檢測電路、傳感器裝置及電子設備的製作方法

2023-04-22 16:57:16 3

專利名稱：檢測電路、傳感器裝置及電子設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測電路、傳感器裝置及電子設備等。
背景技術：
以往已知有使用熱電元件的紅外線檢測電路。例如從人體輻射出波長在ΙΟμπι 附近的紅外線，通過檢測它能非接觸地獲取人體的存在或溫度的信息。因此，通過利用這 樣的紅外線檢測電路可實現入侵檢測或物理量測量。此外· 利用使用FPA(Focal Plane Array 焦平面陣列)的紅外線照相機，可以實現在車輛行駛時檢測夜間的人等的身影並予 以顯示的夜視設備或用於流感檢疫等的熱成像設備等。紅外線的檢測電路的現有技術，已知有例如專利文獻1、2中公開的技術。例如在 專利文獻1的現有技術中，使用斬波器(chopper)反覆進行向熱電元件的紅外線的照射、遮 擋，與此同時讀取來自熱電元件的熱電流。然而，現有技術中存在需要實現斬波器與FPA之間的同步，或者斬波器的壽命短 等問題。在專利文獻2的現有技術中，採用了對熱電元件施加脈衝電壓的方式。也就是說， 通過強電介體實現的熱電元件的自發極化量等根據入射至熱電元件的紅外線引發的熱電 元件的溫度的變化而發生變化。於是，通過測量與自發極化量等對應地變化的熱電元件的 表面電荷量，可測量入射的紅外線量。然而，在現有技術中存在檢測電壓的變化相對於溫度變化緩慢，因而難以提高分 辨率、製造工序的變更導致偏差較大等問題。專利文獻1 日本特開昭59-142427號公報專利文獻2 日本特開平616M11號公報

發明內容
根據本發明的幾種方式，可提供抑制製造工序的變動導致的偏差等且能很高地設 定解析度的檢測電路、傳感器裝置及電子設備等。本發明的一方式涉及的檢測電路，包括電流鏡電路；熱電元件，設置在第一電源 節點與所述電流鏡電路的第一節點之間；電容元件，設置在所述第一電源節點與所述電流 鏡電路的第二節點之間；以及充電電路，所述充電電路經由所述電流鏡電路進行所述熱電 元件及所述電容元件的充電動作。根據本發明的一方式，在電流鏡電路的第一節點與第一電源節點之間設置熱電元 件，在電流鏡電路的第二節點與第一電源節點之間設置電容元件。而且，利用充電電路經由 電流鏡電路進行熱電元件及電容元件的充電動作。這樣，可以使用電容元件將對例如熱電 元件進行充電時流過的電流的總量轉換為電壓。因此，可實現能很高地設定解析度的檢測 電路。此外，在本發明的一方式中，也可以在所給的充電期間通過所述充電電路進行了所述熱電元件及所述電容元件的充電動作後，從所述第二節點獲取檢測電壓。這樣，僅在所給的充電期間內進行充電動作，可以在第二節點的電壓穩定後獲取 該電壓作為檢測電壓。此外在本發明的一方式中，也可包含放電電路，設置在所述第一節點及所述第二 節點與所述第一電源節點之間，所述放電電路進行所述熱電元件及所述電容元件的放電動作。這樣，即使不使用斬波器等，也可以利用放電電路進行熱電元件及電容元件的放 電動作從而做好通過充電動作來獲取檢測電壓的準備。此外，在本發明的一方式中，也可以在從所述第二節點獲取檢測電壓後，所述放電 電路進行所述熱電元件及所述電容元件的放電動作。這樣，可以在獲取檢測電壓後進行熱電元件及電容元件的放電動作，從而做好下 一次通過充電動作獲取檢測電壓的準備。此外，在本發明的一方式中，上述熱電元件可以是受紅外線照射的熱電元件，上述 電容元件可以是與紅外線隔絕的熱電元件。這樣，將熱電元件用作電容元件，則抑制製造工序的變更導致的偏差等，可獲取穩 定的檢測電壓。此外，在本發明的一方式中，上述電流鏡電路也可包含第一電流鏡用電晶體，設 置在所述充電電路與所述第一節點之間，所述第一電流鏡用電晶體的柵極及漏極連接至所 述第一節點；以及第二電流鏡用電晶體，設置在所述充電電路與所述第二節點之間，所述第 二電流鏡用電晶體的柵極連接至所述第一節點，漏極連接至所述第二節點。這樣，通過設定第一、第二電流鏡用電晶體的電流鏡比等可實現檢測電壓的調整寸。此外，在本發明的一方式中，上述充電電路也可包括設置在第二電源節點與所述 電流鏡電路之間的在所述熱電元件及所述電容元件的充電期間導通、在所述熱電元件及所 述電容元件的放電期間截止的至少一個充電用電晶體。
這樣，通過控制充電用電晶體的導通、截止，可實現熱電元件及電容元件的充電動作等。此外，在本發明的一方式中，也可以，包含定時調整電路，其中，在由所述定時調整 電路指示的第一定時所述充電電路開始所述熱電元件及所述電容元件的充電動作，在由所 述定時調整電路指示的比所述第一定時遲的第二定時從所述第二節點獲取檢測電壓。這樣，可以在第一定時開始熱電元件及電容元件的充電動作，在比第一定時遲的 第二定時從第二節點獲取檢測電壓。此外，在本發明的一方式中，也可以，包含定時調整電路，其中，在由所述定時調整 電路指示的第二定時從所述第二節點獲取檢測電壓，在由所述定時調整電路指示的比所述 第二定時遲的第三定時所述放電電路開始所述熱電元件及所述電容元件的放電動作。這樣，可以在第二定時從第二節點獲取檢測電壓，在比第二定時遲的第三定時開 始熱電元件及電容元件的放電動作。此外，本發明的另一方式涉及如下的傳感器裝置包含上述的任一所述的檢測電 路以及定時調整電路，其中，在由所述定時調整電路指示的第一定時所述充電電路開始所述熱電元件及所述電容元件的充電動作，在由所述定時調整電路指示的比所述第一定時遲 的第二定時從所述第二節點獲取檢測電壓。此外，本發明的另一方式涉及如下的傳感器裝置包含上述的任一所述的檢測電 路以及定時調整電路，其中，在由所述定時調整電路指示的第二定時從所述第二節點獲取 檢測電壓，在由所述定時調整電路指示的比所述第二定時遲的第三定時所述放電電路開始 所述熱電元件及所述電容元件的放電動作。此外，本發明的另一方式涉及如下的傳感器裝置傳感器陣列，排列有多個傳感器 單元；一條或多條行線；一條或多條列線；行選擇電路，連接至所述一條或多條行線；以及 讀取電路，連接至所述一條或多條列線，其中，在所述讀取電路中與所述一條或多條列線中 的各列線對應地設置有電容元件，所述多個傳感器單元中的各傳感器單元包括電流鏡電 路；熱電元件，設置在第一電源節點與所述電流鏡電路的第一節點之間；以及充電電路，所 述充電電路經由所述電流鏡電路進行所述熱電元件及所述電容元件的充電動作。根據本發明的另一方式，在讀取電路中與各列線對應地設置電容元件。此外，各傳 感器單元中設置電流鏡電路、熱電元件以及充電電路。然後，利用充電電路經由電流鏡電路 來進行熱電元件及電容元件的充電動作。這樣，可以使用電容元件來將對熱電元件充電時 流過的電流的總量轉換為電壓。因此，能實現可很高地設定解析度的傳感器裝置。此外，本發明的另一方式中，所述各傳感器單元也可以包括設置在所述第一節點 與所述第一電源節點之間的用於進行所述熱電元件的放電動作的傳感器單元側放電電路。這樣，可利用設置在各傳感器單元上的傳感器單元側放電電路實現各傳感器單元 的熱電元件的放電動作。此外，本發明的另一方式中，所述讀取電路也可以包括設置在所述列線與所述第 一電源節點之間的用於進行所述電容元件的放電動作的讀取電路側放電電路。這樣，可利用設置在讀取電路中的讀取電路側放電電路進行列線的放電動作。此外，本發明的另一方式涉及包含上述的任一所述的檢測電路的電子設備。此外，本發明的另一方式涉及包含上述的任一所述的傳感器裝置的電子設備。


圖1 (A)、圖1 (B)是比較例的檢測電路的說明圖。圖2 (A)、圖2⑶是熱電元件的放電特性的例子。圖3是本實施方式的檢測電路的基本結構例。
圖4是設置了放電電路的檢測電路的結構例。圖5是設置了定時調整電路和電壓獲取電路的檢測電路的結構例。圖6是本實施方式的檢測電路的詳細的結構例。圖7是說明本實施方式的檢測電路的動作的信號波形圖。圖8是熱電元件的磁滯回線的例子。圖9是檢測電路的溫度-測量電壓的特性的例。圖10是本實施方式的檢測電路的詳細的另一結構例。圖11是將熱電元件用作電容元件的方法的說明圖。圖12是圖12 (A)、圖12⑶是傳感器裝置的結構例。
圖13是傳感器陣列及讀取電路的詳細的結構例。圖14是本實施方式的電子設備的結構例。
具體實施例方式以下，詳細地說明本發明的優選實施方式。另外，以下說明的本實施方式並不是對 權利要求書記載的本發明的內容的不當限定，作為本發明的解決手段，並不限於需要本實 施方式中說明的全部結構。1.比較例圖I(A)中將上述的專利文獻2的現有技術的電路結構作為比較例示出。該比較 例的檢測電路包含熱電元件11、脈衝產生電路12、阻抗變換電路13、圖像信號生成部14。 而且，作為源極跟隨器電路的阻抗變換電路13包括電阻R1、R2與FET。熱電元件11入射紅外線，從而熱電元件11的熱電體(強電介體)Ila上產生與熱 電元件11的溫度相應的自發極化。而且，與電極IlbUlC的表面電荷保持電中性。脈衝產生電路12產生圖1⑶中所示的脈衝信號VP並向熱電元件11施加電壓。 另外，在未對熱電元件11施加脈衝信號VP的電壓的狀態下，脈衝產生電路12的輸出設定 為高阻抗狀態。在圖1 (B)的期間Tm中，通過脈衝產生電路12向熱電元件11施加脈衝信號VP 的電壓VDO時，節點ND的電壓VD = VDO0因此，電荷被吸引至熱電元件11的電極lib、 11c。具體地說，例如正電荷被吸引至正電位側的電極11b，負電荷被吸引至負電位側的電極 11c，從而進行熱電元件11的充電動作。在接下的期間THl中，脈衝產生電路12停止施加電壓VDO時，被吸引至熱電元件 11的電極IlbUlc的充電電荷經由電阻Rl放電。例如正電荷從正電位側的電極lib向電 阻Rl側放電，負電荷從負電位側的電極Ilc向電阻Rl側放電。因此，檢測電流ID流過電 阻Rl，將節點ND產生的電壓VD獲取為檢測電壓。此時，如圖I(B)的Al所示，檢測電壓VD的電壓變化形成與由熱電元件11的電容 值和Rl的電阻值確定的CR的時間常數相對應的放電特性。而且，熱電元件11的電容值隨 溫度升高而增大。因此，在溫度高的情況下，如圖I(B)的A2所示，檢測電壓VD的電壓變化 與Al相比變得更緩慢。圖1⑶中脈衝信號VP的周期為TP，在期間THl中，在期間I^l內充電至熱電元件 11的全部電荷被放電之前，在下一期間TN2中再次施加電壓VD0。因此，節點ND的電壓VD 在期間TN2的開始時不是0V，而是VD = VDl。例如，若期間THl足夠長，則向熱電元件11充 電的全部電荷被放電，電極IlbUlc的電荷與自發極化的電荷變為電中和的狀態，故VD變 為0V。而且，如上述那樣，熱電元件11的電容值隨溫度升高而增大。因此，從圖I(B)的 Al、A2可知，溫度越高，期間TN2開始時節點ND的電壓VD越高。在以上的圖I(A)的比較例中，通過向熱電元件的兩端施加電壓(VDO)來對熱電元 件充電，之後，使用電阻(Rl)將對熱電元件放電時通過的電流(ID)的量轉換為電壓(VD)， 從而檢測紅外線的量。具體地說，如果經由電阻(Rl)放電的電流(ID)多，則向熱電元件充電的電壓(VD)急速地下降；如果放電的電流小的話，則充電後電壓的下降變緩。於是，通過測量放電一定 時間(圖I(B)的期間THl)後的熱電元件的兩端的電壓(VD)來檢測紅外線的量。圖2㈧是示出熱電元件的放電特性的例子。圖2㈧對應於圖I(B)的A1、A2中 所示的電壓VD的特性。如圖2㈧的Bl所示，由於在緊跟著熱電元件的放電動作之後，熱電元件的兩端的 電壓(VD)變高，電壓的測量變得容易。然而，在圖2㈧的Bl中，電壓相對時間變化較大， 故測量誤差變大。也就是說，如果改變電壓的測量定時(timing)(採樣定時)，測量的電壓 也有很大變化。另一方面，如圖2(A)的B2所示，一旦熱電元件的放電動作進行到某種程度，電壓 降低變得緩慢，故測量誤差變小。也就是說，即使改變電壓的測量定時，測量的電壓也不會 有很大的變化。然而，在圖2㈧的B2中，電壓較低，因此，電壓的測量比較困難。圖2(B)是示出與溫度相對應的測量電壓的特性的頻率依賴性的圖。即示出改變 圖1⑶的脈衝信號VP的周期TP時的溫度-測量電壓的特性的圖。例如，圖1⑶中脈衝 信號VP的周期TP變長從而頻率變低時(例如100Hz)，測量定時(VDl的採樣定時)在時間 上延遲，因此測量電壓(VDl)變低。另一方面，周期TP變短而頻率變高(例如2KHz)時，由 於測量定時在時間上提前，因此測量電壓變高。此外，在如圖2(B)的B3中所示的高頻率的區域(放電剛剛開始之後)中，溫 度-測量電壓的特性的線性嚴重走形，成為例如下凸的特性。另一方面，如B4所示，在低頻 率的區域(放電進行到某種程度的定時)中，溫度-測量電壓的特性的線性性質也發生走 形，成為例如上凸的特性。其理由是，熱電元件的溫度特性原本是非線性的，其非線性的特 性隨著溫度而變化。這樣，如果溫度-測量電壓的特性為非線性的話，可能產生測量誤差。 例如在圖2(B)中測量電壓為VDA的情況下，或測定溫度為TA，或溫度為TB。此外，圖2(A)中示出的比較例的輸出電壓(熱電元件的兩端的電壓)是利用電阻 (Rl)將過渡性的電流(ID)轉換成電壓而得到的，未必是將電流的總量轉換成電壓而得到。 因而，此輸出電壓並未完全反映溫度引起的熱電元件的表面電荷量的變化。因此，輸出電壓 相對溫度變化的變化變得緩慢。在更低的低頻率的區域中，輸出電壓接近OV並飽和，故溫 度梯度變得更小，溫度差的檢測變得非常困難。在以上的圖I(A) 圖2(B)的比較例中，能穩定地使用的頻率範圍較窄，一旦製造 工序偏差等使頻率偏向高頻率側或低頻率側，測量性能容易惡化。也就是說，當脈衝信號的 時鐘頻率因工序偏差等而改變時測量精度惡化。而且，相對於溫度變化輸出電壓的變化緩 慢，因此，還存在不能提高解析度的問題。2.結構圖3示出能解決以上問題的本實施方式的檢測電路的基本結構。如圖3所示，該檢 測電路包含電流鏡電路20以及充電電路30。而且，還可包含熱電元件Cl和電容元件C2。熱電元件Cl (紅外線檢測元件、熱檢測元件、強電介體元件)設置在電流鏡電路20 的第一節點NAl (第一電流鏡節點)與GND節點(廣義上的第一電源節點)之間。此熱電元 件Cl與圖I(A)相同，由熱電體(強電介體、熱電膜)以及設置在熱電體的兩端的第一、第 二電極構成。熱電體例如通過PZT (鋯鈦酸鉛)等的強電介體的膜形成，並產生自發極化。 而且，如圖I(B)的Al、A2中說明的那樣，熱電元件Cl的電容值隨溫度而變化。例如，溫度因紅外線的照射變高時，熱電元件Cl的電容值變大。另外，也可以是不將熱電元件Cl作為 結構要素包含在檢測電路中的變形例。電容元件C2設置在電流鏡電路20的第二節點NA2 (第二電流鏡節點)與GND節點 (第一電源節點)之間。如上述那樣，熱電元件Cl的電容值隨溫度變化(紅外線的變化) 而變化，但電容元件C2的電容值相對溫度變化保持恆定，或電容值相對溫度變化的變化程 度與Cl相比非常小。具體地說，如後述那樣，電容元件C2由例如熱電元件來實現。而且， 熱電元件Cl被紅外線照射，相反電容元件C2是與紅外線隔絕的熱電元件。另外，也可以是 不將電容元件C2作為結構要素包含在檢測電路中的變形例。電流鏡電路20使與經由節點NAl流向熱電元件Cl的電流IAl相對應的電流 IA2(電流鏡電流)經由節點NA2流向電容元件C2。例如使為IAl的K倍(K > 0)的電流 IA2作為充電電流流向電容元件C2。充電電路30經由電流鏡電路20進行熱電元件Cl及電容器C2的充電動作。例如， 充電用的控制信號XCG (負邏輯)變為活躍(active) (L電平)時，充電電路30的充電動作 開始。然後來自VCC的節點(廣義上的第二電源節點)的電流經由電流鏡電路20作為電 流IA1、IA2流向熱電元件Cl、電容元件C2。由此，進行熱電元件Cl及電容元件C2的充電動作。然後，通過充電電路30在所給的充電期間內進行熱電元件Cl及電容元件C2的充 電動作後，將節點NA2的輸出電壓VOUT作為檢測電壓來獲取。也就是說，A/D轉換部等的 電壓獲取電路獲取檢測電壓。例如對輸出電壓VOUT進行採樣，對採樣的輸出電壓VOUT進 行A/D轉換，並獲取與VOUT對應的數字檢測數據。此時，如上所述，在向熱電元件Cl照射紅外線使Cl的溫度上升且Cl的電容值增 加的情況下，電容值C2的電容值恆定或其變化值非常小。因此，一旦熱電元件Cl的溫度因 紅外線的照射而上升，則相應地輸出電壓VOUT也變大，故可以檢測紅外線的量。在圖4中示出了還設置有放電電路40的檢測電路的結構例。該放電電路40設置 在電流鏡電路20的第一、第二節點NA1、NA2與GND節點(第一電源節點)之間。進行熱電 元件Cl及電容元件C2的放電動作。具體地說，放電電路40在從節點NA2獲取檢測電壓後進行熱電元件Cl及電容元 件C2的放電動作。例如，通過未圖示的控制電路使控制信號XCG變為活躍(L電平)，則充 電電路30進行熱電元件Cl及電容元件C2的充電動作，並獲取檢測電壓。隨後，控制信號 XCG變為非活躍(H電平)，放電電路40進行熱電元件Cl及電容元件C2的放電動作。基於 此，C1、C2的兩端的電極間的電壓差被重置為0V。隨後，控制信號XCG變為活躍(L電平)， 充電電路30進行熱電元件Cl及電容元件C2的充電動作。另外，在圖4中，使用1個控制信號XCG來控制充電動作與放電動作雙方，但也可 設置與充電用的控制信號不同的放電用的控制信號來控制放電電路40的放電動作。圖5示出進一步設置有定時調整電路50、電壓獲取電路60的檢測電路的結構例。定時調整電路50是調整(指示、設定)檢測電路的各種定時的電路。具體地說， 定時調整電路50指示作為充電電路30的充電開始定時的第一定時TM1、作為電壓獲取電 路60的檢測電壓獲取定時的第二定時TM2、作為放電電路40的放電開始定時的第三定時 TM3等。這些第一、第二、第三定時TM1、TM2、TM3的指示可以利用第一、第二、第三控制信號CNT1、CNT2、CNT3 來實現。另外，也可如圖4中說明的那樣，使用共同的控制信號XCG來指示定時TMl (充電 開始定時)與定時TM3(放電開始定時)。電壓獲取電路60是獲取節點NA2的檢測電壓VOUT的電路。具體地說，在定時調 整電路50指示的定時TM2獲取(採樣)檢測電壓V0UT。該電壓獲取電路60可通過例如 A/D轉換部等來實現。圖5中，充電電路30在定時調整電路50指示的定時TMl開始熱電元件Cl及電容 元件C2的充電動作。具體地說，控制信號CNTl在定時TMl變為活躍，開始充電動作。然後， 在定時調整電路50指示的定時TM2，從節點NA2獲取檢測電壓V0UT。具體地說，控制信號 CNT2在定時TM2變為活躍，電壓獲取電路60獲取檢測電壓VOUT。這裡，定時TM2是比定時 TMl遲的定時。也就是說控制信號CNT2比控制信號CNTl更遲地變為活躍。此外，圖5中，在定時調整電路50指示的定時TM2，從節點NA2獲取檢測電壓VOUT， 在定時調整電路50指示的定時TM3，放電電路40開始熱電元件Cl及電容元件C2的放電動 作。具體地說，一旦控制信號CNT2在定時TM2變為活躍，則獲取檢測電壓V0UT，一旦控制 信號CNT3在定時TM3變為活動，則開始放電動作。這裡，定時TM3是比定時TM2遲的定時。 也就是說，控制信號CNT3比控制信號CNT2更遲地變為活躍。另外，在利用共同的控制信號(圖4的XCG)作為控制信號CNT1、CNT3的情況下， 充電電路30在該共同控制信號變為第一電壓電平(例如L電平)的定時TMl開始充電動 作，放電電路40在共同控制信號變為第二電壓電平(例如H電平)的定時TM3開始放電動作。此外，在圖5中說明了在檢測電路的內部設置定時調整電路50或電壓獲取電路60 的情況，但也可在檢測電路的外部設置定時調整電路50或電壓獲取電路60。例如，後述的 圖12 (A)的傳感器裝置包含具有電流鏡電路20、充電電路30、放電電路40的檢測電路以及 定時調整電路50、電壓獲取電路60。在此情況下，例如定時調整電路50設置在圖12(A)的 控制電路150中，電壓獲取電路60通過A/D轉換部130來實現。通過設置圖5的定時調整電路50，可調整或設定充電電路30的充電開始定時(定 時TMl)、電壓獲取電路60的檢測電壓獲取定時(定時TM2)、放電電路40的放電開始定時 (定時TM3)。因而，能實現與熱電元件Cl或電容元件C2的特性等相應的適當的定時控制。 此外，通過在定時TMl開始Cl及C2的充電動作、在定時TM2獲取檢測電壓VOUT、在定時TM3 開始Cl及C2的放電動作，從而即使不使用斬波器等，也能在適當的定時進行充電動作或放 電動作，進而獲取檢測電壓VOUT。3.詳細的結構例圖6是本實施方式的檢測電路的詳細的結構例。在圖6中示出了電流鏡電路20、 充電電路30、放電電路40的詳細結構例。另外，本實施方式的檢測電路不限於圖6的結構， 可進行各種變形實施，例如省略其結構要素的一部分、或添加另外的結構要素、或改變連接 關係等。在圖6，電流鏡電路20包括第一電流鏡用電晶體TAl以及第二電流鏡用電晶體 TA2。P型電流鏡用電晶體TAl設置在充電電路30 (節點NA3)與節點NAl之間，且柵極及 漏極連接至節點NAl。P型電流鏡用電晶體TA2設置在充電電路30(節點NA4)與節點NA2之間，柵極連接至節點NA1、漏極連接至節點NA2。通過設定這些電晶體TA1、TA2的例如W/ L比來設定電流鏡的電流比(IAl與IA2的電流比)。充電電路30包含充電用電晶體TA3、TA4。這些P型充電用電晶體TA3、TA4設置 在VCC節點(廣義上的第二電源節點)與電流鏡電路20(節點NA3、NA4)之間。具體地說， 充電用電晶體TA3的漏極節點連接至電流鏡用電晶體TAl的源節點，充電用電晶體TA4的 漏極節點連接至電流鏡用電晶體TA2的源節點。而且，充電用電晶體TA3、TA4在熱電元件Cl及電容元件C2的充電期間內導通。 此外，TA3、TA4在C1、C2的放電期間內截止。具體地說，在控制信號XCG為L電平(活躍) 的情況下充電用電晶體TA3、TA4導通，在XCG為H電平(非活躍)的情況下TA3、TA4截止。另外，圖6中設置兩個充電用電晶體TA3、TA4，但充電用電晶體也可以是1個。在 此情況下，可以例如省略充電用電晶體TA4，並將充電用電晶體TA3的漏極節點連接至電流 鏡用電晶體TAl及TA2的源節點。放電電路40包含放電用電晶體TA5、TA6。N型的放電用電晶體TA5、TA6設置在節 點ΝΑΙ、NA2與GND節點(第一電源節點)之間。具體地說，放電用電晶體TA5的漏極節點 連接至電流鏡用電晶體TAl的漏極節點，放電用電晶體TA6的漏極節點連接至電流鏡用晶 體管TA2的漏極節點。放電用電晶體TA5、TA6在熱電元件Cl及電容元件C2的放電期間內導通。此夕卜， TA5、TA6在Cl、C2的充電期間內截止。具體地說，在控制信號XCG為H電平(非活躍)的 情況下放電用電晶體TA5、TA6導通，XCG為L電平(活躍)的情況下TA5、TA6截止。根據以上的本實施方式的檢測電路，將對熱電元件Cl充電時流過的電流的總量 用作依賴於熱電元件Cl的表面電荷量的物理量。然後，用電流鏡電路20獲取該電流的總 量，並用電容元件C2將其轉換為電壓，從而檢測紅外線的量。也就是說，在圖I(A)的比較 例中，通過用電阻Rl將放電期間(TH1、TH2)中流過的電流轉換為電壓，從而實現了紅外線 檢測。與此相對，本實施方式中，使用電容元件C2將在充電期間中對熱電元件Cl充電時流 過的電流的總量轉換為電壓，從而檢測紅外線的量。圖7是示出說明本實施方式的操作的信號波形例。如圖7的Dl所示，如果控制信 號XCG變為H電平，則N型放電用電晶體TA5、TA6導通，節點NA1、NA2變為GND電平，從而 使熱電元件Cl及電容元件C2放電。隨後，如圖7的D2所示，如果控制信號XCG變為L電平，則放電用電晶體TA5、TA6 截止而充電用電晶體TA3、TA4導通。基於此，經由電流鏡電路20的電流鏡用電晶體TA1、 TA2對熱電元件Cl、電容元件C2充電。充電開始時，如圖7的D3所示，熱電元件Cl的一端的電壓VTE上升至VCC-VTHP 附近，停止充電。另外，VTHP是P型電晶體TAl的閾值電壓。此時，利用與對熱電元件Cl充 電的電流成比例的電流來對電容元件C2充電。基於此，如圖7的D4、D5、D6所示，節點NA2 的輸出電壓VOUT發生變化。這裡，D4、D5、D6分別是溫度低的情況、中間的情況、溫度高的 情況下的輸出電壓。也就是說，照射至熱電元件Cl的紅外線的量變多則溫度變高，隨之，輸 出電壓VOUT變大。在圖1 (A)的比較例中，檢測在如圖7的D7那樣的放電期間內的電壓變化，因此， 難以提高檢測電壓的解析度。對此，本實施方式中將充電期間內流過的電流的總量轉換為電壓，進行檢測。因此，如圖7的D4、D5、D6所示，輸出電壓VOUT的相對於溫度變化的變化 變大，從而可提高檢測電壓的解析度。例如，在對熱電元件Cl充電後的電荷的總量為Q1、對電容元件C2充電的電荷的總 量為Q2的情況下，如下式⑴、(2)那樣使用電晶體TA1、TA2中流過的電流IA1、IA2來表 示 Q1、Q2。[數1]Ql = / IAl dt ... (1)Q2 = / IA2 dt ... (2)而且，在設電流鏡電路20的電流鏡比為K的情況下，Q2為下式(3)所示。[數2]Q2 = K · Ql ... (3)例如，若設定電晶體TA2的W/L比相對於電晶體TAl的W/L比的比例為1，則K = 1故Q2 = Q1。此外，若設定它們的W/L比的比例為2，則K = 2故Q2 = 2 · Q1。而且，設C2是電容值為CC2的常電介體的電容元件、且充電期間中的輸出電壓的 到達電壓(檢測電壓)為VDT時，下式(4)成立。[數3]Q2 = CC2 · VDT — (4)因此，根據上式(3)與(4)，如下式(5)那樣求出到達電壓VDT，且如下式(6)所示， VDT與熱電元件Cl的充電電荷總量Ql成比例。[數4]
權利要求
1.一種檢測電路，其特徵在於，包括 電流鏡電路；熱電元件，設置在第一電源節點與所述電流鏡電路的第一節點之間； 電容元件，設置在所述第一電源節點與所述電流鏡電路的第二節點之間；以及 充電電路，所述充電電路經由所述電流鏡電路進行所述熱電元件及所述電容元件的充 電動作。
2.根據權利要求1所述的檢測電路，其特徵在於，在所給的充電期間通過所述充電電路進行了所述熱電元件及所述電容元件的充電動 作後，從所述第二節點獲取檢測電壓。
3.根據權利要求1或2所述的檢測電路，其特徵在於，包括放電電路，設置在所述第一節點及所述第二節點與所述第一電源節點之間，所述放電 電路進行所述熱電元件及所述電容元件的放電動作。
4.根據權利要求3所述的檢測電路，其特徵在於，在從所述第二節點獲取檢測電壓後，所述放電電路進行所述熱電元件及所述電容元件 的放電動作。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的檢測電路，其特徵在於， 所述熱電元件是受紅外線照射的熱電元件，所述電容元件是與紅外線隔絕的熱電元件。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的檢測電路，其特徵在於，所述電流鏡電路包括 第一電流鏡用電晶體，設置在所述充電電路與所述第一節點之間，所述第一電流鏡用電晶體的柵極及漏極連接至所述第一節點；以及第二電流鏡用電晶體，設置在所述充電電路與所述第二節點之間，所述第二電流鏡用 電晶體的柵極連接至所述第一節點，漏極連接至所述第二節點。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的檢測電路，其特徵在於，所述充電電路包括設置在第二電源節點與所述電流鏡電路之間的在所述熱電元件及 所述電容元件的充電期間導通、在所述熱電元件及所述電容元件的放電期間截止的至少一 個充電用電晶體。
8.根據權利要求1所述的檢測電路，其特徵在於，包括 定時調整電路，其中，在由所述定時調整電路指示的第一定時所述充電電路開始所述熱電元件及所述 電容元件的充電動作，在由所述定時調整電路指示的比所述第一定時遲的第二定時從所述 第二節點獲取檢測電壓。
9.根據權利要求3所述的檢測電路，其特徵在於，包括 定時調整電路，其中，在由所述定時調整電路指示的第二定時從所述第二節點獲取檢測電壓，在由所 述定時調整電路指示的比所述第二定時遲的第三定時所述放電電路開始所述熱電元件及 所述電容元件的放電動作。
10.一種傳感器裝置，其特徵在於，包括 權利要求1所述的檢測電路；以及定時調整電路，其中，在由所述定時調整電路指示的第一定時所述充電電路開始所述熱電元件及所述 電容元件的充電動作，在由所述定時調整電路指示的比所述第一定時遲的第二定時從所述 第二節點獲取檢測電壓。
11.一種傳感器裝置，其特徵在於，包括 權利要求3所述的檢測電路；以及定時調整電路，其中，在由所述定時調整電路指示的第二定時從所述第二節點獲取檢測電壓，在由所 述定時調整電路指示的比所述第二定時遲的第三定時所述放電電路開始所述熱電元件及 所述電容元件的放電動作。
12.—種傳感器裝置，其特徵在於，包括 傳感器陣列，排列有多個傳感器單元； 一條或多條行線；一條或多條列線；行選擇電路，連接至所述一條或多條行線；以及 讀取電路，連接至所述一條或多條列線，在所述讀取電路中與所述一條或多條列線中的各列線對應地設置有電容元件， 所述多個傳感器單元中的各傳感器單元包括 電流鏡電路；熱電元件，設置在第一電源節點與所述電流鏡電路的第一節點之間；以及 充電電路，所述充電電路經由所述電流鏡電路進行所述熱電元件及所述電容元件的充 電動作。
13.根據權利要求12所述的傳感器裝置，其特徵在於，所述各傳感器單元包括設置在所述第一節點與所述第一電源節點之間的用於進行所 述熱電元件的放電動作的傳感器單元側放電電路。
14.根據權利要求12或13所述的傳感器裝置，其特徵在於，所述讀取電路包括設置在所述列線與所述第一電源節點之間的用於進行所述電容元 件的放電動作的讀取電路側放電電路。
15.一種電子設備，其特徵在於，包括權利要求1至9中任一項所述的檢測電路。
16.一種電子設備，其特徵在於，包括權利要求10至14中任一項所述的傳感器裝置。
全文摘要
本發明提供一種抑制製造工序變更造成的偏差等、且能很高地設定解析度的檢測電路、傳感器裝置及電子設備等。該檢測電路包括電流鏡電路20；設置在電流鏡電路20的第1節點NA1與第1電源節點之間的熱電元件C1；設置在電流鏡電路20的第2節點NA2與第1電源節點之間的電容元件C2；以及經由電流鏡電路20進行熱電元件C1及電容元件C2的充電動作的充電電路30。
文檔編號G01J5/14GK102141445SQ201110002398
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月6日 優先權日2010年1月6日
發明者山村光宏 申請人:精工愛普生株式會社