照度传感器和电子设备的制作方法

专利名称：照度传感器和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照度传感器和电子设备，尤其涉及可按拓宽照度检测 范围的照度传感器和具备该照度传感器的电子设备。
背景技术：
照度传感器是感知所谓"明"、"暗"等周围亮度的传感器。例如， 搭载照度传感器的显示器装置可将画面的亮度调整成人最佳感觉的程度。 另外，搭载照度传感器的显示器装置可在人感到暗的场所点亮光源，或相 反在感到亮的场所熄灭光源。
图8是表示包含现有照度传感器的电路构成的实例的图。
参照图8，照度传感器101从端子TA输出对应于接受到的光的照度 的电流。在端子TA与接地节点之间连接电阻R1。从照度传感器101输出 的电流被电阻R1变换为电压VOUT。
在端子TA上连接AD转换器(ADC)121。 AD转换器121接受电压 VOUT，输出数字数据。从AD转换器121输出的数字数据被输入到未图 示的控制装置(例如微机等)。控制装置根据该数字数据进行各种处理(例如 光源的点亮控制等)。
照度传感器101包含光电二极管110、 NPN晶体管QA、 QB、和PNP 晶体管QC、 QD。光电二极管110的阴极连接于节点NA(电源节点)上。 光电二极管110的阳极连接于节点NB上。
NPN晶体管QA的集电极和基极与NPN晶体管QB的基极一起连接 于节点NB上。NPN晶体管QA的发射极与NPN晶体管QB的发射极一
起连接于接地节点上。
PNP晶体管QC的发射极与PNP晶体管QD的发射极一起连接于节点 NA上。PNP晶体管QC的基极和集电极与NPN晶体管QB的集电极一起连接于节点NC上。PNP晶体管QD的集电极连接于端子TA上。
NPN晶体管QA、 QB与PNP晶体管QC、 QD构成电流反射镜电路。 NPN晶体管QA、 QB的发射极尺寸被设定为某个比率。另夕卜，PNP晶体 管QC、 QD的集电极尺寸被设定为某个比率。由此，从光电二极管110 流入NPN晶体管QA的集电极的电流与从端子TA输出的电流始终保持规 定的比(例如1: 10)。
例如，特开平11-186971号公报(专利文献l)公开了一种具备放大率相 互不同的多个放大器之光接收器。该光接收器对应于入射光的强度，从多 个放大器中选择最佳放大率的放大器。
另外，特开平11-298259号公报(专利文献2)公开了一种光接收装置， 该光接收装置具备放大率相互不同、且并联连接的两个放大器、和选择这 两个放大器中、不执行饱和区域动作的放大器之选择电路。
专利文献l:特开平11-186971号公报
专利文献2:特开平11-298259号公报
通常，在光电二极管等感光元件中，感光元件接受到的光的照度与从 感光元件输出的电流大小成正比。例如，当接受到到照度为10万勒克司 的光时，感光元件输出的电流为当接受到到照度为l勒克司的光时感光元 件输出的电流的IO万倍。此时，电压VOUT例如在数十"V至数V的范 围内变化。
但是， 一般的AD转换器的模拟数据可变换的范围(输入电压的最大范 围)比上述电压VOUT的范围窄。从而， 一般的AD转换器不能对应于如 此宽范围的电压VOUT。
另一方面，照度传感器用于例如搭载于液晶显示器上的LED(Light Emitting Diode)背光灯的点亮控制、或便携电话的键盘LED的点亮控制等。 例如，LED背光灯的照度在0-10万[Lx] ( [Lx]表示勒克司)的范围内 变化。另一方面，便携电话的背光灯LED的照度例如在0-100 [Lx]的范 围内变化。
这样，由于照度传感器的用途多种多样，所以优选照度传感器可检测 的照度范围尽可能地宽。但是，在特开平11-186971号公报(专利文献1) 中，未示出光接收器在如此宽的范围内能否检测照度。另外，在特开平11-186971号公报(专利文献l)中公开的光接收器的情况下，由于各放大器 始终动作，所以消耗电流变多，同时，芯片面积变大。基于这些理由，上 述光接收器不适于用于便携电话等电子设备。

发明内容
本发明的目的在于提供一种可抑制功耗、縮小芯片面积、同时扩大照 度检测范围的照度传感器、和具备该照度传感器的电子设备。
若摘要本发明，则作为一种照度传感器，具备感光部，接受光，且
输出对应于接受到光的照度的电信号；和多个放大部，彼此串联连接，放 大电信号。多个放大部中至少一个放大部对应于控制信号，使放大率变化。
优选，至少一个放大部在l与比l大的值之间切换放大率。
更优选，比1大的值为从10的幂数中减去1的值。
优选，至少一个放大部可在至少两个值之间切换放大率。至少一个放 大部包含噪声降低电路，该噪声降低电路在放大率被设定为两个值中较低 的值时动作。
优选，至少一个放大部包含第1晶体管，该第1晶体管集电极电结合 于输入输入信号的输入节点上，发射极电结合于定电位节点上；第2晶体 管，该第2晶体管基极电结合于第1晶体管的基极上，发射极电结合于定 电位节点上，集电极电结合于输出节点上；和第3晶体管，该第3晶体管 基极电结合于第1晶体管的基极上，集电极电结合于输出节点上。流过第 2晶体管的电流与流过第1晶体管的电流之比为1。流过第3晶体管的电 流与流过第1晶体管的电流之比为比1大的值。至少一个放大部还包含开 关，该开关电结合于第3晶体管的发射极与定电位节点之间，对应于多个 控制信号中的对应的控制信号，切换导通与非导通。
更优选，至少一个放大部进一步包含设置在第3晶体管的发射极与第 3晶体管的基极之间的其他的开关。其他的开关在开关为导通状态时变为 非导通状态，在开关为非导通状态时变为导通状态。
进一步优选，至少一个放大部是多个放大部中初级的放大部之的后级 的放大部。照度传感器进一步具备连接于多个放大部的后级、并且放大率 被固定的其他放大部。根据本发明的其他方面，作为一种电子设备，具备照度传感器。照度 传感器具备感光部，接受光，且输出对应于接受到到光的照度的电信号； 和多个放大部，彼此串联连接，放大电信号。多个放大部中至少一个放大 部对应于控制信号，使放大率变化。
优选电子设备进一步具备AD变换器，将来自照度传感器的输出电 压变换为数字数据；和处理电路，在对照度传感器输出多个控制信号，并 且读入数字数据，且对读入的数字数据乘以系数。使处理电路对应于输出 的多个控制信号，来决定系数。
更优选，电子设备进一步具备可变更自身亮度的键输入部；可变更 自身亮度的显示部；和对应于照度传感器的检测结果，控制键输入部和显 示部的亮度的控制装置。
发朋效果
根据本发明，可拓宽照度传感器的照度检测范围。


图1是具备本实施方式的光检测器的电子设备的概略框图。 图2是说明图1的照度传感器1的构成的框图。 图3是表示图2所示的照度传感器1的具体构成例的电路图。 图4是表示图3的开关SW1、 SW2的设定组合、与放大器11-13的整 体放大率(增益)的关系的图。
图5是表示本实施方式的照度传感器1可检测的照度范围的实例图。
图6是表示图2所示的处理电路22的控制处理的流程图。
图7是表示搭载本实施方式的照度传感器1的电子设备的具体例的图。
图8是表示包含现有照度传感器的电路构成的实例图。 图9是表示图3所示的放大器的变形例的图。 符号说明
l，lOl照度传感器 2控制装置 3驱动电路4发光部
10,110光电二极管 11-13 放大器 21,121 AD转换器 22 处理电路 30键输入部 32 显示部 32A 区域 40麦克风 42扬声器 50开始键 52结束键 60数字键
100电子设备(便携电话)
Nl-N3， N5-N9， NA， NB， NC 节点
Ql-Q3， Q7， Q8， Qll， Q12， Q15， Q16， QA， QB NPN晶体管
Q4画Q6， Q9， QIO， Q13， Q14， Q17， Q18， QC， QD PNP晶体管
QM1-QM3 MOS晶体管
Rl 电阻
ST1-ST20 步骤
SW1-SW4 开关
Tl-T3， TA 端子
具体实施例方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。图中相同符号表示相 同或相当部分。
图1是具备本实施方式的光检测器的电子设备的概略框图。 参照图1，电子设备100具备照度传感器1、控制装置2、驱动电路3、 和发光部4。
照度传感器1具有端子Tl-T3。若照度传感器1接受光，则从端子T3输出大小与光的照度成正比变化的电流。从端子T3输出的电流被电阻R1
变换为电压VOUT。分别向端子T1、 T2输入信号S1、 S2。信号Sl、 S2 是使照度传感器1中的放大率变化的控制信号。
控制装置2包含AD转换器(ADC)21与处理电路22。 AD转换器21 变换电压VOUT，输出例如8位的数字数据。AD转换器21中的模拟数据 可变换范围(输入电压的最大范围)例如被设定为0.2V-2V。
处理电路22读入来自AD转换器21的数字数据。处理电路22通过 对数字数据乘以某个系数，取得照度传感器l检测到的照度信息。处理电 路22对应于取得的照度信息，控制驱动电路3。
另外，处理电路22根据从AD转换器21接受的数字数据，将信号Sl、 S2发送到照度传感器1 ，控制照度传感器1 ，使电压VOUT收纳于AD转 换器(ADC)21的输入电压范围内。并且，处理电路22对应于输出的信号 Sl、 S2，决定执行上述乘法时的系数。
从AD转换器21输出的数字数据是无论照度的等级如何始终恒定的 范围的值。处理电路22通过决定系数，可从读入的数字数据得到涉及照 度的正确信息。另外，处理电路22对照度传感器1执行的控制细节如后 所述。
驱动电路3对应于处理电路22的控制，驱动发光部4。在电子设备 IOO为液晶显示器的情况下，发光部4例如是LED背光灯。另外，在电子 设备100为便携电话的情况下，发光部4例如是显示器显示用的LED背 光灯和/或键盘用的LED背光灯。
图2是说明图1的照度传感器l的构成的框图。
参照图2，照度传感器l包含光电二极管10与放大器11-13。光电二 极管10与放大器11-13例如集成化于一个半导体芯片上。
光电二极管10的阴极连接于电源节点上。光电二极管10的阳极连接 于放大器ll的输入端子上。光电二极管10接受光后，输出电信号S。
放大器11-13彼此串联连接，放大电信号S。放大器ll、 12分别对应 于从处理电路22发送的信号S1、 S2，使放大率变化。优选放大率在l与 比1大的值之间切换。更更优选所谓比1大的值为10的幂数。
例如，在照度传感器1接收照度高的光(例如太阳光)的情况下，在光电二极管10中流过大的电流。此时，通过将放大器ll、 12的放大率设定
为1倍，可将电压VOUT收纳于AD转换器21的输入电压的范围内。
另外，只要对应于控制信号使放大率变化的放大器的个数为多个，则 不限于2。另外，放大器ll、 12的放大率不限于在1与比1大的值之间切 换。例如，放大器ll、 12的放大率也可在2与3之间切换。但是，下面 说明为放大器ll、 12的放大率在1与10之间切换。
放大器11对应于经端子Tl接收的信号Sl使放大率变化。具体说明， 放大器11在例如信号Sl为H电平的情况下，将放大率设定为10倍，在 信号Sl为L电平的情况下，将放大率设定为1倍。
放大器12对应于经端子T2接收的信号S2使放大率变化。具体说明， 放大器12在例如信号S2为H电平的情况下，将放大率设定为10倍，在 信号S2为L电平的情况下，将放大率设定为1倍。
这样，放大器11、 12接受对应于放大器11、 12的每个的信号Sl、 S2后，使放大率变化。利用放大器11、 12的放大率(IO倍和1倍)的组合， 从光电二极管IO输出的电流以1倍、10倍、IOO倍之一的放大率放大。 由此，可对应于从光电二极管10输出的电流，选择适当的放大率。另外， 可控制成将电压VOUT收纳于AD转换器21的输入电压的最大范围内。 从而，根据本实施方式，可拓宽照度传感器的照度检测范围。
放大器13设置在放大器11、 12的后级。将放大器13的放大率固定 在例如几倍(2倍等)。利用放大器ll、 12，从光电二极管IO输出的电流以 l倍、10倍、IOO倍之任意一个的放大率放大。通过将放大器13连接于放 大器ll、 12上，可执行微调，使电压V0UT收纳于AD转换器21的输入 电压范围内。下面为了方便说明，设放大器13的放大率为1倍。
这里，作为将电压VOUT收纳于AD转换器21的输入电压的最大范 围的其它方法，例如考虑固定放大器ll、 12的放大率后使电阻R1的电阻 值变化的方法(从照度传感器1输出的电流越大，则使电阻R1的电阻值更 低的方法)。但是，根据该方法，由于光电二极管10接收的光的照度越大， 则从照度传感器输出的电流越大，所以电阻R1中的功耗增加。即，照度 传感器使电子设备的功耗增加。
另外，在使电阻R1的电阻值变化的情况下，必需照度越低，越提高电阻R1的电阻值。由于电阻R1的电阻值越高，则电压VOUT的时间常 数越大，所以控制装置2的响应也变慢。并且，考虑若提高电阻R1的电 阻值，则电压VOUT中包含的噪声增加，或外附于照度传感器1的部件(例 如晶体管等)增加。
在本实施方式中，使包含于照度传感器l中的多个放大器的放大率变 化。由此，变得可以固定电阻R1的电阻值不变。从而，根据本实施方式， 可解决这些问题。
并且，如图2所示，在本实施方式中，通过串联连接多个放大器，可 减小电路规模。为了检测低照度的光，照度传感器1中必需具备具有高放 大率的放大器(例如具有1000倍放大率的放大器)。例如，与特开平 11-186971号公报(专利文献l)中公开的光接收器一样，在将分别具有10 倍、100倍、1000倍放大率的3个放大器搭载于半导体芯片上的情况下， 半导体芯片的面积必然大。
根据本实施方式，通过串联连接具有10的幂数放大率的多个放大器， 可容易实现在抑制电路面积增加的同时，检测低照度的光(即提高放大率)。
图3是表示图2所示的照度传感器1的具体构成例的电路图。
参照图3和图2，放大器11包含NPN晶体管Q1-Q3、 Qll、 Q12与 开关SW1、 SW4。
NPN晶体管Ql的集电极连接于节点Nl上，NPN晶体管Ql的基极 连接于节点N6上，NPN晶体管Ql的发射极连接于接地节点(即定电位节 点)上。NPN晶体管Q2的基极连接于节点N6(即NPN晶体管Ql的基极) 上，NPN晶体管Q2的发射极连接于接地节点上，NPN晶体管Q2的集电 极连接于节点N2上。NPN晶体管Q3的基极连接于节点N6上，NPN晶 体管Q3的集电极连接于节点N2上。开关SW1连接于NPN晶体管Q3的 发射极与接地节点之间。NPN晶体管Ql-Q3分别对应于本发明的第1-第 3晶体管。
开关SW4连接于NPN晶体管Q3的基极与NPN晶体管Q3的发射极 之间。
NPN晶体管Qll的集电极连接于电源节点上，NPN晶体管Qll的基 极连接于节点Nl上，NPN晶体管Qll的发射极连接于节点N6上。NPN晶体管Q12的集电极和基极连接于节点N6上，NPN晶体管Q12的发射 极连接于接地节点上。
附加于NPN晶体管Ql-Q3、 Qll、 Q12上的"XI"等记号表示当将 流过NPN晶体管Q1的电流设为基准时的NPN晶体管Q1-Q3、 Qll、 Q12 的各晶体管中流过的电流的比。例如，流过NPN晶体管Q2的集电极-发 射极之间的电流与流过NPN晶体管Ql的集电极-发射极间的电流之比为 1。流过NPN晶体管Q3的集电极-发射极之间的电流与流过NPN晶体管 Ql的集电极-发射极间的电流之比为9(10-1)。
开关SW1对应于输入端子Tl的信号Sl，切换导通状态与非导通状 态。在信号S1为H电平的情况下，开关SW1变为导通状态，在信号S1 为L电平的情况下，开关SW1变为非导通状态。
开关SW4与开关SW1联动。当开关SW1为导通状态时，开关SW4 为非导通状态。当开关SW1为非导通状态时，开关SW4为导通状态。由 此，可降低电流IOUT的噪声。
NPN晶体管Ql-Q3、 Qll、 Q12构成电流反射镜电路。当开关SW1 非导通时，电流反射镜的反射镜比为1。当开关SW1导通时，电流反射镜 的反射镜比为10。
放大器12包含PNP晶体管Q4-Q6、 Q13、 Q14与开关SW2、 SW3。
PNP晶体管Q4的集电极连接于节点N2上，PNP晶体管Q4的基极连 接于节点N7上，PNP晶体管Q4的发射极连接于电源节点(即定电位节点) 上。PNP晶体管Q5的基极连接于节点N7(即PNP晶体管Q4的基极)上， PNP晶体管Q5的发射极连接于电源节点上，PNP晶体管Q5的集电极连 接于节点N3上。PNP晶体管Q6的基极连接于节点N7上，PNP晶体管 Q6的集电极连接于节点N3上。PNP晶体管Q4-Q6分别对应于本发明的 第l-第3晶体管。
开关SW2连接于PNP晶体管Q6的发射极与电源节点之间。开关SW3 连接于PNP晶体管Q6的发射极与PNP晶体管Q6的基极之间。
PNP晶体管Q13的发射极连接于电源节点上，PNP晶体管Q13的集 电极和基极连接于节点N7上。PNP晶体管Q14的发射极连接于节点N7 上，PNP晶体管Q14的基极连接于节点N2上，PNP晶体管Q14的集电极连接于接地节点上。
附加于PNP晶体管Q4-Q6、 Q13、 Q14上的"XI"等记号表示当将流 过PNP晶体管Q4的电流设为基准时的PNP晶体管Q4-Q6的各晶体管中 流过的电流比。例如，流过PNP晶体管Q5的发射极-集电极之间的电流 与流过PNP晶体管Q4的发射极-集电极间的电流之比为1。流过PNP晶 体管Q6的发射极-集电极之间的电流与流过PNP晶体管Q4的发射极-集 电极间的电流之比为9(10-1)。
开关SW2对应于输入端子T2的信号S2，切换导通状态与非导通状 态。在信号S2为H电平的情况下，开关SW2变为导通状态，在信号S2 为L电平的情况下，开关SW2变为非导通状态。
开关SW3与开关SW2联动。当开关SW2为导通状态时，开关SW3 为非导通状态。当开关SW2为非导通状态时，开关SW3为导通状态。
PNP晶体管Q4-Q6、 Q13、 Q14构成电流反射镜电路。当开关SW2 非导通时(和开关SW3导通时)，电流反射镜的反射镜比为1。当开关SW2 导通时(和开关SW3非导通时)，电流反射镜的反射镜比为10。
为了降低电流IOUT的噪声来设置开关SW3。开关SW1-SW4例如包 含晶体管来构成。
下面，说明放大部ll中通过设置开关SW4可降低电流IOUT的噪声
的理由。
开关SW1非导通时，开关SW1中流过漏电流IL1。设流入NPN晶体 管Q2、 Q3的集电极的电流合计为101。若设流入NPN晶体管Q2、 Q3的 集电极的电流分别为IQ2、 IQ3，贝IJIOI由下式(l)表示。
I01=IQ2 + IQ3 (1)
这里，在未设置开关SW4的情况下，IQ3=IL1。由此，若变形式(l)， 则电流IOl由下式(2)表示。
I01=IQ2+IL1 (2)
这里，若设NPN晶体管Q3的电流放大率(集电极电流/基极电流)为 hFE—Q3，则NPN晶体管Q3的基极电流由下式(3)表示。 IU/hFE_Q3 (3)
另一方面，由于NPN晶体管Q1、 Q2所构成的电流反射镜的反射镜比为l，所以电流IQ2的大小与NPN晶体管Q1的集电极电流的大小、即 从电流ID中减去NPN晶体管Qll的基极电流后的大小相等。另一方面， NPN晶体管Qll的集电极电流最终变为NPN晶体管Q3的基极电流。若 设NPN晶体管Qll的电流放大率为hFE—Qll，则NPN晶体管Qll的基 极电流由下式(4)表示。
<formula>formula see original document page 14</formula> (4)
因此，电流IQ2由下式(5)表示。
<formula>formula see original document page 14</formula> (5)
根据式(2)、 (5)，电流IOl由下式(6)表示。
<formula>formula see original document page 14</formula>(6)
由于电流放大率hFE—Q3、 hFE_Qll均较大(例如为100)，所以根据式 (6)， 101大致等于ID+IL1。在不设置开关SW4的情况下，由放大部12 放大电流IL1，电流IOUT中会包含较大的噪声。
另一方面，在设置开关SW4的情况下，由于电流IQ3=0，所以根据 式(l)，则IOKQ2。并且，根据式(4)，则NPN晶体管Qll的基极电流变 为(ILl/hFE—Qll)。由此，此时，电流IOl由下式(7)表示。
<formula>formula see original document page 14</formula> (7)
此时，电流IL1被设为l/hFE_Qll倍。由此，可降低漏电流对电流IOl 的影响。由此，可降低电流IOUT中的噪声。
在放大部12中通过设置开关SW3可降低电流IOUT的噪声的理由与 上述理由一样。流过开关SW2的漏电流对应于上述漏电流IL1。 PNP晶体 管Q5的发射极-集电极之间流过的电流对应于上述的电流IQ2。 PNP晶体 管Q6的发射极-集电极之间流过的电流对应于上述的电流IQ3。 PNP晶体 管Q14的基极电流对应于上述NPN晶体管Q11的基极电流。
开关SW3、 SW4对应于本发明的'噪声降低电路，。放大部ll、 12 分别可在至少两个值(l倍与10倍)之间切换放大率。另外，开关SW3、SW4 当放大率被设定为两个值中低的值(即1倍)时，为了从电流IOUT中去除 噪声，而导通(动作)。另外，'噪声降低电路'不限于开关，也可以是其 它构成。
如图3所示，基本上前级和后级的放大器(放大器ll、 12)均具备"噪声降低电路"。由此，从电流IOUT中去除噪声的效果更高。但是，为了 减小半导体芯片的面积，考虑省略前级和后级的放大器之一的"噪声降低 电路"的情况。此时，最好从前级放大器中省略"噪声降低电路"。在由
放大器11放大电流ID的情况下，开关SW2的漏电流也相应变大。通过 在作为后级放大器的放大器12中设置噪声降低电路，可防止在电流IOUT 上重叠较大的噪声。
放大器13包含NPN晶体管Q7、 Q8、 Q15、 Q16与PNP晶体管Q9、 Q10、 Q17、 Q18。
NPN晶体管Q7的集电极连接于节点N3上。NPN晶体管Q7的基极 与NPN晶体管Q8的基极均连接于节点N8上。NPN晶体管Q8的集电极 连接于节点N5上。NPN晶体管Q7的发射极和NPN晶体管Q8的发射极 均连接于接地节点上。
PNP晶体管Q9的发射极和PNP晶体管Q10的发射极均连接于电源 节点上。PNP晶体管Q9的基极和PNP晶体管Q10的基极均连接于节点 N9上。PNP晶体管Q9的集电极连接于节点N5上。PNP晶体管Q10的集 电极连接于端子T3上。
NPN晶体管Q15的集电极连接于电源节点上。NPN晶体管Q15的基 极连接于节点N3上。NPN晶体管Q15的发射极连接于节点N8上。
NPN晶体管Q16的集电极和基极连接于节点N8上。NPN晶体管Q16 的发射极连接于接地节点上。
PNP晶体管Q17的发射极连接于电源节点上。PNP晶体管Q15的基 极和集电极连接于节点N9上。PNP晶体管Q18的发射极连接于节点N9 上。PNP晶体管Q18的基极连接于节点N5上。PNP晶体管Q18的集电极 连接于节点N9上。
NPN晶体管Q7、 Q8、 Q15、 Q16与PNP晶体管Q9、 Q10、 Q17、 Q18 构成电流反射镜电路。NPN晶体管Q7的集电极-发射极之间流过的电流与 NPN晶体管Q8的集电极-发射极之间流过的电流相等("Xl")。另外，PNP 晶体管Q9的发射极-集电极之间流过的电流与PNP晶体管Q10的发射极-集电极之间流过的电流相等("X1")。艮卩，该电流反射镜的反射镜比为1。
节点Nl相当于放大器11的输入端子。节点N2相当于放大器11的输出端子和放大器12的输入端子。节点N3相当于放大器12的输出端子
和放大器12的输入端子。另外，从光电二极管10输出的电流ID对应于 光电二极管10所接收的光而变化。电流ID的变化对应于图2中的电信号 S。
若流过NPN晶体管Q3的集电极-发射极之间的电流与流过NPN晶体 管Ql的集电极-发射极之间的电流之比为从10的幂数中减去1的值，则 不限于9，例如也可以是99(100-1)。同样，若流过PNP晶体管Q6的发射 极-集电极之间的电流与流过PNP晶体管Q4的发射极-集电极之间的电流 之比为从10的幂数中减去1的值，则不限于9，
并且，放大部ll、 12的放大率例如也可在3个值(l倍、10倍、100 倍)之间切换。此时，放大部ll、 12例如也可在将放大率从100倍切换到 IO倍时，分别使开关SW3、 SW4导通。
图9是表示图3所示的放大器的变形例的图。参照图9和图3，放大 器11A进一步具备MOS晶体管QM1-QM3，在这一点上与放大器11不同。 MOS晶体管QM1的两个电极分别连接于NPN晶体管Q1的发射极和接地 节点上。同样，MOS晶体管QM2的两个电极分别连接于NPN晶体管Q12 的发射极和接地节点上。MOS晶体管QM3的两个电极分别连接于NPN 晶体管Q2的发射极和接地节点上。
MOS晶体管QM1-Q由分别利用输入自身的栅极的信号来保持导通状 态。开关SW1是MOS晶体管，M0S晶体管QM1-QM3各自的导通电阻 被设计成与开关SW1的导通电阻相等。
在图3所示的放大器11的情况下，由于开关SW1的导通电阻对NPN 晶体管Q3的放大带来影响(使NPN晶体管Q3的放大率降低)，所以考虑 不能将放大器11的放大率严格地设为10倍。但是，如图9所示，通过在 NPN晶体管Q1、 Q12、 Q2各自的发射极恻配置NOS晶体管，在NPN晶 体管Q1-Q3、 Q12各自的发射极侧产生相同大小的电阻分量。由此，放大 器IIA可以设为目标的放大率来放大信号。
并且，NPN晶体管Q3通过并联连接9个尺寸与NPN晶体管Ql相同 的晶体管来构成。由于包含于NPN晶体管Q3中的9个晶体管和晶体管 Ql、 Q12、 Q2以相同的制造条件形成，所以该9个晶体管各自的放大率与晶体管Q1(和晶体管Q12、 Q2)的放大率相同。由此，照度传感器l制造 时的误差对全部晶体管给予相同的影响。由此，根据图9所示的构成，与 NPN晶体管Q3由具有9倍放大率的单个晶体管构成的情况相比，可将放 大器11A的放大率更正确地设为目标值。
虽然图9未示出，但放大器12也与放大器11A—样，在PNP晶体管 Q4、 Q15、 Q5各自的发射极与电源节点之间连接有MOS晶体管，该MOS 晶体管始终为导通状态。另外，PNP晶体管Q6通过并联连接尺寸与PNP 晶体管Q4相同的9个晶体管而构成。由于包含于PNP晶体管Q6中的9 个晶体管和PNP晶体管Q4、 Q15、 Q5由相同的制造条件形成，所以该9 个晶体管各自的放大率与PNP晶体管Q4(和PNP晶体管Q15、 Q5)的放大 率相同。
在本实施方式的照度传感器中，串联连接可分别由开关来切换放大率 的多个放大器。因此，本实施方式的照度传感器与通过单独设置放大率彼 此不同(例如2倍、20倍、200倍)的多个放大器所构成的照度传感器相比， 在可縮小电路面积和降低功耗的方面有利。但是，若不能通过设置开关来 正确设定放大率，则有可能包含于照度传感器的检测结果中的误差变大。 在图9所示的构成中，放大器包含噪声降低电路和用于正确调整放大率的 MOS晶体管。并且，放大器中包含的放大率较大的晶体管(NPN晶体管 Q3、 PNP晶体管Q6)的尺寸与放大率较小的晶体管(NPN晶体管Q1、 PNP 晶体管Q4)相同，并且，并联连接由与该晶体管相同的制造条件形成的多 个晶体管来构成。由此，可正确设定放大率。
图4是表示图3的幵关SW1、 SW2的设定组合、与放大器11-13的整 体放大率(增益)的关系的图。
参照图4和图3，首先，在开关SW1、 SW2均为OFF(非导通状态)的 情况下，增益为1倍。接着，在开关SW1为ON(导通状态)、并且开关SW2 为OFF的情况下，增益为10倍。并且，当开关SW1、 SW2均为0N时， 增益为100倍。图4所示的"L-增益模式"、"M-增益模式"、"H-增益 模式"表示增益分别为l倍、10倍、IOO倍时的照度传感器的动作模式。
图5是表示本实施方式的照度传感器1可检测的照度范围的实例图。
参照图5，图表的横轴表示光的照度，图表的纵轴表示电压VOUT。电压VOUT的范围D表示AD转换器21的输入电压的最大范围。范围D 例如为0.2-2。
下面参照图5和图4来进行说明。范围BL、 BM、 BH分别表示L-增 益模式、M-增益模式、H-增益模式下照度传感器l可检测的照度范围。
范围A表示本实施方式的照度传感器1可检测的照度范围。如图5所 示，范围A是重叠范围BL、 BM、 BH的范围。例如，范围A是数十[Lx] -数万[Lx]的范围。这样，根据本实施方式，可拓宽照度检测范围。
图6是表示图2所示的处理电路22的控制处理的流程图。
参照图6和图2，开始处理后，首先在步骤ST1中，处理电路22进
行动作模式的初始设定。此时的照度传感器1的动作模式例如被设定为 M-增益模式。另外，处理电路22由于进行给从AD转换器21接收的数字
数据乘以系数的处理，所以设定系数的初始值。
接着，在步骤ST2中，处理电路22从AD转换器21取得电压VOUT 的值(数字数据)。接着，在步骤ST3中，处理电路22判定电压VOUT的 值是否为0.2以上。这里，AD转换器21的输入电压范围(模拟数据可变换 的范围)的下限值为0.2。在电压VOUT的值为0.2以上的情况下(步骤ST3 为是)，处理前进到步骤ST4。另一方面，在电压VOUT的值不足0.2的情 况下(步骤ST3为否)，处理前进到后述的步骤ST13。
在步骤ST4中，处理电路22判定电压VOUT的值是否为2以下。这 里，AD转换器21的输入电压范围的上限值为2。在步骤ST4中电压VOUT 的值为2以下的情况下(步骤ST4为是)，处理前进到步骤ST5。另一方面， 在电压VOUT的值比2大的情况下(步骤ST4为否)，处理前进到步骤ST7。
在电压VOUT的值位于AD转换器21的输入电压范围内的情况下， 即电压VOUT的值位于0.2与2之间的情况下，处理前进到步骤ST5。在 步骤ST5中，处理电路22不变更动作模式，保持不变。接着，在步骤ST6 中，处理电路22不变更预先设定的系数，保持不变。若步骤ST6的处理 结束，则整体的处理再次返回到步骤ST2。
在步骤ST7中，处理电路22判定照度传感器1的当前动作模式是否 是L-增益模式。在当前动作模式是L-增益的情况下(步骤ST7为是)，处理 前进到步骤ST5。在动作模式是L-增益模式的情况下，将照度传感器1的增益设定为最
低值(l倍)。由此，即便电压VOUT高于2V，处理电路22也不能降低照 度传感器l的增益。由此，在步骤ST5中，处理电路22不变更照度传感 器1的动作模式地保持为L-增益模式。并且，在步骤ST6中，处理电路 22不变更系数地保持不变。
在步骤ST7中，在动作模式是M-增益模式或H-增益模式的情况下(步 骤ST7为否)，处理前进到步骤ST8。
在步骤ST8中，处理电路22判定照度传感器1的当前动作模式是否 是M-增益模式。在当前动作模式是M-增益模式的情况下(步骤ST8为是)， 在步骤ST9中，处理电路22为了降低照度传感器1的增益，将照度传感 器l的动作模式变更为L-增益模式。并且，在步骤ST10中，处理电路22 变更系数。
另一方面，在当前动作模式是H-增益的情况下(步骤ST8为否)，在步 骤ST11中，处理电路22为了降低照度传感器1的增益，将照度传感器l 的动作模式变更为M-增益模式。并且，在步骤ST12中，处理电路22变
更系数。
步骤ST10或步骤ST12的处理结束后，整体的处理再次返回到步骤
ST2。
在步骤ST13中，处理电路22判定照度传感器1的当前动作模式是否 是H-增益模式。所谓照度传感器1的动作模式是H-增益模式的情况意味 着照度传感器1的增益为最大值(100倍)的状态。在照度传感器1的动作 模式是H-增益模式的情况下(步骤ST13为是)，处理前进到步骤ST14。
所谓处理前进到步骤ST14的情况是处理电路22不能进一步提高照度 传感器l的增益的情况。由此，在步骤ST14中，处理电路22不变更照度 传感器l的当前动作模式，保持为H-增益模式不变。并且，在步骤ST15 中，处理电路22不变更系数，保持不变。
另一方面，在步骤ST13中，在照度传感器l的动作模式是L-增益模 式或M-增益模式的情况下(步骤ST13为否)，处理前进到步骤ST16。
在步骤ST16中，处理电路22判定照度传感器1的当前动作模式是否 是M-增益模式。在动作模式是M-增益模式的情况下(步骤ST16为是)，则在步骤ST17中，处理电路22为了提高照度传感器1的增益，而将照度传 感器1的动作模式变更为H-增益模式。并且，在步骤ST18中，处理电路 22变更系数。
另一方面，在步骤ST16中，在照度传感器l的动作模式是L-增益模 式的情况下(步骤ST16为否)，在步骤ST19中，处理电路22为了提高照 度传感器1的增益，将照度传感器1的动作模式变更为M-增益模式。并 且，在步骤ST20中，处理电路22变更系数。
步骤ST15的处理、步骤ST18的处理、步骤ST20的处理之一的处理 后，整体的处理再次返回到步骤ST2。
图7是表示搭载本实施方式的照度传感器1的电子设备的具体例的图。
参照图7，电子设备IOO是便携电话。下面，也将电子设备100称为 "便携电话100"。
便携电话100包含键输入部30、与显示部32。键输入部30受理用户 的键输入。键输入部30可变更亮度。显示部32包含例如液晶显示器、背
光灯和背光灯的驱动电路，可变更亮度。
键输入部30包含开始键50、结束键52与数字键60。开始键50受理
开始通话或发信的输入。结束键52受理结束通话或发信的意图的输入。 数字键60受理由"0" - "9" 、 "*"和"# "构成的数字和记号的输入。 键输入部30进一步包含背光灯和背光灯的驱动电路(均未图示)。
便携电话100进一步包含麦克风40与扬声器42。麦克风40受理基于 用户声音的输入，将其变换为信号。扬声器42输出声音。
便携电话100内置照度传感器1。照度传感器1既可邻接麦克风40 设置，也可设置在区域32A(与显示部32相邻的区域)中。便携电话100的 壳体中在对应于照度传感器l的位置上，设置照度传感器用于接受光的窗 卩。
在便携电话100中，照度传感器1具体用于下面的用途。例如，如白 天或亮的室内那样，若照射到照度传感器l的光量多，则控制装置2在熄 灭键输入部30的背光灯的同时，将显示部32的背光灯提高到最大亮度。 相反，在夜晚的屋外等光量较少的场所，对应于照度传感器1的检测结果，控制装置2在点亮键输入部30的背光灯的同时，减少显示部32的背光灯 的光量。
在背光灯的扩散板的部分是反射光的类型的情况下，若照度传感器1
检测到的照度高，则控制装置2使背光灯熄灭。由此，可使电池的功耗降低。
如上所述，本实施方式的照度传感器具备对应于从外部输入的多个控 制信号使放大率分别变化的多个放大器。由此，根据本实施方式，由于可 对应于光电二极管接收到的光的照度来选择最佳的放大率，所以可拓宽照 度检测范围。
另外，本发明的感光部不限于光电二极管，例如也可以是光电晶体管。
另外，图3所示的开关SW1、 SW2设置在晶体管的发射极侧，但也可设 置在晶体管的集电极侧。另外，在图2和图3中，示出串联连接的放大器 的级数为3级的情况，但也可通过将级数设定为4级以上，由此与并联连 接多个放大部的情况相比，进一步縮小半导体芯片的尺寸。另外，串联连 接的放大部的级数也可以是2级。
这次公开的实施方式在所有方面均是示例，不应认为是限制实例。本 发明的范围由权利要求的范围而非上述说明表示。意图包含与权利要求的 范围相等的含义和范围内的全部变更。
权利要求
1、一种照度传感器，其中，具备感光部，接受光，且输出对应于接受到的光的照度的电信号；和多个放大部，彼此串联连接，放大所述电信号，所述多个放大部中至少一个放大部对应于控制信号，使放大率变化。
2、 根据权利要求1所述的照度传感器，其特征在于， 所述至少一个放大部在1与比1大的值之间切换所述放大率。
3、 根据权利要求2所述的照度传感器，其特征在于， 所述比1大的值为从10的幂数中减去1的值。
4、 根据权利要求1所述的照度传感器，其特征在于 所述至少一个放大部可在至少两个值之间切换所述放大率，并且包含噪声降低电路，该噪声降低电路在所述放大率被设定为所述两个值中较低 的值时动作。
5、 根据权利要求1所述的照度传感器，其特征在于， 所述至少一个放大部包含第1晶体管，其集电极与将输入信号输入的输入节点电结合，其发射极与定电位节点电结合；第2晶体管，其基极与所述第1晶体管的基极电结合，其发射极与所 述定电位节点电结合，其集电极与输出节点电结合；和第3晶体管，其基极与所述第1晶体管的基极电结合，其集电极与所 述输出节点电结合，流过所述第2晶体管的电流与流过所述第1晶体管的电流之比为1，流过所述第3晶体管的电流与流过所述第1晶体管的电流之比为比1 大的值，所述至少一个放大部还包含开关，该开关电结合于所述第3晶体管的 发射极与所述定电位节点之间，对应于所述多个控制信号中的对应的控制 信号，切换导通与非导通。
6、 根据权利要求5所述的照度传感器，其特征在于， 所述至少一个放大部进一步包含设置在所述第3晶体管的发射极与所述第3晶体管的基极之间的其他开关，所述其他开关在所述开关为导通状态时变为非导通状态，在所述开关 为非导通状态时变为导通状态。
7、 根据权利要求6所述的照度传感器，其特征在于，所述至少一个放大部是所述多个放大部中初级放大部之后的后级放 大部，所述照度传感器进一步具备连接于所述多个放大部的后级、并且放大 率被固定的其他放大部。
8、 一种电子设备，具备权利要求l-7之一所述的照度传感器。
9、 根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于， 所述电子设备进一步具备AD变换器，将所述照度传感器的输出电压变换为数字数据；和处理电路，对所述照度传感器输出所述多个控制信号，并且读入所述 数字数据，对读入的所述数字数据乘以系数；所述处理电路对应于输出的所述多个控制信号，决定所述系数。
10、 根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于， 所述电子设备迸一步具备可变更自身亮度的键输入部； 可变更自身亮度的显示部；和对应于所述照度传感器的检测结果，控制所述键输入部和所述显示部 的亮度的控制装置。
全文摘要
搭载于电子设备上的照度传感器(1)包含多个放大器(11、12)。多个放大器(11、12)通过接受对应于多个放大器(11、12)的每个的信号(S1、S2)，使放大率变化。利用多个放大器(11、12)的放大率(例如10倍和1倍)的组合，以例如1倍、10倍、100倍之一的放大率来放大从光电二极管(10)输出的电流。由此，可对应于从光电二极管(10)输出的电流，选择适当的放大率。另外，可将从照度传感器(1)输出的电压(VOUT)控制成收纳于AD转换器(21)的输入电压的最大范围内。
文档编号G01J1/44GK101432604SQ20078001561
公开日2009年5月13日 申请日期2007年5月17日 优先权日2006年5月18日
发明者上平祥嗣, 藤野纯士 申请人:罗姆股份有限公司