检测电路及信号检测方法技术

一种检测电路及信号检测方法。该检测电路包括具有电流取样晶体管、电容组、放大器以及开关组的电流取样电路及检测器。电容组设置在栅极与源极之间，用以储存栅极与源极之间的压差，栅极与源极之间的压差对应于欲取样电流。放大器具有输入端以及输出端，并且在栅极与源极之间，提供回授路径。开关组用以对电容值所储存的栅源电压进行取样，栅源电压对应于欲取样电流。电容组具有第一以及第二电容电路。在第一取样期间，第一电容电路对栅极与该源极之间的压差进行取样。在第二取样期间，第一及第二电容电路对栅极与源极之间的压差进行取样。开关组可根据第一取样期间的取样结果，在第一及第二取样期间，位移放大器的操作点。检测器产生欲取样电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测电路及信号检测方法，特别是涉及一种并非专门用来撷取检测器的电流输出信号的检测电路及信号检测方法。
技术介绍
在检测器的应用中，检测装置(如二极管或是晶体管)检测一状态，并产生相对应的输出电流。电流检测器的应用范围很广。举例而言，检测装置可为光检测器或是温度检测器，用以检测亮度状态或是温度状态。检测器用以测量实际特性，如亮度、温度、应变(strain)或是其它应力(forces)。检测器所产生的输出电流通常很小，并且为了确保信号的准确度，特别是信号的信噪比，通常会放大检测器的输出电流。在此例中，必需先对电流进行取样。在多个检测器(以阵列方式排列)同时产生多个输出电流的情况下，亦需对电流进行取样。已知的电流取样电路的处理速度很慢，特别是在需取样的电流很小的情况下。图1显示现有技术的取样电路。举例而言，需要被取样的电流为光电流。在此，是以电流源10代表需要被取样的电流。电流通过P型的驱动晶体管T1p。电容C1耦接在驱动晶体管T1p的源极与栅极之间，因此，电容C1可根据需要被取样的电流，而储存相对应的栅-源极电压。现有技术的取样电路具有第一开关S1。第一开关S1由时钟信号clk1(如图2所示)控制。第一开关S1耦接在驱动晶体管T1p的栅极与漏极之间，用以导通驱动晶体管T1p。因此，驱动晶体管T1p便可提供需要被取样的电流。第二开关S2耦接在驱动晶体管T1p与检测器之间。第二开关S2由时钟信号clk2(如图2所示)控制。第三开关S3耦接在驱动晶体管T1p与取样电路的输出端OUT之间。第三开关S3由时钟信号clk3(如图2所示)控制。图2为时钟信号的示意图。在取样期间S，第一开关S1及第二开关S2被导通，第三开关S3不被导通。因此，电流便可被取样。由于第一开关S1-->被导通，故驱动晶体管T1p的栅极与漏极的电压相等。因此，驱动晶体管T1p的漏极电流会等于需要被取样的光电流。此时，电容C1储存驱动晶体管T1p的栅极与源极之间的压差。在维持期间H，第一开关S1及第二开关S2不被导通，第三开关S3被导通。藉由电容C1，驱动晶体管T1p的栅极与源极之间的压差会被维持住，并等于在取样期间S的压差，因此，输出端OUT便可输出被取样的光电流。取样期间S的长短取决于(C1+Cd)/gm1，其中Cd为检测器(如光二极管)的等效电容，gm1为驱动晶体管T1p的跨导(trans-conductance)。当需要被取样的电流太小时，驱动晶体管T1p会操作在次阈值区(sub-thresholdregion)。在次阈值区中，gm1会与漏极电流Id1成比例。因此，当需要被取样的电流太小时，取样期间S便会被延长。利用图3所示的取样电路，便可缩短取样期间S。在图3中，是利用N型的晶体管T1n取代图1的驱动晶体管T1p。另外，图3具有放大器20。反相放大器20耦接在晶体管T1n的源极与栅极之间。电容C1耦接在晶体管T1n的源极与栅极之间。晶体管T1n的漏极接收高电压VDD。在图3中，取样期间S是取决于(C1+Cd)/(A·gm1)，其中A为反相放大器20的增益。藉由增加晶体管T1n的跨导的有效值，便可缩短取样期间S。第四开关S4为一放大输出开关，由时钟信号clk4(如图4所示)控制，用以导通或不导通放大回授路径。第五开关S5由时钟信号clk5(如图4所示)控制，用以重置(reset)反相放大器20。图4为时钟信号的示意图。在取样期间S，第二开关S2及第四开关S4被导通，第三开关S3及第五开关S5不被导通。因此，晶体管T1n的源极电压便可被放大。电容C1储存晶体管T1n的栅极与源极间的压差。藉由晶体管T1n的栅极与源极间的压差，便可使得晶体管T1n的漏极电流等于光电流。在维持期间H，第二开关S2及第四开关S4不被导通，第三开关S3及第五开关S5被导通。输出端OUT便可输出取样电流。由于反相放大器20的输入端及输出端连接在一起，故可维持检测器的节点(如光二极管的阴极)电压。在取样期间S，电容C1连接在反相放大器20的输入端及输出端之间。由于反相放大器20的输入端与地之间的等效容值为A·C1，并且因米勒效-->应(Miller effect)的影响，将增加电容C1的有效值。反相放大器20的输入端与地之间的等效电容并联电容Cd，使得电流的速度变慢。图3所示的电路仍受限于需要被取样的电流。需要被取样的电流固定晶体管T1n的栅极与源极之间的压差，其中晶体管T1n的栅极与源极之间的压差需储存在电容C1的中。假设，需要被取样的电流为350pA时，则晶体管T1n的栅极与源极之间的压差约为700mV，其中晶体管T1n的栅极与源极之间的压差对应于反相放大器的特定操作点(operating point)。图5为反相放大器的特性示意图。纵轴为反相放大器的增益(gain)。横轴为反相放大器的输出端电压(Vout)与输入端电压(Vin)之间的压差(Vout-Vin)。在取样期间，由于第二开关S2及第四开关S4被导通，故晶体管T1n的源极耦接至反相放大器20的输入端，其栅极耦接至反相放大器20的输出端。因此，在取样期间，图5的横轴可看作是晶体管T1n的栅极与源极之间的压差。由图5可知，当反相放大器的增益为最大值时，可能对应到不同的电压(即晶体管T1n的栅极与源极之间的压差)。另一方面，反相放大器20并不是操作在最理想的操作点。这表示接近图3的基本限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种电流取样电路，包括一电流取样晶体管、一电容组、一放大器以及一开关组。电流取样晶体管具有一栅极以及一源极。电容组设置在该栅极与该源极之间，用以储存该栅极与该源极之间的压差。该栅极与该源极之间的压差对应于一欲取样电流。放大器具有一输入端以及一输出端，并且在该栅极与源极之间，提供一回授路径。开关组对该电容值所储存的一栅源电压进行取样。该栅源电压对应于该欲取样电流。该电容组具有一第一电容电路以及一第二电容电路。在一第一取样期间，该第一电容电路对该栅极与该源极之间的压差进行取样。在一第二取样期间，该第一及第二电容电路对该栅极与该源极之间的压差进行取样。该开关组可根据该第一取样期间的取样结果，在该第一及第二取样期间，位移该放大器的一操作点。在一粗略取样期间，改变该放大器的操作点，尤其是改变输出端的电压。因此，在接下来的细微取样期间，放大器便可提供更佳的效能。开关组具有一开关。在该第一取样期间，该开关使该第一电容电路耦-->接于该源极与该栅极之间。在该第二取样期间，该开关使该第一及第二电容电路耦接于该源极与该栅极之间。因此，不同的期间使用不同的电容结构。开关电路具有一第一放大输出开关以及一第二放大输出开关。在该第一取样期间，该第一放大输出开关将该输出端与该栅极连接在一起。在该第二取样期间，该第二放大输出开关将该输出端耦接到该第一及第二电容电路之间的一节点。因此，藉由改变放大器的输出端电压，便可改变放大器的操作因素。在该第一及第二取样期间之间具有一重置期间。在该重置期间，该输出端与该输入端耦接在一起。第一或第二电容电路具有一第一电容以及一第二电容。该第一电容串联该第二电容。在一取样期间，该第一及第二电容之间的一节点耦接至一参考电平。因此，可解决米勒效应所造成的影响。本专利技术亦提供一种电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测电路，包括：　一电流取样电路，包括：　一电流取样晶体管，具有一栅极以及一源极；　一电容组，设置在该栅极与该源极之间，用以储存该栅极与该源极之间的压差，该栅极与该源极之间的压差对应于一欲取样电流；　一放大器，具 有一输入端以及一输出端，并且在该栅极与源极之间，提供一回授路径；以及　一开关组，用以对该电容值所储存的一栅源电压进行取样，该栅源电压对应于该欲取样电流，其中该电容组具有一第一电容电路以及一第二电容电路，在一第一取样期间，该第一电容电路 对该栅极与该源极之间的压差进行取样，在一第二取样期间，该第一及第二电容电路对该栅极与该源极之间的压差进行取样；该开关组可根据第一取样期间的取样结果，在该第一及第二取样期间，位移该放大器的操作点；以及　一检测器，产生该欲取样电流。

【技术特征摘要】
US 2007-12-26 61/016,602;EP 2008-9-17 08164529.31.一种检测电路，包括：一电流取样电路，包括：一电流取样晶体管，具有一栅极以及一源极；一电容组，设置在该栅极与该源极之间，用以储存该栅极与该源极之间的压差，该栅极与该源极之间的压差对应于一欲取样电流；一放大器，具有一输入端以及一输出端，并且在该栅极与源极之间，提供一回授路径；以及一开关组，用以对该电容值所储存的一栅源电压进行取样，该栅源电压对应于该欲取样电流，其中该电容组具有一第一电容电路以及一第二电容电路，在一第一取样期间，该第一电容电路对该栅极与该源极之间的压差进行取样，在一第二取样期间，该第一及第二电容电路对该栅极与该源极之间的压差进行取样；该开关组可根据第一取样期间的取样结果，在该第一及第二取样期间，位移该放大器的操作点；以及一检测器，产生该欲取样电流。2.如权利要求1所述的检测电路，其中该开关电路具有一第一放大输出开关以及一第二放大输出开关，在该第一取样期间，该第一放大输出开关将该输出端与该栅极连接在一起，在该第二取样期间，该第二放大输出开关将该输出端耦接到该第一及第二电容电路之间的一节点，其中该开关组可提供一重置期间，该重置期间位于该第一及第二取样期间之间，在该重置期间，该输出端与该输入端耦接在一起。3.如权利要求1所述的检测电路，其中该开关组具有一取样开关以及一输出开关，该取样开关将该电流取样电路与一电流源连接在一起，该输出开关将该电流取样晶体管与该电流取样电路的一输出端连接在一起。4.如权利要求1所述的检测电路，其中该第一及第二电容电路的一个具有一第一电容以及一第二电容，该第一电容串联该第二电容，该开关组具有一开关，用以将该第一及第二电容之间的一节点耦接至一参考电平。5.一种检测电路，包括：一电流取样电路，包括：一电流取样晶体管，具有一栅极以及一源极；一电容组，设置在该栅极与该源极之间，用以储存该栅极与该源极之间的压差，该栅极与该源极之间的压差对应于一欲取样电流；一放大器，具有一输入端以及一输出端，并且在该栅极与源极之间，提供一回授路径；以及一开关组，用以对该电容值所储存的一栅源电压进行取样，该栅源电压对应于该欲...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁J爱德华兹，尼可拉巴拉曼提，约翰R艾尔斯，
申请(专利权)人：统宝光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]