JP2963934B2 - Light receiving amplifier circuit - Google Patents
Light receiving amplifier circuitInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、受光素子で得た電流信号を電流／電圧変換
すると共に増幅して出力する受光増幅回路に関し、特に
受光素子で得たパルス光等の交流信号のみを増幅する受
光増幅回路に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoreceiver / amplifier circuit which performs current / voltage conversion on a current signal obtained by a photodetector, amplifies the output, and outputs the amplified signal. And the like.
この種の回路として、従来から第３図に示す回路があ
る。この回路は、受光素子としてのホトダイオード１の
電流出力を抵抗R1で帰還をかけた演算増幅器２で電圧信
号に変換し、その電圧信号の内の交流成分のみを結合コ
ンデンサC1で取り出して次段の演算増幅器３で抵抗R2と
R3（各々その値をR2、R3とする。）で決まる増幅度（＝
R3/R2）だけ増幅して出力するものである。E1、E2はバ
イアス電源である。FIG. 3 shows a conventional circuit of this type. In this circuit, a current output of a photodiode 1 as a light receiving element is converted into a voltage signal by an operational amplifier 2 to which feedback is performed by a resistor R1, and only an AC component of the voltage signal is taken out by a coupling capacitor C1 to be output to a next stage. Operational amplifier 3 and resistor R2
R3 (the values are R2 and R3, respectively)
R3 / R2) is amplified and output. E1 and E2 are bias power supplies.
よって、この回路では継続光（直流光）を受光したと
きは出力せず、パルス光を受光した場合にのみそのパル
ス光に対応した信号電圧が出力されることになる。Therefore, this circuit does not output when continuous light (DC light) is received, but outputs a signal voltage corresponding to the pulse light only when pulse light is received.
第４図はこの回路を具体化した回路図を示すものであ
る。演算増幅器２、３には同一の回路が使用されるので
一方の演算増幅器２を代表して説明する。FIG. 4 shows a circuit diagram that embodies this circuit. Since the same circuit is used for the operational amplifiers 2 and 3, only one operational amplifier 2 will be described as a representative.
Q1、Q2は入力トランジスタ、Q3、Q4は差動回路を構成
するトランジスタで、その共通接続のエミッタに定電流
源I1が接続される。Q5〜Q7は差動回路の能動負荷として
働くカレントミラー回路を構成するトランジスタであ
り、R4は抵抗である。以上で差動増幅回路が構成され、
その出力はトランスタQ7のコレクタから取り出されて、
トランジスタQ8〜Q10からなる出力回路に出力される。
この出力回路では、位相補償用のコンデンサC2が接続さ
れている。R5は、バイアス用抵抗、I2、I3は定電流源で
ある。Q1 and Q2 are input transistors, and Q3 and Q4 are transistors forming a differential circuit, and a constant current source I1 is connected to a commonly connected emitter. Q5 to Q7 are transistors constituting a current mirror circuit that works as an active load of the differential circuit, and R4 is a resistor. Thus, a differential amplifier circuit is configured,
Its output is taken from the collector of Transformer Q7,
The signal is output to an output circuit including transistors Q8 to Q10.
In this output circuit, a capacitor C2 for phase compensation is connected. R5 is a bias resistor, and I2 and I3 are constant current sources.
ところが、この第３図及び第４図に示した受光増幅回
路では、演算増幅器が２個必要であり、特にその内部に
形成される位相補償用コンデンサC2は大きな素子面積を
占有し、コストアップ増大につながるという問題があっ
た。However, in the light-receiving amplifier circuit shown in FIGS. 3 and 4, two operational amplifiers are required. In particular, the phase compensation capacitor C2 formed therein occupies a large element area, and the cost increases. There was a problem that leads to.
本発明の目的は演算増幅器を１個として、簡単な回路
構成でパルス光信号を電圧変換及び増幅できるようにし
た受光増幅回路を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a photoreceiver / amplifier circuit which can convert a pulse optical signal into a voltage and amplify it with a simple circuit configuration using one operational amplifier.
このために本発明は、第１のカレントミラー回路を能
動負荷として接続した差動増幅回路と該差動増幅回路の
出力電圧を増幅する出力回路とを具備する回路におい
て、 上記第１のカレントミラー回路のベース電流供給点と
基準側トランジスタのベースとの間及び上記ベース電流
供給点と出力側トランジスタのベースとの間の各々に接
続した抵抗と、受光素子の電流に対応する電流を基準電
流とし出力電流を上記第１のカレントミラー回路の基準
側のトランジスタのベースに供給する第２のカレントミ
ラー回路と、上記受光素子の電流に対応する電流を基準
電流とし出力電流を上記第１のカレントミラー回路の出
力側のトランジスタのベースに供給する第３のカレント
ミラー回路とを設け、上記第２と第３のカレントミラー
回路の一方を基準電流を積分して出力電流とする電流積
分型として構成した。For this purpose, the present invention relates to a circuit comprising a differential amplifier circuit connected to a first current mirror circuit as an active load and an output circuit for amplifying an output voltage of the differential amplifier circuit, A resistor connected between the base current supply point of the circuit and the base of the reference transistor and between the base current supply point and the base of the output transistor, and a current corresponding to the current of the light receiving element are defined as reference currents. A second current mirror circuit for supplying an output current to the base of a transistor on the reference side of the first current mirror circuit; and a current corresponding to the current of the light receiving element as a reference current and an output current for the first current mirror circuit A third current mirror circuit for supplying the base of the transistor on the output side of the circuit; and providing one of the second and third current mirror circuits with a reference current. It is configured as a current integration type that integrates the current and outputs it.
以下、本発明の実施例について説明する。第１図はそ
の一実施例の受光増幅回路を示す図である。この第１図
において、第３図及び第４図で説明した素子と同一の素
子には同一の符号を付した。Hereinafter, examples of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a light-receiving amplifier circuit according to one embodiment. In FIG. 1, the same elements as those described in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals.
本実施例では、ホトダイオード１の出力電流を基準電
流とするようにトランジスタQ11、Q12、Q13でカレント
ミラー回路を構成し、またトランジスタQ11、Q12、Q14
で別の同様のカレントミラー回路を構成して、出力側の
トランジスタQ13、Q14のコレクタにホトダイオード１の
出力電流と同一電流を流すようにした。つまり、ホトダ
イオード１の出力電流を分割するようにした。In this embodiment, a current mirror circuit is formed by transistors Q11, Q12 and Q13 so that the output current of the photodiode 1 is used as a reference current, and the transistors Q11, Q12 and Q14
Then, another similar current mirror circuit was formed so that the same current as the output current of the photodiode 1 flows through the collectors of the transistors Q13 and Q14 on the output side. That is, the output current of the photodiode 1 is divided.
そして、本実施例では、一方のトランジスタQ13のコ
レクタ電流を定電流源I4から引算した電流を、トランジ
スタQ15〜Q17からなるカレントミラー回路（第２のカレ
ントミラー回路）に基準電流として供給し、他方のトラ
ンジスタQ14のコレクタ電流を定電流源I5（定電流源I4
の出力電流と同一電流を出力する。）から引算した電流
を、トランジスタQ18〜Q20からなるカレントミラー回路
（第３のカレントミラー回路）に基準電流として供給す
るようにした。Then, in this embodiment, a current obtained by subtracting the collector current of one transistor Q13 from the constant current source I4 is supplied as a reference current to a current mirror circuit (second current mirror circuit) including transistors Q15 to Q17, The collector current of the other transistor Q14 is supplied to the constant current source I5 (constant current source I4
And outputs the same current as the output current. ) Is supplied as a reference current to a current mirror circuit (third current mirror circuit) including transistors Q18 to Q20.
なお、トランジスタQ15〜Q17からなるカレントミラー
回路については、トランジスタQ15のエミッタと接地間
にコンデンサC3を接続して、基準電流を積分した電流を
出力電流として出力する電流積分型として構成した。R6
〜R9は同一値の抵抗である。Note that the current mirror circuit including the transistors Q15 to Q17 was configured as a current integration type in which a capacitor C3 was connected between the emitter of the transistor Q15 and the ground, and a current obtained by integrating a reference current was output as an output current. R6
R9 are resistors having the same value.
また、本実施例では、上記したカレントミラー回路の
出力側を構成するトランジスタQ17、Q20のコレクタを、
差動増幅回路の能動負荷として働くトランジスタQ5〜Q7
からなるカレントミラー回路（第１のカレントミラー回
路）のトランジスタQ6、Q7のベースに各々接続してい
る。トランジスタQ6、Q7のベースに接続した抵抗R10、R
11は、電流／電圧変換用である。Further, in this embodiment, the collectors of the transistors Q17 and Q20 constituting the output side of the current mirror circuit are
Transistors Q5 to Q7 that act as active loads for differential amplifier circuits
Are connected to the bases of the transistors Q6 and Q7 of the current mirror circuit (first current mirror circuit) composed of Resistors R10 and R connected to the bases of transistors Q6 and Q7
11 is for current / voltage conversion.
更に、トランジスタQ1〜Q7からなる差動増幅回路の一
方の入力トランジスタQ1のベース（反転入力端子）と出
力端子４との間には帰還抵抗R12を、また他方の入力ト
ランジスタQ2のベース（非反転入力端子）にはバイアス
電源E3を接続し、両入力トランジスタQ1、Q2のベース間
には抵抗13を接続した。Further, a feedback resistor R12 is provided between the base (inverting input terminal) of one input transistor Q1 and the output terminal 4 of the differential amplifier circuit including the transistors Q1 to Q7, and the base (non-inverting) of the other input transistor Q2. The input terminal) was connected to a bias power supply E3, and a resistor 13 was connected between the bases of both input transistors Q1 and Q2.
以上の結果、このトランジスタQ1〜Q7からなる差動増
幅回路とトランジスタQ8〜Q10からなる出力回路とで構
成される回路は、トランジスタQ17、Q20がオフしている
状態、叉は同一コレクタ電流が流れている状態では、従
来の演算増幅器と同様に働き、このとき入力トランジス
タQ1、Q2に入力信号が加わらないので、出力端子４に
は、バイアス電源E3の電圧が現れる。As a result, in the circuit composed of the differential amplifier circuit composed of the transistors Q1 to Q7 and the output circuit composed of the transistors Q8 to Q10, the transistors Q17 and Q20 are turned off, or the same collector current flows. In this state, the circuit operates in the same manner as a conventional operational amplifier. At this time, since no input signal is applied to the input transistors Q1 and Q2, the voltage of the bias power supply E3 appears at the output terminal 4.
ここで、ホトダイオード１が直流光を受光し、そのホ
トダイオード１を流れる電流をIsとすると、トランジス
タQ13、Q14のコレクタにはその電流Isが流れる。このた
め、トランジスタQ16のコレクタには電流「I4−Is」（I
4は定電流源I4の出力電流）が流れ、従ってトランジス
タQ17のコレクタにもその電流「I4−Is」が流れる。ま
た、トランジスタQ19のコレクタには、電流「I5−Is」
（I5は定電流源I5の出力電流）が流れ、従ってトランジ
スタQ20のコレクタにもその電流「I5−Is」が流れる。
ここで、I4＝I5であるので、結局トランジスタQ17のコ
レクタ電流I17とトランジスタQ20のコレクタ電流I20は
同一となる。Here, assuming that the photodiode 1 receives DC light and the current flowing through the photodiode 1 is Is, the current Is flows through the collectors of the transistors Q13 and Q14. Therefore, the current “I 4 −Is” (I
4 the output current) flows in the constant current source I4, therefore also flows the current "I 4 -Is" to the collector of the transistor Q17. Also, the current “I 5 −Is” is applied to the collector of the transistor Q19.
(I 5 output current of the constant current source I5) flows, thus also flows the current "I 5 -Is" to the collector of the transistor Q20.
Here, since I 4 = I 5 , the collector current I 17 of the transistor Q 17 and the collector current I 20 of the transistor Q 20 are eventually the same.
よって、トランジスタQ6、Q7のコレクタ電流は変化せ
ず、出力端子４の出力電圧は変化しない。Therefore, the collector currents of the transistors Q6 and Q7 do not change, and the output voltage of the output terminal 4 does not change.
次に、ホトダイオード１がパルス光を受光した場合に
は、トランジスタQ20にはこのパルス光に正確に対応し
たコレクタ電流が流れるが、トランジスタQ17について
は、そのベース回路にコンデンサC3が接地との間に接続
されているので、このパルス光に対応した電流がここで
積分されて、そのコレクタ電流は積分電流となり、ほと
んど変化しない。Next, when the photodiode 1 receives the pulse light, a collector current exactly corresponding to the pulse light flows through the transistor Q20. However, as for the transistor Q17, a capacitor C3 is connected between its base circuit and the ground. Since they are connected, the current corresponding to the pulsed light is integrated here, and the collector current becomes an integrated current, and hardly changes.
この結果、トランジスタQ17のコレクタ電流I17とトラ
ンジスタQ20のコレクタ電流I20に差が生じて、抵抗R1
0、R11に生じる電圧に差が生じるので、オフセット電圧
が生じ、そのオフセット電圧が抵抗R12とR13の比によっ
て電圧増幅され、出力端子４に出力される。このパルス
光受光の場合の各電流の波形図を第２図に示した。As a result, a difference in the collector current I 20 of the collector current I 17 and the transistor Q20 of the transistors Q17 is occurring, the resistor R1
Since a difference occurs between the voltages generated at 0 and R11, an offset voltage is generated, and the offset voltage is amplified by the ratio of the resistors R12 and R13 and output to the output terminal 4. FIG. 2 shows a waveform diagram of each current in the case of receiving the pulse light.
以上のように、ホトダイオード１が受光する光の内、
パルス光等のように交流的に変化している光信号のみを
選択的に増幅して出力することになるので、第３図及び
第４図で示した回路と全く同じ動作が行われることにな
る。As described above, of the light received by the photodiode 1,
Since only an optical signal which changes in an alternating manner, such as pulsed light, is selectively amplified and output, the same operation as the circuits shown in FIGS. 3 and 4 is performed. Become.
しかも本実施例では、この同じ動作を、１個の演算増
幅器に若干の素子を付加して構成した回路で実現してい
るので、従来では２個必要であった位相補償用コンデン
サが１個で済み、チップ面積を従来よりも小さくするこ
とができる。Moreover, in the present embodiment, the same operation is realized by a circuit configured by adding a few elements to one operational amplifier, so that two phase compensating capacitors, which were conventionally required two, are provided. Thus, the chip area can be made smaller than before.
以上説明したように本発明によれば、１個の演算増幅
器に若干の素子を付加するのみでパルス光のみを検出す
る回路を構成することができるので、チップ面積を小さ
くでき、コストダウンを実現できるという利点がある。As described above, according to the present invention, a circuit that detects only pulsed light can be configured by adding only a few elements to one operational amplifier, so that the chip area can be reduced and cost reduction can be realized. There is an advantage that you can.
第１図は本発明の一実施例の受光増幅回路の回路図、第
２図はその動作時の各電流の波形図、第３図は従来の受
光増幅回路の回路図、第４図は第３図の具体的な回路図
である。 １……ホトダイオード、２、３……演算増幅器、４……
出力端子。FIG. 1 is a circuit diagram of a photoreceiver / amplifier circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram of each current during operation, FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional photoreceiver / amplifier circuit, and FIG. It is a specific circuit diagram of FIG. 1. Photodiode, 2, 3 ... Operational amplifier, 4 ...
Output terminal.
Claims (1)
て接続した差動増幅回路と該差動増幅回路の出力電圧を
増幅する出力回路とを具備する回路において、 上記第１のカレントミラー回路のベース電流供給点と基
準側トランジスタのベースとの間及び上記ベース電流供
給点と出力側トランジスタのベースとの間の各々に接続
した抵抗と、受光素子の電流に対応する電流を基準電流
とし出力電流を上記第１のカレントミラー回路の基準側
のトランジスタのベースに供給する第２のカレントミラ
ー回路と、上記受光素子の電流に対応する電流を基準電
流とし出力電流を上記第１のカレントミラー回路の出力
側のトランジスタのベースに供給する第３のカレントミ
ラー回路とを設け、上記第２と第３のカレントミラー回
路の一方を基準電流を積分して出力電流とする電流積分
型としたことを特徴とする受光増幅回路。1. A circuit comprising: a differential amplifier circuit connected to a first current mirror circuit as an active load; and an output circuit for amplifying an output voltage of the differential amplifier circuit. A resistor connected between the base current supply point and the base of the reference transistor and between the base current supply point and the base of the output transistor, and a current corresponding to the current of the light receiving element as a reference current. A second current mirror circuit for supplying the current to the base of the transistor on the reference side of the first current mirror circuit, a current corresponding to the current of the light receiving element as a reference current, and an output current for the first current mirror circuit. A third current mirror circuit for supplying the base of the transistor on the output side, and integrating the reference current with one of the second and third current mirror circuits A light-receiving amplifier circuit, wherein the current integration type is used as an output current.
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1989
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