JP3534209B2 - 受光回路 - Google Patents
受光回路Info
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Description
る。より詳しくは光信号を受信する回路の半導体集積回
路化に関する。 【０００２】 【従来の技術】まず本発明の背景を明らかにする為に従
来の受光回路の説明を行う。赤外線リモコン等の受光回
路（例えば特開平３−１１３９２４）では，図２に示す
様に，信号の背景にある太陽光などの直流的な光入力に
より発生した直流電流を，ダイオード７を用いてバイパ
スして，電位Ａが，電源電圧に達しないようにしてい
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来の受光回路では，
信号以外の太陽光が入射し，電位Ａがダイオードがオン
するレベルより大きくなると，信号に対するゲインが著
しく低下するという課題もしくは問題点があった。これ
は，受光素子の負荷抵抗が，太陽光の入射がないときの
値から，大幅に低下することによる。 【０００４】 【課題を解決する為の手段】従来の技術の課題を解決す
るために，本発明では，入射光の直流のみをバイパスさ
せる為のＭＯＳトランジスタを，負荷抵抗に並列に設け
た。該ＭＯＳトランジスタは，直流に対する負荷抵抗値
を下げ，入力信号等の交流に対する負荷抵抗値は維持す
る。 【０００５】負荷抵抗に並列に接続したＭＯＳトランジ
スタのゲート電極には，負荷抵抗の両端の電圧から，ロ
ーパスフィルタで交流分を減衰させた直流電圧を加え
る。ゲート電極には，ほとんど直流がかかり，交流分は
少ない。従ってＭＯＳトランジスタを流れる電流は，ほ
とんど直流だけとなる為，直流分のみをバイパスさせる
ことが出来る。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の好適
な実施例を詳細に説明する。図１に，本発明の具体的な
回路構成をしめす。図１の中で，ローパスフィルタ５は
種々の実現方法があるが，そのうちで構成が容易で，な
おかつＣＭＯＳ集積化回路に適したものを，各々図４，
５，６，７に例示した。ローパスフィルタ５の説明は図
１の説明の後詳細に行う。 【０００７】先ず回路構成を図１を用いて説明する。電
源３に直列に受光素子１が接続されている。更に受光素
子１には，負荷抵抗２の一端が接続されている。受光素
子１と負荷抵抗２の接続点Ａはローパスフィルタ５の入
力に接続されている。ＭＯＳトランジスタ４のドレイン
電極も共通に接続点Ａに接続されている。ＭＯＳトラン
ジスタ４のソース電極は，負荷抵抗２の他端と共通にグ
ランドに接続され，ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極
は，ローパスフィルタ５の出力に接続している。 【０００８】回路動作について説明する。まず太陽光等
の背景光の入射がなく，信号光のみを受光している場合
について説明する。この場合，信号光の入射光を受光素
子により光電変換した電流をｉ１とし，負荷抵抗２の抵
抗値をＲＬとすると，負荷抵抗２の両端にはｉ１×ＲＬ
の電圧が発生する。 【０００９】次に背景光の入射強度が増加した場合につ
いて説明する。背景光の入射強度が増加してくると，背
景光を光電変換した直流電流も増加する。従ってＭＯＳ
トランジスタ４のゲート電圧も増加する。更に背景光の
強度が増すと直流電流も増加し，ＭＯＳトランジスタ４
のゲート電圧も更に増加し，閾値電圧（以下Ｖｔｈ）を
超えると，ＭＯＳトランジスタ４はオンする。ＭＯＳト
ランジスタ４がオンすると，背景光による直流電流は，
負荷抵抗２だけでなくＭＯＳトランジスタ４のドレイン
電極とソース電極の間に流れるようになる。その結果今
までより以上に背景光による直流電流が増加しても，増
加した電流分はＭＯＳトランジスタ４の方を流れ，電位
Ａは，ＭＯＳトランジスタ４のＶｔｈよりあまり増加し
なくなる。電位Ａの変化を，横軸を背景光による光電
流，縦軸を電位Ａとして図３に示す。 【００１０】ＭＯＳトランジスタ４が背景光によりオン
している状態で，信号光が背景光に重畳して入力した場
合を考える。この場合も，信号光の入射光を受光素子に
より光電変換した電流をｉ１とすると，負荷抵抗２の両
端，つまり出力端６にはｉ１×ＲＬの電圧が発生する。
ｉ１×ＲＬの値をゲインとして縦軸に，背景光による光
電流を横軸としたものを図３に同時に示す。出力端６の
電圧振幅はローパスフィルタ５の入力振幅に等しく，ロ
ーパスフィルタ５の特性は信号光の周波数をほとんど通
過させないように設定してあるので，ローパスフィルタ
５の入力に，入力振幅があっても，ローパスフィルタ５
の出力は一定電圧のままほとんど振れない。ローパスフ
ィルタ５の出力に接続している，ＭＯＳトランジスタ４
のゲート電極も一定電圧のままほとんど振れず，ＭＯＳ
トランジスタ４には，ほとんど直流電流のみが流れる。
信号光による交流電流ｉ１は，ほとんど負荷抵抗２を流
れる為，背景光により光電流が増してもゲインはあまり
低下しない。 【００１１】ローパスフィルタ５に要求される特性は，
まず太陽光のような直流もしくは周波数成分の低いもの
は通過させる必要がある。次に，信号光のような交流成
分は十分減衰させる必要がある。又，ローパスフィルタ
５の出力はＭＯＳトランジスタ４と負荷抵抗２とで増幅
されて，ローパスフィルタ５の入力に帰還される形式に
なっている。即ち，ローパスフィルタ５以外で位相が１
８０度回る負帰還ループを構成している。該負帰還ルー
プを安定にする為には，当然ローパスフィルタ５での位
相回りを１８０度以下にする必要があり，その為には，
ローパスフィルタ５の次数は，９０度しか位相が回らな
い一次のフィルタか，又は一次に近似出来るようなフィ
ルタが最適である。一次のフィルタは，最も単純には図
４に示したように，抵抗と容量各々１個づつで構成でき
る。 【００１２】以下図１の回路の特性を図８を用いて定量
的に述べる。ここでローパスフィルタ５は，図４に示し
た抵抗９と容量１０とで構成された最も簡単なものを使
って説明する。前述したようにフィルタは一次のフィル
タが最適で，図５，６，７等のフィルタも等価的には単
に抵抗と容量からなる一次のローパスフィルタであり、
本発明に使用できることは言うまでもない。 【００１３】受光素子が光を感じて発生する電流を，ｉ
１の電流源で，ＭＯＳトランジスタを，ゲート電極の入
力振幅ｖ１に対し，コンダクタンスｇｍの値を持つ電圧
制御電流源で表現し，抵抗９，容量１０の値を各々Ｒ
ｆ，Ｃｆとすると，図１の回路の交流等価回路は，図８
に示したようになる。入出力の伝達関数（Ｖｏｕｔ／
（ｉ１・ＲＬ））は， 【００１４】 【数１】【００１５】になる。数式１の絶対値（ゲイン）を，横
軸を角周波数として図示すると，図９のようになる。従
って（ｇｍ・ＲＬ＋１）／（Ｃｆ・Ｒｆ）の値が，利用
する信号周波数より十分低くなるように，Ｒｆ，Ｃｆの
値を設定すればよい。そうすれば，太陽光等の周波数成
分が低いものは，ゲイン（Ｖｏｕｔ／（ｉ１・ＲＬ））
を低く，信号周波数ではゲインを高くすることができ
る。 【００１６】図４，５，６，７は，本発明に適用可能な
ローパスフィルタ５の実現例を示したものである。図４
は，最も単純な抵抗９と容量１０からなるフィルタ。図
５は，図４の抵抗９に容量１１を並列に接続して，抵抗
から発生する熱雑音の帯域を制限し，低雑音化を計った
もの。図６は，抵抗の代わりにＮチャンネルＭＯＳトラ
ンジスタ１４とＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２を
オン状態にして並列接続して使用し，集積回路化した時
のチップサイズの低減化を計ったもので，Ｎチャンネル
ＭＯＳトランジスタ１４のゲート電極は電源１３に接続
し，ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２のゲート電極
はグランドに接続し各々のトランジスタをオンにしてい
る。 【００１７】図７は，抵抗の代わりに，ゲート電極にほ
ぼ二倍のＶｔｈの電圧を印加したＮチャンネルＭＯＳト
ランジスタ１４を使用して，更なるチップサイズの低減
を計ったものである。電源１３に電流源１６と，ゲート
電極とドレイン電極を各々接続したＮチャンネルＭＯＳ
トランジスタ１５と１７とを直列接続し，ＭＯＳトラン
ジスタ１５のゲート電極から，ＮチャンネルＭＯＳトラ
ンジスタ１４のゲート電極に，ほぼ２倍のＶｔｈの電圧
を印加している。図７のフィルタも，背景光の強度が強
い場合，フィルタの入力端子の電圧はほぼＶｔｈにな
る。一方ＭＯＳトランジスタ１４のゲート電極には，常
にほぼ二倍のＶｔｈの電圧が印加されているので，ＭＯ
Ｓトランジスタ１４のゲート−ソース間の電圧はほぼＶ
ｔｈの電圧になる。ＭＯＳトランジスタ１４の抵抗値
は，ゲート−ソース間の電圧のみに依存していて，図７
の回路ではゲート−ソース間の電圧の変動が少ないの
で，図６のように電源電圧をゲート電圧として印加した
場合に比べて，比較的安定した抵抗値を得ることが出
来，又ゲート−ソース間の電圧の絶対値も小さいので，
小さいトランジスタサイズで図４と同等の抵抗値を得る
ことができる。 【００１８】図１０は，本発明による受光回路１８を，
リモコン受信回路２６に適用した実施例を示す。数１０
ｋＨｚの発光周期を持つ赤外光は，フォトダイオード等
の光電変換を行う受光素子１により電気信号に変換さ
れ，入力端子１９を通してリモコン受信回路２６に入力
される。リモコン受信回路２６では，発光周期数１０ｋ
Ｈｚの赤外光が，入射しているか，入射していないかを
検出する。 【００１９】一般的には，入力端子１９の入力信号レベ
ルは最少で５０μＶと微弱である。リモコン受信回路２
６の内部では，この微弱な入力信号を低雑音増幅器２０
で増幅し，次にりミッタ２１で振幅を一定値以下に制限
し，前記発光周期に同調したバンドパスフィルタ２２で
信号成分のみを抽出し，検波回路２３で検波を行い，検
波後の直流レベルを一定の閾値と比較してハイまたはロ
ウレベルを出力する比較回路２４を通し，出力端子２５
に出力する。 【００２０】リモコン受信回路２６は，屋外の太陽光下
でも使用される。太陽光のような直流的な光が，発光周
期数１０ｋＨｚの入力信号の背景光となる。本発明の受
光回路１８を，図１０に示すように入力端子１９と前記
低雑音増幅器２０の間に挿入すると，前述したように直
流成分は受光回路１８を流れる為，入力端子１９の電圧
が電源電圧に飽和することはなく，入力信号の交流分に
対するゲインの低下も少ない。即ち，本発明による受光
回路１８を使用したリモコン受信回路２６は，太陽光下
でも良好な特性を示す。又本発明による受光回路はすべ
てＣＭＯＳプロセスで実現可能な素子を使用しているた
め，リモコン受信回路と共にＣＭＯＳ集積回路化するの
に適する。 【００２１】 【発明の効果】本発明によれば，入射光による直流分の
みをバイパスするＭＯＳトランジスタを設けたことによ
り，直流はＭＯＳトランジスタを流れ，交流は本来の負
荷抵抗を流れる様にしている。したがって太陽光下のよ
うな直流的背景光のある環境下でも感度低下の少ない受
光回路を提供できる。
回路図。 【図５】本発明の他の実施例としてのローパスフィルタ
の回路図。 【図６】本発明の他の実施例としてのローパスフィルタ
の回路図。 【図７】本発明の他の実施例としてのローパスフィルタ
の回路図。 【図８】本発明による受光回路の交流等価回路。 【図９】本発明による受光回路の周波数特性を示すグラ
フ。 【図１０】本発明による受光回路を適用したリモコン受
信回路。 【符号の説明】 １ 受光素子 ２，８，９ 抵抗 ３，１３ 電源 ４，１４，１５，１７ ＮチャンネルＭＯＳトランジス
タ ５ ローパスフィルタ ６ 受光回路の出力端子 ７ ダイオード １０，１１ 容量 １２ ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ １６ 電流源 １８ 受光回路 １９ リモコン受信回路の入力端子 ２０ 低雑音増幅器 ２１ リミッタ ２２ バンドパスフィルタ ２３ 検波回路 ２４ 比較回路 ２５ リモコン受信回路の出力端子 ２６ リモコン受信回路
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】入射光の強弱を電流の強弱に変換する受光
素子と，該受光素子に直列に接続された抵抗と，該抵抗
の両端の電圧を入力とするローパスフィルタと，該抵抗
の一端がソース電極，他端がドレイン電極，該ローパス
フィルタの出力がゲート電極に各々接続されたＭＯＳト
ランジスタからなる受光回路
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23741095A JP3534209B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 受光回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23741095A JP3534209B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 受光回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0983452A JPH0983452A (ja) | 1997-03-28 |
| JP3534209B2 true JP3534209B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23741095A Expired - Fee Related JP3534209B2 (ja) | 1995-09-14 | 1995-09-14 | 受光回路 |
Country Status (1)
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