专利名称：光耦合装置以及使用它的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过发光元件和光接收元件传送信号的光耦合装置，更详细而言，涉及通过具有多个输入端的发光元件，能实现快速驱动并可使产品长寿命的光耦合装置以及使用它的电子设备。
背景技术：
在光耦合装置中，为了实现快速响应性，输入端的LED(发光二极管)的快速响应性不可缺少。但是，因为LED中存在内部电容C，快速响应有限。
图5(a)及图5(b)表示对LED施加了驱动电流时的普通的光输出波形(LED的上升及下降波形)。施加了图5(a)所示的高速脉冲的驱动电流时，LED的实际的光波形为如图5(b)所示的波形。即，在上升与下降时分别产生时间tr、tf的延迟。此时，例如如果是AlGaAs类的LED，在10Mb/s左右的数据传送中没有问题。但是，进行该值以上的快速驱动时，输入端(发送端)需要设置用于LED控制的电路进行控制。
图6(a)～图6(c)表示使LED快速驱动的以往的电流施加方法(例如，参照特开平11-74567号公报)。
这种电流施加方法是对图6(a)所示的输入波形用称为峰化(peaking)的方法，仅在上升时，流过比相当于设定光输出的驱动电流大的电流I3。由此，使得上升时间tr变短。另外，该方法以被称为反冲(back shoot)的方法，在下降时，暂时性地将反偏压提供给LED。由此，使得下降时间tf变短。进而，在该方法中，为了尽量减小LED的电容变化，在信号OFF时，也从LED驱动电路以不超过光接收元件的阈值电流的水平(level)流过一定电流I1。由此，能够在光耦合装置中进行更快速的响应。但是，通过增大恒定电流I1的值，输入信号OFF时的消耗功率会增大。
特开平11-74567号公报中记载的技术，公开了作为使LED快速响应的控制方法，但是，例如在光耦合器这样的光耦合装置中，LED的始终驱动导致消耗功率的增大，以往不适宜采用相关的方法。
即，在光耦合器这样的光耦合装置中，为快速进行ON/OFF驱动，输入端(发送侧)的LED中，在信号OFF时也正常流过驱动电流时，会产生消耗功率增大这样的问题。另外，因始终驱动LED，还存在LED自身的恶化加快，产生光量降低引发的产品不合格，导致产品寿命的降低这样的问题。
发明内容
本发明是为解决相关的问题而完成的发明，其目的在于提供一种防止发光元件的提前恶化引发的光量降低，同时能够快速响应的光耦合装置以及使用它的电子设备。
为了解决上述课题，本发明的光耦合装置其特征在于在通过发光元件与光接收元件传送信号的光耦合装置中，在输入端包含2个发光元件和驱动它们的发光元件驱动电路，通过所述发光元件驱动电路以不同的定时进行这些发光元件的发光的开始与停止。即，本发明以不同的定时交替地对2个发光元件施加输入信号，所以能快速响应。
另外，本发明的光耦合装置，在输出端包含2个光接收元件，将这2个光接收元件与所述2个发光元件作为对来传送信号。这样，通过使用2个光接收元件，在1个组件内制作2组对，能够实现驱动动作。并且，通过光接收端运算电路，获得与所述2个发光元件产生的信号同步，并且以不同的定时接收信号。通过这样的构成，能够快速传送信号。
此时，所述2个发光元件为不同的波长，所述2个光接收元件对所述2个发光元件的各个波长具有光接收灵敏度。这样，通过使2个发光元件的波长不同而能够防止误动作。另外，在输出端(光接收端)，通过制作两面对各个发光元件波长具有灵敏度的光接收单元，能够使输出端成为1芯片结构，用该1个芯片能够快速传送。
另外，所述发光元件驱动电路使脉冲信号产生的同时，通过对输入信号以该脉冲信号从L到H的定时进行采样而获得的信号来驱动一个发光元件，通过对输入信号以所述脉冲信号从H到L的定时进行采样而获得的信号来驱动另一个发光元件。这样，通过使输入信号与一定的脉冲信号(时钟脉冲信号)同步，并与该脉冲信号一致，错开2个发光元件的驱动定时，能够快速传送。
此时，所述脉冲信号的脉冲宽度与输入信号的最小脉冲宽度相同，使所述输入信号与所述脉冲信号同步。这样，通过使脉冲信号的脉冲宽度与输入信号的最小脉冲宽度相同，能够使输入信号与脉冲信号同步，与高速的脉冲信号一致并对输入信号采样，通过采样的信号，错开定时来驱动2个发光元件。
进而，所述发光元件驱动电路还可以具备以往的峰化功能与反冲功能。这样，通过发光元件驱动电路包含以往的峰化功能与反冲功能，能够更快速传送信号。
另外，通过在电子设备上搭载这样的光耦合装置，能提供可快速传送信号的电子设备。
图1是本发明的实施方式1的光耦合装置的功能框图。
图2(a)、图2(b)是表示比实施方式1的光耦合装置更具体的一例电路结构的框图。
图3是表示光耦合装置的输入信号波形以及输出波形的时序图。
图4是本发明的实施方式2的光耦合装置的功能框图。
图5(a)以及图5(b)是表示对LED施加了驱动电流时的普通的光输出波形的时序图。
图6(a)～图6(c)表示快速驱动LED的以往的电流施加方法，图6(a)是输入信号的波形图，图6(b)是驱动电流的波形图，图6(c)是光输出的波形图。
具体实施例方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
<实施方式1>
图1是本实施方式1的光耦合装置的功能框图。
本实施方式1的光耦合装置，输入端由脉冲发生电路1a、延迟电路2、驱动电路3、连接到驱动电路3的2个发光元件4、5构成，输出端由连接到运算电路7的2个光接收元件6a、6b、脉冲发生电路1b构成。
并且，输入信号S1被输入到驱动电路3，同时被输入到延迟电路2，还被输入到产生时钟脉冲信号的脉冲发生电路1a。脉冲发生电路1a产生与输入信号S1同步的高速的时钟脉冲信号S2，并将它输入到驱动电路3。延迟电路2在将输入信号S1进行所述时钟脉冲信号S2的1/2脉冲的延迟后，输入到驱动电路3。驱动电路3基于这些输入信号，使定时不同而使2个发光元件4、5发光。
另一方面，在运算电路7中，通过获得与2个发光元件4、5产生的信号同步，同时由2个光接收元件6a、6b交替地接收信号，将这2个光接收元件6a、6b作为对来传送信号。即，在本实施方式1中，在1组件(package)内，制造2组发光元件对和光接收元件对。此时，在组件内，需要完全分离LED4、LED5二者的光。这是为了防止相互的光的干涉产生的交调失真引发的误动作。
图2(a)、2(b)表示上述结构的光耦合装置的更具体的一例电路结构。
在该例中，图2(a)表示的输入端由脉冲发生电路1a、反相器12、2个D触发器电路13、14、2个驱动器15、16和2个发光元件(LED)4、5构成，图2(b)表示的输出端由2个光接收元件6a、6b、2个比较电路23、24、反相器25、2个D触发器电路26、27，逻辑电路28和脉冲发生电路1b构成。
即，输入信号S1输入到脉冲发生电路1a、各D触发器电路26、27的数据端子D。另外，脉冲发生电路1a的时钟脉冲信号S2被输入到一个D触发器电路13的时钟端子CK，同时通过反相器12被输入到另一个D触发器电路14的时钟端子CK。并且，一个D触发器电路13的Q输出(信号S3)通过驱动器15施加给一个LED4，同时另一个D触发器电路14的Q输出(信号S4)通过驱动器16施加给另一个LED5。
另一方面，光接收元件6a的输出信号S11被输入到负端子已被输入了基准信号Th的比较电路23的正端子，比较电路23的输出信号S13被输入到一个D触发器电路26的数据端子D。此外，光接收元件6b的输出信号S12被输入到负端子已被输入了基准信号Th的比较电路24的正端子，比较电路24的输出信号S14被输入到另一个D触发器电路27的数据端子D。
脉冲发生电路1b的时钟脉冲信号S18被输入到另一个D触发器电路27的时钟端子CK，同时通过反相器25被输入到一个D触发器电路26的时钟端子CK。并且，一个D触发器电路26的Q输出(信号S15)与另一个D触发器电路27的Q输出(信号S16)被输入到逻辑电路28，在该逻辑电路28进行逻辑运算之后的信号S17作为输出信号被输出到未图示的下级电路。
图3是图2所示的电路结构的光耦合装置产生的输入信号波形以及输出波形的时序图。以下，参照图3所示的时序图说明本实施方式1的光耦合装置的动作。另外，图中的信号S1～S18与图2所示的信号S1～S18分别对应。即，图3中(A)表示输入信号S1的波形，(B)表示从脉冲发生电路1a输出的与输入信号S1同步的时钟脉冲信号S2。
D触发器电路13以与输入信号S1同步的时钟脉冲信号S2从L上升到H的定时(时刻t1、t3、t5、t7，...)，对输入信号S1进行采样，通过该采样信号S3驱动LED4。即，时钟脉冲信号S2的下一个脉冲波从L上升到H为止的期间(T1)，保持对LED4的信号S3的施加状态。也就是说，脉冲波从L上升到H时，输入信号S1为‘1’的情况下(时刻t1，t3，t5)，下一个脉冲波从L上升到H为止的期间(T1)，与输入信号S1无关，对LED4附加偏置电压。另外，脉冲波从L上升到H时，输入信号S1为‘0’的情况下(时刻t7)，下一个脉冲波从L上升到H为止的期间(T1)，与输入信号S1无关，不对LED4附加偏置电压。所以，D触发器电路13的Q输出的信号S3的波形为如图3(C)所示的波形。
同样，在与输入信号S1同步的时钟脉冲信号S2从H下降到L的定时(时刻t2、t4、t6，...)，D触发器电路14对输入信号S1进行采样，通过该采样信号S4驱动LED5。即，时钟脉冲信号S2的下一个脉冲波从H下降到L为止的期间(T1)，保持对LED5的信号S4的施加状态。也就是说，脉冲波从H下降到L时，输入信号S1为‘1’的情况下(时刻t2，t4)，下一个脉冲波从H下降到L为止的期间(T1)，与输入信号S1无关，对LED5附加偏置电压。另外，脉冲波从H下降到L时，输入信号S1为‘0’的情况下(时刻t6)，下一个脉冲波从H下降到L为止的期间T1，与输入信号S1无关，不对LED5附加偏置电压。所以，D触发器电路14的Q输出的信号S4的波形为如图3的(D)所示的波形。
这样，在本发明中，在输入端，使输入信号S1与时钟脉冲信号S2的脉冲波同步，使输入信号S1与脉冲波上升的定时以及下降的定时一致而分解成2个。
另一方面，在输出端(光接收端)，比较电路23将对图3的(C)所示的信号S3进行光接收的光接收元件6a的输出信号S11与基准信号Th进行比较(参照图3的(E))。其结果，比较电路23的输出信号S13如图3(G)所示，成为在时刻t1′的定时为H、在时刻t7′的定时为L的信号波形，被输入到D触发器电路26的数据端子D。
同样地，比较电路24将对图3的(D)所示的信号S4进行光接收的光接收元件6b的输出信号S12与基准信号Th进行比较(参照图3的(F))。其结果，比较电路24的输出信号S14如图3(H)所示，成为在时刻t2′的定时为H、在时刻t6′的定时为L的信号波形，被输入到D触发器电路27的数据端子D。
D触发器电路26以时钟脉冲信号S18(参照图3的(L))从H下降到L的定时(时刻t2、t4、t6，t8...)，对输出信号S13进行采样，将该采样信号S15输出到逻辑电路28。即，在时钟脉冲信号S18的下一个脉冲波从H下降到L为止的期间(T1)，保持该采样信号。若具体地说明，则脉冲波从H下降到L时，输出信号S13为‘1’时(时刻t2，t4，t6)，下一个脉冲波从H下降到L为止的期间T1，与输出信号S13无关，保持该状态。另外，脉冲波从H下降到L时，输出信号S13为‘0’时(时刻t8)，下一个脉冲波从H下降到L为止的期间T1，与输出信号S13无关，保持该状态。所以，D触发器电路26的Q输出的信号S15的波形为如图3的(I)所示的波形。
同样，D触发器电路27以时钟脉冲信号S18从L上升到H的定时(时刻t3、t5、t7，...)，对输出信号S14进行采样，将该采样信号S16输出到逻辑电路28。即，时钟脉冲信号S18的下一个脉冲波从L上升到H为止的期间(T1)，该采样信号被保持。若具体地说明，则脉冲波从L上升到H时，输出信号S14为‘1’时(时刻t3，t5)，下一个脉冲波从L上升到H为止的期间T1，与输出信号S14无关，保持该状态。另外，脉冲波从L上升到H时，输出信号S14为‘0’时(时刻t7)，下一个脉冲波从L上升到H为止的期间T1，与输出信号S14无关，保持该状态。所以，D触发器电路27的Q输出的信号S16的波形为图3所示的(J)。
逻辑电路28将这2个输出信号S15、S16合成，获得图3的(K)所示的波形的输出信号S17。此时，在输出端(光接收端)，也与输入端(发送端)一样，使用脉冲发生电路1b，通过以与输入端(发送端)的脉冲波相同的频率取得同步，可以与脉冲波的H/L一致地接收LED4和LED5的信号。
<实施方式2>
下面，说明本发明实施方式2的光耦合装置。
图4是本实施方式2的光耦合装置的功能框图。
在本实施方式2中，将2个LED4、LED5的波长作为不同波长，在输出端(受光侧)，1芯片上制作2处受光面，通过在各受光面分别设置符合LED4、5的波长灵敏度，能够使光接收元件6成为1个芯片。另外，本实施方式2的驱动方法因为也是按照图3所示的时序图的驱动方法，所以这里省略说明。
在上述实施方式1中，1个组件内必须制作2组发光元件以及光接收元件对，另外，为了防止误动作，必须设计成LED4、5的光不相互干涉，所以，使组件难以小型化，但是在本实施方式2中，因为波长不同，所以不需要考虑相互的光干涉，同时因为输出端(光接收端)可以是1芯片，所以能够小型化。
进而，在本发明，对在驱动电路3的处理，通过进一步追加使用以往一般使用的峰化功能与反冲的功能，能够更快速驱动以及快速传送信号。
另外，本发明只要不脱离其精神或主要的特征，就能够以其他的各种方式实施。因此，上述的实施方式在所有的方面只不过是例示，不是限定性的解释。本发明的范围是通过权利要求书来表示的，丝毫不局限于说明书正文。还有，属于权利要求书的范围的等价范围的变形与变更，都是本发明的范围内的内容。
权利要求
1.一种通过发光元件与光接收元件传送信号的光耦合装置，其特征在于在输入端包含2个发光元件和驱动它们的发光元件驱动电路，通过所述发光元件驱动电路以不同的定时进行这些发光元件的发光的开始与停止。
2.如权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于在输出端包含2个光接收元件，将这2个光接收元件与所述2个发光元件作为对来传送信号。
3.如权利要求2所述的光耦合装置，其特征在于通过光接收端运算电路，获得与所述2个发光元件产生的信号同步并以不同的定时接收信号。
4.如权利要求3所述的光耦合装置，其特征在于所述2个发光元件有不同的波长，所述2个光接收元件对所述各发光元件的各个波长具有光接收灵敏度。
5.如权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于所述发光元件驱动电路使脉冲信号发生的同时，通过对输入信号以该脉冲信号从L到H的定时进行采样而获得的信号来驱动一个发光元件，通过对输入信号以所述脉冲信号从H到L的定时进行采样而获得的信号来驱动另一个发光元件。
6.如权利要求5所述的光耦合装置，其特征在于所述脉冲信号的脉冲宽度与输入信号的最小脉冲宽度相同，并使所述输入信号与所述脉冲信号同步。
7.如权利要求1所述的光耦合装置，其特征在于所述发光元件驱动电路具备峰化功能和反冲功能。
8.一种电子设备，其特征在于使用所述权利要求1至权利要求7的其中一项记载的光耦合装置进行信号传送。
全文摘要
一种光耦合装置，输入端由脉冲发生电路、延迟电路、驱动电路、连接在驱动电路的2个发光元件构成，输出端由连接在运算电路的2个光接收元件、脉冲发生电路构成，驱动电路基于直接输入的输入信号、从脉冲发生电路输入的时钟脉冲信号以及从延迟电路输入的被延迟的输入信号，使2个发光元件错开定时而交替地发光。另一方面，运算电路通过与2个发光元件产生的信号获得同步，同时由2个光接收元件交替地接收信号，从而将这2个光接收元件作为一对来传送信号。
文档编号H04B10/152GK1929345SQ20061012804
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月4日 优先权日2005年9月5日
发明者前田泰志 申请人:夏普株式会社