KR101756482B1 - 수광 회로 - Google Patents

수광 회로 Download PDF

Info

Publication number
KR101756482B1
KR101756482B1 KR1020110042010A KR20110042010A KR101756482B1 KR 101756482 B1 KR101756482 B1 KR 101756482B1 KR 1020110042010 A KR1020110042010 A KR 1020110042010A KR 20110042010 A KR20110042010 A KR 20110042010A KR 101756482 B1 KR101756482 B1 KR 101756482B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
nmos transistor
terminal
circuit
current
Prior art date
Application number
KR1020110042010A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110123215A (ko
Inventor
후미야스 우츠노미야
다로 야마사키
이사무 후지이
Original Assignee
에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤 filed Critical 에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
Publication of KR20110123215A publication Critical patent/KR20110123215A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101756482B1 publication Critical patent/KR101756482B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
    • H03F3/08—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light
    • H03F3/082—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only controlled by light with FET's
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

광량 변화를 검출하는 수광 회로이며, 다음단의 입력 회로가 소형이고 염가이며, 또한, 소비 전류가 적은 수광 회로를 제공하는 것으로서, 광전 변환 소자의 전류가 드레인에 공급되는 N채널형 MOS 트랜지스터와, N채널형 MOS 트랜지스터의 드레인 전압이 원하는 전압이 되도록 NMOS 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 제어 회로를 가지고, 제어 회로가 출력하는 제어 상태 출력 신호는, NMOS 트랜지스터의 게이트 전압의 제어 지연량이 원하는 지연량 미만인 경우는, GND 단자 전압으로 되고, NMOS 트랜지스터의 게이트 전압의 제어 지연량이 원하는 지연량 이상인 경우는, NMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 되도록 구성했다.

Description

수광 회로{LIGHT RECEIVING CIRCUIT}
본 발명은 광량의 변화를 검출하는 수광 회로에 관련된 것으로, 특히 주위의 밝기에 관계없이, 안정되게 광량의 변화를 검출할 수 있는 수광 회로에 관한 것이다.
수광 회로는, 적외선 리모콘 통신이나 가시광 통신의 광 신호 수광용이나, 포토 인터럽터나 삼각법을 이용한 광 반사 타입의 거리 센서 등에 이용된다. 이 수광 회로의 기능은, 광의 온 오프에 의한 광량 변화나, 입사나 반사되는 광량의 변화를 검출하는 기능이 필요한 것은 물론이지만, 주위의 밝기에 상관없이 광량 변화를 검출할 수 있는 기능이 필요하다.
도 11에 종래의 수광 회로를 나타낸다. 구성은, 광전 변환 기능에 의해 광신호나 광량의 변화를 전류의 변화로 변환하는 포토 다이오드(101)와, 포토 다이오드(101)의 광전 변환에 의한 전류 변화를 전압의 변화로 변환하는 저항 소자(150)와, 로우패스 필터(501)와, 드레인 전압이 로우패스 필터(501)를 통하여 게이트에 공급되는 N채널형 MOS 트랜지스터(이후 NMOS 트랜지스터로 약칭한다)(102)와, 저항 소자(150)의 양단에 발생한 전압 변화를 출력하는 출력 단자(104)로 구성된다.
포토 다이오드(101)는, N형 단자가 VDD 단자에 접속되고, P형 단자가 출력 단자(104)와 저항 소자(150)의 한쪽 단자와 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인과 로우패스 필터(501)의 입력 단자(505)에 접속된다. 저항 소자(150)의 다른 한쪽의 단자는 GND 단자에 접속된다. 로우패스 필터(501)는, 출력 단자(506)가 NMOS 트랜지스터(102)의 게이트에 접속된다. NMOS 트랜지스터(102)의 소스는, GND 단자에 접속된다. 또한, 도시는 하지 않지만, VDD 단자에는 전원으로부터 플러스의 전압이 공급되고, GND 단자에는 전원으로부터 기준 전압이 공급된다.
상술한 것처럼 구성된 수광 회로는, 이하와 같이 동작하여 입사하는 광량의 변화를 검출한다.
주위가 어두운 경우에는, 포토 다이오드(101)에 정상적인 전류가 흐르지 않으므로, 출력 단자의 전압은, 거의 GND 단자 전압이 되고, NMOS 트랜지스터(102)는 오프되어 있다. 따라서, 포토 다이오드(101)에 입사되는 광량이 변화함으로써 변화하는 포토 다이오드(101)의 전류 변화가 저항 소자(150)에 흐를 때에 발생하는 전압이, 출력 단자(104)로부터 출력된다. 한편, 주위가 밝은 경우는, 포토 다이오드(101)에 정상적인 전류가 흐르기 때문에, 저항 소자(150)의 전위차가 이 전류에 의해 상승하고, 포토 다이오드(101)에, 저항 소자(150)의 전위차가 NMOS 트랜지스터(102)의 역치 전압을 초과하는 이상의 전류가 정상적으로 흐르는 경우는, 출력 단자(104)는 NMOS 트랜지스터(102)의 역치 전압 부근에 NMOS 트랜지스터(102)에 의해 제어된다. 즉, 주위가 아무리 밝아도, 출력 단자(104)의 전압은, VDD 단자 전압까지 상승하지 않고, NMOS 트랜지스터(102)의 역치 전압 부근까지밖에 상승하지 않는다. 따라서, 출력 단자(104)로부터 출력되는 전압 파형이, VDD 단자 전압에서 한계점 도달이 되지 않으므로, 주위가 매우 밝아도 광량 변화에 의해 출력 전압이 변화한다. 즉, 주위의 밝기에 상관없이 광량 변화를 검출할 수 있다.
또한, 주위가 밝고, 출력 단자(104)의 전압이 NMOS 트랜지스터(102)의 역치 전압 부근에 제어되어 있는 경우, NMOS 트랜지스터(102)에도 전류가 흐르고 있는데, NMOS 트랜지스터(102)의 게이트 전압은, 로우패스 필터(501)를 통하여 변화하기 때문에, 변화 속도가 느리다. 또한, 로우패스 필터(501)는, 매우 느린 주파수의 신호밖에 통하지 않는 설정이다. 따라서, NMOS 트랜지스터(102)에 흐르는 전류는, 순간적 전류 변화에는 정전류(定電流)가 되기 때문에, 이 NMOS 트랜지스터(102)에 의해 수광 감도의 저하는 거의 없다.
또한, 사람이 스치거나, 사람의 손이 가까워진다거나, 커텐이 바람에 흔들리는 등으로 발생하는 느린 변화 속도의 광량 변화를 검출하지 않기 때문에, 이들, 광량 변화로 발생하는 전류 변화에 의한 전압 변화의 주파수 성분은 패스할 수 있도록 로우패스 필터(501)의 패스 주파수를 설정하고 있다.
또한, 도시하지 않지만, 종래의 수광 회로의 출력에는, 종래의 수광 회로의 출력 단자로부터 출력되는 CMOS 레벨 미만의 신호를, CMOS 레벨로 변환하는 입력 회로가 필요하다.
이상 설명한 종래의 수광 회로는, 소스가 GND 단자에 접속되고, 드레인 전압이 로우패스 필터를 통하여 게이트 전압에 공급되는 NMOS 트랜지스터에, 포토다이오드의 전류를 흐르게 함으로써, 주위가 밝고, 포토 다이오드(101)의 전류가 많아도, 출력 전압이 NMOS 트랜지스터(102)의 역치 전압 부근보다 높아지지 않는 구성이었다. 따라서, 주위의 밝기에 상관없이, 광량 변화에 의해 출력 전압이 변화하는 구성이었다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본국 특허공개 평 9－83452호 공보(도 1)
이상 기술한 것처럼, 종래의 수광 회로는, 주위의 밝기에 상관없이 광량 변화에 대해 출력 전압이 변동하는 구성이다. 그러나, 종래의 수광 회로는, 상기한 것처럼, 주위가 어두운 경우의 출력은, GND 단자 전압 부근을 중심으로 광량 변화에 따라 전압이 변화하고, 한편, 주위가 밝은 경우의 출력은, 내장하는 NMOS 트랜지스터의 역치 전압 부근을 중심으로 광량 변화에 따라 전압이 변화하는 구성이다. 이 때문에, 종래의 수광 회로의 출력을 CMOS 인버터 등의 간단한 구조의 CMOS 레벨 입력 회로에 입력한 경우, 주위가 어두운 경우는, 입력 신호 레벨이 낮고, 광량 변화에 대한 전압 변화도 매우 작기 때문에, 입력 신호를 검출할 수 없다. 또한, 주위가 밝은 경우는, 입력 신호 레벨이 CMOS 레벨 이상의 신호가 아니기 때문에, CMOS 레벨 입력 회로에 관통 전류가 흘러 버린다. 따라서, 다음단의 입력 회로는 앰프 회로 등을 이용하여, 입력 전압의 직류 전압 범위가 넓은 입력 회로로 할 필요가 있는데, 이 경우, 다음단의 입력 회로의 구성이, 복잡하고 고가로 될 뿐만 아니라, 앰프 등을 이용하기 때문에, 이 앰프 회로에서 정상적으로 전류가 소비되어 버린다. 즉, 종래의 수광 회로는, 다음단의 입력부가 복잡하여 고가로 될 뿐만 아니라, 다음단의 입력부의 소비 전류도 증대해버린다고 하는 과제가 있었다. 또한, 포토 다이오드의 전류가 전부 GND 단자로 흘러 버리기 때문에, 주위가 밝은 경우에 수광 회로의 소비 전류가 증대해 버리는 과제도 있었다. 그리고 나아가, 떨어진 장소로부터 출력되는 광신호 등의 약한 광량 변화를 종래의 수광 회로로 검출하기 위해서는, 수광 감도를 높게 할 필요가 있다. 그러나, 종래의 수광 회로로 수광 감도를 높이기 위해서는, 상기 저항 소자의 저항값을 높게 할 필요가 있다. 즉, 종래의 수광 회로는, 수광 감도를 높이기 위해서 상기 저항 소자를 고저항으로 할 필요가 있고, 이 때문에, 상기 저항 소자의 점유 면적이 너무 커 IC 칩 내부에 만들 수 없게 된다. 따라서, 고가이고 장소를 필요로 하는 외부 부착 저항 소자를 추가할 필요가 있는 과제도 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어져, 종래의 수광 회로보다도, 다음단의 입력 회로가 소형이고 염가이며, 또한, 소비 전류가 거의 없는 구성을 채용할 수 있는 수광 회로를 제공한다. 그리고 나아가, 종래의 수광 회로보다도, 고가이고 장소를 필요로 하는 외부 부착 저항 소자를 이용하지 않아도, 수광 감도가 높고 비용도 낮은 수광 회로를 제공한다.
본 발명의 수광 회로는, 상기 종래의 수광 회로의 과제를 해결하기 위해서, 입사광량에 따른 전류를 흐르게 하는 광전 변환 소자와, 광전 변환 소자의 전류가 드레인에 공급되는 NMOS 트랜지스터와, NMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 입력 단자에 공급되고, 제어 신호에 의해 NMOS 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 제어 회로를 구비한 수광 회로로서, 제어 회로는, 지연 회로를 구비하고 있고, NMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 변화했을 때에, 지연 회로에 있어서의 지연량에 따른 제어 상태 출력 신호를 출력하고, 수광 회로는, 제어 상태 출력 신호를 입사광량의 변화의 검출 신호로서 출력하는 구성으로 했다.
본 발명의 수광 회로는, 종래의 수광 회로보다도 소형화와 수광 감도의 향상이 도모되고, 또한 주변 회로도 소형이고 저소비 전류로 된다.
도 1은 제1의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
도 2는 제2의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
도 3은 수광 회로에 이용되는 제어 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 수광 회로에 이용되는 제어 회로의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 5는 제3의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
도 6은 제4의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
도 7은 수광 회로에 이용되는 로우패스 필터의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 8은 수광 회로에 이용되는 검출 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 9는 수광 회로의 출력단에 설치하는 레벨 시프트 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 10은 수광 회로에 이용되는 정전류 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 11은 종래의 수광 회로의 회로 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
<제1의 실시 형태>
도 1은, 제1의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
제1의 실시 형태의 수광 회로는, 포토 다이오드(101)와, NMOS 트랜지스터(102)와, 제어 회로(103)와, 출력 단자(104)와, 레벨 시프트 회로(108)와, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)를 구비한다.
포토 다이오드(101)는, N형 단자가 VDD 단자에 접속되고, P형 단자가 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인과 제어 회로(103)의 입력 단자(105)에 접속된다. 제어 회로(103)는, 제어 상태 신호 출력 단자(106)가 출력 단자(104)와, 레벨 시프트 회로(108)의 입력 단자(109)에 접속되고, 제어 단자(107)가 NMOS 트랜지스터(102)의 게이트에 접속된다. NMOS 트랜지스터(102)는, 소스가 GND 단자에 접속된다. 레벨 시프트 회로(108)는, 출력 단자(110)가 CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 접속된다. 또한, 도시는 하지 않지만, VDD 단자에는 전원으로부터 플러스의 전압이 공급되고, GND 단자에는 전원으로부터 기준 전압이 공급된다.
포토 다이오드(101)는, 광전 변환 특성에 의해, 입사되는 광량에 따른 전류를 공급한다. NMOS 트랜지스터(102)는, 포토 다이오드(101)로부터의 전류를 드레인으로부터 소스로 흐르게 한다. 제어 회로(103)는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압을 입력 단자(105)에서 모니터하고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이 원하는 전압이 되도록, 내부의 로우패스 필터와 제어 단자(107)를 통하여 NMOS 트랜지스터(102)의 게이트를 제어한다. 또한, 제어 회로(103)는, 내부의 로우패스 필터에 의한 제어 동작 지연 상태를 알리는 신호를 제어 상태 신호 출력 단자(106)로부터 출력한다. 그리고, 레벨 시프트 회로(108)는, 입력 단자(109)로부터 입력되는 신호를 CMOS 레벨 신호로 변환하고, 이 변환된 CMOS 레벨 신호를, 출력 단자(110)로부터 출력한다.
또한, 제어 회로(103)의 제어 상태 신호 출력 단자(106)로부터 출력되는 신호는, 제어 회로(103)의 제어 지연이 소정의 지연량 미만이면, GND 단자 전압의 신호가 출력된다. 그리고, 이 제어 지연이 소정의 지연량 이상이면, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압 레벨의 하이 신호가 출력된다. 또한, 레벨 시프트 회로(108)의 출력 단자(110)로부터 CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 출력되는 CMOS 레벨 신호는, 출력 단자(104)로부터 출력되는 신호가 GND 단자 전압인 경우는, VDD 단자 전압의 하이 신호가 출력된다. 그리고, 출력 단자(104)로부터 출력되는 신호가 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압 레벨의 하이 신호인 경우는, GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다.
상술한 것처럼 구성된 수광 회로는, 이하와 같이 동작하여 입사하는 광량의 변화를 검출한다.
주위가 어두운 경우는, 포토 다이오드(101)에 정상적 전류가 흐르지 않기 때문에, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인은, 거의 GND 단자 전압이 된다. 이 때문에, 제어 회로(103)의 입력 단자(105)는, 거의 GND 단자 전압이 된다. 따라서, NMOS 트랜지스터(102)의 게이트가 거의 GND 단자로 되고, NMOS 트랜지스터(102)는 오프됨과 더불어, 출력 단자(104)도, 거의 GND 단자 전압이 된다. 따라서, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에는, VDD 단자 전압의 하이 신호가 출력된다.
그리고, 상기 주위가 어두운 상태로부터, 광 신호가 입사되거나, 주위가 갑자기 밝아져, 포토 다이오드(101)로부터의 전류가 갑자기 흐르기 시작하면, NMOS 트랜지스터(102)에 흐르는 전류가, 포토 다이오드(101)로부터의 전류까지 증가하기까지의 사이, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압은 상승한다. 그리고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이 상승하고 있는 기간은, 제어 회로(103)의 제어가 지연되어 있는 기간이므로, 이 기간에서는, 제어 회로(103)의 제어 상태 신호 출력 단자(106)의 전압은, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압으로 되어 있다. 따라서, 상기 기간에서는, 출력 단자(104)는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 하이 신호로 되어, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다.
한편, 주위가 밝은 경우는, 포토 다이오드(101)에 정상적 전류가 흐르므로, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인은, 제어 회로(103)에 의해, 원하는 전압 부근으로 제어된다. 또한, 이 경우, 제어 회로(103)의 제어도 지연되어 있지 않으므로, 제어 회로(103)의 제어 상태 신호 출력 단자(106)는, 거의 GND 단자 전압으로 된다. 따라서, 출력 단자(104)는 GND 단자 전압 레벨의 로우 신호가 되고, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에는, VDD 단자 전압의 하이 신호가 출력된다.
그리고, 상기 주위가 밝은 상태로부터, 광 신호가 입사되거나, 주위가 더욱 밝아져, 포토 다이오드(101)로부터의 전류가 갑자기 증가하면, NMOS 트랜지스터(102)에 흐르는 전류가, 포토 다이오드(101)의 전류까지 증가하기까지의 사이, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압은 상승한다. 그리고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이 상승하고 있는 기간은, 제어 회로(103)의 제어가 지연되어 있는 기간이므로, 이 기간에서는, 제어 회로(103)의 제어 상태 신호 출력 단자(106)의 전압도, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이 된다. 따라서, 상기 기간에서는, 출력 단자(104)는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 하이 신호로 되고, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다.
또한, 광 신호가 입사되거나 주위가 갑자기 밝아지고 나서, 어느정도 시간이 경과하면, 갑자기 증가한 포토 다이오드(101)의 전류 증가분을, NMOS 트랜지스터(102)가 흐르게할 수 있게 된다. 이 때문에, 상기한 바와같은, 광 신호가 입사되거나, 주위가 갑자기 밝아지기 전의 상태로 돌아가는 것은 말할 것도 없다.
또한, 광 신호가 입사되거나, 주위가 더욱 밝아져, 증가하는 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이, VDD 단자 전압 레벨까지 상승하는 경우에는, 출력 단자(104)의 신호가 CMOS 레벨 신호로 되므로, 레벨 시프트 회로가 필요없게 되는 것은 말할 것도 없다.
이상 기술한 것처럼, 제1의 실시 형태의 수광 회로는, 순간적으로 변화하는 전류에 대해서 저항값이 매우 높은 NMOS 트랜지스터에, 순간적으로 변화하는 포토 다이오드의 전류를 흐르게 하므로, 수광 감도가 높아진다. 또한, 이 NMOS 트랜지스터는, IC 내부에 작성할 수 있으므로, 외부 부착 부품을 생략할 수 있고, 그만큼, 소형화할 수 있어 코스트 다운을 도모할 수 있다. 또한, 출력 단자의 전압이 GND 단자 전압이 되기 때문에, 다음단의 입력 회로의 구성이 간단하고 소비 전류가 정상적으로는 흐르지 않는 레벨 시프트 회로 등으로 구성할 수 있다. 따라서, 다음단의 입력 회로를 소형화할 수 있음과 더불어 정상적 소비 전류도 없앨 수 있다.
<제2의 실시 형태>
도 2는, 제2의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
도 2에 도시하는 것처럼, 도 1에 도시한 제1의 실시 형태의 수광 회로와 거의 같은 구성이다. 또한, 다른 점은, 본 발명의 제1의 실시 형태에서는, 포토 다이오드(101)의 N형 단자가 VDD 단자에 접속되는 구성인데 대해, 본 발명의 제2의 실시 형태에서는, 포토 다이오드(101)의 N형 단자가 GND 단자에 접속되어 있는 점뿐이다.
또한, 접속도, 상기한 포토 다이오드(101)의 접속 이외는, 본 발명의 제1의 실시 형태와 동일한 접속이다.
또한, 동작도, 도 1에서 도시한 본 발명의 제1의 실시 형태와 거의 동일한 동작이고, 다른 점은, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이, 본 발명의 제1의 실시 형태에서는, VDD 단자 전압 부근까지 상승하는 경우가 있는데 대해, 본 발명의 제2 실시 형태에서는, 포토 다이오드(101)의 발전 전압까지 밖에 상승하지 않는 점이다. 이 때문에, 본 발명의 제2의 실시 형태에서는, 제어 회로(103)의 제어 상태 신호 출력 단자(106)로부터 출력되는 제어 상태 신호의 전압도 포토 다이오드(101)의 발전 전압 이하로 된다. 따라서, 이 발전 전압보다 높은 CMOS 레벨 신호를 출력할 필요가 있는 경우는, 레벨 시프트 회로(108)가 필요한 구성이다.
이상 기술한 것처럼, 상기 제1의 실시 형태의 수광 회로에서는, 포토 다이오드의 전류가, VDD 단자로부터 GND 단자로 흐르기 때문에, 포토 다이오드의 전류가 이 수광 회로의 소비 전류가 된다. 이 때문에, 주위가 밝은 경우에는, 이 포트 다이오드의 전류가 많아지고, 그 결과, 소비 전류도 많아지게 된다. 그러나, 상기 제 2의 실시 형태의 수광 회로에서는, 포토 다이오드의 발전 전류를 이용하므로, 포토다이오드의 전류는 VDD 단자로부터 GND 단자로는 흐르지 않는다. 또한, 레벨 시프트 회로도 입사광량에 변화가 없는 경우는, 입력 단자에 GND 단자 전압이 입력되므로, 소비 전류를 전혀 소비하지 않는다. 따라서, 제2의 실시 형태의 수광 회로에서는, 상기 제1의 실시 형태의 수광 회로의 특징에 추가하여, 소비 전류를 거의 소비하지 않는 특징이 있다.
이하에, 제어 회로(103)의 상세한 구성과 동작을, 구체적인 회로예를 나타내 설명한다.
도 3은, 수광 회로에 이용되는 제어 회로(103)의 일예를 나타내는 회로도이다. 제어 회로(103)는, 저항 소자(301)와, P채널형 MOS 트랜지스터(이후 PMOS 트랜지스터로 약칭한다)(302, 303)와, 정전류 회로(304, 305)와, 용량(306)을 구비한다. 또한, 정전류 회로(304)와 정전류 회로(305)가 흐르는 전류는 동일한 값이다. 또한, PMOS 트랜지스터(303)보다 PMOS(302)의 쪽이, K값이 작은 구성이다.
저항 소자(301)는, 한쪽의 단자가 입력 단자(105)에 접속되고, 다른 한쪽의 단자가 제어 단자(107)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(302)는, 드레인이 정전류 회로(304)의 전류 유입 단자와, 제어 상태 신호 출력 단자(106)에 접속되고, 게이트가 PMOS 트랜지스터(303)의 게이트와, 드레인과, 정전류 회로(305)의 전류 유입 단자에 접속되고, 소스가 입력 단자(105)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(303)는, 소스가 제어 단자(107)에 접속된다. 정전류 회로(304, 305)의 전류 유출 단자는 GND 단자에 접속된다. 용량(306)은, 한쪽 단자가 제어 단자(107)에 접속되고, 다른 한쪽의 단자가 GND 단자에 접속된다.
상술한 것처럼 구성된 제어 회로는, 이하와 같이 동작하여 입력되는 전류 변화를 검출한다.
먼저, 입력 단자(105)로부터, 정전류 회로(304와 305)의 합계 전류값이 유입되는 경우를 설명한다. 저항 소자(301)에는 정전류 회로(305)의 전류에 의한 ΔV가 발생하고 있다. 이 때문에, PMOS 트랜지스터(303)의 소스와 게이트간의 전위차보다도, PMOS 트랜지스터(302)의 소스와 게이트간 전위차의 쪽이 ΔV분 높아진다. 그러나, PMOS 트랜지스터(302)는, PMOS 트랜지스터(303)보다 K값을 작게 하고 있으므로, 이 ΔV분 소스와 게이트간 전압이 상승해도, PMOS 트랜지스터(303)보다 흐르게할 수 있는 드레인 전류가 적다. 따라서, PMOS 트랜지스터(302)를 흐르게 할 수 있는 드레인 전류보다도, 정전류 회로(304)의 정전류값의 쪽이 많으므로, 제어 상태 신호 출력 단자(106)는 GND 단자 전압의 로우 신호로 된다.
다음에, 입력 단자(105)로부터의 전류가, 갑자기 증가한 경우에 대해서 설명한다. 입력 단자(105)의 전압은, 갑자기 증가한 전류로 단번에 증가하지만, 제어 단자(107)의 전압은 용량(306)이 있기 때문에, 갑자기 증가하지 않는다. 이 때문에, PMOS 트랜지스터(303)의 소스와 게이트간의 전위차보다도, PMOS 트랜지스터(302)의 소스와 게이트간 전위차가 더 높아진다. 따라서, PMOS 트랜지스터(302)가 흐르게할 수 있는 드레인 전류의 쪽이, PMOS 트랜지스터(303)의 드레인 전류보다도 많아진다. 따라서, PMOS 트랜지스터(302)가 흐르게할 수 있는 드레인 전류가, 정전류 회로(304)의 정전류값보다 많아져, 제어 상태 신호 출력 단자(106)는, 입력 단자(105)의 전압까지 상승한다.
그리고, 어느정도 지나면, 제어 단자(107)의 전압이 상승하고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전류가, 입력 단자(105)로부터의 전류 증가만큼 증가하기까지 상승하면, 다시, 입력 단자(105)로부터, 정전류 회로(304와 305)의 합계 전류값이 유입되는 경우로 되돌아간다.
이상 기술한 것처럼, 도 3에서 도시하는 제어 회로는, 입력 단자 전압이 원하는 전압으로 제어되어 있는 상태에서는, 제어 상태 신호 출력 단자로부터 GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다. 또한, 입력 단자로부터 유입되는 전류가 갑자기 증가함으로써, 입력 단자 전압의 제어가 지연된 경우에는, 제어 상태 신호 출력 단자로부터 입력 단자 전압의 하이 신호가 출력된다.
또한, 도 3에 도시하는 제1 내지 제2의 실시 형태에서 이용한 제어 회로에서는, 정전류 회로(304와 305)의 정전류값을 같게 하고, PMOS 트랜지스터(302와 303)의 K값을 다른 값으로 함으로써, 검출 전류값을 조정했다. 그러나, PMOS 트랜지스터(302와 303)의 K값을 동일하게 하고, 정전류 회로(304와 305)의 정전류값을 다른 값으로 함으로써 검출 전류값을 조정하는 방법도 있는 것은 말할 것도 없다.
도 4는, 수광 회로에 이용되는 제어 회로의 다른 예를 나타내는 회로도이다. 도 4에 도시하는 바와같이, 정전류 회로(402, 409)와, NMSO 트랜지스터(403, 405, 407, 408)와, PMOS 트랜지스터(401, 404, 406)와, 용량(306)을 구비한다. 또한, PMOS 트랜지스터(406)보다도 PMOS 트랜지스터(401)의 쪽이, K값이 작고, 또한, PMOS 트랜지스터(401)보다도 PMOS 트랜지스터(404)의 쪽이, K값이 작은 구성이다. 또한, 정전류 회로(402)의 정전류값은, NMOS 트랜지스터(403)이 흐르는 드레인 전류값의 2배로 한 구성이다. 또한, NMOS 트랜지스터(403, 405, 407)에는, 동일한 전류가 반영되는 구성이다.
정전류 회로(409)는, 전류 유입 단자가 입력 단자(105)에 접속되고, 전류 유출 단자가 노드(N1)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(401)는, 드레인이 정전류 회로(402)의 전류 유입 단자에 접속되고, 게이트가 PMOS 트랜지스터(404)의 게이트와 PMOS 트랜지스터(406)의 게이트와 드레인에 접속되고, 소스가 입력 단자(105)에 접속된다. 정전류 회로(402)는, 전류 유출 단자가 NMOS 트랜지스터(403)의 드레인과 제어 단자(107)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(404)는, 드레인이 NMOS 트랜지스터(405)의 드레인과 제어 상태 신호 출력 단자(106)에 접속되고, 소스가 입력 단자(105)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(406)는, 소스가 노드(N1)에 접속된다. 노드(N1)는, NMOS 트랜지스터(408)의 드레인과, NMOS 트랜지스터(408, 407, 405, 403)의 게이트에 접속된다. NMOS 트랜지스터(408, 407, 405, 403)는, 소스가 GND 단자에 접속된다. 용량(306)은, 다른쪽의 단자가 제어 단자(107)에 접속되고, 또 다른쪽의 단자가 GND 단자에 접속된다.
먼저, 입력 단자(105)로부터 유입되는 전류에, 변동이 없는 경우의 동작에 대해서 설명한다. 제어 단자(107)의 전압이 원하는 값으로 제어되고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전류가 제어되어 있다. 이 경우, PMOS 트랜지스터(401)와 NMOS 트랜지스터(403)의 드레인 전류가 동일하게 되어 있다. 즉, PMOS 트랜지스터(406)와 PMOS 트랜지스터(401)가 동일한 드레인 전류가 되도록, 노드(N1)보다 입력 단자(105)의 전압이 조금 높은 상태로 제어되어 있다. 그러나, PMOS 트랜지스터(404)의 드레인 전류는, PMOS 트랜지스터(401)보다 K값이 작기 때문에, NMOS 트랜지스터(405)의 드레인 전류보다 적다. 따라서, 제어 상태 신호 출력 단자(106)는 GND 단자 전압이 출력된다.
다음에, 입력 단자(105)로부터 유입되는 전류가, 급격하게 증가한 경우의 동작에 대해서 설명한다. 입력 단자(105)의 전압이 단번에 상승하지만, 제어 단자(107)의 전압은 정전류 회로(402)와 용량(306)이 있으므로, 갑자기는 증가하지 않는다. 이 때문에, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전류가, 이 증가한 입력 단자(105)의 전류만큼 증가하기까지, 입력 단자(105)의 전압은 상승한 채로 된다. 따라서, PMOS 트랜지스터(401, 404)가 풀 온되는 상태가 당분간 계속되고, 이 동안은 PMOS 트랜지스터(404)의 드레인 전류의 쪽이, NMOS 트랜지스터(405)의 드레인 전류보다도 많이 흐르게할 수 있으므로, 제어 상태 신호 출력 단자(106)는 입력 단자(105)의 전압이 출력된다.
그리고 얼마간 지나면, 제어 단자(107)의 전압이 상승하고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전류가, 입력 단자(105)로부터의 전류 증가만큼 증가하기까지 상승하면, 다시 상기한 입력 단자(105)로부터의 유입 전류에 변동이 없는 경우의 상태로 되돌아간다.
이상 기술한 것처럼, 도 4에 도시한 제어 회로(103)는, 도 3에 도시한 제어 회로(103)와는 다른 구성으로, 완전히 동일한 기능을 실현할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 저항 소자(301)에 대해서, 도 4에 도시한 정전류 회로(409)는, 등가적인 저항값이 매우 높기 때문에, 입력 단자(105)의 전류 변화에 대한 감도가 향상된다. 또한, 도 3에 도시하는 저항 소자(301)보다도 도 4에 도시하는 정전류 회로(409)의 쪽이, 동일한 저항값인 경우의 점유 면적이 작아진다. 따라서, 도 3에 도시하는 제어 회로보다도, 도 4에 도시하는 제어 회로의 쪽이, 동일한 성능으로 설계한 경우, 코스트 다운이 가능해진다.
<제3의 실시 형태>
도 5는, 제3의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
도 5에 도시하는 바와같이, 포토 다이오드(101)와, NMOS 트랜지스터(102)와, 로우패스 필터(501)와, 저항 소자(502)와, 용량 소자(503)와, 검출 회로(504)와, 출력 단자(104)와, 레벨 시프트 회로(108)와, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)를 구비한다.
포토 다이오드(101)는, N형 단자가 VDD 단자에 접속되고, P형 단자가 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인에 접속된다. NMOS 트랜지스터(102)는, 소스가 GND 단자에 접속된다. 로우패스 필터(501)는, 입력 단자(505)가 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인에 접속되고, 출력 단자(506)가 NMOS 트랜지스터(102)의 게이트에 접속된다. 저항 소자(502)와 용량 소자(105)는, 포토다이오드(101)의 P형 단자와 GND 단자의 사이에 직렬로 접속된다. 검출 회로(504)는, 제1의 입력 단자(507)와 제2의 입력 단자(509)가 저항 소자(104)의 양단에 접속되고, 지연 상태 신호 출력 단자(508)가 출력 단자(104)에 접속된다. 레벨 시프트 회로(108)는, 입력 단자(109)가 출력 단자(104)에 접속되고, 출력 단자(110)가 CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 접속된다. 또한, 도시는 하지 않지만, VDD 단자에는 전원으로부터 플러스의 전압이 공급되고, GND 단자에는 전원으로부터 기준 전압이 공급된다.
포토 다이오드(101)는, 광전 변환 특성에 따라, 입사되는 광량에 따른 전류를 공급한다. NMOS 트랜지스터(102)는, 포토 다이오드(101)로부터의 전류를 드레인으로부터 소스에 흐르게 한다. 로우패스 필터(501)는, 입력 단자(505)로부터 입력되는 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 DC성분만을 출력 단자(506)에 출력한다. 저항 소자(502)는, 용량 소자(503)로 로우패스 필터를 구성하고 있고, 이 로우패스 필터는, 로우패스 필터(501)보다 높은 주파수의 AC 성분을 통하게 할 수 있다. 검출 회로(504)는, 제1의 입력 단자(507)와 제2의 입력 단자(509)로, 저항 소자(502)의 양 단자간에 발생하는 전압을 검출하고, 이 검출 결과를 지연 상태 신호 출력 단자(508)로부터 출력한다. 그리고, 레벨 시프트 회로(108)는, 입력 단자(109)로부터 입력되는 신호를 CMOS 레벨 신호로 변환하고, 이 변환된 CMOS 레벨 신호를, 출력 단자(110)로부터 출력한다.
또한, 검출 회로(504)의 지연 상태 신호 출력 단자(508)로부터 출력되는 신호는, 저항 소자(502)의 양단자의 전압이, 소정 레벨 미만인 경우는, GND 단자 전압의 로우 신호가 출력되고, 소정 레벨 이상인 경우는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 하이 신호가 출력된다.
상술한 것처럼 구성된 수광 회로는, 이하와 같이 동작하여 입사하는 광량의 변화를 검출한다.
먼저, 주위가 어두운 경우의 동작에 대해서 설명한다. 포토 다이오드(101)에 정상적 전류가 흐르지 않기 때문에, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인은, 거의 GND 단자 전압이 된다. 이 때문에, 로우패스 필터(501)의 입력 단자(505)는, 거의 GND 단자 전압이 된다. 따라서, NMOS 트랜지스터(102)의 게이트가 거의 GND 단자로 되어, NMOS 트랜지스터(102)는 오프한다. 또한, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인이, 거의 GND 단자 전압이 되어 있으므로, 검출 회로(504)의 지연 상태 신호 출력 단자(508)는, 검출 조건에 관계없이, GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다. 따라서, 출력 단자(104)에는, GND 단자 전압의 로우 신호가 출력되므로, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에는, VDD 단자 전압의 하이 신호가 출력된다.
그리고, 상기 주위가 어두운 상태로부터, 광 신호가 입사되거나, 주위가 갑자기 밝아져, 포토 다이오드(101)로부터의 전류가 갑자기 흘러나오면, NMOS 트랜지스터(102)에 흐르는 전류가, 포토 다이오드(101)로부터의 전류까지 증가하는 동안, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압은 상승한다. 그리고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이 상승하고 있는 기간은, 저항 소자(502)의 양단자 사이에 전압이 발생하므로, 검출 회로(504)는, 저항 소자(502)의 양단자간에 소정 레벨 이상의 전압이 발생하고 있다고 판단한다. 따라서, 검출 회로(504)의 지연 상태 신호 출력 단자(508)에는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 하이 신호가 출력된다. 따라서, 상기 기간에서는, 출력 단자(104)는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 하이 신호가 되어, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다.
다음에, 주위가 밝은 경우의 동작에 대해서 설명한다. 포토 다이오드(101)에 정상적 전류가 흐르므로, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인은, NMOS 트랜지스터(102)의 역치보다 다소 높은 전압으로 제어된다. 또한, 이 경우, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압은 변화하고 있지 않으므로, 저항 소자(502)의 양단자간에 전압은 발생하지 않는다. 따라서, 검출 회로(504)는, 저항 소자(502)의 양단자간의 전압이 소정 레벨 미만이라고 판단하고, 지연 상태 신호 출력 단자(508)에, GND 단자 전압의 로우 신호를 출력한다. 따라서, 상기 기간에서는, 출력 단자(104)는, GND 단자 전압의 로우 신호가 되어, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 VDD 단자 전압의 하이 신호가 출력된다.
그리고, 상기 주위가 밝은 상태로부터, 광 신호가 입사되거나, 주위가 더욱 밝아져, 포토 다이오드(101)로부터의 전류가 갑자기 증가하면, NMOS 트랜지스터(102)에 흐르는 전류가, 포토 다이오드(101)의 전류까지 증가하기까지 사이, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압은 상승한다. 그리고, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이 상승하고 있는 기간은, 저항 소자(502)의 양단자간에 전압이 발생하므로, 검출 회로(504)는, 저항 소자(502) 양단자간에 소정 레벨 이상의 전압이 발생하고 있다고 판단한다. 따라서, 검출 회로(504)의 지연 상태 신호 출력 단자(508)에는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 하이 신호가 출력된다. 따라서, 상기 기간에서는, 출력 단자(104)는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압의 하이 신호로 되고, CMOS 레벨 신호 출력 단자(111)에 GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다.
또한, 광 신호가 입사되거나, 주위가 갑자기 밝아지고 나서, 얼마간 시간이 경과하면, 저항 소자(502)를 통하여 용량 소자(503)가 충전되기 때문에, 저항 소자(502)의 양단자간에 발생한 전압이 저하하고, 이윽고 전압이 없어진다. 그리고, 시간이 더 경과하면, 갑자기 증가한 포토 다이오드(101)의 전류 증가분을, NMOS 트랜지스터(102)가 흐르게할 수 있게 되므로, 상기한 것과 같은, 광 신호가 입사되거나, 주위가 갑자기 밝아지기 전의 상태로 되돌아가는 것은 말할 것도 없다.
또한, 광 신호가 입사되거나, 주위가 더욱 밝아져, 증가하는 NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이, VDD 단자 전압 레벨까지 상승하는 경우에는, 출력 단자(104)의 신호가 CMOS 레벨 신호가 되므로, 레벨 시프트 회로가 필요없어지는 것은 말할 것도 없다.
이상 기술한 것처럼, 상기한 제1과 제2의 실시 형태의 수광 회로에서는, 광량의 증가로 급격하게 증가한 포토 다이오드의 광 전류를, NMOS 트랜지스터가 흐르게할 수 있게 되기까지의 시간에서, NMOS 트랜지스터의 드레인과 게이트의 전압차가 소정 전압 이상 상승하면, 원하는 광량 변화가 있는 것을 검출하는 구성이다. 그러나, 광량의 증가로 급격하게 증가한 포토 다이오드의 광 전류를, NMOS 트랜지스터가 흐르게 할 수 있게 되기까지의 시간은, NMOS 트랜지스터가 흐르게하는 전류에 따라 변화된다. 예를 들면, 주위가 밝은 경우에, 포토 다이오드에 흐르는 전류가 많고, NMOS 트랜지스터를 흐르게 하는 전류가 많은 경우는, 이 시간은 매우 짧아진다. 이는, NMOS 트랜지스터를 흐르게 하는 전류가 증가함에 따라, NMOS 트랜지스터의 전류를 원하는 량 증가시키는데 필요한 게이트 전압의 상승량이 작아지기 때문이다. 즉, 이 상승량이 적기 때문에, NMOS 트랜지스터의 전류가 빠르게 증가하기 때문이다. 따라서, 주위가 밝은 경우는, 광량의 증가로 급격하게 증가한 포토 다이오드의 광 전류를, NMOS 트랜지스터가 흐르게할 수 있게 되기까지의 시간이 매우 짧아진다. 이 때문에, NMOS 트랜지스터의 드레인과 게이트의 전압차의 상승량도 작아진다. 따라서, 주위가 밝은 경우는, NMOS 트랜지스터의 드레인과 게이트의 전압차가 소정 전압 이상 상승하기 위해서는, 보다 큰 광량 변화가 필요해진다. 즉, 본 발명의 제1과 제2의 실시 형태에서는, 주위의 밝기에 따라, 검출되는 광량 변화량이 바뀌어 버리는 문제가 있었다. 이 때문에, 사람이 스치거나, 사람의 손이 가까워진다거나, 커텐이 바람에 흔들리는 등으로 발생하는 느리고 적은 광량 변화를, 주위가 어두운 경우에도 검출하지 않는 설정으로 한 경우, 주위가 밝은 경우에, 매우 큰 광량 변화밖에 검출할 수 없게 되는 과제가 있었다.
상기 과제를 해결하기 위해서는, 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전류에 따라, 검출하는 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인과 게이트의 전압차를 보정하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 회로 구성이 복잡하게 되어 버린다.
여기서, 제3의 실시 형태의 수광 회로에서는, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인과 게이트의 전압차를 검출하는 것이 아니라, 따로 설치한 저항 소자(502)와 용량 소자(503)로 구성되는 로우패스 필터의, 저항 소자(502)의 양단자간의 전압차를 검출하는 구성으로 했다. 또한, 로우패스 필터(501)의 패스할 수 있는 주파수보다도, 저항 소자(502)와 용량 소자(503)로 구성되는 로우패스 필터의 패스할 수 있는 주파수의 쪽이 높아지는 구성으로 했다. 그리고, 사람이 횡단한다거나, 사람의 손이 가까워진다거나, 커텐이 바람에 흔들리는 등으로 발생한 광량 변화에 의한 느린 주파수의 전압 변화는, 저항 소자(502)와 용량 소자(503)로 구성되는 로우패스 필터로 패스할 수 있는 구성으로 했다.
상기 구성으로 함으로써, 본 발명의 제3의 실시 형태에서는, 상기 본 발명의 제1의 실시 형태의 특징에 추가하여, 주위의 밝기에 상관없이, 일정한 광량 변화를 검출할 수 있는 특징을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 제3의 실시 형태에서는, 상기 본 발명의 제1의 실시 형태의 특징에 추가하여, 사람이 횡단한다거나, 사람의 손이 가까워진다거나, 커텐이 바람에 흔들리는 등으로 발생한 광량 변화를 검출하지 않고, 주위의 밝기가 변화해도 일정한 광량 변화를 검출할 수 있는 특징을 가질 수 있다.
<제4의 실시 형태>
도 6은, 제4의 실시 형태의 수광 회로를 나타내는 개략 회로도이다.
제4의 실시 형태의 수광 회로는, 도 5에 도시한 제3의 실시 형태의 수광 회로와 거의 동일한 구성이다. 또한, 다른 점은, 본 발명의 제3의 실시 형태에서는, 포토 다이오드(101)의 N형 단자가 VDD 단자에 접속되는 구성인데 대해, 본 발명의 제4의 실시 형태에서는, 포토 다이오드(101)의 N형 단자가 GND 단자에 접속되어 있는 점뿐이다.
또한, 접속도, 상기한 포토 다이오드(101)의 접속 이외는, 도 5에 도시한 본 발명의 제3의 실시 형태와 동일한 접속이다.
또한, 동작도, 본 발명의 제3의 실시 형태와 거의 같은 동작이며, 다른 점은, NMOS 트랜지스터(102)의 드레인 전압이, 도 5에 도시하는 본 발명의 제3의 실시 형태에서는, VDD 단자 전압 부근까지 상승하는 경우가 있는데 대해, 본 발명의 제4의 실시 형태에서는, 포토 다이오드(101)의 발전 전압까지 밖에 상승하지 않는 점이다. 이 때문에, 본 발명의 제4의 실시 형태에서는, 출력 단자(104)로부터 출력되는 하이 신호는, 포토 다이오드(101)의 발전 전압 이상으로는 되지 않는다. 따라서, 이 발전 전압보다 높은 CMOS 레벨 신호를 출력할 필요가 있는 경우는, 레벨 시프트 회로(108)가 필요해지는 구성이다.
이상 기술한 것처럼, 제3의 실시 형태의 수광 회로에서는, 포토 다이오드의 전류가, VDD 단자로부터 GND 단자로 흐르기 때문에, 포토 다이오드의 전류가 이 수광 회로의 소비 전류가 된다. 이 때문에, 주위가 밝은 경우에는, 이 포토 다이오드의 전류가 많아지고, 그 결과 소비 전류도 많아져 버린다. 그러나, 제4의 실시 형태의 수광 회로에서는, 포토 다이오드의 발전 전류를 이용하므로, 포토 다이오드의 전류는 VDD 단자로부터 GND 단자로는 흐르지 않는다. 또한, 레벨 시프트 회로도 입사 광량에 변화가 없는 경우는, 입력 단자에 GND 단자 전압이 입력되기 때문에, 소비 전류를 전혀 소비하지 않는다. 따라서, 제4의 실시 형태의 수광 회로는, 상기 제3의 실시 형태의 수광 회로의 특징에 추가하여, 소비 전류를 거의 소비하지 않는 특징이 있다.
이하에, 로우패스 필터(501)의 상세한 구성을, 구체적인 회로예를 나타내 설명한다. 도 7은, 수광 회로에 이용되는 로우패스 필터(501)의 일예를 나타내는 회로도이다. 도 7에 나타내는 바와같이, 로우패스 필터(501)는, 저항 소자(701)와, 용량 소자(702)를 구비한다.
저항 소자(701)는, 한쪽의 단자가 입력 단자(505)에 접속되고, 다른쪽의 단자가 출력 단자(506)에 접속된다. 용량 소자(702)는, 한쪽의 단자가 출력 단자(506)에 접속되고, 다른쪽 단자가 GND 단자에 접속된다. 또한, 동작의 설명은, 일반적인 저항 소자와 용량 소자를 이용한 로우패스 필터의 구성이므로 생략한다.
이하에, 검출 회로(504)의 상세한 구성과 동작을, 구체적인 회로예를 나타내 설명한다.
도 8은, 수광 회로에 이용되는 검출 회로의 일예를 나타내는 회로도이다. 도 8에 도시하는 바와같이, 검출 회로(504)는, PMOS 트랜지스터(801, 802)와, 정전류 회로(803, 804)를 구비한다. 또한, 정전류 회로(803)와 정전류 회로(804)가 흐르는 전류는 동일한 값이다. 또한, PMOS 트랜지스터(802)보다 PMOS 트랜지스터(801)의 쪽이, K값이 작은 구성이다.
PMOS 트랜지스터(801)는, 드레인이, 정전류 회로(803)의 전류 유입 단자와, 지연 상태 신호 출력 단자(508)에 접속되고, 게이트가, PMOS 트랜지스터(802)의 게이트와, 드레인과, 정전류 회로(804)의 전류 유입 단자에 접속되고, 소스가 제1의 입력 단자(507)에 접속된다. PMOS 트랜지스터(802)는, 소스가, 제2의 입력 단자(509)에 접속된다. 정전류 회로(803, 804)의 전류 유출 단자는, GND 단자에 접속된다.
먼저, 제2의 입력 단자(509)의 전압에 대해서, 제1의 입력 단자(507)의 전압이 소정 전압 이상 높지 않은 경우의 동작에 대해서 설명한다. PMOS 트랜지스터(801)가 흐르게할 수 있는 드레인 전류보다도, 정전류 회로(803)가 흐르게할 수 있는 전류의 쪽이 커진다. 따라서, 지연 상태 신호 출력 단자(508)에는, GND 단자 전압의 로우 신호가 출력된다.
다음에, 제2의 입력 단자(509)의 전압에 대해서, 제1의 입력 단자(507)의 전압이 소정 전압 이상 높아진 경우의 동작에 대해서 설명한다. PMOS 트랜지스터(801)가 흐르게할 수 있는 드레인 전류의 쪽이, 정전류 회로(803)가 흐르게할 수 있는 전류보다도 크다. 따라서, 지연 상태 신호 출력 단자(508)에는, 제1의 입력 단자(507)에 입력되는 전압 레벨의 하이 신호가 출력된다.
또한, 상기 소정 전압은, 정전류 회로(803)의 전류를 흐르게 하기 위해서 필요한 PMOS 트랜지스터(801)의 게이트와 소스간 전압으로부터, 정전류 회로(804)의 전류가 흐르는 PMOS 트랜지스터(802)의 게이트와 소스간 전압을 뺀 값이다. 정전류 회로(803)와 정전류 회로(804)가 흐르게할 수 있는 전류값이 같고, PMOS 트랜지스터(802)보다도 PMOS 트랜지스터(801)의 쪽이 작은 K값이므로, 상기 PMOS 트랜지스터(802)의 게이트와 소스간 전압보다도, 상기 PMOS 트랜지스터(801)의 게이트와 소스간 전압의 쪽이 높은 전압이 된다. 따라서, 상기 소정 전압은 양의 값이며, PMOS 트랜지스터(802)의 K값에 대해서, PMOS 트랜지스터(801)의 K값을 작게 하면 할수록, 상기 소정 전압은 증가한다.
또한, 제3 내지 제4의 실시 형태의 검출 회로는, 정전류 회로(803와 804)의 전류값을 동일하게 하고, PMOS 트랜지스터(801와 802)의 K값을 다른 값으로 함으로써, 상기 소정 전압값을 조정했다. 그러나, PMOS 트랜지스터(801와 802)의 K값을 동일하게 하고, 정전류 회로(803와 804)의 정전류값을 다른 값으로 함으로써 상기 소정 전압값을 조정할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
이하에, 레벨 시프트 회로(108)의 상세한 구성과 동작을, 구체적인 회로예를 나타내 설명한다.
도 9는, 수광 회로에 이용되는 레벨 시프트 회로의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 9에 도시하는 바와같이, 레벨 시프트 회로(108)는, NMOS 트랜지스터(902)와 정전류 회로(901)를 구비한다.
NMOS 트랜지스터(902)는, 드레인이 출력 단자(110)와 정전류 회로(901)의 전류 유출 단자에 접속되고, 게이트가 입력 단자(109)에 접속되며, 소스가 GND 단자에 접속된다. 정전류 회로(901)는, 전류 유입 단자가 VDD 단자에 접속된다. 또한, 도시는 하지 않지만, VDD 단자에는 전원으로부터 플러스의 전압이 공급되고, GND 단자에는 전원으로부터 기준 전압이 공급된다.
먼저, 입력 단자(109)의 전압이 낮고, NMOS 트랜지스터(902)의 드레인 전류가, 정전류 회로(901)가 흐르게할 수 있는 전류보다 적은 경우는, 출력 단자(110)에 VDD 단자 전압이 출력된다.
다음에, 입력 단자(109)의 전압이 높고, NMOS 트랜지스터(502)의 드레인 전류가, 정전류 회로(901)가 흐르게할 수 있는 전류보다 많은 경우는, 출력 단자(110)에 GND 단자 전압이 출력된다.
또한, 레벨 시프트 회로(108)의 소비 전류는, 입력 단자(109)가 GND 단자 전압인 경우, 거의 제로이다. 따라서, 제1 내지 4의 실시 형태의 수광 회로는, 입사광량의 변화가 없는 정상 상태에서는, 레벨 시프트 회로(108)의 소비 전류가 거의 제로가 된다.
도 10은, 수광 회로에 이용되는 정전류 회로의 일예를 나타내는 회로도이다. 도 10에 도시하는 정전류 회로는, 공핍형 NMOS 트랜지스터(132)로 구성되고, 드레인이 전류 유입 단자(131)로 되고, 게이트와 소스가 전류 유출 단자(133)로 되는 구성이다. 이 구성에 의해, 공핍형 NMOS 트랜지스터(132)는, 소스와 게이트간 전압이 일정하게 되므로, 포화 동작하는 조건이면, 드레인 전류가 정전류로 된다. 따라서, 전류 유입 단자(131)로부터 전류 유출 단자(133)에 정전류를 흐르게하는 구성이 된다.
또한, 제1 내지 제4의 실시 형태의 수광 회로에서는, 포토 다이오드(101)를 이용한 경우로 설명했는데, LED나 태양 전지와 같은 광전 변환 특성을 가지는 광전 변환 소자를 이용해도 동일한 기능이나 특징이 얻어지는 것은 말할 것도 없다. 또한, 각 NMOS 트랜지스터의 역할을 각 PMOS 트랜지스터로 변경하고, 각 PMOS 트랜지스터의 역할을 각 NMOS 트랜지스터로 변경한 경우에도, 상기한 기능이나 특징이 얻어지는 것은 말할 것도 없다. 또한, 상기 각 정전류 회로를, 어느 정전류 회로의 정전류를 미러 회로에 반영한 경우에도 동일한 기능이나 특징이 얻어지는 것은 말할 것도 없다.
101 : 포토 다이오드 102 : N채널형 MOS 트랜지스터
103 : 제어 회로 104 : 출력 단자
108 : 레벨 시프트 회로 111 : CMOS 레벨 신호 출력 단자
501 : 로우패스 필터 504 : 검출 회로

Claims (6)

  1. 출력 단자와,
    입사광량에 따른 전류를 흐르게 하는 광전 변환 소자와,
    상기 광전 변환 소자의 전류가 드레인에 공급되는 NMOS 트랜지스터와,
    상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 입력 단자에 공급되고, 제어 신호에 따라 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 제어 회로를 구비한 수광 회로로서,
    상기 제어 회로는, 지연 회로를 구비하고 있고, 상기 제어 회로의 제어 상태 신호 출력 단자가 상기 출력 단자에 접속되어, 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 변화했을 때에, 상기 지연 회로에 있어서의 지연량에 따른 제어 상태 출력 신호를 출력하고,
    상기 수광 회로는, 상기 제어 상태 출력 신호를 상기 입사광량의 변화의 검출 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 수광 회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지연 회로는, 로우패스 필터인 수광 회로.
  3. 입사광량에 따른 전류를 흐르게 하는 광전 변환 소자와,
    상기 광전 변환 소자의 전류가 드레인에 공급되는 NMOS 트랜지스터와,
    상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 원하는 전압이 되도록, 상기 NMOS 트랜지스터의 게이트 전압을 제어하는 제1의 지연 회로와,
    상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압을 원하는 시간 지연시켜 출력하는 제2의 지연 회로를 구비한 수광 회로로서,
    상기 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압이 변화했을 때에, 상기 제2의 지연 회로에 있어서의 지연량에 따른 지연 상태 출력 신호를 출력하고,
    상기 수광 회로는, 상기 지연 상태 출력 신호를 상기 입사광량의 변화의 검출 신호로서 출력하는 것을 특징으로 하는 수광 회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 지연 회로는, 로우패스 필터인 수광 회로.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 변환 소자는, PN 다이오드이며, P형 단자가 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, N형 단자가 VDD 단자에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 회로.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 변환 소자는, PN 다이오드이며, P형 단자가 상기 NMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, N형 단자가 GND 단자에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 수광 회로.
KR1020110042010A 2010-05-06 2011-05-03 수광 회로 KR101756482B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010106328 2010-05-06
JPJP-P-2010-106328 2010-05-06
JP2010251817 2010-11-10
JPJP-P-2010-251817 2010-11-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110123215A KR20110123215A (ko) 2011-11-14
KR101756482B1 true KR101756482B1 (ko) 2017-07-10

Family

ID=44901385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110042010A KR101756482B1 (ko) 2010-05-06 2011-05-03 수광 회로

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8536673B2 (ko)
JP (1) JP5804757B2 (ko)
KR (1) KR101756482B1 (ko)
CN (1) CN102346068B (ko)
TW (1) TWI491855B (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6080369B2 (ja) * 2012-03-22 2017-02-15 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 機器識別装置及びリモコンシステム
JP6218404B2 (ja) * 2013-03-18 2017-10-25 エスアイアイ・セミコンダクタ株式会社 受光回路
JP2015049043A (ja) * 2013-08-29 2015-03-16 セイコーインスツル株式会社 赤外線検出装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0397303A (ja) * 1989-09-11 1991-04-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 増幅装置
JPH05299999A (ja) * 1992-04-24 1993-11-12 Opt Kk 受光回路
DE4436553A1 (de) * 1994-10-13 1996-04-18 Philips Patentverwaltung Stromversorgungseinrichtung
JP3534209B2 (ja) 1995-09-14 2004-06-07 セイコーインスツルメンツ株式会社 受光回路
US5734300A (en) * 1996-05-17 1998-03-31 Lucent Technologies, Inc. Optical receiver preamplifier dynamic range enhancing circuit and method
US6130713A (en) * 1997-06-27 2000-10-10 Foveonics, Inc. CMOS active pixel cell with self reset for improved dynamic range
JP3437917B2 (ja) * 1997-09-26 2003-08-18 シャープ株式会社 受光増幅装置
JP2000353924A (ja) * 1999-06-11 2000-12-19 Seiko Instruments Inc 受光回路
JP3717718B2 (ja) * 1999-08-06 2005-11-16 シャープ株式会社 受光装置
JP3584220B2 (ja) * 2001-06-28 2004-11-04 ユーディナデバイス株式会社 半導体増幅回路
US6687272B2 (en) * 2001-09-18 2004-02-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser device
JP2006040976A (ja) * 2004-07-22 2006-02-09 Hamamatsu Photonics Kk 光検出器
JP4926408B2 (ja) * 2005-03-14 2012-05-09 浜松ホトニクス株式会社 光検出回路
JP4772793B2 (ja) * 2005-07-26 2011-09-14 株式会社アドバンテスト 光受信装置、試験装置、光受信方法、試験方法、テストモジュール、及び半導体チップ
JP2007107926A (ja) * 2005-10-11 2007-04-26 Rohm Co Ltd 電流検出回路およびそれを用いた受光装置ならびに電子機器
JP2008182529A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Toshiba Corp 光受信回路および光結合装置
KR101479984B1 (ko) * 2007-12-27 2015-01-13 삼성디스플레이 주식회사 조도 감지 장치 및 이를 포함하는 표시 장치
WO2009124592A1 (de) * 2008-04-10 2009-10-15 Memminger-Iro Gmbh Umgebungslichtunempfindlicher optischer fadensensor

Also Published As

Publication number Publication date
CN102346068B (zh) 2015-02-25
US8536673B2 (en) 2013-09-17
JP2012120145A (ja) 2012-06-21
KR20110123215A (ko) 2011-11-14
TWI491855B (zh) 2015-07-11
TW201231943A (en) 2012-08-01
CN102346068A (zh) 2012-02-08
US20110272749A1 (en) 2011-11-10
JP5804757B2 (ja) 2015-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101602484B1 (ko) 광 센서를 이용한 근접 센서
KR101756482B1 (ko) 수광 회로
TWI734689B (zh) 電子機器
US8941413B2 (en) Light receiving circuit
US8907717B2 (en) Light receiving circuit
KR101553797B1 (ko) 광 검출 회로 및 전자기기
JP7288838B2 (ja) 光センサ
JP2014116969A (ja) 光センサを用いた近接センサ

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant