JP3046977B2 - 信号電流検出回路 - Google Patents
信号電流検出回路Info
- Publication number
- JP3046977B2 JP3046977B2 JP9178134A JP17813497A JP3046977B2 JP 3046977 B2 JP3046977 B2 JP 3046977B2 JP 9178134 A JP9178134 A JP 9178134A JP 17813497 A JP17813497 A JP 17813497A JP 3046977 B2 JP3046977 B2 JP 3046977B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- amplifier
- input
- resistor
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
出力信号電流を検出する信号電流検出回路に関するもの
である。
要としない光検出回路として、図6に示すトランスイン
ピーダンス型といわれて広く使われている回路がある。
この回路では、電流発生型センサー1で発生した電流を
帰還抵抗3で電圧に変えているいるため、検出器の感度
などの性能がいかに高く、また雑音がいかに低くても、
帰還抵抗の熱雑音が回路の最終的な雑音を決めてしま
う。そして、出力電圧は発生電流が一定であれば常に一
定である(図7の出力電圧対時間のグラフ参照)。
には、図8に示す電荷蓄積型回路がある。この回路で
は、電流発生型センサー1の電流がセンサー自身も含め
た入力回路全体の容量(入力容量4)に蓄積され、その
容量で発生する電圧変化を増幅器を通して測定すること
により発生電流量を知るようになっている。
サーで発生する電流が一定ならば一定の割合で出力電圧
が上昇していく。このときの電圧変化と時間変化の比を
使って元の発生電流値を求めることができる。この回路
は上記のトランスインピーダンス型回路のように抵抗を
使用していないので帰還抵抗の熱雑音は避けることがで
きるが、この電圧変化を知るためにコンピュータで電圧
を取り込み、電圧変化と時間変化の比を計算しなければ
ならなかった。
電荷を時折放出する(リセットする)ため通常入力回路
にリセットスイッチ5を導入する必要があった。このス
イッチを入れて電荷を放出した後、もう一度スイッチを
切り電荷蓄積を開始する際、kTC雑音といわれる雑音
が発生する。つまりスイッチを切った瞬間にランダムに
入力容量4に電荷が入り込みランダムな電圧が発生して
しまうのである。
は、この雑音の存在を表している。この雑音があるため
コンピュータによる処理の際には、蓄積開始直後と終了
直前の2点の出力電圧を取ってその差を得る必要があっ
た。データを取る時には必ず雑音が加わるので2点デー
タを取れば√2倍だけ雑音が増えて、信号/雑音比が悪
くなる。
上)で用いる回路は、図10のように検出器のインピー
ダンスに関わらず50オームの抵抗を接続してインピー
ダンスマッチングを取っており、この抵抗の熱雑音が雑
音を決めていた。また50オームの抵抗はインピーダン
スマッチングを取るだけでなく、この抵抗値の低い抵抗
でセンサーからの電流を電圧に変えているため、信号/
雑音比が非常に悪くなっていた。
のような回路における時間応答を含めて示すためにパル
ス的に電流が発生するセンサーに対する出力電圧を示し
ている。増幅器6の応答は十分に早いとすれば、出力パ
ルスの立ち上がり時間はセンサーの応答時間で決まり、
立ち下がり時間は50オームの抵抗とセンサーの容量で
決まる時定数によって決定される。図ではセンサーの応
答時間は十分短いとしている。
信号電流検出回路においては、センサーの信号を増幅し
て検出するには様々な問題を有していた。
されたもので、信号源の内部抵抗と第1のコンデンサと
該第1のコンデンサの両電極を導通可能にする第1のリ
セットスイッチとからなる積分回路と、該積分回路の出
力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力信号を微分
する第2のコンデンサと抵抗器と該抵抗器の両電極を導
通可能にする第2のリセットスイッチとからなる微分回
路と、で構成された信号電流検出回路を提供するもので
ある。
デンサとからなる積分回路と、該積分回路の出力信号を
増幅する第1の増幅器と、該第1の増幅器の出力信号を
微分する第2のコンデンサと抵抗器とからなる微分回路
と、上記第1の増幅器の出力信号を反転増幅する第2の
増幅器と該第2の増幅器の出力信号を負帰還抵抗器を介
して上記第1の増幅器に入力させる低周波負帰還回路
と、で構成された信号電流検出回路を提供するものであ
る。
構成を図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1の
実施形態を示す回路図である。
良であるが、検出器からの電流を入力容量4で電圧に変
換した後増幅器6で増幅しその電圧を微分回路(図1の
微分回路用コンデンサ7と微分回路用抵抗器8で構成さ
れる)に通すところに特徴がある。たったこれだけのこ
とで、この検出回路はコンピュータに信号を取り込まな
くとも信号電圧を直流電圧として直接読み取ることがで
きる回路になる。
を微分回路によって微分することでもとの電流に比例す
る電圧を取り出すことができる(図2の出力電圧対時間
のグラフ参照)。したがって従来の技術で述べた抵抗を
使った回路(図6)と同様な出力信号を抵抗の熱雑音な
しに達成できるのである。またパルス的な信号電流が発
生する場合も同様に抵抗の熱雑音なしに図11と同様な
出力電圧が得られる。
路の抵抗器8と並列にリセットスイッチ9を入れた。こ
のスイッチは入力回路のリセットスイッチ9を切ってか
ら、少し経ってスイッチを切るようにする。これによっ
て、微分回路の出力はいつも0ボルトから出発するの
で、kTC雑音を除去することができる(図2の出力電
圧対時間のグラフ参照)。無論微分回路のリセットスイ
ッチ9でもkTC雑音は発生するが、ここでは信号はす
でに増幅されているので影響は無視できるほど少なくす
ることができる。
に示す。この回路では光検出器の信号電流は光検出器お
よび増幅器の容量で決まる入力容量に蓄積され、その電
圧が増幅器6を通じて出力に現われる。入力部のリセッ
トスイッチ5としてはデプレッション型pチャンネルM
OSFETを用いる。増幅器6の後に微分回路を入れ、
微分回路用抵抗器8と並列にやはり入力部と同様なリセ
ットスイッチ9を入れる。この際上記したように入力部
でのリセットより少し遅れてリセットを解除する必要が
ある。これは、リセット用パルス発生器で行われる。図
1の回路からの出力電圧は、どのような電圧測定器でと
ってもよい。積分回路と微分回路の時定数のうちどちら
か大きい方程度の時間がたってから出力を読み出すのが
最も効率がよい。
て説明する。電荷蓄積型回路はリセットをしている間は
信号が採れないので、例えば通信などの用途では問題と
なる。これを避けるために図3に示す本発明の第2実施
形態では低周波負帰還回路を挿入した。これは、50オ
ームより大きな低周波負帰還用抵抗器11を入力回路に
入れ、この抵抗器と低周波帰還用反転オペレーショナル
アンプ10を通じて入力回路に低周波領域だけで負帰還
をかけるものである。
トランスインピーダンス型の回路のように見えるがパル
ス信号のような高周波領域においては電荷蓄積型の動作
をする。なぜなら入力回路の時定数は必要な高周波に対
応する時定数より遥かに大きく、容量性になっているか
らである。したがって光電流に比例した出力を取りだす
ためには、後段に微分回路がやはり必要である。この回
路では入力抵抗は低周波帰還用帰還抵抗器11で決まる
ため、入力抵抗値が大きく取れ、高周波回路でも信号/
雑音比の大きな回路を構成できる。
チングが問題となるため、通常50オームの入力抵抗が
使われている。しかし、入力抵抗器を、必要な周波数に
対応する電波の波長に比べて、入力アンプの十分近くに
配設すればインピーダンスマッチングは必ずしも必要で
はない。したがって高い入力抵抗の場合で問題となるの
は、アンプの入力電圧が、同じ強さの光に対しても増大
し、アンプの入力動作点が変動することである。
線形性がある場合(これは通常の素子の殆どであるが)
光強度に対する出力電圧の非線型性をもたらしダイナミ
ックレンジの減少につながる。負帰還回路はこうした入
力電圧の変動を抑える最も効果的な回路であるが、高周
波領域では必要なオープンループゲインが取れないこと
や発振などの弊害のためにこれまで使われてこなかっ
た。
うことにより上記の欠点が解消され、高周波領域におい
ても入力電圧の変動を減少させることができる。この回
路では、高周波応答にはなにも影響を及ぼさないので低
周波負帰還をかけない場合と応答速度は変わらない。
力部、A点と微分回路の後、B点での電圧変化をパルス
電流が発生した場合について示している。入力部では、
まずパルス電流の蓄積によって入力容量4に電圧が発生
する。このとき低周波帰還用反転オペレーショナルアン
プ9はまだ応答できないのでほとんど増幅器6の応答だ
けで電圧変化は決まる。しかし、時間が経過するにつれ
低周波帰還用反転オペレーショナルアンプ9は応答し始
めだんだんと平均電圧は0ボルトに近づいていく。一
方、微分回路の後では、長い電圧変動は落とされて、微
分回路の時定数に対応した早い応答を始める(図5)。
還の回路例は図3で電流発生型センサー1にフォトダイ
オードを入れればよい。また、入力容量4は、フォトダ
イオードの容量で決まる。負帰還回路用反転オペレーシ
ョナルアンプ9の高速性は、入力回路の変動が収まる時
間に影響する。また負帰還用抵抗器10の値は、光の強
度と入力部の電圧変動及び熱雑音をどこまで抑えたいか
で決まる。熱雑音を減らしたければ大きな負帰還抵抗を
付ければよいが、入力部の電圧変動を抑えるためには負
帰還用オペアンプの出力電圧が高くなり、これには限界
がある。また入力部の電圧変動のタイムスケールを短く
したければやはり負帰還抵抗は小さくなければならな
い。微分回路用コンデンサ7と抵抗器8の値は必要な応
答速度を考慮してその時定数を決めればよい。
たが、本発明は上記した実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限
り、どのようにでも実施できる。例えば、本発明は光セ
ンサーのみに利用できるものではなく、電流出力で出力
インピーダンスが比較的高い素子であれば、どの様なも
のにでも実施できる。
電流検出回路は第1の実施形態においては、コンピュー
タなしで光検出回路が構成できるだけではなく、雑音に
周波数依存性がない場合には時間の3/2乗に比例して
信号/雑音比が改善できるのである。これは理論的な限
界であり、特に微分回路と積分回路の時定数を等しくす
ることによりその信号/雑音比は最大にできる。しか
も、この回路を使えば適当な時間がたった後、一度だけ
出力信号を取ればよい。更に、この利点は、コンピュー
タの計算速度が追い付けない高周波領域や、沢山の検出
器の信号を同時に取らなければならない場合などには大
変有効である。また、本発明の第2の実施形態における
低周波負帰還回路付電荷蓄積型回路(図3)は、熱雑音
を軽減しながら高速応答を維持できる等、多大な効果を
奏する。
電荷蓄積型回路の構成を示す回路図である。
力電圧を示す特性図である。
回路付き電荷蓄積型回路の構成を示す回路図である。
電圧を示す特性図である。
電圧を示す特性図である。
示す回路図である。
力電圧を示す特性図である。
る。
力電圧を示す特性図である。
である。
での電圧を示す特性図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 信号源の内部抵抗と第1のコンデンサと
該第1のコンデンサの両電極を導通可能にする第1のリ
セットスイッチとからなる積分回路と、該積分回路の出
力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力信号を微分
する第2のコンデンサと抵抗器と該抵抗器の両電極を導
通可能にする第2のリセットスイッチとからなる微分回
路と、で構成されたことを特徴とする信号電流検出回
路。 - 【請求項2】 信号源の内部抵抗と第1のコンデンサと
からなる積分回路と、該積分回路の出力信号を増幅する
第1の増幅器と、該第1の増幅器の出力信号を微分する
第2のコンデンサと抵抗器とからなる微分回路と、上記
第1の増幅器の出力信号を反転増幅する第2の増幅器と
該第2の増幅器の出力信号を負帰還抵抗器を介して上記
第1の増幅器に入力させる低周波負帰還回路と、で構成
されたことを特徴とする信号電流検出回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9178134A JP3046977B2 (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 信号電流検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9178134A JP3046977B2 (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 信号電流検出回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1123619A JPH1123619A (ja) | 1999-01-29 |
JP3046977B2 true JP3046977B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=16043254
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9178134A Expired - Lifetime JP3046977B2 (ja) | 1997-07-03 | 1997-07-03 | 信号電流検出回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3046977B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014206072A (ja) * | 2013-04-11 | 2014-10-30 | アスモ株式会社 | ギヤポンプ及び電動ポンプ |
-
1997
- 1997-07-03 JP JP9178134A patent/JP3046977B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014206072A (ja) * | 2013-04-11 | 2014-10-30 | アスモ株式会社 | ギヤポンプ及び電動ポンプ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1123619A (ja) | 1999-01-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7129487B2 (en) | Infrared detecting circuit and an infrared detector | |
US6313462B1 (en) | Infrared-rays detector | |
US6340816B1 (en) | Pyroelectric detector with feedback amplifier for enhanced low frequency response | |
JP3046977B2 (ja) | 信号電流検出回路 | |
JPH04218744A (ja) | オプティカル・タイム・ドメイン・リフレクトメータ | |
JP3806042B2 (ja) | 熱型赤外線固体撮像素子 | |
CN102394609B (zh) | 一种窄脉冲电压放大器 | |
US4935618A (en) | Wide bandwidth photoelectric converting circuit | |
JPH10281866A (ja) | 焦電型赤外線検出装置 | |
US6104120A (en) | Electric charge type sensor | |
JPH05129857A (ja) | アバランシエホトダイオードの利得制御方法 | |
JP2674110B2 (ja) | アバランシエホトダイオードのバイアス回路の温度補償回路 | |
GB2202624A (en) | Optimum biasing system for electronic devices | |
JPH0330097A (ja) | 光電式煙感知器 | |
EP1011193A1 (en) | Amplified photoelectric detector | |
JP3829484B2 (ja) | 赤外線検出装置 | |
US5825018A (en) | Optical lock-in detection technique for coherent detection applications | |
JP3259117B2 (ja) | 検波回路 | |
JP2585630B2 (ja) | Agc回路 | |
Schouten | A new amplifier design for fast low-noise far-infrared detectors using a pyroelectric element | |
JPH02309220A (ja) | 光ファイバ式分布形温度計測装置 | |
Perry | Predicting the performance of a photodetector | |
KR940007799Y1 (ko) | 휘도변화 보정회로 | |
KR930000084Y1 (ko) | 이산화탄소 레이저 거리 측정기의 광 검출회로 | |
JP2002271698A (ja) | 光センサ回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080324 Year of fee payment: 8 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080324 Year of fee payment: 8 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |