CN104062005B - 受光电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种受光电路，能够高灵敏度地仅检测急剧的光量变化，而且消耗电流低、价格低廉且小型化。该受光电路具有：光电转换元件，其流出与入射光量对应的电流；MOS晶体管，其源极与光电转换元件连接，漏极与节点连接，在源极的电压维持在第1电压的情况下使光电转换元件的电流流向节点；复位电路，其使电流从节点流向GND端子，使得节点的电压成为低于第1电压的第2电压；控制电路，其向复位电路输出复位信号；以及电压上升检测电路，检测节点的电压的变动，并输出检测结果，复位电路构成为：在输入有控制电路的复位信号时，使电流从节点流向GND端子，使得节点的电压成为第2电压，在复位信号不再输入时保持其状态。

Description

受光电路

技术领域

本发明涉及检测光量的变化的受光电路，尤其是，涉及能够与周围的亮度无关地稳定地检测光量的变化的受光电路。

背景技术

受光电路被用于红外线远程通信或可见光通信的光信号接收、光遮断器或距离传感器等。作为该受光电路的功能，不检测由于人的移动、物体因风摆动而产生的缓慢的光量变化或亮度以50Hz的频率变动的荧光灯的光量变化，而需要检测点亮LED等时的急剧的光量变化。此外，受光灵敏度不随周围的亮度而变化也很重要。

图6是示出现有的受光电路的框图。现有的受光电路具有光电二极管101、电阻元件601、低通滤波器603和NMOS晶体管602。

光电二极管101的N型端子与VDD端子连接，P型端子与输出端子604和电阻元件601的一个电极连接。电阻元件601的另一个电极与GND端子连接。低通滤波器603的输入端子610与电阻元件601的一个电极连接，输出端子611与NMOS晶体管602的栅极连接。NMOS晶体管602的漏极与电阻元件601的一个电极连接，源极与GND端子连接。输出端子604与电阻元件601的一个电极连接。

如上构成的受光电路如下那样进行动作，来检测入射的光量的变化。

在周围较暗的情况下，光电二极管101中不流过稳定的电流。输出端子604的电压为GND端子电压，因此，NMOS晶体管602截止。此处，在照射了LED等的光时，在光电二极管101中产生电流。该电流流过电阻元件601，产生电压。该电压被输出到输出端子604，由此能够检测出入射光量发生变化的情况。

在周围较亮的情况下，光电二极管101中流过稳定的电流。输出端子604的电压因电流流过电阻元件601而上升。在输出端子604的电压超过NMOS晶体管602的阈值电压时，NMOS晶体管602导通。因此，输出端子604的电压被控制在NMOS晶体管602的阈值电压附近。即，无论周围怎样明亮，输出端子604的电压只会上升到NMOS晶体管602的阈值电压附近。此处，在照射了LED等的光时，光电二极管101的电流增大。此时，由于NMOS晶体管602的栅极电压经由低通滤波器603而变化，因此，瞬间变化的电流仅流过电阻元件601。因此，电阻元件601的电压因该电流而增大，输出端子604的电压增大。进而，根据输出端子604的电压变为规定电压以上，能够检测出入射光的量发生变化的情况。

如上所述，在现有的受光电路中，通过具有低通滤波器603和NMOS晶体管602，使得受光灵敏度不受周围的亮度的影响（例如，参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开平9-83452号公报

但是，在现有的受光电路中，在光电二极管与电阻的连接点，存在光电二极管的较大的寄生电容和布线电容等，因此，因光电二极管的电流而上升的连接点的电压上升速度下降。因此，在从较远的位置点亮LED等的情况下，光电二极管产生的电流较小，连接点的电压上升速度较慢，因此，在连接点的电压达到规定值之前，NMOS晶体管中流过光电二极管的电流。即，现有的受光电路具有灵敏度低的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，提供灵敏度高的受光电路。此外，通过构成为使光电二极管的电流不添加于消耗电流，提供消耗电流低的受光电路。进而，提供一种成本较低的受光电路，即使不使用昂贵且需要位置的低通滤波器，也能够提高受光灵敏度，减小占有面积。

为了解决现有的问题，本发明的受光电路具有：光电转换元件，其流出与入射光量对应的电流；MOS晶体管，其源极与光电转换元件连接，漏极与节点连接，在源极的电压维持在第1电压的情况下使光电转换元件的电流流向节点；复位电路，其使电流从节点流向GND端子，使得节点的电压成为低于第1电压的第2电压；控制电路，其向复位电路输出复位信号；以及电压上升检测电路，其检测节点的电压的变动，并输出检测结果，复位电路构成为：在输入有控制电路的复位信号时，使电流从节点流向GND端子，使得节点的电压成为第2电压，在复位信号不再输入时，保持该状态。

本发明的受光电路能够高灵敏度地仅检测出急剧的光量变化，而且消耗电流低、价格低廉且小型化。

附图说明

图1是示出本实施方式的受光电路的框图。

图2是示出本实施方式的受光电路的电压输出电路的一例的电路图。

图3是示出本实施方式的受光电路的复位电路的一例的电路图。

图4是示出本实施方式的受光电路的电压检测电路的一例的电路图。

图5是示出本实施方式的受光电路的电压上升检测电路的一例的电路图。

图6是示出现有的受光电路的框图。

标号说明

101光电二极管；102电压输出电路；103PMOS晶体管；104复位电路；105电容；106电压检测电路；107电压上升检测电路；108输出端子。

具体实施方式

以下，参照附图，说明受光电路的实施方式。

图1是示出本实施方式的受光电路的框图。

本实施方式的受光电路具有光电二极管101、电压输出电路102、PMOS晶体管103、复位电路112、电容105、电压检测电路106和电压上升检测电路107。

光电二极管101的N型端子与GND端子连接，P型端子与PMOS晶体管103的源极和电压输出电路102的输入端子110连接。PMOS晶体管103的栅极与电压输出电路102的输出端子111连接，漏极与节点120连接。复位电路104的复位端子112与节点120连接，输入端子113与电压检测电路106的输出端子114连接。电容105的一侧端子与节点120连接，另一侧端子与GND端子连接。电压检测电路106的输入端子115与节点120连接。电压上升检测电路107的输入端子116与节点120连接，输出端子117与受光电路的输出端子108连接。

作为光电转换元件的光电二极管101输出与入射的光量对应的电流。在节点120的电压为检测电压以上的情况下，电压检测电路106从输出端子114输出低信号，在节点120的电压小于检测电压的情况下，电压检测电路106从输出端子114输出高信号。复位电路104在输入端子113输入有低信号的情况下，从复位端子112向GND端子流过电流，使与复位端子112连接的节点120的电压下降为复位电压。在输入端子113输入有高信号的情况下，复位电路104保持该时刻的状态，使节点120的电压维持复位电压。该复位电压被设定为低于电压检测电路106的检测电压。电压输出电路102从输出端子111向PMOS晶体管103的栅极输出电压，使得电流流过的PMOS晶体管103的源极电压高于电压检测电路106的检测电压。节点120的电压上升速度由光电二极管101中产生的电流的增大量和电容105的电容值决定。此处，电容105的电容值设定得较小。

如上构成的本实施方式的受光电路如下那样进行动作，来检测入射的光量的变化。

在周围较暗的情况下，在光电二极管101中既不产生电压也不产生电流，因此PMOS晶体管103的源极和节点120为GND端子的电压（基准电压）。从该状态起，在入射有光信号或者周围急剧变亮而在光电二极管101中产生电压和电流时，PMOS晶体管103的源极电压上升。在PMOS晶体管103的上升的源极电压成为使PMOS晶体管103导通的电压以上时，光电二极管101的电流对电容105充电。在节点120的电压上升而达到电压检测电路106的检测电压时，电压检测电路106向复位电路104输出低信号。在复位电路104接收到来自电压检测电路106的低信号时，使光电二极管101的电流流向GND端子。因此，节点120的电压下降。在节点120的电压下降而小于电压检测电路106的检测电压时，电压检测电路106向复位电路104输出高信号。复位电路104接收到该高信号，保持该时刻的状态。复位电路104在输入端子113输入有高信号期间，保持该状态。电压上升检测电路107对输入到输入端子116的节点120的电压上升速度进行检测，如果电压上升速度为规定以上，则从输出端子117输出高信号，如果小于规定速度，则从输出端子117输出低信号。从电压上升检测电路107的输出端子117输出的信号被作为检测信号而从受光电路的输出端子108输出。

在周围较亮的情况下，光电二极管101流出恒定电流。因此，PMOS晶体管103的源极电压是使光电二极管101的电流流入PMOS晶体管103的电压。此外，如上所述，节点120通过复位电路104而流过与周围的亮度对应的电流，因此维持复位电压。从该状态起，在入射有光信号或者在周围急剧变亮时，光电二极管101的电流增大。PMOS晶体管103的源极电压因流过该增大的电流而略微上升，紧接着，PMOS晶体管103使包含光电二极管101增大的电流在内的电流流入节点120。复位电路104保持接收到高信号的时刻的状态，因此，节点120的电压随着光电二极管101的电流增大量而增大。接下来，通过与上述相同的动作，从受光电路的输出端子108输出检测信号。

另一方面，在由于周围变亮、人移动、窗帘晃动而使入射到光电二极管101的光量缓慢地变化的情况下，光电二极管101的电流也缓慢地增大。因此，从在开始增大的初期的非常小的光电二极管的增大电流起，开始经由PMOS晶体管103对电容105充电。但是，由于电容105的电容值较小，因此，即使电流非常小，节点120的电压也瞬间上升。因此，在光电二极管101的电流不再增加时，节点120的电压达到电压检测电路106的检测电压，后续的动作是与上述的周围较暗的情况相同的动作。进而，在光电二极管101的电流缓慢地变化的情况下，节点120的电压上升速度小于电压上升检测电路107检测出的电压上升速度，入射到光电二极管101的光量的变化不被检测出。

图2是示出本实施方式的受光电路的电压输出电路102的一例的电路图。

电压输出电路102具有输入端子110、输出端子111、NMOS晶体管201和PMOS晶体管202。

输入端子110与NMOS晶体管201的栅极和PMOS晶体管202的源极连接。NMOS晶体管201的源极与GND端子连接，漏极与输出端子111、PMOS晶体管202的栅极和漏极连接。

在输入端子110的电压大于NMOS晶体管201的阈值电压和PMOS晶体管202的阈值电压的绝对值的情况下，各晶体管中流过电流，从输出端子111输出从输入端子110的电压中减去PMOS晶体管202的阈值电压的绝对值而得到的电压。因此，在与输入端子110连接的PMOS晶体管103的源极电压大于图2所示的NMOS晶体管201的阈值电压和PMOS晶体管202的阈值电压的绝对值的情况下，PMOS晶体管103导通。

图3是示出本实施方式的受光电路的复位电路104的一例的电路图。

复位电路104具有复位端子112、阈值低的NMOS晶体管301、PMOS晶体管302、电容303和输入端子113。这里，阈值低是指阈值比构成受光电路的其他NMOS晶体管的阈值低。

复位端子112与阈值低的NMOS晶体管301的漏极和PMOS晶体管302的源极连接。阈值低的NMOS晶体管301的源极与GND端子连接，栅极与PMOS晶体管302的漏极和电容303的一侧端子连接。电容303的另一个端子与GND端子连接。PMOS晶体管302的栅极与输入端子113连接。

在输入端子113输入有低信号时，PMOS晶体管302导通，因此阈值低的NMOS晶体管301饱和连接。因此，复位端子112和节点120被复位为阈值低的NMOS晶体管301的阈值电压附近。

另一方面，在输入端子113输入有高信号时，PMOS晶体管302截止，由于电容303，阈值低的NMOS晶体管301的栅极电压被维持。即，阈值低的NMOS晶体管301维持输入高信号时的电流。因此，复位端子112和节点120在光电二极管101的电流没有变化的情况下，维持复位电压。进而，从该状态起，在光电二极管101的电流增大的情况下，阈值低的NMOS晶体管301不能流过增大量的电流。因此，光电二极管101的增大量的电流经由PMOS晶体管103对电容105充电，节点120的电压上升。

图4是示出本实施方式的受光电路的电压检测电路106的一例的电路图。

电压检测电路106具有输入端子115、NMOS晶体管401、耗尽型NMOS晶体管402、反相器电路403和反相器电路404。

输入端子115与NMOS晶体管401的栅极连接。NMOS晶体管401的源极与GND端子连接，漏极与耗尽型NMOS晶体管402的源极、栅极以及反相器电路403的输入端子连接。耗尽型NMOS晶体管402的漏极与VDD端子连接。反相器403的输出端子与反相器电路404的输入端子连接。反相器电路404的输出端子与输出端子114连接。

在输入端子115的电压上升、NMOS晶体管401的电流大于耗尽型NMOS晶体管402中流过的恒定电流时，反相器电路403的输入端子从高电平变为低电平，反相器电路404的输入端子从低电平变为高电平。由此，由于反相器电路404的输出端子从高电平变为低电平，因此从输出高信号的输出端子114输出低信号。此外，反相器电路403的输入端子从高电平变为低电平较快，但是由于耗尽型NMOS晶体管402中流过的恒定电流是较小的电流，因而从低电平变为高电平较慢。因此，从输出端子114输出低信号的期间变长，复位电路113一旦成为复位状态，会暂时持续复位状态。因此，复位电路113能够可靠地使节点120复位。

图5是示出本实施方式的受光电路的电压上升检测电路107的一例的电路图。

电压上升检测电路107具有输入端子116、NMOS晶体管501和PMOS晶体管502。此外，还具有PMOS晶体管503、阈值低的NMOS晶体管504、电阻505、电容506和输出端子117。

输入端子116与NMOS晶体管501的栅极和电阻505一侧端子连接。电阻505的另一个端子与阈值低的NMOS晶体管504的栅极和电容506的一侧端子连接。电容506的另一个端子与GND端子连接。NMOS晶体管501的源极与GND端子连接，漏极与PMOS晶体管502的漏极、栅极以及PMOS晶体管503的栅极连接。PMOS晶体管502的源极与VDD端子连接。PMOS晶体管503的源极与VDD端子连接，漏极与输出端子117和阈值低的NMOS晶体管504的漏极连接。阈值低的NMOS晶体管504的源极与GND端子连接。

NMOS晶体管501的电流在由PMOS晶体管502和PMOS晶体管503构成的电流镜电路中，从PMOS晶体管502向PMOS晶体管503进行镜像，与阈值低的NMOS晶体管504的电流进行比较。在NMOS晶体管501的电流大于阈值低的NMOS晶体管504的电流的情况下，从输出端子117输出高信号。另一方面，在NMOS晶体管501的电流小于阈值低的NMOS晶体管504的电流的情况下，从输出端子117输出低信号。产生于电阻505的电压与输入端子116的电压上升速度成比例地增大。在输入端子116以如下速度上升时，从通常输出低信号的输出端子117输出高信号，该速度使得产生于电阻505的电压大于NMOS晶体管501与阈值低的NMOS晶体管504的阈值差。

如上所述，在本实施方式的受光电路中，根据经由PMOS晶体管的内部节点的电压上升速度，判断出入射到光电二极管的光量发生变化的情况。即使光电二极管的电流增大是微小的，如果变化速度较急，则该内部节点的电压也急剧地上升。因此，能够提供高灵敏度的受光电路。

此外构成为，在节点上升到规定电压后，通过复位电路将节点的电压电平控制为复位电压，其中，节点的电压电平用于检测由光电二极管的增大电流引起的电压上升的速度。由此，由于不需要成为面积增大和检测灵敏度下降的原因的低通滤波器，因此能够提供电路面积小且灵敏度高的受光电路。

此外，光电二极管构成为使N型端子与GND端子连接，来检测从P型端子输出的电流的变化。由此，光电二极管的电流不从VDD端子流向GND端子，因此，还具有使受光电路的消耗电流降低的效果。

此外，在本实施方式的受光电路中，以使用了光电二极管101的情况进行了说明，但是不言而喻，使用LED或太阳能电池这样的具有光电转换特性的光电转换元件，也能得到相同的功能和特征。

此外，在本实施方式的受光电路中，为了调整节点120的电压上升速度而设置了电容105，但是，如果不是特别需要进行调整，也可以不设置电容105。

此外，在本实施方式的受光电路中，复位电路104构成为受电压检测电路106的检测信号控制，但是只要将节点120的电压调整为复位电压，可以不限于该结构。例如，也可以构成为设置有定时器电路这样的控制电路，定期地向复位电路104输出复位信号作为控制信号。

此外，不言而喻，在将各NMOS晶体管变更为PMOS晶体管，将各PMOS晶体管变更为NMOS晶体管的情况下，也得到上述的功能或特征。

Claims (3)

1.一种受光电路，其特征在于，

该受光电路具有：

光电转换元件，其流出与入射光量对应的电流；

MOS晶体管，其源极与所述光电转换元件连接，漏极与节点连接，在所述源极的电压维持在第1电压的情况下使所述光电转换元件的电流流向所述节点；

复位电路，其使电流从所述节点流向GND端子，使得所述节点的电压成为低于所述第1电压的第2电压；

控制电路，其向所述复位电路输出复位信号；以及

电压上升检测电路，其检测所述节点的电压的变动，并输出检测结果，

所述复位电路在输入有所述控制电路的复位信号时，使电流从所述节点流向GND端子，使得所述节点的电压成为所述第2电压，在所述复位信号不再输入时，保持其状态，

所述复位电路具有与所述节点连接的复位端子和与所述控制电路的输出端子连接的输入端子，

所述控制电路的输入端子与所述节点连接，

所述电压上升检测电路的输入端子与所述节点连接，所述电压上升检测电路的输出端子与所述受光电路的输出端子连接。

2.根据权利要求1所述的受光电路，其特征在于，

所述复位电路具备：

阈值低的NMOS晶体管，其漏极与所述复位端子连接，源极与GND端子连接，栅极经由电容与GND端子连接；以及

PMOS晶体管，其源极与所述复位端子连接，漏极与所述阈值低的NMOS晶体管的栅极连接，栅极与所述输入端子连接，

在所述输入端子中输入有所述控制电路的复位信号时，所述PMOS晶体管导通。

3.根据权利要求1或2所述的受光电路，其特征在于，

所述光电转换元件是PN二极管，N型端子与GND端子连接，P型端子与所述MOS晶体管的源极连接。