DE69531764T2 - Photoelektrisches Umwandlungsmodul - Google Patents

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es wird auch Bezug genommen auf JP 63 250928 A , EP-A-0 184 747 und DE-A-34 09 146.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In den Zeichnungen gilt:
  • 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;
  • 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);
  • 3 ist eine Ansicht, die einen Differentialverstärker zeigt, der elektrisch an die elektrischen Ausgangsanschlüsse der in 1 gezeigten Schaltung angeschlossen ist;
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die den internen Aufbau des fotoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, die den Aufbau des fotoelektrischen Umwandlungsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 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;
  • 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;
  • 8 ist eine Draufsicht, die den oberen Teil der Struktur des äquivalenten Kondensators zeigt;
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer Vorspannungsschaltung zeigt, die auf das fotoelektrische Umwandlungsmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
  • 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Ersatzschaltbild der in 9 gezeigten Vorspannungsschaltung zeigt;
  • 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
  • 12 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Ersatzschaltbild der in 11 gezeigten Vorspannungsschaltung zeigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (9)

  1. Fotoelektrisches Umwandlungsmodul, das folgendes aufweist: eine leitende Basis (31) mit einer ersten Oberfläche (31a), einer zweiten Oberfläche (31b), die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und einer Vielzahl von Durchgangslöchern (32 – 35), die sich von der ersten Oberfläche (31a) zur zweiten Oberfläche (31b) erstrecken; eine Fotodiode (1), die auf der ersten Oberfläche (31a) der leitenden Basis (31) vorgesehen ist, zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal, wobei die Fotodiode (1) eine Kathode (1a), die elektrisch an einen Leistungsversorgungsanschluss (3) angeschlossen ist, um auf ein vorbestimmtes Potential (VPD) eingestellt zu werden, und eine Anode (1b) hat; einen ersten Verstärker (4), der auf der ersten Oberfläche (31a) der leitenden Basis vorgesehen ist und einen Eingangsanschluss (4a) hat, der elektrisch an die Anode (1b) der Fotodiode (1) angeschlossen ist; einen Kondensator (5), der auf der ersten Oberfläche (31a) der leitenden Basis vorgesehen ist und eine erste Elektrode (5a) hat, die elektrisch an die Kathode (1a) der Fotodiode (1) angeschlossen ist, wobei der Kondensator (5) einen Kapazitätswert hat, der im Wesentlichen gleich der Kapazität der Fotodiode (1) ist; und einen zweiten Verstärker (6), der auf der ersten Oberfläche (31a) der leitenden Basis vorgesehen ist und denselben Schaltungsaufbau wie der erste Verstärker (4) hat, wobei der zweite Verstärker (6) einen Eingangsanschluss (6a) hat, der elektrisch an eine zweite Elektrode (5b) des Kondensators (5) angeschlossen ist.
  2. Modul nach Anspruch 1, wobei der Kondensator folgendes aufweist: einen isolierenden Film (61) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt; eine gemeinsame Elektrode (630), die auf der ersten Oberfläche des isolierenden Films angeordnet ist; und eine Vielzahl von isolierten Elektroden (63a, 63b), die auf der zweiten Oberfläche des isolierenden Films angeordnet sind, wobei die isolierten Elektroden voneinander elektrisch isoliert sind und Bereiche haben, die unterschiedlich voneinander sind.
  3. Modul nach Anspruch 1, wobei der Kondensator ein MIM-Kondensator ist.
  4. Modul nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes aufweist: einen ersten Zuleitungs-Kontaktstift (36), der sich durch eines (32) der Durchgangslöcher der leitenden Basis (31) von der zweiten Oberfläche der leitenden Basis (31) zu der ersten Oberfläche der leitenden Basis (31) erstreckt, ohne in Kontakt mit der leitenden Basis gebracht zu werden, wobei der erste Zuleitungs-Kontaktstift (36) ein distales Ende hat, das elektrisch an einen Ausgangsanschluss des ersten Verstärkers (4) angeschlossen ist; einen zweiten Zuleitungs-Kontaktstift (37), der sich durch eines (33) der Durchgangslöcher der leitenden Basis (31) von der zweiten Oberfläche der leitenden Basis (31) zu der ersten Oberfläche der leitenden Basis (31) erstreckt, ohne in Kontakt mit der leitenden Basis gebracht zu werden, wobei der zweite Zuleitungs-Kontaktstift (37) ein distales Ende hat, das elektrisch an einen Ausgangsanschluss des zweiten Verstärkers (6) angeschlossen ist; einen dritten Zuleitungs-Kontaktstift (38), der sich durch eines (34) der Durchgangslöcher der leitenden Basis (31) von der zweiten Oberfläche der leitenden Basis (31) zu der ersten Oberfläche der leitenden Basis (31) erstreckt, ohne in Kontakt mit der leitenden Basis gebracht zu werden, wobei der dritte Zuleitungs-Kontaktstift (38) ein distales Ende hat, das elektrisch an einen Eingangsanschluss (9) mit positiver Spannung des ersten und des zweiten Verstärkers angeschlossen ist; einen vierten Zuleitungs-Kontaktstift (39), der sich durch eines (35) der Durchgangslöcher der leitenden Basis (31) von der zweiten Oberfläche der leitenden Basis (31) zu der ersten Oberfläche der leitenden Basis (31) erstreckt, ohne in Kontakt mit der leitenden Basis gebracht zu werden, wobei der vierte Zuleitungs-Kontaktstift (39) ein distales Ende hat, das elektrisch an den Leistungsversorgungsanschluss (3) angeschlossen ist, und einen fünften Zuleitungs-Kontaktstift (40) in direktem Kontakt mit der zweiten Oberfläche (31b) der leitenden Basis (31).
  5. Modul nach Anspruch 1, das weiterhin eine Vorspannungsschaltung (2) für die Fotodiode (1) zwischen der Kathode (1a) der Fotodiode (1) und dem Leistungsversorgungsanschluss (3) aufweist, wobei die Vorspannungsschaltung (2) aus einem RC-Netzwerkfilter besteht.
  6. Modul nach Anspruch 5, wobei das RC-Netzwerkfilter folgendes aufweist: einen MIM-Kondensator (65, 66), der ausgebildet ist durch einen Isolator (52) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und Metallfilme (53, 54, 57), die jeweils auf der ersten und der zweiten Oberfläche des Isolators gebildet sind; und einen Widerstand (56), der auf irgendeiner der ersten und der zweiten Oberfläche des Isolators gebildet ist.
  7. Modul nach Anspruch 4, wobei die ersten bis vierten Zuleitungs-Kontaktstifte (36–39) in gleichen Intervallen angeordnet sind, um den fünften Zuleitungs-Kontaktstift (40) zu umgeben.
  8. Modul nach Anspruch 4, wobei der fünfte Zuleitungs-Kontaktstift (40) ein Erdungsanschluss ist.
  9. Modul nach Anspruch 7, wobei das Intervall zwischen dem fünften Zuleitungs-Kontaktstift (40) und jedem von dem ersten bis zum vierten Zuleitungs-Kontaktstift (36–39) 1,27 mm ist.
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