光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备技术

本发明专利技术公开了一种光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备，其特征在于，包括：发光设备，发出第一光信号；驱动电路，用以驱动所述发光设备工作；光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，生成第一光电流；可编程电流放大电路，在所述发光设备工作阶段，采样并保持所述第一光电流，在所述发光设备停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的与所述第一光电流的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例的第二光电流。采用本发明专利技术提供的光电传感器，能够避免在检测周期内由于发光设备持续地工作而消耗过大的功耗，达到使得芯片有效地降低功耗的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种应用于电子检测设备中的光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备。
技术介绍
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器广泛地应用于心率检测装置中。心率检测传感器可以检测人的心率，人们通过检测到当前的心率值来判断自己的健康状况。心脏的收缩和扩张使血液在血管中波状流动,血管中流过的血液量对光的反射率不同，心率检测传感器就是通过检测反射回来的光的波动计算出当前被检测人的心率。心率检测传感器在检测被检测人的心率时需要被检测人把手指或者手腕紧贴在芯片上，芯片内的发光设备向目标发射检测光，然后通过光电转换电路检测手指或手腕反射回来的检测光的强度。光电转换电路经光照后产生光电流，光电流通过模数转换电路转换成数值，多次连续检测就可得出被检测人的心率。心率检测传感器主要应用在便携式设备中，例如手环，手机，智能手表等电子产品中，这类以电池供电的产品对于功耗的要求比较高。芯片内部集成的发光设备驱动的功耗是心率检测传感器的主要功耗，但是发光设备发出的光的强弱和发光时间直接影响光电转换电路接收到的光信号的幅值,幅值微弱变化的分辨直接受限于积分型数模转换器分辨率,继而影响传感器的输出，所以发光设备发出的光不能太弱,也不能时间过短,这样功耗就比较高。在实际应用中，被检测人手指或手腕中的血液反射回来的检测光非常弱，为了提高心率检测传感器的检测精度，通常的做法一般有下面几
种：一是增大驱动发光设备的驱动电流，使发光设备发出更强的光，二是增大血液发射回来的光强；或者增加发光设备的个数，同样也使光电转换电路接收到更多的光；三是在检测周期内，增长发光设备发光的时间；四是增大光电转换电路的感光面积。但是，这些方法的缺点在于：增加了芯片的功耗或是增加了芯片的面积，这两大缺点大大削弱了该芯片运用在便携式设备中的可能性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种光电传感器、光电检测方法以及应用其的心率检测设备，以解决现有技术中，光电传感器功耗过高的问题。第一方面，提供一种光电传感器，包括发光设备，发出第一光信号；驱动电路，用以驱动所述发光设备工作；光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，生成第一光电流；可编程电流放大电路，在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。优选地，所述第一光电流和所述第二光电流为脉冲式光电流信号，并且，所述第二光电流与所述第一光电流的幅值和/或脉冲宽度成正比例关系。优选地，在一个检测周期内，所述驱动电路驱动所述发光设备工作至少一个工作周期。优选地，所述可编程电流放大电路包括采样保持电路和第二光电流生成电路，所述采样保持电路用以在所述发光设备工作阶段，对所述第一光电流进行采样和保持；所述第二光电流生成电路用以在所述发光设备停止工作阶段，生成所述第二光电流。优选地，所述采样保持电路包括第一晶体管、第二晶体管、第一开关以及第一电容，所述第一晶体管和所述第二晶体管构成电流镜结构；所述第一开关的一端连接在所述第一晶体管栅极和所述第二晶体管的栅极的公共节点，另一端连接至所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地。优选地，所述第二光电流生成电路包括多个并联的电流单元，其中，每个电流单元包括串联连接的开关和晶体管，每个电流单元的第一端共同接至所述可编程电流放大电路的输出端，第二端接地；每个电流单元中的晶体管的栅极共同连接至所述第一电容的第一端。优选地，所述每个电流单元的第一端通过第二开关接至所述可编程电流放大电路的输出端，通过控制所述第二开关在每个工作周期的导通时间，调节所述第二光电流的脉冲宽度。优选地，所述多个并联的电流单元中晶体管的尺寸依次成一定的比例关系。优选地，还包括积分型模数转换器，所述积分型模数转换器接收所述第二光电流，将其转换成数值，作为所述光电传感器的输出信号。优选地，还包括积分型模数转换器，所述积分型模数转换器接收所述第一光电流和所述第二光电流，将其转换成数值，作为所述光电传感器的输出信号。第二方面，提供一种心率检测设备，包括：上述光电传感器。第三方面，提供一种光电检测方法，包括：利用发光设备，发出第一光信号；采用光电转换电路接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，并生成第一光电流；在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。优选地，所述第一光电流和所述第二光电流为脉冲式光电流信号，并且，所述第二光电流与所述第一光电流的幅值成正比例和/或脉冲宽度成正比例。优选地，在一个检测周期内，所述发光设备工作至少一个工作周期。优选地，生成所述第二光电流的步骤包括：在所述发光设备工作阶段，对所述第一光电流进行采样和保持；在所述发光设备停止工作阶段，根据所述第一光电流的采样保持信号，生成所述第二光电流。优选地，利用一模数转换器将所述第二光电流转换成数值，作为光电传感的检测结果。本专利技术技术通过在电流放大器中加入采样保持电路，该电路在发光设备发出脉冲式光信号的同时开始采样，在发光设备停止工作之前，采样保持电路切换在保持阶段，重复输出脉冲宽度，幅值可调的光信号，避免在检测期间发光设备持续的工作，消耗过大的功耗，在芯片能实现功能的同时有效降低功耗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为依据本专利技术的光电传感器的结构框图；图2为光电传感器中可编程电流放大电路的电路示意图；图3为光电传感器的一个工作波形图；图4为光电传感器的另一个工作波形图；图5为光电检测方法的流程图。具体实施方式以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电传感器，其特征在于，包括：发光设备，发出第一光信号；驱动电路，用以驱动所述发光设备工作；光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，生成第一光电流；可编程电流放大电路，在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。

【技术特征摘要】
1.一种光电传感器，其特征在于，包括：发光设备，发出第一光信号；驱动电路，用以驱动所述发光设备工作；光电转换电路，用以接收所述第一光信号经物体反射回来的第二光信号，生成第一光电流；可编程电流放大电路，在一个检测周期内，当所述发光设备处于工作阶段，采样并保持所述第一光电流，当所述发光设备处于停止工作阶段，输出一个或多个工作周期的第二光电流，所述第二光电流用以表征所述第一光电流平均值的大小。2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述第一光电流和所述第二光电流为脉冲式光电流信号，并且，所述第二光电流与所述第一光电流的幅值和/或脉冲宽度成正比例关系。3.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，在一个检测周期内，所述驱动电路驱动所述发光设备工作至少一个工作周期。4.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述可编程电流放大电路包括采样保持电路和第二光电流生成电路，所述采样保持电路用以在所述发光设备工作阶段，对所述第一光电流进行采样和保持；所述第二光电流生成电路用以在所述发光设备停止工作阶段，根据所述第一光电流的采样保持信号，生成所述第二光电流。5.根据权利要求4所述的光电传感器，其特征在于，所述采样保持电路包括第一晶体管、第二晶体管、第一开关以及第一电容，所述第一晶体管和所述第二晶体管构成电流镜结构；所述第一开关的一端连接在所述第一晶体管栅极和所述第二晶体管的栅极的公共节点，另一端连接至所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地。6.根据权利要求4所述的光电传感器，其特征在于，所述第二光电
\t流生成电路包括多个并联的电流单元，其中，每个电流单元包括串联连接的开关和晶体管，每个电流单元的第一端共同接至所述可编程电流放大电路的输出端，第二端接地；每个电流单元中的晶体管的栅极共同连接至所述第一电容的第一端。7.根据权利要求6所述的光电传感器，其特征在于，所述每个电流单元的第一端通过第二开...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝玉，何惠森，邵丽丽，张艳倪，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33