JPS5923642A - 赤外線受信機のフロントエンド回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術的分野 本発明は赤外線受信機に用いるのに適したフロントエン
ドＣｆｒｏｎｔ　ｇ＋＋４）　　に関する。

遠隔制御のための安価な短距離通信システムの開発に対
する要求が現在高ましつつある。テレビジョン受信機お
よびオーディオシステムの遠隔制御用のものが特に請求
されている。

この遠隔制御を行うのに最も成功している方法の１つは
赤外線データ伝送を用いる方法であるが。

これは、この方法が他の方法よりかなり優れた利点な廟
するためである。これらのオＵ点のなかには下記のよう
な点がある。

＜（Ｌ）　　Ｎ、ｍ１スペクトルの他の部分との干渉が
ない。

（６）　　無線周波アンテナ又は音響トラが５−−サに
比べて、赤外線送受信素子は小さい。

（６）　　屋内で用いた場合、赤外放射ｔ」、それが発
生する場所に閉じこめられ、ＶＡ接する建物内で動作し
ている同様なシステムと干渉しない。

（ｄ）　　空気を通じて伝播する赤外線放射は著しく吸
収されたυ散乱したシしない。

背景技術 典型的な赤外線送信システＪ・は送信機と受信機を具え
る。送信機は光源９代表的な場合にはＧａＡｚ発光ダイ
オード（ＬＥＤ　）を有し、一方受信機は、入射光パワ
ー（ｉｎｔｙｉｄｇｎｔ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ
　）を１１１．流に変換する光検出器２代表的な場合に
はＰＩＮフォトダイオードを利用する。

受信機によって受信される赤外線信号は光源がらやや離
れたところではきわめて弱く、光検出器によって与えら
れる出力電流はナノアンペアの範囲である。従って、フ
ロントエンドに前置増幅器を具えて、その弱い入り信号
をデジタル電圧レベルにまで増幅することが絶対に必要
である。

受信機の感度は、フロントエンドにおける雑音源によシ
制限され、従って前置増幅器は低雑音であることが重要
である。更に、受信機を人工光又は日光のなかで用いる
場合には、変動する赤外線成分が受信信号中に与えられ
、これは適当な電気的フィルタリングによって除去しな
ければならない。

赤外線受信機用前置権幅器の設計には２つの周知の方法
がある。そのうちの１つの方法では、高入力インピーダ
ンス（Ｈ７）　増幅器が用いられる。

この増幅器はその高入力インピーダンスおよびそれに関
連した漂遊（ｓｔｒａｙ）容量の故に入シ信号を積分す
る（　ｉｎｔｇｒａｔａ）傾向があシ、これを補色する
ため前置増幅器の後には高域フィルタ特性を有する等信
器が置かれている。そのような配列の周知上記のＥＺ増
幅器を用いる方法では次の如き問題が起る。即ち前置増
幅器が所望する周波数において必要とされる帯域フィル
タ特性を持つことができるようにするために、光検出器
り゛・ｆオード用の負荷は通常はＲＬＣＮ調回路である
。しかし、これは乗和化ができないコイルの使用を必要
とし。

従って前置増幅器を所望されるように集積回路チップと
して製造する場合には、コイルは、付加的な回路外部品
として具えなければならない。このコイルはもしきびし
い電磁環境内に設置する甥ろ合には倉入シなしやへいを
必要とする。またＲＬＣ回路は比較的に選択的帯域フィ
ルタであり、それ故に従来の赤外線変調構成に用いられ
るパルス列ｄ、リンキングによυ伸張される傾向がある
。このことは総体的信号の受信を更に複雑にする。

別のもう１つの方法は、トランス（相互）インピーダン
ス増幅器幅器を用いることである。これは低入力インピ
ーダンスを有し、従ってフォトダイオード漂遊容量は重
大な信号積分を起こさせない。しかし、背景赤外線放射
による周波数紳音によって問題が生じる。この増幅器は
この低周波数雑音を十分に除波せず、これは増幅器への
入力におけるバイアス点を混乱させる（μｐｅａｔ）傾
向がある。

本発明は周知のフロントエンドの上記諸問題が軽減され
ている赤外線受信機に用いるのに適したフロントエンド
回路を提供しようとするものである。

発明の簡単な要約 本発明によれば、赤外線受（ｉ機に用いるのに適したフ
ロントエンド回路が提供されておυ、このフロントエン
ドは、フロントエンド入力電流を受けとるように接続さ
れたトランス（相互）インピーダンス増幅器、およびト
ランスインピーダンス増幅器の出力と入力との間に接続
された周波数選択トランス（相互）アドミッタンス帰還
路を具える。

このトランスインピーダンス増幅器は入力を入力電流と
ともに供給させ、負帰還手段をその出力と前記入力との
間に接続させた演舞増幅器を具える。

演算増幅器の前記入力は反転入力でもよい。

負帰還手段は、増幅器の出力と反転入力との間に接続さ
れている抵抗を含んでいてもよい。

トランスアドミクンス帰還路は積分増幅器を含んでいて
もよい。

１実施例では、積分増幅器はトランス（相互）インピー
ダンス増幅器の出力から抵抗手段を介して供給される入
力を有する演ａ増幅器、お１びそ゛の出力と前記入力と
の間に接続された容量性手段とを含んでいてもよい。

別の実施例では、積分増幅器は入力を有する演η４増幅
器、その増幅器の出力とその入力との間に接続された容
量性手段、およびトランスインピーダンス増幅器の出力
から力えられる電圧による充電と演舞増幅器の前記入力
への放電とを交互に行うように配置されたスイッチ可能
なコンテンツとを含んでいてもよい。

平滑フィルタを演算増幅器の出力に接続し、、：ｊ。

イツチ可能なコンデンサのスイッチングによシ導入され
る雑音を減少させてもよい。

第１図を参照すると、光検出器ダイオード１上に投射さ
れる赤外線放射は、このダイオードに電流が流れるよう
にさせる。抵抗２はダイオード１と直列接続されている
ので、ダイオードを流れる電流はまた抵抗２にも流れ、
その両端に電位を発生させる。高入力インピーダンス増
幅器３はダイオード１と抵抗２との間の接合点５から供
給される入力４を有し、光検出器ダイオード１によシ受
信された赤外線放射によって抵抗２両端に電位が誘導さ
れる。

上述したように、増幅器３は高入力インピーダンスを有
するので、この増幅器はそこへ供給される信号を秋分す
る傾向があυ、従ってこれを補供するため増幅器６は吟
信器６に（１号を供給するように接続されている。上述
したように、このフロントエンドは、動作上の欠点を有
しておシ、また集積回路として製造するのが容易ではな
い。

第２図においては、別の周知のフロン１゛工ンド回路が
示されておシ、そこでは、赤外線によって照射されると
、光検出器ダイメート１により発生される電流は、演算
増幅器の出力９とその反転入力１０　との間に接続され
た抵抗８の形式の負ｊｌｉ）還を具えた演η４増幅器７
によシ形成されている低入力インピーダンスのトランス
（相互）インビーク゛ンス増幅器に直接に供給される。

更に別の増幅器１１は付加の増幅を行う。第２図のトラ
ンスインピーダンス増幅器の入力インピーダンス０、低
いので、ダイオード１の漂遊（ｚｔｒｌｔ、Ｖ）容量１
、Ｊｌｊ大なイハ号積分を発生しない。しかし、このフ
ロントエンドは、背景赤外線放射による低周波数肺音を
十分に除波せず、これは、増幅器への入力１０におりる
バイアス点を混乱させる傾向がある。

上記の飴問題は、以下において参照する第３図にブロッ
ク図形で概略的に示されている本発明のフロントエンド
回路によって軽減される。

受信された赤夕１線放射によって光検出器ダイメート１
内に誘導された電流は、トランスインピータンス増幅器
１２によって増幅され、出力電圧として出力端子１３に
供給される。低入力インピータンスを有するトランスイ
ンピーダンス増幅器１２を用いることによって高入力イ
ンピーダンス増幅器に伴う信号秋分の問題は解決され、
増幅器１２の入力のバイアス点を制御するだめ、また周
囲の放射による頼６音を減らすために、トランスアドミ
ッタンス帰還路１４が増幅器１２の出力端子１５とその
同じ増幅器の入力端子１５との間に具えられている。ト
ランスアドミッタンス帰還路は出力端子１３に存在する
電圧を増幅器１２の入力端子１５における負帰還電流に
変換する。

第４図αを参照すると、トランスインピーダンス増幅器
１２の更に詳しい顧、略図が示されている。

この増幅器は１反転入力１７および非反転入力１８を有
する演算増幅器１６を含む。非反転入力１８は。

基準電位１９に接続され、一方反転入力１７は光検出器
ダイオード１によシ発生される入力電流とともに供給さ
れる。増幅器１６は、出力端子１９を有し１反転入力１
７への負帰還は増幅器１６の出力端子１９と反転入力１
７との間に接続されたｈ！　３Ｗ抵抗２０によって与え
られる。

第４図αのトランスインピーダンス増幅器の！ｒｉＩＩ
作上の特徴を検討するために、第４図すに示しだこの増
幅器の等価回路を参照することにする。第４図αと第４
図すにおける同一部品には同一参照数字がつけられてい
る。

第４図すの等価回路においでは、光検出器夕゛・ｆオー
ド１は増幅器１６の反転入力１７に電流を（Ｊｌｊ　ｆ
’ｊする電流源２１として表わされている。この」゛＾
ＩＩＱ清器の入力インピーダンスは、端子１７と基準電
イ）７１２９間に接続された抵抗２２．および抵抗２２
ｊｌｒｉ端に接続された分路コンデン−ｖ２ろによって
表′Ｉ）されている。抵抗２０はそれと並列で接続さノ
シ−（いる徐遊（５ｔｒａｙ）容量２４を有する。増幅
器１６は直列抵抗２５および分路コンデンサ２６に１っ
て表わされる出力インピータンスを有し、コンテ゛ンサ
２６は出力端子１９と基準電位１２との間にＤｉ：続さ
れている。

この等価回路を分析するにあたって、１１．流発生器２
１は電流りを与えるものと仮定し、抵抗２０．２２およ
び２５は、それらのコンダクタンスＧ、　、　Ｇ、およ
びＧ。によって表わされるものとし、一方漂遊容量２３
．２４および２６は指定値Ｃ，ｌ　’１およびＣ６を有
するものとする。端子１９に現われる出力電圧はＶｏと
して参照される。増幅器１６の利得は０と仮定されてい
る。

第４図αに示されて、１．だ第４図すに等価回路の形で
示されているトランスインピーダンス増幅器のトランス
インピーダンス伝達関数Ａｉｖは下記の式によって与え
られる。

但し、Ｓは複合周波数でおり。

Ｇ、−βＯＧＯ Ｃ２＝　□ Ｃ！ である。

増幅器１６の利得が無限大に近づき複合周波数が零にな
る傾向を示す理想的な場合には、下記のようになる。

β。→閃 これらの理想的な条件下では、トランスインピーダンス
伝−達関数は抵抗２０の値にのみ依存することが判る。

第５図を参照すると、トランスアドミッタンス帰還路を
具えるため、増幅器１６の出力における端子１９は抵抗
２７を介して演算増幅器２９０反転入力２８に結合され
ておシ、この増幅器２９は捷だ基準電位３１に接続され
た非反転入力３０を有する。

演詩、増幅器２９は出力端子３２を有し、コンデンサ３
３は、増幅器２９の両端においてその反転入力２８とそ
の出力端子３２の…１に接続されている。増幅器２９に
よって力えられた出力電圧を負帰還電流に変換するため
、増幅器の出力端子３２は電界ランスインピーダンス増
幅器に与える。端子１９における電圧はすてにＶ。と定
められている。さて端子３２の出力に現われる。従って
トランジスタ３５のゲート入力端子３４に現わ・れる増
幅器２９の出力電圧をりと仮定し、トランジスタ３５の
ドレイン邦、極３６によって与えられる出力電流をＩア
と仮定すると。

１０−１ ＳＲＣ とな′る。但し、Ｒは抵抗２７の抵抗であシ、Ｃはコン
デンサ３３の容量である。

また、Ｉｆ二６つりとなり、但し、　　Ｇｒｎはトラン
ジスタ３５のトラにスコンダクタンスである。″従って
第５図に示されている帰還路のトランスアドミッタンス
伝達関数は下ｎ１シのようになる。

但し、Ｔ、＝ＲＣである。

第３図に示される如きトランスインピーダンス増幅器１
２と並列トランスアドミッタンス帰還増幅器４０とから
なるフロントエンド回路全体の総体的トランスインピー
ダンスを考えると、このトランスインピーダンスは下記
の式によって力先られる。

電流：電圧伝送比Ａｉｖが純粋に抵抗性であり。

Ｒ２に等しいとすると、　　Ａｉｖ　＝　−Ｒ＊　とな
る。

トランスアドミッタンス４１（ｉ）還増幅器が第５図に
示した形式であり、従ってトランスアドミッタンス帰還
がＦ・・＝ｂ−によって方えられると仮定Ｔ１ すると、フロントエンド回路の全体的周波数応答（レス
ポンス）は下記のようになることが判る。

但し、αはｇ　ＧｎＬＲ，である。この式から判るよう
に、これは高域フィルタの周波数応答であシ、従って周
囲の放射による低周波数頼音はしゃ断される。

第５図に示した実施例によるトランスアドミッタンス帰
還路の実行は、集積回路において大きな回路素子の値を
与えることは容易ではないから。

積分の大きな時定数を必扱とする場合を除けば。

満足すべきものである。この場合には、トランスアドミ
ッタンス帰還は第６図に示した実施例によって与えられ
、そこでは第５図と同一部品には同じ参照数字がつけら
れている。

この実施例では、トランスインピーダンス増幅器からの
電圧を供給する端子１９は、スイッチ３８の端子３７に
接続されている。スイッチ３８は。

第２端子３９を演算増幅器２９０入力端子２８に接続さ
せ、ワイパ４０をコンデンサ４１の一方の端子に接続さ
せている。ワイパ４０は、端子３７および３９の間でス
イッチするので、端子３７に接続されるとコンデンサ４
１ｉ、ｌ：端子１９に現われる′１１Ｌ圧に１って充電
され、ワイパ４０がもう一方の端子３９に接続されると
、コンデンサ伺は演初増幅器２９０入力端子２８に放電
する。

このスイッチングによυ、演ｎ増幅器２９ｖ、比較的高
い時定数を有する粗分回路として動作させることができ
、他方回路に使用する必要のあるコンデンサの値は比較
的低い。

シャノンの定理によると、　　ＦＪＩＺ以」二のｊＩｒ
要な周波数成分を含まない連続信号は、サンプリング間
隔がｖ２Ｆ秒以下であれに、そのサンプルされ九ノ（−
ジョン（ｚａｎｐｌａｄ　ｖｅｒｓｉｏｎ）からｒＪ生
されイ１）る。換言すると、スイッチ６８のスイッチン
グ速度はフロントエンド回路によって扱われる赤外線信
号の最高周波数よシ少なくとも２倍は高くしなければな
らない。

スイッチ３８によって行われるスイッチング日また所望
する信号スイッチング雑音を加え、この雑音を減少させ
るためには演Ｊ１増幅器２９　の徒に平滑フィルタを具
えることが望ましい。これは演３１増幅器２９の出力端
子３２とトランジスタ３５０入力５４との間に接続され
た抵抗４２．およびゲート入力３４と基準電位４４との
間に接続された＝ンデンザ４３とによって与えられる。

ωがω５よシ著しく小さいとすると、（但しωは赤外線
放射の角周波数、ω、はスイッチ３８の角Ｊ’／はトラ
ンジスタ３５のゲート入力端子３４に現われる電圧であ
ｌ）、７゛、は抵抗４２とコンデンサ４３によって形成
される平滑フィルタの時定数であるとなる。

第６図のこのスイッチされたコンデンサ技術を用いると
、高値容Ｉｆ、積分する必要なしで、８を分の比較的長
い時定数を有する集積回路トランスアドミッタンス帰還
増幅器を製作することができる。

本発明を上記に実施例を挙げて説明したが２本発明の範
囲から逸脱せずに変形を行うことができる。特にトラン
スインピーダンス増幅器およびトランスアドミッタンス
帰還増幅器の実施例は１例として述べただけであって、
任意の適当な代替物を用いても勿論さしつかえない。例
えハ、トランスアドミッタンス帰還路は、適当に選択さ
れたしゃ断周波数を具えた任意の周波数選択低域特性を
含んでいてもよい。フロントエンド回路は入力１［ｔ。

流を与えるだめの光検出器を用いた赤外線受信機に関連
して図示したが、これ０．絶対に必些でｔ」、なく、入
力電流は電流源として表わされる任意の適当なセンサか
ら誘導してもよい。

以下本発明の実施の態様を列記する。

１、トランス（相互）インピーダンス増幅器（」、。

入力を入力電流とともに供給させ、負ｄｆｉ）還手段を
その出力と前記入力との間に接続させた演η、増幅器を
具える特許請求の範囲第１項に記載のフロントエンド回
路。

ｚ　トランスインピーダンス増１６′１器ｔ」、。

１人力を有する演算増幅器と。

増幅器の１出力とその入力との間に結合された容４性手
段と。

トランス（相互）インピーダンス増幅器の出力から供給
される電圧による充π℃と、前記演算増幅器の入力への
放電とを交互に行なうように配置された切換え可能なコ
ンデンサと、を具える特許請求の範囲第１項に記載のフ
ロントエンド回路。

【図面の簡単な説明】

第１図は、赤外線受信機用フロントエンドの１つの周知
の形式のきわめて概略的々ブロック図である。 第２図は、フロントエンドの別の周知の形式を示す。 第３図は２本発明によるフロントエンドのきわめて概略
的なブロック図である。 第４図Ｃは、第３図のトランス（相互）インピーダンス
増幅器を更に詳しく示す。 第４図すは、第４図αの増幅器の等価回路である。 第５　図ハ、第６図のフロントエイドのトランス（相互
）アドミッタンス帰還路形成部分を示す。 第６図は、トランス（相互）アドミッタンスＪｆｔ）還
路の別の実施例を示す。 第３図、第４図α、第４図す及び第５図において。 １２は、相互インピーダンス（ＴＺ）増幅器１４は、相
互アドミッタンス（１°Ｙ）帰還路１は、光検出器ダイ
オード １６は、増幅器 ２９は、演η増幅器 ５５は、電界効果トランジスタ ７Ｆ！Ｊ許出願人モトローラ・インコーボレーヴッド代
理人弁理士　玉蟲久五部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 フロントエンド入力電流を受けとるように接続された相
   互インピーダンス増幅器と。 相互インピーダンス増幅器の出力と入力との間に接続さ
   れた周波数選択相互アドミッタンス帰還経路と、を具え
   ることを特徴とする 赤外線受信機に用いるのに適したフロントエンド回路。