(57)【要約】【課題】簡易な構成によって、広範囲の入力電流に対して増幅率を確保することが可能な増幅装置を提供する。【解決手段】入力信号線１０には、フォトダイオード５０からの入力電流Ｉｉｎが入力される。電流検出回路２２０は、電流検出期間において入力信号線１０を流れる入力電流Ｉｉｎを検出する。電流シャント回路２３０は、電流検出期間の後において、電流検出回路２２０で検出された入力電流に従って設定されたシャント電流Ｉｓｈｔを入力信号線１０から流出させる。増幅回路２４０は、入力信号線１０と接続されて、入力電流Ｉｉｎからシャント電流Ｉｓｈｔが減算された電流（Ｉｉｎ−Ｉｓｈｔ）を増幅した出力電圧Ｖｏｕｔを出力ノードＮｏｕｔに発生する。【選択図】図１
2020178261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号線と、
前記入力信号線と接続されて、電流検出期間において前記入力信号線を流れる入力電流を検出する電流検出部と、
前記入力信号線と接続されて、前記電流検出期間の後において、前記電流検出部で検出された前記入力電流に従って設定されたシャント電流を前記入力信号線から流出させる電流シャント回路と、
前記入力信号線と接続されて、前記入力電流から前記シャント電流が減算された電流を増幅した出力電圧を発生する増幅回路とを備える、増幅装置。
【請求項２】
前記電流検出部は、
記電流検出期間において、予め定められた複数の電流範囲から、前記入力電流が属する１つの電流範囲を検出する第１の電流検出回路を含み、
前記電流シャント回路は、前記複数の電流範囲のそれぞれに対応して予め定められた複数の電流のうちの、前記第１の電流検出回路によって検出された前記１つの電流範囲に対応する電流を前記シャント電流として設定する、請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
前記電流シャント回路は、
前記入力信号線に対して並列に接続された、前記複数の電流範囲にそれぞれ対応して設けられた複数のシャント電流源と、
前記複数のシャント電流源のそれぞれと直列接続された複数の第１のスイッチとを含み、
前記複数の第１のスイッチは、前記電流検出期間の後において、前記第１の電流検出回路によって検出された前記１つの電流範囲に対応して選択的にオンされる、請求項２記載の増幅装置。
【請求項４】
前記電流シャント回路は、
前記入力信号線に対して並列に接続された、前記複数の電流範囲にそれぞれ対応して設けられた複数のシャント抵抗と、
前記複数のシャント抵抗のそれぞれと直列接続された複数の第１のスイッチとを含み、
前記複数の第１のスイッチは、前記電流検出期間の後において、前記第１の電流検出回路によって検出された前記１つの電流範囲に対応して選択的にオンされる、請求項２記載の増幅装置。
【請求項５】
前記電流検出部は、
前記電流検出期間において前記入力電流を通過させることによって当該入力電流を検出する第２の電流検出回路を含み、
前記電流シャント回路は、前記電流検出期間において前記第２の電流検出回路によって検出された前記入力電流に従った前記シャント電流を設定する、請求項１記載の増幅装置。
【請求項６】
前記第２の電流検出回路は、
前記電流検出期間において前記入力電流が通過する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタのゲートに接続されたキャパシタとを有し、
前記電流シャント回路は、
前記入力信号線から前記シャント電流を流出させるように前記入力信号線に対して接続された第２のトランジスタを有し、
前記第２のトランジスタのゲートは、前記第１のトランジスタのゲート及び前記キャパシタと接続される、請求項５記載の増幅装置。
【請求項７】
前記電流検出部は、
前記電流検出期間において、予め定められた複数の電流範囲から、前記入力電流が属する１つの電流範囲を検出する第１の電流検出回路と、
前記入力信号線に対して並列接続された、前記複数の電流範囲にそれぞれ対応して設けられる複数の検出ユニットを有する第３の電流検出回路とを含み、
前記複数の検出ユニットのうちの、前記第１の電流検出回路によって検出された前記１つの電流範囲に対応する１つの検出ユニットは、前記電流検出期間において前記入力電流を通過させることによって当該入力電流を検出し、
前記電流シャント回路は、前記電流検出期間において前記１つの検出ユニットによって検出された前記入力電流に従った前記シャント電流を設定する、請求項１記載の増幅装置。
【請求項８】
前記複数の検出ユニットの各々は、
前記入力信号線に対して直列接続される第１のトランジスタ及び第２のスイッチと、
前記第１のトランジスタのゲートに接続されたキャパシタとを含み、
前記複数の検出ユニットのうちの、前記第１の電流検出回路によって検出された前記１つの電流範囲に対応する１つの検出ユニットにおいて、前記第２のスイッチがオンすることによって前記第１のトランジスタに前記入力電流が通過して、当該入力電流が通過する際のゲート電圧が前記キャパシタに保持され、
前記電流シャント回路は、
前記入力信号線に対して並列接続された、前記複数の電流範囲にそれぞれ対応して設けられる複数の第２のトランジスタを有し、
前記複数の第２のトランジスタの各ゲートは、前記複数の電流範囲のうちの同一の電流範囲に対応付けられる前記複数の検出ユニット中の前記第１のトランジスタのゲート及び前記キャパシタと接続され、
前記複数の検出ユニットのうちの、前記第１の電流検出回路によって検出された前記１つの電流範囲に対応する前記１つの検出ユニット以外の他の検出ユニットの各々において、前記ゲート電圧は、前記第１及び第２のトランジスタの電流がオフされる電圧にクリアされる、請求項７記載の増幅装置。
【請求項９】
前記増幅回路は、
前記入力電流から前記シャント電流が減算された電流がゲートに入力される増幅トランジスタと、
前記第１の電流検出回路が検出した前記１つの電流範囲に応じて、前記増幅トランジスタへ供給電流を調整する電流調整回路とを含み、
前記電流調整回路は、前記１つの電流範囲が前記複数の電流範囲の大電流側になるにつれて前記供給電流を減少させる、請求項２〜４、７、及び８のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項１０】
前記第１の電流検出回路は、
前記入力信号線に対して並列接続された、前記複数の電流範囲にそれぞれ対応して設けられる複数の第３のトランジスタを有し、
前記複数の第３のトランジスタの各々は、順次選択されて前記入力電流が通過し、
前記複数の第３のトランジスタを通過する電流と、前記複数の電流範囲にそれぞれ対応して予め定められた複数の基準電流との比較に基づき、前記複数の電流範囲から前記入力電流が属する前記１つの電流範囲が検出される、請求項２〜４、及び、７〜９のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項１１】
前記電流検出期間において、前記複数の第３のトランジスタの各々を順次選択して前記入力電流を通過させる単位モニタ期間が複数回繰り返し設けられる、請求項１０記載の増幅装置。
【請求項１２】
前記電流検出期間の後に前記電流シャント回路が前記シャント電流を発生するのと並行して、前記第１の電流検出回路において前記単位モニタ期間が繰り返し設けられる、請求項１１記載の増幅装置。
【請求項１３】
前記電流シャント回路は、前記電流シャント回路による前記シャント電流の発生期間と並行して設けられた前記単位モニタ期間で検出された前記１つの電流範囲に基づいて、前記シャント電流の設定を更新する、請求項１２記載の増幅装置。
【請求項１４】
前記電流検出期間において、前記入力電流は、前記増幅装置に対する入力電流範囲の最小値に設定される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項１５】
前記第１の電流検出回路は、前記電流検出期間において、前記単位モニタ期間の各々で検出された前記１つの電流範囲のうちの最も低電流側の電流範囲を、前記増幅装置に対する入力電流範囲の最小値を含む電流範囲として抽出する、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスインピーダンスアンプに代表される電流電圧変換機能を有する増幅装置が公知である。例えば、光強度から干渉光の周波数を測定して測定距離を特定するディジタルフォトニクスセンサ技術等の分野において、フォトダイオード等の光検知センサからの入力電流を、出力電圧に変換する増幅装置が用いられる。
【０００３】
近年、センサの精度及び感度の向上により、増幅装置は、従来よりも広範囲の入力電流に対応することが求められている。具体的には、数百（ｎＡ）〜数百（ｍＡ）レベルの入力電流を、数百（ｍＶ）〜数（Ｖ）レベルの出力電圧に変換する増幅装置が求められるようになっている。例えば、増幅装置の出力電圧が、ＡＤＣ（Analog-to-Digital  Converter）に入力されてデジタル化された後、デジタル処理化されることにより、センサ出力を用いて正確な測定距離を把握することが可能となる。
【０００４】
特開２０１８−１５７４８６号公報（特許文献１）には、送受信装置のためのゲートバイアス電圧制御装置において、送受信信号の増幅に用いられる複数の増幅素子のそれぞれのゲート電極に印加するゲートバイアス電圧が制御される構成が記載される。具体的には特許文献１では、複数の増幅素子のそれぞれに流れるドレイン電流の総電流量の非接触センサによる検出値がＡＤＣでデジタル化されて、デジタル化された電流値から複数の増幅素子のそれぞれのゲートバイアス信号（デジタル）が演算される。更に、ゲートバイアス信号を複数のＤＡＣ（Digital-to-Analog  Converter）によってアナログ変換したゲートバイアス電圧が、複数の増幅素子のそれぞれのゲート電極に印加される構成が、特許文献１には開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１５７４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、電流検出値に基づくゲートバイアス電圧は、ＡＤＣを用いてデジタル化された電流値を用いた演算結果をＤＡＣによってアナログ変換することで発生される。このような比較的複雑な構成とすることにより、特許文献１では、増幅器を構成するトランジスタ等の製造ばらつきのみならず、ＡＤＣ及びＤＡＣの精度ばらつきについても考慮することが必要となる。この結果、ばらつきに対応するためにＡＤＣ及びＤＡＣのビット数及びマージンを確保すると、回路規模、及び、消費電力の増大が懸念される。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、簡易な構成によって、広範囲の入力電流に対して増幅率を確保することが可能な増幅装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある局面では、増幅装置は、入力信号線と、電流検出部と、電流シャント回路と、増幅回路とを備える。電流検出部は、入力信号線と接続されて、電流検出期間において入力信号線を流れる入力電流を検出する。電流シャント回路は、入力信号線と接続されて、電流検出期間の後において、電流検出部で検出された入力電流に従って設定されたシャント電流を入力信号線から流出させる。増幅回路は、入力信号線と接続されて、入力電流からシャント電流が減算された電流を増幅した出力電圧を発生する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡易な構成によって、広範囲の入力電流に対して増幅率を確保することが可能な増幅装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る増幅装置の全体構成を説明するブロック図である。
【図２】電流電圧変換機能を有する増幅装置の入出力特性を説明する概念図である。
【図３】図１に示された電流検出回路の構成を説明する回路図である。
【図４】図１に示された制御部によって生成される制御信号の波形図である。
【図５】図１に示された電流シャント回路の第１の構成例を説明する回路図である。
【図６】図１に示された電流シャント回路の第２の構成例を説明する回路図である。
【図７】図６に示された電流源の構成例を説明する回路図である。
【図８】図１に示された増幅器の第１の構成例を説明する回路図である。
【図９】図１に示された増幅器の第２の構成例を説明する回路図である。
【図１０】実施の形態２に係る増幅装置の全体構成を説明するブロック図である。
【図１１】図１０に示された電流検出回路の構成を説明する回路図である。
【図１２】図１０に示された電流シャント回路の構成例を説明する回路図である。
【図１３】図１０に示された制御部によって生成される制御信号の波形図である。
【図１４】実施の形態３に係る増幅装置の全体構成を説明するブロック図である。
【図１５】図１４に示された電流検出回路の構成を説明する回路図である。
【図１６】図１４に示された電流シャント回路の構成例を説明する回路図である。
【図１７】図１４に示された制御部によって生成される制御信号の波形図である。
【図１８】図３に示された電流検出回路の実施の形態４に係る動作例を説明する波形図である。
【図１９】実施の形態４に係る自動更新機能を含むシャント電流の設定処理を説明するフローチャートである。
【図２０】実施の形態５に係る増幅器の第１の構成例を説明する回路図である。
【図２１】実施の形態５に係る増幅器の第２の構成例を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る増幅装置の全体構成を説明するブロック図である。
【００１３】
図１を参照して、入力信号線１０には、電源配線１１の電源電圧ＶＤＤによって逆バイアスされた、フォトダイオード５０が接続される。フォトダイオード５０は、受光した光量（光強度）に応じた入力電流Ｉｉｎを入力信号線１０へ供給するセンサとして動作する。入力信号線１０のうちの増幅装置１００の入力側に対応するノードＮｉｎと、接地電圧ＡＧＮＤを供給する接地配線１２との間には、キャパシタ９０（容量Ｃｉｎ）が接続される。以下では、入力信号線１０の電圧を入力電圧Ｖｉｎとも称する。
【００１４】
実施の形態１に係る増幅装置１００は、入力信号線１０に接続された、制御部２１０、電流検出回路２２０、電流シャント回路２３０、及び、増幅回路２４０を備える。増幅装置１００は、入力電流Ｉｉｎを電流電圧変換した出力電圧Ｖｏｕｔを出力ノードＮｏｕｔに出力する。
【００１５】
電流検出回路２２０は、制御部２１０からの制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮ（Ｎ：２以上の自然数）に従って動作することで、入力電流Ｉｉｎが含まれる電流範囲を検出する。電流検出回路２２０は、制御部２１０に対して、電流範囲の検出結果を示す検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮを出力する。
【００１６】
電流シャント回路２３０は、制御部２１０からの制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮに従って、入力信号線１０から接地配線１２へのシャント電流Ｉｓｈｔを可変制御する。制御部２１０は、電流検出回路２２０からの検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮに従って、制御信号Ｃｔｒｌ１〜ＣｔｒｌＮを設定する。
【００１７】
この結果、入力信号線１０から増幅回路２４０には、入力電流Ｉｉｎからシャント電流Ｉｓｈｔを減算した電流（Ｉｉｎ−Ｉｓｈｔ）が入力される。増幅回路２４０は、１つ以上の増幅器２５０によって構成されて、電流（Ｉｉｎ−Ｉｓｈｔ）に従う出力電圧Ｖｏｕｔを出力ノードＮｏｕｔに出力する。
【００１８】
ここで、図２を用いて、電流電圧変換機能を有する増幅装置の入出力特性を説明する。図２の横軸には、図１の入力電流Ｉｉｎが示され、図２の縦軸には、図１の出力電圧Ｖｏｕｔが示される。入出力特性Ｃ１及びＣ２は、増幅装置１００の入力電流Ｉｉｎ及び出力電圧Ｖｏｕｔの関係をプロットしたものである。
【００１９】
ここで、フォトダイオード５０が、光量Ｌ０に対して電流Ｉ０（Ｉｉｎ＝Ｉ０）、光量Ｌ１（Ｌ１＞Ｌ０）に対して電流Ｉ１（Ｉｉｎ＝Ｉ１）、光量Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）に対して電流Ｉ２（Ｉｉｎ＝Ｉ２）をそれぞれ出力するものとする。
【００２０】
このとき、入出力特性Ｃ１によれば、増幅装置１００は、入力電流Ｉ０（光量Ｌ０）に対して電圧Ｖ０（Ｖｏｕｔ＝Ｖ０）、入力電流Ｉ１（光量Ｌ１）に対して電圧Ｖ１ｙ（Ｖｏｕｔ＝Ｖ１ｙ）、入力電流Ｉ２（光量Ｌ２）に対して電圧Ｖ２（Ｖｏｕｔ＝Ｖ２）をそれぞれ出力する。
【００２１】
一方、入出力特性Ｃ２によれば、増幅装置１００は、入力電流Ｉ０（光量Ｌ０）に対して電圧Ｖ０（Ｖｏｕｔ＝Ｖ０）、入力電流Ｉ１（光量Ｌ１）に対して電圧Ｖ１ｘ（Ｖｏｕｔ＝Ｖ１ｘ）、入力電流Ｉ２（光量Ｌ２）に対して電圧Ｖ２（Ｖｏｕｔ＝Ｖ２）をそれぞれ出力する。
【００２２】
電圧Ｖ０は、接地電圧ＡＧＮＤと同等であり、電圧Ｖ２は、電源電圧ＶＤＤと同等である、また、電圧Ｖ１ｘは、接地電圧ＡＧＮＤに近い電圧であり、電圧Ｖ１ｙは、電圧Ｖ１ｘよりも高い。
【００２３】
入出力特性Ｃ１によれば、光量Ｌ０、Ｌ１及びＬ２のそれぞれに応じて、異なる出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。光量範囲Ｌ０〜Ｌ２に対する増幅装置１００のゲインＡｖ１は、下記の式（１）で示される。
【００２４】
Ａｖ１＝ΔＶｏｕｔ／ΔＩｉｎ＝（Ｖ２−Ｖ０）／（Ｉ２−Ｉ０）    …（１）
一方で、入出力特性Ｃ１では、検出される光量範囲の最小値がＬ１であるとき、光量範囲Ｌ１〜Ｌ２に対する増幅装置１００のゲインＡｖ２は、下記の式（２）で示される。
【００２５】
Ａｖ２＝ΔＶｏｕｔ／ΔＩｉｎ＝（Ｖ２−Ｖ１ｙ）／（Ｉ２−Ｉ１）    …（２）
電圧Ｖ１ｙは、電源電圧ＶＤＤ及び接地電圧ＡＧＮＤの中間的な電圧であるため、ゲインＡｖ２は、ゲインＡｖ１よりも小さくなる。この結果、増幅装置１００のゲインが低下する。
【００２６】
近年、フォトダイオード５０の測定光量範囲、及び、これに対応した入力電流範囲は拡大の傾向にある。このため、センサ（フォトダイオード５０）の諸元上の最大光量及び最小光量に対応させて、入力電流Ｉ０〜Ｉ２の範囲に対応させて出力電圧ＶｏｕｔがＡＧＮＤ〜ＶＤＤの間で変化するように、入出力特性Ｃ１を設定することが想定される。
【００２７】
しかしながら、入出力特性Ｃ１が固定された下で、最小光量がＬ１レベルの用途にセンサ（フォトダイオード５０）が使用される場合には、上述したようにゲインがＡｖ１からＡｖ２に低下することで、増幅装置１００でのゲインが十分確保できないことが問題となる。ゲインが確保できないと、センサ（フォトダイオード５０）への入力光量を十分な精度で検知できないことにより、増幅装置１００の後段の回路による処理に、エラーや誤差が生じることが懸念される。
【００２８】
従って、最小光量がＬ１レベルの用途にセンサ（フォトダイオード５０）が使用される場合には、入出力特性Ｃ２を用いることで、光量範囲Ｌ１〜Ｌ２に対する増幅装置１００のゲインＡｖ３を下記の式（３）とすることが望まれる。
【００２９】
Ａｖ３＝ΔＶｏｕｔ／ΔＩｉｎ＝（Ｖ２−Ｖ１ｘ）／（Ｉ２−Ｉ１）    …（３）
ここで、Ｖ１ｘ≒ＡＧＮＤであり、Ｖ１ｙ＞Ｖ１ｘ≒ＡＧＮＤの関係から、Ａｖ３＞Ａｖ１＞Ａｖ２であることが理解される。
【００３０】
以下に説明するように、本実施の形態に係る増幅装置１００では、実際の検出対象となる光量範囲の最小値に対応する入力電流（以下、最小電流Ｉｉｎとも称する）を電流検出回路２２０で検出することにより、図２の入出力特性Ｃ２が実現されるように回路動作が制御される。
【００３１】
次に、電流検出回路２２０、電流シャント回路２３０、及び、増幅回路２４０の構成、並びに、制御部２１０の動作について説明を進める。
【００３２】
図３は、図１に示された電流検出回路２２０の構成を説明する回路図である。
図３を参照して、電流検出回路２２０は、入力信号線１０に並列接続された、複数の検出ユニット２２１−１〜２２１−Ｎを有する。図３中には、検出ユニット２２１−１，２２１−２，２２１−Ｎの構成が図示される。
【００３３】
検出ユニット２２１−１は、入力信号線１０及び接地配線１２の間にノードＮａ１を介して直列接続された、スイッチＳＷ１１及びトランジスタＴＮａ１と、電源配線１１及び接地配線１２の間にノードＮｂ１を介して直列接続された電流源ＣＳａ１及びトランジスタＴＮｂ１と、インバータＩＶ１１とを有する。電流源ＣＳａ１は、基準電流Ｉｒ１を出力する。
【００３４】
トランジスタＴＮａ１及びＴＮｂ１のゲートは、ノードＮａ１と共通に接続される。これにより、トランジスタＴＮａ１はダイオード接続されるとともに、トランジスタＴＮａ１及びＴＮｂ１は、カレントミラーを構成する。ここでは、カレントミラーの電流比は、１：１であるものとして説明を進める。
【００３５】
スイッチＳＷ１１は、制御部２１０からの制御信号ＳＥＬ１に応じてオンオフする。具体的には、制御信号ＳＥＬの論理ハイレベル（以下、「Ｈレベル」とも表記する）期間では、スイッチＳＷ１１はオンする。一方で、制御信号ＳＥＬの論理ローレベル（以下、「Ｌレベル」とも表記する）期間では、スイッチＳＷ１１はオフする。
【００３６】
従って、制御信号ＳＥＬ１のＨレベル期間では、スイッチＳＷ１１のオンにより、トランジスタＴＮａ１及びＴＮｂ１の各々には、入力電流Ｉｉｎが流れる。この結果、ノードＮｂ１の電位は、電流源ＣＳａ１からの基準電流Ｉｒ１と、入力電流Ｉｉｎとの大小関係に応じて変化する。インバータＩＶ１１は、ノードＮｂ１の電位に応じて、検出信号ＳＲＧ１をＨレベル又はＬレベルに設定する。概略的には、Ｉｉｎ＞Ｉｒ１であると、ＳＲＧ１＝Ｈレベルに設定される一方で、Ｉｒ１＞Ｉｉｎであると、ＳＲＧ１＝Ｌレベルに設定される。
【００３７】
検出ユニット２２１−２は、検出ユニット２２１−１と同様に構成されて、スイッチＳＷ１１、トランジスタＴＮａ１，ＴＮｂ１、電流源ＣＳａ１、及び、インバータＩＶ１１にそれぞれ対応する、スイッチＳＷ１２、トランジスタＴＮａ２，ＴＮｂ２、電流源ＣＳａ２、及び、インバータＩＶ１２を有する。スイッチＳＷ１２は、制御部２１０からの制御信号ＳＥＬ２に応じて、スイッチＳＷ１１と同様に制御される。電流源ＣＳａ２は、基準電流Ｉｒ２を出力する。
【００３８】
検出ユニット２２１−２は、検出ユニット２２１−１と同様に動作することにより、制御信号ＳＥＬ２のＨレベル期間において、基準電流Ｉｒ２及び入力電流Ｉｉｎとの大小関係に応じた検出信号ＳＲＧ２を出力する。具体的には、Ｉｉｎ＞Ｉｒ２であると、ＳＲＧ２＝Ｈレベルに設定される一方で、Ｉｒ２＞Ｉｉｎであると、ＳＲＧ２＝Ｌレベルに設定される。
【００３９】
検出ユニット２２１−Ｎについても、検出ユニット２２１−１，２２１−２と同様に構成されて、スイッチＳＷ１Ｎ、トランジスタＴＮａＮ，ＴＮｂＮ、電流源ＣＳａＮ、及び、インバータＩＶ１Ｎを有する。スイッチＳＷ１Ｎのオンオフは、制御部２１０からの制御信号ＳＥＬＮに応じて制御される。電流源ＣＳａＮは、基準電流ＩｒＮを出力する。
【００４０】
検出ユニット２２１−Ｎは、検出ユニット２２１−１，２２１−２と同様に動作することにより、制御信号ＳＥＬＮのＨレベル期間において、基準電流ＩｒＮ及び入力電流Ｉｉｎとの大小関係に応じた検出信号ＳＲＧＮを出力する。具体的には、Ｉｉｎ＞ＩｒＮであると、ＳＲＧＮ＝Ｈレベルに設定される一方で、ＩｒＮ＞Ｉｉｎであると、ＳＲＧＮ＝Ｌレベルに設定される。
【００４１】
電流源ＣＳａ１〜ＣＳａＮは、異なる基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮを出力する。例えば、基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮは、フォトダイオード５０による諸元上の入力電流範囲（図２での入力電流Ｉ０〜Ｉ２）をＮ個に分割した電流範囲の上限側にそれぞれ対応して設定することができる。
【００４２】
或いは、基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮは、Ｉｒ１〜ＩｒＮまで順に１０倍ずつ増加するように設定することも可能である（即ち、ＩｒＮ＝ＩｒＮ−１・１０＝…＝Ｉ２・１０(N-2)＝Ｉｒ１・１０(N-1)）。このようにすると、Ｎ個の電流範囲は、入力電流が１０の何乗であるかのオーダーに対応して分割される。
【００４３】
図３に示された電流検出回路２２０は「第１の電流検出回路」の一実施例に対応し、トランジスタＴＮａ１〜ＴＮａＮは「複数の第３のトランジスタ」の一実施例に対応し、基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮは「複数の基準電流」の一実施例に対応する。尚、実施の形態１では、「第１の電流検出回路］に対応する電流検出回路２２０によって「電流検出部」が構成される。
【００４４】
図４は、制御部２１０によって生成される制御信号の波形図である。
図４を参照して、制御部２１０は、時刻ｔａ〜ｔｂの期間において、制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮのそれぞれについて、Ｈレベル期間を順次発生させる。
【００４５】
実施の形態１に係る増幅装置１００では、時刻ｔａ〜ｔｂの間において、フォトダイオード５０（センサ）は、検出すべき最小光量が入力された状態に維持される。即ち、入力電流Ｉｉｎが、最小電流Ｉｍｉｎである状態が維持される。実施の形態１では、時刻ｔａ〜ｔｂの期間が「電流検出期間］に対応する。
【００４６】
従って、電流検出回路２２０の検出ユニット２２１−１〜２２１−Ｎからは、最小電流Ｉｉｎに相当する入力電流Ｉｉｎと、基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮとのそれぞれの比較結果を示す検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮがそれぞれ出力される。
【００４７】
Ｎ個の検出ユニットのうちのｉ番目（ｉ：１〜Ｎの自然数）の検出ユニット２２１−ｉを境界として、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧｉ−１＝Ｌレベルであり、検出信号ＳＲＧｉ〜ＳＲＧＮ＝Ｈレベルであったとすると、時刻ｔａ〜ｔｂの期間における入力電流Ｉｉｎ（即ち、最小電流Ｉｍｉｎ）について、Ｉｒｉ−１＜Ｉｍｉｎ＜Ｉｒｉの電流範囲に含まれることが検出できる。
【００４８】
制御部２１０は、制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮのＨレベル期間のそれぞれにおいて電流検出回路２２０の検出ユニット２２１−１〜２２１−Ｎからそれぞれ出力された検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮを記憶する。
【００４９】
更に、制御部２１０は、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮの挙動、具体的には、何番目の検出信号においてＬレベルからＨレベルに変化したかに応じて、時刻ｔｃ以降の期間において、電流シャント回路２３０（図１）への制御信号Ｃｔｒｌ１〜ＣｔｒｌＮのうちの、入力電流Ｉｍｉｎが含まれる電流範囲に対応する１つの制御信号をＨレベルに設定する。
【００５０】
具体的には、ＬレベルからＨレベルに変化する境界となった検出信号ＳＲＧｉに対応させて、制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのうちのｉ番目の制御信号ｃｔｒｌｉのみがＨレベルに設定される一方で、他の制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌｉ−１及びｃｔｒｌｉ＋１〜ｃｔｒｌＮはＬレベルに設定される。
【００５１】
尚、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮの全てがＬレベルであるときには、制御信号Ｃｔｒｌ１のみがＨレベルに設定される一方で、その他の制御信号ｃｔｒｌ２〜ｃｔｒｌＮはＬレベルに設定される。又、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮの全てがＨレベルであるときには、最小光量Ｉｍｉｎが、フォトダイオード５０による諸元上の入力電流範囲の最大値相当であるので、計測不能である旨のメッセージを出力することが好ましい。
【００５２】
時刻ｔｃ以降において、上記のように設定される制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮは、制御部２１０から電流シャント回路２３０へ入力される。
【００５３】
図５は、電流シャント回路２３０（図１）の第１の構成例を説明する回路図である。
図５を参照して、第１の構成例に係る電流シャント回路２３０ａは、入力信号線１０に対して並列接続される複数のシャント抵抗Ｒａ１〜ＲａＮと、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎとを有する。スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎは、入力信号線１０及び接地配線１２の間に、シャント抵抗Ｒａ１〜ＲａＮのそれぞれと直列接続される。
【００５４】
スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎは、制御部２１０からの制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮに応じてオンオフする。具体的には、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎの各々は、制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮの対応する制御信号がＨレベルに設定されるとオンする一方で、Ｌレベルに設定するとオフする。
【００５５】
従って、制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮに応じて、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎのうちの１つがオンされる一方で、残りはオフされる。ｉ番目の制御信号ＣｔｒｌｉがＨレベルに設定されるのに応じて、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎのうちの、ｉ番目のスイッチＳＷ２ｉがオンされる一方で、残りの（Ｎ−１）個のスイッチはオフされる。
【００５６】
これにより、入力信号線１０と接地配線１２の間に、複数のシャント抵抗Ｒａ１〜ＲａＮのうちの選択されたｉ番目のシャント抵抗Ｒａｉが接続されて、シャント電流Ｉｓｈｔの経路が形成される。これにより、入力電流Ｉｉｎからシャント電流Ｉｓｈｔを減算した電流（Ｉｉｎ−Ｉｓｈｔ）が増幅回路２４０へ入力されることになる。
【００５７】
このように、電流シャント回路２３０では、制御部２１０からの制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮに応じて、電流シャント回路２３０で発生するシャント電流Ｉｓｈｔを可変とすることが可能である。
【００５８】
シャント抵抗Ｒａ１〜ＲａＮの抵抗値は、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎのオン時に生じるシャント電流Ｉｓｈｔが、電流検出回路２２０の検出ユニット２２１−１〜２２１−Ｎでの基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮとそれぞれ同等となるように設定することができる。従って、第ｉ番目の制御信号ｃｔｒｌｉがＨレベルに設定されるのに応じて、シャント電流Ｉｓｈｔは、Ｎ個の検出ユニット２２１−１〜２２１−Ｎのうちの第ｉ番目の検出ユニット２２１−ｉでの基準電流Ｉｒｉと同等に制御される。これにより、電流シャント回路２３０によって入力電流Ｉｉｎから減算されるシャント電流Ｉｓｈｔは、時刻ｔａ〜ｔｂにおいて電流検出回路２２０へ入力された入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）に従って制御される。実施の形態１では、シャント電流Ｉｓｈｔは、上記最小電流Ｉｍｉｎが含まれる電流範囲の電流値に制御される。
【００５９】
図６は、電流シャント回路２３０（図１）の第２の構成例を説明する回路図である。
図６を参照して、第２の構成例に係る電流シャント回路２３０ｂは、電流シャント回路２３０ａ（図６）と比較して、シャント抵抗Ｒａ１〜ＲａＮに代えて、電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮを有する。電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮは、入力信号線１０及び接地配線１２の間に、図５と同様に制御されるスイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎを介して接続される。電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮは、一定電流Ｉｓ１〜ＩｓＮをそれぞれ出力する。一定電流Ｉｓ１〜ＩｓＮは、電流検出回路２２０の検出ユニット２２１−１〜２２１−Ｎでの基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮとそれぞれ同等となるように設定される。
【００６０】
電流シャント回路２３０ｂにおいても、第ｉ番目の制御信号ｃｔｒｌｉがＨレベルに設定されるのに応じて、シャント電流Ｉｓｈｔは、電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮのうちの第ｉ番目の電流源ＣＳｓｉが出力する一定電流Ｉｓｉとなるので、第ｉ番目の検出ユニット２２１−ｉ（電流検出回路２２０）での基準電流Ｉｒｉと同等に制御される。
【００６１】
図７には、電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮの構成例が示される。
図７を参照して、電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮは、電流源１５及びトランジスタＴ１５と、トランジスタＴＮｃ１〜ＴＮｃＮにより構成することができる。
【００６２】
電流源１５及びトランジスタＴ１５は、ノードＮｃを介して、電源配線１１及び接地配線１２の間に直列接続される。電流源１５は、一定電流Ｉｂｉａｓを出力する。トランジスタＴＮｃ１〜ＴＮｃＮは、電源配線１１及び接地配線１２の間に、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎとそれぞれ直列接続される。
【００６３】
トランジスタＴ１５及びトランジスタＴＮｃ１〜ＴＮｃＮのゲートは、ノードＮｃと共通に接続される。この結果、トランジスタＴ１５には一定電流Ｉｂｉａｓが流れるとともに、トランジスタＴＮｃ１〜ＴＮｃＮには、一定電流Ｉｂｉａｓと、トランジスタＴ１５に対するトランジスタＴＮｃ１〜ＴＮｃＮのトランジスタサイズ（Ｗ／Ｌ）の比との乗算値に相当する電流が流れる。
【００６４】
これにより、トランジスタサイズの比に従って、電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮによる出力電流Ｉｓ１〜ＩｓＮを容易に調整することが可能となる。特に、基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮの間の比に従って上記トランジスタサイズの比を定めることにより、シャント電流Ｉｓｈｔと、基準電流Ｉｒ１〜ＩｒＮとのずれを縮小することも可能となる。
【００６５】
このように、図５〜図７で説明した電流シャント回路２３０ａ及び２３０ｂのいずれについても、図１の電流シャント回路２３０として用いることが可能である。尚、図５〜７に示された電流シャント回路２３０ａ，２３０ｂにおいて、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２Ｎは「複数の第１のスイッチ」の一実施例に対応する。又、図６及び図７に示された電流源ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮは「複数のシャント電流源」の一実施例に対応する。
【００６６】
次に、図８及び図９を用いて、増幅回路２４０を構成する各増幅器２５０（図１）の構成例を説明する。
【００６７】
図８を参照して、第１の構成例に係る増幅器２５０ａは、電流源ＣＳｂ及びＣＳｃと、トランジスタＴＮｍ０及びＴＮｍ１とを有する。電流源ＣＳｂは、トランジスタＴＮｍ０に対して、電流Ｉｂｍ０を供給する。電流源ＣＳｃは、トランジスタＴＮｍ１に対して、電流Ｉｂｍ１を出力する。
【００６８】
電流源ＣＳｂ及びトランジスタＴＮｍ０は、ノードＮｍ０を介して、電源配線１１及び接地配線１２の間に直列接続される。トランジスタＴＮｍ１及び電流源ＣＳｂは、ノードＮｍ１を介して、電源配線１１及び接地配線１２の間に直列接続される。
【００６９】
トランジスタＴＮｍ０のゲートは入力信号線１０と接続されるので、当該ゲートには、シャント電流が減算された電流（Ｉｉｎ−Ｉｓｈｔ）が入力される。ノードＮｍ０は、トランジスタＴＮｍ１のゲートと出力される。この結果、増幅器２５０ａでは、電流（Ｉｉｎ−Ｉｓｈｔ）が大きい程、ノードＮｍ１に発生される出力電圧Ｖｏが高くなるので、増幅を伴う電流電圧変換機能を実現することができる。
【００７０】
図９を参照して、第２の構成例に係る増幅器２５０ｂは、増幅器２５０ａ（図８）において、電流源ＣＳｂ及びＣＳｃを、抵抗素子Ｒｂ及びＲｃに置換した回路構成を有する。増幅器２５０ｂにおいても、電流（Ｉｉｎ−Ｉｓｈｔ）が大きい程、ノードＮｍ１に発生される出力電圧Ｖｏが高くなるので、増幅を伴う電流電圧変換機能を実現することができる。
【００７１】
図８及び図９に示された増幅器２５０ａ及び２５０ｂは、増幅回路２４０を構成する各増幅器２５０（図１）として用いることができる。
【００７２】
このように、実施の形態１に係る増幅装置によれば、図２において、Ｉｍｉｎ＝Ｉ１（光量Ｌ１）の用途にセンサ（フォトダイオード５０）が使用される場合には、Ｉｉｎ＝Ｉ１の状態で電流検出回路２２０を動作させることで、電流シャント回路２３０によるシャント電流ＩｓｈｔをＩ１に対応して設定することが可能となる。従って、実施の形態１に係る増幅装置１００によれば、入力電流Ｉｉｎからシャント電流Ｉｓｈｔを減算した電流を増幅回路２４０へ入力することで、図２の入出力特性Ｃ２相当の入力電流Ｉｉｎ−出力電圧Ｖｏｕｔ特性を得ることが可能となる。即ち、ＡＤＣによる入力電流のデジタル変換を伴わない簡易な構成によって、入力電流範囲に適合させて十分な増幅率を確保することが可能となる。
【００７３】
電流検出回路２２０の動作時（時刻ｔａ〜ｔｂ）に、フォトダイオード５０が最小電流Ｉｍｉｎを出力するようにすれば、諸元上の光量範囲が広いセンサ（フォトダイオード５０）の一部領域を使用する場合にも、入力電流範囲に適合させて十分な増幅率を確保することが可能となる。特に、入力電流Ｉｍｉｎの範囲が経時的に変化しても、都度、電流検出回路２２０を作動させて、シャント電流Ｉｓｈｔを更新すれば、入力電流範囲の変化に対応させて、十分な増幅率を確保することが可能となる。
【００７４】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係る増幅装置の全体構成を説明するブロック図である。
【００７５】
図１０を参照して、実施の形態２に係る増幅装置１０１は、実施の形態１に係る増幅装置１００と比較して、制御部２１０、電流検出回路２２０、及び、電流シャント回路２３０に代えて、制御部３１０、電流検出回路３２０、及び、電流シャント回路３３０を備える点が異なる。実施の形態２では、主に、電流検出回路３２０及び電流シャント回路３３０の構成が、実施の形態１での電流検出回路２２０及び電流シャント回路２３０とは異なる。制御部３１０は、電流検出回路３２０、及び、電流シャント回路３３０を制御する。実施の形態２に係る増幅装置１０１のその他の部分の構成は、実施の形態１に係る増幅装置１００と同様である。
【００７６】
図１１は、実施の形態２に係る電流検出回路３２０の構成を説明する回路図である。
図１１を参照して、電流検出回路３２０は、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃと、トランジスタＴＮｘと、キャパシタＣｘとを有する。
【００７７】
スイッチＳＷａは、入力信号線１０及びノードＮｄの間に接続される。スイッチＳＷｂは、ノードＮｄ及びノードＮｅの間に接続される。スイッチＳＷｃは、ノードＮｅ及び接地配線１２の間に接続される。
【００７８】
スイッチＳＷａは、制御部３１０からの制御信号ｃｔｒｌに応じてオンオフする。具体的には、スイッチＳＷａは、制御信号ｃｔｒｌのＨレベル期間にオンする一方で、制御信号ｃｔｒｌのＬレベル期間にはオフする。スイッチＳＷｂ及びＳＷｃは、制御部３１０からのリセット制御信号ｃｒｓｔに応じて、相補的にオンオフする。具体的には、リセット制御信号ｃｒｓｔのＨレベル期間では、スイッチＳＷｃがオンする一方でスイッチＳＷｂはオフする。反対に、リセット制御信号ｃｒｓｔのＬレベル期間では、スイッチＳＷｂがオンする一方でスイッチＳＷｂはオフする。
【００７９】
トランジスタＴＮｘは、ノードＮｄ及び接地配線１２の間に接続される。トランジスタＴＮｘのゲートは、ノードＮｅと接続される。キャパシタＣｘは、ノードＮｅ及び接地配線１２の間に接続されて、トランジスタＴＮｘのゲート電圧Ｖｘｇを保持するように構成される。
【００８０】
図１１に示された電流検出回路３２０は「第２の電流検出回路」の一実施例に対応し、トランジスタＴＮｘは「第１のトランジスタ」の一実施例に対応し、キャパシタＣｘは「ゲートに接続されたキャパシタ」の一実施例に対応する。尚、実施の形態２では、「第２の電流検出回路］に対応する電流検出回路３２０によって「電流検出部」が構成される。
【００８１】
図１２は、実施の形態２に係る電流シャント回路３３０の構成を説明する回路図である。
【００８２】
図１２を参照して、電流シャント回路３３０は、入力信号線１０及び接地配線１２の間に接続されたトランジスタＴＮｙを有する。トランジスタＴＮｙのゲートは、電流検出回路３２０（図１１）のノードＮｅと接続される。即ち、トランジスタＴＮｙのゲート電圧は、トランジスタＴＮｘ（図１１）のゲート電圧Ｖｘｇと共通である。図１２の電流シャント回路３３０において、トランジスタＴＮｙは「第２のトランジスタ」の一実施例に対応する。
【００８３】
これにより、トランジスタＴＮｙは、入力信号線１０から接地配線１２に向けて、ノードＮｅに保持されたゲート電圧Ｖｘｇに応じたシャント電流Ｉｓｈｔを発生することができる。更に、トランジスタＴＮｙのトランジスタサイズ（Ｗ／Ｌ）は、トランジスタＴＮｘと同等に設計される。これにより、制御信号ｃｔｒｌのＨレベル期間に電流検出回路３２０のトランジスタＴＮｘを流れたのと同等の電流、即ち、制御信号ｃｔｒｌのＨレベル期間における入力電流Ｉｉｎと同等のシャント電流を発生することができる。
【００８４】
図１３は、実施の形態２に係る制御部３１０によって生成される制御信号の波形図である。
【００８５】
図１３を参照して、制御部３１０は、時刻ｔｘ〜ｔｙの間、制御信号ｃｔｒｌのＨレベル期間を設ける。制御信号ｃｔｒｌのＨレベル期間の前、即ち、時刻ｔｘの前には、リセット制御信号ｃｒｓｔのＨレベル期間が設けられる。従って、時刻ｔｘにおいて、ノードＮｅに保持されるゲート電圧Ｖｘｇ＝０にクリアされる。
【００８６】
実施の形態２に係る増幅装置１００では、時刻ｔｘ〜ｔｙの間において、フォトダイオード５０（センサ）は、検出すべき最小光量が入力された状態に維持される。即ち、入力電流Ｉｉｎが、最小電流Ｉｍｉｎに維持された状態が維持される。実施の形態２では、時刻ｔｘ〜ｔｙの期間が「電流検出期間」に対応する。
【００８７】
制御信号ｃｔｒｌのＨレベル期間では、入力信号線１０上の入力電流ＩｉｎがトランジスタＴＮｘ（電流検出回路３２０）を流れるときのゲート電圧Ｖｘｇが保持される。従って、制御信号ｃｔｒｌがＬレベルに設定される時刻ｔｙ以降の期間でも、リセット制御信号ｃｒｓｔをＬレベルに保持することにより、電流シャント回路３３０では、トランジスタＴＮｙが、保持されたゲート電圧Ｖｘｇに応じたシャント電流Ｉｓｈｔを継続的に発生することができる。
【００８８】
この結果、電流シャント回路３３０によって入力電流Ｉｉｎから減算されるシャント電流Ｉｓｈｔは、時刻ｔｘ〜ｔｙにおいて電流検出回路３２０へ入力された入力電流Ｉｉｎ、より具体的には、上記最小電流Ｉｍｉｎに制御される。
【００８９】
このように、実施の形態２に係る増幅装置によれば、実施の形態１と同様に、ＡＤＣによる入力電流のデジタル変換を伴わない簡易な構成によって、電流検出回路３２０によって検出された入力電流Ｉｉｎ相当のシャント電流Ｉｓｈｔを、入力電流Ｉｉｎから減算した電流を増幅回路２４０へ入力することが可能である。この結果、実施の形態１と同様に、図２の入出力特性Ｃ２相当の入力電流Ｉｉｎ−出力電圧Ｖｏｕｔ特性を得ることが可能となるので、入力電流範囲に適合させて十分な増幅率を確保することが可能となる。
【００９０】
尚、実施の形態１に係る増幅装置１００では、電流検出回路２２０は、入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）がＮ個の電流範囲のいずれに属するかを検出して、シャント電流ＩｓｈｔをＮ段階に設定するのに対して、実施の形態２に係る増幅装置１０１では、原理上、電流検出回路３２０の動作時における入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）と、シャント電流Ｉｓｈｔとを同等に設定できる点で有利である。
【００９１】
一方で、実施の形態２に係る増幅装置１０１では、シャント電流ＩｓｈｔをトランジスタＴＮｙのみで発生することになる。このため、最小電流Ｉｍｉｎが比較的広い電流範囲内で変化する用途では、一部の電流領域において、実際に発生されるシャント電流Ｉｓｈｔの精度が低下することが懸念される。
【００９２】
これに対して、実施の形態１に係る増幅装置１００では、Ｎ個の電流範囲毎にシャント電流Ｉｓｈｔを別個に生成することが可能である。従って、電流検出回路２２０の動作時における入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）と、シャント電流Ｉｓｈｔとの一致度では不利であるものの、最小電流Ｉｍｉｎが比較的広い電流範囲内で変化する用途においても、各電流領域においてシャント電流Ｉｓｈｔを高精度に発生させることができる。
【００９３】
このように、実施の形態１及び２を比較すると、実施の形態１に係る構成は、最小電流Ｉｍｉｎが比較的広い電流範囲内で変化する用途に有利であり、実施の形態２に係る構成は、最小電流Ｉｍｉｎの変化が小さい用途における高精度化に適していることが理解される。
【００９４】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１及び２のそれぞれの特徴を組み合わせた構成を説明する。
【００９５】
図１４は、実施の形態３に係る増幅装置の全体構成を説明するブロック図である。
図１４を参照して、実施の形態３に係る増幅装置１０２は、入力信号線１０に接続された、制御部４１０、電流検出回路２２０、電流検出回路４２０、電流シャント回路４３０、及び、増幅回路２４０を備える。入力信号線１０に対するフォトダイオード５０及びキャパシタ９０の接続は、実施の形態１及び２と同様である。
【００９６】
実施の形態１と同様の電流検出回路２２０は、制御部４１０からの制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮ（Ｎ：２以上の自然数）に従って動作することで、Ｎ個の電流範囲から入力電流Ｉｉｎが含まれる電流範囲を検出する。電流検出回路２２０は、制御部４１０に対して、当該電流範囲の検出結果を示す検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮを出力する。
【００９７】
制御部４１０は、実施の形態１と同様に、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮに基づき、制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのうちの１つをＨレベルに設定する。実施の形態１と同様に、制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのうちのｉ番目の制御信号ｃｔｒｌｉのみがＨレベルに設定される一方で、他の（Ｎ−１）個の制御信号はＬレベルに設定される。制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮは、電流検出回路４２０へ入力される。
【００９８】
図１５は、図１４に示された電流検出回路４２０の構成を説明する回路図である。
図１５を参照して、電流検出回路４２０は、入力信号線１０に並列接続された、複数の検出ユニット４２１−１〜４２１−Ｎを有する。図３中には、検出ユニット４２１−１，４２１−２，４２１−Ｎの構成が図示される。
【００９９】
検出ユニット４２１−１は、スイッチＳＷａ１，ＳＷｂ１，ＳＷｃ１と、トランジスタＴＮｘ１と、キャパシタＣｘ１とを有する。スイッチＳＷａ１，ＳＷｂ１，ＳＷｃ１と、トランジスタＴＮｘ１と、キャパシタＣｘ１は、電流検出回路３２０（図１１）の、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ、トランジスタＴＮｘ、及び、キャパシタＣｘと同様の構成となるように配置される。
【０１００】
スイッチＳＷａ１は、制御信号ｃｔｒｌ１に応じてオンオフされる。スイッチＳＷｂ１及びＳＷｃ１は、リセット制御信号ｃｒｓｔに応じて、図１１のスイッチＳＷｂ及びＳＷｃと同様にオンオフされる。
【０１０１】
これにより、ノードＮｅ１には、制御信号ｃｔｒｌ１のＨレベル期間において、入力信号線１０上の入力電流ＩｉｎがトランジスタＴＮｘ１を流れるときのゲート電圧Ｖｘｇ１が保持される。
【０１０２】
検出ユニット４２１−２は、検出ユニット４２１−１と同様に構成されて、スイッチＳＷａ２，ＳＷｂ２，ＳＷｃ２と、トランジスタＴＮｘ２と、キャパシタＣｘ２とを有する。スイッチＳＷａ２は、制御信号ｃｔｒｌ２に応じてオンオフされる。スイッチＳＷｂ２及びＳＷｃ２は、リセット制御信号ｃｒｓｔに応じて、スイッチＳＷｂ１及びＳＷｃ１と同様にオンオフされる。
【０１０３】
検出ユニット４２１−２は、検出ユニット４２１−１と同様に動作することにより、制御信号ｃｔｒｌ２のＨレベル期間において、入力信号線１０上の入力電流ＩｉｎがトランジスタＴＮｘ２を流れるときのゲート電圧Ｖｘｇ２を、ノードＮｅ２に保持する。
【０１０４】
検出ユニット４２１−Ｎについても、検出ユニット４２１−１，４２１−２と同様に構成されて、スイッチＳＷａＮ，ＳＷｂＮ，ＳＷｃＮと、トランジスタＴＮｘ２と、キャパシタＣｘＮとを有する。スイッチＳＷａＮは、制御信号ｃｔｒｌＮに応じてオンオフされる。スイッチＳＷｂＮ及びＳＷｃＮは、リセット制御信号ｃｒｓｔに応じて、スイッチＳＷｂ１及びＳＷｃ１と同様にオンオフされる。
【０１０５】
これにより、ノードＮｅＮには、制御信号ｃｔｒｌＮのＨレベル期間において、入力信号線１０上の入力電流ＩｉｎがトランジスタＴＮｘＮを流れるときのゲート電圧ＶｘｇＮが保持される。
【０１０６】
このように、実施の形態３に係る電流検出回路４２０は、実施の形態１の電流検出回路２２０によって判別されるＮ個の電流範囲毎に、実施の形態２に係る電流検出回路３２０を設けた構成を有する。図１５に示された電流検出回路４２０は「第３の電流検出回路」の一実施例に対応する。
【０１０７】
電流検出回路４２０において、複数の検出ユニット４２１−１〜４２１−Ｎに含まれる、トランジスタＴＮｘ１〜ＴＮｘＮの各々は「第１のトランジスタ」の一実施例に対応し、スイッチＳＷａ１〜ＳＷａＮの各々は「第２のスイッチ」の一実施例に対応し、キャパシタＣｘ１〜ＣｘＮの各々は「ゲートに接続されたキャパシタ」の一実施例に対応する。尚、実施の形態３では、「第１の電流検出回路］に対応する電流検出回路２２０と、「第３の電流検出回路］に対応する電流検出回路４２０とによって「電流検出部」が構成される。
【０１０８】
図１６は、実施の形態３に係る電流シャント回路４３０の構成を説明する回路図である。
【０１０９】
図１６を参照して、電流シャント回路４３０は、入力信号線１０及び接地配線１２の間に並列接続された、Ｎ個のトランジスタＴＮｙ１〜ＴＮｙＮを有する。トランジスタＴＮｙ１〜ＴＮｙＮのゲートは、電流検出回路４２０（図１５）のノードＮｅ１〜ＮｅＮとそれぞれ接続される。
【０１１０】
即ち、トランジスタＴＮｙ１〜ＴＮｙＮのゲート電圧は、トランジスタＴＮｘ１〜ＴＮｘＮ（図１５）のゲート電圧Ｖｘｇ１〜ＶｘｇＮとそれぞれ共通である。図１６の電流シャント回路４３０において、トランジスタＴＮｙ１〜ＴＮｙＮは「複数の第２のトランジスタ」の一実施例に対応する。
【０１１１】
即ち、実施の形態３に係る電流シャント回路４３０は、実施の形態１の電流検出回路２２０によって判別されるＮ個の電流範囲毎に、実施の形態２に係る電流シャント回路３３０を設けた構成を有する。
【０１１２】
図１７は、実施の形態３の制御部４１０によって生成される制御信号の波形図である。
図１７を参照して、制御部４１０は、時刻ｔａ〜ｔｂの期間において、図４（実施の形態１）と同様に、制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮのＨレベル期間を設けるとともに、電流検出回路２２０の検出ユニット２２１−１〜２２１−Ｎからそれぞれ出力された検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮを記憶する。
【０１１３】
制御部４１０は、時刻ｔｘ〜ｔｙの期間において、実施の形態１と同様に、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮに基づき、電流シャント回路４３０への制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのうちの１つの制御信号ＣｔｒｌｉをＨレベルに設定する。
【０１１４】
又、制御部４１０は、時刻ｔｘに先立って、図１３（実施の形態２）と同様に、リセット制御信号ｃｒｓｔのＨレベル期間を設ける。これにより、時刻ｔｘの時点において、電流検出回路４２０のノードＮｅ１〜ＮｅＮのゲート電圧Ｖｘｇ１〜ＶｘｇＮがクリアされる（Ｖｘｇ１＝Ｖｘｇ２＝…＝ＶｘｇＮ＝０）。
【０１１５】
実施の形態３では、時刻ｔａ〜ｔｂの期間、及び、時刻ｔｘ〜ｔｙの期間の各々において、フォトダイオード５０（センサ）は、検出すべき最小光量が入力された状態（即ち、Ｉｉｎ＝Ｉｍｉｎの状態）に維持される。実施の形態３では、時刻ｔａ〜ｔｂの期間、及び、時刻ｔｘ〜ｔｙの期間の両方が「電流検出期間］に対応する。
【０１１６】
この結果、時刻ｔｘ〜ｔｙの期間では、電流検出回路４２０のＮ個の検出ユニット４２１−１〜４２１−Ｎのうちの１つの検出ユニット４２１−ｉにおいて、スイッチＳＷａｉがオンされる。これに伴い、当該検出ユニット４２１−ｉのノードＮｅｉには、入力信号線１０上の入力電流ＩｉｎがトランジスタＴＮｘｉを通過するときのゲート電圧Ｖｘｇｉが発生する。
【０１１７】
当該ゲート電圧Ｖｘｇｉは、キャパシタＣｘｉによって保持されるとともに、電流シャント回路４３０を構成するＮ個のトランジスタＴＮｙ１〜ＴＮｙＮのうちのトランジスタＴＮｙｉのゲートにも入力される。一方で、トランジスタＴＮｙｉ以外のトランジスタＴＮｙ１〜ＴＮｙｉ−１及びＴＮｙｉ＋１〜ＴＮｙＮでは、各ゲート電圧は０であるので、電流がオフされる。従って、電流シャント回路４３０によるシャント電流Ｉｓｈｔは、時刻ｔｘ〜ｔｙの期間における入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）と同等に制御される。
【０１１８】
時刻ｔｙ以降の期間においても、電流検出回路４２０のキャパシタＣｘｉによって、トランジスタＴＮｙｉのゲート電圧が保持されるので、電流シャント回路４３０によるシャント電流Ｉｓｈｔは維持される。
【０１１９】
このように、実施の形態３に係る増幅装置によれば、実施の形態１及び２の組み合わせによって、実施の形態２に係る電流検出回路３２０及び電流シャント回路３３０の構成を、Ｎ個の電流範囲毎に設けることができる。従って、電流範囲毎に、トランジスタＴＮｘ１〜ＴＮＸＮ（電流検出回路４２０）及びトランジスタＴＮｙ１〜ＴＮｙＮ（電流シャント回路４３０）のトランジスタサイズを適切に設定することにより、最小電流Ｉｍｉｎが広い電流範囲内で変化する用途においても、各電流領域においてシャント電流Ｉｓｈｔを高精度に発生することが可能となる。
【０１２０】
実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態１及び３の増幅装置１００，１０２における電流検出回路２２０の動作の変形例について説明する。
【０１２１】
図１８には、電流検出回路２２０（図３）の実施の形態４に係る動作例を説明する波形図が示される。より特定的には、図１８は、実施の形態１又は３において、制御部２１０，４１０から電流検出回路２２０に出力される制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮの波形図である。
【０１２２】
図１８を参照して、制御部２１０，４１０は、最小電流Ｉｍｉｎ相当の入力電流ｉｉｎが電流検出回路２２０へ入力される、図４又は図１７の時刻ｔａ〜ｔｂの期間において、制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮのそれぞれのＨレベル期間を順次発生させる単位モニタ期間Ｔｃを複数回連続的に設ける。例えば、図１８では、Ｋ個（Ｋ：２以上の自然数）の単位モニタ期間Ｔｃ１〜ＴｃＫの各々において、制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮのＨレベル期間が順次設けられる。
【０１２３】
制御部２１０，４１０は、単位モニタ期間Ｔｃ１〜ＴｃＫの各々において、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮのうちの、ＬレベルからＨレベルに切り替わる検出信号ＳＲＧｉを検知することができる。
【０１２４】
制御部２１０，４１０は、単位モニタ期間Ｔｃ１〜ＴｃＫのそれぞれで得られた検出信号ＳＲＧｉについて、そのうちのｉの最小値（ｉｍｉｎ）を求めることで、最小電流ＩｍｉｎがＮ個の電流範囲のいずれに属するかを検知する。
【０１２５】
この結果、実施の形態４によれば、単位モニタ期間Ｔｃ１〜ＴｃＫのそれぞれでの入力電流Ｉｉｎのうちの最小値を検出することが可能である。即ち、上述した最小値ｉｍｉｎに従って制御信号Ｃｔｒｌ１〜ＣｔｒｌＮのうちのｉｍｉｎ番目の制御信号ＣｔｒｌｉｍｉｎをＨレベルに設定することにより、上記最小値相当を最小電流Ｉｍｉｎとして、電流シャント回路２３０，４３０によるシャント電流Ｉｓｈｔを設定することが可能となる。
【０１２６】
このように、実施の形態４では、一定期間中の入力電流Ｉｉｎの最小値に従って、最小電流Ｉｍｉｎに対応させたシャント電流Ｉｓｈｔを設定することができる。従って、電流検出回路２２０の作動時である時刻ｔａ〜ｔｂにおける最小電流Ｉｍｉｎがそのまま最小電流Ｉｍｉｎとされるのに比較して、最小電流Ｉｍｉｎの検出精度、即ち、シャント電流Ｉｓｈｔの設定精度を向上することが可能となる。言い換えると、入力電流Ｉｉｎを厳密に最小電流Ｉｍｉｎと一致させなくても最小電流Ｉｍｉｎを検出することが可能となるので、電流検出回路２２０の作動時における設定が容易となる。
【０１２７】
尚、実施の形態１又は３の増幅装置１００，１０２では、電流シャント回路２３０，４３０が作動してシャント電流Ｉｓｈｔを設定している期間（図４の時刻ｔｃ以降の期間、又は、図１７の時刻ｔｘ以降の期間）において、図１８の単位モニタ期間Ｔｃを設けることで、電流検出回路２２０をバックグランドで動作させることも可能である。
【０１２８】
このようにすると、最小電流Ｉｍｉｎの検出に従ってシャント電流Ｉｓｈｔを一旦設定した後においても、シャント電流Ｉｓｈｔを維持した動作中において、最小電流Ｉｍｉｎの変化を監視することが可能となる。又、シャント電流Ｉｓｈｔの自動更新処理についても可能となる。
【０１２９】
図１９は、実施の形態４に係る自動更新機能を含むシャント電流の設定処理を説明するフローチャートである。図１９に示される一連の処理は、制御部２１０又は４１０によって実行することができる。
【０１３０】
図１９を参照して、制御部２１０又は４１０は、増幅装置１００，１０２のオンライン動作の前に、Ｓ１１０により、最小電流Ｉｍｉｎを検出するとともに、Ｓ１２０により、初回のシャント電流Ｉｓｈｔの設定を行う。
【０１３１】
Ｓ１１０では、上述の単位モニタ期間Ｔｃが１回または複数回設けられるように、制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮが生成される。これにより、各単位モニタ期間Ｔｃでの検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮに基づいて最小電流Ｉｍｉｎを検出することができる。Ｓ１２０では、制御部２１０又は４１０が、電流シャント回路２３０（実施の形態１）又は電流シャント回路４３０（実施の形態３）への制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのうちの１つ（制御信号ｃｔｒｌｉ）をＨレベルに設定することを通じて、シャント電流Ｉｓｈｔが設定される。
【０１３２】
Ｓ１２０によってシャント電流Ｉｓｈｔが初回設定されると、Ｓ１３０により、増幅装置１００，１０２のオンライン動作が開始される。オンライン動作中には、Ｓ１４０により、電流シャント回路２３０，４３０によるシャント電流Ｉｓｈｔの発生が継続される。これにより、上述のように、入力電流Ｉｉｎから、電流シャント回路２３０，４３０によるシャント電流Ｉｓｈｔを減算した電流の増幅によって、出力電圧Ｖｏｕｔが生成される。
【０１３３】
制御部２１０又は４１０は、ユーザ操作等によってオンライン動作の停止が指示されると（Ｓ１５０のＹＥＳ判定時）、オンライン動作を停止して処理を終了する。一方で、制御部２１０又は４１０は、オンライン動作が停止されるまでの間（Ｓ１５０のＮＯ判定時）、電流シャント回路２３０，４３０によるシャント電流の発生と並行して、Ｓ１６０により、単位モニタ期間Ｔｃが設けられるように制御信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮを生成する。これにより、現在設定されているシャント電流Ｉｓｈｔを用いたオンライン動作のバックグラウンドで、単位モニタ期間Ｔｃを繰り返し設けることができる。バックグラウンドの各単位モニタ期間Ｔｃにおいても、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮに基づいて最小電流Ｉｍｉｎを検出することができる。
【０１３４】
制御部２１０又は４１０は、Ｓ１７０により、バックグランドの単位モニタ期間Ｔｃで検出された最小電流Ｉｍｉｎが、現在の電流シャント回路Ｉｓｈｔを設定する際の最小電流（Ｉｍｉｎ＊とする）と比較する。例えば、バックグラウンドで検出された最小電流と、上記Ｉｍｉｎ＊との電流差が予め定められた判定値よりも大きいときに、Ｓ１７０がＹＥＳ判定とされて、最小電流Ｉｍｉｎの変化が検知される。
【０１３５】
制御部２１０又は４１０は、最小電流Ｉｍｉｎの変化を検知すると（Ｓ１７０のＹＥＳ判定時）、Ｓ１８０により、変化後の最小電流Ｉｍｉｎに対応させてシャント電流Ｉｓｈｔを再設定する。具体的には、変化後の最小電流Ｉｍｉｎに応じて、電流シャント回路２３０，４３０への制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのうちのＨレベルに設定される制御信号ｃｔｒｌｉを変更することで、シャント電流Ｉｓｈｔが更新される。この際に、変化後の最小電流ＩｍｉｎがＳ１７０の比較での基準となる上記最小電流Ｉｍｉｎ＊として記憶される。
【０１３６】
以降では、再設定された更新後のシャント電流Ｉｓｈｔを用いて、オンライン動作が継続される。一方で、最小電流Ｉｍｉｎの変化が検知されないとき（Ｓ１７０のＮＯ判定時）には、現在のシャント電流Ｉｓｈｔを維持して、オンライン動作が継続される。
【０１３７】
このように、図１９の制御処理により、初回のシャント電流Ｉｓｈｔ設定後のオンライン動作において、バックグランドで最小電流Ｉｍｉｎの変化を継続的に監視して、シャント電流Ｉｓｈｔを自動更新することが可能となる。これにより、フォトダイオード５０（センサ）の周囲環境の変化による光量範囲の変化に自動的に追従して、入力電流範囲に適合させた十分な増幅率を確保することが可能となる。
【０１３８】
実施の形態５．
図８及び図９に例示した増幅器２５０ａ，２５０ｂの構成では、増幅動作のためにトランジスタＴＮｍ０，ＴＮｍ１へ供給される電流が一定である。このため、入力電流Ｉｉｎが大きいときに、増幅度が過大となって出力電圧Ｖｏが電源電圧ＶＤＤに張り付く虞、或いは反対に、入力電流Ｉｉｎが小さいときに、増幅度が過小となって接地電圧ＡＧＮＤからの出力電圧Ｖｏの上昇量が不足する虞がある。
【０１３９】
従って、実施の形態５では、電流検出回路２２０を含む実施の形態１及び３の増幅装置１００，１０２における、入力電流Ｉｉｎに応じて増幅度を調整可能とするような増幅器２５０の構成の変形例について説明する。
【０１４０】
図２０は、実施の形態５に係る増幅器の第１の構成例を説明する回路図である。
図２０を参照して、実施の形態５の第１の構成例に係る増幅器２５０ｃは、図８に示された増幅器２５０ａと比較して、電流源ＣＳｂ及びＣＳｃに代えて、電流源選択部２５１及び２５２を有する点で異なる。増幅器２５０ｃのその他の構成は、増幅器２５０ａと同様である。電流源選択部２５１は、トランジスタＴＮｍ０に供給される電流Ｉｂｍ０を調整する。同様に、電流源選択部２５２は、トランジスタＴＮｍ１に供給される電流Ｉｂｍ１を調整する。
【０１４１】
電流源選択部２５１は、電源配線１１及びノードＮｍ０の間に並列に接続される電流源ＣＳｂ１〜ＣＳｂＮと、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３Ｎとを有する。スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３Ｎは、電源配線１１及びノードＮｍ０の間に、電流源ＣＳｂ１〜ＣＳｂＮのそれぞれと直列に接続される。
【０１４２】
同様に、電流源選択部２５２は、ノードＮｍ１及び接地配線１２の間に並列に接続される電流源ＣＳｃ１〜ＣＳｃＮと、スイッチＳＷ４１〜ＳＷ４Ｎとを有する。スイッチＳＷ４１〜ＳＷ４Ｎは、ノードＮｍ１及び接地配線１２の間に、電流源ＣＳｃ１〜ＣＳｃＮのそれぞれと直列に接続される。
【０１４３】
スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３Ｎ，ＳＷ４１〜ＳＷ４Ｎは、制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じてオンオフする。制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊は、時刻ｔｙ以降での電流シャント回路２３０又は３３０の動作期間において、時刻ｔｘ〜ｔｙにおける制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのそれぞれと同じ論理レベルに設定される。即ち、時刻ｔｘ〜ｔｙにおいて制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮのうちの制御信号ｃｔｒｌｉがＨレベルに設定される場合には、時刻ｔｙ以降では、制御信号ｃｔｒｌｉ＊がＨレベルに設定される。尚、時刻ｔｙ以降では、実施の形態２，３と同様に、制御信号ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮの各々はＬレベルに設定される。
【０１４４】
この結果、増幅器２５０ｃでは、電流源ＣＳｂ１〜ＣＳｂＮのうちの、制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じて選択された電流源ＣＳｂｉの出力電流が、トランジスタＴＮｍ０への供給電流Ｉｂｍ０とされる。同様に、電流源ＣＳｃ１〜ＣＳｃＮのうちの、制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じて選択された電流源ＣＳｃｉの出力電流が、トランジスタＴＮｍ１への供給電流Ｉｂｍ１とされる。即ち、制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じて調整された電流Ｉｂｍ０，Ｉｂｍ１を用いて、トランジスタＴＮｍ０，ＴｍＮ１による増幅動作が実行される。
【０１４５】
電流源ＣＳｂ１〜ＣＳｂＮ，ＣＳｃ１〜ＣＳｃＮの出力電流は、電流検出回路２２０で検出されるＮ個の電流範囲に従って、大電流側の電流範囲に対応する電流源の出力電流が相対的に小さくなるように設定される。例えば、本実施例では、入力電流Ｉｉｎが小さい程、Ｈレベルに設定される制御信号Ｃｔｒｌｉの添字ｉ（ｉ：１〜Ｎ）が小さくなるので、電流源ＣＳｂ１，ＣＳｃ１の出力電流が最大である一方で、電流源ＣＳｂＮ，ＣＳｃＮの出力電流が最小となる。
【０１４６】
更には、電流源ＣＳｂ１〜ＣＳｂＮ，ＣＳｃ１〜ＣＳｃＮの出力電流は、Ｎ個の電流範囲の間の電流比を反映して設定することが好ましい。例えば、Ｎ個の電流範囲のうちのｊ番目（ｊ：１〜Ｎの自然数）の電流範囲での入力電流Ｉｉｎが、（Ｊ＋１）番目の電流範囲での入力電流Ｉｉｎの（１／Ｍ）倍である場合には（Ｍ＞１）、電流源ＣＳｂｊ＋１，ＣＳｃｊ＋１の出力電流は、電流源ＣＳｂｊ，ＣＳｃｊの出力電流のＭ倍とすることが好ましい。
【０１４７】
このようにすると、増幅器２５０ｃでは、入力電流Ｉｉｎが小さいときには大電流を用いる一方で、入力電流Ｉｉｎが小さいときには小電流を用いることにより、入力電流Ｉｉｎのレベルに応じて、増幅器２５０ｃの増幅度を適切に調整することが可能となる。この結果、増幅器２５０ｃでの消費電力を削減することも可能となる。
【０１４８】
図２１は、実施の形態５に係る増幅器の第２の構成例を説明する回路図である。
図２１を参照して、実施の形態５の第２の構成例に係る増幅器２５０ｄは、図９に示された増幅器２５０ｂと比較して、抵抗素子Ｒｂ及びＲｃに代えて、抵抗選択部２５３及び２５４を有する点で異なる。増幅器２５０ｄのその他の構成は、増幅器２５０ｂと同様である。
【０１４９】
抵抗選択部２５３は、電源配線１１及びノードＮｍ０の間に並列に接続される抵抗素子Ｒｂ１〜ＲｂＮと、スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３Ｎとを有する。スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３Ｎは、電源配線１１及びノードＮｍ０の間に、抵抗素子Ｒｂ１〜ＲｂＮのそれぞれと直列に接続される。
【０１５０】
同様に、抵抗選択部２５４は、ノードＮｍ１及び接地配線１２の間に並列に接続される抵抗素子Ｒｃ１〜ＲｃＮと、スイッチＳＷ４１〜ＳＷ４Ｎとを有する。スイッチＳＷ４１〜ＳＷ４Ｎは、ノードＮｍ１及び接地配線１２の間に、抵抗素子Ｒｃ１〜ＲｃＮのそれぞれと直列に接続される。
【０１５１】
スイッチＳＷ３１〜ＳＷ３Ｎ，ＳＷ４１〜ＳＷ４Ｎは、図２０で説明した制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じてオンオフする。この結果、増幅器２５０ｄでは、抵抗素子Ｒｂ１〜ＲｂＮから、制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じて選択された抵抗素子Ｒｂｉを通過した電流Ｉｂｍ０がトランジスタＴＮｍ０へ供給される。同様に、抵抗素子Ｒｃ１〜ＲｃＮから、制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じて選択された抵抗素子Ｒｃｉを通過した電流Ｉｂｍ１がトランジスタＴＮｍ１へ供給される。即ち、増幅器２５０ｄにおいても、制御信号ｃｔｒｌ１＊〜ｃｔｒｌＮ＊に応じて調整された電流Ｉｂｍ０，Ｉｂｍ１を用いて、トランジスタＴＮｍ０，ＴｍＮ１による増幅動作が実行される。
【０１５２】
抵抗素子Ｒｂ１〜ＲｂＮ，Ｒｃ１〜ＲｃＮの抵抗値は、電流検出回路２２０で検出されるＮ個の電流範囲に従って、高電流の電流範囲に対応する抵抗素子の抵抗値が相対的に大きくなるように設定される。例えば、本実施例では、入力電流Ｉｉｎが小さい程、Ｈレベルに設定される制御信号Ｃｔｒｌｉの添字ｉ（ｉ：１〜Ｎ）が小さくなるので、抵抗素子Ｒｂ１，Ｒｃ１の抵抗値が最小である一方で、抵抗素子ＲｂＮ，ＲｃＮの抵抗値が最大に設計される。
【０１５３】
これにより、増幅器２５０ｄにおいても、入力電流Ｉｉｎが小さいときには低抵抗を通過する大電流を用いる一方で、入力電流Ｉｉｎが小さいときには高抵抗を通過する小電流を用いることにより、増幅器２５０ｃと同様に、入力電流Ｉｉｎのレベルに応じて増幅度を適切に調整することが可能となる。上述のように、これにより、増幅器２５０ｄでの消費電力を削減することも可能となる。
【０１５４】
増幅器２５０ｄにおいても、抵抗素子Ｒｂ１〜ＲｂＮ，Ｒｃ１〜ＲｃＮの抵抗値は、Ｎ個の電流範囲の間の電流比を反映して設定することが好ましい。即ち、上述のように、ｊ番目の電流範囲での入力電流Ｉｉｎが、（Ｊ＋１）番目の電流範囲での入力電流Ｉｉｎの（１／Ｍ）倍である場合には、抵抗素子Ｒｂｊ＋１，Ｒｃｊ＋１の選択時の通過電流が、抵抗素子Ｒｂｊ、Ｒｃｊの選択時の通過電流のＭ倍となるように、抵抗素子Ｒｂｊ＋１，Ｒｃｊ＋１の抵抗値と、抵抗素子Ｒｂｊ、Ｒｃｊの抵抗値との比を設計することが好ましい。
【０１５５】
図２０及び図２１の構成において、トランジスタＴＮｍ０は「増幅トランジスタ」の一実施例に対応し、電流源選択部２５１及び抵抗選択部２５３は「電流調整回路」の一実施例に対する。
【０１５６】
実施の形態１で説明した増幅器２５０ａ及び２５０ｂ（図８及び図９）は、実施の形態１〜３に係る増幅装置１００〜１０２の各々において、増幅回路２４０を構成する各増幅器２５０として用いることができる。一方で、実施の形態５に係る増幅器２５０ｃ及び２５０ｂ（図２０及び図２１）は、実施の形態１及び３に係る増幅装置１００及び１０２の各々において、増幅回路２４０を構成する各増幅器２５０として用いることができる。
【０１５７】
以上、実施の形態１〜５を通じて、本実施の形態に係る増幅装置では、電流検出回路２２０，３２０、又は、電流検出回路２２０，４２０によって検出された入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）に従ってシャント電流Ｉｓｈｔを設定した後、当該シャント電流Ｉｓｈｔを入力電流Ｉｉｎから減算した電流を変換することで、出力電圧Ｖｏｕｔが得られる。
【０１５８】
従って、シャント電流Ｉｓｈｔの設定は、増幅装置１００〜１０２において少なくとも１回は実行される必要がある。その後、電流検出回路２２０，３２０、又は、電流検出回路２２０，４２０によって入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）を検出することによって、シャント電流Ｉｓｈｔの更新が可能となる。
【０１５９】
シャント電流Ｉｓｈｔの更新タイミングは任意であり、例えば、少なくとも、増幅装置１００〜１０２の動作開始時に実行することが可能である。或いは、ユーザによる操作入力（所定スイッチの操作等）に応じて、電流検出回路２２０，３２０、又は、電流検出回路２２０，４２０の動作による入力電流Ｉｉｎ（最小電流Ｉｍｉｎ）の検出によるシャント電流Ｉｓｈｔの更新処理が起動されてもよい。
【０１６０】
或いは、実施の形態４で説明したように、電流シャント回路２３０，４３０の作動中に、バックグラウンドで電流検出回路２２０が最小電流Ｉｍｉｎを監視する場合には、当該監視結果に基づいて、シャント電流Ｉｓｈｔの更新処理を起動することも可能である。
【０１６１】
又、実施の形態１〜５を通じて、制御部２１０，３１０，４１０は、図４、図１３、図１７及び図１８に示された波形図に従って制御信号群を発生する機能、及び、検出信号ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮのＬレベル／Ｈレベルの切り替わり点を検出する機能、並びに、図１９に示した制御処理を実行する機能を有する限り、ハードウェア及びソフトウェアのいずれによって実現することも可能である。
【０１６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１６３】
１０  入力信号線、１１  電源配線、１２  接地配線、１５，ＣＳａ１〜ＣＳａＮ，ＤＳｂ１〜ＣＳｂＮ，ＣＳｃ１〜ＣＳｃＮ，ＣＳｓ１〜ＣＳｓＮ，ＣＳｂ，ＣＳｂ１〜ＣＳｂＮ，ＣＳｃ，ＣＳｃ１〜ＣＳｃＮ  電流源、５０  フォトダイオード、９０，Ｃｘ，Ｃｘ１〜ＣｘＮ  キャパシタ、１００，１０１，１０２  増幅装置、２１０，３１０，４１０  制御部、２２０，３２０，４２０  電流検出回路、２２１−１〜２２１−Ｎ，４２１−１〜４２１−Ｎ  検出ユニット、２３０，２３０ａ，２３０ｂ，３３０，４３０  電流シャント回路、２４０  増幅回路、２５０，２５０ａ〜２５０ｄ  増幅器、２５１，２５２  電流源選択部、２５３，２５４  抵抗選択部、ＡＧＮＤ  接地電圧、Ｃ１，Ｃ２  入出力特性（Ｉｉｎ−Ｖｏｕｔ）、Ｃｔｒｌ１〜ＣｔｒｌＮ，ＳＥＬ１〜ＳＥＬＮ，ｃｔｒｌ，ｃｔｒｌ１〜ｃｔｒｌＮ  制御信号、Ｉｉｎ  入力電流、ＩＶ１１〜ＩＶ１Ｎ  インバータ、Ｉｒ１〜ＩｒＮ  基準電流、Ｉｓｈｔ  シャント電流、Ｎｏｕｔ  出力ノード、Ｒａ１〜ＲａＮ  シャント抵抗、Ｒｂ，Ｒｂ１，ＲｂＮ，Ｒｂｉ，Ｒｂｊ，Ｒｃ１，ＲｃＮ，Ｒｃｉ  抵抗素子、ＳＲＧ１〜ＳＲＧＮ  検出信号、Ｔｃ，Ｔｃ１〜ＴｃＫ  単位モニタ期間、ＶＤＤ  電源電圧、Ｖｏｕｔ  出力電圧、Ｖｘｇ，Ｖｘｇ１〜ＶｘｇＮ  ゲート電圧、ｃｒｓｔ  リセット制御信号。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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