專利名稱：受光放大電路及使用該電路的光傳感器裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及到被用于CD-R，DVD-R等光碟用傳感器的受光放大電路及使用該電路的光傳感器裝置。
背景技術：
圖1表示的是專利文獻1中所示的被用于CD-R，DVD-R等光碟用傳感器的受光放大電路的一例。在這種構成中，使光信號變換為電信號的光電二極管21的陰極連接到電源電壓端子22、陽極連接運算放大器23的反轉輸入端子，運算放大器23的反轉輸入端子與輸出之間連接了變換電阻24，PNP晶體管25的發射極連接到運算放大器23的反轉輸入端子、基極連接到輸出、集電極連接到GND。
在這種構成中，當光信號被輸入到光電二極管21時，與光的強度成比例的光電流被輸入到運算放大器23，這個電流被變換電阻24變換為電壓信號，由光電流Iph與變換電阻24的電阻值Rfd的積所決定的電壓Vo被輸出。
當光的輸入變大，光電流Iph與電阻值Rfd的積比PNP晶體管25的基極與發射極之間的電壓VBE大時，PNP晶體管25開始動作，輸出電壓被VBE限定。另外，當光電流進一步變大，光電二極管21產生的剩余電流被放出到GND來防止飽和。
專利文獻1專利第3123708號公報以前的受光放大電路如以上所述的那樣構成，只要晶體管連接到二極管就可以對輸出電壓限幅，由于即使大振幅的脈沖輸入也不會使放大電路飽和，所以可以使應答特性高速化。
但是，在這種構成中進行限幅時，由于二極管與變換電阻并列連接所以電阻值會明顯的下降，電路會有產生振蕩的情況。
以下，關于這一點進行詳細的說明。
圖2所示的是圖1中所示的運算放大器的頻率特性。圖2中，實線表示晶體管25截止(off)的情況下運算放大器23的電路開環路增益，虛線表示晶體管25導通(on)的情況下運算放大器23的開環電路增益。另外，圖2中的雙點劃線表示的是輸出信號的相移。
晶體管25截止的情況下，運算放大器23的電路開環路增益由變換電阻的電阻值Rfd規定。這時，運算放大器23的電路開環路增益表現出圖2中實線所表示的特性。
另一方面，當晶體管25導通時，運算放大器23的電路開環路增益由電阻值Rfd與晶體管25的導通電阻的并列和來規定。這時，運算放大器23的增益與晶體管25截止時的情況相比較，向高頻率方面轉移。晶體管25由截止向導通變化時，運算放大器23的電路開環路增益在0dB時的相位容許失真從Moff到Mon大幅減少。結果，反饋電路的動作變的不安定，運算放大器23產生振蕩。
另外，限幅后還有更大的光輸入的情況下產生的電流是由電路的輸出電流提供的，但是如果這個輸出電流不保持十分大，電路動作就會變的不安定，輸出的波形中產生阻尼振蕩。另外，雖然可以由PNP晶體管25的VBE來決定限幅電壓，但對于放大電路的基準電壓，會產生只能用被固定在大約0.7V的VBE或者是它的整數倍的電壓來設定限幅電壓等問題。
發明內容
于是，本發明為了解決上述問題，提供一種可以防止將輸出電壓限幅時變換電阻值的下降以及用于向光電二極管提供電流的輸出電流的增加，可以自由設定限幅電壓的受光放大電路及使用該電路的光傳感器裝置。
為了解決上述問題的本發明的受光放大電路，其特征在于具備使光信號變換為電流信號的光電二極管；使上述電流信號變換為電壓信號并放大后輸出的運算放大器電路；當上述運算放大器電路的輸出電壓達到規定值時，通過限幅上述運算放大器電路的輸出放大級的輸入電壓，使上述運算放大器電路的輸出電壓限幅在上述規定值的限幅電路，上述電流信號通過上述運算放大器電路的輸出端子與上述運算放大器電路的反轉輸入端子之間連接的變換電阻被變換成電壓信號。
上述限幅電路優選至少具備檢測上述運算放大器電路的輸出電壓的變化的開關元件和電壓源，上述開關元件導通時，與上述電壓源的電壓對應的電壓給予上述運算放大器電路的輸出放大級的輸入。
上述電壓源優選為可變電壓源。
優選還具備供給上述光電二極管產生的電流的電流供給電路。
上述電流供給電路優選對應上述限幅電路的電壓限幅動作來進行動作。
具體來說，上述開關元件是第1雙極性晶體管，上述電流供給電路包含第2雙極性晶體管，上述運算放大器電路中的與上述光電二極管連接的輸入端子被連接到上述第2雙極性晶體管的發射極，上述第2雙極性晶體管的基極與上述第1雙極性晶體管的集電極連接，上述第1雙極性晶體管的基極與上述電壓源連接。
優選具備多個變換電阻，使各個上述變換電阻有選擇的連接到上述運算放大器電路的輸出端子的變換電阻開關電路。
優選對應上述變換電阻開關電路的切換，上述限幅電路使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在不同的電壓。
優選上述限幅電路中具備多個電壓源及有選擇的被連接到各個上述電壓源的限幅電壓開關電路，對應上述限幅電壓開關電路的切換，從上述多個電壓源中選擇一個電壓源，對應被選擇的電壓限幅上述輸出放大級的輸入電壓。
本發明的光傳感器裝置，輸出與來自光碟媒介的反射光的強度相對應的電壓，具備所述的受光放大電路。
上述光傳感器裝置中，優選上述受光放大電路具備多個變換電阻，將各個上述變換電阻有選擇的連接到上述運算放大器電路的輸出端子的變換電阻開關電路，上述限幅電路對應上述變換電阻開關電路的切換使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在不同的電壓，當光碟媒介播放動作時，上述變換電阻開關電路使上述多個變換電阻中的一個連接到上述運算放大器電路的輸出端子，并且上述限幅電路使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在上述運算放大器電路不飽和程度的高電壓，當光碟媒介記錄動作時，上述變換電阻開關電路使上述多個變換電阻中與上述播放動作時被連接的變換電阻相比電阻值小的一個與上述運算放大器電路的輸出端子連接，并且上述限幅電路使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在上述運算放大器電路正常動作程度的低電壓。
因此，上述限幅電路中優選具備多個電壓源及有選擇的與各個上述電壓源連接的限幅電壓開關電路，對應上述限幅電壓開關電路的切換，從上述多個電壓源中選擇一個電壓源，對應被選擇的電壓限幅上述輸出放大級的輸入電壓。
發明的效果根據本發明，由于可以使受光放大電路中的輸出電壓的限幅動作的安定，并且根據用途可以自由的設定限幅電壓，所以能對應光傳感器裝置的記錄/播放各自不同的用途實現最佳的動作。
圖1以前的受光放大電路的構成2圖1中表示的受光放大電路的頻率特性3本發明的實施形態中受光放大電路的構成4本發明的實施形態中受光放大電路的變形例示圖具體實施方式
以下，利用圖面來說明本發明的實施形式。
圖3表示本發明的實施形式中受光放大電路的構成。
光電二極管1的陽極與GND，陰極與作為運算放大器20的反轉輸入端子的NPN晶體管2的基極相連。
運算放大器20由以下元件構成一對NPN晶體管2、3及電流源4組成的差動輸入級、PNP晶體管6、7構成的有源(active)負荷、NPN晶體管9、電流源10、變換電阻11。
NPN晶體管2、3各自的發射極通過電流源4與GND連接，NPN晶體管3的基極與基準電壓源5連接成為基準電壓端子。
PNP晶體管6的基極與PNP晶體管7的基極、集電極以及NPN晶體管3的集電極連接，PNP晶體管6的發射極與電壓源8連接，PNP晶體管6的集電極與NPN晶體管2的集電極及NPN晶體管9的基極連接。
本實施形式中電壓限幅電路的構成如下所述。
PNP晶體管12的發射極與NPN晶體管9的基極連接，PNP晶體管12的基極與電壓源14連接，PNP晶體管12的集電極與NPN晶體管13的基極并通過電阻15與NPN晶體管2的基極連接。
NPN晶體管13的集電極與電壓源8連接，NPN晶體管13的發射極與光電二極管1的陰極連接。
下面對這個電路的動作進行詳細的說明。
CD-R、RW，DVD-R、RW等記錄型光碟在記錄時使放大器瞬間飽和的脈沖波形被輸入到光電變換裝置的光電二極管。
這個限幅電路是利用在放大器的輸出電壓到達飽和電壓之前進行限制來改善應答特性。
向光電二極管1輸入光信號時，在輸出端子OUT產生由光電流Iph與變換電阻11的電阻值Rfd的積所決定的電壓。當輸入到光電二極管1的光信號變的大時，NPN晶體管9的發射極電位及其基極電位也上升。
當NPN晶體管9的基極電位達到比電壓源14的電位高出電位PNP晶體管12的VBE時，PNP晶體管12導通，晶體管12的發射極電位被固定在電壓源14的電壓與PNP晶體管12的VBE的和。
結果，晶體管9的基極被電壓源14的電壓和PNP晶體管12的VBE固定。PNP晶體管12的VBE與NPN晶體管9的VBE幾乎相等時，放大器的輸出電壓被電壓源14的電位限幅。
PNP晶體管12導通時電阻15中有電流流過，當電阻15兩端發生的電位變得比NPN晶體管13的VBE大時，這次NPN晶體管13導通，可以通過NPN晶體管13從電壓源8向光電二極管1提供產生的剩余電流。
根據本實施形式，當光電流Iph與變換電阻11的電阻值Rfd的積達到限幅電路的PNP晶體管12的VBE時，限幅電路動作，輸出電壓對應這個VBE被限幅。并且，即使限幅電路動作，決定增益的電阻值只由變換電阻11決定，由于與限幅電路不動作時相同，可以防止電路振蕩。另外，由于電壓限幅動作后不用從運算放大器20向光電二極管1供給產生的剩余電流就可以，所以可以使運算放大器20安定動作。并且，因為電壓源14使用了可變電壓源，可以根據用途、目的來設定最適合的限幅電壓。
圖4表示的是本實施形式的變形例。
與圖3所示的構成有以下不同點電阻值相互不同的變換電阻16和變換電阻11被并列的插入到NPN晶體管2的基極與NPN晶體管9的發射極之間，通過NPN晶體管9的發射極側的開關18的切換可以選擇變換電阻11或變換電阻16中的某一個；PNP晶體管12的基極連接了開關19，通過開關19的切換可以選擇連接在PNP晶體管12的基極上電壓相互不同的電壓源14或電壓源17中的某一個。
在上述電路構成的基礎上，因為可以通過開關18與開關19的聯動進行切換，按照不同的增益來變更限幅電壓，所以可以選擇對記錄時、播放時各自動作最適合的條件等，可以根據系統實現最佳的動作。
例如，光碟播放時，因為從光電二極管1輸出的光電流很微弱，有必要使由開關18選擇的變換電阻值變大，使輸出電壓變為適合，但如果由開關19的切換來使限幅電壓變高，那么就可以取得大的輸出動態范圍。另外，這時有必要設定限幅電壓以使運算放大器20的輸出不飽和。
光碟記錄時，因為從光電二極管1輸出的光電流很大，有必要在使由開關18選擇的變換電阻值變小以使運算放大器20不飽和，并使輸出電壓變為適合，但如果通過開關19的切換來使限幅電壓變低，可以縮短輸出的應答時間。另外，這時有必要在使運算放大器正常動作的程度下設定限幅電壓。
另外，本變形例中，為了改變限幅電壓使用了多個電壓源14、17并用開關19進行切換，也可以只使用14作為電壓源，并使其為可變電壓源。
開關18、19也可以由雙極性晶體管、MOS晶體管構成。
另外，本實施形態中的光電二極管的陽極也可以采用連接到運算放大器20的反轉輸入端子的構成，這種情況下，需要使差動輸入級設置在PNP晶體管等，使構成運算放大器其他部分的晶體管的極性相反。
當使本實施形態的受光放大電路用于光傳感器裝置時，如上所述，對應記錄/播放各自的動作改變運算放大器的輸出應答，可以實現最佳的動作，并且特別是在記錄時，因為對光輸入信號的高速應答成為可能，所以能夠容易的實現高倍速記錄。
本發明涉及到的受光放大電路，對于光電二極管中發生的大振幅的光輸入，不會使運算放大器飽和，能使應答速度高速化，在應用于對CD-R、RW，DVD-R、RW及Blue-ray等媒介進行記錄播放的光傳感器上是有用的。
符號的說明1 光電二極管2 NPN晶體管3 NPN晶體管4 電流源5 基準電壓源6 PNP晶體管7 PNP晶體管8 電壓源9 NPN晶體管10 電流源11 變換電阻12 PNP晶體管13 NPN晶體管14 電壓源15 電阻16 變換電阻17 電壓源18 開關19 開關20 運算放大器
21 光電二極管22 電源電壓端子23 運算放大器24 變換電阻25 PNP晶體管
權利要求
1.一種受光放大電路，其特征在于具備使光信號變換為電流信號的光電二極管；使上述電流信號變換為電壓信號并放大后輸出的運算放大器電路；當上述運算放大器電路的輸出電壓達到規定值時，通過限幅上述運算放大器電路的輸出放大級的輸入電壓，使上述運算放大器電路的輸出電壓限幅在上述規定值的限幅電路，上述電流信號通過上述運算放大器電路的輸出端子與上述運算放大器電路的反轉輸入端子之間連接的變換電阻被變換成電壓信號。
2.權利要求1所述的受光放大電路，其特征在于上述限幅電路至少具備檢測上述運算放大器電路的輸出電壓的變化的開關元件和電壓源，上述開關元件導通時，將與上述電壓源的電壓對應的電壓給予上述運算放大器電路的輸出放大級的輸入。
3.權利要求2所述的受光放大電路，其特征在于上述電壓源為可變電壓源。
4.權利要求2所述的受光放大電路，其特征在于還具備電路供給上述光電二極管產生的電流的電流供給電路。
5.權利要求4所述的受光放大電路，其特征在于上述電流供給電路對應上述限幅電路的電壓限幅動作來進行電路動作。
6.權利要求5所述的受光放大電路，其特征在于上述開關元件是第1雙極性晶體管，上述電流供給電路包含第2雙極性晶體管，上述運算放大器電路中的與上述光電二極管連接的輸入端子被連接到上述第2雙極性晶體管的發射極，上述第2雙極性晶體管的基極與上述第1雙極性晶體管的集電極連接，上述第1雙極性晶體管的基極與上述電壓源連接。
7.權利要求2所述的受光放大電路，其特征在于具備多個變換電阻，使各個上述變換電阻有選擇地連接到上述運算放大器電路的輸出端子的變換電阻開關電路。
8.權利要求7所述的受光放大電路，其特征在于對應上述變換電阻開關電路的切換，上述限幅電路使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在不同的電壓。
9.權利要求8所述的受光放大電路，其特征在于上述限幅電路中具備多個電壓源及有選擇地被連接到各個上述電壓源的限幅電壓開關電路，對應上述限幅電壓開關電路的切換，從上述多個電壓源中選擇一個電壓源，對應被選擇的電壓限幅上述輸出放大級的輸入電壓。
10.一種光傳感器裝置，其特征在于輸出與來自光碟媒介的反射光的強度相對應的電壓，具備權利要求1所述的受光放大電路。
11.權利要求10所述的光傳感器裝置，其特征在于上述光傳感器裝置中，上述受光放大電路具備多個變換電阻，將各個上述變換電阻有選擇地連接到上述運算放大器電路的輸出端子的變換電阻開關電路，上述限幅電路對應上述變換電阻開關電路的切換使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在不同的電壓，當光碟媒介播放動作時，上述變換電阻開關電路使上述多個變換電阻中的一個連接到上述運算放大器電路的輸出端子，并且上述限幅電路使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在上述運算放大器電路不飽和程度的高電壓，當光碟媒介記錄動作時，上述變換電阻開關電路使上述多個變換電阻中與上述播放動作時被連接的變換電阻相比電阻值小的一個與上述運算放大器電路的輸出端子連接，并且上述限幅電路使上述輸出放大級的輸入電壓限幅在上述運算放大器電路正常動作程度的低電壓。
12.權利要求11所述的光傳感器裝置，其特征在于上述限幅電路中具備多個電壓源及有選擇的與各個上述電壓源連接的限幅電壓開關電路，對應上述限幅電壓開關電路的切換，從上述多個電壓源中選擇一個電壓源，對應被選擇的電壓限幅上述輸出放大級的輸入電壓。
全文摘要
提供一種受光放大電路，能防止在具備限幅電路的受光放大電路中限幅動作時的振蕩，并且能自由設定限幅電壓。本發明的受光放大電路具備光電二極管(1)、運算放大器(20)、運算放大器(20)的輸出端子與反轉輸入端子之間連接的變換電阻(11)、使運算放大器(20)的輸出電壓限幅在規定值的限幅電路。限幅電路具備檢測運算放大器的輸出電壓變化的PNP晶體管(12)及與其基極相連接的電壓源(14)，隨著構成運算放大器(20)的輸出增幅級的NPN晶體管(9)的發射極電位的上升，當PNP晶體管(12)導通，電壓源(14)的電壓通過PNP晶體管(12)供給NPN晶體管(9)的基極。
文檔編號H01L27/14GK1901363SQ20061010611
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月20日 優先權日2005年7月20日
發明者茶藤哲夫, 山口博史 申請人:松下電器產業株式會社