本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計領(lǐng)域，具體的說是一種高線性動態(tài)范圍光頻傳感器設(shè)計。

背景技術(shù)：

應(yīng)用于血氧儀的光頻傳感器，必須對波長660nm和940nm的光有高的動態(tài)線性響應(yīng)。如圖1所示，傳統(tǒng)技術(shù)通過電流鏡將光電二極管產(chǎn)生的電流ipfm復(fù)制出來給電容ci充電，用一個比較器將電容上的電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓vbgr比較，輸出高低電平，實現(xiàn)電流轉(zhuǎn)頻率的功能。但是缺點是很難將動態(tài)范圍擴展到低光照條件下，因為低光照時，光電二極管產(chǎn)生的光電流非常小，理想情況下，控制電容的開關(guān)mos管關(guān)斷時，光電流應(yīng)該給電容充電，但因為開關(guān)mos管在關(guān)斷時還存在漏電流，導(dǎo)致光電流泄漏掉，不能給電容有效充電達到需要的電壓。因此，許多業(yè)界產(chǎn)品在低光照高溫條件下工作時表現(xiàn)不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種具有漏電流抑制的光頻傳感器，該光頻傳感器光電傳感器產(chǎn)品，動態(tài)范圍和線性度不高的特點，特別是在低光照以及高溫度條件下，性能明顯退化，創(chuàng)造性的提出了抑制開關(guān)mos管的漏電流技術(shù)，實現(xiàn)了在芯片上僅采用單個光電二極管就能滿足高動態(tài)線性范圍的需求。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種具有漏電流抑制的光頻傳感器，包括光電流產(chǎn)生模塊、鏡像電流模塊、漏電流模塊，放大器aau、施密特電路、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和或非門；所述鏡像電流模塊接收光電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的光電流，鏡像電流模塊產(chǎn)生的電流輸入到漏電流抑制模塊中，漏電流抑制模塊的輸出端與放大器aau的正向輸入端連接，放大器aau的反向輸入端與信號vbgr連接，所述漏電流抑制模塊的輸出端與放大器aau的正向輸入端間連接接地電容c1，放大器aau的輸出端與施密特電路的輸入端連接，施密特電路的輸出端與第一反相器連接，第一反相器連接第二反相器，第二反相器連接第三反相器，第二反相器與第三反相器間連接接地電容c2，第三反相器的輸出端與或非門的其中一個輸入端連接，或非門的另一個輸入端為復(fù)位端，或非門的輸出端連接第五反相器，第五反相器連接第六反相器，第六反相器的輸出端連接漏電流抑制模塊的其中一個輸入端，第五反相器的輸出端連接漏電流抑制模塊的另一個輸入端。

進一步，所述光電流產(chǎn)生模塊包括光電二極管pd、放大器a1、mos管m9和mos管m10；光電二極管pd的陽極接地，陰極分別與mos管m10的源極、放大器a1的反向輸入端連接，所述mos管m10的漏極與mos管m9的源極連接，mos管m10的柵極分別與mos管m9的柵極、放大器a1的輸出端連接，放大器a1的正向輸入端接地，mos管m9的漏極與鏡像電流模塊的輸入端連接。

進一步，所述鏡像電流模塊包括mos管m1～mos管m8，mos管m1的源極、mos管m2的源極、mos管m5的源極和mos管m6的源極連接，mos管m1的柵極分別與mos管m2的柵極、mos管m3的柵極、mos管m3的漏極連接，mos管m1的漏極分別與mos管m3的源極、mos管m5的柵極連接，mos管m2的漏極分別與mos管m6的柵極、mos管m4的源極連接，mos管m4的漏極與漏電極抑制模塊的輸入端連接，mos管m4的柵極分別與mos管m6的漏極、mos管m8的漏極連接，mos管m8的源極接地；mos管m3的漏極與mos管m9的漏極連接，mos管m5的漏極分別與mos管m7的漏極、柵極連接，mos管m7的柵極接地，mos管m7的柵極與mos管m8的柵極連接。

進一步，所述漏電流抑制模塊包括放大器a2、mos管m11、mos管m12和mos管m13，所述mos管m13的源極分別與放大器a2的輸入端、反向輸入端連接；mos管m13的柵極與第六反相器的輸出端連接，mos管m13的漏極分別與mos管m11的源極、mos管m12的漏極連接，mos管m12的源極接地，所述mos管m12的柵極分別與mos管m11的柵極、第五反相器的輸出端連接，mos管m11的漏極分別與電容c1的一端、放大器aau的正向輸入端連接。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

本發(fā)明極大減小了作為開關(guān)的mos管的漏電流，在極低光強下，該光頻轉(zhuǎn)換器也能有效工作。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為傳統(tǒng)光頻傳感器結(jié)構(gòu)；

圖2為本發(fā)明光頻傳感器系統(tǒng)架構(gòu)；

圖3為光電流產(chǎn)生模塊；

圖4為鏡像電流模塊；

圖5為漏電流抑制模塊；

圖6為反相器電路圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。

一種具有漏電流抑制的光頻傳感器，包括光電流產(chǎn)生模塊、鏡像電流模塊、漏電流模塊，放大器aau、施密特電路、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器和或非門；所述鏡像電流模塊接收光電流產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的光電流，鏡像電流模塊產(chǎn)生的電流輸入到漏電流抑制模塊中，漏電流抑制模塊的輸出端與放大器aau的正向輸入端連接，放大器aau的反向輸入端與信號vbgr(該信號是由基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的一個穩(wěn)定的電壓信號)連接，所述漏電流抑制模塊的輸出端與放大器aau的正向輸入端間連接接地電容c1，放大器aau的輸出端與施密特電路的輸入端連接，施密特電路的輸出端與第一反相器連接，第一反相器連接第二反相器，第二反相器連接第三反相器，第二反相器與第三反相器間連接接地電容c2，第三反相器的輸出端與或非門的其中一個輸入端連接，或非門的另一個輸入端為復(fù)位端，或非門的輸出端連接第五反相器，第五反相器連接第六反相器，第六反相器的輸出端連接漏電流抑制模塊的其中一個輸入端，第五反相器的輸出端連接漏電流抑制模塊的另一個輸入端。

所述光電流產(chǎn)生模塊包括光電二極管pd、放大器a1、mos管m9和mos管m10；光電二極管pd的陽極接地，陰極分別與mos管m10的源極、放大器a1的反向輸入端連接，所述mos管m10的漏極與mos管m9的源極連接，mos管m10的柵極分別與mos管m9的柵極、放大器a1的輸出端連接，放大器a1的正向輸入端接地，mos管m9的漏極與鏡像電流模塊的輸入端連接。

所述鏡像電流模塊包括mos管m1～mos管m8，mos管m1的源極、mos管m2的源極、mos管m5的源極和mos管m6的源極連接，mos管m1的柵極分別與mos管m2的柵極、mos管m3的柵極、mos管m3的漏極連接，mos管m1的漏極分別與mos管m3的源極、mos管m5的柵極連接，mos管m2的漏極分別與mos管m6的柵極、mos管m4的源極連接，mos管m4的漏極與漏電極抑制模塊的輸入端連接，mos管m4的柵極分別與mos管m6的漏極、mos管m8的漏極連接，mos管m8的源極接地；mos管m3的漏極與mos管m9的漏極連接，mos管m5的漏極分別與mos管m7的漏極、柵極連接，mos管m7的柵極接地，mos管m7的柵極與mos管m8的柵極連接。

所述漏電流抑制模塊包括放大器a2、mos管m11、mos管m12和mos管m13，所述mos管m13的源極分別與放大器a2的輸入端、反向輸入端連接；mos管m13的柵極與第六反相器的輸出端連接，mos管的漏極分別與mos管m11的源極、mos管m12的漏極連接，mos管m12的源極接地，所述mos管m12的柵極分別與mos管m11的柵極、第五反相器的輸出端連接，mos管m11的漏極分別與電容c1的一端、放大器aau的正向輸入端連接。

所述的第一反相器～第六反相器采用同樣的結(jié)構(gòu)，包括兩個mos管，以第二反向器為例，包括mos管m23和mos管m14。所述mos管m23的源極接電源，mos管m23的柵極與mos管m14的柵極連接并作為該反相器的輸入端，mos管m14的源極接地，mos管m23的漏極和mos管m14的漏極連接并作為該反相器的輸出端。

根據(jù)mos管的i/v特性函數(shù)關(guān)系，當(dāng)柵源電壓一定時，mos管的漏極電流和漏源電壓有關(guān)，當(dāng)mos管工作在三極管區(qū)時，即2(vgs-vth)＞＞vds，式(1)可以改寫成式(2)

上式中id代表漏極電流，μn代表mos管的表面遷移率，cox代表單位面積柵氧化物電容，w代表有效溝道寬度，l代表有效溝道長度，vds代表漏源電壓，vgs代表柵源電壓，vth代表mos管閾值電壓。

從式(2)可知，漏極電流是漏源電壓vds的線性函數(shù)。所以為了在mos管關(guān)斷時減小漏極電流，必須使vds趨近于0。

圖2是改進后光頻傳感器的整體結(jié)構(gòu)，功能也是第一步檢測光強，轉(zhuǎn)化為光電流，第二步電流轉(zhuǎn)為電壓信號，第三步電壓信號通過整形，延遲后得到頻率信號。

在漏電流抑制(leakagecurrentsuppression)模塊中，如圖5所示，采用m11和m12作為開關(guān)管，當(dāng)信號vfb為低時，mos管m11和mos管m12關(guān)斷，此時光電二極管pd如圖3所示，產(chǎn)生的電流i0通過電流鏡(currentmirror)復(fù)制成i1后給電容c1充電，為了降低mos管m11的漏電流，避免在關(guān)斷時候，電流i1從mos管m11和mos管m12泄漏到地。必須使mos管m11漏源兩端即a，b兩點的電壓差為0，這里需要一個放大器a2和mos管m13構(gòu)成的反饋自動控制系統(tǒng)。vfb_n是vfb通過第六反相器得到的信號，當(dāng)vfb為低時，vfb_n為高，此時mos管m13導(dǎo)通，假設(shè)a點電壓大于b點，存在漏電流，因為mos管m13導(dǎo)通，c點電壓接近b點，此時放大器a2輸出一個放大的信號，就會提高c點的電壓，當(dāng)c點電壓升高，b點電壓也會升高，這就使得a，b兩點電壓差減小趨近于0，減小了漏電流，讓電流i1全部給電容c1充電了。當(dāng)電容c1上電壓vramp大于標(biāo)準(zhǔn)電壓vbgr后，放大器aau輸出一個高電平信號，經(jīng)過后面的施密特觸發(fā)器，和第一反相器，第二反相器，第三反相器，第四反相器及電容c2構(gòu)成的反相器鏈整形延遲后，得到輸出out。第三反相器的輸出和復(fù)位信號reset通過或非門做邏輯運算，如果復(fù)位信號reset一直為1，則得到輸出為0，通過第五反相器后的到高電平的vfb，這時mos管m11和mos管m12導(dǎo)通，對電容c1放電。實現(xiàn)芯片復(fù)位。如果要使芯片正常工作，那reset一直為0。放電后，電壓vramp小于標(biāo)準(zhǔn)電壓vbgr，放大器aau輸出一個低電平信號，vfb信號又會被拉低，又能給電容c1充電，這充放電的過程，就把光電流轉(zhuǎn)化為頻率了。通過這個漏電流抑制技術(shù)使得在低光照環(huán)境下，電流i0很小時也能輸出頻率，擴大了動態(tài)響應(yīng)范圍。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。