingangsstrom Ii zu der Verstärkereinheit 1 vorgesehen wird.
Teil P ist charakteristisch für die vorliegende Erfindung. Der Teil P enthält ein Diodenelement, das mit entgegengesetzten Enden des Rückkopplungswiderstandes 30 verbunden ist. Das Diodenelement klammert eine Spannung, die den Enden des Rückkopplungstransistors 30 zugeführt wird, um zu verhindern, daß das Basispotential des bipolaren Transistors 11 der Verstärkereinheit 1 abfällt, und um zu verhindern, daß ein bipolarer Transistor 51 des Stromabsorptionsmittels 5 gesättigt wird. Das Diodenelement kann eine pn-Grenzschicht-Diode 20 sein.
Der Teil P enthält auch ein erstes Transistorelement, das mit dem Eingangsanschluß IN (invertierender Eingangsanschluß (-)) der Verstärkereinheit 1 verbunden ist. Das erste Transistorelement kann ein bipolarer Transistor 51 sein, der einen großen Strom Ia absorbiert, der von der Klammerdiode 20 und der Photodiode 10 zugeführt wird. Der Teil P enthält ferner ein zweites Transistorelement und eine Konstantstromquelle 53. Das zweite Transistorelement arbeitet mit dem ersten Transistorelement zusammen, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden. Die Konstantstromquelle 53 liefert einen vorbestimmten konstanten Strom an das zweite Transistorelement. Das zweite Transistorelement kann ein bipolarer Transistor 52 sein.
Der Teil P der vorliegenden Erfindung enthält ferner einen Umschalter 40, welcher ein analoger Schalter sein kann, der zwischen der Konstantstromquelle 53 und dem zweiten Transistorelement angeordnet ist. Der Umschalter (im folgenden auch als "Schalter" abgekürzt) 40 wird ansprechend auf ein Steuersignal Vs, welches durch eine externe Steuereinheit 45, die ein Mikroprozessor sein kann, vorgesehen wird, EIN und AUS geschaltet.
Wenn der Schalter 40 auf EIN geschaltet ist, wird dem zweiten bipolaren Transistor 52 ein konstanter Strom zugeführt, so daß der erste bipolare Transistor 51 der Stromspiegelschaltung den großen Strom Ia vollständig absorbieren kann. Wenn der Schalter 40 auf AUS geschaltet wird, werden der erste Transistor 51 und der zweite Transistor 52 deaktiviert.
Um den großen Eingangsstrom Ia sicher zu absorbieren, ist es vorzuziehen, daß der Strom Ib, welcher von der Konstantstromquelle 53 dem zweiten Transistor zugeführt wird, wenn der Schalter 40 auf EIN steht, größer ist als der Strom Ia, der von dem ersten Transistor 51 zu absorbieren ist.
Der Betrieb des Teils P der vorliegenden Erfindung wird jetzt anhand der Fig. 4 bis 7 beschrieben.
Die Fig. 4 erklärt Schreib- und Leseoperationen der Schaltung 3 ohne das Teil P, und Fig. 5 erklärt Schreib- und Leseoperationen der Schaltung 3 mit dem Teil P. Die Fig. 6 ist ein Schaltungsdiagramm, welches die Schreiboperation des Teils P der vorliegenden Erfindung erklärt. Die Fig. 7 erklärt die Schreiboperation, bei der die Photodiode der Fig. 6 durch eine äquivalente kapazitive Komponente ersetzt ist.
Bezugnehmend auf Fig. 4, empfängt die Photodiode 10 ( Fig. 3) starkes Licht um Daten auf eine magneto-optische Platte zu schreiben oder von dieser zu löschen und liefert an den Eingangsanschluß der Verstärkereinheit 1 einen starken Strom von z. B. einigen hundert Mikroampere. Falls der bipolare Transistor 11 der Verstärkereinheit 1 aufgrund eines großen Eingangsstroms gesättigt ist, fällt die Spannung Vo der Verstärkereinheit 1 quer über den Rückkopplungswiderstand 30 ab. Dann arbeitet die Verstärkereinheit 1 fehlerhaft, um die Kollektorspannung des bipolaren Transistors 30 auf der Ausgangsseite abfallen zu lassen (zu reduzieren) und den Transistor 13 zu sättigen. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, fällt die Ausgangsspannung Vo, die einer Basisemitterspannung VBE des aktiven bipolaren Transistors entspricht, von etwa 0,7 V auf eine Sättigungsspannung von 0,3 V oder darunter ab. Falls die bipolaren Transistoren 11 und 13 tief gesättigt sind, werden sie selbst dann noch gesättigt sein, wenn von der Schreiboperation zu einer Lese- oder Verifizierungsoperation umgeschaltet wird. Es braucht nämlich einige hundert Nanosekunden oder länger, um die normalen Funktionen der gesättigten Transistoren wiederherzustellen. Falls die Transistoren gesättigt sind, ist es unmöglich, die Leseoperation innerhalb einer spezifizierten Leseperiode zu vollenden.
Der Teil P der Fig. 3 der vorliegenden Erfindung löst diese Probleme und startet nach einer Schreiboperation schnell eine Leseoperation, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Der erste bipolare Transistor 51 absorbiert einen großen Schreibstrom Iiw = Ia, der ansprechend auf während der Leseoperation von der Platte reflektiertes Licht erzeugt wird. Der bipolare Transistor 52 arbeitet mit dem ersten Transistor zusammen, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden. Die Konstantstromquelle 53 liefert den vorbestimmten konstanten Strom Ib an den zweiten Transistor 52. Um die Stromspiegelschaltung sicher zu betreiben, ist der zweite Transistor 52 mit einem Treibertransistor 54 und einem Treiber (d. h. einer Energiequelle zum Treiben des Transistors 54) 55 vorgesehen, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Wie oben beschrieben ist der Strom Ib so eingestellt, daß er höher ist als der Schreibstrom Iiw.
Wenn der Schalter 40 in Fig. 6 während einer Schreiboperation auf EIN geschaltet ist, fällt das Basispotential des bipolaren Transistors 11 der Verstärkereinheit 1, d. h. die Eingangsspannung an dem Eingangsanschluß IN der Verstärkereinheit 1, von etwa 0,7 V auf 0,3 V. Wenn von der Schreiboperation in die Leseoperation gewechselt wird, ist die Spannung an dem Eingangsanschluß IN der Verstärkereinheit 0,3 V oder darunter. Die Verstärkereinheit 1 erfüllt die Leseoperation nur, wenn das Basispotential des bipolaren Transistors 11 auf etwa 0,7 V erhöht wird.
Während der Schreiboperation trifft Licht auf die Photodiode 10 auf, und die äquivalente kapazitive Komponente 10c von z. B. 4 bis 8 Pikofarad, welche der Grenzschichtkapazität der Photodiode 10 entspricht, empfängt einen sehr schwachen Lesestrom Iir von 100 Nanoampere bis zu mehreren Mikroampere an dem Eingangsanschluß IN der Verstärkereinheit 1, wie es in Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Infolgedessen wird der Grenzschichtkondensator 10c aufgeladen, um das Basispotential des bipolaren Transistors 11 auf etwa 0,7 V zu vergrößern.
Direkt nach Vollendung einer Schreiboperation ist der Basisstrom des bipolaren Transistors 11 zu klein, um das äquivalente kapazitive Element (d. h. den Grenzschichtkondensator) 10c aufzuladen, so daß es eine lange Zeit dauert, um nach der Schreiboperation die Leseoperation zu starten.
Dementsprechend fügt die vorliegende Erfindung das Diodenelement hinzu, d. h. die pn-Grenzschicht-Diode 20, um das Basispotential des bipolaren Transistors 11 zu klammern, und der Schalter 40 wird während einer Schreiboperation auf EIN geschaltet.
Infolgedessen wechselt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schnell von einem Schreibmodus in einen Lesemodus, ohne Verzögerung, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Die bipolaren Transistoren 11 und 13 sind für eine Leseoperation bereit, sobald eine Schreiboperation vollendet ist.
In dem unteren Teil der Fig. 5 ist der Schalter 40 nur während einer Schreiboperation auf EIN geschaltet, auf welche eine Lese- oder Verifizierungsoperation folgt. Üblicherweise fluktuiert ein Schreibstrom, so daß der von der Konstantstromquelle 53 zugeführte Strom gleich oder größer eingestellt wird als ein maximaler Strom, der während der Schreiboperation dem Eingangsanschluß der Verstärkereinheit 1 zugeführt wird, um den Schreibstrom selbst dann vollständig zu absorbieren, wenn er ein Maximum erreicht.
Die Fig. 8 ist ein Schaltungsdiagramm, welches einen Transimpedanzverstärker gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, welcher in einer magneto-optischen Platteneinheit installiert ist.
Die zweite Ausführungsform der Fig. 8 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Fig. 3 darin, daß sie einen bipolaren Transistor verwendet, dessen Basis und Kollektor miteinander kurzgeschlossen sind, um das Basispotential des bipolaren Transistors 11 der Verstärkereinheit 1 zu klammern. Die anderen Teile der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
Die zweite Ausführungsform verwendet bipolare Transistoren nicht nur für die Verstärkereinheit 1 und die Stromspiegelschaltung, sondern auch für die Klammerdiode, um den Herstellungsprozeß zu vereinfachen.
Die Fig. 9 ist ein Schaltungsdiagramm, welches einen Transimpedanzverstärker gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die in einer magneto- optischen Platteneinheit installiert ist.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und der zweiten Ausführungsform dadurch, daß sie einen Feldeffekttransistor 24 verwendet, der ein MOS-Feldeffekttransistor sein kann (im folgenden MOS-Transistor bezeichnet), oder ein Grenzschicht-Feldeffekttransistor. Gate und Drain des Transistors 24 sind miteinander kurzgeschlossen, um das Basispotential des bipolaren Transistors 11 der Verstärkereinheit 1 zu klammern. Die anderen Teile der dritten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
Der MOS-Transistor ist deshalb vorteilhaft, weil seine Schwellenwertspannung Vth über ein Rückwärtsgate (d. h. ein Gate des MOS-Transistors, das mit dem Verstärker 1 in Rückwärtsrichtung verbunden ist) einstellbar ist. Darüber hinaus treten bei dem MOS-Transistor im allgemeinen geringere Spannungsfluktuationen als bei einem bipolaren Transistor auf, wodurch der Entwurf des Transimpedanzverstärkers leichter wird.
Fig. 10 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Transimpedanzverstärkers gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in einer magneto-optischen Platteneinheit installiert ist.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß sie eine Verstärkereinheit 1 verwendet, die aus einem bipolaren Transistor 11m und zwei MOS-Transistoren 12m und 13m besteht, und eine Stromspiegelschaltung, die aus MOS-Transistoren 51m und 52m besteht. Die anderen Teile der vierten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
Die vierte Ausführungsform verbraucht weniger elektrische Leistung wegen der MOS-Transistoren.
Die Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm, welches einen Transimpedanzverstärker gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, die in einer magneto- optischen Einheit installiert ist.
Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, daß sie eine Verstärkereinheit 1 verwendet, deren Eingangstransistor ein Grenzschichttyp-Feldeffekttransistor 11j ist. Die anderen Teile der fünften Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen der vierten Ausführungsform.
Der Grenzschichttyp-Feldeffekttransistor erzeugt weniger Rauschen. Da Rauschen ernsthafte Probleme insbesondere bei dem Eingang der Verstärkereinheit 1 verursacht, verwendet die fünfte Ausführungsform den Grenzschichttyp-Feldeffekttransistor an dem Eingang der Verstärkereinheit 1. Diese Ausführungsform kann Signale mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten.
Die verschiedenen Schaltungselemente, die für besondere Teile der Transimpedanzverstärker der obigen Ausführungsformen verwendet werden, können kombiniert werden, um dadurch andere Transimpedanzverstärker zu bilden.
Die Transimpedanzverstärker der obigen Ausführungsformen verwenden npn-Bipolartransistoren, n-Kanal-MOS-Transistoren und Grenzschichttyp-n-Kanal-Feldeffekttransistoren. Es ist möglich, pnp-Transistoren, p-Kanal-Transistoren und Schottky- Transistoren zu verwenden, um Transimpedanzverstärker zu bilden.
Wie oben beschrieben, ist ein Transimpedanzverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung z. B. in einer magneto- optischen Platteneinheit installiert. Der Transimpedanzverstärker verwendet eine Verstärkereinheit, Dioden- und Transistorelemente um eine Sättigung der Verstärkereinheit zu verhindern, wenn der Verstärkereinheit ein großer Strom zugeführt wird, so daß die Platteneinheit nach einer Schreiboperation schnell in eine Leseoperation wechseln und Schreib- und Lesesignale auf hochdichten magneto-optischen Platten mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung reicht ein einzelnes Diodenelement aus, um eine Sättigung des Verstärkers zu verhindern, und deshalb ist der Aufbau eines Transimpedanzverstärkers gemäß der vorliegenden Erfindung sehr einfach.

Claims

1. Transimpedanzverstärker mit einer Verstärkereinheit (1) und einem Rückkopplungswiderstand (3), der zwischen dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit (1) angeordnet ist, zum Verstärken und Konvertieren eines Eingangsstromes in eine Eingangsspannung von vorbestimmtem Pegel, so daß der Transimpedanzverstärker umfaßt:

ein Klammermittel (2), das mit entgegengesetzten Enden des Rückkopplungswiderstandes (3) verbunden ist, um eine Spannung zu klammern, die an den Enden des Rückkopplungswiderstandes (3) aufgebracht wird, und um eine Sättigung der Verstärkereinheit (1) zu verhindern,

einem Stromabsorptionsmittel (5), das auf der Eingangsseite der Verstärkereinheit (1) angeordnet ist, um einen großen Eingangsstrom zu absorbieren,

einem Umschaltmittel (4), zum Aktivieren oder Deaktivieren des Stromabsorptionsmittels (5) in Übereinstimmung mit einem äußeren Steuersignal (Vs), und

dadurch gekennzeichnet, daß der Transimpedanzverstärker eine Konstantstromschaltung umfaßt, die den Eingangsstrom bestimmt, der von dem Stromabsorptionsmittel absorbiert werden kann.

2. Verfahren zur Verwendung eines Transimpedanzverstärkers mit einer Verstärkereinheit (1) und einem Rückkopplungswiderstand (3), der zwischen dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit (1) angeordnet ist, zum Verstärken und Konvertieren eines Eingangsstromes in eine Ausgangsspannung von vorbestimmtem Pegel, wobei der Transimpedanzverstärker umfaßt:

ein Spannungsklammermittel (2), das mit entgegengesetzten Enden des Rückkopplungswiderstandes (3) verbunden ist, um eine Spannung zu klammern, die auf die Enden des Rückkopplungswiderstandes (3) aufgebracht wird, und um eine Sättigung der Verstärkereinheit (1) zu verhindern,

einem Stromabsorptionsmittel (5), das auf der Eingangsseite der Verstärkereinheit (1) angeordnet ist, um einen großen Eingangsstrom zu absorbieren, der durch eine Konstantstromschaltung bestimmt wird, und

ein Umschaltmittel (4) zum Aktiveren oder Deaktivieren des Stromabsorptionsmittels (5) in Übereinstimmung mit einem äußeren Steuersignal (Vs),

wodurch das Stromabsorptionsmittel (5) aktiviert wird, wenn Daten auf eine Platte geschrieben werden.

3. Magneto-optische Plattenlaufwerkschaltung mit einem Transimpedanzverstärker, der eine Verstärkereinheit (1) und einen Rückkopplungswiderstand (3) hat, der zwischen dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit (1) angeordnet ist, zum Verstärken und Konvertieren eines Eingangsstromes in eine Ausgangsspannung von vorbestimmtem Pegel, dadurch gekennzeichnet, daß der Transimpedanzverstärker umfaßt:

Spannungsklammermittel (2), die mit entgegengesetzten Enden des Rückkopplungswiderstandes (3) verbunden sind, um eine Spannung zu klammern, die den Enden des Rückkopplungswiderstandes (3) zugeführt wird, und um eine Sättigung der Verstärkereinheit (1) zu verhindern,

einem Stromabsorptionsmittel (5), das an der Eingangsseite der Verstärkereinheit vorgesehen ist, zum Absorbieren eines großen Eingangsstromes, der durch eine Konstantstromschaltung bestimmt wird, und

einem Umschaltmittel (4) zum Aktivieren oder Deaktivieren des Stromabsorptionsmittels (5) entsprechend einem äußeren Steuersignal (Vs),

wobei das Stromabsorptionsmittel (5) durch das Umschaltmittel (4) aktiviert wird, wenn ein großer Eingangsstrom produziert wird, wenn Daten auf die magneto-optische Platte geschrieben werden.

4. Transimpedanzverstärker mit einer Verstärkereinheit (1) und einem Rückkopplungswiderstand (30), der zwischen dem Ausgangsende und dem Eingangsende der Verstärkereinheit (1) angeordnet ist, zum Verstärken und Konvertieren eines Eingangsstromes in eine Ausgangsspannung von vorbestimmtem Pegel, mit

einem Diodenelement, das mit entgegengesetzten Enden des Rückkopplungswiderstandes (30) verbunden ist, um eine Spannung zu klammern, die auf die Enden des Rückkopplungswiderstandes (30) aufgebracht wird, und um eine Sättigung der Verstärkereinheit (1) zu verhindern,

einem ersten Transistorelement, das mit dem Eingangsende der Verstärkereinheit (1) verbunden ist, um einen beliebigen großen Eingangsstrom zu absorbieren, der der Verstärkereinheit (1) zugeführt wird,

gekennzeichnet durch

ein zweites Transistorelement, das mit dem ersten Transistorelement zusammenarbeitet, um eine Stromspiegelschaltung zu bilden,

eine Konstantstromquelle (53), um einen vorbestimmten Konstantstrom an das zweite Transistorelement zu liefern, und einen Umschalter (40), der zwischen der Konstantstromquelle (53) und dem zweiten Transistorelement angeordnet ist und ansprechend auf ein externes Steuersignal (Vs) auf EIN und AUS geschaltet wird,

wobei der Umschalter (40) auf EIN geschaltet wird, um den Konstantstrom an das zweite Transistorelement zu liefern, so daß das erste Transistorelement der Stromspiegelschaltung einen beliebigen großen Eingangsstrom vollständig absorbieren kann,

und wobei der Umschalter (40) auf AUS geschaltet wird, um das erste und zweite Transistorelement zu deaktivieren.

5. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem der Umschalter (40) auf EIN geschaltet wird, wenn Daten auf eine magneto-optische Platte geschrieben werden, und auf AUS geschaltet wird, wenn Daten aus der magneto-optischen Platte ausgelesen werden.

6. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem der Strom, der von der Konstantstromquelle (53) an das zweite Transistorelement geliefert wird, wenn der Umschalter (40) auf EIN steht, gleich oder größer als ein großer Eingangsstrom ist, der von dem ersten Transistorelement zu absorbieren ist.

7. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, beidem das Diodenelement eine pn-Grenzschicht-Diode ist.

8. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das Diodenelement ein bipolarer Transistor ist, dessen Basis und Kollektor miteinander kurzgeschlossen sind.

9. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das Diodenelement ein MOS-Transistor ist, dessen Gate und Drain miteinander kurzgeschlossen sind.

10. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das erste und zweite Transistorelement jeweils ein biopolarer Transistor ist.

11. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das erste und das zweite Transistorelement jeweils ein MOS- Transistor ist.

12. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das Diodenelement eine pn-Grenzschicht-Diode ist und das erste und das zweite Transistorelement jeweils ein bipolarer Transistor ist.

13. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das Diodenelement ein bipolarer Transistor ist, dessen Basis und Kollektor miteinander kurzgeschlossen sind, und das erste und das zweite Transistorelement jeweils ein bipolarer Transistor ist.

14. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das Diodenelement ein MOS-Transistor ist, dessen Gate und Drain miteinander kurzgeschlossen sind, und das erste und das zweite Transistorelement jeweils ein bipolarer Transistor ist.

15. Transimpedanzverstärker nach Anspruch 4, bei dem das Diodenelement eine pn-Grenzschicht-Diode ist, und das erste und das zweite Transistorelement jeweils ein MOS- Transistor ist.