JP2007107925A - Current detection circuit, light receiver using same, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受光デバイスに流れる電流を検出する電流検出回路に関する。 The present invention relates to a current detection circuit that detects a current flowing through a light receiving device.
さまざまな電子機器において、外部から入射する光を測定し、測定した受光量に応じた信号処理を行っている。このような例としては、照度センサ、赤外線リモコンの受光装置などが挙げられる。光を受光する受光デバイスとしては、フォトトランジスタやフォトダイオード、CCD(Charge Coupled Device)などが広く用いられている。 In various electronic devices, light incident from the outside is measured, and signal processing according to the measured amount of received light is performed. Examples of this include an illuminance sensor and a light receiving device for an infrared remote controller. Phototransistors, photodiodes, CCDs (Charge Coupled Devices), and the like are widely used as light receiving devices that receive light.
フォトトランジスタやフォトダイオードは、受光量に応じた電流を出力する。したがって、受光装置は、これらの受光デバイスに流れる電流を増幅し、あるいは電圧変換するなどして信号処理を行っている。たとえば、特許文献1には、赤外線リモートセンサの受光装置が開示されており、その図3には、受光回路の構成が開示されている。また、特許文献2には、演算増幅器を用いた受光回路の構成が開示されている。 Phototransistors and photodiodes output a current corresponding to the amount of received light. Therefore, the light receiving device performs signal processing by amplifying or voltage converting the current flowing through these light receiving devices. For example, Patent Document 1 discloses a light receiving device for an infrared remote sensor, and FIG. 3 discloses a configuration of a light receiving circuit. Patent Document 2 discloses a configuration of a light receiving circuit using an operational amplifier.
こうした受光装置において、所定のタイミングにおいてのみ受光を行いたい場合がある。一例として、カメラやカメラ付き携帯電話端末における、フラッシュの発光制御を考える。フラッシュの発光時間は、フラッシュが撮像対象物に照射され、反射して戻ってきた光を検出し、所定の光量が反射してきた時点でフラッシュの発光を停止するという制御が行われる。したがって、フラッシュの発光前に光の検出を行うと、本来測定すべきでない太陽光や蛍光灯の光も測定することになるため、正確な発光制御が行えないという問題が生ずる。 In such a light receiving device, it may be desired to receive light only at a predetermined timing. As an example, let us consider flash emission control in a camera or camera-equipped mobile phone terminal. The flash emission time is controlled such that light emitted from the flash to the object to be imaged and reflected and returned is detected, and the flash emission is stopped when a predetermined amount of light is reflected. Therefore, if light is detected before the flash is emitted, sunlight and fluorescent light that should not be measured are also measured, which causes a problem that accurate light emission control cannot be performed.
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定のタイミングにおいて受光を行う受光装置に使用可能であって、安定した電流検出が可能な電流検出回路の提供にある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a current detection circuit that can be used in a light receiving device that receives light at a predetermined timing and can stably detect a current.
本発明のある態様は、検出端子に接続される受光デバイスに流れる電流を検出する電流検出回路に関する。この電流検出回路は、受光デバイスの電流経路上に設けられた第1トランジスタと、受光デバイスを含む主電流経路と並列に設けられ、オンオフの制御が可能なバイアス電流経路と、第1トランジスタとともにカレントミラー回路を構成し、第1トランジスタに流れる電流を所定係数倍して本電流検出回路の出力とする第2トランジスタと、を備える。バイアス電流経路は、受光デバイスの受光開始に先立ってオンする。バイアス電流経路は、直列に接続された第1バイアス抵抗およびバイアススイッチを含んで構成してもよい。 One embodiment of the present invention relates to a current detection circuit that detects a current flowing in a light receiving device connected to a detection terminal. The current detection circuit includes a first transistor provided on the current path of the light receiving device, a bias current path provided in parallel with the main current path including the light receiving device and capable of on / off control, and a current together with the first transistor. And a second transistor that constitutes a mirror circuit and multiplies a current flowing through the first transistor by a predetermined coefficient to be output from the current detection circuit. The bias current path is turned on prior to the start of light reception by the light receiving device. The bias current path may include a first bias resistor and a bias switch connected in series.
この態様によると、受光に先立ってバイアス電流経路をオンして電流を流すことにより、第1トランジスタに電流が流れることとなる。その結果、第1トランジスタが定電流領域にバイアスされ、検出端子の電圧をほぼ一定値に保つことができ、安定した電流検出が可能となる。 According to this aspect, the current flows through the first transistor by turning on the bias current path and causing the current to flow prior to light reception. As a result, the first transistor is biased to the constant current region, the voltage at the detection terminal can be kept at a substantially constant value, and stable current detection becomes possible.
バイアス電流経路は、受光デバイスが受光を開始してから所定時間経過後にオフしてもよい。この場合、バイアス電流経路をオフした後は、受光デバイスに流れる電流のみを検出することになるため、より正確な電流検出を行うことができる。 The bias current path may be turned off after a predetermined time has elapsed since the light receiving device started to receive light. In this case, after the bias current path is turned off, only the current flowing through the light receiving device is detected, so that more accurate current detection can be performed.
電流検出回路は、受光デバイスの受光開始に先立って信号レベルが変化する制御信号を所定時間ラッチするラッチ回路をさらに備え、当該ラッチ回路の出力信号を、バイアス電流経路のオンオフを制御するための信号としてもよい。 The current detection circuit further includes a latch circuit that latches a control signal whose signal level changes prior to the start of light reception by the light receiving device for a predetermined time, and the output signal of the latch circuit is a signal for controlling on / off of the bias current path It is good.
電流検出回路は、主電流経路上の第1トランジスタおよび検出端子間に設けられた第2バイアス抵抗をさらに備えてもよい。第2バイアス抵抗をバイパスするバイパススイッチをさらに備え、バイパススイッチは、受光デバイスの受光開始に先立ってオンしてもよい。
第2バイアス抵抗を設けることにより、受光開始前の期間において、主電流経路のインピーダンスを高くすることができ、回路の消費電流を低減することができる。
The current detection circuit may further include a second bias resistor provided between the first transistor and the detection terminal on the main current path. A bypass switch that bypasses the second bias resistor is further provided, and the bypass switch may be turned on prior to the start of light reception by the light receiving device.
By providing the second bias resistor, the impedance of the main current path can be increased during the period before the start of light reception, and the current consumption of the circuit can be reduced.
電流検出回路は、第2トランジスタに流れる電流を容量に充電し、電圧に変換して出力してもよい。この場合、受光デバイスにより生成された光電流を積分して、電圧として出力することができる。 The current detection circuit may charge a current flowing through the second transistor to a capacitor, convert the current into a voltage, and output the voltage. In this case, the photocurrent generated by the light receiving device can be integrated and output as a voltage.
電流検出回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。電流検出回路を1つのLSIとして集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、トランジスタや抵抗などの回路素子の特性を均一に保つことができる。 The current detection circuit may be integrated on a single semiconductor substrate. “Integrated integration” includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate and the case where the main components of the circuit are integrated. A resistor, a capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the current detection circuit as one LSI, the circuit area can be reduced and the characteristics of circuit elements such as transistors and resistors can be kept uniform.
本発明の別の態様は、受光装置である。この受光装置は、上述の電流検出回路と、電流検出回路の検出端子に接続される受光デバイスと、を備える。受光デバイスはフォトトランジスタあるいはフォトダイオードであってもよい。この態様によれば、受光デバイスに流れる電流を好適に検出することができ、正確な受光量の測定が可能となる。 Another aspect of the present invention is a light receiving device. This light receiving device includes the above-described current detection circuit and a light receiving device connected to a detection terminal of the current detection circuit. The light receiving device may be a phototransistor or a photodiode. According to this aspect, the current flowing through the light receiving device can be suitably detected, and the amount of received light can be accurately measured.
本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、発光デバイスと、発光デバイスから発せられた光が、外部の物体により反射した光を検出する上述の受光装置と、を備える。発光デバイスは、受光装置により検出した反射光の光量が所定値に達すると、発光を停止してもよい。 Yet another embodiment of the present invention is an electronic device. The electronic apparatus includes a light emitting device and the above-described light receiving device that detects light reflected by an external object from light emitted from the light emitting device. The light emitting device may stop light emission when the amount of reflected light detected by the light receiving device reaches a predetermined value.
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明に係る電流検出回路によれば、安定した電流検出が可能となる。 The current detection circuit according to the present invention enables stable current detection.
図1は、本実施の形態に係る電子機器300の構成を示す図である。本実施の形態に係る電子機器300は、たとえば、カメラ付き携帯電話端末であり、フラッシュを備えている。電子機器300は、フラッシュを発光した後、反射して戻ってきた光を検出する受光装置を備えており、所定の光量を検出すると、フラッシュの発光を停止するものである。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an
電子機器300は、電池310、DC/DCコンバータ320、発光デバイス330、発光制御部340、発光制御トランジスタ350、受光装置200を備える。
電池310は、Liイオン電池などであり、3V〜4V程度の電池電圧Vbatを出力する。DC/DCコンバータ320は、発光デバイス330を駆動するために、電池電圧Vbatを300V程度まで昇圧する。DC/DCコンバータ320により生成される駆動電圧Vdrvは、発光デバイス330へと供給される。
The
The
発光デバイス330は、たとえばキセノンチューブランプであって、300V程度まで昇圧された駆動電圧Vdrvがその一端に印加されている。発光デバイス330の他端には、発光制御トランジスタ350が接続される。発光制御トランジスタ350としては、高耐圧のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などが用いられる。発光制御トランジスタ350のゲートには、発光制御部340から出力される発光制御信号SIG1が入力される。
The
発光制御部340には、ユーザがフラッシュをオンにすると、シャッターのタイミングと同期してハイレベルとなる制御信号CNTが入力されている。発光制御部340は後述のように、制御信号CNTにもとづいて発光制御信号SIG1をハイレベルに切り換える。発光制御信号SIG1がハイレベルとなると、遅延時間τ経過後に発光制御トランジスタ350がオンし、発光デバイス330が発光する。遅延時間τは、キセノンチューブランプの特性で決まる。
When the user turns on the flash, the light
また、発光制御部340は、制御信号CNTにもとづき、第1制御信号CNT1〜第3制御信号CNT3を生成し、受光装置200へと出力する。受光装置200は、発光制御部340から出力される第1制御信号CNT1〜第3制御信号CNT3によって、受光のためのスタンバイ状態へと遷移する。その後、受光装置200は、発光デバイス330から発光され、外部の撮影対象物に反射して戻ってきた光を検出し、検出電圧Vdetとして出力する。発光制御部340は、検出電圧Vdetが所定のしきい値電圧Vthを超えると、すなわち検出した反射光が、所定の光量に達すると、発光制御信号SIG1をローレベルとして、発光デバイス330の発光を停止する。
Further, the light
次に、本実施の形態に係る受光装置200の構成について詳細に説明する。図2は、本実施の形態に係る受光装置200の構成を示す回路図である。受光装置200は、電流検出回路100、フォトトランジスタ210、充電キャパシタCchg、調節抵抗Radjを含む。電流検出回路100はひとつの半導体基板上に一体集積化されたICであり、本実施の形態においては、図1の発光制御部340や、DC/DCコンバータ320の制御回路などとともに、機能IC302として一体集積化されている。
Next, the configuration of the
フォトトランジスタ210は、受光デバイスとして設けられており、入射した光に応じた光電流Ipが流れる。フォトトランジスタ210のエミッタは接地され、コレクタは電流検出回路100の検出端子102に接続される。
The
電流検出回路100は、検出端子102に接続されるフォトトランジスタ210に流れる光電流Ipを検出する。電流検出回路100は、第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2、第1バイアス抵抗Rbias1、第2バイアス抵抗Rbias2、バイアススイッチSW1、バイパススイッチSW2、第1抵抗R10、第2抵抗R12を含む。また、電流検出回路100の外部には、抵抗接続端子106、抵抗接続端子108間に調節抵抗Radjが、容量接続端子104に充電キャパシタCchgが接続される。
The
第1トランジスタQ1は、PNP型バイポーラトランジスタ(以下、単にPNPトランジスタという)であって、受光デバイスであるフォトトランジスタ210の電流経路上に設けられる。第1トランジスタQ1のエミッタと電源電圧Vddが印加される電源ライン間には、第1抵抗R10が接続される。また、第1トランジスタQ1のベースコレクタ間は結線されている。
The first transistor Q1 is a PNP bipolar transistor (hereinafter simply referred to as a PNP transistor), and is provided on the current path of the
第2トランジスタQ2は、PNPトランジスタであって、第1トランジスタQ1とベースが共通接続される。第2トランジスタQ2のエミッタと電源ライン間には、第2抵抗R12が設けられる。さらに、第2抵抗R12と並列に、調節抵抗Radjが接続される。第2トランジスタQ2は、第1トランジスタQ1、第1抵抗R10、第2抵抗R12、調節抵抗Radjとともにカレントミラー回路を構成する。第2トランジスタQ2は、第1トランジスタQ1に流れる第1電流Iq1を所定係数倍した第2電流Iq2を出力する。たとえば、第1トランジスタQ1と第2トランジスタQ2のサイズ比は、4:1程度に設定する。 The second transistor Q2 is a PNP transistor, and the base is commonly connected to the first transistor Q1. A second resistor R12 is provided between the emitter of the second transistor Q2 and the power supply line. Further, an adjustment resistor Radj is connected in parallel with the second resistor R12. The second transistor Q2 forms a current mirror circuit together with the first transistor Q1, the first resistor R10, the second resistor R12, and the adjustment resistor Radj. The second transistor Q2 outputs a second current Iq2 obtained by multiplying the first current Iq1 flowing through the first transistor Q1 by a predetermined coefficient. For example, the size ratio between the first transistor Q1 and the second transistor Q2 is set to about 4: 1.
第1トランジスタQ1のコレクタから、検出端子102、フォトトランジスタ210を介して接地に至る経路を、主電流経路10とする。主電流経路10の第1トランジスタQ1および検出端子102間には、第2バイアス抵抗Rbias2が設けられる。第2バイアス抵抗Rbias2の抵抗値は、十分に高く設定し、たとえば数MΩ〜数十MΩの範囲で設定する。本実施の形態では、一例として10MΩに設定される。主電流経路10は、第2バイアス抵抗Rbias2をバイパスするバイパススイッチSW2をさらに備える。バイパススイッチSW2は、発光制御部340から出力される第1制御信号CNT1によってオンオフが制御される。
A path from the collector of the first transistor Q1 to the ground via the
バイアス電流経路12は、主電流経路10と並列に設けられる。バイアス電流経路12は、第1トランジスタQ1のコレクタと接地間に直列接続された第1バイアス抵抗Rbias1およびバイアススイッチSW1を含む。第1バイアス抵抗Rbias1の抵抗値は、第2バイアス抵抗Rbias2に対して十分に低く、たとえば1/10程度に設定しておく。第2バイアス抵抗Rbias2の抵抗値は、たとえば1MΩである。
The bias
バイアススイッチSW1は、発光制御部340により生成される第3制御信号CNT3によってオンオフが制御される。バイアススイッチSW1がオンすると、バイアス電流経路12がオンし、電流が流れる。以下、バイアス電流経路12に流れる電流をバイアス電流Ibiasという。
The bias switch SW1 is controlled to be turned on / off by a third control signal CNT3 generated by the light
第2トランジスタQ2のコレクタは、マスク用スイッチSW3を介して容量接続端子104と接続される。電流検出回路100は、第2トランジスタQ2に流れる第2電流Iq2を充電キャパシタCchgに充電し、電圧に変換する。マスク用スイッチSW3のオンオフは、発光制御部340において生成される第2制御信号CNT2によって制御される。マスク用スイッチSW3は、第2制御信号CNT2がハイレベルのときオフ、ローレベルのときオンする。マスク用スイッチSW3がオフすると、第2電流Iq2の経路が遮断されるため、充電キャパシタCchgの充電は停止する。
The collector of the second transistor Q2 is connected to the
容量接続端子104と接地間には、放電用スイッチSW4が設けられる。放電用スイッチSW4は、NMOSトランジスタであって、充電キャパシタCchgと並列に接続される。放電用スイッチSW4は、ドレインが容量接続端子104に接続され、ソースが接地され、ゲートには、発光制御部340によって生成される第2制御信号CNT2が入力される。放電用スイッチSW4は、第2制御信号CNT2がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。放電用スイッチSW4がオンすると、容量接続端子104が接地され、充電キャパシタCchgに蓄えられた電荷が放電する。後述のように、放電用スイッチSW4は、フォトトランジスタ210の受光開始に先立ち、第2制御信号CNT2により、所定時間ΔT1だけオンする。放電用スイッチSW4およびマスク用スイッチSW3のオンオフは、同一の第2制御信号CNT2により制御される。
A discharge switch SW4 is provided between the
本実施の形態に係る電流検出回路100は、容量接続端子104に現れる電圧を、検出電圧Vdetとして発光制御部340へと出力する。
The
次に、発光制御部340の構成について説明する。図3は、本実施の形態に係る発光制御部340の構成を示す回路図である。発光制御部340は、コンパレータ20、Dラッチ回路22、ワンショット回路24、第1インバータ26、NANDゲート28、ドライバ回路30、第2インバータ32、遅延回路34を含む。
Next, the configuration of the light
発光制御部340は、制御端子342に入力されたフォトトランジスタ210の受光開始に先立って信号レベルが変化する制御信号CNTにもとづき、第1制御信号CNT1〜第3制御信号CNT3を生成し、電流検出回路100へと出力する。また、発光制御部340は、制御信号CNTおよび電流検出回路100から出力される検出電圧Vdetにもとづいて発光制御信号SIG1を生成し、発光デバイス330の発光および発光停止を制御する。
The light
はじめに、発光制御部340において、第1制御信号CNT1〜第3制御信号CNT3を生成するブロックについて説明する。
制御端子342に入力された制御信号CNTは、そのまま第1制御信号CNT1として電流検出回路100へと出力される。
First, the block that generates the first control signal CNT1 to the third control signal CNT3 in the light
The control signal CNT input to the
第2制御信号CNT2は、抵抗R20、R22、トランジスタQ1、第1インバータ26、第2インバータ32、遅延回路34によって、制御信号CNTを遅延させることにより生成される。トランジスタQ1は、NPN型バイポーラトランジスタであって、エミッタ接地されており、コレクタと電源ライン間には、抵抗R22が設けられる。トランジスタQ1のベースと制御端子342間には、抵抗R20が接続されている。
The second control signal CNT2 is generated by delaying the control signal CNT by the resistors R20 and R22, the transistor Q1, the
抵抗R20、R22、トランジスタQ1は、制御信号CNTを論理反転して出力する。第1インバータ26は、反転された制御信号CNTを再度論理反転する。
The resistors R20 and R22 and the transistor Q1 logically invert the control signal CNT and output it. The
第1インバータ26の出力信号SIG10は、第2インバータ32に入力される。第2インバータ32は、第1インバータ26の出力信号SIG10を論理反転し、遅延回路34へと出力する。遅延回路34は、第2インバータ32の出力信号を、所定時間ΔT1だけ遅延する。遅延回路34から出力される信号は、第2制御信号CNT2として電流検出回路100へと出力される。たとえば、遅延回路34による遅延時間ΔT1は、5μs程度に設定する。
The output signal SIG10 of the
フォトトランジスタ210の受光開始に先立って信号レベルが変化する制御信号CNTは、ワンショット回路24に入力される。ワンショット回路24は、制御信号CNTがハイレベルとなってから所定時間ΔT2の期間、ハイレベルとなる第3制御信号CNT3を生成する。すなわち、ワンショット回路24は、制御信号CNTを所定時間ΔT2の期間ラッチするラッチ回路である。第3制御信号CNT3は、バイアススイッチSW1へと出力され、そのオンオフを制御する。所定時間ΔT2は、遅延時間ΔT1より長く、たとえば10μs程度に設定する。
A control signal CNT whose signal level changes prior to the start of light reception by the
以上のように構成される発光制御部340は、第1制御信号CNT1〜第3制御信号CNT3を生成し、電流検出回路100へと出力する。
The light
次に、発光制御部340において、発光デバイス330の発光を制御するための発光制御信号SIG1を生成するブロックについて説明する。このブロックは、コンパレータ20、Dラッチ回路22、NANDゲート28、ドライバ回路30を含む。
Next, a block for generating the light emission control signal SIG1 for controlling the light emission of the
コンパレータ20は、電流検出回路100から出力される検出電圧Vdetと、所定のしきい値電圧Vthを比較し、Vdet>Vthのときハイレベル、Vdet<Vthのときローレベルとなる比較信号SIG12を出力する。
The
コンパレータ20から出力される比較信号SIG12は、Dラッチ回路22のクロック端子に入力される。Dラッチ回路22のデータ端子は電源ラインに接続されており、ハイレベルに固定されている。Dラッチ回路22のリセット端子には、制御信号CNTが入力されている。Dラッチ回路22は、比較信号SIG12のポジエッジによってセットされ、制御信号CNTのネガエッジによりリセットされるラッチ回路として機能する。Dラッチ回路22の反転出力信号SIG14は、NANDゲート28へと出力される。
The comparison signal SIG12 output from the
NANDゲート28は、第1インバータ26の出力信号SIG10と、Dラッチ回路22の反転出力信号SIG14の否定論理積を出力する。ドライバ回路30は、NANDゲート28の出力信号がローレベルの期間、ハイレベルとなる発光制御信号SIG1を出力する。
The
以上のように構成された図2の電流検出回路100および図3の発光制御部340の動作について説明する。図4は、本実施の形態に係る電流検出回路100および電子機器300の動作状態を示すタイムチャートである。
The operation of the
時刻T0以前において、電源電圧Vddが立ち上がっており、電流検出回路100は待機状態となっている。この間、フォトトランジスタ210には非常に小さな光電流Ip(暗電流)が流れている。この光電流Ipは、第1トランジスタQ1に第1電流Iq1として流れる。第1トランジスタQ1は、ベースコレクタ間が接続されているため、コレクタエミッタ間電圧Vceは、ベースエミッタ間電圧Vbeに等しくなる。検出端子102の電位Vptrは、電源電圧Vddから、第1トランジスタQ1のコレクタエミッタ間電圧Vce(=ベースエミッタ間電圧Vbe)および第1抵抗R10での電圧降下ΔVrだけ低い電圧(Vdd−Vce−ΔVr)が現れる。フォトトランジスタ210に流れる光電流Ipは小さいため、第1トランジスタQ1のコレクタエミッタ間電圧Vceは小さい。
Prior to time T0, the power supply voltage Vdd has risen and the
時刻T0に、制御信号CNTがハイレベルとなり、発光デバイス330の発光が指示される。上述したように、制御信号CNTがハイレベルとなると同時に、第1制御信号CNT1がハイレベルとなる。また、ワンショット回路24から出力される第3制御信号CNT3は、時刻T1から所定時間ΔT2の間、ハイレベルとなる。
At time T0, the control signal CNT becomes high level, and the light emission of the
時刻T0に、第1制御信号CNT1がハイレベルとなると、バイパススイッチSW2がオンし、第2バイアス抵抗Rbias2がバイパスされる。また、第3制御信号CNT3がハイレベルとなると、バイアススイッチSW1がオンし、バイアス電流経路12にバイアス電流Ibiasが流れる。
When the first control signal CNT1 becomes high level at time T0, the bypass switch SW2 is turned on, and the second bias resistor Rbias2 is bypassed. When the third control signal CNT3 becomes high level, the bias switch SW1 is turned on, and the bias current Ibias flows through the bias
このとき、第1トランジスタQ1に流れる電流Iq1は、光電流Ipと、バイアス電流Ibiasの和(Ip+Ibias)となる。上述のように、第1バイアス抵抗Rbias1の抵抗値は、第2バイアス抵抗Rbias2の抵抗値に対して十分に低く設定されるため、第1トランジスタQ1に流れる第1電流Iq1は増加する。その結果、第1トランジスタQ1のコレクタエミッタ間電圧Vceは、時刻T0以前の期間に比べて大きくなり、検出端子102の電位Vptrは低下する。
At this time, the current Iq1 flowing through the first transistor Q1 is the sum (Ip + Ibias) of the photocurrent Ip and the bias current Ibias. As described above, since the resistance value of the first bias resistor Rbias1 is set sufficiently lower than the resistance value of the second bias resistor Rbias2, the first current Iq1 flowing through the first transistor Q1 increases. As a result, the collector-emitter voltage Vce of the first transistor Q1 increases compared to the period before time T0, and the potential Vptr of the
発光デバイス330の受光開始に先立った時刻T0に、バイパススイッチSW2をオンして、バイアス電流経路12にバイアス電流Ibiasを流すことにより、第1電流Iq1が増加する。第1電流Iq1が増加することは、第1トランジスタQ1のコレクタ電流Iceが増加することを意味する。
The first current Iq1 is increased by turning on the bypass switch SW2 and causing the bias current Ibias to flow through the bias
図5は、バイポーラトランジスタである第1トランジスタQ1の電流特性を示す図である。同図の縦軸はコレクタ電流Ice(=Iq1)を、横軸はコレクタエミッタ間電圧Vce(=ベースエミッタ間電圧Vbe)を示す。図5に示すように、コレクタ電流Ice(=Iq1)が小さいときには、コレクタ電流Iceの変動に対するコレクタエミッタ間電圧Vceの変動幅が大きく、コレクタ電流Iceが大きくなると、その変動幅は小さくなる。 FIG. 5 is a diagram showing current characteristics of the first transistor Q1 which is a bipolar transistor. In the figure, the vertical axis represents the collector current Ice (= Iq1), and the horizontal axis represents the collector-emitter voltage Vce (= base-emitter voltage Vbe). As shown in FIG. 5, when the collector current Ice (= Iq1) is small, the fluctuation width of the collector-emitter voltage Vce with respect to the fluctuation of the collector current Ice is large, and when the collector current Ice is large, the fluctuation width is small.
したがって、時刻T0以前のように、第1電流Iq1(コレクタ電流Ice)が小さいときには、第1電流Iq1がわずかに変化しただけで、第1トランジスタQ1のコレクタ電圧、ひいては検出端子102の電圧Vptrが変動してしまう。検出端子102の電圧Vptrが変動すると、フォトトランジスタ210のバイアス状態が変化してしまい、光電流Ipが変動するおそれがある。また、検出端子102の電圧が変動することにより、第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2を含むカレントミラー回路の特性が悪化する場合がある。
Therefore, when the first current Iq1 (collector current Ice) is small as before time T0, the collector voltage of the first transistor Q1, and thus the voltage Vptr of the
そこで、本実施の形態に係る電流検出回路100では、受光開始に先立った時刻T0に、バイアススイッチSW1をオンして、第1電流Iq1を増加させる。その結果、第1トランジスタQ1が定電流領域でバイアスされ、コレクタ電流Iceの変化量に対するコレクタエミッタ間電圧Vceの変化量が小さくなり、検出端子102の電圧Vptrを一定に保つことができる。検出端子102の電圧Vptrが一定に保たれると、フォトトランジスタ210の特性を一定に保つことができるとともに、第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2を含むカレントミラー回路の特性を良好に保つことができる。
Therefore, in the
また、第2制御信号CNT2は、制御信号CNTがローレベルからハイレベルに遷移しする時刻T0から、所定時間ΔT1経過後の時刻T1までのラッチされ、ハイレベルを維持する。第2制御信号CNT2がハイレベルの期間、放電用スイッチSW4はオンするため、充電キャパシタCchgに蓄えられた電荷が放電されて初期化される。さらに、第2制御信号CNT2がハイレベルの間、マスク用スイッチSW3はオフするため、第2電流Iq2の経路が遮断される。その結果、時刻T1以前においては、発光デバイス330に光が入射し、光電流Ipが流れても、充電キャパシタCchgは充電されず、検出電圧Vdetは接地電位に固定される。また、回路電流が遮断されるため、低消費電力化を図ることができる。
Further, the second control signal CNT2 is latched from time T0 when the control signal CNT transitions from low level to high level until time T1 after the lapse of the predetermined time ΔT1, and maintains the high level. Since the discharge switch SW4 is turned on while the second control signal CNT2 is at a high level, the charge stored in the charge capacitor Cchg is discharged and initialized. Further, since the mask switch SW3 is turned off while the second control signal CNT2 is at the high level, the path of the second current Iq2 is interrupted. As a result, before time T1, even if light enters the
時刻T0には、発光制御信号SIG1がハイレベルとなり、発光デバイス330が発光可能状態となる。本実施の形態に係る発光デバイス330は、発光制御信号SIG1がハイレベルとなってから、時間τだけ遅れて発光する。したがって、上述の所定時間ΔT1は、時間τよりも短くなるように設定する必要がある。
At time T0, the light emission control signal SIG1 is at a high level, and the
時刻T1に、第2制御信号CNT2がローレベルとなると、マスク用スイッチSW3がオン、放電用スイッチSW4がオフし、電流検出回路100がスタンバイ状態となる。
When the second control signal CNT2 becomes low level at time T1, the mask switch SW3 is turned on, the discharge switch SW4 is turned off, and the
発光制御信号SIG1がハイレベルとなる時刻T0から時間τ経過後の時刻T2に、発光デバイス330が発光する。発光デバイス330が発光すると、反射光がフォトトランジスタ210に入射し、光電流Ipが流れる。時刻T2において、バイアス電流経路12はオフしているため、第1トランジスタQ1に流れる第1電流Iq1は、光電流Ipに等しい。上述のように、第1トランジスタQ1は定電流領域にバイアスされているため、光電流Ipが流れはじめても、検出端子102の電位Vptrはほとんど変動しない。
The
時刻T2以降、充電キャパシタCchgは、第2トランジスタQ2から出力される第2電流Iq2によって充電され、検出電圧Vdetは徐々に上昇する。時刻T3に、検出電圧Vdetが、所定のしきい値電圧Vthに達すると、コンパレータ20の出力である比較信号SIG12はハイレベルとなり、Dラッチ回路22の反転出力信号SIG14は、ローレベルとなる。その結果、ドライバ回路30から出力される発光制御信号SIG1はローレベルとなり、発光制御トランジスタ350がオフして、発光デバイス330の発光が停止する。
After time T2, the charging capacitor Cchg is charged by the second current Iq2 output from the second transistor Q2, and the detection voltage Vdet gradually increases. When the detection voltage Vdet reaches a predetermined threshold voltage Vth at time T3, the comparison signal SIG12 that is the output of the
その後、時刻T0から所定時間ΔT2経過後の時刻T4に、第3制御信号CNT3がローレベルとなり、バイアススイッチSW1がオフする。 Thereafter, at time T4 after a predetermined time ΔT2 has elapsed from time T0, the third control signal CNT3 becomes low level and the bias switch SW1 is turned off.
本実施の形態に係る電流検出回路100によれば、発光デバイス330の発光開始、すなわちフォトトランジスタ210による受光開始に先立ち、バイアススイッチSW1をオンすることにより、カレントミラー回路を構成する第1トランジスタQ1を定電流領域にバイアスすることができる。さらに、その結果、フォトトランジスタ210のコレクタ電圧、すなわち検出端子102の電位Vptrを、光電流Ipの値によらずにほぼ一定値に保つことができ、安定な光検出を行うことができる。
According to the
また、第2バイアス抵抗Rbias2を設けることにより、受光開始前の期間において、主電流経路10のインピーダンスを高くすることができ、回路の消費電流を低減することができる。
Also, by providing the second bias resistor Rbias2, the impedance of the main
図6は、フォトトランジスタ210による受光量が小さいときの電流検出回路100および電子機器300の動作状態を示すタイムチャートである。
FIG. 6 is a time chart showing the operating states of the
フォトトランジスタ210による受光開始前、すなわち時刻T0から時刻T2の波形は、図4と同様である。制御信号CNTがハイレベルとなる時刻T0から、時間τ経過後の時刻T2に、発光デバイス330が発光する。発光デバイス330から反射体までの距離が遠いときには、反射光の強度が弱くなるため、受光量が小さくなる。その結果、光電流Ipが図4の場合と比べて小さくなり、検出電圧Vdetの上昇速度が遅くなる。時刻T2から時刻T4までの期間、第1トランジスタQ1に流れる第1電流Iq1は、光電流Ipとバイアス電流Ibiasの和電流となっている。
The waveform before the start of light reception by the
時刻T0から所定時間ΔT2経過後の時刻T3に第3制御信号CNT3がローレベルとなる。第3制御信号CNT3がローレベルとなると、バイアススイッチSW1がオフし、バイアス電流経路12がオフする。時刻T4以降、バイアススイッチSW1がオフすると、バイアス電流Ibiasが流れなくなるため、第1トランジスタQ1に流れる第1電流Iq1は、光電流Ipに等しくなる。その結果、充電キャパシタChgに対する充電電流が減少し、検出電圧Vdetの上昇速度が低下する。
The third control signal CNT3 becomes low level at time T3 after a predetermined time ΔT2 has elapsed from time T0. When the third control signal CNT3 becomes low level, the bias switch SW1 is turned off and the bias
その後、時刻T5に、検出電圧Vdetがしきい値電圧Vthに達すると、発光制御信号SIG1はローレベルとなり、発光デバイス330の発光が停止する。
Thereafter, when the detection voltage Vdet reaches the threshold voltage Vth at time T5, the light emission control signal SIG1 becomes a low level, and the light emission of the
フォトトランジスタ210が受光を開始してから所定時間(本実施の形態においては、ΔT2−τに相当する)経過するということは、検出電圧Vdetの上昇速度が遅いことを意味し、ひいては光電流Ipが小さいことを意味する。光電流Ipがバイアス電流Ibiasと同程度、あるいはそれよりも低い場合に、第1電流Iq1(=Ip+Ibias)にもとづき、充電キャパシタCchgを充電すると、受光量を正確に積分することができなくなってしまう。
The passage of a predetermined time (corresponding to ΔT2−τ in this embodiment) after the
そこで、本実施の形態に係る受光装置200および発光制御部340は、所定時間(ΔT2−τ)経過後にバイアススイッチSW1をオフすることにより、第1電流Iq1を、光電流Ipと等しく設定することにより、フォトトランジスタ210による受光量を正確に検出し、発光デバイス330をオフするまでの時間を好適に制御することができる。
Therefore, the
なお、時刻T4においては、第1トランジスタQ1には光電流Ipが流れているため、バイアス電流Ibiasをオフしても、第1トランジスタQ1のバイアス状態が非定電流領域まで下がることはなく、検出端子102の電位Vptrが大幅に変動することもない。 At time T4, since the photocurrent Ip flows through the first transistor Q1, even if the bias current Ibias is turned off, the bias state of the first transistor Q1 does not fall to the non-constant current region, and is detected. The potential Vptr of the terminal 102 does not fluctuate significantly.
さらに、本実施の形態に係る受光装置200および発光制御部340によれば、放電用スイッチSW4およびマスク用スイッチSW3を設けることにより、以下の効果を有する。
Furthermore, according to the
電流検出回路100に電源電圧を与えると、フォトトランジスタ210がバイアスされるため、暗電流が流れたり、あるいは外部から入射する本来受光すべきでない光によって光電流Ipが流れ、充電キャパシタCchgが充電されるおそれがある。そこで、フォトトランジスタ210の受光開始に先立ち、所定の期間、放電用スイッチSW4をオンすることにより、不要な電流によって充電キャパシタCchgが充電されるのを防止するとともに、充電キャパシタCchgに蓄えられた電荷を放電し、検出電圧Vdetを初期値に設定することができる。さらに、フォトトランジスタ210の受光開始に先立ち、マスク用スイッチSW3をオフしておくことにより、第2電流Iq2によって充電キャパシタCchgが充電されるのを防止することができるとともに、回路の消費電流を低減することができる。
When a power supply voltage is applied to the
さらに、コンパレータ20から出力される比較信号SIG12を、Dラッチ回路22を用いてラッチすることにより、検出電圧Vdetがしきい値電圧Vth付近で変動した場合に、発光制御信号SIG1がハイレベルとローレベルを繰り返し、発光デバイス330が発光状態と、発光停止状態を繰り返すのを防止することができる。
Further, by latching the comparison signal SIG12 output from the
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 Those skilled in the art will understand that the above-described embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.
実施の形態において、バイアス電流経路12を直列接続した第1バイアス抵抗Rbias1およびバイアススイッチSW1によって構成したが、これには限定されず、所定の電流を生成する定電流源を用いてもよい。この場合、定電流源をオンオフすることにより、第1トランジスタQ1のバイアス状態を変化させることができる。
In the embodiment, the bias
実施の形態では、受光デバイスとしてフォトトランジスタ210を用いたが、フォトダイオードを代わりに用いてもよい。
In the embodiment, the
実施の形態においてMOSFET、バイポーラトランジスタで構成された素子は、相互に置換することが可能である。これらの選択は、半導体製造プロセスやコスト、回路に求められる使用に応じて決定すればよい。さらに、電源電圧と接地電位を天地反転し、PNPトランジスタとNPNトランジスタ、あるいはPMOSトランジスタとNMOSトランジスタを置換した回路構成も有効である。 In the embodiment, elements composed of MOSFETs and bipolar transistors can be replaced with each other. These selections may be determined according to the semiconductor manufacturing process, cost, and use required for the circuit. Further, a circuit configuration in which the power supply voltage and the ground potential are inverted and the PNP transistor and the NPN transistor or the PMOS transistor and the NMOS transistor are replaced is also effective.
実施の形態においては、受光装置200および発光制御部340が一体集積化される場合について説明したが、一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積、用途などに応じて決めればよい。
In the embodiment, the case where the
本実施の形態に係る電流検出回路100あるいは受光装置200を用いた電子機器300としては、上述の携帯電話端末に限定されるものではなく、照度センサや赤外線通信機器など、フォトダイオードやフォトトランジスタを用いて光を検出する機器に広く用いることができる。
The
10 主電流経路、 12 バイアス電流経路、 20 コンパレータ、 22 Dラッチ回路、 24 ワンショット回路、 26 第1インバータ、 28 NANDゲート、 30 ドライバ回路、 32 第2インバータ、 34 遅延回路、 C20 キャパシタ、 100 電流検出回路、 102 検出端子、 104 容量接続端子、 106 抵抗接続端子、 108 抵抗接続端子、 200 受光装置、 210 フォトトランジスタ、 300 電子機器、 302 機能IC、 310 電池、 320 DC/DCコンバータ、 330 発光デバイス、 340 発光制御部、 350 発光制御トランジスタ、 R10 第1抵抗、 R12 第2抵抗、 Q1 第1トランジスタ、 Q2 第2トランジスタ、 Rbias1 第1バイアス抵抗、 Rbias2 第2バイアス抵抗、 SW1 バイアススイッチ、 SW2 バイパススイッチ、 SW3 マスク用スイッチ、 SW4 放電用スイッチ、 Radj 調節抵抗、 Cchg 充電キャパシタ、 CNT1 第1制御信号、 CNT2 第2制御信号、 CNT3 第3制御信号。
10 main current path, 12 bias current path, 20 comparator, 22 D latch circuit, 24 one-shot circuit, 26 first inverter, 28 NAND gate, 30 driver circuit, 32 second inverter, 34 delay circuit, C20 capacitor, 100 current Detection circuit, 102 detection terminal, 104 capacitance connection terminal, 106 resistance connection terminal, 108 resistance connection terminal, 200 light receiving device, 210 phototransistor, 300 electronic device, 302 functional IC, 310 battery, 320 DC / DC converter, 330 light emitting
Claims (13)
前記受光デバイスの電流経路上に設けられた第1トランジスタと、
前記受光デバイスを含む主電流経路と並列に設けられ、オンオフの制御が可能なバイアス電流経路と、
前記第1トランジスタとともにカレントミラー回路を構成し、前記第1トランジスタに流れる電流を所定係数倍して本電流検出回路の出力とする第2トランジスタと、
を備え、
前記バイアス電流経路は、前記受光デバイスの受光開始に先立ってオンすることを特徴とする電流検出回路。 A current detection circuit for detecting a current flowing in a light receiving device connected to a detection terminal,
A first transistor provided on a current path of the light receiving device;
A bias current path provided in parallel with the main current path including the light receiving device and capable of on / off control;
A second transistor that constitutes a current mirror circuit together with the first transistor, multiplies the current flowing through the first transistor by a predetermined coefficient, and outputs the current detection circuit;
With
The current detection circuit, wherein the bias current path is turned on prior to the start of light reception of the light receiving device.
当該ラッチ回路の出力信号を、前期バイアス電流経路のオンオフを制御するための信号としたことを特徴とする請求項2に記載の電流検出回路。 A latch circuit that latches a control signal whose signal level changes prior to the start of light reception by the light receiving device for a predetermined time;
3. The current detection circuit according to claim 2, wherein the output signal of the latch circuit is a signal for controlling on / off of the bias current path in the previous period.
前記電流検出回路の前記検出端子に接続される受光デバイスと、
を備えることを特徴とする受光装置。 A current detection circuit according to any one of claims 1 to 8,
A light receiving device connected to the detection terminal of the current detection circuit;
A light receiving device comprising:
前記発光デバイスから発せられた光が、外部の物体により反射した光を検出する請求項9から11のいずれかに記載の受光装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。 A light emitting device;
The light receiving device according to any one of claims 9 to 11, wherein light emitted from the light emitting device detects light reflected by an external object;
An electronic device comprising:
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