用于暗计数消除的传感器装置和方法制造方法及图纸

一种用于光‑频率转换的光感测的传感器装置。传感器装置包括光电二极管、可操作以响应于第一时钟信号(CLK1)而执行消波技术并将光电流(IPD)转换成数字比较器输出信号(LOUT)的模数转换器(ADC)。ADC包括耦合到光电二极管的传感器输入端、用于提供数字比较器输出信号(LOUT)的输出端、积分器，该积分器包括耦合到传感器输入端并可操作以接收积分器输入信号的积分器输入端、耦合到第一放大器的消波开关的第一集合、电耦合到第一放大器的输出端并电耦合到第二放大器的输入端子的消波开关的第二集合，以及提供积分器输出信号(OPOUT)的积分器输出端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于暗计数消除的传感器装置和方法
技术介绍
现代消费电子产品(例如，智能电话)越来越多地使用许多不同的传感器，这些传感器常常包括在同一设备中。在一个特定的应用中，环境光传感器被用于显示管理，其中这些传感器测量环境光亮度。取决于环境光的亮度，可以调节显示器照度，并且可以节省功率。例如，如果环境光亮，那么显示面板可能需要更高的背光照明。但是，如果环境光较少，那么对于显示面板较低背光照明可能就足够了。通过动态调节显示面板亮度，环境光传感器帮助显示面板优化操作功率。某些环境光传感器包括半导体结以生成传感器信号以检测入射光。光-电子转换对于半导体结是典型的。有时环境光传感器使用分开的电路进行信号获取和处理。例如，环境光传感器可以使用光电二极管和电荷平衡模数转换器。光传感器被放置在深色玻璃下，这要求更大的光电二极管面积才能从光传感器获得针对给定电增益所需的灵敏度。更大的二极管面积意味着更大的漏电流，结果是光传感器的灵敏度在低光测量时受到限制。
技术实现思路
本说明书描述了与通过利用消波开关准确地测量低光在初始化期间利用一次自动归零操作来优化每个环境光传感器(ALS)测量中的暗电流的抵消相关的技术。一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以在用于光感测和温度感测的传感器装置中实施，该装置包括光电二极管；模数转换器(ADC)，可操作以响应于第一时钟信号(CLK1)而执行消波技术并且可操作以将由光电二极管生成的光电流(IPD)转换成数字比较器输出信号(LOUT)，该ADC包括耦合到光电二极管的传感器输入端，用于提供数字比较器输出信号(LOUT)的结果输出端，积分器，该积分器包括耦合到传感器输入端并可操作以接收积分器输入信号的积分器输入端，第一和第二放大器，电耦合到第一放大器的输入端子的消波开关的第一集合，电耦合到第一放大器的输出端并电耦合到第二放大器的输入端子的消波开关的第二集合，以及提供积分器输出信号(OPOUT)的积分器输出端；以及信号处理单元，耦合到模数转换器的结果输出端并被配置为从数字比较器输出信号(LOUT)确定数字输出信号(ADC-COUNT)。某些实施方式包括以下特征中的一个或多个。在某些实施方式中，ADC可操作以在执行消波技术之前执行初始阶段，该初始阶段包括在用于积分循环的积分时间(T_INT)开始之前应用粗略自动归零操作，并在用于积分循环的积分时间(T_INT)开始时应用重置ADC并初始化信号获取的第一重置/初始化阶段。在某些实施方式中，ADC可操作以在执行初始阶段之后执行第一消波技术，该第一消波技术包括在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第一阶段，其中消波的第一阶段以第一极性应用，并且在半途时间戳处且不停止积分循环的情况下在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第二阶段，半途时间戳指示积分时间(T_INT)的半途点，其中消波的第二阶段以第二极性应用，并且其中第二极性与第一极性相反。在某些实施方式中，ADC可操作以在执行初始阶段之后执行第二消波技术，该第二消波技术包括在半途时间戳处在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第一阶段，半途时间戳指示用于积分循环的积分时间(T_INT)的半途点，其中消波的第一阶段以第一极性应用；应用在用于积分循环的积分时间(T_INT)的半途点处重置ADC并重新初始化信号获取的第二重置/初始化阶段，其中第二重置/初始化阶段停止积分循环并改变积分器输出端的极性；以及在第二重置/初始化阶段之后在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第二阶段，其中消波的第二阶段以第一极性应用。在某些实施方式中，将积分器输出的极性从第一极性改变为第二极性包括切换用于第一放大器的输入端子的消波开关的第一集合的输出，并且切换用于第二放大器的输入端子的消波开关的第二集合的输出。在某些实施方式中，信号处理单元包括具有耦合到结果输出端的第一时钟输入端并包括第一重置输入端的第一计数器、包括第二时钟输入端和第二重置输入端的第二计数器、以及包括耦合到第一计数器的第一计数器输出端和第二计数器的第二计数器输出端的计算输入端的逻辑/计算引擎，其中第一计数器可操作以在第一时钟输入端处接收第一时钟信号(CLK1)并取决于第一时钟信号(CLK1)生成异步计数(C1)，第二计数器可操作以在第二时钟输入端处接收第二时钟信号(CLK2)并取决于第二时钟信号(CLK2)生成时间计数(C2)，并且逻辑/计算引擎可操作以接收异步计数(C1)和时间计数(C2)并从异步计数(C1)和时间计数(C2)中计算数字输出信号(ADC-COUNT)。在某些实施方式中，传感器装置还包括锁存比较器，该锁存比较器可操作以接收积分器输出信号(OPOUT)并提供数字比较器输出信号(LOUT)。在某些实施方式中，传感器装置包括数字控制电路，该数字控制电路可操作以取决于时钟循环控制每个开关在打开状态和闭合状态之间切换。在某些实施方式中，数字输出信号(ADC-COUNT)包括异步计数(C1)和分数时间计数(C2)，异步计数(C1)包括取决于第一时钟信号(CLK1)的整数个计数，并且分数时间计数(C2)取决于第二时钟信号(CLK2)。在某些实施方式中，数字输出信号(ADC-COUNT)指示由光电二极管生成的光电流。在某些实施方式中，信号处理单元被配置为基于时间计数确定指示数字比较器输出信号(LOUT)中的调制的平均积分周期。一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以在方法中实施，该方法包括通过光电二极管两端的偏移电压生成光电流(IPD)，通过模数转换器并且基于在积分循环期间执行的消波技术取决于第一时钟信号(CLK1)将光电流(IPD)转换成数字比较器输出信号(LOUT)，其中ADC包括积分器，该积分器包括电耦合到第一放大器的输入端子的消波开关的第一集合、电耦合到第一放大器的输出端并电耦合到第二放大器的输入端子的消波开关的第二集合，以及提供积分器输出信号(OUTPUT)的积分器输出端。该方法还包括基于数字比较器输出信号(LOUT)确定包括取决于第一时钟信号(CLK1)的整数个计数的异步计数(C1)，基于数字比较器输出信号(LOUT)确定取决于第二时钟信号(CLK2)的分数时间计数(C2)，并基于异步计数(C1)和分数时间计数(C2)计算指示由光电二极管生成的光电流的数字输出信号(ADC-COUNT)。某些实施方式包括以下特征中的一个或多个。在某些实施方式中，基于消波技术转换光电流抵消了光电二极管两端的偏移电压。在某些实施方式中，该方法还包括在执行消波技术之前执行初始阶段，该初始阶段包括在用于积分循环的积分时间(T_INT)开始之前应用粗略自动归零操作，以及在用于积分循环的积分时间(T_INT)开始时应用重置ADC并初始化信号获取的第一重置/初始化阶段。在某些实施方式中，在执行初始阶段之后，消波技术包括第一消波技术，该第一消波技术包括在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第一阶段，其中消波的第一阶段以第一极性应用，以及在半途时间戳处且不停止积分循环的情况下在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光-频率转换的传感器装置，包括：/n光电二极管；/n模数转换器(ADC)，可操作以响应于第一时钟信号(CLK1)而执行消波技术，并且可操作以将由所述光电二极管生成的光电流(IPD)转换成数字比较器输出信号(LOUT)，所述ADC包括：/n传感器输入端，耦合到所述光电二极管；/n结果输出端，用于提供所述数字比较器输出信号(LOUT)；/n积分器，包括：/n积分器输入端，耦合到传感器输入端并可操作以接收积分器输入信号；/n第一放大器和第二放大器；/n消波开关的第一集合，电耦合到所述第一放大器的输入端子；/n消波开关的第二集合，电耦合到所述第一放大器的输出端并电耦合到所述第二放大器的输入端子；以及/n积分器输出端，提供积分器输出信号(OPOUT)；以及/n信号处理单元，耦合到所述ADC的结果输出端并被配置为从数字比较器输出信号(LOUT)确定数字输出信号(ADC-COUNT)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181221 US 62/783,6511.一种用于光-频率转换的传感器装置，包括：
光电二极管；
模数转换器(ADC)，可操作以响应于第一时钟信号(CLK1)而执行消波技术，并且可操作以将由所述光电二极管生成的光电流(IPD)转换成数字比较器输出信号(LOUT)，所述ADC包括：
传感器输入端，耦合到所述光电二极管；
结果输出端，用于提供所述数字比较器输出信号(LOUT)；
积分器，包括：
积分器输入端，耦合到传感器输入端并可操作以接收积分器输入信号；
第一放大器和第二放大器；
消波开关的第一集合，电耦合到所述第一放大器的输入端子；
消波开关的第二集合，电耦合到所述第一放大器的输出端并电耦合到所述第二放大器的输入端子；以及
积分器输出端，提供积分器输出信号(OPOUT)；以及
信号处理单元，耦合到所述ADC的结果输出端并被配置为从数字比较器输出信号(LOUT)确定数字输出信号(ADC-COUNT)。


2.如权利要求1所述的传感器装置，其中所述ADC可操作以在执行消波技术之前执行初始阶段，所述初始阶段包括：
在用于积分循环的积分时间(T_INT)开始之前应用粗略自动归零操作；以及
在用于所述积分循环的积分时间(T_INT)开始时应用重置ADC并初始化信号获取的第一重置/初始化阶段。


3.如权利要求2所述的传感器装置，其中所述ADC可操作以在执行初始阶段之后执行第一消波技术，所述第一消波技术包括：
在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第一阶段，其中消波的第一阶段以第一极性应用；以及
在半途时间戳处且不停止所述积分循环的情况下在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第二阶段，所述半途时间戳指示所述积分时间(T_INT)的半途点，其中消波的第二阶段以第二极性应用，其中所述第二极性与所述第一极性相反。


4.如权利要求2所述的传感器装置，其中所述ADC可操作以在执行初始阶段之后执行第二消波技术，所述第二消波技术包括：
在半途时间戳处在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第一阶段，所述半途时间戳指示用于所述积分循环的积分时间(T_INT)的半途点，其中消波的第一阶段以第一极性应用；
应用在用于所述积分循环的积分时间(T_INT)的半途点处重置ADC并重新初始化信号获取的第二重置/初始化阶段，其中所述第二重置/初始化阶段停止所述积分循环并改变所述积分器输出端的极性；以及
在所述第二重置/初始化阶段之后在消波开关的第一集合和消波开关的第二集合处应用消波的第二阶段，其中消波的第二阶段以所述第一极性应用。


5.如权利要求4所述的传感器装置，其中改变所述积分器输出端的极性包括：
切换用于所述第一放大器的输入端子的消波开关的第一集合的输出；以及
切换用于所述第二放大器的输入端子的消波开关的第二集合的输出。


6.如权利要求1所述的传感器装置，其中所述信号处理单元包括：
第一计数器，具有耦合到所述结果输出端的第一时钟输入端并包括第一重置输入端；
第二计数器，包括第二时钟输入端和第二重置输入端；以及
逻辑/计算引擎，包括耦合到所述第一计数器的第一计数器输出端和所述第二计数器的第二计数器输出端的计算输入端；
其中：
所述第一计数器可操作以在所述第一时钟输入端处接收第一时钟信号(CLK1)并取决于所述第一时钟信号(CLK1)生成异步计数(C1)；
所述第二计数器可操作以在所述第二时钟输入端处接收第二时钟信号(CLK2)并取决于所述第二时钟信号(CLK2)生成时间计数(C2)；以及
所述逻辑/计算引擎可操作以接收所述异步计数(C1)和所述时间计数(C2)并从所述异步计数(C1)和所述时间计数(C2)中计算所述数字输出信号(ADC-COUNT)。


7.如权利要求1所述的传感器装置，还包括锁存比较器，所述锁存比较器可操作以接收所述积分器输出信号(OPOUT)并提供所述数字比较器输出信号(LOUT)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：RK阿杜苏马利，S辛加马拉，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT