专利名称：光电转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电转换装置。
背景技术：
在日本专利特开No. 2000-77644中，图1示出了使用光电晶体管的常规光电转换装置。如此图中所示，光电转换装置包括共源极电路，该共源极电流包括恒流源和由恒流源驱动的场效应晶体管。此MOSFET的栅极和源极之间的电压确定了光电晶体管的基极电位。 在此图所示的光电转换装置中，当入射到光电晶体管的基极上的光量改变时，光电晶体管的集电极电流发生相应的改变，并且其基极和发射极之间的电压改变。基极和发射极之间的电压的此改变主要不是由于光电晶体管的基极电位的改变，而是由于光电晶体管的发射极电位的改变。但是，在光电晶体管的发射极与基极之间存在反馈环路，并且此反馈环路使得基极电位具有小的改变。也就是说，当发射极电位改变时，MOSFET的连接到发射极的栅极电位改变，从而形成共源极电路的MOSFET的漏极和源极之间的电压发生改变。从恒流源提供的恒定电流流过MOSFET。为了补偿由于漏极-源极电压的改变导致的电流改变，栅极-源极电压改变，尽管该改变是轻微的。结果，光电晶体管的基极电位发生改变。包括光电晶体管的基极的PN结用作光电转换元件，并且施加到此光电转换元件上的反向偏压改变。此电压改变通过由光电流对与基极相关联的寄生电容的充电而发生。此充电操作中所需的时间确定了光响应特性，即端子Iout输出的电流响应于光量的改变而改变的速度。鉴于上文，本发明提供了一种光电转换装置，该光电转换装置具有受抑制的由于光量的改变而导致的施加到光电转换元件上的反向偏压的改变，因此具有良好的光响应特性。
发明内容
根据一个方面，本发明提供了一种装置，该装置包括第一光电转换元件，被配置用于通过光电转换将光转换成电流；第一电流放大单元，被配置用于放大该电流；第一电流监测单元，被配置用于监测放大的电流，并且输出监测信号；以及第一偏压设定单元，被配置用于对监测信号以小于1的因子施加增益，并且根据被施加增益的监测信号向第一光电转换元件施加反向偏压。从下文参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清晰。
图1是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。图2是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。图3是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。图4是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。
图5是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。图6是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。图7是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。图8是示出图7所示的光电转换装置的光谱特性的模拟结果的图。
具体实施例方式第一实施例图1是示出根据本发明的第一实施例的光电转换装置的配置的示例的示意图。在图1中，光电转换装置包括光电转换元件10、电流放大单元20、电流监测单元30、电流输出端子40、以及偏压设定单元50。偏压设定单元50包括增益单元(gain imit)60。光电转换元件10通过光电转换将入射光转换成电流。电流放大单元20将由光电转换元件10产生的经转换的电流放大。电流监测单元30监测由电流放大单元20放大的电流，并且输出结果作为监测信号。电流输出端子40输出由电流监测单元30监测的输出电流。增益单元60 以小于1的因子(factor)对由电流监测单元30提供的监测信号施加增益。增益单元60的信号增益被设定为1/A(A> 1)。偏压设定单元50根据由增益单元60施加增益的监测信号向光电转换元件10施加反向偏压。如果光电转换元件10中生成的光电流发生改变，则电流放大单元20输出的电流发生相应改变，从而流过电流监测单元30的电流发生改变。作为响应，向偏压设定单元50施加输出电流监测信号以调节施加到光电转换元件10的反向偏压。偏压设定单元50包括具有1/A(A > 1)的信号增益的增益单元60，由此抑制反向偏压的改变。也就是说，可抑制施加到光电转换元件10的反向偏压的依赖于光强度的改变， 因此可提供具有良好光响应特性的光电转换装置。图2是示出图1中所示的光电转换装置的配置的示例的电路图。图2如下地对应于图1。在图2中，NPN双极性晶体管110用作电流放大单元20，并且P-沟道MOSFET(第一场效应晶体管)140用作电流监测单元30。偏压设定单元50包括增益单元60、P-沟道 MOSFET (第二场效应晶体管)120、以及恒流源130。MOSFET 120和M0SFET140的极性相同 (例如，P-沟道)。电流源130电连接在MOSFET 120的漏极和基准电位(地电位)端子之间。接下来，下文描述图2所示的光电转换装置的配置和操作。光电转换单元10可例如通过光电晶体管实现。光电转换单元10的阴极电连接到电源端子160。电源端子160接收电源电压Vcc。双极性晶体管110被电连接，从而其基极连接到光电转换元件10的阳极，其集电极连接到电源端子160，以及其发射极连接到MOSFET 140的源极，从而流过光电转换元件10的电流被放大并且从双极性晶体管110的发射极输出。MOSFET 120被电连接，从而其栅极连接到双极性晶体管110的基极，其源极连接到电源端子160，并且其漏极连接到增益单元60的输出端子。MOSFET 120的漏极接收由增益单元60施加增益的监测信号。恒流源 130电连接在增益单元60的输入端子与基准电位端子之间，从而MOSFET 120由恒流源130 驱动。MOSFET 120与恒流源130形成共源极电路。第一 MOSFET 140被电连接，从而其栅极连接到恒流源130，其源极连接到双极性晶体管110的发射极，并且其漏极连接到电流输出端子40，从而在第一 MOSFET 140的栅极处的电位被输出作为监测信号。由双极性晶体管 110放大的光电流从电流输出端子40输出。增益单元60的电压增益被设定为等于1/A(A >1)，并且其输入端子电连接到MOSFET 140的栅极，并且其输出端子电连接到MOSFET 120
5的漏极，从而与MOSFET 140相关联的监测信号被以小于1的因子施加增益。在图2中，流过恒流源130的、并且还流过MOSFET 120的电流Ipix与MOSFET 120的栅极-源极电压Vgsl 具有如下列等式(1)所示的关系。
权利要求
1.一种光电转换装置，包括第一光电转换元件，被配置用于通过光电转换将光转换成第一电流；第一电流放大单元，被配置用于放大第一电流；第一电流监测单元，被配置用于监测放大的第一电流，并且输出第一监测信号；以及第一偏压设定单元，被配置用于对第一监测信号以小于1的因子施加增益，并且根据被施加增益的第一监测信号向第一光电转换元件施加反向偏压。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中第一电流放大单元包括第一双极性晶体管，所述第一双极性晶体管被配置成所述第一双极性晶体管的基极电连接到所述第一光电转换元件的阳极，所述第一双极性晶体管的集电极电连接到电源端子，并且从所述第一双极性晶体管的发射极输出放大的第一电流；第一电流监测单元包括第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管被配置成所述第一场效应晶体管的源极电连接到所述第一双极性晶体管的发射极，所述第一场效应晶体管的漏极电连接到输出端子，并且所述第一场效应晶体管的栅极的电位被作为第一监测信号输出；以及第一偏压设定单元包括第一增益单元、第二场效应晶体管和第一电流源。
3.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，所述第一增益单元被配置用于对第一监测信号以小于1的因子施加增益，所述第二场效应晶体管被配置为所述第二场效应晶体管的极性与所述第一场效应晶体管相同，所述第二场效应晶体管的源极电连接到所述电源端子，所述第二场效应晶体管的栅极电连接到所述第一双极性晶体管的基极，并且所述第二场效应晶体管的漏极接收经所述第一增益单元施加增益的第一监测信号，所述第一电流源电连接在所述第二场效应晶体管的漏极与基准电位端子之间。
4.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，第一增益单元包括第三场效应晶体管， 所述第三场效应晶体管被配置为所述第三场效应晶体管的栅极电连接到恒定电位偏压端子，所述第三场效应晶体管的源极电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述第三场效应晶体管的漏极电连接到所述第一场效应晶体管的栅极。
5.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，所述第一增益单元包括第三场效应晶体管，被配置为所述第三场效应晶体管的源极电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述第三场效应晶体管的漏极电连接到所述第一场效应晶体管的栅极；以及反相放大器，被配置为所述反相放大器的输入端子电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述反相放大器的输出端子电连接到所述第三场效应晶体管的栅极。
6.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，所述第一增益单元包括运算放大器，被配置为所述运算放大器的非反相输入端电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述运算放大器的输出端电连接到所述第一场效应晶体管的栅极；第一电阻器元件，所述第一电阻器元件连接在所述第一场效应晶体管的栅极和所述运算放大器的反相输入端之间；以及第二电阻器元件，所述第二电阻器元件电连接在所述运算放大器的反相输入端与恒压端子之间。
7.根据权利要求4所述的光电转换装置，进一步包括第四场效应晶体管，所述第四场效应晶体管被配置为所述第四场效应晶体管的漏极电连接到所述第一双极性晶体管的基极，所述第四场效应晶体管的源极电连接到所述第三场效应晶体管的栅极，并且所述第四场效应晶体管的栅极电连接到复位信号输入端子。
8.根据权利要求1所述的光电转换装置，进一步包括 第二光电转换元件，被配置用于将光转换成第二电流；第二电流放大单元，被配置用于放大通过转换得到的第二电流； 第二电流监测单元，被配置用于监测放大的第二电流，并且输出第二监测信号；以及第二偏压设定单元，被配置用于根据第二监测信号向第二光电转换元件施加反向偏压。
9.根据权利要求8所述的光电转换装置，进一步包括以多层结构形成的区域，包括第一 N型区域、第一 P型区域、第二 N型区域、第二 P型区域和第三N型区域，其中，所述第一光电转换元件包括所述第一 N型区域、所述第一 P型区域和所述第二 N 型区域，以及所述第二光电转换元件包括所述第二 N型区域、所述第二 P型区域和所述第三N型区域。
10.根据权利要求9所述的光电转换装置，其中，所述第一偏压设定单元包括第一增益单元，所述第一增益单元被配置用于对所述第一监测信号以小于1的因子施加增益。
11.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，所述第二偏压设定单元包括第二增益单元，所述第二增益单元被配置用于对所述第二监测信号以小于1的因子施加增益，并且所述第二偏压设定单元根据被施加增益的第二监测信号向所述第二光电转换元件施加反向偏压。
12.一种光电转换装置，包括 用作光电晶体管的双极性晶体管； 第一场效应晶体管；以及第二场效应晶体管，所述第二场效应晶体管的极性与所述第一场效应晶体管的极性相同，所述双极性晶体管被配置为所述双极性晶体管的发射极电连接到所述第一场效应晶体管的源极，并且所述双极性晶体管的基极电连接到所述第二场效应晶体管的栅极， 所述光电转换装置进一步包括增益单元，所述增益单元被配置为使得所述第一场效应晶体管的栅极经由所述增益单元电连接到所述第二场效应晶体管的漏极；以及电流源，所述电流源被配置用于向所述增益单元提供电流。
全文摘要
本发明公开了一种光电转换装置，该光电转换装置包括被配置用于通过光电转换将光转换成电流的第一光电转换元件；被配置用于放大电流的第一电流放大单元；被配置用于监测经放大的电流并且输出监测信号的第一电流监测单元，以及第一偏压设定单元，被配置用于以小于1的因子来对该监测信号施加增益，并且根据被施加增益的监测信号向第一光电转换元件施加反向偏压。
文档编号H04N5/3745GK102196197SQ20111005079
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月3日 优先权日2010年3月8日
发明者小林秀央 申请人:佳能株式会社