JPH0727607A - アバランシェフォトダイオードのバイアス回路 - Google Patents
アバランシェフォトダイオードのバイアス回路Info
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- JPH0727607A JPH0727607A JP5170289A JP17028993A JPH0727607A JP H0727607 A JPH0727607 A JP H0727607A JP 5170289 A JP5170289 A JP 5170289A JP 17028993 A JP17028993 A JP 17028993A JP H0727607 A JPH0727607 A JP H0727607A
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
- G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
- G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
- G05F3/18—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using Zener diodes
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い増倍率にするとともに、温度に対して安
定が高い光検出を行い得るようにする。 【構成】 本発明のアバランシェフォトダイオードのバ
イアス回路は、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
回路であって、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（例え
ば、アバランシェフォトダイオードと同等の構造のも
の）と、ダイオードのブレークダウン状態にするととも
にその状態での両端電圧との差を一定にした電圧をバイ
アス電圧としてアバランシェフォトダイオードに印加す
る手段とを有する。
定が高い光検出を行い得るようにする。 【構成】 本発明のアバランシェフォトダイオードのバ
イアス回路は、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
回路であって、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（例え
ば、アバランシェフォトダイオードと同等の構造のも
の）と、ダイオードのブレークダウン状態にするととも
にその状態での両端電圧との差を一定にした電圧をバイ
アス電圧としてアバランシェフォトダイオードに印加す
る手段とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アバランシェフォトダ
イオードを高増倍率で駆動させるためのバイアス電圧の
印加方式に関する。
イオードを高増倍率で駆動させるためのバイアス電圧の
印加方式に関する。
【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、「特開平２−０
４４２１８」記載された方式がある（図１１）。この回
路では、特性の似た２つのＡＰＤ１６，１１を用い、一
方のＡＰＤ１６を遮光し、等価的な電流源（高圧電源１
２，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ＡＰ
Ｄ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。
４４２１８」記載された方式がある（図１１）。この回
路では、特性の似た２つのＡＰＤ１６，１１を用い、一
方のＡＰＤ１６を遮光し、等価的な電流源（高圧電源１
２，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ＡＰ
Ｄ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】
【発明が解決しようとする課題】上述の回路では、ブレ
ークダウン電圧とある増倍率のバイアス電圧との関係
は、それらの比が温度にかかわらず一定であることをそ
の前提としている。しかし、この関係は、増倍率の低い
ところでは成り立っているが、増倍率の高いところでは
成り立っていないことが、本件発明者らの実験により判
明した。上述の回路にて、感度を上げようとして高い増
倍率で使用すると、温度により増倍率が変化してしまう
ため、高安定な光検出が困難であることが判明した。
ークダウン電圧とある増倍率のバイアス電圧との関係
は、それらの比が温度にかかわらず一定であることをそ
の前提としている。しかし、この関係は、増倍率の低い
ところでは成り立っているが、増倍率の高いところでは
成り立っていないことが、本件発明者らの実験により判
明した。上述の回路にて、感度を上げようとして高い増
倍率で使用すると、温度により増倍率が変化してしまう
ため、高安定な光検出が困難であることが判明した。
【０００５】そこで、本発明は、高い増倍率にするとと
もに、温度に対して安定が高い光検出を行い得るアバラ
ンシェフォトダイオードのバイアス回路を提供すること
をその目的とする。
もに、温度に対して安定が高い光検出を行い得るアバラ
ンシェフォトダイオードのバイアス回路を提供すること
をその目的とする。
【０００６】
【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のバイアス
回路は、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回路で
あって、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（例えば、ア
バランシェフォトダイオードと同等の構造のもの）と、
ダイオードをブレークダウン状態にするとともにその状
態での両端電圧との差を一定にした電圧をバイアス電圧
としてアバランシェフォトダイオードに印加する手段と
を有する。
に、本発明のアバランシェフォトダイオードのバイアス
回路は、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回路で
あって、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（例えば、ア
バランシェフォトダイオードと同等の構造のもの）と、
ダイオードをブレークダウン状態にするとともにその状
態での両端電圧との差を一定にした電圧をバイアス電圧
としてアバランシェフォトダイオードに印加する手段と
を有する。
【０００７】
【作用】本発明のバイアス回路では、ブレークダウン状
態にしたダイオードのブレークダウン電圧の温度特性が
アバランシェフォトダイオードと同等であるので、温度
が変化しても、ブレークダウン電圧から一定の電圧差で
バイアス電圧がアバランシェフォトダイオードに印加さ
れる。
態にしたダイオードのブレークダウン電圧の温度特性が
アバランシェフォトダイオードと同等であるので、温度
が変化しても、ブレークダウン電圧から一定の電圧差で
バイアス電圧がアバランシェフォトダイオードに印加さ
れる。
【０００８】ここで、アバランシェフォトダイオードを
高増倍率で駆動させた場合、その増倍率を示す電圧とブ
レークダウン電圧との関係は、必ずしも低増倍率の場合
のようにそれらの比が一定値となる関係ではなく、差が
一定値となる関係になることがある。このような場合で
は、バイアス電圧がブレークダウン電圧と一定の電圧差
となっているので、温度が変化しても、一定の高い増倍
率で光検出動作を行わせることができる。
高増倍率で駆動させた場合、その増倍率を示す電圧とブ
レークダウン電圧との関係は、必ずしも低増倍率の場合
のようにそれらの比が一定値となる関係ではなく、差が
一定値となる関係になることがある。このような場合で
は、バイアス電圧がブレークダウン電圧と一定の電圧差
となっているので、温度が変化しても、一定の高い増倍
率で光検出動作を行わせることができる。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
本発明のバイアス回路は、特性の似通った２つのＡＰＤ
を用い、一方を温度検出用とし、このＡＰＤのブレーク
ダウン電圧から一定電圧を差し引いたものを、他方の光
信号検出用ＡＰＤのバイアス電圧とした点に特徴があ
る。
本発明のバイアス回路は、特性の似通った２つのＡＰＤ
を用い、一方を温度検出用とし、このＡＰＤのブレーク
ダウン電圧から一定電圧を差し引いたものを、他方の光
信号検出用ＡＰＤのバイアス電圧とした点に特徴があ
る。
【００１０】図１は、その最も基本的な構成の概念図を
示したものであり、遮光した温度検出用のアバランシェ
フォトダイオードＡＰＤ１を電源ＶH から一定の電流Ｉ
s 流すことによりブレークダウンさせ、その両端に生じ
るブレークダウン電圧を所定の電圧Ｖ2 （固定、可変、
半固定のいずれか）分だけ電圧降下させて信号検出用の
アバランシェフォトダイオードＡＰＤ２にバイアス電圧
として印加している。ここで、Ｒ1 は分流用の抵抗、Ｒ
L はＡＰＤ２の負荷抵抗である。また、ＡＰＤ１及びＡ
ＰＤ２を熱的に結合させており、同じ温度になるように
している。そして、バイアス電圧はＡＰＤ２が十分に大
きな増倍率となるような高い電圧として高感度の光検出
が行えるようにしている。
示したものであり、遮光した温度検出用のアバランシェ
フォトダイオードＡＰＤ１を電源ＶH から一定の電流Ｉ
s 流すことによりブレークダウンさせ、その両端に生じ
るブレークダウン電圧を所定の電圧Ｖ2 （固定、可変、
半固定のいずれか）分だけ電圧降下させて信号検出用の
アバランシェフォトダイオードＡＰＤ２にバイアス電圧
として印加している。ここで、Ｒ1 は分流用の抵抗、Ｒ
L はＡＰＤ２の負荷抵抗である。また、ＡＰＤ１及びＡ
ＰＤ２を熱的に結合させており、同じ温度になるように
している。そして、バイアス電圧はＡＰＤ２が十分に大
きな増倍率となるような高い電圧として高感度の光検出
が行えるようにしている。
【００１１】この構成では、温度によるＡＰＤ１のブレ
ークダウン電圧と同じだけバイアス電圧が変化すること
によって、信号検出用のＡＰＤ２の増倍率の温度変化を
抑え、温度に対して安定な光検出を行えるようにしてい
る。これはつぎのような理由に基づく。
ークダウン電圧と同じだけバイアス電圧が変化すること
によって、信号検出用のＡＰＤ２の増倍率の温度変化を
抑え、温度に対して安定な光検出を行えるようにしてい
る。これはつぎのような理由に基づく。
【００１２】図２は、ＡＰＤ１のブレークダウン電圧Ｖ
ｂ1 ，ＡＰＤ２のブレークダウン電圧Ｖｂ2 ，ＡＰＤ２
の増倍率Ｍなどの温度係数の関係の実測例を示したもの
である。測定サンプルとして、ＡＰＤ１にはＳ２３８３
（浜松ホトニクス製）のうちＶｂが２１５Ｖのものを、
ＡＰＤ２には常温でのブレークダウン電圧Ｖｂ2 が２２
０ＶのＳ２３８３を用いた。バイアス電圧を横軸に、温
度係数を縦軸にしており、各増倍率ごとに、−１５℃〜
＋５５℃までの１０℃刻みで、その増倍率となるバイア
ス電圧に対してそのバイアス電圧の温度係数をプロット
し、つないだものである。増倍率Ｍの測定光波長λを８
００ｎｍ、測定光量Ｐを１ｎＷとした。なお、この図２
のグラフは、従来に例がないことから、本件発明者によ
り始めてなされたものと考えられる。
ｂ1 ，ＡＰＤ２のブレークダウン電圧Ｖｂ2 ，ＡＰＤ２
の増倍率Ｍなどの温度係数の関係の実測例を示したもの
である。測定サンプルとして、ＡＰＤ１にはＳ２３８３
（浜松ホトニクス製）のうちＶｂが２１５Ｖのものを、
ＡＰＤ２には常温でのブレークダウン電圧Ｖｂ2 が２２
０ＶのＳ２３８３を用いた。バイアス電圧を横軸に、温
度係数を縦軸にしており、各増倍率ごとに、−１５℃〜
＋５５℃までの１０℃刻みで、その増倍率となるバイア
ス電圧に対してそのバイアス電圧の温度係数をプロット
し、つないだものである。増倍率Ｍの測定光波長λを８
００ｎｍ、測定光量Ｐを１ｎＷとした。なお、この図２
のグラフは、従来に例がないことから、本件発明者によ
り始めてなされたものと考えられる。
【００１３】図２のグラフから、温度係数とバイアス電
圧との間にはある程度の相関があるものと考えられ、従
来の「ブレークダウン電圧とバイアス電圧との比が一
定」という考え方に相当するのは、温度係数もその比に
等しいものとするのであるから、原点を基準とした直線
で近似することに相当する。しかし、従来のように、ブ
レークダウン電圧を分圧抵抗で分圧し、バイアス電圧と
の比を一定とすると、増倍率Ｍが５０以上の領域では現
実と大きく異なったものになる。特に、この領域では、
バイアス電圧の変化に対して増倍率Ｍの変化が大きくな
ることから、増倍率Ｍの誤差が大きいものとなって、温
度に対する感度の安定性が非常に悪くなる。
圧との間にはある程度の相関があるものと考えられ、従
来の「ブレークダウン電圧とバイアス電圧との比が一
定」という考え方に相当するのは、温度係数もその比に
等しいものとするのであるから、原点を基準とした直線
で近似することに相当する。しかし、従来のように、ブ
レークダウン電圧を分圧抵抗で分圧し、バイアス電圧と
の比を一定とすると、増倍率Ｍが５０以上の領域では現
実と大きく異なったものになる。特に、この領域では、
バイアス電圧の変化に対して増倍率Ｍの変化が大きくな
ることから、増倍率Ｍの誤差が大きいものとなって、温
度に対する感度の安定性が非常に悪くなる。
【００１４】これに対し、本発明のバイアス回路では、
ＡＰＤ２と特性の似通ったＡＰＤ１をブレークダウンさ
せ、そのブレークダウン電圧から一定の電圧差を設けた
バイアス電圧をＡＰＤ２に印加することにより、簡単な
構成でより良好な増倍率Ｍの安定化を達成できるのであ
る。図２のグラフから明らかなように、増倍率Ｍは温度
とともに変化するのであるが、増倍率Ｍが大きい場合、
各増倍率は同じような傾向を示し、横軸方向にシフトし
たような形になっている。このことから、ブレークダウ
ン電圧とバイアス電圧との間の電圧差を一定として近似
するほうが、比を一定とした従来の場合よりも、増倍率
Ｍの温度変化をより小さく抑えた優れた方法である。
ＡＰＤ２と特性の似通ったＡＰＤ１をブレークダウンさ
せ、そのブレークダウン電圧から一定の電圧差を設けた
バイアス電圧をＡＰＤ２に印加することにより、簡単な
構成でより良好な増倍率Ｍの安定化を達成できるのであ
る。図２のグラフから明らかなように、増倍率Ｍは温度
とともに変化するのであるが、増倍率Ｍが大きい場合、
各増倍率は同じような傾向を示し、横軸方向にシフトし
たような形になっている。このことから、ブレークダウ
ン電圧とバイアス電圧との間の電圧差を一定として近似
するほうが、比を一定とした従来の場合よりも、増倍率
Ｍの温度変化をより小さく抑えた優れた方法である。
【００１５】図３は、ＡＰＤ１のブレークダウン電圧と
ＡＰＤ２のバイアス電圧との間の電圧差をツェナダイオ
ードＺＤで実現したものであり、定電流源Ｉｓは前述の
従来例同様、高圧電源，抵抗で構成される。この回路で
も、ＡＰＤ１とＡＰＤ２は熱的に結合しておりＡＰＤ１
を温度センサとして用い、ＡＰＤ１はブレークダウン状
態に保たれる。このＡＰＤ１のブレークダウン電圧に対
して一定のツェナ電圧Ｖｚだけ電圧降下させたバイアス
電圧がＡＰＤ２に印加され、高い増倍率ＭでＡＰＤ２を
動作させる（なお、Ｒ21は分流用抵抗）。温度が変化し
た場合、ＡＰＤ１のブレークダウン電圧が変化し、それ
に伴ってＡＰＤ２に印加される電圧が変化するが、ＡＰ
Ｄ２の一定増倍率のバイアス電圧の温度係数はＡＰＤ１
のブレークダウン電圧の温度係数とほぼ等しく、ＡＰＤ
２の増倍率は高く、一定に保たれる。
ＡＰＤ２のバイアス電圧との間の電圧差をツェナダイオ
ードＺＤで実現したものであり、定電流源Ｉｓは前述の
従来例同様、高圧電源，抵抗で構成される。この回路で
も、ＡＰＤ１とＡＰＤ２は熱的に結合しておりＡＰＤ１
を温度センサとして用い、ＡＰＤ１はブレークダウン状
態に保たれる。このＡＰＤ１のブレークダウン電圧に対
して一定のツェナ電圧Ｖｚだけ電圧降下させたバイアス
電圧がＡＰＤ２に印加され、高い増倍率ＭでＡＰＤ２を
動作させる（なお、Ｒ21は分流用抵抗）。温度が変化し
た場合、ＡＰＤ１のブレークダウン電圧が変化し、それ
に伴ってＡＰＤ２に印加される電圧が変化するが、ＡＰ
Ｄ２の一定増倍率のバイアス電圧の温度係数はＡＰＤ１
のブレークダウン電圧の温度係数とほぼ等しく、ＡＰＤ
２の増倍率は高く、一定に保たれる。
【００１６】図４は、ブレークダウン電圧とバイアス電
圧の電圧差を調整可能にしたものである。上述と同様
に、電源ＶH 及び抵抗Ｒ31でＡＰＤ１をブレークダウン
状態とし、このカソード電圧をトランジスタＴｒ31でバ
ッファしてＡＰＤ２のカソードに与えている。ＡＰＤ２
のアノードには定電圧回路１２０が接続されており、Ａ
ＰＤ１をブレークダウン電圧と定電圧回路１２０の出力
電圧との差がバイアス電圧としてＡＰＤ２に印加され
る。
圧の電圧差を調整可能にしたものである。上述と同様
に、電源ＶH 及び抵抗Ｒ31でＡＰＤ１をブレークダウン
状態とし、このカソード電圧をトランジスタＴｒ31でバ
ッファしてＡＰＤ２のカソードに与えている。ＡＰＤ２
のアノードには定電圧回路１２０が接続されており、Ａ
ＰＤ１をブレークダウン電圧と定電圧回路１２０の出力
電圧との差がバイアス電圧としてＡＰＤ２に印加され
る。
【００１７】定電圧回路１２０は、基準電圧源１２２か
らの基準電圧をボリュームＶＲ31で分圧し、ＯＰアンプ
Ｑ３１，トランジスタＴｒ32で構成された増幅器からボ
リュームＶＲ31で分圧した電圧をＡＰＤ２のアノードに
出力する回路である。この回路の出力電圧は、ボリュー
ムＶＲ31で可変になっており、ボリュームＶＲ31でＡＰ
Ｄ２の増倍率Ｍの調整・設定が可能になっている。図で
は、トランジスタＴｒ32にはＡＰＤ２のリーク電流がエ
ミッタ−コレクタ間に流れるようになっているが、リー
ク電流が非常に小さいと、良好な動作が望めないので、
この場合は、ＡＰＤ２に並列に分流用の抵抗をつないで
おくようにする。
らの基準電圧をボリュームＶＲ31で分圧し、ＯＰアンプ
Ｑ３１，トランジスタＴｒ32で構成された増幅器からボ
リュームＶＲ31で分圧した電圧をＡＰＤ２のアノードに
出力する回路である。この回路の出力電圧は、ボリュー
ムＶＲ31で可変になっており、ボリュームＶＲ31でＡＰ
Ｄ２の増倍率Ｍの調整・設定が可能になっている。図で
は、トランジスタＴｒ32にはＡＰＤ２のリーク電流がエ
ミッタ−コレクタ間に流れるようになっているが、リー
ク電流が非常に小さいと、良好な動作が望めないので、
この場合は、ＡＰＤ２に並列に分流用の抵抗をつないで
おくようにする。
【００１８】図５〜８は、増倍率Ｍの温度変化につい
て、本発明の図４のバイアス回路（実線）と従来のもの
（点線）を比較して示したものであり、信号検出用のＡ
ＰＤに図２の特性を持った同じものを用い、測定光波長
λを８００ｎｍ、測定光量ＰをＡＰＤ２の出力電流１０
ｎＡとし、−２０℃〜＋６０℃の温度範囲で測定を行っ
たものである。信号検出用のＡＰＤのバイアス電圧を調
整し、図５は増倍率Ｍを２５℃で２０に設定したもの、
図６は増倍率Ｍを２５℃で５０に設定したもの、図７は
増倍率Ｍを２５℃で１００に設定したもの、図８は増倍
率Ｍを２５℃で２００に設定したものである。この結果
から明らかなように、本発明のバイアス回路の方が増倍
率Ｍの温度変化が非常に小さく抑えられており、ブレー
クダウン電圧とバイアス電圧との間の電圧差を一定とし
て近似するほうが、より優れた方法であることが明らか
である。
て、本発明の図４のバイアス回路（実線）と従来のもの
（点線）を比較して示したものであり、信号検出用のＡ
ＰＤに図２の特性を持った同じものを用い、測定光波長
λを８００ｎｍ、測定光量ＰをＡＰＤ２の出力電流１０
ｎＡとし、−２０℃〜＋６０℃の温度範囲で測定を行っ
たものである。信号検出用のＡＰＤのバイアス電圧を調
整し、図５は増倍率Ｍを２５℃で２０に設定したもの、
図６は増倍率Ｍを２５℃で５０に設定したもの、図７は
増倍率Ｍを２５℃で１００に設定したもの、図８は増倍
率Ｍを２５℃で２００に設定したものである。この結果
から明らかなように、本発明のバイアス回路の方が増倍
率Ｍの温度変化が非常に小さく抑えられており、ブレー
クダウン電圧とバイアス電圧との間の電圧差を一定とし
て近似するほうが、より優れた方法であることが明らか
である。
【００１９】図９は、多数のＡＰＤを同一増倍率で高安
定に動作させるようにした構成例を示したものである。
この構成では、電源ＶH 及び抵抗Ｒ31でＡＰＤ１をブレ
ークダウン状態とし、そのカソード電圧を利得１のバッ
ファアンプ１４０で増幅したのちＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ２
2 ，ＡＰＤ２3 …に分配する。各ＡＰＤに印加する電圧
は、各々のＡＰＤで一定増倍率のバイアス電圧が異なる
ため、等価的な定電圧源Ｖ２1 ，Ｖ２2 ，Ｖ２3 …（図
３と同様、高圧電源，抵抗で構成される）により個々に
電圧差が調整される。ＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ２2 ，ＡＰＤ
２3 …のアノードは、回路１３０1 ，１３０2 ，１３０
3 …のＯＰアンプの反転入力に接続されており、グラン
ドレベルに保たれる。各ＡＰＤの出力電流は、ＲＬ1 ，
ＲＬ2 ，ＲＬ3 …との積で表される電圧で出力される。
このように、この回路でも、温度変化による増倍率の変
動が抑えられており、Ｖ２1 ，Ｖ２2 ，Ｖ２3 …で増倍
率を設定するだけで、感度を調整し得る。
定に動作させるようにした構成例を示したものである。
この構成では、電源ＶH 及び抵抗Ｒ31でＡＰＤ１をブレ
ークダウン状態とし、そのカソード電圧を利得１のバッ
ファアンプ１４０で増幅したのちＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ２
2 ，ＡＰＤ２3 …に分配する。各ＡＰＤに印加する電圧
は、各々のＡＰＤで一定増倍率のバイアス電圧が異なる
ため、等価的な定電圧源Ｖ２1 ，Ｖ２2 ，Ｖ２3 …（図
３と同様、高圧電源，抵抗で構成される）により個々に
電圧差が調整される。ＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ２2 ，ＡＰＤ
２3 …のアノードは、回路１３０1 ，１３０2 ，１３０
3 …のＯＰアンプの反転入力に接続されており、グラン
ドレベルに保たれる。各ＡＰＤの出力電流は、ＲＬ1 ，
ＲＬ2 ，ＲＬ3 …との積で表される電圧で出力される。
このように、この回路でも、温度変化による増倍率の変
動が抑えられており、Ｖ２1 ，Ｖ２2 ，Ｖ２3 …で増倍
率を設定するだけで、感度を調整し得る。
【００２０】図１０は、複数のＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ
２2 ，ＡＰＤ２3 …に印加するバイアス電圧について、
図４と同様に、調節可能にしたもので、これらのアノー
ドにアンプ１３２1 ，１３２2 ，１３２3 …を接続した
ものである。電源ＶH 及び抵抗Ｒ31でＡＰＤ１をブレー
クダウン状態とし、このカソード電圧を直接ＡＰＤ
２1 ，ＡＰＤ２2 ，ＡＰＤ２3 …のカソードに与えてい
る。一方、各ＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ２2 ，ＡＰＤ２3 …の
アノードには各アンプの反転入力が接続されており、非
反転入力の電位は、それぞれ可変抵抗器ＶＲ1 ，Ｖ
Ｒ2 ，ＶＲ3 …で調節することが可能になっている。Ｏ
Ｐアンプの反転入力と非反転入力の電位は等しくなるよ
うに動作することから、ＡＰＤ１をブレークダウン電圧
と可変抵抗器ＶＲ1 ，ＶＲ2 ，ＶＲ3 …で設定された電
圧との差がバイアス電圧としてＡＰＤ２に印加される。
２2 ，ＡＰＤ２3 …に印加するバイアス電圧について、
図４と同様に、調節可能にしたもので、これらのアノー
ドにアンプ１３２1 ，１３２2 ，１３２3 …を接続した
ものである。電源ＶH 及び抵抗Ｒ31でＡＰＤ１をブレー
クダウン状態とし、このカソード電圧を直接ＡＰＤ
２1 ，ＡＰＤ２2 ，ＡＰＤ２3 …のカソードに与えてい
る。一方、各ＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ２2 ，ＡＰＤ２3 …の
アノードには各アンプの反転入力が接続されており、非
反転入力の電位は、それぞれ可変抵抗器ＶＲ1 ，Ｖ
Ｒ2 ，ＶＲ3 …で調節することが可能になっている。Ｏ
Ｐアンプの反転入力と非反転入力の電位は等しくなるよ
うに動作することから、ＡＰＤ１をブレークダウン電圧
と可変抵抗器ＶＲ1 ，ＶＲ2 ，ＶＲ3 …で設定された電
圧との差がバイアス電圧としてＡＰＤ２に印加される。
【００２１】多数のＡＰＤ２を共通にＡＰＤ１に接続し
ていることから、同一のシリコン基板上に回路を形成し
やすいものになる。また、各ＡＰＤに印加する電圧は、
各々のＡＰＤにより一定増倍率のバイアス電圧が異なる
ため個々に電圧差を調整することを要するが、各ＡＰＤ
の温度係数はほぼ一定であり、各ＡＰＤには個々一定の
電圧差を設定するのみで、即ち、非反転入力の可変抵抗
器で一定電圧差に調整するだけで、安定性の高くして多
数のＡＰＤを動作させることができる。
ていることから、同一のシリコン基板上に回路を形成し
やすいものになる。また、各ＡＰＤに印加する電圧は、
各々のＡＰＤにより一定増倍率のバイアス電圧が異なる
ため個々に電圧差を調整することを要するが、各ＡＰＤ
の温度係数はほぼ一定であり、各ＡＰＤには個々一定の
電圧差を設定するのみで、即ち、非反転入力の可変抵抗
器で一定電圧差に調整するだけで、安定性の高くして多
数のＡＰＤを動作させることができる。
【００２２】このように、本発明のバイアス回路は、増
倍率のみ設定するだけで、高安定な動作が可能となり、
個々の温度係数の調整が不要となる。また、ブレークダ
ウン電圧と一定電圧差で動作させる場合、高増倍率（＞
１００程度）域での安定性が優れ、３００〜５００倍の
増倍率設定での使用が容易になる。さらに、マルチ構成
においては、製品調整工程の大幅な省力化が可能とな
り、かつ、各画素管の増倍率の変動が抑えられて、微弱
光領域でのＡＰＤ応用が容易になる。
倍率のみ設定するだけで、高安定な動作が可能となり、
個々の温度係数の調整が不要となる。また、ブレークダ
ウン電圧と一定電圧差で動作させる場合、高増倍率（＞
１００程度）域での安定性が優れ、３００〜５００倍の
増倍率設定での使用が容易になる。さらに、マルチ構成
においては、製品調整工程の大幅な省力化が可能とな
り、かつ、各画素管の増倍率の変動が抑えられて、微弱
光領域でのＡＰＤ応用が容易になる。
【００２３】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、バイアス電
圧がブレークダウン電圧と一定の電圧差となっているの
で、アバランシェフォトダイオードが高増倍率を示す電
圧とブレークダウン電圧との差が一定値になる場合、温
度が変化しても、一定の高い増倍率で動作させることが
できるため、簡単な構成で、高感度な、かつ温度に対し
て安定な光検出をアバランシェフォトダイオードをもち
いて行うことができる。
圧がブレークダウン電圧と一定の電圧差となっているの
で、アバランシェフォトダイオードが高増倍率を示す電
圧とブレークダウン電圧との差が一定値になる場合、温
度が変化しても、一定の高い増倍率で動作させることが
できるため、簡単な構成で、高感度な、かつ温度に対し
て安定な光検出をアバランシェフォトダイオードをもち
いて行うことができる。
【図１】本発明の最も基本的な構成の概念図。
【図２】ＡＰＤ１のブレークダウン電圧Ｖｂ1 ，ＡＰＤ
２のブレークダウン電圧Ｖｂ2，ＡＰＤ２の増倍率Ｍな
どの温度係数の関係の実測例を示した図。
２のブレークダウン電圧Ｖｂ2，ＡＰＤ２の増倍率Ｍな
どの温度係数の関係の実測例を示した図。
【図３】ツェナダイオードＺＤを用いて構成した例を示
す図。
す図。
【図４】ブレークダウン電圧とバイアス電圧の電圧差を
調整可能にして構成した例を示す図。
調整可能にして構成した例を示す図。
【図５】増倍率Ｍの温度変化について、本発明のバイア
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率２０）。
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率２０）。
【図６】増倍率Ｍの温度変化について、本発明のバイア
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率５０）。
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率５０）。
【図７】増倍率Ｍの温度変化について、本発明のバイア
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率１００）。
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率１００）。
【図８】増倍率Ｍの温度変化について、本発明のバイア
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率２００）。
ス回路（実線）と従来のもの（点線）を比較して示した
図（常温の増倍率２００）。
【図９】多数のＡＰＤを同一増倍率で高安定に動作させ
るようにした構成例を示した図。
るようにした構成例を示した図。
【図１０】調節可能にして多数のＡＰＤを同一増倍率で
高安定に動作させるようにした構成例を示した図。
高安定に動作させるようにした構成例を示した図。
【図１１】従来例の構成図。
ＡＰＤ１，ＡＰＤ２，ＡＰＤ２1 ，ＡＰＤ２2 ，ＡＰＤ
２3 …アバランシェフォトダイオード、ＶH …電源、Ｒ
31…抵抗、ＺＤ…ツェナダイオード、１２０…定電圧回
路、１３２1 ，１３２2 ，１３２3 …アンプ。
２3 …アバランシェフォトダイオード、ＶH …電源、Ｒ
31…抵抗、ＺＤ…ツェナダイオード、１２０…定電圧回
路、１３２1 ，１３２2 ，１３２3 …アンプ。
Claims (2)
- 【請求項１】 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
回路であって、 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、 前記ダイオードをブレークダウン状態にするとともにそ
の状態での両端電圧との差を一定にした電圧を前記バイ
アス電圧として前記アバランシェフォトダイオードに印
加する手段とを有するアバランシェフォトダイオードの
バイアス回路。 - 【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のバイアス
回路。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP5170289A JP2686036B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | アバランシェフォトダイオードのバイアス回路 |
| DE69427494T DE69427494T2 (de) | 1993-07-09 | 1994-07-08 | Vorspannungsschaltung für Lawinenphotodiode. |
| EP94305034A EP0633517B1 (en) | 1993-07-09 | 1994-07-08 | Bias circuit for avalanche photodiode |
| US08/272,071 US5578815A (en) | 1993-07-09 | 1994-07-08 | Bias circuit for maintaining a constant potential difference between respective terminals of more than one avalanche photodiode |
| CA002127647A CA2127647C (en) | 1993-07-09 | 1994-07-08 | Bias circuit for avalanche photodiode |
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|---|---|---|---|
| JP5170289A JP2686036B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | アバランシェフォトダイオードのバイアス回路 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0727607A true JPH0727607A (ja) | 1995-01-31 |
| JP2686036B2 JP2686036B2 (ja) | 1997-12-08 |
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ID=15902198
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP2686036B2 (ja) |
| CA (1) | CA2127647C (ja) |
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| DE112011101050T5 (de) | 2010-03-25 | 2013-01-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fotodetektor |
| JP2016061729A (ja) * | 2014-09-19 | 2016-04-25 | 株式会社東芝 | 光子検出素子、光子検出装置、及び放射線分析装置 |
| WO2016135824A1 (ja) * | 2015-02-23 | 2016-09-01 | 三菱電機株式会社 | 光受信装置 |
| WO2020121855A1 (ja) | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 決定方法、及び光検出装置 |
| WO2020121857A1 (ja) | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置及び光検出装置の製造方法 |
| WO2020121858A1 (ja) | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置及び光検出装置の製造方法 |
| WO2020121854A1 (ja) | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光検出装置 |
| WO2020196083A1 (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 光検出器 |
| JP2021039066A (ja) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | 株式会社東芝 | 光検出装置及び電子装置 |
| US11901379B2 (en) | 2018-12-12 | 2024-02-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector |
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1994
- 1994-07-08 DE DE69427494T patent/DE69427494T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-07-08 EP EP94305034A patent/EP0633517B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-07-08 CA CA002127647A patent/CA2127647C/en not_active Expired - Fee Related
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