特開 2024-85271 電流電圧変換回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024085271

(43)【公開日】2024-06-26

(54)【発明の名称】電流電圧変換回路

(51)【国際特許分類】

   G01J 1/42 20060101AFI20240619BHJP

   G01J 1/02 20060101ALI20240619BHJP

   H01L 31/10 20060101ALN20240619BHJP

【ＦＩ】

G01J1/42 B

G01J1/02 B

H01L31/10 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022199713

(22)【出願日】2022-12-14

(71)【出願人】

【識別番号】303046277

【氏名又は名称】旭化成エレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165951

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 憲悟

(74)【代理人】

【識別番号】100180655

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 俊樹

(72)【発明者】

【氏名】山崎 裕也

【テーマコード（参考）】

2G065

5F149

5F849

【Ｆターム（参考）】

2G065AA04

2G065AB02

2G065BA02

2G065BA09

2G065BC01

2G065BC03

2G065BC07

5F149AA01

5F149BA04

5F149KA04

5F149KA12

5F149LA01

5F149XB01

5F849AA01

5F849BA04

5F849KA04

5F849KA12

5F849LA01

5F849XB01

(57)【要約】

【課題】ノイズの影響を低減して低消費電力を実現可能な電流電圧変換回路が提供される。
【解決手段】電流電圧変換回路は、検出素子（２０）に接続されて、検出素子の検出信号として出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、電流を入力して、電圧を出力する第１のインバータ（１１）と、検出素子に対して、基準電圧を出力する第２のインバータ（１２）と、を備え、第１のインバータ及び第２のインバータは、共通電源に直接的に接続されて共通電源に依存しない電位を供給する供給回路（１０）に接続される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出素子に接続されて、前記検出素子の検出信号として出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、
前記電流を入力して、前記電圧を出力する第１のインバータと、
前記検出素子に対して、基準電圧を出力する第２のインバータと、を備え、
前記第１のインバータ及び前記第２のインバータは、共通電源に直接的に接続されて前記共通電源に依存しない電位を供給する供給回路に接続される、電流電圧変換回路。

【請求項2】

検出素子に接続されて、前記検出素子の検出信号として出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、
前記電流を入力して、前記電圧を出力する第１のインバータと、
前記検出素子に対して、基準電圧を出力する第２のインバータと、を備え、
前記第１のインバータ及び前記第２のインバータは、共通グランドに直接的に接続されて前記共通グランドに依存しない電位を供給する供給回路に接続される、電流電圧変換回路。

【請求項3】

前記供給回路はレギュレータ又は電流源である、請求項１に記載の電流電圧変換回路。

【請求項4】

前記検出素子は光を検出するフォトダイオードである、請求項１から３のいずれか一項に記載の電流電圧変換回路。

【請求項5】

前記光は赤外線である、請求項４に記載の電流電圧変換回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は電流電圧変換回路に関する。

【背景技術】

【0002】

波長が２μｍ以上の赤外線は、その熱的効果及びガスによる赤外線吸収の効果から、人体を検知する人感センサ、非接触温度計及びガスセンサ等に使用されている。例えば非接触温度計に用いられる赤外線センサは、測定対象から入射する赤外線量に基づいて温度を検出する。また、赤外線センサは、バッテリー駆動の小型の電子機器に備えられて、電子機器の動作の制御に用いられることがある。例えば特許文献１は、イヤホンに備えられ、音量を調整するために、イヤホンが装着されているか否かの判定に使用される赤外線センサを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１４６９７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、特にバッテリー駆動の小型の電子機器に備えられる場合に、赤外線センサは低消費電力であることが求められる。赤外線センサは、例えば入射された赤外線量に応じて電流を出力するフォトダイオードと、電流を電圧に変換して増幅する電流電圧変換回路と、を含んで構成される（図９の左図参照）。例えば電流電圧変換回路が備えるオペアンプをインバータに置換することによって（図９の右図参照）、電流電圧変換回路を構成する素子の数を減らして、消費電力を低減することができる。インバータに置換した場合には、インバータはレギュレータ等の駆動源の下で駆動させることが好ましい。しかし、インバータを駆動源の下で駆動させると、駆動源のノイズが出力にのって、赤外線センサの検出精度が低下する問題があった。

【0005】

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、ノイズの影響を低減して低消費電力を実現可能な電流電圧変換回路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本開示の一実施形態に係る電流電圧変換回路は、
検出素子に接続されて、前記検出素子の検出信号として出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、
前記電流を入力して、前記電圧を出力する第１のインバータと、
前記検出素子に対して、基準電圧を出力する第２のインバータと、を備え、
前記第１のインバータ及び前記第２のインバータは、共通電源に直接的に接続されて前記共通電源に依存しない電位を供給する供給回路に接続される。

【0007】

（２）本開示の一実施形態に係る電流電圧変換回路は、
検出素子に接続されて、前記検出素子の検出信号として出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換回路であって、
前記電流を入力して、前記電圧を出力する第１のインバータと、
前記検出素子に対して、基準電圧を出力する第２のインバータと、を備え、
前記第１のインバータ及び前記第２のインバータは、共通グランドに直接的に接続されて前記共通グランドに依存しない電位を供給する供給回路に接続される。

【0008】

（３）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記供給回路はレギュレータ又は電流源である。

【0009】

（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記検出素子は光を検出するフォトダイオードである。

【0010】

（５）本開示の一実施形態として、（４）において、
前記光は赤外線である。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、ノイズの影響を低減して低消費電力を実現可能な電流電圧変換回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示の一実施形態に係る電流電圧変換回路の構成例を示す図である。

【図2】図２は、図１の電流電圧変換回路の効果を説明するための図である。

【図3】図３は、本開示の一実施形態に係る電流電圧変換回路の別の構成例を示す図である。

【図4】図４は、供給回路の別の構成例を示す図である。

【図5】図５は、供給回路の別の構成例を示す図である。

【図6】図６は、電流電圧変換回路の別の構成例を示す図である。

【図7】図７は、電流電圧変換回路の別の構成例を示す図である。

【図8】図８は、電流電圧変換回路の別の構成例を示す図である。

【図9】図９は、低消費電力化の手法について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る電流電圧変換回路が説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

【0014】

図１は、本実施形態に係る電流電圧変換回路の構成例を示す回路図である。電流電圧変換回路は、検出素子２０に接続されて、検出素子２０の検出信号として出力される電流を電圧に変換する。また、電流電圧変換回路は、検出素子２０及び後段の回路とともに、検出装置を構成する。本実施形態において、検出素子２０は光を検出するフォトダイオードである。また、フォトダイオードが検出する光は赤外線である。フォトダイオードは、入射された赤外線の強さを電流に変換して出力する。ここで、検出素子２０は赤外線検出用のフォトダイオードに限定されるものでない。以下に説明する電流電圧変換回路に接続される検出素子２０は、例えば赤外線以外の光を検出するフォトダイオードであってよいし、フォトトランジスタであってよい。

【0015】

電流電圧変換回路は、第１のインバータ１１と、第２のインバータ１２と、を備えて構成される。第１のインバータ１１は、検出素子２０の検出信号である電流を入力して、電圧を出力する。図１の例では、第１のインバータ１１に帰還抵抗（Ｒ）が設けられており、第１のインバータ１１の出力電圧がそのまま電流電圧変換回路の出力（ＯＵＴ）となる。上記の通り、従来構成の電流電圧変換回路が備えるオペアンプをインバータに置換することによって消費電力低減が可能であるが（図９参照）、第１のインバータ１１はオペアンプを置換する回路に対応する。

【0016】

第２のインバータ１２は、検出素子２０に対して、基準電圧を出力する。本実施形態において、第２のインバータ１２の出力がフォトダイオードのアノードと接続され、第１のインバータ１１の入力がフォトダイオードのカソードと接続される。ただし、接続の極性は図１に示されるものに限定されない。

【0017】

電流電圧変換回路は、本実施形態において供給回路１０に接続される。供給回路１０は、共通電源（ＶＤＤ）に直接的に接続されているが、電流電圧変換回路などに対してＶＤＤに依存しない電位を供給する。ここで、共通電源（ＶＤＤ）は、電流電圧変換回路の後段の回路で使用される電源である。供給回路１０は、後述するようにレギュレータであってよい。第１のインバータ１１及び第２のインバータ１２の電源には、供給回路１０の出力が用いられる。

【0018】

ここで、上記のように、従来構成の電流電圧変換回路において単純にオペアンプをインバータに置換した場合に、供給回路１０からのノイズが伝わり、検出装置としての検出精度が低下する問題があった。本実施形態に係る電流電圧変換回路において、検出素子２０に対して基準電圧を出力する回路は第２のインバータ１２で構成される。さらに第２のインバータ１２の電源は、第１のインバータ１１の電源（供給回路１０）と共通化されている。

【0019】

図２は、本実施形態に係る電流電圧変換回路による供給回路１０のノイズの影響を低減する効果を説明するための図である。供給回路１０の出力が第１のインバータ１１の電源に接続されるノードをｎ１とする。また、供給回路１０の出力が第２のインバータ１２の電源に接続されるノードをｎ２とする。また、図２では、フォトダイオードが電流源と抵抗（Ｒ０）を含む等価回路に置き換えられている。ｎ１から電流電圧変換回路の出力であるＯＵＴまでのゲインは以下の式（１）で示される。また、ｎ２からＯＵＴまでのゲインは以下の式（２）で示される。

【0020】

【数1】

【0021】

ここで、式（１）及び式（２）において、Ｒ０は、フォトダイオードの等価回路における抵抗の抵抗値である。Ｒは、第１のインバータ１１の帰還抵抗の抵抗値である。Ｐ１は第１のインバータ１１の電源除去比（ＰＳＲＲ）である。Ｐ２は第２のインバータ１２の電源除去比（ＰＳＲＲ）である。ＯＵＴまでの経路は共通であるため、式（１）と式（２）とを合成することによって、電流電圧変換回路としてのゲインが得られる。また、第１のインバータ１１の電源と第２のインバータ１２の電源は、共に供給回路１０の出力を用いる。そのため、供給回路１０のノイズが生じた際の電源除去比が同じ（Ｐ１＝Ｐ２）になるように設計することで、式（１）と式（２）のＲ／Ｒ０についての項は打ち消される。よって、本実施形態に係る電流電圧変換回路は、供給回路１０のノイズの影響を低減することができる。

【0022】

図１の例では、共通電源（ＶＤＤ）を基準とする供給回路１０のノイズを低減させる回路構成になっているが、共通グランド（ＧＮＤ）を基準とする回路構成も可能である。共通グランド（ＧＮＤ）は、電流電圧変換回路の後段の回路でグランドとして使用される。図３に示すように、供給回路１０は、共通グランド（ＧＮＤ）に直接的に接続されているが、共通グランド（ＧＮＤ）に依存しない電位を供給する。第１のインバータ１１及び第２のインバータ１２のグランドには、供給回路１０の出力が用いられる。図３に示される電流電圧変換回路は、図１と同様に、従来構成で用いられていたオペアンプを第１のインバータ１１に置換することによって、低消費電力を実現できる。また、図３に示される電流電圧変換回路は、図１と同様に、供給回路１０のノイズの影響を低減することができる。

【0023】

ここで、例えば供給回路１０は、図４に示すような定電流レギュレータであってよい。また、例えば供給回路１０は、図５に示すような電流源であってよい。

【0024】

また、電流電圧変換回路は、第１のインバータ１１に帰還抵抗（Ｒ）を設ける構成に限定されない。例えば図６に示すように、帰還抵抗（Ｒ）に代えてキャパシタ（Ｃ）が設けられてよい。

【0025】

また、電流電圧変換回路は、増幅回路としての機能を高めるために、オペアンプをさらに含む構成であってよい。例えば図７に示すように、電流電圧変換回路は、第１のインバータ１１及び第２のインバータ１２のそれぞれの出力と直列に接続されるオペアンプを備える構成であってよい。

【0026】

また、電流電圧変換回路は、検出素子２０に対する制御が可能なように付加回路を備えてよい。例えば図８に示すように、電流電圧変換回路は、検出素子２０であるフォトダイオードにかかる電位差をゼロにする、いわゆるオートゼロ機構を備える構成であってよい。この場合に、さらに、フォトダイオードとの接続部分にチョッパスイッチが追加されてよい。

【0027】

以上のように、本実施形態に係る電流電圧変換回路は、上記の構成によって、ノイズの影響を低減して低消費電力を実現可能にする。

【0028】

本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0029】

１０ 供給回路
１１ 第１のインバータ
１２ 第２のインバータ
２０ 検出素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】