JP3585772B2

JP3585772B2 - Current-voltage conversion device and light-receiving amplification device having this device

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Publication number: JP3585772B2
Application number: JP16663899A
Authority: JP
Inventors: 雅也大西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2019-06-14
Also published as: JP2000353925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換装置及びこの電流電圧変換装置を用いたＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＤｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ − ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ − Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＣＤ−ＲＷ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｋ − Ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）などの再生又は記録を行う装置内のピックアップシステムに設けられる受光増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクにおける発展がめざましく、特にＣＤに至っては、情報を記録することのできるＣＤ−ＲやＣＤ−ＲＷが開発されている。このような光ディスクの再生又は記録を行う装置は、安定して情報の再生及び記録を行うための光ピックアップ装置が設けられている。以下に、従来の光ピックアップ装置について、図面を参照して説明する。
【０００３】
図５に示すように、光ピックアップ装置は、レーザー光を受光して発生した電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路２と、この電流／電圧変換回路２と同様の回路構成をしたリファレンス回路３と、電流／電圧変換回路２の電圧信号が抵抗Ｒ３を介して正相入力端子ａに与えられるとともにリファレンス回路３の電圧信号が抵抗Ｒ４を介して逆相入力端子ｂに与えられる差動増幅回路４とによって構成される受光増幅装置１’’が複数設けられる。更に、この受光増幅装置１’’は、差動増幅回路４の逆相入力端子ｂと出力端子ｃとの間に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の並列回路が接続して負帰還を構成するとともに、差動増幅回路４の正相入力端子ａに抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２の並列回路を介して外部バイアスＶｓが印加される。
【０００４】
このような受光増幅装置１’’において、電流／電圧変換回路２内のダイオード（不図示）にレーザー光が照射されたときと照射されていないときの電流／電圧変換回路２から出力される電圧信号の大きさを、それぞれＶＯＰ、ＶＯＳとする。ここで、電流／電圧変換回路２が理想状態であれば、レーザー光が照射されていないときの電圧信号ＶＯＳが外部バイアスＶｓと等しくなる。しかし、電流／電圧変換回路２内に設けられた各素子の不整合性などからオフセット電圧が生じるため、ＶＯＰ及びＶＯＳはオフセット電圧を重畳した値となる。又、リファレンス回路３は、電流／電圧変換回路２と同様の回路構成のため同一の特性示すので、電流／電圧変換回路２にレーザー光が照射されていないときの電圧信号ＶＯＳを出力する。
【０００５】
このように電流／電圧変換回路２から出力された電圧信号ＶＯＰ及びリファレンス回路３から出力された電圧信号ＶＯＳが差動増幅回路４に入力され、この差動増幅回路４によってＶＯＰ−ＶＯＳに比例した電圧信号が出力される。今、電圧信号ＶＯＰ，ＶＯＳは、それぞれ同一のオフセット電圧が重畳した電圧信号となるため、この重畳したオフセット電圧がキャンセルされる。よって、差動増幅回路４によって電流／電圧変換回路２で生じたオフセット電圧の重畳した電圧信号からオフセット電圧をキャンセルした電圧信号を増幅して出力することができる。
【０００６】
このような受光増幅装置１’’を６つ有する光ピックアップ回路は、レーザー光を受光する６つの受光増幅装置に設けられたそれぞれのフォトダイオードが、図６のように配設される。即ち、フォトダイオードＰＤａ，Ｐｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄ，ＰＤｅ，ＰＤｆで受光して発生した電流信号が電圧信号として６つの受光増幅装置から出力される。又、図６のように、フォトダイオードＰＤａ，ＰＤｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄが２×２の格子状に互いに隣接して配されて４分割フォトダイオードを形成し、又、間隔を置いて、この４分割フォトダイオードの左右に、フォトダイオードＰＤｅ，ＰＤｆが配される。
【０００７】
このように配されたフォトダイオードＰＤａ，Ｐｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄを有する受光増幅装置から出力される電圧信号によって、フォーカス信号とデータ信号が得られる。又、フォトダイオードＰＤｅ，ＰＤｆを有する受光増幅装置から出力される電圧信号によって、トラッキングデータを得て光ディスクのトラック位置が確認される。尚、本明細書では、外部入力信号が高速となるフォトダイオードＰＤａ，Ｐｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄを有する受光増幅装置について議論する。尚、データ信号とは、光ディスクに記録された音楽、映像、プログラム情報などの信号であり、又、フォーカス信号とは、光ディスクに照射されるレーザー光の焦点を調整するための信号である。
【０００８】
図７のように、フォトダイオードＰＤａ，Ｐｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄを有する受光増幅装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの電圧信号をＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとする。このとき得られるデータ信号及びフォーカス信号は、それぞれ以下のように表される。
データ信号＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ
フォーカス信号１＝Ｖａ＋Ｖｃ−（Ｖｂ＋Ｖｄ）
フォーカス信号２＝Ｖａ−Ｖｃ
フォーカス信号３＝Ｖｂ−Ｖｄ
【０００９】
受光増幅装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから出力される電圧信号よりこのようなデータ信号、フォーカス信号１，２，３が得られるとき、フォーカス信号１，２，３が０となるように調整される。即ち、フォーカス信号１，２，３が０となるとき、受光増幅装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄから出力される電圧信号Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄが全て等しくなるので、フォトダイオードＰＤａ，Ｐｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄに照射されるレーザー光の割合が等しくなる。よって、図６のようにフォトダイオードＰＤａ，Ｐｄｂ，ＰＤｃ，ＰＤｄで構成された４分割ダイオードの中央の斜線部にレーザー光が照射された状態となり、焦点の整合性がとれた状態となったことが確認できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した受光増幅装置１’’において、電流／電圧変換回路２から出力される電圧信号の電圧変化をΔＶ、差動増幅回路４から出力される電圧信号の電圧変化をΔＶＯとすると、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４及びコンデンサＣ１，Ｃ２より（１）式のような関係になる。尚、ｒ１は抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１によって（２）式のように表され、又、ｒ２は抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２によって（３）式のように笑わされる。又、（２）、（３）式におけるωは、角周波数である。
【００１１】
【数１】

【数２】

【数３】

【００１２】
よって、（１）式は２次の極を持つことがわかる。又、（２）、（３）式のｒ３，ｒ３は、角周波数ωが大きくなるとき、即ち電流／電圧変換回路２の電圧信号が高周波となるとき、その値が大きくなるため、（１）式で表されるゲインΔＶ／ΔＶＯが減衰する。又、このときの極周波数をｆ１，ｆ２としたとき、それぞれ、（４）、（５）式のように表される。
【００１３】
【数４】

【数５】

【００１４】
よって、電流／電圧変換回路２から出力される電圧信号の周波数が極周波数ｆ１より高くなったとき周波数が高くなる毎に（１）式のゲインが低下（例えばオクターブ６ｄＢ）を始め、更に極周波数ｆ２より高くなったときは、更に大きな割合（例えばオクターブ１２ｄＢ）でゲインが低下する。よって、回路の高速化を図るには、高周波の信号が入力された時のそのゲインの低下を抑制するために、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量値を小さく設計する必要がある。しかしながら、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）チップ上にこのような微小容量を設ける際、その製造プロセス上、その容量値のバラツキが大きく、特性が設計値からはずれてしまう可能性が大きくなる。
【００１５】
上記のような問題を鑑みて、本発明は、回路の高速化に対応するために、高周波の信号におけるゲインの低下を防ぐことのできる電流電圧変換装置及びこの電流電圧変換装置を用いた受光増幅装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、差動増幅回路を構成する第１、第２トランジスタと、高周波信号として入力される電流信号を電圧に変換し、その電圧を前記第１トランジスタのベースに与える電流／電圧変換回路と、前記第１トランジスタのベースに所定電圧を第１抵抗と位相補償用コンデンサの並列回路を介して与えるバイアス手段と、前記第２トランジスタのベースに前記差動増幅器の出力電圧を第２抵抗のみを介して与える帰還手段と、を備えることを特徴とする電流電圧変換装置を提供する。
【００１８】
このような電流電圧変換装置において、前記位相補償用コンデンサが、半導体基板に設けた該半導体基板と逆導電型のエピタキシャル層と、該エピタキシャル層の表面に設けた絶縁層と、前記エピタキシャル層に設けた電極と、前記絶縁層の表面に設けた電極とによって構成し、前記エピタキシャル層と前記半導体基板の比抵抗を高くして、前記位相補償用コンデンサに付随する寄生容量を低減させることによって、発振を防止して安定化させることができる。
【００１９】
上記したそれぞれの電流電圧変換装置において、前記電流／電圧変換回路の出力が第３抵抗を介して前記第１トランジスタのベースに接続され、前記第２トランジスタのベースには前記電流／電圧変換回路と同一で且つ電流信号が入力されない回路が第４抵抗を介して接続されるような構成の電流電圧変換装置としても構わない。
【００２０】
更に、本発明は、上記したそれぞれの電流電圧変換回路と、外部から受光した光信号を電流信号に変換する受光素子とを有し、該受光素子から出力された電流信号を、前記電流電圧変換装置で電圧信号に増幅して変換することを特徴とする受光増幅装置を提供する。
【００２１】
このような受光増幅装置において、前記受光素子をフォトダイオードとしても構わない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の受光増幅装置の内部構造を示す回路図である。図１に示す受光増幅装置１は、レーザー光を受光して発生した電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧変換回路２と、この電流／電圧変換回路２と同様の回路構成をしたリファレンス回路３と、電流／電圧変換回路２の電圧信号が抵抗Ｒ３を介して正相入力端子ａに与えられるとともにリファレンス回路３の電圧信号が抵抗Ｒ４を介して逆相入力端子ｂに与えられる差動増幅回路４とによって構成される。
【００２３】
又、この受光増幅装置１は、差動増幅回路４の逆相入力端子ｂと出力端子ｃとの間に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の並列回路が接続して負帰還を構成するとともに、差動増幅回路４の正相入力端子ａに抵抗Ｒ２を介して外部バイアスＶｓが印加される。尚、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が等しくなるように設定されるとともに、抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値も等しくなるように設定される。
【００２４】
このような受光増幅回路１において、電流／電圧変換回路２は、アノードが接地されたフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤのカソードが入力端子に接続されたアンプ２０と、このアンプ２０の入力端子と出力端子の間に接続された抵抗Ｒａとから構成される。又、リファレンス回路３は、電流／電圧変換回路２のフォトダイオードＰＤが省略された回路構成になる。
【００２５】
又、差動増幅回路４は、ベースがそれぞれ正相入力端子ａ、逆相入力端子ｂとなるｎｐｎ型トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、電源電圧がエミッタに印加されるとともにコレクタがトランジスタＴｒ１のコレクタに接続されたｐｎｐ型トランジスタＴｒ３と、電源電圧がエミッタに印加されるとともにコレクタがトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されたｐｎｐ型トランジスタＴｒ４と、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のエミッタ同士が接続した接続ノードからグランドに向かって定電流Ｉａを流す定電流源４０と、コレクタに電源電圧が印加されトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４のコレクタ同士が接続した接続ノードにベースが接続されるとともにエミッタが出力端子ｃとなるｎｐｎ型トランジスタＴｒ５と、トランジスタＴｒ５のエミッタからグランドに向かって定電流Ｉｂを流す定電流源４１とを有する。更に、この差動増幅回路４において、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４のベース同士が接続され、そして、トランジスタＴｒ３のベースとコレクタが接続される。
【００２６】
このような受光増幅回路１の動作は、従来の受光増幅回路１’’（図５）と同様に、まず、フォトダイオードＰＤがレーザー光を受光して発生した電流信号を電流／電圧変換回路２で電圧信号ＶＯＰに変換し、差動増幅回路４の正相入力端子ａに抵抗Ｒ３を介して入力する。このとき、リファレンス回路３より電圧信号ＶＯＳが抵抗Ｒ４を介して差動増幅回路４の逆相入力端子ｂに入力される。次に、差動増幅回路に電圧信号ＶＯＰ，ＶＯＳが入力されると、その出力端子ｃよりＶＯＰ−ＶＯＳに比例した値となる電圧信号が出力される。尚、受光増幅回路１内に設けられた各素子を隣接するようにレイアウトすることによって、差動増幅回路４で電流／電圧変換回路２に生じるオフセット電圧を、リファレンス回路３で電流／電圧変換回路２と同様に生じるオフセット電圧によってキャンセルすることができる。
【００２７】
次に、差動増幅回路４の動作について、説明する。差動増幅回路４は、正相入力端子ａに与えられる電圧が逆相入力端子ｂに与えられる電圧よりも高くなったとき、トランジスタＴｒ１を流れるコレクタ電流がＩａ／２＋ΔＩとなるとともに、トランジスタＴｒ２を流れるコレクタ電流がＩａ／２−ΔＩとなる。ところで、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４はカレントミラー回路を形成しているので、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４にともにＩａ／２＋ΔＩのエミッタ電流が流れる。よって、トランジスタＴｒ５のベースに、トランジスタＴｒ４に流れるエミッタ電流とトランジスタＴｒ２に流れるコレクタ電流の差となる２ΔＩが流れる。
【００２８】
トランジスタＴｒ５に２ΔＩのベース電流が流れると、このベース電流をα倍増幅した２α×ΔＩのコレクタ電流が流れる。よって、２α×ΔＩ−Ｉｂの電流が、出力端子ｃから逆相入力端子に帰還する抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の並列回路に流れるとともに、抵抗Ｒ４にも流れる。よって、出力端子ｃに現れる電圧信号は、ΔＩに比例して変化する。又、ΔＩは電流／電圧変換回路２の電圧信号ＶＯＰとリファレンス回路３の電圧信号ＶＯＳの差ＶＯＰ−ＶＯＳに比例した値であるので、出力端子ｃに現れる電圧信号はＶＯＰ−ＶＯＳに比例して変化する。
【００２９】
このような受光増幅装置１において、従来の受光増幅装置１’’（図５）と同様に、伝達関数を求めると（６）式のようになる。よって、従来の受光増幅装置１’’の伝達関数を表す（１）式と比較したとき、その極数が１つ減った状態となっていることがわかる。よって、極数が２つ有る従来の受光増幅装置１’’と比較して高周波でのゲインの低下率が小さくなるため、従来のものと比べて、より高域の周波数の信号を扱うことができる。尚、ΔＶは電流／電圧変換回路２の電圧信号の電圧変化、ΔＶＯは出力端子ｃより出力される電圧信号の電圧変化を表す。又、ｒ１は、従来と同様（２）式で表される値である。
【００３０】
【数６】

【００３１】
このような受光増幅回路１において、コンデンサＣ１は、図２のように半導体基板上に形成される。即ち、ｐ型半導体基板５に形成されたｎ型エピタキシャル層６と、ｎ型エピタキシャル層６の表面に形成された絶縁酸化膜７と、この絶縁酸化膜７の表面に形成された電極８と、ｎ型エピタキシャル層６の表面に形成された電極９によって、コンデンサＣ１が形成される。又、コンデンサＣ１を形成するｎ型エピタキシャル層６の周囲に、ｐ型拡散層１０ａ，１０ｂが形成される。
【００３２】
このようにコンデンサＣ１をｐ型半導体基板５に形成したとき、図２のように、ｐ型半導体基板５とｎ型エピタキシャル層６によって、寄生容量Ｃｐ１が形成される。この寄生容量Ｃｐ１は、図３のように、一端が接地されるとともに、出力端子ｃとコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の接続ノードに他端が接続される。この寄生容量Ｃｐ１によって、逆相入力端子ｂに帰還される電圧信号の位相遅れが発生して、位相補償容量であるコンデンサＣ１によって進んだ位相が解消されて、発振する可能性がある。よって、位相遅れθと角周波数の関係が（７）式のような関係となるため、この位相の遅れを広域帯で抑制するには、寄生容量Ｃｐ１の値を極力小さくする必要がある。
【００３３】
【数７】

【００３４】
ところで、この寄生容量Ｃｐ１は、ｐ型半導体基板５とｎ型エピタキシャル層６に形成される空乏層の広がりに起因し、空乏層が広いほど寄生容量Ｃｐ１の容量値が小さくなる。よって、ｐ型半導体基板５とｎ型エピタキシャル層６の比抵抗を高くすることで空乏層を広くし、寄生容量Ｃｐ１の容量値を小さくする。又、このように比抵抗を高くしたｐ型半導体基板５とｎ型エピタキシャル層６は、位相補償容量であるコンデンサＣ１の形成される部分のみとすることで、他の回路部でのラッチアップを抑制することができる。このように高周波数の電圧信号に対応した受光増幅装置が形成され、この受光増幅装置を有する装置における演算処理の高速化を図ることができる。又、フォトダイオードＰＤの寄生容量を低減させるため、ｐ型半導体基板の比抵抗を高くするときにおいて、併用することが容易である。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態の受光増幅装置の内部構造を示す回路図である。尚、図４の受光増幅装置１’において、第１の実施形態の受光増幅装置１（図１）と同様の目的で使用される素子及び回路については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図４の受光増幅装置１’は、図１の受光増幅装置１のコンデンサＣ１が省略されるとともに、一端が正相入力端子ａに接続されるとともに他端に電圧Ｖｓが印加されたコンデンサＣ２が抵抗Ｒ２に並列に接続された受光増幅装置である。
【００３６】
このような構成の受光増幅装置１’は、基本的に従来の受光増幅装置１''及び第１の実施形態の受光増幅装置１（図１）と同様の動作を行う。このとき、この受光増幅装置１’の伝達関数が、（８）式のように表される。よって、従来の受光増幅装置１''（図５）の伝達関数を表す（１）式と比較したとき、その極数が１つ減った状態となっていることがわかる。よって、極数が２つ有る従来の受光増幅装置１''と比較して高周波でのゲインの低下率が小さくなるため、従来のものと比べて、より高域の周波数の信号を扱うことができる。尚、ΔＶは電流／電圧変換回路２の電圧信号の電圧変化、ΔＶＯは出力端子ｃより出力される電圧信号の電圧変化を表す。又、ｒ２は、従来と同様（３）式で表される値である。
【００３７】
【数８】

【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、電流電圧変換装置に設けた差動増幅回路の第１トランジスタのゲートに、位相補償用コンデンサを接続するため、従来のように第１及び第２トランジスタのゲートに位相補償用コンデンサを接続したときと比べて、高域の周波数におけるゲインの低下率を抑制することができる。よって、従来と比較してより高域の周波数の信号を扱うことができるので、このような電流電圧変換装置が設けられた受光増幅装置において、信号の処理を高速化することが可能となる。又、位相補償用コンデンサを形成する領域の半導体基板及びエピタキシャル層の比抵抗を大きくすることによって、この領域に形成される寄生容量の容量値を小さくすることができるので、この寄生容量による電流電圧変換装置の発振を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の受光増幅装置の内部構造を示す回路図。
【図２】半導体基板上に形成したコンデンサの構造を示す断面図。
【図３】寄生容量との関係を示した受光増幅装置の一部を示す回路図。
【図４】本発明の第２の実施形態の受光増幅装置の内部構造を示す回路図。
【図５】従来の受光増幅装置の内部構造を示すブロック図。
【図６】光ピックアップ装置に設けられたフォトダイオードの配置を示した図。
【図７】光ピックアップ装置内に設けられた受光増幅装置の相関図。
【符号の説明】
１受光増幅装置
２電流／電圧変換回路
３リファレンス回路
４差動増幅回路
５ｐ型半導体基板
６ｎ型エピタキシャル層
７絶縁酸化膜
８，９電極
１０ａ，１０ｂｐ型拡散層
２０アンプ
４０，４１定電流源
Ｒａ，Ｒ１〜Ｒ５抵抗
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ５ｎｐｎ型トランジスタ
Ｔｒ３，Ｔｒ４ｐｎｐ型トランジスタ
Ｃ１，Ｃ２コンデンサ
ＰＤフォトダイオード
Ｃｐ１寄生容量[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a current-voltage converter for converting a current signal into a voltage signal, and a DVD (Digital Video Disc), a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), and a CD-R (Compact Disk) using the current-voltage converter. The present invention relates to a light-receiving / amplifying device provided in a pickup system in a device that performs reproduction or recording, such as a recordable (CD) or a compact disk-rewritable (CD-RW).
[0002]
[Prior art]
In recent years, the development of optical disks such as CDs and DVDs has been remarkable, and especially for CDs, CD-Rs and CD-RWs capable of recording information have been developed. Such a device for reproducing or recording an optical disk is provided with an optical pickup device for stably reproducing and recording information. Hereinafter, a conventional optical pickup device will be described with reference to the drawings.
[0003]
As shown in FIG. 5, the optical pickup device has a current / voltage conversion circuit 2 for converting a current signal generated by receiving a laser beam into a voltage signal, and a circuit configuration similar to the current / voltage conversion circuit 2. The difference between the voltage signal of the reference circuit 3 and the voltage signal of the current / voltage conversion circuit 2 applied to the positive-phase input terminal a via the resistor R3 and the voltage signal of the reference circuit 3 applied to the negative-phase input terminal b via the resistor R4. A plurality of light receiving / amplifying devices 1 ″ constituted by the dynamic amplifying circuit 4 are provided. Further, in this light receiving and amplifying device 1 ″, a parallel circuit of a resistor R1 and a capacitor C1 is connected between the negative-phase input terminal b and the output terminal c of the differential amplifier circuit 4 to form a negative feedback, An external bias Vs is applied to the positive-phase input terminal a of the dynamic amplifier circuit 4 via a parallel circuit of a resistor R2 and a capacitor C2.
[0004]
In such a photoreceiver / amplifier 1 ″, the voltage output from the current / voltage conversion circuit 2 when a diode (not shown) in the current / voltage conversion circuit 2 is irradiated with laser light and when it is not irradiated with laser light. The magnitudes of the signals are VOP and VOS, respectively. Here, if the current / voltage conversion circuit 2 is in the ideal state, the voltage signal VOS when the laser beam is not irradiated becomes equal to the external bias Vs. However, since an offset voltage is generated due to inconsistency of each element provided in the current / voltage conversion circuit 2, VOP and VOS are values obtained by superimposing the offset voltage. Since the reference circuit 3 has the same circuit configuration as the current / voltage conversion circuit 2 and thus has the same characteristics, the reference circuit 3 outputs a voltage signal VOS when the current / voltage conversion circuit 2 is not irradiated with laser light.
[0005]
As described above, the voltage signal VOP output from the current / voltage conversion circuit 2 and the voltage signal VOS output from the reference circuit 3 are input to the differential amplifier circuit 4, and are proportional to VOP−VOS by the differential amplifier circuit 4. A voltage signal is output. Now, since the voltage signals VOP and VOS are voltage signals on which the same offset voltage is superimposed, the superimposed offset voltage is canceled. Therefore, the differential amplifier circuit 4 can amplify and output a voltage signal in which the offset voltage is canceled from the voltage signal in which the offset voltage generated in the current / voltage conversion circuit 2 is superimposed.
[0006]
In an optical pickup circuit having six such light receiving / amplifying devices 1 ″, photodiodes provided in the six light receiving / amplifying devices that receive laser light are arranged as shown in FIG. That is, current signals generated by receiving light at the photodiodes PDa, Pdb, PDc, PDd, PDe, and PDf are output as voltage signals from the six light receiving amplifiers. As shown in FIG. 6, the photodiodes PDa, PDb, PDc, and PDd are arranged adjacent to each other in a 2 × 2 lattice to form a four-division photodiode. Photodiodes PDe and PDf are arranged on the left and right of the photodiode.
[0007]
A focus signal and a data signal are obtained by the voltage signal output from the light receiving and amplifying device having the photodiodes PDa, Pdb, PDc, and PDd arranged as described above. Further, a tracking signal is obtained by a voltage signal output from the light receiving and amplifying device having the photodiodes PDe and PDf, and the track position of the optical disk is confirmed. In this specification, a light receiving and amplifying device having photodiodes PDa, Pdb, PDc, and PDd that can provide a high-speed external input signal will be discussed. Note that the data signal is a signal of music, video, program information, and the like recorded on the optical disc, and the focus signal is a signal for adjusting the focus of the laser light applied to the optical disc.
[0008]
As shown in FIG. 7, the voltage signals of the photoreceiver / amplifiers 1a, 1b, 1c and 1d having the photodiodes PDa, Pdb, PDc and PDd are denoted by Va, Vb, Vc and Vd. The data signal and focus signal obtained at this time are represented as follows, respectively.
Data signal = Va + Vb + Vc + Vd
Focus signal 1 = Va + Vc- (Vb + Vd)
Focus signal 2 = Va−Vc
Focus signal 3 = Vb−Vd
[0009]
When such data signals and

focus signals

1, 2, and 3 are obtained from the voltage signals output from the light receiving and amplifying devices 1a, 1b, 1c, and 1d, the

focus signals

1, 2, and 3 are adjusted to be 0. You. That is, when the focus signals 1, 2, 3 become 0, the voltage signals Va, Vb, Vc, Vd output from the light receiving / amplifying devices 1a, 1b, 1c, 1d are all equal, so that the photodiodes PDa, Pdb, The proportions of the laser light applied to PDc and PDd become equal. Therefore, as shown in FIG. 6, the laser beam is applied to the hatched portion at the center of the four-division diode composed of the photodiodes PDa, Pdb, PDc, and PDd, and the focus is consistent. Can be confirmed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described light receiving and amplifying device 1 ″, if the voltage change of the voltage signal output from the current / voltage conversion circuit 2 is ΔV and the voltage change of the voltage signal output from the differential amplifier circuit 4 is ΔVO, the resistance is From R1, R2, R3, R4 and capacitors C1, C2, the relationship is as shown in equation (1). Note that r1 is represented by the resistor R1 and the capacitor C1 as in the expression (2), and r2 is laughed by the resistor R2 and the capacitor C2 as in the expression (3). Ω in the expressions (2) and (3) is an angular frequency.
[0011]
(Equation 1)

(Equation 2)

(Equation 3)

[0012]
Therefore, it can be seen that equation (1) has a secondary pole. Further, r3 and r3 in the equations (2) and (3) become large when the angular frequency ω becomes large, that is, when the voltage signal of the current / voltage conversion circuit 2 has a high frequency. The gain ΔV / ΔVO expressed by the equation is attenuated. Also, when the pole frequencies at this time are f1 and f2, they are expressed as in equations (4) and (5), respectively.
[0013]
(Equation 4)

(Equation 5)

[0014]
Therefore, when the frequency of the voltage signal output from the current / voltage conversion circuit 2 becomes higher than the pole frequency f1, the gain of the equation (1) starts to decrease (for example, 6 dB octave) each time the frequency increases, and When it becomes higher than f2, the gain decreases at a larger rate (for example, octave 12 dB). Therefore, in order to increase the speed of the circuit, it is necessary to design the capacitors C1 and C2 to have small capacitance values in order to suppress a decrease in the gain when a high-frequency signal is input. However, when such a minute capacitance is provided on an IC (Integrated Circuit) chip, the capacitance value greatly varies due to the manufacturing process, and the possibility that the characteristics deviate from the design value increases.
[0015]
In view of the above problems, the present invention provides a current-to-voltage converter capable of preventing a decrease in gain of a high-frequency signal and a light-receiving amplifier using the current-to-voltage converter in order to cope with a high-speed circuit. It is intended to provide a device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, first and second transistors constituting a differential amplifier circuit and a current signal input as a high-frequency signal are converted into a voltage, and the voltage is applied to the base of the first transistor. A current / voltage conversion circuit, a bias means for applying a predetermined voltage to the base of the first transistor through a parallel circuit of a first resistor and a capacitor for phase compensation, and an output of the differential amplifier to the base of the second transistor. And a feedback means for providing a voltage only via the second resistor .
[0018]
In such a current-to-voltage converter, the phase compensation capacitor is provided on the semiconductor substrate, an epitaxial layer of a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, an insulating layer provided on the surface of the epitaxial layer, and an insulating layer provided on the epitaxial layer. And an electrode provided on the surface of the insulating layer, and increasing the specific resistance between the epitaxial layer and the semiconductor substrate to reduce the parasitic capacitance associated with the phase compensating capacitor. Can be prevented and stabilized.
[0019]
In each of the above-described current / voltage converters, the output of the current / voltage conversion circuit is connected to the base of the first transistor via a third resistor, and the base of the second transistor is connected to the current / voltage conversion circuit. A current-to-voltage converter may be configured such that the same circuit to which a current signal is not input is connected via a fourth resistor.
[0020]
Further, the present invention includes each of the current-voltage conversion circuits described above, and a light-receiving element that converts an optical signal received from the outside into a current signal, and converts the current signal output from the light-receiving element into the current-voltage conversion signal. A light receiving and amplifying device characterized in that the device amplifies and converts the voltage signal into a voltage signal.
[0021]
In such a light receiving and amplifying device, the light receiving element may be a photodiode.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing the internal structure of the light receiving and amplifying device of the present embodiment. 1 includes a current / voltage conversion circuit 2 for converting a current signal generated by receiving a laser beam into a voltage signal, and a reference circuit having a circuit configuration similar to that of the current / voltage conversion circuit 2. 3 and a differential signal in which the voltage signal of the current / voltage conversion circuit 2 is supplied to the positive-phase input terminal a via the resistor R3 and the voltage signal of the reference circuit 3 is supplied to the negative-phase input terminal b via the resistor R4. And a circuit 4.
[0023]
Further, in the light receiving and amplifying device 1, a parallel circuit of a resistor R1 and a capacitor C1 is connected between the negative-phase input terminal b and the output terminal c of the differential amplifier circuit 4 to form a negative feedback, and An external bias Vs is applied to the positive-phase input terminal a of the circuit 4 via the resistor R2. The resistances of the resistors R1 and R2 are set to be equal, and the resistances of the resistors R3 and R4 are set to be equal.
[0024]
In such a light receiving / amplifying circuit 1, the current / voltage conversion circuit 2 includes a photodiode PD having an anode grounded, an amplifier 20 having a cathode connected to the input terminal of the photodiode PD, and an input terminal of the amplifier 20. And a resistor Ra connected between the output terminals. Further, the reference circuit 3 has a circuit configuration in which the photodiode PD of the current / voltage conversion circuit 2 is omitted.
[0025]
The differential amplifier circuit 4 has npn-type transistors Tr1 and Tr2 whose bases are the positive-phase input terminal a and the negative-phase input terminal b, respectively. The power supply voltage is applied to the emitter, and the collector is connected to the collector of the transistor Tr1. Pnp-type transistor Tr3, a pnp-type transistor Tr4 whose power supply voltage is applied to the emitter and whose collector is connected to the collector of transistor Tr2, and a connection node where the emitters of transistors Tr1 and Tr2 are connected to ground. A constant current source 40 for flowing a constant current Ia, an npn-type transistor Tr5 having a base connected to a connection node where a collector voltage is applied to the collector and the collectors of the transistors Tr2 and Tr4 are connected, and an emitter serving as an output terminal c; From the emitter of transistor Tr5 Toward the land supplying a constant current Ib, and a constant current source 41. Further, in the differential amplifier circuit 4, the bases of the transistors Tr3 and Tr4 are connected, and the base and the collector of the transistor Tr3 are connected.
[0026]
The operation of such a photoreceiver / amplifier circuit 1 is similar to that of the conventional photoreceiver / amplifier circuit 1 '' (FIG. 5). First, a photodiode / PD converts a current signal generated by receiving a laser beam into a current / voltage converter circuit 2. , And is input to the positive-phase input terminal a of the differential amplifier circuit 4 via the resistor R3. At this time, the voltage signal VOS is input from the reference circuit 3 to the negative-phase input terminal b of the differential amplifier circuit 4 via the resistor R4. Next, when the voltage signals VOP and VOS are input to the differential amplifier circuit, a voltage signal having a value proportional to VOP-VOS is output from the output terminal c. The offset voltage generated in the current / voltage conversion circuit 2 in the differential amplifier circuit 4 is changed by the reference circuit 3 by laying out the elements provided in the light receiving amplification circuit 1 so as to be adjacent to each other. 2 can be canceled by the offset voltage generated.
[0027]
Next, the operation of the differential amplifier circuit 4 will be described. When the voltage applied to the positive-phase input terminal a becomes higher than the voltage applied to the negative-phase input terminal b, the differential amplifier circuit 4 sets the collector current flowing through the transistor Tr1 to Ia / 2 + ΔI and sets the transistor Tr2 to The flowing collector current is Ia / 2−ΔI. By the way, since the transistors Tr3 and Tr4 form a current mirror circuit, an emitter current of Ia / 2 + ΔI flows through both the transistors Tr3 and Tr4. Therefore, 2ΔI, which is the difference between the emitter current flowing through the transistor Tr4 and the collector current flowing through the transistor Tr2, flows through the base of the transistor Tr5.
[0028]
When a base current of 2ΔI flows through the transistor Tr5, a collector current of 2α × ΔI obtained by amplifying the base current by α times flows. Therefore, the current of 2α × ΔI−Ib flows through the parallel circuit of the resistor R1 and the capacitor C1 that feeds back from the output terminal c to the negative-phase input terminal, and also flows through the resistor R4. Therefore, the voltage signal appearing at the output terminal c changes in proportion to ΔI. Since ΔI is a value proportional to the difference VOP−VOS between the voltage signal VOP of the current / voltage conversion circuit 2 and the voltage signal VOS of the reference circuit 3, the voltage signal appearing at the output terminal c is proportional to VOP−VOS. Change.
[0029]
In such a photoreceiver / amplifier 1, a transfer function is obtained as in equation (6), similarly to the conventional photoreceiver / amplifier 1 ″ (FIG. 5). Therefore, when compared with the expression (1) representing the transfer function of the conventional light receiving and amplifying device 1 '', it is understood that the number of poles is reduced by one. Therefore, the rate of decrease in gain at high frequencies is smaller than that of the conventional light receiving and amplifying device 1 '' having two poles, so that a signal having a higher frequency band can be handled as compared with the conventional device. it can. Here, ΔV indicates a voltage change of the voltage signal of the current / voltage conversion circuit 2, and ΔVO indicates a voltage change of the voltage signal output from the output terminal c. R1 is a value represented by the equation (2) as in the conventional case.
[0030]
(Equation 6)

[0031]
In such a photoreceiver / amplifier circuit 1, the capacitor C1 is formed on a semiconductor substrate as shown in FIG. That is, an n-type epitaxial layer 6 formed on the p-type semiconductor substrate 5, an insulating oxide film 7 formed on the surface of the n-type epitaxial layer 6, an electrode 8 formed on the surface of the insulating oxide film 7, A capacitor C1 is formed by the electrode 9 formed on the surface of the n-type epitaxial layer 6. Further, p-type diffusion layers 10a and 10b are formed around n-type epitaxial layer 6 forming capacitor C1.
[0032]
When the capacitor C1 is formed on the p-type semiconductor substrate 5 as described above, the parasitic capacitance Cp1 is formed by the p-type semiconductor substrate 5 and the n-type epitaxial layer 6, as shown in FIG. As shown in FIG. 3, one end of the parasitic capacitance Cp1 is grounded, and the other end is connected to a connection node between the output terminal c, the capacitor C1, and the resistor R1. The parasitic capacitance Cp1 causes a phase delay of the voltage signal fed back to the negative-phase input terminal b, so that the phase advanced by the capacitor C1 which is the phase compensation capacitance may be eliminated, and oscillation may occur. Therefore, since the relationship between the phase delay θ and the angular frequency becomes a relationship as shown in Expression (7) , it is necessary to minimize the value of the parasitic capacitance Cp1 to suppress the phase delay in a wide band.
[0033]
(Equation 7)

[0034]
Incidentally, the parasitic capacitance Cp1 is caused by the spread of a depletion layer formed in the p-type semiconductor substrate 5 and the n-type epitaxial layer 6, and the larger the depletion layer, the smaller the capacitance value of the parasitic capacitance Cp1. Therefore, by increasing the specific resistance between the p-type semiconductor substrate 5 and the n-type epitaxial layer 6, the depletion layer is widened and the capacitance value of the parasitic capacitance Cp1 is reduced. In addition, the p-type semiconductor substrate 5 and the n-type epitaxial layer 6 having the increased specific resistance are formed only in the portion where the capacitor C1 which is the phase compensation capacitance is formed, so that the latch-up in other circuit portions is prevented. Can be suppressed. As described above, the light receiving and amplifying device corresponding to the high frequency voltage signal is formed, and the arithmetic processing in the device having the light receiving and amplifying device can be sped up. Further, in order to reduce the parasitic capacitance of the photodiode PD, it is easy to use them together when increasing the specific resistance of the p-type semiconductor substrate.
[0035]
<Second embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a circuit diagram showing the internal structure of the light receiving and amplifying device of the present embodiment. In the light-receiving amplifier 1 ′ of FIG. 4, elements and circuits used for the same purpose as those of the light-receiving amplifier 1 of the first embodiment (FIG. 1) are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are given. Description is omitted. In the light-receiving amplifier 1 ′ of FIG. 4, the capacitor C1 of the light-receiving amplifier 1 of FIG. 1 is omitted, and a capacitor C2 having one end connected to the positive-phase input terminal a and the other end to which the voltage Vs is applied is provided. This is a light receiving and amplifying device connected in parallel to the resistor R2.
[0036]
The light receiving / amplifying device 1 ′ having such a configuration basically performs the same operation as the conventional light receiving / amplifying device 1 ″ and the light receiving / amplifying device 1 of the first embodiment (FIG. 1). At this time, the transfer function of the light receiving and amplifying device 1 'is expressed by the following equation (8) . Therefore, when compared with the expression (1) representing the transfer function of the conventional light receiving and amplifying device 1 '' (FIG. 5), it is understood that the number of poles is reduced by one. Therefore, the rate of decrease in gain at high frequencies is smaller than that of the conventional light receiving and amplifying device 1 '' having two poles, so that a signal having a higher frequency band can be handled as compared with the conventional device. it can. Here, ΔV indicates a voltage change of the voltage signal of the current / voltage conversion circuit 2, and ΔVO indicates a voltage change of the voltage signal output from the output terminal c. Also, r2 is a value represented by equation (3) as in the prior art.
[0037]
(Equation 8)

[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention, a phase compensation capacitor is connected to the gate of the first transistor of the differential amplifier circuit provided in the current-to-voltage converter, so that the phase compensation capacitor is connected to the gates of the first and second transistors as in the prior art. , The rate of decrease in gain at higher frequencies can be suppressed. Therefore, a signal of a higher frequency band can be handled as compared with the related art, so that it is possible to speed up the signal processing in the light receiving and amplifying device provided with such a current-to-voltage converter. Also, by increasing the specific resistance of the semiconductor substrate and the epitaxial layer in the region where the phase compensation capacitor is formed, the capacitance value of the parasitic capacitance formed in this region can be reduced. Oscillation of the converter can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an internal structure of a light receiving and amplifying device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a capacitor formed on a semiconductor substrate.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a part of a light receiving and amplifying device showing a relationship with a parasitic capacitance.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an internal structure of a light receiving and amplifying device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing the internal structure of a conventional light receiving and amplifying device.
FIG. 6 is a diagram showing an arrangement of photodiodes provided in the optical pickup device.
FIG. 7 is a correlation diagram of a light receiving and amplifying device provided in the optical pickup device.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 photoreceiver / amplifier 2 current / voltage conversion circuit 3 reference circuit 4 differential amplifier circuit 5 p-type semiconductor substrate 6 n-type epitaxial layer 7 insulating oxide film 8, 9

electrode

10a, 10b p-type diffusion layer 20

amplifier

40, 41 constant current Sources Ra, R1 to R5 Resistance Tr1, Tr2, Tr5 Npn-type transistor Tr3, Tr4 PNP-type transistor C1, C2 Capacitor PD Photodiode Cp1 Parasitic capacitance

Claims

First and second transistors constituting a differential amplifier circuit;
A current / voltage conversion circuit that converts a current signal input as a high-frequency signal into a voltage and applies the voltage to the base of the first transistor;
Bias means for applying a predetermined voltage to the base of the first transistor via a parallel circuit of a first resistor and a capacitor for phase compensation;
Feedback means for providing the output voltage of the differential amplifier to the base of the second transistor via only a second resistor;
A current-voltage converter, comprising:

The phase compensation capacitor is provided on a semiconductor substrate, and has an epitaxial layer of the opposite conductivity type to the semiconductor substrate, an insulating layer provided on the surface of the epitaxial layer, an electrode provided on the epitaxial layer, and a surface of the insulating layer. The current-to-voltage converter according to claim 1 , wherein the current-to-voltage converter is constituted by electrodes provided in the first and second electrodes.

An output of the current / voltage conversion circuit is connected to a base of the first transistor via a third resistor;
3. The circuit according to claim 1 , wherein a circuit having the same configuration as the current / voltage conversion circuit and to which a current signal is not input is connected to a base of the second transistor via a fourth resistor. 4. The current-to-voltage conversion device according to claim 1.

A current-voltage converter according to any one of claims 1 to 3 , further comprising: a light-receiving element configured to convert an optical signal received from the outside into a current signal;
A light-receiving amplifier, wherein the current signal output from the light-receiving element is amplified and converted into a voltage signal by the current-voltage converter.

5. An optical pickup comprising: the light receiving and amplifying device according to claim 4 including a photodiode as the light receiving element; and outputting an output signal from the light receiving and amplifying device as tracking error control, focus error control, or data. apparatus.