JP2008153930A - Light receiving device for spatial optical communication - Google Patents

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Michinori Naito
通範 内藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light receiving device for spatial optical communication which can easily take out even a small photocurrent and is suitable for being made into an IC. <P>SOLUTION: The light receiving device for the spatial optical communication comprises: a photodiode D1 for receiving light from a light transmitting device and converting a light quantity to a current; a current/voltage conversion part 10 for converting the change of the current I1 converted in the photodiode D1 to a voltage (voltage at a terminal Vo); and an amplification part 11 for fetching and amplifying the voltage signal v1 of the connection point (a) of the photodiode D1 and the current/voltage conversion part 10 and feeding the amplified voltage signal v2 back to the connection point (a). In the light receiving device for the spatial optical communication, a FET Q5 and FET Q6 for controlling the operating current I3 of the amplification part 11 corresponding to the current I1 flowing to the photodiode D1 are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、送光装置から送られてくる光信号を受光する空間光通信用受光装置に関するものである。   The present invention relates to a light receiving device for spatial light communication that receives an optical signal transmitted from a light transmitting device.

送光装置から送られてくる光信号を受光する空間光通信用受光装置として、1つの受光素子と1つのプリアンプとを一組とした受光部を複数設けるとともに、各受光部の前方にレンズを配置したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a light receiving device for spatial light communication that receives an optical signal transmitted from a light transmitting device, a plurality of light receiving portions each including one light receiving element and one preamplifier are provided, and a lens is provided in front of each light receiving portion. An arrangement has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

上記空間光通信用受光装置においては、各受光部に比較回路及び選択回路が接続され、各受光部からの信号が比較回路及び選択回路に入力される。そして、比較回路は、各受光部から入力される信号の信号レベルを比較して、最大の信号レベルを検出する一方、選択回路は、信号レベルが最大の受光部に外部出力端子が接続されるよう回線を切り換えて、最も強い光を受光している受光部からの信号が外部へ出力されるようにしている。   In the spatial light communication light-receiving device, a comparison circuit and a selection circuit are connected to each light-receiving unit, and a signal from each light-receiving unit is input to the comparison circuit and the selection circuit. The comparison circuit compares the signal levels of the signals input from the light receiving units to detect the maximum signal level, while the selection circuit has an external output terminal connected to the light receiving unit with the maximum signal level. The line is switched so that the signal from the light receiving unit receiving the strongest light is output to the outside.

しかし、上記空間光通信用受光装置では、プリアンプを動作させるために受光部の全てに駆動電流を常時流しており、消費電力が非常に大きく、また、選択回路が回線を切り換えたときに、外部へ出力される信号が一瞬途切れるため、信号の伝送エラーが発生しやすいという問題がある。   However, in the above light receiving device for spatial light communication, a drive current is always supplied to all of the light receiving parts in order to operate the preamplifier, so that the power consumption is very large and when the selection circuit switches the line, There is a problem that a signal transmission error is likely to occur because the signal output to the terminal is momentarily interrupted.

また、各受光部のプリアンプと比較回路との間、各受光部のプリアンプと選択回路との間、及び比較回路と選択回路との間に各々配線が必要で、配線が非常に複雑化する。   Further, wiring is necessary between the preamplifier and the comparison circuit of each light receiving unit, between the preamplifier and the selection circuit of each light receiving unit, and between the comparison circuit and the selection circuit, and the wiring becomes very complicated.

そこで、マトリクス状に配置された複数個の受光部全てを動作状態にするのではなく、各受光部の光電流の直流成分を、電流電圧変換用抵抗と比較器を用いて光量が所定値以上かどうかを判断し、同じ受光部内でフォトダイオードと一対で動作している増幅器の動作をオン/オフ制御することにより、光を受光している受光器のみを動作状態とすることによって、全体の動作電流を抑えるようにした空間光通信用受光装置を同一出願人によって出願した(特願2005−308106号)。
特開平11−150514号公報
Therefore, instead of putting all of the plurality of light receiving units arranged in a matrix into an operating state, the light amount of the photocurrent of each light receiving unit is equal to or greater than a predetermined value by using a current-voltage conversion resistor and a comparator. By turning on / off the operation of the amplifier operating in a pair with the photodiode in the same light receiving unit, the operation of only the light receiving device receiving the light is achieved. The same applicant has applied for a spatial light communication light-receiving device capable of suppressing the operating current (Japanese Patent Application No. 2005-308106).
JP-A-11-150514

しかしながら、上記特願2005−308106号に記載した空間光通信用受光装置では、消費電流を減らすために、受光素子に流れる光電流が所定値以上かどうかの判断を比較器によって行い、その判断結果に基づいて、増幅器の動作をオン/オフ制御しているので、該光電流が所定値未満の小さい場合はその光電流を取り出せない。   However, in the light receiving device for spatial light communication described in Japanese Patent Application No. 2005-308106, in order to reduce current consumption, it is determined by a comparator whether the photocurrent flowing through the light receiving element is equal to or greater than a predetermined value. Since the operation of the amplifier is controlled based on the above, the photocurrent cannot be extracted when the photocurrent is smaller than a predetermined value.

また、上記空間光通信用受光装置では、光電流の直流成分の検出と所定値以上かどうかの判断のための比較器と、その比較出力がばたつかないように比較的時定数の大きな抵抗とコンデンサを必要とし、IC化に適さない。   In the above-described light receiving device for spatial light communication, a comparator for detecting a direct current component of a photocurrent and determining whether or not a predetermined value is exceeded, and a resistor having a relatively large time constant so that the comparison output does not fluctuate. And a capacitor are required, and it is not suitable for IC.

本発明は、これらの点を鑑みてなされたもので、小さな光電流も容易に取り出すことができ、かつIC化に適した空間光通信用受光装置を提供せんとするものである。   The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a light receiving device for spatial light communication that can easily take out a small photocurrent and is suitable for integration into an IC.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、送光装置からの光を受光し光量を電流に変換する受光素子と、前記受光素子で変換された電流の変化を電圧に変換する電流電圧変換部と、前記受光素子と前記電流電圧変換部との接続点の電圧信号を取り込んで増幅するとともに、その増幅した電圧信号を前記接続点に帰還する増幅部とを備えた空間光通信用受光装置において、前記受光素子に流れる電流に応じて前記増幅部の動作電流を制御する制御手段を設けたことを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is a light-receiving element that receives light from a light-transmitting device and converts a light amount into a current, and converts a change in current converted by the light-receiving element into a voltage. A spatial light comprising: a current-voltage conversion unit configured to perform the operation; and amplifying the voltage signal received at the connection point between the light receiving element and the current-voltage conversion unit and feeding back the amplified voltage signal to the connection point. The communication light receiving device is characterized in that a control means for controlling an operating current of the amplifying unit according to a current flowing through the light receiving element is provided.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記受光素子、電流電圧変換部及び増幅部を一組とした受光部が複数設けられ、該受光部をマトリクス状に配置すると共に、同各受光部から出力される前記電圧を加算するようにしたことを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a plurality of light receiving units each including the light receiving element, the current-voltage converting unit, and the amplifying unit are provided, and the light receiving units are arranged in a matrix, The voltage output from each of the light receiving units is added.

本発明によれば、比較的小さな光電流も容易に取り出すことができ、さらにはIC化にも適した空間光通信用受光装置を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to easily extract a relatively small photocurrent, and to realize a spatial light communication light-receiving device suitable for an IC.

以下、本発明の実施例について図面に従って説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る空間光通信用受光装置の構成図である。この空間光通信用受光装置1には、図に示すように、受光部としての基本セル2がマトリックス状に配列されている。本実施例では、基本セル2は6行6列に合計36個配列されている。なお、基本セル2の個数は36個に限らず、複数個設けられていればよい。例えば、5行5列で合計25個や、7行7列で合計49個であってもよいし、また5行6列や7行5列等、行方向の個数と列方向の個数とが異なっていてもよい。   FIG. 1 is a configuration diagram of a light receiving device for spatial light communication according to the present invention. In this spatial light communication light receiving device 1, as shown in the figure, basic cells 2 as light receiving portions are arranged in a matrix. In this embodiment, a total of 36 basic cells 2 are arranged in 6 rows and 6 columns. The number of basic cells 2 is not limited to 36, and a plurality of basic cells 2 may be provided. For example, the total number may be 25 in 5 rows and 5 columns, 49 in total in 7 rows and 7 columns, and the number in the row direction and the number in the column direction may be 5 rows and 6 columns or 7 rows and 5 columns. May be different.

各基本セル2は矩形をなしており、その一辺(図1においては上辺)には信号線3が取り付けられている。各基本セル2の信号線3は行方向に配索された信号取出線4に接続されており、本実施例では基本セル2が6行に配列されているので、信号取出線4は6本配索されている。   Each basic cell 2 has a rectangular shape, and a signal line 3 is attached to one side (the upper side in FIG. 1). The signal lines 3 of each basic cell 2 are connected to signal extraction lines 4 arranged in the row direction. In this embodiment, the basic cells 2 are arranged in six lines, so that there are six signal extraction lines 4. It has been routed.

そして、6本の信号取出線4は、加算器Sを介して1本の信号主取出線5に纏められ、この信号主取出線5は出力端子6に接続されている。信号主取出線5の途中には配線7が接続され、この配線7は抵抗Rを介して接地されている。   The six signal extraction lines 4 are combined into one signal main extraction line 5 via the adder S, and the signal main extraction line 5 is connected to the output terminal 6. A wiring 7 is connected in the middle of the signal main lead-out line 5, and this wiring 7 is grounded via a resistor R.

図2は、基本セル2の詳細構成を示している。この基本セル2は受光部と同じものである。基本セル2は、図2に示すように、外形が矩形(本実施例では正方形)をなしており、その矩形の角部にアンプ部8が設けられている。アンプ部8以外の部分には、受光素子9が設けられ、この受光素子9はアンプ部8と電気的に接続されている。なお、基本セル2の形状は正六角形でもよく、この場合は、複数の基本セル2はハニカム構造に配列される。   FIG. 2 shows a detailed configuration of the basic cell 2. The basic cell 2 is the same as the light receiving unit. As shown in FIG. 2, the basic cell 2 has a rectangular outer shape (in this embodiment, a square), and an amplifier unit 8 is provided at the corner of the rectangle. A light receiving element 9 is provided at a portion other than the amplifier unit 8, and the light receiving element 9 is electrically connected to the amplifier unit 8. The shape of the basic cells 2 may be a regular hexagon. In this case, the plurality of basic cells 2 are arranged in a honeycomb structure.

図3は、アンプ部8の回路構成を示している。図3に示すように、アンプ部8は電流電圧変換部10と増幅部11とを備えている。電流電圧変換部10には、MOS FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:以下、FETという)Q1,Q2,Q3,Q4,Q5が設けられている。そして、受光素子9であるフォトダイオードD1のカソード側がFET Q1のソースに接続されている。フォトダイオードD1のアノード側は接地されている。   FIG. 3 shows a circuit configuration of the amplifier unit 8. As shown in FIG. 3, the amplifier unit 8 includes a current-voltage conversion unit 10 and an amplification unit 11. The current-voltage converter 10 is provided with MOS FETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors: hereinafter referred to as FETs) Q1, Q2, Q3, Q4, and Q5. The cathode side of the photodiode D1, which is the light receiving element 9, is connected to the source of the FET Q1. The anode side of the photodiode D1 is grounded.

FET Q1のドレインはFET Q2のドレインに接続され、さらにFET Q2のソースは電源Vddに接続されている。また、電源VddにはFET Q3のソースが接続され、このFET Q3のドレインは端子Voに接続されている。またFET Q3のドレインは負荷抵抗R1を介して接地されている。なお、端子Voは信号線3(図1、図2参照)に繋がっている。   The drain of the FET Q1 is connected to the drain of the FET Q2, and the source of the FET Q2 is connected to the power source Vdd. The source of the FET Q3 is connected to the power source Vdd, and the drain of the FET Q3 is connected to the terminal Vo. The drain of the FET Q3 is grounded through the load resistor R1. The terminal Vo is connected to the signal line 3 (see FIGS. 1 and 2).

また、電源VddにはFET Q4のソースが接続され、このFET Q4のドレインはFET Q5のドレインに接続されている。FET Q5のソースは接地され、また、FET Q5は、そのゲートとドレインとが接続された、いわゆるダイオード接続されている。   The power source Vdd is connected to the source of the FET Q4, and the drain of the FET Q4 is connected to the drain of the FET Q5. The source of the FET Q5 is grounded, and the FET Q5 is so-called diode-connected in which its gate and drain are connected.

FET Q2は、そのゲートとドレインが接続されたダイオード接続を有し、またFET Q2のドレインとFET Q3のゲートとが接続されている。また、FET Q2のゲートとFET Q4のゲートとは抵抗R2を介して互いに接続されている。この抵抗R2とFET Q4のゲートとの中間点は、コンデンサC2を介して電源Vddに接続されている。   The FET Q2 has a diode connection in which its gate and drain are connected, and the drain of the FET Q2 and the gate of the FET Q3 are connected. The gate of the FET Q2 and the gate of the FET Q4 are connected to each other via a resistor R2. An intermediate point between the resistor R2 and the gate of the FET Q4 is connected to the power source Vdd via the capacitor C2.

ここでは、FET Q2とFET Q3、及びFET Q2とFET Q4はそれぞれカレントミラー回路を構成している。   Here, FET Q2 and FET Q3, and FET Q2 and FET Q4 each constitute a current mirror circuit.

増幅部11には、FET Q6,Q7,Q8,Q9,Q10が設けられている。そして、FET Q6のソースは接地され、またFET Q6のゲートは前記変換部10のFET Q5のゲートに接続され、FET Q5とFET Q6はカレントミラー回路を構成している。   The amplification unit 11 is provided with FETs Q6, Q7, Q8, Q9, and Q10. The source of the FET Q6 is grounded, the gate of the FET Q6 is connected to the gate of the FET Q5 of the conversion unit 10, and the FET Q5 and the FET Q6 constitute a current mirror circuit.

また、FET Q6のドレインはFET Q7のソースとFET Q8のソースにそれぞれ接続され、FET Q8のゲートには参照電圧Vrが印加されている。また、FET Q7のドレインはFET Q9のドレインに、FET Q8のドレインはFET Q10のドレインにそれぞれ接続されている。ここでは、FET Q7とFET Q8はカレントミラー回路を構成している。   The drain of the FET Q6 is connected to the source of the FET Q7 and the source of the FET Q8, respectively, and the reference voltage Vr is applied to the gate of the FET Q8. The drain of the FET Q7 is connected to the drain of the FET Q9, and the drain of the FET Q8 is connected to the drain of the FET Q10. Here, the FET Q7 and the FET Q8 constitute a current mirror circuit.

FET Q9のゲートとFET Q10のゲートとは互いに接続され、またFET Q10は、そのゲートがドレインに接続されたダイオード接続を有している。さらに、FET Q9のソースとFET Q10のソースは電源Vddにそれぞれ接続されている。ここでは、FET Q9とFET Q10はカレントミラー回路を構成している。   The gate of FET Q9 and the gate of FET Q10 are connected to each other, and FET Q10 has a diode connection with the gate connected to the drain. Further, the source of the FET Q9 and the source of the FET Q10 are connected to the power source Vdd. Here, the FET Q9 and the FET Q10 constitute a current mirror circuit.

本実施例では、フォトダイオードD1と電流電圧変換部10との接続点、つまりフォトダイオードD1とFET Q1のソースとの接続点aが配線12を介してFET Q7のゲートに接続され、さらに、FET Q7のドレインとFET Q9のドレインとの接続点bが配線13を介してFET Q1のゲートに接続されている。   In this embodiment, a connection point between the photodiode D1 and the current-voltage conversion unit 10, that is, a connection point a between the photodiode D1 and the source of the FET Q1 is connected to the gate of the FET Q7 through the wiring 12, and further, the FET A connection point b between the drain of Q7 and the drain of the FET Q9 is connected to the gate of the FET Q1 through the wiring 13.

次に、本実施例の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

本実施例においては、前記変換部10のFET Q1は、そのソース側に存在する信号電圧を配線12を介して増幅部11へ送り、増幅部11で増幅して、その増幅した信号電圧を配線13を介して同FET Q1のゲートにフィードバックすることにより、等価的に前記ソースから見た入力インピーダンスを下げることができる。そして、FET Q2、FET Q1及びフォトダイオードD1に光電流I1が流れると、FET Q2とFET Q3のカレントミラーにより、FET Q3には光電流I1と等価な光電流I4が流れ、この光電流I4を負荷抵抗R1により、端子Voから電圧(I4*R1つまりI1*R1)として取り出すことができる。   In the present embodiment, the FET Q1 of the conversion unit 10 sends the signal voltage existing on the source side to the amplification unit 11 via the wiring 12, amplifies the amplification unit 11, and the amplified signal voltage is wired. By feeding back to the gate of the FET Q1 via 13, the input impedance viewed from the source can be equivalently reduced. When the photocurrent I1 flows through the FET Q2, the FET Q1, and the photodiode D1, the photocurrent I4 equivalent to the photocurrent I1 flows through the FET Q3 by the current mirror of the FET Q2 and the FET Q3. A voltage (I4 * R1, that is, I1 * R1) can be taken out from the terminal Vo by the load resistor R1.

また、FET Q2とFET Q4とのカレントミラーにより、FET Q4には光電流I1と等価な光電流I2(この光電流I2は光電流I4とも等価である)が流れ、その結果、FET Q5には光電流I2が流れる。なお、抵抗R2とコンデンサC2は、光電流I1の直流成分を光電流I2に取り出すためのLPF(Low Pass Filter)である。   Further, due to the current mirror of FET Q2 and FET Q4, a photocurrent I2 equivalent to the photocurrent I1 flows through the FET Q4 (this photocurrent I2 is also equivalent to the photocurrent I4). As a result, the FET Q5 A photocurrent I2 flows. The resistor R2 and the capacitor C2 are LPFs (Low Pass Filters) for extracting the direct current component of the photocurrent I1 to the photocurrent I2.

また、光電流I2が流れると、FET Q5とFET Q6とのカレントミラーにより、FET Q6に光電流I3が流れる。すなわち、ここでは、FET Q5とFET Q6は、増幅器11の動作電流を制御する制御手段を構成している。   When the photocurrent I2 flows, the photocurrent I3 flows in the FET Q6 by the current mirror of the FET Q5 and the FET Q6. That is, here, the FET Q5 and the FET Q6 constitute a control means for controlling the operating current of the amplifier 11.

FET Q2とFET Q3、FET Q2とFET Q4における電流比は1であり、FET Q2とFET Q4における電流比を2とすると、I3=2*1となり、FET Q1〜FET Q5に流れる電流と、増幅部11の作動対であるFET Q7,FET Q8に流れる電流を同じにすることができる。   FET Q2 and FET Q3, FET Q2 and FET Q4 have a current ratio of 1, and if FET Q2 and FET Q4 have a current ratio of 2, I3 = 2 * 1, and the current flowing through FET Q1 to FET Q5 is amplified. The currents flowing in the FET Q7 and FET Q8, which are the working pairs of the unit 11, can be made the same.

フォトダイオードD1に当たった光の光量は光電流I1となって、端子Voから出力されると同時に、増幅部11の作動増幅用のFET Q7,FET Q8のドレイン電流をも決定する。フォトダイオードD1に光が当たらず光量がなければ、光電流I1〜I4は流れない。   The amount of light striking the photodiode D1 becomes a photocurrent I1, which is output from the terminal Vo, and at the same time, the drain currents of the operational amplifier FETs Q7 and Q8 of the amplifier 11 are also determined. If light does not strike the photodiode D1 and there is no light, the photocurrents I1 to I4 do not flow.

光電流I1は発光(送光)側の消光比により、振幅変調の最低値でも一定の光電流を流す。すなわち、光を完全に消すところまで深い変調は行われない。その最低光量と最高光量の調整は発光側で行われるものであるが、本実施例の基本セル(受光部)2においては、これを利用して増幅部11の動作を小電流時でも良好なものとしている。   The photocurrent I1 causes a constant photocurrent to flow even at the lowest value of amplitude modulation due to the extinction ratio on the light emission (light transmission) side. That is, no deep modulation is performed until the light is completely extinguished. The adjustment of the minimum light quantity and the maximum light quantity is performed on the light emitting side, but in the basic cell (light receiving part) 2 of the present embodiment, the operation of the amplifying part 11 is good even at a small current by using this. It is supposed to be.

図4(a)は一定の最低光量がある場合、同図(b)は最低光量が0の場合をそれぞれ示しており、データ通信のL側で電流電圧変換部10、増幅部11に用いるMOSトランジスタにバイアス電流が与えられず、その動作は非線形になる。   4A shows a case where there is a certain minimum amount of light, and FIG. 4B shows a case where the minimum amount of light is 0. The MOS used for the current-voltage conversion unit 10 and the amplification unit 11 on the L side of data communication. No bias current is applied to the transistor, and its operation is non-linear.

このような基本セル2を図1のようにマトリクス状に縦横方向に配置してなる受光装置では、光の当たっている部分の基本セル2がその光量に応じて電流電圧変換部10、増幅部11の電流を流す動作をするので、図1に示す各基本セル2から出力される電流を加算器Sで加算した加算電流と抵抗Rにより得られた電圧V(図1の出力端子での電圧)は、それぞれの光電流に応じた加算出力となる。   In a light receiving device in which such basic cells 2 are arranged in a matrix in the vertical and horizontal directions as shown in FIG. 1, the basic cell 2 in the portion where the light is applied has a current-voltage converter 10 and an amplifier according to the amount of light. 11 is caused to flow, so that the voltage V (the voltage at the output terminal in FIG. 1) obtained by adding the current output from each basic cell 2 shown in FIG. ) Is an added output corresponding to each photocurrent.

基本セル2内の増幅部11は、フォトダイオードD1の端子間容量の周波数特性への影響を軽減するためのもので、通常FET Q1のソースから見た入力インピーダンスを数十Ω以下に抑える。   The amplifying unit 11 in the basic cell 2 is for reducing the influence of the capacitance between the terminals of the photodiode D1 on the frequency characteristics, and normally suppresses the input impedance viewed from the source of the FET Q1 to several tens of Ω or less.

光量の低下による光電流I3の減少は徐々に高域周波数での入力インピーダンスを上げるが、合算後の出力は、光量の大きな基本セル2から得られる電流が支配的なので、その影響は少ない。   The decrease in the photocurrent I3 due to the decrease in the amount of light gradually increases the input impedance at a high frequency, but the influence after the addition is small because the current obtained from the basic cell 2 having a large amount of light is dominant.

次に、FET Q1のソースから見た入力インピーダンスを下げることができる理由について詳述する。   Next, the reason why the input impedance viewed from the source of the FET Q1 can be lowered will be described in detail.

先ず、図3に示すように、配線12における電圧をv1とし、配線13における電圧をv2とする。そして、フォトダイオードD1のカソード側とFET Q1のソースとの接続点aの入力インピーダンスをZiとしたとき、FET Q1がゲート接地で用いられる場合は、Zi≒1/gm1(ここで、gm1はFET Q1の相互コンダクタンスである)で表されるが、図3では、FET Q7のソースとFET Q8のソースが仮想接地となっていることを考慮すると、
v2=−v1*gm2*R2 ・・・・・・(1)
i1=(v2−v1)gm1 ・・・・・・(2)
である。ここで、gm2はFET Q7の相互コンダクタンスである。また、i1はI1と同じである。
First, as shown in FIG. 3, the voltage in the wiring 12 is set to v1, and the voltage in the wiring 13 is set to v2. When the input impedance at the connection point a between the cathode side of the photodiode D1 and the source of the FET Q1 is Zi, Zi≈1 / gm1 (where gm1 is the FET) In FIG. 3, considering that the source of the FET Q7 and the source of the FET Q8 are in virtual ground,
v2 = −v1 * gm2 * R2 (1)
i1 = (v2-v1) gm1 (2)
It is. Here, gm2 is the mutual conductance of the FET Q7. I1 is the same as I1.

上記(1)式及び(2)式より、
Zi=−v1/i1=1/gm1(1+R2*gm2) ・・・・・・(3)
となり、入力インピーダンスZiをゲート接地の入力の値より、非常に小さくすることができる。
From the above formulas (1) and (2),
Zi = −v1 / i1 = 1 / gm1 (1 + R2 * gm2) (3)
Thus, the input impedance Zi can be made much smaller than the input value of the gate ground.

一方、 FET Q7とFET Q8のソースの接続点とGND間にi2(=I3)なる信号電流が流れた場合は、
v2=−k*i2*R2 ・・・・・・(4)
i1=(v2−v1)gm1 ・・・・・・(5)
である。ここで、kはi2の分流比である。
On the other hand, when a signal current i2 (= I3) flows between the connection point of the source of FET Q7 and FET Q8 and GND,
v2 = −k * i2 * R2 (4)
i1 = (v2-v1) gm1 (5)
It is. Here, k is a diversion ratio of i2.

v1とv2が、FET Q1のソースフォロア動作として表されるので、上記(4)式及び(5)式より、
v1/v2=gm1*Rs/(1+gm1*Rs) ・・・・・・(6)
となる。ここで、RsはFET Q7とFET Q8のソースとGND間の抵抗である。
Since v1 and v2 are expressed as the source follower operation of the FET Q1, from the above equations (4) and (5),
v1 / v2 = gm1 * Rs / (1 + gm1 * Rs) (6)
It becomes. Here, Rs is a resistance between the sources of the FETs Q7 and Q8 and GND.

今、FET Q5とFET Q6とはカレントミラーを構成しており、FET Q5側に電流が流れたとき、FET Q6側にも電流が流れ、FET Q6を定電流源とみなすことができる。すると、Rs=∞となり、v1≒v2となるので、i1≒0である。したがって、i2は出力Voには現れない。   Now, the FET Q5 and the FET Q6 constitute a current mirror. When a current flows to the FET Q5 side, a current also flows to the FET Q6 side, and the FET Q6 can be regarded as a constant current source. Then, Rs = ∞ and v1≈v2, i1≈0. Therefore, i2 does not appear in the output Vo.

図3のフォトダイオードD1は光を受けると光の強度に応じた電流が流れ、それは直流電流Iと交流電流iとの和として表現できる。また端子間にその面積に応じた容量を持つ、すなわち、上記式のRsは現実には、高い周波数では小さくなりv1≒v2が成り立たなくなる。   3 receives a light, a current corresponding to the intensity of the light flows, which can be expressed as the sum of a direct current I and an alternating current i. In addition, the capacitance corresponding to the area is provided between the terminals, that is, Rs in the above equation is actually small at a high frequency, and v1≈v2 does not hold.

すると、その容量のインピーダンスの逆数に応じたi2による電流が抵抗R1にも流れる。   Then, a current due to i2 corresponding to the reciprocal of the impedance of the capacitance also flows through the resistor R1.

図3の構成では、このi2の帰還を防止するために抵抗R2及びコンデンサC2からなるLPFが設けられている。このLPFの時定数は、低周波数成分を含むデータ信号そのものを取り除く目的ではなく、その高周波数成分を取り除く目的のものなので、従来例に比べて十分に小さなもので済み、IC化に適している。   In the configuration of FIG. 3, an LPF including a resistor R2 and a capacitor C2 is provided to prevent the feedback of i2. The time constant of the LPF is not intended to remove the data signal itself including the low frequency component, but is intended to remove the high frequency component. Therefore, the time constant of the LPF is sufficiently smaller than that of the conventional example, and is suitable for IC implementation. .

図5は実施例2を示している。本実施例では、増幅部11が、FET Q16、FET Q17、FET Q19及びFET Q20を有している。実施例1と比較すると、FET Q16はFET Q6に、FET Q17はFET Q7に、FET Q19はFET Q9に、FET Q20はFET Q10にそれぞれ相当している。つまり本実施例では、実施例1におけるFET Q8に相当するものは設けられていない。   FIG. 5 shows a second embodiment. In this embodiment, the amplifying unit 11 includes an FET Q16, an FET Q17, an FET Q19, and an FET Q20. Compared to the first embodiment, the FET Q16 corresponds to the FET Q6, the FET Q17 corresponds to the FET Q7, the FET Q19 corresponds to the FET Q9, and the FET Q20 corresponds to the FET Q10. That is, in this embodiment, there is no equivalent to the FET Q8 in the first embodiment.

そして、FET Q16のドレインがFET Q20のドレインに接続され、FET Q17のソースは接地されている。   The drain of the FET Q16 is connected to the drain of the FET Q20, and the source of the FET Q17 is grounded.

本実施例の場合も、フォトダイオードD1とFET Q1のソースとの接続点aが配線12を介してFET Q17のゲートに接続され、さらに、FET Q17のドレインとFET Q19のドレインとの接続点bが配線13を介してFET Q1のゲートに接続されており、実施例1と同様な作用効果を得ることができる。   Also in this embodiment, the connection point a between the photodiode D1 and the source of the FET Q1 is connected to the gate of the FET Q17 through the wiring 12, and further, the connection point b between the drain of the FET Q17 and the drain of the FET Q19. Is connected to the gate of the FET Q1 through the wiring 13, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

図6は実施例3を示している。本実施例では、電流電圧変換部10には、FET Q1、FET Q2及びFET Q3が設けられている。つまり、実施例1において設けられていたFET Q4が欠落している。また、増幅部11にはFET Q26及びFET Q27が設けられている。   FIG. 6 shows a third embodiment. In the present embodiment, the current-voltage conversion unit 10 is provided with FET Q1, FET Q2, and FET Q3. That is, the FET Q4 provided in the first embodiment is missing. The amplification unit 11 is provided with an FET Q26 and an FET Q27.

そして、FET Q26のドレインがFET Q27のドレインに接続され、FET Q27のソースは接地されている。また、FET Q26のソースは電源Vddに接続され、FET Q26のゲートは抵抗R2を介してFET Q2のゲートに接続されている。さらに、FET Q26のゲートと抵抗R2と中間点(電流電圧変換部10側の中間点)は、コンデンサC2を介して電源Vddに接続されている。   The drain of the FET Q26 is connected to the drain of the FET Q27, and the source of the FET Q27 is grounded. The source of the FET Q26 is connected to the power supply Vdd, and the gate of the FET Q26 is connected to the gate of the FET Q2 through the resistor R2. Further, the gate of the FET Q26, the resistor R2, and the intermediate point (the intermediate point on the side of the current-voltage converter 10) are connected to the power source Vdd via the capacitor C2.

本実施例の場合も、フォトダイオードD1とFET Q1のソースとの接続点aが配線12を介してFET Q27のゲートに接続され、さらに、FET Q26のドレインとFET Q27のドレインとの接続点bが配線13を介してFET Q1のゲートに接続されており、実施例1と同様な作用効果を得ることができる。   Also in the present embodiment, the connection point a between the photodiode D1 and the source of the FET Q1 is connected to the gate of the FET Q27 through the wiring 12, and further, the connection point b between the drain of the FET Q26 and the drain of the FET Q27. Is connected to the gate of the FET Q1 through the wiring 13, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本発明に係る空間光通信用受光装置の構成図である。It is a block diagram of the light receiving device for spatial light communication according to the present invention. 基本セルの詳細構成を示す平面図である。It is a top view which shows the detailed structure of a basic cell. 実施例1による受光素子を含むアンプ部の回路構成図である。4 is a circuit configuration diagram of an amplifier unit including a light receiving element according to Embodiment 1. FIG. 受光素子が受光する光量の変化を示しており、(a)は一定の最低光量がある場合の図、(b)は最低光量がゼロの場合の図である。The change of the light quantity which a light receiving element receives is shown, (a) is a figure in case there exists a fixed minimum light quantity, (b) is a figure in case the minimum light quantity is zero. 実施例2による受光素子を含むアンプ部の回路構成図である。6 is a circuit configuration diagram of an amplifier unit including a light receiving element according to Embodiment 2. FIG. 実施例3による受光素子を含むアンプ部の回路構成図である。6 is a circuit configuration diagram of an amplifier unit including a light receiving element according to Embodiment 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 空間光通信用受光装置
2 基本セル
8 アンプ部
9 受光素子
10 電流電圧変換部
11 増幅部
a,b 接続点
D1 フォトダイオード
Q1〜Q10 FET
Q16,Q17,Q19,Q20 FET
Q26,Q27 FET
S 加算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light receiving device for space optical communication 2 Basic cell 8 Amplifier part 9 Light receiving element 10 Current-voltage conversion part 11 Amplifying part a, b Connection point D1 Photodiode Q1-Q10 FET
Q16, Q17, Q19, Q20 FET
Q26, Q27 FET
S adder

Claims (2)

送光装置からの光を受光し光量を電流に変換する受光素子と、
前記受光素子で変換された電流の変化を電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記受光素子と前記電流電圧変換部との接続点の電圧信号を取り込んで増幅するとともに、その増幅した電圧信号を前記接続点に帰還する増幅部とを備えた空間光通信用受光装置において、
前記受光素子に流れる電流に応じて前記増幅部の動作電流を制御する制御手段を設けたことを特徴とする空間光通信用受光装置。
A light receiving element that receives light from the light transmitting device and converts the amount of light into a current;
A current-voltage converter that converts a change in current converted by the light receiving element into a voltage;
In the spatial light communication light receiving device including a voltage signal at a connection point between the light receiving element and the current-voltage conversion unit and amplifying the voltage signal, and an amplification unit that feeds back the amplified voltage signal to the connection point.
A light receiving device for spatial light communication, comprising control means for controlling an operating current of the amplifying unit in accordance with a current flowing through the light receiving element.
前記受光素子、電流電圧変換部及び増幅部を一組とした受光部が複数設けられ、該受光部をマトリクス状に配置すると共に、同各受光部から出力される前記電圧を加算するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の空間光通信用受光装置。   A plurality of light receiving units each including the light receiving element, the current-voltage converting unit, and the amplifying unit are provided. The light receiving units are arranged in a matrix and the voltages output from the respective light receiving units are added. The light receiving device for spatial light communication according to claim 1.
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