專利名稱：一種光強檢測方法及光強檢測電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子領域，尤其涉及一種光強檢測方法及光強檢測電路。
背景技術：
目前的智能卡或者雙界面卡發展已經越來越迅速，出于安全的考慮，光檢測方面也提出了要求。便攜式產品從顯示屏省電考慮，也需要檢測光的強度。目前的光強檢測實現方案有兩大類一類是采用光電二極管檢測光信號后，產生電流，通過電流比較方式來檢測光強；另一類是采用光電二極管檢測光信號后，產生電流，通過電流流過電阻轉換為電壓的方式來檢測光強。圖1為現有技術中的一種光強檢測電路。如圖1所示，該光強檢測電路包括順次相連的光電二極管D、電流/電壓轉換電路和ADC (模數轉換)轉換電路。目前已有的光強檢測方案存在如下問題
1)采用電流比較的方法檢測光強，需要比較多的參考電流選項，犧牲比較多的功耗，并且控制電路的實現比較復雜；
2)采用電流轉電壓的方法來檢測光強，由于光感應產生的電流比較小，要產生用于檢測的較大的電壓，需要把電流放大，同時還需要電流流過比較大的電阻，這樣會消耗比較多的功耗，同時還會占用較大的芯片面積；
3)采用單獨的感光二極管實現光強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。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種光強檢測的方法，使得光強檢測更為簡單方便，并且采用該種光強檢測方法的光強檢測電路，電路結構更為簡化，功耗降低，并減小電路所占芯片面積。本發明提供的一種光強檢測方法，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，根據振蕩器輸出的頻率從而得到光信號的強度變化。采用上述光強檢測方法使得光強檢測更為簡單方便，并且采用該種光強檢測方法的光強檢測電路，電路結構更為簡化，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備或便攜設備。進一步，所述步驟B中還包括首先將所述感光模塊檢測光信號產生的電流放大， 再和一基準電流進行比較相減或相加，獲得與所述檢測光信號產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。進一步，在所述步驟C中首先預設至少一個頻率作為門限值，將采集到的頻率與該預設的頻率門限值相比較，從而判斷光信號的強度變化是否達到預定范圍。上述作為門限值的頻率可以為多個，例如，可以為區分強光、中等光強、弱光、無光等4個頻率門限值。所述的每個頻率門限值既可以是一具體頻率數值，也可以是一個頻率的數值范圍，以適應頻率的波動或精準測量的需要。進一步，所述步驟C中是通過采集振蕩器在固定時間內輸出的時鐘數目，以得到頻率變化的。本發明還提供了一種采用上述光強檢測方法的光強檢測電路，該光強檢測電路包括
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，用于感應光照產生光生電流；
所述電流放大及比較模塊，用于對所述光生電流進行放大后與基準電流進行比較相減 /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，用于產生輸出頻率受所述控制電流控制的時鐘信號。本發明提供的光強檢測電路，簡化了電路結構，降低了功耗，并減小了電路所占芯片面積。采用上述光強檢測電路，更有利于產品結構的小型化，更適用于便攜設備中，或者適用于那些需要光強檢測電路體積更小、能耗更低的設備中。進一步，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的負極相連于A點，感光二極管Dl的正極接地。進一步，感光二極管Dl為發射極和集電極短接的PNP管/NPN管。進一步，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，漏極與NMOS 管W的漏極和柵極連接于B點，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；
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； 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，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。進一步，所述振蕩器為由2N+1級反相器串聯組成的環形振蕩器，其中N大于等于 1。進一步，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。本發明還提供了一種對上述任一項光強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定的光強照射該光強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檢測電路在此種預定光強下的判斷門限值。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致輸出電流不準確或者輸出頻率不準確引起的誤差。采用不同的預定光強進行照射，就可以得到不同光強下的判斷門限值或判斷門限值范圍。
圖1為現有技術中的一種光強檢測電路；
圖2為本發明實施例中光強檢測電路的原理框圖； 圖3為本發明實施例中光強檢測電路的一種具體電路圖； 圖4為本發明實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。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。本發明的主要構思是，通過把光電二極管產生的光生電流放大，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，就可以檢測光的強度。這種方法比較簡單，避免了復雜的ADC檢測電路，并且減少了對芯片面積和功耗的需求。圖2為本發明實施例中光強檢測電路的原理框圖。如圖2所示，本發明實施例中， 光強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用于感應光照產生光生電流；電流放大及比較模塊200用于對光生電流進行放大后與基準電流進行比較相減/相加，獲得與光生電流成反比/正比的控制電流；振蕩器0SC300用于產生輸出頻率受控制電流控制的時鐘信號。下面對本發明光強檢測電路的工作過程進行說明首先感光模塊100感應光照產生光生電流Ip，接著電流放大及比較模塊200對光生電流Ip進行放大，再和一路基準電流進行比較相減(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輸出頻率受偏置電流控制的振蕩器0SC300，由此產生受光生電流控制的時鐘。只需要通過采樣固定時間內振蕩器輸出的時鐘數目，就可以判斷光的強度。在對本發明光強檢測電路的芯片終測時，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。這樣在實際應用中，本發明光強檢測電路的芯片可以直接采用上述判斷門限來檢測光強。這樣可以方便解決由于工藝偏差導致基準電流Iref不準引起的誤差。圖3為本發明實施例中光強檢測電路的一種具體電路圖。如圖3所示，本實施例中，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的負極相連于A點，感光二極管Dl的正極接地。Dl管可以采用普通的CMOS工藝的實現，它在沒有光照的時候是不導通，有光照的時候可以反向導通。該感光模塊通過Pl管做的二極管，把一個感光二極管Dl連接到電源上。當有光信號時候，Dl管可以反向導通，產生感應電流Ip。其中，Dl管可以采用PNP管/NPN管發射極和集電極短接實現，即Dl管可以是發射極和集電極短接的PNP管/NPN管。再如圖3所示，本實施例中，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，漏極與NMOS管m的漏極和柵極連接于B點，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，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，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，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實現對電流Ip的鏡像放大，流過P2管的電流I2=A*Ip。匪OS管N2實現對電流12的鏡像放大，N2管流過的電流Ι3=Α^Φ*Ιρ。PMOS管 Ρ4實現對電流12的鏡像放大獲得I3=A^ *C*Ip。Ν4管流過參考電流Iref，參考電流來自基準模塊。N3管實現對N4管的電流Iref的鏡像。根據D點電流的守恒計算可得I5+I3=I4=Iref。所以I5=I4-I3=Iref- A*B*C*Ip。如果當14>13的時候，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14<=13的時候，流過N3管的電流15=0。圖4為本發明實施例中振蕩器的一種具體電路圖。如圖4所示，本實施例中，振蕩器為由2N+1級反相器串聯組成的環形振蕩器，其中N大于等于1。本實施例中，模塊300是一個受電流控制的環形震蕩器。圖4中，振蕩器的4種輸出時鐘波形分別對應1)無光照的clkout輸出波形圖，2)較弱光照clkout輸出波形圖，3)較強光照clkout輸出波形圖， 4)強光照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輸出的時鐘頻率R)sc公式如下
權利要求
1.一種光強檢測方法，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，根據振蕩器輸出的頻率從而得到光信號的強度變化。
2.根據如權利要求1所述的光強檢測方法，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生的電流放大，再和一基準電流進行比較相減或相加，獲得與所述檢測光信號產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.根據如權利要求1或2所述的光強檢測方法，其特征在于，在所述步驟C中首先預設至少一個頻率作為門限值，將采集到的頻率與該預設的頻率門限值相比較，從而判斷光信號的強度變化是否達到預定范圍。
4.根據如權利要求1或2所述的光強檢測方法，其特征在于，所述步驟C中是通過采集振蕩器在固定時間內輸出的時鐘數目，以得到頻率變化的。
5.一種光強檢測電路，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，用于感應光照產生光生電流；所述電流放大及比較模塊，用于對所述光生電流進行放大后與基準電流進行比較相減 /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，用于產生輸出頻率受所述控制電流控制的時鐘信號。
6.根據權利要求5所述的光強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的負極相連于A點，感光二極管Dl的正極接地。
7.根據權利要求6所述的光強檢測電路，其特征在于，感光二極管(Dl)為發射極和集電極短接的PNP管/NPN管。
8.根據權利要求6所述的光強檢測電路，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，漏極與 NMOS管m的漏極和柵極連接于B點，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；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； 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，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.根據權利要求5所述的光強檢測電路，其特征在于，所述振蕩器為由2N+1級反相器串聯組成的環形振蕩器，其中N大于等于1。
10.根據權利要求9所述的光強檢測電路，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.根據權利要求9所述的光強檢測電路，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.—種權利要求5至11任一項所述的光強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定的光強照射該光強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檢測電路在此種預定光強下的判斷門限值。
全文摘要
本發明涉及一種光強檢測的方法及光強檢測電路，該方法通過把感光模塊產生的光生電流放大，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度，使得光強檢測更為簡單方便。并且采用該種光強檢測方法的一種光強檢測電路，包括順次相連的感光模塊、電流放大及比較模塊、振蕩器，其電路結構更為簡化，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 優先權日2010年7月13日
發明者石道林 申請人:國民技術股份有限公司