TWI593946B - 受光電路 - Google Patents

Description

受光電路

本發明係關於檢測出光量之變化的受光電路，尤其無關於周圍的亮度，可穩定檢測出光量之變化的受光電路。

受光電路係使用於紅外線遙控器通訊及可視光通訊的光訊號受光用，及光遮斷器及距離感測器等。該受光電路的功能，係需要不檢測出人的移動、因為風而物品搖動所發生之緩慢的光量變化，在50Hz週期中亮度搖擺之螢光燈的光量變化，而檢測出LED等點燈時的急遽之光量變化。又，受光感度不會因為周圍的亮度而改變也很重要。

於圖5揭示先前之受光電路的區塊圖。先前的受光電路，係具備光二極體101、電阻元件601、低通濾波器603、NMOS電晶體602。

光二極體101係N型端子連接於VDD端子，P型端子連接於輸出端子604與電阻元件601之一方的電 極。電阻元件601的另一方電極連接於GND端子。低通濾波器603係輸入端子610連接於電阻元件601之一方電極，輸出端子611連接於NMOS電晶體602的閘極。NMOS電晶體602係汲極連接於電阻元件601之一方電極，源極連接於GND端子。輸出端子604係連接於電阻元件601之一方電極。

如上所述般構成之受光電路，係如以下所述動作，檢測出射入之光量的變化。

周圍比較暗時，光二極體101不會流通恆定的電流。因為輸出端子604的電壓會成為GND端子電壓，NMOS電晶體602為截斷。在此，被LED等的光線照射時，光二極體101會產生電流。該電流係流至電阻元件601，產生電壓。利用該電壓被輸出至輸出端子604，可檢測出入射光的量變化之狀況。

周圍比較亮時，光二極體101會流通恆定的電流。輸出端子604的電壓，係因為電阻元件601流通電流而上升。輸出端子604的電壓超過NMOS電晶體602的臨限值電壓時，NMOS電晶體602會導通。所以，輸出端子604的電壓，係被控制為NMOS電晶體602的臨限值電壓附近。亦即，周圍即使如何明亮，輸出端子604的電壓也僅上升到NMOS電晶體602的臨限值電壓附近為止。在此，被LED等的光線照射時，光二極體101的電流會增加。此時，NMOS電晶體602的閘極電極，係透過低通濾波器603而變化，所以，瞬間變化之電流僅流至電阻元件 601。所以，因為該電流，電阻元件601的電壓增加，輸出端子604的電壓也增加。然後，利用輸出端子604的電壓成為所定電壓以上，可檢測出入射光的量變化之狀況。

如以上說明般，先前的受光電路係藉由具備低通濾波器603與NMOS電晶體602，讓受光感度不受到周圍之亮度的影響(例如，參照專利文獻1)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開平9-83452號公報

然而，先前的受光電路，係於光二極體與電阻的接點，存在光二極體的較大寄生電容及配線電容等，因光二極體的電流而上升之接點的電壓上升速度會降低。因此，從離比較遠的場所使LED等點燈時，產生之光二極體的電流較少，接點的電壓上昇速度較慢，所以，接點的電壓達成所定值之前，NMOS電晶體會流通光二極體的電流。亦即，先前的受光電路有感度較低的課題。

本發明係有鑑於前述課題所發明者，提供高感度的受光電路。又，利用設為光二極體的電流不會加算至消費電力的構造，提供低消費電流化的受光電路。然 後，進而來說，即使不使用高價且需要場所的低通濾波器，也可提供受光感度高，佔有面積小，且成本也低的受光電路。

本發明的受光電路，係為了解決先前的課題，設為具備：將因應射入光量的電流流通至節點的光電轉換元件、節點的電壓成為第1電壓以上時，輸出檢測訊號的電壓檢測電路、以電壓檢測電路的檢測訊號被輸入時，節點的電壓成為比前述第1電壓還低的第2電壓之方式將光電轉換元件的電流流通至GND端子，檢測訊號不被輸入時則保持該狀態的重設電路、及檢測節點之電壓的變動，並輸出檢測結果的電壓上升檢測電路之構造。

本發明的受光電路，係可高感度地僅檢測出急遽的光量變動，並且低消費電流，而且廉價且小型的受光電路。

101‧‧‧光二極體

104‧‧‧重設電路

105‧‧‧電容

106‧‧‧電壓檢測電路

107‧‧‧電壓上升檢測電路

108‧‧‧輸出端子

112‧‧‧重設端子

113‧‧‧輸入端子

114‧‧‧輸出端子

115‧‧‧輸入端子

116‧‧‧輸入端子

117‧‧‧輸出端子

120‧‧‧節點

301‧‧‧NMOS電晶體

302‧‧‧PMOS電晶體

303‧‧‧電容

401‧‧‧NMOS電晶體

402‧‧‧空乏型NMOS電晶體

403‧‧‧反相器電路

404‧‧‧反相器電路

501‧‧‧NMOS電晶體

502‧‧‧PMOS電晶體

503‧‧‧PMOS電晶體

504‧‧‧NMOS電晶體

505‧‧‧電阻

506‧‧‧電容

601‧‧‧電阻元件

602‧‧‧NMOS電晶體

603‧‧‧低通濾波器

604‧‧‧輸出端子

610‧‧‧輸入端子

[圖1]揭示本實施形態之受光電路的區塊圖。

[圖2]揭示本實施形態之受光電路的重設電路之一例的電路圖。

[圖3]揭示本實施形態之受光電路的電壓檢測電路之一例的電路圖。

[圖4]揭示本實施形態之受光電路的電壓上升檢測電路之一例的電路圖。

[圖5]揭示先前之受光電路的區塊圖。

圖1係揭示本實施形態之受光電路的區塊圖。

本實施形態的受光電路，係具備光二極體101、重設電路104、電容105、電壓檢測電路106、電壓上升檢測電路107。

光二極體101係N型端子連接於GND端子，P型端子連接於節點120。重設電路104係重設端子112連接於節點120，輸入端子113連接於電壓檢測電路106的輸出端子114。電容105係一方的端子連接於節點120，另一方的端子連接於GND端子。電壓檢測電路106係輸入端子115連接於節點120。電壓上升檢測電路107係輸入端子116連接於節點120，輸出端子117連接於輸出端子108。

作為光電轉換元件的光二極體101係輸出因應被射入之光量的電流。電壓檢測電路106係在節點120的電壓是檢測電壓以上時，從輸出端子114輸出低訊號，在節點120的電壓未滿檢測電壓時，從輸出端子114輸出 高訊號。重設電路104係在高訊號被輸入至輸入端子113時，從重設端子112往GND端子流通電流，使連接於重設端子112之節點120的電壓降低至重設電壓。高訊號被輸入至輸入端子113時，重設電路104係保持在該時間點的狀態，將節點120的電壓維持於重設電壓。該重設電壓係設定為比電壓檢測電路106的檢測電壓低。節點120的電壓上升速度，係以光二極體101所產生之電流的增加分量，與電容105的電容值來決定。在此，電容105的電容值設定為較小。

如上所述般構成之本實施形態的受光電路，係如以下所述動作，檢測出射入之光量的變化。

周圍比較暗時，因為於光二極體101，電壓與電流都不會產生，所以，節點120係成為GND端子的電壓(基準電壓)。從該狀態，射入光訊號，或周圍突然變亮，光二極體101產生電壓與電流時，光二極體101的電流會對電容105進行充電。節點120的電壓上升，達到電壓檢測電路106的檢測電壓時，電壓檢測電路106係將低訊號輸出至重設電路104。重設電路104係接收來自電壓檢測電路106的低訊號時，將光二極體101的電流流通至GND端子。所以，節點120的電壓會降低。節點120的電壓降低，成為未滿電壓檢測電路106的檢測電壓時，電壓檢測電路106係將高訊號輸出至重設電路104。重設電路104係接收該高訊號，保持在該時間點的狀態。重設電路104係在高訊號被輸入至輸入端子113之間，保持該狀 態。電壓上升檢測電路107係檢測出被輸入至輸入端子116之節點120的電壓上升速度，電壓上升速度為所定以上的話，從輸出端子117輸出高訊號，未滿所定的話，則從輸出端子117輸出低訊號。從電壓上升檢測電路107的輸出端子117輸出的訊號，係從受光電路的輸出端子108，作為檢測訊號而輸出。

周圍比較亮時，光二極體101會流通一定電流。節點120係如上所述，因為藉由重設電路104，流通因應周圍之亮度的電流，被維持為重設電壓。從該狀態，設入光訊號，或周圍突然變亮時，光二極體101的電流會增加。光二極體101增加的電流，係對電容105進行充電。重設電路104係保持接收高訊號之時間點的狀態，因光二極體101的電流增加分量，節點120的電壓會增加。之後，藉由與上述相同動作，從受光電路的輸出端子108輸出檢測訊號。

另一方面，因為周圍較亮，人移動，窗簾晃動，射入至光二極體101的光亮緩慢變化時，光二極體101的電流也緩慢增加。因此，從增加初始之非常少的光二極體101的增加電流，開始對電容105進行充電。但是，因電容105的電容值較小，節點120的電壓係即使是非常少的電流，也會馬上上升。因此，在光二極體101的電流並未增加時，節點120的電壓達到電壓檢測電路106的檢測電壓，之後的動作為與前述之周圍比較暗時相同動作。然後，光二極體101的電流緩慢變化時，節點120的 電壓上升速度，係未滿電壓上升檢測電路107所檢測出之電壓上升速度，不會被檢測為射入至光二極體101之光量的變化。

圖2係揭示本實施形態之受光電路的重設電路104之一例的電路圖。

重設電路104係具備重設端子112、臨限值較低的NMOS電晶體301、PMOS電晶體302、電容303、輸入端子113。

重設端子112係連接於臨限值較低之NMOS電晶體301的汲極，與PMOS電晶體302的源極。臨限值較低之NMOS電晶體301係源極連接於GND端子，閘極連接於PMOS電晶體302的汲極，與電容303的單方端子。電容303的另一方端子連接於GND端子。PMOS電晶體302係閘極連接於輸入端子113。

低訊號被輸入至輸入端子113時，因為PMOS電晶體302會導通，臨限值較低之NMOS電晶體301會被飽和接線。因此，重設端子112與節點120係被重設為臨限值較低之NMOS電晶體301的臨限值電壓附近。

另一方面，高訊號被輸入至輸入端子113時，PMOS電晶體302截斷，藉由電容303，維持臨限值較低之NMOS電晶體301的閘極電壓。亦即，臨限值較低之NMOS電晶體301係維持被輸入高訊號時的電流。所以，重設端子112與節點120係在光二極體101的電流未變化時，維持重設電壓。然後，從該狀態，光二極體101 的電流增加時，臨限值較低之NMOS電晶體301無流通增加分量的電流。因此，光二極體101之增加分量的電流對電容105進行充電，節點120的電壓上升。

圖3係揭示本實施形態之受光電路的電壓檢測電路106之一例的電路圖。

電壓檢測電路106係具備輸入端子115、NMOS電晶體401、空乏型NMOS電晶體402、反相器電路403、反相器電路404。

輸入端子115係連接於NMOS電晶體401的閘極。NMOS電晶體401係源極連接於GND端子，汲極連接於空乏型NMOS電晶體402的源極與閘極，和反相器電路403的輸入端子。空乏型NMOS電晶體402係汲極連接於VDD端子。反相器403係輸出端子連接於反相器電路404的輸入端子。反相器電路404係輸出端子連接於輸出端子114。

輸入端子115的電壓上升，NMOS電晶體401的電流變得大於空乏型NMOS電晶體402流通之恆定電流時，反相器電路403的輸入端子從高變成低位準，反相器電路404的輸入端子從低變成高位準。藉此，反相器電路404的輸出端子係從高變成低位準，故從輸出高訊號之輸出端子114輸出低訊號。再者，反相器電路403的輸入端子係從高位準變成低位準較快，但是，從低位準變成高位準因為空乏型NMOS電晶體402流通之恆定電流是較少的電流，所以比較慢。因此，從輸出端子114輸出低訊號的 期間變長，重設電路104係一旦成為重設狀態的話，暫時會持續重設狀態。因此，重設電路104係可確實重設節點120。

圖4係揭示本實施形態之受光電路的電壓上升檢測電路107之一例的電路圖。

電壓上升檢測電路107係具備輸入端子116、NMOS電晶體501、PMOS電晶體502。進而，具備PMOS電晶體503、臨限值較低之NMOS電晶體504、電阻505、電容506、輸出端子117。

輸入端子116係連接於NMOS電晶體501的閘極，與電阻505的一方端子。電阻505的另一方的端子，係連接於臨限值較低之NMOS電晶體504的閘極，與電容506的一方端子。電容506的另一方端子連接於GND端子。NMOS電晶體501係源極連接於GND端子，汲極連接於PMOS電晶體502的汲極與閘極，和PMOS電晶體503的閘極。PMOS電晶體502係源極連接於VDD端子。PMOS電晶體503係源極連接於VDD端子，汲極連接於輸出端子117，與臨限值較低之NMOS電晶體504的汲極。臨限值較低之NMOS電晶體504係源極連接於GND端子。

NMOS電晶體501的電流係利用以PMOS電晶體502與PMOS電晶體503構成之電流鏡電路，從PMOS電晶體502反映至PMOS電晶體503，與臨限值較低之NMOS電晶體504的電流進行比較。NMOS電晶體501的 電流大於臨限值較低之NMOS電晶體504的電流時，從輸出端子117輸出高訊號。另一方面，NMOS電晶體501的電流小於臨限值較低之NMOS電晶體504的電流時，從輸出端子117輸出低訊號。電阻505所產生之電壓，係與輸入端子116的電壓上升速度成比例變大。以電阻505所產生之電壓大於NMOS電晶體501與臨限值較低之NMOS電晶體504的臨限值差的速度，輸入端子116上升時，從通常輸出低訊號的輸出端子117輸出高訊號。

如以上所述，在本實施形態的受光電路中，以內部節點的電壓上升速度來判斷被射入至光二極體的光量變化之狀況。即使光二極體的電流增加很細微，只要變化速度很急遽，該內部節點的電壓就會急遽上升。所以，可提供高感度的受光電路。

又，設為將檢測出光二極體的增加電流所致之電壓上升速度的節點的電壓位準，如節點上升至所定電壓為止，則利用重設電路控制為重設電壓的構造。藉此，不需要面積增加及檢測感度降低的原因之低通濾波器，故可提供電路面積較小，高感度的受光電路。

進而，光二極體係設為將N型端子連接於GND端子，檢測出從P型端子輸出之電流的變化的構造。藉此，因為光二極體的電流不會從VDD端子流向GND端子，也有讓受光電路低消費電流化的效果。

再者，在本實施形態的受光電路中，已說明使用光二極體101之狀況，但是，即使使用如LED及太陽電池之 具有光電轉換特性的光電轉換元件，當然也可獲得相同功能及特徵。

又，在本實施形態的受光電路中，為了調整節點120的電壓上升速度，設置電容105，但是，沒有特別調整的必要的話，不設置電容105亦可。

又，即使在將各NMOS電晶體變更為PMOS電晶體，將各PMOS電晶體變更為NMOS電晶體之狀況中，當然也可獲的前述之功能及特徵。

101‧‧‧光二極體

104‧‧‧重設電路

105‧‧‧電容

106‧‧‧電壓檢測電路

107‧‧‧電壓上升檢測電路

108‧‧‧輸出端子

112‧‧‧重設端子

113‧‧‧輸入端子

114‧‧‧輸出端子

115‧‧‧輸入端子

116‧‧‧輸入端子

117‧‧‧輸出端子

120‧‧‧節點

Claims (3)

1. 一種受光電路，其特徵為具備：光電轉換元件，係連接於節點與GND端子之間，將因應射入光量的電流流通至前述節點；電壓檢測電路，係前述節點的電壓成為第1電壓以上時，輸出檢測訊號；重設電路，係具有連接於前述節點的重設端子，以前述電壓檢測電路的檢測訊號被輸入時，前述節點的電壓成為比前述第1電壓還低的第2電壓之方式將前述光電轉換元件的電流，從前述重設端子流通至前述GND端子，前述檢測訊號不被輸入時則保持該狀態；及電壓上升檢測電路，係檢測前述節點之電壓的變動，輸出檢測結果。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之受光電路，其中，前述重設電路，係具有連接於前述節點之重設端子，與和前述電壓檢測電路的輸出端子連接之輸入端子；具備：NMOS電晶體，係汲極連接於前述重設端子，源極連接於前述GND端子，閘極透過電容而連接於前述GND端子；及PMOS電晶體，係源極連接於前述重設端子，汲極連接於前述NMOS電晶體的閘極，閘極連接於前述輸入端子， 前述電壓檢測電路的檢測訊號被輸入至前述輸入端子時，前述PMOS電晶體會導通。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載之受光電路，其中，前述光電轉換元件，係PN二極體，N型端子連接於GND端子，P型端子連接於前述節點。