JP3680303B2 - 光電変換モジュール - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールに関するものであり、特に、光通信システムの送受信デバイスである光モジュール等に搭載される光電変換モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光電変換モジュールとして、従来から、受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）と、このフォトダイオードの電気出力を増幅するプリアンプとをＴＯパッケージに搭載したものがある。この光電変換モジュールの出力、すなわち、プリアンプの出力は、外部に設けられたコンパレータにより固定バイアスと比較され、信号成分のみが電気的に抽出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光電変換モジュールに搭載されたプリアンプの出力には、温度や電源変動に基づくノイズが乗りやすい。このノイズの影響を除去するには、このノイズと同じ成分を含む補償出力を同時に得て、コンパレータの前段に配置された差動入力アンプにおいて、ノイズを相殺すればよい。これにより、ノイズの除去された信号成分を抽出することができる。しかし、これはあくまでも理論上の議論であり、現実には、このようなノイズ補償出力を伴う光電変換モジュールは、コストや品質の点で実用に供し得るものは存在しなかった。
【０００４】
本発明の課題は、このような問題点を解消することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解決するために、本発明の光電変換モジュールは、光通信用の光電変換モジュールであって、一方の端子がＶ ＰＤ に結合されており光信号を電気信号に変換する受光素子と、この受光素子の他端に接続されており前記受光素子の出力信号を増幅するプリアンプと、このプリアンプと同一構成のダミープリアンプと、このダミープリアンプの入力端子に一方の端子が接続され、他方の端子が前記Ｖ ＰＤ に結合されており、受光素子の容量と同じ容量値を有する等価容量コンデンサと、受光素子、プリアンプ、ダミープリアンプおよび等価容量コンデンサを搭載するＴＯパッケージとを備えている。
【０００６】
そして、このＴＯパッケージには５本のリードピンが設けられており、第１リードピンはプリアンプの出力端子に、第２リードピンはダミープリアンプの出力端子に、第３リードピンはプリアンプおよびダミープリアンプの電源入力端子に、第４リードピンは受光素子の電源入力端子にそれぞれ接続され、第５リードピンは接地端子として用いられることが望ましい。
【０００７】
また、受光素子に対してバイアス回路を設け、このバイアス回路をＲＣネットワークフィルタで構成することが望ましい。
【０００８】
【作用】
受光素子の容量と同じ容量値を有する等価容量コンデンサが入力端子に接続されたダミープリアンプの出力（ノイズ補償出力）には、受光素子が接続されたプリアンプの出力と同一のノイズが重畳している。したがって、外部に用意されたコンパレータ前段の差動入力アンプによって、完全にノイズが除去された信号を得ることができる。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の光電変換モジュールの一実施例を示す斜視図であり、図２は各要素の接続関係を示す回路図である。初めに、図２に示す回路の構成を説明する。受光素子であるフォトダイオード１のカソードはバイアス回路２を介してフォトダイオード用電源ＶPDの入力端子３に接続されている。バイアス回路２は抵抗とコンデンサからなるＲＣネットワークフィルタで構成されている。フォトダイオード１のアノードはプリアンプ４の入力端子に接続されている。コンデンサ５は、フォトダイオード１の容量と同一の容量値を有する等価容量コンデンサであり、一方の電極がフォトダイオード１のカソードに接続され、他方の電極がプリアンプ６の入力端子に接続されている。プリアンプ６はプリアンプ５と同一に構成されているが、信号成分の増幅を行うことがないのでダミープリアンプと呼ぶことにする。プリアンプ４およびダミープリアンプ６の出力端子はそれぞれ第１出力端子７および第２出力端子８に接続されている。また、プリアンプ４およびダミープリアンプ６はフォトダイオード用電源とは異なる電源ＶCCによって駆動するようになっている。電源端子９は電源ＶCC用の入力端子である。
【００１０】
このように構成された回路が図１に示すように１つのＴＯパッケージ１０にすべて搭載され、光電変換モジュールを構成している。このＴＯパッケージ１０はＴＯパッケージ規格のＴＯ１８構造を有するものであり、図３に示すように、円盤上の導電性基体３１の台地状に盛り上がった素子搭載部には４つの開口３２〜３５が形成さており、各開口３２〜３５にはそれぞれリードピン３６〜３９が基板３１と絶縁されて嵌挿固定されている。素子搭載部の裏側にはガラス４１が充填されており、リードピン３６〜３９はこのガラス４１で固定され、基体３１と絶縁されている。素子搭載部の裏面中央部には５本目のリードピン４０が溶接により固着されている。リードピン３６〜４０のアウターリード長Ｌは１．５ｍｍであり、中央のリードピン４０とその他のリードピン３６〜３９とのピッチＰは１．２７ｍｍである。リードピンをこのように構成すると、基板実装が容易となるだけでなく、市販のコネクタソケットを利用することができるので駆動試験も簡便にできる。
【００１１】
このＴＯパッケージ１０の素子搭載部には、フォトダイオード１および等価容量コンデンサ５が搭載された機能性基板５２と、プリアンプ４およびダミープリアンプ６を有するＩＣチップ５０とがはんだ付けされている。機能性基板５２は絶縁性基板であり、裏面全体に厚膜または薄膜の金属膜が形成されている。また、表面には同じく厚膜または薄膜の金属膜５３、５４、５５が３つの領域に分離されて形成されている。
【００１２】
金属膜５３と金属膜５４との間にはミアンダ状の抵抗体５６が印刷等により形成されている。この抵抗体５６と、金属膜５３、５４および裏面金属膜により形成されるコンデンサとにより、図２に示すＲＣネットワークフィルタ２が構成されている。
【００１３】
中央の金属膜５４上にはフォトダイオード１のカソードおよび等価容量コンデンサ５の一方の電極がはんだ付けされている。等価容量コンデンサ５は補償容量選択型のＭＩＳ（メタル・インシュレータ・セミコンダクタ）コンデンサチップであり、図４にその断面構造を示す。この図から判るように、不純物が高濃度に添加されたｎ型またはｐ型半導体基板６１上に、例えばＳｉＯ2 の絶縁膜６２を形成し、その上に、４つの金属電極６３ａ〜６３ｄ（ただし、図４では６３ａおよび６３ｂのみ図示）を形成したものである。４つの金属電極６３ａ〜６３ｄは互いに異なる面積を有し、いずれかを択一的に選択することにより、異なる容量値を選択できるようになっている。
【００１４】
リードピン３６は図２の第１出力端子７に相当し、ＩＣチップ５０上のプリアンプ４の出力端子にワイヤ接続されている。リードピン３７は図２の第２出力端子８に相当し、ＩＣチップ５０上のダミープリアンプ６の出力端子にワイヤ接続されている。リードピン３８は図２のＶCC電源端子９に相当し、ＩＣチップ５０の電源入力端子にワイヤ接続されている。リードピン３９は図２のフォトダイオード用電源端子３に相当し、基板５２のパッド５３にワイヤ接続されている。なお、リードピン４０（図３参照）は接地ピンであり、基体３１を介して各要素の接地端子に接続されている。
【００１５】
このように構成したＴＯパッケージに、集光レンズを備えたカバーを被せて本実施例の光電変換モジュールが完成する。不図示の集光レンズに外部から入射された信号光は、フォトダイオード１の受光面に集光される。ここで、光信号は電気信号に変換され、ＩＣチップ５０上のプリアンプ４に入力される。プリアンプ４からの出力信号はリードピン３６から取り出される。等価容量コンデンサ５にはフォトダイオード１と同じＶPD電源電圧がバイアス回路２を介して印加されている。そして、ダミープリアンプ６はプリアンプ４と同一チップ上に同一の構成で形成されているので、ダミープリアンプ６の出力端子であるリードピン３７からは、プリアンプ４の出力信号と同じ直流成分およびノイズ成分を有する補償信号が取り出される。したがって、次段に設けられた不図示の差動入力アンプで、リードピン３６からの出力信号をリードピン３７からの補償信号と相殺すれば、プリアンプ４でのノイズを完全除去することができる。
【００１６】
なお、等価容量コンデンサ５に代えて、フォトダイオード１と同一構造のダミーフォトダイオードを用いることも考えられるが、コスト的に高価となる。また、等価容量コンデンサ５を用いずに、ダミープリアンプ６の入力端子を解放状態にしておくことも考えられるが、その場合には高周波領域でバランスが崩れる虞がある。
【００１７】
本実施例の等価容量コンデンサ５は、上述したように４種類の容量値を選択できる容量選択型ＭＩＳコンデンサである。このコンデンサによれば、フォトダイオード１に製造バラツキがあっても、実装の段階でフォトダイオード１の容量に最も近い値の容量を選択できて便利である。しかし、容量選択性のＭＩＳコンデンサに代えて通常のＭＩＳコンデンサを用いてもよいことは言うまでもない。また、ＭＩＳコンデンサに代えてＭＩＭ（メタル・インシュレーション・メタル）コンデンサでもよい。さらに、ＩＣチップ５０にオンチップコンデンサを設け、これを等価容量コンデンサ５として用いてもよい。
【００１８】
本実施例のバイアス回路２は、図５にその形状を示し、図６にその等価回路を示すように、ミアンダ状の膜抵抗５６と、金属膜５３、５４をそれぞれ一方の電極とするＭＩＭコンデンサ６５、６６とによるＲＣネットワークフィルタで構成されている。しかし、バイアス回路２は、この形態に限定されるものではなく、図７に示すような分布容量型低域通過ＲＣネットワークフィルタを用いることも可能である。図８は、この分布容量型低域通過フィルタの等価回路を示している。同図において、符号７１は膜抵抗であり、その他の要素は図５と同じである。図５および図７のいずれのタイプも、ダイキャップとワイヤリング抵抗を用いたバイアス回路と比較すると、小型に構成することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のによれば、ＴＯパッケージに、光信号を電気信号に変換する受光素子と、この受光素子の出力信号を増幅するプリアンプと、このプリアンプと同一構成のダミープリアンプと、このダミープリアンプの入力端子に一方の端子が接続され、受光素子の容量と同じ容量値を有する等価容量コンデンサとを搭載した構造を有するので、信号出力と共にノイズ補償出力を得ることができる光電変換モジュールを安価に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である光電変換モジュールを示す斜視図。
【図２】その回路構成を示す回路図。
【図３】本実施例に用いられているＴＯパッケージ１０の構造を示す図。
【図４】本実施例に用いられている等価容量コンデンサ５の構造を示す断面図。
【図５】本実施例に用いられているバイアス回路２の構造を示す平面図。
【図６】図５のバイアス回路の等価回路を示す回路図。
【図７】バイアス回路２の他の実施例である分布容量型低域通過型ＲＣネットワークフィルタを示す平面図。
【図８】図７のバイアス回路の等価回路を示す回路図。
【符号の説明】
１…フォトダイオード、２…バイアス回路、３…フォトダイオード用電源入力端子、４…プリアンプ、５…等価容量コンデンサ、６…ダミープリアンプ、７…信号出力端子、８…補償信号出力端子、９…ＶCC電源入力端子、１０…ＴＯパッケージ。

Claims (5)

  1. 光通信用の光電変換モジュールであって、
    一方の端子がＶ ＰＤ に結合されており光信号を電気信号に変換する受光素子と、
    この受光素子の他端に接続されており前記受光素子の出力信号を増幅するプリアンプと、
    このプリアンプと同一構成のダミープリアンプと、
    このダミープリアンプの入力端子に一方の端子が接続され、他方の端子が前記Ｖ ＰＤ に結合されており、前記受光素子の容量と同じ容量値を有する等価容量コンデンサと、
    前記受光素子、プリアンプ、ダミープリアンプおよび等価容量コンデンサを搭載するＴＯパッケージと、
    を備えた光電変換モジュール。
  2. 前記等価容量コンデンサは、絶縁膜の一方の面に形成された共通電極と、この絶縁膜の他方の面に形成された互いに面積の異なる複数の電極とを備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
  3. 前記等価容量コンデンサがＭＩＳコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
  4. 前記受光素子に対するバイアス回路を備え、前記受光素子は前記バイアス回路を介して前記Ｖ ＰＤ に接続されており、前記バイアス回路をＲＣネットワークフィルタで構成したことを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
  5. 前記ＲＣネットワークフィルタが、絶縁基板の両面に金属膜を形成してなるＭＩＭコンデンサと、この絶縁基板上に薄膜または厚膜で形成された抵抗とで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光電変換モジュール。
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