JP6795758B2 - センサ回路及びセンサ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、センサ回路及びセンサ装置に関する。
従来、照度センサとしての機能と近接センサとしての機能とを有し、製造ばらつきに起因する照度測定のずれと近接測定のずれとの両方を調整可能なセンサ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このセンサ装置は、トリミング信号入力端子と、トリミング調整回路とを備える。このトリミング調整回路は、センサ装置外部からトリミング信号入力端子に入力されるトリミング信号に基づいて、受光検出回路の受光感度や発光素子駆動回路の駆動電流量を調整する。
しかしながら、従来技術のトリミング信号入力端子は、トリミング専用の端子であり、トリミング完了後に使用されない端子であるため、半導体集積回路のチップ面積があまり効率的に使用されていない。
そこで、本開示は、チップ面積の使用効率を向上させたセンサ回路及びセンサ装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の一態様では、
周囲光の照度を検出する照度センサと、
発光素子を駆動し、前記発光素子から放射される光が物体で反射することにより到来する反射光の強度に基づいて前記物体の近接を検出する近接センサとを備えた、センサ回路であって、
前記発光素子を駆動する信号の出力に使用される駆動端子と、前記照度センサと前記近接センサの少なくとも一方の検出結果の出力に使用される検出結果出力端子と、第１モード時に所定の通信規格のデータの入出力に使用される入出力端子と、前記通信規格のクロックの入力に使用されるクロック端子とのうち、少なくとも一つの端子と、
前記センサ回路の特性の個体差ばらつきを補正するためのトリミングデータを書き込み可能な不揮発性メモリと、
電源端子と、
前記電源端子と前記不揮発性メモリとの間に挿入されたスイッチと、
前記第１モード時とは異なる第２モード時に、前記入出力端子の状態に基づいて前記トリミングデータを前記不揮発性メモリに書き込む書き込み制御回路と、
前記トリミングデータを前記不揮発性メモリから読み出す読み出し論理回路と、を備え、
前記書き込み制御回路は、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリへの書き込み時に前記スイッチをオンし、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリへの書き込み完了後に前記スイッチをオフし、
前記読み出し論理回路は、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリからの読み出し時に前記スイッチをオンし、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリからの読み出し完了後に前記スイッチをオフし、
前記スイッチのオフにより、前記不揮発性メモリへの電源供給は遮断され、
前記入出力端子を除く前記少なくとも一つの端子から入力される前記トリミングデータが、前記不揮発性メモリに書き込まれる、センサ回路が提供される。
周囲光の照度を検出する照度センサと、
発光素子を駆動し、前記発光素子から放射される光が物体で反射することにより到来する反射光の強度に基づいて前記物体の近接を検出する近接センサとを備えた、センサ回路であって、
前記発光素子を駆動する信号の出力に使用される駆動端子と、前記照度センサと前記近接センサの少なくとも一方の検出結果の出力に使用される検出結果出力端子と、第１モード時に所定の通信規格のデータの入出力に使用される入出力端子と、前記通信規格のクロックの入力に使用されるクロック端子とのうち、少なくとも一つの端子と、
前記センサ回路の特性の個体差ばらつきを補正するためのトリミングデータを書き込み可能な不揮発性メモリと、
電源端子と、
前記電源端子と前記不揮発性メモリとの間に挿入されたスイッチと、
前記第１モード時とは異なる第２モード時に、前記入出力端子の状態に基づいて前記トリミングデータを前記不揮発性メモリに書き込む書き込み制御回路と、
前記トリミングデータを前記不揮発性メモリから読み出す読み出し論理回路と、を備え、
前記書き込み制御回路は、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリへの書き込み時に前記スイッチをオンし、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリへの書き込み完了後に前記スイッチをオフし、
前記読み出し論理回路は、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリからの読み出し時に前記スイッチをオンし、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリからの読み出し完了後に前記スイッチをオフし、
前記スイッチのオフにより、前記不揮発性メモリへの電源供給は遮断され、
前記入出力端子を除く前記少なくとも一つの端子から入力される前記トリミングデータが、前記不揮発性メモリに書き込まれる、センサ回路が提供される。
本開示の一態様によれば、前記トリミングデータを入力するための専用の端子が不要となるので、センサ回路のチップ面積の使用効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、センサ装置の構成の一例を示す図である。センサ装置２００は、物体の近接と周囲光の照度の両方をセンシング可能なセンサ装置の一例である。センサ装置２００は、発光素子１１と、センサ回路１００とを備える。センサ装置２００は、例えば、発光素子１１とセンサ回路１００とを樹脂等の被覆部でパッケージしたモジュール品である。センサ装置２００は、例えば、スマートフォンなどの携帯型情報機器に搭載される。
センサ回路１００は、物体の近接と周囲光の照度の両方をセンシング可能なセンサ回路の一例である。センサ回路１００は、例えば、チップ上に形成された半導体集積回路である。センサ回路１００の具体例として、パッケージされていないベアチップが挙げられる。
センサ回路１００は、照度センサ２０、近接センサ３０、データレジスタ６３、判定回路４０を備える。なお、以下の説明において、照度センサ（Ambient Light Sensor）を「ＡＬＳ」、近接センサ（Proximity Sensor）を「ＰＳ」と略すことがある。
照度センサ２０は、可視光に感度を有するＡＬＳ用受光素子を有し、照度センサ２０周囲から到来する周囲光をＡＬＳ用受光素子で受光する。そして、照度センサ２０は、ＡＬＳ用受光素子で受光した周囲光の照度を検出し、検出した照度に対応するアナログの照度検出データをＡＤ（Analog-to-digital）変換する。そして、照度センサ２０は、ＡＤ変換後のデジタルの照度検出データを出力する。デジタルの照度検出データは、ＡＬＳ用のデータレジスタ６３に格納される。
判定回路４０は、例えば、ＡＬＳ用のデータレジスタ６３に格納された照度検出データが、所定のハイレベル側閾値よりも大きいことが検出された場合、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルをアクティブレベル（例えば、ローレベル）に変更する。又は、判定回路４０は、例えば、ＡＬＳ用のデータレジスタ６３に格納された照度検出データが、所定のローレベル側閾値よりも小さいことが検出された場合、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルをアクティブレベル（例えば、ローレベル）に変更する。判定回路４０は、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルをアクティブレベルに変更した後に所定のリセット条件が成立した場合、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルを非アクティブレベル（例えば、ハイレベル）に変更する。
近接センサ３０は、発光パルス１２が発光素子１１から放射されるように発光素子１１を駆動し、発光素子１１から放射される発光パルス１２が物体で反射することにより到来する反射光１３をＰＳ用受光素子で受光する。そして、近接センサ３０は、ＰＳ用受光素子で受光した反射光１３の光強度を検出し、検出した光強度に対応するアナログの光強度検出データをＡＤ変換する。そして、近接センサ３０は、ＡＤ変換後のデジタルの光強度検出データを出力する。デジタルの光強度検出データは、ＰＳ用のデータレジスタ６３に格納される。
判定回路４０は、例えば、ＰＳ用のデータレジスタ６３に格納された光強度検出データが、所定のハイレベル側閾値よりも大きいことが検出された場合、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルをアクティブレベル（例えば、ローレベル）に変更する。又は、判定回路４０は、例えば、ＰＳ用のデータレジスタ６３に格納された光強度検出データが、所定のローレベル側閾値よりも小さいことが検出された場合、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルをアクティブレベル（例えば、ローレベル）に変更する。判定回路４０は、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルをアクティブレベルに変更した後に所定のリセット条件が成立した場合、検出結果出力端子ＩＮＴのレベルを非アクティブレベル（例えば、ハイレベル）に変更する。
このように、近接センサ３０は、ＰＳ用受光素子で受光した反射光１３の光強度に基づいて、当該物体の近接を検出する。近接センサ３０が近接を検出する対象物には、人体の全部又は部分（例えば、手、指、顔など）が含まれる。
発光素子１１の具体例として、発光ダイオードなどが挙げられる。発光素子１１は、例えば、赤外線の発光パルス１２を出力する。図１は、発光素子１１がセンサ装置２００内部でセンサ回路１００に外付けで接続されている形態を示すが、発光素子１１は、近接センサ３０に内蔵されてもよい。また、図１は、発光ダイオードのカソードが近接センサ３０に接続されて、近接センサ３０が発光ダイオードから電流を吸い込んで駆動する形態を示す。しかしながら、発光ダイオードのアノードが近接センサ３０に接続されて、近接センサ３０が発光ダイオードに電流を流し出して駆動する形態も考えられる。
ＡＬＳ用受光素子又はＰＳ用受光素子の具体例として、フォトダイオードが挙げられる。受光素子は、照度センサ２０と近接センサ３０とで共用されてもよい。
センサ回路１００は、センサ回路１００又はセンサ装置２００の特性の個体ばらつきを補正するためのトリミングデータを書き込み可能なＮＶＭ（Non-Volatile Memory）ブロック７０を備える。ＮＶＭブロック７０は、例えば、一度書き込まれたデータを消すことができないワンタイムプログラマブルな不揮発性メモリである。センサ回路１００は、ウエハ出荷状態で、照度センサ２０の照度検出感度の調整と近接センサ３０の光強度検出感度の調整とが可能である（詳細後述）。
ＮＶＭブロック７０へのアクセスは、ポインタアドレスにてトリミングモードレジスタ６１を指定することで可能となる。トリミングモードレジスタ６１は、ＮＶＭブロック７０へのトリミングデータの書き込みを実行するためのトリミングモードを指定するレジスタである。書き込み制御回路５０は、トリミングモードレジスタ６１がアクセスされた時点（ポインタレジスタにトリミングモードレジスタ６１のアドレスが書き込まれた時点）で、通常モードからトリミングモードに切り替える。一つ又は複数の所定の端子からトリミングデータが入力されて、トリミングが実行される。ＮＶＭブロック７０に書き込まれたトリミングデータは、センサ回路１００の電源投入時に、読み出し論理回路６０により自動的に読み出され、トリミングレジスタ６２に格納される。
図２は、トリミングデータが書き込まれる不揮発性メモリのセル構成の一例を示す図である。図２は、ＮＶＭブロック７０のセル構成の一例を示す。ＮＶＭブロック７０は、複数（例えば、９個）のセルを有し、各セルに、ＡＬＳ感度調整、ＰＳ感度調整、書き込み防止機能が割り当てられている。図２の場合、セル番号１〜４のセルには、照度センサ２０の照度検出感度の個体差ばらつきを調整するためのトリミングデータが書き込まれる。セル番号５〜８のセルには、近接センサ３０の光強度検出感度の個体差ばらつきを調整するためのトリミングデータが書き込まれる。セル番号９のセルには、製品出荷後においてユーザによるＮＶＭブロック７０への誤書き込みを防止するため、トリミングモードへの移行を不可とするための書き込み禁止ビットが書き込まれる。
図３は、センサ回路のトリミングモード時の端子機能の一例を示す図である。センサ回路１００は、６つの端子を備える。電源端子ＶＤＤは、電源の正極側が接続される端子であり、グランド端子ＧＮＤは、電源の負極側が接続される端子である。駆動端子ＩＲＤＲは、通常動作時、近接センサ３０が発光素子１１を駆動する信号の出力に使用される。検出結果出力端子ＩＮＴは、通常動作時、照度センサ２０と近接センサ３０の少なくとも一方の検出結果の出力に使用される。入出力端子ＳＤＡは、通常動作時、所定の通信規格のデータの入出力に使用される。クロック端子ＳＣＬは、通常動作時、所定の通信規格のクロックの入力に使用される。所定の通信規格の具体例として、Ｉ２Ｃなどが挙げられる。なお、「通常動作時」とは、「通常モード時」と同義である。
書き込み制御回路５０は、トリミングモードレジスタ６１がアクセスされた時点（ポインタレジスタにトリミングモードレジスタ６１のアドレスが書き込まれた時点）で、通常モードからトリミングモードに切り替える。電源端子ＶＤＤは、トリミングモード時、プログラミング用電源端子ＶＤＤＰとして使用される。クロック端子ＳＣＬは、トリミングモード時、フローティング端子となる。駆動端子ＩＲＤＲは、トリミングモード時、プログラミング用パルス印加端子として使用される。検出結果出力端子ＩＮＴは、プログラミング用クロック印加端子として使用される。入出力端子ＳＤＡは、プログラミング用リセット印加端子として使用される。なお、「プログラミング用」とは、「書き込み用」と同義である。
図１において、書き込み制御回路５０は、通常モードにおいて、クロック端子ＳＣＬから入力されるクロックと入出力端子ＳＤＡから入力される所定の書き込み移行指令信号とに基づいて、所定の端子にＮＶＭブロック７０を接続させる。例えば、書き込み制御回路５０は、スイッチ回路８０とマルチプレクサ回路８５と制御することにより、４つの端子ＩＲＤＲ，ＩＮＴ，ＳＤＡ，ＳＣＬのうちトリミングデータの入力端子として予め決められた一つ又は複数の端子に、ＮＶＭブロック７０を接続する。
スイッチ回路８０は、スイッチ８１〜８４を含む。スイッチ８１〜８４は、４つの端子とＮＶＭブロック７０との間の接続のオンとオフとを、端子毎に切り替える。マルチプレクサ回路８５は、４つのマルチプレクサ（ＭＵＸ）８６〜８９を含む。ＭＵＸ８６〜８９は、ＮＶＭブロック７０の接続先を、読み出し論理回路６０と４つの端子とのいずれか一方に、端子毎に切り替える。
図４は、通常モードからトリミングモードに移行する場合の一例を示すタイミングチャートである。
書き込み制御回路５０は、通常モードにおいて、クロック端子ＳＣＬから入力されるクロックと入出力端子ＳＤＡから入力される所定の書き込み移行指令信号とに基づいて、スイッチ８１〜８３をオンさせ、スイッチ８４をオフさせ、ＭＵＸ８６〜８８を切り替える。これにより、端子ＩＲＤＲ，ＩＮＴ，ＳＤＡは、ＮＶＭブロック７０に接続されるが、トリミングモードで使用されない端子ＳＣＬは、ＮＶＭブロック７０に接続されることを防止することができる。
書き込み制御回路５０は、トリミングモード時、端子ＣＬＯＣＫ（端子ＩＮＴ）がローレベルの状態で端子ＲＥＳＥＴ（端子ＳＤＡ）がハイレベルからローレベルに遷移した場合、ＮＶＭブロック７０内のセル番号１のセルを、書き込み可能なセルとして、選択する。書き込み制御回路５０は、端子ＲＥＳＥＴがローレベルからハイレベルに遷移した後の状態において、端子ＣＬＯＣＫの立ち上がりエッジの都度、ＮＶＭブロック７０内の次のセル番号のセルを、書き込み可能なセルとして、昇順に選択する。書き込み制御回路５０によってセルが選択された状態で端子ＰＵＬＳＥ（端子ＩＲＤＲ）がハイレベルのとき、その選択されたセルにトリミングデータが書き込まれる。
図１において、読み出し論理回路６０は、電源投入時に、ＮＶＭブロック７０に書き込まれたトリミングデータを読み出す際、マルチプレクサ回路８５のＭＵＸ８６〜８９を制御することによって、自身をＮＶＭブロック７０と接続する。読み出し論理回路６０は、ＮＶＭブロック７０と接続された状態で、トリミングデータをトリミングレジスタ６２に格納する。照度センサ２０の照度検出感度と近接センサ３０の光強度検出感度は、トリミングレジスタ６２に格納されたトリミングデータに応じて調整される。
ここで、ＮＶＭブロック７０は、書き込み時及び読み出し時のみにアクティブである。そこで、書き込み制御回路５０は、書き込み完了後にスイッチ７１をオフさせる。あるいは、読み出し論理回路６０は、読み出し完了後にスイッチ７１をオフさせる。これにより、ＮＶＭブロック７０は非アクティブとなり、ＮＶＭブロック７０への電源供給は遮断されるので、センサ回路１００の消費電力を低減することが可能となる。
また、本実施形態によれば、ウエハ状態（センサ回路１００の状態）では、端子ＩＲＤＲ，ＩＮＴ，ＳＤＡ，ＳＣＬのいずれかを使って、ＮＶＭブロック７０の書き込みが可能となる。また、センサ装置２００の外部端子とセンサ回路１００の端子とが接続されている場合、組み立て後のモジュール状態（センサ装置２００の状態）でも、ＮＶＭブロック７０の書き込みが各外部端子から可能となる。センサ装置２００は、外部端子ＩＲＤＲ１、ＩＲＤＲ２、ＩＮＴ１、ＳＤＡ１，ＳＣＬ１、ＶＤＤ１、ＧＮＤ１を備える。センサ装置２００の各外部端子は、図示のように、センサ回路１００の各端子に接続されている。センサ装置２００の各外部端子は、センサ回路１００及び発光素子１１を被覆する被覆部２０１（図６参照）に被覆されずに露出している。
また、書き込み制御回路５０は、書き込み禁止ビットが最後のセル番号９（図２参照）のセルに書き込まれている場合、スイッチ回路８０を非アクティブに固定することで、端子ＩＲＤＲ，ＩＮＴ，ＳＤＡ，ＳＣＬを経由するデータ書き込みを禁止できる。
図５は、近接センサによって検出された光強度を補正する光強度補正回路の一例を示す図である。図６は、センサ装置が当該センサ装置を使用する電子機器に搭載された形態の一例を示す図である。
図６において、センサ装置２００は、電子機器の基板３００に実装され、当該電子機器のカバーガラス３０１によって覆われる。発光素子１１から出射された発光パルス１２は、カバーガラス３０１を透過して、カバーガラス３０１の外側の物体１５で反射し、反射光として、センサ回路１００の受光素子で受光される。この際、発光素子１１から出射された発光パルス１２がカバーガラス３０１の内側で反射し、その反射光１４が受光素子に入力される現象（光学クロストーク）が発生する場合がある。光学クロストークが発生すると、ＡＤ変換後のデジタルの光強度検出データには、正のオフセットが負荷されるため、近接度合いの検出精度が低下する。
そこで、センサ回路１００は、ＡＤ変換後のデジタルの光強度検出データに負のオフセットを付加する減算回路６５を備える。減算回路６５は、ＡＤ変換後のデジタルの光強度検出データから、オフセットキャンセルレジスタ６４に格納されたデータを減算する。これにより、光学クロストークが発生しても、減算回路６５は、ＡＤ変換後のデジタルの光強度検出データに対して負のオフセットを付加できるため、ＡＤ変換後のデジタルの光強度検出データの精度が高まる。つまり、光学クロストークの影響を低減することができる。
なお、近接センサアナログ部３１とは、例えば、受光素子と、受光素子から出力される電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路と、電流−電圧変換回路の出力電圧を増幅する増幅器とを含む。ＡＤコンバータ３２は、当該増幅器から出力されるアナログの光検出データを、デジタルの光検出データに変換する。
以上、センサ回路及びセンサ装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
例えば、受光素子は、フォトダイオード以外の他の光電素子でもよく、例えば、フォトトランジスタでもよい。
また、センサ回路又はセンサ装置が搭載される製品は、携帯型情報機器以外の他の製品でもよく、例えば、自動車や家電機器などでもよい。
また、感知対象の物体は、手又は指等の人体の一部に限られず、操作棒又はタッチペン等の操作入力補助具でもよい。
１１ 発光素子
１２ 発光パルス
１３，１４ 反射光
１５ 物体
２０ 照度センサ
３０ 近接センサ
５０ 書き込み制御回路
６５ 減算回路
７０ ＮＶＭブロック
１００ センサ回路
２００ センサ装置
２０１ 被覆部
３０１ カバーガラス
ＩＲＤＲ 駆動端子
ＩＮＴ 検出結果出力端子
ＳＤＡ 入出力端子
ＳＣＬ クロック端子
１２ 発光パルス
１３，１４ 反射光
１５ 物体
２０ 照度センサ
３０ 近接センサ
５０ 書き込み制御回路
６５ 減算回路
７０ ＮＶＭブロック
１００ センサ回路
２００ センサ装置
２０１ 被覆部
３０１ カバーガラス
ＩＲＤＲ 駆動端子
ＩＮＴ 検出結果出力端子
ＳＤＡ 入出力端子
ＳＣＬ クロック端子
Claims (3)
- 周囲光の照度を検出する照度センサと、
発光素子を駆動し、前記発光素子から放射される光が物体で反射することにより到来する反射光の強度に基づいて前記物体の近接を検出する近接センサとを備えた、センサ回路であって、
前記発光素子を駆動する信号の出力に使用される駆動端子と、前記照度センサと前記近接センサの少なくとも一方の検出結果の出力に使用される検出結果出力端子と、第１モード時に所定の通信規格のデータの入出力に使用される入出力端子と、前記通信規格のクロックの入力に使用されるクロック端子とのうち、少なくとも一つの端子と、
前記センサ回路の特性の個体差ばらつきを補正するためのトリミングデータを書き込み可能な不揮発性メモリと、
電源端子と、
前記電源端子と前記不揮発性メモリとの間に挿入されたスイッチと、
前記第１モード時とは異なる第２モード時に、前記入出力端子の状態に基づいて前記トリミングデータを前記不揮発性メモリに書き込む書き込み制御回路と、
前記トリミングデータを前記不揮発性メモリから読み出す読み出し論理回路と、を備え、
前記書き込み制御回路は、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリへの書き込み時に前記スイッチをオンし、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリへの書き込み完了後に前記スイッチをオフし、
前記読み出し論理回路は、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリからの読み出し時に前記スイッチをオンし、前記トリミングデータの前記不揮発性メモリからの読み出し完了後に前記スイッチをオフし、
前記スイッチのオフにより、前記不揮発性メモリへの電源供給は遮断され、
前記入出力端子を除く前記少なくとも一つの端子から入力される前記トリミングデータが、前記不揮発性メモリに書き込まれる、センサ回路。 - 前記駆動端子は、前記第１モード時に前記発光素子を駆動する信号の出力に使用される端子であり、
前記検出結果出力端子は、前記第１モード時に前記検出結果の出力に使用される端子であり、
前記書き込み制御回路は、前記第２モード時に、前記検出結果出力端子が所定の状態で前記入出力端子のレベルが遷移した場合、前記検出結果出力端子と前記駆動端子の状態に応じて前記トリミングデータを前記不揮発性メモリに書き込む、請求項１に記載のセンサ回路。 - 請求項１又は２に記載のセンサ回路と、
前記センサ回路を被覆する被覆部と、
前記少なくとも一つの端子に接続され、前記被覆部に被覆されずに露出する一つ又は複数の外部端子とを備える、センサ装置。
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