JP2011217080A - Current-voltage conversion circuit and smoke detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路、及び当該電流電圧変換回路を備える煙感知器に関する。 The present invention relates to a current-voltage conversion circuit that converts a current into a voltage and outputs the voltage, and a smoke detector including the current-voltage conversion circuit.
従来から、電流量の変化を電圧値の変化として検知するために、電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路が用いられている。この様な電流電圧変換回路は、図10に示すように、例えば火災時に発生する煙を感知して発報する煙感知器1等に用いられている。図10は、従来の電流電圧変換回路を用いた煙感知器2の概略回路図である。以下、図10に示した煙感知器1の概略構成について説明する。
Conventionally, in order to detect a change in current amount as a change in voltage value, a current-voltage conversion circuit that converts a current into a voltage and outputs the voltage is used. As shown in FIG. 10, such a current-voltage conversion circuit is used in, for example, a
図10(a)に示すように煙感知器1は、ハウジング3内に検知空間Kを有し、この検知空間Kに向けて間欠的に光を出力する発光ダイオードLDと、当該発光ダイオードLDからの直接光が入射しない位置に配置され受光した光を電流に変換するフォトダイオードPDとを備えたものが知られている(たとえば特許文献1参照)。この煙感知器1では、検知空間K内に煙が流入すると、発光ダイオードLDからの光が検知空間K内の煙で拡散反射されることによりフォトダイオードPDでの発光ダイオードLDからの光の受光量が増加し、フォトダイオードPDから出力される電流量が増加する。
As shown in FIG. 10 (a), the
発光ダイオードLD及びフォトダイオードPDは、発光ダイオードLDの前方に配置された投光レンズ4a及びフォトダイオードPDの前方に配置された受光レンズ4bと共に光学ブロック5を構成する。ハウジング3は、下面に開口部が形成され当該開口部に向けて発光ダイオードLDからの光が出射されるように光学ブロック5を収納したボディ6と、上面開口の有底円筒状であってボディ6の開口部を覆うようにボディ6に結合されるカバー7とを備えている。
The light emitting diode LD and the photodiode PD constitute an optical block 5 together with a light projecting lens 4a disposed in front of the light emitting diode LD and a light receiving
カバー7の周壁には煙を取り込むための開口窓が形成されており、カバー7内に前述した検知空間Kが形成される。ここでカバー7内には、検知空間Kへの虫の侵入を防止する防虫網8、及び検知空間Kへの外乱光の入射を防止するラビリンスLが検知空間Kを包囲するように配置されている。ラビリンスLには、蛍光灯又は白熱灯等の様々な外乱光の入射を防止するとともに、検知空間K内に煙がない状態で発光ダイオードLDの光がフォトダイオードPDに入射することを防止するために入り組んだ光路を持つ複雑な構造が採用されている。
An opening window for taking in smoke is formed on the peripheral wall of the
この種の煙感知器1においては、図10(b)に示すように、ハウジング3内に収納された回路ブロック9に、フォトダイオードPDからの入力電流を電圧に変換して出力する電流電圧変換回路(IV変換回路)23が設けられている。さらに、電流電圧変換回路23の出力電圧を増幅回路24とフィルタ回路25とを通して判定処理部である発報判定回路26に入力し、前述した出力電圧Voutの変化量が所定の火災判定レベルを超えると発報回路27(ブザー等)で発報するように構成されている。なお、回路ブロック9には、各回路に電源供給する電源回路28と、他の発報手段等を連動させる連動回路29と、発光ダイオードLDと直列接続されたトランジスタTr10(図11参照)を含み発光ダイオードLDを周期的にパルス発光させるLED駆動回路22とが設けられている。なお、図11は、従来の電流電圧変換回路23の概略回路図を示す説明図である。
In this type of
ここで用いられる電流電圧変換回路23は、たとえば図11に示すように演算増幅器OP10の反転入力端子と出力端子との間に変換抵抗R20を接続してなる変換部33を有し、この反転入力端子に入力電流Iinが入力されると、入力電流Iinの変動に応じて電圧値が変動する出力電圧Voutを出力端子Toutに出力するように構成される。図11の例では、非反転入力端子に基準電圧Vsが印加されているので、変換抵抗R20の抵抗値をr20とすれば出力電圧Voutは、Vout=Vs−(Iin×r20)で表される。要するに電流電圧変換回路23は、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光していない定常状態での出力電圧Voutを動作点として、入力電流Iinの変動に応じて動作点を基準に出力電圧Voutを変動させることとなる。
The current-
また、近年では、設置が簡単であることから、電池を電源とした煙感知器1の需要が増えている。電池を煙感知器1の電源とする場合には、煙感知器1の平均消費電力を抑えて電池の長寿命化を図るため、煙感知器1を間欠駆動させる必要がある。
In recent years, since the installation is simple, the demand for the
図12は、従来の電流電圧変換回路23の動作を示すタイミングチャートであり、(a)は電源回路のタイミングチャート、(b)は発光ダイオードのタイミングチャート、(c)は出力電圧のタイミングチャートである。この場合には、図12(a)に示す電流電圧変換回路23への電源供給も間欠的に行われることとなる。そのため、発光ダイオードLDは図12(b)のように電流電圧変換回路23への電源供給が行われている間にパルス状の光を出力する。ここで、検知空間Kに煙が流入してフォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光すると、図12(c)に実線で示すように電流電圧変換回路23の出力電圧Voutの変化量ΔVは大きくなり図12(c)中の火災判定レベルに達することとなる。一方、検知空間Kに煙がなければ、図12(c)に破線で示すように出力電圧の変化量ΔVは小さくなり、火災判定レベルに達することはない。
FIG. 12 is a timing chart showing the operation of the conventional current-
ところで、図11のような電流電圧変換回路23では、図13(a)に示すように演算増幅器OP10のダイナミックレンジが、演算増幅器OP10の電源電圧VDDとグランドGNDとの間に規定されており、前述した出力電圧Voutはこのダイナミックレンジの範囲内で変動する。そのため、入力電流Iinがある大きさ以上になると出力電圧Voutが飽和してしまう。
In the current-
たとえば上述した煙感知器1においては、ラビリンスLを設けてあるものの、検知空間Kを外部から完全には遮断することはできないので、フォトダイオードPDに対して僅かながら外乱光が入射することがある。通常、外乱光は時間的変動が小さく、フォトダイオードPDがこの外乱光を受光することによりフォトダイオードPDからは時間的変動の小さい電流(以下、「直流成分」という)が出力されることになる。また、以下の説明において、この直流成分の電流を示す記号を「Idc」で示す。
For example, in the
そして、入力電流Iinに含まれる低周波成分がある大きさ以上になると、出力電圧Voutが飽和する可能性がある。特に、上述のように電池を煙感知器Aの電源とする場合には、演算増幅器OP1の電源電圧が低く演算増幅器OP1のダイナミックレンジが比較的狭いため、出力電圧Voutが飽和しやすい。 When the low frequency component included in the input current Iin exceeds a certain level, the output voltage Vout may be saturated. In particular, when the battery is used as the power source of the smoke detector A as described above, the output voltage Vout tends to be saturated because the power supply voltage of the operational amplifier OP1 is low and the dynamic range of the operational amplifier OP1 is relatively narrow.
図13は、従来の電流電圧変換回路23の出力電圧を示す説明図であり、(a)は入力電流Iinに直流成分が含まれていない状態、(b)は入力電流Iinに直流成分が少し含まれている状態、(c)は入力電流Iinに直流成分が多く含まれている状態である。
13A and 13B are explanatory diagrams showing the output voltage of the conventional current-
すなわち、入力電流Iinに直流成分が含まれていなければ、図13(a)のように出力電圧Voutの動作点は基準電圧Vsとなるから、入力電流Iinの変動があれば出力電圧Voutもこの変動に追従して変動するが、これに対して、入力電流Iinに直流成分が含まれていると、図13(b)に示すように出力電圧Voutの動作点が低下し、入力電流Iinが増加した場合に出力電圧Voutが途中で飽和してしまう可能性がある。特に、直流成分が大きく、図13(c)のように出力電圧Voutの動作点がグランドGND付近にまで低下している場合には、入力電流Iinの変動によらず出力電圧Voutが飽和状態にあり、入力電流Iinの増加を出力電圧Voutが追従することはない。 That is, if the input current Iin does not contain a direct current component, the operating point of the output voltage Vout becomes the reference voltage Vs as shown in FIG. 13A. Therefore, if the input current Iin varies, the output voltage Vout also becomes this In contrast to this, when the input current Iin includes a DC component, the operating point of the output voltage Vout decreases as shown in FIG. 13B, and the input current Iin becomes smaller. When it increases, there is a possibility that the output voltage Vout is saturated in the middle. In particular, when the DC component is large and the operating point of the output voltage Vout is lowered to near the ground GND as shown in FIG. 13C, the output voltage Vout is saturated regardless of the fluctuation of the input current Iin. Yes, the output voltage Vout does not follow the increase in the input current Iin.
たとえば変換抵抗R20の抵抗値r20を1MΩ、基準電圧Vsを1Vとすると、入力電流Iinが1μAで変換抵抗R20の両端間の電圧降下は1Vとなり、その結果、電流電圧変換回路23の出力電圧Voutが0Vとなって飽和する。この状態では、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光して電流電圧変換回路23にパルス状の入力電流Iinが入力されても、電流電圧変換回路23の出力電圧Voutは飽和しているからこれ以上変動することはなく、出力電圧Voutの変化量ΔVが火災判定レベルに達することなく失報となる可能性がある。
For example, if the resistance value r20 of the conversion resistor R20 is 1 MΩ and the reference voltage Vs is 1 V, the input current Iin is 1 μA and the voltage drop across the conversion resistor R20 is 1 V. As a result, the output voltage Vout of the current-
そこで、電流電圧変換回路23として、入力電流Iinに直流成分が含まれている場合に、出力端子Toutと入力端子Tinとの間にフィードバックをかけて前記直流成分による出力電圧Voutの飽和を抑制できるようにしたものが提案されている。
Therefore, as the current-
この電流電圧変換回路23は、上述した変換部33に加えて、図14に示すように変換部33の出力電圧Voutを受けて出力電圧Voutの積分値成分に相当する積分電圧Vdcを出力する積分回路38と、積分回路38の出力と変換部33の入力端子Tinとの間に挿入された分流用抵抗R31とを備える。図14は、従来の他の電流電圧変換回路の概略回路図である。これにより、積分電圧Vdcの大きさに応じた電流を入力電流Iinから引き抜いて分流用抵抗R31に流すことにより、出力電圧Voutへの積分値成分の影響を抑制することができるので、入力電流Iinに直流成分が含まれている場合には、この直流成分が入力電流Iinから減算されることによって、出力電圧Voutへの直流成分の影響を抑制できる。
In addition to the
この電流電圧変換回路23において、分流用抵抗R31に流れる電流の大きさは、分流用抵抗R31の両端間の電位差と分流用抵抗R31の抵抗値とで決まる。分流用抵抗R31の両端間の電位差は、入力電流Iinに含まれる直流成分の大きさに応じて変化するので、変換部33の出力電圧Voutが飽和するほど大きな直流成分が入力電流Iinに含まれている場合には、分流用抵抗R31の両端間の電位差も飽和することとなり、それ以上の電流を分流用抵抗R31に流すことができなくなる。このときの電流が、出力電圧Voutへの影響を抑制可能な低周波成分の大きさの上限となる。
In the current-
ただし、上述した煙感知器1ではラビリンスLにより検知空間Kへの外乱光の入射が防止されているので、入力電流Iinに含まれる直流成分が前述した上限を超えるほど強い外乱光がフォトダイオードPDで受光されることはなく、上記構成の電流電圧変換回路23を採用すれば出力電圧Voutの飽和を十分防止することができる。
However, in the
ところで、上述した構成の電流電圧変換回路23では、万一、前述した上限を超えた直流成分を含む入力電流Iinが入力されると、図13(b)又は図13(c)に示したように出力電圧Voutの動作点が低下し出力電圧Voutが飽和してしまう可能性がある。分流用抵抗R31として抵抗値の小さいものを用いれば、分流用抵抗R31により多くの電流を引き抜くことで、出力電圧Voutへの影響を抑制可能な直流成分の大きさの上限を広げることができる。しかしながら、分流用抵抗R31自体の熱雑音が大きくなる。分流用抵抗R31の熱雑音が大きくなれば、電流電圧変換回路23の入力換算ノイズも大きくなるため、当該ノイズと検出対象である信号成分との比であるSN比が低下するという問題があるので、分流用抵抗R31の抵抗値はある程度大きく設定せざるを得ない。その結果、出力電圧Voutが飽和してしまう可能性が残ることとなり、たとえば以下の問題を生じる。
By the way, in the current-
すなわち、上述した煙感知器1においては、検知空間Kへの外乱光の入射を防止するラビリンスLの構造が複雑であり、ラビリンスLの製造にかかるコストが煙感知器1全体の低コスト化の妨げとなっているので、ラビリンスLの構造を極力簡素化、あるいはラビリンスL自体を省略することで、煙感知器1の低コスト化を図ることが要望されている。しかし、ラビリンスLを簡素化あるいは省略すると、フォトダイオードPDで受光される外乱光が強くなり、入力電流Iinに含まれる直流成分が出力電圧Voutへの影響を抑制可能な低周波成分の大きさの上限を超え、結果的に、出力電圧Voutが飽和してしまうことがある。
That is, in the
そこで、本発明は、前述した従来の事情に鑑みてなされたもので、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化することができる電流電圧変換回路及び煙感知器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and provides a current-voltage conversion circuit and a smoke detector capable of simplifying means for preventing disturbance light from entering the light receiving unit. With the goal.
前述した目的を達成するために、本発明の電流電圧変換回路は、発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、当該フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、フォトダイオードにより出力された第1の入力電流を第1の出力電圧に変換して出力する第1の演算増幅部と、フォトダイオードにより出力された第2の入力電流を第2の出力電圧に変換して出力する第2の演算増幅部と、第1の演算増幅部により出力された第1の出力電圧の平均値成分に相当する第1の平均電圧を出力する第1の帰還回路部と、第2の演算増幅部により出力された第2の出力電圧の平均値成分に相当する第2の平均電圧を出力する第2の帰還回路部と、第1の帰還回路部により出力された第1の平均電圧に応じて、第1の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する第1のトランジスタ部と、第2の帰還回路部により出力された第2の平均電圧に応じて、第2の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第2のトランジスタ部と、を備える。 In order to achieve the above-described object, the current-voltage conversion circuit of the present invention is a current that converts an input current output by conversion of a photodiode into a voltage according to the amount of light received by the photodiode with respect to light emitted from the light emitting diode. A voltage conversion circuit, which converts a first input current output from a photodiode into a first output voltage and outputs the first input current, and outputs a second input current output from the photodiode. A second operational amplifier that converts the output voltage to a second output voltage and outputs a first average voltage corresponding to an average value component of the first output voltage output by the first operational amplifier; 1 feedback circuit unit, a second feedback circuit unit that outputs a second average voltage corresponding to an average value component of the second output voltage output by the second operational amplifier unit, and a first feedback circuit Output by In accordance with the first average voltage, the first transistor unit that controls the flow of the current according to the current drawn from the first operational amplification unit, and the second output from the second feedback circuit unit And a second transistor unit that controls to flow a current according to a current flowing into the second operational amplifier according to the average voltage.
また、本発明の電流電圧変換回路は、第1の帰還回路部の終端と第1のトランジスタ部のゲート電極との間には、第1の帰還回路部と第1のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第1のスイッチ部と、第1スイッチ部と並列接続された第1のコンデンサとにより構成された第1のサンプルホールド回路が設けられ、第2の帰還回路部の終端と第2のトランジスタ部のゲート電極との間には、第2の帰還回路部と第2のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第2のスイッチ部と、第2スイッチ部と並列接続された第2のコンデンサとにより構成された第2のサンプルホールド回路が設けられることが好ましい。 The current-voltage conversion circuit according to the present invention includes a first feedback circuit portion, a gate electrode of the first transistor portion, and a gate electrode of the first transistor portion between the terminal of the first feedback circuit portion and the gate electrode of the first transistor portion. A first sample-and-hold circuit including a first switch unit that is conductive or non-conductive between the first switch unit and a first capacitor that is connected in parallel with the first switch unit. Between the terminal and the gate electrode of the second transistor part, a second switch part for conducting or non-conducting between the second feedback circuit part and the gate electrode of the second transistor part, and a second switch It is preferable that a second sample and hold circuit configured by a second capacitor connected in parallel with the unit is provided.
次に、本発明の電流電圧変換回路は、発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、フォトダイオードにより出力された第3の入力電流を第3の出力電圧に変換して出力する第3の演算増幅部と、フォトダイオードにより出力された第4の入力電流を第4の出力電圧に変換して出力する第4の演算増幅部と、第4の演算増幅部により出力された第4の出力電圧の平均値成分に相当する第3の平均電圧を出力する第3の帰還回路部と、第3の帰還回路部により出力された第3の平均電圧に応じて、第4の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第3のトランジスタ部と、第3の帰還回路部により出力された第3の平均電圧に応じて、第3の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する第3のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、を備える。 Next, the current-voltage conversion circuit of the present invention is a current-voltage conversion circuit that converts an input current output by conversion of a photodiode into a voltage according to the amount of light received by the photodiode with respect to light emitted from the light-emitting diode, A third operational amplifier that converts the third input current output from the photodiode into a third output voltage and outputs the third input current, and converts the fourth input current output from the photodiode into a fourth output voltage A fourth operational amplifier for outputting, a third feedback circuit for outputting a third average voltage corresponding to an average value component of the fourth output voltage output by the fourth operational amplifier, A third transistor section for controlling to flow a current corresponding to a current flowing into the fourth operational amplifier section according to the third average voltage output by the third feedback circuit section; and a third feedback circuit Output by Depending on the third average voltage, and a current mirror circuit for the third transistor arranged to control the electric current corresponding to the current drawn from the third operational amplifying unit.
また、本発明の電流電圧変換回路は、第3の帰還回路部の終端と第3のトランジスタ部のゲート電極との間には、第3の帰還回路部と第3のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第3のスイッチ部と、第3スイッチ部と並列接続された第3のコンデンサとにより構成された第3のサンプルホールド回路が設けられることが好ましい。 The current-voltage conversion circuit according to the present invention includes a third feedback circuit section, a gate electrode of the third transistor section, and a gate electrode of the third transistor section between the terminal of the third feedback circuit section and the gate electrode of the third transistor section. It is preferable to provide a third sample-and-hold circuit including a third switch unit that conducts or non-conducts between and a third capacitor that is connected in parallel with the third switch unit.
次に、本発明の電流電圧変換回路は、発光ダイオードの出射光に対するフォトダイオードの受光量に応じて、フォトダイオードの変換により出力された入力電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、フォトダイオードにより出力された第5の入力電流を第5の出力電圧に変換して出力する第5の演算増幅部と、フォトダイオードにより出力された第6の入力電流を第6の出力電圧に変換して出力する第6の演算増幅部と、第5及び第6の演算増幅部によりそれぞれ出力された第5及び第6の出力電圧の差分を所定の利得に応じて増幅した出力電圧を出力する差動増幅器と、差動増幅器により出力された増幅された出力電圧を受けて出力電圧の平均値成分に相当する平均電圧を出力する第4の帰還回路部と、第4の帰還回路部により出力された平均電圧に応じて、第6の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第4のトランジスタ部と、第4の帰還回路部により出力された平均電圧に応じて、第5の演算増幅部から引き込まれた電流に応じた電流を流すように制御する第4のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、を備える。 Next, the current-voltage conversion circuit of the present invention is a current-voltage conversion circuit that converts an input current output by conversion of a photodiode into a voltage according to the amount of light received by the photodiode with respect to light emitted from the light-emitting diode, A fifth operational amplifier that converts the fifth input current output from the photodiode into a fifth output voltage and outputs the fifth input current, and converts the sixth input current output from the photodiode into a sixth output voltage And outputs an output voltage obtained by amplifying the difference between the fifth and sixth output voltages output by the sixth operational amplification unit and the fifth and sixth operational amplification units, respectively, according to a predetermined gain. A differential amplifier; a fourth feedback circuit unit that receives the amplified output voltage output from the differential amplifier and outputs an average voltage corresponding to an average value component of the output voltage; and a fourth feedback circuit unit. In accordance with the average voltage output, the fourth transistor unit that controls to flow a current corresponding to the current flowing into the sixth operational amplifier unit, and the average voltage output by the fourth feedback circuit unit, A current mirror circuit unit for the fourth transistor unit that controls to flow a current corresponding to the current drawn from the fifth operational amplifier unit.
また、本発明の電流電圧変換回路は、第4の帰還回路部の終端と第4のトランジスタ部のゲート電極との間には、第4の帰還回路部と第4のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第4のスイッチ部と、第4スイッチ部と並列接続された第4のコンデンサとにより構成された第4のサンプルホールド回路が設けられることが好ましい。 The current-voltage conversion circuit according to the present invention includes a fourth feedback circuit section, a gate electrode of the fourth transistor section, and a gate electrode of the fourth transistor section between the terminal of the fourth feedback circuit section and the gate electrode of the fourth transistor section. It is preferable to provide a fourth sample-and-hold circuit including a fourth switch unit that conducts or non-conducts between and a fourth capacitor that is connected in parallel with the fourth switch unit.
また、本発明の電流電圧変換回路は、第1、第2、第3及び第4のうちいずれかの帰還回路部の終端と帰還回路部に対応する第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのトランジスタ部のゲート電極との間には、第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのサンプルホールド回路の第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのスイッチ部が非導通である場合に、第1、第2、第3及び第4のいずれかのコンデンサからの漏れ電流による第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのコンデンサの両端間の電圧の低下を補償する抵抗が、第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのスイッチ部と並列接続されていることが好ましい。 The current-voltage conversion circuit according to the present invention includes the first, second, third, and fourth terminals corresponding to the terminal of the feedback circuit unit and the feedback circuit unit among the first, second, third, and fourth. Any one of the first, second, third and fourth of the sample-and-hold circuit among the first, second, third and fourth between the gate electrode of any of the transistor portions. Any one of the first, second, third, and fourth capacitors due to leakage current from any one of the first, second, third, and fourth capacitors when the switch portion is non-conductive. It is preferable that a resistor that compensates for a decrease in voltage between the two terminals is connected in parallel to any one of the first, second, third, and fourth switch units.
また、本発明の煙感知器は、前述したいずれかの電流電圧変換回路と、所定の検知空間に向けて間欠的に光を発光する発光部と、発光部により発光された直接光が入射しない位置に配置されると共に、検知空間内に流入した煙により発光部から出力された光が拡散反射した際の受光量を電流に変換する光電変換部と、電流電圧変換回路により出力された出力電圧のレベルの変化量に応じて、所定の火災判定レベルを超えるか否かを判断する判断部と、出力電圧のレベルの変化量が所定の火災判定レベルを超えると判断部により判断された場合に、所定の火災の可能性を示唆する警告音を発砲する発報部と、を備え、光電変換部は、電流を電流電圧変換回路の第1〜第6のうちいずれかの入力端子に出力することを特徴とする。 The smoke detector according to the present invention includes any one of the current-voltage conversion circuits described above, a light emitting unit that emits light intermittently toward a predetermined detection space, and direct light emitted from the light emitting unit is not incident. The photoelectric conversion unit that is disposed at the position and converts the amount of light received when the light output from the light emitting unit diffusely reflected by the smoke flowing into the detection space into current, and the output voltage output by the current-voltage conversion circuit A determination unit that determines whether or not a predetermined fire determination level is exceeded, and a determination unit that determines that the amount of change in the output voltage level exceeds a predetermined fire determination level according to the amount of change in the level of A warning unit that fires a warning sound that suggests the possibility of a predetermined fire, and the photoelectric conversion unit outputs a current to any one of the first to sixth input terminals of the current-voltage conversion circuit. It is characterized by that.
本発明に係る電流電圧変換回路及び煙感知器によれば、受光部への外乱光の入射を防止する手段を簡素化することができる。 According to the current-voltage conversion circuit and the smoke detector according to the present invention, it is possible to simplify the means for preventing the disturbance light from entering the light receiving unit.
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
1.煙感知器の構成及び動作に関する説明
図1は、第1の実施形態の電流電圧変換回路である電流電圧変換部13を含む煙感知器1の内部構成を示すブロック図である。図1において、煙感知器1は、タイミング生成部11と、発光制御部12と、発光ダイオードLDと、フォトダイオードPDと、電流電圧変換部13と、増幅部14と、信号処理部15と、判断部16と、出力部17と、電源回路部18とを備える。以下、煙感知器1の各部11〜18及び当該煙感知器1の動作内容を説明する。
(First embodiment)
1. Description on Configuration and Operation of Smoke Detector FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of the
タイミング生成部11は、クロック等で構成され、煙感知器1の各部12〜18の動作開始及び動作終了に関するタイミング信号を生成し、当該生成されたタイミング信号を当該各部12〜18に出力して当該各部12〜18を動作させる。
The
発光制御部12は、発光ダイオードLDの動作を制御するための専用の電子回路で構成され、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。発光制御部12は、発光ダイオードLDを周期的にパルス発光させることが好ましい。また、発光制御部12は、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号に基づいて、当該発光制御部12を構成する回路内で発生された所定の電圧を発光ダイオードLDに印加することにより、発光ダイオードLDの発光開始又は発光終了の動作を制御する。なお、発光制御部12の具体的な回路構成の一例として、特許文献1(図14参照)を参照することができる。例えば、図1に示す発光ダイオードLDは、バイポーラトランジスタ(不図示)のコレクタ電極及びエミッタ電極に直列接続され、この直列回路の両端間に定電圧が印加されることにより、当該バイポーラトランジスタをONするパルス幅によって発光ダイオードLDから出射される光のパルス幅が決定される。
The light
電流電圧変換部13は、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了すると共に、当該タイミング信号に基づいて発光ダイオードLDの出射光に対するフォトダイオードPDの受光量に応じて、フォトダイオードPDの変換により出力された入力電流を電圧に変換する。この電流電圧変換部13の詳細な構成については後述する。
The current-
増幅部14は、差動増幅器等で構成され、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。また、増幅器14は、タイミング生成部11により出力されたタイミング信号に基づいて、電流電圧変換部13により出力された2つの出力電圧(V++、V−−)の差分(V++―V−−)を所定の利得に応じて増幅し、当該増幅された出力電圧Voutを信号処理部15に出力する。ここで、所定の利得をkとすると、Vout=k(V++―V−−)の関係が成立する。
The amplifying
信号処理部15は、増幅部14により出力された信号を効率良く通過させるためのフィルタ回路等で構成され、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。信号処理部15を構成するフィルタ回路には、増幅部14により出力された信号のうち予め設定された周波数以下、又は所定の周波数の範囲の信号が抽出されるように設定されていることが好ましい。信号処理部15は、当該抽出された出力電圧Voutの信号を判断部16に出力する。
The
判断部16は、専用の電子回路又はソフトウェア等で構成され、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号に基づいて動作開始又は動作終了する。また、判断部16は、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号に基づき、信号処理部15により出力された出力電圧Voutの信号に応じて煙感知器1内に予め設けられている検知空間Kに煙が流入したか否かを判断する。
The
具体的には、判断部16は、信号処理部15により抽出された出力電圧Voutの信号と、当該判断部16に予め設定された火災の可能性を示唆する出力電圧の閾値信号とを比較する。この比較により、出力電圧Voutの信号が前述した閾値信号より大きいと判断された場合には、判断部16は、出力部17に発報するための制御信号を出力部17に出力する。前述した比較により、出力電圧Voutの信号が前述した閾値信号より小さいと判断された場合には、判断部16は、出力部17に発報するための制御信号を出力部17に出力しない。
Specifically, the
出力部17は、火災の可能性を示唆するための警告音を発報するブザー等で構成され、タイミング生成部11により生成されたタイミング信号及び判断部16により発報するための制御信号に基づいて動作開始又は動作終了する。
The
電源回路部18は、煙感知器1内の各部11〜17の動作に必要な電源を供給する。
The power
2.電流電圧変換部13の構成に関する説明
図2は、第1の実施形態の電流電圧変換部13、及び増幅部14の構成を示す概略回路図である。図2に示すように、第1の実施形態の電流電圧変換部13は、演算増幅器OP1と、演算増幅器OP2と、帰還回路A1と、帰還回路B1と、トランジスタTr1と、トランジスタTr2とを少なくとも備える。
2. Description on Configuration of Current-
演算増幅器OP1は、当該演算増幅器OP1の反転入力端子に接続された入力端子T3と当該演算増幅器OP1の出力端子T5との間に変換抵抗Rが接続され、当該演算増幅器OP1の非反転入力端子に基準電圧Vsが印加された構成を有する。また、演算増幅器OP1の反転入力端子には、端子T3を介して、フォトダイオードPDが受光した発光ダイオードLDの光の正味の受光量に応じて出力された入力電流Iacと、当該フォトダイオードPDが受光した外乱光の受光量に応じて出力された直流成分Idcとの合成電流(Iac+Idc)が演算増幅器OP1への入力電流Iin+として供給される。演算増幅器OP1は、この供給された入力電流Iin+に対して、V+=R・Iin+を満たす出力電圧V+を出力する。 In the operational amplifier OP1, a conversion resistor R is connected between the input terminal T3 connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 and the output terminal T5 of the operational amplifier OP1, and the operational amplifier OP1 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. The reference voltage Vs is applied. The inverting input terminal of the operational amplifier OP1 has an input current Iac output according to the net amount of light received by the light emitting diode LD received by the photodiode PD via the terminal T3, and the photodiode PD. A combined current (Iac + Idc) with the DC component Idc output according to the amount of received disturbance light is supplied as an input current Iin + to the operational amplifier OP1. The operational amplifier OP1 outputs an output voltage V + satisfying V + = R · Iin + with respect to the supplied input current Iin + .
演算増幅器OP2は、当該演算増幅器OP2の反転入力端子に接続された入力端子T4と当該演算増幅器OP2の出力端子T6との間に変換抵抗Rが接続され、当該演算増幅器OP2の非反転入力端子に基準電圧Vsが印加された構成を有する。また、演算増幅器OP2の反転入力端子には、端子T4を介して、フォトダイオードPDが受光した発光ダイオードLDの光の正味の受光量に応じて出力された入力電流Iacと、当該フォトダイオードPDが受光した外乱光の受光量に応じて出力された直流成分Idcとの合成電流(Iac+Idc)が演算増幅器OP2への入力電流Iin―として供給される。演算増幅器OP2は、この供給された入力電流Iin―に対して、V―=―R・Iin―を満たす出力電圧V―を出力する。 In the operational amplifier OP2, a conversion resistor R is connected between the input terminal T4 connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 and the output terminal T6 of the operational amplifier OP2, and the operational amplifier OP2 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP2. The reference voltage Vs is applied. The inverting input terminal of the operational amplifier OP2 has an input current Iac output according to the net amount of light received by the light emitting diode LD received by the photodiode PD via the terminal T4, and the photodiode PD. combined current of the direct current component Idc outputted in response to the received light amount of ambient light received (Iac + Idc) is the input current Iin to the operational amplifier OP2 - supplied as. The operational amplifier OP2 outputs an output voltage V − that satisfies V − = −R · Iin − with respect to the supplied input current Iin − .
帰還回路A1は、端子T7を介して演算増幅器OP1により出力された出力電圧V+を始端にて入力すると共に、当該入力された出力電圧V+を反転増幅し、当該反転増幅された出力電圧V+を積分する。帰還回路A1の具体的な回路構成の一例としては、特許文献1(図1参照)を参照することができる。具体的には、帰還回路A1には、演算増幅器OP1により出力された出力電圧V+を反転増幅するための反転増幅回路と、当該反転増幅された出力電圧V+を積分する積分回路とにより構成されている。また、この積分回路には、当該積分回路を構成するコンデンサと抵抗とにより所定の時定数が定められている。特に、帰還回路A1に含まれる積分回路では、少なくともフォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Iacを遮るカットオフ周波数f1を有するように前述した所定の時定数が設定されることが好ましい。 The feedback circuit A1 inputs the output voltage V + output from the operational amplifier OP1 via the terminal T7 at the start, and inverts and amplifies the input output voltage V +, and the inverted and amplified output voltage V +. Integrate + . As an example of a specific circuit configuration of the feedback circuit A1, Patent Document 1 (see FIG. 1) can be referred to. Specifically, the feedback circuit A1 includes an inverting amplifier circuit for inverting and amplifying the output voltage V + output from the operational amplifier OP1, and an integration circuit for integrating the inverting and amplified output voltage V +. Has been. In this integration circuit, a predetermined time constant is determined by a capacitor and a resistor constituting the integration circuit. In particular, in the integrating circuit included in the feedback circuit A1, at least the photodiode PD is in a predetermined described above to have a cutoff frequency f 1 for blocking a pulsed input current Iac generated upon receiving light from the light emitting diode LD A time constant is preferably set.
帰還回路A1は、演算増幅器OP1により出力された出力電圧V+を反転増幅及び積分することにより、当該出力電圧V+の平均値成分に相当する平均電圧Vdcaを出力する。このため、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Iacと直流成分Idcとが演算増幅器OP1の入力電流Iin+に含まれている場合には、帰還回路A1から出力された平均電圧Vdcaは直流成分Idcに相当する電圧となる。 Feedback circuit A1 by inverting amplifying and integrating the outputted output voltage V + by the operational amplifier OP1, and outputs the average voltage Vdca corresponding to the average value component of the output voltage V +. Therefore, when the input current Iin + of the operational amplifier OP1 includes the pulsed input current Iac and the DC component Idc generated when the photodiode PD receives light from the light emitting diode LD, the feedback circuit The average voltage Vdca output from A1 is a voltage corresponding to the DC component Idc.
帰還回路B1は、端子T8を介して演算増幅器OP2により出力された出力電圧V―を始端にて入力すると共に、当該入力された出力電圧V―を反転増幅し、当該反転増幅された出力電圧V―を積分する。帰還回路B1の具体的な回路構成の一例としては、同様に特許文献1(図1参照)を参照することができる。具体的には、帰還回路B1には、演算増幅器OP2により出力された出力電圧V―を反転増幅するための反転増幅回路と、当該反転増幅された出力電圧V―を積分する積分回路とにより構成されている。また、この積分回路には、当該積分回路を構成するコンデンサと抵抗とにより所定の時定数が定められている。特に、帰還回路B1に含まれる積分回路では、少なくともフォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Iacを遮るカットオフ周波数f1を有するように前述した所定の時定数が設定されることが好ましい。 Feedback circuit B1, an output voltage V that is output by the operational amplifier OP2 via the terminal T8 - inputs the at starting, the output voltage V which is the input - inverting amplifying, said inverted amplified output voltage V - integrating the. As an example of a specific circuit configuration of the feedback circuit B1, Patent Document 1 (see FIG. 1) can be similarly referred to. Specifically, the feedback circuit B1, an output output voltage V by the operational amplifier OP2 - constituted by an integrating circuit for integrating an - an inverting amplifier circuit for inverting and amplifying a corresponding inverted amplified output voltage V Has been. In this integration circuit, a predetermined time constant is determined by a capacitor and a resistor constituting the integration circuit. In particular, in the integrating circuit included in the feedback circuit B1, at least the photodiode PD is in a predetermined described above to have a cutoff frequency f 1 for blocking a pulsed input current Iac generated upon receiving light from the light emitting diode LD A time constant is preferably set.
帰還回路B1は、演算増幅器OP2により出力された出力電圧V―を反転増幅及び積分することにより、当該出力電圧V―の平均値成分に相当する平均電圧Vdcbを出力する。このため、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Iacと直流成分Idcとが演算増幅器OP2の入力電流Iin―に含まれている場合には、帰還回路B1から出力された平均電圧Vdcbは直流成分Idcに相当する電圧となる。 Feedback circuit B1 outputs output voltage V by the operational amplifier OP2 - by inverting amplifying and integrating, the output voltage V - outputs an average voltage Vdcb corresponding to the average value components. Therefore, the photodiode PD and pulsed input current Iac generated upon receiving light from the light emitting diode LD and the DC component Idc input current Iin of the operational amplifier OP2 - if included in the feedback circuit The average voltage Vdcb output from B1 is a voltage corresponding to the DC component Idc.
トランジスタTr1は、例えば、N型のチャネルが形成されるNMOS(Metal Oxide Semiconductor)型トランジスタで構成され、帰還回路A1の終端と接続されたゲート電極と、図1に示す電源回路部18による電源電圧が印加されたドレイン電極と、入力電流Iin+の電流路に接続された端子T1と接続されたソース電極とを有する。また、トランジスタTr1は、帰還回路A1により出力された平均電圧Vdcaがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタTr1のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Vdcaに対応して演算増幅器OP1から引き込まれた電流に応じた電流であるドレイン電流Itr1を流すように制御する。この平均電圧Vdcaは、トランジスタTr1の閾値電圧Vth以上であるとする。なお、前述したように平均電圧VdcaがトランジスタTr1のゲート電極に印加された場合、トランジスタTr1は、ドレイン電流Itr1と直流成分Idcとの間には、Itr1=Idcの関係が成立するようなドレイン電流Itr1を流すように制御する。
The transistor Tr1 is composed of, for example, an NMOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor in which an N-type channel is formed, a gate electrode connected to the terminal of the feedback circuit A1, and a power supply voltage by the power
トランジスタTr2は、例えば、N型のチャネルが形成されるNMOS型トランジスタで構成され、帰還回路B1の終端と接続されたゲート電極と、入力電流Iin−の電流路と接続された端子T2と接続されたドレイン電極と、接地されたソース電極とを有する。また、トランジスタTr2は、帰還回路B1により出力された平均電圧Vdcbがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタTr2のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Vdcbに対応して演算増幅器OP2に流れ込む電流に応じた電流であるドレイン電流Itr2を流すように制御する。この平均電圧Vdcbは、トランジスタTr2の閾値電圧Vth以上であるとする。なお、前述したように平均電圧VdcbがトランジスタTr2のゲート電極に印加された場合、トランジスタTr2は、ドレイン電流Itr2と直流成分Idcとの間には、Itr2=Idcの関係が成立するようなドレイン電流Itr2を流すように制御する。 Transistor Tr2 is, for example, an NMOS transistor N-type channel is formed, a gate electrode connected to the end of the feedback circuit B1, the input current Iin - is connected to the terminal T2 connected to the current path A drain electrode and a grounded source electrode. In addition, when the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B1 is applied to the gate electrode, the transistor Tr2 is connected to the operational amplifier OP2 between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr2 corresponding to the average voltage Vdcb. Control is performed so that a drain current Itr2 which is a current corresponding to the flowing-in current flows. This average voltage Vdcb is assumed to be equal to or higher than the threshold voltage Vth of the transistor Tr2. As described above, when the average voltage Vdcb is applied to the gate electrode of the transistor Tr2, the transistor Tr2 has a drain current that satisfies the relationship Itr2 = Idc between the drain current Itr2 and the DC component Idc. It controls to flow Itr2.
3.電流電圧変換部13の動作に関する説明
次に、電流電圧変換部13の動作について説明する。まず、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDにより発光された光を受光したとき、フォトダイオードPDの両端には、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光したときに出力されたパルス状の入力電流Iacと、当該フォトダイオードPDが外乱光を受光したときに出力された直流成分Idcとの合成電流(Idc+Iac)が流れる。
3. Next, the operation of the current /
このときには、トランジスタTr1のゲート電極には閾値電圧Vth以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタTr1のドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器OP1の反転入力端子に流れる入力電流Iin+は、前述した合成電流(Idc+Iac)となる。即ち、Iin+=Idc+Iacの関係が成立する。 At this time, since a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth has not yet been applied to the gate electrode of the transistor Tr1, no drain current flows between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr1. For this reason, the input current Iin + flowing through the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 becomes the above-described combined current (Idc + Iac). That is, the relationship of Iin + = Idc + Iac is established.
同様に、トランジスタTr2のゲート電極には閾値電圧Vth以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタTr2のドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器OP2の反転入力端子に流れる入力電流Iin−も、前述した合成電流(Idc+Iac)となる。即ち、Iin−=Idc+Iacの関係が成立する。 Similarly, since a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth has not yet been applied to the gate electrode of the transistor Tr2, no drain current flows between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr2. Therefore, the input current Iin − flowing to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is also the above-described combined current (Idc + Iac). In other words, Iin - = Idc + Iac relationship is established.
演算増幅器OP1では当該演算増幅器OP1の反転入力端子に入力された入力電流Iin+が増幅されて出力端子T5に出力電圧V+が出力される。帰還回路A1は、当該出力電圧V+を入力し、前述したように、当該入力された出力電圧V+を反転増幅すると共に当該反転増幅された出力電圧V+を積分する。帰還回路A1は、この積分により得られた平均電圧VdcaをトランジスタTr1のゲート電極に印加する。トランジスタTr1は、ゲート電極に印加された平均電圧Vdcaに応じて、ドレイン電極及びソース電極間にドレイン電流Itr1を流すように制御する。従って、端子T1においてキルヒホッフの第1法則を適用することにより、Idc+Iac=Iin++Itr1の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Itr1=Idcの関係が成立するため、帰還回路A1により出力された平均電圧Vdcaの印加によりトランジスタTr1がドレイン電流を供給することにより、演算増幅器OP1の反転入力端子には、直流成分Idcが打ち消された入力電流Iacが入力される。従って、帰還回路A1により出力された平均電圧Vdcaに応じてトランジスタTr1により出力されたドレイン電流Itr1により、出力端子T5には、入力電流Iin+(=Iac)が供給された演算増幅器OP1により増幅された出力電圧V++が出力される。 In the operational amplifier OP1, the input current Iin + input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is amplified and the output voltage V + is output to the output terminal T5. Feedback circuit A1 receives the output voltage V +, as described above, integrates the inverted amplified output voltage V + while the inverting amplifier output voltage is the input V +. The feedback circuit A1 applies the average voltage Vdca obtained by this integration to the gate electrode of the transistor Tr1. The transistor Tr1 controls the drain current Itr1 to flow between the drain electrode and the source electrode according to the average voltage Vdca applied to the gate electrode. Therefore, by applying the first Kirchhoff's law at terminal T1, relationship Idc + Iac = Iin + + Itr1 is established. Here, since the relationship of the drain current Itr1 = Idc is established as described above, the transistor Tr1 supplies the drain current by the application of the average voltage Vdca output by the feedback circuit A1, and thereby the inverting input of the operational amplifier OP1. An input current Iac in which the DC component Idc is canceled is input to the terminal. Accordingly, the drain current Itr1 output by the transistor Tr1 according to the average voltage Vdca output by the feedback circuit A1 is amplified by the operational amplifier OP1 to which the input current Iin + (= Iac) is supplied to the output terminal T5. Output voltage V ++ is output.
演算増幅器OP2では当該演算増幅器OP2の反転入力端子に入力された入力電流Iin―が増幅されて出力端子T6に出力電圧V―が出力される。帰還回路B1は、当該出力電圧V―を入力し、前述したように、当該入力された出力電圧V―を反転増幅すると共に当該反転増幅された出力電圧V―を積分する。帰還回路B1は、この積分により得られた平均電圧VdcbをトランジスタTr2のゲート電極に印加する。トランジスタTr2は、ゲート電極に印加された平均電圧Vdcbに応じて、ドレイン電極及びソース電極間にドレイン電流Itr2を流すように制御する。従って、端子T2においてキルヒホッフの第1法則を適用することにより、Idc+Iac=Iin−+Itr2の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Itr2=Idcの関係が成立するため、帰還回路B1により出力された平均電圧Vdcbの印加によりトランジスタTr2がドレイン電流を供給することにより、演算増幅器OP2の反転入力端子には、直流成分Idcが打ち消された入力電流Iacが入力される。従って、帰還回路B1により出力された平均電圧Vdcbに応じてトランジスタTr2により出力されたドレイン電流Itr2により、出力端子T6には、入力電流Iin―(=Iac)が供給された演算増幅器OP2により増幅された出力電圧V−−が出力される。 In the operational amplifier OP2, the input current Iin − input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is amplified and the output voltage V − is output to the output terminal T6. Feedback circuit B1, the output voltage V - type a, as described above, the input output voltage V - integrating - the inverted amplified output voltage V with inverted amplifying. The feedback circuit B1 applies the average voltage Vdcb obtained by this integration to the gate electrode of the transistor Tr2. The transistor Tr2 controls the drain current Itr2 to flow between the drain electrode and the source electrode according to the average voltage Vdcb applied to the gate electrode. Therefore, by applying the first law of Kirchhoff in the terminal T2, Idc + Iac = Iin - relationship + ITR2 is established. Here, as described above, since the drain current Itr2 = Idc is established, the transistor Tr2 supplies the drain current by the application of the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B1, and thereby the inverting input of the operational amplifier OP2. An input current Iac in which the DC component Idc is canceled is input to the terminal. Accordingly, the drain current Itr2 output from the transistor Tr2 according to the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B1 is amplified by the operational amplifier OP2 to which the input current Iin − (= Iac) is supplied to the output terminal T6. output voltage V - is output.
増幅部14は、差動増幅器で構成され、電流電圧変換部13により出力された出力電圧V++及びV−−をそれぞれ入力し、所定の利得に応じて当該出力電圧V++及びV−−の差分を増幅して出力電圧Voutを出力端子T9に出力する。
Amplifying
以上により、第1の実施形態の電流電圧変換部13は、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードLDの光の正味の変換量に相当する入力電流Iacと、外乱光の変換量に相当する直流成分Idcとが含まれる場合でも、当該電流を二方向からそれぞれ増幅して得られた出力から直流成分に相当する平均電圧を出力し、当該平均電圧に応じて直流成分を適切に打ち消す電流を生じさせる。具体的には、前述したように、電流Iacと直流成分Idcとの合成電流が各演算増幅器OP1,OP2にそれぞれ供給され、帰還回路A1,B1が各演算増幅器OP1,OP2の出力電圧を反転増幅及び積分する。当該反転増幅及び積分により得られた平均電圧Vdca,Vdcbが各トランジスタTr1,Tr2のゲート電極に印加されることにより、各トランジスタTr1,Tr2は、当該ゲート電極に印加された当該平均電圧Vdca,Vdcbに応じて、直流成分Idcに相当するドレイン電流を各演算増幅器OP1,OP2の入力電流の電流路に流す。これにより、各演算増幅器OP1,OP2に流れる入力電流のうち、直流成分Idcは打ち消される。
As described above, the current-
従って、第1の実施形態の電流電圧変換部13によれば、フォトダイオードPDの発光ダイオードLDの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードLDの光の正味の変換量に相当する電流Iacと、外乱光の変換量に相当する直流成分Idcとが含まれる場合でも、飽和することのない安定的に動作する出力電圧Voutを出力することができる。更に、第1の実施形態の電流電圧変換部13を含む煙感知器2においては、当該煙感知器2内に設けられる検知領域Kの構造を簡単にすることもできる。
Therefore, according to the current-
(第1の実施形態の変形例)
4.電流電圧変換部13aの構成及び動作に関する説明
図3は、第1の実施形態の変形例の電流電圧変換部13a、及び増幅部14の構成を示す概略回路図である。図3に示すように、第1の実施形態の変形例の電流電圧変換部13aは、演算増幅器OP1と、演算増幅器OP2と、帰還回路A1と、帰還回路B1と、トランジスタTr1と、トランジスタTr2と、サンプルホールド回路SH1と、サンプルホールド回路SH2を少なくとも備える。以下、第1の実施形態の電流電圧変換部13との構成上の相違についてのみ説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。第1の実施形態の電流電圧変換部13との構成上の差異は、サンプルホールド回路SH1,SH2が更に設けられている点である。
(Modification of the first embodiment)
4). Description on Configuration and Operation of Current-Voltage Conversion Unit 13a FIG. 3 is a schematic circuit diagram illustrating configurations of a current-voltage conversion unit 13a and an
サンプルホールド回路SH1は、一端が帰還回路A1の終端と接続されると共に他端がトランジスタTr1のゲート電極と接続されたスイッチ部Sw1と、当該スイッチ部Sw1と並列接続されたコンデンサC1とを備える。なお、コンデンサC1の片側の電極はトランジスタTr1のゲート電極に接続され、コンデンサC1の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路SH1では、スイッチ部Sw1の接点が導通状態である場合には、帰還回路A1により出力された平均電圧VdcaがコンデンサC1の両端に印加される。 The sample hold circuit SH1 includes a switch unit Sw1 having one end connected to the terminal of the feedback circuit A1 and the other end connected to the gate electrode of the transistor Tr1, and a capacitor C1 connected in parallel to the switch unit Sw1. Note that one electrode of the capacitor C1 is connected to the gate electrode of the transistor Tr1, and the other electrode of the capacitor C1 is grounded. In the sample hold circuit SH1, the average voltage Vdca output by the feedback circuit A1 is applied to both ends of the capacitor C1 when the contact of the switch unit Sw1 is in a conductive state.
サンプルホールド回路SH1は、図1に示すタイミング生成部11により出力されたタイミング信号に応じて、当該スイッチ部Sw1の接点を開閉する。具体的には、サンプルホールド回路SH1は、当該スイッチ部Sw1の接点がOFF状態(非導通状態)である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Sw1の接点をON状態(導通状態)にする。また、サンプルホールド回路SH1は、当該スイッチ部Sw1の接点が導通状態である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Sw1の接点を非導通状態にする。なお、スイッチ部Sw1の接点が導通状態であるか又は非導通状態であるかはタイミング生成部11により管理されていることが好ましい。
The sample hold circuit SH1 opens and closes the contact of the switch unit Sw1 according to the timing signal output from the
スイッチ部Sw1の接点が導通状態である場合に、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の開始のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1では、当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Sw1の接点が非導通状態にされる。なお、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の開始のためのタイミング信号を出力する直前に、サンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。
When the contact of the switch unit Sw1 is in a conductive state, the
また、スイッチ部Sw1の接点が非導通状態である場合に、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の停止のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1では、当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Sw1の接点が導通状態にされる。なお、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の停止のためのタイミング信号を出力した直後に、サンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。従って、発光ダイオードLDが発光している間は、サンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1の接点は非導通状態となっている。
In addition, when the contact of the switch unit Sw1 is in a non-conductive state, the
図4(a)は、フォトダイオードPDの変換により出力された電流の時間的推移を示す説明図である。図4(b)は、帰還回路A1,B1によりそれぞれ出力された平均電圧Vdca,Vdcbの時間的推移を示す説明図である。図4(a)に示すように、発光ダイオードLDが発光したとき、フォトダイオードPDは、周囲の外乱光の受光による直流成分Idcに加え、当該発光ダイオードLDの光の正味の受光によるパルス状の電流Iacを出力する。前述したように、帰還回路A1内の積分回路においては、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光の正味の受光によるパルス状の電流Iacを遮るように時定数が設定されている。しかし、帰還回路A1の終端とトランジスタTr1のゲート電極間が導通されている状態で発光ダイオードLDが発光したことにより当該発光した光量に相当する電流Iacが帰還回路A1に更に入力された場合には、帰還回路A1の積分回路において、パルス状の電流Iacの一部の成分が積分される可能性もある。この場合には、図4(b)に示すように、帰還回路A1により出力された平均電圧Vdcaは、当該帰還回路A1の積分回路で遮られなかったIacに相当する平均電圧ΔVdcだけ増加する。このため、トランジスタTr1によるドレイン電流が大きくなるため、端子T1においては直流成分Idc以上の過剰電流が供給されることになり、演算増幅器OP1には、当該過剰電流により減少したIacが供給されることになり、電流電圧変換部13aの電流変換効率として好ましくない。 FIG. 4A is an explanatory diagram showing the temporal transition of the current output by the conversion of the photodiode PD. FIG. 4B is an explanatory diagram showing temporal transitions of the average voltages Vdca and Vdcb output by the feedback circuits A1 and B1, respectively. As shown in FIG. 4A, when the light emitting diode LD emits light, the photodiode PD has a pulse-like shape due to the net light reception of the light from the light emitting diode LD in addition to the direct current component Idc due to the reception of ambient disturbance light. The current Iac is output. As described above, in the integrating circuit in the feedback circuit A1, the time constant is set so that the photodiode PD blocks the pulsed current Iac due to the net reception of light from the light emitting diode LD. However, when the light emitting diode LD emits light while the terminal of the feedback circuit A1 is electrically connected to the gate electrode of the transistor Tr1, and the current Iac corresponding to the emitted light amount is further input to the feedback circuit A1. In the integrating circuit of the feedback circuit A1, a part of the component of the pulsed current Iac may be integrated. In this case, as shown in FIG. 4B, the average voltage Vdca output by the feedback circuit A1 increases by an average voltage ΔVdc corresponding to Iac that is not blocked by the integration circuit of the feedback circuit A1. For this reason, since the drain current due to the transistor Tr1 increases, an excess current greater than or equal to the DC component Idc is supplied to the terminal T1, and Iac reduced by the excess current is supplied to the operational amplifier OP1. This is not preferable as the current conversion efficiency of the current-voltage conversion unit 13a.
従って、第1の実施形態の変形例の電流電圧変換部13aではタイミング生成部11により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードLDの発光直前にサンプルホールド回路SH1のスイッチ部Sw1が非導通状態にされ、発光ダイオードLDの発光中には当該スイッチ部Sw1は非導通状態で維持され、発光ダイオードLDの発光直後には当該スイッチ部Sw1が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードLDの発光中には、スイッチ部Sw1が導通状態であるときに印加されていたコンデンサC1の両端間の平均電圧Vdcaが開放され、発光ダイオードLDの発光直前における帰還回路A1の出力である平均電圧VdcaをトランジスタTr1のゲート電極に印加することができる。従って、第1の実施形態の電流電圧変換部13に比べて、帰還回路A1はより正確な平均電圧VdcaをトランジスタTr1のゲート電極に印加することができ、演算増幅器OP1の反転入力端子にもノイズである直流成分Idcの打ち消された電流Iacが供給されることができる。これにより、第1の実施形態の変形例の電流電圧変換部13aは、第1の実施形態の電流電圧変換部13に比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
Therefore, in the current-voltage conversion unit 13a of the modification of the first embodiment, the switch unit Sw1 of the sample hold circuit SH1 is in a non-conductive state immediately before the light emission of the light emitting diode LD in accordance with the timing signal output from the
一方、サンプルホールド回路SH2は、一端が帰還回路B1の終端と接続されると共に他端がトランジスタTr2のゲート電極と接続されたスイッチ部Sw2と、当該スイッチ部Sw2と並列接続されたコンデンサC2とを備える。なお、コンデンサC2の片側の電極はトランジスタTr2のゲート電極に接続され、コンデンサC2の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路SH2では、スイッチ部Sw2の接点が導通状態である場合には、帰還回路B1により出力された平均電圧VdcbがコンデンサC2の両端に印加される。 On the other hand, the sample hold circuit SH2 includes a switch unit Sw2 having one end connected to the terminal of the feedback circuit B1 and the other end connected to the gate electrode of the transistor Tr2, and a capacitor C2 connected in parallel to the switch unit Sw2. Prepare. Note that the electrode on one side of the capacitor C2 is connected to the gate electrode of the transistor Tr2, and the electrode on the opposite side of the capacitor C2 is grounded. In the sample hold circuit SH2, the average voltage Vdcb output by the feedback circuit B1 is applied to both ends of the capacitor C2 when the contact of the switch unit Sw2 is conductive.
サンプルホールド回路SH2は、図1に示すタイミング生成部11により出力されたタイミング信号に応じて、当該スイッチ部Sw2の接点を開閉する。具体的には、サンプルホールド回路SH21は、当該スイッチ部Sw2の接点が非導通状態である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Sw2の接点を導通状態にする。また、サンプルホールド回路SH2は、当該スイッチ部Sw2の接点が導通状態である場合には、当該タイミング信号に基づいて当該スイッチ部Sw2の接点を非導通状態にする。なお、スイッチ部Sw2の接点が導通状態であるか又は非導通状態であるかはタイミング生成部11により管理されていることが好ましい。
The sample hold circuit SH2 opens and closes the contact of the switch unit Sw2 in accordance with the timing signal output by the
スイッチ部Sw2の接点が導通状態である場合に、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の開始のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2では当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Sw2の接点が非導通状態にされる。なお、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の開始のためのタイミング信号を出力する直前に、サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2の接点を非導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。
When the contact of the switch unit Sw2 is in a conductive state, the
また、スイッチ部Sw2の接点が非導通状態である場合に、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の停止のためのタイミング信号とほぼ同期して、サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力する。サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2では、当該出力されたタイミング信号に基づいて、当該スイッチ部Sw2の接点が導通状態にされる。なお、タイミング生成部11は、発光ダイオードLDの発光動作の停止のためのタイミング信号を出力した直後に、サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2の接点を導通するための制御信号であるタイミング信号を出力しても良い。従って、発光ダイオードLDが発光している間は、サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2の接点は非導通状態となっている。
Further, when the contact of the switch unit Sw2 is in a non-conductive state, the
同様に、帰還回路B1内の積分回路においては、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光の正味の受光によるパルス状の電流Iacを遮るように時定数が設定されている。しかし、帰還回路B1の終端とトランジスタTr2のゲート電極間が導通されている状態で発光ダイオードLDの発光した光量に相当する電流Iacが帰還回路B1に入力された場合には、帰還回路B1の積分回路において、パルス状の電流Iacの一部の成分が積分される可能性もあり、この場合には、図4(b)に示すように、帰還回路B1により出力された平均電圧Vdcbは、当該帰還回路B1の積分回路で遮られなかったIacに相当する平均電圧ΔVdcだけ増加する。このため、トランジスタTr1によるドレイン電流が大きくなるため、端子T2においては直流成分Idc以上の過剰電流が供給されることになり、演算増幅器OP2には、当該過剰電流により減少した電流Iacが供給されることになり、電流電圧変換部13aの電流変換効率として好ましくない。 Similarly, in the integrating circuit in the feedback circuit B1, the time constant is set so that the photodiode PD blocks the pulsed current Iac due to the net reception of light from the light emitting diode LD. However, when a current Iac corresponding to the amount of light emitted from the light emitting diode LD is input to the feedback circuit B1 in a state where the terminal of the feedback circuit B1 and the gate electrode of the transistor Tr2 are conductive, the integration of the feedback circuit B1. In the circuit, a part of the component of the pulsed current Iac may be integrated. In this case, as shown in FIG. 4B, the average voltage Vdcb output by the feedback circuit B1 is The voltage increases by an average voltage ΔVdc corresponding to Iac that is not blocked by the integrating circuit of the feedback circuit B1. For this reason, since the drain current due to the transistor Tr1 increases, an excess current greater than or equal to the DC component Idc is supplied to the terminal T2, and the current Iac reduced by the excess current is supplied to the operational amplifier OP2. That is, it is not preferable as the current conversion efficiency of the current-voltage converter 13a.
従って、第1の実施形態の変形例の電流電圧変換部13aではタイミング生成部11により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードLDの発光直前にサンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2が非導通状態にされ、発光ダイオードLDの発光中には当該スイッチ部Sw2は非導通状態で維持され、発光ダイオードLDの発光直後には当該スイッチ部Sw2が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードLDの発光中には、スイッチ部Sw2が導通状態であるときに印加されていたコンデンサC2の両端間の平均電圧Vdcbが開放され、発光ダイオードLDの発光直前における帰還回路B1の出力である平均電圧VdcbをトランジスタTr2のゲート電極に印加することができる。従って、第1の実施形態の電流電圧変換部13に比べて、帰還回路B1はより正確な平均電圧VdcbをトランジスタTr2のゲート電極に印加することができ、演算増幅器OP2の反転入力端子にもノイズである直流成分Idcの打ち消された電流Iacが供給されることができる。これにより、第1の実施形態の変形例の電流電圧変換部13aは、第1の実施形態の電流電圧変換部13に比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
Therefore, in the current-voltage conversion unit 13a of the modification of the first embodiment, the switch unit Sw2 of the sample-and-hold circuit SH2 is in a non-conductive state immediately before the light emitting diode LD emits light according to the timing signal output from the
(第2の実施形態)
5.電流電圧変換部13bの構成に関する説明
図5は、第2の実施形態の電流電圧変換部13、及び増幅部14の構成を示す概略回路図である。図5に示すように、第2の実施形態の電流電圧変換部13bは、演算増幅器OP1と、演算増幅器OP2と、帰還回路B2と、トランジスタTr2と、トランジスタTr2a及びトランジスタTr2b並びにトランジスタTr2cにより構成されたカレントミラー回路とを少なくとも備える。以下、第1の実施形態の電流電圧変換部13との構成上の差異についてのみ説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。第1の実施形態の電流電圧変換部13との構成上の差異は、帰還回路A1が設けられていない点と、トランジスタTr2に対するカレントミラー回路が設けられている点である。
(Second Embodiment)
5. Description on Configuration of Current-
トランジスタTr2は、例えば、N型のチャネルが形成されるNMOS型トランジスタで構成され、帰還回路B2の終端と接続されたゲート電極と、入力電流Iin−の電流路と接続された端子T2と接続されたドレイン電極と、接地されたソース電極とを有する。また、トランジスタTr2は、帰還回路B2により出力された平均電圧Vdcbがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタTr2のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Vdcbに対応して演算増幅器OP2に流れ込む電流に応じた電流であるドレイン電流Itr2を流すように制御する。この平均電圧Vdcbは、トランジスタTr2の閾値電圧Vth以上であるとする。なお、前述したように平均電圧VdcbがトランジスタTr2のゲート電極に印加された場合、トランジスタTr2は、ドレイン電流Itr2と直流成分Idcとの間には、Itr2=Idcの関係が成立するようなドレイン電流Itr2を流すように制御する。 Transistor Tr2 is, for example, an NMOS transistor N-type channel is formed, a gate electrode connected to the end of the feedback circuit B2, the input current Iin - is connected to the terminal T2 connected to the current path A drain electrode and a grounded source electrode. In addition, when the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B2 is applied to the gate electrode, the transistor Tr2 is connected to the operational amplifier OP2 between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr2 corresponding to the average voltage Vdcb. Control is performed so that a drain current Itr2 which is a current corresponding to the flowing-in current flows. This average voltage Vdcb is assumed to be equal to or higher than the threshold voltage Vth of the transistor Tr2. As described above, when the average voltage Vdcb is applied to the gate electrode of the transistor Tr2, the transistor Tr2 has a drain current that satisfies the relationship Itr2 = Idc between the drain current Itr2 and the DC component Idc. It controls to flow Itr2.
トランジスタTr2aは、例えば、N型のチャネルが形成されるNMOS型トランジスタで構成され、帰還回路B2の終端と接続されたゲート電極と、トランジスタTr2bのソース電極と接続されたドレイン電極と、接地されたソース電極とを有する。また、トランジスタTr2aは、帰還回路B2により出力された平均電圧Vdcbがゲート電極に印加された際に、当該トランジスタTr2のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Vdcbに対応して演算増幅器OP1から引き込まれる電流に応じた電流であるドレイン電流Itr2を流すように制御する。なお、前述したように平均電圧VdcbがトランジスタTr2aのゲート電極に印加された場合、トランジスタTr2aは、ドレイン電流Itr2と直流成分Idcとの間には、Itr2=Idcの関係が成立するようなドレイン電流Itr2を流すように制御する。 The transistor Tr2a is composed of, for example, an NMOS transistor in which an N-type channel is formed. The gate electrode connected to the terminal of the feedback circuit B2, the drain electrode connected to the source electrode of the transistor Tr2b, and the ground A source electrode. Further, when the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B2 is applied to the gate electrode, the transistor Tr2a is connected between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr2 from the operational amplifier OP1 corresponding to the average voltage Vdcb. Control is performed so that a drain current Itr2, which is a current corresponding to the current drawn, flows. As described above, when the average voltage Vdcb is applied to the gate electrode of the transistor Tr2a, the transistor Tr2a has a drain current that satisfies the relationship Itr2 = Idc between the drain current Itr2 and the DC component Idc. It controls to flow Itr2.
トランジスタTr2bは、例えば、N型のチャネルが形成されるNMOS型トランジスタで構成され、トランジスタTr2cのゲート電極と接続されたゲート電極と、図1に示す電源回路部18による電源電圧が印加されたドレイン電極と、トランジスタTr2bのゲート電極とトランジスタTr2cのゲート電極との接続ノードに接続されると共にトランジスタTr2aのドレイン電極と接続されたソース電極とを有する。また、トランジスタTr2bのソース電極とトランジスタTr2aのドレイン電極とは接続されているため、トランジスタTr2bにはトランジスタTr2aに流れるドレイン電流Itr2と同じドレイン電流Itr2が流れる。
The transistor Tr2b is composed of, for example, an NMOS transistor in which an N-type channel is formed, and has a gate electrode connected to the gate electrode of the transistor Tr2c, and a drain to which a power supply voltage is applied by the power
トランジスタTr2cは、例えば、N型のチャネルが形成されるNMOS型トランジスタで構成され、トランジスタTr2bのゲート電極と接続されたゲート電極と、図1に示す電源回路部18による電源電圧が印加されたドレイン電極と、入力電流Iin+の電流路に接続された端子T1と接続されたソース電極とを有する。また、前述したように、トランジスタTr2a,Tr2b,Tr2cは、トランジスタTr2に対するカレントミラー回路を構成しているため、トランジスタTr2のドレイン電流Itr2と同一の大きさを有する電流Itr2がトランジスタTr2cのドレイン電極及びソース電極間に流れることになる。従って、トランジスタTr2aは、帰還回路B2により出力された平均電圧VdcbがトランジスタTr2のゲート電極に印加された際に、当該トランジスタTr2のドレイン電極及びソース電極間に、当該平均電圧Vdcbに対応して演算増幅器OP1から引き込まれる電流に応じた電流であるドレイン電流Itr2を流すように制御する。この平均電圧Vdcbは、トランジスタTr2aの閾値電圧Vth以上であるとする。なお、前述したように平均電圧VdcbがトランジスタTr2のゲート電極に印加された場合、トランジスタTr2aは、ドレイン電流Itr2と直流成分Idcとの間には、Itr2=Idcの関係が成立するようなドレイン電流Itr2を流すように制御する。
The transistor Tr2c is composed of, for example, an NMOS transistor in which an N-type channel is formed, and has a gate electrode connected to the gate electrode of the transistor Tr2b and a drain to which a power supply voltage is applied by the power
6.電流電圧変換部13bの動作に関する説明
次に、電流電圧変換部13bの動作について説明する。まず、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDにより発光された光を受光したとき、フォトダイオードPDの両端には、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDからの光を受光したときに出力されたパルス状の入力電流Iacと、当該フォトダイオードPDが外乱光を受光したときに出力された直流成分Idcとの合成電流(Idc+Iac)が流れる。
6). Next, the operation of the current /
このときには、トランジスタTr2cのゲート電極には閾値電圧Vth以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタTr2cのドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器OP1の反転入力端子に流れる入力電流Iin+は、前述した合成電流(Idc+Iac)となる。即ち、Iin+=Idc+Iacの関係が成立する。 At this time, since a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth has not yet been applied to the gate electrode of the transistor Tr2c, no drain current flows between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr2c. For this reason, the input current Iin + flowing through the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 becomes the above-described combined current (Idc + Iac). That is, the relationship of Iin + = Idc + Iac is established.
同様に、トランジスタTr2のゲート電極には閾値電圧Vth以上の電圧が未だ印加されていないため、トランジスタTr2のドレイン電極及びソース電極間にはドレイン電流は流れていない。このため、演算増幅器OP2の反転入力端子に流れる入力電流Iin−も、前述した合成電流(Idc+Iac)となる。即ち、Iin−=Idc+Iacの関係が成立する。 Similarly, since a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth has not yet been applied to the gate electrode of the transistor Tr2, no drain current flows between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr2. Therefore, the input current Iin − flowing to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is also the above-described combined current (Idc + Iac). In other words, Iin - = Idc + Iac relationship is established.
演算増幅器OP1では当該演算増幅器OP1の反転入力端子に入力された入力電流Iin+が増幅されて出力端子T5に出力電圧V+が出力される。但し、後述するように、トランジスタTr2のゲート電極に印加された平均電圧Vdcbに応じて、トランジスタTr2に対するカレントミラー回路を構成するトランジスタTr2cのドレイン電極及びソース電極間には、トランジスタTr2のドレイン電流Itr2と同一の大きさを有するドレイン電流Itr2が流れる。従って、端子T1においてキルヒホッフの第1法則を適用することにより、Idc+Iac=Iin++Itr2の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Itr2=Idcの関係が成立するため、帰還回路B2により出力された平均電圧Vdcbの印加によりトランジスタTr2cがドレイン電流を供給することにより、演算増幅器OP1の反転入力端子には、直流成分Idcが打ち消された入力電流Iacが入力される。出力端子T5には、入力電流Iin+(=Iac)が供給された演算増幅器OP1により増幅された出力電圧V++が出力される。 In the operational amplifier OP1, the input current Iin + input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is amplified and the output voltage V + is output to the output terminal T5. However, as will be described later, the drain current Itr2 of the transistor Tr2 is provided between the drain electrode and the source electrode of the transistor Tr2c constituting the current mirror circuit for the transistor Tr2 in accordance with the average voltage Vdcb applied to the gate electrode of the transistor Tr2. A drain current Itr2 having the same magnitude as that flows. Therefore, the relationship of Idc + Iac = Iin + + Itr2 is established by applying Kirchhoff's first law at the terminal T1. Here, as described above, since the drain current Itr2 = Idc is established, the transistor Tr2c supplies the drain current by the application of the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B2, so that the inverting input of the operational amplifier OP1. An input current Iac in which the DC component Idc is canceled is input to the terminal. The output voltage V ++ amplified by the operational amplifier OP1 to which the input current Iin + (= Iac) is supplied is output to the output terminal T5.
演算増幅器OP2では当該演算増幅器OP2の反転入力端子に入力された入力電流Iin―が増幅されて出力端子T6に出力電圧V―が出力される。帰還回路B2は、当該出力電圧V―を入力し、前述したように、当該入力された出力電圧V―を反転増幅すると共に当該反転増幅された出力電圧V―を積分する。帰還回路B2は、この積分により得られた平均電圧VdcbをトランジスタTr3のゲート電極に印加する。トランジスタTr2は、ゲート電極に印加された平均電圧Vdcbに応じて、ドレイン電極及びソース電極間にドレイン電流Itr2を流すように制御する。従って、端子T2においてキルヒホッフの第1法則を適用することにより、Idc+Iac=Iin−+Itr2の関係が成立する。ここで、前述したように、ドレイン電流Itr2=Idcの関係が成立するため、帰還回路B2により出力された平均電圧Vdcbの印加によりトランジスタTr2がドレイン電流を供給することにより、演算増幅器OP2の反転入力端子には、直流成分Idcが打ち消された入力電流Iacが入力される。従って、帰還回路B2により出力された平均電圧Vdcbに応じてトランジスタTr2により出力されたドレイン電流Itr2により、出力端子T6には、入力電流Iin―(=Iac)が供給された演算増幅器OP2により増幅された出力電圧V−−が出力される。 In the operational amplifier OP2, the input current Iin − input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is amplified and the output voltage V − is output to the output terminal T6. Feedback circuit B2 is the output voltage V - type a, as described above, the input output voltage V - integrating - the inverted amplified output voltage V with inverted amplifying. The feedback circuit B2 applies the average voltage Vdcb obtained by this integration to the gate electrode of the transistor Tr3. The transistor Tr2 controls the drain current Itr2 to flow between the drain electrode and the source electrode according to the average voltage Vdcb applied to the gate electrode. Therefore, by applying the first law of Kirchhoff in the terminal T2, Idc + Iac = Iin - relationship + ITR2 is established. Here, as described above, since the drain current Itr2 = Idc is established, the transistor Tr2 supplies the drain current by the application of the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B2, thereby inverting the input of the operational amplifier OP2. An input current Iac in which the DC component Idc is canceled is input to the terminal. Accordingly, the drain current Itr2 output from the transistor Tr2 according to the average voltage Vdcb output from the feedback circuit B2 is amplified by the operational amplifier OP2 to which the input current Iin − (= Iac) is supplied to the output terminal T6. output voltage V - is output.
増幅部14は、差動増幅器で構成され、電流電圧変換部13bにより出力された出力電圧V++及びV−−をそれぞれ入力し、所定の利得に応じて当該出力電圧V++及びV−−の差分を増幅して出力電圧Voutを出力端子T9に出力する。
Amplifying
以上により、第2の実施形態の電流電圧変換部13bは、フォトダイオードPDが発光ダイオードLDの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードLDの光の正味の変換量に相当する入力電流Iacと、外乱光の変換量に相当する直流成分Idcとが含まれる場合でも、当該電流を二方向からそれぞれ増幅して得られた出力から直流成分に相当する平均電圧を出力し、当該平均電圧に応じて直流成分を適切に打ち消す電流を生じさせる。具体的には、前述したように、電流Iacと直流成分Idcとの合成電流が各演算増幅器OP1,OP2にそれぞれ供給され、帰還回路B2が演算増幅器OP2の出力電圧を反転増幅及び積分する。当該反転増幅及び積分により得られた平均電圧VdcbがトランジスタTr2,及び当該トランジスタTr2に対するカレントミラー回路に印加されることにより、トランジスタTr2,及び当該トランジスタTr2に対するカレントミラー回路は、当該ゲート電極に印加された当該平均電圧Vdcbに応じて、直流成分Idcに相当するドレイン電流を各演算増幅器OP1,OP2の入力電流の電流路に流す。これにより、各演算増幅器OP1,OP2に流れる入力電流のうち、直流成分Idcは打ち消される。
As described above, the current-
従って、第2の実施形態の電流電圧変換部13bによれば、フォトダイオードPDの発光ダイオードLDの発光による光の受光により出力された電流に、当該発光ダイオードLDの光の正味の変換量に相当する電流Iacと、外乱光の変換量に相当する直流成分Idcとが含まれる場合でも、飽和することのない安定的に動作する出力電圧Voutを出力することができる。更に、第1の実施形態の電流電圧変換部13を含む煙感知器2においては、当該煙感知器2内に設けられる検知領域Kの構造を簡単にすることもできる。更に、第2の実施形態の電流電圧変換部13bによれば、第1の実施形態の電流電圧変換部13が備える帰還回路を1つ備えるだけで良いため、電流電圧変換部13bの全体構成として非常に簡単な構成で実現することが可能なため、低コストで製造することが可能である。
Therefore, according to the current-
(第2の実施形態の変形例)
7.電流電圧変換部13cの構成及び動作に関する説明
図6は、第2の実施形態の変形例の電流電圧変換部13c、及び増幅部14の構成を示す概略回路図である。図6に示すように、第2の実施形態の変形例の電流電圧変換部13cは、演算増幅器OP1と、演算増幅器OP2と、帰還回路B3と、トランジスタTr2と、トランジスタTr2a及びトランジスタTr2b並びにトランジスタTr2cにより構成されたカレントミラー回路と、サンプルホールド回路SH3とを少なくとも備える。以下、第2の実施形態の電流電圧変換部13bとの構成上の相違についてのみ説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。
(Modification of the second embodiment)
7). Description on Configuration and Operation of Current-
サンプルホールド回路SH3は、一端が帰還回路B3の終端と接続されると共に他端がトランジスタTr2のゲート電極と接続されたスイッチ部Sw3と、当該スイッチ部Sw3と並列接続されたコンデンサC3とを備える。なお、コンデンサC3の片側の電極はトランジスタTr2のゲート電極に接続され、コンデンサC3の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路SH22では、スイッチ部Sw3の接点が導通状態である場合には、帰還回路B3により出力された平均電圧VdcbがコンデンサC3の両端に印加される。 The sample hold circuit SH3 includes a switch unit Sw3 having one end connected to the terminal of the feedback circuit B3 and the other end connected to the gate electrode of the transistor Tr2, and a capacitor C3 connected in parallel to the switch unit Sw3. Note that one electrode of the capacitor C3 is connected to the gate electrode of the transistor Tr2, and the other electrode of the capacitor C3 is grounded. In the sample hold circuit SH22, when the contact of the switch unit Sw3 is conductive, the average voltage Vdcb output by the feedback circuit B3 is applied across the capacitor C3.
サンプルホールド回路SH3の接点の開閉のタイミングに関しては、図3に示したサンプルホールド回路SH1,SH2と同様であるため、当該タイミングに関する説明は省略する。従って、発光ダイオードLDが発光している間は、サンプルホールド回路SH3のスイッチ部Sw3の接点は非導通状態となっている。 The timing for opening and closing the contact of the sample hold circuit SH3 is the same as that of the sample hold circuits SH1 and SH2 shown in FIG. Therefore, while the light emitting diode LD is emitting light, the contact of the switch unit Sw3 of the sample hold circuit SH3 is in a non-conductive state.
従って、第2の実施形態の変形例の電流電圧変換部13cではタイミング生成部11により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードLDの発光直前にはサンプルホールド回路SH3のスイッチ部Sw3が非導通状態にされ、発光ダイオードLDの発光中には当該スイッチ部Sw3は非導通状態で維持され、発光ダイオードLDの発光直後には当該スイッチ部Sw3が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードLDの発光中には、スイッチ部Sw3が導通状態であるときに印加されていたコンデンサC3の両端間の平均電圧Vdcbが開放され、発光ダイオードLDの発光直前における帰還回路B3の出力である平均電圧VdcbをトランジスタTr2のゲート電極に印加することができる。このとき、トランジスタTr2aのゲート電極にも帰還回路B3の出力である平均電圧Vdcbが印加されるため、トランジスタTr2a,Tr2b,Tr2cにより構成されるカレントミラー回路により、トランジスタTr2cのドレイン電極及びソース電極間には、トランジスタTr2のドレイン電流Itr2と同一のドレイン電流Itr2(=Idc)が流れる。
Therefore, in the current-
従って、第2の実施形態の変形例の電流電圧変換部13cは、発光ダイオードLDの発光中でも、第2の実施形態の電流電圧変換部13bに比べて、帰還回路B3はより正確な平均電圧VdcbをトランジスタTr2のゲート電極に印加することができ、演算増幅器OP1の反転入力端子に直流成分Idcの打ち消された電流Iacを供給することができる。これにより、第2の実施形態の変形例の電流電圧変換部13cは、第2の実施形態の電流電圧変換部13bに比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
Therefore, the current-
(第3の実施形態)
8.電流電圧変換部13dに関する説明
図7は、第3の実施形態の電流電圧変換部13dの構成を示す概略回路図である。第3の実施形態の電流電圧変換部13dは、演算増幅器OP1と、演算増幅器OP2と、帰還回路B4と、トランジスタTr2と、トランジスタTr2a及びトランジスタTr2b並びにトランジスタTr2cにより構成されたカレントミラー回路と、差動増幅器14aとを少なくとも備える。以下、第2の実施形態の電流電圧変換部13bとの構成上の差異について説明し、当該構成上の同一内容に関しては当該説明を省略する。第2の実施形態の電流電圧変換部13との構成上の差異は、帰還回路B4が差動増幅器14aにより出力された出力電圧Voutを入力する点である。
(Third embodiment)
8). Description on Current-
前述したように、第3の実施形態の電流電圧変換部13dは、出力端子T5,T6にそれぞれ出力された出力電圧V++,V−−の差分を所定の利得に応じて増幅するための差動増幅器14aを更に含む。第3の実施形態の電流電圧変換部13dでは、帰還回路B4が差動増幅器14aにより増幅された出力電圧Voutを入力すると共に、当該出力電圧Voutに対する反転増幅及び積分を行うことにより当該出力電圧Voutに対する平均電圧VdccをトランジスタTr2,Tr2aのゲート電極に印加する。その他の構成及び動作は、第2の実施形態と同様であるため、当該内容の説明は省略する。
As described above, the current-
従って、第3の実施形態の電流電圧変換部13dによれば、フォトダイオードPDの発光ダイオードLDからの光の受光により出力された電流に、当該光の正味の変換量に相当する入力電流Iacと、外乱光の変換量に相当する直流成分Idcとが含まれる場合でも、飽和することのない安定的に動作する出力電圧Voutを出力することができる。更に、第3の実施形態の電流電圧変換部13dを含む煙感知器2においては、当該煙感知器2内に設けられる検知領域Kの構造を簡単にすることもできる。更に、第3の実施形態の電流電圧変換部13dによれば、第1の実施形態の電流電圧変換部13が備える帰還回路を1つ備えるだけで良いため、電流電圧変換部13dの全体構成として非常に簡単な構成で実現することが可能なため、低コストで製造することが可能である。
Therefore, according to the current-
更に、第3の実施形態の電流電圧変換部13dによれば、帰還回路B4が演算増幅器OP2により増幅された出力電圧V−−に対してではなく、差動増幅器14aにより増幅された出力電圧Voutに対して反転増幅及び積分して得られた平均電圧Vdccに応じて、トランジスタTr2、及び当該トランジスタTr2に対するカレントミラー回路に流す。従って、第2の実施形態の電流電圧変換部13bに比べて、差動増幅器14aを介したことによるノイズのより少ない入力電流Iin+,Iin―を演算増幅器OP1,OP2に供給することができる。
Furthermore, according to the current-
(第3の実施形態の変形例)
9.電流電圧変換部13eに関する説明
図8は、第3の実施形態の変形例の電流電圧変換部13eの構成を示す概略回路図である。図8に示すように、第3の実施形態の変形例の電流電圧変換部13eは、演算増幅器OP1と、演算増幅器OP2と、帰還回路B5と、トランジスタTr2と、トランジスタTr2a及びトランジスタTr2b並びにトランジスタTr2cにより構成されたカレントミラー回路と、サンプルホールド回路SH4とを少なくとも備える。図7に示す第3の実施形態の電流電圧変換部13dとの構成上の差異は、サンプルホールド回路SH4を更に備える点である。その他の構成は、図7に示した第3の実施形態の電流電圧変換部13dと同一であるため、当該同一内容に関する説明は省略する。
(Modification of the third embodiment)
9. Description of Current-
サンプルホールド回路SH4は、一端が帰還回路B5の終端と接続されると共に他端がトランジスタTr2のゲート電極と接続されたスイッチ部Sw4と、当該スイッチ部Sw4と並列接続されたコンデンサC4とを備える。なお、コンデンサC4の片側の電極はトランジスタTr2のゲート電極に接続され、コンデンサC4の反対側の電極は接地されている。サンプルホールド回路SH4では、スイッチ部Sw4の接点が導通状態である場合には、帰還回路B5により出力された平均電圧VdccがコンデンサC4の両端に印加される。 The sample hold circuit SH4 includes a switch unit Sw4 having one end connected to the terminal of the feedback circuit B5 and the other end connected to the gate electrode of the transistor Tr2, and a capacitor C4 connected in parallel to the switch unit Sw4. The electrode on one side of the capacitor C4 is connected to the gate electrode of the transistor Tr2, and the electrode on the opposite side of the capacitor C4 is grounded. In the sample hold circuit SH4, when the contact of the switch unit Sw4 is in a conductive state, the average voltage Vdcc output by the feedback circuit B5 is applied across the capacitor C4.
サンプルホールド回路SH4の接点の開閉のタイミングに関しては、図6に示したサンプルホールド回路SH1,SH2と同様であるため、当該タイミングに関する説明は省略する。従って、発光ダイオードLDが発光している間は、サンプルホールド回路SH4のスイッチ部Sw4の接点は非導通状態となっている。 The timing for opening and closing the contacts of the sample and hold circuit SH4 is the same as that of the sample and hold circuits SH1 and SH2 shown in FIG. Therefore, while the light emitting diode LD is emitting light, the contact of the switch unit Sw4 of the sample hold circuit SH4 is in a non-conductive state.
従って、第3の実施形態の変形例の電流電圧変換部13eではタイミング生成部11により出力されたタイミング信号に応じて、発光ダイオードLDの発光直前にはサンプルホールド回路SH4のスイッチ部Sw4が非導通状態にされ、発光ダイオードLDの発光中には当該スイッチ部Sw4は非導通状態で維持され、発光ダイオードLDの発光直後には当該スイッチ部Sw4が導通状態にされる。これにより、発光ダイオードLDの発光中には、スイッチ部Sw4が導通状態であるときに印加されていたコンデンサC4の両端間の平均電圧Vdccが開放され、発光ダイオードLDの発光直前における帰還回路B5の出力である平均電圧VdccをトランジスタTr2のゲート電極に印加することができる。このとき、トランジスタTr2aのゲート電極にも帰還回路B5の出力である平均電圧Vdccが印加されるため、トランジスタTr2a,Tr2b,Tr2cにより構成されるカレントミラー回路により、トランジスタTr2cのドレイン電極及びソース電極間には、トランジスタTr2のドレイン電流Itr2と同一のドレイン電流Itr2(=Idc)が流れる。
Therefore, in the current-
従って、第3の実施形態の変形例の電流電圧変換部13eは、発光ダイオードLDの発光中でも、第3の実施形態の電流電圧変換部13dに比べて、帰還回路B5はより正確な平均電圧VdccをトランジスタTr2のゲート電極に印加することができ、演算増幅器OP1の反転入力端子に直流成分Idcの打ち消された電流Iacを供給することができる。これにより、第3の実施形態の変形例の電流電圧変換部13eは、第2の実施形態の電流電圧変換部13cに比べて、外乱光の影響をより受けにくい電流電圧変換を行うことができる。
Therefore, the current-
(サンプルホールド回路を備える電流電圧変換部に対する更なる変形例)
10.リーク電流補正抵抗Raを備えた電流電圧変換部13fに関する説明
図9は、図6に示した電流電圧変換部13cに対してリーク電流補正抵抗Raを、サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2と並列接続した電流電圧変換部13fの概略回路図である。なお、図9においては、代表的に、図6に示した電流電圧変換部13cに対してリーク電流補正抵抗Raが設けられた例を示すが、当該リーク電流補正抵抗Raは、図4及び図8にそれぞれ示した電流電圧変換部13a及び13cの各サンプルホールド回路のスイッチ部に対してそれぞれ並列接続されても良く、同様の動作が行われる。
(Further modified example for the current-voltage converter having the sample-and-hold circuit)
10. FIG. 9 shows a parallel connection of the leakage current correction resistor Ra and the switch unit Sw2 of the sample hold circuit SH2 with respect to the current /
図9において、リーク電流補正抵抗Raは、高抵抗値を有すると共に、サンプルホールド回路SH2のスイッチ部Sw2と並列接続されている。図6に示すサンプルホールド回路SH2においては、発光ダイオードLDの発光直前にタイミング生成部11により出力されたタイミング信号に基づいてスイッチ部Sw2の接点が非導通状態された後になると、コンデンサC2から漏れ電流が流れることがある。このコンデンサC2から漏れ電流が流れると、コンデンサC2の両端にかかる平均電圧Vdcbが下がるため、当該コンデンサC2の両端にかかっていた平均電圧VdcbがトランジスタTr2,Tr2aのゲート電極に適切に印加することができない場合があり得る。
In FIG. 9, the leakage current correction resistor Ra has a high resistance value and is connected in parallel with the switch unit Sw2 of the sample hold circuit SH2. In the sample hold circuit SH2 shown in FIG. 6, when the contact of the switch unit Sw2 is made non-conductive based on the timing signal output by the
そこで、スイッチ部Sw2と並列接続されたリーク電流補正抵抗Rは、当該スイッチ部Sw2が非導通状態になった後に、コンデンサC2からの漏れ電流により生じるコンデンサC2の両端間平均電圧Vdcbの減少分を補償することにより、トランジスタTr2,Tr2aのゲート電極に当該平均電圧Vdcbを適切に印加することができる。 Therefore, the leakage current correction resistor R connected in parallel with the switch unit Sw2 reduces the average voltage Vdcb between both ends of the capacitor C2 caused by the leakage current from the capacitor C2 after the switch unit Sw2 is turned off. By compensating, the average voltage Vdcb can be appropriately applied to the gate electrodes of the transistors Tr2 and Tr2a.
以上、添付図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、この発明の電流電圧変換回路及び煙感知器1はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然にこの発明の技術的範囲に属するものと了解される。
Although various embodiments have been described with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the current-voltage conversion circuit and the
なお、前述した各実施形態における各演算増幅器OP1,OP2には変換抵抗Rに対してコンデンサCが並列接続されても良い。この場合、コンデンサCはローパスフィルタ(LPF)として機能し、所定のカットオフ周波数f1以下の入力電流Iin+及びIin−のみを通過するように変換抵抗RとコンデンサCとの回路定数が設定される。このカットオフ周波数f1は、変換抵抗Rの抵抗値rとコンデンサCの定数cとを用いることにより、f1=1/(2π×r×c)で表すことができ、少なくともフォトダイオードPDが発光部としての発光ダイオードLDからの光を受光したときに生じるパルス状の入力電流Iin+及びIin−を通過するように設定される。 Note that a capacitor C may be connected in parallel to the conversion resistor R in each of the operational amplifiers OP1 and OP2 in the above-described embodiments. In this case, the capacitor C functions as a low-pass filter (LPF), and the circuit constants of the conversion resistor R and the capacitor C are set so as to pass only the input currents Iin + and Iin − having a predetermined cutoff frequency f 1 or less. The This cut-off frequency f 1 can be expressed as f 1 = 1 / (2π × r × c) by using the resistance value r of the conversion resistor R and the constant c of the capacitor C, and at least the photodiode PD is It is set so as to pass pulsed input currents Iin + and Iin − generated when light from a light emitting diode LD as a light emitting unit is received.
なお、前述した各実施形態における各トランジスタTr1〜Tr6はNMOS型トランジスタで構成可能である旨を説明したが、当該トランジスタTr1〜Tr6はP型のチャネルが形成されるPMOS型トランジスタで構成することも可能である。この場合には、前述した各実施形態の「ドレイン電極」及び「ソース電極」をそれぞれ「ソース電極」及び「ドレイン電極」に読み替えれば良い。 In addition, although it has been described that the transistors Tr1 to Tr6 in each of the embodiments described above can be configured with NMOS transistors, the transistors Tr1 to Tr6 may be configured with PMOS transistors in which a P-type channel is formed. Is possible. In this case, the “drain electrode” and “source electrode” in the above-described embodiments may be read as “source electrode” and “drain electrode”, respectively.
なお、前述した電流電圧変換部13〜13fが適用される製品としては、図1に示した煙感知器1のみに限定されない。
The products to which the above-described current-
1 煙感知器
11 タイミング生成部
12 発光制御部
13 電流電圧変換部
14 増幅部
14a 差動増幅器
15 信号処理部
16 判断部
17 出力部
18 電源回路部
A1、B1〜B6 帰還回路
C1〜C4 コンデンサ
Iac、Iin+、Iin― 入力電流
Idc 直流成分
Itr1、Itr2 ドレイン電流
LD 発光ダイオード
OP1、OP2 演算増幅器
PD フォトダイオード
R、Ra 抵抗
SH1〜SH4 サンプルホールド回路
Sw1〜Sw4 スイッチ
T1〜T9 端子
Tr1、Tr2、Tr2a、Tr2b、Tr2c トランジスタ
Vdd 電源電圧
Vs 基準電圧
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記フォトダイオードにより出力された第1の入力電流を第1の出力電圧に変換して出力する第1の演算増幅部と、
前記フォトダイオードにより出力された第2の入力電流を第2の出力電圧に変換して出力する第2の演算増幅部と、
前記第1の演算増幅部により出力された前記第1の出力電圧の平均値成分に相当する第1の平均電圧を出力する第1の帰還回路部と、
前記第2の演算増幅部により出力された前記第2の出力電圧の平均値成分に相当する第2の平均電圧を出力する第2の帰還回路部と、
前記第1の帰還回路部により出力された前記第1の平均電圧に応じて、前記第1の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する第1のトランジスタ部と、
前記第2の帰還回路部により出力された前記第2の平均電圧に応じて、前記第2の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第2のトランジスタ部と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換回路。 A current-voltage conversion circuit that converts an input current output by conversion of the photodiode into a voltage according to an amount of light received by the photodiode with respect to light emitted from the light-emitting diode,
A first operational amplifier that converts the first input current output from the photodiode into a first output voltage and outputs the first output current;
A second operational amplifier that converts the second input current output by the photodiode into a second output voltage and outputs the second output current;
A first feedback circuit unit that outputs a first average voltage corresponding to an average value component of the first output voltage output by the first operational amplification unit;
A second feedback circuit unit that outputs a second average voltage corresponding to an average value component of the second output voltage output by the second operational amplification unit;
A first transistor unit that controls to flow a current corresponding to a current drawn from the first operational amplifier unit according to the first average voltage output by the first feedback circuit unit;
A second transistor unit that controls to flow a current corresponding to a current flowing into the second operational amplifier unit according to the second average voltage output by the second feedback circuit unit;
A current-voltage conversion circuit comprising:
前記第1の帰還回路部の終端と前記第1のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第1の帰還回路部と前記第1のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第1のスイッチ部と、前記第1スイッチ部と並列接続された第1のコンデンサとにより構成された第1のサンプルホールド回路が設けられ、
前記第2の帰還回路部の終端と前記第2のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第2の帰還回路部と前記第2のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第2のスイッチ部と、前記第2スイッチ部と並列接続された第2のコンデンサとにより構成された第2のサンプルホールド回路が設けられたことを特徴とする電流電圧変換回路。 The current-voltage conversion circuit according to claim 1,
Between the termination of the first feedback circuit section and the gate electrode of the first transistor section,
A first switch unit that conducts or non-conducts between the first feedback circuit unit and the gate electrode of the first transistor unit, and a first capacitor connected in parallel to the first switch unit. A first sample and hold circuit is provided,
Between the termination of the second feedback circuit section and the gate electrode of the second transistor section,
A second switch unit that conducts or non-conducts between the second feedback circuit unit and the gate electrode of the second transistor unit, and a second capacitor that is connected in parallel to the second switch unit. A current-voltage conversion circuit, characterized in that a second sample-and-hold circuit is provided.
前記フォトダイオードにより出力された第3の入力電流を第3の出力電圧に変換して出力する第3の演算増幅部と、
前記フォトダイオードにより出力された第4の入力電流を第4の出力電圧に変換して出力する第4の演算増幅部と、
前記第4の演算増幅部により出力された前記第4の出力電圧の平均値成分に相当する第3の平均電圧を出力する第3の帰還回路部と、
前記第3の帰還回路部により出力された前記第3の平均電圧に応じて、前記第4の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第3のトランジスタ部と、
前記第3の帰還回路部により出力された前記第3の平均電圧に応じて、前記第3の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する前記第3のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換回路。 A current-voltage conversion circuit that converts an input current output by conversion of the photodiode into a voltage according to an amount of light received by the photodiode with respect to light emitted from the light-emitting diode,
A third operational amplifier that converts the third input current output by the photodiode into a third output voltage and outputs the third output voltage;
A fourth operational amplifier that converts the fourth input current output by the photodiode into a fourth output voltage and outputs the fourth output current;
A third feedback circuit unit that outputs a third average voltage corresponding to an average value component of the fourth output voltage output by the fourth operational amplification unit;
A third transistor unit that controls to flow a current corresponding to a current flowing into the fourth operational amplifier according to the third average voltage output by the third feedback circuit unit;
A current for the third transistor unit that controls to flow a current according to a current drawn from the third operational amplifier unit according to the third average voltage output by the third feedback circuit unit. A mirror circuit section;
A current-voltage conversion circuit comprising:
前記第3の帰還回路部の終端と前記第3のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第3の帰還回路部と前記第3のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第3のスイッチ部と、前記第3スイッチ部と並列接続された第3のコンデンサとにより構成された第3のサンプルホールド回路が設けられたことを特徴とする電流電圧変換回路。 The current-voltage conversion circuit according to claim 3,
Between the termination of the third feedback circuit section and the gate electrode of the third transistor section,
A third switch unit that conducts or non-conducts between the third feedback circuit unit and the gate electrode of the third transistor unit, and a third capacitor that is connected in parallel to the third switch unit. And a third sample-and-hold circuit provided.
前記フォトダイオードにより出力された第5の入力電流を第5の出力電圧に変換して出力する第5の演算増幅部と、
前記フォトダイオードにより出力された第6の入力電流を第6の出力電圧に変換して出力する第6の演算増幅部と、
前記第5及び第6の演算増幅部によりそれぞれ出力された前記第5及び第6の出力電圧の差分を所定の利得に応じて増幅した出力電圧を出力する差動増幅器と、
前記差動増幅器により出力された前記増幅された出力電圧の平均値成分に相当する平均電圧を出力する第4の帰還回路部と、
前記第4の帰還回路部により出力された前記平均電圧に応じて、前記第6の演算増幅部に流れ込む電流に応じた電流を流すように制御する第4のトランジスタ部と、
前記第4の帰還回路部により出力された前記平均電圧に応じて、前記第5の演算増幅部から引き込まれる電流に応じた電流を流すように制御する前記第4のトランジスタ部に対するカレントミラー回路部と、
を備えることを特徴とする電流電圧変換回路。 A current-voltage conversion circuit that converts an input current output by conversion of the photodiode into a voltage according to an amount of light received by the photodiode with respect to light emitted from the light-emitting diode,
A fifth operational amplifier that converts the fifth input current output by the photodiode into a fifth output voltage and outputs the fifth output current;
A sixth operational amplifier that converts the sixth input current output by the photodiode into a sixth output voltage and outputs the sixth output voltage;
A differential amplifier that outputs an output voltage obtained by amplifying a difference between the fifth and sixth output voltages output by the fifth and sixth operational amplifiers according to a predetermined gain;
A fourth feedback circuit unit that outputs an average voltage corresponding to an average value component of the amplified output voltage output by the differential amplifier;
A fourth transistor unit that controls to flow a current according to a current flowing into the sixth operational amplifier unit according to the average voltage output by the fourth feedback circuit unit;
A current mirror circuit unit for the fourth transistor unit that controls to flow a current corresponding to a current drawn from the fifth operational amplifier unit according to the average voltage output from the fourth feedback circuit unit When,
A current-voltage conversion circuit comprising:
前記第4の帰還回路部の終端と前記第4のトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第4の帰還回路部と前記第4のトランジスタ部のゲート電極との間を導通又は非導通する第4のスイッチ部と、前記第4スイッチ部と並列接続された第4のコンデンサとにより構成された第4のサンプルホールド回路が設けられたことを特徴とする電流電圧変換回路。 The current-voltage conversion circuit according to claim 5,
Between the end of the fourth feedback circuit section and the gate electrode of the fourth transistor section,
A fourth switch unit that conducts or non-conducts between the fourth feedback circuit unit and the gate electrode of the fourth transistor unit, and a fourth capacitor that is connected in parallel to the fourth switch unit. And a fourth sample-and-hold circuit provided.
前記第1、第2、第3及び第4のうちいずれかの帰還回路部の終端と当該帰還回路部に対応する前記第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのトランジスタ部のゲート電極との間には、
前記第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのサンプルホールド回路の前記第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのスイッチ部が非導通である場合に、前記第1、第2、第3及び第4のいずれかのコンデンサからの漏れ電流による当該第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのコンデンサの両端間の電圧の低下を補償する抵抗が、前記第1、第2、第3及び第4のうちいずれかのスイッチ部と並列接続されていることを特徴とする電流電圧変換回路。 The current-voltage converter according to any one of claims 2, 4, and 6,
The terminal of any one of the first, second, third, and fourth feedback circuit sections and the transistor section of any one of the first, second, third, and fourth corresponding to the feedback circuit section. Between the gate electrode,
When any one of the first, second, third, and fourth switch sections of the first, second, third, and fourth sample hold circuits is non-conductive, the first A resistor that compensates for a decrease in voltage across one of the first, second, third, and fourth capacitors due to leakage current from the first, second, third, and fourth capacitors; A current-voltage converter circuit connected in parallel with any one of the first, second, third, and fourth switch units.
所定の検知空間に向けて間欠的に光を発光する発光部と、
前記発光部により発光された直接光が入射しない位置に配置されると共に、前記検知空間内に流入した煙により前記発光部から出力された光が拡散反射した際の受光量を電流に変換する光電変換部と、
前記電流電圧変換回路により出力された出力電圧のレベルの変化量に応じて、所定の火災判定レベルを超えるか否かを判断する判断部と、
前記出力電圧のレベルの変化量が前記所定の火災判定レベルを超えると前記判断部により判断された場合に、前記所定の火災の可能性を示唆する警告音を発砲する発報部と、を備え、
前記光電変換部は、前記電流を前記電流電圧変換回路の前記第1〜第6のうちいずれかの入力端子に出力することを特徴とする煙感知器。 The current-voltage conversion circuit according to any one of claims 1 to 7,
A light emitting unit that emits light intermittently toward a predetermined detection space;
A photoelectric device that is disposed at a position where direct light emitted by the light emitting unit is not incident, and that converts the amount of light received when the light output from the light emitting unit is diffusely reflected by smoke flowing into the detection space into a current. A conversion unit;
A determination unit that determines whether or not a predetermined fire determination level is exceeded according to an amount of change in the level of the output voltage output by the current-voltage conversion circuit;
A reporting unit that fires a warning sound indicating the possibility of the predetermined fire when the determination unit determines that the amount of change in the level of the output voltage exceeds the predetermined fire determination level; ,
The photoelectric conversion unit outputs the current to any one of the first to sixth input terminals of the current-voltage conversion circuit.
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- 2010-03-31 JP JP2010082600A patent/JP2011217080A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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CN110658805B (en) * | 2019-09-30 | 2020-12-01 | 天津市盛丹电子技术发展有限公司 | Signal calibration circuit of industrial building fire-fighting system |
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A711 | Notification of change in applicant |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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