光檢測電路和電子設備的製作方法

2023-12-08 07:41:16 1

專利名稱：光檢測電路和電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測可見光及紅外光等的光的光檢測電路，特別涉及消耗電流比以往 更小的光檢測電路。
背景技術：
近年來，有的電子設備具有掛鍾報時等在周圍暗的情況下不需要的功能以及移動 電話的背景燈等在周圍暗的情況下需要的功能，該電子設備通過內置的光檢測電路來檢測 周圍的明暗，僅在需要時才使這些功能動作，從而實現了低功耗化。但是，隨著近年來對低 功耗化進一步的要求，還需要削減該光檢測電路的功耗。圖5示出了使用現有的光檢測電路來控制掛鐘的報時的電路。如圖5所示，光電 二極體120的N型端子與正電源端子VDD連接，P型端子與電流限制電阻501的第1電極 連接，電晶體510的集電極及基極與電流限制電阻501的第2電極以及電晶體511的基極 連接，發射極與基準電源端子GND連接，電晶體511的集電極與判定第1節點m連接，發射 極與基準電源端子GND連接，電晶體520的集電極與判定第1節點m連接，基極與電晶體 521的基極相同地與電晶體521的集電極以及基準電阻502的第1電極連接，發射極與開關 530的第2電極以及電晶體521的發射極連接，開關530的第1電極與正電源端子VDD連 接，基準電阻502的第2電極與基準電源端子GND連接，P溝道M0S電晶體104的源極與正 電源端子VDD連接，柵極與判定第1節點m連接，漏極與輸出節點N2連接，N溝道M0S晶體 管107的源極與基準電源端子GND連接，柵極與判定第1節點m連接，漏極與輸出節點N2 連接，輸出節點N2與鐘錶控制部540連接，未作圖示，將來自電源的正電壓提供給正電源端 子VDD，將來自電源的零伏電壓提供給基準電源端子GND。通過上述結構，現有的光檢測電路在開關530接通的狀態下，進行如下動作來進 行光的檢測。光電二極體120產生的與亮度成比例的光電流經由電晶體510被鏡像到電晶體 511。流過基準電阻502的基準電流經由電晶體521被鏡像到電晶體520。因此，利用判定 第1節點m對基於該光電流的電晶體511的電流與基於基準電流的電晶體520的電流進 行比較。由此，在周圍亮的情況下，基於光電流的電晶體511的電流比基於基準電流的晶體 管520的電流大，所以，判定節點為低電平(low)，輸出節點N2為高電平(high)，所以，鐘錶 控制部540根據該高電平的信號而使報時工作。另一方面，在周圍暗的情況下，基於光電流 的電晶體511的電流比基於基準電流的電晶體520的電流小，所以，判定節點為高電平，輸 出節點N2為低電平，所以，鐘錶控制部540根據該低電平信號而使報時停止。(例如參照專 利文獻1)專利文獻1日本特開2006-287658號公報在現有的光檢測電路中，只在需要光檢測動作時，才使開關530接通必要的時間， 由此實現了低消耗電流。但是，為了對該開關530進行間歇控制，需要脈衝電路，存在電路 規模變大的課題。而且，脈衝電路的消耗電流始終存在，所以，存在無法削減這部分消耗電流的課題。並且，在現有的光檢測電路中，光電二極體的光電流不是由該開關來切斷，所以 存在這樣的課題在周圍亮的情況下始終消耗著光電流。

發明內容
本發明是鑑於上述課題而完成的，其目的在於，提供一種在不增大電路規模的情 況下、在待機時幾乎不消耗電流的光檢測電路。進一步，提供一種在周圍亮的情況下也不消 耗光電二極體的光電流的光檢測電路。即，提供一種電路規模小且消耗電流極小的光檢測 電路。為了解決上述課題，本發明的光檢測電路為以下結構。光檢測電路具有第1P溝 道M0S電晶體，其利用導通電流對第1節點進行充電；第2P溝道型電晶體，其利用導通電流 對第2節點進行充電；第1N溝道M0S電晶體，其柵極被輸入由光發電元件的發電電力產生 的電壓，利用導通電流使第1節點放電；以及耗盡型N溝道M0S電晶體，其柵極被輸入基準 電源端子的電壓，源極被輸入由所述光發電元件的發電電力產生的電壓，利用導通電流使 所述第2節點放電，在由光發電元件的發電電力產生的電壓高的情況下，第1N溝道M0S晶 體管導通，耗盡型N溝道M0S電晶體截止，第1P溝道M0S電晶體截止，第2P溝道M0S晶體 管導通，在由光發電元件的發電電力產生的電壓低的情況下，第1N溝道M0S電晶體截止，耗 盡型N溝道M0S電晶體導通，第1P溝道M0S電晶體導通，第2P溝道M0S電晶體截止。本發明的光檢測電路構成為，與周圍亮度無關，利用任意的M0S電晶體來切斷電 流流經的路徑，因此，能夠利用簡單的電路結構將消耗電流控制為極小。


圖1是示出本發明的光檢測電路的第1實施方式的概略電路圖。圖2是示出本發明的光檢測電路的第2實施方式的概略電路圖。圖3是示出本發明的光檢測電路的第3實施方式的概略電路圖。圖4是示出本發明的光檢測電路的恆流電路的一例的電路圖。圖5是利用現有的光檢測電路來控制掛鍾報時的概略電路圖。圖6是使第3實施方式中的各M0S電晶體的溝道類型反型時的概略電路圖。標號說明101 103 :P溝道M0S電晶體；105、402 耗盡型N溝道M0S電晶體；106 :N溝道 M0S電晶體；110 113 恆流電路；120 :PN接合元件；601 603 :N溝道M0S電晶體；605 耗盡型P溝道M0S電晶體；606 :P溝道M0S電晶體；610 613 恆流電路。
具體實施例方式下面，參照附圖來說明本發明的實施方式。圖1是示出本發明的光檢測電路的第1實施方式的概略電路圖。P溝道M0S晶體 管101的源極與正電源端子VDD連接，柵極與第1節點m連接，漏極與輸出端子130連接。 N溝道M0S電晶體106的源極與基準電源端子GND連接，柵極與第2節點N2連接，漏極與輸 出端子130連接。P溝道M0S電晶體102的源極與正電源端子VDD連接，柵極與輸出端子130連接，漏極與第1節點m連接。耗盡型N溝道M0S電晶體105的源極與第2節點N2連 接，柵極與基準電源端子GND連接，漏極與第1節點m連接。恆流電路110的流入端子與 第2節點N2連接，流出端子與基準電源端子GND連接。PN接合元件120的P型端子與第2 節點N2連接，N型端子與基準電源端子GND連接。未作圖示，從電源向正電源端子VDD提 供正電壓，從電源向基準電源端子GND提供零伏電壓。第1實施方式的光檢測電路通過採用上述結構，從而按如下方式工作來進行光的 檢測。當光入射到PN接合元件120上時，PN接合元件120的發電電力使第2節點N2的 電壓上升。恆流電路110根據第2節點N2而放出恆定電流，所以，第2節點N2的電壓降低。在周圍亮、從而應檢測出的光量以上的光入射到PN接合元件120的情況下，通過 PN接合元件120的發電電力，使第2節點N2的電壓上升。當第2節點N2的電壓上升時，N 溝道M0S電晶體106導通，耗盡型N溝道M0S電晶體105截止。因此，由於N溝道M0S晶體 管106的導通電流的作用，輸出端子130放電至基準電源端子GND的電壓附近。然後，由於 輸出端子130放電至基準電源端子GND的電壓附近，因此，P溝道M0S電晶體102導通，由 於P溝道M0S電晶體102的導通電流的作用，第1節點m被充電至正電源端子VDD的電壓 附近。然後，由於第1節點m被充電至正電源端子VDD的電壓附近，因此，P溝道M0S晶體 管101截止。而在周圍暗、從而低於應檢測出的光量的光入射到PN接合元件120的情況下，PN 接合元件120的發電電力小，所以，第2節點N2的電壓因恆流電路110的恆流放電而降低。 當第2節點N2的電壓降低時，N溝道M0S電晶體106截止，耗盡型N溝道M0S電晶體105導 通。因此，由於耗盡型N溝道M0S電晶體105的導通電流的作用，第1節點m放電至基準 電源端子GND的電壓附近。然後，當第1節點m放電至基準電源端子GND的電壓附近時， P溝道M0S電晶體101導通，所以，由於P溝道M0S電晶體101的導通電流的作用，輸出端 子130被充電至正電源端子VDD的電壓附近。然後，由於輸出端子130被充電至正電源端 子VDD的電壓附近，所以，P溝道M0S電晶體102截止。因此，本發明的光檢測電路具有根 據周圍的明暗而向輸出端子130輸出檢測信號的功能。如上所述，對於第1實施方式的光檢測電路，當周圍亮時，耗盡型N溝道M0S晶體 管105和P溝道M0S電晶體101截止，而在周圍暗的情況下，N溝道M0S電晶體106和P溝 道M0S電晶體102截止。因此，與周圍的明暗無關，始終切斷電流流過的路徑。S卩，第1實 施方式的光檢測電路與周圍的明暗無關，消耗電流非常小。因此，不需要進行用於實現低消 耗電流的間歇動作，電路規模變小。而且，還能夠削減用於間歇動作的電路的消耗電流以及 流過光電二極體等PN接合元件的光電流。圖2是示出本發明的光檢測電路的第2實施方式的概略電路圖。第2實施方式的光檢測電路構成為，在第1實施方式的光檢測電路的結構中追加 了恆流電路111和恆流電路112。恆流電路111的流入端子與P溝道M0S電晶體101的漏 極連接，流出端子與輸出端子130連接。恆流電路112的流入端子與P溝道M0S電晶體102 的漏極連接，流出端子與第1節點m連接。恆流電路112流出的恆定電流值比恆流電路 110流出的恆定電流值小。
上述結構的第2實施方式的光檢測電路的動作與第1實施方式的光檢測電路的動 作相同。不同點在於，P溝道M0S電晶體101的導通電流經由恆流電路111供給到輸出端 子130，P溝道M0S電晶體102的導通電流經由恆流電路112供給到第1節點附。因此，僅 針對恆流電路111和恆流電路112的效果進行說明。在本發明的光檢測電路中，通過使第2節點N2的電壓隨周圍亮度而變化，由此來 進行光的檢測。由於第2節點N2的電壓的原因，無法完全切斷電流所流經的路徑，從而導 致有貫通電流流過。第2實施方式的光檢測電路的目的在於，減小該貫通電流的電流值，進 一步削減消耗電流。為了實現上述目的，需要減小P溝道M0S電晶體101和P溝道M0S電晶體102的 導通電流。但是，在電源電壓高的情況下，柵極與源極之間的電壓非常高，所以，需要大幅增 長L的長度。S卩，將導致P溝道M0S電晶體101和P溝道M0S電晶體102的面積變得非常 大。因此，採用了通過設置恆流電路111和恆流電路112來限制各電晶體的導通電流的結 構。由此，能夠在不增大P溝道M0S電晶體101和P溝道M0S電晶體102的面積的情況下， 減小導通電流。即，在第2實施方式的光檢測電路中，僅需追加2個恆流電路，即可減小貫 通電流的電流值，能夠進一步削減消耗電流。圖3是示出本發明的光檢測電路的第3實施方式的概略電路圖。第3實施方式的 光檢測電路構成為，在第2實施方式的光檢測電路的結構中追加了恆流電路113和P溝道 M0S電晶體103。恆流電路113的流入端子與PN接合元件120的P型端子連接，流出端子 與基準電源端子GND連接。P溝道M0S電晶體103的源極與PN接合元件120的P型端子以 及恆流電路113的流入端子連接，柵極與基準電源端子GND連接，漏極與第2節點N2連接。上述結構的第3實施方式的光檢測電路的動作與第2實施方式的光檢測電路的動 作相同。因此，僅針對追加的恆流電路113和P溝道M0S電晶體103的動作和效果進行說 明。第3實施方式的光檢測電路的目的在於，進一步減少貫通電流流過的時間，進一 步削減消耗電流。為了實現上述目的，使N溝道M0S電晶體106的柵極電壓、即第2節點N2的電壓 不成為致使N溝道M0S電晶體106弱導通的電壓。P溝道M0S電晶體103向第2節點N2提供從PN接合元件120的發電電力中減去 恆流電路113放電出的電力後剩餘的電力。然後，P溝道M0S電晶體103在其源極的電壓 達到超過閾值的絕對值的電壓時，將該電壓提供到第2節點N2。因此，通過將P溝道M0S晶 體管103的閾值的絕對值設定得比使N溝道M0S電晶體106弱導通的電壓高，能夠減少有 貫通電流流過的時間。另外，在第2實施方式的光檢測電路中，在PN接合元件120採用了發電電壓也與 光量成比例地增加的類型的情況下，第2節點N2為中途不徹底電壓的期間變長，貫通電流 增多。這種情況下，在第3實施方式的光檢測電路中，能夠縮短第2節點N2的電壓處於中 途不徹底狀態的期間，所以，能夠減少消耗電流。圖4是本發明的光檢測電路的恆流電路的電路圖。圖4所示的恆流電路由耗盡型 N溝道M0S電晶體402構成。耗盡型N溝道M0S電晶體402的漏極與流入端子401連接，源極和柵極與流出端子402連接。通過上述結構，能夠減小電路規模。而且，僅在耗盡型N溝道M0S電晶體402的漏 極與源極之間存在電流路徑，因此只需切斷該電流路徑，即可使消耗電流達到零。因此是非 常適於本發明的光檢測電路的恆流電路。另夕卜，在電路結構中，P溝道M0S電晶體101和102的柵極與由相對的P溝道M0S 電晶體充電的節點連接，不過，只要能夠進行同樣的控制，則不限於該電路結構。另外，在本發明中，N溝道M0S電晶體106的柵極與耗盡型N溝道M0S電晶體105 的源極為相同的節點，但是，只要是利用PN接合元件的發電電力使電壓上升的節點，則也 可以是不同的節點，且PN接合元件的個數也可以是多個。而且，在本發明中，也可以採用在檢測到光的情況下，利用該檢測信號來減小恆流 電路110和113的電流量的結構，且針對檢測的光的光量設置磁滯。而且，PN接合元件120不限於PN接合元件，只要是色素敏化型的光發電元件等、 可通過光的入射來進行發電的光發電元件即可。圖6是反型地構成各M0S電晶體的溝道類型的光檢測電路的概略電路圖。是在圖 3所示的第3實施方式的結構中、使各M0S電晶體的溝道類型反型而成的電路。S卩，是對P 溝道M0S電晶體與N溝道M0S電晶體、N溝道M0S電晶體與P溝道M0S電晶體、耗盡型N溝 道M0S電晶體與耗盡型P溝道M0S電晶體進行置換而成的電路。各節點的電壓也與圖3的光檢測電路相反，所以，當從PN接合元件120提供了發 電電力時，輸出端子130為高電平。這種結構也具有與上述第3實施方式的光檢測電路相 同的效果。另外，恆流電路610 612的結構也可以是圖4所示的將耗盡型N溝道M0S晶體 管的柵極與源極連接的結構，雖未作圖示，不過當然也可以是將耗盡型P溝道M0S電晶體的 柵極與源極連接的結構。如上所述，本發明的光檢測電路與光的有無無關，消耗電流非常小，所以，作為電 子設備的起動電路，能夠基本上消除電子設備待機時的功耗。例如，可以將本發明的光檢測電路用於洗手間的自動清洗器。在用手遮住向本發 明的光檢測電路入射的光的情況下，對洗手間進行一定時間的清洗，通過這種結構，能夠使 洗手間的自動清洗器待機時的功耗基本為零。但是，該情況下，無法區分是洗手間暗還是用手遮住了光。因此，只要進一步追加 僅檢測周圍亮度的光檢測電路，即可區分是洗手間暗還是用手遮住了光。此時，通過以如下方式構成2個光發電元件，能夠與亮度無關地進行穩定的檢測。 即，構成為，從一個光發電元件的發電電力減去另一個光發電元件的發電電力。例如，將2 個光發電元件的電極相互相反地連接，從一個光發電元件的發電電力減去另一個光發電元 件的光電流。當採用這種結構時，將由入射到2個光發電元件的光的強度差產生的電力輸 入到第2節點N2。而且，在採用僅用手遮住入射到減去的一方的光發電元件的光的結構的 情況下，不僅能夠區分是洗手間暗還是用手遮住了光，還能夠與手的遮光量和洗手間的亮 度無關地，進行穩定的檢測。另外，例如，可以將本發明的光檢測電路用於電視等、利用遙控器來接通電源的電 子設備。只要構成為在本發明的光檢測電路檢測到光的情況下接通遙控接收機，即可使這種電子設備待機時的消耗電流基本為零。但是，該情況下，顯然，為了不因周圍的光導致本 發明的光檢測電路發生誤動作，需要從遙控器入射強光或通常不會產生的脈衝的光，或者 使本發明的光檢測電路採用僅檢測紅外線等某個波長的光的結構，並從遙控器入射本發明 的光檢測電路所能檢測的波長的光。
權利要求
一種光檢測電路，該光檢測電路具有當入射的光量多時發電電力增加的光發電元件，並利用該光發電元件的發電電力量來檢測入射的光量，其特徵在於，該光檢測電路具有第1P溝道MOS電晶體，其利用導通電流對輸出端子進行充電；第2P溝道MOS電晶體，其利用導通電流對第1節點進行充電；第1N溝道MOS電晶體，其柵極被輸入由所述光發電元件的發電電力產生的電壓，利用導通電流使所述輸出端子放電；以及第1耗盡型N溝道MOS電晶體，其柵極被輸入基準電源端子的電壓，源極被輸入由所述光發電元件的發電電力產生的電壓，利用導通電流使所述第1節點放電，該光檢測電路構成為在由所述光發電元件的發電電力產生的電壓高的情況下，所述第1N溝道MOS電晶體導通，所述第1耗盡型N溝道MOS電晶體截止，所述第1P溝道MOS電晶體截止，所述第2P溝道MOS電晶體導通，在由所述光發電元件的發電電力產生的電壓低的情況下，所述第1N溝道MOS電晶體截止，所述第1耗盡型N溝道MOS電晶體導通，所述第1P溝道MOS電晶體導通，所述第2P溝道MOS電晶體截止。
2.根據權利要求1所述的光檢測電路，其特徵在於，所述第2P溝道M0S電晶體的導通電流經由第1恆流電路對所述第1節點進行充電，所 述第1耗盡型N溝道M0S電晶體的源極電流經由流出的恆定電流值比所述第1恆流電路大 的第2恆流電路而流入基準電源端子。
3.根據權利要求2所述的光檢測電路，其特徵在於，所述第1P溝道M0S電晶體的導通電流經由第3恆流電路對所述輸出端子進行充電。
4.根據權利要求1 3中任意一項所述的光檢測電路，其特徵在於，所述光發電元件的發電電力經由柵極被輸入基準電源端子的電壓的第3P溝道M0S晶 體管而提供給所述第1N溝道M0S電晶體的柵極。
5.一種光檢測電路，該光檢測電路具有當入射的光量多時發電電力增加的光發電元 件，並利用該光發電元件的發電電力量來檢測入射的光量，其特徵在於，該光檢測電路具 有第1N溝道M0S電晶體，其利用導通電流使輸出端子放電； 第2N溝道M0S電晶體，其利用導通電流使第1節點放電；第1P溝道M0S電晶體，其柵極被輸入由所述光發電元件的發電電力產生的電壓，利用 導通電流對所述輸出端子進行充電；以及第1耗盡型P溝道M0S電晶體，其柵極被輸入正電源端子的電壓，源極被輸入由所述光 發電元件的發電電力產生的電壓，利用導通電流對所述第1節點進行充電， 該光檢測電路構成為在由所述光發電元件的發電電力產生的電壓高的情況下，所述第1P溝道M0S電晶體導 通，所述第1耗盡型P溝道M0S電晶體截止，所述第1N溝道M0S電晶體截止，所述第2N溝 道M0S電晶體導通，在由所述光發電元件的發電電力產生的電壓低的情況下，所述第1P溝道M0S電晶體截止，所述第1耗盡型P溝道M0S電晶體導通，所述第1N溝道M0S電晶體導通，所述第2N溝 道M0S電晶體截止。
6. 一種電子設備，其特徵在於，該電子設備具有 權利要求1 5中的任一項所述的光檢測電路；以及 根據所述光檢測電路的輸出信號而起動的控制部。
全文摘要
本發明提供光檢測電路和電子設備，其消耗電流極小。作為解決手段，構成為具有柵極分別與相對的P溝道MOS電晶體的漏極連接的2個相對的P溝道MOS電晶體，一個P溝道MOS電晶體的漏極利用N溝道MOS電晶體的導通電流而放電，該N溝道MOS電晶體根據由光發電元件產生的電壓而導通，另一個P溝道MOS電晶體的漏極利用耗盡型N溝道MOS電晶體的導通電流而放電，該耗盡型N溝道MOS電晶體的柵極被輸入基準電源端子的電壓，源極被輸入由光發電元件產生的電壓。
文檔編號G01J1/44GK101858784SQ20101016358
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月13日 優先權日2009年4月13日
發明者宇都宮文靖 申請人:精工電子有限公司