JP3434334B2 - 受光増幅装置 - Google Patents
受光増幅装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光磁気ディスクプレ
ーヤやミニディスクプレーヤ等のピックアップに使用さ
れる受光増幅装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、受光増幅装置として、図３に示す
ように、カソードが電源ＶCCに接続されたホトダイオー
ドＰＤA,ＰＤB,ＰＤC,ＰＤDと、個々のホトダイオード
ＰＤA,ＰＤB,ＰＤC,ＰＤDのアノードに入力が接続され
た増幅器ＡＭＰA,ＡＭＰB,ＡＭＰC,ＡＭＰDと、カソー
ドが電源ＶCCに接続される一方アノードがグランドＧＮ
Ｄに接続された寄生ホトダイオードＰＤＥを有するもの
がある。上記ホトダイオードＰＤA〜ＰＤDは入射光を受
けると入射光量に応じた受光電流ＩＰＤA〜ＩＰＤDを発
生し、各ホトダイオードＰＤA〜ＰＤDに対応する増幅器
ＡＭＰA〜ＡＭＰDは受光電流ＩＰＤA〜ＩＰＤDの何れか
一を電圧に変換して増幅し、電圧出力ＶA,ＶB,ＶC,ＶD
を出力する。 【０００３】ところで、上記従来の受光増幅装置を録音
再生両用のミニディスクプレーヤのピックアップに使用
した場合には、録音時と再生時に上記ホトダイオードＰ
ＤA〜ＰＤDの入射光量が大きく変化して、再生時の入射
光量は録音時の入射光量の１/１０となる。 【０００４】したがって、再生時の少ない入射光量に合
わせて上記増幅器ＡＭＰA〜ＡＭＰDのゲインを設定する
と、入射光量の多い録音時には増幅器ＡＭＰA〜ＡＭＰD
の出力信号ＶA〜ＶDが飽和してしまう場合がある。逆
に、録音時の多い入射光量に合わせて増幅器ＡＭＰA〜
ＡＭＰDのゲインを設定すると、入射光量が少ない再生
時には増幅器ＡＭＰA〜ＡＭＰDの出力信号ＶA〜ＶDが小
さくなり、Ｓ/Ｎ(信号対雑音比)が悪化して読み取りエ
ラー等が発生する。 【０００５】そこで、上記受光増幅装置にゲイン切替回
路を設けて、録音時と再生時で受光増幅装置における増
幅回路のゲインを最適に切り替えることによって、出力
信号ＶA〜ＶDが飽和することとＳ/Ｎが悪化することを
防止するようにしている。 【０００６】このような受光増幅装置として、図４に具
体的回路を示すようなものがある。尚、図４は図３にお
ける４組のホトダイオードＰＤと増幅器ＡＭＰとの組の
うちの１組を抜き出して記載している。図４に示す受光
増幅装置においては、ホトダイオードＰＤの出力を増幅
器ＡＭＰとゲイン切替回路１からなる増幅回路２によっ
て受光電流を電圧に変換して増幅するようにしている。 【０００７】上記ホトダイオードＰＤのカソードは電源
ＶCCに接続する一方、アノードは増幅器ＡＭＰの入力に
接続して、ホトダイオードＰＤに流れる受光電流を増幅
器ＡＭＰに供給する。上記ゲイン切替回路１は、増幅器
ＡＭＰの入力と出力との間に接続された抵抗Ｒ2と、増
幅器ＡＭＰの入力と出力との間に入力側から順に直列に
接続された抵抗Ｒ1およびスイッチ回路ＳＷとからな
る。上記スイッチ回路ＳＷは、選択信号Ｍがレベル
“Ｈ"の場合に“オン"となり、レベル“Ｌ"の場合に
“オフ"となる。こうして、選択信号Ｍによってゲイン
切替回路１のゲイン抵抗を切り替えて増幅器１のゲイン
を切り替えるのである。 【０００８】上記構成の受光増幅装置のホトダイオード
ＰＤは入射光を受けて受光電流を流す。そして、ホトダ
イオードＰＤからの受光電流は、ゲイン切替回路１によ
って最適ゲインに設定された増幅器ＡＭＰによって電圧
に変換されて増幅され、出力信号ＶOUTが出力される。
通常、上記受光増幅装置を光磁気ディスクプレーヤやミ
ニディスクプレーヤ等のピックアップに使用する場合に
は、図３に示すように、図４に示す受光増幅装置を４個
用いて各受光増幅装置からの出力電圧に基づいて演算等
の信号処理を行って、ディスク表面に記録された信号を
再生するのである。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ゲ
イン切替回路を有する受光増幅装置には、次のような問
題がある。 【００１０】すなわち、録音/再生の切替を頻繁に行う
ような場合、録音/再生の切り替えに要する時間(すなわ
ち、ゲイン切替回路１の応答時間)ができるだけ短いこ
とが望まれる。ところが、上記ゲイン切替回路１のスイ
ッチ回路ＳＷは、スイッチング素子として通常トランジ
スタが用いられており、このトランジスタのスイッチン
グ特性からゲイン切替回路１の切替時間を短くできない
という問題がある。 【００１１】このゲイン切替時間を短くできないことは
次の理由による。すなわち、ディスクの反射率等の違い
によって、ホトダイオードＰＤの入射光量が変化し、そ
れに伴ってホトダイオードＰＤの受光電流が変化する。
そうすると、上記ゲイン切替回路１に流れる電流はその
受光電流に比例して変化する。その結果、上記受光電流
が大きくなるとスイッチ回路ＳＷを構成するトランジス
タに流れるコレクタ電流が大きくなるためにスイッチン
グ時間が長くなる。一方、受光電流が小さくなるとコレ
クタ電流が小さくなるためにスイッチング時間が短くな
るのである。また、上記スイッチ回路ＳＷとしてのトラ
ンジスタは、そのベースに流れる電流が小さい場合には
スイッチング時間は長くなる一方、大きい場合にはスイ
ッチング時間が短くなる。また、上記スイッチ回路ＳＷ
を他の回路と共に集積化した場合には、各デバイスの特
性バラツキによってトランジスタのスイッチング時間が
一定せずに長くなることがある。 【００１２】上述のように、上記ホトダイオードＰＤの
受光電流のバラツキやスイッチ回路ＳＷの制御電流のバ
ラツキによって、スイッチ回路ＳＷを構成するトランジ
スタのスイッチング時間が一定しない。したがって、上
記受光増幅装置を用いたピックアップはゲインの切替時
間が一定せず、ゲインの切替を高速に行うことができな
いのである。 【００１３】そこで、この発明の目的は、ゲインを高速
に切り替えることができる受光増幅装置を提供すること
にある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の受光増幅装置は、ホトダイオードと、上
記ホトダイオードからの受光電流を電流電圧変換して増
幅する増幅回路とを有する受光増幅装置において、上記
増幅回路の入出力間に接続されると共に,少なくとも一
組の直列接続された抵抗および第１スイッチング素子を
有するゲイン切替回路と、電源と定電流源との間に介設
されると共に上記第１スイッチング素子と略同じ電流増
幅率を有する第２スイッチング素子と、外部からの選択
信号のレベルに応じて、電流増幅率に相関した一定電流
を有する制御信号を発生して上記ゲイン切替回路におけ
る第１スイッチング素子の制御端子と第２スイッチング
素子の制御端子とに供給するカレントミラー回路を備え
たことを特徴としている。 【００１５】 【作用】外部からの選択信号のレベルに応じて、カレン
トミラー回路によって、電流増幅率に相関した一定電流
を有する制御信号が発生されてゲイン切替回路の第１ス
イッチング素子の制御端子と、電源と定電流源との間に
介設された第２スイッチング素子の制御端子とに供給さ
れる。そうすると、上記ゲイン切替回路の第１スイッチ
ング素子によって、上記バラツキのない一定電流を有す
る制御信号に応じて、安定した動作時間で上記増幅回路
のゲインが高速に切り替え設定される。さらに、上記第
２スイッチング素子の動作によって、上記第１スイッチ
ング素子は、その第１スイッチング素子の電流増幅率に
因らずに切り替え動作を行うことが可能になり、ゲイン
切り替え時の応答がさらに短くなる。そして、上述のよ
うに上記選択信号のレベルに応じて最適にゲインが設定
された増幅回路によって、ホトダイオードからの受光電
流が電圧に変換されて増幅される。 【００１６】 【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は本実施例の受光増幅装置における等価
回路図である。この受光増幅装置は、図４に示すホトダ
イオードＰＤ,増幅器ＡＭＰ,ゲイン切替回路１に加え
て、カレントミラー回路１１を有している。 【００１７】上記ホトダイオードＰＤは、受けた光の量
に応じて受光電流Ｉを発生し、発生した受光電流Ｉをホ
トダイオードＰＤのアノードに接続された増幅器ＡＭＰ
に流す。そうすると、増幅器ＡＭＰは受光電流Ｉを電圧
に変換して増幅し、出力信号ＶOUTを出力する。 【００１８】その際に、上記ホトダイオードＰＤのカソ
ードと電源ＶCCとの間に介設されたトランジスタＱ2,Ｑ
3からなるカレントミラー回路１１は、電流増幅率ｈFE
による一定電流をゲイン切替回路１のスイッチ回路ＳＷ
へ出力する。したがって、スイッチ回路ＳＷを構成して
いるトランジスタは、一定電流の制御信号によってゲイ
ン切替回路１のゲイン抵抗を切り替えることができ、ゲ
イン切替時の応答が短くなる。さらに、後に詳述するよ
うに、トランジスタＱ1の動作によって、スイッチ回路
ＳＷを構成しているトランジスタはそのトランジスタの
電流増幅率ｈFEによらずに切り替え動作を実施でき、ゲ
イン切替時の応答がさらに短くなるのである。 【００１９】図２は、図１に示す受光増幅装置の一実施
例を示す回路図である。以下、図２に従って上記受光増
幅装置について詳細に説明する。本受光増幅装置は、上
記ホトダイオードＰＤからの受光電流を電圧に変換して
増幅する増幅回路１２と、この増幅回路１２の入力と出
力との間に接続された帰還回路であるゲイン切替回路１
と、外部からの入力信号Ｍを受けてゲイン切替回路１を
制御する選択回路１３によって概略構成されている。 【００２０】上記ホトダイオードＰＤのアノードは増幅
回路１２の入力端子でもあるＮＰＮ型トランジスタＱ17
のベース端子に接続されており、カソードは電源ＶCCに
接続されている。 【００２１】上記増幅回路１２は、３個のＮＰＮ型トラ
ンジスタＱ17,Ｑ18,Ｑ20と２個の定電流電源Ｉ2,Ｉ3に
よって概略構成される。ここで、上記ＮＰＮ型トランジ
スタＱ17は、入力側となるベースにはホトダイオードＰ
Ｄのアノードが接続される一方、コレクタには定電流電
源Ｉ2を介して電源ＶCCが接続されている。また、ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ18は、コレクタにはＮＰＮ型トラン
ジスタＱ17のエミッタが接続され、エミッタはグランド
ＧＮＤに接続され、ベースには上記コレクタが接続され
てダイオードとして動作する。さらに、上記ＮＰＮ型ト
ランジスタＱ20は、ベースにはＮＰＮ型トランジスタＱ
17のコレクタが接続され、コレクタには電源ＶCCが接続
され、エミッタは負荷としての定電流電源Ｉ3を介して
グランドＧＮＤに接続されている。尚、上記ＮＰＮ型ト
ランジスタＱ20はエミッタフォロア回路を構成してお
り、エミッタ側から電圧を出力する。また、上記定電流
電源Ｉ2は電源ＶCC側からＮＰＮ型トランジスタＱ17側
に電流を流し、上記定電流電源Ｉ3はＮＰＮ型トランジ
スタＱ20側からグランドＧＮＤ側に電流を流す。 【００２２】上記ゲイン切替回路１は、上記増幅回路１
２の入力となるＮＰＮ型トランジスタＱ17のベースと出
力となるＮＰＮ型トランジスタＱ20のエミッタとの間に
接続された抵抗Ｒf1と、同様にＮＰＮ型トランジスタＱ
17のベースとＮＰＮ型トランジスタＱ20のエミッタとの
間にＮＰＮ型トランジスタＱ17側から順に直列に接続さ
れた抵抗Ｒf2およびＮＰＮ型トランジスタＱ19と、この
ＮＰＮ型トランジスタＱ19のベースとエミッタとの間に
接続された抵抗Ｒ3によって構成される。尚、上記ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ19は、コレクタが抵抗Ｒf2の一端に
接続される一方、エミッタはＮＰＮ型トランジスタＱ20
のエミッタに接続されて、ゲイン切替回路１のスイッチ
回路ＳＷを構成している。また、上記抵抗Ｒ3は、ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ19のスイッチング時間を短くする働
きを成す。 【００２３】上記選択回路１３は、電源ＶCCに一端が接
続された定電流電源Ｉ1と、ＮＰＮ型トランジスタＱ11
〜Ｑ14と、ＰＮＰ型トランジスタＱ15,Ｑ16によって概
略構成される。 【００２４】ここで、上記ＮＰＮ型トランジスタＱ
12は、コレクタには定電流電源Ｉ1の他端が接続され、
エミッタはグランドＧＮＤに接続され、ベースには上記
コレクタが接続されている。また、ＮＰＮ型トランジス
タＱ13は、ベースはＮＰＮ型トランジスタＱ12のベース
に共通接続され、エミッタはグランドＧＮＤに接続さ
れ、コレクタにはＮＰＮ型トランジスタＱ14のエミッタ
が接続されている。尚、ＮＰＮ型トランジスタＱ13のエ
ミッタ面積はＮＰＮ型トランジスタＱ12のエミッタ面積
の１０倍である。さらに、上記ＮＰＮ型トランジスタＱ
14は、コレクタには電源ＶCCが接続され、ベースにはＰ
ＮＰ型トランジスタＱ15のコレクタが接続されている。 【００２５】また、このＰＮＰ型トランジスタＱ15は、
エミッタには電源ＶCCが接続され、ベースは上記コレク
タに接続されている。また、ＰＮＰ型トランジスタＱ16
は、エミッタには電源ＶCCが接続され、コレクタには上
記ＮＰＮ型トランジスタＱ19のベースが接続され、ベー
スにはＰＮＰ型トランジスタＱ15のベースが共通接続さ
れている。また、上記ＮＰＮ型トランジスタＱ11は、コ
レクタには上記ＮＰＮ型トランジスタＱ12のコレクタが
接続され、エミッタはグランドＧＮＤに接続され、ベー
スは抵抗Ｒ1を介して選択信号Ｍの入力端子に接続され
ると共に、抵抗Ｒ2を介してグランドＧＮＤに接続され
ている。 【００２６】上記ＮＰＮ型トランジスタＱ15,Ｑ16は、
カレントミラー回路１１を構成している。また、上述の
ように、選択回路１３のＰＮＰ型トランジスタＱ16のコ
レクタを、ゲイン切替回路１におけるスイッチ回路ＳＷ
であるＮＰＮ型トランジスタＱ19の制御端子であるベー
スに接続している。 【００２７】上記構成の受光増幅装置において、上記ホ
トダイオードＰＤに受光電流が電源ＶCC側からＮＰＮ型
トランジスタＱ17側に向かって流れると、この受光電流
の一部は、ＮＰＮ型トランジスタＱ17のベースに流れ込
む一方、残りの電流はゲイン切替回路１に流れ込む。そ
のために、定電流電源Ｉ2からの電流の一部はＮＰＮ型
トランジスタＱ17およびＮＰＮ型トランジスタＱ18を介
してグランドＧＮＤに流れる一方、残りの電流はＮＰＮ
型トランジスタＱ20のベースに流れ込む。そして、ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ20および定電流電源Ｉ3を介して、
電源ＶCCからグランドＧＮＤに定電流電源Ｉ3で決めら
れた所定の電流が流れる。こうして、上記増幅回路１２
は、ゲイン切替回路１によって設定されるゲインに基づ
いて受光電流を電圧に変換して増幅し、ＮＰＮ型トラン
ジスタＱ20のエミッタから電圧を出力するのである。 【００２８】その際に、上記選択回路１３の入力端子に
入力される上記選択信号Ｍのレベルが“Ｈ"である場合
には、上記選択回路１３のＮＰＮ型トランジスタＱ11の
ベースに、抵抗Ｒ1を介して電流が流れ込む。その結
果、ＮＰＮ型トランジスタＱ11が“オン"となって、定
電流電源Ｉ1からの電流Ｉ2がＮＰＮ型トランジスタＱ11
を介してグランドＧＮＤに流れる。そのため、二つのＮ
ＰＮ型トランジスタＱ12,Ｑ13の各ベースに電流が流れ
ず、この両ＮＰＮ型トランジスタＱ12,Ｑ13は“オフ"と
なる。したがって、上記カレントミラー回路１１を構成
する二つのＮＰＮ型トランジスタＱ15,Ｑ16の各ベース
にも電流が流れず、この両ＰＮＰ型トランジスタＱ15,
Ｑ16も“オフ"となるのである。つまり、上記選択信号
Ｍのレベルが“Ｈ"の場合には、ゲイン切替回路１のＮ
ＰＮ型トランジスタＱ19は“オフ"となる。したがっ
て、ゲイン切替回路１の帰還抵抗は抵抗Ｒf1となり、増
幅器ＡＭＰの等価ゲイン抵抗の値は“Ｒf1"となるので
ある。 【００２９】一方、上記選択信号Ｍのレベルが“Ｌ"で
ある場合には、上記選択回路１３のＮＰＮ型トランジス
タＱ11は“オフ"となる。そのために、ＮＰＮ型トラン
ジスタＱ12,Ｑ13に定電流電源Ｉ1からの電流が流れ込
み、ＰＮＰ型トランジスタＱ15,Ｑ16で構成されるカレ
ントミラー回路１１にも電流が流れる。その結果、ゲイ
ン切替回路１のＮＰＮ型トランジスタＱ19のベースに電
流が流れ込んで、スイッチ回路ＳＷを成すＮＰＮ型トラ
ンジスタＱ19は“オン"となる。つまり、上記選択信号
Ｍのレベルが“Ｌ"の場合には、ゲイン切替回路１の帰
還抵抗は、ＮＰＮ型トランジスタＱ19のオン抵抗および
抵抗Ｒf2の和抵抗と抵抗Ｒf1とが並列接続されて成る合
成抵抗となり、増幅器ＡＭＰの等価ゲイン抵抗の値は上
記合成抵抗の抵抗値“Ｒf3(＜Ｒf1)"となるのである。 【００３０】その際に、ゲイン切替回路のＮＰＮ型トラ
ンジスタＱ19のベース電流はカレントミラー回路１１の
電流増幅率ｈFEによって一定電流となる。したがって、
ゲイン切替回路１のスイッチ回路ＳＷとしてのＮＰＮ型
トランジスタＱ19は、安定したベース電流によって一定
速度でスイッチング動作を実施でき、増幅器ＡＭＰのゲ
イン切替を高速に行うことができるのである。 【００３１】一方、トランジスタＱ19のオーバードライ
ブ係数Ｎは式(１)で与えられる。 Ｎ＝（ＩB×ｈFE(Ｑ19)）/ＩRf2 …（１） 但し、 ＩB：トランジスタＱ19のベース電流 ｈFE(Ｑ19)：トランジスタＱ19の電流増幅率 ＩRf2：抵抗Ｒf2に流れる電流 また、式(２)〜式(５)が成立する。 Ｉ1＝Ｉ2 …（２） Ｉ3＝１０・Ｉ2 …（３） Ｉ4≒Ｉ3/ｈFE(Ｑ14) …（４） Ｉ4＝Ｉ5 …（５） よって、 Ｉ5＝Ｉ3/ｈFE(Ｑ14) ＝１０・Ｉ1/ｈFE(Ｑ14) …（６） ＝ＩB となる。 【００３２】式(６)を式(１)へ代入すると、 Ｎ＝{(１０・Ｉ1/ｈFE(Ｑ14))×ｈFE(Ｑ19)}/ＩRf2 …（７） となる。ここでトランジスタＱ14,Ｑ19を集積した場
合、トランジスタＱ14の電流増幅率はトランジスタＱ19
の電流増幅率と大略等しくなるために、 ｈFE(Ｑ14)＝ｈFE(Ｑ19) となり、式(７)は、 Ｎ＝１０・Ｉ1/ＩRf2 但し、１０・Ｉ1＞ＩRf2 となる。 【００３３】したがって、上記ゲイン切替回路１のスイ
ッチ回路ＳＷとしてのトランジスタＱ19におけるオーバ
ードライブ係数Ｎの電流増幅率ｈFEによるバラツキをな
くすと共に、上記オーバードライブ係数Ｎに対するコレ
クタ電流ＩRf2の影響を少なくすることができ、ゲイン
切替時の応答時間を短くできるのである。 【００３４】 【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の受
光増幅装置は、外部からの選択信号のレベルに応じて、
カレントミラー回路からの電流増幅率に相関した一定電
流を有する制御信号をゲイン切替回路の第１スイッチン
グ素子の制御端子と、電源と定電流源との間に介設され
た第２スイッチング素子の制御端子とに供給するので、
上記第１スイッチング素子は一定電流の制御信号によっ
て一定時間でスイッチング動作を実施して増幅回路のゲ
インを切り替えできる。さらに、上記第２スイッチング
素子の動作によって、上記第１スイッチング素子は、そ
の第１スイッチング素子の電流増幅率に因らずに切り替
え動作を行うことができ、ゲイン切り替え時の応答をさ
らに短くできる。したがって、この発明によれば、ホト
ダイオードからの受光電流を電流電圧変換して増幅する
増幅回路のゲインを高速に切り替えることができる。
ーヤやミニディスクプレーヤ等のピックアップに使用さ
れる受光増幅装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、受光増幅装置として、図３に示す
ように、カソードが電源ＶCCに接続されたホトダイオー
ドＰＤA,ＰＤB,ＰＤC,ＰＤDと、個々のホトダイオード
ＰＤA,ＰＤB,ＰＤC,ＰＤDのアノードに入力が接続され
た増幅器ＡＭＰA,ＡＭＰB,ＡＭＰC,ＡＭＰDと、カソー
ドが電源ＶCCに接続される一方アノードがグランドＧＮ
Ｄに接続された寄生ホトダイオードＰＤＥを有するもの
がある。上記ホトダイオードＰＤA〜ＰＤDは入射光を受
けると入射光量に応じた受光電流ＩＰＤA〜ＩＰＤDを発
生し、各ホトダイオードＰＤA〜ＰＤDに対応する増幅器
ＡＭＰA〜ＡＭＰDは受光電流ＩＰＤA〜ＩＰＤDの何れか
一を電圧に変換して増幅し、電圧出力ＶA,ＶB,ＶC,ＶD
を出力する。 【０００３】ところで、上記従来の受光増幅装置を録音
再生両用のミニディスクプレーヤのピックアップに使用
した場合には、録音時と再生時に上記ホトダイオードＰ
ＤA〜ＰＤDの入射光量が大きく変化して、再生時の入射
光量は録音時の入射光量の１/１０となる。 【０００４】したがって、再生時の少ない入射光量に合
わせて上記増幅器ＡＭＰA〜ＡＭＰDのゲインを設定する
と、入射光量の多い録音時には増幅器ＡＭＰA〜ＡＭＰD
の出力信号ＶA〜ＶDが飽和してしまう場合がある。逆
に、録音時の多い入射光量に合わせて増幅器ＡＭＰA〜
ＡＭＰDのゲインを設定すると、入射光量が少ない再生
時には増幅器ＡＭＰA〜ＡＭＰDの出力信号ＶA〜ＶDが小
さくなり、Ｓ/Ｎ(信号対雑音比)が悪化して読み取りエ
ラー等が発生する。 【０００５】そこで、上記受光増幅装置にゲイン切替回
路を設けて、録音時と再生時で受光増幅装置における増
幅回路のゲインを最適に切り替えることによって、出力
信号ＶA〜ＶDが飽和することとＳ/Ｎが悪化することを
防止するようにしている。 【０００６】このような受光増幅装置として、図４に具
体的回路を示すようなものがある。尚、図４は図３にお
ける４組のホトダイオードＰＤと増幅器ＡＭＰとの組の
うちの１組を抜き出して記載している。図４に示す受光
増幅装置においては、ホトダイオードＰＤの出力を増幅
器ＡＭＰとゲイン切替回路１からなる増幅回路２によっ
て受光電流を電圧に変換して増幅するようにしている。 【０００７】上記ホトダイオードＰＤのカソードは電源
ＶCCに接続する一方、アノードは増幅器ＡＭＰの入力に
接続して、ホトダイオードＰＤに流れる受光電流を増幅
器ＡＭＰに供給する。上記ゲイン切替回路１は、増幅器
ＡＭＰの入力と出力との間に接続された抵抗Ｒ2と、増
幅器ＡＭＰの入力と出力との間に入力側から順に直列に
接続された抵抗Ｒ1およびスイッチ回路ＳＷとからな
る。上記スイッチ回路ＳＷは、選択信号Ｍがレベル
“Ｈ"の場合に“オン"となり、レベル“Ｌ"の場合に
“オフ"となる。こうして、選択信号Ｍによってゲイン
切替回路１のゲイン抵抗を切り替えて増幅器１のゲイン
を切り替えるのである。 【０００８】上記構成の受光増幅装置のホトダイオード
ＰＤは入射光を受けて受光電流を流す。そして、ホトダ
イオードＰＤからの受光電流は、ゲイン切替回路１によ
って最適ゲインに設定された増幅器ＡＭＰによって電圧
に変換されて増幅され、出力信号ＶOUTが出力される。
通常、上記受光増幅装置を光磁気ディスクプレーヤやミ
ニディスクプレーヤ等のピックアップに使用する場合に
は、図３に示すように、図４に示す受光増幅装置を４個
用いて各受光増幅装置からの出力電圧に基づいて演算等
の信号処理を行って、ディスク表面に記録された信号を
再生するのである。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ゲ
イン切替回路を有する受光増幅装置には、次のような問
題がある。 【００１０】すなわち、録音/再生の切替を頻繁に行う
ような場合、録音/再生の切り替えに要する時間(すなわ
ち、ゲイン切替回路１の応答時間)ができるだけ短いこ
とが望まれる。ところが、上記ゲイン切替回路１のスイ
ッチ回路ＳＷは、スイッチング素子として通常トランジ
スタが用いられており、このトランジスタのスイッチン
グ特性からゲイン切替回路１の切替時間を短くできない
という問題がある。 【００１１】このゲイン切替時間を短くできないことは
次の理由による。すなわち、ディスクの反射率等の違い
によって、ホトダイオードＰＤの入射光量が変化し、そ
れに伴ってホトダイオードＰＤの受光電流が変化する。
そうすると、上記ゲイン切替回路１に流れる電流はその
受光電流に比例して変化する。その結果、上記受光電流
が大きくなるとスイッチ回路ＳＷを構成するトランジス
タに流れるコレクタ電流が大きくなるためにスイッチン
グ時間が長くなる。一方、受光電流が小さくなるとコレ
クタ電流が小さくなるためにスイッチング時間が短くな
るのである。また、上記スイッチ回路ＳＷとしてのトラ
ンジスタは、そのベースに流れる電流が小さい場合には
スイッチング時間は長くなる一方、大きい場合にはスイ
ッチング時間が短くなる。また、上記スイッチ回路ＳＷ
を他の回路と共に集積化した場合には、各デバイスの特
性バラツキによってトランジスタのスイッチング時間が
一定せずに長くなることがある。 【００１２】上述のように、上記ホトダイオードＰＤの
受光電流のバラツキやスイッチ回路ＳＷの制御電流のバ
ラツキによって、スイッチ回路ＳＷを構成するトランジ
スタのスイッチング時間が一定しない。したがって、上
記受光増幅装置を用いたピックアップはゲインの切替時
間が一定せず、ゲインの切替を高速に行うことができな
いのである。 【００１３】そこで、この発明の目的は、ゲインを高速
に切り替えることができる受光増幅装置を提供すること
にある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の受光増幅装置は、ホトダイオードと、上
記ホトダイオードからの受光電流を電流電圧変換して増
幅する増幅回路とを有する受光増幅装置において、上記
増幅回路の入出力間に接続されると共に,少なくとも一
組の直列接続された抵抗および第１スイッチング素子を
有するゲイン切替回路と、電源と定電流源との間に介設
されると共に上記第１スイッチング素子と略同じ電流増
幅率を有する第２スイッチング素子と、外部からの選択
信号のレベルに応じて、電流増幅率に相関した一定電流
を有する制御信号を発生して上記ゲイン切替回路におけ
る第１スイッチング素子の制御端子と第２スイッチング
素子の制御端子とに供給するカレントミラー回路を備え
たことを特徴としている。 【００１５】 【作用】外部からの選択信号のレベルに応じて、カレン
トミラー回路によって、電流増幅率に相関した一定電流
を有する制御信号が発生されてゲイン切替回路の第１ス
イッチング素子の制御端子と、電源と定電流源との間に
介設された第２スイッチング素子の制御端子とに供給さ
れる。そうすると、上記ゲイン切替回路の第１スイッチ
ング素子によって、上記バラツキのない一定電流を有す
る制御信号に応じて、安定した動作時間で上記増幅回路
のゲインが高速に切り替え設定される。さらに、上記第
２スイッチング素子の動作によって、上記第１スイッチ
ング素子は、その第１スイッチング素子の電流増幅率に
因らずに切り替え動作を行うことが可能になり、ゲイン
切り替え時の応答がさらに短くなる。そして、上述のよ
うに上記選択信号のレベルに応じて最適にゲインが設定
された増幅回路によって、ホトダイオードからの受光電
流が電圧に変換されて増幅される。 【００１６】 【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は本実施例の受光増幅装置における等価
回路図である。この受光増幅装置は、図４に示すホトダ
イオードＰＤ,増幅器ＡＭＰ,ゲイン切替回路１に加え
て、カレントミラー回路１１を有している。 【００１７】上記ホトダイオードＰＤは、受けた光の量
に応じて受光電流Ｉを発生し、発生した受光電流Ｉをホ
トダイオードＰＤのアノードに接続された増幅器ＡＭＰ
に流す。そうすると、増幅器ＡＭＰは受光電流Ｉを電圧
に変換して増幅し、出力信号ＶOUTを出力する。 【００１８】その際に、上記ホトダイオードＰＤのカソ
ードと電源ＶCCとの間に介設されたトランジスタＱ2,Ｑ
3からなるカレントミラー回路１１は、電流増幅率ｈFE
による一定電流をゲイン切替回路１のスイッチ回路ＳＷ
へ出力する。したがって、スイッチ回路ＳＷを構成して
いるトランジスタは、一定電流の制御信号によってゲイ
ン切替回路１のゲイン抵抗を切り替えることができ、ゲ
イン切替時の応答が短くなる。さらに、後に詳述するよ
うに、トランジスタＱ1の動作によって、スイッチ回路
ＳＷを構成しているトランジスタはそのトランジスタの
電流増幅率ｈFEによらずに切り替え動作を実施でき、ゲ
イン切替時の応答がさらに短くなるのである。 【００１９】図２は、図１に示す受光増幅装置の一実施
例を示す回路図である。以下、図２に従って上記受光増
幅装置について詳細に説明する。本受光増幅装置は、上
記ホトダイオードＰＤからの受光電流を電圧に変換して
増幅する増幅回路１２と、この増幅回路１２の入力と出
力との間に接続された帰還回路であるゲイン切替回路１
と、外部からの入力信号Ｍを受けてゲイン切替回路１を
制御する選択回路１３によって概略構成されている。 【００２０】上記ホトダイオードＰＤのアノードは増幅
回路１２の入力端子でもあるＮＰＮ型トランジスタＱ17
のベース端子に接続されており、カソードは電源ＶCCに
接続されている。 【００２１】上記増幅回路１２は、３個のＮＰＮ型トラ
ンジスタＱ17,Ｑ18,Ｑ20と２個の定電流電源Ｉ2,Ｉ3に
よって概略構成される。ここで、上記ＮＰＮ型トランジ
スタＱ17は、入力側となるベースにはホトダイオードＰ
Ｄのアノードが接続される一方、コレクタには定電流電
源Ｉ2を介して電源ＶCCが接続されている。また、ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ18は、コレクタにはＮＰＮ型トラン
ジスタＱ17のエミッタが接続され、エミッタはグランド
ＧＮＤに接続され、ベースには上記コレクタが接続され
てダイオードとして動作する。さらに、上記ＮＰＮ型ト
ランジスタＱ20は、ベースにはＮＰＮ型トランジスタＱ
17のコレクタが接続され、コレクタには電源ＶCCが接続
され、エミッタは負荷としての定電流電源Ｉ3を介して
グランドＧＮＤに接続されている。尚、上記ＮＰＮ型ト
ランジスタＱ20はエミッタフォロア回路を構成してお
り、エミッタ側から電圧を出力する。また、上記定電流
電源Ｉ2は電源ＶCC側からＮＰＮ型トランジスタＱ17側
に電流を流し、上記定電流電源Ｉ3はＮＰＮ型トランジ
スタＱ20側からグランドＧＮＤ側に電流を流す。 【００２２】上記ゲイン切替回路１は、上記増幅回路１
２の入力となるＮＰＮ型トランジスタＱ17のベースと出
力となるＮＰＮ型トランジスタＱ20のエミッタとの間に
接続された抵抗Ｒf1と、同様にＮＰＮ型トランジスタＱ
17のベースとＮＰＮ型トランジスタＱ20のエミッタとの
間にＮＰＮ型トランジスタＱ17側から順に直列に接続さ
れた抵抗Ｒf2およびＮＰＮ型トランジスタＱ19と、この
ＮＰＮ型トランジスタＱ19のベースとエミッタとの間に
接続された抵抗Ｒ3によって構成される。尚、上記ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ19は、コレクタが抵抗Ｒf2の一端に
接続される一方、エミッタはＮＰＮ型トランジスタＱ20
のエミッタに接続されて、ゲイン切替回路１のスイッチ
回路ＳＷを構成している。また、上記抵抗Ｒ3は、ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ19のスイッチング時間を短くする働
きを成す。 【００２３】上記選択回路１３は、電源ＶCCに一端が接
続された定電流電源Ｉ1と、ＮＰＮ型トランジスタＱ11
〜Ｑ14と、ＰＮＰ型トランジスタＱ15,Ｑ16によって概
略構成される。 【００２４】ここで、上記ＮＰＮ型トランジスタＱ
12は、コレクタには定電流電源Ｉ1の他端が接続され、
エミッタはグランドＧＮＤに接続され、ベースには上記
コレクタが接続されている。また、ＮＰＮ型トランジス
タＱ13は、ベースはＮＰＮ型トランジスタＱ12のベース
に共通接続され、エミッタはグランドＧＮＤに接続さ
れ、コレクタにはＮＰＮ型トランジスタＱ14のエミッタ
が接続されている。尚、ＮＰＮ型トランジスタＱ13のエ
ミッタ面積はＮＰＮ型トランジスタＱ12のエミッタ面積
の１０倍である。さらに、上記ＮＰＮ型トランジスタＱ
14は、コレクタには電源ＶCCが接続され、ベースにはＰ
ＮＰ型トランジスタＱ15のコレクタが接続されている。 【００２５】また、このＰＮＰ型トランジスタＱ15は、
エミッタには電源ＶCCが接続され、ベースは上記コレク
タに接続されている。また、ＰＮＰ型トランジスタＱ16
は、エミッタには電源ＶCCが接続され、コレクタには上
記ＮＰＮ型トランジスタＱ19のベースが接続され、ベー
スにはＰＮＰ型トランジスタＱ15のベースが共通接続さ
れている。また、上記ＮＰＮ型トランジスタＱ11は、コ
レクタには上記ＮＰＮ型トランジスタＱ12のコレクタが
接続され、エミッタはグランドＧＮＤに接続され、ベー
スは抵抗Ｒ1を介して選択信号Ｍの入力端子に接続され
ると共に、抵抗Ｒ2を介してグランドＧＮＤに接続され
ている。 【００２６】上記ＮＰＮ型トランジスタＱ15,Ｑ16は、
カレントミラー回路１１を構成している。また、上述の
ように、選択回路１３のＰＮＰ型トランジスタＱ16のコ
レクタを、ゲイン切替回路１におけるスイッチ回路ＳＷ
であるＮＰＮ型トランジスタＱ19の制御端子であるベー
スに接続している。 【００２７】上記構成の受光増幅装置において、上記ホ
トダイオードＰＤに受光電流が電源ＶCC側からＮＰＮ型
トランジスタＱ17側に向かって流れると、この受光電流
の一部は、ＮＰＮ型トランジスタＱ17のベースに流れ込
む一方、残りの電流はゲイン切替回路１に流れ込む。そ
のために、定電流電源Ｉ2からの電流の一部はＮＰＮ型
トランジスタＱ17およびＮＰＮ型トランジスタＱ18を介
してグランドＧＮＤに流れる一方、残りの電流はＮＰＮ
型トランジスタＱ20のベースに流れ込む。そして、ＮＰ
Ｎ型トランジスタＱ20および定電流電源Ｉ3を介して、
電源ＶCCからグランドＧＮＤに定電流電源Ｉ3で決めら
れた所定の電流が流れる。こうして、上記増幅回路１２
は、ゲイン切替回路１によって設定されるゲインに基づ
いて受光電流を電圧に変換して増幅し、ＮＰＮ型トラン
ジスタＱ20のエミッタから電圧を出力するのである。 【００２８】その際に、上記選択回路１３の入力端子に
入力される上記選択信号Ｍのレベルが“Ｈ"である場合
には、上記選択回路１３のＮＰＮ型トランジスタＱ11の
ベースに、抵抗Ｒ1を介して電流が流れ込む。その結
果、ＮＰＮ型トランジスタＱ11が“オン"となって、定
電流電源Ｉ1からの電流Ｉ2がＮＰＮ型トランジスタＱ11
を介してグランドＧＮＤに流れる。そのため、二つのＮ
ＰＮ型トランジスタＱ12,Ｑ13の各ベースに電流が流れ
ず、この両ＮＰＮ型トランジスタＱ12,Ｑ13は“オフ"と
なる。したがって、上記カレントミラー回路１１を構成
する二つのＮＰＮ型トランジスタＱ15,Ｑ16の各ベース
にも電流が流れず、この両ＰＮＰ型トランジスタＱ15,
Ｑ16も“オフ"となるのである。つまり、上記選択信号
Ｍのレベルが“Ｈ"の場合には、ゲイン切替回路１のＮ
ＰＮ型トランジスタＱ19は“オフ"となる。したがっ
て、ゲイン切替回路１の帰還抵抗は抵抗Ｒf1となり、増
幅器ＡＭＰの等価ゲイン抵抗の値は“Ｒf1"となるので
ある。 【００２９】一方、上記選択信号Ｍのレベルが“Ｌ"で
ある場合には、上記選択回路１３のＮＰＮ型トランジス
タＱ11は“オフ"となる。そのために、ＮＰＮ型トラン
ジスタＱ12,Ｑ13に定電流電源Ｉ1からの電流が流れ込
み、ＰＮＰ型トランジスタＱ15,Ｑ16で構成されるカレ
ントミラー回路１１にも電流が流れる。その結果、ゲイ
ン切替回路１のＮＰＮ型トランジスタＱ19のベースに電
流が流れ込んで、スイッチ回路ＳＷを成すＮＰＮ型トラ
ンジスタＱ19は“オン"となる。つまり、上記選択信号
Ｍのレベルが“Ｌ"の場合には、ゲイン切替回路１の帰
還抵抗は、ＮＰＮ型トランジスタＱ19のオン抵抗および
抵抗Ｒf2の和抵抗と抵抗Ｒf1とが並列接続されて成る合
成抵抗となり、増幅器ＡＭＰの等価ゲイン抵抗の値は上
記合成抵抗の抵抗値“Ｒf3(＜Ｒf1)"となるのである。 【００３０】その際に、ゲイン切替回路のＮＰＮ型トラ
ンジスタＱ19のベース電流はカレントミラー回路１１の
電流増幅率ｈFEによって一定電流となる。したがって、
ゲイン切替回路１のスイッチ回路ＳＷとしてのＮＰＮ型
トランジスタＱ19は、安定したベース電流によって一定
速度でスイッチング動作を実施でき、増幅器ＡＭＰのゲ
イン切替を高速に行うことができるのである。 【００３１】一方、トランジスタＱ19のオーバードライ
ブ係数Ｎは式(１)で与えられる。 Ｎ＝（ＩB×ｈFE(Ｑ19)）/ＩRf2 …（１） 但し、 ＩB：トランジスタＱ19のベース電流 ｈFE(Ｑ19)：トランジスタＱ19の電流増幅率 ＩRf2：抵抗Ｒf2に流れる電流 また、式(２)〜式(５)が成立する。 Ｉ1＝Ｉ2 …（２） Ｉ3＝１０・Ｉ2 …（３） Ｉ4≒Ｉ3/ｈFE(Ｑ14) …（４） Ｉ4＝Ｉ5 …（５） よって、 Ｉ5＝Ｉ3/ｈFE(Ｑ14) ＝１０・Ｉ1/ｈFE(Ｑ14) …（６） ＝ＩB となる。 【００３２】式(６)を式(１)へ代入すると、 Ｎ＝{(１０・Ｉ1/ｈFE(Ｑ14))×ｈFE(Ｑ19)}/ＩRf2 …（７） となる。ここでトランジスタＱ14,Ｑ19を集積した場
合、トランジスタＱ14の電流増幅率はトランジスタＱ19
の電流増幅率と大略等しくなるために、 ｈFE(Ｑ14)＝ｈFE(Ｑ19) となり、式(７)は、 Ｎ＝１０・Ｉ1/ＩRf2 但し、１０・Ｉ1＞ＩRf2 となる。 【００３３】したがって、上記ゲイン切替回路１のスイ
ッチ回路ＳＷとしてのトランジスタＱ19におけるオーバ
ードライブ係数Ｎの電流増幅率ｈFEによるバラツキをな
くすと共に、上記オーバードライブ係数Ｎに対するコレ
クタ電流ＩRf2の影響を少なくすることができ、ゲイン
切替時の応答時間を短くできるのである。 【００３４】 【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の受
光増幅装置は、外部からの選択信号のレベルに応じて、
カレントミラー回路からの電流増幅率に相関した一定電
流を有する制御信号をゲイン切替回路の第１スイッチン
グ素子の制御端子と、電源と定電流源との間に介設され
た第２スイッチング素子の制御端子とに供給するので、
上記第１スイッチング素子は一定電流の制御信号によっ
て一定時間でスイッチング動作を実施して増幅回路のゲ
インを切り替えできる。さらに、上記第２スイッチング
素子の動作によって、上記第１スイッチング素子は、そ
の第１スイッチング素子の電流増幅率に因らずに切り替
え動作を行うことができ、ゲイン切り替え時の応答をさ
らに短くできる。したがって、この発明によれば、ホト
ダイオードからの受光電流を電流電圧変換して増幅する
増幅回路のゲインを高速に切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の受光増幅装置における等価回路図で
ある。 【図２】図１に示す受光増幅装置の一実施例を示す回路
図である。 【図３】従来の受光増幅装置の等価回路図である。 【図４】ゲイン切替回路を用いた受光増幅装置の等価回
路図である。 【符号の説明】 １…ゲイン切替回路、 １１…カレントミラ
ー回路、 １２…増幅回路、 １３…選択回路、 ＰＤ…ホトダイオード、 ＡＭＰ…増幅器、 ＳＷ…スイッチ回路、 Ｍ…選択信号。
ある。 【図２】図１に示す受光増幅装置の一実施例を示す回路
図である。 【図３】従来の受光増幅装置の等価回路図である。 【図４】ゲイン切替回路を用いた受光増幅装置の等価回
路図である。 【符号の説明】 １…ゲイン切替回路、 １１…カレントミラ
ー回路、 １２…増幅回路、 １３…選択回路、 ＰＤ…ホトダイオード、 ＡＭＰ…増幅器、 ＳＷ…スイッチ回路、 Ｍ…選択信号。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−199934（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H03F 1/00 - 3/72
H03G 3/30
H03G 5/16
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ホトダイオードと、上記ホトダイオード
からの受光電流を電流電圧変換して増幅する増幅回路と
を有する受光増幅装置において、 上記増幅回路の入出力間に接続されると共に、少なくと
も一組の直列接続された抵抗および第１スイッチング素
子を有するゲイン切替回路と、電源と定電流源との間に介設されると共に、上記第１ス
イッチング素子と略同じ電流増幅率を有する第２スイッ
チング素子と、 外部からの選択信号のレベルに応じて、電流増幅率に相
関した一定電流を有する制御信号を発生して上記ゲイン
切替回路における第１スイッチング素子の制御端子と第
２スイッチング素子の制御端子とに供給するカレントミ
ラー回路を備えたことを特徴とする受光増幅装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31022993A JP3434334B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | 受光増幅装置 |
| US08/257,741 US5483200A (en) | 1993-06-08 | 1994-06-08 | Light-receiving and amplifying device capable of switching between gain levels at high speed and obtaining a sufficient signal-to-noise ratio over a wide range in quantity of incident light |
| KR1019940013082A KR0156021B1 (ko) | 1993-06-08 | 1994-06-08 | 이득 레벨들간의 고속 스위칭이 가능하고 광범위한 입사광량에 걸쳐 충분한 신호대 잡음비를 얻을 수 있는 수광/증폭 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31022993A JP3434334B2 (ja) | 1993-12-10 | 1993-12-10 | 受光増幅装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07162244A JPH07162244A (ja) | 1995-06-23 |
| JP3434334B2 true JP3434334B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=18002748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31022993A Expired - Fee Related JP3434334B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-12-10 | 受光増幅装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3434334B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-10 JP JP31022993A patent/JP3434334B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07162244A (ja) | 1995-06-23 |
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