JP2010011216A - 受光増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器の出力負荷となる寄生容量を低減し、かつ、ゲイン切り替え時間を短縮できる受光増幅器を提供する。
【解決手段】受光増幅器は、フォトダイオード１で発生した電流を電圧に変換する受光増幅器であって、フォトダイオード１で発生した電流が入力されるトランスインピーダンスアンプ２と、直列接続された帰還抵抗素子４Ａおよびスイッチ回路７Ａと、該直列接続された帰還抵抗素子４Ａおよびスイッチ回路７Ａと並列接続された、直列接続された容量素子６Ａおよびスイッチ回路８Ａとから構成され、トランスインピーダンスアンプ２の入力端子と出力端子との間に挿入された第１負帰還回路と、並列接続された帰還抵抗素子３Ａおよび容量素子５Ａで構成され、第１負帰還回路と並列接続された第２負帰還回路とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＤ、ＤＶＤおよびＢｌｕ−ｒａｙなどの記録用光ディスク用のピックアップに使用される受光増幅器および光ピックアップ装置に関するものである。

近年、記録用光ディスクにおいては、再生時と記録時の光量の差が大きくなっているうえに、さまざまな反射率の光ディスクに対応する必要がある。このため特許文献１では図６のように、受光増幅器の負帰還回路を複数設け、データの再生時と記録時や光ディスクの種類によって、これら複数の負帰還回路から対応する回路をスイッチ回路により選択し、受光増幅器の増幅特性を劣化させることなく、周波数帯域やゲインを入力信号に応じた最適値に切り替える受光増幅器が提案されている。

また特許文献２では図７のように、受光増幅器の位相補償用として機能していない容量素子は、受光増幅器の出力端子と増幅器の非反転入力端子が接続された基準電圧との間に接続し、ゲイン切り替えに伴い前記容量素子が位相補償用として増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されたときには、前記容量素子は接続される直前の前記増幅器の出力電圧でチャージされた状態になっているため、安定した正しい出力波形が得られ、正確な信号検出を実現可能な受光増幅器が提案されている。
特開２００３−２３４６２３号公報 特開２００７−３０５２７２号公報

このように従来の光ピックアップ装置の受光増幅器においては、図６のように増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続される帰還抵抗素子の切り替えによるゲインの切り替えと同時に位相補償のための容量素子の切り替えも行う必要がある。この容量素子の切り替え時には、受光増幅器の増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続される容量素子には電荷はチャージされていない。このため、前記位相補償のための容量素子の切り替え直後から暫くの間は出力電圧が安定化されないため、正確な信号検出が困難であるという問題がある。

この問題を回避するため、図７のように増幅器の位相補償用として機能していない容量素子を、増幅器の出力端子と非反転入力端子が接続された基準電圧との間に接続し、ゲイン切り替えに伴い容量素子が位相補償用として増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続されるような構成にすることも考えられる。この場合は、容量素子は接続される直前の増幅器の出力電圧でチャージされた状態になっているため、安定した正しい出力波形が得られるが、この容量素子が出力に対する負荷容量となるため、高周波特性が悪化するという問題がある。

また、従来の光ピックアップの受光増幅器においては、増幅器の出力端子と反転入力端子との間に接続される帰還抵抗素子の切り替えによるゲインの切り替えと同時に位相補償のための容量素子の切り替えも行う必要がある。この容量素子の切り替え時に、位相補償用の容量素子の放電電流が帰還抵抗素子に流れ込み、その影響で増幅器の出力電圧が不安定になるため、ゲイン切り替え時間が長くなるという問題がある。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、増幅器の出力負荷となる寄生容量を低減し、かつ、ゲイン切り替え時間を短縮できる受光増幅器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の受光増幅器は、受光素子で発生した電流を電圧に変換する受光増幅器であって、前記受光素子で発生した電流が入力される増幅器と、直列接続された抵抗素子および第１スイッチと、該直列接続された抵抗素子および第１スイッチと並列接続された、直列接続された容量素子および第２スイッチとから構成され、前記増幅器の入力端子と出力端子との間に挿入された第１負帰還回路と、並列接続された抵抗素子および容量素子で構成され、前記第１負帰還回路と並列接続された第２負帰還回路とを備えることを特徴とする。

これにより、第１負帰還回路の抵抗素子と増幅器の出力端子との間の導通および非導通を切り替える第１スイッチとは別に、第１負帰還回路の容量素子と増幅器の出力端子との間の導通および非導通を切り替える第２スイッチが設けられる。従って、受光増幅器の増幅度を決定する抵抗素子の切り替えに伴って位相補償用の容量素子を切り替えるときに、容量素子の出力端子側をオープンにし、位相補償用の容量素子からの放電電流により受光増幅器の出力電圧が不安定となるのを防ぐことができ、増幅度の切り替え時間を短縮することができる。さらに、第２スイッチの切り替えにより第１負帰還回路の容量素子を増幅器の出力端子と完全に切り離すことができるため、第１負帰還回路の容量素子が増幅器の負荷として影響することがなくなり、増幅器の出力負荷となる寄生容量を低減でき、高周波特性の劣化を防止することが可能となる。

本発明により、増幅器の出力負荷となる寄生容量を低減できる。その結果、高倍速の記録時および再生時において正確な信号検出を実現できる。さらに、ゲイン切り替え時間を短縮できる。その結果、受光増幅器において様々な光ディスクの反射率に対応してゲインを切り替える場合に、切り替え時間を短縮し、応答速度を高速化させることができる。

以下、本発明の実施の形態における受光増幅器について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態の受光増幅器の全体構成を示すブロック図である。

この受光増幅器は、トランスインピーダンスアンプ２と、トランスインピーダンスアンプ２の入力端子と出力端子との間に並列接続され、それぞれ相異なる負帰還ループを形成する抵抗素子および容量素子で構成される複数の負帰還回路とを備え、フォトダイオード１で発生した電流を電圧に変換する。

具体的には、受光増幅器は、光記録媒体で反射された反射光を受光して光記録媒体の各種情報を検出する受光素子としてのフォトダイオード１と、フォトダイオード１で発生した光電流を電圧に変換し増幅するトランスインピーダンスアンプ２と、トランスインピーダンスアンプ２の増幅度を規定する帰還抵抗素子３Ａ、３Ｂ、４Ａおよび４Ｂと、位相補償用として機能させたときに位相補償特性を付与する容量素子５Ａ、５Ｂ、６Ａおよび６Ｂと、帰還抵抗素子４Ａおよび４Ｂならびに容量素子６Ａおよび６Ｂのトランスインピーダンスアンプ２に対する接続構成を切り替え、トランスインピーダンスアンプ２の増幅度や位相補償特性を切り替えるためのスイッチ回路７Ａ、７Ｂ、８Ａおよび８Ｂとを備えている。

トランスインピーダンスアンプ２の反転入力端子はフォトダイオード１のカソードへ接続され、フォトダイオード１のアノードはグランドへ接続されている。トランスインピーダンスアンプ２の反転入力端子には、フォトダイオード１で発生した電流が入力される。

トランスインピーダンスアンプ２の出力は受光増幅器の出力であり、トランスインピーダンスアンプ２の増幅度を規定する帰還抵抗素子３Ａおよび位相補償特性を付与する容量素子５Ａのそれぞれの端子が共通接続されてトランスインピーダンスアンプ２の出力端子に接続されている。また、トランスインピーダンスアンプ２の増幅度を規定する帰還抵抗素子３Ｂおよび位相補償特性を付与する容量素子５Ｂのそれぞれの端子が共通接続されてトランスインピーダンスアンプ２の非反転入力端子に接続されている。トランスインピーダンスアンプ２の増幅度を規定する帰還抵抗素子４Ａおよび位相補償特性を付与する容量素子６Ａはそれぞれスイッチ回路７Ａおよび８Ａに別々に接続され、このスイッチ回路７Ａおよび８Ａは共通接続されてトランスインピーダンスアンプ２の出力端子に接続されている。トランスインピーダンスアンプ２の増幅度を規定する帰還抵抗素子４Ｂおよび位相補償特性を付与する容量素子６Ｂはそれぞれスイッチ回路７Ｂおよび８Ｂに別々に接続され、このスイッチ回路７Ｂおよび８Ｂは共通接続されてトランスインピーダンスアンプ２の非反転入力端子に接続されている。

直列接続された帰還抵抗素子４Ａおよびスイッチ回路７Ａと、この直列接続された帰還抵抗素子４Ａおよびスイッチ回路７Ａと並列接続された、直列接続された容量素子６Ａおよびスイッチ回路８Ａとは、トランスインピーダンスアンプ２の入力端子と出力端子との間に挿入された第１負帰還回路を形成する。同様に、並列接続された帰還抵抗素子３Ａおよび容量素子５Ａは、第１負帰還回路と並列接続された第２負帰還回路を形成する。

スイッチ回路７Ａは、切り替え（スイッチング）制御により、帰還抵抗素子４Ａと受光増幅器の出力端子との間の導通および非導通を切り替える回路であり、受光増幅器の増幅度を規定する帰還抵抗素子を選択し、受光増幅器の出力端子とトランスインピーダンスアンプ２の反転入力端子との間に接続する。

スイッチ回路８Ａは、スイッチング制御により、容量素子６Ａと受光増幅器の出力端子との間の導通および非導通を切り替える回路であり、帰還抵抗素子により規定される受光増幅器の増幅度に対応した受光増幅器の位相補償量を付与する容量素子を選択し、受光増幅器の出力端子とトランスインピーダンスアンプ２の反転入力端子との間に接続する。

ここで、スイッチ回路７Ａおよび８Ａは、同時に切り替え制御され、同時にオンおよびオフされる。

スイッチ回路７Ｂは、切り替え制御により、帰還抵抗素子４Ｂと基準電源電圧９との間の導通および非導通を切り替える回路であり、スイッチ回路８Ｂは、切り替え制御により、容量素子６Ｂと基準電源電圧９との間の導通および非導通を切り替える回路である。

トランスインピーダンスアンプ２の非反転入力端子と基準電源電圧９との間には、反転入力端子とトランスインピーダンスアンプ２の出力端子との間に接続された回路と同様の構成の回路が接続されている。具体的には、トランスインピーダンスアンプ２の反転入力端子とトランスインピーダンスアンプ２の出力端子との間に接続された回路において、トランスインピーダンスアンプ２の出力端子の代わりに基準電源電圧９を接続した構成の回路が接続されている。

スイッチ回路７Ａおよび８Ａのスイッチング制御は外部からのゲイン制御信号により行われる。また、スイッチ回路７Ａおよび８Ａのスイッチング制御はスイッチ回路７Ｂおよび８Ｂのスイッチング制御に同期して行われる。例えば受光増幅器のゲイン制御信号が“Ｈｉｇｈ”レベルであると、トランスインピーダンスアンプ２の増幅度が大きくなるように帰還抵抗素子４Ａと接続されたスイッチ回路７Ａと、容量素子６Ａと接続されたスイッチ回路８Ａとがオフとなり、ゲインは帰還抵抗素子３Ａで規定される値となる。

また、ゲイン制御信号が“Ｌｏｗ”レベルであると、トランスインピーダンスアンプ２の増幅度が小さくなるように帰還抵抗素子４Ａと接続されたスイッチ回路７Ａと、容量素子６Ａと接続されたスイッチ回路８Ａとがオンとなり、ゲインは帰還抵抗素子３Ａおよび４Ａの並列接続で規定される値となる。

なお、ここでのスイッチ回路７Ａ、７Ｂ、８Ａおよび８Ｂは図２に示すようなベースが共通なバイポーラトランジスタ１７Ａおよび１８Ａならびにバイポーラトランジスタ１７Ｂおよび１８Ｂによる構成、もしくは図３に示すようなゲートが共通なＭＯＳトランジスタ１９Ａおよび２０ＡならびにＭＯＳトランジスタ１９Ｂおよび２０Ｂによる構成などで実現可能である。

次に本実施の形態の受光増幅器の動作を詳細に説明する。

ＣＤ―Ｒ／ＲＷやＤＶＤ−Ｒ／ＲＷなどの記録用光ディスクにおいて、例えば再生時にはレーザパワーが低いため、信号再生精度を高めるにはゲインは高くする必要がある。よってゲイン制御信号は“Ｈｉｇｈ”レベルに設定される。また記録時には瞬間的にアンプが飽和するようなパルス波形がフォトダイオード１に入射されるため、ゲイン制御信号は“Ｌｏｗ”レベルに設定される。これらのゲイン制御信号は、受光増幅器の図１に示すスイッチ回路７Ａ、７Ｂ、８Ａおよび８Ｂへ出力される。

ゲイン制御信号は“Ｌｏｗ”レベルの場合に、スイッチ回路７Ａ、７Ｂ、８Ａおよび８Ｂがオンとなり、ゲインは帰還抵抗素子３Ａおよび４Ａの並列接続で規定される値となる。このとき、容量素子５Ａおよび６Ａはトランスインピーダンスアンプ２の出力端子と反転入力端子との間に接続されているため、トランスインピーダンスアンプ２の出力電圧でチャージされた状態にある。

この状態からゲイン制御信号が“Ｈｉｇｈ”レベルに設定された場合、スイッチ回路７Ａ、７Ｂ、８Ａおよび８Ｂがオフとなり、ゲインは帰還抵抗素子３Ａで規定される値となるとともに、帰還抵抗素子４Ａおよび容量素子６Ａの一方の端子はどこにも接続されていない開放状態になる。

以上のように本実施の形態の受光増幅器によれば、受光増幅器の増幅度を決定する帰還抵抗素子を切り替えるスイッチ回路７Ａと、位相補償用の容量素子を切り替えるスイッチ回路８Ａとが別々に設けられ、帰還抵抗素子および容量素子がそれぞれ別のスイッチ回路で同時にスイッチング制御される。

この結果、ゲイン制御信号が“Ｌｏｗ”レベルから“Ｈｉｇｈ”レベルへ切り替わった直後のトランスインピーダンスアンプ２の出力信号Ｖｏｕｔは、従来のような容量素子６Ａにチャージされた状態から充電電流が帰還抵抗素子に流れ込み、出力電圧が不安定になる場合と異なる。すなわち、出力信号Ｖｏｕｔは、短時間で図４に示すような位相補償用の容量素子６Ａからの充電電流による影響のない安定した正しい出力波形となり、光ディスクへの高速記録および光ディスクの高倍速再生においても正確な信号検出が可能となる。

また、このとき容量素子６Ａはトランスインピーダンスアンプ２の出力電圧でチャージされた状態で保持されている。従って、ゲイン制御信号が再び“Ｈｉｇｈ”レベルから“Ｌｏｗ”レベルへ切り替わった場合でも、容量素子６Ａの一方の端子の電位は、“Ｌｏｗ”レベルでの出力信号Ｖｏｕｔの電位と等しいため、トランスインピーダンスアンプ２の出力信号は、すぐに安定した正しい出力波形となる。

また、ゲイン制御信号が“Ｈｉｇｈ”レベルに設定された場合、容量素子６Ａの一方の端子はどこにも接続されていない開放状態にあるため、受光増幅器の出力の負荷となることなく、図５に示すように従来の受光増幅器に比べて高周波特性の劣化を防ぐことができる。

以上、本発明の受光増幅器について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

本発明は、受光増幅器に有用であり、特にＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷおよびＢｌｕ−ｒａｙなどの記録再生型の光ピックアップ装置への用途として有用である。

本発明の実施の形態における受光増幅器の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における受光増幅器の具体的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における受光増幅器の具体的な構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における受光増幅器のゲイン切り替え時間を示す図である。 本発明の実施の形態における受光増幅器の周波数特性を示す図である。 従来の受光増幅器の全体構成を示すブロック図である。 従来の受光増幅器の全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ フォトダイオード
２ トランスインピーダンスアンプ
３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、１０、１１ 帰還抵抗素子
５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂ、１２、１３ 容量素子
７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、１４、１５、１６ スイッチ回路
９ 基準電源電圧
１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、１８Ｂ バイポーラトランジスタ
１９Ａ、１９Ｂ、２０Ａ、２０Ｂ ＭＯＳトランジスタ

Claims (3)

1. 受光素子で発生した電流を電圧に変換する受光増幅器であって、
   前記受光素子で発生した電流が入力される増幅器と、
   直列接続された抵抗素子および第１スイッチと、該直列接続された抵抗素子および第１スイッチと並列接続された、直列接続された容量素子および第２スイッチとから構成され、前記増幅器の入力端子と出力端子との間に挿入された第１負帰還回路と、
   並列接続された抵抗素子および容量素子で構成され、前記第１負帰還回路と並列接続された第２負帰還回路とを備える
   受光増幅器。
2. 前記第１スイッチおよび第２スイッチは、同時に切り替え制御される
   請求項１に記載の受光増幅器。
3. 前記第１スイッチおよび第２スイッチはそれぞれＭＯＳトランジスタもしくはバイポーラトランジスタである
   請求項１又は２に記載の受光増幅器。

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