JP4347178B2

JP4347178B2 - ゲイン切り替えアンプおよびそれを用いた受光アンプ素子ならびに光ピックアップ素子

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Inventors: 浩一朗杉本
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Publication date: 2009-10-21
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Description

本発明は、飽和スイッチによってゲインを切り替えるゲイン切り替えアンプに係り、特に、光ディスクを再生および／または記録可能な装置の受光アンプ素子および光ピックアップ素子に用いられるゲイン切り替えアンプに関するものである。

パソコン機器として主に使用される書き込み可能なＣＤまたはＤＶＤドライブにおいては書き込み時には再生時に比べて大きなレーザー（ＬＤ）パワーの光量がディスクに照射されるため、ディスクからの反射光が入力される受光アンプ素子においても大きな光入力となる。書き込み時と再生時との光入力レベルの差に対応するため，受光アンプ素子では書き込み／再生それぞれに対応したゲインを切り替える方式が採用されている（例えば特許文献１）。従来、複数の後段アンプ（大／小ゲイン）のゲイン比は小さいものであり、前段アンプの回路構成は図５に示すようなものである。

図５の前段アンプの構成について説明する。この前段アンプは、受光した光の光電変換を行う光電変換素子であるフォトダイオードＰＤを備えており、その光電変換信号を増幅して出力する。基準電圧の入力経路上と帰還ループ上とにそれぞれ設けられた飽和スイッチによって、大小２通りにゲインを切り替えることができるようになっている。演算増幅器１０１の非反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが、ゲイン抵抗ＲｆＨと、飽和スイッチとしてのトランジスタＱ１およびゲイン抵抗ＲｆＬの直列回路との並列回路を介して入力される。反転入力端子には、フォトダイオードＰＤのカソードが接続されるとともに、アンプの出力電圧のフィードバック回路が接続される。フォトダイオードのアノードは接地されている。該フィードバック回路はゲイン抵抗ＲｆＨと、飽和スイッチとしてのトランジスタＱ２およびゲイン抵抗ＲｆＬの直列回路との並列回路で構成される。大ゲインを設定するときにはトランジスタＱ１・Ｑ２はＯＦＦ状態であり、ゲイン抵抗ＲｆＨのみがゲイン抵抗として用いられる。一方、小ゲインを設定するときにはトランジスタＱ１・Ｑ２はＯＮ状態となり、ゲイン抵抗ＲｆＨとゲイン抵抗ＲｆＬとの並列接続抵抗がゲイン抵抗として用いられる。飽和スイッチとしてのトランジスタＱ１・Ｑ２は、ＯＮ状態のときには飽和領域で動作するため、その僅かなＯＮ抵抗がゲイン抵抗ＲｆＬと直列に挿入される。トランジスタＱ１・Ｑ２はＰＮＰ型トランジスタである。トランジスタＱ１のエミッタには基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、トランジスタＱ２のエミッタには後述の帰還電圧Ｖｏｕｔ２が印加される。

トランジスタＱ１・Ｑ２のＯＮ／ＯＦＦは、定電流源Ｉ１、スイッチＳＷ、およびトランジスタＱ３・Ｑ４・Ｑ５により構成される回路で制御される。トランジスタＱ３、トランジスタＱ４、およびトランジスタＱ５はＮＰＮ型トランジスタであってカレントミラー回路を構成している。定電流源Ｉ１はスイッチＳＷを介して直列にトランジスタＱ３のコレクタに接続されている。トランジスタＱ４のコレクタはトランジスタＱ１のベースに接続されており、トランジスタＱ５のエミッタはトランジスタＱ２のベースに接続されている。また、トランジスタＱ３・Ｑ４・Ｑ５のエミッタは接地されている。

トランジスタＱ１・Ｑ２をＯＦＦ状態とするときにはスイッチＳＷをＯＦＦ状態とする。このとき、トランジスタＱ１・Ｑ２にはベース電流が流れない。トランジスタＱ１・Ｑ２をＯＮ状態とするときにはスイッチＳＷをＯＮ状態とする。このとき、トランジスタＱ１・Ｑ２のベースにはそれぞれ、定電流源Ｉ１の電流が上記カレントミラーを介して流れる。

当該前段アンプの出力段２１は、トランジスタＱ２３を有する帰還ループ部２１ａとトランジスタＱ２４を有する間接出力部２１ｂとを備えている。演算増幅器１０１の出力端子はＰＮＰ型のトランジスタＱ２１のベースと、ＮＰＮ型のトランジスタＱ２２のベースとに接続されている。トランジスタＱ２１の能動負荷には定電流源Ｉ２がエミッタ側に設けられ、トランジスタＱ２２の能動負荷にはエミッタ側に定電流源Ｉ３が設けられる。トランジスタＱ２１のコレクタは接地されており、トランジスタＱ２２のコレクタは電源ＶＣＣに接続されている。当該前段アンプが小ゲインで動作するときには、トランジスタＱ２１が動作し、そのエミッタフォロワ出力がＮＰＮ型のトランジスタＱ２３・Ｑ２４のベースに入力される。トランジスタＱ２３およびトランジスタＱ２４のコレクタは電源ＶＣＣに接続されており、トランジスタＱ２４のエミッタは当該前段アンプの出力端子ＯＵＴに接続されている。そして、トランジスタＱ２４のエミッタフォロワ出力が出力電圧Ｖｏｕｔ１として出力端子ＯＵＴから後段アンプに出力されるとともに、トランジスタＱ２３のエミッタフォロワ出力が帰還電圧Ｖｏｕｔ２として、前記フィードバック回路に印加される。また、当該前段アンプが大ゲインで動作するときには、低出力電圧側でトランジスタＱ２１が動作し、高出力電圧側でトランジスタＱ２２が動作する。トランジスタＱ２１の動作は小ゲインのときと同じである。トランジスタＱ２２が動作するときには、トランジスタＱ２２のエミッタフォロワ出力がＰＮＰ型のトランジスタＱ２５・Ｑ２６のベースに入力される。トランジスタＱ２５のエミッタはトランジスタＱ２３のエミッタに接続されており、トランジスタＱ２６のエミッタは出力端子ＯＵＴに接続されている。トランジスタＱ２５・Ｑ２６のコレクタは接地されている。そして、トランジスタＱ２６のエミッタフォロワ出力が出力電圧Ｖｏｕｔ１として出力端子から後段アンプに出力されるとともに、トランジスタＱ２５のエミッタフォロワ出力が帰還電圧Ｖｏｕｔ２として前記フィードバック回路に印加される。
特開平８−１５４０２３号公報（平成８（１９９６）年６月１１日公開）

書き込みスピードの高速化に対応するためには更なるレーザーパワーの増大は不可欠であり、書き込み時において、ゲインの異なる複数の受光アンプの飽和をさけるため、複数の後段アンプ（大／小ゲイン）のゲイン比は大きくなる。後段アンプのゲインが大きくなると、飽和スイッチによってゲインを切り替える前段アンプのスイッチ電流による出力のオフセットが問題となる。

具体的には、図５で説明した前段アンプでは理想的には出力電圧Ｖｏｕｔ１＝帰還電圧Ｖｏｕｔ２であるが、小ゲイン動作時にはトランジスタＱ１・Ｑ２をＯＮ状態とするために、トランジスタＱ２のベース電流すなわち制御電流を帰還ループの電流から分流させて得るようにしている。これにより、トランジスタＱ２のベース電流はトランジスタＱ２３のエミッタから引き抜かれることとなる。従って、出力端子ＯＵＴに負荷として後段アンプが接続されておらず、かつ、フォトダイオードに入力される光信号がない無負荷・無信号時でも、トランジスタＱ２３のエミッタ電流とトランジスタＱ２４のエミッタ電流とが等しくならない。その結果、出力電圧Ｖｏｕｔ１は帰還電圧Ｖｏｕｔ２と等しくならず、出力オフセットが発生する。従って、前段アンプの小ゲイン動作時には、後段アンプによる大きなゲインでの増幅を行うときに、前段アンプの出力オフセットが後段アンプの飽和問題を引き起こしやすい。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、飽和スイッチによってゲインを切り替える構成において出力オフセットを補償することのできるゲイン切り替えアンプ、およびそれを用いた受光アンプ素子ならびに光ピックアップ装置を提供することである。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、演算増幅器の基準電圧の入力経路上と帰還ループ上とにそれぞれ設けられた飽和スイッチによってゲインを切り替え、出力段の間接出力部から出力電圧を出力し、前記出力段の帰還ループ部からの前記帰還ループ上の前記飽和スイッチの制御電流に用いる電流を前記帰還ループの電流から分流させるゲイン切り替えアンプにおいて、前記制御電流に用いる前記電流と同じ電流を前記間接出力部から引き抜くための電流源を備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、帰還ループ部から制御電流のために供給していた電流と同じ電流を、電流源によって間接出力部から引き抜くことができる。従って、無負荷・無信号時に、出力段の間接出力部に出力段の帰還ループ部と同じ電流が流れるため、出力電圧と帰還電圧とのオフセットを補償することができる。

この結果、飽和スイッチによってゲインを切り替える構成において出力オフセットを補償することのできるゲイン切り替えアンプを提供することができるという効果を奏する。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、前記制御電流を流す第１の電流制御素子を備え、前記電流源は、前記第１の電流制御素子とカレントミラーを構成する第２の電流制御素子であることを特徴としている。

上記の発明によれば、第１の電流制御素子と第２の電流制御素子とから構成されるカレントミラー構成により第２の電流制御素子を電流源とするので、電流源が帰還ループ上の飽和スイッチの制御電流と等しい電流を流すことができるという効果を奏する。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、前記飽和スイッチは前記制御電流の一部として前記制御電流に合流する電流を流す寄生素子を備え、前記電流源の電流に対して、前記制御電流から前記寄生素子によって流れる前記電流を差し引いた差分電流を、前記制御電流に用いる前記電流と同じ電流として前記間接出力部から引き抜くことを特徴としている。

上記の発明によれば、差分電流を間接出力部から引き抜くので、帰還ループ部から引き抜かれる電流と等しい電流を引き抜くことができるという効果を奏する。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、飽和スイッチによってゲインを切り替え、出力段の間接出力部から出力電圧を出力し、前記出力段の帰還ループ部からの帰還ループ上の前記飽和スイッチの制御電流に用いる電流を前記帰還ループの電流から分流させるゲイン切り替えアンプにおいて、前記制御電流を流す第１の電流制御素子と、前記第１の電流制御素子とカレントミラーを構成する第２の電流制御素子とを備え、前記第２の電流制御素子によって流れる電流を、前記出力段の帰還ループ部の帰還電圧を出力する点よりも帰還先側で、かつ、前記帰還ループ上の前記飽和スイッチよりも帰還元側となる特定点に流し込むことを特徴としている。

上記の発明によれば、特定点に流し込む電流が、従来、帰還ループ部から引き抜かれていた電流と等しくなるので、無負荷・無信号時に、帰還ループ部を流れる電流と間接出力部を流れる電流とがゼロで等しくなる。これにより、出力電圧と帰還電圧とのオフセットを補償することができる。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、前記第２の電流制御素子によって流れる電流が流れる第３の電流制御素子と、前記第３の電流制御素子とカレントミラーを構成する第４の電流制御素子とを備え、前記第２の電流制御素子によって流れる電流を前記第４の電流制御素子から前記特定点に流し込むことを特徴としている。

上記の発明によれば、第３の電流制御素子と第４の電流制御素子とから構成されるカレントミラーによって特定点に差分電流を流し込むので、特定点に、従来、帰還ループ部から引き抜かれていた電流と等しい電流を流し込むことができるという効果を奏する。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、飽和スイッチによってゲインを切り替え、出力段の間接出力部から出力電圧を出力し、前記出力段の帰還ループ部からの帰還ループ上の前記飽和スイッチの制御電流に用いる電流を前記帰還ループの電流から分流させるゲイン切り替えアンプにおいて、前記制御電流を流す第１の電流制御素子と、前記第１の電流制御素子とカレントミラーを構成する第２の電流制御素子とを備え、前記飽和スイッチは前記制御電流の一部として前記制御電流に合流する電流を流す寄生素子を備え、前記第２の電流制御素子によって流れる電流から、前記寄生素子によって流れる前記電流を差し引いた差分電流を、前記出力段の帰還ループ部の帰還電圧を出力する点よりも帰還先側で、かつ、前記帰還ループ上の前記飽和スイッチよりも帰還元側となる特定点に流し込むことを特徴としている。

上記の発明によれば、前記飽和スイッチが寄生素子を備えている場合に、特定点に流し込む電流が、従来、帰還ループ部から引き抜かれていた電流と等しくなるので、無負荷・無信号時に、帰還ループ部を流れる電流と間接出力部を流れる電流とがゼロで等しくなる。これにより、出力電圧と帰還電圧とのオフセットを補償することができる。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、前記差分電流を流す第３の電流制御素子と、前記第３の電流制御素子とカレントミラーを構成する第４の電流制御素子とを備え、前記差分電流を前記第４の電流制御素子から前記特定点に流し込むことを特徴としている。

本発明のゲイン切り替えアンプは、上記課題を解決するために、基準電圧の入力経路上の前記飽和スイッチは帰還ループ上の前記飽和スイッチと等しい制御電流で制御され、基準電圧の入力経路上の前記飽和スイッチは、当該飽和スイッチの制御電流の一部として当該制御電流に合流する電流を流す寄生素子を備え、基準電圧の入力経路上の前記飽和スイッチが備える前記寄生素子によって流れる電流をカレントミラーにより得て、帰還ループ上の前記飽和スイッチの前記寄生素子によって流れる前記電流として用いることにより、前記差分電流を生成することを特徴としている。

上記の発明によれば、基準電圧の入力経路上の飽和スイッチが備える寄生素子によって流れる電流をカレントミラーにより得て、差分電流を生成することができるという効果を奏する。

本発明の受光アンプ素子は、上記課題を解決するために、前記ゲイン切り替えアンプを、光電変換素子の光電変換信号を増幅するアンプとして備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、飽和スイッチによってゲインを切り替える構成を用いた、出力オフセットを補償することのできる受光アンプ素子を提供することができるという効果を奏する。

本発明の受光アンプ素子は、上記課題を解決するために、前記ゲイン切り替えアンプを前段アンプとして備え、さらに後段アンプを備えていることを特徴としている。

上記の発明によれば、後段アンプのゲイン比が大きいものとなっても、小さいゲインの前段アンプの出力オフセットが補償されているため、後段アンプで飽和することが無くなるという効果を奏する。

本発明の光ピックアップ素子は、上記課題を解決するために、前記受光アンプ素子からなり、光記録再生媒体の記録再生用光源の光を受光することを特徴としている。

上記の発明によれば、飽和スイッチによってゲインを切り替える構成を用いた、出力オフセットを補償することのできる光ピックアップ素子を提供することができるという効果を奏する。

本発明のゲイン切り替えアンプは、以上のように、前記制御電流に用いる前記電流と同じ電流を前記間接出力部から引き抜くための電流源を備えている。

また、本発明のゲイン切り替えアンプは、以上のように、前記制御電流を流す第１の電流制御素子と、前記第１の電流制御素子とカレントミラーを構成する第２の電流制御素子とを備え、前記第２の電流制御素子によって流れる電流を、前記出力段の帰還ループ部の帰還電圧を出力する点よりも帰還先側で、かつ、前記帰還ループ上の前記飽和スイッチよりも帰還元側となる特定点に流し込む。

（実施の形態１）
本発明の一実施の形態について、図１および図２を用いて説明すれば以下の通りである。なお、特に断らないかぎり、前述の図５と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１に、本実施の形態に係るゲイン切り替えアンプ３１の回路構成を示す。このゲイン切り替えアンプ３１はこれを前段アンプとしてさらに後段に複数のアンプが接続されて受光アンプ素子として構成されること想定しているが、ゲイン切り替えアンプ３１単独で受光アンプ素子としても成立する。

ゲイン切り替えアンプ３１は、図５の構成にさらにトランジスタＱ６・Ｑ７・Ｑ８を備えている。トランジスタＱ６はＮＰＮ型のトランジスタであり、そのベースはトランジスタＱ３〜Ｑ５のベースと接続されていて、トランジスタＱ３〜Ｑ５とカレントミラーを構成している。従って、トランジスタＱ６は、トランジスタＱ２の制御電流と等しい電流を流す電流源として動作する。

トランジスタＱ６のコレクタは出力端子ＯＵＴおよびトランジスタＱ８のコレクタと接続されている。トランジスタＱ７とトランジスタＱ８とはＰＮＰ型のトランジスタであってカレントミラーを構成している。ここで、基準電圧Ｖｒｅｆの入力経路上の飽和スイッチであるトランジスタＱ１は垂直トランジスタであり、その内部には図２に示すように寄生トランジスタ（寄生素子）Ｑ１’が形成されている。寄生トランジスタＱ１’はＮＰＮ型のトランジスタであり、ベースがトランジスタＱ１のコレクタに接続されており、エミッタがトランジスタＱ１のベースに接続されている。寄生トランジスタＱ１’のコレクタ電位はエピ電位と呼ばれる。前記トランジスタＱ７のコレクタは、この寄生トランジスタＱ１’のコレクタに接続されている。トランジスタＱ７のベースは自身のコレクタに接続されるとともに、トランジスタＱ８のベースに接続されている。トランジスタＱ７およびトランジスタＱ８のエミッタは電源ＶＣＣに接続されている。

トランジスタＱ１がＯＮ状態であるとき、トランジスタＱ１は飽和しているため、コレクタ電位とエミッタ電位とはほぼ等しい。従って、トランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧は、トランジスタＱ１’の略ベース・エミッタ間電圧としてトランジスタＱ１’をＯＮ状態にする。この場合、トランジスタＱ１の制御電流（ベース電流）は、トランジスタＱ１のエミッタからだけでなく、エピ電位によって寄生トランジスタＱ１’を通しても供給される。

また、トランジスタＱ１と同様、トランジスタＱ２も垂直トランジスタであって図２と同様の寄生トランジスタ（寄生素子）を有する。トランジスタＱ２の寄生トランジスタのコレクタは電源ＶＣＣに接続されている。

前記トランジスタＱ１においては、そのベース電流は制御電流となるが、この制御電流は、エミッタからベースに流れ込む電流、すなわち帰還ループの電流から分流させて制御電流に用いる電流に、エピ電位によって寄生トランジスタＱ１’のエミッタ電流（コレクタ電流に略等しい）が合流した電流となる。このように、寄生トランジスタＱ１’により流れる電流はトランジスタＱ１の制御電流の一部となる。また、同様に、前記トランジスタＱ２においては、そのベース電流は制御電流となるが、この制御電流はエミッタからベースに流れ込む電流に、エピ電位によって寄生トランジスタのエミッタ電流（コレクタ電流に略等しい）が合流した電流となる。このように、寄生トランジスタＱ１’により流れる電流はトランジスタＱ２の制御電流の一部となる。また、トランジスタＱ１の寄生トランジスタＱ１’により流れる電流と、トランジスタＱ２の寄生トランジスタにより流れる電流とは等しい。

次に、上記の構成のゲイン切り替えアンプ３１の動作について説明する。

アンプのゲイン切り替えはスイッチＳＷによって行われ、大ゲイン時はスイッチＳＷがＯＦＦ状態となっている。スイッチＳＷがＯＦＦ状態になると、トランジスタＱ３には電流が流れない。従って、トランジスタＱ３とカレントミラーを構成するトランジスタＱ４・Ｑ５・Ｑ６も電流が流れず、ゲイン抵抗値はゲイン抵抗ＲｆＨの値となる。小ゲイン時はスイッチＳＷがＯＮ状態となり、トランジスタＱ３に電流が流れ、トランジスタＱ３とカレントミラーを構成しているトランジスタＱ４・Ｑ５・Ｑ６にも同等の電流が流れる。するとトランジスタＱ１・Ｑ２がＯＮ状態となることによって、ゲイン抵抗値はゲイン抵抗ＲｆＨと、ゲイン抵抗ＲｆＬおよびトランジスタＱ１・Ｑ２のＯＮ抵抗からなる直列抵抗との並列合成抵抗となる。この時、トランジスタＱ５の電流すなわちトランジスタＱ２の制御電流は、トランジスタＱ２３およびトランジスタＱ２の寄生トランジスタから供給される。

アンプの出力段２１はトランジスタＱ２３を備える帰還ループ部２１ａと、トランジスタＱ２４を備える間接出力部２１ｂとを備えており、従来はトランジスタＱ６が存在しなかったので、無負荷・無信号時にもトランジスタＱ２３のエミッタ電流の値とトランジスタＱ２４のエミッタ電流の値は異なることとなり、トランジスタＱ２３のベース・エミッタ間電圧ＶｂｅとトランジスタＱ２４のベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅとが異なっていた。従ってトランジスタＱ２３のエミッタ電位とトランジスタＱ２４のエミッタ電位とは異なり、オフセットを生じていた。

そこで、本実施の形態ではこのようなオフセットを補正するため、トランジスタＱ６を備えることによって、トランジスタＱ５の電流と同等の電流をトランジスタＱ２４のエミッタから引き抜くようにしている。トランジスタ（第１の電流制御素子）Ｑ５はトランジスタＱ２の制御電流を制御し、トランジスタ（第２の電流制御素子）Ｑ６はトランジスタＱ５とカレントミラーを構成していることによって、間接出力部２１ｂから引き抜く電流に用いる電流を、上記制御電流と等しい電流に制御する。トランジスタＱ５とトランジスタＱ６とはこのようなカレントミラーを構成しているため、トランジスタＱ７・Ｑ８から構成されるカレントミラーが存在しない場合、出力端子ＯＵＴからトランジスタＱ６のコレクタに向かって流れる電流はトランジスタＱ５の電流と等しくなる。従って、トランジスタＱ２３と、トランジスタＱ２４のエミッタ電流すなわち間接出力部２１ｂに流れる電流とは略等しくなり、トランジスタＱ２３のエミッタ電位とトランジスタＱ２４のエミッタ電位とは等しくなってオフセットは補償される。

また、図１の構成の場合、トランジスタＱ２の制御電流はトランジスタＱ２３から供給されるだけでなく、エピ電位によってトランジスタＱ２の寄生トランジスタからも供給されているため、トランジスタＱ５の電流と同等の電流をトランジスタＱ２４から引き抜くと、トランジスタＱ２３から供給される電流よりもトランジスタＱ２の寄生トランジスタから供給されている分だけ多く引き抜くこととなる。そこで、本実施の形態では、さらに、この電流値を補正するため、エピ電位に基づきトランジスタＱ１の寄生トランジスタＱ１’によって流れる電流をトランジスタＱ７・Ｑ８で構成されるカレントミラーによって返し、トランジスタＱ６に供給している。これにより、間接出力部２１ｂに流れる電流は、トランジスタＱ６に流れる電流から寄生トランジスタＱ１’により流れる電流すなわちトランジスタＱ２の寄生トランジスタにより流れる電流を差し引いた差分電流となる。これによって、トランジスタＱ２のエピ電位からトランジスタＱ５によって引き抜かれる電流分を補正している。

なお、トランジスタＱ２に寄生トランジスタが形成されていない場合には、トランジスタＱ７・Ｑ８から構成されるカレントミラーを備えなくても、トランジスタＱ６がトランジスタＱ２２からトランジスタＱ２の制御電流と同じ電流を引き抜くことで、トランジスタＱ２３のエミッタ電位とトランジスタＱ２４のエミッタ電位とが等しくなってオフセットは補償される。

また、本実施の形態のゲイン切り替えアンプ３１を前段アンプに用いるとともに、さらに後段アンプを接続して構成した受光アンプ素子では、後段アンプのゲイン比が大きいものとなっても、小さいゲインの前段アンプの出力オフセットが補償されているため、後段アンプで飽和することが無くなる。
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態について、図３を用いて説明すれば以下の通りである。なお、特に断らないかぎり、前述の図１、図２、および図５と同じ機能を有する部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図３に、本実施の形態に係るゲイン切り替えアンプ３２の回路構成を示す。このゲイン切り替えアンプ３１はこれを前段アンプとしてさらに後段に複数のアンプが接続されて受光アンプ素子として構成されること想定しているが、ゲイン切り替えアンプ３１単独で受光アンプ素子としても成立する。

ゲイン切り替えアンプ３２は、図５の構成にさらにトランジスタＱ７・Ｑ８・Ｑ９・Ｑ１０を備えている。トランジスタＱ９・Ｑ１０はＰＮＰ型のトランジスタであり、それらのベースは互いに接続されていて、カレントミラーを構成している。トランジスタＱ９・Ｑ１０のエミッタは電源ＶＣＣに接続されている。トランジスタＱ９のコレクタは自身のベースに接続されているとともに、トランジスタＱ６・Ｑ８のコレクタに接続されている。トランジスタＱ１０のコレクタは、帰還ループ上において、帰還電圧Ｖｏｕｔ２を出力する点よりも帰還先側で、かつ、トランジスタＱ２よりも帰還元側となる特定点Ｍに接続されている。

アンプのゲイン切り替えについては、図１や図５で説明した通りである。小ゲイン時、従来は、前述したようにトランジスタＱ２３のエミッタ電位とトランジスタＱ２４のエミッタ電位とが異なり、オフセットを生じる。このようなオフセットを補正するため、本実施の形態では、トランジスタＱ５の電流と同等の電流をトランジスタＱ２３以外から供給するために、前記トランジスタＱ９・Ｑ１０を備える。トランジスタ（第３の電流制御素子）Ｑ９とトランジスタ（第４の電流制御素子）Ｑ１０とはカレントミラーを構成しており、トランジスタＱ９はトランジスタＱ１０に伝達する電流を制御し、トランジスタＱ１０は後述する特定点Ｍに流し込む電流を制御する。また、トランジスタ（第１の電流制御素子）Ｑ５とトランジスタ（第２の電流制御素子）Ｑ６とはカレントミラーを構成しており、トランジスタＱ５はトランジスタＱ２の制御電流を制御し、トランジスタＱ６はトランジスタＱ９に流す電流に用いる電流を、上記制御電流と等しい電流に制御する。このようなトランジスタＱ１・Ｑ２から構成されるカレントミラーおよびトランジスタＱ９・Ｑ１０から構成されるカレントミラーを備えていることにより、トランジスタＱ７・Ｑ８から構成されるカレントミラーが存在しない場合、トランジスタＱ５の電流と同等の電流がトランジスタＱ１０に流れ、特定点Ｍに流し込まれる。よってこの電流がトランジスタＱ２のベース電流となるため、無負荷・無信号時にはトランジスタＱ２３にはエミッタ電流が流れない。従って、トランジスタＱ２３のエミッタ電流とトランジスタＱ２４のエミッタ電流はゼロで等しくなるため、トランジスタＱ２３とトランジスタＱ２４のエミッタ電位とは等しくなり、オフセットは補償される。

また、図２の構成の場合、トランジスタＱ２の制御電流はトランジスタＱ１０から供給されるだけでなく、トランジスタＱ２の寄生トランジスタからも供給されているため、トランジスタＱ５の電流と同等の電流をトランジスタＱ１０から引き抜くと、従来の構成においてトランジスタＱ２３から引き抜いていた電流よりも、トランジスタＱ２の寄生トランジスタから供給されている分だけ、多く引き抜くこととなる。この電流値を補正するため、トランジスタＱ１の寄生トランジスタＱ１’によって流れる電流をトランジスタＱ７・Ｑ８のカレントミラーによって返し、トランジスタＱ６に供給するようにしている。これにより、特定点Ｍに流し込まれる電流は、トランジスタＱ６に流れる電流から寄生トランジスタＱ１’により流れる電流すなわちトランジスタＱ２の寄生トランジスタにより流れる電流を差し引いた差分電流となる。これによって、トランジスタＱ２のエピ電位からトランジスタＱ５によって引き抜かれる電流分を補正している。

なお、トランジスタＱ２に寄生トランジスタが形成されていない場合には、トランジスタＱ７・Ｑ８から構成されるカレントミラーを備えなくても、トランジスタＱ９がトランジスタＱ６によって流れる電流、すなわちトランジスタＱ２の制御電流をトランジスタＱ１０に流すことで、トランジスタＱ２３のエミッタ電位とトランジスタＱ２４のエミッタ電位とが等しくなってオフセットは補償される。

また、本実施の形態のゲイン切り替えアンプ３２を前段アンプに用いるとともに、さらに後段アンプを接続して構成した受光アンプ素子では、後段アンプのゲイン比が大きいものとなっても、小さいゲインの前段アンプの出力オフセットが補償されているため、後段アンプで飽和することが無くなる。
（実施の形態３）
本発明のさらに他の実施の形態について、図４に基づいて説明すれば以下の通りである。

図４は、光記録再生媒体の記録／再生装置１の光学系を説明するための図である。記録／再生装置１は、レーザダイオード３、コリメータレンズ４・６、ビームスプリッタ５、対物レンズ７、スポットレンズ８、受光素子９、および、光ピックアップ素子１０および／または１１を備えている。これらは光ピックアップ装置の中に組み込まれている。当該光ピックアップ装置の光ピックアップ素子１０・１１は、前記実施の形態１や２で述べたゲイン切り替えアンプ３１・３２を備える受光アンプ素子で構成されている。

ここで、記録再生用光源としての発光素子であるレーザダイオード３より出射されたレーザ光は、コリメータレンズ４において平行光とされ、ビームスプリッタ５において光路が９０°曲げられた後、コリメータレンズ６及び対物レンズ７を介して、光ディスク２に照射される。そして、光ディスク２からの反射光は、上記対物レンズ７及びコリメータレンズ６からビームスプリッタ５を通過し、スポットレンズ８で集光されて、受光素子９に入射される。受光素子９は、入射した光信号から、情報信号を再生するとともに、トラッキングやフォーカシングサーボ用の信号を作成し、図示しない信号処理回路や制御回路などへ出力する。記録時には、レーザダイオード３からの出射光が、書き込むべきデータに対応して変調される。

このように構成される光学系において、光ピックアップ素子１０はレーザダイオード３の近傍の位置に設けられ、光ピックアップ素子１１はビームスプリッタ５を介してレーザダイオード３と反対側の位置に設けられる。この光ピックアップ素子１０・１１によって、レーザダイオード３からの出射光の一部がモニタされ、該光ピックアップ素子１０・１１の出力をレーザダイオード３にフィードバックすることによって、レーザ光強度が最適な強度に調整される。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、光記録媒体の光ピックアップ素子に好適に使用することができる。

本発明の第１の実施形態を示すものであり、ゲイン切り替えアンプの構成を示す回路図である。飽和スイッチに形成される寄生トランジスタの構成を示す等価回路図である。本発明の第２の実施形態を示すものであり、ゲイン切り替えアンプの構成を示す回路図である。本発明の第３の実施形態を示すものであり、光記録媒体の記録／再生装置の光学系の構成を示す図である。従来の飽和スイッチによってゲインを切り替えるゲイン切り替えアンプの構成を示す回路図である。

符号の説明

３１、３２ゲイン切り替えアンプ（受光アンプ素子）
１０、１１光ピックアップ素子
２１出力段
２１ａ帰還ループ部
２１ｂ間接出力部
Ｑ１トランジスタ（飽和スイッチ）
Ｑ２トランジスタ（飽和スイッチ）
Ｑ５トランジスタ（第１の電流制御素子）
Ｑ６トランジスタ（第２の電流制御素子）
Ｑ９トランジスタ（第３の電流制御素子）
Ｑ１０トランジスタ（第４の電流制御素子）
Ｑ１’ 寄生トランジスタ
Ｖｏｕｔ１出力電圧
Ｖｏｕｔ２帰還電圧

Claims

演算増幅器の基準電圧の入力経路上と帰還ループ上とにそれぞれ設けられた飽和スイッチによってゲインを切り替え、出力段の間接出力部から出力電圧を出力し、前記出力段の帰還ループ部からの前記帰還ループ上の前記飽和スイッチの制御電流に用いる電流を前記帰還ループの電流から分流させるゲイン切り替えアンプにおいて、
前記制御電流に用いる前記電流と同じ電流を前記間接出力部から引き抜くための電流源を備えていることを特徴とするゲイン切り替えアンプ。
前記制御電流を流す第１の電流制御素子を備え、
前記電流源は、前記第１の電流制御素子とカレントミラーを構成する第２の電流制御素子であることを特徴とする請求項１に記載のゲイン切り替えアンプ。
前記飽和スイッチは前記制御電流の一部として前記制御電流に合流する電流を流す寄生素子を備え、
前記電流源の電流に対して、前記制御電流から前記寄生素子によって流れる前記電流を差し引いた差分電流を、前記制御電流に用いる前記電流と同じ電流として前記間接出力部から引き抜くことを特徴とする請求項１または２に記載のゲイン切り替えアンプ。
飽和スイッチによってゲインを切り替え、出力段の間接出力部から出力電圧を出力し、前記出力段の帰還ループ部からの帰還ループ上の前記飽和スイッチの制御電流に用いる電流を前記帰還ループの電流から分流させるゲイン切り替えアンプにおいて、
前記制御電流を流す第１の電流制御素子と、前記第１の電流制御素子とカレントミラーを構成する第２の電流制御素子とを備え、
前記飽和スイッチは前記制御電流の一部として前記制御電流に合流する電流を流す寄生素子を備え、
前記第２の電流制御素子によって流れる電流から、前記寄生素子によって流れる前記電流を差し引いた差分電流を、前記出力段の帰還ループ部の帰還電圧を出力する点よりも帰還先側で、かつ、前記帰還ループ上の前記飽和スイッチよりも帰還元側となる特定点に流し込むことを特徴とするゲイン切り替えアンプ。
前記差分電流を流す第３の電流制御素子と、
前記第３の電流制御素子とカレントミラーを構成する第４の電流制御素子とを備え、
前記差分電流を前記第４の電流制御素子から前記特定点に流し込むことを特徴とする請求項４に記載のゲイン切り替えアンプ。
基準電圧の入力経路上の前記飽和スイッチは帰還ループ上の前記飽和スイッチと等しい制御電流で制御され、
基準電圧の入力経路上の前記飽和スイッチは、当該飽和スイッチの制御電流の一部として当該制御電流に合流する電流を流す寄生素子を備え、
基準電圧の入力経路上の前記飽和スイッチが備える前記寄生素子によって流れる電流をカレントミラーにより得て、帰還ループ上の前記飽和スイッチの前記寄生素子によって流れる前記電流として用いることにより、前記差分電流を生成することを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載のゲイン切り替えアンプ。
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のゲイン切り替えアンプを、光電変換素子の光電変換信号を増幅するアンプとして備えていることを特徴とする受光アンプ素子。
請求項７に記載の受光アンプ素子からなり、光記録再生媒体の記録再生用光源の光を受光することを特徴とする光ピックアップ素子。