JPH0567082B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

本発明は電圧信号を電流信号に変換する電子回
路、とくに半導体集積回路内に組み込むに好適な
電圧・電流変換回路であつて、その電圧・電流変
換比を制御可能なものに関する。この種の変換回
路は種々の複雑な機能を有する電子装置や集積回
路装置内にアナログ信号を扱う基本回路要素とし
て組み込まれるものである。

【従来技術とその問題点】

上述のような電圧・電流変換回路は比較的小な
アナログ入力電圧を比較的大なコンダクタンスを
もつアナログ出力電流に変換するものであるが、
測定や検出用などのより複雑な電子回路の一部と
して用いられることが多いので電圧・電流変換比
が正確でなければならない。かかる目的に合う回
路としては、原理的にはトランジスタのベース・
電圧・エミツタ電流特性を利用してこれにエミツ
タ抵抗を組み合わせ、変換出力電流をコレクタ側
から取ることによつて比較的簡単に実現できる
が、電圧・電流変換比がエミツタ抵抗のもつ抵抗
値によつてほぼ決まるので、電圧・電流変換比を
正確に保つにはエミツタ抵抗の抵抗値をよく管理
しなければならない。従つて、電圧・電流変換回
路がバイポーラIC内に組み込まれる場合でも、
エミツタ抵抗はいわゆる外付けの素子として厚膜
抵抗などで形成されるのがふつうであり、電圧・
電流変換比を所定値に管理するために電子回路の
組み立て後にトリミングなどの手段でエミツタ抵
抗用厚膜抵抗の抵抗値を調整してやるのがふつう
である。 また、電圧・電流変換回路はその電圧・電流変
換比が制御ないしは切換可能なものが要求される
ことが多く、従来から用いられている電圧・電流
変換比が切換可能な電圧・電流変換回路の基本回
路を第４図に示す。図示のトランジスタ１が変換
トランジスタであつて、そのベースに入力電圧
VIを受ける。そのエミツタには２個のエミツタ
抵抗２，３が直列接続されており、その一方のエ
ミツタ抵抗３を短絡可能にトランジスタ４が接続
されている。変換トランジスタ１のコレクタ電流
が出力電流Ｉ０であつて、トランジスタ４のベー
スに与えられる切換信号SSにより該トランジス
タ４をオンオフ操作することによつて、図示の回
路のもつ電圧・電流変換比Ｉ０／VIが切り換え
られる。しかし、図で一点鎖線で囲まれた部分の
両エミツタ抵抗２，３は前述のように外付け抵抗
にする必要があり、かつ回路組立後にそれらの各
抵抗値をトリミングなどによつて調節してやらね
ばならない。この際、エミツタ抵抗２，３の合成
抵抗値とエミツタ抵抗２の単独抵抗値とを同時に
所定値に合わせてやる要がある。また、多くの用
途ではこれらの抵抗値が変換比を決めるだけでは
なく、電圧・電流変換回路を組込んだ電子回路内
の他の回路に対して一種の負荷ないしはインピー
ダンスの役目を兼ねるので、その意味でも抵抗値
の管理が大切になつて来る。容易に想像されるよ
うに、２種の抵抗値をそれぞれ所定値にトリミン
グで厳格に合わせるのはかなり厄介で、実際面で
はトリミングの失敗によつて回路が不良になつて
しまうことが生じやすい。

【発明の目的】

本発明は上記の従来回路のもつ問題点を解決し
てエミツタ抵抗の抵抗値調整が簡単ですみ、電子
回路の製作に当たつて不良品が発生することが少
なくてすむ変換比を制御可能な電圧・電流変換回
路を得ることを目的とする。

【発明の要点】 本発明によれば、上述の目的は電圧・電流変換
回路に、電流に変換されるべき入力電圧をベース
に受ける変換トランジスタと、該変換トランジス
タのエミツタ電流を受けるエミツタ抵抗と、変換
トランジスタのコレクタ電流を受け該コレクタ電
流に比例する第１および第２の電流を発する電流
ミラー回路と、第１の電流をエミツタ抵抗に変換
トランジスタからのエミツタ電流との和となるよ
うに注入し導く接続手段と、該接続手段を介して
エミツタ抵抗に注入される第１の電流を分流可能
に接続された分路手段とを設け、第２の電流を出
力電流として取り出すとともに、該出力電流の入
力電圧に対する変換比を分路手段により第１の電
流の分流比を変えることにより制御可能にするこ
とによつて達成される。 本発明の上述の構成を第１図を参照しながらよ
り具体的に説明する。変換トランジスタ１のエミ
ツタには単一のエミツタ抵抗５が接続されてお
り、そのコレクタ電流ICは図では３個のトラン
ジスタ６０〜６２で構成された電流ミラー回路６
のトランジスタ６０を通して流れる。このトラン
ジスタ６０はそのエミツタ・ベース間接続からも
わかるように、電流ミラー回路内の基準トランジ
スタであつて、公知のように他の２個のトランジ
スタ６１，６２から発しられる第１の電流Ｉ１と
第２の電流Ｉ２の値はそれぞれコレクタ電流IC
の値に比例する。この内の第１の電流Ｉ１の方は
ダイオード７を介してエミツタ抵抗５に注入さ
れ、従つてエミツタ抵抗５内には変換トランジス
タ１のエミツタ電流と第１の電流との和の電流が
流れる。ダイオード７が本発明でいう接続手段で
あつて、図示の例では第１の電流Ｉ１をエミツタ
抵抗５に注入する方向にのみ導き、逆に変換トラ
ンジスタ１のエミツタ電流が反対方向には流れな
いようにこの接続手段７としてダイオードが用い
られている。 第１図は電圧・電流変換回路の電圧・電流変換
比が２段に切り換えられる場合を示し、図示のト
ランジスタ８が本発明にいう分路手段であつて、
電圧・電流変換比の制御信号、図の場合は切換信
号SSによりオン操作されたとき、前述のエミツ
タ抵抗５に注入されていた第１の電流Ｉ１をすべ
て分路してしまう。分路手段７がこのように短絡
状態になつても、変換トランジスタのエミツタ電
流はダイオード７により阻止されるので分路側に
流入することはなく、そのすべてがエミツタ抵抗
５に流れる。いま、エミツタ抵抗５のもつ抵抗値
をＲとすると、前述のように分路がない場合はこ
の抵抗値Ｒに電圧・電流変換比のエミツタ電流
（ベース電流が小であるから実質的にはコレクタ
電流ICに等しい）と第１の電流との和が流れ、
分路ありの場合はエミツタ電流のみが流れること
を考慮すると、分路されたときのエミツタ抵抗５
の等価抵抗Reは Re＝Ｒ・IC／（IC＋I1） となる。電圧・電流変換比Ｉ０／EIはこの等価
抵抗と逆数関係となる。 上述の説明からわかるように、本発明における
電圧・電流変換比の切換幅は変換トランジスタの
コレクタ電流ICに対する第１の電流Ｉ１の比例
常数、すなわちトランジスタ６０のコレクタ電流
に対するトランジスタ６１のコレクタ電流の比に
よつて決まる。公知のように、トランジスタのコ
レクタ電流はコレクタ領域の面積ないしは周囲長
（正確にはエミツタ領域に対向する）によつて決
まり、第１図のようにトランジスタ６０，６１が
pnpトランジスタすなわちいわゆる横形トランジ
スタの場合には周囲長によつて決まる。また、公
知のように現今の半導体ウエハの処理技術ではパ
ターンの寸法をミクロンないしはサブミクロンの
精度で制御が可能であるから、かかる周囲長は設
計どおりの高精度で実現できる。また、上式から
わかるように本発明において電圧・電流変換比の
切換幅または比を決めるのは、２個のトランジス
タのコレクタ電流の比、すなわちコレクタ領域の
周囲長の比であるから、極めて正確に制御が可能
である。本発明の前述の構成はこの点に着目して
なされたもので、本発明回路のもつ電圧・電流変
換比の切換幅ないしは比は設計どおりのものが正
確に製作でき、なんらの後調整をも要しない。 なお、上では説明の都合上分路手段８による第
１の電流の分路はそのすべてを分流するものとし
たが、もちろんその一部だけを分流させて電圧・
電流変換比を前述の切換幅の範囲内で切り換える
ことができる。また該分路手段８の具体構成を少
しく工夫すれば、電圧・電流変換比を連続的に制
御することも容易である。他の望ましい本発明の
態様については次項を参照されたい。

【発明の実施例】

以下、第２図および第３図に示された本発明の
適用例を参照しながら、本発明回路の実施例とそ
の動作を説明する。第２図に示された例は本発明
回路を量産形の近接スイツチの回路に適用した場
合であつて、図の中央に本発明による前述の電
圧・電流変換回路１０が、その左側に検出回路２
０が、その右側に判定出力回路３０がそれぞれ示
されている。検出回路２０の中心はコイル２１と
キヤパシタ２２とからなる高周波の並列共振回路
であつて、物体Ｂがコイル２１から離れている場
合は正規の共振状態にあるが、物体Ｂがある距離
Ｄ以内に近づくと共振状態から外れ、それを判定
出力回路３０が判定して検出出力Ｔ０を発するも
のである。公知のようにこの種センサにはその検
出動作に第３図に示すような所定のヒステリシス
幅HSを持たせることが必要で、このヒステリシ
ス幅を持たせるために本発明による電圧・電流変
換回路の電圧・電流変換比が検出出力Ｔ０の状態
に応じて切り換えられるようになつている。 コイル２１とキヤパシタ２２とからなる共振回
路への発振エネルギの注入は、電圧・電流変換回
路の第２の電流Ｉ２ないしは出力電流Ｉ０によつ
てなされており、この出力トランジスタ６２は図
示のようにトランジスタ６１とともに１個の電流
ミラー回路６内に組み込んでもよいし、要求され
る出力電流値が大きな場合には別の電流ミラー回
路のトランジスタとして分離してもよい。この実
施例においては、共振回路へのエネルギ注入点の
電位ｅ２はアース電位に対して正負に変動するか
ら、電圧・電流変換回路１０内のエミツタ抵抗５
の変換トランジスタ１のエミツタへの接続点電位
ｅ１が常にこれと等しくなるようにされる。検出
回路２０内の定電流源２３により一定の直流電流
を供給されるダイオード２４は、いわゆるレベル
シフト用ダイオードであつて、変換トランジスタ
１のベース・エミツタ間電圧と等しい順方向電圧
降下を与える。従つて変換トランジスタのベース
電位を基準にして考えると、そのエミツタ電位で
あるｅ１は常に共振回路へのエネルギ注入点電位
ｅ２と等しい。この電位ｅ２が、従つてエミツタ
電位ｅ１が時間的に変動するから、変換トランジ
スタのコレクタ電流ICも時間的に変動する。た
だし、このコレクタ電流ICはnpnトランジスタで
ある変換トランジスタ１のもつ整流特性によつて
脈動する直流電流、より正確には半波整流波状の
直流電流となる。もちろん、電流ミラー回路のも
つ特性に応じてそれが発する第１の電流Ｉ１およ
び第２の電流Ｉ２も同様な波形となり、その内の
後者が出力電流Ｉ０として共振回路に注入される
ので、これが一種の正方向のフイードバツク効果
を持ち、共振回路の振動条件がこれによつて維持
される。また、第２の電流Ｉ２は前述の電圧・電
流変換回路の基本動作に基づいて入力電圧EIに
対する出力電流Ｉ０の変換比を時間的にも一定に
維持する。本発明による電圧・電流変換回路は、
もちろん純直流回路としても動作するが、このよ
うに電圧・電流値が時間的に変動するいわば半交
流回路用にも適用できる。 物体Ｂがコイル２１に近接すると共振回路が離
調しその見掛けのインピーダンスが激減するので
電位ｅ２、従つて変換トランジスタのエミツタ電
位ｅ１が低下する。判定出力回路３０はこれを変
換トランジスタ１のベース電位により見ており、
これを平滑回路３１を介してコンパレータ３２の
一方の入力に受ける。平滑回路３１は例えば抵抗
３１ｂ，３１ｃとキヤパシタ３１ａとをもつ通常
のもので、前述の電位ｅ１従つて変換トランジス
タのベース電位である入力電圧ｅ１中の脈動分を
平滑化してコンパレータ３２に与える。コンパレ
ータ３２の他方の入力には基準電位RVが与えら
れており、その一方の入力への平滑化信号の値が
これより下がると、これを検出して検出出力Ｔ０
を発する。この検出出力Ｔ０は例えば抵抗３３
ａ，３３ｂからなる電圧分割回路３３を介して分
路手段としてのトランジスタ８のベースに与えら
れているので、検出出力Ｔ０が発しられたときト
ランジスタ８はオンされて電圧・電流変換回路１
０の変換トランジスタＩ０／VIが切り換えられ、
今の例では該変換比が増大される。これによつて
共振回路への注入電流としての出力電流Ｉ０が今
までより増加されるので、物体Ｂがコイル２１に
近付いて検出出力Ｔ０が発しられた時の距離Ｄよ
りもコイル２１から遠ざからない限り検出出力Ｔ
０はオフされず、第３図に示されるようなヒステ
リシス幅HSが得られる。 以上の説明からわかるように、このヒステリシ
ス幅HSは電圧・電流変換回路１０の電圧・電流
変換比の切換幅によつて決まる。近接スイツチ製
作上の管理面ではこのヒステリシス幅HSを均一
に保つ要があるが、電流ミラー回路６内のトラン
ジスタ６０とトランジスタ６１のコレクタ電流比
が前述のように正確に管理できるので、本発明に
よればヒステリシス幅HSが一定なものを量産で
き、後調整を行う必要がなくなる。ただし、外付
け抵抗であるエミツタ抵抗５の抵抗値はコイル２
１とキヤパシタ２２との並列共振インピーダンス
（抵抗）に合わせる必要があるので、トリミング
などによる抵抗調節が必要である。 以上説明した実施例に限定されず、本発明は
種々の態様で実施が可能である。例えば接続手段
としては、ダイオード７が常に用いられるとは限
らず、本発明回路と組み合わされる電子回路の種
類や形態によつて変化しうるものであるから、本
発明の主旨上は第１の電流をエミツタ抵抗に注入
する手段として有利な態様の一つであると解すべ
きものである。

【発明の効果】

以上の説明からわかるように、本発明回路にお
ける電圧・電流変換比の切換幅ないしは制御幅は
電流ミラー回路内の基準トランジスタと第１の電
流発生用トランジスタの電流比によつて本質的に
決まり、この電流比を両トランジスタのコレクタ
の周囲長比や面積比によつて正確に管理をするこ
とができるので、当該切換幅を正確に製作するこ
とができ後調整の必要があくなる。もつとも、本
発明回路と組み合わされる電子回路の形態に応じ
て、エミツタ抵抗の方はトリミング作業などの抵
抗値の組立後調整が必要となることが多いが、単
一の抵抗調整は失敗する危険性が極めて少なく、
かかる失敗によつて不良品が発生するようなこと
はまずない。また、切換幅が２個の半導体素子内
の基本的な寸法の比によつて決まるので、温度な
どの周囲条件が変わつても狂いを生じることがな
く、また前述の説明からもわかるように出力電流
が時間的に変動する用途に用いても動的にも安定
である。 かかる本発明による電圧・電流変換回路は、と
くに集積回路内への組み込み用に適し、種々の回
路の組み合わされる基本回路として上述の効果を
発揮しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明を説明するためのも
ので、内第１図は第４図の従来回路と対比して本
発明による電圧・電流変換回路の基本構成を示す
回路図、第２図は本発明回路を近接スイツチ用電
子回路用に適用した例について示す実施例回路
図、第３図は本発明回路のもつ電圧・電流変換比
の制御機能を利用した当該近接スイツチの動作上
のヒステリシス特性を示す線図である。第４図は
従来技術による電圧・電流変換比の切換機能をも
つ電圧・電流変換回路の基本構成回路図である。 図において、１：変換トランジスタ、５：エミ
ツタ抵抗、６：電流ミラー回路、６０〜６２：電
流ミラー回路を構成するトランジスタ、７：接続
手段ないしはダイオード、８：分路手段ないしは
トランジスタ、１０：電圧・電流変換回路、２
０：検出回路、３０：判定出力回路、Ｂ：物体、
HS：近接スイツチの動作ヒステリシス幅、Ｉ
１：第１の電流、Ｉ２：第２の電流、Ｉ０：出力
電流、SS：分路手段に対する制御信号としての
切換信号、Ｔ０：近接スイツチの検出出力、であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電流に変換されるべき入力電圧をベースに受
   ける変換トランジスタと、該変換トランジスタの
   エミツタ電流を受けるエミツタ抵抗と、前記変換
   トランジスタのコレクタ電流を受け該コレクタ電
   流に比例する第１および第２の電流を発する電流
   ミラー回路と、前記第１の電流を前記エミツタ抵
   抗に対し前記変換トランジスタからのエミツタ電
   流との和となるように注入し導く接続手段と、該
   接続手段を介して前記エミツタ抵抗に注入される
   前記第１の電流を分流可能に接続された分路手段
   とを備え、前記第２の電流を出力電流として取り
   出すとともに、該出力電流の入力電圧に対する変
   換比を前記分路手段により前記第１の電流の分流
   比を変えることにより制御可能にしたことを特徴
   とする電圧・電流変換回路。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の電圧・電流変換
   回路において、前記分路手段が前記第１の電流の
   前記エミツタ抵抗への注入を断続可能なスイツチ
   ング手段であり、該スイツチング手段の断続によ
   り電圧・電流変換比を切換可能にしたことを特徴
   とする電圧・電流変換回路。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の電圧・電流変換
   回路において、前記スイツチング手段がトランジ
   スタであることを特徴とする電圧・電流変換回
   路。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の電圧・電流変換
   回路において、前記接続手段が前記第１の電流を
   前記エミツタ抵抗への方向にのみ導くダイオード
   であることを特徴とする電圧・電流変換回路。