光接收放大電路以及光拾取器的製作方法

2023-10-09 05:23:39 2

專利名稱：光接收放大電路以及光拾取器的製作方法
技術領域：
本發明涉及搭載在用於光碟再生/記錄的光拾取器的電路內藏型光接收元件，尤其涉及可以被用作輸出用於檢測/控制雷射功率的信號的前檢測用元件的光接收放大電路以及光拾取器。
背景技術：
對光碟進行再生/記錄的光碟裝置通常具備一邊向光碟照射用於再生/記錄的雷射束，一邊接收來自光碟的反射光的光拾取器(ピックァップ)。在光拾取器上設置有一邊接收上述反射光，一邊對從雷射光源射出的雷射束進行檢則並將其轉換成電信號的光接收元件，和對轉換後的電信號進行放大的光接收放大電路。而且近年來，由於光拾取器的設計已經容易實現小型化，所以在光拾取器中通常採用將光接收元件和光接收放大電路集成在1塊晶片中的IC。
圖8表示的是包含有差動放大電路的現有的一種光接收放大電路。該光接收放大電路可以首先將用光電二極體PD21接收到的光轉換成光電流。從光電二極體PD21輸出的光電流，通過在差動放大電路上連接反饋電阻R22而成的反轉放大器(電流-電壓轉換電路)轉換成電壓。由此，可以得到與光電流成比例的輸出電壓Vo。該光接收放大電路中的差動放大電路具有電晶體Q21～Q25，以及恆流源CS21、CS22。
NPN型的電晶體Q21、Q22構成差動電晶體對。PNP型的電晶體Q23、Q24構成電流鏡像電路，並分別向電晶體Q21、Q22供給集電極電流。在電晶體Q21的基極(差動放大電路的非反轉輸入端子)上，經由輸入電阻R21將輸入電壓Vin作為基準電壓實施輸入。光電二極體PD21的光電流，由電晶體Q25的發射極經由電阻R22供給。而且，恆流源CS21流過恆定電流，以使電晶體Q21、Q22的發射極電流之和為一定。作為輸出電晶體的NPN型的電晶體Q25形成為射極跟隨電路，並從電晶體Q24的集電極輸出輸出電壓Vo。恆流源CS22向電晶體25供給恆定電流。
下面，對如上構成的差動放大電路的偏移電壓進行說明。而且在下面的說明中，認為各個NPN電晶體的特性是相同的，各個PNP電晶體的特性也是相同的，所以沒有考慮各個電晶體間的性能差異。
圖8所示的差動放大電路中，沒有輸入時的輸出電壓Vo為Vo＝Vin-(Ibn1×Rf)-Vben1+Vben2+(Ibn2×Rf)＝Vin-(Rf×Icn1/hFEn)-VT×ln(Icn1/Is)+VT×ln(Icn2/Is)+(Rf×Icn2/hFEn)＝Vin+(Icn2-Icn1)×Rf/hFEn)+Vt×ln(Icn2/Icn1) (1)其中，上述公式中的各個參數依次如下所述。
hFEnNPN電晶體的電流放大率VT用kT/q(k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是電荷)表示的熱電動勢Ibn1電晶體Q21的基極電流Ibn2電晶體Q22的基極電流Vben1電晶體Q21的基極-發射極間電壓Vben2電晶體Q22的基極-發射極間電壓Icn1電晶體Q21的集電極電流Icn2電晶體Q22的集電極電流Icp1電晶體Q23的集電極電流Icp2電晶體Q24的集電極電流Ibp1電晶體Q23的基極電流Ibp2電晶體Q24的基極電流Ibp3電晶體Q25的基極電流Is電晶體的逆向飽和電流(由電晶體的構造等決定的常數)Rf電阻R21、R22的阻抗值因此，輸出電壓Vo和基準電壓Vin之間的差電壓，即偏移電壓Voff可以用下面的公式表示。
Voff＝Vo-Vin＝((Icn2-Icn1)×Rf/hFEn)+VT×ln(Icn2/Icn1) (2)根據該式可知，Icn1和Icn2之間的差成為偏移電壓的原因。反過來說，如果Icn1＝Icn2的話，則Voff＝0，就不會產生偏移電壓。
圖9表示現有的另一種光接收放大電路。
該光接收放大電路是在圖8所示的電路中，添加了NPN型的電晶體Q26、PNP型的電晶體Q27和恆流源CS23，CS24。在電源電壓Vcc和地線之間，串聯連接了電晶體Q26和恆流源CS23，同樣還串聯連接了電晶體Q27和恆流源CS24。電晶體Q26的基極與電晶體Q23的集電極連接，電晶體Q27的基極與電晶體Q24的集電極連接。
這樣構成的圖9的電路，可以用校正電流Ibp3＝Ibp1+Ibp2對有源負載的基極電流Ibp1+Ibp2進行校正，用校正電流Ibn4＝Ibn3對輸出電路的基極電流Ibn3進行校正，由此可以通過使得Icn1＝Icn2來使得Voff＝0。在這裡，如果考慮到構成差動對的電晶體Q21、Q22的早期(ァ-リ-)效應的話，僅僅對有源負載和輸出電路的基極電流進行校正，尚無法從Icn1＝Icn2得到Vben1＝Vben2。即，如果電晶體Q21、Q22的集電極-發射極間的電壓分別為Vcen1、Vcen2的話，則Vben1、Vben2可以用下面的式子表示。
Vben1＝VT×ln(Icn1/(Is×(1+(Vcen1/VA))))Vben2＝VT×ln(Icn2/(Is×(1+(Vcen2/VA))))這樣，偏移電壓Voff可以如下式那樣的求出。
Voff＝Vo-Vin＝((Icn2-Icn1)×Rf/hFEn)+VT×ln(Icn2×(1+(Vcen1/VA)))/(Icn1×(1+(Vcen2/VA)))) (3)在公式(3)中，如果Icn1＝Icn2的話，則偏移電壓Voff可以用下面的公式表示。
Voff＝VT×ln((VA+Vcen1)/(VA+Vcen2))(4)然而，在公式(4)中，如果不滿足Vcen1＝Vcen2的話，偏移電壓就不能為0。
下面，對早期效應和偏移電壓之間的關係進行說明。首先，從公式(1)的第1行求出下面的公式。
Voff＝Vo-Vin＝((Icn2-Icn1)×Rf/hFEn)+(Vben2-Vben1) (A)另一方面，對於Vben1來說，在無視電晶體的早期效應的情況下，和考慮到早期效應的情況下，可以分別得到公式(B)，公式(C)。對於Vben2來說也能夠同樣地得到類似公式。
Vben1＝VT×ln(Icn1/Is) (B)Vben1＝VT×ln(Icn1/(Is×(1+(Vcen1/VA))) (C)公式(2)可以將公式(B)用在公式(A)中來得到，公式(3)可以將公式(C)用在公式(A)中來得到。
在無視早期效應的情況下，圖9的電路有Voff＝0。與此相對的是，在考慮了早期效應的情況下，將產生如公式(1)到公式(3)所述那樣的偏移電壓。
由於圖9所示的光接收放大電路不能滿足Vcen1＝Vcen2，所以現有技術中還採用能夠滿足Vcen1＝Vcen2的圖10的光接收放大電路。
圖10的光接收放大電路是在圖9的光接收放大電路上，進一步添加了NPN型的電晶體Q28、Q29以及偏置(バィァス)電源E。電晶體Q28連接在電晶體Q21、Q23之間，電晶體Q29連接在電晶體Q22、Q24之間。偏置電源E連接在電源線和電晶體Q28、Q29的基極之間，並產生偏置電壓VB。
在該光接收放大電路中，由於具備了電晶體Q28、Q29，所以可以與電晶體Q21、Q22的集電極電壓VA一起設定為VA＝Vcc-VB-Vben。由此，能夠實現Voff＝0。
而且如果舉例來說，作為揭示了雖然與圖9的電路結構不同，但是功能相同的電路的在先技術文獻，可以包括下面的文獻1(圖1)和文獻2。在文獻1所揭示的差動放大電路中，進行基極電流校正的電晶體和輸出電晶體是共用的電晶體。在文獻2所揭示的電路中，由於構成電流鏡像電路的電晶體和輸出電晶體都是NPN型的電晶體，所以對基極電流的上述校正可以用1個NPN型的電晶體來進行。
而且如果舉例來說，作為揭示了雖然與圖10的電路結構不同，但是功能相同的電路的在先技術文獻，可以包括下面的文獻3至7。各文獻3至7揭示了具有與用電晶體Q21、Q22構成的差動對等價的差動對，並且使得該差動對的集電極電壓相等的技術方案。
文獻1日本特開2000-114888號公報(2000年4月21日公開)文獻2日本特開平8-130421號公報(1996年5月21日公開)文獻3日本特開平5-14075號公報(1993年1月22日公開)文獻4日本特開平8-70221號公報(1996年3月12日公開)文獻5日本特開平4-127703號公報(1992年4月28日公開)，對應的美國專利編號為US5144169A1文獻6日本特開平4-119005號公報(1992年4月20日公開)文獻7日本特開平4-129306號公報(1992年4月30日公開)光拾取器中的前檢測元件是一種能夠接收雷射束，並輸出對應於其光量的檢測電壓的雷射光量檢測用的元件。雷射驅動器能夠基於前檢測元件反饋的檢測電壓，控制雷射光源的驅動電流，以使得雷射束具有預定的雷射功率值。
近來，隨著光碟的記錄速度的高速化，記錄時的雷射功率也增加了。可是，前檢測元件的輸出電壓範圍是受到限制的，例如在電源電壓＝5V、基準電壓＝2.5V的情況下，不能確保小於2.5V的輸出電壓範圍。由此，如果隨著雷射功率的增大增加入射光量，而不能與此相應地降低前檢測元件的敏感度的話，則不能輸出與入射光相對應的輸出電壓。另一方面，由於再生時的雷射功率不像記錄時那樣地增大也可以，所以如果按照與記錄時的雷射功率相配合的方式降低前檢測元件的敏感度的話，就會使得再生時的輸出信號變小。因此，尤其是為了在再生時能夠正確地輸出對應於雷射功率的電壓，需要減小輸出電壓的誤差、即減少偏移電壓和偏移電壓溫度特性。
在圖10的光接收放大電路中，可以用Ibp3＝Ibp1+Ibp2、Ibn4＝Ibn3來滿足Icn1＝Icn2，通過增加電晶體Q28、Q29來滿足Vcen1＝Vcen2，進而滿足Voff＝0。然而，該光接收放大電路在使輸入電壓Vin為VA+Vben1以上時，會因為Vcen1變成0而無法工作。即，該光接收放大電路由於設置了電晶體Q28、Q29，使得可以工作的輸入電壓範圍受到限制而不能對大信號進行處理。

發明內容
本發明的目的在於提供一種沒有設置上述那樣的電晶體Q28、Q29，而是具有可以對由Vcen1、Vcen2的差導致的偏移電壓進行補償的差動放大電路的光接收放大電路。
本發明的光接收放大電路為了能夠實現上述目的，可以包括有具有差動電晶體對和該差動電晶體對的有源負載，並能夠輸出對應於光接收元件的輸出電流的電壓的差動放大電路，以及能夠將基於流過上述差動電晶體對的電流的差的校正電流提供給上述差動放大電路的校正電流生成電路。
在上述的結構中，如後述的公式(5)所示，通過使在差動電晶體對上流過的電流產生差異的方式，可以使得偏移電壓變成0。因此，如果用校正電流生成電路生成基於該電流差的校正電流，並提供給差動放大電路的話，就可以對差動放大電路中的偏移電壓進行補償。
本發明更進一步的其他的目的、特徵以及優點，通過如下所述的記載將會更加清楚。此外，本發明的優點，通過參照附圖進行的下面的說明將變得更加明白。


圖1是表示關於本發明的實施方式1的光接收放大電路的結構的電路圖。
圖2是詳細表示上述光接收放大電路中的校正電流生成電路的結構的電路圖。
圖3是詳細表示上述光接收放大電路中的上述校正電流生成電路的電流差生成電路的結構的電路圖。
圖4是詳細表示上述光接收放大電路中的上述校正電流生成電路的電流差生成電路的另一結構的電路圖。
圖5是詳細表示上述光接收放大電路中的上述校正電流生成電路的電壓差生成電路的結構的電路圖。
圖6是表示上述光接收放大電路中的用於按照使得Iocn＝Icn以及ΔVoce＝Δvce成立的方式進行微調的結構的電路圖。
圖7是表示關於本發明的實施方式2的光拾取器的結構的圖。
圖8是表示現有的光接收放大電路的電路圖。
圖9是表示現有的另一種光接收放大電路的電路圖。
圖10是表示現有的又一種光接收放大電路的電路圖。
具體實施例方式
實施方式1如下內容是基於圖1到圖7對本發明的一個實施方式進行的說明。
圖1表示的是關於本實施方式的光接收放大電路1的結構。
光接收放大電路1具備差動放大器電路2、輸入電阻R1、反饋電阻R2。而且，差動放大電路2具有電晶體Q1～Q7、恆流源CS1～CS4以及校正電流生成電路3。
NPN型的電晶體Q1、Q2構成差動放大電路2中的差動電晶體對，它們各自的發射極都與恆流源CS1連接。恆流源CS1是能夠保特流過電晶體Q1上的電流Icn1和流過電晶體Q2上的電流Icn2之和的電流IEE為定值的電路。基準電壓Vin被作為輸入電壓施加在基準電壓輸入端子T1上。輸入電阻R1連接在基準電壓輸入端子T1和作為差動放大電路2的非反轉輸入端子的電晶體Q1的基極之間。
另一方面，作為差動放大電路2的反轉輸入端子的電晶體Q2的基極，與作為光接收元件的光電二極體PD1的陰極連接。光電二極體PD1的陽極與地線連接。此外，電晶體Q2的基極通過反饋電阻R2與光接收放大電路1的輸出端子T2連接。
PNP型的電晶體Q3、Q4分別作為電晶體Q1、Q2的有源負載，構成電流鏡像電路。電晶體Q3、Q4的發射極與施加電源電壓Vcc的電源線連接。此外，電晶體Q3、Q4的基極相互連接，同時還與電晶體Q3的集電極連接。電晶體Q3的集電極在與電晶體Q1的集電極以及電晶體Q5的基極連接的同時，與校正電流生成電路3連接。
NPN型的電晶體Q5的集電極與上述的電源線連接。恆流源CS2連接在電晶體Q5的發射極和地線之間。電晶體Q4的集電極與電晶體Q6、Q7的基極連接。
NPN型的電晶體Q6的集電極與上述的電源線連接。恆流源CS3連接在電晶體Q6的發射極和地線之間。電晶體Q6構成包括射極跟隨電路的輸出電路，從發特極向輸出端子T2輸出輸出電壓Vo。恆流源CS4連接在PNP型的電晶體Q7和電源線之間。電晶體Q7的集電極與地線連接。
校正電流生成電路3是生成向電晶體Q3的集電極以及電晶體Q3、Q4的基極流出的校正電流Ioffset用的電路。校正電流Ioffset如後所述，是基於電晶體Q3、Q4的集電極電流Icn1、Icn2的差設定的。校正電流生成電路3使該校正電流Ioffset流向電晶體Q1的集電極。
差動放大電路2通過在輸出端子T2和非反轉輸入端子(電晶體Q2的基極)之間連接反饋電阻R2的方式，構成作為電流-電壓轉換電路發揮作用的反轉放大器。在如上構成的光接收放大電路1中，用光電二極體PD1接收到的光被轉換成光電流，從光電二極體PD1輸出的光電流被上述的反轉放大器轉換成電壓，由此得到與光電流成比例的輸出電壓Vo。
下面，對在上述的光接收放大電路1中用校正電流生成電路3生成的校正電流Ioffset進行說明。
在下面的說明中使用的各個公式中的各個參數如下所示。
hFEnNPN電晶體的電流放大率hFEpPNP電晶體的電流放大率VT用kT/q(k是波爾茲曼常數，T是絕對溫度，q是電荷)表示的熱電動勢VA電晶體Q1、Q2的集電極電壓Vcen1電晶體Q1的集電極-發射極間電壓Vcen2電晶體Q2的集電極-發射極間電壓Icn1電晶體Q1的集電極電流Icn2電晶體Q2的集電極電流Ich3電晶體Q5的集電極電流Icn4電晶體Q6的集電極電流Icp1電晶體Q3的集電極電流Icp2電晶體Q4的集電極電流Ibp1電晶體Q3的基極電流Ibp2電晶體Q4的基極電流Ibp3電晶體Q5的基極電流IEE恆流源CS1中流過的電流Rf電阻R1、R2的電阻值首先，輸出電壓Vo和基準電壓Vin間的差電壓，即偏移電壓Voff可以用下面的公式表示。
Voff＝Vo-Vin＝((Icn2-Icn1)×Rf/hFEn)+VT×ln(Icn2×(1+(Vcen1/VA)))/(Icn1×(1+(Vcen2/VA))))由於上式中的第1項是表示差動對(差動電晶體對)的基極電流差的項，當其約等於0可以被忽略時，如果接下來的第2項為0，可以得到Voff＝0。
VT×ln((Icn2×(1+(Vcen1/VA)))/(Icn1×(1+(Vcen2/VA))))＝0由此，作為Icn1、Icn2的差的ΔIcn可以通過如下的方式得到。
(Icn2×(1+(Vcen1/VA)))/(Icn1×(1+(Vcen2/VA)))＝1ΔIcn＝Icn1-Icn2＝(Icn2×Vcen1-Icn1×Vcen2)/VA(5)因此，如果出現有差值而使得Icn1和Icn2的值不同的話，通過滿足上式的方式，可以使得偏移電壓Voff為0。即，通過使滿足上式的校正電流Ioffset流過差動放大電路2中的電晶體Q1的集電極，可以得到Voff＝0。上式還可以進行如下的變形。
ΔIcn＝Icn1-Icn2＝(Icn2×Vcen1-Icn1×Vcen2)/VA＝(Icn2/VA)×Vcen1-(Icn1/VA)×Vcen2這裡，通常認為Icn1和Icn2之間的差很小，所以當Icn2/VA＝Icn1/VA＝Icn/VA＝1/ro時(ro是電晶體Q1、Q2的集電極輸出阻抗)，校正電流Ioffset可以用如下的公式表示。
Ioffset＝ΔIcn＝(Icn/VA)×(Vcen1-Vcen2)＝(Vcen1-Vcen2)/ro＝ΔVce/ro (6)由此，可以使作為Vcen1和Vcen2的差的、其值為ΔVce用ro去除的校正電流，作為最合適的電流流向差動放大電路2。
採用這種構成形式，光接收放大電路1可以用校正電流生成電路3生成基於在差動電晶體對上流過的電流Icn1、Icn2的差的校正電流Ioffset，並提供給差動放大電路2。由此，能夠對差動放大電路2中的偏移電壓Voff進行補償。而且，由於本電路中無需設置會限制輸入電壓範圍的偏移電壓補償用的電晶體，所以能夠處理大的信號此外，光接收放大電路1通過採用上述的結構，能夠對背景技術中所述的早期效應導致的誤差進行補償。作為必須考慮早期效應的情況包括諸如不能忽視早期效應導致的偏移電壓的需要更加嚴密的特性的情況，和在內藏在IC中的光接收放大電路1中使用了用於高速化的高速電晶體的場合等等。因此，光接收放大電路1由於對於這樣的情況，能夠對早期效應導致的偏移電壓進行補償，因此能夠發揮出穩定的性能。
而且在一般情況下，電晶體的工作速度與早期電壓存在折衷選擇的關係。這也就是說，電晶體的動作越快則早期電壓越低，早期效應也越大。
圖2表示的是一種用於生成上述的ΔVce/ro的校正電流Ioffset的電路結構。在圖2所示的光接收放大電路1中，校正電流生成電路3具有電流差生成電路4、電壓差生成電路5、NPN型的電晶體Q8～Q10以及恆流源CS5。
恆流源CS5連接在電晶體Q8的集電極和電源線之間。電晶體Q8中的集電極與基極連接。電晶體Q8～Q10的基極共同連接。電晶體Q8～Q10的發射極共同與地線連接。由此，可以由電晶體Q8～Q10構成電流鏡像電路6。
電晶體Q9、Q10的集電極都與電流差生成電路4以及電壓差生成電路5連接。電流差生成電路4是在流過電晶體Q9的集電極電流Ioc1和流過電晶體Q10的集電極電流Ioc2之間形成差值的電路。電壓差生成電路5是生成構成差動對的電晶體Q1、Q2的集電極電壓差ΔVce的電路。
在如上構成的光接收放大電路1中，上述的兩個集電極電流的差，如果將Vocen1、Vocen2分別取為電晶體Q9、Q10的集電極-發射極間的電壓的話，可以用下面的公式表示。
Ioc1-Ioc2＝(Is(1+(Vocen1/VA))×exp(Vbe/VT))-(Is(1+(Vocen2/VA))×exp(Vbe/VT))＝((Vocen1-Vocen2)/VA)×Is×exp(Vbe/VT)這裡，Is×exp(Vbe/VT)是忽略早期效應時的集電極電流，由於可以用Iocn來近似，所以上式可以通過下述公式表示。
Ioc1-Ioc2＝(Vocen1-Vocen2)×(Iocn/VA)＝ΔVoce×(Iocn/VA)(7)由於流入差動對的校正電流Ioffset是公式(6)所示那樣的ΔVce/ro，所以如果Iocn＝Icn、ΔVoce＝ΔVce的話，就得到Ioffset＝Ioc1-Ioc2，由此可以得到所期望的校正電流值。Iocn＝Icn，是表示差動對的集電極輸出阻抗(1/ro＝Icn/VA)和電流鏡像電路6的集電極輸出阻抗(1/ro＝Ioc/VA)是相同的一種等價的表示形式。
圖3表示的是展示了電流差生成電路4的詳細結構的光接收放大電路1。如圖3所示，電流差生成電路4具有PNP型的電晶體Q11～Q13。
電晶體Q11、Q12的發射極都與電源線連接，電晶體Q11、Q12的基極相互連接，且與電晶體Q13的發射極連接。電晶體Q13的集電極與地線連接。電晶體Q11的集電極和電晶體Q13的基極都與電晶體Q9的集電極連接。電晶體Q12的集電極與電晶體Q10的集電極連接。該電流差生成電路4如上述那樣構成電流鏡像電路。
在圖3中，通過將電流差生成電路4的電流鏡像電路與電流鏡像電路6連接，可以使得上述的集電極電流Ioc1與流過電晶體Q11的集電極電流Icp1以及流過電晶體Q12的集電極電流Icp2之間的關係，滿足Ioc1＝Icp1＝Icp2。因此，可以利用電流差生成電路4，使得Icp2＝Ioc2+Ioffset。由此，可以得到下面所述的公式。
Ioffset＝Icp2-Ioc2＝Ioc1-Ioc2電流差生成電路4的電流鏡像電路還可以採用其它的結構，只要能夠進一步降低電流鏡像電路特有的基極電流誤差，並通過良好的精度實現Icp1＝Icp2，從而可以用上述公式獲得良好的精度即可。
圖4表示的是展示了另外一種電流差生成電路4的詳細結構的光接收放大電路1。如圖4所示，電流差生成電路4具有與差動放大電路2的有源負載(電晶體Q3、Q4)、即電流鏡像電路相同的結構。即，電晶體Q11的基極和集電極相互連接。由此，能夠在生成校正電流Ioffset的同時校正有源負載的基極電流的誤差。
在這裡，圖2中的Icn1、Icn2可以用下面的公式來表示。
Icn1＝Icp1+Ibp1+Ibp2-Ibn4-IoffsetIcn2＝Icp2-Ibn3由於由作為有源負載發揮作用的電晶體Q3、Q4構成的電流鏡像電路的特性為Icp1＝Icp2，所以Icn1、Icn2之差可以用下面的公式來表示。
Icn1-Icn2＝Ibp1+Ibp2+Ibn3-Ibn4-Ioffsetbp(8)在這裡，Ioffsetbp是有源負載的基極電流誤差的校正電流。在上面的公式中，如果Ibp＝Ibp1＝Ibp2，Icn3＝Icn4的話，由於Ibn3＝Icn3/hFEn＝Icn4/hFEn＝Ibn4，所以如果按照IEE＝2×Icp＝Icp1+Icp2近似的話，公式(8)可以用下面的公式來表示。
Icn1-Icn2＝2×Ibp-Ioffsetbp由此，為了使得Icn1和Icn2之差為0，需要使Ioffsetbp＝2×Ibp。因此，為了校正有源負載的基極電流誤差，可以從電晶體Q3的集電極中抽出校正電流Ioffsetbp。
此外，在該光接收放大電路1中，可以通過如下的Ioc1、Ioc2、2Ibp以及Ioffset的關係，得到校正電流Ioffset。
Ioc1＝Icp1+2Ibp＝Icp2+2Ibp＝Ioc2+Ioffset+2IbpIoffset＝(Ioc1-Ioc2)-2Ibp (9)在上面的公式中，(Ioc1-Ioc2)如上所述是與ΔVce相關的校正電流，-2Ibp是上述有源負載的基極電流誤差的校正電流。由此，可以同時對有源負載的基極電流誤差導致的偏移電壓和ΔVce導致的偏移電壓進行校正。
圖5表示的是展示了電壓差生成電路5的詳細結構的光接收放大電路1。如圖5所示，電壓差生成電路5具有NPN型的電晶體Q13、Q14以及電壓源E1、E2。
電晶體Q13的集電極與電流差生成電路4(電晶體Q11的集電極)連接。電晶體Q14的集電極與電流差生成電路4(電晶體Q12的集電極)連接。此外，電晶體Q13的發射極與電晶體Q9的集電極連接，電晶體Q14的發射極與電晶體Q10的集電極連接。電晶體Q13的基極與電壓源E1的正極端子連接，電晶體Q14的基極與電壓源E2的正極端子連接。電壓源E1、E2的負極端子都與地線連接。
電壓源E1、E2用於輸出用來分別向電晶體Q13、Q14的基極施加的恆定電壓(偏置電壓)VB1、VB2，可以由諸如電源電路構成。然而，電壓源E1、E2並不限於這樣的結構，還可以採用對阻抗和電流源實施組合來構成，或是採用通過諸如二極體等來輸出恆定電壓的結構。
如果利用如上構成的電壓差生成電路5的話，則ΔVoce可用如下方式來表示。
ΔVoce＝(VB1-Vbe1)-(VB2-Vbe2)＝VB1-VB2在這裡，電晶體Q13、Q14各自的基極-發射極間的電壓Vbe1、Vbe2，具有Vbe1＝Vbe2的關係。
在形成實際的光接收放大電路1的IC晶片中，即使在設計階段使Iocn＝Icn以及ΔVoce＝ΔVce成立，由於溫度梯度、元件配置等原因，有時上式不成立。對於這種情況，可以如圖6所示，優選具備能夠進行下述微調的結構(a)到(c)。通過具有這樣的各種結構，可根據實際的特性對校正電流Ioffset進行微調。
(a)對電流鏡像電路6的輸出電流Ioe1、Ioc2同時、或者單獨進行微調的結構(例如在電晶體Q9、Q10的發射極和地線之間還分別設置可變電阻VR1、VR2的結構)(b)對電壓差生成電路5輸出的電壓差進行微調的結構(例如電壓源E1、E2為可變輸出型的電壓源的結構)(c)對電流差生成電路4的輸出電流進行微調的結構(例如在電晶體Q12的集電極和電晶體Q3的集電極之間插入調整用的電阻R11的結構)
實施方式2如下的內容為基於附圖7對本發明其他的實施方式進行的說明。而且在本實施方式中，對於與上述的實施方式1中的構成要素具有相同的功能的構成要素賦予同樣的標記，並省略其說明。
圖7表示的是關於本實施方式的光拾取器101的結構。
如圖7所示，本光拾取器101具備雷射二極體111、雷射功率檢測用光接收IC112、113、信號用光接收IC114、平行光管透鏡115、聚光透鏡116、分光器117、平行光管透鏡118以及物鏡119。
作為雷射光源的雷射二極體111可以發出CD用的780nm的雷射束和DVD用的659nm的雷射束這兩種雷射束。供給至雷射二極體111的驅動電流，由未圖示的雷射驅動器產生。
雷射功率檢測用光接收IC112、113內藏有如上述實施方式1所述的光接收放大電路1，而且在光接收面上配備了光電二極體PD1。雷射功率檢測用光接收IC112、113可以是用來接收從雷射二極體111射出的雷射束的一部分，並將其轉換成作為檢測信號的電信號的IC，有其中的任何一個為即可。此外，雷射功率檢測用光接收IC的位置只要是在能夠接收到檢測雷射束所需要的量的位置即可，並不限於圖中所示的位置。
在具有如上所述結構的光拾取器101中，從雷射二極體111射出的雷射束，可以用平行光管透鏡115轉換成平行光束，並通過分光器117改變其方向。來自分光器117的雷射束，進一步經過平行光管透鏡118，然後用物鏡119會聚到光碟120上。從光碟120反射的雷射束，經過物鏡119以及平行光管透鏡118，並透射經過分光器117之後，用聚光透鏡116會聚到信號用光接收IC114上。信號用光接收IC114可以將雷射束轉換成電信號，從該電信號中生成RF信號、尋軌錯誤(トラッキングェラ-)信號等。
另一方面，雷射功率檢測用光接收IC112、113接收從雷射二極體111射出的雷射束，通過內藏的光接收放大電路1，將雷射束作為輸出電壓Vo(檢測信號)來檢測。該檢測信號提供給未圖示的雷射驅動器。雷射驅動器能夠檢測來自雷射功率檢測用光接收IC112，113的檢測信號，控制雷射二極體的驅動電流，以使得雷射束的功率成為預定值。
這樣，光拾取器101可以通過雷射功率檢測用光接收IC112、113所內藏的光接收放大電路1，不受電晶體等元件的特性差異和溫度的影響，使差動放大電路2的偏移電壓穩定為0。由此，即使為了與和記錄時相比降低了的再生時的雷射功率相配合，而降低雷射功率檢測用光接收IC112、113的敏感度，也能夠不受偏移電壓的影響，正確地檢測出雷射束(雷射功率)。因此，能夠高精度地進行雷射功率的控制。
而且在本實施方式中，是對雷射功率檢測用光接收IC112、113內藏有光接收放大電路1的結構進行說明的，然而也可以採用在信號用光接收IC114中內藏光接收放大電路1的結構。在信號用光接收IC114中，不要求象雷射功率檢測用光接收IC112、113那樣嚴格地降低偏移電壓。然而，需要對構成差動放大電路2的NPN電晶體和PNP電晶體的特性進行差異大的工藝。由此，有偏移電壓超過規格值的情況。與此相對應的是，利用光接收放大電路1可有效地將偏移電壓降低到規格值。
實施方式的總結本發明提供了一種具備差動放大電路的光接收放大電路，該差動放大電路具有差動電晶體對以及該差動電晶體對的有源負載，該差動放大電路輸出對應於光接收元件的輸出電流的電壓，該光接收放大電路還包括將基於上述差動電晶體對中流過的電流的差的校正電流提供給上述差動放大電路的校正電流生成電路。
如上構成的光接收放大電路，通過校正電流生成電路生成基於差動電晶體對上流過的電流的差的校正電流，並提供給差動放大電路，能夠對差動放大電路中的偏移電壓進行補償。由此，無需設置限制輸入電壓範圍的偏移電壓補償用電晶體，所以能夠對大信號進行處理。因此，如果將該光接收放大電路作為光拾取器的前檢測元件使用的話，將能夠在寬廣的輸入電壓範圍內正確地得到光量檢測的輸出。
在作為一種優選實施方式的上述光接收放大電路中，上述校正電流生成電路生成用構成上述差動電晶體對的2個電晶體的集電極輸出阻抗去除上述差動電晶體對的集電極電壓差獲得的值的上述校正電流。如上述的公式(6)所示，上述的電流差可以用構成差動電晶體對的2個電晶體的集電極電壓差除以上述集電極輸出阻抗得到的值來表示。因此，校正電流生成電路能夠通過上述的值得到所期望的校正電流值。
在作為一種優選實施方式的上述光接收放大電路中，上述校正電流生成電路可以具有第1電流鏡像電路，其包括與構成上述差動電晶體對的上述電晶體具有同樣的集電極輸出阻抗的第1和第2電晶體；將與上述集電極電壓差相同的電壓差施加到該第1電流鏡像電路的2個輸出的電壓差生成電路；以及生成上述第1電流鏡像電路的輸出電流的差的電流差生成電路。在這樣的結構中，校正電流生成電路由於具備了第1電流鏡像電路、電壓差生成電路和電流差生成電路，所以能夠將上述集電極電壓差所反映的校正電流，如上述的公式(7)所示那樣，作為第1電流鏡像電路的第1和第2電晶體的集電極電流差取出。
在作為一種優選實施方式的上述光接收放大電路中，上述電流差生成電路可以具備第2電流鏡像電路，該電路可以包括向上述第1電晶體流出電流的第3電晶體和向上述第2電晶體流出電流的第4電晶體。在這樣的結構中，如上述的公式(9)所示的那樣，第2電流鏡像電路利用第3以及第4電晶體的集電極電流是相等的特性，能夠將第1電流鏡像電路的第1和第2電晶體的集電極電流作為校正電流取出。
在作為一種優選實施方式的上述光接收放大電路中，上述第2電流鏡像電路可以具有與上述有源負載同樣的結構。通過採用這樣的結構，如上述的公式(9)所示那樣，能夠同時對差動電晶體對的集電極電壓差導致的偏移電壓和有源負載的基極電流誤差導致的偏移電壓進行校正。
在作為一種優選實施方式的上述光接收放大電路中，上述電壓差生成電路可以具有形成在第1電流鏡像電路和上述電流差生成電路之間的，分別配置在2個電流路徑上的第5和第6電晶體；以及向上述第5和第6電晶體的基極上施加電壓使得該第5和第6電晶體的集電極之間的電壓差成為上述集電極電壓差的電壓施加電路。在這樣的結構中，當第5和第6電晶體的基極上用電壓施加電路施加了上述電壓時，由於在第5和第6電晶體的集電極間所呈現的電壓差為差動電晶體對的集電極電壓差，所以能夠將所期望的電壓差施加到第1電流鏡像電路的2個輸出。
利用上述的結構，在理想的情況下能夠生成與上述集電極電壓差相等的電壓差，但是由於實際上光接收放大電路所形成的IC晶片的溫度梯度和有源負載與第2電流鏡像電路之間的元件配置的差異，兩個電壓差是不相等的。
然而，可以進一步利用下面所述的各種調整電路來對兩個電壓差間的偏差進行補償，由此生成適當的校正電流。
(a)在具有上述第1電流鏡像電路的光接收放大電路中，對上述第1電流鏡像電路的2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路。
(b)在具有上述電壓差生成電路的光接收放大電路中，調整上述電壓差生成電路所產生的電壓差的電壓差調整電路。
(c)在具有上述電流差生成電路的光接收放大電路中，調整上述電流差生成電路的輸出電流的電流差調整電路。
而且，光拾取器通過具備如上構成的各光接收放大電路，能夠對光接收放大電路中的差動放大電路的偏移電壓進行補償。尤其是將光接收放大電路作為檢測從雷射光源射出的雷射束的光量用的前檢測元件的時候，光接收放大電路能夠正確地輸出用於進行光量檢測的對應於雷射功率的電壓。
如上所述，光接收放大電路中，通過提供基於在差動放大電路上的上述一對電晶體上流過的集電極電流間的差的校正電流，對由構成差動放大電路的差動對的一對電晶體的集電極-發射極間的電壓的差所導致的偏移電壓進行校正。由此，由於在差動放大電路中無需設置偏移電壓校正用的電晶體，所以能夠避免由於該電晶體導致的輸入電壓範圍的限制。因此，這種光接收放大電路能夠適當地被用作在光拾取器中能夠正確地輸出對應於雷射功率的電壓的前檢測元件。
在本發明的詳細說明部分中給出的具體的實施方式或實施例只是用於使得本發明的技術內容更加容易被理解，這些具體例不應狹義地解釋為對本申請內容的限定，它們還可以在本發明的精神和權利要求描述的範圍內進行各種變更而實施。
權利要求
1.一種具備差動放大電路(2)的光接收放大電路(1)，該差動放大電路具有2個電晶體構成的差動電晶體對(Q1、Q2)以及該差動電晶體對(Q1、Q2)的有源負載(Q3、Q4)，並輸出對應於光接收元件(PD1)的輸出電流的電壓，該光接收放大電路(1)還包括生成基於上述2個電晶體(Q1、Q2)中流過的電流的差的校正電流(Ioffset)，並將該校正電流(Ioffset)提供給上述差動放大電路(2)的校正電流生成電路(3)。
2.如權利要求1所述的光接收放大電路(1)，其中，上述校正電流生成電路(3)生成用構成上述差動電晶體對(Q1、Q2)的2個電晶體(Q1、Q2)的集電極輸出阻抗去除上述2個電晶體(Q1、Q2)的集電極電壓差獲得的值的上述校正電流(Ioffset)。
3.如權利要求1或者2所述的光接收放大電路(1)，其中，上述校正電流生成電路(3)具有包括具有與上述2個電晶體(Q1、Q2)相同的集電極輸出阻抗的第1和第2電晶體(Q9、Q10)的第1電流鏡像電路(6)；對該第1電流鏡像電路(6)的2個輸出提供與上述集電極電壓差相同的電壓差的電壓差生成電路(5)；以及生成上述第1電流鏡像電路(6)的2個輸出電流的差的電流差生成電路(4)。
4.如權利要求3所述的光接收放大電路(1)，其中，上述電流差生成電路(4)具有第2電流鏡像電路(Q11～Q13)，該第2電流鏡像電路(Q11～Q13)包括使電流流過上述第1電晶體(Q9)的第3電晶體(Q11)，和使電流流過上述第2電晶體(Q10)的第4電晶體(Q12)。
5.如權利要求4所述的光接收放大電路(1)，其中，上述第2電流鏡像電路(Q11～Q13)與上述有源負載(Q3、Q4)相同地構成。
6.如權利要求3所述的光接收放大電路(1)，其中，上述電壓差生成電路(5)具有在形成於上述第1電流鏡像電路(6)和上述電流差生成電路(4)之間的2個電流路徑上分別配置的第5和第6電晶體(Q13、Q14)；以及在上述第5和第6電晶體(Q13、Q14)的基極上施加電壓使得該第5和第6電晶體(Q13、Q14)的集電極間的電壓差成為上述集電極電壓差的電壓施加電路(E1、E2)。
7.如權利要求4所述的光接收放大電路(1)，其中，上述電壓差生成電路(5)具有在形成於上述第1電流鏡像電路(6)和上述電流差生成電路(4)之間的2個電流路徑上分別配置的第5和第6電晶體(Q13、Q14)；以及在上述第5和第6電晶體(Q13、Q14)的基極上施加電壓使得該第5和第6電晶體(Q13、Q14)的集電極間的電壓差成為上述集電極電壓差的電壓施加電路(E1、E2)。
8.如權利要求5所述的光接收放大電路(1)，其中，上述電壓差生成電路(5)具有在形成於上述第1電流鏡像電路(6)和上述電流差生成電路(4)之間的2個電流路徑上分別配置的第5和第6電晶體(Q13、Q14)；以及在上述第5和第6電晶體(Q13、Q14)的基極上施加電壓使得該第5和第6電晶體(Q13、Q14)的集電極間的電壓差成為上述集電極電壓差的電壓施加電路(E1、E2)。
9.如權利要求3所述的光接收放大電路(1)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
10.如權利要求4所述的光接收放大電路(1)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
11.如權利要求5所述的光接收放大電路(1)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
12.如權利要求6所述的光接收放大電路(1)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
13.如權利要求3所述的光接收放大電路(1)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
14.如權利要求4所述的光接收放大電路(1)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
15.如權利要求5所述的光接收放大電路(1)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
16.如權利要求6所述的光接收放大電路(1)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
17.如權利要求3所述的光接收放大電路(1)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
18.如權利要求4所述的光接收放大電路(1)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
19.如權利要求5所述的光接收放大電路(1)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
20.如權利要求6所述的光接收放大電路(1)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
21.一種具備檢測雷射束的光量的光接收放大電路(1)的光拾取器(101)，其中上述光接收放大電路(1)包括差動放大電路(2)，具有2個電晶體構成的差動電晶體對(Q1、Q2)以及該差動電晶體對(Q1、Q2)的有源負載(Q3、Q4)，輸出對應於光接收元件(PD1)的輸出電流的電壓；以及校正電流生成電路(3)，生成基於上述2個電晶體(Q1、Q2)中流過的電流的差的校正電流(Ioffset)，並將該校正電流(Ioffset)提供給上述差動放大電路(2)。
22.如權利要求21所述的光拾取器(101)，其中，上述校正電流生成電路(3)生成用構成上述差動電晶體對(Q1、Q2)的2個電晶體(Q1、Q2)的集電極輸出阻抗去除上述2個電晶體(Q1、Q2)的集電極電壓差獲得的值的上述校正電流(Ioffset)。
23.如權利要求21或者22所述的光拾取器(101)，其中，上述校正電流生成電路(3)具有包括具有與上述2個電晶體(Q1、Q2)相同的集電極輸出阻抗的第1和第2電晶體(Q9、Q10)的第1電流鏡像電路(6)；對該第1電流鏡像電路(6)的2個輸出提供與上述集電極電壓差相同的電壓差的電壓差生成電路(5)；以及生成上述第1電流鏡像電路(6)的2個輸出電流的差的電流差生成電路(4)。
24.如權利要求23所述的光拾取器(101)，其中，上述電流差生成電路(4)具有第2電流鏡像電路(Q11～Q13)，該第2電流鏡像電路(Q11～Q13)包括使電流流過上述第1電晶體(Q9)的第3電晶體(Q11)，和使電流流過上述第2電晶體(Q10)的第4電晶體(Q12)。
25.如權利要求24所述的光拾取器(101)，其中，上述第2電流鏡像電路(Q11～Q13)與上述有源負載(Q3、Q4)相同地構成。
26.如權利要求23所述的光拾取器(101)，其中，上述電壓差生成電路(5)具有在形成於上述第1電流鏡像電路(6)和上述電流差生成電路(4)之間的2個電流路徑上分別配置的第5和第6電晶體(Q13、Q14)；以及在上述第5和第6電晶體(Q13、Q14)的基極上施加電壓使得該第5和第6電晶體(Q13、Q14)的集電極間的電壓差成為上述集電極電壓差的電壓施加電路(E1、E2)。
27.如權利要求24所述的光拾取器(101)，其中，上述電壓差生成電路(5)具有在形成於上述第1電流鏡像電路(6)和上述電流差生成電路(4)之間的2個電流路徑上分別配置的第5和第6電晶體(Q13、Q14)；以及在上述第5和第6電晶體(Q13、Q14)的基極上施加電壓使得該第5和第6電晶體(Q13、Q14)的集電極間的電壓差成為上述集電極電壓差的電壓施加電路(E1、E2)。
28.如權利要求25所述的光拾取器(101)，其中，上述電壓差生成電路(5)具有在形成於上述第1電流鏡像電路(6)和上述電流差生成電路(4)之間的2個電流路徑上分別配置的第5和第6電晶體(Q13、Q14)；以及在上述第5和第6電晶體(Q13、Q14)的基極上施加電壓使得該第5和第6電晶體(Q13、Q14)的集電極間的電壓差成為上述集電極電壓差的電壓施加電路(E1、E2)。
29.如權利要求23所述的光拾取器(101)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
30.如權利要求24所述的光拾取器(101)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
31.如權利要求25所述的光拾取器(101)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
32.如權利要求26所述的光拾取器(101)，其中，上述第1電流鏡像電路(6)具有對2個輸出電流同時或者單獨地進行調整的輸出電流調整電路(VR1、VR2)。
33.如權利要求23所述的光拾取器(101)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
34.如權利要求24所述的光拾取器(101)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
35.如權利要求25所述的光拾取器(101)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
36.如權利要求26所述的光拾取器(101)，包括對上述電壓差生成電路(5)產生的電壓差進行調整的電壓差調整電路(E1、E2)。
37.如權利要求23所述的光拾取器(101)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
38.如權利要求24所述的光拾取器(101)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
39.如權利要求25所述的光拾取器(101)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
40.如權利要求26所述的光拾取器(101)，還包括調整上述電流差生成電路(4)的輸出電流的電流差調整電路(R11)。
41.如權利要求21或者22所述的光拾取器(101)，其中，上述光接收放大電路(1)用於檢測從雷射光源(111)射出的雷射束的光量。
全文摘要
本發明涉及一種包括差動放大電路的光接收放大電路，該差動放大電路具有差動電晶體對以及該差動電晶體對的有源負載，該差動放大電路輸出對應於光接收元件的輸出電流的電壓。此外，該光接收放大電路還包括將基於上述差動電晶體對中流過的電流的差的校正電流提供給上述差動放大電路的校正電流生成電路。
文檔編號H03F3/45GK1738194SQ200510109818
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月11日 優先權日2004年7月9日
發明者木路仁 申請人:夏普株式會社