JP6438451B2 - Optical receiver circuit - Google Patents
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Description
本発明は、光通信システムや光情報処理システムにおいて用いられる光受信回路に関し、特に周波数特性の劣化なくESD(Electro−Static Discharge:静電気放電)耐性の高い光受信回路を実現する回路に関するものである。 The present invention relates to an optical receiver circuit used in an optical communication system and an optical information processing system, and more particularly to a circuit that realizes an optical receiver circuit having high ESD (Electro-Static Discharge) resistance without deterioration of frequency characteristics. .
近年の光通信の普及に伴い、光通信装置の低コスト化が求められている。その解決策の1つとして、光通信装置を構成する光回路を、シリコンウエハのような大口径ウエハ上に、シリコンフォトニクスのような微小光回路技術を用いて形成する方法がある。これにより、1チップあたりの製造費を劇的に下げ、光通信装置の低コスト化を図ることが出来る。 With the spread of optical communication in recent years, there is a demand for cost reduction of optical communication devices. As one of the solutions, there is a method of forming an optical circuit constituting an optical communication device on a large-diameter wafer such as a silicon wafer by using a micro optical circuit technique such as silicon photonics. As a result, the manufacturing cost per chip can be dramatically reduced, and the cost of the optical communication device can be reduced.
このような技術を用いたシリコン(Si)基板上に形成する代表的な光検出器としては、モノリシック集積が可能なゲルマニウム光検出器(GePD)がある。GePDは、Si基板、Si酸化膜、表面Si層からなるSOI(Silicon On Insulator)基板にリソグラフィ技術等を用いて形成される。 As a typical photodetector formed on a silicon (Si) substrate using such a technique, there is a germanium photodetector (GePD) capable of monolithic integration. GePD is formed on a SOI (Silicon On Insulator) substrate composed of a Si substrate, a Si oxide film, and a surface Si layer by using a lithography technique or the like.
GePDは、アノード端子とカソード端子が外部との接続部である電極に直接接続されている為、ESD(Electro−Static Discharge:静電気放電)によってpn接合に大きなダメージが与えられてしまい、性能が大きく劣化してしまうという問題を抱えている。そのためGePDは故障を引き起こしやすく、光回路チップの歩留りを低下させているという問題があった。 Since GePD has an anode terminal and a cathode terminal directly connected to an electrode which is a connection part to the outside, the pn junction is greatly damaged by ESD (Electro-Static Discharge), and the performance is large. I have the problem of deteriorating. For this reason, GePD is liable to cause a failure, and there is a problem that the yield of the optical circuit chip is lowered.
チップ上でGePDのESDに対する耐性を向上させる最も簡単な解決方法は、GePDのサイズを大きくすることであるが、光が入射されていない時に流れる暗電流が増えてしまうことや、寄生容量が大きくなることにより高周波特性が劣化するという問題を招いてしまう。 The simplest solution to improve the resistance of GePD to ESD on the chip is to increase the size of GePD. However, the dark current that flows when no light is incident increases, and the parasitic capacitance increases. As a result, there is a problem that the high frequency characteristics deteriorate.
そのため、非特許文献1に示されるようにGePDと並列にダイオードを並べ、その寄生容量によりGePDに与えられるダメージを抑え、ESD耐性を向上させるという方法が考案されているが、微小電流を検出する端子に寄生容量が接続されるため、やはり高周波特性の劣化を招いてしまう。 Therefore, as shown in Non-Patent Document 1, a method has been devised in which diodes are arranged in parallel with GePD, and the damage given to GePD is suppressed by the parasitic capacitance, and ESD resistance is improved, but a minute current is detected. Since parasitic capacitance is connected to the terminals, the high frequency characteristics are also deteriorated.
本発明が目的とするのは、暗電流の増加や高周波特性の劣化を引き起こさずに、GePDのESDに対する耐性の向上をチップ上で実現することである。 An object of the present invention is to realize improvement of GePD resistance to ESD on a chip without causing an increase in dark current and deterioration in high-frequency characteristics.
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、光を受信して電気信号を発生するフォトダイオードと、該フォトダイオードに対してそれぞれ直列に接続される、抵抗とP型のトランジスタとグラウンド接地された容量と、前記トランジスタをオンオフ制御する信号を入力するための制御用電極と、前記フォトダイオードにバイアス信号を入力するための電源用電極と、前記フォトダイオードで発生した電気信号を検出するための検出用電極とを備え、前記フォトダイオードのカソード端子に前記抵抗の一端と前記P型のトランジスタのドレインと前記容量とが接続され、前記抵抗の他端とP型のトランジスタのゲートが前記制御用電極に接続され、前記P型のトランジスタのソースが前記電源用電極に接続され、前記フォトダイオードのアノードが前記検出用電極に接続されていることを特徴とする光受信回路である。 In order to solve the above-described problem, an invention described in one embodiment includes a photodiode that receives light and generates an electrical signal, and a resistor and a P-type connected in series to the photodiode, respectively. A transistor and a grounded capacitor, a control electrode for inputting a signal for on / off control of the transistor, a power supply electrode for inputting a bias signal to the photodiode, and an electric signal generated by the photodiode A first electrode of the resistor, a drain of the P-type transistor, and the capacitor are connected to a cathode terminal of the photodiode, and the other end of the resistor and the P-type transistor. A gate connected to the control electrode; a source of the P-type transistor is connected to the power supply electrode; Be light receiver circuit, characterized in that the anode of over de is connected to the detection electrode.
他の実施形態に記載の発明は、光を受信して電気信号を発生するフォトダイオードと、該フォトダイオードに対してそれぞれ直列に接続される、抵抗とN型のトランジスタとグラウンド接地された容量と、前記トランジスタをオンオフ制御する信号を入力するための制御用電極と、前記フォトダイオードにバイアス信号を入力するための電源用電極と、前記フォトダイオードで発生した電気信号を検出するための検出用電極とを備え、前記フォトダイオードのアノード端子に前記抵抗の一端と前記N型のトランジスタのドレインと前記容量とが接続され、前記抵抗の他端とN型のトランジスタのゲートが前記制御用電極に接続され、前記N型のトランジスタのソースが前記電源用電極に接続され、前記フォトダイオードのカソードが前記検出用電極に接続されていることを特徴とする光受信回路である。 The invention described in another embodiment includes a photodiode that receives light and generates an electrical signal, a resistor, an N-type transistor, and a grounded capacitor that are connected in series to the photodiode, respectively. A control electrode for inputting a signal for controlling on / off of the transistor, a power supply electrode for inputting a bias signal to the photodiode, and a detection electrode for detecting an electric signal generated by the photodiode One end of the resistor, the drain of the N-type transistor, and the capacitor are connected to the anode terminal of the photodiode, and the other end of the resistor and the gate of the N-type transistor are connected to the control electrode The source of the N-type transistor is connected to the power supply electrode, and the cathode of the photodiode is the detection An optical receiver circuit, characterized in that connected to the electrode.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(第1の実施形態)
図1は本発明の第1の実施形態の光受信回路の構成例を示す図である。第1の実施形態の光受信回路は、フォトダイオード1と、抵抗2と、P型のトランジスタ3と、容量(キャパシタ)8と、第1の電極5と、第2の電極6と、第3の電極7とを備えている。抵抗2はP型のトランジスタ3のゲート−ドレイン間に接続されており、かつ抵抗2およびP型のトランジスタ3のそれぞれがフォトダイオード1のカソード端子に対し直列に接続されている。容量8はフォトダイオード1のカソード端子とグラウンドの間に接続されている。容量8があることにより高周波信号が容量を経由してグラウンドに結合するため、高速信号の信号劣化を防ぐことができるため帯域が伸びる。第1の電極5は、P型のトランジスタ3のゲートおよび抵抗2の一端に接続されている。第2の電極6は、P型のトランジスタ3のソースに接続されている。第3の電極7は、フォトダイオード1のアノード端子に接続されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical receiving circuit according to a first embodiment of the present invention. The optical receiver circuit of the first embodiment includes a photodiode 1, a resistor 2, a P-type transistor 3, a capacitor (capacitor) 8, a first electrode 5, a second electrode 6, and a third electrode. The electrode 7 is provided. The resistor 2 is connected between the gate and the drain of the P-type transistor 3, and each of the resistor 2 and the P-type transistor 3 is connected in series to the cathode terminal of the photodiode 1. The capacitor 8 is connected between the cathode terminal of the photodiode 1 and the ground. Since the high-frequency signal is coupled to the ground via the capacitor due to the presence of the capacitor 8, the signal band of the high-speed signal can be prevented and the band is extended. The first electrode 5 is connected to the gate of the P-type transistor 3 and one end of the resistor 2. The second electrode 6 is connected to the source of the P-type transistor 3. The third electrode 7 is connected to the anode terminal of the photodiode 1.
フォトダイオード1は、光を受信して電気信号を発生する素子であり、アノード端子が第3の電極7に接続され、カソード端子が抵抗2の他端およびP型のトランジスタ3のドレインに接続されている。 The photodiode 1 is an element that receives light and generates an electrical signal. The anode terminal is connected to the third electrode 7, and the cathode terminal is connected to the other end of the resistor 2 and the drain of the P-type transistor 3. ing.
抵抗2は、一端が第1の電極5とP型のトランジスタ3のゲートに接続されており、他端がフォトダイオード1のカソード端子に接続されている。 One end of the resistor 2 is connected to the first electrode 5 and the gate of the P-type transistor 3, and the other end is connected to the cathode terminal of the photodiode 1.
P型のトランジスタ3は、ゲートが抵抗2の一端および第1の電極5に接続され、ドレインがフォトダイオード1のカソード端子と抵抗2の他端に接続され、ソースが第2の電極6に接続されている。 The P-type transistor 3 has a gate connected to one end of the resistor 2 and the first electrode 5, a drain connected to the cathode terminal of the photodiode 1 and the other end of the resistor 2, and a source connected to the second electrode 6. Has been.
第1の電極5は、トランジスタ3をオンオフする制御信号を入力するための電極であり、第2の電極6は、フォトダイオード1にバイアス信号を入力するための電極であり、第3の電極7は、フォトダイオード1で発生した電気信号を検出するための電極である。 The first electrode 5 is an electrode for inputting a control signal for turning on and off the transistor 3, and the second electrode 6 is an electrode for inputting a bias signal to the photodiode 1, and the third electrode 7 Are electrodes for detecting an electrical signal generated in the photodiode 1.
ここで本実施形態の光受信回路において、ESDによる放電により任意の2電極の間に高電圧パルスが印加された際にフォトダイオードに実際に印加される電圧について説明する。 Here, the voltage actually applied to the photodiode when a high voltage pulse is applied between any two electrodes by discharge by ESD in the optical receiver circuit of the present embodiment will be described.
まず、第1の電極5と第2の電極6との間に高電圧パルスが印加された場合は、フォトダイオード1のアノード端子に接続されている第3の電極7は開放端子であるから、高電圧パルスの影響を受けることはない。 First, when a high voltage pulse is applied between the first electrode 5 and the second electrode 6, the third electrode 7 connected to the anode terminal of the photodiode 1 is an open terminal. It is not affected by high voltage pulses.
次に、第1の電極5と第3の電極7との間に高電圧パルスが印加された場合は、抵抗2とフォトダイオード1が直列になった回路に電流が流れることとなる。しかしながら、第1の電極5と第3の電極7との間に印加された高電圧パルスは、抵抗2とフォトダイオード1とで電圧が分圧されるので、フォトダイオード1自体に加わる電圧は印加された高電圧パルスよりも下がる。したがって実際にフォトダイオード1自体に加わる電圧は抑えられるため、ESDに対する耐性は向上する。 Next, when a high voltage pulse is applied between the first electrode 5 and the third electrode 7, a current flows through a circuit in which the resistor 2 and the photodiode 1 are connected in series. However, since the high voltage pulse applied between the first electrode 5 and the third electrode 7 is divided by the resistor 2 and the photodiode 1, the voltage applied to the photodiode 1 itself is applied. Falls below the high voltage pulse. Therefore, since the voltage actually applied to the photodiode 1 itself can be suppressed, the resistance to ESD is improved.
さらに、第2の電極6と第3の電極7とに高電圧パルスが印加された場合は、トランジスタ3とフォトダイオード1とが直列になった回路に電流が流れる。また、トランジスタ3のゲートとドレインは抵抗2を介して接続されている。第2の電極6と第3の電極7とに高電圧パルスが印加されたことによりトランジスタ3のソース−ドレイン間に発生した電荷はトランジスタ3のソース基板で拡散されるため、フォトダイオード1に加わる電圧は印加された高電圧パルスよりも下がる。したがって実際にフォトダイオード1自体に加わる電圧は抑えられるため、ESDに対する耐性は向上する。 Further, when a high voltage pulse is applied to the second electrode 6 and the third electrode 7, a current flows through a circuit in which the transistor 3 and the photodiode 1 are connected in series. The gate and drain of the transistor 3 are connected via a resistor 2. Since the high voltage pulse is applied to the second electrode 6 and the third electrode 7, the charge generated between the source and drain of the transistor 3 is diffused in the source substrate of the transistor 3, and is added to the photodiode 1. The voltage drops below the applied high voltage pulse. Therefore, since the voltage actually applied to the photodiode 1 itself can be suppressed, the resistance to ESD is improved.
このように、本実施形態の光受信回路は、ESDによる放電により任意の2電極の間に高電圧パルスが印加されても、内部デバイスであるフォトダイオードを破壊してしまうことがない。 As described above, the optical receiver circuit of the present embodiment does not destroy the photodiode that is an internal device even when a high voltage pulse is applied between any two electrodes due to discharge by ESD.
図2は第1の実施形態の光受信回路を用いた光検出時の構成例を示す図である。図2に示すように第1の実施形態の光受信回路は、光検出駆動用の電子回路20に対して、第1の電極5を介して制御回路21と接続されており、第2の電極6を介して電源回路22と接続されており、第3の電極7を介して検出回路23と接続されている。すなわち第1の実施形態の光受信回路は、図2に示すようにP型のトランジスタ3のゲートが制御回路21と接続され、P型のトランジスタ3のソースが電源回路22と接続され、フォトダイオード1のアノードが検出回路23と接続される。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example at the time of light detection using the optical receiver circuit of the first embodiment. As shown in FIG. 2, the optical receiver circuit of the first embodiment is connected to the control circuit 21 via the first electrode 5 with respect to the electronic circuit 20 for photodetection driving, and the second electrode 6 is connected to the power supply circuit 22 via the third electrode 7, and is connected to the detection circuit 23 via the third electrode 7. That is, in the optical receiver circuit of the first embodiment, as shown in FIG. 2, the gate of the P-type transistor 3 is connected to the control circuit 21, the source of the P-type transistor 3 is connected to the power supply circuit 22, and the photodiode 1 is connected to the detection circuit 23.
本実施形態の光受信回路と接続された電子回路20は、光検出時には、制御回路21が、トランジスタ3をONとするように制御信号を出力し、電源回路22が、フォトダイオード1にバイアスを与える電圧を印加し、検出回路23が、フォトダイオード1で発生する微小な電流を検出する。 The electronic circuit 20 connected to the optical receiver circuit of the present embodiment outputs a control signal so that the control circuit 21 turns on the transistor 3 during light detection, and the power supply circuit 22 biases the photodiode 1. A voltage to be applied is applied, and the detection circuit 23 detects a minute current generated in the photodiode 1.
図2からも明らかなように、本実施形態の光受信回路では、光電流を検出するフォトダイオード1のアノード端子と検出回路23の間にはESD耐圧を向上させるための素子は何も接続されていない為、信号検出における高周波特性の劣化は生じない。また、フォトダイオード1にかかるバイアス電圧は、ONとなるトランジスタ3を介して電源回路22から与えられるため、抵抗2による電圧降下は生じない。 As is clear from FIG. 2, in the optical receiver circuit of this embodiment, no element for improving the ESD withstand voltage is connected between the anode terminal of the photodiode 1 for detecting the photocurrent and the detection circuit 23. Therefore, the high frequency characteristics are not deteriorated in signal detection. Further, since the bias voltage applied to the photodiode 1 is supplied from the power supply circuit 22 through the transistor 3 that is turned on, no voltage drop due to the resistor 2 occurs.
図3は、本発明と従来例2例の光受信回路の周波数特性の比較する図である。図3には、本実施形態の光受信回路とESD対策をしていない従来例および非特許文献1のようなダイオードによるESD保護を行った場合の従来の光受信回路の周波数特性の比較を示している。従来のダイオードによる保護では寄生容量により周波数特性が劣化しているが、本実施形態の光受信回路では周波数特性の劣化は見られない。 FIG. 3 is a diagram for comparing the frequency characteristics of the optical receiver circuit of the present invention and the second conventional example. FIG. 3 shows a comparison of the frequency characteristics of the conventional optical receiver circuit in the case where ESD protection is performed using a diode as in the conventional example and the non-patent document 1 that do not take ESD countermeasures with the optical receiver circuit of this embodiment. ing. In the protection by the conventional diode, the frequency characteristic is deteriorated by the parasitic capacitance, but the frequency characteristic is not deteriorated in the optical receiving circuit of this embodiment.
従来のESD耐性の向上策として非特許文献1に挙げられるような、フォトダイオードに並列に容量や他のダイオードを接続する方法があった。しかし、この場合だと検出すべき微小電流が流れるフォトダイオードのアノードと第3の電極間に容量が接続されてしまい、高周波特性が劣化するため、広帯域特性が必要なフォトダイオードには適用できないという問題があった。 As a conventional measure for improving ESD resistance, there has been a method of connecting a capacitor or another diode in parallel with a photodiode, as cited in Non-Patent Document 1. However, in this case, a capacitor is connected between the anode and the third electrode of the photodiode through which a minute current to be detected flows, and the high-frequency characteristics deteriorate, so that it cannot be applied to a photodiode that requires broadband characteristics. There was a problem.
本発明ではフォトダイオードに電源を供給するカソード側のみに他のデバイスを接続するため、微小信号を検出するアノード側には何も接続されず、高周波特性の劣化は生じない。本発明の光検出回路はESD保護を行った従来の光検出回路よりもはるかに広帯域な特性を示している。 In the present invention, since other devices are connected only to the cathode side that supplies power to the photodiode, nothing is connected to the anode side that detects minute signals, and high-frequency characteristics do not deteriorate. The photodetection circuit of the present invention exhibits characteristics that are far wider than that of the conventional photodetection circuit with ESD protection.
また、特許文献1ではフォトダイオードのカソード側に抵抗を接続し、フォトダイオードにかかる電圧を下げてESD耐性を向上させる技術も開示されているが、光検出動作時に電流が流れると抵抗で電圧降下が生じ、フォトダイオードにかかる電圧が下がってしまいフォトダイオードの感度の低下を招いてしまう。電圧降下の大きさは、フォトダイオードに入力された光電力により誘起される電流によって決まるため、光電力が変化すると、フォトダイオードにかかる電圧が変動してしまうことも問題である。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-228561 discloses a technique for improving ESD resistance by connecting a resistor to the cathode side of a photodiode and reducing the voltage applied to the photodiode. As a result, the voltage applied to the photodiode decreases, leading to a decrease in sensitivity of the photodiode. Since the magnitude of the voltage drop is determined by the current induced by the optical power input to the photodiode, there is a problem that the voltage applied to the photodiode varies when the optical power changes.
本発明では、PDとトランジスタとを直列に接続し、光検出動作時にはトランジスタをONさせるので、従来生じていた抵抗部での電圧低下は生じない為、フォトダイオードにかかる電圧は抵抗を接続しない時と同じであり、感度の低下は起きず、電圧の変動も生じない。 In the present invention, since the PD and the transistor are connected in series and the transistor is turned on during the light detection operation, the voltage drop at the resistance portion that has conventionally occurred does not occur. Therefore, when the voltage applied to the photodiode does not connect the resistor The sensitivity is not lowered and the voltage does not fluctuate.
また、従来はチップ上でのESD耐力が取れない場合、チップの外の実装基板等にてESD保護デバイスを接続することでESD耐性の向上を実現していたが、本発明の各素子は同一基板上に集積することも可能であるため、本発明により外部のESD保護デバイスは不要となり、部品コストや実装面積の削減も実現することができる。 In the past, when the ESD resistance on the chip could not be obtained, the ESD protection was improved by connecting the ESD protection device with a mounting substrate etc. outside the chip, but each element of the present invention is the same Since it can also be integrated on a substrate, an external ESD protection device is not necessary according to the present invention, and reduction of component cost and mounting area can also be realized.
(第2の実施形態)
図4は本発明の第2の実施形態の光受信回路を示す図である。図4に示すように第2の実施形態の光受信回路は、第1の実施形態の光受信回路においてP型であったトランジスタ3に代えて、N型のトランジスタ31を用いている。また、抵抗2とトランジスタ3と容量8はフォトダイオード1のカソード端子に接続されていたが、本実施形態では抵抗2とトランジスタ31と容量8はフォトダイオード1のアノード端子に接続されている。この構成の相違に伴い、第3の電極7はフォトダイオード1のカソード端子に接続されている。その他の構成は第1の実施形態の構成と同じである。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing an optical receiver circuit according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the optical receiver circuit of the second embodiment uses an N-type transistor 31 instead of the P-type transistor 3 in the optical receiver circuit of the first embodiment. In addition, the resistor 2, the transistor 3, and the capacitor 8 are connected to the cathode terminal of the photodiode 1. However, in this embodiment, the resistor 2, the transistor 31, and the capacitor 8 are connected to the anode terminal of the photodiode 1. With the difference in configuration, the third electrode 7 is connected to the cathode terminal of the photodiode 1. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
第2の実施形態の光受信回路では、光検出時にはN型のトランジスタ31のゲートが第1の電極5を経由して光検出駆動用の電子回路20(図2参照)の制御回路21と接続され、N型のトランジスタ31のソースが第2の電極6を経由して電子回路20の電源回路22と接続され、フォトダイオード1のカソード端子が第3の電極7を経由して電子回路20の検出回路23と接続するように組み立てられる。 In the optical receiver circuit of the second embodiment, the gate of the N-type transistor 31 is connected to the control circuit 21 of the electronic circuit 20 for photodetection drive (see FIG. 2) via the first electrode 5 when detecting light. The source of the N-type transistor 31 is connected to the power supply circuit 22 of the electronic circuit 20 via the second electrode 6, and the cathode terminal of the photodiode 1 is connected to the electronic circuit 20 via the third electrode 7. It is assembled so as to be connected to the detection circuit 23.
本実施の形態の光受信回路では光信号を受光した時に流れる微小電流はフォトダイオードのカソードから検出回路23(図2参照)へと流れて信号を検出する。この時、カソードと検出回路23の間にESD耐圧を向上させるための素子は何も接続されていない為、信号検出における高周波特性の劣化は生じない。そのため、本実施の形態の光受信回路でも第1の実施形態の光受信回路と同じくチップ上でのESD耐性の向上効果を高周波特性の劣化や抵抗での電圧降下なく実現することが可能である。 In the optical receiver circuit of the present embodiment, a minute current that flows when receiving an optical signal flows from the cathode of the photodiode to the detection circuit 23 (see FIG. 2) to detect the signal. At this time, since no element for improving the ESD withstand voltage is connected between the cathode and the detection circuit 23, the high-frequency characteristics are not deteriorated in signal detection. Therefore, in the optical receiver circuit of this embodiment, it is possible to realize the ESD resistance improvement effect on the chip as in the optical receiver circuit of the first embodiment without deterioration of high frequency characteristics and voltage drop at the resistor. .
(第3の実施形態)
図5は本発明の第3の実施形態の光受信回路の構成例を示す図である。第3の実施形態の光受信回路は、図5に示すように、第1の実施形態の光受信回路において、P型のトランジスタ3のゲートとソースとの間にESD保護回路4が接続されている構成である。その他の構成は、第1の実施形態の光受信回路と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an optical receiving circuit according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the optical receiver circuit of the third embodiment is the same as the optical receiver circuit of the first embodiment, except that the ESD protection circuit 4 is connected between the gate and the source of the P-type transistor 3. It is the composition which is. Other configurations are the same as those of the optical receiver circuit of the first embodiment.
第1の実施形態の光受信回路では、P型のトランジスタ3のゲートが第1の電極5につながっており、このゲート端子のESD耐性が他の電極と比べて低くなる。通常、トランジスタのゲート端子はESDによる静電破壊が起きると、ゲート酸化膜が絶縁破壊され各端子間がショートとなる。光検出時にはトランジスタはONとして電流を流すように動作するため、トランジスタが破壊されていて各端子間がショートとなっていても特に問題はない。しかし、常時トランジスタ3がONとなっていては制御回路21により制御することができなくなってしまう。本実施形態では、このようなトランジスタ3の破壊を防ぐため、トランジスタ3のゲートとソース間にESD保護回路4を設けている。 In the optical receiver circuit of the first embodiment, the gate of the P-type transistor 3 is connected to the first electrode 5, and the ESD resistance of this gate terminal is lower than that of the other electrodes. Normally, when electrostatic breakdown due to ESD occurs at the gate terminal of a transistor, the gate oxide film is dielectrically broken and the terminals are short-circuited. At the time of light detection, the transistor is turned on and operates so as to pass a current. Therefore, there is no particular problem even if the transistor is destroyed and the terminals are short-circuited. However, if the transistor 3 is always ON, it cannot be controlled by the control circuit 21. In the present embodiment, an ESD protection circuit 4 is provided between the gate and the source of the transistor 3 in order to prevent such destruction of the transistor 3.
ESD保護回路4としては、例えば双方向ツェナーダイオードを用いることや、大きな容量のキャパシタを用いることができる。 As the ESD protection circuit 4, for example, a bidirectional Zener diode or a capacitor having a large capacity can be used.
本実施形態の光受信回路においても、光を検出した時の微小電流が流れるフォトダイオード1のアノードから検出回路までの間の経路にESD耐圧を向上させるための素子は何も接続されていない。これにより、フォトダイオード1に加えてトランジスタ3を確実に保護しながら、第1の実施形態の光受信回路と同じくチップ上でのESD耐性の向上効果を高周波特性の劣化や抵抗での電圧降下なく実現することが可能である。 Also in the optical receiver circuit of this embodiment, no element for improving the ESD withstand voltage is connected to the path from the anode of the photodiode 1 through which a minute current flows when light is detected to the detection circuit. As a result, while reliably protecting the transistor 3 in addition to the photodiode 1, it is possible to improve the ESD resistance on the chip as in the optical receiver circuit of the first embodiment without deterioration of the high frequency characteristics and voltage drop due to the resistance. It is possible to realize.
(第4の実施形態)
図6は本発明の第4の実施形態の光受信回路の構成例を示す図である。第4の実施形態の光受信回路は、図6に示すように、第2の実施形態の光受信回路にいて、N型のトランジスタ31のゲートとソースとの間にESD保護回路4が接続されている構成である。その他の構成は、第2の実施形態の光受信回路と同様である。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of an optical receiver circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The optical receiver circuit of the fourth embodiment is the optical receiver circuit of the second embodiment as shown in FIG. 6, and the ESD protection circuit 4 is connected between the gate and the source of the N-type transistor 31. It is the composition which is. Other configurations are the same as those of the optical receiver circuit of the second embodiment.
第2の実施形態の光受信回路でも、N型のトランジスタ31のゲートが第1の電極5に繋がっており、このゲート端子のESD耐性が他の電極と比べて低くなる。第2の実施形態の光受信回路でも光検出時に問題があるわけではないが、常時トランジスタ3がONとなっていては制御回路21により制御することができなくなってしまう。このため第3の実施形態の光受信回路と同様にトランジスタ31のゲートとソース間にESD保護回路4を設けている。 Also in the optical receiver circuit of the second embodiment, the gate of the N-type transistor 31 is connected to the first electrode 5, and the ESD resistance of the gate terminal is lower than that of the other electrodes. The optical receiver circuit of the second embodiment does not have a problem at the time of light detection, but cannot be controlled by the control circuit 21 if the transistor 3 is always on. For this reason, the ESD protection circuit 4 is provided between the gate and the source of the transistor 31 as in the optical receiver circuit of the third embodiment.
本実施形態の光受信回路においても、光を検出した時の微小電流が流れるフォトダイオード1のカソードから検出回路までの間の経路にESD耐圧を向上させるための素子は何も接続されていない。これにより、フォトダイオード1に加えてトランジスタ31を確実に保護しながら、第2の実施形態の光受信回路と同じくチップ上でのESD耐性の向上効果を高周波特性の劣化や抵抗での電圧降下なく実現することが可能である。 Also in the optical receiver circuit of the present embodiment, no element for improving the ESD withstand voltage is connected to the path from the cathode of the photodiode 1 through which a minute current flows when light is detected to the detection circuit. As a result, while reliably protecting the transistor 31 in addition to the photodiode 1, it is possible to improve the ESD resistance on the chip as in the optical receiver circuit of the second embodiment without deterioration of the high frequency characteristics and voltage drop due to the resistance. It is possible to realize.
(第5の実施形態)
図7は本発明の第5の実施形態の光受信回路の構成例を示す図である。第5の実施形態の光受信回路は、1チップ上に複数のフォトダイオードを用いて構成されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an optical receiver circuit according to the fifth embodiment of the present invention. The optical receiver circuit of the fifth embodiment is configured using a plurality of photodiodes on one chip.
この光受信回路では、複数のフォトダイオード1a、1b、1c、1dのカソードを1つに接続し、抵抗2およびP型のトランジスタ3と直列に接続されている。複数のフォトダイオード1a、1b、1c、1dのアノードはそれぞれ異なる第3の電極7a、7b、7c、7dに接続している。かかる光受信回路を駆動する電子回路には第3の電極7a、7b、7c、7dの数に対応した検出回路を有するものを用いることができる。 In this optical receiver circuit, the cathodes of a plurality of photodiodes 1a, 1b, 1c, and 1d are connected together and connected in series with a resistor 2 and a P-type transistor 3. The anodes of the plurality of photodiodes 1a, 1b, 1c, and 1d are connected to different third electrodes 7a, 7b, 7c, and 7d, respectively. As the electronic circuit for driving the optical receiver circuit, one having a detection circuit corresponding to the number of the third electrodes 7a, 7b, 7c, 7d can be used.
これにより、チップ上でのESD耐性の向上効果を高周波特性の劣化や抵抗での電圧降下なく実現することが可能であり、部品コストや実装面積の削減も可能であることに加えて、同一チップ上の複数のフォトダイオードのESD耐性を1つのトランジスタと1つの抵抗で向上させることが可能であり、面積を小さくすることができる。 As a result, the ESD resistance improvement effect on the chip can be realized without deterioration of the high frequency characteristics and voltage drop due to the resistance. In addition to reducing the component cost and mounting area, the same chip can be used. It is possible to improve the ESD resistance of the plurality of photodiodes with one transistor and one resistor, and the area can be reduced.
本実施形態の光受信回路は、図7に示す光受信回路のP型のトランジスタ3に代えてN型トランジスタ31を用いて構成することもできる。N型トランジスタ31を用いて構成する場合は、複数のフォトダイオード1a、1b、1c、1dのアノードを1つに接続し、第2の実施形態の光受信回路と同様に、直列に接続する抵抗2およびN型のトランジスタ31をアノードに接続すればよい。 The optical receiver circuit of this embodiment can also be configured using an N-type transistor 31 instead of the P-type transistor 3 of the optical receiver circuit shown in FIG. When the N-type transistor 31 is used, the resistors of the plurality of photodiodes 1a, 1b, 1c, and 1d are connected to one and connected in series as in the optical receiver circuit of the second embodiment. The 2 and N type transistors 31 may be connected to the anode.
さらに、第3の実施形態および第4の実施形態と同様に、P型のトランジスタ3またはN型のトランジスタ31のゲートとソースとの間にESD保護回路4を設けてもよい。 Further, the ESD protection circuit 4 may be provided between the gate and the source of the P-type transistor 3 or the N-type transistor 31 as in the third and fourth embodiments.
また以上のいずれの実施形態の光受信回路においてもESD保護素子も同一基板上に集積することが可能であるため、実装基板等でのESD保護デバイスを不要とすることも可能であり、外部部品コストや実装面積の削減も可能となる。 Moreover, since the ESD protection element can be integrated on the same substrate in the optical receiver circuit of any of the above embodiments, it is possible to eliminate the need for an ESD protection device on the mounting substrate or the like. Cost and mounting area can also be reduced.
1 フォトダイオード
2 抵抗
3 P型のトランジスタ
31 N型のトランジスタ
4 ESD保護回路
5 第1の電極
6 第2の電極
7 第3の電極
8 容量
20 電子回路
21 制御回路
22 電源回路
23 検出回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photodiode 2 Resistance 3 P-type transistor 31 N-type transistor 4 ESD protection circuit 5 1st electrode 6 2nd electrode 7 3rd electrode 8 Capacity | capacitance 20 Electronic circuit 21 Control circuit 22 Power supply circuit 23 Detection circuit
Claims (6)
該フォトダイオードに対してそれぞれ直列に接続される、抵抗とP型のトランジスタとグラウンド接地された容量と、
前記トランジスタをオンオフ制御する信号を入力するための制御用電極と、
前記フォトダイオードにバイアス信号を入力するための電源用電極と、
前記フォトダイオードで発生した電気信号を検出するための検出用電極とを備え、
前記フォトダイオードのカソード端子に前記抵抗の一端と前記P型のトランジスタのドレインと前記容量とが接続され、前記抵抗の他端とP型のトランジスタのゲートが前記制御用電極に接続され、前記P型のトランジスタのソースが前記電源用電極に接続され、前記フォトダイオードのアノードが前記検出用電極に接続されていることを特徴とする光受信回路。 A photodiode that receives light and generates an electrical signal;
A resistor, a P-type transistor, and a grounded capacitor connected in series to each of the photodiodes;
A control electrode for inputting a signal for controlling on / off of the transistor;
A power supply electrode for inputting a bias signal to the photodiode;
A detection electrode for detecting an electrical signal generated by the photodiode;
One end of the resistor, the drain of the P-type transistor, and the capacitor are connected to the cathode terminal of the photodiode, and the other end of the resistor and the gate of the P-type transistor are connected to the control electrode. A light receiving circuit, wherein a source of a transistor of a type is connected to the power supply electrode, and an anode of the photodiode is connected to the detection electrode.
該フォトダイオードに対してそれぞれ直列に接続される、抵抗とN型のトランジスタとグラウンド接地された容量と、
前記トランジスタをオンオフ制御する信号を入力するための制御用電極と、
前記フォトダイオードにバイアス信号を入力するための電源用電極と、
前記フォトダイオードで発生した電気信号を検出するための検出用電極とを備え、
前記フォトダイオードのアノード端子に前記抵抗の一端と前記N型のトランジスタのドレインと前記容量とが接続され、前記抵抗の他端とN型のトランジスタのゲートが前記制御用電極に接続され、前記N型のトランジスタのソースが前記電源用電極に接続され、前記フォトダイオードのカソードが前記検出用電極に接続されていることを特徴とする光受信回路。 A photodiode that receives light and generates an electrical signal;
A resistor, an N-type transistor, and a grounded capacitor connected in series to each of the photodiodes;
A control electrode for inputting a signal for controlling on / off of the transistor;
A power supply electrode for inputting a bias signal to the photodiode;
A detection electrode for detecting an electrical signal generated by the photodiode;
One end of the resistor, the drain of the N-type transistor, and the capacitor are connected to the anode terminal of the photodiode, and the other end of the resistor and the gate of the N-type transistor are connected to the control electrode. A light receiving circuit, wherein a source of a transistor of a type is connected to the power supply electrode, and a cathode of the photodiode is connected to the detection electrode.
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