KR0156021B1 - 이득 레벨들간의 고속 스위칭이 가능하고 광범위한 입사광량에 걸쳐 충분한 신호대 잡음비를 얻을 수 있는 수광/증폭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면 고속으로 이득을 변경시킬수 있는 수광/증폭 장치가 제공된다. 포토다이오드(PD)의 캐소드가 커런트 미러 회로를 통해 전원(V_CC)에 접속된다. 상기 포토다이오드(PD)의 에노드는 증폭회로(AMP)의 입력에 접속된다. 상기 증폭회로(AMP)는 포토다이오드(PD)로 부터의 광전류를 받으며, 그 광전류를 전압으로 변환하고 이 전압을 증폭하여 출력 신호(V_out)를 형성한다. 상기 광전류와 동일한 크기를 갖고 커런트 미러 회로로 부터 출력되는 전류의 제어신호는 이득 스위칭 회로의 제어 입력 단자에 입력된다. 상기 이득 스위칭 회로는 저항기((Rf₁), 저항기(Rf₂) 및 스위치(SW)로 구성된다. 상기 저항기(Rf₁)는 증폭회로(AMP)의 입력 및 출력에 걸쳐 접속되고, 직렬 접속된 상기 저항기(Rf₂)와 스위치(SW)는 상기 증폭회로(AMP)의 입력 및 출력에 걸쳐 접속된다.

Description

이득 레벨들간의 고속스위칭이 가능하고 광범위한 입사광량에 걸쳐 충분한 신호대 잡음비를 얻을 수 있는 수광/증폭장치

본 발명은 미니 디스크 플레이어, 자기광학 디스크 플레이어, 멀티디스크 플레이어 등의 픽업에 사용되는 수광/증폭 장치에 관한 것이다.

종래의 수광/증폭 장치를 위한 포토다이오드는 제1도와 제2도에 보인 바와 같이 제공되는데, 직사각형 N형 에피택셜층(3)이 P형 절연확산층(2)에 의해 그의 주변으로 부터 절연되도록 형성되며, 4개의 직사각형 P형 확산층(4a,4b,4c,4d)이 상기 N형 에피택셜층(3)위에 길이방향으로 배치되어 있다. 상기 직사각형 N형 에피택셜층(3)의 저면과 P형 절연 확산층(2) 사이에는 N⁺매립층(5)이 형성된다. 상기 N형에피택셜층(3)과 P형 확산층(4a,4b,4c,4d)은 4개의 포토다이오드(PD_A, PD_B, PD_C, PD_D)를 형성한다. 상기 포토다이오드 (PD)_A∼PD_D는 구조적으로 공통 캐소드를 갖는다. P형 절연 확산층(2)과 N형에피택셜층(3) 사이에는 기생 포토다이오드(PD_E)가 존재하며, 이 기생 포토다이오드(PD_E)의 캐소드는 상기 포토다이오드 PD_A내지 PD_D의 캐소드에 공통접속된다. 내측 P형 확산층 4a∼4d를 포함하는 내측 영역(3b)으로 부터 N형 에피텍셜층(3)의 주변영역(3a)을 분리시키기 위한 커넥터 보상 확산층(6)은 상기 포토다이오드 PD_A∼PD_D와 기생 포토다이오드의 공통전극을 상기 커넥터보상 확산층(6)을 통해 그의 외측에 유입하도록 형성된다.

제3도는 상기 포토다이오드 PD_A∼PD_D를 채용한 수광/증폭 장치의 등가회로를 나타낸다. 상기 포토다이오드 PD_A∼PD_D의 캐소드와 기생 포토다이오드(PD_E)의 캐소드는 전원(V_CC)에 접속되어 있다. 상기 포토다이오드(PD)_A∼PD_D의 에노드는 증폭기 AMP_A∼AMP_D에 접속되고, 기생 포토다이오드 PD_E의 애노드는 그라운드(GND)에 접속된다. 상기 포토다이오드 PD_A∼PD_D가 입사광을 받으면 그의 포토다이오드를 통해 광전류 IPD_A, IPD_B, IPD_C, IPD_D가 흐른다. 증폭기 AMP_A∼AMP_D는 광전류 IPD_A, IPD_B, IPD_C, IPD_D를 전압으로 변환시킨 다음 그 전압들을 증폭하여 전압출력 V_A, V_B, V_C및 V_D를 형성한다. 기생 포토다이오드(PD_E)가 입사광을 받으면 그의 기생 포토다이오드를 통해 광전류 IPD_E가 흐른다.

상기 구조의 수광/증폭 장치를 채용한 픽업은 상기 전압출력 V_A, V_B, V_C및 VD에 따라 계산되는 신호처리를 통해 디스크 등에 기록된 신호를 재생한다.

미니디스크 플레이어, 자기광학 디스크 플레이어, 멀티디스크 플레이어 등의 픽업에 있어서, 포토다이오드에 입사하는 광량은 플레이어가 재생단계 또는 기록 단계에 있는지에 따라 변한다. 실제로, 기록단계에서의 입사광량은 재생단게보다 많다. 또한, 반사율이 디스크의 형태에 따라 다르기 때문에 입사광량이 변화한다. 픽업의 성능은 입사광량이 최대에 있을때 신호대 잡음비가 얼마나 증가하는지 및 입사광량이 변화하는 상태에서 신호성분이 얼마나 작은지에 따라 좌우된다. 신호대 잡음비를 결정하기 위한 노이즈 레벨은 증폭회로의 피드백 저항기에 따라 변한다. 증폭전류의 입력전류를 iS, 등가입력 전류 노이즈를 iN이라 하면, 등가 입력 노이즈 전류는 증폭회로의 피드백 저항기에 의한 열적 노이즈 iNR과 셧(shot) 노이즈와 같은 다른 노이즈 iNS의 평균 2승에 의해 얻어질수 있다. 상기 증폭회로의 피드백 저항기를 Rf라 하면, 이 피드백 저항기 Rf로 인한 열적 노이즈 iNR은 다음과 같이 표시될 수 있다.

상기 식에서 K는 볼츠만 상수로서 1.38 × 10^-23J/。K이고, T는 절대온도, B는 밴드폭이다.

따라서, 증폭회로의 S/N비는 다음과 같이 표시될 수 있다.

따라서, 피드백 저항기 Rf의 저항이 증가함에 따라 S/N비가 증가하게 된다. 그러나, 재생 단계에서 소량의 입사광량에 따라 각 증폭기 AMP_A∼AMP_D의 이득이 증대되면, 입사광량이 증대될때 상기 증폭기 AMP_A∼AMP_D의 출력 V_A∼V_D이 포화되게 된다. 반면에, 기록 단계에서 다량의 입사광량에 따라 각 증폭기 AMP_A∼AMP_D의 이득이 감소되면, 입사광량이 감소될때 상기 증폭기 AMP_A∼AMP_D의 출력 V_A∼V_D의 S/N비가 매우 열화된다.

따라서, 본 발명의 제1목적은 증폭회로의 포화를 가능한한 방지하고 입사광량에 따라 2이상의 이득 레벨 사이에 걸쳐 변화함으로써 그의 신호대 잡음비를 향상시킬수 있는 수광/증폭 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은 가능한한 이득 스위칭 회로의 스위칭 동작에 필요한 시간을 감소시켜 고속으로 이득 레벨들간에 걸쳐 변할 수 있는 수광/증폭장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제3목적은 회로 전류의 과도한 증가를 억제하면서 광범위한 입사광량에 걸쳐 충분한 신호대 잡음비를 얻을수 있는 수광/증폭 장치를 제공하는 것이다.

상기 제1목적을 달성하기 위하여, 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭장치가 제공되며, 상기 장치는, 증폭회로를 둘 이상의 이득 레벨사이에서 스위칭하고, 상기 증폭회로의 입출력에 걸쳐 직렬 접속된 적어도 한 조의 저항 및 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자는 제어 단자를 포함하는, 이득 스위칭 회로; 및 외부 선택 신호에 응답하여 상기 둘 이상의 이득 레벨중 하나를 선택하고, 상기 외부 선택 신호에 응답하고 상기 스위칭 소자의 제어 단자에 직접 접속된 커런트 미러 회로를 포함하는 이득 선택 회로를 구비하며, 이에 따라 상기 증폭회로가 포토다이오드에 입사하는 광범위한 광량에 걸쳐 포화되지 않도록 되어 신호대 잡음비가 향상된다.

상기 수광/증폭 장치에 따르면, 포토다이오드의 광전류는 전압으로 변환된 다음 증폭회로에 의해 증폭된다. 상기 단계에서, 이득 스위칭 회로는 포토다이오드의 광전류에 따라 2 이상의 이득 레벨 사이에서 증폭회로를 스위칭 할 수 있다. 이에 따라 이득이 포토다이오드의 광전류에 따라 설정된다. 포토다이오드의 광전류가 크면 증폭회로는 이득을 감소시켜 포화되는 것을 방지한다. 포토다이오드의 광전류가 적으면 이득을 증가시켜 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다.

상기 구성에 따라, 증폭회로가 포화되지 않고 높은 신호대 잡음비가 달성될 수 있는 수광/증폭 장치가 얻어질수 있다.

또한, 상기 이득 스위칭 회로는 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬로 접속된 적어도 1조의 저항기 및 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자의 제어단자에 외부 선택 신호가 입력된다.

상기 장치에 따르면, 이득 스위칭 회로는 제어단자에 입력되는 외부 선택신호에 따라 스위칭 소자를 ON/OFF 시킨다. 다음, 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 스위칭 소자와 직렬로 접속된 저항기에 따라, 수광/증폭 장치의 이득이 스위칭된다. 상기 이득 스위칭회로의 저항기는 포토다이오드의 광전류에 따라 설정된다. 포토다이오드의 광전류가 크면, 증폭회로는 이득을 감소시켜 포화되지 않게된다. 포토다이오드의 광전류가 적으면 이득을 증가시켜 신호대 잡음비가 향상될 수 있다.

상기 구조에 따라, 증폭회로가 포화되지 않고 높은 신호대 잡음비가 달성될 수 있는 수광/증폭 장치가 얻어질수 있다.

상기 제2목적을 달성하기 위하여, 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭치가 제공되며, 상기 장치는, 상기 포토다이오드에 직접 접속되고, 상기 포토다이오드로 부터의 광전류의 크기와 거의 동등한 크기를 갖는 전류의 제어신호를 출력하는 커런트 미러 회로; 상기 커런트 미러 회로에 의해 출력되는 제어신호에 응답하여 상기 증폭회로에 대한 적어도 2개의 이득 레벨중 하나를 선택하고, 상기와 다른 제어신호를 출력하도록 접속된 2개의 다른 커런트 미러 회로를 포함하는 이득 선택 회로; 상기 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬 접속된 적어도 한 조의 저항 및 스위칭 소자를 포함하고, 또한, 상기 다른 제어 신호를 수신하도록 접속된 제어단자를 포함하는 이득 스위칭 회로를 포함하며, 상기 외부 선택 신호에 따라, 상기 다른 제어 신호가 상기 포토다이오드로 부터의 광전류의 크기와 거의 같은 상기 이득 스위칭 회로에 대한 전류흐름을 생성하는 프리선택 상태를 가능케 한다.

상기 구성의 수광/증폭 장치에 따르면, 포토다이오드의 광전류는 전압으로 변환된 다음 증폭회로에 의해 증폭된다. 한편, 상기 커런트 미러 회로는 포토다이오드의 광전류와 거의 같은 크기를 갖는 전류의 제어신호를 출력한다. 다음, 이득 스위칭 회로는 외부 선택 신호에 따라 스위칭 소자를 선택하고, 선택된 스위칭 소자의 제어 단자에 상기 제어신호를 입력한다. 상기 선택된 스위칭 소자는 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 스위칭 소자와 직렬로 접속된 저항기에 의해 수행되는 피드백 저항에 의해 수광/증폭 장치의 이득을 변경시키기 위해 ON된다.

상기한 바와 같이, 이득 스위칭 회로의 선택된 스위칭 소자의 제어단자를 통과하는 전류는 포토다이오드의 광전류와 거의 같은 크기를 갖도록 된다. 한편, 스위칭 소자의 피드백 전류는 스위칭 소자의 제어단자를 통과하는 전류에 거의 비례한다. 상기 구성에 따라, 스위칭 소자의 피드백 전류가 포토다이오드의 광전류에 따라 증가 또는 감소할때, 제어단자를 통과하는 전류는 피드백 전류의 증가 또는 감소에 거의 비례하여 증가 또는 감소되어 거의 일정한 스위칭 시간으로 변화를 제거한다. 따라서, 스위칭 시간은 포토다이오드에 입사하는 광량의 변화 및 스위칭 소자의 제어단자를 통과하는 전류의 변화에 무관하게 거의 일정하고 신속히 행해질수 있다. 상기 구성은 수광/증폭장치의 이득이 고속으로 변경될 수 있도록 이득 스위칭 회로의 스위칭 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 포토다이오드 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭기를 갖는 수광/증폭 장치가 제공되며, 상기 수광/증폭 장치는 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬로 접속된 적어도 1세트의 저항기 및 스위칭 소자를 포함하는 이득 스위칭 회로, 및 외부 선택 신호 레벨에 따라 전류 증폭률에 관계되는 소정 전류의 제어신호를 발생하고 이득 스위칭 회로의 스위칭 소자의 제어단자에 상기 제어신호를 공급하는 커런트 미러 회로를 포함한다.

상기 구성에 따르면, 전류증폭률에 따라 소정 전류를 갖는 제어 신호는 외부 선택신호의 레벨에 따라 커런트 미러 회로에 의해 발생된 다음 이득 스위칭 회로의 스위칭 소자의 제어단자에 공급된다. 상기 증폭회로의 이득은 변화없이 일정한 전류를 갖는 제어신호에 따라 이득 스위칭 회로의 스위칭 소자에 의해 안정한 동작시간에 고속으로 변경 및 설정된다.

다음, 포토다이오드로 부터의 광전류가 전압으로 변환되고 증폭회로에 의해 증폭되며 상기 증폭회로의 이득은 실질적으로 선택신호의 레벨에 따라 설정된다.

상기 제3목적을 달성하기 위해, 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭장치가 제공되며, 상기 장치는, 증폭회로를 둘 이상의 이득 레벨 사이에서 스위칭하고, 상기 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬 접속된 적어도 한 조의 저항 및 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자는 제어 단자를 포함하는, 이득 스위칭 회로; 및 외부 선택 신호에 응답하여 상기 둘 이상의 이득 레벨중 하나를 선택하고, 상기 외부 선택 신호의 레벨에 따라 전류 증폭률과 상관하는 일정 전류의 제어신호를 발생하는 커런트 미러 회로를 포함하고, 상기 커런트 미러 회로는 상기 이득 스위칭 회로의 스위칭 소자의 제어단자에 상기 제어신호를 공급하기 위해 상기 제어단자에 직접 접속된, 이득 선택 회로를 구비한다.

상기 구성에 따르면, 포토다이오드의 광전류를 전압으로 변환시키고 이 전압을 증폭시킬때, 상기 이득 스위칭 회로는 증폭회로의 이득을 변경시키기 위한 선택신호에 기초하여 스위칭 소자의 ON/OFF에 따라 동작한다. 상기 동작과 동시에 증폭회로의 출력전류의 크기가 전류 스위칭 회로에 의해 변환된다.

이에 따라 예컨대, 이득 스위칭 회로의 스위칭 소자에 대전류를 공급함으로써 스위칭 소자의 동작을 안정시킬때 증폭회로의 출력전류가 과도하게 증가하지 않도록 된다.

또한, 전류 스위칭 회로는 그의 한 단자가 증폭회로의 출력단자에 접속되고 제2스위칭 소자를 포함하는 션트 회로이며, 그 선택신호는 상기 제2스위칭 소자의 제어단자에 입력된다.

상기 구성에 다르면, 증폭회로의 이득을 변경시키기 위해 이득 스위칭 회로의 스위칭 소자에 공급되는 선택신호가 전류 스위칭 회로 또는 션트 회로의 제2스위칭 소자의 제어단자에 입력된다. 다음, 상기 제2스위칭 소자는 예컨대, 증폭회로의 출력전류를 션트회로로 분기시키기 위해 스위칭 소자와 동시에 ON된다.

이에 따라 상기 신호에 입각하여 증폭회로의 출력전류가 스위칭 소자의 ON시 과도하게 증가되지 않게 된다.

또한, 본 발명의 의하면, 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭장치가 제공되며, 상기 장치는, 외부 선택 신호의 레벨에 따라 그안에 내장된 스위칭소자를 온/오프함으로써 상기 증폭회로의 이득을 변경하고, 상기 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 접속되고, 상기 스위칭 소자는 상기 커런트 미러 회로의 출력에 직접 접속되고, 상기 커런트 미러 회로는 상기 외부선택 신호의 레벨에 따라 출력을 발생하는, 이득 스위칭 회로; 상기 스위칭소자의 온/오프에 동기하여 상기 증폭회로의 출력 전류의 크기를 변경하는 다른 전류 스위칭 회로를 구비하고, 상기 장치는 광디스크상의 판독 도는 기록용으로 사용되고 상기 이득 스위칭 회로는 상기 증폭회로를 판독을 위한 고이득 레벨 및 기록을 위한 저이득 레벨로 스위칭하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 수광/증폭 장치의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는 종래 포토다이오드의 구조도.

제2도는 제1도의 II-II선에 따른 포토다이오드의 단면도.

제3도는 종래의 수광/증폭 장치의 회로도.

제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 수광/증폭 장치의 등가회로도.

제5도는 제4도에 보인 수광/증폭 장치의 회로도.

제6도는 본 발명의 제2실시예에 따른 수광/증폭 장치의 등가회로도.

제7도는 제6도에 보인 수광/증폭 장치의 회로도.

제8도는 본 발명의 제3실시예에 따른 수광/증폭 장치의 등가회로도.

제9도는 제8도에 보인 수광/증폭 장치의 회로도.

제10도 본 발명의 제4실시예에 따른 수광/증폭 장치의 등가회로도.

제11도는 제10도에 보인 수광/증폭 장치의 부분 회로도.

[제1실시예]

제4도는 본 발명의 제1실시예에 의한 수광/증폭 장치의 등가회로를 나타내며, 도면에서 포토다이오드(PD_A, PD_B, PD_C, PD_D)의 캐소드는 전원(V_CC)에 접속되고, 포토다이오드(PD_A, PD_B, PD_C, PD_D)의 애노드는 증폭기 AMP_A, AMP_B, AMP_C및 AMP_D의 입력에 각각 접속된다. 상기 증폭기 AMP_A∼AMP_D에는 각 증폭기의 이득을 변경시키기 위한 선택신호(M)가 입력된다. 기생 포토다이오드(PD_E)는 전원 (V_CC)과 그라운드(GND) 사이에 접속된다. 상기 기생 포토다이오드(PD_E)는 그의 캐소드가 전원(V_CC)에 접속되고 그의 애노드가 그라운드(GND)에 접속된다. 상기 포토다이오드 PD_A∼PD_D가 입사광을 받으면, 이 포토다이오드들을 통해 광전류 IPD_A, IPD_B, IPD_C및 IPD_D가 흐른다. 다음, 증폭기 AMP_A∼AMP_D는 광전류 IPD_A, IPD_B, IPD_C및 IPD_D를 전압으로 변환시킨 다음 그 전압들을 증폭하여 전압출력 V_A, V_B, V_C및 V_D를 형성한다. 기생 포토다이오드(PD_E)도 입사광을 받으면 광전류(IPD_E)가 그의 포토다이오드를 통해 흐른다.

제5도는 수광/증폭 장치에 있는 한 조의 포토다이오드(PD) 및 증폭기(AMP)의 회로도를 나타낸다. 그의 입력이 포토다이오드(PD)의 애노드에 접속되고 포토다이오드(PD)로 부터의 광전류를 전압으로 변환하고 그 전압을 증폭하여 증폭신호를 출력하도록 동작하는 증폭회로(51), 상기 증폭회로(51)의 입력 및 출력에 걸쳐 접속된 피드백 회로인 이득 스위칭 회로(52) 및 상기 이득 스위칭 회로(52)를 제어하기 위한 외부 선택 신호(M)를 수신하는 선택 회로(53)가 도시되어 있다. 상기 증폭회로(51), 이득 스위칭 회로(52) 및 선택 회로(53)는 증폭기(AMP)를 구성한다. 포토다이오드(PD)의 캐소드는 전원(V_CC)에 접속된다.

증폭회로(51)는 베이스의 그의 입력단자가 포토다이오드(PD)의 애노드에 접속되고 그의 콜렉터가 정전류원(I₁)을 통해 전원(V_CC)에 접속된 NPN 트랜지스터(Q₂), 그의 콜렉터가 NPN 트랜지스터(Q₂)의 에미터에 접속되고 그의 에미터가 그라운드(GND)에 접속되며 그의 콜렉터와 베이스가 서로 접속되어 다이오드로 동작하기 위한 NPN 트랜지스터(Q₁), 및 그의 베이스가 NPN 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터에 접속되고 그의 콜렉터가 전원 V_CC에 접속되며 그의 에미터가 부하로 작용하는 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)에 접속된 NPN 트랜지스터(Q₃)를 포함한다. 상기 NPN트랜지스터(Q₃)는 이 NPN트랜지스터(Q₃)의 에미터에서 전압을 출력하기 위한 에미터 폴로워 회로를 형성한다. 상기 정전류원(I₁)은 상기 전원(V_CC)에서 NPN 트랜지스터(Q₂)로 전류를 흘리며, 상기 정전류원(I₂)는 NPN 트랜지스터(Q₃)로 부터 그라운드(GND)로 전류를 흐르게 한다.

상기 이득 스위칭 회로(52)는 NPN 트랜지스터(Q₂)의 베이스와 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터에 걸쳐 접속된 저항기(Rf₁), NPN 트랜지스터(Q₂)의 일측에서 NPN 트랜지스터(Q₂)의 베이스와 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터에 걸쳐 직렬로 접속된 저항기(Rf₂) 및 NPN 트랜지스터(Q₄)로 구성된다. 상기 NPN 트랜지스터(Q₄)는 그의 콜렉터가 저항기(Rf₂)의 일측 단자에 접속되고 그의 에미터가 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터에 접속된다. 저항기(R₃)는 NPN 트랜지스터(Q₄)의 스위칭 시간을 단축시키기 위해 동작한다.

선택 회로(53)는 그의 한 단자가 전원(V_CC)에 접속된 정전류원(I₃), 그의 콜렉터가 상기 정전류원(I₃)의 다른 단자에 접속되고 그의 에미터가 그라운드(GND)에 접속되며 그의 베이스와 콜렉터가 서로 접속된 NPN 트랜지스터(Q₆), 그의 베이스가 NPN 트랜지스터(Q₆)의 베이스에 접속되고 그의 에미터가 그라운드(GND)에 접속된 NPN 트랜지스터(Q₇), 그의 콜렉터가 NPN 트랜지스터(Q₇)의 콜렉터에 접속되고 그의 에미터가 전원(V_CC)에 접속되며 그의 베이스와 콜렉터가 서로 접속되어 있는 PNP 트랜지스터(Q₈), 그의 베이스가 PNP 트랜지스터(Q₈)의 베이스에 접속되고 그의 에미터가 전원(V_CC)에 접속된 PNP 트랜지스터(Q₉), 및 그의 콜렉터가 트랜지스터(Q₆)의 콜렉터에 접속되고 그의 에미터가 그라운드(GND)에 접속된 NPN 트랜지스터(Q₅)로 구성된다. 상기 한쌍의 NPN 트랜지스터 Q₆와 Q₇및 상기 한쌍의 PNP 트랜지스터 Q₈과 Q₉는 각각 커런트 미러 회로를 형성한다. 선택신호(M)는 저항기(R₁)를 통해 NPN 트랜지스터(Q₅)의 베이스에 이력되며, 이 베이스는 저항기(R₂)를 통해 그라운드(GND)에 접속된다. 상기 선택 회로(53)의 PNP 트랜지스터 Q₉의 콜렉터는 이득 스위칭 회로(52)의 NPN 트랜지스터 Q₄의 베이스의 제어 입력 단자에 접속된다.

상기 구성의 수광/증폭 장치에 있어서 광전류가 전원(V_CC)으로 부터 포토다이오드(PD)를 통해 NPN 트랜지스터 Q₂로 흐를때, 광전류의 일부는 NPN 트랜지스터 Q₂의 베이스를 통해 흐르며, 그 전류의 나머지는 저항기(Rf₁), 저항기(Rf₂) 및 NPN트랜지스터(Q₄)로 구성되는 이득 스위칭 회로(52)를 통과한다. 따라서, 정전류원(I₁)으로 부터의 전류의 일부는 NPN 트랜지스터(Q₂) 및 NPN 트랜지스터(Q₁)를 통해 그라운드(GND)로 흐르며, 반면에 나머지 전류는 NPN트랜지스터(Q₃)의 베이스를 통해 흐른다. 다음, 정전류원(I₂)에 의해 결정된 소정 전류는 NPN 트랜지스터(Q₃)와 정전류원(I₂)을 통해 전원 V_CC에서 그라운드(GND)로 흐른다. 이에 딸, 증폭기(AMP)는 광전류를 전압으로 변환하고 이득 스위칭 회로(52)에 의해 설정된 이득에 따라 상기 전압을 증폭하여 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터로 부터 출력되는 전압을 출력한다.

선택신호(M)가 H레벨을 갖게 되면, 전류가 저항기(R₁)를 통해 선택 회로(53)의 NPN 트랜지스터(Q₅)의 베이스를 통해 흐르며, 그와 함께 상가 NPN 트랜지스터(Q₅)가 ON되어 정전류원(I₃)의 전류가 NPN 트랜지스터(Q₅)를 통해 그라운드(GND)로 흐른다. 따라서, 커런트 미러 회로를 구성하는 NPN 트래지스터(Q₆, Q₇)의 베이스들을 통해 전류가 흐르지 않게 상기 NPN 트랜지스터(Q₆, Q₇)가 OFF된다. 또한, 커런트 미러 회로를 구성하는 NPN 트랜지스터(Q₈, Q₉)의 베이스들을 통한 전류도 흐르지 않게 상기 NPN 트랜지스터(Q₈, Q₉)도 OFF된다. 따라서, 이득 스위칭 회로(52)의 NPN 트랜지스터(Q₄)의 베이스의 제어단자를 통해 전류가 흐르지 않게 되어 상기 NPN 트랜지스터(Q₄)가 OFF된다. 따라서, 증폭기(AMP)의 등가 이득 저항이 Rf₁이 되도록 이득 스위칭 회로(52)의 피드백 저항이 저항기(Rf₁)에 의해 달성된다.

선택신호(M)가 L레벨을 갖게 되면, 선택 회로(53)의 NPN 트랜지스터(Q₅)가 OFF된다. 따라서, 정전류원(I₃)으로 부터의 전류는 NPN 트랜지스터(Q₆, Q₇)로 구성되는 커런트 미러 회로를 통과하며, 상기 정전류원(I₃)과 거의 같은 크기를 갖는 전류는 상기 PNP 트랜지스터(Q₈, Q₉)로 구성되는 커런트 미러 회로를 통과한다. 상기 정전류원(I₃)의 전류와 거의 같은 크기를 갖는 전류는 NPN 트랜지스터(Q₄)의 베이스를 통과하여 이 NPN 트랜지스터(Q₄)를 ON시킨다. 따라서, 이득 스위칭 회로(52)의 피드백 저항은 저항기(Rf₁), 저항기(Rf₂) 및 NPN 트랜지스터(Q₄)의 ON상태의 합성 저항 Rf₃로서 증폭기(AMP)의 등가 이득 저항이 저항 Rf₃로 되도록 한다.

상기한 바와 같이, 증폭기(AMP)의 등가 이득 저항은 선택 신호(M)에 의해 변경될 수 있다. 예컨대, 미니디스크용 픽업에 있어서, 이득 스위칭 회로의 저항기(Rf₁)는 증폭회로(51)가 자기광학 디스크로 부터의 판독 단계에서 포토다이오드(PD)에 대한 소량의 입사광으로 포화되지 않는 범위내에서 가능한한 큰 값으로 설정된다. 한편, 이득 스위칭 회로(52)의 저항(Rf₃)은 증폭회로(51)가 자기광학 디스크상의 기록 단계에서 포토다이오드(PD)에 대한 대량의 입사광으로도 포화되지 않도록 작은 값으로 설정된다. 이에 따라, 선택신호(M)는 이득 스위칭 회로(52)의 피드백 저항기들 사이에 걸쳐 변하도록 포토다이오드(PD)에 대한 입사 광량의 상태에 따라 제어되어, 증폭기(AMP)는 신호대 잡음비를 향상시킴과 동시에 포토다이오드(PD)에 대한 광범위한 입사광량에 걸쳐 포화되지 않게 된다.

상기 제1실시예에서는 한 조로 된 저항기(Rf₂)와 스위칭 소자로 작용하는 NPN 트랜지스터(Q₄)가 이득 스위칭 회로(52)에 채용되었으나, 2조 이상의 저항기와 스위칭 소자가 사용될 수도 있다.

상기 제1실시예에서 NPN트랜지스터(Q₄)는 스위칭 소자로 채용되었으나, 상기 요소와 등가의 스위칭 소자 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconduct

or) 아날로그 스위치를 채용할 수도 있다.

상기한 바와 같이, 제1실시예의 수광/증폭 장치는 포토다이오드로 부터의 광전류를 전압으로 변환하고 이득 스위칭 회로에 의해 수광/증폭 장치의 2 이상의 이득 레벨 사이에 걸쳐 변경시키면서 전압을 증폭한다.

따라서, 제1실시예의 수광/증폭 장치에 의하면, 포토다이오드의 광전류가 클때 이득을 감소시킴으로서 증폭회로가 포화되지 않게 되고, 포토다이오드의 광전류가 적을때 이득을 증가시킴으로써 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다. 상기 구성에 따라, 광범위한 입사광량에 걸쳐 그의 증폭회로를 포화시키지 않고 높은 신호대 잡음비로 안정하게 동작하는 수광/증폭 장치가 얻어진다.

상기 제1실시에의 수광/증폭 장치에 있어서, 이득 스위칭 회로는 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬로 접속된 저항기와 스위칭 소자를 포함하며, 상기 수광/증폭 장치의 이득을 변경시키기 위해 상기 스위칭 소자의 제어단자에 외부 선택 신호가 입력된다.

따라서, 제1실시에의 수광/증폭 장치에 의하면, 상기 이득 스위칭 회로는 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬로 접속된 저항기와 스위칭 소자에 따라 상기 외부 선택 신호에 의해 스위칭 소자를 ON/OFF 시킴으로써 수광/증폭 장치의 이득을 변경시킬수 있다. 이에 따라 포토다이오드의 입사광량에 따라 상기 이득 스위칭 회로의 저항을 설정함으로써, 상기 증폭회로는 광전류가 대량일때 이득을 감소시켜 포화되지 않게 되고, 광전류가 소량일때는 이득을 증가시킴으로써 신호대 잡음비를 향상시킬수 있다. 상기 구성에 따라, 광범위한 입사광량에 걸쳐 그의 증폭회로를 포화시키지 않고 높은 신호대 잡음비로 안정하게 동작하는 수광/증폭 장치가 얻어진다.

[제2실시예]

제6도는 본 발명의 제2실시예에 따른 수광/증폭 장치의 등가 회로도이다. 이 도면에는 포토다이오드(PD), 그의 입력이 상기 포토다이오드(PD)의 애노드에 접속되고 포토다이오드(PD)의 광전류를 전압으로 변환하고 그 전압을 증폭하여 출력 신호 V_OUT를 형성하는 증폭회로(AMP), 상기 광전류와 같은 크기를 갖는 전류의 제어신호를 출력하고 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드와 전원(V_CC)에 걸쳐 접속된 커런트 미러 회로(101), 및 증폭회로(AMP)의 입력과 출력에 걸쳐 접속된 피드백 회로인 이득 스위칭 회로(102)가 도시되어 있다. 상기 증폭회로(AMP)와 이득 스위칭회로(102)는 증폭기(103)를 구성한다. 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드는 그의 외측으로 유입된다.

커런트 미러 회로(101)는 그의 에미터들이 전원(V_CC)에 접속되고 그의 베이스들이 서로 접속된 PNP 트랜지스터 Q₁및 Q₂로 구성된다. 상기 PNP 트랜지스터 Q₁의 베이스와 콜랙터는 서로 접속되어 있으며, 상기 콜랙터는 포토다이오드(PD)의 캐소드에 접속된다. 상기 PNP 트랜지스터 Q₂의 콜랙터는 이득 스위칭 회로(102)의 제어 단자(도시되지 않음)에 접속되어 있다.

상기 이득 스위칭 회로(102)는 저항기(Rf₁), 저항기(Rf₂) 및 스위치(SW)로 구성되며, 상기 저항기(Rf₁)는 증폭회로(AMP)의 입력 및 출력에 걸쳐 접속되고, 직렬 접속된 저항기(Rf₂)와 스위치(SW)는 증폭회로(AMP)의 입력 및 출력에 걸쳐 접속되어 있다. 이에 따라, 증폭회로(AMP)와 이득 스위칭 회로(102)로 구성된 증폭기(103)는 포토다이오드(PD)로 부터의 광전류를 전압으로 변환하고 상기 이득 스위칭 회로(102)에 의해 설정된 이득에 따라 상기 전압을 증폭하여 출력 신호 V_OUT를 형성한다.

제7도는 제2실시예의 수광/증폭 장치의 회로도로서, 제6도에 도시한 부재와 동일한 것들은 그와 동일한 도면 부호로 표시했다. 이 도면에는 포토다이오드(PD), 그의 입력이 상기 포토다이오드(PD)의 애노드에 접속된 증폭회로(AMP), 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드와 전원(V_CC)에 걸쳐 접속된 커런트 미러 회로(101), 이득 스위칭 회로(102), 증폭회로(AMP)와 이득 스위칭 회로(102)로 구성된 증폭기(103), 및 상기 이득 스위칭 회로(102)를 제어하기 위해 외부 선택 신호(M)와 커런트 미러 회로(101)로 부터의 제어 신호를 수신하는 선택 회로가 도시되어 있다. 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드로 부터 뻗어있는 리드는 생략된다.

NPN 트랜지스터(Q₇)의 베이스에 접속된 포토다이오드(PD)의 애노드로 부터의 입력을 수신하는 증폭회로(AMP)는 그의 콜랙터가 정전류원(I₁)을 통해 전원(V_CC)에 접속된 NPN 트랜지스터(Q₇), 그의 콜렉터가 NPN 트랜지스터(Q₇)의 에미터에 접속되고 그의 콜렉터와 베이스가 서로 접속되며 그의 에미터가 그라운드(GND)에 접속되어 다이오드로 작용하기 위한 NPN 트랜지스터(Q₈), 및 그의 베이스가 NPN 트랜지스터(Q₇)의 콜렉터에 접속되고 그의 콜렉터가 전원(V_CC)에 접속되며 그의 에미터가 부하로 작용하는 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)에 접속된 NPN 트랜지스터(Q₁₀)이 도시되어 있다. 상기 NPN 트랜지스터(Q₁₀)는 에미터 폴로워 회로를 구성하여 상기 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에미터로 부터 출력 신호 V_OUT를 출력한다. 상기 정전류원(I₁)은 전원(Vcc)으로 부터 NPN 트랜지스터(Q₇)에 전류를 흘리며, 상기 정전류원(I₂)은 NPN 트랜지스터(Q₁₀)에서 그라운드(GND)로 전류를 흘린다.

이득 스위칭회로(102)는 NPN 트랜지스터(Q₇)의 베이스와 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에이터에 걸쳐 접속된 저항기(Rf₁), NPN 트랜지스터(Q₇)의 베이스와 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에미터에 걸쳐 NPN 트랜지스터(Q₇)에 직렬접속된 저항기(Rf₂)와 NPN 트랜지스터(Q₉), 및 NPN 트랜지스터(Q₉)의 콜렉터는 저항기(Rf₂)의 일단에 접속되고, NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에미터는 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에미터에 접속된다. 저항기(R₃)는 NPN 트랜지스터(Q₉)의 스위칭 시간을 단축하도록 작용한다.

선택 회로(120)는, 베이스와 콜렉터가 서로 접속되어 있는 NPN 트랜지스터(Q₃)와 이 트랜지스터(Q₃)의 베이스에 그의 베이스가 접속되어 있는 NPN 트랜지스터(Q₄)(이들 두개의 트랜지스터의 에미터들은 그라운드(GND)에 접속됨)로 구성된 커런트 미러 회로; 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₄)의 콜렉터에 접속되어 있고 베이스와 콜렉터가 서로 접속된 PNP 트랜지스터(Q₅)와 이 트랜지스터(Q₅)의 베이스에 베이스가 접속되어 있는 PNP 트랜지스터(Q₆)(이들 두개의 트랜지스터의 에미터들은 전원 V_CC에 접속됨)로 구성된 커런트 미러 회로; 및 콜렉터가 NPN 트랜지스터(Q₃)에 접속되어 있는 NPN 트랜지스터(Q₁₁)를 포함한다. NPN 트랜지스터(Q₁₁)의 에미터는 그라운드(GND)에 접속되고, 선택신호(M)는 저항기(R₂)를 통해 그라운드(GND)에 베이스가 접속되어 있는 NPN 트랜지스터(Q₁₁)의 베이스에 저항기(R₁)를 통해 입력된다. 선택 회로(120)의 NPN 트랜지스터(Q₃)의 콜렉터는 커런트 미러 회로(101)의 PNP 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터에 접속되고, 선택 회로(120)의 PNP 트랜지스터(Q₆)의 콜렉터는 이득 스위칭회로(102)의 NPN 트랜지스터(Q₉)의 제어단자에 접속된다.

이상의 구성을 갖는 수광/증폭 장치를 예컨대 미니디스크 플레이어의 픽업에 사용하면, 광전류(I_PD)가 전원(V_CC)으로부터 커런트 미러 회로(101)의 PNP 트랜지스터(Q₁)를 통해 포토다이오드(PD)의 캐소드로 그리고 재생단계에서 포토다이오드(PD)로부터 NPN 트랜지스터(Q₇)의 베이스로 흐른다. 그뒤, 광전류(I_PD)와 거의 같은 크기의 전류의 제어신호가 커런트 미러 회로(101)의 PNP 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터로부터 출력된다. 이어서, 선택신호(M)가 H 레벨을 갖도록 되어 저항기(R₁)를 통해 NPN 트랜지스터(Q₁₁)의 베이스에 전류를 통하게 하여 이 트랜지스터를 ON한다. 이상의 동작으로, 제어신호의 전류는 NPN 트랜지스터(Q₁₁)를 통해 그라운드(GND)로 흐르고, NPN 트랜지스터(Q₃, Q₄)로 구성된 커런트 미러 회로에는 전류가 흐르지 않는다. PNP 트랜지스터(Q₅, Q₆)로 구성된 커런트 미러 회로에도 전류가 흐르지 않는다. 따라서, NPN 트랜지스터(Q₉)의 베이스의 제어단자에 전류가 흐르지 않으므로, NPN 트랜지스터(Q₉)가 OFF된다. 그러므로, 정전류원(I₁)으로부터의 전류의 일부분은 NPN 트랜지스터(Q₇, Q₈)를 통해 그라운드(GND)로 흐르고, 나머지 전류는 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 베이스에 흐른다. 그 결과, 정전류원(I₂)에 의해 결정된 소정 전류가 전원(V_CC)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₁₀)와 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)로 흐른다. 포토다이오드(PD)의 광전류(I_PD)의 일부분은 저항기(Rf₁)와 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)로 흐른다. 따라서, 정하기(Rf₁)에 의해 결정된 소정의 이득을 기초로 광전류(I_PD)에 비례하여 증폭된 출력신호(V_OUT)이 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에미터에서 출력된다.

기록 단계에서는, 재생단계의 광전류보다 큰 광전류(I_PD)가 전원(V_CC)으로 부터 커런트 미러 회로(101)의 PNP 트랜지스터(Q₁)를 통해 포토다이오드(PD)의 캐소드로, 또 포토다이오드(PD)의 애노드를 통해 NPN 트랜지스터(Q₇)의 베이스로 흐른다. 그뒤, 광전류(I_PD)와 같은 크기의 전류의 제어신호가 커런트 미러 회로(101)의 PNP 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터로부터 출력된다. 이어서, 선택신호(M)가 L 레벨을 갖도록 되어 NPN 트랜지스터(Q₁₁)를 OFF한다. 다라서 NPN 트랜지스터(Q₃, Q₄)로 구성된 커런트 미러 회로에 전류가 통하고, PNP 트랜지스터(Q₅, Q₆)로 구성된 커런트 미러 회로에도 전류가 통해, NPN 트랜지스터(Q₉)의 베이스의 제어단자에 전류를 통하게 하여, NPN 트랜지스터(Q₉)를 ON한다. 그러므로, 정전류원(I₁)으로부터의 전류의 일부분은 NPN 트랜지스터(Q₇, Q₈)를 통해 그라운드(GND)로 흐르고, 나머지 전류는 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 베이스에 흐른다. 그 결과, 정전류원(I₂)에 의해 결정된 소정 전류가 전원(V_CC)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₁₀)와 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)로 흐른다. NPN 트랜지스터(Q₉)가 ON되기 때문에, 포토다이오드(PD)의 광전류(I_PD)의 일부가 병렬 접속된 저항기(Rf₁)와 저항기(Rf₂)의 합성저항을 통해 흐르고, 또 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)로 흐른다. 따라서, 저항기(Rf₁)와 저항기(Rf₂)에 의해 결정된 재생단계에서의 소정의 이득보다 작은 이득을 기초로 광전류(I_PD)에 비례하여 증폭된 전압이 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에미터에서 출력신호(V_OUT)로서 출력된다.

이 경우에, NPN 트랜지스터(Q₉)의 오버드라이브 계수 N은 다음 식에 의해 결정된다:

여기서 I_B는 NPN 트랜지스터(Q₉)의 베이스전류, h_FE는 NPN 트랜지스터(Q₉)의 전류 증폭률, I_Rf2는 저항기(Rf₂)를 흐르는 전류이다. 한편, 저항기(Rf₂)를 흐르는 전류(I_Rf2)는 다음 식으로 구해진다.

기록 단계의 이득이 예컨대 재생단계 이득의 1/10 이기 때문에, 저항기(Rf₂)의 저항값은 저항기(Rf₁)보다 작다. 식 (2)를 다음과 같다고 하면,

NPN 트랜지스터(Q₉)의 오버드라이브 계수 N은 식 (1)과 (3)에 따라 식으로 결정될 수 있다:

따라서, NPN 트랜지스터(Q₉)의 베이스전류(I_B)를 전술한 수광/증폭 장치에서와 같이 광전류(I_PD)와 거의 같게 하면, 오버드라이브 계수 N이 NPN 트랜지스터(Q₉)의 전류증폭률(h_FE)과 같아진다. 그러므로, 오버드라이브 계수 N은 전류증폭률(h_FE)에 의해서만 변하고, 이는 변동이 감소되는 것을 의미한다.

따라서, 이득 스위칭회로(102)의 스위칭 소자 역할을 하는 NPN 트랜지스터(Q9)의 베이스를 통과하는 전류의 크기를 포토다이오드(PD)의 광전류(I_PD)와 거의 같게 하면, NPN 트랜지스터(Q₉)의 콜렉터전류는 베이스전류에 거의 비례 하도록 된다. 이와 같은 구성에서는, NPN 트랜지스터(Q₉)의 콜렉터전류가 광전류(I_PD)에 비례하여 증가하거나 감소되더라도, NPN 트랜지스터(Q₉)의 베이스전류는 광전류(I_PD)와 마찬가지로 증가하거나 감소한다. 예컨대, 포토다이오드(PD)의 광전류(I_PD)가 증가하면, NPN 트랜지스터(Q₉)의 콜렉터전류는 증가하고 NPN 트랜지스터(Q₉)의 베이스전류도 증가한다. 따라서, 광전류(I_PD)가 클 경우에는 NPN 트랜지스터(Q₉)의 스위칭시간은 광전류(I_PD)가 작을 경우의 스위칭시간과 거의 같게되므로, 스위칭시간이 단축된다. 그러므로, NPN 트랜지스터(Q₉)의 스위칭시간을 포토다이오드(PD)의 입사광량의 변화와 NPN 트랜지스터(Q₉)의 베이스전류의 변화에 무관하게 거의 일정하고 고속으로 할 수 있다. 전류증폭률(h_FE)이 더 큰 NPN 트랜지스터를 NPN 트랜지스터(Q₉)로 사용하면, 스위칭시간을 쉽게 단축할 수 있다. 따라서, 이득 스위칭회로(102)의 스위칭에 필요한 시간을 단축하여 수광/증폭 장치의 이득을 고속으로 변화시킬 수 있다.

제2실시예에서는 이득 스위칭회로(102)에 스위치(SW)를 하나만 사용했지만, 2개나 임의 수의 스위치를 사용해도 좋다.

제2실시예에서는 스위칭 소자를 NPN 트랜지스터(Q₉)로 구현하였지만, 스위칭특성이 동일한 PNP 트랜지스터나 스위칭 소자를 사용해도 좋다.

이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 제2실시예의 수광/증폭 창치에서는, 증폭회로가 전류/전압 변환에 의해 포토다이오드의 광전류를 증폭하고, 커런트 미러 회로는 광전류와 같은 크기의 전류의 제어신호를 출력하며, 이득 스위칭회로에는 증폭회로의 입출력에 걸쳐 직렬 접속된 한쌍 이상의 저항기 및 스위칭 소자가 있고, 커런트 미러 회로에서 출력된 외부 선택신호와 제어신호는 스위칭 소자의 제어단자에 입력된다.

제2실시예의 수광/증폭 장치에 따르면, 이득 스위칭회로에서 선택된 스위칭 소자의 제어단자에 흐르는 전류의 크기는 포토다이오드의 광전류와 거의 비슷하다. 한편, 스위칭 소자를 흐르는 피드백전류는 스위칭 소자의 제어단자를 흐르는 전류에 거의 비례한다. 따라서, 포토다이오드의 광전류가 증가하여 스위칭 소자를 흐르는 피드백전류를 증가시키면, 제어단자에 입력된 제어신호의 전류가 증가한다. 그 결과 스위칭 소자의 스위칭시간은 광전류가 적을 경우의 스위칭시간과 거의 같아져 짧아질 수 있다. 따라서, 스위칭 소자의 스위칭시간을 그 제어단자를 흐르는 제어신호의 전류의 변화와 포토다이오드의 입사광량의 변화에 무관하게 일정하게 고속으로 할 수 있다. 그러므로, 이득 스위칭회로의 스위칭에 필요한 시간을 단축하여 그 이득을 고속으로 변화시킬 수 있는 수광/증폭 장치를 얻을 수 있다.

[제3실시예]

제8도는 본 발명의 제3실시예에 따른 수광/증폭 장치의 등가회로도이다. 이 수광/증폭 장치는 포토다이오드(PD), 증폭기(AMP) 및 이득 스위칭회로(201)에 더해 커런트 미러 회로(211)를 포함하고 있다.

포토다이오드(PD)는 입사 수광량에 따라 광전류(I)를 발생시키고 이 광전류(I)는 포토다이오드(PD)의 애노드에 접속된 증폭기(AMP)로 보내진다. 증폭기(AMP)는 광전류(I)를 전압으로 변환시키고 이 전압을 증폭하여 출력신호(V_OUT)를 만든다.

이 경우에, 포토다이오드(PD)의 캐소드와 전원(V_CC) 사이에 배치되는 트랜지스터(Q₂, Q₃)로 구성된 커런트 미러 회로(211)는 전류증폭률(h_FE)에 의해 결정된 정전류를 이득 스위칭회로(201)의 스위치(SW)로 출력한다. 따라서, 스위치를 구성하는 트랜지스터를 정전류 제어신호를 이용해 이득 스위칭회로(201) 에 배치된 이득 저항기들 사이로 스위칭하여 이득을 변화시키는 응답시간을 단축할 수 있다. 또, 이하 상술하는 것처럼, 스위치(SW)를 구성하는 트랜지스터의 스위칭동작을 그 전류증폭률(h_FE)와는 무관하게 실시하여 이득을 변화시키는 응답시간을 더 단축할 수도 있다.

제9도는 제8도에 도시된 수광/증폭 장치의 회로도이다. 제9도를 참조하여 수광/증폭 장치를 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 수광/증폭 장치는 포토다이오드(PD)의 광전류를 전압으로 변환하여 증폭하는 증폭회로(212), 증폭회로(212)의 입출력에 걸쳐 접속되는 피드백회로인 이득 스위칭회로(201), 및 외부 입력신호(M)를 수신하여 이득 스위칭회로(201)를 제어하는 선택 회로(213)로 구성된다.

포토다이오드(PD)의 애노드는 NPN 트랜지스터(Q₁₇)의 베이스단자, 즉 증폭회로(212)의 입력단자에 접속되고, 캐소드는 전원(Vcc)에 접속된다.

증폭회로(212)는 3개의 NPN 트랜지스터(Q₁₇, Q₁₈, Q₂₀)와 2개의 정전류원(I₂,I₃)으로 구성된다.

이 경우, NPN 트랜지스터(Q₁₇)의 입력측 베이스는 포토다이오드(PD)의 애노드에 접속되고 콜렉터는 정전류원(I₂)을 통해 전원(V_CC)에 접속된다. NPN 트랜지스터(Q₁₈)의 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₁₇)의 에미터에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 베이스와 콜렉터는 서로 접속되어 다이오드 기능을 한다. NPN 트랜지스터(Q₂₀)의 베이스는 NPN 트랜지스터(Q₁₇)의 콜렉터에 접속되고, 콜렉터는 전원(V_CC)에 접속되며, 에미터는 부하로 작용하는 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)에 접속된다.

NPN 트랜지스터(Q₂₀)는 에미터에서 전압을 출력하는 에미터-플로워 회로를 구성한다. 정전류원(I₂)에 의해 전원(V_CC)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₁₇)으로 전류가 흐르고, 정전류원(I₃)에 의해 NPN 트랜지스터(Q₂₀)로부터 그라운드(GND)로 전류가 흐른다.

이득 스위칭회로(201)는 증폭회로(212)의 입력측의 NPN 트랜지스터(Q₁₇)의 베이스와 증폭회로(212)의 출력측의 NPN 트랜지스터(Q₂₀)의 에미터에 걸쳐 접속된 저항기(Rf₁₁), NPN 트랜지스터(Q₁₇)의 베이스와 NPN 트랜지스터(Q₂₀)의 에미터에 걸쳐 NPN 트랜지스터(Q₁₇)의 일측으로 부터 직렬접속된 저항기(Rf₁₂)와 NPN 트랜지스터(Q₁₉), 및 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 베이스와 에미터에 걸쳐 접속된 저항기(R₃)로 구성된다.

NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 콜렉터는 저항기(Rf₂)의 한 단자에 접속되고, 에미터는 NPN 트랜지스터(Q₂₀)의 에미터에 접속되어 이득 스위칭회로(201)의 스위치(SW)를 구성한다. 저항기(R₃)는 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 스위칭시간을 단축하는 기능을 한다.

선택 회로(213)는 전원(V_CC)에 한쪽 단자가 접속되어 있는 정전류원(I₁), NPN 트랜지스터(Q₁₁∼Q₁₄) 및 PNP 트랜지스터(Q₁₅, Q₁₆)로 구성된다.

NPN 트랜지스터(Q₁₂)의 콜렉터는 정전류원(I₁)의 다른쪽 단자에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 베이스와 콜렉터는 서로 접속된다. NPN 트랜지스터(Q₁₃)의 베이스는 NPN 트랜지스터(Q₁₂)의 베이스에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₁₄)의 에미터에 접속된다. NPN 트랜지스터(Q13)의 에미터 영역은 NPN 트랜지스터(Q₁₂)의 에미터 영역의 10배이다. NPN 트랜지스터(Q₁₄)의 콜렉터는 전원(V_CC)에 접속되고, 베이스는 PNP 트랜지스터(Q₁₅)의 콜렉터에 접속된다.

PNP 트랜지스터(Q₁₅)의 에미터는 전원(V_CC)에 접속되고, 베이스와 콜렉터는 서로 접속된다. PNP 트랜지스터(Q₁₆)의 에미터는 전원(V_CC)에 접속되고, 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 베이스에 접속되며, 베이스는 PNP 트랜지스터(Q₁₅)의 베이스에 접속된다. NPN 트랜지스터(Q₁₁)의 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₁₂)의 콜렉터에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 베이스는 저항기(R₁)를 통해 선택신호(M)의 입력단자에 접속되면서 저항기(R₂)를 통해 그라운드(GND)에 접속된다.

PNP 트랜지스터(Q₁₅, Q₁₆)는 커런트 미러 회로(211)를 구성한다. 선택 회로(213)의 PNP 트랜지스터(Q₁₆)의 콜렉터는 이득 스위칭회로(201)의 스위치(SW) 역할을 하는 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 베이스의 제어입력단자에 접속된다.

이상의 구성으로 된 수광/증폭 장치에서 전원(V_CC)로부터 포토다이오드(PD)를 통해 NPN 트랜지스터(Q₁₇)로 광전류가 흐를 때, 이 광전류의 일부는 PNP 트랜지스터(Q₁₇)로 유입되지만, 나머지 전류는 이득 스위칭회로(201)로 유입된다.

따라서, 정전류원(I₂)에서 나오는 전류의 일부는 NPN 트랜지스터(Q₁₇)와 NPN 트랜지스터(Q₁₈)를 통해 그라운드(GND)로 흐르고, 나머지 전류는 NPN 트랜지스터(Q₂₀)의 베이스로 흐른다. 이어서, 정전류원(I₃)에 의해 결정된 특정 전류가 전원(V_CC)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₂₀)와 정전류원(I₃)을 거쳐 그라운드(GND)로 흐른다.

따라서, 증폭회로(212)는 광전류를 전압으로 변환시키고, 이 전압을 이득 스위칭회로(201)에서 정해진 이득을 기초로 증폭하여 NPN 트랜지스터(Q₂₀)의 에미터로부터 출력한다.

선택 회로(213)의 입력단자로 입력된 선택신호(M)가 H 레벨을 가질 때, 저항기(R₁)을 통해 NPN 트랜지스터(Q₁₁)의 베이스로 전류가 유입된다. 그 결과, NPN 트랜지스터(Q₁₁)가 ON되어 정전류원(I₁)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₁₁)를 통해 그라운드(GND)로 전류(I₁₂)가 흐른다.

따라서, NPN 트랜지스터(Q₁₂, Q₁₃)의 베이스에는 전류가 통하지 않으므로, NPN 트랜지스터(Q₁₂, Q₁₃) 둘다 OFF된다. 그리고, 커런트 미러 회로(211)를 구성하는 2개의 PNP 트랜지스터(Q₁₅, Q₁₆)의 베이스에도 전류가 통하지 않으므로, PNP 트랜지스터(Q₁₅, Q₁₆)는 모두 OFF된다.

즉, 선택신호(M)가 H 레벨을 가지면, 이득 스위칭회로(201)의 NPN 트랜지스터(Q₁₉)가 OFF된다. 따라서 증폭기(AMP)의 등가 이득저항을 Rf₁₁으로 되도록 커런트 미러 회로(201)의 피드백저항이 저항기(Rf₁)에 의해 이루어진다.

선택신호(M)의 레벨이 L이면, 선택 회로(213)의 NPN 트랜지스터(Q₁₁)가 OFF된다. 따라서, 정전류원(I₁)에서 나오는 전류는 NPN 트랜지스터(Q₁₂, Q₁₃)를 통과하여, NPN 트랜지스터(Q₁₅, Q₁₆)로 구성된 커런트 미러 회로(211)를 통과한다. 그 결과, 이득 스위칭회로(201)의 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 베이스로 전류가 흘러 스위치(SW)를 구성하는 NPN 트랜지스터(Q₁₉)를 ON한다.

즉, 선택신호(M)의 레벨이 L이면, 이득 스위칭회로(201)의 피드백저항은 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 ON 상태의 저항 및 저항기(Rf₁₂)의 합저항과 저항기(Rf₁₁)의 저항이 병렬접속되어 이루어지는 합성저항이다. 따라서, 증폭기(AMP)의 등가이득저항은 합성저항 Rf₃(Rf₁₁)이다.

이 경우에, NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 베이스전류는 커런트 미러 회로(211)의 전류증폭률(h_FE)에 따라 정전류로 된다. 따라서, 이득 스위칭회로(201)의 스위치(SW) 역할을 하는 NPN 트랜지스터(Q₁₉)는 안정된 베이스전류 덕분에 고속으로 스위칭 동작을 수행하여 증폭기(AMP)의 이득을 고속으로 스위칭할 수 있다.

NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 오버드라이브 계수(N)는 식 (1)을 이용해 다음과 같이 구해진다:

여기서 I_B는 NPN 트랜스터(Q₁₉)의 베이스전류이고, h_FE(Q₁₉)는 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 전류증폭률이며, I_Rf12는 저항기(Rf₁₂)에 흐르는 전류이다.

한편, 제9도로 부터 다음 식 (6)∼(9)가 성립된다.

따라서, 다음 식 (10)이 성립된다.

식 (10)을 식 (5)에 대입하면 다음 식 (11)이 유도된다.

트랜지스터(Q₁₄, Q₁₉)를 집적하면, 트랜지스터(Q₁₄)의 전류증폭률과 트랜지스터(Q₁₉)의 전류증폭률이 거의 같아져 다음 식을 만족한다.

그리고, 식 (11)을 다음과 같이 표시할 수 있다.

여기서, 10·I₁I_Rf12이다.

따라서, 전류증폭률(h_FE)에 좌우되는 이득 스위칭회로(201)의 스위치(SW) 역할을 하는 NPN 트랜지스터(Q₁₉)의 오버드라이브 계수(N)의 가능한 변수가 없어지고, 오버드라이브 계수(N)에 대한 콜렉터전류(I_Rf12)의 영향이 감소되어 스위칭동작의 응답시간을 단축할 수 있다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 제3실시예의 수광/증폭 장치에서, 커런트 미러 회로에서 나오는 전류증폭률에 관련된 정전류 제어신호는 외부 선택신호의 레벨에 따른 이득 스위칭회로의 스위칭 소자의 제어단자로 공급된다. 이상의 배열이라면, 스위칭 소자는 정전류 제어신호에 따른 소정 시간안에 스위칭동작을 수행하여 증폭회로의 이득을 스위칭할 수 있다.

따라서, 제3실시예에 따르면, 포토다이오드(PD)의 광전류를 전압으로 변환하여 증폭하는 증폭회로의 이득을 고속으로 스위칭할 수 있다.

[제4실시예]

제10도는 본 발명의 제4실시예에 따른 수광/증폭 장치의 등가회로도이다.

제4실시예의 수광/증폭장치에 있어서, 포토다이오드(PD_A, PD_B, PD_C, PD_D)의 캐소드들은 전원(V_CC)에 접속되고, 포토다이오드(PD_A, PD_B, PD_C, PD_D)의 애노드들은 증폭기(AMP_A, AMP_B, AMP_C, AMP_D)의 입력단자들에 각각 접속된다.

증폭기(AMP_A, AMP_B, AMP_C, AMP_D) 각각에는 그 이득을 스위칭하기 위한 선택신호(M)의 입력단자가 제공된다. 전원(V_CC)과 그라운드(GND) 사이에는 기생 포토다이오드(PD_E)가 있는데, 이 다이오드의 캐소드는 전원(V_CC)에 접속되고 애노드는 그라운드(GND)에 접속된다.

포토다이오드(PD_A, PD_B, PD_C, PD_D)에 빛이 입사되면, 그 각각에 광전류(IPD_A, IPD_B, IPD_C, IPD_D)가 흐른다. 이와 같이 입력된 광전류(IPD_A∼IPD_D)는 증폭기(AMP_A∼AMP_D)에서 전압으로 변환되고 증폭되어 각각 출력전압(V_A, V_B, V_C, V_D)으로 형성된다.

기생 포토다이오드(PD_E)에 빛이 입사되어도 광전류(IPD_E)가 흐른다.

제11도는 제10도에 도시된 실시예의 수광/증폭 장치의 회로도인데, 여기서는 4쌍의 포토다이오드(PD)와 증폭기(AMP)중 한쌍만 도시되었다. 이하, 제11도을 참조하여 수광/증폭 장치를 자세히 설명한다.

포토다이오드(PD)의 애노드는 NPN 트랜지스터(Q₂)의 베이스단자, 즉 증폭기(AMP)의 입력단자에 접속된다.

증폭기(AMP)는 포토다이오드(PD)의 광전류를 전압으로 변환하여 증폭하는 증폭회로(311), 증폭회로(311)의 입출력에 걸쳐 접속되고 피드백회로 역할을 하는 이득 스위칭회로(312), 외부 선택신호(M)를 수신하여 이득 스위칭회로(312)를 제어하는 선택 회로(313), 및 증폭회로(311)의 출력을 그라운드(GND)로 단락하는 션트회로(314)로 구성된다.

포토다이오드(PD)의 캐소드는 전원(V_CC)에 접속된다.

증폭회로(311)는 일반적으로 3개의 NPN 트랜지스터(Q₁, Q₂, Q₃)와 2개의 정전류원(I₁, I₂)으로 구성된다.

이 경우에, NPN 트랜지스터(Q₂)의 입력측 베이스는 포토다이오드(PD)의 에노드에 접속되고, 콜렉터는 정전류원(I₁)을 통해 전원(V_CC)에 접속된다. NPN 트랜지스터(Q₁)의 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₂)의 에미터에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 베이스와 콜렉터는 서로 접속되어 다이오드 기능을 한다. NPN 트랜지스터(Q₃)의 베이스는 NPN 트랜지스터(Q₂)의 콜렉터에 접속되고, 콜렉터는 전원(V_CC)에 접속되며, 에미터는 부하로 작용하는 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)에 접속된다.

NPN 트랜지스터(Q₂)는 에미터-폴로워 회로를 구성하여 에미터로부터 전압을 출력한다. 정전류원(I₁)은 전원(V_CC)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₂)에 전류를 흘려보내고, 정전류원(I2)은 NPN 트랜지스터(Q₃)으로부터 그라운드(GND)로 전류를 유출한다.

이득 스위칭 회로(312)는 NPN 트랜지스터(Q₂)의 베이스인 증폭회로(311)의 입력과 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터인 증폭회로(311)의 출력에 걸쳐 저항기(Rf₁), NPN 트랜지스터(Q₂)의 베이스와 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터에 걸쳐 NPN 트랜지스터(Q₂)측으로부터 직렬접속된 저항기(Rf₂)와 NPN 트랜지스터(Q₄), 및 NPN 트랜지스터(Q₄)의 베이스와 에미터에 걸쳐 접속된 저항기(Rf₃)로 구성된다.

NPN 트랜지스터(Q₄)의 콜렉터는 저항기(Rf₂)의 일단에 접속되고, 에미터는 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터에 접속된다. 저항기(R₃)는 NPN 트랜지스터(Q₄)의 스위칭시간을 단축하는 기능을 한다.

선택 회로(313)는 한쪽 단자가 전원(Vcc)에 접속되어 있는 정전류원(I₃), NPN 트랜지스터(Q₅, Q₆, Q₇) 및 PNP 트랜지스터(Q₈, Q₉)로 구성된다.

이 경우에, NPN 트랜지스터(Q₆)의 콜렉터는 정전류원(I₃)의 다른쪽 단자에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 베이스와 콜렉터는 서로 접속된다. NPN 트랜지스터(Q₇)의 베이스는 PNP 트랜지스터(Q₆)의 베이스에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₈)의 콜렉터에 접속된다. PNP 트랜지스터(Q₈)의 에미터는 전원(V_CC)에 접속되고, 베이스와 콜렉터는 서로 접속된다. PNP 트랜지스터(Q₉)의 에미터는 전원(V_CC)에 접속되고, 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₄)의 베이스에 접속되며, 이 베이스는 PNP 트랜지스터(Q₈)의 베이스에 접속된다. NPN 트랜지스터(Q₅)의 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₆)의 콜렉터에 접속되고, 에미터는 그라운드(GND)에 접속되며, 베이스는 저항기(R₁)를 거쳐 선택신호(M)의 입력단자 및 저항기(R₂)를 거쳐 그라운드(GND)에 접속된다.

션트회로(314)는 NPN 트랜지스터(Q₁₀)로 구성된다. NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 에미터는 그라운드(GND)에 접속되고, 콜렉터는 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터, 즉 증폭회로(311)의 출력에 접속되며, 베이스는 선택 회로(313)의 NPN 트랜지스터(Q₇)의 베이스에 접속된다.

NPN 트랜지스터(Q₆, Q₇) 쌍과 PNP 트랜지스터(Q₈, Q₉) 쌍 각각은 커런트 미러 회로를 형성한다. 선택 회로(313)의 PNP 트랜지스터(Q₉)의 콜렉터는 이득 스위칭회로(312)중 NPN 트랜지스터(Q₄)의 베이스의 제어단자에 접속된다. 션트회로(314)의 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 콜렉터는 증폭회로(311)의 출력측에 접속된다.

이상과 같은 구조의 수광/증폭 장치에서 전원(V_CC)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₂)로 광전류가 흐를 때, 이 광전류의 일부는 NPN 트랜지스터(Q₂)의 베이스로 흐르고, 나머지 광전류는 이득 스위칭회로(312)로 흐른다.

따라서, 정전류원(I₁)으로 부터 나온 전류의 일부분은 NPN 트랜지스터(Q₂)와 NPN 트랜지스터(Q₁)를 거쳐 그라운드(GND)로 흐르고, 나머지 광전류는 NPN 트랜지스터(Q₃)의 베이스로 흐른다. 그뒤, 정전류원(I2)에 의해 결정된 소정 전류가 전원(V_CC)로부터 NPN 트랜지스터(Q₃)와 정전류원(I₂)을 통해 그라운드(GND)로 흐른다.

따라서, 증폭기(AMP)는 광전류를 전압으로 변환하고 이득 스위칭회로(312)에 의해 설정된 이득을 기초로 그 전압을 증폭하여 NPN 트랜지스터(Q₃)의 에미터로 부터 출력한다.

이 경우에 선택 회로(313)의 입력단자로 입력된 선택신호(M)의 레벨이 H이면, 저항기(R₁)을 통해 선택 회로(313)중 NPN 트랜지스터(Q₅)의 베이스에 전류가 흐른다. 그 결과, NPN 트랜지스터(Q₅)가 ON되어 정전류원(I₃)으로부터 NPN 트랜지스터(Q₅)를 통해 그라운드(GND)로 전류가 흐른다.

따라서, 커런트 미러 회로를 구성하는 2개의 NPN 트랜지스터(Q₆, Q₇)의 베이스에는 전류가 흐르지 않아 OFF된다. 그러므로, 커런트 미러 회로를 형성하는 2개의 PNP 트랜지스터(Q₈, Q₉)에도 전류가 흐르지 않아 OFF된다.

예컨대, 선택신호(M)의 레벨이 H이면, 이득 스위칭회로(312)의 NPN 트랜지스터(Q₄)가 OFF된다. 따라서, 이득 스위칭회로(312)의 피드백저항이 저항기(Rf₁)에 의해 결정되어 증폭기(AMP)의 등가 이득저항이 Rf₁으로 된다.

한편, NPN 트랜지스터(Q₆, Q₇)으로 구성된 커런트 미러 회로에는 전류가 흐르지 않기때문에, 션트회로(314)의 베이스에 전류가 통하지 않아서 NPN 트랜지스터(Q₁₀)가 OFF된다. 다시말해, 선택신호(M)의 레벨이 H이면, 정전류원(I₂)에 의해 결정된 소정 전류가 전술한 방식대로 NPN 트랜지스터(Q₃)에 흐른다.

선택신호(M)의 레벨이 L이면, 선택 회로(313)의 NPN 트랜지스터(Q₅)가 OFF된다. 따라서, 정전류원(I₃)에서 나온 전류가 NPN 트랜지스터(Q₆, Q₇)로 구성된 커런트 미러 회로에 흐르고, 정전류원(I₃)의 전류와 같은 크기의 전류가 PNP 트랜지스터(Q₈, Q₉)로 구성된 커런트 미러 회로에 흐른다. 그 결과, 커런트 미러 회로(I₃)의 전류와 같은 크기의 전류가 이득 스위칭회로(312)의 NPN 트랜지스터(Q₄)의 베이스에 흘러 이 트랜지스터를 ON시킨다.

예컨대, 선택신호(M)의 레벨이 L이면, 이득 스위칭회로(312)의 피드백저항은 ON상태의 NPN 트랜지스터(Q₄)의 저항과 저항기(Rf₂)의 합저항과 저항기(Rf₁)의 저항을 병렬접속한 합성저항으로 정해진다. 따라서, 증폭기(AMP)의 등가 이득저항은 합성저항값 Rf₃(Rf₁)과 같다.

이 경우에, NPN 트랜지스터(Q₆, Q₇)로 구성된 커런트 미러 회로에는 정전류원(I₃)에서 나온 전류가 흐르고, 이 전류의 일부는 NPN 트랜지스터(Q₁₀)의 베이스로 흘러 이 트랜지스터를 ON시킨다.

다시말해, 선택신호(M)의 레벨이 L이면, 정전류원(I₂)에 의해 결정되어 NPN 트랜지스터(Q₃)를 통과하는 소정 전류가 션트회로(314)를 거쳐 부분적으로 그라운드(GND)에 단락된다. 따라서, 증폭회로(311)의 전류 구동력이 낮은쪽으로 변한다.

따라서, 제4실시예에 따르면, 증폭기(AMP)의 등가 이득저항은 선택신호(M)의 레벨에 따라 변할 수 있다.

그러므로, 미니 디스크의 픽업에 현재의 수광/증폭 장치를 사용하면, 다음과 같은 효과가 생긴다.

예컨대 디스크 판독 단계에서 포토다이오드(PD)에 입사하는 광량이 적을 때는, 증폭회로(311)가 포화되지 않는 범위내에서 이득 스위칭회로(312)의 피드백 저항값이 큰 값을 갖도록 Rf₁으로 설정된다. 예컨대 디스크 기록 단계에서 포토다이오드(PD)에 입사하는 광량이 많을 때는, 증폭회로(311)가 포화되지 않는 범위내에서 이득 스위칭회로(312)의 피드백 저항값이 작은 값을 갖도록 Rf₃으로 설정된다.

따라서, 포토다이오드(PD)의 입사광량에 따라 제어신호(M)의 레벨을 조정하여 이득 스위칭회로의 피드백 저항값을 Rf₁과 Rf₃사이에서 변화시키면, 포토다이오드(PD)의 광범위한 입사광량에 걸쳐 증폭기(AMP)를 포화시키지 않고 증폭기(AMP)의 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있다.

제4실시예에서는 증폭회로(311)의 출력과 그라운드(GND) 사이에 션트회로(314)를 배치한다. 이어서, 선택신호(M)의 레벨에 따라(즉, 이득을 변경시키기 위한 NPN 트랜지스터(Q₄)와 동기하여), 션트회로(314)의 NPN 트랜지스터(Q₁₀)를 ON/OFF되도록 제어한다. 따라서, 이득을 변경하기 위한 NPN 트랜지스터(Q₄)를 ON 상태로 스위칭하면 증폭회로(311)의 출력전류를 소전류측으로 변경할 수 있다.

예컨대, 본 실시예에 따르면, 포토다이오드(PD)의 입사광량이 크다는 이유로 이득을 변환용 NPN 트랜지스터(Q₄)를 ON하여 증폭기(AMP)의 이득을 감소시킴에 있어서, 회로전류를 지나치게 증가시키지 않고도 NPN 트랜지스터(Q₄)에 대전류를 공급하여 이 트랜지스터의 ON 상태의 저항을 크게하지 않고 트랜지스터를 안정되게 동작시킬 수 있다.

제4실시예의 이득 스위칭회로(312)에는 이득변환용 NPN 트랜지스터(Q₄)와 저항기(Rf₂)를 1조 사용하였지만, 2조 이상을 사용해도 좋다.

제4실시예에서는 증폭기(AMP)의 이득 변환용 스위칭 소자로서 NPN 트랜지스터를 사용하였지만, 물론 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 아날로그 스위치나 전술한 요소와 등가인 스위칭 소자도 사용할 수 있다.

이상의 설명에서 명백한 바와 같이, 제4실시예의 수광/증폭 장치에서, 증폭회로에서 나오는 출력전류의 크기는 증폭회로의 입출력에 걸쳐 접속된 이득스위칭회로의 스위칭 소자의 ON/OFF와 동기하여 전류 스위칭 회로에 의해 변경된다. 상기 구성에서, 증폭회로의 출력전류는 예컨대 선택신호를 기초로 스위칭 소자가 ON될 때 소전류측으로 변경할 수 있다.

따라서, 제4실시예에 다르면, 광범위한 입사광량에 걸쳐 높은 신호대 잡음비를 얻을 목적으로 이득 스위칭회로의 스위칭 소자의 ON/OFF를 제어하여 증폭회로의 이득을 변화시킬 때 스위칭 소자의 안정된 동작을 보장하도록 스위칭 소자에 큰 전류를 공급할 때에도, 회로전류가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.

또, 제4실시예의 수광/증폭 장치에 따르면, 전류 스위칭회로는 션트회로로 구성되고, 이 션트회로는 한쪽 단자가 증폭회로의 출력단자에 접속되고 제2스위칭 소자를 포함하며, 제2스위칭 소자는 선택신호에 의해 ON/OFF하도록 제어된다. 이런 배열에서는, 스위칭 소자가 선택신호를 기초로 ON될 때 증폭회로의 출력전류가 션트회로에 의해 단락되어 증폭회로의 동작을 작은 전류측으로 바꿀 수 있다.

따라서, 제4실시예에 따르면, 스위칭 소자에 대전류가 공급될 때에도 회로 전류가 지나치게 증가하는 것이 방지되어 이득 스위칭회로의 스위칭 소자의 안정된 동작을 확보할 수 있다.

Claims (12)

1. 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭장치로서, 상기 장치는, 증폭회로를 둘 이상의 이득 레벨사이에서 스위칭하고, 상기 증폭회로의 입출력에 걸쳐 직렬 접속된 적어도 한 조의 저항 및 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자는 제어 단자를 포함하는, 이득 스위칭 회로; 및 외부 선택 신호에 응답하여 상기 둘 이상의 이득 레벨중 하나를 선택하고, 상기 외부 선택 신호에 응답하고 상기 스위칭 소자의 제어 단자에 직접 접속된 커런트 미러 회로를 포함하는 이득 선택 회로를 구비하며, 이에 따라 상기 증폭회로가 포토다이오드에 입사하는 광범위한 광량에 걸쳐 포화되지 않도록 되어 신호대 잡음비가 향상되는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
2. 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭장치로서, 상기 장치는, 상기 포토다이오드에 직접 접속되고, 상기 포토다이오드로 부터의 광전류의 크기와 거의 동등한 크기를 갖는 전류의 제어신호를 출력하는 커런트 미러 회로; 상기 커런트 미러 회로에 의해 출력되는 제어신호에 응답하여 상기 증폭회로에 대한 적어도 2개의 이득 레벨중 하나를 선택하고, 상기와 다른 제어신호를 출력하도록 접속된 2개의 다른 커런트 미러 회로를 포함하는 이득 선택 회로; 상기 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬 접속된 적어도 한 조의 저항 및 스위칭 소자를 포함하고, 또한, 상기 다른 제어 신호를 수신하도록 접속된 제어단자를 포함하는 이득 스위칭 회로를 포함하며, 상기 외부 선택 신호에 따라, 상기 다른 제어 신호가 상기 포토다이오드로 부터의 광전류의 크기와 거의 같은 상기 이득 스위칭 회로에 대한 전류흐름을 생성하는 프리선택 상태를 가능케 하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
3. 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭장치로서, 상기 장치는, 증폭회로를 둘 이상의 이득 레벨사이에서 스위칭하고, 상기 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 직렬 접속된 적어도 한 조의 저항 및 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 소자는 제어 단자를 포함하는, 이득 스위칭 회로; 및 외부 선택 신호에 응답하여 상기 둘 이상의 이득 레벨중 하나를 선택하고, 상기 외부 선택 신호의 레벨에 따라 전류 증폭률과 상관하는 일정 전류의 제어신호를 발생하는 커런트 미러 회로를 포함하고, 상기 커런트 미러 회로는 상기 이득 스위칭 회로의 스위칭 소자의 제어단자에 상기 제어신호를 공급하기 위해 상기 제어단자에 직접 접속된, 이득 선택 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
4. 포토다이오드, 및 광전류의 전류/전압 변환을 통해 상기 포토다이오드로 부터의 광전류를 증폭하는 증폭회로를 구비하는 수광/증폭장치로서, 상기 장치는, 외부 선택 신호의 레벨에 따라 그안에 내장된 스위칭소자를 온/오프함으로써 상기 증폭회로의 이득을 변경하고, 상기 증폭회로의 입력 및 출력에 걸쳐 접속되고, 상기 스위칭 소자는 상기 커런트 미러 회로의 출력에 직접 접속되고, 상기 커런트 미러 회로는 상기 외부 선택 신호의 레벨에 따라 출력을 발생하는, 이득 스위칭 회로; 상기 스위칭소자의 온/오프에 동기하여 상기 증폭회로의 출력 전류의 크기를 변경하는 다른 전류 스위칭 회로를 구비하고, 상기 장치는 광디스크상의 판독 또는 기록용으로 사용되고 상기 이득 스위칭회로는 상기 증폭회로를 판독을 위한 고이득 레벨 및 기록을 위한 저이득 레벨로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 전류 스위칭 회로는, 그의 한 단자가 상기 증폭회로의 출력단자에 접속된 션트회로이고, 제2스위칭 소자를 포함하며, 상기 제2스위칭 소자의 제어단자에 상기 선택신호가 입력되는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
6. 제1항에 있어서 상기 이득 선택 회로는, 상기 외부 선택 신호를 수신하고 상기 커런트 미러 회로를 통해 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 장치는 광디스크상의 판독 또는 기록용으로 사용되고 상기 이득 스위칭 회로는 상기 증폭회로를 판독을 위한 고이득 레벨 및 기록을 위한 저이득 레벨로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
8. 제2항에 있어서, 상기 이득 선택 회로는, 상기 외부 선택 신호를 수신하고 상기 커런트 미러 회로를 통해 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
9. 제2항에 있어서, 상기 장치는 광디스크상의 판독 또는 기록용으로 사용되고 상기 이득 스위칭 회로는, 상기 증폭회로를, 판독을 위한 고이득 레벨 및 기록을 저이득 레벨로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
10. 제3항에 있어서, 상기 이득 선택 회로는, 상기 외부 선택 신호를 수신하고 상기 커런트 미러 회로를 통해 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
11. 제3항에 있어서, 상기 장치는 광디스크상의 판독 또는 기록용으로 사용되고 상기 이득 스위칭 회로는 상기 증폭회로를 판독을 위한 고이득 레벨 및 기록을 위한 저이득 레벨로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.
12. 제4항에 있어서, 상기 이득 선택 회로는, 상기 외부 선택 신호를 수신하고 상기 커런트 미러 회로를 통해 전류 흐름을 제어하기 위한 다른 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수광/증폭장치.