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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein fotoelektrisches Umwandlungsmodul zum Umwandeln eines optischen
Signals in ein elektrisches Signal, und insbesondere ein fotoelektrisches
Umwandlungsmodul, das an einem optischen Modul als Sende/Empfangs-Vorrichtung
für ein
optisches Kommunikationssystem angebracht werden kann, oder ähnliches.
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US-A-4 626 678 beschreibt eine fotoelektrische
Umwandlungsschaltung mit einer Fotodiode, die ihre Kathode an einem
Leistungsversorgungsanschluss angeschlossen hat, und einem Kondensator, der
eine Elektrode an die Fotodioden-Kathode angeschlossen hat und der
einen Kapazitätswert
gleich demjenigen der Fotodiode hat.
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Als herkömmliches fotoelektrisches Umwandlungsmodul
von diesem Typ gibt es ein fotoelektrisches Umwandlungsmodul, bei
welchem eine Fotodiode (PD) als Lichtempfangselement und ein Vorverstärker zum
Verstärken
einer elektrischen Ausgabe von dieser Fotodiode an einem TO-Paket
angebracht sind. Eine Ausgabe von diesem fotoelektrischen Umwandlungsmodul,
d. h. eine Ausgabe (ein verstärktes
elektrisches Signal) von diesem Vorverstärker, wird mit einer festen
Vorspannung durch einen externen Komparator verglichen. Nur eine
Signalkomponente, von welcher eine Rauschkomponente entfernt ist,
wird elektrisch extrahiert.
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Es wird auch Bezug genommen auf
JP 63 250928 A ,
EP-A-0 184 747 und DE-A-34
09 146.
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Gemäß der Erfindung ist ein fotoelektrisches Umwandlungsmodul
geschaffen, das folgendes aufweist: eine leitende Basis mit einer
ersten Oberfläche,
einer zweiten Oberfläche,
die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt,
und einer Vielzahl von Durchgangslöchern, die sich von der ersten
Oberfläche
zur zweiten Oberfläche
erstrecken; eine Fotodiode, die auf der ersten Oberfläche der
leitenden Basis vorgesehen ist, zum Umwandeln eines optischen Signals in
ein elektrisches Signal, wobei die Fotodiode eine Kathode, die elektrisch
an einen Leistungsversorgungsanschluss angeschlossen ist, um auf
ein vorbestimmtes Potential eingestellt zu werden, und eine Anode
hat; einen ersten Verstärker,
der auf der ersten Oberfläche
der leitenden Basis vorgesehen ist und der einen Eingangsanschluss
hat, der elektrisch an die Anode der Fotodiode angeschlossen ist;
einen Kondensator, der auf der ersten Oberfläche der leitenden Basis vorgesehen
ist und der eine erste Elektrode hat, die elektrisch an die Kathode
der Fotodiode angeschlossen ist, wobei der Kondensator einen Kapazitätswert hat,
der im Wesentlichen gleich der Kapazität der Fotodiode ist; und einen
zweiten Verstärker,
der auf der ersten Oberfläche
der leitenden Basis vorgesehen ist und der denselben Schaltungsaufbau wie
der erste Verstärker
hat, wobei der zweite Verstärker
einen Eingangsanschluss hat, der elektrisch an die zweite Elektrode
des Kondensators angeschlossen ist.
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Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus
der hierin nachfolgend angegebenen detaillierten Beschreibung und
den beigefügten
Zeichnungen verstanden werden, welche nur anhand einer Illustration angegeben
sind und nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend anzusehen
sind.
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Ein weiterer Umfang einer Anwendbarkeit der
vorliegenden Erfindung wird aus der hierin nachfolgend angegebenen
detaillierten Beschreibung offensichtlich werden. Jedoch sollte
es verstanden werden, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische
Beispiele, während
sie bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anzeigen, nur anhand einer Illustration angegeben
sind, da verschiedene Änderungen
und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie
sie in den Ansprüchen definiert
ist, Fachleuten auf dem Gebiet aus dieser detaillierten Beschreibung
offensichtlich sein werden.
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In den Zeichnungen gilt:
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus einer Schaltung
zeigt, die an einem TO-Paket eines fotoelektrischen Umwandlungsmoduls
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angebracht ist;
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel des Aufbaus eines Vorverstärkers (eines ersten
Verstärkers)
und eines Dummy-Vorverstärkers
(eines zweiten Verstärkers)
zeigt, die in 1 gezeigt
sind (der Vorverstärker
und der Dummy-Vorverstärker
haben denselben Schaltungsaufbau);
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3 ist
eine Ansicht, die einen Differentialverstärker zeigt, der elektrisch
an die elektrischen Ausgangsanschlüsse der in 1 gezeigten Schaltung angeschlossen ist;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die den internen Aufbau des fotoelektrischen
Umwandlungsmoduls gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine teilweise geschnittene Ansicht, die den Aufbau des fotoelektrischen
Umwandlungsmoduls gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 zeigt
Ansichten des Aufbaus des TO-Pakets, das auf das in 4 gezeigte fotoelektrische Umwandlungsmodul
angewendet ist, wobei die obere Ansicht eine Draufsicht ist, die
den oberen Teil des TO-Pakets zeigt, und die untere Ansicht eine Schnittansicht
ist, die das TO-Paket entlang der Linie B-B in der oberen Ansicht
zeigt;
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7 ist
eine Schnittansicht, die die Struktur eines äquivalenten Kondensators entlang
der Linie A-A in 4 und
der Linie C-C in 8 zeigt;
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8 ist
eine Draufsicht, die den oberen Teil der Struktur des äquivalenten
Kondensators zeigt;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer Vorspannungsschaltung
zeigt, die auf das fotoelektrische Umwandlungsmodul gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
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10 ist
ein Schaltungsdiagramm, das das Ersatzschaltbild der in 9 gezeigten Vorspannungsschaltung
zeigt;
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11 ist
eine Draufsicht, die ein Tiefpass-RC-Netzwerkfilter mit verteilter
Kapazität
als weiteres Beispiel für
die Vorspannungsschaltung zeigt, die auf das fotoelektrische Umwandlungsmodul
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung angewendet ist; und
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12 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Ersatzschaltbild der in 11 gezeigten Vorspannungsschaltung
zeigt.
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Rauschen, das durch Änderungen
bezüglich einer
Außentemperatur
und durch Schwankungen bei der Leistungsversorgungsspannung verursacht wird,
neigt dazu, einer Ausgabe vom Vorverstärker überlagert zu werden, der an
dem TO-Paket angebracht ist. Gemäß der vorliegenden
Vorrichtung wird zum Entfernen des Einflusses von Rauschen von einem
ausgegebenen elektrischen Signal, das durch den Vorverstärker verstärkt ist,
eine Rauschkompensationsausgabe einschließlich einer Komponente, die
identisch zu der Rauschkomponente ist, gleichzeitig damit erhalten,
dass eine elektrische Ausgabe vom Vorverstärker zugeführt wird. Die erhaltenen zwei
Arten von elektrischen Ausgaben (der Rauschkompensationsausgabe
und der elektrischen Ausgabe vom Vorverstärker) werden zu einem Differentialverstärker eingegeben,
der an der Eingangsseite des Komparators angeordnet ist, um ein
Rauschen auszulöschen,
das der elektrischen Ausgabe vom Vorverstärker überlagert ist. Mit diesem Aufbau
kann nur eine Signalkomponente, von welcher ein Rauschen, das durch Änderungen
bezüglich
der Temperatur und Schwankungen bei der Leistungsversorgungsspannung
verursacht ist, entfernt ist, extrahiert werden. Beim Herstellen
eines fotoelektrischen Umwandlungsmoduls mit einer solchen Rauschkompensationsausgabe
müssen
die Herstellungskosten, die Qualität und ähnliches in ausreichendem Maße in Betracht
gezogen werden, um das fotoelektrische Umwandlungsmodul in der Praxis
anzuwenden.
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Genauer gesagt sind, wie es in den 1 und 4 gezeigt ist, bei einem fotoelektrischen
Umwandlungsmodul gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Schaltungsbestandteilselementen
an einer Paketbasis 10 (TO-Paket) mit einer leitenden Basis 31 angebracht. Diese
leitende Basis 31 hat eine Vielzahl von Durchgangslöchern 32 bis 35,
die sich von einer ersten Oberfläche 31a der
leitenden Basis 31 zu einer zweiten Oberfläche 31b,
die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt,
erstrecken. Eine Fotodiode 1 zum Umwandeln eines optischen
Signals in ein elektrisches Signal mit einer Kathode 1a,
die auf ein vorbestimmtes Potential (VPD)
eingestellt ist, und einer Anode 1b, die elektrisch an
die leitende Basis 31 angeschlossen ist; ein Vorverstärker 4 (ein
erster Verstärker)
mit einem Eingangsanschluss 4a, der elektrisch an die Kathode 1a der
Fotodiode 1 angeschlossen ist; ein äquivalenter Kondensator 5 mit
einer ersten Elektrode 5a, die elektrisch an die Kathode 1a der
Fotodiode 1 angeschlossen ist, wobei der Kondensator 5 einen
Kapazitätswert
im Wesentlichen gleich zu einer Kapazität der Fotodiode 1 hat;
und ein Dummy-Vorverstärker 6 (ein
zweiter Verstärker)
mit demselben Schaltungsaufbau wie demjenigen des Vorverstärkers 4, wobei
der Dummy-Vorverstärker 6 einen
Eingangsanschluss 6a hat, der elektrisch an eine zweite
Elektrode 5b des äquivalenten
Kondensators 5 angeschlossen ist, sind auf der ersten Oberfläche der
leitenden Basis 31 angeordnet.
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Das fotoelektrische Umwandlungsmodul weist
fünf Zuleitungs-Kontaktstifte 36 bis 40 auf,
die sich außerhalb
des Moduls von der zweiten Oberflächenseite der leitenden Basis 31 des
TO-Pakets 10 erstrecken. Insbesondere erstreckt sich der
erste Zuleitungs-Kontaktstift 36 durch das Durchgangsloch 32 der
leitenden Basis 31 von der Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des ersten Zuleitungs-Kontaktstifts 36 ist elektrisch
an einen Ausgangsanschluss 4b des Vorverstärkers 4 angeschlossen.
Der zweite Zuleitungs-Kontaktstift 37 erstreckt sich durch das
Durchgangsloch 33 der leitenden Basis 31 von der
Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des zweiten Zuleitungs-Kontaktstifts 37 ist
elektrisch an einen Ausgangsanschluss 6b des Dummy-Vorverstärkers 6 angeschlossen.
Der dritte Zuleitungs-Kontaktstift 38 erstreckt sich durch
das Durchgangsloch 34 der leitenden Basis 31 von
der Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des dritten Zuleitungs-Kontaktstifts 38 ist
elektrisch an einen Eingangsanschluss 9 mit positiver Spannung des
Vorverstärkers
und des Dummy-Vorverstärkers angeschlossen.
Der vierte Zuleitungs-Kontaktstift 39 erstreckt sich durch
das Durchgangsloch 35 der leitenden Basis 31 von
der Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des vierten Zuleitungs-Kontaktstifts 39 ist
elektrisch an die Kathode 1a der Fotodiode 1 angeschlossen. Der
fünfte
Zuleitungs-Kontaktstift 40 ist in direktem Kontakt mit
der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 und ist geerdet.
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Die ersten bis vierten Zuleitungs-Kontaktstifte
sind in einem gleichen Abstand angeordnet, um den fünften Zuleitungs-Kontaktstift
(Erdungsanschluss) zu umgeben. Ein Abstand bzw. Intervall zwischen
dem fünften
Zuleitungs-Kontaktstift 40 und jedem vom ersten bis zum
vierten Zuleitungs-Kontaktstift 36 bis 39 beträgt 1,27
mm. Das TO-Paket ist vorzugsweise ein TO18-Paket.
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Wie es in den 4 und 7 gezeigt
ist, weist der äquivalente
Kondensator 5 folgendes auf: einen Isolierfilm 62 mit
einer ersten Oberfläche
und einer zweiten Oberfläche,
die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt;
eine gemeinsame Elektrode 36, die auf der ersten Oberfläche des
Isolierfilms 62 angeordnet ist; und eine Vielzahl von isolierten
Elektroden 63a bis 63d, die auf der zweiten Oberfläche des
Isolierfilms 62 angeordnet sind. Wie es in 8 gezeigt ist, sind die isolierten Elektroden 63a bis 63d elektrisch voneinander
isoliert und haben Bereiche, die unterschiedlich voneinander sind.
Es ist zu beachten, dass es vorzuziehen ist, dass der äquivalente
Kondensator 5 ein MIS-Kondensator ist.
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Das fotoelektrische Umwandlungsmodul weist
weiterhin eine Vorspannungsschaltung 2 für die Fotodiode 1 zwischen
der Kathode 1a der Fotodiode 1 und einem Leistungsversorgungsanschluss 3 (dem Leistungsversorgungsanschluss
für die
Diode 1, über einen
Draht bondiert am zweiten Zuleitungs-Kontaktstift 37) auf.
Die Vorspannungsschaltung 2 besteht aus einem RC-Netzwerkfilter.
Insbesondere weist dieses RC-Netzwerkfilter,
wie es in den 1 und 9 gezeigt ist, einen MIM-Kondensator, der
durch einen Isolator 52 mit einer ersten Oberfläche 52b und
einer zweiten Oberfläche 52a,
die der ersten Oberfläche 52b gegenüberliegt,
und Metallfilme 53 und 57, die jeweils auf der
ersten und der zweiten Oberfläche 52b und 52a des
Isolators 52 ausgebildet sind, aufgebaut ist, und einen
Widerstand 56, der auf irgendeiner der ersten und der zweiten
Oberfläche 52b und 52a des
Isolators 52 ausgebildet ist, auf.
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Rauschen, das identisch zu demjenigen
einer Ausgabe von dem Vorverstärker
ist, der an die Fotodiode angeschlossen ist, wird einer Ausgabe
(einer Rauschkompensationsausgabe) von dem Dummy-Vorverstärker überlagert,
dessen Eingangsanschluss an den äquivalenten
Kondensator angeschlossen ist, der einen Kapazitätswert im Wesentlichen gleich
der Kapazität
der Fotodiode hat. Daher kann ein Signal, von welchem das Rauschen
vollständig
entfernt ist, durch einen Differentialverstärker erhalten werden, der an
den Eingang eines externen Komparators angeschlossen ist.
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Ein fotoelektrisches Umwandlungsmodul
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 12 beschrieben. 1 zeigt eine Schaltung, die an einem
TO-Paket (einer Paketbasis) des fotoelektrischen Umwandlungsmoduls
angebracht ist. Bei dieser Schaltung ist eine Kathode 1a einer
Fotodiode 1 als Lichtempfangselement an einen Eingangsanschluss 3 einer
Fotodioden-Leistungsversorgung
VPD über
eine Vorspannungsschaltung 2 angeschlossen. Die Vorspannungsschaltung 2 besteht
aus einem RC-Netzwerkfilter, das durch einen Widerstand und einen
Kondensator gebildet ist. Eine Anode 1b der Fotodiode 1 ist
an einen Eingangsanschluss 4a eines Vorverstärkers 4 (eines
ersten Verstärkers)
angeschlossen. Ein Kondensator 5 ist ein äquivalenter Kondensator
mit einem Kapazitätswert
gleich der Kapazität
der Fotodiode 1. Eine Elektrode 5a des Kondensators 5 ist
an die Kathode 1a der Fotodiode 1 angeschlossen,
und die andere Elektrode 5b ist an einen Eingangsanschluss 6a eines
Vorverstärkers 6 angeschlossen.
Obwohl der Vorverstärker 6 denselben
Aufbau wie denjenigen des Vorverstärkers 4 hat, verstärkt der Vorverstärker 6 eine
Signalkomponente nicht. Aus diesem Grund wird der Vorverstärker 6 Dummy-Vorverstärker genannt.
Ausgangsanschlüsse 4b und 6b des
Vorverstärkers 4 und
des Dummy-Vorverstärkers 6 sind
an jeweils einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss 7 und 8 angeschlossen.
Der Vorverstärker 4 und
der Dummy-Vorverstärker 6 werden
durch eine Leistungsversorgung VCC betrieben,
die unterschiedlich von der Leistungsversorgung der Fotodiode ist.
Ein Leistungsversorgungsanschluss 9 dient als Eingangsanschluss
der Leistungsversorgung VCC.
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2 zeigt
einen allgemeinen Schaltungsaufbau des Vorverstärkers 4. Der Dummy-Vorverstärker 6 hat
denselben Aufbau. Der Grund besteht darin, dass der Dummy-Vorverstärker 6 nicht
als Vorverstärker
verwendet wird, sondern der Dummy-Vorverstärker 6 denselben Ausgangs-Arbeitspunkt
wie denjenigen des Vorverstärkers 4 erhält. Ausgaben von
den zwei Verstärkern
mit demselben Schaltungsaufbau werden als zwei Eingaben (Vin1 und Vin2) zu
einem externen Differentialverstärker 600 zugeführt. Mit
diesem Aufbau kann eine Gleichtaktkomponente von differentiellen
Eingaben ungeachtet von Schwankungen bei der Leistungsversorgung
eliminiert werden (3).
In 2 bezeichnet ein
Bezugszeichen 401 einen FET (Feldeffekttransistor) und
bezeichnet ein Bezugszeichen 402 eine Pegelverschiebungsdiode.
Weiterhin bezeichnen in dieser Figur Bezugszeichen Z1–Z4 eine
Impedanz der Schaltung.
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In 3 ist
zu beachten, dass zwei Ausgaben (VOUT1 und
VOUT2) vom Differentialverstärker 600 zu
einem Komparator eingegeben werden, der an den Ausgang des Differentialverstärkers 600 angeschlossen
ist. Nur eine Signalkomponente wird extrahiert. Der Aufbau einer
externen Schaltung, die den Differentialverstärker und den Komparator enthält, ist wohlbekannt.
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Wie es in 4 gezeigt ist, ist die Schaltung mit
dem obigen Aufbau vollständig
an einem TO-Paket 10 angebracht. Die resultierende Struktur
bildet ein fotoelektrisches Umwandlungsmodul, wie es in 5 gezeigt ist. Dieses TO-Paket 10 hat
eine TO18-Struktur eines TO-Paketstandards. Wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, sind vier Öffnungen 32 bis 35 an
einem Elementen-Anbringteil einer plattenartigen bzw. scheibenartigen
leitenden Basis 31 ausgebildet. Zuleitungs-Kontaktstifte 36 bis 39 sind
jeweils in den Öffnungen 32 bis 35 eingepasst
und fixiert, während
sie von der Basisplatte 31 isoliert sind. Das TO-Paket
ist mit Glas 41 gefüllt.
Die ersten bis vierten Zuleitungs-Kontaktstifte 36 bis 39 sind
an der Basisplatte 31 des TO-Pakets durch dieses Glas 41 fixiert
und von dieser isoliert. Ein fünfter
Zuleitungs-Kontaktstift 40 ist am zentralen Teil der zweiten Oberfläche 31b des
Elementen-Anbringteils durch Schweißen fixiert. Der Zuleitungs-Kontaktstift 40 ist von
den Zuleitungs-Kontaktstiften 36 bis 39 umgeben,
die in einem gleichen Intervall bzw. Abstand angeordnet sind. Eine äußere Zuleitungslänge L von
jedem der Zuleitungs-Kontaktstifte 36 bis 40 beträgt 1,5 mm.
Ein Abstand P zwischen dem zentralen Zuleitungs-Kontaktstift 40 und jedem der übrigen Zuleitungs-Kontaktstifte 36 bis 39 beträgt 1,27
mm. Mit diesem Aufbau können
die Zuleitungs-Kontaktstifte auf einfache Weise auf einer Leiterplatte
angebracht werden, und ein kommerziell verfügbarer Anschlussstücksockel
kann verwendet werden, um dadurch einen Treibertest auf einfache
Weise durchzuführen.
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Wie es in 4 gezeigt ist, erstreckt sich der erste
Zuleitungs-Kontaktstift 36 durch
das Durchgangsloch 32 der leitenden Basis 31 von
der Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des ersten Zuleitungs-Kontaktstifts 36 ist
am Anschluss 7 bondiert, um eine Ausgabe vom Vorverstärker 4 über einen
Draht zu erhalten (ein Bezugszeichen w bezeichnet in 4 einen Draht). Der zweite
Zuleitungs-Kontaktstift 37 erstreckt sich durch das Durchgangsloch 33 der
leitenden Basis 31 von der Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des zweiten Zuleitungs-Kontaktstifts 37 ist
zum Erhalten einer Ausgabe vom Dummy-Verstärker 6 über einen Draht
an dem Anschluss 8 bondiert. Der dritte Zuleitungs-Kontaktstift 38 erstreckt
sich durch das Durchgangsloch 34 der leitenden Basis 31 von
der Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des dritten Zuleitungs-Kontaktstifts 38 ist über einen
Draht mit einem Eingangsanschluss 9 mit positiver Spannung
zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung (Vcc)
an den Vorverstärker 4 und
den Dummy-Vorverstärker 6 bondiert. Der
vierte Zuleitungs-Kontaktstift 39 erstreckt sich durch
das Durchgangsloch 35 der leitenden Basis 31 von
der Seite der zweiten Oberfläche 31b der
leitenden Basis 31 aus zu der Seite der ersten Oberfläche 31a,
ohne in Kontakt mit der leitenden Basis 31 gebracht zu
werden. Das distale Ende des vierten Zuleitungs-Kontaktstifts 39 ist über einen
Draht mit dem Leistungsversorgungsanschluss 3 zum Anlegen
einer vorbestimmten Spannung (VPD) an die
Kathode 1a der Fotodiode 1 bondiert. Der fünfte Zuleitungs-Kontaktstift 40 ist
in direktem Kontakt mit der zweiten Oberfläche 31b der leitenden
Basis 31 und ist geerdet.
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Wie es in 4 gezeigt ist, sind eine funktionelle
Leiterplatte 52, auf welcher die Fotodiode 1 und der äquivalente
Kondensator 5 angebracht sind, und ein IC-Chip 50 mit
dem Vorverstärker 4 und
dem Dummy-Vorverstärker 6 an
den Elementen-Anbringteil der leitenden Basis 31 gelötet. Die
funktionelle Leiterplatte 52 ist eine isolierende Leiterplatte.
Ein dicker oder dünner
Metallfilm 57 ist vollständig auf einer zweiten Oberfläche 52a der
funktionellen Leiterplatte 52 ausgebildet, wie es in 9 gezeigt ist. Gleichermaßen sind
dicke oder dünne
Metallfilme 53, 54 und 55 in drei unterteilten
Bereichen auf einer ersten Oberfläche 52b der funktionellen
Leiterplatte 52 ausgebildet.
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Eine mäanderförmiger Widerstand 56 ist
zwischen den Metallfilmen 53 und 54 durch Drucken oder ähnliches
ausgebildet (4 und 9). Der Widerstand 56 und
ein Kondensator, der durch die Metallfilme 53 und 54 und
den Metallfilm (bei diesem Ausführungsbeispiel
die Basisplatte 31) auf der zweiten Oberfläche gebildet
ist, bilden die Vorspannungsschaltung oder das RC-Netzwerkfilter 2,
das in 1 gezeigt ist.
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Die Kathode 1a der Fotodiode 1 und
eine Elektrode 5a des äquivalenten
Kondensators 5 sind an den zentralen Metallfilm 54 gelötet. Der äquivalente
Kondensator 5 ist ein MIS-(Metall-Isolator-Halbleiter)-Kondensatorchip
mit selektiver Kompensationskapazität. 7 zeigt die Schnittstruktur des äquivalenten
Kondensators 5. Es ist zu beachten, dass 7 eine Schnittansicht des Kondensators 5 entlang
der Linie A-A in 4 und
der Linie C-C in 8 ist.
Wie es aus 7 offensichtlich
ist, ist ein Isolierfilm 62, der z. B. aus SiO2 besteht,
auf einem stark dotierten n- oder
p-Typ-Halbleitersubstrat 61 ausgebildet. Vier Metallelektroden 63a bis 63d sind
auf dem Isolierfilm 62 ausgebildet (es ist zu beachten, dass
nur die Metallelektroden 63a und 63b in 7 dargestellt sind). Wie
es in 8 gezeigt ist,
haben die vier Metallelektroden 63a bis 63d unterschiedliche
Bereiche, so dass ein unterschiedlicher Kapazitätswert durch abwechselndes
Auswählen
von irgendeiner der vier Metallelektroden 63a bis 63d ausgewählt werden
kann.
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Das TO-Paket 10 mit einem
solchen Aufbau ist mit einer Haube 100 abgedeckt, die eine
Kondensorlinse 101 aufweist, um das fotoelektrische Umwandlungsmodul
dieses Ausführungsbeispiels
zu vervollständigen
(5). Signallicht, das
von der Außenseite
der Haube 100 einfällt,
wird durch die Kondensorlinse 101 kondensiert und erreicht
die Lichtempfangsoberfläche
der Fotodiode 1. Das optische Signal wird in ein elektrisches
Signal umgewandelt und zum Vorverstärker 4 eingegeben,
der auf den IC-Chip 50 ausgebildet ist. Ein Ausgangssignal
vom Vorverstärker 4 wird
vom Zuleitungs-Kontaktstift 36 extrahiert. Die Leistungsversorgungsspannung
VPD wird über die Vorspannungsschaltung 2 an
den äquivalenten
Kondensator 5 und die Fotodiode 1 angelegt. Der
Dummy-Vorverstärker 6 mit
demselben Schaltungsaufbau wie demjenigen des Vorverstärkers 4 ist
auf einem einzigen Chip ausgebildet (siehe 2). Daher wird ein Kompensationssignal
mit DC- und Rauschkomponenten,
die identisch zu denjenigen des Ausgangssignals vom Vorverstärker 4 sind, vom
Zuleitungs-Kontaktstift 37 extrahiert, der elektrisch an
den Ausgangsanschluss 6b des Dummy-Vorverstärkers 6 angeschlossen
ist. Der nächste differentielle
Eingangsverstärker 600 ( 3) löscht das Ausgangssignal vom
Zuleitungs-Kontaktstift 36 mit dem Rauschkompensationssignal
vom Zuleitungs-Kontaktstift 37, um das im Ausgangssignal vom
Vorverstärker 4 enthaltene
Rauschen vollständig
zu entfernen.
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Es ist zu beachten, dass es technisch
derart angesehen werden kann, dass eine Dummy-Fotodiode mit derselben
Struktur wie derjenigen der Fotodiode 1 anstelle des äquivalenten
Kondensators 5 verwendet wird, jedoch bildet dies keinen
Teil der vorliegenden Erfindung. Die Dummy-Fotodiode ist jedoch teuer.
Es kann auch derart angesehen werden, dass der Eingangsanschluss
des Dummy-Vorverstärkers 6 ohne
Verwenden des äquivalenten
Kondensators 5 freigegeben wird, jedoch bildet dies keinen
Teil der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall kann jedoch ein
Gleichgewicht im RF-Bereich verloren werden.
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Der äquivalente Kondensator 5 dieses
Ausführungsbeispiels
ist ein kapazitätsselektiver MIS-Kondensator,
dessen Kapazität
aus vier Kapazitätswerten
ausgewählt
werden kann, wie es oben beschrieben ist. Dieser Kondensator ist
angenehm, weil der nächste
Kapazitätswert
zu demjenigen der Fotodiode 1 für diesen Kondensator beim Anbringen
ausgewählt
werden kann, selbst wenn die Fotodioden 1 Herstellungsschwankungen
aufweisen. Alternativ dazu kann selbstverständlich ein allgemeiner MIS-Kondensator anstelle
des kapazitätsselektiven MIS-Kondensators
verwendet werden. Weiterhin kann ein MIM-(Metall-Isolator-Metall)-Kondensator anstelle
des MIS-Kondensators verwendet werden. Ein Kondensator auf einem
Chip kann auf dem IC-Chip 50 angeordnet und als der äquivalente
Kondensator 5 definiert werden.
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Die Vorspannungsschaltung 2 dieses
Ausführungsbeispiels,
deren Form und Ersatzschaltbild in den 9 und 10 gezeigt
sind, besteht aus dem RC-Netzwerkfilter,
das durch den mäanderförmigen Filmwiderstand 56 und
die MIM-Kondensatoren 65 und 66 unter Verwendung
der entsprechenden Metallfilme 53 und 54 als Elektroden
gebildet ist. Die Form der Vorspannungsschaltung 2 ist
nicht darauf beschränkt,
und ein Tiefpass-RC-Netzwerkfilter mit verteilter Kapazität kann für die Vorspannungsschaltung 2 verwendet
werden, wie es in 11 gezeigt ist. 12 zeigt ein Ersatzschaltbild
dieses Tiefpassfilters mit verteilter Kapazität. In 11 bezeichnet ein Bezugszeichen 71 einen
Filmwiderstand, und die übrigen
Elemente sind dieselben wie in 9.
Die Vorspannungsschaltung 2 von irgendeinem der Typen,
die in den 9 und 11 gezeigt sind, kann einen Aufbau
haben, der kleiner als derjenige einer Vorspannungsschaltung ist,
die eine Farbstoffhaube und einen Verdrahtungswiderstand verwendet.
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Wie es oben beschrieben worden ist,
sind die Fotodiode zum Umwandeln eines optischen Signals in ein
elektrisches Signal, der Vorverstärker zum Verstärken eines
Ausgangssignals von dieser Fotodiode, der Dummy-Vorverstärker mit demselben Aufbau wie
demjenigen des Vorverstärkers
und der äquivalente
Kondensator mit einem Anschluss an den Eingangsanschluss dieses
Dummy-Vorverstärkers
angeschlossen und einem Kapazitätswert
gleich der Kapazität
der Fotodiode an dem TO-Paket angebracht. Mit dieser Struktur kann
das fotoelektrische Umwandlungsmodul, bei welchem eine Rauschkompensationsausgabe
zusätzlich
zu einer Signalausgabe erhalten werden kann, bei niedrigen Kosten
zur Verfügung
gestellt werden.