JP2013149687A - 光受信回路及び光結合形絶縁回路 - Google Patents

Abstract

【課題】コモンモードのノイズ耐量を改善した光受信回路及び光結合形絶縁回路を提供する。
【解決手段】実施形態の光受信回路は、受光素子と、増幅回路と、第１の補償回路と、を備える。前記受光素子は、光信号を受光して光電流を出力する。前記増幅回路は、前記光電流を電圧に変換して増幅する。前記第１の補償回路は、前記増幅回路に接続され、前記光電流が増加したときに前記増幅回路の電圧が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光受信回路及び光結合形絶縁回路に関する。

電気自動車やＦＡ機器など、大電力の電気機器と高感度の電子機器とが混在する環境においては、ノイズ耐量の大きな絶縁回路、例えば絶縁形増幅器が用いられる。例えばフォトカプラなど光学的に信号を伝送する光結合形絶縁回路は、入出力間が電気的に絶縁されているため、ノイズ耐量に優れている。このような光結合形絶縁回路においては、入出力間の微小な寄生容量を介して出力側の光受信回路にノイズ電流が流れ、光受信回路が飽和して生ずる誤動作を抑制することが望ましい。

特開２００５−２１６９８４号公報

本発明の実施形態は、コモンモードのノイズ耐量を改善した光受信回路及び光結合形絶縁回路を提供する。

実施形態の光受信回路は、受光素子と、増幅回路と、第１の補償回路と、を備える。前記受光素子は、光信号を受光して光電流を出力する。前記増幅回路は、前記光電流を電圧に変換して増幅する。前記第１の補償回路は、前記増幅回路に接続され、前記光電流が増加したときに前記増幅回路の電圧が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。

また、他の実施形態の光結合形絶縁回路は、上記の光受信回路と、前記受光素子に光信号を送信する発光素子と、を備える。

第１の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。 コモンモードノイズのシミュレーションモデルの等価回路図である。 第２の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。 第２の実施形態における光受信回路を例示する回路図である。 第２の実施形態における光受信回路の主要な信号の波形図である。 比較例の光受信回路の回路図である。 比較例の主要な信号の波形図である。 第３の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。 第４の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。 第４の実施形態における光受信回路を例示する回路図である。 第４の実施形態における光受信回路の主要な信号の波形図である。 第４の実施形態における光受信回路を例示する他の回路図である。 第４の実施形態における光受信回路を例示する他の回路図である。 第５の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。

以下、実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。また、論理値偽（”０”）をＬで表し、論理値真（”１”）をＨで表す。

まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。
図１に表したように、光結合形絶縁回路１は、発光素子２と光受信回路３とを備える。

発光素子２は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子２は、入力信号ＩＮを光信号ＯＦに変換して送信する。
光受信回路３は、光信号ＯＦを受光する受光素子４と、光信号ＯＦが遮蔽された基準素子５と、受光素子４の光電流ＩＦと基準素子５の基準電流ＩＲとをそれぞれ電圧に変換して増幅する増幅回路６と、帰還抵抗７、８と、増幅回路６から出力される一対の電圧を比較する比較回路９と、比較回路９の出力に接続された波形整形回路１０と、増幅回路６に接続された第１の補償回路１１と、を有する。光受信回路３は、光信号ＯＦを受光して電気信号に変換して出力する。

受光素子４は、例えばフォトダイオードであり、増幅回路６の一方の入力端子（−端子）と出力側接地との間に接続される。受光素子４は、発光素子２と光結合し、受光した光信号ＯＦを光電流ＩＦに変換して出力する。

基準素子５は、例えばフォトダイオードであり、受光素子４と電気特性が揃えられたペア性を有する素子である。基準素子５は、増幅回路６の他方の入力端子（＋端子）と出力側接地との間に接続される。基準素子５は、光信号ＯＦを遮光され、光信号ＯＦを受光しない場合の電流を基準電流ＩＲとして出力する。

増幅回路６は、差動増幅回路であり、一対の入力端子（−端子、＋端子）と一対の出力端子とを有している。増幅回路６は、受光素子４から出力される光電流ＩＦと基準素子５から出力される基準電流ＩＲとを、それぞれ電圧に変換して増幅する回路である。増幅回路６の一対の出力端子には、光電流ＩＦを変換した電圧ＰＤ１と基準電流ＩＲを変換した電圧ＤＭ１とが出力される。

増幅回路６の一方の入力端子から受光素子４の方向に流れる光電流ＩＦが増加したとき、増幅回路６の電圧ＰＤ１は上昇する。また、増幅回路６の他方の入力端子から基準素子５の方向に流れる基準電流ＩＲが増加したとき、電圧ＤＭ１は上昇する。なお、増幅回路６は、光電流ＩＦと基準電流ＩＲを、それぞれ電圧に変換できれはよく、構成は任意である。また、無信号時における増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の間にオフセットを持たせて、電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係が製造ばらつきなどにより変動しないようにしてもよい。ここで、無信号時とは、光信号ＯＦが受光されず、かつコモンモードノイズを含めて電気信号が入力されない状態である。

帰還抵抗７、８は、増幅回路６の一対の入力端子と一対の出力端子との間にそれぞれ接続される。すなわち、帰還抵抗７は、基準素子５が接続された増幅回路６の他方の入力端子と、電圧ＤＭ１が出力される一方の出力端子との間に接続される。また、帰還抵抗８は、受光素子４が接続された増幅回路６の一方の入力端子と、電圧ＰＤ１が出力される他方の出力端子との間に接続される。なお、増幅回路６、帰還抵抗７、８は、トランスインピーダンス増幅回路を構成している。

比較回路９は、電圧ＰＤ１と電圧ＤＭ１とをそれぞれ増幅し、さらに比較してデジタル信号として出力する回路である。比較回路９は、電圧ＰＤ１が電圧ＤＭ１よりも高いときＨを出力し、電圧ＰＤ１が電圧ＤＭ１よりも低いときＬを出力する。

波形整形回路１０は、例えばインバータである。波形整形回路１０は、比較回路９の出力信号ＣＭＰの立上がり時間及び立ち下がり時間を高速化して波形成形する。波形整形回路１０の出力信号は、光受信回路３及び光結合形絶縁回路１の出力信号ＯＵＴとして、出力される。なお、比較回路９及び波形整形回路１０は、なくてもよく、増幅回路６から出力される電圧ＰＤ１、ＤＭ１を光受信回路３及び光結合形絶縁回路１の出力信号としてもよい。

第１の補償回路１１は、増幅回路６の一対の出力端子に接続され、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６の電圧ＰＤ１が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する回路である。上記のとおり、光電流ＩＦが増加したとき、増幅回路６の電圧ＰＤ１は上昇する。したがって、第１の補償回路１１は、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１が無信号時の電圧値よりも低下する方向の電圧変動を抑制する。

第１の補償回路１１は、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１が無信号時の電圧値よりも低下したとき、例えば出力端子に電流を供給して電圧ＰＤ１、ＤＭ１の低下を抑制する。なお、第１の補償回路１１は、無信号時においてもわずかに電流（例えば１μＡ程度）が流れるようにバイアスされている。また、第１の補償回路１１は、例えばクランプ回路であり、一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１を無信号時の電圧値よりも低い所定値ＣＭ１以上にクランプする。ここで、所定値ＣＭ１は、増幅回路６が飽和せずに動作可能な電圧ＰＤ１、ＤＭ１の範囲内の値であり、例えば動作可能な最小値である。

次に、光結合形絶縁回路１の動作について説明する。
上記のとおり、入力信号ＩＮが発光素子２に入力されると、発光素子２は、光信号ＯＦを送信する。光信号ＯＦを受光した受光素子４は、光電流ＩＦを出力する。光信号ＯＦが遮光された基準素子５は、基準電流ＩＲを出力する。増幅回路６及び帰還抵抗７、８で構成されたトランスインピーダンス増幅回路は、光電流ＩＦを電圧ＰＤ１に変換して出力し、基準電流ＩＲを電圧ＤＭ１に変換して出力する。増幅回路６から出力される一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１は、比較回路９及び波形整形回路１０を介して、デジタル信号の出力信号ＯＵＴとして出力される。

また、コモンモードノイズが印加された場合は、増幅回路６の中で最もインピーダンスが高い増幅回路６の一対の入力端子を介して、光受信回路３にノイズ電流が流れる。

図２は、コモンモードノイズのシミュレーションモデルの等価回路図である。
図２においては、光結合形絶縁回路１の入力側接地と出力側接地との間、すなわち、発光素子２のカソードと光受信回路３の受光素子４のアノードとの間にコモンモードノイズＣＭが印加される場合の光受信回路３の入力部分の等価回路を表している。なお、比較回路９、波形整形回路１０、第１の補償回路１１については、記載を省略している。また、受光素子４の光電流ＩＦは、定電流源で表し、基準素子５の基準電流ＩＲは、省略している。

光結合形絶縁回路１は、受光素子４と増幅回路６との間、及び基準素子５と増幅回路６との間が、例えば接地電位の導電体で覆われ、シールドされたレイアウトで実装される。しかし、完全にシールドすることが困難であり、発光素子２と増幅回路６の受光素子４側の一方の入力端子との間、及び発光素子２と増幅回路６の基準素子５側の他方の入力端子との間は、それぞれ寄生容量Ｃ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２を介して電気的に接続される。そのためコモンモードノイズＣＭが印加されると、寄生容量Ｃ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２を介して増幅回路６の一対の入力端子に微分ノイズが入力される。

発光素子２の静電容量をＣ_Ｌで表している。また、入力側接地と出力側接地との間の寄生容量、すなわち発光素子２のカソードと受光素子４のアノードとの間の寄生容量をＣ_Ｐで表している。なお、寄生容量Ｃ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２は、発光素子２の静電容量Ｃ_Ｌと比較して小さい値である。

コモンモード電圧ＶＣＭのコモンモードノイズＣＭが印加されると、増幅回路６の一対の入力端子には、発光素子２の寄生容量Ｃ_Ｌ、受光素子４側の寄生容量Ｃ_Ｐ１、基準素子５側の寄生容量Ｃ_Ｐ２を介して、コモンモード電圧ＶＣＭを微分したノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２がそれぞれ流れる。静電容量Ｃ_Ｌは、寄生容量Ｃ_Ｐ１、Ｃ_Ｐ２と比較して十分に大きいため、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２は、それぞれ（１）式、（２）式のようになる。

ＩＣＭ１＝Ｃ_Ｐ１×ｄＶＣＭ／ｄｔ …（１）
ＩＣＭ２＝Ｃ_Ｐ２×ｄＶＣＭ／ｄｔ …（２）

ここで、コモンモード電圧ＶＣＭは、発光素子２のカソード側を正極性としている。

コモンモード電圧ＶＣＭが上昇するとき、ノイズ電流ＩＣＭ１は、光電流ＩＦと逆方向に流れ、ノイズ電流ＩＣＭ２は、基準電流ＩＲと逆方向に流れる。その結果、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１は、通常動作時とは逆方向に電圧変動し、無信号時の電圧値よりも低下する。

第１の補償回路１１は、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１が、無信号時の電圧値よりも低下したとき、例えば増幅回路６の出力端子に電流を供給して電圧の低下を抑制する。また、第１の補償回路１１は、例えば、一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１を無信号時の電圧値よりも低い所定値ＣＭ１以上にクランプする。その結果、増幅回路６は、飽和せずに動作可能な動作点に保持される。そして、コモンモードノイズＣＭによるノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２が流れなくなると、もとの動作点に復帰する。

また、コモンモード電圧ＶＣＭが低下するとき、ノイズ電流ＩＣＭ１は、光電流ＩＦと同一方向に流れ、ノイズ電流ＩＣＭ２は、基準電流ＩＲと同一方向に流れる。その結果、増幅回路６の電圧ＰＤ１、ＤＭ１は、光信号ＯＦを受光する通常動作と同一方向に電圧変動し、無信号時の電圧値よりも上昇する。このときの電圧ＰＤ１、ＤＭ１の変動は、光信号ＯＦを受光する通常動作と同一方向のため、増幅回路６が動作可能な範囲内であれば飽和しない。そして、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２が流れなくなると、もとの動作点に復帰する。

このように、光結合形絶縁回路１は、コモンモードノイズＣＭが印加されて増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１が変動しても、増幅回路６が飽和しないため、電圧ＰＤ１と電圧ＤＭ１との大小関係は変化しない。その結果、比較回路９が誤動作して、ＨとＬとを誤出力することはなく、光受信回路３のコモンモードノイズＣＭの耐量を改善することができる。

例えば、第１の補償回路１１が設けられていない場合は、コモンモードノイズＣＭが印加されると増幅回路６が飽和する可能性がある。そして、増幅回路６が動作可能な動作点に復帰する際に、一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係が変動する可能性がある。そのため第１の補償回路１１が設けられていない場合は、比較回路９がＨとＬとを誤出力する可能性があり、コモンモードノイズＣＭの耐量が制限される。

なお、第１の補償回路１１が設けられていない場合でも、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２により増幅回路６が飽和しないように増幅回路６の動作範囲を広くし、かつ増幅回路６を高速化してノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２に対する応答性を確保することにより、ノイズ耐量を大きくすることはできる。しかし、増幅回路６の動作範囲を広くする、すなわちダイナミックレンジを大きくすると、光受信回路３の受信感度及びＳＮ比が低下する。また、増幅回路６を高速化するためには、バイアス電流を大きくする必要があり、消費電力が増加する。

これに対して、本実施形態においては、コモンモードノイズＣＭが印加されたときに、第１の補償回路１１は、増幅回路６を飽和しない動作点に保持する。その結果、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係は変動しないため、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量を改善することができる。

また、本実施形態においては、光信号ＯＦに対する増幅回路６の動作範囲は、第１の補償回路１１により変化しないため、受信感度やＳＮ比を低下させることはない。
また、本実施形態においては、第１の補償回路１１の通常動作時における消費電力はわずかなため、消費電力を増加させることもない。なお、無信号時においても第１の補償回路１１に電流が流れるようにバイアスしているのは、コモンモードノイズＣＭに対する応答性を改善するためである。

次に、第２の実施形態について説明する。
図３は、第２の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。
図３に表したように、光結合形絶縁回路１ａは、発光素子２と、光受信回路３ａを備える。第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、増幅回路６及び第１の補償回路１１の構成が異なっている。すなわち、第２の実施形態における光結合形絶縁回路１ａにおいては、第１の実施形態における増幅回路６及び第１の補償回路１１の替わりに、それぞれ増幅回路６ａ及び第１の補償回路１１ａが設けられている。第２の実施形態における光受信回路３ａの増幅回路６ａ及び第１の補償回路１１ａ以外の構成は、第１の実施形態における光受信回路３の構成と同様である。

増幅回路６ａは、光電流ＩＦと基準電流ＩＲとをそれぞれ電圧に変換する第１の増幅回路１３と、第１の増幅回路１３に縦続接続された第２の増幅回路１４とを有する。
第１の増幅回路１３は、差動増幅回路である。第１の増幅回路１３は、受光素子４から出力される光電流ＩＦと基準素子５から出力される基準電流ＩＲとを、それぞれ電圧に変換して増幅する回路である。第１の増幅回路１３の一対の出力端子には、光電流ＩＦを変換した電圧ＴＰＤと、基準電流ＩＲを変換した電圧ＴＤＭとがそれぞれ出力される。第１の増幅回路１３の一方の入力端子（−端子）から受光素子４の方向に流れる光電流ＩＦが増加したとき、増幅回路１３の電圧ＴＰＤは上昇する。また、増幅回路１３の他方の入力端子（＋端子）から基準素子５の方向に流れる基準電流ＩＲが増加したとき、電圧ＴＤＭは上昇する。なお、第１の増幅回路１３は、光電流ＩＦと基準電流ＩＲとを、それぞれ電圧に変換できれはよく、段数などの構成は任意である。

第２の増幅回路１４は、例えば利得が１に設定されたバッファ増幅回路である。第２の増幅回路１４は、第１の増幅回路１３の一対の電圧ＴＰＤ、ＴＤＭを入力して、一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１を出力する。第２の増幅回路１４の一対の出力端子は、増幅回路６ａの一対の出力端子として、帰還抵抗７、８と、比較回路９とに接続される。

第１の補償回路１１ａは、第１の実施形態における第１の補償回路１１と比較して、接続される出力端子が異なる。すなわち、第１の補償回路１１ａは、第１の増幅回路１３の一対の出力端子及び第２の増幅回路１４の一対の入力端子に接続される。
第１の補償回路１１ａは、光電流ＩＦが増加したときに第１の増幅回路１３の電圧ＴＰＤが変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。

本実施形態においては、コモンモードノイズＣＭが印加されたときに、第１の補償回路１１ａは、第１の増幅回路１３を飽和しない動作点に保持するため、第２の増幅回路１４も飽和しない動作点に保持される。その結果、第２の増幅回路１４の電圧、すなわち増幅回路６ａの一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係は変動しないため、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量を改善することができる。

また、本実施形態においては、増幅回路６ａが第１の増幅回路１３と第２の増幅回路１４との２段で構成されているため、増幅回路６ａが飽和せずに動作可能な範囲、すなわち一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の変動可能な範囲を広げることができる。その結果、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量をさらに改善することができる。
上記以外の本実施形態の効果は、第１の実施形態と同様である。

図４は、第２の実施形態における光受信回路を例示する回路図である。
図４に表したように、光受信回路３ｂは、受光素子４と、基準素子５と、受光素子４の光電流ＩＦと基準素子５の基準電流ＩＲをそれぞれ電圧に変換する増幅回路６ｂと、帰還抵抗７、８と、第１の補償回路１１ｂと、を備える。なお、比較回路９と、波形整形回路１０については記載を省略している。

増幅回路６ｂは、光電流ＩＦと基準電流ＩＲとを電圧に変換する第１の増幅回路１３ａと、第１の増幅回路１３ａに縦続接続された第２の増幅回路１４ａとを有する。
第１の増幅回路１３ａは、差動増幅回路であり、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、トランジスタＱ１〜Ｑ４で構成された能動負荷と、Ｑ９〜Ｑ１１で構成されたカスコード増幅回路と、を有している。

トランジスタＱ１のエミッタは、抵抗Ｒ１を介して電源Ｖｃｃに接続され、トランジスタＱ１のベースにはバイアス電圧ＰＢ２が供給され、トランジスタＱ１のコレクタはトランジスタＱ３のエミッタに接続される。トランジスタＱ３のベースにはバイアス電圧ＰＢ１が供給され、トランジスタＱ３のコレクタはトランジスタＱ９のコレクタに接続される。また、トランジスタＱ２のエミッタは、抵抗Ｒ２を介して電源Ｖｃｃに接続され、トランジスタＱ２のベースにはバイアス電圧ＰＢ２が供給され、トランジスタＱ２のコレクタはトランジスタＱ４のエミッタに接続される。トランジスタＱ４のベースにはバイアス電圧ＰＢ１が供給され、トランジスタＱ４のコレクタはトランジスタＱ１０のコレクタに接続される。なお、トランジスタＱ１〜Ｑ４は、ＰＮＰトランジスタである。

トランジスタＱ９のベースにはバイアス電圧ＮＢ１が供給され、トランジスタＱ９のエミッタは、トランジスタＱ１１のコレクタに接続される。トランジスタＱ１１のベースは受光素子４のカソードに接続され、トランジスタＱ１１のエミッタは受光素子４のアノードに接続されさらに出力側接地される。また、トランジスタＱ１０のベースにはバイアス電圧ＮＢ１が供給され、トランジスタＱ１０のエミッタは、トランジスタＱ１２のコレクタに接続される。トランジスタＱ１２のベースは基準素子５のカソードに接続され、トランジスタＱ１２のエミッタは基準素子５のアノードに接続されさらに出力側接地される。なお、トランジスタＱ９〜Ｑ１２は、ＮＰＮトランジスタである。

第１の増幅回路１３ａにおいては、光電流ＩＦがトランジスタＱ１１のベースに接続された帰還抵抗８に供給され。また、基準電流ＩＲがトランジスタＱ１２のベースに接続された帰還抵抗７に供給される。そして、トランジスタＱ９のコレクタ及びトランジスタＱ３のコレクタには、光電流ＩＦを電圧に変換してカスコード増幅した電圧ＴＰＤが出力される。トランジスタＱ１０のコレクタ及びトランジスタＱ４のコレクタには、基準電流ＩＲを電圧に変換してカスコード増幅した電圧ＴＤＭが出力される。

第２の増幅回路１４ａは、抵抗Ｒ３と、差動対を構成するトランジスタＱ７、Ｑ８と、能動負荷を構成するトランジスタＱ１３、Ｑ１４、抵抗Ｒ７、Ｒ８を有する。
トランジスタＱ７のコレクタは、抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃに接続され、トランジスタＱ７のベースは、トランジスタＱ１０のコレクタ及びトランジスタＱ４のコレクタに接続され、トランジスタＱ７のエミッタは、トランジスタＱ１３のコレクタに接続される。トランジスタＱ８のコレクタは、抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃに接続され、トランジスタＱ８のベースは、トランジスタＱ９のコレクタ及びトランジスタＱ３のコレクタに接続され、トランジスタＱ８のエミッタは、トランジスタＱ１４のコレクタに接続される。

トランジスタＱ１３のベースには、バイアス電圧ＮＢ２が供給され、トランジスタＱ１３のエミッタは、抵抗Ｒ７を介して出力側接地される。トランジスタＱ１４のベースには、バイアス電圧ＮＢ２が供給され、トランジスタＱ１４のエミッタは、抵抗Ｒ８を介して出力側接地される。なお、トランジスタＱ７、Ｑ８、Ｑ１３、Ｑ１４は、ＮＰＮトランジスタである。

このように第２の増幅回路１４ａにおいては、第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＤＭがトランジスタＱ７のベースに入力され、増幅回路６ｂの出力電圧として電圧ＤＭ１がトランジスタＱ７のエミッタから出力される。また、第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤがトランジスタＱ８のベースに入力され、増幅回路６ｂの出力電圧として電圧ＰＤ１がトランジスタＱ８のエミッタから出力される。なお、トランジスタＱ７、Ｑ８は、エミッタホロワを構成している。

帰還抵抗７は、オフセット電圧Ｖｏｓを介して、トランジスタＱ１２のベースとトランジスタＱ７のエミッタとの間に接続される。帰還抵抗８は、トランジスタＱ１１のベースとトランジスタＱ８のエミッタとの間に接続される。なお、オフセット電圧Ｖｏｓは、無信号時における第１の増幅回路１３ａの一対の電圧ＴＰＤ、ＴＤＭの大小関係が製造ばらつきなどにより変動しないような電圧値に設定される。例えば、２０ｍＶである。

第１の補償回路１１ｂは、抵抗Ｒ４と、トランジスタＱ５、Ｑ６とを有する。
トランジスタＱ５のコレクタは、抵抗Ｒ４を介して電源Ｖｃｃに接続され、トランジスタＱ５のベースには所定値ＣＭ１が供給され、トランジスタＱ５のエミッタは第１の増幅回路１３ａの出力、すなわちトランジスタＱ１０のコレクタとトランジスタＱ４のコレクタとに接続される。トランジスタＱ６のコレクタは、抵抗Ｒ４を介して電源Ｖｃｃに接続され、トランジスタＱ６のベースには所定値ＣＭ１が供給され、トランジスタＱ６のエミッタは第１の増幅回路１３ａの出力、すなわちトランジスタＱ９のコレクタとトランジスタＱ３のコレクタとに接続される。なお、トランジスタＱ５、Ｑ６は、ＮＰＮトランジスタである。

次に、光受信回路３ｂの動作について説明する。
図５は、第２の実施形態における光受信回路の主要な信号の波形図であり、（ａ）はトランジスタＱ５、Ｑ６のエミッタ電流ＩＥ５、ＩＥ６、（ｂ）は増幅回路６ｂの電圧ＰＤ１、ＤＭ１、（ｃ）は光電流ＩＦ、（ｄ）は第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭ、（ｅ）はコモンモードの電圧ＶＣＭ、（ｆ）は比較回路９の出力信号ＣＭＰ、（ｇ）は波形整形回路１０の出力信号ＯＵＴである。

なお、図５は、光受信回路３ｂに、図２に表したシミュレーションモデルを適用したシミュレーション結果であり、シミュレーション条件は、静電容量Ｃ_Ｌ＝１００ｐＦ、寄生容量Ｃ_Ｐ＝０．８ｐＦ、寄生容量Ｃ_Ｐ１＝Ｃ_Ｐ２＝０．１ｆＦである。また、コモンモードノイズＣＭは、コモンモードの電圧ＶＣＭが２．０ｋＶで、立ち上がり時間及び立ち下がり時間がともに３５ｎｓのパルス電圧（台形波）であり、変化率ｄＶＣＭ／ｄｔが５７ｋＶ／μｓに相当する。

まず、コモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭがゼロの場合の通常動作について説明する（図５（ｅ））。
ｔｉｍｅ＝０ｎｓで光電流ＩＦが増加すると（図５（ｃ））、受光素子４の電圧が低下し、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが、低下する。その結果、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤを上昇させる（図５（ｄ））。なお、光電流ＩＦは、帰還抵抗８を介して第２の増幅回路１４ａから供給され、受光素子４の電圧が低下しないように負帰還される。また、基準電流ＩＲはゼロのため基準素子５の電圧は変化せず、トランジスタＱ１２のベース電圧ＤＭは変化しない。したがって、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＤＭとして無信号時の値を出力する（図５（ｄ））。

第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ８は、トランジスタＱ１４と抵抗Ｒ８を負荷とするエミッタホロワを構成している。トランジスタＱ８のベースに入力される電圧ＴＰＤが上昇したため、トランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を上昇させる（図５（ｂ））。また、第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ７は、トランジスタＱ１３と抵抗Ｒ７を負荷とするエミッタホロワを構成している。電圧ＴＤＭは無信号時の値のまま変化しないため、トランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１として無信号時の値を出力する（図５（ｂ））。
比較回路９は、電圧ＰＤ１が電圧ＤＭ１よりも高くなるとＨを出力する（図５（ｆ））。また波形整形回路１０は、比較回路９の出力ＣＭＰを反転してＬを出力する（図５（ｇ））。

次に、ｔｉｍｅ＝５０ｎｓで光電流ＩＦがゼロに戻ると（図５（ｃ））、受光素子４の電圧が上昇し、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが無信号時の値に上昇する。その結果、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを低下させる（図５（ｄ））。

トランジスタＱ８のベースに入力される電圧ＴＰＤが低下したため、トランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を低下させる（図５（ｂ）、（ｄ））。また、基準電流ＩＲはゼロのため、電圧ＴＤＭ及び電圧ＤＭ１は、無信号時の値のままである（図５（ｂ）、（ｄ））。
比較回路９は、電圧ＰＤ１が無信号時の値に戻ったため、Ｌを出力する（図５（ｆ））。また、波形整形回路１０は、比較回路９の出力ＣＭＰを反転してＨを出力する（図５（ｇ））。

次に、光電流ＩＦがゼロの状態において、コモンモードノイズＣＭが印加される場合の動作について説明する（図５（ｅ））。
ｔｉｍｅ＝１８０ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭが上昇すると（図５（ｅ））、ノイズ電流ＩＣＭ１がトランジスタＱ１１のベースに流れ、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが上昇する。その結果、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを低下させる（図５（ｄ））。同様に、ノイズ電流ＩＣＭ２（＝ＩＣＭ１）がトランジスタＱ１２のベースに流れて、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、電圧ＴＤＭを低下させる（図５（ｄ））。なお、帰還抵抗７、８を介して第２の増幅回路１４ａに吸い込まれる電流（シンク電流）は小さいため、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２は、トランジスタＱ１１、Ｑ１２の各ベースにそれぞれ流れる。

電圧ＴＰＤが低下すると、第１の補償回路１１ｂのトランジスタＱ５のベース・エミッタ間電圧が高くなるため、トランジスタＱ５のエミッタ電流ＩＥ５の絶対値が大きくなる（図５（ａ））。同様に電圧ＴＤＭが低下すると、第１の補償回路１１ｂのトランジスタＱ６のベース・エミッタ間電圧が高くなるため、トランジスタＱ６のエミッタ電流ＩＥ６の絶対値が大きくなる（図５（ａ））。なお、図５においては、トランジスタＱ５、Ｑ６のエミッタ電流ＩＥ５、ＩＥ６が外部からトランジスタ側に流れ込む方向を正極性としている。

電圧ＴＰＤの低下に応じて、トランジスタＱ５のエミッタ電流ＩＥ５の絶対値が大きくなるため（図５（ａ）、（ｄ））、トランジスタＱ１、Ｑ３の能動負荷から供給される電流の増加が抑制される。その結果、電圧ＴＰＤの低下が抑制され、トランジスタＱ９、Ｑ１１は、飽和せずに動作可能な動作点に維持される（図５（ｄ））。同様に、電圧ＴＤＭの低下に応じて、トランジスタＱ６のエミッタ電流ＩＥ６の絶対値が大きくなるため（図５（ａ）、（ｄ））、トランジスタＱ２、Ｑ４の能動負荷から供給される電流の増加が抑制される。その結果、電圧ＴＤＭの低下が抑制され、トランジスタＱ１０、Ｑ１２は、飽和せずに動作可能な動作点に維持される（図５（ｄ））。

第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ８のベースに入力される電圧ＴＰＤが低下したため、トランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を低下させる（図５（ｂ））。また、トランジスタＱ７のベースに入力される電圧ＴＤＭが低下したため、トランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１を低下させる（図５（ｂ））。

電圧ＴＰＤ、ＴＤＭは、第１の補償回路１１ａにより第１の増幅回路１３が飽和せずに動作可能な動作点に維持されているため、電圧ＰＤ１、ＤＭ１の低下は抑制され、第２の増幅回路１４ａは、飽和せずに動作可能な動作点に維持される。

ｔｉｍｅ＝２１５ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭの上昇がとまり、定常値の２．０ｋＶになると（図５（ｅ））、ノイズ電流ＩＣＭ１（＝ＩＣＭ２）がゼロになる。その結果、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが低下し、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを無信号時の電圧値に上昇させる（図５（ｄ））。同様に、トランジスタＱ１２のベース電圧ＤＭが低下し、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、電圧ＴＤＭを無信号時の電圧値に上昇させる（図５（ｄ））。

電圧ＴＰＤが無信号時の電圧値に上昇したため、トランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を上昇させ無信号時の電圧値に戻す（図５（ｂ）、（ｄ））。また、電圧ＴＤＭが無信号時の電圧値に上昇したため、トランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１を上昇させ無信号時の電圧値に戻す（図５（ｂ）、（ｄ））。

第１の増幅回路１３ａと第２の増幅回路１４ａとが、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２により飽和しないため、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭが無信号時の電圧値に戻る際に大小関係が反転することはない。また、電圧ＰＤ１、ＤＭ１が無信号時の電圧値に戻る際に大小関係が反転することはない。その結果、比較回路９は、無信号時と同じＬを出力する（図５（ｆ））。また波形整形回路１０は、比較回路９の出力ＣＭＰを反転したＨを出力する（図５（ｇ））。

次に、ｔｉｍｅ＝３６５ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭが低下すると（図５（ｅ））、ノイズ電流ＩＣＭ１が帰還抵抗８から寄生容量Ｃ_Ｐ１に流れ、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが低下する。その結果、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを上昇させる（図５（ｄ））。同様に、ノイズ電流ＩＣＭ２（＝ＩＣＭ１）が帰還抵抗７から寄生容量Ｃ_Ｐ２に流れ、トランジスタＱ１２のベース電圧ＤＭが低下する。その結果、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、電圧ＴＤＭを上昇させる（図５（ｄ））。

ノイズ電流ＩＣＭ１の流れる方向が、光電流ＩＦと同一なため、第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭは、光電流ＩＦが入力される通常動作と同一方向に電圧変動し、無信号時の電圧値よりも上昇する（図５（ｄ））。このときの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭの変動は、通常動作と同一方向のため、第１の増幅回路１３ａが動作可能な範囲内であれば飽和しない。

電圧ＴＰＤが上昇したため、第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を上昇させる（図５（ｂ））。同様に電圧ＴＤＭが上昇したため、第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１を上昇させる（図５（ｂ））。

ｔｉｍｅ＝４００ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭがゼロになると（図５（ｅ））、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２が流れなくなる。
第１の増幅回路１３ａは、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭとして、無信号時の電圧値を出力する（図５（ｄ））。その結果、第２の増幅回路１４ａは、電圧ＰＤ１、ＤＭ１として、無信号時の電圧値を出力する（図５（ｂ））。

このように、光受信回路３ｂにおいては、コモンモードノイズＣＭが印加されて増幅回路６ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭ、及び電圧ＰＤ１、ＤＭ１が変動しても、第１の増幅回路１３ａと第２の増幅回路１４ａとで構成された増幅回路６ａは、飽和しない。その結果、電圧ＰＤ１と電圧ＤＭ１との大小関係は変化せず、比較回路９はＨとＬとを誤出力しないため、光受信回路３ａのコモンモードノイズＣＭの耐量を改善することができる。

次に、比較例の光受信回路について説明する。
図６は、比較例の光受信回路の回路図である。
比較例の光受信回路１００は、光受信回路３ｂにおける第１の補償回路１１ｂのトランジスタＱ５、Ｑ６の各エミッタを開放した構成であり、光受信回路３ｂから第１の補償回路１１ｂを削除した構成に相当する。

図７は、比較例の主要な信号の波形図であり、（ａ）はトランジスタＱ５、Ｑ６のエミッタ電流ＩＥ５、ＩＥ６、（ｂ）は増幅回路６ｂの電圧ＰＤ１、ＤＭ１、（ｃ）は光電流ＩＦ、（ｄ）は第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭ、（ｅ）はコモンモードの電圧ＶＣＭ、（ｆ）は比較回路９の出力信号ＣＭＰ、（ｇ）は波形整形回路１０の出力信号ＯＵＴである。
比較例は、トランジスタＱ５、Ｑ６の各エミッタが開放されているため、トランジスタＱ５、Ｑ６のエミッタ電流ＩＥ５、ＩＥ６は、ゼロになっている（図７（ａ））。なお、シミュレーション条件は、上記の図５の場合と同様である。

第１の補償回路１１ａは、光電流ＩＦに対する通常動作に影響を与えないため、コモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭがゼロの場合の通常動作は、光受信回路３ｂと同様である。
ｔｉｍｅ＝０ｎｓ〜５０ｎｓで光電流ＩＦが入力されると（図７（ｃ））、第１の増幅回路１３ａは、電圧ＴＰＤとして正極性のパルスを、電圧ＴＤＭとして無信号時の電圧値をそれぞれ出力する（図７（ｄ））。そして、第２の増幅回路１４ａは、電圧ＰＤ１として正極性のパルスを、電圧ＤＭ１として無信号時の電圧値をそれぞれ出力する（図７（ｂ））。

比較回路９は、電圧ＰＤ１として正極性のパルスを入力して、出力信号ＣＭＰとして正極性のパルスを出力する（図７（ｆ））。また波形整形回路１０は出力信号ＯＵＴとして、比較回路９の出力信号ＣＭＰを反転した負極性のパルスを出力する（図７（ｇ））。

次に、光電流ＩＦがゼロの状態において、コモンモードノイズＣＭが印加される場合の動作について説明する（図７（ｅ））。
ｔｉｍｅ＝１８０ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭが上昇すると（図７（ｅ））、ノイズ電流ＩＣＭ１が帰還抵抗８を流れ、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが上昇する。その結果、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを低下させる（図７（ｄ））。同様に、ノイズ電流ＩＣＭ２（＝ＩＣＭ１）が帰還抵抗７を流れて、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、電圧ＴＤＭを低下させる（図７（ｄ））。

比較例においては、第１の補償回路１１ｂからエミッタ電流ＩＥ５、ＩＥ６が供給されないため、電圧ＴＰＤが低下して、トランジスタＱ９、Ｑ１１が飽和する。また、電圧ＴＤＭが低下して、トランジスタＱ１０、Ｑ１２が飽和する。すなわち、第１の増幅回路１３ａは、飽和して、動作可能な動作点から外れる。

第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ８のベースに入力される電圧ＴＰＤが低下したため、トランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を低下させる（図７（ｂ））。しかし、比較例においては、電圧ＴＰＤが低下してトランジスタＱ９、Ｑ１１が飽和しているため、トランジスタＱ８はオフする。また、トランジスタＱ７のベースに入力される電圧ＴＤＭが低下したため、トランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１を低下させる（図７（ｂ））。同様に、トランジスタＱ１０、Ｑ１２が飽和しているため、トランジスタＱ７はオフする。すなわち、第２の増幅回路１４ａは、オフして、動作可能な動作点から外れる。

ｔｉｍｅ＝２１５ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭの上昇がとまり、定常値の２．０ｋＶになると（図７（ｅ））、ノイズ電流ＩＣＭ１（＝ＩＣＭ２）がゼロになる。その結果、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが低下し、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は動作可能な動作点に戻り、電圧ＴＰＤを無信号時の電圧値に上昇させる（図７（ｄ））。同様に、トランジスタＱ１２のベース電圧ＤＭが低下し、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は動作可能な動作点に戻り、電圧ＴＤＭを無信号時の電圧値に上昇させる（図７（ｄ））。

電圧ＴＰＤが上昇すると、トランジスタＱ８は動作可能な動作点に戻り、電圧ＰＤ１を上昇させ無信号時の電圧値に戻す（図７（ｂ））。また、電圧ＴＤＭが上昇すると、トランジスタＱ７は動作可能な動作点に戻り、電圧ＤＭ１を上昇させ無信号時の電圧値に戻す（図７（ｂ））。

第１の増幅回路１３ａが飽和した状態から動作可能な動作点に戻り、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭを無信号時の電圧値に上昇させて定常値にする際に、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭの大小関係が反転する期間が生じる（図７（ｄ）の一点鎖線Ｐで囲んだ部分）。また、第２の増幅回路１４ａがオフの状態から動作可能な動作点に戻り、電圧ＰＤ１、ＤＭ１を無信号時の電圧値に上昇させて定常値にする際に、電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係が反転する期間が生じる（図７（ｂ）の一点鎖線Ｑで囲んだ部分）。

比較回路９は、電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係が反転して、電圧ＰＤ１が電圧ＤＭ１より高い期間において、無信号時の出力Ｌを反転したＨのパルスを出力する（図７（ｆ）の一点鎖線Ｒで囲んだ部分）。また波形整形回路１０は、比較回路９の出力信号ＣＭＰを反転した、Ｌのパルスを出力する（図７（ｇ）の一点鎖線Ｓで囲んだ部分）。

次に、ｔｉｍｅ＝３６５ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭが低下する場合（図７（ｃ））は、光受信回路３ｂと同様である。
第１の増幅回路１３ａは、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭとして正極性のパルスをそれぞれ出力する（図７（ｄ））。そして、第２の増幅回路１４ａは、電圧ＰＤ１、ＤＭ１として正極性のパルスをそれぞれ出力する（図７（ｂ））。

コモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭが低下する場合は、第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭは、光電流ＩＦが入力される通常動作と同一方向に電圧変動し、無信号時の電圧値よりも上昇する（図５（ｄ））。電圧ＴＰＤ、ＴＤＭの変動は、通常動作と同一方向のため、第１の増幅回路１３ａが動作可能な範囲内であれば飽和しない。

電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係が反転しないため、比較回路９は、無信号時と同じＬを出力する（図７（ｆ））。また波形整形回路１０は、比較回路９の出力信号ＣＭＰを反転してＨを出力する（図７（ｇ））。

このように、比較例の光受信回路は、第１の補償回路１１ａがないため、コモンモードノイズＣＭが印加されて第１の増幅回路１３ａが飽和すると、動作可能な動作点に戻る際に、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭの大小関係が反転して誤出力する。そのため、比較例の光受信回路は、コモンモードノイズＣＭの耐量が制限される。

これに対して、本具体例においては、コモンモードノイズＣＭが印加されたときに、第１の補償回路１１ａは、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６ａの第１の増幅回路１３ａの電圧が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。そして、第１の増幅回路１３ａを飽和しない動作点に保持する。その結果、増幅回路６ａの一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係は変動しないため、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量を改善することができる。

図８は、第３の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。
図８に表したように、光結合形絶縁回路１ｂは、発光素子２と、発光素子２と光結合した光受信回路３ｃを備える。第３の実施形態は、第１の実施形態と比較して、第２の補償回路１２が追加されている点が異なっている。第３の実施形態における光受信回路３ｃの第２の補償回路１２以外の構成は、第１の実施形態における光受信回路３の構成と同様である。

第２の補償回路１２は、増幅回路６の一対の出力端子に接続され、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６の電圧ＰＤ１が変化する方向の電圧変動を抑制する回路である。すなわち、第２の補償回路１２は、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１が無信号時の電圧値よりも上昇する方向の電圧変動を抑制する。

第２の補償回路１２は、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１が所定値ＣＭ２を超えたとき、例えば出力端子から電流を吸い込んで電圧の上昇を抑制する。ここで、所定値ＣＭ２とは、増幅回路６が飽和せずに動作可能な電圧ＰＤ１、ＤＭ１の範囲内の値であり、例えば動作可能な最大値である。なお、第２の補償回路１２は、無信号時においてもわずかに電流が流れるようにバイアスされている。また、第２の補償回路１２は、例えばクランプ回路であり、一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１を所定値ＣＭ２以下にクランプする。

例えば、第２の補償回路１２が設けられていない場合は、コモンモードノイズＣＭが印加され、光電流ＩＦの許容値よりも大きなノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２が流れると、電圧ＰＤ１、ＤＭ１が上昇して増幅回路６が飽和する可能性がある。そして、増幅回路６が動作可能な動作点に復帰する際に、一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係が変動する可能性がある。そのため第２の補償回路１２が設けられていない場合は、比較回路９がＨとＬとを誤出力する可能性があるため、コモンモードノイズＣＭの耐量が制限される。

これに対して、本実施形態においては、コモンモードノイズＣＭが印加されたときに、第１の補償回路１１は、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６の電圧ＰＤ１が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。また、第２の補償回路１２は、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６の電圧ＰＤ１が変化する方向の電圧変動を抑制する。すなわち、本実施形態においては、第１及び第２の補償回路１１、１２が、増幅回路６を、電圧が低下する方向と上昇する方向の両方向で飽和しない動作点に保持するため、増幅回路６の一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係は、変動しない。その結果、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量をさらに改善することができる。

図９は、第４の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。
図９に表したように、光結合形絶縁回路１ｃは、発光素子２と、発光素子２と光結合した光受信回路３ｄを備える。第４の実施形態は、第３の実施形態と比較して、増幅回路６及び第２の補償回路１２の構成が異なっている。すなわち、第４の実施形態における光結合形絶縁回路１ｃにおいては、第３の実施形態における増幅回路６及び第２の補償回路１２の替わりに、それぞれ増幅回路６ａ及び第２の補償回路１２ａが設けられる。第４の実施形態における光受信回路３ｄの増幅回路６ａ及び第２の補償回路１２ａ以外の構成は、第３の実施形態における光受信回路３ｃの構成と同様である。

増幅回路６ａは、光電流ＩＦと基準電流ＩＲとをそれぞれ電圧に変換する第１の増幅回路１３と、第１の増幅回路１３に縦続接続された第２の増幅回路１４とを有する。
第１の補償回路１１は、増幅回路６ａの一対の出力端子、すなわち第２の増幅回路１４の出力に接続され、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６ａの電圧ＰＤ１が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。なお、増幅回路６ａは、第２の実施形態における増幅回路６ａと同様であり、第１の補償回路１１は、第１の実施形態における第１の補償回路１１と同様であるので、説明を省略する。

第２の補償回路１２ａは、第３の実施形態における第２の補償回路１２と比較して、接続される出力端子が異なる。すなわち、第２の補償回路１２ａは、第１の増幅回路１３の一対の出力端子及び第２の増幅回路１４の一対の入力端子に接続される。
第２の補償回路１２ａは、光電流ＩＦが増加したときに第１の増幅回路１３の電圧ＴＰＤが変化する方向の電圧変動を抑制する。

本実施形態においては、コモンモードノイズＣＭが印加されたときに、第１の補償回路１１は、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６の電圧ＰＤ１が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。また、第２の補償回路１２ａは、光電流ＩＦが増加したときに増幅回路６ａの第１の増幅回路１３の電圧ＴＰＤが変化する方向の電圧変動を抑制する。その結果、第２の増幅回路１４の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の電圧変動が抑制される。すなわち、本実施形態においては、第１及び第２の補償回路１１、１２ａが、増幅回路６ａを、電圧が低下する方向と上昇する方向の両方向で飽和しない動作点に保持するため、増幅回路６ａの一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係は、変動しない。その結果、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量をさらに改善することができる。

また、本実施形態においては、増幅回路６ａが第１の増幅回路１３と第２の増幅回路１４との２段で構成されているため、増幅回路６ａが飽和せずに動作可能な範囲、すなわち一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の変動可能な範囲を広げることができる。その結果、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量をさらに改善することができる。
上記以外の本実施形態の効果は、第３の実施形態と同様である。

図１０は、第４の実施形態における光受信回路を例示する回路図である。
図１０に表したように、本具体例の光受信回路３ｅは、第２の実施形態の具体例の光受信回路３ｂにおける第１の補償回路１１ｂの替わりに、第１の補償回路１１ｃが設けられ、さらに第２の補償回路１２ｂが追加されている点が異なる。すなわち、光受信回路３ｅは、受光素子４と、基準素子５と、受光素子４の光電流ＩＦと基準素子５の基準電流ＩＲをそれぞれ電圧に変換する増幅回路６ｂと、帰還抵抗７、８と、第１の補償回路１１ｃ、第２の補償回路１２ｂと、定電圧源回路１５を備える。第１の補償回路１１ｃ及び第２の補償回路１２ｂ以外の構成は、光受信回路３ｂと同様である。なお、比較回路９、波形整形回路１０については、省略している。

第１の補償回路１１ｃは、第１の補償回路１１ｂに抵抗Ｒ５、Ｒ６が追加されている。すなわち、第１の補償回路１１ｃは、トランジスタＱ５、Ｑ６、抵抗Ｒ４〜Ｒ６を有する。トランジスタＱ５のエミッタは、抵抗Ｒ５を介して、トランジスタＱ８のエミッタとトランジスタＱ１４のコレクタとに接続される。トランジスタＱ６のエミッタは、抵抗Ｒ６を介して、トランジスタＱ７のエミッタとトランジスタＱ１３のコレクタとに接続される。

第２の補償回路１２ｂは、抵抗Ｒ９、Ｒ１０と、トランジスタＱ１５、Ｑ１６とを有する。
トランジスタＱ１５のエミッタは、抵抗Ｒ９を介して、増幅回路６ａにおける第１の増幅回路１３ａのトランジスタＱ４のコレクタ及びトランジスタＱ１０のコレクタに接続され、トランジスタＱ１５のベースには所定値ＣＭ２が供給され、トランジスタＱ１５のエミッタは出力側接地される。トランジスタＱ１６のエミッタは、抵抗Ｒ１０を介して、増幅回路６ａにおける第１の増幅回路１３ａのトランジスタＱ３のコレクタ及びトランジスタＱ９のコレクタに接続され、トランジスタＱ１６のベースには所定値ＣＭ２が供給され、トランジスタＱ１６のエミッタは出力側接地される。なお、トランジスタＱ１５、Ｑ１６は、ＰＮＰトランジスタである。

次に、光受信回路３ｅを用いた光結合形絶縁回路の動作について説明する。
図１１は、第４の実施形態における光受信回路の主要な信号の波形図であり、（ａ）は増幅回路６ｂの電圧ＰＤ１、ＤＭ１、（ｂ）は光電流ＩＦ、（ｃ）は第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭ、（ｄ）はコモンモードの電圧ＶＣＭ、（ｅ）は比較回路９の出力信号ＣＭＰ、（ｆ）は波形整形回路１０の出力信号ＯＵＴである。

なお、図１１は、光受信回路３ｅに、図２に表したシミュレーションモデルを適用したシミュレーション結果であり、シミュレーション条件は、静電容量Ｃ_Ｌ＝１００ｐＦ、寄生容量Ｃ_Ｐ＝０．８ｐＦ、寄生容量Ｃ_Ｐ１＝Ｃ_Ｐ２＝０．１ｆＦである。また、コモンモードノイズＣＭは、コモンモードの電圧ＶＣＭが２．０ｋＶで、立ち上がり時間及び立ち下がり時間がともに１０ｎｓのパルス電圧（台形波）であり、変化率ｄＶＣＭ／ｄｔが２００ｋＶ／μｓに相当する。このシミュレーション条件は、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２が、光電流ＩＦよりも大きくなるように設定されている。

第２の補償回路１２ｂは、光電流ＩＦに対する通常動作に影響を与えないため、コモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭがゼロの場合の通常動作は、光受信回路３ｂと同様である。
ｔｉｍｅ＝０ｎｓ〜５０ｎｓで光電流ＩＦが入力されると（図１１（ｂ））、第１の増幅回路１３ａは、電圧ＴＰＤとして正極性のパルスを、電圧ＴＤＭとして無信号時の電圧値をそれぞれ出力する（図１１（ｃ））。そして、第２の増幅回路１４ａは、電圧ＰＤ１として正極性のパルスを、電圧ＤＭ１として無信号時の電圧値をそれぞれ出力する（図１１（ａ））。

比較回路９は、電圧ＰＤ１の正極性のパルスを入力して、正極性のパルスを出力する（図１１（ｅ））。また波形整形回路１０は、比較回路９の出力ＣＭＰを反転して負極性のパルスを出力する（図１１（ｆ））。

次に、光電流ＩＦがゼロの状態において、コモンモードノイズＣＭが印加される場合の動作について説明する（図１１（ｄ））。
ｔｉｍｅ＝１８０ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭが上昇すると（図１１（ｄ））、ノイズ電流ＩＣＭ１がトランジスタＱ１１のベースに流れ、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが上昇する。その結果、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを低下させる（図１１（ｃ））。同様に、ノイズ電流ＩＣＭ２（＝ＩＣＭ１）がトランジスタＱ１２のベースに流れて、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、電圧ＴＤＭを低下させる（図１１（ｃ））。なお、帰還抵抗７、８を介して第２の増幅回路１４ａに吸い込まれる電流（シンク電流）は小さいため、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２は、トランジスタＱ１１、Ｑ１２の各ベースにそれぞれ流れる。

第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ８のベースに入力される電圧ＴＰＤが低下したため、トランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を低下させる（図１１（ａ））。また、トランジスタＱ７のベースに入力される電圧ＴＤＭが低下したため、トランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１を低下させる（図１１（ａ））。

電圧ＰＤ１が低下すると、第１の補償回路１１ｃのトランジスタＱ５のベース・エミッタ間電圧が高くなるため、トランジスタＱ５のエミッタ電流ＩＥ５の絶対値が大きくなる。同様に電圧ＤＭ１が低下すると、第１の補償回路１１ｃのトランジスタＱ６のベース・エミッタ間電圧が高くなるため、トランジスタＱ６のエミッタ電流ＩＥ６の絶対値が大きくなる。

電圧ＰＤ１の低下に応じて、トランジスタＱ５のエミッタ電流ＩＥ５の絶対値が大きくなるため、トランジスタＱ１４及び抵抗Ｒ８で構成された能動負荷に供給される電流の減少が抑制される。その結果、電圧ＰＤ１の低下が抑制され、トランジスタＱ８は、飽和せずに動作可能な動作点に維持される（図１１（ａ）、（ｃ））。同様に、電圧ＤＭ１の低下に応じて、トランジスタＱ６のエミッタ電流ＩＥ６の絶対値が大きくなるため、トランジスタＱ１３及び抵抗Ｒ７で構成された能動負荷に供給される電流の減少が抑制される。その結果、電圧ＤＭ１の低下が抑制され、トランジスタＱ７は、飽和せずに動作可能な動作点に維持される（図１１（ａ）、（ｃ））。

ｔｉｍｅ＝１９０ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭの上昇がとまり、定常値の２．０ｋＶになると（図１１（ｄ））、ノイズ電流ＩＣＭ１（＝ＩＣＭ２）がゼロになる。その結果、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが低下し、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを無信号時の電圧値に上昇させる（図１１（ｃ））。同様に、トランジスタＱ１２のベース電圧ＤＭが低下し、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、電圧ＴＤＭを無信号時の電圧値に上昇させる（図１１（ｃ））。

トランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を上昇させ無信号時の電圧値に戻す（図１１（ａ））。また、トランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１を上昇させ無信号時の電圧値に戻す（図１１（ａ））。

第２の増幅回路１４ａが、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２により飽和しないため、電圧ＰＤ１、ＤＭ１が無信号時の電圧値に戻る際に大小関係が反転することはない。その結果、比較回路９は、無信号時と同じＬを出力する（図１１（ｅ））。また波形整形回路１０は、比較回路９の出力ＣＭＰを反転したＨを出力する（図１１（ｆ））。

次に、ｔｉｍｅ＝３４０ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭが低下すると（図１１（ｄ））、ノイズ電流ＩＣＭ１が帰還抵抗８から寄生容量Ｃ_Ｐ１に流れ、トランジスタＱ１１のベース電圧ＰＤが低下する。その結果、トランジスタＱ９、Ｑ１１のカスコード増幅回路は、電圧ＴＰＤを上昇させる（図１１（ｃ））。同様に、ノイズ電流ＩＣＭ２（＝ＩＣＭ１）が帰還抵抗７から寄生容量Ｃ_Ｐ２に流れ、トランジスタＱ１０、Ｑ１２のカスコード増幅回路は、電圧ＴＤＭを上昇させる（図１１（ｃ））。

ノイズ電流ＩＣＭ１の流れる方向が、光電流ＩＦと同一なため、第１の増幅回路１３ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭは、光電流ＩＦが入力される通常動作と同一方向に電圧変動し、無信号時の電圧値よりも上昇する（図１１（ｃ））。また、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２が光電流ＩＦよりも大きいいため、光信号ＩＦが入力されたときよりも高い電圧まで上昇する（図１１（ｃ））。

電圧ＴＰＤが上昇したため、第２の補償回路１２ｂにおけるトランジスタＱ１６に流れる電流が増加する。その結果、トランジスタＱ１、Ｑ３で構成された能動負荷を流れる電流の減少が抑制され、電圧ＴＰＤの上昇が抑制される。電圧ＴＰＤは、トランジスタＱ９、Ｑ１１で構成されるカスコード増幅回路が動作可能な範囲内の所定値ＣＭ２にクランプされる。また、電圧ＴＤＭが上昇したため、第２の増幅回路１２ｂにおけるトランジスタＱ１５に流れる電流が増加する。その結果、トランジスタＱ２、Ｑ４で構成された能動負荷を流れる電流の減少が抑制され、電圧ＴＤＭの上昇が抑制される。電圧ＴＤＭは、トランジスタＱ１０、Ｑ１２で構成されるカスコード増幅回路が動作可能な範囲内の所定値ＣＭ２にクランプされる。

このように、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭの変動は、第２の補償回路１２ｂにより抑制され、第１の増幅回路１３ａは、飽和せずに動作可能な動作点に維持される。
また、電圧ＴＰＤが上昇したため、第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ８は、電圧ＰＤ１を上昇させる（図１１（ａ））。同様に電圧ＴＤＭが上昇したため、第２の増幅回路１４ａのトランジスタＱ７は、電圧ＤＭ１を上昇させる（図１１（ａ））。このとき、第１の増幅回路１３ａが飽和していないため、第２の増幅回路１４ａも飽和せずに動作可能な動作点に維持される。

ｔｉｍｅ＝３５０ｎｓでコモンモードノイズＣＭの電圧ＶＣＭがゼロになると（図１１（ｄ））、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２が流れなくなる。
第１の増幅回路１３ａは、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭとして、無信号時の電圧値を出力する（図１１（ｃ））。その結果、第２の増幅回路１４ａは、電圧ＰＤ１、ＤＭ１として、無信号時の電圧値を出力する（図１１（ａ））。

第１の増幅回路１３ａと第２の増幅回路１４ａとが、ノイズ電流ＩＣＭ１、ＩＣＭ２の減少時に飽和しないため、電圧ＴＰＤ、ＴＤＭが無信号時の電圧値に戻る際に大小関係が反転することはない。また、電圧ＰＤ１、ＤＭ１が無信号時の電圧値に戻る際に大小関係が反転することはない。その結果、比較回路９は、無信号時と同じＬを出力する（図１１（ｅ））。また波形整形回路１０は、比較回路９の出力ＣＭＰを反転したＨを出力する（図１１（ｆ））。

このように、本具体例の光受信回路３ｅにおいては、コモンモードノイズＣＭが印加されて増幅回路６ａの電圧ＴＰＤ、ＴＤＭ、及び電圧ＰＤ１、ＤＭ１が光電流ＩＦが入力されたときよりも大きく変動しても、増幅回路６ａが飽和しないため、電圧ＰＤ１と電圧ＤＭ１との大小関係は変化しない。その結果、比較回路９が誤出力することはなく、光受信回路３ａのコモンモードノイズＣＭの耐量をさらに改善することができる。

図１２は、第４の実施形態における光受信回路を例示する他の回路図である。
本具体例の光受信回路３ｆは、光受信回路３ｅと比較して、第２の補償回路１２ｂの構成が異なっている。すなわち、光受信回路３ｆにおいては、光受信回路３ｅの第２の補償回路１２ｂの替わりに第２の補償回路１２ｃが設けられている。これ以外の構成については、光受信回路３ｅと同様である。

第２の補償回路１２ｃにおいては、第２の補償回路１２ｂにおけるトランジスタＱ１５、Ｑ１６の替わりに、トランジスタＭＰ１、ＭＰ２が設けられている。トランジスタＭＰ１、ＭＰ２は、Ｐチャンネル形ＭＯＳＦＥＴ（以下、ＰＭＯＳ）である。
本具体例においては、第２の補償回路１２ｂがＰＭＯＳで構成されているため、ＰＮＰトランジスタのように蓄積時間による伝搬遅延がなく、第１の増幅回路１３ａがＨからＬに変化するときの伝搬遅延時間の増加を抑制することができる。
上記以外の効果は、光受信回路３ｅと同様である。

図１３は、第４の実施形態における光受信回路を例示する他の回路図である。
本具体例の光受信回路３ｇは、光受信回路３ｆと比較して、第１の補償回路１１ｃの構成が異なっている。すなわち、光受信回路３ｇにおいては、光受信回路３ｆの第１の補償回路１１ｃの替わりに第１の補償回路１１ｄが設けられている。これ以外の構成については、光受信回路３ｆと同様である。

第１の補償回路１１ｄにおいては、第１の補償回路１１ｃにおけるトランジスタＱ５、Ｑ６の替わりに、トランジスタＭＮ１、ＭＮ２が設けられている。トランジスタＭＮ１、ＭＮ２は、Ｎチャンネル形ＭＯＳＦＥＴ（以下、ＮＭＯＳ）である。
本具体例においては、第１の補償回路１１ｄがＮＭＯＳで構成されているため、ＮＰＮトランジスタのように蓄積時間による伝搬遅延がなく、第２の増幅回路１４がＬからＨに変化するときの伝搬遅延時間の増加を抑制することができる。
上記以外の効果は、光受信回路３ｆと同様である。

図１４は、第５の実施形態に係る光受信回路を含む光結合形絶縁回路を例示するブロック図である。
図１４に表したように、光結合形絶縁回路１ｄは、発光素子２と、発光素子２と光結合した光受信回路３ｈを備える。第５の実施形態は、第４の実施形態と比較して、第１の補償回路１１の構成が異なっている。すなわち、第５の実施形態における光結合形絶縁回路１ｄにおいては、第４の実施形態における第１の補償回路１１の替わりに、第１の補償回路１１ａが設けられる。第５の実施形態における光受信回路３ｈの第１の補償回路１１ａ以外の構成は、第４の実施形態における光受信回路３ｄの構成と同様である。

第１の補償回路１１ａは、第１の補償回路１１と比較して、接続される出力端子が異なる。すなわち、第１の補償回路１１ａは、第２の実施形態における第１の補償回路１１ａと同様であり、第１の増幅回路１３の一対の出力端子及び第２の増幅回路１４の一対の入力端子に接続される。第１の補償回路１１ａは、光電流ＩＦの絶対値が増加したときに第１の増幅回路１３の電圧ＴＰＤが変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する。

第２の補償回路１２ａは、第４の実施形態における第２の補償回路１２ａと同様であり、光電流ＩＦが増加したときに第１の増幅回路１３の電圧ＴＰＤが変化する方向の電圧変動を抑制する。

本実施形態においては、コモンモードノイズＣＭが印加されたときに、第１の補償回路１１ａ及び第２の補償回路１２ａは、第１の増幅回路１３を飽和しない動作点に保持するため、第２の増幅回路１４も飽和しない動作点に保持される。その結果、第２の増幅回路１４の電圧、すなわち増幅回路６ａの一対の電圧ＰＤ１、ＤＭ１の大小関係は変動しないため、比較回路９が誤出力しないノイズ耐量を改善することができる。

また、増幅回路６ａを構成する第１の増幅回路１３及び第２の増幅回路１４が飽和しないため、コモンモードノイズＣＭから復帰する際の応答性が改善される。
本実施形態の上記以外の効果については、第４の実施形態の効果と同様である。

なお、上記の各実施形態においては、受光素子４から出力される光電流ＩＦが帰還抵抗７側から受光素子４側に流れる構成について説明した。しかし、例えば受光素子４が電源と増幅回路の入力端子との間に接続され、光電流ＩＦが受光素子４側から帰還抵抗７側の方向に流れる構成とすることもできる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１ａ〜１ｄ…光結合形絶縁回路、 ２…発光素子、 ３、３ａ〜３ｈ、１００…光受信回路、 ４…受光素子、 ５…基準素子、 ６、６ａ、６ｂ…増幅回路、 ７、８…帰還抵抗、 ９…比較回路、 １０…波形整形回路、 １１、１１ａ〜１１ｄ…第１の補償回路、 １２、１２ａ〜１２ｃ…第２の補償回路、 １３、１３ａ…第１の増幅回路、 １４、１４ａ…第２の増幅回路、 ＭＮ１…Ｎチャンネル形ＭＯＳＦＥＴ（ＮＭＯＳ）、 ＭＰ１…Ｐチャンネル形ＭＯＳＦＥＴ（ＰＭＯＳ）、 Ｑ１〜Ｑ１６…トランジスタ、 Ｒ１〜Ｒ１０…抵抗

Claims (5)

1. 光信号を受光して光電流を出力する受光素子と、
   前記光信号が遮光されて基準電流を出力する、前記受光素子と電気的特性が揃えられた基準素子と、
   前記光電流と前記基準電流とをそれぞれ電圧に変換して増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路に接続され、前記光電流が増加したときに前記増幅回路の電圧が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する第１の補償回路と、
   前記増幅回路に接続され、前記光電流が増加したときに前記増幅回路の電圧が変化する方向の電圧変動を抑制する第２の補償回路と、
   を備えた光受信回路。
2. 光信号を受光して光電流を出力する受光素子と、
   前記光電流を電圧に変換して増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路に接続され、前記光電流が増加したときに前記増幅回路の電圧が変化する方向と逆方向の電圧変動を抑制する第１の補償回路と、
   を備えた光受信回路。
3. 前記増幅回路に接続され、前記光電流が増加したときに前記増幅回路の電圧が変化する方向の電圧変動を抑制する第２の補償回路をさらに備えた請求項２記載の光受信回路。
4. 前記光信号が遮光されて基準電流を出力する、前記受光素子と電気的特性が揃えられた基準素子をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の光受信回路。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光受信回路と、
   前記受光素子に光信号を送信する発光素子と、
   を備えた光結合形絶縁回路。

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