JP4908223B2 - 受信装置およびそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Description
外来ノイズに含まれる直流成分を除去した後に電気信号を加算することにより、有意な信号成分のみを抽出して信号処理することができる。
増幅器において利得圧縮を行う場合、入力される電気信号のレベルが低い方が、利得は高くなるため、複数の感応素子を設けてひとつの感応素子あたりの電気信号のレベルを下げることによって、良好な検出感度を得ることができる。
フォトダイオードなどのようにサイズに応じた電気信号を出力する感応素子のサイズを調節することによって、増幅器が高利得を有する信号レベルに調節することができるため、検出感度を高めることができる。
感応素子のサイズを調節する代わりに、増幅器の利得を調節することによって検出感度を高めることができる。
外来ノイズに含まれる直流成分を除去した後に電気信号を加算することにより、有意な信号成分のみを抽出して信号処理することができる。
外来ノイズに含まれる直流成分を除去した後に電気信号を加算することにより、直流成分として混入する外来ノイズを除去した状態で有意な信号成分のみを加算することができる。
複数の電気信号を複数の差動対に入力し、各差動対に流れる電流を共通の負荷に流すことにより、複数の電気信号を加算することができる。
フォトダイオード、フォトトランジスタなどの受光素子には、受光量に応じた光電流が流れるため、この光電流を増幅器により電流電圧変換して増幅し、得られた電圧を分配して加算することにより、受信装置のダイナミックレンジを広げることができる。
この態様によれば、レベルの異なる外来ノイズ下において、赤外線信号を好適に検出することができ、電子機器をさまざまな状況下で安定に遠隔操作することができる。
本発明の第1の実施の形態に係る受信装置は、赤外線リモートコントロール装置の送信装置から送信される赤外線信号を受信し、復調などの信号処理を行う光受信装置である。
図1は、本実施の形態に係る光受信装置100の構成を示す回路図である。この光受信装置100は、送信装置200と赤外線によって通信を行っている。送信装置200からは、パルス位置変調PPM(Pulse Position Modulation)などの変調がかけられた赤外線信号が送信される。
フォトダイオード10から出力される検出電流Idは、電流分配部12へと入力されている。
第1電流電圧変換増幅器14aおよび第2電流電圧変換増幅器14bからそれぞれ出力される第1検出電圧Vd1、第2検出電圧Vd2は、第1直流防止キャパシタC1および第2直流防止キャパシタC2によって直流成分が除去されて交流成分のみが出力される。
第1電流電圧変換増幅器14aおよび第2電流電圧変換増幅器14bの電流電圧変換利得g1、g2はそれぞれ後述のように、分配された電気信号である検出電流Id1、Id2を有意に増幅することのできる信号レベルの範囲が異なるように設定されている。
第4トランジスタQ4、第5トランジスタQ5は、NPN型のバイポーラトランジスタであって、定電流源30とともにバイアス回路を構成している。
第1〜第3トランジスタQ1〜Q3は、PNP型バイポーラトランジスタであり、ベース端子が共通に接続されており、エミッタ端子も電源電圧Vccに接続されカレントミラー回路を構成している。第1トランジスタQ1のコレクタ端子には、第5トランジスタQ5を介してフォトダイオード10が接続されており、第1トランジスタQ1には、フォトダイオード10が赤外線を受光することによって流れる光電流が、検出電流Idとして流れることになる。
本実施の形態においては、第1抵抗R1および第2抵抗R2の抵抗値の間には、R1>R2が成り立っているものとする。
図5は、光受信装置100の各部における電流、電圧の関係を示す。図5の上段、下段にはそれぞれ、第1電流電圧変換増幅器14a、第2電流電圧変換増幅器14bの入出力特性が示されている。図5の中段には異なる外乱ノイズレベルのもと、同一振幅で赤外線信号が入射された場合の検出電流Idの時間波形が示されている。実際の検出電流Idの時間波形はパルス位置変調信号に対応した形状となるが、図5においては、簡略化のため単純な正弦波として示している。
外乱ノイズレベルが小さく、検出電流の直流バイアス成分がIdaで与えられる場合、図5に示すように、第1検出電圧Vd1および第2検出電圧Vd2の時間波形は、それぞれVd1aおよびVd2aで与えられる。
一方、第2電流電圧変換増幅器14bの電流電圧変換利得g2を低く設定し、ダイナミックレンジを広くとることによって、太陽光などによる赤外線信号よりも非常に大きな外乱ノイズが存在する状況においても送信装置200から送出される赤外線信号を増幅することができる。
すなわち、電流分配部12と第1電流電圧変換増幅器14a、第2電流電圧変換増幅器14bは、全体として電流電圧変換および増幅を行っていると捕らえることもできる。したがって、実際の回路構成においては、一の回路ブロックが電流分配と電流電圧変換を両方行うような構成とすることも可能となる。
本発明の第2の実施の形態に係る受信装置は、赤外線リモートコントロール装置の送信装置から送信される赤外線信号を受信し、復調などの信号処理を行う光受信装置である。
図9は、本実施の形態に係る光受信装置100の構成を示す回路図である。この光受信装置100は、送信装置200と赤外線によって通信を行っている。送信装置200からは、パルス位置変調PPM(Pulse Position Modulation)などの変調がかけられた赤外線信号が送信される。
第1電流電圧変換増幅器14aおよび第2電流電圧変換増幅器14bの電流電圧変換利得はそれぞれ、後述のように第1フォトダイオード10aおよび第2フォトダイオード10bから出力される電気信号のレベルが大きくなるに従って低く設定されている。
さらに入力電流Idが大きくなり、抵抗R11での電圧降下が増加すると、ダイオード52がオンし、抵抗R10〜R12が並列に接続されて抵抗回路40の抵抗値Rdはさらに小さくなる。
入力電流Idがさらに増加し、検出電圧Vdが電源電圧Vccに近づくと、検出電圧Vdはそれ以上高くはならないため、電流電圧変換利得は0となる。
図13(a)、(b)は、電流電圧変換増幅器における信号の増幅の様子を示す。図13(a)は、電流電圧変換増幅器の入出力特性を示し、横軸が入力に相当する検出電流Idを、縦軸が出力に相当する検出電圧Vdを示す。
したがって、第1フォトダイオード10aおよび第2フォトダイオード10bを近接して設けた場合、第1電流電圧変換増幅器14aおよび第2電流電圧変換増幅器14bからそれぞれ出力される検出電圧の変調成分ΔV’はほぼ等しくなるため、加算器18により加算して得られる検出電圧Vdの振幅は、ΔV’の2倍となるため、さらに検出感度を高めることができる。
図14(a)は、図13(a)と同様に電流電圧変換増幅器の入出力特性を示し、横軸が入力に相当する検出電流Idを、縦軸が出力に相当する検出電圧Vdを示す。
加算器18から出力される検出電圧Vdの変調成分は、ひとつの電流電圧変換増幅器から出力される検出電圧の変調成分の略2倍となるため、フォトダイオードのサイズを小さくしたことによって低下した変調成分を見かけ上増幅することになるため、光受信装置100全体としての検出感度は悪化しない。
図15は、低電圧化を行った場合の電流電圧変換増幅器の入出力特性を示す。抵抗R10〜R12の抵抗値を低く設定することにより、入出力特性の傾き、すなわち電流電圧変換利得は低くなる。
本発明の第3の実施の形態に係る受信装置は、赤外線リモートコントロール装置の送信装置から送信される赤外線信号を受信し、復調などの信号処理を行う光受信装置である。光受信装置は、たとえばテレビ受像器、DSC(Digital Steal Camera)などの電子装置に、送信装置から送信された赤外線信号によって遠隔操作を可能とする目的で搭載される。
光受信装置100は、受光素子であるフォトダイオード10、電流電圧変換増幅器62、分配部64、第1直流防止キャパシタC1、第2直流防止キャパシタC2、加算器66、増幅器68、復調器70、制御部72、バンドパスフィルタ74を含む。
演算増幅器60の非反転入力端子には、基準電圧Vrefが入力される。演算増幅器60の出力端子と反転入力端子の第1の帰還経路には、第1抵抗R31が設けられる。また、第1抵抗R31と並列に設けられた第2の帰還経路上には、第2抵抗R32およびダイオードD31が直列に接続される。
図19(b)には、フォトダイオード10に、振幅が一定の赤外線信号に加えて異なるレベルの外乱ノイズが入射したときの検出電流Idの時間波形を示している。この検出電流Idは、外乱ノイズによる直流バイアス成分Ibiasと、変調成分Isigが加わった波形となっている。図中、Id1〜Id3は、異なる外来ノイズ下における検出電流Idの時間波形を示している。
図20は電流電圧変換増幅器62の入出力特性の設定について説明するための図である。上述のように、電流電圧変換増幅器62の利得は、第1抵抗R31、第2抵抗R32により調節することができる。図20に破線で示すのは、図19(a)〜(c)に示した入出力特性であり、図20に実線で示すのは、本実施の形態に係る電流電圧変換増幅器62の入出力特性である。
このように、本実施の形態に係る電流電圧変換増幅器62の利得は、第1抵抗R31、第2抵抗R32の抵抗値を低く設定することにより低く設定され、その結果として、入力ダイナミックレンジは広く設定される。
加算器66および増幅器68は、第1トランジスタQ21〜第4トランジスタQ24、第1電流源54、第2電流源56、抵抗R40、R41、増幅段44を含む。第1、第2トランジスタQ21、Q22は第1の差動対を、第3、第4トランジスタQ23、Q24は第2の差動対を構成する。抵抗R40、R41は、第1、第2の差動対に共通に設けられた負荷である。第1電流源54、第2電流源56は、第1、第2の差動対にバイアス電流を供給する。第1、第3トランジスタQ21、Q23のベースには、図16の第1直流防止キャパシタC1、第2直流防止キャパシタC2により直流成分の除去された検出電圧Vd’が入力される。また、第2、第4トランジスタQ22、Q24のベースはキャパシタC3、C4により交流接地される。
復調器70は、パルス位置変調された信号を復調し波形整形を行い、制御部72へと出力する。制御部72は、本光受信装置100が搭載される電子機器を、復調された信号にもとづいて制御する。
以上のように構成された本実施の形態に係る光受信装置100の動作について説明する。
検出電圧Vdは分配部64によって第1直流防止キャパシタC1、第2直流防止キャパシタC2を含む2つの経路に分配される。第1直流防止キャパシタC1、第2直流防止キャパシタC2により直流成分が除去された検出電圧Vd’は、加算器66によって加算され、増幅器68により増幅される。
検出電圧Vdは、分配部64によって2つの経路に分配され、外来ノイズにより発生した直流成分が除去される。加算器66は、直流成分を除去することにより得られる振幅成分ΔVを加算する。たとえば、電流電圧変換増幅器62の利得を、分配部64を設けない場合の1/2倍に設定した場合、検出電圧Vdの振幅成分ΔVも1/2倍となるが、加算器66から出力される振幅成分ΔVは加算により2倍となるため、分配部64を設けない場合と同等とすることができる。
図23は、光受信装置100の構成の一部を示す回路図である。2つの経路は、それぞれ第1直流防止キャパシタC1、第2直流防止キャパシタC2の前段にバッファ回路80、82を含む。バッファ回路80は、トランジスタQ25、抵抗R25を含む。トランジスタQ25のベースは分配部64に接続され、エミッタは抵抗R25に接続され、コレクタには電源電圧Vccが印加される。バッファ回路82も、トランジスタQ26、抵抗R26により同様に構成される。
このように、第1直流防止キャパシタC1、第2直流防止キャパシタC2の前段にバッファ回路80、52を設けることにより、電流電圧変換増幅器62から後段を見たインピーダンスを高く設定することができるため、回路をより安定に動作させることができる。
Claims (9)
- 外部からの信号を受け、検出電流に変換して出力する感応素子と、
前記感応素子から出力される前記検出電流を電流電圧変換して増幅し、検出電圧を出力する増幅器と、
前記増幅器により増幅された前記検出電圧を、それぞれが直流阻止用のキャパシタを含む複数N個(Nは2以上の整数)の経路に分配する分配部と、
前記直流阻止用のキャパシタにより直流成分を除去することにより得られたN個の検出電圧の振幅成分を加算することにより、前記増幅器により増幅された検出電圧のN倍の振幅を有する電圧を生成する加算器と、
を備え、
前記増幅器は、
前記感応素子からの検出電流が入力される入力端子と、
その反転入力端子が前記入力端子と接続され、その非反転入力端子に基準電圧が入力された演算増幅器と、
その一端が前記演算増幅器の反転入力端子と接続され、その他端が前記演算増幅器の出力端子と接続された第1抵抗と、
その一端が前記演算増幅器の反転入力端子と接続された第2抵抗と、
そのカソードが前記第2抵抗の他端と接続され、そのアノードが前記演算増幅器の出力端子と接続されたダイオードと、
を含み、前記演算増幅器の出力端子に生ずる電圧を、前記検出電圧として出力することを特徴とする受信装置。 - 前記複数の経路は、それぞれバッファ回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
- 前記バッファ回路は、
その制御端子に、分配された検出電圧を受けるトランジスタと、
前記トランジスタのエミッタまたはソースに接続された抵抗と、
を含み、前記トランジスタと前記抵抗の接続点の電圧を出力することを特徴とする請求項2に記載の受信装置。 - 前記トランジスタは、バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項3に記載の受信装置。
- 前記加算器は、
複数の差動対と、
前記複数の差動対に共通に設けられた負荷と、
前記複数の差動対それぞれにバイアス電流を供給する複数の電流源と、
を含む差動増幅器を備え、
前記分配部により分配された前記複数の検出電圧を、前記複数の差動対それぞれに入力することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の受信装置。 - 前記感応素子は、前記外部からの信号として光信号を受光し、受光量に応じた前記検出電流に変換して出力する受光素子であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の受信装置。
- 前記感応素子と、前記増幅器と、前記分配部と、前記加算器は、ひとつの半導体集積回路上に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の受信装置。
- 前記感応素子と、前記増幅器と、前記分配部と、前記加算器は、ひとつのパッケージ内に組み込まれたことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の受信装置。
- 赤外線信号によって外部から遠隔制御される電子機器であって、
外部から入射されパルス変調された赤外線信号を、前記光信号として受信する請求項6に記載の受信装置と、
前記受信装置により受信された前記赤外線信号を復調する復調部と、
前記復調部により復調された前記赤外線信号にもとづき本機器の動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする電子機器。
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