光接收电路和光耦合装置的制造方法
【专利说明】光接收电路和光耦合装置
[0001]相关申请的引用
[0002]本申请基于并要求2014年8月29日提出的日本专利申请2014 — 176591号的优先权，其全部内容通过引用而被包含在本文中。
技术领域
[0003]这里说明的实施方式整体上涉及光接收电路和光耦合装置。
【背景技术】
[0004]近年来，在光耦合元件或光数据链路等使用光来传输信号的装置中，发光元件的发光效率等性能有所改善，形成光传输路径的塑料光纤的传输损耗的等级也有所提高。因此，通过使用这些设备，就能进行低成本大容量的光数据通信。在这样的光数据通信环境中期望扩大光接收电路的动态范围，并且能在宽的动作范围内维持稳定的动作。
[0005]随着光传输路径的传输距离的延长，所传输的光信号的强度会包含从微弱电平至非常强的电平，光接收电路的动态范围的扩大成为更重要的问题。例如，在输入段中包含有受光元件和TIA(Trans Impedance Amplifier、互阻放大器)的光接收电路中，如果在接收微弱电平的光信号时进行TIA的增益设定，则在信号强度强的情况下，TIA饱和或者引起共振动作，因此，很难扩大动态范围。
【发明内容】
[0006]实施方式提供一种在宽的动态范围内稳定地进行动作的光接收电路和光耦合装置。
[0007]根据一个实施方式，光接收电路包括:受光元件；第一晶体管，具有在第一节点与所述受光元件相连接的控制端子、与基准电位相连接的第一端子、以及第二端子；第一负载电路，连接在电源电位与连接有所述第二端子的第二节点之间，向出现基于电流信号的电压信号的第三节点输出电压，所述电源电位具有比所述基准电位高的高电位；第一反馈电阻，连接在所述第一节点与所述第三节点之间；第一限制电路，连接在所述第一反馈电阻的两端，限制第一反馈电阻两端的电压上升；以及第一电路，连接在所述第二节点与所述基准电位之间，包含二极管接法的第二晶体管，基于所述第一限制电路的动作进行动作。
[0008]根据上述结构的光接收电路，能够提供一种在宽的动态范围内稳定地进行动作的光接收电路和光耦合装置。
【附图说明】
[0009]图1是例示第一实施方式涉及的光接收电路的电路图。
[0010]图2 (a)和图2 (b)是分别例示比较例的光接收电路的电路图。
[0011]图3(a)是通过仿真求出图1的光接收电路的互阻的频率特性的图表。图3(b)是通过仿真求出比较例涉及的光接收电路的互阻的频率特性的图表。
[0012]图4是例示第一实施方式的第一变形例涉及的光接收电路的电路图。
[0013]图5是例示第一实施方式的第二变形例涉及的光接收电路的电路图。
[0014]图6是例示第二实施方式涉及的光接收电路的电路图。
[0015]图7是例示第三实施方式涉及的光接收电路的电路图。
[0016]图8(a)是例示第四实施方式涉及的光耦合装置的框图。图8(b)是例示第四实施方式涉及的光耦合装置的结构的剖视图。
[0017]图9是例示第五实施方式涉及的光通信系统的框图。
【具体实施方式】
[0018]以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[0019](第一实施方式)
[0020]图1是例示本实施方式涉及的光接收电路的电路图。
[0021]图2 (a)和图2 (b)是分别例示比较例的光接收电路的电路图。
[0022]图3(a)是通过仿真求出图1的光接收电路的互阻的频率特性的图表。
[0023]图3(b)是通过仿真求出比较例涉及的光接收电路的互阻的频率特性的图表。
[0024]如图1所示，本实施方式的光接收电路?ο包括受光元件1 (ro)、反相放大晶体管2、负载电路3、反馈电阻4、限制电路5、旁通电路6和旁路控制电路7。光接收电路10连接在基准电位20与电源电位25之间。基准电位20是光接收电路10所连接的电位中最低的电位，典型的是接地电位0V。电源电位25是光接收电路10所连接的电位中最高的电位，例如是3.3V。基准电位20和电源电位25只要维持上述电位关系即可，也可以是基准电位20和电源电位两者或者一方具有负电位。
[0025]受光元件1连接在基准电位20与输入受光元件1的输出电流(电流信号)的输入节点21 (第一节点)之间。受光元件1例如是硅光电二极管。受光元件1除了是硅光电二极管以外，也可以根据光传输距离或通信速度等而是硅PIN光电二极管或者雪崩光电二极管等其他光电变换元件。
[0026]反相放大晶体管2具有与输入节点21相连接的栅极端子G1 (控制端子)、与基准电位20相连接的源极端子S1 (第一端子)、以及将输入到栅极端子G1的电压反相输出的漏极端子D1 (第二端子)。反相放大晶体管2的漏极端子D1与内部输出节点22 (第二节点)直接连接。反相放大晶体管 2 例如是 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)。
[0027]负载电路3包含电流源(II) 12和负载晶体管11。电流源12连接在电源电位25与内部输出节点22之间。负载晶体管11具有与内部输出节点22相连接的栅极端子G3、与光接收电路10的输出节点23相连接的源极端子S3、以及与电源电位25相连接的漏极端子D3。负载晶体管11例如是M0SFET。负载晶体管11经由电流源(12) 13和具有电流放大作用的缓冲电路输出来自内部输出节点22的输出。该电流源13连接在输出节点23(第三节点)与基准电位20之间。负载电路3能够以源极跟随器形式将反相放大晶体管2的输出接收，并以低输出阻抗输出到下一级的电路。
[0028]再有，以下期望电流源是电流镜电路等恒流电路，但也可以代替恒流电路而使用电阻元件。因此，在本说明书中称作电流源的情况视为包括恒流电路和电阻元件。
[0029]反馈电阻4连接在输入节点21与输出节点23之间。因此，光接收电路10包含具有反相放大器和反馈电阻4的互阻放大器，所述反相放大器具有反相放大晶体管2、负载电路3及电流源13。
[0030]限制电路5包含反馈电阻14和限幅晶体管15。反馈电阻14的一个端子与限幅晶体管15的源极端子S2相连接，另一个端子与输入节点21相连接。限幅晶体管15具有与输出节点23相连接的栅极端子G2和与电源电位25相连接的漏极端子D2。反馈电阻14通过限幅晶体管15的栅源极间电压连接到输出节点23，因此，实质上与反馈电阻4并联连接。
[0031]在受光元件1接受光而输出电流时，输出的电流流到反馈电阻4。在受光元件1的受光量小的情况下，流到反馈电阻4的电流小，反馈电阻4两端的电压小于限幅晶体管15的阈值电压。因而，输出节点23的电位根据流到反馈电阻4的电流值而上升。限幅晶体管15的阈值电压被设定为，在负载晶体管11的输出电压不饱和的范围内限幅晶体管15不导通。在受光元件1输出的电流变大且反馈电阻4两端的电压超过限幅晶体管15的阈值电压的情况下，限幅晶体管15导通。当限幅晶体管导通时，反馈电阻4两端电压的上升被限制。因而，输出节点23的电位上升被限制。这样一来，限制电路5就在大的信号被输入的情况下，进行动作，以使从输出节点23输出的输出信号不饱和。再有，如后面详细叙述地，由于限制电路5与反馈电阻4并联连接，因此，在限制电路5动作的状态下形成包含限制电路5的等效反馈电阻。该等效反馈电阻的电阻值低于反馈电阻4的电阻值。
[0032]旁通电路6包含电阻16和二极管接法(d1de-connected transistor)的旁路晶体管17。旁通电路6连接在内部输出节点22与旁路控制电路7之间。旁路晶体管17按照从内部输出节点22向旁路控制电路7流正向电流的朝向连接。电阻16设定旁路晶体管17导通时所流经的电流值。
[0033]旁路控制电路7包含2个二极管接法的旁路晶体管18、19。旁路控制电路7在旁通电路6与基准电位20之间与旁通电路6串联连接。旁路晶体管18、19串联连接，并按照从旁通电路6向基准电位20流正向电流的朝向连接。因此，3个旁路晶体管17?19按照从内部输出节点22向基准电位20流正向电流的朝向串联连接。