JP2003204228A - フォトレシーバ構成 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光強度のダイナミックレンジの大きな入射光を
正確に検出及び処理可能なフォトレシーバを提供する。 【解決手段】フォトレシーバ構成は、所定の範囲内の光
強度値を有する入射光を捕捉するフォトセンサ(500)を
備える。フォトセンサ(500)は、また、捕捉した入射信
号を第１の電気信号に変換する。プリスケーラ(600)
は、この第１の電気信号に基づいた、かつ、この第１の
電気信号に対応したスケーリングされた第２の電気信号
を生成するためにフォトセンサの出力に接続される。プ
リアンプ(700)は、このスケーリングされた第２の電気
信号を増幅するためにプリスケーラ(600)の出力に接続
される。プリスケーラとプリアンプは、スケーリングさ
れた第２の電気信号が、光強度値の上記所定の範囲内に
入るあらゆる光強度値に対して、プリアンプの上記ダイ
ナミックレンジ内に収まるように、互いに整合した構成
で設計される。
正確に検出及び処理可能なフォトレシーバを提供する。 【解決手段】フォトレシーバ構成は、所定の範囲内の光
強度値を有する入射光を捕捉するフォトセンサ(500)を
備える。フォトセンサ(500)は、また、捕捉した入射信
号を第１の電気信号に変換する。プリスケーラ(600)
は、この第１の電気信号に基づいた、かつ、この第１の
電気信号に対応したスケーリングされた第２の電気信号
を生成するためにフォトセンサの出力に接続される。プ
リアンプ(700)は、このスケーリングされた第２の電気
信号を増幅するためにプリスケーラ(600)の出力に接続
される。プリスケーラとプリアンプは、スケーリングさ
れた第２の電気信号が、光強度値の上記所定の範囲内に
入るあらゆる光強度値に対して、プリアンプの上記ダイ
ナミックレンジ内に収まるように、互いに整合した構成
で設計される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、赤外光などの入射光を
検出及び計測する、フォトセンサ及びプリアンプを備え
るフォトレシーバ（受光器）の構成に関する。 【０００２】 【従来の技術】赤外線（ＩＲ）技術は、実装コストが低
く且つデータ転送速度がＭｂ／秒レベルと高速であるた
め、ラップトップコンピュータ、携帯電話、及びＰＤＡ
（携帯型情報端末）などの電子装置に広く使用されてい
る無線技術の１つである。このＩＲ技術を使用すれば、
ユーザは、様々なＩＲ装置を介して近距離の相互通信を
行うことができる。通常、既存のＩＲ装置は、赤外線信
号の送受信と処理を行うＩＲトランシーバを有してい
る。ＩＲトランシーバは、ＩＲ光を検出して電気信号に
変換するＩＲセンサ、及びＩＲセンサで生成された電気
信号を増幅するプリアンプを含んでいる。入射する赤外
光の強度は、たとえば、別のＩＲ装置のトランシーバや
リモート制御装置などの赤外線信号の放出源とＩＲトラ
ンシーバのセンサとの距離によって変化し、この距離が
大きくなるに従ってＩＲレシーバのセンサが検出する赤
外線信号の強度が急激に低下する。更に、通常、ＩＲ装
置は周辺光が存在する環境で稼動するものであり、周辺
光によって信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下するが、ＩＲ
トランシーバのセンサは、周辺光に応じてセンサで生成
される圧倒的な光電流の影響下においても所望の赤外線
信号の検出が可能でなければならない。 【０００３】ＩＲセンサは、赤外線信号を検出するとそ
の信号強度に比例した光電流を生成する。ＩＲセンサに
よって生成された光電流を増幅する必要があり、プリア
ンプとしてトランスインピーダンスアンプ（transimped
ance amplifier）が使用される。既知のプリアンプに使
用されるトランスインピーダンスアンプとしては、低雑
音アンプであることが望ましく、高利得を提供する必要
がある。しかしながら、前述の妥当な距離の範囲でＩＲ
装置を使用した場合にＩＲセンサが検出する入射赤外光
の強度は、通常、約１００ｄＢ（３．６μＷ／ＳＲ〜５
００ｍＷ／ＳＲ）のダイナミックレンジで変化する。従
って、入射ＩＲ光に応答してＩＲセンサが生成しプリア
ンプに入力される光電流の強度も１００ｄＢ程度のダイ
ナミックレンジを有することになる。これに対して、通
常のトランスインピーダンスアンプのダイナミックレン
ジは４０ｄＢ〜６０ｄＢに過ぎず、これを超過した場
合、アンプはその線形特性を失って飽和する。即ち、ト
ランスインピーダンスアンプは、ＩＲセンサが生成した
光電流の広いダイナミックレンジに対して線形性を失う
ことなく対処することができない。 【０００４】既知のＩＲトランシーバにおけるレシーバ
部の一般的な例を図１に示す。このＩＲレシーバはフォ
トダイオード１３０を含むＩＲセンサ１００を有してお
り、図１にはプリアンプも示されている。このプリアン
プは、オペアンプ２１０、フィードバック抵抗Ｒｆ２２
０、及びフィーバックコンデンサＣｆ２３０を備えるト
ランスインピーダンスアンプ２００によって実施されて
いる。 【０００５】このＩＲレシーバのトランスインピーダン
スアンプ２００の設計には多数の制約が存在している。
トランスインピーダンスアンプ２００のダイナミックレ
ンジの下限は、トランスインピーダンスアンプ２００の
入力におけるノイズ（またはinput referred noise（入
力基準ノイズ））のレベルによって決定され、信号のレ
ベルがこのダイナミックレンジの下限未満の場合には、
ＳＮＲが非常に低いために信号の検出が非常に困難であ
る。一方、トランスインピーダンスアンプ２００のダイ
ナミックレンジの上限は、トランスインピーダンスアン
プ２００が飽和して利得が線形性を失うときの入力信号
レベルにおいて決定される。従って、トランスインピー
ダンスアンプ２００を稼動させるダイナミックレンジ
は、低レベルの入力信号の検出が可能であり且つ高レベ
ルの入力信号も線形利得によって増幅可能である上限と
下限の間に設定する必要がある。 【０００６】又、帯域幅の要件もトランスインピーダン
スアンプ２００の設計にとっては大きな制約となる。ト
ランスインピーダンスアンプの帯域幅は、次の計算式に
よって近似的に求められる。 【０００７】 【数１】 【０００８】ここで、Ｒｆはオペアンプ２１０の反転入
力と出力間に接続されたフィードバック抵抗２２０であ
り、Ｃｆはこのフィードバック抵抗２２０と並列に接続
されたフィードバックコンデンサ２３０である。 【０００９】動作帯域幅は、符号間干渉やジッタなどの
歪を回避するために狭くし過ぎないほうが望ましい。し
かし、その一方で帯域幅が広いとＳＮＲが低下するた
め、広過ぎてもいけない。従って、Ｃｆ２３０及びＲｆ
２２０の値は、最適な動作帯域幅を得るために慎重に選
択する必要がある。しかしながら、Ｃｆ２３０及びＲｆ
２２０の値自身にも様々な制約が存在するので、これを
実行するのは容易ではない。 【００１０】ＩＲセンサ１００のフォトダイオード１３
０としては、良好なＳＮＲをもたらす高信号強度を実現
するために表面積が大きい（即ち、大きな検出領域を有
する）ものが望ましい。しかしながら、寄生容量Ｃｐｄ
（ピン容量とも呼ぶ）１１０がフォトダイオード１３０
のサイズに直接比例して増加するため、大きなフォトダ
イオードの場合には必然的に寄生容量Ｃｐｄ１１０も大
きくなる。このＣｐｄ１１０は、トランスインピーダン
スアンプ２００のバイアス状態によっては１０ｐＦ〜１
５ｐＦにもなり、このような大きなＣｐｄ１１０が存在
すれば、回路に安定性の問題が発生する。さらに、フィ
ードバックコンデンサＣｆ２３０は、トランスインピー
ダンスアンプ２００の安定性を確保するために可能な限
り大きくする必要があるが、フィードバンクコンデンサ
Ｃｆ２３０の値が大きくなると帯域幅が減少し入力信号
の歪が増加することになる。 【００１１】更には、トランスインピーダンスアンプ２
００の利得は、フィードバック抵抗Ｒｆ２２０の値に直
接比例する。従って、高利得を得るためにはＲｆ２２０
の値を大きくする必要があるが、一方で、トランスイン
ピーダンスアンプ２００の飽和とそれの帯域幅の狭小化
を回避するために余り大きくできない。フィードバック
抵抗Ｒｆ２２０の値を小さくすると利得が低下し、必然
的にトランスインピーダンスアンプ２００の帯域幅が大
きくなってＳＮＲが低下する。即ち、フィードバック抵
抗Ｒｆ２２０の値にも、このような別の制約が存在す
る。 【００１２】以上の説明からわかるように、ＩＲレシー
バ（特に、そのトランスインピーダンスアンプ）の感
度、ダイナミックレンジ、信号対雑音比（ＳＮＲ）、帯
域幅、及び安定性に関する要件のすべてがアンプ２００
の設計を制約しており、この結果、数多くの妥協を余儀
なくされる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】図２に既知のトランス
インピーダンスアンプの一実施例が示されているが、こ
の実施例においては、ＡＧＣ（自動利得制御）ユニット
３００を使用してフィードバック抵抗Ｒｆ２２０’の値
を変化させ、ＩＲセンサ１００で生成される入力光電流
１２０を４０ｄＢ〜６０ｄＢの範囲にスケーリング（範
囲内に収まるように一定の率で調整）することによって
トランスインピーダンスアンプ２００の飽和を回避して
いる。この実施例の１つの問題点は、前述のとおり入力
光電流のダイナミックレンジが非常に大きいことから十
分な利得段数を実現するために異なる複数の値を有する
フィードバック抵抗Ｒｆ２２０’が必要になることであ
る。又、この実施例には、大電流値で稼動するために電
力損失が大きいという他の問題もある。 【００１４】図３に示すように、ＩＲレシーバのプリア
ンプの別の既知の実施例は、ダイオードクランプ型トラ
ンスインピーダンス回路４００である。このトランスイ
ンピーダンス回路４００は、クランプダイオード４１０
と、このクランプダイオード４１０に並列に接続された
抵抗４２０を有している。このダイオードクランプ型ト
ランスインピーダンス回路４００の帯域幅は次の計算式
によって近似的に求められる。 【００１５】 【数２】 【００１６】ここで、Ｃｐｄは、フォトセンサ１００の
寄生容量１１０であり、Ｒ（４２０）は、入力電流が小
さい場合のトランスインピーダンスである。この既知の
ダイオードクランプ型トランスインピーダンス回路４０
０の１つの欠点は、低速の構成にしか適していないとい
う点である。更に、プリアンプ２００の利得に対する制
御も行われていない。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明の特徴の１つは、
大きなダイナミックレンジを有する入射光を正確に検出
及び処理可能なフォトレシーバ構成（フォトレシーバ装
置、フォトレシーバユニットなどを含む構成）を提供す
ることである。 【００１８】本発明の更なる特徴は、既知の装置の感
度、ＳＮＲ、帯域幅、及び安定性に関する制約による問
題の影響を受けにくく、かつ、携帯電話、携帯型情報端
末（ＰＤＡ）、ラップトップ機などのバッテリー駆動型
のポータブル電子装置に必要とされる電力損失の低いフ
ォトレシーバ構成を提供することである。 【００１９】本発明によるフォトレシーバ構成は、強度
値が所定の範囲内にある入射光を検出し、かつその検出
した入射光を第１の電気信号に変換するフォトセンサを
含む。プリスケーラがこのフォトセンサの出力に接続さ
れており、プリスケーラに入力される第１の電気信号に
基づき、かつ、この第１の電気信号に対応するスケーリ
ングされた第２の電気信号を生成する。プリアンプが、
このプリスケーラの出力に接続されており、プリアンプ
に入力されるスケーリング済みの第２の電気信号を増幅
する。このプリアンプは少なくとも概ね線形利得のダイ
ナミックレンジを有する。これらのプリスケーラ及びプ
リアンプは、光の強度値が前述の所定範囲内にある場合
に、スケーリング済みの第２電気信号がプリアンプのダ
イナミックレンジ内に収まるように相互に整合のとれた
構成で設計される。 【００２０】 【発明の実施の形態】図４は、フォトセンサ５００、プ
リスケーラ６００、及びプリアンプ７００を含むフォト
レシーバ構成を示している。フォトセンサ５００は、強
度値が所定範囲内の入射光を検出し、検出した入射光を
第１の電気信号に変換する。このフォトセンサの出力に
は、入力として印加される第１の電気信号に基づき、か
つそれに対応するスケーリング済みの第２電気信号を生
成するプリスケーラ６００が接続されている。そして、
このプリスケーラ６００の出力には、入力として印加さ
れるスケーリング済みの第２電気信号を増幅するプリア
ンプ７００が接続されている。このプリアンプ７００
は、利得が少なくとも概ね線形のダイナミックレンジを
有する。プリスケーラ６００及びプリアンプ７００は、
光の強度値が前述の所定範囲内の場合に、スケーリング
済みの第２の電気信号がプリアンプ７００のダイナミッ
クレンジ内に収まるように相互に整合のとれた構成で設
計される。 【００２１】本発明の別の実施形態によれば、プリスケ
ーラ６００は、入射光に応答してフォトセンサ５００で
生成される電気信号をスケーリングし、値がプリアンプ
の線形利得特性のダイナミックレンジ内に収まると共
に、フォトセンサ５００で生成された電気信号の個々の
値に明確かつ識別可能に対応するスケーリング済みの電
気信号を生成する。即ち、フォトセンサ５００及びプリ
スケーラ６００により、ダイナミックレンジの大きな入
力光全体がプリアンプ７００の線形利得ダイナミックレ
ンジに対応するダイナミックレンジを有するスケーリン
グ済みの電気信号に変換される。従って、プリスケーラ
６００は、入射光の光強度値ごとに、その値に固有であ
り、かつその値に割り当てられたスケーリング済みの電
気信号を生成し、スケーリング中に信号情報が失われな
いように信号のスケーリングを実行する。この文脈にお
いて、固有のスケーリング済み電気信号とは、固有の信
号値を有するスケーリング済みの電気信号、または、ス
ケーリングファクタ（本発明の１実施形態では倍率）が
可変のプリスケーラを使用する場合には、その信号値を
有するスケーリング済み電気信号を生成するのに使用す
る信号値及びスケーリングファクタの固有の組み合わせ
を有するスケーリング済み電気信号を意味している。こ
の結果、スケーリング特性（例えば、スケーリングの程
度やプリアンプの利得）を相互に独立に設定することが
可能になる。これは、プリアンプ７００に入力する電気
信号をスケーリングするためにプリアンプ７００のフィ
ードバック抵抗を変化させる必要がなくなることを意味
する。又、入力電気信号の大きなダイナミックレンジに
ついて考慮する必要がなくなり、プリアンプの利得調整
のために全面的にフィードバック抵抗を使用することが
可能になると共に、回路の安定性問題に関連するフォト
センサ５００の大きな寄生容量について考慮する必要が
なくなり、フィードバックコンデンサをプリアンプ７０
０の帯域幅調整に全面的に使用することができるように
なる。 【００２２】更には、フォトセンサ５００とプリアンプ
７００が分離されプリスケーラ６００によって相互に隔
離されているため、フォトセンサ５００がプリアンプ７
００の帯域幅、信号対雑音比、及び安定性に直接的な影
響を及ぼさなくなる。又、プリスケーラ６００を介在さ
せることにより、帯域幅、ＳＮＲ、及び安定性に関する
フォトセンサ５００からプリアンプ７００への影響をプ
リスケーラ６００によって補償し、これによって、プリ
アンプ７００の入力からは１つのユニットとして見える
ように協働するフォトセンサ５００とプリスケーラ６０
０が、プリアンプ７００の前述の特性に悪影響を及ぼさ
ないように、プリスケーラ６００を設計することができ
る。 【００２３】本発明によるフォトレシーバ構成は、光強
度に関するダイナミックレンジが広いあらゆる種類の光
信号の検出及び処理に使用可能である。さらに、赤外光
は信号強度の範囲が非常に広いため、本発明によるフォ
トレシーバ構成を赤外光の検出及び処理に利用すれば非
常に有利である。従って、本発明の好適な１実施形態に
よれば、フォトセンサは赤外線センサであり、この赤外
線センサにより出力電気信号として生成される光電流
は、赤外線センサによって検出される赤外光の信号強度
に対応する。 【００２４】本発明によるフォトレシーバ構成のプリス
ケーラ６００は、フォトセンサ５００から供給される入
力電流の値をプリアンプ７００の動作線形利得ダイナミ
ックレンジに合わせる（または収まる）ように変化させ
るものであれば、どのような回路でも使用可能であり、
たとえば、電流調整回路によって実施することができ
る。 【００２５】本発明によれば、プリスケーラ６００を、
それが、可変のスケーリング値でスケーリング処理を行
うように実施可能である。更に、本発明の好適な１実施
形態によれば、フォトセンサ５００で生成された電気信
号を１組の個々のスケーリングファクタによって可変ス
ケーリングするようにプリスケーラ６００を設計するこ
ともできる。この実施形態の場合には、フォトセンサ５
００で生成される電気信号の固有の信号値に対して使用
するスケーリングファクタを電気信号自体の信号値によ
って決定するのが望ましい。 【００２６】本発明の他の好適な実施形態によれば、プ
リスケーラ６００は、電流検出回路に結合されたプログ
ラム可能な電流ミラー（カレントミラー）である。この
電流ミラーにフォトセンサで生成された光電流が入力さ
れ、光電流に比例する電流が電流検出回路から引き出さ
れる。電流検出回路は、引き出されたこの電流に基づい
て光電流のレベルを判定し、光電流に適用するスケーリ
ングファクタを決定して対応する制御信号を生成する。
この制御信号が電流ミラーに入力されて、決定されたス
ケーリングファクタに従って光電流をスケーリングす
る。このスケーリングされた電流（この電流は、プリア
ンプのダイナミックレンジ内に収まるように維持され
る）がプリアンプに入力信号として供給される。 【００２７】本発明の好適な実施形態によれば、プリア
ンプ７００は、スケーリング済みの入力電流を出力電圧
に増幅するトランスインピーダンスアンプである。この
場合には、フィードバック抵抗とフィードバックコンデ
ンサがトランスインピーダンスアンプの入力と出力の間
に接続される。フィードバック抵抗はトランスインピー
ダンスアンプの利得制御に使用され、コンデンサはトラ
ンスインピーダンスアンプの帯域幅を制御するために抵
抗と共に使用される。寄生容量によって回路の安定性が
脅かされないため、抵抗及びコンデンサの値を選定する
際にフォトセンサ５００の大きな寄生容量Ｃｐｄによっ
てこれらの値が制限されることはない。又、本発明によ
るプリスケーラ６００がプリアンプの入力電流が過大に
なることを防止するため、プリアンプの電力消費及び損
失が小さく、このため、本発明によるフォトレシーバ
は、赤外線データ転送用の赤外線通信装置を備える携帯
型電子装置用の赤外線レシーバとして利用するのに有利
である。 【００２８】図４からわかるように、照射された光をセ
ンサ５００が検出すると、センサ５００が受けた光強度
に比例する値を有する光電流Ｉｐｄ５１０が、センサ５
００によって生成される。プリスケーラ６００は、この
生成された光電流Ｉｐｄ５１０を入力信号として受け取
り、この光電流Ｉｐｄ５１０の値をスケーリングし、こ
れによってプリアンプ７００に印加される入力電流Ｉ
ｉｎ６１０を生成する。このプリスケーラによるスケー
リング処理後の入力電流Ｉｉｎの値は、プリアンプ７０
０の動作線形利得ダイナミックレンジ内に収まるように
なっている。プリアンプ７００は、この入力電流Ｉｉｎ
６１０を増幅して適切な出力信号を生成する。 【００２９】本発明の好適な実施形態によれば、フォト
センサ５００は、入射するＩＲ信号を検出し、対応する
光電流Ｉｐｄ５１０を生成する赤外線（ＩＲ）センサで
ある。このＩＲセンサ５００は、図５に示されているよ
うに、フォトダイオード５２０と、このフォトダイオー
ドに並列に接続された寄生容量Ｃｐｄ５３０を有してお
り、光電流Ｉｐｄ５１０はプリスケーラ６００に入力さ
れる。 【００３０】プリスケーラ６００の主目的は、光電流Ｉ
ｐｄ５１０をプリアンプ７００の線形利得ダイナミック
レンジ内に収まる入力電流Ｉｉｎ６１０にスケーリング
するための独立したスケーリング機能を提供することに
ある。本発明の好適な実施形態によれば、このプリスケ
ーラ６００は、図６に示すようにプログラム可能な電流
ミラー６３０と電流検出回路６２０を有している。ＩＲ
センサ５００から出力された光電流Ｉｐｄ５１０は、プ
ログラム可能な電流ミラー６３０に直接送り込まれ、光
電流Ｉｐｄ５１０に比例した対応する検出電流Ｉｓ６４
０が電流検出回路６２０から引き出される。この引き出
された検出電流Ｉｓ６４０に基づき、検出回路６２０
は、光電流Ｉｐｄ５１０の値が大き過ぎて直接プリアン
プ７００に供給した場合にプリアンプが飽和しないか、
または、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）を生成するには
光電流Ｉｐｄ５１０が小さ過ぎないか、を判定する。そ
して、電流検出回路６２０は、この判定結果に基づいて
スケーリングファクタｍを決定する。その後、電流検出
回路６２０は、このスケーリングファクタｍに対応する
制御信号６５０を生成してプログラム可能な電流ミラー
６３０に出力する。そして、プログラム可能な電流ミラ
ー６３０は、スケーリングファクタｍに従って光電流Ｉ
ｐｄ５１０をスケーリングし、これによって、入力電流
Ｉｉｎ６１０を出力してプリアンプ７００に供給する。 【００３１】従って、プリアンプ７００に入力される入
力電流Ｉｉｎ６１０は、次の計算式で与えられるように
光電流Ｉｐｄ５１０より大きくなったり小さくなったり
する。 【００３２】 【数３】 【００３３】ここで、Ｉｉｎ６１０は、Ｉｐｄ５１０が
プリアンプ７００の動作線形利得ダイナミックレンジの
上限以上の場合には、ｍ＜１でＩｐｄ５１０より小さく
なり、Ｉｐｄ５１０がダイナミックレンジの下限以下の
場合には、ｍ＞１となって良好なＳＮＲを実現する。 【００３４】従って、電流検出回路６２０の機能は、光
電流Ｉｐｄ５１０をスケーリングするためのスケーリン
グファクタｍを決定することであり、電流検出回路６２
０には、厳格な、帯域幅、ＳＮＲ、及び安定性の要件は
存在しない。又、電流検出回路６２０はプリアンプ７０
０から隔離されているため、電流検出回路６２０に使用
する構成要素がプリアンプ７００の性能に影響を及ぼす
こともない。この結果、電流検出回路６２０は容易に設
計及び実施可能である。 【００３５】本発明による好適な実施例においては、プ
ログラム可能な電流ミラー６３０は、利用する段数に応
じて光電流Ｉｐｄ５１０の段階的なスケールアップとス
ケールダウンが可能な多段電流ミラーである。このよう
な電流ミラーは、ＭＯＳ又はＢＪＴトランジスタ（また
は、バイポーラ接合型トランジスタ）を基本電子部品と
して使用することにより実施可能である。 【００３６】プリアンプ７００は、入力電流Ｉｉｎ６１
０を増幅して適切な出力信号を生成する。プリアンプ７
００の実施形態に応じて出力信号を電流信号又は電圧信
号にすることができる。好適な実施形態では、プリアン
プ７００は、図７に示すようにフィードバック抵抗Ｒｆ
７２０及びフィーバックコンデンサＣｆ７３０を設けた
オペアンプ７１０からなるトランスインピーダンスアン
プとして実施されている。この抵抗Ｒｆ７２０を可変抵
抗器としてアンプ７１０の利得を制御すると共に、プリ
アンプ７００の帯域幅をコンデンサＣｆ７３０と協働し
て設定することができる。 【００３７】プリスケーラ６００が光電流Ｉｐｄ５１０
をスケーリングするので、プリスケーラ６００で生成さ
れる入力電流Ｉｉｎ６１０のダイナミックレンジが減少
する。従って、プリアンプ７００において可変フィード
バック抵抗を使用して複数の可変利得段階を実現する必
要はない。このため、本発明による好適な実施形態によ
れば、抵抗器Ｒｆ７２０の抵抗は固定値に設定すること
ができる。 【００３８】図８は、本発明の好適な実施形態によるフ
ォトレシーバ構成全体の概略回路図である。これまで図
示し、説明した実施形態では、本発明に従うフォトレシ
ーバ構成のシングルエンド型（またはシングルエンデッ
ド型）の構成を参照しているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、このフォトレシーバ構成を差動又は
擬似差動構成で実施することも本発明の範囲内である。
差動構成と比較した場合のシングルエンド構成の利点は
電力消費が格段に小さいことであり、これはフォトレシ
ーバ構成を携帯型の電子装置に使用する場合に重要な特
性である。しかしながら、差動構成も雑音補償に極めて
優れているという利点を有しており、本発明によれば、
これらのシングルエンド構成と差動構成を折衷したフォ
トレシーバの擬似差動構成が好適である。 【００３９】更に図８を参照すると、プリアンプ７００
の入力電流Ｉｉｎ６１０のダイナミックレンジが電流ミ
ラー６３０によって縮小されるために、プリアンプ７０
０は、強度値の大きな赤外光の場合でも飽和せず、従っ
て、常にあらゆる入力信号値に対して線形の利得が与え
られる。又、赤外光の強度が弱いためにプリアンプ７０
０の線形利得ダイナミックレンジの下限未満になるほど
に光電流Ｉｐｄ５１０が小さい場合にも、プリアンプ７
００に印加される入力電流Ｉｉｎ６１０は、プリスケー
ラ６００によってスケーリングされてダイナミックレン
ジ内に収まるようになる。従って、入力電流Ｉｉｎ６１
０は常にプリアンプ７００の線形利得ダイナミックレン
ジの下限と上限の間に位置し、良好なＳＮＲが実現され
る。この結果、プリアンプ７００の飽和防止や良好なＳ
ＮＲ実現のためにフィードバック抵抗Ｒｆ７２０の値に
制限を加える必要がなくなる。また、入力電流Ｉｉｎ６
１０が過大にならぬように制御されるため、プリアンプ
７００の電力消費及び損失が大きいという問題も回避さ
れる。 【００４０】本発明によるフォトレシーバ構成において
は、寄生容量Ｃｐｄ５３０は、プリスケーラ６００によ
ってプリアンプ７００から隔離されており、アンプ７０
０の安定性には影響を及ぼさない。このため、フォトダ
イオード５２０のサイズを大きくすることが可能であ
り、この結果、フォトセンサ５００の感度が向上する。
又、プリアンプ７００の安定性を向上させるためにフィ
ードバックコンデンサＣ ｆ７３０の容量を大きくすると
いう制約も存在しない。そして、フィードバック抵抗Ｒ
ｆ７２０及びフィードバックコンデンサＣｆ７３０が帯
域幅、安定性、及び信号対雑音比の観点で特定の値に限
定されないため、プリアンプ７００の利得と帯域幅を所
望のものにするためにこれらの値を設定することができ
る。 【００４１】本発明によるフォトレシーバ構成は、あら
ゆる種類の電子装置に利用可能であり、特にＰＤＡ、携
帯電話、及びラップトップ機に好適である。 【００４２】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．光強度値が所定範囲内の入射光を検出し、前記検出
した入射光を第１の電気信号に変換するフォトセンサ
（５００）と、前記フォトセンサ（５００）に接続さ
れ、入力される前記第１の電気信号に基づいた、かつ、
前記第１の電気信号に対応したスケーリング済みの第２
の電気信号を生成するプリスケーラ（６００）と、前記
プリスケーラ（６００）の出力に接続され、入力された
前記スケーリング済みの第２の電気信号を増幅すると共
に、少なくとも概ね線形利得のダイナミックレンジを有
するプリアンプ（７００）を備える、フォトレシーバ構
成であって、前記プリスケーラ（６００）と前記プリア
ンプ（７００）は、光強度値の前記所定範囲内のあらゆ
る光強度値に対して、前記スケーリング済みの第２の電
気信号が、前記プリアンプ（７００）の前記ダイナミッ
クレンジ内に収まるように相互に整合のとれた構成で設
計されることからなる、フォトレシーバ構成。 ２．前記フォトセンサ（５００）は赤外線センサであ
り、前記プリスケーラ（６００）及びプリアンプ（７０
０）は前記赤外線センサと整合するように設計される、
上項１記載のフォトレシーバ構成。 ３．前記プリスケーラ（６００）は、１組の個々のスケ
ーリングファクタによって前記第１の電気信号のスケー
リングを実行するように設計される、上項１記載のフォ
トレシーバ構成。 ４．前記プリスケーラ（６００）はプログラム可能な電
流ミラー（６３０）から構成される、上項１乃至３のい
ずれかに記載のフォトレシーバ構成。 ５．前記プリスケーラ（６００）は電流検出回路（６２
０）を有し、前記電流検出回路（６２０）は前記プログ
ラム可能な電流ミラー（６３０）を制御するために前記
プログラム可能な電流ミラー（６３０）に接続される、
上項４記載のフォトレシーバ構成。 ６．前記電流検出回路（６２０）はＡ／Ｄコンバータで
ある、上項５記載のフォトレシーバ構成。 ７．前記プログラム可能な電流ミラー（６３０）はＭＯ
Ｓ又はＢＪＴトランジスタによって実施される、上項４
記載のフォトレシーバ構成。 ８．前記プリアンプ（７００）は、オペアンプ（７１
０）と、前記オペアンプ（７１０）の出力と負入力の間
に接続されたフィードバック抵抗（７２０）及びフィー
ドバックコンデンサ（７３０）とから構成されるトラン
スインピーダンスアンプである、上項１記載のフォトレ
シーバ構成。 ９．前記フォトセンサ（５００）、前記プリスケーラ
（６００）、及び前記プリアンプ（７００）はシングル
エンド構成で設計される、上項１記載のフォトレシーバ
構成。 １０．前記フォトセンサ（５００）、前記プリスケーラ
（６００）、及び前記プリアンプ（７００）は、差動又
は擬似差動構成で設計される、上項１記載のフォトレシ
ーバ構成。 【００４３】本発明のフォトレシーバ構成は、所定の範
囲内の光強度値を有する入射光を捕捉するフォトセンサ
(500)を備える。フォトセンサ(500)は、また、捕捉した
入射信号を第１の電気信号に変換する。プリスケーラ(6
00)は、プリスケーラに入力されるこの第１の電気信号
に基づいた、かつ、この第１の電気信号に対応したスケ
ーリングされた第２の電気信号を生成するために、フォ
トセンサの出力に接続される。プリアンプ(700)は、プ
リアンプに入力されるこのスケーリングされた第２の電
気信号を増幅するために、プリスケーラ(600)の出力に
接続される。プリアンプ(700)は、少なくともほぼ線形
利得のダイナミックレンジを有する。プリスケーラ(60
0)とプリアンプ(700)は、スケーリングされた第２の電
気信号が、光強度値の上記所定の範囲内に入るあらゆる
光強度値に対して、プリアンプ(700)の上記ダイナミッ
クレンジ内に収まるように、互いに整合した構成で設計
される。 【００４４】 【発明の効果】本発明によれば、大きな強度ダイナミッ
クレンジを有する入射光を正確に検出し処理することが
可能なフォトレシーバ装置が提供される。
検出及び計測する、フォトセンサ及びプリアンプを備え
るフォトレシーバ（受光器）の構成に関する。 【０００２】 【従来の技術】赤外線（ＩＲ）技術は、実装コストが低
く且つデータ転送速度がＭｂ／秒レベルと高速であるた
め、ラップトップコンピュータ、携帯電話、及びＰＤＡ
（携帯型情報端末）などの電子装置に広く使用されてい
る無線技術の１つである。このＩＲ技術を使用すれば、
ユーザは、様々なＩＲ装置を介して近距離の相互通信を
行うことができる。通常、既存のＩＲ装置は、赤外線信
号の送受信と処理を行うＩＲトランシーバを有してい
る。ＩＲトランシーバは、ＩＲ光を検出して電気信号に
変換するＩＲセンサ、及びＩＲセンサで生成された電気
信号を増幅するプリアンプを含んでいる。入射する赤外
光の強度は、たとえば、別のＩＲ装置のトランシーバや
リモート制御装置などの赤外線信号の放出源とＩＲトラ
ンシーバのセンサとの距離によって変化し、この距離が
大きくなるに従ってＩＲレシーバのセンサが検出する赤
外線信号の強度が急激に低下する。更に、通常、ＩＲ装
置は周辺光が存在する環境で稼動するものであり、周辺
光によって信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下するが、ＩＲ
トランシーバのセンサは、周辺光に応じてセンサで生成
される圧倒的な光電流の影響下においても所望の赤外線
信号の検出が可能でなければならない。 【０００３】ＩＲセンサは、赤外線信号を検出するとそ
の信号強度に比例した光電流を生成する。ＩＲセンサに
よって生成された光電流を増幅する必要があり、プリア
ンプとしてトランスインピーダンスアンプ（transimped
ance amplifier）が使用される。既知のプリアンプに使
用されるトランスインピーダンスアンプとしては、低雑
音アンプであることが望ましく、高利得を提供する必要
がある。しかしながら、前述の妥当な距離の範囲でＩＲ
装置を使用した場合にＩＲセンサが検出する入射赤外光
の強度は、通常、約１００ｄＢ（３．６μＷ／ＳＲ〜５
００ｍＷ／ＳＲ）のダイナミックレンジで変化する。従
って、入射ＩＲ光に応答してＩＲセンサが生成しプリア
ンプに入力される光電流の強度も１００ｄＢ程度のダイ
ナミックレンジを有することになる。これに対して、通
常のトランスインピーダンスアンプのダイナミックレン
ジは４０ｄＢ〜６０ｄＢに過ぎず、これを超過した場
合、アンプはその線形特性を失って飽和する。即ち、ト
ランスインピーダンスアンプは、ＩＲセンサが生成した
光電流の広いダイナミックレンジに対して線形性を失う
ことなく対処することができない。 【０００４】既知のＩＲトランシーバにおけるレシーバ
部の一般的な例を図１に示す。このＩＲレシーバはフォ
トダイオード１３０を含むＩＲセンサ１００を有してお
り、図１にはプリアンプも示されている。このプリアン
プは、オペアンプ２１０、フィードバック抵抗Ｒｆ２２
０、及びフィーバックコンデンサＣｆ２３０を備えるト
ランスインピーダンスアンプ２００によって実施されて
いる。 【０００５】このＩＲレシーバのトランスインピーダン
スアンプ２００の設計には多数の制約が存在している。
トランスインピーダンスアンプ２００のダイナミックレ
ンジの下限は、トランスインピーダンスアンプ２００の
入力におけるノイズ（またはinput referred noise（入
力基準ノイズ））のレベルによって決定され、信号のレ
ベルがこのダイナミックレンジの下限未満の場合には、
ＳＮＲが非常に低いために信号の検出が非常に困難であ
る。一方、トランスインピーダンスアンプ２００のダイ
ナミックレンジの上限は、トランスインピーダンスアン
プ２００が飽和して利得が線形性を失うときの入力信号
レベルにおいて決定される。従って、トランスインピー
ダンスアンプ２００を稼動させるダイナミックレンジ
は、低レベルの入力信号の検出が可能であり且つ高レベ
ルの入力信号も線形利得によって増幅可能である上限と
下限の間に設定する必要がある。 【０００６】又、帯域幅の要件もトランスインピーダン
スアンプ２００の設計にとっては大きな制約となる。ト
ランスインピーダンスアンプの帯域幅は、次の計算式に
よって近似的に求められる。 【０００７】 【数１】 【０００８】ここで、Ｒｆはオペアンプ２１０の反転入
力と出力間に接続されたフィードバック抵抗２２０であ
り、Ｃｆはこのフィードバック抵抗２２０と並列に接続
されたフィードバックコンデンサ２３０である。 【０００９】動作帯域幅は、符号間干渉やジッタなどの
歪を回避するために狭くし過ぎないほうが望ましい。し
かし、その一方で帯域幅が広いとＳＮＲが低下するた
め、広過ぎてもいけない。従って、Ｃｆ２３０及びＲｆ
２２０の値は、最適な動作帯域幅を得るために慎重に選
択する必要がある。しかしながら、Ｃｆ２３０及びＲｆ
２２０の値自身にも様々な制約が存在するので、これを
実行するのは容易ではない。 【００１０】ＩＲセンサ１００のフォトダイオード１３
０としては、良好なＳＮＲをもたらす高信号強度を実現
するために表面積が大きい（即ち、大きな検出領域を有
する）ものが望ましい。しかしながら、寄生容量Ｃｐｄ
（ピン容量とも呼ぶ）１１０がフォトダイオード１３０
のサイズに直接比例して増加するため、大きなフォトダ
イオードの場合には必然的に寄生容量Ｃｐｄ１１０も大
きくなる。このＣｐｄ１１０は、トランスインピーダン
スアンプ２００のバイアス状態によっては１０ｐＦ〜１
５ｐＦにもなり、このような大きなＣｐｄ１１０が存在
すれば、回路に安定性の問題が発生する。さらに、フィ
ードバックコンデンサＣｆ２３０は、トランスインピー
ダンスアンプ２００の安定性を確保するために可能な限
り大きくする必要があるが、フィードバンクコンデンサ
Ｃｆ２３０の値が大きくなると帯域幅が減少し入力信号
の歪が増加することになる。 【００１１】更には、トランスインピーダンスアンプ２
００の利得は、フィードバック抵抗Ｒｆ２２０の値に直
接比例する。従って、高利得を得るためにはＲｆ２２０
の値を大きくする必要があるが、一方で、トランスイン
ピーダンスアンプ２００の飽和とそれの帯域幅の狭小化
を回避するために余り大きくできない。フィードバック
抵抗Ｒｆ２２０の値を小さくすると利得が低下し、必然
的にトランスインピーダンスアンプ２００の帯域幅が大
きくなってＳＮＲが低下する。即ち、フィードバック抵
抗Ｒｆ２２０の値にも、このような別の制約が存在す
る。 【００１２】以上の説明からわかるように、ＩＲレシー
バ（特に、そのトランスインピーダンスアンプ）の感
度、ダイナミックレンジ、信号対雑音比（ＳＮＲ）、帯
域幅、及び安定性に関する要件のすべてがアンプ２００
の設計を制約しており、この結果、数多くの妥協を余儀
なくされる。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】図２に既知のトランス
インピーダンスアンプの一実施例が示されているが、こ
の実施例においては、ＡＧＣ（自動利得制御）ユニット
３００を使用してフィードバック抵抗Ｒｆ２２０’の値
を変化させ、ＩＲセンサ１００で生成される入力光電流
１２０を４０ｄＢ〜６０ｄＢの範囲にスケーリング（範
囲内に収まるように一定の率で調整）することによって
トランスインピーダンスアンプ２００の飽和を回避して
いる。この実施例の１つの問題点は、前述のとおり入力
光電流のダイナミックレンジが非常に大きいことから十
分な利得段数を実現するために異なる複数の値を有する
フィードバック抵抗Ｒｆ２２０’が必要になることであ
る。又、この実施例には、大電流値で稼動するために電
力損失が大きいという他の問題もある。 【００１４】図３に示すように、ＩＲレシーバのプリア
ンプの別の既知の実施例は、ダイオードクランプ型トラ
ンスインピーダンス回路４００である。このトランスイ
ンピーダンス回路４００は、クランプダイオード４１０
と、このクランプダイオード４１０に並列に接続された
抵抗４２０を有している。このダイオードクランプ型ト
ランスインピーダンス回路４００の帯域幅は次の計算式
によって近似的に求められる。 【００１５】 【数２】 【００１６】ここで、Ｃｐｄは、フォトセンサ１００の
寄生容量１１０であり、Ｒ（４２０）は、入力電流が小
さい場合のトランスインピーダンスである。この既知の
ダイオードクランプ型トランスインピーダンス回路４０
０の１つの欠点は、低速の構成にしか適していないとい
う点である。更に、プリアンプ２００の利得に対する制
御も行われていない。 【００１７】 【課題を解決するための手段】本発明の特徴の１つは、
大きなダイナミックレンジを有する入射光を正確に検出
及び処理可能なフォトレシーバ構成（フォトレシーバ装
置、フォトレシーバユニットなどを含む構成）を提供す
ることである。 【００１８】本発明の更なる特徴は、既知の装置の感
度、ＳＮＲ、帯域幅、及び安定性に関する制約による問
題の影響を受けにくく、かつ、携帯電話、携帯型情報端
末（ＰＤＡ）、ラップトップ機などのバッテリー駆動型
のポータブル電子装置に必要とされる電力損失の低いフ
ォトレシーバ構成を提供することである。 【００１９】本発明によるフォトレシーバ構成は、強度
値が所定の範囲内にある入射光を検出し、かつその検出
した入射光を第１の電気信号に変換するフォトセンサを
含む。プリスケーラがこのフォトセンサの出力に接続さ
れており、プリスケーラに入力される第１の電気信号に
基づき、かつ、この第１の電気信号に対応するスケーリ
ングされた第２の電気信号を生成する。プリアンプが、
このプリスケーラの出力に接続されており、プリアンプ
に入力されるスケーリング済みの第２の電気信号を増幅
する。このプリアンプは少なくとも概ね線形利得のダイ
ナミックレンジを有する。これらのプリスケーラ及びプ
リアンプは、光の強度値が前述の所定範囲内にある場合
に、スケーリング済みの第２電気信号がプリアンプのダ
イナミックレンジ内に収まるように相互に整合のとれた
構成で設計される。 【００２０】 【発明の実施の形態】図４は、フォトセンサ５００、プ
リスケーラ６００、及びプリアンプ７００を含むフォト
レシーバ構成を示している。フォトセンサ５００は、強
度値が所定範囲内の入射光を検出し、検出した入射光を
第１の電気信号に変換する。このフォトセンサの出力に
は、入力として印加される第１の電気信号に基づき、か
つそれに対応するスケーリング済みの第２電気信号を生
成するプリスケーラ６００が接続されている。そして、
このプリスケーラ６００の出力には、入力として印加さ
れるスケーリング済みの第２電気信号を増幅するプリア
ンプ７００が接続されている。このプリアンプ７００
は、利得が少なくとも概ね線形のダイナミックレンジを
有する。プリスケーラ６００及びプリアンプ７００は、
光の強度値が前述の所定範囲内の場合に、スケーリング
済みの第２の電気信号がプリアンプ７００のダイナミッ
クレンジ内に収まるように相互に整合のとれた構成で設
計される。 【００２１】本発明の別の実施形態によれば、プリスケ
ーラ６００は、入射光に応答してフォトセンサ５００で
生成される電気信号をスケーリングし、値がプリアンプ
の線形利得特性のダイナミックレンジ内に収まると共
に、フォトセンサ５００で生成された電気信号の個々の
値に明確かつ識別可能に対応するスケーリング済みの電
気信号を生成する。即ち、フォトセンサ５００及びプリ
スケーラ６００により、ダイナミックレンジの大きな入
力光全体がプリアンプ７００の線形利得ダイナミックレ
ンジに対応するダイナミックレンジを有するスケーリン
グ済みの電気信号に変換される。従って、プリスケーラ
６００は、入射光の光強度値ごとに、その値に固有であ
り、かつその値に割り当てられたスケーリング済みの電
気信号を生成し、スケーリング中に信号情報が失われな
いように信号のスケーリングを実行する。この文脈にお
いて、固有のスケーリング済み電気信号とは、固有の信
号値を有するスケーリング済みの電気信号、または、ス
ケーリングファクタ（本発明の１実施形態では倍率）が
可変のプリスケーラを使用する場合には、その信号値を
有するスケーリング済み電気信号を生成するのに使用す
る信号値及びスケーリングファクタの固有の組み合わせ
を有するスケーリング済み電気信号を意味している。こ
の結果、スケーリング特性（例えば、スケーリングの程
度やプリアンプの利得）を相互に独立に設定することが
可能になる。これは、プリアンプ７００に入力する電気
信号をスケーリングするためにプリアンプ７００のフィ
ードバック抵抗を変化させる必要がなくなることを意味
する。又、入力電気信号の大きなダイナミックレンジに
ついて考慮する必要がなくなり、プリアンプの利得調整
のために全面的にフィードバック抵抗を使用することが
可能になると共に、回路の安定性問題に関連するフォト
センサ５００の大きな寄生容量について考慮する必要が
なくなり、フィードバックコンデンサをプリアンプ７０
０の帯域幅調整に全面的に使用することができるように
なる。 【００２２】更には、フォトセンサ５００とプリアンプ
７００が分離されプリスケーラ６００によって相互に隔
離されているため、フォトセンサ５００がプリアンプ７
００の帯域幅、信号対雑音比、及び安定性に直接的な影
響を及ぼさなくなる。又、プリスケーラ６００を介在さ
せることにより、帯域幅、ＳＮＲ、及び安定性に関する
フォトセンサ５００からプリアンプ７００への影響をプ
リスケーラ６００によって補償し、これによって、プリ
アンプ７００の入力からは１つのユニットとして見える
ように協働するフォトセンサ５００とプリスケーラ６０
０が、プリアンプ７００の前述の特性に悪影響を及ぼさ
ないように、プリスケーラ６００を設計することができ
る。 【００２３】本発明によるフォトレシーバ構成は、光強
度に関するダイナミックレンジが広いあらゆる種類の光
信号の検出及び処理に使用可能である。さらに、赤外光
は信号強度の範囲が非常に広いため、本発明によるフォ
トレシーバ構成を赤外光の検出及び処理に利用すれば非
常に有利である。従って、本発明の好適な１実施形態に
よれば、フォトセンサは赤外線センサであり、この赤外
線センサにより出力電気信号として生成される光電流
は、赤外線センサによって検出される赤外光の信号強度
に対応する。 【００２４】本発明によるフォトレシーバ構成のプリス
ケーラ６００は、フォトセンサ５００から供給される入
力電流の値をプリアンプ７００の動作線形利得ダイナミ
ックレンジに合わせる（または収まる）ように変化させ
るものであれば、どのような回路でも使用可能であり、
たとえば、電流調整回路によって実施することができ
る。 【００２５】本発明によれば、プリスケーラ６００を、
それが、可変のスケーリング値でスケーリング処理を行
うように実施可能である。更に、本発明の好適な１実施
形態によれば、フォトセンサ５００で生成された電気信
号を１組の個々のスケーリングファクタによって可変ス
ケーリングするようにプリスケーラ６００を設計するこ
ともできる。この実施形態の場合には、フォトセンサ５
００で生成される電気信号の固有の信号値に対して使用
するスケーリングファクタを電気信号自体の信号値によ
って決定するのが望ましい。 【００２６】本発明の他の好適な実施形態によれば、プ
リスケーラ６００は、電流検出回路に結合されたプログ
ラム可能な電流ミラー（カレントミラー）である。この
電流ミラーにフォトセンサで生成された光電流が入力さ
れ、光電流に比例する電流が電流検出回路から引き出さ
れる。電流検出回路は、引き出されたこの電流に基づい
て光電流のレベルを判定し、光電流に適用するスケーリ
ングファクタを決定して対応する制御信号を生成する。
この制御信号が電流ミラーに入力されて、決定されたス
ケーリングファクタに従って光電流をスケーリングす
る。このスケーリングされた電流（この電流は、プリア
ンプのダイナミックレンジ内に収まるように維持され
る）がプリアンプに入力信号として供給される。 【００２７】本発明の好適な実施形態によれば、プリア
ンプ７００は、スケーリング済みの入力電流を出力電圧
に増幅するトランスインピーダンスアンプである。この
場合には、フィードバック抵抗とフィードバックコンデ
ンサがトランスインピーダンスアンプの入力と出力の間
に接続される。フィードバック抵抗はトランスインピー
ダンスアンプの利得制御に使用され、コンデンサはトラ
ンスインピーダンスアンプの帯域幅を制御するために抵
抗と共に使用される。寄生容量によって回路の安定性が
脅かされないため、抵抗及びコンデンサの値を選定する
際にフォトセンサ５００の大きな寄生容量Ｃｐｄによっ
てこれらの値が制限されることはない。又、本発明によ
るプリスケーラ６００がプリアンプの入力電流が過大に
なることを防止するため、プリアンプの電力消費及び損
失が小さく、このため、本発明によるフォトレシーバ
は、赤外線データ転送用の赤外線通信装置を備える携帯
型電子装置用の赤外線レシーバとして利用するのに有利
である。 【００２８】図４からわかるように、照射された光をセ
ンサ５００が検出すると、センサ５００が受けた光強度
に比例する値を有する光電流Ｉｐｄ５１０が、センサ５
００によって生成される。プリスケーラ６００は、この
生成された光電流Ｉｐｄ５１０を入力信号として受け取
り、この光電流Ｉｐｄ５１０の値をスケーリングし、こ
れによってプリアンプ７００に印加される入力電流Ｉ
ｉｎ６１０を生成する。このプリスケーラによるスケー
リング処理後の入力電流Ｉｉｎの値は、プリアンプ７０
０の動作線形利得ダイナミックレンジ内に収まるように
なっている。プリアンプ７００は、この入力電流Ｉｉｎ
６１０を増幅して適切な出力信号を生成する。 【００２９】本発明の好適な実施形態によれば、フォト
センサ５００は、入射するＩＲ信号を検出し、対応する
光電流Ｉｐｄ５１０を生成する赤外線（ＩＲ）センサで
ある。このＩＲセンサ５００は、図５に示されているよ
うに、フォトダイオード５２０と、このフォトダイオー
ドに並列に接続された寄生容量Ｃｐｄ５３０を有してお
り、光電流Ｉｐｄ５１０はプリスケーラ６００に入力さ
れる。 【００３０】プリスケーラ６００の主目的は、光電流Ｉ
ｐｄ５１０をプリアンプ７００の線形利得ダイナミック
レンジ内に収まる入力電流Ｉｉｎ６１０にスケーリング
するための独立したスケーリング機能を提供することに
ある。本発明の好適な実施形態によれば、このプリスケ
ーラ６００は、図６に示すようにプログラム可能な電流
ミラー６３０と電流検出回路６２０を有している。ＩＲ
センサ５００から出力された光電流Ｉｐｄ５１０は、プ
ログラム可能な電流ミラー６３０に直接送り込まれ、光
電流Ｉｐｄ５１０に比例した対応する検出電流Ｉｓ６４
０が電流検出回路６２０から引き出される。この引き出
された検出電流Ｉｓ６４０に基づき、検出回路６２０
は、光電流Ｉｐｄ５１０の値が大き過ぎて直接プリアン
プ７００に供給した場合にプリアンプが飽和しないか、
または、良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）を生成するには
光電流Ｉｐｄ５１０が小さ過ぎないか、を判定する。そ
して、電流検出回路６２０は、この判定結果に基づいて
スケーリングファクタｍを決定する。その後、電流検出
回路６２０は、このスケーリングファクタｍに対応する
制御信号６５０を生成してプログラム可能な電流ミラー
６３０に出力する。そして、プログラム可能な電流ミラ
ー６３０は、スケーリングファクタｍに従って光電流Ｉ
ｐｄ５１０をスケーリングし、これによって、入力電流
Ｉｉｎ６１０を出力してプリアンプ７００に供給する。 【００３１】従って、プリアンプ７００に入力される入
力電流Ｉｉｎ６１０は、次の計算式で与えられるように
光電流Ｉｐｄ５１０より大きくなったり小さくなったり
する。 【００３２】 【数３】 【００３３】ここで、Ｉｉｎ６１０は、Ｉｐｄ５１０が
プリアンプ７００の動作線形利得ダイナミックレンジの
上限以上の場合には、ｍ＜１でＩｐｄ５１０より小さく
なり、Ｉｐｄ５１０がダイナミックレンジの下限以下の
場合には、ｍ＞１となって良好なＳＮＲを実現する。 【００３４】従って、電流検出回路６２０の機能は、光
電流Ｉｐｄ５１０をスケーリングするためのスケーリン
グファクタｍを決定することであり、電流検出回路６２
０には、厳格な、帯域幅、ＳＮＲ、及び安定性の要件は
存在しない。又、電流検出回路６２０はプリアンプ７０
０から隔離されているため、電流検出回路６２０に使用
する構成要素がプリアンプ７００の性能に影響を及ぼす
こともない。この結果、電流検出回路６２０は容易に設
計及び実施可能である。 【００３５】本発明による好適な実施例においては、プ
ログラム可能な電流ミラー６３０は、利用する段数に応
じて光電流Ｉｐｄ５１０の段階的なスケールアップとス
ケールダウンが可能な多段電流ミラーである。このよう
な電流ミラーは、ＭＯＳ又はＢＪＴトランジスタ（また
は、バイポーラ接合型トランジスタ）を基本電子部品と
して使用することにより実施可能である。 【００３６】プリアンプ７００は、入力電流Ｉｉｎ６１
０を増幅して適切な出力信号を生成する。プリアンプ７
００の実施形態に応じて出力信号を電流信号又は電圧信
号にすることができる。好適な実施形態では、プリアン
プ７００は、図７に示すようにフィードバック抵抗Ｒｆ
７２０及びフィーバックコンデンサＣｆ７３０を設けた
オペアンプ７１０からなるトランスインピーダンスアン
プとして実施されている。この抵抗Ｒｆ７２０を可変抵
抗器としてアンプ７１０の利得を制御すると共に、プリ
アンプ７００の帯域幅をコンデンサＣｆ７３０と協働し
て設定することができる。 【００３７】プリスケーラ６００が光電流Ｉｐｄ５１０
をスケーリングするので、プリスケーラ６００で生成さ
れる入力電流Ｉｉｎ６１０のダイナミックレンジが減少
する。従って、プリアンプ７００において可変フィード
バック抵抗を使用して複数の可変利得段階を実現する必
要はない。このため、本発明による好適な実施形態によ
れば、抵抗器Ｒｆ７２０の抵抗は固定値に設定すること
ができる。 【００３８】図８は、本発明の好適な実施形態によるフ
ォトレシーバ構成全体の概略回路図である。これまで図
示し、説明した実施形態では、本発明に従うフォトレシ
ーバ構成のシングルエンド型（またはシングルエンデッ
ド型）の構成を参照しているが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、このフォトレシーバ構成を差動又は
擬似差動構成で実施することも本発明の範囲内である。
差動構成と比較した場合のシングルエンド構成の利点は
電力消費が格段に小さいことであり、これはフォトレシ
ーバ構成を携帯型の電子装置に使用する場合に重要な特
性である。しかしながら、差動構成も雑音補償に極めて
優れているという利点を有しており、本発明によれば、
これらのシングルエンド構成と差動構成を折衷したフォ
トレシーバの擬似差動構成が好適である。 【００３９】更に図８を参照すると、プリアンプ７００
の入力電流Ｉｉｎ６１０のダイナミックレンジが電流ミ
ラー６３０によって縮小されるために、プリアンプ７０
０は、強度値の大きな赤外光の場合でも飽和せず、従っ
て、常にあらゆる入力信号値に対して線形の利得が与え
られる。又、赤外光の強度が弱いためにプリアンプ７０
０の線形利得ダイナミックレンジの下限未満になるほど
に光電流Ｉｐｄ５１０が小さい場合にも、プリアンプ７
００に印加される入力電流Ｉｉｎ６１０は、プリスケー
ラ６００によってスケーリングされてダイナミックレン
ジ内に収まるようになる。従って、入力電流Ｉｉｎ６１
０は常にプリアンプ７００の線形利得ダイナミックレン
ジの下限と上限の間に位置し、良好なＳＮＲが実現され
る。この結果、プリアンプ７００の飽和防止や良好なＳ
ＮＲ実現のためにフィードバック抵抗Ｒｆ７２０の値に
制限を加える必要がなくなる。また、入力電流Ｉｉｎ６
１０が過大にならぬように制御されるため、プリアンプ
７００の電力消費及び損失が大きいという問題も回避さ
れる。 【００４０】本発明によるフォトレシーバ構成において
は、寄生容量Ｃｐｄ５３０は、プリスケーラ６００によ
ってプリアンプ７００から隔離されており、アンプ７０
０の安定性には影響を及ぼさない。このため、フォトダ
イオード５２０のサイズを大きくすることが可能であ
り、この結果、フォトセンサ５００の感度が向上する。
又、プリアンプ７００の安定性を向上させるためにフィ
ードバックコンデンサＣ ｆ７３０の容量を大きくすると
いう制約も存在しない。そして、フィードバック抵抗Ｒ
ｆ７２０及びフィードバックコンデンサＣｆ７３０が帯
域幅、安定性、及び信号対雑音比の観点で特定の値に限
定されないため、プリアンプ７００の利得と帯域幅を所
望のものにするためにこれらの値を設定することができ
る。 【００４１】本発明によるフォトレシーバ構成は、あら
ゆる種類の電子装置に利用可能であり、特にＰＤＡ、携
帯電話、及びラップトップ機に好適である。 【００４２】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．光強度値が所定範囲内の入射光を検出し、前記検出
した入射光を第１の電気信号に変換するフォトセンサ
（５００）と、前記フォトセンサ（５００）に接続さ
れ、入力される前記第１の電気信号に基づいた、かつ、
前記第１の電気信号に対応したスケーリング済みの第２
の電気信号を生成するプリスケーラ（６００）と、前記
プリスケーラ（６００）の出力に接続され、入力された
前記スケーリング済みの第２の電気信号を増幅すると共
に、少なくとも概ね線形利得のダイナミックレンジを有
するプリアンプ（７００）を備える、フォトレシーバ構
成であって、前記プリスケーラ（６００）と前記プリア
ンプ（７００）は、光強度値の前記所定範囲内のあらゆ
る光強度値に対して、前記スケーリング済みの第２の電
気信号が、前記プリアンプ（７００）の前記ダイナミッ
クレンジ内に収まるように相互に整合のとれた構成で設
計されることからなる、フォトレシーバ構成。 ２．前記フォトセンサ（５００）は赤外線センサであ
り、前記プリスケーラ（６００）及びプリアンプ（７０
０）は前記赤外線センサと整合するように設計される、
上項１記載のフォトレシーバ構成。 ３．前記プリスケーラ（６００）は、１組の個々のスケ
ーリングファクタによって前記第１の電気信号のスケー
リングを実行するように設計される、上項１記載のフォ
トレシーバ構成。 ４．前記プリスケーラ（６００）はプログラム可能な電
流ミラー（６３０）から構成される、上項１乃至３のい
ずれかに記載のフォトレシーバ構成。 ５．前記プリスケーラ（６００）は電流検出回路（６２
０）を有し、前記電流検出回路（６２０）は前記プログ
ラム可能な電流ミラー（６３０）を制御するために前記
プログラム可能な電流ミラー（６３０）に接続される、
上項４記載のフォトレシーバ構成。 ６．前記電流検出回路（６２０）はＡ／Ｄコンバータで
ある、上項５記載のフォトレシーバ構成。 ７．前記プログラム可能な電流ミラー（６３０）はＭＯ
Ｓ又はＢＪＴトランジスタによって実施される、上項４
記載のフォトレシーバ構成。 ８．前記プリアンプ（７００）は、オペアンプ（７１
０）と、前記オペアンプ（７１０）の出力と負入力の間
に接続されたフィードバック抵抗（７２０）及びフィー
ドバックコンデンサ（７３０）とから構成されるトラン
スインピーダンスアンプである、上項１記載のフォトレ
シーバ構成。 ９．前記フォトセンサ（５００）、前記プリスケーラ
（６００）、及び前記プリアンプ（７００）はシングル
エンド構成で設計される、上項１記載のフォトレシーバ
構成。 １０．前記フォトセンサ（５００）、前記プリスケーラ
（６００）、及び前記プリアンプ（７００）は、差動又
は擬似差動構成で設計される、上項１記載のフォトレシ
ーバ構成。 【００４３】本発明のフォトレシーバ構成は、所定の範
囲内の光強度値を有する入射光を捕捉するフォトセンサ
(500)を備える。フォトセンサ(500)は、また、捕捉した
入射信号を第１の電気信号に変換する。プリスケーラ(6
00)は、プリスケーラに入力されるこの第１の電気信号
に基づいた、かつ、この第１の電気信号に対応したスケ
ーリングされた第２の電気信号を生成するために、フォ
トセンサの出力に接続される。プリアンプ(700)は、プ
リアンプに入力されるこのスケーリングされた第２の電
気信号を増幅するために、プリスケーラ(600)の出力に
接続される。プリアンプ(700)は、少なくともほぼ線形
利得のダイナミックレンジを有する。プリスケーラ(60
0)とプリアンプ(700)は、スケーリングされた第２の電
気信号が、光強度値の上記所定の範囲内に入るあらゆる
光強度値に対して、プリアンプ(700)の上記ダイナミッ
クレンジ内に収まるように、互いに整合した構成で設計
される。 【００４４】 【発明の効果】本発明によれば、大きな強度ダイナミッ
クレンジを有する入射光を正確に検出し処理することが
可能なフォトレシーバ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】トランスインピーダンスアンプを備える、従来
技術によるフォトレシーバの概略回路図である。 【図２】自動利得制御装置を有するトランスインピーダ
ンスアンプを備える、従来技術によるフォトレシーバの
概略回路図である。 【図３】ダイオードクランプ型トランスインピーダンス
回路を使用する、従来技術によるフォトレシーバの概略
回路図である。 【図４】本発明によるフォトレシーバ構成のブロック図
である。 【図５】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成におけるフォトセンサの概略回路図である。 【図６】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成におけるプリスケーラの概略回路図である。 【図７】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成におけるプリアンプの概略回路図である。 【図８】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成の概略回路図である。 【符号の説明】 ５００ フォトセンサ ６００ プリスケーラ ６２０ 電流検出回路 ６３０ 電流ミラー ７００ プリアンプ ７１０ オペアンプ ７２０ フィードバック抵抗 ７３０ フィードバックコンデンサ
技術によるフォトレシーバの概略回路図である。 【図２】自動利得制御装置を有するトランスインピーダ
ンスアンプを備える、従来技術によるフォトレシーバの
概略回路図である。 【図３】ダイオードクランプ型トランスインピーダンス
回路を使用する、従来技術によるフォトレシーバの概略
回路図である。 【図４】本発明によるフォトレシーバ構成のブロック図
である。 【図５】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成におけるフォトセンサの概略回路図である。 【図６】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成におけるプリスケーラの概略回路図である。 【図７】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成におけるプリアンプの概略回路図である。 【図８】本発明の好適な実施形態によるフォトレシーバ
構成の概略回路図である。 【符号の説明】 ５００ フォトセンサ ６００ プリスケーラ ６２０ 電流検出回路 ６３０ 電流ミラー ７００ プリアンプ ７１０ オペアンプ ７２０ フィードバック抵抗 ７３０ フィードバックコンデンサ
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０４Ｂ 10/28
(72)発明者 イレーヌ・クエク
シンガポール国530021，ナンバー08−237,
ホウガン・アベニュー３，ブロック・21
Ｆターム(参考） 5J092 AA01 AA56 CA32 CA36 FA00
HA19 HA25 HA29 HA44 KA00
KA01 KA09 KA28 KA47 MA11
MA21 SA13 TA01 UL02
5K102 AA01 AA21 AA52 AB05 AB09
AL23 MA02 MB08 MB13 MC23
MH03 MH22 RD05
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】光強度値が所定範囲内の入射光を検出し、
前記検出した入射光を第１の電気信号に変換するフォト
センサ（５００）と、 前記フォトセンサ（５００）に接続され、入力される前
記第１の電気信号に基づいた、かつ、前記第１の電気信
号に対応したスケーリング済みの第２の電気信号を生成
するプリスケーラ（６００）と、 前記プリスケーラ（６００）の出力に接続され、入力さ
れた前記スケーリング済みの第２の電気信号を増幅する
と共に、少なくとも概ね線形利得のダイナミックレンジ
を有するプリアンプ（７００）を備える、フォトレシー
バ構成であって、 前記プリスケーラ（６００）と前記プリアンプ（７０
０）は、光強度値の前記所定範囲内のあらゆる光強度値
に対して、前記スケーリング済みの第２の電気信号が、
前記プリアンプ（７００）の前記ダイナミックレンジ内
に収まるように相互に整合のとれた構成で設計されるこ
とからなる、フォトレシーバ構成。
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|---|---|
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