JPH10135747A - 電流電圧変換回路 - Google Patents

電流電圧変換回路

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JPH10135747A
JPH10135747A JP8290694A JP29069496A JPH10135747A JP H10135747 A JPH10135747 A JP H10135747A JP 8290694 A JP8290694 A JP 8290694A JP 29069496 A JP29069496 A JP 29069496A JP H10135747 A JPH10135747 A JP H10135747A
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Masashi Arai
政至 新井
Kentaro Tsukahara
健太郎 塚原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】オフセット及び雑音を低減した電流電圧変換回
路を提供する。 【解決手段】差動接続されたトランジスタ1及び3の出
力信号がトランジスタ5及び帰還抵抗6を介してトラン
ジスタ7のベースに負帰還され、帰還抵抗6の一端にフ
ォトダイオードPDからの電流を供給し、その他端から
出力電圧を得る電流電圧変換回路において、トランジス
タ8のエミッタに、トランジスタ1及び3の動作電流I
eの半分となる定電流回路8の出力電流Ie/2を流
す。トランジスタ8はトランジスタ3と同一特性である
ので、トランジスタ8のベース電流はトランジスタ3の
ベース電流と同一になる。トランジスタ8のベース電流
はトランジスタ10及び11から成る電流ミラー回路で
反転し、トランジスタ3のベースに供給される。トラン
ジスタ8のベースはコンデンサー12に接続されてお
り、gr雑音に起因する雑音がコンデンサー12で除去
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
の出力電流を電圧変換する電流電圧変換回路に関する。
【0002】
【従来の技術】CD再生装置において、光ディスク上の
データの読みとりは、光ディスクにレーザー光を照射
し、光ディスクで反射される光の強さに応じた電気信号
に変換することによって行われていた。従来は、フォト
ダイオードがこの反射光を電気信号に変換する素子とし
て使用され、フォトダイオードは反射光の強さに応じた
出力電流を発生する。フォトダイオードの出力電流は電
圧変換される。一般に信号処理回路は電圧モードで信号
処理するため、フォトダイオードの出力電流を電圧変換
するI/V変換回路が必要となる。このようなフォトダ
イオードとI/V変換回路とを同一基板上に集積化する
と、図3のように構成される。
【0003】図3において、まず、フォトダイオードP
Dに光が照射されず、フォトダイオードPDが出力電流
を発生していない場合を説明する。トランジスタ1のベ
ースに抵抗2を介して基準電圧Vrefが印加されてい
る。トランジスタ3のベース電圧Vb3がトランジスタ
1のベース電圧Vb1より高いと、トランジスタ1及び
2が差動接続されているので、トランジスタ1のコレク
タ電流が減少し、トランジスタ3のコレクタ電流が増大
する。すると、トランジスタ1のコレクタ電流を反転す
る電流ミラー回路4の出力電流は減少し、この為、エミ
ッタフォロワ回路を成すトランジスタ5のベース電流は
低下する。トランジスタ5はこのベース電流を電流増幅
するので、ベース電流の低下によりトランジスタ5のエ
ミッタ電流も低下する。トランジスタ5のエミッタ電流
は帰還抵抗6を介してトランジスタ3のベースに帰還さ
れる。帰還電流は帰還抵抗6で電圧変換され、トランジ
スタ5のエミッタ電流の低下により、トランジスタ3の
ベース電圧Vb3が低下する。よって、トランジスタ3
のベース電圧Vb3がトランジスタ1のベース電圧Vb
1より高くなると、ベース電圧Vb3は低下しようとす
る。
【0004】逆に、トランジスタ3のベース電圧Vb3
がトランジスタ1のベース電圧Vb1より低いと、トラ
ンジスタ1のコレクタ電流は増大し、トランジスタ2の
コレクタ電流は減少する。この為、電流ミラー回路4の
出力電流が増大し、トランジスタ5のベース電流は増加
する。トランジスタ5のベース電流が増加すると、トラ
ンジスタ5のエミッタ電流も増加し、トランジスタ3の
ベース電圧Vb3は上昇する。よって、トランジスタ3
のベース電圧Vb3がトランジスタ1のベース電圧Vb
1より低くなると、ベース電圧Vb3は上昇しようとす
る。
【0005】つまり、上記のように、トランジスタ3の
ベースに負帰還がかかることにより、図2の回路は平衡
状態になり、トランジスタ3のベース電圧Vb3はトラ
ンジスタ1のベース電圧Vb1に等しくなる。ここで、
トランジスタ3のベースに接続される抵抗6の値が抵抗
2の値と同一であると、平衡状態ではトランジスタ1及
び3のベース電流は等しいので、抵抗6の電圧降下によ
り出力端子OUTから基準電圧Vrefが発生する。
【0006】平衡状態において、フォトダイオードPD
に光が照射されると、フォトダイオードPDに電流Iが
流れる。平衡状態でトランジスタ3のベース電流は一定
になるので、フォトダイオードPDの出力電流Iはすべ
て抵抗6に流れる。抵抗6の電圧降下により、抵抗6の
値をRとすると、出力端子OUTから、出力電圧(Vr
ef+I×R)が発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、トランジス
タ1のベースに、抵抗2が接続されているが、抵抗2を
接続したのは、オフセット電圧を低減するためである。
即ち、抵抗2が接続されていないと、負帰還の作用によ
りトランジスタ3のベース電圧は基準電圧Vrefと等
しくなる。その際、帰還抵抗6に流れる電流により電圧
降下が発生し、この電圧降下分の電圧をαとすると、出
力端子OUTの出力電圧は、Vref+α+I×Rとな
る。そこで、図3のように、帰還抵抗6と同値の抵抗2
を接続することによって、抵抗2に帰還抵抗6に流れる
電流を流し、出力端子OUTから、基準電圧Vref
と、入力電流を電圧変換した電圧(I×R)との加算電
圧が発生する。これにより、帰還抵抗6の電圧降下分の
電圧αを除去し、オフセット電圧の低減を行っていた。
【0008】しかしながら、図3の回路では、抵抗2の
熱雑音が問題となっていた。一般に抵抗体からは熱雑音
が発生し、抵抗2の熱雑音はトランジスタ1のベースに
も印加される。図3の回路では、負帰還の作用により、
トランジスタ1及び3のベース電圧を等しくするように
動作する。トランジスタ1のベース電圧が抵抗2の熱雑
音により変動すると、負帰還の作用により、トランジス
タ3のベース電圧も変動する。さらに、この変動は帰還
抵抗6を介して出力端子OUTに表れる。よって、抵抗
2の接続により、熱雑音によるノイズが増加するという
問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、ベースに基準
電圧が印加される第1トランジスタと、前記第1トラン
ジスタと差動接続される第2トランジスタと、前記第1
及び第2トランジスタのコレクタに接続された負荷と、
前記負荷から発生する出力信号が供給されるエミッタフ
ォロワ回路と、前記エミッタフォロワ回路の出力信号を
前記第2トランジスタのベースに帰還するための帰還抵
抗と、を備え、前記帰還抵抗の一端に入力電流を供給
し、前記帰還抵抗の他端から出力電圧を得る電流電圧変
換回路において、前記第2トランジスタと同一特性の第
3トランジスタと、該第3トランジスタのエミッタに接
続された定電流回路と、前記第3トランジスタのベース
電流を反転し、前記第2トランジスタのベースに供給す
る電流ミラー回路と、前記前記第3トランジスタのベー
ス電流中のノイズを除去するためのローパスフィルタ
と、から成ることを特徴とする。
【0010】また、前記ローパスフィルタは、前記第3
トランジスタのベースと電源電圧との間に接続されたコ
ンデンサーであることを特徴とする。さらに、前記定電
流回路の出力電流を前記第1及び第2トランジスタの動
作電流の1/2とし、前記電流ミラー回路のミラー比を
1とすることを特徴とする。またさらに、前記定電流回
路の出力電流を前記第1及び第2トランジスタの動作電
流のN倍とし、前記電流ミラー回路のミラー比を1/
(2×N)とすることを特徴とする。
【0011】本発明によれば、電流電圧変換回路が平衡
状態にあるとき、第2トランジスタのベース電流と同一
の電流を、第3トランジスタ、定電流回路及び電流ミラ
ー回路で生成し、第2トランジスタのベースに供給する
ので、第2トランジスタのベース電流が補償され、オフ
セットを低減できる。その際、第3トランジスタのベー
ス電流の雑音をローパスフィルタで除去するので、出力
電圧中のノイズも低減できる。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態を示す
図であり、7は差動接続されたトランジスタ1及び3の
動作電流Ieを発生する定電流源、8は第2トランジス
タ3と同一特性のトランジスタ、9はトランジスタ8の
エミッタに定電流源7の出力電流Ieの半分の電流Ie
/2を発生する定電流源、10はダイオード接続される
とともに、コレクタにトランジスタ8のベース電流が流
れるトランジスタ、11はトランジスタ10とミラー接
続されるとともに、コレクタ電流をトランジスタ3のベ
ースに供給するトランジスタ、12はトランジスタ10
のコレクタと電源電圧Vccとの間に接続されたコンデ
ンサーである。尚、図1において、図3のように抵抗2
を接続していない。また、図3と同一の素子について
は、図3と同一符号を付す。
【0013】フォトダイオードPDに光が照射されず、
フォトダイオードPDから出力電流が発生しない場合、
負帰還の作用により、図1のトランジスタ1及び3のベ
ース電圧を等しくしようとする動作は従来と同一であ
る。トランジスタ1及び3のベース電圧が等しくなる
と、定電流源7の出力電流Ieがトランジスタ1及び3
に等しく分流され、それぞれのエミッタ電流はIe/2
となる。トランジスタ3のエミッタ電流がIeのため、
トランジスタ3の電流増幅率をβとすると、トランジス
タ3のベース電流Ib3は、
【0014】
【数1】
【0015】となる。一方、定電流源9の出力電流は、
定電流源7の出力電流Ieの半分のIe/2である。電
流Ie/2はトランジスタ8に流れ、トランジスタ8は
そのエミッタ電流に応じたベース電流を発生する。トラ
ンジスタ8はトランジスタ3と同一特性で構成されいる
ので、トランジスタ8の電流増幅率もβとすることがで
きる。その為、トランジスタ8のベース電流Ib8は、
【0016】
【数2】
【0017】となる。トランジスタ8のベース電流Ib
8は、トランジスタ10及び11から成る電流ミラー回
路で反転される。トランジスタ10及び11のエミッタ
抵抗RE10及びRE11の抵抗比が1:1に設定され
ているので、電流ミラー回路のミラー比は1:1に設定
される。このようにミラー比が設定されているので、ト
ランジスタ11のコレクタ電流Ic11は、Ic11=
Ib8となり、トランジスタ3のベースに供給される。
よって、平衡状態にあるとき、式(1)及び(2)から
明らかなように、トランジスタ3のベース電流は、すべ
てトランジスタ11から供給される。トランジスタ3の
ベース電流は帰還抵抗6から全く流れてこないので、ト
ランジスタ3のベース電流により帰還抵抗6の電圧降下
が起こらず、出力端子OUTにはトランジスタ3のベー
ス電圧がそのまま発生する。つまり、フォトダイオード
PDから出力電流が発生しない場合、出力端子OUTに
基準電圧Vrefが発生する。
【0018】上記平衡状態でフォトダイオードPDに光
が照射されると、フォトダイオードPDから出力電流I
が発生する。トランジスタ3のベース電流Ib3はトラ
ンジスタ11から供給されるので、電流Iはすべて帰還
抵抗6に流れる。その為、出力端子OUTに出力電圧
(Vref+I×R)が発生する。このように、トラン
ジスタ1のベース抵抗を除去し、代わりに、トランジス
タ3のベース電流を定電流回路9、トランジスタ8、1
0及び11で生成し、トランジスタ3のベース電流を補
償しているので、出力端子OUTには基準電圧Vref
と電圧変換で得られた電圧I×Rとのみが発生し、オフ
セット電圧は発生しない。また、トランジスタ1のベー
ス抵抗を除去しているので、不要な熱雑音を低減でき
る。よって、トランジスタ1のベースに直接基準電圧V
refを印加しても、出力端子OUTにオフセット電圧
の発生を防止することができる。
【0019】ところで、トランジスタ8からは雑音が発
生する。トランジスタ8に電流が流れていると、そのト
ランジスタ8内において、少数キャリアの発生及び再結
合が起こる量が時間的に変動することにより、いわゆる
gr雑音が発生する。そして、このgr雑音は、トラン
ジスタ8のベースラインに発生する。しかし、トランジ
スタ8のベースにコンデンサー12が接続されているの
で、ベースラインの雑音成分だけがコンデンサー12を
通過する。コンデンサー12の作用により、雑音成分は
トランジスタ10のベース及びエミッタに供給されず、
その結果、雑音がトランジスタ11から発生しない。そ
の為、出力端子OUTにトランジスタ8のgr雑音に起
因する雑音成分を発生させないようにすることができ
る。
【0020】図2は本発明の他の実施の形態を示す図で
ある。図1と異なる点は、抵抗RE10とRE11との
抵抗比を2:1とする点と、定電流源9に代えて定電流
源7と同一の出力電流を発生する定電流源13を用いる
点にある。図2において、定電流源13の出力電流は、
定電流源7の出力電流と同一であり、Ieである。電流
Ieがトランジスタ8に流れることにより、トランジス
タ8のベース電流Ib8は、
【0021】
【数3】
【0022】となる。トランジスタ8のベース電流Ib
8は、トランジスタ10及び11から成る電流ミラー回
路で反転される。トランジスタ10及び11のエミッタ
抵抗RE10及びRE11の抵抗比が2:1に設定され
ているので、電流ミラー回路のミラー比は0.5に設定
される。このミラー比により、トランジスタ11のコレ
クタ電流Ic11は、
【0023】
【数4】
【0024】となり、トランジスタ3のベースに供給さ
れる。よって、式(1)及び(4)から明らかなよう
に、トランジスタ3のベース電流は、すべてトランジス
タ11から供給される。尚、定電流回路9の出力電流の
大きさとトランジスタ10及び11の電流ミラー比との
組み合わせは、トランジスタ11のコレクタ電流がIe
/(2×β)になれば、図1及び2の組み合わせに限っ
たことではない。トランジスタ11のコレクタ電流がI
e/(2×β)になるように、定電流回路9の出力電流
が定電流回路7の出力電流のN倍の場合、ミラー比を1
/(2×N)にするとよい従って、図1の回路と同様、
トランジスタ3のベース電流によるオフセットを防止で
きる。また、トランジスタ8のコレクタにコンデンサー
12が接続されているので、トランジスタ8のgr雑音
に起因する雑音を低減できる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、第2トランジスタと同
一特性の第3トランジスタを用意し、第3トランジスタ
に第1及び第2トランジスタの動作電流と所定比の電流
を供給することにより、電流電圧変換回路の平衡の際の
第2トランジスタのベース電流と同一の電流を生成し、
第2トランジスタのベースに供給するので、第2トラン
ジスタのベース電流が補償され、オフセットを低減でき
る。また、gr雑音に起因する第3トランジスタのベー
ス電流の雑音をローパスフィルタで除去するので、この
雑音を第2トランジスタ及び帰還抵抗に供給されること
が防止され、出力電圧中のノイズも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す回路図である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示す回路図である。
【図3】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
1 トランジスタ 3 トランジスタ 4 電流ミラー回路 5 トランジスタ 6 帰還抵抗 7 定電流回路 8 トランジスタ 9、13 定電流源 10 トランジスタ 11 トランジスタ 12 コンデンサー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベースに基準電圧が印加される第1トラン
    ジスタと、前記第1トランジスタと差動接続される第2
    トランジスタと、前記第1及び第2トランジスタのコレ
    クタに接続された負荷と、前記負荷から発生する出力信
    号が供給されるエミッタフォロワ回路と、前記エミッタ
    フォロワ回路の出力信号を前記第2トランジスタのベー
    スに帰還するための帰還抵抗と、を備え、前記帰還抵抗
    の一端に入力電流を供給し、前記帰還抵抗の他端から出
    力電圧を得る電流電圧変換回路において、 前記第2トランジスタと同一特性の第3トランジスタ
    と、 該第3トランジスタのエミッタに接続された定電流回路
    と、 前記第3トランジスタのベース電流を反転し、前記第2
    トランジスタのベースに供給する電流ミラー回路と、 前記前記第3トランジスタのベース電流中のノイズを除
    去するためのローパスフィルタと、から成ることを特徴
    とする電流電圧変換回路。
  2. 【請求項2】前記ローパスフィルタは、前記第3トラン
    ジスタのベースと電源電圧との間に接続されたコンデン
    サーであることを特徴とする請求項1記載の電流電圧変
    換回路。
  3. 【請求項3】前記定電流回路の出力電流を前記第1及び
    第2トランジスタの動作電流の1/2とし、前記電流ミ
    ラー回路のミラー比を1とすることを特徴とする請求項
    1記載の電流電圧変換回路。
  4. 【請求項4】前記定電流回路の出力電流を前記第1及び
    第2トランジスタの動作電流のN倍とし、前記電流ミラ
    ー回路のミラー比を1/(2×N)とすることを特徴と
    する請求項1記載の電流電圧変換回路。
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