JP2008061155A

JP2008061155A - ゲイン調整回路

Info

Publication number: JP2008061155A
Application number: JP2006238493A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Maeno; 均前野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】所望とするゲインを容易に設定可能としつつ、出力信号の品質劣化を防止することが可能なゲイン調整回路を提供する。
【解決手段】フロントモニタ素子１０は、光信号を受光するフォトダイオード１１と、フォトダイオード１１から電流信号を増幅する電流増幅回路１２と、電流増幅回路１２の増幅の基準となる第１バイアス電流を供給する第１バイアス電流源回路１３と、接続端子ＣＮに接続され、可変抵抗ＶＲによって調整される第２バイアス電流を供給する第２バイアス電流源回路１４とを備え、電流増幅回路１２は、第１バイアス電流と第２バイアス電流との比で増幅率が決定する双方向電流増幅回路である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流信号を増幅する際のゲインを調整することが可能なゲイン調整回路に関する。

従来のゲイン調整回路が、特許文献１に記載されている。この従来のゲイン調整回路を図９に示す。図９に示すように、従来のゲイン調整回路は、フォトダイオード１０１が受光することで流れる電流信号を入力電流信号として電圧信号に変換する増幅器１０２と、変換された電圧信号を増幅して出力電圧信号として出力する増幅器１０３とを備え、この増幅器１０２，１０３が１チップに集積されている。

電流を電圧に変換する増幅器１０２のゲインは抵抗Ｒ１０で決定され、電圧信号を増幅する増幅器１０３のゲインは、抵抗Ｒ１１／抵抗Ｒ１２で決定される。１チップに集積された従来のゲイン調整回路は、ゲインの変更を容易とするために、抵抗Ｒ１２を複数の抵抗に分割しており、チップ内の配線を組み替えることで任意のゲインに設定できるようにしている。

また、従来の他のゲイン調整回路を図１０に示す。図１０に示されるように、従来の他のゲイン調整回路は、ゲインを調整する可変抵抗ＶＲをチップ内に配置せず、チップの外側に配置したものである。この可変抵抗ＶＲは、電流信号を電圧信号に変換する増幅器１０４の出力に接続された信号出力端子Ｓ_outと、電圧信号を増幅する増幅器１０５の入力に接続された信号入力端子Ｓ_inとに直列に接続されている。従って、チップを組み込んだ後の調整工程にて抵抗値を調整することで、所望とするゲインを容易に得られるようにしたものである。
特開昭６３−１０８８０８号公報

しかし、図１０に示される従来の他のゲイン調整回路では、可変抵抗ＶＲによりゲインを容易に調整することができるが、従来の他のゲイン調整回路を内蔵したチップを装置に組み込んだときに、可変抵抗ＶＲを近くに配置できず、離れた位置に配置せざるを得ない場合がある。チップから可変抵抗ＶＲまでの配線パターンが長くなってしまうと、その配線パターンにノイズが付加されやすい状態となるので、そのノイズが増幅器１０５によって更に増幅され、増幅器１０５の出力に大きなノイズとなって現れることになる。

また、チップから出力して可変抵抗ＶＲを介して再度入力しているので、入出力する際の出力バッファおよび入力バッファを通過させなければならないだけでなく、配線パターンの配線容量も付加されてしまい、信号の遅延を招くおそれもある。そうなると、増幅器１０５からの出力信号の品質の劣化を招き、組み込んだ装置の誤動作を招きかねない。

そこで本発明の目的は、所望とするゲインを容易に設定可能としつつ、出力信号の品質劣化を防止することが可能なゲイン調整回路を提供することにある。

本発明のゲイン調整回路は、電流信号を増幅する電流増幅回路と、前記電流増幅回路が増幅する増幅率を決定する基準となるバイアス電流を供給するバイアス電流源回路とがチップ内部に配置され、前記バイアス電流源回路が供給するバイアス電流を調整することで前記電流増幅回路の増幅率を調整可能とするバイアス電流調整回路がチップ外部から接続される接続端子を設けられていることを特徴とする。

本発明のゲイン調整回路は、電流信号を増幅する電流増幅回路と、電流増幅回路が増幅する増幅率を決定する基準となるバイアス電流を供給するバイアス電流源回路とがチップ内部に配置され、バイアス電流源回路が供給するバイアス電流を調整することで電流増幅回路の増幅率を調整可能とするバイアス電流調整回路がチップ外部から接続される接続端子を設けられていることで、所望とするゲインを容易に設定可能としつつ、出力信号の品質劣化を防止することが可能である。

本願の第１の発明は、電流信号を増幅する電流増幅回路と、電流増幅回路が増幅する増幅率を決定する基準となるバイアス電流を供給するバイアス電流源回路とがチップ内部に配置され、バイアス電流源回路が供給するバイアス電流を調整することで電流増幅回路の増幅率を調整可能とするバイアス電流調整回路がチップ外部から接続される接続端子を設けられていることを特徴としたものである。

入力した電流信号は電流増幅回路により増幅される。電流増幅回路では、バイアス電流源回路から供給されるバイアス電流を、増幅率を決定する基準として増幅する。この電流増幅回路と、バイアス電流源回路とは同じチップ内部に配置されている。そして、バイアス電流源回路から電流増幅回路に供給するバイアス電流を調整することで電流増幅回路の増幅率を調整可能とするバイアス電流調整回路がチップ外部に配置され、接続端子に接続されている。従って、この接続端子を介して接続され、チップ外部に配置されたバイアス電流調整回路によりバイアス電流源回路からの電流増幅回路へ供給されるバイアス電流を調整することで、電流増幅回路の増幅度を調整することができる。つまり、電流増幅回路の増幅度の調整をチップ外部で調整できることで、所望とするゲインに容易に設定することが可能である。また、バイアス電流調整回路からのバイアス電流を調整しているので、電流信号を直接調整しているわけではない。従って、外部からのノイズが電流信号に直接影響を与えないので、出力信号の品質の劣化を防止することができる。

本願の第２の発明は、バイアス電流源回路は、電流増幅回路の増幅の基準となる第１バイアス電流を供給する第１バイアス電流源回路と、接続端子に接続され、バイアス電流調整回路によって調整される第２バイアス電流を供給する第２バイアス電流源回路とを備え、電流増幅回路は、第１バイアス電流と第２バイアス電流との比で増幅率が決定する双方向電流増幅回路であることを特徴としたものである。

電流増幅回路が第１バイアス電流と第２バイアス電流との比で増幅率が決定する双方向電流増幅回路であるので、第２バイアス電流源回路の第２バイアス電流をバイアス電流調整回路で調整することで、所望とするゲインに容易に設定することが可能である。従って、外部からのノイズが電流信号に直接影響を与えないので、出力信号の品質の劣化を防止することができる。

本願の第３の発明は、第２バイアス電流源回路を複数備えると共に、複数の第２バイアス電流源回路を切り替える切替回路を備え、複数の第２バイアス電流源回路は、チップ外部に設けられたバイアス電流調整回路にそれぞれ接続端子を介して接続されていることを特徴としたものである。

本発明のゲイン調整回路を増幅度の異なる複数の用途に用いる場合、第２バイアス電流源回路を複数備えると共に、この複数の第２バイアス電流源回路を切り替える切替回路を備え、複数の第２バイアス電流源回路を、チップ外部に設けられたバイアス電流調整回路にそれぞれ接続端子を介して接続しているので、電流増幅回路を所望とするゲインとするときには、切替回路で第２バイアス電流源回路を切り替えることで、チップ外部に接続されたバイアス電流調整回路で逐次バイアス電流を調整する必要がない。従って、複数の所望とするゲインを容易に得ることが可能である。

本願の第４の発明は、接続端子は、バイアス電流調整回路として設けられた可変抵抗に接続されていることを特徴としたものである。

接続端子に、バイアス電流調整回路として設けられた抵抗を接続することで、簡単な回路構成で容易にバイアス電流を調整することができる。

本願の第５の発明は、第１バイアス電流源回路は第１バイアス電流を、第２バイアス電流源回路は第２バイアス電流を、温度または電源電圧に応じて出力する機能を備えたことを特徴としたものである。

第１バイアス電流源回路が第１バイアス電流を、第２バイアス電流源回路が第２バイアス電流を、温度または電源電圧に応じて出力することで、電流増幅回路では第１バイアス電流と第２バイアス電流との比で増幅されるので、電流増幅回路にて、所望とする温度または電源電圧特性としたゲインを得ることができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るゲイン調整回路を、光信号増幅回路を例に、図面に基づいて説明する。まずは、光信号増幅回路全体の構成について図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るゲイン調整回路を用いた光信号増幅回路を示す図である。

図１に示すように光信号増幅回路１は、例えばＣＤ−Ｒ／ＲＷやＤＶＤ−Ｒ／ＲＷなどの記録型光ドライブ装置に実装されるレーザ光の強度を検出するフロントモニタ素子１０と、このフロントモニタ素子１０の接続端子ＣＮに接続された可変抵抗ＶＲとで構成されている。

フロントモニタ素子１０は、フォトダイオード１１と、電流増幅回路１２と、第１バイアス電流源回路１３および第２バイアス電流源回路１４で構成されるバイアス電流源回路と、ＩＶアンプ１５とを備え、１チップに集積されている。

フォトダイオード１１は、光信号を受光して電流信号を発生する受光素子である。

電流増幅回路１２は、フォトダイオード１１からの電流信号を、第１バイアス電流源回路１３から供給される第１バイアス電流とし、第２バイアス電流源回路１４から供給される第２バイアス電流として、第１バイアス電流と第２バイアス電流との比で増幅率が決定される双方向電流増幅回路である。この双方向電流増幅回路は、例えば、青木英彦著「アナログＩＣの機能回路設計入門」，初版，ＣＱ出版株式会社，１９９２年９月２０日，ｐ．１４０−１４１に記載されているものが使用できる。

ここでこの電流増幅回路１２について、図２に基づいて説明する。図２は、電流増幅回路の一例である双方向電流増幅回路を示す図である。

図２に示す電流増幅回路１２は、第１バイアス電流源回路１３と第２バイアス電流源回路１４とを電流源として図示し、第１バイアス電流をＩ_A、第２バイアス電流をＩ_Bとして図示している。また、フォトダイオード１１から入力される入力電流信号をＩ_in、電流増幅回路１２からＩＶアンプ１５へ出力される出力電流信号をＩ_outとしている。

図２に示す電流増幅回路１２は、第１バイアス電流源回路１３からの第１バイアス電流Ｉ_Aを入力電流として動作する１対１対２のカレントミラー回路として構成されたトランジスタＱ５〜Ｑ７と、第２バイアス電流源回路１４からの第２バイアス電流Ｉ_Bを入力電流として動作する１対１対２のカレントミラー回路として構成されたトランジスタＱ１１〜Ｑ１３とを備えている。このカレントミラー回路を構成するトランジスタＱ５〜Ｑ７のコレクタ出力は、トランジスタＱ１のエミッタおよびトランジスタＱ４のエミッタに接続されている。また、トランジスタＱ１３のコレクタ出力は、トランジスタＱ３のエミッタおよびトランジスタＱ２のエミッタに接続されている。

トランジスタＱ１のコレクタへ接続されるトランジスタＱ９は、トランジスタＱ８と共にトランジスタＱ１０とで、１対１のカレントミラー回路を構成している。トランジスタＱ３のコレクタへ接続されるトランジスタＱ１５は、トランジスタＱ１４と共にトランジスタＱ１６とで、１対１のカレントミラー回路を構成している。

次に、第１バイアス電流源回路１３について図３に基づいて説明する。図３に示すように、第１バイアス電流源回路１３は、オペアンプを定電流回路として用いたもので、基準電圧発生回路１３１と、オペアンプ１３２と、トランジスタＱ２０と、抵抗Ｒ_Aと、カレントミラー回路１３３を備えている。

基準電圧発生回路１３１は、オペアンプ１３２に基準電圧Ｖｒｅｆ_Aを供給する電圧源で、オペアンプ１３２の正入力端子に接続されている。オペアンプ１３２は、出力がトランジスタＱ２０のベースに接続され、負入力端子がトランジスタＱ２０のエミッタに接続されている。トランジスタＱ２０は、Ｖｃｃからカレントミラー回路１３３を介して流れる電流を抵抗Ｒ_Aに流す。カレントミラー回路１３３は、抵抗Ｒ_Aに流れる電流量と同じ電流を第１バイアス電流Ｉ_Aとして出力する。つまり第１バイアス電流Ｉ_Aは、抵抗Ｒ_Aにより決定される。

次に、第２バイアス電流源回路１４について図４に基づいて説明する。図４に示すように、第２バイアス電流源回路１４は、オペアンプを定電流回路として用いたもので、基準電圧発生回路１４１と、オペアンプ１４２と、トランジスタＱ２１と、カレントミラー回路１４３を備えている。

基準電圧発生回路１４１は、オペアンプ１４２に基準電圧Ｖｒｅｆ_Bを供給する電圧源で、オペアンプ１４２の正入力端子に接続されている。オペアンプ１４２は、出力がトランジスタＱ２１のベースに接続され、負入力端子がトランジスタＱ２１のエミッタに接続されている。トランジスタＱ２１は、オペアンプ１４２により仮想短絡され、Ｖｃｃからカレントミラー回路１４３を介して流れる電流を、接続端子ＣＮを介してチップ外部に配置される可変抵抗ＶＲに流す。カレントミラー回路１４３は、可変抵抗ＶＲに流れる電流量と同じ電流を第２バイアス電流Ｉ_Bとして出力する。つまり第２バイアス電流Ｉ_Bは、可変抵抗ＶＲにより決定される。

図１に示すようにＩＶアンプ１５は、電流増幅回路１２からの増幅された電流信号を電圧信号に変換して出力端子Ｖ_outから出力電圧信号を出力する電流電圧変換回路である。ＩＶアンプ１５は、オペアンプ１５１と、オペアンプ１５１に帰還抵抗として出力端子と負入力端子とに接続された抵抗Ｒ_IVと、正入力端子に接続された抵抗Ｒ１とを備えている。そしてオペアンプ１５１の出力端子は、フロントモニタ素子１０と外部とを接続する出力端子Ｖ_outに接続されている。

以上のように構成される本発明の実施の形態に係る光信号増幅回路１の動作を、図１から図７に基づいて説明する。図５（Ａ）は第１バイアス電流源回路１３の基準電圧と温度特性の関係を示す図であり、同図（Ｂ）は第２バイアス電流源回路１４の基準電圧と温度特性の関係を示す図であり、同図（Ｃ）は電流増幅回路１２のゲイン温度特性を示す図である。図６および図７は、図５と同様に温度特性を示す図である。

図１に示すように、レーザ装置から照射されたレーザ光がＣＤまたはＤＶＤに反射してフォトダイオード１１に入射する。フォトダイオード１１は、受光した量に応じた電流信号を電流増幅回路１２への入力電流信号として出力する。

電流増幅回路１２では、次のように動作する。図２に示すようにトランジスタＱ１〜Ｑ４について、Ｖ_BE(Q1)−Ｖ_BE(Q2)＋Ｖ_BE(Q3)−Ｖ_BE(Q4)＝０となるので、Ｉ_C(Q1)・Ｉ_C(Q3)＝Ｉ_C(Q2)・Ｉ_C(Q4)が成り立つ。

ここでベース電流を無視し、入力した入力電流信号をＩ_inとし、増幅された出力電流信号をＩ_outとすると、
Ｉ_C(Q1)＝Ｉ_C(Q9)＋Ｉ_inとなり、Ｉ_C(Q2)＝Ｉ_C(Q13)−Ｉ_C(Q9)−Ｉ_inとなる。

また、Ｉ_C(Q3)＝Ｉ_C(Q15)＋Ｉ_outとなり、Ｉ_C(Q4)＝Ｉ_C(Q7)−Ｉ_C(Q15)−Ｉ_outとなる。

従って、Ｉ_out＝（Ｉ_C(Q13)／Ｉ_C(Q7)）・Ｉ_in＋Ｉ_C(Q9)・Ｉ_C(Q13)／Ｉ_C(Q7)−Ｉ_C(Q13)＋Ｉ_C(Q15)となる。

トランジスタＱ５〜Ｑ７とトランジスタＱ１１〜Ｑ１３とは１対１対２のカレントミラー回路であり、トランジスタＱ８，Ｑ９とトランジスタＱ１５，１４とは１対１のカレントミラー回路であるので、Ｉ_C(Q7)＝２・第１バイアス電流Ｉ_A、Ｉ_C(Q9)＝Ｉ_A、Ｉ_C(Q15)＝第２バイアス電流Ｉ_Bとなる。

従って、出力電流信号Ｉ_out＝（Ｉ_B／Ｉ_A）・入力電流信号Ｉ_inとなり、この電流増幅回路１２では、入力電流信号Ｉ_inが第１バイアス電流Ｉ_Aと第２バイアス電流Ｉ_Bとの比の増幅率で増幅される。

第１バイアス電流Ｉ_Aを供給する第１バイアス電流源回路１３では次のように動作する。図３に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆ_Aが正入力端子に入力されたオペアンプ１３２のゲインをＡ₁とすると、オペアンプ１３２の出力電圧Ｖｏは、出力電圧Ｖｏ＝Ａ₁・（基準電圧Ｖｒｅｆ_A−負入力端子電圧Ｖ）となる。この出力電圧Ｖｏは、トランジスタＱ２０のベースに印加されているので、エミッタの電位はトランジスタの順方向電圧降下Ｖｆだけ低下した電圧となり、負入力端子電圧Ｖ＝出力電圧Ｖｏ−順方向電圧降下Ｖｆとなる。これらにより、負入力端子電圧Ｖ＝（Ａ₁・基準電圧Ｖｒｅｆ_A−順方向電圧降下Ｖｆ）・（１＋Ａ₁）となり、オペアンプ１３２のゲインＡ₁は大きいので、近似すると、負入力端子電圧Ｖ≒基準電圧Ｖｒｅｆ_Aとなる。つまりトランジスタＱ２０は仮想短絡（バーチャルショート）となっており、抵抗Ｒ_Aに向かって電圧源からカレントミラー回路１３３を介して流れる。従って、第１バイアス電流源回路１３の出力電流である第１バイアス電流Ｉ_Aは、抵抗Ｒ_Aを流れる電流とすることができる。

第２バイアス電流Ｉ_Bを供給する第２バイアス電流源回路１４では次のように動作する。図４に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆ_Bが正入力端子に入力されたオペアンプ１４２のゲインをＡ₂とすると、オペアンプ１４２の出力電圧Ｖｏは、出力電圧Ｖｏ＝Ａ₂・（基準電圧Ｖｒｅｆ_B−負入力端子電圧Ｖ）となる。この出力電圧Ｖｏは、トランジスタＱ２１のベースに印加されているので、エミッタの電位はトランジスタの順方向電圧降下Ｖｆだけ低下した電圧となり、負入力端子電圧Ｖ＝出力電圧Ｖｏ−順方向電圧降下Ｖｆとなる。これらにより、負入力端子電圧Ｖ＝（Ａ₂・基準電圧Ｖｒｅｆ_B−順方向電圧降下Ｖｆ）・（１＋Ａ₂）となり、オペアンプ１４２のゲインＢは大きいので、近似すると、負入力端子電圧Ｖ≒基準電圧Ｖｒｅｆ_Bとなる。つまりトランジスタＱ２１は仮想短絡（バーチャルショート）となっており、可変抵抗ＶＲに向かって電圧源からカレントミラー回路１４３を介して流れる。従って、第１バイアス電流源回路１３と同様に、第２バイアス電流源回路１４の出力電流である第２バイアス電流Ｉ_Bは、可変抵抗ＶＲを流れる電流とすることができる。つまり第２バイアス電流Ｉ_Bは、接続端子ＣＮを介してフロントモニタ素子１０の外部に設けられた可変抵抗ＶＲによって調整可能なので、フロントモニタ素子１０を装置に実装した後でも容易に抵抗値を変更することができる。

このように、フォトダイオード１１からの電流信号は、電流増幅回路１２にて、第１バイアス電流源回路１３から供給される第１バイアス電流Ｉ_Aと第２バイアス電流源回路１４から供給される第２バイアス電流Ｉ_Bとの比の増幅率で増幅されるので、第２バイアス電流Ｉ_Bをチップ外部で調整することで所望とするゲインを容易に得ることができる。また、フォトダイオード１１からの電流信号を調整している訳ではなく、電流信号を増幅する増幅率を決定する第２バイアス電流Ｉ_Bを調整しているので、電流信号が遅延したり、電流信号にノイズが重畳したりすることを防止することができる。従って、電流信号に直接影響を与えることなくゲインを設定できるので、出力信号の品質劣化を防止することが可能である。

また、電流増幅回路１２の増幅率が、第１バイアス電流Ｉ_Aと第２バイアス電流Ｉ_Bとの比で決定されるので、電流増幅回路１２のゲイン温度特性を所望とする温度特性とすることも、第１バイアス電流Ｉ_Aと第２バイアス電流Ｉ_Bとの温度特性を予め決定しておくことで、容易に実現することができる。

例えば図３に示す第１バイアス電流源回路１３の基準電圧発生回路１３１が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ_Aの温度特性を図５（Ａ）に示すように温度の上昇に応じて電圧が上昇するような特性とし、図４に示す第２バイアス電流源回路１４の基準電圧発生回路１４１が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ_Bの温度特性を図５（Ｂ）に示すように温度の上昇に応じて電圧が上昇するような特性とすると、第１バイアス電流Ｉ_Aは温度と共に多く流れ、第２バイアス電流Ｉ_Bも温度と共に多く流れる。従って、電流増幅回路１２では、第１バイアス電流Ｉ_Aと第２バイアス電流源回路１４から供給される第２バイアス電流Ｉ_Bとの比の増幅率で増幅されるので、図５（Ｃ）に示すように温度に対してゲインが一定となるようなゲイン温度特性とすることができ、フロントモニタ素子１０周囲の温度変化があったとしても温度に影響を受けないゲイン調整回路とすることができる。

また、第１バイアス電流源回路１３の基準電圧発生回路１３１が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ_Aの温度特性を図６（Ａ）に示すように温度に対して一定となるような特性とし、第２バイアス電流源回路１４の基準電圧発生回路１４１が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ_Bの温度特性を図６（Ｂ）に示すように温度の上昇に応じて電圧が上昇するような特性とすると、第１バイアス電流Ｉ_Aは温度が上昇しても一定で変化せず、第２バイアス電流Ｉ_Bは温度と共に多く流れる。従って、図５（Ｃ）に示すように温度の上昇に応じてゲインが増加するようなゲイン温度特性とすることができる。これは、例えばＣＤまたはＤＶＤを読み書きするレーザ装置において、温度の上昇と共にレーザ光の出力強度が低下することで、フォトダイオード１１からの電流信号の強度が低下してしまうことを補うことができる特性である。

また、第１バイアス電流源回路１３の基準電圧発生回路１３１が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ_Aの温度特性を図７（Ａ）に示すように温度の上昇と共に電圧が上昇するような特性とし、第２バイアス電流源回路１４の基準電圧発生回路１４１が発生する基準電圧Ｖｒｅｆ_Bの温度特性を図７（Ｂ）に示すように温度に対して一定となるような特性とすると、第１バイアス電流Ｉ_Aは温度が上昇すると共に多く流れ、第２バイアス電流Ｉ_Bは温度が上昇しても一定で変化しない。従って、図７（Ｃ）に示すように温度の上昇に応じてゲインが低下するようなゲイン温度特性とすることもできる。

なお、本実施の形態１においては、電流増幅回路１２のゲイン温度特性について説明したが、第１バイアス電流Ｉ_Aと第２バイアス電流Ｉ_Bとを電源電圧の上昇、低下に応じてそれぞれの基準電圧Ｖｒｅｆ_A，Ｖｒｅｆ_Bが変化または一定とするような基準電圧発生回路１３１，１４１とすれば、図５〜図７に示すゲイン温度特性のようなゲイン電圧特性を得ることも可能である。このような温度特性、または電圧特性を有する基準電圧発生回路１３１，１４１は、従来公知の回路を採用することで可能である。

このようにしてフォトダイオード１１からの電流信号は電流増幅回路１２により増幅されて、ＩＶアンプ１５へ出力される。

ＩＶアンプ１５では、次のように動作する。図１に示すように、オペアンプ１５１の入力インピーダンスは非常に大きいので、電流増幅回路１２から出力された出力電流信号Ｉ_outは、オペアンプ１５１にはほとんど流れ込まない。オペアンプのゲインをＡ₃とすると、出力電圧Ｖ_out＝Ａ₃・（正入力端子電圧Ｖ₊−負入力端子電圧Ｖ_-）となる。従って、（正入力端子電圧Ｖ₊−負入力端子電圧Ｖ_-）＝出力電圧Ｖ_out／Ａ₃となる。ここで、出力電圧Ｖ_outはバイアス電圧以上とはならず、ゲインＡ₃は十分大きな値であるため、（正入力端子電圧Ｖ₊−負入力端子電圧Ｖ_-）≒０と近似できる。つまり、正入力端子電圧Ｖ₊と負入力端子電圧Ｖ_-との間の電位差はほぼ同電位と見なすことができ、正入力端子と負入力端子との間は仮想短絡と見なすことができる。従って、正入力端子は接地されているので、出力電圧信号Ｖ_out＝出力電流信号Ｉ_out・抵抗Ｒ_IVとなり、電流増幅回路１２からの出力電流信号Ｉ_outが電圧信号に変換され、出力端子Ｖ_outから出力される。

なお、本実施の形態１に係るフロントモニタ素子１０では、電流増幅回路１２から出力される出力電流信号Ｉ_outをＩＶアンプ１５により電圧信号に変換してから出力しているが、外部回路で電圧信号に変換するのであれば、ＩＶアンプ１５を省略して電流増幅回路１２から出力される出力電流信号Ｉ_outを直接出力するようにしてもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態に係るゲイン調整回路を、光信号増幅回路を例に、図８に基づいて説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係るゲイン調整回路を用いた光信号増幅回路を示す図である。なお図８においては、図１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。

図８に示す本実施の形態２に係る光信号増幅回路２０は、第２バイアス電流源回路１４を複数備え、チップ外部から選択可能としたことを特徴とする。

フロントモニタ素子２１は、第２バイアス電流源回路１４を２つ備えている。そして、それぞれフロントモニタ素子２１外部に設けられた可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２と、接続端子Ｃ１，Ｃ２を介して接続されている。

２つの第２バイアス電流源回路１４は、切替回路２２により切り替えられ、選択信号は切替端子ＳＢを介してチップ外部から入力することができる。

例えばＣＤ読み書き用と、ＤＶＤ読み書き用とで２種類のゲインを必要とするときに、可変抵抗ＶＲ１，ＶＲ２をＣＤ読み書き用とＤＶＤ読み書き用とにそれぞれ調整しておく。そしてＣＤ読み書き時と、ＤＶＤ読み書き時とで、切替端子ＳＢに切替信号を入力して、切替回路２２によりいずれかの第２バイアス電流源回路１４からの第２バイアス電流Ｉ_Bを切り替えることで、ＣＤ読み書きと、ＤＶＤ読み書きとを行うことができる。従って、ゲインの調整を、その都度行う必要がない。従って、電流信号に直接影響を与えることなく所望とするゲインを切り替えることができる。

なお本実施の形態２では、２つの第２バイアス電流源回路１４を設けているが、切替端子ＳＢを第２バイアス電流源回路を切り替え可能に複数設ければ、３つ以上設けることも可能である。

また、ＩＶアンプ１５は、抵抗Ｒ_IVにコンデンサＣが、容量端子Ｃ_IN，Ｃ_OUTを介して並列に接続されている。このコンデンサＣは、遮断周波数を低下させるものであり、出力する電圧信号に重畳するノイズを抑制する機能を有している。このコンデンサＣは、接続端子Ｃ１，Ｃ２を介してチップ外部に配置されているので、フロントモニタ素子２１の特性を見ながら調整することが可能である。

本発明は、所望とするゲインを容易に設定可能としつつ、出力信号の品質劣化を防止することが可能なので、電流信号を増幅する際のゲインを調整することが可能なゲイン調整回路に好適である。

本発明の実施の形態１に係るゲイン調整回路を用いた光信号増幅回路を示す図電流増幅回路の一例である双方向電流増幅回路を示す図第１バイアス電流源回路の一例を示す図第２バイアス電流源回路の一例を示す図（Ａ）は第１バイアス電流源回路の基準電圧と温度特性の関係を示す図、（Ｂ）は第２バイアス電流源回路の基準電圧と温度特性の関係を示す図、（Ｃ）は電流増幅回路のゲイン温度特性を示す図（Ａ）は第１バイアス電流源回路の基準電圧と温度特性の関係を示す図、（Ｂ）は第２バイアス電流源回路の基準電圧と温度特性の関係を示す図、（Ｃ）は電流増幅回路のゲイン温度特性を示す図（Ａ）は第１バイアス電流源回路の基準電圧と温度特性の関係を示す図、（Ｂ）は第２バイアス電流源回路の基準電圧と温度特性の関係を示す図、（Ｃ）は電流増幅回路のゲイン温度特性を示す図本発明の実施の形態２に係るゲイン調整回路を用いた光信号増幅回路を示す図従来のゲイン調整回路を示す図従来の他のゲイン調整回路を示す図

符号の説明

１光信号増幅回路
１０フロントモニタ素子
１１フォトダイオード
１２電流増幅回路
１３第１バイアス電流源回路
１４第２バイアス電流源回路
１５ＩＶアンプ
２０光信号増幅回路
２１フロントモニタ素子
２２切替回路
１３１基準電圧発生回路
１３２オペアンプ
１３３カレントミラー回路
１４１基準電圧発生回路
１４２オペアンプ
１４３カレントミラー回路
１５１オペアンプ
ＣＮ，Ｃ１，Ｃ２接続端子
ＶＲ，ＶＲ１，ＶＲ２可変抵抗

Claims

電流信号を増幅する電流増幅回路と、
前記電流増幅回路が増幅する増幅率を決定する基準となるバイアス電流を供給するバイアス電流源回路とがチップ内部に配置され、
前記バイアス電流源回路が供給するバイアス電流を調整することで前記電流増幅回路の増幅率を調整可能とするバイアス電流調整回路がチップ外部から接続される接続端子を設けられていることを特徴とするゲイン調整回路。
前記バイアス電流源回路は、前記電流増幅回路の増幅の基準となる第１バイアス電流を供給する第１バイアス電流源回路と、前記接続端子に接続され、前記バイアス電流調整回路によって調整される第２バイアス電流を供給する第２バイアス電流源回路とを備え、
前記電流増幅回路は、前記第１バイアス電流と第２バイアス電流との比で増幅率が決定する双方向電流増幅回路であることを特徴とする請求項１記載のゲイン調整回路。
前記第２バイアス電流源回路を複数備えると共に、複数の第２バイアス電流源回路を切り替える切替回路を備え、
前記複数の第２バイアス電流源回路は、チップ外部に設けられたバイアス電流調整回路にそれぞれ接続端子を介して接続されていることを特徴とする請求項２記載のゲイン調整回路。
前記接続端子は、バイアス電流調整回路として設けられた可変抵抗に接続されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のゲイン調整回路。
前記第１バイアス電流源回路は第１バイアス電流を、前記第２バイアス電流源回路は第２バイアス電流を、温度または電源電圧に応じて出力する機能を備えたことを特徴とする請求項２から４のいずれかの項に記載のゲイン調整回路。