JP4342475B2 - Photoelectric conversion circuit - Google Patents

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Description

本発明は、光強度の強弱を電気信号に変換する光電気変換回路に関するものであり、特に差動の光信号を入力して、差動の電気信号を得る光電気変換回路の構成に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion circuit that converts the intensity of light into an electric signal, and more particularly to a configuration of a photoelectric conversion circuit that receives a differential optical signal and obtains a differential electric signal.

一般に、差動の光入力信号を用いる例として、人体や誘電体などを伝送媒体としてウェアラブル機器間で通信を行う人体通信システムの受信回路が挙げられる。この受信回路では、人体を伝わる交流の電気信号に応じた電界を電気光学結晶に印加するとともに、この電気光学結晶に光ビームを照射し、電気光学結晶から出射する光ビームを偏光ビームでP偏光とS偏光に分離し、この各偏光を後述する差動光信号(L1とL2)に用いる。   In general, as an example of using a differential optical input signal, a receiving circuit of a human body communication system that performs communication between wearable devices using a human body or a dielectric as a transmission medium can be given. In this receiving circuit, an electric field corresponding to an alternating electric signal transmitted through the human body is applied to the electro-optic crystal, and the electro-optic crystal is irradiated with a light beam, and the light beam emitted from the electro-optic crystal is P-polarized with a polarized beam. And S-polarized light, which are used for differential optical signals (L1 and L2) to be described later.

従来、人体通信システムの受信回路において、受光素子であるフォトダイオードに負荷抵抗を接続して光の強度変化を電気信号に変換する光電気変換回路を構成し、必要な出力振幅まで次段の差動増幅器で増幅する技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, in a receiving circuit of a human body communication system, a load resistor is connected to a photodiode, which is a light receiving element, to configure a photoelectric conversion circuit that converts a change in light intensity into an electrical signal. A technique of amplifying with a dynamic amplifier is disclosed (for example, see Patent Document 1).

図8は、入力が交差接続された2つの差動増幅器を用いることで、特に差動の出力を得られるようにした従来の光電気変換回路の構成を示す回路図である。同図に示す光電気変換回路は、フォトダイオードPD1と、このフォトダイオードPD1のカソードに一端が接続された負荷抵抗R6と、この負荷抵抗R6の他端に接続され、正の電源電圧VDDを供給する電圧源から構成される。フォトダイオードPD2と負荷抵抗R7、そして電源電圧VDDを供給する電圧源から構成されるもう一方の組も同様である。   FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional photoelectric conversion circuit that can obtain a differential output in particular by using two differential amplifiers whose inputs are cross-connected. The photoelectric conversion circuit shown in the figure is connected to the photodiode PD1, a load resistor R6 having one end connected to the cathode of the photodiode PD1, and the other end of the load resistor R6, and supplies a positive power supply voltage VDD. It consists of a voltage source. The same applies to the other set of the photodiode PD2, the load resistor R7, and the voltage source that supplies the power supply voltage VDD.

光信号L1とL2が、それぞれフォトダイオードPD1とPD2に入射すると、フォトダイオードPD1とPD2は、入射した光信号の光強度に応じた光電流を発生させる。この光電流は、負荷抵抗R6又はR7に電圧降下を発生させ、電圧信号として出力される。光信号L1とL2が強度において差動の関係にある場合は、R6とR7から出力される一対の電圧信号もまた差動の関係にある。R6とR7から出力される微小な信号電圧を、次段の差動増幅器で増幅することで、必要な出力振幅を得ることができる。   When the optical signals L1 and L2 enter the photodiodes PD1 and PD2, respectively, the photodiodes PD1 and PD2 generate a photocurrent corresponding to the light intensity of the incident optical signal. This photocurrent causes a voltage drop in the load resistor R6 or R7 and is output as a voltage signal. When the optical signals L1 and L2 have a differential relationship in intensity, the pair of voltage signals output from R6 and R7 are also in a differential relationship. Necessary output amplitude can be obtained by amplifying the minute signal voltage output from R6 and R7 by the differential amplifier of the next stage.

ところで、フォトダイオードPD1およびPD2からの光電流は、数mAのバイアス電流と、数十μAの信号電流からなる。よって、負荷抵抗R6およびR7から出力される信号電圧は、フォトダイオードの逆バイアス電圧(例えば、3V電源で2V程度)に比べて極めて小さい。この電圧の信号成分だけを1V以上の振幅まで増幅し、この電圧により光電気変換回路の次段に接続されるデジタル回路をドライブするには、光電気変換回路の差動増幅器に、同相のバイアス成分を除去することが可能なオペアンプを使用することが一般的である。
特開2003−110368号公報
Incidentally, the photocurrent from the photodiodes PD1 and PD2 is composed of a bias current of several mA and a signal current of several tens of μA. Therefore, the signal voltage output from the load resistors R6 and R7 is extremely smaller than the reverse bias voltage of the photodiode (for example, about 2V with a 3V power supply). In order to amplify only the signal component of this voltage to an amplitude of 1 V or more and to drive a digital circuit connected to the next stage of the photoelectric conversion circuit by this voltage, a differential amplifier of the photoelectric conversion circuit has an in-phase bias. It is common to use an operational amplifier capable of removing components.
JP 2003-110368 A

しかしながら、オペアンプは高価であり、また高い電源電圧を必要とすることが多いために、人体通信システムの受信回路を構成する光電気変換回路に組み込むには、低価格化、動作電圧の低電圧化、低消費電力化という点で不向きである。   However, since an operational amplifier is expensive and often requires a high power supply voltage, it is low in price and low in operating voltage to be incorporated in a photoelectric conversion circuit constituting a receiving circuit of a human body communication system. It is not suitable in terms of low power consumption.

一方で、光電気変換回路の差動増幅器にオペアンプを使用しない場合には、増幅器の出力が入力信号に含まれる同相成分で飽和し、信号成分を増幅できなくなるという問題がある。   On the other hand, when an operational amplifier is not used for the differential amplifier of the photoelectric conversion circuit, there is a problem that the output of the amplifier is saturated with the in-phase component included in the input signal, and the signal component cannot be amplified.

本発明は、上記問題点に鑑み、差動の光信号を入力して差動の電気信号を得る光電気変換回路において、オペアンプを不要とし、且つ差動の光信号に含まれる同相のバイアス成分を除去し、信号成分だけを増幅させることを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention eliminates the need for an operational amplifier in a photoelectric conversion circuit that obtains a differential electrical signal by inputting a differential optical signal, and has an in-phase bias component included in the differential optical signal. The purpose is to amplify only the signal component.

本発明に係る光電気変換回路は、第1および第2のフォトダイオードにより受光したそれぞれの光電流を電圧信号に変換する第1および第2の変換手段と、その変換されたそれぞれの電圧信号を入力し、増幅されたぞれぞれの電圧信号を出力する第1および第2の折り返し形カスコード増幅器と、第1の折り返し形カスコード増幅器内における第1の定電流源の電流値が、第2のフォトダイオードからの光電流の電流値と一定のバイアス電流を加算した値になるように、その第1の定電流源の制御電圧を調整し、第2の折り返し形カスコード増幅器内における第2の定電流源の電流値が、第1のフォトダイオードからの光電流の電流値と一定のバイアス電流を加算した値になるように、その第2の定電流源の制御電圧を調整する電流調整手段とを有することを特徴とする。   The photoelectric conversion circuit according to the present invention includes first and second conversion means for converting the respective photocurrents received by the first and second photodiodes into voltage signals, and the converted voltage signals. The first and second folded cascode amplifiers that input and output the amplified voltage signals, and the current value of the first constant current source in the first folded cascode amplifier is the second The control voltage of the first constant current source is adjusted so as to be a value obtained by adding the current value of the photocurrent from the photodiode and a constant bias current, and the second folded cascode amplifier has a second control voltage. Current adjusting means for adjusting the control voltage of the second constant current source so that the current value of the constant current source becomes a value obtained by adding the current value of the photocurrent from the first photodiode and a constant bias current. Characterized in that it has a.

本発明にあっては、第1および第2の定電流源の制御電圧を調整する電流調整手段により、第2のフォトダイオードからの光電流の電流値と一定のバイアス電流を加算した第1の定電流源の電流値が、第1のフォトダイオードからの光電流の最大値を若干上回るように第1の定電流源の制御電圧を調整することで、第2のフォトダイオードからの光電流に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。   In the present invention, the current adjustment means for adjusting the control voltage of the first and second constant current sources adds the current value of the photocurrent from the second photodiode and a constant bias current to the first constant current source. By adjusting the control voltage of the first constant current source so that the current value of the constant current source slightly exceeds the maximum value of the photocurrent from the first photodiode, the photocurrent from the second photodiode is adjusted. The excess bias current contained can be removed, and the signal component can be extracted.

また、第1のフォトダイオードからの光電流の電流値と一定のバイアス電流を加算した第2の定電流源の電流値が、第2のフォトダイオードからの光電流の最大値を若干上回るように第2の定電流源の制御電圧を調整することで、第1のフォトダイオードからの光電流に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。   Further, the current value of the second constant current source obtained by adding the current value of the photocurrent from the first photodiode and the constant bias current is slightly higher than the maximum value of the photocurrent from the second photodiode. By adjusting the control voltage of the second constant current source, an excess bias current included in the photocurrent from the first photodiode can be removed, and a signal component can be extracted.

上記第1の折り返し形カスコード増幅器を構成するカスコード段における第1のMOSトランジスタの制御電極が、上記第2の折り返し形カスコード増幅器を構成するカスコード段における第2のMOSトランジスタのドレイン電極に接続され、第2のMOSトランジスタの制御電極が、第1のMOSトランジスタのドレイン電極に接続されていることを特徴とする。   The control electrode of the first MOS transistor in the cascode stage constituting the first folded cascode amplifier is connected to the drain electrode of the second MOS transistor in the cascode stage constituting the second folded cascode amplifier, The control electrode of the second MOS transistor is connected to the drain electrode of the first MOS transistor.

本発明にあっては、第1のMOSトランジスタの制御電極を第2のMOSトランジスタのドレイン電極に接続し、第2のMOSトランジスタの制御電極を第1のMOSトランジスタのドレイン電極に接続したことで、第1および第2のMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧を大きくすることが可能となり、第1および第2のMOSトランジスタにおけるドレイン電流の振幅を増大することができる。   In the present invention, the control electrode of the first MOS transistor is connected to the drain electrode of the second MOS transistor, and the control electrode of the second MOS transistor is connected to the drain electrode of the first MOS transistor. The gate-source voltage of the first and second MOS transistors can be increased, and the amplitude of the drain current in the first and second MOS transistors can be increased.

本発明の光電気変換回路によれば、オペアンプを不要とし、且つ差動の光信号に含まれる同相のバイアス成分を除去し、差動の信号成分だけを増幅させることが可能となる。   According to the photoelectric conversion circuit of the present invention, it is possible to amplify only the differential signal component by eliminating the operational amplifier and removing the in-phase bias component included in the differential optical signal.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態に係る光電気変換回路の構成を示す回路図である。同図の光電気変換回路11は、第1のフォトダイオードPD1により受光した光電流i1を電圧信号に変換する第1の変換手段1aと、第2のフォトダイオードPD2により受光した光電流i2を電圧信号に変換する第2の変換手段1bと、変換された電圧信号を入力し、増幅された電圧信号を出力する第1の折り返し形カスコード増幅器2aと、変換された電圧信号を入力し、増幅された電圧信号を出力する第2の折り返し形カスコード増幅器2bと、第1の折り返し形カスコード増幅器2aにおける第1の定電流源3aの電流値と第2の折り返し形カスコード増幅器2aにおける第2の定電流源3bの電流値とを調整する電流調整手段4とを有する。ここで例えば、定電流源3aおよび3bには、それぞれnチャネルMOSトランジスタ(以下、nMOSトランジスタと称する)Q11、Q12を使用する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of the photoelectric conversion circuit according to the first embodiment. The photoelectric conversion circuit 11 shown in FIG. 1 has a first conversion means 1a for converting a photocurrent i1 received by the first photodiode PD1 into a voltage signal, and a photocurrent i2 received by the second photodiode PD2. A second conversion means 1b for converting the signal into the signal; a first folded cascode amplifier 2a that inputs the converted voltage signal and outputs an amplified voltage signal; and the converted voltage signal is input and amplified. The second folded cascode amplifier 2b for outputting the voltage signal, the current value of the first constant current source 3a in the first folded cascode amplifier 2a, and the second constant current in the second folded cascode amplifier 2a. Current adjusting means 4 for adjusting the current value of the source 3b. Here, for example, n-channel MOS transistors (hereinafter referred to as nMOS transistors) Q11 and Q12 are used for the constant current sources 3a and 3b, respectively.

第1の変換手段1aにおいては、フォトダイオードPD1のアノード端子が接地され、PD1のカソード端子が光電流入力端子Tin1に接続される。入力端子Tin1が、ドレイン端子とゲート端子が接続されたpチャネルMOSトランジスタ(以下、pMOSトランジスタと称する)Q1のドレイン端子に接続される。Q1のソース端子は電源電圧VDDが供給される電圧電極端子に接続される。ここでQ1は、PD1の能動負荷として動作し、PD1を流れる光電流i1から一意にQ1のドレイン電圧とゲート電圧が定まる。これにより、第1のフォトダイオードPD1により受光した光電流i1をQ1のドレイン電圧に変換する。   In the first conversion means 1a, the anode terminal of the photodiode PD1 is grounded, and the cathode terminal of PD1 is connected to the photocurrent input terminal Tin1. The input terminal Tin1 is connected to the drain terminal of a p-channel MOS transistor (hereinafter referred to as pMOS transistor) Q1 in which the drain terminal and the gate terminal are connected. The source terminal of Q1 is connected to the voltage electrode terminal to which the power supply voltage VDD is supplied. Here, Q1 operates as an active load of PD1, and the drain voltage and gate voltage of Q1 are uniquely determined from the photocurrent i1 flowing through PD1. Thereby, the photocurrent i1 received by the first photodiode PD1 is converted into the drain voltage of Q1.

第2の変換手段1bにおいては、フォトダイオードPD2のアノード端子が接地され、PD2のカソード端子が光電流入力端子Tin2に接続される。入力端子Tin2が、ドレイン端子とゲート端子が接続されたpMOSトランジスタであるQ2のドレイン端子に接続される。Q2のソース端子は電源電圧VDDが供給される電圧電極端子に接続される。ここでQ2は、PD2の能動負荷として動作し、PD2を流れる光電流i2から一意にQ2のドレイン電圧とゲート電圧が定まる。これにより、第2のフォトダイオードPD2により受光した光電流i2をQ2のドレイン電圧に変換する。   In the second conversion means 1b, the anode terminal of the photodiode PD2 is grounded, and the cathode terminal of PD2 is connected to the photocurrent input terminal Tin2. The input terminal Tin2 is connected to the drain terminal of Q2, which is a pMOS transistor in which the drain terminal and the gate terminal are connected. The source terminal of Q2 is connected to the voltage electrode terminal to which the power supply voltage VDD is supplied. Here, Q2 operates as an active load of PD2, and the drain voltage and gate voltage of Q2 are uniquely determined from the photocurrent i2 flowing through PD2. Thereby, the photocurrent i2 received by the second photodiode PD2 is converted into the drain voltage of Q2.

第1の折り返し形カスコード増幅器2aにおいては、入力トランジスタQ3(pMOSトランジスタ)にカスコード接続されたQ9(nMOSトランジスタ)、増幅された信号電圧を得るための負荷として用いるQ7(pMOSトランジスタ)、定電流源Q11(nMOSトランジスタ)で構成される。   In the first folded cascode amplifier 2a, Q9 (nMOS transistor) cascode-connected to the input transistor Q3 (pMOS transistor), Q7 (pMOS transistor) used as a load for obtaining an amplified signal voltage, a constant current source It is composed of Q11 (nMOS transistor).

具体的には、Q3(pMOSトランジスタ)のソース端子が電源電圧VDDを供給する電圧電極端子に接続され、Q3のドレイン端子がQ11(nMOSトランジスタ)のドレイン端子に接続される。Q11のソース端子は接地される。定電流源3aであるQ11のゲート端子には、電流調整手段4から電流値を調整するためのバイアス電圧Vb11が供給される。また、Q9(nMOSトランジスタ)のソース端子がQ11のドレイン端子に接続され、Q9のドレイン端子が、ドレイン端子とゲート端子が接続されたQ7(pMOSトランジスタ)のドレイン端子に接続される。Q7のソース端子は電源電圧VDDを供給する電圧電極端子に接続される。ここで、Q9のゲート端子には、Q9を飽和領域で動作させるために必要なバイアス電圧Vb2が供給される。バイアス電圧Vb2の値は、抵抗分圧などで電源電圧VDDを分圧して適切なバイアス値に予め設定しておく。   Specifically, the source terminal of Q3 (pMOS transistor) is connected to the voltage electrode terminal that supplies the power supply voltage VDD, and the drain terminal of Q3 is connected to the drain terminal of Q11 (nMOS transistor). The source terminal of Q11 is grounded. A bias voltage Vb11 for adjusting the current value is supplied from the current adjusting means 4 to the gate terminal of Q11 which is the constant current source 3a. The source terminal of Q9 (nMOS transistor) is connected to the drain terminal of Q11, and the drain terminal of Q9 is connected to the drain terminal of Q7 (pMOS transistor) in which the drain terminal and the gate terminal are connected. The source terminal of Q7 is connected to a voltage electrode terminal that supplies a power supply voltage VDD. Here, the bias voltage Vb2 necessary for operating Q9 in the saturation region is supplied to the gate terminal of Q9. The value of the bias voltage Vb2 is set in advance to an appropriate bias value by dividing the power supply voltage VDD by resistance voltage division or the like.

これにより、Q3のゲート端子に印加された電圧信号は、Q3で電流に変換され、Q11で折り返されてQ9のソースに入力される。Q1とQ3のゲート・ソース間電圧が等しいので、ゲート長とチャネル幅に関してQ1とQ3のサイズが同一の場合、Q1を流れる光電流i1とQ3のドレインを流れる電流は等しい(カレントミラー効果)。ここでQ11のドレイン電流は、Q3のドレイン電流i1とQ9のドレイン電流との和であるので、定電流源Q11のドレイン電流がQ3のドレイン電流i1の最大値を若干上回るように、Q11のゲート端子に供給するバイアス電圧Vb11を調整することで、Q3のドレイン電流に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。   As a result, the voltage signal applied to the gate terminal of Q3 is converted into a current by Q3, folded at Q11, and input to the source of Q9. Since the gate-source voltages of Q1 and Q3 are equal, the photocurrent i1 flowing through Q1 and the current flowing through the drain of Q3 are equal (current mirror effect) when the sizes of Q1 and Q3 are the same with respect to the gate length and channel width. Here, since the drain current of Q11 is the sum of the drain current i1 of Q3 and the drain current of Q9, the gate current of Q11 is set so that the drain current of the constant current source Q11 slightly exceeds the maximum value of the drain current i1 of Q3. By adjusting the bias voltage Vb11 supplied to the terminal, it is possible to remove an excess bias current included in the drain current of Q3 and extract a signal component.

また、第1の折り返し形カスコード増幅器2aの後段には、Q5(pMOSトランジスタ)と外部負荷抵抗R1で構成される出力バッファが接続され、Q5を流れる電流i3は外部負荷抵抗R1により電圧に変換され、出力端子Tout1から出力される。具体的には、Q5のソース端子が電源電圧VDDを供給する電圧電極端子に接続され、ドレイン端子が、出力端子Tout1に接続される。出力端子Tout1は外部負荷抵抗R1の一方の端子に接続され、他方の端子は接地される。ここで、Q5とQ7のゲート・ソース間電圧が等しいので、ゲート長とチャネル幅に関してQ5とQ7のサイズが同一である場合、Q7を流れる電流とQ5を流れる電流i3は、等しい(カレントミラー効果)。   Further, an output buffer composed of Q5 (pMOS transistor) and an external load resistor R1 is connected to the subsequent stage of the first folded cascode amplifier 2a, and the current i3 flowing through Q5 is converted into a voltage by the external load resistor R1. And output from the output terminal Tout1. Specifically, the source terminal of Q5 is connected to the voltage electrode terminal that supplies the power supply voltage VDD, and the drain terminal is connected to the output terminal Tout1. The output terminal Tout1 is connected to one terminal of the external load resistor R1, and the other terminal is grounded. Here, since the gate-source voltages of Q5 and Q7 are equal, when the sizes of Q5 and Q7 are the same with respect to the gate length and the channel width, the current flowing through Q7 and the current i3 flowing through Q5 are equal (current mirror effect). ).

このような構成とすることで、第1の折り返し形カスコード増幅器2aは、変換された電圧信号を入力し、増幅された電圧信号を出力する。   With such a configuration, the first folded cascode amplifier 2a receives the converted voltage signal and outputs the amplified voltage signal.

第2の折り返し形カスコード増幅器2bにおいては、入力トランジスタQ4(pMOSトランジスタ)にカスコード接続されたQ10(nMOSトランジスタ)、増幅された信号電圧を得るための負荷として用いるQ8(pMOSトランジスタ)、定電流源Q12(nMOSトランジスタ)で構成される。   In the second folded cascode amplifier 2b, Q10 (nMOS transistor) cascode-connected to the input transistor Q4 (pMOS transistor), Q8 (pMOS transistor) used as a load for obtaining an amplified signal voltage, a constant current source It is composed of Q12 (nMOS transistor).

具体的には、Q4(pMOSトランジスタ)のソース端子が電源電圧VDDを供給する電圧電極端子に接続され、Q4のドレイン端子がQ12(nMOSトランジスタ)のドレイン端子に接続される。Q12のソース端子は接地される。定電流源3bであるQ12のゲート端子には、電流調整手段4から電流値を調整するためのバイアス電圧Vb12が供給される。また、Q10(nMOSトランジスタ)のソース端子がQ12のドレイン端子に接続され、Q10のドレイン端子が、ドレイン端子とゲート端子が接続されたQ8(pMOSトランジスタ)のドレイン端子に接続される。Q8のソース端子は電源電圧VDDを供給する電圧電極端子に接続される。ここで、Q10のゲート端子には、Q10を飽和領域で動作させるために、第1の折り返し形カスコード増幅器2aにおいてQ9のゲート端子に供給したバイアス電圧Vb2と共通な電圧が供給される。   Specifically, the source terminal of Q4 (pMOS transistor) is connected to the voltage electrode terminal that supplies the power supply voltage VDD, and the drain terminal of Q4 is connected to the drain terminal of Q12 (nMOS transistor). The source terminal of Q12 is grounded. A bias voltage Vb12 for adjusting the current value is supplied from the current adjusting means 4 to the gate terminal of Q12 which is the constant current source 3b. The source terminal of Q10 (nMOS transistor) is connected to the drain terminal of Q12, and the drain terminal of Q10 is connected to the drain terminal of Q8 (pMOS transistor) in which the drain terminal and the gate terminal are connected. The source terminal of Q8 is connected to a voltage electrode terminal that supplies a power supply voltage VDD. Here, in order to operate Q10 in the saturation region, a voltage common to the bias voltage Vb2 supplied to the gate terminal of Q9 in the first folded cascode amplifier 2a is supplied to the gate terminal of Q10.

これにより、Q4のゲート端子に印加された電圧信号は、Q4で電流に変換され、Q12で折り返されてQ10のソースに入力される。Q2とQ4のゲート・ソース間電圧が等しいので、ゲート長とチャネル幅に関してQ2とQ4のサイズが同一の場合、Q2を流れる光電流i2とQ4のドレインを流れる電流は等しい(カレントミラー効果)。ここで、Q12のドレイン電流は、Q4ドレイン電流i2とQ10のドレイン電流との和であるので、定電流源Q12のドレイン電流がQ4のドレイン電流i2の最大値を若干上回るように、Q12のゲート端子に供給するバイアス電圧Vb12を調整することで、Q4のドレイン電流に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。   As a result, the voltage signal applied to the gate terminal of Q4 is converted into a current at Q4, turned back at Q12, and input to the source of Q10. Since the gate-source voltages of Q2 and Q4 are equal, the photocurrent i2 flowing through Q2 and the current flowing through the drain of Q4 are equal when the sizes of Q2 and Q4 are the same with respect to the gate length and channel width (current mirror effect). Here, since the drain current of Q12 is the sum of the Q4 drain current i2 and the drain current of Q10, the gate current of Q12 is set so that the drain current of the constant current source Q12 slightly exceeds the maximum value of the drain current i2 of Q4. By adjusting the bias voltage Vb12 supplied to the terminal, it is possible to remove the excess bias current included in the drain current of Q4 and extract the signal component.

また、第2の折り返し形カスコード増幅器2bの後段には、Q6(pMOSトランジスタ)と外部負荷抵抗R2で構成される出力バッファが接続され、Q6を流れる電流i4は外部負荷抵抗R2により電圧に変換され、出力端子Tout2から出力される。具体的には、Q6のソース端子が電源電圧VDDを供給する電圧電極端子に接続され、ドレイン端子が出力端子Tout2に接続される。出力端子Tout2は外部負荷抵抗R2の一方の端子に接続され、他方の端子は接地される。ここで、Q6とQ8のゲート・ソース間電圧が等しいので、ゲート長とチャネル幅に関してQ6とQ8のサイズが同一である場合、Q8を流れる電流とQ6を流れる電流i4は、等しい(カレントミラー効果)。   Further, an output buffer composed of Q6 (pMOS transistor) and an external load resistor R2 is connected to the subsequent stage of the second folded cascode amplifier 2b, and the current i4 flowing through Q6 is converted into a voltage by the external load resistor R2. And output from the output terminal Tout2. Specifically, the source terminal of Q6 is connected to the voltage electrode terminal that supplies the power supply voltage VDD, and the drain terminal is connected to the output terminal Tout2. The output terminal Tout2 is connected to one terminal of the external load resistor R2, and the other terminal is grounded. Here, since the gate-source voltages of Q6 and Q8 are equal, when the sizes of Q6 and Q8 are the same with respect to the gate length and the channel width, the current flowing through Q8 and the current i4 flowing through Q6 are equal (current mirror effect). ).

このような構成とすることで、第2の折り返し形カスコード増幅器2bは、変換された電圧信号を入力し、増幅された電圧信号を出力する。   With such a configuration, the second folded cascode amplifier 2b receives the converted voltage signal and outputs the amplified voltage signal.

次に、光電気変換回路11の動作について説明する。図2は、光電気変換回路11の動作波形である。同図の(a)に示すように、光信号を受光したPD1から出力される光電流i1は、数mAのバイアス電流(DC電流)に数十μAの信号電流(AC電流)が重ね合わされたものである。i1は、Q1とQ3からなるカレントミラー回路により、電流が複写され同じ値の電流がQ11のドレイン端子に流れ込む。   Next, the operation of the photoelectric conversion circuit 11 will be described. FIG. 2 shows operation waveforms of the photoelectric conversion circuit 11. As shown in (a) of the figure, the photocurrent i1 output from the PD1 receiving the optical signal is obtained by superimposing a signal current (AC current) of several tens of μA on a bias current (DC current) of several mA. Is. The current i1 is copied by a current mirror circuit composed of Q1 and Q3, and a current of the same value flows into the drain terminal of Q11.

また、L1と差動の関係にある光信号L2をPD2が受光したPD2から出力される光電流i2は、やはり数mAのバイアス電流(DC電流)に数十μAの信号電流(AC電流)が重ね合わされたものである。i2は、Q2とQ4からなるカレントミラー回路により、電流が複写され同じ値の電流がQ12のドレイン端子に流れ込む。   Further, the photocurrent i2 output from the PD2 that receives the optical signal L2 having a differential relationship with the L1 from the PD2 has a signal current (AC current) of several tens of μA in addition to a bias current (DC current) of several mA. It is a superposition. The current i2 is copied by a current mirror circuit composed of Q2 and Q4, and a current of the same value flows into the drain terminal of Q12.

図2の(b)は、図1の節点N1およびN2の電圧波形である。また図2(c)は図1の節点N3およびN4の電圧波形である。ここで、第1の折り返し形カスコード増幅器2aにおいて、定電流源Q11により、Q3からの信号電流を折り返す際にQ3のドレイン電流に含まれる余分なバイアス成分を除去する。すなわち、定電流源Q11のドレイン電流の電流値がQ3から流れ込む電流の最大値を若干上回るように、Q11のゲート電圧に供給するバイアス電圧Vb11を調整する。これにより、Q3のソースからQ9のソースに流れ込む電流のバイアス成分を減らすことができる。   FIG. 2B shows voltage waveforms at nodes N1 and N2 in FIG. FIG. 2C shows voltage waveforms at nodes N3 and N4 in FIG. Here, in the first folded cascode amplifier 2a, when the signal current from Q3 is folded by the constant current source Q11, an excess bias component included in the drain current of Q3 is removed. That is, the bias voltage Vb11 supplied to the gate voltage of Q11 is adjusted so that the current value of the drain current of the constant current source Q11 slightly exceeds the maximum value of the current flowing from Q3. Thereby, the bias component of the current flowing from the source of Q3 to the source of Q9 can be reduced.

第2の折り返しカスコード増幅器2bにおいても同様に、定電流源Q12のドレイン電流の電流値がQ4から流れ込む電流の最大値を若干上回るように、Q12のゲート電圧に供給するバイアス電圧Vb12を調整する。これにより、Q4のソースからQ10のソースに流れ込む電流のバイアス成分を減らすことができる。尚、バイアス電圧Vb11およびVb12の調整方法については、後述する。   Similarly, in the second folded cascode amplifier 2b, the bias voltage Vb12 supplied to the gate voltage of Q12 is adjusted so that the current value of the drain current of the constant current source Q12 slightly exceeds the maximum value of the current flowing from Q4. Thereby, the bias component of the current flowing from the source of Q4 to the source of Q10 can be reduced. A method for adjusting the bias voltages Vb11 and Vb12 will be described later.

図2の(d)は、図1の節点N5およびN6の電圧波形である。N5およびN6の電圧は、負荷用Q7とQ8に流れるドレイン電流に応じてQ7とQ8のソース・ドレイン間に発生する電圧である。   FIG. 2D shows voltage waveforms at nodes N5 and N6 in FIG. The voltages N5 and N6 are voltages generated between the source and drain of Q7 and Q8 according to the drain current flowing through the load Q7 and Q8.

図2の(e)は、Q5のドレイン電流i3およびQ6のドレイン電流i4である。負荷Q7に流れるドレイン電流は、Q7とQ5で構成されるカレントミラー回路により複写され、複写された電流i3は、外部負荷抵抗R1に流れ込み電圧信号に変換される。ここでQ8とQ6で構成されるカレントミラー回路においても、複写された電流i4は外部負荷抵抗R2に流れ込み電圧信号に変換される。これにより、出力端子Tout1およびTout2には、フォトダイオードに入力される光の強度変化を電圧の高低に変換した差動の電気信号が得られる。   FIG. 2E shows the drain current i3 of Q5 and the drain current i4 of Q6. The drain current flowing through the load Q7 is copied by a current mirror circuit composed of Q7 and Q5, and the copied current i3 flows into the external load resistor R1 and is converted into a voltage signal. Here, also in the current mirror circuit composed of Q8 and Q6, the copied current i4 flows into the external load resistor R2 and is converted into a voltage signal. As a result, differential electrical signals obtained by converting the intensity change of the light input to the photodiode into the voltage level are obtained at the output terminals Tout1 and Tout2.

尚、節点N1〜N6の電圧の最大値V、最小値Vは、以下の関係式(1)を満たす。ここでVthnは、nMOSトランジスタの閾値電圧、Vthpは、pMOSトランジスタの閾値電圧である。 The maximum value V H and the minimum value V L of the voltages at the nodes N1 to N6 satisfy the following relational expression (1). Here, V thn is the threshold voltage of the nMOS transistor, and V thp is the threshold voltage of the pMOS transistor.

thn < V < V < VDD − |Vthp| ・・・・・・(1)
次に、定電流源3aおよび3bの制御電圧Vb11およびVb12を出力する電流調整手段4について説明する。
V thn <V L <V H <VDD − | V thp | (1)
Next, the current adjustment means 4 that outputs the control voltages Vb11 and Vb12 of the constant current sources 3a and 3b will be described.

まず、電流調整手段4が定電流源3bであるQ12の制御電圧Vb12を出力する動作について説明する。Q1およびQ15(pMOSトランジスタ)、Q12およびQ17(nMOSトランジスタ)、Q13(pMOSトランジスタ)およびQ19(pMOSトランジスタ)はそれぞれカレントミラー回路を構成している。ここで、R3はバイアス電流設定用の抵抗であり、抵抗値を変えることでバイアス電流値を変えることができる。   First, the operation in which the current adjusting means 4 outputs the control voltage Vb12 of Q12 that is the constant current source 3b will be described. Q1 and Q15 (pMOS transistor), Q12 and Q17 (nMOS transistor), Q13 (pMOS transistor) and Q19 (pMOS transistor) each constitute a current mirror circuit. Here, R3 is a resistor for setting a bias current, and the bias current value can be changed by changing the resistance value.

具体的には、Q15のソース端子が電源電圧VDDの電極端子に接続され、ドレイン端子がQ12のゲート電極に接続される。Q15のドレイン端子が、ドレイン端子とゲート端子が接続されたQ17のドレイン端子に接続される。Q17のソース端子が接地される。   Specifically, the source terminal of Q15 is connected to the electrode terminal of the power supply voltage VDD, and the drain terminal is connected to the gate electrode of Q12. The drain terminal of Q15 is connected to the drain terminal of Q17 in which the drain terminal and the gate terminal are connected. The source terminal of Q17 is grounded.

Q17のドレイン端子が、Q13のドレイン端子に接続され、Q13のソース端子が電源電圧VDDの電極端子に接続される。Q13のゲート端子が、ゲート端子とドレイン端子に接続されたQ19のゲート端子に接続される。Q19のソース端子が電源電圧VDDの電極端子に接続され、ドレイン端子がバイアス電流設定用の抵抗R3の一端に接続される。負荷抵抗の他端は接地される。 The drain terminal of Q17 is connected to the drain terminal of Q13, and the source terminal of Q13 is connected to the electrode terminal of the power supply voltage VDD. The gate terminal of Q13 is connected to the gate terminal of Q19 connected to the gate terminal and the drain terminal. The source terminal of Q19 is connected to the electrode terminal of the power supply voltage VDD, and the drain terminal is connected to one end of the bias current setting resistor R3. The other end of the load resistor is grounded.

このような構成により、負荷抵抗R3で設定されたバイアス電流i5は、Q13とQ19で構成されるカレントミラー回路で複写され、Q13のドレイン電流として出力される。一方で、フォトダイオードPD1からの光電流i1は、Q1とQ15で構成されるカレントミラー回路により複写され、Q15のドレイン電流i1´として出力される。i1´とi5は、電流加算用負荷として設けられたnMOSトランジスタであるQ17に流れ込み、Q17のドレイン電流となる。さらにQ17のドレイン電流は、Q17とQ12で構成されるカレントミラー回路により複写され、定電流源3bのQ12のドレイン電流として出力される。   With such a configuration, the bias current i5 set by the load resistor R3 is copied by the current mirror circuit formed by Q13 and Q19, and is output as the drain current of Q13. On the other hand, the photocurrent i1 from the photodiode PD1 is copied by a current mirror circuit composed of Q1 and Q15, and is output as a drain current i1 ′ of Q15. i1 'and i5 flow into Q17, which is an nMOS transistor provided as a current addition load, and become the drain current of Q17. Further, the drain current of Q17 is copied by a current mirror circuit composed of Q17 and Q12, and is output as the drain current of Q12 of the constant current source 3b.

ここで、フォトダイオードPD1からの光電流i1と一定のバイアス電流i5を加算した定電流源3bであるQ12のドレイン電流は、Q4ドレイン電流i2とQ10のドレイン電流との和である。よって、定電流源Q12のドレイン電流がQ4のドレイン電流i2の最大値を若干上回るように、Q12のゲート端子に供給するバイアス電圧Vb12を調整することで、Q4のドレイン電流に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。   Here, the drain current of Q12 which is the constant current source 3b obtained by adding the photocurrent i1 from the photodiode PD1 and the constant bias current i5 is the sum of the Q4 drain current i2 and the drain current of Q10. Therefore, by adjusting the bias voltage Vb12 supplied to the gate terminal of Q12 so that the drain current of the constant current source Q12 slightly exceeds the maximum value of the drain current i2 of Q4, an extra bias included in the drain current of Q4. The current can be removed and the signal component can be extracted.

次に、電流調整手段4が定電流源3aであるQ11の制御電圧Vb11を出力する動作について説明する。Q2およびQ16(pMOSトランジスタ)、Q11およびQ18(nMOSトランジスタ)、Q14(pMOSトランジスタ)およびQ19(pMOSトランジスタ)はそれぞれカレントミラー回路を構成している。ここで、R3はバイアス電流設定用の負荷抵抗であり、抵抗値を変えることでバイアス電流値を変えることができる。   Next, an operation in which the current adjusting unit 4 outputs the control voltage Vb11 of Q11 that is the constant current source 3a will be described. Q2 and Q16 (pMOS transistor), Q11 and Q18 (nMOS transistor), Q14 (pMOS transistor) and Q19 (pMOS transistor) each constitute a current mirror circuit. Here, R3 is a load resistor for setting the bias current, and the bias current value can be changed by changing the resistance value.

具体的には、Q16のソース端子が電源電圧VDDの電極端子に接続され、ドレイン端子がQ11のゲート電極に接続される。Q16のドレイン端子が、ドレイン端子とゲート端子が接続されたQ18のドレイン端子に接続される。Q18のソース端子が接地される。   Specifically, the source terminal of Q16 is connected to the electrode terminal of the power supply voltage VDD, and the drain terminal is connected to the gate electrode of Q11. The drain terminal of Q16 is connected to the drain terminal of Q18 in which the drain terminal and the gate terminal are connected. The source terminal of Q18 is grounded.

Q18のドレイン端子が、Q14のドレイン端子に接続され、Q14のソース端子が電源電圧VDDの電極端子に接続される。Q14のゲート端子が、ゲート端子とドレイン端子に接続されたQ19のゲート端子に接続される。Q19のソース端子が電源電圧VDDの電極端子に接続され、ドレイン端子がバイアス電流設定用の負荷抵抗R3の一端に接続される。負荷抵抗の他端は接地される。 The drain terminal of Q18 is connected to the drain terminal of Q14, and the source terminal of Q14 is connected to the electrode terminal of the power supply voltage VDD. The gate terminal of Q14 is connected to the gate terminal of Q19 connected to the gate terminal and the drain terminal. The source terminal of Q19 is connected to the electrode terminal of the power supply voltage VDD, and the drain terminal is connected to one end of the load resistor R3 for setting the bias current. The other end of the load resistor is grounded.

このような構成により、負荷抵抗R3で設定されたバイアス電流i5は、Q14とQ19で構成されるカレントミラー回路で複写され、Q14のドレイン電流として出力される。一方で、フォトダイオードPD2からの光電流i2は、Q2とQ16で構成されるカレントミラー回路により複写され、Q16のドレイン電流i2´として出力される。i2´とi5は、電流加算用負荷として設けられたnMOSトランジスタであるQ18に流れ込み、Q18のドレイン電流となる。さらにQ18のドレイン電流は、Q18とQ11で構成されるカレントミラー回路により複写され、定電流源3aのQ11のドレイン電流として出力される。   With this configuration, the bias current i5 set by the load resistor R3 is copied by the current mirror circuit formed by Q14 and Q19, and is output as the drain current of Q14. On the other hand, the photocurrent i2 from the photodiode PD2 is copied by a current mirror circuit composed of Q2 and Q16, and is output as a drain current i2 ′ of Q16. i2 'and i5 flow into Q18 which is an nMOS transistor provided as a current addition load, and become the drain current of Q18. Further, the drain current of Q18 is copied by a current mirror circuit composed of Q18 and Q11 and is output as the drain current of Q11 of the constant current source 3a.

ここで、フォトダイオードPD2からの光電流i2と一定のバイアス電流i5を加算した定電流源3aであるQ11のドレイン電流は、Q3のドレイン電流i1とQ9のドレイン電流との和である。よって、定電流源Q11のドレイン電流がQ3のドレイン電流i1の最大値を若干上回るように、Q11のゲート端子に供給するバイアス電圧Vb11を調整することで、Q3のドレイン電流に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。   Here, the drain current of Q11 which is the constant current source 3a obtained by adding the photocurrent i2 from the photodiode PD2 and the constant bias current i5 is the sum of the drain current i1 of Q3 and the drain current of Q9. Therefore, by adjusting the bias voltage Vb11 supplied to the gate terminal of Q11 so that the drain current of the constant current source Q11 slightly exceeds the maximum value of the drain current i1 of Q3, an extra bias included in the drain current of Q3. The current can be removed and the signal component can be extracted.

図3(a)は、電流調整手段4により出力されたVb11およびVb12の波形を示しており、図3(b)は、同図で示した各MOSトランジスタのドレイン電流を示したものである。図3(a)のVb12は、図3(b)のQ17のドレイン電流によりドレイン・ソース間に発生する逆起電力である。また、Q17のドレイン電流と等価であるQ12のドレイン電流は、Q3に流れるドレイン電流i1と、ドレイン電流i1を若干上回るように調整したバイアス電流i5を加算したものである。これにより、Q12のドレイン電流とQ4のドレイン電流との差分により、信号成分が増幅されQ8のドレイン電流i4となる。ドレイン電流i4はカレントミラー回路により複写され、外部負荷抵抗R2に流れ込むことで、出力端子Tout2には、バイアス成分が除去され、フォトダイオードPD1とPD2に入力される差動の光の強度変化を電圧の高低に変換した電気信号が得られる。   FIG. 3A shows the waveforms of Vb11 and Vb12 output from the current adjusting means 4, and FIG. 3B shows the drain current of each MOS transistor shown in FIG. Vb12 in FIG. 3 (a) is a back electromotive force generated between the drain and the source due to the drain current of Q17 in FIG. 3 (b). The drain current of Q12 equivalent to the drain current of Q17 is the sum of the drain current i1 flowing through Q3 and the bias current i5 adjusted to slightly exceed the drain current i1. Thus, the signal component is amplified by the difference between the drain current of Q12 and the drain current of Q4, and becomes the drain current i4 of Q8. The drain current i4 is copied by the current mirror circuit and flows into the external load resistor R2, so that the bias component is removed from the output terminal Tout2, and the change in intensity of the differential light input to the photodiodes PD1 and PD2 is changed to the voltage. An electric signal converted into a high and low is obtained.

図3(a)のVb11は、図3(b)のQ18のドレイン電流によりドレイン・ソース間に発生する逆起電力である。また、Q18のドレイン電流と等価であるQ11のドレイン電流は、Q4に流れるドレイン電流i2と、ドレイン電流i2を若干上回るように調整したバイアス電流i5を加算したものである。これにより、Q11のドレイン電流とQ3のドレイン電流との差分により、信号成分が増幅されQ7のドレイン電流i3となる。ドレイン電流i3はカレントミラー回路により複写され、外部負荷抵抗R1に流れ込むことで、出力端子Tout1には、バイアス成分が除去され、フォトダイオードPD1とPD2に入力される差動の光の強度変化を電圧の高低に変換した電気信号が得られる。   Vb11 in FIG. 3A is a back electromotive force generated between the drain and the source due to the drain current of Q18 in FIG. 3B. The drain current of Q11, which is equivalent to the drain current of Q18, is the sum of the drain current i2 flowing through Q4 and the bias current i5 adjusted to slightly exceed the drain current i2. Thereby, the signal component is amplified by the difference between the drain current of Q11 and the drain current of Q3, and becomes the drain current i3 of Q7. The drain current i3 is copied by the current mirror circuit and flows into the external load resistor R1, whereby the bias component is removed from the output terminal Tout1, and the change in the intensity of the differential light input to the photodiodes PD1 and PD2 is changed to the voltage. An electric signal converted into a high and low is obtained.

尚、バイアス電圧Vb11およびVb12は、以下の関係式(2)、(3)を満たす。ここでVthnは、nMOSトランジスタの閾値電圧、Vthpは、pMOSトランジスタの閾値電圧である。 The bias voltages Vb11 and Vb12 satisfy the following relational expressions (2) and (3). Here, V thn is the threshold voltage of the nMOS transistor, and V thp is the threshold voltage of the pMOS transistor.

thn < Vb11 < V< V< VDD−|Vthp| ・・・・・・(2)
thn < Vb12 < V< V< VDD−|Vthp| ・・・・・・(3)
したがって、第1の実施の形態においては、電流調整手段4により、第2のフォトダイオードPD2からの光電流i2の電流値と一定のバイアス電流i5を加算した第1の定電流源3aの電流値が、光電流i1の最大値を若干上回るように第1の定電流源3aの制御電圧Vb11を調整することで、第1のフォトダイオードPD1からの光電流i1に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。
Vthn <Vb11 < VL < VH <VDD- | Vthp | (2)
Vthn <Vb12 < VL < VH <VDD- | Vthp | (3)
Therefore, in the first embodiment, the current value of the first constant current source 3a obtained by adding the current value of the photocurrent i2 from the second photodiode PD2 and the constant bias current i5 by the current adjusting means 4 is used. However, by adjusting the control voltage Vb11 of the first constant current source 3a so as to slightly exceed the maximum value of the photocurrent i1, an excess bias current included in the photocurrent i1 from the first photodiode PD1 is removed. Thus, the signal component can be extracted.

また、第1のフォトダイオードPD1からの光電流i1の電流値と一定のバイアス電流i5を加算した第2の定電流源3bの電流値が、光電流i2の最大値を若干上回るように第2の定電流源3bの制御電圧Vb12を調整することで、第2のフォトダイオードPD2からの光電流i2に含まれる余分なバイアス電流を除去し、信号成分を取り出すことができる。   Further, the second constant current source 3b obtained by adding the current value of the photocurrent i1 from the first photodiode PD1 and the constant bias current i5 is set so that the current value of the second constant current source 3b slightly exceeds the maximum value of the photocurrent i2. By adjusting the control voltage Vb12 of the constant current source 3b, an excess bias current included in the photocurrent i2 from the second photodiode PD2 can be removed and a signal component can be extracted.

これにより、オペアンプを不要とし、且つ差動の光信号に含まれる同相のバイアス成分を除去し、差動の信号成分だけを増幅させることが可能となる。   This eliminates the need for an operational amplifier, removes the in-phase bias component included in the differential optical signal, and amplifies only the differential signal component.

また、第1の実施の形態において使用したMOSトランジスタの双対なMOSトランジスタを使用して光電気変換回路を構成してもよい。図4は、第1の実施の形態に係る光電気変換回路を双対なMOSトランジスタで構成した回路図である。   Further, the photoelectric conversion circuit may be configured by using a dual MOS transistor of the MOS transistor used in the first embodiment. FIG. 4 is a circuit diagram in which the photoelectric conversion circuit according to the first embodiment is configured by dual MOS transistors.

同図の光電気変換回路12において、図1の光電気変換回路11と異なる点は、光電気変換回路12のnMOSトランジスタとpMOSトランジスタを入れ替え、フォトダイオードPD1およびPD2の極性を逆にし、電圧源から供給する電圧を負の電源電圧VSSとした点である。ここで、光電気変換回路12の動作および作用効果については光電気変換回路11のものと同一なので説明を省略する。   The photoelectric conversion circuit 12 shown in FIG. 1 differs from the photoelectric conversion circuit 11 shown in FIG. 1 in that the nMOS transistor and the pMOS transistor of the photoelectric conversion circuit 12 are replaced, the polarities of the photodiodes PD1 and PD2 are reversed, and the voltage source The voltage supplied from is a negative power supply voltage VSS. Here, since the operation and effect of the photoelectric conversion circuit 12 are the same as those of the photoelectric conversion circuit 11, the description thereof is omitted.

[第2の実施の形態]
以下、第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態に係る光電気変換回路は、図1を用いて説明した第1の実施の形態と基本的な構成は同様である。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment will be described. The photoelectric conversion circuit according to the second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment described with reference to FIG.

図5は、第2の実施の形態に係る光電気変換回路の構成を示す回路図である。第1の実施の形態に係る光電気変換回路11においては、Q9およびQ10のゲート端子がバイアス電圧Vb2の入力端子に接続されていたのに対し、同図の光電気変換回路13においては、Q9の制御電極がQ10のドレイン電極(節点N6)に接続され、Q10の制御電極がQ9のドレイン電極(節点N5)に接続されている点である。これ以外の構成は、光電気変換回路11と光電気変換回路13とは同様な構成である。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of the photoelectric conversion circuit according to the second embodiment. In the photoelectric conversion circuit 11 according to the first embodiment, the gate terminals of Q9 and Q10 are connected to the input terminal of the bias voltage Vb2, whereas in the photoelectric conversion circuit 13 of FIG. Is connected to the drain electrode (node N6) of Q10, and the control electrode of Q10 is connected to the drain electrode (node N5) of Q9. Otherwise, the photoelectric conversion circuit 11 and the photoelectric conversion circuit 13 have the same configuration.

第1の折り返し形カスコード増幅器2aを構成するQ9のゲート・ソース間に閾値電圧以上のより大きな信号電圧を印加することで、Q9およびQ10による正帰還作用により節点N5の電圧振幅を大きくすることができる。図6は光電気変換回路13の動作波形を表している。同図に示すように、N3の電圧が低くなる期間ではN6の電圧が高くなり、この電圧がQ9のゲート・ソース間に印加される。これにより、ドレイン電流i3の振幅を増大させることができ、その結果、出力端子Tout1の出力電圧の振幅を増大させることができる。   By applying a larger signal voltage higher than the threshold voltage between the gate and source of Q9 constituting the first folded cascode amplifier 2a, the voltage amplitude of the node N5 can be increased by the positive feedback action by Q9 and Q10. it can. FIG. 6 shows operation waveforms of the photoelectric conversion circuit 13. As shown in the figure, during the period when the voltage at N3 is low, the voltage at N6 is high, and this voltage is applied between the gate and source of Q9. Thereby, the amplitude of the drain current i3 can be increased, and as a result, the amplitude of the output voltage at the output terminal Tout1 can be increased.

このことは、第2の折り返し形カスコード増幅器2bを構成するQ10においても、ゲート・ソース間の電圧の位相関係が180度異なるという点以外は、同様な作用効果を有するので、ドレイン電流i4の振幅を増大させることができ、その結果、出力端子Tout2の出力電圧の振幅を増大させることができる。   This is because the Q10 constituting the second folded cascode amplifier 2b has the same effect except that the phase relationship of the voltage between the gate and the source is different by 180 degrees. Therefore, the amplitude of the drain current i4 As a result, the amplitude of the output voltage at the output terminal Tout2 can be increased.

尚、節点N1〜N6の電圧の最大値V、最小値Vは、以下の関係式(4)を満たす。ここでVthnは、nMOSトランジスタの閾値電圧、Vthpは、pMOSトランジスタの閾値電圧である。 The maximum value V H and the minimum value V L of the voltages at the nodes N1 to N6 satisfy the following relational expression (4). Here, V thn is the threshold voltage of the nMOS transistor, and V thp is the threshold voltage of the pMOS transistor.

thn < V < V < VDD − |Vthp| ・・・・・・(4)
したがって、第2の実施の形態によれば、Q9の制御電極をQ10のドレイン電極に接続しQ10の制御電極をQ9のドレイン電極に接続したことで、Q9およびQ10のゲート・ソース間電圧の変化量を大きくすることが可能となり、Q9のドレイン電流i3、Q10のドレイン電流i4の振幅を増大させることができる。これにより、出力端子Tout1およびTout2の出力電圧の振幅を増大させることができる。
V thn <V L <V H < VDD− | V thp | (4)
Therefore, according to the second embodiment, the Q9 control electrode is connected to the Q10 drain electrode, and the Q10 control electrode is connected to the Q9 drain electrode. The amount can be increased, and the amplitude of the drain current i3 of Q9 and the drain current i4 of Q10 can be increased. Thereby, the amplitude of the output voltage of the output terminals Tout1 and Tout2 can be increased.

また、第2の実施の形態において使用したMOSトランジスタの双対なMOSトランジスタを使用して光電気変換回路を構成してもよい。図7は、第2の実施の形態に係る光電気変換回路を双対なMOSトランジスタで構成した回路図である。   Further, the photoelectric conversion circuit may be configured by using a dual MOS transistor of the MOS transistor used in the second embodiment. FIG. 7 is a circuit diagram in which the photoelectric conversion circuit according to the second embodiment is composed of dual MOS transistors.

同図の光電気変換回路14において、図5の光電気変換回路13と異なる点は、光電気変換回路13のnMOSトランジスタとpMOSトランジスタを入れ替え、フォトダイオードPD1およびPD2の極性を逆にし、電圧源から供給する電圧を負の電源電圧VSSとした点である。ここで、光電気変換回路14の動作および作用効果については光電気変換回路13のものと同一なので説明を省略する。   5 is different from the photoelectric conversion circuit 13 in FIG. 5 in that the nMOS transistor and the pMOS transistor of the photoelectric conversion circuit 13 are switched, the polarities of the photodiodes PD1 and PD2 are reversed, and the voltage source The voltage supplied from is a negative power supply voltage VSS. Here, since the operation and effect of the photoelectric conversion circuit 14 are the same as those of the photoelectric conversion circuit 13, the description thereof is omitted.

また、上述の各実施の形態において、定電流源は、nチャネルMOSトランジスタ又はpチャネルMOSトランジスタを1つ用いて、飽和領域で動作させることで一定の電流を得る構成としたが、これに限られるものではなく、少なくとも1つのMOSトランジスタを有し、そのMOSトランジスタの制御電極に供給する電圧によって、定電流源に流れる電流値を制御するような構成の定電流源であってもよい。   In each of the above embodiments, the constant current source is configured to obtain a constant current by operating in the saturation region using one n-channel MOS transistor or one p-channel MOS transistor. The constant current source may be configured to have at least one MOS transistor and control the value of the current flowing through the constant current source by the voltage supplied to the control electrode of the MOS transistor.

第1の実施の形態に係る光電気変換回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the photoelectric conversion circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る光電気変換回路を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the photoelectric conversion circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る光電気変換回路の電流調整手段を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the electric current adjustment means of the photoelectric conversion circuit which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る光電気変換回路を双対なMOSトランジスタで構成した回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram in which the photoelectric conversion circuit according to the first embodiment is configured by dual MOS transistors. 第2の実施の形態に係る光電気変換回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the photoelectric conversion circuit which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る光電気変換回路の動作を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining operation | movement of the photoelectric conversion circuit which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る光電気変換回路を双対なMOSトランジスタで構成した回路図である。It is a circuit diagram which comprised the photoelectric conversion circuit which concerns on 2nd Embodiment with the dual MOS transistor. 従来の光電気変換回路の概略的な構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the conventional photoelectric conversion circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1a…第1の変換手段
1b…第2の変換手段
2a…第1の折り返し形カスコード増幅器
2b…第2の折り返し形カスコード増幅器
3a…第1の定電流源
3b…第2の定電流源
4…電流調整手段
11…第1の実施の形態に係る光電気変換回路
12…双対なMOSトランジスタで構成した第1の実施の形態に係る光電気変換回路
13…第2の実施の形態に係る光電気変換回路
14…双対なMOSトランジスタで構成した第1の実施の形態に係る光電気変換回路
PD1,PD2…フォトダイオード
Q1〜Q19…MOSトランジスタ
R1,R2…外部負荷抵抗
R3,R6,R7…固定負荷抵抗

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a ... 1st conversion means 1b ... 2nd conversion means 2a ... 1st return type | mold cascode amplifier 2b ... 2nd return type | mold cascode amplifier 3a ... 1st constant current source 3b ... 2nd constant current source 4 ... Current adjusting means 11... Photoelectric conversion circuit 12 according to the first embodiment... Photoelectric conversion circuit 13 according to the first embodiment constituted by dual MOS transistors... Photoelectric conversion according to the second embodiment Conversion circuit 14: photoelectric conversion circuits PD1, PD2 according to the first embodiment configured by dual MOS transistors ... photodiodes Q1-Q19 ... MOS transistors R1, R2 ... external load resistors R3, R6, R7 ... fixed load resistance

Claims (2)

第1および第2のフォトダイオードにより受光したそれぞれの光電流を電圧信号に変換する第1および第2の変換手段と、
該変換されたそれぞれの電圧信号を入力し、増幅されたぞれぞれの電圧信号を出力する第1および第2の折り返し形カスコード増幅器と、
前記第1の折り返し形カスコード増幅器内における第1の定電流源の電流値が、前記第2のフォトダイオードからの光電流の電流値と一定のバイアス電流を加算した値になるように、当該第1の定電流源の制御電圧を調整し、前記第2の折り返し形カスコード増幅器内における第2の定電流源の電流値が、前記第1のフォトダイオードからの光電流の電流値と前記一定のバイアス電流を加算した値になるように、当該第2の定電流源の制御電圧を調整する電流調整手段と、
を有することを特徴とする光電気変換回路。
First and second conversion means for converting respective photocurrents received by the first and second photodiodes into voltage signals;
First and second folded cascode amplifiers for inputting the converted voltage signals and outputting the amplified voltage signals,
The current value of the first constant current source in the first folded cascode amplifier is such that the current value of the photocurrent from the second photodiode and a constant bias current are added. The control voltage of one constant current source is adjusted so that the current value of the second constant current source in the second folded cascode amplifier is equal to the current value of the photocurrent from the first photodiode and the constant value. Current adjusting means for adjusting the control voltage of the second constant current source so as to obtain a value obtained by adding the bias current;
A photoelectric conversion circuit comprising:
前記第1の折り返し形カスコード増幅器を構成するカスコード段における第1のMOSトランジスタの制御電極が、前記第2の折り返し形カスコード増幅器を構成するカスコード段における第2のMOSトランジスタのドレイン電極に接続され、
前記第2のMOSトランジスタの制御電極が、前記第1のMOSトランジスタのドレイン電極に接続されていることを特徴とする請求項1記載の光電気変換回路。
The control electrode of the first MOS transistor in the cascode stage constituting the first folded cascode amplifier is connected to the drain electrode of the second MOS transistor in the cascode stage constituting the second folded cascode amplifier,
2. The photoelectric conversion circuit according to claim 1, wherein a control electrode of the second MOS transistor is connected to a drain electrode of the first MOS transistor.
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