JP2008216011A - 赤外線検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】
広範囲の温度計測を行なうことが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制した赤外線検出器を提供する。
【解決手段】
同一チップにサーモパイル素子1、前置増幅回路部2、及び主増幅回路部3を備え、サーモパイル素子1の出力信号Voutをスイッチング部21又はスイッチング部22によってチョッピングした後に低雑音増幅器23によって増幅し、低雑音増幅器23の出力信号を、差動増幅器31で増幅する。
クロック信号SCKがクロック信号入力端子5又はクロック信号入力端子6に供給されることでスイッチング部21及びスイッチング部22を選択的に動作させる。また、帰還抵抗部32のスイッチ37、38をオン、オフ制御することで差動増幅器31の利得を可変させる。
【選択図】図1
広範囲の温度計測を行なうことが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制した赤外線検出器を提供する。
【解決手段】
同一チップにサーモパイル素子1、前置増幅回路部2、及び主増幅回路部3を備え、サーモパイル素子1の出力信号Voutをスイッチング部21又はスイッチング部22によってチョッピングした後に低雑音増幅器23によって増幅し、低雑音増幅器23の出力信号を、差動増幅器31で増幅する。
クロック信号SCKがクロック信号入力端子5又はクロック信号入力端子6に供給されることでスイッチング部21及びスイッチング部22を選択的に動作させる。また、帰還抵抗部32のスイッチ37、38をオン、オフ制御することで差動増幅器31の利得を可変させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、赤外線検出器に関し、特に熱型赤外線検出素子を備える赤外線検出器に関する。
赤外線検出器は、例えば、火災検知のような高温の検出から、人体検知といった常温付近の温度の検出まで、幅広い温度範囲に対して利用されている。広範囲の温度を測定する赤外線検出器としては、特許文献1に示されているものがある。
特許文献1の赤外線検出器は、一定の基準電圧を発生させる基準電圧発生手段と、基準電圧が印加され、周囲温度を補償する信号を出力する周囲温度補償手段と、該周囲温度補償手段から出力された信号を増幅する第1の増幅手段と、該第1の増幅手段から出力される信号が印加されるとともに、赤外線放射エネルギーを電気信号に変換する赤外線検知手段と、該赤外線検知手段から出力される信号を増幅する第2の増幅手段と、を備えることで広範囲の温度を検出している。
特開2004−144715号公報
赤外線検知手段にサーモパイルを用いている特許文献1の赤外線検出器は、該赤外線検出手段の出力信号が増幅される第2の増幅手段において、ノイズに対する措置が講じられていないため、該赤外線検出手段の出力信号が微小である時にノイズの影響を大きく受けてしまい、出力の精度が良くなかった。また、従来の赤外線検出器によって高温を検知するとき、該赤外線検出手段の出力信号の大きさが該増幅器の出力に対する上限値を上回ってしまい、温度の測定が不可能となる場合があった。
本発明は以上の問題点に鑑み、広範囲の温度を計測することが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制した赤外線検出器を提供することを目的とする。
本発明に係る赤外線検出器は、赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子の出力信号をチョッピングした後に増幅し、パルス信号を生成する前置増幅回路部と、前記前置増幅回路部による前記パルス信号を増幅する主増幅回路部と、を同一の半導体チップに有することを特徴とする。
前記赤外線検出素子はサーモパイルであってもよい。
前記前置増幅回路部は、一方の入力端と他方の入力端に、それぞれ前記赤外線検出素子の出力信号又は基準電圧信号が入力される低雑音増幅器と、クロック信号の信号レベルに基づいて前記赤外線検出素子の出力信号又は前記基準電圧信号を出力する第1の出力端と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記基準電圧信号又は前記赤外線検出素子の出力信号を出力する第2の出力端とを備える第1のスイッチング部と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記低雑音増幅器の一方の入力端又は他方の入力端に前記第1の出力端の信号又は前記第2の出力端の信号を選択的に入力させる第2のスイッチング部と、を有していることが好ましく、前記クロック信号を前記第1のスイッチング部又は前記第2のスイッチング部へと選択的に供給することによって、前記低雑音増幅器からパルス信号を生成することを特徴とする。
前記低雑音増幅器は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第1のPチャンネル電界効果トランジスタと、ソースが相互に接続されるとともに前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第2のPチャンネル電界効果トランジスタ及び第3のPチャンネル電界効果トランジスタと、前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第3のPチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される負荷抵抗と、を備えることが好ましい。
前記低雑音増幅器は、ソースが電源に接続され、前記バイアス信号がゲートに入力される第4のPチャンネル電界効果トランジスタと、ソースが相互に接続されるとともに前記第4のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第5のPチャンネル電界効果トランジスタ及び第6のPチャンネル電界効果トランジスタと、前記第5のPチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第6のPチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される負荷抵抗と、を有してもよく、前記第5のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記負荷抵抗の一端との接続点に接続され、前記第6のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第3のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記負荷抵抗の一端との接続点に接続されることを特徴とする。
前記負荷抵抗は、薄膜抵抗であることが好ましい。
前記主増幅回路部は、前記前置増幅回路部の前記パルス信号を増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器の利得を可変させる帰還抵抗部と、を有し、前記帰還抵抗部は、前記差動増幅器の入出力端子間に直列接続される複数の抵抗と、前記複数の抵抗の各々にそれぞれ並列接続される抵抗選択スイッチと、を備えていてもよく、前記抵抗選択スイッチをオン、オフすることによって前記差動増幅器の利得を選択的に切り替えることを特徴とする。
本発明によると、広範囲の温度を計測することが可能であり、全ての検出温度範囲に対してノイズの影響を抑制することができる。
以下、図面に従って本発明を説明する。図1は、本実施例に係る赤外線検出器の回路図である。本実施例に係る赤外線検出器は、赤外線検出素子であるサーモパイル素子1、前置増幅回路部2、及び主増幅回路部3が同一チップ上に形成され、基準電圧信号入力端子4、クロック信号入力端子5、6、レジスタ7、及びシリアルインターフェイス8を有する。
サーモパイル素子1は前置増幅回路部2に接続され、前置増幅回路部2に出力信号Voutを供給する。前置増幅回路部2は、第1のスイッチング部21(以下、スイッチング部21)と、第2のスイッチング部22(以下、スイッチング部22)と、低雑音増幅器23と、抵抗24、25を備え、サーモパイル素子1の出力信号をチョッピングした後に増幅し、パルス信号を生成する。主増幅回路部3は、差動増幅器31、帰還抵抗部32及び抵抗33からなり、前置増幅回路部2によって生成されるパルス信号を増幅する。
スイッチング部21は、サーモパイル素子1の出力信号Vout又は基準電圧信号Vrefを出力する第1の出力端215(以下、出力端215)と、基準電圧信号Vref又は前記赤外線検出素子の出力信号Voutを出力する第2の出力端216(以下、出力端216)とを有する回路であり、入力信号がHレベルの時にオンするCMOSスイッチ211〜214(以下、スイッチ211〜214)を備える。スイッチ211の一端及びスイッチ212の一端にはサーモパイル素子1が接続され、スイッチ213の一端及びスイッチ214の一端には基準電圧入力端子4が接続される。スイッチ211のゲート及びスイッチ214のゲートには、クロック信号入力端子5からのクロック信号SCKが反転入力され、スイッチ212のゲート及びスイッチ213のゲートにはクロック信号入力端子5からのクロック信号SCKが入力される。出力端215には、スイッチ211の他端及びスイッチ213の他端が接続され、出力端216には、スイッチ212の他端及びスイッチ214の他端が接続される。
スイッチング部22は、低雑音増幅器23の非反転入力端子に入力されるサーモパイル素子1の出力信号Vout及び基準電圧信号Vrefを切り替える回路であり、入力信号がLレベルの時にオンするCMOSスイッチ221(以下、スイッチ221)と、入力信号がHレベルの時にオンするCMOSスイッチ222(以下、スイッチ222)と、からなる。スイッチ221の一端は出力端215に接続され、スイッチ222の一端は出力端216に接続される。スイッチ221の他端とスイッチ222の他端は互いに接続されて低雑音増幅器23の非反転入力端子に接続される。スイッチ221およびスイッチ222のゲートにはクロック信号入力端子6からクロック信号SCKが入力される。
低雑音増幅器23は、スイッチング部21およびスイッチング部22の切り替え動作によって、二つの入力端に供給されるサーモパイル素子1の出力信号Vout又は基準電圧信号Vrefの差信号を増幅するものであり、非反転入力端子が、スイッチ221の他端とスイッチ222の他端との接続点に接続され、反転入力端子が抵抗25を介して出力端216に接続される。
抵抗24及び抵抗25は低雑音増幅器23の利得を決める素子であり、抵抗24が低雑音増幅器23の出力端と反転入力端子間に接続される。抵抗25は、一端が低雑音増幅器23の反転入力端子と抵抗24の一端に接続され、他端が出力端216に接続される。
スイッチング部22は、低雑音増幅器23の非反転入力端子に入力されるサーモパイル素子1の出力信号Vout及び基準電圧信号Vrefを切り替える回路であり、入力信号がLレベルの時にオンするCMOSスイッチ221(以下、スイッチ221)と、入力信号がHレベルの時にオンするCMOSスイッチ222(以下、スイッチ222)と、からなる。スイッチ221の一端は出力端215に接続され、スイッチ222の一端は出力端216に接続される。スイッチ221の他端とスイッチ222の他端は互いに接続されて低雑音増幅器23の非反転入力端子に接続される。スイッチ221およびスイッチ222のゲートにはクロック信号入力端子6からクロック信号SCKが入力される。
低雑音増幅器23は、スイッチング部21およびスイッチング部22の切り替え動作によって、二つの入力端に供給されるサーモパイル素子1の出力信号Vout又は基準電圧信号Vrefの差信号を増幅するものであり、非反転入力端子が、スイッチ221の他端とスイッチ222の他端との接続点に接続され、反転入力端子が抵抗25を介して出力端216に接続される。
抵抗24及び抵抗25は低雑音増幅器23の利得を決める素子であり、抵抗24が低雑音増幅器23の出力端と反転入力端子間に接続される。抵抗25は、一端が低雑音増幅器23の反転入力端子と抵抗24の一端に接続され、他端が出力端216に接続される。
差動増幅器31は、低雑音増幅器23の反転入力端子に入力される信号と、低雑音増幅器23によって増幅されたパルス信号との差信号を増幅するものであり、非反転入力端子が出力端216、及び抵抗25の他端に接続され、反転入力端子が抵抗33を介して低雑音増幅器23の出力端子に接続される。
帰還抵抗部32は、抵抗34〜36と、抵抗35、36にそれぞれ並列に接続されるスイッチ37、38からなり、差動増幅器31の利得を可変させる。
抵抗34は差動増幅器31の反転入力端子と抵抗33との接続点に一端が接続され、他端が抵抗35の一端に接続される。抵抗35の他端は抵抗36の一端に接続され、抵抗36の他端は差動増幅器31の出力端子に接続される。スイッチ37及びスイッチ38は抵抗選択スイッチであり、入力信号がLレベルの時にオンするCMOSスイッチからなる。スイッチ37のゲート及びスイッチ38のゲートはレジスタ7に接続され、レジスタ7に接続されるシリアルインターフェイス8によってオン、オフ制御される。スイッチ37は、一端が抵抗35の一端に接続され、他端が抵抗35の他端に接続される。スイッチ38は、一端が抵抗36の一端に接続され、他端が抵抗36の他端に接続される。
帰還抵抗部32は、抵抗34〜36と、抵抗35、36にそれぞれ並列に接続されるスイッチ37、38からなり、差動増幅器31の利得を可変させる。
抵抗34は差動増幅器31の反転入力端子と抵抗33との接続点に一端が接続され、他端が抵抗35の一端に接続される。抵抗35の他端は抵抗36の一端に接続され、抵抗36の他端は差動増幅器31の出力端子に接続される。スイッチ37及びスイッチ38は抵抗選択スイッチであり、入力信号がLレベルの時にオンするCMOSスイッチからなる。スイッチ37のゲート及びスイッチ38のゲートはレジスタ7に接続され、レジスタ7に接続されるシリアルインターフェイス8によってオン、オフ制御される。スイッチ37は、一端が抵抗35の一端に接続され、他端が抵抗35の他端に接続される。スイッチ38は、一端が抵抗36の一端に接続され、他端が抵抗36の他端に接続される。
スイッチング部21、22、及び差動増幅器31の動作を図2に基づいて説明する。図2はクロック信号入力端子6の入力信号S1、クロック信号入力端子5の入力信号S2、及び、低雑音増幅器23の増幅率をA23、差動増幅器31の増幅率をA31としたときの差動増幅器31の出力信号S3を表すタイミングチャートである。
クロック信号入力端子5及びクロック入力端子6の信号がともにLレベルであるとき、スイッチ211、スイッチ214、及びスイッチ221はオンし、スイッチ212、スイッチ213、及びスイッチ222はオフする。低雑音増幅器23の非反転入力端子には、出力端215、スイッチ221を介してサーモパイル素子1の出力信号Voutが入力され、低雑音増幅器23の反転入力端子及び差動増幅器31の非反転入力端子には、出力端216を介して基準電圧信号Vrefが入力されることから、低雑音増幅器23はサーモパイル素子1の出力信号Voutと基準電圧信号Vrefの差信号を増幅率A23で増幅し、増幅された信号が差動増幅器31の反転入力端子に入力される。
クロック信号入力端子5及びクロック入力端子6の信号がともにLレベルであるとき、スイッチ211、スイッチ214、及びスイッチ221はオンし、スイッチ212、スイッチ213、及びスイッチ222はオフする。低雑音増幅器23の非反転入力端子には、出力端215、スイッチ221を介してサーモパイル素子1の出力信号Voutが入力され、低雑音増幅器23の反転入力端子及び差動増幅器31の非反転入力端子には、出力端216を介して基準電圧信号Vrefが入力されることから、低雑音増幅器23はサーモパイル素子1の出力信号Voutと基準電圧信号Vrefの差信号を増幅率A23で増幅し、増幅された信号が差動増幅器31の反転入力端子に入力される。
図2のT1において、クロック信号入力端子6にクロック信号SCKが入力されると、スイッチング部22によるチョッピングが行なわれる。
クロック信号入力端子6の信号がHレベルのとき、スイッチ221はオフし、スイッチ222はオンする。低雑音増幅器23の非反転入力端子、低雑音増幅器23の反転入力端子、及び差動増幅器31の非反転入力端子にはいずれも出力端216を介して基準電圧信号Vrefが入力され、差動増幅器31は基準電圧信号Vrefを増幅する。
クロック信号入力端子6の信号が再びLレベルになると、低雑音増幅器23はサーモパイル素子1の出力信号Voutと基準電圧信号Vrefの差信号を増幅率A23で増幅し、増幅された信号が差動増幅器31の反転入力端子に入力される。
このように、クロック信号入力端子6に供給されるクロック信号SCKに基づいて、スイッチ221及びスイッチ222が交互にオン、オフし、差動増幅器31は、A23×A31×VrefとA23×A31×(Vref−Vout)を振幅にもつパルス信号を出力する。
クロック信号入力端子6の信号がHレベルのとき、スイッチ221はオフし、スイッチ222はオンする。低雑音増幅器23の非反転入力端子、低雑音増幅器23の反転入力端子、及び差動増幅器31の非反転入力端子にはいずれも出力端216を介して基準電圧信号Vrefが入力され、差動増幅器31は基準電圧信号Vrefを増幅する。
クロック信号入力端子6の信号が再びLレベルになると、低雑音増幅器23はサーモパイル素子1の出力信号Voutと基準電圧信号Vrefの差信号を増幅率A23で増幅し、増幅された信号が差動増幅器31の反転入力端子に入力される。
このように、クロック信号入力端子6に供給されるクロック信号SCKに基づいて、スイッチ221及びスイッチ222が交互にオン、オフし、差動増幅器31は、A23×A31×VrefとA23×A31×(Vref−Vout)を振幅にもつパルス信号を出力する。
T2において、クロック信号SCKがクロック信号入力端子5に供給されるように切り替えると、スイッチング部21によるチョッピングが行なわれる。
クロック信号入力端子5の信号がHレベルのとき、スイッチ212とスイッチ213はオンし、スイッチ211とスイッチ214はオフする。低雑音増幅器23の非反転入力端子には出力端215を介して基準電圧信号Vrefが入力され、反転入力端子には出力端216を介してサーモパイル素子1の出力信号Voutが入力されることから、低雑音増幅器23は基準電圧信号Vrefとサーモパイル素子1の出力信号Voutとの差信号を増幅率A23で増幅する。
クロック信号入力端子5の信号が再びLレベルになると、低雑音増幅器23はサーモパイル素子1の出力信号Voutと基準電圧信号Vrefの差信号を増幅率A23で増幅し、増幅された信号が差動増幅器31の反転入力端子に入力される。
このように、クロック信号入力端子5に供給されるクロック信号SCKに基づいて、スイッチ211とスイッチ214、スイッチ212とスイッチ213が交互にオン、オフし、差動増幅器31は、A23×A31×(Vref+Vout)とA23×A31×(Vref−Vout)を振幅にもつパルス信号を出力する。
クロック信号入力端子5の信号がHレベルのとき、スイッチ212とスイッチ213はオンし、スイッチ211とスイッチ214はオフする。低雑音増幅器23の非反転入力端子には出力端215を介して基準電圧信号Vrefが入力され、反転入力端子には出力端216を介してサーモパイル素子1の出力信号Voutが入力されることから、低雑音増幅器23は基準電圧信号Vrefとサーモパイル素子1の出力信号Voutとの差信号を増幅率A23で増幅する。
クロック信号入力端子5の信号が再びLレベルになると、低雑音増幅器23はサーモパイル素子1の出力信号Voutと基準電圧信号Vrefの差信号を増幅率A23で増幅し、増幅された信号が差動増幅器31の反転入力端子に入力される。
このように、クロック信号入力端子5に供給されるクロック信号SCKに基づいて、スイッチ211とスイッチ214、スイッチ212とスイッチ213が交互にオン、オフし、差動増幅器31は、A23×A31×(Vref+Vout)とA23×A31×(Vref−Vout)を振幅にもつパルス信号を出力する。
スイッチング部21及びスイッチング部22によって、クロック信号SCKに基づいたチョッピングを行なうことにより、低雑音増幅器23の入力信号の周波数に起因する1/fノイズが抑制され、オフセット電圧の影響に左右されなくなる。1/fノイズの大きさは、クロック信号SCKの周波数に基づくチョッピング周波数に反比例するため、クロック信号SCKの周波数が大きいほど、1/fノイズを抑制することができる。
スイッチング部21によるチョッピング方式は、サーモパイル素子1の出力信号Voutと基準電圧信号Vrefとの差信号の振幅を2倍の大きさにすることができ、スイッチング部22によるチョッピング方式は、基準電圧信号Vrefに対してサーモパイル素子1の出力信号Voutの大きさを比較することができる。
特にスイッチング部21によるチョッピング方式は、スイッチング部22によるチョッピング方式と比較してS/N比が2倍になるため、サーモパイル素子1の出力信号Voutが微小である場合も、ノイズの影響を抑制し、精度の良い温度計測を行なうことが可能である。
特にスイッチング部21によるチョッピング方式は、スイッチング部22によるチョッピング方式と比較してS/N比が2倍になるため、サーモパイル素子1の出力信号Voutが微小である場合も、ノイズの影響を抑制し、精度の良い温度計測を行なうことが可能である。
低雑音増幅器23の構成例を図3に示す。図3に示す低雑音増幅器23は、第1のPチャンネル電界効果トランジスタ231(以下、トランジスタ231)、第2のPチャンネル電界効果トランジスタ232(以下、トランジスタ232)、第3のPチャンネル電界効果トランジスタ233(以下、トランジスタ233)と、負荷抵抗234、235と、から構成される。
トランジスタ231は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Pbiasが入力されて電流源を構成している。トランジスタ232及びトランジスタ233は差動入力段であり、トランジスタ232のソース及びトランジスタ233のソースはトランジスタ231のドレインに接続される。トランジスタ232は、ゲートが非反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗234の一端に接続される。トランジスタ233はゲートが反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗235の一端に接続される。負荷抵抗234の他端及び負荷抵抗235の他端は接地される。
低雑音増幅器23は、Nチャンネル電界効果トランジスタを用いずに、Pチャンネル電界効果トランジスタと負荷抵抗のみの構成とすることで、さらに1/fノイズの低減を図ることができる。
トランジスタ231は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Pbiasが入力されて電流源を構成している。トランジスタ232及びトランジスタ233は差動入力段であり、トランジスタ232のソース及びトランジスタ233のソースはトランジスタ231のドレインに接続される。トランジスタ232は、ゲートが非反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗234の一端に接続される。トランジスタ233はゲートが反転入力端子であり、ドレインが負荷抵抗235の一端に接続される。負荷抵抗234の他端及び負荷抵抗235の他端は接地される。
低雑音増幅器23は、Nチャンネル電界効果トランジスタを用いずに、Pチャンネル電界効果トランジスタと負荷抵抗のみの構成とすることで、さらに1/fノイズの低減を図ることができる。
また、低雑音増幅器23は、図4に示すように、トランジスタ231〜233、負荷抵抗234、235に加え、第4のPチャンネル電界効果トランジスタ236(以下、トランジスタ236)、第5のPチャンネル電界効果トランジスタ237(以下、トランジスタ237)、第6のPチャンネル電界効果トランジスタ238(以下、トランジスタ238)と、負荷抵抗239、230とを備えてもよい。
トランジスタ236は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Pbiasが入力される。トランジスタ237及びトランジスタ238は差動入力段であり、トランジスタ237のソース及びトランジスタ238のソースはトランジスタ236のドレインに接続される。トランジスタ237は、ゲートがトランジスタ232のドレインと負荷抵抗234の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗239の一端に接続される。トランジスタ238はゲートがトランジスタ233のドレインと負荷抵抗235の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗230の一端に接続される。負荷抵抗239の他端及び負荷抵抗230の他端は接地される。
このように、低雑音増幅器23を2段の構成とすることで、利得の増加とともにコモンモードノイズの低減を図ることができる。
トランジスタ236は、ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号Pbiasが入力される。トランジスタ237及びトランジスタ238は差動入力段であり、トランジスタ237のソース及びトランジスタ238のソースはトランジスタ236のドレインに接続される。トランジスタ237は、ゲートがトランジスタ232のドレインと負荷抵抗234の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗239の一端に接続される。トランジスタ238はゲートがトランジスタ233のドレインと負荷抵抗235の一端に接続され、ドレインが負荷抵抗230の一端に接続される。負荷抵抗239の他端及び負荷抵抗230の他端は接地される。
このように、低雑音増幅器23を2段の構成とすることで、利得の増加とともにコモンモードノイズの低減を図ることができる。
尚、負荷抵抗234、235、239、230に高精度の薄膜抵抗を用いると、工程や温度による変動が非常に小さくなることから、オフセット変動を低減させることが可能である。
次に帰還抵抗部32の動作を説明する。スイッチ37及びスイッチ38がオフの時は、帰還抵抗部32の合成抵抗値は、抵抗34〜36の抵抗値を加算した値になる。スイッチ37がオンすると、差動増幅器31の帰還電流は抵抗36、スイッチ37、抵抗34を経て反転入力端子に流れる。そのため、帰還抵抗部32の合成抵抗値は抵抗34、36の抵抗値を加算した値になる。更にスイッチ38がオンすると、差動増幅器31の帰還電流はスイッチ38、スイッチ37、抵抗34を経て反転入力端子に流れることから、帰還抵抗部32の合成抵抗値は抵抗34の抵抗値になる。スイッチ37及びスイッチ38がオン、オフ制御されることで、帰還抵抗部32の合成抵抗値が切り替わり、差動増幅器31の利得は可変する。
サーモパイル素子1の出力信号Voutが微小であるときは、スイッチ37及びスイッチ38をオフして差動増幅器31の利得を大きくする。サーモパイル素子1の出力信号Voutは前置増幅回路部2によってノイズが十分に抑制されているため、差動増幅器31によって高利得で増幅された信号S3のノイズの影響は無視できるため、正確な温度換算が可能となる。このとき、クロック信号SCKをクロック信号入力端子5に入力すると、S/N比を2倍にすることができるため、更にノイズが抑制された正確な温度換算が可能となる。
また、高温を測定するとき、即ちサーモパイル素子1の出力信号Voutが大きいときは、スイッチ37及びスイッチ38をオンして差動増幅器31の利得を小さくする。差動増幅器31は、前置増幅回路部2から非常に大きな信号が入力されても、増幅器の出力上限値を超えることを防止できる。
このように、検出温度に合わせてスイッチ37及びスイッチ38をオン、オフして差動増幅器31の利得を可変させることで、広範囲の温度を測定することができる。
また、高温を測定するとき、即ちサーモパイル素子1の出力信号Voutが大きいときは、スイッチ37及びスイッチ38をオンして差動増幅器31の利得を小さくする。差動増幅器31は、前置増幅回路部2から非常に大きな信号が入力されても、増幅器の出力上限値を超えることを防止できる。
このように、検出温度に合わせてスイッチ37及びスイッチ38をオン、オフして差動増幅器31の利得を可変させることで、広範囲の温度を測定することができる。
サーモパイル素子1、前置増幅回路部2、及び主増幅回路部3は同一チップに設けられることで、外来ノイズの影響を受けにくくなり、サーモパイル素子1の出力信号を効果的に増幅することができる。
尚、本実施例では、帰還抵抗部32は、差動増幅器31の入出力端子間に直列接続された3個の抵抗のうち、2個の抵抗にそれぞれ抵抗選択スイッチが並列接続されたが、入出力端子間に直列接続される抵抗の数を追加し、追加された抵抗にそれぞれ抵抗選択スイッチを並列接続してもよい。並列に接続された抵抗選択スイッチと抵抗が増えると、差動増幅器31の利得をより多段階に設定することができる。
また、本実施例では、スイッチ211〜214、スイッチ221〜222、及びスイッチ37〜38にCMOSスイッチが用いられたが、これらのスイッチは本実施例の形態に限られるものではなく、例えば、スイッチ211〜214とスイッチ222を各々Nチャンネル電解効果トランジスタに、スイッチ221とスイッチ37〜38を各々Pチャンネル電界効果トランジスタに変更してもよい。
また、本実施例では、スイッチ211〜214、スイッチ221〜222、及びスイッチ37〜38にCMOSスイッチが用いられたが、これらのスイッチは本実施例の形態に限られるものではなく、例えば、スイッチ211〜214とスイッチ222を各々Nチャンネル電解効果トランジスタに、スイッチ221とスイッチ37〜38を各々Pチャンネル電界効果トランジスタに変更してもよい。
1 サーモパイル素子
2 前置増幅回路部
3 主増幅回路部
4 基準電圧入力端子
5、6 クロック信号入力端子
7 レジスタ
8 シリアルインターフェイス
21 第1のスイッチング部
22 第2のスイッチング部
23 低雑音増幅器
31 差動増幅器
24〜25
33〜36 抵抗
211〜214
221、222
37、38 スイッチ
2 前置増幅回路部
3 主増幅回路部
4 基準電圧入力端子
5、6 クロック信号入力端子
7 レジスタ
8 シリアルインターフェイス
21 第1のスイッチング部
22 第2のスイッチング部
23 低雑音増幅器
31 差動増幅器
24〜25
33〜36 抵抗
211〜214
221、222
37、38 スイッチ
Claims (7)
- 赤外線検出素子と、
前記赤外線検出素子の出力信号をチョッピングした後に増幅し、パルス信号を生成する前置増幅回路部と、
前記前置増幅回路部による前記パルス信号を増幅する主増幅回路部と、
を同一の半導体チップに有する
ことを特徴とする赤外線検出器。 - 前記赤外線検出素子はサーモパイルであることを特徴とする請求項1に記載の赤外線検出器。
- 前記前置増幅回路部は、
一方の入力端と他方の入力端に、それぞれ前記赤外線検出素子の出力信号又は基準電圧信号が入力される低雑音増幅器と、
クロック信号の信号レベルに基づいて前記赤外線検出素子の出力信号又は前記基準電圧信号を出力する第1の出力端と、前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記基準電圧信号又は前記赤外線検出素子の出力信号を出力する第2の出力端とを備える第1のスイッチング部と、
前記クロック信号の信号レベルに基づいて前記低雑音増幅器の一方の入力端又は他方の入力端に前記第1の出力端の信号又は前記第2の出力端の信号を選択的に入力させる第2のスイッチング部と、からなり、
前記クロック信号を前記第1のスイッチング部又は前記第2のスイッチング部に選択的に供給することによって、前記低雑音増幅器からパルス信号を生成する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の赤外線検出器。 - 前記低雑音増幅器は、
ソースが電源に接続され、ゲートにバイアス信号が入力される第1のPチャンネル電界効果トランジスタと、
ソースが相互に接続されるとともに前記第1のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第2のPチャンネル電界効果トランジスタ及び第3のPチャンネル電界効果トランジスタと、
前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第3のPチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される負荷抵抗と、を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の赤外線検出器。 - 前記低雑音増幅器は、
ソースが電源に接続され、ゲートに前記バイアス信号が入力される第4のPチャンネル電界効果トランジスタと、
ソースが相互に接続されるとともに前記第4のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインに接続される第5のPチャンネル電界効果トランジスタ及び第6のPチャンネル電界効果トランジスタと、
前記第5のPチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第6のPチャンネル電界効果トランジスタのそれぞれのドレインに一端が接続され、他端がともに接地される負荷抵抗と、を有し、
前記第5のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第2のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記負荷抵抗の一端との接続点に接続され、
前記第6のPチャンネル電界効果トランジスタのゲートは前記第3のPチャンネル電界効果トランジスタのドレインと前記負荷抵抗の一端との接続点に接続される
ことを特徴とする請求項4に記載の赤外線検出器。 - 前記負荷抵抗は、薄膜抵抗である
ことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の赤外線検出器。 - 前記主増幅回路部は、
前記前置増幅回路部の前記パルス信号を増幅する差動増幅器と、
前記差動増幅器の利得を可変させる帰還抵抗部と、を有し、
前記帰還抵抗部は、
前記差動増幅器の入出力端子間に直列接続される複数の抵抗と、
前記複数の抵抗の各々にそれぞれ並列接続される抵抗選択スイッチと、を備え、
前記抵抗選択スイッチをオン、オフすることによって前記差動増幅器の利得を選択的に切り替える
ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の赤外線検出器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007053090A JP2008216011A (ja) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | 赤外線検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007053090A JP2008216011A (ja) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | 赤外線検出器 |
Related Child Applications (1)
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JP2011280206A Division JP5639574B2 (ja) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | 赤外線検出器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008216011A true JP2008216011A (ja) | 2008-09-18 |
Family
ID=39836228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2007053090A Withdrawn JP2008216011A (ja) | 2007-03-02 | 2007-03-02 | 赤外線検出器 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2008216011A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013058915A (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Toshiba Corp | デジタル信号生成回路及びデジタルマイク |
CN110174177A (zh) * | 2018-02-19 | 2019-08-27 | 艾普凌科有限公司 | 信号检测电路和信号检测方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001004444A (ja) * | 1999-05-07 | 2001-01-12 | Leco Corp | スイッチング式ndirシステム |
-
2007
- 2007-03-02 JP JP2007053090A patent/JP2008216011A/ja not_active Withdrawn
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