JP2004040730A

JP2004040730A - リミッタ回路

Info

Publication number: JP2004040730A
Application number: JP2002198906A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Gonda; 英徳権田; Hiroshi Matsuyama; 浩松山
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】電流／電圧変換器の飽和を防止することが可能なリミッタ回路を提供する。
【解決手段】フォトダイオード１７０に過大光が入射し、当該フォトダイオード１７０の出力電流Ｉ_ＰＤが増加して、差動増幅器１５０の出力端子の電位が電源１３０の電位Ｖ_１になった場合には、ｎｐｎトランジスタ１２０のエミッタの電位は、電源１３０の電位Ｖ_１からベース−エミッタ間の電圧を差し引いた値にまで低下する。このため、ｎｐｎトランジスタ１２０は導通し、コレクタ電流Ｉ_Ｄ２が流れ、抵抗素子１５２を流れる電流Ｉ_Ｄ１は、フォトダイオード１７０が出力する電流Ｉ_ＰＤからｎｐｎトランジスタ１２０のコレクタ電流Ｉ_Ｄ２を差し引いた値に維持される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電流、特にフォトダイオードからの入力電流に応じた電圧の信号を出力する電流／電圧変換器が飽和することを防止するリミッタ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ピックアップ用のフォトダイオードを備えた集積回路（ＰＤＩＣ）は、コンパクトディスク等に光を照射し、反射光を検出することにより、当該コンパクトディスク等に記録された信号を読み取るために用いられる。
【０００３】
図２は、従来のＰＤＩＣの回路図である。同図に示すＰＤＩＣは、２段の差動増幅器２１０、２２０を備える。１段目の差動増幅器２１０は、フォトダイオード２３０に光が入射したときに、当該フォトダイオード２３０から出力される電流に応じた電圧の信号を出力する電流／電圧変換アンプ（Ｉ−Ｖアンプ）である。この差動増幅器２１０は、逆相入力端子がフォトダイオード２３０のアノードに接続され、逆相入力端子と出力端子とが抵抗素子２１２によって接続されるとともに、正相入力端子が抵抗素子２１４を介して電位Ｖ_ｃの端子に接続される。
【０００４】
２段目の差動増幅器２２０は、１段目の差動増幅器２１０から出力される電圧の信号を増幅する電圧増幅器である。この差動増幅器２２０は、逆相入力端子と出力端子との間が抵抗素子２２２によって接続され、正相入力端子が抵抗素子２２４を介して電位Ｖ_ｃの端子に接続される。また、１段目の差動増幅器２１０の出力端子と２段目の差動増幅器２２０の逆相入力端子とが抵抗素子２４０により接続される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のＰＤＩＣにおいて、ノイズ特性は重要な項目である。このアンプのノイズ特性は以下のようにして決まる。
【０００６】
Ｖ_ｎ＝（Ｉ−Ｖアンプノイズ）×（２段目アンプゲイン）
つまり、差動増幅器２１０のノイズがゲイン倍されることになる。ノイズ特性を向上させるためには、差動増幅器２１０の抵抗値を上げ、差動増幅器２２０のゲインを下げる方法が考えられる。差動増幅器２１０の変換抵抗が持つノイズより、差動増幅器２２０のゲインの方が直接に働くためである。
【０００７】
しかし、抵抗素子２１２、２１４の抵抗値を上げる方法では、フォトダイオード２３０に過大光が入射すると、当該フォトダイオード２３０から出力される電流が増加し、差動増幅器２１０の出力端子における電位（図２の点Ａにおける電位）が低下する。このため、差動増幅器２１０の出力電流源のｎｐｎトランジスタのＶｃｅが低下し、飽和することによる動作不良が生じる。
【０００８】
例えば、フォトダイオード２３０の感度が０．２μ／Ｗ、Ｉ−Ｖアンプ抵抗が１２０ｋΩの場合、フォトダイオード２３０に１００μＷの光が入射されると、２０μＡの電流が流れる。差動増幅器２１０は、Ｖｃ（２．５Ｖ）基準の反転アンプであるため、出力は以下のようになる。
【０００９】
Ｖ_ｏｕｔ＝２．５Ｖ−１２０ｋΩ×２０μＡ＝０．１Ｖ
上記の電圧では、出力電流源のｎｐｎトランジスタは飽和してしまう。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、その目的は、電流／電圧変換器の飽和を防止することが可能なリミッタ回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、入力電流に応じた電圧の信号を出力する電流／電圧変換器が飽和することを防止するリミッタ回路において、ベースが前記電流／電圧変換器の出力端子に接続される第１のｎｐｎトランジスタと、ベースが電源に接続され、コレクタが前記電流／電圧変換器の入力端子に接続される第２のｎｐｎトランジスタと、前記第１及び第２のｎｐｎトランジスタのエミッタ同士を接続する抵抗素子とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のリミッタ回路において、前記入力電流は、光が入射されたフォトダイオードから入射されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のリミッタ回路において、前記電流／電圧変換器は、差動増幅器であることを特徴とする。
【００１４】
電流／電圧変換器に入力される電流が大きい場合には、当該電流／電圧変換器の出力端子の電位が低下する。しかし、本発明によれば、第２のｎｐｎトランジスタのベースに接続された電源の電位を適切な値に設定しさえすれば、電流／電圧変換器の出力端子の電位が低下したときに、入力電流の一部を第２のｎｐｎトランジスタのコレクタへ分流することにより、電流／電圧変換器の出力端子の電位が低下することを防止し、当該電流／電圧変換器の飽和を防止することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るリミッタ回路を用いたＰＤＩＣの回路図である。同図に示すＰＤＩＣは、例えば、コンパクトディスク等に光を照射し、反射光を検出することにより、当該コンパクトディスク等に記録された信号を読み取るために用いられる。このＰＤＩＣは、リミッタ回路１００、１段目の差動増幅器１５０、抵抗素子１５２、１５４、２段目の差動増幅器１６０、抵抗素子１６２、１６４、フォトダイオード１７０、抵抗素子１８０を備える。
【００１６】
１段目の差動増幅器１５０は、フォトダイオード１７０に光が入射したときに、当該フォトダイオード１７０から出力される電流Ｉ_ＰＤに応じた電圧の信号を出力する電流／電圧変換アンプ（Ｉ−Ｖアンプ）である。この差動増幅器１５０は、逆相入力端子がフォトダイオード１７０のアノードに接続され、逆相入力端子と出力端子とが抵抗素子１５２によって接続されるとともに、正相入力端子が抵抗素子１５４を介して電位Ｖ_ｃの端子に接続される。
【００１７】
２段目の差動増幅器１６０は、１段目の差動増幅器１５０から出力される電圧の信号を増幅する電圧増幅器である。この差動増幅器１６０は、逆相入力端子と出力端子との間が抵抗素子１６２によって接続され、正相入力端子が抵抗素子１６４を介して電位Ｖ_ｃの端子に接続される。また、１段目の差動増幅器１５０の出力端子と２段目の差動増幅器１６０の逆相入力端子とが抵抗素子１８０により接続される。
【００１８】
リミッタ回路１００は、フォトダイオード１７０に過大光が入射した場合に、電流クランプを行う。これにより出力電流源のｎｐｎトランジスタの飽和が防止される。このリミッタ回路１００は、２つのｎｐｎトランジスタ１１０、１２０、電源１３０、抵抗素子１４０、２つの変圧器１４２、１４４を備える。なお、２つのｎｐｎトランジスタ１１０、１２０は、同一の仕様のものが用いられる。
【００１９】
ｎｐｎトランジスタ１１０は、ベースが１段目の差動増幅器１５０の出力端子に接続され、コレクタが電位Ｖ_ｃｃの端子に接続される。更に、ｎｐｎトランジスタ１１０のエミッタは、変圧器１４２の一方の端子に接続される。この変圧器１４２は、他方の端子が接地されている。
【００２０】
ｎｐｎトランジスタ１２０は、ベースが電位Ｖ_１の電源１３０に接続され、コレクタが１段目の差動増幅器１５０の逆相入力端子に接続される。更に、ｎｐｎトランジスタ１２０のエミッタは、変圧器１４４の一方の端子に接続される。この変圧器１４４は、他方の端子が接地されている。
【００２１】
また、ｎｐｎトランジスタ１１０及び１２０のエミッタ同士が抵抗素子１４０により接続される。
【００２２】
電源１３０の電位Ｖ_１は、１段目の差動増幅器１５０の出力電流源のｎｐｎトランジスタが飽和に入らない値（飽和が防止される電圧０．８〜１Ｖ程度）に設定される。これにより、リミッタ回路１００は、フォトダイオード１７０に過大光が入射した場合にも、１段目の差動増幅器１５０の出力端子の電位を当該差動増幅器１５０が飽和しないような電位に維持することができる。具体的には、以下の動作となる。
【００２３】
フォトダイオード１７０に過大光が入射していない通常の動作時においては、１段目の差動増幅器１５０の出力端子の電位（図１のＡの電位）は、電源１３０の電位Ｖ_１よりも高くなる。このため、ｎｐｎトランジスタ１２０のエミッタの電位は、電源１３０の電位Ｖ_１からベース−エミッタ間の電圧を差し引いた値より高くなり、当該ｎｐｎトランジスタ１２０には、コレクタ電流が流れない。
【００２４】
従って、フォトダイオード１７０から出力される電流Ｉ_ＰＤは全て１段目の差動増幅器１５０の逆相入力端子と出力端子とを接続する抵抗素子１５２を流れる電流Ｉ_Ｄ１となる。
【００２５】
フォトダイオード１７０に入射する光のエネルギーが増加すると、当該フォトダイオード１７０から出力される電流Ｉ_ＰＤが大きくなり、それに伴って電流Ｉ_Ｄ１が大きくなる。このため、１段目の差動増幅器１５０の出力端子の電位は低下する。但し、電源１３０の電位Ｖ_１よりも高ければ、当該差動増幅器１５０は通常の動作を行う。
【００２６】
一方、フォトダイオード１７０に過大光が入射し、当該フォトダイオード１７０から出力される電流Ｉ_ＰＤが増加することにより、１段目の差動増幅器１５０の出力端子の電位（図１のＡの電位）が電源１３０の電位Ｖ_１になった場合には、ｎｐｎトランジスタ１２０のエミッタの電位は、電源１３０の電位Ｖ_１からベース−エミッタ間の電圧を差し引いた値にまで低下する。
【００２７】
このため、ｎｐｎトランジスタ１２０は導通し、コレクタ電流Ｉ_Ｄ２が流れる。このコレクタ電流Ｉ_Ｄ２は、フォトダイオード１７０から出力される電流Ｉ_ＰＤの一部を分流したものであり、変圧器１４２及び１４３を流れる電流Ｉ_１、Ｉ_２となる。
【００２８】
従って、１段目の差動増幅器１５０の逆相入力端子と出力端子とを接続する抵抗素子１５２を流れる電流Ｉ_Ｄ１は、フォトダイオード１７０が出力する電流Ｉ_ＰＤからｎｐｎトランジスタ１２０のコレクタ電流Ｉ_Ｄ２（電流Ｉ_１、Ｉ_２）を差し引いた値に維持される。このため、１段目の差動増幅器１５０の出力端子の電位が電源１３０の電位Ｖ_１より低下せず、当該差動増幅器１５０の飽和を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、第２のｎｐｎトランジスタのベースに接続された電源の電位を適切な値に設定しさえすれば、電流／電圧変換器の出力端子の電位が低下したときに、入力電流の一部を第２のｎｐｎトランジスタのコレクタへ分流することにより、電流／電圧変換器の出力端子の電位が低下することを防止し、当該電流／電圧変換器の飽和を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のＰＤＩＣの回路図である
【図２】従来のＰＤＩＣの回路図である
【符号の説明】
１００　リミッタ回路
１１０、１２０　ｎｐｎトランジスタ
１３０　電源
１４０、１５２、１５４、１６２、１６４、１８０　抵抗素子
１４２、１４４　変圧器
１５０、１６０　差動増幅器
１７０　フォトダイオード

Claims

入力電流に応じた電圧の信号を出力する電流／電圧変換器が飽和することを防止するリミッタ回路において、
ベースが前記電流／電圧変換器の出力端子に接続される第１のｎｐｎトランジスタと、
ベースが電源に接続され、コレクタが前記電流／電圧変換器の入力端子に接続される第２のｎｐｎトランジスタと、
前記第１及び第２のｎｐｎトランジスタのエミッタ同士を接続する抵抗素子と、
を備えることを特徴とするリミッタ回路。
請求項１に記載のリミッタ回路において、
前記入力電流は、光が入射されたフォトダイオードから入射されることを特徴とするリミッタ回路。
請求項１又は２に記載のリミッタ回路において、
前記電流／電圧変換器は、差動増幅器であることを特徴とするリミッタ回路。