JP4286101B2 - 光検出装置のためのオフセット抑圧回路 - Google Patents
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Description
V1 =V0 +(Ipd・t)/C0 =VgsMa2a+(Ipd・t)/C0 ・・・・(1)
V1 =VgsMa2a+(Ipd・t)/C0 + dV1 ・・・・・・・・・・・・・(2)
dV1 ={(|Vclk |−VgsMa4 )・Cgd}/(Cgd+C0 ) ・・・・・(3)
ここで、Vclk はクロック電圧、VgsMa4 はアナログスイッチ4を構成するMOSトランジスタのゲート・ソース間電圧、Cgdは同じくMOSトランジスタのゲート・ドレイン間寄生容量であり、式(2)における第1項は、リセットレベル(DC)値であり、MOSトランジスタ2a,電流源2bの製造バラツキ、電源電圧、温度などで大きく変動する。また、第3項はリセット解除時の過渡電圧で、クロックの振幅(電源電圧)、反転アンプ2のDCレベルで変動する。
V3 =VREF −(C1/C2)・(Ipd・t)/C0 + dV3 ・・・・・・・・(4)
ここで、VREF は基準電圧源16の基準電圧、C1 ,C2 は直列容量素子11及び帰還容量素子13の容量値であり、また dV3 は2段目のオフセット抑圧回路における寄生容量を介したクロックの漏れ成分で、次式(5)〜(7)で表される。
dV3 ={(|Vclk2|−VREF )・Cgd }/(Cgd+C2 )
−{(|Vclk2|−Vdd+VgsMa15)・Cgd }/(Cgd+C2 )
+{(|Vclk2|−VREF )・Cgd }/(Cgd+C2 )
={(2・Vdd−VgsMa15−2・VREF )・Cgd }/(Cgd+C2 )
・・・・・・・・(5)
|Vclk2|=|Vxclk2 |=Vdd ・・・・・・・・・・(6)
C2 >C1 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7)
ここで、Cgdはサイズの等しいスイッチ用MOSトランジスタ14,15,17のゲート・ドレイン間寄生容量、Vddは電源電圧、VgsMa15はアナログスイッチを構成するMOSトランジスタ15のゲート・ソース間電圧である。
V3 =VREF −(C1/C2)・(Ipd・t)/C0 + dV3
=VREF −(C1/C2)・(Ipd・t)/C0 ・・・・・・・・・・・・(8)
dV3 ={(|Vclk2|−VREF )・Cgd }/(Cgd+C1 )
−{(|Vxclk2 |−VREF )・Cgd }/(Cgd+C1 )
+{(|Vclk2|−VREF )・Cgd }/(Cgd+C2 )
−{(|Vxclk2 |−VREF )・Cgd }/(Cgd+C2 )=0 ・・・・・・・・(9)
|Vclk2|=|Vxclk2 |=Vdd ・・・・・・・・・・・(10)
上記(8)〜(10)式は、各項が演算増幅器21のオフセットがゼロの条件下で相補的に打ち消された状態を示している。オフセットがゼロでない場合、打ち消されない成分が dV3 となるが、この値は、オフセットが従来例の過渡電圧 dV3 を示す式(5)〜(7)の各項に掛かる係数、2×Vdd,VgsM15 ,2×VREF より十分小さいため、小さくなる。
dV3a=V22−V21 ・・・・・・・・・・・・・・・・・(11)
この状態では、オフセット dV3aは容量素子34に記憶される。図5に示したタイミングチャートでは、オフセット dV3a<0の場合を例示している。この時点での演算増幅器21の出力電圧V3 は、次式(12)で表される。
V3 =V21+ dV3a=VREF + dV3a ・・・・・・・・・(12)
V3 =VREF + dV3a− dV3a=VREF ・・・・・・・・(13)
2 反転アンプ
3 帰還容量素子
4 スイッチ用MOSトランジスタ
11 直列容量素子
21 演算増幅器
21a〜21d MOSトランジスタ
21e 電流源
22 帰還容量素子
23,24,25 スイッチ用MOSトランジスタ
31,32,33 スイッチ用MOSトランジスタ
34 オフセット記憶用容量素子
35 ダミースイッチ用MOSトランジスタ
41 光電流積分回路
42 オフセット抑圧回路
43 光検出装置
44 走査回路
51 測距対象物
52a,52b 受光レンズ
53a,53b 光センサアレイ
54 演算部
Claims (3)
- フォトダイオードで検出する光電荷もしくは光電流を電圧に変換する光電流積分回路に接続されるオフセット抑圧回路であって、
前記光電流積分回路の出力端子に一端が接続される第1の容量素子(11)と、
ドレインが前記第1の容量素子の他端に接続され、ソースに基準電圧(VREF )が印加されると共に、前記光電流積分回路の積分開始時点(t1)より後に非導通状態となる第1のMOSトランジスタ(25)と、
ソースが前記第1のMOSトランジスタのドレインに接続され、前記第1のMOSトランジスタが導通状態のときは非導通状態、当該第1のMOSトランジスタが非導通状態のときは導通状態となるべく制御される第2のMOSトランジスタ(24)と、
反転入力端子が前記第2のMOSトランジスタのドレインに接続され、非反転入力端子に前記基準電圧が印加される演算増幅器(21)と、
前記演算増幅器の出力端子と前記反転入力端子との間を接続する第2の容量素子(22)と、
前記第2の容量素子と並列に接続され、前記第1のMOSトランジスタが導通状態のとき導通状態、当該第1のMOSトランジスタが非導通状態のとき非導通状態となるべく制御される第3のMOSトランジスタ(23)と、
を有し、前記各MOSトランジスタの寄生容量の充放電電流が互いに打ち消すように構成されていることを特徴とする光検出装置のためのオフセット抑圧回路。 - 前記第2のMOSトランジスタのゲートに印加される制御クロック(Vxclk2 )は、前記第1及び第3のMOSトランジスタのゲートに印加される制御クロック(Vclk2)の反転クロックであることを特徴とする請求項1に係る光検出装置のためのオフセット抑圧回路。
- ドレインが前記演算増幅器の出力端子に接続され、前記光電流積分回路の積分開始時点(t1)より前に、導通状態となった後に非導通状態となる第4のMOSトランジスタ(31)と、
ドレインが前記第4のMOSトランジスタのソースに接続され、ソースに前記基準電圧が印加されると共に、前記第4のMOSトランジスタが導通状態のときは非導通状態となり、当該第4のMOSトランジスタが非導通状態のときは導通状態となるべく制御される第5のMOSトランジスタ(32)と、
前記第4のMOSトランジスタのソースと前記演算増幅器の非反転入力端子の間を接続する第3の容量素子(34)と、
前記演算増幅器の非反転入力端子と前記基準電圧との間に配置され、ドレインが当該非反転入力端子に接続され、ソースに当該基準電圧が印加されると共に、前記第4のMOSトランジスタが導通状態のときは導通状態となり、当該第4のMOSトランジスタが非導通状態のときは非導通状態となるべく制御される第6のMOSトランジスタ(33)と、
を更に有することを特徴とする請求項1に係る光検出装置のためのオフセット抑圧回路。
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