JP2006340072A

JP2006340072A - 光信号受信回路

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Publication number: JP2006340072A
Application number: JP2005162664A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suzunaga; 永浩鈴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-02
Also published as: US20060273243A1; JP4928743B2; US7787780B2

Abstract

【課題】ノイズ耐量の向上を図った光信号受信回路を提供する。
【解決手段】光信号受信回路は、光信号が入力される第１フォトダイオードで生成された第１電流信号を、第１電圧信号に変換する、第１トランスインピーダンスアンプと、光信号が入力されない第２フォトダイオードで生成された第２電流信号を、第２電圧信号に変換する、第２トランスインピーダンスアンプと、前記第２電圧信号のノイズ信号を検出するノイズ検出回路であって、前記ノイズ信号を検出した場合に、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号の電位差が広がるように、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号の一方の電圧をシフトする、ノイズ検出回路と、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とが入力され、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とに基づいて、デジタル信号を生成する第１コンパレータと、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号受信回路に関し、特に、ノイズ耐量の向上を図った光信号受信回路に関する。

デジタル信号伝送光半導体装置で、特にフォトカプラと呼ばれる発光素子と受光素子を近接させ、１パッケージに封入した光半導体装置は、信号を光で伝送するため、入出力の電気的絶縁ができ、大電力制御装置の制御回路と、出力段間の、制御信号の電気絶縁などに広く利用されている。

絶縁された受発光間は、電位が自由に変動できるため、かなり急峻な変化を伴うパルス的な電位変動が起こりうる。そうした場合、発光素子と受光素子との間には静電的な結合があるため、電位変動に伴う変位電流が生じ、静電ノイズとして受光素子に入力される。この静電ノイズは、その大きさや変動の方向によっては、受光素子にとっては、信号と区別がつかず、信号がないにもかかわらず出力が出るなどの誤動作を起こし、問題であった。

従来の装置では、静電結合的に等価な（一般には面積を同じとした）ダミーの受光素子を設け、差動増幅器の同相信号除去機能を用い、ノイズ成分にはコンパレータが反応しないように構成していた（例えば、特許文献１：特開平０８−２３６８０４号公報（特許第３４０２８３１号公報）参照）。

しかし、回路のダイナミックレンジをノイズ信号が越えた場合や、信号側とダミー側のわずかな誤差などにより、出力の誤動作がどうしても起こっており、市場が要求するノイズ耐量（たとえば、変化率：20kV/us、ピーク電圧VCM=1kVのノイズに対し誤動作しないこと）に対応することが難しかった。

一方で、市場の要求として省エネを主眼に置いた発光素子（LED）駆動電流の低減に対応するため、受光素子および受信素子には高感度化が求められており、ノイズ耐量にとってはより厳しい方向となっている。
特開平０８−２３６８０４号公報（特許第３４０２８３１号公報）

本発明は、ノイズ耐量の向上を図った光信号受信回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る光信号受信回路は、
光信号が入力される第１フォトダイオードで生成された第１電流信号を、第１電圧信号に変換する、第１トランスインピーダンスアンプと、
光信号が入力されない第２フォトダイオードで生成された第２電流信号を、第２電圧信号に変換する、第２トランスインピーダンスアンプと、
前記第２電圧信号のノイズ信号を検出するノイズ検出回路であって、前記ノイズ信号を検出した場合に、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号の電位差が広がるように、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号の一方の電圧をシフトする、ノイズ検出回路と、
前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とが入力され、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とに基づいて、デジタル信号を生成する第１コンパレータと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ノイズ耐量の向上を図った光信号受信回路を提供することができる。

〔第１実施形態〕
本実施形態に係る光信号受信回路は、入出力間の高圧パルスノイズに対する誤動作を防止するため、ノイズ信号のキャンセルのためにダミーとして配置してある遮光フォトダイオードに入るノイズ信号を積極的に利用して、ノイズに対する耐量を向上させたものである。

具体的には、ダミーのフォトダイオードに入るノイズ信号を検出するノイズ検出回路を設け、このノイズ検出回路が静電ノイズなどのノイズ信号を検出したときに、信号の有無を検出するコンパレータの閾値を変更し、信号側フォトダイオードに入ったノイズ信号をコンパレータの出力に出さないようにする。また、必要に応じ、正負のノイズ信号に対応するために、それぞれの信号を検出する検出回路を設け、それぞれのノイズ信号の向きにあわせ、適切なコンパレータ回路の閾値の変更を行い、ノイズ信号による出力の誤動作を防止することも可能となる。さらに、コンパレータの閾値を変更すること無しにも、ラッチ回路で状態を保持することにより、ノイズ信号による出力の誤動作を防止するものである。より詳しくを、以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を示す図である。この図１に示すように、本実施形態に係る光信号受信回路１００は、フォトダイオード１１０、１１２と、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６と、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、キャパシタＣ１と、電圧源１２０と、コンパレータ１３０と、差動アンプ１４０と、コンパレータ１４２と、出力回路１４４とを備えて構成されている。

フォトダイオード１１０に入力された光信号は、フォトダイオード１１０で電流信号に変換され、トランスインピーダンスアンプ１１４に入力される。トランスインピーダンスアンプ１１４では、この入力された電流信号が電圧信号に変換され、出力される。

一方、フォトダイオード１１２は、フォトダイオード１１０と同じ面積を有するダミーのフォトダイオードであり、フォトダイオード１１２の出力端子（図１の例ではカソード）に接続された電極（遮光板）で、遮光されている。遮光用の電極は、トランスインピーダンスアンプ１１６の入力に接続されており、このため、静電結合により生じたノイズ信号が、トランスインピーダンスアンプ１１６に入力されるようになる。このようにすることにより、フォトダイオード１１２側の静電環境とフォトダイオード１１０側の静電環境とを同等に揃えることができる。このフォトダイオード１１２の出力端子は、トランスインピーダンスアンプ１１４と同じ構成のトランスインピーダンスアンプ１１６に接続されている。したがって、フォトダイオード１１２上の遮光電極に入力された静電ノイズ信号は、トランスインピーダンスアンプ１１６で電圧信号に変換される。

トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６から出力された電圧信号は、それぞれ、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して、次段の差動アンプ１４０に入力される。差増アンプ１４０では、トランスインピーダンスアンプ１１４から出力された電圧信号と、トランスインピーダンスアンプ１１６から出力された電圧信号の差分を増幅して、出力する。差動アンプ１４０の出力信号は、コンパレータ１４２に入力され、このコンパレータ１４２で波形が整えられてデジタル信号となる。コンパレータ１４２の出力信号は、出力回路１４４により電力増幅されて、ＴＴＬあるいはＥＣＬなどの所定の出力形態でデジタル信号として出力される。

コンパレータ１３０の非反転入力端子（第１入力端子）には、トランスインピーダンスアンプ１１６から出力された電圧信号が入力され、反転入力端子（第２入力端子）は電圧源１２０の正側に接続され、電圧源１２０から基準電圧が入力される。

トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の出力を正方向に振る静電ノイズ信号がフォトダイオード１１０、１１２に入射すると、トランスインピーダンスアンプ１１４とトランスインピーダンスアンプ１１６の出力には、ほぼ同じ正方向のノイズ信号が出力され、ある程度の範囲のノイズ信号であれば、差動アンプ１４０の同相除去機能により、差動アンプ１４０の出力にはノイズ信号は出現しない。このため、コンパレータ１４２以降の回路が誤動作をすることはない。

一方、図２に示すように、ある程度以上の静電ノイズ信号がフォトダイオード１１０に入射されると、トランスインピーダンスアンプ１１６から出力された電圧信号が、電圧源１２０の閾値電圧を超え、コンパレータ１３０の出力から電流が出力され（信号Ｃ）、その電流が抵抗Ｒ２に流れ込む。この流れ込んだ電流により、差動アンプ１４０の基準側の信号Ａの電圧が押し上げられる。このため、トランスインピーダンスアンプ１１４の出力である信号Ｂの電圧が、静電ノイズ信号を拾って正方向に大きく振れたとしても、基準側の信号Ａの電圧も正方向に大きく振れているので、差動アンプ１４０の出力にノイズ信号が出力されていないようにすることができる。

なお、抵抗Ｒ３とキャパシタＣ１は、急峻なノイズ信号を吸収する高域カットフィルタとして機能する回路で、簡単にコンパレータに基準電圧を与える機能を持つ。抵抗Ｒ１は、抵抗Ｒ２とのバランスのために挿入されており、抵抗Ｒ２と同じ値の抵抗Ｒ１を挿入することにより、差動アンプ１４０の入力バイアス電流などにより、オフセットが生じるのを防いでいる。また、電圧源１２０は、コンパレータ１３０が電流を出力する基準となるノイズ信号の電圧である閾値電圧を生成する、本実施形態に係る基準電圧生成回路を構成している。また、この電圧源１２０とコンパレータ１３０とにより、本実施形態に係るノイズ検出回路を構成している。

なお、本実施形態においては、図３に示すように、コンパレータ１３０からの出力は、電流の向きを逆にして、抵抗Ｒ１と差動アンプ１４０の入力との間の接続点に接続してもよい。この場合、フォトダイオード１１０がノイズを拾って、トランスインピーダンスアンプ１１４から出力される電圧信号が正方向に大きく振れたとしても、コンパレータ１３０がこれを押し下げる方向に作用する。このため、トランスインピーダンスアンプ１１４の電圧信号が、基準側であるトランスインピーダンスアンプ１１６の電圧信号を超えないようになり、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうのを回避することができる。

また、図４及び図５には、フォトダイオード１１０、１１２が光信号を受信した場合に、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の出力が負方向に振れるように構成した場合を示す。この図４及び図５においては、フォトダイオード１１２のアノード側に、遮光用の電極（遮光板）が接続される。遮光用の電極をフォトダイオード１１２のアノード側に接続することにより、遮光用の電極がトランスインピーダンスアンプ１１６の入力に接続され、静電結合により生じたノイズ信号が、トランスインピーダンスアンプ１１６に入力されるようになる。

このような構成の場合、図４に示すように、コンパレータ１３０を差動アンプ１４０の基準電圧側に接続し、所定の閾値電圧より大きく正方向に振れるノイズ信号が検出された場合に、コンパレータ１３０が基準電圧を負方向に押し下げるようにしてもよいし、図５に示すように、コンパレータ１３０を差動アンプ１４０の信号電圧側に接続し、所定の閾値より大きく正方向に振れるノイズ信号が検出された場合に、コンパレータ１３０が信号電圧を正の方向に押し上げるようにしてもよい。

つまり、図１、図３、図４及び図５の光信号受信回路によれば、いずれも、フォトダイオード１１２が所定の閾値電圧より大きい振幅のノイズ信号を検出した場合には、コンパレータ１３０がトランスインピーダンスアンプ１１４の出力信号とトランスインピーダンスアンプ１１６の出力信号との間の電位差を、広げる方向に作用し、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうことを回避しているのである。

図６は、本実施形態に係る光信号受信回路１００を用いたフォトカプラの全体構成の一例を説明するブロック図である。この図６に示すように、デジタル処理回路１５０で処理された電気信号のデジタル信号は、光信号送信回路１５２で光信号に変換され、出力される。光信号受信回路１００は、光信号送信回路１５０から出力された光信号を受信し、電気信号のデジタル信号に変換して、デジタル処理回路１６０に出力する。デジタル処理回路１６０では、このデジタル信号に基づいて各種の処理を行う。

〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る光信号受信回路は、上述した第１実施形態に係る光信号受信回路において、コンパレータ１３０の入力極性を入れ替えるとともに、閾値電圧を設定する電圧源１２０の極性も入れ替えることにより、所定の電圧より大きい振幅の負方向のノイズが入射された場合には、基準側電圧を押し上げて、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうのを回避したものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。

図７は、本実施形態に係る光信号受信回路２００の回路構成を説明する図である。この図７に示すように、本実施形態においては、上述した図１の光信号受信回路１００と異なり、コンパレータ１３０の非反転入力端子に、電圧源１２０が接続されており、反転入力端子にトランスインピーダンスアンプ１１６の出力が接続されている。また、電圧源１２０の負側が非反転入力端子に接続されており、正側が抵抗Ｒ３に接続されている。

トランスインピーダンスアンプ１１４から出力される電圧信号を負方向に振る静電ノイズ信号がフォトダイオード１１０、１１２に入射すると、トランスインピーダンスアンプ１１４とトランスインピーダンスアンプ１１６の出力には、ほぼ同じ負方向のノイズ信号が出力され、ある程度の範囲のノイズ信号であれば、差動アンプ１４０の同相除去機能により、差動アンプ１４０の出力にはノイズ信号は出現しない。このため、コンパレータ１４２以降の回路が誤動作をすることはない。

一方、ある程度以上の静電ノイズ信号がフォトダイオード１１０に入射されると、トランスインピーダンスアンプ１１６の出力電圧が、電圧源１２０の閾値電圧を下回り、コンパレータ１３０の出力から電流が出力され、その電流が抵抗Ｒ２に流れ込む。このため、差動アンプ１４０の基準側の信号の電圧を押し上げる。このため、トランスインピーダンスアンプ１１６の電圧信号が、静電ノイズ信号を拾って負方向に大きく振れたとしても、コンパレータ１３０がこれを押し上げるので、トランスインピーダンスアンプ１１４の電圧信号が差動アンプ１４０の基準側の電圧を超えなくなり、差動アンプ１４０の出力にノイズ信号が出力されていないようにすることができる。

また、図８に示すように、コンパレータ１３０からの出力は、電流の向きを逆にして、抵抗Ｒ１と差動アンプ１４０の入力との間の接続点に接続してもよい。この場合、フォトダイオード１１２がノイズを拾って、トランスインピーダンスアンプ１１６の電圧信号が負方向に大きく振れたとしても、コンパレータ１３０がトランスインピーダンスアンプ１１４の電圧信号も負方向に押し下げるように作用する。このため、トランスインピーダンスアンプ１１４の出力信号が、基準側であるトランスインピーダンスアンプ１１６の出力信号を超えないようになり、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうのを回避することができる。

また、図９及び図１０には、フォトダイオード１１０、１１２が光信号を受信した場合に、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の出力が負方向に振れるように構成した場合を示す。この場合、図９に示すように、コンパレータ１３０を差動アンプ１４０の基準電圧側に接続し、所定の閾値より大きく負方向に振れるノイズ信号が検出された場合に、基準電圧をさらに大きく負方向に振るようにしてもよいし、図１０に示すように、コンパレータ１３０を差動アンプ１４０の信号電圧側に接続し、所定の閾値より大きく負方向に振れるノイズ信号が検出された場合に、差動アンプ１４０の信号側電圧を正方向に押し上げるようにしてもよい。

つまり、図７乃至図１０の光信号受信回路２００によれば、いずれでも、所定の電圧より大きい振幅の負方向のノイズ信号を検出した場合には、コンパレータ１３０がトランスインピーダンスアンプ１１４の出力信号とトランスインピーダンスアンプ１１６の出力信号との間の電位差を、広げる方向に作用し、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうことを回避しているのである。

〔第３実施形態〕
第３実施形態に係る光信号受信回路は、上述した第１実施形態の光信号受信回路１００のコンパレータ１４２の後段にラッチ回路を挿入し、所定の電圧より大きい振幅の静電ノイズ信号がトランスインピーダンスアンプ１１６の電圧信号から検出された場合には、ラッチ回路がその時点の状態を保持して、このノイズ信号がなくなるまで継続して出力するようにしたものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。

図１１は、本実施形態に係る光信号受信回路３００の回路構成を説明する図である。この図１１に示すように、本実施形態においては、コンパレータ１４２の後段に、ラッチ回路３１０が挿入されている。そして、このラッチ回路３１０の出力が、出力回路１４４に入力されている。

また、コンパレータ１３０の出力信号は、ラッチ回路３１０のクロック入力に入力されている。但し、コンパレータ１３０の出力信号が定常状態で「１」となり、ノイズ信号を検出した際に「０」となるように、コンパレータ１３０の極性を第１実施形態とは反転してある。すなわち、コンパレータ１３０の反転入力端子にトランスインピーダンスアンプ１１６の電圧信号が入力され、非反転入力端子が電圧源１２０の正側に接続されている。

トランスインピーダンスアンプ１１４の出力を正方向に振る静電ノイズ信号がフォトダイオード１１０に入射すると、トランスインピーダンスアンプ１１４とトランスインピーダンスアンプ１１６の出力には、ほぼ同じ正方向のノイズ信号が出力され、ある程度の範囲のノイズ信号であれば、差動アンプ１４０の同相除去機能により、差動アンプ１４０の出力にはノイズ信号は出現しない。このため、コンパレータ１４２以降の回路が誤動作をすることはない。

したがって、本実施形態においては、トランスインピーダンスアンプ１１６が出力する出力信号が電圧源１２０の閾値電圧以下である場合には、コンパレータ１３０の出力信号が「１」になるようにし、ラッチ回路３１０は入力Ｄに入力された信号を、そのまま出力Ｑから随時出力するようにしている。

一方、ある程度以上の静電ノイズ信号がフォトダイオード１１２に入射されると、トランスインピーダンスアンプ１１６の出力電圧が、電圧源１２０の閾値電圧を超え、コンパレータ１３０の出力が「１」から「０」に切り替わる。この出力信号「０」がラッチ回路３１０に入力されると、ラッチ回路３１０は出力信号が「０」になった時点の入力Ｄの値を保持して、出力Ｑから出力するようになる。ラッチ回路３１０におけるこの保持状態は、コンパレータ１３０の出力が「０」から「１」に切り替わるまで維持される。

したがって、基準側であるトランスインピーダンスアンプ１１６の出力電圧よりも大きいノイズ信号がトランスインピーダンスアンプ１１４から出力され、これを差動アンプ１４０が拾って出力したとしても、ラッチ回路３１０の出力信号は変化しないようになる。このため、出力回路１４４が誤った出力をしてしまうのを回避することができる。

図１２は、本実施形態におけるラッチ回路３１０の内部回路構成の一例を示す図である。この図１２に示すように、ラッチ回路３１０は、ｎ型のＭＯＳトランジスタ３２０、３２２と、インバータ３３０、３３２、３３４とを備えて構成されている。

コンパレータ１３０からの出力信号は、上述したクロック入力を介して、ＭＯＳトランジスタ３２０のゲートに入力されるとともに、インバータ３３０で反転されて、ＭＯＳトランジスタ３２２のゲートに入力される。また、コンパレータ１４２からの出力は、入力Ｄを介して、ＭＯＳトランジスタ３２０のドレインに入力され、インバータ３３２、３３４を介して、出力Ｑから出力される。

したがって、コンパレータ１３０からの出力信号が「１」の場合、ＭＯＳトランジスタ３２０がオンになり、ＭＯＳトランジスタ３２２がオフになる。このため、入力Ｄに入力された信号が、そのまま出力Ｑから出力されることとなる。

一方、コンパレータ１３０からの出力信号が「０」の場合、ＭＯＳトランジスタ３２０がオフになり、ＭＯＳトランジスタ３２２がオンになる。このため、コンパレータ１３０からの出力信号が「１」から「０」に切り替わった時点で入力Ｄに入力されていた信号が、インバータ３３２、３３４、ＭＯＳトランジスタ３２２のループで保持され、出力Ｑから出力される。

このような回路構成により、本実施形態に係るラッチ回路３１０の動作を実現することができる。

〔第４実施形態〕
第４実施形態は、上述した第３実施形態に係る光信号受信回路３００において、コンパレータ１３０の入力極性を入れ替えるとともに、閾値電圧を設定する電圧源１２０の極性も入れ替えることにより、所定の電圧より大きい振幅の負方向のノイズ信号が検出された場合には、ラッチ回路３１０はその時点の状態を保持して、このノイズ信号がなくなるまで継続して出力するようにしたものである。以下、上述した第３実施形態と異なる部分を説明する。

図１３は、本実施形態に係る光信号受信回路４００の回路構成を説明する図である。この図１３に示すように、本実施形態においては、コンパレータ１３０の非反転入力端子にトランスインピーダンスアンプ１１６からの出力信号が入力され、反転入力端子は電圧源１２０の負側に接続されている。

トランスインピーダンスアンプ１１４の出力を負方向に振る静電ノイズ信号がフォトダイオード１１０に入射すると、トランスインピーダンスアンプ１１４とトランスインピーダンスアンプ１１６の出力には、ほぼ同じ負方向のノイズ信号が出力され、ある程度の範囲のノイズ信号であれば、差動アンプ１４０の同相除去機能により、差動アンプ１４０の出力にはノイズ信号は出現しない。このため、コンパレータ１４２以降の回路が誤動作をすることはない。

一方、ある程度以上の静電ノイズ信号がフォトダイオード１１２に入射されると、トランスインピーダンスアンプ１１６から出力された電圧信号が、電圧源１２０の閾値電圧を超え、コンパレータ１３０の出力が「１」から「０」に切り替わる。この出力信号「０」がラッチ回路３１０に入力されると、ラッチ回路３１０は出力信号が「０」になった時点の入力Ｄの値を保持して、出力Ｑから出力するようになる。

したがって、基準側であるトランスインピーダンスアンプ１１６の電圧信号よりも大きい振幅の負方向のノイズ信号がトランスインピーダンスアンプ１１４から出力され、これを差動アンプ１４０が拾って出力したとしても、ラッチ回路３１０の出力信号は変化しないようになる。このため、出力回路１４４が誤った出力をしてしまうのを回避することができる。

〔第５実施形態〕
第５実施形態に係る光信号受信回路は、上述した第１実施形態に係る光信号受信回路１００と第２実施形態に係る光信号受信回路２００とを組み合わせて、正方向に振れるノイズ信号が入力された場合でも、負方向に振れるノイズ信号が入力された場合でも、差動アンプ１４０の基準側の電圧を押し上げて、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうのを回避したものである。以下、上述した第１実施形態及び第２実施形態と異なる部分を説明する。

図１４は、本実施形態に係る光信号受信回路５００の回路構成を説明する図である。この図１４に示すように、本実施形態に係る光信号受信回路５００には、２つのコンパレータ５１０、５２０が設けられている。

より具体的には、コンパレータ５１０の反転入力端子には、トランスインピーダンスアンプ１１６からの電圧信号が入力され、非反転入力端子は電圧源５３０の負側に接続されている。一方、コンパレータ５２０の非反転入力端子には、トランスインピーダンスアンプ１１６からの電圧信号が入力され、反転入力端子は電圧源５４０の正側に接続されている。

このように構成することにより、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の電圧信号を正方向に振るノイズ信号が入力されても、負方向に振るノイズ信号が入力されても、差動アンプ１４０がこのノイズ信号を拾ってしまうのを回避することができる。

すなわち、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の電圧信号を正方向に振るノイズ信号が入力され、そのノイズ信号の振幅が電圧源５４０の閾値電圧より大きい場合には、コンパレータ５２０の出力から電流が出力されて、差動アンプ１４０の基準電圧側の電圧を押し上げる。このため、差動アンプ１４０の信号入力側の電圧が基準電圧側の電圧を超えないようにすることができ、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうのを回避することができる。

一方、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の出力を負方向に振るノイズ信号が入力され、そのノイズ信号の振幅が電圧源５３０の閾値電圧を下回る場合には、コンパレータ５１０の出力から電流が出力されて、差動アンプ１４０の基準電圧側の電圧を押し上げる。このため、差動アンプ１４０の信号入力側の電圧が基準電圧側の電圧を超えないようにすることができ、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうのを回避することができる。

なお、本実施形態に係る光信号受信回路５００は、図１５に示すように、コンパレータ５１０の出力を差動アンプ１４０の信号入力側に接続し、コンパレータ５２０の出力も差動アンプ１４０の信号入力側に接続するとともに、コンパレータ５１０、５２０の出力電流の向きを逆にしてもよい。このように光信号受信回路５００を構成した場合、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の出力を正方向に振るノイズ信号が入力されても、負方向に振るノイズ信号が入力されても、差動アンプ１４０の信号入力側の電圧を引き下げるので、差動アンプ１４０がノイズ信号を出力してしまうのを回避することができる。

また、図１６及び図１７に示すように、コンパレータ５１０、５２０の一方の出力を差動アンプ１４０の基準電圧側に接続し、他方の出力を差動アンプ１４０の信号入力側に接続するようにしてもよい。この場合、差動アンプ１４０の基準電圧側に接続されたコンパレータ５１０、５２０は電流を出力し、差動アンプ１４０の信号入力側に接続されたコンパレータ５１０、５２０は電流を引き込むようにすればよい。

さらに、図１４乃至図１７に示した光信号受信回路５００は、光信号が入力された場合に、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６が正方向に振れる光信号受信回路であったが、これを負方向に振れる光信号受信回路に適用してもよい。具体的には、図１４に示す光信号受信回路５００を負方向に振れる光信号受信回路に変形すると、図１８に示すようになり、図１５に示す光信号受信回路５００を負方向に振れる光信号受信回路に変形すると、図１９に示すようになり、図１６に示す光信号受信回路５００を負方向に振れる光信号受信回路に変形すると、図２０に示すようになり、図１７に示す光信号受信回路５００を負方向に振れる光信号受信回路に変形すると、図２１に示すようになる。

〔第６実施形態〕
上述した第３実施形態に係る光信号受信回路３００においては、正方向のノイズ信号が入力された場合にラッチ回路３１０で出力信号をラッチすることとし、上述した第４実施形態に係る光信号受信回路４００においては、負方向のノイズ信号が入力された場合にラッチ回路３１０で出力信号をラッチすることとしたが、第６実施形態に係る光信号受信回路では、正方向のノイズ信号が入力された場合でも、負方向のノイズ信号が入力された場合でも、ラッチ回路３１０で出力信号をラッチするようにしたものである。以下、上述した第３実施形態及び第４実施形態と異なる部分を説明する。

図２２は、第６実施形態に係る光信号受信回路６００の回路構成を説明する図である。この図２２に示すように、本実施形態に係る光信号受信回路６００は、２つのコンパレータ６１０、６２０を備えている。コンパレータ６１０の非反転入力端子には、トランスインピーダンスアンプ１１６の出力である電圧信号が入力され、反転入力端子は電圧源６３０の負側に接続されている。また、コンパレータ６２０の反転入力端子には、トランスインピーダンスアンプ１１６の出力である電圧信号が入力され、非反転入力端子は電圧源６４０の正側に接続されている。

これらコンパレータ６１０、６２０の電圧信号は、ＯＲ回路６５０に入力されている。ＯＲ回路６５０の出力は、ラッチ回路３１０のクロック入力に入力されている。上述した第３実施形態と同様に、ラッチ回路３１０は、クロック入力が「１」の場合は、入力Ｄに入力された信号をそのまま出力Ｑから出力し、クロック入力が「０」の場合は、クロック入力が「０」になった時点の入力を保持して、クロック入力が「１」になるまで出力Ｑから出力し続ける。

したがって、第６実施形態と同様に、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の出力を正方向に振るノイズ信号が入力されても、負方向に振るノイズ信号が入力されても、ラッチ回路３１０のクロック入力にはノイズ信号が検出されている間だけ「０」が入力されるので、ラッチ回路３１０の出力信号を保持するようになり、このため、差動アンプ１４０がこのノイズ信号を拾ってしまうのを回避することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず種々に変形可能である。例えば、上述した実施形態において、抵抗Ｒ３とキャパシタＣ１は高域カットフィルタの構成の一例であり、他の構成により高域カットフィルタを実現してもよい。また、電圧源１２０を高域カットフィルタと共用することなく、別個に生成した電圧をコンパレータの基準電圧側に入力するようにしてもよい。

また、トランスインピーダンスアンプ１１４、１１６のゲインが十分に大きい場合や、光信号が十分に大きい場合には、差動アンプ１４０は省くことができ、この場合、コンパレータ１４２にトランスインピーダンスアンプ１１４、１１６の出力信号を入力すればよい。

第１実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を説明する図。図１の光信号受信回路における各所の動作波形の一例を示す図。第１実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第１実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第１実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。本実施形態に係る光信号受信回路を用いたフォトカップラの構成を示す図。第２実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を説明する図。第２実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第２実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第２実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第３実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を説明する図。図１１の光信号受信回路におけるラッチ回路の回路構成を説明する図。第４実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を説明する図。第５実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を説明する図。第５実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第５実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第５実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第５実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第５実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第５実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第５実施形態に係る光信号受信回路の変形例を示す図。第６実施形態に係る光信号受信回路の回路構成を説明する図。

符号の説明

１００光信号受信回路
１１０、１１２フォトダイオード
１１４、１１６トランスインピーダンスアンプ
１２０電圧源
１３０コンパレータ
１４０差動アンプ
１４２コンパレータ
１４４出力回路
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３抵抗
Ｃ１キャパシタ

Claims

光信号が入力される第１フォトダイオードで生成された第１電流信号を、第１電圧信号に変換する、第１トランスインピーダンスアンプと、
光信号が入力されない第２フォトダイオードで生成された第２電流信号を、第２電圧信号に変換する、第２トランスインピーダンスアンプと、
前記第２電圧信号のノイズ信号を検出するノイズ検出回路であって、前記ノイズ信号を検出した場合に、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号の電位差が広がるように、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号の一方の電圧をシフトする、ノイズ検出回路と、
前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とが入力され、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とに基づいて、デジタル信号を生成する第１コンパレータと、
を備えることを特徴とする光信号受信回路。
前記ノイズ検出回路は、前記第２電圧信号に、正方向と負方向の少なくとも一方に、所定の電圧より大きい振幅のノイズ信号が検出された場合に、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号の一方の電圧をシフトする、ことを特徴とする請求項１に記載の光信号受信回路。
光信号が入力される第１フォトダイオードで生成された第１電流信号を、第１電圧信号に変換する、第１トランスインピーダンスアンプと、
光信号が入力されない第２フォトダイオードで生成された第２電流信号を、第２電圧信号に変換する、第２トランスインピーダンスアンプと、
前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とが入力され、前記第１電圧信号と前記第２電圧信号とに基づいて、デジタル信号を生成する、第１コンパレータと、
前記第２電圧信号のノイズ信号を検出する、ノイズ検出回路と、
前記コンパレータの出力したデジタル信号が入力されるラッチ回路であって、前記ノイズ検出回路がノイズ信号を検出していない場合には、入力されたデジタル信号を随時出力し、前記ノイズ検出回路がノイズ信号を検出した場合には、ノイズ信号が検出された時点で入力されていたデジタル信号を保持して出力する、ラッチ回路と、
を備えることを特徴とする光信号受信回路。
ノイズ検出回路は、前記第２電圧信号に、正方向と負方向の少なくとも一方に、所定の電圧より大きい振幅のノイズ信号が検出された場合に、前記第２電圧信号のノイズを検出したと判断する、ことを特徴とする請求項３に記載の光信号受信回路。
前記ノイズ検出回路は、
前記所定の電圧を基準電圧として生成する、基準電圧生成回路と、
前記第２電圧信号が入力される第１入力端子と、前記基準電圧が入力される第２入力端子とを有する第２コンパレータと、
を備えることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の光信号受信回路。