CN110174177A - 信号检测电路和信号检测方法 - Google Patents

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Abstract

信号检测电路和信号检测方法。信号检测电路具有：第1p沟道型MOS晶体管，其源极经由第1电流限制部与电源端子连接，栅极与输入端子连接，漏极经由电流电压转换部接地；第1n沟道型MOS晶体管，其漏极经由电阻与电源端子连接，栅极与输入端子连接，源极经由第2电流限制部接地；以及第2n沟道型MOS晶体管，其漏极跟电阻与第1n沟道型MOS晶体管的漏极的第1连接点连接，栅极跟第1p沟道型MOS晶体管的漏极与第3电流限制部的第2连接点连接，源极接地。

Description

信号检测电路和信号检测方法
技术领域
本发明涉及信号检测电路和信号检测方法。
背景技术
以往，使用对测定物理量的传感器元件作为测定结果输出的微小电压变化进行检测的信号检测电路。
图3示出对作为传感器元件的热电型红外线检测元件(以下表示为热电型检测元件)检测到的电压变化进行检测的信号检测电路200的结构(例如参照专利文献1)。
信号检测电路200通过热电元件301产生的电荷，检测热电型检测元件300的两端的微小变化，输出检测信号。
热电型检测元件300是并联连接热电元件301和电阻302而形成的。
此外，信号检测电路200具有n沟道型MOS晶体管204、电阻205、电阻206和电容器207。此外，信号检测电路200的输出端子208与比较器400的输入连接。比较器400的输入跟电阻205的一端与n沟道型MOS晶体管204的漏极的连接点P(输出端子208)连接。
热电型检测元件300检测红外线，由此，对信号检测电路200的输入端子203供给的电压信号的电压值变化。这里，热电型检测元件300在红外线的放射源较近的情况下，电压信号的电压值向+(正)侧变化，另一方面，在红外线的放射源较远的情况下，电压信号的电压值向-(负)侧变化。
图4是说明信号检测电路200中的输入端子203的电压信号和电压变化的检测的波形图。在图4中，在全部曲线图中，纵轴是电压值，横轴是时间。
这里，在n沟道型MOS晶体管204中经由电阻206流过规定的偏置电流。因此，由于因规定的偏置电流而引起的电阻205的电压降，连接点P的电压成为比电源端子VDD的电压即电源电压降低了电压ΔV的电压VH。在热电型检测元件300的电压信号的电压值向+侧上升了ΔVSIG_H的情况下，流过n沟道型MOS晶体管204的电流增加，该增加的电流用于电容器207的充电。
因此，n沟道型MOS晶体管204以由漏极电流(ID)和电容器207的电容决定的规定的时间，维持栅极源极间电压(VGS)。而且，在n沟道型MOS晶体管204中，在规定的时间内流过增加的漏极电流。由此，增加的电流流过电阻205，因此，电阻205中的电压降的电压上升，由此，连接点P的电压值降低。然后，从连接点P输出与该维持的时间对应的时间宽度T的“L”电平的脉冲。然后，比较器400形成从连接点P输出的脉冲的波形，作为输出信号进行输出。
另一方面，在热电型检测元件300的电压信号的电压值向-侧降低了ΔVSIG_L的情况下，n沟道型MOS晶体管204成为截止状态，不流过电流。因此，不存在电阻205的电压降，连接点P的电压值成为电源电压。但是，信号检测电路200构成为在热电型检测元件300的电压信号的电压值上升时进行检测。与信号检测电路200连接的比较器400在从连接点P输入的脉冲的电压比基准电压值低的情况下，形成波形并输出输出信号，但是，比较器400在从连接点P输入的脉冲的电压与基准电压值相同或比基准电压值高的情况下，例如即使被输入电压VH或电源电压的脉冲，也不输出输出信号。
因此，在希望检测热电型检测元件300的电压信号的电压值的+侧和-侧各自的变化的情况下，构成具有图3所示的信号检测电路200和与该信号检测电路200相同结构的检测-侧的变化的信号检测电路的电路。
图5是示出检测热电型检测元件300的电压信号的电压值中的+侧和-侧各自的变化的电路的结构例的图。
图5所示的电路具有与图3中例示的信号检测电路200对应的正侧变化检测电路200、负侧变化检测电路250、比较器400、比较器450以及或电路550。
在端子560连接有热电型检测元件300，从热电型检测元件300向正侧变化检测电路200和负侧变化检测电路250分别供给电压信号。
而且，如上所述，正侧变化检测电路200在热电型检测元件300的电压信号的电压值向+侧变化时，输出负脉冲(按照H电平→L电平→H电平进行转变的脉冲)作为检测结果。比较器400对来自正侧变化检测电路200的上述负脉冲进行整形，输出正脉冲(按照L电平→H电平→L电平进行转变的脉冲)的输出信号。
此外，如上所述，负侧变化检测电路250在热电型检测元件300的电压信号的电压值向-侧变化时，输出正脉冲作为检测结果。比较器400对来自正侧变化检测电路200的上述正脉冲进行整形，输出正脉冲的输出信号。
或电路500在热电型检测元件300的电压信号的电压值向+侧和-侧分别变化的情况下，均输出正脉冲。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-49043号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在图5所示的电路的情况下，作为检测电压信号的电压值向+侧变化的结构，需要正侧变化检测电路200和比较器400，作为检测热电型检测元件300的电压信号的电压值向-侧变化的结构，需要负侧变化检测电路250和比较器450。
此外，为了对比较器400和比较器450各自的输出信号进行合成，需要或电路550。
其结果，在构成为检测电压信号的电压值朝向+侧的变化和朝向-侧的变化双方的情况下，如图5所示，电路规模增大，消耗电流也增加。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供能够检测电压信号的电压值的+侧和-侧各自的变化、且抑制了电路规模和消耗电流的增加的信号检测电路和信号检测方法。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式是一种信号检测电路，其特征在于，所述信号检测电路具有：第1p沟道型MOS晶体管，其源极经由第1电流限制部与电源端子连接，栅极被输入根据输入电压的电压电平的变化而变化的电压，漏极经由电流电压转换部接地；第1n沟道型MOS晶体管，其漏极经由电阻与所述电源端子连接，栅极被输入根据所述输入电压的电压电平的变化而变化的电压，源极经由第2电流限制部接地；以及第2n沟道型MOS晶体管，其漏极跟所述电阻与所述第1n沟道型MOS晶体管的漏极的第1连接点连接，栅极跟所述第1p沟道型MOS晶体管的漏极与所述电流电压转换部的第2连接点连接，源极接地。
本发明的一个方式是一种信号检测方法，使用信号检测电路，所述信号检测电路具有：第1p沟道型MOS晶体管，其源极经由第1电流限制部与电源端子连接，栅极被输入根据输入电压的电压电平的变化而变化的电压，漏极经由电流电压转换部接地；第1n沟道型MOS晶体管，其漏极经由电阻与所述电源端子连接，栅极被输入根据所述输入电压的电压电平的变化而变化的电压，源极经由第2电流限制部接地；以及第2n沟道型MOS晶体管，其漏极跟所述电阻与所述第1n沟道型MOS晶体管的漏极的第1连接点连接，栅极跟所述第1p沟道型MOS晶体管的漏极与所述电流电压转换部的第2连接点连接，源极接地，所述信号检测方法的特征在于，通过由所述电阻、所述第1n沟道型MOS晶体管和所述第2n沟道型MOS晶体管构成的或非型的源极接地放大电路，通过所述第1n沟道型MOS晶体管和所述电阻的电路，对从输入端子输入的信号电压的朝向正电压侧的变化进行放大，通过所述第2n沟道型MOS晶体管和所述电阻的电路，对从所述输入端子输入的信号电压的朝向负电压侧的变化进行放大。
发明效果
根据本发明，能够提供能够检测电压信号的电压值的+侧和-侧各自的变化、且能够抑制电路规模和消耗电流的增加的信号检测电路和信号检测方法。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的信号检测电路的结构例的概略框图。
图2是说明信号检测电路1中的输入端子101的电压信号和电压变化的检测的波形图。
图3是示出检测热电型红外线检测元件检测到的电压变化的信号检测电路的结构的概念图。
图4是说明信号检测电路200中的输入端子203的电压信号和电压变化的检测的波形图。
图5是示出检测热电型检测元件300的电压信号的电压值中的+侧和-侧各自的变化的电路的结构例的图。
标号说明
1：信号检测电路；1A：偏置电路；1B：负侧变化检测电路；1C：正侧变化检测电路；1D：或非型源极接地放大电路；1E：输出电路；101：输入端子；102、105、112：电容器；103、104、109：电阻；106、111、115：电流限制电路；107、114：pMOS晶体管(p沟道型MOS晶体管)；108、110、113：nMOS晶体管(n沟道型MOS晶体管)；116：输出端子。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是示出本发明的一个实施方式的信号检测电路的结构例即信号检测电路1的概略框图。
信号检测电路1具有电容器102、电阻103、电阻104、电容器105、电流限制电路106、p沟道型MOS晶体管(以下为pMOS晶体管)107、n沟道型MOS晶体管(以下为nMOS晶体管)108、电阻109、nMOS晶体管110、电流限制电路111、电容器112、nMOS晶体管113、pMOS晶体管114和电流限制电路115。
电阻103的一端与VDD端子(电源端子)连接，另一端在连接点P1处与电阻104的一端连接。电阻104的另一端与GND(接地)端子连接。电容器102的一端与输入端子101连接，另一端与连接点P1连接。由此，电容器102、电阻103和电阻104构成具有输入电路的功能的偏置电路1A。该电容器102是直流阻止电容器，将电压信号的电压值的变化量反映到偏置电压中。
pMOS晶体管107的源极与连接点P2连接，栅极与连接点P1连接，漏极与连接点P3连接。电容器105和电流限制电路106并联连接在VDD端子与连接点P2之间。电容器105和电流限制电路106构成电流限制部。nMOS晶体管108的漏极和栅极与连接点P3连接，源极与GND端子连接。nMOS晶体管108作为将pMOS晶体管107的漏极电流(ID)转换为电压的电流电压转换部进行动作。由此，电容器105、电流限制电路106、pMOS晶体管107和nMOS晶体管108分别构成负侧变化检测电路1B，该负侧变化检测电路1B检测输入到输入端子101的电压信号的朝向-侧的变化。电流限制电路106和nMOS晶体管108与偏置电路1A输出的偏置电压对应地，对流过pMOS晶体管107的偏置电流进行控制。
nMOS晶体管110的漏极与连接点P4连接，栅极与连接点P1连接，源极与连接点P5连接。电阻109的一端与VDD端子连接，另一端与连接点P4连接。电流限制电路111和电容器112并联连接在连接点P5与GND端子之间。电流限制电路111和电容器112构成电流限制部。由此，电阻109、nMOS晶体管110、电流限制电路111和电容器112构成正侧变化检测电路1C，该正侧变化检测电路1C检测输入到输入端子101的电压信号的朝向+侧的变化。电阻109和nMOS晶体管110构成源极接地放大电路。电阻109和电流限制电路111与偏置电路1A输出的偏置电压对应地，对流过nMOS晶体管110的偏置电流进行控制。
此外，在负侧变化检测电路1B中，通过电流限制电路106对流过pMOS晶体管107的偏置电流进行调整。而且，通过设置电容器105，由于电压信号的电压值变化而增加的漏极电流用于电容器105的充电，由此，在与电容器105的电容对应的时间内，使pMOS晶体管107的栅极源极间电压维持在由于电压值变化而上升后的电压值。
nMOS晶体管113的漏极与连接点P4连接，栅极与连接点P3连接，源极与GND端子连接。
在本实施方式中，nMOS晶体管113构成负侧变化检测电路1B中的nMOS晶体管108和电流镜电路。由此，在nMOS晶体管113中，在负侧变化检测电路1B中检测到电压信号的-侧的变化时的输出电流被复制而流过。
此外，nMOS晶体管113使用正侧变化检测电路1C中的电阻109形成源极接地放大电路。即，nMOS晶体管113与nMOS晶体管110和电阻109共同使用，构成或非(ワイアードノア)型源极接地放大电路1D。由此，在本实施方式中，在nMOS晶体管和pMOS晶体管的特性存在偏差、因偏置电流的差异而引起的灵敏度的偏移的情况下，也能够通过使用同一电阻的源极接地放大电路，高精度地检测输入端子101被供给的电压信号的+侧和-侧变化。
此外，在正侧变化检测电路1C中，通过电流限制电路111对流过nMOS晶体管110的偏置电流进行调整。而且，通过设置电容器112，由于电压信号的电压值变化而增加的漏极电流用于电容器112的充电，由此，在与电容器112的电容对应的时间内，使nMOS晶体管110的栅极源极间电压维持在由于电压值变化而上升后的电压值。
pMOS晶体管114的源极与VDD端子连接，栅极与连接点P4连接，漏极与连接点P6连接。电流限制电路115的一端与连接点P6连接，另一端与GND端子连接。此外，连接点P6与输出端子116连接。由此，pMOS晶体管114和电流限制电路115构成进行波形整形的输出电路1E。
接着，对图1所示的本实施方式的信号检测电路1的动作进行说明。图2是说明信号检测电路1中的输入端子101的电压信号电压变化的检测的波形图。在图2中，在全部曲线图中，纵轴是电压值，横轴是时间。从上侧起依次示出向输入端子供给的输入电压信号、连接点P4的电压、连接点P6的电压。
在时刻t1，向输入端子101供给的电压信号向+侧变化电压值ΔVSIG_H。由此，偏置电路1A输出的偏置电压向+侧变化。
而且，向负侧变化检测电路1B和正侧变化检测电路1C分别供给的偏置电压的朝向+侧的变化量被传递。
在pMOS晶体管107中，偏置电压上升，由此，栅极源极间电压降低，流过的漏极电流减少。
另一方面，在nMOS晶体管110中，偏置电压上升，由此，栅极源极间电压上升，流过的漏极电流增加。
由此，nMOS晶体管110的漏极电流增加，由此，连接点P4的电压降低。此时，增加的漏极电流对电容器112进行充电。由此，在与电容器112的电容对应的时间内，针对nMOS晶体管110的栅极的栅极源极电压维持在由于电压信号向+侧变化而上升后的电压值。
然后，连接点P4的电压值降低，由此，pMOS晶体管114的栅极源极间电压上升。因此，流过pMOS晶体管114的漏极电流增加，连接点P6的电压值上升，输出端子116成为VDD端子的电源电压(H电平)。
接着，通过nMOS晶体管110增加的漏极电流，进行电容器112的充电，nMOS晶体管110的栅极源极间电压降低，由此，nMOS晶体管110的漏极电流减少。由此，连接点P4的电压上升，pMOS晶体管114的栅极源极间电压降低。然后，流过pMOS晶体管114的漏极电流减少，连接点P6的电压值降低，输出端子116成为GND端子的接地电压(L电平)。
在时刻t2，向输入端子101供给的电压信号向-侧变化电压值ΔVSIG_L。由此，偏置电路1A输出的偏置电压向-侧变化。而且，向负侧变化检测电路1B和正侧变化检测电路1C分别供给的偏置电压的朝向-侧的变化量被传递。
在nMOS晶体管110中，偏置电压降低，由此，栅极源极间电压降低，流过的漏极电流减少。
另一方面，在pMOS晶体管107中，偏置电压上升，由此，栅极源极间电压上升，流过的漏极电流增加。
由此，pMOS晶体管107的漏极电流增加，由此，连接点P2的电压降低。此时，通过增加的漏极电流对电容器105进行充电(电容器105的端子间的电压差增加)。由此，在与电容器105的电容对应的时间内，针对pMOS晶体管107的栅极的栅极源极间电压维持在由于电压信号向-侧变化而上升后的电压值。
然后，流过pMOS晶体管107的漏极电流增加，由此，同样流过nMOS晶体管108的漏极电流增加。此时，nMOS晶体管113和nMOS晶体管108构成电流镜电路，因此，nMOS晶体管108的漏极电流被复制而流过。
由此，nMOS晶体管113的漏极电流增加，连接点P4的电压降低。
然后，连接点P4的电压值降低，由此，pMOS晶体管114的栅极源极间电压上升。因此，流过pMOS晶体管114的漏极电流增加，连接点P6的电压值上升，输出端子116成为VDD端子的电源电压(H电平)。
接着，通过pMOS晶体管107增加的漏极电流，对电容器105进行充电，pMOS晶体管107的栅极源极间电压降低，由此，pMOS晶体管107的漏极电流减少。然后，流过pMOS晶体管107的漏极电流减少，由此，同样流过nMOS晶体管108的漏极电流减少。此时，nMOS晶体管108的漏极电流被复制而流过，因此，nMOS晶体管113的漏极电流也减少，连接点P4的电压上升。
连接点P4的电压上升，由此，pMOS晶体管114的栅极源极间电压降低。然后，流过pMOS晶体管114的漏极电流减少，连接点P6的电压值降低，输出端子116成为GND端子的接地电压(L电平)。
如上所述，根据本实施方式，能够对电压信号的+侧和-侧分别检测电压变化。
此外，在本实施方式中，关于具有输入电路的功能的偏置电路1A，在负侧变化检测电路1B和正侧变化检测电路1C中共用同一电路，但是，也可以在负侧变化检测电路1B和正侧变化检测电路1C中单独具有偏置电路。该情况下，电路规模增大，但是，能够在负侧变化检测电路1B和正侧变化检测电路1C中分别设定最佳的偏置电压。
此外，在本实施方式中，针对nMOS晶体管113流过与pMOS晶体管107相同的漏极电流，通过电阻109、nMOS晶体管110和nMOS晶体管113这各个部分，形成或非型源极接地放大电路，由于构成为针对nMOS晶体管113流过与pMOS晶体管107相同的漏极电流，由此，在半导体元件的制造工艺中，在nMOS晶体管和pMOS晶体管的特性(阈值电压等)出现偏差的情况下，针对电压信号的+侧和-侧各自的电压变化的检测，也能够得到相同的检测精度。
此外，在本实施方式中，如上所述，构成或非型源极接地放大电路，利用同一电路进行电压信号的+侧和-侧各自的电压变化的检测，利用同一输出电路1E对检测结果的信号进行波形整形，由此，如图5所示，根据现有的信号检测电路，与在正侧变化检测电路和负侧变化检测电路中分别具有放大电路且通过不同的比较器(コンペレータ)对各个输出进行波形整形这种结构的信号检测电路相比，能够减小电路规模，并且减少消耗电流。
此外，上述电流限制电路106、电流限制电路111和电流限制电路115分别可以使用电流限制电阻或利用MOS晶体管等的电流限制电路中的任意方。
此外，在本实施方式中，在nMOS晶体管113的栅极源极间电压的控制中使用基于nMOS晶体管108和113的电流镜电路，但是，也可以构成为将nMOS晶体管108换成电流限制二极管或电流限制电阻。
以上参照附图详细叙述了本发明的实施方式，但是，具体结构不限于该实施方式，还包含不脱离本发明主旨的范围内的设计等。

Claims (6)

1.一种信号检测电路，其特征在于，所述信号检测电路具有：
第1p沟道型MOS晶体管，其源极经由第1电流限制部与电源端子连接，栅极被输入根据输入电压的电压电平的变化而变化的电压，漏极经由电流电压转换部接地；
第1n沟道型MOS晶体管，其漏极经由电阻与所述电源端子连接，栅极被输入根据所述输入电压的电压电平的变化而变化的电压，源极经由第2电流限制部接地；以及
第2n沟道型MOS晶体管，其漏极跟所述电阻与所述第1n沟道型MOS晶体管的漏极的第1连接点连接，栅极跟所述第1p沟道型MOS晶体管的漏极与所述电流电压转换部的第2连接点连接，源极接地。
2.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，
所述第1电流限制部具有并联连接的第1电流限制电路和第1电容器，
所述第2电流限制部具有并联连接的第2电流限制电路和第2电容器。
3.根据权利要求1所述的信号检测电路，其特征在于，
所述电流电压转换部是第3n沟道型MOS晶体管，栅极和漏极与所述第1p沟道型MOS晶体管的漏极和所述第2n沟道型MOS晶体管的栅极连接，源极接地。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的信号检测电路，其特征在于，
所述信号检测电路还具有第2p沟道型MOS晶体管，该第2p沟道型MOS晶体管的源极与所述电源端子连接，栅极与所述第1连接点连接，漏极经由第3电流限制部接地。
5.一种信号检测方法，使用信号检测电路，所述信号检测电路具有：
第1p沟道型MOS晶体管，其源极经由第1电流限制部与电源端子连接，栅极被输入根据输入电压的电压电平的变化而变化的电压，漏极经由电流电压转换部接地；
第1n沟道型MOS晶体管，其漏极经由电阻与所述电源端子连接，栅极被输入根据所述输入电压的电压电平的变化而变化的电压，源极经由第2电流限制部接地；以及
第2n沟道型MOS晶体管，其漏极跟所述电阻与所述第1n沟道型MOS晶体管的漏极的第1连接点连接，栅极跟所述第1p沟道型MOS晶体管的漏极与所述电流电压转换部的第2连接点连接，源极接地，
所述信号检测方法的特征在于，
通过所述第1n沟道型MOS晶体管和所述电阻的电路，对从输入端子输入的信号电压的朝向正电压侧的变化进行放大，通过所述第2n沟道型MOS晶体管和所述电阻的电路，对从所述输入端子输入的信号电压的朝向负电压侧的变化进行放大。
6.根据权利要求5所述的信号检测方法，其特征在于，
所述第1电流限制部具有并联连接的第1电流限制电路和第1电容器，
所述第2电流限制部具有并联连接的第2电流限制电路和第2电容器。
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