專利名稱：一種紅外線檢測電路以及紅外線檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外線檢測電路以及紅外線檢測器。
背景技術(shù)：
一種現(xiàn)有的紅外線檢測器，如圖15所示，設(shè)有用于檢測人體放射出的紅外光線的焦熱電元件100，用于將焦熱電元件100的檢測電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電流電壓轉(zhuǎn)換電路200，與電流電壓轉(zhuǎn)換電路200連接的耦合電容C30，與耦合電容C30的輸出連接的電壓放大電路300，與電壓放大電路300連接的低通濾波器400，與低通濾波器400連接的高通濾波器500，與高通濾波器500連接的放大電路600，以及與放大電路600連接的輸出電路700。
電流電壓轉(zhuǎn)換電路200包含柵極與焦熱電元件100連接的FET(場效應(yīng)晶體管)，與焦熱電元件100的相對端并聯(lián)的電阻Rg，以及設(shè)置在FET的源極和地之間的電阻Rs。低通濾波器400和高通濾波器500各包含開關(guān)電容。
這種結(jié)構(gòu)的紅外線檢測器的工作如下。從焦熱電元件100輸出的檢測電流信號通過電阻Rg被轉(zhuǎn)換成電壓信號并施加在FET的柵極上，由此漏極電流從FET的源極流向其漏極。通過漏極電流的流動在FET和電阻Rs之間產(chǎn)生源極電壓。在源極電壓的直流(dc)成分被耦合電容C30截除后，源極電壓通過電壓放大電路300以放大因子(1+R20/R10)被放大，并最終處理成在指定頻段上的電壓信號，其高頻成分和低頻成分被低通濾波器400和高通濾波器500截除。該電壓信號通過放大電路600以設(shè)定的增益被放大，并與其中規(guī)定電平比較后作為檢測信號從輸出電路700輸出。
但是，上述的耦合電容C30需要具有大的電容量來使表示人體等移動的大約1Hz的頻率成分通過。這樣，就必須使用大尺寸的電容。該大尺寸的電容由于難以集成不得不分開設(shè)置在外部。這種外部設(shè)置的耦合電容C30對紅外線檢測器的小型化或集成化將成為一大障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題的紅外線檢測電路和裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種紅外線檢測電路由電流電壓轉(zhuǎn)換電路、用于放大電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號的放大電路、包含開關(guān)電容并用于使來自放大電路的電壓信號在指定頻帶上的成分通過的帶通濾波電路、用于產(chǎn)生參考時(shí)鐘信號來控制開關(guān)電容的時(shí)鐘產(chǎn)生電路、以及用于輸出由帶通濾波電路輸出的等于或大于閾值電平的電壓信號作為檢測信號的輸出電路構(gòu)成。
電流電壓轉(zhuǎn)換電路與可產(chǎn)生對應(yīng)于接收到的紅外光線的電流信號的焦熱電元件連接來由此將焦熱電元件輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。電流電壓轉(zhuǎn)換電路包含與焦熱電元件連接的運(yùn)算放大器，電容，以及用于反饋直流成分的反饋電路。該電容和反饋電路相互并聯(lián)在運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間。
焦熱電元件與上述的紅外線檢測電路的電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接以構(gòu)成紅外線檢測器。
在閱讀以下的詳細(xì)說明和相關(guān)附圖后，本發(fā)明的這些和其它目的，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯。


圖1是本發(fā)明的紅外線檢測器的一個(gè)實(shí)施例檢的分解透視圖；圖2是在紅外線檢測器中使用的紅外線檢測電路的電路圖；圖3是在紅外線檢測器中使用的第一變形紅外線檢測電路的電路圖；圖4是在紅外線檢測器中使用的第二變形紅外線檢測電路的電路圖；圖5是在紅外線檢測器中使用的第三變形紅外線檢測電路的電路圖；圖6是在紅外線檢測器中使用的第四變形紅外線檢測電路的電路圖；圖7是在紅外線檢測器中使用的第五變形紅外線檢測電路的電路圖；圖8是在紅外線檢測器中使用的第六變形紅外線檢測電路的主要部分的電路圖，顯示電流電壓轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路；圖9是在紅外線檢測器中使用的第七變形紅外線檢測電路的電路圖；圖10是在紅外線檢測器中使用的第八變形紅外線檢測電路的電路圖；圖11是在紅外線檢測器中使用的第九變形紅外線檢測電路的主要部分的電路圖，顯示電流電壓轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路；圖12是在紅外線檢測器中使用的第十變形紅外線檢測電路的主要部分的電路圖，顯示電流電壓轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路；圖13是在紅外線檢測器中使用的第十一變形紅外線檢測電路的主要部分的電路圖，顯示電流電壓轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路；圖14是圖13所示的紅外線檢測電路的開關(guān)控制部分的電路圖；以及圖15是顯示現(xiàn)有紅外線檢測電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式
參照圖1，分解顯示了根據(jù)本發(fā)明的紅外線檢測器的一個(gè)實(shí)施例的檢構(gòu)造，該紅外線檢測器包含具有三條與其底面連接的導(dǎo)線12的盤狀基座11，通過兩個(gè)墊條17安裝在基座11上面的盤狀印刷電路板16，基本上安裝在印刷電路板16中間并具有矩形光檢測表面的焦熱電元件1，在其頂壁上具有濾光窗14并用于覆蓋印刷電路板16的底部中空的圓罐13，以及安裝在圓罐13的頂壁上的圓頂狀大直徑的聚光透鏡15。聚光透鏡15是包含多個(gè)透鏡的多透鏡。
從人體放射出的紅外光線通過透鏡15和濾光窗14入射到焦熱電元件1上。用于處理檢測電流信號的紅外線檢測電路安裝在印刷電路板16的背面。紅外線檢測電路集成在一個(gè)芯片中。
紅外線檢測電路的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。這個(gè)紅外線檢測電路設(shè)有用于將來自焦熱電元件1的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電流電壓轉(zhuǎn)換電路2，與電流電壓轉(zhuǎn)換電路2的輸出連接的電壓放大電路3，與電壓放大電路3的輸出連接的帶通濾波電路4，以及與帶通濾波電路4的輸出連接的輸出電路5。
當(dāng)溫度由于放射出的熱浪升高時(shí)，焦熱電元件1產(chǎn)生對應(yīng)于溫度升高的極化電荷，并將這些極化電荷作為檢測電流信號輸出。
電流電壓轉(zhuǎn)換電路2包含反相輸入端與焦熱電元件1一端連接的運(yùn)算放大器21，連接在運(yùn)算放大器21的輸出端和反相輸入端之間的反饋電容Cf，以及與反饋電容Cf并聯(lián)的電阻電路元件Z。輸出用于設(shè)定輸出的電壓信號的工作點(diǎn)的參考電壓Vr的供電電源E，連接在運(yùn)算放大器21的正相輸入端和地之間。由于電流電壓轉(zhuǎn)換電路2包含運(yùn)算放大器21并通過電阻電路元件Z給出一個(gè)負(fù)反饋，因此抑制了工作點(diǎn)的變化。這就不需要傳統(tǒng)所使用的用于切斷工作點(diǎn)變化的耦合電容，結(jié)果能極大地縮小紅外線檢測電路的尺寸。
電流電壓轉(zhuǎn)換電路2設(shè)有反饋電容Cf。焦熱電元件1輸出的0.1到1.0Hz左右頻帶的對檢測人體重要的電流成分通過使用反饋電容Cf被轉(zhuǎn)換成電壓信號。在傳統(tǒng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路中，通過使用電阻元件將來自焦熱電元件的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，產(chǎn)生的問題是由于電阻元件可能產(chǎn)生熱噪聲的因素，轉(zhuǎn)換后的電壓信號含有相當(dāng)數(shù)量的噪聲。另一方面，電容理論上不產(chǎn)生熱噪聲。因此，顯然該實(shí)施例中使用電容Cf的電流電壓轉(zhuǎn)換電路2可以幾乎沒有噪聲地將來自焦熱電元件的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
電壓放大電路3是反相放大電路的形式，且包含具有通過電阻R1與電流電壓轉(zhuǎn)換電路2的輸出端連接的反相輸入端的運(yùn)算放大器31，以及設(shè)置在運(yùn)算放大器31的輸出端和反相輸入端之間的電阻R2。此外，輸出用于設(shè)定輸出電壓信號的工作點(diǎn)的參考電壓Vr的供電電源E與運(yùn)算放大器31的正相輸入端連接。
由于運(yùn)算放大器21具有非常低的輸出阻抗，所以不需要考慮與運(yùn)算放大器21的輸出端連接的電路的輸入阻抗。因此，具有低輸入阻抗的反相放大電路3與運(yùn)算放大器21的輸出端連接從而放大電壓。
反相放大電路在本實(shí)施例中用作電壓放大電路3。相反，如果使用正相放大電路，那么就需要將供電電源連接在與運(yùn)算放大器31的反相輸入端連接的增益電阻和地之間。如果供電電源按這種方法連接，電流就流進(jìn)其中且由于其內(nèi)部阻抗引起的電壓降低導(dǎo)致供電電源變得不穩(wěn)定。這樣，需要一個(gè)電源與焦熱電元件1和電流電壓轉(zhuǎn)換電路2連接的電源E分開連接。另一方面，像在本實(shí)施例中電壓放大電路3由反相放大電路構(gòu)成，那么電源E可以直接與運(yùn)算放大器31的正相輸入端連接。此外，由于正相輸入端具有高輸入阻抗，所以沒有電流流進(jìn)電源E且不會由于電源E的內(nèi)部阻抗使電壓降低。這樣，可以穩(wěn)定反相放大電路的參考電壓。因此，電流電壓轉(zhuǎn)換電路2和電壓放大電路3可以使用同一個(gè)供電電源E，由此可以使檢測電路更小。此外，使用共同的電源E允許電流電壓轉(zhuǎn)換電路2的參考電壓和電壓放大電路3的參考電壓相互一致，結(jié)果使電路2和3各自的工作點(diǎn)相互一致。因此，可以將該工作點(diǎn)調(diào)節(jié)到一個(gè)可忽略的變化量，甚至不需要在電路2和3之間設(shè)置耦合電容。
帶通濾波電路4設(shè)有開關(guān)電容濾波器來最小化紅外線檢測電路，并給出了頻帶為0.1到1.0Hz的對檢測人體重要的提供規(guī)定增益，接著輸出該電壓信號。該開關(guān)電容濾波器具有電阻部件。該電阻部件由包含電容和與時(shí)鐘產(chǎn)生電路6連接的如MOSFET等的開關(guān)元件的開關(guān)電容構(gòu)成。通過來自時(shí)鐘產(chǎn)生電路6的參考時(shí)鐘信號控制開關(guān)元件的開和關(guān)來對電容進(jìn)行充電和放電，由此使電容具有與電阻元件相同的功能。通過開關(guān)電容的等效電阻值R表示為R＝1/f·C，其中f和C分別表示施加到開關(guān)元件上的時(shí)鐘信號的頻率(采樣頻率)和該電容的電容量。
在帶通濾波電路4中設(shè)有上述的開關(guān)電容濾波器，當(dāng)輸入的電壓信號中含有大量高頻成分時(shí)可能產(chǎn)生反回噪聲。但是，在本實(shí)施例中，電流電壓轉(zhuǎn)換電路2通過電容Cf實(shí)現(xiàn)了電流到電壓的轉(zhuǎn)換。電容Cf的阻抗表示為1/(2π·f·Cf)。頻率越高電容Cf的阻抗越小。因此，電流電壓轉(zhuǎn)換電路2輸出的電壓信號中的高頻成分被極大地消除了。換句話說，具有可忽略高頻成分的電壓信號被輸入到帶通濾波電路4中。在帶通濾波電路4中的反回噪聲可以被抑制。
輸出電路5包含比較器，用于使由帶通濾波電路4輸出的電壓信號與指定的閾值電平進(jìn)行比較，并當(dāng)電壓信號等于或大于閾值電平時(shí)輸出檢測信號。
紅外線檢測器的工作如下。將由焦熱電元件1輸出的檢測電流信號輸入到電流電壓轉(zhuǎn)換電路2中。檢測電流信號在0.1到1.0Hz的頻帶中對檢測人體重要的電流信號通過電容Cf的阻抗成分1/(2π·f·Cf)被轉(zhuǎn)換成電壓信號。這樣，高頻成分被消除且提高了S/N比。隨后，在電壓放大電路3中以放大因子R2/R1被放大后，通過電流電壓轉(zhuǎn)換電路2轉(zhuǎn)換后的電壓信號具有被帶通濾波電路4截取的0.1到1.0Hz的頻帶成分。由于高頻成分在電流電壓轉(zhuǎn)換電路2中被消除，所以抑制了反回噪聲在帶通濾波電路4中的產(chǎn)生。隨后，作為結(jié)果的電壓信號在輸出電路5中與閾值電平比較后輸出檢測信號。
如上所述，根據(jù)紅外線檢測電路，可以省略在傳統(tǒng)紅外線檢測電路中使用耦合電容，并可以共同使用與焦熱電元件1、電流電壓轉(zhuǎn)換電路2和電壓放大電路3連接的供電電源E。這樣，可以使紅外線檢測電路更小。此外，由于高頻成分被電流電壓轉(zhuǎn)換電路2消除，所以可以抑制反回噪聲在帶通濾波電路4中的產(chǎn)生。
圖3是在紅外線檢測器中使用的第一變形紅外線檢測電路的電路圖。該紅外線檢測電路除了額外設(shè)置在帶通濾波電路4和輸出電路5之間的第二放大電路7外與圖2所示的紅外線檢測電路相同。該第二放大電路7是正相放大電路，并包含具有與帶通濾波電路4的輸出端連接的正相輸入端的運(yùn)算放大器61，連接在運(yùn)算放大器61的輸出端和反相輸入端之間的電阻R3，以及與運(yùn)算放大器61的反相輸入端連接的電阻R4。用于設(shè)定工作點(diǎn)在指定電平上的供電電源E連接在電阻R4和地之間。
在0.1到1.0Hz頻帶中的信號成分對于檢測人體和活體組織是重要的。為此，安排在第二放大電路7前的帶通濾波電路4的頻率工作特性設(shè)置在峰值頻率大約1.0Hz。結(jié)果，通過帶通濾波電路4衰減在大約0.1Hz頻率中的信號成分。因此，為了與衰減的電壓信號一致，輸出電路5的閾值電平必須設(shè)置較低以便檢測在大約1.0Hz頻率中衰減的信號成分，這必然使噪聲的影響不可忽略并導(dǎo)致更高錯(cuò)誤檢測的可能性。如果假設(shè)在大約0.1Hz頻帶中的電壓信號通過帶通濾波電路4被衰減例如大約20dB(輸出信號的幅值變?yōu)檩斎胄盘柕?/10)，則由電壓放大電路3輸出的電壓信號的幅值必須是閾值電平的10倍，以便使輸出電路5將電壓信號與閾值電平進(jìn)行精確比較并輸出檢測信號。為了保證幅值為閾值電平10倍的輸出電壓，運(yùn)算放大器31的電源電壓的電平需要至少是閾值電平的10倍。電源電壓的電平通常大約為15V，盡管這取決于使用的運(yùn)算放大器31的特性，因此，運(yùn)算放大器31的電源電壓的電平有一個(gè)指定增長極限。另一方面，可以考慮通過減少輸出電路5的閾值電平來保持運(yùn)算放大器31的低電源電壓的電平。但是，如果閾值電平減少了，那么輸出電路5可能輸出甚至響應(yīng)具有小幅值的噪聲信號的檢測信號，因此，減少閾值電平也有一個(gè)指定的極限。這樣，閾值電平通常設(shè)置在大約運(yùn)算放大器31的電源電壓的電平的一半。但是，在這種情況下，如果在約0.1Hz頻帶中的電壓信號的幅值被帶通濾波電路4衰減到1/2或更低，那么輸出電路5不能輸出檢測信號。
因此，在這個(gè)變形實(shí)施例的電流電壓轉(zhuǎn)換電路中，放大電路7連接在帶通濾波電路4和輸出電路5之間，用于通過放大在帶通濾波電路4中被衰減的電壓信號的幅值電平到基本上閾值電平來解決上述問題。
如上所述，根據(jù)第一變形紅外線檢測電路，通過在帶通濾波電路4和輸出電路5之間連接放大電路7來放大由帶通濾波電路4輸出的被衰減的電壓信號的幅值基本上到閾值電平，防止輸出電路5得出錯(cuò)誤的檢測。因此，相當(dāng)大地提高了該電路的檢測精度。
圖4是第二變形紅外線檢測電路的電路圖。該第二變形紅外線檢測電路除了設(shè)置在帶通濾波電路4和輸出電路5之間的高通濾波器8外與圖2所示的紅外線檢測電路相同。該高通濾波器8包含具有通過電容C1與帶通濾波電路4的輸出連接的正相輸入端的運(yùn)算放大器71，連接在運(yùn)算放大器71的輸出端和反相輸入端之間的電容C2，以及與電容C2并聯(lián)的開關(guān)電容SC。采用該開關(guān)電容SC為了使如上所述的電路小型化。供電電源E同時(shí)與運(yùn)算放大器71的正相輸入端和開關(guān)電容SC連接。由于高通濾波器8的通帶增益由電容量比率C1/C2來表示，所以可以通過適當(dāng)設(shè)置電容C1和C2的電容量來獲得期望增益。
在第一變形實(shí)施例中說明了帶通濾波電路4和輸出電路5之間的放大電路7所提供的作用。如果放大電路7的放大因子(增益)被設(shè)置高了，由于帶通濾波電路4輸出的電壓信號的補(bǔ)償成分以高放大因子放大，有可能極大地改變輸出電壓信號的工作點(diǎn)。
因此，通過在帶通濾波電路4和輸出電路5之間連接帶有增益的高通濾波器8來抑制這種工作點(diǎn)的變化，消除帶通濾波電路4輸出的電壓信號的低頻成分。由于0.1到1.0Hz頻率成分的電壓信號在被放大到近似閾值電平的一個(gè)電平后被輸出，所以可以防止輸出電路5得出錯(cuò)誤檢測。因此，檢測電路的檢測精度顯著提高了。
如上所述，根據(jù)第二變形紅外線檢測電路，由于高通濾波器8輸出的電壓信號的工作點(diǎn)變化得到抑制且0.1到1.0Hz頻率成分的電平在被放大到近似閾值電平后被輸出，所以可以防止輸出電路5得出錯(cuò)誤檢測。因此，檢測電路的檢測精度顯著提高了。此外，由于開關(guān)電容SC被用作高通濾波器8的電阻部件，所以可以小型化檢測電路并可以穩(wěn)定其溫度特性。
圖5是一個(gè)第三變形紅外線檢測電路的電路圖。該第三變形紅外線檢測電路除了設(shè)有由高通濾波器和低通濾波器交替依次連接構(gòu)成的帶通濾波電路41外與所述的紅外線檢測電路相同。高通濾波器和低通濾波器都由開關(guān)電容構(gòu)成。更具體地，高通濾波器(HPF)411、低通濾波器(LPF)412、高通濾波器(HPF)413、低通濾波器(LPF)414和高通濾波器(HPF)415共5個(gè)濾波器從電壓放大電路3的輸出相繼連接。
這些濾波器不僅用作帶通濾波電路來提取檢測人體必要的信號成分，而且具有以下功能。第一級高通濾波器411通過濾除電壓放大電路3輸出的電壓信號中的低頻成分來抑制工作點(diǎn)的變化。第二級低通濾波器412輸出1Hz或更低頻帶的電壓信號，同時(shí)對該信號提供指定的增益。
第三和第五級高通濾波器413、415通過濾除第二和第四級低通濾波器412、414輸出的電壓信號中低頻成分來抑制工作點(diǎn)的變化。需要降低開關(guān)電容中電容的電容量以便增加形成帶通濾波電路4的電阻阻值并集成該電路41。如果降低電容的電容量，那么在開關(guān)操作中由脈沖信號產(chǎn)生的穿通噪聲顯著增加了。穿通噪聲的增加反過來增加了運(yùn)算放大器的補(bǔ)償成分，引起低通濾波器412、414輸出的電壓信號的工作點(diǎn)的極大變化。由于這個(gè)原因，通過在第三和第五級連接高通濾波器413、415濾除低頻成分來抑制工作點(diǎn)的變化。
如果帶通濾波電路41由單獨(dú)的隨后給予高增益的低通濾波器構(gòu)成(也就是，帶通濾波電路41由高通濾波器411、低通濾波器412以及高通濾波器413構(gòu)成)，那么有可能使直流成分被極大地放大且低通濾波器412輸出的電壓信號飽和。因此，在帶通濾波電路41中，在各個(gè)低通濾波器412和414之間分配增益防止低通濾波器412、414輸出的電壓信號飽和，以及第二和第四級低通濾波器412、414引起的工作點(diǎn)的變化被第三和第五級高通濾波器413、415可靠濾除，顯著抑制工作點(diǎn)的變化。此外，如果在各個(gè)低通濾波器412和414之間分配增益，那么低通濾波器412和414的開關(guān)電容可以由低容量電容構(gòu)成，使紅外線檢測電路能夠小型化。
如上所述，根據(jù)第三變形紅外線檢測電路，其中兩個(gè)低通濾波器412、414設(shè)置用于在各個(gè)低通濾波器412和414之間分配增益，這可以被實(shí)現(xiàn)來防止低通濾波器412、414輸出的電壓信號飽和，以及給予輸出電壓信號高增益。因此，帶通濾波電路41輸出的電壓信號可以無需放大就被傳送到輸出電路5中。也就是說，無需設(shè)置放大電路，這就導(dǎo)致了紅外線檢測電路的小型化。此外，由于低通濾波器412(414)安置在高通濾波器411、413、415之間，可以確實(shí)地抑制由穿通噪聲引起的工作點(diǎn)的變化。
圖6是第四變形紅外線檢測電路的電路圖。該第四變形紅外線檢測電路除了設(shè)有由連接第一級低通濾波器421和第二級高通濾波器422構(gòu)成的帶通濾波電路42外，與圖2所示的紅外線檢測電路相同。如圖2所示的紅外線檢測電路的連接中所述，電流電壓轉(zhuǎn)換電路2使用電容Cf完成電流到電壓的轉(zhuǎn)換來減少帶通濾波電路4中產(chǎn)生的反回噪聲。但是，僅使用這樣的轉(zhuǎn)換很難完全抑制反回噪聲的產(chǎn)生。因此，在第四變形例中，設(shè)置在帶通濾波電路42的第一級的低通濾波器421在濾除電壓信號的高頻成分后引入電壓信號給高通濾波器422，由此抑制了由開關(guān)電容引起的反回噪聲的產(chǎn)生。此外，由于連接在第二級的高通濾波器422的濾波抑制了工作點(diǎn)的變化。因此第四變形紅外線檢測電路可以更可靠地抑制反回噪聲的產(chǎn)生。
圖7是第五變形紅外線檢測電路的電路圖。該第五變形紅外線檢測電路除了設(shè)有電流電壓轉(zhuǎn)換電路22外與圖2所示的紅外線檢測電路相同。具體地，該電流電壓轉(zhuǎn)換電路22通過連接與反相輸入端和焦熱電元件1連接的運(yùn)算放大器221并聯(lián)的電阻Ri和直流反饋電路DF，以及連接在運(yùn)算放大器221的輸出端和反相輸入端之間的電容Cf構(gòu)成。直流反饋電路DF是集成電路，并包含正相輸入端與運(yùn)算放大器221的輸出端連接的運(yùn)算放大器223，連接在運(yùn)算放大器223的正相輸入端和輸出端之間的電容C3，以及與電容C3連接的電阻R5。此外，用于設(shè)定工作點(diǎn)在指定電平上的供電電源E連接在電阻R5和地之間。在電流電壓轉(zhuǎn)換電路22中，通過使用直流反饋電路DF反饋運(yùn)算放大器221的輸出。因此，交流電流成分在衰減時(shí)被反饋。輸出電壓信號的工作點(diǎn)可以更穩(wěn)定。這樣，甚至在不使用耦合電容的情況下可以穩(wěn)定工作點(diǎn)。
如上所述，直流反饋電路與電流電壓轉(zhuǎn)換電路22連接的第五變形紅外線檢測電路，可以降低輸出電壓信號的工作點(diǎn)的變化，實(shí)現(xiàn)電流到電壓的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換。
圖8是第六變形紅外線檢測電路的部分電路圖。該第六變形紅外線檢測電路除了兩個(gè)參考電壓電路1003和1004外與第五變形紅外線檢測電路相同。在第六變形紅外線檢測電路中，兩個(gè)參考電壓電路1003和1004被用于提供設(shè)定焦熱電元件1、電流電壓轉(zhuǎn)換電路22和電壓放大電路3的工作點(diǎn)用的參考電壓。參考電壓電路1003與焦熱電元件1的一端連接，而參考電壓電路1004與運(yùn)算放大器221的正相輸入端和運(yùn)算放大器31的正相輸入端連接。
由于焦熱電元件1從外部安裝在形成集成電路的紅外線檢測電路上，所以噪聲可以通過焦熱電元件1和電流電壓轉(zhuǎn)換電路2之間的觸點(diǎn)進(jìn)入。如果只有一個(gè)參考電壓電路用于將參考電壓施加給焦熱電元件1、電流電壓轉(zhuǎn)換電路2和電壓放大電路3，那么電流電壓轉(zhuǎn)換電路2和電壓放大電路3的工作因通過觸點(diǎn)進(jìn)入的噪聲的影響變得不穩(wěn)定。這樣，分開的參考電壓電路在第五變形例中被設(shè)置用于提供參考電壓給焦熱電元件1以及提供參考電壓給電流電壓轉(zhuǎn)換電路22和電壓放大電路3。
但是，這種結(jié)構(gòu)會具有以下問題。如果Vn1、Vn2分別表示為參考電壓電路1003通常輸出的噪聲電壓和參考電壓電路1004通常輸出的噪聲電壓，那么噪聲電壓Vn1、Vn2對運(yùn)算放大器31輸出的電壓信號的作用大小由下述方程(1)表示Vn1{(Cs+Cf)/Cf}×(-R2/R1)+Vn1×(R1+R2)/R1+Vn2(-Cs/Cf)×(-R2/R1)＝Vn1-(R2/R1)×(Cs/Cf)×(Vn1-Vn2)......(1)其中Cs表示焦熱電元件的電容部分。R2/R1是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)值，這是因?yàn)殡妷悍糯箅娐?具有幾十倍的增益。此外，如果電容部分Cs足夠大，那么噪聲電壓被放大。
另一方面，如果公共的參考電壓電路被用作參考電壓電路1003和1004，那么由于Vn1＝Vn2，則方程(1)的第二項(xiàng)被消除且只有Vn1保留在方程(1)的右邊。在這種情況下，因此，可以知道第五變形例中的用于提供參考電壓給焦熱電元件1、電流電壓轉(zhuǎn)換電路22和電壓放大電路3的參考電壓電路由一個(gè)電路即供電電源E構(gòu)成，不管電壓放大電路3的增益和焦熱電元件1的電容部分，供電電源E的噪聲電壓對電壓放大電路3輸出的電壓信號的影響可以被大大抑制。此外，在紅外線檢測電路中不設(shè)置耦合電容。因此，所有的部分，即，從電流電壓轉(zhuǎn)換電路2到輸出電路5，可以被集成到一個(gè)單獨(dú)的芯片中，并抑制了外部噪聲的影響。即使參考電壓電路由單獨(dú)的供電電源E構(gòu)成，也降低外部噪聲。
圖9是第七變形紅外線檢測電路的電路圖。該第七變形紅外線檢測電路除了電流電壓轉(zhuǎn)換電路22中的電阻Ri和R5由開關(guān)電容SC構(gòu)成外與第六變形例相同。大約0.1到1.0Hz頻率成分對檢測人體和活體組織是重要的，且電流電壓轉(zhuǎn)換電路的電阻Ri和R5必須由高電阻元件構(gòu)成以便處理如此的低頻的信號。由于高電阻元件具有很大的溫度特性，所以其阻值甚至由微小的溫度變化引起極大的變化，由此阻礙穩(wěn)定的電流到電壓的轉(zhuǎn)換。
因此，在第七變形紅外線檢測電路中，將具有良好溫度特性但高阻值的開關(guān)電容SC用作電流電壓轉(zhuǎn)換電路23的電阻R1、R5來解決上述問題。
如上所述，在第七變形例中，由于將具有良好溫度特性但高阻值的開關(guān)電容SC用作電流電壓轉(zhuǎn)換電路23的電阻元件，所以穩(wěn)定的電流到電壓的轉(zhuǎn)換是可能的。
圖10是第八變形紅外線檢測電路的電路圖。該第八變形紅外線檢測電路除了設(shè)置在時(shí)鐘產(chǎn)生電路6和帶通濾波電路4之間的時(shí)鐘控制電路9、通過外部輸入端P1與時(shí)鐘控制電路9連接的外部時(shí)鐘產(chǎn)生器10a、以及通過時(shí)鐘開關(guān)端P2與時(shí)鐘控制電路9連接的控制器10b外與圖2所示的紅外線檢測電路相同。
時(shí)鐘控制電路9按照由控制器10b輸入的時(shí)鐘開關(guān)信號選擇性地對來自時(shí)鐘產(chǎn)生電路6的參考時(shí)鐘信號和來自外部時(shí)鐘產(chǎn)生器10a的時(shí)鐘信號進(jìn)行轉(zhuǎn)接并輸出給帶通濾波電路4。
時(shí)鐘產(chǎn)生電路6產(chǎn)生具有紅外線檢測電路的常用工作頻率的參考時(shí)鐘信號并將其供給紅外線檢測電路中的開關(guān)電容的開關(guān)元件。外部時(shí)鐘產(chǎn)生器10a，例如，在出貨前的測試中，產(chǎn)生時(shí)鐘信號給開關(guān)電容的開關(guān)元件。該時(shí)鐘信號的頻率設(shè)置為，例如，時(shí)鐘產(chǎn)生電路6產(chǎn)生的時(shí)鐘信號的10倍。
這是因?yàn)闀r(shí)鐘產(chǎn)生電路6產(chǎn)生的參考時(shí)鐘信號的頻率設(shè)置成能確定開關(guān)電容的等效阻值R具有1Hz左右的頻率特性，由于1Hz左右的頻率成分對檢測人體重要，且開關(guān)電容使用這個(gè)時(shí)鐘信號來工作。換句話說，由于紅外線檢測電路的頻率特性設(shè)置在1Hz左右，需要最短1秒鐘來測試這樣的特性，造成出貨前需要長時(shí)間測試。
另一方面，通過使用具有100倍頻率并在外部時(shí)鐘產(chǎn)生器10a中產(chǎn)生的時(shí)鐘信號來操作開關(guān)電容，開關(guān)電容的頻率特性轉(zhuǎn)移到100Hz左右。這樣，測試特性所需的時(shí)間可以縮短到1/100秒。
下面，說明該變形例的工作過程。當(dāng)控制器10b輸出時(shí)鐘開關(guān)信號時(shí)，時(shí)鐘控制電路9將連接切換到外部時(shí)鐘產(chǎn)生器10a，提供外部時(shí)鐘產(chǎn)生器10a的時(shí)鐘信號給帶通濾波電路4，由此使開關(guān)電容按照外部時(shí)鐘信號工作。當(dāng)控制器10b輸出下一個(gè)時(shí)鐘開關(guān)信號時(shí)，時(shí)鐘控制電路9將連接切換到時(shí)鐘產(chǎn)生電路6，提供時(shí)鐘產(chǎn)生電路6的參考時(shí)鐘信號給帶通濾波電路4，由此使開關(guān)電容按照時(shí)鐘產(chǎn)生電路6中產(chǎn)生的參考時(shí)鐘信號，也就是，在通常工作時(shí)使用的時(shí)鐘信號工作。
如上所述，在第八變形例中，設(shè)置時(shí)鐘控制電路9并使開關(guān)電容在出貨前的測試中按照外部時(shí)鐘產(chǎn)生器10a產(chǎn)生的高頻時(shí)鐘信號工作。因此，可以縮短測試特性所需的時(shí)間。
圖11是第九變形紅外線檢測電路的部分電路圖，顯示了電流電壓轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路。該第九變形紅外線檢測電路除了連接在運(yùn)算放大器221的輸出端和運(yùn)算放大器31的正相輸入端之間的低通濾波器80外與第五變形例相同。
一旦接通電源，微小的泄漏電流就在運(yùn)算放大器221的反相輸入端產(chǎn)生。由于運(yùn)算放大器221的反相輸入端具有相當(dāng)高的阻抗，泄漏電流引起電流電壓轉(zhuǎn)換電路22輸出的電壓信號的工作點(diǎn)極大地偏離常態(tài)工作點(diǎn)。該偏離的工作點(diǎn)波動并最終穩(wěn)定在常態(tài)工作點(diǎn)上。這種工作點(diǎn)的波動致使電壓放大電路3飽和。如前面所述，0.1到1.0Hz左右的信號成分對檢測人體重要。采用電流電壓轉(zhuǎn)換電路22來將具有這種頻帶的電流信號通過使用電容Cf轉(zhuǎn)換成電壓信號。為了這個(gè)目的，需要電阻Ri和R5具有高阻值。但是，已經(jīng)知道具有高阻值的電阻的集成使電阻的溫度特性增大，這將最終引起阻值在工作中增加的可能性。電流電壓轉(zhuǎn)換電路2的阻值的這種增加使頻率特性的峰值頻率向高頻側(cè)轉(zhuǎn)移。當(dāng)峰值頻率超過0.1Hz時(shí)，0.1到1.0Hz頻帶中的信號成分很難通過電容Cf轉(zhuǎn)換成電壓信號。為了這個(gè)原因，考慮到由溫度特性導(dǎo)致的電阻升高，對電流電壓轉(zhuǎn)換電路2進(jìn)行設(shè)置使峰值頻率遠(yuǎn)低于0.1Hz，例如，幾mHz。結(jié)果，相當(dāng)大的值設(shè)置為電流電壓轉(zhuǎn)換電路22的時(shí)間常數(shù)。這增長了工作點(diǎn)穩(wěn)定前的波動時(shí)間，導(dǎo)致的問題是，電壓放大電路3飽和并在一定時(shí)間段例如幾分鐘內(nèi)不響應(yīng)。在第九變形例中使用低通濾波器80來解決這個(gè)問題。
低通濾波器80包含電阻R6和電容C4。電阻R6連接在運(yùn)算放大器221的輸出端和運(yùn)算放大器31的正相輸入端之間。電阻R6由無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件構(gòu)成，即，電阻元件由沒有雜質(zhì)擴(kuò)散的多晶硅組成。電容C4的一端與運(yùn)算放大器31的正相輸入端連接且另一端經(jīng)過供電電源E接地。運(yùn)算放大器221輸出的電壓信號分成兩路，一路經(jīng)過電阻R1直接輸入到運(yùn)算放大器31的反相輸入端且另一路經(jīng)過低通濾波器80輸入到運(yùn)算放大器31的正相輸入端。
經(jīng)過低通濾波器80傳送的電壓信號在使高于截止頻率的頻率成分濾除后被輸入到運(yùn)算放大器31的正相輸入端。這樣，這些高頻率成分不改變正相輸入端的電位。
由于運(yùn)算放大器221輸出的且含有低于截止頻率的頻率成分的電壓信號的信號成分以相同的相位被輸入到運(yùn)算放大器31的反相輸入端和正相輸入端，因此該信號未被電壓放大電路3放大。另一方面，運(yùn)算放大器221輸出的且含有高于低通濾波器80的截止頻率的頻率成分的電壓信號的信號成分由于僅輸入到反相輸入端而被電壓放大電路3放大。因此，由于包含低于截止頻率的頻率成分(即，可能引起電壓放大電路3飽和的信號成分)沒有被電壓放大電路3放大，故電壓放大電路3不會飽和。
第九變形例的紅外線檢測電路中低通濾波器80與運(yùn)算放大器31的正相輸入端相連，這樣就可以在通電后的特定時(shí)期內(nèi)，有效防止電流電壓轉(zhuǎn)換電路22輸出的電壓信號工作點(diǎn)波動引起的電壓放大電路3的飽和現(xiàn)象。
圖12是顯示第十變形例的紅外線檢測電路基本部分的電路圖。除了連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路22和電壓放大電路3之間的低通濾波器81以外，這個(gè)變形例與第九變形例相同。低通濾波器81由電阻R8、R9、開關(guān)S81和開關(guān)控制電路90所組成。電阻R8和R9連接在運(yùn)算放大器221的輸出端和運(yùn)算放大器31的正相輸入端之間。開關(guān)S81與電阻R8并聯(lián)。電阻R8和R9各自的電阻值小于圖11中電阻R6的電阻值，且同樣使用無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件。
開關(guān)控制電路90控制開關(guān)S81，使其在通電后的特定時(shí)期內(nèi)保持接通，并使其在該特定時(shí)期之后保持?jǐn)嚅_。開關(guān)控制電路90包括用于測量時(shí)間的電路，例如計(jì)數(shù)器，并在通電后接通開關(guān)S81開始計(jì)數(shù)。當(dāng)所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值達(dá)到事先設(shè)置的預(yù)定值時(shí)，開關(guān)S81就斷開。對于集成電路，最好將半導(dǎo)體開關(guān)元件作為開關(guān)S81。
一旦通電，開關(guān)控制電路90將開關(guān)S81接通，從而將電阻R8短路。這樣，低通濾波器81的時(shí)間常數(shù)由電容C4和電阻R9確定。結(jié)果，當(dāng)開關(guān)S81接通時(shí)，低通濾波器81的時(shí)間常數(shù)比開關(guān)S81斷開時(shí)要小，使截止頻率較高。
集成電路中用作電阻R8、R9的無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件有相當(dāng)大的溫度特性，且圖11中低通濾波器80的截止頻率被設(shè)置在較低值，以克服由所述溫度特性所引起的阻值變化。因此，帶有使電壓放大電路3飽和的低頻帶的低頻信號成分有可能在通電后的特定時(shí)期內(nèi)被大大濾除。由于這個(gè)原因，因此在第十變形例中，通過使用能使時(shí)間常數(shù)在通電后的特定時(shí)期內(nèi)降低的低通濾波器81，來防止電壓信號的飽和。
圖13是顯示第十一變形例中紅外線檢測電路基本部分的電路圖。除了連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路22和電壓放大電路3之間的低通濾波器82以外，這個(gè)變形例中的紅外線檢測電路與第十變形例中的紅外線檢測電路都相同。所述低通濾波器82除了包括第十變形例中的低通濾波器81以外，還包括開關(guān)S82和電阻R10。開關(guān)S82連接用于控制開關(guān)S82的開關(guān)控制電路91。開關(guān)S82和電阻R10串聯(lián)，并與電阻R8、R9并聯(lián)。無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件用于電阻R8、R9、R10。半導(dǎo)體開關(guān)元件用作開關(guān)S82。
開關(guān)控制電路91控制開關(guān)S82，使它在環(huán)境溫度降至特定的溫度或者更低時(shí)接通，由此電源被接通到電阻R10，且低通濾波器82的時(shí)間常數(shù)由電阻R8、R9、R10的組合阻值以及電容C4的電容量所確定。電阻R10與串聯(lián)的電阻R8、R9相并聯(lián)，因此，電阻R8、R9、R10的組合阻值比電阻R8和R9的電阻值和要小。所以，在開關(guān)S82接通時(shí)，低通濾波器82的時(shí)間常數(shù)降低。
集成檢測電路中無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件用作電阻R8、R9。由于上述無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻有隨溫度下降而阻值增加的特性，所以當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，電阻R8、R9的阻值增加，結(jié)果低通濾波器81的時(shí)間常數(shù)增加，且截止頻率降低。因此，使電壓放大電路3飽和的低頻帶中的電壓信號成分有可能在未被充分濾除的情況下引入電壓放大電路3。
因此，第十一個(gè)變形例的紅外線檢測電路中，通過使用能使時(shí)間常數(shù)在低溫時(shí)降低的低通濾波器82來防止由于低溫所引起的電壓放大電路3的飽和。
圖14是開關(guān)S82和開關(guān)控制電路91的電路圖。開關(guān)S82包括由n型MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成的開關(guān)821和由p型MOSFET構(gòu)成的開關(guān)822。開關(guān)控制電路91包括用于控制開關(guān)821的控制電路911和用于控制開關(guān)822的控制電路912。
控制電路911由電阻R11、開關(guān)電容SC1和SC2組成。電阻R11是無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件，且一端連接電壓源VCC，另一端連接分壓端GP。所述開關(guān)電容SC1和SC2相繼與分壓端GP相連接。開關(guān)電容SC1包括開關(guān)元件SC11、SC12和電容C5，開關(guān)電容SC2包括開關(guān)元件SC12、SC13和電容C6。
電容C5的一端接地，另一端接在開關(guān)元件SC11和SC12之間。另外，電容C6一端接地，另一端接在開關(guān)元件SC12和SC13之間。
時(shí)鐘信號通過終端CA輸入到開關(guān)元件SC11和SC13，與輸入終端CA的時(shí)鐘信號反相的時(shí)鐘信號通過終端CB輸入到開關(guān)元件SC12。這樣，開關(guān)元件SC11和SC12交替的接通和斷開，開關(guān)元件SC12和SC13交替的接通和斷開。因此，開關(guān)電容SC1和SC2就起到它們的作用。假設(shè)f表示輸入開關(guān)元件的時(shí)鐘信號的頻率，那么開關(guān)電容的等效電阻可以表示為R＝1/f·c。由于在所述變形例中C5＝C6＝0.5pF，且輸入終端CA、CB的時(shí)鐘信號的頻率f設(shè)置在100Hz(f＝100Hz)，所以開關(guān)電容SC1和SC2的等效電阻分別等于20GΩ。分壓端GP連接在開關(guān)821的控制柵上。
所述控制電路912由開關(guān)電容SC3、SC4和電阻R12構(gòu)成。開關(guān)電容SC3的一端連接在電壓源VCC，另一端連接在開關(guān)電容SC4。電阻R12是無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件，且一端連接在開關(guān)電容SC4和分壓端GN之間，另一端接地。開關(guān)電容SC3包括開關(guān)元件SC31、SC32和電容C7，開關(guān)電容SC4包括開關(guān)元件SC32、SC33和電容C8。時(shí)鐘信號通過終端CA輸入到開關(guān)元件SC31、SC33，與輸入終端CA的時(shí)鐘信號反相的時(shí)鐘信號通過終端CB輸入到開關(guān)元件SC32。
與開關(guān)電容SC1、SC2類似，開關(guān)電容SC3和SC4的等效電阻分別設(shè)置在20GΩ。由于在控制電路911中的開關(guān)電容SC1和SC2的等效電阻是串聯(lián)，所以開關(guān)電容SC1和SC2的等效電阻為40GΩ。同樣，開關(guān)電容SC3和SC4的等效電阻也為40GΩ。這樣，假設(shè)R11＝R12＝40GΩ，那么在通常的環(huán)境溫度下，分壓端GP、GN的電位是(1/2)VCC。由于電阻R11和R12的阻值隨著溫度的下降而增加，所以分壓端GP的電位也下降，結(jié)果分壓端GP的電位下降，而分壓端GN的電位增加。因此，開關(guān)821和822同時(shí)接通以給電阻R10通電。
如上所述，根據(jù)第十一變形例的紅外線檢測電路，開關(guān)S82和電阻R10與電阻R8、R9并聯(lián)，且開關(guān)控制電路91用于在低溫時(shí)接通開關(guān)S82。因此，在低溫時(shí)，由于在低頻帶中引起電壓放大電路3飽和的電壓信號成分未被放大，所以可防止電壓放大電路3的飽和。電阻電路元件Z用作電流電壓轉(zhuǎn)換電路中直流成分的反饋電路。最好使用集成電路來代替電阻電路元件Z作為直流反饋電路。這樣，除了直流成分的信號成分被反饋，同時(shí)大大地衰減，因此輸出電壓信號的工作點(diǎn)更穩(wěn)定。
如上所述，本發(fā)明的紅外線檢測電路包括連接到可根據(jù)接收到的紅外線產(chǎn)生電流信號的焦熱電元件的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路將焦熱電元件輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括與焦熱電元件連接的運(yùn)算放大器、電容和用于反饋直流成分的反饋電路，所述電容和反饋電路并聯(lián)在所述運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間；放大電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號的放大電路；帶通濾波器，包括開關(guān)電容并適合在特定頻帶中通過來自放大電路的電壓信號成分；產(chǎn)生控制開關(guān)電容的參考時(shí)鐘信號的時(shí)鐘產(chǎn)生電路；以及輸出電路，當(dāng)電壓信號處于閾值或者更高的時(shí)候，將來自帶通濾波器的電壓信號作為檢測信號輸出。
在這種紅外線檢測電路中，來自焦熱電元件的檢測電流信號通過電容被轉(zhuǎn)換成電壓信號后從運(yùn)算放大器的輸出端輸出。所述輸出的電壓信號的直流成分通過反饋電路反饋到反相輸入端。因此，所述輸出的電壓信號的直流成分的波動被抑制，結(jié)果穩(wěn)定了工作點(diǎn)。這就不需要用于除去工作點(diǎn)波動的耦合電容，從而使檢測電路小型化。
更好的是，在帶通濾波電路和輸出電路之間提供放大電路，使用這樣的結(jié)構(gòu)，從帶通濾波電路輸出的電壓信號在被第二個(gè)放大電路放大到特定的幅值電平后，被引入輸出電路，這樣將輸出電路的閾值電平設(shè)定在適當(dāng)?shù)闹瞪?，以增加檢測準(zhǔn)確度。
更好的是，在帶通濾波電路和輸出電路之間提供有特定增益的高通濾波器，使用這樣的結(jié)構(gòu)，來自帶通濾波電路的電壓信號的低頻成分就被高通濾波器濾除。這樣，帶通濾波電路的工作點(diǎn)的波動就被截去。另外，高頻濾波器有特定的增益。在我們所希望的有特定增益的頻帶中的電壓信號被引入后續(xù)的輸出電路。因此，檢測準(zhǔn)確度就可顯著提高。
更好的是，所述帶通濾波電路在第一級配有高通濾波器、在第二級配有低通濾波器且在第三級配有高通濾波器。換句話說，帶通濾波電路可通過一級接一級地交替連接低通濾波器和高通濾波器來構(gòu)成。用這樣的構(gòu)造，放大電路輸出的電壓信號使其工作點(diǎn)變化被第一級的高通濾波器濾除，并且使其高頻成分被第二級的低通濾波器濾除。然后，在切換開關(guān)電容期間由穿通噪聲所引起的工作點(diǎn)的波動，就被第三或更后級的高通濾波器所濾除。因此，所述構(gòu)造可以輸出帶有工作點(diǎn)波動的電壓信號以及截去的返回噪聲。
另外，更好的是，低通濾波器有特定的增益，用這樣的構(gòu)造，帶通濾波電路就可以在抑制低通濾波器明顯的工作點(diǎn)的波動時(shí)有較大的增益。這樣就不需要在帶通濾波器接下來的級中提供放大電路，來符合輸出電路的檢測電平，因此可以使檢測電路小型化。
更好的是，在帶通濾波電路和輸出電路之間配有特定增益的高通濾波器，且?guī)V波電路包括第一級的高通濾波器，第二級的低通濾波器，以及第三級的高通濾波器。用這樣的構(gòu)造，帶通濾波電路就可包括彼此交替連接的高通濾波器和低通濾波器，由于穿通噪聲和返回噪聲被濾除而有工作點(diǎn)變化的電壓信號被傳送到高通濾波器。所述高通濾波器有所述特定的增益。因此，在有所述增益的所希望的頻帶中的電壓信號就被傳送到后面的輸出電路。這樣，檢測準(zhǔn)確度就可大大提高。
更好的是，帶通濾波電路在第一級配有低通濾波器，且在第二級配有高通濾波器。使用這樣的構(gòu)造，來自放大電路的電壓信號中包含的高頻成分就被在第一級所連接的低通濾波器以集中的方式濾除，且抑制了返回噪聲的出現(xiàn)。
更好的是，電流電壓轉(zhuǎn)換電路配有開關(guān)電容。使用這樣的構(gòu)造，高阻部件就可等效為利用時(shí)鐘信號轉(zhuǎn)接一個(gè)小電容作為電流電壓轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)。這樣，就可獲得小型且有好的溫度特性的電流電壓轉(zhuǎn)換電路。
更好的是，所述紅外線檢測電路進(jìn)一步配有連接在所述開關(guān)電容和所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路之間的時(shí)鐘控制電路，所述時(shí)鐘控制電路與用于產(chǎn)生外部時(shí)鐘信號的外部時(shí)鐘發(fā)生器相連接，所述外部時(shí)鐘信號的頻率高于所述時(shí)鐘產(chǎn)生電路的參考時(shí)鐘信號。所述時(shí)鐘控制電路對參考時(shí)鐘信號和外部時(shí)鐘信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
使用這樣的構(gòu)造，與正常工作期間的頻率不同的時(shí)鐘信號就被供給所述帶通濾波電路的開關(guān)電容。例如，通過供給比正常工作期間所供給的時(shí)鐘信號頻率高的時(shí)鐘信號，電路的頻率特性就朝較高頻處移動。由于可通過給開關(guān)電容濾波器供給高頻時(shí)鐘信號來測試頻率特性，所以測試時(shí)間可被縮短。
更好的是，所述紅外線檢測電路被集成到半導(dǎo)體單片中，這樣，所述紅外線檢測電路就可小型化。
更好的是，所述反饋電路配有電阻元件。使用這樣的構(gòu)造，就可以通過簡單的構(gòu)造穩(wěn)定來自運(yùn)算放大器的電壓信號的工作點(diǎn)。
更好的是，所述反饋電路配有集成電路。使用這樣的構(gòu)造，除了直流成分外，所述信號成分被反饋受到很大衰減。所述輸出電壓信號的工作點(diǎn)也可更加穩(wěn)定。
更好的是，所述放大電路包括運(yùn)算放大器，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端通過一個(gè)放大電阻連接到所述放大電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端，低通濾波器連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端和所述放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端之間。
使用這樣的構(gòu)造，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端所輸出的電壓信號就分成兩路，一路通過放大電阻輸入放大電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端，另一路在使高頻成分在通過低通濾波器而被去除后輸入放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端。因此，含有比低通濾波器的截止頻率低的頻率成分的電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號的信號成分，以相同相位輸入放大電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端和正相輸入端。這樣，來自放大電路的輸出就未被放大。
另一方面，由于包含高于低通濾波器截止頻率的頻率成分的信號未被輸入放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端，所以正相輸入端的電位不變，結(jié)果該信號成分在被放大電路放大后輸出。在可能引起放大電路飽和的低頻帶中的電壓信號成分未被放大電路所放大。這樣，就防止了在通電后的特定期間內(nèi)，由于電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端的漏電流的影響引起電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號的工作點(diǎn)變化而導(dǎo)致放大電路飽和的現(xiàn)象。
此外，更好的是，所述帶通濾波器配有第一級的高通濾波器，第二級的低通濾波器，以及第三級的高通濾波器，另外，放大電路包括運(yùn)算放大器，電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端通過放大電阻連接到所述放大電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端，低通濾波器連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端和所述放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端之間。
使用這樣的構(gòu)造，第一級的高通濾波器截去了放大電路輸出的電壓信號的工作點(diǎn)的波動，第二級的低通濾波器截去了高頻成分，第三級的高通濾波器截去了由于開關(guān)電容工作時(shí)穿通噪聲所引起的工作點(diǎn)的變化。因此，有較小工作點(diǎn)波動和沒有返回噪聲的電壓信號被發(fā)送到輸出端。
放大電路的運(yùn)算放大器的輸出端輸出的電壓信號被分路，通過放大電阻輸入放大電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端，以及通過低通濾波器輸入放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端，同時(shí)濾除高頻成分。因此，頻帶中比低通濾波器的截止頻率低的電壓信號成分輸入放大電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端和正相輸入端，且因此未被放大電路放大。
另一方面，頻帶中高于低通濾波器的截止頻率的電壓信號未被輸入放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端，結(jié)果沒有改變放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端的電位。因此，所述信號成分在被放大電路放大后輸出。低頻帶中可能引起放大電路飽和的電壓信號成分未被放大電路所放大。這樣，就防止了在通電后的一個(gè)特定期間內(nèi)，由于電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端的漏電流的影響引起電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號的工作點(diǎn)變化導(dǎo)致放大電路飽和的現(xiàn)象。
更好的是，所述低通濾波器配有連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端和放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端之間的電阻元件，和連接在放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端和地線之間的電容元件。按照該結(jié)構(gòu)，低通濾波器能簡單構(gòu)成。
另外，更好的是，提供與電阻元件并聯(lián)的開關(guān)，以及用于控制開關(guān)電路的開關(guān)控制器。
使用這樣的構(gòu)造，在通電后，開關(guān)立即根據(jù)開關(guān)控制器的指令接通，將與開關(guān)并聯(lián)的電阻元件短路。因此，通電后低通濾波器的時(shí)間常數(shù)立即下降且截止頻率立即增加。結(jié)果，電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號，在可靠地截去其中低頻帶中可能引起放大電路飽和的信號成分后，被引入放大電路。這樣，就能可靠地防止在通電后的特定期間內(nèi)，由于工作點(diǎn)變化所引起的放大電路的飽和。
更好的是，電阻元件可以由無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅制成。使用這樣的構(gòu)造，低通濾波器就可以因?yàn)殡娮柙蔁o雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅制成而集成。因此，紅外線檢測電路就不需要安裝外部零件。
另外，更好的是，低通濾波器進(jìn)一步配有與電阻元件并聯(lián)的輔助電阻電路，以及在環(huán)境溫度低于預(yù)定值時(shí)接通輔助開關(guān)的輔助開關(guān)控制器。所述輔助電阻電路有由無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅制成的輔助電阻元件，和與輔助電阻元件串聯(lián)的輔助開關(guān)。
使用這樣的構(gòu)造，由于輔助電阻元件是由無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件構(gòu)成，所以在低溫時(shí)輔助電阻元件的阻值就會增加。當(dāng)阻值達(dá)到預(yù)定值或者更高時(shí)，輔助開關(guān)控制器就會使輔助開關(guān)接通，以給輔助電阻元件供電。換句話說，由于低通濾波器中兩個(gè)電阻元件并聯(lián)，且低通濾波器的時(shí)間常數(shù)在低溫時(shí)下降，所以低通濾波器的截止頻率增加。因此，在低溫時(shí)，電壓信號在可靠地截去其中引起放大電路飽和的低頻中的信號成分后，被引入放大電路。因此，溫度低時(shí)能防止放大電路飽和。
更好的是，輔助開關(guān)控制器配有用于產(chǎn)生等效電阻的開關(guān)電容，這樣就利用開關(guān)電容所產(chǎn)生的等效電阻和電阻元件的阻值所得到的分壓來控制開關(guān)電路。
使用這樣的構(gòu)造，在低溫時(shí)，無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅電阻元件的阻值增加，且所述電阻的分壓將輔助開關(guān)接通，因此接通所述輔助開關(guān)。換句話說，由于使用混雜多晶硅電阻元件來檢測混雜多晶硅電阻元件的阻值變化，所以由于混雜多晶硅電阻元件的溫度特性所引起的阻值變化可精確地檢測。而且，由于兩個(gè)電阻元件是由混雜多晶硅所構(gòu)成，所以可集成檢測電路。更好的是，所述紅外線檢測電路進(jìn)一步配有用于產(chǎn)生參考電壓的參考電壓電路，所述參考電壓電路連接在焦熱電元件以及電流電壓轉(zhuǎn)換電路和放大電路的運(yùn)算放大器各自的正相輸入端。
使用這樣的構(gòu)造，單個(gè)參考電壓電路就提供了供給焦熱電元件和兩個(gè)運(yùn)算放大器的正相輸入端的參考電壓。這就抑制了可能影響放大電路輸出的噪聲被放大，且減少了紅外線檢測電路的噪聲產(chǎn)生。
本發(fā)明的紅外線檢測器包括上述紅外線檢測電路，和用于接收紅外線并根據(jù)接收的紅外線產(chǎn)生電流信號的焦熱電元件。使用這樣的構(gòu)造，紅外線檢測器就會因?yàn)槠湫⌒突募t外線檢測電路而能小型化。
本發(fā)明可在不背離其實(shí)質(zhì)性特征的精神下以各種形式進(jìn)行實(shí)施，且本說明書中實(shí)施例是用于描述且非限制性的。由于本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求書而非前述描述所定義，因此用所述權(quán)利要求書來涵蓋落入其范圍或等價(jià)范圍內(nèi)的所有變化實(shí)施例。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明的紅外線檢測電路和紅外線檢測器，可以通過直接連接電流電壓轉(zhuǎn)換電路和電壓放大電路而被小型化。工作點(diǎn)的波動可相當(dāng)大地被濾去，以顯著地增加檢測精確度。小尺寸且有高檢測精確度的本發(fā)明的紅外線檢測電路和紅外線檢測器在紅外線檢測領(lǐng)域中可廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種紅外線檢測電路，其特征在于，包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路，與工作時(shí)根據(jù)接收到的紅外線可產(chǎn)生電流信號的焦熱電元件相連，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路將焦熱電元件輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，且所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括與所述焦熱電元件相連的運(yùn)算放大器、電容、以及用于反饋直流成分的反饋電路，所述電容和所述反饋電路并聯(lián)在運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間；放大電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號的放大電路；包括開關(guān)電容、且適合傳送來自放大電路的電壓信號中特定頻帶成分的帶通濾波電路；為控制開關(guān)電容產(chǎn)生參考時(shí)鐘信號的時(shí)鐘產(chǎn)生電路；以及當(dāng)電壓信號處于閾值或者更高時(shí)，將帶通濾波電路輸出的電壓信號作為檢測信號輸出的輸出電路；
2.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，還包含連接在帶通濾波電路和輸出電路之間的放大電路。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，還包含有特定增益并連接在帶通濾波電路和輸出電路之間的高通濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述帶通濾波電路包括第一級的高通濾波器、第二級的低通濾波器以及第三級的高通濾波器。
5.如權(quán)利要求4所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述低通濾波器有一個(gè)特定增益。
6.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，還包含所述有特定增益并連接在帶通濾波電路和輸出電路之間的高通濾波器，且所述帶通濾波電路包括第一級的高通濾波器、第二級的低通濾波器以及第三級的高通濾波器。
7.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述帶通濾波電路包括第一級的低通濾波器、第二級的高通濾波器。
8.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括開關(guān)電容。
9.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，還包括時(shí)鐘控制電路，連接在開關(guān)電容和時(shí)鐘產(chǎn)生電路之間，且可與產(chǎn)生比時(shí)鐘產(chǎn)生電路的參考時(shí)鐘信號頻率高的外部時(shí)鐘信號的外部時(shí)鐘發(fā)生器相連，所述時(shí)鐘控制電路對參考時(shí)鐘信號和所述外部時(shí)鐘信號進(jìn)行置換。
10.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路、放大電路、帶通濾波電路、以及輸出電路集成在單片中。
11.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述反饋電路包括電阻元件。
12.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述反饋電路包括集成電路。
13.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述放大電路包括運(yùn)算放大器，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端通過放大電阻連接在放大電路的運(yùn)算放大器的反相輸入端，一個(gè)低通濾波器連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端和放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端之間。
14.如權(quán)利要求13所述的紅外線檢測電路，其特征在于，帶通濾波電路包括第一級的高通濾波器、第二級的低通濾波器以及第三級的高通濾波器。
15.如權(quán)利要求13所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述低通濾波器包括連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)算放大器的輸出端和放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端之間的電阻元件；以及連接在放大電路的運(yùn)算放大器的正相輸入端和地線之間的電容。
16.如權(quán)利要求15所述的紅外線檢測電路，其特征在于，還包括與電阻元件并聯(lián)的開關(guān)；以及控制開關(guān)電路的開關(guān)控制器。
17.如權(quán)利要求16所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述電阻元件是由無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求17所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述低通濾波器還包括與電阻元件并聯(lián)的輔助電阻電路，包括由無雜質(zhì)擴(kuò)散多晶硅構(gòu)成的輔助電阻元件；以及與輔助電阻元件串聯(lián)的輔助開關(guān)；當(dāng)環(huán)境溫度低于預(yù)定值時(shí)接通輔助開關(guān)的輔助開關(guān)控制器。
19.如權(quán)利要求18所述的紅外線檢測電路，其特征在于，所述輔助開關(guān)控制器包括產(chǎn)生等效電阻的開關(guān)電容，從而用開關(guān)電容所產(chǎn)生的等效電阻和電阻元件的阻值得到的分壓來控制開關(guān)電容。
20.如權(quán)利要求1所述的紅外線檢測電路，其特征在于，進(jìn)一步包括產(chǎn)生參考電壓的參考電壓電路，所述參考電壓電路連接在焦熱電元件以及電流電壓轉(zhuǎn)換電路和放大電路各自運(yùn)算放大器的正相輸入端。
21.一個(gè)紅外線檢測器，其特征在于，包括接收紅外線并根據(jù)接收到的紅外線產(chǎn)生電流信號的焦熱電元件；將焦熱電元件輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括與焦熱電元件連接的運(yùn)算放大器、電容、以及用于反饋直流成分的反饋電路，所述電容和反饋電路并聯(lián)在運(yùn)算放大器反相輸入端和輸出端之間；放大電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號的放大電路；包括開關(guān)電容濾波器且適合傳送來自放大電路的電壓信號中特定頻帶成分的帶通濾波器；產(chǎn)生用于控制開關(guān)電容的參考時(shí)鐘信號的時(shí)鐘產(chǎn)生電路；以及當(dāng)電壓信號處于閾值或者更高時(shí)，將帶通濾波電路輸出的電壓信號作為檢測信號輸出的輸出電路。
全文摘要
一種紅外線檢測電路，包括電流電壓轉(zhuǎn)換電路，所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括與運(yùn)算放大器的反相輸入端和輸出端連接的電容以及與所述電容并聯(lián)的電阻電路元件；連接在電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端的反相放大電路；連接在電壓放大電路輸出端的帶通濾波器；以及與帶通濾波器輸出端相連的輸出電路。包括上述電路的紅外線檢測電路和紅外線檢測器可被小型化。
文檔編號G01J5/34GK1561451SQ02819110
公開日2005年1月5日 申請日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者畑谷光輝, 福井卓, 高田裕司 申請人:松下電工株式會社