TWI302194B - Apparatus and method for sensing ambient light - Google Patents
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Description
1302194 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】 . 本發明係關於光強度檢測裝置，更特別言之，係關於 具有補償能力的光檢測裝置。 5 【先前技術】 在光學應用系統中，常常使用光檢測裝置感測環境 光’以將光信號轉換成電信號。對於光檢測裝置而言，靈 ^ .敏度、頻寬和動態範圍是典型地用來定義光檢測裝置性能 10 的關鍵工作參數。光檢測裝置典型地包括光電二極體 (photodiode)和其他電路。光電二極體被點亮時能夠檢測作 為光信號的環境光，並將此光信號轉換成表示環境光的電 信號。其他電路能夠進一步處理電信號，以滿足各種應用 的需要。 15 在習知應用中，係使用反向偏壓(reverse biasing)實施 光電二極體。在此情形中，具有一反向偏壓光電二極體的 接收器具有更快的回應。然而，這些光檢測裝置有一些嚴 重的缺陷’例如增加的漏電流、較大的暗電流和較高的雜 訊(noise)等級。將更大的反向偏壓用於反向偏壓光電二極 20 體’也會引起增加的雜訊等級。而且，由信號處理過程引 起的過度雜訊’會對用於光檢測裝置的有用增益產生更大 的限制。另外，光檢測裝置通常在其輸出端上輸出電壓信 號’其會在多種應用中對動態範圍產生不利影響。 可以使用轨至軌(rail to rail)放大器來反向偏壓光電二 25 極體。然而’使用軌至軌放大器增加設計的複雜性。可選 0222 ROC SPEC (20061205).doc 5 1302194 地，可施加習知放大器以反向偏壓光電二極體。然而，此 等實施需要設計中—合適的參考電壓，這會致使該設計變 得更複雜。所有此等限制增加電路設計更多的複雜性，導 致晶粒(die)面積和功率消耗的增加。 5 圖1闡示具有利用反向偏壓的暗電流補償的先前技術 的光檢測裝置10的方塊圖。光檢測裝置1〇包括兩個光電 二極體11和11’、兩個轉移阻抗放大器12和13，以及一 減法電路14。光檢測裝置10可以從在光電二極體丨1和11’ 周遭的環境光中接收能量，並在其輸出端上產生電壓信 1〇 號。 光電二極體11和轉移阻抗放大器12形成一核心級。 轉移阻抗放大器12包括第一放大器和回授電阻。光電二 極體11的陰極連接到正電壓，而光電二極體11的陽極連 接到第一放大器的反相輸入端。第一放大器的非反相輸入 is 端經由電阻連接到地。因此達成光電二極體11的反向偏 壓。光電二極體11能夠產生由光電流和暗電流組成的電 流信號。轉移阻抗放大器12中的回授電阻連接在第一放 大器的反相输入端和輸出端之間。轉移阻抗放大器12能 夠將來自光電二極體11的電流信號轉換成第一電壓信號。 20 光電二極體11 ’和轉移阻抗放大器13複製光電二極體 11和放大器12，並且作為一複製級。將該複製銀置於核 心級附近，以使得光電二極體11和1Γ實質上處於相同的 環境中。與光電二極體11不同，光電二極體tl，有遮蔽 (shielded)，亦即光電二極體11’不是由環境光照亮。結果， 25 光電二極體11’僅產生複製暗電流。可以由轉移阻抗放大 0222 ROC SPEC (20061205).doc 6 1302194 器13以與轉移阻抗放大器12相同的方式將該複製暗電流 轉換成第二電壓信號。 減法電路14可以從第一電壓信號中減去第二電壓信 號，以消除來自光電二極體11和11’的暗電流分量。最後， 5 減法電路Η可以輸出一輸出電壓信號，以供應電源給不 同的負載。因此，藉由消除暗電流分量，複製級補償了核 心級。由於精確的複製級係内嵌於光檢測裝置1〇，所以需 要更多的晶粒面積和額外的複製級電路，其亦增加能量耗 損。而且，用於轉移阻抗放大器12和13的執至轨設計對 10 光檢測裝置10增加更多複雜性。 當在光檢測裝置中的光電二極體處於反向偏壓時，上 述缺陷和不利條件會對光檢測裝置的性能產生不利影 響。因而需要一種裝置和方法，以用更小的晶粒面積、更 低的雜訊和更大的動態範圍來補償由光檢測裝置中的光 15 電二極體產生的雜訊，本發明即主要關於此等裝置和方 法。 【發明内容】 在一實施例中，本發明是一種用於感測環境光之裝 20 置。該裝置包括一光檢測器、一具有負回授之轉換器、一 補償電路以及一減法電路。該光檢測器當檢測到該環境光 時產生一電流。該轉換器連接到該光檢測器並將該電流轉 換成一第一輸出信號。補償電路連接到該光檢測器和該轉 換，並產生一第二輸出信號。該一連接到該轉換器和該 25 補償電路。該減法電路可從該第一輸出信號中減去該第二 0222 ROC SPEC (20061205).doc 7 1302194
輸出W ’並產生—第三輸出信號。該第三輸出信號表示 該，境光。放大器可接收該第三輸出信號、放大該第三輸 出信號並產生一電流信號。 在另一實施例中，本發明是一種用於感測環境光之裝 置二该裝置包括一光檢測器以及一具有補償能力的電路。 該该光檢測器可檢測該環境光並產生一第一電流信號。該 電路連接到該光檢測器。該電路能處理該第一電流信號並 產生表示该環境光的一第二電流信號。 “在又一個實施例中，本發明是一種用於減小由一第一 光檢測器產生的雜訊的方法。該方法之步驟包括產生一反 應，境光的第-電壓信號、產生一來自一第二光電檢測器 的第二電屋信號、從該第一電壓信號中減去該第二電壓信 唬以減小該雜訊，以及經由該減法運算產生一電流信號。 忒第一光檢測器是零偏壓。該第二光檢測器有遮蔽 (shielded) 〇 【實施方式】 參考隨附之例示性實施例的詳細描述，本發明之優點 將更加彰顯，該描述應與所附圖式一併考慮。 本發明提供具有補償能力的光檢測裝置，其中的光電 二極體是零偏壓的，所以該光檢測裝置能夠有效地減小由 信號處理引起的雜訊。圖2闡示具有補償能力的例示性光 檢測裝置100的方塊圖。在此實施例中，光檢測裝置1〇〇 包括如光電二極體11〇的光檢測器、轉換器120、補償電 25 路130、減法電路140、放大器150和電壓源160。一般將 0222 ROC SPEC (20061205).doc 〇 1302194 光檢測裝置100描述為具有兩個級，前置放大器級和後置 放大器級。典型地，前置玫大器級被定義為在光電二極體 no之後的第一放大級，該第一放大級包括轉換器120、 補償電路130和減法電路140。後置放大器級被定義為剩 5 餘的放大級，用以將來自光電二極體110的電信號進一步 提升到適合信號處理的位準。在光檢測裝置100中，放大 裔150是後置放大器級。 電壓源160連接到光電二極體11〇的陽極，以供應電 ，給光檢測裝置100。例如，如圖所示的Vg被用作參考電 10 壓。當光電二極體被照亮時，光電二極體110能夠檢測環 境光並產生表示環境光的電流。該電流由光電流和暗電流 構成。在此情形中，由暗電流產生的暗電流雜訊和如熱雜 汛、強生(Johnson)雜訊等其他雜訊，會由光電二極體11〇 導入。 15 轉換器丨20能夠將來自光電二極體110的電流轉換成 在其輸出端上的電壓信號。在此實施例中，轉換器12〇可 以包括放大器122和回授電路124。光電二極體no的陽 極連接到放大器122的非反相輸入端，而光電二極體11〇 的陰極連接到放大器122的反相輸入端。回授電路124連 20 接在放大器122的反相输入端和輸出端之間。回授電路124 可以建立跨過放大器122的輸入端的虛擬短路。換言之， 在放大器122的輸入端之間的電位差實質上為零。因此， 光電二極體11〇由放大器122零偏壓。零偏壓光電二極體 110可以完全消除由跨過光電二極體110的接點處的電位 25 差引起的漏電流。零偏壓光電二極體110可以最小化可能 0222 ROC SPEC (20061205).doc 9 1302194 的雜訊，例如由光電二極體11()產生的熱雜訊和強生雜 訊。另外，可以使用回授電路124來改善光檢測裝置iOO 的增益特性。因此，在放大器122的輸出端上的電壓信號 可以包括由光電流產生的有用電壓、由暗電流導致的暗電 5 流雜訊和其他雜訊。來自放大器122的電壓信號是參考電 壓Vg、光電流分量、暗電流分量和其他雜訊分量之和，其 中光電流分量由光電流產生的信號來定義，暗電流分量由 暗電流引起的信號來定義，而其他雜訊分量由其他雜訊轉 換的信號來定義。 10 雖然圖2中圖示放大器122和回授電路124，熟悉本 領域技藝之人士應理解其他元件的組合也能用以實現從 電流信號到電壓信號的轉換，以及實現對光檢測器的零偏 壓。轉換器120的其他架構將會在下文中更詳細地描述。 補償電路130包括有遮蔽的光電二極體11〇，以及與光 15 電一極體110’並聯的阻抗元件132。補償電路13〇連接在 光電二極體110的陽極和減法電路14〇之間。有遮蔽的光 電二極體110,是光電二極體110的複製。作為一參考光電 二極體之有遮蔽的光電二極體110,被放在光電二極體 11〇(核心光電二極體)的附近，所以兩個光電二極體11〇和 20 U〇’實質上處於相同的環境中。因為光電二極體11〇，是有 遮蔽的，所以僅有暗電流產生且僅流過阻抗元件132。跨 過阻抗元件132的電壓由公式⑴給出。因此，補償電路 能夠輸出包括暗電流雜訊和其他雜訊的電壓信號，以補償 由光電二極體110產生的暗電流和其他雜訊。來自補償電 路130的電壓信號是參考電壓Vg、暗電流分量和其他雜訊 0222 ROC SPEC (20061205).doc 10 25 '1302194 分量之和。 其中v是跨過阻抗元件132的電壓，R是阻抗元件出 的阻抗’巾id是由有遮蔽的光電二極體11〇，產生的暗電 流。 、減法電路140連接到放大器122㈣出端和有遮蔽的 • %電二極體110’的陽極。減法電路140可以接收來自轉換 10 a 120的電壓信號以及來自補償電路U0的電壓信號。在 減法電路140上，將來自補償電路13〇的電壓信號從來自 轉換為120的電壓遽中減去。結果，來自光電二極體⑽ 的暗電流雜訊和其他雜訊可以被顯著降低。最後，減法電 路140能夠在其輸出端產生電流。 放大态150能夠放大來自減法電路14〇的電流並在其 輸出端上產生更大的電流，以驅動不同的外部負載。具有 較大規模阻抗的電阻可以連接到放大器150的輸出端，以 使更大的電流能夠被轉換成電壓信號。該電壓信號可以隨 著連接到放大器150的電阻的阻抗而變化。因此，可以由 20放大器I50產生更大規模的電屋，以供應電源給外部負 載。換言之，光檢測裝置100具有更高的動態擺幅。放大 器150還能夠改善光檢測裝置1〇〇的增益特性。 請參閱圖3，其闡示零偏壓光電二極體的例示性的放 大器的示意圖。在此實施例中，電壓源16〇向光電二極體 25 no和轉換器I20提供參考電壓vg。具有負回授路徑的轉 0222 ROC SPEC (20061205).doc 1302194 、器120能夠在放大器122的反相輸入端和非反相輸入端 t間建立一虛擬短路。因此，在放大器122的這兩個輸入 端上的電壓相等，亦即，跨過光電二極體11G的陽極和陰 極的電位差貫質上等於零。因此實現對光電二極體進 行零偏壓。 圖4A闡示根據本發明的圖2中的轉換器12〇的一實 施例300的方塊圖。在此實施例300中，轉換器12〇a包 括轉移阻抗放大器122A和阻抗回授網路124八。阻抗回授 1〇網=124八連接在轉移阻抗放大器122A的反相輸入端和輸 出立而之間，以作為負回授路徑。阻抗回授網路124A能夠 經由不同配置來實現，例如電阻。熟悉本領域技藝之人士 應理解其他具有阻抗特性的元件的組合能夠在此用作負 回授路徑，而不會悖離本發明的精神。 圖4B闡示轉換器120B的另一實施例400的方塊圖。 15 轉換器120B可以利用截波器穩定性技術來實現動態偏壓 抵消。轉換器120B包括調節器601、放大器602、解調器 603、放大器604和濾波器605。 調節器601連接在圖2中的光電二極體110之陽極和 陰極之間。調節器601能夠將來自光電二極體11〇的如光 20 電流和暗電流的直流(DC)信號調節成交流(AC)信號。接 著，調節器601可以將此AC信號傳遞至放大器602的輪 入端。在1C(積體電路)設計中，較小的信號，亦即偏移量 (Voffset)，通常存在於放大器6〇2的輸入端之間。來自調 節器601的AC信號和偏移量可以由放大器602放大，然 25 後由解調器6〇3解調。結果，解調器6〇3能夠以較高的頻 0222 ROC SPEC (20061205).doc 12 1302194 率輸出與該偏移量相關的AC信號，以及與來自光電二極 體110的DC信號相關的Dc信號。放大器6〇4還可以放 大來自解調裔603的AC信號和DC信號，然後將這些信 號在其輸出端進行傳送。由於與偏移量有關的Ac信號處 5 於較高的頻率，所以該AC信號能夠被例如濾波器6〇5的 低通濾、波器濾、波。 圖5A顯示圖2中的轉換器12〇的另一實施例5〇〇的 概略圖。在此實施例中，轉換器12〇c包括放大器122、濾 波器125、電容126和開關128。轉換器12〇c作為一切換 ίο 積分裔。電容126和開關128形成了負回授路徑。開關128 可以在一時脈信號的控制下，在開路(〇pen)狀態和閉合 (close)狀態之間進行操作。在開路狀態下，可以持續導通 開關128 —特定時間間隔。當開關128操作在開路狀態 時，積分電容12ό重置。然而，在閉合狀態下，可以持續 15 關段開關128另一特定時間間隔，且積分電容126可以由 放大器122充電。因此，在放大器122的輸出端上將產生 鋸齒波形。該鋸齒波形進一步由低通濾波器125濾波，以 送出一平均電壓信號至放大器122的輸出端。 雖然在圖5A僅顯示一開關和一電容，但是此處開關 20 和電容的數量並無限制。熟悉本領域技藝之人士應理解， 可以在此使用任意數量的開關和電容供圖2中的轉換器 120之用，而不會悖離本發明的精神。 圖5B是圖2中的轉換器12〇的另一實施例6〇〇的概 略圖。在此實施例中，轉換器i2〇D可以利用自動調零技 25 術來消除偏移量(voffset)。轉換器120D包括放大器610、 0222 ROC SPEC (20061205).doc 1302194 四個開關611、613、615和617以及兩個電容612和614。 轉換器120D作為一切換積分器。 在轉換器120D中，放大器610具有主反相輸入端、 輔反相輸入端、非反相輸入端和輸出端。開關611連接在 5 放大器610的主反相輸入端和開關617之間。電容612與 開關611並聯。開關613連接在放大器610的輔反相輸入 端和輸出端之間。電容614連接在放大器610的輔反相輸 入端和地之間。開關615連接在放大器610的主反相輸入 丨端和地之間。放大器610的非反相輸入端直接連接到地。 10 放大器61〇的主反相輸入端和非反相輸入端作為轉換 恭120D的兩個輸入端以接收電流，例如來自光電二極體 110的光電流和暗電流。操作為切換積分器的轉換器120D 具有自動調零相位、進行積分相位和重置相位。在自動調 零相位期間，開關611、613和615閉合，而開關617開 15 路。結果，主反相輸入端等效於連接到地，所以放大器610 是具有辅输入端的單一回授配置。結果，放大器610的偏 _ 移量被取樣，且接著被儲存在電容614中。在進行積分相 位期間，開關611、613和615開路，而開關617閉合。 接著’來自光電二極體110的電流在放大器61〇的輸出端 20 上積分。在重置相位期間，開關611閉合，以重置跨過電 容612的電荷。因此，使用自動調零技術以減小低頻雜訊， 例如偏移量’以改善前置放大器級的性能。 圖6闡示圖2中的減法電路14〇的概略圖7〇〇。在概 略圖700中，減法電路14〇由兩個放大器7〇1和7〇2、兩 25 個PM〇s電晶體703和704、兩個電阻707和708以及電 0222 ROC SPEC (20061205).doc 1302194 流鏡組成。電流鏡包括兩個NMOS電晶體705和706。放 大益701接收來自圖2之轉換器120的電壓信號，該電壓 信號由參考電壓、光電流分量、暗電流分量和其他^訊分 量組成。類似地，放大器702能夠接收來自圖2之補償電 5 路13()的電壓信號，該電壓信號由參考電壓、暗電流分量 和其他雜訊分量組成。 放大器701、PMOS電晶體703和電阻707能夠形成 電壓隨耦器。因而，與來自轉換器12〇的電壓信號相等的 一電壓會被複製到電阻707。結果，取決於來自轉換器12〇 10 的電壓信號的一電流可流經NMOS電晶體705。換句話 說，來自轉換器120的電壓信號被轉換成流經NM〇s電晶 體705的電流。以相同的方式，根據來自補償電路13〇的 電壓信號的電流可流經NMOS電晶體706。對於電流鏡而 言，這兩個電流的相減可產生淨電流(1〇)產生。由於參考 15 電壓分量、暗電流分量和其他雜訊分量經由相減而消除， 所以可以僅由光電流分量而決定淨電流。因此，來自電壓 源160的參考電壓和由例如暗電流、溫度產生的雜訊能夠 有效地從該有用信號——光電流中隔離出來。
圖7是圖2中的放大器150的一實施例的概略圖。在 20 實施例80〇中，放大器150由電流鏡組成，該電流鏡包括 兩個NMOS電晶體802和804。電流:Iin是圖6中的淨電 流1〇。電流Iin是由NMOS電晶體804鏡射得到的，且以 期望的乘法比例放大，例如Μ。換言之，放大器可以 電流模式操作。流經NMOS電晶體802的電流Iin會在 25 NMOS電晶體802和804的閘極極端上產生一電壓。NMOS 0222 ROC SPEC (20061205).doc 15 130219*4 電晶體802和804的閘極極端上的電壓是nm〇S電晶體 802的汲極電流的平方根，該汲極電流由電流Iin確定。因 而，放大器150能夠以電流模式達到較低的電壓空間 (voltage headroom)。進一步，放大器15〇能夠改善光檢測 裝置100的增益特性，所以能夠有效地避免前置放大器級 和後置放大器級進入飽和區。因此，放大器150能夠在 NMOS電晶體804的源極端上發出電流i〇ut。
10 圖8是圖2中連接到光檢測裝置10〇的例示性負載的 概略圖。在一實施例900中，負載由電阻902和904以及 電容906組成。電阻904與電阻902串聯連接，並與電容 906並聯。電阻902和904作為電阻分壓器，以按比例降 低輸出電壓，該輸出電壓的值由公式(2)給定。由於該輸出 電壓係由電阻904的阻抗確定，所以該輸出電壓會具有較 高的動態擺幅。 15
Vout = R904 R904 + R902
Vss + lout * R9041 IR902 (2) 圖9是圖2中的電壓源160的一實施例1000的概略 圖。在此實施例中，電壓源160由電流源1002以及兩個 2〇 二極體1004和1006組成。因為參考電壓Vg可被減法電 路140消除，所以不需在積體電路設計中實施精確的電 壓。因此，兩個二極體1004和1〇〇6河以串聯連接並且順 向偏壓，以產生參考電壓Vg。 在扭作中’當由壤境光照亮且被轉換益120零偏壓 25 時，光電二極體11〇可以將光信號轉換成電信號(電流信 0222 ROC SPEC (20061205).doc 16 •1302194 號）’該電信號由光電流和暗電流組成，其中光電流與環境 光的光強度有關。另外，由於溫度和其他原素產生的其他 雜訊也會被光電二極體110導入。 轉換器120能接收來自電壓源160的參考電壓和來自 5 光電二極體110的電流信號。電流信號包括光電流分量、 暗電流分量和其他雜訊分量。轉換器120可將電流信號轉 換成電壓信號’該電屡信號也包括上述的三個分量。轉換 器120能將包括參考電壓分量、光電流分量、暗電流分量 和其他雜訊分量的電壓信號傳輸到其輸出端上。而且，轉 ίο 換器120可以配有負回授路徑，以改善其增益特性。 為了補償參考電壓分量、暗電流分量和其他雜訊分 量，提供補償電路130來實現此補償能力。補償電路13〇 可以包括有遮蔽的複製光電二極體110’。因為有遮蔽，所 以光電二極體110’僅能夠產生暗電流。為了將暗電流轉換 15 成電壓信號，在此提供電阻132。如上所述，有遮蔽的光 電二極體110’置於光電二極體110附近，因此也會產生其 他雜訊分量。因此，補償電路130能夠輸出包括參考電壓 分量、暗電流分量和其他雜訊分量的電壓信號。暗電流分 量等於由電阻132的阻抗乘以暗電流。選擇適當的電阻132 2〇 的阻抗，以使來自補償電路130的暗電流分量等於來自轉 換器120的暗電流分量。 減法電路140能接收來自轉換器120和補償電路13〇 的電壓信號。經由在減法電路140上的減法運算，可以完 全抵消參考電壓分量、暗電流分量和其他雜訊分量。因 25 此，在減法運算後僅有光電流分量會保留。減法電路14〇 0222 ROC SPEC (20061205).doc 17 1302194 能夠輸出反應光電流的電流信號。因此，該電流信號從前 置放大器級傳遞到後置放大器級，用於更進一步的信號處 理。
10 15 20 25 在後置放大器級，提供放大器150來進一步放大從減 法電路140接收的電流信號。放大器150產生放大的電流 給外部負載。透過電阻分壓器，可以容易地將放大器電流 轉換成電壓，所以光檢測裝置100的動態擺幅得到很大的 擴展。另外，放大器150還可以改善光檢測裝置1〇〇的增 益特性。前置放大器級和後置放大器級能夠有利地防止光 檢測裝置100中的每個放大器進入飽和區。 此處已描述一些實施例，然而，其僅為利用本發明的 實施例中的數個，且在此僅為解釋性而非限制性。^於熟 悉本技藝之人士而言，在本質上不悖離由所附申請專利範 圍所定義之本發明的.精神和範圍的條件下，實施許多其他 實施例係為顯而易見。而且，雖然本發明的元件係以單數 描述或要求’但是除非另有明確說明，否則複數亦為可能。 本文所用的術語和片語是用於描述而非限制，且使用 這些術語和片語錄意欲排除任·有本文所顯示和描 述的特徵(或部分特徵)的等效物，應該明白在申請專利 圍的範如可能有各種修改。其他修改、變化和^換= 可能。因此，申請專利範圍意欲涵蓋所有此等等效物。、’、、、 【圖式簡單說明】 月技術的光檢 圖1是經由反向偏壓具有補償能力的先 測裝置的方塊圖；
0222 ROC SPEC (20061205).dOC
10 圖 15
20 先檢：=::明經由零偏壓具有補償能力的例示性 的示^是根據本發明零偏壓光電二極體的例示性放大器 據本發明—實施例的轉換器的示意圖； 具有二值讀據本發明另—實施例利用截波11穩定性之 勒悲偏移量抵消的例示性轉換器的示音圖； 2 =是根據本發明又-實施例的轉^的概略圖； 具有^二2據本發明又—實施例利用自動調零技術之 動心偏移1抵消的例示性轉換器的概略圖； 圖6是圖2的減法電路的概略圖； 圖7是圖2的放大器的概略圖； 圖8是根據本發明-實__ 2㈣壓源 以及 圖9是連接到圖2的光檢測裝置的例示性負載的概略 園。 【主要元件符號說明】 10、100:光檢測裝置 11 ν 11’：光電二極體 12 '13 :轉移阻抗放大器 14:減法電路 110、110’ ：光電二極體 120、120A、120B、120C、120D :轉換器 122 :放大器 0222 ROC SPEC (20061205).doc 19 25 1302194 124 ： 回授電路 鼻 122A :轉移阻抗放大器 124 A :阻抗回授網路 125 ： 濾波器 5 126 ： 電容 128 ： 開關 130 ： 補償電路 132 ： 阻抗元件 • 140 ： 減法電路 10 150 ： 放大器 160 ： 電壓源 、601 ： 調節器 602 ： 放大器 603 ： 解調器 15 604 ： 放大器 605 ： 濾波器 610 ： 放大器 6U、 613、615、617 :開 ® 612、 614 :電容 20 701、 702 :放大器 703、 704 ·· PMOS電晶體 705、 706 : NMOS電晶體 707、 708 :電阻 802 > 804 : NMOS電晶體 25 902、 904 :電阻 0222 ROC SPEC (20061205).doc 20 1302194 906 :電容 1002 :電流源 1004、1006 :二極體
0222 ROC SPEC (20061205).doc 21
Claims (1)
1302194 95132089 97年4月修正
十、申請專利範圍： ' L 一種用於感測環境光之裝置，該裝置包括： - 一光檢測器，用於當檢測到該環境光時產生一 電流，跨過該光檢測器的電位實質為零； 一具有負回授之轉換器，該轉換器連接到該光 檢測器並將該電流轉換成一第一輸出信號； 一連接到該光檢測器和該轉換器之補償電路， 該補償電路產生一第二輸出信號；以及 • 一連接到該轉換器和該補償電路之減法電路， 該減法電路可從該第一輸出信號中減去該第二 * 輸出信號，並產生一第三輸出信號，其中該第 三輸出信號表示該環境光； 其中該補償電W還包括並聯連接的一複製 (duplicate)光檢測器和一電阻，該複製光檢測器 被遮蔽(shielded)。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，還包括一可接收 鲁 該第三輸出信號、放大該第三輸出信號並產生一 電流信號之放大器。 3. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中該放大器還 包括一電流鏡。 4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光檢測器 是一光電二極體(photodiode)。 5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該電流還包 括一光電流和一暗電流，該光電流反應該環境 光0 22 1302194 ^ 95132089 97年4月修正 ‘ - 6·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該轉換器還 - 包括一放大器和一回授電路，該回授電路作為一 負回授路徑並被連接在該放大器的一反相端和 —輸出端之間。： 7·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該轉換器還 包括串聯連接的一調節器(modulator)、一放大器 和一解調器（demodulator)。 鲁 8·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該轉換器還 包括一放大器、一開關、一電容和一濾波器，該 開關與該電容並聯連接，且係連接在該放大器的 一反相端和一輸出端之間，且該放大器的該輸出. 端連接到該濾波器。 9·如申清專利範圍第丨項之裝置，其中該轉換器還 包括一放大器、一第一開關、一第二開關、一第 三開關、一第四開關、一第一電容和一第二電 • 合，該放大器具有一主反相輸入端、一辅反相輸 ^端和一輸出端，其中該第一開關連接在該放大 ϋ·的該主反相輪人端和地之間，該第二開關連接 在該主反相輸人端和該第三關之間，該第三開 1連接在該第二開關和該放大器的該輸出端之 間’且該第四開關連接在該放大㈣該辅反相輸 入端和該輸㈣之間，其中該第—電容連接在該 主反相輸入端和該第三開關之間，且該第二電容 連接在該輔反相輪入端和地之間。 23 1302194 95132089 97年4月修正 1〇.如申請專利範圍帛1項之裝置，其中該複製光 檢測器可產生一暗電流。 11. 如巾請專利範㈣丨項之裝置，其中由該補償 t路產生的該第二輸出信號具有—值，該值由該 暗電流和談電阻決定。 12. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該減法電 路還包括兩個電壓隨耦器（f〇11〇wer)和一電流 瞻 鏡’以減小由該光檢測器產生的雜訊，該兩個電 壓隨耦器中的每一個都連接到該電流鏡。 —種用於感測環境光之裝置，該裝置包括： 一用於檢測該環境光的光檢測器，跨過該光檢 測益的電位實質為零，該光檢測器產生一第一 電流信號；以及 —具有補償能力的電路，該電路連接到該光檢 /則态，該電路能處理該第一電流信號並產生表 _ 示該環境光的一第二電流信號； 其中該具有補償能力的電路還包括並聯連接的 ^ —複製(duplicate)光檢測器和一電阻，該複製光 檢測器被遮蔽(shielded)及產生一暗電流。 I4.如申請專利範圍第13項之裝置，其中該光袼測 器是一光電二極體(photodiode)。 15·如申請專利範圍第13項之裝置，其中由該光檢 •測器產生的該第一電流信號還包括一光電流和 一暗電流，該光電流信號反應該環境光。 24 1302194 95132089 97年4月修正 16·如申請專利範圍第13項之裝置，其中該電路還 包括： ： 一具有負回授之轉換器，該轉換器連接到該光 檢測器並將該第一電流信號轉換成一第一輸出 信號； 一連接到該轉換器和該補償電路之減法電路， /該減法電路可從該第一輸出信號中減去該第二 φ 輸出#號，並產生一第三輸出信號，其中該第 二輸出k號表示該環境光；以及 一連接到該減法電路之放大器，該放大器可接 收該第三輸出信號、放大該第三輸出信號並產 生該第二電流信號； 其中該補償電路耦合至該光檢測器及該轉換 器，並產生一第二輸出信號。 17·如申請專利範圍第16項之裝置，其中該轉換器 還包括一放大器和一回授電路，該回授電路作為 ^ 連接在該放大器的一反相輸入端和一輸出端之 間的一負回授路徑。 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該轉換器 還包括串聯連接的一調節器(modulator)、一放大 器和一解調器（demodulator)。 19·如申請專利範圍第％項之裝置，其中該轉換器 還包括一放大器、一開關、一電容和一濾波器， 該開關與該電容並聯連接，且係連接在該放大器 25 * 1302194 95132089 • 97年4月修正 的一反相端和一輸出端之間，且該放大器的該輸 出端連接到該濾波器。 * 20·如申請專利範圍第16項之裝置，其中該轉換器 還包括一放大器、一第一開關、一第二開關、一 第三開關、一第四開關、一第一電容和一第二電 谷’該放大器具有一主反相輸入端、一輔反相輸 入端和一輸出端，其中該第一開關連接在該放大 器的該主反相輸入端和地之間，該第二開關連接 籲 在該主反相輸入端和該第三開關之間，該第三開 關連接在該第二開關和該放大器的該輸出端之 間’且該弟四開關連接在該放大咨的該辅反相輸 入端和該輸出端之間，其中該第一電容連接在該 主反相輸入端和該第三開關之間’且該第二電容 連接在該輔反相輸入端和地之間。 21·如申請專利範圍第16項之裝置，其中由該補償 電路產生的該第二輸出信號具有一值，該值由該 Φ 暗電流和該電阻決定。 22·如申請專利範圍第16項之裝置，其中該減法電 路還包括兩個電壓隨耦器（f〇U〇Wer)和一電流 鏡，以減小由該光檢測器產生的雜訊，該兩個電 壓隨耦器中的每一個都連接到該電流鏡。 23·如申請專利範圍第16項之裝置，其中該放大器 還包括一電流鏡。 2 4. —種用於減小由一第一光檢測器產生的雜訊的 26 • 1302194 ， 95132089 ^ 97年4月修正 方法，包括以下步驟： ^ 產生一反應環境光的第一電壓信號，該第一光 * 檢測器是零偏壓；、 產生一來自一第二光電檢測器的第二電壓信 號，該第二光檢測器有遮蔽(shielded); 從該第一電壓信號中減去該第二電壓信號以減 小該雜訊； 經由該減法運算產生一電流信號；以及 鲁 放大該電流信號。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中產生該第 一電壓信號的步驟還包括： 產生一表示在該光檢測器周遭的該環境光的電 流；以及 將該電流轉換成該第一電壓信號。 26. 如申請專利範圍第25項之方法，其中該電流包 括一光電流和一暗電流。 • 27.如申請專利範圍第24項之方法，其中產生該第 二電壓的步驟還包括： 在該第二光檢測器上產生一暗電流；以及根據 該暗電流產生該第二電壓信號。 27
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