用于操作具有改进的转换精度的光学传感器装置的方法以及光学传感器装置制造方法及图纸

光学传感器装置包括光电二极管、和转换器装置，该转换器装置包括积分放大器(2)、比较器放大器(3)、积分电容器(C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作具有改进的转换精度的光学传感器装置的方法以及光学传感器装置
本公开涉及一种在基于光电二极管的光学传感器中的电流-数字的转换。具体地，本公开涉及一种光学传感器装置，其包括：光电二极管；包括积分放大器、比较器放大器、以及积分电容器和比较器电容器的转换器装置。控制器用于操作转换器装置以执行积分过程。本公开涉及一种用于操作这种传感器装置的方法以及将在该方法中使用的传感器装置。
技术介绍
光-数字(LDC)转换器广泛用于电子设备，例如智能手机或计算机显示器，以根据环境光条件控制它们的运行。LDC转换器可以包括转换器装置，该转换器装置测量通过光电二极管的电流以产生指示撞击在光电二极管上的环境光的量的值。现有的解决方案通过计算偏移光电二极管电流的电荷包的离散数量来测量光强度。分辨率受电荷包尺寸的限制，并且忽略在测量周期结束时留在积分器上的电荷。为了提高分辨率，减小电荷包的尺寸，但这限制了可以在不饱和的情况下可以测量的最大允许光。本公开的目的是提供一种操作光学传感器装置的方法，例如更精确地运行的光-数字传感器。本公开的另一个目的是提供一种光学传感器装置，例如以改进的精度运行的光-数字传感器。
技术实现思路
通过用于操作光学传感器装置的方法来实现上述目的的一个或更多个，其中，光学传感器装置包括光电二极管；转换器装置，其包括：积分放大器和比较器放大器，耦合到积分放大器的输入的积分电容器，耦合到比较器放大器的输入的比较器电容器；操作转换器装置的控制器；以及结果寄存器；其中，该方法执行：预充电阶段，以将结果寄存器设置为起始值；积分阶段，对通过光电二极管的电流进行采样，并响应于施加到积分放大器的输入的下降电荷来更新结果寄存器；以及剩余阶段，以根据积分电容器上剩余的电荷来更新结果寄存器。该解决方案在光测量结束时测量积分器上的残余电荷，以增加有效分辨率，而不降低能够处理的最大光电平。根据实施例，该解决方案在二极管电流积分循环结束时使用逐次逼近搜索算法来测量“剩余”电荷。如果做出“错误”判定，则使用每步1/2位搜索算法来提供误差校正。当搜索算法提高输出电压时，执行“提升”步骤，以防止开关晶体管通过漏极到衬底二极管将电流泄漏到地。预充电阶段用于为剩余算法提供起始点，使得剩余计算对比较器偏移不太敏感。最后，光-数字转换器具有两种尺寸的电容器，用于不同的增益设置，并且采样机制用于始终允许在剩余阶段使用较大的电容器。这提高了对开关电荷注入的抗扰性。该解决方案的优势在于，它测量在积分循环结束时留在光电二极管积分器上的残余电荷。先前的解决方案只是忽略了残余电荷。通过测量残余电荷，该转换器能够提高其分辨率，而不需要更长的积分时间。根据一个实施例，执行预充电阶段的步骤包括以下步骤：将积分放大器的输出设置为参考电势；施加预定电荷以更改积分放大器的输出的电势；执行搜索算法以将积分器的输出viout恢复至参考电势vmid；以及以及施加另一个预定电荷以更改积分放大器输出的电势，并响应于另一个预定电荷来设置结果寄存器。根据一个实施例，执行预充电阶段的步骤还包括以下步骤：对积分放大器的输入施加下降电荷，并执行每步1/2位搜索算法以将积分器的输出恢复至参考电势vmid。根据一个实施例，施加预定电荷的步骤包括施加下降电荷以将积分放大器的输出viout降低1/4个计数，并且施加另一预定电荷的步骤包括施加下降电荷以将积分放大器的输出降低1/2个计数，并将结果寄存器设置为+0.5个计数。根据一个实施例，执行积分阶段的步骤包括以下步骤：将光电二极管连接到积分放大器的输入；将积分放大器的输出viout与参考电势vmid进行比较；以及响应于比较步骤来更新结果寄存器。根据一个实施例，执行积分阶段的步骤包括重复执行以下步骤：将积分放大器的输出与参考电势vmid进行比较，以及在预定的积分时间内更改结果寄存器。根据一个实施例，执行剩余阶段的步骤包括以下步骤：执行搜索算法以将积分器的输出恢复至参考电势vmid；以及施加预定电荷以更改积分放大器的输出viout的电势，并响应于预定电荷来设置结果寄存器。根据一个实施例，执行剩余阶段的步骤还包括以下步骤：执行每步1/2位搜索算法以将积分器的输出恢复至参考电势，并且在执行每步1/2位搜索算法的步骤中以与施加到积分放大器的上升电荷和下降电荷之一成比例的量来更新结果寄存器。根据一个实施例，执行每步1/2位搜索算法以将积分器的输出恢复至参考电势的步骤包括：将比较器电容器与积分放大器的输出连接，并且将积分放大器的输出信号viout与参考电势vmid进行比较；施加下降电荷和上升电荷之一，并根据比较的结果，将提升电势vlift施加到积分放大器的另一输入。通过光学传感器装置也能实现上述一个或更多个目的，该光学传感器装置包括：光电二极管；转换器装置，其包括：积分放大器和比较器放大器，耦合到积分放大器的输入的积分电容器，耦合到比较器放大器的输入的比较器电容器；操作转换器装置的控制器；以及结果寄存器；转换器装置配置为在预充电阶段将结果寄存器设置为起始值；响应于对通过光电二极管的电流进行采样，在积分阶段期间，响应于施加到积分放大器的输入的下降电荷来更新结果寄存器；并根据在剩余阶段剩余在积分电容器上的电荷来更新结果寄存器。根据一个实施例，转换器装置配置为执行搜索算法，以在预充电阶段和剩余阶段期间将积分放大器的输出恢复至参考电势vmid。根据一个实施例，转换器装置配置为在预充电阶段和剩余阶段期间采用剩余下降电荷配置、剩余上升电荷配置和剩余提升电荷配置中的一个或更多个。根据实施例，在剩余下降电荷配置中，电荷再分配电容器连接到积分放大器的输入和参考电势，并且积分放大器的另一输入连接到接地电势。在剩余上升电荷配置中，电荷再分配电容器连接到积分放大器的输入和接地电势，并且积分放大器的另一输入连接到接地电势。在剩余提升电荷配置中，电荷再分配电容器连接到接地电势和积分放大器的输入，并且积分放大器的另一输入连接到提升电势vlift。给出了一种光学传感器装置的应用以及一种移动通信设备。光学传感器装置提供指示环境光的信号以控制移动通信设备的显示屏的亮度。应当理解，上述一般性描述和以下详细描述都仅仅是示例性的，并且旨在提供概述或框架以理解权利要求的性质和特征。包括附图以提供进一步的理解，并且将附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了一个或更多个实施例，并且与说明书一起用于解释各种实施例的原理和操作。附图中不同图中的相同元件由相同的附图标记表示。附图说明在附图中：图1示出了光-数字(LDC)转换器的原理顶层框图；图2示出了图1的内核模拟电路的详细框图；图3A至3J示出了在预充电阶段和剩余阶段期间使用的图1的内核模拟电路的配置；图4A至4C示出了在主积分阶段期间使用的图1的内核模拟电路的配置；图5示出了在剩余阶段期间使用的图1的内核模拟电路的配置；图6示出了在预充电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作光学传感器装置的方法，/n所述光学传感器装置包括：/n光电二极管(1)；/n转换器装置，包括：/n积分放大器(2)和比较器放大器(3)；/n积分电容器(C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171221 US 62/609,2281.一种用于操作光学传感器装置的方法，
所述光学传感器装置包括：
光电二极管(1)；
转换器装置，包括：
积分放大器(2)和比较器放大器(3)；
积分电容器(CINTH)，其耦合到所述积分放大器的输入；
比较器电容器(CCMP)，其耦合到所述比较器放大器的输入；
控制器，其用于操作所述转换器装置；以及
结果寄存器(6)；所述方法执行：
预充电阶段，以将所述结果寄存器(6)设置为起始值；
积分阶段，以对通过所述光电二极管(1)的电流进行采样，并且响应于施加到积分放大器的输入的下降电荷来更新所述结果寄存器(6)；以及
剩余阶段，以根据所述积分电容器(CINTH)上剩余的电荷来更新所述结果寄存器(6)。


2.根据权利要求1所述的方法，
其中，执行预充电阶段的步骤包括以下步骤：
将所述积分放大器(2)的输出(viout)设置为参考电势(vmid)；
施加预定电荷以更改所述积分放大器(2)的输出处的电势；
执行搜索算法以将积分器的输出(viout)恢复至参考电势(vmid)；以及
施加另一预定电荷以更改积分放大器(2)的输出处的电势，并且响应于所述另一预定电荷来设置所述结果寄存器(6)。


3.根据权利要求2所述的方法，
其中，执行预充电阶段的步骤还包括以下步骤：
将下降电荷施加到所述积分放大器(2)的输入，并且执行每步1/2位搜索算法以将积分器的输出恢复至参考电势(vmid)。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，施加预定电荷的步骤包括施加下降电荷(LdcGain、vdachi)以将积分放大器的输出(viout)降低1/4个计数，并且所述施加另一预定电荷的步骤包括施加下降电荷(LdcGain、vdachi)以将所述积分放大器的输出降低1/2个计数，并且将所述结果寄存器设置为+0.5个计数。


5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，
其中，执行积分阶段的步骤包括以下步骤：
将光电二极管(1)连接到积分放大器(2)的输入；
比较积分放大器(2)的输出(viout)与参考电势(vmid)；以及
响应于所述比较的步骤来更新所述结果寄存器(6)。


6.根据权利要求5所述的方法，
其中，执行积分阶段的步骤包括：重复地执行比较积分放大器(2)的输出(viout)与参考电势(vmid)的步骤，并且在预定的积分时间期间更改所述结果寄存器(6)。


7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，
其中，执行剩余阶段的步骤包括以下步骤：
执行搜索算法以将积分器的输出恢复至参考电势(vmid)；以及
施加预定电荷以更改积分放大器(2)的输出(viout)处的电势，并且响应于所述预定电荷来设置所述结果寄存器(6)。


8.根据权利要求7所述的方法，
其中，执行剩余阶段的步骤还包括以下步骤：
执行每步1/2位搜...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·阿尔伯特三世·威廉姆斯，韩勇，
申请(专利权)人：AMS国际有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH