JPH07176782A - アバランシェフォトダイオードを用いた光検出回路 - Google Patents
アバランシェフォトダイオードを用いた光検出回路Info
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- JPH07176782A JPH07176782A JP5319816A JP31981693A JPH07176782A JP H07176782 A JPH07176782 A JP H07176782A JP 5319816 A JP5319816 A JP 5319816A JP 31981693 A JP31981693 A JP 31981693A JP H07176782 A JPH07176782 A JP H07176782A
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- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
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- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
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- H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 直流成分まで高感度の測光ができるようにす
る。 【構成】 本発明のアバランシェフォトダイオードを用
いた光検出回路は、アバランシェフォトダイオードと、
アバランシェフォトダイオードに高増倍率で駆動させる
バイアス電圧を印加するためのバイアス制御手段とを備
え、バイアス制御手段は、アバランシェフォトダイオー
ドと同等のブレークダウン電圧の温度特性を持つダイオ
ードと、このダイオードを一定の電流のブレークダウン
状態にするように、グランド電位に対し正電圧及び負電
圧をダイオードのアノード−カソード間に与える制御回
路とを有し、アバランシェフォトダイオードのアノード
又はカソードのいずれか一方の端子から正電圧または負
電圧のいずれか一方をバイアス電圧として与え、前記ア
バランシェフォトダイオードの他方の端子から光電流を
出力する、という構成を持つ。
る。 【構成】 本発明のアバランシェフォトダイオードを用
いた光検出回路は、アバランシェフォトダイオードと、
アバランシェフォトダイオードに高増倍率で駆動させる
バイアス電圧を印加するためのバイアス制御手段とを備
え、バイアス制御手段は、アバランシェフォトダイオー
ドと同等のブレークダウン電圧の温度特性を持つダイオ
ードと、このダイオードを一定の電流のブレークダウン
状態にするように、グランド電位に対し正電圧及び負電
圧をダイオードのアノード−カソード間に与える制御回
路とを有し、アバランシェフォトダイオードのアノード
又はカソードのいずれか一方の端子から正電圧または負
電圧のいずれか一方をバイアス電圧として与え、前記ア
バランシェフォトダイオードの他方の端子から光電流を
出力する、という構成を持つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アバランシェフォトダ
イオードを用いた光検出回路に関する。
イオードを用いた光検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】アバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）は、アバランシェ増倍の利用によって高い感度と高
い応答速度とを持つ半導体光検出器であり、光通信の受
光用や高感度の光検出に用いられている。この素子も半
導体で構成されているので、温度によって特性の変化を
生じる、という半導体固有の問題がある。増倍率の変化
は、感度の変化をもたらし、検出出力に変動を生じるこ
とから、ＡＰＤの増倍率の温度特性の改善のために、Ａ
ＰＤのバイアス電圧の制御方式には各種の方式が考案さ
れている。
Ｄ）は、アバランシェ増倍の利用によって高い感度と高
い応答速度とを持つ半導体光検出器であり、光通信の受
光用や高感度の光検出に用いられている。この素子も半
導体で構成されているので、温度によって特性の変化を
生じる、という半導体固有の問題がある。増倍率の変化
は、感度の変化をもたらし、検出出力に変動を生じるこ
とから、ＡＰＤの増倍率の温度特性の改善のために、Ａ
ＰＤのバイアス電圧の制御方式には各種の方式が考案さ
れている。
【０００３】その１つとして、例えば、「特開昭６１−
１８１３３６」（以下、文献１）に記載された方式があ
る（図６）。この回路では、特性の似た２つのＡＰＤ１
６，１１を用い、一方のＡＰＤ１６を遮光し、等価的な
電流源（高圧電源１２，抵抗１３）にてブレークダウン
させている。そして、このＡＰＤ１６の両端に生じるブ
レークダウン電圧を分圧抵抗１４，１５で分圧し、他方
の信号検出用ＡＰＤにバイアス電圧として印加している
（符号７は負荷抵抗）。遮光したＡＰＤのブレークダウ
ン電圧は温度によって変化することから、これを温度セ
ンサとして用いることによって、信号検出用ＡＰＤのバ
イアス電圧の補償を行っている。所定の増倍率を得るた
めには、それに応じた分圧比でブレークダウン電圧を分
圧してバイアス電圧とすればよいことから、構成が簡単
である、という利点がある。
１８１３３６」（以下、文献１）に記載された方式があ
る（図６）。この回路では、特性の似た２つのＡＰＤ１
６，１１を用い、一方のＡＰＤ１６を遮光し、等価的な
電流源（高圧電源１２，抵抗１３）にてブレークダウン
させている。そして、このＡＰＤ１６の両端に生じるブ
レークダウン電圧を分圧抵抗１４，１５で分圧し、他方
の信号検出用ＡＰＤにバイアス電圧として印加している
（符号７は負荷抵抗）。遮光したＡＰＤのブレークダウ
ン電圧は温度によって変化することから、これを温度セ
ンサとして用いることによって、信号検出用ＡＰＤのバ
イアス電圧の補償を行っている。所定の増倍率を得るた
めには、それに応じた分圧比でブレークダウン電圧を分
圧してバイアス電圧とすればよいことから、構成が簡単
である、という利点がある。
【０００４】また、他の例として、「特開昭６１−１８
１３３６」（以下、文献２）に記載された方式がある。
この回路では、定期的にブレークダウン電圧を計測する
期間を設定し、この期間内にブレークダウン状態の電流
を検出してその状態を検知し、通常の測光時にはその電
圧より低いバイアス電圧にすることにより増倍率を一定
に保とう、という方式である。
１３３６」（以下、文献２）に記載された方式がある。
この回路では、定期的にブレークダウン電圧を計測する
期間を設定し、この期間内にブレークダウン状態の電流
を検出してその状態を検知し、通常の測光時にはその電
圧より低いバイアス電圧にすることにより増倍率を一定
に保とう、という方式である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の文献１の方式で
は、ＡＰＤ１６の両端に直流の高電圧が引加されてお
り、これをブロックするために、コンデンサを介して信
号を取り出すようにしている。そのため、出力された信
号のうち、低い周波数の成分、特に直流成分がカットさ
れてしまうという問題がある。
は、ＡＰＤ１６の両端に直流の高電圧が引加されてお
り、これをブロックするために、コンデンサを介して信
号を取り出すようにしている。そのため、出力された信
号のうち、低い周波数の成分、特に直流成分がカットさ
れてしまうという問題がある。
【０００６】また、上述の文献２の方式では、時分割で
ブレークダウン状態と測光状態にしているため、長時間
連続して測光ができなかったり、外乱光が強い場合、ブ
レークダウン電圧に誤差を生じる、という問題がある。
ブレークダウン状態と測光状態にしているため、長時間
連続して測光ができなかったり、外乱光が強い場合、ブ
レークダウン電圧に誤差を生じる、という問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のアバランシェフォトダイオードを用いた光
検出回路は、アバランシェフォトダイオードと、前記ア
バランシェフォトダイオードに高増倍率で駆動させるバ
イアス電圧を印加するためのバイアス制御手段とを備
え、バイアス制御手段は、アバランシェフォトダイオー
ドと同等のブレークダウン電圧の温度特性を持つダイオ
ードと、このダイオードを一定の電流のブレークダウン
状態にするように、グランド電位に対し正電圧及び負電
圧をダイオードのアノード−カソード間に与える制御回
路とを有し、アバランシェフォトダイオードのアノード
又はカソードのいずれか一方の端子から正電圧または負
電圧のいずれか一方をバイアス電圧として与え、前記ア
バランシェフォトダイオードの他方の端子から光電流を
出力する、という構成を持つ。
に、本発明のアバランシェフォトダイオードを用いた光
検出回路は、アバランシェフォトダイオードと、前記ア
バランシェフォトダイオードに高増倍率で駆動させるバ
イアス電圧を印加するためのバイアス制御手段とを備
え、バイアス制御手段は、アバランシェフォトダイオー
ドと同等のブレークダウン電圧の温度特性を持つダイオ
ードと、このダイオードを一定の電流のブレークダウン
状態にするように、グランド電位に対し正電圧及び負電
圧をダイオードのアノード−カソード間に与える制御回
路とを有し、アバランシェフォトダイオードのアノード
又はカソードのいずれか一方の端子から正電圧または負
電圧のいずれか一方をバイアス電圧として与え、前記ア
バランシェフォトダイオードの他方の端子から光電流を
出力する、という構成を持つ。
【０００８】ダイオードはアバランシェフォトダイオー
ドと同等の構造を有することを特徴としても良い。
ドと同等の構造を有することを特徴としても良い。
【０００９】制御回路は正電圧と負電圧との比或いは差
が一定になるように正電圧と負電圧を制御することを特
徴としても良い。
が一定になるように正電圧と負電圧を制御することを特
徴としても良い。
【００１０】
【作用】本発明のアバランシェフォトダイオードを用い
た光検出回路では、アバランシェフォトダイオードと同
等のブレークダウン電圧の温度特性を持つダイオード
が、制御回路によって、電流がほぼ一定のブレークダウ
ン状態になる。そして、アバランシェフォトダイオード
のアノード又はカソードの一方の端子から正電圧または
負電圧のいずれか一方がバイアス電圧として引加され、
他方の端子即ちアバランシェフォトダイオードの光電流
を取り出す端子の電位はグランド電位程度になる。その
ため、この光電流はアバランシェフォトダイオードの他
方の端子からグランド電位との間の電位差はバイアス電
圧と比較して非常に小さなものになるので、直流成分ま
で取り出すことができるようになる。
た光検出回路では、アバランシェフォトダイオードと同
等のブレークダウン電圧の温度特性を持つダイオード
が、制御回路によって、電流がほぼ一定のブレークダウ
ン状態になる。そして、アバランシェフォトダイオード
のアノード又はカソードの一方の端子から正電圧または
負電圧のいずれか一方がバイアス電圧として引加され、
他方の端子即ちアバランシェフォトダイオードの光電流
を取り出す端子の電位はグランド電位程度になる。その
ため、この光電流はアバランシェフォトダイオードの他
方の端子からグランド電位との間の電位差はバイアス電
圧と比較して非常に小さなものになるので、直流成分ま
で取り出すことができるようになる。
【００１１】そして、ダイオードのブレークダウン状態
の電流をほぼ一定にするように正電圧及び負電圧を前記
ダイオードにあたえることから、アバランシェフォトダ
イオードのバイアス電圧は、温度が変化してもアバラン
シェフォトダイオードが安定に動作するようになってい
る。
の電流をほぼ一定にするように正電圧及び負電圧を前記
ダイオードにあたえることから、アバランシェフォトダ
イオードのバイアス電圧は、温度が変化してもアバラン
シェフォトダイオードが安定に動作するようになってい
る。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明のアバランシェフォトダイオードを用い
た光検出回路の構成の概要を示したものである。この光
検出回路は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１
と、このアバランシェフォトダイオードＡＰＤ１へのバ
イアス電圧を印加するための手段としてダイオードＴ・
Ｓ，電流検出部１２０，比較部１３０，電圧制御部１４
０とを備えている。
図１は、本発明のアバランシェフォトダイオードを用い
た光検出回路の構成の概要を示したものである。この光
検出回路は、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１
と、このアバランシェフォトダイオードＡＰＤ１へのバ
イアス電圧を印加するための手段としてダイオードＴ・
Ｓ，電流検出部１２０，比較部１３０，電圧制御部１４
０とを備えている。
【００１３】アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１
は、受けた光に応じた大きさの光電流を光信号出力ＯＵ
Ｔとして出力するものであり、そのアノードには、電圧
制御部１４０からの負電圧Ｖ2 が引加されている。光信
号出力ＯＵＴから見た負荷抵抗による電圧降下は負電圧
Ｖ2 と比較して非常に小さい事から、アバランシェフォ
トダイオードＡＰＤ１の両端の電圧は、光電流があると
きでも負電圧Ｖ2 とほぼ等しいものになっている。例え
ば、ＯＰアンプ構成の電流−電圧変換回路を光信号出力
ＯＵＴに接続した場合、アバランシェフォトダイオード
ＡＰＤ１のカソードは、グランド電位に等しく、アバラ
ンシェフォトダイオードＡＰＤ１の両端の電圧は負電圧
Ｖ2 と等しくなる。
は、受けた光に応じた大きさの光電流を光信号出力ＯＵ
Ｔとして出力するものであり、そのアノードには、電圧
制御部１４０からの負電圧Ｖ2 が引加されている。光信
号出力ＯＵＴから見た負荷抵抗による電圧降下は負電圧
Ｖ2 と比較して非常に小さい事から、アバランシェフォ
トダイオードＡＰＤ１の両端の電圧は、光電流があると
きでも負電圧Ｖ2 とほぼ等しいものになっている。例え
ば、ＯＰアンプ構成の電流−電圧変換回路を光信号出力
ＯＵＴに接続した場合、アバランシェフォトダイオード
ＡＰＤ１のカソードは、グランド電位に等しく、アバラ
ンシェフォトダイオードＡＰＤ１の両端の電圧は負電圧
Ｖ2 と等しくなる。
【００１４】ダイオードＴ・Ｓの両端には、電圧制御部
１４０からの正電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2 が引加され、ブ
レークダウン状態になる。このブレークダウン状態での
電流は温度によって変化するので、ダイオードＴ・Ｓは
温度センサとして働くことになり、アバランシェフォト
ダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つものが望まし
い。そのため、ダイオードＴ・Ｓにはアバランシェフォ
トダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つようなアバ
ランシェフォトダイオードを遮光して用いている。
１４０からの正電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2 が引加され、ブ
レークダウン状態になる。このブレークダウン状態での
電流は温度によって変化するので、ダイオードＴ・Ｓは
温度センサとして働くことになり、アバランシェフォト
ダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つものが望まし
い。そのため、ダイオードＴ・Ｓにはアバランシェフォ
トダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つようなアバ
ランシェフォトダイオードを遮光して用いている。
【００１５】電流検出部１２０は、ダイオードＴ・Ｓの
ブレークダウン状態の電流を検出するためのものであ
り、比較部１３０は検出された電流を所定値と比較して
その比較結果に応じた電圧又は電流を出力する。そし
て、電圧制御部１４０は比較結果に応じて正電圧Ｖ1 及
び負電圧Ｖ2 を制御する。こうして、フィードバックル
ープが構成され、ダイオードＴ・Ｓのブレークダウン状
態の電流が一定になるように正電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2
が制御される。この制御の手法としてはダイオードＴ・
Ｓの両端の電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）とアバランシェフォトダ
イオードＡＰＤ１の両端の電圧（Ｖ2 ）の比が等しくな
るようにする方法、或いは、差が等しくなるようにする
方法がある。
ブレークダウン状態の電流を検出するためのものであ
り、比較部１３０は検出された電流を所定値と比較して
その比較結果に応じた電圧又は電流を出力する。そし
て、電圧制御部１４０は比較結果に応じて正電圧Ｖ1 及
び負電圧Ｖ2 を制御する。こうして、フィードバックル
ープが構成され、ダイオードＴ・Ｓのブレークダウン状
態の電流が一定になるように正電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2
が制御される。この制御の手法としてはダイオードＴ・
Ｓの両端の電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）とアバランシェフォトダ
イオードＡＰＤ１の両端の電圧（Ｖ2 ）の比が等しくな
るようにする方法、或いは、差が等しくなるようにする
方法がある。
【００１６】図２は、これらの方法を模式的に示したも
のである。図２（ａ）は、比が等しくなるようにする場
合を示したものであり、ダイオードＴ・Ｓの電流が増加
すると「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」が一定になるように、
正電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2 を減少させ、ダイオードＴ・
Ｓの電流が減少すると、この比が一定になるように、正
電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2 を増加させる。こうして、ダイ
オードＴ・Ｓの両端の電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）を変化させ
て、ダイオードＴ・Ｓの電流を一定に保っている。ま
た、図２（ｂ）は、差が等しくなるようにする場合を示
したものであり、この場合、差が正電圧Ｖ1 であること
から、正電圧Ｖ1 は定電圧源として動作する。そして、
ダイオードＴ・Ｓの電流が増加すると負電圧Ｖ2 を減少
させ、ダイオードＴ・Ｓの電流が減少すると負電圧Ｖ2
を増加させる。こうして差の電圧Ｖ１を一定に保ちつつ
ダイオードＴ・Ｓの両端の電圧（Ｖ１ ＋Ｖ2 ）を変化
させて、ダイオードＴ・Ｓの電流を一定に保っている。
のである。図２（ａ）は、比が等しくなるようにする場
合を示したものであり、ダイオードＴ・Ｓの電流が増加
すると「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」が一定になるように、
正電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2 を減少させ、ダイオードＴ・
Ｓの電流が減少すると、この比が一定になるように、正
電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2 を増加させる。こうして、ダイ
オードＴ・Ｓの両端の電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）を変化させ
て、ダイオードＴ・Ｓの電流を一定に保っている。ま
た、図２（ｂ）は、差が等しくなるようにする場合を示
したものであり、この場合、差が正電圧Ｖ1 であること
から、正電圧Ｖ1 は定電圧源として動作する。そして、
ダイオードＴ・Ｓの電流が増加すると負電圧Ｖ2 を減少
させ、ダイオードＴ・Ｓの電流が減少すると負電圧Ｖ2
を増加させる。こうして差の電圧Ｖ１を一定に保ちつつ
ダイオードＴ・Ｓの両端の電圧（Ｖ１ ＋Ｖ2 ）を変化
させて、ダイオードＴ・Ｓの電流を一定に保っている。
【００１７】これらいずれの場合においても、温度変化
があったとしてもダイオードＴ・Ｓの電流を一定に保つ
ように電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が変化し、それに応じて負電
圧Ｖ2 が変化する。ダイオードＴ・Ｓはアバランシェフ
ォトダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つことか
ら、負電圧Ｖ2 はアバランシェフォトダイオードＡＰＤ
１の温度特性を補償するように変化するため、アバラン
シェフォトダイオードＡＰＤ１からの光電流は温度変化
による変動が抑えられ、受けた光に応じた大きさの光信
号出力ＯＵＴが得られる。
があったとしてもダイオードＴ・Ｓの電流を一定に保つ
ように電圧（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が変化し、それに応じて負電
圧Ｖ2 が変化する。ダイオードＴ・Ｓはアバランシェフ
ォトダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つことか
ら、負電圧Ｖ2 はアバランシェフォトダイオードＡＰＤ
１の温度特性を補償するように変化するため、アバラン
シェフォトダイオードＡＰＤ１からの光電流は温度変化
による変動が抑えられ、受けた光に応じた大きさの光信
号出力ＯＵＴが得られる。
【００１８】そして、アバランシェフォトダイオードＡ
ＰＤ１のカソードはグランド電位にほぼ等しいことか
ら、高電圧をブロックするためのコンデンサが不要にな
るため、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１からの
光電流は直流成分が失われること無く取り出すことがで
きる。
ＰＤ１のカソードはグランド電位にほぼ等しいことか
ら、高電圧をブロックするためのコンデンサが不要にな
るため、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１からの
光電流は直流成分が失われること無く取り出すことがで
きる。
【００１９】図３は、比が等しくなるようにする場合に
ついて実際の回路構成を示したものであり、図４はその
電源回路を示したものである。
ついて実際の回路構成を示したものであり、図４はその
電源回路を示したものである。
【００２０】アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１は
ダイオードＴ・Ｓと同一チップ上にアノードコモンにし
て形成されており、熱的に密な結合になっている。アバ
ランシェフォトダイオードＡＰＤ１のアノードには負電
圧Ｖ2 が引加されており、カソードから光電流を取り出
すようにしている。ダイオードＴ・Ｓはアバランシェフ
ォトダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つように同
等の構造で形成されているが、アバランシェフォトダイ
オードＡＰＤ１への光を受けないように遮光されてい
る。ダイオードＴ・Ｓのカソードには正電圧Ｖ1 が引加
され、両端の電圧は（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）となっている。
ダイオードＴ・Ｓと同一チップ上にアノードコモンにし
て形成されており、熱的に密な結合になっている。アバ
ランシェフォトダイオードＡＰＤ１のアノードには負電
圧Ｖ2 が引加されており、カソードから光電流を取り出
すようにしている。ダイオードＴ・Ｓはアバランシェフ
ォトダイオードＡＰＤ１と似た温度特性を持つように同
等の構造で形成されているが、アバランシェフォトダイ
オードＡＰＤ１への光を受けないように遮光されてい
る。ダイオードＴ・Ｓのカソードには正電圧Ｖ1 が引加
され、両端の電圧は（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）となっている。
【００２１】ダイオードＴ・Ｓにながれる電流は、抵抗
Ｒ１０の電圧降下として検出される（但し、この電圧降
下は正電圧Ｖ1 と比較すると非常に小さく、無視できる
程度である）。増幅器Ｕ４（MAX480）は、その正入力と
負入力を比較して増幅するものであり、抵抗Ｒ１０の電
圧降下と抵抗Ｒ１２の電圧との差が増幅されて出力ピン
６から出力される。抵抗Ｒ１２の電圧は、増幅器Ｕ４へ
の正負の電源電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 を抵抗Ｒ１１とともに
分圧したものになる。ダイオードＴ・Ｓにながれる電流
は、この電圧で決まる値と比較されることになる。
Ｒ１０の電圧降下として検出される（但し、この電圧降
下は正電圧Ｖ1 と比較すると非常に小さく、無視できる
程度である）。増幅器Ｕ４（MAX480）は、その正入力と
負入力を比較して増幅するものであり、抵抗Ｒ１０の電
圧降下と抵抗Ｒ１２の電圧との差が増幅されて出力ピン
６から出力される。抵抗Ｒ１２の電圧は、増幅器Ｕ４へ
の正負の電源電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 を抵抗Ｒ１１とともに
分圧したものになる。ダイオードＴ・Ｓにながれる電流
は、この電圧で決まる値と比較されることになる。
【００２２】トランジスタＱ４と抵抗Ｒ７は、いわゆる
シャントレギュレータを構成している。トランジスタＱ
４のベースには抵抗Ｒ４を介して増幅器Ｕ４の出力が与
えられており、増幅器Ｕ４の出力に応じてトランジスタ
Ｑ４のコレクタ−エミッタ間の電流が変化する。そし
て、抵抗Ｒ７の電圧降下により図４の電源回路からの正
の高電圧ＶB1を増幅器Ｕ４の出力に応じた制御により降
下させ、正電圧Ｖ1 をダイオードＴ・Ｓのカソードに出
力している。増幅器Ｕ４への正負の電源電圧Ｖcc1 ，Ｖ
EE2 は中点電圧ＶC から一定の正負電位に保つように図
４の電源回路から出力されている。正電圧Ｖ1 が変化す
れば、電源電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 のグランドＧＮＤからの
電位は変化するが電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 ，Ｖ1 の差は一定
である。
シャントレギュレータを構成している。トランジスタＱ
４のベースには抵抗Ｒ４を介して増幅器Ｕ４の出力が与
えられており、増幅器Ｕ４の出力に応じてトランジスタ
Ｑ４のコレクタ−エミッタ間の電流が変化する。そし
て、抵抗Ｒ７の電圧降下により図４の電源回路からの正
の高電圧ＶB1を増幅器Ｕ４の出力に応じた制御により降
下させ、正電圧Ｖ1 をダイオードＴ・Ｓのカソードに出
力している。増幅器Ｕ４への正負の電源電圧Ｖcc1 ，Ｖ
EE2 は中点電圧ＶC から一定の正負電位に保つように図
４の電源回路から出力されている。正電圧Ｖ1 が変化す
れば、電源電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 のグランドＧＮＤからの
電位は変化するが電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 ，Ｖ1 の差は一定
である。
【００２３】ダイオードＴ・Ｓにながれる電流が増加す
ると、抵抗Ｒ１０の両端電圧が増加し、正電圧Ｖ1 （中
点電圧ＶC ）からの電位が低くなることから、増幅器Ｕ
４の出力電位が低くなる。そのため、トランジスタＱ４
のベース電流が増加し、抵抗Ｒ７の電圧降下の増加によ
り正電圧Ｖ1 が低くなる。また、この逆にダイオードＴ
・Ｓにながれる電流が減少すると、正電圧Ｖ1 が低くな
るという動作をする。このようにして、ダイオードＴ・
Ｓのブレークダウン状態の電流が一定になるようなフィ
ードバックループが構成されている。
ると、抵抗Ｒ１０の両端電圧が増加し、正電圧Ｖ1 （中
点電圧ＶC ）からの電位が低くなることから、増幅器Ｕ
４の出力電位が低くなる。そのため、トランジスタＱ４
のベース電流が増加し、抵抗Ｒ７の電圧降下の増加によ
り正電圧Ｖ1 が低くなる。また、この逆にダイオードＴ
・Ｓにながれる電流が減少すると、正電圧Ｖ1 が低くな
るという動作をする。このようにして、ダイオードＴ・
Ｓのブレークダウン状態の電流が一定になるようなフィ
ードバックループが構成されている。
【００２４】アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１の
アノードの負電圧Ｖ2 は、増幅器Ｕ３（MAX480），トラ
ンジスタＱ３及びその周辺の素子で構成されたレギュレ
ータで制御される。増幅器Ｕ３は、「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：
Ｖ2 」が一定の比であるかどうかを検出するためのもの
であり、その正入力はグランドに接続され、負入力は正
電圧Ｖ1 と負電圧Ｖ2 との間を分圧する抵抗Ｒ１３，Ｖ
Ｒ１に接続されている。「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」の比
は抵抗Ｒ１３，ＶＲ１の分圧比で決定され、ボリューム
ＶＲ１で調節可能になっている（ダイオードＤ５は増幅
器Ｕ３の負入力を保護するためのものである）。
アノードの負電圧Ｖ2 は、増幅器Ｕ３（MAX480），トラ
ンジスタＱ３及びその周辺の素子で構成されたレギュレ
ータで制御される。増幅器Ｕ３は、「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：
Ｖ2 」が一定の比であるかどうかを検出するためのもの
であり、その正入力はグランドに接続され、負入力は正
電圧Ｖ1 と負電圧Ｖ2 との間を分圧する抵抗Ｒ１３，Ｖ
Ｒ１に接続されている。「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」の比
は抵抗Ｒ１３，ＶＲ１の分圧比で決定され、ボリューム
ＶＲ１で調節可能になっている（ダイオードＤ５は増幅
器Ｕ３の負入力を保護するためのものである）。
【００２５】増幅器Ｕ３の出力は、抵抗Ｒ９及びトラン
ジスタＱ５を介して抵抗Ｒ３に流れる電流を変化させ、
トランジスタＱ３のベース電位を変化させる。増幅器Ｕ
３の電源には＋５Ｖ（ＶCC2 ）を用いており、トランジ
スタＱ５は増幅器Ｕ３の出力を負の高電圧から保護する
ためのものであり、そのベースをグランドに接続するこ
とにより、エミッタ電位をグランドとほぼ等しい電圧に
している。トランジスタＱ３のコレクタには図４の電源
回路から負の高電圧ＶB2が与えられ、エミッタフォロア
回路を構成していることから、トランジスタＱ３のベー
ス電位とほぼ等しい電圧が負電圧Ｖ2 としてアバランシ
ェフォトダイオードＡＰＤ１のアノードに出力される。
ジスタＱ５を介して抵抗Ｒ３に流れる電流を変化させ、
トランジスタＱ３のベース電位を変化させる。増幅器Ｕ
３の電源には＋５Ｖ（ＶCC2 ）を用いており、トランジ
スタＱ５は増幅器Ｕ３の出力を負の高電圧から保護する
ためのものであり、そのベースをグランドに接続するこ
とにより、エミッタ電位をグランドとほぼ等しい電圧に
している。トランジスタＱ３のコレクタには図４の電源
回路から負の高電圧ＶB2が与えられ、エミッタフォロア
回路を構成していることから、トランジスタＱ３のベー
ス電位とほぼ等しい電圧が負電圧Ｖ2 としてアバランシ
ェフォトダイオードＡＰＤ１のアノードに出力される。
【００２６】「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」の比が変化する
と、例えば、電圧Ｖ2 が増加してＡＰＤ１のアノード電
位がさがると抵抗Ｒ１３，ＶＲ１に接続された増幅器Ｕ
３の負入力の電位が低くなる。増幅器Ｕ３の出力電位は
高くなって抵抗Ｒ９及びトランジスタＱ５にながれる電
流が増加し、抵抗Ｒ８の電圧降下が大きくなる。そのた
め、ＡＰＤ１のアノード電位が上昇し、電圧Ｖ2 が減少
するように動作する。この逆に、電圧Ｖ2 が減少してＡ
ＰＤ１のアノード電位があがると、ＡＰＤ１のアノード
電位をさげ、電圧Ｖ2 を増加させるように動作する。こ
うして、「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」の比が抵抗Ｒ１３，
ＶＲ１で決められた一定値になるようにフィードバック
ループが構成されている。
と、例えば、電圧Ｖ2 が増加してＡＰＤ１のアノード電
位がさがると抵抗Ｒ１３，ＶＲ１に接続された増幅器Ｕ
３の負入力の電位が低くなる。増幅器Ｕ３の出力電位は
高くなって抵抗Ｒ９及びトランジスタＱ５にながれる電
流が増加し、抵抗Ｒ８の電圧降下が大きくなる。そのた
め、ＡＰＤ１のアノード電位が上昇し、電圧Ｖ2 が減少
するように動作する。この逆に、電圧Ｖ2 が減少してＡ
ＰＤ１のアノード電位があがると、ＡＰＤ１のアノード
電位をさげ、電圧Ｖ2 を増加させるように動作する。こ
うして、「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」の比が抵抗Ｒ１３，
ＶＲ１で決められた一定値になるようにフィードバック
ループが構成されている。
【００２７】このように、図３の回路では、フィードバ
ックループが構成され、ダイオードＴ・Ｓのブレークダ
ウン状態の電流及び「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」の比が一
定になるように動作する。
ックループが構成され、ダイオードＴ・Ｓのブレークダ
ウン状態の電流及び「（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）：Ｖ2 」の比が一
定になるように動作する。
【００２８】図４の電源回路では、トランジスタＱ１，
Ｑ２を用いてスイッチングレギュレギュレータを構成し
ており、５Ｖの電源をトランスＴ１によって正の高電圧
ＶB1，負の高電圧ＶB2及び増幅器Ｕ４への正負の電源電
圧Ｖcc1 ，ＶEE2 を生成している。ダイオードＤ２，Ｄ
４はトランスＴ１のセンタタップ付きコイルからの高圧
出力を整流するためのものであり、ほぼ等しい正の高電
圧ＶB1，負の高電圧が出力される。ダイオードＤ１，Ｄ
３はトランスＴ１のからのスイッチング出力を整流する
ものであり、これらの整流出力はレギュレータＩＣによ
って中点電位ＶC から一定の正負電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 と
して出力される。
Ｑ２を用いてスイッチングレギュレギュレータを構成し
ており、５Ｖの電源をトランスＴ１によって正の高電圧
ＶB1，負の高電圧ＶB2及び増幅器Ｕ４への正負の電源電
圧Ｖcc1 ，ＶEE2 を生成している。ダイオードＤ２，Ｄ
４はトランスＴ１のセンタタップ付きコイルからの高圧
出力を整流するためのものであり、ほぼ等しい正の高電
圧ＶB1，負の高電圧が出力される。ダイオードＤ１，Ｄ
３はトランスＴ１のからのスイッチング出力を整流する
ものであり、これらの整流出力はレギュレータＩＣによ
って中点電位ＶC から一定の正負電圧Ｖcc1 ，ＶEE2 と
して出力される。
【００２９】図５は、差が等しくなるようにする場合に
ついて実際の回路構成を示したものである。ここで、そ
の電源回路には図４と同等のものを用いている（但し抵
抗Ｒ１５＝１００ＫΩ）。
ついて実際の回路構成を示したものである。ここで、そ
の電源回路には図４と同等のものを用いている（但し抵
抗Ｒ１５＝１００ＫΩ）。
【００３０】アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１
は、図３の場合と同様、ダイオードＴ・Ｓと同一チップ
上に形成されており、そのアノードには負電圧Ｖ2 が引
加されており、カソードから光電流を取り出すようにし
ている。そして、ダイオードＴ・Ｓのカソードには正電
圧Ｖ1 が引加されている。抵抗Ｒ１０、増幅器Ｕ４及び
その周辺の回路は図３と同様であり、ダイオードＴ・Ｓ
にながれる電流は、抵抗Ｒ１０の電圧降下として検出さ
れ、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で決まる値と比較されて出力さ
れる。
は、図３の場合と同様、ダイオードＴ・Ｓと同一チップ
上に形成されており、そのアノードには負電圧Ｖ2 が引
加されており、カソードから光電流を取り出すようにし
ている。そして、ダイオードＴ・Ｓのカソードには正電
圧Ｖ1 が引加されている。抵抗Ｒ１０、増幅器Ｕ４及び
その周辺の回路は図３と同様であり、ダイオードＴ・Ｓ
にながれる電流は、抵抗Ｒ１０の電圧降下として検出さ
れ、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１で決まる値と比較されて出力さ
れる。
【００３１】フォトカプラP.C1の入力側には抵抗Ｒ４を
介して増幅器Ｕ４の出力が与えられており、増幅器Ｕ４
の出力に応じてフォトカプラP.C1の出力トランジスタに
ながれる電流が変化する。この電流の変化によって抵抗
Ｒ８の電圧降下が変化し、負電圧Ｖ2 が変化する。トラ
ンジスタＱ５は、図３と同様、フォトカプラP.C1の出力
トランジスタを高電圧から保護するためのものである。
このように、ダイオードＴ・Ｓにながれる電流が抵抗Ｒ
１３，ＶＲ１で決められた一定値になるようにフィード
バックループが構成されている。
介して増幅器Ｕ４の出力が与えられており、増幅器Ｕ４
の出力に応じてフォトカプラP.C1の出力トランジスタに
ながれる電流が変化する。この電流の変化によって抵抗
Ｒ８の電圧降下が変化し、負電圧Ｖ2 が変化する。トラ
ンジスタＱ５は、図３と同様、フォトカプラP.C1の出力
トランジスタを高電圧から保護するためのものである。
このように、ダイオードＴ・Ｓにながれる電流が抵抗Ｒ
１３，ＶＲ１で決められた一定値になるようにフィード
バックループが構成されている。
【００３２】正電圧Ｖ1 は、トランジスタＱ４，増幅器
Ｕ５，符号Ｕ６の基準電圧ＩＣで構成されたシャントレ
ギュレータによって一定に保たれるようになっている。
符号Ｕ６の基準電圧ＩＣは一定の基準電圧を端子ＶOUT
から出力するものであり、この基準電圧は抵抗ＶＲ２１
によって分圧されて、増幅器Ｕ５の負入力に与えられて
いる。増幅器Ｕ５の出力につながれたトランジスタのコ
レクタ出力は、抵抗Ｒ２２及び抵抗Ｒ２１で分圧され、
その分圧された出力が増幅器Ｕ５の正入力に与えられて
いる。トランジスタＱ４，増幅器Ｕ５は、基準電圧の分
圧値を基準値とするフィードバックループが形成されて
おり、この分圧値×Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）が正電
圧Ｖ1 となる。このようにして正電圧Ｖ1 は抵抗ＶＲ２
１の分圧比できまる一定値になるように制御される。
Ｕ５，符号Ｕ６の基準電圧ＩＣで構成されたシャントレ
ギュレータによって一定に保たれるようになっている。
符号Ｕ６の基準電圧ＩＣは一定の基準電圧を端子ＶOUT
から出力するものであり、この基準電圧は抵抗ＶＲ２１
によって分圧されて、増幅器Ｕ５の負入力に与えられて
いる。増幅器Ｕ５の出力につながれたトランジスタのコ
レクタ出力は、抵抗Ｒ２２及び抵抗Ｒ２１で分圧され、
その分圧された出力が増幅器Ｕ５の正入力に与えられて
いる。トランジスタＱ４，増幅器Ｕ５は、基準電圧の分
圧値を基準値とするフィードバックループが形成されて
おり、この分圧値×Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）が正電
圧Ｖ1 となる。このようにして正電圧Ｖ1 は抵抗ＶＲ２
１の分圧比できまる一定値になるように制御される。
【００３３】このように本発明では、信号量によらずに
バイアス電圧は安定し、アバランシェフォトダイオード
ＡＰＤ１の安定動作が可能になる。前述の従来例図６の
回路では、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１のア
ノードを接地し、高電圧を印加したカソードから信号を
取り出すことから、高電圧をブロックするためのコンデ
ンサが必要になり、直流成分まで検出することができな
い。しかし、本発明では、アバランシェフォトダイオー
ドＡＰＤ１とダイオードＴ・Ｓの片方を共通の電位とす
ることが可能となり、これらを同一の基板上に形成する
ことが可能になる。また、電圧制御部から正電圧Ｖ1 と
負電圧Ｖ2 とを出力し、これらのいずれか一方をアバラ
ンシェフォトダイオードＡＰＤ１のバイアス電圧にして
いることにより、光信号出力をグランドレベルとほぼ等
しくすることができるようになり、直流結合による高感
度の測光ができるようになる。
バイアス電圧は安定し、アバランシェフォトダイオード
ＡＰＤ１の安定動作が可能になる。前述の従来例図６の
回路では、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ１のア
ノードを接地し、高電圧を印加したカソードから信号を
取り出すことから、高電圧をブロックするためのコンデ
ンサが必要になり、直流成分まで検出することができな
い。しかし、本発明では、アバランシェフォトダイオー
ドＡＰＤ１とダイオードＴ・Ｓの片方を共通の電位とす
ることが可能となり、これらを同一の基板上に形成する
ことが可能になる。また、電圧制御部から正電圧Ｖ1 と
負電圧Ｖ2 とを出力し、これらのいずれか一方をアバラ
ンシェフォトダイオードＡＰＤ１のバイアス電圧にして
いることにより、光信号出力をグランドレベルとほぼ等
しくすることができるようになり、直流結合による高感
度の測光ができるようになる。
【００３４】また、前述の従来例の時分割によるもので
は、長時間の連続した測定ができないのであるが、本発
明では、連続した測光ができるようになる。
は、長時間の連続した測定ができないのであるが、本発
明では、連続した測光ができるようになる。
【００３５】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。
が可能である。
【００３６】例えば、アバランシェフォトダイオードＡ
ＰＤ１とダイオードＴ・Ｓのアノードを接続した例を示
したが、カソードを共通に接続するようにしても良い。
これに対応して正電圧Ｖ1 をアバランシェフォトダイオ
ードＡＰＤ１のバイアス電圧にするようにしても良い。
ＰＤ１とダイオードＴ・Ｓのアノードを接続した例を示
したが、カソードを共通に接続するようにしても良い。
これに対応して正電圧Ｖ1 をアバランシェフォトダイオ
ードＡＰＤ１のバイアス電圧にするようにしても良い。
【００３７】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、ダイオード
のブレークダウン状態の電流はほぼ一定にするように制
御回路は正電圧及び負電圧を前記ダイオードに出力する
ことから、アバランシェフォトダイオードのバイアス電
圧は、温度が変化しても、安定したアバランシェフォト
ダイオードの光電流をアバランシェフォトダイオードの
他方の端子からグランド電位との間で直流成分まで取り
出すことができるようになる。
のブレークダウン状態の電流はほぼ一定にするように制
御回路は正電圧及び負電圧を前記ダイオードに出力する
ことから、アバランシェフォトダイオードのバイアス電
圧は、温度が変化しても、安定したアバランシェフォト
ダイオードの光電流をアバランシェフォトダイオードの
他方の端子からグランド電位との間で直流成分まで取り
出すことができるようになる。
【図１】本発明の構成の概要を示す図。
【図２】正電圧Ｖ1 及び負電圧Ｖ2 の制御を模式的に示
した図。
した図。
【図３】比が等しくなるようにする場合について実際の
回路構成例を示した図。
回路構成例を示した図。
【図４】電源回路の構成例を示す図。
【図５】差が等しくなるようにする場合について実際の
回路構成例を示した図。
回路構成例を示した図。
【図６】従来例の構成図。
１２０…電流検出部、１３０…比較部、１４０…電圧制
御部、Ｔ・Ｓ…ダイオード、ＡＰＤ１…アバランシェフ
ォトダイオード。
御部、Ｔ・Ｓ…ダイオード、ＡＰＤ１…アバランシェフ
ォトダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｋ 17/78 Ｈ Ｈ０４Ｂ 10/28 10/26 10/14 10/04 10/06 9372−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ
Claims (4)
- 【請求項１】 アバランシェフォトダイオードと、前記
アバランシェフォトダイオードに高増倍率で駆動させる
バイアス電圧を印加するためのバイアス制御手段とを備
え、 前記バイアス制御手段は、前記アバランシェフォトダイ
オードと同等のブレークダウン電圧の温度特性を持つダ
イオードと、このダイオードを一定の電流のブレークダ
ウン状態にするように、グランド電位に対し正電圧及び
負電圧を前記ダイオードのアノード−カソード間に与え
る制御回路とを有し、 前記アバランシェフォトダイオードのアノード又はカソ
ードのいずれか一方の端子から前記正電圧または前記負
電圧のいずれか一方を前記バイアス電圧として与え、前
記アバランシェフォトダイオードの他方の端子から光電
流を出力することを特徴とするアバランシェフォトダイ
オードを用いた光検出回路。 - 【請求項２】 前記ダイオードは前記アバランシェフォ
トダイオードと同等の構造を有することを特徴とする請
求項１記載のアバランシェフォトダイオードを用いた光
検出回路。 - 【請求項３】 前記制御回路は前記正電圧と前記負電圧
との比が一定になるように前記正電圧と前記負電圧を制
御することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフ
ォトダイオードを用いた光検出回路。 - 【請求項４】 前記制御回路は前記正電圧と前記負電圧
との差が一定になるように前記正電圧と前記負電圧を制
御することを特徴とする請求項１記載のアバランシェフ
ォトダイオードを用いた光検出回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31981693A JP3421103B2 (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | アバランシェフォトダイオードを用いた光検出回路 |
| US08/359,722 US5548112A (en) | 1993-12-20 | 1994-12-20 | Photodetecting circuit using avalanche photodiode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31981693A JP3421103B2 (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | アバランシェフォトダイオードを用いた光検出回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176782A true JPH07176782A (ja) | 1995-07-14 |
| JP3421103B2 JP3421103B2 (ja) | 2003-06-30 |
Family
ID=18114528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31981693A Expired - Fee Related JP3421103B2 (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | アバランシェフォトダイオードを用いた光検出回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5548112A (ja) |
| JP (1) | JP3421103B2 (ja) |
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| CN114467037A (zh) * | 2019-09-27 | 2022-05-10 | 索尼半导体解决方案公司 | 光检测装置和系统 |
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