JPH03110920A - 光アイソレータ - Google Patents
光アイソレータInfo
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- JPH03110920A JPH03110920A JP2244158A JP24415890A JPH03110920A JP H03110920 A JPH03110920 A JP H03110920A JP 2244158 A JP2244158 A JP 2244158A JP 24415890 A JP24415890 A JP 24415890A JP H03110920 A JPH03110920 A JP H03110920A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water
- H04B10/801—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections
- H04B10/802—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water using optical interconnects, e.g. light coupled isolators, circuit board interconnections for isolation, e.g. using optocouplers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
- H01L31/16—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources
- H01L31/167—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto the semiconductor device sensitive to radiation being controlled by the light source or sources the light sources and the devices sensitive to radiation all being semiconductor devices characterised by potential barriers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明はスイッチング動作および入出力間の分離を改善
した光アイソレータに関する。
した光アイソレータに関する。
光アイソレータは制御回路とこれに従いスイッチングさ
れる回路との間を分離するために用いられる。典型的な
光アイソレータは制御回路に電子的に結合された発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を有する。
れる回路との間を分離するために用いられる。典型的な
光アイソレータは制御回路に電子的に結合された発光ダ
イオード（ＬＥＤ）を有する。
れた電流を用いてＬＥＤを発光させる。 ＬＥＤは電子
的な分離を行なうギャップを横切って光起電力デバイス
（フォトダイオード等）に光結合されている。
的な分離を行なうギャップを横切って光起電力デバイス
（フォトダイオード等）に光結合されている。
このフォトダイオードは、スイッチングされる回路の電
力と電流の必要条件に適合するスイッチング回路に接続
されている。典型的な光アイソレータ回路においては、
スイッチングされる回路に必要な電力及び電流を確保す
るために比較器が用いられる。 ＬＥＤからの光により
フォトダイオードの両端間に電圧が生じ、その電圧が比
較器入力の極性を切り換える。逆に、ＬＥＤからの光が
消失すると、比較器入力は再び初期状態に切り換えられ
る。
力と電流の必要条件に適合するスイッチング回路に接続
されている。典型的な光アイソレータ回路においては、
スイッチングされる回路に必要な電力及び電流を確保す
るために比較器が用いられる。 ＬＥＤからの光により
フォトダイオードの両端間に電圧が生じ、その電圧が比
較器入力の極性を切り換える。逆に、ＬＥＤからの光が
消失すると、比較器入力は再び初期状態に切り換えられ
る。
光アイソレータの決定的な制約の一つはスイッチング動
作の速度である。スイッチング動作は多（の要因によっ
て損なわれる。その一つの要因はＬＥＤのターンオン及
びターンオフ動作が遅いと言うことである。ＬＥＤは電
流駆動型デバイスであるから、速いターンオン、ターン
オフ速度を得るためにはほぼ矩形の過度電流波形が必要
である。光アイソレータの速度に影響を及ぼす第２の要
因は、出力比較器のクロスオーバー時間である。比較器
は２つの基準入力を有するため、その出力はこれ゛らの
基準入力間の相対的極性によって決定され、基準入力は
フォトダイオードの電圧によって決まる。比較器出力は
、２つの基準入力がクロスオーバーして両入力間の相対
的極性が反転した時切り替わる。従って、基準入力間の
電圧差が大きいと、それらの基準電圧が互いにクロスオ
ーバーするのにより長い時間を要するため、比較器のス
イチング速度が損なわれる。
作の速度である。スイッチング動作は多（の要因によっ
て損なわれる。その一つの要因はＬＥＤのターンオン及
びターンオフ動作が遅いと言うことである。ＬＥＤは電
流駆動型デバイスであるから、速いターンオン、ターン
オフ速度を得るためにはほぼ矩形の過度電流波形が必要
である。光アイソレータの速度に影響を及ぼす第２の要
因は、出力比較器のクロスオーバー時間である。比較器
は２つの基準入力を有するため、その出力はこれ゛らの
基準入力間の相対的極性によって決定され、基準入力は
フォトダイオードの電圧によって決まる。比較器出力は
、２つの基準入力がクロスオーバーして両入力間の相対
的極性が反転した時切り替わる。従って、基準入力間の
電圧差が大きいと、それらの基準電圧が互いにクロスオ
ーバーするのにより長い時間を要するため、比較器のス
イチング速度が損なわれる。
善され、スイッチングの信穎性が向上した光アイソレー
タを提供することにある。
タを提供することにある。
本発明の一実施例による光アイソレータ用送信器と受信
器の対は、ディジタル入力信号の有無に応答して発光ダ
イオード（ＬＥＤ）にオン電流を供給するスイッチング
型電流源を具備している。オン電流は、ディジタル入力
信号とＬＥＤとの間に直列に接続されたバッファされて
いるコンデンサによリディジタル入力信号の立ち上がり
エツジおよび立ち下がりエツジで発生する電流パルスに
よって増強される。 ＬＥＤには、そのターンオン電圧
より僅かに低い電圧にバイアスするため、電圧が並列に
印加される。
器の対は、ディジタル入力信号の有無に応答して発光ダ
イオード（ＬＥＤ）にオン電流を供給するスイッチング
型電流源を具備している。オン電流は、ディジタル入力
信号とＬＥＤとの間に直列に接続されたバッファされて
いるコンデンサによリディジタル入力信号の立ち上がり
エツジおよび立ち下がりエツジで発生する電流パルスに
よって増強される。 ＬＥＤには、そのターンオン電圧
より僅かに低い電圧にバイアスするため、電圧が並列に
印加される。
ＬＥＤには、光起電力デバイスが電子的な分離を行なう
ギャップを介して光学的に結合されている。
ギャップを介して光学的に結合されている。
ＬＩｌｉＤから放射された光により光起電力デバイスに
電流が流れる。光起電力デバイスは、これに容量結合さ
れる同相分信号を除去するため、フローティング基準電
源を使ったファラデー・シールａｍｐｌｉｆｉｅｒ）お
よびユニティ−ゲイン増幅器（ｕｎｉｔｙｇａｉｎ ａ
ｉ＋ｐｌｉｆｉｅｒ）に入力され、それぞれ出力電圧よ
び基準電圧が発生する。これらの出力電圧および基準電
圧は遅延減少型電圧分割器に供給され、スレショルド電
圧が作り出される。このスレショルド電圧は上記出力電
圧と共に、比較器に接続可能な回路出力として用いられ
る。
電流が流れる。光起電力デバイスは、これに容量結合さ
れる同相分信号を除去するため、フローティング基準電
源を使ったファラデー・シールａｍｐｌｉｆｉｅｒ）お
よびユニティ−ゲイン増幅器（ｕｎｉｔｙｇａｉｎ ａ
ｉ＋ｐｌｉｆｉｅｒ）に入力され、それぞれ出力電圧よ
び基準電圧が発生する。これらの出力電圧および基準電
圧は遅延減少型電圧分割器に供給され、スレショルド電
圧が作り出される。このスレショルド電圧は上記出力電
圧と共に、比較器に接続可能な回路出力として用いられ
る。
〔発明の実施例］
図示の送信器と受信器の対において、入力端子１０は高
インピーダンスＣＭＯＳ非反転バッファ増幅器１１の入
力に接続されている。非反転バッファ増幅器１１はＴＴ
Ｌレベルの入力をＣＭＯＳレベルに変換する。
インピーダンスＣＭＯＳ非反転バッファ増幅器１１の入
力に接続されている。非反転バッファ増幅器１１はＴＴ
Ｌレベルの入力をＣＭＯＳレベルに変換する。
非反転バッファ増幅器１１は入力インピーダンスが高い
ので、ＣＭＯ５論理回路やＣ？ｌＯ５論理バス構造より
直接ドライブすることができる。
ので、ＣＭＯ５論理回路やＣ？ｌＯ５論理バス構造より
直接ドライブすることができる。
非反転バッファ増幅器１１の出力はＣＭＯＳのスイッチ
ング型電流源１２およびＣＭＯ５反転バッファ増幅器１
３に接続されている。スイッチング型電流源１２の出力
は半導体発光ダイオード（ＬＥＤ） ｉ４のアノードに
接続されている。スイッチング型電流源１２は第１の電
源電圧ＶＩＩＤＩにより駆動される。ＬＨＤ１４には入
力端子ｌＯのディジタル入力信号の有無に応じてスイッ
チング型電流源１２より電流が供給される。
ング型電流源１２およびＣＭＯ５反転バッファ増幅器１
３に接続されている。スイッチング型電流源１２の出力
は半導体発光ダイオード（ＬＥＤ） ｉ４のアノードに
接続されている。スイッチング型電流源１２は第１の電
源電圧ＶＩＩＤＩにより駆動される。ＬＨＤ１４には入
力端子ｌＯのディジタル入力信号の有無に応じてスイッ
チング型電流源１２より電流が供給される。
ＬＨＤ１４のアノードには、さらに、集積化されたパル
ス・キャパシタ１６が、ＬＥＤ１４と反転バッファ増幅
器１３との間で直列となるように接続されている０反転
バッファ増幅器１３の出力に発生するディジタル的に変
化する電圧信号により、パルス・キャパシタ１６に電流
パルスが生じる。これらの電流パルスはスイッチング型
電流源１２の出力におけるディジタル電流波形の立ち上
がりエツジ及び立ち下がりエツジに対して実質的に時間
的に整列するようになっている０反転バッファ増幅器１
３は、スイッチング型電流源１２がイネーブルされる時
、パルス・キャパシタ１６が確実に正の向きに変化する
パルスが発生するようにする。同様に、スイッチング型
電流源１２がディスエーブルされる時には負の向きに変
化するパルスが発生する。パルス・キャパシタ１６が発
生する電流はスイッチング型電流源１２からの電流を増
強して、立上がり時間及び立ち下がり時間のより短い電
流波形が形成されるようにする。その結果、ＬＥＤのタ
ーンオン時間およびターンオフ時間はスイッチング型電
流源のみの場合に比べて短縮される。
ス・キャパシタ１６が、ＬＥＤ１４と反転バッファ増幅
器１３との間で直列となるように接続されている０反転
バッファ増幅器１３の出力に発生するディジタル的に変
化する電圧信号により、パルス・キャパシタ１６に電流
パルスが生じる。これらの電流パルスはスイッチング型
電流源１２の出力におけるディジタル電流波形の立ち上
がりエツジ及び立ち下がりエツジに対して実質的に時間
的に整列するようになっている０反転バッファ増幅器１
３は、スイッチング型電流源１２がイネーブルされる時
、パルス・キャパシタ１６が確実に正の向きに変化する
パルスが発生するようにする。同様に、スイッチング型
電流源１２がディスエーブルされる時には負の向きに変
化するパルスが発生する。パルス・キャパシタ１６が発
生する電流はスイッチング型電流源１２からの電流を増
強して、立上がり時間及び立ち下がり時間のより短い電
流波形が形成されるようにする。その結果、ＬＥＤのタ
ーンオン時間およびターンオフ時間はスイッチング型電
流源のみの場合に比べて短縮される。
本発明の一実施例においては、スイッチング型電流源１
２はディジタル入力信号がロー状態のときイネーブルさ
れている。そのため、入力信号が最初はハイであると仮
定すると、スイッチング型電゛流源１２はディスエーブ
ル状態にあり、ＬＨＤ１４には電流が流れない、入力信
号がローに切り替わると、スイッチング電流源１２はイ
ネーブルされ、ＬＨＤ１４に電流が流れ始めて、ＬＥＤ
１４の光出力をゼロから最大値へ指数関数的に立ち上げ
る。入力信号がハイからローへ変化すると、反転バッフ
ァ１３の出力電圧はローからハイへ変化する。すると、
入力信号の立ち下がりエツジとほぼ同時に、パルス・キ
ャパシタ１６からの瞬時電流パルスがＬＥＤ１４を介し
て放電される。パルス・キャパシタ１４が放電されると
、電流パルスは再度ゼロに戻るが、ターンオン時にはこ
の電流パルスがＬＥＤ１４に余分の電流を供給する。Ｌ
ＨＤ１４はスイッチング電流源がイネーブル状態にある
限りオン状態に保たれる。
２はディジタル入力信号がロー状態のときイネーブルさ
れている。そのため、入力信号が最初はハイであると仮
定すると、スイッチング型電゛流源１２はディスエーブ
ル状態にあり、ＬＨＤ１４には電流が流れない、入力信
号がローに切り替わると、スイッチング電流源１２はイ
ネーブルされ、ＬＨＤ１４に電流が流れ始めて、ＬＥＤ
１４の光出力をゼロから最大値へ指数関数的に立ち上げ
る。入力信号がハイからローへ変化すると、反転バッフ
ァ１３の出力電圧はローからハイへ変化する。すると、
入力信号の立ち下がりエツジとほぼ同時に、パルス・キ
ャパシタ１６からの瞬時電流パルスがＬＥＤ１４を介し
て放電される。パルス・キャパシタ１４が放電されると
、電流パルスは再度ゼロに戻るが、ターンオン時にはこ
の電流パルスがＬＥＤ１４に余分の電流を供給する。Ｌ
ＨＤ１４はスイッチング電流源がイネーブル状態にある
限りオン状態に保たれる。
上記の実施例においては、スイッチング型電流源１２は
入力信号をローからハイへ切り換えることによりディス
エーブルすることができる。これによって、スイッチン
グ電流源１２の出力はゼロに戻る。反転バッファ増幅器
１３の出力がハイからローへ変化すると、その瞬間ＬＥ
Ｄ１４よりパルス・コンデンサ１６を通って電流パルス
が流れ、これがＬＥＤ１４のターンオフ時間をより短く
するよう作用する。
入力信号をローからハイへ切り換えることによりディス
エーブルすることができる。これによって、スイッチン
グ電流源１２の出力はゼロに戻る。反転バッファ増幅器
１３の出力がハイからローへ変化すると、その瞬間ＬＥ
Ｄ１４よりパルス・コンデンサ１６を通って電流パルス
が流れ、これがＬＥＤ１４のターンオフ時間をより短く
するよう作用する。
また、ＬＨＤ１４のアノードには、ターンオン時間及び
ターンオフ時間をさらに短（するためにＣＭＯＳのプレ
バイアス回路１７が接続されている。このプレバイアス
回路１７は約０．８ないし１．０ボルトのバイアス電圧
を供給し、このバイアス電圧はＬＨＤ１４のキャパシタ
ンスを発光に必要なレベルよりほんの少し低いレベルま
で充電する。そのため、ＬＨＤ１４のキャパシタンスを
オン状態になるようにあるいはオン状態ではな（なるよ
うに充電または放電するのに必要な時間はより短くなる
。
ターンオフ時間をさらに短（するためにＣＭＯＳのプレ
バイアス回路１７が接続されている。このプレバイアス
回路１７は約０．８ないし１．０ボルトのバイアス電圧
を供給し、このバイアス電圧はＬＨＤ１４のキャパシタ
ンスを発光に必要なレベルよりほんの少し低いレベルま
で充電する。そのため、ＬＨＤ１４のキャパシタンスを
オン状態になるようにあるいはオン状態ではな（なるよ
うに充電または放電するのに必要な時間はより短くなる
。
非反転バッファ増幅器１１、スイッチング型電流源１２
、反転バッファ増幅器１３、パルス・キャパシタ１６お
よびプレバイアス回路１７は、全体として、入力端子１
０の人力信号に応答してＬＥＤＩ４の発光をソリッドス
テート・デバイスであるＬＥＤを除き、全て単一のＣＭ
ＯＳチップに集積化されている。
、反転バッファ増幅器１３、パルス・キャパシタ１６お
よびプレバイアス回路１７は、全体として、入力端子１
０の人力信号に応答してＬＥＤＩ４の発光をソリッドス
テート・デバイスであるＬＥＤを除き、全て単一のＣＭ
ＯＳチップに集積化されている。
ＬＥＤ１４は集積化されたフォトダイオード１８に光結
合されている。フォトダイオード１８のアノードは接地
されており、カソードはＣＭＯ５の信号演算増幅器（オ
ペアンプ）１９の反転入力および０ＭＯ３の基準オペア
ンプ２１の非反転入力に接続されている。
合されている。フォトダイオード１８のアノードは接地
されており、カソードはＣＭＯ５の信号演算増幅器（オ
ペアンプ）１９の反転入力および０ＭＯ３の基準オペア
ンプ２１の非反転入力に接続されている。
信号オペアンプ１９の非反転入力は接地されており、信
号オペアンプ１９の出力は集積化されたフィードバック
抵抗２２を介してその反転入力に接続されている。信号
オペアンブエ９とフィードバック抵抗２２で、負帰還の
かかったトランスインピーダンス増幅器（ｔｒａｎｓｉ
ｍｐｅｄａｎｃｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；電流−電圧変
換器）２３を構成し、フォトダイオード１８を流れる電
流に応答して出力電圧Ｖ０を発生する。トランスインピ
ーダンス増幅器２３は、第２の電源電圧Ｖ ＤＤｔによ
り駆動されるレギュレータ電流源２５の出力に接続され
ている。回路の電源を入れると、信号オペアンプ１９お
よび基準オペアンプ２１の出力に静止直流オフセット電
圧が現れる。本明細書で例示する電圧値はいずれもこの
静止直流オフセット電圧を基準としたものである。本発
明の一実施例においては、フォトダイオードＩ８に電流
が流れていない時、出力電圧■。は０ポルトであり、フ
ォトダイオードＩ８がＬＥＤ１４からの光によって励起
されると、■ｏは約４００ｍＶに増加する。
号オペアンプ１９の出力は集積化されたフィードバック
抵抗２２を介してその反転入力に接続されている。信号
オペアンブエ９とフィードバック抵抗２２で、負帰還の
かかったトランスインピーダンス増幅器（ｔｒａｎｓｉ
ｍｐｅｄａｎｃｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；電流−電圧変
換器）２３を構成し、フォトダイオード１８を流れる電
流に応答して出力電圧Ｖ０を発生する。トランスインピ
ーダンス増幅器２３は、第２の電源電圧Ｖ ＤＤｔによ
り駆動されるレギュレータ電流源２５の出力に接続され
ている。回路の電源を入れると、信号オペアンプ１９お
よび基準オペアンプ２１の出力に静止直流オフセット電
圧が現れる。本明細書で例示する電圧値はいずれもこの
静止直流オフセット電圧を基準としたものである。本発
明の一実施例においては、フォトダイオードＩ８に電流
が流れていない時、出力電圧■。は０ポルトであり、フ
ォトダイオードＩ８がＬＥＤ１４からの光によって励起
されると、■ｏは約４００ｍＶに増加する。
基準オペアンプ２１の反転入力は集積化されたバイアス
電流源２４に接続されている。基準オペアンプ２１の出
力は集積化されたバイアス抵抗２６を介してその反転入
力に接続されている。基準オペアンプ２１はバイアス抵
抗２６およびバイアス電流源２４と共に、基準電圧■、
を発生する利得１の増幅器、即ちユニティ・ゲイン増幅
器２７を構成している。
電流源２４に接続されている。基準オペアンプ２１の出
力は集積化されたバイアス抵抗２６を介してその反転入
力に接続されている。基準オペアンプ２１はバイアス抵
抗２６およびバイアス電流源２４と共に、基準電圧■、
を発生する利得１の増幅器、即ちユニティ・ゲイン増幅
器２７を構成している。
バイアス電流＃２４およびバイアス抵抗２６は、フォト
ダイオード１８が非励起状態の時、基準電圧■８が出力
電圧■。に対してオフセットがかかっているようにする
。本発明の一実施例の場合、基準電圧Ｖ、ｌには、フォ
トダイオード１８が回路に電流を供給していない状態で
９０ｍＶのバイアスがかかっている。
ダイオード１８が非励起状態の時、基準電圧■８が出力
電圧■。に対してオフセットがかかっているようにする
。本発明の一実施例の場合、基準電圧Ｖ、ｌには、フォ
トダイオード１８が回路に電流を供給していない状態で
９０ｍＶのバイアスがかかっている。
図示の送信器／受信器対は先行出力端子２８と遅延出力
端子２９を有し、これらの端子は電圧比較器３０に接続
可能である。本発明の一実施例においては、電圧比較器
３０は、先行出力端子２８の電圧が遅延出力端子２９の
電圧に対して正である時はオン信号を出力し、遅延出力
端子２９の電圧が先行出力端子２８の電圧に対して正で
ある時はオフ信号を出力すると言うように動作する。従
って、電圧比較器３０の出力はこれら２つの出力端子間
の相対電圧の極性が反転する都度スイッチングされる。
端子２９を有し、これらの端子は電圧比較器３０に接続
可能である。本発明の一実施例においては、電圧比較器
３０は、先行出力端子２８の電圧が遅延出力端子２９の
電圧に対して正である時はオン信号を出力し、遅延出力
端子２９の電圧が先行出力端子２８の電圧に対して正で
ある時はオフ信号を出力すると言うように動作する。従
って、電圧比較器３０の出力はこれら２つの出力端子間
の相対電圧の極性が反転する都度スイッチングされる。
ここで、電圧比較器３０が出力するオン信号とオフ信号
の相対的大きさは任意であり、また両信号の関係は入力
端子１０の入力信号の極性に対して正であってもあるい
は負であってもよいと言うことを理解しなければならな
い。
の相対的大きさは任意であり、また両信号の関係は入力
端子１０の入力信号の極性に対して正であってもあるい
は負であってもよいと言うことを理解しなければならな
い。
出力電圧Ｖ。は先行出力端子２８に供給され、他方の出
力端子つまり遅延出力端子２９には集積化された変動ス
レショルド検出器３１が接続されている。
力端子つまり遅延出力端子２９には集積化された変動ス
レショルド検出器３１が接続されている。
この検出器３１においては、第１分割抵抗３２の一方の
端子がトランスインピーダンス増幅器２３の出力に接続
され、またそのもう一方の端子が第２分割抵抗３３の一
方の端子に接続されている。第２分割抵抗３３のもう一
方の端子はユニティ・ゲイン増幅器２７の出力に結合さ
れ、■。と■。の間に電圧分割器が形成されている。第
１分割抵抗３２と第２分割抵抗３３の共通ノードにはス
レショルド電圧ｖ１．Ｉが現れ、遅延出力端子２９へ供
給される。このスレショルド電圧■、□はスレショルド
・キャパシタ３６のもう一方の極板にも接続されている
。スレショルド・キャパシタ３６の一方の極板は接地さ
れている。
端子がトランスインピーダンス増幅器２３の出力に接続
され、またそのもう一方の端子が第２分割抵抗３３の一
方の端子に接続されている。第２分割抵抗３３のもう一
方の端子はユニティ・ゲイン増幅器２７の出力に結合さ
れ、■。と■。の間に電圧分割器が形成されている。第
１分割抵抗３２と第２分割抵抗３３の共通ノードにはス
レショルド電圧ｖ１．Ｉが現れ、遅延出力端子２９へ供
給される。このスレショルド電圧■、□はスレショルド
・キャパシタ３６のもう一方の極板にも接続されている
。スレショルド・キャパシタ３６の一方の極板は接地さ
れている。
本発明の一実施例においては、第１分割抵抗３２の値は
第２分割抵抗３３の抵抗値の約半分である。
第２分割抵抗３３の抵抗値の約半分である。
その結果、スレショルド電圧■□□は■５と■。の電圧
差の約３分の２に設定される。Ｖｏ及び■、を前に例示
した値に取ると、フォトダイオード１８に光が入射して
いない時■８は９０ｍＶ、Ｖｏは０ボルトで、Ｖｔｗ７
５（３０ｍＶになると言うことが解る。フォトダイオー
ド１８が励起されると、■。が４００ｍＶに立ち上がり
、■８はほぼ９０ｍＶのままに保たれる（実際にはフォ
トダイオード１８による電圧降下のために約５１１１ｖ
低下する）。その結果、■アイ１は■。と■５の電圧差
の３分の２、即ち約２９７ｍＶに設定される。ここで注
意しなければならないのは、Ｖｏの２つの安定状態の間
のある点、即ち上記の例では０ボルトから４００ｍＶに
切り替わる時その途中の一点において、２つの出力端子
２８と２９の間の電圧差の極性が反転すると言うことで
ある。ＶｏがＯボルトに戻る際にも極性が再度反転する
。しかしながら、スレショルド・キャパシタ３６がない
とすれば、電圧分割器の線形性のため、Ｖｏがほぼ０ボ
ルトまで降下してはじめてこの再度の極性反転が起る。
差の約３分の２に設定される。Ｖｏ及び■、を前に例示
した値に取ると、フォトダイオード１８に光が入射して
いない時■８は９０ｍＶ、Ｖｏは０ボルトで、Ｖｔｗ７
５（３０ｍＶになると言うことが解る。フォトダイオー
ド１８が励起されると、■。が４００ｍＶに立ち上がり
、■８はほぼ９０ｍＶのままに保たれる（実際にはフォ
トダイオード１８による電圧降下のために約５１１１ｖ
低下する）。その結果、■アイ１は■。と■５の電圧差
の３分の２、即ち約２９７ｍＶに設定される。ここで注
意しなければならないのは、Ｖｏの２つの安定状態の間
のある点、即ち上記の例では０ボルトから４００ｍＶに
切り替わる時その途中の一点において、２つの出力端子
２８と２９の間の電圧差の極性が反転すると言うことで
ある。ＶｏがＯボルトに戻る際にも極性が再度反転する
。しかしながら、スレショルド・キャパシタ３６がない
とすれば、電圧分割器の線形性のため、Ｖｏがほぼ０ボ
ルトまで降下してはじめてこの再度の極性反転が起る。
スレショルド・キャパシタ３６は、分割抵抗３２．３３
と共に、スレショルド電圧ＶＶＯ降下を遅延させてＶＴ
Ｈの変化を■。の変化に比べて遅くするということによ
り、■。の比較的大きな電圧スイングを補償する。この
補償によって、出力電圧Ｖ。は、スレショルド電圧ｖｔ
ｎと出力電圧■。が同じ割合で減少する場合に要する時
間よりも短時間でスレショルド電圧ＶｔＯと交差し、２
つの出力端子２８と２９間の電圧差の極性を反転させる
。スレショルド電圧ＶＴＭは明確に異なる２つの機能を
果たさなければならないので、スレショルド・キャパシ
タ３６の容量も回路の性能を最適化するのに適した大き
さに調節しなければならない。■ア□の第１の機能は■
。の変化に追随してスレショルドを高くすることであり
、第２の機能はＶ。が降下する際にもそのような高くな
ったあるスレショルド・レベルを保って、出力端子２８
と２９の間の電圧差の極性反転を容易にすることである
。スレショルド・キャパシタ３６が大き過ぎると、ＶＴ
Ｋは実効的にＶｏに追随することができない。スレショ
ルド・キャパシタ３６が小さ過ぎると、第２分割抵抗３
３とバイアス抵抗２６を介して素早く放電するため、出
力電圧■ｏが交差できる持ち上げられたスレショルド・
レベルを有することができなくなる。
と共に、スレショルド電圧ＶＶＯ降下を遅延させてＶＴ
Ｈの変化を■。の変化に比べて遅くするということによ
り、■。の比較的大きな電圧スイングを補償する。この
補償によって、出力電圧Ｖ。は、スレショルド電圧ｖｔ
ｎと出力電圧■。が同じ割合で減少する場合に要する時
間よりも短時間でスレショルド電圧ＶｔＯと交差し、２
つの出力端子２８と２９間の電圧差の極性を反転させる
。スレショルド電圧ＶＴＭは明確に異なる２つの機能を
果たさなければならないので、スレショルド・キャパシ
タ３６の容量も回路の性能を最適化するのに適した大き
さに調節しなければならない。■ア□の第１の機能は■
。の変化に追随してスレショルドを高くすることであり
、第２の機能はＶ。が降下する際にもそのような高くな
ったあるスレショルド・レベルを保って、出力端子２８
と２９の間の電圧差の極性反転を容易にすることである
。スレショルド・キャパシタ３６が大き過ぎると、ＶＴ
Ｋは実効的にＶｏに追随することができない。スレショ
ルド・キャパシタ３６が小さ過ぎると、第２分割抵抗３
３とバイアス抵抗２６を介して素早く放電するため、出
力電圧■ｏが交差できる持ち上げられたスレショルド・
レベルを有することができなくなる。
本発明のある実施例においては、トランスインピーダン
ス増幅器２３、ユニティ・ゲイン増幅器２７および可動
スレショルド検出器３１の回路素子は単一のＣＭＯＳチ
ップに集積された受信器回路の一部を構成している。ま
た、ある実施例においては、送信器回路と受信器回路に
は、両者間の電気的分離性を改善するため各々別個の接
地基準が設けられ′ている。
ス増幅器２３、ユニティ・ゲイン増幅器２７および可動
スレショルド検出器３１の回路素子は単一のＣＭＯＳチ
ップに集積された受信器回路の一部を構成している。ま
た、ある実施例においては、送信器回路と受信器回路に
は、両者間の電気的分離性を改善するため各々別個の接
地基準が設けられ′ている。
フォトダイオード１８のカソードは低出力インピーダン
スのシールド・バッファ３７の入力に接続されている。
スのシールド・バッファ３７の入力に接続されている。
シールド・バッファ３７は利得が１であり、受信器Ｃ１
１０Ｓチツプ上に集積化されている。シールド・バッフ
ァ３７の出力は図中−点鎖線で示す透明導電プレート４
１に接続されている。透明導電プレー１−４１は送信器
ＣＭＯＳチップと受信ＣＭＯＳチップとの間に機械的に
配置されている。ある実施例においては、透明導電プレ
ート４１には多結晶質シリコン層を用いれば十分である
。透明導電プレート４１は、シールド・バッファ３７を
除く送信器ＣＭＯＳチップおよび受信器ＣＭＯＳチップ
の全ての回路素子より電子的に分離されている。
１０Ｓチツプ上に集積化されている。シールド・バッフ
ァ３７の出力は図中−点鎖線で示す透明導電プレート４
１に接続されている。透明導電プレー１−４１は送信器
ＣＭＯＳチップと受信ＣＭＯＳチップとの間に機械的に
配置されている。ある実施例においては、透明導電プレ
ート４１には多結晶質シリコン層を用いれば十分である
。透明導電プレート４１は、シールド・バッファ３７を
除く送信器ＣＭＯＳチップおよび受信器ＣＭＯＳチップ
の全ての回路素子より電子的に分離されている。
導電プレート４１は透明であるため、受信回路を送信器
回路から放射される電気信号に対して遮蔽する一方で、
光信号を伝達することが可能である。
回路から放射される電気信号に対して遮蔽する一方で、
光信号を伝達することが可能である。
シールド・バッファ３７は、トランスインピーダンス増
幅器２３の帯域幅を制限することなく、導電プレート４
１により遮蔽された電気信号の電流経路として機能する
。オペアンプの帯域幅を制限する一つの要素にオペアン
プ入力間の漂遊容量がある。
幅器２３の帯域幅を制限することなく、導電プレート４
１により遮蔽された電気信号の電流経路として機能する
。オペアンプの帯域幅を制限する一つの要素にオペアン
プ入力間の漂遊容量がある。
導電プレート４１が接地されている場合は、導電プレー
ト４１とフォトダイオード１８のカソード４２との間の
固有キャパシタンス３８が信号オペアンプ１９の２つの
入力間にキャパシタンスを生じさせることがある。本発
明においては、導電プレート４１がシ−ルド・バッファ
３７の出力のフローティング基準電位にプルアップされ
るため、固有キャパシタンス３８は信号オペアンプの帯
域幅に制限を及ぼすことはない。シールド・バッファ３
７は低インピーダンス出力を有するため、固有キャパシ
タンス３８による電荷蓄積は防止される。
ト４１とフォトダイオード１８のカソード４２との間の
固有キャパシタンス３８が信号オペアンプ１９の２つの
入力間にキャパシタンスを生じさせることがある。本発
明においては、導電プレート４１がシ−ルド・バッファ
３７の出力のフローティング基準電位にプルアップされ
るため、固有キャパシタンス３８は信号オペアンプの帯
域幅に制限を及ぼすことはない。シールド・バッファ３
７は低インピーダンス出力を有するため、固有キャパシ
タンス３８による電荷蓄積は防止される。
シールド・バッファ３７は、フォトダイオード１８のカ
ソード４２と導電プレート４１がほぼ同電位に保たれる
ようユニティ・ゲイン（利得１）になっている。このこ
とは、さらにＬＥＤからの光に応答してフォトダイオー
ドが発生する電流が確実にトランスインピーダンス増幅
器２３によって増幅されるようにし、固有キャパシタン
ス３８を充電するために分流されるのを阻止するように
作用する。
ソード４２と導電プレート４１がほぼ同電位に保たれる
ようユニティ・ゲイン（利得１）になっている。このこ
とは、さらにＬＥＤからの光に応答してフォトダイオー
ドが発生する電流が確実にトランスインピーダンス増幅
器２３によって増幅されるようにし、固有キャパシタン
ス３８を充電するために分流されるのを阻止するように
作用する。
上記以外にも、本発明の範囲内において種々の実施例が
可能であるということは当業者にとって明白であろう。
可能であるということは当業者にとって明白であろう。
例えば、回路をＣＭＯＳチップに集積する代わりにディ
スクリートつまり個別部品を用いて本発明を実施するこ
とが可能なことは明らかである。また、全ての回路素子
またはコンポーネントに対して共通の接地を用いること
が可能なことも明らかである。従って、以上の説明は個
々の詳細な構成にのみかかわると理解すべきではなく、
本願特許請求の範囲と一貫しており、またこれを支持す
るものとみなさなければならない。
スクリートつまり個別部品を用いて本発明を実施するこ
とが可能なことは明らかである。また、全ての回路素子
またはコンポーネントに対して共通の接地を用いること
が可能なことも明らかである。従って、以上の説明は個
々の詳細な構成にのみかかわると理解すべきではなく、
本願特許請求の範囲と一貫しており、またこれを支持す
るものとみなさなければならない。
〔発明の効果Ｊ
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ターンオ
ン・ターンオフ特性が向上するとともに、入出力の分離
の良好な光アイソレータを提供することができる。
ン・ターンオフ特性が向上するとともに、入出力の分離
の良好な光アイソレータを提供することができる。
図は本発明の詳細な説明するためのブロック図である。
ｌＯ：入力端子
１１：非反転バッファ増幅器
１２ニスイツチング型電流源
１３：反転バッファ増幅器
１４：ＬＥＤ
１６：パルス・キャパシタ
１７：プレバイアス回路
１８：フォトダイオード
１９：信号オペアンプ
２１：基準オペアンプ
２２：フィードバック抵抗
２３ニドランスインピ一ダンス増幅器
２４：バイアス電流源
２５：レギュレータ電流源
２６：バイアス抵抗
２７：ユニティ・ゲイン増幅器
２８：先行出力端子
２９：遅延出力端子
３０：電圧比較器
３１：変動スレショルド検出器
３２．３３：分割抵抗
３６：スレショルド・キャパシタ
３７ニシールドーバツフア
３８：固有キャパシタンス
４１：透明導電プレート
４２：カソード
Claims (4)
- （１）下記の（ａ）〜（ｄ）を有する光アイソレータ： （ａ）入力信号に応答して光出力を発生する照射手段； （ｂ）前記照射手段に光学的に結合され、光に応答して
信号電圧を発生する光感応手段；（ｃ）前記信号電圧に
対してオフセットがかかったスレショルド電圧を発生す
る手段； （ｄ）前記信号電圧が前記スレショルド電圧に対して一
方の側にあるときオン信号を発生し、前記信号電圧が前
記スレショルド電圧に対して他方の側にあるときオフ信
号を発生する手段。 - （２）下記の（ａ）〜（ｅ）を有する光アイソレータ： （ａ）入力信号に応答して光出力を発生する照射手段； （ｂ）前記照射手段に光学的に結合され、光に応答して
信号電圧を発生する光感応手段；（ｃ）前記光感応手段
に容量的に結合する同相モード信号を吸収すると共に、
前記光感応手段のスイッチング・バンド幅を維持するシ
ールド手段； （ｄ）前記信号電圧に対してオフセットがかかっている
基準電圧を発生する手段； （ｅ）前記オフセットのかかった基準電圧と増幅された
前記信号電圧に応答して、遅延して減少するスレショル
ド電圧を発生する補償手段。 - （３）下記の（ａ）〜（ｄ）を有する光アイソレータ： （ａ）入力信号に応答して光出力を発生する照射手段； （ｂ）入力信号の有無に応答して前記照射手段に電流を
与えるスイッチング電流源； （ｃ）前記入力信号が状態間の遷移中に限って前記スイ
ッチング電流源からの電流を増大させる手段； （ｄ）前記照射手段に光学的に結合され、出力電圧を発
生する光感応手段。 - （４）下記の（ａ）〜（ｆ）を有する光アイソレータ： （ａ）電流に応答して光出力を発生するソリッドステー
ト照射手段； （ｂ）入力信号の有無に応答して前記照射手段に電流を
与えるスイッチング電流源； （ｃ）前記入力信号が状態間の遷移中に限って前記スイ
ッチング電流源からの電流を増大させる手段； （ｄ）前記照射手段に光学的に結合され、光に応答して
信号電圧を発生する光感応手段；（ｅ）前記信号電圧に
対してオフセットがかかったスレショルド電圧を発生す
る手段； （ｆ）前記信号電圧が前記スレショルド電圧に対して一
方の側にあるときオン信号を発生し、前記信号電圧が前
記スレショルド電圧に対して他方の側にあるときオフ信
号を発生する手段。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US406,799 | 1989-09-13 | ||
| US07/406,799 US5061859A (en) | 1989-09-13 | 1989-09-13 | Circuits for realizing an optical isolator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03110920A true JPH03110920A (ja) | 1991-05-10 |
| JP3121339B2 JP3121339B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=23609499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02244158A Expired - Lifetime JP3121339B2 (ja) | 1989-09-13 | 1990-09-13 | 光アイソレータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5061859A (ja) |
| JP (1) | JP3121339B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013089999A (ja) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Hamamatsu Photonics Kk | 光受信回路 |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4214920A1 (de) * | 1992-05-11 | 1993-11-18 | Thomson Brandt Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Sensorsignal-Aufbereitung |
| US5287107A (en) * | 1992-06-05 | 1994-02-15 | Hewlett-Packard Company | Optical isolation amplifier with sigma-delta modulation |
| US5382786A (en) * | 1993-04-06 | 1995-01-17 | Hewlett-Packard Company | Integrated photodetector with moving destination circuit |
| US5969547A (en) * | 1997-10-24 | 1999-10-19 | General Electronics Applications, Inc. | Analog signal processing circuit with noise immunity and reduced delay |
| US6215334B1 (en) | 1997-10-24 | 2001-04-10 | General Electronics Applications, Inc. | Analog signal processing circuit with noise immunity and reduced delay |
| US6346711B1 (en) * | 1999-06-29 | 2002-02-12 | Infineon Technologies North America Corp. | High-speed optocoupler driver |
| JP2004260230A (ja) * | 2003-02-24 | 2004-09-16 | Nec Kansai Ltd | 光電流・電圧変換回路 |
| JP2005072925A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Nec Kansai Ltd | 光電流・電圧変換回路 |
| JP2005072924A (ja) * | 2003-08-25 | 2005-03-17 | Nec Kansai Ltd | 光電流・電圧変換回路 |
| US7732795B2 (en) * | 2006-01-26 | 2010-06-08 | Vega Grieshaber Kg | Circuit arrangement for the electrical isolation of signal lines |
| US9541584B2 (en) * | 2013-03-22 | 2017-01-10 | Keithley Instruments, Inc. | Digital voltmeter topology |
| WO2017110183A1 (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 株式会社デンソー | ファン、回転数検出方法 |
| WO2022006553A1 (en) * | 2020-07-02 | 2022-01-06 | Avicenatech Corp. | Cmos-compatible short wavelength photodetectors |
| CN112423420B (zh) * | 2021-01-21 | 2021-05-18 | 宁波群芯微电子有限责任公司 | Led驱动电路及光电耦合器 |
| DE102021115470B3 (de) * | 2021-06-15 | 2022-07-14 | Spree Hybrid Und Kommunikationstechnik Gmbh | Hochleistungsschaltmodul zur direkten Pulsenergiespeisung eines Verbrauchers |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3708717A (en) * | 1969-05-16 | 1973-01-02 | Energy Conversion Devices Inc | Electroluminescent array and method and apparatus for controlling discrete points on the array |
| GB2078440B (en) * | 1980-03-31 | 1984-04-18 | Nippon Telegraph & Telephone | An optoelectronic switch |
| US4694157A (en) * | 1984-10-18 | 1987-09-15 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Temperature compensated electro-optical light transmission circuit for use in a position detector |
| JPS61218183A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-09-27 | Hitachi Tobu Semiconductor Ltd | 光電子装置 |
| US4864126A (en) * | 1988-06-17 | 1989-09-05 | Hewlett-Packard Company | Solid state relay with optically controlled shunt and series enhancement circuit |
-
1989
- 1989-09-13 US US07/406,799 patent/US5061859A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-09-13 JP JP02244158A patent/JP3121339B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013089999A (ja) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Hamamatsu Photonics Kk | 光受信回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5061859A (en) | 1991-10-29 |
| JP3121339B2 (ja) | 2000-12-25 |
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