用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于消除颜色传感器电路中的暗光电流的系统和方法。所描述的颜色传感器包括颜色传感器电路、暗色传感器电路和差分放大器电路。所述颜色传感器电路从光输入的颜色分量中接收光电流。所述颜色传感器电路输出指示了颜色分量的强度的第一电压。所述暗色传感器电路接收暗光电流，并且输出指示了偏移电压的第二电压。差分放大器电路耦合到颜色传感器电路和暗色传感器电路。所述差分放大器电路接收第一和第二电压，并且输出在第一电压中消除了由暗光电流所引起的偏移电压成分的最终输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及颜色传感器的领域，更具体地说，本专利技术涉及用于消除颜色传感器中的暗电流(dark current)偏移和温度变化的系统和方法。
技术介绍
颜色传感器的核心是光电探测器。光电探测器的目的是要捕获电磁辐射，并且将电磁辐射转换成电信号。通常，所产生的电信号与入射光的强度成比例。传统的颜色传感器电路采用p-i-n或pn结光电二极管作为光电探测器。一般，光电二极管捕获和吸收光能。所产生的载流子扫过光电二极管的p-i-n或pn结，并且产生可以被检测的小的光电流。通常，光电二极管在很大的操作范围内呈现线性响应。在颜色传感器中，使用转阻放大器(transimpedance amplifier)将光电流转换为电压信号。由于转阻放大器提供了高效的输入阻抗，从而可以在保持比具有相似的输入阻抗特性的传统放大器低得多的R-C时间常数的同时，产生合适的电压电平，因此转阻放大器是有利的。此外，转阻放大器还提供了线性响应，并且不会损害光电二极管固有的高线性。但是，在传统的颜色传感器中，存在暗电流零点偏移(null offset)和温度变化的问题，这些问题会对来自颜色传感器的转阻放大器的电压响应产生不利的影响。现有技术图1A示出了颜色传感器中的温度变化和暗色偏移的影响。现有技术1B示出了图示出暗电流零偏移的现有技术图1A的放大区域100B。具体地说，在颜色传感器中，代表了暗光能量的暗电流造成电压偏移。如现有技术图1B所示，在一种情况下，检测到的光电流为0安培处的暗电流电压偏移约为4mV。该暗电流电压偏移会对颜色传感器的DC响应产生不利的影响。就是说，暗电流电压偏移会对来自颜色传感器的输出电压产生消极的影响，从而给出与光能输入的强度相对应的错误的电压读数。此外，暗电流电压偏移速率随温度而变化。现有技术1A示出了暗电流电压偏移的变化对颜色传感器的转阻放大器的电压响应的影响。具体地说，暗电流偏移速率随温度的升高而增大。该暗电流电压偏移速率的改变会影响转阻放大器响应中的线性斜率。就是说，指出颜色传感器在T＝100摄氏度时的操作的直线的斜率要大于指出颜色传感器在T＝25摄氏度时的操作的直线的斜率。同样，指出颜色传感器在T＝25摄氏度时的操作的直线的斜率要大于指出颜色传感器在T＝负40摄氏度时的操作的直线的斜率。这样，由于在一段温度范围上，来自颜色传感器的电压读数没有提供恒定的线性响应，因此颜色传感器对温度敏感，这会对颜色传感器中的转阻放大器的响应产生不利的影响。这样一来，因为传统的颜色传感器放大器在其电压输出中呈现出暗电流零点偏移，因此传统的颜色传感器的一个缺点在于减弱了颜色传感器的DC响应(零偏移)。另外，另一个缺点在于，颜色传感器的转阻放大器的电压响应中的温度变化造成线性响应的斜率变化，这会不利地导致颜色传感器的电压响应在一段温度范围上的变化。因此，现有技术的系统和方法所提供的颜色传感器会受到暗电流电压偏移和较低的温度鲁棒性的不利影响。
技术实现思路
本专利技术公开了一种。所描述的颜色传感器包括颜色传感器电路、暗色传感器电路和差分放大器电路。所述颜色传感器电路从光输入的颜色分量中接收光电流。所述颜色传感器电路输出指示了颜色分量的强度的第一电压。所述暗色传感器电路接收暗光电流，并输出指示了偏移电压的第二电压。差分放大器电路耦合到颜色传感器电路和暗色传感器电路。所述差分放大器电路接收第一和第二电压，并且输出在第一电压中消除了由暗光电流所引起的偏移电压成分的最终输出。附图说明现有技术图1A是示出了一段温度范围上暗电流电压偏移的不利影响的图。现有技术图1B是示出了暗电流电压偏移的不利影响的图。图2A是根据本专利技术的一个实施例，用于捕获来自颜色分量的光能的颜色传感器电路的示意图。图2B是根据本专利技术的一个实施例，用于测量暗电流的暗色传感器电路的示意图。图2C是根据本专利技术的一个实施例，用于消除暗电流电压偏移的差分电路的示意图。图3是根据本专利技术的一个实施例，包括了一个用于消除暗电流电压偏移的差分电路的颜色传感器电路的示意图。图4是根据本专利技术的一个实施例，包括了多个用于消除暗电流电压偏移的差分电路的颜色传感器电路的示意图。图5是示出了根据本专利技术的一个实施例，在用于消除颜色传感器电路中的暗电流电压偏移的方法中的步骤的流程图。具体实施例方式因此，本专利技术公开了用于消除暗电流电压偏移的系统和方法，该系统和方法提供了增强的温度鲁棒性。具体地说，本专利技术的实施例能够消除各个颜色分量的颜色传感器的电压输出中的暗电流电压偏移的影响。这样一来，本专利技术的实施例通过呈现出增强的颜色传感器的DC响应而改善了传统的颜色传感器。另外，作为消除了暗电流电压偏移的另一个益处，由于颜色传感器的转阻放大器的电压响应的斜率不随温度而变化，因此本专利技术的实施例呈现出增强的温度鲁棒性。现在参考图2A、2B和2C，根据本专利技术的实施例，所公开的示意图提供了用于消除颜色传感器中的暗电流电压偏移的电路。图2A、2B和2C中的示意图克服了和暗电流电压偏移相关联的问题，因此提供了更好的颜色传感器DC响应(零偏移)和增强的温度鲁棒性。图2A、2B和2C中所描述的本专利技术的实施例在颜色分量的上下文中进行描述。虽然本专利技术的实施例的描述使用了红色、绿色和蓝色的颜色分量，但是本专利技术的其他实施例也适用于其他的颜色分量。图2A是根据本专利技术的一个实施例的颜色传感器电路200A的示意图，所述颜色传感器电路200A测量输入光能的颜色分量的光电流和所产生的输出电压，该输出电压包括了暗电流电压偏移。颜色传感器电路200A从光输入205的颜色分量中产生光电流。在本专利技术的实施例中，颜色分量包括红色、绿色和蓝色。颜色传感器电路200A在节点225处输出电压VCCOUT，该电压指示出被测量的光输入的颜色分量的强度。颜色传感器电路200A包括光电探测器210(例如光电二极管)，其捕获来自输入光能205的电磁辐射。光电探测器从电磁辐射中产生光电流。将作为所产生的光电流的光电探测器的输出发送到转阻放大器220的负输入端。转阻放大器220的正输入端耦合到地。由电源VDD和地加偏压于转阻放大器220。在一个实施例中，VDD的范围大约从3.3伏特到5.0伏特。转阻放大器220将来自光电探测器210的光电流转换为节点225处的输出电压VCCOUT，其提供了输入光能的各个颜色分量的强度。节点225处的VCCOUT的值依赖于转阻放大器220的增益。输出电压VCCOUT如下列等式1所述VCCOUT＝ATIA(IColor Component+IDark)(1)参数ATIA是转阻放大器220的增益。而且，IColor Component是从输入光能205的颜色分量所测量的电流。IDark是由颜色传感器电路200A所测量的暗电流。如图中200A所示，检测各个颜色分量的光电流的光电探测器210包括光电探测器输入端，其耦合到地，并且耦合到转阻放大器220的正输入端。而且，光电探测器210包括耦合到转阻放大器220的负输入端的光电探测器输出端。另外，颜色传感器电路200A包括反馈电阻器组件230。反馈电阻器组件230的值依赖于参数的变化，所述参数例如是所测量的颜色分量、滤波器响应、光电二极管光谱响应等等。反馈电阻器组件230的选择还依赖于光照度(光度测定的)测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颜色传感器，包括：　　　　从光输入的颜色分量中产生光电流的颜色传感器电路，其中所述颜色传感器电路输出指示了所述颜色分量的强度的第一电压；　　　　用于产生暗光电流并且输出指示了偏移电压的第二电压的暗色传感器电路；以及　　　　耦合到所述颜色传感器电路和所述暗色传感器电路的差分放大器电路，所述差分放大器电路用于接收所述第一和第二电压，并且输出在所述第一电压中消除了由所述暗光电流所引起的所述偏移电压的成分的最终输出。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文杰，何起文，林练力，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]