DE69836322T2 - Integrierte schaltungsanordung für photoelektrische umwandlung - Google Patents

Integrierte schaltungsanordung für photoelektrische umwandlung Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung zur fotoelektrischen Umwandlung, die mit einer Lichtmessvorrichtung versehen ist, welche ein Stromsignal in Übereinstimmung mit einem empfangenen Lichtsignal ausgibt, und einer Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung, die ein Spannungssignal in Übereinstimmung mit einem empfangenen Stromsignal ausgibt, um insgesamt ein Lichtsignal in ein Spannungssignal umzuwandeln.
  • Hintergrund der Erfindung
  • 4 zeigt ein Blockschaltbild einer herkömmlichen integrierten Schaltungsanordnung für fotoelektrische Umwandlung, welche eine Fotodiode als Lichtmessvorrichtung verwendet. In dieser Figur repräsentiert die Bezugsziffer 1' eine Fotodiode, welche ein Stromsignal in Übereinstimmung mit einem empfangenen Lichtsignal ausgibt, die Bezugsziffer 2 repräsentiert eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung (im Nachfolgenden als "I/V-Umwandlungsschaltung" bezeichnet), die in Übereinstimmung mit einem empfangenen Stromsignal eine Spannung ausgibt, und die Bezugsziffer 3 repräsentiert eine Testschaltung bestehend aus einer Schaltvorrichtung 31, einer Konstantstromschaltung 32 und einer Schaltertreibschaltung 33.
  • An den Eingang der I/V-Umwandlungsschaltung 2 ist der Ausgang (die Kathode) der Fotodiode 1' angeschlossen und die Konstantstromschaltung 32, welche innerhalb der Testschaltung 3 vorgesehen ist, ist ebenfalls an diese durch die Schaltvorrichtung 31 angeschlossen. Wenn somit die Fotodiode 1' ein Lichtsignal L misst, oder wenn die Schaltvorrichtung 31 eingeschaltet ist, fließt von der I/V-Umwandlungsschaltung 2 zur Fotodiode 1' oder zur Schaltvorrichtung 31 ein Strom und es wird eine Spannung entsprechend dieses Stroms über einen Anschluss TO ausgegeben. Innerhalb der I/V-Umwandlungsschaltung 2 ist, wie in der 5 gezeigt, eine Referenzspannung Vref an den nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) eines Betriebsverstärkers über einen Widerstand R1 am Anschluss 21 angelegt, und die Kathode der Fotodiode 1' ist über einen Anschluss 22 mit dem invertierenden Eingangsanschluss (–) des Betriebsverstärkers verbunden. Zwischen diesem invertierenden Eingangsanschluss (–) und dem Ausgangsanschluss TO ist ein Widerstand R2 geschaltet. Wenn durch die Fotodiode 1' ein Ausgangsstrom fließt, fließt der Strom I durch den Widerstand R2 und damit erscheint am Ausgangsanschluss TO eine Spannung I × R2.
  • In der 4 steuert die Schaltertreibschaltung 33 den Ein/Aus-Zustand der Schaltvorrichtung 31; insbesondere wenn die Schaltertreibschaltung 33 an ihrem Teststift TT eine vorbestimmte Spannung empfängt, schaltet sie die Schaltvorrichtung 31 ein.
  • Im Allgemeinen wird eine integrierte Schaltungsvorrichtung bei ihrem Herstellungsvorgang einem Funktionscheck unterzogen. Bei einem Funktionscheck einer integrierten Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung ist es wünschenswert, dass Licht auf die Fotodiode (Lichtmessvorrichtung) 1' fällt; in der Realität ist es jedoch schwierig, eine vorbestimmte Lichtmenge auf die Fotodiode 1' auftreffen zu lassen. Aus diesem Grund wird ein Funktionscheck durch externes Einschalten der Schaltvorrichtung 31, die in der Testschaltung 3 vorgesehen ist, erzielt, sodass die Konstantstromschaltung 32 bewirken wird, dass die I/V-Umwandlungsschaltung 2 eine vorbestimmte Strommenge ausgibt, die so groß ist, wie diejenige, die sie ausgibt, wenn eine vorbestimmte Lichtmenge auf die Fotodiode 1' auftrifft.
  • Wenn hierbei an einem Punkt A' in 4 in der Verdrahtung zwischen der Fotodiode 1' und der I/V-Umwandlungsschaltung 2 ein Bruch ist, gibt, selbst wenn die Fotodiode 1' Licht misst, die U/V-Umwandlungsschaltung 2 keinen Strom I aus; das heißt, die integrierte Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung ist defekt.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Funktionscheck wird jedoch die I/V-Umwandlungsschaltung 2 einen Strom ausgeben, es sei denn, es besteht in der Verdrahtung zwischen der I/V-Umwandlungsschaltung 2 und der Testschaltung 3 ein Fehler, und daher wird, es sei denn, dass ein anderer Fehler bezüglich anderer Aspekte, wie beispielsweise der Charakteristika der I/V-Umwandlungsschaltung 2 gefunden worden ist, die integrierte Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung als akzeptabel durchgehen.
  • Auf diese Weise ist es bei der herkömmlichen integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung, selbst wenn ein Funktionscheck auf die vorstehend beschriebene Weise durchgeführt worden ist, d. h. indem der I/V-Umwandlungsschaltung ein Eingangsstrom zugeführt worden ist, ohne dass auf die Lichtmessvorrichtung Licht aufgetroffen ist, es unmöglich, einen Fehler in der Verdrahtung zwischen der Fotodiode 1' und der I/V-Umwandlungsschaltung 2 zu erfassen.
  • Die US-A-5,585,731 zeigt eine Testschaltung zum Testen eines Strom-Spannungs-Umwandlungsverstärkers mit einer Fotodiode.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung zu schaffen, die das Detektieren eines Fehlers in der Verdrahtung zwischen einer Lichtmessvorrichtung und einer I/V-Umwandlungsschaltung selbst dann zulässt, wenn der I/V-Umwandlungsschaltung ein Eingangsstrom zugeführt wird, ohne dass auf die Lichtmessvorrichtung Licht auftrifft.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels einer integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines Schnitts durch den Chip der Fotodiode 1, wie in 1 gezeigt.
  • 3 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels einer integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert.
  • 4 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung.
  • 5 ist ein Schaltbild, das die praktische Konfiguration der I/V-Umwandlungsschaltung zeigt, welche bei der in der 4 gezeigten herkömmlichen integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung verwendet wird.
  • Beste Art der Durchführung der Erfindung
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels einer integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung, welche die vorliegende Erfindung verkörpert. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Fotodiode, die zwei Anschlüsse T1 und T2 an ihrer Kathode (Ausgang) hat und die ein Stromsignal in Übereinstimmung mit einem empfangenen Lichtsignal ausgibt. Die Fotodiode 1 ist mit ihrem Ausgangsanschluss T1 an eine I/V-Umwandlungsschaltung 2 angeschlossen und ist mit ihrem Ausgangsanschluss T2 an eine Testschaltung 3 angeschlossen. Anzumerken ist, dass solche Elemente, wie sie auch in dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Beispiel zu finden sind, mit den gleichen Bezugsziffern und Symbolen bezeichnet sind und überlappende Beschreibungen nicht wiederholt werden.
  • 2 zeigt einen Schnitt durch den Chip der Fotodiode 1. Wie in der Figur gezeigt, hat die Fotodiode 1 ein Substrat P– (P-Halbleiter mit hohem Widerstand) und eine epitaktische Schicht N– (N-Halbleiter mit hohem Widerstand). Das Substrat P– wird als eine Anode verwendet und eine Region N mit geringem Widerstand innerhalb der epitaktischen Schicht N– wird als Kathode verwendet. Die zwei Anschlüsse T1 und T2 sind mit der Region N in Kontakt gehalten. Das Substrat P– ist über eine Elektrode D an Masse angeschlossen.
  • In dieser integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung fließt ein Strom entlang dem Pfad, der in der 2 durch K1 angegeben ist, wenn die Fotodiode 1 Licht misst. Wenn andererseits die Schaltvorrichtung 31, die innerhalb der Testschaltung 3 vorgesehen ist, von außen eingeschaltet wird, fließt ein Strom entlang dem Pfad, der in der 2 mit K2 angegeben ist. In jedem Fall rührt der Strom von der I/V-Umwandlungsschaltung 2 her.
  • Auf diese Weise fließt in der integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung gemäß dieser Ausführungsform, selbst wenn der I/V-Umwandlungsschaltung 2 durch die Testschaltung 3 ein Eingangsstrom zugeleitet wird, der Strom immer entlang dem Weg der Verdrahtung H1, welche die Fotodiode 1 mit der I/V-Umwandlungsschaltung 2 verbindet und entlang dem Weg der Ausgangsschicht (Kathode N) der Fotodiode 1.
  • Wenn somit an einem Punkt A in 2 ein Bruch in der Verdrahtung H1, welche die Fotodiode 1 und die I/V-Umwandlungsschaltung 2 verbindet, ist, ist es, selbst wenn die Schaltvorrichtung 31, die innerhalb der Testschaltung 3 vorgesehen ist, von außen eingeschaltet wird, es möglich, von der I/V-Umwandlungsschaltung 2 einen Strom zu extrahieren. Das heißt, selbst wenn der I/V-Umwandlungsschaltung 2 ein Eingangsstrom zugeführt wird, ohne dass Licht auf die Fotodiode 1 auftrifft, ist es möglich, einen Feh ler in der Verdrahtung zwischen der Fotodiode 1 und der I/V-Umwandlungsschaltung 2 ohne Ausfall zu detektieren.
  • Hierbei ist es vorzuziehen, die Verdrahtung H1, welche die Fotodiode 1 mit der I/V-Umwandlungsschaltung 2 verbindet, und die Verdrahtung H2, welche die Fotodiode 1 mit der Testschaltung 3 verbindet, soweit als möglich voneinander anzuordnen. Der Grund dafür liegt darin, dass, wenn zwei Verdrahtungen zu nahe aneinander angeordnet sind, es stark möglich ist, dass zwischen der I/V-Umwandlungsschaltung 2 und der Testschaltung 3 ein Strom fließt, ohne dass ein Strom entlang des Wegs der Verdrahtung H1 fließt, welche die Fotodiode 1 mit der I/V-Umwandlungsschaltung 2 verbindet, und entlang der Ausgangsschicht (Kathode N) der Fotodiode 1 fließt.
  • Aus demselben Grund ist es vorzuziehen, die zwei Anschlüsse T1 und T2, die auf der Ausgangsschicht der Fotodiode 1 vorgesehen sind, mit einem Abstand (in der 2 mit d bezeichnet) zu versehen, der solange als möglich zwischen diesen sichergestellt ist.
  • Im Allgemeinen wird sich, selbst wenn der Strom, welcher der I/V-Umwandlungsschaltung 2 zugeführt wird, konstant gehalten wird, deren Ausgang mit der Temperatur ändern. Daher ist es vorzuziehen, die Temperaturcharakteristika der I/V-Umwandlungsschaltung 2 umgekehrt zu den Temperaturcharakteristika der Testschaltung 3 zu machen, sodass bei Anstieg der Temperatur der Ausgang der I/V-Umwandlungsschaltung 2 steigen wird und der Ausgang der Testschaltung 3 (Konstantstromschaltung 32) sinken wird. Dies ermöglicht, dass der Strom, welcher zwischen der Testschaltung 3 und der I/V-Umwandlungsschaltung 2 fließt, so variiert, dass die Änderung des Ausgangs der I/V-Umwandlungsschaltung 2 aufgehoben wird. Dadurch wird es möglich, den Ausgang vom Einfluss der Temperaturänderung freizuhalten und somit diesen im Wesentlichen auf einem feststehenden Pegel zu halten. Demgemäß ist es möglich, einen Funktionscheck der integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung mit höherer Genauigkeit durchzuführen.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind zwei Anschlüsse am Ausgang der Lichtmessvorrichtung (Fotodiode 1) vorgesehen. Die Lichtmessvorrichtung kann jedoch mit drei oder mehr Ausgangsanschlüssen versehen sein. Beispielsweise kann in einem Fall, wie in der 3 gezeigt, bei dem die Lichtmessvorrichtung mit drei Ausgangsanschlüssen versehen ist, einer dieser drei Anschlüsse mit der I/V-Umwandlungsschaltung 2 verbunden sein und die anderen zwei können einzeln über zwei separate Schaltvorrichtungen 31 und 31', welche durch eine Schaltertreibschaltung 33' gesteuert werden, an zwei separate Konstantstromschaltungen 32 und 32' angeschlossen sein, die unterschiedliche Strommengen ausgeben. Dies ermöglicht eine der drei Arten von Eingangsstrom an der I/V-Umwandlungsschaltung 2 und ermöglicht dadurch, dass ein vielseitiger Funktionscheck durchgeführt werden kann.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung in einer integrierten Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung möglich, einen Fehler in der Verdrahtung, welche die Lichtmessvorrichtung mit der I/V-Umwandlungsschaltung verbindet, zu detektieren, indem der I/V-Umwandlungsschaltung ein Strom zugeführt wird, ohne dass auf die Lichtmessvorrichtung Licht auftrifft. Dies trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit der integrierten Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung zu verbessern. Demgemäß ist eine derartige integrierte Schaltungsvorrichtung zur fotoelektrischen Umwandlung für die Verwendung in einer Aufnahmevorrichtung für ein Compact Disc-Abspielgerät, ein Abspielgerät für eine digitale Videodisc, ein Abspielgerät für eine magneto-optische Disc oder dergleichen, geeignet.

Claims (7)

  1. Integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung zum Umwandeln eines Lichtsignals in ein Spannungssignal, wobei die integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung eine Lichtmessvorrichtung (1), welche einen Strom in Übereinstimmung mit einem empfangenen Lichtsignal ausgibt, eine Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung (2), die in Übereinstimmung mit einem empfangenen Stromsignal ein Spannungssignal ausgibt, und eine Prüfschaltung (3) hat, die in Übereinstimmung mit einem von außen zugeführten Treibsignal einen Strom ausgibt, wobei eine Anzahl von Anschlüssen (T1, T2) in direktem Kontakt mit einer Ausgangsschicht der Lichtmessvorrichtung vorgesehen sind, wobei einer der Anschlüsse an eine Eingangsseite der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung angeschlossen ist und wenigstens einer der verbleibenden Anschlüsse an die Prüfschaltung angeschlossen ist.
  2. Integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung nach Anspruch 1, wobei eine Temperaturcharakteristik der Umwandlungseffizienz der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung umgekehrt zu einer Temperaturcharakteristik des Ausgangs der Prüfschaltung ist.
  3. Integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung nach Anspruch 1, wobei eine Verdrahtung, die einen Ausgangsanschluss der Lichtmessvorrichtung mit der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung verbindet, und eine Verdrahtung, die wenigstens einen Ausgangsanschluss der Lichtmessvorrichtung mit der Prüfschaltung verbindet, soweit als möglich entfernt voneinander vorgesehen sind, um ein direktes Fließen von Strom zwischen diesen zwei Verdrahtungen zu verhindern.
  4. Integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung nach Anspruch 3, wobei eine Temperaturcharakteristik der Umwandlungseffizienz der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung umgekehrt zu einer Temperaturcharakteristik eines Ausgangs der Prüfschaltung ist.
  5. Integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung nach Anspruch 1, wobei von der Anzahl von Anschlüssen, die am Ausgang der Lichtmessvorrichtung vorgesehen sind, der eine Anschluss, der mit der Eingangsseite der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung verbunden ist, und der wenigstens eine Anschluss, der mit der Prüfschaltung verbunden ist, so weit als möglich voneinander entfernt angeordnet sind, um ein direktes Fließen von Strom zwischen diesen zwei Anschlüssen zu verhindern.
  6. Integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung nach Anspruch 5, wobei eine Temperaturcharakteristik der Umwandlungseffizienz der Strom-Spannungs-Umwandlungsschaltung umgekehrt zu einer Temperaturcharakteristik eines Ausgangs der Prüfschaltung ist.
  7. Integrierte Schaltungsvorrichtung für fotoelektrische Umwandlung nach Anspruch 1, wobei eine Fotodiode, welche die Lichtmessvorrichtung bildet, ein Halbleitersubstrat, eine erste leitfähige Schicht, die innerhalb des Substrats ausgebildet ist, um einen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu dem des Substrats aufzuweisen, eine zweite leitfähige Schicht, die innerhalb der ersten leitfähigen Schicht so ausgebildet ist, dass sie als die Ausgangsschicht dient, und erste und zweite Anschlüsse, die in direktem Kontakt mit der zweiten leitfähigen Schicht gehalten werden, aufweist, und wobei von dem ersten Anschluss zu der zweiten leitfähigen Schicht, dann zu der ersten leitfähigen Schicht und dann zum Substrat ein Fotodiodenstrom fließt und von dem ersten Anschluss zu der zweiten leitfähigen Schicht und dann zu dem zweiten Anschluss ein Prüfstrom fließt.
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