光-数字转换器装置和用于光-数字转换的方法制造方法及图纸

一种用于光‑数字转换的方法，包括将时间积分器电路(10)设置为参考状态，并且开始在积分时间(Atime)的持续时间内对来自传感器器件(PD)的电荷进行积分。积分信号(OPOUT)产生并表示积分电荷。积分信号(OPOUT)与可调参考信号(Vref)进行比较。当该比较结果表明积分信号(OPOUT)已经达到积分范围(Vdiff)时，产生第一计数(C1)，其中，积分范围(Vdiff)由低压和高压(VL、VH)定义。当该比较结果表明积分信号(OPOUT)已经达到可调参考信号(Vref)时，产生第二计数(C2)。当第二计数(C2)已经产生时，以离散步长递增可调参考信号(Vref)。然后，当该比较结果表明积分信号(OPOUT)已经达到积分范围(Vdiff)时，将时间积分器电路(10)复位到参考状态。所产生的第一计数作为第一计数信号(CT_LOUT)而采集，并且所产生的第二计数作为第二计数信号(CT_COUT)而采集。最后，数字输出信号(ADC_OUT)根据第一计数信号(CT_LOUT)和第二计数信号(CT_COUT)产生。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光-数字转换器装置和用于光-数字转换的方法本专利技术涉及光-数字转换器装置和用于光-数字转换的方法的领域。颜色和环境光传感器在诸如智能手机、平板电脑之类的移动设备中，或在与电视或房间照明相关的各种电子设备中得到越来越多的应用。在正常的光照条件下，光学传感器及其专用的信号处理电路已经达到了发展的状态，允许精确测量照明条件，甚至允许在变化的照明下精确测量照明的颜色。然而，在弱光条件下，嵌入在光学传感器装置中的光-数字转换通常不能提供入射光的精确估计。通常，仅检测到很少的计数，并且即使丢失几个计数也会显示出比在强光条件下更大的误差。信号处理电路通常采用一阶连续时间积分器电路。这些电路依赖于定义的积分范围和参考电容器，该参考电容器用于初始化或复位积分器以积分传感器信号。为弱光条件准备这种信号处理电路的一种方法是使积分范围和参考电容器更小，以实现更高的增益。这意味着，更高的增益对噪声和精度的影响更大。目的是提供一种改进了弱光精度的光-数字转换器装置和用于光-数字转换的方法。这些目的通过独立权利要求的主题来实现。另外的发展和实施例在从属权利要求中描述。应当理解，除非明确描述为替代，在下文中描述的关于任何一个实施例的任何特征可以单独使用，或者与在下文中描述的其他特征组合使用，并且也可以与任何其他实施例的一个或更多个特征、或者任何其他实施例的任何组合组合使用。此外，在不脱离如所附权利要求所限定的光-数字转换器装置和用于光-数字转换的方法的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等效物和修改。以下涉及一种光-数字转换的领域中的改进的概念。该改进的概念提供了用于实现光-数字转换器装置和用于光-数字转换的方法的手段。光-数字转换器装置可以包括基于时间积分器的测量前端，该时间积分器例如实现为一阶调制器或连续时间积分器，在两个已知电压阈值之间积分。可以有下限阈值和上限阈值。每当时间积分器积分到上限阈值时，都会触发比较器。比较器触发器可以减去预定义的参考电压，该参考电压使时间积分器的输出达到下限阈值。然后，积分器再次开始积分。由下限阈值和上限阈值，例如低压和高压定义的积分范围对于光-数字转换器装置的增益设置保持固定，并且定义参考电压的最大值。然而，以离散步长递增参考电压，并且比较器在小于积分范围的中间值处触发。在这些中间步骤中，预定义的电压不会从输出中减去。例如，使用数模转换器将积分范围细分为2n个等级或“箱”，其中n为整数。通常，会进行几个积分周期。比较器的触发事件，即当达到参考电压的预定的最大值和中间值时，作为计数信号分别进行计数和采集。这些计数信号定义光-数字转换器装置的输出信号。然而，通常，积分周期可以从不确定的起始电压开始。为了解决该误差，应用自适应分箱来确定起始电压的初始值。此外，自适应分箱也能够用于调整参考电压的中间值，从而调整参考信号递增的离散步长的步长大小或“箱”。在至少一个实施例中，将用于光-数字转换的方法应用于时间积分器电路。时间积分器电路连接到传感器器件。例如，传感器器件提供例如电流的传感器信号。可能的传感器器件包括例如光电二极管的光传感器或例如电阻式气体传感器的其他基于电流的传感器。在至少一个实施例中，用于光-数字转换的方法包括将时间积分器电路设置为参考状态。然后，开始在积分时间的持续时间内对来自与时间积分器电路连接的传感器器件的电荷进行积分。积分信号产生并表示积分电荷。然后，将积分信号与可调参考信号进行比较。基于积分信号与可调参考信号的比较，产生两个不同的计数。当该比较结果表明积分信号已经达到积分范围，即由积分范围定义的值时，产生第一计数。积分范围由低压和高压定义。例如，积分范围由低压与高压的差给出。当该比较结果表明积分信号已经达到可调参考信号，即由可调参考信号的当前值定义的值时，产生第二计数。此外，当已经产生第二计数时，以离散步长递增可调参考信号。当该比较结果表明积分信号已经达到积分范围时，时间积分器电路被复位到参考状态。所产生的第一计数和所产生的第二计数分别作为第一计数信号和第二计数信号被采集。最后，根据第一计数信号和第二计数信号产生数字输出信号。参考状态能够设置为预定值，例如预定义的参考电压。参考状态可以由积分范围定义或等于积分范围。然而，由于工艺和温度变化，积分范围可能发生变化。因此，可以在测量中引入系统误差。能够通过将参考状态设置为与积分范围不同的值来解决这种误差。可以将参考状态设置为小于或大于积分范围的值。然而，将参考状态设置为大于积分范围的值可以具有程序上的优势。这样，时间积分器电路可以被复位到低于限定积分范围的低压的起始电压。在至少一个实施例中，可调参考信号以积分范围的离散步长递增。在至少一个实施例中，积分范围的离散步长由低压与高压的差值除以2n来定义，其中，n表示整数。在至少一个实施例中，当已经产生第一计数时，时间积分器电路仅设置或复位回到参考状态。在至少一个实施例中，积分范围在积分时间期间保持恒定。在至少一个实施例中，使用时钟信号将积分时间细分为部分积分时间。初始部分积分时间被定义为开始对来自传感器器件的电荷进行积分或将时间积分器电路复位到参考状态时产生第二计数中的第一个的时间戳。中间部分积分时间被定义为在初始部分积分时间之后且在将时间积分器电路复位到参考状态之前产生第二计数中的另一个的时间戳。初始部分积分时间可以与中间部分积分时间不同。这可能是由于上述工艺和温度变化引起的变化。此外，初始部分积分时间取决于参考状态的值。在至少一个实施例中，数字输出信号由以下公式确定：其中，ADC-OUT、CTLOUT、CTCOUT、Te和Tc分别表示数字输出信号、第一计数信号、第二计数信号、初始部分积分时间和中间部分积分时间。整数n表示积分周期的数量。在每个积分周期中，时间积分器电路被设置或复位到参考状态。当产生第一计数或达到总积分时间时，给定的积分周期终止。以上公式中的最后一项，即∑Te(CTLOUT)，在所有积分周期中取值。在每个积分周期中，可以有特征性的初始部分积分时间。总和用中间部分积分时间归一化。在至少一个实施例中，在开始对来自传感器器件的电荷进行积分并将时间积分器电路复位到参考状态时，确定积分信号的初始值。此外，可调参考信号的步长大小能够使用自适应分箱算法并且取决于所确定的积分信号的初始值来调节。在至少一个实施例中，光-数字转换器装置包括时间积分器电路，该时间积分器电路包括用于连接传感器器件的传感器输入、用于连接可调参考信号的参考输入、以及用于提供积分信号的结果输出。时间积分器电路被设置成在积分时间的持续时间内对来自传感器器件的电荷进行积分。复位电路连接到传感器输入，并且被设置为启动时间积分器电路和/或将时间积分器电路复位到参考状态。并且逻辑和计算装置连接到结果输出和复位电路。逻辑和计算装置被设置为用于多个功能，包括将积分信号与可调参考信号进行比较、当该比较结果表明积分信号已达到积分范围时产生第一计数。积分范围由低压和高压定义。此外，该功能包括当该比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光-数字转换的方法，包括以下步骤：/n-将时间积分器电路(10)设置为参考状态，/n-开始在积分时间(Atime)的持续时间内对来自传感器器件(PD)的电荷进行积分，/n-产生表示被积分的电荷的积分信号(OPOUT)，/n-将所述积分信号(OPOUT)与可调参考信号(Vref)进行比较，/n-当比较结果表明所述积分信号(OPOUT)已经达到积分范围(Vdiff)时，产生第一计数(C1)，其中，所述积分范围(Vdiff)由低压和高压(VL、VH)定义，/n-当比较结果表明所述积分信号(OPOUT)已经达到所述可调参考信号(Vref)时，产生第二计数(C2)，/n-当已经产生第二计数(C2)时，以离散步长递增所述可调参考信号(Vref)，/n-当比较结果表明所述积分信号(OPOUT)已经达到所述积分范围(Vdiff)时，将所述时间积分器电路(10)复位到所述参考状态，/n-采集所产生的第一计数作为第一计数信号(CT_LOUT)，并且采集所产生的第二计数作为第二计数信号(CT_COUT)，以及/n-根据所述第一计数信号(CT_LOUT)和所述第二计数信号(CT_COUT)产生数字输出信号(ADC_OUT)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180419 EP 18168287.31.一种用于光-数字转换的方法，包括以下步骤：
-将时间积分器电路(10)设置为参考状态，
-开始在积分时间(Atime)的持续时间内对来自传感器器件(PD)的电荷进行积分，
-产生表示被积分的电荷的积分信号(OPOUT)，
-将所述积分信号(OPOUT)与可调参考信号(Vref)进行比较，
-当比较结果表明所述积分信号(OPOUT)已经达到积分范围(Vdiff)时，产生第一计数(C1)，其中，所述积分范围(Vdiff)由低压和高压(VL、VH)定义，
-当比较结果表明所述积分信号(OPOUT)已经达到所述可调参考信号(Vref)时，产生第二计数(C2)，
-当已经产生第二计数(C2)时，以离散步长递增所述可调参考信号(Vref)，
-当比较结果表明所述积分信号(OPOUT)已经达到所述积分范围(Vdiff)时，将所述时间积分器电路(10)复位到所述参考状态，
-采集所产生的第一计数作为第一计数信号(CT_LOUT)，并且采集所产生的第二计数作为第二计数信号(CT_COUT)，以及
-根据所述第一计数信号(CT_LOUT)和所述第二计数信号(CT_COUT)产生数字输出信号(ADC_OUT)。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可调参考信号(Vref)以所述积分范围(Vdiff)的离散步长递增。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述积分范围(Vdiff)的离散步长由所述低压与高压(VL、VH)的差值除以2n来定义，其中，n表示整数。


4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其中，当已经产生第一计数(C1)时，所述时间积分器电路仅复位回到所述参考状态。


5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中，所述积分范围(Vdiff)在所述积分时间(Atime)期间保持恒定。


6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其中，
-所述积分时间(Atime)使用时钟信号(CLK1)细分为部分积分时间，
-初始部分积分时间(Te)被定义为在开始对来自光电传感器器件(PD)的电荷进行积分或将所述时间积分器电路复位到所述参考状态之后产生第二计数(C2)中的第一个的时间戳，并且
-中间部分积分时间(Tc)被定义为在所述初始部分积分时间(Te)之后且在将所述时间积分器电路复位到所述参考状态之前产生第二计数(C2)中的另一个的时间戳。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述数字输出信号(ADC_OUT)由以下公式确定：



其中，ADC-OUT、CTLOUT、CTCOUT、Te和Tc分别表示所述数字输出信号、所述第一计数信号、所述第二计数信号、所述初始部分积分时间和所述中间部分积分时间。


8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其中，
-在开始对来自所述传感器器件(PD)的电荷进行积分并将所述时间积分器电路复位到所述参考状态时，确定所述积分信号(OPOUT)的初始值，并且/或者
-使用自适应分箱算法并且根据所确定的所述积分信号(OPOUT)的初始值来调节可调参考信号(Vref)的步长大小。


9.一种光-数字转换器装置，包括：
-时间积分器电路(10)，其包括用于连接传感器器件(12)的传感器输入(11)、用于连接可调参考信号(Vref)的参考输入(13)以及用于提供积分信号(OPOUT)的结果输出(13)，其中，所述时间积分器电路(10)被设置成在积分时间(Atime)的持续时间内对来自所述传感器器件(PD)的电荷进行积分，
-复位电路(30)，其连接到所述传感器输入(11)，并且被设置为启动...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗希特·兰加纳坦，拉维·库马尔·阿杜苏姆阿利，迪内希·库鲁甘蒂，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT