JPH09172411A - 自動閾値設定回路及び赤外線レシーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広範囲の周波数及びパワー・レベルに跨って動
作し得るＩＲレシーバ用の自動適応閾値設定回路を提供
する。 【解決手段】その自動適応閾値回路は、太陽光又は他の
周囲光がレシーバにほとんど届かない環境においては非
常にセンシティブな閾値を可能にするが、大量の周囲光
がフォトダイオード上に注ぐ時にはレシーバの閾値を増
加させる。その回路は、周囲光レベルによって逆バイア
スＩＲ光検出器を流れる電流を感知する。この電流測定
は、レシーバの感度を調節するために使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトダイオード
（又は、他の光検出装置）を流れる平均電流に基づいて
赤外線ワイヤレス・レシーバの閾値を調節するために使
用される回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の米国の赤外線データ協会（ＩｒＤ
Ａ）標準は、適度に大きい帯域幅を持った高感度のレシ
ーバを必要とし、従って、フォトダイオードにおける電
流によって発生されるショット・ノイズの影響を受け易
い。最近提案された高速ワイヤレスの使用法は更に大き
い帯域幅を必要とし、問題を更に厳しいものにしてい
る。その問題は、極めて容易にわかることである。即
ち、レシーバは十分に明るい太陽光に対してはこのショ
ット・ノイズ時にトリガするであろうし、或いは、赤外
線におけるスペクトル成分を持った明るい光に対しては
適度なものになるであろう。この問題はＩｒＤＡのプロ
トコルのために厳しい。即ち、何らかのパルスがレシー
バから生じる場合、上位層プロトコルは、他の誰かかそ
の部屋で話をしている（しかし、それらはそれを理解す
ることができないのでそれらに話しかけているのではな
い）ものと見なすであろうし、周囲の太陽光（又は、卓
上電気スタンド）によって非常に混乱させられたトラン
シーバは何にも話しかけないであろう。

【０００３】１つの例として、或主要なベンダの回路の
パフォーマンスが測定された。それが６０ワットの電球
から１メートルのところにある時、レシーバの出力はシ
ョット・ノイズによって支配される。周囲の又は背景の
光に対するこの感度のために、多くの消費者は赤外線
（ＩＲ）ワイヤレス・パフォーマンスによって不利にな
ることがある。レシーバにおける判断の閾値を単に増大
させる場合、データを送るためには更に多くの信号が必
要とされるであろうし、信号対雑音比（ＳＮＲ）は改善
するであろうが、更に多くの光が必要とされ、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）の出力は既に目の安全限界に近いの
で、この雑音免疫を与えるために、結合の範囲は必ず減
少するであろう。これは問題であり、ジレンマである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、広範囲の周波数及び電力レベルに跨って動作し得る
ＩＲレシーバ用の自動閾値設定回路を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、太陽光
又は他の周囲光がレシーバにほとんど届かない環境にお
いては非常にセンシティブな閾値を可能にするが、大量
の周囲光がフォトダイオード上に注ぐ時にはレシーバの
閾値を増加させる適応閾値回路が提供される。その回路
は、周囲光レベルによって逆バイアスＩＲ光検出器を流
れる電流を感知する。この電流測定は、レシーバの感度
を調節するために使用される。

【０００６】

【発明の実施の形態】図面、特に、図１を参照すると、
本発明の自動閾値設定回路が一般的な形式で示される。
赤外線（ＩＲ）光検出器１１が一対のバイアス抵抗器１
２及び１３の間に直列に接続される。光検出器１１は逆
バイアスされており、その検出器を流れる如何なる電流
も（極僅かな漏洩電流又は暗電流を除いて）その逆バイ
アスＰＮ接合を通過する光誘起キャリアによるものであ
る。バイアス抵抗器１２は電圧源ＶDDに接続され、光検
出器１１に或バイアス・レベルを与える。ＩＲ光検出器
１１の両側に接続された入力キャパシタ１４及び１５は
差動前置増幅器１６に交流（ＡＣ）結合入力を与え、そ
の前置増幅器１６に高周波信号だけを送る。キャパシタ
１４及び１５の大きさは、増幅したい信号の周波数に依
存した設計選択事項である。

【０００７】本発明によって解決される１つの問題は、
光検出器１１において感知された高い強度の光によって
発生される大量のＤＣ光信号を扱う方法である。このノ
イズは、ＤＣ信号を阻止するキャパシタ１４及び１５に
よって取り除かれる。又、高い強度の光は、キャパシタ
１４及び１５を通して結合される高周波ノイズも生じ
る。

【０００８】前置増幅器１６の出力は差動ポスト増幅器
１７の入力に直接に接続される。ポスト増幅器１７の出
力は、処理回路に出力信号を供給するオフチップ・ドラ
イバ１９に接続される。好適な実施例におけるその回路
の利得は７００万のオーダにある。これは、或入力信号
のレベルが１５０ナノ・アンペア程度に低くなり得るた
めである。この電流は１０ミリ・アンペア程度に高くも
なり得る。従って、極めて広範囲の信号強度が存在する
ことがわかる。大きい振幅の入力ノイズは増幅後の信号
を著しく劣化させることがある。測定されるべき極めて
小さい振幅の信号のために、本発明による自動閾値回路
は、広範囲の振幅に跨るデータ信号の検出を可能にする
ために設けられなければならない。

【０００９】光検出器１１を流れる電流は、抵抗器に跨
って発生される電圧によって、又はアクティブ・バイア
ス回路により印加される制御電圧によって感知可能であ
る。直流（ＤＣ）自体或いはその電流に比例した電圧
が、比較器（アクティブ利得段の後）における閾値を増
加させるために使用可能である。図１に示された実施例
では、感知抵抗器２１がバイアス抵抗器１３と回路接地
レベルとの間に直列に接続される。これはその自動閾値
設定回路に対する感知素子であり、抵抗器２１を流れる
電流は光検出器１１における周囲光の関数である。抵抗
器２１に跨る電圧降下がバッファ及びレベル・シフタ２
２に入力される。バッファ及びレベル・シフタ２２の出
力は、共通ベース接続及びエミッタ接続を持つ一対のＮ
ＰＮバイポーラ・トランジスタ２３及び２４より成る電
流ミラーに対する入力である。バッファ及びレベル・シ
フタ２２の出力はトランジスタ２３のコレクタ及びトラ
ンジスタ２３及び２４の共通ベース接続部に接続され
る。トランジスタ２４のコレクタは、ノードＢにおい
て、閾値設定抵抗器２５と直列に接続される。その抵抗
器２５は、ノードＣにおいて、ポスト増幅器１７の負出
力に接続される。

【００１０】その電流ミラーは、バッファ及びレベル・
シフタ２２によって制御される可変インピーダンスとし
て動作する。光検出器１１に当たる周囲光が小さければ
小さいほど、感知抵抗器２１を流れる電流は少なくなる
が、その逆のことも云える。周囲の低い光レベルに対し
ては、トランジスタ２４の導通は減少するので、抵抗器
２５を流れる電流は少なくなる。

【００１１】レベル回復回路２６がポスト増幅器１７の
入力に跨って接続される。その回路２６は、一方の入力
をノードＡとして示された増幅器１７の正の出力に接続
され、他方の入力をノードＢに接続される。閾値は、抵
抗器２５を通して電流を引き入れ、そしてノードＢにお
いて電圧を発生することによりポスト増幅器１７の出力
における電圧レベルを感知することによって設定され
る。増幅器１７の出力は、ノードＡ及びＢにおける電圧
が等しいことを保証するレベル回復回路２６に印加され
る。従って、ノードＣにおける電圧は、いつも、ノード
Ａにおけるレベルから正にオフセットされるであろう。
ノードＣがノードＡからオフセットされる量が閾値であ
る。従って、その閾値が如何なるノイズよりも大きい場
合、ノイズはオフ・チップ・ドライバ１９の出力に現れ
ないであろう。

【００１２】図１に示された実施例は、図２の第２実施
例に示されるように単純化可能である。図２では、図１
のものと同じエレメント又はそれに対応するエレメント
を同じ参照番号で示す。この第２実施例では、レベル回
復回路２６が省略され、閾値設定抵抗器２５がポスト増
幅器１７の正の出力及びオフチップ・ドライバ１９と直
列になるように移動される。電流ミラーのＮＰＮトラン
ジスタ２４のコレクタは、閾値設定抵抗器２５とオフチ
ップ・ドライバ１９との間の接続点に接続される。従っ
て、トランジスタ２４の導通によって、オフチップ・ド
ライバ１９に出力された信号はその閾値に従って調節さ
れるであろう。

【００１３】第３実施例では、感知抵抗器２１からの信
号は利得段の１つの利得を減少させるために使用される
（それは閾値を変更させることと同じことを効果的に行
うであろう）。その第３実施例は図３に示される。それ
も又、同じ参照番号は同じエレメント又は対応するエレ
メントを表す。この第３実施例では、ポスト増幅器１７
は調節可能な利得制御を持った増幅器である。これは、
第１及び第２実施例において使用された電流ミラー及び
閾値設定レジスタの削除を可能にする。バッファ及びレ
ベル・シフタ２２の出力はポスト増幅器１７の利得制御
入力に直接に接続される。この実施例では、その回路の
閾値は一定であるが、その回路が受けることができる入
力信号レベルを変えるためには、利得が変更される。光
のレベルは依然として感知抵抗器２１によって感知され
る。信号レベル（従って、ショット・ノイズ）が高い
時、利得制御信号はポスト増幅器１７の利得を減少させ
る。これは、信号感度を犠牲にするけれども、周囲光に
よるノイズに対するその回路の感度を減少させる。

【００１４】バッファ及びレベル・シフタ回路ブロック
２２には幾つかの可能な実施方法がある。好適な実施方
法が図４に示される。この回路はＰ型の電界効果トラン
ジスタ（ＰＦＥＴ）２７より成り、それは、回路接地レ
ベルに接続されたドレイン及びバイアス抵抗器２８と直
列に電圧源ＶDDに接続されたソースを有する。その回路
に対する入力はＰＦＥＴ２７のゲートに接続され、その
出力はソース及び抵抗器２８の接続部から取られる。そ
の回路は３つの主な機能を遂行する。第１に、それは、
光検出器バイアス回路上に最小の負荷を与えるために高
い入力インピーダンスを与える。第２に、それは、光検
出器とレシーバの入力との間の信号の損失を最小にする
ために低い入力キャパシタンスを与える。第３に、その
回路の出力は、次に続く電流ミラー段が所望のモードで
動作することを可能にするために高い電圧レベルにあ
る。

【００１５】図５は、調節可能な利得制御を持ったポス
ト増幅器１７の実施方法を示す。この回路は、出力から
入力にフィードバック・パスで接続された電界効果トラ
ンジスタＦＥＴ３１及び３２を有する基本増幅段より成
る。バッファ及びレベル・シフタ２２からの利得制御信
号がＦＥＴ３１及び３２のゲートに印加される。ＦＥＴ
３１及び３２のゲート電圧を変えることによって、フィ
ードバック・インピーダンスは変更可能になり、従っ
て、回路の利得が変更可能である。

【００１６】基本増幅段のバイアス電流を変えるために
利得制御電圧を使用することを含む可変利得増幅器を実
現する他の幾つかの方法がある。従って、当業者には明
らかなように、本発明の実施は如何なる特定の利得制御
回路にも限定されない。更に、本発明の幾つかの実施例
は差動増幅器を使用して実現されたけれども、シングル
エンド増幅器を使用した同等の方法が実施可能であるこ
とは当業者には明らかであろう。実際に本発明を実施す
る方法に関係なく、本発明を組み込んだＩＲレシーバ
は、暗いところでは送信された信号に対して高い感度を
有し、直接の太陽光では低い感度を有するであろうし、
明るい太陽光又は白熱光においてさえノイズのある出力
を生じることはないであろう。この方法では、レシーバ
は周囲の発光環境に適応し、所定量の周囲光が光検出器
に達する場合、最良の感度を与える。

【００１７】３つの実施例によって本発明を説明したけ
れども、本発明がその精神の範囲内で修正して実施可能
であることは当業者には明らかであろう。

【００１８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００１９】（１）周囲光によって逆バイアスされた赤
外線光検出器を通して流れる直流電流を測定するための
感知抵抗器と、前記逆バイアスされた赤外線光検出器を
通して流れる測定された直流電流に応答して制御信号を
発生するためのレベル・シフタと、前記制御信号に応答
して、前記逆バイアスされた赤外線光検出器からの交流
信号を増幅するように接続された増幅段の利得を制御す
るための閾値手段と、を含む赤外線レシーバ用自動閾値
設定回路。 （２）前記閾値手段は、前記逆バイアスされた赤外線光
検出器のための前記増幅段の出力に接続された閾値設定
抵抗器と、前記制御信号に応答して、前記閾値設定抵抗
器を通して流れる電流を制御するための手段と、を含む
ことを特徴とする上記（１）に記載の赤外線レシーバ用
自動閾値設定回路。 （３）前記制御するための手段は電流ミラーであること
を特徴とする上記（２）に記載の赤外線レシーバ用自動
閾値設定回路。 （４）前記閾値設定抵抗器に接続され、前記増幅段の利
得を制御するための手段を含むことを特徴とする上記
（３）に記載の赤外線レシーバ用自動閾値設定回路。 （５）前記閾値手段は前記増幅段に対する調節可能な利
得制御であることを特徴とする上記（１）に記載の赤外
線レシーバ用自動閾値設定回路。 （６）前記調節可能な利得制御は前記増幅段のフィード
バック・パスにおいて接続された電界効果トランジスタ
を含むこと、及び前記電界効果トランジスタは前記制御
信号を受信するようにゲートを接続されること、を特徴
とする上記（１）に記載の赤外線レシーバ用自動閾値設
定回路。 （７）前記レベル・シフタは、前記感知抵抗器に接続さ
れたゲートを有し且つ前記制御信号を発生するための電
界効果トランジスタを含むことを特徴とする上記（１）
に記載の赤外線レシーバ用自動閾値設定回路。 （８）逆バイアスされた赤外線光検出器と、前記逆バイ
アスされた赤外線光検出器のための増幅段と、周囲光に
よって前記逆バイアスされた赤外線光検出器を通して流
れる直流電流を測定するための感知抵抗器と、前記逆バ
イアスされた赤外線光検出器のための前記増幅段の出力
に接続された閾値設定抵抗器と、前記逆バイアスされた
赤外線光検出器を通して流れる測定された直流電流に応
答して前記閾値設定抵抗器を通して流れる電流を制御す
るための閾値手段と、を含む赤外線レシーバ。 （９）前記閾値設定抵抗器に接続され、前記増幅段の利
得を制御するための手段を含むことを特徴とする上記
（８）に記載の赤外線レシーバ。 （１０）前記逆バイアスされた赤外線光検出器を通して
流れる測定された直流電流に応答して制御信号を発生す
るためのレベル・シフタと、前記制御信号に応答して、
前記閾値設定抵抗器を通して流れる電流を制御するため
の電流ミラーと、を含むことを特徴とする上記（８）に
記載の赤外線レシーバ。 （１１）前記閾値設定抵抗器に接続され、前記増幅段の
利得を制御するための手段を含むことを特徴とする上記
（９）に記載の赤外線レシーバ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例による自動閾値設定回路
の第１実施例を示す概略図である。

【図２】本発明の好適な実施例による自動閾値設定回路
の第２実施例を示す概略図である。

【図３】本発明の好適な実施例による自動閾値設定回路
の第３実施例を示す概略図である。

【図４】図１、図２、及び図３に示された自動閾値設定
回路に使用されるバッファ及びレベル・シフタ回路の１
つの実施方法の概略図である。

【図５】図３に示された自動閾値設定回路に使用される
調節可能な利得回路を持ったポスト増幅器の１つの実施
方法の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サジール・ムニスワミ・ゴーダ アメリカ合衆国ニューヨーク州、オッシニ ング、ハドソン・ビュー・ヒル 10 (72)発明者 マーク・サムソン・ミルシュテイン アメリカ合衆国オレゴン州、ヒルズボロ ー、トゥウェンティ・ナイン・アベニュ ー、エス・イー 221 (72)発明者 マーク・ビー・リッター アメリカ合衆国コネティカット州、ダンバ リー、ポンド・クレスト・ロード ６ (72)発明者 デニス・リー・ロジャーズ アメリカ合衆国ニューヨーク州、クロトン −オン−ハドソン、グランド・ストリート 308

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲光によって逆バイアスされた赤外線光
   検出器を通して流れる直流電流を測定するための感知抵
   抗器と、 前記逆バイアスされた赤外線光検出器を通して流れる測
   定された直流電流に応答して制御信号を発生するための
   レベル・シフタと、 前記制御信号に応答して、前記逆バイアスされた赤外線
   光検出器からの交流信号を増幅するように接続された増
   幅段の利得を制御するための閾値手段と、 を含む赤外線レシーバ用自動閾値設定回路。
2. 【請求項２】前記閾値手段は、 前記逆バイアスされた赤外線光検出器のための前記増幅
   段の出力に接続された閾値設定抵抗器と、 前記制御信号に応答して、前記閾値設定抵抗器を通して
   流れる電流を制御するための手段と、 を含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線レシー
   バ用自動閾値設定回路。
3. 【請求項３】前記制御するための手段は電流ミラーであ
   ることを特徴とする請求項２に記載の赤外線レシーバ用
   自動閾値設定回路。
4. 【請求項４】前記閾値設定抵抗器に接続され、前記増幅
   段の利得を制御するための手段を含むことを特徴とする
   請求項３に記載の赤外線レシーバ用自動閾値設定回路。
5. 【請求項５】前記閾値手段は前記増幅段に対する調節可
   能な利得制御であることを特徴とする請求項１に記載の
   赤外線レシーバ用自動閾値設定回路。
6. 【請求項６】前記調節可能な利得制御は前記増幅段のフ
   ィードバック・パスにおいて接続された電界効果トラン
   ジスタを含むこと、及び前記電界効果トランジスタは前
   記制御信号を受信するようにゲートを接続されること、 を特徴とする請求項１に記載の赤外線レシーバ用自動閾
   値設定回路。
7. 【請求項７】前記レベル・シフタは、前記感知抵抗器に
   接続されたゲートを有し且つ前記制御信号を発生するた
   めの電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求
   項１に記載の赤外線レシーバ用自動閾値設定回路。
8. 【請求項８】逆バイアスされた赤外線光検出器と、 前記逆バイアスされた赤外線光検出器のための増幅段
   と、 周囲光によって前記逆バイアスされた赤外線光検出器を
   通して流れる直流電流を測定するための感知抵抗器と、 前記逆バイアスされた赤外線光検出器のための前記増幅
   段の出力に接続された閾値設定抵抗器と、 前記逆バイアスされた赤外線光検出器を通して流れる測
   定された直流電流に応答して前記閾値設定抵抗器を通し
   て流れる電流を制御するための閾値手段と、 を含む赤外線レシーバ。
9. 【請求項９】前記閾値設定抵抗器に接続され、前記増幅
   段の利得を制御するための手段を含むことを特徴とする
   請求項８に記載の赤外線レシーバ。
10. 【請求項１０】前記逆バイアスされた赤外線光検出器を
    通して流れる測定された直流電流に応答して制御信号を
    発生するためのレベル・シフタと、 前記制御信号に応答して、前記閾値設定抵抗器を通して
    流れる電流を制御するための電流ミラーと、 を含むことを特徴とする請求項８に記載の赤外線レシー
    バ。
11. 【請求項１１】前記閾値設定抵抗器に接続され、前記増
    幅段の利得を制御するための手段を含むことを特徴とす
    る請求項９に記載の赤外線レシーバ。