(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅回路へ入力される光電変換素子からの光電流を検出する検出回路と、
前記検出回路で検出された電流を入力する入力回路と、
前記入力回路の入力電流から直流成分を抽出する直流分抽出手段と、
抽出された直流成分電流を前記増幅回路の入力側へ帰還する出力回路と、
から成り、前記帰還された直流成分電流が前記光電流の直流成分電流となることを特徴とする直流光電流補償回路。
【請求項２】
増幅回路へ入力される光電変換素子からの光電流を検出する検出回路と、
前記検出回路で検出された電流を入力する入力回路と、
前記入力回路の入力電流から直流成分を抽出する直流分抽出手段と、
抽出された直流成分電流を前記増幅回路の入力側へ帰還する出力回路と、
から成るとともに、
前記入力回路と出力回路が互いに対称的に構成されていることを特徴とする直流光電流補償回路。
【請求項３】
直流分抽出手段が前記出力回路側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の直流光電流補償回路。
【請求項４】
前記検出回路は光電流を電圧に変換する増幅器の帰還抵抗の両端の電圧を取り出して、該電圧に基づいた電流を出力する請求項１〜３のいずれかに記載の直流光電流補償回路。
【請求項５】
カレントミラー回路の入力側トランジスタを前記入力回路の一部とし、前記カレントミラー回路の出力側トランジスタを前記出力回路の一部として前記入力回路と出力回路が前記カレントミラー回路を中心とした対称な回路構成となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直流光電流補償回路。
【請求項６】
増幅回路へ入力される光電変換素子からの光電流を検出する検出回路と、
前記検出回路で検出された電流を入力する入力回路と、
前記入力回路の入力電流から直流成分を抽出する直流分抽出手段と、
抽出された直流成分電流を前記増幅回路の入力側へ帰還する出力回路と、
から成り、
前記検出回路は光電流を電圧に変換する増幅器の帰還抵抗の両端の電圧を取り出して、該電圧に基づいた電流を出力することを特徴とする直流光電流補償回路。
【請求項７】
増幅回路へ入力される光電変換素子からの光電流を検出する検出回路と、前記検出回路で検出された電流を入力する入力回路と、前記入力回路の入力電流から直流成分を抽出する直流分抽出手段と、抽出された直流成分電流を前記増幅回路の入力側へ帰還する出力回路とから成り、
カレントミラー回路の入力側トランジスタを前記入力回路の一部とし、前記カレントミラー回路の出力側トランジスタを前記出力回路の一部として前記入力回路と出力回路が前記カレントミラー回路を中心とした対称な回路構成となっていることを特徴とする直流光電流補償回路。
【請求項８】
カレントミラー回路の入力側トランジスタを前記入力回路の一部とし、前記カレントミラー回路の出力側トランジスタを前記出力回路の一部として前記入力回路と出力回路が前記カレントミラー回路を中心とした対称な回路構成となっていることを特徴とする請求項６に記載の直流光電流補償回路。
【請求項９】
前記入力回路と出力回路が互いに対称的に構成されていることを特徴とする請求項１、６、７、８のいずれかに記載の直流光電流補償回路。
【請求項１０】
直流分抽出手段が前記出力回路側に設けられていることを特徴とする請求項６、７、８のいずれかに記載の直流光電流補償回路。
【請求項１１】
増幅回路へ入力される光電変換素子からの光電流を検出する検出回路と、
前記検出回路で検出された電流を入力する入力回路と、
前記入力回路の入力電流から直流成分を抽出する直流分抽出手段と、
抽出された直流成分電流を前記増幅回路の入力側へ帰還する出力回路と、
から成る直流光電流補償回路において、
前記入力回路は前記検出回路の出力端子に第１及び第２の抵抗が接続され第１抵抗の他端は第１トランジスタのエミッタに、第２抵抗の他端は第１トランジスタのベース及び第２トランジスタのエミッタに接続され、第２トランジスタのベースは第３トランジスタのコレクタ及びベースに接続され、第１及び第２トランジスタのコレクタ及び第３トランジスタのエミッタは電源に接続されて成り、
一方前記出力回路は第３トランジスタとカレントミラー回路を構成する第４トランジスタのコレクタが第５トランジスタのベースに接続され、第５トランジスタのエミッタは第６トランジスタのベース及び第３抵抗の一方に接続され、第６トランジスタのエミッタは第４抵抗に接続され、該第４抵抗の他端は第３抵抗の他端に接続されて出力端子を構成し、第５、第６トランジスタのコレクタは電源に接続されて成り、
第４トランジスタのコレクタと第５トランジスタのベースが接続される点と前記電源との間に前記直流成分取り出し用のコンデンサを接続して成ることを特徴とする直流光電流補償回路。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の直流光電流補償回路を有する赤外線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子からの光電流を処理する回路に設けられる直流光電流補償回路及びそれを備える赤外線通信装置に関するものである。
【０００２】
赤外線などの光信号を利用したデータ通信装置としては、家電製品に使用されている最も一般的なリモートコントロールや、パーソナルコンピュータ機器周辺に使用されるＩｒＤＡに準拠した光空間伝送装置等が挙げられる。これら機器の使用環境においては必要とされる信号光の他に、太陽光や照明器具からの光が不要なノイズ成分として入力されて、機器動作の障害を引き起こす事があるため、外乱光ノイズ成分を精度よく除去する回路手法及び、電源電圧の低電圧化などが要望されている。
【０００３】
【従来の技術】
一般に、赤外線通信装置のプリアンプには、赤外線を検出する受光素子と、受光素子で検出された信号を増幅する増幅回路とが設けられている。この増幅回路の等価回路を図５に、また回路構成例を図８に示す。図５において、１は入力インピーダンス無限大∞、出力インピーダンス０Ω、オープンループゲイン無限大∞を有する理想的な差動増幅器である。Ｒｆ２はその帰還抵抗であり、一端は増幅器１の反転入力端子（−）に接続され、他端は増幅器１の出力端子に各々接続されている。また２は直流光電流補償回路であり、その一端は増幅器１の反転入力端子（−）に、他端は増幅器１の出力端子に各々接続されている。ＰＤは受光素子（フォトダイオード）であり、そのカソード側は増幅器１の反転入力端子（−）に、接続されアノード側は接地されている。
【０００４】
上記構成において、フォトダイオードＰＤに光が照射されることによって光電流ＩＰＤが流れたとき、出力電圧Ｖｏは以下の式で与えられる。
Ｖｏ＝ＩＰＤ×Ｒｆ２
ここで、ＩＰＤは直流成分と交流成分（通常、信号は交流成分）を共に含む信号である。出力電圧Ｖｏは直流光電流補償回路２にも入力され、直流光電流補償回路２内のローパスフィルタ３において直流成分のみが抽出される。その直流電圧は電圧／電流変換回路４によって直流電流に変換される。この電流は増幅器１の入力側に帰還される。
【０００５】
次に赤外線通信装置についてその回路ブロック図を図６に、また図７に各部動作波形を示す。図６において、フォトダイオードＰＤにより受信赤外線信号を電気信号に変換し、その電気信号を第１、第２増幅器１、５で増幅し、更に入力信号の搬送波周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ６により強度変調する。バンドパスフィルタ６の出力はピークホールド回路７へ供給されるとともに第１比較器８の非反転入力端子（＋）に入力される。
【０００６】
ピークホールド回路７の出力電圧は抵抗Ｒ２１、Ｒ２２で分圧された後、比較器８の反転入力端子（−）に基準電圧（比較器８のスレッシュレベル）として印加される。前記基準電圧と前記バンドパスフィルタ６の出力を比較器８とコンデンサ９とで比較積分し、次段の第２の比較器１０において波形成形を行った後、出力トランジスタ１１を介して出力端子１２に出力する。
【０００７】
図７（イ）から（ホ）に示す波形に従って図６の装置の動作を説明すると、まず、送信されてきた赤外線信号ａを増幅器１、５で増幅した波形はｂの波形となり、更にバンドパスフィルタ６で強度変調を行うと波形はｃの波形となる。この波形ｃをピークホールド回路７に入力したとき、その出力波形はｄの波形となり、これを抵抗分圧した基準電圧（スレッシュレベル）はｅの波形となる。この波形ｅと前記信号波形ｃを第１の比較器８で比較し、積分した出力がｆの波形であり、この波形ｆを第２の比較器１０及び出力トランジスタ１１で波形成形を行ったｇの波形が出力端子１２に出力される。尚、図６（ニ）でＶｒｅｆは比較器１０に与えられる基準電圧を示している。
【０００８】
次に、図５の詳細回路を図８に従って説明する。図８において、増幅器１はエミッタ接地のＮＰＮトランジスタＱ１と、そのコレクタと電源端子１４間に設けられた定電流源１６と、トランジスタＱ１の出力を受けるＮＰＮトランジスタＱ２と、定電流源１７とから構成されている。トランジスタＱ２のコレクタは電源端子１４に接続され、エミッタは定電流源１７を介して接地端子１５に接続されている。帰還抵抗Ｒｆ2はトランジスタＱ２のエミッタとトランジスタＱ１のベース間に挿入されている。トランジスタＱ１のベースには入力端子１３を介してフォトダイオードＰＤが接続されている。１８は出力端子である。
【０００９】
次に、直流光電流補償回路２は、図示のように接続されたトランジスタＱ３〜Ｑ１８と、抵抗Ｒ１〜Ｒ５、コンデンサＣ２とから成っている。このうち、トランジスタＱ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ１４、Ｑ１５、Ｑ１６はダイオード接続されており、トランジスタＱ１０、Ｑ１１は差動増幅器１９を構成している。また、トランジスタＱ１８のコレクタはトランジスタＱ１のベースに接続されている。
【００１０】
今、入力端子１３に電流ＩＰＤが入力されると点▲１▼の電位は、
ＶＢＥ（Ｑ１）＋ＩＰＤ×Ｒｆ２
但し、ＶＢＥはベース−エミッタ間電圧
で与えらえる。
【００１１】
点▲２▼の電圧は点▲１▼の電圧にＶＢＥ（Ｑ２）を加算した値となり、トランジスタＱ１０及び、Ｑ１１で構成される差動増幅器１９に入力される。この差動増幅器１９において、コンデンサＣ２をトランジスタＱ１１のベース電流で充電、トランジスタＱ１２のベース電流で放電することで点▲２▼の電圧の直流成分電圧に点▲３▼の電圧が等しくなる。例えば、点▲２▼の電圧が点▲３▼の電圧より低い場合、差動増幅器１９においてトランジスタＱ１０はＯＮ状態、Ｑ１１はＯＦＦ状態となり、トランジスタＱ１１のベース電流は流れないためコンデンサＣ２はトランジスタＱ１２のベース電流のみで放電することとなり、点▲３▼の電圧が下がって点▲２▼の電圧とつり合うようになる。
【００１２】
ここで入力電流ＩＰＤの直流成分が増加して、点▲３▼の電圧が上昇して
３ＶＢＥ＝ＶＢＥ（Ｑ１３）＋ＶＢＥ（Ｑ１４）＋ＶＢＥ（Ｑ１５）
を超えると、トランジスタＱ１３〜Ｑ１５がＯＮ状態となり、
Ｉｃ＝（点▲３▼の電圧−３ＶＢＥ）／Ｒ４
で表されるコレクタ電流がトランジスタＱ１３に流れ始める。このコレクタ電流はトランジスタＱ１７、Ｑ１８及び抵抗Ｒ５で構成されるカレントミラー回路２０に入力され、抵抗Ｒ５で設定された電流増幅を受け、トランジスタＱ１８のコレクタより入力端子１３に電流が帰還される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の回路構成においては直流成分を検出するためのコンデンサＣ２の充電をＰＮＰトランジスタ、放電をＮＰＮトランジスタと構造の異なるトランジスタを用いて行なっており、ＰＮＰとＮＰＮトランジスタは各々独自にバラツクため、直流成分検出特性は製造工程バラツキの影響を受け易くなってしまう。更にトランジスタ構造の違いから、その温度特性も互いに異なるため、直流成分検出特性は温度依存特性の影響も受け易くなる。
【００１４】
また、この回路での最低動作可能電源電圧Ｖｃｃ（ＭＩＮ）は、
Ｖｃｃ（ＭＩＮ）＝ＶＢＥ（Ｑ１６）＋ＶＢＥ（Ｑ１５）＋ＶＢＥ（Ｑ１４）＋  ＶＢＥ（Ｑ１３）＋ＶＢＥ（Ｑ１１）＋ＶＣＥ（Ｑ９）
で与えられ、ＶＢＥ＝０．７Ｖ、ＶＣＥ＝０．３Ｖとすると、動作可能な最低動作電源電圧は３．８Ｖとなり、電源電圧の低電圧化が困難であった。
【００１５】
なお、この直流光電流補償回路を増幅回路に付加した場合、直流成分を含む信号増幅特性は、製造上のバラツキ及び温度の影響を受け易い回路となってしまう。更に赤外線通信装置に用いた場合も同様であり、システム全体のパフォーマンスを低下することにもなる。
【００１６】
本発明は特性精度の向上と低電圧化が可能な直流光電流補償回路及びそれを用いた赤外線通信装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の直流光電流補償回路は、増幅回路へ入力される光電変換素子からの光電流を検出する検出回路と；前記検出回路で検出された電流を入力する入力回路と；前記入力回路の入力電流から直流成分を抽出する直流分抽出手段と；抽出された直流成分電流を前記増幅回路の入力側へ帰還する出力回路とから成っている。なお、前記帰還された直流成分電流は前記光電流の直流成分電流となる。
【００１８】
この場合、前記入力回路と出力回路が互いに対称的に構成される。また、直流分抽出手段が前記出力回路側に設けられる。また、前記検出回路は光電流を電圧に変換する増幅器の帰還抵抗の両端の電圧を取り出して、該電圧に基づいた電流を出力する。尚、入力回路と出力回路は、カレントミラー回路の入力側トランジスタを前記入力回路の一部とし、前記カレントミラー回路の出力側トランジスタを前記出力回路の一部として前記カレントミラー回路を中心とした対称な回路構成となっている。
【００１９】
具体的には、前記入力回路は前記検出回路の出力端子に第１及び第２の抵抗が接続され第１抵抗の他端は第１トランジスタのエミッタに、第２抵抗の他端は第１トランジスタのベース及び第２トランジスタのエミッタに接続され、第２トランジスタのベースは第３トランジスタのコレクタ及びベースに接続され、第１及び第２トランジスタのコレクタ及び第３トランジスタのエミッタは電源に接続されて成り；一方前記出力回路は第３トランジスタとカレントミラー回路を構成する第４トランジスタのコレクタが第５トランジスタのベースに接続され、第５トランジスタのエミッタは第６トランジスタのベース及び第３抵抗の一方に接続され、第６トランジスタのエミッタは第４抵抗に接続され、該第４抵抗の他端は第３抵抗の他端に接続されて出力端子を構成し、第５、第６トランジスタのコレクタは電源に接続されて成り；第４トランジスタのコレクタと第５トランジスタのベースが接続される点と前記電源との間に前記直流成分取り出し用のコンデンサを接続して成る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る直流光電流補償回路を備えた増幅器の等価回路図であり、図２は、その一実施例を示す回路図である。図１における基本的な動作は先述した従来例と同一であるが、従来例と異なる部分としては、直流光電流補償回路２が検出回路２１、検出電流入力回路２２及び、ローパスフィルタ２３を付加した電流出力回路２４から構成されている点である。
【００２１】
この直流光電流補償回路２は、まず帰還抵抗Ｒｆ１の両端に発生する電圧に基づいた電流を抵抗Ｒ１０及びトランジスタＱ２０によって発生させる。この電流は検出回路２１にて入力電流ＩＰＤに略等しくなるよう調整された後、入力回路２２に入力される。そして、ローパスフィルタ２３で直流成分のみを取り出し、その直流成分の電流を出力回路２４より入力端子に帰還する。尚、前記抵抗Ｒ１０とトランジスタＱ２０は検出回路２１の一部を成すものとする。
【００２２】
図２の回路図に従って更に詳細に説明すると、増幅器１はトランジスタＱ２１、定電流源３１で構成されている。トランジスタＱ２１のコレクタとベースには帰還抵抗Ｒｆ１が接続されている。抵抗Ｒ１０、トランジスタＱ２０、Ｑ２３〜Ｑ２８及び定電流源３２が入力電流検出回路２１を構成している。また、抵抗Ｒ２２、Ｒ２３及びトランジスタＱ２９〜Ｑ３１で入力回路２２が、抵抗Ｒ２４、Ｒ２５及びトランジスタＱ３２〜Ｑ３４で出力回路２４がそれぞれ構成されている。出力回路２４には直流成分検出用ローパスフィルタ２３のコンデンサＣ２１が付加される。ここで抵抗Ｒ２２＝Ｒ２４、Ｒ２３＝Ｒ２５である。
【００２３】
フォトダイオードＰＤで光電変換された入力電流ＩＰＤは、抵抗Ｒｆ１で
Ｖ１＝ＩＰＤ×Ｒｆ１
なる電圧に変換され、抵抗Ｒｆ１の両端に発生した電圧Ｖ１を抵抗Ｒ２１とトランジスタＱ２０によって電流検出を行う。その検出電流Ｉ１は、
Ｉ１＝（Ｖ１−ＶＢＥ（Ｑ２０））／Ｒ２１
で表わされ、トランジスタＱ２０のベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ２０）に依存した電流となる。
【００２４】
該検出電流Ｉ１をトランジスタＱ２３、Ｑ２４で構成されるカレントミラーにより折り返し、トランジスタＱ２５〜Ｑ２８及び定電流源３２において入力電流ＩＰＤに略等しくなるよう調整され、Ｉ２＝ＩＰＤとなる。Ｉ２は入力回路２２に入力され抵抗Ｒ２２で電圧変換され、
Ｖ２＝Ｒ２２×Ｉ２
なる電圧が生じる。
【００２５】
また入力電流Ｉ２が増加し、電圧Ｖ２がＶＢＥ約０．７Ｖを超えるとトランジスタＱ２９がＯＮして抵抗Ｒ２３に電流が分岐される。このように生じた電圧Ｖ２とトランジスタＱ３０のベース電圧Ｖ３の差（トランジスタＱ３０のベース・エミッタ間電圧）に応じた電流Ｉ３がトランジスタＱ３０のコレクタに流れる。そして、  Ｉ４＝Ｉ３／ｈｆｅ
但しｈｆｅはトランジスタの電流増幅率で表されるトランジスタＱ３０のベース電流Ｉ４をトランジスタＱ３１、Ｑ３２で構成されるカレントミラー回路１００で折り返して出力回路２４に入力する。
【００２６】
ここでカレントミラー出力部であるトランジスタＱ３２のコレクタにはコンデンサＣ２１が接続されているため、コンデンサＣ２１で電流Ｉ４は平滑されることで、直流成分のみであるＩ４ＤＣがトランジスタＱ３３のベースに入力される。出力回路２４は入力回路２２と同じ構成となっているため、帰還される電流Ｉ５は前記電流Ｉ２（入力電流ＩＰＤ）の直流成分の電流となる。
【００２７】
ここで、注目すべき点は前記入力回路２２と出力回路２４がカレントミラー回路１００を中心に回路的に対称に構成されている点である。入力と出力が対称であるため、構成するトランジスタなどの素子バラツキに対して入力回路と出力回路が同じ依存特性を示すためバラツキの影響が相殺されることになる。また温度特性に対しても同様に相殺することができる。
【００２８】
図４に入力電流ＩＰＤに対する帰還電流特性のシミュレーション結果を示す。従来例の特性βに比べて本発明の特性αでは、入力電流の小さい領域より入力電流値に応じた帰還電流が出力されていることが分かる。従来例では入力電流の小さい領域では帰還電流は零となっている。
【００２９】
図３に本発明の赤外線通信装置の一実施例を示す。従来の赤外線通信装置と異なる点は、上述した本発明の直流光電流補償回路を用いた点だけであり、赤外線通信装置全体の動作については従来例で説明した通りであり、直流光電流補償回路２の動作は先述した実施形態のとおりである。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、直流光電流補償回路をブロック化して入力回路と出力回路を対称に構成することにより、製造上の素子のバラツキ及び温度特性を相殺するため直流光電流補償特性のプロセスバラツキ依存性、温度依存特性を抑制でき、更に回路の低電圧化が可能である。
【００３１】
また、本発明の直流光電流補償回路を赤外線通信装置に用いることにより、直流光ノイズ入射時の通信パフォーマンスのプロセスバラツキ、温度の影響を抑えることが可能であり、更にシステムの低電圧化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直流光電流補償回路を増幅回路と共に示す等価回路図である。
【図２】図１の回路の具体的構成を示す回路図である。
【図３】本発明の直流光電流補償回路を備えた赤外線通信装置を示す回路図である。
【図４】本発明の直流光電流補償特性のシミュレーション結果を従来例と対比して示す図である。
【図５】従来の直流光電流補償回路を増幅回路と共に示す図である。
【図６】従来の直流光電流補償回路を備えた赤外線通信装置を示す図である。
【図７】従来の赤外線通信装置の各部の信号を示す波形図である。
【図８】図５の回路の具体的構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１    増幅器
２    直流光電流補償回路
２１  検出回路
２２  入力回路
２３  ローパスフィルタ
２４  出力回路
ＰＤ  フォトダイオード
【図１】
0003559198.tif 000002
【図２】
0003559198.tif 000003
【図３】
0003559198.tif 000004
【図４】
0003559198.tif 000005
【図５】
0003559198.tif 000006
【図６】
0003559198.tif 000007
【図７】
0003559198.tif 000008
【図８】
0003559198.tif 000009