專利名稱：一種光強(qiáng)檢測方法及光強(qiáng)檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，尤其涉及一種光強(qiáng)檢測方法及光強(qiáng)檢測電路。
背景技術(shù)：
目前的智能卡或者雙界面卡發(fā)展已經(jīng)越來越迅速，出于安全的考慮，光檢測方面也提出了要求。便攜式產(chǎn)品從顯示屏省電考慮，也需要檢測光的強(qiáng)度。目前的光強(qiáng)檢測實(shí)現(xiàn)方案有兩大類一類是采用光電二極管檢測光信號后，產(chǎn)生電流，通過電流比較方式來檢測光強(qiáng)；另一類是采用光電二極管檢測光信號后，產(chǎn)生電流，通過電流流過電阻轉(zhuǎn)換為電壓的方式來檢測光強(qiáng)。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種光強(qiáng)檢測電路。如圖1所示，該光強(qiáng)檢測電路包括順次相連的光電二極管D、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路和ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換電路。目前已有的光強(qiáng)檢測方案存在如下問題
1)采用電流比較的方法檢測光強(qiáng)，需要比較多的參考電流選項(xiàng)，犧牲比較多的功耗，并且控制電路的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜；
2)采用電流轉(zhuǎn)電壓的方法來檢測光強(qiáng)，由于光感應(yīng)產(chǎn)生的電流比較小，要產(chǎn)生用于檢測的較大的電壓，需要把電流放大，同時(shí)還需要電流流過比較大的電阻，這樣會(huì)消耗比較多的功耗，同時(shí)還會(huì)占用較大的芯片面積；
3)采用單獨(dú)的感光二極管實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)檢測或者特殊的感光器件，成本比較高或者工藝的兼容性比較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種光強(qiáng)檢測的方法，使得光強(qiáng)檢測更為簡單方便，并且采用該種光強(qiáng)檢測方法的光強(qiáng)檢測電路，電路結(jié)構(gòu)更為簡化，功耗降低，并減小電路所占芯片面積。本發(fā)明提供的一種光強(qiáng)檢測方法，具體如下，該方法包括 步驟A 通過感光模塊檢測光信號并產(chǎn)生電流；
步驟B 將所述電流作為振蕩器的控制電流，以控制振蕩器輸出的頻率；
步驟C 采集振蕩器輸出的頻率，根據(jù)振蕩器輸出的頻率從而得到光信號的強(qiáng)度變化。采用上述光強(qiáng)檢測方法使得光強(qiáng)檢測更為簡單方便，并且采用該種光強(qiáng)檢測方法的光強(qiáng)檢測電路，電路結(jié)構(gòu)更為簡化，功耗降低，并減小電路所占芯片面積。該方法可以更好的適用于一些小型化設(shè)備或便攜設(shè)備。進(jìn)一步，所述步驟B中還包括首先將所述感光模塊檢測光信號產(chǎn)生的電流放大， 再和一基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較相減或相加，獲得與所述檢測光信號產(chǎn)生的電流成反比或正比的電流后，再作為振蕩器的控制電流。進(jìn)一步，在所述步驟C中首先預(yù)設(shè)至少一個(gè)頻率作為門限值，將采集到的頻率與該預(yù)設(shè)的頻率門限值相比較，從而判斷光信號的強(qiáng)度變化是否達(dá)到預(yù)定范圍。上述作為門限值的頻率可以為多個(gè)，例如，可以為區(qū)分強(qiáng)光、中等光強(qiáng)、弱光、無光等4個(gè)頻率門限值。所述的每個(gè)頻率門限值既可以是一具體頻率數(shù)值，也可以是一個(gè)頻率的數(shù)值范圍，以適應(yīng)頻率的波動(dòng)或精準(zhǔn)測量的需要。進(jìn)一步，所述步驟C中是通過采集振蕩器在固定時(shí)間內(nèi)輸出的時(shí)鐘數(shù)目，以得到頻率變化的。本發(fā)明還提供了一種采用上述光強(qiáng)檢測方法的光強(qiáng)檢測電路，該光強(qiáng)檢測電路包括
順次相連的感光模塊、電流放大及比較模塊、振蕩器，其中， 所述感光模塊，用于感應(yīng)光照產(chǎn)生光生電流；
所述電流放大及比較模塊，用于對所述光生電流進(jìn)行放大后與基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較相減 /相加，獲得與所述光生電流成反比/正比的控制電流；
所述振蕩器，用于產(chǎn)生輸出頻率受所述控制電流控制的時(shí)鐘信號。本發(fā)明提供的光強(qiáng)檢測電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了功耗，并減小了電路所占芯片面積。采用上述光強(qiáng)檢測電路，更有利于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的小型化，更適用于便攜設(shè)備中，或者適用于那些需要光強(qiáng)檢測電路體積更小、能耗更低的設(shè)備中。進(jìn)一步，所述感光模塊由PMOS管Pl和感光二極管Dl組成，PMOS管Pl的源極和襯底接電源VDD，漏極和柵極相連且與感光二極管Dl的負(fù)極相連于A點(diǎn)，感光二極管Dl的正極接地。進(jìn)一步，感光二極管Dl為發(fā)射極和集電極短接的PNP管/NPN管。進(jìn)一步，所述電流放大及比較模塊由PMOS管P2、PMOS管P3、PMOS管P4、PMOS管 P5和匪OS管Ni、NMOS管N2、匪OS管N3、匪OS管N4組成；
PMOS管P2的源極和襯底接電源VDD，柵極與PMOS管Pl的漏極相連于A點(diǎn)，漏極與NMOS 管W的漏極和柵極連接于B點(diǎn)，NMOS管m的源極和襯底接地；
NMOS管N2的源極和襯底接地，柵極與NMOS管m的柵極連接，漏極與PMOS管P3的漏極和柵極連接于C點(diǎn)；
PMOS管P3的源極和襯底接電源VDD，柵極與PMOS管P4的柵極相連； PMOS管P4的源極和襯底接電源VDD，漏極與PMOS管P5的漏極和柵極相連于D點(diǎn)； PMOS管P5的源極和襯底接電源VDD，PM0S管P5的柵極與所述振蕩器的偏置電流rtias 端相連；
NMOS管N3的源極和襯底接地，漏極與PMOS管P4的漏極相連于D點(diǎn)，柵極與NMOS管N4 的柵極相連，NMOS管N4的源極和襯底接地，柵極和漏極相連，且漏極中流過參考電流Iref。進(jìn)一步，所述振蕩器為由2N+1級反相器串聯(lián)組成的環(huán)形振蕩器，其中N大于等于 1。進(jìn)一步，所述反相器由PMOS管Pla、PMOS管Plb和NMOS管Nla組成；
PMOS管Pla的源極和襯底接電源(VDD)，柵極接偏置電流(Ibias)端，漏極接PMOS管 Plb的源極；
PMOS管Plb的柵極與NMOS管ma的柵極相連，作為反相器的輸入端，PMOS管Plb的漏極與NMOS管ma的漏極相連，作為反相器的輸出端，NMOS管Wa的源極接地。進(jìn)一步，所述反相器由PMOS管Pla、PMOS管Plb和NMOS管Wa、NMOS電容Nlb組成；PMOS管Pla的源極和襯底接電源(VDD)，柵極接偏置電流(Ibias)端，漏極接PMOS管 Plb的源極；
PMOS管Plb的柵極與NMOS管ma的柵極相連，作為反相器的輸入端，PMOS管Plb的漏極與NMOS管ma的漏極相連，作為反相器的輸出端，NMOS管Wa的源極接地； NMOS電容mb的柵極接反相器的輸出端，源極和漏極接地。本發(fā)明還提供了一種對上述任一項(xiàng)光強(qiáng)檢測電路的頻率門限值的測量方法，該方法包括選擇至少一種預(yù)定的光強(qiáng)照射該光強(qiáng)檢測電路中的感光模塊；采集所述振蕩器輸出的頻率；將所述輸出的頻率作該光強(qiáng)檢測電路在此種預(yù)定光強(qiáng)下的判斷門限值。采用上述門限值的測量方法，可以靈活的修正工藝的偏差。方便的解決由于工藝偏差導(dǎo)致輸出電流不準(zhǔn)確或者輸出頻率不準(zhǔn)確引起的誤差。采用不同的預(yù)定光強(qiáng)進(jìn)行照射，就可以得到不同光強(qiáng)下的判斷門限值或判斷門限值范圍。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種光強(qiáng)檢測電路；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光強(qiáng)檢測電路的原理框圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中光強(qiáng)檢測電路的一種具體電路圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中振蕩器的一種具體電路圖； 圖5為圖4中反相器的兩種具體電路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的主要構(gòu)思是，通過把光電二極管產(chǎn)生的光生電流放大，用該光生電流間接控制振蕩器OSC的偏置電流大小，從而使得光生電流的變化轉(zhuǎn)化成振蕩器OSC輸出的頻率變化，因此只需要檢測振蕩器OSC的輸出頻率的變化，就可以檢測光的強(qiáng)度。這種方法比較簡單，避免了復(fù)雜的ADC檢測電路，并且減少了對芯片面積和功耗的需求。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光強(qiáng)檢測電路的原理框圖。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中， 光強(qiáng)檢測電路包括順次相連的感光模塊100、電流放大及比較模塊200和振蕩器0SC300，其中，感光模塊100用于感應(yīng)光照產(chǎn)生光生電流；電流放大及比較模塊200用于對光生電流進(jìn)行放大后與基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較相減/相加，獲得與光生電流成反比/正比的控制電流；振蕩器0SC300用于產(chǎn)生輸出頻率受控制電流控制的時(shí)鐘信號。下面對本發(fā)明光強(qiáng)檢測電路的工作過程進(jìn)行說明首先感光模塊100感應(yīng)光照產(chǎn)生光生電流Ip，接著電流放大及比較模塊200對光生電流Ip進(jìn)行放大，再和一路基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較相減(或相加)，獲得一路與光生電流Ip成反比(或正比)的電流，采用這路電流來控制一個(gè)輸出頻率受偏置電流控制的振蕩器0SC300，由此產(chǎn)生受光生電流控制的時(shí)鐘。只需要通過采樣固定時(shí)間內(nèi)振蕩器輸出的時(shí)鐘數(shù)目，就可以判斷光的強(qiáng)度。在對本發(fā)明光強(qiáng)檢測電路的芯片終測時(shí)，可以通過選擇不同的光源照射芯片，測試振蕩器OSC的輸出頻率作為光強(qiáng)檢測的判斷門限，這樣可以靈活的修正工藝的偏差。這樣在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明光強(qiáng)檢測電路的芯片可以直接采用上述判斷門限來檢測光強(qiáng)。這樣可以方便解決由于工藝偏差導(dǎo)致基準(zhǔn)電流Iref不準(zhǔn)引起的誤差。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中光強(qiáng)檢測電路的一種具體電路圖。如圖3所示，本實(shí)施例中，感光模塊100由PMOS管Pl和感光二極管Dl組成，PMOS管Pl的源極和襯底接電源VDD， 漏極和柵極相連且與感光二極管Dl的負(fù)極相連于A點(diǎn)，感光二極管Dl的正極接地。Dl管可以采用普通的CMOS工藝的實(shí)現(xiàn)，它在沒有光照的時(shí)候是不導(dǎo)通，有光照的時(shí)候可以反向?qū)āＴ摳泄饽K通過Pl管做的二極管，把一個(gè)感光二極管Dl連接到電源上。當(dāng)有光信號時(shí)候，Dl管可以反向?qū)?，產(chǎn)生感應(yīng)電流Ip。其中，Dl管可以采用PNP管/NPN管發(fā)射極和集電極短接實(shí)現(xiàn)，即Dl管可以是發(fā)射極和集電極短接的PNP管/NPN管。再如圖3所示，本實(shí)施例中，電流放大及比較模塊由PMOS管P2、PMOS管P3、PMOS 管P4、PMOS管P5和匪OS管m、匪OS管N2、NMOS管N3、匪OS管N4組成，PMOS管P2的源極和襯底接電源VDD，柵極與PMOS管Pl的漏極相連于A點(diǎn)，漏極與NMOS管m的漏極和柵極連接于B點(diǎn)，NMOS管m的源極和襯底接地，NMOS管N2的源極和襯底接地，柵極與NMOS 管W的柵極連接，漏極與PMOS管P3的漏極和柵極連接于C點(diǎn)，PMOS管P3的源極和襯底接電源VDD，柵極與PMOS管P4的柵極相連，PMOS管P4的源極和襯底接電源VDD，漏極與PMOS 管(PO的漏極和柵極相連于D點(diǎn)，PMOS管P5的源極和襯底接電源VDD，PM0S管P5的柵極與振蕩器的偏置電流Ibias端相連，NMOS管N3的源極和襯底接地，漏極與PMOS管P4的漏極相連于D點(diǎn)，柵極與NMOS管N4的柵極相連，NMOS管N4的源極和襯底接地，柵極和漏極相連，且漏極中流過參考電流Iref。PMOS管P2實(shí)現(xiàn)對電流Ip的鏡像放大，流過P2管的電流I2=A*Ip。匪OS管N2實(shí)現(xiàn)對電流12的鏡像放大，N2管流過的電流Ι3=Α^Φ*Ιρ。PMOS管 Ρ4實(shí)現(xiàn)對電流12的鏡像放大獲得I3=A^ *C*Ip。Ν4管流過參考電流Iref，參考電流來自基準(zhǔn)模塊。N3管實(shí)現(xiàn)對N4管的電流Iref的鏡像。根據(jù)D點(diǎn)電流的守恒計(jì)算可得I5+I3=I4=Iref。所以I5=I4-I3=Iref- A*B*C*Ip。如果當(dāng)14>13的時(shí)候，流過N3管的電流I5=Iref-A^ *C*Ip，15隨著Ip的增大而減小。如果當(dāng)14<=13的時(shí)候，流過N3管的電流15=0。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中振蕩器的一種具體電路圖。如圖4所示，本實(shí)施例中，振蕩器為由2N+1級反相器串聯(lián)組成的環(huán)形振蕩器，其中N大于等于1。本實(shí)施例中，模塊300是一個(gè)受電流控制的環(huán)形震蕩器。圖4中，振蕩器的4種輸出時(shí)鐘波形分別對應(yīng)1)無光照的clkout輸出波形圖，2)較弱光照clkout輸出波形圖，3)較強(qiáng)光照clkout輸出波形圖， 4)強(qiáng)光照clkout輸出波形圖。圖5為圖4中反相器的兩種具體電路圖。如圖5 (a)所示，該反相器由PMOS管 Pla.PMOS管Plb和NMOS管Nla組成，PMOS管Pla的源極和襯底接電源VDD，柵極接偏置電流Ibias端，漏極接PMOS管Plb的源極，PMOS管(Plb)的柵極與NMOS管Wa的柵極相連， 作為反相器的輸入端，PMOS管Plb的漏極與NMOS管ma的漏極相連，作為反相器的輸出端， NMOS管ma的源極接地。如圖5 (b)所示，該反相器由PMOS管Pla、PMOS管Plb和NMOS 管Ma、NMOS電容Nlb組成，PMOS管Pla的源極和襯底接電源VDD，柵極接偏置電流Ibias 端，漏極接PMOS管Plb的源極，PMOS管(Plb)的柵極與NMOS管Wa的柵極相連，作為反相器的輸入端，PMOS管Plb的漏極與NMOS管ma的漏極相連，作為反相器的輸出端，NMOS管Nla的源極接地，NMOS電容Nlb的柵極接反相器的輸出端，源極和漏極接地。單級反相器的時(shí)間延遲TD=(2C/I)VDD，其中1=15，所以TD=(2C/I5) VDD。所以振蕩器的整體延遲TDal=TD* (2N+1)。綜合上面的公式，可得振蕩器OSC輸出的時(shí)鐘頻率R)sc公式如下
權(quán)利要求
1.一種光強(qiáng)檢測方法，該方法包括步驟A 通過感光模塊檢測光信號并產(chǎn)生電流；步驟B 將所述電流作為振蕩器的控制電流，以控制振蕩器輸出的頻率；步驟C 采集振蕩器輸出的頻率，根據(jù)振蕩器輸出的頻率從而得到光信號的強(qiáng)度變化。
2.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的光強(qiáng)檢測方法，其特征在于，所述步驟B中還包括首先將所述感光模塊檢測光信號產(chǎn)生的電流放大，再和一基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較相減或相加，獲得與所述檢測光信號產(chǎn)生的電流成反比或正比的電流后，再作為振蕩器的控制電流。
3.根據(jù)如權(quán)利要求1或2所述的光強(qiáng)檢測方法，其特征在于，在所述步驟C中首先預(yù)設(shè)至少一個(gè)頻率作為門限值，將采集到的頻率與該預(yù)設(shè)的頻率門限值相比較，從而判斷光信號的強(qiáng)度變化是否達(dá)到預(yù)定范圍。
4.根據(jù)如權(quán)利要求1或2所述的光強(qiáng)檢測方法，其特征在于，所述步驟C中是通過采集振蕩器在固定時(shí)間內(nèi)輸出的時(shí)鐘數(shù)目，以得到頻率變化的。
5.一種光強(qiáng)檢測電路，包括順次相連的感光模塊、電流放大及比較模塊、振蕩器，其中所述感光模塊，用于感應(yīng)光照產(chǎn)生光生電流；所述電流放大及比較模塊，用于對所述光生電流進(jìn)行放大后與基準(zhǔn)電流進(jìn)行比較相減 /相加，獲得與所述光生電流成反比/正比的控制電流；所述振蕩器，用于產(chǎn)生輸出頻率受所述控制電流控制的時(shí)鐘信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光強(qiáng)檢測電路其特征在于，所述感光模塊由PMOS管Pl和感光二極管Dl組成，PMOS管Pl的源極和襯底接電源(VDD)，漏極和柵極相連且與感光二極管Dl的負(fù)極相連于A點(diǎn)，感光二極管Dl的正極接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光強(qiáng)檢測電路，其特征在于，感光二極管(Dl)為發(fā)射極和集電極短接的PNP管/NPN管。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光強(qiáng)檢測電路，其特征在于，所述電流放大及比較模塊由 PMOS 管 P2、PMOS 管 P3、PMOS 管 P4、PMOS 管 P5 禾口 NMOS 管 Ni、NMOS 管 N2、NMOS 管 N3、NMOS 管N4組成；PMOS管P2的源極和襯底接電源(VDD)，柵極與PMOS管Pl的漏極相連于A點(diǎn)，漏極與 NMOS管m的漏極和柵極連接于B點(diǎn)，NMOS管m的源極和襯底接地；NMOS管N2的源極和襯底接地，柵極與NMOS管m的柵極連接，漏極與PMOS管P3的漏極和柵極連接于C點(diǎn)；PMOS管P3的源極和襯底接電源(VDD)，柵極與PMOS管P4的柵極相連； PMOS管P4的源極和襯底接電源(VDD)，漏極與PMOS管P5的漏極和柵極相連于D點(diǎn)； PMOS管P5的源極和襯底接電源(VDD)，PMOS管P5的柵極與所述振蕩器的偏置電流 (Ibias)端相連；NMOS管N3的源極和襯底接地，漏極與PMOS管P4的漏極相連于D點(diǎn)，柵極與NMOS管 N4的柵極相連，NMOS管N4的源極和襯底接地，柵極和漏極相連，且漏極中流過參考電流 (Iref)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光強(qiáng)檢測電路，其特征在于，所述振蕩器為由2N+1級反相器串聯(lián)組成的環(huán)形振蕩器，其中N大于等于1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光強(qiáng)檢測電路，其特征在于，所述反相器由PMOS管Pla、 PMOS管Plb和NMOS管Nla組成；PMOS管Pla的源極和襯底接電源(VDD)，柵極接偏置電流(Ibias)端，漏極接PMOS管 Plb的源極；PMOS管Plb的柵極與NMOS管ma的柵極相連，作為反相器的輸入端，PMOS管Plb的漏極與NMOS管ma的漏極相連，作為反相器的輸出端，NMOS管Wa的源極接地。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光強(qiáng)檢測電路，其特征在于，所述反相器由PMOS管Pla、 PMOS管Plb和匪OS管ma、匪OS電容Nlb組成；PMOS管Pla的源極和襯底接電源(VDD)，柵極接偏置電流(Ibias)端，漏極接PMOS管 Plb的源極；PMOS管Plb的柵極與NMOS管ma的柵極相連，作為反相器的輸入端，PMOS管Plb的漏極與NMOS管ma的漏極相連，作為反相器的輸出端，NMOS管Wa的源極接地；NMOS電容mb的柵極接反相器的輸出端，源極和漏極接地。
12.—種權(quán)利要求5至11任一項(xiàng)所述的光強(qiáng)檢測電路的頻率門限值的測量方法，該方法包括選擇至少一種預(yù)定的光強(qiáng)照射該光強(qiáng)檢測電路中的感光模塊；檢測所述振蕩器輸出的頻率；將所述輸出的頻率作該光強(qiáng)檢測電路在此種預(yù)定光強(qiáng)下的判斷門限值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光強(qiáng)檢測的方法及光強(qiáng)檢測電路，該方法通過把感光模塊產(chǎn)生的光生電流放大，用該光生電流控制振蕩器的頻率，從而將光生電流的變化轉(zhuǎn)化成振蕩器的輸出頻率變化，因而只需檢測振蕩器的輸出頻率，就可以檢測出光的強(qiáng)度，使得光強(qiáng)檢測更為簡單方便。并且采用該種光強(qiáng)檢測方法的一種光強(qiáng)檢測電路，包括順次相連的感光模塊、電流放大及比較模塊、振蕩器，其電路結(jié)構(gòu)更為簡化，功耗降低，并減小電路所占芯片面積。
文檔編號G01J1/18GK102331297SQ20101022516
公開日2012年1月25日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者石道林 申請人:國民技術(shù)股份有限公司