JP4639509B2

JP4639509B2 - Photocurrent amplifier circuit

Info

Publication number: JP4639509B2
Application number: JP2001102063A
Authority: JP
Inventors: 浩松山; 英徳権田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002299967A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電流増幅回路に関し、フォトダイオードで発生した光電流を増幅する光電流増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の光電流増幅回路の一例の回路図を示す。同図中、フォトダイオードＰＤのカソードは電源Ｖｃｃに接続され、フォトダイオードＰＤのアノードはｎｐｎトランジスタＱ１のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタＱ１のベースはｎｐｎトランジスタＱ２のベースに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２は、エミッタ面積比が１：ｘとされ、トランジスタＱ２のコレクタ電流はフォトダイオードＰＤの出力電流のｘ倍に増幅される。
【０００３】
トランジスタＱ２のコレクタはｐｎｐトランジスタＱ３のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタＱ３のベースはｐｎｐトランジスタＱ４のベースに接続されており、それぞれのエミッタは電源Ｖｃｃに出力されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ３，Ｑ４は、エミッタ面積比が１：ｙとされ、トランジスタＱ４のコレクタからはフォトダイオードＰＤの出力電流がｘ・ｙ倍に増幅されて端子１０を介して出力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
フォトダイオードＰＤには、無光時においても暗電流と呼ばれる電流が流れる。従来の光電流増幅回路では、この暗電流も増幅されて出力される。光電流増幅回路の出力電流特性としては、図４に実線で示すような受光量に比例した出力電流が得られることが理想であるが、従来の光電流増幅回路の特性は、暗電流のために破線で示すようにオフセットが発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、オフセットのない受光量に比例した出力電流を得ることができる光電流増幅回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）で発生した光電流を増幅する光電流増幅回路において、
前記受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）とは別に設けられた遮光されたフォトダイオード（ｄｐ１，ｄｐ２）と、
前記遮光されたフォトダイオード（ｄｐ１，ｄｐ２）に電流を供給する第１トランジスタ（Ｑ６，Ｑ７）と、
前記第１トランジスタ（Ｑ６，Ｑ７）とカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）に電流を供給する第２トランジスタ（Ｑ５）とを有し、
前記遮光されたフォトダイオード（ｄｐ１）と前記受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）の受光面積は同一で、前記第１トランジスタ（Ｑ６）と前記第２トランジスタ（Ｑ５）のエミッタ面積は同一であることにより、
遮光されたフォトダイオード（ｄｐ１）の暗電流に応じた電流が第２トランジスタ（Ｑ５）に流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力される。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記遮光されたフォトダイオード（ｄｐ２）と前記受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）の受光面積は１：ｚ（ｚは１を越える実数）で、前記第１トランジスタ（Ｑ７）と前記第２トランジスタ（Ｑ５）のエミッタ面積は１：ｚであることにより、
遮光されたフォトダイオード（ｄｐ２）の暗電流に応じた電流が第２トランジスタ（Ｑ５）に流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力されると共に、遮光されたフォトダイオード（ｄｐ２）を小型化することができる。
【０００８】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光電流増幅回路の第１実施例の回路図を示す。同図中、図３と同一部分には同一符号を付す。
【００１０】
図１において、フォトダイオードＰＤのカソードは電源Ｖｃｃに接続され、フォトダイオードＰＤのアノードはｎｐｎトランジスタＱ１のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタＱ１のベースはｎｐｎトランジスタＱ２のベースに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２は、エミッタ面積比が１：ｘとされ、トランジスタＱ２のコレクタ電流はフォトダイオードＰＤの出力電流のｘ倍に増幅される。
【００１１】
トランジスタＱ２のコレクタはｐｎｐトランジスタＱ３のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタＱ３のベースはｐｎｐトランジスタＱ４のベースに接続されており、それぞれのエミッタは電源Ｖｃｃに出力されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ３，Ｑ４は、エミッタ面積比が１：ｙとされ、トランジスタＱ４のコレクタからはトランジスタＱ１のコレクタ電流がｘ・ｙ倍に増幅されて端子１０を介して出力される。
【００１２】
また、フォトダイオードＰＤのアノードにはｎｐｎトランジスタＱ５のコレクタが接続されている。トランジスタＱ５のベースはｎｐｎトランジスタＱ６のベース及びコレクタに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ５，Ｑ６は、エミッタ面積比が１：１とされている。
【００１３】
トランジスタＱ６のコレクタはフォトダイオードｄｐ１のアノードに接続され、フォトダイオードｄｐ１のカソードは電源Ｖｃｃに接続されている。フォトダイオードｄｐ１としてはフォトダイオードＰＤと同一特性かつ同一受光面積のものを用い、フォトダイオードｄｐ１は常時遮光して使用する。
【００１４】
ここで、フォトダイオードｄｐ１は遮光されているため、常時、暗電流だけを流す。従って、カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ５，Ｑ６それぞれのコレクタ電流は暗電流だけとなり、トランジスタＱ１のコレクタ電流はフォトダイオードＰＤの出力電流から暗電流を除去した電流となる。このため、暗電流を除去したフォトダイオードＰＤの出力電流がｘ・ｙ倍に増幅されて端子１０より出力される。
【００１５】
図２は、本発明の光電流増幅回路の第２実施例の回路図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。
【００１６】
図２において、フォトダイオードＰＤのカソードは電源Ｖｃｃに接続され、フォトダイオードＰＤのアノードはｎｐｎトランジスタＱ１のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタＱ１のベースはｎｐｎトランジスタＱ２のベースに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ１，Ｑ２は、エミッタ面積比が１：ｘとされ、トランジスタＱ２のコレクタ電流はフォトダイオードＰＤの出力電流のｘ倍に増幅される。
【００１７】
トランジスタＱ２のコレクタはｐｎｐトランジスタＱ３のコレクタ及びベースに接続されている。トランジスタＱ３のベースはｐｎｐトランジスタＱ４のベースに接続されており、それぞれのエミッタは電源Ｖｃｃに出力されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ３，Ｑ４は、エミッタ面積比が１：ｙとされ、トランジスタＱ４のコレクタからはトランジスタＱ１のコレクタ電流がｘ・ｙ倍に増幅されて端子１０を介して出力される。
【００１８】
また、フォトダイオードＰＤのアノードにはｎｐｎトランジスタＱ５のコレクタが接続されている。トランジスタＱ５のベースはｎｐｎトランジスタＱ７のベース及びコレクタに接続されており、それぞれのエミッタは接地されている。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ７，Ｑ５は、エミッタ面積比が１：ｚ（ｚは例えば１０）とされている。
【００１９】
トランジスタＱ７のコレクタはフォトダイオードｄｐ２のアノードに接続され、フォトダイオードｄｐ２のカソードは電源Ｖｃｃに接続されている。フォトダイオードｄｐ２とフォトダイオードＰＤの受光面積は１：ｚとされている。なお、フォトダイオードｄｐ２とフォトダイオードＰＤは特性的には同一である。フォトダイオードｄｐ２は常時遮光して使用する。
【００２０】
ここで、フォトダイオードｄｐ２は遮光されているため、常時、暗電流ｉ１だけを流す。フォトダイオードＰＤは受光面積がフォトダイオードｄｐ２のｚ倍であるため、暗電流はｉ１・ｚとなる。カレントミラー回路を構成するトランジスタＱ７，Ｑ５のコレクタ電流は１：ｚであるため、トランジスタＱ７，Ｑ５それぞれのコレクタ電流はフォトダイオードｄｐ２，ＰＤそれぞれの暗電流だけとなり、トランジスタＱ１のコレクタ電流はフォトダイオードＰＤの出力電流から暗電流を除去した電流となる。
【００２１】
このため、暗電流を除去したフォトダイオードＰＤの出力電流がｘ・ｙ倍に増幅されて端子１０より出力される。この第２実施例においては、第１実施例に比べてフォトダイオードｄｐ２の面積を１／ｚに小型化することができる。
【００２２】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明は、受光素子としてのフォトダイオードとは別に設けられた遮光されたフォトダイオードと、遮光されたフォトダイオードに電流を供給する第１トランジスタと、第１トランジスタとカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオードに電流を供給する第２トランジスタとを有し、遮光されたフォトダイオードと受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は同一で、第１トランジスタと第２トランジスタのエミッタ面積は同一であることにより、遮光されたフォトダイオードの暗電流に応じた電流が第２トランジスタに流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力される。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明は、遮光されたフォトダイオードと受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は１：ｚ（ｚは１を越える実数）で、第１トランジスタと第２トランジスタのエミッタ面積は１：ｚであることにより、遮光されたフォトダイオードの暗電流に応じた電流が第２トランジスタに流れ、暗電流を除去した電流が電流増幅されて出力されると共に、遮光されたフォトダイオードを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電流増幅回路の第１実施例の回路図である。
【図２】本発明の光電流増幅回路の第２実施例の回路図である。
【図３】従来の光電流増幅回路の一例の回路図である。
【図４】従来の光電流増幅回路の出力電流特性図である。
【符号の説明】
１０端子
ＰＤ，ｄｐ１，ｄｐ２フォトダイオード
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５〜Ｑ７ｎｐｎトランジスタ
Ｑ３，Ｑ４ｐｎｐトランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photocurrent amplifier circuit, and more particularly to a photocurrent amplifier circuit that amplifies a photocurrent generated by a photodiode.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a circuit diagram of an example of a conventional photocurrent amplifier circuit. In the figure, the cathode of the photodiode PD is connected to the power supply Vcc, and the anode of the photodiode PD is connected to the collector and base of the npn transistor Q1. The base of transistor Q1 is connected to the base over the scan of the npn transistor Q2, the emitters are grounded. The transistors Q1 and Q2 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: x, and the collector current of the transistor Q2 is amplified to x times the output current of the photodiode PD.
[0003]
The collector of the transistor Q2 is connected to the collector and base of the pnp transistor Q3. The base of transistor Q3 is connected to the base over the scan of the pnp transistors Q4, the emitters are output to the power supply Vcc. The transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: y, and the output current of the photodiode PD is amplified by x · y times from the collector of the transistor Q4 and output through the terminal 10. The
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A current called dark current flows through the photodiode PD even when there is no light. In the conventional photocurrent amplifier circuit, this dark current is also amplified and output. As an output current characteristic of the photocurrent amplifier circuit, it is ideal that an output current proportional to the amount of received light as shown by a solid line in FIG. 4 is obtained. However, the characteristic of the conventional photocurrent amplifier circuit is dark current. There is a problem that an offset occurs as indicated by a broken line in FIG.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a photocurrent amplifier circuit capable of obtaining an output current proportional to the amount of received light without offset.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a photocurrent amplifier circuit for amplifying a photocurrent generated in a photodiode (PD) as a light receiving element.
A light-shielded photodiode (dp1, dp2) provided separately from the photodiode (PD) as the light receiving element;
First transistors (Q6, Q7) for supplying current to the light-shielded photodiodes (dp1, dp2);
A first transistor (Q6, Q7) and a second transistor (Q5) that forms a current mirror circuit and supplies current to the photodiode (PD) as the light receiving element ;
The light-receiving area of the light-shielded photodiode (dp1) and the photodiode (PD) as the light-receiving element are the same, and the emitter areas of the first transistor (Q6) and the second transistor (Q5) are the same. By
A current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode (dp1) flows to the second transistor (Q5), and the current from which the dark current has been removed is amplified and output.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, the light-receiving area of the light-shielded photodiode (dp2) and the photodiode (PD) as the light-receiving element is 1: z (z is a real number exceeding 1), and the first transistor (Q7) and the emitter area of the second transistor (Q5) are 1: z,
A current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode (dp2) flows to the second transistor (Q5), the current from which the dark current has been removed is amplified and output, and the light-shielded photodiode (dp2) is output. It can be downsized.
[0008]
Note that the reference numerals in the parentheses are given for ease of understanding, are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a circuit diagram of a first embodiment of a photocurrent amplifier circuit according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.
[0010]
In FIG. 1, the cathode of the photodiode PD is connected to the power supply Vcc, and the anode of the photodiode PD is connected to the collector and base of the npn transistor Q1. The base of transistor Q1 is connected to the base over the scan of the npn transistor Q2, the emitters are grounded. The transistors Q1 and Q2 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: x, and the collector current of the transistor Q2 is amplified to x times the output current of the photodiode PD.
[0011]
The collector of the transistor Q2 is connected to the collector and base of the pnp transistor Q3. The base of transistor Q3 is connected to the base over the scan of the pnp transistors Q4, the emitters are output to the power supply Vcc. The transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: y, and the collector current of the transistor Q1 is amplified by x · y times from the collector of the transistor Q4 and output through the terminal 10. .
[0012]
The collector of the npn transistor Q5 is connected to the anode of the photodiode PD. The base of the transistor Q5 is connected to the base and collector of the npn transistor Q6, and each emitter is grounded. Transistors Q5 and Q6 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: 1.
[0013]
The collector of the transistor Q6 is connected to the anode of the photodiode dp1, and the cathode of the photodiode dp1 is connected to the power supply Vcc. The photodiode dp1 has the same characteristics and the same light receiving area as the photodiode PD, and the photodiode dp1 is always shielded from light.
[0014]
Here, since the photodiode dp1 is shielded from light, only a dark current is always applied. Accordingly, the collector currents of the transistors Q5 and Q6 constituting the current mirror circuit are only dark currents, and the collector current of the transistor Q1 is a current obtained by removing the dark current from the output current of the photodiode PD. Therefore, the output current of the photodiode PD from which the dark current has been removed is amplified by x · y times and output from the terminal 10.
[0015]
FIG. 2 shows a circuit diagram of a second embodiment of the photocurrent amplifier circuit according to the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.
[0016]
In FIG. 2, the cathode of the photodiode PD is connected to the power supply Vcc, and the anode of the photodiode PD is connected to the collector and base of the npn transistor Q1. The base of transistor Q1 is connected to the base over the scan of the npn transistor Q2, the emitters are grounded. The transistors Q1 and Q2 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: x, and the collector current of the transistor Q2 is amplified to x times the output current of the photodiode PD.
[0017]
The collector of the transistor Q2 is connected to the collector and base of the pnp transistor Q3. The base of transistor Q3 is connected to the base over the scan of the pnp transistors Q4, the emitters are output to the power supply Vcc. The transistors Q3 and Q4 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: y, and the collector current of the transistor Q1 is amplified by x · y times from the collector of the transistor Q4 and output through the terminal 10. .
[0018]
The collector of the npn transistor Q5 is connected to the anode of the photodiode PD. The base of the transistor Q5 is connected to the base and collector of the npn transistor Q7, and each emitter is grounded. The transistors Q7 and Q5 constituting the current mirror circuit have an emitter area ratio of 1: z (z is, for example, 10).
[0019]
The collector of the transistor Q7 is connected to the anode of the photodiode dp2, and the cathode of the photodiode dp2 is connected to the power supply Vcc. The light receiving area of the photodiode dp2 and the photodiode PD is 1: z. Note that the photodiode dp2 and the photodiode PD are identical in characteristics. The photodiode dp2 is always used with light shielding.
[0020]
Here, since the photodiode dp2 is shielded from light, only the dark current i1 flows at all times. Since the photodiode PD has a light receiving area z times that of the photodiode dp2, the dark current is i1 · z. Since the collector currents of the transistors Q7 and Q5 constituting the current mirror circuit are 1: z, the collector currents of the transistors Q7 and Q5 are only the dark currents of the photodiodes dp2 and PD, respectively, and the collector current of the transistor Q1 is the photodiode. This is a current obtained by removing the dark current from the output current of the PD.
[0021]
Therefore, the output current of the photodiode PD from which the dark current has been removed is amplified by x · y times and output from the terminal 10. In the second embodiment, the area of the photodiode dp2 can be reduced to 1 / z as compared with the first embodiment.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, the invention described in claim 1 is a light-shielded photodiode provided separately from a photodiode as a light receiving element, a first transistor for supplying current to the light-shielded photodiode, and a first transistor and have a second transistor for supplying a current to the photodiode as the light receiving element constitute a current mirror circuit, the light receiving area of the photodiode as a light receiving element and the light-shielded photodiode are identical, and the first transistor Since the emitter area of the second transistor is the same, a current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode flows through the second transistor, and the current from which the dark current is removed is amplified and output.
[0023]
According to a second aspect of the present invention, the light-receiving area of the light-shielded photodiode and the photodiode as the light-receiving element is 1: z (z is a real number exceeding 1), and the emitter areas of the first transistor and the second transistor Is 1: z, a current corresponding to the dark current of the light-shielded photodiode flows through the second transistor, and the current from which the dark current has been removed is output after being amplified. It can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a photocurrent amplifier circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the photocurrent amplifier circuit according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of an example of a conventional photocurrent amplifier circuit.
FIG. 4 is an output current characteristic diagram of a conventional photocurrent amplifier circuit.
[Explanation of symbols]
10 terminals PD, dp1, dp2 photodiodes Q1, Q2, Q5 to Q7 npn transistor Q3, Q4 pnp transistor

Claims

受光素子としてのフォトダイオードで発生した光電流を増幅する光電流増幅回路において、
前記受光素子としてのフォトダイオードとは別に設けられた遮光されたフォトダイオードと、
前記遮光されたフォトダイオードに電流を供給する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタとカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオードに電流を供給する第２トランジスタとを有し、
前記遮光されたフォトダイオードと前記受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は同一で、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのエミッタ面積は同一であることを特徴とする光電流増幅回路。In the photocurrent amplifier circuit that amplifies the photocurrent generated in the photodiode as the light receiving element,
A light-shielded photodiode provided separately from the photodiode as the light-receiving element;
A first transistor for supplying current to the light-shielded photodiode;
A second transistor that forms a current mirror circuit with the first transistor and supplies a current to the photodiode as the light receiving element ;
The photocurrent amplifier circuit according to claim 1, wherein the light-receiving area of the light-shielded photodiode and the photodiode as the light-receiving element are the same, and the emitter areas of the first transistor and the second transistor are the same .

受光素子としてのフォトダイオードで発生した光電流を増幅する光電流増幅回路において、
前記受光素子としてのフォトダイオードとは別に設けられた遮光されたフォトダイオードと、
前記遮光されたフォトダイオードに電流を供給する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタとカレントミラー回路を構成し前記受光素子としてのフォトダイオードに電流を供給する第２トランジスタとを有し、
前記遮光されたフォトダイオードと前記受光素子としてのフォトダイオードの受光面積は１：ｚ（ｚは１を越える実数）で、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのエミッタ面積は１：ｚであることを特徴とする光電流増幅回路。 In the photocurrent amplifier circuit that amplifies the photocurrent generated in the photodiode as the light receiving element,
A light-shielded photodiode provided separately from the photodiode as the light-receiving element;
A first transistor for supplying current to the light-shielded photodiode;
A second transistor that forms a current mirror circuit with the first transistor and supplies a current to the photodiode as the light receiving element;
The light-receiving area of the light-shielded photodiode and the photodiode as the light-receiving element is 1: z (z is a real number exceeding 1), and the emitter areas of the first transistor and the second transistor are 1: z. A photocurrent amplifier circuit.