JP2007235607A - 光受信器 - Google Patents

Abstract

【課題】暗電流を補正するための部品の実装位置の自由度が高い光受信器を提供する
【解決手段】実施の形態に係る光受信器は、受光素子、複数のカレントミラー回路、及び抵抗部を備える。受光素子の一端子は、初段のカレントミラー回路の入力端子に接続されている。複数のカレントミラー回路は、入力ラインの入力端子が前段のカレントミラー回路の出力ラインの出力端子に接続されるように設けられている。抵抗部は、受光素子の暗電流を流すためのものであり、温度の上昇に伴って抵抗値が減少する特性を有している。複数のカレントミラー回路の何れかの入力ラインにおけるトランジスタの第１の電流端子と第２の電流端子の間に接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光受信器に関するものである。

光受信器では、受光素子から、当該受光素子の暗電流を除いた光電流を検出することが望まれている。そのために、光検出用の受光素子と、暗電流補償用の受光素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタとを備える光受信器が提案されている。この光受信器では、暗電流補償用の受光素子が、遮光されており、当該受光素子に電流を供給する第１のトランジスタに接続されている。この第１のトランジスタとカレントミラー回路を構成する第２のトランジスタには、光検出用の受光素子が接続されている。また、光検出用の受光素子には、後段のカレントミラー回路の入力端子が接続されている。この光受信器では、第２のトランジスタに暗電流補償用の受光素子からの暗電流が流れ、後段のカレントミラー回路の入力端子に、暗電流が補償された光電流が流れる（例えば、特開２００２−２９９９６７号公報を参照）。
特開２００２−２９９９６７号公報

受光素子の暗電流は、温度によって変化する温度特性を有する。したがって、上述した光受信器では、光検出用の受光素子と暗電流補償用の受光素子とを、パッケージ内において近づけて実装し、双方の温度を等しくする必要がある。また、カレントミラー回路をパッケージの外部に実装するためには、暗電流補償用の受光素子に接続した出力リードを追加する必要がある。一方、カレントミラー回路をパッケージの内部に設ける場合には、スペースの制限から専用のＩＣを用いる必要がある。

本発明は、暗電流を補正するための部品の実装位置の自由度が高い光受信器を提供することを目的としている。

本発明の光受信器は、受光素子と、受光素子を流れる電流を検出する光電流検出回路とを有する。この光受信器では、光電流検出回路が、出力端子と、カレントミラー回路とを備える。カレントミラー回路が、入力ラインと、入力ラインを流れる電流と比例する電流を出力する出力ラインと、第１の電流端子、第２の電流端子、及び該第１の電流端子と該第２の電流端子との間を流れる電流を制御するための制御端子を有し、該第１の電流端子が前記入力ラインに接続され、該制御端子が該第１の電流端子と接続されたトランジスタとを具備し、カレントミラー回路の入力ラインは前記受光素子の端子の一つに接続され、カレントミラー回路の出力ラインは光電流検出回路の前記出力端子に接続され、トランジスタの第１の電流端子と第２の電流端子の間に、温度の上昇に伴って抵抗値が減少する特性を有する抵抗部が挿入されている。

また、本発明の光受信器は、受光素子と、受光素子を流れる電流を検出する光電流検出回路とを有する。この光受信器では、光電流検出回路が、出力端子と、複数のカレントミラー回路とを備え、カレントミラー回路が、入力ラインと、入力ラインを流れる電流と比例する電流を出力する出力ラインと、第１の電流端子、第２の電流端子、及び該第１の電流端子と該第２の電流端子との間を流れる電流を制御するための制御端子を有し、該第１の電流端子が前記入力ラインに接続され、該制御端子が該第１の電流端子と接続されたトランジスタとを具備し、初段のカレントミラー回路の前記入力ラインは受光素子の端子の一つに接続され、最終段以外のカレントミラー回路の出力ラインは次段のカレントミラー回路の入力ラインに接続され、最終段の前記カレントミラー回路の出力ラインは光電流検出回路の出力端子に接続され、カレントミラー回路のうち少なくとも一つは、具備するトランジスタの第１の電流端子と第２の電流端子の間に、温度の上昇に伴って抵抗値が減少する特性を有する抵抗部が挿入されている。

上述したカレントミラー回路によれば、入力ラインのトランジスタの温度特性、及び受光素子の暗電流の温度特性を補償しつつ、暗電流を抵抗部に迂回させることが可能である。また、これらのカレントミラー回路では、受光素子の実装位置と抵抗部の実装位置との間に温度差があっても、抵抗部の抵抗値を適宜設定することによって、暗電流を補償することが可能である。したがって、暗電流を補償するための抵抗部の実装位置の自由度が高い。

本発明の光受信器は、受光素子を収容するための空間を画成するパッケージを更に備えてもよく、当該空間内に、受光素子と抵抗部が設けられていてもよい。

本発明の光受信器では、上記抵抗値の逆数の温度に対する変化率が、温度の上昇に伴って増加することが好ましい。例えば、抵抗部は、サーミスタを含むことができる。

本発明によれば、暗電流を補正するための部品の実装位置の自由度が高い光受信器が提供される。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光受信器を示す図である。図１に示す光受信器１０は、受光素子１２、前置増幅回路１４、パッケージ１６、第１のカレントミラー回路１８、第２のカレントミラー回路２０、及び抵抗部２２を備えている。第１のカレントミラー回路１８、第２のカレントミラー回路２０及び抵抗部２２は、光電流検出回路２３に含まれる。

受光素子１２は、入射する光の強度に応じた電流を発生する素子である。受光素子１２としては、例えばアバランシェ・フォトダイオードといったフォトダイオードが例示される。この受光素子１２のアノードには、前置増幅回路１４が電気的に接続されておいる。本実施形態においては、この前置増幅回路１４と受光素子１２とが、パッケージ１６によって提供される空間の内部に収容されている。

受光素子１２のカソードには、第１のカレントミラー回路１８の入力端子が接続されている。第１のカレントミラー回路１８は、双方に比例関係にある電流が流れる入力ライン１８ａ及び出力ライン１８ｂを有している。

入力ライン１８ａには、抵抗Ｒ１、トランジスタＴｒ１、及び入力端子Ｔｉｎが設けられている。また、出力ライン１８ｂには、抵抗Ｒ２、トランジスタＴｒ２、及び出力端子Ｔｏｕｔが設けられている。なお、本実施の形態におけるトランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２は、ＰＮＰトランジスタであるが、ＦＥＴといった別のトランジスタであってもよい。また、電源Ｖｃｃは外部電源だけでなく、内部に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子でも良い。

入力ライン１８ａでは、抵抗Ｒ１の一端が電源ＶｃｃあるいはＤＣ／ＤＣ出力に電気的に接続されており、抵抗Ｒ１の他端がトランジスタＴｒ１のエミッタに電気的に接続されている。また、トランジスタＴｒ１のコレクタは、受光素子１２のカソードが接続された入力端子Ｔｉｎに電気的に接続されている。このトランジスタＴｒ１のコレクタは、当該トランジスタＴｒ１のベースに電気的に接続されており、当該ベースと同電位になっている。

出力ライン１８ｂでは、抵抗Ｒ２の一端が電源ＶｃｃあるいはＤＣ／ＤＣ出力に電気的に接続されており、抵抗Ｒ２の他端がトランジスタＴｒ２のエミッタに電気的に接続されている。このトランジスタＴｒ２のベースは、トランジスタＴｒ１のベースに電気的に接続されている。また、トランジスタＴｒ２のコレクタは、第２のカレントミラー回路２０の入力端子Ｔｉｎ２に接続された出力端子Ｔｏｕｔに、電気的に接続されている。

第２のカレントミラー回路２０は、双方に比例関係にある電流が流れる入力ライン２０ａ及び出力ライン２０ｂを有している。入力ライン２０ａには、入力端子Ｔｉｎ２、トランジスタＴｒ３、及び抵抗Ｒ３が設けられている。また、出力ライン２０ｂには、電流モニタ端子Ｔｍ、トランジスタＴｒ４、及び抵抗Ｒ４が設けられている。なお、本実施の形態におけるトランジスタＴｒ３及びトランジスタＴｒ４は、ＮＰＮトランジスタであるが、ＦＥＴといった別のトランジスタであってもよい。

入力ライン２０ａでは、トランジスタＴｒ３のコレクタが入力端子Ｔｉｎ２に電気的に接続されている。このトランジスタＴｒ３のコレクタは、当該トランジスタＴｒ３のベースに電気的に接続されており、当該ベースと同電位になっている。また、トランジスタＴｒ３のエミッタは、抵抗Ｒ３の一端に電気的に接続されており、抵抗Ｒ３の他端は接地されている。

出力ライン２０ｂでは、トランジスタＴｒ４のベースが、トランジスタＴｒ３のベースに電気的に接続されており、トランジスタＴｒ４のエミッタが抵抗Ｒ４の一端に接続されている。この抵抗Ｒ４の他端は接地されている。また、トランジスタＴｒ４のコレクタには、電流モニタ端子Ｔｍが電気的に接続されている。

光受信器１０では、トランジスタＴｒ３と並列に、抵抗部２２が設けられている。具体的に、抵抗部２２は、サーミスタ２２ａと抵抗素子２２ｂとの直列回路となっている。この抵抗部２２は、トランジスタＴｒ３のコレクタとエミッタとの間に接続されている。

抵抗部２２の抵抗値は、使用温度範囲（例えば、−４０℃〜８０℃）において、当該抵抗値と受光素子１２の暗電流との積がトランジスタＴｒ３をＯＮにするベース−エミッタ間の電圧（例えば、０．８Ｖ）と略同一となるように構成されている。したがって、この光受信器１０では、暗電流が抵抗部２２に迂回するようになっており、暗電流が補償された光電流が、電流モニタ端子Ｔｍでモニタされるようになっている。

ここで、トランジスタがＯＮとなるベース−エミッタ間電圧は、温度の低下に伴い線形的に大きくなる温度特性を有している。また、受光素子１２の暗電流は、温度の増加に伴って指数関数的に増加する温度特性を有している。したがって、抵抗部２２は、暗電流の温度特性とトランジスタＴｒ３の温度特性とを補償する必要がある。本実施の形態では、温度の低下に伴って指数関数的に抵抗値が減少するサーミスタ２２ａと、当該サーミスタに直列に接続された抵抗素子２２ｂとによって、低強度の光入力に対しても、安定した光電流モニタを達成している。

なお、上述した従来の光受信器では、暗電流補償用の受光素子と光検出用の受光素子とをパッケージの内部に配置する必要がある。一方、本実施の形態の光受信器１０では、受光素子１２の周辺温度とサーミスタ２２ａの周辺温度との相関に応じて、抵抗部２２の抵抗値を適宜設定することによって、暗電流を補償することが可能である。このように、本実施の形態の光受信器１０では、暗電流を補償するための部品（即ち、抵抗部２２）の実装位置の自由度が高くなっている。これ故に光受信器１０では抵抗部２２の実装位置の自由度も高いので、例えば、受光素子１２の暗電流バラツキを、実装基板における抵抗部２２の実装位置に
関わらず補正することが可能である。また、光受信器１０によれば、受光素子１２の暗電流以外が要因のオフセット量を補正することも可能である。このオフセット量としては、入力ラインを流れる電流と出力ラインを流れる電流との比の電流に対する変化に基づくオフセット量が例示される。

以下、図２及び図３を参照しつつ、光受信器１０の効果について説明する。図２は、図１に示す光受信器における入力光強度とモニタ電流の関係を示す図である。また、図３は、従来の光受信器における入力光強度とモニタ電流の関係を示す図である。なお、図２及び図３において、横軸は、受光素子に入射する光の強度を示しており、縦軸は電流モニタ端子におけるモニタ電流を示している。また、図２及び図３それぞれには、低温（摂氏１５度）と高温（摂氏７０度）それぞれの環境下において、光入力を変化させた場合のモニタ電流が示されている。また、図２の特性を得るために、抵抗値１００ｋΩの抵抗素子２２ｂと、Ｂ定数３７５０ｋ、２５℃における抵抗値１５０ｋΩのサーミスタ２２ａを用いた。

図３に示すように、暗電流補償用の受光素子と光検出用の受光素子とを有する従来の光受信器では、入力光強度が−３０ｄＢより小さくなると、低温におけるモニタ電流と高温におけるモニタ電流との間に差が生じる。一方、図２に示すように、光受信器１０によれば、入力光強度が−３６ｄＢ以上の場合に、低温におけるモニタ電流と高温におけるモニタ電流とが略同一になっている。したがって、光受信器１０によれば、使用温度範囲において、低強度の光入力に対しても安定的にモニタ電流が得られることが明らかである。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光受信器を示す図である。光受信器１０では、トランジスタＴｒ３のコレクタとエミッタとの間に抵抗部２２が接続されているが、図４に示す光受信器１０Ｂでは、トランジスタＴｒ１のコレクタとエミッタの間に抵抗部２２が接続されている。光受信器１０Ｂのその他の構成は、光受信器１０と同様である。第１のカレントミラー回路１８、第２のカレントミラー回路２０及び抵抗部２２は、光電流検出回路２３Ｂに含まれる。なお、電源Ｖｃｃは外部電源だけでなく、内部に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子でも良い。

この光受信器１０Ｂにおいても、抵抗部２２は、サーミスタ２２ａと抵抗素子２２ｂとの直列回路になっている、また、抵抗部２２の抵抗値は、使用温度範囲において、当該抵抗値と受光素子１２の暗電流の積がトランジスタＴｒ１をＯＮにするベース−エミッタ間の電圧（例えば、０．８Ｖ）と略同一となるようになっている。したがって、この光受信器１０Ｂでも、使用温度範囲において、受光素子１２の暗電流の温度特性とトランジスタＴｒ１の温度特性とを補償しつつ、暗電流を抵抗部２２に迂回させることができる。

［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る光受信器を示す図である。光受信器１０Ｂでは、パッケージ１６の外部に抵抗部２２が設けられているが、図５に示す光受信器１０Ｃでは、抵抗部２２のサーミスタ２２ａが、パッケージ１６内に収容されている。第１のカレントミラー回路１８、第２のカレントミラー回路２０及び抵抗部２２は、光電流検出回路２３Ｃに含まれる。光受信器１０Ｃのその他の構成は、光受信器１０Ｂと同様である。なお、電源Ｖｃｃは外部電源だけでなく、内部に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータの出力端子でも良い。

この光受信器１０Ｃでは、サーミスタ２２ａを受光素子１２の近傍に実装することが可能であるので、受光素子１２の暗電流をより精度良く補償することが可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではない。例えば、抵抗部２２の抵抗値の逆数の温度に対する変化率が温度の上昇に伴って増加する特性となるように構成されていれば、抵抗部２２にはサーミスタ以外の素子が用いられてもよい。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光受信器を示す図である。 図２は、図１に示す光受信器における入力光強度とモニタ電流の関係を示す図である。 図３は、従来の光受信器における入力光強度とモニタ電流の関係を示す図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光受信器を示す図である。 図５は、本発明の第３の実施の形態に係る光受信器を示す図である。

符号の説明

１０…光受信器、１２…受光素子、１８…第１のカレントミラー回路、１８ａ…入力ライン、１８ｂ…出力ライン、２０…カレントミラー回路、２０ａ…入力ライン、２０ｂ…出力ライン、２２…抵抗部、２２ａ…サーミスタ、２２ｂ…抵抗素子、２３、２３Ｂ、２３Ｃ…光電流検出回路、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…抵抗、Ｔｉｎ…入力端子、Ｔｉｎ２…入力端子、Ｔｍ…電流モニタ端子、Ｔｏｕｔ…出力端子、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４…トランジスタ。

Claims (5)

1. 受光素子と、前記受光素子を流れる電流を検出する光電流検出回路とを有する光受信器であって、前記光電流検出回路が、
   出力端子と、
   カレントミラー回路と
   を備え、前記カレントミラー回路が、
   入力ラインと、
   前記入力ラインを流れる電流と比例する電流を出力する出力ラインと、
   第１の電流端子、第２の電流端子、及び該第１の電流端子と該第２の電流端子との間を流れる電流を制御するための制御端子を有し、該第１の電流端子が前記入力ラインに接続され、該制御端子が該第１の電流端子と接続されたトランジスタと
   を具備し、前記カレントミラー回路の前記入力ラインは前記受光素子の端子の一つに接続され、前記カレントミラー回路の前記出力ラインは前記光電流検出回路の前記出力端子に接続され、前記トランジスタの第１の電流端子と第２の電流端子の間に、温度の上昇に伴って抵抗値が減少する特性を有する抵抗部が挿入されていることを特徴とする光受信器。
2. 受光素子と、前記受光素子を流れる電流を検出する光電流検出回路とを有する光受信器であって、前記光電流検出回路が、
   出力端子と、
   複数のカレントミラー回路と
   を備え、前記カレントミラー回路が、
   入力ラインと、
   前記入力ラインを流れる電流と比例する電流を出力する出力ラインと、
   第１の電流端子、第２の電流端子、及び該第１の電流端子と該第２の電流端子との間を流れる電流を制御するための制御端子を有し、該第１の電流端子が前記入力ラインに接続され、該制御端子が該第１の電流端子と接続されたトランジスタと
   を具備し、初段の前記カレントミラー回路の前記入力ラインは前記受光素子の端子の一つに接続され、最終段以外の前記カレントミラー回路の出力ラインは次段の前記カレントミラー回路の入力ラインに接続され、最終段の前記カレントミラー回路の前記出力ラインは前記光電流検出回路の前記出力端子に接続され、前記カレントミラー回路のうち少なくとも一つは、具備する前記トランジスタの第１の電流端子と第２の電流端子の間に、温度の上昇に伴って抵抗値が減少する特性を有する抵抗部が挿入されていることを特徴とする光受信器。
3. 前記受光素子を収容するための空間を画成するパッケージを更に備え、
   前記空間内に、前記受光素子と前記抵抗部が設けられている、請求項１に記載の光受信器。
4. 前記抵抗値の逆数の温度に対する変化率が、温度の上昇に伴って増加する、請求項１〜３の何れか一項に記載の光受信器。
5. 前記抵抗部は、サーミスタを含む、請求項４に記載の光受信器。

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