可见光传感器.pdf

上传人:奻奴 文档编号:567643 上传时间:2018-02-23 格式:PDF 页数:13 大小:425.43KB
返回 下载 相关 举报
摘要
申请专利号:

CN201110218076.8

申请日:

2011.08.01

公开号:

CN102322875A

公开日:

2012.01.18

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01D 3/028申请日:20110801|||公开

IPC分类号:

G01D3/028

主分类号:

G01D3/028

申请人:

西安电子科技大学

发明人:

来新泉; 叶强; 陈及时; 袁冰; 王辉; 何惠森; 赵永瑞

地址:

710071 陕西省西安市太白南路2号

优先权:

专利代理机构:

陕西电子工业专利中心 61205

代理人:

王品华;朱红星

PDF下载: PDF下载
内容摘要

本发明公开了一种可见光传感器,主要解决现有技术无法有效抑制红外光,受暗电流和噪声影响,精度不高的问题,包括环境光检测电路(1),红外光检测电路(2),电流控制电路(3),模数转换电路(4),时序控制电路(5),基准电压产生电路(6),基准电流产生电路(7)和数据存储电路(8),环境光检测电路将检测的光信号转换为电流信号与由红外光检测光信号所转换的电流信号经电流控制电路进行运算,将运算结果输出到模数转换电路,模数转换电路将转换结果通过数据存储电路送入到外部微处理器,时序控制电路为所有电路提供时序控制信号。本发明拥有两个量程,能有效抑制红外光,消去暗电流,滤除人工光源中的闪烁噪声,主要响应可见光,可应用于电子产品的智能控制中。

权利要求书

1: 一种可见光传感器, 其特征在于 : 它包括 : 环境光检测电路 (1), 用于将检测到的环境光转换成电流信号 I2, 输出到电流控制电路 (3) ; 红外光检测电路 (2), 用于将检测到的环境光的红外光转换成电流信号 I1, 输出到电流 控制电路 (3) ; 电流控制电路 (3), 主要由电流镜像电路 (31), 第一开关电路 (32), 第一稳压电路 (33), 第二开关电路 (34) 和第二稳压电路 (35) 组成 ; 第一稳压电路 (33) 采用三层共源共 栅结构, 将输入的两路电流 I2 和 I1 输出到第一开关电路 (32) ; 第二开关电路 (34) 接收基 准电流产生电路 (7) 输出的电流 IREF, 通过开关分时导通, 输出两路电流 I6 和 I7 分别给第 一开关电路 (32) 和第二稳压电路 (35) ; 第一开关电路 (32) 将接收的电流 I1 输出到电流镜 像电路 (31), 电流镜像电路 (31) 将输入电流 I1 通过两个镜像管镜像输出电流 I3 反馈给第 一开关电路 (32), 输入电流 I1 与镜像电流 I3 在两个镜像管内分时转换, 以减小因镜像管 MP1 和 MP2 不对称所引起的误差 ; 第一开关电路 (32) 与时序控制电路 (5) 输出的第五控制信号 Mode_set 连接, 当 Mode_set 为高时, 将电流 I3 输出到第二稳压电路 (35), 当 Mode_set 为 低时, 第一开关电路 (32) 对输入的三路电流 I2、 I3 和 I6 进行减法运算, 得到采样 / 量化电 流 IO 输出给模数转换电路 (4) ; 第二稳压电路 (35) 用于对第一开关电路 (32) 和第二开关 电路 (34) 进行稳压和降低开关噪声 ; 模数转换电路 (4), 用于将电流控制电路 (3) 输入的电流信号 IO 转换成数字信号输出 给数据存储电路 (8), 与时序控制电路 (5) 的第二输出信号 CTRL2 连接, 使本传感器在两个 量程之间转换, 同时抑制人工光源产生的 50Hz/60Hz 闪烁噪声 ; 准电压产生电路 (6), 分别与电流控制电路 (3) 和模数转换电路 (4) 的电压输入端连 接, 为其提供基准电压 ; 基准电流产生电路 (7), 与电流控制电路 (3) 的电流输入端连接, 为其提供基准电流 ; 时序控制电路 (5), 分别与电流控制电路 (3), 模数转换电路 (4) 和数据存储电路 (8) 的输入端连接, 为它们提供不同的时序控制信号。 数据存储电路 (8), 用于将模数转换电路 (4) 输入的数字信号进行储存, 同时输出给外 部电路。
2: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于电流镜像电路 (31) 由第一反相 器 INV1, 第二反相器 INV2 和八根 PMOS 管 MP1 ~ MP8 组成 ; 第一反相器 INV1 的输入端与时序 控制电路 (5) 的第六控制信号 CLK2 连接 ; 第二反相器 INV2 的输入端与第一反相器 INV1 的 输出端连接 ; PMOS 管 MP1 和 MP2 为镜像管, 其源端与电源 VDD 连接, 栅端与 PMOS 管 MP7 的漏 端连接, 漏端分别与 PMOS 管 MP3 ~ MP4 和 PMOS 管 MP5 ~ MP6 的源端连接 ; PMOS 管 MP7 和 MP8 的 源端分别与 MP3、 MP4 和 MP4、 MP5 的漏端连接, 其栅端与基准电压产生电路 (6) 的第一基准电压 VREF1 连接, 漏端分别与输入电流 I2 和输出电流 I3 连接 ; PMOS 管 MP3 ~ MP6 构成电流选择电 路, 第二反相器 INV2 的输入端和输出端分别与 MP3、 MP5 和 MP4、 MP6 的栅端连接, 当信号 CLK2 为 0 时, 电流 I1 由 MP2 镜像到 MP1, 反之, 由 MP1 镜像到 MP2, 以减小因镜像管 MP1 和 MP2 不对称 所引起的误差。
3: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于第一开关电路 (32) 由第三反相器 INV3, 第四反相器 INV4, PMOS 管 MP9 ~ MP10 和 NMOS 管 MN1 ~ MN2 组成 ; 第三反相器 INV3 的输 2 入端与时序控制电路 (5) 的第五控制信号 Mode_set 连接, 第四反相器 INV4 的输入端与第 三反相器 INV3 的输出端连接 ; PMOS 管 MP9 和 MP10 的源端与输入电流 I3 连接, 栅端与第四反 相器 INV4 的输出端和输入连接, PMOS 管 MP9 和 NMOS 管 MN2 的漏端与输入电流 I6 和输出电 流 IO 连接, PMOS 管 MP10 的漏端输出电流 I3 ; NMOS 管 MN1 的漏端与电流镜像电路 (9) 中的 MP7 漏端连接, NMOSMN1 和 MN2 的栅端与第三反相器 INV3 的输出端连接, NMOS 管 MN1 和 MN2 的源端 分别接收两路输入电流 I1 和 I2。
4: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于第一稳压电路 (33) 由六个 NMOS 管 MN3 ~ MN8 组成 ; 该 MN3 ~ MN8 的栅端与基准电压产生电路 (6) 的第二基准电压 VREF2 连接, MN3 的漏端与第一开关电路 (10) 中的 MN1 源端连接, MN3 的源端与 MN5 的漏端连接, MN5 的源端 与 MN7 的漏端连接, MN7 的源端接收红外光检测电路 (2) 的输出电流 I1, MN3、 MN5 和 MN7 构成三 层共源共栅结构, 起到稳压作用 ; MN4 的漏端与第一开关电路 (10) 中 MN2 的源端连接, MN4 的 源端与 MN6 的漏端连接, MN6 的源端与 MN8 的漏端连接, MN8 的源端接收环境光检测电路 (1) 的 输出电流 I2, MN4、 MN6 和 MN8 构成三层共源共栅结构, 起到稳压作用。
5: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于第二开关电路 (34) 由触发器 RS 和两个 PMOS 管 MP11 ~ MP12 组成 ; 触发器 RS 的输入端与模数转换电路 (4) 的输出控制信号 量化使能信号 Enable 连接, 它产生的两个互补输出信号分别与两个 PMOS 管的栅极连接, 两 个 PMOS 管的源极均与基准电流产生电路 (7) 的基准电流 IREF 连接, 两个 PMOS 管的漏极分 别输出电流 I6 和 I7。
6: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于第二稳压电路 (35) 由第一跨导运 算放大器 OTA1 组成, 其输出端与反相输入端短接, 正相输入端与基准电压产生电路 (6) 输 出的第二基准电压 VREF2 连接。
7: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于模数转换电路 (4) 主要由积分电 路 (14), 比较器 COMP, 触发器 DFF, 计数器, 数据寄存器 12bit_REG 和与门 AND 组成 ; 积分电 路 (14) 的输入端与电流控制电路 (3) 的输出电流 IO 连接, 将电流信号转换成电压信号 V′ 连接到比较器 COMP 的正相输入端 ; 比较器 COMP 的反相输入端与基准电压产生电路 (6) 输 出的第三基准电压 VREF3 连接, 输出端与触发器 DFF 的数据输入端 D 连接 ; 与门 AND 的两个 输入端分别与触发器 DFF 的输出端 Q 和时序控制电路 (5) 的第一输出端 CRTL1 连接, 输出 控制信号量化使能信号 ; 计数器的输入端 ADC_OUT 与触发器 DFF 的输出端连接, 输出端与数 据寄存器 12bit_REG 的输入端连接 ; 数据寄存器 12bit_REG 输出数据到数据存储电路 (8)。
8: 根据权利要求 7 所述的可见光传感器, 其特征在于积分电路 (14) 主要由三个 NMOS 管 MN9-MN11, 四个电容 C1-C4 和第二跨导运算放大器 OTA2 组成, 第二跨导运算放大器 OTA2 的 正相输入端与第二基准电压 VREF2 连接, 第八 NMOS 管 MN10 和第二电容 C2 的两端分别与第二 跨导运算放大器 OTA2 的反相输入端和输出端连接, 第一电容 C1 和第九 NMOS 管 MN9 串联后 分别与第二跨导运算放大器 OTA2 的反相输入端和输出端连接 ; 第二跨导运算放大器 OTA2 第三电容 C3 的另一端连接到地, 第 的输出端分别与第三电容 C3 和第四电容 C4 的一端连接, 四电容 C4 通过第十一 NMOS 管 MN11 连接到地。
9: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于环境光检测电路 (1) 由 64 个涂有 绿色滤波镀膜的光电二极管单元构成, 该电路能将检测到的环境光即可见光和红外光转换 为电流信号。 3
10: 根据权利要求 1 所述的可见光传感器, 其特征在于红外光检测电路 (2) 由 64 个涂 有绿色和红色滤波镀膜的光电二极管单元构成, 该电路能将检测到的环境光中的红外光转 换为电流信号。

说明书


可见光传感器

    【技术领域】
     本发明属于电子器件技术领域, 涉及光传感器, 可用于电脑、 移动电话、 平板电脑 和 PDA 等便携设备及电视等设备的智能控制中。背景技术
     近年来, 液晶显示器 LCD 的发展突飞猛进, 在平板显示领域的地位举足轻重。以液 晶显示器件为显示屏的电视、 电脑、 移动电话和平板电脑已得到广泛的使用。LCD 是一种调 制灯或环境光的光阀显示, 它本身不发光, 只反射或透射外界光线。反射式 LCD 的亮度低, 色域差, 用于低功率场合, 例如手表等, 不适用与电视、 电脑、 移动电话和平板电脑的显示, 一般使用透射式。在这些场合使用 LCD 当显示器时, 必须给 LCD 加背光源以增强对比度。
     环境光照水平对于用于调制光源的显示装置的性能具有很大的影响。 同时上述应 用中许多为便携装置, 需通过电池供电, 通常这些装置的主要耗电对象是显示装置, 人们已 经认识到, 通过使用光传感器的信息来修改显示器的操作, 改善显示器的性能。 当环境光较 高时, 提高背光亮度以增加对比度, 当环境光亮度较低时, 减少背光亮度。
     环境光源中主要含有可见光和红外光, 不同环境光源中两者光功率密度存在很大 差异, 而其中只有可见光对人们观看显示器有影响, 希望得到近似人眼主要响应可见光的 光传感器。 而现有的环境光传感器, 对环境光中的红外光的抑制程度不高 ; 环境光传感器中 含有的光电二极管 PD 都存在自身产生暗电流的问题, 暗电流受电压影响较大, 由于暗电流 与光电流无法区分, 将导致结果不准确 ; 在人工光源中, 环境光传感器还受 50Hz/60Hz 闪烁 噪声的影响, 以上因素影响了环境光传感器对可见光的响应精度, 从而影响了环境光传感 器在 LCD 背光系统中对背光亮度的调节效果, 降低了人们在不同环境光中观看 LCD 的效果。 发明内容
     本发明的目的在于避免上述技术的不足, 提供一种可见光传感器, 以有效抑制红 外光, 消去光电二极管自身产生的暗电流, 抑制人工光源中存在着 50Hz/60Hz 闪烁噪声, 提 高线性度高和精度, 实现在不同环境光中近似人眼对可见光的响应程度。
     为实现上述目的, 本发明包括 :
     环境光检测电路 1, 用于将检测到的环境光转换成电流信号 I2, 输出到电流控制电 路3;
     红外光检测电路 2, 用于将检测到的环境光的红外光转换成电流信号 I1, 输出到电 流控制电路 3 ;
     电流控制电路 3, 主要由电流镜像电路 31, 第一开关电路 32, 第一稳压电路 33, 第 二开关电路 34 和第二稳压电路 35 组成 ; 第一稳压电路 33 采用三层共源共栅结构, 将输入 的两路电流 I2 和 I1 输出到第一开关电路 32 ; 第二开关电路 34 接收基准电流产生电路 7 输 出的电流 IREF, 通过开关分时导通, 输出两路电流 I6 和 I7 分别给第一开关电路 32 和第二 稳压电路 35 ; 第一开关电路 32 将接收的电流 I1 输出到电流镜像电路 31, 电流镜像电路 31将输入电流 I1 通过两个镜像管镜像输出电流 I3 反馈给第一开关电路 32, 输入电流 I1 与镜 像电流 I3 在两个镜像管内分时转换, 以减小因镜像管 MP1 和 MP2 不对称所引起的误差 ; 第一 开关电路 32 与时序控制电路 5 输出的第五控制信号 Mode_set 连接, 当 Mode_set 为高时, 将电流 I3 输出到第二稳压电路 35, 当 Mode_set 为低时, 第一开关电路 32 对输入的三路电 流 I2、 I3 和 I6 进行减法运算, 得到采样 / 量化电流 I0 输出给模数转换电路 4 ; 第二稳压电路 35 用于对第一开关电路 32 和第二开关电路 34 进行稳压和降低开关噪声 ;
     模数转换电路 4, 用于将电流控制电路 3 输入的电流信号 I0 转换成数字信号输出 给数据存储电路 8, 与时序控制电路 5 的第二输出信号 CTRL2 连接, 使本传感器在两个量程 之间转换, 同时抑制人工光源产生的 50Hz/60Hz 闪烁噪声 ;
     准电压产生电路 6, 分别与电流控制电路 3 和模数转换电路 4 的电压输入端连接, 为其提供基准电压 ;
     基准电流产生电路 7, 与电流控制电路 3 的电流输入端连接, 为其提供基准电流 ;
     时序控制电路 5, 分别与电流控制电路 3, 模数转换电路 4 和数据存储电路 8 的输 入端连接, 为它们提供不同的时序控制信号。
     数据存储电路 8, 用于将模数转换电路 4 输入的数字信号进行储存, 同时输出给外 部电路。 本发明与现有技术相比具有如下优点 :
     (1) 本发明在电流控制电路中采用三层共源共栅结构的稳压电路, 屏蔽了上层电 路电压变化对环境光检测电路和红外光检测电路电压的影响, 给其电路中的光电二极管提 供近似一样的电压, 使其自身产生的暗电流一样, 通过电流控制电路, 将两路相等的暗电流 相减, 从而消去暗电流。
     (2) 本发明的电流控制电路中电流镜像在时序控制下, 在上半周期和下半周期内, 将镜像电流在两个镜像管内转换, 通过模数转换电路在一个周期内进行积分, 消去由实际 电路中镜像管的不对称引起的误差, 提高了精度。
     (3) 本发明中的模数转换电路能抑制人工光源产生的 50Hz/60Hz 闪烁噪声, 实现 在不同环境光中近似人眼对可见光的响应程度。
     附图说明
     图 1 为本发明的可见光传感器结构框图 ; 图 2 为本发明中的电流控制电路框图 ; 图 3 为本发明的环境光检测电路, 红外光检测电路和电流控制电路原理图 ; 图 4 为本发明中的模数转换电路原理图。具体实施方式
     以下参照附图对本发明作进一步详细描述。
     参考图 1, 本发明的可见光传感器, 主要包括环境光检测电路 1, 红外光检测电路 2, 电流控制电路 3, 模数转换电路 4, 时序控制电路 5, 基准电压产生电路 6, 基准电流产生电 路 7, 数据存储电路 8, 其中环境光检测电路 1 由 64 个涂有绿色滤波镀膜的光电二极管单元 构成, 环境光检测电路 1 将检测到的环境光即可见光和红外光转换为电流信号输出到电流控制电路 3 ; 红外光检测电路 2 由 64 个涂有绿色和红色滤波镀膜的光电二极管单元构成, 红外光检测电路 2 将检测到的红外光转换为电流信号输出到电流控制电路 3。电流控制电 路 3 对环境光检测电路 1 与红外光检测电路 2 输出的电流进行运算, 输出采样 / 量化电流 到模数转换电路 4, 模数转换电路 4 对其进行数字化, 同时将数字化结果输入到数据存储电 路 8。 数据存储电路 8 的十二位输出数据送入到外部的微处理器, 该数据存储电路 8 的十二 位输出数据能指示当前环境光中的照度即可见光的强弱, 为实现微处理器对电子产品的智 能控制提供数据依据。基准电压产生电路 6 分别与电流控制电路 3 和模数转换电路 4 的电 压输入端连接, 为其提供基准电压。基准电流产生电路 7 与电流控制电路 3 电流输入端连 接, 为其提供基准电流。 时序控制电路 5 输出十个数字信号, 分别与电流控制电路 3, 模数转 换电路 4 和数据存储电路 8 的输入端连接, 为它们提供不同的时序控制信号。
     以下对本发明各单元电路结构进行详细描述 :
     参考图 2, 本发明的电流控制电路 3, 包括电流镜像电路 31, 第一开关电路 32, 第一 稳压电路 33, 第二开关电路 34, 第二稳压电路 35 组成 ; 第一稳压电路 32 的电压输入端和电 流电流输入端分别与基准电压产生电路 6 的第二基准电压 VREF2、 环境光检测电路 1 的输出 电流 I2、 红外光检测电路 2 的输出电流 I1 连接, 并将这两个检测电路的输出电流 I2 和 I1 再 输出到第一开关电路, 同时屏蔽上级电路对环境光检测电路 1 和红外光检测电路 2 的电压 影响, 使环境光检测电路 1 和红外光检测电路 2 有相同的电压, 从而使两路检测电路所含光 电二极管自身产生的暗电流一样 ; 第二开关电路 34 的电流输入端和时序控制端分别与基 准电流产生电路 7 的基准电流 IREF 和模数转换电路 4 的输出控制信号 Enable 连接, 分别输 出电流 I6 和 I7, 其中 IREF = 50nA ; 该输出电流 I6 连接到第一开关电路 10, 输出电流 I7 连 接到第二稳压电路 35 ; 电流镜像电路 31 的电压输入端和时序控制输入端分别与基准电压 产生电路 6 的第一基准电压 VREF1 和时序控制电路 5 的第六控制端 CLK2 连接, 第一开关电 路 32 将接收的电流 I1 输出到电流镜像电路 31, 电流镜像电路 31 将输入电流 I1 通过两个镜 像管镜像后输出电流 I3 反馈给第一开关电路 32, 所述输入电流 I1 与镜像电流 I3 在两个镜 像管内分时转换, 以减小因镜像管 MP1 和 MP2 不对称所引起的误差 ; 第一开关电路 32 的时序 控制端与时序控制电路 5 的第五控制信号 Mode_set 连接, 当该 Mode_set 为 1 时, 第一开关 电路 32 将电流 I3 输出到第二稳压电路 35, 当该 Mode_set 为 0 时, 第一开关电路 32 对输入 的电流信号 I2、 I3 和 I6 进行运算, 此时, 当模数转换电路 4 的输出控制信号 Enable 为 0 时, I6 = 0, I5 = IREF, 第一开关电路 32 输出电流 I0 = I2-I3, 此时 I0 为采样电流, 当 Enable 为 1 时, I6 = IREF, I5 = 0, 第一开关电路 32 输出电流 I0 = I6-(I2-I3) = IREF-(I2-I3), 此时 I0 为量化电流, 第一开关电路 32 将输出电流 I0 连接到模数转换电路 4 ; 第二稳压电路 35 的 电压输入端和电流输入端分别与基准电压产生电路 6 输出的第二基准电压 VREF2、 第一开 关电路 32 的输出电流 I3、 第二开关电路 12 的输出电流 I7 连接, 对第一开关电路 32 和第二 开关电路 34 进行稳压和降低开关噪声。
     所述电流镜像电路 31 的结构如图 3 所示, 它包括第一反相器 INV1, 第二反相器 INV2 和 PMOS 管 MP1 ~ MP8 ; 第一反相器 INV1 的输入端与时序控制电路 5 的第六控制信号 CLK2 连接 ; 第二反相器 INV2 的输入端与第一反相器 INV1 的输出端连接 ; PMOS 管 MP1 和 MP2 为镜像管, 其源端与电源 VDD 连接, 栅端与 PMOS 管 MP7 的漏端连接, 漏端分别与 PMOS 管 MP3 ~ MP4 和 PMOS 管 MP5 ~ MP6 的源端连接 ; PMOS 管 MP7 和 MP8 的源端分别与 MP3、 MP4 和 MP4、 MP5 的漏端连接, 其栅端与基准电压产生电路 6 的第一基准电压 VREF1 连接, 漏端分别与输入电流 I2 和输出电流 I3 连接 ; PMOS 管 MP3 ~ MP6 构成电流选择电路, 第二反相器 INV2 的输入端和输 出端分别与 MP3、 MP5 和 MP4、 MP6 的栅端连接, 当信号 CLK2 为 0 时, 电流 I1 由 MP2 镜像到 MP1, 反 之, 由 MP1 镜像到 MP2, 以减小因镜像管 MP1 和 MP2 不对称所引起的误差。
     所述第一开关电路 32 的结构如图 3 所示, 包括第三反相器 INV3, 第四反相器 INV4, PMOS 管 MP9 ~ MP10 和 NMOS 管 MN1 ~ MN2 ; 第三反相器 INV3 的输入端与时序控制电路 5 的第五控制信号 Mode set 连接, 第四反相器 INV4 的输入端与第三反相器 INV3 的输出端连 接; PMOS 管 MP9 和 MP10 的源端与输入电流 I3 连接, 栅端与第四反相器 INV4 的输出端和输入 连接, PMOS 管 MP9 和 NMOS 管 MN2 的漏端与输入电流 I6 和输出电流 I0 连接, PMOS 管 MP10 的漏 端输出电流 I3 ; NMOS 管 MN1 的漏端与电流镜像电路 31 中的 MP7 漏端连接, NMOS 管 MN1 和 MN2 的栅端与第三反相器 INV3 的输出端连接, NMOS 管 MN1 和 MN2 的源端分别接收两路输入电流 I1 和 I2, 当 Mode_set 为 1 时, 将电流 I3 输出到第二稳压电路 35, 当 Mode_set 为 0 时, 第一 开关电路 32 对输入的电流信号 I1、 I2 和 I3 进行运算, 当模数转换电路 4 的输出控制信号 Enable 为 0 时, I6 = 0, I5 = IREF, 输出电流 I0 = I2-I3, 此时 I0 为采样电流, 当 Enable 为 1 时, I6 = IREF, I5 = 0, 输出电流 I0 = I6-(I2-I3) = IREF-(I2-I3), 此时 I0 为量化电流, 输 出电流 I0 连接到模数转换电路 4。 所述第一稳压电路 33 的结构如图 3 所示, 包括六个 NMOS 管 MN3 ~ MN8 组成 ; 该 MN3 ~ MN8 的栅端与基准电压产生电路 6 的第二基准电压 VREF2 连接, MN3 的漏端与第一开关电路 32 中的 MN1 源端连接, MN3 的源端与 MN5 的漏端连接, MN5 的源端与 MN7 的漏端连接, MN7 的源端 接收红外光检测电路 2 的输出电流 I1, MN3、 MN5 和 MN7 构成三层共源共栅结构 ; MN4 的漏端与 第一开关电路 32 中 MN2 的源端连接, MN4 的源端与 MN6 的漏端连接, MN6 的源端与 MN8 的漏端连 接, MN8 的源端接收环境光检测电路 1 的输出电流 I2, MN4、 MN6 和 MN8 构成三层共源共栅结构 ; 该电路能屏蔽上级电路对环境光检测电路 1 和红外光检测电路 2 的电压影响, 使环境光检 测电路 1 和红外光检测电路 2 有相同的电压, 从而使两路检测电路所含的光电二极管自身 产生的暗电流一样。
     所述第二开关电路 34 的结构如图 3 所示, 它由触发器 RS 和两个 PMOS 管 MP11 ~ MP12 组成 ; 触发器 RS 的输入端与模数转换电路 4 的输出控制信号量化使能信号 Enable 连接, 它 产生的两个互补输出信号分别与两个 PMOS 管的栅极连接, 两个 PMOS 管的源极均与基准电 流产生电路 7 的基准电流 IREF 连接, 两个 PMOS 管的漏极分别输出电流 I6 和 I7 ; 当 Enable 为 1 时, I6 = IREF, I7 = 0, 当 Enable 为 0 时, I6 = 0, I7 = IREF。
     所述第二稳压电路 35 的结构如图 3 所示, 由第一跨导运算放大器 OTA1 组成, 其输 出端与反相输入端短接, 正相输入端与基准电压产生电路 6 输出的第二基准电压 VREF2 连 接。
     参考图 4, 本发明的模数转换电路 4 包括积分电路 14, 比较器 COMP, 触发器 DFF, 数据选择器, 计数器, 数据寄存器 12bit_REG 和与门 AND ; 电流控制电路 3 输出电流 I0, 与积 分电路 14 的输入端连接, 积分电路 14 将电流信号转换成电压信号 V′, 与比较器 COMP 的 正相输入端连接, 比较器 COMP 将该电压信号 V′与它的反相输入端所连接的第三基准电压 VREF3 进行比较, 输出的 1/0 电平信号连接到触发器 DFF 的数据输入端 D ; 触发器 DFF 的时 钟输入端 clk 和清零端 clr 分别与时序控制电路 5 的第四输出端 CLK 和第七输出端 CLR 连
     接, 它的输出端与计数器的输入端 ADC_OUT 连接 ; 与门 AND 的两个输入端分别与触发器 DFF 的输出端 Q 和时序控制电路 5 的第一输出端 CRTL1 连接, 输出控制信号 Enable ; 计数器的 时钟输入端 clk 和清零端 clr 分别与时序控制电路 5 的第四输出信号 CLK 和第七输出信 号 CLR 连接, 它产生十二位数据信号 [11:0], 数据信号输入到数据寄存器 12bit_REG ; 数据 寄存器 12bit_REG 的时钟输入端 clk 和清零端 clr 分别与时序控制电路 5 的第九输出信号 REG_CLK 和第十输出信号 REG_CLR 连接, 输出十二位数据信号 [11:0] 到数据存储电路 8。 该 积分电路 14 包括三个 NMOS 管 MN9 ~ MN11, 四个电容 C1 ~ C4 和第二跨导运算放大器 OTA2, 其 中第二跨导运算放大器 OTA2 的正相输入端与第二基准电压 VREF2 连接, 第八 NMOS 管 MN10 和 第二电容 C2 的两端分别与第二跨导运算放大器 OTA2 的反相输入端和输出端连接, 第一电 容 C1 和第九 NMOS 管 MN9 串联后分别与第二跨导运算放大器 OTA2 的反相输入端和输出端连 接; 第二跨导运算放大器 OTA2 的输出端分别与第三电容 C3 和第四电容 C4 的一端连接, 第三 电容 C3 的另一端连接到地, 第四电容 C4 通过第十一 NMOS 管 MN11 连接到地 ; 第十 NMOS 关 MN10 和第十一 NMOS 管 MN11 栅端均与时序控制电路 5 的第三输出信号 RESET 连接, 第九 NMOS 管 MN9 的栅端与时序控制电路 5 的第二输出信号 CTRL2 连接, 当 RESET 信号为 1 时, 第十 NMOS 管 MN10 导通, 积分器 14 的输入端和输出端短接处于复位状态, 反之, 积分器 14 处于正常积 分工作状态, 当 CTRL2 为 1 时, 第九 NMOS 管 MN9 导通, 第二电容 C1 和第三电容 C2 并联后作为 积分器 14 的积分电容, 此时传感器工作在大量程 0 ~ 2000lux, 反之, 第 2 电容 C2 作为积分 器 14 的积分电容, 传感器工作在小量程 0 ~ 125lux。
     本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明 :
     仿真 1 : 本发明在 T = 25℃, VDD = 3V, 工作在小量程 0 ~ 125lux 时, 对处于白炽 灯和冷日光灯这两种不同光源中, 照度分别为 10lux、 20lux、 50lux、 100lux 和 125lux 的情 况下, 分别对本发明输出的数字量进行仿真, 结果如表一所示。
     表一工作在小量程 0 ~ 125lux 下的仿真结果
     10lux 白炽灯 冷日光灯 理想值
     324 325 328 20lux 648 651 651 50lux 1621 1629 1629 100lux 3242 3242 3276 125lux 4052 4074 4095 近似斜率 32.4 32.5 32.7从表一可以看出, 当本传感器工作在小量程 0 ~ 125lux 时, 在这两种不同光源 中, 照度一样时, 响应差值与理想值之比约为 0.5%, 与理想值相比, 精度分别为 99.1%和 99.4% ;
     仿真 2 : 本发明在 T = 25℃, VDD = 3V, 工作在大量程 0 ~ 2000lux 时, 对处于白炽 灯和冷日光灯这两种不同光源中, 照度分别为 200lux、 300lux、 500lux、 1000lux 和 2000lux 的情况下, 分别对本发明输出的数字量进行仿真, 结果如表二所示。
     表二工作在大量程 0 ~ 2000lux 下的仿真结果
     9102322875 A CN 102322884 200lux 白炽灯 冷日光灯 理想值
     405 407 409 300lux 608 611 614说明500lux 1013 1013 1023书1000lux 2026 2037 2047 2000lux 4053 4074 40956/6 页 近似斜率 2.026 2.037 2.048从表二可以看出, 当本传感器工作在大量程 0 ~ 2000lux 时, 在这两种不同光源 中, 照度一样时, 响应差值与理想值之比约为 0.5%, 与理想值相比, 精度分别为 98.9%和 99.5% ;
     由于这两种光源中红外光所占比重差别很大, 从仿真结果可以看出本发明能有效 抑制红外光, 从而主要响应可见光, 同时拥有很高的线性度和精度。
     以上仅是本发明的一个最佳实例, 不构成对本发明的任何限制, 显然在本发明的 构思下, 可以对其电路进行不同的变更与改进, 但这些均在本发明的保护之列。

可见光传感器.pdf_第1页
第1页 / 共13页
可见光传感器.pdf_第2页
第2页 / 共13页
可见光传感器.pdf_第3页
第3页 / 共13页
点击查看更多>>
资源描述

《可见光传感器.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《可见光传感器.pdf(13页珍藏版)》请在专利查询网上搜索。

1、10申请公布号CN102322875A43申请公布日20120118CN102322875ACN102322875A21申请号201110218076822申请日20110801G01D3/02820060171申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号72发明人来新泉叶强陈及时袁冰王辉何惠森赵永瑞74专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人王品华朱红星54发明名称可见光传感器57摘要本发明公开了一种可见光传感器,主要解决现有技术无法有效抑制红外光,受暗电流和噪声影响,精度不高的问题,包括环境光检测电路1,红外光检测电路2,电流控制电路3,模数转换电路4,时序控制电。

2、路5,基准电压产生电路6,基准电流产生电路7和数据存储电路8,环境光检测电路将检测的光信号转换为电流信号与由红外光检测光信号所转换的电流信号经电流控制电路进行运算,将运算结果输出到模数转换电路,模数转换电路将转换结果通过数据存储电路送入到外部微处理器,时序控制电路为所有电路提供时序控制信号。本发明拥有两个量程,能有效抑制红外光,消去暗电流,滤除人工光源中的闪烁噪声,主要响应可见光,可应用于电子产品的智能控制中。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书6页附图3页CN102322884A1/3页21一种可见光传感器,其特征在于它包括环境光检测电路1,用于。

3、将检测到的环境光转换成电流信号I2,输出到电流控制电路3;红外光检测电路2,用于将检测到的环境光的红外光转换成电流信号I1,输出到电流控制电路3;电流控制电路3,主要由电流镜像电路31,第一开关电路32,第一稳压电路33,第二开关电路34和第二稳压电路35组成;第一稳压电路33采用三层共源共栅结构,将输入的两路电流I2和I1输出到第一开关电路32;第二开关电路34接收基准电流产生电路7输出的电流IREF,通过开关分时导通,输出两路电流I6和I7分别给第一开关电路32和第二稳压电路35;第一开关电路32将接收的电流I1输出到电流镜像电路31,电流镜像电路31将输入电流I1通过两个镜像管镜像输出电。

4、流I3反馈给第一开关电路32,输入电流I1与镜像电流I3在两个镜像管内分时转换,以减小因镜像管MP1和MP2不对称所引起的误差;第一开关电路32与时序控制电路5输出的第五控制信号MODE_SET连接,当MODE_SET为高时,将电流I3输出到第二稳压电路35,当MODE_SET为低时,第一开关电路32对输入的三路电流I2、I3和I6进行减法运算,得到采样/量化电流IO输出给模数转换电路4;第二稳压电路35用于对第一开关电路32和第二开关电路34进行稳压和降低开关噪声;模数转换电路4,用于将电流控制电路3输入的电流信号IO转换成数字信号输出给数据存储电路8,与时序控制电路5的第二输出信号CTRL。

5、2连接,使本传感器在两个量程之间转换,同时抑制人工光源产生的50HZ/60HZ闪烁噪声;准电压产生电路6,分别与电流控制电路3和模数转换电路4的电压输入端连接,为其提供基准电压;基准电流产生电路7,与电流控制电路3的电流输入端连接,为其提供基准电流;时序控制电路5,分别与电流控制电路3,模数转换电路4和数据存储电路8的输入端连接,为它们提供不同的时序控制信号。数据存储电路8,用于将模数转换电路4输入的数字信号进行储存,同时输出给外部电路。2根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于电流镜像电路31由第一反相器INV1,第二反相器INV2和八根PMOS管MP1MP8组成;第一反相器INV1的输。

6、入端与时序控制电路5的第六控制信号CLK2连接;第二反相器INV2的输入端与第一反相器INV1的输出端连接;PMOS管MP1和MP2为镜像管,其源端与电源VDD连接,栅端与PMOS管MP7的漏端连接,漏端分别与PMOS管MP3MP4和PMOS管MP5MP6的源端连接;PMOS管MP7和MP8的源端分别与MP3、MP4和MP4、MP5的漏端连接,其栅端与基准电压产生电路6的第一基准电压VREF1连接,漏端分别与输入电流I2和输出电流I3连接;PMOS管MP3MP6构成电流选择电路,第二反相器INV2的输入端和输出端分别与MP3、MP5和MP4、MP6的栅端连接,当信号CLK2为0时,电流I1由M。

7、P2镜像到MP1,反之,由MP1镜像到MP2,以减小因镜像管MP1和MP2不对称所引起的误差。3根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于第一开关电路32由第三反相器INV3,第四反相器INV4,PMOS管MP9MP10和NMOS管MN1MN2组成;第三反相器INV3的输权利要求书CN102322875ACN102322884A2/3页3入端与时序控制电路5的第五控制信号MODE_SET连接,第四反相器INV4的输入端与第三反相器INV3的输出端连接;PMOS管MP9和MP10的源端与输入电流I3连接,栅端与第四反相器INV4的输出端和输入连接,PMOS管MP9和NMOS管MN2的漏端与输入。

8、电流I6和输出电流IO连接,PMOS管MP10的漏端输出电流I3;NMOS管MN1的漏端与电流镜像电路9中的MP7漏端连接,NMOSMN1和MN2的栅端与第三反相器INV3的输出端连接,NMOS管MN1和MN2的源端分别接收两路输入电流I1和I2。4根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于第一稳压电路33由六个NMOS管MN3MN8组成;该MN3MN8的栅端与基准电压产生电路6的第二基准电压VREF2连接,MN3的漏端与第一开关电路10中的MN1源端连接,MN3的源端与MN5的漏端连接,MN5的源端与MN7的漏端连接,MN7的源端接收红外光检测电路2的输出电流I1,MN3、MN5和MN7构。

9、成三层共源共栅结构,起到稳压作用;MN4的漏端与第一开关电路10中MN2的源端连接,MN4的源端与MN6的漏端连接,MN6的源端与MN8的漏端连接,MN8的源端接收环境光检测电路1的输出电流I2,MN4、MN6和MN8构成三层共源共栅结构,起到稳压作用。5根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于第二开关电路34由触发器RS和两个PMOS管MP11MP12组成;触发器RS的输入端与模数转换电路4的输出控制信号量化使能信号ENABLE连接,它产生的两个互补输出信号分别与两个PMOS管的栅极连接,两个PMOS管的源极均与基准电流产生电路7的基准电流IREF连接,两个PMOS管的漏极分别输出电流I。

10、6和I7。6根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于第二稳压电路35由第一跨导运算放大器OTA1组成,其输出端与反相输入端短接,正相输入端与基准电压产生电路6输出的第二基准电压VREF2连接。7根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于模数转换电路4主要由积分电路14,比较器COMP,触发器DFF,计数器,数据寄存器12BIT_REG和与门AND组成;积分电路14的输入端与电流控制电路3的输出电流IO连接,将电流信号转换成电压信号V连接到比较器COMP的正相输入端;比较器COMP的反相输入端与基准电压产生电路6输出的第三基准电压VREF3连接,输出端与触发器DFF的数据输入端D连接;与门。

11、AND的两个输入端分别与触发器DFF的输出端Q和时序控制电路5的第一输出端CRTL1连接,输出控制信号量化使能信号;计数器的输入端ADC_OUT与触发器DFF的输出端连接,输出端与数据寄存器12BIT_REG的输入端连接;数据寄存器12BIT_REG输出数据到数据存储电路8。8根据权利要求7所述的可见光传感器,其特征在于积分电路14主要由三个NMOS管MN9MN11,四个电容C1C4和第二跨导运算放大器OTA2组成,第二跨导运算放大器OTA2的正相输入端与第二基准电压VREF2连接,第八NMOS管MN10和第二电容C2的两端分别与第二跨导运算放大器OTA2的反相输入端和输出端连接,第一电容C1。

12、和第九NMOS管MN9串联后分别与第二跨导运算放大器OTA2的反相输入端和输出端连接;第二跨导运算放大器OTA2的输出端分别与第三电容C3和第四电容C4的一端连接,第三电容C3的另一端连接到地,第四电容C4通过第十一NMOS管MN11连接到地。9根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于环境光检测电路1由64个涂有绿色滤波镀膜的光电二极管单元构成,该电路能将检测到的环境光即可见光和红外光转换为电流信号。权利要求书CN102322875ACN102322884A3/3页410根据权利要求1所述的可见光传感器,其特征在于红外光检测电路2由64个涂有绿色和红色滤波镀膜的光电二极管单元构成,该电路能。

13、将检测到的环境光中的红外光转换为电流信号。权利要求书CN102322875ACN102322884A1/6页5可见光传感器技术领域0001本发明属于电子器件技术领域,涉及光传感器,可用于电脑、移动电话、平板电脑和PDA等便携设备及电视等设备的智能控制中。背景技术0002近年来,液晶显示器LCD的发展突飞猛进,在平板显示领域的地位举足轻重。以液晶显示器件为显示屏的电视、电脑、移动电话和平板电脑已得到广泛的使用。LCD是一种调制灯或环境光的光阀显示,它本身不发光,只反射或透射外界光线。反射式LCD的亮度低,色域差,用于低功率场合,例如手表等,不适用与电视、电脑、移动电话和平板电脑的显示,一般使用透。

14、射式。在这些场合使用LCD当显示器时,必须给LCD加背光源以增强对比度。0003环境光照水平对于用于调制光源的显示装置的性能具有很大的影响。同时上述应用中许多为便携装置,需通过电池供电,通常这些装置的主要耗电对象是显示装置,人们已经认识到,通过使用光传感器的信息来修改显示器的操作,改善显示器的性能。当环境光较高时,提高背光亮度以增加对比度,当环境光亮度较低时,减少背光亮度。0004环境光源中主要含有可见光和红外光,不同环境光源中两者光功率密度存在很大差异,而其中只有可见光对人们观看显示器有影响,希望得到近似人眼主要响应可见光的光传感器。而现有的环境光传感器,对环境光中的红外光的抑制程度不高;环。

15、境光传感器中含有的光电二极管PD都存在自身产生暗电流的问题,暗电流受电压影响较大,由于暗电流与光电流无法区分,将导致结果不准确;在人工光源中,环境光传感器还受50HZ/60HZ闪烁噪声的影响,以上因素影响了环境光传感器对可见光的响应精度,从而影响了环境光传感器在LCD背光系统中对背光亮度的调节效果,降低了人们在不同环境光中观看LCD的效果。发明内容0005本发明的目的在于避免上述技术的不足,提供一种可见光传感器,以有效抑制红外光,消去光电二极管自身产生的暗电流,抑制人工光源中存在着50HZ/60HZ闪烁噪声,提高线性度高和精度,实现在不同环境光中近似人眼对可见光的响应程度。0006为实现上述目。

16、的,本发明包括0007环境光检测电路1,用于将检测到的环境光转换成电流信号I2,输出到电流控制电路3;0008红外光检测电路2,用于将检测到的环境光的红外光转换成电流信号I1,输出到电流控制电路3;0009电流控制电路3,主要由电流镜像电路31,第一开关电路32,第一稳压电路33,第二开关电路34和第二稳压电路35组成;第一稳压电路33采用三层共源共栅结构,将输入的两路电流I2和I1输出到第一开关电路32;第二开关电路34接收基准电流产生电路7输出的电流IREF,通过开关分时导通,输出两路电流I6和I7分别给第一开关电路32和第二稳压电路35;第一开关电路32将接收的电流I1输出到电流镜像电路。

17、31,电流镜像电路31说明书CN102322875ACN102322884A2/6页6将输入电流I1通过两个镜像管镜像输出电流I3反馈给第一开关电路32,输入电流I1与镜像电流I3在两个镜像管内分时转换,以减小因镜像管MP1和MP2不对称所引起的误差;第一开关电路32与时序控制电路5输出的第五控制信号MODE_SET连接,当MODE_SET为高时,将电流I3输出到第二稳压电路35,当MODE_SET为低时,第一开关电路32对输入的三路电流I2、I3和I6进行减法运算,得到采样/量化电流I0输出给模数转换电路4;第二稳压电路35用于对第一开关电路32和第二开关电路34进行稳压和降低开关噪声;00。

18、10模数转换电路4,用于将电流控制电路3输入的电流信号I0转换成数字信号输出给数据存储电路8,与时序控制电路5的第二输出信号CTRL2连接,使本传感器在两个量程之间转换,同时抑制人工光源产生的50HZ/60HZ闪烁噪声;0011准电压产生电路6,分别与电流控制电路3和模数转换电路4的电压输入端连接,为其提供基准电压;0012基准电流产生电路7,与电流控制电路3的电流输入端连接,为其提供基准电流;0013时序控制电路5,分别与电流控制电路3,模数转换电路4和数据存储电路8的输入端连接,为它们提供不同的时序控制信号。0014数据存储电路8,用于将模数转换电路4输入的数字信号进行储存,同时输出给外部。

19、电路。0015本发明与现有技术相比具有如下优点00161本发明在电流控制电路中采用三层共源共栅结构的稳压电路,屏蔽了上层电路电压变化对环境光检测电路和红外光检测电路电压的影响,给其电路中的光电二极管提供近似一样的电压,使其自身产生的暗电流一样,通过电流控制电路,将两路相等的暗电流相减,从而消去暗电流。00172本发明的电流控制电路中电流镜像在时序控制下,在上半周期和下半周期内,将镜像电流在两个镜像管内转换,通过模数转换电路在一个周期内进行积分,消去由实际电路中镜像管的不对称引起的误差,提高了精度。00183本发明中的模数转换电路能抑制人工光源产生的50HZ/60HZ闪烁噪声,实现在不同环境光中。

20、近似人眼对可见光的响应程度。附图说明0019图1为本发明的可见光传感器结构框图;0020图2为本发明中的电流控制电路框图;0021图3为本发明的环境光检测电路,红外光检测电路和电流控制电路原理图;0022图4为本发明中的模数转换电路原理图。具体实施方式0023以下参照附图对本发明作进一步详细描述。0024参考图1,本发明的可见光传感器,主要包括环境光检测电路1,红外光检测电路2,电流控制电路3,模数转换电路4,时序控制电路5,基准电压产生电路6,基准电流产生电路7,数据存储电路8,其中环境光检测电路1由64个涂有绿色滤波镀膜的光电二极管单元构成,环境光检测电路1将检测到的环境光即可见光和红外光。

21、转换为电流信号输出到电流说明书CN102322875ACN102322884A3/6页7控制电路3;红外光检测电路2由64个涂有绿色和红色滤波镀膜的光电二极管单元构成,红外光检测电路2将检测到的红外光转换为电流信号输出到电流控制电路3。电流控制电路3对环境光检测电路1与红外光检测电路2输出的电流进行运算,输出采样/量化电流到模数转换电路4,模数转换电路4对其进行数字化,同时将数字化结果输入到数据存储电路8。数据存储电路8的十二位输出数据送入到外部的微处理器,该数据存储电路8的十二位输出数据能指示当前环境光中的照度即可见光的强弱,为实现微处理器对电子产品的智能控制提供数据依据。基准电压产生电路6。

22、分别与电流控制电路3和模数转换电路4的电压输入端连接,为其提供基准电压。基准电流产生电路7与电流控制电路3电流输入端连接,为其提供基准电流。时序控制电路5输出十个数字信号,分别与电流控制电路3,模数转换电路4和数据存储电路8的输入端连接,为它们提供不同的时序控制信号。0025以下对本发明各单元电路结构进行详细描述0026参考图2,本发明的电流控制电路3,包括电流镜像电路31,第一开关电路32,第一稳压电路33,第二开关电路34,第二稳压电路35组成;第一稳压电路32的电压输入端和电流电流输入端分别与基准电压产生电路6的第二基准电压VREF2、环境光检测电路1的输出电流I2、红外光检测电路2的输。

23、出电流I1连接,并将这两个检测电路的输出电流I2和I1再输出到第一开关电路,同时屏蔽上级电路对环境光检测电路1和红外光检测电路2的电压影响,使环境光检测电路1和红外光检测电路2有相同的电压,从而使两路检测电路所含光电二极管自身产生的暗电流一样;第二开关电路34的电流输入端和时序控制端分别与基准电流产生电路7的基准电流IREF和模数转换电路4的输出控制信号ENABLE连接,分别输出电流I6和I7,其中IREF50NA;该输出电流I6连接到第一开关电路10,输出电流I7连接到第二稳压电路35;电流镜像电路31的电压输入端和时序控制输入端分别与基准电压产生电路6的第一基准电压VREF1和时序控制电路。

24、5的第六控制端CLK2连接,第一开关电路32将接收的电流I1输出到电流镜像电路31,电流镜像电路31将输入电流I1通过两个镜像管镜像后输出电流I3反馈给第一开关电路32,所述输入电流I1与镜像电流I3在两个镜像管内分时转换,以减小因镜像管MP1和MP2不对称所引起的误差;第一开关电路32的时序控制端与时序控制电路5的第五控制信号MODE_SET连接,当该MODE_SET为1时,第一开关电路32将电流I3输出到第二稳压电路35,当该MODE_SET为0时,第一开关电路32对输入的电流信号I2、I3和I6进行运算,此时,当模数转换电路4的输出控制信号ENABLE为0时,I60,I5IREF,第一开。

25、关电路32输出电流I0I2I3,此时I0为采样电流,当ENABLE为1时,I6IREF,I50,第一开关电路32输出电流I0I6I2I3IREFI2I3,此时I0为量化电流,第一开关电路32将输出电流I0连接到模数转换电路4;第二稳压电路35的电压输入端和电流输入端分别与基准电压产生电路6输出的第二基准电压VREF2、第一开关电路32的输出电流I3、第二开关电路12的输出电流I7连接,对第一开关电路32和第二开关电路34进行稳压和降低开关噪声。0027所述电流镜像电路31的结构如图3所示,它包括第一反相器INV1,第二反相器INV2和PMOS管MP1MP8;第一反相器INV1的输入端与时序控制。

26、电路5的第六控制信号CLK2连接;第二反相器INV2的输入端与第一反相器INV1的输出端连接;PMOS管MP1和MP2为镜像管,其源端与电源VDD连接,栅端与PMOS管MP7的漏端连接,漏端分别与PMOS管MP3MP4和PMOS管MP5MP6的源端连接;PMOS管MP7和MP8的源端分别与MP3、MP4和MP4、MP5的漏说明书CN102322875ACN102322884A4/6页8端连接,其栅端与基准电压产生电路6的第一基准电压VREF1连接,漏端分别与输入电流I2和输出电流I3连接;PMOS管MP3MP6构成电流选择电路,第二反相器INV2的输入端和输出端分别与MP3、MP5和MP4、M。

27、P6的栅端连接,当信号CLK2为0时,电流I1由MP2镜像到MP1,反之,由MP1镜像到MP2,以减小因镜像管MP1和MP2不对称所引起的误差。0028所述第一开关电路32的结构如图3所示,包括第三反相器INV3,第四反相器INV4,PMOS管MP9MP10和NMOS管MN1MN2;第三反相器INV3的输入端与时序控制电路5的第五控制信号MODESET连接,第四反相器INV4的输入端与第三反相器INV3的输出端连接;PMOS管MP9和MP10的源端与输入电流I3连接,栅端与第四反相器INV4的输出端和输入连接,PMOS管MP9和NMOS管MN2的漏端与输入电流I6和输出电流I0连接,PMOS管。

28、MP10的漏端输出电流I3;NMOS管MN1的漏端与电流镜像电路31中的MP7漏端连接,NMOS管MN1和MN2的栅端与第三反相器INV3的输出端连接,NMOS管MN1和MN2的源端分别接收两路输入电流I1和I2,当MODE_SET为1时,将电流I3输出到第二稳压电路35,当MODE_SET为0时,第一开关电路32对输入的电流信号I1、I2和I3进行运算,当模数转换电路4的输出控制信号ENABLE为0时,I60,I5IREF,输出电流I0I2I3,此时I0为采样电流,当ENABLE为1时,I6IREF,I50,输出电流I0I6I2I3IREFI2I3,此时I0为量化电流,输出电流I0连接到模数。

29、转换电路4。0029所述第一稳压电路33的结构如图3所示,包括六个NMOS管MN3MN8组成;该MN3MN8的栅端与基准电压产生电路6的第二基准电压VREF2连接,MN3的漏端与第一开关电路32中的MN1源端连接,MN3的源端与MN5的漏端连接,MN5的源端与MN7的漏端连接,MN7的源端接收红外光检测电路2的输出电流I1,MN3、MN5和MN7构成三层共源共栅结构;MN4的漏端与第一开关电路32中MN2的源端连接,MN4的源端与MN6的漏端连接,MN6的源端与MN8的漏端连接,MN8的源端接收环境光检测电路1的输出电流I2,MN4、MN6和MN8构成三层共源共栅结构;该电路能屏蔽上级电路对环。

30、境光检测电路1和红外光检测电路2的电压影响,使环境光检测电路1和红外光检测电路2有相同的电压,从而使两路检测电路所含的光电二极管自身产生的暗电流一样。0030所述第二开关电路34的结构如图3所示,它由触发器RS和两个PMOS管MP11MP12组成;触发器RS的输入端与模数转换电路4的输出控制信号量化使能信号ENABLE连接,它产生的两个互补输出信号分别与两个PMOS管的栅极连接,两个PMOS管的源极均与基准电流产生电路7的基准电流IREF连接,两个PMOS管的漏极分别输出电流I6和I7;当ENABLE为1时,I6IREF,I70,当ENABLE为0时,I60,I7IREF。0031所述第二稳压。

31、电路35的结构如图3所示,由第一跨导运算放大器OTA1组成,其输出端与反相输入端短接,正相输入端与基准电压产生电路6输出的第二基准电压VREF2连接。0032参考图4,本发明的模数转换电路4包括积分电路14,比较器COMP,触发器DFF,数据选择器,计数器,数据寄存器12BIT_REG和与门AND;电流控制电路3输出电流I0,与积分电路14的输入端连接,积分电路14将电流信号转换成电压信号V,与比较器COMP的正相输入端连接,比较器COMP将该电压信号V与它的反相输入端所连接的第三基准电压VREF3进行比较,输出的1/0电平信号连接到触发器DFF的数据输入端D;触发器DFF的时钟输入端CLK和。

32、清零端CLR分别与时序控制电路5的第四输出端CLK和第七输出端CLR连说明书CN102322875ACN102322884A5/6页9接,它的输出端与计数器的输入端ADC_OUT连接;与门AND的两个输入端分别与触发器DFF的输出端Q和时序控制电路5的第一输出端CRTL1连接,输出控制信号ENABLE;计数器的时钟输入端CLK和清零端CLR分别与时序控制电路5的第四输出信号CLK和第七输出信号CLR连接,它产生十二位数据信号110,数据信号输入到数据寄存器12BIT_REG;数据寄存器12BIT_REG的时钟输入端CLK和清零端CLR分别与时序控制电路5的第九输出信号REG_CLK和第十输出信。

33、号REG_CLR连接,输出十二位数据信号110到数据存储电路8。该积分电路14包括三个NMOS管MN9MN11,四个电容C1C4和第二跨导运算放大器OTA2,其中第二跨导运算放大器OTA2的正相输入端与第二基准电压VREF2连接,第八NMOS管MN10和第二电容C2的两端分别与第二跨导运算放大器OTA2的反相输入端和输出端连接,第一电容C1和第九NMOS管MN9串联后分别与第二跨导运算放大器OTA2的反相输入端和输出端连接;第二跨导运算放大器OTA2的输出端分别与第三电容C3和第四电容C4的一端连接,第三电容C3的另一端连接到地,第四电容C4通过第十一NMOS管MN11连接到地;第十NMOS关。

34、MN10和第十一NMOS管MN11栅端均与时序控制电路5的第三输出信号RESET连接,第九NMOS管MN9的栅端与时序控制电路5的第二输出信号CTRL2连接,当RESET信号为1时,第十NMOS管MN10导通,积分器14的输入端和输出端短接处于复位状态,反之,积分器14处于正常积分工作状态,当CTRL2为1时,第九NMOS管MN9导通,第二电容C1和第三电容C2并联后作为积分器14的积分电容,此时传感器工作在大量程02000LUX,反之,第2电容C2作为积分器14的积分电容,传感器工作在小量程0125LUX。0033本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明0034仿真1本发明在T25,VDD3V。

35、,工作在小量程0125LUX时,对处于白炽灯和冷日光灯这两种不同光源中,照度分别为10LUX、20LUX、50LUX、100LUX和125LUX的情况下,分别对本发明输出的数字量进行仿真,结果如表一所示。0035表一工作在小量程0125LUX下的仿真结果003610LUX20LUX50LUX100LUX125LUX近似斜率白炽灯324648162132424052324冷日光灯325651162932424074325理想值3286511629327640953270037从表一可以看出,当本传感器工作在小量程0125LUX时,在这两种不同光源中,照度一样时,响应差值与理想值之比约为05,与理。

36、想值相比,精度分别为991和994;0038仿真2本发明在T25,VDD3V,工作在大量程02000LUX时,对处于白炽灯和冷日光灯这两种不同光源中,照度分别为200LUX、300LUX、500LUX、1000LUX和2000LUX的情况下,分别对本发明输出的数字量进行仿真,结果如表二所示。0039表二工作在大量程02000LUX下的仿真结果0040说明书CN102322875ACN102322884A6/6页10200LUX300LUX500LUX1000LUX2000LUX近似斜率白炽灯4056081013202640532026冷日光灯4076111013203740742037理想值4。

37、0961410232047409520480041从表二可以看出,当本传感器工作在大量程02000LUX时,在这两种不同光源中,照度一样时,响应差值与理想值之比约为05,与理想值相比,精度分别为989和995;0042由于这两种光源中红外光所占比重差别很大,从仿真结果可以看出本发明能有效抑制红外光,从而主要响应可见光,同时拥有很高的线性度和精度。0043以上仅是本发明的一个最佳实例,不构成对本发明的任何限制,显然在本发明的构思下,可以对其电路进行不同的变更与改进,但这些均在本发明的保护之列。说明书CN102322875ACN102322884A1/3页11图1图2说明书附图CN102322875ACN102322884A2/3页12图3说明书附图CN102322875ACN102322884A3/3页13图4说明书附图CN102322875A。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 物理 > 测量;测试


copyright@ 2017-2020 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1