光接收電路和光耦合裝置的制造方法
【專利說明】光接收電路和光耦合裝置
[0001]相關(guān)申請的引用
[0002]本申請基于并要求2014年8月29日提出的日本專利申請2014 — 176591號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用而被包含在本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]這里說明的實(shí)施方式整體上涉及光接收電路和光耦合裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，在光耦合元件或光數(shù)據(jù)鏈路等使用光來傳輸信號的裝置中，發(fā)光元件的發(fā)光效率等性能有所改善，形成光傳輸路徑的塑料光纖的傳輸損耗的等級也有所提高。因此，通過使用這些設(shè)備，就能進(jìn)行低成本大容量的光數(shù)據(jù)通信。在這樣的光數(shù)據(jù)通信環(huán)境中期望擴(kuò)大光接收電路的動態(tài)范圍，并且能在寬的動作范圍內(nèi)維持穩(wěn)定的動作。
[0005]隨著光傳輸路徑的傳輸距離的延長，所傳輸?shù)墓庑盘柕膹?qiáng)度會包含從微弱電平至非常強(qiáng)的電平，光接收電路的動態(tài)范圍的擴(kuò)大成為更重要的問題。例如，在輸入段中包含有受光元件和TIA(Trans Impedance Amplifier、互阻放大器)的光接收電路中，如果在接收微弱電平的光信號時進(jìn)行TIA的增益設(shè)定，則在信號強(qiáng)度強(qiáng)的情況下，TIA飽和或者引起共振動作，因此，很難擴(kuò)大動態(tài)范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]實(shí)施方式提供一種在寬的動態(tài)范圍內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行動作的光接收電路和光耦合裝置。
[0007]根據(jù)一個實(shí)施方式，光接收電路包括:受光元件；第一晶體管，具有在第一節(jié)點(diǎn)與所述受光元件相連接的控制端子、與基準(zhǔn)電位相連接的第一端子、以及第二端子；第一負(fù)載電路，連接在電源電位與連接有所述第二端子的第二節(jié)點(diǎn)之間，向出現(xiàn)基于電流信號的電壓信號的第三節(jié)點(diǎn)輸出電壓，所述電源電位具有比所述基準(zhǔn)電位高的高電位；第一反饋電阻，連接在所述第一節(jié)點(diǎn)與所述第三節(jié)點(diǎn)之間；第一限制電路，連接在所述第一反饋電阻的兩端，限制第一反饋電阻兩端的電壓上升；以及第一電路，連接在所述第二節(jié)點(diǎn)與所述基準(zhǔn)電位之間，包含二極管接法的第二晶體管，基于所述第一限制電路的動作進(jìn)行動作。
[0008]根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的光接收電路，能夠提供一種在寬的動態(tài)范圍內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行動作的光接收電路和光耦合裝置。
【附圖說明】
[0009]圖1是例示第一實(shí)施方式涉及的光接收電路的電路圖。
[0010]圖2 (a)和圖2 (b)是分別例示比較例的光接收電路的電路圖。
[0011]圖3(a)是通過仿真求出圖1的光接收電路的互阻的頻率特性的圖表。圖3(b)是通過仿真求出比較例涉及的光接收電路的互阻的頻率特性的圖表。
[0012]圖4是例示第一實(shí)施方式的第一變形例涉及的光接收電路的電路圖。
[0013]圖5是例示第一實(shí)施方式的第二變形例涉及的光接收電路的電路圖。
[0014]圖6是例示第二實(shí)施方式涉及的光接收電路的電路圖。
[0015]圖7是例示第三實(shí)施方式涉及的光接收電路的電路圖。
[0016]圖8(a)是例示第四實(shí)施方式涉及的光耦合裝置的框圖。圖8(b)是例示第四實(shí)施方式涉及的光耦合裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0017]圖9是例示第五實(shí)施方式涉及的光通信系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0019](第一實(shí)施方式)
[0020]圖1是例示本實(shí)施方式涉及的光接收電路的電路圖。
[0021]圖2 (a)和圖2 (b)是分別例示比較例的光接收電路的電路圖。
[0022]圖3(a)是通過仿真求出圖1的光接收電路的互阻的頻率特性的圖表。
[0023]圖3(b)是通過仿真求出比較例涉及的光接收電路的互阻的頻率特性的圖表。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施方式的光接收電路?ο包括受光元件1 (ro)、反相放大晶體管2、負(fù)載電路3、反饋電阻4、限制電路5、旁通電路6和旁路控制電路7。光接收電路10連接在基準(zhǔn)電位20與電源電位25之間?；鶞?zhǔn)電位20是光接收電路10所連接的電位中最低的電位，典型的是接地電位0V。電源電位25是光接收電路10所連接的電位中最高的電位，例如是3.3V?；鶞?zhǔn)電位20和電源電位25只要維持上述電位關(guān)系即可，也可以是基準(zhǔn)電位20和電源電位兩者或者一方具有負(fù)電位。
[0025]受光元件1連接在基準(zhǔn)電位20與輸入受光元件1的輸出電流(電流信號)的輸入節(jié)點(diǎn)21 (第一節(jié)點(diǎn))之間。受光元件1例如是硅光電二極管。受光元件1除了是硅光電二極管以外，也可以根據(jù)光傳輸距離或通信速度等而是硅PIN光電二極管或者雪崩光電二極管等其他光電變換元件。
[0026]反相放大晶體管2具有與輸入節(jié)點(diǎn)21相連接的柵極端子G1 (控制端子)、與基準(zhǔn)電位20相連接的源極端子S1 (第一端子)、以及將輸入到柵極端子G1的電壓反相輸出的漏極端子D1 (第二端子)。反相放大晶體管2的漏極端子D1與內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)22 (第二節(jié)點(diǎn))直接連接。反相放大晶體管 2 例如是 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
[0027]負(fù)載電路3包含電流源(II) 12和負(fù)載晶體管11。電流源12連接在電源電位25與內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)22之間。負(fù)載晶體管11具有與內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)22相連接的柵極端子G3、與光接收電路10的輸出節(jié)點(diǎn)23相連接的源極端子S3、以及與電源電位25相連接的漏極端子D3。負(fù)載晶體管11例如是M0SFET。負(fù)載晶體管11經(jīng)由電流源(12) 13和具有電流放大作用的緩沖電路輸出來自內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)22的輸出。該電流源13連接在輸出節(jié)點(diǎn)23(第三節(jié)點(diǎn))與基準(zhǔn)電位20之間。負(fù)載電路3能夠以源極跟隨器形式將反相放大晶體管2的輸出接收，并以低輸出阻抗輸出到下一級的電路。
[0028]再有，以下期望電流源是電流鏡電路等恒流電路，但也可以代替恒流電路而使用電阻元件。因此，在本說明書中稱作電流源的情況視為包括恒流電路和電阻元件。
[0029]反饋電阻4連接在輸入節(jié)點(diǎn)21與輸出節(jié)點(diǎn)23之間。因此，光接收電路10包含具有反相放大器和反饋電阻4的互阻放大器，所述反相放大器具有反相放大晶體管2、負(fù)載電路3及電流源13。
[0030]限制電路5包含反饋電阻14和限幅晶體管15。反饋電阻14的一個端子與限幅晶體管15的源極端子S2相連接，另一個端子與輸入節(jié)點(diǎn)21相連接。限幅晶體管15具有與輸出節(jié)點(diǎn)23相連接的柵極端子G2和與電源電位25相連接的漏極端子D2。反饋電阻14通過限幅晶體管15的柵源極間電壓連接到輸出節(jié)點(diǎn)23，因此，實(shí)質(zhì)上與反饋電阻4并聯(lián)連接。
[0031]在受光元件1接受光而輸出電流時，輸出的電流流到反饋電阻4。在受光元件1的受光量小的情況下，流到反饋電阻4的電流小，反饋電阻4兩端的電壓小于限幅晶體管15的閾值電壓。因而，輸出節(jié)點(diǎn)23的電位根據(jù)流到反饋電阻4的電流值而上升。限幅晶體管15的閾值電壓被設(shè)定為，在負(fù)載晶體管11的輸出電壓不飽和的范圍內(nèi)限幅晶體管15不導(dǎo)通。在受光元件1輸出的電流變大且反饋電阻4兩端的電壓超過限幅晶體管15的閾值電壓的情況下，限幅晶體管15導(dǎo)通。當(dāng)限幅晶體管導(dǎo)通時，反饋電阻4兩端電壓的上升被限制。因而，輸出節(jié)點(diǎn)23的電位上升被限制。這樣一來，限制電路5就在大的信號被輸入的情況下，進(jìn)行動作，以使從輸出節(jié)點(diǎn)23輸出的輸出信號不飽和。再有，如后面詳細(xì)敘述地，由于限制電路5與反饋電阻4并聯(lián)連接，因此，在限制電路5動作的狀態(tài)下形成包含限制電路5的等效反饋電阻。該等效反饋電阻的電阻值低于反饋電阻4的電阻值。
[0032]旁通電路6包含電阻16和二極管接法(d1de-connected transistor)的旁路晶體管17。旁通電路6連接在內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)22與旁路控制電路7之間。旁路晶體管17按照從內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)22向旁路控制電路7流正向電流的朝向連接。電阻16設(shè)定旁路晶體管17導(dǎo)通時所流經(jīng)的電流值。
[0033]旁路控制電路7包含2個二極管接法的旁路晶體管18、19。旁路控制電路7在旁通電路6與基準(zhǔn)電位20之間與旁通電路6串聯(lián)連接。旁路晶體管18、19串聯(lián)連接，并按照從旁通電路6向基準(zhǔn)電位20流正向電流的朝向連接。因此，3個旁路晶體管17?19按照從內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)22向基準(zhǔn)電位20流正向電流的朝向串聯(lián)連接。