专利名称：用于光电检测器集成电路的使用增益切换电路的电流到电压变换电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用增益切换电路的在光电探测器集成电路(PDIC)上使用的电流到电压变换电路。
更具体地，本发明涉及一种通过改进用于PDIC上的放大器电路增益的切换的方法来提高光电变换装置速度和改进放大器频率特性的电流到电压变换电路。其中，将在光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流通过电流镜像传送到放大器中，因此升高了光电变换装置的偏压并且提高了其反应速度。
本发明还涉及一种电流到电压变换电路，其通过控制电流镜电路中的电阻比例来调整光电变换设备中产生的电流量。从而可以不考虑模式，在放大器中使用固定的反馈电阻来提高放大器的频率特性。
背景技术：
通常，一个光学拾取器设备，其从光存储媒质比如可写光盘(CD-RW)上/中读取或写入信息，使用PDIC来检测从激光二极管出射的光，然后从光存储媒质或光盘中反射，并且将检测到的光转换成电信号。
在可写CD中，比如CD-RW，通过将大功率激光束投射到CD表面，在其上形成坑(pit)来进行写操作。在CD的写操作过程中，过大功率施加到PDIC上，结果导致PDIC中产生大量电流。此种来自PDIC的电流使电流到电压变换电路中的放大器电路饱和，因此导致放大器电路的瞬态响应特性失真。
传统上，提出了两种方法来防止在进行CD写操作时出现电流到电压变换装置中的放大器电路饱和。一种是使用限制器电路，其检测放大器电路中的电压或电流，并且假如检测的电压或电流超过预定值，就给限制器提供电流用来补偿反馈电流。另一种方法是根据读取和写入模式使用不同的放大器和不同阻值的反馈电阻来防止在写操作时电流到电压变换电路的放大器出现饱和。
在不同于只读PDIC的方式中，用于读取/写入系统的PDIC能够在各种应用领域中使用，比如CD-RW，数字通用可写光盘(DVD-RW)等。因此，它需要有一个基于每个应用领域的模式切换操作。由于PDIC上输出电压基于每个模式有不同的电平，因此在PDIC中必须提供一种增益切换功能。但是在某些模式中需要使用高阻抗电阻作为反馈电阻来连接放大器。使用高阻抗电阻不仅降低了PDIC的整个响应速度，而且恶化了其噪声特性。因此，需要对这些问题进行补偿。
图1示出了使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路结构的电路图。在图中，由于其上的输入光，在光电二极管11中产生负载，因此在光电二极管11中产生电流IPH。电流IPH上拉来自电流到电压变换电路的输出终端Vout1或Vout2的电流IF。因此，电流IF流过电阻RF1和电容CF1或电阻RF2和电容CF2。同时，在电阻RF1和电容CF1或电阻RF2和电容CF2上产生电压差。因此允许利用下式将电流IF转换成电压Vout1或Vout2IF×RF1＝Vout1或IF×RF2＝Vout2。由于放大器12上的输入电流接近于0，所以在其输入端Tin上IFIPH。
在读模式中，其中给光电二极管11输入弱光信号，对应于外部控制单元(没有示出)提供的切换控制信号，打开切换SW1，反之就与到达其上的信号对应，关闭切换SW2。结果是，在输出端Vout1通过读放大器13输出的电压为IF×RF1＝Vout1。另外，在写模式中，其中给光电二极管11输入强光信号，关闭切换SW1，反之就与到达其上的信号对应，打开切换SW2。结果是，在输出端Vout2通过写放大器14输出的电压为IF×RF2＝Vout2。
放大器12理想上有无穷大的增益和恒值直流(DC)输入电压，但是实际上是有限增益和变化的DC输入电压，导致在其中产生偏移电压。由此，使用电阻RC连接放大器12的另一个输入端来将放大器12的偏移电压设置为0。
图2示出了在由晶体管构建的传统电路中作为恒流源使用的电流镜操作的电路图。
参照图2，假设电流IREF值与利用输入到光电变换装置比如光电二极管21中的光信号产生的在电流源22中流过的电流IPH相同，对电压Vx应用基尔霍夫电流定理，得到的结果是IC1+IB1+IB2＝IREF假设晶体管Q1和Q2的放大倍数为β，则IC1+IC1β+IC2β=IREF]]>假设IC1≈IC2，IC2＝I0，则I0(1+2β)=IREF]]>整理上式得出I0，结果是I0=ββ+2·IREF]]>其中，假设β＝30，I0变成大约0.93IREF。也就是，与光电变换装置21中产生的电流等值的电流IREF从晶体管Q1的发射极流向其集电极，并且通过反射在晶体管Q2产生与电流IREF基本等值的电流I0。
图3是图1中所示的使用增益切换电路的在PDIC中使用的传统电流到电压变换电路的详细电路图。
在图3中，电流镜12是一个电流源，用来给读放大器13和写放大器14提供电流，包括一对差分放大器Q1和Q2以及有源负载Q3和Q4。差分放大器Q1和Q2以及有源负载Q3和Q4是典型的双极结晶体管(BJT)。电流镜12、读放大器13和写放大器14组成一个放大器电路15。
比如，对数字通用光盘只读存储器(DVD-ROM)来说，读放大器13是用来将在给光电二极管11输入弱光电信号时产生的电流变换成电压，并将其放大。在输出终端Vout1和输入终端Tin之间连接有高阻值反馈电阻RF1。
写放大器14是用来将在给光电二极管12输入强光电信号时产生的大电流变换成电压，并将其放大。在输出终端Vout2和输入终端Tin之间连接有相当低阻值的反馈电阻RF2，使其即使在产生过大电流时，也将输出的变换电压限制到一个恒值。
可是，在上面讨论的使用增益切换电路的在光电探测器集成电路中使用的电流到电压变换电路存在一个缺点，由于当根据输入的光信号产生电流时，需要基于不同模式来使用不同阻值的反馈电阻，因此降低了PDIC的整个响应速度和恶化了其噪声特性。
而且，在传统使用增益切换电路的在光电探测器集成电路中使用的电流到电压变换电路中，基于外部控制电路提供的切换控制信号来进行模式切换操作，并且用于提供电流的电流源位于光电二极管和读、写放大器之间，导致从光电二极管到读、写放大器之间距离很长。结果是，PDIC的噪声特性恶化。
而且，在传统PDIC中使用的电流到电压变换电路中，如图3所示，通过作为电流到电压变换电路中的电流源使用的电流镜12，给光电变换装置11施加偏压。结果是，假设驱动电压是5V，则施加到电流到电压变换装置11上的反向偏压将只是2.1V或2.5V。注意到光电变换装置有一个耗尽层，其尺寸随着施加到其上的偏压的增加而增加。在此种考虑中，受限的偏压导致光电变换装置11的耗尽层不能充分地扩展，并且接下来增加了其寄生电容。随后，光电变换装置11和反馈电阻Rf的寄生电容的乘积增加，导致在一段时间内增加了对高频特性的恒定影响。得出的结论是，偏压受限对高频电流到电压变换电路有坏的影响。
另一方面，日本专利公开号Heisei 11-186856中揭示了一种电流到电压变换装置，其根据读和写模式变换不同阻值的反馈电阻来防止在放大器中的晶体管出现饱和。可是，在与先前参照图3所述的方法相似的方法中，反馈电阻降低了整个响应速度并且恶化了其噪声特性。
发明内容
因此，考虑到上述问题提供本发明。本发明的一个目的是提供一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路，其能够电流镜像光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流来升高施加到光电变换装置上的偏压使其提高响应速度。
本发明的另一个目的是提供一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路，其通过控制电流镜电路中的电阻比例来调整在光电二极管中产生的电流量，使得能够不考虑操作模式地在放大器中使用一个反馈电阻，从而提高放大器的频率特性。
根据本发明，通过提供一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路来实现上述和其它的目的。电流到电压变换电路包括一个光电变换装置，其用来接收光信号并产生对应的电信号；一个在驱动电压和光电变换装置之间连接的电流镜，其用来提供与光电变换装置产生的电流等值的电流；一个放大器，其用来接收电流信号并输出对应的电压信号；一个读连接晶体管，其与光电变换装置并联，用来将电流从电流镜传送到放大器的输入端；一个读发射极电阻，其与读连接晶体管的发射极连接；一个写连接晶体管，其与光电变换装置并联，用来将电流从电流镜传送到放大器的输入端；一个写发射极电阻，其与写连接晶体管的发射极连接；一个切换块，用来对应于切换控制信号通过反射有选择地导通读连接晶体管和写连接晶体管；以及一个连接在放大器的输入终端和其输出终端之间的反馈电阻。
从下面结合附图所作的详细描述中可以更加清楚地理解到本发明的上述和其它目的、特点和优点。在图中图1示出了一种使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路结构的电路图；图2示出了在由晶体管构建的传统电路中作为恒流源使用的电流镜工作的电路图；图3示出了一种使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路的细节电路图；图4示出了根据本发明的优选实施例的一种使用增益切换电路的传统电流到电压变换电路结构的电路图；图5示出了根据本发明实施例在读模式中切换块和读连接晶体管之间连接的电路图；图6示出了根据本发明实施例在写模式中切换块和写连接晶体管之间连接的电路图；以及图7示出了根据本发明可选实施例的一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路结构的电路图。
具体实施例方式
图4示出了根据本发明的优选实施例的一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路结构的电路图。
在图4中，电流镜42提供晶体管QS、QT1和QT2，并且使其适合通过反射将光电变换装置41中产生的电流传送到读连接晶体管Q5和写连接晶体管Q9中。
假如光信号输入光电变换装置41，比如光电二极管中，那么就在装置41中产生与输入光强度成比例的电流IPH。产生的电流IPH从晶体管Qs的发射极流向其集电极，并且与流过晶体管QS的电流几乎等值的电流流过晶体管QT1和QT2中每一个。在读模式中，通过由晶体管QS和QT1组成的电流镜给读连接晶体管Q5提供电流。在写模式中，通过由晶体管QS和QT2组成的电流镜给写连接晶体管Q9提供电流。
切换块45的功能是响应输入到切换端子SW上的电压信号，导通电流切换晶体管Q1和Q2。通过切换端子SW将电压信号输入切换块45，其是一种PDIC的控制电路(没有示出)中产生的切换控制信号。
在下文中，假设来自PDIC的控制电路输入切换端子SW的切换控制信号，在读模式中为0V，在写模式中为5V。还假设驱动电压VCC为5V，并且第一分压电阻R7和第二分压电阻R8阻值相同，即R7＝R8。注意到这些假设可以根据本发明的不同实施例进行修改。
在图4中，电流源47是一个用来提供偏置电流的恒值偏置电流源。
在PDIC的写操作中，弱光信号输入光电变换装置41，因此导致在其中产生弱电流。响应切换块45的切换端子SW上的电压信号，读切换晶体管Q1导通。结果是，有电流流过电流源晶体管Q4和Q6，并且通过读电流镜43-1和43-2导通读连接晶体管Q5，利用电流源电流镜42将在光电变换装置41中产生的电流传送到放大器46的输入端。
在读模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为0V，那么根据分压规则，由于R7＝R8，则Vx＝Vcc/2＝2.5V。当输入到切换端子SW上的电压为0V时，根据分压规则，晶体管Q1的基极电压变为 ，并且发射极的电压变为Vx+0.7V。在发射极和基极间的电压VBEQ1超过0.7V即(Vx+0.7V)-R5R5+R6Vcc>0.7V]]>条件下，晶体管Q1导通。其中，由于Vx＝Vcc/2，当R6＞R5时，晶体管Q1导通。优选地，R6被设置成R5的4倍，即R6＝4R5，来保证电路稳定工作。
假设R6＝4R5，切换块45按照下述方式工作。由于根据分压规则，晶体管Q1的基极电压的电压VS1为1V，晶体管Q1导通，因此其发射极电压VS2变成VS1+0.7＝1.7V。同时，由于晶体管Q2的基极电压Vx的电压为2.5V并且其发射极电压VS2为1.7V，晶体管Q2保持截止状态。
在读模式中，由读连接晶体管Q5组成的读电流镜43-1和由读电流源晶体管Q4和附属读电流源晶体管Q6组成的写电流镜43-2接收来自读切换晶体管Q1的电流并且同时给放大器46的输入端提供偏置电流来导通读连接晶体管Q5。
由于晶体管Q1导通并且晶体管Q2截止，电流流过读电流源晶体管Q4和附属读电流源晶体管Q6使得读电流镜43-1和43-2激活。结果是，读连接晶体管Q5导通来给PDIC提供电流，由此允许在读模式中操作PDIC。由于晶体管Q2保持截止，写电流镜44-1和44-2保持非激活状态，并且没有电流流过电流源晶体管Q7和附属电流源晶体管Q8，所以写连接晶体管Q9没有导通。
在PDIC的写操作中，强光信号输入光电变换装置41，因此导致在其中产生强电流。响应切换块45的切换端子SW上的电压信号，写切换晶体管Q2导通。结果是，有电流流过电流源晶体管Q7和Q8，通过写电流镜44-1和44-2导通写连接晶体管Q9，利用电流源电流镜42将在光电变换装置41中产生的电流传送到放大器46的输入端。
在写模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为5V，则晶体管Q1截止，并且晶体管Q4和Q6也顺次截止。而且，晶体管Q2的基极电压变为Vx＝Vcc/2＝2.5V，由此导致晶体管Q2导通。
在写模式中，由写连接晶体管Q9组成的写电流镜44-1和由写电流源晶体管Q7和附属写电流源晶体管Q8组成的写电流镜44-2接收来自写切换晶体管Q2的电流并且同时给放大器46输入端提供偏置电流来导通写连接晶体管Q9。
由于晶体管Q2导通并且晶体管Q1截止，电流流过写电流源晶体管Q7和附属写电流源Q8使得写连接晶体管Q9导通。结果是，PDIC在写模式下工作。由于晶体管Q1保持截止，没有电流流过晶体管Q4和Q6，所以读连接晶体管Q5没有导通。
图5和图6分别示出了根据本发明第一实施例的电流到电压变换电路中读电流镜43-1和43-2以及写电流镜44-1和44-2工作的电路图。
图5示出了在读模式中激活的读电流镜(Q4、Q6和Q5)的工作和连接。即，在其中输入给图4中的切换端子SW的电压为0V的状态，因此读切换晶体管Q1导通并且写切换晶体管Q2截止。
参照图5，I0是图4中恒流源47提供的偏置电流。
在环路①中应用基尔霍夫电压定理，并且假设IB4和IB50，得到的结果是Ic4R1+VBE4＝IxR2+VBE5(等式 5-1)VBE5-VBE4＝Ic4R1-IxR2(等式 5-2)重新整理此等式，得到VTln(Ic5Is5)-VTln(Ic4Is4)=Ic4R1-IxR2]]>(等式 5-3)其中，VT是热电压，在正常温度，其值约为25.2mV。IS4和IS5分别是晶体管Q4和Q5的饱和电流。
重新整理等式5-3，得到VTln(Ic5Ic4)=Ic4R1(1-IxR2Ic4R1)]]>(等式 5-4)假设Ic4≈I0，Ic5≈Ix，得到结果是IxIc4=R1R2(1-VTln(IxIc4)I0R1)]]>(等式 5-5)假设VTln(x-Ic4)<<Ic4R1]]>，则上述等式5-5可以表述成下式IxIc4≈R1R2]]>(等式 5-6)I0=IB6+Ic4=Ic4+Ixβ(1+β)+Ic4]]>(等式 5-7)从上述等式5-6和5-7，可以得到下述等式Ix=β(1+β)R2R1(β2+β+1)+1I0]]>(等式 5-8)考虑到放大器46的增益，最后的输出电压Vout可以表示成下式Vout=PopRβ2+βR2R1(β2+β+1)+1RF]]>(等式 5-9)其中，Pop是输入光信号的功率(W)，R是光电二极管的电阻(Ω)，以及RF是反馈电阻(Ω)。
从上面的等式5-9可以看出，不需要改变放大器46的反馈电阻RF，可以通过调整R2/R1的比例来将输出电压Vout调整到适合读模式。
在本发明的另一个实施例中，可以不使用第二电阻R2。
图6示出了在写模式中激活的写电流镜44-1和44-2工作和连接，即在其中输入给图4中的切换端子SW的电压为5V的状态。因此图4中的写切换晶体管Q2导通并且图4中的读切换晶体管Q1截止。
参照图6，I0是图4中恒流源47提供的偏置电流。
在环路②中应用基尔霍夫电压定理，并且假设IB7和IB90，得到的结果是I0R3+VBE7＝IyR4+VBE9(等式6-1)VBE9-VBE7＝IC7R3-IyR4(等式6-2)重新整理等式6-2，得到VTln(Ic9Is9)-VTln(Ic7Is7)=Ic7R3-IyR4]]>(等式6-3)其中，VT是热电压，在正常温度，其值约为25.2mV。IS7和IS9分别是晶体管Q7和Q9的饱和电流。
重新整理上述等式6-3，得到VTln(Ic9Ic7)=Ic7R1(1-IyR4Ic7R3)]]>(等式6-4)假设Ic7≈I0，Ic9≈Ix，得到IyIc7=R3R4(1-VTln(IyIc7)Ic7R1)]]>(等式6-5)假设VTln(y-Ic7)<<Ic7R3]]>，上述等式6-5可以表述成下式IyIc7≈R3R4]]>(等式6-6)I0=IB8+Ic7=Ic7+Iyβ(1+β)+Ic7]]>(等式6-7)
从上述等式6-6和6-7，可以得到下述等式Iy=β(1+β)R4R3(β2+β+1)+1I0]]>(等式 6-8)考虑到放大器46的增益，最后的输出电压Vout可以表示成下式Vout=PopRβ(1+β)R4R3(β2+β+1)+1RF]]>(等式 6-9)其中，Pop式输入光信号的功率(W)，R是光电二极管的电阻(Ω)，以及RF是反馈电阻(Ω)。
从上面的等式6-9可以看出，不需要改变放大器46的反馈电阻RF，可以通过调整R4/R3的比例来将输出电压Vout调整到适合写模式。
在本发明的另一个实施例中，可以不使用第四电阻R4。
在本发明的另一个实施例中，读电流源晶体管Q4和写电流源晶体管Q7中每一个可以作为恒流源使用，其可以不需要使用附属电流源晶体管Q6或Q8来实现相同的功能。也就是，仅仅通过将读电流源晶体管Q4的集电极和基极彼此连接来构成读电流镜43-2，并且仅仅通过将写电流源晶体管Q7的集电极和基极彼此连接来构成写电流镜44-2。
从上述等式5-9和6-9可以看出，在根据本发明的第一实施例的电流到电压变换电路中，不需要改变放大器46的反馈电阻RF，可以通过调整R2/R1或R4/R3的比例来将调整放大器46的输出电压VOUT。因此，可以不考虑光电变换装置产生的电流量就能将输出电压VOUT保持在恒值。此种增益切换电路可以防止放大器46饱和。
在读模式中，由于在光电变换装置中产生的电流I0比较小，可以将等式5-9中的比例R2/R1调整到一个比较大的值。在写模式中，由于在光电变换装置中产生的电流I0比较大，可以将等式6-9中的比例R4/R3调整到一个比较小的值。在此种方式中，不需要改变反馈电阻RF，就可以根据模式来实现增益切换。
放大器46理想上有无穷大的增益和恒值直流(DC)输入电压，但是实际上是有限增益和变化的DC输入电压，导致在其中产生偏移电压。由此，使用电阻RC连接放大器46的另一个输入端来将放大器46的偏移电压设置为0。
如上所述，由于输出电压VOUT在读模式中保持在约200mV的恒值上，在写模式中保持在约100mV的恒值上。利用增益切换，放大器46保持激活，并且不饱和。在一个不同于传统电流到电压变换电路的方法中，其中根据读模式和写模式来使用不同的反馈电阻RF，具体地，在写模式中使用一个相当低阻值的反馈电阻来限制输出电压，根据本发明的实施例的使用增益切换电路的在PDIC中使用的电流到电压变换电路可以不考虑模式，通过信号反馈电阻RF来实现电流到电压变换。因此，它有可能避免根据模式使用不同反馈电阻时出现的问题。
图7示出了根据本发明可选实施例的一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路结构的电路图。
在图7中，电流镜72提供有晶体管QS、QT1和QT2，并且使其适合通过反射允许光电变换装置71中产生的电流流到读连接晶体管Q5和写连接晶体管Q9中。
假如光信号输入光电变换装置71比如光电二极管中，那么就在装置71中产生与输入光强度成比例的电流IPH。产生的电流IPH从晶体管QS的发射极流向其集电极，并且与流过晶体管QS的电流几乎等值的电流流过晶体管QT1和QT2中每一个。在读模式中，通过由晶体管QS和QT1组成的电流镜电流流到读连接晶体管Q5。在写模式中，通过由晶体管QS和QT2组成的电流镜电流流到写连接晶体管Q9。
在图7中，电流源77是一个用来提供偏置电流的恒值偏置电流源。
这里假设驱动电压VCC为5V，并且分压电阻R7和分压电阻R8阻值相同，即R7＝R8。注意到这些假设可以根据本发明的不同实施例进行修改。
在读模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为0V，那么根据分压规则，由于R7＝R8，则Vx＝Vcc/2＝2.5V。当输入到切换端子SW上的电压为0V时，根据分压规则，读切换晶体管Q1的基极电压变为 ，并且发射极的电压变为Vx-0.7V。在发射极和基极间的电压VBEQ1超过0.7V即R5R5+R6Vcc-(Vx-0.7)>>0.7V]]>条件下，读切换晶体管Q1导通。
在此，由于Vx＝Vcc/2，当R5＞R6时，晶体管Q1导通。
优选地，R5被设置成R6的4倍，即R5＝4R6，来保证电路稳定工作。
假设R5＝4R6，图7中的切换块75按照下述方式工作。由于根据分压规则，晶体管Q1的基极电压VS1为4V，晶体管Q1导通，因此其发射极电压VS2变成VS1-0.7＝3.3V。同时，由于写切换晶体管Q2的基极电压VX的电压为2.5V并且其发射极电压VS2为3.3V，所以晶体管Q2保持截止。
由于晶体管Q1导通并且晶体管Q2截止，电流流过读电流源晶体管Q4和附属读电流源Q6使得读电流镜73-1和73-2激活。结果是，读连接晶体管Q5导通来给放大器76的输入端提供电流。由于晶体管Q2保持截止，写电流镜74-1和74-2保持非激活状态，所以写连接晶体管Q9保持截止。
在写模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为5V，则晶体管Q1截止，并且晶体管Q4和Q6也顺次截止。而且，晶体管Q2的基极电压变为Vx＝Vcc/2＝2.5V，由此导致晶体管Q2导通。
由于晶体管Q2导通并且晶体管Q1截止，写电流源晶体管Q7和附属写电流源Q8导通，使得写连接晶体管Q9导通。结果是，PDIC在写模式下工作。由于晶体管Q1保持截止，晶体管Q4和Q6没有导通，所以读连接晶体管Q5没有导通。
在读模式中，由读连接晶体管Q5组成的读电流镜73-1和由读电流源晶体管Q4和附属读电流源晶体管Q6组成的读电流镜73-2接收来自读切换晶体管Q1的电流，并且给放大器76的输入端提供偏置电流同时导通读连接晶体管Q5。
由于晶体管Q1导通并且晶体管Q2截止，电流流过读电流源晶体管Q4和附属读电流源晶体管Q6使得激活读电流镜73-1和73-2。结果是，读连接晶体管Q5导通来给PDIC提供电流。由此允许PDIC在读模式中操作。由于晶体管Q2保持截止，写电流镜74-1和74-2保持非激活状态，并且没有电流流过电流源晶体管Q7和附属电流源晶体管Q8，所以写连接晶体管Q9没有导通。
在PDIC的写操作中，强光信号输入光电变换装置71，因此导致在其中产生强电流。响应切换块75的切换端子SW上的电压信号，读切换晶体管Q2导通。结果是，有电流流过电流源晶体管Q7和Q8，并且通过写电流镜74-1和74-2导通写连接晶体管Q9，利用电流镜72将在光电变换装置71中产生的电流传送到放大器76的输入端。
在写模式中，假如输入到切换端子SW上的电压为5V，则晶体管Q1截止，并且晶体管Q4和Q6也顺次截止。而且，晶体管Q2的基极电压变为Vx＝Vcc/2＝2.5V，由此导致晶体管Q2导通。
在写模式中，由写连接晶体管Q9组成的写电流镜74-1和由写电流源晶体管Q7和附属写电流源晶体管Q8组成的写电流镜74-2接收来自写切换晶体管Q2的电流并且同时给输入端放大器76提供偏置电流来导通写连接晶体管Q9。
由于晶体管Q2导通并且晶体管Q1截止，电流流过写电流源晶体管Q7和附属写电流源Q8使得图7中的写连接晶体管Q9导通。结果是，PDIC在写模式下工作。由于晶体管Q1保持截止，没有电流流过晶体管Q4和Q6，所以读连接晶体管Q5没有导通。
在图7中的第二实施例中，与图4中的第一实施例中的方式相似，不需要改变放大器76的反馈电阻RF，可以根据读模式或写模式，通过调整R2/R1或R4/R3的比例来调整放大器76的输出电压VOUT。因此，可以不考虑光电变换装置中产生的电流量就能将输出电压VOUT保持在恒值。此种增益切换可以防止放大器76饱和。
从上述的描述可以看出，本发明提供了一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路。其能够电流镜像光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流，来升高施加到光电变换设备上的偏压使其提高响应速度。
而且，根据本发明，可以通过控制电流镜电路中的电阻比例来增加或减少光电变换装置中产生的电流量，使得在放大器中使用一个低阻值的反馈电阻，从而提高放大器的频率特性。
虽然为了说明目的，揭示了本发明的优选实施例，但是提倡本领域普通技术人员在不离开附属权利要求书中所揭示的范围和精神的基础上进行各种修改、添加和替代。
权利要求
1.一种使用增益切换电路的电流到电压变换电路，包括光电变换装置，其用来接收光信号并产生对应的电流；在驱动电压和所述光电变换装置之间连接的电流源电流镜装置，其用来提供与光电变换装置产生的电流等值的电流；放大器，其用来接收电流信号并输出对应的电压信号；读电流镜装置，其用来响应于所述切换控制信号，将电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器的输入端；写电流镜装置，其用来响应所述切换控制信号，将电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器的所述输入端；切换装置，其用来响应所述切换控制信号，有选择地导通所述读电流镜装置和所述写电流镜装置；以及连接在所述放大器的所述输入终端和所述放大器输出终端之间的反馈电阻。
2.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述电流源电流镜装置包括与所述驱动电压连接的源晶体管；以及第一和第二目标晶体管，每个所述目标晶体管允许与流过所述源晶体管的电流等值的电流流过。
3.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置包括读连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；读电流源晶体管，其从所述切换装置接收电流来导通所述读连接晶体管第一读发射极电阻，其与所述读电流源晶体管的发射极连接；以及第二读发射极电阻，其与所述读连接晶体管的发射极连接。
4.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置包括读连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；读电流源晶体管，其从所述切换装置接收电流来导通所述读连接晶体管；以及读发射极电阻，其与所述读电流源晶体管的发射极连接。
5.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置包括读连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；读电流源晶体管，其从所述切换装置接收电流来导通所述读连接晶体管；以及读发射极电阻，其与所述读连接晶体管的发射极连接。
6.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置包括写连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；写电流源晶体管，其与所述写连接晶体管连接，用来从所述切换装置接收电流，依靠镜像法的优点来允许电流流到所述写连接晶体管第一写发射极电阻，其与所述写电流源晶体管的发射极连接；以及第二写发射极电阻，其与所述写连接晶体管的发射极连接。
7.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置包括写连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；写电流源晶体管，其与所述写连接晶体管连接，用来从所述切换装置接收电流，依靠镜像法的优点来允许电流流到所述写连接晶体管以及写发射极电阻，其与所述写电流源晶体管的发射极连接。
8.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置包括写连接晶体管，其把所述电流从所述电流源电流镜装置传送到所述放大器；写电流源晶体管，其与所述写连接晶体管连接，用来从所述切换装置接收电流，依靠镜像法的优点来允许电流流到所述写连接晶体管以及写发射极电阻，其与所述写连接晶体管的发射极连接。
9.根据权利要求1所述的电流到电压变换电路，其中所述切换装置包括读切换晶体管，其在读模式中响应所述切换控制信号导通；写切换晶体管，其在写模式中响应所述切换控制信号导通；第一切换电阻，其连接在切换控制信号输入端和所述读切换晶体管基极之间；第二切换电阻，其连接在所述驱动电压和所述读切换晶体管基极之间；第一分压电阻，其连接在所述驱动电压和所述写切换晶体管基极之间；以及第二分压电阻，其连接在所述第一分压电阻和地端之间。
10.根据权利要求3所述的电流到电压变换电路，其中所述读电流镜装置还包括连接在所述读电流源晶体管的基极和其集电极之间的附属读电流源晶体管。
11.根据权利要求6所述的电流到电压变换电路，其中所述写电流镜装置还包括连接在所述写电流源晶体管的基极和其集电极之间的附属写电流源晶体管。
12.根据权利要求9所述的电流到电压变换电路，其中当所述切换控制信号为0V时，设置所述第一切换电阻、第二切换电阻、第一分压电阻和第二分压电阻的阻值来导通所述读切换晶体管和截止所述写切换晶体管。
13.根据权利要求9所述的电流到电压变换电路，其中所述第二切换电阻的阻值是所述第一切换电阻的4倍。
14.根据权利要求9所述的电流到电压变换电路，其中所述第一分压电阻与所述第二分压电阻的阻值相同。
全文摘要
一种电流到电压变换电路，通过改进切换在光电检测器集成电路(PDIC)中使用的放大器电路的增益的方法来提高光电变换装置的速度和改进放大器的频率特性。通过电流镜像，将在光电变换装置比如光电二极管中产生的光电流传送到放大器中，从而升高光电变换装置上的偏压并且提高其响应速度。而且，通过控制电流镜电路中的电阻比例来调整光电变换装置中产生的电流量。因此，可以不考虑模式，在放大器中使用固定的反馈电阻，从而提高放大器的频率特性。
文档编号H03G3/12GK1604209SQ20041000125
公开日2005年4月6日 申请日期2004年1月5日 优先权日2003年10月1日
发明者金尚硕, 权敬洙, 河昌佑, 孔正喆 申请人:三星电机株式会社