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SM3320A 光センサ IC

SEIKO NPC CORPORATION - 1

■概要

SM3320Aは、1mm2の単一画素フォトダイオードを内蔵したイメージセンサ用ICです。紫外光から赤外光までの広波長

域の光をひとつのICで検出することができます。LEDを用いた認証機器において、従来、波長の異なるLED毎に汎用フ

ォトダイオードとオペアンプ等を必要とした光検出回路を集積化し、超小型パッケージに収めました。SM3320A は、シリア

ルインターフェースを用いた感度設定が可能で、広波長域の光を高感度に検出することができ、更に LED のばらつきを

補正することもできます。また、暗電流補正回路を内蔵したことで、従来より広い温度範囲での使用が可能です。加えて、

3 ビットのアドレス設定により、8 個まで並列接続することができます。

■特長 ■外形寸法図

・高感度プリアンプにより、広い波長帯域(紫外光～可視光～ (Unit: mm)

赤外光）をひとつの IC で検出可能

・暗電流補正回路を内蔵し、安定した信号出力を実現

・シリアルインターフェースにより、ゲイン設定およびセンサ

出力制御可能（DATA,SE,CLK,OE）

・3 ビットのアドレス設定により、8 個まで並列接続可能

・トランスインピーダンス設定範囲： 500kΩ～240MΩ

・受光部サイズ： 2.3mm×0.6mm(受光素子面積： 1.0mm2)

・波長特性：波長による感度変動の少ない反射防止膜を内蔵

・電源電圧範囲： 2.7～5.5V（単一電源）

・消費電流: 1.5mA(typ)@VDD=5V, 無負荷時

・動作温度範囲： -40～+85℃

・パッケージ： 12 pin HCOB

■オーダーインフォメーション

Device Package

SM3320A 12 pin HCOB

■応用回路例

Photodiode detector

A

B

3.2±0.1

X

Y

1.15 ±0.20.35 0.25

0.6

5.5

±0.

1

AB

Photodiode detector dimensions(Origin:Package center)

X Y-1.151.15

-0.7-0.1

Package type : 12pin HCOBPackage size : 3.2mm×5.5mmPhotodiode detector size : 2.3mm×0.6mm(1.0mm2 photo detector surface area)

0.5

±0.

1

±0.05

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SEV

DD

ADC

CPU

SM3320AIC1

OE

DA

TA

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SEV

DD

SM3320AIC2

OE

DA

TA

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SEV

DD

SM3320AIC3

OE

DA

TA

ADC

SM3320A


■端子配置

1 2 3 4 5 6

789101112

VS

S

RE

F

A0

A1

A2

OU

TV

DD

SE

CL

K

OE

DA

TA

NC

(Top View)

■端子説明

端子番号端子名 I/O 機能

1 VSS S GND 端子

2 REF O 基準電圧出力端子

3 A0 I アドレス設定端子0



6 OUT O アナログ出力端子

7 VDD S 電源端子

8 SE I シリアル I/F イネーブル端子

9 CLK I シリアル I/F クロック端子

10 OE I 出力イネーブル制御端子

11 DATA I/O シリアル I/F データ端子

12 NC - オープンでご使用下さい

*. I/O：入出力端子 I：入力端子 O：出力端子 S：電源端子

■ブロック図

Photodiode

Preamplifier + PostamplifierOffsetCancel

Drak CurrentCompensation

Sample&

HoldBuffer

TimingGenerator

ReferenceVoltageSource

Serial Interface

RE

F

−

A0

A1

A2

SE

OE

CL

K

DA

TA

GN

D

VD

D

OUT

SM3320A


■絶対大定格 VSS=0V

項目記号条件定格単位

電源電圧*1 VDD VDD 端子 -0.3 ～ +7.0 V

入力電圧*1*2 VIN DATA,CLK,SE,OE,A0,A1,A2 端子 -0.3 ～ VDD+0.3 V

出力電圧*1*2 VOUT OUT,REF 端子 -0.3 ～ VDD+0.3 V

保存温度*3 TSTG -55 ～ +90 ℃

*1. 一瞬たりとも超えてはならない値です。万が一、定格を超えた場合は、電気的特性、信頼性などに影響を与える恐れがあります。

*2. 定格に記載の”VDD”は、推奨動作条件に定める動作電源電圧(VDD)の規格値を示します。

*3. N2または真空雰囲気で、梱包材を含まない単体保存の場合です。

■推奨動作条件

推奨動作条件とは、電気的特性を保証する条件です。

VSS=0V

規格項目記号条件

MIN TYP MAX 単位

電源電圧 VDD 2.7 5.0 5.5 V

OUT 出力負荷*1 100 pF

REF 出力負荷*1 100 pF

動作周囲温度 Ta -40 85 ℃

*1. OUT 端子および REF 端子の出力負荷は容量負荷のみを想定しています。電流負荷の場合、出力電圧誤差が発生するため、必ずハイイン

ピーダンス条件にてご使用ください。

Note. 推奨動作条件範囲外で使用すると信頼性に影響を与える場合がありますので、この範囲内で使用して下さい。

SM3320A


■電気的特性

●DC 特性

特記なき場合、標準回路による推奨動作条件と同じ


MIN TYP MAX 単位

消費電流 IDD OE=0V, OUT 端子無負荷時 1.5 3.0 mA

VIH1 0.8VDD ロジック入力電圧1

VIL1

DATA,CLK,SE,A0,A1,A2

端子 0.2VDD V

VIH2 0.8VDD ロジック入力電圧2

VIL2

OE 端子

（機能異なるが仕様上同じ） 0.2VDD V

IIH1 1 ロジック入力電流1

IIL1

DATA,CLK,SE,A0,A1,A2

端子 -1 A

IIH2 10 20 ロジック入力電流2

IIL2 OE 端子, VDD=5.0V 時

-20 -10 A

ロジック出力インピーダンス ZDATA DATA 端子、読み出し時 400 Ω

REF 出力電圧 VREF 負荷容量 < 100pF*1 0.08VDD 0.10VDD 0.12VDD V

OUT 大出力電圧 VOUTH 0.65VDD 0.70VDD V

出力インピーダンス ZO OUT 端子*2 400 1000 Ω

*1. REFに大きな負荷容量を接続した場合、REF電圧が発振する場合があります。REF端子に容量を接続する場合の容量値は100pF以下にて

ご使用下さい。

*2. 負荷抵抗10kΩのときの出力電圧を V10、無負荷のときの出力電圧を V0 としたとき以下の式により ZOを算出します。

ZO = (V0/V10-1)*10 [kΩ]

SM3320A


●光電特性


規格項目*1 記号条件

MIN TYP MAX 単位

受光感度1 470nm 0.17 A/W





受光感度温度特性1 470nm -1600 ppm/℃



受光感度温度特性4 870nm 500 ppm/℃

受光感度温度特性5 940nm 3500 ppm/℃

*1. 代表特性：デバイス単体で決まる特性です。

PD受光感度特性　（代表特性）

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

波長 [nm]

受光

感度

[A

/W

]

PD 受光感度特性

PD受光感度温度特性　（代表特性）

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

4000

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

波長 [nm]

受光

感度

温度

特性

　[p

pm

/℃

]

PD 受光感度温度特性

SM3320A


●アナログ電気的特性



MIN TYP MAX 単位

CS[00] 0.5 MΩ

CS[01] 1.0 MΩ

CS[10] 2.0 MΩ

CS[11]

TS[00]

4.0 MΩ

CS[00] 1.5 MΩ

CS[01] 3.0 MΩ

CS[10] 6.0 MΩ

CS[11]

TS[01]

12.0 MΩ

CS[00] 3.5 MΩ

CS[01] 7.0 MΩ

CS[10] 14.0 MΩ

CS[11]

TS[10]

28.0 MΩ

CS[00] 7.5 MΩ

CS[01] 15.0 MΩ

CS[10] 30.0 MΩ

プリアンプ

トランスインピーダンス*1

CS[11]

TS[11]

60.0 MΩ

TS[00] 20 30 s

TS[01] 40 60 s

TS[10] 80 120 s プリアンプ変換時間

TS[11] 160 240 s

ポストアンプ利得誤差 ±1 dB

REF 基準、[01111111]以下 -40 40 mV 暗電圧

REF 基準、[11111111]以下 -40 100 mV

*1. 設計値：プリアンプ・トランスインピーダンスはプリアンプ帰還容量(CS[1:0])とプリアンプ変換時間(TS[1:0])を指定することにより設定できます。

プリアンプはフォトダイオードの光電流に比例した電圧を出力します。これを仮想的なインピーダンスとみなし、プリアンプ・トランスインピー

ダンスと称します。プリアンプ・トランスインピーダンス Rti は以下の通り算出されます。

プリアンプ帰還容量

プリアンプ変換時間 sec)10( Rti

プリアンプ変換時間と同期してサンプルホールド回路が動作します。出力電圧が確定するためには、光照射後にサンプルホールド回路の 1 周

期が完了する必要があります。光照射時間は、（検出時間をプリアンプ変換時間の大値の 2 倍として）検出時間+アナログ出力取込み時間以上

に設定して下さい。光照射がアナログ出力取り込み前に終了した場合は、出力電圧が低下またはゼロになる場合があります。光照射はアナログ出

力取り込みが完了するまで連続して照射して下さい。

光照射時間

検出時間

光源

ゲイン設定時間

アナログ出力取込み時間

出力制御時間シリアル

インターフェース

アナログ出力取り込み

プリアンプ変換時間 TS[00] TS[01] TS[10] TS[11]

検出時間 ≥60s ≥120s ≥240s ≥480s

出力電圧 = VREF + (Rti × フォトダイオード光電流 × ポストアンプ・ゲイン)

SM3320A


●AC 特性

・データ書き込み時



MIN TYP MAX 単位

書き込みクロック L パルス幅 twlw CLK 端子 40 ns

書き込みクロック H パルス幅 twhw CLK 端子 40 ns

データセットアップ時間1 tsu1 SE-CLK 間 40 ns

データセットアップ時間2 tsu2 DATA-CLK 間 40 ns

データホールド時間1 th1 SE-CLK 間 140 ns

データホールド時間2 th2 DATA-CLK 間 40 ns

書き込みクロック周波数 fclkw 10 MHz

セトリング時間 tst OUT 端子、負荷 100pF、出力振幅変

化が 1V のとき 95%に達する時間 2 s

出力ディセーブル時間*1 tz OUT 端子 0.1 s

入力端子容量*2 CI SE,OE,CLK,DATA 端子 5 pF

出力端子容量*2 CO OUT 端子 5 pF

インターフェース間待ち時間 tsi 100 ns

*1. 設計値：出力制御時間を目安として記載しています。

*2. 設計値：1 端子あたりの端子容量を記載しています。基板設計時を目安として記載しています。

特に指定のない限り、0.5VDDを基準とします。

OE

SE

DATA

CLK

twlwtwhw

tsu1

tsu2 th1th2

1/fclkwtz

tst

OUT 95% 100%

R/W A2

1 2 3 15 16

A1 GS1 GS0

tsi

・データ読み出し時



MIN TYP MAX 単位

読み出しクロック L パルス幅 twlr CLK 端子 100 ns

読み出しクロック H パルス幅 twhr CLK 端子 100 ns

読み出しクロック周波数 fclkr 1 MHz

SE ホールド時間 tse SE-CLK 間 500 ns

DATA コンフリクト回避時間 tZZ 0 ns

読み出しデータ遅延時間 tRD DATA 端子、負荷100pF 400 ns

特に指定のない限り、0.5VDDを基準とします。

SE

DATA

CLK

twlrtwhr

1/fclkr

A2R/W A1

1 2 3 8 9 15 16

tZZ tRD

7

GS0GS1CS1 CS0- -

tse

SM3320A


■機能説明

●基本機能

フォトダイオードから発生する電流を検出して出力を行います。プリアンプのトランスインピーダンスを調整すること

で感度の疎調整を行うことができます。トランスインピーダンス調整範囲は 0.5MΩ～60MΩで、調整ビット数は４ビット

になります。また、遮光フォトダイオード出力を用いて暗電流補正を行うことで温度変動が小さい出力電圧特性を実現

しています。ポストアンプのゲインを調整することで感度の微調整を行うことができます。ゲイン調整範囲は 1～4 倍で、

調整ビット数は４ビットになります。また、オフセットキャンセル回路を内蔵することで出力低オフセット電圧を実現して

います。

光照射なし時における出力電圧は 0.1VDD を出力し、これを暗電圧と称します。光照射時の大出力電圧は 0.7VDD

です。

アドレス端子制御によるアドレス設定により、並列接続時におけるトランスインピーダンスおよびゲインの個別設定が

可能です。さらに、OE 端子制御により出力制御することが可能です。

【アドレスと A[2:0]端子設定】

アドレス A2端子設定 A1端子設定 A0端子設定 [000] VSS VSS VSS [001] VSS VSS VDD [010] VSS VDD VSS [011] VSS VDD VDD [100] VDD VSS VSS [101] VDD VSS VDD [110] VDD VDD VSS [111] VDD VDD VDD

●シリアルインターフェース

本ICは、内部をコントロールするレジスタを内蔵しており、これにアクセスするために3線式のシリアルインターフェ

ースが用意されています。データ読み出し/書き込み時以外の不要なSE, CLK, DATA 信号入力は誤動作の原因とな

りますのでご注意ください。

○内部レジスタ構成

内部レジスタには読み出し/書き込み、アドレス、動作モード、プリアンプのトランスインピーダンス、およびポストア

ンプ・ゲインの設定を行います。データ領域への書き込み/読み出しは、アドレス書き込みデータとアドレス端子設定

データが一致したときに実行されます。ご使用時は必ずレジスタ・データを設定して下さい。

RW A2 A1 A0 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

- - - - CS1 CS0 TS1 TS0 GS3 GS2 GS1 GS0

R/Wコマン

ド

アドレスデータ

アドレス

プリアンプトランスインピーダンス

ポストアンプゲイン

帰還容量変換時間don't care

①RW

読み出し/書き込みモード設定ビットです。読み出し時”1”、書き込み時”0”を設定してください。

②アドレス A[2:0] (A2～A0)

アドレス設定ビットです。

③プリアンプ・トランスインピーダンス CS[1:0] (D7～D6) および TS[1:0] (D5～D4)

プリアンプのトランスインピーダンス設定ビットです。

④ポストアンプ・ゲイン GS[3:0] (D3～D0)

ポストアンプのゲイン設定ビットです。

SM3320A


【調整ビット割付】

CS1 CS0 GS3 GS2 GS1 GS0

0 0 20.0 0 0 0 0 1.00 1 10.0 0 0 0 1 1.01 0 5.0 0 0 1 0 1.11 1 2.5 0 0 1 1 1.2

0 1 0 0 1.30 1 0 1 1.5

TS1 TS0 0 1 1 0 1.60 0 20 0 1 1 1 1.70 1 40 1 0 0 0 1.91 0 80 1 0 0 1 2.11 1 160 1 0 1 0 2.3

1 0 1 1 2.51 1 0 0 2.81 1 0 1 3.11 1 1 0 3.51 1 1 1 4.0

ポストアンプゲインゲイン(倍）

GS[3:0]

プリアンプ帰還容量容量値(pF)

CS[1:0]

TS[1:0]

プリアンプ変換時間時間(μs)

0877803843375750

○OUT 端子制御

OE 端子制御により、OUT 端子を制御することができます。

OE 端子 OUT 端子条件

0.8VDD以上出力イネーブル A[2:0]書き込みデータ-アドレス端子設定データ一致時

OPEN 出力イネーブル常時出力

0.2VDD以下出力ディセーブル

SM3320A


○ゲイン設定（レジスタへのデータ書き込み、OE=”L”または OE=”OPEN”）

OE=”L”またはOE=”OPEN”のとき、SE=”H”の状態にすることにより、シリアルインターフェース動作がスタートしま

す。1ビットのR/Wモード設定（書き込み時0）、3ビットのアドレス指定を行い、12ビットの書き込みデータを順次送信

します。アドレスデータとアドレス端子設定データが一致した場合、SE の立ち下りでレジスタへデータが取り込まれ書

き込みデータが有効になり、シリアルインターフェース動作を終了します。なお、シリアル通信時のCLK数が16発以

外（過不足）の場合は、データが破棄されますのでご注意ください。

◆レジスタ書き込み（OE=”L”）

OE

SE

DATA

CLK

A2 A1 A0R/W - CS1 CS0 TS1 TS0 GS3 GS2 GS1 GS0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

"L"

- - -

◆レジスタ書き込み（OE=”OPEN”）

OE

SE

DATA

CLK

OUT


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

"L" (OPEN)

(Hi-Z)

- - -

○アナログ出力制御（レジスタへのデータ書き込み、OE=”H”）

OE=”H”のとき、SE=”H”の状態にすることにより、シリアルインターフェース動作がスタートします。1 ビットの R/W

モード設定（書き込み時 0）、3 ビットのアドレス指定を行い、4 ビットのダミーデータを順次送信します。SE の立ち下り

でアドレスデータが有効になり、シリアルインターフェース動作を終了します。さらにアドレスデータとアドレス端子設

定データが一致した場合に出力がイネーブル状態になります。すでに出力イネーブル状態で、異なるアドレスデー

タが書き込みされた場合は、出力ディセーブル状態となります。なお、シリアル通信時のCLK数が8発以外（過不足）

の場合は、アドレス不一致と判断し、出力ディセーブル状態となります。また OE=”H”のまま、レジスタへの連続書き

込みが可能です。

◆レジスタ書き込み（OE=”H”）

OE

SE

DATA

CLK

OUT

A2 A1 A0R/W -

1 2 3 4 5 6 7 8

(Hi-Z)

- - -

SM3320A


○データの読み出し（OE=”L”または OE=”OPEN”）

SE=”H”の状態にすることによりシリアルインターフェース動作がスタートします。OE=”OPEN”または OE=”L”の時、

1ビットのR/Wモード設定（読み出し時1）、3ビットのアドレス指定、および4ビットのダミーデータを順次送信します。

CLK8 の立ち下りでアドレス端子設定値とアドレスレジスタ設定データ比較を行い、一致した場合は 8 ビットのアナロ

グ調整コードレジスタの読み出しデータが順次出力されます。シリアルインターフェースは CLK15 の立ち下りで GS0

のデータが送信され、CLK16 の立ち下りから SE の立ち下りまでに出力されるデータは不定データです。シリアルイ

ンターフェース動作は SE の立ち下りで終了し、DATA 端子は入力に戻ります。なお、シリアル通信時の CLK が 16

発以外のクロック入力はしないでください。もし入力された場合は、誤書き込みや誤読み出しの原因となりますのでご

注意ください。

◆レジスタ読み出し

SE

DATA

CLK


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

-- - -

SM3320A


■標準回路

VS

SR

EF

A0

A1

A2

OU

T

CL

K SEV

DD

SM3320A

OE

DA

TA

AD

C10μF

CPU

アドレス [000] 設定の場合

電源間端子の直近に 10F 以上の積層セラミックコンデンサを外付けしてご使用下さい。

電気的特性各項目の規格値は標準回路で測定した結果に相当します。

SM3320A


■応用回路例

応用回路例は使用上の参考回路図であり弊社が保証する回路ではありません。その使用に起因する損害までは責任

は負いかねます。十分評価を行った上でご使用ください。

●回路例1

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SEV

DD

ADC

CPU

SM3320AIC1

OE

DA

TA

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SEV

DD

SM3320AIC2

OE

DA

TA

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SEV

DD

SM3320AIC3

OE

DA

TA

ADC

タイミングチャート

OE

SE

DATA

CLK

（光照射）

Rti

OUT(IC1)

OUT(IC2)

OUT(IC3)

OUT合成

IC1 IC2 IC3

(OFF) (ON)

(Hi-Z)

(Hi-Z)

(Hi-Z)

(Hi-Z)

IC1 IC2 IC3

SM3320A


●回路例2

CP

U

VS

SR

EF

A0

A1

A2

OU

T

CL

KS

EV

DD

SM3320AIC A1

OE

DA

TA

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SE

VD

D

SM3320AIC B1

OE

DA

TA

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SE

VD

DSM3320A

IC B2

OE

DA

TA

VSS

RE

FA

0A

1A

2O

UT

CL

K SE

VD

D

SM3320AIC B8

OE

DA

TA

VS

SR

EF

A0

A1

A2

OU

T

CL

KS

EV

DD

SM3320AIC A2

OE

DA

TA

VS

SR

EF

A0

A1

A2

OU

T

CL

KS

EV

DD

SM3320AIC A8

OE

DA

TA

AD

C

AD

C

タイミングチャート

OE(B)

SE(B)

DATA

CLK

（光照射）

Rti

OUT(IC A1)

OUT(IC A2)

OUT(IC B1)

IC A1

(OFF) (ON)

(Hi-Z)

(Hi-Z)

(Hi-Z)

IC A1IC A8 IC B1 IC B8

SE(A)

OE(A)

IC A2 IC A3 IC A1 IC A2 IC A3

OUT(IC B2) (Hi-Z)

SM3320A


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