JPH11275159A - 出力回路及びこの出力回路を備えた赤外線通信用素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源電圧の変化による出力電圧のパルス幅の
変動を抑制することができる出力回路を提供する。 【解決手段】 トランジスタＱ₁〜Ｑ₈、トランジスタＱ
₂₀₄等によって構成される積分器付比較器６を備えた出
力回路に、トランジスタＱ₁₀₁〜Ｑ₁₀₈及び抵抗Ｒ₁₀₁〜
Ｒ₁₀₃によって構成される立上がり時間／立下がり時間
調整回路８を付加する。立上がり／立下がり時間調整回
路８は電源電圧が予め設定された電圧を越えると、積分
器付比較器６の電流を増加させ、これにより、その出力
の立上り／立下り時間が早くなるように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線を用いたデ
ータ通信の分野で用いられる赤外線通信用素子及びその
出力回路部を構成する出力回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線を用いたデータ通信としては、家
電製品に使用されている最も一般的なリモコンや、パソ
コン機器周辺に使用される光空間伝送素子等が挙げられ
る。リモコンは伝送レート約１ｋｂｐｓの単方向通信で
あるが、１０ｍ以上の長い伝送距離を有するという長所
がある。一方、光空間伝送素子は伝送距離は約１ｍと短
いものの、伝送レートが９．６ｋ〜４Ｍｂｐｓと大き
く、大量のデータ伝送を双方向で行えるという長所を有
する。

【０００３】この種のデータ通信分野における課題とし
ては、赤外線通信用素子を改良し、伝送レートの向上、
伝送距離の向上、電源電圧の低電圧化及び製品パッケー
ジの小型化等が挙げられる。なお、伝送レートを向上さ
せるためには赤外線通信用素子の高速化を図る必要があ
り、伝送距離を伸ばすためには赤外線通信用素子の高感
度化等の特性を向上する必要がある。

【０００４】図６は赤外線通信用素子の一従来例を示
す。以下にその回路構成を動作と共に説明する。送信機
側より到来して来る赤外線信号はフォトダイオード１に
より電気信号に変換され、変換された電気信号は第１増
幅器２及び第２増幅器３により所定レベル迄増幅され
る。第２増幅器３の出力はピークホールド回路４と第１
比較器５の一方入力端子に入力される。

【０００５】第１比較器５の他方入力端子にはピークホ
ールド回路４の出力が入力される。第１比較器５はピー
クホールド回路４の出力を予め設定した比で分割を行っ
たスレッシュレベルと、第２増幅器３からの出力信号と
を比較し、その出力によりトランジスタＱ₀をスイッチ
ング動作させて波形整形を行う。波形整形された出力信
号は第２比較器６の一方入力端子に入力される。第２比
較器６の他方入力端子には予め設定された基準電圧Ｖ
_refが入力される。第２比較器６は前記出力信号と基準
電圧Ｖ_refとを比較積分し、その信号をバッファ７を介
してＯＵＴ端子に出力する。

【０００６】次に、図７に基づき上記各部における動作
波形について説明する。図中ａは赤外線信号の波形を示
し、ｂは第２増幅器３の出力信号の波形を示す。この出
力信号のピークを捉えたピークホールド回路４の出力は
ｃの波形となる。この波形ｃを抵抗分割により予め定め
られた比としたスレッシュレベルはｄの波形となり、こ
の波形ｄとｂの波形を第１比較器５及びトランジスタＱ
₀で波形整形した波形がｅの波形となる。そして、波形
ｅは第２比較器６で基準電圧の波形ｆと比較積分され、
バッファ７を介して出力されるＯＵＴ端子出力の波形が
ｇである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、特願平９
−２６４６１８号で図６に示す赤外線通信用素子のよう
に、その出力回路部を積分器付きの出力回路とし、その
ことにより、出力の立上がり／立下がり時間を遅くし
て、赤外線通信用素子の入出力間の結合を低減する方法
を先に提案している。ここでは、積分器付き出力回路の
電源電圧特性の改善について述べる。

【０００８】図８は前記積分器付き出力回路のブロック
図を示し、図９はその回路例を示す。また、図１０はそ
の各部の動作波形を示す。図８に示す積分器付比較器６
は、図９に示すトランジスタＱ₁〜Ｑ₈、第１定電流源１
０及びコンデンサＣ₁で構成されている。また、バッフ
ァ７はトランジスタＱ₉〜Ｑ₁₃、第２定電流源１１及び
抵抗Ｒ１、Ｒ１によって構成されている。

【０００９】なお、積分器付比較器６において、トラン
ジスタＱ₃とＱ₄とで第１のカレントミラー１２が構成さ
れ、トランジスタＱ₅とＱ₆とで第２のカレントミラー１
３が、トランジスタＱ₇とＱ₈とで第３のカレントミラー
１４が構成されている。

【００１０】上記の回路構成において、ＩＮ端子に信号
が入力されると、積分器付比較器６は、この入力信号と
予め設定された基準電圧Ｖ_refとを比較し、基準電圧Ｖ
_refよりも入力信号が大きければ、コンデンサＣ₁を充電
し、小さければコンデンサＣ₁を放電する。

【００１１】ここで、コンデンサＣ₁を充放電する電流
は、第１定電流源１０で一定に定められているため、電
源電圧Ｖ_CCが上昇し、ハイレベル出力電圧が高くなる
と、積分器付比較器６出力のパルス幅が短くなるという
問題がある。このため、パルスが連続した場合には、ハ
イレベル出力電圧とローレベル出力電圧とを正常に出力
できなくなる。

【００１２】ここで、述べている赤外線通信用素子の出
力は通常マイコン（ディジタル）に接続される。マイコ
ンは、ハイレベルとローレベルを判別するためのスレッ
シュ電圧の入力仕様条件を持っており、その判別を満た
せなくなり、ハイレベルとローレベルの判別をできなく
なる結果、システムが正常に動作しなくなるという問題
を生じる。

【００１３】以下にその詳細を図１０に基づき説明す
る。同図中のａは積分器付比較器６への入力信号の波形
を示し、ｂは基準電圧Ｖ_refの波形を示す。また、同図
中のｃ−１は電源電圧Ｖ_CCが３Ｖ（低電源電圧）の時の
積分器付比較器６の出力電圧の波形を示し、ｃ−２は電
源電圧Ｖ_CCが５Ｖ（高電源電圧）の時の出力電圧の波形
を示す。同図からわかるように、高電源電圧時の出力電
圧のパルス幅ＰＷ−２は低電源電圧時の出力電圧のパル
ス幅ＰＷ−１に比べてかなり幅狭になっている。

【００１４】このように、電源電圧の変化によってパル
ス幅が変動すると、通信のパフォーマンスの低下につな
がる。また、通信用素子である赤外線通信用素子の電源
電圧使用範囲を制約することになる。

【００１５】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、電源電圧の変化による出力電圧のパルス幅
の変動を抑制することができる出力回路を提供すること
を目的とする。

【００１６】本発明の他の目的は、このような出力回路
を出力回路部に備えたことにより、通信のパフォーマン
スを低下させることなく、電源電圧の使用範囲が大きな
赤外線通信用素子を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の出力回路は、一
方入力端子が基準電圧に接続され、他方入力端子に信号
が入力される電流出力型の差動増幅器の出力に容量が接
続され、該差動増幅器が該基準電圧と該信号の差に応じ
た出力電流により該容量の充放電を行い、その積分電圧
波形をバッファを通して出力する出力回路において、該
出力の出力波形の立上がり時間及び立下がり時間を調整
する立上がり／立下がり時間調整回路を付加しており、
そのことにより上記目的が達成される。

【００１８】好ましくは、前記立上がり／立下がり時間
調整回路は電源電圧の値に応じて前記立上がり時間及び
立下がり時間を調整する構成とする。

【００１９】また、好ましくは、前記立上がり／立下が
り時間調整回路は前記電源電圧が設定値を越えると前記
差動増幅器の電流を増加させて前記立上がり時間及び立
下がり時間が早くなるように調整する構成とする。

【００２０】また、本発明の赤外線通信用素子は、出力
回路部が請求項１〜請求項３のいずれかに記載の出力回
路によって構成されており、そのことにより上記目的が
達成される。

【００２１】以下に本発明の作用を後述の実施形態を示
す図２及び図３に基づき説明する。立上がり時間／立下
がり時間調整回路８の２つのトランジスタＱ₁₀₇，Ｑ₁₀₈
はトランジスタ電流源Ｑ₂₀₄の電流Ｉ₁と同じ電流値
Ｉ₂、Ｉ₃を供給している。即ち、Ｉ₁＝Ｉ₂＝Ｉ₃の関係
が成立する。このため、通常は電流値Ｉ₂とＩ₃が打ち消
し合って、電流Ｉ₁だけで積分器付比較器６が動作する
ため、その出力の立上り時間ｔ_rise及び立下り時間ｔ
_fallは、下記（１）式で表される。

【００２２】 ｔ_rise＝ｔ_fall＝（Ｃ₁×ΔＶ）／Ｉ₁ …（１） 但し、積分器付比較器６の充電時間／放電時間＝出力の
立上り／立下り時間積分器付比較器６の充電電流＝放電
電流＝Ｉ₁とした。

【００２３】ここで、図２に示すように、トランジスタ
Ｑ₁₀₇のエミッタはトランジスタＱ₁₀₆のコレクタに接続
されており、電源電圧が予め設定されている電圧Ｖ_onを
越えると、トランジスタＱ₁₀₆に電流Ｉ₄が流れ、電流Ｉ
₄とトランジスタＱ₁₀₇のエミッタに接続された抵抗Ｒ
₁₀₃による電圧降下によりトランジスタＱ₁₀₇のべース・
エミッタ間電圧（Ｖ_BE）が圧縮され、電流Ｉ₃が減少す
る。

【００２４】この結果、電流Ｉ₂とＩ₃とのバランスがＩ
₂＞Ｉ₃と崩れるため、電源電圧がＶ_onを越えた時の出力
の立上り時間ｔ_rise及び立下り時間ｔ_fallは、下記
（２）式で表される。

【００２５】 ｔ_rise＝ｔ_fall＝（Ｃ₁×ΔＶ）／（Ｉ₁＋Ｉ₂−Ｉ₃） …（２） この（２）式と上記（１）式とを比較してみれば明かな
ように、（１）式及び（２）式の分母に相当する積分器
付比較器６の電流値は、（２）式の方が（１）式よりも
大きくなっている。

【００２６】この結果、出力の立上がり時間ｔ_rise及び
立下がり時間ｔ_fallは（１）式の場合よりも早くなる。

【００２７】よって、本発明の出力回路によれば、図３
に示す波形のように電源電圧Ｖ_CCが高くなっても、立上
がり時間／立下がり時間調整回路８によって出力の立上
り時間ｔ_rise及び立下り時間ｔ_fallが早くなる、即ち、
波形の傾きが急峻となるよう調整されるため、低電源電
圧時と同じパルス幅を出力することができる。

【００２８】このように、本発明の出力回路は、出力の
立上り時間及び立下り時間を調整する立上がり時間／立
下がり時間調整回路を備えているため、電源電圧Ｖ_CCの
変化によるパルス幅の変動を抑制することができる。こ
の結果、本発明によれば、回路の電源電圧の使用範囲を
拡大できる。

【００２９】上記調整は、一例として、電源電圧Ｖ_CCが
設定値を越えると積分器付比較器（差動増幅器）の電流
を増加させて立上がり時間及び立下がり時間が早くなる
ように調整することによって実現できる。

【００３０】また、本発明の赤外線通信用素子は、この
ような特長を有する出力回路を出力回路部に備えてお
り、電源電圧変化によるパルス幅変動が抑制されるた
め、通信のパフォーマンスを低下させることなく、電源
電圧の使用範囲の広い赤外線通信用素子を実現できる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。

【００３２】（出力回路の実施形態）図１及び図２は本
発明出力回路の実施形態を示す。但し、図１は本発明出
力回路のブロック図であり、図２はその回路構成例を示
す。

【００３３】図１に示すように、本実施形態の出力回路
は図８に示す従来の出力回路とは、立上がり／立下がり
時間調整回路８を付加した点のみが異なっている。ここ
で、立上がり／立下がり時間調整回路８は電源電圧が予
め設定された電圧を越えると、積分器付比較器６の電流
を増加させ、これにより、その出力の立上り／立下り時
間が早くなるように調整する機能を有する。

【００３４】以下にその詳細を図２に基づき説明する。
本実施形態の出力回路の構成要素である積分器付比較器
６は、トランジスタＱ₁〜Ｑ₈、トランジスタＱ₂₀₄等に
よって構成されている。

【００３５】ここで、トランジスタＱ₂₀₄を図９の第１
定電流源１０に相当するものであると考えると、トラン
ジスタＱ₁〜Ｑ₈及びコンデンサＣ₁で構成される部分は
従来例と同じであり、従来例と異なるのは、トランジス
タＱ₁₀₇，Ｑ₁₀₈の電流源が付加されている部分である。
なお、トランジスタＱ₁₀₇，Ｑ₁₀₈は立上がり時間／立下
がり時間調整回路８の回路構成要素である。

【００３６】また、同図に示すように、バッファ７は図
９に示す従来例と同様であり、対応する部分に同一の符
号を付してある。立上がり時間／立下がり時間調整回路
８は、トランジスタＱ₁₀₁〜Ｑ₁₀₈及び抵抗Ｒ₁₀₁〜Ｒ₁₀₃
によって構成されている。

【００３７】図９の従来例同様に、トランジスタＱ₃と
Ｑ₄とで第１のカレントミラー１２が構成され、トラン
ジスタＱ₅とＱ₆とで第２のカレントミラー１３が、トラ
ンジスタＱ₇とＱ₈とで第３のカレントミラー１４が構成
されている。加えて、この出力回路では、立上がり時間
／立下がり時間調整回路８のトランジスタＱ₁₀₄とＱ₁₀₅
とで第４のカレントミラー１５が構成され、電流源のト
ランジスタＱ₂₀₁とＱ₂₀₂とで第５のカレントミラー１６
が、トランジスタＱ₂₀₃とＱ₂₀₄とで第６のカレントミラ
ー１７が構成される。

【００３８】上記の回路構成において、立上がり時間／
立下がり時間調整回路８の２つのトランジスタＱ₁₀₇，
Ｑ₁₀₈はトランジスタ電流源Ｑ₂₀₄の電流Ｉ₁と同じ電流
値Ｉ₂、Ｉ₃を供給している。即ち、Ｉ₁＝Ｉ₂＝Ｉ₃の関
係が成立する。このため、通常は電流値Ｉ₂とＩ₃が打ち
消し合って、電流Ｉ₁だけで積分器付比較器６が動作す
るため、その出力の立上り時間ｔ_rise及び立下り時間ｔ
_fallは、下記（１）式で表される。

【００３９】 ｔ_rise＝ｔ_fall＝（Ｃ₁×ΔＶ）／Ｉ₁ …（１） 但し、積分器付比較器６の充電時間／放電時間＝出力の
立上り／立下り時間積分器付比較器６の充電電流＝放電
電流＝Ｉ₁とした。

【００４０】ここで、図２に示すように、トランジスタ
Ｑ₁₀₇のエミッタはトランジスタＱ₁₀₆のコレクタに接続
されており、電源電圧が予め設定されている電圧Ｖ_onを
越えると、トランジスタＱ₁₀₆に電流Ｉ₄が流れ、電流Ｉ
₄とトランジスタＱ₁₀₇のエミッタに接続された抵抗Ｒ
₁₀₃による電圧降下によりトランジスタＱ₁₀₇のべース・
エミッタ間電圧（Ｖ_BE）が圧縮され、電流Ｉ₃が減少す
る。

【００４１】この結果、電流Ｉ₂とＩ₃とのバランスがＩ
₂＞Ｉ₃と崩れるため、電源電圧がＶ_onを越えた時の出力
の立上り時間ｔ_rise及び立下り時間ｔ_fallは、下記
（２）式で表される。

【００４２】 ｔ_rise＝ｔ_fall＝（Ｃ₁×ΔＶ）／（Ｉ₁＋Ｉ₂−Ｉ₃） …（２） この（２）式と上記（１）式とを比較してみれば明かな
ように、（１）式及び（２）式の分母に相当する積分器
付比較器６の電流値は、（２）式の方が（１）式よりも
大きくなっている。

【００４３】この結果、出力の立上がり時間ｔ_rise及び
立下がり時間ｔ_fallは（１）式の場合よりも早くなる。

【００４４】よって、本実施形態の出力回路によれば、
図３に示す波形のように電源電圧Ｖ_CCが高くなっても、
立上がり時間／立下がり時間調整回路８によって出力の
立上り時間ｔ_rise及び立下り時間ｔ_fallが早くなる、即
ち、波形の傾きが急峻となるよう調整されるため、低電
源電圧時と同じパルス幅を出力することができる。

【００４５】詳細な回路動作の説明として、上述の予め
設定された電圧Ｖ_onは、図２の回路構成より下記（３）
式で表される。

【００４６】 Ｖ_on＝３Ｖ_BE＋（Ｒ₁₀₁＋Ｒ₁₀₂）×Ｖ_BE／Ｒ₁₀₂ …（３） 但し、３Ｖ_BE＝Ｖ_BE（Ｑ₁₀₁）＋Ｖ_BE（Ｑ₁₀₂）＋Ｖ
_BE（Ｑ₁₀₃） 今、Ｖ_BE＝０．７Ｖ、Ｒ₁₀₁＝７０ｋΩ、Ｒ₁₀₂＝３０ｋ
Ωとすると、Ｖ_onは約４．４Ｖとなり、電源電圧Ｖ_CCが
４．４Ｖを越えると、立上がり時間／立下がり時間調整
回路８が動作することとなる。

【００４７】次に、電流Ｉ₃をスイッチするためのトラ
ンジスタＱ₁₀₆を流れる電流Ｉ₄は、下記（４）式で表さ
れ、（４）式中のＩ₅，Ｉ₆は下記（５）式，（６）式で
表される。

【００４８】Ｉ₄＝Ｉ₅−Ｉ₆ …（４） Ｉ₅＝（Ｖ_CC−４Ｖ_BE）／Ｒ₁₀₁ …（５） Ｉ₆＝Ｖ_BE／Ｒ₁₀₂ …（６） 図４は本発明出力回路と上記従来の出力回路における出
力の立上り時間及び立下り時間の電源電圧依存特性のシ
ミュレーション結果を示す。図４より、従来の出力回路
では積分器の充放電電流が一定のため、電源電圧Ｖ_CCの
上昇に比例して出力の立上り時間及び立下り時間が長く
（遅く）なってくるが、本発明の出力回路では上述のよ
うに積分器付比較器６の充放電電流を電源電圧Ｖ_CCの変
動に応じて変化させるため、電源電圧の変化に対してほ
ぼ一定の立上り時間及び立下り時間を実現することがで
きる。

【００４９】（本発明赤外線通信用素子の実施形態）図
５は本発明赤外線通信用素子の実施形態を示す。同図に
示すように、本発明の赤外線通信用素子は、その出力回
路部に上述の立上がり時間／立下がり時間調整回路８を
付加したものであり、この点のみが、図６に示す従来の
赤外線通信用素子とは異なっている。なお、図６と対応
する部分には同一の符号を付してある。

【００５０】この赤外線通信用素子によれば、立上がり
時間／立下がり時間調整回路８が電源電圧Ｖ_CCの変化に
対するパルス幅の変動を抑制するので、通信のパフォー
マンスを低下させることなく、電源範囲の使用範囲が大
きな赤外線通信用素子を実現できる。

【００５１】

【発明の効果】以上の本発明出力回路によれば、出力の
立上り時間及び立下り時間を調整する立上がり時間／立
下がり時間調整回路を備えているため、電源電圧Ｖ_CCの
変化によるパルス幅の変動を抑制することができる。こ
の結果、本発明によれば、回路の電源電圧の使用範囲を
拡大できる。

【００５２】また、本発明の赤外線通信用素子は、この
ような特長を有する出力回路を出力回路部に備えてお
り、電源電圧変化によるパルス幅変動が抑制されるた
め、通信のパフォーマンスを低下させることなく、電源
電圧の使用範囲の広い赤外線通信用素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明出力回路を示すブロック図。

【図２】本発明出力回路の回路構成例を示す回路図。

【図３】本発明出力回路の効果を説明するための電圧波
形図。

【図４】本発明出力回路と従来の出力回路における出力
の立上り時間及び立下り時間の電源電圧依存特性のシミ
ュレーション結果を示すグラフ。

【図５】本発明赤外線通信用素子のブロック図。

【図６】赤外線通信用素子の従来例を示すブロック図。

【図７】図６の赤外線通信用素子の各部における動作波
形を示す波形図。

【図８】積分器付き出力回路の従来例を示す回路図。

【図９】図８の積分器付き出力回路の回路構成例を示す
回路図。

【図１０】図８の積分器付き出力回路の問題点を説明す
るための電圧波形図。

【符号の説明】

１ フォトダイオード ２ 第１増幅器 ３ 第２増幅器 ４ ピークホールド回路 ５ 第１比較器 ６ 積分器付比較器（第２比較器） ７ バッファ ８ 立上がり時間／立下がり時間調整回路 Ｑ₁〜Ｑ₁₃，Ｑ₁₀₁〜Ｑ₁₀₈，Ｑ₂₀₁〜Ｑ₂₀₄ トランジス
タ Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₁₀₁〜Ｒ₁₀₃，Ｒ₂₀₁，Ｒ₂₀₂ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 文孝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方入力端子が基準電圧に接続され、他
   方入力端子に信号が入力される電流出力型の差動増幅器
   の出力に容量が接続され、該差動増幅器が該基準電圧と
   該信号の差に応じた出力電流により該容量の充放電を行
   い、その積分電圧波形をバッファを通して出力する出力
   回路において、 該出力の出力波形の立上がり時間及び立下がり時間を調
   整する立上がり／立下がり時間調整回路を付加した出力
   回路。
2. 【請求項２】 前記立上がり／立下がり時間調整回路は
   電源電圧の値に応じて前記立上がり時間及び立下がり時
   間を調整する請求項１記載の出力回路。
3. 【請求項３】 前記立上がり／立下がり時間調整回路は
   前記電源電圧が設定値を越えると前記差動増幅器の電流
   を増加させて前記立上がり時間及び立下がり時間が早く
   なるように調整する請求項２記載の出力回路。
4. 【請求項４】 出力回路部が請求項１〜請求項３のいず
   れかに記載の出力回路によって構成されている赤外線通
   信用素子。