專利名稱：光耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里說明的實(shí)施方式(多個(gè)方式)整體上涉及光耦合裝置。
背景技術(shù)：
光電稱合器等光稱合裝置設(shè)有發(fā)光部和受光部。發(fā)光部位于輸入側(cè)，受光部位于輸出側(cè)。由受光部接收由發(fā)光部生成的光信號，并從該受光部輸出轉(zhuǎn)換為電信號后的信號。受光部上設(shè)置的放大器使用差動放大器和反相放大器等。若光耦合裝置的放大器使用作為反相放大器的互阻放大器(TIAtrans-impedanceamplifier),則容易受到電源噪聲的影響。為了抑制電源噪聲的影響,而設(shè)置偽(dummy)互阻放大器和偽光電ニ極管。光電ニ極管由于在光耦合裝置中使用的半導(dǎo)體芯片中占有較大面積，所以若將偽光電ニ極管搭載在光耦合裝置上，則有不能縮小半導(dǎo)體芯片的占有面積的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種能夠在維持抗噪聲特性的同時(shí)縮小半導(dǎo)體芯片的光率禹合裝置。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，提供ー種具有發(fā)光兀件、第一光電ニ極管和第二光電ニ極管、第一反相放大器和第二反相放大器以及比較器的光耦合裝置。第一光電ニ極管具有與低電位側(cè)電源相連的陽極和陰極，接收由所述發(fā)光元件生成的光信號，并將該光信號轉(zhuǎn)換為第一電信號。第一反相放大器具有并聯(lián)連接的第一反饋電阻和第一運(yùn)算放大器。所述第一反相放大器的輸入端與所述第一光電ニ極管的陰極相連。從所述第一反相放大器的輸出端輸出將所述第一電信號反轉(zhuǎn)而得的第一信號。第二光電ニ極管具有與所述低電位側(cè)電源相連的陽極和陰極。第二反相放大器具有并聯(lián)連接的第二反饋電阻和第二運(yùn)算放大器。所述第二反相放大器的輸入端與所述第二光電ニ極管的陰極連接，并從所述第二反相放大器的輸出端輸出第二信號。比較器接收所述第一信號和第二信號，并將所述第二信號作為基準(zhǔn)電壓，來比較所述第一信號與第二信號，輸出比較放大后的信號。所述第一光電ニ極管的第一結(jié)電容與所述第一反饋電阻之積和所述第二光電ニ極管的第二結(jié)電容與所述第二反饋電阻之積被設(shè)定為同一值。所述第二結(jié)電容被設(shè)定為小于所述第一結(jié)電容。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，可以在維持抗噪聲特性的同時(shí)縮小半導(dǎo)體芯片。


圖I是表示第一實(shí)施方式的光耦合裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖2是表示所述光耦合裝置中使用的互阻放大器的結(jié)構(gòu)和光電ニ極管的電路圖；圖3是表示所述光耦合裝置中使用的互阻放大器和光電ニ極管的等效電路圖；圖4是表示偽光電ニ極管的芯片占有面積和偽互阻放大器的反饋電阻的芯片占有面積的和的變化相對所述光耦合裝置中使用的偽光電ニ極管的面積變化的圖。圖5是表示變形例中使用的互阻放大器的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖6是表示第二實(shí)施方式的光耦合裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖；圖7是表示將第二實(shí)施方式的光耦合裝置中使用的偽光電ニ極管替換為MOS電容時(shí)的芯片占有面積的變化的圖。
具體實(shí)施例方式下面，參考附圖來說明多個(gè)實(shí)施方式。附圖中，同一附圖標(biāo)記表示相同或類似的部分。參考圖I 圖3來說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的光耦合裝置。圖I是表示光耦合裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖2是表示互阻放大器的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖3是表示互阻放大器的等效電路圖。本實(shí)施方式中，將光電ニ極管的結(jié)電容與互阻放大器的反饋電阻之積及偽(dummy)光電ニ極管的結(jié)電容和偽互阻放大器的反饋電阻之積保持為相同值，同時(shí)縮小了半導(dǎo)體芯片。如圖I所示，光耦合裝置90中設(shè)有發(fā)光部50和受光部60。光耦合裝置90通過I次側(cè)的發(fā)光部50將所輸入的電信號暫時(shí)變換為光信號,并通過2次側(cè)的受光部60再次變換為電信號。光耦合裝置90是光電耦合器。本實(shí)施方式中作為其他光耦合裝置還可適用于中斷器。發(fā)光部50設(shè)有發(fā)光二極管(LED light emitting diode) 13、端子Padl和端子Pad2。向端子Padl和端子Pad2輸入電信號。發(fā)光二極管13將電信號轉(zhuǎn)換為光信號。受光部60中設(shè)有比較器I、作為第一反相放大器的互阻放大器2、作為第二反相放大器的偽互阻放大器3、作為第一光電ニ極管的光電ニ極管11、作為第二光電ニ極管的偽光電ニ極管12和端子Pado。這些元件作為集成電路形成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)。光電ニ極管(PD)Il的陽極與低電位側(cè)電源(接地電位)Vss相連，光電ニ極管(PD) 11的陰極與互阻放大器2的輸入側(cè)相連。光電ニ極管11將由發(fā)光二極管13生成的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并輸出轉(zhuǎn)換為電信號后的信號SI?；プ璺糯笃?TIA)2設(shè)置在光電ニ極管11和比較器I之間。互阻放大器2中，并聯(lián)配置運(yùn)算放大器2a和反饋電阻Rfbl。反饋電阻Rfbl的一端與互阻放大器2的輸入側(cè)相連，反饋電阻Rfbl的另一端與互阻放大器2的輸出側(cè)相連?；プ璺糯笃?輸入信號SI，并輸出反轉(zhuǎn)放大后的信號S2。偽光電ニ極管12的陽極與低電位側(cè)電源(接地電位)Vss相連，偽光電ニ極管12的陰極與偽互阻放大器3的輸入側(cè)相連。偽光電ニ極管12通過例如鋁板等來遮光。作為第二反相放大器的偽互阻放大器3被設(shè)置在偽光電ニ極管12和比較器I之間。偽互阻放大器3中，并聯(lián)配置運(yùn)算放大器3a和反饋電阻Rfb2。將反饋電阻Rfb2的一端與偽互阻放大器3的輸入側(cè)相連，將反饋電阻Rfb2的另一端與偽互阻放大器3的輸出側(cè)相連。偽互阻放大器3生成作為比較器I的基準(zhǔn)電壓使用的信號S3?；プ璺糯笃?和偽互阻放大器3容易受到電源噪聲的影響。為了避免電源噪聲的影響，受光部60上設(shè)置的光電ニ極管11通常尺寸被設(shè)為與為產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓而設(shè)置的偽光電ニ極管12相同。本實(shí)施例中，如后所述，縮小了構(gòu)成受光部60的半導(dǎo)體芯片的尺寸。比較器I被設(shè)置在互阻放大器2和偽互阻放大器3與端子Pado之間。向比較器I輸入信號S2和信號S3。比較器I將信號S3作為基準(zhǔn)電壓來比較信號S2與信號S3，并將比較放大后的信號作為輸出信號Sout經(jīng)端子Pado輸出。互阻放大器2和偽互阻放大器3具有相同的電路結(jié)構(gòu)。如圖2所示，互阻放大器2和偽互阻放大器3中設(shè)有電流源14、NPN晶體管NTI、NT2、電阻R2和反饋電阻Rf。反饋電阻Rf對應(yīng)于互阻放大器2的反饋電阻Rfbl或偽互阻放大器3的反饋電阻Rfb2。NPN晶體管NTl的集電極與節(jié)點(diǎn)NI相連，基極與光電ニ極管(PD)的陰極相連，發(fā)射極與低電位側(cè)電源(接地電位)Vss相連。電阻R2的一端與高電位側(cè)電源Vcc相連，另一端與節(jié)點(diǎn)NI相連。反饋電阻Rfbl的一端與光電ニ極管(PD)的陰極和NPN晶體管NTl的基極相連，另一端與輸出側(cè)的節(jié)點(diǎn)N2相連。NPN晶體管NT2的集電極與高電位側(cè)電源Vcc相連，基極與節(jié)點(diǎn)NI相連，發(fā)射極與節(jié)點(diǎn)N2相連。電流源14的一端與節(jié)點(diǎn)N2相連，另一端與低電位側(cè)電源(接地電位)Vss相連。電流源14向低電位側(cè)電源(接地電位)Vss側(cè)流過電流。該實(shí)施方式中，NPN晶體管NTl和NT2使用高頻特性好的Si雙極晶體管或SiGe雙極晶體管?；プ璺糯笃?和偽互阻放大器3與光電ニ極管可以表示為圖3所示的這種等效電路。結(jié)電容Cp被標(biāo)記為光電ニ極管11或偽光電ニ極管12的結(jié)電容。NPN晶體管NT2被標(biāo)記為理想晶體管Q2。寄生電容Cl被標(biāo)記為理想晶體管Q2的集電極-基極間的寄生電容。等效電阻rl被標(biāo)記為使NPN晶體管NTl為理想晶體管Ql (未標(biāo)記)的情況下的厄利(Early)效應(yīng)形成的等效電阻。負(fù)載電阻r2是將電阻R2表示為負(fù)載電阻而成的。電導(dǎo)系數(shù)gm被標(biāo)記為理想晶體管Ql的電導(dǎo)系數(shù)。反饋電阻Rf的一端與輸入電壓vl側(cè)的電路(結(jié)電容Cp)相連，另一端與輸出電壓to側(cè)的電路(晶體管Q2的發(fā)射極)相連。互阻放大器2和偽互阻放大器3容易受到電源噪聲的影響。為估算電源噪聲的影響，而標(biāo)記了在高電位側(cè)電源Vcc上添加的噪聲電壓vn。理想晶體管Ql的集電扱-基極間的寄生電容充分小，而為可忽視的水平。由于理想晶體管Q2的厄利效應(yīng)形成的等效電阻并行連接到施加了負(fù)反饋的互阻放大器的輸出端，所以阻抗低，對其他電路的影響小，所以可省略。參考圖3所示的等效電路，求出輸出電壓VO相對在高電位側(cè)電源Vcc上添加的噪聲電壓vn的傳導(dǎo)函數(shù)(vo/vn)。傳導(dǎo)函數(shù)標(biāo)記為復(fù)數(shù)頻率s的函數(shù)。PSRR(power supplyrejection ratio)用該傳導(dǎo)函數(shù)(vo/vn)的倒數(shù)(vn/vo)表示。傳導(dǎo)函數(shù)(vo/vn)表示為
權(quán)利要求
1.一種光稱合裝置，包括 發(fā)光兀件； 第一光電ニ極管，具有與低電位側(cè)電源相連的陽極和陰極，所述第一光電ニ極管接收由所述發(fā)光元件生成的光信號，并將該光信號轉(zhuǎn)換為第一電信號； 第一反相放大器，具有輸入輸出端、以及并聯(lián)連接的第一反饋電阻和第一運(yùn)算放大器，所述輸入端與所述第一光電ニ極管的陰極相連，所述第一反相放大器從所述輸出端輸出將所述第一電信號反轉(zhuǎn)而得的第一信號； 第二光電ニ極管，具有與所述低電位側(cè)電源相連的陽極和陰扱； 第二反相放大器，具有輸入輸出端、以及并聯(lián)連接的第二反饋電阻和第二運(yùn)算放大器，且所述第二反相放大器的所述輸入端與所述第二光電ニ極管的陰極相連，所述第二反相放大器從輸出端輸出第二信號；以及 比較器，接收所述第一信號和第二信號，且將所述第二信號作為基準(zhǔn)電壓，來比較所述第一信號與第二信號，且輸出比較放大后的信號； 其中，所述第一光電ニ極管的第一結(jié)電容與所述第一反饋電阻之積及所述第二光電ニ極管的第二結(jié)電容與所述第二反饋電阻之積被設(shè)定為相同值，且所述第二結(jié)電容被設(shè)定為小于所述第一結(jié)電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，還具有遮光板，可通過該遮光板進(jìn)行朝向所述第二光電ニ極管的光的遮光。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，所述第一反饋電阻和第二反饋電阻中的至少ー個(gè)分別由串聯(lián)連接的多個(gè)電阻構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，所述第二光電ニ極管是偽光電ニ極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，至少將所述第一光電ニ極管和第二光電ニ極管與所述第一反相放大器和第二反相放大器形成在同一半導(dǎo)體芯片上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，所述第一反相放大器和第二反相放大器分別由雙極晶體管、CMOS、BiCMOS 或 HFET 構(gòu)成。
7.一種光稱合裝置，包括 發(fā)光兀件； 光電ニ極管，具有與低電位側(cè)電源相連的陽極和陰極，所述光電ニ極管接收由所述發(fā)光元件生成的光信號，且將該光信號轉(zhuǎn)換為第一電信號； 第一反相放大器，具有輸入輸出端、以及并聯(lián)連接的第一反饋電阻和第一運(yùn)算放大器，所述輸入端與所述光電ニ極管的陰極相連，且從所述輸出端輸出將所述第一電信號反轉(zhuǎn)而得的第一信號； 電容器，具有與所述低電位側(cè)電源相連的一端和另一端； 第二反相放大器，具有輸入輸出端、以及并聯(lián)連接的第二反饋電阻和第二運(yùn)算放大器，所述第二反相放大器的所述輸入端與所述電容器的所述另一端相連，所述第二反相放大器從所述輸出端輸出第二信號；以及 比較器，接收所述第一信號和第二信號，且將所述第二信號作為基準(zhǔn)電壓，來比較所述第一信號與第二信號，輸出比較放大后的信號，其中， 所述光電ニ極管的結(jié)電容與所述第一反饋電阻之積及所述電容器的電容與所述第二反饋電阻之積被設(shè)定為相同值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，還具有遮光板，可通過該遮光板進(jìn)行朝向所述電容器的光的遮光。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，所述電容器具有MOS型或MIS型結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，所述第一反饋電阻和第二反饋電阻中的至少ー個(gè)分別由串聯(lián)連接的多個(gè)電阻構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，所述電容器的所述電容設(shè)定為比所述光電ニ極管的所述結(jié)電容小。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，至少將所述光電ニ極管、所述電容器和所述第一反相放大器和第二反相放大器形成在同一半導(dǎo)體芯片上。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，所述第一反相放大器和第二反相放大器分別由雙極晶體管、CMOS、BiCMOS或HFET構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在維持抗噪聲特性的同時(shí)縮小半導(dǎo)體芯片的光耦合裝置。具有發(fā)光元件、第一和第二光電二極管、第一和第二反相放大器及比較器。第一光電二極管將接收的光信號轉(zhuǎn)換為第一電信號。第一反相放大器具有并聯(lián)連接的第一反饋電阻和第一運(yùn)算放大器，其輸入端與第一光電二極管的陰極相連，從輸出端輸出第一信號。第二反相放大器具有并聯(lián)連接的第二反饋電阻和第二運(yùn)算放大器，輸入端與第二光電二極管的陰極相連，從輸出端輸出第二信號。比較器接收第一和第二信號，輸出比較放大后的信號。第一光電二極管的第一結(jié)電容與第一反饋電阻之積及第二光電二極管的第二結(jié)電容與第二反饋電阻之積被設(shè)定為相同值。第二結(jié)電容被設(shè)定為小于第一結(jié)電容。
文檔編號H03F1/30GK102916655SQ201210057009
公開日2013年2月6日 申請日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者日高美樹, 佐倉成之 申請人:株式會社東芝