光磁気ディスクドライブ用 OEIC の開発
The Development of OEIC for Magneto Optical Disk Drive大塚静＊

小Otsuka, Shizuka

柳康男＊

川Koyanagi, Yasuo

島久典＊Kawashima, Hisanori

Magneto Optical Disk Drives (MO drives) are widely used as highly reliable data storage devices. The
recent MO drives are equipped with USB interface. Now USB is migrated to USB2.0, high speed type, and theMO drive is also equipped with USB2.0. The read and write performance of a MO drive is required to be higher
because of this migration. Konica has developed Optoelectronic Integrated Circuit (OEIC), which integrates of
Photo Diodes and Operational Amplifiers into a single chip to meet the high performance of reading. It attained
wider bandwidth in frequency, and lower noise to comply with USB2.0 performance. This paper describes thedevelopment of OEIC suitable for MO drive.
Track Error信号（TE：スポットをメディアのトラック溝１ はじめにに追随させるための信号）の２種類である。一方データ用

光磁気ディスクドライブ（MOドライブ）は高信頼性スの信号は、MO 信号（カー効果による微小な偏光角度変化トレージデバイスとして広く使用されている。近年、PCを検出し、記録データを得るための信号）と ID信号（反射とのインターフェースとして、SCSI や ATAPI に比べ転光量変化により、メディアの識別情報を得るための信号）

送速度は劣るが、接続性の面で利便性の良いUSB 1.1が広で構成される。

く普及した。MOもUSBが主流となり、転送速度がUSB1.1２．２

従来の問題点の 40 倍にもなる USB 2.0 の採用が増え始めた。そしてこ従来機種では、PD と電流電圧変換（I/V 変換）回路はの高速性を十分に引き出すため、ドライブ自体の性能向各々別の素子になっており、その間の配線はフレキシブ上が求められている。コニカではこの要求に対応するた

ル基板で行われていた。そのため、配線部分の容量成分

め、Photo Diode（PD）と演算・増幅回路を一体化した素やインピーダンスによる伝達ロスおよび外来ノイズの侵子である Optoelectronic Integrated Circuit（OEIC）を開入などで、高帯域化や低ノイズ化に限界があった。

発した。さらにこれを搭載し、業界最高水準の高速回転ドライブを実現する事が出来た。ここではOEIC開発における重要課題とその解決策について報告する。

３ OEIC 開発
３．１２

OEIC の構成を Fig. ２に示す。コニカで開発した OEIC

MO ドライブの Head Amp

２．１構成

では、Fig. １の PD と IV 変換回路、および和と差の演算・従来の構成増幅回路部までを１ chip 化した。
３．２

OEIC 開発における重要課題

Fig.1 Conventional Head Amp block diagram
Fig.2 Head Amp block diagram with OEIC

Fig. １に MO ドライブの Head Amp の構成を示す。
Head Amp は光信号を電気信号に変換し、演算・増幅

OEIC は CD-ROM などでは、その読み取り信号が、する。メディアからの反射光は光学系を通って H e a d

ディスク上のピットによる光の強度変調によるものであAmpのPDに入射する。このPDの受光部は複数の領域にり、信号処理に十分なレベルが得られることから、すでに分割されており、駆動制御用とデータ用の信号を生成す実用化が始まっていた。しかし MO ドライブでは実用化る。駆動制御用信号は Focus Error 信号（FE：メディア

されていなかった。MOドライブではピットによる微小な面上にレーザスポットの焦点を合わせるための信号）と偏光角度変化から得られる微弱な MO 信号を I/V 変換し＊ OPT & EM カンパニー

た後、処理可能な信号レベルにするために、CD-ROM な

オプト事業部

OS 事業ユニット

KONICA TECHNICAL REPORT VOL.16（2003）

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どと比較すると、更に約 20dB も増幅させる必要がある。

半導体のプロセスを変更する事により、接合部に発これによってノイズも増幅されてしまい、さらに増幅度生する空乏層幅を広げた。

を上げるために信号帯域が低下してしまうという困難がこれらの対策により接合容量の削減を図ることができた。

ある。MOドライブにOEICを適用するには、増幅前の I/３．３

V変換におけるノイズをいかに抑えるかが重要なポイント

OEIC 開発最終結果

前項の対策を施すことにより、OEIC各信号の帯域、ノイズの結果はTable 1 のようになった。また、Fig.５に示となる。
３．２．１

すように、これを搭載したドライブシステムの C/N としノイズ発生メカニズム

Fig.３にPD信号のI/V変換におけるノイズ解析モデルを示す。一般に、出力部で観測される信号には電流、電ては 49.6dB が得られ、ドライブとして満足できるレベルを達成した。

１）

圧、 抵抗のノイズが含まれている 。出力電圧のノイズ

Table1 Result of evaluation

成分は、次式に表すような周波数特性を持っている。
A = 1 +（Ra/Rd）
・（1+j ω Cd・Rd）/（1+j ω Ca・Ra）
このノイズゲインAの周波数特性をFig.４に示す。
MOドライブが実際に使用する周波数帯域は斜線部分に相当するため、ゲイン A の最大値が低い程ノイズが小さくなる。この値は近似的に１+α・C dと表せる。すなわ
ち、PD 内部にできる接合容量 Cd を抑えることによりノイズ低減が可能ということがわかる。
E

Fig.5 C/N plot of MO drive with OEIC
Fig.3 Noise Analysis model of I/V conversion

Actual usage freq. in MO Drive

４ まとめ
3.5 型 MO ドライブにおいて、世界に先駆け、駆動系、データ系全信号の増幅・演算処理が可能な１ chip OEICを開発した。また、パッケージは従来の PD と同サイズに収めた（Photo. １）。

Fig.4 Noise spectral density of I/V conversion

この素子を搭載する事で、640MB メディア、6,000rpmの業界最高速 MO ドライブを実現した（Photo. ２）
。

３．２．２

ノイズ低減対策

今後更なる高速化、コンパクト化を目指し、より使いPDは半導体接合で構成されており、この内部にできる易いストレージデバイスの開発・生産に努めていきたい。

コンデンサ成分は接合部に存在している。またコンデン
サ容量は接合数、接合面積、接合部層厚などにより変化する。そこで、先の項目に該当する層構成、受光部面積、層物性に着目し、以下の対策を実施した。
①

接合層構成変更
光電変換効率の低下よりも相対的にノイズ量増加分を抑えられる事を優先し、PNP 多層構成から PN 構成へと接合を変更した。

②

受光部面積削減

Photo.1 OEIC

受光部に入射するスポットの形状、位置ズレ、許容

Photo.2 DSS-Q2 搭載機
販売元：メルコ株式会社

値などを検討し最適化することにより、受光部の面積を約 30% 削減した。
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半導体プロセスの変更●参考文献
１）実用アナログ信号処理回路の基礎から応用まで f
バー・ブラウン技術情報誌

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Up Date '94. 9.