JP2010147093A - 受光回路 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の受光回路は、入力のノイズ成分により誤動作を起こす可能性があった。
【解決手段】本発明は、入力光信号に応じて光電流を出力するフォトダイオードと、反転増幅器の入出力間に帰還抵抗を接続し、フォトダイオードのカソードと入力が接続された第１の増幅器と、第１の増幅器と同様な構成を有し、フォトダイオードのアノードと入力が接続された第２の増幅器と、第１の増幅器の出力と第２の増幅器の入力との間に接続される容量素子と、を有する受光回路であって、光電流の電流値に応じて第２の増幅器の入力にバイアス電流を出力して、バイアス電流により第２の増幅器の出力に応じた当該受光回路の出力電圧信を制御し、当該受光回路の感度を調整するバイアス電流制御回路を有し、バイアス電流制御回路は、第２の増幅器の出力に応じて感度を変化させることを特徴とする受光回路である。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光回路に関する。

現在、フォトカプラが広く用いられている。フォトカプラは、産業用・民生用の高電圧動作する駆動部を持つ機器において、高電圧の駆動部と低電圧の制御部との電気的な絶縁を確保するために用いられている。フォトカプラは、電気的な入力信号を、光のオンもしくはオフにより出力側に伝達し、再び電気的な信号として出力する。

汎用フォトカプラは、低価格化、高信頼性が要求される。このようなフォトカプラの受光回路として利用できる回路構成として特許文献１の技術が開示されている。図５に特許文献１に記載される受光回路１の回路図を示す。図５に示すように、受光回路１は、フォトダイオードＰＤ１と、容量素子Ｃ１と、ＮＰＮトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ２１、Ｔｒ２２と、抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３とを有する。

更に、図６の受光回路１の構成を利用した集積回路（以下、受光回路２と称す）を示す。図６に示すように、受光回路２は、フォトダイオードＰＤ１と、ＮＰＮトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２、Ｔｒ２１、Ｔｒ２２、Ｔｒ３１、Ｔｒ３２、Ｔｒ４１、Ｔｒ４２、Ｔｒ５１と、抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ１３、Ｒ２１〜Ｒ２３、Ｒ３１〜Ｒ３３、Ｒ４１〜Ｒ４３、Ｒ５１〜Ｒ５３とを有する。なお、図６において、図５と同じ符号を付したものは同じ構成である。ＮＰＮトランジスタＴｒ１１、Ｔｒ１２と抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ１３は、増幅器ＡＭＰ１１を構成する。ＮＰＮトランジスタＴｒ２１、Ｔｒ２２と抵抗素子Ｒ２１〜Ｒ２３は、増幅器ＡＭＰ２１を構成する。ＮＰＮトランジスタＴｒ３１、Ｔｒ３２と抵抗素子Ｒ３１〜Ｒ３３は、増幅器ＡＭＰ３１を構成する。ＮＰＮトランジスタＴｒ４１、Ｔｒ４２と抵抗素子Ｒ４１〜Ｒ４３は、増幅器ＡＭＰ４１を構成する。

図７は、図６の受光回路２を用いたフォトカプラ１０のブロック図である。フォトカプラ１０は、受光回路２と、入力端子ＩＮ１１、ＩＮ１２と、発行素子ＬＥＤ１とを有する。発光素子ＬＥＤ１は、発光ダイオード等で構成される。なお、図７において、図６と同じ符号を付したものは同じ構成である。

増幅器ＡＭＰ１１は、増幅器ＡＭＰ２１の入力信号の波形を整形し、受光回路２の信号出力の遅延を改善するためのトランスインピーダンス増幅器（電流電圧変換増幅器）である。増幅器ＡＭＰ１１の出力信号は、容量素子Ｃ１を経て増幅器ＡＭＰ２１に入力される。増幅器ＡＭＰ２１は、トランスインピーダンス増幅器である。フォトダイオードＰＤ１で発生した光電流Ｉｐｄを電圧信号に変換する。なお、図６からもわかるように、増幅器ＡＭＰ１１、ＡＭＰ２１は全く同じ回路構成となっている。また、増幅器ＡＭＰ１１、ＡＭＰ２１は、フォトダイオードＰＤ１をそれぞれの入力端子に接続している。このことから、電源電圧ＶＤＤの供給電圧が揺れた場合であっても、その揺れに対して増幅器ＡＭＰ１１、ＡＭＰ２１の各部が同じように動作するため、電源ノイズに強いという特徴を有する。

増幅器ＡＭＰ３１は、光電流Ｉｐｄが所定の電流値以下もしくは以上になった場合に、増幅器ＡＭＰ２１の出力レベルの位相を反転させるため、増幅器ＡＭＰ２１の入力トランジスタにバイアス電流を供給する。この機能により、光電流Ｉｐｄが所定の電流値となった場合に、後述の出力電圧信号Ｖｏｕｔの位相も高速に反転させることができる。このように、増幅器ＡＭＰ３１は、フォトカプラ１０の感度を調整するために必要な増幅器である。また、電源ノイズに対して強くするため、増幅器ＡＭＰ１１、ＡＭＰ２１と同じ回路構成としている。増幅器ＡＭＰ３１から出力される電流Ｉ３１は、抵抗素子Ｒ５３に流れる。また、電流Ｉ２１は、増幅器ＡＭＰ２１の入力トランジスタであるＮＰＮトランジスタＴｒ２１のベース電流である。ここで、電流Ｉ２１は、光電流Ｉｐｄと電流Ｉ３１とを合計した電流である。電流Ｉ３１を増幅器ＡＭＰ３１から流すことで、光電流Ｉｐｄだけの場合より、受光回路２の感度を上げることができる。また、抵抗素子Ｒ５２の抵抗値を調整することで、その感度の設定を変更できる。

増幅器ＡＭＰ４１は、増幅器ＡＭＰ２１から出力された信号を増幅して出力する。そして、その出力信号により出力トランジスタであるＮＰＮトランジスタＴｒ５１を駆動する。なお、ＮＰＮトランジスタＴｒ５１は、オープンコレクタ接続されている。

以下に、このフォトカプラ１０の動作について図８（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。但し、出力端子ＯＵＴには、５Ｖのバイアス電圧が印加されているものとする。図８（ａ）、図８（ｂ）は電流波形を示し、図８（ｃ）〜（ｇ）は、電圧波形を示す。

まず、図８（ａ）に示すような入力電流信号Ｉｉｎが入力端子ＩＮ１１、ＩＮ１２に入力される。この入力電流信号Ｉｉｎに応じて、発光素子ＬＥＤ１が発光する。受光素子ＰＤ１は、この発光素子ＬＥＤ１からの光信号を受光する。そして、その受光信号に応じて、光電流Ｉｐｄを出力する。

増幅器ＡＭＰ２１は、この光電流ＩｐｄによりノードＢに生成される図８（ｃ）に示すような電圧信号を入力する。また、増幅器ＡＭＰ２１の入力トランジスタ（ＮＰＮトランジスタＴｒ２１）のベースには、後述する図８（ｂ）に示す波形の電流が入力される。

増幅器ＡＭＰ１１は、フォトダイオードＰＤ１の寄生ダイオードにより生成される光電流を図８（ｄ）で示すような電圧信号に変換し、ノードＡに出力する。この電圧信号は、容量素子Ｃ１を介してノードＢに伝達される。このことにより、増幅器ＡＭＰ２１の入力トランジスタのベースに注入される電流は図８（ｂ）に示すような波形となる。このように、増幅器ＡＭＰ１１の出力波形を、容量素子Ｃ１を介してノードＢに伝達することで、増幅器ＡＭＰ２１に入力される電流信号が波形整形される。そして、増幅器ＡＭＰ２１がノードＣに出力する図８（ｅ）の信号の立ち上がり、立ち下がり時間が短縮される。これは、フォトカプラ１０の伝達遅延時間を改善する効果がある。

増幅器ＡＭＰ４１は、増幅器ＡＭＰ２１がノードＣに出力した信号を入力する。よって、増幅器ＡＭＰ４１は、増幅器ＡＭＰ２１の出力信号を増幅し、図８（ｆ）に示すような波形の信号をノードＤに出力する。

ＮＰＮトランジスタＴｒ５１は、増幅器ＡＭＰ４１がノードＤに出力した電圧信号により駆動される。ＮＰＮトランジスタＴｒ５１がオン状態のとき、出力端子ＯＵＴの電圧Ｖｏｕｔはロウレベル、オフ状態のとき、電圧Ｖｏｕｔはハイレベルレベルとなる。よって、出力電圧Ｖｏｕｔは、図８（ｇ）に示すような波形の電圧信号となる。

低価格化、高信頼性が要求される汎用フォトカプラにおいて、フォトカプラ１０は、回路の素子数が少なく、電源ノイズに強く、高速動作が可能であるという大きな利点がある。

このような、フォトカプラ１０の受光回路２の入力信号にあたる光電流Ｉｐｄと、出力電圧信号Ｖｏｕｔとの関係を図９に示す。図９に示すように、光電流Ｉｐｄが徐々に増加して所定の値Ｐに達すると出力電圧信号Ｖｏｕｔが立ち下がる。逆に、光電流Ｉｐｄが徐々に減少して所定の値Ｐに達すると出力電圧信号Ｖｏｕｔが立ち上がる。以下、光電流Ｉｐｄの電流値がＰの点を感度点と称す。このように、受光回路２は、出力電圧信号Ｖｏｕｔの立ち上がり、立ち下がりは、入力信号である光電流Ｉｐｄの電流値が感度点となった時点で発生する。つまり、入出力信号に関してヒステリシス特性を有していない。
特開２００４−３２８０６１号公報

ここで、製品化される実際のフォトダイオードＰＤ１が生成する光電流Ｉｐｄはノイズ成分を含んでいる。このように、ノイズ成分を含んだ場合の光電流Ｉｐｄを入力電流信号とした、出力信号Ｖｏｕｔの関係を図１０に示す。図１０に示すように、光電流Ｉｐｄがノイズを含んでいる場合に、感度点である電流値Ｐ付近に達すると、そのノイズ成分により出力信号Ｖｏｕｔにも図１０のＸ、Ｙ部に示すようにノイズが引き起こされる。これは、ノイズ成分である光電流Ｉｐｄの微小電流変化に追従した出力電圧信号Ｖｏｕｔを、受光回路２が出力するからである。このように、光電流Ｉｐｄのノイズによって、受光回路２が誤動作をおこす問題がある。

なお、この問題に対応するためには、一般的に入力信号にヒステリシスを付与することが考えられる。しかし、ヒステリシスを付与する回路は、差動増幅回路等で実現されることが多く、回路規模が増大してしまう問題がある。

本発明は、入力光信号に応じて光電流を出力するフォトダイオードと、反転増幅器の入出力間に帰還抵抗を接続し、前記フォトダイオードのカソードと入力が接続された第１の増幅器と、前記第１の増幅器と同様な構成を有し、前記フォトダイオードのアノードと入力が接続された第２の増幅器と、前記第１の増幅器の出力と前記第２の増幅器の入力との間に接続される容量素子と、を有する受光回路であって、前記光電流の電流値に応じて前記第２の増幅器の入力にバイアス電流を出力して、前記バイアス電流により前記第２の増幅器の出力に応じた当該受光回路の出力電圧信を制御し、当該受光回路の感度を調整するバイアス電流制御回路を有し、前記バイアス電流制御回路は、前記第２の増幅器の出力に応じて前記感度を変化させることを特徴とする受光回路である。

本発明の受光回路は、バイアス電流制御回路が、第２の増幅器の出力に応じて当該受光回路の感度を変化させることができる。一方、第２の増幅器は、光電流信号に応じて自身の出力信号の位相を変化させる。このため、当該受光回路は、光電流信号の立ち上がり、立ち下がりで異なる感度を持たせるヒステリシス特性を備えることができる。よって、光電流信号がノイズ成分である微小な電流変化を有していても出力信号特性にそのノイズの影響を与えない。

本発明の受光回路は、回路規模の増大を抑制しつつ、誤動作の発生を防止する。

発明の実施の形態
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明をフォトカプラの受光回路に適用したものである。図１に本実施の形態にかかる受光回路１００の構成の一例を示す。

図１に示すように、受光回路１００は、増幅器ＡＭＰ１１１、ＡＭＰ１２１、ＡＭＰ１３１、ＡＭＰ１４１と、フォトダイオードＰＤ１０１と、容量素子Ｃ１０１と、ＮＰＮトランジスタＴｒ１５１と、抵抗素子Ｒ１５１〜Ｒ１５３とを有する。

増幅器ＡＭＰ１１１は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１１１、Ｔｒ１１２と、抵抗素子Ｒ１１１〜Ｒ１１３とを有する。ＮＰＮトランジスタＴｒ１１１は、コレクタがノードＡ３、エミッタが接地電圧端子ＶＳＳ、ベースがノードＡ１に接続される。ＮＰＮトランジスタＴｒ１１２は、コレクタが電源電圧端子ＶＤＤ、エミッタがノードＡ２、ベースがノードＡ３に接続される。抵抗素子Ｒ１１１は、一方の端子が電源電圧端子ＶＤＤ、他方の端子がノードＡ３に接続される。抵抗素子Ｒ１１２は、一方の端子がノードＡ２、他方の端子が接地電圧端子ＶＳＳに接続される。抵抗素子Ｒ１１３は、一方の端子がノードＡ２、他方の端子がノードＡ２に接続される。ノードＡ１は増幅器ＡＭＰ１１１の入力端子、ノードＡ２は出力端子となる。なお、便宜上、符号「ＶＤＤ」「ＶＳＳ」は、それぞれ端子名を示すと同時に、それぞれ電源電圧、接地電圧を示すものとする。

増幅器ＡＭＰ１２１は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１２１、Ｔｒ１２２と、抵抗素子Ｒ１２１〜Ｒ１２３とを有する。ＮＰＮトランジスタＴｒ１２１は、コレクタがノードＢ３、エミッタが接地電圧端子ＶＳＳ、ベースがノードＢ１に接続される。ＮＰＮトランジスタＴｒ１２２は、コレクタが電源電圧端子ＶＤＤ、エミッタがノードＢ２、ベースがノードＢ３に接続される。抵抗素子Ｒ１２１は、一方の端子が電源電圧端子ＶＤＤ、他方の端子がノードＢ３に接続される。抵抗素子Ｒ１２２は、一方の端子がノードＢ２、他方の端子が接地電圧端子ＶＳＳに接続される。抵抗素子Ｒ１２３は、一方の端子がノードＢ１、他方の端子がノードＢ２に接続される。ノードＢ１は増幅器ＡＭＰ１２１の入力端子、ノードＢ２は出力端子となる。

増幅器ＡＭＰ１３１は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１３１、Ｔｒ１３２と、抵抗素子Ｒ１３１〜Ｒ１３３とを有する。ＮＰＮトランジスタＴｒ１３１は、コレクタがノードＤ３、エミッタが接地電圧端子ＶＳＳ、ベースがノードＤ１に接続される。ＮＰＮトランジスタＴｒ１３２は、コレクタが電源電圧端子ＶＤＤ、エミッタがノードＤ２、ベースがノードＤ３に接続される。抵抗素子Ｒ１３１は、一方の端子が電源電圧端子ＶＤＤ、他方の端子がノードＤ３に接続される。抵抗素子Ｒ１３２は、一方の端子がノードＤ２、他方の端子が接地電圧端子ＶＳＳに接続される。抵抗素子Ｒ１３３は、一方の端子がノードＤ１、他方の端子がノードＤ２に接続される。ノードＤ１は増幅器ＡＭＰ１２１の入力端子、ノードＤ２は出力端子となる。

増幅器ＡＭＰ１４１は、ＮＰＮトランジスタＴｒ１４１、Ｔｒ１４２と、抵抗素子Ｒ１４１〜Ｒ１４３とを有する。ＮＰＮトランジスタＴｒ１４１は、コレクタがノードＥ３、エミッタが接地電圧端子ＶＳＳ、ベースがノードＥ１に接続される。ＮＰＮトランジスタＴｒ１４２は、コレクタが電源電圧端子ＶＤＤ、エミッタがノードＥ２、ベースがノードＥ３に接続される。抵抗素子Ｒ１４１は、一方の端子が電源電圧端子ＶＤＤ、他方の端子がノードＥ３に接続される。抵抗素子Ｒ１４２は、一方の端子がノードＥ２、他方の端子が接地電圧端子ＶＳＳに接続される。抵抗素子Ｒ１４３は、一方の端子がノードＥ１、他方の端子がノードＥ２に接続される。ノードＥ１は増幅器ＡＭＰ１２１の入力端子、ノードＥ２は出力端子となる。

抵抗素子Ｒ１５１は、一方の端子がノードＥ２、他方の端子がＮＰＮトランジスタＴｒ１５１のベースに接続される。抵抗素子Ｒ１５２は、一方の端子がノードＢ２、他方の端子がノードＥ１に接続される。抵抗素子Ｒ１５３は、一方の端子がノードＤ２、他方の端子がノードＢ１に接続される。容量素子Ｃ１０１は、一方の端子がノードＡ２、他方の端子がノードＢ１に接続される。ＮＰＮトランジスタＴｒ１５１は、コレクタが出力端子ＯＵＴ、エミッタが接地電圧端子ＶＳＳ、ベースが抵抗素子Ｒ１５１の他方と接続される。フォトダイオードＰＤ１０１は、アノードがノードＢ１、カソードがノードＡ１に接続される。

この図１の受光回路１００を用いたフォトカプラ１０１のブロック構成を図２に示す。但し、出力トランジスタであるＮＰＮトランジスタＴｒ１５１は、オープンコレクタ接続されているものとする。このため、出力端子ＯＵＴには、プルアップ抵抗ＲＬが接続される。このプルアップ抵抗ＲＬは、一方の端子が電源電圧端子ＶＤＤ（例えば、５Ｖ供給）、他方の端子が出力端子ＯＵＴに接続される。フォトカプラ１０１は、受光回路１００と、入力端子ＩＮ１０１、ＩＮ１０２と、発行素子ＬＥＤ１０１とを有する。発光素子ＬＥＤ１０１は、発光ダイオードで構成され、アノードが入力端子ＩＮ１０１、カソードが入力端子ＩＮ１０２に接続される。発光素子ＬＥＤ１０１とフォトダイオードＰＤ１０１は、同一パッケージ状に封入されており、発光素子ＬＥＤ１０１の発光した光をフォトダイオードＰＤ１０１が受光する。フォトダイオードＰＤ１０１はこの受光信号に応じて光電流Ｉｐｄを出力する。よって、受光回路１００にとって、光電流Ｉｐｄが入力電流信号となる。

なお、図２において、図１と同じ符号を付したものは同じ構成である。また、増幅器ＡＭＰ１１１〜ＡＭＰ１４１は、それぞれ図６の増幅器ＡＭＰ１１〜ＡＭＰ４１と同様な回路構成となっており、基本的な動作も同様である。つまり、増幅器ＡＭＰ１１１、ＡＭＰ１２１は、増幅器ＡＭＰ１１、ＡＭＰ２１と同様の機能を有する電流電圧変換増幅器である。増幅器ＡＭＰ１３１は、フォトカプラ１０１の感度を調整するために光電流Ｉｐｄに応じて、増幅器ＡＭＰ１２１の入力トランジスタにバイアス電流を供給するバイアス電流制御回路である。増幅器ＡＭＰ１３１は、増幅器ＡＭＰ１２１から出力された信号を増幅して出力する。

更に、フォトダイオードＰＤ１０１、ＮＰＮトランジスタＴｒ１５１、容量素子Ｃ１０１、抵抗素子Ｒ１５１〜１５３は、それぞれ図６のフォトダイオードＰＤ１、ＮＰＮトランジスタＴｒ５１、容量素子Ｃ１、抵抗素子Ｒ５１〜５３に相当し、基本的な動作も同様である。よって、各部の基本的な動作は、図６、図７の回路動作と同様であり説明は省略する。本実施の形態の受光回路１００は、図６の受光回路２に抵抗素子Ｒ１５４を新たに負荷した構成となっている。

以下、上述した受光回路１００の動作について図３を用いて説明する。図３は、フォトカプラ１０１の受光回路１００の入力信号にあたる光電流Ｉｐｄと、出力電圧信号Ｖｏｕｔとの関係を示しめしている。

まず、入力端子ＩＮ１０１、ＩＮ１０２に入力電流信号Ｉｉｎが入力されない、つまり入力電流信号Ｉｉｎがロウレベルである場合を考える。このとき、フォトダイオードＰＤ１０１に光信号が入らない状態となり、光電流Ｉｐｄが「０」、つまりＩｐｄがロウレベルとなる。

ここで、増幅器ＡＭＰ１１１〜ＡＭＰ１４１は、反転増幅器である。入力信号である光電流Ｉｐｄがロウレベルであるため、増幅器ＡＭＰ１２１の出力はハイレベルとなる。つまり、増幅器ＡＭＰ１２１の入力トランジスタであるＮＰＮトランジスタＴｒ１２１をオフするため、ノードＢ１がロウレベルとなっている。

増幅器ＡＭＰ１２１からのハイレベル出力により、増幅器ＡＭＰ１４１の出力はロウレベルとなる。つまり、ＮＰＮトランジスタＴｒ１４１がオン状態となり、ノードＥ３の電圧は低い電圧値となる。よって、抵抗素子Ｒ１５４を流れる電流の電流値は低い値となる。また、増幅器ＡＭＰ１３１は、ロウレベル出力となっており、抵抗素子Ｒ１５３を介してノードＢ１に供給される電流の電流値も低い値となっている。ここで、増幅器ＡＭＰ１３１は、図６の増幅器ＡＭＰ３１と同様の機能を有している。つまり、増幅器ＡＭＰ１３１は、受光回路１００の感度を調整する機能を有する。上述のように、受光回路１００では、ノードＥ３とノードＤ３が抵抗素子Ｒ１５４を介して接続されているため、ノードＥ３の電位に応じて、受光回路１００の感度を調整する。入力信号である光電流Ｉｐｄがロウレベルで、ノードＥ３の電位が低い場合は、ノードＤ３に供給される電流が少ないため、受光回路１００の感度は低いレベルを維持する。この感度を図３に感度点Ｑとして示す。

次に、入力端子ＩＮ１０１、ＩＮ１０２に入力電流信号Ｉｉｎが入力され、入力電流信号Ｉｉｎがハイレベルに立ち上がる場合を考える。このとき、フォトダイオードＰＤ１０１に光信号が入り、光電流Ｉｐｄの電流値が増加する、つまりＩｐｄがハイレベルに立ち上がる（図３の時刻ｔ０〜ｔ２）。

上述したように受光回路１００の感度は、図３の感度点Ｑとなっている。入力電流信号Ｉｐｄが徐々に増加し、時刻ｔ１に感度点Ｑより大きくなると、出力電圧信号Ｖｏｕｔが反転しロウレベル、つまりノードＥ２の電位レベルがハイレベルとなる。このとき、ＮＰＮトランジスタＴｒ１４１がオフ状態となり、ノードＥ３の電圧が上昇する。ここで、ノードＥ３とノードＤ３が抵抗素子Ｒ１５４を介して接続されているため、ノードＥ３の電圧に応じて、増幅器ＡＭＰ１３１がノードＢ１へ供給する電流Ｉ１３１が増加する。結果的に、受光回路１００の感度も上昇する。この感度を図３に感度点Ｓとして示す。

このように、出力電圧信号Ｖｏｕｔの位相が反転すると、感度が低い状態（感度点Ｑ）から感度の高い状態（感度点Ｓ）に遷移する。この遷移は出力電圧信号Ｖｏｕｔの位相の反転後、つまり時刻ｔ１以後となるため、出力電圧信号Ｖｏｕｔの電位レベルは、この遷移による影響は受けず安定化する。

次に、入力端子ＩＮ１０１、ＩＮ１０２に入力電流信号Ｉｉｎが再び入力されなくなり、入力電流信号Ｉｉｎがロウレベルに立ち下がる場合を考える。このとき、フォトダイオードＰＤ１０１に光信号が入らなくなり、光電流Ｉｐｄの電流値が減少する、つまりＩｐｄがロウレベルに立ち下がる（図３の時刻ｔ３〜ｔ５）。

上述したように受光回路１００の感度は、図３の感度点Ｓとなっている。入力電流信号Ｉｐｄが徐々に減少し、時刻ｔ４に感度点Ｓより小さくなると、出力電圧信号Ｖｏｕｔが反転しハイレベル、つまりノードＥ２の電位レベルがロウレベルとなる。このとき、ＮＰＮトランジスタＴｒ１４１が再びオン状態となり、ノードＥ３の電圧が降下する。ここで、ノードＥ３とノードＤ３が抵抗素子Ｒ１５４を介して接続されているため、ノードＥ３の電圧に応じて、増幅器ＡＭＰ１３１がノードＢ１へ供給する電流Ｉ１３１が減少する。結果的に、受光回路１００の感度が再び低下する。つまり、感度が再び図３の感度点Ｑに戻る。

このように、出力電圧信号Ｖｏｕｔの位相が反転すると、感度が高い状態（感度点Ｓ）から感度の低い状態（感度点Ｑ）に遷移する。この遷移は出力電圧信号Ｖｏｕｔの位相の反転後、つまり時刻ｔ４以後となるため、出力電圧信号Ｖｏｕｔの電位レベルは、この遷移による影響は受けず安定化する。以降、入力端子ＩＮ１０１、ＩＮ１０２の入力電流信号Ｉｉｎ、つまり受光回路１００における入力電流信号Ｉｐｄに応じて、上記動作が繰り返される。

図４にノイズ成分を含んだ場合の光電流Ｉｐｄを入力電流信号とした、出力信号Ｖｏｕｔの関係を示す。図４のＸ、Ｙ部に示すように、ノイズを含んだ光電流Ｉｐｄが、感度点である電流値Ｑ、Ｓ付近に達しても、出力電圧信号Ｖｏｕｔには、「ばたつき」が発生しない。これは、ノイズ成分である光電流Ｉｐｄの微小電流変化成分が、感度のヒステリシスに対して小さいため、光電流Ｉｐｄの微小電流変化に受光回路１００が反応しないことで実現している。

従来の図６の受光回路２では、フォトダイオードＰＤ１が生成する光電流Ｉｐｄのノイズ成分により誤作動を起こす問題があった。これは、受光回路２の感度点付近において、ノイズ成分である光電流Ｉｐｄの微小な電流変化に受光回路２内の増幅器が追従し、結果、出力電圧信号Ｖｏｕｔが、大きくばたついてしまっていた。この現象を防止するためには、ヒステリシス回路を加えた差動増幅器等を挿入することが考えられる。しかし、差動増幅器等の回路を付加すると回路規模が増加し、製造コストが増加する等の問題が発生する。

本実施の形態の受光回路１００は、抵抗素子Ｒ１５４をノードＥ３、Ｄ３間に接続することで、受光回路１００にヒステリシス特性を付与している。このヒステリシス特性により、光電流Ｉｐｄの微小な電流変化に対して、出力電圧信号Ｖｏｕｔのばたつきが解消される。更に、この効果に加え、実質的に受光回路２に対する構成要素の増加を抵抗素子１つのみとして、回路規模の増加を防止している。このため、受光回路１００は、従来の受光回路２が有している高信頼性と低価格化を保持しつつ、誤作動の発生を防止することが可能である。また、ヒステリシス特性が付与されたことにより、電源電圧ＶＤＤのノイズに対しても誤作動を防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものでなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、受光回路１００では、入力電流信号Ｉｐｄの立ち上がり時に感度を上げ、立ち下がり時に感度を下げるよう構成している。しかし、これとは逆に、入力電流信号Ｉｐｄの立ち下がり時に感度を上げ、立ち上がり時に感度を下げるよう構成してもかまわない。また、ＮＰＮトランジスタをＮＭＯＳトランジスタに置き換えてもかまわない。

実施の形態にかかる受光回路の構成の一例である。 実施の形態にかかるフォトカプラのブロック構成である。 実施の形態にかかる受光回路の動作波形である。 実施の形態にかかる受光回路の動作波形である。 従来の受光回路の構成である。 従来の受光回路の構成である。 従来のフォトカプラのブロック構成である。 従来のフォトカプラの各部の動作波形である。 従来の受光回路動作波形である。 従来の受光回路動作波形である。

符号の説明

１００ 受光回路
ＡＭＰ１１１〜ＡＭＰ１４１ 増幅器
Ｒ１１１〜Ｒ１５４ 抵抗素子
ＲＬ プルアップ抵抗
Ｔｒ１１１〜Ｔｒ１５１ ＮＰＮトランジスタ
Ｃ１０１ 容量素子
ＰＤ１０１ フォトダイオード（受光素子）
ＬＥＤ１０１ 発光素子
ＯＵＴ 出力端子
ＩＮ１、ＩＮ２ 入力端子
ＶＤＤ 電源電圧端子
ＶＳＳ 接地電圧端子

Claims (5)

1. 入力光信号に応じて光電流を出力するフォトダイオードと、
   反転増幅器の入出力間に帰還抵抗を接続し、前記フォトダイオードのカソードと入力が接続された第１の増幅器と、
   前記第１の増幅器と同様な構成を有し、前記フォトダイオードのアノードと入力が接続された第２の増幅器と、
   前記第１の増幅器の出力と前記第２の増幅器の入力との間に接続される容量素子と、
   を有する受光回路であって、
   前記光電流の電流値に応じて前記第２の増幅器の入力にバイアス電流を出力して、前記バイアス電流により前記第２の増幅器の出力に応じた出力電圧信号を制御し、当該受光回路の感度を調整するバイアス電流制御回路を有し、
   前記バイアス電流制御回路は、前記第２の増幅器の出力に応じて前記感度を変化させることを特徴とする受光回路。
2. 前記バイアス電流制御回路は、前記第１の増幅器と同様な構成を備えた第３の増幅器を有し、
   前記第３の増幅器が前記光電流の電流値に応じて、前記バイアス電流を出力することを特徴とする請求項１に記載の受光回路。
3. 前記第１の増幅器と同様な構成を有し、前記第２の増幅器の出力に応じた信号を出力する第４の増幅器を更に有し、
   前記第３の増幅器の出力トランジスタの制御端子と前記第４の増幅器の出力トランジスタの制御端子とを接続することを特徴とする請求項２に記載の受光回路。
4. 前記第１の増幅器は、入力トランジスタである第１のトランジスタ、及び、出力トランジスタである第２のトランジスタと、第１〜第３の抵抗とを有し、
   前記第１の抵抗は、一方の端子が第１の電源電圧端子、他方の端子が第１のノードに接続され、
   前記第１のトランジスタは、一方の端子が前記第１のノード、他方の端子が第２の電源電圧端子、制御端子が当該第１の増幅器の入力端子に接続され、
   前記第２のトランジスタは、一方の端子が前記第１の電源電圧端子、他方の端子が当該第１の増幅器の出力端子、制御端子が前記第１のノードに接続され、
   前記第２の抵抗は、一方の端子が当該第１の増幅器の出力端子、他方の端子が前記第２の電源電圧端子に接続され、
   前記第３の抵抗は、一方の端子が当該第１の増幅器の入力端子、他方の端子が当該第１の増幅器の出力端子に接続されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の受光回路。
5. 当該受光回路は、フォトカプラの受光側に用いられることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の受光回路。

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