JP2511015Y2 - アバランシエ・フオトダイオ−ドのバイアス印加回路 - Google Patents

アバランシエ・フオトダイオ−ドのバイアス印加回路

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JP2511015Y2
JP2511015Y2 JP1987033247U JP3324787U JP2511015Y2 JP 2511015 Y2 JP2511015 Y2 JP 2511015Y2 JP 1987033247 U JP1987033247 U JP 1987033247U JP 3324787 U JP3324787 U JP 3324787U JP 2511015 Y2 JP2511015 Y2 JP 2511015Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はアバランシェ・フォトダイオード(以下APD
と略す)のバイアス印加回路に関する。
〔従来の技術〕
従来,この種のAPDバイアス印加回路は第2図のよう
な構成をとっていた。第2図において,1はDC-DCコンバ
ータ,2はAPD,3は前置増幅器,4はDC-DCコンバータの入力
制御端子,5はDC-DCコンバータの出力端子,6は温度補償
形入力制御回路,R1,R7,R8,R9は抵抗器,D3はダイオード
である。
次に,第2図の回路の動作を説明すると,入力制御回
路6によりDC-DCコンバータ1の入力端子4に入力電圧
が与えられる。この入力電圧に従い出力端子5に出力電
圧が現われる。出力電圧は抵抗器R1を介してAPD2のバイ
アス電圧として印加される。
APD2は入力光信号を増倍する特性を有する。この増倍
する度合い(以下Mと略す)はAPD2に印加するバイアス
電圧に依存する。バイアス電圧VBIASとMの関係を第3
図に示す。第3図にはVBIASとMの特性を温度をパラメ
ータとして示してある。図中t0,t1,t2は温度を示し,t0
<t1<t2の関係となっている。光受信回路の動作を考え
たとき,APDの入力光信号を一定としたとき温度変化に対
してMが一定となるようにバイアス電圧を印加すること
が望ましい。
第4図にはDC-DCコンバータ1の入出力特性を示して
あるが,この回路のみの温度による変動は無い。
〔考案が解決しようとする問題点〕
しかし乍ら,上述した従来の回路例では,入力制御回
路の出力温度特性がAPDの温度特性を補償することがで
きず,周囲温度変化に対してAPDのMの変動量が大きい
状態で使用されていた。換言すれば温度変化に対してM
を一定とするVBIASの印加電圧,しいてはDC-DCコンバー
タの入力制御電圧の温度補償量が適正ではないという問
題点があった。
上述した問題点をもう少し詳しく説明すると、APDを
安定的に使用するためには、増倍率Mを一定にして用い
なければならず、そのためにはAPDへのバイアス印加電
圧を一定にすることがまず要求される。3元APDへのバ
イアス印加電圧は、通常50〜120Vと高圧であり、通常、
第2図に示すようにDC-DCコンバータにより昇圧して印
加する。ここで、バイアス印加電圧に対するAPDの増倍
率Mの変化は、第3図に示されるような下に凸の曲線を
示すが、この特性は図のごとく温度tの変化により変化
し、温度が高くなるほど曲線は右にシフトする。つま
り、増倍率Mを一定に維持するためにはバイアス電圧を
増大させる必要が生じる。この温度変化に対するバイア
ス印加電圧を補償しようとする入力制御回路が第2図に
示されるようなダイオードD3を用いた入力制御回路であ
り、温度変化によりDC-DCコンバータ1の入力端子4へ
の注入電流をダイオード特性を利用して追従させること
により、上記バイアス印加電圧の温度補償を行ってい
る。
ところが、通常、APDは個体差を有し、個々の特性に
応じてDCバイアスと温度変化に対する電圧補償を行う必
要がある。第2図に示される構成では、両者の設定を抵
抗値の選定のみで行わなければならず、実際には双方を
満たす設定は非常に困難である。言い換えれば、設定可
能なパラメータが抵抗R8とR9の分圧比の一つしかなく、
これを変化させて双方を最適に設定しなければならず、
増倍率Mを一定に維持しつつ適切なバイアス電圧を設定
することは、第2図に示される構成では困難であった。
本考案は、従来のDC-DCコンバータと温度補償機能を
与えるためのダイオードを含む入力制御回路からなる従
来のアバランシェ・フォトダイオード(APD)のバイア
ス印加回路のもつ温度補償が十分でない、という問題を
解決し、周囲温度変化に対してAPDのMを一定に保ち、
適切なバイアス電圧を印加できるバイアス印加回路を提
供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本考案によると,DC-DCコンバータと,該DC-DCコンバ
ータの入力を制御するための温度補償回路を付加した入
力制御回路とを含み,前記温度補償回路を付加した入力
制御回路が、抵抗及び温度変化によってジャンクシォン
電位の変わるダイオードの直列回路と2つの抵抗の直列
回路とを並列に接続し、この接続する点の一方をもう1
つの抵抗を介して電源に接続した温度補償回路と、ベー
スを他の抵抗を介して前記2つの抵抗の接続点に接続
し、コレクタを前記電源に接続し、エミッタを前記前記
DC-DCコンバータの入力に接続するトランジスタとを備
え、而して前記5つの抵抗の値が前記増倍率Mを一定に
するように調整されていることを特徴とするアバランシ
ェ・フォトダイオードのバイアス印加回路が得られる。
特に、本考案は、ダイオードによる温度補償とAPDへ
のバイアス電圧を独立に設定できるようにしている。具
体的な構成として、DC-DCコンバータと、このDC-DCコン
バータの入力を制御するための温度補償回路を付加した
入力制御回路とを含み、温度補償回路を付加した入力制
御回路が、抵抗及び温度変化によってジャンクション電
位の変わるダイオードの直列回路と2つの抵抗の直列回
路とを並列に接続し、この接続する点の一方をもう1つ
の抵抗を介して電源に接続した温度補償回路と、ベース
を他の抵抗を介して前記2つの抵抗の接続点に接続し、
コレクタを前記電源に接続し、エミッタを前記DC-DCコ
ンバータの入力に接続するトランジスタを備えている。
そして、温度の変動により前記ダイオードのジャンクシ
ョン電位が変化することによって生ずる前記トランジス
タの出力特性が、丁度前記DC-DCコンバータを介して前
記アバランシェ・フォトダイオードの前記増倍率Mを一
定にするように前記5つの抵抗の値が調整されることを
特徴としている。
〔実施例〕
次に本考案の図面について説明する。第1図は本考案
の一実施例の構成図で,1〜5は従来回路と同じ構成要素
を示している。6′は温度補償形入力制御回路で,該制
御回路6′を図に示すようにトランジスタQ1,ダイオー
ドD1,D2,抵抗器R2,R3,R4,R5,R6により構成している。
第1図に示す温度補償形入力制御回路6′を用いること
により,周囲温度変化に対してAPDのMを一定とする良
好なバイアス印加電圧VBを得ることができる。なお、考
案は、DC-DCコンバータへの注入電流を温度変化に対応
させて変化させるものであり、ここで用いられるDC-DC
コンバータ自体は、温度依存性の少ないものを用いるこ
とを前提としている。
ここで本考案の構成および動作原理を説明する前に、
第2図に示される従来の入力制御回路にもどってその基
本原理を説明すると、従来の入力制御回路ではダイオー
ドD3の順方向電圧が負の温度特性をもつことを利用し
て、コンバータ1への入力電圧を制御している。いま、
例えば周囲温度が上昇したとすれば、ダイオードD3の温
度依存性によりコンバータ1の入力電圧が上がるため、
DC-DCコンバータの出力も上がり、APDの温度特性に追従
するバイアス電圧が設定される。
これに対して、第1図に示される本考案の構成では、
コンバータ1への入力電圧の温度に対する制御をトラン
ジスタQ1のベース−エミッタ間の温度特性を利用して行
っている。すなわち、いま周囲温度が上昇したとする
と、ベース−エミッタ間の順方向電圧がダイオードと同
じ負の温度特性をもつため、DC-DCコンバータの入力電
圧を上昇することになる。
ここで、本考案では第1図に示されるように、第2図
に示されると同様の温度依存性をもつダイオードD1及び
D2が逆方向に作用するように配置されている。従って、
温度が上昇したときにコンバータ1への入力電圧を下げ
るように作用し、目的達成とは反対方向に動作する。本
考案では、トランジスタQ1を利用してコンバータ1への
入力電圧の制御を行うことを基本としている。ところ
が、トランジスタQ1のみでこれを行おうとすると、温度
依存性が大きすぎて実際には温度補償が過補償になって
しまう。このため、Q1のベース電圧に負の温度特性をも
たせて過補償を補正し、温度変化に対して適正な入力電
圧の設定がなされるようにしている。このような構成に
することにより、バイアス電圧は電源から供給される+
Vによって定めることができる一方で、温度補償は抵抗
値を適宜に選定することにより、バイアス電圧+Vとは
独立して定まるようにすることができる。
次に、上述のように動作させる抵抗値の選定例につい
て説明する。
第1図において、抵抗R5とR6の接続点(R3への接続
点)の電圧をV2、抵抗R3とR4の接続点(R2への接続点)
の電圧をV3とし、トランジスタQ1のベース−エミッタ間
の順方向電圧をVBE、ダイオードD1及びD2の2個の順方
向電圧をVD1D2、DC-DCコンバータ1への入力電圧をVIN
とする。いま、トランジスタQ1の順方向電圧VBEの温度
特性VQ(t)が2mV/deg、ダイオードD1及びD2のそれVD
(t)がそれぞれ2mV/degとする。このような条件に対
しては、例えば各抵抗の値を、R5=R6、R3=R4となるよ
うに選定すれば、最終的にVINが1mV/degとなるようにす
ることができる。
以下に、上記選定について具体的に、第1図の各点に
おける電圧を求めながら説明する。第1図において、抵
抗R5とR6の中間点における電圧をV2、また抵抗R3とR4
中間点における電圧をV3とすると、 従って、ダイオード1個あたりの順方向電圧の温度依
存性をΔVD(t)とするとダイオードの順方向電圧V
D1D2はダイオード2個分の温度特性により変動すること
になるから、トランジスタのベース電圧の温度依存性Δ
V(t)は、 となる。ΔV(t)は、上述の通り、温度が上昇したと
きに電圧を下げる方向(期待するのと逆方向)に作用す
るが、結局、これがトランジスタQ1の順方向電圧V
Q(t)の過補償を抑制することになる。そして、DC-DC
コンバータの入力電圧は、+1mV/degで変化するように
(温度上昇に対して、電圧も上昇するように)制御され
ることになる。
なお、実際にはAPDには個体差があるため、これに対
応させてDCバイアスと温度特性を最適に設定しなければ
ならず、個々のAPDの特性をみて各抵抗値を定める必要
がある。
このように、本考案の構成によれば、各抵抗R2〜R6の
抵抗値それぞれを任意に選定して電圧V2とV3を独立に定
めることができる。従って、温度制御とバイアス電圧の
双方を最適な値に決めることが可能になる。
上記の入力制御回路6′によれば,温度変化を生ずる
ダイオードD1とD2の直列回路が抵抗器R3とR4の回路に並
列に接続されており,温度の変動によりダイオードのジ
ャンクション電位を変えることによって生ずるトランジ
スタQ1の出力特性が丁度DC-DCコンバータ1を介してAPD
2の温度特性を補償するように動作する。
APD2として1.3μm及び1.55μmの長波長帯の受光に
適したInGaAn-APD(以下、「3元APD」という。)を用
いた場合の実施例について述べる。3元APDは、APDのな
かで比較的個体差が大きいが、この3元APDを使用した
場合、第2図の従来例においては抵抗R7,R8,R9の値を適
当に選んだときのAPDのMの変化量が周囲温度変化50℃
に対して約50%と大きかったのに対し,上記の実施例に
おいては抵抗R2,R3,R4,R5,R6の値を適切に選んだときの
APDのMの変化量は周囲温度変化50℃に対して約5%と
良好な特性を示した。
〔考案の効果〕
以上に説明したように,本考案によれば,DC-DCコンバ
ータを用いてAPDにバイアス電圧を印加する回路におい
て,温度補償付入力制御回路を用いるときによりAPDの
入力光信号を一定としたとき周囲温度変化に対しAPDの
Mを一定に保つことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案による一実施例の回路構成図,第2図は
従来のものの一例の回路構成図,第3図はAPDの印加バ
イアス電圧(VBIAS)とAPDの増倍率(M)の関係を示す
図,第4図はDC-DCコンバータの入出力特性を示す図で
ある。 なお,図において,1はDC-DCコンバータ,2はAPD,3は前置
増幅器,4はDC-DCコンバータの入力端子,5はDC-DCコンバ
ータの出力端子,6′は温度補償付入力制御回路,R1〜R9
は抵抗器,D1,D2,D3はダイオード,Q1はトランジスタで
ある。

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】DC-DCコンバータと、該DC-DCコンバータの
    入力を制御するための温度補償回路を付加した入力制御
    回路とを含み、周囲温度の変化に対してアバランシェ・
    フォトダイオードの増倍率Mを一定にするように構成し
    たアバランシェ・フォトダイオードのバイアス印加回路
    において、 前記温度補償回路を付加した入力制御回路が、抵抗及び
    温度変化によってジャンクション電位の変わるダイオー
    ドの直列回路と2つの抵抗の直列回路とを並列に接続
    し、この接続する点の一方をもう1つの抵抗を介して電
    源に接続した温度補償回路と、ベースを他の抵抗を介し
    て前記2つの抵抗の接続点に接続し、コレクタを前記電
    源に接続し、エミッタを前記DC-DCコンバータの入力に
    接続するトランジスタを備え、温度の変動により前記ダ
    イオードのジャンクション電位が変化することによって
    生ずる前記トランジスタの出力特性が、丁度前記DC-DC
    コンバータを介して前記アバランシェ・フォトダイオー
    ドの前記増倍率Mを一定にするように前記5つの抵抗の
    値が調整されていることを特徴とするアバランシェ・フ
    ォトダイオードのバイアス印加回路。
JP1987033247U 1987-03-09 1987-03-09 アバランシエ・フオトダイオ−ドのバイアス印加回路 Expired - Lifetime JP2511015Y2 (ja)

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